JPH03173742A - 高温耐力および溶接性の優れた溶接構造用圧延鋼材 - 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、溶接構造用圧延鋼材に関し、詳しくは、６０
０°Ｃの高温においても高い耐力を有するとともに優れ
た溶接性を有する溶接構造用圧延鋼材に関するものであ
る。

（従来の技術） 溶接構造用圧延鋼材は、建築、橋梁などの構造材料とし
て幅広く用いられている。

しかしながら、従来の溶接構造用圧延鋼材は、高温強度
を考慮した品質設計がなされていないため、３５０℃以
上の温度では急激に強度、特に耐力が低下する。このた
め、例えば、建築用鋼板として使用される場合には、火
災時においても鋼板の温度が３５０°Ｃ以上とならない
ように耐火被覆を施すのが一般的であり、工事費の増大
、工期の延長を余儀なくされているのが実情である。

また、化学プラントの支持部材や溶鋼処理炉の鉄皮材な
どに使用される場合においても、火災事故や内張れんが
の脱落などで設計温度以上の高温にさらされる可能性が
あり、設備全体の安全性を保つ点からも、高温耐力の高
い溶接構造用圧延鋼材が望まれている。

（発明が解決しようとする課題） −ｍに鋼材の耐力（降伏応力）を高めるには、結晶粒の
微細化、固溶強化および析出強化を活用するのが有効と
考えられる。

従来の溶接構造用圧延鋼材であるＣ−Ｍｎ系鋼板におい
ても、結晶粒の微細化やＣ，、Ｍｎ、　Ｎによる固溶強
化により常温耐力を高めることができるが５００″Ｃを
超える高温になるとその効果は消失する。これは、５０
０°Ｃを超えるとＣ，、Ｍｎ、　Ｎの拡散速度が速くな
り、転位の移動が容易となることに起因しており、同時
に隣接結晶粒内の転位も活性化されやすくなり、変形の
伝播が容易となることから、結晶粒微細化の効果も低減
する。

一方、代表的なボイラ・圧力容器用鋼材であるＣｒ−Ｍ
ｏ鋼板では、高温で安定な析出物を分散させることによ
り転位の移動を阻止し、高温強度を確保しているが、多
量の合金元素を含有しているた、め、溶接割れ感受性組
成ＣＰＣＭ）が高くなっており、溶接時に低温割れを生
じやすいという問題点がある。

このため、現地で溶接施工される場合が多い溶接構造物
に、Ｃｒ　−Ｍｏｆｉ板を使用することは井しい（課題
を解決するための手段） 本発明は、従来の溶接構造用圧延鋼材における上記の問
題点に鑑み、本発明者らが鋭意研究を行った結果、化学
成分、特にＭｏとＮｂ、　ＭｏとＶの添加またはこれら
の複合添加によって、溶接性を損なわずに、溶接構造用
圧延鋼材の高温耐力を大幅に改善することが可能である
という知見を得て完成されたもので、その第１発明は、
Ｃ：０．０５〜０．１５％Ｓｉ　：０．０５〜０．６０
％、Ｍｎ：０．５０〜２．００％、Ｍｏｎ０゜２０％超
え０．７０％以下を含有し、さらに、Ｎｂ：Ｏ，ＯＩＯ
〜０．１０％、Ｖ：０．０１０〜０．１０％、の内から
選んだ１種または２種を含有し、残部Ｆｅおよび不可避
不純物からなり、かつ、下記０式で規定されるＰＣＭの
値が０．２４％以下である高温耐力および溶接性の優れ
た溶接構造用圧延鋼材である。

つ 第２発明は、Ｃｕ：０．０５〜０．５０％、Ｎｉ：０．
０５〜０゜５０％、　Ｃｒ：０．０５〜０．７０％、Ｔ
ｉ：０．００５〜０．０７０　％、Ｃａ：０．０００５
〜０．０１０％の内から選んだ１種または２種以上を含
有する請求項（１）の高温耐力および溶接性の優れた溶
接構造用圧延鋼材である。

（作用） 以下、本発明の作用について発明者らの試験結果等に基
づいて詳述することにする。

まずは、溶接構造用圧延鋼材における高温耐力に及ぼす
合金元素の影響について説明する０本発明者らは高温耐
力に及ぼす合金元素の影響を明らかにするために、以下
のような試験を行った。

供試鋼板は、０．ｌＯ％Ｃ−０，３５％５ｉ−１，００
％Ｍｎを基本成分とし、Ｃｒ、　Ｍｏ、　Ｎｂ、　Ｖを
単独または複合添加した鋼片を、１１５０°Ｃに加熱し
、板厚２５＋ａ−に圧延したものである。なお、圧延仕
上げ温度は８６０〜８８０°Ｃの範囲である。

これらの鋼板から高温引張試験片を採取し、６００℃に
おける耐力を調査した。その結果を第１図に示す。

第１図は６００℃における耐力を鋼種側に整理したもの
で、同図から明らかなように、基本成分に１％Ｃｒ−０
，５％Ｍｏを添加した鋼板には、６００°Ｃにおいても
、２７ｋｇｆ／ａｍ”と十分な耐力を有している、しか
しながら、鋼板には、１％Ｃｒ−０，５％Ｍｏ鋼のため
前述のように溶接性が十分でなく、溶接構造用鋼には不
適切である。　Ｃｒを０．５％に低減した鋼板りは、耐
力が大きく低下している。しかし、０．５％Ｍｏ　−０
、０５％Ｎｂを添加した鋼板Ｂおよび０．５％Ｍｏ−０
，０５％Ｖを添加した鋼板Ｃは鋼板にと同等以上の耐力
を有している。一方、０．５％Ｃｒ−０，０５％Ｎｂを
添加した鋼板Ｎおよび０．０５％Ｎｂを添加した鋼板Ｍ
は低い耐力しか得似れていない。

以上の結果から、溶接性を損なうことなく６００℃にお
ける耐力を確保するためには、ＭｏとＮｂ５Ｍ。

とＶの添加またはこれらの複合添加を行うことが有効で
あることがわかる。これは、ＮｂおよびＶの炭窒化物が
析出を始める温度（約５５０°Ｃ）より若干低い温度で
微細なＭｏ炭化物が析出し、Ｃの拡散を抑止するため、
より微細なＮｂ、　Ｖの炭窒化物が生成することにより
、高温耐力が向上するものと推定される。

つぎに、本発明における化学成分の限定理由について説
明する。

Ｃは、強度確保のために必要な元素であり、このために
は、０．０５％以上の添加を必要とする。しかし、０．
１５％を超えて添加するときは、溶接性および靭性を低
下させる。したがって、その添加量は０．０５〜０．１
５％の範囲とする。

Ｓｉは、脱酸のために０．０５％以上の添加を必要とす
るが、０．６０％を超えて過多に添加すると溶接性を低
下させる。このため、その添加量は０．０５〜０゜６０
％の範囲とする。

Ｍｎは、脱酸および強度確保の−ために必要な元素であ
るが、０．５０％未満では６００°Ｃにおいて所望の高
温耐力を得ることができず、一方、２．００％を超えて
添加すると溶接性が急激に低下する。したがって、その
添加量は０．５０〜２．００％の範囲とする。

Ｍｏは、前述のように、Ｎｂまたは／およびＶとの相乗
効果により、６００’Ｃにおける耐力を著しく上昇させ
る。しかしながら、０．２０％以下ではかかる効果は得
られず、また、０．７０％を超えて添加すると溶接性を
損なう、したがって、その添加量は０゜２０％超え０．
７０％以下の範囲とする。

ＮｂおよびＶは、前述のように、Ｍｏとの相乗効果によ
り、６００°Ｃにおける耐力を著しく上昇さきる、しか
しながら、０．０１０％未満ではかかる効果は得られず
、また、０．１０％を超えて過多に添加するときは溶接
性が低下する。したがって、これらの添加量は０．０１
０〜０．１０％の範囲とする。

なお、本発明における第２発明では、上記の元素の他に
必要に応じて、Ｃｕ、　Ｎｉ５Ｃｒ、　ＴｉおよびＣａ
の内の１種または２種以上を添加することができる。

Ｃｕは、固溶強化による強度上昇に有効な元素であるが
、０．０５％未満ではかかる効果はなく、また、０．５
０％を超えて添加すると熱間加工性および溶接性を損な
う、このため、その添加量は０．０５〜０゜５０％の範
囲とする。

Ｎｉは、焼入れ性の向上および靭性の向上に有効な元素
であるが、０．０５％未満ではかかる効果は得られない
、なお、０．５０％を超えて添加してもかかる効果は飽
和するため０．５０％を上限とする。したがって、その
添加量は０．０５〜０．５０％の範囲とするＣｒは、焼
入れ性の向上および耐酸化性の向上に有効な元素である
が、０．０５％未満ではかかる効果はなく　、０．７０
％を超えて添加すると溶接性が低下する。このため、そ
の添加量は０．０５〜０．７０％の範囲とする。

Ｔｉは、オーステナイト粒の粗大化を抑制するとともに
、微細フェライトを生成することから、溶接継手部の靭
性の脆化軽減に有効な元素である。

しかし、０．００５％未満ではかかる効果を発揮するこ
とができず、また、０．０７０％を超えて添加すると母
材および溶接継手部の靭性を劣化させる。したがワて、
その添加量は０．００５〜０．０７０％の範囲上する。

Ｃａは、母材および溶接継手部の靭性を向上させるとと
もに、板厚方向の特性を改善する。しかし、ｏ、ｏｏｏ
ｓ％未満ではかかる効果はなく、一方、０゜０１Ｏ％を
超えて添加するときは、非金属介在物の量が増加して母
材および溶接継手部の靭性を低下させる。このため、そ
の添加量は０．０００５〜０．０１０％の範囲とする。

なお、第１発明および第２発明ともに、溶接時の低温割
れを防止するために、溶接割れ感受性組成（Ｆｅｗ）を
０．２４％以下に限定する。

本発明による鋼材は、常法にしたがって製造した上記化
学成分を含有する鋼塊または鋼片を適当な方法で熱間圧
延することによって得られる。その後、必要に応じて、
焼ならし、焼入焼戻しなどの熱処理を実施してもよい、
なお、加熱、圧延条件および熱処理条件を適当に選択す
ることによって、所望の常温強度を得ることができる。

（実施例） 以下に、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明は
これら実施例によって何ら限定されるものではない。

供試鋼板は第１表に示す化学成分を含有する鋼片を第２
表に示す圧延条件、熱処理条件にしたがって、板厚２１
〜３０ａｕ＋＋に仕上げたものである。これらの鋼板か
ら試験片を採取し、常温強度、高温強度およびｉ容接性
を羽査した。その結果を第２表に併記する。なお、高温
強度は３５０°Ｃと６００°Ｃについて、溶接性は斜め
Ｙ形溶接割れ試験片（ＪＩＳ　Ｚ　３１５８）について
行った。

第１表に本発明ｍＡ−Ｈおよび比較１Ｅ１〜０の化学成
分を、第２表に板厚、圧延条件、熱処理条件、常温強度
、高温強度および溶接性をそれぞれ示す。

（以下余白） 比較鋼Ｉは従来の溶接構造用圧延鋼板であり、３５０°
Ｃにおいては２４．４ｋｇｆ／鋤置２の装力を有するが
６００℃では１７．６ｋｇｆ／ａｎ”と低い耐力となっ
ている。これに対して、本発明に基づく本発明ｊｌＡ〜
Ｈは、６００℃において、従来１！ｌ（比較鋼Ｉ）の３
５０℃における耐力２４．４ｋｇｆ＃＋ｍ”と同等以上
の高い耐力を有している。また、斜めＹ形溶接割れ試験
におけるルート割れ防止予熱温度も５０″Ｃ以下で、溶
接性も良好である。

比較＊Ｊは、ボイラ・圧力容器用鋼材として用いられテ
ィる１、２５％Ｃｒ−０，５％Ｍｏ鋼板で、６００″Ｃ
における耐力は２２．５ｋｇｆ／ａｓ”であるが、合金
元素■が高く、ＰＣＭが０．２８と高いため溶接性に劣
っている。

比較鋼にも比較８Ｊと同じように高温耐力は優れている
が、ＰＣＭが高いため溶接性に劣っているなお、上記実
施例は厚鋼板についてのものであるが、本発明は他の鋼
製品、例えば条鋼、形鋼にも適応し得ることは言うまで
もない。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明に係わる高温耐力および溶
接性の優れた溶接構造用圧延鋼材は上記の構成であるか
ら、６００″Ｃにおける高い耐力と良好な溶接性を兼ね
備えているため、構造物の安全性を高めることができる
という優れた効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は６００℃における耐力におよぼすＣｒ、　Ｍ。 、Ｎｂ、　Ｖの影響を示す図である。 比較鋼Ｌ〜０は、門０とＮｂ、　ＭｏとＶの添加または
これらの複合添加がなされていないため、６００”Ｃに
おける耐力が低い値となっている。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：０．０５〜０
   ．６０％、Ｍｎ：０．５０〜２．００％、Ｍｏ：０．２
   ０％超え０．７０％以下を含有し、さらに、Ｎｂ：０．
   ０１０〜０．１０％、Ｖ：０．０１０〜０．１０％、の
   内から選んだ１種または２種を含有し、残部Ｆｅおよび
   不可避不純物からなり、かつ、下記［１］式で規定され
   るＰ＿Ｃ＿Ｍの値が０．２４％以下であることを特徴と
   する高温耐力および溶接性の優れた溶接構造用圧延鋼材
   。 ▲数式、化学式、表等があります▼［１］
2. （２）Ｃｕ：０．０５〜０．５０％、Ｎｉ：０．０５〜
   ０．５０％、Ｃｒ：０．０５〜０．７０％、Ｔｉ：０．
   ００５〜０．０７０％、Ｃａ：０．０００５〜０．０１
   ０％の内から選んだ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）の高温耐力および溶接性の優
   れた溶接構造用圧延鋼材。