(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクラップを原料として鋳造する工程と、
上記鋳造工程後の鋳造物を調質する工程と
を備える大型鋳鋼品の製造方法であって、
上記鋳鋼品の組成が、
Ｃ：０．１質量％以上０．２５質量％以下、
Ｓｉ：０．０１質量％以上０．８質量％以下、
Ｍｎ：０．３質量％以上２質量％以下、
Ｃｒ：０．０１質量％以上０．４質量％以下、
Ｎｉ：０．０１質量％以上０．５質量％以下、
Ｍｏ：０．０１質量％以上０．５質量％以下
の基本成分を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物であり、
上記調質工程前に、フェライト及びパーライトを主体組織とし、残留オーステナイト含有率が１体積％以下となるよう鋳造物を予備処理する工程を備え、
上記予備処理工程が、鋳造物をオーステナイト化温度以上に加熱する工程と、加熱後の鋳造物を６０℃／ｈ以下の速度で３００℃以下まで冷却する工程とを有することを特徴とする大型鋳鋼品の製造方法。
【請求項２】
Ｃ：０．１質量％以上０．２５質量％以下、
Ｓｉ：０．０１質量％以上０．８質量％以下、
Ｍｎ：０．３質量％以上２質量％以下、
Ｃｒ：０．０１質量％以上０．４質量％以下、
Ｎｉ：０．０１質量％以上０．５質量％以下、
Ｍｏ：０．０１質量％以上０．５質量％以下
の基本成分を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物の組成であり、
フェライト及びパーライトを主体組織とし、結晶粒度が６番以上１０番以下である大型鋳鋼品。
【請求項３】
放射性物質保存容器の遮蔽体として用いられる請求項２に記載の大型鋳鋼品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大型鋳鋼品の製造方法及び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、処分の際に遮蔽機能を備えた容器に保存される。この保存容器は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のが合理的である。また、上記保存容器は内部に遮蔽体を有し、この遮蔽体には上記スクラップから製造される厚肉の大型鋳鋼品が使用される。
【０００３】
上記遮蔽体に用いられる大型鋳鋼品には、保存容器から放射線が漏れることを防ぐため、高い靭性が求められる。鋼材の靱性は鋼材中の不純物による脆化によって低下するため、高い靱性が求められる部材には一般に不純物を除去した清浄材が用いられる。しかし、原料とするスクラップが高濃度の不純物を含有する場合、不純物を低レベルまで除去するための精錬時間が長くなる不都合や、精錬スラグの発生量が増えて余分な廃棄物を発生させるという不都合が生じる。また、スクラップのなかには通常の酸化精錬では除去できない不純物が含まれている場合もある。
【０００４】
そこで、スクラップを溶解して得た鋼中に高濃度の不純物を含有する場合でも靭性を確保する手段が求められる。優れた靭性を持つ鋳鋼品の製造方法として、残留オーステナイト及びフェライトと、針状ベイナイト、針状フェライト、ベイナイト型フェライト、及び必要に応じてマルテンサイトの少なくとも１種とから成る２相組織に鋳鋼品を調整する熱処理方法が提供されている（特表平１１−５３７８１３号公報参照）。しかし、厚さが８０ｍｍ以上となるような極厚の大型鋳鋼品を焼入れする際、パーライトの析出を抑える臨界温度まで冷却するには、水冷等で冷却を早める必要があるが、大型の極厚部材を水冷した場合には冷却時の熱応力や変態応力により割れが発生してしまう。
【０００５】
また、低合金鋼に対しては、熱処理により靭性を高める方法が考案されている（特開昭５３−８５７１０号公報参照）。しかし、Ｎｉ−Ｃｒ鋼ではＰなどの不純物元素が過剰である場合、焼戻し脆化が著しいことが知られている。そのため、上記公報に記載の熱処理では、不純物が多い鋼材に対しては靭性確保が難しくなる場合がある。
【０００６】
ここで、Ｐなどの不純物元素を過剰に含有した鋼材の靭性が低下するのは、不純物元素が結晶粒界に偏析して粒界を脆弱化するためである。不純物元素の結晶粒界への偏析を抑制するには、熱処理工程で加熱した後の冷却を早める方法が一般的であるが、極厚の大型鋳鋼品になると、質量効果のため不純物元素の粒界移動を防止する速度で冷却できない。
【０００７】
そこで、結晶粒径をより微細化して鋼中の粒界密度を増やすことで、夫々の粒界に占める局所的な不純物偏析量を低減し、粒界脆化を緩和することが考えられる。フェライトやパーライトの結晶粒径をこのように微細化するには、オーステナイト粒を微細にする必要がある。一般にオーステナイト粒の微細化は、オーステナイト化を繰返すことで達成できることが知られている。しかし、Ｐなどの不純物元素の濃度が高い場合、オーステナイト化しても初期組織を引継いで結晶粒が微細化されない現象（ｇｒａｉｎ  ｍｅｍｏｒｙ）が助長される。鋳造直後の結晶粒径は粗大であるため、このｇｒａｉｎ  ｍｅｍｏｒｙが生じると、オーステナイト粒を微細化するのが難しくなり、粒界脆化の緩和が達成できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表平１１−５３７８１３号公報
【特許文献２】特開昭５３−８５７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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、靱性に優れる大型鋳鋼品及びその製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、鋭意検討した結果、調質処理前の鋳鋼品に対し、フェライト及びパーライトを主体とし残留オーステナイト含有率が１体積％以下の金属組織を有するよう予備処理することで、調質処理で得られる結晶粒径を微細化することができることを見出し、本発明に至った。
【００１１】
すなわち、上記課題を解決するためになされた発明は、スクラップを原料として鋳造する工程と、上記鋳造工程後の鋳造物を調質する工程とを備える大型鋳鋼品の製造方法であって、上記鋳鋼品の組成が、Ｃ（炭素）：０．１質量％以上０．２５質量％以下、Ｓｉ（ケイ素）：０．０１質量％以上０．８質量％以下、Ｍｎ（マンガン）：０．３質量％以上２質量％以下、Ｃｒ（クロム）：０．０１質量％以上０．４質量％以下、Ｎｉ（ニッケル）：０．０１質量％以上０．５質量％以下、Ｍｏ（モリブデン）：０．０１質量％以上０．５質量％以下の基本成分を含み、残部がＦｅ（鉄）及び不可避的不純物であり、上記調質工程前に、フェライト及びパーライトを主体組織とし、残留オーステナイト含有率が１体積％以下となるよう鋳造物を予備処理する工程を備え、上記予備処理工程が、鋳造物をオーステナイト化温度以上に加熱する工程と、加熱後の鋳造物を６０℃／ｈ以下の速度で３００℃以下まで冷却する工程とを有することを特徴とする。
【００１２】
当該大型鋳鋼品の製造方法は、調質前に鋳造物をオーステナイト化温度以上に加熱し、その後鋳造物を６０℃／ｈ以下の速度で３００℃以下まで冷却することで、フェライト及びパーライトを主体組織とし、残留オーステナイト含有率が１体積％以下となるよう鋳造物を予備処理する。これにより、Ｐなどの不純物元素濃度が高い場合でも、ｇｒａｉｎ  ｍｅｍｏｒｙを抑制し調質処理後の結晶粒径を微細化することができる。そのため、当該大型鋳鋼品の製造方法は、不純物を多く含むスクラップを原料としながら、優れた靱性を有する大型鋳鋼品を製造することができる。なお、「主体組織」とは、金属組織全体のうち９９体積％以上を占める組織を意味する。また、「大型鋳鋼品」とは、厚さが５０ｍｍ以上、又は重量が１０００ｋｇ以上の鋳鋼品をいう。
【００１３】
また、上記課題を解決するためになされた別の発明は、Ｃ：０．１質量％以上０．２５質量％以下、Ｓｉ：０．０１質量％以上０．８質量％以下、Ｍｎ：０．３質量％以上２質量％以下、Ｃｒ：０．０１質量％以上０．４質量％以下、Ｎｉ：０．０１質量％以上０．５質量％以下、Ｍｏ：０．０１質量％以上０．５質量％以下の基本成分を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物の組成であり、フェライト及びパーライトを主体組織とし、結晶粒度が６番以上１０番以下である大型鋳鋼品である。
【００１４】
当該大型鋳鋼品は、フェライト及びパーライトを主体組織とし、かつ結晶粒度が６番以上１０番以下であるため、微細な結晶粒径によって粒界脆化が緩和されている。そのため、当該大型鋳鋼品は靱性に優れる。
【００１５】
従って、当該大型鋳鋼品は、放射性物質保存容器の遮蔽体として好適に用いることができる。
【００１６】
なお、「結晶粒度」とは、ＪＩＳ−Ｇ０５５１（２０１３）に準拠して算出される粒度番号を意味する。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明の大型鋳鋼品の製造方法は靱性に優れる大型鋳鋼品を製造することができ、本発明の大型鋳鋼品は靱性に優れる。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
［大型鋳鋼品の製造方法］
以下、本発明に係る大型鋳鋼品の製造方法の実施形態について説明する。
【００１９】
当該大型鋳鋼品の製造方法は、スクラップを原料として鋳造する工程と、調質工程前に鋳造物を予備処理する工程と、上記鋳造工程後の鋳造物を調質する工程とを主に備える。なお、必要に応じ調質工程後に鋳造物を機械加工する工程を行ってもよい。
【００２０】
＜鋳造工程＞
鋳造工程では、まず原料となるスクラップを高周波溶解炉、電気炉、転炉などを用いて溶製する。
【００２１】
当該大型鋳鋼品の製造方法で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が好適に用いられる。当該大型鋳鋼品の製造方法は、原子力施設内で発生するような不純物が多く含まれるスクラップを用いても靱性に優れる大型鋳鋼品が得られる。
【００２２】
当該大型鋳鋼品の製造方法における溶鋼の組成は、Ｃ：０．１質量％以上０．２５質量％以下、Ｓｉ：０．０１質量％以上０．８質量％以下、Ｍｎ：０．３質量％以上２質量％以下、Ｃｒ：０．０１質量％以上０．４質量％以下、Ｎｉ：０．０１質量％以上０．５質量％以下、Ｍｏ：０．０１質量％以上０．５質量％以下の基本成分を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物である。
【００２３】
当該大型鋳鋼品のＣ含有率の下限としては、０．１質量％であり、０．１５質量％が好ましい。一方、当該大型鋳鋼品のＣ含有率の上限としては、０．２５質量％であり、０．２２質量％が好ましい。当該大型鋳鋼品のＣ含有率が上記下限より小さいと、大型鋳鋼品の強度が不十分となるおそれや、調質工程で好ましい金属組織を確保できないおそれがある。逆に、当該大型鋳鋼品のＣ含有率が上記上限を超えると、靭性が低下するおそれがある。当該大型鋳鋼品のＣ含有率を上記範囲とすることで、当該大型鋳鋼品の靱性を適切に確保することができる。
【００２４】
当該大型鋳鋼品のＳｉ含有率の下限としては、０．０１質量％であり、０．１質量％が好ましい。一方、当該大型鋳鋼品のＳｉ含有率の上限としては、０．８質量％であり、０．５質量％が好ましい。当該大型鋳鋼品のＳｉ含有率が上記下限より小さいと、脱酸が不十分となることによって強度が不十分となるおそれがある。逆に、当該大型鋳鋼品のＳｉ含有率が上記上限を超えると、逆Ｖ偏析等に起因し鋳造欠陥が増加するおそれがある。当該大型鋳鋼品のＳｉ含有率を上記範囲とすることで、当該大型鋳鋼品の強度を適切に向上できる。
【００２５】
当該大型鋳鋼品のＭｎ含有率の下限としては、０．３質量％であり、０．５質量％が好ましい。一方、当該大型鋳鋼品のＭｎ含有率の上限としては、２質量％であり、１．５質量％が好ましい。当該大型鋳鋼品のＭｎ含有率が上記下限より小さいと、強度が不十分となるおそれがある。逆に、当該大型鋳鋼品のＭｎ含有率が上記上限を超えると、逆Ｖ偏析の助長によって偏析部へ粗大な硫化物系介在物が発生し、靱性が低下するおそれがある。当該大型鋳鋼品のＭｎ含有率を上記範囲とすることで、当該大型鋳鋼品の強度を適切に向上できる。
【００２６】
当該大型鋳鋼品のＣｒ含有率の下限としては、０．０１質量％であり、０．０５質量％が好ましい。一方、当該大型鋳鋼品のＣｒ含有率の上限としては、０．４質量％であり、０．２質量％が好ましい。当該大型鋳鋼品のＣｒ含有率が上記下限より小さいと、強度及び靱性が不十分となるおそれがある。逆に、当該大型鋳鋼品のＣｒ含有率が上記上限を超えると、逆Ｖ偏析を助長するおそれがある。当該大型鋳鋼品のＣｒ含有率を上記範囲とすることで、当該大型鋳鋼品の強度及び靱性を適切に確保することができる。
【００２７】
当該大型鋳鋼品のＮｉ含有率の下限としては、０．０１質量％であり、０．１質量％が好ましい。一方、当該大型鋳鋼品のＮｉ含有率の上限としては、０．５質量％であり、０．３質量％が好ましい。当該大型鋳鋼品のＮｉ含有率が上記下限より小さいと、強度及び靱性が不十分となるおそれがある。逆に、当該大型鋳鋼品のＮｉ含有率が上記上限を超えると、費用対効果が低下する。当該大型鋳鋼品のＮｉ含有率を上記範囲とすることで、当該大型鋳鋼品の強度及び靱性を適切に確保することができる。
【００２８】
当該大型鋳鋼品のＭｏ含有率の下限としては、０．０１質量％であり、０．０５質量％が好ましい。一方、当該大型鋳鋼品のＭｏ含有率の上限としては、０．５質量％であり、０．２質量％が好ましい。当該大型鋳鋼品のＭｏ含有率が上記下限より小さいと、強度及び靱性が不十分となるおそれがある。逆に、当該大型鋳鋼品のＭｏ含有率が上記上限を超えると、費用対効果が低下する。当該大型鋳鋼品のＭｏ含有率を上記範囲とすることで、当該大型鋳鋼品の強度及び靱性を適切に確保することができる。
【００２９】
当該大型鋳鋼品は、上述した基本成分以外に残部にＦｅ及び不可避的不純物を含む。また、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Ｐ（リン）、Ｓ（硫黄）、Ｃｕ（銅）、Ｓｎ（スズ）、Ａｓ（ヒ素）、Ｐｂ（鉛）、Ｔｉ（チタン）等の元素の混入が許容される。また、これらの元素又はその他の元素又は組成を積極的に含有させることも有効であり、含有される元素や組成の種類によっては鋳鋼材の特性がさらに改善される。
【００３０】
当該大型鋳鋼品の不可避的不純物であるＰの含有率の上限としては、０．０５質量％が好ましく、０．０３質量％がより好ましく、０．０１質量％がさらに好ましい。当該大型鋳鋼品のＰ含有率が上記上限を超える場合、粒界編析による粒界破壊を助長するおそれがある。また、当該大型鋳鋼品の不可避的不純物であるＰの含有率の下限は、例えば０．００１質量％であり、スクラップの組成によっては０．００２質量％である。
【００３１】
当該大型鋳鋼品の不可避的不純物であるＳ含有率の上限としては、０．０３質量％が好ましく、０．０１質量％がより好ましい。当該大型鋳鋼品のＳ含有率が上記上限を超える場合、延性や靱性が低下するおそれがある。また、当該大型鋳鋼品の不可避的不純物であるＳの含有率の下限は、例えば０．００１質量％であり、スクラップの組成によっては０．００５質量％である。
【００３２】
当該大型鋳鋼品の不可避的不純物であるＣｕ含有率の上限としては、０．３質量％が好ましく、０．０５質量％がより好ましい。当該大型鋳鋼品のＣｕ含有率が上記上限を超える場合、熱間脆性が大きくなるおそれがある。また、当該大型鋳鋼品の不可避的不純物であるＣｕの含有率の下限は、例えば０．００１質量％であり、スクラップの組成によっては０．０１質量％である。
【００３３】
真空処理後、上記溶鋼を鋳型に注入し、鋳造（鋳込み）により鋳造物（鋼塊）を得る。この鋳造方法としては、公知の一般的な方法を用いることができ、例えば鋳型の下方に注入管から溶鋼を装入する方法等を採用することができる。
【００３４】
＜予備処理工程＞
予備処理工程では、後述の調質工程前に上記鋳造物を予備処理する。具体的には、上記鋳造物をフェライト及びパーライトを主体組織とし、残留オーステナイト含有率が所定値以下となるよう処理する。
【００３５】
本予備処理工程後の残留オーステナイト含有率の上限としては、１体積％であり、０．５体積％が好ましく、０．１体積％がより好ましい。残留オーステナイト含有率が上記上限を超えると、鋳造物の組成におけるフェライト及びパーライトの割合が低下し、結晶粒径の微細化が達成されないおそれがある。
【００３６】
本予備処理工程は、鋳造物をオーステナイト化温度以上に加熱する工程と、加熱後の鋳造物を６０℃／ｈ以下の速度で３００℃以下まで冷却する工程とを有する。
【００３７】
（加熱工程）
加熱工程では、鋳造物をオーステナイト化温度以上に加熱し、組織をオーステナイト化する。ここで、オーステナイト化温度とは、Ａｃ３変態点（８３０℃）を意味する。
【００３８】
本加熱工程における加熱温度の下限としては、８５０℃が好ましく、９００℃がより好ましく、９３０℃がさらに好ましい。一方、上記加熱温度の上限としては、１０００℃が好ましく、９９０℃がより好ましく、９８０℃がさらに好ましい。上記加熱温度が上記下限より小さいと、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、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。
【００３９】
本加熱工程における加熱時間の下限としては、１時間が好ましく、２時間がより好ましい。一方、上記加熱時間の上限としては、５時間が好ましく、４時間がより好ましい。上記加熱時間が上記下限より小さいと、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、得られる大型鋳鋼品の製造効率が低下するおそれがある。
【００４０】
本加熱工程における加熱速度の下限としては、１０℃／ｈが好ましく、２０℃／ｈがより好ましく、３０℃／ｈがさらに好ましい。一方、上記加熱速度の上限としては、１００℃／ｈが好ましく、８０℃／ｈがより好ましく、５０℃／ｈがさらに好ましい。上記加熱速度が上記下限より小さいと、得られる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。
【００４１】
（冷却工程）
冷却工程では、上記加熱工程で加熱した鋳造物を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、自然徐冷のほか、例えばファンを用いることができる。
【００４２】
本冷却工程の一次冷却における冷却速度の下限としては、１０℃／ｈが好ましく、２０℃／ｈがより好ましく、３０℃／ｈがさらに好ましい。一方、上記冷却速度の上限としては、６０℃／ｈであり、５５℃／ｈがより好ましく、５０℃／ｈがさらに好ましい。上記冷却速度が上記下限より小さいと、得られる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、残留オーステナイト量が増加するおそれがある。
【００４３】
本冷却工程の一次冷却における冷却温度の下限としては、１８０℃が好ましく、２００℃がより好ましく、２２０℃がさらに好ましく、２４０℃が特に好ましい。一方、上記冷却温度の上限としては、３００℃であり、２８０℃がより好ましく、２６０℃がさらに好ましい。上記冷却温度が上記下限より小さいと、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、残留オーステナイト量が増加するおそれがある。
【００４４】
本冷却工程の二次冷却は、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。
【００４５】
＜調質工程＞
調質工程では、上記予備処理を施した鋳造物を調質（最終熱処理）する。具体的には、鋳造物に対し焼ならしを行う。また、焼ならし後、残留応力除去のために焼戻しを行ってもよい。
【００４６】
（焼ならし工程）
焼ならし工程では、まず鋳造物のオーステナイト化を行い、オーステナイト化後に鋳造物の温度が均質になった後、鋳造物を冷却する。
【００４７】
本焼ならし工程でのオーステナイト化は、オーステナイト化温度（Ａｃ３変態点）以上に一定時間化保持する。なお、当該大型鋳鋼品の製造方法のように大型鋳鋼品を製造する場合、加熱時に材料の内外で温度差が生じるため、オーステナイト化温度まで徐加熱し、鋼材の表面と内部との温度を均一にするために一定時間保持する必要がある。この保持時間は、鋼材直径に依存し、大型材ほど長くする必要がある。
【００４８】
本焼ならし工程での加熱温度の下限としては、８３０℃が好ましく、８５０℃がより好ましく、９００℃がさらに好ましい。一方、上記加熱温度の上限としては、９５０℃が好ましく、９４０℃がより好ましく、９３０℃がさらに好ましい。上記加熱温度が上記下限より小さいと、結晶粒が２次成長し粗大化するおそれがある。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。
【００４９】
本焼ならし工程での加熱時間の下限としては、１時間が好ましく、２時間がより好ましい。一方、上記加熱時間の上限としては、５時間が好ましく、４時間がより好ましい。上記加熱時間が上記下限より小さいと、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、得られる大型鋳鋼品の製造効率が低下するおそれがある。
【００５０】
本焼ならし工程での加熱速度の下限としては、１０℃／ｈが好ましく、３０℃／ｈがより好ましく、４０℃／ｈがさらに好ましい。一方、上記加熱速度の上限としては、１００℃／ｈが好ましく、８０℃／ｈがより好ましく、６０℃／ｈがさらに好ましい。上記加熱速度が上記下限より小さいと、得られる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、鋳造物の内部まで均質に加熱できないおそれがある。
【００５１】
次に、オーステナイト化した鋳造物を冷却する。重量が数トンから数十トンの大型鋳造品の場合、水冷すると冷却時の熱応力や変態応力により割れが発生してしまうため、オーステナイト化後の冷却は、水冷よりも遅い空冷などの方法で冷却するのが好ましい。
【００５２】
本焼ならし工程での冷却速度の下限としては、１０℃／ｈが好ましく、１５℃／ｈがより好ましく、２０℃／ｈがさらに好ましい。上記冷却速度が上記下限より小さいと、得られる大型鋳鋼品の製造効率が低下するおそれがある。
【００５３】
より具体的な冷却速度は鋳造物の直径Ｄ（ｍｍ）により異なるが、例えばＤ／４位置における空冷の冷却速度はφ２００ｍｍで約３００℃／ｈ、φ５００ｍｍで約１５０℃／ｈ、φ１０００ｍｍで約７０℃／ｈとなる。
【００５４】
本焼ならし工程での冷却温度は、例えば室温である。冷却が不十分である場合、未変態の残留オーステナイトが残存し、特性ばらつきの原因となる。
【００５５】
（焼戻し工程）
焼戻し工程では、焼ならし工程後に鋳造物を再度一定の加熱温度で一定時間保持する。
【００５６】
本焼戻し工程で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。一方、上記加熱温度の上限としては、８００℃が好ましく、７００℃がより好ましい。上記加熱温度が上記下限より小さいと、残留応力の除去が不十分となるおそれがある。逆に、上記加熱温度が上記上限を超えると、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。
【００５７】
本焼戻し工程で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、１０時間がより好ましい。上記加熱時間が上記下限より小さいと、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、得られる大型鋳鋼品の製造効率が低下するおそれがある。
【００５８】
本焼戻し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、７０℃／ｈがより好ましい。上記加熱速度が上記下限より小さいと、得られる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。
【００５９】
＜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。
【００６０】
＜利点＞
当該大型鋳鋼品の製造方法は、調質前に鋳造物をオーステナイト化温度以上に加熱し、その後鋳造物を６０℃／ｈ以下の速度で３００℃以下まで冷却することで、フェライト及びパーライトを主体組織とし、残留オーステナイト含有率が１体積％以下となるよう鋳造物を予備処理する。これにより、Ｐなどの不純物元素濃度が高い場合でも、ｇｒａｉｎ  ｍｅｍｏｒｙを抑制し調質処理後の結晶粒径を微細化することができる。そのため、当該大型鋳鋼品の製造方法は、不純物を多く含むスクラップを原料としながら、優れた靱性を有する大型鋳鋼品を製造することができる。
【００６１】
［大型鋳鋼品］
当該大型鋳鋼品は、その組成がＣ：０．１質量％以上０．２５質量％以下、Ｓｉ：０．０１質量％以上０．８質量％以下、Ｍｎ：０．３質量％以上２質量％以下、Ｃｒ：０．０１質量％以上０．４質量％以下、Ｎｉ：０．０１質量％以上０．５質量％以下、Ｍｏ：０．０１質量％以上０．５質量％以下の基本成分を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物である。また、当該大型鋳鋼品は、フェライト及びパーライトを主体組織とし、結晶粒度が６番以上１０番以下である。
【００６２】
＜金属組織＞
当該大型鋳鋼品の金属組織は、フェライト及びパーライトを主体組織とする。このように金属組織においてフェライト及びパーライトを主体組織とすることで、当該大型鋳鋼品は、後述する微細な結晶粒を有すると共に一定の降伏強度を有する。なお、各組織の組織分率（体積％）の測定方法としては、例えば鋳鋼品からミクロ組織観察用の試験片を切り出し、この試験片の表面を鏡面研磨し、ナイタールで腐食して光学顕微鏡で観察することにより行うことができる。
【００６３】
また、当該大型鋳鋼品は、金属組織において残留オーステナイトが１体積％以下であることが好ましい。残留オーステナイトの組織分率は、例えば上述のミクロ組織観察用の試験片をＸ線結晶構造解析することで計測できる。
【００６４】
当該大型鋳鋼品の結晶粒度の下限としては、６番であり、７番が好ましい。一方、当該大型鋳鋼品の結晶粒度の上限としては、１０番であり、９番が好ましい。結晶粒度が上記下限より小さいと、ｇｒａｉｎ  ｍｅｍｏｒｙにより粒界脆化が緩和されず、靱性が不十分となるおそれがある。逆に、結晶粒度が上記上限を超えると、当該大型鋳鋼品の製造コストが過大となるおそれや、製造効率が低下するおそれがある。
【００６５】
＜機械的性質＞
当該大型鋳鋼品の室温での降伏強度の下限としては、２５０ＭＰａが好ましく、３００ＭＰａがより好ましい。また、当該大型鋳鋼品の室温での引張強さの下限としては、４００ＭＰａが好ましく、４５０ＭＰａがより好ましい。当該大型鋳鋼品の降伏強度及び引張強さが上記下限以上であることで、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。なお、降伏強度及び引張強さは、ＪＩＳ−Ｚ２２４１（２０１１）に準拠した引張試験により計測される値である。
【００６６】
当該大型鋳鋼品の室温での伸びの下限としては、３０％が好ましく、３５％がより好ましい。当該大型鋳鋼品の室温での絞りの下限としては、４０％が好ましく、５０％がより好ましい。当該大型鋳鋼品の伸び及び絞りが上記下限以上であることで、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。なお、伸び及び絞りは、ＪＩＳ−Ｚ２２４１（２０１１）に準拠した引張試験により計測される値である。
【００６７】
当該大型鋳鋼品の０℃での吸収エネルギーの下限としては、２７Ｊが好ましく、３０Ｊがより好ましい。当該大型鋳鋼品の吸収エネルギーが上記下限以上であると、放射性物質保存容器の遮蔽体に要求される靭性を満たすことができる。吸収エネルギーは、ＪＩＳ−Ｚ２２４２（２００５）に準拠したシャルピー衝撃試験により計測される値である。
【００６８】
＜利点＞
当該大型鋳鋼品は、フェライト及びパーライトを主体組織とし、かつ結晶粒度が６番以上１０番以下であるため、微細な結晶粒径によって粒界脆化が緩和されている。そのため、当該大型鋳鋼品は靱性に優れる。そのため、当該大型鋳鋼品は放射性物質保存容器の遮蔽体として好適に用いることができる。
【００６９】
［放射性物質保存容器］
当該放射性物質保存容器は、筒状の外装と、この外装の内側に配設される遮蔽体とを備え、少なくともこの遮蔽体が当該大型鋳鋼品から形成される。当該放射性物質保存容器は、この遮蔽体の内側に放射性物質を保存する。
【実施例】
【００７０】
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。
【００７１】
まず、スクラップを原料に高周波溶解炉により表１に示すＡ〜Ｅの５鋼種の組成の溶鋼を溶製し、その後４０ｋｇの鋳塊に鋳込んだ。
【００７２】
【表１】
0006328547.tif 000002
【００７３】
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、３時間保持することでオーステナイト化を行った。その後、２５０℃まで５０℃／ｈの冷却速度で炉冷し、２５０℃から室温までさらに冷却し、鋳鋼の予備処理を行った。
【００７４】
予備処理後、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ミクロ組織を観察した。さらに、この試験片を「Ｘ線解析ハンドブック（株式会社リガク発行、１９９８年、初版）」に記載された方法に従い、リガク社の「ＲＩＮＴ−１５００」を用いてＸ線結晶構造解析を行った。これらの観察及び解析の結果を表２に示す。表２中、「Ｆ」はフェライト組織、「Ｐ」はパーライト組織を意味する。また、「−」は、未測定を意味する。
【００７５】
【表２】
0006328547.tif 000003
【００７６】
上記予備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、まず予備処理後の鋳鋼を５０℃／ｈの加熱速度で９２０℃まで加熱し、３時間保持することでオーステナイト化を行った。その後、３０℃／ｈの冷却速度で室温まで冷却した。この熱処理条件は、平均厚さ５００ｍｍ以上、重量数トンの大型鋳鋼品を焼ならしした際の板厚方向の中心の状態を模擬したものである。
【００７７】
調質処理後、鋳鋼から引張試験片、シャルピー衝撃試験片、及びミクロ組織観察試験片を切り出し、引張特性、靱性、及びミクロ組織を測定した。
【００７８】
（引張試験）
ＪＩＳ−Ｚ２２４１（２０１１）に準拠し、４号試験片を用いて室温にて降伏点、引張強さ、伸び、及び絞りを各鋼種１本ずつ測定した。表３に引張試験の結果を示す。
【００７９】
【表３】
0006328547.tif 000004
【００８０】
（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０℃にて吸収エネルギーを各鋼種４本ずつ測定し、平均値を求めた。表４にシャルピー衝撃試験の結果を示す。
【００８１】
【表４】
0006328547.tif 000005
【００８２】
（ミクロ組織観察）
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ミクロ組織を観察した。また、ＪＩＳ−Ｇ０５５１（２０１３）に準拠し、比較法にて結晶粒度番号を評価した。表５にミクロ組織観察の結果を示す。表５中、「Ｆ」はフェライト組織、「Ｐ」はパーライト組織を意味する。
【００８３】
【表５】
0006328547.tif 000006
【００８４】
［結果の考察］
表２から、調質前の予備処理で鋳鋼がフェライトとパーライトとからなる組織に調整されていることがわかる。また、この試験片からは、Ｘ線結晶構造解析により残留オーステナイトが検出されていない、つまり残留オーステナイトが１体積％未満であることがわかる。ここで、表３及び表４に示されるように全ての鋼種で良好な引張試験結果及びシャルピー衝撃試験結果が得られているため、調質前の予備処理において、鋳鋼のミクロ組織をフェライトとパーライトとを主体組織とし残留オーステナイトを１体積％以下にすることで、強度及び靱性が適切に高められていることがわかる。
【００８５】
また、表４から、全ての鋼種で低温（０℃）でのシャルピー吸収エネルギーが、遮蔽体が破壊しない一定の靭性値（シャルピー吸収エネルギーの平均値が２７Ｊ以上）を満たしていることがわかる。特に、ＰやＳなどの不純物を多く含有するＢ、Ｄ材でも上記靱性値を達成できていることが確認できる。これは、表５に示されるように、全ての鋼種において結晶粒が微細粒になっているためであると推定される。
【００８６】
以上のように、鋳鋼品の調質処理前の金属組織をフェライトとパーライトとを主体組織とし残留オーステナイトが１体積％以下である状態にした場合、調質処理で得られる結晶粒径を微細化することができ、Ｐなどの不純物元素が多く含まれる場合でも、低温での靭性（シャルピーでの吸収エネルギー値）を一定値以上に確保できることがわかった。つまり、本発明によれば、不純物の多いスクラップを原料としつつ、高い靱性を有する大型鋳鋼品を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
以上説明したように、当該大型鋳鋼品の製造法は、靱性に優れる大型鋳鋼品を得ることができる。また、当該大型鋳鋼品は、遮蔽体として好適に用いられる。