JPS62238326A - 脆性亀裂伝播停止特性に優れた非調質低温用鋼の製造方法 - 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１ 本発明は脆性亀裂伝播停止特性に優れた非調質低温用鋼
の製造方法１こ関し、さらに詳しくは、鋼構造物の安全
性を確保するために、優れた５に性亀裂伝播停止特性が
要求される、例えば、ＬＰＧタンク等に使用する非調質
低温用鋼の製造方法に関する。

［従来技術１ 従来において、５０　ｋ８ｆ　／　ｍｎ＋”級低温用鋼
は、その靭性のレベルに応じて焼ならしまたは焼入れ焼
戻し等の熱処理を行なって製造されてきているが、石油
価格の高騰を契機に熱処理に伴なう製造コストアップが
問題となってきた。

最近の鋼板製造技術の進歩に伴ない、制御圧延或いは制
御冷却による強度、靭性の向上を利用して圧延ままで低
温靭性の優れた低温用鋼が工業化され、上記の問題は解
決されるようになった。

特に、制御圧延後直ちに行なう制御冷却は、炭素当量お
よび合金元素量を高めることなく強度、靭性の大幅な向
上が可能であＩ）、この制御冷却技術は将来の低温用鋼
の主要な製造技術になると４乏られる。

しかし、制御冷却を行なった場合に、冷却時の熱応ツバ
こ起因して鋼板内に残留応力が発生する。

一般に、この残留応力は鋼板の表面側で圧縮応力を、鋼
板の中心近傍で引張応力を１腰さらに、冷却むらが存在
するような場合には、鋼板の幅方向に圧縮または引張残
留応力が交互に発生する。

従って、制御冷却された鋼板は、板厚方向の残留応力と
板幅方向の残留応力が重畳して複雑な残留応力分布を示
す。

そして、これらの残留応力が鋼板内に存在すると、特に
、母材の降伏点に近いような大きな引張残留応力が存在
すると、脆性亀裂の進展がこの引張残留応力によって促
進されるため、鋼板の脆性亀裂伝播停止特性値が低下す
るという問題があった。

この脆性亀裂伝播停止特性の低下を防止するために、鋼
板の残留応力を減少させることを狙って制御冷却後に、
応力除去焼鈍或いは焼戻し処理等が行なわれているが、
製造コストアップの要因と　、なり、これらの熱処理を
省略することが大きな技術的課題となりでいる。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、上記に説明した従来技術の問題、４に鑑み、
本発明者が鋭意研究を行なった結果、制御冷却後に特殊
な軽圧下圧延を行ない制御冷却により発生した残留応力
を緩和することによって、制御冷却後に熱処理を必要と
せずに、圧延ままで脆性亀裂伝播停止特性に優れた非調
質低温用鋼の製造方法を開発したのである。

［問題点を解決するための手段１ 本発明に係る脆性亀裂伝播停止特性に優れた非調質低温
用鋼の製造方法は、 （１）　Ｃ０．０２〜０．ｌｋｔ％、Ｓ　ｉ　０．０３
〜０．６０ｗｔ％、Ｍｎ　０．７〜２，０ｗｔ％、Ａｌ
　０．００５〜０．０８ｗｔ％、Ｔ　ｉ　０．００５〜
０．０３ｔｕＬ％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純
物からなる鋼片を、９００〜１１５０℃に加熱した後、
未再結晶温度域において累積圧下率５（）％以上の圧下
を行ない、Ａｒｚ〜ｌ＼ｒ３＋　４０　℃の温度範囲に
おいて圧延を終了し、その後直ちに２〜２０ ℃／ｓｅｃの冷却速度で６００℃以下の温度まで冷却し
、冷却を停止した後６００℃未満〜２００℃以上の温度
域において１回の圧下率を０．５〜２％で累積圧下率１
〜５％の圧下を行なうことを特徴とする脆性亀裂伝播停
止特性に優れた非調質低温用鋼の製造方法を第１の発明
とし、 （２）　Ｃ０．０２〜０．１０ｔｗｔ％、Ｓ　ｉ　０．
０３〜０．６０ｗｔ％、Ｍｎ　０．７〜２，０ｗｔ％、
Ａ１０．００５〜０．０８ｗｔ％、Ｔ　ｉ　０．００５
〜０．０３ｗＬ％ を含有し、さらに、 Ｎｂ　０．０５ｗＬ％以下、Ｖ　０．１ｗｔ％Ｕ下、Ｃ
ｕ　０．５ｗｔ％以下、Ｎｉ　１．０ｗｔ％以下、Ｃｒ
　０．５ｗｔ％以下、Ｍｏ　０．５ｗｔ％以下、Ｂ　０
．００３ｔＩＩＬ％以下、Ｃａ　０．０００５〜０．０
０５ｗｔ％、ＲＥＭ　０．０００５〜０．０１ｗｔ％の
うちから選んだ１種または２種以上 を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼片を
、９００〜１１５０℃に加熱した後、未再結晶温度域に
おいて累積圧下率５０％以」二の圧下を行ない、Ａｒ、
〜Ａｒ３＋　４０　℃の温度範囲において圧延を終了し
、その後直ちに２〜２０℃／ｓｅｅの冷却速度で６００
　℃以下の温度主で冷却し、冷却を停止した後６００℃
未満〜２００　”Ｃ以上の温度域において１回の圧下率
を０．５〜２％で累積圧下率１〜５％の圧下を行なうこ
とを特徴とする脆性亀裂伝播停止特性に優れた非調質低
温用鋼の製造方法を第２の発明とする２つの発明よりな
るものである。

本発明に係る脆性亀裂伝播停止特性に優れた非調質低温
用鋼の製造方法について以下詳細に説明する。

先ず、本発明に係る脆性亀裂伝播停止特性に優れた非調
質低温用鋼の製造方法（以下単に本発明に係る製造方法
ということがある。）において使用する鋼の含有成分お
よび成分割合について説明する。

Ｃは含有量が０．０２ｕ＋１％未満では鋼板の強度が低
下し、溶接熱影響部の軟化が大８くな９、また、０．１
０ｕｉｔ％を越えて含有されると母材の靭性が劣化する
。よって、Ｃ含有量は帆０２〜０．１０ｕｉｊ％とする
。

Ｓｉは鋼の脱酸上含有量は少なくとも０９０３Ｉｌｌｔ
％は必要であり、また、００６ｂｔ％を越えて含有され
ると鋼板の靭性および溶接熱影響部の靭性が低下する。

よって、Ｓｉ含有量は０．０３〜０゜６０社％とする。

Ｍｎは含有量が０．７ｗｔ％未満では鋼板の強度および
靭性が低下し、また、２．０ｗｔ％を越えて含有される
と溶接熱影響部の靭性が劣化する。よって、Ｍｎ含有量
は０．７〜２．Ｏ＋ｕｔ％とする。

Ａ１は鋼の脱酸上含有量は少なくとも０．００５ｗｔ％
は必要であり、また、０゜０８ｗｔ％を越えて含有され
ると溶接金属および溶接熱影響部の靭性が劣化する。よ
って、Ａｌ含有量は０゜００５〜０．０８ｗｔ％とする
。

Ｔｉは鋼板の低温靭性および溶接熱影響部の靭性を改善
するのに有効な元素であり、含有量が０．００５ｗｔ％
未満ではこの効果が小さく、また、０．０３＋ｕｔ％を
越えて含有されると溶接熱影響部の靭性が低下する。よ
って、Ｔｉ含有量は０．００５〜０．０３１．ｌＩＬ％
とする。

これら必須成分以外に、高強度化或いは靭性を向上させ
るために、Ｎｂ、■、Ｃｕ、　Ｎｉ、　Ｃｒ、Ｍｏ、Ｂ
、Ｃａ、ＲＥＭのうちから選んだ１種または２種以上を
含有させることができる。

Ｎｂは鋼板の強度および靭性を向上させる元素であり、
含有量が０．０５ｗｔ％を越えて含有させると溶接熱影
響部の靭性が劣化する。よって、Ｎｂ含有量は帆０５ｗ
ｔ％以下とする。

＼パは鋼板の強度および靭性な向上させる元素であり、
含有量が０．１ｗｔ％を越えて含有させると溶接熱影響
部の靭性が劣化する。よって、■含有量は０．１社％以
下とする。

Ｃｕは鋼板の強度および耐蝕性を向上させる元素であり
、含有量が０．５ｗｔ％を越えて含有させると熱間圧延
中にクラックが発生し易くなる。よって、Ｃｕ含有量は
０．５ｗＬ％以下とする。

Ｎｉは溶接熱影響部の靭性に悪影響を与えることなく、
鋼板の強度および靭性を向上させる元素であるが、高価
であＩ）製造コストアップを抑える意味で、目的を達成
するのに必要な含有量として１．０社％以下とするのが
よい。よって、Ｎｉ含有量は１．０ｗｔ％以下とする。

Ｃｒｔｊ：鋼板の強度および耐蝕性を向上させる元素で
あり、含有量が０．５ｗｔ％を越えて含有させると溶接
熱影響部の靭性が劣化する。よって、Ｃｒ含有１は０．
５ｗＬ％以下とする。

Ｍｏは鋼板の強度および靭性を向上させる元素であるが
、高価な元素のため製造コストアップを抑乏る意味で、
かつ、目的を達成するのに必要な含有量として０．５ｗ
ｔ％以下とするのがよい。よって、Ｍｏ含有量は０．５
ｗｔ％以下とする。

Ｂは鋼板の強度上昇のために含有させる元素であり、含
有量が０．００３ｗｔ％を越えて含有させると溶接熱影
響部の靭性が劣化する。よって、Ｂ含有量は０．００３
ｗｔ％以下とする。

Ｃａはｋｉｎｓの形態制御を行ない、鋼板のＣ方向の靭
性向上のために含有させる元素であり、含有量が０．０
Ｏ０５＋ｕｔ％未堝では効果が少なく、また、０、Ｏ０
５＋１１％を越えて含有させると鋼中の非金属介在物が
増加し、内部欠陥の原因となる。よって、Ｃａ含有量は
０．０００５〜０．００５ｗｔ％とする。

ＲＥＭｉｉＣａと同様の効果を付与する元素であり、含
有量が０．０００５ｗｔん未満ではこの効果が少なく、
また、０．０１ｗｔ％を越えて含有させると鋼中のジ［
金属介在物が増加し、内部欠陥の原因となる。

よって、ＲＥＭ含有量は帆０００５〜０．０１ｗｔ％と
する。

次に、本発明に係る製造方法における熱処理条件につい
て説明する。

鋼片の加熱温度を９００〜１１５０℃とするのは、１１
５０℃の温度を越元ると加熱時のオーステナイト粒が大
きくなり、その後制御圧延を行なっても細粒化すること
ができず、鋼板の靭性が低下し、また、９００℃未満の
温度ではＮｂ等の固溶量が低下し、所定の強度を得るこ
とが困難となるからである。よって、ｍＡＷ詰度は９０
０〜１１５０”Ｃとする。

未再結晶温度域において累積圧下率５０％以上の圧下を
行なうのは、鋼板の靭性向上のためて゛あり、圧下率が
５０ん未満では制御冷却後の組織に粗大なベイナイトや
マルテンサイトが混入して靭性が者しく劣化するからで
ある。

圧延の終了温度をＡｒ３〜・Ａ　ｒ、Ｊ＋４０℃とする
のは、Ａｒ３未満では一部オーステナイトから７エライ
トへの変態が始まり、その後の制御冷却を行なってら強
度上昇効果が充分に発揮できなくなり、また、Ａｒ＝＋
４０℃までは鋼板の靭性は良好であるが、二の温度を越
えるとその後の制御冷却により粗大なベイナイトが生成
して靭性が者しく低下する。

この制御圧延後直ちに行なう制御冷却の冷却速度を２〜
２０℃／ｓｅｃとするのは、冷却速度が２℃／　ｓｅｅ
未満では強度上昇効果が殆んど期待できず、主た、２０
　℃／　ｓｅｅを越元ると組織の大部分がベイナイＹや
マルテンサイトとなり鋼板の靭性が者しく低下するから
である。

冷却停止温度を６００℃以下とするのは、制御冷却によ
る強度上昇効果を最大限に発揮させるためであり、この
温度を越えると強度確保のために高価な合金元素を含有
させる必要がある。

冷却を停止した後６００℃未満から２００℃以上の温度
域において１回の圧下率を０．５〜２％で累積圧下率１
〜５％の圧下を行なうことにより、第１図に示すように
、制御冷却によって発生した鋼板の残留応力を大幅に低
減することが可能であり、この残留応力の低減を図るこ
とによって、鋼板の脆性亀裂伝播停止特性を大幅に向上
させることができる。

そして、６００℃未満〜２００”Ｃ以上の温度域とする
のは、制御冷却後直ちに６００℃未満の温度で圧下を行
なった方が残留応力の低減に有効であ＋）、また、２０
０　”Ｃ未満の温度での圧下は鋼板の内部品質の低下、
即ち、鋼中の水素に起因した欠陥が発生し易くなること
、および、鋼板の平坦度が悪くなるからである。

この温度域における１回の圧下率を０．５〜２％とする
のは、＠２図に示すように圧下率が（）、５％未満では
残留応力の低減効果が小さく、また、圧下率が２％を越
えるとこの効果は飽和すると共にそれ以上の圧下率では
鋼板の平坦度が悪くなる。

さらに、累積圧下率を１〜５％とするのは、第３図に示
すように累積圧下率力弓％未満では残留応力の低減効果
が小さく、また、累積圧下率が５％を越えると効果が飽
和し、さらにそれ以上の圧下率となると加工硬化により
鋼板の靭性が者しく低下するからである。よって、累積
圧下率は１〜５％とする。

１天　施　例］ 本発明ｌこ係る脆性亀裂伝播停止特性に優れた非調質底
温用鋼の製造方法の実施例を説明する。

実施例 第１表に本発明に係る製造方法に使用する鋼（Ａ、Ｂ、
Ｃ，Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ）と比較法に使用する鋼（Ｉｌ
、Ｊ）の含有成分および成分割合を示第２表に通常の溶
製法により作製した板厚３０Ｔ＋ｌＩｎの供試鋼の、加
熱→圧延→冷却→特殊軽圧下条作および母材の機械的性
質およ１脆性亀裂伝播停止特性（Ｋｃａ値）を示す。こ
の脆性亀裂伝播停止特性は温度勾配型二重引張試験を行
ない判定した。

第２表から次のことが明らかである。

Ａ１とＡ２の鋼板を比較すると、加熱温度が高く不発明
に係る製造方法に規定する条件を外れたＡ２は結晶粒が
大きく、靭性およびＫｃａ値が劣化している。

Ｂ１とＢ２の鋼板を比較すると、未再結晶温度域の圧下
率が小さく不発明に係る製造方法に規定する条件を外れ
たＢ２は、制御冷却後の組織に粗大なベイナイトが混入
するので靭性およびＫｃａ値が劣化している。

Ｃ１とＣ２の鋼板を比較すると、圧延終了温度が高く本
発明に係る製造方法に規定する条件を外れたＣ２は、制
御冷却により粗大なベイナイトが生成するため靭およＶ
Ｋｃａ値が劣化している。

Ｄｌ、Ｂ２、Ｂ３の鋼板を比較干ると、制御冷却を行な
っていないＩ）２は強度が低く、ＴＳか５　ｆ、ｌ　ｋ
Ｈｆ／　ｈ＋＋ｎ”未満であ［）、Ｂ３は鋼板内の残留
応力か高いのでＫｃａ値が低い。

ＥｌとＢ２の鋼板を比較すると、特殊軽圧下の累積圧下
率が高く、本発明に係る製造方法に規定する条件を外れ
たＢ２は強度が高く靭性が低下するｔこめＫｃａ値ら劣
化している。

ＦｌとＦ２の鋼板においては、特殊軽圧下を行なってい
ないＦ２はＫｃａ値が低い。

ＧとＨの鋼板は、何れも本発明に係る製造方法において
規定した条件で製造され、良好な靭性とＫｃａ値を有し
ており、特に、介在物の形態制御元素のＣａ、ＲＥＭを
含有しているので靭性が良好である。

■とＪは何れら本発明に係る製造方法に規定士る鋼の成
分を外れたちのであり、靭性およびＫｃａ値が著しく低
い。

［発明の効果１ 以上説明したように、本発明に係る脆性亀裂伝播停止特
性に優れた非調質低温用鋼の製造方法は上記の構成であ
るか呟特定の含有成分および成分割合の鋼を特定の処理
を行なうことによって、靭性および脆性亀裂伝播停止特
性の優れた鋼板をオフラインの熱処理を行なうことなく
製造できるという優れた効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は特殊軽圧下による鋼板内の残留応力の低減効果
を示す図、第２図は特殊軽圧下の１回の圧下率と板厚中
心部の引張残留応力の低減割合との関係を示す図、第３
図は特殊軽圧下における６　００　”Ｃ未満の累積圧下
率と板厚中心部の引張残留応力の低減割合との関係を示
す図である。 ？３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃ０．０２〜０．１０ｗｔ％、Ｓｉ０．０３〜０
   ．６０ｗｔ％、Ｍｎ０．７〜２．０ｗｔ％、Ａｌ０．０
   ０５〜０．０８ｗｔ％、Ｔｉ０．００５〜０．０３ｗｔ
   ％ を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼片を
   、９００〜１１５０℃に加熱した後、未再結晶温度域に
   おいて累積圧下率５０％以上の圧下を行ない、Ａｒ＿３
   〜Ａｒ＿３＋４０℃の温度範囲において圧延を終了し、
   その後直ちに２〜２０℃／ｓｅｃの冷却速度で６００℃
   以下の温度まで冷却し、冷却を停止した後６００℃未満
   〜２００℃以上の温度域において１回の圧下率を０．５
   〜２％で累積圧下率１〜５％の圧下を行なうことを特徴
   とする脆性亀裂伝播停止特性に優れた非調質低温用鋼の
   製造方法。
2. （２）Ｃ０．０２〜０．１０ｗｔ％、Ｓｉ０．０３〜０
   ．６０ｗｔ％、Ｍｎ０．７〜２．０ｗｔ％、Ａｌ０．０
   ０５〜０．０８ｗｔ％、Ｔｉ０．００５〜０．０３ｗｔ
   ％ を含有し、さらに、 Ｎｂ０．０５ｗｔ％以下、Ｖ０．１ｗｔ％以下、Ｃｕ０
   ．５ｗｔ％以下、Ｎｉ１．０ｗｔ％以下、Ｃｒ０．５ｗ
   ｔ％以下、Ｍｏ０．５ｗｔ％以下、Ｂ０．００３ｗｔ％
   以下、Ｃａ０．０００５〜０．００５ｗｔ％、ＲＥＭ０
   ．０００５〜０．０１ｗｔ％ のうちから選んだ１種または２種以上 を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼片を
   、９００〜１１５０℃に加熱した後、未再結晶温度域に
   おいて累積圧下率５０％以上の圧下を行ない、Ａｒ＿３
   〜Ａｒ＿３＋４０℃の温度範囲において圧延を終了し、
   その後直ちに２〜２０℃／ｓｅｃの冷却速度で６００℃
   以下の温度まで冷却し、冷却を停止した後６００℃未満
   〜２００℃以上の温度域において１回の圧下率を０．５
   〜２％で累積圧下率１〜５％の圧下を行なうことを特徴
   とする脆性亀裂伝播停止特性に優れた非調質低温用鋼の
   製造方法。