JP2012052224A - 溶接熱影響部靭性に優れた鋼材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】質量%で、C:0.01〜0.2%、Si:0.005〜0.15%、Mn:0.3〜2.5%、P:0.05%以下、S:0.008%以下、Al:0.0005〜0.0030%、N:0.010%以下、O:0.0010〜0.0050%を含有し、残部はFeおよび不純物からなり、かつ、不純物としてのMg、Ca、REMおよびTiの含有量が下記(A)式を満足するとともに、鋼材中に分散している酸化物粒子の平均組成が、質量%で、Al2O3≧50%およびMnO≧5%であって、円相当径で0.4〜10μmの大きさを有する上記酸化物粒子の平均分散密度が1mm2あたり50個以上であることを特徴とする、溶接熱影響部靱性に優れた鋼材。
(Mg+Ca+REM+Ti/10)≦0.001%・・・(A)式
ここで、式(A)中のMg、Ca、REM、Tiの各元素記号は鋼材中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表す。
【選択図】なし
Description
精度よくコントロールしなければ、固溶BによってHAZが硬化するという鋼質上の困難が顕在化する。その上、ラインパイプ等、B添加を回避する必要のある用途にはこの方法による鋼材を適用するのが難しく、必ずしも汎用性に富むHAZ高靱性化技術とは言えない。
(Mg+Ca+REM+Ti/10)≦0.001%・・・(A)式
ここで、式(A)中のMg、Ca、REM、Tiの各元素記号は鋼材中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表す。
(Mg+Ca+REM+Ti/10)≦0.001%・・・(A)式
ここで、式(A)中のMg、Ca、REM、Tiの各元素記号は鋼材中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表す。
以下、本発明に係る鋼材の化学組成について説明する。なお、含有量に関する「%」および「ppm」は、いずれも質量割合を意味する。
Cは、強度を確保するために必要な元素であり、鋼の強度を確保するために、0.01%以上含有させる。しかし、0.2%を超えると、強度が高くなりすぎて、母材、HAZ共に靱性を確保することが難しくなる。したがって、C含有量は0.01〜0.2%とする。望ましい下限は0.03%であり、望ましい上限は0.18%である。
Siは、鋼の焼入れ性を高め鋼板の強度上昇に寄与する。この効果を得るためには0.005%以上含有させる必要がある。一方で、Siは酸素との反応性も高く脱酸作用を有するため、Siの含有量が多すぎると、本願発明が目的とする酸化物の形成に影響を及ぼす。特に、SiがAl−Mn酸化物中に含まれ、複合酸化物を形成する場合、Siの含有量が0.15%を超えると、Al−Mn酸化物の微細分散を著しく阻害するため、分散個数が減少しオーステナイト粒のピン止め効果が失われ、分散個数が減少するため、HAZにおける旧オーステナイト粒の粗大化が顕著となり熱影響部靭性の低下をもたらす。したがって、Si含有量は0.005〜0.15%とする。望ましい下限は0.06%であり、望ましい上限は0.15%である。
Mnは鋼の焼入れ性を高める効果があり、強度および靭性を確保するために、0.3%以上含有させる必要がある。一方で、Mnを2.5%を超えて含有させると、偏析が増すと共に焼入れ性が高まりすぎて、母材、HAZ共に靱性が劣化する。したがって、Mn含有量は0.3〜2.5%とする。望ましい下限は0.8%であり、望ましい上限は1.6%である。
Pは、鋼中へ不可避的に混入してくる不純物である。しかし、P含有量が0.05%を超えると、粒界に偏析して靭性を低下させるのみならず、溶接時に高温割れを招く。したがって、P含有量を0.05%以下とする必要がある。
Sは、鋼中へ不可避的に混入してくる不純物である。しかし、S含有量が多すぎると中心偏析を助長したり、延伸したMnSが多量に生成したりして、母材およびHAZの機械的性質が劣化する。このため、S含有量の上限を0.008%とする。Sは少ないほど好ましいため、S含有量の下限は特に規定しない。
Alは本発明において特に重要な元素の一つである。Alは脱酸のために必須の元素である。本発明の酸化物粒子を形成するためには、Al含有量を0.0005%以上とすることが必要である。一方、本発明が目的とするAl−Mn酸化物組成を満足するためには、Al含有量を0.0030%以下とする必要がある。というのは、Alを0.0030%を超えて含有させると、Al−Mn酸化物ではなく、Al2O3を形成し、粗大なクラスター状のアルミナ系介在物粒子が鋼中に分散されるため、γ粒粗大化抑制効果を失うとともに、母材、HAZ靭性を劣化させるからである。したがって、Al含有量は0.0005〜0.0030%とする。望ましい上限は0.0025%である。
Nは、不純物として鋼中に存在する。しかし、Nが鋼中に多量に存在する場合には、母材、HAZ靭性の劣化を招く。このため、N含有量の上限を0.010%とする。
O(酸素)は、フェライト生成の核となる酸化物の生成に有効な元素である。この効果を得るにはO含有量が0.0010%は必要である。しかし、0.0050%を超えて、過剰にOが存在する場合には、母材靭性及び伸び絞り等の延性に悪影響を及ぼすため、O含有量の上限を0.0050%とする。
(Mg+Ca+REM+Ti/10)≦0.001%・・・(A)式
ここで、式(A)中のMg、Ca、REM、Tiの各元素記号は鋼材中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表す。
(1) 第1グループ:Cu:1.5%以下、Mo:1.0%以下、V:0.1%以下、Nb:0.035%以下、B:0.004%以下から選択される1種以上。
(2) 第2グループ:Ni:3.0%以下。
(3) 第3グループ:Cr:1.0%以下。
(4) 第4グループ:Sn:0.50%以下。
Cu:1.5%以下
Cuは、必要に応じて含有させることができる。含有させれば、強度および耐食性をより向上させる効果がある。ただし、その含有量が1.5%を超えても、合金コスト上昇に見合った性能の改善が見られないので、その上限は1.5%とする。なお、Cuを含有させることによる効果を安定的に得るためには、0.2%以上含有させるのが望ましい。
Moは、必要に応じて含有させることができる。含有させれば、鋼の焼入れ性を高め、母材の強度を向上させる効果がある。ただし、その含有量が1.0%を超えると特にHAZの硬度が高まり、靱性を劣化させるので、その上限は1.0%とする。なお、Moを含有させることによる効果を安定的に得るためには、0.1%以上含有させるのが望ましい。
Vは、必要に応じて含有させることができる。含有させれば、主に焼戻し時の炭窒化物析出により母材の強度を向上させる効果がある。ただし、その含有量が0.1%を超えると母材の性能向上効果が飽和すると共に、硬度が高まり靱性劣化を招くので、その上限は0.1%とする。なお、Vを含有させることによる効果を安定的に得るためには、0.02%以上含有させるのが望ましい。
Nbは、必要に応じて含有させることができる。含有させれば、細粒化と炭化物析出により母材の強度および靱性を向上させる効果がある。ただし、その含有量が0.035%を超えると母材の性能向上効果が飽和する一方でHAZの靱性を著しく損なうので、その上限は0.035%とする。なお、Nbを含有させることによる効果を安定的に得るためには、0.005%以上含有させるのが望ましい。
Bは、必要に応じて含有させることができる。含有させれば、焼入れ性を向上させて強度を高める効果がある。ただし、その含有量が0.004%を超えると、強度を高める効果が飽和するうえ、母材、HAZともに靱性劣化の傾向が著しくなるので、その上限は0.004%とする。なお、Bを含有させることによる効果を安定的に得るためには、0.0003%以上含有させるのが望ましい。
Ni:3.0%以下
Niは、必要に応じて含有させることができる。含有させれば、固溶状態において鋼のマトリックス(生地)の靭性を高める効果がある。ただし、その含有量が3.0%を超えると、合金コストの上昇に見合った特性の向上が得られないので、その上限は3.0%とする。なお、Niを含有させることによる効果を安定的に得るためには、0.2%以上含有させるのが望ましい。
Cr:1.0%以下
Crは、必要に応じて含有させることができる。含有させれば、耐炭酸ガス腐食性を高め、また焼入性を高める効果がある。ただし、その含有量が1.0%を超えると、他の成分条件を満足させても、HAZの硬化の抑制が難しくなる他、耐炭酸ガス腐食性向上効果も飽和するので、その上限を1.0%とする。なお、Crを含有させることによる効果を安定的に得るためには、0.15%以上含有させるのが望ましい。
Sn:0.50%以下
Snは、Sn2+となって溶解し、酸性塩化物溶液中でのインヒビター作用により腐食を抑制する作用を有する。また、Fe3+を速やかに還元させ、酸化剤としてのFe3+濃度を低減する作用を有することにより、Fe3+の腐食促進作用を抑制するので、高飛来塩分環境における耐候性を向上させる。また、Snには鋼のアノード溶解反応を抑制し耐食性を向上させる作用がある。この効果を得るためにSnを含有させてもよい。ただし、Snを0.50%を超えて含有させると、その効果は飽和する。このため、Snを含有させる場合には、その含有量を0.50%以下とする。上記の効果を得るためには、Snを0.03%以上含有させることが好ましい。Snの含有量の好ましい下限は0.05%であり、好ましい上限は0.30%である。
鋼材中の分散粒子としてのAl−Mn酸化物について限定した理由について述べる。なお、「%」は、質量%を意味する。
本発明の鋼材を製造するに当たっては、脱酸工程が重要となる。
Claims (5)
- 質量%で、C:0.01〜0.2%、Si:0.005〜0.15%、Mn:0.3〜2.5%、P:0.05%以下、S:0.008%以下、Al:0.0005〜0.0030%、N:0.010%以下、O:0.0010〜0.0050%を含有し、残部はFeおよび不純物からなり、かつ、不純物としてのMg、Ca、REMおよびTiの含有量が下記(A)式を満足するとともに、鋼材中に分散している酸化物粒子の平均組成が、質量%で、Al2O3≧50%およびMnO≧5%であって、円相当径で0.4〜10μmの大きさを有する上記酸化物粒子の平均分散密度が1mm2あたり50個以上であることを特徴とする、溶接熱影響部靱性に優れた鋼材。
(Mg+Ca+REM+Ti/10)≦0.001%・・・(A)式
ここで、式(A)中のMg、Ca、REM、Tiの各元素記号は鋼材中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表す。 - Feの一部に代えて、質量%で、Cu:1.5%以下、Mo:1.0%以下、V:0.1%以下、Nb:0.035%以下およびB:0.004%以下から選択される1種以上を含有することを特徴とする、請求項1に記載の溶接熱影響部靱性に優れた鋼材。
- Feの一部に代えて、質量%で、Ni:3.0%以下を含有することを特徴とする、請求項1または2に記載の溶接熱影響部靱性に優れた鋼材。
- Feの一部に代えて、質量%で、Cr:1.0%以下を含有することを特徴とする、請求項1から3までのいずれかに記載の溶接熱影響部靱性に優れた鋼材。
- Feの一部に代えて、質量%で、Sn:0.5%以下を含有することを特徴とする、請求項1から4までのいずれかに記載の溶接熱影響部靱性に優れた鋼材。
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