BRPI1014830B1

BRPI1014830B1 - Aço para estrutura soldada

Info

Publication number: BRPI1014830B1
Application number: BRPI1014830-2A
Authority: BR
Inventors: Yoshiyuki Watanabe; Kazuhiro Fukunaga; Akihiko Kojima; Ryuji Uemori; Rikio Chijiiwa
Original assignee: Nippon Steel Corporation
Priority date: 2009-05-21
Filing date: 2010-05-21
Publication date: 2022-09-27
Also published as: EP2400041A4; US8920713B2; US20120027637A1; TW201100561A; CA2757223A1; WO2010134353A1; BRPI1014830A2; TWI365915B; JPWO2010134353A1; JP4705696B2; RU2470085C1; RU2470085C9; CN102197154A; EP2400041B1; KR20110060959A; KR101160028B1; EP2400041A1; CA2757223C

Abstract

"AÇO PARA ESTRUTURA SOLDADA E MÉTODO DE PRODUÇÃO DO MESMO". A presente invenção refere-se a um aço para a estrutura soldada que inclui a seguinte composição: em % em massa, C a um teor de C [C] de 0,010 a 0,065%; Si a um teor de Si [Si] de 0,05 a 0,20%; Mn a um teor de Mn [Mn] de 1,52 a 2, 70%; Ni a um teor de Ni [Ni] de O, 1 O % a 1,50%; Ti a um teor de Ti [Ti] de 0,005 a 0,015%; O a um teor de O [O] de 0,001 O a 0,0045%; Na um teor de N [N] de 0,002 a 0,006%; Mg a um teor de Mg [Mg] de 0,0003 a 0,003%; Ca a um teor de Ca [Ca] de 0,0003 a 0,003% e o res- tante composto de Fe e impurezas inevitáveis. Um parâmetro PcToo do com- ponente aço é de 0,065% ou menor, e um Parâmetro CeqH de dureza do componente aço é de 0,235% ou menor.

Description

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a um aço para uma estrutura soldada superior em uma propriedade CTOD de uma zona afetada pelo calor (HAZ) em uma soldagem com baixa entrada de calor a uma soldagem com média entrada de calor e a um método de produção do mesmo. Particularmente, a presente invenção refere-se a um aço para uma estrutura soldada bastante superior em uma propriedade CTOD de uma zona FL de uma zona IC em que a tenacidade é prejudicada no máximo em uma soldagem com baixa entrada de calor a uma soldagem com média entrada de calor e a um método de produção do mesmo.

É reivindicada prioridade para o Pedido de Patente Japonesa N° 2009-124614 depositado em 22 de maio de 2009, para o Pedido de Patente Japonesa N° 2009-123428 depositado em 21 de maio de 2009 e para o Pedido de Patente Japonesa N° 2009-192387 depositado em 21 de agosto de 2009, e cujos teores estão aqui incorporados como referência.

Descrição da Técnica Relacionada

Nestes últimos anos, tem havido uma demanda por um aço para uso em ambientes severos. Por exemplo, um aço de grande resistência adequado para estruturas de aço tais como estruturas em alto-mar usadas em uma área de mar frias tal como a região Ártica e estruturas resistentes a fenômenos sísmicos, há uma necessidade de um aço que possua excelente propriedade CTOD (Crack Tip Opening Displacement - Deslocamento da Abertura da Ponta da Rachadura) que é um dos parâmetros de tenacidade da fratura. Em particular, a solda do aço requer uma excelente propriedade CTOD.

A propriedade CTOD da zona afetada pelo calor (HAZ) é avaliada por resultados do teste de duas posições (seção de entalhe) de uma zona de fusão FL "Linha de Fusão: um limite de um WM (metal da solda) e de uma HAZ (zona afetada pelo calor)" e de uma zona IC "HAZ Intercrítico: um limite de um HAZ e um BM (metal base)". No entanto, apenas a zona FL considerada para obter a menor propriedade CTOD foi avaliada no passado.

Em condições em que uma temperatura do teste não é particu-larmente severa, por exemplo, -20°C, se a propriedade CTOD da zona FL for suficiente, a propriedade CTOD da zona IC também é suficiente, tal que não seja necessário avaliar a propriedade CTOD da zona IC.

No entanto, sob condições severas de teste, por exemplo, -60°C, há muitos casos em que um valor de CTOD da zona IC não é suficiente, tal que seja necessário aumentar a propriedade CTOD da zona IC.

Sob este aspecto, as técnicas em que a propriedade CTOD a uma temperatura severa de teste (por exemplo, -60°C) de junta soldada de-pois de baixa entrada de calor e de média entrada de calor é melhorada são descritas (por exemplo, referem-se à Citação da Patente 2). No entanto, nes- tas técnicas, a propriedade CTOD da zona IC não é descrita.

Além disso, por exemplo, são descritas técnicas em que a ener gia de absorção de Charpy de junta soldada depois de uma soldagem com grande entrada de calor é melhorada (por exemplo, referem-se à Citação da Patente 3 à Citação da Patente 6). No entanto, nestas técnicas, a proprieda-de CTOD (propriedade de iniciação de rachadura frágil) que é um fator im- portante, pois um material estrutural não é descrito, e o teste somente é rea-lizado em relação a uma condição de temperatura relativamente alta (por exemplo, -10°C).

Nas técnicas descritas antes, por exemplo, uma quantidade rela-tivamente grande de O está contida em aço para assegurar uma quantidade suficiente de óxidos de Ti que agem como núcleos de transformação para a geração de uma ferrita intragranular (IGF) na zona FL. Além disso, por e- xemplo, para a obtenção de uma microestrutura fina depois da soldagem, um elemento, que estabiliza austenita e aumenta a capacidade de endure-cimento, é adicionada em uma certa quantidade ou mais. No entanto, neste 30 método, é difícil garantir o valor de CTOD da zona IC do aço em um ambiente severo de em torno de -60°C enquanto se garantem as propriedades (por exemplo, a resistência ou a tenacidade de um metal base e o valor de CTOD da zona FL) necessárias para um material estrutural para estrutura soldada. [Citação da Patente 1] Publicação do Pedido de Patente Japo-nesa Não Examinada, Primeira Publicação N° 2007-002271 [Citação da Patente 2] Publicação do Pedido de Patente Japo-nesa Não Examinada, Primeira Publicação N° 2008-169429 [Citação da Patente 3] Publicação do Pedido de Patente Japo-nesa Não Examinada, Primeira Publicação N° 2002-030380 [Citação da Patente 4] Publicação do Pedido de Patente Japo-nesa Não Examinada, Primeira Publicação N° 5-171341 [Citação da Patente 5] Publicação do Pedido de Patente Japo-nesa Não Examinada, Primeira Publicação N° 2004-162150 [Citação da Patente 6] Publicação do Pedido de Patente Japo-nesa Não Examinada, Primeira Publicação N° 11-279684

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Neste caso, a presente invenção fornece um aço de alta resis-tência que possui uma excelente propriedade de CTOD (tenacidade na fratu-ra) em que a propriedade de CTOD da zona IC também seja suficiente além da propriedade da zona FL a -60°C, em soldagem (por exemplo, soldagem em multicamada) de uma baixa entrada de calor até uma média entrada de calor (por exemplo, 1,5 a 6,0 kJ/mm a uma espessura de placa de 50 mm) e um método de produção do mesmo.

Os inventores realizaram uma investigação completa de um mé-todo para melhorar a propriedade CTOD tanto de uma zona FL como de uma zona IC que são uma solda em que a tenacidade se deteriora no máximo em soldagem de uma baixa entrada de calor até uma média entrada de calor.

Como um resultado, os inventores descobriram que para melho-rar a propriedade CTOD tanto da zona FL como da zona IC, é mais impor-tante reduzir inclusões não metálicas, especificamente, é essencial reduzir o O (oxigênio no aço). Além disso, os inventores descobriram que como a fer- rita intragranular (IGF) diminui devido à redução de O, é necessário reduzir um elemento da liga que deteriora a propriedade CTOD da região FL. Além disso, os inventores descobriram que para melhorar a propriedade CTOD da região IC, é eficaz uma redução na dureza, além disso, para a redução do oxigênio no aço. Pelas descobertas, os inventores completaram a presente invenção.

O sumário da presente invenção é como a seguir. (1) Um aço para uma estrutura soldada, que compreende a se-guinte composição: em % em massa, C a um teor de C [C] de 0,010 a 0,065%; Si a um teor de Si [Si] de 0,05 a 0,20%; Mn a um teor de Mn [Mn] de 1,52 a 2,70%; 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 0,0010 a 0,0045%; N a um teor de N [N] de 0,002 a 0,006%; Mg a um teor de Mg [Mg] de 0,0003 a 0,003%; Ca a um teor de Ca [Ca] de 0,0003 a 0,003%;e o restante composto de Fe e impurezas inevitáveis, em que, um teor de P [P] está limitado a 0,008% ou menor, um teor de S [S] está limitado a 0,005% ou menor, um teor de Al [Al] está limitado a 0,004% ou menor, um teor de Nb [Nb] está limitado a 0,010% ou menor, um teor de Cu [Cu] está limitado a 0,50% ou menor, um teor de V [V] está limitado a 0,020% ou menor, e quando um parâmetro do componente de aço PCTOD é definido por uma equação a seguir (1), PCTOD = [C] + [V]/3 + [Cu]/22 + [Ni]/67 ... (1) e um parâmetro de dureza do componente de aço CeqH é definido por uma equação a seguir (2), CeqH = [C] + [Si]/4,16 + [Mn]/14,9 + [Cu]/12,9 + [Ni]/105 + 1,12[Nb] + [V]/1,82 ...(2), o PCTOD θ 0,065% ou menor e o CeqH é 0,235% ou menor. (2) No material de aço para soldagem de acordo com (1), o teor de Cu [Cu] também está limitado a 0,03 a 0,24% e o teor de Ni [Ni] também está limitado a 0,10 até 0,49%. (3) No material de aço para soldagem de acordo com (1) ou (2), uma quantidade total de Mg e Ca também está limitada a 0,0030% ou menor em % em massa. (4) Um método de produção de um aço para estrutura soldada, que compreende: lingotar continuamente o aço para fabricar uma placa que satisfaça a composição de acordo com (1) ou (2); e aquecer a placa até uma temperatura de 950°C até 1100°C e então submeter a placa a um processo de controle termomecânico.

De acordo com a presente invenção, é possível fornecer um aço com excelente tenacidade HAZ em soldagem de uma baixa entrada de calor até uma média entrada de calor. Particularmente, é possível fornecer um aço que tenha uma excelente propriedade CTOD (tenacidade à baixa temperatu-ra) de uma zona FL e de uma zona IC em que a tenacidade se deteriora ao máximo na soldagem, tal como soldagem em multicamada, de uma baixa entrada de calor até uma média entrada de calor. Portanto, é possível forne-cer um aço de alta resistência e de alta tenacidade para uma estrutura tais como estruturas para alto-mar e estruturas resistentes a fenômenos sísmicos usadas em um ambiente severo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A figura 1 é um diagrama que ilustra uma relação entre um pa-râmetro de composição de aço PCTOD e uma propriedade CTOD (T§CO,I(FL)) em teste de FL sintético que usa ciclo térmico simulado.

A figura 2 é um diagrama que ilustra uma relação entre a dureza HAZ e uma propriedade CTOD T5CO,I(ICHAZ) em um teste de ICHAZ sintético que usa ciclo térmico simulado.

A figura 3 é um diagrama que ilustra uma relação entre dureza CeqH e HAZ em um teste de ICHAZ sintético que usa ciclo térmico simulado.

A figura 4A é um diagrama esquemático que ilustra uma posição de entalhe de FL de um teste de CTOD.

A figura 4B é um diagrama esquemático que ilustra uma posição de entalhe de IC de um teste de CTOD.

A figura 5 é um diagrama que ilustra uma relação entre um pa-râmetro de dureza de composição de aço CeqH e um valor de CTOD (δc) em uma zona IC a -60°C.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Aqui a seguir, a presente invenção será descrita em detalhe.

De acordo com a investigação dos inventores, para melhorar su-ficientemente a propriedade de CTOD da zona FL e da zona IC a -60°C, na soldagem de uma entrada de baixo calor a uma entrada de médio calor (por exemplo, de 1,5 até 6,0 kJ/mm a uma espessura de placa de 50 mm), é da maior importância reduzir as inclusões não metálicas à base de óxido e é essencial reduzir a quantidade de O (do oxigênio no aço).

Na técnica convencional, para a obtenção de um aço que tenha excelente propriedade CTOD da zona FL, como núcleos de transformação de uma ferrita intragranular (IGF), a inclusão não metálica à base de óxido representada por óxidos de Ti é usada e é necessário adicionar O até certa quantidade. De acordo com a investigação dos presentes inventores, para melhorar a propriedade de CTOP da zona FL e da zona IC a -60°C, é ne-cessário reduzir a inclusão não metálica à base de óxido. Devido à redução de O, o IGF diminui, tal que é necessário re-duzir um elemento da liga que prejudica a propriedade CTOD da zona FL. A figura 1 apresenta uma relação entre a propriedade CTOD (T5C0,I(FL)) de HAZ sintética equivalente a FL e um parâmetro PCTOD da composição de aço. Neste caso, o parâmetro PCTOD da composição de aço expresso por uma equação (1) é uma equação empírica derivada por testagem de um grande número de aços fundidos a vácuo em um laboratório experimental e anali-sando a propriedade CTOD (T8CO,I(FL)) de HAZ sintética equivalente a FL e uma composição de aço. PCTOD=[C]+[V]/3+[CU]/22+[NÍ]/67 ... (1)

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

Em relação à HAZ sintética equivalente a FL apresentada na fi-gura 1, baseado nas descobertas obtidas de um grande número de experi-mentos, a propriedade CTOD T5CO,I(FL) a -110°C ou menor é um nível alvo (TSCO,I(FL) -110°C) como os aços estruturais. No nível alvo, em relação a um teste de entalhe de FL de uma junta soldada prática de uma placa de aço que possui a espessura de 50 a 100 mm, é possível garantir estavelmente um valor de CTOD (δc) de 0,25 mm ou mais a -60°C. Pela figura 1, em rela-ção à HAZ sintética equivalente a FL, para manter a T5CO,I(FL) a -110°C ou menor, pode ser observado que é necessário controlar o parâmetro PCTOD da composição de aço para ser de 0,065% ou menor. Além disso, como o valor de CTOD (δc) se torna grande, a tenacidade (por exemplo, absorção de e- nergia devida ao esforço plástico) é alta.

A HAZ sintética equivalente a FL é uma zona que corresponde a uma entrada de calor da zona FL de uma amostra para a qual é realizado um ciclo térmico sintético equivalente a FL descrito a seguir. O ciclo térmico sintético equivalente a FL (ciclo triplo) é realizado em relação a uma amostra de 10 mm x 20 mm (seção transversal) sob as seguintes condições: 1o ciclo: temperatura máxima de aquecimento 1400°C (800 a 500°C é resfriada em 22 segundos) 2o ciclo: temperatura máxima de aquecimento 760°C (760 a 500°C é resfriada em 22 segundos) 3o ciclo: temperatura máxima de aquecimento 500°C (500 a 300°C é resfriada em 60 segundos)

Como apresentado na figura 4A, um entalhe de FL 7 em uma solda 2 está localizado em uma zona FL 5 que é um limite de HAZ 4 e de WM 3. No teste de CTOD a seguir pelo entalhe de FL, é medida a relação entre uma carga e um deslocamento de abertura da zona FL 5.

A amostra é avaliada por um teste de CTOD do método BS 5762 (Padrões Britânicos) e assim é obtida a T8CO,I(FL) da figura 1. Neste caso, a Tδco,i(FL) é uma temperatura (°C) em que o menor valor dos valores de CTOD (δc), que são obtidos usando os três corpos de prova em cada temperatura do teste, excede 0,1 mm. Além disso, quando se considera o efeito da espessura da placa no teste de CTOD, em relação à seção de entalhe de FL (zona FL) da junta soldada prática da placa de aço que possui a espessura de 50 a 100 mm, é necessário manter a TSCO,I(FL) a -110°C ou menor, como descrito acima, de modo que o valor de CTOD (δc) de 0,25 mm ou mais é garantida estavelmente a -60°C.

Além disso, os inventores descobriram que a redução da dureza é eficaz, além da redução de oxigênio no aço, para melhorar a propriedade de CTOD da zona IC.

A figura 2 apresenta uma relação entre a propriedade de CTOD de uma amostra que está sujeita à ICHAZ ciclo térmico sintético equivalente à (HAZ intercrítica), como descrito posteriormente, e a dureza de HAZ sinté-tica equivalente à ICHAZ. Além disso, a figura 3 apresenta uma relação entre um parâmetro CeqH de dureza da composição do aço e da dureza de HAZ sintética equivalente à ICHAZ.

Neste caso, como apresentado na figura 2, para manter a Tδcoj(icHAZ) da HAZ sintética equivalente à ICHAZ (seção transversal: 10 mm x 20 mm) a -110°C ou menor, é necessário manter a dureza da HAZ (teste de dureza Vickers sob uma carga de 98 N (10 kgf)) a 176 Hv ou menor. Portanto, pela figura 3, é necessário controlar o parâmetro CeqH de dureza da composição de aço a 0,235% ou menor. Para diminuir mais ainda a dureza, é preferível que o parâmetro CeqH de dureza da composição de aço seja de 0,225% ou menor.

Além disso, como um método de teste de tenacidade da fratura, é adotado um método de teste de CTOD de BS 5762 (Padrões Britânicos). Além disso, as condições do ciclo térmico sintético equivalente à ICHAZ (ci-clo triplo) são como a seguir: 1ot ciclo: temperatura máxima de aquecimento 950°C (800 a 500°C é resfriada em 20 segundos) 2o ciclo: temperatura máxima de aquecimento 770°C (770 a 500°C é resfriada em 22 segundos) 3o ciclo: temperatura máxima de aquecimento 450°C (450 a 300°C é resfriada em 65 segundos)

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

Neste caso, o parâmetro CeqH de dureza da composição de aço é uma equação empírica obtida por uma regressão múltipla de uma proprie- dade do aço (dureza) e de uma composição de aço e é definida como a se-guir: CeqH=[C]+[Si]/4,16+[Mn]/14,9+[Cu]/12,9+[Ni]/105+ 1,12[Nb]+[V]/1,82 ...(2)

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

Mesmo quando PCTOD θ CeqH forem limitados como descrito a- cima, se a quantidade de cada elemento da liga contido no aço não for con-trolado apropriadamente, é difícil produzir um aço que possua tanto grande resistência quanto uma excelente propriedade CTOD. Aqui a seguir, serão descritas a faixa de limitação e uma razão para a limitação da composição de aço. Neste caso, a % descrita é uma % em massa. C: 0,010 a 0,065%

Para obter uma resistência suficiente, é necessário conter 0,010% ou mais de C. No entanto, a um teor de C [C] que excede 0,065%, uma propriedade de uma soldagem HAZ deteriora-se e a propriedade CTOD a -60°C não é suficiente. Por esta razão, o limite superior do teor de C [C] é de 0,065%. Portanto, o teor de C [C] é de desde 0,015 até 0,065%. Si: 0,05 a 0,20%

Para obter uma excelente tenacidade HAZ, é preferível que o te-or de Si [Si] seja tão pequeno quanto possível. No entanto, como o teor de Al [Al] é limitado como descrito posteriormente, para desoxidação, o teor de Si [Si] é necessariamente de 0,05% ou mais. No entanto, quando o teor de Si [Si] exceder 0,20%, a tenacidade HAZ deteriora-se, portanto o limite superior do teor de Si [Si] é de 0,20%. Portanto, o teor de Si [Si] é de 0,05 a 0,20%. Para obter também excelente tenacidade de HAZ, é preferível que o teor de Si [Si] seja de 0,15% ou menor ou que seja de 0,13% ou menor. Mn: 1,52 a 2,70%

Mn é um elemento não oneroso que possui um grande efeito so- bre a otimização de uma microestrutura. Além disso, é improvável que a tenacidade de HAZ se deteriore devido à adição de Mn. Portanto, é preferível que a quantidade adicional de Mn seja tão grande quanto possível. No entanto, quando o teor de Mn exceder 2,70%, a dureza de ICHAZ aumenta e a tenacidade é deteriorada. Portanto, o limite superior do teor de Mn [Mn] é de 2,70%. Além disso, quando o teor de Mn [Mn] for menor do que 1,52%, como o efeito de melhoria da microestrutura é pequeno, o limite inferior do teor de Mn [Mn] é de 1,52%. Portanto, o teor de Mn [Mn] é de desde 1,52 até 2,70%. Para melhorar mais ainda a tenacidade de HAZ, é preferível que o teor de Mn [Mn] seja de 1,55% ou mais, mais preferivelmente seja de 1,6% ou mais e mais preferivelmente ainda seja de 1,7% ou mais. Ni: 0,10% a 1,50%

Ni é um elemento que não deteriora muito a tenacidade de HAZ, que melhora a resistência e a tenacidade do metal base e que não aumenta muito a dureza de ICHAZ. No entanto, Ni é um elemento barato para liga e quando contido excessivamente no aço, o Ni pode causar rachaduras na superfície. Portanto, o limite superior do teor de Ni [Ni] é de 1,50%. Por outro lado, para que se tenha o efeito descrito acima da adição de Ni suficiente-mente, é necessário que contenha pelo menos 0,10% de Ni. Portanto, o teor de Ni [Ni] é de desde 0,10 até 1,50%. Para melhorar a resistência e a tena-cidade do metal base sem aumentar muito a dureza de ICHAZ, é preferível que o teor de Ni [Ni] seja de 0,20% ou mais, mais preferivelmente seja de 0,30% ou mais. Além disso, para conferir resistência às intempéries ao ma-terial de aço, é preferível que o teor de Ni [Ni] seja de 0,40% ou mais e mais preferivelmente de 0,50% ou mais. Além disso, para evitar confiavelmente as rachaduras na superfície, é preferível que o teor de Ni [Ni] seja de 1,20% ou menor e mais preferivelmente que seja de 1,0% ou menor. Em um caso em que a resistência e a tenacidade do metal base podem ser garantidas pela adição doutros elementos, é mais preferível que o teor de Ni [Ni] seja de 0,80% ou menor para garantir ainda uma eficiência econômica. Além disso, como descrito posteriormente, para suprimir rachadura no Cu de uma placa quando o Cu for adicionado de acordo com a necessidade, é preferível que o teor de Ni [Ni] seja igual à metade ou mais do teor de Cu [Cu], Para garantir a resistência e a tenacidade do metal base em um estado em que a tenacidade de ICHAZ for confiavelmente garantida, é prefe-rível que a quantidade total do teor de Mn [Mn] e do teor de Ni [Ni] seja ajus-tada. Para garantir mais confiavelmente a tenacidade de ICHAZ, é preferível que o Ni esteja limitado a desde 0,5 até 1,50%, quando o teor de Mn é de desde 1,52 a 2,0%. Similarmente, é preferível que o Ni esteja limitado a des-de 0,10 até 0,50%, quando o teor de Mn for de desde 2,0 até 2,7%. P: 0,008% ou menor (inclusive 0%) S: 0,005% ou menor (inclusive 0%)

P e S são elementos que diminuem a tenacidade e estão conti-dos como impurezas inevitáveis. Portanto, é necessário diminuir o teor de P [P] e o teor de S [S] de modo a garantir a tenacidade do metal base e a te-nacidade de HAZ. No entanto, há restrições de produção industrial, tal que os limites superiores do teor de P [P] e do teor de S [S] sejam de 0,008% e 0,005%, respectivamente. Para obter tenacidade de HAZ mais excelente ainda, é preferível que o teor de P [P] esteja limitado a 0,005% ou menor e que o teor de S [S] esteja limitado a 0,003% ou menor. Al: 0,004% ou menor (excluindo 0%)

Como é necessário gerar óxidos de Ti, é preferível que o teor de Al [Al] seja tão pequeno quanto possível. No entanto, há restrições de pro-dução industrial, tal que o limite superior do teor de Al [Al] seja de 0,004%. Ti: 0,005 até 0,015% Ti gera óxidos de Ti e toma fina a microestrutura. No entanto, quando o teor de Ti [Ti] for demasiadamente grande, Ti gera TiC e assim deteriora a tenacidade de HAZ. Portanto, a faixa apropriada de teor de Ti [Ti] é de 0,005 até 0,015%. Para melhorar ainda mais a tenacidade de HAZ, é preferível que o teor de Ti [Ti] seja de 0,013% ou menor. Nb: 0,010% ou menor (inclusive de 0%)

O Nb pode estar contido como uma impureza e melhora a resis-tência e a tenacidade do metal base, porém diminui a tenacidade de HAZ. A faixa do teor de Nb [Nb] que não diminui significativamente a tenacidade de HAZ é de 0,010% ou menor. Portanto, o teor de Nb [Nb] está limitado a 0,010% ou menor. Para melhorar ainda mais a tenacidade de HAZ, é prefe-rível que o teor de Nb [Nb] esteja limitado a 0,002% ou menor (inclusive 0%). O: 0,0010 a 0,0045%

É essencial que o teor de O [O] seja de 0,0010% ou mais para garantir a geração de óxidos de Ti como núcleos de IGF da zona FL. No en-tanto, quando o teor de O [O] for demasiadamente alto, o tamanho dos óxidos e o número dos mesmos se tornam excessivos, sendo que a propriedade de CTOD da zona IC se deteriora. Portanto, o teor de O [O] está limitado à faixa de 0,0015 até 0,0045%. Para obter melhor tenacidade da HAZ, é preferível que o teor de O [O] seja de 0,0030% ou menor e mais preferivelmente que seja de 0,0028% ou menor. N: 0,002 até 0,006%

N é necessário para gerar nitretos de Ti. No entanto, quando o teor de N [N] for menor do que 0,002%, o efeito de geração de nitretos de Ti é pequeno. Além disso, quando o teor de N [N] exceder 0,006%, são geradas rachaduras na superfície quando se produz uma placa, tal que o limite superior do teor de N [N] seja de 0,006%. Portanto, o teor de N [N] é de desde 0,002 até 0,006%. Para obtenção de melhor tenacidade da HAZ, é preferível que o teor de N [N] seja de 0,005% ou menor. Mg: 0,0003 até 0,003%

Mg é um importante elemento formador de liga da invenção e é adicionado principalmente como um agente desoxidante ou como um ele-mento para geração de sulfeto. Quando a quantidade de Mg adicionada for de 0,003% ou menor, não é gerado um óxido ou um sulfeto grosseiro e des-se modo são obtidos um metal base preferível e tenacidade de HAZ. Além disso, para se esperar uma geração de um óxido suficiente necessário como uma fixação de partícula, é necessário adicionar 0,0003% ou mais. Portanto, a faixa do teor de Mg [Mg] é de desde 0,0003 até 0,003%. Ca: 0,0003 até 0,003%

O Ca gera um sulfeto e desse modo suprime a geração de MnS estendido e melhora uma propriedade do material de aço na direção através da espessura, particularmente, uma resistência à ruptura lamelar. Além dis-so, o Ca possui substancialmente o mesmo efeito que àquele de Mg, conse-quentemente, o Ca é um elemento importante da invenção. Para obter os efeitos descritos acima suficientemente, é necessário adicionar 0,0003% ou mais. Além disso, quando o teor de Ca [Ca] estiver limitado a 0,003% ou menor, o número de óxidos grosseiros é diminuído e é obtida uma quantida-de suficiente de um óxido ou sulfeto ultrafino.

O Mg e o Ca descritos acima são adicionados juntos, porém ambos são fortes agentes desoxidantes. Quando uma quantidade total de Mg e Ca for de 0,0030% ou menor, é possível diminuir mais eficazmente a geração de inclusão grosseira e desse modo é obtida uma tenacidade sufici-ente de maneira satisfatória. Cu: 0,50% ou menor (inclusive 0%)

Cu é um elemento que melhora a resistência e a tenacidade do metal base sem deteriorar muito a tenacidade de HAZ e não aumenta muito a dureza de ICHAZ. Se a resistência do material de aço for suficientemente garantida por um elemento tal como C, Mn e Ni, nem sempre é necessário adicionar o Cu. O Cu pode ser adicionado se necessário para resistência ou similar. No entanto, o Cu é um elemento formador de liga relativamente one-roso e o efeito descrito acima é pequeno comparado com o Ni. Quando o Cu for adicionado excessivamente, a possibilidade da rachadura do Cu de uma placa é aumentada, tal que o teor de Cu [Cu] está limitado a 0,50% ou menor. O teor de Cu pode estar limitado a 0,24% ou menor ou 0,10% ou menor de acordo com a necessidade. Além disso, quando o Cu for adicionado ao aço ou estiver contido no aço como uma impureza, para a prevenção da ra-chadura do Cu de uma placa, é preferível que o teor de Cu [Cu] seja o dobro ou menor do que o teor de Ni [Ni], Além disso, como o limite de solubilidade no sólido de Cu em ferrita (aFe) é pequeno, o εCu precipita na solda HAZ dependendo de um histórico térmico durante a soldagem e desse modo há uma possibilidade de diminuir a tenacidade à baixa temperatura. Quando o teor de Cu [Cu] estiver limitado a 0,03% ou menor, é possível garantir confi-avelmente uma tenacidade à baixa temperatura de um produto. Particular mente, no caso do uso de um processo de soldagem com grande entrada de calor, quando o teor de Cu [Cu] for de 0,01% ou menor, é possível garantir mais confiavelmente ainda a tenacidade à baixa temperatura. V: 0,020% ou menor (inclusive 0%)

O V é eficaz para melhorar a resistência do metal base. Portanto, o V pode ser adicionado quando necessário. No entanto, quando o V ex-cedendo 0,020% for adicionado, a tenacidade de HAZ é bastante diminuída. Portanto, o teor de V [V] está limitado a 0,020% ou menor. Para eliminar su-ficientemente uma diminuição na tenacidade de HAZ, é preferível que o teor de V [V] esteja limitado a 0,010% ou menor. Se a resistência de aço for sufi-cientemente garantida por um elemento tal como C, Mn e Ni, nem sempre é necessário adicionar V. Mesmo quando V for adicionado seletivamente por razões de resistência, é preferível limitar o teor de V [V] para que seja tão pequeno quanto possível. Portanto, é mais preferível que o teor de V [V] seja de 0,005% ou menor.

O aço para a estrutura soldada, de acordo com a presente in-venção, contém os componentes químicos descritos acima ou estes compo-nentes químicos são limitados e o restante inclui Fe e impurezas inevitáveis. No entanto, a placa de aço, de acordo com a presente invenção, pode conter outro elemento formador de ligas como elementos com a finalidade de me-lhorar ainda mais a resistência à corrosão e a possibilidade de execução a quente da própria placa de aço ou as impurezas inevitáveis partindo de ma-terial prima auxiliar tal como sucata, também aos componentes químicos descritos acima. No entanto, para permitir o efeito descrito acima (melhoria na tenacidade do metal base ou similar) do componente químico descrito acima (Ni ou similar) para que seja suficientemente exibido, é preferível que outro elemento formador de ligas (Cr, Mo, B, Ca, Mg, Sb, Sn, As e REM) seja limitado como descrito a seguir. Cada quantidade do elemento formador de ligas inclui 0%.

O Cr diminui a tenacidade de HAZ, tal que é preferível que o teor de Cr [Cr] seja 0,1% ou menor, mais preferivelmente que seja de 0,05% ou menor e mais preferivelmente ainda de 0,02% ou menor.

O Mo diminui a tenacidade de HAZ, tal que é preferível que o teor de Mo [Mo] seja de 0,05% ou menor, mais preferivelmente que seja de 0,03% ou menor e mais preferivelmente ainda que seja de 0,01% ou menor.

O B aumenta a dureza de HAZ e diminui a tenacidade de HAZ, tal que é preferível que o teor de B [B] seja de 0,0005% ou menor, mais pre-ferivelmente que seja de 0,0003% ou menor e mais preferivelmente ainda de 0,0002% ou menor.

O Sb deteriora a tenacidade de HAZ, tal que é preferível que o teor de Sb [Sb] seja de 0,005% ou menor, mais preferivelmente que seja de 0,003% ou menor e mais preferivelmente ainda de 0,001% ou menor.

O Sn deteriora a tenacidade de HAZ, tal que é preferível que o teor de Sn [Sn] seja de 0,005% ou menor, mais preferivelmente que seja de 0,003% ou menor e mais preferivelmente ainda de 0,001% ou menor.

O As deteriora a tenacidade de HAZ, tal que é preferível que o teor de As [As] seja de 0,005% ou menor, mais preferivelmente que seja de 0,003% ou menor e mais preferivelmente ainda de 0,001% ou menor.

REM tem um efeito de eliminar a geração dos óxidos de Ti, tal que é preferível que o teor de REM [REM] seja de 0,005% ou menor, mais preferivelmente que seja de 0,003% ou menor e mais preferivelmente ainda de 0,001% ou menor. Como descrito acima, o aço para estrutura soldada, de acordo com a presente invenção, contém os componentes químicos descritos acima como composição de aço ou estes componentes químicos são limitados e o restante é composto de Fe e impurezas inevitáveis. No entanto, como o aço para a estrutura soldada, de acordo com a presente invenção, é usado como um material estrutural, é preferível que a dimensão mínima (por exemplo, espessura da placa) do aço seja de 6 mm ou mais. Quando se considera o uso como o material estrutural, a dimensão mínima (por exemplo, espessura da placa) do aço pode ser de 100 mm ou menor.

Em um método para a produção do aço para a estrutura soldada de acordo com a presente invenção, é usado o aço do qual cada quantidade dos elementos e cada um dos parâmetros (PCTOD θ CeqH) são limitados co- mo descrito antes.

Em um método de produção do material de aço para soldagem da invenção, uma placa (tarugo fundido) é produzida partindo do aço descrito antes (aço fundido) por um método contínuo de fundição. No método con-tínuo de fundição, a taxa de resfriamento (taxa de solidificação) do aço fun-dido é alta e é possível gerar grandes quantidades de óxidos finos de Ti e de nitretos de Ti na placa.

Quando a placa é laminada, é necessário que a temperatura de reaquecimento da placa seja de desde 950 até 1100°C. Quando a tempera-tura de reaquecimento exceder 1100°C, os nitretos de Ti se tornam grossos e desse modo a tenacidade do metal base se deteriora e assim é difícil de melhorar a tenacidade de HAZ.

Além disso, quando a temperatura de reaquecimento for menor do que 950°C, a força de laminação se torna grande e desse modo é preju-dicada a produtividade. Por esta razão, o limite inferior da temperatura de reaquecimento é de 950°C. Portanto, é necessário realizar a laminação a uma temperatura de 950 a 1100°C.

A seguir, depois do reaquecimento, é realizado um processo de controle termomecânico. No processo de controle termomecânico, a tempe-ratura de laminação é controlada em uma faixa limitadas de acordo com uma composição de aço e se necessário é realizado resfriamento com água. A- través do processo de controle termomecânico, podem ser realizadas a refi-nação de grãos de austenita e a refinação da microestrutura e desse modo podem ser melhoradas a resistência e a tenacidade do aço. É preferível con-trolar a espessura (dimensão mínima) do aço final (por exemplo, placa de aço) para ser de 6 mm ou mais por meio de laminação.

Por meio do processo de controle termomecânico, é possível produzir o aço que possui tenacidade suficiente da HAZ em soldagem, po-rém também tenacidade suficiente do metal base.

Como o processo de controle termomecânico, por exemplo, po-dem ser exemplificados um método de laminação controlada, um método de uma combinação de laminação controlada e resfriamento acelerado (lamina- ção controlada - resfriamento acelerado) e um método de têmpera direta depois da laminação e da têmpera (têmpera imediatamente depois da lami- nação - têmpera). É preferível que o processo de controle termomecânico seja realizado pelo método da combinação da laminação controlada e do resfriamento acelerado. Além disso, depois de produzir o aço, mesmo quan-do o aço for reaquecido até uma temperatura abaixo do ponto de transfor-mação de Ar3 com a finalidade de desidrogenação ou de otimização de re-sistência, a propriedade do aço não é prejudicada.

[Exemplos]

Aqui a seguir, a presente invenção será descrita baseada em exemplos e em exemplos comparativos.

Usando um conversor, fundição contínua e processo de lamina-ção, foi produzida uma placa de aço que possui várias espécies de composi-ções de aço e um teste de tração sobre a resistência do metal base e um teste de CTOD em uma junta soldada foram realizados para a placa de aço.

A junta soldada usada para o teste de CTOD foi fabricado por uma entrada de calor da solda de 4,5 até 5,0 kJ/mm usando um método de soldagem com arco submerso (SAW) usado em uma soldagem teste geral. Como apresentado nas figuras 4A e 4B, a zona FL 5 da junta soldada foi formada por ranhura K de modo que as linhas de fusão (FL) 9 estejam subs-tancialmente ortogonais à superfície terminal da placa de aço.

No teste de CTOD, foi usada uma amostra que possui um tama-nho da seção transversal de t (espessura da placa) x 2t e foi formado um entalhe correspondente a uma rachadura com 50% de fadiga na amostra. Como apresentado nas figuras 4A e 4B, as posições de entalhe (entalhe FL 7 e entalhe IC 8) são a zona FL (limite da WM 3 e da HAZ 4) 5 e a zona IC (limite da HAZ 4 e BM 1) 6. No teste de CTOD, o entalhe FL 7 e o entalhe IC 8 foram testados a -60°C cada vez (5 vezes cada e 10 vezes no total).

As tabelas 1 e 2 apresentam composições químicas dos aços e as tabelas 3 e 4 apresentam as condições de produção da placa de aço (me-tal base), as propriedades do metal base (BM) e as propriedades da junta soldada.

Além disso, os símbolos de um método de tratamento térmico apresentado nas tabelas 3 e 4 são como a seguir: CR: laminação controlada (laminação a uma faixa ótima de tem-peratura para melhorar a resistência e a tenacidade do aço) ACC: laminação controlada - resfriamento acelerado (o aço foi resfriado com água até uma faixa de temperatura de 400 a 600°C depois da laminação controlada e então foi resfriado ao ar) DQ: têmpera imediatamente depois da laminação - têmpera (o aço foi temperado até 200°C ou menor imediatamente depois da laminação e então foi temperado)

Além disso, em relação aos resultados do teste de CTOD da junta soldada nas tabelas 3 e 4, δc (av) representa um valor médio de valores de CTOD para cinco testes e δc (min) representa o valor mínimo entre os valores de CTOD para cinco testes.

Nos exemplos 1 a 7 e 15 a 29, o limite de resistência (YS) era de 430 N/mm2 (MPa) ou mais, a resistência à tração foi de 502 N/mm2 (MPa) ou mais, de modo que a resistência do metal base fosse suficiente. Em relação a um valor de CTOD (δc) a -60°C, o valor mínimo δc (min) do valor de CTOD no entalhe FL foi de 0,42 mm ou mais, o valor mínimo δc (min) do valor de CTOD no entalhe IC foi de 0,60 mm ou mais, de modo que a tenacidade da fratura fosse excelente.

Por outro lado, nos exemplos comparativos, o aço tinha a mesma resistência que àquela nos exemplos, porém o valor de CTOD era baixo em comparação com os exemplos e assim não era adequado para uso em um aço em um ambiente severo.

Nos exemplos comparativos 8 e 30, o teor de C no aço era alto e o parâmetro PCTOD do componente do aço e o parâmetro de dureza CeqH do componente do aço também eram altos. Portanto, tanto o valor de CTOD do entalhe FL como o valor de CTOD do entalhe FL eram baixos.

Nos exemplos comparativos 9, 12 a 14, 30, 31, 34 e 35, o parâ-metro de dureza CeqH do componente do aço era alto. Portanto, em particu-lar, o valor de CTOD do entalhe IC era baixo.

Nos exemplos comparativos 10 e 32, o teor de Al no aço era alto. Portanto, em particular, o controle da microestrutura da parte FL era insu-ficiente e o valor de CTOD do entalhe FL era baixo.

Nos exemplos comparativos 13 e 36, o teor de Nb no aço era alto. Portanto, em particular, o valor de CTOD do entalhe era baixo.

Nos exemplos comparativos 12 e 34, o teor de Si no aço era alto e o parâmetro de dureza CeqH do componente aço era alto. Portanto, em particular, o valor de CTOD do entalhe IC era baixo.

Nos exemplos comparativos 14 e 35, o teor de V no aço era alto e o parâmetro PCTOD do componente aço e o parâmetro de dureza CeqH do componente aço eram altos. Portanto, tanto o valor de CTOD do entalhe FL e o valor de CTOD do entalhe eram baixos. O teor de Al era alto no aço comparativo 10, Mg e Ca não foram adicionados no aço comparativo 11, o teor de Si era alto no aço comparativo 12, a quantidade de Mg + Ca era excessiva e CeqH também era alto causado pelo alto teor de Nb no aço comparativo 13, e Ca era excessivo e tanto os valores de PCTOD como de CeqH eram altos causados pelo alto teor de V no aço comparativo 14, tal que o valor de CTOD fosse baixo em todos eles.

No aço comparativo 31, o teor de Mn era excessivo e portanto o valor de CeqH era alto, tal que o valor de CTOD do entalhe IC fosse baixo.

No aço comparativo 32, os valores de PCTOD e de CeqH eram adequados, porém o controle da estrutura na vizinhança do FL era insufici-ente causado pelo alto teor de Al, tal que o valor de CTOD do entalhe FL fosse baixo.

No aço comparativo 33, a quantidade de Mg + Ca era excessiva e os valores de PCTOD θ CeqH eram altos, tal que o valor de CTOD dos entalhes FL e IC também fosse baixo.

No aço comparativo 34, o teor de Si era excessivo, Mg e Ca não foram adicionados e o valor de CeqH era alto, tal que o valor de CTOD dos entalhes FL e IC fosse baixo.

O teor de V era excessivo no aço comparativo 35 e o teor de Nb era excessivo no aço comparativo 22, tal que o CeqH fosse alto e particu- larmente, o valor de CTOD do entalhe IC era baixo.

Nos exemplos comparativos 8 a 14 e 30 a 38 descritos acima, em relação ao valor de CTOD (δc) a -60°C, o valor mínimo δc (min) do valor de CTOD no entalhe FL era menor do que 0,43 mm, o valor mínimo δc (min) 5 do valor de CTOD no entalhe IC era menor do que 0,60 mm, de modo que a tenacidade na fratura não fosse suficiente.

A figura 5 apresenta o resultado de colocar juntos a relação entre o parâmetro CeqH de dureza da composição de aço e o valor de CTOD (δc) da zona IC a -60°C apresentada nas tabelas 1 a 4. Como apresentado 10 na figura 5, quando cada componente no aço e o parâmetro PCTOD da composição de aço satisfazia as condições descritas acima, foi possível produzir um aço cujo valor mínimo δc (min) do valor de CTOD no entalhe IC era de 0,25 mm ou mais, diminuindo o parâmetro CeqH de dureza da composição de aço até 0,235% ou menor. Além disso, mesmo quando o parâmetro CeqH 15 de dureza da composição de aço era 0,235% ou menor, quando cada componente no aço e o parâmetro PCTOD da composição de aço não satisfaz as condições descritas acima, foi impossível produzir o aço cujo valor mínimo δc (min) do valor de CTOD era de 0,25 mm ou mais (por exemplo, exemplos comparativos 8 e 37).

Laminação As: laminação gerai em que a temperatura de laminação não é controlada, o resfriamento após a laminação é resfriamento pelo ar.

APLICABILIDADE INDUSTRIAL

De acordo com a invenção, é possível fornecer um aço para es-trutura soldada que possui excelente propriedade CTOD de uma zona afetada pelo calor em soldagem de uma entrada com baixa entrada de calor para 5 uma entrada média de calor e um método de produção do mesmo.

Claims

1. Aço para uma estrutura soldada, caracterizado pelo fato de que compreende a seguinte composição: em % em massa, C a um teor de C [C] de 0,010 a 0,065%; Si a um teor de Si [Si] de 0,05 a 0,20%; Mn a um teor de Mn [Mn] de 1,52 a 2,70%; 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 0,0010 a 0,0045%; N a um teor de N [N] de 0,002 a 0,006%; Mg a um teor de Mg [Mg] de 0,0003 a 0,003%; Ca a um teor de Ca [Ca] de 0,0003 a 0,003%; e o restante composto de Fe e impurezas inevitáveis, em que, um teor de P [P] está limitado a 0,008% ou menor, um teor de S [S] está limitado a 0,005% ou menor, um teor de Al [Al] está limitado a 0,004% ou menor, um teor de Nb [Nb] está limitado a 0,010% ou menor, a um teor de Cu [Cu] está limitado a 0,03% ou menor, um teor de V [V] está limitado a 0,020% ou menor e quando um parâmetro PCTOD do componente aço é definido pela seguinte equação (1), PCTOD = [C] + [V]/3 + [Cu]/22 + [Ni]/67 (1) e um parâmetro CeqH de dureza do componente aço é definido pela seguinte equação (2), CeqH = [C] + [Si]/4,16 + [Mn]/14,9 + [Cu]/12,9 + [Ni]/105 + 1,12[Nb] + [V]/1,82 (2) o PCTOD é 0,065% ou menor e o CeqH é 0,235% ou menor.

2. Aço para estrutura soldada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma quantidade total de Mg e de Ca também está limitada a 0,0030% ou menor em % em massa.