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公開番号2025176202
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-12-03
出願番号2025157492,2023535074
出願日2025-09-22,2021-11-24
発明の名称表面品質及び耐ラメラテア品質に優れたスチームドラム用極厚物鋼材及びその製造方法
出願人ポスコカンパニーリミテッド
代理人弁理士法人共生国際特許事務所
主分類C22C 38/00 20060101AFI20251126BHJP(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】表面品質及び耐ラメラテア品質に優れたスチームドラム用極厚物鋼材及びその製造方法を提供する。
【解決手段】重量%で、C:0.2～0.3%、Si:0.05～0.5%、Mn:1.0～2.0%、Al:0.005～0.1%、P:0.01%以下、S:0.015%以下、Nb:0.001～0.02%、V:0.001～0.03%、Ti:0.001～0.03%、Cr:0.01～0.3%、Mo:0.01～0.12%、Cu:0.01～0.4%、Ni:0.05～0.4%、Ca:0.0005～0.004%を含み、残りがFe及びその他の不可避不純物からなり、下記の関係式1によるCeqが0.5～0.6の範囲を満たし、平均粒度が20μm以下のフェライト及びパーライトの複合組織を基地組織として有し、表面から厚さ方向に10mmまでの領域である表層部における硬質組織の分率が5面積%以下であり、3/8t～5/8t(ここで、tは鋼材の厚さ(mm)を意味する)の領域である中心部の空隙率が0.1mm³/g以下であり、溶接後熱処理(PWHT)以後の鋼材の断面で観察される析出物のうち、直径が5～15nmの微細VC析出物が1μm²当たり5個以上であることができる。
【選択図】なし

特許請求の範囲【請求項１】
重量％で、Ｃ：０．２～０．３％、Ｓｉ：０．０５～０．５％、Ｍｎ：１．０～２．０％、Ａｌ：０．００５～０．１％、Ｐ：０．０１％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｎｂ：０．００１～０．０２％、Ｖ：０．００１～０．０３％、Ｔｉ：０．００１～０．０３％、Ｃｒ：０．０１～０．３％、Ｍｏ：０．０１～０．１２％、Ｃｕ：０．０１～０．４％、Ｎｉ：０．０５～０．４％、Ｃａ：０．０００５～０．００４％を含み、残りがＦｅ及びその他の不可避不純物からなり、
下記の関係式１によるＣｅｑが０．５～０．６の範囲を満たし、
平均粒度が２０μｍ以下のフェライト及びパーライトの複合組織を基地組織として有し、表面から厚さ方向に１０ｍｍまでの領域である表層部における硬質組織の分率が５面積％以下であり、
３／８ｔ～５／８ｔ（ここで、ｔは鋼材の厚さ（ｍｍ）を意味する）の領域である中心部の空隙率が０．１ｍｍ
３
／ｇ以下であり、
溶接後熱処理（ＰＷＨＴ）以後の鋼材の断面で観察される析出物のうち、直径が５～１５ｎｍの微細ＶＣ析出物が１μｍ
２
当たり５個以上であることを特徴とする極厚物鋼材。
［関係式１］
Ｃｅｑ＝［Ｃ］＋［Ｍｎ］／６＋（［Ｃｒ］＋［Ｍｏ］＋［Ｖ］）／５＋（［Ｎｉ］＋［Ｃｕ］）／１５
前記関係式１において、［Ｃ］、［Ｍｎ］、［Ｃｒ］、［Ｍｏ］、［Ｖ］、［Ｎｉ］及び［Ｃｕ］は、それぞれ鋼材に含まれるＣ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｉ及びＣｕの含量（重量％）を意味し、これらの成分が意図的に添加されない場合は０を代入する。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記鋼材の厚さは１３３～２５０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の極厚物鋼材。
【請求項３】
前記鋼材の引張強度は５５０～６９０ＭＰａであることを特徴とする請求項１に記載の極厚物鋼材。
【請求項４】
前記鋼材の厚さ方向の断面収縮率（ＺＲＡ）は３５％以上であることを特徴とする請求項１に記載の極厚物鋼材。
【請求項５】
前記鋼材の表面クラックの最大深さは０．１ｍｍ以下（０を含む）である、請求項１に記載の極厚物鋼材。
【請求項６】
重量％で、Ｃ：０．２～０．３％、Ｓｉ：０．０５～０．５％、Ｍｎ：１．０～２．０％、Ａｌ：０．００５～０．１％、Ｐ：０．０１％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｎｂ：０．００１～０．０２％、Ｖ：０．００１～０．０３％、Ｔｉ：０．００１～０．０３％、Ｃｒ：０．０１～０．３％、Ｍｏ：０．０１～０．１２％、Ｃｕ：０．０１～０．４％、Ｎｉ：０．０５～０．４％、Ｃａ：０．０００５～０．００４％を含み、残りがＦｅ及びその他の不可避不純物からなり、下記の関係式１によるＣｅｑが０．５～０．６の範囲を満たし、旧オーステナイトの平均粒度が５００μｍ以下であり、厚さが６５０ｍｍ以上であるスラブを準備する段階と、
前記スラブを１１００～１３００℃の温度範囲で１次加熱する段階と、
前記１次加熱されたスラブを３～１５％の累積圧下量及び１／ｓ～４／ｓの変形速度で１次鍛造加工して、厚さ４５０～５５０ｍｍの１次中間材を提供する段階と、
前記１次中間材を１０００～１２００℃の温度範囲に２次加熱する段階と、
前記２次加熱された１次中間材を３～３０％の累積圧下量及び１／ｓ～４／ｓの変形速度で２次鍛造加工して、厚さ３００～３４０ｍｍの２次中間材を提供する段階と、
前記２次中間材を１０００～１２００℃の温度範囲に３次加熱する段階と、
前記３次加熱された２次中間材を９００～１１００℃の温度範囲で熱間圧延して厚さが１３３～２３３ｍｍの熱延材を提供する段階と、
前記熱間圧延が完了した熱延材を８２０～９００℃の温度範囲に加熱して１０～４０分間保持した後、常温まで空冷する焼ならし熱処理段階と、を含むことを特徴とする極厚物鋼材の製造方法。
［関係式１］
Ｃｅｑ＝［Ｃ］＋［Ｍｎ］／６＋（［Ｃｒ］＋［Ｍｏ］＋［Ｖ］）／５＋（［Ｎｉ］＋［Ｃｕ］）／１５
前記関係式１において、［Ｃ］、［Ｍｎ］、［Ｃｒ］、［Ｍｏ］、［Ｖ］、［Ｎｉ］及び［Ｃｕ］は、それぞれ鋼スラブに含まれるＣ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｉ及びＣｕの含量（重量％）を意味し、これらの成分が意図的に添加されない場合は０を代入する。
【請求項７】
前記２次中間材の中心部の空隙率は０．１ｍｍ
３
／ｇ以下であることを特徴とする請求項６に記載の極厚物鋼材の製造方法。
【請求項８】
前記熱延材の表面クラックの最大深さは２μｍ以下（０を含む）であることを特徴とする請求項６に記載の極厚物鋼材の製造方法。
【請求項９】
前記焼ならし熱処理された鋼材を溶接する段階と、
前記溶接された鋼材の残留応力を除去するために更なる熱処理（ＰＷＨＴ）を行う段階と、をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の極厚物鋼材の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面品質及び耐ラメラテア品質に優れたスチームドラム用極厚物鋼材及びその製造方法に係り、より詳しくは、石油化学の発電設備及びボイラ等に使用可能な表面品質及び耐ラメラテア（ＬａｍｅｌｌａｒＴｅａｒｉｎｇ）品質に優れたスチームドラム（ＳｔｅａｍＤｒｕｍ）用極厚物鋼材及びその製造方法に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
発電設備に使用されるボイラスチームドラム（ＳｔｅａｍＤｒｕｍ）は、ボイラから蒸発した水蒸気を一定の圧力下で貯蔵して水蒸気（Ｓｔｅａｍ）と水（Ｗａｔｅｒ）を分離する役割を果たす容器である。化学反応や燃焼反応で発生する熱を活用するために廃熱ボイラがよく使用され、廃熱ボイラが設置される場合には必ずスチームドラム（ＳｔｅａｍＤｒｕｍ）を必要とする。スチーム（Ｓｔｅａｍ）ボイラへの効率性増大の要求に応えるために、大型化、大容量の貯蔵を目的として使用される鋼材の厚物化が持続的に増大している実情である。鋼材の厚さが増大するほど総圧延の圧下量が減少するため、微細組織が大きくなり、介在物や偏析など、材料内の欠陥により材質が劣化する傾向性を示すことになる。したがって、鋼材の内外部健全性（Ｓｏｕｎｄｎｅｓｓ）を向上させるために、非金属介在物や偏析などの不純物の濃度を低減し、又は表面及び材料内部のクラック、空隙などを極限に制御する傾向にある。
【０００３】
特に、厚さが１００ｍｍｔを超える極厚物材の場合、薄物材と比較したとき、圧延の圧下比が高くないため、連鋳又は鋳造時に発生する未凝固の収縮孔が粗圧延過程で十分に圧着されず、製品の中心部に残留空隙の形態で残るようになる。
【０００４】
このような残留空隙は、構造物において厚さの軸方向の応力を受けたとき、クラックの開始点として作用し、結局、ラメラテアの形態で設備全体に破損を起こすことがある。したがって、圧延前の段階では必ず残留空隙が存在しないように中心空隙を十分に圧着する工程が必要である。
【０００５】
これに関連する特許文献１は、厚板の粗圧延工程において強圧下を適用する技術であって、圧延機の設計許容値（荷重及びトルク）に近づくように設定されたパス別の強圧下率から厚さ別の板噛み込みが発生する厚さ別の限界圧下率を決定する技術、粗圧延機の目標厚さを確保するために、パス別の厚さ比の指数を調整して圧下率を分配する技術、そして厚さ別の限界圧下率に基づいて板噛み込みが発生しないように圧下率を修正する技術を活用したものであって、８０ｍｍｔを基準に粗圧延の最終３パスにおける平均圧下率を約２７．５％で印加できる製造方法を提供する。しかし、上記圧延方法の場合、製品厚さ全体の平均圧下率を測定したものであって、最大厚さが２３３ｍｍｔ以上である極厚物材の場合、残留空隙が存在する中心部まで高変形を印加させるには技術的困難が伴う。
【０００６】
極厚物を製造する他の方法の一つは、圧延機よりもパス当たりの有効変形量が高い鍛造機を活用する方法である。特許文献２では、加熱炉から抽出された連鋳スラブを垂直に立てて全幅の鍛造圧下量を４００ｍｍ以上付与し、幅鍛造のパスを座屈限界圧下量以内の条件である２パス以内の圧下量で幅鍛造のパスを行い、幅方向のエッジ部と中心部の気孔を除去し、中心部の変形率を増加させる方法を提案し、特許文献１で問題となっていた中心部の残留空隙を効果的に圧着させることができるため、製品の耐ラメラテア品質を向上させることができる。
【０００７】
しかし、幅鍛造過程における局所的な変形集中により表面欠陥が発生することがある。特に、鍛造前の鋳片状態で表層又は表層下欠陥が存在する場合、鍛造過程で欠陥が伝播し、圧延後の製品状態で表面品質がさらに低下することがある。
【０００８】
一方、特許文献３では、所定の合金組成で提供される素材を１２００～１３５０℃に加熱し、累積圧下量を２５％以上とする熱間鍛造を行い、Ａｃ３点以上１２００℃以下に加熱し、累積圧下量を４０％以上とする熱間圧延を行い、Ａｃ３点以上１０５０℃以下に再加熱し、Ａｃ３点以上の温度で３５０℃以下又はＡｒ３点以下の低い方の温度まで急冷し、４５０℃～７００℃の温度で焼戻しを行う工程を通じて、降伏強度が６２０ＭＰａ以上である１００ｍｍｔ以上の厚肉高強度鋼板を製造することができると開示している。
【０００９】
しかし、上述した超高強度鋼板の場合、炭素当量（Ｃｅｑ）及び硬化能指数（ＤＩ）が高く、鋳造中に表面クラックに脆弱であるだけでなく、焼ならし（Ｎｏｒｍａｌｉｚｉｎｇ）熱処理により製造されるスチームドラム（ＳｔｅａｍＤｒｕｍ）用鋼材の場合、当該工程条件を容易に適用することができない。また、炭素当量（Ｃｅｑ）と硬化能指数（ＤＩ）が高い場合、製鋼の２次冷却過程で表層の硬質組織の生成により、鋳片表層のクラックが発生しやすく、鍛造過程でクラックが伝播することで、最終製品の表面品質を劣化させる恐れがある。
【００１０】
したがって、中央部の空隙を圧着して、最終製品の内部健全性を向上させるために鍛造を行う方案が提案されているが、スチームドラム（ＳｔｅａｍＤｒｕｍ）用鋼材の適切な材質及び優れた表面品質を共に確保するための実質的な方案は提示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
（【００１１】以降は省略されています）

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