JPS59140355A - 高靭性高張力極厚鋼板 - 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、焼戻し脆性、並びに衝撃試験片破面上に現
われるセパレーションを抑制したＮ１添加高靭性高張力
極厚鋼板に関するものである。

近年、優れた靭性を有するとともに高い強度をも併せ持
つ高靭性高張力鋼に対する要望は益々強くなってきてお
り、これらに対処するため、過去、各種の新しい鋼が開
発されて使用されて来た。一般に「ＨＹ鋼」として知ら
れる高靭性Ｎｌ鋼もその１つである。

しかしながら、このような高靭性Ｎｉ鋼は、極寒の地に
おいても優れた靭性を発揮する材料ではあったが、焼戻
し脆性が非常に大きく現われるという問題点を有するも
のであった。もつとも、高靭１４ＩＶｉ鋼は、従来、そ
の使用にあたって応力除去焼鈍を施さなければならない
ような部材に適用される機会がほとんどなく、また使用
温度も常温近傍以下が多かったこともあって、焼戻し脆
性が進行する４５０〜５７５℃の温度域に長時間保持さ
れたり、７ｃの温度域を徐冷されたりすることが少なか
ったので、焼戻し脆性そのものが問題にされることはそ
れほど多くはなかった。

ところが、最近、寒冷地において石油精製用圧力容器や
合成燃料製造用圧力容器の建造される機会が増えるに伴
ない、　Ｎｉ鋼における焼戻し脆性低域の要請かにわか
に大きくなるという情勢になってきた。なぜなら、これ
らの圧力容器類は、その使用温度が焼戻し脆性の進行し
やすい４５０〜５７５℃の範囲内にあるものであり、ま
た、圧力容器施工時に溶ｊＸ後応力除去焼鈍徐冷を行う
ことから、焼戻し脆性の問題を避けることができなくな
ったからであり、このような点からみれば、Ｎｉ鋼の前
途は決して楽観できるものではなかった。

焼戻し脆性に関しては、一般に鋼の基本組成が決まると
、その焼戻し脆性は、重量割合での成分量を基にして、 及び、 Ｊ　＝　（Ｓｊ、−１−Ｍｎ）（Ｐ　＋Ｓｎ）　Ｘ　１
０’　（但し、製鎖）の２つのパラメータで評価でき、
両者の値が小さいほど焼戻し脆性が低くなるとの報告が
あるが、Ｎｉ添加鋼においても同様の結果が得られるも
のであり、Ｐ　、　Ｓｂ、　Ｓｎ及びＡｓの低減ととも
に、特にＭｎ含有量を可能な限り抑えることによってそ
の焼戻し脆化感受性が極めて低くなることが知られてい
る。

本発明者等は、上述のような観点からｊＪｉ鋼の有する
極めて優れた低温靭性を維持しつつ、溶接後の応力除去
焼鈍時や特定温度域への繰り返し昇温等によっても焼戻
し脆性を生ずることのない高靭性高張力鋼材の研究を行
った結果、り下に示す如き知見を得るに至ったのである
。即ち、（ａ）　　一般に、鋼の焼戻し脆性が生じると
きは、１４ｎ等の正偏析部に存在するオーステナイト粒
界がはなはだしく脆化し、シャルピー衝撃試験片破面上
にセパレーションを発生することとなる。このセパレー
ションは板厚方向の靭性値の１つの指標にもなるものと
されており、発生しない方が好ましいものであるが、こ
れを抑制する意味においても低Ｍｎ化は極めて効果的で
あること、（ｂ）　　例えば、高Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ　−
Ｖ鋼のようなＮ１添加鋼は、−見すれば焼入れ性が十分
高いような印象を受けるが、実際には板厚を１００ｍｘ
ｒ程度にまで厚くした鋼板にすると、焼入れ処理を施し
ても必ずしも理想的な焼入組織となるわけではない。

そして、さらに低Ｍｎにするとその傾向はより顕著にな
る。これにＢ添加処理を施すと焼入れ性が向」ニして理
想的な焼入れ組織に近づくので、その靭性が大幅に向上
すること、 （Ｃ）　　また、焼戻し脆化感受性を低減するために鋼
中のＭｎ含有量を下げると鋼の強度をも低下することと
なり、高張力鋼としては不利な結果を招くものであるが
、これにＢ添加処理を施せば鋼の強度が著しく回復し、
高張力鋼としての特性を十分に維持せしめ得ること。

そして、以上（ａ）〜（Ｃ）の３項目に示す事項が本発
明の根幹をなすのである。

第１図は、（３，０〜３．５％）Ｎｉ−２％Ｃｒ−０，
５％ＭＯ鋼（以下、飴は重量係とする）についてＪ因子
（前記の式のＪの値）と、ステップクーリング前のシャ
ルピー破面遷移塩度：　ｖＴＢ　、ステップクーリング
後のシャルピー破面遷移塩度：ｖＴｓ’及びその差：△
ＶＴＳ　（即ち、ｖＴｓ’　−ｖＴｓＯ値）との関係を
示したものであるが、この第１図からも、Ｊ因子の増大
につれてΔｖＴｓ　、即ち焼戻し脆化感受性が増大して
いることは明白である。

なお、ステップクーリングとは、鋼材が繰返して特定温
度域に昇温された際に経時的変化を起して発生する焼戻
し脆性を加速的に生せしめる試験方法として知られるも
ので、例えば第２図の加熱・冷却曲線で表わされる如き
熱処理を施すものである。そして、このようなステップ
クーリングによって、経時変化による鋼材の焼戻し脆性
指数がわかるとされている。

第３図は、３％Ｎｌ系鋼の８５０℃焼入れ材の機械的性
質に及ぼす板厚、　Ｍｎ量、及びＢ添加処理の影響を示
す線図で、第３図（ａ）Ｌｆｊ、Ｍｎ含有量が０．３０
係の高Ｍｎ鋼、第３図（ｂ）はＭｎ含有量が０．１０％
の低（帽）鋼に関するものでらる。

この第３図からは、応力除去焼鈍のままのものにおいて
も、また応力除去焼鈍後ステップクーリングを施したも
の（この場合は、板厚１００Ｍのもののみについて測定
した）も、低Ｍｎ鋼の方が優れた靭性値を示すことがわ
かる。

特に、ステップクーリング後の性能は、低Ｍｎ−Ｂ添加
処理鋼が優れていることが明らかである。

このことからも、Ｂの添加処理効果は、焼入れ性の向」
二を通じて靭性の向上に寄与するものであることがわか
る。これは、板厚が２０１ＬＩｎのものではＢ処理の有
無にかかわらず、またＭｎ量し゛ペルの差異にかかわら
ず靭性の差異が認められないが、板厚がある程度の厚さ
以上になるとＢ処理鋼の靭性値が優るようになることか
らも明白である。

さらに、第１表は、同様のＮｉ添加鋼材でのシャルピー
延性破面上のセパレーション発生状況を示すものである
が、第１表からも、０．１０％程度まで低Ｍｎ化すれば
セパレーションが抑制されることは明らかである。

この発明は、」−記知見に基づいてなされたものであり
、例えば板厚が２５８程度υ上の極厚のＮ１添加鋼板を
、 Ｃ：０．０５〜０３０％、 Ｓｊ、：０．１０〜０４０％５ Ｍｎ：０．２０％以下、 Ｃｒ二１．００〜３．５０％、 Ｎｉ　：　　２．５０〜４．　Ｏ０％、Ｍｏ　：０．３
　０〜０．８　０　％、ｖ　　：　　０．０　０　５〜
０．０　５　％、Ｂ　：○０００１　ＮＯ，００１５％
、ｓｏｔ、ＡＲ：　　０．０　０　５〜０１０％を含有
するとともに、必要に応じて、 Ｎｂ：　０．００５〜０．０５％、 Ｃｕ：　０．０５〜０．’ｉ’　、５％、のうちの］種
以上を含有し５さらに不純物として、Ｎ：０．００８０
％以下、 Ｐ：０．０１３％以下、 Ｓ、０００８％以下、 ｓｂ：ａ、ｏｏ’ｙ％以下、 Ａｓ：Ｏ，ＯＯ’７％以下、 Ｓｎ：０．００’７　　％　リ／ド を含み、 Ｆｅ及びその他の不Ｄ５避不純物　残り、からなる成分
組成（以上重量％）にて構成し、焼戻し脆性及びセパレ
ーションの発生を極めて低く抑えたことに特徴を有する
ものである。

つぎに、この発明の鋼板において、その組成成分量を上
記の如くに限定した理由を説明する。

■　Ｃ Ｃ成分には、鋼板の強度を確保する作用があるが、その
含有量が０．０５％未満では前記作用に所望の効果を得
ることができず、他方０３０％を越えて含有きせると耐
焼割れ性或いは耐溶接低温割れ性を劣化させるようにな
ることから、その含有量を０．０５〜０．３０％と定め
た。

■　Ｓ］ Ｆ３ｉ成分は、１１ｆ１記Ｊ因子の式から明らかなよう
に、ｂＡ　ｎと同様、その量を低減することによって焼
戻し脆性を抑制できるものであるが、余り低くしすぎる
と所望強度を確保できなくなるものである。従って、強
度確保の点からは０．１０　％以上の含有が必要である
が、０．４０％を越えて含有させると焼戻し脆性が大き
くなり、かつ基地の靭性も靭化するようになることから
、その含有量を０．１０〜０４０％と定めた。

■　Ｍｎ Ｍｎ成分の含有量は、この発明の鋼板においてＢ含有量
とともに特に重要なものであり、現在の製鋼技術上から
は０．０２％未満の鋼を製造することは極めて困ガ（、
であるが、可能な限りその値を低くすることが好ましい
。そして、Ｍｎ含有量が０．２％を越えるようになると
、鋼板の焼戻し脆化感受性が高くなり、かつシャルピー
衝撃試験片破面上にセパレーションが生成することとな
って、応力除去焼鈍後徐冷を施したり、焼戻し脆化部度
域で長時間使用するような高温圧力容器用鋼としての使
用に制限を受けるようになることから、その含有量を０
．２０％り下と定めた。

■　Ｃｒ Ｃｒ成分には、鋼板を水素雰囲気の高幅圧力容器用とし
て使用するときの耐水素アタック性を高める作用がある
が、その含有量か１．００％未満では前記作用に所望の
効果を得ることができず、一方３．５０％を越えて含有
させると溶接性を劣化するようになることから、その含
有量を］００〜３．５０饅と定めた。

■　　Ｎｉ Ｎｉ成分には、鋼板の基地の靭性を高める作用があるが
、その含有量が２５０％未満では前記作用に所望の効果
を得ることができず、他方４．００％を越えて含有させ
ると焼戻し脆化感受性が高くなるとともに、溶接性が著
しく困難になるので、その含有量を２５〜４０％と定め
た。

■　Ｍ。

１４０成分には、フェライト変態を抑制し罹厚板の中心
部まで十分に焼きを入れる作用があるが、その含有量が
０３０％未満では前記作用に所望の効果を得ることがで
きず、他方０．８０％を越えて含有させるとＭＯ□Ｃの
析出硬化により靭性の劣化を来たすようになるので、そ
の含有量を０３０〜０８０係と定めた。

■　Ｖ ■成分には、焼戻し処理時の鋼板の軟化に対する抵抗力
を向上する作用があるが、その含有量が０、　ＯＯ５％
未満では前記作用に所望の効果を得ることができず、他
方０．０５％を越えて含有させると、析出硬化によって
脆化を生ずることから、その含有量を０．００５〜００
５％と定めた。

■　Ｂ Ｂ成分は、微量の添加によって鋼板の焼入れ性を極めて
効果的に高める作用を有するので、低Ｍｎ化及び低不純
物化と並んでこの発明の重要なポイントとなるものであ
るが、その含有量がＯ，ＯＯＯｌ係未満では前記作用に
所望の効果が得られず、他方０．００１５％を越えて含
有させると、焼戻し時に炭化物の粗大化を来たして鋼板
の強度及び靭性を劣化するようになることから、その含
有量を０、　ＯＯＯ１〜０．００１５％と定めた。

■　５ｏｔ−ＡＩ。

ｓｏｌ、ＡＰ、成分には、Ｂ成分の効果を有効に発揮せ
しめる下地を作る作用がある。即ち、Ｂ成分は、固溶状
態で粒界に偏析してはじめて所望の効果を発揮するもの
であるが、Ｎと結合しやすいものであり、Ｎと結合して
１３Ｎを生成するとその効果が消失してしまう。乙のた
めに、Ｎを５ｏｌＡ悲によってＡＩＩＮとして固定し、
ＮとＢとを結合させないようにする必要がある。

そして、ｓ’ｏＡ、ＡＱ含有量が０．００５％未満では
前記作用に所望の効果を得ることができず、他方、０．
１０％を越えて含有させると、鋼板の靭性が劣化するこ
ととなるので、その含有量をＯ，ＯＯ５〜０、１００％
と定めた。

■　Ｎ Ｎ含有量がｏ、ｏ０８％を越えると鋼塊割れの原因とな
るので、その含有量を０．００８％以下としなければな
らない。もつとも、Ｎ含有量を０．００１５チ未満とす
ることは現在の製鋼技術の制約から極めて困難ではある
けれども、上記理由からその含有量は可能な限り低い方
が好ましい。

■　Ｐ Ｐは焼戻し脆性を論する上で極めて重要であり、その含
有量が０．０１３％を越えると鋼の焼戻し脆性を生ずる
ようになり、既に述べたような施工条件及び使用条件下
では著しく脆化し、かつシャルピー破面」二にセパレー
ションを発生させることから、その含有量を０．０１３
％以下と定めた。

■　　Ｓ Ｓ含有量が０００８％を越えると、板厚方向の延性及び
靭性を著しく劣化させることとなるので、その含有量を
０．００８％以下と定めた。

■　５ｂ ｓｂは、Ｐと並んで焼戻し脆性及び溶接高温割れを助長
するのでその含有量を０００７％以下に抑制する必要が
あり、特に、高温で使用する銅相の場合、クリープ脆化
の主原因となるので、この点からもｓｂ含有量をＯ，Ｏ
Ｏ７％以下とする必要がある。

■　Ａｓ Ａｓも焼戻し脆性を助長する元素であるので、鋼板の焼
戻し脆性を所望量以下に抑えるためにその含有量を０．
ＯＯ’７％以下に抑える必要がある。

■　５ｎ Ｓｎも、その含有量がＯ，ＯＯ’７％を越えると焼戻し
脆性を助長するようになる。特に、鋼板を圧力容器等に
使用する際には、応力除去焼鈍−徐冷を必らず実施する
ので、徐冷中、旧オーステナイト粒界に偏析して粒界脆
化をもたらすこととなるので、その含有量をｏ、ｏｏ’
ｙ％以下に抑える必要がある。

■　Ｎｂ Ｎｂ成分には、焼入れ焼戻しを行う調質鋼に添加する場
合、主としてオーステナイト粒を微細化し、靭性を向上
する作用があるが、その含有量が０、００３％未満では
前記作用に所望の効果が得られず、一方００５％を越え
て添加すると、溶接時に溶接金属中へ母材よりＮｂが移
行して、該溶接金属の靭性を著しく劣化させることから
、その含有量を０．００．５〜００５％と定めた。

■　ｃｕ Ｃυ酸成分は、地鉄中に微細なε−Ｃｕ粒子を析出し、
転位の移動をブロックするので、靭性を劣化させること
なく強度を高める作用があるが、その含有量が００５％
未満では前記作用に所望の効果が得られず、他方０７５
％を越えて添加すると、鋼板表面の黒皮直下にＣＵ濃縮
層が形成され、これが粒界に侵入して表面に亀甲状の疵
を生せしめることとなり、これの除去には極めて多くの
工程を要し、かつ歩留りを低下させることから、その含
有量を０．０５〜０．７５％と定めた。

この発明は、上述の如く、Ｐ　、　Ｓｎ、　Ｓｂ及びＡ
ｓの不純物元素を低減するとともに、Ｍｎ量を極力下げ
、かつＢ添加処理によって良好な焼入れ性を確保してＮ
１添加極厚鋼板（板厚：２５闘以上〕を構成したもので
、熱処理としては、Ａｃ３点以上に加熱して焼入れし、
かつＡｃ１点以下に焼戻すという、いわゆる調質処理を
実施することを前提としたものである。なお、鋼板の板
厚は、第３図からも明らかなように５０肛以上のものの
方がその特性に一段と際立ちが現われる。

ついで、この発明を実施例により比較例と対比しながら
説明する。

実施例 まず、通常の方法によって第２表に示される如き成分組
成の鋼を溶製した。

ついで、これに熱間圧延を施して、第３表に示される如
き板厚の鋼板を得、これに同じく第３表に示される如き
熱処理を施し、その熱処理のままの機械的性質と、さら
にステップクーリングを施した後の機械的性質とを測定
した結果も、第３表に併せて示した。

なお、第３表における熱処理条（’Ｉは、■・・・８５
０℃Ｘ１ｈｒ後水焼入れ＋６５０℃×ｌｈｒ後空冷＋６
２５℃Ｘ１２ｈｒ後炉冷、＠・・８５０℃×１ｈｒ後水
焼入れ＋６５０℃×１ｂｒ後空冷＋６２５℃Ｘ３Ｏｈｒ
後炉冷、○・・・９００℃Ｘ１ｈｒ後水焼入れ＋６５０
℃×１ｈｒ後空冷＋６２５℃Ｘ１２ｈｒ後炉冷、■・・
・９００℃Ｘ１ｈｒ後水焼入れ＋６５０℃×］ｈｒ後空
冷＋６２５℃Ｘ３Ｏｈｒ後炉冷、とした。

さらに、第３表に示される各鋼板について、セパレーシ
ョン発生の有無を調べ、その結果を第４表に示した。セ
パレーション発生の有無の調査は、第４図（ａ）で示さ
れるシャルピー衝撃試験片破断後の破面を観察し、第４
図（ｂ）の如き状態のときはセパレーション無しとし、
第４図（Ｃ）の状態のときは第４表 セパレーション！、！２と判定した。

第３表に示される結果からも、本発明鋼板は比較鋼板に
比して絶対値としてのシャルピー破面遷移温度（ｖＴｓ
）も良好であるが、特にステップクＩ）ング前後の破面
遷移温度の差（△ｖＴｓ）が極めて優れていることが明
らかである。つまり、絶対値としての破面遷移温度（ｖ
Ｔｓ）及びシャルピー吸収エネルギーが４０　ｆｔ−Ａ
ｂとなる温度（ｖＴａｏ）が良好であっても、経年変化
が大きく起ると破壊の危険が高まるものであり、初期の
靭性が極めて良好でも破壊に至る例は枚挙にいとまがな
いが、ムｖＴｓが小さいということは、このような危険
性の無いことを意味し、第３表に示される値は本発明鋼
板の優れた特性を明示するものと言えるのである。

そして、第４表に示される結果からは、本発明鋼板の優
れた耐セパレーション性が明確に理解できるものである
。

」−述のように、この発明によれば、優れた低温靭性を
維持しつつ、しかも焼戻し脆性をほとんど生ずることの
ないＮ１添加高靭性高張力極厚鋼板を得ることができ、
寒冷地における圧力容器等の素材に供しても十分な性能
を期待できるなど、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】

第１図はＪ因子とｖＴｓ　、　ｖＴｓ’　、及びΔｖＴ
ｓとの関係を示したグラフ、第２図はステップクーリン
グにおける加熱・冷却曲線、第３図は焼入れ材の機械的
性質に及ぼす板厚、　Ｍｎ量、及びＢ処理の影響を示す
線図であり、第３図（ａ）は高Ｍｎ鋼についてのもの、
第３図（ｂ）は低Ｍｎ鋼に関するもの、第４図はセパレ
ーションの有無判定の要領を説明した模式図であり、第
４図（ａ）は試験前のシャルピー衝撃試Ｍ片の形状、第
４図（ｂ）はセパレーションの無い破断試験片の形状、
第４図（ｃ）はセパレーションの有る破断試験片の形状
を示すものである。 出願人　　住友金属工業株式会社 代理人　　富　　１）　和　　夫　ほか１名第３回　（
ａ） ＯＩＯｏ　　　　２００　　３ｏｏ　　　４ｏ。 ノＩＪ多赦岸（ｍｍ） 菓３図（ｅ＋）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　Ｃ：　０．０５〜０．３０％、Ｓｉ：　０．
   １０〜０．４０饅、 Ｍｎ：０．２０％以下、 Ｃｒ：　１．００〜３．３０　％、 Ｎｉ：２．５０〜４００％、 １ｖＩｏ　：　０．３０〜０．８０％、Ｖ：０．００５
   〜００５％、 Ｂ：０Ｏ００ユ〜０．０　Ｏ１５％、 ５ｏｔ−／Ｖ！　：　０．００５〜０．１０％を含有す
   るとともに、不純物として。 Ｎ：０．００８０％以下、 Ｐ：０．０１３％以下、 Ｓ：０．００８％以下。 Ｓｔ）：０．００７％以下、 Ａｓ：０．００７％以下、 Ｓｎ：０．００７％以下 を含み、 Ｆｅ及びその他の不可避不純物：残シ５特徴とする、焼
   戻し脆性及びセパレーションの極めて低い高靭性高張力
   極厚鋼板。 （２１Ｃ：○０５〜０，３０％５ Ｓｉ：０．１０〜０４０％。 Ｍｎ：　０．２０　％以下、 Ｃｒ：　１．００〜３．５０％、 Ｎｉ：２．５０〜４００％、 ｌｖ’ｆｏ：　ｏ、　３０〜０１８０％、Ｖ：０．００
   ５〜０．０５％、 Ｂ：０．０００１〜Ｏ，ＯＯ１５％、 ５ａｌ−ＡＱ　：　Ｏ，ＯＯ５〜Ｏ，］、　Ｏ％を含有
   するとともに、 Ｎｂ：０．００５〜００５％。 Ｃｕ　：　０．０５〜０．７５％ のうちの１種以上をも含有し、さらに不純物として、 Ｎ：０．００８０％以下、 Ｐ：０．０１３％以下、 Ｓ：０００８％以下、 ｓｂ：ｏ、ｏｏ″７％以下、 Ａｓ：　０．００７％以下、 Ｓｎ：０．００７％以下 を含み、 Ｆｅ及びその他の不可避不純物　残り、からなる成分組
   成（す」二重量％）を有することを特徴とする、焼戻し
   脆性及びセパレーションの極めて低い高靭性高張力極厚
   鋼板。