JPS62202053A - 低降伏比チエ−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】 （産業上の利用分野） この発明は、チェーン用鋼材、特に、高強度、高靭性で
、かつ降伏比が低く、チェーン製造工程において容易に
スタッドの固定を行うことのできるスタッド付チェーン
用鋼材に関するものである。

（従来の技術） 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
してきている０、二のような状況下にあって、陸上での
開発資源が涸渇するζこっれ海底油田にまで注目が集ま
るようになって、石油掘削のリグを用いた開発が、大陸
だな付近を中心として南方から北海に至るまでの広範囲
な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、これを係留するのに用い
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
て益々大型化する傾向を見せはじめてきたので、これら
を係留するためのチェーンにも直径が６０〜１６０ｔｍ
ｗａといったより太いものが使用されるようになった。

しかも積算重量制限の面からそれ以上に大径化できない
ので、例えば引張強さが９０　ｋｇｆ／＋ｍ’以上とい
う一層高強度のものが要求されるようになってきた。

更に、最近になつて条件の劣悪な掻寒冷地での石油掘削
頻度が益々高くなってきており、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
ン用鋼材が嘱望されるようになってきた。

その上、近年の係留チェーンの破断事故原因の解析結果
により、スタッドの緩みが大きく問題視されてきている
。つまり、スタンドが緩んでいる場合、チェーンの使用
時にチェーンリンクに曲げ応力がかかり、疲労破壊の原
因となることが究明されたのである。この観点より近年
チェーン製造に際しては、スタンドの緩みを防止する手
段が種々検討、実施されている。この中で、最も実用的
であり、現在−最的に用いられている方法は、チェーン
を製鎖、熱処理した後にチェーンに所定の引張荷重を付
与し、チェーンを塑性変形させることにより、スタンド
を固定するものである。この方法を容易にかつ確実に行
うため、チェーン用鋼材に対して、例えば降伏比が９２
％以下という低降伏比化の要求が追加されてきている。

つまり、低降伏比鋼材の場合、所定の引張荷重によりチ
ェーンは容易に塑性変形し、スタンドの固定が確実に行
えるからである。

（発明が解決しようとする問題点） 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、端面をフラッシュバット溶接
して製造され、スタンドを圧入した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、高靭性を得るた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ま
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／ｌａ
ｇ”以上という高強度で、かつ、十分な低温靭性を得る
には鋼材に高い焼入性を付与し、チェーンの熱処理にて
完全に焼入れ組織、つまりマルテンサイト化した後に焼
戻し処理を施すことが必要であり、したがって、降伏比
は、必然的に高いものであった。つまり、一般に、高強
度と低降伏比とは相反する特性であると云わざるを得な
いのである。

よって、この発明の目的とするところは、高強度と高靭
性を兼ね備え、かつ低降伏比のチェーン用鋼材を提供す
ることである。

具体的には、この発明の目的とするところは、引張強さ
が９０ｋｇｆ／ｍｍ”以上で低温靭性にすぐれ、かつ降
伏比が９２％以下であるチェーン用鋼材を提供すること
である。

（問題を解決するための手段） ここに、本発明者等は、高強度と高靭性を兼ね備え、か
つ、低降伏比のチェーン用鋼材を実現すべく、種々研究
を読けたところ、Ｃ含有量およびＣ「含有量が鋼材の焼
入、焼戻処理後の降伏比に大きな影響を与え、いずれの
成分も含有量を増大させると降伏比が低下する。特に、
青成分の含有量が下式を満足する場合、顕著な低降伏比
化が実現できるという知見を得た。

１３．５ｘＣ（％）　＋　Ｃｒ（％）上２゜８５　（％
）更に、本発明者等はチェーン用鋼材についての豊富な
研究、製造実績より、下記の如き知見を存している： ｆａｔ　Ｃ含有量を高めることは、焼割れ感受性の増大
や靭性を劣化させる原因となるので、Ｃ含有量は０．３
５％以下にとどめる必要がある。

（ｂｌ鋼材に充分な焼入性を具備させるために、Ｍｎ、
Ｍｏの添加が必須であり、特にＭｏ添加は、靭性改善に
非常にを効である。

（Ｃ）鋼材へのＶ、Ｎｂ、およびＴｉの添加により、鋼
材の結晶粒が微細化され、靭性が一層改善される。

（ｄ）鋼材へのＣａまたは希土類元素（ＲＯＭ）の添加
は、硫化物系非金属介在物の形態を変化（球状化）させ
、これにより靭性が一層改善される。

この発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、
重量％で、 Ｃ：　０．３５％以下、　　Ｓｉ　：　０．０５〜０．
５０％、Ｍｎ　：　０．５０〜２．５０％、　Ｐ　Ｈ０
，０４０％以下、Ｓ　：　０．０４０％以下、　Ｃｒ　
：　５．００％以下、Ｍｏ　：　０．３０〜０．８０％
、ｓｏｌ．Ａｌ　：　０．０１０〜０．０６０％、Ｎ　
：　０．００３〜０．０２０％、 かつ、８．５　×Ｃ（％）　＋　Ｃｒ（％）上２゜８５
　（％）更に、必要に応じ、Ｖ、Ｎｂ、およびＴｉの１
種以上を合計量で０．２０％以下、 および／または、 Ｃａ　：　０．０１０％以下およびＩＩＥＭ　　：０．
１０％以下の１種以上、 残部Ｆｅおよび不可避的不純物 よりなる条件を満たす成分組成にその鋼組成を構成した
、高強度、高靭性でかつ降伏比が低く、チェーン製造工
程において容易にスタッドの固定を行うことのできる、
低降伏比チェーン用鋼材、特にスタッド付チェーン用鋼
材である。

なお、チェーンは、通常、海水中にて使用されるために
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を添加するのが効果的でである。

上記「チェーン」として、代表的にはスタンド付チェー
ンが挙げられるが、一般的な通常のチェーンであっても
よいのはもちろんである。

（作用） 次に、この発明のチェーン用鋼材において、各成分元素
の含有割合を前記のように限定した理由を説明する。

Ｃ（炭素）： Ｃ成分には、鋼材の焼入性を確保して強度および靭性を
保持せしめる作用があるが、更にその含有量を増大させ
ると所定強度を得るための焼戻温度を高（することが可
能となり、降伏比の低下が実現できる。しかし、０．３
５％を越えて含有させると靭性が劣化する上、溶接部に
割れを発生させる確率が高くなることからその含有量を
０．３５％以下と定めた。好ましくは、０．１５〜０．
３０％である。

Ｓｉ　（ケイ素）　： Ｓｉ成分は、鋼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
．０５％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
性劣化を引き起こすこととなるので、Ｓｉ含有量を０．
０５〜０．５０％と定めた。好ましくは、０．１５〜０
．４０％である。

Ｍｎ　（マンガン）： 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０．５０％未満では十分に満足し得る焼入れ性
を確保できず、一方、２．５０％を越えて含有させると
鋼材の靭性および溶接性を劣化させることとなるので、
Ｍｎ含有量を０．５０〜２゜５０％と定めた。

Ｐ（燐）： Ｐは鋼材製造上避けることのできない不純物であるが、
含有量が０．０４０％を越えると、靭性を許容限以上に
劣化させることになるので、Ｐの含有量は０．０４０％
と定めた。なお、Ｐ含有量を０．０２０％以下にまで低
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することから、必要に応じてＰ含有
割合を０．０２０％以下とすることも効果的である。

Ｓ（硫黄）： 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、含有量が０．０４０％を越えると、靭性を
許容限以上に劣化させることになるので、Ｓの含有量は
０．０４０％以下と定めた。

なお、溶銑脱硫法等の特殊処理によってＳ含を量を０．
０１０％以下に低下させると、高強度での低温靭性が顕
著に増大することがら、必要に応じてＳ含有量割合をｏ
、ｏｉｏ％以下とすることも効果的である。

Ｃｒ　（クロム）： Ｃｒ成分には、鋼材の靭性を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、更にその含有量
を増大させると、降伏比を低下させる作用がある。

しかし、５．００％を越えて含有させても、降伏比低下
の効果が少ない上、溶接性の劣化を来すようになること
から、その含有量を５．００％以下と定めた。好ましく
は、０．８０〜３．５０％である。

Ｍｏ　（モリブデン）： Ｍｏ成分は、鋼材の靭性改善および焼入性の確保に極め
て有効な元素であるが、その含有量が０．３０％未満で
は前記効果を期待することができず、一方、０．８０％
を越えて含有させると焼入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０．３０〜０．８０％と定めた。好まし
くは、０．４０〜０．７０％である。

ｓｏｌ．Ａｌ　（酸可溶性アルミニウム）：ｓｏｌ、へ
Ｑ成分には、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０．０１０％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、０．０５０％を越えて含有さ
せると鋼材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こすことから、本発明ではｓｏｌ．
Ａｌ含有量を０．０１０〜０．０６０％と定めた。

Ｎ（窒素）： Ｎ成分には、Ａｌ１を結合して結晶粒度調整に有効なＡ
ＱＮを析出させる作用があるが、その含有量が０．００
３％未満では前記作用が十分になされず、細粒化効果を
期待できない。一方、０．０２０％を越えて含有させる
と固溶Ｎが増大して鋼材の靭性劣化を来すようになるこ
とから、Ｎ含有量を０．００３〜０．０２０％と定めた
。

８．５　Ｘ　Ｃ〜＋Ｃｒ（１）の値： この発明にあっては、後述する実施例および添付図面の
グラフからも明らかなように、降伏比が９２％以下の低
降伏比を実現するには、Ｃ成分あるいはＣｒ成分の含有
量を増大することが効果的であり、特に、８．５　Ｘ　
Ｃ（１）＋Ｃｒに）の値を２゜８５（ト）以上とするこ
とが必要である。

Ｃ成分、Ｃｒ成分含育量増量の効果については、いずれ
も鋼材の焼戻し軟化抵抗を増大させ、したがって所定強
度を得るための焼戻し温度を高くすることが可能となり
、これが低降伏比化に有利に作用することが考えられる
。しかし、その詳細な機構については不明の点も多い。

ところで、Ｃ成分あるいはＣｒ成分の含有量は、８．５
　×Ｃ（ト）＋Ｃｒ（１）≧２．８５〜を満足していれ
ば低降伏比化の観点からは各々の含有量の下限を定める
必要はないが、鋼材の焼入性確保の観点から、大径チェ
ーンに本発明鋼を通用する場合には、実用上、Ｃ成分は
０．１５％以上、Ｃｒ成分は０゜８０％以上とすること
が好ましい。

Ｖ、　Ｎｂ５Ｔｉ　（バナジウム、ニオブ、チタン）：
これらの成分はいずれも、鋼中で炭化物、炭窒化物ある
いは窒化物を析出して鋼材の結晶粒を微細化し、靭性を
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となるので
、これらの元素の含有量を合計で０．２０％以下と定め
た。なお、これらの成分は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゜０３％以上の含有量とするのが
好ましい。

Ｃａ　（カルシウム）および希土類元素（ＲＥＭ）　　
：これらの成分には、鋼をより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
と向上させる作用があるので必要により１種以上を添加
するものであるが、Ｃａ含有量がｏ、ｏｉｏ％を越えた
り、希土類元素の合計金を量が０．１０％を越えた場合
には逆に靭性を劣化するようになることから、Ｃａ含有
量は０゜０１％以下、希土類元素含有量は０．１０％以
下とそれぞれ定めた。なお、Ｃａまたは希土類元素のい
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ためにＣａ
の場合にはｏ、ｏｏｏｓ％以上、希土類元素の場合に０
．００５％以上の含有量とするのが好ましい。

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。

大土医１ 添付図面の第１図は、第１表に示す成分組成の各供試鋼
を熱間圧延または熱間鍛造して得た直径８４鋼−の棒鋼
を通常の条件による焼入れ、焼戻し処理により引張強度
１００　ｋｇｆ／ｍ＠”に調整した場合のＣ成分、Ｃｒ
成分含有量と降伏比との関係を示す線図である。

図示線図からも明らかなように、８．５　×Ｃ■＋Ｃｒ
（ト）≧２．８５ｍを満足することによって、降伏比は
いずれも９２％以下となっている。なお、図中数字は降
伏比を、○付数字は第１表の鋼種番号を示す。

第１表 ＠１表つづき） 註１）　降伏比ＧΩ−−−Ｘ　１００ 引張強度 実ｍ 本例では、７０トン転炉あるいは３トン電気炉を用いて
、第２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７６ｍｍの丸棒鋼を得た。次に、これ
を切断後、熱間曲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
のパリ取りを行ってからスタンドを装入し、次いで９０
０℃に加熱して３０分保持後水冷するという焼入れを行
った後、引張強度がほぼ９５　ｋｇｆ／ｍｖｘ”となる
ように第３表に示す温度で焼戻し処理を施し、スタンド
付き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、 引張試験片：直径（Ｄ＞が１ｈ＋ｍで、標点距離が５Ｄ
のものを母材部から、 衝撃試験片：ＪＩＳ４号シャルピー試験片を溶接部から それぞれ採取して、その機械的性質を調べた。得られた
結果を第３表に併せて示した。

さらに、第２表の鋼１．２．３および２７より製造され
たチェーンに６１０トンの引張荷重を付与し、除荷後ス
タッドの固定状況を調査した。得られた結果を第４表に
示した。

第３表に示される結果からも明らかなように、８．５　
×Ｃ■＋Ｃｒ（ト）の値が２．８５（１）以上の本発明
鋼１〜２６および比較鋼２９はいずれも９２％以下の低
降伏比が得られている。これに対し、比較鋼２７および
２８は８．５　×Ｃ（ト）＋Ｃｒ（ト）の値が、本発明
範囲から外れており、降伏比が９３％以上と高い値とな
ってい・る。

さらに、Ｖ、ＮｂあるいはＴｉを添加した本発明鋼材５
〜２４、Ｃｍあるいは希土類元素を添加した本発明鋼材
１０および１３〜２６では他の鋼に比べて溶接部の一２
０℃でのシャルピー吸収エネルギーが、１〜３　ｋｇｆ
−一程度増加しており、その効果が確認された。

一方、第４表に示される結果からも明らかなように、低
降伏比化の実現された本発明鋼１．２および３は所定の
引張荷重負荷後のスタッドの緩みは皆無であり、その効
果が確認された。

なお、第２表中、比較鋼３０は通常引張強度７０　ｋｇ
ｆ／ｍｍ”級のチェーンに用いられるＪＩＳ　Ｇ３１０
５に規定されるＳａｃ　７０相当鋼であるが、この鋼種
は、合金元素含有量が低く通常の焼戻し温度では引張強
度９０ｋｇｆ／ｍｍ！以上という高強度が得られなかっ
た。さらに溶接部靭性も著しく低下している。

（発明の効果） 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、
更に、降伏比が低く、チェーン製造工程において容易に
スタッドの固定を行うことのできる大径チェーン用鋼材
を低コストで得ることができ、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。

【図面の簡単な説明】

第１図は、式：８．５×Ｃ（ト）＋Ｃｒ（至）の降伏比
におよぼす効果の臨界性を示すグラフである。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で、 Ｃ：０．３５％以下、Ｓｉ：０．０５〜０．５０％、Ｍ
   ｎ：０．５０〜２．５０％、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ
   ：０．０４０％以下、Ｃｒ：５．００％以下、Ｍｏ：０
   ．３０〜０．８０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１０〜０．
   ０６０％、Ｎ：０．００３〜０．０２０％、 かつ、８．５×Ｃ（％）＋Ｃｒ（％）≧２．８５（％）
   残部Ｆｅおよび不可避的不純物 よりなる組成を有することを特徴とする、高強度の低降
   伏比チェーン用鋼材。
2. （２）重量％で、 Ｃ：０．３５％以下、Ｓｉ：０．０５〜０．５０％、Ｍ
   ｎ：０．５０〜２．５０％、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ
   ：０．０４０％以下、Ｃｒ：５．００％以下、Ｍｏ：０
   ．３０〜０．８０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１０〜０．
   ０６０％、Ｎ：０．００３〜０．０２０％、 更にＶ、Ｎｂ、およびＴｉの１種以上を合計量で０．２
   ０％以下、 かつ、８．５×Ｃ（％）＋Ｃｒ（％）≧２．８５（％）
   残部Ｆｅおよび不可避的不純物 よりなる組成を有することを特徴とする、高強度の低降
   伏比チェーン用鋼材。
3. （３）重量％で、 Ｃ：０．３５％以下、Ｓｉ：０．０５〜０．５０％、Ｍ
   ｎ：０．５０〜２．５０％、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ
   ：０．０４０％以下、Ｃｒ：５．００％以下、Ｍｏ：０
   ．３０〜０．８０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１０〜０．
   ０６０％、Ｎ：０．００３〜０．０２０％、 更にＣａ：０．０１０％以下およびＲＥＭ：０．１０％
   以下の１種以上、 かつ、８．５×Ｃ（％）＋Ｃｒ（％）≧２．８５（％）
   残部Ｆｅおよび不可避的不純物 よりなる組成を有することを特徴とする、高強度の低降
   伏比チェーン用鋼材。
4. （４）重量％で、 Ｃ：０．３５％以下、Ｓｉ：０．０５〜０．５０％、Ｍ
   ｎ：０．５０〜２．５０％、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ
   ：０．０４０％以下、Ｃｒ：５．００％以下、Ｍｏ：０
   ．３０〜０．８０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１０〜０．
   ０６０％、Ｎ：０．００３〜０．０２０％、 更にＶ、Ｎｂ、およびＴｉの１種以上を合計量で０．２
   ０％以下、 Ｃａ：０．０１０％以下およびＲＥＭ：０．１０％以下
   の１種以上、 かつ、８．５×Ｃ（％）＋Ｃｒ（％）≧２．８５（％）
   残部Ｆｅおよび不可避的不純物 よりなる組成を有することを特徴とする、高強度の低降
   伏比チェーン用鋼材。