JPS62177120A - 低温靭性のすぐれた鋳鋼の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は低温環境にて高い強度と高靭性含有し、更に溶
接性の優れた？！鋼の製造法に関するものである。

（従来の技術） 近年海底資源開発の活発化に伴い、北極峰や北海等の低
温海域で使用する海洋構造物や水海タンカーの建造が計
画されているが、これら海洋構造物やタンカーのノード
部分、竜骨、その他の構造部材又はそれ以外の用途の寒
冷地で使用される機器類は、その到達温度である一４０
℃〜−６０℃の低温でも充分な耐破壊靭性な持つ必要が
ある。

これらの用途には、従来ＪＩＳ　Ｇ　５１５２、Ａ　Ｓ
　Ｔ　ＩＶＩＡ３５２等に記載される２、５％Ｎｉ＠鋼
、又は３．５％Ｎｉ鋳鋼が使用されており、又特公昭６
０〜２４１７６号公報に記載されている方法のように、
低炭素鋼でＮｉ　、　Ｃｒ　、　Ｍｏを含有し、史に溶
接性と靭性な向上させるために、ＡｌとＣａ％ＡｌとＣ
ｅを含有し、焼入れ、焼戻しで製造する方法など多くの
製造法が散見される。

（発明が解決しようとする問題点） これらは、いずれの製造法も靭性向上には効果的である
が、いずれも比較的低強度であり、充分なる強度を持た
せても尚靭性を保持することは因離で、特にこれを解決
するためには多（の合金元素を添加せざるを得す、浴接
性を損うなどの欠点が発生する難点がある。

（問題点を解決するための手段） そこで、本発明者らはこの対策として、歯とＢの複合添
加が焼入性を著るしく向上させることや、隅の細粒化効
果や、ＣａやＬａ、Ｃｅ等（以下ＲＥＭという）が酸化
物、硫化物或いはその複合体の微細化球状化をもたらし
、切欠靭性を向上せしめることを見出し、これに更にそ
の他の元素を適正に配合することにより、樹枝状晶を持
つ鋳鋼を、高強度にして、しかも靭性を著るしく向上せ
しめることが出来ることを見出した。

本発明は、このような事実の知見に基づいて構成したも
ので、その要旨は重量襲で、Ｃ０，０２〜０．１８％、
Ｓｉ０．３５％以下、Ｍｎ　０．５〜２．５％、Ｓ０．
００１〜０．０１％、Ｎｂ　０．０１〜０．０５％、Ｎ
　０．０１２％以下、Ｂ０．０００５〜０．００１５％
を含み、Ｃａ　０．００２〜０．０１％とＲＥＭを合計
で０．００１％以上のいずれか又は両方と、史にＡｌ０
．０１〜０．１２％、Ｔｉ０．０１〜０．０６％のいず
れか一方又は両方を含有し、更に必要に応じ１％以下の
Ｃｕ、５％以下のＮｉ　、１チ以下のＣｒ、１％以下の
Ｍ０．０．０８％以下のＶの１種又は２種以上を含有し
、残部がＦｅと不可避的不純物から成る鋳鋼を、鋳造後
加熱温度が９００〜１０５０℃になるように加熱後一旦
冷却し、更に加熱温度が１０００〜１１ｏｏ℃になるよ
うに加熱し、焼入れ又は扇準し、後焼戻すことにより、
低温靭性のすぐれた鋳鋼を得ようとする方法である。

（作用） 本発明の製造法によって製造する鋳鋼は、上記−のよう
な化学成分を有しているが、これは、適切なＭｎ−Ｎｂ
　−Ｂ−Ｎ−Ａｌ（Ｔｉ）−８−Ｃａ（ＲＥＭ）　成分
系の鋳鋼を焼入れ又は規準後、焼戻すことによって、Ｎ
ｂ　−Ｈの相乗効果を１００％活用し、変態域温度の降
下による焼入性同上と細粒化効果、更にＣａ（ＲＥＭ）
接種により、適正な■ｍとＳ量とから成るＭｎＳの球状
化効果並びにＡ１２ｏｓ他酸化物の複合凝集効果をうま
く相乗せしめ、比較的合金元素量が少（て良好な溶接性
を持つ高低温靭性鋳鋼を得るものである。

次に、本発明における化学成分の限定理由についてのべ
る。

Ｃは、焼入性および強度を確保するために必要な元素で
あるが、本発明による製造法では、焼入後針状フェライ
ト或いは低炭素ベイナイト、低炭素マルテンサイトを得
るために低い含有量を目指すが、０．０２％未満では強
度の確保が困難であり、又、０．１８％を超えると靭性
の確保と溶接性の確保が困難である。従って、０．０２
〜０．１８％とした。

Ｓｔは、強度向上に効果があるが、高張力鋼の場合は焼
戻脆化、感受性が大きくなり、切欠靭性が損われる。従
っである程度の強度を確保し、切欠靭性を低下させない
ためには、上限を０．３５％とする。

＆Ｉｎは、後述するＳと結びついてＭｎＳとなり、Ｃａ
やＲＥＭの接種により球状化し、その際Ａｌ２０３や他
の酸化物、硫化物等を凝集せしめ、複合混合物となって
切欠効果を削減し、靭性を向上せしめる。又地鉄中に固
溶して焼入性の確保に有効で、特に本発明ではＣを下げ
てｋｉｎで焼入性を補充するため、下限値を０．５％と
した。一方胤が多過ぎる場合は、焼戻脆化、感受性が増
加するため上限を２．５％とした。

Ｓは、本発明を構成する重点元素の１つであり、後述す
るＣａ又はＲＥＭにより球状ＭｎＳとなると同時に、他
の介在物を凝集せしめ、本発明の目的である低温靭性の
高い鋳鋼を得るのに効果がある。

このための必要下限値は０．００１％であり、これ未満
ではＣａやＲＥＭ添加の意味を喪失する。一方Ｓは、過
多になると地鉄の靭性を者ろしく低下させ、又偏析部を
強調して、特に靭性の部分的バラツキの原因となるため
上限を０．０１０％とした。

歯は本発明の製造法では重要元素の１つであり、次に述
べるＢとの共存により、焼入性を高め靭性の劣化を起す
ことなく強度を向上させることが出来る。歯の下限を０
１０１％としたのは、このような効果を充分に発揮させ
るためであり、０．０１チ未満では本発明の目的とする
鋳鋼の安定した製造は不可能である。一方Ｎｂの含有量
が多過ぎると、溶接の際溶Ｎ鋼への移行により、浴着鋼
や溶接ボンド部の靭性を劣化せしめることがある。この
ため上限値を定め００５％とした。

ＮはＡｌと結合してＡｌＮ、Ｔｉと結合してＴｉＮとな
り、加熱の際のオーステナイト粒の成長を防止したり、
冷却の除の核発生となって細粒化効果を来すため、成る
程反必要である。しかし、０．０１２チな超えるとＮが
Ｂを固定する可能性が出て来て、Ｎｂ　−Ｂとしての複
合効果を発揮することが阻害される危険性がある。従っ
てＮの上限値を０．０１２矛とした。

次に、ＢはＮｂと共に本発明を構成する化学成分の中の
重要元素の１つであり、隅との共存で変態域温度を低下
させて、焼入性を向上せしめる効果がある。この場合、
下限値を０．０００５％と決めたのは、これより少い含
有量では、上記焼入性向上効果が期待出来なくなるから
であり、又、上限値を０１００１５％と決めたのは、こ
れを超える量では１３−　（：：□Ｈｔｉｔｕｅｎｔ等
の析出により、反って母材や溶接継手の靭性な阻害する
からである。

ＣａやＲＥＭは、製鋼時に添加して鋼の脱酸を助長し、
介゛在物の減少、形態制御を行って低温靭性を向上させ
るのに有用である。この場合のＦｖｌｎやＳなどの関連
効果は、前述のように本発明に規定する適正量の場合に
鋳鋼の靭性向上効果として現われる。このための限界量
は、　Ｃａは少くとも０．００２％、ＲＥＭは合計量で
０．００１％以上必要である。しかしこれらが鋼中に多
量に存在すると有害なジ１金属介在物を生成し、逆に低
温靭性を阻害するため、上限値についてＣａは０．０１
％と決めた。

Ａｌは鋼の脱酸効果及びＡΔとしてＮを固定し、本発明
のＮｂ−Ｂの焼入性に対する複合効果を発揮せしめるの
に添加する。必要値は少くとも０．０１％でこれを下限
値として規定したが、０．１２％を上限値として規定し
たのは、これを超えるとＮ量に対してＡｌ過剰となり、
地鉄の靭性を下げたり、Ａ４０ｓなどの非金属介在物の
量を増加して鋼を汚すことがあるからである。

Ｔｉは、Ａｌと同様Ｎ　ｋ　ＴｉＮとして固定し、Ｂを
ＢＮとして無効化するのを防止する効果があり、このた
めには０．０１％以上が必要である。又Ｔｉが０．０６
％を超えると炭化物による析出硬化を生じ、低温靭性を
阻害するため０．０６％を上限とした。

以上が基本的な元素であるが、さらに本発明では前記以
外の元素として、１％以下のＣｕ、５％以下のＮｉ、１
％以下のＣｒ、１％以下のＭ０．０．０８−以下のＶを
必要に応じ１種又は２種以上含有しても、同様の特性の
鋼を得ろことが出来る。即ちＣｕは鋼の焼入性を高め、
又は固溶硬化による強度上昇に有用であるが、添加量が
多過ぎると粒界脆化を起して、銅表面のひび割れを発生
せしめることがあるため、上限を１％と制限した。

Ｎｉは鋼の低温靭性に極めて有用であるが、５％を超え
ると水素による低温遅れ割れに敏感となり、又靭性に対
する効果の割りには、社済的でないので上限値を５％と
した。

ＣｒはＮｂ、Ｂと関連して焼入性の向上に有用で、特に
本発明の目的の＠鋼を製造する場合、特に肉厚の厚いも
のが対象の場合は、少（とも０．１％以上のＣｒを入れ
ることが好ましい。しかしながら、添加量が多いと溶接
性や焼戻脆化の劣化を来すため、上限を１％とした。

Ｍｏは、焼戻しの際の脆化を防止する効果や、強度の向
上に有用で、特に降伏点５　Ｑ　Ｋｇ／＋ｒｒｍ２以上
の鋳鋼の場合には、少くとも０．１％のＭＯを添加する
ことが好ましい。しかし１．０％を超えると、炭化物の
生成による脆化や溶接性への弊害を生じるので、上限を
１．０％とした。

■は炭・窒化物として、焼戻し時に析出することにより
、強度の向上に効果があり、特に降伏点５　Ｑ　ＩＩ、
ｑｆ　／１ａｎ５以上の鋳鋼の場合に添加すると効果が
ある。しかし、あまり多量に添加すると、■の炭・窒化
物の量が増加し、靭性を著るしく低下せしめる。このた
め上限を０．０８％とした。

これらの元素は、本発明の基本元素であるＣ１Ｓｉ　、
　Ｍｎ　、　Ｎｂ　、　Ｎ、ＢとＣａ又はＲＥＭの１種
以上の諸元素がもたらす、効果を生かしたまま、更に強
度、靭性の向上効果をもたらすので、目的とする鋳鋼の
強度、靭性、溶接性等の諸性質を勘案して、肉厚の大小
や形状、焼入れ方法等により、規定した範囲内で、種類
、量を選択することが好ましい。

尚、これ迄記述した以外の元素については、特に限定し
ないが、不純物元素、特にＰについては、本発明の対象
となる鋳鋼の場合、樹枝状組織間に偏析し、著るしく靭
性を損うことになり、又０については、非金属介在物の
量を高め、破壊靭性特にＫＩＣ値を低下せしめることに
なり、又Ｈについては特に降伏点が高い鋳鋼の場合、凝
固後に低温割れを生じる危険性を惹起せしめることにな
り、共に可及的に低減する必要のあることは言う迄もな
く、例えばＰは０．０１５％以下、０は０．００５０％
以下、Ｈは０．０００３％以下にすることが好ましい。

従って、ＬＦ法、ＶＣＤ法や真空脱ガスなどの特殊精錬
法を採用することも好ましいことである。

これらの成分を持つ鋳鋼は、鋳造後、砂落し、鋳ばり処
理等の精整作業を行った後、一旦９００℃〜１０５０℃
の温度に加熱を行い、後冷却するが、本熱処理の目的と
温度の限定理由について記述する。

本発明では焼入時に充分焼入効果を持たせるべ（歯とＢ
を複合添加して、その相乗効果により焼入性の向上を行
うが、鋳鋼の場合、砂型若しくは金型中に鋳造後、長時
間徐冷を行うが、この場合鋼中のＢの多くは、高温時に
Ｎと結びついてＢＮとなり、過剰のＮはＡｌと結びつい
てＡｌＮとなる。

これをこのまま焼入温度に再加熱して焼入れだ場合、Ｂ
はＮｂとの複合効果を充分に発揮出来ず、本発明の主旨
を充分に生かし切れない。一方、これを焼入加熱の前工
程として、一旦９００℃〜１０５０℃に加熱を行うと、
ＢＮの多くは加熱中にＢとＮに分解し、又Ａ／＝Ｈの相
当分もＡＬとＮに分解する。この場合Ａ４′ＶＪの含有
量がＮ量に対して充分である場合、ＢＮが分解して生成
したＮをＡｌが同定し、Ｂか有効に働（ようになり、次
の加熱滉入又は規準の際に、Ｂは歯との相乗効果を充分
に発揮するようになる。

下限温度を９００℃と決めたのは、ＢＮが充分に分解を
行う下限温度であるからであり、又上限温度を１０５０
℃としたのは、オーステナイトの成長を抑制するためと
、ＡｌＨの必要量以上の分解を防止するためである。こ
の場合の冷却は、生成したＡｌＮが微細に分散し、凝集
成長を防止する意味で速い方が望ましく、空冷或いは衝
風冷却が好ましく、徐冷又は降温途中における保温は避
けることが好ましい。

続いて再加熱により１０００℃〜１１００℃の温度に昇
温し、焼入又は規準を行うが、この除の加熱温度は運の
炭・窒化物を分散せしめ、ＮｂをＢとの複合により、焼
入性を充分発揮せしめるため、１０００℃以上の加熱が
必要である。一方、上限温度はあまり高いと、オーステ
ナイト粒の成長により、靭性を反って阻害せしめるため
１１００℃とした。

一方熱処理の回数や、焼戻し処理の粂件については特定
しないが、焼入又は規準、焼戻しの回数は多い程組祇は
細粒化し、焼入性も向上することもあるが、経済的面も
考慮して、１〜３回の処理が好ましい。

又焼入れ方法は、水冷、油冷、衝〕虱冷却、気水冷却等
鋳鋼の形状、肉厚、目的とする特性、化学成分等に応じ
て選択すればよく、時に規定しない。

焼戻後′の冷却も空冷や強制冷却等特に規定しないが、
冷却後Ｑ残留応力の発生、焼戻脆化などを考慮して決定
するのが好ましい。

（実施例） 表１に示す化学成分を有する鋳鋼を溶製し、同表欄外に
示す方法で鋳造した。

鋳造は、型抜き砂落しを行った後、脱水素、拡散及びＢ
の有効化の目的で１０００℃に加熱後空冷した。その彼
我２に示す熱処理条件で、焼入れ、焼戻しを行った。

熱処理後、鋳鋼の肉厚の中心部より、ＪＩＳＡ号引張試
験片とＪＩＳ４号２１１１１１Ｖノツチシャルピー衝撃
試験片を切り出し試験に供した。試験結果は表２に併記
して示した。

これらによると、本発明によるＡ１〜Ａ　１０　＆）＠
鋼は、いずれも各肉厚毎の成分が本発明に規定する化学
成分範囲に入っているもので、その機械「ジ性質も強度
靭性共良好である。しかしながら、ノに１１〜１４は、
化学成分が本発明の規定値から外れており、又Ａ　１５
及び屋１６は、化学成分は規定値に入るものの焼入加熱
温度が規定から外れているもの、及び予備熱処理を行っ
ていないため、いずれも本発明の目的とする低温靭性の
良好な鋳鋼は得られてなく、不発明の効果による差が顕
著に示されている。

（発明の効果） 以上の実施例からみても明らかな如（、本発明によれば
、従来法により得られた鋼に比して、強度があり、かつ
低温靭性の良好な鋳鋼を製造することが可能となるもの
であり、産業上の効果は顕著なものがある。

代理人　弁理士　茶野木　立　夫 手続補正書 昭和６１年３月７日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　重量％でＣ０．０２〜０．１８％、Ｓｉ０．３５％
   以下、Ｍｎ０．５〜２．５％、Ｓ０．００１〜０．０１
   ％、Ｎｂ０．０１〜０．０５％、Ｎ０．０１２％以下、
   Ｂ０．０００５〜０．００１５％を含有し、Ｃａ０．０
   ０２〜０．０１％、Ｌａ、Ｃｅ等のＲＥＭの合計０．０
   ０１％以上のいずれか又は両方と、更にＡｌ０．０１〜
   ０．１２％若しくはＴｉ０．０１〜０．０６％のいずれ
   か一方又は両方を含有し、残部がＦｅと不可避的不純物
   から成る鋳鋼を鋳造後、加熱温度が９００〜１０５０℃
   になるように加熱後一旦冷却し、更に加熱温度が１００
   ０〜１１００℃で焼入れ又は焼準し、後焼戻すことを特
   徴とする低温靭性のすぐれた鋳鋼の製造法。 ２　重量％でＣ０．０２〜０．１８％、Ｓｉ０．３５％
   以下、Ｍｎ０．５〜２．５％、Ｓ０．００１〜０．０１
   ％、Ｎｂ０．０１〜０．０５％、Ｎ０．０１２％以下、
   Ｂ０．０００５〜０．００１５％を含有し、Ｃａ０．０
   ０２〜０．０１％、Ｌａ、Ｃｅ等のＲＥＭの合計０．０
   ０１％以上のいずれか又は両方と、更にＡｌ０．０１〜
   ０．１２％、Ｔｉ０．０１〜０．０６％のいずれか一方
   又は両方を含有し、更にＣｕ１％以下、Ｎｉ５％以下、
   Ｃｒ１％以下、Ｍｏ１％以下、Ｖ０．０８％以下の１種
   又は２種以上を含有し、残部がＦｅと不可避的不純物か
   らなる鋳鋼を鋳造後、加熱温度が９００〜１０５０℃に
   なるように加熱後一旦冷却し、更に加熱温度が１０００
   〜１１００℃で焼入れ、又は焼準し、後焼戻すことを特
   徴とする低温靭性のすぐれた鋳鋼の製造法。