(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：0.02〜0.16％、Si：0.10〜0.5 ％、Mn：0.70〜1.6 ％、Al：0.01〜0.08％を含有し、あるいはさらに、Ni：0.8 ％以下、Cr：0.25％以下、Mo：0.08％以下、Cu：0.35％以下、Nb：0.05％以下、Ｖ：0.10％以下、Ti：0.025 ％以下、Ｂ：0.0025％以下の１種または２種以上を含有し残部Fe及び不可避的不純物からなる組成を有する鋼素材を950 〜1250℃に加熱後、γ再結晶域で30％以上の圧下率で圧延し、さらにγ未再結晶域で30％以上の圧下率で圧延し、850 ℃からＡr3点の間で圧延を終了して鋼材となし、これを圧延終了から500 ℃まで20℃/s以下の冷却速度で冷却し、500 ℃から、450 ℃以下とした冷却停止温度まで10℃/s以上の冷却速度で冷却する方法であって、下記式で定義されるMVF を１〜15としたことを特徴とする低温用低降伏比鋼材の製造方法。
記
MVF ＝ 0.114・Ｒnx− 0.00616・Ｔfin − 0.576・CRX-500 ＋８
ただし、Ｒnx：γ未再結晶域での圧下率（％）
Ｔfin ：圧延終了温度（℃）
CRX-500 ：X 〜500 ℃の冷却速度（℃/s），Ｘ＝MIN(Ｔfin ,800)
【請求項２】
前記冷却停止後の鋼材を100 〜580 ℃で焼戻しすることを特徴とする請求項１記載の低温用低降伏比鋼材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明において、化学成分含有量の単位記号として用いる％は質量百分率を意味する。
本発明は、低温用低降伏比鋼材の製造方法に関し、とくに、降伏応力（ＹＳ）355-440MPa、引張強さ（ＴＳ）530-610MPa、破面遷移温度（vTrs）-80 ℃以下の液体アンモニアと液化天然ガスを混載するタンク等の低温靭性と低降伏比（低ＹＲ）の要求に応えうる低温用低降伏比鋼材およびその製造方法に関する。なお、鋼材とは鋼板（厚板）または条鋼を指す。
【０００２】
【従来の技術】
従来から液体アンモニアを収容するような腐食環境下で使用されるタンク材には、応力腐食割れ (ＳＣＣ) 回避のために低いＹＳ（440MPa以下）が要求される。これはＹＳを低くして応力集中を防ぐためである。近年、タンクの大型化に伴い鋼材総重量軽減の観点から鋼材の高強度化のニーズがでてきた。この場合にはＴＳは高く（530MPa以上）ＹＳは低くという相反する性質を要求されることになる。さらには液化天然ガス (沸点-48 ℃）をも収容するため、優れた低温靭性も要求される。
【０００３】
かかる要求に応える鋼材の製造方法に関する従来技術としては、特開平10−130721号公報、特開平10−168516号公報、特開平11−80832 号公報に開示されているように、調質法と総称される、直接焼入れ焼戻し法、再加熱焼入れ焼戻し法、あるいは焼入れ２相域焼入れ焼戻し法がある。一方、非調質法で製造する従来技術としては特開平11−293380号公報所載のものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記調質法は安定的に製造できる反面、製造にかかる時間が非調質法に比べて長いという短所がある。また、調質法はコストも割高である。
また、前記特開平11−293380号公報所載の非調質法によれば、化学成分と冷却条件を適切に制御することで所定の機械的性質を満足する鋼板を製造可能である。しかし、この製造方法では、水冷の冷却停止温度が150 〜350 ℃と低温の比較的狭い範囲に限定されており、安定的に鋼板を製造するのは困難と考えられる。なぜならば、このような低い温度範囲では冷却速度が非常に速くなり冷却が止まらないのである。仮にうまく冷却停止できたとしても、板内の材質ばらつきが大きく、やはり安定した製造が困難と思われる。
【０００５】
また、強度には第２相の体積率が大きく影響することは言うまでもないが、今までこの分野で第２相の体積率の制御まで詳しく示した技術はなく、強度の適正制御は困難であった。
本発明は、これらの困難を克服し、強度と降伏比を安定させた低温用低降伏比鋼材の有利な製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記目的を達成すべく鋭意検討を重ね、その結果、特定の化学組成の鋼材を、フェライト、ベイナイト、マルテンサイトの 3相からなりマルテンサイトの体積率が１〜15％になる組織に制御することにより、上述の液体アンモニア、液化天然ガス混載用タンク材で要求される機械的性質を安定的に満足したものが得られることを見いだした。さらに、この組織は、下記式で定義されるMVF が１〜15になる圧延ないし冷却条件とすることにより、精度よく形成させうることを見いだした。
【０００７】
記
MVF ＝ 0.114・Ｒnxー 0.00616・Ｔfin − 0.576・CRX-500 ＋８
ただし、Ｒnx：γ（オーステナイト）未再結晶域での圧下率（％）
Ｔfin ：圧延終了温度（℃）
CRX-500 ：X 〜500 ℃の冷却速度（℃/s），Ｘ＝MIN(Ｔfin ,800)
なお、MIN(a,b)はa,b の小さい方（等しい場合は任意の一方）を意味する。
【０００８】
また、前記冷却後に弱い焼戻しを行うことで、機械的性質の的中制御精度がさらに向上することも見いだした。
本発明は、これらの知見に基づいてなされたものであり、その要旨は以下の（３）、（４）に記載のとおりであり、また、以下の（１）、（２）は参考発明である。
（１）Ｃ：0.02〜0.16％、Si：0.10〜0.5 ％、Mn：0.70〜1.6 ％、Al：0.01〜0.08％を含有し残部Fe及び不可避的不純物からなる組成と、フェライト、ベイナイト、マルテンサイトの 3相からなりマルテンサイトの体積率が１〜15％になる組織とを有することを特徴とする低温用低降伏比鋼材。
【０００９】
（２）Ｃ：0.02〜0.16％、Si：0.10〜0.5 ％、Mn：0.70〜1.6 ％、Al：0.01〜0.08％を含有し、さらに、下記（ａ）〜（ｅ）の１つまたは２つ以上を含有し、残部Fe及び不可避的不純物からなる組成と、フェライト、ベイナイト、マルテンサイトの 3相からなりマルテンサイトの体積率が１〜15％になる組織とを有することを特徴とする低温用低降伏比鋼材。
【００１０】
記
（ａ）Ni：0.8 ％以下
（ｂ）Cr：0.25％以下、Mo：0.08％以下の１種または２種
（ｃ）Cu：0.35％以下
（ｄ）Nb：0.05％以下、Ｖ：0.10％以下、Ti：0.025 ％以下の１種または２種以上
（ｅ）Ｂ：0.0025％以下
（３）Ｃ：0.02〜0.16％、Si：0.10〜0.5 ％、Mn：0.70〜1.6 ％、Al：0.01〜0.08％を含有し、あるいはさらに、Ni：0.8 ％以下、Cr：0.25％以下、Mo：0.08％以下、Cu：0.35％以下、Nb：0.05％以下、Ｖ：0.10％以下、Ti：0.025 ％以下、Ｂ：0.0025％以下の１種または２種以上を含有し残部Fe及び不可避的不純物からなる組成を有する鋼素材を950 〜1250℃に加熱後、γ再結晶域で30％以上の圧下率で圧延し、さらにγ未再結晶域で30％以上の圧下率で圧延し、850 ℃からＡr3点の間で圧延を終了して鋼材となし、これを圧延終了から500 ℃まで20℃/s以下の冷却速度で冷却し、500 ℃から、450 ℃以下とした冷却停止温度まで10℃/s以上の冷却速度で冷却する方法であって、下記式で定義されるMVF を１〜15としたことを特徴とする低温用低降伏比鋼材の製造方法。
【００１１】
記
MVF ＝ 0.114・Ｒnxー 0.00616・Ｔfin − 0.576・CRX-500 ＋８
ただし、Ｒnx：γ未再結晶域での圧下率（％）
Ｔfin ：圧延終了温度（℃）
CRX-500 ：X 〜500 ℃の冷却速度（℃/s），Ｘ＝MIN(Ｔfin ,800)
（４）前記冷却停止後の鋼材を100 〜580 ℃で焼戻しすることを特徴とする（３）記載の低温用低降伏比鋼材の製造方法。
【００１２】
【発明の実施の形態】
まず、化学組成の限定理由について説明する。
Ｃ：0.02〜0.16％
Ｃ量は必要な強度を得るためおよび炭化物の析出のために下限を0.02％とし、上限は靭性および溶接性の観点から0.16％とした。
【００１３】
Si：0.10〜0.5 ％
Siは製鋼上0.10％が必要であり、0.5 ％を超えると母材（溶接前の被溶接鋼材）の靭性を劣化させる。
Mn：0.70〜1.6 ％
Mnは母材の強度を確保するために0.7 ％以上は必要であり、1.6 ％を超えると溶接部の靭性を著しく劣化させる。
【００１４】
Al：0.01〜0.08％
Alは鋼の脱酸上0.01％以上は必要であり、0.08％を超えて添加すると母材の靭性を低下させるとともに母材からのAlが溶接金属部へ希釈されることにより溶接金属部の靭性を劣化させる。
上記必須成分のほか、必要に応じて次の（ａ）〜（ｅ）の１つまたは２つ以上を適宜追加することができる。
【００１５】
（ａ）Ni：0.8 ％以下
Niは母材の高靭性を保ちつつ強度を上昇させるが、0.80％を超えて添加するとアンモニアによるＳＣＣを発生しやすくさせる。なお、好ましくは0.1 〜0.8 ％である。
（ｂ）Cr：0.25％以下、Mo：0.08％以下の１種または２種
Cr、Moは母材の高強度化に有効な元素であるが、多量に添加すると靭性に悪影響を与えるので上限をそれぞれ0.25％、0.08％とした。なお、好ましくはCr：0.05〜0.25％、Mo：0.05〜0.08％である。
【００１６】
（ｃ）Cu：0.35％以下
Cuは固溶強化および析出強化による強度上昇に寄与するが、0.35％を超えて添加すると靭性を劣化させる。なお、好ましくは0.05〜0.35％である。
（ｄ）Nb：0.05％以下、Ｖ：0.10％以下、Ti：0.025 ％以下
Nb、Ｖ、TiはそれぞれNb(C，N)、Ｖ(C，N)、Ti(C，N)として析出し、オーステナイト粒あるいはフェライト粒の粒成長を抑制する効果がある。またNbにはγ未再結晶域を拡大する効果もある。しかし、多量に添加すると、Nbは溶接熱影響部の靭性を劣化させ、Ｖは母材および溶接熱影響部の靭性の低下を招き、TiはTi(CN)が粗大化して前記効果を失うので、上限をそれぞれ0.05％、0.10％、0.025 ％とした。なお、好ましくはNb：0.005 〜0.05％、Ｖ：0.005 〜0.10％、Ti：0.005 〜0.025 ％である。
【００１７】
（ｅ）Ｂ：0.0025％以下
Ｂは、鋼をγ域に加熱したときγ粒界に偏析しフェライト変態を抑制することで、高強度化に寄与するが、0.0025％を超えて添加すると著しく硬化して靭性の劣化を招く虞がある。なお、好ましくは0.0002〜0.0025％である。
また、本発明では、不可避的不純物は極力低減するのが望ましいが、それらのうちＰ，Ｓはそれぞれ0.04％、0.01％まで許容できる。
【００１８】
次に、本発明により製造された参考発明鋼材の組織は、フェライト、ベイナイト、マルテンサイトの 3相からなりマルテンサイトの体積率が１〜15％になる組織でなければならない。このような組織とすることで、上述の液体アンモニア、液化天然ガス混載用タンク材で要求される機械的性質を安定的に満足したものが得られる。マルテンサイトの体積率が１％未満では強度不足となり、15％超では強度超過となる。なお、マルテンサイトの体積率は好ましくは３〜15％である。また、ベイナイトの体積率は、強度オーバー抑止の観点から50％が以下が好ましい。
【００１９】
次に、製造方法の限定理由について説明する。
鋼素材（スラブ、ブルーム、ビレット等）を950 〜1250℃に加熱するのは、完全にオーステナイト化しかつ均一な整細粒組織とするためである。加熱温度が 950℃未満ではオーステナイト化が不完全であり、1250℃超ではγ粒が粗大化し、ともに最終的に十分な靭性が得られない。
【００２０】
γ再結晶域で30％以上の圧下率で圧延するのは、オーステナイトを十分に再結晶させて微細化し、最終的に得られる靭性を良好なものとするためである。
γ未再結晶域で30％以上の圧下率で圧延するのは、この圧延で歪エネルギーを蓄積し、フェライトの析出を促すとともに、フェライト中の炭素を未変態オーステナイトに十分に排出させて、冷却後にこの未変態オーステナイトをベイナイト＋マルテンサイトにするためである。ここでの圧下率が30％未満であると炭素の未変態オーステナイトへの排出が十分でなく、マルテンサイトの体積率が１％未満となり所望の機械的性質が得られない。
【００２１】
850 ℃からＡr3点の間で圧延を終了するのは、前記歪エネルギーを十分蓄積させ、かつ圧延集合組織の発達を抑制するためである。圧延終了温度が850 ℃超では前記歪エネルギーの蓄積が不十分となり、マルテンサイトの体積率が１％未満となって所望の機械的性質が得られない。一方、圧延終了温度がＡr3点未満では圧延集合組織が発達してシャルピーのシェルフエネルギー（v Eshelf）が極端に低下する。
【００２２】
圧延終了から500 ℃までの冷却速度は、フェライトを析出させＹＳを低くするために20℃/s以下とする必要がある。これが20℃/s超では組織がベイナイト＋マルテンサイトとなり、強度が高くなりすぎる。さらに、500 ℃から冷却停止温度までの冷却速度は第２相にマルテンサイトを形成させるために、10℃/s以上とし、かつ、冷却停止温度は450 ℃以下としなければならない。
【００２３】
圧延後の冷却速度条件を上記のように限定するだけでは、マルテンサイトの体積率を確実に１〜15％の範囲内に制御するのは難しく、それを達成するには前述のように、圧延ないし冷却条件を下記式で定義されるMVF が１〜15となるように調整してやる必要があるのであり、これによりはじめてマルテンサイトの体積率を高精度で１〜15％の範囲内に制御できるようになった。
【００２４】
記
MVF ＝ 0.114・Ｒnxー 0.00616・Ｔfin − 0.576・CRX-500 ＋８
ただし、Ｒnx：γ未再結晶域での圧下率（％）
Ｔfin ：圧延終了温度（℃）
CRX-500 ：X 〜500 ℃の冷却速度（℃/s），Ｘ＝MIN(Ｔfin ,800)
また、本発明では、前記冷却停止後にＹＲが低くなりすぎた場合、これを焼戻しすることにより、ＹＲを適値に上昇させることができる。また、意図的に冷却後のＹＲが下がるような圧延〜冷却を行い、焼戻しによって適値に調整することもできる。焼戻しの温度は、100 ℃未満では強度変化がほとんどなく、580 ℃超ではＹＲが80％超と高くなりすぎるから、100 〜580 ℃とするのが好ましい。なお、焼戻しは、圧延後の冷却を450 ℃以下で停止したのち、室温まで放冷した鋼材に対して行ってもよく、また、冷却停止から室温まで放冷される途上の鋼材に対して行ってもよい。
【００２５】
【実施例】
表１に示す化学組成になる鋼スラブを表２に示す加熱・圧延・冷却条件（冷却停止温度からは室温まで放冷）で処理し、製品板厚８〜40mmの鋼板とした。これらの鋼板について板厚中心から採取したＪＩＳ14Ａ号引張およびＪＩＳ４号シャルピー試験片を用いて母材の強度および靭性を調査した。また、板厚中心部の走査型電子顕微鏡による組織観察像を画像解析し、組織構成相の体積率を測定した。その結果を表２に示す。表２より、本発明例では組成および組織が参考発明要件を満たしているので、所望の機械的性質（ＹＳ：355-440MPa、ＴＳ：530-610MPa、vTrs：-80 ℃以下）が達成され、比較例では強度、 靭性のいずれか一方または両方が不十分であった。
【００２６】
また、ＹＲが低目であったNo. ７，８に対しそれぞれ表３の温度条件で焼戻しを施した。焼戻し後の鋼板（No. ７Ｔ，８Ｔ）について母材と同様に強度および靭性を調査した。その結果、表３に示すように、100 〜580 ℃の適正な温度で焼戻しされたNo. ８Ｔでは良好な機械的性質が得られ、焼戻し温度が600 ℃と高すぎたNo. ７ＴではＴＳ低下および／またはＹＳ上昇の度が過ぎてＹＲが高くなりすぎた。
【００２７】
【表１】
0004517525.tif 000002
【００２８】
【表２】
0004517525.tif 000003
【００２９】
【表３】
0004517525.tif 000004
【００３０】
【発明の効果】
かくして本発明によれば、低温用低降伏比鋼を非調質法で安定製造できるから、液体アンモニア、液化天然ガス収容用タンク材をより安価に供給できるようになるという産業上格段の効果を奏する。