JP2016180163A - 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:0.003〜0.025%、Si:0.01〜0.07%、Mn:0.50〜2.0%、P:0.008%以下、S:0.002%以下、Al:0.005〜0.060%、Ti:0.025〜0.080%、Nb:0.005%以下(0%を含む)、V:0.008%以下(0%を含む)、B:0.0025〜0.0055%、N:0.0040〜0.0080%を含有し、Ti量とN量の比であるTi/Nが、4.0≦Ti/N≦12.0を満たし、かつ、Mo:0.10〜0.80%、W:0.10〜1.20%のうち1種または2種をMo+W/2≧0.30を満足するように含有し、かつ、炭素当量Ceq:0.33〜0.63、溶接割れ感受性指数PCM:0.22以下を満足する成分組成とする。
【選択図】なし
Description
[1]質量%で、C:0.003〜0.025%、Si:0.01〜0.07%、Mn:0.50〜2.0%、P:0.008%以下、S:0.002%以下、Al:0.005〜0.060%、Ti:0.025〜0.060%、Nb:0.005%以下(0%を含む)、V:0.008%以下(0%を含む)、B:0.0025〜0.0055%、N:0.0040〜0.0080%、を含有し、Ti量とN量の比であるTi/Nが下記式(1)を満たし、かつ、Mo:0.10〜0.80%、W:0.10〜1.20%のうち1種または2種を下記式(2)を満たすように含有し、かつ、下記式(3)で表される炭素当量Ceqを0.33〜0.63、下記式(4)で表される溶接割れ感受性指数PCMを0.22以下とし、残部Feおよび不可避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。
4.0≦Ti/N≦12.0・・・(1)
Mo+W/2≧0.30・・・(2)
Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15・・・(3)
PCM =C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B・・・(4)
なお、上記各式中の元素記号は各元素の質量%を表し、含有されない元素は0とする。
[2]さらに、質量%で、Cr:1.5%以下を含有することを特徴とする上記[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。
[3]さらに、質量%で、Cu:1.0%以下、Ni:1.5%以下の中から選ばれる1種または2種を、下記式(5)を満たすように含有することを特徴とする上記[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≦2.0%・・・(5)
なお、上記各式中の元素記号は各元素の質量%を表し、含有されない元素は0とする。
[4]さらに、質量%で、Ca:0.0005〜0.0030%、REM:0.0010〜0.0050%、Mg:0.0010〜0.0030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上記[1]〜[3]のいず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。
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が、HAZ靭性を低下させるMAの生成を防ぐためには、0.025%以下まで低減する必要がある。一方、0.003%未満では、母材引張強度が低下して降伏比が上昇するとともに、粒界強度の低下から粒界割れを誘発し、母材およびHAZ靭性が劣化するため、C量は0.003〜0.025%の範囲とする。なお、母材強度と母材靭性およびHAZ靭性の観点から、好ましくは0.005〜0.020%の範囲である。
Siは、脱酸剤として作用するとともに、母材強度を高める元素であり、0.01%以上の含有を必要とする。一方、0.07%を超えて含有すると、セメンタイト(Fe3C)の生成を抑制して、MAの生成を促す効果があり、HAZ靭性が著しく低下するため、Si量は0.01〜0.07%の範囲に限定する。なお、母材強度とHAZ靭性の観点から、好ましくは、0.02〜0.05%の範囲である。
Mnは、鋼の強度を増加させる作用を有する元素であり、本発明では、引張強さ590MPa以上を確保するために、0.50%以上の含有を必要とする。一方、2.0%を超えて含有すると、凝固時の中央偏析部への濃化が著しくなり、スラブ欠陥の生成や溶接熱影響による硬化部の低温割れ、母材およびHAZ靱性の著しい劣化などの原因となる。このため、Mn量は0.50〜2.0%の範囲に限定する。なお、母材強度とスラブ欠陥や低温割れ、HAZ靭性の観点から、好ましくは、0.70〜1.8%の範囲である。
Pは、MAの生成を助長するとともに、粒界強度を低下させる元素であり、母材およびHAZ靱性を向上するためにできるだけ低減することが望ましい。特に、Pを0.008%以下とすることによって、MAの生成が著しく抑制され、HAZ靭性が顕著に向上するため、P量は0.008%以下に限定する。なお、母材靭性およびHAZ靭性の観点から、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、特にシャルピー衝撃試験における板厚方向(Z方向)の吸収エネルギーを顕著に低下させる。エレクトロスラグ溶接継手のシャルピー試験は、Z方向に試験片を採取するので、吸収エネルギーを向上するためには、MnSをできるだけ低減することが必要である。また、Sは粒界に偏析して粒界強度を低下させるため、母材靭性およびHAZ靭性の低下の原因にもなる。Sを0.002%以下まで低減すれば、Sによる靭性低下はほとんど認められなくなるため、S量は0.002%以下に限定する。なお、母材靭性およびHAZ靭性の観点から、好ましくは、0.001%以下である。
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元素である。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を抑える効果も有する。このような効果は0.005%以上の含有で認められるが、0.060%を超えて含有すると、母材の靱性が低下するとともに、MAの生成が促進されてHAZ靭性が劣化し、さらに、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%の範囲に限定する。なお、母材靭性および溶接部靭性の観点から、好ましくは、0.010〜0.045%の範囲である。より好ましくは、0.015〜0.040%の範囲である。
Tiは、Nとの親和力が強く、凝固時に高い硬さを有するTiNとして晶出する元素である。TiNが鋼中に分散することによって、変形時に局所的な降伏を誘発することや、加工硬化を促進することによって降伏比を低下する効果がある。また、鋼中に分散したTiNがベイナイト変態核として作用して、母材およびHAZ靭性の改善に寄与する効果もある。このような効果を得るためにはできるだけ多量のTiNを分散する必要があり、0.025%以上の含有を必要とする。一方、0.060%を超えて添加すると、過剰なTiが鋼中の固溶Cと結合して炭化物を形成し、極低C鋼の粒界強度を著しく低下させて、母材およびHAZ靭性が低下する。このため、Ti量は0.025〜0.060%の範囲に限定する。なお、降伏比と母材靭性およびHAZ靭性の観点から、好ましくは、0.030〜0.050%の範囲である。
Nbは、炭窒化物を形成する元素である。本発明のような極低C鋼のHAZ中にNb炭窒化物が析出すると粒界脆化が著しくなるため、できるだけ含有量を低減することが望ましい。意図的には添加しない場合にも原料となるスクラップなどから混入し、不純物として鋼中に含有されることがある。Nbは、0.005%を超える含有によりHAZ靭性を顕著に劣化させるため、Nb量は0.005%以下に限定する。なお、HAZ靭性の観点から、好ましくは、Nb量は0.003%以下であり、完全に0%とすることが最も好ましい。
Vは、Nbと同様に炭窒化物を形成する元素である。Nbと同様に極低C鋼のHAZ中にV炭窒化物が析出すると粒界脆化が著しくなるため、できるだけ含有量を低減することが望ましい。意図的には添加しない場合にも不純物として鋼中に含有されることがある。0.008%を超える含有によりHAZ靭性の顕著な劣化が認められるため、V量は0.008%以下に限定する。なお、HAZ靭性の観点から、好ましくは、0.005%以下であり、完全に0%とすることが最も好ましい。
Bは、微量の添加で焼入性を高める元素であり、母材強度および靭性向上に寄与する。さらに、溶接の際に高温に加熱されるCGHAZやICCGHAZにおいて、TiNが溶解して発生した固溶Nと結合してBNを形成し、固溶Nの発生による脆化を防ぐ効果を有する。また、極低C鋼の粒界脆化を防ぐ効果も有する。これらの効果を発揮するためには、0.0025%以上が必要であるが、0.0055%を超えると母材およびHAZ靭性が劣化するため、B量は0.0025〜0.0055%の範囲に限定する。なお、母材強度と母材靭性およびHAZ靭性の観点から、好ましくは、0.0030〜0.0050%の範囲である。
Nは、TiNを形成して極低C鋼の低降伏比化を実現するために必須の元素である。また、TiNがベイナイト変態核として作用して、母材およびHAZ靭性の改善に寄与する効果もある。このような効果を得るための十分な量のTiNを得るため、0.0040%以上のNを含有する必要がある。一方、0.0080%を超えて含有した場合、母材靭性が低下するとともに、溶接の際に高温に加熱されるCGHAZやICCGHAZでは、TiNが溶解して固溶Nが発生し、HAZ靱性が劣化する。したがって、N量は0.0040〜0.0080%の範囲に限定する。なお、降伏比と母材靭性およびHAZ靭性の観点から、好ましくは、0.0050〜0.0070%の範囲である。
鋼中でのTiN分散による低降伏比化の効果を高めるためには、TiNを粗大化することが望ましい。Ti量とN量の比であるTi/Nの値が4.0未満ではTiNが微細すぎるため、降伏比を低下させる効果が小さい。一方、Ti/Nの値が12.0を超えると過剰なTiにより母材およびHAZ靭性が劣化するため、Ti/Nの値を4.0〜12.0の範囲に限定する。なお、降伏比と母材靭性およびHAZ靭性の観点から、好ましくは5.0〜8.0の範囲である。
Moは、本発明において、強度確保のため必要な重要元素である。また、粒界フェライトの生成を抑制して母材およびHAZの組織をベイナイト組織主体とする作用を有し、強度確保および母材およびHAZ靭性の向上に寄与する。さらに、焼戻し脆化を抑制する元素としても知られており、極低C鋼のベイナイト組織またはマルテンサイト組織において旧オーステナイト粒界の脆化を起こさずに高強度化を達成するのに適した元素である。このような効果を得るためには、0.10%以上含有することが必要である。一方、0.80%を超えると耐溶接割れ性が低下したり、母材およびHAZ靭性が低下するので、Mo量は0.10〜0.80%の範囲に限定する。なお、母材強度と母材靭性およびHAZ靭性の観点から、好ましくは、0.30〜0.60%の範囲である。
母材および溶接継手において、590MPa以上の強度を確保するためには、Ceqを0.33以上とする必要があるが、0.63を超えると溶接性が低下し、母材およびHAZ靱性が低下するため、炭素当量Ceqは0.33〜0.63の範囲に限定する。
なお、本発明では、炭素当量Ceqは、下記式で定義する。なお、下記式中の元素記号は各元素の質量%を表し、含有されない元素は0とする。
Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15
溶接割れ感受性指数PCM:0.22以下
予熱を省略または予熱温度を低減するには、低温割れ感受性指数(PCM)の低い化学組成にすることによって耐溶接割れ性(または耐溶接硬化性)を向上する必要がある。ソリッドワイヤを用いたCO2溶接において、板厚50mm程度以上の厚肉材でも室温で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0.22以下に限定する。なお、本発明では、溶接割れ感受性指数PCMは、下記式で定義する。なお、下記式中の元素記号は各元素の質量%を表し、含有されない元素は0とする。
PCM=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B
上記した成分組成以外の残部は、Fe及び不可避的不純物からなる。なお、不可避的不純物としては、例えば、O:0.0030%以下が許容できる。
Claims (4)
- 質量%で、C:0.003〜0.025%、Si:0.01〜0.07%、Mn:0.50〜2.0%、P:0.008%以下、S:0.002%以下、Al:0.005〜0.060%、Ti:0.025〜0.060%、Nb:0.005%以下(0%を含む)、V:0.008%以下(0%を含む)、B:0.0025〜0.0055%、N:0.0040〜0.0080%を含有し、Ti量とN量の比であるTi/Nが下記式(1)を満たし、かつ、Mo:0.10〜0.80%、W:0.10〜1.20%のうち1種または2種を下記式(2)を満たすように含有し、かつ、下記式(3)で表される炭素当量Ceqを0.33〜0.63、下記式(4)で表される溶接割れ感受性指数PCMを0.22以下とし、残部Feおよび不可避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。
4.0≦Ti/N≦12.0・・・(1)
Mo+W/2≧0.30・・・(2)
Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15・・・(3)
PCM=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B・・・(4)
なお、上記各式中の元素記号は各元素の質量%を表し、含有されない元素は0とする。 - さらに、質量%で、Cr:1.5%以下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:1.0%以下、Ni:1.5%以下の中から選ばれる1種または2種を、下記式(5)を満た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≦2.0%・・・(5)
なお、上記各式中の元素記号は各元素の質量%を表し、含有されない元素は0とする。 - さらに、質量%で、Ca:0.0005〜0.0030%、REM:0.0010〜0.0050%、Mg:0.0010〜0.0030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のいずれか一項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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