JPS60177128A - 耐腐食疲労特性の優れた海洋構造物用５０キロ級鋼の製造法 - 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】 本発明は耐腐食疲労特性の優れた海洋構造物用５０キロ
級鋼の製造法に係り、従来の焼ならしによる５０キロ級
鋼に代わる耐腐食疲労性に優れた海洋構造物用５０キロ
級鋼材を経済的に製造することのできる方法を提供しよ
うとするものである。

近年における海洋エネルギー資源開発を目的とした各種
リグ、プラットフォーム、ノイゾラインなどの海洋構造
物に関する建造が盛んとなり、その建造場所も極地や深
海に拡がり、より苛酷な条件下で使用されるようになっ
ている。

ところがこの海洋構造物は海水腐食環境下において潮流
や波浪、風などによる外力の繰返しを受けるのでその使
用鋼材については腐食疲労に対する考慮が必袂であり、
大気中の疲労においてはそれ以下ではどれだけ応力を繰
返して負荷せしめても破壊しないという疲労限が存する
が、海水中における疲労強度は大気中と比較して著しく
低下し又明瞭な疲労限は存在しない。然して今日におい
てはこの海洋構造物に５０キロ級の高張力鋼が使用され
る傾向が強くなって来ていて・主として焼ならしによる
低炭素鋼゛を用いるのカ一般的であり、この鋼はフェラ
イト・パーライトの組織を呈し、海水中ではパーライト
中のセメンタイトがフェライトよりも電気化学的に貴で
あるためにパーライト中のフェライト或いは周囲のフェ
ライト素地との間に局部電池を形成する。斯うしてパー
ライト中或いはその周囲のフェライトが溶解するために
／４’−ライトが核となって腐食ピットが形成され、又
鋼中におけるＳは介在物ＭｎＳを形成し、この−８も海
水中で地組織（フェライト）よりも電気化学的に責であ
るためにやはりカソードとなって局部電池を形成し、腐
食ピット生成の核となる。而して繰返し応力下において
、この腐食ピットがある限界寸法に成長したとき、ピッ
トの底から疲労亀裂が発生し、無数の腐食ピットから発
生した微小な分布亀裂は成長と合体を繰返し破断に到る
こととなる。このように腐食ピットから発生した分布亀
裂が腐食環境下における疲労強度の著しい低下を招いて
いる原因であるが、従来の前記したような炭素鋼におい
ては、Ｃｒ。

Ｎ１、Ｃｕ　などの耐食性を改善する合金元素を多量に
添加しない限り腐食ピットの抑制ができず、その腐食疲
労特性は向上しない。然してこの合金元素に耐食性をめ
る方法は経済性の面で劣り、このような銅の製造は事実
上冥用化されていないのが現状であって、一方海洋構造
物に対するニーズは高まりの一途をみせており、このよ
うな需要に即応し難い。

本発明は上記したような実情に録み検討を重ねて創案さ
れたものであって、ｖｔ４（以下単に優という）で、Ｃ
：０．１２１以下、Ｓｔ：　０．５　％以下、Ｍｎ　：
　０．５〜１．６　俤、Ｐ：０．０２１以下、８：０．
００４１以下を含有し、更に必要に応じてＣｕ：０．１
〜０．５１ｉ、　Ｎｉ：　０．５　％以下、ｃｒ：０．
５係以下の倒れが１種又は２種以上を含有し、一部が鉄
および不可避的不純物からなる鋼片を熱間圧延するに際
し該鋼片加熱温度を１２００Ｃ以下とし、オーステナイ
ト再結晶域での累積圧下率ｔ−２０４以上、未再結晶温
度域（即ち９５０Ｃ−Ａｒｓ　変態点での累積圧下率を
Ｃ０係以上とし、且つ仕上り温度を７００〜８ｏ。

Ｃとする圧延を行い、次いでこの圧延後直ちに５〜２５
　Ｃ／　ｓｅｅ　（７）平均冷却速度で６０ｏ〜ｓｏ。

Ｃ１で冷却し、以後放冷することを提案するものである
。

即ちこのような本発明について説明すると、既述した腐
食疲労の機構より考察すると、腐食疲労強度向上のポイ
ントは先ず第１に、疲労亀裂の発生を抑えるために腐食
ピットの大きさを制限すること、第２に分布亀裂の合体
する機会を少くするためにピットの数を抑えることであ
り、そのためにはミクロ組織の微細化、特にパーライト
の微細分散化を図り、また鋼中のＳ量を低減することに
よって腐食ピット生成の核を少くし、しかも小さくする
ことが重要である。

本発明においてはこのため上記のような方法を提案する
ものであって、先ずその調成限定理由について説明する
と以下の如くである。

Ｃは、強度を顕著に増大させる元素であるが、Ｃｆ＃が
多くなると腐食ピット生成の核となるパーライトの量が
増大する。またＣ量の増加は靭性、溶接性を著しく損う
ためにその上限’ｉｏ、１２憾とした。

＆は、強度の上昇と脱酸のために添加するが、ｏ、　ｓ
　ｏ　ｓを超える含有では靭性、溶接性が劣化するので
これを上限とする。

Ｍｎは、靭性の増加と脱酸剤として必要であって、０．
５０１未満では十分な靭性が得られないのでこれを下限
とするが、又１．６０　％を超えると炭化物のバンド組
織が顕ゎれて靭性を害するので、これを上限とする。

Ｐは、靭性を害するので０．０２１以下とすることが必
要である。

Ｓは、非金属介在物ＭＭＳとなって上述したような腐食
ピット生成の核となるので０．００４１以下とすること
が必要である。このＳは工業的にはｏ、ｏｏｏｓｓｔで
の低減が可能である。

本発明による対象鋼は、その鋼材に要求される特性およ
び使用条件に応じて上記した外に更にＣｕ　ｓ　Ｎ　ｉ
　−Ｃｒ　の１種又は２種以上を含有せしめることがで
きる。即ちこれらについて説明すると次の通りである。

Ｃｕ　は、鋼材の強度を上昇させるに有効な元素である
が、０．１１未満ではその効果が乏しく、また０、５％
超になると溶接性が劣化するだけでなく、Ｃｕ　脆化に
より鋼板表面性状を害う。そこで０．２−０．５　％と
する必要がある。

Ｎｉ　は、鋼板の強度ならびに靭性を向上させるが、経
済性を考慮して上限を０．５％とした。

Ｃｒ　は、鋼板に強度ならびに耐食性を賦与するが、経
済性を考慮して０．５１を上限とした。

次に本発明では上記成分によって５０キロ級鋼としての
所定の強度と靭性を得ると同時に耐腐食疲労性を向上さ
せるため以下に述べる圧延条件を組み合わせ１組織の徹
底した微細化を図る◎即ちこの圧延条件については、先
ずスラブ加熱については圧延前のオーステナイト細粒化
を図るために１２ｏｏｃ以下で行う必要がある。

又このようなスラブ加熱温度から９５０Ｃ’Ｅでのオー
ステナイト再結晶域で一定量の圧ｉｔ行い、再結晶オー
ステナイトを微細化する必要がある。そこで本発明では
、このオーステナイト再結晶域で２０チ以上の累積圧下
全行うものでこれ未満の累積圧下では最終製品のミクロ
組織の微細化がはかれない。

上記に続くオーステナイト未再結晶域（９５０Ｃ−Ａ　
ｒ　Ｂ変態点）での圧延は、フェライト核生成サイトと
なるオーステナイトの粒界面積と粒内変形帯密度を増加
させ、フェライトの著しい微細化をもたらすため、でき
る限りの圧下をこの領域で行うことが望ましく、最低５
０％の圧下金この領域で行う。又Ａｒ、変態点（５０キ
ロ級鋼では７３０〜７８０ｃ）近傍での圧下が微細化に
著しい効果をもたらすので圧延仕上げ温度はＡｒｃ変態
点直上、或いは直下が望筐しく。

７００〜８００Ｃとする。即ち５ｏｏｔ：”以上では充
分な変形帯密度が得られないために所定の強度、靭性が
得られない。又Ａｒｃ変態点下のフェライト・オーステ
プイト２相域で圧延すると加工組織の発達が顕著となり
耐食性の劣化と機械的性質の異方性を助長するため圧延
仕上げ温度の下限を７００Ｃとする。

更に圧延終了後直ちにオンライン冷却を行い、粒成長を
抑制することによって細粒化を一層良好とする。冷却速
度および冷却停止温度が重要なパラメータであり、冷却
速度が早い程、又冷却停止温度が低いほど組織は細粒化
する。即ち冷却速度５　Ｃ／　ｓｅｅ未満、冷却停止温
度６００Ｃ超では十分な組織の微細化が実現せず、目的
とする腐食疲労特性が発揮されない。これに対し冷却速
度が２５　Ｃ／　ｓｅｃ以上、或いは冷却停止温度５０
０Ｃ以下では組織にマルテンサイトが顕われて靭性、溶
接性が劣化する。従って冷却速度を５〜２５ｔｌｌ’／
ｓｅｅとし、冷却停止温度を５００〜６００Ｃとするこ
とが必要である。

上述のようにして本発明の圧延では、スラブ加熱から水
冷停止１でフェライトの細粒化を主目的としており、フ
ェライトを微細化することは同時に第２相組織（炭化物
）ｔ−も微細化すること孔なり、その結果として強度、
靭性を高めると共に耐腐食疲労性を向上させる。又成分
的には高価な合金元素を用いることなく、低炭素当量を
特徴としているため溶接性も良好であり、海水環境下で
使用される溶接構造物用として優れたものであることは
明らかである。

本発明によるものの具体的な笑施例について説明すると
、以下の如くである。

即ち次の第１表に示すような鋼Ａ−Ｃを溶製した。Ａ％
Ｂ材は何れも鋼成分が本発明を満足するものであるが、
Ｂ材については高い靭性を得るためにＣｕ、Ｎｉｉ添加
しである。なおＣ材はｃ、ｐ、ｓがそれぞれ本発明でい
う規定範囲よりも多くなっているものであって、Ｃｕ１
Ｎｌ。

Ｃｒ　についてもそれぞれに含有せしめである。

第１表　（ｑｂ） 上記したような各鋼材についてはそれぞれ次の第２表に
示すような加熱処理を行った。即ちＡ、Ｂ材については
本発明で規定する加熱処理を行ったが、Ｃ材については
オーステナイト再結晶域で圧延を仕上げ、焼ならしを施
したものである。

上記のようにして得られたＡ−Ｃの各村についての顕微
鏡組織は倍率４００倍として第４図の顕微鏡写真に示す
通りであってＡ、Ｂ材はＣ材と比較すると加工熱処理に
よる著しい細粒化が笑現していることは明らかである。

更に上記したよりな各村についての機械的性質は次の第
３表に示す通りである。

即ち各村とも引張試験値は５０キロの規格を満足してい
るが、人材は軟鋼程度の単純＆−勤又Ａ、Ｂ材の衝撃値
がＣ材より遥かに優れているのもこの細粒化による効果
である。

腐食疲労試験は油圧サー？試験機を用い、２０Ｃの曝気
した人工海水中において繰返し速度１０　ｃｐｍ、応力
比（最小応力／最大応力）０．１で行った。即ち第１図
に示すように両端側１が１６ｗφで中間に１０ｍφの縮
径部２を形成した試験片（全体の長さが１４０閣で、縮
径部は５０ｍ）を各村の３Ａｔからその長手方向と圧延
方向が一致するように採し、試験した結果負荷応力と破
断繰返し数との関係で示すと第１の通りである。即ちＡ
、Ｂ材は何れもＣ材つは全般的に長寿命を示す傾向が認
められ、）力が低くなる程疲労寿命の差は顕著となる。

ｔば負荷応力２３　ｈ　ｆ　／ｍ”での疲労寿命を比較
すると、人材は１２６万回、Ｂ材は１１１万回であるの
に対してＣ材は７６万回であり、この応力レベルにおい
てＡ、Ｂ材はＣ材よりもそごれ６６俤、４６チの寿命増
加を示している。

正記のように本発明材が比較材より海水中の腐食疲労特
性の優れていることは以下の事実によっても確認される
。

即ち第５図に負荷応力２　ａ　Ｋｙｔ／ｗ”　で破断し
た各試験片表面の走査型電子顕微鏡写真を示すが、同図
中Ａ、Ｂとして示した本発明の人材、Ｂ材の表面は極め
て平滑であるのに対して比較材の表面はマクロ組織が露
出して凹凸の程度が著しいもので、腐食による表面の凹
凸度合いが結晶粒サイズに依存しているため本発明によ
る細粒化が腐食による表面凹凸を低減させたものと言え
る。

又第２に、第６図に比較材の表面近傍断面のピットが形
成されており、本発明によるものはＡ？−ライトの微細
分散化、Ｓの低減によるＭｎＢの減少がこれらの第２相
粒子およびその周辺の溶解脱落による腐食ピットの形成
を抑制したものと言える。なお・９−ライト量、ＭｎＳ
量の腐食疲労寿命に及ぼす影響を明らかにするため第３
図に示す如く、Ｃ量とＳｌｉを座標にとり、負荷応力２
３Ｋｏｆ／ｍ”で寿命が１０６回を超えるか否かを判定
した。即ち図中にはこれ１でに発表されている５０キロ
級鋼のｆ−夕もプロットしであるが、この図から本発明
で規定する範囲内にＣ量、Ｓ量を制御することが腐食疲
労特性の改善上必須要件となっていることが明らかであ
る。

第３に、それらの結果として、前記した第５図によると
本発明材の方が長時間の試験を行ったにも拘わらず疲労
亀裂は殆んど認められないのに対し、比較材では疲労亀
裂が早期に多数発生し、亀裂間での合体が頻発し寿命の
低下を招いたものと言え、本発明によるものの疲労亀裂
抑制効果は明らかである。

以上説明したような本発明によるときは耐腐食疲労性に
おいて極めて優れた鋼材を得る−ことができ、靭性およ
び溶接性において良好であると共に特殊な合金元素によ
るものでないから経済性に優れた海洋構造物用５０キロ
級鋼を提供し得るものであって、工業的にその効果の大
きい発明である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の技術的内容を示すものであって、第１図
は腐食疲労試験片の説明図、第２図は負荷応力と破断繰
返し数との関係を示した図表、第３図はＣ量、Ｓ量の腐
食疲労寿命に及ぼす影響を示した図表、第４図は本発明
の実施例によるものｃＡ材、Ｂ材）と比較材ｃＣ材）に
片表面性状を示す写真、第６図は比較材ｃＣ材）につい
ての表面近傍断面を倍率４００倍でその腐食ピットの形
成状態を示した顕微鏡写真である。 特許出願人　日本鋼管株式会社 発　明　者　藤　１）　高　仏 間　稲　垣　裕　輔 第　／　鵬 第　２　岡 第　Ｊ　況 、５重（／、） 手続補正書（１人） ｑ８Ｉｕ−’へ９８ 特許庁長官者　杉　和　夫　殿 １、事件の表示 昭和タタ年待　許願第♂２Δｄ２　号 事件との関係ｑ＃　許出願人 名称（氏名）日本鋼管株式会社 ４、代理人 補　正　の　内　容 ｌ２本願明細書中温１７頁６〜１３行目中に［第４図は
・・・・・・・・・・・・・・である。］とあるのを「
第４図は本発明の実施例によるもの（人材１．Ｂ材）と
比較材（Ｃ材）についての表面における金属組織を示す
倍率４００倍ζこよる各顕微鏡写真、第５図はその腐食
疲労試験後の倍率７５倍の各試験片表面における金属組
織を示す写真、第６図は比較材（Ｃ材）についての表面
近傍断面の金属組織について倍率４００倍でその腐食ピ
ットの形成状態を示した顕微鏡写真である。」と訂正す
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｃ：０．１Ｚｗｔ係以下、　Ｓｔ：０．５ｗｔチ以下、
   ＭＦＩ：０．５〜１．６ｗｔ％、Ｐ：０．０２ｗｔ１以
   下。 Ｓ：０．００４ｗｔ％以下 を含有し、更に必要に応じて、 Ｃｕ　：　０．１”−０，５ｗ　ｔ　％、　Ｎｌ：０．
   ５ｗｔ１以下、Ｃｒ：０．５ｗｔ％以下 の何れか１種又は２種以上を含有し、残部が鉄および不
   可避的不純物からなる鋼片を熱間圧延するに際し該鋼片
   加熱温度を１２００ｔ：’以下と′し、オーステナイト
   再結晶域での累積圧下率を２０チ以上、未再結晶温度域
   での累積圧下率を６０係以上とし、且つ仕上り温度を７
   ００〜８００Ｃとする圧延を行い、次いで上記圧延後直
   ちに５〜２５Ｃ／ｓｅｃの平均冷却速度で６００〜５０
   ０Ｃまで冷却し、以後放冷することを特徴とする耐腐食
   疲労特性の優れた海洋構造物用５０キロ級鋼の製造法。