JPH0920922A

JPH0920922A - 高靱性低温用鋼板の製造方法

Info

Publication number: JPH0920922A
Application number: JP16620595A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Morikage; 康森影; Fumimaru Kawabata; 文丸川端; Kenichi Amano; 虔一天野
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1995-06-30
Filing date: 1995-06-30
Publication date: 1997-01-21

Abstract

(57)【要約】【目的】低温靱性を改善するとともに、焼き入れ温度
範囲を広範囲に許容しうる製造技術を提案する。【構成】Ｃ：0.04〜0.12wt％、 Si：0.02〜0.50wt％、
Mn：0.05〜0.8 wt％、Ｐ：0.01wt％以下、Ｓ：0.005
wt％以下、 Ni：6.5 〜12.0wt％、Al：0.01〜0.10wt％
およびＮ：0.0035wt％以下を含有し、残部は実質的にFe
からなるスラブを、1200〜1350℃で24hr以上保持する拡
散熱処理を施して冷却まで空冷し、その後1100〜1300℃
の温度に加熱し、圧延仕上げ温度を1000〜700 ℃とする
熱間圧延を行い、直ちに、 800〜500 ℃の温度範囲にお
ける平均冷却速度を２℃／sec 以上とする冷却を行い、
次いで 450℃〜（Ａc₁変態点＋70℃）の温度で焼もど
す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、靱性に優れる低温用
鋼板の製造方法に関わり、特に液化天然ガス（ＬＮＧ）
用鋼板など−160 ℃以下の極低温度域で使用して好適
な、低温用Ni含有鋼板の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＬＮＧタンクなどに用いられる低温用鋼
材として、９％Ni鋼などのNi含有鋼板が古くから知られ
ている。低温用鋼材はいずれも、低温における高靱性が
要求されており、例えば９％Ni鋼では、ＡＳＴＭＡ５
５３や同Ａ８４４に規格化されているように、再加熱焼
入れ−焼もどし処理（ＲＱ−Ｔ）や直接焼入れ−焼もど
し処理（ＤＱ−Ｔ）によって製造されるのが一般的であ
る。これら処理法の中でも、特にＤＱ−Ｔ処理は省プロ
セスの観点から好ましい製造方法である。ところで、上
記ＤＱ−Ｔ処理による製造法においても、従来から、靱
性向上のための努力が続けられてきた。例えば、特開平
２−１９４１２２号公報には、低Si−低Mn化した鋼板を
ＤＱ−Ｔ処理することにより、母材の強度、靱性および
溶接部靱性を改善する方法が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年、
低温靱性に対する要求は年々高まってきており、上記既
知技術によっては要求に見合う靱性（現在では、 vＥ-1
96＝25 kgf・ｍ級の特性が要求されている。）を満足す
ることが難しくなってきた。また、従来の製造方法によ
って、例えば20 kgf・ｍ級以上の高靱性を得るために
は、ある限られた焼入れ温度範囲、具体的にはＡc₃〜
（Ａc₃＋50℃）といった極めて狭い焼入れ温度範囲に制
御しないければ達成できないという問題があった。

【０００４】この発明の目的は、ＤＱ−Ｔプロセスによ
る９％Ni鋼の製造にあたり、低温靱性を改善するととも
に、焼き入れ温度範囲を広範囲に許容しうる製造技術を
提案するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】さて発明者らは、まず、
従来の方法で製造した９％Ni鋼では、高い低温靱性が得
難く、また所望の低温靱性を得るための焼き入れ条件が
極めて狭い温度範囲に制限される原因について追求した
結果、鋼板中の成分偏析に因るものであることをつきと
めた。すなわち、造塊時にデンドライト組織が形成さ
れ、Ni, Mnなどの偏析がおこり、これらの偏析は圧延、
熱処理後も厚さ方向に層状となって残る。この偏析の程
度は、例えば、Niを 9.0wt％含有する鋼であれば、厚さ
方向で8.0 〜10.8wt％ものNi量の差を生ずる。このよう
なNi濃度の違いから、厚さ方向の変態点の差が生じ、最
終組織も不均一となる。このために、鋼板の最終組織を
均一にし、高靱性を得るためには、焼入れ温度は狭い範
囲に限定されるのである。そこで、発明者らは、上記原
因の解消のための製造条件について鋭意検討した結果、
特に、Ni, Mnなどの成分偏析を拡散熱処理により低減
し、鋼組織の均一化を図ることによって、靱性の向上
と、焼き入れ温度条件の緩和を図ることが可能であると
の結論に達し、この発明を完成するに到った。その要旨
構成は以下のとおりである。

【０００６】(1) Ｃ：0.04〜0.12wt％、 Si：0.02〜0.
50wt％、 Mn：0.05〜0.8 wt％、Ｐ：0.01wt％以下、Ｓ：0.005 wt％以下、 Ni：6.5 〜12.0wt％、 Al：0.01〜0.10wt％およびＮ：0.0035wt％以下を含有し、残部は実質的にFeからなるスラブを、1200〜
1350℃で24hr以上保持する拡散熱処理を施して室温まで
冷却し、その後1100〜1300℃の温度に加熱し、圧延仕上
げ温度を1000〜700 ℃とする熱間圧延を行い、直ちに、
800〜500 ℃の温度範囲における平均冷却速度を２℃／
sec 以上とする冷却を行い、次いで 450℃〜（Ａc₁変態
点＋70℃）の温度で焼もどすことを特徴とする高靱性低
温用鋼板の製造方法。

【０００７】(2) Ｃ：0.04〜0.12wt％、 Si：0.02〜0.
50wt％、 Mn：0.05〜0.8 wt％、Ｐ：0.01wt％以下、Ｓ：0.005 wt％以下、 Ni：6.5 〜12.0wt％、 Al：0.01〜0.10wt％およびＮ：0.0035wt％以下を含み、
さらにNb：0.005 〜0.06wt％、Ｖ：0.005 〜0.07wt％お
よびCu：0.05〜0.50wt％のうちから選ばれる１種または
２種以上を含有し、残部は実質的にFeからなるスラブ
を、1200〜1350℃で24hr以上保持する拡散熱処理を施し
て室温まで冷却し、その後1100〜1300℃の温度に加熱
し、圧延仕上げ温度を1000〜700 ℃とする熱間圧延を行
い、直ちに、 800〜500 ℃の温度範囲における平均冷却
速度を２℃／sec 以上とする冷却を行い、次いで 450℃
〜（Ａc₁変態点＋70℃）の温度で焼もどすことを特徴と
する高靱性低温用鋼板の製造方法。

【０００８】(3) 上記(1) または(2) に記載の鋼スラブ
を、1200〜1350℃で24hr以上保持する拡散熱処理を施し
て室温まで冷却し、その後1100〜1300℃の温度に加熱
し、圧延仕上げ温度を1000〜700 ℃とする熱間圧延を行
い、直ちに、 800〜500 ℃の温度範囲における平均冷却
速度を２℃／sec 以上とする冷却を行い、さらに（Ａc₃
−100 ℃）〜（Ａc₃＋10℃）に加熱した後水冷し、次い
で 450℃〜（Ａc₁変態点＋70℃）の温度で焼もどすこと
を特徴とする高靱性低温用鋼板の製造方法。

【０００９】

【作用】まず、この発明における鋼の成分組成の限定理
由について説明する。Ｃ：0.04〜0.12wt％Ｃは、十分な高張力を得るために有用な元素である。Ｃ
含有量が0.04wt％未満では、強度確保の上からSi, Mnを
増加する必要が生じて、 700〜900 ℃に加熱された部分
の靱性が低くなるという問題があり、一方、0.12wt％を
超えても靱性が低下するので、0.04〜0.12wt％の範囲と
する。なお、Ｃ含有量の好ましい範囲は0.06〜0.10wt％
である。

【００１０】Si：0.02〜0.50wt％ Siは、溶接部靱性に悪影響を及ぼすので減少させるのが
好ましいが、0.02wt％未満にしても漸進的効果は認めら
れないので下限を0.02wt％とした。一方、0.50wt％を超
えるとかえって靱性の劣化を招くだけでなく、強度を過
剰に上昇させるので、0.50wt％を上限とする。なお、Si
含有量の好ましい範囲は0.2 〜0.4 wt％である。

【００１１】Mn：0.05〜0.8 wt％ Mnは、Siと同様に溶接部靱性に悪影響を及ぼすので減少
させるのが好ましいが、0.05wt％未満に低減しても漸進
的効果を示さないので、下限を0.05wt％とした。一方、
0.8 wt％を超えて添加すると靱性を劣化させるだけでな
く、強度を過剰に上昇させるため、0.8 wt％を上限とし
た。Mnはこの範囲で低減すれば漸進的に溶接部靱性を改
善し、特に0.3 wt％以下の範囲でその効果が顕著であ
る。

【００１２】Ｐ：0.01wt％以下、Ｓ：0.005 wt％以下Ｐ, Ｓは、いずれも母材および溶接部の靱性を害するの
で極力低減することが望ましいが、それぞれ0.01wt％以
下、0.005 wt％以下の範囲で許容できる。好ましくは、
それぞれ0.005 wt％以下、0.002 wt％以下に制限するの
がよい。

【００１３】Ni：6.5 〜12.0wt％ Niは、この発明の低温用鋼には必須の元素であり、低温
における靱性の確保に著効を有するが、6.5 wt％未満で
はその効果は乏しく、一方12.0wt％を超えて添加しても
その効果は飽和し、不経済でもあるので、6.5 〜12.0wt
％の範囲に限定する。なお、Ni含有量の好ましい範囲は
7.5 〜10.0wt％である。

【００１４】Al：0.01〜0.10wt％ Alは、鋼の脱酸に必要な元素である。Alの添加量が、0.
01wt％未満ではその効果に乏しく、一方0.10wt％を超え
ると清浄性を損なうので、0.01〜0.10wt％の範囲とす
る。

【００１５】Ｎ：0.0035wt％以下Ｎは、可動転位を増加させ、また、島状マルテンサイト
を増加させて靱性を劣化させる元素である。Ｎ含有量が
0.0035wt％を超えると、とくに 700〜900 ℃に加熱され
る熱影響部の靱性を低下させるので、上限を0.0035wt％
とする。

【００１６】上記Ｃ, Si，Mn，Ｐ, Ｓ, Ni, Al, Ｎをこ
の発明における鋼の基本成分とするが、さらに、Nb、Ｖ
およびCuのうち少なくとも１種を含有させることもでき
る。これらの限定理由について次に説明する。

【００１７】Nb：0.0055〜0.06wt％ Nbは、析出強化により強度を向上させるのに有効に寄与
するが、0.005 wt％未満では添加効果が少なく、一方0.
06wt％を超えるとかえって靱性を損なうので、0.0055〜
0.06wt％、好ましくは0.008 〜0.03wt％とする。

【００１８】Ｖ：0.005 〜0.07wt％Ｖは、析出強化により強度を向上させるのに有効な元素
である。Ｖの添加量が0.005 wt％未満ではその効果が少
なく、一方0.07wt％を超えるとかえって靱性を損なうの
で、0.005 〜0.07wt％、好ましくは0.008 〜0.03wt％と
する。

【００１９】Cu：0.05〜0.50wt％ Cuは、焼入れ性向上により強度を改善するのに有効な元
素であるが、0.05wt％未満ではその添加効果に乏しく、
一方0.50wt％を超えるとかえって靱性を損なうので、0.
05〜0.50wt％、好ましくは0.05〜0.10wt％とする。

【００２０】以上述べた成分範囲になる鋼を、拡散熱処
理ののち、ＤＱ−Ｔ処理することによって目指した目的
が達成される。以下にこれらの製造条件について説明す
る。・拡散熱処理この発明法における重要なポイントは、ＤＱ−Ｔ処理に
先立って、拡散熱処理を施すところにある。拡散熱処理
条件は、1200〜1350℃の温度に加熱して24hr以上保持し
た後室温まで冷却する。加熱温度が1200℃未満では、Ni
の拡散速度が急激に低下するために成分の均一化が困難
となる。一方、1350℃を超えて加熱すると長時間の加熱
に対して鋼塊自体が溶解してしまう可能性をはらんでい
るので、拡散焼鈍処理は1200〜1350℃の温度範囲、好ま
しくは1300〜1350℃の温度範囲とする。また、保持時間
が24hr未満ではNiの拡散が十分ではなく、成分が均一化
されないため、保持時間は24hr以上、好ましくは36〜48
hrとする。なお、拡散焼鈍後一旦室温まで冷却するの
は、焼鈍後に粗大化した結晶粒を圧延前の再加熱により
細粒化するためである。

【００２１】・熱間圧延および冷却上記拡散熱処理ののち、1100〜1300℃の温度に加熱し
て、仕上げ温度を1000〜700 ℃とする熱間圧延を行う。
加熱温度が1100℃未満では、冷却した鋼塊中で粗大析出
したAlＮが溶解せず、靱性を劣化させるほか、十分な圧
下比をとることができない。一方、1300℃を超えて加熱
するとオーステナイト粒が粗大化するとともに、経済的
にも不利となるので、スラブ加熱温度は1100〜1300℃、
好ましくは1100〜1200℃とする。また、熱間圧延の仕上
げ温度が、1000℃超では十分な細粒組織が得られず、こ
の発明で目指した高靱性鋼板の製造に不都合である。一
方、700 ℃未満ではひずみが結晶粒に蓄積されるため、
靱性が低くなる。したがって、熱間圧延の仕上げ温度は
1000〜700 ℃、好ましくは900 〜800 ℃とする。さら
に、上記熱間圧延後、直ちに、 800℃〜500 ℃の温度範
囲の平均冷却速度が２℃／sec 以上である冷却よりなる
直接焼き入れ処理を施す。この処理により、再加熱焼入
れよりも強度が増加し、そのためSi量, Mn量およびＮ量
を低減することが可能となる。このとき、平均冷却速度
が２℃／sec 未満であると、焼入れ不足となり強度が低
下するので、直接焼き入れの平均冷却速度は２℃／sec
以上、好ましくは５℃／sec 以上とする。

【００２２】・焼もどし直接焼き入れ後、 450℃以上（Ａc₁点変態点＋70℃）以
下の条件で焼もどし処理を施す。焼もどし処理温度が45
0 ℃未満では十分な靱性が確保できず、一方、（Ａc₁点
変態点＋70℃）を超えると強度が低下してしまう。

【００２３】なお、母材靱性のさらなる向上のために
は、上記した直接焼入れ処理と焼もどし処理の間に、
（Ａc₃−100 ℃）〜（Ａc₃＋10℃）に加熱した後水冷す
る焼入れ処理を施すことが有効である。

【００２４】

【実施例】表１に示す化学組成になる鋼を、表２に示す
条件で拡散焼鈍熱処理して室温まで冷却し, 加熱、圧延
後、直ちに焼入れおよび焼もどし処理を施した。なお、
焼入れ時の冷却は水冷(800〜500 ℃の平均冷却速度50℃
／s)、焼もどし時の保持時間は70min で冷却は空冷とし
た。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】得られた各鋼板について、母材の引張特性
およびシャルピー衝撃特性を調査した。結果を表２に合
わせて示す。表２において、発明法を適用し拡散焼鈍熱
処理を施したNo. １〜９の場合には、 vＥ-196はすべて
24 kgf・ｍを超える値を示している。これに対し、No.1
0 〜13に代表される比較法及び従来法の vＥ-196は、す
べて19 kgf・ｍ〜20 kgf・ｍとなっている。比較法は、
拡散焼鈍処理時の加熱温度が低過ぎたか、あるいは保持
時間が短過ぎたものである。従来法は拡散焼鈍処理を施
さなかったものである。

【００２８】

【発明の効果】かくしてこの発明に従う製造方法によれ
ば、低温靱性に優れた鋼板が直接焼入れ法により製造す
ることが可能となる。しかも、焼き入れ温度範囲を広範
囲に許容できるので、焼き入れ処理がしやすく、製造性
が改善されるので、産業上の寄与は極めて大きい。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃ：0.04〜0.12wt％、 Si：0.02〜0.50wt
％、 Mn：0.05〜0.8 wt％、Ｐ：0.01wt％以下、Ｓ：0.005 wt％以下、 Ni：6.5 〜12.0wt％、 Al：0.01〜0.10wt％およびＮ：0.0035wt％以下を含有
し、残部は実質的にFeからなるスラブを、1200〜1350℃
で24hr以上保持する拡散熱処理を施して室温まで冷却
し、その後1100〜1300℃の温度に加熱し、圧延仕上げ温
度を1000〜700 ℃とする熱間圧延を行い、直ちに、 800
〜500 ℃の温度範囲における平均冷却速度を２℃／sec
以上とする冷却を行い、次いで 450℃〜（Ａc₁変態点＋
70℃）の温度で焼もどすことを特徴とする高靱性低温用
鋼板の製造方法。
【請求項２】Ｃ：0.04〜0.12wt％、 Si：0.02〜0.50wt
％、 Mn：0.05〜0.8 wt％、Ｐ：0.01wt％以下、Ｓ：0.005 wt％以下、 Ni：6.5 〜12.0wt％、 Al：0.01〜0.10wt％およびＮ：0.0035wt％以下を含み、
さらにNb：0.005 〜0.06wt％、Ｖ：0.005 〜0.07wt％お
よびCu：0.05〜0.50wt％のうちから選ばれる１種または
２種以上を含有し、残部は実質的にFeからなるスラブ
を、1200〜1350℃で24hr以上保持する拡散熱処理を施し
て室温まで冷却し、その後1100〜1300℃の温度に加熱
し、圧延仕上げ温度を1000〜700 ℃とする熱間圧延を行
い、直ちに、 800〜500 ℃の温度範囲における平均冷却
速度を２℃／sec 以上とする冷却を行い、次いで 450℃
〜（Ａc₁変態点＋70℃）の温度で焼もどすことを特徴と
する高靱性低温用鋼板の製造方法。