(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、C：0.04〜0.08％、Si：0.05〜0.50％、Mn：1.0〜1.8％、P：0.015％以下、S：0.005％以下、Ni：0.1〜0.8％、Nb：0.008〜0.06％、Ti：0.005〜0.05％、Sol.Al：0.002〜0.05％およびN：0.007％以下を含有し、残部Fe及び不純物からなり、ミクロ組織中のフェライト組織が90％以上かつパーライト組織が5％未満であり、フェライト平均結晶粒径が10〜20μmかつパーライト平均結晶粒径が10〜20μmであることを特徴とする、板厚6〜40mmのLPGタンク用鋼板。
【請求項２】
質量％で、さらに、Cu：0.5％以下、Cr：0.5％以下、Mo：0.5％以下、V：0.06％以下およびＢ：0.005％以下のうちの１種以上を含有することを特徴とする、請求項１に記載のLPGタンク用鋼板。
【請求項３】
質量％で、さらに、Ca：0.004％以下、Mg：0.002％以下およびREM：0.002％以下のうちの１種以上を含有することを特徴とする、請求項１または２に記載のLPGタンク用鋼板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、靭性に優れたＬＰＧタンク用鋼板、特に万が一脆性き裂が発生した際に構造物全体の崩壊を阻止するために、発生した脆性き裂伝ぱを停止させる特性（アレスト特性）に優れたＬＰＧタンク用鋼板に関する。なお、この場合のＬＰＧタンク用鋼板とは、板厚６〜４０ｍｍのものが対象であり、そして、強度クラスとしては引張強さが４５０ＭＰａ以上のものが対象となる。
【背景技術】
【０００２】
ＬＰＧタンク用鋼板は、ＬＰＧ（Liquefied Petroleum Gas）を低温域で貯蔵するための貯蔵タンクを主な用途とする。低温とは、ＬＰＧを液体の温度域で貯蔵できる、−６０℃以下の温度を意味する。
【０００３】
あらゆる構造物において、脆性破壊による崩壊は瞬時に構造物全体が崩壊し甚大な被害が想定されることから、絶対に避けるべき破壊形態である。したがって、貯蔵タンク等の建造物は脆性破壊の発生を避けるべく設計がなされるものの、設計を上回る外力の作用や施工に起因する欠陥など、設計者の想定外の異常事態に起因して脆性破壊が発生してしまう場合も考慮する必要がある。脆性破壊が発生すると、極めて高速のき裂伝ぱにより脆性破壊が構造物全体に広がって構造物全体が破壊してしまう。したがって、万が一脆性き裂が発生しても、発生した脆性き裂伝ぱを停止させることができる特性が求められる。この特性を一般的に「アレスト特性」と呼ぶ。
【０００４】
アレスト特性を有した部材を適所に配した構造物は、脆性き裂の発生を避けるだけでなく、万が一脆性き裂が発生しても、伝ぱにより進展してきたき裂を停止させることができるので、脆性き裂の発生と伝ぱの段階で二重の安全性（ダブルインテグリティ）を有することになる。構造物の設計思想として極めて重要なものである。
【０００５】
そして、板厚６〜４０ｍｍのものが対象となるＬＰＧタンク用鋼板には、安全性確保の面から、低温での優れた破壊靱性が求められる。言い換えれば、母材および溶接継手ともに、−６０℃以下という低温での優れたアレスト特性が求められる。
【０００６】
鋼材にアレスト特性を付与する方法として最も単純なものは、靭性を著しく向上させる元素であるＮｉを添加することである。Ｎｉの添加によるアレスト特性の改善効果は大きく、アレスト特性を向上できることが判っている。低温環境でアレスト特性を有する鋼材としては、９％のＮｉを添加したいわゆる９％Ｎｉ鋼が一般的であり、日本工業規格（ＪＩＳ）にも規定されている。
【０００７】
たとえば、特許文献１および２には、表層組織を極細粒化することにより、脆性き裂伝ぱ時のシアリップ形成を促す鋼板の製造方法が開示されている。この方法によれば、Ｎｉなどの高価な元素に頼ることなく、アレスト特性を向上させることが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平３−２３２２号公報
【特許文献２】特開平７−１２６７９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したとおり、Ｎｉによるアレスト特性の改善効果は大きく、アレスト特性を向上させることができる。しかしながら、Ｎｉは非常に高価な元素であり、Ｎｉを９％も添加するとなると、鋼材コストの高騰を引き起こすことになる。したがって、Ｎｉ添加によるアレスト特性の向上は、コスト面での問題が多い。
【００１０】
これに対して、特許文献１および２に開示された発明によれば、Ｎｉなどの高価な元素を添加することなく、アレスト特性を向上させることが可能である。しかしながら、ＬＰＧタンク用鋼板としては、高強度は得られるものの低温での靱性は十分ではない。
【００１１】
本発明は、このような状況に鑑み、アレスト特性だけでなく高強度を有しかつ低温靱性にも優れたＬＰＧタンク用鋼板を低コストで提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、ＬＰＧタンク用鋼板として、アレスト特性（脆性き裂伝ぱ停止特性）に加えて強度と低温靱性について、種々の検討と実験を行った。その結果、次の(a)〜(e)に示す知見を得た。
【００１３】
(a) Niを添加するほどアレスト特性は向上する。
【００１４】
(b) Tiを適正量添加することで、組織が細粒化し母材及び溶接継手のアレスト特性が向上する。
【００１５】
(c) Nbを適正量添加することでNbの析出硬化によりアレスト特性を確保しつつ強度が向上する。しかし、含有量が多すぎると硬化析出物が増加し却ってアレスト特性が劣化する。
【００１６】
(d) アレスト特性を確保してかつ高靱性を得るためには、ミクロ組織を軟質のフェライト組織主体にするのがよい。Ｃを多く含むパーライト組織は溶接部の靭性を劣化させるが、フェライト組織の分率が９０％以上であれば、パーライト組織の分率が５％未満であれば混入してもよい。したがって、ミクロ組織としては、９０％以上のフェライト組織と５％未満のパーライト組織を有するフェライト主体の組織とする。なお、ベイナイトなどの組織が生成すると、強度が上昇しすぎて、靭性が劣化する。
【００１７】
(e) このようなフェライト主体の組織であっても、結晶粒径が粗大になると、強度、靭性およびアレスト特性が低下するので、その平均結晶粒径を10〜20μｍとする。
【００１８】
本発明は、上記の知見を基礎としてなされたものであり、下記の(1)〜(3)のLPGタンク用鋼板をその要旨とする。
【００１９】
(1) 質量％で、C：0.04〜0.08％、Si：0.05〜0.50％、Mn：1.0〜1.8％、P：0.015％以下、S：0.005％以下、Ni：0.1〜0.8％、Nb：0.008〜0.06％、Ti：0.005〜0.05％、Sol.Al：0.002〜0.05％およびN：0.007％以下を含有し、残部Fe及び不純物からなり、ミクロ組織中のフェライト組織が90％以上かつパーライト組織が5％未満であり、フェライト平均結晶粒径が10〜20μmかつパーライト平均結晶粒径が10〜20μmであることを特徴とする、板厚6〜40mmのLPGタンク用鋼板。
【００２０】
(2) 質量％で、さらに、Cu： 0.5％以下、Cr：0.5％以下、Mo：0.5％以下、V：0.06％以下およびＢ：0.005％以下のうちの１種以上を含有することを特徴とする、上記(1)のLPGタンク用鋼板。
【００２１】
(3) 質量％で、さらに、Ca：0.004％以下、Mg：0.002％以下およびREM：0.002％以下のうちの１種以上を含有することを特徴とする、上記(1)または(2)のLPGタンク用鋼板。
【発明の効果】
【００２２】
アレスト特性だけでなく高強度を有しかつ低温靱性にも優れたＬＰＧタンク用鋼板を低コストで提供することができる。
【００２３】
以下に、本発明にかかるＬＰＧタンク用鋼板に関して、その要件毎に詳細に説明する。なお、含有量に関する「％」は、特に断らない限り、「質量％」を意味する。
【００２４】
Ａ．化学組成に関して
Ｃ：０．０３〜０．０８％
Ｃは、強度確保に必要な元素である。０．０３％以上を含有させなければ実用的な強度を有する鋼を生産することはできない。一方、その含有量が０．０８％を超えると、ベイナイト変態領域の靭性劣化が顕著化するとともに、溶接熱影響部の靭性も損ねる。したがって、Ｃの含有量は０．０３〜０．０８％とする。強度とアレスト特性のバランスの点から、好ましい範囲は０．０４〜０．０７％である。
【００２５】
Ｓｉ：０．０５〜０．５０％
Ｓｉは、精錬段階での脱酸に必要な元素であるとともに強度上昇に寄与する元素である。このため、Ｓｉを０．０５％以上含有させる必要がある。しかしながら、Ｓｉの含有量が０．５０％を超えると、溶接熱影響部における島状マルテンサイトの生成を助長して靭性に悪影響を及ぼす。したがって、Ｓｉの含有量を０．０５〜０．５０％とする。好ましい範囲は０．１０〜０．４０％である。
【００２６】
Ｍｎ：１．０〜１．８％
Ｍｎは、強度確保のための必要な元素である。しかし、その含有量が１．０％未満ではこの効果を得ることができない。一方、１．８％を超えると溶接熱影響部の靭性が大幅に劣化する。したがって、Ｍｎの含有量は１．０〜１．８％とする。好ましい範囲は１．２〜１．６％である。
【００２７】
Ｐ：０．０１５％以下
Ｐは、不純物として鋼中に存在し、溶接熱影響部における粒界割れの原因となる。Ｐの含有量が０．０１５％を超えると、溶接熱影響部における粒界割れの発生が著しくなることから、Ｐ含有量の上限を０．０１５％とする。Ｐの含有量を０．０１０％以下とするのが好ましい。なお、その混入量はできるだけ低くするのが好ましい。
【００２８】
Ｓ：０．００５％以下
Ｓは、不純物として鋼中に存在し、脆性破壊の基点となるＭｎＳを形成して、アレスト特性を損なう元素である。Ｓの含有量が０．００５％を超えるとアレスト特性が顕著に劣化するため、不純物元素としてのＳ含有量の上限を０．００５％とする。Ｓの含有量を０．００３％未満とするのが好ましい。なお、その混入量はできるだけ低くするのが好ましい。
【００２９】
Ｎｉ：０．１〜０．８％
Ｎｉを含有させると、鋼板のアレスト特性を向上させることができるため、０．１％以上の含有が必要である。しかしながら、Ｎｉの含有はコストアップ要因となるため、その含有量を０．８％以下とする。なお、Ｎｉの含有量の好ましい下限は０．３％である。
【００３０】
Ｎｂ：０．００８〜０．０６％
Ｎｂは、組織の微細化、焼入れ性の向上及び析出硬化による強度上昇に有効な元素であり、そのためには０．００８％以上含有させる必要がある。特に、未再結晶域の拡大効果が大きいことから、ＴＭＣＰ（Thermo-Mechanical Control Process：加工熱処理）法を適用する場合には必要である。しかし、その含有量が０．０６％を超えると、析出物の増加により却って靭性の劣化をもたらす。したがって、Ｎｂの含有量を０．００８〜０．０６％とする。好ましくは０．０１〜０．０３％である。
【００３１】
Ｔｉ：０．００５〜０．０５％
Ｔｉは、組織を微細化して靭性を高める作用を有する。この作用を発現させるために０．００５％以上含有させる必要がある。特に、オンラインでの加速冷却によって母材を製造する際の組織微細化に効果を発揮する。しかしながら、Ｔｉの含有量が多すぎると溶接継手の靭性低下をきたし、特に、０．０５％を超えると、溶接継手の靭性低下が著しくなる。したがって、Ｔｉの含有量を０．００５〜０．０５％とする。より望ましいＴｉの含有量は０．００５〜０．０３％である。
【００３２】
ｓｏｌ．Ａｌ：０．００２〜０．０５％
Ａｌは鋼の脱酸に必要な元素である。そのために、０．００２％以上のｓｏｌ．Ａｌの含有量が必要である。しかし、その含有量が０．０５％を超えると析出物の増加を通じてアレスト特性の劣化が顕著化する。したがって、ｓｏｌ．Ａｌの含有量は０．００２〜０．０５％とする。好ましくは０．００２〜０．０４％である
【００３３】
Ｎ：０．００７％以下
Ｎは、不純物として存在し、析出物を形成することで靭性劣化をもたらす。Ｎの含有量が０．００７％を超えるとアレスト特性の劣化が顕著化するため、Ｎの含有量は０．００７％以下とする。好ましくは０．００６％以下である。なお、低温靭性確保のためには低い方が良い。
【００３４】
本発明に係るＬＰＧタンク用鋼板は、残部がＦｅと不純物からなるものである。ここで、不純物とは、ＬＰＧタンク用鋼板を工業的に製造する際に、鉱石やスクラップ等のような原料を始めとして、製造工程の種々の要因によって混入する成分を意味する。
【００３５】
本発明に係るＬＰＧタンク用鋼板は、上記の成分の外に、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｂ、Ｃａ、ＭｇおよびＲＥＭうちの１種以上をさらに含有してもよい。
【００３６】
Ｃｕ：０．５％以下
Ｃｕは、必要に応じて含有させることができる。Ｃｕを含有させると、靭性を劣化させずに強度を向上させることができる。しかしながら、その含有量が０．５％を超えると、却って析出物増加によりアレスト特性の劣化をきたし、更に、熱間での加工の際、表面に微小な割れを発生させるので、その含有量の上限は０．５％とする。Ｃｕの好ましい上限は０．３％である。なお、Ｃｕによる強度向上効果を安定的に発現させるためには、Ｃｕを０．１％以上含有させることが好ましい。
【００３７】
Ｃｒ：０．５％以下
Ｃｒは、必要に応じて含有させることができる。Ｃｒを含有させると、強度を上昇させることができる。しかしながら、その含有量が０．５％を超えると、却って靭性の劣化をきたし、更に、溶接熱影響部に硬化した組織を形成し靭性を劣化させるので、その含有量の上限は０．５％とする。Ｃｒの好ましい上限は０．３％である。なお、Ｃｒによる強度向上効果を安定的に発現させるためには、Ｃｒを０．０５％以上含有させることが好ましい。
【００３８】
Ｍｏ：０．５％以下
Ｍｏは、必要に応じて含有させることができる。Ｍｏを含有させると、焼入れ性を高め、強度を向上させることができる。しかしながら、Ｍｏの含有はコストアップ要因となり、また、その含有量が０．５％を超えると、却って溶接熱影響部の靭性を劣化させるので、その含有量の上限は０．５％とする。Ｍｏの好ましい上限は０．３％である。なお、Ｍｏによる焼入性と強度の向上効果を安定的に発現させるためには、Ｍｏを０．０２％以上含有させることが好ましい。
【００３９】
Ｖ：０．０６％以下
Ｖは、必要に応じて含有させることができる。Ｖを含有させると、焼入れ性の向上及び析出硬化による強度の向上に有効となる。しかしながら、Ｖの含有量が０．０６％を超えると、却って靭性の著しい劣化をもたらすので、その含有量の上限は０．０６％とする。なお、Ｖによる焼入性と強度の向上効果を安定的に発現させるためには、Ｖを０．０１％以上含有させることが好ましい。
【００４０】
Ｂ：０．００５％以下
Ｂは、必要に応じて含有させることができる。Ｂを含有させると、オーステナイト粒界からのフェライト変態を抑制して焼入れ性を向上させ、強度を高めることができる。しかしながら、Ｂの含有量が０．００５％を超えると靭性が劣化するので、その含有量の上限は０．００５％とする。Ｂの好ましい上限は０．００１５％である。なお、Ｂによる焼入性および強度の向上効果を安定的に発現させるためには、Ｂを０．０００３％以上含有させることが好ましい。Ｂを含有させるときは、板厚中心部のフェライト量を確保するべく、炭素当量で示される焼き入れ性とのバランスを十分考慮することが重要となる。
【００４１】
Ｃａ：０．００４％以下
Ｃａは、必要に応じて含有させることができる。Ｃａを含有させると、介在物の形態制御効果を有し、アレスト特性の向上に寄与する。しかしながら、その含有量が０．００４％を超えると、鋼の清浄度自体を大きく低下させるので、その含有量の上限は０．００４％とする。Ｃａの好ましい上限は０．００２％である。なお、Ｃａによるこれらの効果を安定的に発現させるためには、Ｃａを０．０００３％以上含有させるのが好ましい
【００４２】
Ｍｇ：０．００２％以下
Ｍｇは、必要に応じて含有させることができる。Ｍｇを含有させると、微細酸化物の分散密度を増すことができ、溶接熱影響部の靭性が向上する。しかしながら、その含有量が０．００２％を超えると、微細酸化物が得られないし、鋼の清浄度を大きく低下させるので、その含有量の上限は０．００２％とする。Ｍｇの好ましい上限は０．００１５％である。なお、Ｍｇによる微細酸化物の分散密度の向上効果を安定的に発現させるためには、Ｍｇを０．０００２％以上含有させることが好ましい。ここで、Ｍｇを溶鋼中に含有させる工程は、Ａｌを溶鋼中に含有させる前に行うのが好ましい。
【００４３】
ＲＥＭ：０．００２％以下
ＲＥＭ（希土類元素）は、必要に応じて含有させることができる。ＲＥＭを含有させると、Ｍｇと同様に、微細酸化物の分散密度を増すことができ、溶接熱影響部の靭性が向上する。さらに、過剰なＳを硫化物として固定する効果も得られる。しかしながら、その含有量が０．００２％を超えると、微細酸化物が得られないし、鋼の清浄度を大きく低下させるので、その含有量の上限は０．００２％とする。ＲＥＭの好ましい上限は０．００１５％である。なお、ＲＥＭによるこれらの効果を安定的に発現させるためには、ＲＥＭを０．０００２％以上含有させることが好ましい。ここで、ＲＥＭを溶鋼中に含有させる工程は、Ａｌを溶鋼中に含有させる前に行うのが好ましい。またＲＥＭとは、ランタニドの１５元素にＹおよびＳｃを合わせた１７元素を意味し、これらの元素のうちの１種または２種以上を含有させることができる。ミッシュメタルとして混合した状態で鋼中に含有させてもよい。なお、ＲＥＭの含有量はこれらの元素の合計含有量を意味する。
【００４４】
Ｂ．鋼板のミクロ組織に関して
一般にパーライト組織やベイナイト組織は、細粒フェライト組織に比べて、母材や溶接部の靭性が低下する。したがって、フェライト組織を増加させる必要がある。フェライト組織を増加する手法としては、低温加熱によるγ粒界の増加や加工誘起によるフェライト生成範囲の拡大などを挙げることができる。本発明者らは、種々のフェライト率を有する鋼について試験をした結果、フェライト組織分率が９０％以上の鋼は優れたアレスト特性を保有することが分かった。したがって、鋼中のフェライト組織分率は９０％以上と規定する。また、パーライト組織も５％未満であれば靭性低下がほとんどないことが判明した。したがってパーライト組織分率は５％未満とする。
【００４５】
なお、組織分率は、光学顕微鏡のほかに、走査型電子顕微鏡及び加速電圧が１００〜２００ｋＶの透過電子顕微鏡を用いた観察に基づいて評価すればよい。ここでは、組織分率を面積率により評価している。具体的には、これらの観察法によって観察した１００視野について、各視野において全視野面積に対するフェライトの面積割合を算出したのち、１００視野のフェライトの面積割合の平均値を求めればよい。
【００４６】
Ｃ．鋼板の平均結晶粒径に関して
高強度厚肉鋼板の靱性は、圧延後に得られる鋼板のフェライト組織分率を９０％以上と規定することに加えて、平均結晶粒径を２０μｍ以下とすることによって向上することが分かった。
【００４７】
なお、結晶粒径の測定は光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡で認められる粒界を基準として定量化した場合には、隣接する結晶粒の方位差が小さい場合などに破面単位との対応が悪く組織サイズを代表する数値となり得ない。したがって、本発明における「平均結晶粒径」とは、ＥＢＳＰにより評価した場合の方位差１５°以上の組織境界で囲まれる部分の結晶粒径を意味する。すなわち、ＥＢＳＰ（Electron  Backscatter  Diffraction Pattern：電子線後方散乱パターン）法を用いて、倍率３００倍で５視野以上の観察を行い、１５°以上の方位差を有する組織境界を粒界とみなし、ひとつの結晶内部の面積を求め、その面積を円相当径に換算したものを平均結晶粒径として評価すればよい。
【実施例１】
【００４８】
表１に示す化学組成を有する鋼種からなる厚さ２５０ｍｍのスラブを準備し、TMCP法により鋼板を製造した。
【００４９】
【表１】
0005811032.tif 000002
【００５０】
TMCP法の条件は、表２に記載したとおりである。すなわち、加熱、圧延、水冷を行って、厚みｔが１６ｍｍの鋼板を得た。
【００５１】
【表２】
0005811032.tif 000003
【００５２】
得られた鋼板から、試片を採取し、そのフェライト組織分率（％）およびパーライト組織分率（％）並びにフェライト平均粒径（μｍ）およびパーライト平均粒径（μｍ）を、前述の測定方法に基づいて測定した。
【００５３】
得られた鋼板の強度特性の評価として、引張強度ＴＳ（ＭＰａ）および降伏強度ＹＳ（ＭＰａ）を測定するために、ＪＩＳ  Ｚ２２０１に記載の試験方法に準じて、引張試験のための試片を採取した。採取位置は、板厚ｔの(1/4)ｔ位置でかつＣ方向（圧延方向と直角）とした。なお、降伏点は１０Ｎ／（ｍｍ・ｓ）の試験速度として下降伏点を求め、明確な降伏点が現れない場合は０．２％耐力とした。強度の目標値は、引張強度ＴＳで４９０ＭＰａ以上とした。
【００５４】
また、得られた鋼板のアレスト特性の評価方法として、シャルピー衝撃試験およびNRL落重試験を実施した。シャルピー試験はJIS Z2242に記載の試験方法に準じて2mmVノッチ試験片を採取し、試験に供した。シャルピー衝撃試験は、破面遷移温度(vTrs)が−８０℃以下のものを合格と判定した。NRL落重試験はASTM  E208に記載の試験方法でP-2試験片を用いて実施し、NDT温度(Nil-Ductility-Transition  Temperature：NDTT)が−９０℃以下となるものを合格と判定した。
【００５５】
以上の調査結果を、まとめて表３に示した。
【００５６】
【表３】
0005811032.tif 000004
【００５７】
表３に示す特性評価結果からわかるように、化学組成が本発明で規定する範囲内にあり、かつ、フェライト組織分率とパーライト組織分率並びにフェライト平均粒径およびパーライト平均粒径（μｍ）が本発明で規定する範囲内にある鋼種、すなわち、鋼No.１、２、３、６、７、９、１２および１３の鋼種の鋼板はいずれも、ＬＰＧ用鋼板として必要な強度特性とアレスト特性を満足している。
【００５８】
これに対して、鋼No.４はNbの含有量の規定の範囲外にある。よって組織微細化が不十分で靭性が劣化した。また、強度も劣化した。
【００５９】
鋼No.５および８はＣの含有量の規定の範囲外にある。よって、フェライト組織分率、パーライト分率、フェライト粒径、パーライト粒径のいずれもが規定に達せず、その結果、靭性が不足している。
【００６０】
鋼No.１０および１１はその組成は本発明の規定の範囲内にあるものの、フェライト組織分率、パーライト分率、フェライト粒径、パーライト粒径のうちのいずれかが規定に達せず、その結果、靭性が不足している。ここで、鋼No. １０は圧延仕上温度が高すぎるため、ベイナイト主体の組織となったものであり、そして、鋼No.１１は加熱温度が高すぎるため、加熱中に結晶粒径が粗大化し靭性が劣化したものである。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
以上のとおり、本発明にかかる鋼板は、アレスト特性だけでなく高強度を有しかつ低温靱性にも優れているので、LPGタンク用鋼板として好適である。