JP4041447B2 - 大入熱溶接継手靭性に優れた厚鋼板 - Google Patents
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C(炭素)は母材の強度確保に必要な元素であり、少なくとも0.01%必要とする。また上述の通り、C量を高めると、粒内ベイナイトの生成が促進されるので、C量は0.11%以上とするのがよく、より好ましくは0.13%以上である。一方、C量が過剰になると、耐溶接割れ性およびHAZ靭性が劣化するので0.20%以下に抑える。HAZ靭性をより高める観点からは、C量を0.18%以下に抑えることが好ましい。
Siは予備脱酸剤として有用な元素であるが、過剰に含まれると、母材靭性とHAZ靭性がともに低下する。よってSi量の上限を0.5%とする。好ましくは0.3%以下であり、より好ましくは0.15%以下である。
Mnは、焼入れ性を改善する作用を有するとともに、粒内ベイナイトの生成を促進してHAZ靭性を改善する効果も有する。この様な効果を有効に発揮させるには、1.1%以上含有させるのがよく、好ましくは1.3%以上、より好ましくは1.5%以上である。一方、過剰に含有させると、HAZ靭性が劣化するので2.2%以下に抑えるのがよく、好ましくは2.0%以下、より好ましくは1.8%以下である。
Tiは、上述の通り、微細なTi系介在物(酸化物や窒化物等)を形成して、粒内ベイナイトの生成を促進するのに有効であり、本発明では重要な元素である。この様な効果を有効に発揮させるには、0.008%以上含有させるのがよい。Ti含有量を高めて上記Ti系介在物の数を増加させると、粒内ベイナイトの生成がより促進されるので、好ましくは0.013%以上含有させるのがよく、より好ましくは0.016%以上である。一方、Ti量が過剰になると、HAZ靭性と母材靭性がともに劣化するので、0.05%以下に抑える。好ましくは0.038%以下、より好ましくは0.030%以下に抑える。
N(窒素)は、Tiと窒化物を形成して粒内ベイナイトの生成を促進させ、HAZ靭性を改善するのに有効な元素である。この様な効果を有効に発揮させるには、0.0025%以上含有させるのがよい。好ましくは0.0035%以上、より好ましくは0.0045%以上である。一方、N量が過剰になると、母材靭性とHAZ靭性がともに劣化するので、本発明ではN量を0.0090%以下に抑える。好ましくは0.0075%以下であり、より好ましくは0.0065%以下である。
O(酸素)は、Ti酸化物を形成し、上記の通り、粒内ベイナイトの生成を促進するのに有効な元素である。この様な効果を発揮させるには、0.0010%以上含有させるのがよく、好ましくは0.0015%以上、より好ましくは0.0020%以上である。一方、酸素含有量が過剰になると、粗大な酸化物が生成し易くなり、かえってHAZ靭性を劣化させる。よって酸素含有量は、0.0050%以下に抑えるのがよく、好ましくは0.0038%以下、より好ましくは0.0030%以下である。
Alは強力な脱酸元素であり、Alが過剰に含まれていると、酸化物系介在物中のAlの割合が増大して、粒内ベイナイトの生成促進効果が低減する。よって、Al量は極力低減するのがよく、本発明では0.01%未満に抑える。好ましくは0.007%以下であり、より好ましくは0.004%以下である。尚、上記「0%を含まない」とは、不純物として混入する場合をいう。
P(りん)やS(硫黄)は、不可避不純物として存在する元素であり、溶接性や母材靭性を低下させる等の悪影響を及ぼす。よってPは0.020%以下(好ましくは0.010%以下)、Sは0.010%以下(好ましくは0.005%以下)に抑えるのがよい。
Cuは、固溶強化および析出強化により母材強度を向上させるとともに、焼入れ性を向上させる作用を有する元素であり、0.1%以上含有させることが好ましい。しかしCuを過剰に含有させるとHAZ靭性が低下するので、2.0%以下に抑えるのが好ましく、より好ましくは1.2%以下、さらに好ましくは0.5%以下である。
Vは、少量の添加(約0.005%以上)で、焼入れ性および焼き戻し軟化抵抗を効果的に高める元素である。しかしV量が過剰になると、母材靭性とHAZ靭性がともに低下する。特に、粒内ベイナイトの生成を抑制してHAZ靭性を著しく劣化させる。よってVは、0.050%以下の範囲内で添加するのがよく、好ましくは0.029%以下であり、さらに好ましくは0.015%以下である。
Bは、鋼中に固溶して焼入れ性を改善する作用を有する。またHAZ部において、粒界からのフェライト生成を抑制して粒内からのベイナイト生成を促進させる効果も発揮する。この様な効果を発揮させるには、0.0005%以上含有させるのが好ましく、より好ましくは0.0010%以上、更に好ましくは0.0012%以上である。
Caは、MnS等の硫化物を球状化して介在物の異方性を低減する効果を有する。該効果を発揮させるには、0.0005%以上添加することが好ましく、より好ましくは0.0010%以上である。一方、Caを過剰に添加すると、母材靭性とHAZ靭性がともに低下するので、上限を0.0050%とすることが望ましい。好ましくは0.0030%以下である。
Mgは、介在物を微細化して母材靭性、HAZ靭性を改善する効果を有する。この様な効果を十分に発現させるには、0.0001%以上添加するのが好ましく、より好ましくは0.0005%以上である。一方、過剰に添加すると、母材靭性やHAZ靭性が却って劣化するので、0.0050%以下の範囲内で添加するのが好ましい。より好ましくは0.0030%以下である。
鋼板から、JIS4号試験片を採取して鋼板の引張強度およびvE-20を測定した。引張強度が490MPa以上の場合でかつvE-20が100J以上であるものは、優れた母材特性を有していると評価し、この様に優れた母材特性が確保されているものについて、下記の通り、溶接継手靭性の評価を行った。
鋼板から切り出した試験片(サイズ12.5mm×32mm×55mm)を1400℃に加熱し、該温度で5秒間保持した後、800℃から500℃までを730秒間,または1000秒間で冷却する熱サイクル(それぞれ100kJ/mm,140kJ/mmの入熱でSAW溶接したときのHAZの熱履歴に相当)を施し、各試験片からシャルピー試験片を採取してvE-20を測定した。そしてvE-20が100J以上の場合を溶接継手靭性に優れていると評価した。
母材中に存在する介在物のサイズを以下の手法で測定した。
板厚の1/4の位置において、圧延方向に平行な断面が観察できるように試料を採取した。得られた試料を用いて、下記の通り、円相当直径が2μm以上の介在物および円相当直径が0.05〜1.0μmのTi系介在物の個数を測定した。
EPMA装置を用いて100mm2(10mm×10mm)の領域を倍率200倍で観察して、円相当直径が2μm以上の介在物の個数を測定した。
FE−SEM/EDX装置を用いて、円相当直径が0.05〜1.0μmの介在物20個の組成分析を行い、Tiを10質量%以上含有する介在物の割合を求めた。次に0.1mm2の領域において、1000倍の反射電子像を用いて0.01mm2の任意の10視野を撮影し、画像解析装置により、円相当直径が0.05〜1.0μmの介在物の個数の測定を行い、該10視野の合計個数に前記Ti含有介在物の割合を乗し、更に1000倍することで1cm2あたりの円相当直径が0.05〜1.0μmのTi系介在物の数を求めた。
Claims (6)
- 質量%で、
C :0.01〜0.20%、
Si:0.5%以下(0%を含まない)、
Mn:1.1〜2.2%、
Ti:0.008〜0.05%、
N :0.0025〜0.0090%、
O :0.0010〜0.0050%、
Al:0.01%未満(0%を含まない)、
P :0.020%以下(0%を含まない)、
S :0.010%以下(0%を含まない)
を満たし、残部が鉄および不可避不純物であり、円相当直径が0.05〜1μmのTi系介在物が、倍率1000倍で観察したときに10000個/cm2以上であるとともに、円相当直径が2μm以上の介在物が、倍率200倍で観察したときに2000個/cm2以下であることを特徴とする大入熱溶接継手靭性に優れた厚鋼板。 - C :0.11〜0.18%、
Ti:0.013〜0.038%
を満たす請求項1に記載の厚鋼板。 - 更に他の元素として、
Ni:2.0%以下(0%を含まない)、
Cu:2.0%以下(0%を含まない)、
Cr:1.5%以下(0%を含まない)、および
Mo:1.0%以下(0%を含まない)
よりなる群から選択される1種以上を含む請求項1または2に記載の厚鋼板。 - 更に他の元素として、
Nb:0.030%以下(0%を含まない)、および/または
V:0.050%以下(0%を含まない)
を含む請求項1〜3のいずれかに記載の厚鋼板。 - 更に他の元素として、
Ca:0.0005〜0.0050%、および/または
Mg:0.0001〜0.0050%
を含む請求項1〜4のいずれかに記載の厚鋼板。 - 更に他の元素として、B:0.0005〜0.0050%を含む請求項1〜5のいずれかに記載の厚鋼板。
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