【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
［産業上の利用分野］
本発明は電子ビーム溶接特性の優れた原子炉用
鋼板に関するものである。
［従来の技術］
原子力発電設備の安全性に関する関心は近年ま
すます高くなつており、原子炉用鋼板に対する靭
性値の要求は非常に厳しいものとなつている。そ
の要求は当然構造物の一部を構成する溶接部に対
してもなされている。
従来の原子炉用鋼板の溶接は潜弧溶接（SAW）
または、MIG溶接が主体である。これらの溶接
では板厚が厚くなるに従つて加速度的に積層数が
増加していく。たとえば、板厚100mmの材料では
狭開先の施工をしてもSAW、MIGとも20パス以
上の積層が必要となつてくる。それに伴う施工時
間が膨大なものとなる。これらの溶接施工効率向
上と厳しい靭性要求に応えるために、電子ビーム
溶接の適用が考えられるようになつてきた。
電子ビーム溶接は従来のアーク溶接（SAW、
MIG溶接）と比べて、板厚50mmを超える範囲で
はコスト的に有利な領域となり、板厚が厚くなる
ほどその効果は大きくなる。
ただ、電子ビーム溶接は従来の溶接法と異なつ
て、鋼板そのものを溶融させ接合するものである
ため、鋼板の製造にあたつてはこの溶接部、特に
靭性を考慮した成分設計を行う必要がある。従来
の原子炉用鋼板ではこの点の考慮は全くなされて
いなかつたといつても過言でない。
これまでの原子炉用鋼板の靭性向上に関する公
知文献としては、特公昭56−33449号、特公昭59
−9619号公報があるが、従来の溶接法で溶接する
ことを前提としているため、電子ビーム溶接によ
る溶接部に関する考慮は全くなされていない。
［発明が解決しようとする課題］
本発明の目的は以上の点を鑑みなされたもの
で、電子ビーム溶接による溶接を行つても溶接部
の低温靭性の良好な電子ビーム溶接特性の優れた
原子炉用鋼板を提供することにある。
［課題を解決するための手段］
本発明は重量％で、Ｃ：0.13％以上0.16未満、
Si：0.05〜0.3％、Mn：1.30〜1.50％、Ｐ≦0.005
％、Ｓ≦0.010％、Cu≦0.10％、Ni：0.70％を超
え1.00％以下、Cr：0.10〜0.60％、Mo：0.50〜
0.60％、Al：0.005〜0.040％、Ｎ：0.003〜0.006
％、を基本成分とし、残部Fe及び不可避的不純
物からなることを特徴とする電子ビーム溶接特性
の優れた原子炉用鋼板である。
［作用］
電子ビーム溶接は従来の溶接法のように溶接部
の別の材料を供給し、溶接部の特性向上を図るの
ではなく、鋼板そのものを溶融させ溶接するもの
である。そのため、鋼板製造にあたつて細粒化な
どの方法により高靭性を有する鋼板に調整される
が、これが高温で溶融されるため靭性の低いもの
となつてしまう。
発明者らはここにおいて電子ビーム溶接部で良
好な靭性を有する鋼材を種々検討した結果、粒
内、粒界に析出する粗大な炭化物、窒化物が著し
く電子ビーム溶接部の靭性を低下させることを見
出したものである。その粗大な炭化物、窒化物は
Ｃ量、Ｎ量が高いとその絶対量が増加し、粒内、
粒界を脆化させる。また、ＰはこれらＣ、Ｎの作
用を促進することを発見した。
これを防止するためには、Ｃ、Ｐ、Ｎの含有量
をある範囲に収めること、つまり、これらの効果
の重畳量作用により著しく電子ビーム溶接部の靭
性が向上することを知見したものである。
さらに、電子ビーム溶接部の靭性を向上させる
ためには、これらの有害な析出物を低減すると同
時に、ベースの組織を上部ベイナイトからほぼ下
部ベイナイトにすることが重要であることも知見
した。
第１図はＣパラメーターとした電子ビーム溶接
部のシヤルピー衝撃試験値に及ぼすＰ量とＮ量の
影響を示す図である。
Ｃ量を0.13％以上0.16％未満、Ｐ量を0.005％以
下、Ｎ量を30〜60ppmの範囲に入れることにより
vE-30≧10Kgｆ・ｍの良靭性が得られる。しかも
個々の成分の影響も直線的でない。
たとえば、Ｃ：0.15％、Ｎ：90ppmでＰが
0.010から0.005％に低下した場合は、vE-30が2.5
から3.0Kgｆ・ｍにしかならないのに、Ｎ：
60ppmでＰが0.010から0.005％に低下した場合
は、vE-30が3.5から12.3Kgｆ・ｍと大幅に向上
し、ＰとＮの重畳効果が明らかである。そのほ
か、ＣとＮ、ＣとＰの重畳効果もこの刷り図よら
かである。
原子炉用鋼板には規格で狭い成分範囲が規定さ
れている。そのため、焼入性を上昇させるMn、
Ni、Cr、Moを成分規格（JIS SQV3A、
SQV3B）の上限まで高めることで、ベース組織
を上部ベイナイトからほぼ下部ベイナイトにする
ことが必要である。
以下に成分の限定理由を述べる。
Ｃは靭性に対して有害な元素であり、先に述べ
たように0.16％以上になるとＰ、Ｎとの重畳作用
により粗大な炭化物が析出し、電子ビーム溶接部
の靭性を著しく低下させ、原子炉用鋼板の仕様を
満足することが困難となるため0.16％未満を上限
とする。しかし、0.13％未満では強度を確保する
ことが困難となる。
Siは低温靭性、溶接性を低下させる元素なの
で、極力低減させ0.30％を上限とする。しかし、
製鋼上0.05％は必要である。
Mnは焼入性を上昇させる元素で、組織をほぼ
下部ベイナイトにするため1.30％以上添加する必
要があるが、規格の成分範囲より上限を1.50％と
する。
Ｐは先に述べたように、Ｃ、Ｎとの重畳作用に
より粒内、粒界を脆化させるため、0.005％以下
に低減することが必要である。
Ｓは靭性に有害な元素であり、0.01％以下に低
減することが必要である。
Cuは中性子照射脆化を促進する元素であるた
め、上限を0.10％とする。
Niは焼入性を上昇させる元素で、組織をほぼ
下部ベイナイトにするためには0.70％を超えて添
加する必要があるが、規格の成分範囲より上限を
1.00％とした。
Crは焼入性を上昇させる元素で、組織をほぼ
下部ベイナイトにするためには0.10％以上添加す
る必要があるが、過剰な添加は溶接性を損ねる原
因となるため、0.60％を上限とした。
Moは焼入性を上昇させる元素で、組織をほぼ
下部ベイナイトにするためには0.50％以上添加す
る必要があるが、規格の成分範囲より上限を0.60
％とする。
Alは組織を微細化して靭性を向上させる元素
であり、0.005％以上で効果がある。しかし0.040
％を超えるとＮとの比が小さくなりすぎAlN析
出物が粗大化し靭性がかえつて低下するため、上
限を0.020％とする。
Ｎは先に述べたように、Ｃ、Ｐとの重畳作用に
より粒内、粒界を脆化させるため、0.006％以下
とする。しかし、低すぎるとAlNにより細粒化
ができなくなるため、下限を0.003％とする。
この鋼を溶製するにあたつては電気炉、転炉の
いづれを用いてもよい。鋼板とするにあたつて
は、鍛造、圧延のいづれを用いてもよい。また鋼
板の熱処理は焼入れ、焼戻しを行う。
［実施例］
第１表に示す化学成分のうち１〜５は本発明鋼
で、６〜17は比較鋼である。
鋼の溶製は転炉により行い、常法によりスラブ
としたのち第１表に示す板厚に厚板圧延した。
鋼板の熱処理条件は、焼準；800℃空冷、焼
入；880℃水冷、焼戻；670℃空冷、応力除去焼
鈍；625℃空冷である。
第２表にこれらの鋼板の母材の引張試験、シヤ
ルピー衝撃試験及び電子ビーム溶接部のシヤルピ
ー衝撃試験結果を示す。
[Industrial Application Field] The present invention relates to a steel plate for nuclear reactors with excellent electron beam welding properties. [Prior Art] Interest in the safety of nuclear power generation equipment has been increasing in recent years, and requirements for toughness values for steel plates for nuclear reactors have become extremely strict. Naturally, this requirement is also made for welded parts that constitute part of the structure. Conventional welding of steel plates for nuclear reactors is submerged arc welding (SAW)
Alternatively, MIG welding is the main method. In these welding processes, the number of laminated layers increases at an accelerating rate as the plate thickness increases. For example, a material with a thickness of 100 mm will require more than 20 passes of lamination for both SAW and MIG, even if the material is constructed with a narrow gap. The construction time associated with this will be enormous. In order to improve welding efficiency and meet strict toughness requirements, the application of electron beam welding has begun to be considered. Electron beam welding is conventional arc welding (SAW,
Compared to MIG welding), it is cost-effective in areas where the plate thickness exceeds 50 mm, and the thicker the plate, the greater the effect. However, unlike conventional welding methods, electron beam welding involves melting and joining the steel plates themselves, so when manufacturing steel plates, it is necessary to design the components of the welded part, especially considering toughness. . It is no exaggeration to say that this point has not been considered at all in conventional steel sheets for nuclear reactors. Publicly known documents related to improving the toughness of steel plates for nuclear reactors include: Japanese Patent Publication No. 56-33449;
Although there is a publication No. 9619, it is based on the assumption that welding will be performed by a conventional welding method, and no consideration is given to welded parts by electron beam welding. [Problems to be Solved by the Invention] The object of the present invention has been made in view of the above points, and is to provide a nuclear reactor with excellent electron beam welding characteristics, in which the low-temperature toughness of the welded part is good even when welding is performed by electron beam welding. Our objective is to provide steel plates for industrial use. [Means for Solving the Problems] The present invention has, in weight%, C: 0.13% or more and less than 0.16,
Si: 0.05-0.3%, Mn: 1.30-1.50%, P≦0.005
%, S≦0.010%, Cu≦0.10%, Ni: more than 0.70% and less than 1.00%, Cr: 0.10-0.60%, Mo: 0.50-
0.60%, Al: 0.005-0.040%, N: 0.003-0.006
%, with the balance consisting of Fe and unavoidable impurities.This is a nuclear reactor steel sheet with excellent electron beam welding properties. [Function] Electron beam welding does not supply another material to the welded part to improve the properties of the welded part, as in conventional welding methods, but instead melts and welds the steel plate itself. Therefore, when manufacturing a steel plate, a steel plate having high toughness is adjusted by methods such as grain refinement, but since this steel plate is melted at a high temperature, the toughness ends up being low. As a result of examining various steel materials that have good toughness for electron beam welding, the inventors found that coarse carbides and nitrides precipitated within grains and at grain boundaries significantly reduce the toughness of electron beam welding. This is what I found. The absolute amount of coarse carbides and nitrides increases as the amount of C and N increases, and
embrittles grain boundaries. It was also discovered that P promotes the effects of C and N. In order to prevent this, we have discovered that the content of C, P, and N must be kept within a certain range; in other words, the toughness of the electron beam welded part can be significantly improved by the effect of the amount of these effects superimposed on each other. . Furthermore, in order to improve the toughness of electron beam welds, we found that it is important to reduce these harmful precipitates and at the same time change the base structure from upper bainite to almost lower bainite. FIG. 1 is a diagram showing the influence of the amount of P and the amount of N on the Charpy impact test value of an electron beam welded part using the C parameter. By setting the amount of C in the range of 0.13% or more and less than 0.16%, the amount of P in the range of 0.005% or less, and the amount of N in the range of 30 to 60 ppm.
Good toughness of vE -30 ≧10Kgf・m can be obtained. Furthermore, the influence of individual components is not linear. For example, C: 0.15%, N: 90ppm and P
If it drops from 0.010 to 0.005%, vE -30 is 2.5
Even though it only becomes 3.0Kgf・m from N:
When P decreased from 0.010 to 0.005% at 60 ppm, vE -30 significantly improved from 3.5 to 12.3 Kgf·m, and the superimposed effect of P and N is clear. In addition, the superposition effect of C and N, and C and P is also clear from this print. Standards specify a narrow range of components for steel sheets for nuclear reactors. Therefore, Mn, which increases hardenability,
Ni, Cr, Mo composition standards (JIS SQV3A,
SQV3B), it is necessary to change the base structure from upper bainite to almost lower bainite. The reasons for limiting the ingredients are described below. C is an element harmful to toughness, and as mentioned above, if it exceeds 0.16%, coarse carbides will precipitate due to the superimposed action with P and N, which will significantly reduce the toughness of the electron beam welded joint and cause atomic The upper limit is set at less than 0.16%, as it becomes difficult to meet the specifications of steel sheets for furnaces. However, if it is less than 0.13%, it becomes difficult to ensure strength. Since Si is an element that reduces low-temperature toughness and weldability, it should be reduced as much as possible to an upper limit of 0.30%. but,
0.05% is necessary for steel manufacturing. Mn is an element that increases hardenability, and it is necessary to add 1.30% or more to make the structure almost lower bainite, but the upper limit is set at 1.50% according to the standard component range. As mentioned above, P embrittles the grain interior and grain boundaries due to the superimposed action with C and N, so it is necessary to reduce it to 0.005% or less. S is an element harmful to toughness and needs to be reduced to 0.01% or less. Since Cu is an element that promotes neutron irradiation embrittlement, the upper limit is set at 0.10%. Ni is an element that increases hardenability, and it is necessary to add more than 0.70% to make the structure almost lower bainite, but the upper limit is lower than the standard component range.
It was set as 1.00%. Cr is an element that increases hardenability, and it is necessary to add 0.10% or more to make the structure almost like lower bainite, but since excessive addition can impair weldability, the upper limit was set at 0.60%. . Mo is an element that increases hardenability, and it is necessary to add 0.50% or more to make the structure almost lower bainite, but the upper limit is 0.60% than the standard component range.
%. Al is an element that refines the structure and improves toughness, and is effective at 0.005% or more. But 0.040
If the AlN precipitate exceeds 0.020%, the ratio with N becomes too small, the AlN precipitates become coarse and the toughness deteriorates, so the upper limit is set at 0.020%. As mentioned above, N embrittles the grain interior and grain boundaries due to the superimposed action with C and P, so it is set to 0.006% or less. However, if it is too low, grain refinement cannot be achieved due to AlN, so the lower limit is set at 0.003%. In melting this steel, either an electric furnace or a converter may be used. When making a steel plate, either forging or rolling may be used. In addition, the heat treatment of the steel plate includes quenching and tempering. [Example] Among the chemical components shown in Table 1, 1 to 5 are inventive steels, and 6 to 17 are comparative steels. The steel was melted in a converter, made into slabs by a conventional method, and then rolled into slabs to the thickness shown in Table 1. The heat treatment conditions for the steel plate were normalizing: 800°C air cooling, quenching: 880°C water cooling, tempering: 670°C air cooling, stress relief annealing: 625°C air cooling. Table 2 shows the results of the tensile test of the base material of these steel plates, the Charpy impact test, and the Charpy impact test of the electron beam welded part.
【表】【table】
【表】
但し、電子ビーム溶接条件は電圧150kV、電流
180ｍＡ、速度20cm／min.である。
電子ビーム溶接部のシヤルピー試験のノツチ位
置は溶着金属中央に入れた。
本発明の鋼１〜５はＣ、ＰとＮ量を適切な範囲
に入れることにより、それらの重畳効果により良
好な電子ビーム溶接部の低温靭性を有している。
母材特性も良好である。つぎに鋼６はＣが低く母
材強度が低い。
鋼７はＣが高く、母材そして、特に電子ビーム
溶接部の靭性が低い。鋼８はＰが高く、電子ビー
ム溶接部の靭性が低い。鋼９はＮが高く、電子ビ
ーム溶接部の靭性が低い。
鋼10はSiが高く、母材、電子ビーム溶接部とも
靭性が低い。鋼11はMnが低く、鋼12はＳが高
く、鋼13はNiが低く、鋼14はCrが低く、鋼15は
Moが低く、それぞれ電子ビーム溶接部の靭性が
低い。鋼16はAlが低く、鋼17はAlが高く、それ
ぞれ母材及び電子ビーム溶接部の靭性が低い。
［発明の効果］
以上述べたように、本発明によればＣ、ＰとＮ
の適切な範囲への成分限定とMn、Cr、Ni、Mo
の規格上限近くへの成分限定により、粗大な炭化
物、窒化物が析出せず、かつ、組織もほぼ下部ベ
イナイトとなり、著しく電子ビーム溶接部の靭性
を向上させることが可能となり、産業上多大な効
果を奏するものである。[Table] However, the electron beam welding conditions are voltage 150kV and current.
180mA, speed 20cm/min. The notch position for the shear pie test of the electron beam weld was placed at the center of the weld metal. Steels 1 to 5 of the present invention have good low-temperature toughness of electron beam welded parts due to the superimposed effect of C, P, and N contents within appropriate ranges.
The base material properties are also good. Next, Steel 6 has low C and low base material strength. Steel 7 has a high C content and has low toughness in the base material and especially in the electron beam welded part. Steel 8 has a high P content, and the toughness of the electron beam welded part is low. Steel 9 has a high N content and has low toughness in the electron beam welded part. Steel 10 has a high Si content and low toughness in both the base metal and the electron beam welded part. Steel 11 has low Mn, Steel 12 has high S, Steel 13 has low Ni, Steel 14 has low Cr, and Steel 15 has
Mo is low, and the toughness of the electron beam weld is low. Steel 16 has a low Al content, and Steel 17 has a high Al content, and the toughness of the base metal and the electron beam welded part is low, respectively. [Effect of the invention] As described above, according to the present invention, C, P and N
Limiting components to appropriate ranges and Mn, Cr, Ni, Mo
By limiting the composition to near the upper limit of the standard, coarse carbides and nitrides do not precipitate, and the structure becomes almost lower bainite, making it possible to significantly improve the toughness of electron beam welds, which has a great industrial effect. It is something that plays.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]
第１図ａ，ｂ，ｃはＣをパラメーターとした電
子ビーム溶接部のシヤルピー衝撃試験値に及ぼす
Ｐ量とＮ量の影響を示す図表である。
FIGS. 1a, b, and c are charts showing the influence of the amount of P and the amount of N on the Charpy impact test value of an electron beam welded part with C as a parameter.