JPH076034B2 - 溶接部の脆性破壊発生特性の優れた高強度鋼 - Google Patents

溶接部の脆性破壊発生特性の優れた高強度鋼

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JPH076034B2
JPH076034B2 JP62014287A JP1428787A JPH076034B2 JP H076034 B2 JPH076034 B2 JP H076034B2 JP 62014287 A JP62014287 A JP 62014287A JP 1428787 A JP1428787 A JP 1428787A JP H076034 B2 JPH076034 B2 JP H076034B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、石油生産用ジャケット型プラットホーム等の
構造材に関するものであり、溶接部の脆性破壊発生特性
に優れ、石油生産用ジャケット型プラットホームのノー
ド部に適した厚肉の鋼材に関するものである。
(従来の技術) 近年、石油生産用ジャケット型プラットホームの建設が
行われているが、石油生産用ジャケット型プラットホー
ムの海中にあるジャケットは波浪や潮流の影響を受け
る。特に、鋼管が交差する格点部は応力集中も高く、溶
接で接合されているので、特に厳しい脆性破壊発生特性
が要求される。
上述した用途に使用される板厚が50〜200mmの極厚鋼材
をK型開先に加工して、多層溶接で接合したストレート
ボンド部に疲労ノッチを導入し、−10℃の温度でCOD試
験を行うと、板厚が厚いことと、多層溶接により生じる
島状マルテンサイト等の低温変態生成物のためにCOD特
性が劣化する。
(発明が解決しようとする問題点) 鋼管用極厚鋼板の接合には、通常の入熱量が5kJ/mm以下
でサブマージアーク溶接又はシールドメタルアーク溶接
が用いられ、板厚が厚いことから多層溶接となる。多層
溶接を行った場合、溶接熱により生成した粗大粒が次パ
スによりAr3点とAc1点の2相域に加熱された領域(ICCG
HAZと称す)が、COD特性が最も悪いことは知られてい
る。これは、母材がAr3とAl1の2相域に加熱された際、
旧オーステナイト粒界に島状マルテンサイトが生成する
ためであり、この島状マルテンサイトは脆性破壊発生特
性を悪化させる。島状マルテンサイトは、350℃以上の
温度で長時間加熱することにより、フェライトと炭化物
に分解する。しかし、通常の溶接の場合には、350℃以
上に加熱されている時間が短いために島状マルテンサイ
トは分解せず、COD特性が改善されない。
本発明者等は、幅0.5mmのX線マイクロアナライザー(E
PMA)で鋼板のP濃度の最大値を測定し、COD試験による
溶接部の脆性破壊発生特性との関連について調査した。
この結果、鋼板のP濃度の最大値を0.25mm2(0.5mm×0.
5mm)当り0.08%以下にすることにより、島状マルテン
サイトの生成が抑えられ、仮に生成しても溶接部全ての
島状マルテンサイトが溶接時の熱により、フェライトと
炭化物となりCOD特性が改善されることが判った。
(問題点を解決するための手段) 本発明は、 C:0.03〜0.15重量%、 Si:0.05〜0.50重量%、 Mn:0.5〜2.0重量%、 Al:0.005〜0.05重量%、 P:0.010重量%以下、 を含み、残部は不可避的不純物を除き実質的にFeから成
る鋼で、且つ0.5mm×0.5mmの面積当りのP濃度の板厚方
向の最大値が0.08%以下であることを特徴とする溶接部
の脆性破壊発生特性の優れた高強度鋼、 C:0.03〜0.15重量%、 Si:0.05〜0.50重量%、 Mn:0.5〜2.0重量%、 Al:0.005〜0.05重量%、 P:0.010重量%以下、 に加えて、0.03重量%以下のNb、0.1重量%以下のV、
1.0重量%以下のNi、1.0重量%以下のCuのうち一種又は
二種以上を含み、残部は不可避的不純物を除き実質的に
Feから成る鋼で、且つ0.5mm×0.5mmの面積当りのP濃度
の板厚方向の最大値が0.08%以下であることを特徴とす
る溶接部の脆性破壊発生特性の優れた高強度鋼、 C:0.03〜0.15重量%、 Si:0.05〜0.50重量%、 Mn:0.5〜2.0重量%、 Al:0.005〜0.05重量%、 P:0.010重量%以下、 に加えて、0.01重量%以下のTi、0.02重量%以下の希土
類金属のうち一種又は二種以上を含有し、残部は不可避
的不純物を除き実質的にFeから成る鋼で、且つ0.5mm×
0.5mmの面積当りのP濃度の板厚方向の最大値が0.08%
以下であることを特徴とする溶接部の脆性破壊発生特性
の優れた高強度鋼、 更に、 C:0.03〜0.15重量%、 Si:0.05〜0.50重量%、 Mn:0.5〜2.0重量%、 Al:0.005〜0.05重量%、 P:0.010重量%以下、 に加えて、0.03重量%以下のNb、0.1重量%以下のV、
1.0重量%以下のNi、1.0重量%以下のCuのうち一種又は
二種以上を含有し、更に加えて0.01重量%以下のTi、0.
02重量%以下の希土類金属のうち一種又は二種以上を含
有し、残部は不可避的不純物を除き実質的にFeから成る
鋼で、且つ0.5mm×0.5mmの面積当りのP濃度の板厚方向
の最大値が0.08%以下であることを特徴とする溶接部の
脆性破壊発生特性の優れた高強度鋼、とすることで前述
した問題点を解決した。
(作 用) C:C含有量は、石油生産用ジャケット型プラットホーム
等の構造用鋼として必要な強度を得るためには0.03重量
%以上添加する必要がある。一方、溶接硬化性及び溶接
割れ感受性を考慮して、その上限を0.15重量%以下とす
る。
Si:Siは、脱酸の都合上0.05重量%以上必要である。Si
の添加量を増加させれば強度は上昇するが、0.50重量%
を超えると、母材の靱性を劣化させるために上限を0.50
重量%以下とする。
Mn:Mnは、母材に延性と強度を与えるために、0.5重量%
以上添加する必要がある。しかし、その添加量が2.0重
量%を超えると、溶接硬化性を著しく上昇させるので、
その上限を2.0重量%とする。
Al:Alは、鋼の脱酸のために0.005重量%以上必要である
が、その添加量が0.050重量%を超えると溶接部の靱性
が著しく劣化するので、上限を0.050重量%とする。
P:Pは、結晶粒界に偏析して粒界破壊の原因となると共
に靭性を大幅に劣化させる。また、ICCGHAZ部の島状マ
ルテンサイト量を増加させ、脆性破壊発生特性を大幅に
劣化させるので、Pの含有量の上限は0.010重量%とす
る。
Nb:Nbは、熱間圧延において、未再結晶領域を拡大して
オーステナイト中に変態後のフェライト粒を小さくして
靱性を向上させるばかりでなく、熱間圧延後の加速冷却
において最終組織のベイナイト、マルテンサイト等の低
温変態生成物の量を増加でき強度を大幅に上昇させるこ
とができる。しかし、0.03重量%を超えて添加すると、
割れ性を劣化させると共に溶接部の応力除去焼鈍後の靱
性を劣化させるので、Nbの添加量の上限を0.03重量%と
する。
V:Vは、Nbと同様に強度と靱性を向上させるために添加
するが、0.1重量%を超えると溶接部の応力除去焼鈍後
の靱性を劣化させるので、その上限は1.0重量%とす
る。
Ni:Niは、溶接熱影響部の硬化性及び靱性に悪い影響を
与えることなく鋼の強度と靱性を向上させることができ
るために添加するが、コスト面よりその上限を1.0重量
%とする。
Cu:Cuは、Niと同じ作用効果を奏する他の耐食性を向上
させるが、1.0重量%を超えて添加すると熱間脆性が生
じ易くなるので、その上限を1.0重量%とする。
Ti:Tiは、鋼中にTiNとして存在して、溶接熱影響部のオ
ーステナイト粒の成長を抑制する。しかし、その添加量
が0.01重量%を超えると、次パスにより融点付近まで急
熱されるボンド部でTiNが分解して固溶Tiとなった場
合、溶接熱影響部の硬度が上昇しCOD値が劣下する。こ
のため、Tiの添加量の上限は0.01重量%以下とする。
希土類金属(REM):REMは、鋼中でREM(O,S)として存
在し、このREMの硫化物、酸化物は溶接部のボンド部に
於いても安定しており、TiNと同様にオーステナイト粒
の成長を抑制して、靱性を向上させる。しかし、0.02重
量%を超えて添加すると、鋼の清浄度が低下し、鋼の靱
性が劣下するので、上限を0.02重量%とする。
次にP濃度の最大値を限定した理由について述べる。
厚肉鋼板の多層溶接部の靱性はICCGHAZの靱性で決ま
り、通常の厚肉鋼板の場合にはICCGHAZで生成した島状
マルテンサイトが分解しない領域が生じるために溶接部
全体の靱性が優れない。その理由としては、局所的にP
濃度が高い領域がICCGHAZ部と重なった場合には、島状
マルテンサイトの量および径が大きくなり、また島状マ
ルテンサイトが溶接時の熱により分解しにくくなったた
めである。
本発明者等はC:0.07重量%、Si:0.13重量%、Mn:1.5重
量%、P:0.002〜0.005重量%、S:0.003重量%、Al:0.02
5重量%、Ti:0.005重量%、N:0.0025重量%の組成成分
で、厚み50mmの供試鋼を第1図に示すようにK型開先に
して、第1表に示す溶接条件で多層溶接した。この溶接
継手より、ノッチをボンドに入れたCOD試験片を採取
し、−10℃にて試験を行った。試験後のCOD試験片を第
2図に示すように切断し、斜線をほどこした面につい
て、以下の方法によりPの分析を行った。これらの供試
鋼の板厚方向に、且つ鋼板全体の全板厚にわたり、X線
マイクロアナライザーで幅0.5mm、長さ0.5mm、即ち面積
0.25mm2についてP濃度を測定した。各供試鋼について
測定したP濃度の最大値と、溶接部のノッチがボンドに
入った−10℃におけるCOD値との関係を第3図に示す
が、P濃度の最大値が0.08%を超えるとCOD値は大幅に
劣化することが同図より判る。このことにより、本発明
では、面積が0.25mm2当りのP濃度の最大値を0.08%と
した。なおPの分析を行った面は、COD試験を行ったボ
ンドから10mmだけ離れているが、この程度の距離であれ
ば、偏析の程度に差が無いことは、判っている。
本発明の高強度鋼は、通常の製鋼工程を経て、造塊−分
塊又は連続鋳造によりスラブとし、以下の工程を経て板
厚となる。
これらのスラブは1250℃以上に加熱した後、1000℃以上
の温度で、、1パス当り10%以上の圧下を施し全体で20
%以上の圧延を施した後、1000℃以上に保持しつつ再度
1250℃以上の温度に10時間以上保持後、空冷して圧延用
素材にする。次いで、この圧延用素材を900℃以上の温
度に加熱し、熱間圧延を施して鋼板とする。
(実施例) 第2表に鋼の組成成分と母材の強度ならびに靱性、P濃
度の最大値、及び溶接継手のボンドにノッチを入れてCO
Dを調べた結果を示す。
鋼番号1,2,4,5,8〜11及び17〜20は連続鋳造によりスラ
ブとした。このうち、鋼番号1,2は連続鋳造したスラブ
を圧延用素材とし、鋼番号3は分塊圧延を施しスラブと
し圧延用素材とした。
鋼番号4,5,8〜11及び17〜20のスラブは1250℃以上の温
度に加熱後、1000℃以上の温度で1パス当り11%の圧下
率で圧延を施し全体で21%の圧延を施し、1000℃以上の
温度に保持した状態で、再度1280℃〜1320℃の温度に加
熱し、この温度で10〜20時間保持し、空冷して圧延用素
材とした。
また、鋼番号6,7及び12〜16は分塊圧延によりスラブと
した後、1280〜1320℃の温度に加熱し、1000℃以上べ1
パス当り11%の圧下率で圧延を施し全体で21%の圧延を
施した後、1000℃以上の温度に保持した状態で再度1280
〜1320℃の温度に加熱し、この温度範囲に10〜20時間保
持し、空冷し圧延用素材とした。
これらの圧延用素材を960〜1050℃の温度に加熱し、740
℃までに熱間圧延を終了し板厚50mmの鋼板とした後、鋼
番1〜17と20は直ちに5℃/秒の冷却速度で480℃まで
加速冷却した;鋼板18,19は5℃/秒の冷却速度で室温
まで加速冷却し、次いで600℃で1時間の熱処理を行っ
た。
これらの鋼板を第1図に示す開先に加工後、第1表に示
す溶接条件でサブマージアーク溶接した。これらの溶接
継手より、断面が50mm×100mmで、疲労ノッチ位置を第
4図の位置にするCOD試験片を採取した。疲ノッチの導
入及び試験方法はBS5762:1979によった。また、前記各
鋼板のL方向から引張試験片を採取し、C方向からVノ
ッチシャルピー試験片を各々採取した。
第2表に、鋼板の強度、靱性及び溶接部の溶融線の−10
℃、−30℃のCOD特性を示す。なお、COD試験は1つの試
験温度につき各3本づつ行った。
鋼番号1〜3はP含有量が本発明の範囲を超えているも
の、或いはP含有量が本発明の範囲にあってもP濃度の
最大値が高いものであり、いずれも溶接部の溶融線のCO
D特性が劣っていた。
また、鋼番号4はP含有量も低く、P濃度の最大値も0.
058%と低いために、優れたCOD特性を示した。更に、鋼
番号5はNbを、鋼番号6はCu,Ni,Nbを、鋼番号7はCu,N
i,Vを、鋼番号8はNiを、鋼番号9はTiを、鋼番号10はT
i,REMを、鋼番号11はNb,Tiを、鋼番号12はCu,Ni,Tiを、
鋼番号13はCu,Ni,Tiを、鋼番号14はCu,Ni,V,Tiを、鋼番
号15はCu,Ni,Nb,Ti,REMを、鋼番号16はCu,Ni,Nb,V,Ti,R
EMを、鋼番号17はCuを、鋼番号18はCu,Niを、鋼番号19
はCu,Ni,Nb,Ti,REMを、鋼番号20はVを本発明で規定す
る範囲内で添加したものである。鋼番号5〜20は、どの
鋼板についてもCOD特性が優れている。また、Cu,Ni,Nb,
Vを添加することにより強度が向上した。
(発明の効果) 以上説明したように本発明鋼は、溶接部のCOD特性が優
れ、溶接部の脆性破壊発生特性が優れた高強度鋼であ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は、K型の開先形状を示す図であり、 第2図は、マクロEPMAによりPを分析した面を示す図で
あり、 第3図は、0.07%C−0.31%Si−1.5%Mn−0.002〜0.00
8%P−0.003%S−0.025%Al−0.005%Ti−0.0025%N
鋼のP濃度の最大値とCOD値との関係を示す図であり、 第4図は、COD試験片のノッチ位置を示す図である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】C:0.03〜0.15重量%、 Si:0.05〜0.50重量%、 Mn:0.5〜2.0重量%、 Al:0.005〜0.05重量%、 P:0.010重量%以下、 を含み、残部は不可避的不純物を除き実質的にFeから成
    る鋼で、且つ0.5mm×0.5mmの面積当りのP濃度の板厚方
    向の最大値が0.08%以下であることを特徴とする溶接部
    の脆性破壊発生特性の優れた高強度鋼。
  2. 【請求項2】C:0.03〜0.15重量%、 Si:0.05〜0.50重量%、 Mn:0.5〜2.0重量%、 Al:0.005〜0.05重量%、 P:0.010重量%以下、 に加えて、0.03重量%以下のNb、0.1重量%以下のV、
    1.0重量%以下のNi、1.0重量%以下のCuのうち一種又は
    二種以上を含み、残部は不可避的不純物を除き実質的に
    Feから成る鋼で、且つ0.5mm×0.5mmの面積当りのP濃度
    の板厚方向の最大値が0.08%以下であることを特徴とす
    る溶接部の脆性破壊発生特性の優れた高強度鋼。
  3. 【請求項3】C:0.03〜0.15重量%、 Si:0.05〜0.50重量%、 Mn:0.5〜2.0重量%、 Al:0.005〜0.05重量%、 P:0.010重量%以下、 に加えて、0.01重量%以下のTi、0.02重量%以下の希土
    類金属のうち一種又は二種以上を含有し、残部は不可避
    的不純物を除き実質的にFeから成る鋼で、且つ0.5mm×
    0.5mmの面積当りの板厚方向のP濃度の最大値が0.08%
    以下であることを特徴とする溶接部の脆性破壊発生特性
    の優れた高強度鋼。
  4. 【請求項4】C:0.03〜0.15重量%、 Si:0.05〜0.50重量%、 Mn:0.5〜2.0重量%、 Al:0.005〜0.05重量%、 P:0.010重量%以下、 に加えて、0.03重量%以下のNb、0.1重量%以下のV、
    1.0重量%以下のNi、1.0重量%以下のCuのうち一種又は
    二種以上を含有し、更に加えて0.01重量%以下のTi、0.
    02重量%以下の希土類金属のうち一種又は二種以上を含
    有し、残部は不可避的不純物を除き実質的にFeから成る
    鋼で、且つ0.5mm×0.5mmの面積当りのP濃度の板厚方向
    の最大値が0.08%以下であることを特徴とする溶接部の
    脆性破壊発生特性の優れた高強度鋼。
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JPS57143470A (en) * 1981-03-02 1982-09-04 Nippon Steel Corp High tensile steel with high cod value
JPS60184663A (ja) * 1984-02-29 1985-09-20 Kawasaki Steel Corp 大入熱溶接用低温用高張力鋼

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