(57)【要約】【課題】本発明は−２０℃の低温環境下においても優れた靭性及び溶接性を有する溶接構造用大型鋳鋼品の提供を目的とする。【解決手段】本発明の溶接構造用大型鋳鋼品は、Ｃ：０．１質量％以上０．１４質量％以下、Ｓｉ：０．２質量％以上０．５質量％以下、Ｍｎ：０．８質量％以上１．２質量％以下、Ｃｕ：０．０１質量％以上０．５質量％以下、Ｃｒ：０．２質量％以上０．４質量％以下、Ｎｉ：１質量％以上２．５質量％以下、Ｍｏ：０．１質量％以上０．２質量％以下、Ｖ：０．０５質量％以下、Ｐ：０．０４質量％以下、Ｓ：０．０１質量％以下、及びＳｎ：０．０３質量％以下を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物からなり、金属組織が、全組織に対する面積率で、ベイニティックフェライトとベイナイトとの合計：６０％以上、及び島状マルテンサイト：５％以下であり、下記式（１）及び（２）を満たすことを特徴とする。2018178145.tif 000008【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．１質量％以上０．１４質量％以下、
Ｓｉ：０．２質量％以上０．５質量％以下、
Ｍｎ：０．８質量％以上１．２質量％以下、
Ｃｕ：０．０１質量％以上０．５質量％以下、
Ｃｒ：０．２質量％以上０．４質量％以下、
Ｎｉ：１質量％以上２．５質量％以下、
Ｍｏ：０．１質量％以上０．２質量％以下、
Ｖ：０．０５質量％以下、
Ｐ：０．０４質量％以下、
Ｓ：０．０１質量％以下、及び
Ｓｎ：０．０３質量％以下
を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物からなり、
金属組織が、全組織に対する面積率で、
ベイニティックフェライトとベイナイトとの合計：６０％以上、及び
島状マルテンサイト：５％以下
であり、
下記式（１）及び（２）を満たすことを特徴とする溶接構造用大型鋳鋼品。
【数１】
2018178145.tif 000007
【請求項２】
放射性物質の遮蔽体、保管容器又は輸送容器として用いられる請求項１に記載の溶接構造用大型鋳鋼品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接構造用大型鋳鋼品に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力施設で発生する放射性廃棄物は、金属製の容器に収納されて保管される。この保管容器は、廃棄物と共に最終処分される場合は再使用されないので、新しい金属から製造するのではなく、原子力施設内で発生するスクラップを再利用して製造する方が資源の節約の観点で合理的である。また、上記保管容器は遮へい機能が必要な場合があり、容易に厚肉容器成型できる鋳鋼品を使用するのが妥当である。
【０００３】
上記保管容器に放射性廃棄物を収納した後は、保管容器から放射性物質が漏れることを防ぐため、蓋を溶接して閉止することがある。このため、溶接構造用の鋳鋼品には高い溶接性が求められる。また、輸送中に保管容器が転倒した場合においても放射性物質が漏れることを防ぐため、溶接構造用鋳鋼品には高い靭性が求められる。さらに、低レベル放射性廃棄物輸送容器の安全設計及び検査基準（ＡＥＳＪ−ＳＣ−Ｆ０１３：２００８）によれば、輸送物は−２０℃の環境下においても安全性が求められているため、輸送容器に収納される保管容器にも同様の安全性が求められ、−２０℃の環境下において溶接構造用鋳鋼品の高い溶接性や靭性等が確保できることが必要である。
【０００４】
溶接構造用鋳鋼品に用いる材料としては、ＪＩＳ―Ｇ５１０２（１９９１）で規格されるＳＣＷ５５０やＳＣＷ６２０が挙げられる。また、溶接構造用鋳鋼品に用いる材料として、組織をベイナイト主組織とすることで靭性を高めた溶接構造用鋳鋼材が提案されている（特開２００１−１８１７８３号公報参照）。しかし、これらの鋼材の靭性保証温度の下限は０℃に留まっている。また、溶接構造用鋳鋼品に用いる材料として、炭素及び銅の組成を調整し、強度、靭性及び溶接性のバランスを高めた鋳鋼材料が提案されている（特開２００５−２４８３１２号公報参照）。この鋳鋼材料の金属組織は、フェライトとパーライトとが主体の組織であり、室温（２０℃）では靭性に優れるが、低温での靭性は保証されていない。
【０００５】
低温での靭性に優れる溶接構造用鋳鋼品に用いる材料としては、含Ｎｉ鋳鋼が提案されている（特開昭６０−１０３１１６号公報参照）。この含Ｎｉ鋳鋼は、オーステナイト結晶粒を微細化することで低温での靭性を改善しているが、２〜３回の焼ならし熱処理の繰り返しが必要であり、生産性や製造コストに改善の余地がある。また、上記含Ｎｉ鋳鋼では上記熱処理に加えＴｉの添加が必要である。大型の鋳鋼品では逆Ｖ偏析部や最終凝固部等に合金元素が濃縮して粗大な非金属介在物が生成され易い。Ｔｉを添加する場合は、この非金属介在物としてＴｉＮが形成され易く、このＴｉＮは低温での靭性を低下させる。従って、上述の保管容器に使用されるような大型の鋳鋼品では十分な低温靭性が得られないおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１８１７８３号公報
【特許文献２】特開２００５−２４８３１２号公報
【特許文献３】特開昭６０−１０３１１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、−２０℃の低温環境下においても優れた靭性及び溶接性を有する溶接構造用大型鋳鋼品を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、−２０℃の低温環境下での大型鋳鋼品の靭性及び溶接性について鋭意検討した結果、溶接構造用大型鋳鋼品の組成と金属組織とを制御することが重要であるとの知見を得た。
【０００９】
すなわち、上記課題を解決するためになされた本発明の溶接構造用大型鋳鋼品は、Ｃ：０．１質量％以上０．１４質量％以下、Ｓｉ：０．２質量％以上０．５質量％以下、Ｍｎ：０．８質量％以上１．２質量％以下、Ｃｕ：０．０１質量％以上０．５質量％以下、Ｃｒ：０．２質量％以上０．４質量％以下、Ｎｉ：１質量％以上２．５質量％以下、Ｍｏ：０．１質量％以上０．２質量％以下、Ｖ：０．０５質量％以下、Ｐ：０．０４質量％以下、Ｓ：０．０１質量％以下、及びＳｎ：０．０３質量％以下を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物からなり、金属組織が、全組織に対する面積率で、ベイニティックフェライトとベイナイトとの合計：６０％以上、及び島状マルテンサイト：５％以下であり、下記式（１）及び（２）を満たすことを特徴とする。
【数２】
2018178145.tif 000002
【００１０】
当該溶接構造用大型鋳鋼品は、その金属組織がベイニティックフェライトとベイナイトとを主体とし、島状マルテンサイトの割合を上記上限以下とするので、低温での靭性に優れる。また、当該溶接構造用大型鋳鋼品は、式（１）を満たすことで溶接性に優れ、式（２）を満たすことで靭性に優れる。さらに、当該溶接構造用大型鋳鋼品の各元素組成を上記範囲内とすることにより、強度を維持しつつ靭性が確保できる。従って、当該溶接構造用大型鋳鋼品は、−２０℃の低温環境下においても優れた靭性及び溶接性を有する。
【００１１】
当該溶接構造用大型鋳鋼品は、−２０℃の低温環境下においても優れた靭性及び溶接性を有するので、放射性物質の遮蔽体、保管容器又は輸送容器として好適に用いることができる。
【００１２】
なお、式（１）及び（２）において、元素記号はその元素の含有率［質量％］を意味する。また、「大型鋳鋼品」とは、平均厚さが５０ｍｍ以上又は質量が１０００ｋｇ以上の鋳鋼品を指す。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明の溶接構造用大型鋳鋼品は、−２０℃の低温環境下においても優れた靭性及び溶接性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例における式（２）の数式の値と、室温での降伏強度及び−２０℃におけるシャルピー吸収エネルギーの積との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る溶接構造用大型鋳鋼品の実施形態について説明する。
【００１６】
＜金属組織＞
当該溶接構造用大型鋳鋼品は、金属組織が、全組織に対する面積率で、ベイニティックフェライトとベイナイトとの合計：６０％以上、島状マルテンサイト：５％以下である。
【００１７】
〔ベイニティックフェライト及びベイナイト〕
当該溶接構造用大型鋳鋼品は、金属組織の主体をベイニティックフェライト及びベイナイトとするので、フェライト−パーライト組織に比べて高い靱性を確保できる。このため、全組織に対するベイニティックフェライトとベイナイトとの合計面積率の下限としては、６０％であり、７０％が好ましく、８０％がより好ましい。一方、ベイニティックフェライトとベイナイトとの合計面積率の上限としては、特に限定されず、１００％であってもよい。
【００１８】
〔島状マルテンサイト〕
ベイニティックフェライト組織の境界には、マルテンサイトとオーステナイトとの混合組織である島状マルテンサイト（以下、「Ｍ−Ａ組織」ともいう）が混在することがある。この島状マルテンサイトは硬質であり当該溶接構造用大型鋳鋼品の特に低温での靭性を低下させる。本発明者らは、低温での靭性を確保するためには、当該溶接構造用大型鋳鋼品の金属組織をベイニティックフェライト及びベイナイトを主体とするだけではなく、島状マルテンサイトを一定値以下に制御する必要があることを見出した。このため、金属組織の全組織に対する島状マルテンサイトの面積率の上限としては、５％であり、４％が好ましく、３％がより好ましい。一方、島状マルテンサイトの面積率の下限としては、特に限定されず、０％であってもよい。
【００１９】
＜組成＞
また、当該溶接構造用大型鋳鋼品は、Ｃ：０．１質量％以上０．１４質量％以下、Ｓｉ：０．２質量％以上０．５質量％以下、Ｍｎ：０．８質量％以上１．２質量％以下、Ｃｕ：０．０１質量％以上０．５質量％以下、Ｃｒ：０．２質量％以上０．４質量％以下、Ｎｉ：１質量％以上２．５質量％以下、Ｍｏ：０．１質量％以上０．２質量％以下、Ｖ：０．０５質量％以下、Ｐ：０．０４質量％以下、Ｓ：０．０１質量％以下、及びＳｎ：０．０３質量％以下を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物からなる。
【００２０】
〔Ｃ（炭素）〕
Ｃ元素は、強度向上に寄与し、必須の元素であるが、多過ぎると靭性を劣化させる。このため、Ｃの含有量の下限としては、０．１質量％であり、０．１１質量％がより好ましい。一方、Ｃの含有量の上限としては、０．１４質量％であり、０．１３質量％がより好ましい。
【００２１】
〔Ｓｉ（シリコン）〕
Ｓｉ元素は、脱酸元素であると共に強度向上に寄与し、必須の元素であるが、多過ぎると逆Ｖ偏析等による鋳造欠陥が発生し易くなる。このため、Ｓｉの含有量の下限としては、０．２質量％であり、０．３質量％がより好ましく、０．３５質量％がさらに好ましい。一方、Ｓｉの含有量の上限としては、０．５質量％であり、０．４５質量％がより好ましい。
【００２２】
〔Ｍｎ（マンガン）〕
Ｍｎ元素は、強度向上に寄与し、必須の元素であるが、多過ぎると逆Ｖ偏析を助長し、偏析部に粗大な硫化物系介在物を形成するため靭性を劣化させる。このため、Ｍｎの含有量の下限としては、０．８質量％であり、０．９質量％がより好ましい。一方、Ｍｎの含有量の上限としては、１．２質量％であり、１．１質量％がより好ましく、１質量％がさらに好ましい。
【００２３】
〔Ｃｕ（銅）〕
Ｃｕ元素は、靭性を損なうことなく強度向上に寄与し、必須の元素であるが、多過ぎると製造コストが上昇し易い。このため、Ｃｕの含有量の下限としては、０．０１質量％であり、０．０５質量％がより好ましい。一方、Ｃｕの含有量の上限としては、０．５質量％であり、０．４質量％がより好ましい。
【００２４】
〔Ｃｒ（クロム）〕
Ｃｒ元素は、強度向上に寄与すると共に靱性向上にも寄与し、必須の元素であるが、多過ぎると逆Ｖ偏析を助長する。このため、Ｃｒの含有量の下限としては、０．２質量％であり、０．２８質量％がより好ましい。一方、Ｃｒの含有量の上限としては、０．４質量％であり、０．３５質量％がより好ましい。
【００２５】
〔Ｎｉ（ニッケル）〕
Ｎｉ元素は、強度向上に寄与すると共に靱性向上にも寄与し、必須の元素であるが、多過ぎると製造コストが上昇し易い。このため、Ｎｉの含有量の下限としては、１質量％であり、１．２質量％がより好ましく、１．５質量％がさらに好ましい。一方、Ｎｉの含有量の上限としては、２．５質量％であり、２．１質量％がより好ましい。
【００２６】
〔Ｍｏ（モリブデン）〕
Ｍｏ元素は、強度向上に寄与すると共に靱性向上にも寄与し、必須の元素であるが、多過ぎると製造コストが上昇し易い。このため、Ｍｏの含有量の下限としては、０．１質量％であり、０．１３質量％がより好ましい。一方、Ｍｏの含有量の上限としては、０．２質量％であり、０．１７質量％がより好ましい。
【００２７】
〔Ｖ（バナジウム）〕
Ｖ元素は、焼戻し軟化抵抗を高め強度向上に寄与する元素であるが、溶接性や靱性を阻害し易い。このため、Ｖの含有量の上限としては、０．０５質量％であり、０．０４５質量％がより好ましい。一方、Ｖの含有量の下限としては、特に限定されず０質量％、つまり含まれていなくともよい。
【００２８】
〔Ｐ（リン）〕
Ｐ元素は、靭性や加工性を低下させる。このため、Ｐの含有量の上限としては、０．０４質量％であり、０．０３質量％がより好ましい。一方、Ｐの含有量の下限としては、特に限定されず、０質量％、つまり含まれていなくともよい。
【００２９】
〔Ｓ（硫黄）〕
Ｓ元素は、硫化物系介在物を増大させ延性及び靱性を劣化させる。このため、Ｓの含有量の上限としては、０．０１質量％であり、０．００６質量％がより好ましい。一方、Ｓの含有量の下限としては、特に限定されず、０質量％、つまり含まれていなくともよい。
【００３０】
〔Ｓｎ（すず）〕
Ｓｎ元素は、靱性を劣化させる。このため、Ｓｎの含有量の上限としては、０．０３質量％であり、０．０１質量％がより好ましい。一方、Ｓｎの含有量の下限としては、特に限定されず、０質量％、つまり含まれていなくともよい。
【００３１】
〔他の成分〕
当該溶接構造用大型鋳鋼品は、上述した成分以外に残部にＦｅ及び不可避的不純物を含む。不可避的不純物としては、例えば原料、資材、製造設備等の状況によって持ち込まれるＡｓ（ヒ素）、Ｐｂ（鉛）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔｉ（チタン）等の元素の混入が許容される。
【００３２】
＜各成分含有量間の関係＞
当該溶接構造用大型鋳鋼品は、下記式（１）及び（２）を満たす。
【数３】
2018178145.tif 000003
【００３３】
〔式（１）〕
式（１）の数式は、鋼の硬化性及び溶接性に及ぼす合金元素の影響を炭素量に換算した炭素当量（Ｃｅｑ：ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ  ｃａｒｂｏｎ  ｃｏｎｔｅｎｔ）を表し、鋼材の溶接性の指標として用いられる。Ｃｅｑが高いほど溶接熱影響部の最高硬さが大きくなり、鋼が割れ易くなる。つまり、溶接性が良好とするには、この炭素当量Ｃｅｑを小さくすることが必須である。このため、当該溶接構造用大型鋳鋼品では、上記式（１）を満たす必要がある。
【００３４】
〔式（２）〕
式（２）の不等号に挟まれている数式は金属組織の指標である。本発明者らは、式（２）の数式の値が０．６超となるようにすることで初期フェライト及び疑似パーライトの変態開始時間を長時間側へ移行させ、厚肉部材であってもベイニティックフェライト及びベイナイトを主体とする金属組織が得られることを知得している。当該溶接構造用大型鋳鋼品は、このように金属組織の主体をベイニティックフェライト及びベイナイトとするので、フェライト−パーライト組織に比べて高い靱性を確保できる。
【００３５】
また、上述のように本発明者らは、特に低温での靭性を確保するためには当該溶接構造用大型鋳鋼品の金属組織をベイニティックフェライト及びベイナイトを主体とするだけではなく、島状マルテンサイトの生成を一定量以下に制御する必要があることを見出している。本発明者らは、鋭意検討した結果、式（２）の数式の値を１．１以下とすることで島状マルテンサイトの生成を抑止できることを知得している。
【００３６】
以上のようにして、式（２）が導出される。
【００３７】
＜機械的性質＞
当該溶接構造用大型鋳鋼品の室温での降伏強度（ＹＰ）の下限としては、３００ＭＰａが好ましく、４００ＭＰａがより好ましい。また、当該溶接構造用大型鋳鋼品の室温での引張強度（ＴＳ）の下限としては、４００ＭＰａが好ましく、５００ＭＰａがより好ましい。当該溶接構造用大型鋳鋼品の降伏強度及び引張強度を上記下限以上とすることで、当該溶接構造用大型鋳鋼品を放射性物質の遮蔽体等として好適に用いることができる。一方、上記降伏強度及び引張強度の上限としては、特に限定されないが、上記降伏強度及び引張強度は通常８５０ＭＰａ以下である。なお、降伏強度及び引張強度は、ＪＩＳ−Ｚ２２４１（２０１１）に準拠した引張試験により計測される値である。
【００３８】
当該溶接構造用大型鋳鋼品の室温での伸び（ＥＬ）の下限としては、２０％が好ましく、２５％がより好ましい。当該溶接構造用大型鋳鋼品の伸びを上記下限以上とすることで、当該溶接構造用大型鋳鋼品を放射性物質の遮蔽体等として好適に用いることができる。一方、上記伸びの上限としては，特に限定されないが、上記伸びは通常６０％以下である。なお、伸びは、ＪＩＳ−Ｚ２２４１（２０１１）に準拠した引張試験により計測される値である。
【００３９】
当該溶接構造用大型鋳鋼品の−２０℃におけるシャルピー吸収エネルギー（ｖＥ（−２０））の下限としては、２０Ｊが好ましく、４０Ｊがより好ましく、６０Ｊがさらに好ましい。−２０℃におけるシャルピー吸収エネルギーを上記下限以上とすることで、低温での靭性を確保し易い。一方、上記シャルピー吸収エネルギーの上限としては、特に限定されないが、上記シャルピー吸収エネルギーは通常３００Ｊ以下である。
【００４０】
低温における溶接構造用大型鋳鋼品の靭性は、室温での降伏強度と−２０℃におけるシャルピー吸収エネルギーとの積（ＹＰ×ｖＥ（−２０））により判断することができ、この積が大きいほど低温靭性に優れる。ＹＰ×ｖＥ（−２０）の積の下限としては、４００００ＭＰａ・Ｊが好ましく、４５０００ＭＰａ・Ｊがより好ましく、４８０００ＭＰａ・Ｊがさらに好ましい。一方、ＹＰ×ｖＥ（−２０）の積の上限としては特に限定されないが、通常ＹＰ×ｖＥ（−２０）の積は、２０００００ＭＰａ・Ｊ以下である。
【００４１】
＜製造方法＞
当該溶接構造用大型鋳鋼品は、例えば鋳造工程、均質化焼鈍工程、調質工程を備える製造方法により製造することができる。なお、上記製造方法は、必要に応じ調質工程後に機械加工工程を備えてもよい。
【００４２】
〔鋳造工程〕
鋳造工程では、以下の手順でスクラップを原料として鋳造を行う。具体的には、原料となるスクラップを高周波溶解炉、電気炉、転炉等を用いて溶製し、溶製した溶鋼を砂型又は金型に鋳込む。
【００４３】
原料として用いるスクラップとしては、鋼を主成分とするスクラップであれば特に限定されないが、原子力施設内で装置の解体等に伴い発生するスクラップを好適に用いることができる。
【００４４】
溶製される溶鋼の組成は、Ｃ：０．１質量％以上０．１４質量％以下、Ｓｉ：０．２質量％以上０．５質量％以下、Ｍｎ：０．８質量％以上１．２質量％以下、Ｃｕ：０．０１質量％以上０．５質量％以下、Ｃｒ：０．２質量％以上０．４質量％以下、Ｎｉ：１質量％以上２．５質量％以下、Ｍｏ：０．１質量％以上０．２質量％以下、Ｖ：０．０５質量％以下、Ｐ：０．０４質量％以下、Ｓ：０．０１質量％以下、及びＳｎ：０．０３質量％以下を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物からなり、かつ下記式（１）及び（２）を満たす。
【数４】
2018178145.tif 000004
【００４５】
〔均質化焼鈍工程〕
均質化焼鈍工程では、後述の調質工程前に上記鋳造物を焼鈍する。この均質化焼鈍工程は鋳造時の鋳型内で発生した応力の除去及び凝固時に発生する成分のばらつきの抑止を目的として行われる。具体的には、鋳造物をオーステナイト化温度以上に加熱することで、鋳造後の組織を均質化する。ここで、オーステナイト化温度とは、Ａｃ３変態点を意味する。
【００４６】
均質化焼鈍工程での加熱温度の下限としては、９００℃が好ましく、９３０℃がより好ましい。一方、上記加熱温度の上限としては、１０００℃が好ましく、９８０℃がより好ましい。上記加熱温度が上記下限未満であると、均質化が不十分となるおそれがある。逆に、上記加熱温度が上記上限を超えると、設備投資やランニングコストが過大となるおそれがある。
【００４７】
均質化焼鈍工程での加熱時間の下限としては、１時間が好ましく、５時間がより好ましい。一方、上記加熱時間の上限としては、２０時間が好ましく、１５時間がより好ましい。上記加熱時間が上記下限未満であると、鋳造物の内部まで均質に加熱できないおそれがある。逆に、上記加熱時間が上記上限を超えると、当該溶接構造用大型鋳鋼品の製造効率が低下するおそれがある。
【００４８】
均質化焼鈍工程での加熱速度の下限としては、１０℃／ｈが好ましく、３０℃／ｈがよ
り好ましい。一方、上記加熱速度の上限としては、１００℃／ｈが好ましく、６０℃／ｈがより好ましい。上記加熱速度が上記下限未満であると、当該溶接構造用大型鋳鋼品の製造効率が低下するおそれがある。逆に、上記加熱速度が上記上限を超えると、設備投資やランニングコストが過大となるおそれがある。
【００４９】
上記加熱後の鋳造物は一定速度で一定温度まで炉冷する。なお、この炉冷による一次冷却後、さらに鋳造物を室温まで空冷で二次冷却することが好ましい。上記空冷方法としては、自然空冷のほか、例えばファンを用いた空冷としてもよい。
【００５０】
上記一次冷却における冷却速度の下限としては、３０℃／ｈが好ましく、５０℃／ｈがより好ましい。一方、上記冷却速度の上限としては、２００℃／ｈが好ましく、１５０℃／ｈがより好ましい。上記冷却速度が上記下限未満であると、当該溶接構造用大型鋳鋼品の製造効率が低下するおそれがある。逆に、上記冷却速度が上記上限を超えると、設備投資やランニングコストが過大となるおそれがある。
【００５１】
上記一次冷却における冷却温度の下限としては、２５０℃が好ましく、３００℃がより好ましい。一方、上記冷却温度の上限としては、４５０℃が好ましく、４００℃がより好ましい。上記冷却温度が上記下限未満であると、設備投資やランニングコストが過大となるおそれがある。逆に、上記冷却温度が上記上限を超えると、当該溶接構造用大型鋳鋼品の製造効率が低下するおそれがある。
【００５２】
上記二次冷却は、上記一次冷却後の鋳造物を空冷することで室温まで冷却する。ここで、室温とは例えば２０℃以上３０℃以下である。
【００５３】
〔調質工程〕
調質工程では、上記均質化焼鈍を施した鋳造物を調質（最終熱処理）する。この調質工程は、当該溶接構造用大型鋳鋼品に要求される機械的特性を付与する目的で行われる。具体的には、鋳造物に対し焼ならし又は焼入れを行い、その後残留応力除去のために焼戻しを行う。
【００５４】
（焼きならし又は焼入れ）
まず、焼きならし又は焼入れにより鋳造物のオーステナイト化を行う。上記焼きならし又は焼き入れの際の加熱温度の下限としては、８００℃が好ましく、８５０℃がより好ましい。一方、上記加熱温度の上限としては、９５０℃が好ましく、９３０℃がより好ましい。上記加熱温度が上記下限未満であるとオーステナイト化が不十分となるおそれがある。逆に、上記加熱温度が上記上限を超えると、結晶粒が２次成長により粗大化し、低温靭性を劣化させるおそれがある。
【００５５】
上記焼きならし又は焼入れの際の加熱時間の下限としては、１時間が好ましく、５時間がより好ましい。一方、上記加熱時間の上限としては、２０時間が好ましく、１５時間がより好ましい。上記加熱時間が上記下限未満であると、鋳造物の内部まで均質に加熱できず、オーステナイト化が不十分となるおそれがある。逆に、上記加熱時間が上記上限を超えると、当該溶接構造用大型鋳鋼品の製造効率が低下するおそれがある。
【００５６】
次に、オーステナイト化後の鋳造物を室温まで冷却する。冷却方法としては、空冷、ファンを用いた強制空冷、油冷、水冷等を用いることができる。重量が数トンから数十トンの大型鋳造品の場合、冷却時の熱応力や変態応力により割れが発生し易いため、オーステナイト化後の冷却は、水冷や油冷よりも遅い空冷を用いることが好ましい。
【００５７】
焼きならし又は焼入れ後の冷却速度の下限としては、５℃／ｍｉｎが好ましく、１０℃／ｍｉｎがより好ましい。上記冷却速度が上記下限未満であると、当該溶接構造用大型鋳鋼品の製造効率が低下するおそれがある。一方、上記冷却速度の上限は特に限定されず、大きいほどよい。
【００５８】
（焼戻し）
上述の焼きならし又は焼入れを行った後に残留応力を除去するためＡｃ１変態点以下の温度で焼戻しを行う。上記焼戻しの際の加熱温度がＡｃ１変態点を超えると、炭化物の粗大化、転位組織の回復などにより鋼材が軟化し、十分な強度が確保できないおそれがある。一方、上記焼戻しの際の加熱温度の下限としては、５００℃が好ましく、６００℃がより好ましい。上記加熱温度が上記下限未満であると、残留応力の除去が不十分となるおそれがある。
【００５９】
上記焼戻しの際の加熱時間の下限としては、２時間が好ましく、５時間がより好ましい。一方、上記加熱時間の上限としては、２０時間が好ましく、１５時間がより好ましい。上記加熱時間が上記下限未満であると、残留応力の除去が不十分となるおそれがある。逆に、上記加熱時間が上記上限を超えると、当該溶接構造用大型鋳鋼品の製造効率が低下するおそれがある。
【００６０】
この調質処理により、鋳鋼品の金属組織を、全組織に対する面積率でベイニティックフェライトとベイナイトとの合計が６０％以上、かつ島状マルテンサイトが５％以下となるように調整する。
【００６１】
〔機械加工工程〕
機械加工工程では、調質工程後の鋳造物を必要に応じて鍛造、切削又は研削を含む仕上げ加工等により機械加工する。
【００６２】
＜利点＞
当該溶接構造用大型鋳鋼品は、その金属組織がベイニティックフェライトとベイナイトとを主体とし、島状マルテンサイトの割合を上記上限以下とするので、低温での靭性に優れる。また、当該溶接構造用大型鋳鋼品は、式（１）を満たすことで溶接性に優れ、式（２）を満たすことで靭性に優れる。さらに、当該溶接構造用大型鋳鋼品の各元素組成を上記範囲内とすることにより、強度を維持しつつ靭性が確保できる。従って、当該溶接構造用大型鋳鋼品は、−２０℃の低温環境下においても優れた靭性及び溶接性を有する。
【００６３】
上述のように当該溶接構造用大型鋳鋼品は、−２０℃の低温環境下においても優れた靭性及び溶接性を有するので、放射性物質の遮蔽体、保管容器又は輸送容器として好適に用いることができる。
【実施例】
【００６４】
以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００６５】
まず、スクラップを原料に真空溶解炉により表１に示すＡ〜Ｉの９鋼種の組成の溶鋼を溶製し、その後５０ｋｇの鋳塊に鋳込んだ。また、各鋼種の式（１）及び式（２）の数式部分の値を表１に示す。なお、上記９鋼種のうち、Ａ〜Ｄは本発明に規定する組成と、式（１）及び式（２）とを満たす鋼種であり、Ｅ〜Ｉは、本発明に規定する組成、式（１）又は式（２）のいずれかを満たさない鋼種である。また、Ｃについては２つの鋳塊を鋳込み後述する均質化焼鈍処理及び調質処理において異なる条件で処理した。
【００６６】
【表１】
2018178145.tif 000005
【００６７】
次に、熱処理シミュレーターを用いて、鋳込み後の鋳鋼を４０℃／ｈの加熱速度でオー
ステナイト化温度以上の９５０℃まで加熱し、１０時間保持することで均質化処理を行った。その後、３５０℃まで１００℃／ｈの冷却速度で炉冷し、３５０℃から室温までさらに空冷し、鋳鋼の均質化焼鈍を行った。
【００６８】
上記均質化焼鈍処理後の鋳鋼に対し、上記熱処理シミュレーターを用いて調質処理を行った。具体的には、まず均質化焼鈍後の鋳鋼の焼きならし又は焼入れ処理として５０℃／ｈの加熱速度で表２に示す温度（ＴＡ）まで加熱し、その温度で１０時間保持した後、表２に示す冷却速度（ＣＲ）で室温まで冷却した。
【００６９】
焼きならし又は焼入れ処理後の鋳鋼から幅２０ｍｍ、長さ２０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの試験片を切り出し、試験片の表面を鏡面仕上げに研磨した後、レペラ液で腐食して光学顕微鏡にて島状マルテンサイト（Ｍ−Ａ）組織を観察し、Ｍ−Ａ面積分率を測定した。具体的には光学顕微鏡の倍率１０００倍で３視野についてＭ−Ａ面積分率を算出し、その平均値を求めて測定値とした。結果を表２に示す。
【００７０】
次に、焼きならし又は焼入れ処理後の鋳鋼に対し、上記熱処理シミュレーターを用いて焼戻し処理を行った。具体的には、焼戻し処理として５０℃／ｈの加熱速度で表２に示す温度（ＴＴ）まで加熱し、その温度で１０時間保持した後、室温まで冷却した。このようにして実施例１〜５及び比較例１〜５の鋳鋼品を得た。
【００７１】
実施例１〜５及び比較例１〜５の鋳鋼品から溶接性試験片、引張試験片、シャルピー衝撃試験片、及び金属組織観察試験片を切り出し、溶接割れ、引張特性、靱性、及び金属組織を測定した。
【００７２】
（溶接性試験）
ＪＩＳ−Ｚ３１５８（１９９３）のｙ型溶接割れ試験方法に準拠し、試験片温度０℃、入熱量１６ｋＪ／ｃｍにてＣＯ２半自動溶接を行った。溶接施工後４８時間経過ののち、浸透探傷試験（ＰＴ）による表面割れの観察、及び断面の金属組織観察による断面割れの観察を行った。表２に溶接割れの有無を示す。
【００７３】
（引張試験）
ＪＩＳ−Ｚ２２４１（２０１１）に準拠し、１４号Ａ試験片（φ６ｍｍ×Ｇ．Ｌ．３０ｍｍ）を用いて室温にて降伏強度（ＹＰ）、引張強度（ＴＳ）、伸び（ＥＬ）を各鋼種２本ずつ測定し、平均値を求めた。表２に引張試験の各結果を示す。
【００７４】
（シャルピー衝撃試験）
ＪＩＳ−Ｚ２２４２（２００５）に準拠し、２ｍｍＶノッチ試験片を用いて−２０℃にて吸収エネルギーを各鋼種３本ずつ測定し、平均値を求めた。表２に求めたシャルピー吸収エネルギーの結果を示す。
【００７５】
（金属組織観察）
鋳鋼から幅２０ｍｍ、長さ２０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの試験片を切り出し、試験片の表面を鏡面仕上げに研磨した後、ナイタールで腐食して光学顕微鏡にて観察した。顕微鏡観察の結果を表２に示す。なお、表２においてベイニティクフェライトとベイナイトとの組織の合計面積率が６０％以上であったものを「Ａ」、６０％未満であったものを「Ｂ」で表している。
【００７６】
【表２】
2018178145.tif 000006
【００７７】
表２で「−」は未測定であることを意味する。
【００７８】
表１及び表２から、溶接性評価を実施した実施例１、比較例３〜５はいずれも式（１）を満足する鋳鋼品であり、溶接割れは観測されず、良好な溶接性を有していることが分かる。また、式（２）の数式の値が０．６超である実施例１〜５及び比較例１では、金属組織が、ベイニティックフェライトとベイナイト組織の合計面積率が６０％以上からなる組織に調整されていることがわかる。このうち比較例１は、式（２）の数式の値が１．１を超えており、Ｍ−Ａ面積分率が５％を超えている。このことから式（２）は良い金属組織の指標となっていることが分かる。
【００７９】
図１に式（２）の数式の値と、低温における靭性の指標を表す室温での降伏強度及び−２０℃におけるシャルピー吸収エネルギーの積（ＹＰ×ｖＥ（−２０））との関係を示す。なお、ＹＰ×ｖＥ（−２０）が４００００ＭＰａ・Ｊ以上である場合、低温における靭性が優れると判断できる。図１のグラフから、式（２）の数式の値が０．６超１．１以下である実施例１〜５では、低温における靭性が優れ、式（２）の数式の値が０．６以下又は１．１超である比較例１〜５では、低温における靭性が劣る。このことから、式（２）を満たし、金属組織を全組織に対する面積率で、ベイニティックフェライトとベイナイトとの合計を６０％以上、かつ島状マルテンサイトを５％以下とすることで、溶接構造用大型鋳鋼品の低温での靭性が高められることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
以上説明したように、本発明の溶接構造用大型鋳鋼品は、−２０℃の低温環境下においても優れた靭性及び溶接性を有する。従って、本発明の溶接構造用大型鋳鋼品は、放射性物質の遮蔽体、保管容器又は輸送容器として好適に用いることができる。
【図１】
2018178145.tif 000009