JPS61235515A - 溶接熱影響部の応力除去焼鈍後の粒界脆化防止法 - Google Patents

溶接熱影響部の応力除去焼鈍後の粒界脆化防止法

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JPS61235515A
JPS61235515A JP7806585A JP7806585A JPS61235515A JP S61235515 A JPS61235515 A JP S61235515A JP 7806585 A JP7806585 A JP 7806585A JP 7806585 A JP7806585 A JP 7806585A JP S61235515 A JPS61235515 A JP S61235515A
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JP
Japan
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grain boundary
welding
steel
boundary embrittlement
stress relief
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Application number
JP7806585A
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English (en)
Inventor
Kazunari Yamato
山戸 一成
Tetsujiro Takeda
武田 鉄治郎
Ken Kanetani
金谷 研
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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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、応力除去焼鈍後の鋼の溶接熱影響部の粒界脆
化防止法に関するものである。
(従来技術および問題点) 最近は溶接構造物が大型化してきて、その安全性確保の
ために、溶接部の残留応力除去焼鈍(8R)が実施され
る場合が多い。寸法精度の維持のために、焼鈍後の冷却
は徐冷になる。このとき鋼材、溶接法によっては、溶接
熱影響部(HAZ )にシャルピー衝撃試験などにより
わかる粒界脆化が起る。
この問題は、たとえば鉄と鋼、第64・年(1978°
年)第2号197B −A 65  にみられるように
8R脆化と呼ばれており、その解決手段として決定的な
ものが従来はみられなかった。即ち、このような応力除
去焼鈍によるHAZの粒界脆化は、HAZの組織に強く
依存するもので、急熱急冷の溶接熱サイクルを受けるこ
とにより、鋼材はマルテンサイト、べイナイトなどの焼
入組織になると、SR後粒界脆化が起り易くなる。
即ち、HAZの組織が、マルテンサイトに近い程粒界脆
化を起す傾向を示す。従って、SR後の粒界脆化の防止
は、HAZの組織を制御することで可能である。しかし
ながら、このような問題に対処するための従来の手段と
しては、鋼材の成分を調整して、耐8R脆化特性をもた
せるようにした、たとえば特公昭56−31350号公
報記載の技術などがおるが、十分にSR脆化を防止でき
るものでなく、また鋼材に要求される種々の性能を、同
時に満すことはかなりむずかしいのが実情であった。
(問題を解決するだめの手段) そこで本発明者らは種々検討の結果、鋼の化学組成を、
SR脆化の支配因子のひとつであるP含有量の範囲と、
C+81 / 24+Mn/ 6 +Ni /番O十C
r / 5+Mo/ 4+V/ 14 (=C6q、)
との関連で制限し、さらに、溶接条件の変化に伴なう組
織の変化を考慮に入れて、溶接後のボンド部の冷却条件
を制限することによって、I(AZに耐8R脆化特性を
付与せしめることが可能であるとの結論に達し、本発明
をなしたものである。
(発明の構成・作用) 本発明は前記の知見にもとすいてなされたものであって
、その要旨とするところは重量%C:0.04〜0.4
0 % 、 131 : 0.10〜0.100− M
n :0.50〜3.00 %を含み、さらにCr :
 0.05〜3.00%、Ni:0゜05〜6.00%
、 MO,: 0.05〜1.00 %。
V : 0.005〜0.100− Ti : 0.0
1〜1.00 % 。
Nb : 0.005〜0.10%、B : o、oo
o5〜0.0030% 、 Cu : 0,05〜1.
00%、 Affi : O,OIQ 〜0.100−
のうちの1種又は2s以上を含有し、残部Feおよび不
可避不純物よシなる鋼において、P :O,O:L5チ
以上の場合はCeq、≦0.43 、 P : o、o
x5%未満の場合はCaq、≦0.45、但し、””q
、= C+81/24十Mn/6 +Ni/40 +C
r15 +Mo/番+v/14を満足せしめると共に、
溶接終了後のボンド部の冷却過程で、800℃から5o
oclでの温度域を11秒以上で冷却することを特徴と
する溶接熱影響部の応力除去焼鈍後の粒界脆化防止法に
ある。
以下に本発明の詳細な説明する。
まず、本発明において対象とする鋼は、C:0.04〜
0.4 o%、 st : 0.10〜0.3 o%、
 Mn: O,5O〜3. OO%を基本成分とし、こ
れに阻。
Cr、Mo、v、Nb、Ti、B、Cu、 A1めうち
1種又は2種以上を含有せしめたものであるが、このよ
うな鋼を対象とする理由は、かかる鋼材が強度50Kp
f/−〜80Kff/−の溶接構造用鋼として、広く一
般に用いられておりながら、溶接後行なわれる応力除去
焼鈍の際、発生する溶接熱影響部の粒界脆化の問題が、
未だに大きくとシあげられており、その解決が望まれて
いるからでおる。
次に、本発明において対象とする鋼の成分範囲の限定理
由について述べる。
まずCは強度確保のため必須であるが、0.04−未満
では強度確保はむずかしい。また、0.40%を超えて
含有すると、溶接性確保がむずかしくなるので、C量は
0.04〜0.40%とした。
Slは脱酸の作用があり、0.10%未満では脱酸不十
分になり、o、 3 o %を超えると鋼の靭性を低下
させるようになるので、Si量はo、1o%〜0:50
−とした。Mnは0.50%未満では強度確保はむずか
しく、3.001%を超え゛ると次第に靭性が劣化して
くるので、Mn量は0.50%〜3.00%とした。
以上が本発明が対象とする鋼の基本成分系であるが、こ
の他固溶効果あるいは細粒化効果を利用して、鋼の強度
を向上させるために、Cu 、 Ni 。
Cr、Mo、v、Nb、Ti、B、Mの1種又は2種以
上を含有させるものである。
まずCuは0.05%未満では強度上昇はむずかしく、
x、oo%を超えて含有させると熱間脆性を示すように
なるので、Cuは0.05%〜x、oo%とじた。N1
はo、os%未満では強度上昇はむずかしく、添加量と
ともに強度は上昇するが、6.00%を超えると溶接性
を劣化させるので、N1は0.05%〜6.00チとし
た。Crは0.05チ未満では強度上昇はむずかしく、
3.00%を超えると溶接性、靭性を劣化させるので、
Crは0.05%〜3.OO%とした。
Moは0.05%未満では強度上昇はむずかしく、1.
 OO%を超えると溶接性、靭性を劣化させるので、M
oはo、osalb 〜1.00%とした。■は0.0
05−未満では強度上昇はむずかしく、0.10%を超
えると溶接性、靭性を劣化させるのでVは0.005%
〜0.1Q%とした。Nbはo、 o O5elk 未
満では強度上昇はむずかしく、O,l O%を超えると
溶接性、靭性を劣化させるのでNbはo、ooa%〜0
.10チとした。T1は0,01チ未満であると強度上
昇はむずかしく、1.00%を超えると靭性を劣化させ
るのでT1は0.01チ〜1.00%とした。
Bは焼入性を増大させて強度上昇をもたらすが、o、 
o o o s 4未満であると強度上昇はむずかしく
、o、 o O30Toを超えると靭性が劣化するよう
になるので、Bはo、o o o 5% 〜o、o 0
3 o%とした。
最後にMは窒素を固定しAINとなり、粒成長を抑え細
粒化をもたらし強度の上昇をはかるが、0.010−未
満の場合には、強度上昇に対する効果は十分でなく、0
、xoo%を超えると靭性劣化が大きいので、Mは0.
0 I OチルO,l OO%とした。
次に本発明においては、対象とする以上のような成分の
鋼において、Pの含有水準に応じて、一般に広くかたさ
を推定する際に用いられるJI8G3106−1977
に規定されている次式0式% Mo/4 +V/14の範囲を制限したところに、重要
な骨子のひとつがある。
即ち、本発明においては、対象とする鋼のPの含有水準
が、0.0154以上の場合はCeq、≦0.43.0
、015−未満の場合はCeq、≦0.45となるよう
に鋼材成分の選択を行なうものである。P含有量は粒界
脆化支配因子のひとつとして重要なものであり、このよ
うな見地から、Pに関する規定を設けたものである。即
ち、旧オーステナイト粒界にPが偏析することが8R脆
化の原因のひとつとなることがあり、Pの含有量が低け
れば、SR後の脆化が起りにくいことになる。
この場合、P含有量がo、 Ol 5%以上のときには
、Ceq、値が0.43以下でなければSR後に粒界脆
化が明瞭にあられれる。従って、P含有量がo、 O1
5To以上のときには、Ceq、値は0.43以下なけ
ればならない。なお、Pの上限については、P含有量が
高くなるにつれて、次第に靭性は劣化してくるので、o
、 025 g4以下が望ましい。またP含有量がo、
o15t41000きは、P量が少ないふんだけCeq
、値は高くまで許容され、O,’45以下ならSR後の
粒界脆化はあられれなくなる。
このことは、他の条件が同じであれば、Ceq、値が大
なるほどHAZの組織はマルテンサイトに近くなり、S
Rにより粒界脆化を起しやすくなることを意味する。ま
た、溶接入熱が小なるほど、即ち、溶接部の冷却時間が
小なるほど、他の条件が全て同一であれば、HAZの組
織はマルテンサイトに近くなり、SR後に粒界脆化を起
しやすくなる。
従って、SRによる粒界脆化を防止するためには、鋼の
化学組成の制限のみでなく、溶接条件についても制限を
加える必要がある。即ち、溶接終了後のボンド部の冷却
過程で、800℃から500℃までの冷却時間を11秒
以上にすることにより、前記Ceq、値およびP含有量
であれば、SR後のHAZの粒界脆化を防止できる。
まず、溶接条件をボンド部で規定したのは以下のような
理由による。即ちボンドはHAZのうちで、最も高温に
加熱されるところで、旧γ粒径が最も 。
大きく成長し、溶接後の冷却によってマルテンサイトに
近い組織になり易いところで、その結果SR後の靭性劣
化が最も大きくあられれるところだからである。
次に、冷却過程でaOO℃から500℃までの温度域を
規定した理由は、一般に、オーステナイトになる高温に
加熱後、冷却によって最終的に室温で得られる組織は、
冷却途中の変態点を通過することにより、オーステナイ
トからマルテンサイト、ベイナイト、フェライトなどに
なるが、これらの組織は、800℃から500℃までの
温度域の冷却時間によって、殆んどが決ってしまうから
である。
さらに、前記温度域を冷却するときの時間を、11秒以
上と規定した理由は、ボンド部の組織は、800℃から
500℃までの温度域の冷却時間が短いほど、焼きが入
った組織になる傾向を有し、前記温度域の冷却時間が1
1秒未満であると、マルテンサイトに近い組織になり、
SR後の靭性劣化がきわめて大となるからである。
この冷却時間の制御は、溶接入熱量を変化させることに
よって可能であり、溶接入熱量を大にすれば、冷却時間
を大にすることができる。また、別の制御法として、溶
接する前に、一般に行なわれている予熱を行なってもよ
い。即ち予熱温度を高くするほど、溶接後のボンド部の
冷却時間が大きくなる傾向になる。
(実施例) 第1表に、5oKp高周波真空溶解炉により50KP鋼
塊に溶製した供試鋼の化学組成を示す。これらの鋼塊は
、熱間圧延により20闘厚の鋼板にしたのち、熱処理と
して900℃で30分保持して、室温まで空冷する規準
を行なった。
次に、第1図に示す開先形状をもつ試験体を2組製作し
、軟鋼用イルミナイト系溶接棒1.Tl8D4301、
棒径4uφにより多層盛を行なった。
このとき、溶接入熱は20 KJ/11.30 KJ/
儒 の2種とした。図中1=20藺、t =1.51L
l、α=270である。
なお、溶接入熱量q (、T/備)、は電流I (A)
、電圧R(V)、溶接速度v(cm/ win、 )に
よりQ = 60關g/Vであられされる。入熱量20
 KJ/cmのときの溶接条件は、電流は170A、電
圧は24V、溶接速度は12.2 an/ min、、
また入熱量30 KJ10y+  のときの溶接条件は
、電流は190A、電圧は24V、溶接速度は9.1 
cm/ min、とじた。
第2図に、ボンド部の溶接後の800℃から500℃ま
での冷却時間を測定するためのボンドへの白金−白金・
ロジウム熱電対2の挿入要領を示す。図において、lは
溶接金属、3は被溶接鋼材を示す。なお、これらの溶接
継手を作成するときの予熱温度は、全て20℃とした。
ボンドの溶接後の800℃から500℃までの冷却時間
は、熱電対によシ測定した結果、20KJ/csの溶接
入熱量のときには、9秒、30にηiのときには12秒
であった。
各供試鋼について、溶接入熱t20 KJ/cm 、 
30KJ/mの2条件について、1体ずつ溶接継手を作
成し、さらK、溶接継手全体を、600℃で3時間保持
後、55℃/h の冷却速度により、室温まで冷却する
SR処理を施した。
以上のような処理を施した溶接継手から、第3図に示す
要領で、t =0.5 Mの位置から、W;10關、1
=55mの2 gm Vノツチシャルピー衝撃試験片番
を、15本ずつ採取し、シャルピー衝撃試験を行ない、
脆性破面が90%以上を示す試験片の破面を、走査型電
顕により観察を行ない、粒界破面があるか否か、即ち粒
界脆化の有無の観察を行なった。
なお、2!+uvノツチ5はボンドと一致するように、
機械加工により板面と垂直方向に付与した。
第2表に、本発明法と従来法を比較して、粒界脆化が起
るか否かを示した。その結果、本発明法はSR時の粒界
脆化の防止に極めて著しい効果を有することがわかる。
第2表 第 2 表 (つづき) (発明の効果) 以上の実施例に示したように、本発明法によれば、従来
は防止がむずかしかった応力除去焼鈍後のHAZの粒界
脆化を防止できるものであり、その産業上の効果は著し
いものがある。
【図面の簡単な説明】
第1図は溶接継手の開先形状の説明図、第2図は溶接後
のボンドの冷却時間を測定するための熱電対挿入要領を
示す説明図、第3図は2.Vノツチシャルピー衝撃試験
片採取要領およびノツチ位置を示す説明図である。 1・・・溶接金属、     2・・・熱電対、3・・
・被溶接鋼材、   4・・・衝撃試験片、5・・・ノ
ツチ。 第1図 τ 382図 第3図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 重量%C:0.04〜0.40%、Si:0.10〜0
    .30%、 Mn:0.50〜3.00%を含み、 さらにNi:0.05〜6.00%、Cr:0.05〜
    3.00%、Mo:0.05〜1.00%、V:0.0
    05〜0.10%、Ti:0.01〜1.00%、Nb
    :0.005〜0.10%、B:0.0005〜0.0
    030%、Cu:0.05〜1.00%、Al:0.0
    10〜0.100%のうちの1種又は2種以上を有し、
    残部Feおよび不可避不純物よりなる鋼において、P:
    0.015%以上の場合はCeq.≦0.43、P:0
    .015%未満の場合はCeq.≦0.45、但し、C
    eq.=C+Si/24+Mn/6+Ni/40+Cr
    /5+Mo/4+V/14、を満足せしめると共に、溶
    接終了後のボンド部の冷却過程で、800℃から500
    ℃までの温度域を11秒以上で冷却することを特徴とす
    る溶接熱影響部の応力除去焼鈍後の粒界脆化防止法。
JP7806585A 1985-04-12 1985-04-12 溶接熱影響部の応力除去焼鈍後の粒界脆化防止法 Pending JPS61235515A (ja)

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4977847A (ja) * 1972-11-29 1974-07-26
JPS5015221A (ja) * 1973-05-09 1975-02-18
JPS58177415A (ja) * 1982-04-10 1983-10-18 Nippon Steel Corp 溶接構造用鋼の溶接熱影響部の靭性改善方法

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