JP2017088924A - 溶接構造用鋳鋼品及び溶接構造用鋳鋼品の製造方法 - Google Patents

溶接構造用鋳鋼品及び溶接構造用鋳鋼品の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、強度及び溶接性に優れる溶接構造用鋳鋼品を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明の溶接構造用鋳鋼品は、Ｃ：０．１０質量％以上０．１７質量％以下、Ｓｉ：０．０１質量％以上０．４０質量％以下、Ｍｎ：０．７質量％以上１．４質量％以下、Ｎｉ：１．００質量％以上２．００質量％以下、Ｃｒ：０．２０質量％以上０．５０質量％以下、Ｍｏ：０．１０質量％以上０．３０質量％以下、Ｖ：０．０５質量％以上０．２０質量％以下、並びに残部：Ｆｅ及び不可避的不純物である組成を有し、Ｐｃｍ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５Ｂで表わされる溶接割れ感受性組成Ｐｃｍが０．３以下であり、フェライト及びベイナイトを主組織とし、転位密度が１．３５×１０１３ｍ−２以上であることを特徴とする溶接構造用鋳鋼品である。
【選択図】なし

Description

本発明は、溶接構造用鋳鋼品及び溶接構造用鋳鋼品の製造方法に関する。
ＪＩＳ−Ｇ５１０２（２０１５）には、引張強度が５５０ＭＰａ以上の溶接構造用鋳鋼品としてＳＣＷ５５０等が規定されている。このような強度を満足するためには、一般に合金量を増加させる必要がある。しかしながら、合金量を増加させると溶接性が低下し、溶接施工前にある温度以上へ溶接部を加熱する予熱や、溶接後に溶接部を加熱し応力除去する焼鈍（後熱）が必要となることが知られている。
しかしながら、特に、例えばラダーホン、ネックベアリング等の船舶用船体部品などとして使用される大型鋳鋼品の場合、溶接施工を屋外で実施することが多く、予熱及び後熱を管理して実施することが困難である。そこで、特に大型の溶接構造用鋳鋼品の溶接性を向上し、予熱及び後熱を簡素化できるようにすることが期待されている。
一般的に、強度と溶接性とは互いに相反するトレードオフの関係にある。そこで、溶接構造用鋳鋼品の強度の低下を最小限に抑制しながら、溶接性を向上するために、以下の式（１）で表わされる溶接割れ感受性組成Ｐｃｍを溶接性の指標としては用いることが提案されている（例えば特開２００１−１８１７８３号公報参照）。具体的には、上記公報では、溶接割れ感受性組成Ｐｃｍを０．３以下とすることで、良好な溶接性を得られるとしている。
Ｐｃｍ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５Ｂ ・・・（１）
しかしながら、大型の溶接構造用鋳鋼品には、さらなる強度及び溶接性の向上が求められている。具体的には、冬場に屋外でも予熱や後熱を行わずに溶接できる溶接構造用鋳鋼品が求められている。
特開２００１−１８１７８３号公報
上記状況に鑑みて、本発明は、比較的強度及び溶接性に優れる溶接構造用鋳鋼品を提供することを課題とする。
上記課題を解決するためになされた発明は、Ｃ：０．１０質量％以上０．１７質量％以下、Ｓｉ：０．０１質量％以上０．４０質量％以下、Ｍｎ：０．７質量％以上１．４質量％以下、Ｎｉ：１．００質量％以上２．００質量％以下、Ｃｒ：０．２０質量％以上０．５０質量％以下、Ｍｏ：０．１０質量％以上０．３０質量％以下、Ｖ：０．０５質量％以上０．２０質量％以下、並びに残部：Ｆｅ及び不可避的不純物である組成を有し、下記式（１）で表わされる溶接割れ感受性組成Ｐｃｍが０．３以下であり、フェライト及びベイナイトを主組織とし、転位密度が１．３５×１０１３ｍ−２以上であることを特徴とする溶接構造用鋳鋼品である。
Ｐｃｍ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５Ｂ ・・・（１）
当該溶接構造用鋳鋼品は、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＶの含有量がそれぞれ上記範囲内であり、溶接割れ感受性組成Ｐｃｍが０．３以下であり、かつ転位密度が１．３５×１０１３ｍ−２以上であることによって、常温よりもさらに低温の０℃においても予熱や後熱を行わずに溶接できる比較的優れた溶接性を有すると共に比較的強度に優れる。なお、「転位密度」とは、Ｘ線回折装置を用いて、Ｗｉｌｌｉａｍｓｏｎ−Ｈａｌｌ法により測定される値である。
また、上記課題を解決するためになされた別の発明は、Ｃ：０．１０質量％以上０．１７質量％以下、Ｓｉ：０．０１質量％以上０．４０質量％以下、Ｍｎ：０．７質量％以上１．４質量％以下、Ｎｉ：１．００質量％以上２．００質量％以下、Ｃｒ：０．２０質量％以上０．５０質量％以下、Ｍｏ：０．１０質量％以上０．３０質量％以下、Ｖ：０．０５質量％以上０．２０質量％以下、並びに残部：Ｆｅ及び不可避的不純物である組成を有し、下記式（１）で表わされる溶接割れ感受性組成Ｐｃｍが０．３以下である溶接構造用鋳鋼を鋳造する工程と、上記鋳造工程で得られた鋳造品を調質する工程とを備え、上記調質工程が、上記鋳造品をオーステナイト化温度以上に加熱する工程と、上記鋳造品をフェライト及びベイナイトが主組成となるよう冷却する工程と、上記鋳造品をオーステナイト化温度より低い温度で焼き戻しする工程とを有し、上記冷却工程で、転位密度が１．３５×１０１３ｍ−２以上となる速度で冷却することを特徴とする溶接構造用鋳鋼品の製造方法である。
Ｐｃｍ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５Ｂ ・・・（１）
当該溶接構造用鋳鋼品の製造方法は、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＶの含有量がそれぞれ上記範囲内あり、かつ溶接割れ感受性組成Ｐｃｍが０．３以下である鋳鋼を用いることによって、得られる溶接構造用鋳鋼品の転位密度を大きくできると共に常温よりもさらに低温の０℃においても予熱や後熱を行わずに溶接できるまで溶接性を向上できる。そして、当該溶接構造用鋳鋼品の製造方法は、転位密度が１．３５×１０１３ｍ−２以上となるよう冷却する工程を有することによって、得られる溶接構造用鋳鋼品の強度を向上することができる。
以上のように、本発明の溶接構造用鋳鋼品及び溶接構造用鋳鋼品の製造方法によって得られる溶接構造用鋳鋼品は、比較的強度及び溶接性に優れる。
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。
［溶接構造用鋳鋼品］
当該溶接構造用鋳鋼品は、Ｃ（炭素）：０．１０質量％以上０．１７質量％以下、Ｓｉ（シリコン）：０．０１質量％以上０．４０質量％以下、Ｍｎ（マンガン）：０．７質量％以上１．４質量％以下、Ｎｉ（ニッケル）：１．００質量％以上２．００質量％以下、Ｃｒ（クロム）：０．２０質量％以上０．５０質量％以下、Ｍｏ（モリブデン）：０．１０質量％以上０．３０質量％以下、Ｖ（バナジウム）：０．０５質量％以上０．２０質量％以下、並びに残部：Ｆｅ（鉄）及び不可避的不純物である組成を有する。
また、当該溶接構造用鋳鋼品の下記式（１）で表わされる溶接割れ感受性組成Ｐｃｍの下限としては、上記組成により必然的に０．１７であり、０．２が好ましく、０．２２がより好ましい。一方、当該溶接構造用鋳鋼品の溶接割れ感受性組成Ｐｃｍの上限としては、０．３であり、０．２７が好ましく、０．２６がより好ましい。上記溶接割れ感受性組成Ｐｃｍが上記下限に満たない場合、強度が不十分となるおそれがある。逆に、上記溶接割れ感受性組成Ｐｃｍが上記上限を超える場合、常温で溶接すると溶接割れを生じるおそれがある。
Ｐｃｍ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５Ｂ ・・・（１）
（但し、式中の各元素のシンボルは、それぞれの質量含有率を％で表わした値である）
また、当該溶接構造用鋳鋼品は、フェライト及びベイナイトを主組織とする。なお、「フェライト及びベイナイトを主組織とする」とは、断面におけるフェライト組織及びベイナイト組織の合計面積率が５０％以上、好ましくは７０％以上、より好ましくは９０％以上であることを意味する。
また、当該溶接構造用鋳鋼品における転位密度の下限としては、１．３５×１０１３ｍ−２であり、１．８０×１０１３ｍ−２が好ましく、２．００×１０１３ｍ−２がより好ましい。一方、当該溶接構造用鋳鋼品における転位密度の上限としては、特に限定されないが、現実的には１．００×１０１５ｍ−２が限界と考えられる。転位密度が上記下限に満たない場合、強度が不十分となるおそれがある。
以下、当該溶接構造用鋳鋼品の各成分について説明する。
＜Ｃ（炭素）＞
Ｃは、当該溶接構造用鋳鋼品の強度確保のために必要な元素である。Ｃの含有量の下限としては、０．１０質量％であり、０．１１質量％が好ましく、０．１２質量％がより好ましい。一方、Ｃの含有量の上限としては、０．１７質量％であり、０．１５質量％が好ましく、０．１４質量％がより好ましい。Ｃの含有量が上記下限に満たない場合、当該溶接構造用鋳鋼品の強度が不十分となるおそれがある。逆に、Ｃの含有量が上記上限を超える場合、当該溶接構造用鋳鋼品に島状マルテンサイトが生じ、これがＨＩＣ（水素誘起割れ：Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｃｒａｃｋｉｎｇ）の起点となることで耐ＨＩＣ性が低下することで溶接性が不十分となるおそれがある。また、Ｃの含有量が上記上限を超える場合、溶接時にＨＡＺ（熱影響部：Ｈｅａｔ Ａｆｆｅｃｔｅｄ Ｚｏｎｅ）におけるボンド部の近傍部位でマルテンサイトの硬度が上昇し、耐ＳＳＣＣ（硫化物応力腐食割れ：Ｓｕｌｆｉｅｄ Ｓｔｒｅｓｓ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｃｒａｃｋｉｎｇ）性が低下することで溶接性が不十分となるおそれがある。
＜Ｓｉ（ケイ素）＞
Ｓｉは、当該溶接構造用鋳鋼品の脱酸に必要な元素である。Ｓｉの含有量の下限としては、０．０１質量％であり、０．１０質量％が好ましく、０．２０質量％がより好ましい。一方、Ｓｉの含有量の上限としては、０．４０質量％であり、０．３６質量％が好ましく、０．３４質量％がより好ましい。Ｓｉの含有量が上記下限に満たない場合、当該溶接構造用鋳鋼品の脱酸が不十分となるおそれがある。逆に、Ｓｉの含有量が上記上限を超える場合、逆Ｖ偏析等の鋳造欠陥が発生し易くなることで靱性のバラツキが生じるおそれや、ＨＩＣの起点となる島状マルテンサイトが生成されることで耐ＨＩＣ性が低下するおそれがある。
＜Ｍｎ（マンガン）＞
Ｍｎは、当該溶接構造用鋳鋼品の強度確保のために必要な元素である。Ｍｎの含有量の下限としては、０．７質量％であり、０．９質量％が好ましく、１．０質量％がより好ましい。一方、Ｍｎの含有量の上限としては、１．４質量％であり、１．３質量％が好ましく、１．２質量％がより好ましい。Ｍｎの含有量が上記下限に満たない場合、当該溶接構造用鋳鋼品の強度が不十分となるおそれがある。逆に、Ｍｎの含有量が上記上限を超える場合、不可避的不純物中のＳと共にＭｎＳを形成することで耐ＨＩＣ性が低下して溶接性が不十分となるおそれがある。
＜Ｎｉ（ニッケル）＞
Ｎｉは、当該溶接構造用鋳鋼品の強度向上に寄与する元素である。Ｎｉの含有量の下限としては、１．００質量％であり、１．１０質量％が好ましく、１．２０質量％がより好ましい。一方、Ｎｉの含有量の上限としては、２．００質量％であり、１．９５質量％が好ましく、１．９０質量％がより好ましい。Ｎｉの含有量が上記下限に満たない場合、当該溶接構造用鋳鋼品の強度が低下するおそれがある。逆に、Ｎｉの含有量が上記上限を超える場合、当該溶接構造用鋳鋼品の溶接時にＨＡＺにおけるボンド部の近傍部位で硬質マルテンサイトが増加することにより耐ＳＳＣＣ性が低下するおそれや、当該溶接構造用鋳鋼品が不必要に高価となるおそれがある。
＜Ｃｒ（クロム）＞
Ｃｒは、当該溶接構造用鋳鋼品の強度向上に寄与する元素である。Ｃｒの含有量の下限としては、０．２０質量％であり、０．２３質量％が好ましく、０．２５質量％がより好ましい。一方、Ｃｒの含有量の上限としては、０．５０質量％であり、０．３５質量％が好ましく、０．３０質量％がより好ましい。Ｃｒの含有量が上記下限に満たない場合、当該溶接構造用鋳鋼品の強度が低下するおそれがある。逆に、Ｃｒの含有量が上記上限を超える場合、当該溶接構造用鋳鋼品の溶接時にＨＡＺにおけるボンド部の近傍部位で硬質マルテンサイトが増加し、耐ＳＳＣＣ性が低下することで溶接性が不十分となるおそれがある。
＜Ｍｏ（モリブデン）＞
Ｍｏは、当該溶接構造用鋳鋼品の強度向上に寄与し、焼き戻し軟化抵抗を高める元素である。Ｍｏの含有量の下限としては、０．１０質量％であり、０．１２質量％が好ましく、０．１３質量％がより好ましい。一方、Ｍｏの含有量の上限としては、０．３０質量％であり、０．２５質量％が好ましく、０．２０質量％がより好ましい。Ｍｏの含有量が上記下限に満たない場合、当該溶接構造用鋳鋼品の強度が不十分となるおそれや、強度を維持したまま焼き戻しをすることが容易ではなくなるおそれがある。逆に、Ｍｏの含有量が上記上限を超える場合、当該溶接構造用鋳鋼品の溶接時にＨＡＺにおけるボンド部の近傍部位で硬質マルテンサイトが増加し、耐ＳＳＣＣ性が低下することで溶接性が不十分となるおそれがある。
＜Ｖ（バナジウム）＞
Ｖは、当該溶接構造用鋳鋼品の強度向上に寄与し、焼き戻し軟化抵抗を高める元素である。Ｖの含有量の下限としては、０．０５質量％であり、０．０７質量％が好ましく、０．０８質量％がより好ましい。一方、Ｖの含有量の上限としては、０．２０質量％であり、０．１７質量％が好ましく、０．１５質量％がより好ましい。Ｖの含有量が上記下限に満たない場合、当該溶接構造用鋳鋼品の強度が不十分となるおそれや、強度を維持したまま焼き戻しをすることが容易ではなくなるおそれがある。逆に、Ｖの含有量が上記上限を超える場合、当該溶接構造用鋳鋼品の溶接時にＨＡＺにおけるボンド部の近傍部位で硬質マルテンサイトが増加し、耐ＳＳＣＣ性が低下することで溶接性が不十分となるおそれがある。
＜残部＞
当該溶接構造用鋳鋼品は、上述した各元素以外にＦｅ（鉄）及び不可避的不純物を残部として含有する。この不可避的不純物としては、例えばＰ（リン）、Ｓ（硫黄）等が挙げられる。当該溶接構造用鋳鋼品における不可避的不純物の合計含有量は、諸特性を損なわない限り、特に限定されない。具体的な当該溶接構造用鋳鋼品における不可避的不純物の合計含有量の上限としては、０．１質量％が好ましく、０．０５質量％がより好ましく、０．０２質量％がさらに好ましい。不可避的不純物の合計含有量を上記上限以下とすることで、当該溶接構造用鋳鋼品の強度及び溶接性の低下を抑制することができる。
＜Ｐ（リン）＞
Ｐは、当該溶接構造用鋳鋼品に不可避的に含まれ、当該溶接構造用鋳鋼品の耐ＨＩＣ性及び耐ＳＳＣＣ性を低下させる元素である。Ｐの含有量の下限としては、０．００１質量％が好ましく、０．００２質量％がより好ましい。一方、Ｐの含有量の上限としては、０．０１２質量％が好ましく、０．０１０質量％がより好ましく、０．００８質量％がさらに好ましい。Ｐの含有量が上記下限に満たない場合、当該溶接構造用鋳鋼品の製造コスト上昇に見合うだけの耐ＨＩＣ性及び耐ＳＳＣＣ性の向上効果が得られないおそれがある。逆に、Ｐの含有量が上記上限を超える場合、当該溶接構造用鋳鋼品の耐ＨＩＣ性及び耐ＳＳＣＣ性が低下するおそれがある。
＜Ｓ（硫黄）＞
Ｓは、当該溶接構造用鋳鋼品に不可避的に含まれ、Ｍｎと共にＭｎＳを形成し、当該溶接構造用鋳鋼品の耐ＨＩＣ性を低下させる元素である。Ｓの含有量の下限としては、０．０００１質量％が好ましく、０．０００３質量％がより好ましい。一方、Ｓの含有量の上限としては、０．０１０質量％が好ましく、０．００８質量％がより好ましく、０．００６質量％がさらに好ましい。Ｓの含有量が上記下限に満たない場合、当該溶接構造用鋳鋼品の製造コスト上昇に見合うだけの耐ＨＩＣ性の向上効果が得られないおそれがある。逆に、Ｓの含有量が上記上限を超える場合、当該溶接構造用鋳鋼品の耐ＨＩＣ性が低下するおそれがある。
＜Ｃｕ（銅）＞
Ｃｕは、一般的に強度を向上させるために鋳鋼に添加されることが多い金属である。しかしながら、Ｃｕは、溶接割れ感受性組成Ｐｃｍを大きくする金属であるため、当該溶接構造用鋳鋼品は、Ｃｕを含まないことが好ましいが、当該溶接構造用鋳鋼品を他の鋳鋼と同じ工場で製造する場合にはＣｕが微量に混入するおそれがある。つまり、当該溶接構造用鋳鋼品は、Ｃｕを意図的に添加せず、不可避的不純物としての含有のみを許容する。当該溶接構造用鋳鋼品におけるＣｕの含有量の上限としては、０．０２質量％が好ましく、０．０１質量％がより好ましい。Ｃｕの含有量が上記上限を超える場合、溶接割れ感受性組成Ｐｃｍが大きくなり、溶接性が不十分となるおそれがある。
＜Ｂ（ホウ素）＞
Ｂは、一般的に強度を向上させるために鋳鋼に添加され得る金属である。しかしながら、Ｂは、溶接割れ感受性組成Ｐｃｍを大きくする金属であるため、当該溶接構造用鋳鋼品では、Ｂを意図的に添加せず、不可避的不純物としての含有のみを許容する。Ｂの含有量の上限としては、０．００３質量％が好ましく、０．００２質量％がより好ましい。Ｂの含有量が上記上限を超える場合、溶接割れ感受性組成Ｐｃｍが大きくなり、溶接性が不十分となるおそれがある。
［溶接構造用鋳鋼品の製造方法］
当該溶接構造用鋳鋼品は、溶接構造用鋳鋼を鋳造する工程と、上記鋳造工程で得られた鋳造品を調質する工程とを備える。当該溶接構造用鋳鋼品の製造方法は、上記鋳造工程後、上記調質工程の前に、鋳造品をオーステナイト化温度以上に加熱して焼鈍する工程をさらに備えることが好ましい。
＜鋳造工程＞
鋳造工程では、Ｃ：０．１０質量％以上０．１７質量％以下、Ｓｉ：０．０１質量％以上０．４０質量％以下、Ｍｎ：０．７質量％以上１．４質量％以下、Ｎｉ：１．００質量％以上２．００質量％以下、Ｃｒ：０．２０質量％以上０．５０質量％以下、Ｍｏ：０．１０質量％以上０．３０質量％以下、Ｖ：０．０５質量％以上０．２０質量％以下、並びに残部：Ｆｅ及び不可避的不純物である組成を有し、Ｐｃｍ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５Ｂで表わされる溶接割れ感受性組成Ｐｃｍが０．３以下である溶接構造用鋳鋼を鋳造する。
＜焼鈍工程＞
焼鈍工程では、溶接構造用鋳鋼の鋳造品をオーステナイト化（γ化）温度以上に再加熱することにより組織を均質化する。この焼鈍温度の下限としては、９００℃が好ましく、９１０℃がより好ましい。一方、焼鈍温度の上限としては、１０００℃が好ましく、９８０℃がより好ましい。焼鈍温度が上記下限に満たない場合、鋳造品の均質化が不十分となり、当該溶接構造用鋳鋼品の品質がバラツクおそれがある。逆に、焼鈍温度が上記上限を超える場合、鋳鋼品が変形するおそれがある。
上記焼鈍温度の保持時間の下限としては、１時間が好ましく、３時間がより好ましい。一方、焼鈍温度の保持時間の上限としては、１５時間が好ましく、１０時間がより好ましい。焼鈍温度の保持時間が上記下限に満たない場合、溶接構造用鋳鋼の均質化が不十分となるおそれがある。逆に、焼鈍温度の保持時間が上記上限を超える場合、当該溶接構造用鋳鋼品の製造コストが不必要に増大するおそれがある。
＜調質工程＞
調質工程は、上記鋳造工程で得られる鋳造品をオーステナイト化温度以上に加熱する工程と、上記鋳造品をフェライト及びベイナイトが主組成となるよう冷却する工程と、上記鋳造品をオーステナイト化温度より低い温度で焼き戻しする工程とを有する。
（加熱工程）
加熱工程では、溶接構造用鋳鋼の鋳造品をオーステナイト化温度以上に加熱して組織をオーステナイト化する。この加熱工程における加熱温度の下限としては、溶接構造用鋳鋼の組成にもよるが、８６０℃が好ましく、８８０℃がより好ましい。一方、加熱工程における加熱温度の上としては、１０００℃が好ましく、９８０℃がより好ましい。加熱工程における加熱温度が上記下限に満たない場合、結晶粒を大きくすることができず、粒界面積が大きくなることにより、ベイナイトの生成が不十分となるおそれや、転位密度を十分に大きくできないおそれがある。逆に、加熱工程における加熱温度が上記上限を超える場合、靱性が不十分となるおそれがある。
上記加熱温度での保持時間の下限としては、１時間が好ましく、２時間がより好ましい。一方、上記加熱温度での保持時間の上限としては、１０時間が好ましく、７時間がより好ましい。上記加熱温度での保持時間が上記下限に満たない場合、溶接構造用鋳鋼の均質化が不十分となるおそれがある。逆に、上記加熱温度での保持時間が上記上限を超える場合、当該溶接構造用鋳鋼品の製造コストが不必要に増大するおそれがある。
（冷却工程）
冷却工程では、転位密度が１．３５×１０１３ｍ−２以上、好ましくは１．８０×１０１３ｍ−２以上、より好ましくは２．００×１０１３ｍ−２以上となるような速度で上記鋳造品を冷却する。具体的な冷却方法としては、例えば強制空冷、水冷、油冷等を挙げることがでる。
冷却工程における冷却速度の下限としては、鋳造品の表面で２℃／ｍｉｎが好ましく、５℃／ｍｉｎがより好ましく、８℃／ｍｉｎがさらに好ましい。一方、冷却工程における冷却速度の上限としては、鋳造品の表面で２５０℃／ｍｉｎが好ましい。冷却工程における冷却速度が上記下限に満たない場合、転位密度を十分に大きくできず、強度が不十分となるおそれがある。逆に、冷却工程における冷却速度が上記上限を超える場合、当該溶接構造用鋳鋼品が不均質となるおそれがある。
冷却工程における上記冷却速度での到達温度の下限としては、２５０℃が好ましく、２８０℃がより好ましい。一方、冷却工程における到達温度の上限としては、４５０℃が好ましく、４００℃がより好ましい。冷却工程における到達温度が上記下限に満たない場合、ベイナイト組織を十分に形成できないおそれがある。逆に、冷却工程における到達温度が上記上限を超える場合にも、ベイナイト組織を十分に形成できないおそれがある。
冷却工程では、上記到達温度まで上記冷却速度で冷却した後、上記到達温度を保持することで、ベイナイト組織の比率を大きくすることができる。厳密に上記到達温度で保持する必要はなく、上記到達温度まで上記冷却速度で冷却した後、常温まで徐冷してもよい。
（焼き戻し工程）
焼き戻し工程では、冷却した鋳造品をオーステナイト化温度より低い温度で焼き戻しする。これにより、当該溶接構造用鋳鋼品の靱性を向上することができる。
焼き戻し温度の下限としては、４００℃が好ましく、５００℃がより好ましい。一方、焼き戻し温度の上限としては、６５０℃が好ましく、６３０℃がより好ましい。焼き戻し温度が上記下限に満たない場合、靱性を十分に向上できないおそれがある。逆に、焼き戻し温度が上記上限を超える場合、焼き戻しにより転位密度が低下し、強度が不十分となるおそれがある。
焼き戻し時間（上記焼き戻し温度での保持時間）の下限としては、２時間が好ましく、３時間がより好ましい。一方、焼き戻し時間の上限としては、１５時間が好ましく、１０時間がより好ましい。焼き戻し時間が上記下限に満たない場合、靱性を十分に向上できないおそれがある。逆に、焼き戻し時間が上記上限を超える場合、強度が不十分となるおそれや、不必要に製造コストが増大するおそれがある。
＜利点＞
当該溶接構造用鋳鋼品は、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＶの含有量がそれぞれ上記範囲内であり、溶接割れ感受性組成Ｐｃｍが０．３以下であり、かつ転位密度が１．３５×１０１３ｍ−２以上であることによって、常温よりもさらに低温の０℃においても予熱や後熱を行わずに溶接できる比較的優れた溶接性を有すると共に比較的強度に優れる。
［その他の実施形態］
上記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、上記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて上記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。
例えば、当該溶接構造用鋳鋼品は、Ｐ、Ｓ及びＣｕ以外の不可避的不純物を含んでもよく、例えばＯ（酸素）、Ｈ（水素）等を不可避的不純物として含み得る。
以下、実施例に基づき本発明を詳述するが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるものではない。
（実施例１乃至４及び比較例１乃至５）
溶接構造用鋳鋼品の実施例１乃至４及び比較例１乃至５として、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＶを含み（比較例５はさらにＣｕを添加した）、残部が鉄及び不可避的不純物である溶接構造用鋳鋼を鋳造、焼鈍及び調質することによって溶接構造用鋳鋼品の試作品を得た。
表１に、実施例１乃至４及び比較例１乃至５における各金属の含有量の測定値に加え、不可避的不純物としてのＰ及びＳの含有量の測定値を示す。また、表１には、各金属の含有量から算出される溶接割れ感受性組成Ｐｃｍの値も合わせて示す。なお、上記金属及びＰの含有量は島津製作所社の発光分析装置「ＰＤＡ−１０１７」を用いて測定し、Ｃ及びＳの含有量は堀場製作所社の炭素・硫黄分析装置「ＥＭＩＡ−９２０Ｖ」を用いて測定した。
Figure 2017088924
溶接構造用鋳鋼品の実施例１乃至４及び比較例１乃至５の試作は、最初に、上記組成を有する溶接構造用鋳鋼を鋳造した。続いて、この鋳造品を切断して、２５ｍｍ×２５ｍｍ×１８０ｍｍの直方体状のテストピース（後述する引張試験及び衝撃試験用）及び２２０ｍｍ×１７０ｍｍ×６０ｍｍの直方体状のテストピース（後述する溶接割れ試験用）を作成した。
先ず、上記２種類のテストピースを９２０℃に加熱して５時間保持することによりオーステナイト化してから３００℃まで炉内で徐冷し、３００℃から室温まで空冷することにより焼鈍した。この焼鈍したテストピースを８９０℃に加熱して３時間保持することにより十分にオーステナイト化し、続いて２℃／ｍｉｎ又は１０℃／ｍｉｎの冷却速度で３００℃まで冷却してから３００℃から室温まで空冷することにより、主組織をフェライト及びベイナイトにした。さらに、このテストピースを５９０℃、６２０℃又は６４０℃に加熱して６時間保持することにより焼き戻しして溶接構造用鋳鋼品の実施例１乃至４及び比較例１乃至５を得た。なお、各例に適用した冷却速度及び焼き戻し温度については、表１に合わせて示す。また、各温度は、テストピースの表面温度である。
（転位密度）
溶接構造用鋳鋼品の実施例１乃至４及び比較例１乃至５を、一辺１５ｍｍの立方体に切断したものをリガク社のＸ線回折装置「ＲＩＮＴ−１５００」を用いて、Ｗｉｌｌｉａｍｓｏｎ−Ｈａｌｌ法により測定した。
（引張試験）
溶接構造用鋳鋼品の実施例１乃至４及び比較例１乃至５の引張強度を、ＪＩＳ−Ｚ２２４１（２０１５）に準拠し、１４Ａ号試験片を用い、室温にて測定した。
（シャルピー衝撃試験）
溶接構造用鋳鋼品の実施例１乃至４及び比較例１乃至５の靱性の指標として、シャルピー衝撃試験における吸収エネルギーをＪＩＳ−Ｚ２２４２（２００５）に準拠して複数回測定し、その平均値及び標準偏差を算出した。
（溶接割れ試験）
溶接構造用鋳鋼品の実施例１乃至４及び比較例１乃至５の溶接性について、ＪＩＳ−Ｚ３１５８（１９９３）に準拠して、ｙ型溶接割れ試験を行った。なお、溶接は、試験片温度０℃、入熱量１６ｋＪ／ｃｍのＣＯ２半自動溶接を行った。なお、溶接性の評価は、ｙ型溶接割れ試験での割れ率が０％であるものを「Ａ」、０％超１％以下であるものを「Ｂ」、１％超であるものを「Ｃ」とした。
表２に、上記転位密度測定、引張試験、シャルピー衝撃試験及び溶接割れ試験の結果を示す。なお、表中の「−」は測定を実施していないことを意味する。
Figure 2017088924
このように、実施の形態において説明した組成及び転位密度を有する溶接構造用鋳鋼品は、５５０ＭＰａ以上の十分な引張強度を有し、溶接性が良好であることが確認された。
但し、Ｃ含有量が１．７質量％と略上限値である実施例４は、許容範囲ではあるものの溶接性がやや低い評価となっている。
一方、転位密度が１．３５×１０１３ｍ−２よりも小さい比較例１、２、３及び５は、引張強度が不十分となっている。
また、Ｓｉ含有量が０．４０質量％よりも大きい比較例４は、吸収エネルギーの標準偏差、つまり靱性のバラツキが大きくなっている。
また、溶接割れ感受性組成Ｐｃｍが０．３よりも大きい比較例５は、溶接性が不良であり、溶接割れ感受性組成Ｐｃｍが０．３よりは小さいもののこれに近い０．２９及び０．２８である実施例４及び比較例４は、溶接性がやや低い評価となっている。
本発明の溶接構造用鋳鋼品及び溶接構造用鋳鋼品の製造方法は、大型の溶接構造用鋳鋼品に好適に利用される。

Claims (2)

  1. Ｃ：０．１０質量％以上０．１７質量％以下、
    Ｓｉ：０．０１質量％以上０．４０質量％以下、
    Ｍｎ：０．７質量％以上１．４質量％以下、
    Ｎｉ：１．００質量％以上２．００質量％以下、
    Ｃｒ：０．２０質量％以上０．５０質量％以下、
    Ｍｏ：０．１０質量％以上０．３０質量％以下、
    Ｖ：０．０５質量％以上０．２０質量％以下、並びに
    残部：Ｆｅ及び不可避的不純物
    である組成を有し、
    下記式（１）で表わされる溶接割れ感受性組成Ｐｃｍが０．３以下であり、
    フェライト及びベイナイトを主組織とし、
    転位密度が１．３５×１０１３ｍ−２以上であることを特徴とする溶接構造用鋳鋼品。
    Ｐｃｍ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５Ｂ ・・・（１）
  2. Ｃ：０．１０質量％以上０．１７質量％以下、
    Ｓｉ：０．０１質量％以上０．４０質量％以下、
    Ｍｎ：０．７質量％以上１．４質量％以下、
    Ｎｉ：１．００質量％以上２．００質量％以下、
    Ｃｒ：０．２０質量％以上０．５０質量％以下、
    Ｍｏ：０．１０質量％以上０．３０質量％以下、
    Ｖ：０．０５質量％以上０．２０質量％以下、並びに
    残部：Ｆｅ及び不可避的不純物
    である組成を有し、
    下記式（１）で表わされる溶接割れ感受性組成Ｐｃｍが０．３以下である溶接構造用鋳鋼を鋳造する工程と、
    上記鋳造工程で得られた鋳造品を調質する工程と
    を備え、
    上記調質工程が、
    上記鋳造品をオーステナイト化温度以上に加熱する工程と、
    上記鋳造品をフェライト及びベイナイトが主組成となるよう冷却する工程と、
    上記鋳造品をオーステナイト化温度より低い温度で焼き戻しする工程と
    を有し、
    上記冷却工程で、転位密度が１．３５×１０１３ｍ−２以上となる速度で冷却することを特徴とする溶接構造用鋳鋼品の製造方法。
    Ｐｃｍ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５Ｂ ・・・（１）
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