JPH04308036A - 脆性亀裂伝播停止特性の優れた厚鋼板の製造法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、脆性亀裂伝播停止特性
（以下アレスト特性と称す）の優れた構造用鋼板を生産
性よく経済的に製造する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、海洋構造物、船舶、貯蔵タンク等
の大型溶接構造用鋼の材質特性に対する要望は厳しさを
増しており、特にＬＮＧ，ＬＰＧ等を貯蔵するタンクや
それらを輸送するラインパイプは、破壊がもたらす被害
の大きさ及びそれによる社会不安の大きさから、アレス
ト特性の向上が求められている。具体的には、−４６℃
のＬＰＧを貯蔵するタンク用鋼材のアレスト特性として
は、温度勾配型ＥＳＳＯ試験において測定される靭性値
Ｋｃａで、４００ｋｇｆ／ｍｍ１．５　以上を示すこと
が求められている。

【０００３】一方、従来から鋼材のアレスト特性に注目
した提案はあり、ＮｂやＮｉ等の合金元素を使用してい
るものとして、例えば特開昭５８−１９４３１号公報号
公報による提案、特開昭６０−２９４５２号公報による
提案がある。しかし、これ等の提案が保証するアレスト
特性は、Ｋｃａ値が３００ｋｇｆ／ｍｍ１．５　を示す
温度が−３０℃で、前記した近年の要望を満たし得るも
のではない。

【０００４】前記した近年の要望に応える提案としては
、特開昭６２−７７４１９号公報にアレスト特性の優れ
た高張力鋼の製造法が開示されている。ここに開示され
ている製造法から得られる高張力鋼は、−５０℃Ｋｃａ
値が４４０ｋｇｆ／ｍｍ１．５　〜７２０ｋｇｆ／ｍｍ
１．５　を示し、前記した近年の要望を満たしている。

【０００５】この提案は、ＮｉとＮｂを使用し、Ｃを０
．０５〜０．２０％含有せしめて強度と未再結晶温度幅
を確保した低合金鋼スラブを９００℃以上に加熱して一
様にオーステナイト化し、これをＡｒ３　点−２０℃以
上の仕上温度で圧延し、微細なフェライト組織を生成し
て好ましい集合組織を得て後、該温度のＡｒ３　点−２
０℃以上からＡｒ３　点−８０℃までを空冷速度で冷却
してフェライト組織を層状に変態させ、次いでその温度
から水冷して低温度とし、これによってフェライトと層
状ベーナイトまたはマルテンサイトの焼入れ二相組織を
生成し、さらにその鋼のＡｃ１　点以下の温度に加熱す
る焼戻し処理を行って強度と靭性の優れた高張力鋼を得
るものである。この提案は、空冷時に生成したフェライ
トと層状ベイナイトまたはマルテンサイトの焼入れ二相
組織により、クラックが発生して伝播する時に細かいセ
パレーションをクラックの伝播部に多発させて応力を分
散し、かつ板厚効果との相乗効果で脆性特性を改善し、
アレスト特性を大幅に向上するものである。

【０００６】また、制御冷却を利用したものに特開昭５
９−４７３２３号公報がある。この提案は圧延条件と制
御冷却条件を限定してフェライトと微細に分散したマル
テンサイトを主たる組織とする鋼板を得てアレスト特性
を向上させるものであるが、アレスト特性はＤＷＴＴ（
Ｄｒｏｐ　　Ｗｅｉｔ　　Ｔｅａｒ　　Ｔｅｓｔ）試験
により求められており、温度勾配型ＥＳＳＯ試験の記述
がなく比較が出来ない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記特開昭６２−７７
４１９号公報の提案はその目的を達成するに当たって、
ＮｉやＮｂを含有した低合金スラブを９００℃以上に加
熱して後Ａｒ３　点−２０℃までに圧延を終了し、Ａｒ
３　点−２０℃からＡｒ３　点−８０℃まで空冷した後
水冷する事を必須としている。ＮｉやＮｂは高価な合金
成分であり、その添加は鋼材のコストを著しく上昇させ
る。またＮｂの大量の添加は、溶接熱影響部（以下ＨＡ
Ｚと稱す）の靭性を著しく低下させる。

【０００８】本発明はこれらの問題点を伴わずに、少な
くとも−５０℃でのＫｃａが４００ｋｇｆ／ｍｍ１．５
　以上のアレスト特性を有する鋼材を生産性良く、経済
的に効率よく製造する方法を提供することを課題とする
ものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を達成
するために、凝固完了後、９００℃以上１０００℃未満
に加熱した構造用鋼の鋳片をＡｒ３　点温度以上で終了
する圧延において、該鋳片の圧延開始から再結晶を終了
する温度迄の間、鋳片厚ｔ（ｍｍ）と冷却速度Ｖ（℃／
秒）がＶ＞（１８／ｔ）０．５　の関係を満足する冷却
を行う事を特徴とする脆性亀裂伝播停止特性の優れた厚
鋼板の製造方法を第１の手段とし、

【００１０】凝固完了後、９００℃以上１０００℃未満
に加熱した構造用鋼の鋳片をＡｒ３　点温度以上で終了
する圧延において、該鋳片の再結晶後から該圧延を終了
する迄の間、鋳片厚ｔ（ｍｍ）と冷却速度Ｖ（℃／秒）
がＶ＞（１８／ｔ）０．５　の関係を満足する冷却を行
う事を特徴とする脆性亀裂伝播停止特性の優れた厚鋼板
の製造方法を第２の手段とし、

【００１１】凝固完了後、９００℃以上１０００℃未満
に加熱した構造用鋼の鋳片をＡｒ３　点温度以上で終了
する圧延において、該鋳片の圧延開始から該圧延を終了
する迄の間、鋳片厚ｔ（ｍｍ）と冷却速度Ｖ（℃／秒）
がＶ＞（１８／ｔ）０．５　の関係を満足する冷却を行
う事を特徴とする脆性亀裂伝播停止特性の優れた厚鋼板
の製造方法を第３の手段とし、

【００１２】圧延終了後、冷却速度５℃／秒以上、冷却
停止温度６５０℃以下の加速冷却を行う事を特徴とする
第１の手段を第４の手段とし、

【００１３】圧延終了後、冷却速度５℃／秒以上、冷却
停止温度６５０℃以下の加速冷却を行う事を特徴とする
第２の手段を第５の手段とし、

【００１４】圧延終了後、冷却速度５℃／秒以上、冷却
停止温度６５０℃以下の加速冷却を行う事を特徴とする
第３の手段を第６の手段とし、

【００１５】圧延終了後、引き続き焼入れ焼戻し処理を
行う事を第７の手段とし、

【００１６】圧延終了後、引き続き焼入れ焼戻し処理を
行う事を第８の手段とし、

【００１７】圧延終了後、引き続き焼入れ焼戻し処理を
行う事を第９の手段とする。

【００１８】本発明が対象とする構造用鋼は、例えば、
特公昭５８−１４８４９号公報に記載され、次記するよ
うに、通常の溶接構造用鋼が所要の材質を得るために、
従来から当業分野での活用で確認されている作用・効果
の関係を基に定めている添加元素の種類と量を同様に使
用して同等の作用と効果が得られる。従ってこれ等を含
む構造用鋼を本発明は対象鋼とするものである。以下に
これ等の各成分元素につきその添加理由と量を示す。

【００１９】Ｃは鋼の強度を向上する有効な成分として
添加するものであるが、０．２０％を超える過剰な含有
量では、島状マルテンサイトを析出し、ＨＡＺ靭性を著
しく劣化させるので０．２０％以下に規制する。

【００２０】Ｓｉは溶鋼の脱酸元素と強度増加元素とし
て添加するが、０．０１％未満では脱酸効果が不十分で
あり、１．０％を超えて添加すると、鋼の加工性が低下
し、ＨＡＺの靭性が低下するため、添加量は０．０１〜
１．０％に規制する。

【００２１】Ｍｎも脱酸成分元素として必要であり、０
．３％未満では鋼の清浄度を低下して加工性を害する。 また鋼材の強度を向上する成分として０．３％以上の添
加が必要である。しかし、Ｍｎは過剰の添加により溶接
性を著しく劣化する。そのため２．０％を上限とする。

【００２２】Ａｌ及びＮはＡｌ窒化物により鋼の結晶粒
径が微細化出来るので必要である。しかし添加量が少な
いとその効果がなく、過剰の場合には鋼の靭性が劣化す
るので、Ａｌの添加量は０．００１〜０．２０％に規制
し、不可避的に含有されるＮは０．０２０％以下に限定
する。

【００２３】本発明が対象とする構造用鋼の基本成分は
以上である。これを基本に母材強度の上昇或いは、継手
靭性の向上を目的として、要求される性質に応じて合金
元素を添加する場合は、添加し過ぎると、溶接性の確保
が困難になる。このため合金の添加量としては、Ｎｉ、
Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｗ，Ｐ，Ｃｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚ
ｒ、Ｔａ、Ｈｆ、希土類元素、Ｙ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｔｅ、
Ｓｅ、Ｂの１種類以上を合計で４．５％以内に規制して
いる。

【００２４】また、圧延の終了温度は、鋼板で最も低温
となる鋼板の表面が、Ａｒ３　点温度未満になるとオー
ステナイト粒が粗大化して表面靭性が劣化するので、本
発明における圧延終了温度のＡｒ３　点温度以上は表面
温度を含んでいる。

【００２５】

【作用】本発明者等は、前記従来技術が有する問題を解
決すると共に、本発明の課題を達成するため、一般的な
構造用鋼を代表する供試鋼として実施例の表１に示す鋼
種２を用いて種々実験検討を繰り返した。

【００２６】この構造用鋼板のオーステナイト粒径は加
熱温度により変化する事が知られている。本発明者等は
上記構造用鋼の鋳片加熱温度を種々変えて上記構造用鋼
における加熱温度と結晶粒の粒径の関係を調査した結果
、図１に示す様に鋳片の中心温度が１０００℃未満であ
れば加熱オ−ステナイト結晶粒がさらに細かくなる事が
判明した。しかし圧延の電力原単位から下限温度は９０
０℃とするのが望ましい事が判明した。

【００２７】本発明者等は、生産性良く、結晶粒微細化
によるアレスト特性を向上する方法を探索するため、通
常の圧延、つまり圧延中の冷却速度が０．４〜０．５℃
／秒程度と認識されている従来の圧延における鋳片厚み
と冷却速度の関係を調査したところ、従来の圧延技術で
は全く活用されていない被圧延材の厚みに対応した冷却
速度の実態が判明した。その実態を図２に曲線Ａで示す
。

【００２８】本発明者等は、多量な合金元素の添加、温
度調整のための滞留・待機、更には低温域での再加熱圧
延等を用いる事なく、従来技術で得られていたと同等ま
たはそれ以上のアレスト特性を有する構造用鋼板の製造
方法を確立するため、次の３点から実験を重ねた。

【００２９】■　　低温加熱で微細オーステナイト粒を
形成した鋳片を圧延開始から再結晶終了温度迄の高温域
で冷却する事による鋳片滞留時間の減少及び再結晶温度
の低温化と鋼板の結晶粒の微細化及び粒成長の抑制効果
の関係。 ■　　鋳片を再結晶終了後から圧延終了迄の間、冷却す
る事による変態前のオーステナイトへの歪みの蓄積と変
態フェライト粒径の関係。 ■　　■と■の組み合わせとアレスト特性の関係。

【００３０】図２の上部にこの３つの適用範囲を示す。 この適用範囲の■と■の境界となる再結晶終了温度は、
良く知られている様に被加工鋼材の履歴温度と履歴加工
量の関係に支配されて一定しない。従って図示した再結
晶終了温度及びこれに対応する圧延材の板厚は一例の位
置を示す。

【００３１】この実験検討により、アレスト性として温
度勾配型ＥＳＳＯ試験でのＫｃａ値が５４５ｋｇｆ／ｍ
ｍ１．５　を示した■、５４０ｋｇｆ／ｍｍ１．５　を
示した■、及び６０８ｋｇｆ／ｍｍ１．５　を示した■
の各厚み冷却速度を図２に曲線Ｂで示す。

【００３２】この曲線は、鋳片の厚みをｔとすると（１
８／ｔ）０．５　で近似出来る事が判明した。これによ
り圧延中に被圧延材が圧延により厚みが変化しても、冷
却速度Ｖ（℃／秒）が（１８／ｔ）０．５　以上を維持
すると本発明の課題が達成出来る事が判明した。図３に
冷却条件ｔ×Ｖ２　〔ｍｍ・（℃／秒）２　〕と圧延後
の鋼板のアレスト特性の関係を示す。

【００３４】以上により得た構造用鋼板の強度を加速冷
却により向上するには、圧延終了後に水、水蒸気、気水
混合体等の何れかの冷却剤を使用して、冷却速度５℃／
秒以上、冷却停止温度６５０℃以下の加速冷却を行えば
良く、また、以上により得た本発明の構造用鋼板を上記
圧延後、焼入れ焼戻しを行うと本発明の効果を損なう事
なく強度、靱性を向上できる事が判明した。本発明は以
上の知見を基になされたものである。

【００３５】

【実施例】本発明の供試鋼の成分は、前記した一般的な
構造用鋼の元素と添加量であれば何れの組合せでも良い
が、強度レベルが異なる代表的な構造用鋼として本実施
例に用いた鋼の化学成分を表１に、製造条件を表２に、
その時使用した圧延パススケジュールと圧延中の冷却条
件を表３、表４に、得られた材質を表５に従来例を併記
して示す。

【００３６】

【表１】

【００３７】

【表２】

【００３８】

【表３】

【００３９】

【表４】

【００４０】

【表５】

【００４１】表１に示す供試鋼の鋼番１〜３は４０キロ
級鋼、鋼番４〜７は５０キロ級鋼、鋼番８〜１０は６０
キロ級鋼である。それぞれには必要に応じ合金元素を添
加している。表２に示す通り、鋼種１〜７を使用した本
発明例のＮｏ．Ａ１−１〜Ａ７−３はアレスト特性が５
００ｋｇｆ／ｍｍ１．５　を超え、鋼種８〜１０を使用
した本発明例のＮｏ．Ａ８−１〜Ａ１０−３は７００ｋ
ｇｆ／ｍｍ１．５　を超えるアレスト特性が得られた。 指定パス冷却とゾーン冷却の何れも優れたアレスト特性
を有する鋼板を生産性、経済性良く製造する事が出来た
。

【００４２】これに対し、圧延中に温度待ちを行い、圧
延中に所要の冷却を行わなかった従来例の中、鋼種１〜
７を使用したＮｏ．Ｂ１〜Ｂ７は５００ｋｇｆ／ｍｍ１
．５　未満のアレスト特性であり、鋼種８〜１０を使用
したＮｏ．Ｂ８〜Ｂ１０のアレスト特性は７００ｋｇｆ
／ｍｍ１．５　未満と低く、強度も所期のレベルに達し
なかった。また加熱温度が１０００℃を超えた従来例Ｎ
ｏ．Ｂ１〜Ｂ４はアレスト特性が更に低く４００ｋｇｆ
／ｍｍ１．５　未満となった。

【００４４】

【発明の効果】本発明は以上の説明から明らかな通り、
前記の手段により発生する前記の作用を活用する事によ
り、アレスト特性が優れた構造用鋼板を高い生産性のも
とに円滑に安定して経済的に製造する技術を確立したも
ので、本発明の利用分野にもたらす効果、及び関係する
分野への波及効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】構造用鋼鋳片の加熱温度とオ−ステナイト粒径
の関係を示す。

【図２】圧延中の鋳片厚みと該厚み板厚方向の平均冷却
速度の関係を示す。

【図３】本発明の冷却条件とアレスト特性の関係を示す
。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　凝固完了の後、９００℃以上１０００
   ℃未満に加熱した構造用鋼の鋳片をＡｒ３　点温度以上
   で終了する圧延において、該鋳片の圧延開始から再結晶
   を終了する温度迄の間に鋳片厚ｔ（ｍｍ）と冷却速度Ｖ
   （℃／秒）がＶ＞（１８／ｔ）０．５　の関係を満足す
   る冷却を行う事を特徴とする脆性亀裂伝播停止特性の優
   れた厚鋼板の製造方法。
2. 【請求項２】　　凝固完了の後、９００℃以上１０００
   ℃未満に加熱した構造用鋼の鋳片をＡｒ３　点温度以上
   で終了する圧延において、該鋳片の再結晶後から該圧延
   を終了する温度迄の間に鋳片厚ｔ（ｍｍ）と冷却速度Ｖ
   （℃／秒）がＶ＞（１８／ｔ）０．５　の関係を満足す
   る冷却を行う事を特徴とする脆性亀裂伝播停止特性の優
   れた厚鋼板の製造方法。
3. 【請求項３】　　凝固完了の後、９００℃以上１０００
   ℃未満に加熱した構造用鋼の鋳片をＡｒ３　点温度以上
   で終了する圧延において、該鋳片の圧延開始から該圧延
   を終了する温度迄の間に鋳片厚ｔ（ｍｍ）と冷却速度Ｖ
   （℃／秒）がＶ＞（１８／ｔ）０．５　の関係を満足す
   る冷却を行う事を特徴とする脆性亀裂伝播停止特性の優
   れた厚鋼板の製造方法。
4. 【請求項４】　　圧延終了後、冷却速度５℃／秒以上、
   冷却停止温度６５０℃以下の加速冷却を行う事を特徴と
   する請求項１に記載の方法。
5. 【請求項５】　　圧延終了後、冷却速度５℃／秒以上、
   冷却停止温度６５０℃以下の加速冷却を行う事を特徴と
   する請求項２に記載の方法。
6. 【請求項６】　　圧延終了後、冷却速度５℃／秒以上、
   冷却停止温度６５０℃以下の加速冷却を行う事を特徴と
   する請求項３に記載の方法。
7. 【請求項７】　　圧延終了後、引き続き焼入れ焼戻し処
   理を行う事を特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 【請求項８】　　圧延終了後、引き続き焼入れ焼戻し処
   理を行う事を特徴とする請求項２に記載の方法。
9. 【請求項９】　　圧延終了後、引き続き焼入れ焼戻し処
   理を行う事を特徴とする請求項３に記載の方法。