CN102762756B

CN102762756B - 焊接变形小且耐腐蚀性优异的钢板

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Publication number: CN102762756B
Application number: CN201180009786.8A
Authority: CN
Inventors: 上村隆之; 鹿岛和幸; 幸英昭; 川畑友弥; 中村浩史; 冈口秀治; 有持和茂
Original assignee: Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2010-02-18
Filing date: 2011-02-08
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2031-02-08
Also published as: CN102762756A; JPWO2011102259A1; KR101442366B1; KR20120099516A; JP5392397B2; WO2011102259A1

Abstract

一种焊接变形小且耐腐蚀性优异的钢板，其特征在于，具有以下的化学组成，即，以质量%计，含有C：0.0005%以上且小于0.02%、Si：0.01~0.7%、Mn：0.1~5.0%、P：0.05%以下、S：0.008%以下、Cu：小于0.2%、Nb：0.02~0.3%、Al：0.003~0.1%、N：0.01%以下、B：0.0005~0.004%及Sn：0.03~0.50%，余量由Fe及杂质构成，且Cu/Sn比为1以下，金相组织包含80%以上的贝氏体组织，且该贝氏体硬度以维氏硬度计为150~250。也可以含有Ti、Ni、Cr、Mo、V、Zr、Ca、Mg及REM中的一种或两种以上。

Description

焊接变形小且耐腐蚀性优异的钢板

技术领域

本发明涉及一种在造船、海洋构造物、建筑构造物、桥梁、土木等领域中采用的、焊接变形小且耐腐蚀性优异的钢板。特别是涉及一种在角焊缝焊接作业时产生的焊接变形小的厚钢板。

背景技术

通常，在制作各种焊接钢构造物时，由焊接金属的凝固收缩及其之后的冷却和相变引起的收缩、膨胀导致发生变形。作为焊接变形的代表，能够列举出T型角焊缝焊接部的角变形。在残留角变形地制作构造物时，压曲强度由于构件的变形而大幅度降低、或者破坏特性劣化，因此，不会成为设计者期待的构造物。为了防止该事态，通过进行各种研究来谋求防止对策。

将目前应用的焊接变形防止对策大致分类，有如下的（i）~（iii）这3种。

（i）设计的研究（提高被变形构件的刚性的方法）

焊接变形残留的原因是因为焊接金属、母材的焊接终端部附近受到塑性变形。受到了塑性变形的部位欲使其外侧部分弹性变形，但在刚性较高的情况下、即截面积较大的情况下，受到了塑性变形的部位的变形量变小。因而，增大截面积地设计变更能够作为一个防止对策。但是，在使用钢材的成本上升、重量上升及工期长期化的方面，增大截面积这样的设计变更的损失较多。

（ii）焊接时的研究

在焊接时，能够通过进行某种方法来防止焊接变形。存在几种方法，但首先在焊接之前预先向反方向弯曲。在焊接之后虽产生角变形，但有可能通过预先向反方向弯曲而精加工成目标形状。另外，也存在焊接时约束端部而不容许变形的方法。并且，有时也采用通过设置后行焊炬并在焊接之后对适当的位置再加热来反向回直的方法。但是，由于均伴随着作业量的大幅度增加，因此，成为成本上升的主要原因。

（iii）焊接后的矫正加工

作为焊接之后进行矫正的方法，存在机械校正和线性升温矫正。但是，这些方法也需要大幅度增加作业量，并且，也要求熟练的高超技能。

上述（i）~（iii）的对策全部是制作上的研究，但例如在专利文献1中提出了通过焊接材料的研究来谋求降低焊接变形。但是，在焊接材料的成本上升损害经济性、或者效果不充分时，问题较多，是在现实中无法进行应用的状况。

相对于此，也存在想要通过作为母材的钢材的研究来抑制焊接变形的例子，如下所述那样提出了几种方案。

在专利文献2中公开了一种通过复合添加Nb和Mo来促进焊接热历程中的析出而提高屈服应力的方法。但是，特别是Mo的添加会导致大幅度的成本上升，因此缺乏通用性。

在专利文献3及专利文献4中记载有如下内容：通过将作为母材的钢材的贝氏体及/或马氏体的分率控制在20%以上，并规定碳氮化物的分散状态，来提高屈服应力，由此抑制焊接变形。但是，在实用上并不一定能够达到获得充分的焊接变形降低效果。

而且，在专利文献5中记载有如下内容：通过使作为母材的钢材的贝氏体率为70%以上，并确保固溶Nb量为0.0040%以上，来抑制焊接变形。但是，在贝氏体分率为70%以上时，不仅会产生母材的强度脱离通用范围的情况，由Nb导致的焊接裂纹性的损害也有可能成为问题。

另一方面，焊接钢构造物大多在海滨地区、散布有融雪盐的地区等飘来盐量较多的环境下使用。另外，在造船领域中，多在海水飞沫环境下使用。

通常，将耐气候性钢材暴露在大气腐蚀环境中时，在其表面形成有具有保护性的锈层，抑制锈层之后的钢材腐蚀。因此，耐气候性钢材作为不涂装而能够裸露地使用的最低维护钢材用于桥梁等构造物。

但是，不仅在海滨地区，即使是在内陆部，在像散布有融雪盐、防冻剂的地区那样飘来盐量较多的地区中，也难以在耐气候性钢材的表面形成有具有保护性的锈层，难以发挥抑制腐蚀的效果。因此，在这些地区中，无法使用裸露着的耐气候性钢材，对普通钢实施涂装后使用的普通钢的涂装使用较普遍。但是，在涂装使用该普通钢的情况下，由腐蚀导致涂膜劣化，需要大约每10年再涂装，因此，维持管理所需的费用非常大。

近年来，在飘来盐量以NaCl计达到0.05mg/dm²/day（0.05mdd）以上的地区、例如海滨地区中，利用日本工业标准（JIS）标准化的耐气候性钢（JIS G 3114：焊接构造用耐气候性热轧钢材）因产生鳞状锈、层状锈等而导致的腐蚀失重较大，因此，无法在无涂装的情况下使用（参照建设省土木研究所、（公司）钢材俱乐部、（公司）日本桥梁建设协会：与耐气候性钢应用于桥梁相关的共同研究报告书（XX）-无涂耐气候性桥梁的设计·施工要领（改订版-1993.3））。

这样，在海滨地区等盐分较多的环境下，通常对普通钢材进行涂装来处理。但是，现状是：建设在河口附近的海滨地区、撒有融雪盐的山间部等的道路中的桥梁腐蚀显著，不得不再涂装。为了这些再涂装要花费极大的作业量，因此，强烈要求能够无涂装地使用的钢材。

最近，开发了一种添加有1%~3%左右的Ni的Ni系高耐气候性钢。但是，可明确在飘来盐量大于0.3mdd~0.4mdd的地区中，仅仅通过这样的Ni添加，难以应用于能够无涂装地使用的钢材。

由于钢材的腐蚀随着飘来盐量增多而变剧烈，因此，从耐腐蚀性和经济性的方面考虑，需要与石英飘来盐量相对应的耐气候性钢材。另外，即使是桥梁，根据使用的场所、部位的不同，钢材的腐蚀环境也不同。例如，在横梁外部暴露在降雨、结露水和日照中。另一方面，在横梁内部虽暴露在结露水中，但不会被雨淋。通常，在飘来盐量较多的环境中，可以说横梁内部的腐蚀比横梁外部剧烈。

另外，在道路上撒有融雪盐、防冻剂的环境中，该盐被行驶中的车卷起，附着在支承道路的桥梁上，因此，成为严酷的腐蚀环境。并且，稍稍远离海岸的屋檐下等也暴露在严酷的盐害环境下，在该地区中，成为飘来盐量为1mdd以上的严酷的腐蚀环境。

为了应对该问题，以往开发了一种防止飘来盐量较多的环境下的腐蚀的钢材。

例如，在专利文献6中提出了一种增加铬（Cr）含量而成的耐气候性钢材，而且，在专利文献7中提出了一种增加镍（Ni）含量而成的耐气候性钢材。

但是，上述专利文献6提出的增加铬（Cr）含量而成的耐气候性钢材虽然在一定程度以下的飘来盐量的区域中能够改善耐气候性，但在超过该程度的严酷的盐分环境下反而使耐气候性劣化。

另外，在上述专利文献7提出的增加镍（Ni）含量而成的耐气候性钢材的情况下，耐气候性虽一定程度地得到改善，但钢材本身的成本升高，作为用于桥梁等用途的材料非常昂贵。在为了避免这一点而在减少Ni含量时，耐气候性没怎么改善，在飘来盐量较多的情况下产生在钢材表面生成层状的剥离锈、腐蚀显著、经不起长期使用这样的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平7-9191号公报

专利文献2：日本特开平7-138715号公报

专利文献3：日本特开2003-268484号公报

专利文献4：日本特开2006-2211号公报

专利文献5：日本特开2006-2198号公报

专利文献6：日本特开平9-176790号公报

专利文献7：日本特开平5-118011号公报

发明内容

发明要解决的问题

这样，在以往方法中，从经济性及实际的再现性方面考虑分别存在困难，在实用上改良的余地很大。

特别是，在使用厚度15mm以上的厚钢板制造的焊接构造物中，即使各个焊接部位的变形量小，焊接构造物整体也能够产生较大的变形，因此，需要极力减小焊接变形量。需要说明的是，厚度的上限并没有特别的限定，但优选处理不超过50mm的厚钢板。

并且，在飘来盐量较多的环境下使用的焊接钢构造物中，耐涂装剥离性成为很大的问题。即，如上述所示，在会有大量的氯化物飘来的海岸环境、散布有融雪剂或防冻剂的环境中，即使实施涂装，也存在涂装很快剥离且腐蚀进展这样的问题，需要每隔几年~十几年实施涂装的重新涂刷。另外，在实施涂装的重新涂刷时，作为其前工序，需要在被腐蚀过的桥梁上组装脚手架而再次实施喷砂处理，因此要花费极大的成本。而且，在即使再次实施喷砂处理也很难完全除去锈的情况下，即使在无法完全除去锈的钢材上再次涂装，涂装寿命也显著缩短。耐涂装剥离性大多情况下取决于包含作为基底的钢材耐腐蚀性在内的特性。

因而，强烈期望延长涂装的寿命，将补修涂装间隔拉得较长。即，在需要涂装的船舶领域、桥梁领域中，寿命周期成本最低化的要求也较高，在考虑到桥梁的寿命周期管理的基础之上，延长涂装寿命也是非常重要的。

本发明鉴于上述情况，确立以低成本且可靠地抑制焊接变形的技术，其目的在于提供一种焊接变形小的钢板，特别是，目的在于提供一种在角焊缝焊接中焊接变形小的钢板。需要说明的是，焊接变形量的目标值为以往钢的1/2。

本发明的目的还在于提供一种高氯化物环境中的耐腐蚀性（包括涂装未剥离且抑制涂装缺陷部的腐蚀而维持耐腐蚀性（耐涂装剥离性）以及无涂装时的耐气候性）也很优异的钢材。

用于解决问题的方案

本发明人等为了解决该课题，基于各种研究的结果，规定钢板的化学组成，并且，也对其金相组织进行了规定。图1表示利用与实验同时实施的热力耦合FEM解析得到的各材料物性值的独立的影响。另外，图2表示FEM解析的计算条件。

在图1中，横轴是导热系数（标白圈的线）、相变点Ac₁（标黑点的线）、强度TS（标四方形的线），纵轴表示角变形量。由图1可知，即使增大钢板的导热系数，角变形量也不会变化，在相变点上升时，角变形量变大，在强度变大时，角变形量变小。因此，焊接变形很大程度地依赖于尤其是强度、相变点，在使焊接变形量（角变形量）的目标值为以往钢（角变形量约为0.8mm）的1/2、即0.4mm时，强度极高，脱离通用强度级别。脱离通用强度级别不仅是通常的商业交易上的对象之外，也有可能同时产生构造设计上的问题、焊接性的问题，并不理想。

因此，本发明人等的目标在于开发一种适合通用强度级别的保持常温强度且高温强度增加的钢种。

需要说明的是，以往据说是对高温强度有效果的Mo由于合金成本的高涨而成为成本上升的主要原因，因此并不现实。因此，本发明人等着眼于减少C的含量并组合含有Nb和B，实施了各种试验。结果，得到了以下的(a)~(d)所示的见解。

(a)为了使强度适合于通用强度范围，通过使C小于通常级别，并组合添加B，可以得到稳定且570MPa级的强度。

(b)通过组合含有Nb和B，可以增加高温强度。如果不含有Nb，则无法充分确保高温强度。其中，Nb的含量为少量即可，只要为0.02%以上，就可通过确保高温强度来抑制焊接变形。

(c)钢板的制造方法也可以是通常的条件，但与通常钢相比，组合含有Nb和B而成的钢存在淬透性高的倾向，因此，优选为了适合于通用强度级别而进行设计。

(d)为了适合于通用强度级别，必须含有低碳贝氏体组织作为主体。另一方面，低碳贝氏体组织与高碳贝氏体组织相比，存在硬度低、耐变形能力略微变差的倾向。因此，需要极力减少作为使硬度降低的主要成分的铁氧体组织。另外，作为钢组织的主体的贝氏体组织的硬度也会影响强度及耐变形能力。因此，还需要调节贝氏体组织的硬度。

另一方面，本发明人等基于对飘来盐量较多的环境下的腐蚀进行研究的结果，发现在这样的环境下，FeCl₃溶液的干湿反复是腐蚀的本质条件，在Fe^3＋的水解使pH降低的状态下，且由于Fe³⁺起到氧化剂的作用而使腐蚀加速。

此时的腐蚀反应如下所述。

作为阴极反应，主要发生以下反应。

Fe^3＋＋e^-→Fe^2＋（Fe^3＋的还原反应）

而且，除该反应之外，也同时发生以下的阴极反应。

2H₂O＋O₂＋2e^-→4OH^-

2H^＋＋2e^-→H₂

另一方面，相对于上述Fe³⁺的还原反应，发生以下的阳极反应。

阳极反应：Fe→Fe²⁺＋2e^-（Fe的溶解反应）

因而，腐蚀的综合反应如以下（1)式。

2Fe^3＋＋Fe→3Fe^2＋……（1）式

由上述（1）式的反应生成的Fe²⁺由于空气氧化而被氧化成Fe³⁺，生成的Fe^3＋再次起到氧化剂的作用，加速腐蚀。此时，Fe²⁺的空气氧化的反应速度在低pH环境下通常较慢，但在浓的氯化物溶液中加速，易于生成Fe³⁺。由于是这样的循环的反应，因此，可明确在飘来盐量非常多的环境下，Fe^3＋始终持续供给，钢的腐蚀加速，耐腐蚀性显著劣化。

本发明人等基于以该盐分环境中的腐蚀机理，对各种合金元素对耐气候性的影响进行研究，结果得出了下述（e）~（g）所示的见解。

（e）Sn作为Sn^2＋溶解，由于2Fe^3＋＋Sn²⁺→2Fe^2＋＋Sn^4＋的反应使Fe^3＋的浓度降低，从而抑制（1）式的反应。Sn还具有抑制阳极溶解这样的作用。

（f）Cu以往是在飘来盐量较多的环境中作为耐腐蚀性改善效果的根本的元素，在湿润时间比较长的环境中显现耐腐蚀性改善效果。但是，可明确在氯化物浓度更大、pH局部下降的环境、例如由于盐分附着、湿度变化而干湿反复，生成β-FeOOH这样的比较干的环境下，Cu反而促进腐蚀。

（g）这样，积极地含有Sn且抑制了Cu含量的钢材能够期待较高的耐腐蚀性。并且，由于耐腐蚀性较高，因此，即使对钢材进行涂装，由钢材腐蚀引起的涂装剥离也较少，抑制涂装缺陷部的腐蚀。另一方面，也能够期待涂膜的防腐蚀效果，因此，在涂装的情况下，能够期待更高的耐腐蚀性的效果。因而，除耐腐蚀性之外，也具有能够延长涂装的寿命，将补修涂装间隔拉得较长的作用。特别是在船舶领域、桥梁领域中的耐涂装剥离性的改善中发挥效果。

本发明即是以上述见解为基础而完成的，其主旨在于下述（1）~（4）所示的焊接变形小且耐腐蚀性优异的钢板。

(1)一种焊接变形小且耐腐蚀性优异的钢板，其特征在于，具有以下的化学组成，即，以质量%计，含有C：0.0005%以上且小于0.02%、Si：0.01~0.7%、Mn：0.1~5.0%、P：0.05%以下、S：0.008%以下、Cu：小于0.2%、Nb：0.02~0.3%、Al：0.003~0.1%、N：0.01%以下、B：0.0005~0.004%及Sn：0.03~0.50%，余量由Fe及杂质构成，且Cu/Sn比为1以下，金相组织包含80%以上的贝氏体组织，且该贝氏体硬度以维氏硬度计为150~250。

（2）根据上述（1）的焊接变形小且耐腐蚀性优异的钢板，其特征在于，以质量%计，还含有Ti：0.1%以下。

(3)根据上述(1)或(2)的焊接变形小且耐腐蚀性优异的钢板，其特征在于，以质量%计，还含有Ni：3.5%以下、Cr：2%以下、Mo：0.5%以下、V：0.1%以下及Zr：0.02%以下中的一种或两种以上。

（4）根据上述（1）~（3）中任一项的焊接变形小且耐腐蚀性优异的钢板，其特征在于，以质量%计，还含有Ca：0.004%以下、Mg：0.002%以下及REM：0.002%以下中的一种或两种以上。

需要说明的是，从钢板的焊接变形小的焊接方法的方面考虑来考察本发明时，认为：钢板的焊接变形实质上是焊接热影响部（HAZ）的焊接变形，因此，在焊接热影响部中只要在满足规定条件的基础之上进行焊接，就能提高焊接变形抑制能力。

因此，从焊接方法的观点考虑，本发明也能够理解为：

“一种钢板的焊接方法，其特征在于，该钢板具有以下的化学组成，即，以质量%计，含有C：0.0005%以上且小于0.02%、Si：0.01~0.7%、Mn：0.1~5.0%、P：0.05%以下、Cu：小于0.2%、S：0.008%以下、Nb：0.02~0.3%、Al：0.003~0.1%、N：0.01%以下、B：0.0005~0.004%及Sn：0.03~0.50%，余量由Fe及杂质构成，焊接前钢板的将成为焊接热影响部的部位的金相组织含有80%的贝氏体组织，且贝氏体硬度以维氏硬度计为150~250”。

当然，以质量%计，钢板也可以还含有Ti：0.1%以下、Ni：3.5%以下、Cr：2%以下、Mo：0.5%以下、V：0.1%以下、Zr：0.02%以下、Ca：0.004%以下、Mg：0.002%以下及REM：0.002%以下中的一种或两种以上。

此处，如后所述，既可以在作为母材的整个钢板满足上述条件地制造的基础之上进行焊接，也可以在仅加工作为母材的钢板中的欲焊接的部位（成为焊接热影响部的部位）使其满足上述条件的基础之上对该部位进行焊接。

而且，该焊接方法也能够在焊接变形较大的角焊缝焊接时应用。需要说明的是，角焊缝焊接在搭接接头、T接头、十字接头等中进行，该焊接方法对于因接头母材的相对的位置关系而产生特别大的焊接变形的T接头和十字接头的角焊缝焊接特别有效。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种能够以低成本且可靠地抑制焊接变形、并且耐腐蚀性也很优异的钢板。

附图说明

图1是表示各材料物性值对焊接角变形量的影响的FEM计算结果。

图2是表示FEM解析的计算条件的示意图。

图3是表示评价焊接角变形量所采用的试验片的图。

图4是表示焊接角变形量的定义的图。

具体实施方式

在本发明中，限定钢板的化学组成及金相组织的理由如下。

（A）钢板的化学组成

钢板的各成分的作用效果及各成分优选的含量如下所述。需要说明的是，与含量相关的“%”是指“质量%”。

C：0.0005%以上且小于0.02%

C是对提高强度最有效的元素，而且是廉价的元素。但是，在小于0.0005%时，需要通过同时使用其它元素来保证强度，结果，成为成本上升的主要原因。另外，在含有0.02%以上时，强度过度上升而丧失通用性。因此，使C的含量为0.0005%以上且小于0.02%。优选为0.0005~0.02%。需要说明的是，从强度通用性的方面考虑，C含量的上限优选为0.002%。

Si：0.01~0.7%

Si是有助于提高强度的元素。但是，在小于0.01%时，无法确保所需的强度。另外，在含有大于0.7%时，会使母材韧性和焊接性韧性明显劣化。因此，使Si的含量为0.01~0.7%。

Mn：0.1~5.0%

Mn是为了确保强度所需的元素。但是，在小于0.1%时，无法确保所需的强度。另外，在含有大于5.0%时，焊接性劣化。因此，使Mn的含量为0.1~5.0%。过量添加Mn有时会使耐腐蚀性劣化，优选为4.0%以下，更优选为2.0%以下。

P：0.05%以下

P是作为杂质而存在于钢中的元素。在P的含量大于0.05%时，不仅会偏析到晶界中而使韧性降低，而且在焊接时导致高温裂纹，因此，使P的含量为0.05%以下。

S：0.008%以下

S是作为杂质而存在于钢中的元素。在S的含量大于0.008%时，助长中心偏析、或者大量生成拉伸形状的MnS，因此，母材和焊接热影响部的机械性质劣化。因而，使S含量的上限为0.008%。

Cu：小于0.2%

Cu通常作为提高耐气候性的基本元素，添加到所有的海滨耐气候性钢、耐腐蚀钢中，但在高飘来盐分下的比较干的环境中，反而降低耐腐蚀性。另外，若与Sn共存，则在轧制时产生裂纹。因而，需要减少Cu的含有。即使作为杂质含有，Cu含量也需要小于0.2%。优选小于0.1%。

Nb：0.02~0.3%

Nb在高温中体现析出举动，引起高温强度的上升。但是，其含量小于0.02%时，无法得到其效果。另外，大于0.3%时，焊接热影响部的韧性显著受损。因此，使Nb的含量为0.02~0.3%。需要说明的是，含量优选为0.02~0.18%。

Al：0.003%~0.1%

Al是为了脱氧所必需的元素。为了稳定地进行脱氧，需要0.003%以上的含量。但是，在大于0.1%时，特别是在焊接热影响部中韧性易于劣化。一般认为其原因在于，易于形成粗大的簇状（cluster）的氧化铝系夹杂物颗粒。因而，使Al的含量为0.003%~0.1%。

N：0.01%以下

N是作为杂质而存在于钢中的元素。在N的含量大于0.01%时，会导致母材韧性和焊接热影响部韧性恶化。因而，使N的含量的上限为0.01%。

B：0.0005~0.004%

B具有提升淬透性而提高强度的作用。为了稳定地得到该效果，需要B的含量为0.0005%以上。但是，其含量大于0.004%时，提高强度的效果饱和，另外，母材、焊接热影响部的韧性劣化的倾向均变显著。因此，使B的含量为0.0005~0.004%。需要说明的是，含量优选为0.0005~0.0025%。

Sn：0.03%~0.50%

Sn成为Sn²⁺而溶解，由于在酸性氯化物溶液中的抑制剂作用而具有抑制腐蚀的作用。另外，由于具有使Fe^3＋迅速还原、降低作为氧化剂的Fe^3＋浓度的作用，从而抑制Fe^3＋的腐蚀促进作用，因此，提升高飘来盐分环境中的耐气候性。另外，Sn存在抑制钢的阳极溶解反应而提升耐腐蚀性的作用。这些作用通过含有0.03%以上的Sn即可获得，大于0.50%时会达到饱和。因此，使Sn的含量为0.03~0.50%。Sn的优选含量为0.03~0.20%。

Cu/Sn比：1以下

在含有Sn的钢的情况下，由于含有Cu而导致耐腐蚀性显著降低。另外，在制造钢材时，也会因含有Cu而导致轧制裂纹。因此，需要使Cu/Sn比、即Cu含量与Sn含量之比为1.0以下。

本发明的钢板具有上述化学组成，余量由Fe及杂质构成。在此，杂质的意思是指在工业上制造钢板时由于制造工序的各种原因主要从矿石、废料等这样的原料混入的成分，是在不会对本发明产生不良影响的范围内所容许的成分。

本发明的钢板除了上述成分之外，能够根据需要含有从下面的第1组~第3组中的至少1组选择的1种以上成分。下面，对属于这些组的成分进行说明。

第1组的成分：Ti

Ti：0.1%以下

由于Ti主要起到脱氧元素的作用，因此，能够根据需要含有。但是，由于脱氧也能够利用Al进行，因此，并不一定必须含有。其中，在Ti含量较多的情况下，形成有Ti氧化物或者Ti-Al氧化物，因此，特别是会丧失使小线能量焊接的焊接热影响部的组织微细化的能力。因此，使含有时的Ti含量为0.1%以下。需要说明的是，为了稳定地获得通过含有Ti产生的脱氧效果，优选使其含量为0.01%以上。

第2组的成分：Ni、Cr、Mo、V、Zr

Ni：3.5%以下

由于Ni是提高母材韧性，而且利用淬透性提升也有助于提高强度的元素，因此，能够根据需要含有。但是，由于Ni是昂贵的元素，因此，在过量含有Ni时，会导致成本大幅度上升。另外，若与Sn共存，则会使存在氯化物的环境下的耐腐蚀性劣化。因而，使含有时的Ni含量的上限为3.5%以下。优选为1.0%以下。更优选为0.5%以下。需要说明的是，为了稳定地获得通过含有Ni产生的上述效果，优选使其含量为0.02%以上。

Cr：2.0%以下

Cr是通过提升淬透性而对提高强度有效的元素，因此可以根据需要含有。但是，大于2.0%时，韧性劣化。因此，使含有时的Cr的含量为2.0%以下。Cr是在盐分环境下使耐腐蚀性劣化的元素，但若与Sn共存，则会显著地抑制其不良影响。需要说明的是，为了通过含有Cr而稳定地得到提高强度的效果，其含量优选为0.02%以上。

Mo：0.5%以下

M是对提高强度有效的元素，因此可以根据需要含有。但是，含有大于0.5%的Mo时，成本显著增加或强度的提高达到饱和。因此，使含有时的Mo的含量为0.5%以下。需要说明的是，为了通过含有Mo而稳定地得到提高强度的效果，其含量优选为0.06%以上。

V：0.1%以下

V是对提高强度有效的元素，因此可以根据需要含有。但是，V的含量大于0.1%时，韧性大幅劣化，因此，使含有时的V含量为0.1%以下。需要说明的是，为了通过含有V而稳定地得到提高强度的效果，其含量优选为0.005%以上。

Zr：0.02%以下

由于Zr具有在钢中使氮化物微细分散析出，提高强度的效果，因此，能够根据需要含有。但是，在含有大于0.02%时，形成粗大析出物，使韧性劣化，因此，使含有时的Zr含量为0.02%以下。需要说明的是，为了稳定地获得通过含有Zr产生的提高强度效果，优选Zr含量为0.0003%以上。

第3组：Ca、Mg、REM

Ca：0.004%以下

Ca与钢中的S进行反应，在钢水中形成氧硫化物（硫氧化物）。该氧硫化物与MnS等拉伸形状的夹杂物不同，不会因轧制加工而在轧制方向上伸长，在轧制之后也是球状，因此，具有抑制以拉伸形状的夹杂物的顶端等为裂纹起点的焊接裂纹、氢致裂纹的作用，能够根据需要含有。但是，在其含量大于0.004%时，有可能导致韧性劣化。因而，使含有时的Ca含量为0.004%以下。需要说明的是，为了稳定地获得抑制焊接裂纹、氢致裂纹的效果，优选Ca含量为0.0003%以上。

Mg：0.002%以下

Mg生成含Mg氧化物，成为TiN的产生核，具有使TiN微细分散的效果，因此，能够根据需要含有。但是，在其含量大于0.002%时，氧化物过多而导致延展性降低。因而，使含有时的Mg含量的上限为0.002%。需要说明的是，为了稳定地获得使TiN微细分散的效果，优选Mg含量为0.0003%以上。

REM：0.002%以下

由于REM有助于焊接热影响部组织的微细化、S的固定，因此，能够根据需要含有。但是，在其含量大于0.002%时，REM成为对母材的韧性产生不良影响的夹杂物，因此，使含有时的REM含量为0.002%以下。需要说明的是，为了稳定地获得组织的微细化、S的固定效果，优选REM含量为0.0003%以上。需要说明的是，REM是Y和Sc加上镧系的15个元素共计17个元素的总称，能够含有这些元素中的一种或者两种以上。另外，REM的含量是指这些元素的总量。

（B）金相组织

金相组织的贝氏体分率为80%以上。贝氏体的耐变形能力优异，对于碳含量低的钢，贝氏体中的碳不足而成为低碳贝氏体组织，其与高碳贝氏体组织相比，耐变形能力差。因此，为了在低碳钢中确保耐变形能力，需要确保一定量的贝氏体组织，不使铁氧体过多。如果在必需含有Nb和B的基础上，贝氏体比率为80%以上，则可以得到充分的耐焊接变形性能力，因此规定贝氏体组织的比率为80%以上。可认为余量以铁氧体为主体，但并无特别规定。

另外，贝氏体的硬度（维氏硬度）过低时也无法确保耐变形能力，因此其下限为150。另外，过硬时，强度的通用性受损，因此其上限为250。

接着，对能够得到本发明的钢板的轧制、热处理的条件等进行说明。

在热轧之前首先加热钢块，若使此时的加热温度为Ac₃点以上，则能够完全形成奥氏体相，在没有未相变部分的状态下均质化，因此，优选使加热温度为Ac₃点以上。具体地讲，优选加热到900℃~1200℃。而且，若在热轧时使薄壁端的精轧温度为900℃以下，则晶粒成为适度的大小，原料的破坏韧性充分，因此，优选为900℃以下。精轧温度的下限并没有特别的限定，只要能够使强度适合通用强度范围，就可以是任何条件。需要说明的是，若使精轧温度为700℃以上，则由二相区加工产生的各向异性变得不明显，因此理想的是使精轧温度为700℃以上。轧制之后，也进行加速冷却等较佳。在进行加速冷却的情况下，优选在轧制后立即或者若干的放置时间之后，将中心部的冷却速度控制在0.5℃/s~40℃/s。冷却停止温度优选以150℃~500℃为标准进行控制。另外，也可以在轧制后适当地实施热处理。在实施热处理的情况下，优选进行正火处理或回火处理，温度分别优选选择800℃~1100℃、300℃~700℃的温度带。

实施例

示出本发明的钢板的一个例子。利用表2所示的各个加热温度、精加工温度、加速冷却、热处理条件来制造表1所示的组成成分的钢块。钢板的厚度为16mm。

[表1]

[表2]

另外，表3分别表示这样得到的钢板的屈服点YP、拉伸强度TS、转变温度vTrs、贝氏体分率、贝氏体相的维氏硬度、焊接角变形量、板厚减少量及剥离面积率。

[表3]

需要说明的是，为了测定得到的钢板的拉伸特性，按照JIS-Z-2201所述的试验方法采集试验片。采集位置是板厚方向的1/4近边及L方向（与轧制方向平行）。需要说明的是，屈服点以10N/mm·s的试验速度求出下屈服点，在没有出现明确的屈服点的情况下为0.2%耐力。作为拉伸特性的目标值，屈服点YP为350N/mm²以上，而且，拉伸强度TS为490~720N/mm²。

另外，为了测定得到的钢板的冲击特性，按照JIS-Z-2202所述的试验方法采集试验片。采集位置是板厚方向的1/4近边及L方向（与轧制方向平行），做成2mmV槽口（notch）夏比试验片，测定各种温度下的脆性断面率，求得转变温度。夏比特性的目标值为转变温度是0℃以下。组织观察利用光学显微镜来进行。对通过观察得到的图像进行图像解析。金相组织的贝氏体分率通过计算贝氏体相对于通过上述的观察方法得到的100个视场观察量的面积的面积比例来求得。

并且，利用如下的要领对角焊缝焊接的焊接角变形量进行评价。

如图3所示，钢板制作T型的焊接试验片，用三角形的刚性较高的钢板约束侧，对相反侧实施单遍的角焊缝焊接。使用的焊接材料是通常的50公斤钢用药芯焊丝（flux cored wire），焊接条件为10.4kJ/cm（200A-26V-30cm/min）。在焊接后经过了充分时间之后，将试验片放置在固定板上，在焊接开始位置、中央位置、终端位置这3处，利用游隙测量仪测定图4中定义的角变形量θ，将它们的平均值作为焊接角变形量。需要说明的是，利用该方法测定的通常的通用50公斤钢的焊接角变形量大约为1°左右，作为本发明的目标的焊接角变形级别为0.5°。

而且，关于耐腐蚀性，利用SAE（Society of AutomotiveEngineers）J2334试验对自得到的钢材得到的试验片进行评价。SAE J2334试验是将湿润：50℃、100%RH、6小时、盐分附着：0.5%NaCl、0.1%CaCl₂、0.075%NaHCO₃水溶液浸渍、0.25小时、干燥：60℃、50%RH、17.75小时作为1个循环（合计24小时）的加速试验，腐蚀形态与大气暴露试验类似（长野博夫、山下正人、内田仁著：环境材料学、共立出版（2004）、p.74）。需要说明的是，本试验是模拟飘来盐量大于1mdd这样严酷的腐蚀环境的试验。

在SAE J2334试验120个循环结束之后，除去各试验片表面的锈层，测定了板厚减少量。在此，“板厚减少量”是试验片的平均板厚减少量，是使用试验前后的重量减少和试验片的表面积来计算出来的。

另外，为了调查耐涂装剥离性，利用喷气法向150mm×70mm大小的试验片上以干燥膜厚为150μm的方式涂装改性环氧涂料（BANNOH200：中国涂料制），以达到钢材基底的深度进行划格（cross cut）之后，同样地利用SAE J2334试验进行了评价。

结果，在标记1-e的钢板（比较例）中，使冷却后的热处理为1150℃并在高温下进行了正火，未能生成充分量的贝氏体。因此，焊接角变形量也变大。标记1-e的钢板由于焊接角变形量大，因此作为构造用钢板是不适合的钢材。

在标记1-f的钢板（比较例）中，使冷却停止温度为120℃，淬火至较低温，因此贝氏体相的硬度变大，拉伸强度变大且韧性恶化。因此，作为构造用钢板是不适合的钢材。

在标记12-b的钢板（比较例）中，使水冷停止温度为120℃，淬火至较低温，因此贝氏体相的硬度变大，拉伸强度变大且韧性恶化。因此，作为构造用钢板是不适合的钢材。

在标记38的钢板（比较例）中，Sn不满足本发明规定的组成，耐腐蚀性降低，涂装的剥离变多。因此，作为在高氯化物环境下使用的构造用钢材是不适合的。

在标记39~44的钢板（比较例）中，不满足本发明规定的钢组成，钢板本身的韧性降低。因此，作为构造用钢材是不适合的。特别是，对于标记39的钢板（比较例），Cu/Sn比大于1，因此发生了轧制裂纹。另外，对于标记41的钢板（比较例），Sn不满足本发明规定的组成，耐腐蚀性，涂装的剥离也变多。

相对于此，可知在由其它的标记表示的本发明例的钢板中，均是拉伸特性为屈服点YP为350N/mm²以上、而且、拉伸强度TS为490~720N/mm²级的通用钢，转变温度vTrs、贝氏体分率、贝氏体相的维氏硬度也处于适当范围内，焊接角变形量也进入到目标的0.5°以内，因此，适合作为构造用钢板。还可知，也具有较高的耐腐蚀性，虽然在涂装的情况下的划格部出现了腐蚀，但由于钢板的剥离均较少，因此，能够将涂装的补修间隔拉长。

产业上的可利用性

像以上说明的那样，根据本发明，能够提供一种能够以低成本可靠地抑制焊接变形、且耐腐蚀性优异的钢板。

Claims

1.一种焊接变形小且耐腐蚀性优异的钢板，其特征在于，具有以下的化学组成，即，以质量%计，含有C：0.0005%以上且小于0.02%、Si：0.01~0.7%、Mn：0.1~5.0%、P：0.05%以下、S：0.008%以下、Cu：小于0.2%、Nb：0.02~0.3%、Al：0.003~0.1%、N：0.01%以下、B：0.0005~0.004%及Sn：0.03~0.50%，余量由Fe及杂质构成，且Cu/Sn比为1以下，金相组织包含80%以上的贝氏体组织，且贝氏体硬度以维氏硬度计为150~250。

2.根据权利要求1所述的焊接变形小且耐腐蚀性优异的钢板，其特征在于，以质量%计，还含有Ti：0.1%以下。

3.根据权利要求1所述的焊接变形小且耐腐蚀性优异的钢板，其特征在于，以质量%计，还含有Ni：3.5%以下、Cr：2.0%以下、Mo：0.5%以下、V：0.1%以下及Zr：0.02%以下中的一种或两种以上。

4.根据权利要求2所述的焊接变形小且耐腐蚀性优异的钢板，其特征在于，以质量%计，还含有Ni：3.5%以下、Cr：2.0%以下、Mo：0.5%以下、V：0.1%以下及Zr：0.02%以下中的一种或两种以上。

5.根据权利要求1~4中任一项所述的焊接变形小且耐腐蚀性优异的钢板，其特征在于，以质量%计，还含有Ca：0.004%以下、Mg：0.002%以下及REM：0.002%以下中的一种或两种以上。