JP2019504194A - 溶接後熱処理抵抗性に優れた圧力容器鋼板及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発電及びプラント産業で構造用鋼として用いられている中高温用圧力容器鋼板及びその製造方法に関するものであって、製作時の溶接によって発生する残留応力を最小限に抑えるためのPWHT熱処理を長時間行った後であっても、強度及び靭性の劣化に対する抵抗性を大幅に向上させた、中高温用圧力容器鋼板及びその製造方法に関するものである。
本発明の中高温用圧力容器鋼板は、長時間の溶接後熱処理を行っても、強度及び靭性の低下が発生しない、PWHT抵抗性に優れた発電所のボイラー、圧力容器などの350〜600℃程度の中高温圧力容器鋼板などに好適に適用することができる。
炭素(C)の含有量は、0.05〜0.17%に限定することが好ましい。Cは、強度を向上させる元素である。Cの含有量が0.05%未満の場合には、基地相自体の強度が低下し、0.17%を超えると、強度が増加しすぎるため靭性が低下するという問題がある。
Cuは強度の増加に効果的な元素である。したがって、0.003%以上添加しなければ強度増加の効果を図ることができなくなるが、高価であるため0.30%以下添加することが好ましい。
上記のような組成を有する鋼を、後述する過程によって適正な制御圧延及び熱処理を行うと、その鋼板の中心部微細組織が焼戻しマルテンサイト+ベイナイトの混合組織からなり、上記混合組織内には、焼戻しマルテンサイト組織を、面積分率で、少なくとも20%以上(残りは焼戻しベイナイト)含有しなければならない。そして、熱処理完了後の鋼の内部組織、すなわち、結晶粒の内部には、80nm以下の微細なMX[(M=Al、Nb、V、Cr、Mo)、(X=N、C]]型炭化物を形成することを特徴とする。上記組織を上述した形態で制御する理由は、本発明において対象とする鋼を、PWHT抵抗性に優れ、適切な強度及び靭性を有するようにするためである。
本発明は、上記組成範囲を満たす鋼スラブを、1000〜1250℃の温度範囲に再加熱する。上記再加熱温度が1000℃より低い場合は、溶質原子の固溶が難しく、1250℃を超えると、オーステナイト結晶粒のサイズが粗大になりすぎるために鋼板の性質を阻害するからである。
上記熱処理時の温度が850℃未満の場合には、固溶溶質元素の再固溶が難しいため強度の確保が難しくなり、熱処理温度が950℃を超えると、結晶粒成長が起こり、低温靭性を阻害するようになる。
上記熱処理時の保持時間を上記のように限定する理由は、(1.3×t+10)分(tは鋼材の厚さ(mm)を意味する)よりも少ないと、組織の均質化が難しくなり、(1.3×t+30)分(tは鋼材の厚さ(mm)を意味する)を超えると、生産性を阻害するためである。
上記焼戻し熱処理の温度が600℃未満の場合には、微細な析出物を析出することが難しく、強度を確保することも難しくなる。これに対し、熱処理温度がAc1を超えると、析出物の成長が起こり、強度及び低温靭性を阻害するようになる。
上記熱処理時の保持時間を上記のように限定する理由は、1.6×t+10分(tは鋼材の厚さ(mm)を意味する)よりも少ないと、組織の均質化が難しく、1.6×t+30分(tは鋼材の厚さ(mm)を意味する)を超えると、生産性を阻害するためである。
一般に、長時間のPWHT熱処理後には、強度及び靭性の劣化が生じるが、本発明によって製造された鋼板は、通常のPWHT温度条件である600℃〜(Ac1−20)℃で長時間(〜50時間)行っても、強度及び靭性が大きく低下することなく溶接することが可能であるという利点を有する。
本発明の好ましい一例の鋼板は、50時間のPWHT後にも550MPa以上の引張強度を有し、−30℃におけるシャルピー衝撃エネルギー値が100J以上を満たすという優れた強度及び靭性を有する。
下記表1の組成を有する鋼スラブを1140℃で300分加熱した後、圧下率15%で熱間圧延し、950℃で熱間圧延を終了して下記表2の厚さを有する熱間圧延鋼板を製造した。
上記熱間圧延された熱延鋼板を、930℃で{1.3×t+(10〜30)}分(但し、tは鋼材の厚さ(mm)を意味する)の時間維持して1次熱処理を行った後、上記1次熱処理された鋼板を3〜20℃/sの冷却速度で冷却し、下記表2の条件で焼戻し及びPWHT処理を行った。
上記のように、PWHT処理された鋼板の微細組織、降伏強度、引張強度、及び低温靭性を調査し、その結果を下記表3に示した。
下記表3において、低温靭性は、−30℃でVノッチを有する試験片に対してシャルピー衝撃試験を行うことで得られたシャルピー衝撃エネルギー値で評価したものである。
特に、発明鋼は、50時間のPWHT後にも低温靭性値の低下がないのに対し、比較鋼は、強度が約100MPa程度、低温靭性値は約250J以上低下したことが分かる。
上記のような組成を有する鋼を、後述する過程によって適正な制御圧延及び熱処理を行うと、その鋼板の中心部微細組織が焼戻しマルテンサイト+ベイナイトの混合組織からなり、上記混合組織内には、焼戻しマルテンサイト組織を、面積分率で、少なくとも20%以上(残りは焼戻しベイナイト)含有しなければならない。そして、熱処理完了後の鋼の内部組織、すなわち、結晶粒の内部には、80nm以下の微細なMX[(M=Al、Nb、V、Cr、Mo)、(X=N、C)]型炭化物を形成することを特徴とする。上記組織を上述した形態で制御する理由は、本発明において対象とする鋼を、PWHT抵抗性に優れ、適切な強度及び靭性を有するようにするためである。
Claims (10)
- 重量%で、C:0.05乃至0.17%、Si:0.50%乃至1.00%、Mn:0.3%乃至0.8%、Cr:1.0%乃至1.5%、Mo:0.3%乃至1.0%、Ni:0.003%乃至0.30%、Cu:0.003%乃至0.30%、Sol.Al:0.005%乃至0.06%、P:0.015%以下、S:0.020%以下からなり、Nb:0.002%乃至0.025%、V:0.002%乃至0.03%、及びCo:0.002%乃至0.15%のうちから選択された2種以上の元素を更に含み、残りはFe及び不可避不純物からなり、鋼板の中心部微細組織が、20面積%以上の焼戻しマルテンサイトと残部ベイナイトの混合組織からなることを特徴とするPWHT抵抗性に優れた圧力容器鋼板。
- 前記鋼板は、600℃乃至(Ac1−20)℃の区間で最大50時間PWHTを行っても、引張強度550MPa以上を維持することを特徴とする請求項1に記載のPWHT抵抗性に優れた圧力容器鋼板。
- 前記鋼板は、600℃乃至(Ac1−20)℃の区間で最大50時間PWHTを行っても、−30℃におけるシャルピー衝撃エネルギーの値が100J以上であることを特徴とする請求項1に記載のPWHT抵抗性に優れた圧力容器鋼板。
- 重量%で、C:0.05%乃至0.17%、Si:0.50%乃至1.00%、Mn:0.3%乃至0.8%、Cr:1.0%乃至1.5%、Mo:0.3%乃至1.0%、Ni:0.003%乃至0.30%、Cu:0.003%乃至0.30%、Sol.Al:0.005%乃至0.06%、P:0.015%以下、S:0.020%以下からなり、Nb:0.002%乃至0.025%、V:0.002%乃至0.03%、及びCo:0.002%乃至0.15%のうちから選択された2種以上の元素を更に含み、残りはFe及び不可避不純物からなる鋼スラブを1000℃乃至1250℃の温度範囲で再加熱して熱間圧延する段階と、
前記熱間圧延された熱延鋼板を850℃乃至950℃の温度範囲で(1.3×t+10)分乃至(1.3×t+30)分(但し、tは鋼材の厚さ(mm)を意味する)の時間維持する1次熱処理段階と、
前記熱処理された鋼板を冷却し、600℃乃至Ac1の温度範囲で(1.3×t+10)分乃至(1.3×t+30)分(但し、tは鋼材の厚さ(mm)を意味する)の時間維持する焼戻し熱処理段階と、を含むことを特徴とするPWHT抵抗性に優れた圧力容器鋼板の製造方法。 - 前記焼戻し熱処理段階後に、600℃乃至(Ac1−20)℃の区間で最大50時間PWHTする工程を更に含むことを特徴とする請求項4に記載のPWHT抵抗性に優れた圧力容器鋼板の製造方法。
- 前記焼戻し熱処理段階後に、鋼板の微細組織は、20面積%以上の焼戻しマルテンサイトと残部ベイナイトの混合組織からなることを特徴とする請求項4に記載のPWHT抵抗性に優れた低温用圧力容器鋼板の製造方法。
- 前記熱間圧延段階におけるパス当たりの圧下率は5%乃至30%であることを特徴とする請求項4に記載のPWHT抵抗性に優れた圧力容器鋼板の製造方法。
- 前記冷却段階における冷却速度は2.5℃/s乃至30℃/sであることを特徴とする請求項4に記載のPWHT抵抗性に優れた圧力容器鋼板の製造方法。
- 前記焼戻し熱処理段階後の鋼板は、600℃乃至(Ac1−20)℃の区間で最大50時間PWHTを行っても、引張強度550MPa以上を維持することを特徴とする請求項4に記載のPWHT抵抗性に優れた圧力容器鋼板の製造方法。
- 前記焼戻し熱処理段階後の鋼板は、600℃乃至(Ac1−20)℃の区間で最大50時間PWHTを行っても、−30℃におけるシャルピー衝撃エネルギーの値が100J以上であることを特徴とする請求項4に記載のPWHT抵抗性に優れた圧力容器鋼板の製造方法。
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