JPS62202052A

JPS62202052A - 高強度高破壊靭性チエ−ン用鋼材

Info

Publication number: JPS62202052A
Application number: JP4287586A
Authority: JP
Inventors: Masaki Sakamoto; 坂本　雅紀; Fukukazu Nakazato; 中里　福和; Noboru Yamada; 昇山田; Kazuhiko Nishida; 和彦西田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1986-02-28
Filing date: 1986-02-28
Publication date: 1987-09-05

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）この発明は、フラッシュバット溶接部の破壊靭性にすぐ
れるチェーン用の鋼材に関する。

近年、エネルギー事情の変化にともなって、新たなエネ
ルギー資源を開発しようとの動きが世界の各地で活発化
してきている。このような状況下にあって、陸上での開
発資源が涸渇するにつれ海底油田にまで注目が集まるよ
うになって、石油掘削のリグを用いた開発が、大陸だな
付近を中心として南方から北海に至るまでの広範囲な地
域で行われるようになってきた。

そして、上記のような海底石油掘削用リグに代表される
海上構造物の増加にともない、これを係留するのに用い
る大径チェーンの需要も増大の一途をたどってきており
、更に最近になって、条件の劣悪な極寒冷地での石油掘
削頻度が益々高くなってきている。

一方、チェーンの破断は、リグの倒壊等の重大事故に直
結するため、安全性確保が重要課題であり、この観点か
ら、チェーンの高破ｉｆＪ靭性化が指向されてきており
、特に、極寒冷地での使用に耐え得る低温での破壊靭性
にすぐれるチェーンが嘱望されている。

ところで、大径チェーンは、熱間圧延棒鋼を所定長さに
切断して、円環状に成形後、端面をフラッシュバット溶
接し、その後、スタンドを圧入して製鎖される。さらに
、その後、熱処理を施すことによって製造される。

（発明が解決しようとする問題点）したがって、チェーンにおいては、フラッシュバット溶
接部が破壊靭性の最も劣る部位となっており、この溶接
部の破壊靭性向上が、高靭性チェーンを製造するうえで
のポイントである。

よって、この発明の目的とするところは、フランシュハ
ツト溶接部の低温での破壊靭性にすぐれるチェーン用鋼
材を提供することである。

具体的には、この発明の目的とするところは、引張強度
９０　ｋｇｆ／＋ｎｍｚ以上テ、かつ、−２０’Ｃでノ
フラノシュハット溶接部の破壊靭性ＣＯＤが０．１２ｍ
ｍ以上である高強度、高破壊靭性チェーン用鋼材を提供
することである。

（問題点を解決するための手段）ここに、本発明者等は、高強度で、かつ、フラッシュバ
ット部の低温での破壊靭性にすぐれるチェーン用鋼材を
実現するために、種々研究を続けたところ、下記のごと
くの知見を得た。

ｆａｌ高強度、高靭性を得るための手段としてはチェー
ンに成形した状態での熱処理は焼入れ焼戻し処理が最適
である。

ｔｂ＋化学組成より計算される理想臨界直径ＤＩを２０
０１！１１１以上にすることにより、焼入処理後のフラ
ッシュバット溶接部のミクロＭｉ織がマルテンサイトと
なり、溶接部の破壊靭性が顕著に改善される。

ｔｅｌ　Ｃ含有量を高めることは、焼割れ悪受性の増大
や溶接部の靭性を劣化させる原因となるので、Ｃ含有量
は０．３５％以下にとどめる必要がある。

（ｄ）鋼材に充分な焼入性を具備させるために、Ｍｎ、
Ｃｒｓ　Ｍｏの添加が必須であり、−特に門。添加は、
溶接部の靭性改善に非常に有効である。

（ｄｌ　ａ材へのＶ、ＮｂおよびＴｊの添加により、鋼
材の結晶粒が微細化され、靭性が一層改善される。

この発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、
その要旨とするところは、重量％で、ｃ　：　０．３５
％以下、　　Ｓｉ　：　０．０５〜０．５０％、Ｍｎ　
：　０．５０〜２．５０％、　Ｐ　：　０．０４０％以
下、Ｓ：０．０４０％以下、　Ｃｒ　：　５．００％以
下、Ｍｏ　：　０．３０〜０．７０％、ｓｏｌ．Ａｌ　
：　０．０１０〜０．０６０％、Ｎ：　０．００３〜０
．０２０％、さらに所望により、ＶＳＮｂ、および丁１の１種以上を
合計量で０．２０％以下、残部Ｆｅおよび不可避不純物よりなる組成を有し、かつ下記式を用いて計算される理
想臨界直径（［１１）が２００ｇ１ｍ以上である条件を
満たす成分組成にその鋼組成を構成した、高強度で、か
つ、フラッシュバット溶接部の破壊靭性にすぐれるチェ
ーン用鋼材、特にスタッド付チェーン用鋼材である。

ただし、ＤＩ＝ＤＩｅＸｆ３（×ｆ、ＩａＸｆＣｒＸｂ０Ｘ２５
，４ＤＩＣ＝０．５５６Ｘ　（Ｃ％）　”＋０．５８９
ＸＣｍ＋０．０４５ｆＳｉ＝１．００＋０．７０ＸＳ＋
ＱＱｆｓ−＝１．００＋３．３３ＸＭｒ＋Ｆ’Ｊ　・・
・Ｍｎ＝０〜１．２％ｆＨｎ＝５゜００＋５．１０Ｘ　
Ｃ門ｒ＋ｃ）Ｊ＝１．２０）　・・Ｍｎ＝１．２％超、
ｆＣｒ＝１．００＋２．１６×Ｃｒ（’１６ｆｓｏ−１
．００”３．００ＸＭｏｆｉなお、チェーンは、通常、
海水中にて使用されるために腐食が問題となる場合もあ
るが、このようなときには鋼材中にＣｕを添加するのが
効果的でである。

（作用）次に、この発明のチェーン用鋼材において、各成分元素
の含有割合を前記のように限定した理由を説明する。

Ｃ（炭素）：Ｃ成分には、鋼Ｈの焼入性を確保して強度および靭性を
保持せしめる作用があるが、０．３５％を越えて含有さ
せると靭性が劣化する上、溶接部に割れを発生させる確
率が高くなることからその含Ｉｒ量を００３５％以下と
定めた。好ましくは、０．１５〜０．３０％である。

Ｓｉ　（ケイ素）：Ｓｉ成分は、鋼材の強度を確保する作用とともに脱酸剤
としての作用をも有するものであるが、その含有量が０
，０５％未満では脱酸作用に所望の効果が得られず、鋼
材中の非金属介在物増加を来して靭性劣化を招くことと
なる。一方、０．５０％を越えて含有させてもやはり靭
性劣化を引き起こすこととなるので、Ｓ＋含有量を０．
０５〜０．５０％と定めた。好ましくは、０．１５〜０
．４０％である。

Ｍｎ　＜マンガン）：Ｍｎは所望の焼入れ性確保に必須の成分であるが、その
含有量が０．５０％未満では十分に満足し得る焼入れ性
を確保できず、一方、２．５０％を越えて含有させると
鋼材の靭性および溶接性を劣化させることとなるので、
Ｍｎ含有量を０．５０〜２゜５０％と定めた。

Ｐ（燐）：Ｐは鋼材製造上避けることのできない不純物であるが、
含有量が０．０４０％を越えると靭性を許容限以上に劣
化させることになるので、Ｐの含有量は０．０４０％以
下と定めた。

なお、Ｐ含有量を０．０２０％以下にまで低下させると
、高強度での衝撃破面遷移温度が低下して低温靭性が増
大することから、必要に応じてＰ含有割合を０．０２０
％以下とすることも効果的である。

Ｓ（硫黄）：Ｓは、Ｐと同様に鋼材製造上避けることのできない不純
物であるが、含有量が０．０４０％を越えると靭性を許
容限以上に劣化させることになるので、Ｓの含有量は０
．０４０％以下と定めた。

なお、溶銑脱硫法等の特殊処理によってＳ含有量を０．
０１０％以下に低下させると、高強度での低温靭性が増
大することから、必要に応じてＳ含有量ｖ１合を０．０
１０％以下とすることも効果的である。

Ｃｒ　（クロム）：Ｃｒ成分には、鋼材の靭性をある程度改善するとともに
、焼入れ性を増大させる作用があるが、５．００％を越
えて含有させると、溶接性の劣化を来すようになること
から、その含有量を５．００％以下と定めた。好ましく
は、０．５０〜３．５％である。

Ｍｏ　（モリブデン）： “　　ｈＯＣ成分、鋼材の靭性改善および焼入性の確保
に極めて有効な元素であるが、その含有量が０．３０％
未満では前記効果を期待することができず、一方、０．
７０％を越えて含有させると焼入性が過大になるだけで
、コストの上昇を招くという不都合な結果がもたらされ
るので、その含有量を０．３０〜０．７０％と定めた。

ｓｏｌ、八Ｑ　（酸可溶性アルミニウム）：ｓｏｌ．Ａ
ｌ酸成分は、脱酸作用と併せて鋼材の結晶粒度を調整し
細粒化する作用があるが、その含有量が０．０１０％未
満では十分な細粒化効果を得ることができないので靭性
劣化の原因となり、一方、０．０６０％を越えて含有さ
せると鋼材中のアルミナ系非金属介在物が増加してやは
り靭性劣化を引き起こすことから、この発明ではｓｏｌ
。

Ｍ含有量をＱ、ＯＬ０〜Ｏ，０６０％と定めた。

Ｎ（窒素）：Ｎ成分には．Ａｌを結合して結晶粒度調整に存効なＡＱ
Ｎを析出させる作用があるが、その含有量が０．００３
％未満では前記作用が十分になされず、細粒化効果を期
待できない、一方、０．０２０％を越えて含有させると
固溶Ｎが増大して鋼材の靭性劣化を来すようになること
から、Ｎ含有量を０．００３〜０．０２０％と定めた。

Ｖ、　Ｎｂ、　Ｔｉ　（バナジウム、ニオブ、チタン）
：これらの成分はいずれも、鋼中で炭化物、炭窒化物あ
るいは窒化物を析出して鋼材の結晶粒を微細化し、靭性
を改善する作用を存しているので、必要により１種以上
の添加がなされるものであるが、これらの含有量が合計
で０．２０％を越えても前記作用にそれ以上の効果が得
られないばかりか、鋼材コストを」＝昇することとなる
ので、これらの元素の含有量を合計で０．２０％以下と
定めた。なお、これらの成分も極＜微量の含有量で靭性
改善効果を発揮するものであるが、その効果をより顕著
とするためには合計量で０゜０３％以上の含有量とする
のが好ましい。

理想臨界直径ＤＩ＝ＤＩは鋼材の焼入性を表わす指標である。

前述のように、チェーンリンクはフラッシュハツト溶接
により製鎖されるが、通常、この溶接部、厳密には溶接
線では、Ｃ，、Ｍｎ等の合金元素の量が、母材部におけ
る量より減少している。つまり、溶接線では母材部に比
べ、焼入性が低下している。

したがって、焼入れ処理後のミクロ組織は、母材部では
マルテンサイト組織（完全焼入組織）であっても、溶接
線では、ベイナイト組織（不完全焼入組織）となってお
り、さらに、溶接線の硬度は、母材部に対して顕著に低
下している。

このミクロ組織の不均一と硬度の低下が、溶接部の破壊
靭性の劣化の主因である。

ところが、ＩＩＩ値を上昇させること、つまり、鋼材の
焼入性を増大させることにより、フラッシュハツト溶接
により、溶接線における合金元素の量が低下しても、焼
入性が確保され、焼入処理後のミクロ組織がマルテンサ
イトとなり、さらに、硬度分布も均一となって、溶接部
の破壊靭性が顕著に改善される。

なお、上記効果を確保するには、ＤＩが２００ｍ１１以
上必要である。

ところで、ＤＩは２００１以上あれば溶接部破壊靭性改
善の観点からは、上限を定める必要はないが、過大にす
ると、鋼材コストを上昇することとなるので、実用上は
６５０＋＊ａ＋以下とすることが好ましい。

次いで、この発明を実施例により比較例と対比しながら
具体的に説明する。

大立回まず、３　トン電気炉を用いて、第１表に示される如き
成分組成の鋼を溶製した後、熱間圧延にて直径が８５ａ
ｍの丸棒鋼を得た。次に、これを切断後、熱間曲げ加工
によってチェーンに成形し、フランシュバット溶接を施
して整理した。そして、溶接部のバリをりを行ってから
スクソドを装入し、次いで９３０℃に加熱して３０分保
持後水冷するという焼入れを行った後、引張強度がほぼ
９５　ｋｇｆ７ｍｅａ”となるように第２表に示す温度
で焼戻し処理を施し、スタッド付きチェーンを製造した
。

このようにして製造された各チェーンから次に示す試験
片、引張試験片：直径（Ｄ）が１４＋ｍｍで、標点距離が５
Ｄのものを母材部からＣＯＤ試験片：　Ｂ５５７６２に準拠した２５”　Ｘ５
０”のものをフラッシュバット溶接部からそれぞれ採取して、試験に供した。

ＣＯＤ試験は、いずれの鋼ともに、−２０℃にて実施し
た。

得られた結果を第２表および第１図に示した。

図中の記号は第１表に示す鋼種に対応する。

第２表、第１図に示される結果からも明らかなように、
ＤＩ値の低いｍＡ−Ｄでは、フラッシュバット溶接部の
Ｃ００値が０．０４〜Ｏ，Ｏｈ＋ｎと低いのに対し、１
値が２００ｍｍ以上のこの発明にがかる鋼Ｅ〜Ｐでは、
Ｃ００値が０．１３〜０．２０ｍｍと顕著に改善されて
おり、その効果が確認された。

更に、Ｖ、　Ｎｂ、　Ｔｔを添加したこの発明にかかる
鋼Ｈ−Ｋ及びＮは、Ｃ００値が更に０．０３ｍｍ程度改
善されており、その効果も確認された。

なお、第２図（ａ）および（ｂ）、および第３図には、
それぞれＢｓとＬｗ４のフラッシュバット溶接線のミク
ロｍ織および硬度（いずれも、焼入、焼戻処理後のもの
）を示すが、Ｄ１直の増加にともなって、溶接線ミクロ
組織のマルテンサイト化および硬度分布の均一化が図ら
れており、上記破壊靭性の顕著な改善の裏付けが得られ
た。

第２表（発明の効果）上述のように、本発明によれば、高強度と低温下におい
ても発揮されるすくれたフラ、シュハツト溶接部の破壊
靭性とを兼ね備えた極めて安全性の高い大径チェーンの
製造が可能となり、苛酷な条件下での資源開発等に極め
て有用な役割を果たすことが期待できるなど、工業上有
用な効果がもたらされるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ＤＩ値のフランジエバノド部のＣ００値に及
ぼす影響を示すグラフ、第２図（ａ）および（ｂ）は、それぞれＢ鋼およびＬ鋼
の焼入れ、焼戻状態でのミクロ組織を示す顕微鏡組織写
真（Ｘ５００）、および第３図は、Ｂ綱およびＬ鋼の溶接部と溶接線との硬度比
較を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量％で、Ｃ：０．３５％以下、Ｓｉ：０．０５〜０．５０％、Ｍ
ｎ：０．５０〜２．５０％、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ
：０．０４０％以下、Ｃｒ：５．００％以下、Ｍｏ：０
．３０〜０．７０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１０〜０．
０６０％、Ｎ：０．００３〜０．０２０％、残部Ｆｅおよび不可避不純物よりなる組成で、かつ下記式を用いて計算される理想臨
界直径（ＤＩ）が２００ｍｍ以上であることを特徴とす
る、高強度高破壊靭性チェーン用鋼材。ただし、ＤＩ＝ＤＩ＿Ｃ×ｆ＿Ｓ＿ｉ×ｆ＿Ｍ＿ｎ×ｆ＿Ｃ＿ｒ
×ｆ＿Ｍ＿ｏ×２５．４ＤＩ＿Ｃ＝０．５５６×〔Ｃ（
％）〕＾２＋０．５８９×Ｃ（％）＋０．０４５ｆ＿Ｓ
＿ｉ＝１．００＋０．７０×Ｓｉ（％）ｆ＿Ｍ＿ｎ＝１
．００＋３．３３×Ｍｎ（％）・・・Ｍｎ＝０〜１．２
％ｆ＿Ｍ＿ｎ＝５．００＋５．１０×〔Ｍｎ（％）−１
．２０〕・・Ｍｎ＝１．２％超、ｆ＿Ｃ＿ｒ＝１．００
＋２．１６×Ｃｒ（％）ｆ＿Ｍ＿ｏ＝１．００＋３．０
０×Ｍｏ（％）（２）重量％で、Ｃ：０．３５％以下、Ｓｉ：０．０５〜０．５０％、Ｍ
ｎ：０．５０〜２．５０％、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ
：０．０４０％以下、Ｃｒ：５．００％以下、Ｍｏ：０
．３０〜０．７０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１０〜０．
０６０％、Ｎ：０．００３〜０．０２０％、さらにＶ、Ｎｂ、およびＴｉの１種以上を合計量で０．
２０％以下、残部Ｆｅおよび不可避不純物よりなる組成で、かつ下記式を用いて計算される理想臨
界直径（ＤＩ）が２００ｍｍ以上であることを特徴とす
る、高強度高破壊靭性チェーン用鋼材。ただし、ＤＩ＝ＤＩ＿Ｃ×ｆ＿Ｓ＿ｉ×ｆ＿Ｍ＿ｕ×ｆ＿Ｃ＿ｒ
×ｆ＿Ｍ＿ｅ×２５．４ＤＩ＿Ｃ＝０．５５６×〔Ｃ（
％）〕＾２＋０．５８９×Ｃ（％）＋０．０４５ｆ＿Ｓ
＿ｉ＝１．００＋０．７０×Ｓｉ（％）ｆ＿Ｍ＿ｎ＝１
．００＋３．３３×Ｍｎ（％）・・・Ｍｎ＝０〜１．２
％ｆ＿Ｍ＿ｎ＝５．００＋５．１０×〔Ｍｎ（％）−１
．２０〕・・Ｍｎ＝１．２％超、ｆ＿Ｃ＿ｒ＝１．００
＋２．１６×Ｃｒ（％）ｆ＿Ｍ＿ｏ＝１．００＋３．０
０×Ｍｏ（％）