JP2013147740A - 大入熱溶接用鋼材 - Google Patents
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- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
【解決手段】質量%で、一定量のC、Si、Mn、P、S、Al、Nbを含有し、さらにTi:0.004〜0.030%、B:0.0003〜0.0030%、N:0.0035〜0.0070%、Ca:0.0005〜0.0030%、O:0.0040%以下を含み、かつ、下記(1)式を満たし、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、溶接入熱量が300kJ/cmを超える大入熱溶接を施したときのボンド近傍の熱影響部組織において、粒内フェライトの粒径が50μm以下であることを特徴とする大入熱溶接用鋼材
。
0<(Ca−(0.18+130×Ca)×O)/1.25/S≦0.40・・・(1)
ただし、上記式中のCa、O、Sは各成分の含有量(質量%)を表す。
【選択図】なし
Description
1.大入熱溶接熱影響部の靱性向上には、高温域でのオーステナイト粒の粗大化を抑制し、その後の冷却過程において、前記オーステナイト粒の粒界ではなく粒内から生成するフェライト(以下、粒内フェライトと称する)の核生成を促進させ、この粒内フェライトの粒径を微細にすることが肝要である。
2.具体的な成分設計指針として、オーステナイト粒の粗大化抑制のため所望のTi、N量を確保すること、Ca、S、O量を適正に制御して粒内フェライトの各生成サイトを十分多量に確保し、その結果として粒内フェライトの粒径を微細にすることが有効である。本発明は、上記知見をもとに、さらに検討を加えてなされたものであり、すなわち、本発明は、以下のとおりである。
[1]質量%で、C:0.030〜0.120%、Si:0.50%以下、Mn:1.40〜2.00%、P:0.020%以下、S:0.0005〜0.0040%、Al:0.005〜0.100%、Nb:0.003〜0.030%、Ti:0.004〜0.030%、B:0.0003〜0.0030%、N:0.0035〜0.0070%、Ca:0.0005〜0.0030%、O:0.0040%以下を含み、かつ、下記(1)式を満たし、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、溶接入熱量が300kJ/cmを超える大入熱溶接を施したときのボンド近傍の熱影響部組織において、粒内フェライトの粒径が50μm以下であることを特徴とする大入熱溶接用鋼材。
0<(Ca−(0.18+130×Ca)×O)/1.25/S≦0.40・・・(1)
ただし、上記式中のCa、O、Sは各成分の含有量(質量%)を表す。
[2]さらに、下記(2)式を満たすことを特徴とする、[1]に記載の大入熱溶接用鋼材。
Mn+0.8×(Cr+Mo+V)≦1.78・・・(2)
ただし、上記式中のMn、Cr、Mo、Vは各成分の含有量(質量%)を表し、含有しない場合は0とする。
[3]さらに、質量%で、V:0.20%以下、Ni:1.00%以下、Cu:1.00%以下、Cr:0.40%以下、Mo:0.40%以下、W:0.05〜0.40%の中から選ばれる1種以上を含有する[1]または[2]に記載の大入熱溶接用鋼材。
[4]さらに、質量%で、Mg:0.0005〜0.0050%、Zr:0.0010〜0.0200%、REM:0.0010〜0.0200%の中から選ばれる1種以上を含有することを特徴とする[1]〜[3]のいずれかに記載の大入熱溶接用鋼材。
Cは、構造用鋼として必要な強度を得るためにその含有量の下限を0.030%とし、島状マルテンサイトの生成量を抑えるため、上限を0.120%とする。
Siは、鋼中に必ず含有される元素であり、母材の強度を向上する効果を有するが、0.50%を超えて含有すると、大入熱溶接熱影響部に島状マルテンサイトを生成して靱性を劣化させるため、上限を0.50%とする。
Mnは、母材の強度を確保するために、1.40%以上は必要であり、2.00%を超えると溶接部の靱性を劣化させる。したがって、Mnの範囲は、1.40〜2.00%とするが、好ましくは、1.40%〜1.78%の範囲であり、より好ましくは、1.40%〜1.60%の範囲である。
Pは、不可避的に混入する不純物であり、0.020%を超えると、母材および溶接部の靱性を低下させるため、上限を0.020%とする。
Sは、所要のCaSあるいはMnSを生成するために0.0005%以上必要であり、0.0040%を超えると母材の靱性を劣化させる。したがって、Sの含有量は、0.0005〜0.0040%の範囲とする。
Alは、鋼の脱酸上0.005%以上が必要であり、0.01%以上含有することが好ましいが、0.100%を超えて含有すると母材の靱性を低下させると同時に溶接金属の靱性を劣化させる。したがって、Alの含有量は、0.005〜0.100%の範囲とする。
Nbは、母材の強度・靱性および継手の強度を確保するのに有効な元素であるが、0.003%未満ではその効果が小さい。0.030%を超えて含有すると溶接熱影響部に島状マルテンサイトを形成することにより靱性が劣化する。したがって、Nbの含有量は、0.003〜0.030%の範囲とする。
Tiは、凝固時にTiNとなって析出し、溶接熱影響部でのオーステナイトの粗大化抑制や粒界や粒内においてフェライト変態核となって高靱性化に寄与する。0.004%に満たないとその効果が少なく、0.030%を超えるとTiN粒子の粗大化によって期待する効果が得られなくなる。したがって、Tiの含有量は、0.004〜0.030%の範囲とする。好ましくは、0.006%〜0.028%の範囲である。
Bは、溶接熱影響部でBNを生成して、固溶Nを低減するとともにオーステナイト粒界や粒内においてフェライト変態核として作用する元素である。このような効果を奏するには0.0003%以上の含有が必要であるが、0.0030%を超えて添加すると焼入れ性が過度に増して靱性が劣化する。したがって、Bの含有量は、0.0003〜0.0030%の範囲とする。
Nは、TiNを形成させるためのTiと見合う量を確保することが必要であり、0.0035%未満では十分なTiN量が得られず、溶接熱影響部でのオーステナイトの粗大化抑制やフェライト変態核として高靱性化に寄与する、などの効果が得られない。0.0070%を超えると溶接熱サイクルによってTiNが溶解する領域での固溶N量の増加によって靱性が著しく低下する。したがって、Nの含有量は、0.0035〜0.0070%の範囲とする。好ましくは、0.0037〜0.0070%の範囲とする。
Caは、CaSを形成することによりSを化学的に固定し靱性改善効果を有する元素である。このような効果を発揮させるには少なくとも0.0005%以上含有する必要があるが、0.0030%を超えて含有しても効果が飽和する。このため、本発明では、0.0005%〜0.0030%の範囲に限定する。
Oは、必ず含有するが、凝固時に酸化物となって析出するため、0.0040%を超えて含有すると、母材および溶接熱影響部の靱性が低下する。このため、Oの含有量は0.0040%以下とする。
Ca、OおよびSは、0<(Ca−(0.18+130×Ca)×O)/1.25/S≦0.40の関係を満足するように含有させる必要がある。この場合には、CaS上にMnSが析出した複合硫化物の形態となる。Ca−(0.18+130×Ca)×O)/1.25/Sの値が0.40を超えると、粒内フェライトの核生成数が減少してフェライト粒を微細にすることができない。これとは逆に、Ca−(0.18+130×Ca)×O)/1.25/Sの値が0を超え、かつ0.40以下であれば、粒内フェライトの核生成数が顕著に増加して、後述のように、粒内フェライトの平均粒径を50μmとすることができる。
Mn+0.8×(Cr+Mo+V)≦1.78・・・(2)
ただし、上記式中のMn、Cr、Mo、Vは各成分の含有量(質量%)を表し、含有しない場合は0とする。
Mn+0.8×(Cr+Mo+V)が1.78を超えると、大入熱溶接熱影響部組織における島状マルテンサイト生成抑制効果が不十分となり、かつ、鉄母相の強度が過度に上昇し、試験温度−40℃での継手HAZ靭性の安定確保が困難となる。したがって、Mn+0.8×(Cr+Mo+V)≦1.78とすることが好ましい。
Vは、母材の強度・靱性の向上およびVNとしてのフェライト生成核として働き、この効果は0.05%以上含有することにより発揮されるが、0.20%を超えるとかえって靱性の低下を招く場合がある。したがって、Vを添加する場合は、0.20%以下とすることが好ましい。
Niは、母材の高靱性を保ちつつ強度を上昇させる。この効果は0.10%以上含有することにより発揮されるが、1.00%を超えても効果が飽和する場合があるので、Niを添加する場合は、1.00%以下とすることが好ましい。
Cuは、Niと同様の、母材の高靱性を保ちつつ強度を上昇させる。この効果は0.10%以上含有することにより発揮されるが、1.00%を超えると熱間脆性を生じ、鋼板の表面性状を劣化させる場合がある。したがって、Cuを添加する場合は、1.00%以下とすることが好ましい。
Crは、母材の高強度化に有効な元素であり、この効果は0.03%以上含有することにより発揮されるが、過剰に添加すると靱性に悪影響を与えることがあるため、上限を0.40%とすることが好ましい。
Moは、母材の高強度化に有効な元素であり、この効果は0.05%以上含有することにより発揮されるが、過剰に添加すると靱性に悪影響を与えることがある。したがって、Moを添加する場合は、0.40%以下とすることが好ましい。
Wは、母材の高強度化に有効な元素であり、この効果は0.05%以上含有することにより発揮されるが、過剰に添加すると靱性に悪影響を与えることがある。したがって、Wを添加する場合は、0.05〜0.40%とすることが好ましい。
Mgは、酸化物の分散による靱性改善効果を有する元素である。このような効果を発揮させるには0.0005%以上含有することが好ましいが、0.0050%を超えて含有しても効果が飽和することがある。したがって、Mgを添加する場合は、0.0005〜0.0050%とすることが好ましい。
Zrは、酸化物の分散による靱性改善効果を有する元素である。このような効果を発揮させるには0.0010%以上含有することが好ましいが、0.0200%を超えて含有しても効果が飽和することがある。したがって、Zrを添加する場合は、0.0010〜0.0200%とすることが好ましい。
REMは、酸化物の分散による靱性改善効果を有する元素である。このような効果を発揮させるには0.0010%以上含有することが好ましいが、0.0200%を超えて含有しても効果が飽和することがある。したがって、REMを添加する場合は0.0010〜0.0200%とすることが好ましい。
溶接入熱量が300kJ/cmを超える大入熱溶接を対象としたのは、このような大入熱溶接の場合に島状マルテンサイトが生成しやすいので、この生成を防止するためである。
150kgの高周波溶解炉にて、表1に示す組成の鋼を溶製し、厚さ170mmのスラブとした。このスラブを1150℃に1時間加熱後、仕上圧延温度が板厚中心温度で830℃である熱間圧延を行なって板厚50mmに仕上げた後、10℃/sの冷却速度(板厚中心部)で加速冷却した。得られた厚鋼板の1/4t(t:板厚)の位置でC方向(圧延方向と垂直方向)から平行部14mmφ×85mm、標点間距離70mmの丸棒引張試験片を、1/4tの位置のL方向(圧延方向)から2mmVノッチシャルピー試験片を採取し、母材の強度(YS、TS)と靱性を評価した。
Claims (4)
- 質量%で、
C:0.030〜0.120%
Si:0.50%以下
Mn:1.40〜2.00%
P:0.020%以下
S:0.0005〜0.0040%
Al:0.005〜0.100%
Nb:0.003〜0.030%
Ti:0.004〜0.030%
B:0.0003〜0.0030%
N:0.0035〜0.0070%
Ca:0.0005〜0.0030%
O:0.0040%以下
を含み、かつ、下記(1)式を満たし、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、溶接入熱量が300kJ/cmを超える大入熱溶接を施したときのボンド近傍の熱影響部組織において、粒内フェライトの粒径が50μm以下であることを特徴とする大入熱溶接用鋼材。
0<(Ca−(0.18+130×Ca)×O)/1.25/S≦0.40・・・(1)
ただし、上記式中のCa、O、Sは各成分の含有量(質量%)を表す。 - さらに、下記(2)式を満たすことを特徴とする、請求項1に記載の大入熱溶接用鋼材。
Mn+0.8×(Cr+Mo+V)≦1.78・・・(2)
ただし、上記式中のMn、Cr、Mo、Vは各成分の含有量(質量%)を表し、含有しない場合は0とする。 - さらに、質量%で、V:0.20%以下、Ni:1.00%以下、Cu:1.00%以下、Cr:0.40%以下、Mo:0.40%以下、W:0.05〜0.40%の中から選ばれる1種以上を含有する請求項1または2に記載の大入熱溶接用鋼材。
- さらに、質量%で、Mg:0.0005〜0.0050%、Zr:0.0010〜0.0200%、REM:0.0010〜0.0200%の中から選ばれる1種以上を含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の大入熱溶接用鋼材。
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