JPH1068045A - 溶接割れ感受性と大入熱溶接継手靱性に優れた600N/mm2 級高張力鋼およびその製造方法 - Google Patents

溶接割れ感受性と大入熱溶接継手靱性に優れた600N/mm2 級高張力鋼およびその製造方法

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JPH1068045A
JPH1068045A JP9128688A JP12868897A JPH1068045A JP H1068045 A JPH1068045 A JP H1068045A JP 9128688 A JP9128688 A JP 9128688A JP 12868897 A JP12868897 A JP 12868897A JP H1068045 A JPH1068045 A JP H1068045A
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JP
Japan
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less
heat input
steel
toughness
ceq
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JP9128688A
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English (en)
Inventor
Toshimichi Omori
俊道 大森
Hisafumi Maeda
尚史 前田
Yoshiaki Murakami
善明 村上
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JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】大入熱溶接性および溶接割れ感受性に優れた6
00N/mm2 級高張力鋼及びその製造方法を提供す
る。 【解決手段】重量%で、C:0.06-0.1% 、Si:0.01-0.4%、
Mn:0.5-1.6% 、Nb:0.005-0.05%、Al:0.005-0.1% 、N:0.
0005-0.005% 、Ti<0.005%、B<0.0003% を含み、Pcm
=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B で
定義されるPcm 値が0.20以下、かつ、Ceq =C+Mn/6+Si/
24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14 で定義されるCeq 値が0.37以
下で残部が鉄および不可避不純物よりなり、大入熱溶接
により生成する熱影響部粗粒域の硬さが188Hv 以下で引
張強さ570N/mm2 以上を有する溶接割れ感受性と大入熱
溶接継手靱性に優れた高張力鋼。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は橋梁、倉庫、建築物
などの鉄鋼構造物に用いられる溶接割れ感受性と大入熱
溶接継手靱性に優れた600N/mm2 級高張力鋼およ
びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より600N/mm2 級高張力鋼の
性能向上に関する要望は多く、これまでに数多くの検討
がなされている。これらのうち、溶接割れ感受性の改良
を目的に低C化とTi−B添加を特徴とした技術として
特開昭49−37814号公報、特公平4−13406
号公報などが公知となっている。これらに代表される技
術により、溶接割れ感受性が改良された600N/mm
2 級高張力鋼が得られるが、600N/mm2 級高張力
鋼に要求される引張強さはBの活用により達成されてい
るため、化学成分や製造条件の変動による母材特性の不
安定さが懸念され、さらに溶接熱影響部の硬さ上昇が著
しい。この溶接熱影響部の硬さ上昇は一般に溶接継手部
で最も懸念されるボンド部の靱性劣化をもたらす。特に
熱影響部のミクロ組織の粗大化が著しくかつ後続パスに
よる再熱を受けない大入熱片面1パス溶接では靱性劣化
は著しく好ましくない。
【0003】特開平2−205627号公報は、直接焼
入法を用いて靱性の優れた600N/mm2 級高張力鋼
の製造方法を提供している。この技術はNbとBの複合
添加を必須としているため、上記と同様のB添加による
弊害が懸念される。
【0004】Bを添加しない技術として、特開平5−3
31538号公報、特公昭60−9086号公報、特開
平2−254119号公報、特開昭59−113120
号公報、特公昭61−12970号公報、特公平2−8
322号公報、特開昭53−119219号公報が提案
されている。
【0005】これらのうち特開平5−331538号公
報に示される技術は500N/mm2 級非調質高張力鋼
に関するものである。また、特公昭60−9086号公
報、特開平2−254119号公報、特開昭59−11
3120号公報に示される技術はいずれも600N/m
2 級非調質高張力に関するものであり、実施例などか
らこれらの技術の適用板厚の上限はいずれも20mm程
度であることが知れる。
【0006】特公昭61−12970号公報は、低C化
とV添加および直接焼入れを組み合わせることで、溶接
割れ感受性に優れた600N/mm2 級高張力鋼を提供
しようとするものであるが、大入熱溶接性に関する技術
は全くない。
【0007】特開平2−8322は、低C化とMo,N
b,Tiの複合添加を必須とし、直接焼入れ法を組み合
わせ、耐SSC性と溶接割れ感受性の改良を目的とした
600N/mm2 級高張力鋼に関する技術である。
【0008】この公報に適用板厚に関する記載が全く無
いが、ガスタンクやラインパイプへの適用を目的として
いることから概ね50mm以下の板厚の鋼材への適用を
目的としていると推察され、大入熱溶接性に関する技術
は全くない。
【0009】また特開昭53−119219号公報は再
加熱焼入れ焼戻しプロセスにより板厚の厚い500N/
mm2 級以上の高張力鋼を提供しようとするものであ
る。この技術によれば0.02%を越える比較的多量の
Nb添加により再加熱時に未固溶Nb炭窒化物を残存せ
しめ結晶粒の粗大化を防止し主に母材の靱性を改善しよ
うとするものである。従って焼入れに際して固溶Nbの
焼入れ性向上効果および析出硬化を十分に活用できな
い。そのため実施例に見られるように強度を確保するた
めNb,Vに加えて更にNi,Moの添加が実質的に必
須となり、かつ厚肉材の板厚1/4tの位置で600N
/mm2 級の強度を確保できる発明例(供試鋼J)では
Pcm値が0.22に達し溶接性に劣る。
【0010】上述のように溶接割れ感受性に優れた60
0N/mm2 級調質型高張力鋼の従来技術はそのほとん
どがB添加による焼入れ性の確保により達成され、大入
熱溶接性については何等配慮がなされていない。
【0011】一方、大入熱溶接性の向上を図った調質型
高張力鋼の従来技術として、特開平3−162522号
公報、特開平4−228537号公報、特開昭63−1
49354号公報、特開昭60−174820号公報が
ある。これらの技術はいずれも500N/mm2 級高張
力鋼についてTi,B,Ca,Zr,REMの活用によ
り大入熱溶接性の改善を図ったものである。例えば、特
開平3−162522号公報は板厚15〜20mmの鋼
板を対象としたものであり、本発明の目的とする600
N/mm2 級調質型高張力鋼の機械的性質を満たす一部
の実施例はいずれも強度に余裕が無く、板厚20mm以
上の鋼板への適用は困難と推定される。また、特開昭6
3−149354号公報にて600N/mm2 級を得た
実施例は300〜400℃の低温で焼戻しを施したこと
によるものである。更に、これらには、いずれも溶接割
れ感受性に関する実施例は示されていない。
【0012】本発明は、上述の事情に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは、大入熱溶接性、溶接割
れ感受性にいずれも優れた600N/mm2 級調質型高
張力鋼及びその製造方法を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】すなわち、溶接割れ感受
性を改善するためには、 Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+N
i/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B で定義されるPcm値を低減することが有効である。溶
接割れ感受性を確保しつつ母材の強度を確保する有効な
手段としてB添加が考えられるが、溶接熱影響部の著し
い硬度上昇に伴う継手靱性の劣化が特に後述する大入熱
溶接継手において懸念される。Bを有効に活用するため
に従来しばしば添加されるTiは安定に母材性能を得る
ために添加しないことが好ましい。そこで、Ti,Bを
添加せずに溶接割れ感受性の改善と溶接継手の健全性の
確保を両立させつつ600N/mm2 級高張力鋼を得る
ためには従来の再加熱焼入れ焼戻しプロセスの適用では
適用可能な板厚範囲に制約を生じる懸念がある。
【0014】優れた大入熱溶接性を得るためには大入熱
溶接継手強度と継手靱性の確保を図らなければならな
い。大入熱溶接継手強度は従来600N/mm2 級高張
力鋼においてはCeq=C+Mn/6+Si/24+N
i/40+Cr/5+Mo/4+V/14で定義される
Ceq値を概ね0.40以上に設定することで確保され
てきた。一方、大入熱溶接継手靱性は、最も劣化が懸念
される熱影響部粗粒域について、それを再現する熱サイ
クルを施し検討した結果、Ceq値の減少が継手靱性の
改善に有効なことを明らかにした。従って従来の技術で
は600N/mm2 級高張力鋼における大入熱溶接継手
の強度と靱性の両立は困難てある。
【0015】本発明者は、大入熱溶接性および溶接割れ
感受性に優れた600N/mm2 級高張力鋼を工業的に
供給することを阻んできたこれらの課題を解決すべく鋭
意研究した結果、直接焼入れ焼戻しプロセスの適用を前
提に以下の知見を見出だした。
【0016】(1)化学成分をNb添加系とし、かつ直
接焼入れ法の採用により圧延加熱時に固溶させたNbに
よる焼入れ性向上効果を活用できる。これにより他の焼
入れ性確保のための合金元素添加量を削減できる。
【0017】(2)直接焼入れ後の焼戻し処理によりN
b炭窒化物の析出硬化を活用できる。これは焼入れ時の
冷却速度が表層側と比べて必然的に遅くなる板厚の中心
部の強度確保に有効である。即ちこれにより必要以上の
焼入れ性を確保することなく板厚中心部の強度を確保で
きる。また、大入熱溶接により熱影響部から母材部にか
けて生成する軟化域の硬度低下を抑制する効果を発現す
る。この効果は0.015%のNb添加によりCeq値
を0.04低減することに相当し、これによりCeq値
を0.40以下としても600N/mm2 級高張力鋼に
必要な継手強度を確保できる。
【0018】更に、Nb添加量が0.01%を越えれば
大入熱溶接によりボンド部の粗粒化抑制や粗粒域の領域
縮小に少なからず寄与し、また、C添加量を0.1%以
下に抑えればNb添加や増量による大入熱溶接継手靱性
の劣化を防止できる。
【0019】(3)強度を確保するための鋼板厚に応じ
た合金元素の必要添加量を把握し、かつ、大入熱溶接継
手靱性および溶接割れ感受性を阻害しないための条件を
明確にした。
【0020】(4)上記によりB添加は不要となり、む
しろ積極的に特に大入熱溶接継手の靱性を確保するため
その混入を規制する必要がある。また、Bを有効に活用
する観点からのTi添加は必須ではなく、むしろ安定に
良好な母材性能を得る上でTiは添加しないことが好ま
しい。
【0021】本発明はこれらの知見に基づいてなされた
もので、その要旨は、 (1)重量%で、C:0.06〜0.1%、Si:0.
01〜0.4%、Mn:0.5〜1.6%、Nb:0.
005〜0.05%、Al:0.005〜0.1%、
N:0.0005〜0.005%、Ti<0.005
%、B<0.0003%を含み、 Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+N
i/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5Bで
定義されるPcm値が0.20以下、かつ、Ceq=C
+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo
/4+V/14で定義されるCeq値が0.37以下で
残部が鉄および不可避不純物よりなり、大入熱溶接によ
り生成する熱影響部粗粒域の硬さが188Hv以下で引
張強さ570N/mm2 以上を有する溶接割れ感受性と
大入熱溶接継手靱性に優れた高張力鋼。
【0022】(2)上記の組成に、Cu:0.5%以
下、Ni:0.3%以下、Cr:0.6%以下、Mo:
0.3%以下、V:0.1%以下の1種または2種以上
を更に含む溶接割れ感受性と大入熱溶接継手靱性に優れ
た高張力鋼。
【0023】(3)重量%で、C:0.06〜0.1
%、Si:0.01〜0.4%、Mn:0.5〜1.6
%、Nb:0.005〜0.05%、Al:0.005
〜0.1%、N:0.0005〜0.005%、Ti<
0.005%、B<0.0003%を含み、 Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+N
i/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5Bで
定義されるPcm値が0.20以下、かつ、Ceq=C
+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo
/4+V/14で定義されるCeq値が0.37以下の
鋼を熱間圧延する際、1000℃以上1250℃以下の
温度に加熱後、熱間圧延を行い、引続きAr3変態点以
上の温度から直接焼入れし、さらにAc1変態点以下の
温度で焼戻し処理を施し、大入熱溶接により生成する熱
影響部粗粒域の硬さが188Hv以下であることを特徴
とする引張強さ570N/mm2 以上の溶接割れ感受性
と大入熱溶接継手靱性に優れた高張力鋼の製造方法。
【0024】(4)上記の組成に、Cu:0.5%以
下、Ni:0.3%以下、Cr:0.6%以下、Mo:
0.3%以下、V:0.1%以下の1種または2種以上
を更に含む溶接割れ感受性と大入熱溶接継手靱性に優れ
た高張力鋼の製造方法。
【0025】(5)Ceq=C+Mn/6+Si/24
+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14で定義さ
れるCeq値および、1000〜1250℃の温度範囲
に設定された加熱温度T(℃)を用いて、log{(N
b)×(C+12N/14)}=2.26−6770/
(T+273.15)の関係より計算される固溶Nb量
及び鋼中に添加された添加Nb量のうちのいずれか少な
い方を有効Nb量として、有効Nb、V含有量、目的と
する鋼板厚t(mm)を用いて、 625(有効Nb)+250V+210Ceq≧t+4
0 の関係を満たすことを特徴とする上述の引張強さ570
N/mm2 以上の溶接割れ感受性と大入熱溶接継手靱性
に優れた高張力鋼の製造方法。
【0026】(6)熱間圧延に際して、1050℃以下
で20%以上の累積圧下率で熱間圧延を施すことを特徴
とする上述の引張強さ570N/mm2 以上の溶接割れ
感受性と大入熱溶接継手靱性に優れた高張力鋼の製造方
法である。
【0027】
【発明の実施の形態】以下に本発明での構成要件の限定
理由等について説明する。 <C>C量0.06%未満では他の焼入れ性向上元素の
多量添加が必要となりコスト高、靱性劣化、溶接性の劣
化を招く。また、特に本発明鋼に大入熱溶接を施す場
合、C含有量が0.06%に満たないと溶接金属へのC
の希釈が少なくなり一般の溶接材料では継手強度を確保
することが困難となる。C量の上限は溶接割れ感受性の
確保のため、およびNb添加に伴う大入熱溶接継手靱性
確保のため0.1%とした。
【0028】<Si>Siは母材強度と溶接継手強度を
確保する上で有効に働くので0.01%以上添加する。
しかし、0.4%を越える添加は溶接割れ感受性と溶接
継手靱性を劣化させる。
【0029】<Mn>Mnは母材強度と溶接継手強度を
確保する上で有効に働くので0.5%以上添加する。し
かし、1.6%を越える添加は溶接割れ感受性を劣化さ
せ、必要以上の焼入れ性をもたらし母材靱性、継手靱性
を劣化させる。
【0030】<Nb>Nbは母材強度と溶接継手強度を
確保するために0.005%以上添加する。しかし、
0.05%を越える添加は、溶接継手靱性を劣化させる
傾向も認められることからNb添加量の上限を0.05
%、好ましくは0.03%とする。
【0031】<Al>Alは鋼の脱酸のため添加され、
通常0.005%以上は含有する。また、ミクロ組織の
微細化による母材靱性の確保のために0.01%添加す
る。しかし、0.1%を越えるAl添加は母材靱性を損
なう。
【0032】<N>Nは、Al,Nbなどと反応し析出
物を形成することでミクロ組織を微細化し、母材靱性を
向上させるため、および焼戻し時にNb,Vなどと反応
し析出硬化による強度確保のために添加する。
【0033】0.0005%未満の添加ではミクロ組織
の微細化および強度確保に必要な析出物が形成されず、
0.005%を越える添加はむしろ母材および大入熱溶
接継手の靱性を損なう。
【0034】<Ti,B>Tiはミクロ組織の細粒化を
通じて母材および溶接継手の靱性を改善する効果を有す
る。また、B添加鋼では、焼入れ性に有効に働くBを確
保するため積極的に添加される。しかし、本発明では溶
接熱影響部の硬化が懸念されるBを添加せずに母材強度
を確保し、特に熱影響部粗粒域の硬度低減により溶接継
手靱性を達成するため、Tiを添加する必然性はない。
むしろTi添加による母材性能の不安定さを懸念し、不
純物元素して0.005%未満に規制するが後述するN
含有量の3.4倍を下回ることが望ましい。
【0035】Bは上述の熱影響部の硬さ低減のため不純
物元素として0.0003%未満に規制しなければなら
ない。 <Cu,Ni,Cr>Cu,Ni,Crは母材および溶
接継手強度を向上させる効果を有する。Niはさらに靱
性を改善する働きを示す。しかし必要以上の添加はCe
qを増加させ大入熱溶接継手の靱性低下や製造性の劣化
を招くのでそれぞれに上限を設定した。特に、Cuの過
剰な添加は熱間圧延の低下をもたらすため0.5%以下
とする。
【0036】<Mo>Moは母材強度、継手強度を向上
させる効果を有することから選択的に添加できる。ただ
し、溶接割れ感受性と溶接継手靱性を劣化させる傾向が
認められるため、上限を0.3%とする。ただし、必要
以上の焼入れ性を確保しない様にとの配慮から上限を
0.2%とすることが好ましい。また、添加する場合の
下限は、上記の効果を発揮させるため0.02%とする
ことが好ましい。
【0037】<V>Vは母材強度と溶接継手強度を確保
する上で有効に働くので、選択的に0.01%以上添加
することが可能である。
【0038】しかし、0.1%を越える添加は溶接割れ
感受性を劣化させ、かつ母材靱性を損なう。 <P,S>P,Sは、いずれも不純物元素である。健全
な母材および溶接継手を得るためにはいずれも0.01
5%以下好ましくは0.01%以下に規制されることが
望ましい。
【0039】<Pcm>Pcmは溶接割れ感受性を表す
指数であり、通常の環境において溶接施工時の予熱を不
要にするために0.20以下に規制する。
【0040】<Ceq>Ceqは従来より良く知られて
いる炭素当量値である。厚肉材を含む従来の600N/
mm2 級高張力鋼のCeq値は概ね0.40を越えた
が、本発明では先述のようにNb添加により母材強度お
よび大入熱継手強度を確保するので0.40を越えるC
eq値は必要ではなく、むしろ大入熱溶接継手靱性を確
保するためCeq値を0.37以下に好ましくは0.3
5以下に制限する。
【0041】計算式:625(有効Nb)+250V+
210Ceq≧t+40 計算式:625(有効Nb)+250V+210Ceq
は母材の板厚1/2tにおける強度を表す指数であり、
当該業者間で一般に知られる炭素当量式(Ceq)に本
発明の要であるNb,Vの寄与を加味しさらに概ね15
〜60mmまでの板厚範囲における板厚効果を考慮して
整理した数式である。尚、板厚効果とは、熱間圧延後の
直接焼入れにより鋼板をAr3変態点以上から強制冷却
する際、板厚に応じてその冷却速度が必然的に変化し、
そのため母材強度が変化することを指す。板厚と冷却速
度の関係は両対数表示において線形な関係にあるため板
厚と強度も同様な関係にて近似できる。ここでは1/2
tにおいても600N/mm2 級耐候性高張力鋼に分類
されるJIS G3114SMA570およびJIS
G3106SM570に適合する鋼板を得ることとし、
計算式の板厚の項は工業的な簡便さを図るべく板厚15
〜60mmの1/2tの強度との相関を線形として取り
扱い、計算式:625(有効Nb)+250V+210
Ceqが板厚t(mm)に40を加えた値を上回ること
とした。
【0042】この計算式におけるNb,Vの強度上昇効
果はVの場合、V炭窒化物の析出硬化による寄与を表
し、Nbの場合はNb炭窒化物の析出硬化に加えて焼入
れ性上昇による寄与を考慮したものである。直接焼入れ
後焼戻し工程により期待されるこれらの元素の効果は、
熱間圧延前の加熱段階に於いて固溶していることが必要
である。Vは本発明の範囲において添加量全てが固溶し
得るが、Nbの場合は必ずしも全量固溶するとは限らな
い。そこで、Nbの全量固溶を確保できない場合は、l
og{(Nb)×(C+12N/14)}=2.26−
6770/(T(℃)+273.15)の関係より計算
される固溶Nb量及び鋼中に添加された添加Nb量のう
ちのいずれか少ない方を有効Nb量として、上述の計算
式を 625(有効Nb)+250V+210Ceq≧t+4
0 として、適用しなければならない。
【0043】尚、本発明が対象とする板厚範囲は概ね1
5mm〜60mmの範囲である。 <熱間圧延前の加熱温度>合金元素の均質化とNbの固
溶を図るため、加熱温度は1000℃以上に設定する必
要がある。しかし、加熱温度が1250℃を越えるとミ
クロ組織の粗大化により母材の靱性が確保されなくなる
ので上限を1250℃、好ましくは1200℃、更に好
ましくは1150℃とする。
【0044】<圧延条件>均一に加熱された本発明鋼を
熱間圧延する工程は、通常の条件に依って差し支えな
い。
【0045】母材の靱性をより安定に確保、向上させる
観点から、1050℃以下の温度域で20%以上の累積
圧下を付与することが望ましい。累積圧下を20%以上
とすることでγ粒の再結晶に伴う細粒化を達成し、母材
の靱性をより安定に確保、向上させることができる。同
じ理由から、圧延1パス毎の圧下率を5%以上、更に好
ましくは10%以上確保することが望ましい。
【0046】<直接焼入れ>熱間圧延終了後、Ar3変
態点を上回る温度の鋼板を強制冷却し焼入れ処理を施す
ことが必要である。強制冷却は水等の冷却媒体を鋼板に
均一に付与し、板厚1/2tにて少なくとも1℃/se
c以上の冷却速度を達成させなければならない。
【0047】<焼戻し温度>焼戻しは、溶接やSRによ
る性能変化に対する懸念を取り除くため実施されるが、
本発明ではNb炭窒化物の析出硬化による母材強度確保
という重要な意味を持つ。焼戻しは570℃以上で実施
しなければ上記の目的を達成できず、好ましくは600
℃以上で実施する。しかし、Ac1変態点を越える温度
で焼戻しを行うと強度の低下が著しく、600N/mm
2 級高張力鋼としての強度が確保されない。
【0048】<音響異方性>音響異方性とは、鋼材の圧
延方向に平行な方向(L方向)と垂直な方向(C方向)
との音速比で定義される。熱間圧延後に当該温度にて十
分な時間が経過した場合、鋼板は再結晶し、音響異方性
はほぼ1.000〜1.005の範囲となる。一方、低
温で圧延が終了するか比較的高温でも圧延終了後速やか
に直接焼き入れした場合、鋼板は十分に再結晶せず、音
響異方性は1.005以上の値となる。本発明のような
Nb添加鋼では再結晶温度が高く、例えば1000℃以
下で20%以上の累積圧下を加える場合には、圧延能率
を阻害する低温での圧延を実施することなく、1.01
を越える程度の音響異方性が達成され、しかも低温靱性
が改善される。図4に示すように鋼板の音響異方性が
1.01を越えると低温靱性は改善される。
【0049】
【実施例】表1に本発明の実施例に用いた鋼の化学成分
を示す。表1に示した化学成分の鋼を溶製し、鋼塊とな
し、表2に示した製造条件にて所定の板厚に熱間圧延
後、直接焼入れし、更に焼戻し処理を施し供試鋼を得
た。尚、圧延仕上温度はいずれも850℃以上であり、
焼戻し温度は580〜680℃の範囲とした。また、一
部の供試鋼を再加熱焼入れ焼戻し処理し比較例に用い
た。
【0050】全ての供試鋼の板厚中央部より、引張試験
およびシャルピー衝撃試験を圧延方向と垂直な方向にて
採取し600N/mm2 級鋼としての母材の機械的性質
を評価した。その結果を表3に示す 更に、JIS Z3158に準拠して斜めY型溶接割れ
試験を、JIS Z3101に準拠して最高硬さ試験を
それぞれ実施し、溶接割れ感受性を評価した。これらの
試験はいずれも60キロ級鋼用超低水素タイプの溶接材
料を用いて、雰囲気20℃−60%、試験片初期温度2
5℃の条件で行った。大入熱溶接継手靱性は、図1に示
した熱サイクルにより劣化が最も懸念される熱影響部粗
粒域を再現し、これについてシャルピー衝撃試験を実施
し評価した。また、いくつかの供試鋼を用いて、エレク
トロガスアーク溶接により大入熱溶接継手を作製し、継
手強度と靱性が最も懸念される切欠位置をボンド部とし
たシャルピー衝撃試験を実施し、本発明の妥当性を検証
した。
【0051】実施例No.1はA鋼による比較例であ
る。本発明の要件であるNbを含まないA鋼の計算値
(625(有効Nb)+250V+210Ceq=7
8)は供試鋼板厚(20)に40を加えた値(60)を
上回り、そのため板厚中心部の母材の引張り強さは57
0N/mm2 を越え、また靱性も良好であった。Pcm
値は0.17と低く、Y割れ試験において溶接割れは発
生しなかった。しかし、Nbを含まないため大入熱溶接
継手の強度が570N/mm2 に満たない。
【0052】実施例No.2〜10はB〜I鋼による本
発明例である。母材および再現された大入熱溶接継手の
熱影響部粗粒域の靱性は良好である。また、実際に作製
した大入熱溶接継手の性能は強度、靱性共に良好である
ことが確認された。尚、F鋼による実施例No.6,7
は適用板厚を変化させた本発明例であり、計算式(62
5(有効Nb)+250V+210Ceq)の妥当性を
示すものである。また、E鋼による実施例No.5とF
鋼によるNo.6,7の比較から、大入熱溶接継手の熱
影響部粗粒域の靱性確保の観点から、Pを0.01以下
に抑えることがより好ましいことがわかる。
【0053】実施例No.11〜14は、J,K鋼によ
る比較例である。これらの実施例はCeqが0.37を
越えるため大入熱溶接継手の熱影響部粗粒域の靱性は本
発明例に比べて劣る。尚、1000℃で加熱されたN
o.12の実施例は1100℃で加熱されたNo.11
に対して有効Nb量が減少し、その結果計算値(625
(有効Nb)+250V+210Ceq)が100に減
じたため母材強度に低下が認められる。No.13は直
接焼入れ焼戻し(DQT)プロセスに代わって再加熱焼
入れ焼戻し(QT)プロセスを適用した例であり、目標
とする母材強度が達成されない。これらはいずれも本発
明の要件である直接焼入れ焼戻しプロセスの必要性と母
材強度確保の条件を与える計算式(625(有効Nb)
+250V+210Ceq)の妥当性を示すものであ
る。
【0054】実施例No.15〜17はL,M,N鋼に
よる比較例である。これらの実施例の母材の強度、靱性
は良好であるが、Nb,B,Tiを全く添加せず母材性
能を得るためPcmは0.20を越え、Ceqは0.3
8を越える。そのため最高硬さは300Hvを越え、Y
型溶接割れ試験で割れが発生しなかったものの溶接材料
を低水素系とした場合は割れが懸念され、溶接割れ感受
性は良好とはいえない。また、大入熱溶接継手の熱影響
部粗粒域の靱性は本発明例に比べて劣る。
【0055】実施例No.18は本発明の特徴であるN
bを用いずにBを活用し低Pcm化と低Ceq化を図っ
たO鋼による比較例である。溶接割れ感受性は良好であ
ったが、Ceqが0.37以下であるにも拘わらず大入
熱溶接継手の熱影響部粗粒域の靱性は本発明例に比べて
劣る。
【0056】
【表1】
【0057】
【表2】
【0058】
【表3】
【0059】次に、鋼番5E,8Gについて音響異方性
とvTsとの関係を調べた。その結果を表4に示すと共
に図4に示す。この結果から、音響異方性が1.01〜
1.035の範囲のものがvTsが低いことがわかる。
【0060】
【表4】
【0061】
【発明の効果】以上のように、本発明により、溶接割れ
感受性と大入熱溶接継手靱性に優れた600N/mm2
級高張力鋼およびその製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】大入熱溶接継手熱影響部粗粒域の靱性評価のシ
ミュレーションに用いた熱サイクルを示した図。
【図2】再現された熱影響部粗粒域の硬さと靱性の関係
を示した図。
【図3】炭素当量(Ceq)値と再現された熱影響部粗
粒域の硬さの関係を示した図。
【図4】vTs(℃)と音響異方性との関係を示した
図。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、C:0.06〜0.1%、S
    i:0.01〜0.4%、Mn:0.5〜1.6%、N
    b:0.005〜0.05%、Al:0.005〜0.
    1%、N:0.0005〜0.005%、Ti<0.0
    05%、B<0.0003%を含み、 Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+N
    i/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5Bで
    定義されるPcm値が0.20以下、かつ、Ceq=C
    +Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo
    /4+V/14で定義されるCeq値が0.37以下で
    残部が鉄および不可避不純物よりなり、大入熱溶接によ
    り生成する熱影響部粗粒域の硬さが188Hv以下で引
    張強さ570N/mm2 以上を有する溶接割れ感受性と
    大入熱溶接継手靱性に優れた高張力鋼。
  2. 【請求項2】 Cu:0.5%以下、Ni:0.3%以
    下、Cr:0.6%以下、Mo:0.3%以下、V:
    0.1%以下の1種または2種以上を更に含む請求項1
    に記載の溶接割れ感受性と大入熱溶接継手靱性に優れた
    高張力鋼。
  3. 【請求項3】 重量%で、C:0.06〜0.1%、S
    i:0.01〜0.4%、Mn:0.5〜1.6%、N
    b:0.005〜0.05%、Al:0.005〜0.
    1%、N:0.0005〜0.005%、Ti<0.0
    05%、B<0.0003%を含み、 Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+N
    i/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5Bで
    定義されるPcm値が0.20以下、かつ、Ceq=C
    +Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo
    /4+V/14で定義されるCeq値が0.37以下の
    鋼を熱間圧延する際、1000℃以上1250℃以下の
    温度に加熱後、熱間圧延を行い、引続きAr3変態点以
    上の温度から直接焼入れし、さらにAc1変態点以下の
    温度で焼戻し処理を施し、大入熱溶接により生成する熱
    影響部粗粒域の硬さが188Hv以下であることを特徴
    とする引張強さ570N/mm2 以上の溶接割れ感受性
    と大入熱溶接継手靱性に優れた高張力鋼の製造方法。
  4. 【請求項4】 Cu:0.5%以下、Ni:0.3%以
    下、Cr:0.6%以下、Mo:0.3%以下、V:
    0.1%以下の1種または2種以上を更に含む請求項3
    に記載の溶接割れ感受性と大入熱溶接継手靱性に優れた
    高張力鋼の製造方法。
  5. 【請求項5】 Ceq=C+Mn/6+Si/24+N
    i/40+Cr/5+Mo/4+V/14で定義される
    Ceq値および、1000〜1250℃の温度範囲に設
    定された加熱温度T(℃)を用いて、log{(Nb)
    ×(C+12N/14)}=2.26−6770/(T
    +273.15)の関係より計算される固溶Nb量及び
    鋼中に添加された添加Nb量のうちのいずれか少ない方
    を有効Nb量として、有効Nb、V含有量、目的とする
    鋼板厚t(mm)を用いて、 625(有効Nb)+250V+210Ceq≧t+4
    0 の関係を満たすことを特徴とする請求項3または4に記
    載の引張強さ570N/mm2 以上の溶接割れ感受性と
    大入熱溶接継手靱性に優れた高張力鋼の製造方法。
  6. 【請求項6】 熱間圧延に際して、1050℃以下で2
    0%以上の累積圧下率で熱間圧延を施すことを特徴とす
    る請求項3乃至5のいずれか1に記載の引張強さ570
    N/mm2 以上の溶接割れ感受性と大入熱溶接継手靱性
    に優れた高張力鋼の製造方法。
JP9128688A 1996-06-21 1997-05-19 溶接割れ感受性と大入熱溶接継手靱性に優れた600N/mm2 級高張力鋼およびその製造方法 Pending JPH1068045A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100431610B1 (ko) * 1999-12-27 2004-05-17 주식회사 포스코 초대 입열 용접부 충격인성이 우수한 조선용 탄소강 및 그 제조 방법
KR100489024B1 (ko) * 2000-11-27 2005-05-11 주식회사 포스코 재결정제어압연에 의한 용접구조용 강재의 제조방법
CN102383057A (zh) * 2011-10-26 2012-03-21 中国石油集团渤海石油装备制造有限公司 耐低温k60管线钢及其所制弯管和弯管的制作方法
CN103361554A (zh) * 2012-03-29 2013-10-23 株式会社神户制钢所 弯曲加工性、冲击特性和拉伸特性优异的钢板及其制造方法
CN105063509A (zh) * 2015-07-27 2015-11-18 武汉钢铁(集团)公司 屈服强度500MPa级桥梁用结构钢及其生产方法

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