JPH0941088A

JPH0941088A - 高靱性低温用鋼板の製造方法

Info

Publication number: JPH0941088A
Application number: JP19545195A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Morikage; 康森影; Fumimaru Kawabata; 文丸川端; Kenichi Amano; 虔一天野
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1995-07-31
Filing date: 1995-07-31
Publication date: 1997-02-10

Abstract

(57)【要約】【目的】低温靱性を改善するとともに、焼き入れ温度
範囲を広範囲に許容しうる製造技術を提案する。【構成】Ｃ：0.04〜0.12wt％、 Si：0.02〜0.80wt％、
Mn：0.05〜0.8 wt％、Ｐ：0.01wt％以下、Ｓ：0.005
wt％以下、 Ni：6.5 〜12.0wt％、Al：0.01〜0.10wt％
およびＮ：0.0035wt％以下を含有し、残部は実質的にFe
からなるスラブを、1200〜1350℃で24hr以上保持する拡
散熱処理を施して室温まで空冷し、次いで所定板厚まで
熱間圧延し、その後Ａc₃変態点〜（Ａc₃変態点＋200
℃）の温度に加熱後冷却し、次いで 450℃〜（Ａc₁変態
点＋70℃）の温度で焼もどす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、靱性に優れる低
温用鋼板の製造方法に関わり、特に液化天然ガス（ＬＮ
Ｇ）用鋼板など−160 ℃以下の極低温度域で使用して好
適な、低温用Ni含有鋼板の製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ＬＮＧタンクなどに用いられる低温用鋼
材として、９％Ni鋼などのNi含有鋼板が古くから知られ
ている。低温用鋼材はいずれも、低温における高靱性が
要求されており、例えば９％Ni鋼では、ＡＳＴＭＡ５
５３や同Ａ８４４に規格化されているように、再加熱焼
入れ−焼もどし処理（ＲＱ−Ｔ）や直接焼入れ−焼もど
し処理（ＤＱ−Ｔ）によって製造されるのが一般的であ
る。このほかに、再加熱焼きならし−焼もどし処理（Ｒ
Ｎ−Ｔ）も多用されている製造方法である。これら処理
法の中でも、特にＲＱ−Ｔ処理やＲＮ−Ｔ処理などの再
加熱工程を含む熱処理は靱性向上の観点から好ましい製
造方法である。この他に、上記再加熱工程を含む製造法
においても、従来から、靱性向上のための努力が続けら
れてきた。例えば、特開昭５８−７３７１７号公報に
は、0.5〜10.0wt％のNiを含有する鋼を、Ａc₃点以上の
温度領域からの焼入れ処理（１次焼入れ）後、Ａc₁点以
上Ａc₃点以下の二相域から焼入れ（２次焼入れ）して、
焼もどし処理する方法が、また、特開平２−１９４１２
１号公報には、低Si−低Mn化した鋼を、１次焼きならし
の後、２次焼きならしを行い、焼もどし処理する方法が
それぞれ提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年、
低温靱性に対する要求はますます高まってきており、上
記既知技術によっては要求に見合う靱性（現在の要求特
性は、 vＥ-196＝25 kgf・ｍ級）を満足することが難し
くなってきた。また、従来の製造方法によって、例えば
20 kgf・ｍ級以上の高靱性を得るためには、ある限られ
た熱処理温度範囲、具体的には焼入れ温度をＡc₃〜（Ａ
c₃＋50℃）といった極めて狭い温度範囲に制御しないけ
れば達成できないという問題があった。

【０００４】この発明の目的は、再加熱工程を含む熱処
理をによる９％Ni鋼の製造にあたり、低温靱性を改善す
るとともに、焼入れ、焼きならし等の熱処理温度範囲を
広範囲に許容しうる製造技術を提案するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】さて発明者らは、まず、
従来の方法で製造した９％Ni鋼では、高い低温靱性が得
難く、また所望の低温靱性を得るための焼き入れ条件が
極めて狭い温度範囲に制限される原因について追求した
結果、鋼板中の成分偏析に因るものであることをつきと
めた。すなわち、造塊時にデンドライト組織が形成さ
れ、Ni, Mnなどの偏析がおこり、これらの偏析は圧延、
熱処理後も厚さ方向に層状となって残る。この偏析の程
度は、例えば、Niを 9.0wt％含有する鋼であれば、厚さ
方向で8.0 〜10.8wt％ものNi量の差を生ずる。このよう
なNi濃度の違いから、厚さ方向の変態点の差が生じ、最
終組織も不均一となる。このために、鋼板の最終組織を
均一にし、高靱性を得るためには、焼入れ温度は狭い範
囲に限定されていたのである。そこで、発明者らは、上
記原因の解消のための製造条件について鋭意検討した結
果、特に、Ni, Mnなどの成分偏析を拡散熱処理により低
減し、鋼組織の均一化を図ることによって、靱性の向上
と、熱処理( 焼入れまたは焼きならし) 温度条件の緩和
を図ることが可能であるとの結論に達し、この発明を完
成するに到った。その要旨構成は以下のとおりである。

【０００６】(1) Ｃ：0.04〜0.12wt％、 Si：0.02〜0.
80wt％、Mn：0.05〜0.8 wt％、Ｐ：0.01wt％以下、
Ｓ：0.005 wt％以下、 Ni：6.5 〜12.0wt％、Al：0.01
〜0.10wt％およびＮ：0.0035wt％以下を含有し、残部は
実質的にFeからなるスラブを、1200〜1350℃で24hr以上
保持する拡散熱処理を施して室温まで冷却し、次いで所
定板厚まで熱間圧延し、その後Ａc₃変態点〜（Ａc₃変態
点＋200 ℃）の温度範囲に加熱後冷却し、次いで 450℃
〜（Ａc₁変態点＋70℃）の温度範囲で焼もどすことを特
徴とする高靱性低温用鋼板の製造方法。

【０００７】(2) Ｃ：0.04〜0.12wt％、 Si：0.02〜0.
80wt％、Mn：0.05〜0.8 wt％、Ｐ：0.01wt％以下、
Ｓ：0.005 wt％以下、 Ni：6.5 〜12.0wt％、Al：0.01
〜0.10wt％およびＮ：0.0035wt％以下を含み、さらにN
b：0.005 〜0.06wt％、Ｖ：0.005 〜0.07wt％およびC
u：0.05〜0.50wt％のうちから選ばれる１種または２種
以上を含有し、残部は実質的にFeからなるスラブを、12
00〜1350℃で24hr以上保持する拡散熱処理を施して室温
まで冷却し、次いで所定板厚まで熱間圧延し、その後Ａ
c₃変態点〜（Ａc₃変態点＋200 ℃）の温度範囲に加熱後
冷却し、次いで 450℃〜（Ａc₁変態点＋70℃）の温度範
囲で焼もどすことを特徴とする高靱性低温用鋼板の製造
方法。

【０００８】

【発明の実施の形態】まず、この発明における鋼の成分
組成の限定理由について説明する。Ｃ：0.04〜0.12wt％Ｃは、十分な高張力を得るために有用な元素である。Ｃ
含有量が0.04wt％未満では、強度確保の上からSi, Mnを
増加する必要が生じて、前述したとおり 700〜900 ℃に
加熱された部分の靱性が低くなるという問題があり、一
方、0.12wt％を超えても靱性が低下するので、0.04〜0.
12wt％の範囲とする。なお、Ｃ含有量の好ましい範囲は
0.05〜0.09wt％である。

【０００９】Si：0.02〜0.80wt％ Siは、溶接部靱性に悪影響を及ぼすので減少させるのが
好ましいが、0.02wt％未満にしても漸進的効果は認めら
れないので下限を0.02wt％とした。一方、0.80wt％を超
えると、かえって靱性の劣化を招くだけでなく、強度を
過剰に上昇させるので、0.80wt％を上限とする。なお、
Si含有量の好ましい範囲は0.1 〜0.5 wt％である。

【００１０】Mn：0.05〜0.8 wt％ Mnは、Siと同様に溶接部靱性に悪影響を及ぼすので減少
させるのが好ましいが、0.05wt％未満に低減しても漸進
的効果を示さないので、下限を0.05wt％とした。一方、
0.8 wt％を超えて添加すると靱性を劣化させるだけでな
く、強度を過剰に上昇させるため、0.8 wt％を上限とし
た。Mnはこの範囲で低減すれば漸進的に溶接部靱性を改
善し、特に0.3 wt％以下の範囲でその効果が顕著であ
る。

【００１１】Ｐ：0.01wt％以下、Ｓ：0.005 wt％以下Ｐ, Ｓは、いずれも母材および溶接部の靱性を害するの
で極力低減することが望ましいが、それぞれ0.01wt％以
下、0.005 wt％以下の範囲で許容できる。好ましくは、
それぞれ0.005 wt％以下、0.002 wt％以下に制限するの
がよい。

【００１２】Ni：6.5 〜12.0wt％ Niは、この発明の低温用鋼には必須の元素であり、低温
における靱性の確保に著効を有するが、6.5 wt％未満で
はその効果は乏しく、一方12.0wt％を超えて添加しても
その効果は飽和し、不経済でもあるので、6.5 〜12.0wt
％の範囲に限定する。なお、Ni含有量の好ましい範囲は
7.5 〜10.0wt％である。

【００１３】Al：0.01〜0.10wt％ Alは、鋼の脱酸に必要な元素である。Alの添加量が、0.
01wt％未満ではその効果に乏しく、一方0.10wt％を超え
ると清浄性を損なうので、0.01〜0.10wt％の範囲とす
る。

【００１４】Ｎ：0.0035wt％以下Ｎは、可動転位を増加させ、また、島状マルテンサイト
を増加させて靱性を劣化させる元素である。Ｎ含有量が
0.0035wt％を超えると、とくに 700〜900 ℃の温度範囲
に加熱される熱影響部の靱性を低下させるので、上限を
0.0035wt％とする。

【００１５】上記Ｃ, Si，Mn，Ｐ, Ｓ, Ni, Al, Ｎをこ
の発明における鋼の基本成分とするが、さらに、Nb、Ｖ
およびCuのうち少なくとも１種を含有させることもでき
る。これらの限定理由について次に説明する。

【００１６】Nb：0.0055〜0.06wt％ Nbは、析出強化により強度を向上させるのに有効に寄与
するが、0.005 wt％未満では添加効果が少なく、一方0.
06wt％を超えるとかえって靱性を損なうので、0.0055〜
0.06wt％、好ましくは0.008 〜0.03wt％とする。

【００１７】Ｖ：0.005 〜0.07wt％Ｖは、析出強化により強度を向上させるのに有効な元素
である。Ｖの添加量が0.005 wt％未満ではその効果が少
なく、一方0.07wt％を超えるとかえって靱性を損なうの
で、0.005 〜0.07wt％、好ましくは0.008 〜0.03wt％と
する。

【００１８】Cu：0.05〜0.50wt％ Cuは、焼入れ性向上により強度を改善するのに有効な元
素であるが、0.05wt％未満ではその添加効果に乏しく、
一方0.50wt％を超えるとかえって靱性を損なうので、0.
05〜0.50wt％、好ましくは0.05〜0.10wt％とする。

【００１９】以上述べた成分範囲になる鋼を、拡散熱処
理ののち、再加熱熱処理を行うことによって目指した目
的が達成される。以下にこれらの製造条件について説明
する。・拡散熱処理この発明法における重要なポイントは、再加熱熱処理に
先立って、拡散熱処理を施すところにある。拡散熱処理
条件は、1200〜1350℃の温度範囲に加熱して24hr以上保
持した後室温まで空冷する。加熱温度が1200℃未満で
は、Niの拡散速度が急激に低下するために成分の均一化
が困難となる。一方、1350℃を超えて加熱すると長時間
の加熱に対して鋼塊自体が溶解してしまう可能性をはら
んでいるので、拡散焼鈍処理は1200〜1350℃の温度範
囲、好ましくは1300〜1350℃の温度範囲とする。また、
保持時間が24hr未満ではNiの拡散が十分ではなく、成分
が均一化されないため、保持時間は24hr以上、好ましく
は３６〜４８hrとする。なお、拡散焼鈍後一旦室温まで
冷却するのは、焼鈍後に粗大化した結晶粒を圧延前の再
加熱により細粒化するためである。

【００２０】・熱間圧延後の再加熱熱処理上記拡散熱処理ののち、引き続いて通常の熱間圧延を施
し、鋼板とする。この鋼板を、まずＡc₃変態点〜（Ａc₃
変態点＋200 ℃）の温度範囲に加熱後冷却（水冷、空冷
など）する再加熱熱処理を施す。加熱温度がＡc₃変態点
未満では、鋼のオーステナイト化が不完全となり、最終
的に粗大な炭化物を有する高温焼もどしマルテンサイト
を含んだ組織となり、靱性および強度に悪影響を及ぼ
す。また、（Ａc₃変態点＋200 ℃）を超えて加熱する
と、オーステナイト粒が粗大化して低温靱性に悪影響を
およぼす。このため、加熱温度範囲はＡc₃変態点〜（Ａ
c₃変態点＋200 ℃）、好ましくはＡc₃変態点〜（Ａc₃変
態点＋100 ℃）とする。

【００２１】・焼もどし上記再加熱熱処理の後、 450℃以上（Ａc₁点変態点＋70
℃）以下の条件で焼もどし処理を施す。焼もどし処理温
度が450 ℃未満では十分な靱性が確保できず、一方、
（Ａc₁点変態点＋70℃）を超えると強度が低下してしま
う。

【００２２】

【実施例】表１に示す化学組成になる鋼を、表２に示す
条件で拡散焼鈍熱処理して室温まで冷却し, 加熱、圧延
して鋼板とし、再加熱熱処理を行い、その後焼もどし処
理を施した。なお、上記熱処理時の保持時間は70min で
冷却は水冷とし、焼もどし時の保持時間は70min で冷却
は空冷とした。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【表２】

【００２５】得られた各鋼板について、母材の引張特性
およびシャルピー衝撃特性を調査した。結果を表２に合
わせて示す。表２において、発明法を適用し拡散焼鈍熱
処理を施したNo. １〜９の場合には、 vＥ-196はすべて
25 kgf・ｍを超える値を示している。また、拡散焼鈍に
より組織が均一化されているから、示されるように熱処
理の温度が広い範囲で許容される。これに対し、No.10
〜13、に代表される比較法及び従来法の vＥ-196は、す
べて18〜20 kgf・ｍとなっている。また、許容される熱
処理温度範囲も狭い。なお、比較法は、拡散焼鈍処理時
の加熱温度が低過ぎたか、あるいは保持時間が短過ぎた
ものである。従来法は拡散焼鈍処理を施さなかったもの
である。

【００２６】

【発明の効果】かくしてこの発明に従う製造方法によれ
ば、低温靱性に優れた鋼板が再加熱熱処理法により製造
することが可能となる。しかも、熱処理（焼き入れまた
は焼きならし）温度範囲を広範囲に許容できるので、焼
き入れ処理等の再加熱熱処理がしやすく、製造性が改善
されるので、産業上の寄与は極めて大きい。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃ：0.04〜0.12wt％、 Si：0.02〜0.80wt
％、 Mn：0.05〜0.8 wt％、Ｐ：0.01wt％以下、Ｓ：0.005 wt％以下、 Ni：6.5 〜12.0wt％、 Al：0.01〜0.10wt％およびＮ：0.0035wt％以下を含有
し、残部は実質的にFeからなるスラブを、1200〜1350℃
で24hr以上保持する拡散熱処理を施して室温まで冷却
し、次いで所定板厚まで熱間圧延し、その後Ａc₃変態点
〜（Ａc₃変態点＋200 ℃）の温度範囲に加熱後冷却し、
次いで 450℃〜（Ａc₁変態点＋70℃）の温度範囲で焼も
どすことを特徴とする高靱性低温用鋼板の製造方法。
【請求項２】Ｃ：0.04〜0.12wt％、 Si：0.02〜0.80wt
％、 Mn：0.05〜0.8 wt％、Ｐ：0.01wt％以下、Ｓ：0.005 wt％以下、 Ni：6.5 〜12.0wt％、 Al：0.01〜0.10wt％およびＮ：0.0035wt％以下を含み、
さらにNb：0.005 〜0.06wt％、Ｖ：0.005 〜0.07wt％お
よびCu：0.05〜0.50wt％のうちから選ばれる１種または
２種以上を含有し、残部は実質的にFeからなるスラブ
を、1200〜1350℃で24hr以上保持する拡散熱処理を施し
て室温まで冷却し、次いで所定板厚まで熱間圧延し、そ
の後Ａc₃変態点〜（Ａc₃変態点＋200 ℃）の温度範囲に
加熱後冷却し、次いで 450℃〜（Ａc₁変態点＋70℃）の
温度範囲で焼もどすことを特徴とする高靱性低温用鋼板
の製造方法。