JPH0244888B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 本発明は溶接性、低温延性及び強度の高いスチ
ールの製法に関する。 従来技術 エネルギー供給用天然ガスに対する需要が増す
につれ、液化天然ガス（Liquid Natural Gas＝
LNG）を消費国に安全に輸送するため好適な容
器を有するタンカーに対する必要性が増してい
る。LNGの他にも他の液化ガス、例えばエチレ
ン、窒素、水素及び一定の貴ガスを船での輸送に
関して挙げることができる。液化ガスは室温でガ
ス状の容積のほんのわずかな部分のみを占めるの
で、安く輸送することができる。複雑な技術であ
るにもかかわらず（液化装置、再蒸発装置、特殊
な船及び陸上車上の運搬容器、貯蔵容器等が必
要）、このようなLNGチエーンへの投資費用は海
底導管のほぼ1/10にすぎない。 大気圧下でのガスの液化はその沸点において生
じる。前記ガスの沸点を次に表にまとめた： ガ ス 沸点（℃） エチレン −103.6 メタン（LNG） −161.5 酸 素 −182.9 アルゴン −185.9 窒 素 −195.8 ネオン −246.1 水 素 −252.8 ヘリウム −268.9 この沸点は低温装置の作業温度をあらわす。該
装置はこの温度で非気密及び破壊に対して十分な
安全性を示さなければならない。このような低温
において、常用のスチール合金はその延性の大部
分を失ない、非常にもろくなる。前記の装置の構
成には相応する“低温延性スチール”が必要であ
る。低温延性スチールは非常に低い作業温度まで
特に良好な延性において特徴のあるフエライト系
又はオーステナイト系構造用スチールである。こ
のような構造用スチールに常用の加工工程、例え
ば常温成形、熱間成形、熱切断及び溶接を行な
う。圧力容器構造物中のスチール種の選択に関し
ては、西ドイツ国のAD−プラクテイスコード
（Merkblatt）W10（低温用材料、鉄材料）が基準
となる。最も低い許容適用温度はそれぞれの要求
による。低温延性フエライト系構造用スチールは
−196℃における液体窒素の作業温度まで適用さ
れる。 例えば液体水素又は貴ガスにおいて生じるよう
な、更に低い作業温度においては高く合金とし、
かつ強度の低いオーステナイト系スチールのみを
使用する。 低温におけるフエライト系構造用スチールの十
分な延性を得るための重要な合金成分は公知のよ
うにニツケルである。ニツケルによりγ−域は広
がり、A3−変態点及び臨界冷却速度は著しく低
下する。ニツケル含量の上昇とともに、延性降下
はより低温に移動する。約５％のニツケル含量ま
で、それぞれNi1％の添加は約30℃転移点降下に
作用し、これを越えるとNi1％につき約10℃の改
良が達せられる。 これによれば、−196℃までの作業温度のために
は、Ni約９％を含有するスチールを使用しなけ
ればならない。 更に、低い適用温度において高い延性を達成す
るための公知重要処置は炭素含量の低下及びマン
ガン含量の上昇である。硫黄含量及び燐含量の低
下は公知のように同様に延性に有利に作用する。 低温延性フエライト系構造用スチールの主な適
用、液化天然ガスの運搬及び貯蔵のためには、特
に９％ニツケルスチールX8Ni9が世界的に使用
される。メタンの沸点範囲（−161.5℃）ではこ
の材料は著しい延性を示す；その適用範囲は液体
窒素の温度（−196℃）まで達せられる。 均一に微細な組織及び相応して良好な機械特性
及び延性の調節のために、ヨーロツパ・スタンダ
ード（Euronorm）129−76に相応する組成： Ｃ最高0.10％、Si最高0.35％、Mn0.30〜0.80
％、ｐ最高0.025％、Ｓ最高0.020％、Al最低0.015
％及びNi8.5〜10％ のスチールX8Ni9を水冷、すなわち 780℃〜820℃からの焼入れ 560〜600℃における焼戻し 又は空冷、すなわち 880℃〜920℃における第１焼準し、 780℃〜820℃における第２焼準し、 560℃〜600℃における焼戻し を行なわなければならない。 ２つの前記熱処理の一方を製造業者の選択によ
り行なつたのち、はじめて一定量の微細に分散し
たオーステナイトを有する焼戻しマルテンサイト
からなる組織が製造される。 前記温度範囲はヨーロツパ・スタンダード129
−76により要求される材料特性

【表】 を得るために公知技術においては最適と思われ
る。ここで、Reは降伏点、Rmは引張強さ、A₅
は短かい比例棒での破断伸び及びAvはノツチ付
衝撃強さを表わす。 ニツケル含量は良好な低温特性に関して著しく
貢献する。しかしながら、ニツケルは比較的まれ
に産出する金属である。従つて、最近の文献が示
すように、合金技術処置及び特別な熱処理により
ニツケルを倹約することが費用のうえから要求さ
れている。 〔(1)トランスアクシヨンズ（Transactions）
ISIJ、第11巻、1971年、第402〜411頁 (2)同第13
巻、1973年、第133〜144頁参照〕。 米国特許第3619302号明細書からＣ＜0.20％、
Si0.05〜0.40％、Mn0.10〜5.0％、Ni1.50〜10.0
％、Mo0.05〜1.0％、Cu0.1〜2.0％、Cr0.1〜1.5
％、Nb＜1.0％、Ｖ＜1.0％、溶解にともなう不純
物及び鉄残部の低温延性フエライト系スチールが
すでに公知である。有利なニツケル含量は４〜
7.5％の範囲である。明細書中で、窒素ははつき
りと不可避で、かつ有害な不純物であり、該窒素
は有利にAlにより、結合されなければならない
と記載されている。 この合金分の高いスチールは煩雑な熱処理によ
つてのみ、その低温特性を得る：すなわちこのス
チールは熱間圧延及び室温への冷却の後、 −先ずAc₁−とAc₃−変態点の間の温度で熱処理
しなければならない。これをその後空冷又は更
に迅速に冷却しなければならない。 −この第１の熱処理の後、Ac₁−変態点より低温
での焼戻しが空冷又はより迅速な冷却で行なわ
なければならない。 この２工程の熱処理サイクルを場合により多数
回繰り返さなければならない。 該米国特許の出願人は、この特許に導びいた開
発研究に関して、前記の２つの文献
（Transactions ISIJ）中に詳細に報告している。
これによれば、熱処理サイクルの両方の工程から
のスチールを、多くの場合水で急冷しなければな
らなかつた。この文献によれば、該スチールは
0.001〜0.004％の窒素含量を有し、該窒素を全く
完全にAlにより結合する。 更に、ニツケルをマンガンにかえることも広く
こころみられた。西ドイツ国特許公開第3030652
号公報中には、主に炭素0.02〜0.06％、マンガン
４〜６％、モリブデン0.1〜0.4％及びニツケル０
〜３％を含有し、かつ同様に費用の高い複雑な熱
処理を行なわなければならない低温延性フエライ
ト系スチールが記載されている。 米国特許第3619302号明細書及び西ドイツ国特
許公開第3030652号公報の２つの場合においては、
前記の複雑な熱処理により“超微細”マイクロ構
造及びこれにより良好な低温延性が達せられる。 これら公知スチールの溶接適性に関する記載は
なされていない。従つて、この材料の溶接によ
り、達せられた“超微細”マイクロ構造は部分的
になくなり、これにより、溶接範囲の延性特性は
著しく劣化すると思われる。 多くの世界的な実験にもかかわらず、Ni含量
の低い唯一の低温延性スチールとしてはスチール
X7NiMo6である〔スチール・鉄リスト（Stahl
−Eisen−Liste）：材料No.16349〕。同様に複雑な
熱処理を必要とする、該スチールは品質において
もX8Ni9の代用にならない。 発明が解決しようとする問題点 本発明の課題は、できる限り低いニツケル含量
において、低温工業に適用するのに、すなわち少
なくとも−100゜を下まわる作業温度に好適な、溶
接性、低温延性フエライト系スチールを提供する
ことである。該スチールは低温、すなわち重要な
適用範囲であるLNGの−165℃及び場合により約
−196℃までの更に低い温度においても、X8Ni9
に匹敵する、脆い欠点に対する十分な安全性を提
供しなければならない。ニツケルの他にも他の合
金分、例えばマンガン及びモリブデンも節約で
き、かつ該スチールは簡単に製造可能でなければ
ならない。すなわちその製法は多工程熱処理サイ
クル、加速冷却等をともなう複雑で、時間、調節
及び場所を必要とする作業工程なしで十分である
のが良い。 問題点を解決するための手段 この課題を解決するために、本発明の特許請求
の範囲第１項において、基材に対して狭く選択し
たＣ、Mn及び特にNi含量を有する、一定の分析
値を有するフエライト系スチールにＶ及びＮを合
金し、溶解後、熱間圧延し、冷却することが提案
される。再結晶下に焼準後、該スチールは改良さ
れた低温延性及び高い強度を有する溶接性材料と
して−100℃及びそれ以下の範囲の低温工業用構
造部材を製造するために使用される。 多くの組合せ及び多様の含量で提案されてい
る、装置−及び容器構造物用低温延性スチールの
ために提案された多くの合金組成から狭く、費用
のかからない合金範囲を選択した。常用の溶解工
程及び熱間圧延前工程と、著しく簡単化した熱処
理、すなわち焼準とを行なうことにより、著しく
有利な低温延性、溶接性及び強度が得られ、該ス
チールは従来技術において９％Ni−スチール
X8Ni9によつてのみ達せられた最も低い温度要
求のために使用することができるということは予
期されなかつた。 特許請求の範囲第１項の方法は重要な工程、特
に基本組成；専門家によりよく行なわれる方法、
例えば“窒素−マンガン”又はバナジウム−窒素
合金（例えば、市販名“ニトロバン
（Nitrovan）”の添加による、重要なＶ−及びＮ
−合金を記載している。他の工程の詳細に関して
は特に特異的なものではなく、従来技術に相応す
る。 特許請求の範囲第１項に記載した製法の際に、
Cu0.5〜1.5％を添加することは降伏点及び引張強
さを高める（例５参照）。 焼準工程に関しては、焼準温度の冷却速度を、
すぐれた延性を損なうことなく、大きな範囲にわ
たつて変化させることができるということが注目
に値する。 X8Ni9に関してヨーロツパ・スタンダード
（Euronorm）129−76中に記載された、使用者の
要求に適合するための大きな強度範囲は、本発明
によるスチールに関しては冷却速度の変化だけで
達せられ、この際公知のようにより迅速な冷却に
より、より高い強度に調節される（例１、２及び
３参照）。いずれの場合においても、前記の“焼
準”はX8Ni9の煩雑な熱処理に対して重要な単
純化を示す。 低温工業の多くの構造部材は溶接されるので、
このために材料は良好な溶接性でなければならな
い。本発明によるスチールは例えば公知の
X8Ni9のための公知溶接法でひびが入らず溶接
され、溶込線の良好な低温延性を示す（例６参
照）。 特許請求の範囲第２項は５〜６％の有利なNi
含量を挙げている。第１図は低温延性に関するＶ
−及びＮ−合金の本発明による影響を示してい
る。転移温度ｕ¨とは、低下する温度での検体のノ
ツチ付衝撃強さが、この温度まで延性の基準であ
る値（ISO−Ｖ−縦検体においては少なくとも
42J）の上方にある温度である。 曲線Ａ（本発明による）は曲線Ｂ（Ｖ−及びＮ−
合金なし）に比較して、スチールがNi5〜６％を
含有する場合、Ｖ及びＮにより低温延性を高める
ための最も大きな効果、及び同時に最も低い転移
温度が達せられることを示す。曲線Ａと曲線Ｂと
の比較は“VN−効果”がNi含量１〜９％の全範
囲において作用することも示している。この効果
はNi4〜７％の範囲及び有利にNi5〜６％に限定
された範囲において有利に現われる。 Al合金以外において、こうして“VN−効果”
は十分に保持され、ＮのAlNへの結合により
（酸溶解性Alにより証明可能）影響をうけない。 特許請求の範囲第３及び４項は自体公知法での
熱間圧延工程を、専門家には熱機械的圧延という
概念において公知である特徴により説明してい
る。この方法はすでに圧延状態において組織微細
化に導びく（実施例１〜６参照）。 特許請求の範囲第５項は本発明によるスチール
は、従来合金及び製造工程において費用のかかる
スチールの使用に限られていた。温度範囲での使
用に好適であることを示している。 更に本発明による内部にベーナイト−及びマル
テンサイト島を有する非常に微細なフエライトか
らなる組織を有する溶接可能な低温延性フエライ
ト系スチールは、温度−196℃でISO−Ｖ−縦検
体のノツチ付衝撃エネルギーが42Jをうわまわる
ことを必要とする低温工業の構造部材用材料とし
ても使用することができる。 このように本発明による方法によりX8Ni9と
少なくとも同じ低温特性を有し（例１、３、５参
照）、又その転移温度に関してはX8Ni9より優れ
てる。（例２参照）スチールが得られた。 添付した第１図から第４図には本発明によるス
チールの使用にとつて基準となる特性を示した。 第１図は“VN−効果”を示している。 縦軸：転移点Tu¨とは、低下する温度での検体の
ノツチ付衝撃強さが、この温度まで延性の基準
である値（ISO−Ｖ−検体においては少なくと
も42J）の上方にある温度である。 横軸：Ｎ：含量（重量％） 第２図ａ，ｂ，ｃはそれぞれ温度に対するノツ
チ付衝撃強さの曲線を示す。 ａには縦値と横値が、ｂ及びｃには縦値のみが
示されている。 第３図 縦軸：降伏点Re及び引張強さRm 横軸：試験温度 第４図 縦軸：ノツチ付衝撃強さ（横値） 横軸：溶接スチールのノツチの位置 実施例 次に実施例につき本発明をより詳細に説明す
る。 例 １ 化学組成（重量％） Ｃ 0.07％ Si 0.27％ Mn 0.58％ Ｐ 0.006％ Ｓ 0.005％ Ｖ 0.16％ Ｎ 0.024％ Ni 5.6％ 鉄及び溶解にともなう不純物 残部 を有するスチールを通常の、25％断面縮少率で前
圧延し、圧延中断時に約850℃に冷却し、次いで
最終圧延温度約780℃で仕上圧延し、室温に冷却
し、引き続き１回焼準す（790℃、30分／冷却80
℃／分＝24mm板に関する空冷）。第２図のaAv／
Ｔ曲線が示すように、このスチールの−196゜にお
けるノツチ付衝撃エネルギーはISO−Ｖ−縦検体
において52Jを、そして横検体においては36Jを示
す。該スチールは室温において降伏点546N／mm²、
引張り強さ673N／mm²及び伸び29.7％を示す。こ
うして、ヨーロツパ・スタンダード
（Euronorm）129−76により要求される材料
X8Ni9の材緑料特性は完全に達せられる。 例 ２ 化学組成（重量％）： Ｃ 0.04％ Si 0.31％ Mn 0.36％ Ｐ 0.006％ Ｓ 0.005％ Ｖ 0.25％ Ｎ 0.028％ Ni 5.2％ を有するスチールを例１におけると同様に圧延
し、焼準す。 第２図中のｂのAv／Ｔ曲線から、該スチール
が優れた低温延性を示すことが判明する。 次の表中に機械工業的試験値を示す。

【表】 例１に対してわずかな引張強さにもかかわら
ず、このスチールの高い降伏点は重量を倹約した
構造法が許される、第２図のｂのAv／Ｔ−曲線
から該スチールは−230℃においてもなお延性で
あり、200Jの延性を有するLNG適用範囲におい
ては著しい延性予備を示す。 例 ３ 化学組成（重量％）： Ｃ 0.037％ Si 0.34％ Mn 0.36％ Ｐ 0.005％ Ｓ 0.005％ Ｖ 0.26％ Ｎ 0.029％ Ni 5.8％ のスチールを例１と同様に圧延し、引き続き790
℃に加熱し、次いで水中で冷却する。次の試験値
が示すように、この処理により、降伏点及び引張
強さの著しい上昇が得られる。 −196℃におけるISO−Ｖ−縦検体に関してAv
＝70Jの十分な延性において、該スチールは
626N／mm²の降伏点、788N／mm²の引張強さ及び
22.5％の伸びを示す。 例 ４ 低温延性スチールは、その適用法により、多か
れ少なかれ強く低温で変形する。強い変形は大き
な延性損失の原因となるので、この影響を温度
530℃〜580℃で“張力僅少熱処理”により回避す
る。そのような処理後、この特性を試験するため
に、例３からのスチールを530℃で熱処理する。 次の試験値はこのスチールの延性特性に張力僅
少熱処理が不利に作用しないことを示す。

【表】 例 ５ 降伏点及び引張強さを上昇させるためのもう１
つの可能性は、該材料に銅を添加することからな
る。 化学組成（重量％）： Ｃ 0.038％ Si 0.27％ Mn 0.57％ Ｐ 0.007％ Ｓ 0.005％ Ｖ 0.15％ Ｎ 0.024％ Ni 5.4％ Cu 1.05％ のスチールを例１におけると同様に圧延し、焼準
した、第２図のｃのAv／Ｔ−曲線が示すように、
該スチールは優れた延性特性を示す。更に、降伏
点591N／mm²、引張強さ666N／mm²及び伸び29.2％
を有する。−196℃におけるAv−値は116J（ISO−
Ｖ−縦）である。 この材料を用いてX8Ni9に要求される材料基
準が同様に完全に満たされる。第３図中には該実
施例のスチール及び例１のスチールの強さ特性を
試験温度に応じて表わした。−196℃において降伏
点825もしくは850N／mm²及び引張強さ1045N／mm²
を有することが強調すべき点である。 例 ６ 低温工業における構造部材用スチールは良好な
溶接性を有し、かつ熱影響域においても十分な延
性を示さなければならない。この区域の延性特性
はＣ−及びMn−含量の上昇と共に劣化すること
は公知である、従つて、より臨界に近い組成の溶
接性を試験するためには、例１からのＣ−及び
Mn−含量の高いスチールを使用する。溶接のた
めには（スチールX8Ni9において常用されてい
るようにオーステン系添加材料を使用した。溶接
結合に全くひびは観察されなかつた。ノツチ付衝
撃強さの試験はISO−Ｖ−検体（圧延方向に横方
向）に関して−160℃及び−196℃で行なわれた。 常に熱影響域で延性降下が予期されるので、特
別な注意を熱影響域に向けた。この際、第４図の
下部に示したように熱影響域内部の、溶込線から
一定の距離にISO−Ｖ−検体のノツチを配置し
た。最も低い延性値は溶込線から約0.5mm離れた
範囲U¨o（第４図）を示した。−160℃では、この範
囲の延性は46Jであり、−196℃では30Jであつた
（横検体）。こうして該材料は設定された要求を満
たす。 更に、減少した（例２におけるような）Ｃ及び
Mn含量はこの重要な熱影響域において更に改良
された延性特性が予想される。 前記のように、本発明による溶接性スチールは
少量の高価な合金成分及び明らかに簡単になつた
製法にもかかわらず、−196℃及びそれ以下の作業
温度までの低温工業の高い強度の構造部材に、脆
い欠点に対して十分な安全性で使用することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

添付の第１図はAv＝42Jのための転移温度
（℃）をニツケル含量（重量％）に関して示した
グラフ図であり、相応するニツケル含量における
転移温度に対するバナジウム及び窒素の添加の影
響を示す。第２図はそれぞれ例１、例２及び例５
によるスチールの温度（℃）に関するノツチ付衝
撃エヌルギー（Ｊ）を示したグラフ図である。第
３図は例１及び例５からのスチールの降伏点
（Re）及び引張強さ（Rm）（Ｎ／mm²）を温度に対
して表わしたグラフ図である。第４図は例６の溶
接適性の実験結果の値を示したグラフ図であり、
例１からのスチールのノツチ付衝撃エネルギー
（Ｊ）を溶込線からの距離に関して表わしている。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 分析値： Ｃ 0.015〜0.08重量％、 Si 0.1〜0.5重量％、 Mn 0.3〜0.6重量％、 Ｐ ＜0.015重量％、 Ｓ ＜0.015重量％、 Ni ４〜７重量％、 鉄 残部 で溶解する工程、バナジウム及び窒素を Ｖ 0.15〜0.25重量％ Ｎ 0.020〜0.030重量％ の含量で合金する工程及び従来の方法で鋳造、熱
   間圧延及び冷却を行なう工程、及び再結晶下に１
   回焼準する工程の組み合わせを特徴とする溶接
   性、低温延性及び強度の高いスチールの製法。 ２ Ni含量が５〜６重量％である特許請求の範
   囲第１項記載の方法。 ３ 自体公知法で通常の断面縮少率でスチールを
   前圧延し、圧延中断時に900℃〜840℃に冷却し、
   次いで820〜770℃の最終圧延温度で仕上圧延し、
   かつ室温に冷却する特許請求の範囲第１項又は第
   ２項記載の方法。 ４ 熱間圧延工程において、前圧延の際の断面縮
   少率はそれぞれ約25％である特許請求の範囲第１
   項から第３項までのいずれか１項記載の方法。 ５ −130℃及びこれ以下の温度範囲における低
   温工業用構造部材を製造するために使用するスチ
   ールを製造する特許請求の範囲第１項記載の製
   法。