JP3212380B2 - 大入熱溶接熱影響部靭性の優れた建築用低降伏比600N/mm2級鋼板の製造法 - Google Patents

大入熱溶接熱影響部靭性の優れた建築用低降伏比600N/mm2級鋼板の製造法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は建築、土木および海洋構
造物などの分野において各種構造物に用いる厚み50mm
以上の、特にエレクトロスラグ溶接などの大入熱溶接
(溶接入熱=500〜1500kJ/cm)における熱影響
部(HAZ)の靭性が優れた低降伏比600N/mm2
鋼板の製造法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に低合金鋼のHAZ靭性は、(1)
結晶粒のサイズ、(2)高炭素島状マルテンサイト、上
部ベイナイト(Bu)などの硬化相の分散状態、(3)
粒界脆化の有無、(4)元素のミクロ偏析など種々の冶
金学的要因に支配される。なかでもHAZの結晶粒のサ
イズは低温靭性に大きな影響を与えることが知られてお
り、HAZ組織を微細化するために数多くの技術が開
発、実用化されている。
【0003】TiNなど高温でも比較的に安定な窒化物
を鋼中に微細分散させ、これによってHAZのオーステ
ナイト(γ)粒の粗大化を抑制する技術は特に有名であ
る。しかしHAZの1400℃以上に加熱される領域で
は、TiNは粗大化もしくは溶解し、γ粒の粗大化抑制
能力は消失する。
【0004】このため溶融線近傍での靭性劣化が大き
く、HAZの全域で安定して高靭性を得ることができな
い。すなわち溶融線近傍に切欠を入れたシャルピー試験
において頻度は少ないが、低い値が出現し溶接構造物の
安全性の観点から好ましくない。
【0005】これに対しTi酸化物(主としてTi2
3 )を微細分散させた鋼(特開昭61−79745号公
報)は、溶融線近傍でも粒内アシキュラーフェライト
(以下IGFと呼ぶ)を生成させることによりHAZ組
織を小さくすることができ、TiN鋼に比較して優れた
低温靭性が得られる。しかし、従来の600N/mm2
鋼板では焼入性が高く、特に大入熱溶接(溶接入熱=5
00〜1500kJ/cm)の場合ではIGFが生成しにく
く、この方法でも十分なHAZ靭性が得られない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は大入熱溶接に
おいてHAZ靭性の極めて優れた低降伏比600N/mm
2 級鋼板を安価に製造する技術を提供するものである。
本発明法で製造した鋼は、大入熱溶接時に溶融線近傍に
おいてもHAZ組織が微細化し、HAZの全域で優れた
低温靭性を示す。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の具体的手段を下
記(1),(2)に示す。 (1)重量比でC:0.05〜0.11%、Si:0.
5%以下、Mn:0.6〜1.6%、P:0.03%以
下、S:0.01%以下、Cu:0.80〜1.60
%、Ni:0.30〜1.0%、Nb:0.005〜
0.02%以下、Ti:0.005〜0.025%、A
l:0.005%以下、N:0.001〜0.004
%、O:0.001〜0.006%を含有し、残部が鉄
および不可避的不純物からなる実質的にAlを含有しな
い鋼を熱間圧延後、Ac3 変態点〜1000℃以下の温
度範囲に再加熱、焼入し、700〜850℃の温度範囲
に再加熱、焼入し、Ac1 変態点以下の温度範囲で焼戻
処理を行うことを特徴とする厚み50mm以上(好ましく
は50〜100mm)の大入熱溶接熱影響部靭性の優れた
建築物用低降伏比600N/mm2 級鋼板の製造法。
【0008】(2)重量比でC:0.05〜0.11
%、Si:0.5%以下、Mn:0.6〜1.6%、
P:0.03%以下、S:0.01%以下、Cu:0.
80〜1.60%、Ni:0.30〜1.0%、Nb:
0.005〜0.02%以下、Ti:0.005〜0.
025%、Al:0.005%以下、N:0.001〜
0.004%、O:0.001〜0.006%、さらに
V:0.005〜0.10%、Cr:0.05〜0.5
%、Mo:0.05〜0.5%、Ca:0.001〜
0.006%を含有し、残部が鉄および不可避的不純物
からなる実質的にAlを含有しない鋼を熱間圧延後、A
3 変態点〜1000℃の温度範囲に再加熱、焼入し、
700〜850℃の温度範囲に再加熱、焼入し、Ac1
変態点以下の温度範囲で焼戻処理を行うことを特徴とす
る厚み50mm以上(好ましくは50〜100mm)の大入
熱溶接熱影響部靭性の優れた建築用低降伏比600N/
mm2 級鋼板の製造法。
【0009】
【作用】以下、本発明について説明する。溶接構造用圧
延鋼材(JIS G3106)に規定する性能を維持
し、かつ大入熱溶接熱影響部の靭性を向上させるには、
鋼成分と共に組織の微細化を行うことが重要である。本
発明者らの研究によれば、優れた大入熱溶接HAZ靭性
を得るには低C、B無添加とTi酸化物の利用が必須で
あり、そこで結晶粒の微細化とCuによる析出硬化によ
って600N/mm2 の強度、靭性を確保する方法を発明
した。
【0010】本発明の特徴は低C、B無添加と適量のC
u添加と、さらにTi,N,OによりTi2 3 ,Ti
Nを鋼中に微細分散させた鋼片を熱間圧延後、Ac3
態点〜1000℃の温度範囲に再加熱、焼入し、700
〜850℃の温度範囲に再加熱、焼入し、Ac1 変態点
以下の温度範囲で焼戻処理を行いCuの析出硬化と微細
なフェライト−ベイナイト組織にして、600N/mm2
の強度、低降伏比と優れた大入熱溶接HAZ靭性を同時
に得ることにある。
【0011】600N/mm2 の強度、靭性を得るために
必要な最低のCu,Nb量はそれぞれ0.80%,0.
005%である。しかし、これらの元素を過剰に添加す
るとHAZ靭性が劣化するため、Cu,Nbの上限はそ
れぞれ1.60%,0.02%である。次に前述のよう
なCu,Nbの効果を十分に発揮させ、優れたHAZ靭
性を得るためには、鋼板の製造条件も適切にする必要が
ある。
【0012】熱間圧延後のAc3 変態点〜1000℃の
温度範囲に再加熱、焼入の後に、700〜850℃の温
度範囲に再加熱、焼入し、その後Ac1 変態点以下の温
度範囲で焼戻処理を行う必要がある。この理由はフェラ
イト−オーステナイトの2相共存域に再加熱し、フェラ
イトからオーステナイトへCの濃化が生じ、Cの濃化し
たオーステナイトとCが減少したフェライト相にせし
め、その状態から焼入を行うことにより、極めて微細な
炭化物を有する相と粗大な炭化物を有する相の2相混合
組織を得るためである。降伏比の低減はこの2相混合組
織により達成される。
【0013】しかしながら、850℃超の再加熱温度か
らの焼入ではフェライト相が少なく降伏比の低減効果が
期待できず、また700℃未満からの焼入では強度が下
がり目的を達成できない。焼戻処理は鋼の靭性改善と溶
接、応力除去処理などによる軟化を防止するために必須
である。しかし、その温度がAc1 点を超えると強度が
著しく低下するので、Ac1 点以下としなければならな
い。
【0014】次に本発明における成分限定理由について
説明する。Cの下限0.05%は母材および溶接部の強
度確保ならびにNb,V添加時に、これらの効果を発揮
させるための最小量である。しかしC量が多すぎると大
入熱溶接HAZ靭性の著しい劣化を招くので、上限0.
11%とした。
【0015】Siは脱酸上鋼に含まれる元素でSi量が
多くなると溶接性、HAZ靭性が劣化するため、その上
限を0.5%とした。
【0016】Mnは強度、靭性を確保する上で不可欠の
元素であり、その下限は0.6%である。しかしMn量
が多すぎると焼入性が増加して溶接性、HAZ靭性が劣
化するためMnの上限を1.6%とした。
【0017】NiはHAZ靭性の悪影響を及ぼすことな
く強度、靭性を向上させるほか、Cu−クラックの防止
にも効果がある。しかし1.0%以上では極めて高価に
なるため経済性を失うので、上限は1.0%とした。
【0018】Alは一般に脱酸上鋼に含まれる元素であ
るが、本発明では好ましくない元素であり0.005%
以下と限定した。これはAlが鋼中に含まれている酸素
と結合してTi酸化物が生成しなくなるためである。S
iおよびTiによっても脱酸は行われるので本発明鋼に
ついてはAlは少ないほどよく、0.003%以下が望
ましい。
【0019】Tiはその酸化物を生成させるために0.
005%以上が必要であり、0.025%を超えるとT
iCの生成によるHAZ靭性の劣化を招くため、0.0
05〜0.025%に限定する。
【0020】NはTiNを確保するために必要な元素
で、最低量を確保するため0.001%以上が必要であ
り、N量が多くなると固溶NによるHAZ靭性の劣化を
招くため、その範囲を0.001〜0.004%とし
た。
【0021】OはTi2 3 を生成させるために必要な
元素で、その最低必要量は0.001%であり、0.0
06%を超えると鋼の清浄度、靭性の劣化を招くので、
0.001〜0.006%に限定する。なお、本発明鋼
は不可避的不純物としてPおよびSを含有する。P,S
は高温強度の与える影響は小さいのでその量について特
に限定しないが、一般に靭性、板厚方向強度などに関す
る鋼の特性は、これらP,Sの量が少ないほど向上す
る。望ましいP,S量はそれぞれ0.02%,0.00
3%以下である。
【0022】本発明鋼の基本成分は以上のとおりであ
り、十分に目的を達成できるが、さらに目的に対し特性
を高めるため、以下に述べる元素即ちV,Cr,Mo,
Caを選択的に添加すると強度、靭性の向上について、
さらに好ましい結果が得られる。
【0023】次に、前記添加元素とその添加量について
説明する。VはNbとほぼ同じ結果を持つ元素であり、
高温耐力に対する効果はNbに比較して小さいが0.0
05%以下では効果がなく0.10%を超えるとHAZ
靭性に好ましくない影響がある。
【0024】Crは母材および溶接部の強度を高める元
素であり、0.5%を超えると大入熱溶接HAZ靭性を
劣化させ、また0.05%以下では効果が薄い。従って
Cr量は0.05〜0.5%とする。
【0025】次に、Moは母材の強度、靭性を共に向上
させる元素であるが、0.05%以下では効果が薄く、
0.5%を超えると大入熱溶接HAZ靭性の劣化を招き
好ましくないため0.05〜0.5%に限定する。
【0026】Caは硫化物(MnS)の形態を制御し、
シャルピー吸収エネルギーを増加させ低温靭性を向上さ
せる効果がある。しかしCa量は0.001%未満では
実用上効果がなく、0.006%を超えるとCaO,C
aSが多量に生成して大型介在物となり、鋼の靭性のみ
ならず清浄度も害し溶接性、耐ラメラテア性にも悪影響
を与えるので、Ca添加量の範囲を0.001〜0.0
06%とする。
【0027】
【実施例】周知の転炉、連続鋳造、厚板工程により鋼板
を製造し、母材の強度、靭性と大入熱溶接HAZ靭性を
調査した。
【0028】
【表1】
【0029】
【表2】
【0030】
【表3】
【0031】表1の1〜8に本発明鋼、9〜21に比較
鋼の化学成分を示す。表2に本発明鋼と比較鋼の鋼板製
造条件とその機械的性質を示す。表2の本発明鋼1〜8
は、HT60の規格強度並びに降伏比も80%以下を満
足しており、また優れた母材の低温靭性が得られ、優れ
た大入熱溶接HAZ靭性が得られている。
【0032】これに対し比較鋼9ではC量が少ないため
に母材の規格強度が満足しない。比較鋼10ではC量が
多いために、HAZ靭性が低い。比較鋼11ではCuの
量が少ないために母材の規格強度が満足しない。比較鋼
12ではNbの量が多いためにHAZ靭性が低い。比較
鋼13ではTiの量が少なく、また比較鋼14ではTi
の量が多すぎ、共にHAZ靭性が低い。
【0033】比較鋼15ではAlの量が多いためTi酸
化物が生成せず、HAZ靭性が低くなっている。比較鋼
16では1回目の焼入温度が高すぎるため、母材の低温
靭性並びにHAZ靭性が不十分である。比較鋼17では
2回目の焼入温度が低く母材の強度が低く、規格値を満
足しない。比較鋼18では焼入温度が高いため十分な2
相組織にならないため、母材の降伏比が80%を超えて
しまう。
【0034】
【発明の効果】本発明の化学成分および製造法で製造し
た厚鋼板、形鋼、棒鋼などの鋼材は優れた大入熱溶接H
AZ靭性を有する鋼であり、建築、土木、海洋構造物の
安全性を大きく高めることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−190424(JP,A) 特開 平2−129317(JP,A) 特開 平2−93020(JP,A) 特開 平6−10043(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C21D 8/00 - 8/10 C22C 38/00 - 38/60

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量比で C :0.05〜0.11%、 Si:0.5%以
    下、 Mn:0.6〜1.6%、 P :0.03%以
    下、 S :0.01%以下、 Cu:0.80〜
    1.60%、 Ni:0.30〜1.0%、 Nb:0.005〜
    0.02%以下、 Ti:0.005〜0.025%、Al:0.005%
    以下、 N :0.001〜0.004%、O :0.001〜
    0.006%、 残部が鉄および不可避的不純物からなる実質的にAlを
    含有しない鋼を熱間圧延後、Ac3 変態点〜1000℃
    の温度範囲に再加熱、焼入し、700〜850℃の温度
    範囲に再加熱、焼入し、Ac1 変態点以下の温度範囲で
    焼戻処理を行うことを特徴とする大入熱溶接熱影響部靭
    性の優れた建築用低降伏比600N/mm2 級鋼板の製造
    法。
  2. 【請求項2】 重量比で V :0.005〜0.10%、 Cr:0.05〜
    0.5%、 Mo:0.05〜0.5%、 Ca:0.001〜
    0.006%、 の1種または2種以上を含有することを特徴とする請求
    項1記載の大入熱溶接熱影響部靭性の優れた建築用低降
    伏比600N/mm2 級鋼板の製造法。
JP28003492A 1992-10-19 1992-10-19 大入熱溶接熱影響部靭性の優れた建築用低降伏比600N/mm2級鋼板の製造法 Expired - Lifetime JP3212380B2 (ja)

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