(57)【要約】  ９％Ni鋼よりも少ないNi含有量で、９％Ni鋼と同等の性能を有する鋼材およびその製造方法である。その鋼材は、質量％で、Ｃ：0.01〜0.1％、Si：0.005〜0.6％、Mn：0.3〜２％、Ni：６％を超えて８％未満、sol.Al：0.005〜0.05％、Ｎ：0.0005〜0.005％を含有し、残部はＦｅおよび不純物からなり、下記の(1)式を満たす鋼材であって、面積比にして1.7％以上のオーステナイトを含み、そのオーステナイトは、アスペクト比が平均で3.5以下で、かつ平均円相当粒径が1.0μｍ以下、または／および含有されるセメンタイトがアスペクト比が平均で5.0以下で、かつ平均円相当径が0.6μｍ以下であることを特徴とする低温用鋼材である。この鋼材は、さらにMo、Cu、Cr、Ｖ、Nb、Ti、Ｂ、CaおよびMgの１種以上を含んでもよい。            20Ｃ＋2.4Ｍｎ＋Ｎｉ≧10・・・・(1)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１％、Ｓｉ：０．００５〜０．６％、Ｍｎ：０．３〜２％、Ｎｉ：６％を超えて８％未満、ｓｏｌ.Ａｌ：０．００５〜０．０５％、Ｎ：０．０００５〜０．００５％を含有し、残部はＦｅおよび不純物からなり、下記の(1)式を満たす鋼材であって、面積比にして１．７％以上のオーステナイトを含み、そのオーステナイトは、アスペクト比が平均で３．５以下で、かつ平均円相当粒径が１．０μｍ以下であることを特徴とする低温用鋼材。
２０Ｃ＋２．４Ｍｎ＋Ｎｉ≧１０  ・・・・(1)
ただし、(1)式中の元素記号はその元素の含有量（質量％）を示す。
【請求項２】
質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１％、Ｓｉ：０．００５〜０．６％、Ｍｎ：０．３〜２％、Ｎｉ：６％を超えて８％未満、ｓｏｌ.Ａｌ：０．００５〜０．０５％、Ｎ：０．０００５〜０．００５％を含有し、残部はＦｅおよび不純物からなり、下記の(1)式を満たす鋼材であって、面積比にして１．７％以上のオーステナイトを含み、含有されるセメンタイトのアスペクト比が平均で５．０以下で、かつ平均円相当径が０．６μｍ以下であることを特徴とする低温用鋼材。
２０Ｃ＋２．４Ｍｎ＋Ｎｉ≧１０  ・・・・(1)
ただし、(1)式中の元素記号はその元素の含有量（質量％）を示す。
【請求項３】
質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１％、Ｓｉ：０．００５〜０．６％、Ｍｎ：０．３〜２％、Ｎｉ：６％を超えて８％未満、ｓｏｌ.Ａｌ：０．００５〜０．０５％、Ｎ：０．０００５〜０．００５％を含有し、残部はＦｅおよび不純物からなり、下記の(1)式を満たす鋼材であって、面積比にして１．７％以上のオーステナイトを含み、そのオーステナイトは、アスペクト比が平均で３．５以下で、かつ平均円相当粒径が１．０μｍ以下であり、さらに含有されるセメンタイトのアスペクト比が平均で５．０以下で、かつ平均円相当径が０．６μｍ以下であることを特徴とする低温用鋼材。
２０Ｃ＋２．４Ｍｎ＋Ｎｉ≧１０  ・・・・(1)
ただし、(1)式中の元素記号はその元素の含有量（質量％）を示す。
【請求項４】
Ｆｅの一部に代えて更に質量％で、Ｍｏ：０．１％以下、Ｃｕ：２．０％以下、Ｃｒ：０．８％以下、Ｖ：０．０８％以下、Ｎｂ：０．０８％以下、Ｔｉ：０．０３％以下、Ｂ：０．００３０％以下、Ｃａ：０．００５０％以下およびＭｇ：０．００５０％以下の中から選んだ１種以上を含有し、下記の(2)式を満たすことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の低温用鋼材。
２０Ｃ＋２．４Ｍｎ＋Ｎｉ＋０．５Ｃｕ＋０．５Ｍｏ≧１０  ・・・・(2)
ただし、(2)式中の元素記号はその元素の含有量（質量％）を示す。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれかに記載の化学組成を有する鋼片を８５０〜１０５０℃に加熱し、７００〜８３０℃の温度域で１パス当たり５％以上で累積圧下率２５％以上の圧延を行い、７００〜８００℃の温度域で圧延を仕上げた後、直ちに２００℃以下の温度域まで加速冷却を行う製造方法であって、その加速冷却における冷却開始温度から少なくとも６００℃までは１０℃／ｓ以上の冷却速度とし、また冷却開始温度から２００℃までの冷却速度を５℃／ｓ以上とし、かつ、その加速冷却後に、６５０℃以下の温度で焼き戻すことを特徴とする低温用鋼材の製造方法。
【請求項６】
圧延後の加速冷却と、６５０℃以下での焼戻しの間に、６００〜８００℃に加熱して、２００℃以下までを５℃／ｓ以上で冷却する二相域熱処理を含むことを特徴とする請求項５に記載の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、低温用Ｎｉ含有鋼材、特にＬＮＧなどの低温貯槽タンクの構造材として好適な含Ｎｉ鋼材、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＮＧなどの低温物質の貯槽タンクを製造するための低温用鋼には、安全性確保の面から優れた破壊靱性が要求される。その要求に応える鋼の代表例は、９％Ｎｉ鋼である。【０００３】
従来、Ｐ、Ｓをはじめとする不純物の低減やＣの低減、さらには３段熱処理法、即ち、「焼入れ(Ｑ)、二相域焼入れ(Ｌ)および焼戻し(Ｔ)」という熱処理、などの９％Ｎｉ鋼についての種々の改善が行われてきた。一方で、含Ｎｉ鋼の強度および靱性向上に有効な合金元素としてＭｏの添加が検討されてきた。上記のＱＬＴやＭｏ添加は、靱性改善の根幹となる残留オーステナイト量を増加させるためである。このような従来技術の状況を特許文献を基に概括すると次のとおりである。【０００４】
特許文献１には、Ｍｏ：０．０４〜０．５％を添加した３段熱処理法(ＱＬＴ)または直接焼入−二相焼入法(ＤＱ−ＬＴ)法によって製造した、板厚が４０ｍｍ以上の９Ｎｉ鋼が開示されている。【０００５】
特許文献２には、焼入れ−焼戻し法(ＱＴ)または直接焼入れ-焼戻し法(ＤＱ-Ｔ)法による板厚４０ｍｍ以上の９Ｎｉ鋼の製造方法が開示されている。【０００６】
近年、合金元素価格の高騰などで鋼材の価格が急騰している。Ｎｉなど高価な合金元素を多量に添加しなければならない９％Ｎｉ鋼においては、合金元素の価格上昇は、より一層の鋼材価格の上昇をもたらす。そこで、鋼材価格の抑制のために、コスト低減の少ないＮｉ含有量で９％Ｎｉ鋼と同等以上の性能、例えば優れた靱性、を有する鋼材の開発が必要となってきている。このような低Ｎｉ型の低温用鋼に関する従来技術としては下記のものがある。【０００７】
特許文献３には４．０〜７．５％のＮｉを含有し、Ｍｓ点が３７０℃以下となる低温用鋼が開示されている。また、前記の特許文献２には、７．５〜１０％のＮｉを含有する鋼とＤＱ−ＬＴによる製造法が示されている。さらに、特許文献４には、５．５〜１０％のＮｉを含有する鋼およびその連続鋳造法が示されている。【０００８】
特許文献５および特許文献６には１．５〜９．５％のＮｉと０．０２〜０．０８％のＭｏを含有する鋼が開示されている。
【特許文献１】特開平４−371520号公報
【特許文献２】特開平６−184630号公報
【特許文献３】特開平６−136483号公報
【特許文献４】特開平７−90504号公報
【特許文献５】特開平９−302445号公報
【特許文献６】特開2002−129280号公報
【０００９】
しかしながら、特許文献１には圧延の詳細な条件が記載されておらず、Ｎｉ含有量が６％を超えて８％未満の鋼で、後述する本願発明の鋼と同等の性能は得られていない。【００１０】
特許文献２には、７．５２％のＮｉを含有する鋼が比較例として例示されているが、その鋼は、化学成分および製造方法が適切でないため、残留オーステナイト量が１．５％と不十分であり、９％Ｎｉ鋼と同等の性能が得られない。したがって、その鋼は比較例として扱われている。【００１１】
特許文献３には、溶接熱影響部（ＨＡＺ）の靱性の改善方法は開示されているが、９％Ｎｉ鋼なみの母材特性を得るための化学成分の設計や製造方法については開示されておらず、母材特性そのものも開示されていない。【００１２】
上記の特許文献２には７００〜９００℃での圧下率を２０〜９０％にすると記載されているが、１パス当たりの圧下率についての記載がなく、その製造法で製造した鋼は−１９６℃での靱性が２５０Ｊに達していない。【００１３】
特許文献４には、連続鋳造可能な成分系が記載されているが、母材の製造方法や母材特性については開示されていない。また、具体的に示されているＮｉ量の最少値は９．０８％であり、低Ｎｉで９％Ｎｉ鋼と同等の母材性能を得る手段は開示されていない。【００１４】
特許文献５および特許文献６では４００℃以下で水冷を停止するＤＱ−ＬＴの製造法が開示されている。しかし、加熱温度や圧延の条件が開示されていない。また、７％Ｎｉ程度の特性は開示されておらず、実施例として示されているように、母材靱性は９％Ｎｉ鋼でvＴsが−１９６℃未満となるのに対して、５．０％Ｎｉ鋼ではvＴsは−１６０℃、１．５Ｎｉ鋼ではvＴsは−１２５℃とＮｉ量の減少が靱性劣化に直結している。【００１５】
以上のように、上記の各文献には、９％Ｎｉ鋼よりも低Ｎｉでありながら、９％Ｎｉ鋼と同等の性能を有する鋼およびその製造方法は、具体的には開示されていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の目的は、９％Ｎｉ鋼よりも少ないＮｉ含有量で、９％Ｎｉ鋼と同等の性能を有する鋼材およびその製造方法を提供することにある。【００１７】
本発明者は、上記の目的を達成するために、上述の従来技術を詳しく検討した。その結果、従来の技術では組織の微細化と残留オーステナイト量の確保が不十分であったことが分かった。即ち、母材組織そのものを微細化するとともに、９％Ｎｉ鋼よりも少ないＮｉ含有量でもオーステナイトを安定化させる手段が必要なのである。【００１８】
９％Ｎｉ鋼よりも少ないＮｉ含有量でオーステナイトを安定化させる手段としては、従来から知られているＭｏの微量添加のほかに、以下の手段があることが判明した。【００１９】
第１の手段は、未変態オーステナイトへの格子欠陥の導入により、マルテンサイト変態の終了するＭｆ点を低下させる方法である。オーステナイトからマルテンサイトへの変態は、転位の移動による剪断型変態であり、オーステナイト中に存在する格子欠陥は転位の移動の妨げとなり、オーステナイトからマルテンサイトへの剪断型変態の終了を遅らせ、マルテンサイト終了点であるＭｆ点を低温側に移行させる。Ｍｆ点を低温側に移行させることによって、室温で残留するオーステナイト量を増加させることができる。【００２０】
第２の手段は、未変態オーステナイト相の微細化である。未変態オーステナイトがマルテンサイトに変態した場合、剪断型変態により瞬間的に生成されるマルテンサイトの最少単位（ラス）の大きさは、厚さ方向で０．５〜１μｍ程度である。この変態は、実際には体積膨張を伴う。従って、未変態オーステナイト相の大きさが、このマルテンサイトの最小単位と同等、またはそれよりも小さくなれば、膨張によるマルテンサイト変態は著しく抑制され、オーステナイトは実際の化学成分量から得られるよりも著しく安定化することが知見された。【００２１】
こうして得られる低Ｎｉ鋼の残留オーステナイトは、その量において従来の９％Ｎｉ鋼の焼入れ−焼戻し材で得られる残留オーステナイト量と匹敵するだけでなく、その形態には次のような特徴がある。即ち、従来の９％Ｎｉ鋼の焼入れ−焼戻し材で得られる残留オーステナイトは２次元観察では針状の、３次元的には薄い板状の形態を示し、アスペクト比は大きなものである。しかし、低Ｎｉ鋼で得られるオーステナイトは、全体量は９％Ｎｉ鋼ほぼ同等であっても、２次元観察では粒状の極めて微細な形態であることが特徴である。従って、低Ｎｉであっても前述の理由により残留オーステナイトが安定的に存在する。【００２２】
未変態オーステナイトに格子欠陥（転位）を導入し、かつ未変態オーステナイト相を微細にするには、加熱、圧延および冷却の条件が重要である。低温で強圧下すると格子欠陥（転位）が多量に導入され、その後の組織が微細になることが知られている。また、上記の微細化には、特に微量元素としてＮｂの添加が効果的である。これは、Ｎｂ(Ｃ,Ｎ)の微細析出が転位の移動を妨げ、オーステナイト中の格子欠陥（転位）密度を増加させるからである。【００２３】
以上の知見に基づいてなされた本発明は、下記の鋼材およびその製造方法を要旨とする。【００２４】
（１）質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１％、Ｓｉ：０．００５〜０．６％、Ｍｎ：０．３〜２％、Ｎｉ：６％を超えて８％未満、ｓｏｌ.Ａｌ：０．００５〜０．０５％、Ｎ：０．０００５〜０．００５％を含有し、残部はＦｅおよび不純物からなり、下記の(1)式を満たす鋼材であって、面積比にして１．７％以上のオーステナイトを含み、そのオーステナイトは、アスペクト比が平均で３．５以下で、かつ平均円相当粒径が１．０μｍ以下であることを特徴とする低温用鋼材。
２０Ｃ＋２．４Ｍｎ＋Ｎｉ≧１０  ・・・・(1)
ただし、(1)式中の元素記号はその元素の含有量（質量％）を示す。【００２５】
（２）質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１％、Ｓｉ：０．００５〜０．６％、Ｍｎ：０．３〜２％、Ｎｉ：６％を超えて８％未満、ｓｏｌ.Ａｌ：０．００５〜０．０５％、Ｎ：０．０００５〜０．００５％を含有し、残部はＦｅおよび不純物からなり、下記の(1)式を満たす鋼材であって、面積比にして１．７％以上のオーステナイトを含み、含有されるセメンタイトのアスペクト比が平均で５．０以下で、かつ平均円相当径が０．６μｍ以下であることを特徴とする低温用鋼材。
２０Ｃ＋２．４Ｍｎ＋Ｎｉ≧１０  ・・・・(1)
ただし、(1)式中の元素記号はその元素の含有量（質量％）を示す。【００２６】
（３）質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１％、Ｓｉ：０．００５〜０．６％、Ｍｎ：０．３〜２％、Ｎｉ：６％を超えて８％未満、ｓｏｌ.Ａｌ：０．００５〜０．０５％、Ｎ：０．０００５〜０．００５％を含有し、残部はＦｅおよび不純物からなり、下記の(1)式を満たす鋼材であって、面積比にして１．７％以上のオーステナイトを含み、そのオーステナイトは、アスペクト比が平均で３．５以下で、かつ平均円相当粒径が１．０μｍ以下であり、さらに含有されるセメンタイトのアスペクト比が平均で５．０以下で、かつ平均円相当径が０．６μｍ以下であることを特徴とする低温用鋼材。
２０Ｃ＋２．４Ｍｎ＋Ｎｉ≧１０  ・・・・(1)
ただし、(1)式中の元素記号はその元素の含有量（質量％）を示す。【００２７】
（４）Ｆｅの一部に代えて更に質量％で、Ｍｏ：０．１％以下、Ｃｕ：２．０％以下、Ｃｒ：０．８％以下、Ｖ：０．０８％以下、Ｎｂ：０．０８％以下、Ｔｉ：０．０３％以下、Ｂ：０．００３０％以下、Ｃａ：０．００５０％以下およびＭｇ：０．００５０％以下の中から選んだ１種以上を含有し、下記の(2)式を満たすことを特徴とする上記（１）から（３）までのいずれかに記載の低温用鋼材。
２０Ｃ＋２．４Ｍｎ＋Ｎｉ＋０．５Ｃｕ＋０．５Ｍｏ≧１０  ・・・・(2)
ただし、(2)式中の元素記号はその元素の含有量（質量％）を示す。【００２８】
（５）上記（１）から（４）までのいずれかに記載の化学組成を有する鋼片を８５０〜１０５０℃に加熱し、７００〜８３０℃の温度域で１パス当たり５％以上で累積圧下率２５％以上の圧延を行い、７００〜８００℃の温度域で圧延を仕上げた後、直ちに２００℃以下の温度域まで加速冷却を行う製造方法であって、その加速冷却における冷却開始温度から少なくとも６００℃までは１０℃／ｓ以上の冷却速度とし、また冷却開始温度から２００℃までの冷却速度を５℃／ｓ以上とし、かつ、その加速冷却後に、６５０℃以下の温度で焼き戻すことを特徴とする低温用鋼材の製造方法。【００２９】
（６）圧延後の加速冷却と、６５０℃以下での焼戻しの間に、６００〜８００℃に加熱して、２００℃以下までを５℃／ｓ以上で冷却する二相域熱処理を含むことを特徴とする上記（５）に記載の低温用鋼材の製造方法。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明において鋼材の化学組成および金属組織ならびに製造条件を上述のように規定した理由について、以下に詳述する。なお、鋼材の成分含有量についての「％」は「質量％」である。【００３１】
Ｃ：０．０１〜０．１％
Ｃは、Ｍｆ点を低下させ、残留オーステナイトの安定化には有効な元素である。しかし、マルテンサイト素地そのものを硬化させ、オーステナイト量の増加による靱性改善以上に靱性劣化を起こさせる。従って、Ｃの含有量は、強度を確保するのに必要な量以上とし、靱性を劣化させるような過大量を避けるのが肝要である。０．０１％未満では強度が不足し、０．１％を超えると靱性が劣化する。よってＣの含有量は０．０１〜０．１％とする。より望ましい範囲は０．０３〜０．０７％である。【００３２】
Ｓｉ：０．００５〜０．６％
Ｓｉは、脱酸元素として有効である。また、セメンタイトの析出を抑制し焼戻しでのオーステナイトの安定化を改善する元素として有効である。しかし、Ｓｉの含有量が多すぎると靱性劣化を引き起こす。従って、含有量を０．００５〜０．６％とする。望ましいのは０．０３〜０．５％、より望ましいのは、０．１〜０．３％である。【００３３】
Ｍｎ：０．３〜２％
Ｍｎは、Ｍｆ点を低下させてオーステナイトを安定化するのに有効であり、その含有量が多いほど多量のオーステナイトが得られる。しかしながら、Ｍｎ含有量が過剰になると、マルテンサイト素地の靱性を劣化させる。従って含有量を０．３〜２．０％とする。より望ましい下限は０．５％、さらに望ましい下限は０．７％である。また、望ましい上限は１．５％、さらに望ましい上限は１．０％である。【００３４】
Ｎｉ：６％を超えて８％未満
Ｎｉは、鋼の強度を上昇させるとともにオースナイトの安定化に寄与するため、本発明鋼の最も重要な元素である。含有量が多いほど強度が上昇するとともにＭｆ点が低下して残留オーステナイト量が増加するため好ましい。しかしながら、Ｎｉを多量に含有させることはコスト上昇を招くため、８％未満とする。より望ましい上限は７．５％である。他方、本発明の目的の一つは９％Ｎｉ鋼と同等の性能を有する鋼材を得ることにあり、その目的を達成するには、６％を超えるＮｉ含有量が必要である。より望ましい下限は６．５％である。【００３５】
ｓｏｌ.Ａｌ：０．００５〜０．０５％
Ａｌは、Ｓｉと同様に脱酸元素として、また、セメンタイトの析出を抑制して焼戻しでのオーステナイトの安定化を改善する元素として有効である。さらにＡｌは、Ｎと結合してＡｌＮとなり加熱時のオーステナイト粒の微細化に寄与する効果も有する。従って、ｓｏｌ.Ａｌとして０．００５％以上の含有が必要である。しかし、Ａｌ含有量が多すぎると靱性劣化を引き起こす。従って、含有量をｓｏｌ.Ａｌとして０．００５〜０．０５％とする。より望ましい含有量の範囲は、０．０２％〜０．０４％である。【００３６】
Ｎ：０．０００５〜０．００５％
Ｎは、オーステナイトの安定化に寄与する元素であるため添加するのが望ましい。また、Ａｌと結合してＡｌＮとなり加熱時のオーステナイト粒の微細化に効果を発揮する。これらの効果を得るには０．０００５％以上の含有が必要である。しかしながら、過剰のＮはマルテンサイト素地を劣化させるので、その含有量は０．００５％以下とする必要がある。より望ましい含有量の範囲は、０．００２％〜０．００４％である。【００３７】
本発明の鋼材の一つは、上記の成分のほか、残部がＦｅと不純物とからなるものである。本発明の鋼材のもう一つは、上記の成分に加えてさらにＭｏ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｂ、ＣａおよびＭｇの中から選んだ１種以上を含有する鋼材である。以下、これらの成分について述べる。【００３８】
Ｍｏ：０．１％以下
Ｍｏは、低温域ではオーステナイト安定化元素としてオーステナイト量の増加に有効である。この効果を得るには０．０１％以上の含有が望ましい。しかし、Ｍｏの含有量が０．１％を超えるとマルテンサイト素地の劣化を通して靱性が低下するため０．１％以下とする必要がある。より望ましい含有量の下限は０．０２％、望ましい上限は０．０６％、さらに望ましい上限は０．０５％である。【００３９】
Ｃｕ：２．０％以下
Ｃｕは、固溶状態でオーステナイトを安定化させる元素であり、添加するのが望ましい。この効果を得るには０．０５％以上の含有が望ましい。しかしながら、焼戻し処理によって、固溶Ｃｕがε−Ｃｕとして析出するため、高強度化には有効であるが靱性を劣化させる。したがって、含有量の上限を２．０％とする。【００４０】
Ｃｒ：０．８％以下
Ｃｒは、強度上昇に有効な元素であり、この効果を得るには０．０５％以上含有させるのが望ましい。しかしながら、その含有量が０．８％を超えると靱性が劣化するため、０．８％を上限とする。【００４１】
Ｖ：０．０８％以下
Ｖは、鋼の高強度化に有効な元素であり、焼戻し処理によって析出物となり鋼を強化する。その効果を得るには、含有量を０．００５％以上とするのが望ましい。しかし、その含有量が０．０８％を超えると過剰な析出物により靱性が劣化するので、０．０８％以下とする。【００４２】
Ｎｂ：０．０８％以下
Ｎｂは、圧延での未再結晶温度域を拡大し、圧延後の組織微細化と高靱化に有効である。この効果を得るには０．００５％以上含有させるのが望ましい。しかし、その含有量が０．０８％を超えると靱性が劣化するため、上限を０．０８％とする。【００４３】
Ｔｉ：０．０３％以下
Ｔｉは、スラブのひび割れ防止に有効な元素であり、この効果を得るには０．００５％以上の含有が望ましい。しかし、その含有量が０．０３％を超えると靱性が劣化するため、上限を０．０３％とする。【００４４】
Ｂ：０．００３０％以下
Ｂは強度上昇に有効な元素であり、この効果を得るには０．０００２％以上含有させるのが望ましい。しかし、Ｂの含有量が０．００３０％を超えると靱性が劣化するため、上限を０．００３０％とする。【００４５】
Ｃａ：０．００５０％以下
Ｃａは靱性改善に有効な元素であり、この効果を得るには０．０００２％以上の含有が望ましい。しかし、その含有量が０．００５０％を超えると、靱性が劣化するため上限を０．００５０％とする。【００４６】
Ｍｇ：０．００５０％以下
Ｍｇは靱性改善に有効な元素であり、この効果を得るには０．００５０％以上含有させるのが望ましい。しかし、その含有量が０．００５０％を超えると靱性が劣化するため、上限を０．００５０％とする。【００４７】
２０Ｃ＋２．４Ｍｎ＋Ｎｉ≧１０、または
２０Ｃ＋２．４Ｍｎ＋Ｎｉ＋０．５Ｃｕ＋０．５Ｍｏ≧１０
Ｎｉの含有量を減少させ鋼材で９％Ｎｉ鋼と同等の靱性を得るには、残留オーステナイト量の確保が重要である。加熱、圧延および熱処理の条件によって、得られる残留オーステナイト量は変化するものの、オーステナイトを安定化させる化学成分の添加も重要である。このためには、「２０Ｃ＋２．４Ｍｎ＋Ｎｉ」または「２０Ｃ＋２．４Ｍｎ＋Ｎｉ＋０．５Ｃｕ＋０．５Ｍｏ」の値が１０以上である必要がある。より望ましいのは、１０．５以上、１２以下である。【００４８】
オーステナイト量：
鋼材のオーステナイト量は低Ｎｉでも靱性を改善する手段として重要である。低Ｎｉ鋼であっても９％Ｎｉ鋼と同等の靱性を得るためには、面積比で１．７％以上のオーステナイト量が必要である。望ましい下限は２．０％、さらに望ましい下限は３．０％である。オーステナイト量は多ければ多いほど靱性改善に有効であるため、上限は規定しないが、４０％を超えると強度が不足する。したがって、オーステナイト量の上限は４０％が好ましい。【００４９】
オーステナイトの形態：
低Ｎｉ含有量でオーステナイトを安定化するためには、未変態オーステナイト相を微細にする必要がある。このためには、オーステナイトを微細な粒状にする必要があり、そのアスペクト比を平均で３．５以下、平均円相当径を１．０μｍ以下とする必要がある。望ましいアスペクト比は、２．５以下である。ここで、円相当径とは、オーステナイトの投影面積を同じ面積の円と見立てた場合の円の直径をいう。なお、円相当径とは、圧延方向と平行な面（板厚と垂直方向）に鋼材を切断した時に観察される組織を測定して得られるものをいい、オーステナイトの投影面積は画像解析装置を用いて測定することができる。【００５０】
セメンタイトの形態：
セメンタイトは、マルテンサイト素地から析出するとともに、未変態オーステナイトが分解して析出する。前者の析出はマルテンサイトの強度を低下させるとともに、靱性を劣化させる。従って、セメンタイトの大きさは、平均円相当径で０．６μｍ以下である必要がある。なお、セメンタイトの円相当径は、上述したオーステナイトの円相当径と同様であり、オーステナイトの代わりにセメンタイトについて測定したものである。【００５１】
次に上記の鋼材の製造方法について述べる。
(1)鋼片の加熱
鋼材の靱性向上のためには、初期オーステナイト粒、即ち、圧延前の鋼片でのオーステナイト粒の微細化が重要であり、このオーステナイト粒の微細化は、残留オーステナイト量の増加にも寄与する。従って、圧延前の鋼片の加熱温度を８５０〜１０５０℃とする。８５０℃より低温での加熱では強度が不足し、また、１０５０℃を超える温度での加熱では靱性が劣化する。より望ましい加熱温度は９００〜１０００℃である。【００５２】
(2)圧延
組織微細化とオーステナイト量の増加のためには、オーステナイトの未再結晶域で十分な圧延を行わなければならない。７００〜８３０℃の温度域での１パス当たり５％以上で累積圧下率２５％以上の圧延は、未再結晶オーステナイト温度域でオーステナイト中に格子欠陥（転位）を導入し未変態オーステナイトのマルテンサイトへの変態を抑制するのに必要である。このとき、７００〜８００℃の温度で圧延を仕上げることが必要である。仕上温度が７００℃よりも低いと鋼材の異方性が顕著になる。また、仕上温度が８００℃を超えると靭性が劣化する。【００５３】
(3)冷却
圧延終了後、２００℃以下の温度域まで加速冷却とする必要がある。ここで、冷却開始から少なくとも６００℃までは、１０℃／ｓ以上で冷却する必要がある。これは、仕上げ圧延で導入された格子欠陥（転位）をなるべく多く含有させるためである。また、マルテンサイト組織が得られるようにするため、冷却開始温度から２００℃以下まで５℃以上の速度で冷却する必要がある。２００℃よりも高温で加速冷却を停止した場合は、十分にマルテンサイトが得られず強度が劣化する。圧延仕上げから水冷開始までの時間は短い方がよく、圧延終了から水冷開始までを３０秒以内とするのが望ましい。【００５４】
(4)焼戻し
加速冷却後は、６５０℃以下の温度で焼戻す必要がある。これにより冷却処理、すなわち焼入れによって生成したマルテンサイトを焼戻すことができ、強度を調整するとともに、靱性を改善することができる。６５０℃を超える温度で焼戻しを行うと強度が低下する。【００５５】
(5)二相域加熱
残留オーステナイト量をさらに増加させるためには、焼戻しの前にフェライトとオーステナイトの二相域に加熱するのが望ましい。その二相域熱処理は、６００〜８００℃で加熱し、その後、２００℃以下まで５℃／ｓの冷却速度で冷却する処理とする必要がある。なお、二相域熱処理の加熱温度のより望ましい範囲は、６８０〜７５０℃である。
【実施例】
【００５６】
表１に示す化学組成を有する供試材を溶製し、板厚は２０ｍｍの鋼板を試作した。製造条件を表２に示す。得られた鋼板の板厚の１／４部（1/4ｔ部）から引張試験片およびシャルピー試験片を採取した。オーステナイト量はＸ線により測定した。また、オーステナイトおよびセメンタイトの大きさおよび形態は、透過型電子顕微鏡により４００００倍の倍率で２０視野ずつ観察し、平均アスペクト比を求めるとともに、平均円相当粒径を画像解析装置により求めた。測定結果を表３に示す。【００５７】
【表１】
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【００５８】
【表２】
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【００５９】
【表３】
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【００６０】
表３に示す「本発明例」は、本発明で定める化学組成を有し、本発明の製造方法で製造したものであり、前記の(1)式または(2)式を満たすうえに、オーステナイトの面積率、形態およびセメンタイトの形態がいずれも本発明で定めた条件を満たすものである。そして、その本発明例では、ＹＳが５８５ＭＰａ以上、ＴＳが６９０〜８２５ＭＰａ、−１９６℃でのシャルピー衝撃エネルギーが２５０Ｊ以上である。【００６１】
特に、金属組織に関する２つの要件、即ち、面積比にして１．７％以上のオーステナイトを含み、（１）そのオーステナイトは、アスペクト比が平均で３．５以下で、かつ平均円相当粒径が１．０μｍ以下であること、（２）セメンタイトのアスペクト比が平均で５．０以下で、かつ平均円相当径が０．６μｍ以下であること、の（１）と（２）の両者を満たす場合（試験番号T2、T4、T6、T7、T8、T10、T13およびT15）には、吸収エネルギーが２９０Ｊ以上の高い靱性となっている。【００６２】
一方、化学組成その他の条件のいずれかが本発明で定める範囲内にない比較例は、いずれも衝撃エネルギーが低く、低温靱性が不十分である。【００６３】
なお、従来法（焼入れ−焼戻し）で製造された同じ厚さの９％Ｎｉ鋼の機械的特性は、ＹＳが６１０ＭＰａ、ＴＳが７２０ＭＰａ、−１９６℃でのシャルピー吸収エネルギーは２８０Ｊである。このことから、本発明鋼は、Ｎｉ量が少ないにも関わらず、９％Ｎｉ鋼と同等の性能を有していることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明によれば、６％を超えて８％未満という低いＮｉ含有量であっても、９％のＮｉを含む鋼と同等以上の機械的性質を有する鋼材が得られる。この鋼材は安価でありながら低温靱性に優れているので、ＬＮＧのような低温物質の貯蔵タンク等の構造材料として好適である。
【国際調査報告】
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