JPS5896853A - 耐食性および機械加工性に優れた極低温用高Ｍｎ鋼 - 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】 この発明は、特に耐応力腐食割れ性などの耐食性および
穿孔性などの機械加工性にすぐれ、かつ溶接性および低
温靭性にもすぐれた極低温用高Ｍｎ鋼に関するものであ
る。

従来、例えば液体天然ガス、液体窒素、および液体ヘリ
ウムの貯蔵用タンクなど、−１００〜−２６９℃程度の
極低温で使用される構造物には、９％Ｎｌ鋼や、ＪＩＳ
−８ＵＳ　３０４，３１６などのオーステナイトステン
・レス鋼、さらに＾Ｍｎオーステナイト非磁性鋼などが
使用されている。

しかし、上記９％Ｎｌ鋼は、液体窒素の温度である−１
９６℃程度１で良好な靭性を示すばかりでなく、熱膨張
も小さく、かつ耐応力腐食割れ性も良好なものであるが
、高価な上に、溶接性に問題があるものである。

また、上記オーステナイトステンレス鋼は、液体ヘリウ
ムの温度である一２６９℃程度まで良好な靭性を保持し
、かつ溶接性にも特別問題がないものであるが、高価で
、熱膨張も大きく、かつタンクなどの設置場所によって
は海水などのＣｔ−イオン含有の環境下にさらされる場
合があシ、この場合には応力腐食割れが発生し、さらに
強度が低い上に、切削性も悪く、しかも低温で塑性変形
すると変態して非磁性体となるなどの問題点をもつもの
である。

さらに、上記高Ｍｎオーステナイト非磁性鋼においては
、溶接部が鋭敏化して応力腐食割れ感受性が高くなシ、
かつ溶接熱影響部の靭性が応力除去焼なまし後低下する
ようになシ、しかもＭｎ原材料より混入した高含有量の
Ｐによって溶接時に高温割れが発生するなどの問題が生
ずるものである。

この発明は、上記の従来極低温用鋼のもつ問題点を解決
し、もって耐応力腐食割れ性などの耐食性、穿孔や切削
外どの機械加工性、溶接性、および低温靭性にすぐれ、
がっ熱膨張が小さく、非磁性体であり、しかも安価な極
低温用鋼を提供するもので、前記極低温用鋼を、重量％
で、Ｃ：０．２０チ以下、　Ｓｉ：　１．０％以下、　
Ｍｎ　：　１　’ｉ’、ｏ　〜３０．０％。

Ｐ：０．０２０％以下、　Ｃｒ：　０．５〜５．０％、
　Ｃｕ：　０．５〜３．５％、　ｓｏｔ、Ａｇ　：　０
．０１〜０．１０％を含有し、さらに必要に応じてＶ：
１．０％以下、Ｎｂ：１．０％以下、Ｍｏ：２．０％以
下、およびＮ　：　０．０５〜０．２５チのうちの１種
または２種以上を含有し、がっｃｒ≦−３ｏｘ（％ｃ）
２＋” を満足し、残りがＦｅと不可避不純物からなる組成で構
成した点に特徴を有するものである。

つぎに、この発明の極低温用高Ｍｎ鋼において、成分組
成を上記の通シに限定した理由を説明する。

（ａ）　　　Ｃ Ｃ成分にはオーステナイトを安定化して鋼の低温靭性お
よび強度を向上させる作用があシ、従来の高Ｍｎ非磁性
鋼には０．４％以上のＣが含有されていた。しかしなが
ら０．２０　％を越えて含有させると、溶接熱影響部に
炭化物が析出するようになって低温靭性が低下するよう
になると共に、応力腐食割れに対する鋭敏化が促進され
るようになシ、さらに穿孔および切削などの機械加工性
に劣化が見られるようになることから、その上限値を０
．２０チと定めた。

（ｂ）　　５ｉ Ｓｌには脱酸作用があるので不可欠の成分であるが、１
．０％を越えて含有させても脱酸作用は飽和することか
ら、その上限値を１．０％と定めた。

（ｃ）　　Ｍｎ Ｍｎ成分には、オーステナイトを安定にして低温靭性を
向上させる作用があるが、その含有量が１′７％未満で
は前記作用に所望の効果が得られず、一方３０％を越え
て含有させても前記作用により一層の改善効果が現われ
ず、逆にＭｎ原材料中のＰが鋼中に混入して鋼中のＰ含
有量が高くなシ、この結果溶接時に高温割れが発生する
ようになることから、その含有量を１７．０〜３０．０
％と定めた。

なお、液体窒素の温度である一１９６℃程度までの低温
域での適用に際してはＭｎ：１’７〜２５％の含有が好
ましく、また液体ヘリウムの温度である一２６９℃程度
１での極低温域での適用に際してはＭｎ：２５〜３０％
の含有が好ましい。また、この発明の鋼において、Ｍｎ
：１’ｉ’〜１９％を含有した場合に、組織中にε−マ
ルテンサイトが認められるが、このε−マルテンサイト
はＣ含有量が０２％以下である限シ低温靭性に何ら悪影
響を及ぼすものではない。

（ａ）　　ｐ 良好な熱間加工性を確保し、かつ溶接時の高温割れを防
止するためにはＰ含有量を０．０４％以下にする必要が
あり、また溶接熱影響部における低温靭性の劣化を防止
するためにはＰ含有量を０８０２チ以下にする必要があ
るのであ２て、このような理由からＰの上限値を０．０
２０　％と定めた。

（ｅ）　　Ｃｒ Ｃｒ成分には、鋼に高強度を付与し、かつ低温靭性を向
上させるほか、鋼の溶接熱影響部にパーライト状炭化物
が生成するのを抑制し、靭性および透磁率の劣化を防止
する作用があるが、その含有量が０．５チ未満では前記
作用に所望の効果が得られず、一方５％を越えて含有さ
せると、溶接熱影響部にｃｒ炭化物が析出して鋭敏化し
、海水などのＣｔ−イオン含有の環境下で応力腐食割れ
が発生するようになることから、その含有量を０．５〜
５゜チと定めた。また、ｃｒ≦−５０×（％ｃ）＋５は
、種々の鋼の溶接熱影響部における応力腐食割れ性を調
査した結果にもとづいて経験的に定めたものである。す
なわち、いずれもＳｉ：０．４％、Ｐ：０．０１％、　
Ｃｕ：　１．０％、ｌ：ｏ、０３％を含有するが、Ｃ，
Ｃｒ、　およびＭｎの含有量をそれぞれ変化させた各種
の鋼板を用意し、これらの鋼板に０．２％Ｃ−０，４％
５ｉ−２０％Ｍｎ−２％ｃｒの組成を有する高Ｍｎオー
ステナイト鋼の溶接材料を用いて手溶接を施した後、温
度：６００℃に１０時間保持の条件で応力除去焼なまし
処理を行ない、ついでこの結果形成された鋼板の溶接熱
影響部を中心に、厚さ：２ｍｍＸ幅ニア朋×長さ：’ｉ
’ｆＪｇの寸法を有する試験片を切シ出し、この試験片
をＵ状に曲げた状態で温度：５０℃の人工海水中に７２
０時間浸漬の応力腐食割れ性を評価するためのシングル
Ｕベンド試験を行ない、試験後の前記試験片における割
れ発生の有無を調べた。この結果を第１図に示した。第
１図に示されるようにＣ５０，２％、　　Ｃｒ≦５．０
％、およびＣｒ≦−５０×（％Ｃ）＋５によって囲まれ
た領域においては応力腐食割れは全く発生していない。

（ｆ）　　Ｃｕ Ｃｕ成分には、高価なＮ１成分に比して鋼の低温靭性を
著しく向上させる作用があるが、その含有量が０．５％
未満では所望のすぐれた低温靭性を確保することができ
ず、一方３．５％を越えて含有させると、Ｎｉを２％以
上含有させた場合に見られると同様の結晶粒内型の応力
腐食割れが、特にＣｔ−イオン含有の環境下での使用に
際して発生するようになると、とから、その含有量を０
．５〜３．５％に定めた。

（ｇ）　　　ｓｏｌ、Ｍ Ｍ成分にはＳｉと同様に脱酸作用があるので不可欠な成
分であるが、その含有量がｓｏＬ、ＡＲで０．０１チ未
満では所望の脱酸をはかることができず、一方０．１％
を越えて含有させても脱酸効果は飽和することから、そ
の含有量を０，０１〜０．１０％と定めた。

（ｈ）　　Ｎ Ｎ成分には、溶接熱影響部および応力除去焼なまし後の
靭性低下がＣ成分に比して小さい状態で、Ｃ成分と同様
に鋼の強度と靭性を向上させる作用があるので、特にこ
れらの特性が要求される場合に必要に応じて含有される
が、その含有量が、０．０５％未満では前記作用に所望
の改善効果が得られず、一方０．２５％を越えて含有さ
せると、溶接熱影響部および応力除去焼なまし後の靭性
劣化が著しくなることから、その含有量を０，０５〜０
．２５チと定めた。

（ｉ）　　Ｖ　ＩＮｂ　＊およびＭ。

これらの成分には鋼の強度を向上させる作用があるので
、高強度が要求される場合に必要に応じて含有されるが
、それぞれＶ　：　１．０チ、Ｎｂ：１．０チ、および
ＭＯ：　２．０％を越えて含有させると靭性が低下する
ようになることから、それぞれの含有量を、■＝１．Ｏ
％以下、　Ｎｂ：　１．０％以下、およびＭｏ：２．Ｏ
チリ下と定めた。

なお、この発明の鋼においては、炭化物が析出したシ、
結晶粒が粗大化すると、すぐれた低温靭性と、高い０．
２％耐力を確保することができないので、鋼板製造に際
しては、鋼を１０００〜１２２０℃に加熱して熱間圧延
を開始し、９５０〜７００℃の温度で仕上げた後、 ■上記仕上温度から放冷、 ■上記仕上温度から５００℃までを１００秒以下の時間
で急冷、 ■上記熱間圧延後、９００〜１０５０℃の温度で固溶化
処理、 以上の〜■のいずれかの処理を行なうことによって耐食
性を劣化させないで低温靭性と０．２％耐力を向上させ
るようＫするのが望ましい。

上記鋼板製造条件において、鋼の加熱温度を１０００〜
１２２０℃としたのは、１ｏｏｏ℃未満の加熱では炭化
物が十分に固溶せず、靭性劣化の原因となシ、一方１２
２０℃を越えて加熱すると熱間加工性が劣化し、かつ結
晶粒が粗大になって靭性が劣化するようになるという理
由からであり、また、仕上温度を９５０〜７ｏｏ℃とし
た理由は、仕上温度が９５０℃を越えると結晶粒が粗大
化して強度および靭性が共に低下するようになり、一方
７００℃未満の仕上温度では、強度上昇はあるものの、
炭化物が生成して靭性劣化が著しいものとなるからであ
る。さらに、仕上圧延後、通常は上記の処理の放冷だけ
で炭化物の析出および結晶粒の粗大化を阻止することが
できるが、特にＣを０．１５〜０．２０　％含有する場
合には、上記■処理の５００′Ｃ″！での温度範囲を１
００秒以下の時間で急冷することによって炭化物の析出
を抑制させることが望ましい。この場合、急冷終了温度
が５００℃よシ高かったシ、５００′Ｃまでの温度範囲
の冷却に１００秒以上を要した場合には炭化物が析出し
て鋼板の靭性は劣化するようになる。

また、熱間圧延後、上記■の固溶化処理を施すことによ
っても、すぐれた低温靭性および０．２％耐力を確保す
ることができるが、この場合９００℃未満の温度では炭
化物が固溶しないばかりか、再結晶も生じないので低温
靭性を向上させることができず、一方１０５０℃を越え
た温度では結晶粒が粗大化し、０．２％耐力が低下する
ようになるので、９００〜１０５０℃の温度での固溶化
処理が望ましい。

つぎに、この発明の鋼を実施例によシ従来例と対比しな
がら説明する。

実施例 通常の電気炉または転炉を用い、さらに必要に応じてＡ
ＯＤ（アルゴン−酸素脱ガス）処理あるいはＶＡＤ（真
空脱ガス）処理を併用して、それぞれ第１表に示される
成分組成をもった鋼を溶製し、通常の造塊法または連続
鋳造法によｐスラブまたはビレットとした後、同じく第
１表に示される製造条件にて板厚：ユ２朋を有する本発
明鋼１〜１７および従来鋼１〜８をそれぞれ製造した。

なお、従来鋼１〜８は、いずれもすでに低温用として実
用に供されているものであり、第１表には本発明鋼と異
る成分含有量には※印を付した。

ついで、この結果得られた各種の鋼について、引張特性
およびシャルピー低温衝撃特性（ＶＥ−１９６）、並び
に応力除去焼なましく温度：６００℃に５時間保持）後
のシャルピー低温衝撃特性（ＳＲ後のＶＥ−１９６とい
う）をそれぞれ測定し、さらに第１図に示される結果を
得るのと同じ条件で、受入ま１の状態および前記と同一
条件での応力除去焼なましくＳＲという）状態の鋼につ
いてシングルＵベンド試験を行ない、割れ発生の有無（
○印：割れなし、×印：割れあり、で耐応力腐食割れ性
を評価）を観察した。

これらの結果を第２表にまとめて示した。

第２表に示される結果から、本発明鋼１〜１７は、いず
れも高強度および高靭性を有し、かつＳＲ前およびＳＲ
後の状態において、すぐれた低温靭性および耐応力腐食
割れ性を有するのに対して、従来鋼１〜８は、強度、低
温靭性、および耐応力腐食割れ性のうちの少なくとも１
つの特性が劣ったものになっていることが明らかである
。

また、上記本発明鋼３，６．および８．従来鋼ｌについ
て、溶接入熱量：　２４　ＫＪ／Ｃｍ、溶接材料：共金
系の条件でサブマージアーク溶接を行ない、溶着金属、
ボンド部、および熱影響部の溶接ままの状態および上記
同一条件によるＳＲ後の低温衝撃特性（ＶＥ−１９１１
）を測定し、さらに溶接部に対して、溶接ままの状態、
およびＳＲ状態で、同一条件によるシングルＵペンド試
験を行なった。これらの結果を第３表に示した。

第３表に示されるように、本発明鋼においては、溶接部
においてもすぐれた低温靭性と耐応力腐食割れ性が確保
されるのに対して、従来鋼においては、これらの両特性
とも著しく劣ったものになっている。

なお、本発明鋼３は一１９６℃〜０℃で７×１０７℃の
きわめて低い熱膨張係数を示し、また本発明鋼８は、−
２６９℃において、０．２チ耐カニ　１１３．８　ｋｇ
ｆ／ｍｙＡ、引張強さ：　１５６．７　ｋＢ　／−、伸
び：４チ、絞り：３４％を示し、良好な低温引張特性を
もつものである。

第　　　　３　　　　表 上述のように、この発明の鋼は、高強度と高靭性を有し
、かつ鋼目体は勿論のこと、溶接部においてもすぐれた
低温靭性と耐応力腐食割れ性を有し、しかも機械加工性
および溶接性にすぐれ、さらに熱膨張が小さく、非磁性
体で、安価でもあることから、液体窒素や液体ヘリウム
の貯蔵用タンクなどの極低温用として使用した場合に有
用な性能を発揮するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は鋼の成分組成とシングルＵベンド試験結果との
関係図である。 出願人　　住友金属工業株式会社 代理人　　富　　１）　和　　夫

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　Ｃ：　０．２０％以下、　Ｓｉ：　１．０％
   以下、Ｍｎ：１　’ｉ’、ｏ　〜３０．０　％、　Ｐ　
   ：０．０２０％以下、　に！ｒ：　０．５〜５．０％、
   　Ｃｕ：　０．５〜３．５　％、　５ｏＬ−Ｎｌ　：　
   ０．０１〜０・１０％を含有し、かつ Ｃｒ≦−３０ＸｉＣ）　＋５ を満足し、残シがＦｅと不可避不純物からなる組成（以
   上重量％）を有することを特徴とする耐食性および機械
   加工性に優れた極低温用高Ｍｎ鋼。
2. （２）　　Ｃ：　０．２０％以下、Ｓｉ：１．０％以下
   、Ｍｎ：１　’７．０〜３０．０％、Ｐ　：０．０２０
   ％以下、　Ｃｒ　：　０．５〜５・０％、　Ｃｕ：　０
   ．５〜３．５　％、　ｓｏｔ、７ｄ１．　：　０．０１
   〜０．１０　％を含有し、さらにＶ：ユ、ｏｑ６以下、
   Ｎｂ：１．０％以下、　Ｍｏ：　２．０％以下、および
   Ｎ　：　０．０５〜０．２５％のうちの１種または２種
   以上を含有し、かつ Ｃｒ≦−３ｏＸ（ＩＣ）−）−５ を満足し、残シがＦｅと不可避不純物からなる組成（以
   上重量％）を有することを特徴とする耐食性および機械
   加工性に優れた極低温用高Ｍｎ鋼。