JPH02194115A - チタン酸化物を含有する溶接部靭性の優れた低温用高張力鋼の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、溶接性の優れた強靭性高張力鋼に係わり、特
に、溶接熱影響部（以下ＨＡＺと称する）の低温靭性の
優れた構造用鋼の製造法に関するものである。

（従来の技術） 低合金鋼の溶接部のＨＡＺ靭性は、（１）有効結晶粒の
大きさ（オーステナイト粒径、ミクロ組織）　、（２）
硬化相の粒径及び体積分率（炭化物、高炭素マルテンサ
イト、介在物）　、（３）母相の硬さ及び靭性（フェラ
イト中の固溶Ｃ，Ｎ）等の冶金学要因によって支配され
ている。

これらの中でＨＡＺ靭性の向上策として、ＨＡＺ組織を
微細化し、有効結晶粒を細粒化する方法が簡便であり、
高温で安定な種々の析出物を活用した各種の方法が提案
されている。

例えば、鉄と鋼、第ａ５巻、第８号、　１２３２頁（昭
和５４年６月発行）においては、ＴｉＮを微細分散させ
、５０ｋｇ−ｆ　／　ｄ高張力鋼の大人熱溶接時のＨＡ
Ｚ靭性を改善する手段がとられている。しかし、これら
の析出物は、大人熱溶接においては大部分が溶解され、
ＨＡＺ組織の粗粒化と固溶Ｎの増加を生じ、ＨＡＺ靭性
を劣化させるという欠点が存在する。

一方、本発明者の一部は、溶鉄のＡｌ脱酸に替わるＴＩ
脱酸により、鋼中にＴ１酸化物を微細分散させ、溶接時
のＨＡＺ部において、粒内フェライト変態組ｔｍ（以下
ＩＦＰと称する）を発達させることにより、ＨＡＺ靭性
を著しく改善できることを、特開昭００−２４５７６８
号、特開昭（ｉｏ　−７９７４５号、特開昭６１−１１
７２４５号、特開昭８２−１８４２号公報において示し
た。

さらに本発明者らはＴＩ酸化物含有鋼においては、鋼中
のＴＪｌ１２化物個数の増加にともないＨＡＺ靭性が向
上することを特願昭６３−１３１３１３号で明らかにし
た。しかし、大型鋼塊に溶製すると、鋼塊中央部におい
てＴ１酸化物個数が減少し、大入熱ＨＡＺ靭性を確保す
るために必要な個数を得られない場合が生じた。

（発明が解決しようとする課題） 大型鋼塊における鋼塊中央部のＴＩ酸化物個数の減少の
原因は、主にＴ１酸化物が凝固時に二次脱酸生成物とし
て析出するため、除冷される鋼塊中央部は凝集粗大化に
よることが判明した。

鋼塊中央部においても必要なＴＩ酸化物個数を確保し、
ＨＡＺ靭性を改善するために、二次脱酸生成物に加え、
溶鋼段階で析出する一次脱酸ＴＩ酸化物を活用する脱酸
方法が有効であるとの結論に達した。

しかし、通常の製鋼プロセスのし一ドルでのＴ１脱酸で
は、出鋼までの滞在時間が長時間（３０分以上）になり
、−次脱酸ＴＩ酸化物が浮上し減少する課題が生じた。

本発明はこれを解決した溶接部靭性の優れた低温用高張
力鋼の製造法を提供するものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、以上の知見に基づいてなされたものであり、
その要旨は、溶鉄を予備脱酸により溶存酸素を重量％で
０．００３０〜０．０１００％に溶製し、合金添加によ
る成分調整により、Ｃ：　０．０２〜０，１８゛％、Ｓ
　ｊ：０．０３〜０．２５％、Ｍｎ：０．４〜２．０％
、Ｓ：０．０００７〜０．００６０％、Ｔ１：０．００
５〜ｏ、ｏａｏ％、Ｎ：ｏ、ｏｏｔｏ〜０．００４０％
を含有させ、Ｐ　＜　０．０１５％、Ａｌ　＜０．００
３％に制限し、Ｃｒ＜１．０％、Ｎｌ　＜３６０％、Ｍ
ｏ　＜０．５　％、ｙ＜ｏ、ｔ％、Ｎｂ　＜０．０５％
、Ｂ　＜　０．００２％、Ｃｕ＜１．５％の１種または
２種以上を含有し、残部はＦｅおよび不可避不純物から
なる溶鋼を溶製、さらに、最終脱酸としてＴＩを添加し
、３０分以内に出鋼、凝固させ、主に粒子径が０．１〜
３．ＯｔｍにあるＴ１酸化物及びＴ１酸化物とＴｉＮ、
ＭｎＳの複合析出物粒子の合計で４０−１７０個／個含
−有する鋼塊を圧延して製造することを特徴とする溶接
部靭性の優れた低温用高張力鋼の製造方法である。

（作　　用） 最初に本発明鋼の基本成分範囲の限定理由について述べ
る。

まず、Ｃは鋼の強度を向上させる有効な成分として添加
するもので、０６０２％未満では構造用鋼として必要な
強度が得られず、また０、１８％を超える過剰の添加は
、溶接割れ性、ＨＡＺ靭性などを著しく低下させるので
、上限を０．１８％とした。

次に、Ｓｉは母材の強度確保、溶鋼の予備脱酸などに必
要であるが、０．２５％を超えると熱処理組織内に硬化
組織の高炭素マルテンサイト（以下Ｍ本と称す）を生成
し、靭性を著しく低下させる。

また、０，０３％以下ではＴＩ酸化物の分散に必要な溶
鋼の予備脱酸ができないため、Ｓｉ含有量をこの範囲に
制限した。

Ｍｎは母材の強度、靭性の確保には０．４％以上の添加
が必要であるが、溶接部の靭性、割れ性などの許容でき
る範囲で上限を２．０％とした。

Ｓについては、複合体のＭｎＳを析出させるために０．
０００７％以上必要であるが、０．００６０％超の過剰
の添加は、粗大な硫化物系介在物を形成し、母材の延性
低下と異方性の増加を招くため０．０００７〜０．００
６０％とした。

ＴｉはＴＩ酸化物とＴＩ窒化物の形成に必須の元素であ
り、０．００５％未満では必要とするＴＩ酸化物とＴＩ
窒化物量が得られず、ＩＦＰ生成量が低減するため０．
００５％以上の添加が必要であるが、０．０３％超の添
加は、過剰なＴ１炭化物の析出をともない、析出硬化に
より硬さを上昇させ、靭性低下をもたらすため、Ｏ，Ｏ
ａ％以下とした。

Ｎは含有量が０．００４０％を超えるとＭ本が存在しな
い条件でも母相を脆化させ、靭性を低下させる。

また、Ｎが０．００１０％未満では鋼中にほとんど窒化
物を生成せず、ＩＦＰ、ｉｌｌ織の生成量が減少し靭性
が低下する。

Ｐは、凝固偏析による溶接割れ性、靭性などの低下を防
止する上から、極力低減すべきであり、上限を０．０１
５％に制限した。

Ａｌは強力な脱酸元素であり、ｏ、ｏｏａ％以上の添加
はＴＩ脱酸により形成されるＴＩ酸化物が形成されなく
なり、ＩＦＰが形成されず、靭性の低下がもたらされる
ので、０．００３％以下に制限した。

以上が本発明鋼の基本成分であるが、母材強度の上昇、
および母材の靭性向上の目的でＣｒ。

ＮＩ　、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｂ、Ｃｕの１種または２種以
上を含有することができる。

まず、Ｎ１は、母材の強靭性を高める極めて有効な元素
であるが３．０％を超す添加は、焼き入れ性の増加によ
り、ＩＦＰ組織の形成が抑制されること、Ｍ本が生成さ
れることにより靭性の低下をもたらすため、上限を３．
０％とした。

Ｃｒ、Ｍｏは焼き入れ性の向上と析出硬化により、母材
の強化に有効である。また、ＴＭＣＰのような適切なプ
ロセスを付加することにより、母材の低温靭性の向上に
有効である。しかし、各成分の上限を超える過剰の添加
は、靭性および硬化性の観点から有害となるため、Ｃｒ
、Ｍｏの各々について、上限を１，０％、０．５％とし
た。

Ｖ、Ｎｂは母材の強靭化、粒界フェライトの生成抑制な
どによる靭性の改善などに有効であるが、各成分の上限
を超える過剰の添加は、靭性及び硬化性の観点から有害
となるため、Ｖ、Ｎｂのそれぞれについて、上限を００
１％、　０．０５％とした。

Ｂは焼き入れ性の向上による母材強度の上昇と、粒界フ
ェライトの成長の抑制による高温熱処理鋼材の靭性向上
が期待されるが、０．００２％を超える添加は、Ｆｅ　
２３　（ＣＢ）６の析出による靭性低下と急冷処理での
硬化を招くため、上限を０．００２％とした。

Ｃｕは母材の強化のわりには、ＨＡｚの硬化が少なく、
６効な元素であるが、応力除去焼鈍による焼き戻し脆性
、溶接割れ性などを考慮して、上限を１．５％とした。

次に、ＨＡＺｌ：ＩＦＰを生成し組織を微細化しＨＡＺ
靭性を向上させる基となるＩＦＰ核析出物について以下
に説明する。

ＩＦＰは主に粒子径が０．１〜３．０　ｍにある数％の
Ｍｎを固溶したＴ１２ｏ３．Ｔ１３０５のチタン酸化物
およびこれらの酸化物とＴｉＮ、ＭｎＳの複合体、Ｔ　
ｉ　Ｎ＋Ｍｎ　Ｓの複合体から生成する。該粒子径が０
．１−未満ではＩＦＰ生成効果は極めて弱く、また、３
．〇−超になるとＩＦＰ生成能は有するものの、それ０
身が破壊の発生箇所となり易くなり、ＨＡＺ靭性の低下
をもたらす。

大型鋼塊の鋼塊中央部における該粒子数については、Ｔ
Ｉ酸化物及びＴＩ酸化物とＴｉＮ＋ＭｎＳの複合体の粒
子数が少ないと、大入熱ＨＡＺ部において十分にＩＦＰ
を生成させることができないので、それらの合計で４０
個／−以上存在させることが必要である。

該粒子数の増加にともないＩＦＰの個数も増加するが、
該粒子数の合計で１７０個／１１１を超える過剰な存在
は、母材及び溶接部の延性低下を招く傾向があるので、
該粒子数の上限は１７０個／　ｍＪでなければならない
。

上記における本発明の基本となる鋼塊中央部でＴＩ酸化
物数を増加させるための最終脱酸としてＴＩを添加し、
３０分以内に出鋼、凝固させる製鋼法について説明する
。

最終脱酸としてＴ１添加後、３０分以内に出鋼、凝固さ
せると制限を設けたのは、これ以上、溶鋼で保持すると
、溶鋼段階で析出する一次脱酸Ｔ１酸化物が浮上して減
少し、必要なＴＩ酸化物が確保できなくなるため３０分
以内に制限した。このためにはタンデイツシュにおいて
Ｔ１を添加する等の手段をとる必要がある。

またＴＩ脱酸前の［０］濃度がｏ、ｏｉｏｏ％を超える
場合は、他の条件を満たしていても、Ｔ１酸化物が粗粒
化し脆性破壊の起点となり、靭性は向上しない。

（実　施　例） 第１表は、試作鋼の化学成分及び鋳片厚、製鋼における
ＴＩ添加後の溶鋼での保持時間、ＴＩ酸化物個数、溶接
再現ＨＡＺ靭性を表し、発明鋼はＴＩ添加後の溶鋼での
保持時間が３０分以内に２５０〜３００■ｌ厚鋳片に鋳
造したもので、一方、比較鋼は溶鋼で６０分保持したも
のである。

なお、ＴＩ酸化物数はＴＩ、０元素の特性Ｘ線をコンピ
ューターにより画像解析処理（ＣＭＡ装置）し求めた。

これらの試作鋼は圧延により５０■ｍｆｆＪ板とし、板
厚１／２ｔから１２Ｘ　１２Ｘ　６０ｍｍの試験片を採
取し、溶接再現熱サイクル試験によりＨＡ２靭性を評価
した。

溶接再現熱サイクル試験は試験片の中央部を高周波誘導
加熱により１４００℃に急速加熱し、８００℃から５０
０℃の冷却時間１６１秒の条件で冷却した。

この条件は溶接入熱量１３０ｋＪ／ｃｍに相当し、加熱
温度１４００℃は実際のＨＡＺの溶融線近傍の加熱領域
に相当する。

さらに靭性はこの試験片から２腸層Ｖノツチ・シャルピ
ーに加工し、衝撃破面遷移温度（以下ｖＴｒｓと称す）
を求め評価した。

第１表に示すように、本発明による鋼は鋳片の厚さ中央
部でＴＩ酸化物を４０個／−舅上含み、比較法による鋼
は２０〜３０個／−に低減し、目的とする４０個／ｄ以
上の粒子を分散させられない。

従って、本発明法による鋼の溶接再現ＨＡＺ靭性（ｖ　
Ｔ　ｒｓ）は比較法による鋼に比べ向上し、ｖＴｒｓで
２０〜４０℃低温側にシフトする。

第１図、第２表に鋼１，２についてＴ１添加後の溶鋼で
の保持時間の影響を示した。

第１図は特性ｘｌｉＩ元素像をコンピューター処理した
画像解析により求めた（ＣＭＡ装置）。

これらから明らかなように、溶鋼での保持時間が３０分
以内ではその該粒子数が４０個／−以上になり、２５０
〜３００　＋ｎ厚の厚鋳片の中央部においても十分な大
入熱ＨＡＺ靭性を示す。

即ち、本発明の製造法の要件が総て満たされた時に、第
１表に示される鋼７に示すような厚鋼板の板厚１／２部
においても、ｖＴｒｓ−−７５℃もの優れた大入熱ＨＡ
Ｚ靭性を持つ低温用鋼材の製造が可能になる。

（発明の効果） 本発明により厚鋼板の板厚１／２部においても優れた大
入熱ＨＡＺ靭性を持つ低温用鋼材の製造が可能になり、
北海のような極低温環境で使用される海洋構造物、ライ
ンパイプ、低温容器等の鋼材に適用ができる。その結果
、構造物の安全性の確保、溶接性能の向上による経済効
果等の産業上の効果は極めて顕著なものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図はＴ１添加後、出鋼までの溶鋼での保持時間と該
粒子数との図表である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、溶鉄を予備脱酸により溶存酸素を重量％で０．００
   ３０〜０．０１００％に溶製し、合金添加による成分調
   整により、 Ｃ：０．０２〜０．１８％、 Ｓｉ：０．０３〜０．２５％、 Ｍｎ：０．４〜２．０％、 Ｓ：０．０００７〜０．００６０％、 Ｔｉ：０．００５〜０．０３０％、 Ｎ：０．００１０〜０．００４０％、 を含有させ、 Ｐ＜０．０１５％、 Ａｌ＜０．００３％、 に制限し、残部はＦｅおよび不可避不純物からなる溶鋼
   を溶製、さらに、最終脱酸としてＴｉを添加し、３０分
   以内に出鋼、凝固させ、主に粒子径が０．１〜３．０μ
   ｍにあるＴｉ酸化物及びＴｉ酸化物とＴｉＮ、ＭｎＳの
   複合析出物粒子の合計で、４０〜１７０個／ｍｍ＾２を
   含有する鋼塊を圧延して製造することを特徴とする溶接
   部靭性の優れた低温用高張力鋼の製造方法。 ２、溶鉄を予備脱酸により溶存酸素を重量％で０．００
   ３０〜０．０１００％に溶製し、合金添加による成分調
   整により、 Ｃ：０．０２〜０．１８％、 Ｓｉ：０．０３〜０．２５％、 Ｍｎ：０．４〜２．０％、 Ｓ：０．０００７〜０．００６０％、 Ｔｉ：０．００５〜０．０３０％、 Ｎ：０．００１０〜０．００４０％、 を含有させ、 Ｐ＜０．０１５％、 Ａｌ＜０．００３％、 に制限し、かつＣｒ＜１．０％、Ｎｉ＜３．０％、Ｍｏ
   ＜０．５％、Ｖ＜０．１％、Ｎｂ＜０．０５％、Ｂ＜０
   ．００２％、Ｃｕ＜１．５％の１種または２種以上を含
   有し、残部はＦｅおよび不可避不純物からなる溶鋼を溶
   製、さらに、最終脱酸としてＴｉを添加し、３０分以内
   に出鋼、凝固させ、主に粒子径が０．１〜３．０μｍに
   あるＴｉ酸化物及びＴｉ酸化物とＴｉＮ、ＭｎＳの複合
   析出物粒子の合計で、４０〜１７０個／ｍｍ＾２を含有
   する鋼塊を圧延して製造することを特徴とする溶接部靭
   性の優れた低温用高張力鋼の製造法。