(57)【要約】【課題】極低温における衝撃靭性及び平坦度に優れた極低温用鋼材及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明による極低温用鋼材は、重量％で、炭素（Ｃ）を０．０４％〜０．０８％、ニッケル（Ｎｉ）を８．９％〜９．３％、マンガン（Ｍｎ）を０．６％〜０．７％、シリコン（Ｓｉ）を０．２％〜０．３％、Ｐを５０ｐｐｍ以下、Ｓを１０ｐｐｍ以下含み、残りは鉄（Ｆｅ）及びその他の不可避不純物からなり、鋼材の１／４ｔ（ｔ：鋼材の厚さ）の領域における微細組織が、面積％で、１０％以上の焼戻しベイナイト、１０％以下の残留オーステナイト、及び残りの焼戻しマルテンサイトからなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、炭素（Ｃ）を０．０４％〜０．０８％、ニッケル（Ｎｉ）を８．９％〜９．３％、マンガン（Ｍｎ）を０．６％〜０．７％、シリコン（Ｓｉ）を０．２％〜０．３％、Ｐを５０ｐｐｍ以下、Ｓを１０ｐｐｍ以下含み、残りは鉄（Ｆｅ）及びその他の不可避不純物からなり、鋼材の１／４ｔ（ｔ：鋼材の厚さ）の領域における微細組織が、面積％で、１０％以上の焼戻しベイナイト、１０％以下の残留オーステナイト、及び残りの焼戻しマルテンサイトからなることを特徴とする極低温用鋼材。
【請求項２】
前記残留オーステナイトの分率が３％〜１０％であることを特徴とする請求項１に記載の極低温用鋼材。
【請求項３】
前記焼戻しベイナイトの分率が１０％〜３０％であることを特徴とする請求項１に記載の極低温用鋼材。
【請求項４】
前記鋼材の厚さが１０ｍｍ〜４５ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の極低温用鋼材。
【請求項５】
前記鋼材は、鋼材を直接焼入れした後、焼戻し処理して製造される極低温用鋼材であって、直接焼入れした後、焼戻し処理前の鋼材の微細組織がマルテンサイト基地中に、面積％で１０％以上のベイナイトを含み、前記直接焼入れした後、鋼材の微細組織の平均旧オーステナイト結晶粒サイズが３０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の極低温用鋼材。
【請求項６】
前記ベイナイトの分率が１０％〜３０％であることを特徴とする請求項５に記載の極低温用鋼材。
【請求項７】
重量％で、炭素（Ｃ）を０．０４％〜０．０８％、ニッケル（Ｎｉ）を８．９％〜９．３％、マンガン（Ｍｎ）を０．６％〜０．７％、シリコン（Ｓｉ）を０．２％〜０．３％、Ｐを５０ｐｐｍ以下、Ｓを１０ｐｐｍ以下含み、残りは鉄（Ｆｅ）及びその他の不可避不純物からなる鋼スラブを加熱した後、９００℃以下の温度で仕上げ熱間圧延して鋼材を得る段階と、
前記鋼材を１０℃／ｓｅｃ〜４０℃／ｓｅｃの冷却速度で冷却する直接焼入れ段階と、
前記のように直接焼入れされた鋼材を５８０℃〜６００℃の温度で焼戻し処理する段階と、を含み、前記直接焼入れ段階後、焼戻し処理する段階前の鋼材の微細組織がマルテンサイト基地中に、面積％で１０％以上のベイナイトを含むことを特徴とする極低温用鋼材の製造方法。
【請求項８】
前記鋼スラブの加熱温度が１１００℃〜１２００℃であることを特徴とする請求項７に記載の極低温用鋼材の製造方法。
【請求項９】
前記仕上げ熱間圧延の温度が７００℃〜９００℃であることを特徴とする請求項７に記載の極低温用鋼材の製造方法。
【請求項１０】
前記焼戻しは、１．９ｔ（ｔは鋼材の厚さ、ｍｍ）＋４０分〜８０分間行われることを特徴とする請求項７に記載の極低温用鋼材の製造方法。
【請求項１１】
前記ベイナイトの分率が１０％〜３０％であることを特徴とする請求項７に記載の極低温用鋼材の製造方法。
【請求項１２】
前記微細組織の平均旧オーステナイト結晶粒サイズは３０μｍ以下であることを特徴とする請求項７に記載の極低温用鋼材の製造方法。
【請求項１３】
前記焼戻し処理する段階後の鋼材の微細組織が、面積％で、１０％以上の焼戻しベイナイト、１０％以下の残留オーステナイト、及び残りの焼戻しマルテンサイトからなることを特徴とする請求項７に記載の極低温用鋼材の製造方法。
【請求項１４】
前記焼戻しベイナイトの分率が１０％〜３０％であることを特徴とする請求項１３に記載の極低温用鋼材の製造方法。
【請求項１５】
前記残留オーステナイトの分率が３％〜１０％であることを特徴とする請求項１３に記載の極低温用鋼材の製造方法。
【請求項１６】
前記鋼材の厚さが１０ｍｍ〜４５ｍｍであることを特徴とする請求項７に記載の極低温用鋼材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＮＧ（Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ  Ｎａｔｕｒａｌ  Ｇａｓ）などといった極低温用貯蔵容器などの構造材に用いられる極低温用鋼材及びその製造方法に関し、より詳細には、ベイナイトを用いた直接燒入れ型極低温用ニッケル（Ｎｉ）含有鋼材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＮＧの環境親和性や技術発展を介したコスト低減及び効率性向上により、世界のＬＮＧ消費量が着実に増加するにつれて、１９８０年には６カ国で２，３００万トンに過ぎなかったＬＮＧ消費量の規模は約１０年ごとに倍増する傾向にある。このようなＬＮＧ市場の拡大及び成長に伴い、ＬＮＧ生産国の間では従来運営されている設備の改造又は増設が進められており、天然ガスの生産国ではＬＮＧ市場に新規参入するために生産設備を建設しようとする傾向にある。
【０００３】
ＬＮＧ貯蔵容器は、設備の目的（貯蔵用タンク、輸送用タンク）、設置位置、内外タンクの形などの様々な基準によって分類される。このうち、内部タンクの形、すなわち、材料及び形状に応じて、９％Ｎｉ鋼材の内部タンク、メンブレン内部タンク、コンクリート内部タンクに分けられる。最近では、ＬＮＧキャリア（ｃａｒｒｉｅｒ）の安定性を向上させるために、９％Ｎｉ鋼材を用いたＬＮＧ貯蔵容器の使用が貯蔵用タンクから輸送用タンクの分野にまで拡大し、９％Ｎｉ鋼材に対する世界的な需要が増加している。
【０００４】
一般に、ＬＮＧ貯蔵容器の材料として用いられるためには、極低温において優れた衝撃靭性を有する必要があり、構造物の安定性のために高い強度レベル及び延性が必要である。
【０００５】
９％Ｎｉ鋼材は、一般的に、圧延した後、ＱＴ（Ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ−Ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ）もしくはＱＬＴ（Ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ−Ｌａｍｅｌｌａｒｉｚｉｎｇ−Ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ）の工程を介して生産されている。このような工程を介して微細な結晶粒を有するマルテンサイト基地（ｍａｒｔｅｎｓｉｔｉｃ  ｍａｔｒｉｘ）中に軟質相のオーステナイトを２次相として有することにより、極低温において優れた衝撃靭性を示す。しかし、９％Ｎｉ鋼材の場合、複数回の熱処理過程を経ることにより、一般の熱処理材に比べて生産コストの増加及び熱処理設備の過負荷を誘発するという欠点を有する。
【０００６】
このような欠点を解決するために、従来の９％Ｎｉ鋼材の製造工程において焼入れ（Ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）工程を省略した直接焼入れ焼戻し（ＤＱＴ：Ｄｉｒｅｃｔ  Ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ−Ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ）の技術が開発された。これにより、従来の工程での再加熱及び焼入れ工程が省略されて、製造コスト及び熱処理負荷の低減が可能になった。
【０００７】
しかし、一般的な焼入れ工程に比べて直接焼入れ（ＤＱ：Ｄｉｒｅｃｔ  Ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）工程の速い冷却速度により、焼入性が増加し、焼戻し（Ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ）工程時における熱処理時間を増加させる必要があるという問題がある。これに加えて、直接焼入れ後の微細組織内部の残留応力の増加が原因となって製品の形状制御が難しくなるという問題も発生するようになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、高強度及び優れた延性を有するだけでなく、極低温における衝撃靭性及び平坦度に優れた極低温用鋼材を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の目的は、高強度及び優れた延性を有するだけでなく、極低温における衝撃靭性及び平坦度に優れた極低温用鋼材を直接焼入れ焼戻しによって製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するためになされた本発明の好ましい一態様による極低温用鋼材は、重量％で、炭素（Ｃ）を０．０４％〜０．０８％、ニッケル（Ｎｉ）を８．９％〜９．３％、マンガン（Ｍｎ）を０．６％〜０．７％、シリコン（Ｓｉ）を０．２％〜０．３％、Ｐを５０ｐｐｍ以下、Ｓを１０ｐｐｍ以下含み、残りは鉄（Ｆｅ）及びその他の不可避不純物からなり、鋼材の１／４ｔ（ｔ：鋼材の厚さ）の領域における微細組織が、面積％で、１０％以上の焼戻しベイナイト、１０％以下の残留オーステナイト、及び残りの焼戻しマルテンサイトからなることを特徴とする。
【００１１】
前記鋼材の厚さは１０ｍｍ〜４５ｍｍであることが好ましい。
【００１２】
本発明の好ましい他の態様による極低温用鋼材は、鋼材を直接焼入れした後、焼戻し処理して製造される極低温用鋼材であって、重量％で、炭素（Ｃ）を０．０４％〜０．０８％、ニッケル（Ｎｉ）を８．９％〜９．３％、マンガン（Ｍｎ）を０．６％〜０．７％、シリコン（Ｓｉ）を０．２％〜０．３％、Ｐを５０ｐｐｍ以下、Ｓを１０ｐｐｍ以下含み、残りは鉄（Ｆｅ）及びその他の不可避不純物からなり、直接焼入れした後、焼戻し処理前の鋼材の微細組織がマルテンサイト基地中に、面積％で１０％以上のベイナイトを含み、焼戻し処理後の鋼材の１／４ｔ（ｔ：鋼材の厚さ）の領域における鋼材の微細組織が、面積％で、１０％以上の焼戻しベイナイト、１０％以下の残留オーステナイト、及び残りの焼戻しマルテンサイトからなることを特徴とする。
【００１３】
前記直接焼入れした後、鋼材の微細組織の平均旧オーステナイト結晶粒サイズは３０μｍ以下であることが好ましい。
【００１４】
本発明の好ましい一態様による極低温用鋼材の製造方法は、重量％で、炭素（Ｃ）を０．０４％〜０．０８％、ニッケル（Ｎｉ）を８．９％〜９．３％、マンガン（Ｍｎ）を０．６％〜０．７％、シリコン（Ｓｉ）を０．２％〜０．３％、Ｐを５０ｐｐｍ以下、Ｓを１０ｐｐｍ以下含み、残りは鉄（Ｆｅ）及びその他の不可避不純物からなる鋼スラブを加熱した後、９００℃以下の温度で仕上げ熱間圧延して鋼材を得る段階と、前記鋼材を１０℃／ｓｅｃ〜４０℃／ｓｅｃの冷却速度で冷却する直接焼入れ段階と、前記のように直接焼入れされた鋼材を５８０℃〜６００℃の温度で焼戻し処理する段階と、を含み、前記直接焼入れ段階後、焼戻し処理する段階前の鋼材の微細組織がマルテンサイト基地中に、面積％で１０％以上のベイナイトを含むことを特徴とする。
【００１５】
前記鋼材の厚さは１０ｍｍ〜４５ｍｍであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、高強度及び優れた延性を有するだけでなく、極低温における衝撃靭性及び平坦度に優れた極低温用鋼材を直接焼入れ焼戻しによって製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】発明鋼１の直接焼入れ後のベイナイトを含む鋼材の微細組織写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
９％Ｎｉ鋼材は、国に応じて、ＡＳＴＭ  Ａ５５３  ｔｙｐｅ−１、ＪＩＳ  ＳＬ９Ｎ５９０、ＢＳ  １５０１−２に準拠したｔｙｐｅ  ５１０などの成分規定を有しており、重量％で、Ｎｉ９％の他にＣ、Ｍｎ、Ｓｉなどを含有し、衝撃靭性の低下などという問題を制御するために、Ｐ、Ｓの量を規制している。本発明は、上述したＡＳＴＭ及び各国の９％Ｎｉ鋼材の成分規定を満たす成分系（重量％）を基準にした極低温用鋼材に関するものである。
【００１９】
本発明者らは、直接焼入れ焼戻しを用いた極低温用ニッケル（Ｎｉ）含有鋼材の製造方法の問題点を解決するために研究及び実験を行い、その結果によって本発明を完成するに至った。
【００２０】
本発明は、鋼組成の制御とともに、製造条件、特に直接焼入れ時の冷却速度を制御することにより、直接焼入れ後の微細組織を従来のマルテンサイト単相組織ではなく、マルテンサイトとベイナイトの２相組織に制御し、後続する焼戻し工程時におけるベイナイト組織を介してオーステナイトが容易に核生成されるようにすることで焼戻し時間を短縮させるとともに、衝撃靭性も向上させる。
【００２１】
本発明では、制御冷却を介して微細組織内部の残留応力を低減させることにより、鋼材の形状、特に鋼材の平坦度も向上させることができる。一方、冷却時における各部位の冷却速度の偏差によって変態時間が異なり、局部残留応力が発生し、結果として、鋼材の形状、特に鋼材の平坦度が悪くなる。これに対し、冷却速度を制御すると、すなわち、冷却速度を減らすと、部位ごとの冷却速度の偏差が減少する。これにより、マルテンサイト変態時間の差が減少し、相変態に起因する局部残留応力の発生が低減され、鋼材の形状、特に鋼材の平坦度も良くなる。
【００２２】
以下、本発明の好ましい一実施形態による極低温用鋼材について説明する。
【００２３】
本発明の好ましい一実施形態による極低温用鋼材は、重量％で、炭素（Ｃ）を０．０４％〜０．０８％、ニッケル（Ｎｉ）を８．９％〜９．３％、マンガン（Ｍｎ）を０．６％〜０．７％、シリコン（Ｓｉ）を０．２％〜０．３％、Ｐを５０ｐｐｍ以下、Ｓを１０ｐｐｍ以下含み、残りは鉄（Ｆｅ）及びその他の不可避不純物からなり、鋼材の１／４ｔ（ｔ：鋼材の厚さ）の領域における微細組織が、面積％で、１０％以上の焼戻しベイナイト、１０％以下の残留オーステナイト、及び残りの焼戻しマルテンサイトからなる。
【００２４】
炭素（Ｃ）：０．０４重量％〜０．０８重量％（以下、「％」と表記する）
炭素は、マルテンサイト変態温度を下げ、オーステナイトを安定化させるのに重要な元素である。しかし、炭素含有量が増加するほど、強度は増加する一方で靭性が低下する。炭素含有量は、下記Ｎｉの組成範囲内で本発明が要求する物性を確保するために０．０４％以上含まれることが好ましく、延性の確保のためにその上限を０．０８％に限定することが好ましい。
【００２５】
ニッケル（Ｎｉ）：８．９％〜９．３％
ニッケルは、鋼の強度を向上させるとともに、オーステナイトを安定化させるのに最も重要な役割を果たす元素である。ニッケル含有量が増加するにつれて、マルテンサイト及びベイナイト組織が主組織として形成される。しかし、上記炭素範囲内において、ニッケルの含有量が８．９％未満の場合には、上部ベイナイトなどの微細組織の生成によって機械的物性が劣化する可能性があり、９．３％を超えると、高強度によって靭性が低下する。したがって、ニッケル含有量は、８．９％〜９．３％に制限することが好ましい。
【００２６】
マンガン（Ｍｎ）：０．６％〜０．７％
マンガンは、マルテンサイト変態温度を下げることでマルテンサイト組織を安定化させ、オーステナイトの安定性を向上させる元素である。しかし、マンガン含有量が増加するほど、基地組織の強度が増加し、靭性が低下する可能性があるため、マンガン含有量は、０．６％〜０．７％に制限することが好ましい。
【００２７】
シリコン（Ｓｉ）：０．２％〜０．３％
シリコンは、脱酸剤としての役割を果たし、固溶強化によって強度を向上させる。また、焼戻し時における炭化物の生成を抑制し、オーステナイトの安定性を向上させる。しかし、シリコン含有量が高いほど靭性が低下するため、シリコン含有量は、０．２％〜０．３％に制限することが好ましい。
【００２８】
Ｐ：５０ｐｐｍ以下、Ｓ：１０ｐｐｍ以下
Ｐ、Ｓは、結晶粒界に脆性を誘発したり、又は粗大な介在物を形成させて脆性を誘発する元素であって、焼戻し時における衝撃靭性を低下させるという問題を発生させる可能性があるため、本発明では、Ｐ：５０ｐｐｍ以下及びＳ：１０ｐｐｍ以下に制限することが好ましい。
【００２９】
本発明の他の成分は鉄（Ｆｅ）である。但し、通常の鉄鋼製造過程では原料又は周囲環境から意図しない不純物が不可避に混入する可能性があり、これを排除することはできない。このような不純物は、通常の鉄鋼製造過程における当業者であれば誰でも分かるものであるため、そのすべての内容を本明細書に具体的に記載しない。
【００３０】
本発明の好ましい一実施形態による極低温用鋼材は、鋼材の１／４ｔ（ｔ：鋼材の厚さ）の領域における微細組織が、面積％で、１０％以上の焼戻しベイナイト、１０％以下の残留オーステナイト、及び残りの焼戻しマルテンサイトからなる。
【００３１】
上記鋼材の微細組織が残留オーステナイトを１０％を超えて含む場合には、残留オーステナイトの安定性の低下による衝撃靭性の低下のおそれがあるため、１０％以下の残留オーステナイトを含むことが好ましい。残留オーステナイト分率は３％〜１０％であることが好ましい。
【００３２】
また、焼戻しベイナイトの分率は１０％〜３０％であることが好ましい。
【００３３】
上記鋼材は、鋼材を直接焼入れした後、焼戻し処理して製造される極低温用鋼材であって、直接焼入れした後、焼戻し処理する前の鋼材の微細組織がマルテンサイト基地中に、面積％で１０％以上のベイナイトを含むものであることが好ましい。
【００３４】
直接焼入れした後、焼戻し処理する前の鋼材の微細組織がマルテンサイト基地中に１０％未満のベイナイトを含む場合には、３％以上の残留オーステナイトを確保することができず、衝撃靭性が低下するおそれがあるため、マルテンサイト基地中に１０％以上のベイナイトを含むことが好ましい。ベイナイト分率は１０％〜３０％であることが好ましい。
【００３５】
直接焼入れした後、鋼材の微細組織の平均旧オーステナイト結晶粒サイズは３０μｍ以下であることが好ましい。
【００３６】
上記鋼材は、４９０ＭＰａ以上の降伏強度、６４０ＭＰａ以上の引張強度、１８％以上の伸び率、及び−１９６℃において４１Ｊ以上の衝撃靭性（衝撃エネルギー）を有する。
【００３７】
上記鋼材の厚さは１０ｍｍ〜４５ｍｍであることが好ましい。
【００３８】
以下、本発明の好ましい一実施形態による極低温用鋼材の製造方法について説明する。
【００３９】
本発明の好ましい一実施形態による極低温用鋼材の製造方法は、重量％で、炭素（Ｃ）を０．０４％〜０．０８％、ニッケル（Ｎｉ）を８．９％〜９．３％、マンガン（Ｍｎ）を０．６％〜０．７％、シリコン（Ｓｉ）を０．２％〜０．３％、Ｐを５０ｐｐｍ以下、Ｓを１０ｐｐｍ以下含み、残りは鉄（Ｆｅ）及びその他の不可避不純物からなる鋼スラブを加熱した後、９００℃以下の温度で仕上げ熱間圧延して鋼材を得る段階と、上記鋼材を１０℃／ｓｅｃ〜４０℃／ｓｅｃの冷却速度で冷却する直接焼入れ段階と、上記のように直接焼入れされた鋼材を５８０℃〜６００℃の温度で焼戻し処理する焼戻し段階と、を含み、上記直接焼入れ段階後、焼戻し処理する段階前の鋼材の微細組織はマルテンサイト基地中に１０％以上のベイナイトを含む。
【００４０】
［鋼材を得る段階］
上記の組成を有する鋼スラブを加熱した後、９００℃以下の温度で仕上げ熱間圧延して鋼材を得る。
上記鋼スラブの加熱時における加熱温度は、特に限定されるものではないが、例えば、１１００℃〜１２００℃であることが好ましい。
仕上げ熱間圧延温度が９００℃よりも高い場合には、オーステナイトの結晶粒が粗大になって靭性が劣化する可能性がある。したがって、仕上げ熱間圧延温度は９００℃以下に限定することが好ましい。但し、製造環境などを考慮して、仕上げ熱間圧延温度は７００℃〜９００℃に限定され得る。
上記鋼材の厚さは１０ｍｍ〜４５ｍｍであることが好ましい。
【００４１】
［直接焼入れ段階］
上記のように得られた鋼材を１０℃／ｓｅｃ〜４０℃／ｓｅｃの冷却速度で冷却する直接焼入れを行う。
上述した極低温用鋼の成分範囲では、連続冷却変態曲線（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｃｏｏｌｉｎｇ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｄｉａｇｒａｍ）においてベイナイト又はフェライトの生成曲線が後方に急激に移動するため、熱間圧延又は溶体化処理後、直接焼入れ時に炭素鋼に比べて低い冷却速度でもベイナイト及びマルテンサイトを安定的に得ることができ、冷却速度の制御を介して微細組織内部の相分率の制御が可能である。
直接焼入れ時に生成されたベイナイトは、組織内部に含まれる炭化物（ｃａｒｂｉｄｅ）を含み、焼戻し時に上記炭化物においてオーステナイトが容易に核生成されることにより、焼戻し時間を短縮するとともに、衝撃靭性も向上させる。
熱延鋼材の直接焼入れ時における冷却速度が４０℃／ｓｅｃを超えると、微細組織内のベイナイトの分率が１０％以下に低下するため、ベイナイトを用いた衝撃靭性の向上を期待することができなくなる上、製品の形状制御も難しくなる。
冷却速度が１０℃／ｓｅｃ未満の場合には、粗大な上部ベイナイトが生成されて、靭性が低下する可能性がある。したがって、直接焼入れ時における冷却速度は１０℃／ｓｅｃ〜４０℃／ｓｅｃに制御することが好ましい。
上記直接焼入れ後の鋼材の微細組織は、マルテンサイト基地中に、面積％で１０％以上のベイナイトを含む。
直接焼入れした後の微細組織がマルテンサイト基地中に１０％未満のベイナイトを含む場合には、３％以上の残留オーステナイトを確保することができず、衝撃靭性が低下するおそれがあるため、マルテンサイト基地中に１０％以上のベイナイトを含むことが好ましい。ベイナイト分率は１０％〜３０％であることが好ましい。
直接焼入れ後の微細組織の平均旧オーステナイト結晶粒サイズは３０μｍ以下であることが好ましい。
低温における衝撃靭性は、微細組織の有効結晶粒サイズが減少するほど増加するようになる。本発明による極低温用鋼は、微細組織としてベイナイト及びマルテンサイトを有し、２つの組織のすべての有効結晶粒サイズが平均旧オーステナイト結晶粒サイズで決定されるようになるため、微細組織の平均旧オーステナイト結晶粒サイズが３０μｍ以下である場合には、組織微細化によって衝撃靭性が向上する。
【００４２】
［焼戻し段階］
上記のように直接焼入れされた鋼材を５８０℃〜６００℃の温度で焼戻し処理する。
本発明による極低温用鋼は、焼戻し時の基地組織の軟化を介した衝撃靭性の向上とともに、１０％前後のオーステナイトを生成させて衝撃靭性を向上させる。
一般の焼入れ法とは異なり、直接焼入れ時の速い冷却速度による残留応力が組織内部に多く残っているため、これを除去して基地組織を軟化させるためには、５８０℃以上の焼戻し温度が好ましい。
一方、焼戻し温度が６００℃を超えると、微細組織内に生成されるオーステナイトの安定度が低下し、結果として、極低温においてオーステナイトがマルテンサイトに簡単に変態し、衝撃靭性を低下させる可能性があるため、焼戻しは５８０℃〜６００℃の温度範囲で行うことが好ましい。
焼戻しは、１．９ｔ（ｔは鋼材の厚さ、ｍｍ）＋４０分〜８０分間行われる。
焼戻し処理後の熱延鋼材の微細組織は、１０％以上の焼戻しベイナイト、１０％以下の残留オーステナイト、及び残りの焼戻しマルテンサイトからなる。
焼戻し処理後の鋼材の微細組織が残留オーステナイトを１０％を超えて含む場合には、残留オーステナイトの安定性の低下による衝撃靭性の低下のおそれがあるため、１０％以下の残留オーステナイトを含むことが好ましい。残留オーステナイト分率は３％〜１０％であることが好ましい。
【実施例】
【００４３】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。但し、下記の実施例は、本発明を例示して、より詳細に説明するためのものにすぎず、本発明を限定するためのものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲に記載された事項と、それから合理的に類推される事項によって決定される。
【００４４】
下記の表１に記載された成分系を満たすスラブを２回にわたって製鋼及び連続鋳造して生産し、下記の表２に示す熱間仕上げ圧延温度の条件で熱間圧延した後（最終的な厚さ１０ｍｍ〜４５ｍｍ）、表２に示す冷却速度及び焼戻し温度の条件で直接焼入れ焼戻し工程を行って鋼材（発明鋼１〜６及び比較鋼１〜４）を製造した。
【００４５】
発明鋼及び比較鋼はともに本発明に符合する成分範囲を満たす。
【００４６】
すべての鋼材は、［１．９ｔ（ｔ：鋼材の厚さ（ｍｍ））＋４０分］の焼戻し時間で焼戻し処理された。
【００４７】
上記のように製造された鋼材に対して降伏強度、引張強度、伸び率、衝撃靭性、直接焼入れ後（焼戻し前）鋼材の微細組織、焼戻し後の鋼材の微細組織、及び旧オーステナイト結晶粒サイズを観察し、その結果を下記の表３に示した。直接焼入れ後（焼戻し前）鋼材の微細組織のうちのベイナイト以外の組織はマルテンサイトである。また、焼戻し後の鋼材の微細組織のうちの焼戻しベイナイト及び残留オーステナイト以外の組織は焼戻しマルテンサイトであり、上記焼戻しベイナイトの分率は直接焼入れ後（焼戻し前）鋼材のベイナイト分率と同一である。
【００４８】
一方、発明鋼１に対して直接焼入れ後の鋼材の微細組織を観察し、その結果を図１に示す。図１は全体がベイナイトである部分を拡大して撮影したＴＥＭ写真であり、下部ベイナイトを示す。
【００４９】
【表１】
2021503548.tif 000003
【００５０】
【表２】
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【００５１】
【表３】
2021503548.tif 000005
【００５２】
表１〜表３に示すように、比較鋼１は、本発明で要求される旧オーステナイト結晶粒サイズは満たしているものの、直接焼入れ時に本発明で要求される冷却条件を外れる速い冷却速度によってマルテンサイト単相組織が生成され、結果として、発明鋼に比べて焼戻し後の高強度レベルを有し、衝撃靭性も低下したことが分かる。
【００５３】
また、比較鋼１の場合、速い冷却速度によって一部の板において冷却後にサイドウェーブ（ｓｉｄｅ  ｗａｖｅ）及びエッジウェーブ（ｅｄｇｅ  ｗａｖｅ）が発生し、板形状の確保を難しくすることが分かる。
【００５４】
比較鋼２は、直接焼入れ時の冷却条件及び旧オーステナイト結晶粒サイズなどはすべて本発明の範囲を満たしている。しかし、本発明の範囲を超えて高い温度（６１０℃）で焼戻しを行うため、他の鋼材に比べて基地組織に軟化が多く起こって強度が低く、５９０℃の温度における焼戻しに対して安定度が低いオーステナイトが多量生成され、低温でマルテンサイトに変態するため、他の鋼種に比べて最も低い衝撃靭性を示す。
【００５５】
比較鋼３は、直接焼入れ時における本発明で提示する冷却速度の下限よりも遅い速度で冷却されることにより、多量の上部ベイナイトが生成され、粗大な旧オーステナイト結晶粒を有するようになり、結果として、１００Ｊ以下の低い衝撃靭性を示した。
【００５６】
比較鋼４は、発明鋼１及び２と同一の直接焼入れ冷却条件で生成されたが、高い温度で圧延が終了することにより、粗大な旧オーステナイト結晶粒サイズを有するようになり、結果として、衝撃靭性が低下した。
【００５７】
これに対し、発明鋼１〜６は、微細組織内にベイナイトが１０％以上含まれ、平均旧オーステナイト結晶粒サイズが３０μｍ以下であることが分かる。これにより、焼戻し後の降伏強度、引張強度、伸び率などの基本的な物性を満たすとともに、優れた衝撃靭性を確保することができた。
【００５８】
一方、直接焼入れ後の発明鋼１の微細組織を示す図１から分かるように、発明鋼１はベイナイトを含むことが分かる。
【００５９】
以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【図１】
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【国際調査報告】
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