JPS63203752A - 高強度低降伏比チエ−ン用鋼材 - 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） この発明は、チェーン用鋼材゛、特に、高強度、高靭性
で、かつ降伏比が低く、チェーン製造工程において容易
にスタッドの固定を行うことのできるスタッド付チェー
ン用鋼材に関するものである。

（従来の技術） 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。このような伏況下にあって、陸上での開
発ａｍ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止溝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
、その上、石油掘削リグ等の海上構造物は最近に至って
益々大型化する傾向を見せはじめてきたので、これらを
係留するためのチェーンにも直径が６０〜１６０ｍｍと
いったより太いものが使用されるようになった。しかも
積算重量制限の面からそれ以上に大径化できないので、
例えば引張強さが９０　ｋｇｆ／−腸を以上という一層
高強度のものが要求されるようになってきた。

更に、最近になって条件の劣悪な極寒冷地での油井掘削
頻度が益々高くなってきており、これにともなって、よ
り低い温度環境中であっても十分な高靭性を示すチェー
ン用鋼材が嘱望されるようになってきた。

その上、近年の係留チェーンの破断事故原因の解析結果
により、スタンドの緩みが太き（問題視されてきている
。つまり、スタンドが緩んでいる場合、チェーンの使用
時にチェーンリンクに曲げ応力がかかり、疲労破壊の原
因となることが究明されたのである。この観点より近年
チェーン製造に際しては、スタンドの緩みを防止する手
段が種々検討、実施されている。この中で、最も実用的
であり、現在一般的に用いられている方法は、チェーン
を！！１！１、熱処理した後にチェーンに所定の引張荷
重を付与し、チェーンを塑性変形させることにより、ス
タンドを固定するものである。この方法を容易にかつ確
実に行うため、チェーン用鋼材に対して、例えば降伏比
が９２％以下という低降伏比化の要求が追加されてきて
いる。つまり、低降伏比鋼材の場合、所定の引張荷重に
よりチェーンは容易に塑性変形し、スタンドの固定が確
実に行えるからである。

（発明が解決しようとする問題点） 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
接して製造され、スタンドを圧入した後熱処理を施すこ
とによって所要の機械的性質を得るのが普通であり、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
した状態での焼入し焼戻し処理が最適であることは言う
までもないことである。

しかしながら、例えば、引張強さが９０　ｋｇｔ／ｗｕ
ａ”以上という高強度で、かつ、十分な低温靭性を得る
には鋼材に高い焼入性を付与し、チェーンの熱処理にて
完全に焼入れ＆ｌ織、つまりマルテンサイト化した後に
焼戻し処理を施すことが必要であり、したがって、降伏
比は、必然的に高いものであった。つまり、一般に、高
強度と低降伏比とは相反する特性であると云わざるを得
ないのである。

よって、この発明の目的とするところは、高強度と高靭
性を兼ね備え、かつ低降伏比の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、引張強さ
が９０ｋｇｆ／■■富以上で低温靭性にすぐれ、かつ降
伏比が９２％以下であるチェーン用鋼材を提供すること
である。

（ｒ１１１題を解決するための手段） ここに、本発明者等は、高強度と高靭性を兼ね備え、か
つ、低降伏比のチェーン用鋼材を実現すべく、種々研究
を続けたところ、Ｃ含有量およびＣｒ含有量が鋼材の焼
入、焼戻処理後の降伏比に大きな影響を与え、いずれの
成分も含有量を増大させると降伏比が低下する。特に、
青成分の含有量が下式を満足する場合、顕著な低降伏比
化が実現できるという知見を得た。

８．５×Ｃ（％）　十Ｃｒ（％）≧２．８５　（％）本
発明者等は上記知見に基づき、すでに特願昭６１−４２
８７７号に、て低降伏比チェーン用鋼に関する発明を提
案している。

その後、更に研究を進めた結果、靭性を向上させるため
にＮｉを添加し、その場合においても上記と同様にＣと
Ｃｒ含：１ｉｆｆｆｉを制御することにより低降伏比化
が実現できるという知見を得々。

ここに、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　：　０．５０〜２．５０９Ａ、　Ｐ　：
　０．０４０％以下、Ｓ　：　０．０４０％以下、　Ｃ
ｒ　：　５．００％以下、Ｎｉ　＋　０．５０〜３．０
　！４、ｇｏｌ、ＡＱ　＋　０．０１０　Ｎｏ、０６０
　％、Ｎ　＋　０．００３〜０．０２０　％、かつ、８
．５　×Ｃ（％）　＋　Ｃｒ（％）≧２．８５　（％）
更に、必要に応じ、Ｍｏ　：　０．１０〜０．８０％残
部Ｆｅおよび不可避的不純物 よりな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、高靭性でかつ降伏比が低く、チェーン製造工
程において容易にスタンドの固定を行うことのできる、
低降伏比チェーン用鋼材、特にスタンド付チェーン用鋼
材である。

なお、チェーンは、通常、海水中にて使用されるなめに
腐食が問題となる場合もあるが、このようなときには耐
海水性を改善するために鋼材中にＣｕを添加するのが効
果的である。

（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、鋼材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、更にその含有量を増大させ
ると所定強度を得るための焼戻温度を高くすることが可
能となり、降伏比の低下が実現できる。しかし、０．３
５％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有量を
０．３５％以下と定めた。好ましくは、ｏ、ｉｓ〜０．
３０％である。

Ｓｌ　（ケイ素）： Ｓｔ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’ｆｆｆ
ｆ１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、Ｏ，ＳＯ％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、Ｓｉ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１８ｒｆｆｉ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ｆｌ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
て低温靭性が顕著に増大することから、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顕
著に増大することから、必要に応じてＳ含有具割合を０
．０１０％以下とすることも効果的である。

Ｏｒ　（クロム）　： Ｃ「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、更にその含有量
を増大させると、降伏比を低下させる作用がある。

しかし、５．００％を越えて含有させても、降伏比低下
の効果が少ない上、溶接性の劣化を来すようになること
から、その含有量をＳ、ＯＯ％以下と定めた。好ましく
は、Ｏ，ａＯ〜３．５０％である。

４１　にッケル）： Ｎ１成分は、鋼材の焼入性確保と低温靭性の改善に有効
な元素であり、その含有量が３．０％を越えても焼入性
が過大になるだけで、コストの上昇を招くという不都合
をもたらすのでその含有量を３．０％以下と定めた。

なお、Ｎｉ添加の効果を顕著にするためには０゜５０％
以上の含有量とすることが必要である。

ｓｏｌ、ＡＱ　（Ｍ可溶性アルミニウム）：３０１ＪＱ
成分には、脱酸作用と併せて鋼材の結晶粒度を！ＩＪ！
ｌ細粒化する作用があるが、その含有量が０．０１０９
４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、本発明ではｓｏ
ｌ、ＡＱ含有量を０．０１０〜０．０６０％と定めた。

Ｎ（窒素）： Ｎ成分には、ＡＱを結合して結晶粒度調整に有効な八Ｑ
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。

８．５　Ｘ　Ｃ％＋Ｃｒ（％ｌの値： この発明にあっては、後述する実施例および添付図面の
グラフからも明らかなように、降伏比が９２９４以下の
低降伏比を実現するには、Ｃ成分あるいはＣｒ成分の含
有量を増大することが効果的であり、特に、８．５　ｘ
　Ｃｅ１Ｑ＋ＣｒｅＸ３の値を２゜８５６Ｑ以上とする
ことが必要である。

Ｃ成分、Ｃｒ成分含有量増量の効果については、いずれ
も鋼材の焼戻し軟化抵抗を増大させ、したがって所定強
度を得るための焼戻し温度を高（することが可能となり
、これが低降伏比化に有利に作用することが考えられる
。しかし、その詳細な機構については不明の点も多い。

ところで、Ｃ成分あるいはＣｒ成分の含有量は、８．５
　ＸＣ６１Ｑ＋ＣｒｅＸｌ≧２．８５Ｈを満足していれ
ば低降伏比化の観点からは各々の含有量の下限を定める
必要はないが、鋼材の焼入性確保の観点から、大径チェ
ーンにこの発明にかかる鋼を適用する場合には、実用上
、Ｃ成分は０．１５％以上、Ｃｒ成分は０．８０％以上
とすることが好ましい。

Ｍｏ　（モリブデン）： Ｍｏ成分は鋼材の靭性改善および焼入性の確保に有効な
元素であり、必要に応じて、添加するものであるが、そ
の含有量が０．１０％未満では前記効果を期待できず、
一方、０．８０％を越えて含有させると焼入性が過大と
なるだけで、コストの上昇を招くという不都合な結果を
もたらされるのでその含有量を０．１ＯＮＯ，８０％と
定めた。

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。

ス盗■１ 添付図面は、第１Ｒに示す成分組成の各供試鋼を熱間圧
延または熱間鍛造して得た直径８４ｍｍの棒鋼を通常の
条件による焼入れ、焼戻し処理により引張強度１００　
ｋｇｆ／ｍ閣１に１１整した場合のＣ成分、Ｃｒ成分含
有量と降伏比との関係を示す線図である。

なお、添付図面の線図には先に述べた特願昭６１−４２
８７７号にて提案したＮｉ非添加鋼に関するデータも併
せて示しである。

図示線図からも明らかなように、Ｎｉ添加鋼においても
同様に８，５　ｘＣ６Ｑ＋ｃｒ％≧２．８５％を満足す
っている。なお、図中数字は降伏比を、Ｑ付符号は第り
表の鋼種符号を示す、０符号数字１〜゛２５？よ特願昭
６１−４２８７７号に開示されたＮｉ非添加鋼を示す。

プＪ１殊り 本例では、７０トン転炉あるいは３トン電気炉を用いて
、第１表の＠Ａ、　Ｂ、　Ｄ、　　Ｆ、　Ｇ、　Ｈ及び
ｌを溶製した後、熱間圧延にて直径が７６ｍｍの丸棒鋼
を得た０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、フランシエバット溶接を施して整理し
た。そして、溶接部のパリ砲りを行ってからスタンドを
装入し、次いで９００℃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　ｋｇ
ｆ／ａｓ”となるように第２表に示す温度で焼戻し処理
を施し、スフラ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、 引張試験片言直径（Ｄ＞が１’４ｍ−で、標点距離が５
Ｄのものを母材部から、 衝撃試験片＋ＪＩＳＡ号シャルピー試験片を溶接部から それぞれ採取して、その機械的性質を調べた。得られた
結果を第２表に併せて示した。

さらに、第１表の＠Ａ、　Ｂ、　Ｄ、　Ｈおよび！より
製造されたチェーンに６１０トンの引張荷重を付与し、
除荷後スタンドの固定状況を調査した。得られた結果を
第３表に示した。

第　　２　　表 第３表 第２表に示される結果からも明らかなように、８，５　
ｘＣ６Ｑ＋Ｃｒ６Ｑの値が２．８５６Ｘ）以上の本発明
鋼Ａ。

［３，Ｄ、　Ｆ、およびＣはいずれも９２％以下の低降
伏比が得られている。これに対し、比較鋼Ｈおよび１は
８．５　ＸＣ６Ｑ＋Ｃｒ６Ｑの値が、本発明範囲から外
れており、降伏比が９３％以上と高い値となっている。

さらに、Ｍｏを添加した本発明鋼材ＦおよびＧでは他の
鋼に比べて溶接部の一２０℃でのシ中ルビー吸収エネル
ギーが、１〜３　ｋｇｆ−程度増加しており、その効果
が確認された。

一方、第３表に示される結果からも明らかなように、低
降伏比化の実現された本発明ｊｌｌＡ、　ＢおよびＤは
所定の引張ｉ！Ｉｋ＊荷後のスタンドの暖みは皆無であ
り、その効果がｔ１認された。

（発明の効果） 上述のように、この発明によれば、極めて高い強度と、
低温下においても発揮される優れた靭性とを兼ね備え、
更に、降伏比が低く、チェーン製造工程において容易に
スタンドの固定を行うことのできる大径チェーン用鋼材
を低コストで得ることができ、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】

添付図面は、式：８，５ｘＣに）＋Ｃｒ（ト）の低降伏
比化におよぼす効果の臨界性を示すグラフである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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、Ｎｉ：０
   ．５０〜３．０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１０〜０．０
   ６０％、Ｎ：０．００３〜０．０２０％、 かつ、８．５×Ｃ（％）＋Ｃｒ（％）≧２．８５（％）
   残部Ｆｅおよび不可避的不純物 よりなる組成を有することを特徴とする、高強度の低降
   伏比チェーン用鋼材。
2. （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、Ｎｉ：０
   ．５０〜３．０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１０〜０．０
   ６０％、Ｎ：０．００３〜０．０２０％、 更にＭｏ：０．１０〜０．８０％、 かつ、８．５×Ｃ（％）＋Ｃｒ（％）≧２．８５（％）
   残部Ｆｅおよび不可避的不純物 よりなる組成を有することを特徴とする、高強度の低降
   伏比チェーン用鋼材。