JP4041194B2

JP4041194B2 - Low yield ratio low temperature steel sheet with excellent ammonia stress corrosion cracking resistance and toughness of heat affected zone in high heat input welding

Info

Publication number: JP4041194B2
Application number: JP29137797A
Authority: JP
Inventors: 俊明菅; 保司渕田; 重雄岡野; 清岩井; 孝道浜中
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1997-10-23
Filing date: 1997-10-23
Publication date: 2008-01-30
Anticipated expiration: 2017-10-23
Also published as: KR100294421B1; JPH11131178A; KR19990037236A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐アンモニア応力腐食割れ性および大入熱溶接における熱影響部の靱性に優れた低降伏比低温用鋼板に関し、詳細にはアンモニアやＬＰＧ等の種々のガスを積載する多目的ガス船の低温用圧力タンクに使用可能な低温用鋼板（引張強さ４００Ｎ／ｍｍ² 級以上）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プロパンを輸送するＬＰＧ船の貯槽用低温圧力タンクには、高い低温靱性が要求されていることから、焼きならし型低温用鋼が採用されている。近年、開発された多目的ガス船は、ＬＰＧだけではなく、アンモニアやブチレン等を液体状態で積載することから、その低温圧力タンクに使用される鋼材には、下記▲１▼〜▲４▼の特性が要求されている。即ち、
▲１▼アンモニア応力腐食割れが発生しないこと、
▲２▼−５５〜−６５℃の低温域における靱性に優れていること、
▲３▼溶接工数の簡略化を目的とし、片面１パス溶接において５０〜８０ｋＪ／ｃｍ程度の大入熱溶接を行っても、継手部の靱性が良好であること、
▲４▼降伏比（降伏点／引張強さ）が９０％以下（望ましくは８８％以下）であるという特性である。
【０００３】
ＬＰＧ船に用いられている従来の焼きならし型低温用鋼板（Ｃ量：０．１％程度）を、多目的ガス船の低温圧力タンクに用いると、２０ｋＪ／ｃｍ以下の小入熱で溶接を行っても、溶接時に急熱急冷を受けた熱影響部（Heat affected zone, 以下、ＨＡＺという）にアンモニアによる応力腐食割れが発生したり、また５０ｋＪ／ｃｍ以上の大入熱溶接を行うと上記ＨＡＺの靱性が大幅に低くなるという問題があった。この様に、アンモニアによる応力腐食割れが発生しやすく、ＨＡＺの靱性が劣化する理由は、上記焼きならし型低温用鋼板が、強度確保のために多量の合金元素を含有していることにある。
【０００４】
近年、制御圧延とその後の加速冷却を組み合わせたＴＭＣＰ(Thermo Mechanical Control Process) 技術が開発されたことにより、Ｃ量を０．０７％程度までに制限し従来の焼きならし型鋼板に比べ合金元素量を低減しても、十分な強度を得ることができるようになり、低温用鋼の耐アンモニア応力腐食割れ性と大入熱溶接におけるＨＡＺの靱性（以下、大入熱溶接ＨＡＺ靱性という）の向上を図ることが可能となってきたが、安定して上記▲１▼及び▲２▼の特性を満足するまでには至っておらず、予熱や後熱，溶接入熱量に関し緻密な溶接施工管理が行われてきた。
【０００５】
また、降伏比が大きい場合には何らかの要因で応力がかかった際に変形するとすぐに破断してしまうことから、降伏比が小さいこと（引張強度に対して降伏点が低く、応力に降伏することにより応力を解放しその後破断しないこと）が求められているが、降伏比を９０％以下（望ましくは８８％以下）にする技術は確立されておらず、製造後の検査で選別するため多大の歩留り低下を招いていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事情に着目してなされたものであり、引張強さが４００Ｎ／ｍｍ² 級以上で、−６０℃前後における低温靱性に優れた鋼板であって、アンモニア応力腐食割れが発生しない低温用鋼板の提供を第１の課題とし、更に５０ｋＪ／ｃｍ以上の大入熱溶接を行ってもＨＡＺ靱性が良好な低温用鋼板の提供を第２の課題とし、しかも８８％以下の低い降伏比を有する低温用鋼板の提供を第３の課題とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記第１の課題を解決した本発明の耐アンモニア応力腐食割れ性に優れた低温用鋼板とは、Ｃ含有量が０．０６％以下であることを要旨とするものである。
【０００８】
上記第２の課題を解決した本発明の耐アンモニア応力腐食割れ性および大入熱溶接ＨＡＺ靱性に優れた低温用鋼板とは、Ｃ含有量が０．０６％以下であると共に、Ｔｉ：０．００５〜０．０２０％、Ｎ：０．００２〜０．００５％を含有することを要旨とするものである。
【０００９】
また上記第３の課題を解決した本発明の耐アンモニア応力腐食割れ性および大入熱溶接ＨＡＺ靱性に優れた低降伏比型低温用鋼板とは、フェライトを主体とし、フェライト粒界に存在するパーライトが層状に分散された層状パーライト組織［図１（ａ）参照］を有する低温用鋼板であって、Ｃ含有量が０．０６％以下であり、Ｔｉ：０．００５〜０．０２０％、Ｎ：０．００２〜０．００５％を含有すると共に、上記フェライトの平均粒径が５〜１５μｍで、且つ層状パーライトの層間隔［図１（ｂ）のｈ］が３０μｍ以下であることを要旨とする。
【００１０】
尚、上記のいずれかの本発明鋼板を用いた溶接部であって、硬さがＨｖ２８０以下の溶接部は、優れた耐アンモニア応力腐食割れ性を発揮する。
【００１１】
本発明鋼板の成分組成としては、Ｃ：０．０３〜０．０６％、Ｓｉ：０．０５〜０．５０％、Ｍｎ：１．０〜１．８％、Ａｌ：０．００５〜０．０８％、Ｔｉ：０．００５〜０．０２０％、Ｎ：０．００２〜０．００５％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物とする必要がある。
【００１２】
さらに他の元素として、強度上昇を目的とし、
Ｃｕ：０．０５〜１．０％、
Ｃｒ：０．０５〜１．０％、
Ｍｏ：０．０５〜１．０％、
Ｖ：０．００５〜０．１０％、
Ｎｂ：０．００５〜０．１０％
よりなる群から選択される１種以上の元素を含有してもよい。
【００１３】
また靱性の向上を目的として、
Ｎｉ：０．０５〜１．０％
を含有しても良い。
【００１４】
更に、ＨＡＺ靱性の向上を目的としてＺｒ：０．００３〜０．０２０％、Ｂ：０．０００２〜０．００２０％、Ｃａ：０．００１〜０．０１％、Ｍｇ：０．００１〜０．０１％、ＲＥＭ（希土類元素；Ｃｅ，Ｌａ，Ｎｄ）：０．００１〜０．０１％よりなる群から選択される１種以上を含有してもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、耐アンモニア応力腐食割れ性が発生しない低温用鋼板であって、５０ｋＪ／ｃｍ以上の大入熱溶接を行ってもＨＡＺ靱性が良好であり、しかも８８％以下の低い降伏比を有する低温用鋼板の開発を目的として、成分組成とミクロ組織に関して鋭意研究を重ねた。
【００１６】
その過程において、本発明者らは、Ｃ量を０．０６％以下にすることで、アンモニア応力腐食割れ（以下、アンモニアＳＣＣということがある）の発生を確実に防止できると同時に、大入熱溶接ＨＡＺ靱性も大幅に向上するとの知見を得た。
【００１７】
図２は、耐アンモニア応力腐食割れ性及び大入熱溶接ＨＡＺ靱性に及ぼすＣ量の影響を詳細に調査するため、表１に示す化学成分を有する鋼板を用いて、入熱量を種々変化させて溶接継手を作製し、これらの溶接継手について、表２に示す液化アンモニア応力腐食割れ促進試験（環境、応力を加速因子とした）及びＪＩＳＺ３１２８の溶接継手衝撃試験を実施した結果である。
【００１８】
【表１】

【００１９】
【表２】

【００２０】
図２から明らかな様に、Ｃ量を０．０６％以下に制御することで、アンモニア応力腐食割れの発生を確実に防止できると同時に、入熱８０ｋＪ／ｃｍ程度の大入熱溶接ＨＡＺ靱性も大幅に向上することがわかった。尚、溶接ＨＡＺのアンモニア応力腐食割れを発生させない限界硬さが、Ｈｖ２８０以下であることは、上記の一連の実験の中で本発明者らが初めて突き止めた知見である。
【００２１】
従って、本発明におけるＣ量は、耐アンモニア応力腐食割れ性と大入熱溶接ＨＡＺ靱性の確保のため０．０６％を上限とし、引張強さ４００Ｎ／ｍｍ² 級以上の母材強度を確保するためには少なくとも０．０３％必要であることから、その下限を０．０３％とした。
【００２２】
一方、本発明者らがＣ：０．０６％以下の低Ｃ鋼について引張特性を調査したところ、低Ｃ化は引張強さの大幅な低下とそれに伴う降伏比の上昇を招くという問題に直面した。合金化元素を添加することにより引張強さの上昇を図ることは可能である。しかしながら、降伏比を改善することはできなかった。そこで、Ｃ：０．０６％以下の低Ｃ鋼の低降伏比化を図るため種々の圧延条件で鋼板を試作し、引張特性とミクロ組織を調査した。その結果、８８％以下の低降伏比と高い低温靱性を有する鋼板の組織は全て、平均フェライト粒径が５〜１５μｍであり、且つフェライト組織中に層間隔が３０μｍ以下の層状パーライトが分散していることを見出した。
【００２３】
図３は、平均フェライト粒径及び層状パーライトの層間隔と、靱性及び降伏比（ＹＲ）の関係の調査結果であり、平均フェライト粒径が１５〜３０μｍ程度であり、層状パーライトの層間隔が２０〜４５μｍの鋼板の場合［図３（ａ）］、降伏比は８８％以下であったが、衝撃値は５０Ｊ未満であり靱性が低かった。平均フェライト粒径が５〜１５μｍであり、且つフェライト組織中に層間隔が３０μｍ以下の層状パーライトが分散する鋼板の場合［図３（ｂ）］、衝撃値８０Ｊの高い靱性と８８％以下の低降伏比が得られた。図３（ｃ）の鋼板の場合、フェライト粒径の平均値は、１５μｍ以下であるが、フェライト粒径のばらつきが大きく、層状パーライトの層間隔は１０〜４０μｍと広く、靱性には優れるものの降伏比が高かった。
【００２４】
従って本発明では、高靱性（−６０℃における衝撃吸収エネルギー：６０Ｊ以上）と８８％以下の低降伏比の確保のため、ミクロ組織を平均フェライト粒径が５〜１５μｍで、且つ、フェライト組織中に分散する層状パーライトの層間隔を３０μｍ以下に限定した。
【００２５】
尚、上記ミクロ組織を得るための製造技術は、従来のＴＭＣＰ技術より格段に高度な精密制御圧延により可能となるものであり、具体的には例えば厚さ１６ｍｍ以下の鋼板の場合、加熱温度を１１５０℃程度とし、図４に示す様に、９００〜８３０℃の圧下率を３０〜８０％とし、８３０℃未満の圧下率を１０〜４５％とすることにより、図３の（ｂ）に示すミクロ組織を得ることができる。また上記圧下率のいずれかが小さ過ぎる場合には、図３（ａ）に示す比較的粗大なミクロ組織となって靱性が低くなり、上記圧下率のいずれかが大き過ぎると、図３（ｃ）に示す微細なミクロ組織となって降伏比が高くなった。
【００２６】
また化学成分に関しては、Ｃ：０．０６％以下の低Ｃ鋼において、Ｔｉ及びＮを、Ｔｉ：０．００５〜０．０２０％、Ｎ：０．００２〜０．００５％の範囲で添加することにより、大入熱溶接ＨＡＺ靱性を向上させることが可能である。
【００２７】
Ｔｉは、ＴｉＮを形成して大入熱溶接ＨＡＺ靱性を向上させるので、０．００５％以上含有させることが推奨される。但し、多過ぎると清浄度が低下するので上限は０．０２％とすることが望ましい。
【００２８】
Ｎは、ＴｉやＺｒ等の元素と窒化物を形成して大入熱溶接ＨＡＺ靱性を向上させるので０．００２％以上添加することが望ましい。但し、多過ぎると、母材の靱性を低下させるので、上限は０．００５％とすることが望ましい。
【００２９】
更に本発明においては、Ｃ：０．０６％以下の低Ｃ鋼において、少なくともＳｉ，Ｍｎ，Ａｌを以下の範囲で含有させることが望ましい。
【００３０】
Ｓｉは、脱酸に必要な元素であり、０．０５％以上含有させることが望ましい。但し、多過ぎると溶接性および靱性を劣化させるので、上限は０．５％とすることが望ましい。
【００３１】
Ｍｎは、母材強度と靱性の確保のために必要な元素であり、１．０％以上含有させることが望ましい。但し、多過ぎると、溶接性および大入熱溶接ＨＡＺ靱性を劣化させるので、１．８％を上限とすることが望ましい。
【００３２】
Ａｌは、脱酸元素であるから、０．００５％以上含有させることが望ましい。但し、多過ぎると靱性の劣化をもたらすので上限は０．０８％以下とすることが好ましい。
【００３３】
この他に、特性の向上を目的として、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｂ，Ｃａ，Ｍｇや希土類元素を、板厚や強度レベルに応じて添加しても良い。
【００３４】
Ｃｕは、固溶強化および析出強化による強度上昇に有効な元素であるので、０．０５％以上含有させることが望ましい。但し、多過ぎると熱間加工性が劣化し、鋼板表面に割れが入り易くなるので上限は１．０％とすることが好ましい。
【００３５】
Ｎｉは靱性を向上させる元素であるので０．０５％以上含有させることが望ましいが、多過ぎるとスケール疵が発生し易くなり、コストアップにもなるので、上限は１．０％とすることが望ましい。
【００３６】
ＣｒとＭｏは、いずれも母材の強度を上昇させる上で有効であり、夫々０．０５％以上含有させることが望ましいが、多過ぎると大入熱溶接ＨＡＺ靱性を劣化させるので１．０％を上限とすることが望ましい。
【００３７】
ＶとＮｂはいずれも、析出強化により強度上昇に有効な元素であり、０．００５％以上含有させることが望ましいが、多過ぎると大入熱溶接ＨＡＺ靱性を劣化させるので、上限は０．１０％とすることが望ましい。
【００３８】
Ｚｒは、Ｔｉと同様に窒化物を形成して、大入熱溶接ＨＡＺ靱性を向上させるので０．００３％以上含有させることが望ましいが、多過ぎると清浄度の低下を招くので、上限は０．０２％とすることが好ましい。
【００３９】
Ｂは、ＢＮを生成することによりＨＡＺ靱性に有害な固溶Ｎを固定し、粒界フェライトの生成を抑制する作用を有することから、０．０００２％以上含有させることが望ましいが、多過ぎると大入熱溶接ＨＡＺ靱性の低下を招くので上限は０．００２％とすることが好ましい。
【００４０】
Ｃａ，Ｍｇおよび希土類元素は、酸化物，硫化物，酸硫化物を形成してＨＡＺの結晶粒粗大化を防止すると共に、母材の異方性の軽減に有効な元素であり、０．００１％以上添加することが望ましいが、多過ぎると清浄度の低下を招くので０．０１％を上限とすることが好ましい。
【００４１】
以下、本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の主旨に徴して設計変更することはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００４２】
【実施例】
供試鋼板は、表３に示す化学成分を有する鋼片を用い、表４に示す条件で板厚８〜１６ｍｍの鋼板に圧延した。
【００４３】
【表３】

【００４４】
【表４】

【００４５】
これらの鋼板から試験片を採取し、母材引張試験及び衝撃試験，ミクロ組織調査，溶接継手部（入熱量６ｋＪ／ｃｍ）のアンモニア応力腐食割れ試験及び溶接継手部（入熱量８０ｋＪ／ｃｍ）の衝撃試験を行った。結果は表５に示す。
【００４６】
【表５】

【００４７】
表５から明らかな様に、本発明の鋼板Ｎｏ．１〜７は、いずれもアンモニア応力腐食割れが発生せず、大入熱溶接ＨＡＺ靱性は１００Ｊ以上と良好であり、８７％以下の低降伏比を有している。
【００４８】
これに対して、比較例Ｎｏ．８は、Ｃ量が０．０６％を超えているためアンモニア応力腐食割れが発生し、溶接継手衝撃値が４０Ｊと低い。また、比較例９〜１３はミクロ組織が本発明の条件を満足していないため、母材衝撃特性（ｖＥ₆₀）が４０Ｊと低過ぎるか、降伏比が９２％以上と高過ぎる。尚、Ｎｏ．９及びＮｏ．１３は、９００〜８３０℃における圧下率が小さ過ぎると共に、８３０℃未満の圧下率が大き過ぎ、粗大なフェライト粒と微細なフェライト粒の混粒となっていた。Ｎｏ．１０とＮｏ．１１は９００〜８３０℃における圧下率は適度であるが、８３０℃未満の圧下率が大き過ぎ細粒となり過ぎており、またＮｏ．１２は９００〜８３０℃における圧下率と、８３０℃未満の圧下率が共に小さ過ぎ、粗粒となっていた。
【００４９】
【発明の効果】
本発明は以上の様に構成されているので、耐アンモニア応力腐食割れが発生しない低温用鋼板を提供できるようになり、更に５０ｋＪ／ｃｍ以上の大入熱溶接を行ってもＨＡＺ靱性が良好な低温用鋼板を提供でき、しかも８８％以下の低い降伏比を有する低温用鋼板の提供が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るミクロ組織を示す概略説明図であり、（ａ）はフェライト粒界に層状に分散する層状パーライトを示し、また（ｂ）により層状パーライトの層間隔：ｈを示す。
【図２】大入熱ＨＡＺ靱性値と溶接硬化部硬さに及ぼすＣ量の影響を示すグラフである。
【図３】Ｃ：０．０６％鋼の母材引張特性及び衝撃特性と平均フェライト粒径及び層状パーライトの層間隔の関係を示す図である。
【図４】Ｃ：０．０６％鋼の母材引張特性及び衝撃特性を９００〜８３０℃の圧下率と８３０℃未満の圧下率で整理して示した図である。
【図５】アンモニア応力腐食割れ試験の試験片を示す図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a low yield ratio low temperature steel plate excellent in ammonia stress corrosion cracking resistance and toughness of a heat affected zone in large heat input welding, and more specifically, for a multipurpose gas ship carrying various gases such as ammonia and LPG. The present invention relates to a low-temperature steel plate (tensile strength of 400 N / mm ² grade or higher) that can be used in a low-temperature pressure tank.
[0002]
[Prior art]
Since low temperature toughness is required for a low temperature pressure tank for a storage tank of an LPG ship that transports propane, a normalizing type low temperature steel is adopted. In recent years, multipurpose gas ships that have been developed are loaded not only with LPG but also with ammonia, butylene, etc. in a liquid state. Therefore, the steel materials used in the low-temperature pressure tank have the following characteristics (1) to (4). Is required. That is,
(1) No ammonia stress corrosion cracking occurs,
(2) Excellent toughness in a low temperature range of −55 to −65 ° C.
(3) For the purpose of simplifying the welding man-hours, the toughness of the joint is good even when large heat input welding of about 50 to 80 kJ / cm is performed in single-pass one-pass welding.
(4) The yield ratio (yield point / tensile strength) is 90% or less (preferably 88% or less).
[0003]
When conventional normalizing type low temperature steel plate (C amount: about 0.1%) used for LPG ships is used for low temperature pressure tanks of multipurpose gas ships, welding is performed with a small heat input of 20 kJ / cm or less. Even if it is performed, stress corrosion cracking due to ammonia occurs in the heat affected zone (hereinafter referred to as HAZ) that has undergone rapid heating and quenching during welding, or when high heat input welding of 50 kJ / cm or more is performed. There has been a problem that the toughness of HAZ is significantly reduced. Thus, stress corrosion cracking due to ammonia is likely to occur and the toughness of the HAZ deteriorates because the normalizing type low temperature steel sheet contains a large amount of alloying elements for ensuring strength. .
[0004]
In recent years, the development of TMCP (Thermo Mechanical Control Process) technology, which combines controlled rolling and subsequent accelerated cooling, limits the C content to about 0.07% and is an alloying element compared to conventional normal-type steel sheets. Even if the amount is reduced, sufficient strength can be obtained, and the resistance to ammonia stress corrosion cracking of low-temperature steel and the toughness of HAZ in high heat input welding (hereinafter referred to as high heat input welding HAZ toughness) Although it has become possible to improve, it has not yet stably satisfied the characteristics of (1) and (2) above, and precise welding management for preheating, post-heating and welding heat input is not possible. Has been done.
[0005]
Also, if the yield ratio is large, it will break as soon as it is deformed when stress is applied for some reason, so the yield ratio is small (the yield point is low relative to the tensile strength, yielding to stress) However, the technology for reducing the yield ratio to 90% or less (preferably 88% or less) has not been established, and it is very difficult to select by inspection after manufacturing. Yield decline was invited.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made by paying attention to the above circumstances, and is a steel sheet having a tensile strength of 400 N / mm ² or more and excellent low temperature toughness at around −60 ° C., and does not cause ammonia stress corrosion cracking. The second challenge is to provide steel sheets for low temperature with a high HAZ toughness even if high heat input welding of 50 kJ / cm or more is performed, and a low yield ratio of 88% or less. A third object is to provide a low-temperature steel sheet having the above.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The low temperature steel sheet having excellent ammonia stress corrosion cracking resistance according to the present invention that solves the first problem is characterized in that the C content is 0.06% or less.
[0008]
The steel sheet for low temperature having excellent ammonia stress corrosion cracking resistance and high heat input welding HAZ toughness according to the present invention, which has solved the second problem, has a C content of 0.06% or less and Ti: 0.00. It contains 005 to 0.020% and N: 0.002 to 0.005%.
[0009]
Further, the low yield ratio type low temperature steel sheet excellent in ammonia stress corrosion cracking resistance and high heat input welding HAZ toughness according to the present invention, which solves the third problem, is a pearlite mainly composed of ferrite and present at ferrite grain boundaries. Is a low-temperature steel plate having a layered pearlite structure [see FIG. 1 (a)] dispersed in layers, the C content being 0.06% or less, Ti: 0.005 to 0.020%, N And 0.002 to 0.005%, the average particle diameter of the ferrite is 5 to 15 μm, and the layer interval of layered pearlite [h in FIG. 1B] is 30 μm or less. To do.
[0010]
In addition, the welded part using any one of the above-described steel plates of the present invention and having a hardness of Hv280 or less exhibits excellent resistance to ammonia stress corrosion cracking.
[0011]
As composition of the steel sheet of the present invention, C: 0.03 to 0.06%, Si: 0.05 to 0.50%, Mn: 1.0 to 1.8%, Al: 0.005 to 0.00. It is necessary to contain 08%, Ti: 0.005 to 0.020%, N: 0.002 to 0.005%, and to make the balance Fe and inevitable impurities.
[0012]
As another element, for the purpose of increasing strength,
Cu: 0.05 to 1.0%,
Cr: 0.05 to 1.0%,
Mo: 0.05-1.0%,
V: 0.005-0.10%,
Nb: 0.005 to 0.10%
You may contain 1 or more types of elements selected from the group which consists of.
[0013]
For the purpose of improving toughness,
Ni: 0.05-1.0%
May be contained.
[0014]
Furthermore, for the purpose of improving HAZ toughness, Zr: 0.003-0.020%, B: 0.0002-0.0020%, Ca: 0.001-0.01%, Mg: 0.001-0. 01%, REM (rare earth element; Ce, La, Nd): One or more selected from the group consisting of 0.001 to 0.01% may be contained.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The inventors of the present invention are steel plates for low temperature that do not generate ammonia stress corrosion cracking resistance, have good HAZ toughness even when subjected to high heat input welding of 50 kJ / cm or more, and have a low yield ratio of 88% or less. In order to develop a low-temperature steel sheet with high temperature, we have conducted extensive research on the component composition and microstructure.
[0016]
In this process, the present inventors can reliably prevent the occurrence of ammonia stress corrosion cracking (hereinafter sometimes referred to as ammonia SCC) by reducing the C content to 0.06% or less, and at the same time a large heat input. It was found that the welded HAZ toughness was also greatly improved.
[0017]
FIG. 2 shows various changes in heat input using steel sheets having chemical components shown in Table 1 in order to investigate in detail the effect of C content on ammonia stress corrosion cracking resistance and high heat input HAZ toughness. It is the result of producing welded joints and conducting a liquefied ammonia stress corrosion cracking acceleration test (environment and stress as acceleration factors) and a JIS Z 3128 welded joint impact test shown in Table 2 for these welded joints.
[0018]
[Table 1]

[0019]
[Table 2]

[0020]
As apparent from FIG. 2, by controlling the C content to 0.06% or less, the occurrence of ammonia stress corrosion cracking can be surely prevented, and at the same time, the high heat input HAZ toughness with a heat input of about 80 kJ / cm is also achieved. It turns out that it improves significantly. In addition, it is the knowledge which the present inventors discovered for the first time in said series of experiments that the limit hardness which does not generate | occur | produce the ammonia stress corrosion cracking of welding HAZ is Hv280 or less.
[0021]
Therefore, the C content in the present invention is 0.06% as an upper limit for securing ammonia stress corrosion cracking resistance and high heat input weld HAZ toughness, and a base metal strength of a tensile strength of 400 N / mm ² or more is secured. Therefore, at least 0.03% is necessary, so the lower limit was made 0.03%.
[0022]
On the other hand, when the present inventors investigated the tensile properties of C: 0.06% or less of low C steel, it was confronted with the problem that lowering C would cause a significant decrease in tensile strength and a corresponding increase in yield ratio. did. It is possible to increase the tensile strength by adding an alloying element. However, the yield ratio could not be improved. Therefore, in order to reduce the yield ratio of low C steel with C: 0.06% or less, steel plates were made under various rolling conditions, and the tensile properties and the microstructure were investigated. As a result, all the steel sheet structures having a low yield ratio of 88% or less and high low temperature toughness have an average ferrite particle size of 5 to 15 μm, and layered pearlite with a layer spacing of 30 μm or less dispersed in the ferrite structure. I found out.
[0023]
FIG. 3 is a result of investigating the relationship between the average ferrite particle size and layer spacing of layered pearlite, and the toughness and yield ratio (YR). The average ferrite particle size is about 15 to 30 μm and the layer spacing of layered pearlite is 20 In the case of a steel plate of ˜45 μm [FIG. 3A], the yield ratio was 88% or less, but the impact value was less than 50 J and the toughness was low. In the case of a steel sheet in which layered pearlite having an average ferrite grain size of 5 to 15 μm and a layer interval of 30 μm or less is dispersed in the ferrite structure [FIG. 3B], a high toughness with an impact value of 80 J and a low value of 88% or less Yield ratio was obtained. In the case of the steel sheet of FIG. 3 (c), the average value of the ferrite grain size is 15 μm or less, but the dispersion of the ferrite grain size is large, the layer spacing of the layered pearlite is wide as 10 to 40 μm, and the yield is excellent in toughness. The ratio was high.
[0024]
Therefore, in the present invention, in order to ensure high toughness (impact absorption energy at −60 ° C .: 60 J or more) and a low yield ratio of 88% or less, the microstructure has an average ferrite grain size of 5 to 15 μm and a ferrite structure. The layer spacing of the layered pearlite dispersed in was limited to 30 μm or less.
[0025]
The manufacturing technique for obtaining the microstructure is made possible by precision control rolling that is significantly higher than that of the conventional TMCP technique. Specifically, for example, in the case of a steel sheet having a thickness of 16 mm or less, the heating temperature is set to be lower. As shown in FIG. 4, the rolling reduction at 900 to 830 ° C. is set to 30 to 80%, and the rolling reduction below 830 ° C. is set to 10 to 45% as shown in FIG. A microstructure can be obtained. If any of the rolling reductions is too small, the structure becomes relatively coarse as shown in FIG. 3A, resulting in low toughness. If any of the rolling reductions is too large, FIG. ) And the yield ratio was high.
[0026]
As for chemical components, Ti and N are added in a range of Ti: 0.005 to 0.020% and N: 0.002 to 0.005% in a low C steel of C: 0.06% or less. Thus, it is possible to improve the high heat input welding HAZ toughness.
[0027]
Since Ti forms TiN and improves high heat input welding HAZ toughness, it is recommended to contain 0.005% or more. However, if the amount is too large, the cleanliness decreases, so the upper limit is preferably 0.02%.
[0028]
N is preferably added in an amount of 0.002% or more because it forms nitrides with elements such as Ti and Zr to improve high heat input welding HAZ toughness. However, if the amount is too large, the toughness of the base material is lowered, so the upper limit is preferably made 0.005%.
[0029]
Furthermore, in the present invention, it is desirable to contain at least Si, Mn, and Al in the following ranges in a low C steel having C: 0.06% or less.
[0030]
Si is an element necessary for deoxidation, and it is desirable to contain 0.05% or more. However, if too much, weldability and toughness deteriorate, so the upper limit is preferably 0.5%.
[0031]
Mn is an element necessary for securing the strength and toughness of the base material, and it is desirable to contain 1.0% or more. However, if the amount is too large, the weldability and the high heat input weld HAZ toughness are deteriorated, so it is desirable to set the upper limit to 1.8%.
[0032]
Since Al is a deoxidizing element, it is desirable to contain 0.005% or more. However, if the amount is too large, toughness is deteriorated, so the upper limit is preferably made 0.08% or less.
[0033]
In addition, Cu, Ni, Cr, Mo, V, Nb, Zr, B, Ca, Mg, and rare earth elements may be added according to the plate thickness and strength level for the purpose of improving characteristics.
[0034]
Since Cu is an element effective for increasing the strength by solid solution strengthening and precipitation strengthening, it is desirable to contain 0.05% or more. However, if the amount is too large, the hot workability deteriorates and cracks are likely to enter the steel sheet surface, so the upper limit is preferably made 1.0%.
[0035]
Since Ni is an element that improves toughness, it is desirable to contain 0.05% or more. However, if it is too much, scale wrinkles are liable to occur and the cost increases, so the upper limit should be 1.0%. desirable.
[0036]
Both Cr and Mo are effective in increasing the strength of the base metal, and it is desirable to contain 0.05% or more of each, but if it is too much, the high heat input welding HAZ toughness is deteriorated, so 1.0% It is desirable to make the upper limit.
[0037]
Both V and Nb are effective elements for increasing the strength by precipitation strengthening, and it is desirable to contain 0.005% or more. However, if the amount is too large, the high heat input HAZ toughness is deteriorated, so the upper limit is 0.10. % Is desirable.
[0038]
Zr forms a nitride like Ti and improves the high heat input welding HAZ toughness, so it is desirable to contain 0.003% or more, but if it is too much, the cleanliness is lowered, so the upper limit is 0. 0.02% is preferable.
[0039]
B has a function of fixing solute N harmful to the HAZ toughness by generating BN and suppressing the formation of grain boundary ferrite, so it is desirable to contain 0.0002% or more, but too much Since the high heat input welding HAZ toughness is lowered, the upper limit is preferably made 0.002%.
[0040]
Ca, Mg and rare earth elements are elements effective in reducing the anisotropy of the base material while forming oxides, sulfides, and oxysulfides to prevent coarsening of HAZ crystal grains, and 0.001 It is desirable to add at least 0.01%, but if it is too much, the cleanliness will be lowered, so 0.01% is preferable as the upper limit.
[0041]
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the following examples are not intended to limit the present invention, and any design changes in accordance with the gist of the preceding and following descriptions are technical aspects of the present invention. It is included in the range.
[0042]
【Example】
The test steel plate was rolled into a steel plate having a thickness of 8 to 16 mm under the conditions shown in Table 4 using steel pieces having chemical components shown in Table 3.
[0043]
[Table 3]

[0044]
[Table 4]

[0045]
Test specimens were collected from these steel plates, and the base metal tensile test and impact test, microstructure investigation, ammonia stress corrosion cracking test of welded joint (heat input 6 kJ / cm) and welded joint (heat input 80 kJ / cm) An impact test was performed. The results are shown in Table 5.
[0046]
[Table 5]

[0047]
As apparent from Table 5, the steel plate No. In Nos. 1 to 7, ammonia stress corrosion cracking occurs, and the high heat input HAZ toughness is as good as 100 J or more, and has a low yield ratio of 87% or less.
[0048]
In contrast, Comparative Example No. In No. 8, since the C content exceeds 0.06%, ammonia stress corrosion cracking occurs, and the weld joint impact value is as low as 40J. In Comparative Examples 9 to 13, since the microstructure does not satisfy the conditions of the present invention, the base material impact property (vE ₆₀ ) is too low as 40 J, or the yield ratio is too high as 92% or more. No. 9 and no. No. 13 had a rolling reduction at 900 to 830 ° C. that was too small, and a rolling reduction of less than 830 ° C. was too large, resulting in a mixture of coarse ferrite grains and fine ferrite grains. No. 10 and no. No. 11 has an appropriate rolling reduction at 900 to 830 ° C., but the rolling reduction below 830 ° C. is too large and too fine. No. 12 had a rolling reduction at 900 to 830 ° C. and a rolling reduction of less than 830 ° C. both were too small and coarse.
[0049]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, it is possible to provide a low-temperature steel sheet that does not cause ammonia stress corrosion cracking resistance, and has good HAZ toughness even when high heat input welding of 50 kJ / cm or more is performed. A low-temperature steel sheet can be provided, and a low-temperature steel sheet having a low yield ratio of 88% or less can be provided.
[Brief description of the drawings]
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a schematic explanatory view showing a microstructure according to the present invention, wherein (a) shows layered pearlite dispersed in a layer form at ferrite grain boundaries, and (b) shows a layer interval of the layered pearlite: h.
FIG. 2 is a graph showing the influence of the amount of C on the high heat input HAZ toughness value and the weld hardened portion hardness.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the base metal tensile properties and impact properties of C: 0.06% steel, the average ferrite grain size and the layer spacing of layered pearlite.
FIG. 4 is a diagram showing the base metal tensile properties and impact properties of C: 0.06% steel organized by a rolling reduction of 900 to 830 ° C. and a rolling reduction of less than 830 ° C.
FIG. 5 is a view showing a test piece of an ammonia stress corrosion cracking test.

Claims

Ferrite as a main component,
A steel plate for low temperature having a layered pearlite structure in which pearlite existing in ferrite grain boundaries is dispersed in layers,
C: 0.03 to 0.06%,
Si: 0.05 to 0.50%,
Mn: 1.0-1.8%
Al: 0.005 to 0.08%,
Ti: 0.005-0.020%,
N: 0.002 to 0.005%, the balance being Fe and inevitable impurities,
The average particle size of the ferrite is 5 to 15 μm,
A low yield ratio low temperature steel sheet excellent in ammonia stress corrosion cracking resistance and toughness of a heat-affected zone in high heat input welding, characterized in that the layer spacing of the layered pearlite is 30 μm or less.

As other elements,
Cu: 0.05 to 1.0%,
Cr: 0.05 to 1.0%,
Mo: 0.05-1.0%,
V: 0.005-0.10%,
The steel plate for low yield ratio type low temperature according to claim 1, which contains one or more elements selected from the group consisting of Nb: 0.005 to 0.10%.

As other elements,
The low yield ratio steel plate for low temperature according to claim 1 or 2, which contains Ni: 0.05 to 1.0%.

As other elements,
Zr: 0.003 to 0.020%,
B: 0.0002 to 0.0020%,
Ca: 0.001 to 0.01%,
Mg: 0.001 to 0.01%,
The low yield ratio according to any one of claims 1 to 3, wherein the REM (rare earth element; Ce, La, Nd): contains at least one selected from the group consisting of 0.001 to 0.01%. Steel plate for mold low temperature.

It is a welding part using the low-temperature steel plate in any one of Claims 1-4 ,
A weld having excellent ammonia stress corrosion cracking resistance, wherein the hardness is Hv280 or less.