JP2013147742A - 溶接熱影響部靭性に優れた低降伏比高張力鋼板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 質量%で、C:0.06〜0.09%、Si:0.01〜0.07%、Mn:1.0〜1.6%、P:0.009%以下、S:0.0007%以下、Mo:0.20〜0.60%、Al:0.005〜0.060%を含有し、さらにNb:0.005〜0.030%、Ti:0.005〜0.020%、N:0.0025%〜0.0055%を式(1)および式(2)を満すように含有し、さらにB:0.0003%以下であり、かつ、炭素当量Ceqを0.40〜0.47%、溶接割れ感受性指数Pcmを0.21%以下とし、残部Feおよび不可避的不純物からなることを特徴とする溶接熱影響部靭性に優れた低降伏比高張力鋼板。
【選択図】図1
Description
但し、元素記号は各元素の質量%を表す。
但し、元素記号は各元素の質量%を表す。
+Mo/4+V/14(%) ・・・・・・・・・・・・・(3)
但し、元素記号は各元素の質量%を表す。
+Cr/20+Mo/15+V/10+5B(%) ・・・(4)
但し、元素記号は各元素の質量%を表す。
但し、元素記号は各元素の質量%を表す。
はじめに、本発明の鋼の成分組成を規定した理由を説明する。なお、成分%は、すべて質量%を意味する。
Cは、鋼の強度を増加させ、構造用鋼材として必要な強度を確保するのに有用な元素である。他の合金元素の添加量を必要最小限に抑えるために、C量は、0.06%以上とする。一方、0.09%を超えると耐溶接割れ性の低下、HAZ靭性の低下が顕著になるため、C量は0.06〜0.09%の範囲とする。好ましくは0.07〜0.09の範囲である。より好ましくは、0.07〜0.08の範囲である。
Siの低減は本発明の最も重要な要素の一つである。Siを0.07%以下とすることによって,HAZでの島状マルテンサイトの生成が抑制され,HAZ靭性が向上する。一方で、Siには脱酸剤としての作用や、母材強度を高める効果もあるので、0.01%以上の添加が望ましい。このため、Si量は0.01〜0.07%の範囲とする。好ましくは、0.01〜0.05%の範囲である。
Mnは、鋼の強度を増加させる作用を有しており、引張強さ590MPa以上を確保するために、1.0%以上の添加を必要とする。一方、1.6%を超えて添加すると、凝固時の中央偏析部への濃化が著しくなり、スラブ欠陥の増加などの原因となる。また、母材およびHAZ靱性の低下が著しく劣化する。このため、Mn量は1.0〜1.6%の範囲とする。好ましくは、1.2〜1.6%の範囲である。より好ましくは、1.4〜1.6の範囲である。
Pの低減は本発明の最も重要な要素の一つである。Pは島状マルテンサイトに濃化し、島状マルテンサイトの生成を助長するとともに、島状マルテンサイト自体の靭性を低下させる元素である。HAZ靱性を向上するためには、できるだけ低減することが望ましい。特に低Si化と組み合わせたときには、島状マルテンサイトの生成量が顕著に減少し、HAZ靭性が著しく向上する。Pを0.009%以下とすることによってHAZ靭性向上効果が顕著となるため、P量は0.009%以下とする。好ましくは、0.005以下である。
SはMnと結合してMnSを形成する。MnSは圧延により伸長し、特にシャルピー試験片を板厚方向(Z方向)に採取した際に、吸収エネルギーを顕著に低下させる。MnSは板厚中央の中心偏析部に多く偏在する。エレクトロスラグ溶接の熱影響部は広範囲に及ぶため、中心偏析部が熱影響部に含まれることがあり、このような位置のシャルピー衝撃吸収エネルギーは顕著に低下する。これを改善するためには、Sを極限まで低減し、MnSをできるだけ減少することが必要である。Sを0.0007%以下まで低減すれば、MnSの影響はほとんど認められなくなるため、S量は0.0007%以下とする。好ましくは、0.0006%以下である。
Moは本発明において、強度確保のために必須の重要元素である。Mn、Cu、Niなどの合金添加は、連鋳スラブの表面性状を劣化させたり、中央偏析部の硬さの上昇によるスラブ内部欠陥増加などの問題を引き起こす問題がある。また、超大入熱溶接のCGHAZおよび小入熱多パス溶接におけるICCGHAZの島状マルテンサイト生成を促進し、靱性を劣化させるため、Moを用いて母材およびHAZの強度を確保する。0.20%以上を添加することによって、粒界フェライトの生成を抑制し、母材およびHAZの組織をベイナイト主体とすることができ、590MPa以上の引張強度が得られる。0.60%を超えると耐溶接割れ性が低下するので、Mo量は0.20〜0.60%の範囲とする。好ましくは、0.25〜0.55の範囲である。より好ましくは、0.30〜0.50の範囲である。
Alは、脱酸剤として作用し、高張力鋼の溶鋼脱酸プロセスにおいて、もっとも汎用的に使われる。また、鋼中のNをAlNとして固定し、Nによる靭性低下や割れ発生する効果も有する。このような効果は0.005%以上の添加で認められるが、0.060%を超えて添加すると、母材の靱性が低下するとともに、溶接時に溶接金属に混入して靱性を劣化させる。このため、Al量は0.005〜0.060%の範囲とする。好ましくは、0.010〜0.045%の範囲である。より好ましくは、0.020〜0.035の範囲である。
Nbは、析出強化によって強度を上昇する効果と、制御圧延時にオーステナイトの再結晶を抑制し、その後の変態組織を微細化して母材を強靱化する効果を有する元素である。また、Tiと同時に添加することにより、複合炭窒化物(Ti,Nb)(C,N)を形成する。(Ti、Nb)(C,N)は、TiNよりもフェライトやベイナイトの核生成サイトとしての機能が高く、HAZ組織の微細化に顕著に寄与する。これらの効果を得るには0.005%以上の添加が必要である。また、0.030%を超える添加は、著しく母材およびHAZ靱性を低下させるので、Nbは0.005〜0.030%の範囲とする。好ましくは、0.008〜0.020%の範囲である。
Tiは、Nとの親和力が強く凝固時にTiNとして析出し、HAZでのオーステナイト粒の粗大化抑制、あるいはフェライト変態核としてHAZの高靱化に寄与する。このような効果を得るためには、0.005%以上の添加が必要である。一方、0.020%を超えて添加すると、TiN粒子が粗大化し、上記した効果が期待できなくなる。このため、Ti量は0.005〜0.020%の範囲とする。好ましくは、0.008〜0.020%の範囲である。
固溶Nは母材や超大入熱溶接のCGHAZおよび小入熱多パス溶接におけるICCGHAZの島状マルテンサイト生成を促進して靱性を劣化させる。一方、TiやNbと結びついて窒化物を形成した場合、ピンニング効果によりオーステナイト粒の粗大化を防いだり、フェライトやベイナイトの核生成サイトとして機能することにより、HAZ組織の微細化に寄与する。このような効果を得るには、少なくとも0.0025%添加する必要がある。一方、0.0055%を超えると、窒化物が多すぎたり、粗大化することにより、むしろ靱性が低下する場合があるので、N量は0.0025〜0.0055%の範囲とする。好ましくは、0.0030〜0.0050%の範囲である。
(Ti+Nb/5)×Nの値が3.0×10−5 未満では、十分な数の複合窒化物(Ti、Nb)Nが生成しない。一方、9.0×10−5 を超えると、(Ti、Nb)Nが多くなり、粗大化するため、HAZ靭性が低下する。そこで、(Ti+Nb/5)×Nの値は、3.0×10−5〜9.0×10−5の範囲とする。なお、好ましくは、4.0×10−5〜8.0×10−5の範囲である。
(Ti+Nb/3)/Nの値が2.5未満では、固溶Nが鋼中に残存してHAZ靭性は低下する。一方、5.5を超えると、複合窒化物(Ti、Nb)Nが粗大化してしまい、HAZ靱性が低下する。そこで、(Ti+Nb/3)/Nの値は、2.5〜5.5の範囲とする。好ましくは、2.5〜4.0の範囲である。
Bは小入熱溶接のHAZを硬化させて耐溶接割れ性を損ねたり、超大入熱溶接のCGHAZおよび小入熱多パス溶接におけるICCGHAZの島状マルテンサイト生成を促進して靱性を劣化させるため、B量は0.0003%以下とする。
最大板厚100mmまでの厚肉材で母材およびHAZの強度を確保するためには、Ceqを0.40%以上とする必要があるが、0.47%を超えると溶接性が低下し、またHAZ靱性が低下するため炭素当量Ceqは、0.40〜0.47の範囲とする。
+Mo/4+V/14(%) ・・・・・・・・・・・・・(3)
但し、元素記号は各元素の質量%を表す。
耐低温割れ性を良好に保ち,板厚60mm以上の厚肉材でもほぼ予熱を必要としない溶接性を確保するため、溶接割れ感受性指数Pcmは0.21以下とする。
+Cr/20+Mo/15+V/10+5B(%) ・・・(4)
但し、元素記号は各元素の質量%を表す。
Crは、スラブ表面性状や中央偏析部に及ぼす悪影響が少なく、超大入熱溶接のCGHAZおよび小入熱多パス溶接におけるICCGHAZの靭性の劣化も少ない元素であり、母材およびHAZの強度調整のため必要に応じて添加できる。強度を上昇させる効果を得るには0.05%以上の添加が必要で、0.60%を超えると溶接性が低下するため、Crを添加する場合は、Cr量は0.05〜0.60%の範囲とすることが好ましい。より好ましくは、0.15〜0.35%の範囲である。
Vは、析出強化によって強度を上昇する効果を有する。必要に応じて添加することができるが、このような効果を得るには0.005%以上の添加が必要である。0.080%以上のVは著しくHAZ靱性を低下するので、Vを添加する場合は、V量は0.005〜0.080%の範囲とすることが好ましい。より好ましくは、0.010〜0.050%の範囲である。
Cu、Niは、Mnと同様に、鋼の強度を増加させる元素であり、母材およびHAZの強度を確保するために、必要に応じて添加できる。
但し、元素記号は各元素の質量%を表す。
Mg:0.0010〜0.0020%
Ca、REMおよびMgは、硫化物の形態制御を介して鋼の延性向上に寄与する元素である。これらの元素の硫化物または酸化物粒子はMnSと複合して溶接時にフェライト変態核として作用し、HAZ靱性の向上に寄与する。これらの効果を発揮させるには、少なくとも0.0005%以上のCa、0.0010%以上のREMまたはMgを添加する必要がある。一方、Caは0.0020%を超えて添加した場合、過剰量のCa系介在物が生成し、逆に靱性が低下する場合がある。このため、Caを添加する場合は、Ca量は0.0005〜0.0020%の範囲とすることが好ましい。同様の理由で、REMまたはMgを添加する場合は、REM量は0.0010〜0.0030%、Mg量は0.0010〜0.0020%の範囲とすることが好ましい。
Z方向シャルピー吸収エネルギーは、圧延方向に伸長した硫化物系介在物の清浄度の向上に伴い向上する。清浄度を0.002%以下とすると、中央偏析部でも十分な靭性を確保することができるため、硫化物系介在物の清浄度は0.002%以下とすることが好ましい。より好ましくは0.001%以下である。硫化物系介在物の清浄度はJIS G 0555付属書1の「点算法による非金属介在物の顕微鏡試験方法」により算出する。
MnSはフェライトやベイナイトの核生成サイトとして機能して、HAZ組織の微細化に寄与するが、Z方向シャルピー吸収エネルギーを向上するためにS含有量を極限まで低下する場合、同様の機能を有する他の介在物・析出物を鋼中に分散させる必要がある。Tiを含む窒化物(TiN、および/またはTiとNbの複合窒化物(Ti、Nb)N)および/または炭窒化物(Ti(C、N)および/またはTiとNbの複合炭窒化物(Ti、Nb)(C、N))は、MnSと同様にフェライトやベイナイトの核生成サイトとしての機能を有するが、粒子サイズが小さすぎると相変態にほとんど影響を及ぼさず、核生成サイトとしての機能が小さい。一方、大きすぎると破壊の起点になることにより、靱性が低下してしまうため、平均サイズを円相当直径に換算して5nm以上50nm以下の範囲とするのが好ましい。より好ましくは10nm以上30nm以下の範囲である。
Claims (5)
- 質量%で、C:0.06〜0.09%、Si:0.01〜0.07%、Mn:1.0〜1.6%、P:0.009%以下、S:0.0007%以下、Mo:0.20〜0.60%、Al:0.005〜0.060%を含有し、さらにNb:0.005〜0.030%、Ti:0.005〜0.020%、N:0.0025%〜0.0055%を下記式(1)および式(2)を満すように含有し、さらにB:0.0003%以下であり、かつ、下記式(3)で表される炭素当量Ceqを0.40〜0.47%、下記式(4)で表される溶接割れ感受性指数Pcmを0.21%以下とし、残部Feおよび不可避的不純物からなることを特徴とする溶接熱影響部靭性に優れた低降伏比高張力鋼板。
3.0×10−5 ≦ (Ti+Nb/5)×N ≦ 9.0×10−5 ・・・(1)
但し、元素記号は各元素の質量%を表す。
2.5 ≦ (Ti+Nb/3)/N ≦ 5.5 ・・・・・・(2)
但し、元素記号は各元素の質量%を表す。
Ceq=C+Si/24+Mn/6+Ni/40+Cr/5
+Mo/4+V/14(%) ・・・・・・・・・・・・・(3)
但し、元素記号は各元素の質量%を表す。
Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60
+Cr/20+Mo/15+V/10+5B(%) ・・・(4)
但し、元素記号は各元素の質量%を表す。 - さらに、質量%で、Cr:0.05〜0.60%、V:0.005〜0.080%の1種または2種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靭性に優れた低降伏比高張力鋼板。
- さらに、質量%で、Cu:0.05〜0.30、Ni:0.05〜0.30の1種または2種を、下記式(5)を満すように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靭性に優れた低降伏比高張力鋼板。
Mn+Cu+Ni ≦ 1.6(%) ・・・・・・・・・・・・(5)
但し、元素記号は各元素の質量%を表す。 - さらに、質量%で、Ca:0.0005〜0.0020%、REM:0.0010〜0.0030%、Mg:0.0010〜0.0020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乃至3の何れかに記載の溶接熱影響部靭性に優れた低降伏比高張力鋼板。
- さらに、硫化物系介在物の清浄度を0.002%以下、Tiを含む窒化物または炭窒化物(但し、TiとNbの複合炭窒化物を含む)の平均サイズを円相当直径で5〜50nmとすることを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の溶接熱影響部靭性に優れた低降伏比高張力鋼板。
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