JPS6089551A - 高強度高靭性チエ−ン用鋼材 - 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、高強度で、かつ例えば−３０１Ｃと言うよ
うな低温環境においても優れた溶接部靭性な示すチェー
ン用銅相に関するものである。

近年、エネルギー事情の変化にともなって、新たなエネ
ルギー資源を開発しようとの動きが世界の各地で活発化
してきておシ、陸上での開発資源が洞渇するにつれ海底
油田にまで注目が集まるようになって、石油掘削用のリ
グを用いた開発か、大陸だなイ」近を中心として南方か
ら北海に至る才での広範囲地域で行われるようになって
きた。

そして、上記のような海底石油掘削用リグに代表される
海上構造物の増加にともない、これを繋留するのに用い
る大径チェーンの需要も増大の一途をたどってきており
、その上、石油掘削リグ等の海上構造物は最近に至って
益々犬型化する傾向を見ぜはじめてきたので、これらを
ｚ４留するだめのチェーンにも直径：６ｏ〜１６０ｍｍ
といったより太いものが、しかも積載重量制限の面から
それ以上に大径化できないので、よシ高強度のものが要
求されるようになってきた。

ところで、大径チェーンは、熱間圧延棒鋼を所定長さに
切断して円環状に成形後、端面をンラッノユパット溶接
して製造され、その後、熱処理を施すことによって所要
の機械的性質を得るのが普通であり、高強度・高靭性を
得るだめの手段としてはチェーンに成形した状態での焼
入れ焼戻し処理が最適であることは言う壕でもないこと
である。

しかしながら、例えば、引張強さが９０　ｋｇｆ／ｍｉ
以上という高強度を要求される上記リグ等の繋留用チェ
ーンには、鋼板等に比べて、 ■　直径が１６０　ｒｒｕａという極めて太い丸棒材の
中心部までをもマルテンサイト化しなければならないの
で、高い焼入れ性を必要とする、■　上下面からの完全
な冷却が可能な板材に比べて、チェーンでは十分な冷却
が困難となり、所望の焼入れ組織を得短い、 等の問題があり、鋼材の焼入れ性を高めるだめの合金成
分の含有量を高くせざるを得ながったのである。しかし
、炭素等の焼入れ性向上成分の含有量を高めることは靭
性の劣化につながるものであり、しかも上述のようにチ
ェーンは棒鋼成形後にフラッシュバット溶接されるもの
であるが、焼入れ性向上成分の含有量が高いと溶接割れ
を生ずる危険も多くなるという新たな問題を引き起す懸
念があった。

このようなことから、本発明者等は、先に、［Ｃ含有量
を低くして溶接性及び０℃における母材部靭［生・溶接
部靭性の改善を図った低Ｃ高Ｍｎ系鋼材に、更にＣｒ及
びＭｏを添加して焼入れ性を向上させた高強度チェーン
用鋼材」を提案（特願昭、５８−３４８３３号）したの
である。

ところが、最近になって条件の劣悪な極寒冷地での石油
掘削頻度が益々高くなってき゛ておシ、これにともなっ
て、より低い温度環境中であっても十分な高靭性を示す
チェーン材、例えば引張強さが９０　ｋｇｆ／、（ｉｉ
以上で、かつ−３０℃における溶接部のシャルピー衝撃
吸収エネルギー値が５ｋｇｆ−ｍ以上という、低温靭性
の更に優れた高強度チェーン用鋼に対する要望がなされ
るようになシ、先に提案したチェーン用鋼によっても、
これら極低温環境下での要求に対して十分満足に応える
ことができなかつだのである。

本発明者等は、上述のような観点から、高強度と高靭性
とを兼ね備え、従来材よりも一段と優れた性能を発揮す
るチェーン用鋼材を実現すべく、前記「先に提案したチ
ェーン用鋼材」Ｋ関してその低温靭性の一層の向上を阻
む要因の追求と、それを取り除く手段に関する研究を続
けたところ、（ａ）現在、特にＳ及びＰ含有量の低減に
留意した精錬を実施したとしても、通常精錬を採用した
場合には、ｐ：Ｑ、０４〜０．０１５％（以下、成分割
合を示すチは重量係とする）、Ｓ：０．０４〜００１％
程度の値を示す鋼を得るのが限度であることが了５Ｑ了
されており、前記チェーン用鋼制の提案時点でも、この
程度にＰ及びＳの含有量を低減すれば、Ｐ及びＳ低減に
よるチェーン用銅相の低温靭性向上効果はほぼ十分とな
り、それ以北にＰ及びＳの含有量を低くしてもそれほど
顕著な実用上の効果が現われないと考えられていたが、
特殊精錬等によって鋼中のＰ含有量を０．０１０％以下
とするか又はＳ含有量をｏ、　ｏ　０５　％以下とする
かのいずれか、或いはこれら両方の対策を講すると、意
外にも、チェーン用鋼材の低温靭性が一層顕著に改善さ
れること、 （ｂ）　このように、特殊精錬等によってチェーン用鋼
材中のＰ及びＳを極力低減したとしても、鋼中にｊｄ低
温靭性に悪影響をもたらす硫化物系非金属介在物の微量
がどうしても残留することとなるが、鋼材中にＣａ又は
希土類元素の特定量を添加すると、前記像化物系非金属
介在物形態が変化（球状化）して靭性に対する悪影響が
極めて少なくなり、低温での特に溶接部の靭性が顕著に
改善されること、 （Ｃ）　特殊精錬等によってＰ及びＳを極力低減したチ
ェーン用鋼、或いはとれに更にＣａ又は希土類元素を添
加して硫化物系非金属介在物の形態を整えたチェーン用
鋼に、特定量のＶ、Ｎｂ及びＴ］の１種以上を添加する
と、鋼材の結晶粒が像層１１化されてその靭性が一段と
改善されること、 ９ン這ａ）〜（（ａに示される如き知見が得られたので
ある。

この発明は、」二記知見に基づいてなされたものであり
、チェーン用銅相を、 Ｃ：０．１５〜０．３０係、Ｓｉ：０．１０〜０５０％
。

Ｍｎ：　１．３　０〜２．５　０　％、Ｃｒ：　０．５
　０〜１．５　０　％。

Ｍｏ：０．１０〜０６０　チ。

ｓｏｔ、Ａ＋！　：　０．０　１　０〜０．０　６　０
　％。

Ｎ：０．００３〜０．０　２　０　係 を含み、更に、必要により Ｖ、Ｎｂ及びＴｉの１種以上：合計量で０．２０　％以
下。

Ｃａ’：　０．０１０％以下。

希土類元素：０１０係以下 のうちの１種以上をも含有し、 Ｆｅ及び不可避不純物：残り から成シ、かつ、式 〔但し、σＢ、チェーンの引張強さく　ｋｇｆ／＋ｕｆ
）　）を満足するとともに、前記不可避不純物中のＰ及
びＳのうちの少なくとも１種の含有割合がＰ：０．０１
０％以下。

Ｓ：０．００５％以下 なる条件をも満たす成分組成に構成することにより、高
強度と、低温（例えば−３０℃）で優れた溶接部靭性を
示す特性とを付与した点に特徴を有するものである。

なお、この発明のチェーン用鋼材の調質処理は通常の焼
入れ焼もどしで十分であるが、焼ならし処理或いは一次
焼入れ処理を施しだ後焼入れ焼もどしを行うと、フラッ
シュ・ぐット溶接にて粗大化した結晶粒が微細化され、
溶接一部靭性がＴ要改善されるので望寸しい手段である
。

また、チェーンは、通常、海水中にて使用されるだめに
腐食が問題となる場合もあるが、このようなときには鋼
材中にＣｕ及びＮｉの１種又は２種を添加するのが効果
的である。

次に、この発明のチェーン用＃ｌ材において、各成分元
素の含有割合及び式 で表わされる炭素当量を前記のように限定した理由を説
明する。

ａ）　Ｃ Ｃ成分には、鋼材の焼入れ性を確保して強度及び靭性な
保持せしめる作用があるが、その含有量が０．１０１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
０３０％を越えて含有させると靭性が劣化する上、溶接
部に割れを発生する確率が高くなることから、その含有
量を０．１０〜０．３０％と定めた。

ｂ）　５ｉ Ｓ１成分は、銅材の強度を確保する作用とともに脱酸剤
としての作用をも有するものであるが、その含有量が０
．１０１未満では脱酸作用に所望の効果が得られず、鋼
材中の非金属介在物増加を来たして靭性劣化を招くこと
となる。一方０．５０％を越えて含有させてもやはり靭
性劣化を引き起すこととなるので、Ｓ１含有量を０１０
〜０．５０％と定めた。

ｃ）　Ｍｎ Ｍｎは所望の焼入れ性確保に必須の成分であるが、その
含有量が１３０チ未満では十分に満足し得る焼入れ性を
確保できず、一方２５０％を越えて含有させると鋼材の
靭性及び溶接性を劣化させることとなるので、１１４ｎ
含有量を１３０〜２．５０φと定めた。

ｄ）　Ｃｒ Ｃｒ成分には、鋼材の靭性なある程度改善するとともに
焼入れ性を増大させる作用があるが、その含有量が０．
５０％未満では大径チェーンに所望の焼入れ性を確保す
ることが困難となシ、一方１５０チを越えて含有させて
も靭性改善の効果が少ない上、溶接性の劣化を来たすよ
うになることから、その含有量を０．５０〜１．５０％
と定めた。

ｅ）　Ｍ。

Ｍｏ成分は、鋼材の靭性改善及び焼入れ性の確保に極め
て有効な元素であるが、その含有量が０１０係未満では
前記効果を期待することができず、一方０．６０　％を
越えて含有させると焼入れ性が過大になるだけで、コス
トの上昇を招くという不都合な結果がもたらされるので
、その含有量をＯ，］、　０〜０６０係と定めた。

ｆ）　ｓｏｔ、Ａｅ ｓｏｌ、ＡＱ酸成分は、脱酸作用と併せて鋼材の結晶粒
度を調整し細粒化する作用があるが、その含有量が００
１０％未満では十分な細粒化効果を得ることができない
ので靭性劣化の原因となり、一方００６０％を越えて含
有させると鋼月中のアルミナ系非金属介在物が増加して
やはり靭性劣化を引き起すことから、ｓｏｔ、ＡＱ含有
量を０．０１０〜０．０６０係と定めた。

ｇ）　Ｎ Ｎ成分には、ＡＱを結合して結晶粒度調整に有効なＡＱ
Ｎを析出する作用があるが、その含有量か０．００３％
未満では前記作用が十分になされず、ｍ粒化効果を期待
できない。一方０．０２０条を越えて含有させると固溶
Ｎが増大して銅相の靭性劣化を来だすようになることが
ら、Ｎ含有量を０．００３〜０．０２０％と定めた。

ｈ）ｖ、Ｎｂ、及びＴ１ これらの成分はいずれも、鋼中で炭化物、炭窒化物或い
は窒化物を析出して鋼材の結晶粒を微細化し、靭性な改
善する作用を有しているので、必要により１種以上の添
加がなされるものであるが、これらの含有量が合計で０
．２０％を越えても前記作用にそれ以上の効果が得られ
ないばかりか、鋼材コストを上昇することどなるので、
これらの元素の含有量を合計で０２０％以下と定めた。

なお、これらの成分も極く微量の含有量で靭性改善効果
を発揮するものであるが、その効果をより顕著とするた
めには合計量で０．０３４以上の含有量とするのが好ま
しい。

１）Ｃａ、及び希土類元素 これらの成分にｉｄ、鋼をよシ清浄化する作、用ととも
に、非金属介在物の形態を変えて溶接部の低温靭性を一
段と向上する作用があるのでｌ腫以上を添加するもので
あるが、Ｃａ含有量が００１％を越えたり、希土類元素
の合計含有量が０．１０　％を越えた場合に１は逆に靭
性を劣化するようになることから、Ｃａ含有量ばＯ，Ｏ
’１％以下、希土類元素含有量１ｄｏ１ｏ％以下とそれ
ぞれ定めた。なお、Ｃａ又は希土類元素のいずれの成分
も極く微量の含有量で低温靭性改善効果を発揮するもの
であるが、より顕著な効果を得るん、めにＣａの場合に
は０．０００５係以上、希土類元素の場合には０．００
５％以上の含有量とするのが好ましい。

、〕）Ｐ Ｐは鋼材製造上避けることのできない不純物であり、Ｓ
とともに鋼材の靭性、特に低温靭性に有害な作用を及ｐ
丁ず元素である。しかしながら、２回吹錬やスラグ調整
等の製鋼段階での特殊処理によってＰ含有量を０．０１
０％以下に低下させると、高強度での衝撃破面遷移温度
が低下して低温靭性が顕著に増大し、例えＳ含有量が通
常精錬による鋼程度の値を示していても優れた低温靭性
を示すようになることから、Ｐ含有割合を０．０−１０
　％以下と定めた。

ｋ）　ｓ Ｓは、Ｐと同様に鋼材製造上避けることのできない不純
物であるが、鋼材の靭性に有害な作用を及はす元素であ
る。特に溶接部では、メタルフローが調料の圧延方向と
ほぼ垂直となるので、圧延方向に伸展された硫化物系非
金属介在物によって該部分゛の靭性が太きく　１５１１
害されることとなる。しかしながら、ＶＡＤ溶銑脱硫法
等の特殊処理（でよってＳ含有量を０．０Ｏ１５％以下
に低下させると、高強度での低′７ｉＦＡ靭性が顕著に
増大することとなり、例えＰ含有量が通常精錬によ、る
銅程度の値を示していても優れた低温靭性を示すように
なることがら、Ｓ含有割合なＯ，ＯＯ５％以下と定めた
。

チェーン用鋼材溶接部の良好な衝撃吸収エネルギー値を
確保するに（ｒ−１、鋼材の強度が犬になるほど合金元
素の添加愈、ｆｆ１Ｊち、式 の値を増すことが重要であり、各強度水準σ１．〔即ち
、チェーンの引張強さく　１ｇ１７ｍ＋７　）　）に応
して、前ＭＱ式ノにヲＣ１，２５Ｘ　１　ｏ−”ｘ　Ｏ
Ｂ’　＋０．１１）　ＪＪ、上トすることか必要である
。即ち、前記式の値が［１，２’５　Ｘ　１０−２Ｘσ
Ｂ＋０．１１］未混では、所望の溶接部低温靭ｉ生を確
保することができない。

次いで、この発明を実施例により比較例と対比しながら
具体的に説明する。

実施例 まず、７０−トン転炉と３トン電気炉を用いるとともに
、２回吹錬及びＶＡＤ溶銑脱硫を実施して第１表に示さ
れる如き成分組成の鋼を溶製した後、熱間圧延にて直径
が８４荘の丸棒鋼を得だ。次に、これを切断後、熱間面
げ加工によってチェーンに成形し、フラッシュバット溶
接を施して整理した。

そして、溶接部のバリ取シを行ってからスタッドを装入
し、次いて９００℃に加熱して３．５時間保持後水冷す
るという焼入れを行った後、第２表に示す温度で焼もど
し処理を施し、チェーンを製造した。

このようにして製造された各チェーンから次に示す試験
片、 引張り試験片　径（Ｄ）か１４φで、標点距離が５Ｄの
もの、 衝撃試験片：ＪＩ８４号シャルピー試験片、をそれぞれ
採取して、その機械的性質を調べだ。

得られた結果を第２表に併せて示した。

第２表に示される結果からも、引張強度に応じて合金元
素の添加量を所定の値に調整し、かつ、十分な脱燐、脱
硫を行った不発明鋼制御〜１２は、高強度を有するとと
もに一３０℃における衝撃吸収エネルギー値が５　ｋｇ
：ｒ−１Ｔｉ以上と良好な溶接部靭性の得られているこ
とが明らかであり、これに対して組成成分量が本発明範
囲から外れている比較鋼材１３〜１６では、溶接部の低
温における衝撃特性が劣化していることが明白である。

更に、Ｃａ或いは希土類元素を添加した本発明鋼材５〜
７．そしてＶ、Ｎｂ或いはＴ１を添加した不発Ｅ）Ｊ鋼
材８〜ユ２では、これらの元素を添加しないものに比べ
て溶接部の一３０℃衝撃吸収エネルギー値が１〜２　ｋ
ｇｒ−ｍ程度増加しており、その添加効果も確認された
。

上述のように、この発明によれば、極めて高い強度と、
低温下においても発揮される優れた靭性とを兼ね備えた
大径チェーン用銅相をコスト安く得ることができ、苛酷
な条件下での資源開発等に極めて有用な役割を果たすこ
とが期待できるなど、工業上有用な効果がもたらされる
のである。

出願人　住友金属工粟株式会社 代理人　富　１）　和　夫　はが１名

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　Ｃ：　０．１５〜０．３０係。 Ｓｉ：０．１０〜０．５０％。 Ｍｎ：　１．３０〜２．５０係。 Ｃｒ：　０．５０〜１．５０　％＋ Ｍｏ：　０．１０〜０．６０　％。 ｓｏＬＭ　：　０．０１０〜０．０６０　％。 Ｎ：０．００３〜０．０２０％。 Ｆｅ及び不可避不純物：残り から成９、かつ、式 〔但し、細；チェーンの引張６虫さく　ｖｇｆ／ｍｆｆ
   １）　〕を満足するとともに、前記不可避不純物９勿中
   のＰ及びＳのうちの少なくとも１種の含有割合がＰ：０
   ．０１０％以下。 Ｓ：０．Ｏ０５多以下 なる条件をも満たす成分組成（以上重量％）であること
   を特徴とする高強度高靭性チェーン用鋼。 （２）　Ｃ：　０．：１５〜０．３０係。 Ｓｉ：０．１０〜０５０飴。 Ｍｎ：１．３０〜２５Ｑ％。 Ｃｒ°０５０〜コ５０％。 Ｍｏ：　０．１０〜０．６０　％。 ｓｏｂ−Ｍ　：　０．０１０〜０．０６０％。 Ｎ　０００３〜０．０２０係 を含み、更に Ｖ、１すし及びＴｉの１種以上：合計量で０．２０チ以
   下 をも含有し、 Ｆｅ及び不可避不純！吻、残シ から成り、かつ、式 〔但し、σＢ：チェーンの引張強さく　ｋｇｆ　／ｍ疏
   ）〕を満足するとともに、前記不可避不純物中のＰ及び
   Ｓのうちの少なくとも１種の含有割合がＰ：００１０饅
   以下。 Ｓ　：　０００５％以下 なる条件をも満たす成分組成（以上重量９１８）である
   ことを特徴とする高強度高靭性チェーン用鋼。 （３）　Ｃ：　０．１５〜０３０饅。 Ｓｉ：０．１０〜０５０　饅。 Ｍｎ１．３　０〜２．５　０　％。 Ｃｒ：　０．５　０〜１．５　０　％。 Ｍｏ：　０．１０〜０．６０％。 ５ｏｌ−Ａ１．　：　０．０１０〜００６０％。 Ｎ’、０．　ＯＯ３〜０．０２０　係 を含み、更に Ｃａ：００１０％以下。 希土類元素、Ｏ１Ｏ係以下 のうちの１種以上をも含有し、 Ｆｅ及び不可避不純物、残り から成シ、かつ、式 〔但し、σＢ、チェーンの引張強さく　ｋｇｆ／ｍ＋ｆ
   ｆ１）　：］を満足するとともに、前記不可避不純物中
   のＰ及びＳのうちの少なくとも１種の含有割合かＰ：０
   ０１０％以下。 ８．０００５％以下 なる条件をも満たす成分組成（以上重量％）であること
   を特徴とする高強、′ｆ高靭性チェーン用鋼。 （４）　Ｃ：０．１５〜０．３０％。 Ｓｌ、０］０〜０５０係。 １ｖｉｎ、’　１．３０〜２５０％。 Ｃｒ：　０５０〜１．５０　％。 ｌｔ、４ｏ：ｏ、　１０〜０６０％。 ｓｏｔ、ＡＱ　：　００１０〜００６０％。 Ｎ　：　０．　ＯＯ３〜０．０２０係 を含み、更に Ｖ、Ｎｂ及びＴ］の１種以上：合計量で０２０係以下。 と、これに加えて Ｃａ、：　０．０１０　％以下。 希土類元素　０１０条以下 のうぢの１種以上をも含有し、 Ｆｅ及び不可避不純物、残シ から成り、かつ、式 〔但し、σＢ　チェーンの引張強さく　ｌ＜ｇｆ／ｍ＋
   Ａ　）　〕を満足するとともに、前記不可避不純物中の
   Ｐ及びＳのうちの少なくとも１種の含有割合がＰ：００
   １０チ以下。 Ｓ：０．ＯＯ，５％以下 なる条件をも満／ζず成分組成（以上重量％）であるこ
   とを特徴とする高強度高靭性チェーン用鋼。