JP2562771B2 - 耐応力腐食割れ性に優れた超高張力鋼の製造方法 - Google Patents
耐応力腐食割れ性に優れた超高張力鋼の製造方法Info
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- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Description
高強度を有し、海水あるいは塩水などの応力腐食環境中
における耐応力腐食割れ性に優れた降伏強さ1080M
Pa以上の超高張力・高靱性鋼の製造法に関するもので
ある。
震発生など地球規模での地球物理学的探求から、深海へ
の海洋開発に対する関心が急速に高まり、各種深海用容
器の製作・設置及び深海調査船の開発が活発化してい
る。深海で使用される場合、各種容器には非常に高い圧
力がかかるため、使用される鋼材には、構造上非常に高
い強度において高靱性を有することが望まれている。こ
のような安全で信頼性のある高強度で高靱性材料の要求
に応えるため、Ni含有低合金鋼の開発及びその品質改
善が行なわれている。例えば、特開昭56−9358号
公報のようにNi−Cr−Mo−V系でC+1/8Mo
+V>0.26でCr<0.8Moとした高強度高靱性
鋼、あるいは、特開昭57−188655号公報のよう
に、焼入処理において広範な冷却速度で安定して高強度
高靱性が得られるNi−Cr−Mo−V系の超高張力
鋼、更に、高靱性を確保するために極低P、極低S処理
した含Ni鋼材の製造法など多くの製造法が提案されて
いる。しかし、これらは、超高張力化や高靱性化に効果
的であるが、本願の対象とする環境では信頼性に劣るこ
とが懸念される。すなわち、深海で使用される容器は、
海水にさらされることになり、鋼材には十分良好な耐海
水腐食特性、すなわち、高い耐海水中応力腐食割れ性を
具備することが要求される。
材としては、例えば、特公昭64−11105号公報の
ように、Ni含有鋼でNとOを低減し、Al(%)×N
(%)×104 <1.5となる関係を満足することを特
徴としたNi−Cr−Mo−V系の高靱性超高張力鋼が
提案されており、大きな効果がみられる。しかし、溶接
熱影響部は、母材に比べ海水中での耐応力腐食割れ性は
大気中のそれよりも低下しており、より一層の安全性・
信頼性改善に向けた創意・工夫が必要とされる。又、特
公平1−51526号公報のように、Ni5〜8%含有
したNi−Mo−Nb系鋼を直接焼入れ−焼戻し処理
し、優れた耐応力腐食割れ性を有する超高張力鋼の製造
方法が提案されている。しかし、鋼材の強度は、本発明
の対象とするものより低く、又、一般に厚肉の高張力鋼
の製造においては、板厚方向の材質均一性及び異方性の
点からみて直接焼入れ焼戻し法で製造するには厳密な制
御が必要であり、更に鋼板内の幅方向及び長手方向に対
しての材質の安定性が低下することが懸念される。
による超高張力・高靱性鋼材では、耐応力腐食割れ性、
特に、溶接熱影響部においては海水中での耐応力腐食割
れ性は大気中でのそれより低下していたり、又、厚肉材
の板厚方向の材質均一性や鋼板内の材質安定性に不利な
製造法であったり、鋼材及び製造法ともに一層の改善が
望まれる。
るいは塩水中での耐応力腐食割れ性、特に溶接熱影響部
の耐応力腐食割れ性を具備することを基本に、超高張力
で高靱性を有するNi含有低合金鋼の安定製造を目的
に、鋼成分及びその製造法、特に、熱間圧延−再加熱焼
入れ焼戻し処理について種々検討した結果、C,Si及
びMnを低減したNi含有鋼にMo,V及びNbを添加
し、熱間圧延工程でこれら元素を十分に固溶化した後、
再加熱焼入れ工程で加熱速度と加熱温度範囲を制御する
ことにより、固溶していたMo,VやNbが加熱中に析
出し、高転位密度を持つ針状オーステナイト群からなる
無拡散型逆変態γ粒が形成され、本Ni含有鋼で特有の
強化機構が働き高強度化が達成でき、目的の鋼が製造で
きることを知見した。
たもので、その要旨はC:0.04〜0.09%,S
i:0.01〜0.10%,Mn:0.05〜0.65
%,Ni:8.0〜11.0%,Mo:0.5〜1.5
%,Cr:0.2〜1.5%,V:0.02〜0.20
%,Al:0.01〜0.08%を含有し、残部が鉄及
び不可避的不純物からなる鋼片、あるいは、更にCu:
0.2〜1.5%,Nb:0.005〜0.10%,T
i:0.005〜0.03%からなる強度改善元素群、
又は介在物形態制御作用のあるCa:0.0005〜
0.005%,REM:0.0005〜0.0100%
の一種又は二種以上を含有し、残部が鉄及び不可避的不
純物からなる鋼片を、1000〜1250℃の間に加熱
し、Ar′点温度以上までで仕上げる熱間圧延を施した
後、空冷し、その後更に、120℃/min以下の加熱
速度でAc3 点−40℃〜Ac3 点+40℃の温度域
に、再加熱した後、焼入れ処理を行ない、続いてAc1
点以下の温度で焼戻し処理することを特徴とする耐応力
腐食割れ性に優れた超高張力鋼の製造方法である。
本発明の鋼成分の限定理由について述べる。C:Cは焼
入性を向上させ強度を容易に上昇させる有効な元素であ
る。反面、本発明の超高張力鋼の溶接熱影響部の耐応力
腐食割れ性の向上に対しては最も影響を与える元素であ
る。0.09%を超えると著しく溶接熱影響部の耐応力
腐食割れ性が低下する。又、0.04%未満であると強
度が不十分となる。従って、C含有量を0.04〜0.
09%とする。Si:Siは強度向上に有効である。
又、製鋼上不可避な元素であり、0.01%は鋼中に含
まれることになるが、0.10%超になると、本鋼のよ
うに高Ni含有の場合、焼戻し脆性が大きくなり、低温
靱性が低下する。従って、Si含有量を0.01〜0.
10%とする。
のために必要であるが、0.05%未満ではその効果が
ない。一方、本発明のNi含有鋼の場合には、Mn添加
は焼戻し脆性感受性を増大させ、又、母材及び溶接熱影
響部の耐応力腐食割れ性を低下させるため0.65%以
下にする必要がある。図1は、0.06%C−9.9%
Ni−1.0%Mo−0.1%V組成でMn添加量0.
15〜1.05%まで変化させた鋼片を用い、熱間圧延
−空冷後、770℃に再加熱焼入れ・540℃焼戻し処
理した鋼板の靱性と人工海水中での応力腐食割れ試験
(KIscc試験)結果を示す。Mnの低減に伴い、低
温靱性と耐応力腐食割れ性が改善されることが分かる。
従って、Mnの含有量を0.05〜0.65%とする。
交叉すべりを増し、応力緩和を生じやすくし、衝撃吸収
エネルギーを増し低温靱性の向上に有効である。更にN
iは本発明に含まれるMoやV等との共存で最も効果を
発揮する。すなわち、熱間圧延後、Ac3 点−40℃〜
Ac3 点+40℃の温度域に再加熱されると、炭化物の
溶解によって生成する塊状オーステナイトからなる拡散
型逆変態γ粒と炭化物の溶解を伴わない針状オーステナ
イト群からなる無拡散型逆変態γ粒との混合粒が形成さ
れるが、この無拡散型逆変態γ粒は拡散型逆変態γ粒に
比べ高転位密度を持ち強度上昇に極めて有効に作用す
る。すなわち、NiはMoやVなどの炭化物の溶解を遅
らせる作用があり、針状オーステナイトを高温まで安定
に保持することができる。従って、無拡散型逆変態γ粒
の高温安定化による強度確保のため8.0%以上の添加
が必要である。又、11.0%を超えて添加すると焼戻
し時にオーステナイトが析出して強度・靱性を低下させ
る。従ってNiの含有量を8.0〜11.0%とする。
し脆性の抑制に有効な元素であると同時にNiと同様に
本発明の重要な元素である。すなわち、再加熱焼入れ処
理時、加熱過程で析出したMoを主体とする微細炭化物
が高温まで未溶解炭化物として残存するために高転位密
度を持つ針状オーステナイト群を高温保持でき強度確保
に必要である。しかし、0.5%未満では、再加熱焼入
れ処理時でMo炭化物が溶解し、無拡散型逆変態γ粒が
急速に拡散型逆変態γ粒に侵食され、目標とする強度が
得られず、又、1.5%を超えると強度向上効果が飽和
し、かえって粗大な合金炭化物が増加し靱性を低下させ
る。従って、Moの含有量を0.5〜1.5%とする。
保に有効であり、少なくとも0.2%必要であるが、
1.5%を超えると強度上昇が飽和し靱性が低下する。
従って、Crの含有量を0.2〜1.5%とする。 V:Vは焼戻し処理の時、炭窒化物を形成して析出硬化
により強度確保に有効である。又、Moと同様に再加熱
焼入れ処理時において、Vが加熱中に微細析出すること
により針状オーステナイト群からなる無拡散型逆変態γ
粒の安定性を増し、強度確保に有効である。0.02%
未満では目標の強度が得られず、又、0.20%を超え
ると靱性が低下する。従って、Vの含有量を0.02〜
0.20%とする。 Al:Alは脱酸のために必要な元素であると同時に、
鋼中のNと結びついてAlNの窒化物を形成し、組織の
微細化に効果がある。しかし、0.01%未満ではその
効果が小さく、又、0.08%を超えるとアルミナ系介
在物が増加し靱性を阻害する。従って、Alの含有量を
0.01〜0.08%とする。
Ti)及び(Ca,REM)の一種または二種以上添加
する。Cu,Nb,Ti成分は鋼の強度を向上させると
いう均等的作用をもち、更にNbおよびTi成分はオー
ステナイト粒の細粒化にも有効であり、所望の効果を確
保するためには、それぞれ含有下限量をCu:0.2
%,Nb:0.005%,Ti:0.005%とする必
要がある。しかし、それぞれCu;1.5%,Nb:
0.10%,Ti;0.03%を超えて含有させると低
温靱性が低下し、又、耐応力腐食割れ感受性を高めたり
するため、上記の通り限定する。
物の球状化効果をもち、靱性と異方性の向上に有効であ
り、それには0.0005%必要であるが、Caが0.
005%、REMが0.0100%を超えると介在物増
加により靱性を低下させる。従って、その含有量をC
a:0.0005〜0.005%、REM:0.000
5〜0.0100%とする。上記の成分の他に不可避的
不純物としてP,S,N,O等は本発明の特性である靱
性及び耐応力腐食割れ性を低下させる有害な元素である
から、その量は少ない方がよい。好ましくはP:0.0
05%以下、S:0.003%以下、N:0.0050
%,O:0.0030%に調整する。
について述べる。すなわち、上記のような鋼成分組成で
あっても、目的の強度,靱性及び耐応力腐食割れ性を得
るには、製造法が適切でなければならない。このため、
鋼片の加熱、圧延、及び再加熱焼入れ・焼戻し条件を限
定した理由について説明する。まず、上記の鋼成分組成
の鋼片を1000〜1250℃に加熱する。この加熱に
おいては、加熱オーステナイト粒の細粒化の他、熱間圧
延後の再加熱焼入れ−焼戻し処理で上述の無拡散型逆変
態γと微細析出による強化を利用するためには、100
0℃以上に鋼片を加熱しMo,Cr,V,Nb等を十分
に固溶しておく必要がある。この時1000℃未満の低
い温度では、この固溶化作用が不十分となり、未溶解合
金炭化物(M6 C)が粗大化し、かえって、焼戻しの際
の十分な析出硬化が期待できないと共に靱性低下の原因
ともなる。一方、1250℃を超える温度では、Mo,
Cr,V等の合金炭化物は十分固溶するものの、本発明
のNi含有鋼においては、鋼片の表面に酸化物が増加
し、最終的に圧延後の表面きずを生じる。又、加熱オー
ステナイト粒が粗大化し、その後の圧延においてオース
テナイト粒が細粒化しにくく、靱性低下の原因ともな
る。従って、これらを考慮して鋼片の加熱温度を100
0〜1250℃とする。
点以上の温度までに熱間圧延を施し、空冷する。本発明
鋼においては、Ar′点温度が約400℃と低く、通常
の圧延工程で処理するだけで本条件を満足する。尚、本
発明鋼は、焼入性が十分に高い成分であるため、空冷の
みで十分多量に転位を含んだマルテンサイト単相組織に
なる。尚、強化に寄与する無拡散型逆変態γ粒は、熱間
圧延後のγ粒径と同じになるため、より低温靱性の確保
が必要な場合には、圧延−再結晶によるγ粒の細粒化を
目的に、適宜圧延仕上げ温度を低下する方法が好ましい
が、特に限定しない。
40℃〜Ac3 点+40℃の温度範囲に再加熱し、焼入
れ処理を行なう。マルテンサイト組織を前組織とし、再
加熱する熱処理工程において、α−γ二相共存温度域に
加熱されると旧オーステナイト粒界には一般的な塊状オ
ーステナイトからなる拡散型逆変態γ粒が、粒内のマル
テンサイトからは針状オーステナイト群が生成し、炭化
物とフェライトとともに共存する。針状オーステナイト
は無拡散(マルテンサイト型)逆変態によって生成する
ため転位を多量に持ち、高強度化に寄与する。更にAc
3 点−40℃〜Ac3 点+40℃に加熱されると針状オ
ーステナイト群は面積を増し、無拡散型逆変態γ粒を形
成し、これが高温まで安定保持され、且つ拡散型逆変態
γ粒との混合したオーステナイト組織となり、この温度
域から焼入れとより一層多くの転位が導入されたマルテ
ンサイト組織となり、超高張力鋼化が達成できる。
した場合、焼入れ後の強化に寄与する無拡散型逆変態γ
粒が一般的な拡散型逆変態γ粒に変化し、鋼板の強度が
低下する。従って、再加熱焼入れ温度はAc3 点−40
℃〜Ac3 点+40℃の範囲内で無拡散型逆変態γ粒の
安定化のためには、好ましくはAc3 点±20℃の範囲
にすることが望ましい。
以下の加熱速度とすることも本発明の特徴の一つであ
る。図2は0.06%C−9.9%Ni−1.0%Mo
−0.1%V組成の鋼片を1150℃加熱−圧延−空冷
した後、再加熱焼入れ温度790℃までの加熱速度を変
化させ、その後540℃焼戻し処理した鋼板の降伏強度
の試験結果を示す。加熱速度が遅くなるほど強度が向上
することが分かる。一般に、無拡散型逆変態γは急速加
熱した場合に生成することが報告されているが、Niを
多量に含有した本成分鋼においては、急速加熱しなくと
も無拡散型逆変態γが生成し、しかも、従来の常識とは
逆に120℃/min以下の加熱速度にした方が鋼の高
強度化に有利であるという新知見を得た。この原因につ
いて詳細検討した結果、徐加熱過程で析出してくるM
o,Cr,V,Nbなどの炭・窒化物により、一旦生成
した無拡散型逆変態γの安定性が増加し、強化に寄与す
る無拡散型逆変態γ粒の面積率が高くなっていることに
起因することが分かった。
後Ac1 点以下の温度で焼戻し処理する。Ac1 点を超
えた温度では不安定オーステナイトの生成により強度及
び靱性が低下する。従って、Mo,Cr,V等の微細析
出により十分に析出強化させ、高強度・高靱性を得るた
め焼戻し温度をAc1 点以下と限定する。このような製
造工程で得られた鋼は、低炭素にも拘らず超高張力、高
靱性が得られ、且つ、超高張力鋼の耐応力腐食割れ性、
特に溶接熱影響部の特性が著しく改善される。
片を、表2に示す本発明法と比較法の各々の製造条件に
基づいて板厚20〜80mm鋼板に製造した。これらに
ついて母材の機械的性質及び母材部及び溶接熱影響部の
KIscc値(耐応力腐食割れ性に対する限界破壊靱性
値)を調査した。溶接は入熱25kJ/cmでティグ溶
接で溶接を行なった。これら表1の化学組成を有する鋼
と、表2で示す製造条件とによって得られた母材の機械
的性質および3.5%NaClの人工海水中でのAST
M E 399に示される試験片を使った母材部及び溶
接熱影響部のKIscc試験結果を表3に示す。表中の
太い下線の部分は、発明範囲をはずれる箇所および特性
が不十分なものを示す。
せた1−A〜12−O)においては、母材の機械的性質
は高強度、高靱性であり、且つ本発明の意図する耐応力
腐食割れ性も母材および溶接熱影響部共に十分に高いK
Iscc値である。これに対し、本発明法であっても本
発明により限定された化学組成範囲を逸脱した比較鋼
(P〜V)と組合わせた比較例においては、例16−
P,17−QではそれぞれMo量及びV量が低いため無
拡散型逆変態γ粒が生成されず、且つ析出強化も小さく
強度が不十分である。例18−RはNi量が低いため無
拡散型逆変態γ粒が生成されず強度が不十分である。例
19−S,20−Tは、それぞれMn量及びCとMn量
共に高いため靱性及び母材,溶接熱影響部のKIscc
値が低くなっている。例21−UではC量とNi量が高
いため靱性と溶接熱影響部のKIscc値が低くなって
いる。例22−Vは、C量が高いため溶接熱影響部のK
Iscc値が低くなっている。
を逸脱した比較法(23〜29)と組合わせた比較例に
おいては、例23−D,28−Jは再加熱焼入れ処理の
加熱速度が速いため無拡散型逆変態γ粒が不安定となり
拡散型逆変態γ粒が増加し強度が不十分である。例24
−Dは再加熱焼入れ温度が低いため、針状γ群間にフェ
ライトが多く残存しているため強度と靱性が低下してい
る。例25−B,27−Fは鋼片加熱温度が低いため炭
化物の粗大未溶解析出物の存在及び析出強化が小さく、
強度と靱性が不十分である。例26−B,29−Lは再
加熱焼入れ温度が高いため拡散型逆変態γ粒が生成し強
度が不十分であり、更に母材のKIscc値が若干低下
している。
せにより、良好な低温靱性を有し、且つ溶接熱影響部の
耐応力腐食割れ性に優れた降伏強度1080MPa以上
の超高張力鋼が、安定して製造・供給できるようにな
り、深海で使用される容器や装置の信頼性を著しく向上
することが可能となった。
表、
表である。
Claims (2)
- 【請求項1】 重量%で C:0.04〜0.09% Si:0.01〜0.10% Mn:0.05〜0.65% Ni:8.0〜11.0% Mo:0.5〜1.5% Cr:0.2〜1.5% V:0.02〜0.20% Al:0.01〜0.08% を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物からなる鋼片
を、1000〜1250℃の間に加熱し、Ar´点温度
以上までで仕上げる熱間圧延を施した後、空冷し、その
後更に、120℃/min以下の加熱温度でAc3点−
40℃−Ac3点+40℃の温度域に、再加熱した後、
焼入れ処理を行ない、続いてAc1点以下の温度で焼戻
し処理することを特徴とする耐応力腐食割れ性に優れた
超高張力鋼の製造方法。 - 【請求項2】 重量%で C :0.04〜0.09% Si:0.01〜0.10% Mn:0.05〜0.65% Ni:8.0〜11.0% Mo:0.5〜1.5% Cr:0.2〜1.5% V :0.02〜0.20% Al:0.01〜0.08% を含有し、更に Cu:0.2〜1.5% Nb:0.005〜0.10% Ti:0.005〜0.03% からなる強度改善元素群、又は介在物形態制御作用のあ
る Ca:0.0005〜0.005% REM:0.0005〜0.0100% の一種又は二種以上を含有し、残部が鉄及び不可避的不
純物からなる鋼片を、1000〜1250℃の間に加熱
し、Ar´点温度以上までで仕上げる熱間圧延を施した
後、空冷し、その後更に、120℃/min以下の加熱
温度でAc3 点−40℃〜Ac3 点+40℃の温度域
に、再加熱した後、焼入れ処理を行ない、続いてAc1
点以下の温度で焼戻し処理することを特徴とする耐応力
腐食割れ性に優れた超高張力鋼の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4268377A JP2562771B2 (ja) | 1992-10-07 | 1992-10-07 | 耐応力腐食割れ性に優れた超高張力鋼の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP4268377A JP2562771B2 (ja) | 1992-10-07 | 1992-10-07 | 耐応力腐食割れ性に優れた超高張力鋼の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06116637A JPH06116637A (ja) | 1994-04-26 |
JP2562771B2 true JP2562771B2 (ja) | 1996-12-11 |
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ID=17457650
Family Applications (1)
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JP4268377A Expired - Lifetime JP2562771B2 (ja) | 1992-10-07 | 1992-10-07 | 耐応力腐食割れ性に優れた超高張力鋼の製造方法 |
Country Status (1)
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JP (1) | JP2562771B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101639845B1 (ko) | 2013-12-24 | 2016-07-14 | 주식회사 포스코 | 내절단 균열성이 우수한 고장력강 및 그 제조방법 |
JP6984320B2 (ja) * | 2017-10-31 | 2021-12-17 | 日本製鉄株式会社 | 靭性に優れた低温用ニッケル含有鋼板およびその製造方法 |
-
1992
- 1992-10-07 JP JP4268377A patent/JP2562771B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH06116637A (ja) | 1994-04-26 |
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