JP2001335883A - 溶接性に優れた高張力鋼板 - Google Patents
溶接性に優れた高張力鋼板Info
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Abstract
性)に優れた590MPa級以上の高張力鋼板を提供す
る。 【解決手段】 C:0.010〜0.06%(質量%の
意味、以下同じ),Mn:1.25〜2.5%,Cr:
0.1〜2.0%,Mo:1.5%以下(0%を含
む),Ti:0.005〜0.03%,B:0.000
6〜0.005%,O:0.0025〜0.015%を
満足し、KP≧2.4を満足する高張力鋼板を提供す
る。但し、 KP=[Mn]+1.5×[Cr]+2×[Mo] 《式中、[ ]は各元素の含有量(質量%)を意味す
る。》
Description
AZ靭性および耐溶接割れ性)に優れた590MPa以
上の鋼板(以下、単に「590MPa級鋼板」と称す)
に関するものである。本発明の高張力鋼板は、特に建築
物、橋梁などの大型構造物に好適に用いられる。
保という観点から合金成分を多量に添加するため、冷却
速度の速い小入熱溶接条件ではHAZ(溶接熱影響部)
が硬化して溶接割れ(低温割れ)が生じやすく、かかる
溶接割れの防止を目的として、溶接施工時に75℃程度
の予熱を行う必要がある。従って、この予熱工程を省略
できれば施工効率が大幅に向上し、且つコストダウンに
もつながるため、耐溶接割れ性に優れた590MPa級
鋼板の提供が切望されている。
式で定義されるPcm(%)というパラメーターが一般
に用いられている。 Pcm=[C]+[Si]/30+[Mn]/20+
[Cu]/20+[Ni]/60+[Cr]/20+
[Mo]/15+[V]/10+5×[B] 《式中、[ ]は各元素の含有量(質量%)を示す》 例えば、特開平10‐68045号公報に、このPcm
を0.20以下に制限することで耐溶接割れ性を改善す
ることが開示されている。
大入熱溶接時にHAZ靭性が劣化する問題がある。これ
は、入熱が大きくなるとHAZ部の冷却速度が遅くな
り、それに伴いHAZ部の焼入れ性が低下し、粗大な島
状マルテンサイトを生成することに基づく。この問題は
厚物、薄物いずれにおいても発生し、実際の溶接施工時
に入熱制限が行われ、溶接効率が悪かった。
ては、上記特開平10‐68045号公報の他、特開平
10‐121191号公報において、下式で表される炭
素当量(Ceq)を0.35〜0.40と低く制限する
ことが開示されている。 Ceq=[C]+[Mn]/6+[Si]/24+[N
i]/40+[Cr]/5+[Mo]/4+[V]/1
4 《式中、[ ]は各元素の含有量(質量%)を示す》。
により小入熱溶接時の耐溶接割れ性を改善したり、ある
いはCeqを制御することにより大入熱HAZ靭性を改
善すると共に、合金成分の含有量制限に伴う母材強度低
下を、製造プロセスを改良するなどして補っていた。こ
れにより、590MPa級鋼板において、母材製造時の
焼入れにおける冷却速度が比較的速い薄物では溶接時の
予熱フリーを達成できたが、冷却速度が遅い厚物では溶
接時の予熱フリーと母材強度の両立を達成することが困
難であった。また、Cuの析出を利用して母材強度を確
保する方法も開示されているが、冷却速度が遅い厚物で
は充分な母材強度が得られなかった。
は高温に加熱された後の冷却速度が速いため、硬化して
溶接割れ(低温割れ)を起こしやすい。一方、母材は板
厚が厚くなるほど冷却速度が遅くなるため、圧延後の焼
入れ効果による強度確保が難しくなる。従って、590
MPa級鋼板の厚物では、小入熱溶接時の溶接割れを防
止するため冷却速度が速くなっても硬くならないように
した上で、鋼板製造時の冷却速度が遅く、焼入れ効果が
得難い場合であっても如何に強度を確保するかが重要課
題となる。
熱溶接においては、HAZ部の冷却速度が遅くなり、そ
れに伴いHAZ部の焼入れ性が低下し、粗大な島状マル
テンサイト組織を生成して靭性が低下するが、このHA
Z靭性を改善するには、冷却速度が遅い場合であっても
島状マルテンサイト組織の生成を如何なる方法で抑制す
るかが重要課題となる。
は、鋼材中に酸化物を微細に分散させてオーステナイト
粒の微細化および粒内変態フェライトの生成を促進する
ことでHAZ組織を微細化し、大入熱溶接時におけるH
AZ靭性(以下、単に「大入熱HAZ靭性」と言うこと
がある)を改善することが開示されている。しかし、オ
ーステナイト粒を十分に微細化するには酸化物の数が少
なすぎ、これを増量することは製造上困難であること、
および酸化物が粒内変態フェライトの変態核として十分
に働かないことから、この方法によっても大入熱HAZ
靭性を十分に確保することはできなかった。
着目してなされたものであり、その目的は、溶接性(大
入熱HAZ靭性および耐溶接割れ性)に優れた590M
Pa級鋼板を提供することにある。
発明に係る溶接性に優れた高張力鋼板とは、C:0.0
10〜0.06%(質量%の意味、以下同じ),Mn:
1.25〜2.5%,Cr:0.1〜2.0%,Mo:
1.5%以下(0%を含む),Ti:0.005〜0.
03%,B:0.0006〜0.005%,O:0.0
025〜0.015%を満足し、下式(1)で表される
KPがKP≧2.4であるところに要旨を有するもので
ある。 KP=[Mn]+1.5×[Cr]+2×[Mo] ・・・ (1) 《式中、[ ]は各元素の含有量(質量%)を意味す
る》。
よび/またはCu:1.2%以下を含有する高張力鋼板
や、さらにV:0.1%以下および/またはNb:0.
1%以下を含有する高張力鋼板や、さらにCa:0.0
005〜0.005%を含有する高張力鋼板や、さらに
N:0.0020〜0.010%を含有する高張力鋼板
や、さらにP:0.020%以下,S:0.010%以
下,Si:1%以下,Al:0.2%以下に夫々抑えら
れている高張力鋼板は、溶接性が一層高められるので好
ましい態様である。
mm以上のものでも良好な溶接性と母材強度を有するも
のである。
組成は、典型的には上記元素の他は残部Feおよび不可
避不純物からなるが、その他の化学成分についても、本
発明の効果を阻害しない範囲内で含有されていてもよ
い。
板では、Pcmの制御によって耐溶接割れ性の改善と母
材強度の確保を両立することができたが、590MPa
級鋼板ではPcmによる成分制御を行ったとしても、特
に厚物において両特性の満足を図ることは困難であっ
た。
イトを生成させると島状マルテンサイトが生成し、鋼の
HAZ靭性が劣化するため、490MPa級の鋼板で
は、HAZにおいてフェライトを積極的に生成させるべ
く、Ceqを制御して大入熱HAZ靭性の改善が試みら
れてきたが、これは高強度化・厚肉化とは相反すること
であり、590MPa級鋼板での大入熱HAZ靭性の改
善と厚肉化の両立を図ることも困難であった。
てオーステナイト粒の微細化および粒内変態フェライト
の生成を促進することでHAZ組織を微細化し、大入熱
HAZ靭性を改善することも試みられているが、従来の
手法では、既述のように酸化物の数が少なすぎ、大入熱
HAZ靭性を十分に確保することはできなかった。
れまで耐溶接割れ性の指標とされてきたPcmおよび大
入熱HAZ靭性確保の指標とされてきたCeqではな
く、全く別のパラメーターにより耐溶接割れ性および大
入熱HAZ靭性を制御できないか鋭意検討した。その結
果、鋼組織を考慮した上式(1)で表されるKPを用
い、さらにC量を極低減化し、BおよびOを添加するこ
とにより良好な耐溶接割れ性、大入熱HAZ靭性と母材
強度を達成できることを見出し、本発明を完成するに至
ったのである。
大入熱HAZ靭性を改善する技術について説明する。上
記の通り、本発明では、Cを極低Cに制限した上で、焼
入れ性向上元素であるMnおよびCr、場合によっては
Moを積極的に添加し、該焼入れ向上元素の含有量によ
って定められるKP値を適切に制御すると共に、Bを添
加し、さらにOを添加することで酸化物を分散させたと
ころにポイントがある。これらの成分を適切に添加する
ことにより、ベイナイトの連続冷却曲線(図3のCCT
線図を参照)が短時間側且つ低温度側に移動すると共
に、フェライトのCCT線が長時間側に移動する(実線
から破線へ移動)。
サイト、低冷却速度ではフェライトまたは上部ベイナイ
トを生成するために、硬さの冷却速度感受性が大きく、
小入熱溶接時のHAZ部の硬さ低減(耐溶接割れ性の改
善)と母材強度の確保が両立できず、予熱フリーの達成
が困難であったが、本発明によれば、高冷却速度、低冷
却速度のいずれにおいても下部ベイナイトを生成し、硬
さの冷却速度感受性が低下し、溶接時のHAZ部の硬さ
低減(耐溶接割れ性の改善)と母材強度確保を両立なら
しめたのである。
度が遅くなるため、従来はフェライトまたは上部ベイナ
イトを生成し、それに伴い粗大且つ塊状の島状マルテン
サイト組織が生成してHAZ靭性が劣化していたが、本
発明では、冷却速度が遅くても下部ベイナイトが生成す
るため塊状ではなくフィルム状のマルテンサイト組織に
なると同時に、極低Cであるため生成するマルテンサイ
ト組織が微細となる。さらに、Oの添加により生ずる酸
化物が、粒内変態フェライトの変態核としては十分に働
かないものの、ベイナイトの変態核として有効に働き、
ベイナイトが微細化される。これらの効果によってHA
Z靭性を確保できたのである。
性向上に寄与する成分およびKP値について説明する。
度を両立させ、且つ大入熱HAZ靭性を改善するために
重要な元素である。Cが0.06%を超えると高冷却速
度側で下部ベイナイトでなくマルテンサイトが生成する
ようになり、耐溶接割れ性および大入熱HAZ靭性が改
善されない。好ましくは0.055%以下である。な
お、0.010%未満では必要最小限の母材強度が得ら
れない。好ましくは0.020%である。
速度〜低冷却速度で下部ベイナイトを生成しやすくする
と共に、上記の通り、極低Cとし、同時に所定のB量を
添加することにより小入熱溶接時におけるHAZ部の耐
溶接割れ性と母材強度確保を両立させ、且つ大入熱HA
Z靭性を改善できる点で有用である。
1.25%以上、0.1%以上であることが必要であ
る。これらの含有量に満たないと所望の焼入れ性改善作
用が発揮されず、母材強度が不足する。好ましくはM
n:1.3%以上、Cr:0.3%以上である。但し、
Mn,CrおよびMoの含有量が、夫々2.5%、2.
0%、1.5%を超えると母材の靭性が低下する。好ま
しくはMn:2.2%以下、Cr:1.5%以下、M
o:1.3%以下である。
は2.4以上であることが必要である。KP値が2.4
未満では上記作用を有効に発揮させることができず、上
部ベイナイトまたはフェライトが生成するようになり、
590MPa以上の母材強度が得られなくなる(後記す
る図1参照)。KP値は大きい程良く、好ましくは2.
7以上である。なお、その上限は、Mn,Cr,Moの
各添加量の上限に基づいて定められる範囲であれば特に
制限されないが、母材靭性などを考慮すれば7以下、よ
り好ましくは6以下に制御することが推奨される。
てベイナイトの変態核となり、ベイナイトを微細化した
り、Nと窒化物を形成して大入熱溶接時におけるHAZ
部のγ粒を微細化し、HAZ靭性改善に寄与する点で有
用である。但し、Tiが0.03%を超えると逆にHA
Z靭性が低下する。好ましくは0.02%以下である。
なお、0.005%未満では大入熱HAZ靭性改善の効
果が十分でない。好ましくは0.007%以上である。
を生成しやすくすると共に、上記の通り、極低Cとし、
同時に適量のMn,Cr,Moを添加することにより小
入熱溶接時におけるHAZ部の耐溶接割れ性と母材強度
確保を両立させることができる点で有用である。Bが
0.0006%未満では焼入れ性改善効果が期待でき
ず、母材強度が不足してしまう。好ましくは0.000
7%以上である。但し、Bが0.005%を超えるとか
えって焼入れ性が低下し、母材強度が不足する。好まし
くは0.003%以下である。
物がベイナイトの変態核となってベイナイトの微細化に
寄与し、大入熱HAZ靭性を著しく改善する点で有用で
ある。Oが0.0025%未満では生成する酸化物の量
が不十分となる。好ましくは0.0040%以上であ
る。但し、Oが0.015%を超えるとHAZ靭性が低
下する。好ましくは0.010%以下である。
目指して、下記の元素を積極的に添加すること、あるい
はその含有量を抑制することが推奨される。
て添加するとスケール疵が発生しやすくなるため、その
上限を5%とすることが好ましい。より好ましくは4%
以下である。
せると共に、焼入れ性向上作用も有する元素である。但
し、1.2%を超えて添加すると大入熱HAZ靭性が低
下するため、その上限を1.2%とすることが好まし
い。より好ましくは1.0%以下である。
高める作用がある。但し、0.1%を超えて添加すると
大入熱HAZ靭性が低下する。好ましくはV:0.06
%以下である。Nbはγ粒径を微細化し、これにより変
態後のベイナイトブロックサイズが微細化されるため母
材靭性の向上に寄与する。但し、Nbの添加量が0.1
%を超えると大入熱HAZ靭性が低下する。好ましくは
Nb:0.03%以下である。
する効果を有する元素である。このような作用を発揮さ
せるためには0.0005%以上添加することが好まし
い。より好ましくは0.0010%以上である。但し、
0.005%を超えて過剰に添加すると母材靭性が低下
するのでその上限を0.005%とすることが好まし
い。より好ましくは0.004%以下である。
におけるHAZ靭性改善に寄与する点で有用である。但
し、NはBと結合して固溶Bを減少させ、Bの焼入れ性
向上作用を阻害し、母材の靭性および大入熱HAZ靭性
を低下させる作用も有しており、Nの含有量が0.01
0%を超えるとその作用が顕著になる。好ましくは0.
008%以下である。なお、0.0020%未満ではT
iとの窒化物形成による大入熱HAZ靭性改善の効果が
十分でない。好ましくは0.0030%以上である。
添加すると溶接性および母材靭性が低下するのでその上
限を1%とすることが好ましい。より好ましくは0.6
%以下である。
以下 PおよびSは不純物元素である。よって夫々0.020
%以下、0.010%以下に抑えられていることが好ま
しい。
してHAZ靭性を高めたり、Nを固定して固溶Bを増加
させることによりBに基づく焼入れ性向上作用を高める
元素であるが、0.2%を超えて添加すると母材の靭性
が低下するので、その上限を0.2%とすることが好ま
しい。より好ましくは0.1%以下である。
し、これがベイナイトの変態核となってベイナイトの微
細化に寄与し、大入熱HAZ靭性改善に寄与し得るた
め、本発明の高張力鋼板にはMgを含有させることも有
効である。その量は0.0005〜0.005%が好ま
しい。
て説明する。
鋼を用い、加熱、熱間圧延、および焼入れをした後、焼
戻しすることにより所望の高張力鋼板を得ることができ
る。各工程の条件(温度、時間など)は特に限定され
ず,通常用いられる高張力鋼板の製造条件を適宜採用す
ることができる。具体的には、例えば950〜1200
℃で2時間以上加熱した後、熱間圧延を行い、850〜
950℃で圧延を完了し、その後冷却する。次いで88
0〜950℃のγ単相域温度で30分以上保持した後、
水冷することが推奨される。また、焼戻し工程では、4
50〜650℃で10〜40分保持して行うことが推奨
される。
の製造に当たり、通常実施される製造条件を適用するこ
とにより、溶接性に優れた高張力鋼板が得られる。
る。但し、下記実施例は本発明を制限するものではな
く、前・後記の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施するこ
とは全て本発明の技術的範囲に包含される。
溶製法により溶製し、スラブとした後、通常の加熱、熱
間圧延を行った後、表3および4に示す条件で焼入れ、
焼戻しを行い、所定の板厚からなる高張力鋼板を製造し
た。
下記の要領で母材特性[強度および靭性(vE-40)]
を評価し、本発明で基準とする母材レベル(引張強さ≧
590MPa、vE-40≧47J)をクリアしたものに
ついては、さらに溶接性(耐溶接割れ性および大入熱H
AZ靭性)を評価した。
験片を採取し、引張試験を行うことにより0.2%耐力
および引張強さを測定した。引張強さ≧590MPaを
合格とした。 衝撃試験:各鋼板の板厚1/4部位からJIS4号試
験片を採取し、シャルピー衝撃試験をおこなうことによ
り吸収エネルギー(vE-40)を得た。vE-40≧47J
を合格とした。
(エレクトロスラグ溶接法)で溶接を行い、図2に示す
部位からJIS4号試験片を採取してシャルピー衝撃試
験を行い、ボンド部の吸収エネルギー(vE-20)を求
めた。vE-20≧100Jを合格とした。 耐溶接割れ性:JIS Z 3158に記載のy形溶
接割れ試験法に基づいて、入熱1.7kJ/mmで被覆
アーク溶接を行い、ルート割れ防止予熱温度を測定し
た。本発明では25℃以下を合格とした。
とができる。
る実施例であり、表3に示す通り、いずれの鋼板も母材
特性および溶接性に優れていた。
満足しない比較例であるが、これらは表4に示す不具合
を有している。
を下回る例であり、所望の母材強度が得られなかった。
また、No.24はC量が本発明の上限値を超える例で
あり、耐溶接割れ性が低下した。
発明の下限値を下回る例であり、所望の母材強度が得ら
れなかった。
回る例であり、所望の母材強度が得られなかった。ま
た、No.28はMn量が本発明の上限値を超える例で
あり、所望の母材靭性が得られなかった。
回る例であり、所望の母材強度が得られなかった。ま
た、No.30はCr量が本発明の上限値を超える例で
あり、所望の母材靭性が得られなかった。
える例であり、所望の母材靭性が得られなかった。
る例であり、大入熱HAZ靭性が低下した。
える例であり、大入熱HAZ靭性が低下した。
える例であり、大入熱HAZ靭性が低下した。
る例であり、所望の母材強度が得られなかった。また、
No.36はB値が本発明の上限値を超える例であり、
所望の母材強度が得られなかった。
回る例であり、大入熱HAZ靭性が低下した。また、N
o.38はTi量が本発明の上限値を超える例であり、
大入熱HAZ靭性が低下した。
える例であり、所望の母材靭性が得られなかった。
る例であり、大入熱HAZ靭性が低下した。また、N
o.41はO量が本発明の上限値を超える例であり、大
入熱HAZ靭性が低下した。
る例であり、大入熱HAZ靭性が低下した。また、N
o.43はN量が本発明の上限値を超える例であり、大
入熱HAZ靭性が低下した。
張強さ)とKP値の関係をグラフ化したものであるが、
KP値を2.4よりも大きく制御することで590MP
a以上の引張強さが得られていることがわかる。
溶接性(耐溶接割れ性および大入熱HAZ靭性)に優れ
た、590MPa級以上の鋼板を提供することができ
た。本発明によれば板厚が80mm以上の厚物であって
も、上記の特性を備えた高張力鋼板を提供できる。
採取位置を示す概略説明図である。
式的なCCT線図である。
Claims (7)
- 【請求項1】C :0.010〜0.06%(質量%の
意味、以下同じ),Mn:1.25〜2.5%,Cr:
0.1〜2.0%,Mo:1.5%以下(0%を含
む),Ti:0.005〜0.03%,B :0.00
06〜0.005%,O :0.0025〜0.015
%を満たす鋼からなり、 KP≧2.4 であることを特徴とする溶接性に優れた高張力鋼板。但
し、 KP=[Mn]+1.5×[Cr]+2×[Mo] 《式中、[ ]は各元素の含有量(質量%)を意味す
る。》 - 【請求項2】 Ni:5%以下および/またはCu:
1.2%以下を含有するものである請求項1に記載の高
張力鋼板。 - 【請求項3】 V:0.1%以下および/またはNb:
0.1%以下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。 - 【請求項4】 Ca:0.0005〜0.005%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。 - 【請求項5】 N:0.0020〜0.010%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。 - 【請求項6】 P:0.020%以下,S:0.010
%以下,Si:1%以下,Al:0.2%以下に夫々抑
えられている請求項1〜5のいずれかに記載の高張力鋼
板。 - 【請求項7】 肉厚が80mm以上である請求項1〜6
のいずれかに記載の高張力鋼板。
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2007191746A (ja) * | 2006-01-18 | 2007-08-02 | Kobe Steel Ltd | 溶接性に優れた耐火鋼材 |
JP2011506766A (ja) * | 2007-12-13 | 2011-03-03 | ポスコ | 大入熱衝撃靭性に優れた溶接継手を含む溶接構造用鋼 |
JP2012241214A (ja) * | 2011-05-18 | 2012-12-10 | Jfe Steel Corp | 大入熱溶接熱影響部の靭性に優れた低降伏比高張力鋼材およびその製造方法 |
-
2000
- 2000-05-24 JP JP2000153714A patent/JP3739997B2/ja not_active Expired - Lifetime
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