JPH05339629A

JPH05339629A - 強度と靱性に優れたＣｒ−Ｍｏ鋼の製造方法

Info

Publication number: JPH05339629A
Application number: JP15250892A
Authority: JP
Inventors: Masanori Nishimori; 正徳西森; Kiyoshi Uchida; 清内田; Tomoya Koseki; 智也小関
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1992-06-11
Filing date: 1992-06-11
Publication date: 1993-12-21

Abstract

(57)【要約】【目的】強度と靱性の両面に優れたＣｒ−Ｍｏ鋼の製
造方法を提供する。【構成】Ｖ，Ｎｂなどを含むＣｒ−Ｍｏ鋼を、圧延終
了温度が９００℃以下となる熱間圧延した後、直接焼入
れし、更に1000〜1150℃の温度に再加熱した後焼入れ、
焼戻しおよび／または応力除去焼なましを行うことによ
り、従来よりも強度と靱性に優れたＣｒ−Ｍｏ鋼を製造
することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、石油工場、化学工場、
および発電所などのプラント部材に使用される強度と靱
性に優れたＣｒ−Ｍｏ鋼の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】高温で操業される上記のプラント用装置
材料として２ 1/4 Ｃｒ−１Ｍｏ鋼などのＣｒ−Ｍｏ鋼
が多用されている。これらのプラントにおいては効率化
のために操業条件の高温、高圧化、およびプラントの大
型化の傾向にあり、また現行の操業条件のプラントであ
っても部材の薄肉化により建設時の材料コストを下げよ
うとする動きがある。

【０００３】このようなユ−ザ−からの要請に答えるた
めには強度の高いＣｒ−Ｍｏ鋼が必要である。またプラ
ントの部材においては何らかの原因で亀裂が発生しても
部材の破壊につながらないことが安全性の面からも重要
であり、靱性にも優れていることが要求される。このよ
うな部材の耐圧試験は検査のために常温でも行われるの
で、靱性に関しては高温の操業温度のみならず常温でも
必要である。

【０００４】特開昭61-136622 号公報に開示されている
ように、低合金鋼極厚鋼材の高温強度を高めるための製
造方法、Ｖを含有するＣｒ−Ｍｏ鋼スラブのスラブ加熱
温度を比較的低温とし、熱間加工後直接焼入し、焼き戻
す方法が提案されている。しかし、上記製造方法では、
圧延方向とその直角方向の強度および靱性の差が大きく
鋼板の方向性が著しくなるという問題点を含んでいる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、この問題点
を解決し、強度および靱性が優れ、異方性のないＣｒ−
Ｍｏ鋼の製造方法を提案することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、重量でＣ：0.
05〜0.20％、Ｓｉ：0.40％以下、Ｍｎ：0.1 〜1.0 ％、
Ｃｕ：および／またはＮｉの合計量：0.5 ％以下、Ｃ
ｒ：2.0 〜3.5 ％、Ｍｏ：0.8 〜1.6 ％、Ｖ：0.10 〜
0.40％、Ｎｂ：0.015 〜0.030 ％、Ｔｉ：0.005〜0.035
％、Ａｌ：0.08％以下を含み、Ｐ：0.010 ％以下、
Ｓ：0.004 ％以下、Ｎ：0.006 ％以下であって、さらに
Ｂ：0.0005〜0.004 ％、ＲＥＭ：0.03％以下、Ｃａ：0.
03％以下の１種または２種以上を含み、残部がＦｅおよ
び不可避的不純物からなる鋼素材を、圧延終了温度が90
0 ℃以下となる熱間圧延をした後、直接焼入れし、つい
で850 〜1150℃の温度に再加熱した後焼入れし、焼き戻
し処理および／または応力除去焼なまし処理を行うこと
を特徴とする強度と靱性に優れたＣｒ−Ｍｏ鋼の製造方
法である。

【０００７】

【作用】本発明における個々の元素の組成範囲の限定理
由について先ず説明する。Ｃ：0.05〜0.20wt％（以下％と略す）：充分な強度およ
び焼入れ性を確保するために0.05％以上含有させる必要
があるが、0.20％を超えて過剰に含有させた場合、溶接
性が劣化するので0.05〜0.20％を含有範囲とする。

【０００８】Ｓｉ：0.40％以下：Ｓｉは強度を確保する
うえで有効な元素であるが、0.40％を超えて含有する場
合焼き戻し脆化、および水素侵食に対する感受性が増大
し、またクリ−プ破断応力が低下傾向を示すので、0.40
％以下の含有とする。Ｍｎ：0.1 〜1.0 ％：Ｍｎは脱酸作用、強度、および焼
入れ性の確保のためにも0.1 ％以上含有させる必要があ
る。反面1.0 ％を超えて含有させた場合焼き戻し脆化感
受性が高くなり、また熱処理時の酸化により表面性状が
劣化するので、0.1 〜1.0 ％の範囲で含有させることが
必要である。

【０００９】Ｃｕおよび／またはＮｉの合計量：0.5 ％
以下：Ｃｕ、Ｎｉはともに焼入れ性の向上に大きな効果
をもたらすが、Ｃｕ、Ｎｉの合計量で0.5 ％を超え過剰
に添加してもコストに見合った効果が期待できないので
上限を0.5 ％とする。Ｃｒ：2.0 〜3.5 ％：Ｃｒは強度、靱性、耐食性、およ
び耐水素侵食性の向上に有効な元素であるが、2.0 ％未
満ではその効果は充分ではなく、一方3.5 ％を超えて過
剰に添加した場合、溶接性が損なわれるので、2.0 〜3.
5 ％とした。

【００１０】Ｍｏ：0.8 〜1.6 ％：Ｍｏは強度、靱性、
およびクリ−プ破断強度の向上に効果があるが、含有量
0.8 ％未満ではその効果が充分ではなく、反面1.6 ％を
超えて過剰に添加した場合その効果は飽和し、不経済で
あるので0.8 〜1.6 ％の添加と規定した。Ｖ：0.10〜0.35％：0.10％以上の添加により耐水素侵食
性、高温強度、およびクリ−プ破断強度が向上し、特に
0.20％以上を添加した場合、より一層の作用効果が得ら
れる。しかし0.35％を超えた過剰の添加はＳＲ割れ感受
性を増大させるので、0.10〜0.35％好ましくは0.20〜0.
35％の添加範囲とする。

【００１１】Ｎｂ：0.015 〜0.05％：0.015 ％未満の添
加では、再加熱時のγ粒粗大化抑制が充分でないため
に、0.015 ％以上添加する。しかし、0.05％を超えて過
剰に添加した場合、非金属介在物を形成し、製造性が損
なわれるので、0.005 〜0.05％を添加範囲とする。Ｔｉ：0.005 〜0.035 ％：ＴｉはＴｉＮとして析出し、
鋼中の固溶Ｎを低下させる効果を有する。

【００１２】Ｎ量の上限を規定する以外にＴｉの添加に
よりＮを固定化し、実効的なＮ量（固溶Ｎ量）を更に低
下させれば、一層の耐水素侵食性および耐ＳＲ割れ性の
向上がはかれる。そのためには少なくとも0.005 ％の添
加が必要であるが、0.035 ％を超えた過度の添加は靱性
の低下を招くので、0.005 〜0.035 ％の範囲とした。Ａｌ：0.08％以下：Ａｌを0.08％よりも多く含有させた
場合靱性の劣化が懸念されるので、0.08％を上限とす
る。

【００１３】Ｐ：0.010 ％以下：粒界に偏析し、焼き戻
し脆化を引き起こすので低い方が望ましい。実際におけ
る操業で焼き戻し脆化が起こらず、製造コストの上昇も
招かない0.010 ％を上限とした。Ｓ：0.004 ％以下：Ｓ量を0.004 ％以下とすることによ
り、耐水素侵食性、および耐ＳＲ割れ性が向上する。よ
ってＳ量の上限を0.004 ％とする。

【００１４】Ｎ：0.006 ％以下：Ｎ量を0.006 ％以下と
した場合に耐水素侵食性および耐ＳＲ割れ性が向上し、
またクリ−プ破断強度の向上もはかることができる。よ
ってＮ量の上限を0.006％とした。Ｂ：0.0005％〜0.004 ％：0.0005％以上のＢの添加によ
り、焼入れ性の向上を図ることができる。しかし0.004
％を超えて含有させた場合、むしろ強度および靱性が低
下するので、0.0005〜0.004 ％を適性範囲とする。

【００１５】希土類元素Ｃａ：0.001 〜0.03％：更に
耐水素侵食性および耐ＳＲ割れ感受性を低下させる目的
で希土類元素又はＣａを含有させることができる。しか
し添加量が0.001 ％未満であればその効果はなく、また
0.03％を超えて添加してもその効果は飽和し、添加量に
見合った効果は得られず不経済であるので、0.001 〜0.
03％を添加範囲とする。

【００１６】上記成分の鋼を加熱し、圧延終了温度が90
0 ℃以下となるように熱間圧延し、ついで直接焼入れす
る。これは、次工程の再加熱に際してオ−ステナイトへ
の変態が開始されるγ粒の生成サイトとして、ならびに
Ｎｂなどの微細析出物を析出させる析出サイトとして、
鋼に転位を導入するためである。これにより再加熱時に
多数のサイトからγ粒が形成されて行き、更には析出物
の析出による効果も重なった結果γ粒が細粒化され、鋼
の靱性が向上する。

【００１７】圧延終了温度が900 ℃を超える高温の場合
は、転位の導入が不充分となり靱性向上の効果がなくな
る。また、圧延後の冷却が遅くては冷却中に転位の回復
が起こり、この場合も靱性向上の効果はなくなる。再加
熱焼入れでは、1150℃を超える高温まで加熱すると前工
程により導入した転位や析出物の効果がなくなるために
加熱温度上限を1150℃とした。また、850℃未満の加熱
では、合金元素固溶量が不充分となり、次工程の焼き戻
しおよび／または応力除去焼なましに際して析出する微
細析出物による強度と耐水素侵食性の向上が不充分とな
るために、加熱温度下限を850 ℃とした。

【００１８】最後に行う焼き戻し処理および／または応
力除去焼なまし処理は、通常行われている処理条件でよ
く、特に限定されないが、好ましくは650 〜730 ℃の温
度範囲に加熱し、5 〜40時間保持すればよい。熱間圧延
を比較的低温で終了し、直接焼入れした後高温で再加熱
焼入れすることにより、γ粒も細かく靱性も優れ、異方
性のない鋼板が製造できる。

【００１９】単なる再加熱であれば、強度を向上するた
めに、高温加熱焼入れが必要となり、γ粒が大きくなり
すぎる。また低温仕上圧延・直接焼入れのみではＬ／Ｃ
の特性の異方性が大きくなりすぎる。

【００２０】

【実施例】表１に示す組成のスラブを1150℃に加熱し、
表２に示す条件で熱間圧延ならびに再加熱焼入れを行い
鋼板を製造した。次に全鋼板に、焼き戻しあるいは応力
除去焼なまし処理に相当する690 ℃で24時間保持する加
熱処理を行った。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【表２】

【００２３】表２に、室温での引張り強さ（ＴＳ）およ
びシャルピ−衝撃試験におけるＬ方向の破面遷移温度
（ｖＴｒｓ）を併せて示した。No.3、No.4、およびNo.7
は圧延終了温度（仕上げ温度）が高すぎるために、ｖＴ
ｒｓが本発明鋼よりも高くなっている。No.8、No.9は熱
間圧延後に直接焼入れを行わずに、放冷しているために
ｖＴｒｓが高くなっている。

【００２４】No.10 は再加熱温度が低過ぎるために、ｖ
Ｔｒｓは良好であるが、低強度となっている。No.11 、
No.12 は鋼成分が本発明の範囲外であるため、本発明鋼
に比べて低強度となっている。No.13 は、直接焼入れ後
の再加熱焼入れ処理を施していないために、Ｌ／Ｃのｖ
Ｔｒｓの差が大きい。

【００２５】No.1〜2 、No.5〜6 は本発明鋼であり、高
強度で、かつ良好な靱性を備えている。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、強度と靱性の両面に優
れたＣｒ−Ｍｏ鋼の製造が可能となる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量でＣ：0.05〜0.20％、Ｓｉ：0.40％
以下、Ｍｎ：0.1 〜1.0 ％、Ｃｕおよび／またはＮｉの
合計量：0.5 ％以下、Ｃｒ：2.0 〜3.5 ％、Ｍｏ：0.8
〜1.6 ％、Ｖ：0.10 〜0.40％、Ｎｂ：0.015 〜0.030
％、Ｔｉ：0.005 〜0.035 ％、Ａｌ：0.08％以下を含
み、Ｐ：0.010 ％以下、Ｓ：0.004 ％以下、Ｎ：0.006
％以下であって、さらにＢ：0.0005〜0.004 ％、ＲＥ
Ｍ：0.03％以下、Ｃａ：0.03％以下の１種または２種以
上を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼
素材を、圧延終了温度が900 ℃以下となる熱間圧延をし
た後、直接焼入れし、ついで850 〜1150℃の温度に再加
熱した後焼入れし、焼き戻し処理および／または応力除
去焼なまし処理を行うことを特徴とする強度と靱性に優
れたＣｒ−Ｍｏ鋼の製造方法。