JPS62202057A - 多層容器用Cr−Mo鋼板 - Google Patents

多層容器用Cr−Mo鋼板

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JPS62202057A
JPS62202057A JP4474486A JP4474486A JPS62202057A JP S62202057 A JPS62202057 A JP S62202057A JP 4474486 A JP4474486 A JP 4474486A JP 4474486 A JP4474486 A JP 4474486A JP S62202057 A JPS62202057 A JP S62202057A
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steel
less
steel plate
toughness
strength
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JP4474486A
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Haruo Kaji
梶 晴男
Mutsuo Hiromatsu
広松 睦生
Shoji Tone
登根 正二
Akihito Nishijima
西島 明史
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Kobe Steel Ltd
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Kobe Steel Ltd
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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] 本発明は、多層容器用Cr −M o鋼板に関する。
[従来の技術] Cr −M o鋼板は、一般に、高温における強度や耐
酸化性にすぐれるため、従来より、石油精製をはじめと
する化学工業プラントにおける中・高温圧力容器や、発
電プラントにおける給水加熱器等として広く用いられて
いる。
一般に多層容器は、第3図に示すように、内筒1に半円
又は3分円状の多層板2を締め付け、!1目3に長手溶
接4を行ない、このようにして、所要枚数を巻き多して
単位円筒5を構成する0次いで、第4図に示すように、
この単位円筒5の必要数を同軸的に組み合わせ、この単
位円筒の円周に沿って円周溶接6を施して接合し、更に
、両端にフランジ7又は鏡板を溶接することによって製
作される。
従゛来のCr −M o鋼板は、通常、C含有量が0.
15%程度と高く、且つ、Cr、Mo等の合金成分を多
量に含有しているために、溶接割れ感受性組成を示す指
標であるPCMが高い。
従って、その溶接施工に当たっては、低温割れ防止のた
めに、通常、150〜350℃程度での高温の予熱を必
要としている。
[発明が解決しようとする問題点] 多層容器の製作において、前記単位円筒を長手溶接にて
製作するに際して、高温にて予熱を施すときは、熱膨張
のために開先部の精度が著しく低下し、前層との間に空
隙間を生じ、長手溶接が非常に困難となる。また、仮に
溶接ができたとしても、溶接欠陥を生じやすく、健全な
継手部を選ることが困難である。このために、Cr−M
o鋼板は、高温材料としてすぐれた特性を有しているに
もかかわらず、多層容器への適用は実用化されていない
他方において、低温割れ感受性を低めて溶接性を改善す
るためには、PCMを低減すること、特にclを下げる
ことが有効であることは既によく知られている。Cr−
Mo’a41Fiにおいても、かかる手段によって溶接
性を改善することは可能であるが、C量を低減すれば、
強度や靭性の低下、高温クリープ強度の低下等の問題を
生じる。特に、多層容器の製作に用いられる鋼板自体は
、その板厚は32 m m以下と薄いものの、これを積
層した単位の円筒の肉厚はlOO〜500mm程度にも
達するため、圧力容器の組み立て時の円周溶接後のSR
は、100〜500 m mの肉厚に基づいて実施され
る。従って、多層容器の製作に用いられる°Cr−Mo
鋼板は、それぞれの板厚が32 m m以下であっても
、板厚100〜500mm材に相当するSR後にも、所
定の強度及び靭性を保持していることが要求される。従
って、単にC量を低減するのみでは、多層円筒容器の製
作に適用し得るCr−Moを得ることができない。
また2合金元素Bは、従来、焼入れ焼戻しを行なう調質
鋼については広く利用されている。
近年では焼ならし鋼乃至焼ならし焼戻し鋼にも微量のB
を添加することにより、鋼の焼入れ性の増加を図り1強
度を増加させる方法が実用化されている。
しかし、Cr −M o鋼に関しては、B添加は、#S
R脆化特性の付与及び高強度高靭性化、熱間加工性の改
善等の目的に限られており、C含有量が、約0.11%
以上であるC r −M o鋼では、大幅な溶接性の改
善は実現されていない。
[発明の目的] 本発明は、すぐれた耐溶接割れ性を有し、溶接施工時に
予熱なしにて溶接が可能であり、そのうえ、高温長時間
のSR熱処理後にも、高強度高靭性を有する焼ならし焼
戻し型の多層容器用Cr −M o鋼板を提供すること
を目的とする。
[発明の概要] 出願に係る第1の発明は、 C0.02〜o、io% SL   0.02〜1.00% M n   0 、20 NO、90%P    0.
020%以下 s    o、oio%以下 Cu     0.05〜0.35% Ni     0.05〜0.35% Cr     1.65〜3.50% M o     0  、 75〜!、  、  25
%B      0.0002−0,0020%sol
  An   0 .002〜0 .100%Sn  
 0.010%以下 sb   o、oio%以下 As   0.010%以下 残部が、鉄及び不可避的不純物よりなり、44C−7S
i−7Mn(1)≧O を満足すると共に、 で定義されるPCMが0.33%以下であることを特徴
とする多層容器用Cr −M o鋼板である。
また、本出願に係る第2の発明は、上記した化学成分に
加えて、 T i   0 、005〜0.07%Nb   0.
005〜0.07% V    0.005〜0.07%、及びCa   0
.0005〜0.0070%よりなる群から選ばれる少
なくとも1種の元素を含有することを特徴とする。
以下に本発明について詳細に説明する。
本発明によるC r −M O鋼において、Bは、オー
ステナイト中に固溶し、納品粒界に偏析して、フェライ
ト変態を抑制するため、鋼の焼入れ性を向上させる。し
かし、他方において、Bは、鋼中のNと結合しやすく、
BがBNを生成すると、鋼中におけるBの有効量が減少
し、焼入れ性を低下させる。従って、本発明鋼において
は、鋼の焼入れ性を向上させるべく、Bの有効量を確保
するために、鋼中のN量を低減すると共に、Auによっ
てNを固定する。しかし、Bを過多に添加するときは、
オーステナイト粒界にB化合物が析出し、却って焼入れ
性を低下させるので、本発明においては、Bを適正量を
添加することが必要である。
しかし、本発明鋼のように、低C鋼においては、Bの焼
入れ性向上効果を利用するだけでは、強度、靭性ほか目
的とする望ましい特性を得ることは困難である。ここに
おいて、本発明者らは、研究を瓜ねた結果、低C鋼にお
いて、Bを適正量添加して、その焼入れ性向上効果を利
用すると共に、Cu及びNiを複合添加することにより
、鋼の焼入れ性を一層向上させると・同時に、Bの焼入
れ性向上効果その相乗効果によって、低Cの成分系にも
かかわらず鋼組織はベイナイトとなり、同時に、微細な
炭窒化物が結晶粒内に析出し、強度及び靭性を向上させ
ることを見出した。更に、ベイナイトは、各合金元素の
その固溶限が高いために、納品粒界に析出物を生じ難い
性質を有しており、その結果として、SR後の特性及び
クリープ破断強度が改善されることも見出した。
ここに、上記の効果を確実に得るためには、熱処理時の
オーステナイ化を十分に行ない、合金元素を十分に固溶
させることが必要である。
合金元票の固溶が十分である場合は、仮に熱処理後に十
分な強度及び靭性が得られたとしても、高温長時間のS
R後には、析出物の凝集と粗大化によって、特に、靭性
が著しく低下する。更に、本発明鋼におけるように、低
C鋼の場合は、clの低減に伴って、オーステナイト化
のための温度、即ち、Ac3点が上昇するので1通常の
オーステナイト化温度である910〜930℃の温度へ
の加熱によっては、充分なオーステナイト化が困難とな
る。しかし、オーステナイト化温度を上昇させることは
、結晶粒が粗大化し、靭性を劣化させるので、避けるべ
きである。更に、鋼板製造の実操業時においては、オー
ステナイト化温度を高くすることは、熱処理炉の損傷を
激しくし、他の鋼材との同時装入も制限されることとな
るために、これも避けるべきである。
そこで、本発明者らは、A(l変態点に影響を与える元
素について詳細な研究を重ねた結果、Cr −M o鋼
における化学組成を限定すると共に、その組1ItX囲
内において、c量に応じてSi及びM n Qを規制す
ることによって、オーステナイト化温度を高める必要な
しに、通常のオーステナイト化温度にて十分にオーステ
ナイト化を達成し得ることを見出した。
更に、SRによる鋼の脆化要因としては、上述した析出
物の凝集及び粗大化とは別に、SR処理時の冷却速度が
遅いために生じる焼戻し脆化をも考慮する必要がある。
この焼戻し脆化は、SR処理時に550〜350℃の温
度域を緩慢に冷却されるため、結晶粒界にP、Sn。
Sb、As等の不純物が偏析し、粒界を脆化させるため
に生じる0本発明者らは、これらを防ぐためには、上記
した不純物元素量の低減規制が有効であることを見出し
た。
また、高温長時間のSR後にもすぐれた靭性を確保する
ためには、SR前の状態でできる限り高い靭性値を得る
必要があることも見出した。
本発明は、上記した新しい知見に基づいて完成されたも
のである。
Cは、鋼の強度を確保するために、発明鋼においては、
0.02%以上を添加することが必要であるが、反面、
Ciの増加と共に溶接性、靭性が低下するので、添加量
の上限は00lO%とする。
Siは、強度の確保及び耐酸化性の向上のために有効で
あるが、焼戻し脆化感受性を高めるので、添加量は0.
02〜1.00の範囲とする。
Mnは、鋼の強度と延性を高めるのに有効であるが、過
多に添加すると、溶接性が低下するので、添加量は0.
20〜0.90%の範囲とする。
ただし、StとMnは、前述したように、SR処理後の
靭性を確保する観点からC量に応じて添加量を制御する
必要がある。
第1図に、本発明で規定する範囲の化学成分を有する板
厚9〜32mmのCr −M o鋼板について、44G
 −7Si+7Mn($)と衝撃特性の関係を示す、焼
きならし焼戻しの状態では、すべて良好な靭性を有して
いるが、690℃で27時間(7)SR処理後ハ44C
−7Si÷7Mn($)カ0 % J: !J モ小さ
い場合にはVEOが急激に低下すると同時に、破面遷移
温度VT r sも大幅に上昇していル、コレニ対し[
,44C−7SiSiH2($)が0%以上であるとき
は、SR処理も、vEoは20kgf11m以上、vT
 r sも−20”0以下で良好な靭性を示している。
従って、C,Si及びMnは、 44C−7Si+7Mn($)≧0−−−−−(1)の
関係を満足するように添加する。
Pは、鋼中に不純物として含有されるが、靭性及び溶接
性を損なうばかりでなく、焼戻し脆化感受性を高めるた
め、極力低減することが望ましい、従って、本発明にお
いては、Pの含有量が0.020%以下とする。
Sも鋼中に不純物として含有されるが、鋼の靭性を著し
く損なうので、極力低減することが望ましく、含有量は
0.010%以下とする。
Cuは、固溶強化及び析出強化に有効な成分であり、か
かる効果を有効に発揮させるためには、少なくとも0.
05%を添加する必要がある。一方、0.35%を越え
て過多に添加すると、熱間加工性及び溶接性が劣化する
ので、Cuの添加量は0.05〜0.35%の範囲とす
る。
Niは、鋼の焼入れ性を増し、且つ、高温におけるオー
ステナイト粒界へのCuの析出による亀甲割れを防止す
るのに有効な元素である。
かかる効果を有効に発現させるためには、0.05%以
上を添加する必要がある。
Crは、高温における耐酸化性と強度を確保するのに有
効であるが、過度に添加すると溶接性が劣化する。従っ
て、添加量は1.65〜3.50%とする。
MOは、鋼の焼入れ性、特にBと共存した場合の焼入性
を高めるのに不可欠な元素であり、また、焼戻し軟化抵
抗を高め、高温強度の向」−にも有効であって、0.7
5%以上添加する必要があるが、高価な元素であるので
、その添加量は0.75〜1,25%の範囲とする。
Bは、前述したように、焼入れ性を高め、強度上昇に有
効であるので1本発明鋼においては、0.0002%以
上を添加することが必要である。しかし、0.0020
%を越えて過剰に添加するときは、B化合物を生成し、
焼入れ性を低下させると同時に靭性の劣化を伴う。
、従って、添加量の上限は0.0020%とする。
、。+Allは、Nを固定し、また、組織を微細化する
作用があるが、その含有量が0゜002%よりも少ない
ときは、上記の効果が期待できず、一方含有量が0.1
0%を越えると、鋼塊表面割れの原因となることから、
その含有量は0.002〜o、ioo%の範囲とする。
Sn、Sb及びAsは、SR処理時の冷却過程において
結晶粒界に偏析し、靭性を損なうので、含有量はそれぞ
れ0.010%以下とすることが必要である。
前記pcsは、よく知られているように、溶接時の低温
割れ感受性を示す指標であり、溶接施工時に予熱なしに
て割れを生じることなく溶接を可能とするためには、こ
の値を極力低く抑える必要がある。そのため、PCNを
0.33%以下とする。
本発明によれば、第2の発明による Cr−Mo鋼板は、前記した元素に加えて、Ti、Nb
、V及びCaよりなる群から選ばれる少なくとも1種以
上の元素を含有する。
Tiは、高温まで安定してNを固定し、且つ、組織を微
細化する効果を有する。かかる効果を有効に発揮させる
ためには、少なくともo 、oos%を添加する必要が
あるが、0゜07%を越えて過多に添加するときは、靭
性を劣化させるので、添加量が0.005〜0.07%
の範囲とする。
Nb、Vは共に、結晶粒を微細化して強度を向上させる
のに有効であるが、それぞれ0゜005%未満ではその
効果が期待できず、一方、それぞれ0.07%を越える
ときは、靭性及び溶接性を劣化させるのみならず、経済
性の点からも好ましくない、従って、その添加量は、そ
れぞれ0.005〜0.07%の範囲とする。
Caは、靭性を改善し、且つ、溶接継手及びボンド部の
靭性を向上させ、更に、板厚方向の特性を改善する。か
かる効果を有効に発揮させるには、少なくとも0.00
05%を添加することが必要である。しかし、0.00
70%を越えて過多に添加するときは、非金属介在物の
量が増して、延性を低下させる。従って、本発明鋼にお
いては、その添加量をo、ooos〜0.0070%の
範囲とする。
上記Ti、Nb、V及びCaは必要に応じて適当に組み
合わせて使用されるが、■を添加する場合も、PCHを
前述した値以下に抑える必要がある。
尚、不純物として含有されるNは、その量が余りに多い
ときは、前述したように、BNを生成しやすくなり、そ
の結果、焼入れ性に有効なり量を減少させ、鋼の焼入れ
性を低下させるので、本発明においては、N量は0.0
07%以下とすることが好ましい。
本発明によるC r −M o鋼板は、常法に従って前
記所定の化学成分を有する鋼塊又は鋼片を熱間圧延し、
その後、引続いて熱処理を行なえばよい、板厚を32m
m以下としたのは、32mmを超えると溶接時に予熱が
必要となるからである。
し実施例] 以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこ
れら実施例により何ら限定させるものではない。
(実施例) 第1表に本発明による多層容器用Cr−M。
鋼板A−F及び比較例としてのCr −M o鋼板G−
にの化学成分、PCM及び前記式(1)の値を示し、第
2表にこれら鋼板の板厚、熱処理条件、その引張特性、
衝撃特性及び溶接性を示す。
本発明によるC r −M o鋼板は、いずれも、従来
型の高C量Cr−Mo鋼板に比較して、C量を著しく低
減しているためにpc−が低い。
その結果、斜めY形溶接割れ試験JISZ3158にお
けるルート割れ防止予熱温度が室温であることから、本
発明鋼は全て予熱なしに°溶接が可能である。
更に、本発明鋼板においては、焼きならし焼戻しのまま
は勿論、前記(1)式値を05以上としているため、6
90℃で27時間という条件のような高温長時間のSR
処理を実施した後でも、50 kgf/mゴ以上の引張
強さが得られる。
また衝撃特性においても、0℃における吸収エネルギー
vlEoは20 kgf、m以上である。
一方比較例においては比較鋼G及びHは従来型のCr 
−M o鋼板であり、Clが多いので、斜めY形溶接割
れ試験におけるルート割れ防止予熱温度はそれぞれ17
5℃、200℃である。従って、これらの鋼板を溶接す
る際には、低温割れの発生を防止するために、予熱を施
すことが必要不可欠であるので、前述した理由によって
、これらの鋼板を多層容器の製造に適用することができ
ない。
また、比較鋼I、J及びKはC量を低減しているために
、溶接性は多層容器用鋼板としての要求を満たしている
。しかし、比較鋼重はB無添加鋼板であり、また、比較
鋼JはCu及びNi無添加鋼板であるので、いずれも6
90℃で27時間のSR処理後、引張強さが 50 kgf/mゴ以下となり、多層容器用鋼板として
は強度が不足している。
比較鋼には、前記(1)式値が−0,60%であって、
本発明で規定する範囲になく、焼きならし焼戻しままで
は、高強度高靭性を有するが、690℃で27時間のS
R処理後は、vlEoが5 、3kgf−mテあッテ、
靭性の劣化が著しい。
以上のように、本発明Cr −M o鋼板によれば、予
熱なしに溶接が可能であり、板厚500azn材に要求
されるSR条件である690℃で27時間のような高温
時間のSR処理を施しても、すぐれた強度と靭性とを保
持している。
多層容器が450℃以上のクリープ領域で使用される場
合には、使用される鋼板は、十分なりリープ破断強度を
有していなければならない0本発明鋼板Aのクリープ破
断強度を従来型の鋼板(C量0.11〜0.16%)と
比較して第2図に示す、第2図において、横軸[P]は
、Larson−Mille rパラメータを示し、T
は試験温度(K)、tは試験時間(h、 )である0本
発明鋼の破断強度は、従来型のそれと比較して同等以上
である。これは、本発明鋼によれば、クリープ温度域に
おいて、ポンド発生の核となる結晶粒界上の炭化物の析
出が少ないうえに、粒界と粒内の強度差が小さいため、
粒界に歪の集中が起こり難いことによるものである。
[発明の効果] 以上のように、本発明によれば、C量を著しく低減して
、耐低温割れ感受性を低め、予熱なしにて溶接が可能で
あるのみならず、Bと共にCu及びNiを複合添加し、
更に、C,St及びM n iを相対的に制御すると共
に、不純物P 、 S 、 S n、 、 S b及び
As量を低減することによって、高温長時間のSR処理
後にもすぐれた強度及び靭性を保持し、従って、特に、
多層容器の製造に好適に適用し得る厚さ32mmのCr
 −M o鋼板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明で規定する範囲の化学成分を有する鋼
板について、(44C−7Si+7Mn)(%)と0℃
における吸収エネルギーvEo及び破面遷移温度y T
 r sとの関係を示すグラフ、第2図は、本発明鋼板
及び比較鋼板の高温クリープ破断強度を示すグラフ、第
3図は、多層容器の製作に用いられる単位容器を示す斜
視図、第4図は、多層容器の一例を示す断面図である。 第1図 (44C−775i −7Mn)  (’10)第2図 破断時間 (h) 15.0 16.○ +7.0  18.0 1’L0
 2CL0 210Larsan−Xi l1erパラ
メータ [P] = T (Qt+20)X10−’T
:試験温度(K) t:破断時間(h)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)C 0.02〜0.10% Si 0.02〜1.00% Mn 0.20〜0.90% P 0.020%以下 S 0.010%以下 Cu 0.05〜0.35% Ni 0.05〜0.35% Cr 1.65〜3.50% Mo 0.75〜1.25% B 0.0002〜0.0020% solAl 0.002〜0.100% Sn 0.010%以下 Sb 0.010%以下 As 0.010%以下 残部が、鉄及び不可避的不純物よりなり、 44C−7Si+7Mn(%)≧0 を満足すると共に、 P_C_M=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/
    20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B(%)
    で定義されるP_C_Mが0.33%以下であり、且つ
    組織がベイナイトであって、予熱なしに溶接が可能であ
    り、高温長時間の応力除去焼なまし処理後にも高強度高
    靭性を有する板厚32mm以下の多層容器用Cr−Mo
    鋼板。
  2. (2)C 0.02〜0.10% Si 0.02〜1.00% Mn 0.20〜0.90% P 0.020%以下 S 0.010%以下 Cu 0.05〜0.35% Ni 0.05〜0.35% Cr 1.65〜3.50% Mo 0.75〜1.25% B 0.0002〜0.0020% solAl 0.002〜0.100% Sn 0.010%以下 Sb 0.010%以下 As 0.010%以下 を含有し、更に、 Ti 0.005〜0.07% Nb 0.005〜0.07% V 0.005〜0.07%、及び Ca 0.0005〜0.0070% よりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含有し
    残部が鉄および不可避的不純物よりからなり、 44C−7Si+7Mn(%)≧0 を満足すると共に、 P_C_M=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/
    20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B(%)
    で定義されるP_C_Mが0.33%以下であり、且つ
    組織がベイナイトであって、予熱なしにて溶接が可能で
    あり、高温長時間の応力除去焼なまし処理後にも高強度
    高靭性を有する板厚32mm以下の多層容器用Cr−M
    o鋼板。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007321228A (ja) * 2006-06-05 2007-12-13 Kobe Steel Ltd Haz靱性に優れ、溶接後熱処理による強度低下が小さい鋼板
JP2023104430A (ja) * 2022-01-18 2023-07-28 日本製鉄株式会社 鋼材

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