JP2000219934A - 溶接性の優れた非調質型低降伏比高張力鋼板 - Google Patents

溶接性の優れた非調質型低降伏比高張力鋼板

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JP2000219934A
JP2000219934A JP11024400A JP2440099A JP2000219934A JP 2000219934 A JP2000219934 A JP 2000219934A JP 11024400 A JP11024400 A JP 11024400A JP 2440099 A JP2440099 A JP 2440099A JP 2000219934 A JP2000219934 A JP 2000219934A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶接施工において予熱不要で、且つ降伏比7
5%以下、引張強さ590MPa以上を有する非調質型
低降伏比高張力鋼板を提案する。 【解決手段】 C:0.02〜0.04%、固溶B:
0.0002〜0.002%を夫々含有すると共に、下
記(1)式で表されるCENが0.21〜0.30%の
範囲を満足する化学組成を有し、且つベイナイトを主体
とし、0.8〜2.5体積%の島状マルテンサイトが分
散した組織からなるものである。 CEN(%)=[C ]+A(c){[Si]/24+[M
n]/6+[Cu]/15+[Ni]/20+([Cr]+[M
o]+[Nb]+[V ])/5+5[B ]}
……(1) 但し、A(c)=0.75+0.25tanh{20
([C]−0.12)}であり、[C ], [Si], [M
n], [Cu], [Ni], [Cr], [Mo], [Nb],[V ]
および[B ]は、夫々C,Si,Mn,Cu,Ni,C
r,Mo,Nb,VおよびBの含有量(質量%)を示
す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、塑性変形能が大き
く且つ溶接性に優れ、しかも引張強さが590MPa以
上の溶接構造用非調質型高張力鋼板に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】引張強さ590MPa以上を有する溶接
構造用高張力鋼板は、鋼構造物の大型化、高性能化に相
俟って、ラインパイプ用、建築・橋梁用および造船・海
構用とその適用は広がっている。
【0003】こうした高張力鋼板は、引張強さの増加に
伴って降伏強さは増加し、その反面一様伸びは減少する
ので、塑性変形能が減少するのが一般的な冶金学的現象
である。しかしながら、ラインパイプにおいては、鋼管
成形時のスプリングバックの発生抑制および脆性破壊防
止という観点から、降伏比[(降伏耐力/引張強さ)×
100(%)]の低い高張力鋼材が望まれている。
【0004】一方、建築構造物においては、高層化、大
スパン化に伴って、高い許容応力度を有しつつ、且つ巨
大地震に対して大きな塑性変形能を有する低降伏比で5
90MPa以上の鋼材の必要性が増している。
【0005】また、橋梁においても、合理化橋や限界状
態設計法の導入に合わせて、高い許容応力度と大きな塑
性変形能を有する高張力鋼材が望まれているのが実状で
ある。
【0006】更に、船舶・海洋構造物においては、海難
に対する安全性確保の観点から、高い静的エネルギー吸
収能と高い衝撃エネルギー吸収能を併せ持った高張力鋼
板の出現が待たれている。
【0007】上記の要望に沿う低降伏比高張力鋼板の製
造技術としては、例えば「日本鋼管技報」[No.12
2(1988),P5〜10]が提案されている。この
技術では、Ac3 点以上の温度からなる再加熱焼入れと
Ac1 点未満の温度での焼戻しとの組合せからなる従来
の熱処理(RQ−T)方法と異なり、この二つの熱処理
の中間に二相域温度(Ac1 点以上Ac3 点未満)から
の焼入れ(Q’)を施すRQ−Q’−T法を主眼とする
ものである。そしてこの技術では、上記焼入れ(Q’)
によって、低硬度で延性に優れるフェライトと硬いベイ
ナイトの二相組織として、降伏比80%以下、引張強さ
590MPa以上を得るものである。
【0008】しかしながら、こうした方法では、従来の
RQ−T法に比較して、強度を確保するのに多くの合金
元素が必要となるため、溶接割れ感受性が高くならざる
を得ず、溶接性に劣り、y形溶接割れ試験での割れ防止
予熱温度は100℃と高かった。また、RQ−Q’−T
と3回の熱処理工程を必要とするものであるため、材質
が変動し易く、生産性も劣るという問題がある。
【0009】一方、調質工程が不要の570MPa級鋼
の製造方法としては、例えば「川崎製鉄技報」[VO
L.30,No.3(1998),P131〜136]
が提案されている。この技術では、C含有量を固溶限
(約0.02%)未満とし、且つMn,Cu,Ni,N
bおよびBを適量添加して、ベイナイト単相化すること
で570MPa級の38mmおよび75mm厚鋼板を空
冷ままで製造できることを開示している。
【0010】しかしながら、この技術においては、その
降伏比は板厚1/4部で77〜80%であり、上記建築
用鋼に対する要求値(80%以下)を満足するものの、
材質ばらつきを考慮すると、要求値を安定して確保でき
るレベルとは言えず、しかも引張強さ590MPa級と
しては適用できない。
【0011】また、広範囲の板厚において大きな塑性変
形能を必要とされる用途に対しては、従来の調質や加速
冷却法では板厚による材質変動が大きく、薄肉材では降
伏比が高くなり、厚肉材では強度が低下するため、低降
伏比高張力鋼材を安定して製造することは困難を伴って
いた。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術に
おける上記の課題を解決するためになされたものであっ
て、その目的は、溶接施工において予熱不要で、且つ降
伏比75%以下、引張強さ590MPa以上を有する非
調質型低降伏比高張力鋼板を提案することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成すること
のできた非調質型低降伏比高張力鋼板とは、C:0.0
2〜0.04%、固溶B:0.0002〜0.002%
を夫々含有すると共に、下記(1)式で表されるCEN
が0.21〜0.30%の範囲を満足する化学組成を有
し、且つベイナイトを主体とし、0.8〜2.5体積%
の島状マルテンサイトが分散した組織からなるものであ
る点に要旨を有するものである。 CEN(%)=[C ]+A(c){[Si]/24+[Mn]/6+[Cu]/15 +[Ni]/20+([Cr]+[Mo]+[Nb]+[V ])/5+ 5[B ]} ……(1) 但し、A(c)=0.75+0.25tanh{20
([C]−0.12)}であり、[C ], [Si], [M
n], [Cu], [Ni], [Cr], [Mo], [Nb],[V ]
および[B ]は、夫々C,Si,Mn,Cu,Ni,C
r,Mo,Nb,VおよびBの含有量(質量%)を示
す。
【0014】本発明の非調質型低降伏比高張力鋼板にお
いて、上記(1)式に含まれる化学成分のうち、Si,
Mn,NbおよびBの含有量については、Si:0.0
5〜0.6%、Mn:1.0〜2.5%、Nb:0.0
05〜0.1%、全B:0.0003〜0.003%で
あることが好ましい。また、Cu,Ni,Cr,Vの含
有量については、Cu:0.05〜1.2%、Ni:
0.05〜3%、Cr:0.05〜1.2%、V:0.
005〜0.20%であることが好ましい。尚、Cu,
Ni,Cr,V等は、鋼板の強度を上昇させるという観
点からすれば同効元素であるので、これらの元素の1種
以上を適宜選んで含有させるようにすれば良い。
【0015】但し、上記(1)式に含まれる化学成分
は、上記好ましい範囲を外れて含有してもよいことは勿
論であり、こうした鋼板も本発明の技術的範囲に含まれ
るものである。また、本発明の非調質型低降伏比高張力
鋼板においては、上記の他、必要によって、(a)so
l.Al:0.005〜0.1%、(b)Mo:0.0
1〜1%、(c)N:0.008%以下(0%を含まな
い)、およびTiが上記(2)式を満足する量、(d)
Ca:0.0005〜0.01%、(e)希土類元素:
0.002〜0.02%、等を含有させることも有効で
あり、これら含有させる成分に応じて高張力鋼板の特性
を更に向上させることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明者らは、非調質で溶接割れ
感受性が低く、且つ低降伏比の高張力鋼板が得られる成
分系および組織制御に関して様々な角度から検討した。
その結果、下記(1)〜(3)に示す知見が得られた。
【0017】(1)C含有量を適正に低減すると共に、
その分固溶B(sol.B)および焼入性向上元素と適
正に置き換えることによって、ベイナイト主体の組織と
し、これによって590MPa以上の引張強さと予熱不
要を達成できること。 (2)体積率で0.8〜2.5%の島状マルテンサイト
を、上記ベイナイト母相中に分散生成させることで降伏
比75%以下を安定確保できること。 (3)上記成分および組織の制御により、強度に対する
冷却速度依存性は極めて小さく、非調質ままで広い板厚
範囲をカバーできること。
【0018】そして、上記知見に基づき更に鋭意研究し
たところ、上記構成を採用すれば、上記目的が見事に達
成されることを見出し、本発明を完成した。以下、本発
明の高張力鋼板における特徴である優れた強靱性、低降
伏比および良好な溶接性を得る為の化学組成、ミクロ組
織の限定理由を、その経緯に沿って説明する。
【0019】本発明者らは、B系鋼、B−Mo系鋼およ
びMo系鋼について、強度、降伏比、靱性およびミクロ
組織に及ぼすC含有量の影響を調査するために、表1に
示す鋼種B〜F(B系鋼)、G〜M(B−Mo系鋼)、
N〜R(Mo系鋼)の化学組成を有するスラブを、12
00℃に加熱後圧延を820℃で仕上げた後、空冷まま
とした20mm厚の鋼板を用いて、引張試験、シャルピ
ー衝撃試験およびミクロ組織観察を行なった。尚、表1
中の鋼種Aは、従来のRQ−Q’−T法を適用する低降
伏比590MPa級鋼を意味する。
【0020】
【表1】
【0021】本発明で狙いとした機械的性質の目標値
は、降伏耐力(YS:降伏点または0.2%オフセット
耐力)が440MPa以上、引張強さ(TS)が590
MPa以上、降伏比[YR:(YS/TS)×100
(%)]が75%以下、破面遷移温度(vTrs:L方
向、板厚1/4部)が0℃以下である。
【0022】供試材の引張試験およびシャルピー衝撃試
験の結果を図1に示す。尚、図1において、○印および
□印はB系鋼、△印および◇印はB−Mo系鋼、●印お
よび■印はMo系鋼を夫々示している(後記図2〜5に
おいても同じ)。
【0023】この結果から次のことが分かる。まず、M
o系鋼はC含有量の増加とともにYS、TSおよびYR
は単調に上昇する傾向にあり、TS:590MPa以上
では非調質でYRが目標値(75%以下)を満足できな
い。これに対し、B系鋼およびB−Mo系鋼は今回対象
としたC範囲内においてはC含有量の増加に伴い、YS
は殆ど変化しないものの、TSは約0.03%Cをピー
クとする上に凸状の曲線変化を呈する。これより、今回
調査した低C領域ではCEN0.21%以上でTS目標
値の590MPaを十分満足すると共に、C:0.02
〜0.04%の範囲においてYR目標値75%以下も同
時に満足する。とりわけB−Mo系鋼ではYRの目標値
を満足した上でTS690MPa級が得られることがわ
かる。
【0024】そこで、非調質で引張強さ590MPa以
上を満足できるB(ボロン)系鋼(鋼種B〜F)および
B−Mo系鋼(鋼種G〜M)を対象にして、強靱性、降
伏比とミクロ組織および成分の関係を把握するために、
島状マルテンサイト量および固溶B量に及ぼすC含有量
の影響を調査した。
【0025】このとき、島状マルテンサイト量は母相の
主構成となるベイナイト組織を電子顕微鏡(TEM)観
察することで体積分率を求めた。また、固溶B量は、電
解抽出残渣分析法により定量分析を行った。これらの結
果を、図2に示す。
【0026】図2から明らかな様に、島状マルテンサイ
ト量はC含有量に大きく依存し、約0.03%Cをピー
クとする上に凸状の曲線変化を呈する。C含有量が約
0.03%より少ないと島状マルテンサイト相そのもの
が減り、一方、C含有量が約0.03%より多いと空冷
ままで島状マルテンサイト相に代って、セメンタイトを
含むC濃縮相を形成する様になる。また、Bは低Cにな
る程固溶状態で存在することができる様になり、非調質
ままでポリゴナイルフェライトやパーライトの発生を抑
制した低Cのベイナイト相を主体とした組織を形成す
る。
【0027】これらのことから、固溶Bを0.0002
%以上とした上で母相とするベイナイト相中に0.8体
積%以上の島状マルテンサイト相を分散させることで、
TS:590MPa以上とYR:75%以下を同時に満
足できる。そのためには、C:0.02〜0.04%と
Bを含む非調質鋼とする必要がある。また、本成分範囲
においてvTrsは目標の0℃以下を十分満足できる
(前記図1)。
【0028】次に、0.03%CのB系、B−Mo系非
調質鋼の材質に及ぼす板厚の影響を調査するために、前
記表1に示した鋼種S,J(CENが夫々0.231
%、0.255%)のスラブを1200℃に加熱後、圧
延を820℃で仕上げた後空冷ままとして、板厚が6,
10,20,50,75,100(mm)の鋼板を作製
した。そして、引張試験、シャルピー衝撃試験およびミ
クロ組織観察を行ない、これらの特性を800〜500
℃間の平均冷却速度(℃/S)で整理した。その結果
を、図3および図4に示す。
【0029】図3から、0.03%CのB系、B−Mo
系非調質鋼の強度に及ぼす板厚および冷却速度依存性は
極めて小さいことがわかる。また、図4から、板厚が増
大すると変態温度域での冷却速度が遅くなるため、固溶
B量が減少して2相(C希薄相、C濃縮相)分離が進
み、島状マルテンサイト量が増加する。そして、島状マ
ルテンサイト量が増加すると母材靱性が劣化する。
【0030】以上のことから、厚肉まで目標の強度およ
び降伏比を満足し、且つ良好な母材靱性を具備させる必
要がある場合には、固溶Bを0.0002%以上、島状
マルテンサイト分率を0.8〜2.5%とし、且つ本発
明で規定する範囲内で適宜炭素当量のCENを上昇させ
ることによって適用板厚が拡大できることがわかる。例
えば、本発明で規定する範囲内でCEN:0.23%お
よびそれ以上では100mm厚迄同一鋼種で以って目標
特性を具備できるものとなる。
【0031】上記で目標材質を満足する低C−B系およ
び低C−B−Mo系非調質鋼において、溶接性からくる
成分制約を求めるために、前記表1の鋼種TのB添加非
調質鋼(20、100mm厚)および鋼種U,V,Wの
B−Mo添加非調質鋼(20、100mm厚)につい
て、JIS Z 3158に従ってy形溶接割れ試験を
行ない、低温割れ防止予熱温度Tcrを求めた。その結
果を、図5に示す。
【0032】この結果から明らかな様に、低温割れ防止
予熱温度Tcrを25℃以下(予熱不要)とするために
は、CENを0.30%以下とすることが必要であるこ
とが分かる。
【0033】これらの知見から、予熱不要で且つYR:
75%以下の引張強さ:590MPa級以上の特性を具
備させるためには、化学組成としてC:0.02〜0.
04%、固溶B:0.0002〜0.002%含有し
て、CEN:0.21〜0.30%とすることと非調質
の組合せで、ベイナイトを主体とし、0.8〜2.5体
積%の島状マルテンサイトが分散した組織を形成するこ
とが必要であることが判明した。
【0034】次に、本発明の高張力鋼板における化学成
分組成の限定理由について説明する。まず、本発明で
は、上記の様にC:0.02〜0.04%、固溶B:
0.0002〜0.002%を含有する必要があるが、
これらの元素の範囲限定理由は、次の通りである。
【0035】C:0.02〜0.04% Cは、高張力鋼としての強度と低降伏比を確保するため
に必要な元素であり、引張強さ:590MPa級以上の
強度と、75%以下の降伏比を得るためには、Cの固溶
限以上の添加が必要である。こうした観点から、C含有
量は0.02%以上とする必要がある。また、C含有量
が0.04%を超えて過剰になると、例えば低C−B系
鋼の場合では、CがM23(CB)6 の形で固溶Bと化合
して焼入性を低下させると共に、Cがセメンタイトを含
むC濃縮相を形成する様になるので、引張強さが低下
し、降伏比が上昇するため、上記目標値を満足できな
い。また、耐溶接割れ性も劣化する。従って、C含有量
は0.02〜0.04%とする必要がある。
【0036】固溶B:0.0002〜0.002% Bは、固溶状態でオーステナイト粒界に偏析した場合強
度を向上させ、低C系でもベイナイト組織を安定して生
成させるのに不可欠の元素である。その効果を発揮させ
るには、固溶B量で0.0002%以上必要である。一
方、固溶B量が0.002%を超えると、強度向上効果
が飽和するとともに、母材靱性および溶接性を劣化させ
る。従って、固溶B量は0.0002〜0.002%と
する必要がある。また、同様の観点から、全B含有量
は、0.0003〜0.003%の範囲とすることが好
ましい。
【0037】本発明の非調質型低降伏比高張力鋼板にお
いて、上記(1)式に含まれる化学成分のうち、Si,
MnおよびNbの含有量については、Si:0.05〜
0.6%、Mn:1.0〜2.5%、Nb:0.005
〜0.1%であることが好ましい。また、Cu,Ni,
Cr,Vの含有量については、Cu:0.05〜1.2
%、Ni:0.05〜3%、Cr:0.05〜1.2
%、V:0.005〜0.20%であることが好まし
い。尚、Cu,Ni,Cr,V等は、鋼板の強度を上昇
させるという観点からすれば同効元素であるので、これ
らの元素の1種以上を適宜選んで含有させるようにすれ
ば良い。これらの元素の範囲限定理由は、次の通りであ
る。
【0038】Si:0.05〜0.6% Siは、脱酸に必要な元素であるが、含有量が0.05
%未満では、この効果が少なく、また0.6%を超えて
過多に添加すると島状マルテンサイトを増加させて、母
材靱性および溶接性を劣化させる。従って、Si含有量
は0.05〜0.6%の範囲とすることが好ましい。
【0039】Mn:1.0〜2.5% Mnは、ベイナイト組織鋼の組織を得る為に有効な元素
であり、1.0%未満ではこの効果に乏しく、一方、
2.5%を超えて過多に含有すると母材靱性および溶接
性を劣化させる。従って、Mn含有量は1.0〜2.5
%とするのが好ましい。尚、硫化物系介在物の低減によ
る鋼板の耐水素誘起割れを向上させる観点からして、よ
り好ましい上限は2.0%である。
【0040】Nb:0.005〜0.1% Nbは、結晶粒微細化作用を有し、低C−B系鋼の場合
に非調質でも変態強化作用をもたらす元素である。その
効果を得るためには、Nb含有量は0.005%以上と
することが好ましいが、0.10%を超えて含有させる
と、靱性および溶接性を劣化させる傾向にある。従っ
て、Nb含有量は0.005〜0.1%とすることが好
ましい。尚、溶接熱影響部(HAZ)靱性確保の点から
して、より好ましくは上限を0.05%とするのが良
い。
【0041】Cu:0.05〜1.2%、Ni:0.0
5〜3%、Cr:0.05〜1.2%、V:0.005
〜0.20%よりなる群から選ばれる1種以上 Cu,Ni,CrおよびVは、鋼板の強度を上昇させる
という観点からすれば同効元素であり、鋼板の板厚、目
標強度・靱性のレベルに応じてこれらの元素の1種以上
を含有させれば良い。これらの元素の各作用は、下記の
通りである。
【0042】Cuは、固溶強化による強度上昇に有効な
元素である。Cu含有量が0.05%未満ではこのよう
な効果を十分に発揮できず、また1.2%を超えて添加
すると、ε−Cu相の析出が顕著になって母材靱性を劣
化させるとともに熱間割れが発生し易くなる。従って、
Cu含有量は0.05〜1.0wt%の範囲とするのが
好ましい。
【0043】Niは、強度および靱性を向上し、またC
uの添加による熱間加工性の劣化を抑制する。Niの含
有量が0.05%未満ではその十分な効果は得られず、
また3%を超えて含有させると、スケール疵が発生し易
くなり、またコストアップにもなる。従って、Ni含有
量は0.05〜3%の範囲とすることが好ましい。
【0044】Crは、強度上昇に有効な元素である。C
rの含有量が0.05%未満ではその効果を十分発揮で
きず、また1.2%を超えて含有させると溶接性を害す
る。従って、Cr含有量は0.05〜1.2%の範囲と
することが好ましい。
【0045】Vは、強度上昇に有効な元素であり、その
効果を得るためには、0.005%以上含有させること
が好ましいが、0.20%を超えて含有させても、その
効果が飽和するとともに溶接性を害する。
【0046】前述の如く、上記(1)式に含まれる化学
成分は、上記好ましい範囲を外れて含有してもよいこと
は勿論であり、こうした鋼板も本発明の技術的範囲に含
まれるものである。また、本発明の非調質型低降伏比高
張力鋼板においては、上記の成分の他は鉄および不可避
不純物からなるものであるが、必要によって、(a)s
ol.Al:0.005〜0.1%、(b)Mo:0.
01〜1%、(c)N:0.008%以下(0%を含ま
ない)、およびTiが上記(2)式を満足する量、
(d)Ca:0.0005〜0.01%、(e)希土類
元素:0.002〜0.02%、等を含有させることも
有効であり、これら含有させる成分に応じて高張力鋼板
の特性を更に向上させることができる。これらの成分の
範囲限定理通は下記の通りである。尚、これらの成分以
外にも、本発明の高張力鋼板においては、その特性を阻
害しない程度の微量成分も含み得るものであり、こうし
た高張力鋼板も本発明の範囲に含まれるものである。
【0047】sol.Al:0.005〜0.1% sol.Alは脱酸元素であり、その含有量が0.00
5%未満ではそのような効果が発揮されず、また0.1
%を超えて過剰に含有されると靱性の劣化をもたらす。
従って、sol.Alの含有量は0.005〜0.1%
の範囲とすることが好ましい。
【0048】Mo:0.01〜1% Moは、非調質ままでも焼入性向上に有効な元素であ
り、とりわけ引張強さ590MPa級鋼の厚肉材での強
度確保、あるいは更なる強度グレードの鋼を得る場合に
有効であり、必要によって含有される。そうした効果を
発揮させる為には、0.01%以上含有させることが好
ましいが、1%を超えて過剰に含有させると溶接性およ
び溶接熱影響部靱性を劣化させる。従って、Moの含有
量は0.01〜1%とすることが好ましい。
【0049】N:0.008%以下(0%を含まな
い)、およびTiが上記(2)式を満足する量 Nは少量ほどBによる焼入性向上によく効く元素であ
る。Nの含有量が0.008%超えると、Tiの含有量
を適切にしても母材靱性を劣化させる。従って、N含有
量は0.008%以下とするのが好ましい。
【0050】一方、Tiは脱酸作用並びに固溶Nの固定
化によるBの焼入性向上効果の促進作用を有する。固溶
Nを完全に固定させる為には、TiをN含有量[N] の化
学当量分[(47.9/14.0)×[N] ]以上を含有
させることが好ましく、それ未満になると固溶Bが析出
物(BN等)の形で析出して焼入性が低下するため、ベ
イナイト相分率が低くなって強度低下を惹き起こす。ま
た、Tiの含有量が0.05%を超すると、母材靱性を
劣化させることになる。従って、Tiの含有量は( 4
7.9/14.0) ×[N]〜0.05%の範囲とする
ことが好ましい。
【0051】Ca:0.0005〜0.01% Caは非金属介在物の球状化作用を有し、異方性の低減
に有効であるが、含有量が0.0005%未満では、そ
の十分な効果は得られず、また0.01%を超えて含有
させると介在物の増加により靱性が劣化する。従って、
Ca含有量は0.0005〜0.01%の範囲とするこ
とが好ましい。
【0052】希土類元素:0.002〜0.02% 希土類元素(以下、「REM」と略記する)は、そのオ
キシサルファイドとしてTiN共存下でオーステナイト
異常粒成長を抑制して溶接熱影響部の靱性を向上させる
元素であるが、0.002%未満ではこうした効果が発
揮されず、0.02%を超えて過剰に含有されると鋼の
清浄度を悪くして内部欠陥を発生させる。従って、RE
Mの含有量は0.002〜0.02%の範囲とするのが
好ましい。尚、REMとは、周期律表第3属に属するス
カンジウム(Sc),イットリウム(Y)およびランタ
ノイド系列希土類元素等の17元素の総称であり、本発
明ではこれらの元素のいずれをも使用できる。
【0053】ところで、本発明の高張力鋼板において
は、前記(1)式で表されるCENが0.21〜0.3
0%の範囲である必要があるが、その理由は次の通りで
ある。このCENは、溶接熱影響部の硬化性を表現する
炭素当量であるが、このCENが0.21%未満では厚
肉材で引張強さ590MPa級を満足できなくなる。ま
た、CENが0.30%を超えると溶接性を害するた
め、溶接時に予熱が必要となる。従って、CENは0.
21〜0.30%の範囲とする必要がある。
【0054】本発明の高張力鋼板のミクロ組織は、ベイ
ナイトを主体とし、0.8〜2.5体積%で島状マルテ
ンサイトが分散した組織とする必要がある。ベイナイト
相への島状マルテンサイト相の混合は、引張強さ590
MPa級以上を確保しつつ、且つ降伏比の低減に極めて
有効である。島状マルテンサイト量(体積率)が0.8
体積%未満のベイナイト組織では、降伏比75%以下を
満足できない。一方、島状マルテンサイト量(体積率)
が2.5体積%を超えると、母材靱性を劣化させる。従
って、母相としてのベイナイト主体組織での島状マルテ
ンサイトの体積率を0.8〜2.5体積%の範囲とする
必要がある。
【0055】以下、実施例によって本発明を更に具体的
に示すが、下記実施例は本発明を限定する性質のもので
はなく、前・後記の趣旨に徴して設計変更することはい
ずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【0056】
【実施例】前記表1に示した化学成分組成および下記表
2,3に示す化学成分組成を有する各鋼種の溶製スラブ
を制御圧延(CR)して6〜100mm厚の鋼板を製造
した。
【0057】
【表2】
【0058】
【表3】
【0059】それぞれの板から引張試験片(JIS、T
方向)およびシャルピー衝撃試験片(JIS、t/4、
L方向)を採取し、引張試験および衝撃試験を実施し
た。また、ミクロ組織を電子顕微鏡で観察して、島状マ
ルテンサイト量を求めるとともに、電解抽出残渣分析に
より、固溶Bの定量分析を行った。
【0060】更に上記鋼板の溶接性を評価するために、
JIS Z 3158に従うy形溶接割れ試験片を採取
して、溶接割れ防止予熱温度Tcrを測定した。これら
の試験結果を、製造条件と共に表4〜8に示す。
【0061】
【表4】
【0062】
【表5】
【0063】
【表6】
【0064】
【表7】
【0065】
【表8】
【0066】まず、実験No.1のものでは、RQ−
Q’−Tで製造した従来の20mm厚の低降伏比590
MPa級鋼板である。実験No.2〜6,7〜13、1
4〜18は、夫々B系、B−Mo系、Mo系の20mm
厚の非調質鋼板の材質におよぼすC含有量の影響を示し
たものである。実験No.19〜24,25〜29は、
夫々B系、B−Mo系の非調質鋼板の材質におよぼす板
厚(冷却速度)依存性を示したものである。
【0067】実験No.30〜35はB系、B−Mo系
の非調質鋼板の溶接性におよぼす炭素当量の影響を示し
たものである。また、実験No.36〜38はB系、B
−Mo系の非調質鋼板の材質におよぼすSi含有量の影
響を示したものである。更に、実験No.39〜44は
B系、B−Mo系の非調質鋼板の材質におよぼすMn含
有量の影響を示す。
【0068】実験No.45、46は、B系の非調質鋼
板の材質におよぼす酸固溶Al(Sol.Al)含有量
の影響を示したものである。実験No.47〜50は、
B系非調質鋼板の材質におよぼすNb含有量の影響を示
したものである。実験No.51〜55は、0.03%
C非調質鋼板の材質におよぼすB含有量の影響を示した
ものである。
【0069】実験No.56、57は、B系非調質鋼板
の材質におよぼすN含有量の影響を示したものである。
実験No.58〜60は、B系非調質鋼板の材質におよ
ぼすMo含有量の影響を示したものである。実験No.
61〜63は、B系非調質鋼板の材質におよぼすCu含
有量の影響を示したものである。
【0070】実験No.64〜68は、B系非調質鋼板
の材質におよぼすTi含有量の影響を示す。実験No.
69は、B系非調質鋼板の材質におよぼすNi含有量の
影響を示したものである。実験No.70〜72は、B
系非調質鋼板の材質におよぼすCr含有量の影響を示し
たものである。
【0071】実施例No.73〜78は、B系、B−M
o系非調質鋼板におよぼすV含有量の影響を示したもの
である。実験No.79〜83は、B系、B−Mo系非
調質鋼板の材質におよぼすCa含有量の影響を示したも
のである。
【0072】実施例No.84〜87はB系、B〜Mo
系非調質鋼板の材質におよぼすREM含有量の影響を示
したものである。実験No.88〜91は、B系、B−
Mo系非調質鋼板の材質におよぼす圧延仕上温度の影響
を示す。
【0073】これらの結果から明らかなように、本発明
で規定する化学成分およびミクロ組織を有する鋼板は、
降伏耐力(YS):440MPa以上、引張強さ(T
S):590MPa以上、降伏比(YR):75%以下
および破面遷移温度(vTrs):0℃以下の機械的特
性を有すると共に、y形溶接割れ試験での割れ防止予熱
温度Tcrが25℃以下と予熱を必要としないものであ
る。
【0074】これに対して、比較例のものでは、降伏耐
力、引張強さ、降伏比および割れ防止予熱温度の目標特
性のいずれかが満足できない。
【0075】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、溶
接施工において予熱不要で、降伏比75%以下、および
引張強さ590MPaを有する高張力鋼板が実現できた
ものであり、こうした鋼板は、コンクリート充填鋼管柱
を含む建築用、耐震橋梁用、高グレードラインパイプ用
および船体外板等の590MPa級鋼板を対象として低
降伏比と予熱不要の特性を広い板厚範囲の非調質鋼で具
備させるものであり、製造および溶接施工に対して省工
程、コスト低減および省エネルギーの派生効果を生むも
のである。
【図面の簡単な説明】
【図1】B系、B−Mo系およびMo系の非調質鋼板の
機械的性質におよぼすC含有量の影響を示すグラフであ
る。
【図2】島状マルテンサイト量および固溶B量におよぼ
すC含有量の影響を示すグラフである。
【図3】B系、B−Mo系の非調質鋼板の機械的性質に
およぼす板厚の影響を平均冷却速度で整理したグラフで
ある。
【図4】B系、B−Mo系の非調質鋼板の島状マルテン
サイト量および固溶B量の影響を平均冷却速度で整理し
たグラフである。
【図5】JIS Z 3158による低温割れ防止予熱
温度におよぼす炭素当量(CEN)の影響を示すグラフ
である。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 C:0.02〜0.04%(質量%の意
    味、以下同じ)、固溶B:0.0002〜0.002%
    を夫々含有すると共に、下記(1)式で表されるCEN
    が0.21〜0.30%の範囲を満足する化学組成を有
    し、且つベイナイトを主体とし、0.8〜2.5体積%
    の島状マルテンサイトが分散した組織からなるものであ
    ることを特徴とする溶接性の優れた引張強さ590MP
    a以上の非調質型低降伏比高張力鋼板。 CEN(%)=[C ]+A(c){[Si]/24+[Mn]/6+[Cu]/15 +[Ni]/20+([Cr]+[Mo]+[Nb]+[V ])/5+ 5[B ]} ……(1) 但し、A(c)=0.75+0.25tanh{20
    ([C]−0.12)}であり、[C ], [Si], [M
    n], [Cu], [Ni], [Cr], [Mo], [Nb],[V ]
    および[B ]は、夫々C,Si,Mn,Cu,Ni,C
    r,Mo,Nb,VおよびBの含有量(質量%)を示
    す。
  2. 【請求項2】 Si:0.05〜0.6%、Mn:1.
    0〜2.5%、Nb:0.005〜0.1%および全
    B:0.0003〜0.003%を夫々含有するもので
    ある請求項1に記載の高張力鋼板。
  3. 【請求項3】 Cu:0.05〜1.2%、Ni:0.
    05〜3%、Cr:0.05〜1.2%およびV:0.
    005〜0.20%よりなる群から選択される1種以上
    を含有するものである請求項1または2に記載の高張力
    鋼板。
  4. 【請求項4】 sol.Al:0.005〜0.1%を
    含有するものである請求項1〜3のいずれかに記載の高
    張力鋼板。
  5. 【請求項5】 Mo:0.01〜1%を含有するもので
    ある請求項1〜4のいずれかに記載の高張力鋼板。
  6. 【請求項6】 N:0.008%以下(0%を含まな
    い)を含有すると共に、Tiを下記(2)式を満足する
    様に含有するものである請求項1〜5のいずれかに記載
    の高張力鋼板。 (47.9/14.0)×[N] ≦Ti≦0.05% ……(2) 但し、[N] は、Nの含有量を示す。
  7. 【請求項7】 Ca:0.0005〜0.01%を含有
    するものである請求項1〜6のいずれかに記載の高張力
    鋼板。
  8. 【請求項8】 希土類元素:0.002〜0.02%を
    含有するものである請求項1〜7のいずれかに記載の高
    張力鋼板。
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