JP4007311B2 - ボンベ用鋼材およびそれを用いたボンベ - Google Patents
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Description
そこで、本発明は、かかる問題点に鑑み、薄肉のボンベに最適な高強度の鋼材を提供することを第1の目的とする。
さらに、高強度に加えて、コストに優れた鋼材を提供することを第3の目的とする。
その結果として、C、Cr、MoおよびBの含有量を調節すれば、高強度のために冷却速度を高くしても割れを発生させないことが可能で、さらに、繰り返し疲労性を向上させ、低コスト化できることを見出した。
上記目的を達成するために、本発明の、厚さ13.0mm以下のボンベ用の鋼材あるいは鋼管は、質量%で、C:0.20〜0.35%、Si:≦0.35、Mn:0.3〜2.0%、P:≦0.025%、S:≦0.015%、Cr:0.8〜2.0%、Mo:0.3〜1.0%、B:0.0005〜0.0030%、Al:0.01〜0.10%、N:≦0.008%を含有し、残部はFeと不純物とからなることを特徴とする。
また、前記ボンベ用鋼材は、継ぎ目無し鋼管であってもよい。
また、本発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の、厚さ13.0mm以下のボンベ用鋼材を用いることを特徴とするボンベであってもよい。
C:
Cは、鋼の強度を増加させる元素である。しかし、その含有量が0.20%未満では高強度を確保できず、一方、0.35%を超えると冷却速度を高めた場合の割れが発生しやすくなり、また、靭性の低下が著しくなり、繰り返し疲労性も劣化する。したがって、Cの含有量を0.20〜0.35%とした。
Siは、脱酸作用のほか、鋼の強度を増加させる元素である。しかし、その含有量が0.35%を超えると清浄性が劣化しやすくなる。したがって、Siの含有量を0.35%以下とした。
Mn:
Mnは、焼入れ性を向上させ、強度の上昇および靱性の向上のために有効な元素である。しかし、その含有量が0.30%未満ではその添加効果が得られず、一方、2.00%を超えると靭性が劣化する。したがって、Mnの含有量を0.30〜2.00%とした。なお、Mnの含有量は0.30%〜0.80%とすることが好ましい。これによって、優れた靭性を得ることができる。
Pは、鋼中に不純物として含まれる元素であり、その含有量が0.025%を超えると靭性を劣化させる。したがって、Pの含有量を0.025%以下とした。
S:
Sは、鋼中に不純物として含まれる元素であり、その含有量が0.015%を超えると靭性を劣化させる。したがって、Sの含有量を0.015%以下とした。
Crは、高強度を確保するために有効な元素である。しかし、その含有量が0.80%未満ではその添加効果が得られず、一方、2.00%を超えると焼戻脆化感受性が高まる。さらに、靱性が劣化し、それに伴い繰り返し疲労性も劣化する。したがって、Crの含有量を0.80〜2.00%とした。なお、Crの含有量は0.80%〜1.30%とすることが好ましい。これによって、優れた靭性を得ることができる。
Moは、高強度を確保するために有効な元素である。しかし、その含有量が0.30%未満ではその添加効果が得られず、一方、1.00%を超えると靱性が劣化し、それに伴い繰り返し疲労性も劣化する。したがって、Moの含有量を0.30%〜1.00%とした。なお、Moの含有量は0.30%〜0.70%とすることが好ましい。これによって、優れた靭性を得ることができる。
Bは、焼入れ性を高くし、強度を上昇させる元素である。しかし、その含有量が0.0005%未満ではその添加効果が得られず、一方、0.0030%を超えると靱性が著しく劣化する。したがって、Bの含有量を0.0005%〜0.0030%とした。
Al:
Alは、脱酸に加えて組織の細粒化のために有効な元素である。しかし、その含有量が0.01%未満ではその添加効果が得られず、一方、0.10%を超えると靭性が劣化する。したがって、Alの含有量を0.01%〜0.10%とした。
Nは、Bと結合してBNを生成させ、Bの焼入れ性を低下させる元素であり、その含有量が0.008%を超えると焼入れ性が低下する。したがって、Nの含有量を0.008%以下とした。
以上が請求項1の鋼材の化学成分を限定した理由である。
Nb:
Nbは含有させなくてもよい。含有させれば、NbCの微細析出により組織を細粒化し、強度の確保、靭性の向上のために有効に機能する。ただし、その含有量が0.10%を超えて過剰に添加されると、靭性が劣化するので、添加する場合には含有量を0.10%以下とするのが好ましい。なお、含有量は0.01%以上とすることがより好ましい。これによって、その効果を顕著に発揮させることができる。
Tiは含有させなくてもよい。含有させれば、TiC、TiNの析出によって強度の上昇及び靭性を向上させる。ただし、その含有量が0.10%を超えて添加されると、靭性が劣化するので、添加する場合には含有量を0.10%以下とするのが好ましい。なお、含有量は0.01%以上とすることがより好ましい。これによって、その効果を顕著に発揮させることができる。
Vは含有させなくてもよい。含有させれば、VCの析出によって強度の上昇に寄与する。ただし、その含有量が0.10%を超えて添加されると、靭性が劣化するので、添加する場合には含有量を0.10%以下とするのが好ましい。なお、含有量は0.02%以上とすることがより好ましい。これによって、その効果を顕著に発揮させることができる。
Cu、Niは含有させなくてもよい。含有させれば、それぞれ固溶強化等の強化機構で強度を更に高くすることが出来る。ただし、その含有量がそれぞれ2.0%を超えて添加されるとその効果が飽和し、コストが嵩むばかりであるため、添加する場合には含有量をそれぞれ2.0%以下とするのが好ましい。なお、含有量はそれぞれ0.05%以上とすることがより好ましい。これによって、その効果を顕著に発揮させることができる。
Caは含有させなくてもよい。含有させれば、Sと結合し靭性を向上させる。ただし、その含有量が0.01%を超えて添加されるとCa系介在物が増加し、靭性を劣化させるので、添加する場合には含有量を0.01%以下とするのが好ましい。なお、含有量は0.0005%以上とすることがより好ましい。これによって、その効果を顕著に発揮させることができる。
前述した理由で、請求項1および請求項2に記載した化学成分にすることで、薄肉のボンベに最適な高強度のボンベ用鋼材を実現すると共に優れた繰り返し疲労性を有した低コストのボンベ用鋼材をも実現することができる。
次に、請求項1および請求項2に記載のボンベ用鋼材を用いてボンベを製造する方法を、従来一般的に採用されているボンベの成型工程を例に説明する。なお、請求項の成分を満たしていれば、特別な設備あるいは特別なヒートパターンは必要とされない。
ここで、容器の形状に成形するには、継ぎ目無し鋼管を原管とする方法や、ブルーム・ビレットらの鋼片から成形する方法等がある。
ブルーム・ビレットらの鋼片から製造する場合、鋼片を加熱・穿孔・再加熱・搾伸しておおまかな形状に成形した後、底部を整え、片端に頭部を形成し、その後熱処理を実施する。
表1は、各種ボンベ用鋼材1〜23に関する化学成分を示している。なお、表1において、ボンベ用鋼材1〜14は化学成分範囲が本発明で規定する条件を満たすボンベ用鋼材であり、ボンベ用鋼材15〜23は化学成分範囲が本発明で規定する条件を満たしていないボンベ用鋼材である。
ここで、強度の評価としては、TSおよびYSを測定することによりおこない、TSについては、1000MPa以下、YRについては、95%以上のものに#を付した。
また、本発明で規定した化学成分範囲にしたボンベ用鋼材1〜14は、すべてTSおよびYRに関してそれぞれ1000MPa以上、95%以下であり、また圧力サイクル試験に関して目標値に達していることがわかる。すなわち本発明に係るボンベ用鋼材であれば、高強度に加えて、優れた繰り返し疲労性を有する鋼材を実現できる。
Claims (4)
- 質量%で、
C:0.20〜0.35%、Si:≦0.35、Mn:0.3〜2.0%、P:≦0.025%、S:≦0.015%、Cr:0.8〜2.0%、Mo:0.3〜1.0%、B:0.0005〜0.0030%、Al:0.01〜0.10%、N:≦0.008%を含有し、残部はFeと不純物とからなる
ことを特徴とする、厚さ13.0mm以下のボンベ用鋼材。 - 請求項1に記載した成分に加え更に、質量%で、
Nb:≦0.10%、Ti:≦0.10%、Cu:≦2.00%、Ni:≦2.00%、V:≦0.10%、Ca:≦0.01%のうち、少なくとも1種を含有する
ことを特徴とする請求項1に記載の、厚さ13.0mm以下のボンベ用鋼材。 - 前記ボンベ用鋼材は、継ぎ目無し鋼管である
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の、厚さ13.0mm以下のボンベ用鋼材。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の、厚さ13.0mm以下のボンベ用鋼材を用いる
ことを特徴とするボンベ。
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