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公開番号2025130694
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-08
出願番号2025013448
出願日2025-01-30
発明の名称厚鋼板およびその製造方法
出願人JFEスチール株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類C22C 38/00 20060101AFI20250901BHJP(冶金;鉄または非鉄合金;合金の処理または非鉄金属の処理)
要約【課題】低温靭性に優れ、液化アンモニアによる応力腐食割れを抑制し、490MPa以上の引張強度を有する厚鋼板およびその製造方法の提供。
【解決手段】特定範囲の化学組成を有し、
表面から板厚方向に1/4厚から3/4厚までにおけるベイナイト組織の面積分率が90%以上であり、
表面から板厚方向に1mmの位置におけるビッカース硬さが210以下であり、
JIS Z 3101:1990に基づいて測定される最高硬さ試験の最大値がビッカース硬さで210以下であり、
引張強度が490MPa以上であり、
シャルピー衝撃試験における吸収エネルギーが-40℃で47J以上である、厚鋼板。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．０１０％以上０．０５０％未満、
Ｓｉ：０．０１～０．５５％、
Ｍｎ：１．００～１．９５％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０１０％以下、
Ａｌ：０．００１～０．０６０％、
Ｎｂ：０．００６～０．０９０％、
Ｎ：０．００１～０．００６％
を含有し、かつ下記式（１）で表されるＰｃｍＮが０．１１～０．１７を満足し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなる化学組成を有し、
表面から板厚方向に１／４厚から３／４厚までにおけるベイナイト組織の面積分率が９０％以上であり、
表面から板厚方向に１ｍｍの位置におけるビッカース硬さが２１０以下であり、
ＪＩＳＺ３１０１：１９９０に基づいて測定される最高硬さ試験の最大値がビッカース硬さで２１０以下であり、
引張強度が４９０ＭＰａ以上であり、
シャルピー衝撃試験における吸収エネルギーが－４０℃で４７Ｊ以上である、厚鋼板。
ＰｃｍＮ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｎｂ／２＋Ｖ／３＋２３×Ｂ・・・式（１）
式（１）で、元素記号は、厚鋼板に含まれる各元素の含有量（質量％）を示し、含有しない元素は０とする。
続きを表示（約 540 文字）【請求項２】
前記化学組成が、さらに、質量％で、
Ｃｕ：０．５０％以下、
Ｎｉ：０．３０％以下、
Ｃｒ：０．５０％以下、
Ｍｏ：０．５０％以下、
Ｖ：０．０８％以下、
Ｔｉ：０．０５％以下、
Ｂ：０．００３０％以下、
Ｃａ：０．００６％以下、
Ｍｇ：０．００６％以下
から選ばれる１種以上を含有する、請求項１に記載の厚鋼板。
【請求項３】
請求項１または２に記載の化学組成を有するスラブを熱間圧延するに際し、１０００～１２５０℃に加熱し、
９３０℃以下での累積圧下率が５０％以上となる圧延をおこなった後、
Ａｒ３点＋１０℃以上の温度で熱間圧延を終了し、
Ａｒ３点以上の加速冷却開始温度で、鋼板表面の６８０℃から６００℃までにおける平均冷却速度を１０～８０℃／ｓとし、
１００～６００℃である加速冷却停止温度で加速冷却を行うことにより厚鋼板とする、厚鋼板の製造方法。
【請求項４】
前記加速冷却の停止後ただちに、または、前記加速冷却の停止後、室温まで冷却した後に、５００～６８０℃の温度に焼き戻す、請求項３に記載の厚鋼板の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、アンモニアや硫化水素を貯蔵するためのタンク、圧力容器などの溶接性および耐応力腐食割れ性が求められる溶接構造物に用いられる高強度厚鋼板とその製造方法に関する。
続きを表示（約 3,700 文字）【背景技術】
【０００２】
今後、カーボンニュートラル対応でアンモニア燃料の利用拡大が進み、その利用拡大のためには大型タンクの設置が必要となる。大型タンクを製造するためには、高強度な厚鋼板や溶接継手を用いる必要があり、４９０ＭＰａ級（ＳＬＡ３６５など）、５７０ＭＰａ級（ＳＭ５７０など）や６１０ＭＰａ級（ＳＰＶ４９０など）の厚鋼板などの使用が検討されている。一方で、液化アンモニアを貯蔵するタンクに低合金鋼を適用した場合、応力腐食割れが発生することが知られており、適用拡大の阻害要因となっている。
【０００３】
そこで、液化アンモニアによる応力腐食割れに強い鋼板に関する検討が行われている。例えば、特許文献１では、鋼中のＣ量を低減し、Ｔｉ量やＮ量を最適に制御することでＴＳ：５７０ＭＰａ以上の強度と－４０℃における低温靭性、さらには溶接熱影響部の靭性に優れる鋼板を製造する方法が開示されている。
特許文献２では、鋼中のＣ量を低減し、低降伏比を実現しながら４００Ｎ／ｍｍ
２
級以上の引張強さを有する鋼板を製造する方法が開示されている。
また、特許文献３では、鋼中のＣ量を低減し、加速冷却を適用することで鋼板表層の硬さ上昇を低減しながら５３０～６１０Ｎ／ｍｍ
２
の引張強さを有する鋼板を製造する方法が開示されている。
また、特許文献４では、鋼板表面に脱炭層を生成させることにより、６０ｋｇｆ／ｍｍ
２
級高張力を有しつつ、優れた耐応力腐食割れ性能を確保した鋼板の製造方法が開示されている。
また、特許文献５では、鋼板表面に軟化処理を行い、表層硬度をビッカース硬度で１９０以下にさせることにより優れた耐応力腐食割れ性能を確保した鋼板が開示されている。
特許文献６および７では、鋼板のフェライト組織分率や結晶粒径を最適に制御し、降伏強度を４４０ＭＰａ以下に制御することで耐応力腐食割れ性能を確保した鋼板の製造方法が開示されている。
特許文献８では、鋼板の表層の硬さを２１０以下に抑えつつ、鋼板板厚中央のフェライト組織分率を最適化することで耐応力腐食割れ性能を確保した鋼板の製造方法が開示されている。
特許文献９では、鋼板の表層の組織形態を最適化しつつ、鋼板板厚中央のフェライト組織分率を最適化することで耐応力腐食割れ性能を確保した鋼板の製造方法が開示されている。
特許文献１０では、鋼板１／４厚位置でのフェライトなどの組織形態を最適化することで鋼板の降伏比を下げ、液化アンモニア運搬用タンクに好適な鋼板の製造方法が開示されている。
また、特許文献１１では、鋼板の焼入れもしくは直接焼入れ時に２段階で水冷することで軟質なフェライト組織を生成させ優れた耐応力腐食割れ性能を確保した鋼板の製造方法が開示されている。
また、特許文献１２では、鋼板の表面に鋼中Ｃ量およびＭｎ量の低い合わせ材を鋳込みクラッドもしくは肉盛溶接により接合することにより優れた耐応力腐食割れ性能を確保したクラッド鋼板の製造方法が開示されている。
特許文献１３では、溶接熱影響部の降伏強度が４５ｋｇｆ／ｍｍ
２
以下になる合わせ材を接合することにより優れた耐応力腐食割れ性能を確保したクラッド鋼板の製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２００１－１１５２３３号公報
特開平１１－１３１１７８号公報
特開平１０－１９５５３３号公報
特開昭６１－２７９６３１号公報
特開昭５０－０８５５１６号公報
特許第７３２３０９０号公報
特許第７３２３０９１号公報
特許第７３２３０８８号公報
国際公開第２０２１／１０６３６８号
特開２０２１－８８７５３号公報
特開昭６２－１５６２２８号公報
特開昭５７－１４９４２５号公報
特開昭５０－０８５５４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１～４に記載の方法は、強度が５９０ＭＰａ級までである鋼板を対象としており、厚鋼板での優れた耐応力腐食割れ性を確保できるが、実際にタンクを製造する際に溶接継手を作製した際の、溶接熱影響部の耐応力腐食割れ性を確保する方法については開示されていない。
また、特許文献５では、母材や溶接金属の低温靭性については、一切考慮されていない。
特許文献６～１０に記載の方法は、軟質なフェライト組織を鋼板中に含有することを前提としており、本発明で対象とする４９０ＭＰａ級の高強度鋼板を製造することができない場合があり、また、溶接熱影響部の耐応力腐食割れ性を確保する方法についても開示されていない。
特許文献１１では、２段階冷却を適用するが特殊な水冷設備を必要とし、溶接熱影響部の耐応力腐食割れ性を確保する方法についても開示されていない。
特許文献１２では、鋳込みクラッドもしくは肉盛溶接を行う必要があり、特殊な設備が必要であることや、生産性に問題があり、また、溶接熱影響部の耐応力腐食割れ性を確保する方法についても開示されていない。
特許文献１３では、溶接熱影響部の応力腐食割れを抑制することができるが、大型タンクを製造するためにクラッド母材を高強度化するための圧延および熱処理条件を選択した場合、合わせ材の溶接前の硬さが高くなり、溶接熱影響部以外の応力腐食割れ性能を抑制できない。
【０００６】
さらにこれらの鋼材では、液化アンモニア環境下での耐応力腐食割れ性を実験室レベルで再現した簡易試験により評価しているが、実際の液化アンモニア貯蔵タンクの環境における応力腐食割れには二酸化炭素の含有が重要な役割を示すことが知られている。しかしながら、これらの鋼材では、実際の液化アンモニアに二酸化炭素を含有する環境を十分に再現した条件での応力腐食割れを実験室レベルで再現できておらず、そのような環境での性能を確保できるか否かについては不明であった。
【０００７】
また、応力腐食割れの対策としてステンレス鋼板やステンレス鋼板を合せ材としたクラッド鋼板を用いることもできるが、低合金鋼板を用いる場合に比べて著しく高コストになるといった問題がある。
【０００８】
以上のように、これまでに提案された方法では、特殊な設備を必ずしも必要とはせずに、４９０ＭＰａ級以上の強度クラスの溶接継手の母材、溶接熱影響部の耐応力腐食割れ性を確保する技術（液化アンモニアによる応力腐食割れを抑制する技術）についても開示されていなかった。
【０００９】
本発明は、低温靭性に優れ、液化アンモニアによる応力腐食割れを抑制し、４９０ＭＰａ以上の引張強度を有する厚鋼板およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
ここで、低温靭性に優れるとは、ＪＩＳＺ２２４２：２０１８に準拠し、厚鋼板のシャルピー衝撃試験における吸収エネルギーが－４０℃で４７Ｊ以上であることを指す。
また、液化アンモニアによる応力腐食割れを抑制するとは、（１）厚鋼板の液化アンモニア応力腐食割れ試験、（２）溶接熱影響部の液化アンモニア応力腐食割れ試験により、応力腐食割れが発生しないことを指す。
（１）は厚鋼板表面から板厚方向の５ｍｍの位置までの位置で採取した５ｍｍ厚の試験片を浸漬セルに引張試験で求めた母材の降伏応力の９０％を４点曲げ試験した状態で設置し、２０℃、液化ＮＨ
３
＋５ｖｏｌ％ＮＨ
４
ＣＯ
２
ＮＨ
２
飽和溶液に浸漬し、試験期間１か月で行い、目視で割れが発生しないことを指す。
（２）は、厚鋼板と厚鋼板を溶接することで得られる、余盛部を除去した溶接熱影響部において、板厚方向の５ｍｍの位置までの位置で５ｍｍ厚の４点曲げ用の試験片を採取して、引張試験で求めた母材の降伏応力の９０％を４点曲げ試験した状態で設置し、２０℃、液化ＮＨ
３
＋５ｖｏｌ％ＮＨ
４
ＣＯ
２
ＮＨ
２
飽和溶液に浸漬し、試験期間１か月で行い、夫々で割れが発生せずに、耐応力腐食割れ性に優れることを指す。
また、４９０ＭＰａ以上の引張強度を有するとは、ＪＩＳＺ２２４１：２０２２に準拠し、厚鋼板の引張強度が４９０ＭＰａ以上であることを指す。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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