JP2002256377A

JP2002256377A - 低ＹＲ特性ならびに超大入熱溶接継手靭性に優れた６００ＭＰａ級鋼

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Publication number: JP2002256377A
Application number: JP2001057031A
Authority: JP
Inventors: Masanori Minagawa; 昌紀皆川; Toshinaga Hasegawa; 俊永長谷川; Tomohiko Hata; 知彦秦; Yukihiro Chiba; 幸弘千葉
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2001-03-01
Filing date: 2001-03-01
Publication date: 2002-09-11
Anticipated expiration: 2021-03-01
Also published as: JP3502842B2

Abstract

(57)【要約】【課題】入熱５００ｋＪ／ｃｍ以上の超大入熱の溶接
時においても、優れたＨＡＺ靭性を実現した低ＹＲ特性
（ＹＲ≦８０％）の６００ＭＰａ級鋼を提供する。【解決手段】所定の成分を有する鋼で、かつ、この鋼
中に円相当で０．００５〜２．０μｍの酸化物粒子を単
位面積当たりの個数密度で１００〜３０００個／ｍｍ²
含有し、その酸化物粒子の組成が少なくともＣａ、Ａ
ｌ、Ｏを含み、Ｏを除いた元素が質量比で、Ｃａ：５％
以上、Ａｌ：５％以上を含有し、かつ鋼のミクロ組織が
フェライトとベイナイトとの２相でフェライト分率が２
５％〜７５％である低ＹＲ特性および超大入熱溶接継手
靭性に優れた６００ＭＰａ級鋼。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、中高層ビルや橋梁
などの大型建築構造物に使用するに適した低ＹＲ特性お
よび超大入熱溶接継手靭性に優れた６００ＭＰａ級鋼に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、中高層ビル、橋梁などの大型建築
構造物に使用される溶接用鋼材の材質特性に対する要望
は厳しさを増している。さらにそのような構造物を建造
する際、溶接の効率化を促進するため、フラックス−銅
バッキング溶接法、エレクトロガス溶接法、エレクトロ
スラグ溶接法などに代表されるような大入熱溶接法の適
用が希望されており、鋼材自身の靭性と同様に、ＨＡＺ
の靭性への要求も厳しさを増している。また、大型建築
構造物は、耐震性が要求されるため鋼材自身の低ＹＲ
（ＹＰ／ＴＳ）特性及び高い引張強さの６００ＭＰａ級
鋼が必要とされている。

【０００３】６００ＭＰａ級鋼として、ミクロ組織条件
下で引張強さ５９０ＭＰａ以上を達成するには、鋼成分
系では、特にＣを高め、Ｃｕ・Ｎｉ添加およびＮｂ添加
が必要となるが、これらの成分調整を行うと、超大入熱
溶接継手靭性が低下するという問題が発生する。

【０００４】大入熱溶接時の鋼材のＨＡＺ靭性に注目し
た提案は従来から数多くある。

【０００５】例えば、特公昭５５−２６１６４号公報等
に開示されるように、微細なＴｉ窒化物を鋼中に確保す
ることによって、ＨＡＺのオーステナイト粒を小さく
し、靭性を向上させる方法がある。また、特開平３−２
６４６１４号公報ではＴｉ窒化物とＭｎＳとの複合析出
物をフェライトの変態核として活用し、ＨＡＺの靭性を
向上させる方法が提案されている。

【０００６】しかしながら、Ｔｉ窒化物は、ＨＡＺのう
ち最高到達温度が１４００℃を超える溶接金属との境界
（溶接ボンド部と称する）近傍ではほとんど固溶してし
まうので靭性向上効果が低下してしまうという問題があ
り、近年の厳しい鋼材特性への要求を達成することが困
難である。

【０００７】この溶接ボンド部近傍の靭性を改善する方
法として、Ｔｉ酸化物を含有した鋼が厚板、形鋼などの
様々な分野で使用されている。例えば厚板分野では特開
昭６１−７９７４５号公報や特開昭６２−１０３３４４
号公報に例示されているように、Ｔｉ酸化物を含有した
鋼が大入熱溶接部靭性向上に非常に有効であり、高張力
鋼への適用が有望である。この原理は、鋼の融点におい
ても安定なＴｉ酸化物をサイトとして、溶接後の温度低
下途中にＴｉ窒化物、ＭｎＳ等が析出し、さらにそれら
をサイトとして微細フェライトが生成し、その結果靭性
に有害な粗大フェライトの生成が抑制され、靭性の劣化
が防止できるというものである。しかしながら、このよ
うなＴｉ酸化物は鋼中へ分散される個数をあまり多くす
ることができない。その原因はＴｉ酸化物の粗大化や凝
集合体であり、Ｔｉ酸化物の個数を増加させようとすれ
ば５μｍ以上の粗大なＴｉ酸化物、いわゆる介在物が増
加してしまう。この５μｍ以上の介在物は構造物の破壊
の起点となって有害であり、靭性の低下を引き起こす。
したがって、さらなるＨＡＺ靭性の向上を達成するため
には、粗大化や凝集合体が起こりにくく、Ｔｉ酸化物よ
りも微細に分散する酸化物を活用する必要がある。

【０００８】また、このようなＴｉ酸化物の鋼中への分
散方法としては、Ａｌ等の強脱酸元素を実質的に含まな
い溶鋼中へのＴｉ添加によるものが多い。しかしなが
ら、単に溶鋼中にＴｉを添加するだけでは鋼中のＴｉ酸
化物の個数、分散度を制御することは困難であり、さら
には、ＴｉＮ、ＭｎＳ等の析出物の個数、分散度を制御
することも困難である。その結果、Ｔｉ脱酸のみによっ
てＴｉ酸化物を分散させた鋼においては、例えば、Ｔｉ
酸化物の個数が充分でなかったり、厚板の板厚方向の靭
性変動を生じる等の問題点が認められる。

【０００９】さらに、上記特開昭６１−７９７４５号公
報などの方法では、Ｔｉ酸化物を生成しやすくするため
に、Ａｌ量の上限を、０．００７％という非常に少ない
量で制限している。鋼材中のＡｌ量が少ない場合、Ａｌ
Ｎ析出物量の不足などの原因により、母材の靭性が低下
する場合がある。また、通常使用されている溶接材料を
用いてＡｌ量の少ない鋼板を溶接した場合、溶接金属の
靭性が低下する場合がある。

【００１０】このような課題に対して、特開平６−２９
３９３７号公報においてＴｉ添加直後のＡｌを添加する
ことで、生成するＴｉ−Ａｌ複合酸化物を活用する技術
が提案されている。この技術により、大入熱溶接ＨＡＺ
靭性を大幅に向上させることが可能であるが、直近、建
設業界等においては、大型の建築用構造材を溶接するこ
とが求められていて、５００ｋＪ／ｃｍ以上、大きいも
のでは１０００ｋＪ／ｃｍものさらなる溶接入熱の増加
が進められており、より一層のＨＡＺ靭性を有する６０
０ＭＰａ級鋼材が必要とされている。この際、特に溶接
融合部近傍の靭性向上が必要となる。また、大型の建築
用構造材には耐震性も要求されることとなるから、８０
％以下の低ＹＲ特性を有する鋼材とすることも必要とさ
れる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記のよう
な入熱５００ｋＪ／ｃｍ以上の超大入熱の溶接時におい
ても、優れたＨＡＺ靭性を実現した低ＹＲ特性（ＹＲ≦
８０％）の６００ＭＰａ級鋼を提供することを課題とす
るものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者は、低ＹＲ特性
の６００ＭＰａ級鋼を提供すべく研究した結果、ＹＲ≦
８０％を達成するためには、ミクロ組織がフェライトと
ベイナイトとの二相でフェライト分率が２５〜７５％で
あることが必要であることを知見した。そして、そのよ
うなミクロ組織条件下でＴＳ≧５９０ＭＰａを達成する
ためには、鋼の成分として、Ｃを高め、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｎ
ｂの添加が必要となるが、これらの元素は超大入熱溶接
継手靭性を低下させる。この超大入熱溶接継手靭性の低
下を酸化物分散によって防止し得ることを見出して、本
発明を完成した。その発明の要旨は以下の通りである。

【００１３】（１）質量％で、Ｃ：０．１〜０．２％、Ｓｉ：０．０５〜０．２５％、Ｍｎ：０．４〜２．０％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ｃｕ：０．１〜１．０％、Ｎｉ：０．１〜１．０％、Ａｌ：０．００５〜０．０４％、Ｔｉ：０．００５〜０．０３％、Ｎｂ：０．００５〜０．０５％、Ｃａ：０．０００５〜０．００３％を含有し、残部はＦｅおよび不可避不純物からなる鋼
で、かつ、この鋼中に円相当径で０．００５〜２．０μ
ｍの酸化物粒子を単位面積当たりの個数密度で１００〜
３０００個／ｍｍ²含有し、その酸化物粒子の組成が少
なくともＣａ、Ａｌ、Ｏを含み、Ｏを除いた元素が質量
比で、Ｃａ：５％以上、Ａｌ：５％以上を含有し、かつ鋼のミクロ組織がフェライトとベイナイ
トとの二相でフェライト分率が２５％〜７５％であるこ
とを特徴とする低ＹＲ特性および超大入熱溶接継手靭性
に優れた６００ＭＰａ級鋼。

【００１４】（２）前記酸化物粒子の組成が少なくと
もＣａ、Ａｌ、Ｏ、Ｓを含み、Ｏを除いた元素が質量比
で、Ｃａ：５％以上、Ａｌ：５％以上、Ｓ：１％以上を含有し、残部がその他不可避不純物からなることを特
徴とする上記（１）記載の低ＹＲ特性および超大入熱溶
接継手靭性に優れた６００ＭＰａ級鋼。

【００１５】（３）質量％で、Ｃ：０．１〜０．２％、Ｓｉ：０．０５〜０．２５％、Ｍｎ：０．４〜２．０％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ｃｕ：０．１〜１．０％、Ｎｉ：０．１〜１．０％、Ａｌ：０．００５〜０．０４％、Ｔｉ：０．００５〜０．０３％、Ｎｂ：０．００５〜０．０５％、Ｃａ：０．０００５〜０．００３％、Ｍｇ：０．００２％以下を含有し、残部はＦｅおよび不可避不純物からなる鋼
で、かつ、この鋼中に円相当径で０．００５〜２．０μ
ｍの酸化物粒子を単位面積当たりの個数密度で１００〜
３０００個／ｍｍ²含有し、その酸化物粒子の組成が少
なくともＣａ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｏを含み、Ｏを除いた元素
が質量比で、Ｃａ：５％以上、Ａｌ：５％以上、Ｍｇ：１％以上を含有し、かつ鋼のミクロ組織がフェライトとベイナイ
トとの二相でフェライト分率が２５％〜７５％であるこ
とを特徴とする低ＹＲ特性および超大入熱溶接継手靭性
に優れた６００ＭＰａ級鋼。

【００１６】（４）前記酸化物粒子の組成が少なくと
もＣａ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｏ、Ｓを含み、Ｏを除いた元素が
質量比で、Ｃａ：５％以上、Ａｌ：５％以上、Ｍｇ：１％以上、Ｓ：１％以上を含有し、残部がその他不可避不純物からなることを特
徴とする上記（３）記載の低ＹＲ特性および超大入熱溶
接継手靭性に優れた６００ＭＰａ級鋼。

【００１７】（５）質量％で、Ｖ：０．１％以下、Ｃｒ：０．６％以下、Ｍｏ：０．６％以下の内の１種または２種以上を含有することを特徴とする
上記（１）〜（４）のいずれかに記載の低ＹＲ特性およ
び超大入熱溶接継手靭性に優れた６００ＭＰａ級鋼。

【００１８】（６）質量％で、Ｂ：０．０００５〜０．００３％を含有することを特徴とする上記（１）〜（５）のいず
れかに記載の低ＹＲ特性および超大入熱溶接継手靭性に
優れた６００ＭＰａ級鋼。

【００１９】（７）前記酸化物粒子が円相当径で０．
１〜２．０μｍであることを特徴とする上記（１）〜
（６）のいずれかに記載の低ＹＲ特性および超大入熱溶
接継手靭性に優れた６００ＭＰａ級鋼。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。本発明者らはＨＡＺ靭性を向上させる金属組織要
因として、１４００℃以上に加熱されるＨＡＺ領域の再
加熱オーステナイト細粒化を、酸化物に利用して達成す
ることを検討した。

【００２１】再加熱オーステナイト粒を細粒化するため
には高温でのオーステナイト粒成長を抑制することが必
要である。その手段として最も有効な方法は、分散粒子
によりオーステナイトの粒界をピンニングし、粒界の移
動を止める方法が考えられる。そのような作用をする分
散粒子の一つとしては、従来、Ｔｉ窒化物と酸化物が有
効であると考えられていた。しかしながらＴｉ窒化物は
１４００℃以上の高温では固溶する割合が大きくなるた
め、ピンニング効果が小さくなることは先に述べた。こ
れに対し、高温で安定な酸化物をピンニング粒子として
活用することが必要である。

【００２２】また、分散粒子による結晶粒界のピンニン
グ効果は、分散粒子の体積率が大きいほど、一個の粒子
径が大きいほど大きい。ただし、分散粒子の体積率は鋼
中に含まれる粒子を構成する元素の濃度によって上限が
あるので、体積率を一定と仮定した場合には、粒子径は
ある程度小さい方がピンニングには有効である。このよ
うな観点から、本発明者らは酸化物の体積分率を大き
く、かつ適正な粒子径となるよう、種々の検討を行っ
た。

【００２３】酸化物の体積分率を大きくする手段の一つ
として、酸素量を増大させることがあるが、酸素量の増
大は材質に有害な粗大酸化物をも多数生成する原因とな
るため、有効な手段ではない。そこで本発明者らは、酸
素を最大限に利用するため、酸素との溶解度積が小さい
元素を活用することを検討した。酸素との溶解度積が小
さい、すなわち強脱酸元素として、一般的にはＡｌが用
いられる。しかしながら、Ａｌだけでは酸素を充分利用
するには不充分で、さらにＡｌよりも強い脱酸元素が必
要で、鉄鋼の脱酸工程で汎用的に使用されるＣａを活用
することが重要である。Ｃａは酸素との溶解度積が小さ
いため、同量の酸素に対してＡｌよりも一層多量の酸化
物を生成することができる。脱酸元素としてＣａを用い
た実験を行った結果、鋼中に生成する酸化物粒子の組成
として、Ｃａが５％以上、Ａｌが５％以上含まれること
で、酸化物の体積分率すなわち酸化物量を大きくするこ
とが可能となることを知見した。この結果を基に、鋼中
に含まれる酸化物粒子の組成を、少なくともＣａ、Ａ
ｌ、Ｏを含み、Ｏを除いた元素が質量比でＣａを５％以
上、Ａｌを５％以上とした。

【００２４】また、Ｃａと同時にＭｇを使用することも
酸化物を多数生成させることに有効である。ＭｇはＣａ
ほどの効果はないものの、Ａｌより強い脱酸元素であ
り、酸素との溶解度積が小さい。したがって、ＭｇをＣ
ａと複合して脱酸に使用することで酸化物個数を一層増
加させることが可能となる。発明者らは脱酸元素として
Ｃａを用いた実験を行った結果、鋼中に生成する酸化物
粒子の組成として、Ｃａが５％以上、Ａｌが５％以上、
Ｍｇが１％以上含まれることで、酸化物の体積分率すな
わち酸化物量を一層大きくすることが可能となることを
知見した。この結果を基に、鋼中に含まれる酸化物粒子
の組成を、少なくともＣａ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｏを含み、Ｏ
を除いた元素が質量比でＣａを５％以上、Ａｌを５％以
上、Ｍｇを１％以上とした。

【００２５】さらには、本発明者らは、酸化物の周囲に
ＣａＳおよびＭｇＳといった硫化物が析出することで、
酸化物と硫化物とを併せてより一層の体積分率の増加が
可能となることを見出したのである。この結果をもと
に、鋼中に含まれる粒子の組成を、少なくともＣａ、Ａ
ｌ、Ｏ、Ｓを含み、Ｏを除いた元素が質量比でＣａを５
％以上、Ａｌを５％以上、Ｓを１％以上、もしくは、少
なくともＣａ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｏ、Ｓを含み、Ｏを除いた
元素が質量比でＣａを５％以上、Ａｌを５％以上、Ｍｇ
を１％以上、Ｓを１％以上とした。

【００２６】次に、ピンニングに有効な酸化物粒子の大
きさについて述べる。

【００２７】分散粒子による結晶粒界のピンニング効果
は、分散粒子の体積率が大きいほど、一個の粒子径が大
きいほど大きいが、粒子の体積率が一定のとき、一個の
酸化物粒子の大きさが小さい方が粒子数が多くなりピン
ニング効果が大きくなるが、あまり小さくなると粒界に
存在する粒子の割合が小さくなるため、その効果は低減
すると考えた。粒子の大きさを種々変化させた試験片を
用いて、高温に加熱したときのオーステナイト粒径を詳
細に調査した結果、ピンニングには粒子の大きさとし
て、０．００５〜２．０μｍのものが効果が大きいこと
をつきとめた。さらに、オーステナイト粒界の移動を止
めるピンニング力は分散粒子のサイズが大きいほど強い
ことが判明し、粒子径０．００５〜２．０μｍの中でも
０．１〜２．０μｍの粒子の大きさが特に有効であるこ
とを知見するに至った。０．１μｍより小さくなるとピ
ンニング効果は徐々に減少し、０．００５μｍより小さ
くなるとほとんどピンニング効果を発揮しない。また、
２．０μｍより大きい酸化物粒子はピンニング効果はあ
るものの、脆性破壊の起点となることがあるため鋼材の
特性上不適である。この結果より、必要な粒子径を０．
００５〜２．０μｍ、その中でも特に０．１〜２．０μ
ｍとした。

【００２８】次に、ＨＡＺ靭性に必要なピンニング粒子
の個数について検討した。

【００２９】酸化物粒子個数が多いほど組織単位は微細
になり、粒子個数が多いほどＨＡＺ靭性が向上するが、
鋼材に要求されるＨＡＺ靭性は、その用途、使用される
溶接方法などによって複雑に異なる。特に要求特性が厳
しいと考えられる高強度の造船用鋼で大入熱溶接施工さ
れる場合に要求されるＨＡＺ靭性、例えば、試験温度−
４０℃において吸収エネルギー５０Ｊ以上を満足するた
めには、図１に示すように、円相当径が０．００５〜
２．０μｍの酸化物粒子数が１００個／ｍｍ²以上必要
であることを知見した。ただし、粒子数が多くなるほ
ど、その靭性向上効果は小さくなり、必要以上に粒子個
数を多くすることは靭性に有害な粗大な粒子が生成する
可能性が高くなることを考えると、粒子数の上限は３０
００個／ｍｍ ²が適切である。

【００３０】この酸化物粒子の大きさおよび個数の測定
は、例えば以下の要領で行なう。母材となる鋼板から抽
出レプリカを作製し、それを電子顕微鏡にて１００００
倍で２０視野以上、観察面積にして１０００μｍ²以上
を観察することで該酸化物の大きさおよび個数を測定す
る。大きさの測定は、例えば粒子を撮影した写真をもと
に、その円相当径を求める。このとき鋼板の表層部から
中心部までどの部位から採取した抽出レプリカでもよ
い。また、粒子が適正に観察可能であれば、観察倍率を
低くしてもかまわない。

【００３１】鋼材を製造するプロセスとして、通常圧延
まま、制御圧延、さらにこれと制御冷却と焼戻しの組合
せ、および焼入れ・焼戻しの組合せなどであっても酸化
物の効果は影響を受けない。

【００３２】また、酸化物粒子を分散させたことにより
ＨＡＺ靭性が向上することを、図２に基づいて説明す
る。

【００３３】図２は、Ｐ_HAZとＨＡＺ靭性との関係を示
す図で、実線は０．００５〜２．０μｍの酸化物粒子を
単位面積当たりの個数密度で１００〜３０００個／ｍｍ
^２含有する本発明鋼の平均値を、点線は酸化物粒子を個
数密度で１００個／ｍｍ^２未満しか含有しない比較鋼の
平均値を示している。なお、Ｐ_ＨＡＺは下記の式で表さ
れる。Ｐ_ＨＡＺ＝３４０％Ｃ＋４２％Ｓｉ＋１３％Ｍｎ＋６８
０％Ｐ＋１２５０％Ｓ＋１３０％Ｃｒ＋２２０％Ｍｏ＋
２２０％Ｖ＋７２０％Ｎｂ−２６０％Ａｌ＋５６００
（％Ｎ−％Ｔｉ１４／４８）＋３４７０％Ｂ

【００３４】図２に示すように、ＴＳ≧５９０ＭＰａを
達成すべく成分調整を行った（Ｃを高め、Ｃｕ、Ｎｉ、
Ｎｂを添加した）鋼ではＰ_HAZが高くなるとＨＡＺ靭性
は低下する。例えば試験温度−４０℃において吸収エネ
ルギー５０Ｊ以上を満足するＨＡＺ靭性は、Ｐ_HAZのａ
〜ｂの範囲において本発明鋼で達成されていても比較鋼
では達成できない。つまり、酸化物粒子を分散させるこ
とによりＨＡＺ靭性が大幅に向上することが分かる。

【００３５】次に、鋼のＹＲ特性及び引張強さ（ＴＳ）
について述べる。

【００３６】鋼の性質として、この発明で目的とするＹ
Ｒ（ＹＰ／ＴＳ）≦８０％及びＴＳ≧５９０ＭＰａを達
成するためには、熱延終了後の冷却速度を４〜７．５℃
／ｓｅｃ、好ましくは５〜６．５℃／ｓｅｃとして、鋼
のミクロ組織がフェライトとベイナイトとの二相でフェ
ライト分率２５〜７５％とすることが必要である。

【００３７】図３（ａ）は、フェライト分率とＹＲとの
関係を示す図で、図３（ｂ）は、フェライト分率とＴＳ
との関係を示す図である。

【００３８】本発明鋼においては、図３（ａ）に示すよ
うに、ＹＲはフェライト（α）分率の増加に応じて低下
するので、ＹＲ８０％以下を達成するにはミクロ組織が
フェライトとベイナイトとの二相組織であって、フェラ
イト分率２５％以上とすることが必要である。また、図
３（ｂ）に示すように、ＴＳ（ＭＰａ）もフェライト
（α）分率の増加に応じて低下するので、ＴＳ５９０Ｍ
Ｐａ以上を達成するにはフェライト分率７５％以下とす
ることが必要である。したがって、本発明では鋼のミク
ロ組織としてフェライト分率を２５〜７５％と限定し
た。

【００３９】また、酸化物はフェライト変態のフェライ
ト核生成サイトとなる働きがあるため、酸化物が多数分
散することで冷却速度を大きくしてもフェライトが生成
しやすい。冷却速度を大きくすることはベイナイト相の
強度を上昇させることになり、結果としては低ＹＲにつ
ながる。本発明鋼はこの点においても有利であり、ＨＡ
Ｚ靭性と低ＹＲとの両立が可能である。

【００４０】フェライト分率は面席率とする。その測定
は、鋼材をナイタール腐食し、光学顕微鏡で観察、写真
撮影し、フェライトと判別できる主として白色の相分率
を測定する。分率測定は、写真に格子線を引き、フェラ
イト相に含まれる格子数を数えるポイントカウンティン
グ法が適当である。また、写真倍率は２００〜４００倍
が適当である。

【００４１】さらに、本発明の基本成分範囲について述
べる。

【００４２】Ｃは鋼の強度を向上させる有効な成分であ
り、図４のＹＲとＣ量との関係を示す図から明らかなよ
うに、Ｃが０．１％未満ではフェライト分率２５％以上
とすることができず、ＹＲ：８０％以下を達成すること
ができないので下限を０．１％とし、また過剰の添加
は、鋼材の溶接性やＨＡＺ靭性などを著しく低下させる
ので、上限を０．２％とした。

【００４３】Ｓｉは母材の強度確保、脱酸などに必要な
成分であるが、ＨＡＺの硬化により靭性が低下するのを
防止するため上限を０．２５％とした。

【００４４】Ｍｎは母材の強度、靭性の確保に有効な成
分として０．４％以上の添加が必要であるが、溶接部の
靭性、割れ性などの許容できる範囲で上限を２．０％と
した。

【００４５】Ｐは含有量が少ないほど望ましいが、これ
を工業的に低減させるためには多大なコストがかかるこ
とから、０．０２％を上限とした。

【００４６】Ｓは含有量が少ないほど望ましいが、これ
を工業的に低減させるためには多大なコストがかかるこ
とから、０．０２％を上限とした。

【００４７】Ｃｕは鋼材の強度を向上させるために有効
であり、０．１％以上必要であるが、１．０％を超える
とＨＡＺ靭性を低下させることから、１．０％を上限と
した。

【００４８】Ｎｉは鋼材の強度および靭性を向上させる
ために有効であり、０．１％以上必要であるが、Ｎｉ量
の増加は製造コストを上昇させるので、１．０％を上限
とした。

【００４９】Ａｌは重要な脱酸元素であり、下限値を
０．００５％とした。また、Ａｌが多量に存在すると、
鋳片の表面品位が劣化するため、上限を０．０４％とし
た。

【００５０】ＴｉはNと結合してＴｉ窒化物を形成させ
るために０．００５％以上添加する。しかし、固溶Ｔｉ
量が増加するとＨＡＺ靭性が低下するため、０．０３％
を上限とした。

【００５１】Ｎｂは焼入れ性を向上させることにより鋼
の強度および靭性を向上させるために有効な元素であ
り、０．００５％以上必要であるが、ＨＡＺ部において
は過剰な添加は靭性を著しく低下させるため０．０５％
を上限とした。

【００５２】ＣａはＣａ系酸化物を生成させるために
０．０００５％以上の添加が必要である。しかしなが
ら、過剰の添加は粗大介在物を生成させるため、０．０
０３％を上限とした。

【００５３】ＭｇはＣａと複合して脱酸に使用すること
で酸化物個数を増加させる元素である。しかしながら、
過剰の添加は粗大介在物を生成させるため、Ｍｇは０．
００２％以下としたが、好ましくは、０．０００１〜
０．００２％である。

【００５４】Ｖ、Ｃｒ、ＭｏはＮｂと同様に鋼の強度及
び靭性を向上させる効果を有するがＨＡＺ部においては
過剰な添加は靭性を著しく低下させるため、それぞれ
０．１％、０．６％、０．６％を上限とした。

【００５５】Ｂは鋼の焼入性を改善すると共に、強度を
向上させる元素であるが、０．０００５％未満では充分
な効果が得られず、一方、０．００３％を超えると靭性
を低下させるので、Ｂは０．０００５〜０．００３％と
した。

【００５６】

【実施例】表１に示した化学成分で、５９０ＭＰａ級鋼
を試作した。１〜８が本発明鋼、９〜２０が比較鋼であ
る。試作鋼は転炉溶製し、ＲＨにて真空脱ガス処理時に
脱酸を行っている。連続鋳造により２８０ｍｍ厚鋳片に
鋳造した後、加熱圧延水冷を経て、板厚５０ｍｍの鋼板
として製造した。得られた鋼板を汎用の溶接材料を用い
て１パスのエレクトロスラグを溶接した。入熱は約９０
０ｋＪ／ｃｍである。

【００５７】表２には、酸化物の組成、粒子数、ならび
に鋼板の加熱圧延水冷条件、母材特性、フェライト分
率、ＨＡＺ靭性を示す。靭性評価のためのシャルピー値
は、フュージョンライン部位で試験温度０℃にて６本の
試験を行い、その平均値である。

【００５８】

【表１】

【００５９】

【表２】

【００６０】表２から明らかなように、１〜８の本発明
鋼は比較鋼と比べて吸収エネルギーが５０Ｊ以上の優れ
たＨＡＺ靭性、ならびにＹＲが８０％以下の優れた低Ｙ
Ｒ特性を有することが判る。すなわち、粒子径が、０．
００５〜２．０μｍで、本発明の範囲の化学組成を有す
る酸化物の粒子数が１００〜３０００個／ｍｍ^２の範囲
にあり、０℃のＨＡＺ靭性、低ＹＲ特性とも極めて優れ
ている。

【００６１】一方、比較例の９〜２０は、シャルピー試
験でＨＡＺ靭性が４０Ｊ未満の低い靭性しか示さない
か、ＹＲが８０％を超えるか、強度（ＴＳ）が５９０Ｍ
Ｐａに達しなかった。９〜１６は酸化物の組成もしくは
酸化物個数が本発明の範囲からはずれたため、ＨＡＺ靭
性が劣っている。１７、１８はフェライト分率が本発明
の範囲から低くはずれたためＹＲが８０％を超えてい
る。１９、２０はフェライト分率が本発明の範囲から高
くはずれたため強度不足となっている。

【００６２】

【発明の効果】本発明は、５００ｋＪ／ｃｍ以上の大入
熱溶接、超大入熱溶接に対しても優れた溶接継手靭性を
有するＹＲ≦８０％、ＴＳ≧５９０ＭＰａの鋼板を提供
でき、大型建築構造物等を溶接によって製造することが
要求される産業分野にもたらす効果は極めて大きく、さ
らに構造物の安全性の意味から社会に対する貢献も非常
に大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋼中の酸化物粒子の個数とＨＡＺ靭性との関係
を示す図である。

【図２】Ｐ_HAZとＨＡＺ靭性との関係を示す図である。

【図３】（ａ）はフェライト分率とＹＲとの関係を示す
図で、（ｂ）はフェライト分率とＴＳとの関係を示す図
である。

【図４】ＹＲとＣ量との関係を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者秦知彦大分市大字西ノ州１番地新日本製鐵株式会社大分製鐵所内 (72)発明者千葉幸弘大分市大字西ノ州１番地新日本製鐵株式会社大分製鐵所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】質量％で、Ｃ：０．１〜０．２％、Ｓｉ：０．０５〜０．２５％、Ｍｎ：０．４〜２．０％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ｃｕ：０．１〜１．０％、Ｎｉ：０．１〜１．０％、Ａｌ：０．００５〜０．０４％、Ｔｉ：０．００５〜０．０３％、Ｎｂ：０．００５〜０．０５％、Ｃａ：０．０００５〜０．００３％を含有し、残部はＦｅおよび不可避不純物からなる鋼
で、かつ、この鋼中に円相当径で０．００５〜２．０μ
ｍの酸化物粒子を単位面積当たりの個数密度で１００〜
３０００個／ｍｍ²含有し、その酸化物粒子の組成が少
なくともＣａ、Ａｌ、Ｏを含み、Ｏを除いた元素が質量
比で、Ｃａ：５％以上、Ａｌ：５％以上を含有し、かつ鋼のミクロ組織がフェライトとベイナイ
トとの二相でフェライト分率が２５％〜７５％であるこ
とを特徴とする低ＹＲ特性および超大入熱溶接継手靭性
に優れた６００ＭＰａ級鋼。
【請求項２】前記酸化物粒子の組成が少なくともＣ
ａ、Ａｌ、Ｏ、Ｓを含み、Ｏを除いた元素が質量比で、Ｃａ：５％以上、Ａｌ：５％以上、Ｓ：１％以上を含有し、残部がその他不可避不純物からなることを特
徴とする請求項１記載の低ＹＲ特性および超大入熱溶接
継手靭性に優れた６００ＭＰａ級鋼。
【請求項３】質量％で、Ｃ：０．１〜０．２％、Ｓｉ：０．０５〜０．２５％、Ｍｎ：０．４〜２．０％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ｃｕ：０．１〜１．０％、Ｎｉ：０．１〜１．０％、Ａｌ：０．００５〜０．０４％、Ｔｉ：０．００５〜０．０３％、Ｎｂ：０．００５〜０．０５％、Ｃａ：０．０００５〜０．００３％、Ｍｇ：０．００２％以下を含有し、残部はＦｅおよび不可避不純物からなる鋼
で、かつ、この鋼中に円相当径で０．００５〜２．０μ
ｍの酸化物粒子を単位面積当たりの個数密度で１００〜
３０００個／ｍｍ²含有し、その酸化物粒子の組成が少
なくともＣａ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｏを含み、Ｏを除いた元素
が質量比で、Ｃａ：５％以上、Ａｌ：５％以上、Ｍｇ：１％以上を含有し、かつ鋼のミクロ組織がフェライトとベイナイ
トとの二相でフェライト分率が２５％〜７５％であるこ
とを特徴とする低ＹＲ特性および超大入熱溶接継手靭性
に優れた６００ＭＰａ級鋼。
【請求項４】前記酸化物粒子の組成が少なくともＣ
ａ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｏ、Ｓを含み、Ｏを除いた元素が質量
比で、Ｃａ：５％以上、Ａｌ：５％以上、Ｍｇ：１％以上、Ｓ：１％以上を含有し、残部がその他不可避不純物からなることを特
徴とする請求項３記載の低ＹＲ特性および超大入熱溶接
継手靭性に優れた６００ＭＰａ級鋼。
【請求項５】質量％で、Ｖ：０．１％以下、Ｃｒ：０．６％以下、Ｍｏ：０．６％以下の内の１種または２種以上を含有することを特徴とする
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の低ＹＲ特性およ
び超大入熱溶接継手靭性に優れた６００ＭＰａ級鋼。
【請求項６】質量％で、Ｂ：０．０００５〜０．００３％を含有することを特徴とする請求項１〜請求項５のいず
れかに記載の低ＹＲ特性および超大入熱溶接継手靭性に
優れた６００ＭＰａ級鋼。
【請求項７】前記酸化物粒子が円相当径で０．１〜
２．０μｍであることを特徴とする請求項１〜請求項６
のいずれかに記載の低ＹＲ特性および超大入熱溶接継手
靭性に優れた６００ＭＰａ級鋼。