JP2007239090A - 超大入熱haz靱性および低温母材靱性に優れた厚鋼板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】C:0.030〜0.10%、Si:1.0%以下、Mn:0.8〜2.0%、P:0.03%以下、S:0.01%以下、Al:0.01〜0.10%、Nb:0.015〜0.035%、Ti:0.015〜0.03%、B:0.0015〜0.0035%、およびN:0.0055〜0.01%を含有し、さらにCu:2.0%以下、Ni:2.0%以下、Cr:1%以下、Mo:0.5%以下、V:0.1%以下を含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなり、且つ2≦[Ti]/[N]≦4、および40≦(500[C]+32[Si]+8[Mn]−9[Nb]+14[Cu]+17[Ni]−5[Cr]−25[Mo]−34[V])を満足する厚鋼板。
【選択図】図6
Description
2≦[Ti]/[N]≦4 ・・・ (1)
40≦X値 ・・・ (2)
X値=500[C]+32[Si]+8[Mn]−9[Nb]
+14[Cu]+17[Ni]−5[Cr]−25[Mo]−34[V]
(式中、[ ]は各元素の含有量(質量%)を表す。)
なお本明細書において「炭窒化物」は、窒化物も含む意味で使用する。
X値=500[C]+32[Si]+8[Mn]−9[Nb]
+14[Cu]+17[Ni]−5[Cr]−25[Mo]−34[V]
(式中、[ ]は各元素の含有量(質量%)を表す。)
40≦X値 ・・・ (2)
X値=500[C]+32[Si]+8[Mn]−9[Nb]
+14[Cu]+17[Ni]−5[Cr]−25[Mo]−34[V]
(式中、[ ]は各元素の含有量(質量%)を表す。)
を満たしている点に、大きな特徴がある。但し本発明は、上記のような推定理由(δ域の温度範囲の減少による炭窒化物の平均粒子径の減少、平均粒子径の減少によるHAZ靱性および低温靱性の向上など)には制限されず、本発明の範囲は、特許請求の範囲により定められる。即ち特許請求の範囲に規定する構成要件を満たす厚鋼板は、本発明の範囲内に包含される。
2≦[Ti]/[N]≦4 ・・・ (1)
(式中、[ ]は各元素の含有量(質量%)を表す。)
を満たすように、Ti量とN量とのバランスが図られていることも特徴の1つとする。この[Ti]/[N]の好ましい下限は2.5であり、好ましい上限は3.5である。
Cは、鋼板の強度を確保するために必要な元素であり、また鋼の状態図におけるδ域の温度範囲を縮小させるために有効な元素である。C量が0.030%未満では強度を確保することができなくなる。一方、C量が0.10%を超えると、硬質の第2相MA組織が多くなりすぎて、母材靱性およびHAZ靭性が低下する。そこでC量を0.030〜0.010%と定めた。C量の好ましい下限は0.040%であり、好ましい上限は0.080%である。
Siは、鋼板の強度を確保するために有効な元素であり、そのためには、0.10%以上添加することが好ましい。しかしSiを過剰に添加すると、MA組織が多く生成し、母材靱性およびHAZ靭性が低下するため、その上限を1.0%とする必要がある。Si量の好ましい上限は0.8%であり、より好ましくは0.6%以下である。
Mnは、焼入れ性を向上させ、鋼板の強度を確保するのに有効な元素である。Mn量が0.8%未満では、強度確保の作用が充分に発揮されない。一方、Mn量が2.0%を超えると、母材靱性およびHAZ靭性が低下する。そこでMn量を、0.8〜2.0%と定めた。Mn量の好ましい下限は1.00%であり、より好ましくは1.50%以上である。一方、Mn量の好ましい上限は1.80%である。
不純物元素であるPは、母材靱性およびHAZ靭性に悪影響を及ぼすため、その量は、できるだけ少ないことが好ましい。よってP量は、0.03%以下、好ましくは0.010%以下である。しかし工業的に、鋼中のP量を0%にすることは困難である。
Sは、MnSを形成して延性を低下させる元素であり、特に高張力鋼において悪影響が大きくなるため、その量は、できるだけ少ないことが好ましい。よってS量は、0.01%以下、好ましくは0.005%以下である。しかし工業的に、鋼中のS量を0%にすることは困難である。
Alは、脱酸、およびミクロ組織の微細化により母材靱性を向上させる効果を有する元素である。このような効果を充分に発揮させるため、Alを0.01%以上添加する。もっともAlを過剰に添加すると、かえって母材靱性およびHAZ靱性が低下するため、上限を0.10%とする。Al量の好ましい下限は0.020%である。一方、その好ましい上限は0.060%であり、より好ましくは0.040%以下である。
Nbは、素地の焼入れ性を向上させて鋼板の強度を高めるために有効な元素である。このような効果を充分に発揮させるために、Nb量は0.015%以上であることが必要である。しかしNbを過剰に添加すると、母材靱性およびHAZ靭性が低下するため、その上限量を0.035%と定めた。Nb量は、好ましくは0.020%以上であり、好ましくは0.030%以下、より好ましくは0.025%以下である。
Tiは、Nと微細な窒化物を形成し、溶接時におけるHAZのオーステナイト粒の粗大化を抑制することにより(いわゆるピンニング効果)、HAZ靭性を向上させるために有効な元素である。このような効果を充分に発揮させるため、Tiを0.015%以上添加する。しかしTi量が過剰であると、かえってHAZ靭性が劣化するため、Ti量の上限を0.03%と定めた。Ti量は、好ましくは0.018%以上、0.025%以下である。
Bは、超大入熱溶接の際に、HAZ、殊にボンド部の付近で、BNを核にした粒内フェライトを生成させると共に、固溶Nの固定作用も有し、HAZ靭性改善に重要な元素である。本発明では、その効果を充分に発揮させるためにBを、通常の厚鋼板中の含有量よりも多く、0.0015%以上含有させている。しかしB量が過剰であると、超大入熱溶接の際に粗大なベイナイト組織が形成されるため、かえってHAZ靱性が劣化する。そのためB量の上限を0.0035%と定めた。B量は、好ましくは0.0020%以上、0.0030%以下である。
Nは、Tiと結合して微細な炭窒化物を形成し、超大入熱溶接の際にオーステナイト粒の粗大化を抑制し、HAZ靭性を向上させる効果を有する元素である。N量が少なすぎると、上記効果が充分に発揮されないため、その下限を0.0055%と定めた。一方、N量が過剰であると、母材靱性およびHAZ靭性に悪影響を及ぼすため、その上限を0.01%と定めた。N量の好ましい下限は0.0060%であり、より好ましくは0.0070%以上である。またN量の好ましい上限は0.0090%であり、より好ましくは0.0080%以下である。
Cuは、焼入れ性を高めて強度向上に寄与する元素であり、必要に応じて添加することができる。またCと同様にδ域の温度範囲を縮小させて、Ti系炭窒化物を微細化する効果を有すると考えられる。このような効果を充分に発揮させるために、Cu量は、好ましくは0.20%以上、より好ましくは0.40%以上であることが推奨される。しかしCu量が過剰であると、母材靱性およびHAZ靱性が低下する傾向があるため、その上限を2.0%と定めた。Cu量は好ましくは1.0%以下である。
Niも、Cuと同様に、焼入れ性を高めて強度向上に寄与し、δ域の温度範囲を縮小させるために有効な元素であり、必要に応じて添加することができる。このような効果を充分に発揮させるために、Ni量は、好ましくは0.20%以上、より好ましくは0.40%以上であることが推奨される。しかしNi量が過剰であると、母材靱性およびHAZ靱性が低下する傾向があるため、その上限を2.0%と定めた。Ni量は好ましくは1.0%以下である。
Crも、Cuと同様に、焼入れ性を高めて強度向上に寄与する元素であり、必要に応じて添加することができる。このような効果を充分に発揮させるために、Cr量は、好ましくは0.20%以上、より好ましくは0.40%以上であることが推奨される。しかしCr量が過剰であると、母材靱性およびHAZ靱性が低下するので、その上限を1%と定めた。Cr量の好ましい上限は0.80%である。
Moは、焼入れ性を高めて強度を向上させることに加えて、焼戻し脆性を防止するために有効な元素であり、必要に応じて添加することができる。このような効果を充分に発揮させるために、Mo量は、好ましくは0.05%以上、より好ましくは0.10%以上であることが推奨される。しかしMo量が過剰であると、母材靱性およびHAZ靭性が劣化するため、その上限を0.5%と定めた。Mo量は、好ましくは0.30%以下である。
Vは、少量の添加により、焼入れ性および焼戻し軟化抵抗を高める効果を有する元素であり、必要に応じて添加することができる。このような効果を充分に発揮させるために、V量は、好ましくは0.01%以上、より好ましくは0.02%以上であることが推奨される。しかしV量が過剰であると、母材靱性およびHAZ靭性が劣化するため、その上限を0.1%と定めた。V量は、好ましくは0.05%以下である。
CaおよびMgは、HAZ靭性を向上させる効果を有する元素である。詳しくは、Caは、MnSを球状化するという介在物の形態制御による異方性を低減させることによって、HAZ靭性を向上させる。一方、Mgは、MgOを形成し、HAZのオーステナイト粒の粗大化を抑制することによってHAZ靭性を向上させる。このような効果を充分に発揮させるために鋼板中に、Caを好ましくは0.0005%以上、および/またはMgを0.0001%以上含有させることが好ましい。しかしこれらの量が過剰であると、かえって母材靱性およびHAZ靱性を劣化させるので、Caおよび/またはMgを含有させる場合の上限を、それぞれ0.005%と定めた。Ca量の好ましい上限は0.0030%であり、Mg量の好ましい上限は0.0035%である。
ZrおよびHfは、Tiと同様に窒化物を形成し、溶接時におけるHAZのオーステナイト粒の粗大化を抑制するので、HAZ靭性の改善に有効な元素である。このような効果を充分に発揮させるため、Zr量は、好ましくは0.001%以上、Hf量は、好ましくは0.0005%以上であることが推奨される。しかしこれらの量が過剰であると、かえって母材靱性およびHAZ靭性が低下させるので、これらを含有させる場合、Zr量の上限を0.1%、Hf量の上限を0.05%と定めた。
CoおよびWは、焼入れ性を向上させ、鋼板の強度を高める効果を有する元素である。このような効果を充分に発揮させるため、これらの1つまたは両方を、それぞれ0.2%以上で含有させることが好ましい。しかしこれらの量が過剰であると、母材靱性およびHAZ靭性が劣化するため、これらの量の上限を、それぞれ2.5%と定めた。
また上記のようにして製造した鋼板について、下記要領でTi系炭窒化物の平均粒子径、Nb系炭窒化物の平均粒子径、鋼板の引張強度、低温靱性およびHAZ靱性を測定した。これらの結果を表2に示す。
深さt/4の位置(t=板厚)を、透過型電子顕微鏡(TEM)で、観察倍率6万倍、観察視野2.0×2.0μm、観察箇所5箇所の条件で観察した。そしてその視野中の各炭窒化物の面積を測定し、この面積から各炭窒化物の円相当径を算出した。この各炭窒化物の円相当径を算術平均(相加平均)して、各鋼板におけるTi系またはNb系炭窒化物の平均粒子径を算出した。
深さt/4の位置(t=板厚)でJIS4号試験片を採取し、引張試験を行うことにより、引張強度を測定した。この実施例では、引張強度が490MPa以上のものを合格とした。
深さt/4の位置(t=板厚)でJIS4号試験片を採取し、−60℃でシャルピー衝撃試験を行い、吸収エネルギー(vE-60)を測定した。この実施例では、引張強度が150J以上のものを合格とした。
入熱50kJ/mmで溶接(エレクトロガスアーク溶接)を行い、図1に示す部位からJIS4号試験片を採取し(ノッチ位置は、ボンドから0.5mmHAZ側)、−40℃でシャルピー衝撃試験を行い、吸収エネルギー(vE-40)を測定した。この実施例では、引張強度が200J以上のものを合格とした。
Claims (6)
- C:0.030〜0.10%(質量%の意味、以下同じ)、Si:1.0%以下(0%を含まない)、Mn:0.8〜2.0%、P:0.03%以下(0%を含まない)、S:0.01%以下(0%を含まない)、Al:0.01〜0.10%、Nb:0.015〜0.035%、Ti:0.015〜0.03%、B:0.0015〜0.0035%、およびN:0.0055〜0.01%を含有し、さらにCu:2.0%以下(0%を含む)、Ni:2.0%以下(0%を含む)、Cr:1%以下(0%を含む)、Mo:0.5%以下(0%を含む)およびV:0.1%以下(0%を含む)を含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなり、且つ下記式(1)および(2)を満足することを特徴とする、HAZ靱性および低温母材靱性に優れた厚鋼板。
2≦[Ti]/[N]≦4 ・・・ (1)
40≦X値 ・・・ (2)
X値=500[C]+32[Si]+8[Mn]−9[Nb]
+14[Cu]+17[Ni]−5[Cr]−25[Mo]−34[V]
(式中、[ ]は各元素の含有量(質量%)を表す。) - δ域の温度範囲が40℃以下である、請求項1に記載の厚鋼板。
- 深さt/4の位置(t=板厚)において、Ti系炭窒化物の平均粒子径が40nm以下であり、Nb系炭窒化物の平均粒子径が60nm以下である請求項1または2に記載の厚鋼板。
- さらにCa:0.005%以下(0%を含まない)および/またはMg:0.005%以下(0%を含まない)を含有する請求項1〜3のいずれかに記載の厚鋼板。
- さらにZr:0.1%以下(0%を含まない)および/またはHf:0.05%以下(0%を含まない)を含有する請求項1〜4のいずれかに記載の厚鋼板。
- さらにCo:2.5%以下(0%を含まない)および/またはW:2.5%以下(0%を含まない)を含有する請求項1〜5のいずれかに記載の厚鋼板。
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