JPH0470386B2 - - Google Patents
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- JPH0470386B2 JPH0470386B2 JP61237987A JP23798786A JPH0470386B2 JP H0470386 B2 JPH0470386 B2 JP H0470386B2 JP 61237987 A JP61237987 A JP 61237987A JP 23798786 A JP23798786 A JP 23798786A JP H0470386 B2 JPH0470386 B2 JP H0470386B2
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- cod
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- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Description
〔産業上の利用分野〕
本発明は溶接部のCOD(Crack Opening
Displacement)特性に優れた引張り強さが80Kg
f/mm2以上の高張力鋼にかかわるものである。
〔従来の技術〕
近年、海底石油資源の開発が活発に進められ、
開発海域も寒冷海域へと発展しつつある。それに
つれて設置される海洋構造物も大型化し、使用鋼
材は高強度化する傾向にある。また低温で使用さ
れることと併せて、通常溶接施工により建造され
る構造物の安全性が益々重要視されるようになつ
てきた。
従来、構造物の安全性を決定する溶接部の靱性
は破壊靱性値が測定できるのみならず、従来シヤ
ルピー試験によつて評価してきたが、近年では
BS5762規格にあうようにCOD試験によつて評価
されるようになつてきた。
COD試験は直接構造物の設計に使用できるシ
ヤルピー試験では検出できなかつたミクロ的な脆
化をも検出できるという利点を持つているので、
安全性評価試験として定着しつつある。
COD試験は材料のミクロ的な脆化を敏感に反
映するので、高いCOD値を安定して示す鋼材の
開発はかなり困難であつたが、最近ようやく引張
り強さが50Kgf/mm2程度の高張力鋼においては、
すぐれたCOD特性を示す鋼材の製造が可能にな
りつつある。又、引張り強さが60Kgf/mm2程度ま
でなら原理的には50Kgf/mm2級鋼と同様の手段に
より、COD特性の確保が可能と考えられる。
さらに高強度の調質型張力鋼については、現在
COD特性を改善するための技術がいくらかは開
発されつつあるが(例えば特開昭57−9854)、引
張り強さが80〜100Kgf/mm2以上となる超高張力
鋼になると、ほとんど検討されていないのが現状
である。
特にこの程度の高張力鋼では、COD特性の支
配要因が50〜60Kgf/mm2鋼のそれとは全く異なる
ので、従来技術の延長上にその解決策を見出すこ
とは不可能である。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は溶接入熱が1〜6Kj/mm程度の範囲で
溶接される多層盛溶接継手のCOD特性の優れた
引張り強さが80Kgf/mm2以上の鋼材を提供するこ
とを目的としている。
〔問題点を解決するための手段〕
材料の靱性が劣ると、COD試験において早期
に脆性破壊するため、当然安全性を保証できるよ
うな十分高い限界COD値(以下、δcと称する。)
を得ることができないので、溶接継手のCOD特
性を改善するためには溶接熱影響部(以下、
HAZ部と称する。)全体が優れた靱性を示す組織
とする必要がある。
引張り強さが80Kgf/mm2以上となる高強度材の
HAZ部で最も靱性が劣化するのは、溶接ボンド
部近傍の高温に加熱された粗粒部が、後続ビード
の熱によりAc3変態点直上の約900〜1000℃に再
加熱された領域(以下、粗粒+Ac3領域と称す
る。)である。
この領域の靱性を改善し、従つてHAZ部全体
が優れた靱性を示すようにするには、その領域の
組織を上部ベイナイト主体組織から、下部ベイナ
イト及びマルテンサイト主体組織にすることを目
的とした成分設計を行う必要があることが判明し
た。
このような対策により靱性が向上すると、
COD試験において材料は最後まで延性破壊する
か、あるいは荷重−クリツプゲージ変位曲線で見
て、最大荷重点を過ぎて荷重低下が生じた後に、
脆性破壊するようになる。(以下、これらのよう
な破壊様式をm値破断と称する。)。
これらの破壊様式におけるδcの値は、最大荷重
点における見かけのCOD値で定義されることが
一般的である(以下、このようなm値破断でのδc
をδmと称する。)。
引張り強さが50〜60Kgf/mm2の鋼ではm値破断
すれば、その時の限界COD値、δmは十分高い値
を示すので、このクラスの鋼ではCOD保証のた
めには靱性改善のみを図れば足りる。所が、
本発明の対象としている引張り強さが80Kgf/
mm2以上の高強度鋼の場合は、COD保証のために
はやはり靱性改善が前提となるが、十分靱性を高
くしてm値破断させたとしてもδmの値が必ずし
も十分高い値(例えば、通常要求される限界
COD値レベルの0.2〜0.25mm程度に比べて)とは
ならないことが判明した。
そこで本発明者らは靱性改善の方法とともに
δm向上対策を検討し、その知見をもとに溶接継
手COD特性の優れた引張り強さが80Kgf/mm2以
上の高張力鋼を発明した。
以下、本発明の要旨を靱性改善方法とδm向上
方法に分けて、実験結果に基づいて詳細に説明す
る。
先ず、靱性改善のためには、粗粒+Ac3領域の
組織中の上部ベイナイトの割合を極力少なくする
必要がある。これは上部ベイナイト組織が多い
と、靱性に有害な島状マルテンサイト量が増加
し、その大きさも粗大化することが主な要因であ
る。
引張り強さが80Kgf/mm2以上の鋼は、母材強度
を確保するという目的がある一定量以上の合金を
含有せしめる必要があるので、基本的にはかなり
焼入性の高い成分系となる。
従つて、粗粒+Ac3領域の組織中の上部ベイナ
イトの生成を抑制するためには、さらに合金含有
量を高めて焼入性を上げることにより、下部ベイ
ナイトあるいはマルテンサイト主体組織にする方
が、焼入性を落としてフエライト+パーライト組
織にするより実用的である。
そこで本発明者らは再現熱サイクル試験によ
り、粗粒+Ac3領域に相当する熱サイクル条件に
おける上部ベイナイト生成抑制条件を検討した。
第1表に示す化学成分の鋼を30Kg真空溶解炉で
溶製し、熱間圧延後、焼入れ、焼戻しを施した素
材に、第2図に示す再現熱サイクル試験を行つ
た。粗粒+Ac3領域をシユミレートするため、1
回目の最高熱温度を1400℃,2回目の最高加熱温
度を900℃とした2回熱サイクル試験を行つた。
冷却パターンは実際の多層盛サブマージド
(SAW)溶接をシユミレートし、溶接入熱の大き
い方を想定して、800℃から500℃までの冷却時間
を40秒とした。
このように多層盛溶接としては、入熱量の大き
い側の冷却時間を選んだのは、冷却時間の大きい
方が上部ベイナイト生成を抑制することがより困
難であり、この条件で上部ベイナイト抑制が可能
ならば、この条件より小入熱側では問題がないと
考えたからである。
このような熱サンクル試験を行つた素材より、
試験片(厚さ=10mm、幅=20mm、スパン=80mm、
疲労ノツチ部を含めた全ノツチ長さ=約10mm)を
作製し、COD試験を−30℃で行つた。
COD試験温度を−30℃としたのは、現在一般
的にはCOD試験は−10℃程度を要求されること
が多いが、本検討では小型試験であることを考慮
して、実際の板厚として50mm程度の板厚の−10℃
における試験に相当させるべく、板厚の小さい分
を温度で補正することを意図したためである。
試験結果を光学顕微鏡組織と対応させてみた結
果、第3図に示すように、鋼の化学成分と再現熱
サイクル材の光学顕微鏡組織中の上部ベイナイト
量との間には一定の関係があり、以下の式で示さ
れるパラメターxを用いれば、粗粒+Ac3領域の
上部ベイナイト量を、ほぼ一義的に決定し得るこ
とが判明した。
x=0.32×b×〔C(%)〕1/2×〔1+0.64
×Si(%)〕×〔1+4.10×Mn(%)〕×
〔1+0.27×Cu(%)〕×〔1+0.52×Ni
(%)〕×〔1+2.33×Cr(%)〕〔1+
3.14×Mo(%)〕
但し、bの値はN含有量が30ppm未満の場合
1.3とし、30ppm以上の場合は1とする。
また、第4図には上部ベイナイト量を−30℃に
おけるδcとの関係を示すが、m値破断すれば靱性
は改善されたと見なすと、この図より上部ベイナ
イト量はおよそ10%以下にする必要があることが
分かる。
従つて、優れた靱性を得るためには、第3図か
らパラメータxがx≧12を満足する必要があるこ
とが分かる。但し、パラメターxに関連する各元
素の含有範囲は、それぞれ以下に列挙するような
理由により限定される。
Cは母材強度確保のためには0.02%以上必要で
あるが、後述するようにδm向上のためには、
0.08%以下にする必要があるので、0.2〜0.08%の
範囲とした。
Siは島状マルテンサイトを作り易くする元素
で、0.50%超では母材靱性に問題があり、一方、
0.05%未満では脱酸が不十分となり、鋼材の内部
欠陥を増加せしめるため、0.05%〜0.50%の範囲
とした。
Mnは0.50%未満では母材の強度、靱性確保に
問題があり、3.0%超では焼きもどし脆化が顕著
となるため、0.50%〜3.0%の範囲とした。
Cuは析出強化により母材強度を確保するため、
0.60%以上必要であるが、2.0%超では焼きもど
し脆化やSR脆化感受性が急激に大となるため、
0.60%〜2.0%の範囲とした。
Niはパラメターxの効果を介した靱性改善効
果の他に、マトリツクス自体の靱性を改善する効
果があるが、そのためには2.0%超含有せしめる
必要がある。しかし、Niは高価であるのと、10.0
%超では微量元素による靱性劣化の感受性を高め
るので、2.0%超〜10.0%以下の範囲とした。
Bはパラメターxの式中のbの値として組織改
善に寄与するが、この効果を得るためには0.0003
%以上含有せしめる必要がある。また、0.0030%
超では独自に靱性に悪影響を及ぼすようになるの
で、0.0003%〜0.0030%の範囲とした。B量がこ
の範囲にあり、N量が30ppm未満の場合、Bは組
織改善に寄与し、その程度はパラメターxの式中
のbの値で1.3であり、Nが30ppm以上になると
BがBNとして固定される割合が多くなつて、組
織改善に寄与しないため、bの値は1となる。
Crは焼入性、強度上昇に対する効果があるが、
0.01%未満では含有せしめても組織改善効果が明
確でなく、又、1.50%超になると、析出脆化が顕
著となるので、0.01〜1.50%の範囲とした。
MoもCrと同様に焼入性、強度上昇に対して有
効であるが、0.40%以下で組織改善効果が明確で
なく、又、1.50%超になると、析出脆化が顕著と
なるので、0.40%超〜1.50%以下の範囲とした。
次に、δmの向上方法について述べる。種々の
強度レベルの鋼で、m値破断したものを比較検討
したところ、ほぼ、HAZ部の硬さが高いものほ
どδmが低下することが分つた。
これは硬さが高いものほど延性亀裂の発生、伝
播が容易になることが第1の原因であるが、硬い
ことに加えてMnSなどの伸長した介在物が多く
存在するような場合にはさらにδmは低下し得る。
HAZ部の硬さを低下させるだけなら、例えば
炭素等量を下げることにより可能であるが、それ
ではパラメターxの値が同時に低下し、本発明で
対象としている高強度鋼では逆に靱性劣化を招く
ことになる。
従つて、単に硬さを下げるのではなく、パラメ
ターx≧12という条件を保持しつつ、HAZ硬さ
を下げるような対策をとることが靱性を向上さ
せ、即ちm値破断させて、かつその時のCOD値
の絶対値(δm)も十分高い値を確保するために
必要である。
パラメターx≧12の条件は上部ベイナイトがほ
とんど生成しない領域、即ち下部ベイナイト〜マ
ルテンサイト主体組織の領域である。このような
組織形態を保持しつつ、硬さを下げるにはC量の
低下が最も有効と考えられる。
即ち、C量を下げた場合はパラメターxを12以
上で一定となるように、他の元素含有量を適宜調
整すれば組織は一定となるから、C量が減少した
分、カーバイド量や固溶C量が減少して、強度低
下が期待できる。
逆に他の元素量を下げてかわりにC量を上げた
場合は、組織一定の条件下ではかえつて硬さの上
昇を招き、好ましくない。また、C量一定で他の
元素の含有量のみ調整しても、本質的な強度低下
は期待できない。そこで、どの程度のC含有量が
δm確保の上で適切であるかを以下のような実験
により検討した。
実験は再現熱サイクル試験により行つた。サイ
クル数、最高加熱温度は第2図と同様で、1400℃
と900℃の2回熱サイクルである。但し、800から
500℃までの冷却時間はδmが硬いものほど低下す
る傾向にあることを考慮して、小入熱側をシミユ
レートした条件として20秒を選んだ。
供試鋼の具体的な化学成分は省略するが、第1
表の鋼種KをベースとしてC量を0.015〜0.16%
の範囲で変化させ、C量が変化した分、主として
Ni,Cu,CR,Mo量を調節してパラメターxの
値が13〜15の範囲に収まるようにした。COD試
験は前述の方法と全く同じである。
結果は第1図に示す通りである。いずれの鋼種
もx≧12の条件を満足しているので、全てm値破
断している。明らかにC量が増加するにつれて
δmは急激に低下する。必要なδmの絶対値につい
ては厳密には破壊力学的検討が必要であるが、現
在一般的にCODの要求値として設計側から求め
られるδc=0.2〜0.25mm程度を満足するためには、
C量は0.08%以下にする必要があることが第1図
より分かる。
この検討結果は板厚が10mmで、リガメントサイ
ズ(試験片幅−初期ノツチ長さ)も約10mmの小型
試験によるものであるが、実際の高張力鋼製品は
板厚がほとんどこれより大きく、COD試験片の
リガメントサイズも本実験におけるより大きくな
り、その分、得られるδmはサイズ効果で大きく
なると考えられる。
従つて、今回の検討結果は試験片サイズの観点
からは安全側の評価となつているので、C量を本
発明の範囲内とすれば実際の溶接継手の実厚の
COD試験では、δmは0.25mmより十分高い値が得
られるはずである。
以上の検討より、C量の上限はδm確保の点か
ら限定されるものである。一方、下限を0.02%と
したのはHAZ靱性あるいはδmからの要求ではな
く、母材強度確保の目的のためである。
δmの向上にはC量の限定が最も重要な意味を
持つが、これに加えてS量の限定や、Ca,REM
の添加も考慮する必要がある。即ち、δmの変化
は延性亀裂の発生、伝播特性と直接結び付いてい
るので、それに大きな影響を及ぼす介在物、特に
伸長したMnSの減少、及び形態制御を行うこと
がδm向上に有効となる。
S量はMnS量を減らしてδm低下を防止するた
めには0.005%以下にする必要がある。Ca,REM
はMnSの形態制御に対してほぼ同等の効果を有
するので、どちらか1種または2種とも含有せし
めることが可能であるが、Ca+REMが0.003%未
満では形態制御が不十分であり、一方、Ca+
REMが0.02%超では粗大介在物を形成しやすく、
それ自体が脆性破壊の起点になり、靱性を劣化さ
せるので、Ca+REM=0.003〜0.02%の範囲とし
た。
溶接ボンド部は非常な高温にさらされるため、
熱間圧延で伸長したMnSも再固溶して冷却時に
微細に再析出するので、δmに対する伸長介在物
の影響は相対的に小さく、この領域のみに関して
は必ずしもCa,REMによる介在物の形態制御は
大きな効果を示さないかもしれないが、母材や母
材に近いHAZ部ではMnSは圧延時の形態を保持
するので、この領域では Ca,REMによる介在
物の形態制御はδm向上に有効である。
実継手では再現熱サイクル試験と異なり、溶接
ボンド部のノツチといえども、ノツチ底には種々
の組織が混在する可能性が高いので、Ca,REM
による介在物の形態制御を施す意味は大きい。
最後に、今までに述べたもの以外の成分の限定
理由を述べる。
先ず、Pは高強度鋼においては、溶接部粗粒域
の粒界破壊を生じやすくするため、0.010%以下
とした。
Aは鋼材の内部欠陥を防止するための十分な
脱酸を行うため0.010%以上、含有せしめる必要
があり、0.10%を越えると靱性に有害となるので
上限を0.10%とした。
Nは島状マルテンサイトの生成を助長し、また
分解を阻害する元素であり、Nが0.0050%超では
靱性を著しく低下せしめるため、上限を0.0050%
とした。
また本発明はδm向上のためにC量を低く抑え
ることがその特徴の一つであるが、その分、母材
強度が確保できなくなる懸念があるので、母材強
度上昇をNb,V添加により図つている。
両者もと析出強化により母材強度を上昇せし
め、ほぼ同等の効果を有するので、どちらか1種
又は2種とも含有することが可能であるが、Nb
+Vが0.010%未満では強度上昇の効果が明確で
なく、逆に0.10%超では析出脆化が顕著となるの
でNb+V=0.010〜0.10%の範囲とした。
以上が本発明の基本成分系であるが、本発明に
おいてはこの外にTiを0.005〜0.015%の範囲で含
有させることができる。即ち、Tiはオーステナ
イトの細粒化やNの固定を通して母材の強度、靱
性を向上することが可能であるので、母材に対す
る要求特性に応じてTiを含有せしめる。但し、
0.005%未満では効果が無く、0.015%超では粗大
な析出物を作り易く、靱性を逆に劣化させるの
で、0.005〜0.015%の範囲とした。
〔実施例〕
第2表にNo.1〜No.13の本発明綱とNo.14〜No.23の
比較綱を対比した結果を示す。いずれも熱間圧延
により板厚50mmとし、焼き入れ、焼きもどし処理
を施して素材とした。
そして第3表に示す溶接条件及び第5図に示す
開先で溶接継手を作成し、BS5762規格に従つて
−10℃でCOD試験を行つた。Sは母材である。
なお、試験片採取方向はノツチが圧延方向と平
行になる方向(C方向)とし、またCOD試験片
断面寸法は50×100mmである。ノツチ位置は溶接
ボンド部とHAZ境界に2種類とした。
第2表から判るように、本発明鋼においては各
成分を限定すると同時にパラメターxがx≧12と
なるようにすることによつて、溶接ボンド部、
HAZ境界ととも非常に優れたCOD特性を示し、
ほとんどがm値破断している。
パラメターが12に近い鋼種では一部m値破断し
ていないものもあるが、その場合でもδcとしては
高い値を保つ。そしてm値破断時のCOD値
(δm)はC量を限定しているので、十分高い値と
なつている。
一方、比較綱No.14〜No.16は各成分の限定範囲は
満足しているが、パラメターxが12未満のため靱
性が劣り、特に溶接ボンド部で早期に靱性破壊し
て、非常に低いCOD値しか得られない。また、
比較綱No.17〜No.19はパラメターxの条件は満足し
ているが、それぞれ、靱性に影響する元素の一部
が請求範囲を外れているのでやはり靱性が劣化
し、高いCOD値が得られない。
一方、比較綱No.20〜No.23はパラメターxの値は
十分x≧12の条件を満足しているものの、δmに
密接な影響を及ぼすCあるいはS,Ca,REMが
本発明の範囲外のため、m値破断しているが、
δmが本発明鋼におけるよりかなり低い値となつ
ている。
従つて、以上の実施例から本発明範囲を満足し
ない場合は脆性、延性両面とも優れたCOD特性
を持つた鋼を得ることができないことは明白であ
る。
[Industrial Application Field] The present invention is applicable to COD (Crack Opening) of welded parts.
Excellent tensile strength (displacement) properties of 80Kg
This relates to high tensile strength steel of f/mm 2 or higher. [Conventional technology] In recent years, development of offshore oil resources has been actively promoted.
Development sea areas are also developing into colder sea areas. As a result, the size of marine structures being installed is also increasing, and the steel materials used are tending to have higher strength. In addition to the fact that structures are used at low temperatures, the safety of structures normally constructed by welding has become increasingly important. Traditionally, the toughness of welds, which determines the safety of structures, has been evaluated not only by measuring the fracture toughness value, but also by the Shapey test, but in recent years,
It is now being evaluated by COD tests to meet the BS5762 standard. The COD test has the advantage of being able to detect microscopic embrittlement that cannot be detected with the Shapey test, which can be used directly in the design of structures.
It is becoming established as a safety evaluation test. Since the COD test sensitively reflects the microscopic embrittlement of the material, it has been quite difficult to develop steel materials that stably exhibit high COD values, but recently we have finally achieved a high tensile strength of around 50Kgf/ mm2 . In steel,
It is becoming possible to manufacture steel materials that exhibit excellent COD properties. Furthermore, if the tensile strength is up to about 60 kgf/mm 2 , it is considered possible to ensure COD properties in principle by the same means as for 50 kgf/mm 2 class steel. Currently, high-strength heat-treated tensile steel is being developed.
Although some technologies are being developed to improve COD properties (e.g., Japanese Patent Application Laid-open No. 1988-9854), very little research has been done on ultra-high tensile strength steels with tensile strengths of 80 to 100 Kgf/mm2 or higher. The current situation is that there is no such thing. In particular, in high-strength steel of this level, the controlling factors of COD characteristics are completely different from those of 50 to 60 Kgf/mm 2 steel, so it is impossible to find a solution by extending the conventional technology. [Problems to be Solved by the Invention] The present invention provides a steel material with excellent COD properties and a tensile strength of 80 Kgf/mm 2 or more for multi-layer welded joints that are welded at a welding heat input of about 1 to 6 Kj/mm. is intended to provide. [Means to solve the problem] If the toughness of the material is poor, brittle fracture will occur early in the COD test, so the limit COD value (hereinafter referred to as δc) is naturally high enough to guarantee safety.
Therefore, in order to improve the COD characteristics of welded joints, weld heat affected zone (hereinafter referred to as
It is called the HAZ department. ) The entire structure must exhibit excellent toughness. High strength material with tensile strength of 80Kgf/mm2 or more
The area where the toughness deteriorates the most in the HAZ is the area where the coarse grains heated to a high temperature near the weld bond are reheated by the heat of the subsequent bead to approximately 900-1000℃, just above the Ac 3 transformation point (hereinafter referred to as , coarse grain + Ac 3 region). In order to improve the toughness of this region and thus make the entire HAZ exhibit excellent toughness, we aimed to change the structure of this region from an upper bainite-based structure to a lower bainite- and martensite-based structure. It became clear that it was necessary to design the ingredients. If such measures improve toughness,
In a COD test, the material undergoes ductile failure until the end, or after the load decreases past the maximum load point, as seen in the load-clip gauge displacement curve.
Becomes brittle fracture. (Hereinafter, these types of fractures will be referred to as m-value fractures.) The value of δc in these fracture modes is generally defined by the apparent COD value at the point of maximum load (hereinafter, the value of δc in such m-value fracture
is called δm. ). For steels with a tensile strength of 50 to 60 Kgf/ mm2 , if the m-value fracture occurs, the limit COD value, δm, will be sufficiently high, so in order to guarantee the COD for this class of steel, only the toughness should be improved. That's enough. However, the tensile strength targeted by the present invention is 80Kgf/
In the case of high-strength steel of mm 2 or more, improvement of toughness is a prerequisite for COD guarantee, but even if the toughness is sufficiently increased to cause m-value fracture, the value of δm is not necessarily sufficiently high (for example, usually required limits
It was found that the COD value level was 0.2 to 0.25 mm). Therefore, the present inventors investigated ways to improve toughness as well as measures to improve δm, and based on the findings, invented a high tensile steel with excellent welded joint COD characteristics and a tensile strength of 80 Kgf/mm 2 or more. Hereinafter, the gist of the present invention will be divided into a method for improving toughness and a method for improving Δm, and will be explained in detail based on experimental results. First, in order to improve toughness, it is necessary to minimize the proportion of upper bainite in the structure of the coarse grain + Ac 3 region. The main reason for this is that when there is a large amount of upper bainite structure, the amount of island martensite, which is harmful to toughness, increases and its size also becomes coarser. Steel with a tensile strength of 80Kgf/ mm2 or higher must contain a certain amount of alloy to ensure the strength of the base metal, so it basically has a composition system with extremely high hardenability. . Therefore, in order to suppress the formation of upper bainite in the structure of the coarse grain + Ac 3 region, it is better to further increase the alloy content and increase the hardenability to create a structure consisting mainly of lower bainite or martensite. It is more practical than reducing the hardenability to create a ferrite + pearlite structure. Therefore, the present inventors investigated conditions for suppressing upper bainite formation under thermal cycle conditions corresponding to the coarse grain + Ac 3 region through a simulated thermal cycle test. Steel having the chemical composition shown in Table 1 was melted in a 30 kg vacuum melting furnace, hot-rolled, quenched and tempered, and a simulated thermal cycle test shown in FIG. 2 was conducted on the material. 1 to simulate the coarse grain + Ac 3 region.
A heat cycle test was conducted twice, with the maximum heating temperature of the first heating being 1400°C and the maximum heating temperature of the second heating being 900°C. The cooling pattern simulated actual multilayer submerged (SAW) welding, and the cooling time from 800°C to 500°C was set at 40 seconds, assuming the larger welding heat input. In this way, for multi-layer welding, the cooling time on the side with a larger heat input was chosen because it is more difficult to suppress upper bainite formation with a longer cooling time, and under these conditions upper bainite can be suppressed. If so, we thought that there would be no problem with a smaller heat input than this condition. From materials that have undergone such thermal sun test,
Test piece (thickness = 10mm, width = 20mm, span = 80mm,
A total notch length (including the fatigue notch part = approximately 10 mm) was fabricated, and a COD test was conducted at -30°C. The reason why we set the COD test temperature to -30℃ is because currently COD tests generally require a temperature of about -10℃, but in this study, we took into account the small-scale test, so the actual plate thickness -10℃ for a plate thickness of about 50mm
This is because the intention was to compensate for the small thickness of the plate with temperature in order to make it equivalent to the test in . As a result of comparing the test results with the optical microscopic structure, as shown in Figure 3, there is a certain relationship between the chemical composition of the steel and the amount of upper bainite in the optical microscopic structure of the simulated thermal cycle material. It has been found that by using the parameter x expressed by the following formula, the amount of upper bainite in the coarse grain + Ac 3 region can be determined almost uniquely. x=0.32×b×[C(%)] 1/2 ×[1+0.64×Si(%)]×[1+4.10×Mn(%)]×[1+0.27×Cu(%)]×[ 1 + 0.52 × Ni (%)] × [1 + 2.33 × Cr (%)] [1 + 3.14 × Mo (%)] However, the value of b is when the N content is less than 30 ppm
Set it as 1.3, and set it as 1 if it is 30ppm or more. Furthermore, Figure 4 shows the relationship between the amount of upper bainite and δc at -30°C. Considering that the toughness has been improved by m-value fracture, this figure shows that the amount of upper bainite should be approximately 10% or less. It turns out that there is. Therefore, in order to obtain excellent toughness, it can be seen from FIG. 3 that the parameter x must satisfy x≧12. However, the content range of each element related to the parameter x is limited for the reasons listed below. C is required to be at least 0.02% to ensure the strength of the base metal, but as described later, in order to improve δm,
Since it needs to be 0.08% or less, it is set in the range of 0.2 to 0.08%. Si is an element that facilitates the formation of island-like martensite, and if it exceeds 0.50%, there is a problem with the toughness of the base material.
If it is less than 0.05%, deoxidation will be insufficient and internal defects in the steel will increase, so the content is set in the range of 0.05% to 0.50%. If Mn is less than 0.50%, there is a problem in ensuring the strength and toughness of the base metal, and if it exceeds 3.0%, tempering embrittlement becomes noticeable, so it was set in the range of 0.50% to 3.0%. Cu ensures the strength of the base material through precipitation strengthening.
0.60% or more is required, but if it exceeds 2.0%, the susceptibility to temper embrittlement and SR embrittlement increases rapidly.
The range was 0.60% to 2.0%. Ni has the effect of improving the toughness of the matrix itself in addition to the effect of improving the toughness through the effect of the parameter x, but for this purpose it is necessary to contain more than 2.0%. However, Ni is expensive and 10.0
If the content exceeds 2.0% to 10.0%, the susceptibility to toughness deterioration due to trace elements increases. B contributes to tissue improvement as the value of b in the formula of parameter x, but in order to obtain this effect, 0.0003
% or more. Also, 0.0030%
If the content is too high, it will have an adverse effect on toughness, so it is set in the range of 0.0003% to 0.0030%. When the amount of B is within this range and the amount of N is less than 30 ppm, B contributes to the improvement of the structure, and the degree of this is 1.3, which is the value of b in the formula for the parameter The value of b becomes 1 because the proportion of the particles that are fixed as such increases and does not contribute to tissue improvement. Cr has the effect of increasing hardenability and strength, but
If it is less than 0.01%, the effect of improving the structure will not be clear even if it is contained, and if it exceeds 1.50%, precipitation embrittlement will become noticeable, so it was set in the range of 0.01 to 1.50%. Like Cr, Mo is also effective in increasing hardenability and strength, but if it is less than 0.40%, the effect of improving the structure is not clear, and if it exceeds 1.50%, precipitation embrittlement becomes noticeable. The range was from more than 1.50% to 1.50% or less. Next, a method for improving Δm will be described. A comparative study of steels with various strength levels that underwent m-value fracture revealed that the higher the hardness of the HAZ, the lower the δm. The first reason for this is that the higher the hardness, the easier the occurrence and propagation of ductile cracks, but in addition to the hardness, if there are many elongated inclusions such as MnS, δm may decrease. If the hardness of the HAZ part can only be reduced, for example by lowering the carbon equivalent, then the value of the parameter It turns out. Therefore, instead of simply lowering the hardness, taking measures to lower the HAZ hardness while maintaining the parameter x≧12 improves toughness, that is, m-value fracture and The absolute value (Δm) of the COD value is also necessary to ensure a sufficiently high value. The condition of the parameter x≧12 is a region where upper bainite is hardly produced, that is, a region where the structure is mainly from lower bainite to martensite. Reducing the amount of C is considered to be the most effective way to lower the hardness while maintaining such a structure. In other words, if the amount of C is lowered, the parameter x will be constant at 12 or more, and if the contents of other elements are appropriately adjusted, the structure will be constant. As the amount of C decreases, a decrease in strength can be expected. Conversely, if the amount of other elements is lowered and the amount of C is increased instead, the hardness will increase under conditions of a constant structure, which is not preferable. Moreover, even if only the contents of other elements are adjusted while keeping the amount of C constant, no substantial decrease in strength can be expected. Therefore, the following experiment was conducted to examine what level of C content is appropriate for ensuring δm. The experiment was conducted using a simulated thermal cycle test. The number of cycles and maximum heating temperature are the same as in Figure 2, 1400℃.
and two heat cycles at 900℃. However, from 800
Considering that the cooling time to 500°C tends to decrease as the δm becomes harder, 20 seconds was selected as a condition simulating the low heat input side. Although the specific chemical composition of the test steel is omitted, the first
C content is 0.015-0.16% based on steel type K in the table.
By changing the amount of C within the range of
The amounts of Ni, Cu, CR, and Mo were adjusted so that the value of parameter x fell within the range of 13 to 15. The COD test is exactly the same as the method described above. The results are shown in FIG. Since all steel types satisfy the condition of x≧12, they all undergo m-value fracture. Obviously, as the amount of C increases, δm decreases rapidly. Strictly speaking, a fracture mechanics study is required to determine the absolute value of δm, but in order to satisfy the current standard COD requirement of δc = 0.2 to 0.25 mm from the design side,
It can be seen from Figure 1 that the C content needs to be 0.08% or less. This study result was based on a small test with a plate thickness of 10 mm and a ligament size (specimen width - initial notch length) of approximately 10 mm; however, the plate thickness of most actual high-strength steel products is larger than this, and COD The ligament size of the test piece is also larger than in this experiment, and it is thought that the obtained Δm is correspondingly larger due to the size effect. Therefore, the results of this study are on the safe side from the perspective of the test piece size, so if the C amount is within the range of the present invention, the actual thickness of the actual welded joint will be
In the COD test, a value of δm that is sufficiently higher than 0.25 mm should be obtained. From the above considerations, the upper limit of the amount of C is limited from the point of view of securing δm. On the other hand, the reason why the lower limit was set to 0.02% was not a requirement from HAZ toughness or Δm, but was for the purpose of ensuring base material strength. Limiting the amount of C is most important for improving δm, but in addition, limiting the amount of S, Ca, REM
It is also necessary to consider the addition of That is, since changes in δm are directly linked to the occurrence and propagation characteristics of ductile cracks, it is effective to reduce δm and to control the morphology of inclusions, particularly elongated MnS, which have a large effect on this. The amount of S needs to be 0.005% or less in order to reduce the amount of MnS and prevent a decrease in δm. Ca, REM
has almost the same effect on the morphology control of MnS, so it is possible to contain either one or both of them. However, if Ca+REM is less than 0.003%, the morphology control is insufficient; on the other hand, Ca+REM
When REM exceeds 0.02%, coarse inclusions tend to form;
Since Ca itself becomes a starting point for brittle fracture and deteriorates toughness, Ca+REM was set in the range of 0.003 to 0.02%. Since welded bond parts are exposed to extremely high temperatures,
MnS elongated during hot rolling also re-dissolves and finely re-precipitates during cooling, so the effect of elongated inclusions on δm is relatively small, and only in this region is it necessary to control the morphology of inclusions by Ca and REM. Although MnS may not have a large effect, in the base metal or in the HAZ area close to the base metal, MnS retains its morphology during rolling, so controlling the morphology of inclusions with Ca and REM is effective in improving δm in this region. be. In an actual joint, unlike a simulated thermal cycle test, there is a high possibility that various structures coexist at the bottom of the notch, even if it is a notch in a welded bond.
There is great significance in controlling the morphology of inclusions. Finally, we will explain the reasons for limiting ingredients other than those mentioned above. First, in high-strength steel, P is set to 0.010% or less in order to easily cause intergranular fracture in the coarse grain region of the weld. A needs to be contained in an amount of 0.010% or more in order to perform sufficient deoxidation to prevent internal defects in steel materials, and since exceeding 0.10% is harmful to toughness, the upper limit was set at 0.10%. N is an element that promotes the formation of island-like martensite and inhibits its decomposition.If N exceeds 0.0050%, the toughness will decrease significantly, so the upper limit should be set at 0.0050%.
And so. In addition, one of the features of the present invention is to keep the amount of C low in order to improve δm, but there is a concern that the strength of the base material cannot be ensured accordingly, so the strength of the base material can be increased by adding Nb and V. It is planned. Both of them increase the strength of the base material through precipitation strengthening and have almost the same effect, so it is possible to contain one or both of them, but Nb
If +V is less than 0.010%, the effect of increasing strength is not clear, and if it exceeds 0.10%, precipitation embrittlement becomes noticeable, so Nb+V was set in the range of 0.010 to 0.10%. The above is the basic component system of the present invention, but in the present invention, Ti can also be contained in a range of 0.005 to 0.015%. That is, since Ti can improve the strength and toughness of the base material through grain refinement of austenite and fixation of N, Ti is included in accordance with the characteristics required for the base material. however,
If it is less than 0.005%, there is no effect, and if it exceeds 0.015%, coarse precipitates tend to be formed and the toughness deteriorates, so the content is set in the range of 0.005 to 0.015%. [Example] Table 2 shows the results of comparing No. 1 to No. 13 inventive wires and No. 14 to No. 23 comparative wires. Both plates were hot-rolled to a thickness of 50 mm, and then hardened and tempered to create the material. A welded joint was prepared under the welding conditions shown in Table 3 and the groove shown in FIG. 5, and a COD test was conducted at -10°C in accordance with the BS5762 standard. S is the base material. The direction in which the specimen was collected was the direction in which the notch was parallel to the rolling direction (direction C), and the cross-sectional dimensions of the COD specimen were 50 x 100 mm. There were two types of notch positions: at the weld bond and at the HAZ boundary. As can be seen from Table 2, in the steel of the present invention, by limiting each component and at the same time making sure that the parameter x satisfies x≧12, the weld bond part,
It shows very good COD characteristics with HAZ boundary,
Most of them have m-value breaks. Some steel types with parameters close to 12 do not undergo m-value fracture, but even in that case, δc maintains a high value. Since the amount of C is limited, the COD value (δm) at the m-value break is a sufficiently high value. On the other hand, comparative steels No. 14 to No. 16 satisfy the limited range of each component, but their toughness is poor because the parameter Only COD values can be obtained. Also,
Comparative steels No. 17 to No. 19 satisfy the condition of parameter I can't. On the other hand, although the value of the parameter x in comparative lines No. 20 to No. 23 sufficiently satisfies the condition of x≧12, C, S, Ca, and REM, which closely affect δm, are outside the scope of the present invention. Therefore, the m value is broken, but
The value of Δm is considerably lower than that of the steel of the present invention. Therefore, from the above examples, it is clear that if the scope of the present invention is not satisfied, it is impossible to obtain a steel with excellent COD properties in both brittleness and ductility.
【表】【table】
【表】【table】
【表】【table】
【表】【table】
【表】
〔発明の効果〕
以上の実施例からも明らかなように、本発明に
よれば溶接部のCOD特性に優れた引張り強さが
80Kgf/mm2以上の高張力鋼を提供することが可能
であり、産業上の効果は極めて顕著である。[Table] [Effects of the Invention] As is clear from the above examples, according to the present invention, the welded part has excellent tensile strength and COD characteristics.
It is possible to provide high tensile strength steel of 80Kgf/mm 2 or more, and the industrial effect is extremely significant.
第1図はδmとC量との関係を示す図表、第2
図は再現熱サイクル試験条件を示す図表、第3図
は組織中の上部ベイナイトの割合とパラメターx
との関係を示す図表、第4図はδcと組織中の上部
ベイナイトの割合との関係を示す図表、第5図は
実施例に用いられた開先の寸法形状を示す標式図
である。
Figure 1 is a chart showing the relationship between δm and the amount of C;
The figure shows the simulated thermal cycle test conditions, and Figure 3 shows the proportion of upper bainite in the structure and the parameters x
FIG. 4 is a chart showing the relationship between δc and the proportion of upper bainite in the structure, and FIG. 5 is a diagram showing the dimensions and shape of the groove used in the examples.
Claims (1)
鉄及び不可避的不純物よりなり、かつ以下の式で
示されるパラメータxの値がx≧12であることを
特徴とする溶接部のCOD特性の優れた高張力綱。 x=0.32×b×[C(%)]1/2×[1+0.64×Si
(%)] ×[1+4.10×Mn(%)]×[1+0.27×Cu
(%)] ×[1+0.52×Ni(%)]×[1+2.33×Cr
(%)] ×[1+3.14×Mo(%)] 但し、bの値はN含有量が30ppm未満の場合
1.3とし、30ppm以上の場合は1とする。 2 重量%で、 C 0.02%〜0.08% Si 0.05%〜0.50% Mn 0.50%〜3.0% P 0.010%以下 S 0.005%以下 A 0.010%〜0.10% Ni 2.0%超〜10.0% Cu 0.60%〜2.0% B 0.0003%〜0.0030% N 0.0050%以下 Ti 0.005%〜0.015% Cr 0.01%〜1.50% Mo 0.40%超〜1.50% を含有し、 Nb+V=0.010〜0.10% の範囲でNb,Vの1種又は2種、 Ca+REM=0.003〜0.02% の範囲でCa,REMの1種又は2種を含み、残部
鉄及び不可避的不純物よりなり、かつ以下の式で
示されるパラメータxの値がx≧12であることを
特徴とする溶接部のCOD特性の優れた高張力綱。 x=0.32×b×[C(%)]1/2×[1+0.64×Si
(%)] ×[1+4.10×Mn(%)]×[1+0.27×Cu
(%)] ×[1+0.52×Ni(%)]×[1+2.33×Cr
(%)] ×[1+3.14×Mo(%)] 但し、bの値はN含有量が30ppm未満の場合
1.3とし、30ppm以上の場合は1とする。[Claims] 1% by weight: C 0.02% to 0.08% Si 0.05% to 0.50% Mn 0.50% to 3.0% P 0.010% or less S 0.005% or less A 0.010% to 0.10% Ni more than 2.0% to 10.0% Contains Cu 0.60% to 2.0% B 0.0003% to 0.0030% N 0.0050% or less Cr 0.01% to 1.50% Mo More than 0.40% to 1.50%, and one or two of Nb and V in the range of Nb + V = 0.010 to 0.10% Contains one or two of Ca and REM in the range of Ca + REM = 0.003 to 0.02%, with the balance consisting of iron and unavoidable impurities, and the value of the parameter x shown by the following formula is x≧12 High tensile strength steel with excellent COD properties at welded parts. x=0.32×b×[C(%)] 1/2 ×[1+0.64×Si
(%)] × [1 + 4.10 × Mn (%)] × [1 + 0.27 × Cu
(%)] × [1+0.52×Ni (%)]×[1+2.33×Cr
(%)] × [1 + 3.14 × Mo (%)] However, the value of b is when the N content is less than 30 ppm
Set it as 1.3, and set it as 1 if it is 30ppm or more. 2 In weight%, C 0.02% to 0.08% Si 0.05% to 0.50% Mn 0.50% to 3.0% P 0.010% or less S 0.005% or less A 0.010% to 0.10% Ni More than 2.0% to 10.0% Cu 0.60% to 2.0% Contains B 0.0003% to 0.0030% N 0.0050% or less Ti 0.005% to 0.015% Cr 0.01% to 1.50% Mo More than 0.40% to 1.50%, and one or both of Nb and V in the range of Nb + V = 0.010 to 0.10% Contains one or two of Ca and REM in the range of Ca + REM = 0.003 to 0.02%, with the balance consisting of iron and unavoidable impurities, and the value of the parameter x shown by the following formula is x≧12 High tensile strength steel with excellent COD properties at welded parts. x=0.32×b×[C(%)] 1/2 ×[1+0.64×Si
(%)] × [1 + 4.10 × Mn (%)] × [1 + 0.27 × Cu
(%)] × [1+0.52×Ni (%)]×[1+2.33×Cr
(%)] × [1 + 3.14 × Mo (%)] However, the value of b is when the N content is less than 30 ppm
Set it as 1.3, and set it as 1 if it is 30ppm or more.
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