JPS61136622A - 高強度低合金鋼極厚鋼材の製造方法 - 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】 （産業上の利用分野ン 本発明は高温圧力容器に使用されるＭｏ系、０「−Ｍｏ
系低會金鋼極厚鋼材の高温強度（４９にクリープ強ｆ）
を高めるための製造方法に係わるものである。

（従来技術及び問題点］ Ｍｏ系、Ｏｒ−Ｍｏ系低会金耐熱鋼は、そのすぐれ次高
温強度、耐水素侵食性等から化学工業１石油化学０石油
精製などの高温高圧の反応容器に広く使用されている。

ところで最近の高温反応容器は。

効率向上のため大型化、高温化、高圧化の動きがあり、
これに伴なって装置の厚みがますます厚くなる傾向があ
る。モノブロックで製作する場せ。

極厚化は板厚中心部の冷速の低下を招き０強度。

靭性の低下をもたらす、ｔた壁厚の増大は応力除去焼鈍
時間全長く必要とするととくなシ、この点からも強度低
下につながる。

このような事情から、これまでの成分系に対して壁厚の
極度の増大を招かない友めの高温強度の上昇、定期検査
時の圧力テストによる脆性破壊を防止するための高靭性
及び耐焼もどじ脆化性など強度、靭性面からの新たな配
慮が必要となる。

また、従来の操業温度にくらぺて１反応効率を高めるた
めの高温化の動きは、これまでの鋼重りより一層耐水素
侵食性が高く、且つクリープ強度の高い鋼を要求してい
る。このような高温化に対応し°うる鋼としては、たと
えば３０ｒ　−Ｉ　Ｍｏ鋼が水素侵食の点で５３８℃ま
で耐えるとされているが、高温強度が低いという欠点が
ある。

即ち従来から知られているＯｒ−Ｍｏ系低合金鋼として
は、特開昭５０−１３０６２１号公報あるいは特開昭５
５−４１９６１号公報などに：り知られている鋼がある
が、これらはいずれも高温で充分表強度金保証できず、
鋼材成分のみで前記の如き問題点全解決するには達して
いない。

ｃ問題点を解決するための手段１作用）本発明者等は前
述したようなこれまでの低含金耐熱鋼より一層の強度上
昇を因るため種々実験を繰り返した結果、適量のＶ、Ｎ
ｂ、Ｔｉ等の強化元素を添加した鋼を用い、特定の温度
域で熱間加工を行い８次いでオフライン焼入−焼戻しを
したものは強度、靭性が共和向上するという知見を得て
。

特願昭５９−２０７７６３号として特許６鳳した。

そしてひきつづき研究を進めるうち、この先厘発明と同
等もしくはそれ以上の高強度、高靭性の低會金鋼極厚鋼
材金低コストで製造できるという知見を得て１本発明を
完放したものである。

即ち本発明は１重量係でｏ　ｏ、ｏ　ｓ〜０．２０　％
　。

ｓｔ　ｏ、ｓ　ｏ　ｓ以下、　Ｍｎ　０．２〜１．５　
’１ｋ　、　Ｏｒ　５．０　％以下。Ｍｏ０．４〜１．
５　％　、　Ｖ　Ｏ，３５’４以下、　Ｎｂ、Ｔｉ　（
７）１種又は２種合計で０．０１〜０．１２　’ｆｋ　
、８ｏ１．ｕｏ、０１〜０．１憾を含有し、まｔはこれ
に更ＶＣ８０，０００３〜０．００２％　１−添加する
と共ＩＣＮ０．００８％以下に制限した鋼塊或いはスラ
ブ１１１００〜１２８０ｔｌ：に加熱後、８００−１０
５０℃テノ圧エテノ加工前原／仕上り厚）が１．２以上
となる熱間加工を行い１次いで直ちに８００℃以上の温
度から直接焼入れし、しかるのち焼戻しを行なうことを
特徴とする高強度低合金鋼層厚鋼材の製造方法である。

以下に本発明の詳細な説明する。

まず１本発明において極厚鋼材とは１００閤超の板厚範
囲のものを指す。これ＃ｉ、先にも述べた化学工業１石
油精製等の用途において装置の大型化文は高圧化によっ
て従来の１００＋ｎ＋以下の厚みにくらぺて増大してい
る所から、上記のような板厚範囲のものを対象としたも
のである。

次に本発明法の対象とする鋼の各成分を前記の如く定め
定限定理由について述べる。

ｏＦｉ強度保持上必要であるが、０．２０１Ｔｈ超すと
溶接性ならびに靭性を損なうので上限を０，２０係とし
、下限はこれ未満でＦｉ溶接後熱時に高いテンノぐ−ノ
９ラメータを採用した時強度の保持が困難な友めｏ、ｏ
　ｓ　ｓとした。ここでテンノぞ−ノぞラメータ（Ｔ、
Ｐ、）とはＴ、Ｐ、＝Ｔ（２０＋Ｉｏｇｔ　）で求める
ものである。但しＴ：温度（Ｋ）、ｔ：時間（ｈｏｕｒ
）である。

８ｉは脱酸剤として添加されるものであるが１強度の向
上にも効果がある元素である。しかし多すぎると溶接性
、靭性に悪影響が出るのでｏ、ｓ　ｏ　ｓ以下とし次。

Ｍｎは脱醸のためのみでなく１強度保持にも必要な成分
である。しかし１．５俤を超すと靭性の点から好ましく
ないので上限Ｑ１．５１とし、下限は極厚材の強度保証
の点から０．２係とした。

Ｏｒは耐酸化性、耐水素侵食性ならびに強度の点から必
要であるが、５悌を超して添加すると溶接性に対して問
題が生ずるので上限を５％とし次。

Ｍｏは著しく高温強度を高める元素であるが。

０．４１未満では効果が極端に低下し、１．５係を超し
ても効果の増大はほとんどない上に？ｌ接性に悪影響を
及ばずので、上限！−１，５チ、下限を０，４１とした
。

■は焼もどし軟化抵抗を著しく高める友め’ａ　Ｍ。

と同様に高温強度の向上に顕著な効果のある元素である
が、０．３５％を超えて添加すると溶接性に決定的な悪
影響を与えるために上限を０，３５１とした。

次にＮｂ　、　Ｔｉ　は結晶粒を微細ｆヒし０強度も向
上する元素であるが、そのｔ＃″を単独又は曾計で０．
０１幅未満では効果がなく、ま友０．１２慢を超すと却
ってクリープ強度が低下するので、上限！−０．１２憾
、下限を０．０１係と定め次。

５ｏをＡｔは靭性の向上に有効な元素であるが。

０．０１係未清では効果が弱＜、０．１０９６金超すと
熱間加工性に悪影Ｗｔ与えるので、上限全０．１０係、
下限を０．０１１とした。

以上が本発明による鋼の基本取分であるが、板厚が極端
に厚くなると焼入性を考慮した成分系が必要となる。

Ｂは極厚材で焼入の際の冷却速度が極度に遅くなつ次項
ｅＫ７エライトの析出を防止し、４イナイト組織を確保
するのに有効な元素であるが。

０．０００３１未満ではＳ、を量を如何に多量にしても
後述するＮ量を如何に下げても焼入性に効果がない。ま
た０、００２０１超では偏析のため加工性。

溶接性に悪影響があるので、上限を０．００２Ｑ％。

下限ｔ？ｏ、ｏ００３＊トＬ−７ｔ。

Ｎは上述のごく微量の８で焼入性を確保する九めにＡｔ
の添加とともにその量を低く抑えることが有効であるが
、０．００８９６以下にすることに工って微量Ｂの効果
がはじめて現われてくるので。

ｏ、ｏ　ｏ　ｓ％以下に抑えることにした。

以上が本発明ＶＣよる製造方法の適用対象鋼であるが、
この鋼を用いて高温強度を高め、かつ靭性も同時に確保
するための製造方法九ついて以下に述べる。

まず、鋼塊あるいはスラブは通常の製鋼手段で溶魅し、
連続鋳造又は普通造塊で鋳塊にするが。

そのあと熱間圧延に先立つ加熱は、　ＮｂＯ、ＴｉＯｔ
オーステナイト中に固溶させその後の析出によって強化
を期待するためには、１１００℃以上の加熱とすること
が必要である。しかし、１２８０℃を超えて加熱すると
結晶粒の粗大化が始まり、最終成品の靭性に悪影響がで
るので、加熱温度の上限を１２８０℃、下限’を１１０
０℃とした。

次に、熱間加工とはこの場合鍛造、リング圧延。

ロール圧延等を指す。

この熱間加工に於て、温度範囲８０（）〜１０５０℃に
て圧下比（加工前厚／仕上り厚）１．２以上の熱間加工
を施こす理由は、極厚鋼板の板厚中心部まで十分な加工
を施こし、それによって中心部まで結晶粒の微細化を図
り、靭性の向上を図ったものである。

熱間加工の下限温度は、後の冷却開始温度８００℃確保
のため８００℃以上とする。又、１０５０℃以上では高
温の友め熱間加工による細粒化効果が失われる。

圧下比（加工前厚／仕上り厚ンが１．２未満では板厚中
心部まで十分な加工がなされず、細粒化が不十分となり
靭性の向上が望めない。しかして圧下比は８００〜１０
５０℃における熱間加工回数り含計圧下比で良く、でき
るだけ大きい方が細粒化にとって好ましい。

上記の熱間加工後直ちに８００℃以上の温度から直接焼
入れすることが、先に述べた鋼成分お工び熱間加工条件
を生かし、前記先願発明と同等ないしはそれ以上の高強
度高靭性を備え友低曾金鋼極厚鋼材を製造する本発明の
ポイントである。しかして焼入れ開始温度が８００℃未
満の場會、固廖し７？：　Ｖ　、　Ｎｂ　、　Ｔｉ等の
強化元素が一部析出し。

強化に寄与しなくなるので８００℃以上とした。

次に、焼戻しは均質で優れた強度、靭性を得るｔめに行
うものであり０通常のＯｒ　−Ｍｏ鋼の焼戻しく例えば
６２５〜７００″ｃＸ３０分以上保持）と同様に行なう
ものである。

以下に本発明の効果全実施例についてさらに具体的に述
べる。

Ｃ実施例〉 第１表に供試鋼の化学組ＷＩｔを示す、供試鋼は高周波
炉で溶解、造塊を行い、その後鍛造で６０ｔＸ１００ｗ
Ｘ２００ｔの形状の素材としたものである。ま次、第２
表に熱間加工及び冷却条件と冷却速度、その冷却速度に
対応する実鋼板での相当板厚、Ｔ（２０＋ｔｏｇりで計
算されるテンノぞ−）ぐラメータ、諸特性、すなわち常
温、高温引張特性。

クリープ破断特性、０℃の衝撃値Ｔｒｉ（ｌ　ｔ”示す
。

なお、常温引張りはＪＩ８４号高温引張り１．クリープ
破断試験はＪＩ８標準試験片を用いて行つ友。

第２表において、Ｎｏ、１．３，６，７，８，１１゜１
２．１４．１５Ｆｉ、比較例、　ＮＯ，２、４、５、９
、１０。

１３は本発明例である。

Ｎｏ、　１〜Ｎ０．７は３０ｒ　−Ｉ　Ｍｏ系鋼に関す
るもので、ＮＯ，１は通常工程材、すなわち熱間加工後
いつｔん常温まで冷却し、その後再加熱して９５０℃よ
り焼入れ処理しｔもので１強度及びクリープ破断強度の
いずれも充分な強度が得られていない。

Ｎ０１３は加熱温度が本発明の要件を潰さないもので。

結晶粒が粗大化し靭性の劣化が大きい。Ｎ００６は熱間
加工の圧下比が本発明の要件を満さないもので。

靭性値が低い。Ｎｏ、　７は熱間加工後の直接焼入温度
が低すぎるため常温、高温のいずれの強度及びクリープ
破断強度も低い。

一方、ＮＯ，２，４，５は本発明の要件を濡す範囲内で
製造されたもので、いずれもクリープ破断強度が高くか
つ高強度、高靭性を示し、優れた材質となっている。

次に、　ＮＯ，８〜Ｎｏ、　１１は１　・１／４０’ｒ
　−１／２　Ｍｏ鋼に関するものである。Ｎ０１８は通
常工程材、すなわち熱間加工後いつｔん常温まで冷却し
、その後再加熱して９３０１：！り焼入れ処理したもの
で、充分な強度が得られていない。ＮＯ，１１は熱間加
工後の直接焼入温度が低い友め十分な強度が得られてい
ない。

Ｎ０２９は本発明の要件金満す範囲で製造されたもので
あり１強度、靭性ともに高水準であり、かつクリープ破
断強度も高い。Ｎｏ、１０も本発明の要件を満す範囲で
製造されたもので、圧下比が下限ぎりぎりのため靭性値
がやや低目であるが１強度並びにクリープ破断強度は高
い値である。

次に、ＮＯ，１２〜Ｎ０．１５はＭｎ　−Ｍｏ系鋼くか
かわるものである。ＮＯ，１２＃ｉ通常工穆材、すなわ
ち熱間加工後いつｔん常温まで冷却し、９００’ＣＫ再
加熱して焼入れ処理したもので、充分な強度が得られて
いない。Ｎ０１１４は加熱温度が本発明の要件を満さな
いもので、細粒化が不充分で靭性値が低い値となってい
る。Ｎｏ、１５は熱間加工後の直接焼入温度が本発明の
要件を満さないため、充分な強度が得られていない。

これに対し、Ｎｏ、１３は本発明の要件を満す範囲内で
製造されたもので１強度、靭性はもとより。

クリープ破断強度も高水準となっている。

（発明の効果） 以上の如く６本発明の製造法によれば従来の製造法に比
し、一段とクリープ破断強度、高温強度が高く、靭性と
のバランスのとれた鋼材が得られる。したがって、高温
高圧装置の大型化、高温化に対応でき、装置の軽量化に
好都せであるばかりでなく、熱間加工後直接焼入れする
方法であり。

従来の如く熱間加工後一旦常温まで冷却し焼入温度に再
加熱する必要がないので、低コストでかつ製造工期の短
縮が可能である等、産業上効果の大きい発明である。

代理人　弁理士　　秋　沢　政　光 信２名

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で０：０．０５〜０．２０％、Ｓｉ：０．
   ８０％以下、 Ｍｎ：０．２〜１．５％、 Ｃｒ：５．０％以下、 Ｍｏ：０．４〜１．５％、 Ｖ：０．３５％以下、 Ｎｂ、Ｔｉの１種又は２種合計で ０．０１〜０．１２％、 Ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１〜０．１％ を含有し、またはこれに更に Ｂ：０．０００３〜０．００２％ を添加すると共に Ｎ：０．００５％以下 に制限した鋼塊或いはスラブを１１００〜１２８０℃に
   加熱後、８００〜１０５０℃での圧下比（加工前厚／仕
   上り厚）が１．２以上となる熱間加工を行い、次いで直
   ちに８００℃以上の温度から直接焼入れし、しかるのち
   焼戻しを行なうことを特徴とする高強度低合金鋼極厚鋼
   材の製造方法。