JPS61130462A - 降伏応力１１０ｋｇｆ／ｍｍ↑２以上の耐応力腐蝕割れ性のすぐれた高靭性超高張力鋼 - 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） 本発明は強度と靭性にすぐれ、かつ、海水中での耐応力
腐蝕割れ性にすぐれた降伏応力１１０　ｋｇｆ／■２以
上の超高張力鋼に関するものである。

近年、海底資源開発や、海底地殻、地質調査など、深海
に対する関心が急速に高まり、造船業界ではこの海底開
発につながる深海用容器、潜水殻などの耐圧構造物の開
発、建造に意欲をもち、溶接を含めた施工技術の開発に
力を注いでいる。

潜水用容器など、海洋構造物は圧力により変形したり、
破壊してはならないものであり、従って安全性確保が最
重点項目として取り上げられている。これらの材料は、
構造効率の高い球殻とする必要性から、強度／重量比の
高い材料、即ち高強度で靭性のすぐれた性能が要求され
ており、さらに、これら高強度材が大気中と異なった雰
囲気、環境中で使用される場合、特に、応力腐蝕割れに
ついて十分検討が加えられなければならない。

（従来の技術） このような「より安全で信鯨性の高い材料を」という強
い要求に応えるため超高張力鋼としてＮｉ含有低合金鋼
の開発および品質改善が行われている。

例えば、特開昭５６−９３５８号公報のようにＣ＋　　
１／８Ｍｏ＋　Ｖ　＞０．２６で　Ｃｒ＜０．８Ｍ。

を特徴とするＮｉ　−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｖ系の降伏応力１０
０ｋｇｆ／Ｗ２以上の高強度高靭性鋼、特開昭５７−１
８８６５５号公報のように焼入処理において広い冷却速
度で高強度高靭性が得られるＮｉ−Ｃｒ−Ｍｏ　−Ｖ系
の降伏応力１１０　ｋｇｆ／ｍ”以上の超高張力鋼、さ
らに極低燐、極低硫処理した高靭性の焼入、焼戻し型合
Ｎｉ鋼の製造法など、多くの種類の製造法が開発されて
いる。

（発明が解決しようとする問題点） これらは、いずれの製造法も靭性向上には効果的である
。しかしながら使用環境を考えた場合、例えば海水中で
応力腐蝕を考えた検討はなされておらず、使用上十分安
全であるとはいい難い。

（問題点を解決するための手段） 超高張力鋼の応力腐蝕割れに関しては、米国ＮＲＬのＢ
、Ｆ、Ｂｒｏｗｎにより線型破壊力学の理論が取り入れ
られ、欠陥が存在する材料が腐蝕環境に対してどのよう
な破壊挙動をとるかを亀裂先端のに値を用いて定量化す
る方法が用いられている。

即ち、使用環境下において、予亀裂付きの試験片を用い
、ノツチ先端に非常に苛酷な条件を作ることにより遅れ
破壊を生じ易くして、ここに種々のに値のレベルで定荷
重試験を行うことによりある一定のに値以下では破壊を
生じない限界値に、、ｃＣ値を求めることによって耐応
力腐蝕割れ性が評価される。

本発明者らは、高強度で、高靭性を有し、かつ海水中等
における耐応力腐蝕割れ性のすぐれた鋼を開発すること
を目的に、各種成分組成の鋼を検討した結果、Ｎｉ含を
鋼で不純物元素特にＮと０を低減することによって、目
的の鋼が製造できることを知見した０本発明は、このよ
うな事実の知見に基づいて構成したもので、その要旨は
ｗｔ％にっき単に％で示した鋼の成分が Ｃ０．０６〜０．２０％、　　Ｓｉ　　０．３５％以下
。

Ｍｎ　　０．０５〜１．０％、　　Ｎｉ　　８〜１１％
。

Ｃｒ　　０．２〜２．５％、　　Ｍｏ　　０．７〜２．
５％。

Ｖ　　０．０５〜０．２％、　　Ａｌ　　０．０１〜０
．０８％。

Ｎ０１００５％以下、　　Ｏ０．００３％以下又はさら
に Ｃｕ　　２％以下、　　　　Ｎｂ０．１％以下。

Ｔｉ　　０．０５％以下、　　　Ｚｒ０．１％以下。

Ｔａ　　０．１％以下、　　　ｗｉ％以下の１種または
２種以上を含有したもので、いずれの場合もＡｌならび
にＮが上記組成範囲内でＡｌ　（％）×Ｎ（％）ＸＩＱ
’が１．５以下となることを満足し残りがＦｅおよび不
可避不純物からなる降伏応力１１０　ｋｇｆ／＋ｎ”以
上の高靭性かつ、耐応力腐蝕割れ性にすぐれた超高張力
鋼である。

（作　用） 本発明による鋼は、上記のような化学成分を有している
が、発明鋼における成分元素の限定理由を図面を参照し
ながら詳細に説明する。

Ｃは焼入性および強度を確保するために必要な元素であ
るが、０．０６％未満の低い含有量では本発明鋼の強度
の確保ができない。０．２％を超える含有量では、溶接
熱影響部の硬化が著しく、靭性および耐応力腐蝕割れ性
が劣化する。従って０．０６〜０．２％とする。

Ｓｉは高強度化に効果があるが、高Ｎｉ鋼の場合Ｓｉが
高いと焼戻脆化感受性が大きくなり切欠靭性が損なわれ
る。従って、ある程度の強度を確保し、切欠靭性を低下
させないためには上限を０．３５％とする。

Ｍｎは焼入性の確保および熱間加工時の割れ、溶接時の
熱間割れ防止のために必要であるが、一方、Ｎｉ含有鋼
の場合はＭｎが高いと焼戻脆化感受性が大きく、１％以
下にする必要がある。また０、０５％未満では熱間割れ
防止に効果がない。従って０．０５〜１％とする。

Ｎｉは焼入処理によって下部ベイナイトとマルテンサイ
トの混合組織を得、焼戻時に比較的迅速にオーステナイ
ト中に拡散吸収され、残留オーステナイトを衝撃応力に
対して安定化させる作用を持つ。そのためには８％以上
必要である。一方１１％超過では焼戻時に変態した残留
オーステナイトを不安定にし靭性を劣化させ、また溶接
熱影響部の硬さを上昇させ靭性あるいは耐応力腐蝕割れ
性を劣化させる。従って８〜１１％に限定する。

Ｃｒは焼入性および強度を確保する上で０．２％以上必
要である。一方２．５％を超えると炭化物が異常に増加
し、靭性を劣化させる。従って０．２〜２．５％と限定
する。

Ｍｏは強度を確保するため、また、Ｎｉ含有鋼の焼戻脆
化を防止するために必要である。０．７％未満では目標
とする強度が得られず、また２、５％超では粗大な炭化
物を生成して靭性および耐応力割れ性を低下させる。従
って０．７〜２．５％とする。

■は焼戻しの時に炭・窒化物を生成して強度確保のため
に必要である。目標の強度確保のためには０．０５％以
上必要であり、一方０，２％を超えると靭性が劣化する
。従って０．０５〜０．２％とする。

Ｎは溶接熱影響部の耐応力腐蝕割れ性・Ｋ１５ｃｃに大
きな影響を与えるためまた、母材の靭性確保にも大きく
影響するため極力低減する必要がある。

またＮはＡ１との関係で後述するようにＡｌＮとしての
微妙な効果があり別に規定する制限が必要である。その
他、本発明鋼のようにＶを含有している鋼はＶの窒化物
を生成し、高強度化に効果があるが、Ｎが５０Ｐ工を超
えると粗大な窒化物を生成して靭性を劣化させる。

０は超高張力鋼では靭性におよぼす影響が大きく、特に
シャルピー遷移曲線の上棚の吸収エネルギー即ちシェル
フエネルギーの値を支配する。鋼中のＯは殆どが酸化物
を形成しこれが破壊時の吸収エネルギーを低下させるも
ので、高強度鋼になるほどその影響力が大きい。従って
Ｏは極力低下させることが望ましく　３０ＰＰＭ以下に
することで本発明鋼の靭性が得られる。

Ａｌは鋼中のＮと結びついてＡｌＮとなり、組織の微細
化に寄与するが、添加量が過多になると反って粒の粗大
化を招き、またＡｈＯｓ等の介在物の量の増大を招き、
特に超高張力鋼の場合靭性を著しく阻害する。従って当
然鋼の種類により、適正量が存在するが本発明鋼では０
．０１〜０．０８％である。

一方、Ｎとの相関で後述する制約をさらに加えることは
Ｎのところでも述べた通りである。

また、この他Ｐ、Ｓ、Ｓｂ、Ｓｎ、＾Ｓ等の不純物は靭
性、溶接性の面から可及的に低くすることが必要である
。

さらにＡｌとＮは、＾ｌ（％）×Ｎ（％）×１０４が１
．５以下になるように制御する。即ち、靭性の向上のた
めには、Ａｌ量およびＮ量を単独で前記のように限定す
るとともに互いに関連させて限定することが重要であり Ａｌ　（％）×Ｎ（％）　　×１０４　＜１．５の関係
を満足するものは第１図のように靭性は良好であること
を見出した。

この点は後述する実施例の中で第１表に示す比較＠Ｓ、
Ｔ、Ｕ、Ｖ が＾ｌ量、Ｎ量は上記単独での限定範囲内であるにもか
かわらず上記関係式を満足しないため第１表および第１
図に示すように靭性が低いことも明らかである。

さらに詳しく説明すると、上記組成の鋼において＾ｌ量
およびＮ量を変えて、第１表の鋼Ｎ〜■に示すとおり変
化させ、それらの鋼について通常の熱間圧延を施し、圧
延のままの状態におけるＡｌＮ量の分析結果は、第２図
に示す通りである。本図かられかるようにＡｌＮ量は Ａｌ　　（％）×Ｎ（％）　　×１０４の値が１．５を
越えると増加する。このような未固溶のＡｌＮは粗大化
したものが多く、焼入れ時の再加熱でも溶解せずに残り
、微細な＾ＩＮと相違してオーステナイト粒の細粒化に
寄与しないだけでなく靭性を著しく阻害する。従って上
記関係式によるＡｌとＮの限定が必要である。

以上が基本的な元素であるが、さらに本発明鋼には、前
記以外の元素としてＣｕｌ　Ｎｂｌ　’ｒｔ、　Ｚｒ、
　Ｔａ１Ｗを必要量添加しても同様の特性の鋼を得るこ
とが可能である。

即ち、２％以下のＣｕは靭性を劣化させずに強度を上昇
することに対して有効であるが、上限限定値を超える添
加量になれば溶接する際に溶接部に熱間割れを出易くす
る。

また０、１％以下のＮｂは、母材の組織を細粒にして靭
性向上効果をもたらすがこれを超えると溶接熱影響部の
靭性を低下させる危険性が大きい。

Ｔｉは溶接熱影響部の粗粒化防止を通して同部分の靭性
劣化防止に効果的であるが、添加量が多いと反って溶接
熱影響部の靭性だけでなく母材の靭性迄劣化せしめるの
で上限を０．０５％とした。

Ｚｒ、　Ｔａは０．Ｎ、Ｓとの親和力が強く、このため
、脱酸、脱窒、脱硫剤として少量添加して効果があるが
含有量が０．１％を超えるとそれぞれの化合物が鋼中に
散在して母材の靭性を劣化せしめる。

Ｗは地鉄に固溶し、これを強化する作用が大きく、焼入
れ性を高め焼戻抵抗性を向上させるので有効であるが、
１％を超えるとＭＯと同様に粗大な炭化物を生成させ靭
性を劣化させる傾向にある。

従って、上限を１％とした。

（実施例） 次に本発明の有する特別の効果を明確にするため、以下
の実施例について説明する。

第１表に示すような化学成分を有する鋼を溶製し、これ
に熱間加工を施し、１５〜４０＋ｎの板厚に圧延し焼入
れ、焼戻しを行った。これらについて母材の機械的性質
とさらに母材および溶接熱影響部のに１゜。値を調べた
。溶接はＴＩＧ溶接により入熱２５にＪ／　ｃｓで実施
した。得られた機械的性質を第２表に、さらに３．５％
の人工海水中でのＡＳＭＥ　　Ｅ３９９のＣＴ試験片を
使った）（＋ｓ。、験結果の代表例を第３図に示す。

この結果から溶接熱影響部で高いＫ１３Ｃｅを掃−るに
はＮを５０．、、以下に低減することが必要なことがわ
かる。

このように、Ｎの低減により、溶接熱影響のに□。、値
が向上する理由は以下の通りである。

即ち、溶接熱影響部の熱履歴を考えると、本発明鋼が実
用に供される時は多層盛溶接が使われるが、溶接熱影響
部は次の溶接パスの影響によって繰返し熱影響をうける
。その際、ＶＮなどの析出、固溶を繰り返すことになる
が、Ｎが５０Ｆ８以上では析出物が増加し、溶接熱影響
の硬化も促進される。

Ｎ含有量が少量の時は微細に分散したＶＮはＫ　ｌ５ｃ
ｃに対する影響は少ないが、Ｎが増加し析出物の量も増
加し、粗大化するとＫＩＳｅｃが低下する。そのＮ限界
は５０□９である。

次に本発明鋼の製造法について説明する。転炉、電気炉
などの溶解炉を使用して溶製された本発明鋼組成の溶鋼
を連続鋳造法あるいは鋳型造塊、分塊法などによってス
ラブを製造する。このようにして製造したスラブをＡＣ
１変態点以上の温度に再加熱し、圧延仕上温度をオース
テナイト域とする圧延を行う、さらにＡＣ３変態点以上
に加熱、焼入れする処理゛を１回または２回繰返し、そ
の後Ａｃ＋変態点以下の温度に加熱し焼戻しを行う。

（発明の効果） 本発明鋼は次に掲げる■、■の特徴を有している。

■　常温において０．２％ｐ、ｓが１１０　ｋｇｆ／鶴
２以上２以上張力鋼である。

■　低Ｎ化することにより溶接熱影響部のに＋ｓｃｃが
極めて良好な鋼である。

【図面の簡単な説明】

第１図は母材靭性とＡｌ含有量、Ｎ含有量との関係を示
した図で、Ａｌ　　（％）×Ｎ（％）　×１０４の値が
１．５以下である本発明鋼とＡｌ（％）×Ｎ（％）×１
０４の値が１．５を超えるか、Ｎ量が本発明の請求範囲
を超えたものの靭性値がはっきりと異なっていることを
示すグラフ、 第２図はＡｌ　　（％）×Ｎ（％）　×１０４の値と圧
延ままのＡｌＮ中のＮ量との相関を示す図で圧延後未固
溶の粗大ＡｌＮの量が多いことを示すグラフ、第３図は
Ｎ量の異なる３種の鋼の溶接熱影響部のＫＩＳｅｃ値の
試験結果の比較図で鋼ＡおよびＳＣがＮ量の多い鋼Ｍに
比してに１３ｃｃが著しく改善されていることを示すグ
ラフである。 （１”ｄｄ）　Ｎ　７Ｖ　ＳＩＮ 手続補正書 昭和６０年２月１８日 １、事件の表示 昭和５９年　特　許　願第２５１１６７号Ｚ発明の名称 降伏応力１１０　’９　ｆ／ａ＋”以上の耐応力腐蝕割
れ性のすぐれた高靭性超高張力鋼 ふ補正をする者 事件との関係　特許出願人 （， ７、補正の内容　（別紙の通り） −Ｌ明細書第１０頁第８行ノｒｉｌｌｓ、Ｔ、Ｕ、ＶＪ
　ｅ「１ｌｉ９．Ｔ、ＵＪに訂正する０ １同第１４頁第１表および第１５頁第２表中第１７欄の
鋼種別記号ｒＯＪ（Ｈの直上）を、何れもｒＱＪに訂正
する。 ＆同第１６頁第９行の「析出」を「析出」に訂正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｃ　０．０６〜０．２０ｗｔ％、Ｓｉ　０．３５ｗ
   ｔ％以下、Ｍｎ　０．０５〜１．００ｗｔ％、Ｎｉ　８
   〜１１ｗｔ％、Ｃｒ　０．２〜２．５ｗｔ％、Ｍｏ　０
   ．７〜２．５ｗｔ％、Ｖ　０．０５〜０．２ｗｔ％、Ａ
   ｌ　０．０１〜０．０８ｗｔ％、Ｎ　０．００５ｗｔ％
   以下、Ｏ　０．００３ｗｔ％以下であり、残部がＦｅと
   不可避的不純物からなって、しかもＡｌならびにＮが上
   記組成範囲内で、Ａｌ（％）×Ｎ（％）×１０＾４が１
   ．５以下となる関係を満足することを特徴とする降伏応
   力１１０ｋｇｆ／ｍｍ＾２以上の耐応力腐蝕割れ性のす
   ぐれた高靭性超高張力鋼。 ２、Ｃ　０．０６〜０．２０ｗｔ％、Ｓｉ　０．３５ｗ
   ｔ％以下、Ｍｎ　０．０５〜１．００ｗｔ％、Ｎｉ　８
   〜１１ｗｔ％、Ｃｒ　０．２〜２．５ｗｔ％、Ｍｏ　０
   ．７〜２．５ｗｔ％、Ｖ　０．０５〜０．２ｗｔ％、Ａ
   ｌ　０．０１〜０．０８ｗｔ％、Ｎ　０．００５ｗｔ％
   以下、Ｏ　０．００３ｗｔ％以下であり、かつ、Ｃｕ　
   ２ｗｔ％以下、 Ｎｂ　０．１０ｗｔ％以下、Ｔｉ　０．０５ｗｔ％以下
   、Ｚｒ　０．１ｗｔ％以下、Ｔａ　０．１ｗｔ％以下、
   Ｗ　１ｗｔ％以下の１種または２種以上を含有し残部が
   Ｆｅおよび不可避的不純物からなって、しかもＡｌなら
   びにＮが上記組成範囲内で、Ａｌ（％）×Ｎ（％）×１
   ０＾４が１．５以下となる関係を満足することを特徴と
   する降伏応力 １１０ｋｇｆ／ｍｍ＾２以上の耐応力腐蝕割れ性のすぐ
   れた高靭性超高張力鋼。