JPH02220735A - チタン酸化物を含有する溶接・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、昭和５４年６月発行の鉄と鋼、第６５巻第８号
１２３２頁においては、ＴｉＮを微細分散させ、５０ｋ
ｇ−ｆ　／　＠Ｊ高張力鋼の大入熱溶接時のＨＡＺ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、大入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Ａｆｉ脱酸に替わるＴ
ｉ脱酸により、鋼中にＴｉ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織（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８０−２４５７６８
号、特開昭［ｉｏ　−７９７４５号、特開昭８１−１１
７２４５号、特開昭６２−１８４２号において示した。 さらに本発明者らはＴｉ酸化物含有鋼においては鋼中の
Ｔｉ酸化物個数の増加にともないＨＡＺ靭性が向上する
ことを出願番号８３−１３８１３で明らかにした。しか
し、連続鋳造で溶製すると、スラブ中央部においてＴｉ
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） 連続鋳造における鋼塊中央部のＴｉ酸化物個数の減少は
主にＴｉ酸化物が凝固時に二次脱酸生成物として析出す
るため、徐冷されるスラブ中央部では凝集粗大化するこ
とに原因することが判明した。 スラブ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時脱酸Ｔｉ酸化物を活用する、
連続鋳造のモールドでのＴｉ脱酸方法が有効であるとの
結論に達し、本発明を成したものである。 （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
ｏ、ｏｏａｏ〜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　　：　　０．０００７〜０．００８０％、　Ｎ　　
：　　０．００１０−０．００４０％を含有させ、Ｐ≦
０．０１５％、Ａｌ　５０．００３％に制限し、Ｃｒ≦
１．０％、Ｎｌ≦３．０％、Ｍｏ≦０．５％、■≦０．
１　　％、　Ｎｂ　５０．０５％、　Ｂ≦０．００２　
　％、　Ｃｕ　　≦１．５％の１種または２種以上を含
有し、残部はＦｅ及び不可避不純物からなる溶鋼を溶製
、さらに、最終脱酸として連続鋳造のモールドで低融点
のＴｉ−ＣｕＳＴｉ−Ｎｌ　、Ｔｉ−Ｆｅ合金のワイヤ
ー、または粒体を添加し、重量％でＴｉ：０．００５〜
ｏ、ｏａｏ％を含有させ、スラブ中央部において、主に
粒子径が０．１〜３．０μｓ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／ｌｌｌ１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低温靭性の優れた低温用高張
力鋼の製造法である。 （作　　用） 以下、本発明について詳細に説明する。 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、０．０２％未満では構造用鋼として必要な
強度が得られず、また０、１８９６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、上限を口、１８％とした。 次に、Ｓｌ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＊と称す）を生成
し、靭性を著しく低下させる。 また、０．０３％未満では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、Ｓ１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、０．０００７〜０．０
０８０％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Ｔｉ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、０．０
３％以下とした。 Ｎは含有量が０．００４０％を超えるとＭ＊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組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．旧５
％に制限した。 Ａｐは強力な脱酸元素であり、０．００３％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、
及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、Ｎｉは、母材の強靭性を為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＊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、靭性及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０．
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　　
（ＣＢ）ｅ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、
有効な元素であるが、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、ＨＡＺに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０．１〜３．０μｍにある数％の
Ｍｎを固溶したＴｉ２Ｏ３，Ｔｉａ　ｏ５のチタン酸化
物及びこれらの酸化物とＴｔＮ、ＭｎＳの複合体、Ｔｉ
Ｎ＋ＭｎＳ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、３．０ａ
ｍ超になるとＩＦＰ生成能は有するものの、それ自身が
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。 連続鋳造のスラブ中央部におけるその該粒子数について
は、Ｔｉ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出来ないので、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１７０８／ｍｍ２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／ｌＩＩ！でなければならな
い。 上記における本発明の基本となるスラブ中央部でＴｉ酸
化物数を増加させるためには、二次脱酸生成物に加え、
溶鋼段階で析出する一次脱酸Ｔｉ酸化物を活用しなけれ
ばならない。従って、最終脱酸としてのＴｉ添加後、で
きる限り短時間に出鋼、凝固させる必要がある。それに
は連続鋳造においてＴｉをモールド添加する方法が最も
有効であり、その方法について説明する。 連続鋳造のモールドでＴｉ脱酸するには、添加したＴｉ
を溶鋼中に、できる限り短時間に均一拡散させる必要が
ある。それには融点の低いＴｉ合金が有効であり、加工
性、経済性を加味し、選択した結果、Ｔｉ−Ｃｕ、Ｔｉ
　　−Ｎｌ　、Ｔｉ　　−Ｆｅ合金が優れていることが
判明した。 その合金の組成は［Ｌ％でＴｉ：４Ｑ〜６０％、残部は
Ｃｕ　１Ｔｉ：６０〜８０％、残部はＮｉ　、Ｔｉ：８
５〜７５％、残部はＦｅからなるもので何れも純Ｔｉに
比べ低融点の合金である。添加はこれらの合金をワイヤ
ー及び粒状に加工し、連続しモールド添加する方法であ
る。 またＴｉ脱酸前の

〔０〕濃度が０．０１００％を超える
場合は、他の条件を満たしていても、Ｔｉ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。 以下に実施例によりさらに本発明の効果を示す。 （実　施　例） 第１表は、試作鋼の化学成分を示し、鋼１〜６まではＴ
ｉ合金によるモールド添加した本発明法によるもので、
ｆＲ７，８は製鋼の真空脱ガス装置内でスポンジＴｉに
より脱酸する従来法で溶製した比較鋼である。 第２表は添加Ｔｉ・合金の組成、添加形状、鋳片厚、ス
ラブ中央部のＴｉ酸化物個数、溶接再現ＨＡＺ靭性を表
した。なお、Ｔｉ酸化物数はＴｉ。 Ｏ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３００■厚スラブを圧延により５０ｕ
ｍｍ鋼板とし、板厚１／２　ｔから１２　Ｘ　１２　Ｘ
　６０ｕｍ＋ｍの試験片を採取し、溶接再現熱サイクル
試験によりＨＡＺ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、８１］０℃から５
００℃の冷却時間１０１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２１１ｍＶノ
ツチ・シャルピーに加工し、衝撃破面遷移温度（以下ｖ
Ｔｒｓと称す）を求め評価した。 第２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／−以上含み、比較法による鋼
は士数個／ＩＩＩ！に低減し、目的とする４０個／ｆｆ
ｌｌ１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（ｖＴ
ｒｓ）は比較法による屑に比べ、向上Ｌ、ｖＴｒｓで２
０〜４０℃低温側にシフトする。このように低融点Ｔｉ
合金をモールド添加する方法により、３００關厚の厚鋳
片の中央部においてもその該粒子数が４０個／−以上に
なり、優れた大人熱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６に示すような連続鋳造による鋼板の
１／２部においてもｖＴｒｓ　−−７０℃もの優れた大
入熱ＨＡＺ靭性を持つ低温用鋼材の製造が可能になる。 （発明の効果） 本発明により連続鋳造による厚鋼板の板厚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
。 代　理　人　　弁理士　　茶野木　立　失笑１頁の続き ［株］Ｉｎｔ、　Ｃ１，’ 識別記号 庁内整理番号

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：０．００
   ０７〜０．００６０％、Ｎ：０．００１０〜０．００４
   ０％を含有させ、Ｐ≦０．０１５％、Ａｌ≦０．００３
   ％に制限し、残部はＦｅ及び不可避不純物からなる溶鋼
   を溶製、さらに、最終脱酸として連続鋳造のモールドで
   低融点のＴｉ−Ｃｕ、Ｔｉ−Ｎｉ、Ｔｉ−Ｆｅ合金のワ
   イヤー、または粒体を添加し、重量％でＴｉ：０．００
   ５〜０．０３０％を含有させ、スラブ中央部において、
   主に粒子径が０．１〜３．０ｕｍ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するこ
   とを特徴とする溶接部低温靭性の優れた低温用高張力鋼
   の製造法。 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：０．００
   ０７〜０．００６０％、Ｎ：０．００１０〜０．００４
   ０％を含有させ、Ｐ≦０．０１５％、Ａｌ≦０．００３
   ％に制限し、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及び不可避不純物からなる溶鋼を溶製、
   さらに、最終脱酸として連続鋳造のモールドで低融点の
   Ｔｉ−Ｃｕ、Ｔｉ−Ｎｉ、Ｔｉ−Ｆｅ合金のワイヤー、
   または粒体を添加し、重量％でＴｉ：０．００５〜０．
   ０３０％を含有させ、スラブ中央部において、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４０〜１
   ７０個／ｍｍ＾２を含有する鋼塊を圧延することを特徴
   とする溶接部低温靭性の優れた低温用高張力鋼の製造法
   。