BR122017016259B1

BR122017016259B1 - aço para estrutura soldada

Info

Publication number: BR122017016259B1
Application number: BR122017016259-4A
Authority: BR
Inventors: Yoshiyuki Watanabe; Kazuhiro Fukunaga; Akihiko Kojima; Ryuji Uemori; Rikio Chijiiwa
Original assignee: Nippon Steel Corporation
Priority date: 2009-05-19
Filing date: 2010-05-18
Publication date: 2020-11-10
Also published as: CN102282281A; TWI419983B; CN102282281B; CA2749154A1; EP2385149B1; US20110268601A1; TW201341542A; KR101160790B1; KR20110091819A; TW201105806A; JPWO2010134323A1; JP4700769B2; CA2749154C; US20140065008A1; EP2385149A4; TWI534271B; BRPI1007386A2; RU2458174C1; WO2010134323A1; US8668784B2

Abstract

A presente invenção refere-se a um aço para uma estrutura soldada que inclui a seguinte composição em % em massa: C a um teor de C [C] de 0,015 a 0,045%; Si a um teor de Si [Si] de 0,05 a 0,20%; Mn a um teor de Mn [Mn] de 1,5 a 2,0%; Ni a um teor de Ni [Ni] de 0,10 a 1,50%; Ti a um teor de Ti [Ti] de 0,005 a 0,015%; O a um teor de O [O] de 0,0015 a 0,0035%; e N a um teor de N [N] de 0,002 a 0,006%, e o balanço composto de Fe e as inevitáveis impurezas. No aço para uma estrutura soldada, o teor de P [P] é limitado a 0,008% ou menos, o teor de S [S] é limitado a 0,005% ou menos, o teor de Al [Al] é limitado a 0,004% ou menos, o teor de Nb [Nb] é limitado a 0,005% ou menos, o teor de Cu [Cu] é limitado a 0,24% ou menos, o teor de V [V] é limitado a 0,020% ou menos, e o parâmetro de composição do aço PCTOD é 0,065% ou menos, e o parâmetro de dureza da composição do aço CeqH é 0,235% ou menos.

Description

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO Campo da Invenção

[001] A presente invenção se refere a um aço para uma estrutura soldada superior em uma propriedade CTOD de uma zona afetada pelo calor (HAZ) em uma soldagem de baixa entrada de calor a uma soldagem de média entrada de calor, e a um método para sua produção. Particularmente, a presente invenção se refere a um aço para uma estrutura soldada bastante superior em uma propriedade CTOD de uma zona FL e uma zona IC onde a tenacidade deteriora ao máximo em uma soldagem com baixa entrada de calor até uma soldagem com média entrada de calor, e a um método para sua produção.

[002] É reivindicada prioridade sobre o Pedido de Patente Japonês n° 2009-121128, depositado em 19 de maio de 2009 e sobre o Pedido de Patente Japonês n° 2009-121129, depositado em 19 de maio de 2009, cujos teores estão aqui incorporados como referência. Descrição da Técnica Relacionada

[003] Em anos recentes, houve uma demanda para um aço para uso em ambientes severos. Por exemplo, como aço de alta resistência adequado para estruturas de aço tais como estruturas em alto mar usadas em uma área de mar frígido tal como a região Ártica, e estruturas de resistência sísmica, há a necessidade de um aço excelente em propriedade CTOD (do inglês Crack Tip Opening Displacement - deslocamento da abertura de ponta da trinca) que é um dos parâmetros de tenacidade à fratura. Em particular, a solda do aço necessita uma excelente propriedade CTOD.

[004] A propriedade CTOD da zona afetada pelo calor (HAZ) é avaliada pelos resultados dos testes em duas posições (seção de en- talhe) de uma zona FL "Linha de Fusão": uma fronteira do WM (metal de solda) e uma HAZ (zona afetada pelo calor) e uma zona IC "intercrí- tica HAZ: uma fronteira de uma HAZ e um BM (metal base)". Entretanto, apenas a zona FL considerada para obter a menor propriedade CTOD foi avaliada no passado.

[005] Em condições aonde uma temperatura de teste não é particularmente severa, por exemplo, -20°C, se a propriedade CTOD da zona FL for suficiente, a propriedade CTOD da zona IC é também suficiente, de forma que não é necessário avaliar a propriedade CTOD da zona IC.

[006] Entretanto, sob condições severas de teste, por exemplo, - 60°C, há muitos casos em que o valor CTOD da zona IC não é suficiente, de forma que é necessário aumentar a propriedade CTOD da zona IC.

[007] A esse respeito, são descritas técnicas que são superiores na propriedade CTOD de junta soldada de baixa entrada de calor até média entrada de calor a uma temperatura de teste severa (por exemplo, -60°C) (por exemplo, referir-se à Citação de Patente 1 e à Citação de Patente 2). Entretanto, nessas técnicas, a propriedade CTOD da zona IC não é descrita.

[008] Nas técnicas descritas acima, por exemplo, como núcleo de transformação para a geração de uma ferrita intragranular (IGF) na zona FL, uma quantidade relativamente grande de O está contida no aço para garantir uma quantidade suficiente de óxidos de Ti. Em adição, por exemplo, para se fazer uma microestrutura fina após a soldagem, um elemento, que estabiliza a austenita e aumenta a capacidade de endurecimento é adicionado em uma quantidade constante ou mais. Entretanto, nesse método, é difícil garantir o valor CTOD da zo-na IC do aço em um ambiente severo de cerca de -60°C enquanto garante as propriedades (por exemplo, a resistência ou tenacidade de um metal base, e o valor CTOD da zona FL) necessárias para um material estrutural para estrutura soldada.

[009] [Citação de Patente 1] Pedido de Patente Japonês não examinado, Primeira Publicação n° 2007-002271

[0010] [Citação de Patente 2] Pedido de Patente Japonês não examinado, Primeira Publicaçãna 2008-169429

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0011] Aqui, a presente invenção fornece um aço de alta resistência tendo uma excelente propriedade CTOD (tenacidade na fratura) onde a propriedade CTOD da zona IC é também suficiente em adição à propriedade da zona FL a -60°C, na soldagem (por exemplo, soldagem de múltiplas camadas) de uma baixa entrada de calor a uma média entrada de calor (por exemplo, 1,5 a 6,0 kJ/mm a uma espessura de chapa de 50 mm), e um método para sua produção.

[0012] Os inventores fizeram uma cuidadosa investigação de um método para melhorar a propriedade CTOD tanto da zona FL quanto da zona IC que são uma solda onde a tenacidade deteriora mais na soldagem de uma baixa entrada de calor a uma média entrada de calor.

[0013] Como um resultado, os inventores descobriram que para melhorar a propriedade CTOD tanto da zona FL quanto da zona IC, o mais importante é reduzir as inclusões não metálicas, especificamente, é essencial reduzir o O (oxigênio no aço). Em adição, os inventores descobriram que uma vez que a ferrita intergranular (IGF) diminui devido à redução de O, é necessário reduzir um elemento de ligação que deteriore a propriedade CTOD da região FL. Além disso, os inventores descobriram que para melhorar a propriedade CTOD da região IC, a redução da dureza é eficaz na adição para a redução do oxigênio no aço. A partir das descobertas, os inventores completaram a presente invenção.

[0014] O resumo da presente invenção é como segue:

[0015] (1) Um aço para uma estrutura soldada inclui a seguinte composição: em % em massa, C a um teor de C [C] de 0,015 a 0,045%, Si a um teor de Si [Si] de 0,05 a 0,20%; Mn a um teor de Mn [Mn] de 1,5 a 2,0%; Ni a um teor de Ni [Ni] de 0,10 a 1,50%; Ti a um teor de Ti [Ti] de 0,005 a 0,015%; O a um teor de O [O] de 0,0015 a 0,0035%; e N a um teor de N [N] de 0,002 a 0,006%, e um balanço composto de Fe e as inevitáveis impurezas. No aço, o teor de P [P] é limitado a 0,008% ou menos, o teor de S [S] é limitado a 0,005% ou menos, o teor de Al [Al] é limitado a 0,004% ou menos, o teor de Nb [Nb] é limitado a 0,005% ou menos, o teor de Cu [Cu] é limitado a 0,24% ou menos, o teor de V [V] é limitado a 0,020% ou menos, e um parâmetro da composição do aço PCTOD da equação (1) a seguir é 0,065% ou menos, e um parâmetro de dureza da composição do aço CeqH da equação (2) a seguir é 0,235% ou menos.

[0016] (2) No aço para uma estrutura soldada conforme o item (1), em % em massa, o teor de Cu [Cu] pode ser 0,03% ou menos.

[0017] (3) No aço para uma estrutura soldada conforme o item (1) ou (2), tanto o valor CTOD (δc) em uma zona FL a -60°C quanto o valor CTOD (δc) em uma zona IC a -60°C, que são obtidos por um teste CTOD do método BS 5762, podem ser 0,25 mm ou mais.

[0018] (4) um método de produção de um aço para estrutura sol dada inclui aço lingotado continuamente que satisfaça a composição de aço conforme o item (1) ou (2) para produzir uma placa; e aquecer a placa até uma temperatura de 950°C a 1100°C e então submeter a placa a um processo de controle termomecânico.

[0019] De acordo com a presente invenção, é possível fornecer um aço excelente em tenacidade na HAZ na soldagem a uma baixa entrada de calor até uma média entrada de calor. Particularmente, é possível fornecer um aço excelente na propriedade CTOD (tenacidade à baixa temperatura) de uma zona FL e de uma zona IC onde a tenacidade deteriora ao máximo na soldagem, tal como soldagem de múltiplas camadas, de baixa entrada de calor a de média entrada de calor. Portanto, é possível fornecer um aço de alta resistência e alta tenacidade para uma estrutura tal como estruturas em alto mar e estruturas de resistência sísmica usadas em ambientes severos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0020] A figura 1 é um diagrama ilustrando a relação entre um parâmetro da composição de aço PCTOD e a propriedade CTOD (TÔCO.-I(FL)) em um teste de FL sintético usando um ciclo térmico simulado.

[0021] A figura 2 é um diagrama ilustrando a relação entre a dureza HAZ e a propriedade CTOD TSCO.I(ICHAZ) em um teste de ICHAZ sintético usando um ciclo térmico simulado.

[0022] A figura 3 é um diagrama ilustrando a relação entre um parâmetro de dureza de uma composição de aço CeqH e a dureza na HAZ em um teste de ICHAZ sintético usando um ciclo térmico simulado.

[0023] A figura 4A é um diagrama esquemático ilustrando uma posição de entalhe FL em um teste CTOD.

[0024] A figura 4B é um diagrama esquemático ilustrando uma posição de entalhe IC em um teste CTOD.

[0025] A figura 5 é um diagrama ilustrando a relação entre um parâmetro de dureza de uma composição de aço CeqH e o valor CTOD (δc) em uma zona IC a -60°C.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0026] Doravante a presente invenção será descrita em detalhes.

[0027] De acordo com a investigação dos inventores, para melhorar suficientemente a propriedade CTOD da zona FL e da zona IC a - 60°C, na soldagem de uma baixa entrada de calor até média entrada de calor (por exemplo, 1,5 a 6,0 kJ/mm a uma espessura de chapa de 50 mm), o mais importante é reduzir inclusões não metálicas à base de óxidos e é essencial reduzir a quantidade de O (oxigênio no aço).

[0028] Na técnica convencional, para obter um excelente aço na propriedade CTOD da zona FL, como núcleo de transformação em uma ferrita intragranular (IGF), é usada a inclusão não metálica representada por óxidos de Ti e é necessário adicionar O até um certo grau. De acordo com a investigação dos inventores, para melhorar a propriedade CTOD da zona FL e da zona IC a -60°C, é necessário reduzir a inclusão não metálica à base de oxido.

[0029] Devido à redução de O, o IGF diminui, de modo que é necessário reduzir um elemento de ligação que deteriora a propriedade CTOD da zona FL. A figura 1 mostra a relação entre a propriedade CTOD (TÔCO.-I(FL)) da HAZ sintética equivalente à FL e um parâmetro de composição do aço PCTOD. Aqui, o parâmetro de composição do aço PCTOD expresso pela equação (1) é uma equação empírica derivada pelo teste de uma pluralidade de aços fundidos a vácuo em um laboratório experimental e pela análise da propriedade da propriedade CTOD (TÔCO.-I(FL)) da HAZ sintética equivalente à FL e a composição do aço. PcTOD=[C]+[V]/3+[Cu]/22+[Ni]/67 ... (1)

[0030] Aqui, [C], [V], [Cu], e [Ni] representam as quantidades (% em massa) de C, V, Cu, e Ni no aço, respectivamente. Por exemplo, quando o Cu não está contido no aço, a quantidade de Cu é 0%.

[0031] Em relação à HAZ sintética equivalente à FL mostrada na figura 1, com base nas descobertas obtidas a partir de uma pluralidade de experiências, a propriedade CTOD Tδco,I(FL) a -110°C ou menos é um nível almejado (TÔCO.-I(FL)< -110°C) como aços estruturais. No nível almejado, em relação ao teste de entalhe de FL de uma junta prática soldada de uma chapa de aço tendo uma espessura de 50 a 100 mm, é possível garantir estavelmente um valor CTOD (δc) de 0.25 mm ou mais a -60°C. Da figura 1, em relação à HAZ sintética da FL, para manter TÔCO.-I(FL) a - 110°C ou menos, pode ser visto que é necessário controlar os parâmetros da composição do aço PCTOD para ser 0,065% ou menos. Em adição, como o valor CTOD (δc) se torna grande, a tenacidade (por exemplo, absorção de energia devido à tensão plástica) é alta.

[0032] A HAZ sintética equivalente da FL é uma zona que corresponde a uma entrada de calor da zona FL de um espécime para o qual é executado um ciclo térmico sintético equivalente da FL descrito abaixo. O ciclo térmico sintético equivalente da FL (ciclo triplo) é executado em relação a um espécime de 10 mm x 20 mm (seção transversal) sob as seguintes condições:

[0033] 1o ciclo: temperatura máxima de aquecimento 1400°C (800 a 500°C é resfriado em T5 segundos)

[0034] 2o ciclo: temperatura máxima de aquecimento 760°C (760 a 500°C é resfriado em 22 segundos)

[0035] 3o ciclo: temperatura máxima de aquecimento 500°C (500 a 300°C é resfriado em 60 segundos)

[0036] Conforme mostrado na figura 4A, um entalhe FL 7 em uma solda 2 está localizado em uma zona FL 5 que é a borda de uma HAZ 4 e de um WM 3. NO teste de CTOD a seguir pelo entalhe FL, é medida a relação entre uma carga e um deslocamento da abertura da zona FL 5.

[0037] O espécime é avaliado por um teste CTOD do método BS 5762 (British Standards) e assim é obtido TÔCO.I(FL) da figura 1. Aqui, o TÔCO.I(FL) é a temperatura (°C) em que os menores valores de CTOD (δc), que são obtidos usando-se três espécimes em cada temperatura de teste, excede 0,1 mm. Em adição, quando se considera o efeito da espessura da chapa no teste CTOD, em relação á seção de entalhe FL (zona FL) ou a junta soldada prática da chapa de aço tendo a espessura de 50 a 100 mm, é necessário manter o TÔCO.-I(FL) a -110°C ou menos conforme descrito acima de forma que o valor CTOD (δc) de 0,25 mm ou mais é estavelmente garantida a -60°C.

[0038] Em adição, os inventores descobriram que a redução de dureza é eficaz, em adição à redução de oxigênio no aço, para melho- rar a propriedade CTOD da zona IC.

[0039] A figura 2 mostra a relação entre a propriedade CTOD de um espécime que é submetido a uma ICHAZ (HAZ intercrítica) equivalente ao ciclo térmico sintético e a ICHAZ equivalente á dureza sintética HAZ. Em adição, a figura 3 mostra a relação entre um parâmetro de dureza da composição do aço CeqH e a ICHAZ equivalente à dureza sintética HAZ.

[0040] Aqui, para manter o TÔCO.KICHAZ) da ICHAZ sintética equiva lente à dureza HAZ (seção transversal 10 mm x 20 mm) a -110°C ou menos, é necessário manter a dureza HAZ (teste de dureza Vicker’s sob uma carga de 10 kgf) a 176 Hv ou menos. Portanto, da figura 3, é necessário controlar o parâmetro de dureza da composição do aço CeqH a 0.235% ou menos. Para também diminuir a dureza, é preferível que o parâmetro de dureza da composição do aço CeqH seja 0,225% ou menos.

[0041] Em adição, como um método de teste da tenacidade na fratura, é adotado um teste CTOD do método BS 5762 (British Stan- dards). Em adição, as condições do ciclo térmico sintético equivalente ICHAZ (ciclo triplo) são como segue:

[0042] 1o ciclo: temperatura máxima de (800°C a 500°C é resfriado em 20 segundos)

[0043] 2o ciclo: temperatura máxima de (770°C a 500°C é resfriado em 22 segundos).

[0044] 3o ciclo: temperatura máxima de (450°C a 300°C é resfriado em 65 segundos) aquecimento aquecimento aquecimento 950°C 770°C 450°C

[0045] Conforme mostrado na figura 4B, um entalhe IC 8 na solda 2 está localizado em uma zona IC (ICHAZ) 6 que é a fronteira entre um metal base 1 e a HAZ 4. Em um teste CTOD pelo entalhe IC, é medida a relação entre a carga e o deslocamento da abertura da zona IC 6.

[0046] Aqui, os parâmetros de dureza da composição do aço CeqH é uma equação empírica obtida por uma regressão múltipla de uma propriedade do aço (dureza HAZ) e da composição do aço, e são definidos como segue: CeqH=[C]+[Si]/4,16+[Mn]/14,9+[Cu]/12,9+[Ni]/105+1,12[N b]+[V]/1,82

[0047] Em adição, [C], [Si], [Mn], [Cu], [Ni], [Nb], e [V] são respectivamente as quantidades (% em massa) de C, Si, Mn, Cu, Ni, Nb, and V no aço. Por exemplo, quando o Cu não estiver contido no aço, a quantidade de Cu é 0%.

[0048] Mesmo quando o PCTOD e CeqH são limitados conforme descrito acima, se a quantidade de cada elemento de liga contido no aço não for controlado adequadamente, é difícil produzir um aço que tenha tanto alta resistência quanto uma excelente propriedade CTOD.

[0049] Doravante, serão descritas a faixa de limitação e a razão para limitação da composição do aço. Aqui a % descrita é % em massa. Em adição ao parâmetro da composição do aço PCTOD e o parâmetro da dureza da composição do aço CeqH, a composição do aço é limitada conforme descrito abaixo, de forma que seja possível obter um aço para estrutura soldada no qual todo o valor CTOD (δc) na zona FL a -60°C e o valor CTOD (δc) na zona IC a -60°C que são obtidos pelo teste CTOD do método BS 5762 são 0,25 mm ou mais.

[0050] C: 0,015 a 0,045%

[0051] Para obter resistência suficiente, é necessário conter 0,015% ou mais de C. Entretanto, a um teor de C [C] que exceda 0,045%, a propriedade de soldagem na HAZ deteriora e a propriedade CTOD a -60°C não é suficiente. Por essa razão, o limite superior do teor de C [C] é 0,045%. Portanto, o teor de C [C] é de 0,015% a 0,045%.

[0052] Si: 0,05 a 0,20%

[0053] Para obter uma excelente tenacidade na HAZ, é preferível que o teor de Si [Si] seja tão baixo quanto possível. Entretanto, uma vez que o teor de Al [Al] é limitado conforme descrito mais tarde, para desoxidação, o teor de Si [Si] é necessariamente 0,05% ou mais, Entretanto, quando o teor de Si [Si] excede 0,20%, a tenacidade HAZ deteriora, portanto o limite superior do teor de Si [Si] é 0,20%. Portanto, o teor de Si [Si] é 0,05 a 0,20%. Para obter também excelente tenacidade na HAZ, é preferível que o teor de Si [Si] seja 0,15% ou menos,

[0054] Mn: 1,5 a 2,0%

[0055] Mn é um elemento barato que tem um grande efeito na otimização de uma microestrutura. Em adição, é improvável que a tenacidade na HAZ deteriore devido à adição de Mn. Portanto, é preferível que a quantidade adicional de Mn seja tão grande quanto possível. Entretanto, quando o teor de Mn excede 2,0%, a dureza ICHAZ aumenta, e a tenacidade é deteriorada. Portanto, o limite superior do teor do Mn [Mn] é 2%.

[0056] Em adição, quando o teor de Mn [Mn] é menor do que 1,5, uma vez que o efeito de melhorar a microestrutura é pequeno, o limite inferior do teor de Mn [Mn] é 1,5%. Portanto, o teor de Mn [Mn] é de 1,5 a 2,0%. Para também melhorar a tenacidade na HAZ, é preferível que o teor de Mn [Mn] seja 1,55% ou mais, mais preferivelmente seja 1,6% ou mais, e mais preferivelmente é 1,7% ou mais.

[0057] Ni: 0,10% a 1,50%

[0058] Ni é um elemento que não deteriora muito a tenacidade na HAZ e melhora a resistência e a tenacidade do metal base, e não aumenta muito a dureza ICHAZ. Entretanto, Ni é um elemento de liga caro, e quando contido excessivamente no aço, o Ni pode gerar fraturas na superfície. Portanto, o limite superior do teor de Ni [Ni] é 1,50%. Por outro lado, para ter suficientemente o efeito acima descrito da adição de Ni, é necessário conter pelo menos 0,10% de Ni. Portanto, o teor de Ni [Ni] é de 0,10 % a 1,50%. Para melhorar a resistência e a tenacidade do metal base sem aumentar muito a dureza ICHAZ, é preferível que o teor de Ni [Ni] seja 0,20% ou mais, mais preferivelmente é 0,30% ou mais, e mais preferivelmente ainda é 0,40 a 0,51% ou mais. Em adição, para evitar confiavelmente as fraturas de superfície, é preferível que o teor de Ni [Ni] seja 1,20% ou menos, e mais preferivelmente é 1,0% ou menos. Em um caso em que a resistência e a tenacidade do metal base podem ser garantidas pela adição de outros elementos, é mais preferível que o teor de Ni [Ni] seja 0,80% ou menos para também garantir eficiência econômica. Em adição, conforme descrito mais tarde, para suprimir a fratura de Cu de uma placa quando o Cu é adicionado, é preferível que o teor de Ni [Ni] seja igual à metade ou mais do teor de Cu [Cu].

[0059] P: 0,008% ou menos (inclusive 0%)

[0060] S: 0,005% ou menos (inclusive 0%)

[0061] P e S são elementos que diminuem a tenacidade e são contidos como impurezas inevitáveis. Portanto, é preferível diminuir o teor de P [P] e o teor de S [S] de modo a garantir a tenacidade do metal base e a tenacidade da HAZ. Entretanto, há restrições de produção industrial, de modo que os limites superiores do teor de P [P] e o teor de S [S] são 0,008% e 0,005% respectivamente. Para obter também excelente tenacidade na HAZ, é preferível que o teor de P [P] seja limitado a 0,005% ou menos, e o teor de S [S] seja limitado a 0,003% ou menos.

[0062] Al: 0,004% ou menos (excluindo 0%)

[0063] Uma vez que é necessário gerar óxidos de Ti, é preferível que o teor de Al [Al] seja tão pequeno quanto possível. Entretanto, há restrições de produção industrial, de forma que o limite superior do teor de Al [Al] é 0,004%.

[0064] Ti: 0,005 a 0,015%

[0065] Ti gera óxidos de Ti e torna a microestrutura fina. Entretanto, quando o teor de Ti [Ti] é muito alto, o Ti gera TiC e preferivelmente deteriora a tenacidade na HAZ. Portanto, a faixa adequada do teor de Ti [Ti] é 0,005 a 0,015%. Para também melhorar a tenacidade da HAZ, é preferível que o teor de Ti [Ti] seja 0,013% ou menos.

[0066] Nb: 0,005% ou menos (inclusive 0%)

[0067] Nb pode estar contido como uma impureza, e melhora a resistência e a tenacidade do metal base, mas diminui a tenacidade na HAZ. A faixa do teor de Nb [Nb] que não diminui significativamente a tenacidade na HAZ é 0,005% ou menos, Portanto, o teor de Nb [Nb] é limitado a 0,005% ou menos. Para também melhorar a tenacidade na HAZ, é preferível que o teor de Nb [Nb] seja limitado a 0,001% ou menos (inclusive 0%).

[0068] O: 0,0015 a 0,0035%

[0069] É essencial que o teor de O [O] seja 0,0015% ou mais para garantir a geração de óxidos de Ti como núcleos de IGF da zona FL. Entretanto, quando o teor de O [O] é muito alto, o tamanho dos óxidos e o seu número se tornam excessivos, enquanto a propriedade CTOD da zona IC deteriora. Portanto, o teor de O [O] é limitado à faixa de 0,0015 % a 0,0035%. Para obter também uma excelente tenacidade na HAZ, é preferível que o teor de O [O] seja 0,0030% ou menos, e mais preferivelmente seja 0,0028% ou menos.

[0070] N: 0,002 a 0,006%

[0071] N é necessário para gerar nitretos de Ti. Entretanto, quando o teor de N [N] é menor que 0,002%, o efeito de gerar nitretos de Ti e pequeno. Em adição, quando o teor de N [N] excede 0,006%, fraturas de superfície são geradas quando se produz uma placa, de modo que o limite superior do teor de N [N] é 0,006. Portanto, o teor de N [N] é de 0,002 a 0,006%. Para obter também excelente tenacidade na HAZ, é preferível que o teor de N [N] seja 0,005% ou menos.

[0072] Cu: 0,24% ou menos (incluindo 0%)

[0073] Cu é um elemento que melhora a resistência e a tenacidade do metal base sem deteriorar muito a tenacidade na HAZ, e não aumenta muito a dureza ICHAZ. Portanto, o Cu pode ser adicionado conforme necessário. Entretanto, Cu é um elemento de liga relativamente caro e o efeito descrito acima é baixo comparado com o Ni. Quando o Cu é adicionado muito excessivamente, a possibilidade de fratura devida ao Cu de uma placa é aumentada, de forma que o teor de Cu [Cu] é limitado a 0,24% ou menos. Além disso, quando o Cu é adicionado ao aço ou está contido no aço como uma impureza, para a prevenção da fratura da placa devida ao Cu, é preferível que o teor de Cu [Cu] seja o dobro ou menos do teor de Ni [Ni].. Em adição, uma vez que a solubilidade limite de Cu na ferrita (aFe) é pequena, εCu precipita na HAZ da soldagem dependendo da história térmica durante a soldagem e assim há a possibilidade de a tenacidade à baixa temperatura diminuir. Portanto, é preferível que o teor de Cu [Cu] seja limitado a 0,20% ou menos, e mais preferivelmente seja 0,10% ou menos. Se a resistência do aço for suficientemente garantida por um elemento tal como C, Mn e Ni, não é necessariamente necessário adicionar Cu. Mesmo quando o Cu é adicio-nado seletivamente por razões de resistência, é preferível limitar o teor de Cu [Cu] para sertão baixo quanto possível. Portanto, é mais preferível que o teor de CU [Cu] seja 0,03% ou menos.

[0074] V: 0,020% ou menos (incluindo 0%)

[0075] V é eficaz em melhorar a resistência do metal base. Portanto, V pode ser adicionado conforme necessário. Entretanto, quando o V é adicionado excedendo 0,020%, a tenacidade da HAZ é grandemente reduzida. Portanto, o teor de V [V] é limitado a 0,20% ou menos. Para suprimir suficientemente a tenacidade na HAZ, é preferível que o teor de V [V] seja limitado a 0,010% ou menos. Se a resistência do aço for garantida suficientemente por um elemento tal como C, Mn, e Ni, não é necessariamente necessário adicionar V. Mesmo quando o V é adicionado seletivamente por razões de resistência, é preferível limitar o teor de V [V] a ser tão baixo quanto possível. Portanto, é mais preferível que o teor de V [V] seja 0,005% ou menos.

[0076] O aço para estrutura soldada conforme a presente invenção contém os componentes químicos acima descritos ou esses componentes químicos são limitados, e o balanço inclui Fe e as inevitáveis impurezas. Entretanto, a chapa de aço conforme a presente invenção pode conter outros elementos de liga como elementos com o propósito de também melhorar a resistência à corrosão e a capacidade de trabalho a quente da própria chapa de aço ou como impurezas inevitáveis a partir de matérias brutas auxiliares tais como sucata, em adição aos componentes químicos descritos acima. Entretanto, para permitir os efeitos acima descritos, (melhoria na tenacidade do metal base e similares) do componente químico acima descrito (Ni ou similar) sejam suficientemente exibidos, é preferível que outros elementos de liga (Cr, Mo, B, Ca, Mg, Sb, Sn, As, e REM) sejam limitados conforme descrito abaixo. Cada quantidade de elementos de ligação inclui 0%.

[0077] Cr diminui a tenacidade da HAZ, de modo que é preferível que o teor de Cr [Cr] seja 0,1% ou menos, mais preferivelmente seja 0,05% ou menos, e mais preferivelmente seja 0,02% ou menos.

[0078] Mo diminui a tenacidade na HAZ, de modo que é preferível que o teor de Mo [Mo] seja 0,05% ou menos, mais preferivelmente seja 0,03% ou menos, e mais preferivelmente seja 0,01% ou menos.

[0079] B aumenta a dureza na HAZ, diminui a tenacidade na HAZ, de modo que é preferível que o teor de B [B] seja 0,0005% ou menos, mais preferivelmente seja 0,0003% ou menos, e mais preferivelmente ainda seja 0,0002% ou menos.

[0080] Ca tem um efeito de suprimir a geração de óxidos de Ti, de modo que é preferível que o teor de Ca [Ca] seja menor que 0,0003%, e mais preferivelmente seja menor que 0,0002%.

[0081] Mg tem um efeito de suprimir a geração de óxidos de Ti, de modo que é preferível que o teor de Mg [Mg] seja menor que 0,0003%, e mais preferivelmente seja menor que 0,0002%.

[0082] Sb deteriora a tenacidade na HAZ, de forma que é preferível que o teor de Sb [Sb] seja 0,005% ou menos, mais preferivelmente seja 0,003% ou menos, e mais preferivelmente ainda seja 0,001% ou menos.

[0083] Sn deteriora a tenacidade na HAZ, de modo que é preferível que o teor de Sn [Sn] seja 0,005% ou menos, mais preferivelmente 0,003% ou menos, e mais preferivelmente ainda seja 0,001% ou menos.

[0084] As deteriora a tenacidade na HAZ, de modo que é preferível que o teor de As [As] seja 0,005% ou menos, mais preferivelmente seja 0,003% ou menos, e mais preferivelmente ainda seja 0,001% ou menos.

[0085] REM tem um efeito de suprimir a geração de óxidos de Ti, de forma que é preferível que o teor de REM [REM] seja 0,005% ou menos, preferivelmente seja 0,003% ou menos, e mais preferivelmente ainda seja 0,001% ou menos.

[0086] Conforme descrito acima, o aço para estrutura soldada conforme a presente invenção contém os componentes químicos acima descritos como composição do aço ou esses componentes químicos são limitados, e o balanço é composto de Fe e as inevitáveis impurezas. Entretanto, uma vez que o aço para estrutura soldada de acordo a presente invenção é usada como material estrutural, é preferível que a dimensão mínima (por exemplo, espessura da chapa) do aço é 6 mm ou mais. Quando se considera o uso como material estrutural, a dimensão mínima (por exemplo, espessura da chapa) do aço pode ser 100 mm ou menos.

[0087] O aço para estrutura soldada pode ser produzido pelo método de produção descrito abaixo para também obter confiavelmente a propriedade CTOD conforme a presente invenção. Em um método de produção do aço para estrutura soldada conforme a presente invenção, é usado o aço em que cada quantidade dos elementos e cada um dos parâmetros (PCTOD e CeqH) são limitados.

[0088] Em um método de produção de um aço para estrutura soldada conforme uma modalidade da presente invenção, é produzida uma placa a partir do aço acima descrito (aço fundido) por um método de lingotamento contínuo. No método de lingotamento contínuo, a taxa de resfriamento (taxa de solidificação) do aço fundido é rápida, e é possível gerar grandes quantidades de óxidos finos de Ti e nitretos finos de Ti na placa.

[0089] Quando a placa é laminada, é necessário que a temperatura de reaquecimento da placa seja 950°C a 1100°C. Quando a temperatura de reaquecimento excede 1100°C, os nitretos de Ti se tornam brutos e assim a tenacidade do metal base deteriora e é difícil melhorar a tenacidade na HAZ.

[0090] Em adição, quando a temperatura de reaquecimento é menor que 950°C, a força de laminação se torna grande, e assim a produtividade é deteriorada. Por essa razão, o limite inferior da temperatura de reaquecimento é 950°C. Portanto, é necessário executar o reaquecimento até a temperatura de 950°C a 1100°C.

[0091] A seguir, após o reaquecimento, o processo de controle termomecânico é executado. No processo de controle termomecãnico, a temperatura de laminação é controlada em uma faixa estreita conforme a composição do aço e é executado o resfriamento à água, se necessário. Através do processo de controle termomecânico, o refino dos grãos da austenita e o refino da microestrutura podem ser executados e portanto a resistência e a tenacidade do aço podem ser melhoradas. É preferível controlar a espessura (dimensão mínima) do aço final (por exemplo, chapa de aço) para ser 6 mm ou mais através de laminação.

[0092] Através do processo de controle termomecânico, é possível produzir o aço tendo tenacidade HAZ quando da soldagem, mas também tenacidade suficiente do metal base.

[0093] Como o processo de controle termomecânico, por exemplo, um método de laminação controlada, um método de uma combinação de laminação controlada e resfriamento acelerado (laminação controlada - resfriamento acelerado), e um método de resfriar diretamente após a laminação e a têmpera (resfriar imediatamente após a laminação - temperar) pode ser exemplificado. É preferível que o processo de controle termomecânico seja executado pelo método pela combinação da laminação controlada e resfriamento acelerado. Em adição, após produzir o aço, mesmo quando o aço é reaquecido até uma temperatura abaixo do ponto de transformação Ara com o propósito de desidrogenação ou otimização da resistência, a propriedade do aço não é danificada. [Exemplos]

[0094] Doravante, a presente invenção será descrita com base nos exemplos e nos exemplos comparativos.

[0095] Usando-se um conversor, lingotamento continuo, e processo de laminação, uma chapa de aço tendo vários tipos de composições de aço foi produzida, e foram executados um teste de tração na resistência do metal base e um teste CTOD em uma junta soldada.

[0096] A junta soldada usada para o teste CTOD foi produzida por uma entrada de calor de solda de 4,5 a 5,0 kJ/mm usando o método de soldagem a arco submerso (SAW) usado em um teste de soldagem geral. Conforme mostrado nas figuras 4A e 4B, a zona FL 5 da junta soldada foi formada por uma ranhura K de modo que as linhas de fusão (FL) 9 sejam substancialmente ortogonais à superfície da chapa de aço.

[0097] No teste CTOD, um espécime tendo uma seção transversal de t (espessura da chapa) x 2t foi usado e uma ranhura corresponden- te a 50% da fratura de fadiga foi formada no espécime. Conforme mostrado nas figuras 4A e 4B, posições de ranhura (FL ranhura 7 e IC ranhura 8) são a zona FL (limite de WM 3 e HAZ 4) 5 e a zona IC (limite da HAZ 4 e BM 1) 6. No teste CTOD, a ranhura FL 7 e a ranhura IC 8 foram testadas a -60°C cada vez (5 vezes cada, e 10 vezes no total).

[0098] As Tabelas 1 e 2 mostram composições químicas dos aços e as Tabelas 3 e 4 mostram condições de produção da chapa de aço (metal base), as propriedades do metal base (BM), e as propriedades da junta soldada.

[0099] Em adição, símbolos de um método de tratamento térmico são como segue nas Tabelas 3 e 4.

[00100] CR: Laminação controlada (laminação a uma faixa de temperaturas ótima para melhorar a resistência e tenacidade do aço).

[00101] ACC: Laminação controlada - resfriamento acelerado (o aço foi resfriado à água até uma faixa de temperaturas de 400°C a 600°C após a laminação controlada, e então foi resfriado a ar)

[00102] DQ: Resfriamento imediatamente após a laminação - têmpera (o aço foi resfriado bruscamente até 200°C ou menos imediatamente após a laminação e então foi temperado.

[00103] Em adição, em relação aos resultados do teste CTOD da junta soldada nas Tabelas 3 e 4, δc (av) representa um valor médio dos valores CTOD de cinco testes, e δc (min) representa o valor mínimo entre os valores CTOD de cinco testes.

[00104] Nos exemplos 1 a 7, e 16 a 30, o limite de elasticidade (YS) foi 432 N/mm2 (MPa) ou mais, a resistência à tração foi de 500 N/mm2 (Mpa) ou mais, e a resistência do metal base foi suficiente. Em relação ao valor CTOD (δc) a -60°C, o valor mínimo δc (min) do valor CTOD na ranhura FL foi 0,43 mm ou mais, o valor mínimo δc (min) do valor CTOD na ranhura IC foi 0,60 mm ou mais, e a tenacidade na fratura foi excelente.

[00105] Por outro lado, nos exemplos comparativos, o aço teve a mesma resistência que nos exemplos, mas o valor CTOD foi pobre e portanto, não foi adequado para ser usado como um aço em um ambiente severo.

[00106] Nos exemplos comparativos 8 e 31, o teor de C no aço foi alto, e o parâmetro da composição do aço PCTOD e o parâmetro de dureza da composição do aço foram também altos. Portanto, tanto o valor CTOD da ranhura FL quanto o valor CTOD da ranhura IC foram baixos.

[00107] Nos exemplos 9 e 32, o teor de Mn no aço foi alto e o parâmetro de dureza da composição do aço CeqH foi alto. Portanto, especialmente, o valor CTOD da ranhura IC foi baixo.

[00108] Nos exemplos comparativos 10 e 33, o teor de Al no aço foi alto. Portanto, especialmente, o controle da microestrutura da zona FL foi insuficiente e o valor CTOD da ranhura FL foi baixo.

[00109] Nos exemplos comparativos 11 e 34, o teor de Nb no aço foi alto. Portanto, especialmente, p valor CTOD da ranhura IC foi baixo.

[00110] Nos exemplos comparativos 12 e 35, o teor de Si no aço foi alto e o parâmetro de dureza da composição do aço CeqH foi alto. Portanto, especialmente, o valor CTOD da ranhura IC foi baixo.

[00111] Nos exemplos comparativos 13 e 36, o teor de V no aço foi alto, e o parâmetro da composição do aço PCTOD e o parâmetro de dureza da composição do aço CeqH foi alto. Portanto, tanto o valor CTOD da ranhura FL quanto o valor CTOD da ranhura IC foram baixos.

[00112] No exemplo comparativo 14, o teor de Cu no aço foi alto. Portanto, fraturas (fratura devida ao Cu) foram geradas no momento da laminação a quente, e foi difícil produzir o aço. Em particular, uma vez que um elemento para evitar que a fratura devida ao Cu seja gerada não foi adicionado, conforme mostrado na Tabela 3, foi impossível executar o teste CTOD da junta soldada.

[00113] No exemplo comparativo 37, o teor de O no aço foi alto. Portanto, tanto o valor CTOD da ranhura FL quanto o valor CTOD da ranhura IC foram baixos.

[00114] No exemplo comparativo 15, o parâmetro da composição do aço CeqH foi alto. Portanto, o valor CTOD da ranhura IC foi baixo.

[00115] Nos exemplos comparativos 8 a 14 e 31 a 37 descritos acima, em relação ao valor CTOD (δc) a -60°C, o valor mínimo δc(min) do valor CTOD na ranhura FL foi menor que 0,25 mm, o valor mínimo δc(min) do valor CTOD na ranhura IC foi menor que 0,25 mm, e a tenacidade na fratura não foi suficiente. Em adição, no exemplo comparativo 15 descrito acima, em relação ao valor CTOD (δc) a -60°C, uma vez que o valor mínimo δc(min) do valor CTOD na ranhura FL foi 0,25 mm ou mais, mas o valor mínimo δc(min) do valor CTOD na ranhura IC foi menor que 0,25 mm, a tenacidade na fratura não foi suficiente.

[00116] A figura 5 mostra o resultado de colocar juntas a relação entre o parâmetro de dureza da composição do aço CeqH e o valor CTOD (δc) da zona IC a -60°C mostrado nas Tabelas 1 a 4. Conforme mostrado na figura 5, quando cada componente no aço e o parâmetro de composição do aço PCTOD satisfizeram as condições acima descritas, foi possível produzir um aço para o qual o valor mínimo δc(min) do valor CTOD na ranhura IC foi 0,25 mm ou mais, pela supressão do parâmetro de dureza da composição do aço CeqH para 0,235% ou menos. Em adição, mesmo quando a composição da dureza do aço CeqH foi 0,235% ou menos, quando cada componente no aço e o parâmetro de composição do aço PCTOD não satisfizeram as condições descritas acima, foi impossível produzir o aço cujo valor mínimo δc(min) do valor CTOD foi 0,25 mm ou mais (por exemplo, exemplos comparativos 10, 11, 14, 33, 34, e 37).

[00117] É possível fornecer um aço para estrutura soldada excelente em propriedade CTOD de uma zona afetada pelo calor na soldagem em uma soldagem de baixa entrada de calor até uma média entrada de calor, e um método para sua produção.

Claims

1. Aço para uma estrutura soldada, caracterizado pelo fato de que consiste na seguinte composição: em % em massa, C a um teor de C [C] de 0,015 a 0,045%; Si a um teor de Si [Si] de 0,05 a 0,20%; Mn a um teor de Mn [Mn] de 1,5 a 2,0%; Ni a um teor de Ni [Ni] de acima de 0,5% a 1,5%; Ti a um teor de Ti [Ti] de 0,005 a 0,015%; O a um teor de O [O] de 0,0015 a 0,0035%; e N a um teor de N [N] de 0,002 a 0,006%, e um balanço composto de Fe e as inevitáveis impurezas, em que um teor de P [P] é limitado a 0,008% ou menos, um teor de S [S] é limitado a 0,005% ou menos, um teor de Al [Al] é limitado a 0,004% ou menos, um teor de Nb [Nb] é limitado a 0,005% ou menos, um teor de Cu [Cu] é limitado a 0,24% ou menos, um teor de V [V] é limitado a 0,020% ou menos, e um parâmetro de composição de aço PCTOD da equação (3) a seguir é 0,065% ou menos, e um parâmetro de dureza de composição de aço CeqH da equação (4) a seguir é 0,191% ou menos, em que PCTOD=[C]+[V]/3+[Cu]/22+[Ni]/67 (3) CeqH=[C]+[Si]/4,16+[Mn]/14,9+[Cu]/12,9+[Ni]/105+1,12[N b] +[V]/1,82 (4).

2. Aço para estrutura soldada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o Cu é incluído, em % em massa, ao teor de Cu [Cu] de 0,03% ou menos.

3. Aço para estrutura soldada, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que todo o valor CTOD (δc) em uma zona FL a -60°C e um valor CTOD (δc) em uma zona IC a -60°C, que são obtidos por um teste CTOD do método BS 5762, são 0,25 mm ou mais.