(57)【要約】      （修正有）【課題】溶接部の再熱割れ感受性、低温割れ感受性が低く、製造や溶接補修が容易な転炉鉄皮用鋼材を提供する。【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０３〜０．１５％、Ｓｉ：０．０１〜０．５０％、Ｍｎ：０．３０〜１．５０％、Ｐ≦０．０１５％、Ｓ≦０．００３％、Ｍｏ：０．２〜０．６％、更にＣａ：０．０００３〜０．００５％、Ｍｇ：０．０００５〜０．００５％、ＲＥＭ：０．００２〜０．０２％の一種または二種以上を含有し、ｓｏｌ．Ａｌ≦０．０４％、Ｎ≦０．００６％、Ｏ≦０．００３％、必要に応じて、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｂの一種又は二種以上、Ｐｃｍ≦０．２２％、ＰＳＲ＜０，残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる。但し、Ｐｃｍ＝C＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Nｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５Ｂ、ＰＳＲ＝Ｃｒ＋３．３Ｍｏ＋１０V＋Ｃｕ＋７Nｂ＋５Ｔｉ−２、各式の元素は含有量（質量％）とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０３〜０．１５％、Ｓｉ：０．０１〜０．５０％、Ｍｎ：０．３０〜１．５０％、Ｐ≦０．０１５％、Ｓ≦０．００３％、Ｍｏ：０．２〜０．６％、更にＣａ：０．０００３〜０．００５％、Ｍｇ：０．０００５〜０．００５％、ＲＥＭ：０．００２〜０．０２％の一種または二種以上を含有し、ｓｏｌ．Ａｌ≦０．０４％、Ｎ≦０．００６％、Ｏ≦０．００３％、Ｐｃｍ≦０．２２％、ＰＳＲ＜０，残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる転炉鉄皮用鋼材。
但し、Ｐｃｍ＝C＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Nｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５Ｂ
ＰＳＲ＝Ｃｒ＋３．３Ｍｏ＋１０V＋Ｃｕ＋７Nｂ＋５Ｔｉ−２
各式において元素は含有量（質量％）とする。
【請求項２】
請求項１記載の成分組成に更に、Ｃｕ：０．０３〜０．５％、Ｎｉ：０．０３〜０．５％、Ｃｒ：０．０３〜０．７％、Ｖ：０．００５〜０．０５％、Ｔｉ：０．００５〜０．０５％、Ｎｂ：０．００５〜０．０３％、Ｂ：０．０００３〜０．００２％の一種又は二種以上を含有することを特徴とするＰｃｍ≦０．２２％、ＰＳＲ＜０，残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる転炉鉄皮用鋼材。
但し、Ｐｃｍ＝C＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Nｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５Ｂ
ＰＳＲ＝Ｃｒ＋３．３Ｍｏ＋１０V＋Ｃｕ＋７Nｂ＋５Ｔｉ−２
各式において元素は含有量（質量％）とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は転炉鉄皮用鋼材に関し、特に、溶接部の再熱割れ感受性、低温割れ感受性が低く、製造や溶接補修が容易なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
転炉鉄皮用鋼材は、鉄皮が溶損したり、変形したりした場合、溶接により補修されるため、ＳＭ４００等Ｃｅｑや、低温割れ感受性が低いものが使用されていたが、近年、高操業を維持するため、高温の使用状態で長寿命を有することが求められ、Ｍｏが添加されたＳＢ４５０Mなど高温クリープ強度に優れるものが使用されるようになった。
【０００３】
例えば、特許文献１は、転炉鉄皮用厚鋼板およびその製造方法に関し、中常温圧力容器用高強度鋼はＳＢ４２やＳＭ５０などより高温強度が優れるものの、経年劣化により脆性亀裂を生じることがあるところ、Ｍｏ，Vの複合添加で高温強度を確保し、低Ｐｃｍで低温割れを防止し、更に微細組織とすることで高温時効による脆化を防止した転炉鉄皮用厚鋼板が記載されている。
【０００４】
特許文献２は、鉄皮などに用いられる高温強度に優れた炭素鋼の製造方法に関し、Ｃｒ−Ｍｏ成分系の鋼をＡｒ３よりも高い温度からＡｒ１直上まで連続して熱間圧延することにより、４５０℃における高温強度と長時間クリープ特性に優れるものとすることが記載されている。
【０００５】
特許文献３は、高温強度に優れ溶接性の良好な低合金耐熱鋼に関し、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｖ系成分を基本成分とし、Ａｌ，Ｎｂ，Ｔｉを選択成分として添加する際、これら元素と鋼中Ｎ量で規定される、窒化物生成に関するパラメータ式が特定範囲となるように添加量を調整し、３００〜４５０℃で優れた高温強度を確保することが記載されている。
【特許文献１】特開平５−２７１８５８号公報
【特許文献２】特開平５−３２０７５３号公報
【特許文献３】特開平９−１８４０４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、転炉用鉄皮は溶接により製造され、製造後ＳＲ処理されるため、低温割れ感受性が低いことの他に、ＳＲ割れが生じないことが必要で、鉄皮用鋼材には、高温強度、高温クリープ特性の他に上記優れた溶接部の特性を備えることが要求される。
【０００７】
そこで、本発明では、上述した諸特性に優れる転炉鉄皮用鋼材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者等は、上記課題を解決するため鋭意検討を行い、成分設計において下記の指導原理を得た。
（１）４００℃を超える高温でのクリープ強度を高めて、クリープ変形を抑えるためＭｏを０．２％以上添加する。更に必要に応じてＮｂ，Ｖなどを添加する。
（２）鉄皮製造時の溶接低温割れを防止するため、Ｐｃｍを０．２２以下とする。
（３）鉄皮製造中の割れ防止の観点から、Ｐ，Ｓ，Ｎ，Ｏを低く制限するとともに、ＰＳＲを０未満に低く制限し、且つＣａを添加する。これにより、製造時の溶接部における再熱割れおよび使用中、長期間使用後の溶接部の延性低下割れを防止する。
【０００９】
本発明は上記指導原理に更に検討を加えてなされたもので、すなわち、本発明は、
１．質量％で、Ｃ：０．０３〜０．１５％、Ｓｉ：０．０１〜０．５０％、Ｍｎ：０．３０〜１．５０％、Ｐ≦０．０１５％、Ｓ≦０．００３％、Ｍｏ：０．２〜０．６％、更にＣａ：０．０００３〜０．００５％、Ｍｇ：０．０００５〜０．００５％、ＲＥＭ：０．００２〜０．０２％の一種または二種以上を含有し、ｓｏｌ．Ａｌ≦０．０４％、Ｎ≦０．００６％、Ｏ≦０．００３％、Ｐｃｍ≦０．２２％、ＰＳＲ＜０，残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる転炉鉄皮用鋼材。
但し、Ｐｃｍ＝C＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Nｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５Ｂ
ＰＳＲ＝Ｃｒ＋３．３Ｍｏ＋１０V＋Ｃｕ＋７Nｂ＋５Ｔｉ−２
各式において元素は含有量（質量％）とする。
２．１記載の成分組成に更に、Ｃｕ：０．０３〜０．５％、Ｎｉ：０．０３〜０．５％、Ｃｒ：０．０３〜０．７％、Ｖ：０．００５〜０．０５％、Ｔｉ：０．００５〜０．０５％、Ｎｂ：０．００５〜０．０３％、Ｂ：０．０００３〜０．００２％の一種又は二種以上を含有することを特徴とするＰｃｍ≦０．２２％、ＰＳＲ＜０，残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる転炉鉄皮用鋼材。
但し、Ｐｃｍ＝C＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Nｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５Ｂ
ＰＳＲ＝Ｃｒ＋３．３Ｍｏ＋１０V＋Ｃｕ＋７Nｂ＋５Ｔｉ−２
各式において元素は含有量（質量％）とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、１．設備の長寿命化、２．３．更に溶損、変形が生じた場合、溶接補修が容易であること、が達成され産業上極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の成分限定理由について詳細に説明する。尚、％は質量％とする。
Ｃ
Ｃは転炉鉄皮用鋼材として強度及び靭性を確保するため、０．０３％以上必要であるが、増加に伴い靭性や溶接低温割れ性を増大させるため、０．１５％を上限とする。
【００１２】
Ｓｉ
Ｓｉは強度の確保に有効であるが、靭性を劣化させるため、０．０１％以上、０．５０％以下とする。
【００１３】
Ｍｎ
Ｍｎは強度、靭性を増加させるのに有効であるが、溶接性を劣化させるため、０．３０％以上、１．５０％以下とする。
【００１４】
Ｐ、Ｓ
Ｐ、Ｓは本発明は不純物で、Ｐは焼き戻し脆性を助長し、靭性を損ねると共に再熱割れ感受性を高めるため、０．０１５％以下とする。Ｓは再熱割れ感受性を高めるため、０．００３％以下とする。
【００１５】
Ｍｏ
Ｍｏは高温強度、クリープ強度の向上に有効なため、その作用効果を得るため、０．２％以上添加する。一方、０．６％を超えて添加した場合、溶接性を劣化させ、経済性も損なうため、０．２％以上、０．６％以下とする。
【００１６】
Ｃａ、ＲＥＭ，Ｍｇの一種または二種以上
Ｃａは硫化物（サルファイド）形成元素で、鋼中の固溶Ｓを固定し、再熱割れ感受性を改善する。また、酸化物（オキシサイド）系介在物の分布を制御し、再熱割れ感受性を改善するために０．０００３％以上添加する。一方、０．００５％を超え添加した場合は、粗大な介在物が増加し、靭性を劣化させるとともに再熱割れが生じやすくなるために０．００５％以下とする。
【００１７】
ＲＥＭ
ＲＥＭは原子番号が５７番〜７１番までの希土類元素（ＲＥＭ）で、Ｃａ、Ｍｇと同様に強硫化物（サルファイド）生成元素であり、鋼中の固溶Ｓの固定や酸化物（オキシサイド）系介在物の分布状態を制御して再熱割れ感受性を低下させるため、添加する場合は、０．００２％以上とする。一方、０．０２％を超え添加した場合は、粗大な介在物が増加し、靭性を劣化させるとともに再熱割れが生じやすくなるために０．０２％以下とする。
【００１８】
Ｍｇ
Ｍｇは強硫化物（サルファイド）生成元素であり、鋼中の固溶Ｓの固定や酸化物（オキシサイド）系介在物の分布状態を制御して再熱割れ感受性を低下させるため、添加する場合は、０．０００５％以上とする。一方、０．００５％を超え添加した場合は、粗大な介在物が増加し、靭性を劣化させるとともに再熱割れが生じやすくなるために０．００５％以下とする。
【００１９】
ｓｏｌ．Ａｌ
ｓｏｌ．Ａｌは脱酸材として添加され、また、焼きならし時などのＮの固定にも有効であり、靭性も向上させるが、溶接部の再熱割れ感受性や高温延性を低下させるため、０．０４％以下とする。
【００２０】
Ｎ
Nは過度に含有すると靭性を劣化させるため、０．００６％以下とする。
【００２１】
Ｏ
Ｏは酸化物（オキシサイド）系介在物の生成により、延靭性や溶接性を低下させ、再熱割れ感受性を増大させる。また、Ｃａ添加の効果を損なわないように０．００３％以下とする。
【００２２】
Ｐｃｍ
Ｐｃｍ（＝C＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Nｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５Ｂ、元素は含有量（質量％））は、溶接部の低温割れを防止するため、０．２２％以下とする。
【００２３】
ＰＳＲ
ＰＳＲ（＝Ｃｒ＋３．３Ｍｏ＋１０V＋Ｃｕ＋７Nｂ＋５Ｔｉ−２、元素は含有量（質量％））は溶接部のＳＲ割れを防止するため、０未満とする。
【００２４】
以上が本発明の基本成分組成であるが、更に特性を向上させる場合、Ｃｕ，Ｎｉ，Cｒ、Ｖの一種または二種以上を添加する。
【００２５】
Ｃｕ
Ｃｕは焼入れ性を高め、また固溶強化元素として強度を高めるため、その作用効果を得る場合、０．０３％以上添加するが、過剰に添加すると、再熱割れ感受性を高め、またクリープ延性や熱間加工性を低下さえるため、添加する場合は、０．０３％以上、０．５％以下とする。
【００２６】
Ｎｉ
Ｎｉは焼入れ性を向上させると共に靭性向上にも有効であるので、その作用効果を得る場合、０．０３％以上添加するが、過剰に添加すると再熱割れ感受性を高め、経済性も低下するので、添加する場合は０．０３％以上、０．５％以下とする。
【００２７】
Ｃｒ
Ｃｒは常温強度及び高温強度を高めるため有効であるので、その作用効果を得る場合、０．０３％以上添加するが、過剰に添加すると溶接性を劣化させるので、添加する場合は、０．０３％以上、０．７％以下とする。
【００２８】
Ｖ
Ｖは炭化物生成元素で、常温強度および高温強度、クリープ破断強度を向上させるので、その作用効果を得る場合、０．００５％以上添加するが、過剰に添加すると再熱割れ感受性を高めるので、添加する場合は０．００５％以上、０．０５％以下とする。
【００２９】
Ｎｂ
Ｎｂは安定な炭窒化物生成元素であり、強度および高温強度、クリープ破断強度を上昇させることが出来るが、過剰に含有させると靭性や溶接性を損ねるとともに、再熱割れ感受性を高めるので、添加する場合は０．００５〜０．０３％以下とする。
【００３０】
Ｂ
Ｂは焼入れ性を高め、強度を向上させるが、過剰に添加するとその効果が飽和し、再熱割れ感受性を著しく高めるため、添加する場合は、０．０００３〜０．００２％とする。
【００３１】
Ｔｉ
Ｔｉは強窒化物形成元素で、細粒化により靭性を向上させる。また、Ｂを添加した場合、Ｎを固定してＢの焼入れ性向上効果を高める効果を有するため、添加する場合は、０．００５％以上、０．０５％以下とする。
【００３２】
尚、Ｓｎ，Ａｓ，Ｓｂなどの不純物元素は再熱割れ感受性およびクリープ脆化感受性を増大させるため、夫々０．０１％以下、好ましくは０．００５％以下とすることが好ましい。
【００３３】
本発明鋼の製造条件は特に規定しない。所望する寸法形状、特性に応じて、スラブ加熱温度、熱間圧延条件、熱処理条件を適宜決定し、常法により製造可能である。
【実施例】
【００３４】
表１に示す種々の化学成分を有する鋼を、熱間圧延後、加速冷却して、板厚６０ｍｍの鋼材を製造した。得られた鋼材について常温引張試験（ＪＩＳ  Ｚ  ２２０１  ４号試験片を用い、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１に準拠）、シャルピー衝撃試験（ＪＩＳ  Ｚ  ２２０２  ２ｍｍＶノッチ試験片を用い、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４２に準拠。試験温度ー１０℃、試験法数３本の平均値）およびクリープ破断試験（ＪＩＳ  Ｚ  ２２７１に準拠）を実施した。
【００３５】
また、溶接部のＳＲ割れ特性を調査するため、ＳＲ割れ試験をＪＩＳ  Ｚ  ３１５８のＹ割れ試験片を用い、斜めＹ割試験片を溶接後にＳＲ（６００℃×４ｈｒ）を実施し、断面割れ率を測定した。尚、クリープ破断試験の試験条件は、Ｌ．Ｍ．Ｐ．＝２００００強度で５２５℃＊１０万時間の試験条件に相当する。
【００３６】
また、低温割れ感受性を調査するため、極低水素系溶接材料を用いて、斜めＹ割れ試験（試験条件３０℃ー８０％、ＪＩＳ  Ｚ  ３１５８準拠）を実施した。
【００３７】
材料強度は、降伏点２１５ＭＰａ以上，引張強度４００〜５１０ＭＰａ、伸び２４％以上を本発明範囲内とし、シャルピー衝撃値は、３本の平均値が１００Ｊ以上を本発明範囲内とし、ＳＲ割れ率、低温割れ率（断面割れ率）はいずれも割れが生じない結果である０％を本発明範囲内とした。クリープ破断試験は、破断強度６０ＭＰａ以上を本発明範囲内とした。
【００３８】
表１に示す鋼Ｎｏ．１〜３１のうち、鋼Ｎｏ．１，２，３，５，６，９，１０，１３，１４，１７，１８，２１〜２７が本発明鋼、鋼Ｎｏ．４，７，８，１１，１２、１５、１６、１９、２０，２８，２９は成分組成が本発明範囲外の比較鋼で、鋼Ｎｏ．３０はＳＭ４００C、鋼Ｎｏ．３１はＳＢ４８０Ｍの従来例である。表１には低温割れ感受性指数（Ｐｃｍ），ＳＲ割れ感受性指数（ＰＳＲ）をあわせて示す。
【００３９】
表２に、常温引張試験、シャルピー衝撃試験、クリープ破断試験、ＳＲ割れ試験および斜めＹ割れ試験の結果を示す。本発明鋼は常温強度、クリープ破断強度、シャルピー衝撃値が比較鋼と同等またはそれ以上で、溶接部のＳＲ割れ、低温割れは一切観察されなかった。また、従来鋼より特性の優れていることが確認された。
【００４０】
【表１】
2008121068.tif 000002
【００４１】
【表２】
2008121068.tif 000003