JPS63103021A - 低温靭性の優れた鋼板の製造法 - 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、低温靭性の優れた鋼板の製造方法に関するも
のである。

〔従来の技術〕

近年、エネルギー開発が寒冷地や極地で行われ、かつ深
海化している。そのため海洋構造物の巨大化が著しい。

これに従い、使用鋼材に従来にない低温靭性が特に靭性
低下の著しい板厚中心部の靭性及び溶接継手の熱影響部
の靭性（ＨＡＺ靭性）が要求されている。また、構造物
の大型化に従い、使用鋼材の厚手化が進んでいる。

以上のように、最近の海洋構造物用鋼材では、厚手材に
かかわらず、板厚中心部靭性及びＨＡＺ靭性の良好なも
のが求められている。鋼板の板厚中心部は厚手化（ここ
で言う厚手材とは板厚５０ｍｍ以上の鋼板を指す、）に
従い、靭性が低下する。

そのため、厚手になっても板厚中心部の靭性が低下しな
い圧延方法、成分系が検討されている。

例えば、提案されたものとして特開昭５９−２１１５２
９号公報が公知である。

〔発明が解決しようとする問題点〕 しかるに、これらのものは、鋼板つまり母材についての
みの靭性向上対策である。溶接構造物全体として見た場
合に、その靭性が最も低下している部分の一つはＨＡＺ
である。

それゆえ、構造物の安全性を高めるためには、母材の板
厚中心部の靭性だけでなく、ＨＡＺ靭性も向上させる必
要がある。

ところが、この両者の特性を同時に向上させるには、困
難を伴い有効な方法がないのが実情である。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、以上の如き問題を解決するため、なされたも
ので、その要旨とするところは、重量比にてＣ：０．０
２〜０．３０％、Ｓｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｎ　：
　０．５０〜２．５０％、Ｎｂ：０．００３〜０．０１
０％、Ａｊｌ：０．００５〜０１０％　残部Ｆｅ及び不
可避不純物とした鋼、又は更にＣｒ：１．０％以下、Ｍ
ｏ：１．０％以下、Ｖ　　：０．２０％以下、Ｃｕ：２
．０％以下、のうち１種または２種以上を含有し、更に
Ｎｉ：４．５％以下、Ｔｉ：０．２０％以下、Ｃａ　：
　０．０００５〜０．００５％のうち１種または２種以
上を含有し、残部Ｆｅ及び不可避不純物とした綱を９５
０〜１０５０℃のに加熱し、Ａｒ２〜８５０℃の温度に
おいて圧下率５０〜７０％の圧延を行い、圧延後水冷し
たのち焼戻し処理することを特徴とする低温靭性の優れ
た鋼板の製造法である。

〔作用〕

すなわち、本発明者らは、多数の実験の結果得られた知
見に基づき、厚手材の板厚中心部靭性とＨＡＺ靭性の両
者を向上させる方法を見出したものである。

厚手材の板厚中心部靭性向上に関しては、従来は公知の
特開昭５９−２１１５２９号公報でも述べられているよ
うに、再結晶抑制効果のあるＮｂ添加鋼の制御圧延及び
必要に応じて制御冷却により達成していた。ただし、後
述するように、ＨＡＺ靭性向上の面から添加Ｎｂ世を極
力低下することが要請されるが、このような微ｆｆ１Ｎ
ｂ（重量比で０．０１０％以下）においても再結晶抑制
効果が存在すること、さらに、このような微量Ｎｂ１ｉ
では１０５０℃以下の加熱でも充分Ｎｂが固溶し、その
後の圧延過程で再結晶抑制効果があること、さらに、必
要なＮｂｌは従来考えられていたよりもずつと微量（重
量比で０．００３％以上）で充分であることを見出した
。これらの点は公知の文献と決定的に異なっている。

ＨＡＺ靭性に関しては、最近の厳しい低温靭性の要求、
特にＨＡＺの局部脆化部に大きく支配さ′れる新しい評
価法であるＣＴＯＤ試験の要求に伴い、従来よりももっ
とミクロな脆化域が問題になってきた。

ＨＡＺ靭性に有害だと考えられていたＮｂに関しては、
従来、単に溶接熱サイクルによりＮｂが析出し、脆化が
起こると考えられていた。

これらに対し、ＮｂのＨＡＺ靭性に及ぼす影響を詳細に
調べた結果、厚手材で普通行われる多層盛溶接において
、最初の熱サイクルにより、１４００℃以上に加熱され
粗粒になった部分が、後続パスの熱サイクルＡｃ、変態
点直上に加熱されると、多数の高炭素の島状マルテンサ
イトが発生し、非常に靭性を低下させる。

実際の多層盛溶接では、さらに、ｉ！ｔ　続バスによζ す、この高炭素マルテンサイトも焼戻されて一部無害化
するが、Ｎｂの存在により、この焼戻しによる島状マル
テンサイトの分解が遅れる。

そのため、Ｎｂの存在によりＨＡ　Ｚ靭性が低下する。

このＮｂの悪影響の限界値を調べた結果、重量比でＮｂ
が０．０１０％、望むらくは、０．００７％である。以
上のような考え方により、板厚中心部靭性とＨＡＺ靭性
の両者が同時に向上する。

本発明はこのような知見をもとになしたものである。

次に、本発明における成分限定理由を述べる。

Ｃは安価に強度を上昇させる元素で強度確保のため０．
０２％以上必要であるが、多量に添加すると、鋼の靭性
及び溶接性を害するので上限を０．３０％とした。

Ｓｉは鋼の脱酸のため０．０５％以上必要であるが、多
くなると溶接性を害するので、上限を０．６％とするｅ
Ｍｎは強度確保のため０．５０％以上必要であるが、多
くなると溶接性、靭性の劣下を招くため上限を２．５％
とする。

Ａｌは脱酸のため、０．００５％以上必要であるが、多
くなると靭性が著しく低下するため０．１％を上限とす
る。

Ｎｂは本発明の主要な元素であるが、第１図に示すよう
に０．００３％以下でばＮｂによる再結晶抑制効果がな
くなり、母材靭性が低下する。０．０１Ｏ％以上では、
ＨＡＺ靭性が低下するため、０．００３〜０．０１０％
に限定する。

第１図の試料の化学成分、圧延条件、溶接条件は次の通
りである。

化学成分（ｗｔ％） 圧延条件 １０５０℃加熱、８５０℃以下圧下率６０％、板厚５０
鶴、７２０℃水冷開始、８０℃水冷停止、５５０℃３０
ｍ１ｎ焼戻し 溶接条件 潜弧溶接　入熱４０ＫＪ／口 本発明は上記の基本成分の他に、要求される綱の特性に
応じて、次の元素を選択的に添付することができる。

■は析出硬化による強度上昇に有効な元素であるが、多
くなると溶接性を阻害するため０．２％以下とする。

Ｃｕは強度上昇に有用な元素であるが、多くなると熱間
加工の際割れを発生しかつ溶接性を害するため２．０％
以下とする。

Ｃｒは焼入性を向上させ強度上昇に有用な他、耐食性に
有用な元素であるが、多くなると靭性、溶接性を阻害す
るため１．０％以下とする。

Ｍｏは焼入性を向上させ強度上昇に有用な元素であるが
、多くなると溶接性、靭性を低下させるので１．０％以
下とする。

Ｔｉはオーステナイト粒の粗大化を防ぎ、靭性向上に有
用で、また析出硬化により強度上昇にを用な元素である
が、多くなると溶接性を阻害するため０．２％以下とす
る。

Ｎｉは靭性、焼入性に有用な元素であるが、高価な元素
であるため４．５％以下とする。

Ｃａは鋼中硫化物の形態制御ＪによりＺ方向の材質改善
に有効であるが、多くなると鋼中介在物が増し靭性、溶
接性を害するため０．０１％以下とする。

これらの添加元素のうち、■、Ｃｕ　ＳＣｒ　ｓＭｏは
主に強度上昇に有用な元素で１種又は２種以上添加する
。又、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃａは主に靭性向上に有用な元素で
、１種又は２種以上添加する。

次に、加熱、圧延、冷却条件について限定理由を述べる
。

加熱温度は、オーステナイト粒の細粒化のため上限を１
０５０℃としている。板厚の増大に従い、圧延による細
粒化効果が内部に及びにく（なるため、加熱によるオー
ステナイト粒の細粒化が重要となってくる。そのため上
限を１０５０℃と低く設定している。下限は低すぎると
Ｎｂが固溶しなくなるので、９５０℃以上とする。

熱間圧延はＡｒ３〜８５０℃で５０％以上の圧下を施こ
す、これはＡｒ１未満の２相域で圧延すると靭性が低下
し、８５０″ｃｆｌの高温で圧延及び５０％未満の圧下
率では、細粒化が充分なされないＡめである。圧下率の
上限は制御圧延の効果が飽和しだす７０％とする。

次に熱間圧延後の冷水は、高温の状態から冷却水を噴射
して、２５０℃以下の温度まで急冷するもので、これに
よって強度上昇を得るものである。

この冷水はオンライン上で冷却することが最も能率的で
あるが、オフラインで冷水しても良いことは云うまでも
ない。

次に焼戻しは、水冷により強度の上昇が達成されるが、
靭性の低下があるため靭性の回復向上を目的として行う
もので、３５０〜６５０℃の範囲に加熱して行うもので
ある。

これによって高強度と高靭性を同時に達成することがで
きる。

（実施例〕 供試材の化学成分を第１表に示し、加熱、圧延、冷却、
焼戻し条件を第２表に示し、得られた鋼板の機械的性質
を併せて第２表に示す。

これらの鋼板は転炉で溶製後、ｊ７さ２４５　ａｍに連
続鋳造したスラブ及び造塊後分塊圧延して厚さ２４５１
璽としたスラブを用いて厚板圧延した。

以上の通り本発明法を適用して得た厚鋼板ＡＩ、Ｂ１、
Ｄｌ、Ｆｌ、Ｇｌ、Ｈｌ、Ｉ　１．、Ｊｌ、Ｋ１はいず
れも母材の板厚中心部の靭性が高く、しかも溶接継手部
の靭性も高いことがわかる。

これに対し比較例のＡ２、Ｇ２、は加熱温度が高いため
、母材の靭性が低い、Ｆ２、Ｋ２は８５０℃以下の圧下
率が低く、母材の靭性が低い。

■２は焼戻しを行なっていないため、母材の強度は高い
が靭性が低い。Ｃ１、Ｅｌ、ＬｌはＮｂ１ｌが高いため
溶接ボンド部の靭性が低い、ＭｌはＮｂを添加していな
いため、母材の靭性が低い。

（発明の効果〕 以上の如（本発明は、従来難点であった板厚５０鶴以上
の厚鋼板の板厚中心部の靭性を向上させるとともに、溶
接継手部の靭性向上を同時に達成したものであり、低温
靭性を要求される海洋構造物などの鋼板を提供でき、産
業上効果の大きい発明である。

【図面の簡単な説明】

第１図はＮｂ含有量と母材及び継手靭性の関係を示す説
明図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量比にて Ｃ：０．０２〜０．３０％ Ｍｎ：０．５０〜２．５０％ Ａｌ：０．００５〜０．１０％ Ｓｉ：０．０５〜１．０％ Ｎｂ：０．００３〜０．０１０％ 残部Ｆｅ及び不可避不純物とした鋼を９５０〜１０５０
   ℃に加熱し、Ａｒ＿３〜８５０℃の温度において圧下率
   ５０〜７０％の圧延を行い、圧延後水冷したのち焼戻し
   処理することを特徴とする低温靭性の優れた鋼板の製造
   法。
2. （２）重量比にて Ｃ：０．０２〜０．３０％ Ｍｎ：０．５０〜２．５０％ Ａｌ：０．００５〜０．１０％ Ｓｉ：０．０５〜１．０％ Ｎｂ：０．００３〜０．０１０％ を基本成分とし、更に Ｃｒ：１．０％以下、Ｍｏ：１．０％以下、Ｖ：０．２
   ０％以下、Ｃｕ：２．０％以下、のうち１種または２種
   以上を含有し、更に Ｎｉ：４．５％以下、Ｔｉ：０．２０％以下、Ｃａ：０
   ．０００５〜０．００５％のうち１種または２種以上を
   含有し、残部Ｆｅ及び不可避不純物とした鋼を９５０〜
   １０５０℃に加熱し、Ａｒ＿３〜８５０℃の温度におい
   て圧下率５０〜７０％の圧延を行い、圧延後水冷したの
   ち焼戻し処理することを特徴とする低温靭性の優れた鋼
   板の製造法。