JP2583114B2 - 耐溶接割れ性にすぐれる低炭素ＣｒーＭｏ鋼板 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、耐溶接割れ性にすぐれる低炭素Cr−Mo鋼板
に関し、詳しくは、溶接時に生じる低温割れ及びその後
の応力除去焼鈍（以下、SRという。）中に生じる所謂SR
割れを防止した低炭素Cr−Mo鋼板に関する。

従来の技術 従来より、Cr−Mo鋼板は、石油精製をはじめとする化
学工業プラントや、発電プラントにおける中、高温圧力
容器や、タービンダイヤフラム材等の発電用タービンの
構造部材として広く用いられている。しかし、これらの
従来のCr−Mo鋼板は、通常、Ｃ含有量が0.15％程度と高
く、且つ、Cr、Mo等の合成成分を多量に含有しているた
めに、溶接割れ感受性が高く、従つて、その溶接施工に
あたつては、低温割れ防止のために、通常、150〜350℃
程度の高温の予熱を必要とし、製造期間の長期化や熱エ
ネルギーの大量消費等、製造コスト上昇の一因となつて
いる。

また、他方において、Cr−Mo鋼板の溶接においては、
溶接部の残留応力の除去や、溶接硬化部の軟化等による
溶接継手性能の改善を目的として、溶接中或いは溶接後
にSRが施されることが多い。しかし、このSR処理によつ
て、残留応力の除去又は溶接部の軟化等が行なわれる反
面、溶接ままではみられない割れが溶接熱影響部に発生
することがある。この割れはSR割れ又は最熱割れと呼ば
れており、溶接熱影響部の粗大粒域の粒界に沿つて生じ
ることを特色としている。従つて、Cr−Mo鋼板には、耐
低温割れ性と同時に耐SR割れ性を兼ね備えることが要求
される。更に、上述したSR後において、十分な強度と靭
性を確保する必要があることはいうまでもない。

耐低温割れ性を高めるには、Ｃ量を下げることが有効
であることは既によく知られている。しかし、Ｃ量を低
減すれば、強度の低下、耐エロージヨン性の低下、高温
クリープ強度の低下等の問題を生じる。

本発明者らは、Cr−Mo鋼板における耐低温割れ性を改
善するために、既に、特開昭61−104055号公報及び特開
昭61−104056号公報に記載されているように、Ｃ量を著
しく低減する一方、Alを添加して、適正量のsol Alを確
保した後、Ｂを添加し、更に、Cu及びNiを複合添加する
ことによつて、低Ｃ鋼でありながら、Ｃ量の多い従来の
Cr−Mo鋼と比肩し得るすぐれた強度、靭性、耐エロージ
ヨン性、耐クリープ特性を有するCr−Mo鋼板を得ること
ができることを見出している。

しかし、かかる低炭素Cr−Mo鋼板は、従来のCr−Mo鋼
板に比較して、反面、SR割れ感受性が高く、溶接施工条
件によつては、SR割れが発生するおそれが強い。本発明
者らは、このような低炭素Cr−Mo鋼板において、耐低温
割れ性及びSR後のすぐれた強度靭性を確保しつつ、その
耐SR割れ性を従来のCr−Mo鋼板以上にまで高めるために
鋭意研究した結果、従来のCr−Mo鋼板に比較して、前述
した低炭素Cr−Mo鋼板の高いSR割れ感受性は、鋼中のso
l Alに起因し、sol Al量を0.005％未満とすることによ
つて、SR割れ感受性を従来のCr−Mo鋼板と同等の水準ま
で改善することができることを見出した。

しかしながら、本発明者らが先に提案した低炭素Cr−
Mo鋼板において、sol Alは、焼きならし時にＮを固定し
て、Ｂの焼入れ性向上効果を確保する重要な役割を担つ
ているため、ただ単にsol Al量を規制した場合には、十
分なる焼きならし効果を得ることができず、その結果と
して、所要の強度を確保することができない。

そこで、本発明者らは、更に鋭意研究した結果、sol
Al量を0.005％未満に規制すると共に、Tiを0.005〜0.08
0％の範囲で添加することによつて、すぐれた耐SR割れ
性を確保し得ると同時に、SR後においても、十分な強度
を得ることができること、更に、Tiと共にCaを添加する
ことによつて、耐SR割れ性を一層高め得ることを見出し
て、本発明に至つたものである。

従つて、本発明は、従来のCr−Mo鋼板と同等以上の強
度、靭性、耐エロージヨン性及び耐クリープ特性を有す
るのみならず、耐低温割れ性及び耐SR割れ性にすぐれる
低炭素Cr−Mo鋼板を提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段 本発明による耐溶接割れ性にすぐれる低炭素Cr−Mo鋼
板の第１は、重量％で Ｃ 0.03％以上、0.12％未満、 Si 1.00％以下、 Mn 0.20〜0.75％、 Ｐ 0.020％以下、 Ｓ 0.009％以下、 Cu 0.05〜0.50％、 Ni 0.05〜0.50％、 Cr 0.40〜3.50％、 Mo 0.20〜1.25％、 Ti 0.005〜0.080％、 Ｂ 0.0003〜0.0015％、 sol Al 0.005％未満、 残部鉄及び不可避的不純物よりなることを特徴とする。

本発明による耐溶接割れ性にすぐれる低炭素Cr−Mo鋼
板の第２は、上記した化学成分に加えて、 Ca 0.0005〜0.007％ を含有し、残部鉄及び不可避的不純物よりなることを特
徴とする。

尚、上記においては、sol Al量を0.005％未満に規制
しているが、Total Al量では0.009％未満に相当する。

以下に本発明について詳細に説明する。

本発明によるCr−Mo鋼において、Ｂは、オーステナイ
ト中に固溶し、結晶粒界に偏析して、フエライト変態を
抑制するため、鋼の焼入れ性を向上させる。しかし、他
方において、Ｂは、鋼中のＮと結合しやすい。従つて、
ＢがBNを生成すると、鋼中におけるＢの有効量が減少
し、焼入れ性を低下させる。従つて、本発明において
は、鋼の焼入れ性を向上させるべく、Ｂの有効量を確保
するために、TiによつてＮを固定し、更に好ましくは、
鋼中のＮ量を低減する。また、Ｂの過多に添加するとき
は、オーステナイト粒界に多量のＢ化合物が析出し、却
つて焼入れ性を低下させるので、本発明においては、Ｂ
は、適正量を添加することが重要である。

しかし、本発明鋼のように、低Ｃ鋼においては、Ｂの
焼入れ性向上効果を利用するだけでは、強度、靭性ほか
目的とする望ましい特性を得ることは困難である。ここ
において、本発明者らは、研究を重ねた結果、低Ｃ鋼に
おいて、Ｂを適正量添加して、その焼入性向上効果を利
用すると共に、Cu及びNiを複合添加することにより、鋼
の焼入れ性を一層向上させると同時に、Ｂの焼入れ性向
上効果との相乗効果によつて、焼ならし時のフエライト
析出を大幅に抑え、かくして、強度を上昇させ得ると同
時に、耐エロージヨン性及び耐クリープ特性をも従来鋼
と同等以上に改善することができることを見出したもの
である。

ここで、本発明において重要な因子であるsol Alにつ
いて説明する。

前述したように、sol Alを0.005％未満とすることに
よつて、耐SR割れ性を大幅に改善することができる。し
かし、sol Alは、前述したように、焼きならし時にＮを
固定して、Ｂの焼入れ性向上効果を確保するという重要
な役割りを担つているため、ただ単にsol Al量を低減し
た場合は、十分な焼きならし効果を得ることができず、
従つて、所要の強度を確保することができない。

第１図は、低炭素Cr−Mo鋼板における強度及びSR割れ
感受性に及ぼすsol Al量の影響を示す。即ち、 Ｃ 0.05〜0.06％、 Si 0.08〜0.16％、 Mn 0.48〜0.50％、 Ｐ 0.007〜0.008％、 Ｓ 0.003〜0.006％、 Cu 0.11〜0.15％、 Ni 0.10〜0.15％、 Cr 2.21〜2.25％、 Mo 0.93〜0.95％、 Ｂ 0.0006〜0.0008％、及び sol Al 0.003〜0.044％ 残部鉄及び不可避的不純物よりなる板厚50mmのCr−Mo鋼
板について、斜めＹ形溶接割れ試験片を用いたSR割れ試
験を行つた結果を示し、sol Al量を0.005％未満とする
ことによつて、SR割れ感受性を従来のCr−Mo鋼板と同等
の水準まで改善することができるが、所要の強度を確保
することができないことが示される。

次に、第２図は、sol Al量を0.005％未満に規制した
低炭素Cr−Mo鋼板、即ち、 Ｃ 0.05〜0.07％、 Si 0.11〜0.22％、 Mn 0.45〜0.51％、 Ｐ 0.007〜0.008％、 Ｓ 0.002〜0.004％、 Cu 0.14〜0.16％、 Ni 0.13〜0.16％、 Cr 2.18〜2.26％、 Mo 0.95〜0.99％、 Ｂ 0.0005〜0.0009％、 sol Al 0.002〜0.004％、及び Ti 0.〜0.10％、 残部鉄及び不可避的不純物よりなる板厚50mmの低炭素Cr
−Mo鋼板において、強度及び耐SR割れ性に及ぼすTi量の
影響を調べた結果を示す。Ti量を0.005％以上添加する
ことによつて、Ｂの焼入れ性向上効果を有効に活用し得
て、十分な強度を確保し得ることが理解される。更に、
0.005％以上のsol Al量が耐SR割れ性を劣化させるのに
対して、0.080％までのTiの添加は、耐SR割れ性を向上
させることが理解される。

従つて、Tiは強力な窒化物生成元素として、sol Alと
同様にＮを固定し得るのみならず、Ｓと結合して硫化物
を生成することによつて、結晶粒界の固溶Ｓ量を低減し
て、耐SR割れ特性を高めるものとみられる。

しかし、Tiは、0.080％を越えて過多に添加するとき
は、Tiが炭化物として結晶粒内に析出する量が増加し、
その結果として、結晶粒界と粒内の強度差を拡大させる
ために、耐SR割れ性を劣化させることとなる。従つて、
本発明においては、Tiの添加量は、0.005〜0.080％の範
囲とする。

次に、本発明によるCr−Mo鋼における上記以外の化学
成分の限定理由について説明する。

Ｃは、鋼の強度及び耐エロージヨン性を確保するため
に、本発明鋼においては、0.03％以上を添加することが
必要であるが、反面、Ｃ量の増加と共に、耐SR割れ性の
みならず、溶接性及び靭性が低下するので、添加量は0.
12％未満とする。

Siは、強度の確保及び耐酸化物の向上のために有効で
あるが、焼戻し脆化感受性を高めるので、上限は1.00％
とする。

Mnは、鋼の強度と延性を高めるのに有効であるが、過
剰に添加すると、溶接性が低下するので、添加量は0.20
％〜0.75％の範囲とする。

Ｐは、鋼中に不純物として含有されるが、靭性及び溶
接性を損なうばかりでなく、焼戻し脆化感受性及びSR割
れ感受性を高めるため、低減することが望ましい。従つ
て、本発明においては、Ｐの含有量は0.020％以下とす
る。

Ｓも鋼中に不純物として含有されるが、鋼の靭性を著
しく損ない、また、SR割れ感受性をも高めるので、低減
することが望ましく、含有量は0.009％以下とする。

Cuは、固溶強化及び析出強化に有効な成分であり、且
つ、耐エロージヨン性の向上にも効果がある。かかる効
果を有効に発揮させるためには、少なくとも0.05％を添
加する必要がある。一方、0.50％を越えて過剰に添加す
ると、熱間加工性が劣化するので、Cuの添加量は0.05〜
0.50％の範囲とする。

Niは、鋼の焼入れ性を増し、また、耐エロージヨン性
の向上に効果があり、更に、高温におけるオーステナイ
ト粒界へのCuの析出による亀甲割れを防止するのに有効
である。かかる効果を有効に発揮させるためには、0.05
％以上添加する必要があるが、しかし、高価な元素であ
るので、実用的な観点からその添加量は0.05〜0.50％の
範囲とする。

Crは、耐酸化性、焼戻し軟化抵抗を高め、強度を確保
するのに有効であるが、過度に添加すると溶接性が劣化
する。従つて、添加量は、0.40〜3.50％の範囲とする。

Moは、鋼の焼入れ性、特にＢと共存した場合の焼なら
し時の焼入れ性を高めるのに不可欠な元素である。ま
た、焼戻し軟化抵抗を高め、高温強度の向上にも有効で
あつて、0.20％以上を添加する必要があるが、高価な元
素であるので、その添加量は0.20〜1.25％の範囲とす
る。

Ｂは、前述したように、焼ならし時の焼入れ性を高
め、強度上昇に有効であるので、本発明鋼においては、
0.0003％以上を添加することが必要である。しかし、0.
0015％を越えて過剰に添加するときは、焼ならし時にＢ
化合物を生成し、焼入れ性を低下させると同時に、耐SR
割れ性及び靭性の劣化を伴う。従つて、添加量の上限は
0.0015％とする。

また、Ｎは、その含有量が余りに多い場合は、BNを生
成しやすくなり、その結果、焼入れ性に有効なＢ量が減
少し、鋼板の焼入れ性が低下するので、本発明鋼におい
ては、含有量は0.007％以下とすることが好ましい。特
に好ましくは0.005％以下である。

更に、Sb、Sn、As等の不純物元素は、従来から耐SR割
れ性を劣化させることが知られている。本発明において
も、これら元素は、それぞれ0.01％以下とすることが好
ましい。

本発明によるCr−Mo鋼板は、上記した元素に加えて、
Caを含有することができる。Caは、結晶粒を微細化する
効果を有すると共に、硫化物を生成して、結晶粒界にお
ける固溶Ｓ量を低減させるため、耐SR割れ性を一層高め
る。この効果を有効に得るためには、0.0005％以上を添
加することが必要であるが、過剰に添加するときは、非
金属介在物の量が増して、延性を阻害するので、添加量
は0.007％以下とする。

本発明によるCr−Mo鋼板を製造するには、常法に従つ
て製造した本発明による化学成分を有する鋼片を熱間圧
延し、その後、引続いて熱処理を行なえばよい。

発明の効果 以上のように、本発明によれば、低炭素Cr−Mo鋼板に
おいて、sol Al量を0.005％未満に規制すると共に、適
正量のTi及びＢとに加えて、Cu及びNiを複合添加するこ
とによつて、約0.13〜0.17％のＣを含有する従来のCr−
Mo鋼板と比較して、すぐれた耐溶接割れ性を有する低炭
素Cr−Mo鋼板を得ることができる。

実施例 以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明は
これら実施例により何ら限定されるものではない。

第１表に示す化学組成を有する本発明鋼及び比較鋼の
機械的性質、耐低温割れ性及び耐SR割れ性を第２表に示
す。耐低温割れ性及び耐SR割れ特性は、板厚5mmの斜め
Ｙ形溶接割れ試験片を用いて求めたものである。

本発明鋼Ａ〜Ｅ及び比較鋼Ｆ及びＧは、2.25％Cu−１
％Mo鋼板である。本発明による鋼板Ａ〜Ｅは、斜めＹ形
溶接割れ試験におけるルート 割れ防止予熱温度は100℃以下であり、また、SR割れ率
は８％以下であつて、耐応接割れ性にすぐれている。

これに対して、比較鋼Ｆは、強度、靭性及び耐低温割
れ性にはすぐれるが、sol Al量を0.032％と多く含有し
ているために、耐SR割れ性に劣る。比較鋼Ｇは、従来よ
り知られている高炭素2.25％Cr−１％Mo鋼板である。斜
めＹ形溶接割れ試験におけるルート割れ防止予熱温度は
200℃であつて、低炭素鋼板に比較して高い予熱温度を
必要とする。従つて、この鋼板は、低炭素鋼板と同じ程
度に予熱温度を低くして、溶接することができないた
め、200℃の予熱にて試験したSR割れ率が記憶されてい
る。しかし、本発明鋼板Ａ〜ＥのSR割れ率は、この値を
も下回つており、耐SR割れ性にすぐれることが示され
る。

次に、本発明鋼板Ｈ及び比較鋼Ｉ及びＪは、1.25％Cr
−0.5％Mo鋼板であるが、2.25％Cr−１％Mo鋼板の場合
と同様に、本発明鋼板Ｈは、耐低温割れ性及び耐SR割れ
性を兼備しており、比較鋼板Ｉ及びＪよりも、耐溶接割
れ性にすぐれている。

【図面の簡単な説明】 第１図は、低炭素Cr−Mo鋼板において、sol Al量と、強
度及びSR割れ率との関係を示すグラフ、第２図は、sol
Al量を0.005％未満とした低炭素Cr−Mo鋼板において、T
i量と強度及びSR割れ率との関係を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西島 明史 兵庫県加古川市平岡町二俣1007 (56)参考文献 特開 昭61−104055（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−121228（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−139648（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量％で Ｃ 0.03％以上、0.12％未満、 Si 1.00％以下、 Mn 0.20〜0.75％、 Ｐ 0.020％以下、 Ｓ 0.009％以下、 Cu 0.05〜0.50％、 Ni 0.05〜0.50％、 Cr 0.40〜3.50％、 Mo 0.20〜1.25％、 Ti 0.005〜0.080％、 Ｂ 0.0003〜0.0015％、 sol Al 0.005％未満、 残部鉄及び不可避的不純物よりなることを特徴とする耐
   溶接割れ性にすぐれる低炭素Cr−Mo鋼板。
2. 【請求項２】重量％で Ｃ 0.03％以上、0.12％未満、 Si 1.00％以下、 Mn 0.20〜0.75％、 Ｐ 0.020％以下、 Ｓ 0.009％以下、 Cu 0.05〜0.50％、 Ni 0.05〜0.50％、 Cr 0.40〜3.50％、 Mo 0.20〜1.25％、 Ti 0.005〜0.080％、 Ｂ 0.0003〜0.0015％、 Ca 0.0005〜0.007％、 sol Al 0.005％未満、 残部鉄及び不可避的不純物よりなることを特徴とする耐
   溶接割れ性にすぐれる低炭素Cr−Mo鋼板。