CN101275202B - 焊接热影响部的韧性优异的高强度低屈服比钢材 - Google Patents

焊接热影响部的韧性优异的高强度低屈服比钢材 Download PDF

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Abstract

本发明的高强度低屈服比钢材满足规定的化学成分组成，并且由下述(1)式规定的PK值为-0.55～4.3的范围。PK值＝{[N]-([Ti]/6.8)-([Al]/10)-([B]/2)}×1000…(1)，其中，[N]、[Ti]、[Al]、和[B]分别表示N、Ti、Al和B的含量(质量％)。本发明的钢材即使在热能输入量为40KJ/mm以上的高热能输入的焊接中，HAZ韧性也优异，并且能够实现从耐震性特性的观点出发而要求的低屈服比。

Description

焊接热影响部的韧性优异的高强度低屈服比钢材
技术区域
本发明涉及适用于船舶、建筑物、桥梁等的焊接结构物的钢材，特别涉及从耐震性的观点出发在要求低屈服比特性的钢材中，进行高热能输入焊接的高强度低屈服比的钢材。
背景技术
适用于船舶、建筑物、桥梁等的钢材一般实施焊接而成为焊接构造物。近年来，随着上述各种焊接构造物的大型化，所使用钢材壁厚、高强度化的需求提高，另外，从建筑构造物的耐震性的观点出发，也要求屈服比(屈服点/引张强度×100％)小(即塑性变形能大)，例如(建筑用途的情况为80％以下)。
另一方面，在成本方面，从以便宜的钢材并且改善焊接施工效率的观点出发，是指向高热能输入焊接的状况。但是，进行改热能输入焊接时，钢材被加热到高温的奥氏体区域后徐冷，因此存在特别是热影响部(以下简称为「HAZ」)的组织粗大化，该部分的韧性容易劣化的问题。良好地确保如此的HAZ中的韧性(以下称为「HAZ」)成为永远的课题。
用于防止高热能输入焊接焊接中的HAZ韧性的劣化的技术也至今有各种提案。作为这样的技术，例如在专利第3546308号公报、专利第3733898号公报中，通过在钢材中使Ca适量含有，防止高温区域中的奥氏体晶粒(r粒)的粗大化，促进铁素体转化，由此实现高HAZ韧性化。但是，在进行焊接输入热量超过40KJ/mm的超高热能焊接时，难以确保良好的HAZ韧性。另外，在这些技术中，从耐震性的观点出发，也存在不能确保低屈服比特性的问题。
另一方面，在特开2005-139506号公报中显示通过限定Ti、B、N等的含量和固溶B量，从而能够确保焊接输入热能在100KJ/mm左右的超高热能输入的HAZ韧性。但是，在该技术中，没有限定S的含量，不能确认焊接施工产生的扩散性氢引起的低温裂缝的有无。另外，没有记载Ca含量的适当范围，不能控制用于HAZ韧性提高的夹杂物，不能得到超高热能焊接中安定性的HAZ韧性。此外，也没有任何低屈服比特性的考虑。
发明内容
鉴于上述状况，本发明的目的在于，提供一种高强度低屈服比钢材，其在进行输入热量在40KJ/mm以上的高热能输入焊接时，也有优异的HAZ韧性，并且，能够实现从耐震性的观点出发所要求的低屈服比。
能够解决上述课题的本发明的钢材含有：C：0.04～0.10％(质量％的意思，在化学成分的组成中下同)、Si：0.05～0.40％、Mn：1.20～1.70％、P：0.015％以下、S：0.0010％以下、Al：0.020～0.045％、Cu：0.20～0.80％、Ni：0.20～0.80％、Ti：0.005～0.015％、B：0.0010～0.0022％、N：0.0040～0.0080％、Ca：0.0015～0.0040％和0：0.0025％以下，余量由铁和不可避免的杂质构成，并且由下述(1)式规定的PK值在-0.55～4.3的范围。
PK值＝{[N]-([Ti]/6.8)-([Al]/10)-([B]/2)}×1000…(1)
其中，[N]、[Ti]、[Al]、和[B]分别表示N、Ti、Al和B的含量(质量％)。
还有，根据需要，本发明的钢材优选满足下述必要条件等：(a)组织是由软质相和硬质相构成的组织，其中硬质相的平均维氏硬度HV为180～450。(b)硬质相的平均维氏硬度Hv1和软质相的平均维氏硬度Hv2的比(Hv1/Hv2)为1.1以上。(c)软质相的分率为10～80体积％。通过满足这些必要条件，能够实现钢材的低屈服比。并且，在这种复合组织中软质相可例举从铁素体、回火贝氏体和回火马氏体中选出的一种以上，硬质相可例举从贝氏体、珠光体和马氏体(包含岛状马氏体)中选出的一种以上。
根据本发明，满足上述(1)式的关系，同时将钢材的化学成分的组成限定在适当的范围内，从而在维持低屈服比的同时能够实现焊接热影响部(HAZ)的韧性改善。
附图说明
图1是表示PK值和HAZ韧性(vE0)的关系的曲线图。
图2是表示硬质相硬度Hv和屈服比YR的关系的曲线图。
具体实施方式
在实施热能输入为40KJ/mm以上的高热能输入焊接施工的焊接构造物用钢材中，需要以低C的成分为基本的成分设计，但为了得到希望的高强度化，需要利用合金元素带来的各种强化机构。但是，如以对高强度化最有效的C为代表，一般公知有提高C含量，HAZ韧性很大地劣化，高强度化和高HAZ韧性共存是困难的。
本发明者们为了实现高强度化和高HAZ韧性共存，而对在合金成分对钢材强度和HAZ韧性的影响从各个角度进行研究。其结果发现适当量地含有Cu和Ni在满足这些特性上是最有效的。此外，为了更高的HAZ韧性，发现使Ti、B、N、和Al量的平衡的最佳化[上述(1)式]，和极低S并且使Ca量的最佳化是必须的，从而完成本发明。
本发明的钢材如上所述，实现化学成分组成的最佳化也是重要的必要条件。这些成分的限定理由如下所述。
[C：0.04～0.10％]
C是在提高钢材的强度上不能欠缺的元素，但大量含有时也使韧性劣化。C含量低于0.04％时不能确保钢材的强度。优选为0.05％以上。然而，超过0.10％则在焊接时在HAZ岛状马氏体相(MA相)大量生成招致HAZ的韧性劣化。因此C需要抑制在0.10％以下(更优选为0.08％以下)。
[Si：0.05～0.40％]
Si是在实现HAZ韧性的确保上有用的元素，为了发挥这样的效果，需要含有0.05％以上(优选为0.07％以上)。然而，Si过量含有则焊接性和HAZ韧性反而劣化，因此需要在0.40％以下，优选抑制在0.25％以下。
[Mn：1.20～1.70％]
Mn使淬火性提高，是在钢板的强度和韧性的确保上有用的元素，为了发挥这样的效果，需要含有1.20％以上，优选为1.4％以上。但是，Mn含量过剩则HAZ的强度上升过度，韧性劣化，因此，在1.70％以下，优选为1.60％以下。
[P：0.015％以下]
作为杂质元素的P对钢材(母材)和HAZ韧性有不好的影响，因此，其含量越少越好。从HAZ韧性确保的观点出发，P含量需要抑制在0.015％以下，优选为0.010％以下。但是，在工业中钢中的P为0％是困难的。
[S：0.0010％以下]
S是形成MnS使延展性低下的杂质元素，其结果是钢材(母材)的韧性劣化，因此，其量尽可能少。从HAZ韧性确保的观点出发，S含量需要抑制在0.0010％以下，优选为0.0008％以下。但是，在工业中钢中的S为0％是困难的。
[Al：0.010～0.045％]
Al对脱氧和微观组织微细化钢材(母材)韧性确保是有用的。为了发挥这样的效果，需要含有0.010％以上，优选为0.015％以上。但是，Al含量过剩则HAZ韧性劣化，因此，需要抑制在0.045％以下，优选为0.040％以下。
[Cu：0.20～0.80％]
Cu是不会使HAZ韧性劣化的元素，是通过固溶强化和析出强化使钢材(母材)的强度提高的元素。另外，没有Mn，也会发挥使淬火性提高的效果，为了发挥这样的效果，Cu需要含有0.20％以上，优选为0.25％以上。但是，Cu过量含有则HAZ韧性反而劣化，因此应当抑制在0.80％以下。优选为0.65％以下。
[Ni：0.20～0.80％]
Ni是提高钢材的低温韧性和淬火性而使强度提高的元素，并且是有助于防止Cu裂纹和高温焊接裂纹的元素。为了发挥这样的效果，Ni需要含有0.20％以上，优选为0.25％以上。但是，过量含有时容易发生氧化皮瑕疵，所以应当抑制在0.80％以下。优选为0.65％以下。
[Ti：0.005～0.015％]
Ti与N形成氮化物，使焊接时的HAZ的γ粒微细化，是对HAZ韧性改善有效元素。为了发挥这样的效果，Ti需要含有0.005％以上，优选为0.007％以上，但是过量含有时使母材韧性和HAZ韧性劣化，所以应当抑制在0.015％以下。优选为0.013％以下。
[B：0.0010～0.0022％]
B与钢中的N结合析出BN使焊接时的HAZ的γ晶内组织微细化，是对HAZ韧性的改善有效的元素，并且游离的B提高淬火性，使母材强度提高。为了发挥这样的效果，B需要含有0.0010％以上，优选为0.0012％以上。但是B含量过剩时淬火性变得过剩，母材韧性劣化，所以需要在0.0022％以下。优选为0.0020％以下。
[N：0.0040～0.0080％]
N与Ti和B结合，形成TiN和BN，使高热能输入焊接时的γ粒和晶内组织微细化，是使HAZ韧性提高的有用元素。N含量低于0.0040％时，TiN、N量不足，HAZ韧性劣化，优选为含有0.0045％以上为好。但是，N含量过剩时对母材韧性、HAZ韧性都有不良影响，因此，N需要抑制在0.0080％以下，优选为0.0070％以下。
[Ca：0.0015～0.0040％]
Ca形成微细夹杂物，使HAZ组织中的γ粒和γ内组织微细化，具有使HAZ韧性提高的效果，能够确保超高热能输入焊接中的HAZ韧性的稳定性。为了发挥这样的效果，Ca需要含有0.0015％以上。优选为0.0020％以上。但是，Ca含量过剩时使夹杂物粗大化，母材的韧性劣化，因此需要在0.0040％以下。优选为0.0037％以下。
[O：0.0025％以下]
O与钢中的多种元素结合形成氧化物。该氧化物，根据不同情况而粗大化使母材和HAZ韧性劣化，因此需要尽可能地降低。O含量超过0.0025％时氧化物粗大化时母材和使HAZ的韧性劣化。优选为抑制在0.0022％以下。
在本发明中规定的含有元素如上所述，余量是铁和不可避的杂质，作为该不可避免的杂质是根据原料、材料、制造设备等的状况被带入的元素(例如Cr、Mo、V、Nb等)，其混入是被容许的。但是，仅如上所述调整化学成分，是不能发挥本发明的效果的，由上述(1)式规定的PK值需要在规定的范围。
由所述(1)式规定的PK值表示N、Ti、B和Al的平衡。该PK值涉及高热能输入焊接导致的HAZ组织的r粒和铁素体(α)粒的组织控制和母材强度的最佳化，本发明者们通过调查真空溶解而制作的钢块、加热、热轧导致的母材性能，通过再现热循环试验产生的HAZ的模拟和其韧性评价而发现的。
所述PK值低于-0.55时N、Ti、B和Al的平衡失去，HAZ的韧性大幅劣化。另外，PK值超过4.3时，HAZ韧性也同样劣化。并且PK值的优选下限为-0.25，优选上限为3.50。
本发明的钢材，通过适当地控制上述化学成分的组成和PK值而能够发挥希望的特性(高强度、高韧性和低屈服比)，为了更确实地实现低屈服比，优选将钢材的组织控制为满足下述的必要条件。接着，对这些必要条件的限定理由加以说明。
[组织是由软质相和硬质相构成的组织，其中硬质相的平均维氏硬度Hv为180～450。]
为了得到低屈服比特性，优选为钢材的组织是软质相和硬质相构成的复合组织。屈服比特性影响硬质相的硬度，从这样的观点出发，硬质相的平均维氏硬度Hv优选为180～450。硬质相硬度以平均维氏硬度计低于180时屈服比变高。另外，超过450时强度过大，母材韧性劣化。
而且，本发明的钢材中的软质相是从铁素体、回火贝氏体和回火马氏体中选出的一种以上，硬质相是从贝氏体、珠光体和马氏体(包含岛状马氏体)中选出的一种以上。另外，本发明的钢材的组织可以包含作为第一相的软质相和作为第二相的硬质相，但不必须是二相组织，也可以是包含上述各相三种或四种以上的复合组织。
另外，为了使钢材的组织成为上述的复合组织，可以使冷却开始表面温度为Ar3相变点±20℃，并且使冷却停止温度为400℃±20℃，为了将硬质相的平均维氏硬度Hv控制在180～450，可以使冷却速度为10℃/秒以上。
[硬质相的平均维氏硬度Hv1和软质相的平均维氏硬度Hv2的比(Hv1/Hv2)为1.1以上]
为了有效发挥低屈服比特性，实现硬质相的平均维氏硬度Hv1和软质相的平均维氏硬度Hv2的比(Hv1/Hv2)的最佳化也是有效的因素。该比(Hv1/Hv2)低于1.1时从屈服比的观点出发，和实际上同样组织相同，屈服比变高。而且为了控制所述比在适当范围内，可以将C含量控制在0.04～0.10％范围内。
[软质相的分率是10～80体积％]
为了有效发挥低屈服比特性，控制软质相和硬质相的分率(体积率)也是有效的因素。软质相的分率低于10体积％时，拉伸特性成为大体上反映硬质相的特性，而不能得到复合组织构造所得到的低屈服比特性(即屈服比变高)。另外，在软质相的分率超过80％时，屈服比也同样变高。并且，为了将软质相的分率控制在所述范围内，可以使冷却开始表面温度为Ar3相变点±20℃。
虽然设定本发明的钢材基本上是制造厚钢板，但这些钢板不被限定。而且，上述厚钢板如JIS中所定义，一般指板厚3.0mm以上的。但是本发明的厚钢板的板厚优选为35mm以上，更优选为40mm以上。即，在本发明中设定的厚钢板即使在热量输入为50KJ/mm以上的高热能输入焊接中也显示出良好的HAZ韧性，因此，即使板厚很厚，通过增大输入热量能，也能够高效地焊接。
本发明的钢材能够作为例如桥梁和高层建筑物、船舶等的构造物的材料使用，即使在与小～中热能输入焊接相比高热能输入焊接中，也能够防止焊接热影响部的韧性劣化。
实施例
以下，通过实施例更详细地说明本发明，但下述实施例并不具有限定本发明的性质，在适合本发明前后主旨的范围内适当地变更实施也是可能的，这些都包含在本发明的技术的范围中。
将控制为下述表1、2所示的化学成分的钢，通过通常的熔炼法熔炼，铸造冷却该熔钢，成为板坯(剖面形状：240mm×150mm)。为了从该板坯得到下述表3、4所示的微观组织，作为其制造方法如下，加热到1100℃，使轧制最终轧道的表面温度为900℃±10℃，如此进行最终轧道，将板厚1/4位置中的冷却速度控制在15℃/秒，冷却停止时的表面温度为400℃±20℃。
接着，作为热处理，丛Ac1点和Ac3点的平均温度加热到+60℃和-20℃的温度范围，以此状态实施淬火处理，还在450～650℃温度范围内实施回火处理制作钢板(厚度：50mm)。并且，此时的Ac1点Ac3点可通过下述(2)式和(3)式求出。
Ac1＝723-14·[Mn]+22·[Si]-14.4·[Ni]+23.3·[Cr]…(2)
Ac3＝908-223.7·[C]+438.5·[P]+30.49·[Si]-34.43·[Mn]-23.5·[Ni]…(3)
其中，[N]、[P]、[Si]、[Mn]、[Ni]和[Cr]分别表示C、P、Si、Mn、Ni和Cr的含量(质量％)。
表1
  试验No.   化学成分組成*(质量％) PK值
  C   Si   Mn   P   S   Al   Cu   Ni   Ti   B   N   Ca   O
  1   0.04   0.15   1.55   0.007   0.0009   0.035   0.30   0.30   0.012   0.0018   0.0060   0.0027   0.0010   -0.16
  2   0.10   0.17   1.67   0.007   0.0005   0.023   0.30   0.23   0.005   0.0013   0.0059   0.0034   0.0009   2.21
  3   0.09   0.05   1.61   0.011   0.0007   0.033   0.41   0.35   0.007   0.0016   0.0068   0.0032   0.0010   1.67
  4   0.06   0.39   1.56   0.010   0.0008   0.034   0.42   0.36   0.008   0.0016   0.0066   0.0032   0.0018   1.22
  试验No.   化学成分組成*(质量％) PK值
  5   0.07   0.18   1.21   0.009   0.0008   0.040   0.50   0.43   0.011   0.0018   0.0066   0.0031   0.0009   0.08
  6   0.08   0.17   1.70   0.012   0.0007   0.043   0.55   0.48   0.012   0.0019   0.0072   0.0032   0.0010   0.19
  7   0.06   0.19   1.53   0.015   0.0007   0.041   0.55   0.49   0.013   0.0019   0.0068   0.0031   0.0012   -0.16
  8   0.07   0.14   1.42   0.009   0.0010   0.028   0.34   0.29   0.006   0.0015   0.0063   0.0028   0.0009   1.87
  9   0.06   0.18   1.47   0.010   0.0005   0.020   0.56   0.50   0.013   0.0019   0.0069   0.0030   0.0010   2.04
  10   0.07   0.15   1.43   0.008   0.0009   0.045   0.36   0.31   0.007   0.0015   0.0062   0.0028   0.0008   -0.08
  11   0.09   0.14   1.56   0.009   0.0004   0.034   0.21   0.36   0.008   0.0016   0.0066   0.0031   0.0012   1.22
  12   0.06   0.19   1.46   0.007   0.0006   0.034   0.80   0.42   0.011   0.0017   0.0063   0.0030   0.0016   -0.07
  13   0.07   0.20   1.66   0.009   0.0007   0.042   0.53   0.20   0.012   0.0018   0.0067   0.0031   0.0010   -0.16
  14   0.07   0.15   1.42   0.007   0.0009   0.025   0.52   0.79   0.013   0.0012   0.0058   0.0036   0.0008   0.79
  15   0.06   0.17   1.68   0.009   0.0006   0.035   0.54   0.48   0.005   0.0019   0.0067   0.0031   0.0021   1.51
  16   0.05   0.14   1.62   0.007   0.0009   0.027   0.32   0.28   0.015   0.0014   0.0061   0.0028   0.0009   0.49
  17   0.06   0.17   1.67   0.009   0.0006   0.026   0.53   0.49   0.013   0.0010   0.0067   0.0028   0.0010   1.69
  18   0.08   0.14   1.58   0.007   0.0009   0.029   0.35   0.30   0.007   0.0021   0.0060   0.0030   0.0009   1.02
  19   0.09   0.14   1.47   0.009   0.0005   0.025   0.41   0.35   0.006   0.0011   0.0042   0.0031   0.0009   0.27
  20   0.06   0.17   1.41   0.007   0.0009   0.038   0.48   0.41   0.011   0.0017   0.0079   0.0033   0.0009   1.63
  21   0.09   0.16   1.57   0.009   0.0004   0.042   0.52   0.45   0.012   0.0018   0.0066   0.0015   0.0009   -0.26
  22   0.05   0.22   1.64   0.007   0.0008   0.038   0.59   0.61   0.010   0.0012   0.0057   0.0040   0.0008   -0.17
  23   0.07   0.17   1.59   0.008   0.0008   0.044   0.55   0.48   0.013   0.0012   0.0070   0.0027   0.0025   0.09
  24   0.08   0.14   1.51   0.006   0.0008   0.028   0.32   0.27   0.006   0.0021   0.0042   0.0028   0.0009   -0.53
  25   0.05   0.14   1.43   0.007   0.0006   0.022   0.33   0.29   0.006   0.0011   0.0079   0.0029   0.0018   4.27
  26   0.07   0.10   1.64   0.007   0.0006   0.022   0.25   0.22   0.006   0.0016   0.0072   0.0028   0.0019   3.29
  27   0.07   0.07   1.52   0.006   0.0005   0.034   0.22   0.25   0.007   0.0016   0.0075   0.0028   0.0020   2.30
  28   0.07   0.07   1.45   0.006   0.0004   0.041   0.24   0.26   0.007   0.0017   0.0079   0.0032   0.0021   1.95
  29   0.07   0.10   1.43   0.006   0.0004   0.040   0.45   0.60   0.009   0.0017   0.0075   0.0039   0.0023   1.31
  22   0.05   0.22   1.64   0.007   0.0008   0.038   0.59   0.61   0.010   0.0012   0.0057   0.0040   0.0008   -0.17
  30   0.07   0.12   1.54   0.006   0.0004   0.042   0.54   0.50   0.007   0.0018   0.0060   0.0038   0.0024   -0.12
*余量是铁和不可避免的杂质。
表2
  试验No.   化学成分組成*(质量％) PK值
  C   Si   Mn   P   S   Al   Cu   Ni   Ti   B   N   Ca   O
  31   0.03   0.19   1.60   0.008   0.0060   0.032   0.31   0.31   0.010   0.0019   0.0069   0.0031   0.0015   1.28
  32   0.11   0.21   1.63   0.008   0.0005   0.020   0.31   0.24   0.007   0.0014   0.0058   0.0035   0.0014   2.07
  33   0.06   0.04   1.66   0.009   0.0007   0.031   0.43   0.37   0.008   0.0017   0.0078   0.0028   0.0015   2.67
  34   0.07   0.42   1.62   0.009   0.0006   0.032   0.44   0.38   0.009   0.0017   0.0065   0.0037   0.0024   1.13
  35   0.08   0.22   1.18   0.009   0.0005   0.038   0.53   0.46   0.010   0.0019   0.0075   0.0027   0.0015   1.28
  36   0.09   0.21   1.72   0.010   0.0004   0.040   0.59   0.51   0.010   0.0020   0.0072   0.0032   0.0016   0.73
  37   0.07   0.21   1.58   0.017   0.0007   0.038   0.58   0.51   0.010   0.0020   0.0078   0.0028   0.0017   1.53
  38   0.08   0.18   1.47   0.009   0.0013   0.025   0.36   0.30   0.008   0.0016   0.0062   0.0027   0.0015   1.72
  39   0.07   0.21   1.51   0.009   0.0009   0.018   0.59   0.53   0.010   0.0021   0.0078   0.0028   0.0016   3.48
  40   0.07   0.19   1.47   0.008   0.0004   0.047   0.38   0.33   0.008   0.0016   0.0071   0.0030   0.0013   0.42
  41   0.08   0.18   1.61   0.009   0.0006   0.032   0.18   0.38   0.009   0.0017   0.0075   0.0035   0.0017   2.13
  42   0.07   0.21   1.51   0.008   0.0004   0.037   0.81   0.44   0.010   0.0019   0.0063   0.0036   0.0022   0.18
  41   0.08   0.18   1.61   0.009   0.0006   0.032   0.18   0.38   0.009   0.0017   0.0075   0.0035   0.0017   2.13
  43   0.07   0.20   1.53   0.009   0.0005   0.040   0.56   0.19   0.010   0.0020   0.0077   0.0028   0.0015   1.23
  44   0.07   0.19   1.45   0.008   0.0009   0.021   0.55   0.82   0.010   0.0013   0.0057   0.0035   0.0014   1.48
  45   0.08   0.21   1.54   0.009   0.0008   0.032   0.57   0.51   0.004   0.0020   0.0077   0.0038   0.0021   2.91
  46   0.06   0.18   1.67   0.008   0.0009   0.024   0.34   0.29   0.016   0.0015   0.0059   0.0035   0.0014   0.40
  47   0.06   0.21   1.44   0.009   0.0008   0.022   0.56   0.52   0.010   0.0009   0.0077   0.0028   0.0015   3.58
  48   0.06   0.18   1.63   0.008   0.0009   0.026   0.37   0.32   0.008   0.0024   0.0059   0.0027   0.0014   0.92
  49   0.06   0.18   1.52   0.009   0.0007   0.021   0.44   0.37   0.008   0.0011   0.0038   0.0027   0.0015   -0.03
  50   0.07   0.21   1.45   0.008   0.0009   0.036   0.50   0.44   0.010   0.0018   0.0082   0.0036   0.0015   2.23
  51   0.05   0.20   1.63   0.009   0.0007   0.040   0.55   0.48   0.010   0.0019   0.0075   0.0015   0.0015   1.08
  52   0.06   0.20   1.48   0.008   0.0008   0.035   0.62   0.64   0.009   0.0013   0.0056   0.0043   0.0014   0.13
  53   0.06   0.21   1.65   0.009   0.0007   0.042   0.58   0.50   0.010   0.0012   0.0075   0.0028   0.0027   1.23
  54   0.09   0.17   1.56   0.008   0.0009   0.024   0.33   0.29   0.009   0.0021   0.0042   0.0035   0.0014   -0.57
  55   0.09   0.18   1.47   0.008   0.0006   0.021   0.35   0.30   0.006   0.0012   0.0079   0.0032   0.0024   4.32
  56   0.07   0.16   1.58   0.007   0.0005   0.024   0.24   0.35   0.007   0.0015   0.0069   0.0030   0.0019   2.75
  57   0.08   0.14   1.69   0.007   0.0006   0.028   0.45   0.54   0.010   0.0015   0.0071   0.0032   0.0017   2.11
  58   0.07   0.13   1.52   0.006   0.0008   0.028   0.71   0.24   0.012   0.0017   0.0073   0.0035   0.0016   1.92
  59   0.07   0.11   1.61   0.006   0.0004   0.032   0.54   0.32   0.014   0.0015   0.0075   0.0037   0.0014   1.52
  60   0.07   0.10   1.43   0.005   0.0005   0.041   0.38   0.36   0.012   0.0016   0.0077   0.0029   0.0013   1.07
*余量是铁和不可避免的杂质。
表3
  试验No.   硬质相硬度(Hv)   硬度比(Hv<sub>1</sub>/Hv<sub>2</sub>)   软质相分率(体积％)
  1   289   1.9   31
  2   291   2.2   24
  试验No.   硬质相硬度(Hv)   硬度比(Hv<sub>1</sub>/Hv<sub>2</sub>)   软质相分率(体积％)
  3   300   2.1   36
  4   289   2.5   37
  5   306   2.0   44
  6   289   2.1   49
  7   288   2.2   50
  8   282   1.9   30
  9   289   2.0   51
  10   293   1.8   32
  11   284   2.2   37
  12   289   2.3   43
  13   273   2.1   21
  14   289   2.2   34
  15   268   2.6   49
  16   273   1.9   29
  17   306   1.9   50
  18   289   2.0   31
  19   277   2.0   36
  20   289   2.1   42
  21   292   1.8   46
  22   289   2.4   62
  23   273   2.6   49
  24   268   1.9   28
  试验No.   硬质相硬度(Hv)   硬度比(Hv<sub>1</sub>/Hv<sub>2</sub>)   软质相分率(体积％)
  25   289   2.4   30
  26   182   2.3   23
  27   446   2.4   26
  28   321   1.2   41
  29   345   3.1   11
  30   276   3.1   78
表4
  试验No.   硬质相硬度(Hv)   硬度比(Hv<sub>1</sub>/Hv<sub>2</sub>)   软质相分率(体积％)
  31   289   1.9   39
  32   295   2.1   46
  33   307   2.2   48
  34   299   2.1   45
  35   287   1.9   38
  36   293   2.1   45
  37   245   2.1   38
  38   255   2.1   40
  39   299   2.1   45
  40   307   2.1   46
  41   287   2.0   39
  42   287   2.1   45
  43   298   1.9   42
  试验No.   硬质相硬度(Hv)   硬度比(Hv<sub>1</sub>/Hv<sub>2</sub>)   软质相分率(体积％)
  44   329   2.1   45
  45   256   2.1   41
  46   260   2.1   42
  47   262   1.9   34
  48   340   2.2   47
  49   260   2.1   42
  50   293   2.1   45
  51   241   2.0   38
  52   329   2.1   45
  53   277   2.1   42
  54   251   2.1   41
  55   272   2.0   36
  56   178   2.0   34
  57   456   2.2   31
  58   194   1.0   28
  59   204   2.0   8
  60   199   2.2   82
在如上制造的各钢板中，通过光学显微镜观察板厚1/4位置中的微观组织，测定软质相的分率，并且，由下述要领测定硬质相的平均维氏硬度Hv、比(Hv1/Hv2)和钢材的拉伸特性，以及HAZ韧性。
[硬质相的平均维氏硬度Hv、比(Hv1/Hv2)的测定]
利用10gf的微观维氏硬度计测定硬质相的维氏硬度Hv1和软质相的维氏硬度Hv2，求各10点的平均值，计算硬度比(Hv1/Hv2)
[钢材(母材)的拉伸特性]
从各钢板的板厚1/4位置在与轧制方向成直角的方向上采取JIS Z2201的4号试验片，进行以JIS Z 2241要领的拉伸试验，测定屈服点(YP)和拉伸强度(Ts)，计算屈服比YR(YP/TS)。而且，将Ts为520MPa以上、YR为80％以下的评价为合格。另外，以JIS Z 2242要领评价与轧制方向平行的方向的母材韧性(0℃中的摆锤吸收能量vE0)。而且，将vE0为200J以上的评价为合格。
[HAZ韧性的评价]
从各钢板的板厚1/4位置，(1)在与轧制方向平行的方向切出热循环用的钢片，(2)进行模拟高热能输入焊接的焊缝部的热历程的热循环试验，(3)以JIS Z 2242要领进行试验，评价HAZ韧性。此时的热循环试验将上述试验片加热到1400℃(升温速度：50℃/秒)，保持30秒后，在800～500℃的温度范围冷却约700秒，由此赋予相当于输入热量为60KJ/mm的热循环。以JIS Z 2242为基准，在0℃进行摆锤冲击试验，测定吸收能量(vE0)。这时对该3个试验片测定吸收能量(vE0)，并求其平均值。而且，将vE0的平均值为700J以上的评价为韧性优异。
下述表5、6显示出这些结果，在满足本发明中规定的必要条件的试验(试验No.1～30)中，能够得到HAZ韧性优异的高强度低屈服比钢材，这些钢材有助于钢材焊接构造物的安全性和施工效率的提高。与此相对，在本发明范围之外的试验(试验31～60)中，任一的特性均劣化。基于这些数据，在图1和图2中分别表示PK值和HAZ韧性(vE0)的关系，和硬质相硬度Hv和屈服比YR的关系(图1、2中“●”号表示实施例，“△”号表示比较例)。
表5
  试验No.   母材特性   HAZ韧性(vE<sub>0</sub>：J)   其他   综合评价
YP(MPa) TS(MPa) YR(％) vE<sub>0</sub>(J)
  1   411   570   72   276   169    -   ○
  2   404   573   71   276   228    -   ○
  3   422   585   72   288   238    -   ○
  4   417   570   73   276   227    -   ○
  5   434   592   73   288   187    -   ○
  6   431   570   76   276   187    -   ○
  7   446   587   76   262   188    -   ○
  8   414   572   72   265   235    -   ○
  试验No.   母材特性   HAZ韧性(vE<sub>0</sub>：J)   其他   综合评价
YP(MPa) TS(MPa) YR(％) vE<sub>0</sub>(J)
  9   433   570   76   276   256    -   ○
  10   416   578   72   277   179    -   ○
  11   414   562   74   273   227    -   ○
  12   424   570   74   276   156    -   ○
  13   390   547   71   253   159    -   ○
  14   414   570   73   276   232    -   ○
  15   418   539   77   267   248    -   ○
  16   399   547   73   243   227    -   ○
  17   441   592   75   296   253    -   ○
  18   411   570   72   276   227    -   ○
  19   419   566   74   269   216    -   ○
  20   423   570   74   276   244    -   ○
  21   448   599   75   247   138    -   ○
  22   446   570   78   276   199    -   ○
  23   421   547   77   269   193    -   ○
  24   395   539   73   267   88    -   ○
  25   409   570   72   276   156    -   ○
  26   438   555   79   272   216    -   ○
  27   341   554   62   271   244    -   ○
  28   396   553   72   251   246    -   ○
  试验No.   母材特性   HAZ韧性(vE<sub>0</sub>：J)   其他   综合评价
YP(MPa) TS(MPa) YR(％) vE<sub>0</sub>(J)
  29   363   570   64   261   234    -   ○
  30   477   608   79   271   185    -   ○
表6
  试验No.   母材特性   HAZ韧性(vE<sub>0</sub>：J)   其他   综合评价
YP(MPa) TS(MPa) YR(％) vE<sub>0</sub>(J)
  31   365   496   74   279   94   -   ×
  32   431   578   75   280   35   -   ×
  33   465   628   74   82   34   -   ×
  34   431   582   74   98   45   -   ×
  35   355   482   74   287   102   -   ×
  36   434   582   75   96   35   -   ×
  37   436   566   77   85   24   -   ×
  38   438   573   77   72   29   -   ×
  39   431   582   74   68   45   -   ×
  40   429   583   74   76   52   -   ×
  41   373   505   74   275   90   -   ×
  试验No.   母材特性   HAZ韧性(vE<sub>0</sub>：J)   其他   综合评价
YP(MPa) TS(MPa) YR(％) vE<sub>0</sub>(J)
  42   437   582   75   279   24   -   ×
  43   362   492   74   269   79   Cu裂纹发生   ×
  44   418   582   72   279   94   氧化皮瑕疵发生   ×
  45   440   573   77   265   19   -   ×
  46   439   574   77   92   14   -   ×
  47   344   459   75   289   97   -   ×
  48   457   642   71   48   94   -   ×
  49   441   577   77   272   18   -   ×
  50   434   582   75   78   35   -   ×
  51   382   494   77   256   26   -   ×
  52   418   582   72   79   94   -   ×
  53   431   574   75   87   43   -   ×
  54   442   573   77   265   12   -   ×
  55   383   515   74   279   21   -   ×
  56   420   515   82   272   53   -   ×
  57   399   646   62   26   50   -   ×
  58   476   581   82   257   47   -   ×
  试验No.   母材特性   HAZ韧性(vE<sub>0</sub>：J)   其他   综合评价
YP(MPa) TS(MPa) YR(％) vE<sub>0</sub>(J)
  59   433   503   86   205   44   -   ×
  60   511   598   85   183   41   -   ×

Claims (4)

1.一种钢材，其特征在于，以质量％计含有C：0.04～0.10％、Si：0.05～0.40％、Mn：1.20～1.70％、P：0.015％以下、S：0.0010％以下、Al：0.020～0.045％、Cu：0.20～0.80％、Ni：0.20～0.80％、Ti：0.005～0.015％、B：0.0010～0.0022％、N：0.0040～0.0080％、Ca：0.0015～0.0040％和O：0.0025％以下，余量由铁和不可避免的杂质构成，并且，由下述(1)式规定的PK值为-0.55～4.3的范围，
PK值＝{[N]-([Ti]/6.8)-([Al]/10)-([B]/2)}×1000…(1)
其中，[N]、[Ti]、[Al]和[B]分别表示N、Ti、Al和B的质量百分比含量，
所述钢材的组织是由软质相和硬质相构成的复合组织，其中硬质相的平均维氏硬度HV为180～450。
2.根据权利要求1所述的钢材，其特征在于，软质相是从铁素体、回火贝氏体和回火马氏体中选出的一种以上，硬质相是从贝氏体、珠光体和马氏体中选出的一种以上，其中，马氏体包括岛状马氏体。
3.根据权利要求1或2所述的钢材，其特征在于，硬质相的平均维氏硬度Hv1和软质相的平均维氏硬度Hv2的比Hv1/Hv2为1.1以上。
4.根据权利要求1或2所述的钢材，其特征在于，软质相的分率为10～80体积％。
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