JPS5852460A

JPS5852460A - 耐候性・溶接性に優れた高強度クロム鋼

Info

Publication number: JPS5852460A
Application number: JP15057081A
Authority: JP
Inventors: Sadao Hamanaka; 浜中　禎雄; Minoru Miura; 実三浦; Yasuji Yonesaka; 米阪　保次
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1981-09-25
Filing date: 1981-09-25
Publication date: 1983-03-28

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】本発明は、耐候性・溶接性に優れた高強度クロム鋼、特
に母材部の安定した高強度と溶接まで溶接部の高靭性と
を示す１０〜１ａ５％クロム鋼に関する。

クロム鋼としては各種のものがこれまでにも知られてい
るが、一般に溶接性が悪いため、工具鋼あるいは軸受鋼
として利用されることが多く、構造用鋼としてはほとん
ど利用されていなかった。

しかしながら、クロム鋼はその性質上すぐれた耐候性を
示すため、構造用溝として利用できれば、価格が比較的
安価であるということと相俟って、多くの需要が期待さ
れる。そのだめ、クロム鋼の溶接性、特に熱影響部（ｈ
ｅａｔ　ａｆｆｅｃｔｅｄ　ＺＯｎｅ１以下、）ＩＡＺ
と略記する）の靭性改善のためのいくつかの提案がなさ
れている。

例えば、特公昭５１−１８４６８号および「製鉄研究」
第２９２号、１９７７年、２１頁〜２８頁には、１０〜
１８％Ｃｒマルテンサイトステンレス鋼について、（Ｃ
＋Ｎ）含有量を下げ、溶接部の延性、靭性を向上させる
とともに、Ｎｉを３４％まで加えてさらに靭性の向上を
図ることが開示されている。また、特開昭５５−２１５
６６号および［川崎製鉄技報ｊ　Ｖｏｌ、　１１４２．
１５９〜１６７頁には、（Ｃ＋Ｎ）含有量を下げただけ
では溶接部の靭性は必ずしも良好とはならず、またＮｉ
の存在によってむしろ酸洗時の水素吸収に起因する材料
の劣化が促進されるとの認識の下に、（Ｃ＋Ｎ）含有量
を００２％以下に、そして不純物としてのＮｉ量を０１
％未満に制限したクロム鋼が開示されている。

しかしながら、本発明者らの知見によれば溶接ままで良
好なＨＡＺ靭性を得ることが溶接構造用鋼として重要で
あるにもかかわらず、従来技術のように単に低炭素、低
窒素とするのみでは充分な靭性を得ることができなかっ
た。

さらに、構造用鋼として重要な点は、良好なＨＡＺ靭性
を維持しつつ、加円、−の良好な高強度鋼を安定して製
造し得ることであるが、従来技術で得られた鋼では焼鈍
後の強度が急激に低下するため、所望のレベルの高強度
鋼を安定して製造することが困難である。

ここに、本発明者らは、かかる従来技術の問題点を解決
するため、永年にわたって研究・開発を行なってきたと
ころ、Ｎ　ｈ　＋　Ｖ　、Ｔ　ｉを１種または２橿以上
適量添加することによ多安定し丸焼鈍特性を示すことを
見出し、さらに製品鋼中の酸素量を厳しく制限し、かつ
上記のように、Ｎｂ、Ｖ。

Ｔｉのｌａｌまたは２′８１以上を適１１に＆加するこ
とによ多安定した高強度を得ると同時に優れたＨＡＺ特
性を示すことを見出して、本発明を完成した。

かくして、本発明は重量で、Ｃ：００８％以下、　　Ｓｉ：１０％以下、Ｍｎ５４０
％以下、　　　Ｃｒ：１０〜１ａ５％Ｎｉ　：０１％未
満、　　Ｃｕ：１０％以下、Ｎ　：００２％以下、　０
　　：（１００７％以下、かつＮｂ：０００５％以１上
、００５％未満、■＝００２〜０１％およびＴｉ：α０
０５〜α０５％の１橿または２橿以上を含有し、さらに
下記式で表わされるＣｒ当量が１α５％以下であり、Ｃ
ｒ当量＝　％　Ｃｒ十０４％Ｓｉ＋２ｘ％Ｔｉ÷ＺＶｔ
α５ｘ％Ｎｂ−２７ｘ％Ｃ−０４×％Ｍｎ−１４Ｘ％Ｎ
１−０５　Ｘ％Ｃｕ　−８５Ｘ％Ｎ残部は鉄および不可
避的不純物から成る、耐候性に優れた高強度・高溶接性
クロム鋼である。

本発明において、上記のように鋼組成範囲を限定した理
由は次の通りである。

Ｃ：高クロム鋼において炭素は母材部の強度を上げる元
素として有効であるが、反面、ＨＡＺの硬さを上昇させ
ると同時にＨＡＺ靭性を低下させる。

また、溶接部の低温割れ感受性は炭素量の増加により増
大するため、溶接性、溶接部性能の点から上限をα０８
％とした。

Ｓｉ：Ｓｉは脱酸元素として製鋼技術上有効な元素であ
るが、１０％を越えるとＨＡＺ靭性が低下し、また、圧
延後の焼鈍時に部分的に生成するフェライト粒を粗大化
させて靭性を低下させる。したがって、本発明ではＳｔ
の上限を１０％とする。

トＭｎ：Ｍｎは高温でのオーステナイト化＠度域を拡大し
、ＨＡＺ組織をマルテンサイト化する。したがって、）
ＩＡＺ靭性に有害なフェライトの生成を防止するのに有
効であるが、過剰に添加すると、マルテンサイト組織が
脆化し、さらにＨＡＺ内でオーステナイトが未変態のま
ま残留するため、靭性を低下させる。この理由から、Ｍ
ｎの上限を４％とした。

Ｃｒ：Ｃｒは本＠明鋼の主目的の一つである耐候性に極
めて有効な元素であり、特に海水が飛散する環境での耐
候性は、１０％以上のＣｒ添加で飛躍的に向上し、１４
５％以上になるとその効果は飽和する。また、過剰に添
加すると、高温でのオーステナイト化温度域を狭め、特
にＨＡＺにおける組織が粗大なフェライト粒を含むよう
になる結果、ＨＡｚ靭性が著しく低下する。このため、
以下に詳述するようにＣｒ当量を１α５％以下に制限す
る必要があり、この点からもＣｒの上限を１ａ５％とし
た。

Ｎｉ　　：Ｎｉ　Ｖｉｌ（Ａ７．Ｉ１１織ヲマルテンサ
イトニ安定させる元素として有効であるが、Ｎｉを添加
すると、鋼板製造時の酸洗工程で孔食を発生し易くなシ
、表面肌が荒れるため、Ｎｉは可及的に少ない方がよく
、許容含有量を（１１％未満とした。

０：酸素は製鋼過程で必然的に含有される元素であるが
、ＱＯＯ７％を越えると、）ＩＡＺ靭性が著しく低下す
る。また、酸素含有量が＾くなると、非金属介在物が多
くなシ、圧延材の表面疵が増加すると共に、圧延材をセ
ン断加工する際に非金属介在物を起点とした２枚割れ欠
陥が発生する原因となる。これらの点から、本発明にあ
っては、酸素をＱ００７％以下に厳しく制限する。

ＣＵ：（：ＵはＮｉ　　と同様に高温でのオーステナイ
ト生成温度域を拡大し、）ＩＡＺ靭性向上に有効なマル
テンサイト形成を有利に進める。しかし、過剰に添加す
ると、高温において粒界割れを生じ易くなり、熱間加工
性を低下させるばかりでなく、ＨＡＺの高温割れも発生
し易くなる。したがって、これらの点から、本発明で仲
Ｃｕの上限をＬＯＬｙ。

とした。

Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ　　：これらの元素はいずれも窒化物お
よび炭化物の生成元素であシ、適量添加すると、高温で
これらの炭化物および窒化物が一部固溶し、冷却過程で
微細に析出する。このため熱間圧延材はかかる微細析出
物によシ軟化抵抗性が飛躍的に向上し、再結晶温度以上
での焼鈍を行なった後でも容易に高強友を維持すること
がｏ）能となる。また、これらの元素を添加しない鋼材
に比べて、靭性に有害なＣｒ、Ｎの析出が減少するため
、ＨＡＺ靭性が向上する。過剰のＮｂは焼鈍中に金属間
化合物の生成を生じ、靭性を低下させるので、その添加
量を０００５％以上、Ｑ０５％未満とした。

また、過剰のＴｉは、ＨＡＺにおいて析出するＴｉＮの
粗大化を生じ、やはシ靭性を低下させるので、Ｔｉの添
加量を（１００５〜００５％とした。

過剰のＶｔｉ延性の低下をもたらし、曲げ性能を低下さ
せるため、■の添加量はα０２〜０１％とした。

Ｎ：ＮはＣと同様にＨＡＺの硬さを高め、割れ感受性を
上昇させるので、その上限を００２％とした。

その他の元素：ＰおよびＳは靭性を低下させるため低い
ほど望ましい。一般にはＰおよびＳはそれぞれ００４％
以下および００８％以下であればよいが、特に望ましく
はそれぞれ００８％以下および（１０１％以下に制限す
る。Ａｔは脱陵元素として有効な元素であシ、酸素が０
００７％以下となるように添加するのが望ましく、残存
するｈｌ量としては０００８〜ｔｌ１％が望ましいが、
これらは特に制限的なものではない。

Ｃｒ当ｔ：ｃｒ当量は下記式で現定される。

Ｃｒ当ｔ＝％ｃｒ＋−（ｉ４ｘ％Ｓ　ｉ　＋２Ｘ％Ｔ　
ｉ　＋−％Ｖ＋ｃｔ５Ｘ％Ｎｂ−２７Ｘ％Ｃ−０４Ｘ％
Ｍｎ−１４×％Ｎ１−Ｑ５Ｘ％Ｃｕ−８５Ｘ％Ｎ１０〜
１ａ５％のＣｒを含有する鋼では、他の成分の含有量を
変化させることにより、その組織をフェライト単相から
フェライト・マルテンサイト混合組織、さらにマルテン
サイト単相へとコントロールすることかり能である。特
にＨＡＺの靭性は、成分、すなわち組織により犬きく変
化し、ＨＡＺに存在するフェライトは靭性を低下させる
ため、マルテンサイト単相となるように組織をコントロ
ールすることが必要である。上記の式で規足されるＣｒ
当ｔがＩＱ５％以下であると、ＨＡＺ組域ハラルテンサ
イト単相となり、そのためＨＡＺ靭性が向上するので、
本発明にあってはＣｒ当竜の上限を１０５％とした。

次に実施例に関連させて本発明をさらに説明する。

実施例１第１表に示す鋼組成を有する供試鋼を容ｔ１７−の小型
高周波真空溶解炉で溶解し、次いで熱間鍛造および熱間
圧延を施して板厚を８Ｉｌｌとした後、軟化焼鈍および
酸洗処理を施しだ。次いで、圧延方向に沿って切り出し
た試験片について溶接性を１ｆｆｌｄｆｉＬだ。溶接試
験は、し型開先突合せ部を芯線直径Ｌ６−の８０９型溶
接棒を使ってＭＩＧ溶接することにより行なった。試験
結果を第１表にまとめて示す。

第１表に示す結果からもわかるように、本発明の範囲内
の鋼はいずれも満足のゆく結果を与えるが、比較鋼では
、たとえば供試′ｌ１ｆ４４７〜洗８のように、特にＣ
ｒ当菫が１０５％以下でないときには靭性がかなり低下
するのがわかる。また供試銅属９のようにＮｉ含童が０
８４％と比較的多いときには、ＨＡｚ靭性はかなシ改善
されるものの、酸洗後の表面肌荒れが著しい。供試銅属
１０および高１１ではそれぞれ酸素含量および窒素含量
が本発明の範囲を越えているが、その場合にはいずれも
ＨＡＺ靭性に改善は見られない。供試ｉ＠Ａ１２ではＶ
が本発明で制限する量を越えて添加されているが、１８
０度密着曲げ試験で割れが発生しており、母材の延性が
低下しているのがわかる。

実施例２本例では実施例１をくり返したが、本例の場合、第２表
に示す組成の基準材質のものについて、Ｎｂ。

■およびＴｉの各添加量を変えて、得られた鋼の軟化焼
鈍後の降伏強さくＫｆｆ／−バ引張強さく匂ｆ／−）お
よびＨＡＺ靭性等の機械的性質を試験した。

結果を第８表にまとめて示す。

第８表に示した結果からもわかるように、Ｎｂ。

■およびＴｉ　はいずれもそれらの添加によって機械的
強度および靭性を向上させる効果を示す。

Ｎｂの場合、００６％以上添加すると効果は飽和しでし
まい、むしろ）ＬＡＺ靭性が低下する。、ｖでも０１％
を越えると同様の傾向が見られる。一方、Ｔｉの場合に
は、００５％を越えるとその傾向が著しくなる。

実施例８本例は酸素のＨＡＺ部の靭性に及ぼす影響をみるために
行なった。第４表に示す組成範囲内で酸素含有量を１々
変えた以外は実施例１を繰シ返えした。２■ｌｖノツチ
付Ａサブサイズの衝撃試験片を作成して、ＨＡＺ靭性を
評価した。結果を添付図面にグラフにまとめて示す。な
お、吸収エネルギーは評準試験片の場合に換算した値で
ある。

番付図面に示すグラフからも明らかなように、酸素含量
を０００７％以下とすることＫよって、ＨＡＺｖＪ性が
著しく改善されるのが分かる。

第４表Ｃｒ当量≦１０５（％）

【図面の簡単な説明】

添付図面は一８０℃における酸素のＨＡＺ部靭性に及ぼ
す影響を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】重量で、Ｃ：００８％以下、　　ｓｔ：Ｌｏ９６以下、Ｍｎ：４
０％以下、　　　Ｃｒ　：　１０〜１ａ５％Ｎ１　：α
１％未満、　　　Ｃｕ：ＬＯ％以下、Ｎ　　：（Ｌ０２
％以下、　　０　：αｏｏｒｚ以下、かつＮｂ：α００
５％以上、α０５％未満、７２００２〜０１％およびＴ
１：α００５〜α０６％の１種または２種以上を含有し
、さらに下記式で表わされるＣｒ当量が１０５％以下で
あシ、Ｃｒ当量＝％Ｃｒ＋α４Ｘ％Ｓ　ｉ　＋２Ｘ％Ｔ
　ｉ÷％Ｖ＋α６×％Ｎｂ−Ｎｂ−２７ｘ９α４×％Ｍ
ｎ−Ｌ４ｘ％Ｎｉ−α５Ｘ％Ｃｕ−８５Ｘ％Ｎ残部は鉄
および不可避的不純物から成る、耐候性溶接性に優れた
高強度クロム鋼。