JP2011038180A - 溶接熱影響部の靱性に優れた鋼材およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】C、Si、Mn、P、S、Al、Ti、REM、Ca、Zr、N、Oを含有し、残部が鉄および不可避不純物からなる鋼材であって、(a)前記鋼材は、Zr、REM、およびCaを含有する酸化物を含み、(b)前記鋼材に含まれる全酸化物の組成を測定して単独酸化物に換算したとき、ZrO2:5〜50%、REMの酸化物:5〜50%、CaO:50%以下(0%を含まない)を満足し、且つ、(c)前記鋼材に含まれる全介在物のうち、円相当直径が0.1〜2μmの介在物が観察視野面積1mm2あたり120個以上、3μm超の酸化物が観察視野面積1mm2あたり5.0個以下、5μm超の酸化物が観察視野面積1mm2あたり5.0個以下を満足する鋼材である。
【選択図】図1
Description
(a)前記鋼材は、Zr、REM、およびCaを含有する酸化物を含み、
(b)前記鋼材に含まれる全酸化物の組成を測定して単独酸化物に換算したとき、平均組成で、ZrO2:5〜50%、REMの酸化物(REMをMの記号で表すとM2O3):5〜50%、CaO:50%以下(0%を含まない)を満足し、且つ、
(c)前記鋼材に含まれる全介在物のうち、円相当直径で0.1〜2μmの介在物が観察視野面積1mm2あたり120個以上、円相当直径で3μm超の酸化物が観察視野面積1mm2あたり5.0個以下、円相当直径で5μm超の酸化物が観察視野面積1mm2あたり5.0個以下
である点に要旨を有している。
(d)Al2O3について、Al2O3の比率が20質量%未満を満足する介在物の個数割合が90%を超えているか、または、
(e)Al2O3およびCaOについて、Al2O3に対するCaOの質量比(CaO/Al2O3)が0.35超を満足する介在物の個数割合が80%を超えていることが好ましい。
(d)Al2O3について、Al2O3の比率が20質量%未満を満足する介在物の個数割合が90%を超えており、且つ、
(e)Al2O3およびCaOについて、Al2O3に対するCaOの質量比(CaO/Al2O3)が0.35超を満足する介在物の個数割合が80%を超えていることが好ましい。
(1)Cu:2%以下(0%を含まない)および/またはNi:3.5%以下(0%を含まない)、
(2)Cr:3%以下(0%を含まない)および/またはMo:1%以下(0%を含まない)、
(3)Nb:0.25%以下(0%を含まない)および/またはV:0.1%以下(0%を含まない)、
(4)B:0.005%以下(0%を含まない)
等の元素を含有してもよい。
2logQREM+3logQOf≦−12.00 ・・・(1)
(ア)HAZ靱性向上に有用な円相当直径0.1〜2μmの微細な介在物の個数を増大させる(120個/mm2以上)と共に、
(イ)HAZ靱性向上に悪影響を及ぼす円相当直径5μm超の酸化物の個数を低減させ(5.0個/mm2以下)、更に、
(ウ)本発明においてHAZ靱性向上に悪影響を及ぼすことが初めて明らかになった円相当直径3μm超の酸化物の個数も低減させる(5.0個/mm2以下)ことによって、先願発明よりも一層大きな入熱量で溶接を行なってもHAZ靱性を改善できたところにある。即ち、先願発明との関係で言えば、上記(ア)および上記(イ)に加え、上記(ウ)を規定したところに本発明の特徴部分が存在する。
2logQREM+3logQOf≦−12.00 ・・・(1)
まず、粒内フェライト変態の起点となるZr・REM・Ca系酸化物について説明する。上記Zr・REM・Ca系酸化物は、Zrの酸化物、REMの酸化物、およびCaの酸化物を必ず含んでいるものを意味している。Zr・REM・Ca系酸化物を構成する元素(粒内フェライト変態核生成元素)は、ZrとREMとCaであるが、これら以外に、例えば、Ti、Mn、Si、Alなどの酸化物形成元素や、その他の鋼中成分を含んでいても良い。
本発明の鋼材は、鋼材に含まれる全酸化物の組成を測定して単独酸化物(合計が100%)として質量換算したときに、平均組成で、
ZrO2を5〜50%、
REMの酸化物(REMをMの記号で表すとM2O3):5〜50%、
CaO:50%以下(0%を含まない)、
を満足しており、これにより粒内フェライト変態の核として有効に作用するようになる。各酸化物の下限値を下回ると、溶接時に粒内フェライトの生成核となる酸化物量が不足し、HAZ靱性の向上作用が発揮されない。一方、各酸化物の上限値を超えると、酸化物が粗大化し、粒内フェライトの生成核として有効に作用する微細な酸化物の個数が少なくなり、HAZ靱性向上作用が有効に発揮されない。
次に、本発明を特徴付ける全介在物の個数と大きさについて説明する。
本発明の鋼材は、
(i)円相当直径で0.1〜2μmの微細な介在物が観察視野面積1mm2あたり120個以上であり、
(ii)円相当直径で3μmを超える粗大な酸化物が観察視野面積1mm2あたり5.0個以下、且つ、
(iii)円相当直径で5μmを超える粗大な酸化物が観察視野面積1mm2あたり5.0個以下
のすべてを満足するものである。
(d)Al2O3について、Al2O3の比率が20質量%未満を満足する介在物(以下、介在物Iと呼ぶ場合がある。)の個数割合が90%を超えているか、および/または、
(e)Al2O3およびCaOについて、Al2O3に対するCaOの質量比(CaO/Al2O3)が0.35超を満足する介在物(以下、介在物IIと呼ぶ場合がある。)の個数割合が80%を超えていることが好ましく、これにより、HAZ靱性が一層高められるようになる。上記(d)および上記(e)の要件は、後記する実施例の結果に基づき、より高いHAZ靱性を実現するための介在物組成および個数割合を特定したものである。
[1]Cu:2%以下(0%を含まない)および/またはNi:3.5%以下(0%を含まない)、
[2]Cr:3%以下(0%を含まない)および/またはMo:1%以下(0%を含まない)、
[3]Nb:0.25%以下(0%を含まない)および/またはV:0.1%以下(0%を含まない)、
[4]B:0.005%以下(0%を含まない)、
等の元素を含有することも有効である。こうした範囲を定めた理由は以下の通りである。
CuとNiは、いずれも鋼材の強度を高めるのに寄与する元素であり、夫々単独で、或いは複合して添加できる。しかしCu量が2%を超えると、母材の強度を著しく高め過ぎて母材の靱性を却って劣化させるため、HAZ靱性も低下する。従ってCu量は2%以下とすることが好ましい。Cu量は、より好ましくは1.8%以下、更に好ましくは1.5%以下である。なお、Cu添加による作用を有効に発揮させるには、0.05%以上含有させることが好ましい。Cu量は、より好ましくは0.1%以上、更に好ましくは0.2%以上である。
CrとMoは、いずれも鋼材の強度を高めるのに寄与する元素であり、夫々単独で、或いは複合して添加できる。しかしCrが3%を超えると、母材の強度を著しく高め過ぎて母材の靱性を劣化させるため、HAZ靱性を低下する。従ってCr量は3%以下が好ましい。Cr量は、より好ましくは2%以下、更に好ましくは1%以下である。なお、Cr添加による作用を有効に発揮させるには、0.05%以上含有させることが好ましい。Cr量は、より好ましくは0.1%以上、更に好ましくは0.15%以上である。
NbとVは、いずれも炭窒化物として析出し、該炭窒化物のピン止め効果により、溶接時にオーステナイト粒が粗大化するのを防止し、HAZ靱性を向上させる作用を有する元素である。NbとVは、夫々単独で、或いは複合して添加することができる。しかしNb量が0.25%を超えると、析出する炭窒化物が粗大化し、HAZ靱性を却って劣化させる。従ってNb量は0.25%以下とすることが好ましい。Nb量は、より好ましくは0.2%以下、更に好ましくは0.15%以下である。なお、Nb添加による作用を有効に発揮させるには、0.002%以上含有させることが好ましい。Nb量は、より好ましくは0.01%以上、更に好ましくは0.02%以上である。
Bは、粒界フェライトの生成を抑制して靱性を向上させる元素である。しかしB量が0.005%を超えると、オーステナイト粒界にBNとして析出し、靱性の低下を招く。従ってB量は0.005%以下が好ましい。B量は、より好ましくは0.004%以下である。なお、B添加による作用を有効に発揮させるには、0.0010%以上含有させることが好ましい。B量は、より好ましくは0.0015%以上である。
2logQREM+3logQOf≦−12.00 ・・・(1)
2REM+3O=REM2O3 ・・・(2)
真空溶解炉(容量150kg)を用い、下記表1に示す条件で、下記表2、表3に示す成分組成(質量%)の供試鋼(残部は鉄および不可避不純物)を溶製し、150kgのインゴットに鋳造して冷却した。その後、加熱、圧延を行い、厚鋼板を製造した。なお、下記表2、表3に示す供試鋼のうち、本発明で規定する要件を満足する供試鋼のトータルO量は0.0005〜0.010%の範囲であることを確認している。
Z=2logQREM+3logQOf ・・・(1)’
上記表4に示したNo.1、3、8、11、13〜16について、鋼材に含まれる個々の介在物の組成とHAZ靱性の関係について調べた。
Claims (8)
- C :0.02〜0.15%(質量%の意味。以下成分について同じ。)、
Si:0.5%以下(0%を含まない)、
Mn:2.5%以下(0%を含まない)、
P :0.03%以下(0%を含まない)、
S :0.02%以下(0%を含まない)、
Al:0.05%以下(0%を含まない)、
Ti:0.005〜0.10%、
REM:0.0003〜0.015%、
Ca:0.0003〜0.010%、
Zr:0.0010〜0.050%、
N :0.010%以下(0%を含まない)、
O :0.0005〜0.010%を含有し、
残部が鉄および不可避不純物からなる鋼材であり、
(a)前記鋼材は、Zr、REM、およびCaを含有する酸化物を含み、
(b)前記鋼材に含まれる全酸化物の組成を測定して単独酸化物に換算したとき、平均組成で、
ZrO2:5〜50%、
REMの酸化物(REMをMの記号で表すとM2O3):5〜50%、
CaO:50%以下(0%を含まない)を満足し、且つ、
(c)前記鋼材に含まれる全介在物のうち、
円相当直径で0.1〜2μmの介在物が観察視野面積1mm2あたり120個以上、
円相当直径で3μm超の酸化物が観察視野面積1mm2あたり5.0個以下、
円相当直径で5μm超の酸化物が観察視野面積1mm2あたり5.0個以下
であることを特徴とする溶接熱影響部の靱性に優れた鋼材。 - 前記鋼材に含まれる介在物は、更にAl2O3を含有していてもよく、
前記介在物の組成を測定して単独酸化物に換算したとき、全介在物の個数に対して、
(d)Al2O3について、Al2O3の比率が20質量%未満を満足する介在物の個数割合が90%を超えているか、または、
(e)Al2O3およびCaOについて、Al2O3に対するCaOの質量比(CaO/Al2O3)が0.35超を満足する介在物の個数割合が80%を超えている請求項1に記載の鋼材。 - 前記鋼材に含まれる介在物は、更にAl2O3を含有していてもよく、
前記介在物の組成を測定して単独酸化物に換算したとき、全介在物の個数に対して、
(d)Al2O3について、Al2O3の比率が20質量%未満を満足する介在物の個数割合が90%を超えており、且つ、
(e)Al2O3およびCaOについて、Al2O3に対するCaOの質量比(CaO/Al2O3)が0.35超を満足する介在物の個数割合が80%を超えている請求項1に記載の鋼材。 - 前記鋼材が、更に他の元素として、
Cu:2%以下(0%を含まない)および/または
Ni:3.5%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鋼材。 - 前記鋼材が、更に他の元素として、
Cr:3%以下(0%を含まない)および/または
Mo:1%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鋼材。 - 前記鋼材が、更に他の元素として、
Nb:0.25%以下(0%を含まない)および/または
V :0.1%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鋼材。 - 前記鋼材が、更に他の元素として、
B:0.005%以下(0%を含まない)を含有する請求項1〜6のいずれかに記載の鋼材。 - 請求項1〜7のいずれかに記載の鋼材を製造する方法であって、溶鋼の溶存酸素量QOfを0.001〜0.01質量%の範囲に調整した溶鋼にREMを添加するに当たり、前記溶鋼の溶存酸素量QOfとREMの添加量QREMが下記(1)式を満足する量のREMを添加することを特徴とする溶接熱影響部の靱性に優れた鋼材の製造方法。
2logQREM+3logQOf≦−12.00 ・・・(1)
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