JPH0860237A - 伸び特性に優れた含Ｎｉ低温用鋼材の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 含Ni低温用鋼の優れた低温靭性及び強度はそ
のまま維持すると共に、その低温及び常温での伸び特性
を更に向上させることができる含Ni低温用鋼材の安定し
た製造手段を確立する。 【構成】 7.5 〜13.0重量％のNiを含有する低温用鋼の
鋼片に熱処理あるいは加工と熱処理を施して低温用鋼材
を製造するに当り、まず鋼片に1000〜1300℃で５時間以
上のソーキング処理を施してから前記処理を実施すると
共に、前記熱処理として、Ａc₃点以上９００℃以下の温
度から焼入れした後、更にＡc₁点〜Ａc₃点の温度から焼
入れし、次いでＡc₁点以下４５０℃以上の温度で焼戻し
して水冷あるいは空冷するという３段熱処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、強度，低温靭性に優
れると共に良好な伸び特性をも備えていて、液化天然ガ
ス（ＬＮＧ）貯蔵タンク用鋼板等として優れた性能を発
揮する含Ni低温用鋼材の製造法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、地球環境問題への関心が著しい高
まりを見せている中、クリーンなエネルギー源として注
目されている天然ガスの需要が益々増加する傾向にあ
る。このため、国内外においてＬＮＧ貯蔵用タンクの建
設が積極的に推進されており、それに伴いＬＮＧタンク
用の素材として欠かせない“９％Ni鋼（以降、 成分割合
を表す％は重量％とする）に代表される含Ni低温用鋼”
の需要も増加している。

【０００３】ところで、９％Ni鋼に代表される前記含Ni
低温用鋼は、鋳造，熱間鍛造を経て得られた鋼片を必要
に応じて加工（熱間圧延等）し、これに焼入れ，焼戻し
の熱処理を施して使用に供されるのが一般的である。た
だ、ＬＮＧ貯蔵用タンク等の設備，部材の安全性という
観点から、従来、低温用鋼製鋼材（低温用鋼材）の製造
法に関しては多くの提案がなされてきた。中でも、含Ni
低温用鋼をＡc₁点〜Ａc₃点の温度から焼入れし（以降、
この熱処理法を“２相域焼入れ”と呼ぶ）これを焼戻す
方法は、低温靭性の向上効果は勿論のこと、その他の諸
性質を向上させる効果が得られるので、これまで多くの
研究報告がなされている。

【０００４】例えば、特開昭４７−２３３１７号公報に
は、圧延した９％Ni鋼に１回以上の２相域焼入れを施
し、その後にＡc₁点以下の温度で焼戻しを行うという、
衝撃値の異方性を解消すると共に全般的な靱性の向上を
図る９％Ni鋼材の製造法が提案されている。また、特開
昭５８−７３７１７号公報には、圧延した９％Ni鋼をＡ
c₃点以上の温度から焼入れした後、更に２相域焼入れを
行い、その後にＡc₁点以下の温度で焼戻しするという、
強度と靱性の更なる向上を図った９％Ni鋼材の製造法が
開示されている。更に、本出願人も、含Ni低温用鋼をＡ
c₃点以上の温度から焼入れした後、再度Ａc₁点〜Ａc₃点
の温度から焼入れし、次いで６２５〜６７５℃で焼戻す
ことによって耐硫化物応力腐食割れ性や耐水素割れ性の
向上を図ったところの、含Ni低温用鋼の熱処理方法を提
案した（特開昭６２−２０５２２７号）。

【０００５】このように、最近では、これまでの研究報
告を踏まえて強度，低温靭性，耐硫化物割れ性等の優れ
た低温用鋼を安定に製造できるようになってはいる。し
かし、９％Ni鋼を始めとする含Ni低温用鋼（Ni含有率:
7.5〜13.0％）は、例えば鋼板としてＬＮＧタンク等の
素材に供される場合には施工時に曲げ加工が施される
が、その曲げ加工性は必ずしも良好とは言えず、これが
施工作業の能率向上を阻む１つの障害になっていると考
えられた。

【０００６】しかるに、この曲げ加工性に対しては材料
の“伸び特性”が大きく影響するものと考えられるが、
含Ni低温用鋼の伸び特性を、強度や低温靭性に悪影響を
及ぼすことなく向上させることは非常に困難であると思
われた。これは、一般に鋼材の伸び特性と強度とは相対
する極にあるものと認識されており、強度等の機械的性
質を高位に維持しつつ伸び特性を向上させることはこの
認識に沿わない指向だからである。

【０００７】また、含Ni低温用鋼は使用環境が一般にＬ
ＮＧの温度程度の極低温であるが、このような極低温で
の延性向上は用途設備の安全性を更に高める上で重要な
因子の１つであると考えられ、このような観点からも、
含Ni低温用鋼の伸び特性を高めることは重要な課題であ
ると考えられた。

【０００８】このようなことから、本発明が目的とした
のは、これまで認識されてきた含Ni低温用鋼の優れた低
温靭性及び強度はそのまま維持すると共に、その低温及
び常温での伸び特性を更に向上させることができる含Ni
低温用鋼材の安定した製造手段を確立することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
を達成すべく、９％Ni鋼を中心とした含Ni低温用鋼につ
いてその伸び特性を改善する方策を求め様々な実験を繰
り返した結果、次のような知見を得ることができた。 a) 含Ni低温用鋼では、鋼塊鋳造過程あるいは連続鋳造
スラブ製造過程での凝固時にNiの樹枝状偏析が生じる。
そして、この含Ni低温用鋼特有のNiの凝固偏析のため、
従来の熱処理を施しただけの鋼材では存在する残留オ−
ステナイト中のNi量にかなりのばらつきが生じてしま
い、安定な残留オ−ステナイトと不安定な残留オ−ステ
ナイト（準安定な残留オ−ステナイト）とが混在するこ
とになる。そして、この状態の場合には、鋼材の伸び特
性は殆ど母相の伸び特性に依存してしまう。

【００１０】b) ところが、含Ni低温用鋼の伸び特性は
歪誘起変態を生じる“準安定な残留オ−ステナイト”の
量に大きく影響され、残留オ−ステナイト中に占める準
安定な残留オ−ステナイト量が多くなると非常に良好な
伸び特性を発揮するようになる。これは、準安定な残留
オ−ステナイトの歪誘起変態が鋼材の伸び特性に好影響
を及ぼすためと考えられる。

【００１１】c) ところで、含Ni低温用鋼中に生成され
る残留オ−ステナイトは、熱処理中にNi，Mn等の合金元
素が濃化すると安定化する。なお、この残留オ−ステナ
イトの安定性はオ−ステナイト中への合金元素の濃化量
に依存し、多く濃化するほど安定となる。しかるに、含
Ni低温用鋼に特有の前記“Niの凝固偏析”は、熱処理を
通じて残留オ−ステナイトにNi濃化部を形成してこれを
安定化するように作用するので、準安定な残留オ−ステ
ナイト量を増加させて鋼の伸び特性を改善するために
は、Niの凝固偏析をある程度解消し、残留オ−ステナイ
ト中のNiのばらつきを抑える必要がある。このように、
含Ni低温用鋼の伸び特性を向上させるためには、合金元
素をオ−ステナイト中へ適度にかつ均一に濃化させ、引
張りに対して歪誘起変態を起こすような準安定な残留オ
ーステナイトを十分に生成させることが重要である。 d) そして、この含Ni低温用鋼におけるNiの凝固偏析を
解消して準安定な残留オ−ステナイト量を増加させるの
に“ソーキング処理（特定の温度に長時間保持する処
理）”が極めて有効であり、造塊法や連続鋳造法あるい
は更に熱間鍛造等を施して得た鋼片を一旦オ−ステナイ
ト域に長時間加熱処理すると、その温度や時間に応じて
Niの偏析がある程度取り除かれ、Niばらつきの少ないか
なり均一化された準安定な残留オ−ステナイトをその後
の焼入れ・焼戻しの熱処理により析出させることができ
る。

【００１２】e) また、靭性確保の観点からは残留オ−
ステナイトを微細に析出させることが重要であるが、こ
れはソーキング処理の有無によらず殆どがその後に施さ
れる３段熱処理に左右されるため、ソーキング処理が靱
性に悪影響を及ぼすことはない。

【００１３】本発明は、上記知見事項等を基に完成する
ことができたもので、「7.5 〜13.0重量％のNiを含有す
る低温用鋼の鋼片に熱処理あるいは熱間圧延等の加工と
熱処理を施して低温用鋼材を製造するに当り、 まず鋼片
に１０００〜１３００℃で５時間以上のソーキング処理
を施してから前記処理を実施すると共に、 前記熱処理と
して、 Ａc₃点以上９００℃以下の温度から焼入れした
後、 更にＡc₁点〜Ａc₃点の温度から焼入れし、 次いでＡ
c₁点以下４５０℃以上の温度で焼戻しして水冷あるいは
空冷するという３段熱処理を行うことにより、 優れた強
度と低温靱性を有し、 かつ良好な伸び特性をも備えた含
Ni低温用鋼材を安定して製造できるようにした点」に大
きな特徴を有している。

【００１４】ここで、本発明が対象とする含Ni低温用鋼
は、従来から「含Ni低温用鋼」として知られているいる
もののうちでNi含有量が 7.5〜13.0％のものであればそ
の種類が格別に問われるものではない。なお、特にNi含
有量:7.5〜13.0％のものを対象としたのは、Ni含有量が
7.5％を下回るとNiの凝固偏析が比較的小さくなって伸
び特性劣化の弊害が多少目立たなくなることに加えて、
低温靭性を高めると共に焼入れ性を向上させて焼入れ後
にマルテンサイト組織を得る（強靱性，耐硫化物割れ性
の向上につながる）というNi添加の効果を十分に確保で
きないからであり、また13.0％を超えて含有させてもそ
の効果が飽和するばかりか、強度が充分得られないから
である。

【００１５】

【作用】さて、本発明に係る方法に従うと、造塊法や連
続鋳造法で得られた 7.5〜13.0重量％のNiを含有する低
温用鋼鋼片（更に熱間鍛造等が施されても構わない）に
対し、まずソーキング処理が施されるが、これは 7.5〜
13.0重量％のNiを含有する低温用鋼特有のNiの凝固偏析
を取り除き、以降の熱処理によって“加工時に歪誘起変
態を生じる準安定な残留オ−ステナイト”が十分に生成
されるようにするためである。この場合、ソーキング処
理の条件は１０００℃〜１３００℃で５時間以上とされ
る。これは、処理温度が１０００℃を下回ったり、処理
時間が５時間未満であるとNiの凝固偏析が十分に除去さ
れずに所望の伸び特性改善効果を得ることができず、一
方、処理温度が１３００℃を超えると鋼片の表面がスケ
ールによって脆くなり、例えばその後に圧延を施すよう
な場合に十分な加圧をかけることができなくなるためで
ある。

【００１６】そして、このようにソーキング処理によっ
てNiの凝固偏析がある程度取り除かれた鋼片は、必要に
より熱間圧延等の加工が施されて所望形状材とされ、
「Ａc₃点以上の温度からの焼入れ→２相域焼入れ→Ａc₁
以下の温度での焼戻し」という３段熱処理が施される。

【００１７】この第１段目の焼入れ処理では、製品に優
れた靱性を確保すべくその後の熱処理との関連で出来る
だけ微細で均一なマルテンサイト組織を得る必要があ
る。そのため、均一なオーステナイト域から冷却する必
要があるので焼入れ温度はＡc₃点以上の温度としなけれ
ばならないが、温度を上げすぎるとオーステナイト粒径
が粗大化してかえって靭性が劣化することから、第１段
目の焼入れ処理はＡc₃点以上９００℃以下の温度から焼
入れすることと定めた。

【００１８】続く２相域焼入れは、後の焼戻しにおいて
析出する準安定な残留オ−ステナイトを多量に得るため
の処理であり、製品の優れた靭性を確保するためには是
非とも必要な処理である。このためには、まずＡc₁点〜
Ａc₃点の２相域に加熱することでフェライトとオーステ
ナイトの混合組織を生成させることが必要で、この温度
から急冷して焼入れすれば均一な高合金のマルテンサイ
ト相とフェライトが生成し、続く焼戻し処理によって準
安定な残留オ−ステナイトを多量に生成することができ
にようになる。

【００１９】焼戻しは、先の高合金相から歪誘起変態を
生じる準安定なオ−ステナイトを析出させると同時に、
転位密度を下げることを目的として実施される。従っ
て、焼戻し処理はＡc₁点以下の温度で行う必要がある。
この場合、前述したソーキング処理によってNiの偏析が
十分に緩和されているので、析出する準安定なオ−ステ
ナイトは十分に均一で、量的にも十分多く、その歪誘起
変態特性に裏打ちされて処理後の鋼材は良好な伸び特性
を示すようになる。但し、優れた靭性の確保という観点
からは微細なオーステナイトを析出させる必要があり、
このため焼戻し処理は４５０℃を下回らない温度で実施
しなければならない。なお、焼戻し処理後は水冷あるい
は空冷によって速やかに冷却される。

【００２０】7.5〜13.0重量％のNiを含有する低温用鋼
に上述のような処理を施すことによって、従来通りに優
れた強度及び低温靱性を備え、かつ低温及び常温での良
好な伸び特性をも兼備した含Ni低温用鋼材を得ることが
できる。従って、低温用鋼材の常温での伸び特性が向上
することにより、これが適用されるＬＮＧ貯蔵用タンク
等の建設に際しての施工作業効率改善によるコスト削減
効果を享受できるようになる上、低温での伸び特性が向
上することによって、施工設備（ＬＮＧ貯蔵用タンク
等）の使用における安全性を更に向上させることも可能
となる。

【００２１】以下、本発明を実施例により更に具体的に
説明する。

【実施例】表１に示す化学成分組成の含Ni低温用鋼（９
％Ni鋼）を溶製し、これを鋼塊法（インゴット法）でイ
ンゴットとしたものを熱間鍛造して得た鋼片、あるいは
連続鋳造法によって得た鋼片（スラブ）を、表２に示す
ようなソーキング処理条件及び熱間圧延条件に従って処
理し圧延して１５mm厚の鋼板とし、その後、同じく表２
に示す条件の焼入れ（第１段焼入れ），２相域焼入れ，
焼戻しから成る３段熱処理を施した。そして、このよう
にして得られた９％Ni鋼鋼板につき "伸び特性", "強
度”及び“衝撃値”を調査したが、その調査結果を表３
に示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】

【表３】

【００２５】また、本発明例１と比較例４により得られ
た鋼板に代表させて、種々の焼戻し温度に対応した伸
び，引張り強さ，降伏強度，低温靱性を「本発明方法」
と「比較法」とで対比した結果を、図１，図２及び図３
にまとめて示した。表２及び表３、並びに図１乃至図３
に示される結果からも、次のことが確認できる。

【００２６】即ち、本発明例１，２及び３によって得ら
れた鋼板は何れも低温での伸び値が約３５％、常温（室
温）での伸び値が３０％以上と高い値となっており、ソ
−キング処理を施さなかった比較例で得られた鋼板に対
し伸び値が４〜５％も向上していることが分かる。ま
た、焼戻し温度を変化させたものについても伸び特性の
向上の傾向は変わらず、ソーキング処理の効果は９％Ni
鋼の焼戻し条件が変わっても影響されずに保たれている
ことが確認できる。

【００２７】更に、引張強度及び降伏応力については、
本発明法で得られた鋼板とソ−キング処理を施さなかっ
た比較法で得られた鋼板とで大きな変化は観察されず、
これらの優れた特性はソーキング処理に影響されずに保
たれていることが分かる。衝撃値についても、強度と同
様、本発明法で得られた鋼板とソ−キング処理を施さな
かった比較法で得られた鋼板とで大きな変化は観察され
ず、これらの優れた特性もソーキング処理に影響されず
に保たれていることが分かる。

【００２８】

【効果の総括】以上に説明した如く、この発明によれ
ば、優れた強度，低温靱性を有する上に良好な伸び特性
を示す含Ni低温用鋼材を安定に製造することが可能とな
り、これによって構成される設備類の施工時における作
業能率の向上や、それを使った設備類の安全性向上に大
きく寄与することができるなど、産業上有用な効果がも
たらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明法で得られる鋼材と比較鋼材とに関す
る、種々焼戻し温度での伸び特性を比較したグラフであ
る。

【図２】本発明法で得られる鋼材と比較鋼材とに関す
る、種々焼戻し温度での引張強さ及び降伏応力を比較し
たグラフである。

【図３】本発明法で得られる鋼材と比較鋼材とに関す
る、種々焼戻し温度での低温靭性を比較したグラフであ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 7.5〜13.0重量％のNiを含有する低温用
   鋼の鋼片に熱処理あるいは加工と熱処理を施して低温用
   鋼材を製造するに当り、まず鋼片に１０００〜１３００
   ℃で５時間以上のソーキング処理を施してから前記処理
   を実施すると共に、前記熱処理として、Ａc₃点以上９０
   ０℃以下の温度から焼入れした後、更にＡc₁点〜Ａc₃点
   の温度から焼入れし、次いでＡc₁点以下４５０℃以上の
   温度で焼戻しして水冷あるいは空冷するという３段熱処
   理を行うことを特徴とする、伸び特性に優れた含Ni低温
   用鋼材の製造法。