JP2020204064A - 高エネルギー密度ビーム溶接継手の溶接金属、高エネルギー密度ビーム溶接継手、溶接構造体、鋼管、高エネルギー密度ビーム溶接継手用鋼材及びその製造方法 - Google Patents
高エネルギー密度ビーム溶接継手の溶接金属、高エネルギー密度ビーム溶接継手、溶接構造体、鋼管、高エネルギー密度ビーム溶接継手用鋼材及びその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020204064A JP2020204064A JP2019111499A JP2019111499A JP2020204064A JP 2020204064 A JP2020204064 A JP 2020204064A JP 2019111499 A JP2019111499 A JP 2019111499A JP 2019111499 A JP2019111499 A JP 2019111499A JP 2020204064 A JP2020204064 A JP 2020204064A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- less
- mns
- high energy
- energy density
- welded joint
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 179
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 179
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 111
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 110
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 103
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 21
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 91
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 90
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 81
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 22
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 52
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 29
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 20
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 18
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 18
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 17
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 9
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 abstract description 9
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 abstract description 9
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 abstract description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 23
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 22
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 16
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 description 14
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 11
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 7
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 5
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 4
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 3
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 description 3
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 3
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 3
- 238000009863 impact test Methods 0.000 description 3
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 3
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 3
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000010191 image analysis Methods 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001563 bainite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001567 cementite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000006837 decompression Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000003009 desulfurizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N iron;methane Chemical compound C.[Fe].[Fe].[Fe] KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 description 1
- 150000003568 thioethers Chemical class 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
Description
質量%で、
C:0.02〜0.12%、
Si:0.20〜0.60%、
Mn:0.80〜2.30%、
S:0.0035〜0.0080%、
O:0.0003〜0.0020%を含有し、
更に、P:0.015%以下、Ti:0.005%以下、Al:0.004%以下、Ca:0.0005%以下、N:0.0060%以下にそれぞれ制限し、
残部が鉄および不純物からなり、
下記(1)式で定義するMnS生成指標値が0.175超であり、
下記(2)式で定義する焼入れ性指標Ceqが0.35〜0.60であり、
前記溶接金属中に円相当径で0.1〜2.0μmの酸硫化物粒子が個数密度3×105〜1×106個/mm3で存在することを特徴とする高エネルギー密度ビーム溶接継手の溶接金属。
MnS生成指標値=87.5[S]−[Si]/[Mn] … (1)
Ceq=[C]+[Mn]/6+[Si]/24+[Ni]/40+[Cr]/5+[Mo]/4+[V]/14 … (2)
ただし、式(1)及び式(2)における[S]、[Si]、[Mn]、[C]、[Ni]、[Cr]、[Mo]、[V]はそれぞれ、前記溶接金属中の各元素の質量%であり、当該元素を含有しない場合は0を代入する。
[2] さらに、質量%で、
Cu:0.50%以下、
Ni:0.50%以下、
Cr:0.50%以下、
Mo:0.50%以下、
Nb:0.02%以下、
V:0.1%以下、
の1種又は2種以上を含有することを特徴とする[1]に記載の高エネルギー密度ビーム溶接継手の溶接金属。
[3] 前記酸硫化物粒子のうち、下記の式(6)で計算される[MnS]が5〜40%である粒子が、全酸硫化物粒子数の45%以上であることを特徴とする[1]または[2]に記載の高エネルギー密度ビーム溶接継手の溶接金属。
[MnS]*=[S]/32×87 … (3)
[MnO]*={[Mn]−([S]×55/32)}/55×71 … (4)
[SiO2]*=[Si]/28×60 … (5)
[MnS]=[MnS]*/([MnS]*+[MnO]*+[SiO2]*)×100 … (6)
ここで、式(3)〜式(5)における[S]、[Mn]、[Si]はそれぞれ、酸硫化物粒子中の各元素の含有率(質量%)であり、[MnS]*、[MnO]*、[SiO2]*はそれぞれ、式(3)〜(5)により求められた酸硫化物粒子中のMnS、MnO及びSiO2の化学量論比率(質量%)であり、式(6)における[MnS]は、酸硫化物粒子中のMnS、MnO及びSiO2の合計量に対するMnS割合である。
[4] 鋼材と、前記鋼材の被溶接部に高エネルギー密度ビームを照射することによって形成された溶接金属と、を有する高エネルギー密度ビーム溶接継手であって、
前記鋼材が、質量%で、
C:0.02〜0.12%、
Si:0.20〜0.60%、
Mn:1.00〜2.50%、
S:0.0035〜0.0080%、
O:0.0010〜0.0035%を含有し、
更に、P:0.015%以下、Ti:0.005%以下、Al:0.004%以下、Ca:0.0005%以下、N:0.0060%以下にそれぞれ制限し、
残部が鉄及び不純物からなり、
下記(7)式で定義するMnS生成指標値が0.175超であり、
下記(8)式で定義する焼入れ性指標Ceqが0.35〜0.60であり、
前記溶接金属の組成が、質量%で、
C:0.02〜0.12%、
Si:0.20〜0.60%、
Mn:0.80〜2.30%、
S:0.0035〜0.0080%、
O:0.0003〜0.0020%を含有し、
更に、P:0.015%以下、Ti:0.005%以下、Al:0.004%以下、Ca:0.0005%以下、N:0.0060%以下にそれぞれ制限し、
残部が鉄および不純物からなり、
前記溶接金属中に、円相当径で0.1〜2.0μmの酸硫化物粒子が個数密度3×105〜1×106個/mm3で存在することを特徴とする高エネルギー密度ビーム溶接継手。
MnS生成指標値=87.5[S]−[Si]/[Mn] … (7)
Ceq=[C]+[Mn]/6+[Si]/24+[Ni]/40+[Cr]/5+[Mo]/4+[V]/14 … (8)
ただし、式(7)及び式(8)における[S]、[Si]、[Mn]、[C]、[Ni]、[Cr]、[Mo]、[V]はそれぞれ、前記鋼材中の各元素の質量%であり、当該元素を含有しない場合は0を代入する。
[5] さらに、前記鋼材及び前記溶接金属がそれぞれ、質量%で、
Cu:0.50%以下、
Ni:0.50%以下、
Cr:0.50%以下、
Mo:0.50%以下、
Nb:0.02%以下、
V:0.1%以下、
の1種又は2種以上を含有することを特徴とする[4]に記載の高エネルギー密度ビーム溶接継手。
[6] 前記酸硫化物粒子のうち、下記の式(12)で計算される[MnS]が5〜40%である粒子が、全酸硫化物粒子数の45%以上であることを特徴とする[4]または[5]に記載の高エネルギー密度ビーム溶接継手。
[MnS]*=[S]/32×87 … (9)
[MnO]*={[Mn]−([S]×55/32)}/55×71 … (10)
[SiO2]*=[Si]/28×60 … (11)
[MnS]=[MnS]*/([MnS]*+[MnO]*+[SiO2]*)×100 … (12)
ここで、式(9)〜式(11)における[S]、[Mn]、[Si]はそれぞれ、酸硫化物粒子中の各元素の含有率(質量%)であり、[MnS]*、[MnO]*、[SiO2]*はそれぞれ、式(9)〜(11)により求められた酸硫化物粒子中のMnS、MnO及びSiO2の化学量論比率(質量%)であり、式(12)における[MnS]は、酸硫化物粒子中のMnS、MnO及びSiO2の合計量に対するMnS割合である。
[7] 前記鋼材の厚さが30〜100mmであることを特徴とする[4]乃至[6]の何れか一項に記載の高エネルギー密度ビーム溶接継手。
[8] [4]乃至[7]の何れか一項に記載の高エネルギー密度ビーム溶接継手を備えた溶接構造体。
[9] [4]乃至[7]の何れか一項に記載の高エネルギー密度ビーム溶接継手を備えた鋼管。
[10] 前記鋼管が、板厚30〜100mm、直径5〜10m、長さ2〜5mの鋼管であることを特徴とする[9]に記載の鋼管。
[11] 質量%で、
C:0.02〜0.12%、
Si:0.20〜0.60%、
Mn:1.00〜2.50%、
S:0.0035〜0.0080%、
O:0.0010〜0.0035%を含有し、
更に、P:0.015%以下、Ti:0.005%以下、Al:0.004%以下、Ca:0.0005%以下、N:0.0060%以下にそれぞれ制限し、
残部が鉄及び不純物からなり、
下記(13)式で定義するMnS生成指標値が0.175超であり、
下記(14)式で定義する焼入れ性指標Ceqが0.35〜0.60であることを特徴とする高エネルギー密度ビーム溶接継手用鋼材。
MnS生成指標値=87.5[S]−[Si]/[Mn] … (13)
Ceq=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14 … (14)
ただし、式(13)及び式(14)における[S]、[Si]、[Mn]、[C]、[Ni]、[Cr]、[Mo]、[V]はそれぞれ、前記鋼材中の各元素の質量%であり、当該元素を含有しない場合は0を代入する。
[12] さらに、質量%で、
Cu:0.50%以下、
Ni:0.50%以下、
Cr:0.50%以下、
Mo:0.50%以下、
Nb:0.02%以下、
V:0.1%以下、
の1種又は2種以上を含有することを特徴とする[11]に記載の高エネルギー密度ビーム溶接継手用鋼材。
[13] 厚さが30〜100mmであることを特徴とする[11]または[12]に記載の高エネルギー密度ビーム溶接継手用鋼材。
[14] [11]または[12]に記載の化学成分を有する鋼片を鋳造するとともに、鋼片中心温度が400℃以下になるまで冷却する鋳造工程と、
鋼片中心温度が900〜1250℃になるように前記鋼片を加熱する加熱工程と、
前記加熱後の鋼片を熱間加工して鋼材にする工程と、を備えることを特徴とする高エネルギー密度ビーム溶接継手用鋼材の製造方法。
Ceq=[C]+[Mn]/6+[Si]/24+[Ni]/40+[Cr]/5+[Mo]/4+[V]/14 … (B)
Cは、焼入れ性を高めて高強度化に寄与する元素である。そのため、本実施形態では鋼材及び溶接金属のC量を0.02%以上とする。しかし、C量の過度な増加はMAやセメンタイトの増加を招き靱性を低下させるため、その上限は0.12%以下である。
Siは、本発明における重要な元素の一つである。鋼材及び溶接金属がSiを0.20%以上含有することにより、溶接金属において酸硫化物へのMnS生成が促進される。これにより酸硫化物からの粒内フェライト生成が促進され、溶接金属の金属組織が微細化、靱性が向上する。しかし、過剰にSiを含有すると酸硫化物の元となる融体中のS量が低下し、酸硫化物へのMnS生成が抑制される。加えて、Siは脆化相であるMAの生成を促進させるため、鋼材及び溶接金属がSiを0.60%超含有すると、金属組織の微細化による靱性改善効果を上回り、靱性が大幅に低下する。そのため鋼材及び溶接金属のSi量の上限は0.60%以下である。
(溶接金属のMn:0.80〜2.30%)
Mnは、本発明における重要な元素の一つである。溶接金属がMnを0.80%以上含有することにより、溶接金属において酸硫化物へのMnS生成が促進される。鋼材の靭性、強度、及び、焼入れ性、さらに、溶接金属の焼入れ性を確保するため鋼材にMnを含有させる。また、電子ビーム溶接時、Mnが溶接金属から蒸発して、一部失われる。したがって、本実施形態では溶接金属のMn量を0.80%以上とし、鋼材のMn量を1.00%以上とする。しかし、Mn量の過度の増加は酸硫化物中のSi量を低下させ、酸硫化物へのMnS形成を阻害する。また脆化相であるMAを増加させ、靱性を著しく劣化させるため、溶接金属におけるMnの上限は2.30%以下とし、鋼材のMn量の上限は2.50%以下とする。
Sは、本発明における重要な元素の一つである。鋼材及び溶接金属にSを0.0035%以上含有させることにより、溶接金属において酸硫化物へのMnS生成が促進されるとともに、粒内フェライト生成に有効な酸硫化物の個数密度が増大する。しかし、多量に含有すると酸硫化物が粗大化して、適正な個数密度が確保できなくなり、酸硫化物を核とした粒内フェライトによる金属組織の微細化が困難となる。また粗大な酸硫化物は破壊の起点となるため、靱性を低下させる。したがって、S量は、靱性を安定的に確保するために0.0080%以下に制限する。
(溶接金属のO:0.0003〜0.0020%)
Oは、溶接金属において粒内フェライトの生成を促進する酸硫化物の形成に不可欠であり、溶接金属中に0.0003%以上必要である。一方、Oを多量に含有すると酸硫化物が粗大化して、適正な個数密度が確保できなくなり、酸硫化物を核とした粒内フェライトによる金属組織の微細化が困難となる。また粗大な酸硫化物は破壊の起点となるため、靱性を低下させる。したがって、靱性を安定的に確保するために鋼材のO量は0.0035%以下に制限する。また、本発明の実施形態に従って一般的な条件で電子ビーム溶接を行うと、その過程において、溶接金属では、鋼材のO量の内、約半分程度が失われる場合が多い。すなわち、鋼材のO量が0.0035%以下のとき、溶接後の継手においては、溶接金属中のO量が0.0020%以下となる場合が多いので、溶接金属のO量の上限は0.0020%以下とする。同様に、溶接金属の形成時にOの不足を予防するために、鋼材のO量の下限は0.0010%以上とする。
Pは、靭性に有害な不純物であり、靱性を安定的に確保するために0.015%以下とする。P量の下限は特に規定しないが、製造コストの観点からP量は0.001%以上が好ましい。
Tiは、本発明において含有させなくてもよい。Tiの含有は合金コストの上昇を招き経済性が低下するため、0.005%以下とする。
Alは、強力な脱酸元素であるため、Alを過剰に含有すると、酸硫化物がAl系酸化物主体に変化することにより、酸硫化物へのMnS生成が著しく減少するため、粒内フェライトが生成せず、靱性が低下する。したがって、Al量は0.004%以下に制限する。
Caは、強力な脱酸、脱硫能力を有しており、Caが含有するとCa酸硫化物を形成するため、粒内フェライト生成を促進する酸硫化物の生成を阻害する。このため、Ca量は少ないほうが望ましく、製鋼工程での不可避的な混入を考慮して0.0005%以下とする。Ca量は0%であってもよい。
Nは、不純物であり、靭性を低下させる粗大な窒化物の形成を防止するため、鋼材及び溶接金属のN量を0.0060%以下に制限する。N量は少ないほうが望ましく0%であってもよいが、製造コストの観点から、N量の下限は0.0010%以上であってもよい。
MnS生成指標値は、鋼中におけるMnSの生成し易さを表す指標であり、この値が大きいほど、溶接時に酸硫化物粒子が形成する。従って鋼材中のMnS生成指標値は0.175超とする。MnS生成指標値は、下記式(C)によって計算される。溶接金属においても、MnS生成指標値は0.175超であるとよい。MnS生成指標値の上限は特に限定する必要はないが、例えば、0.699以下であってもよい。
炭素当量Ceqは、鋼材の強度及び継手の溶接金属の結晶粒径に大きな影響を及ぼす。溶接金属での焼入れ性を確保し、結晶粒を細粒化させるため、鋼材及び溶接金属の炭素当量Ceqを0.35%以上とする。一方、炭素当量Ceqが0.60%を超えると、溶接金属がマルテンサイトとなり、靱性が低下するので、0.60%以下とする。炭素当量Ceqは、合金元素の含有量によって上記式(D)で計算される。
Cuは、スクラップ等から不純物として混入する場合があるが、その下限値を特に制限する必要はなく、0%であってもよい。またCuは、溶接性及び溶接部の靱性に悪影響を及ぼすことなく鋼材の強度、靱性を向上させるため、0.10%以上を含有させてもよい。ただし、含有量が過剰になると鋼材の熱間加工時にCuクラックを発生し製造が困難となる場合や、HAZ靱性、溶接性の劣化を招く場合があり、合金コストの上昇を招き経済性が低下するためCu量を0.50%以下とする。
Niは、焼入れ性を高めて高強度化に寄与し、同時に、溶接部の靱性を高める元素である。またNiは、溶接性及び溶接部の靱性に悪影響を及ぼすことなく鋼材の強度、靱性を向上させるため、0.10%以上を含有させてもよい。下限は0%であってもよい。しかし、Ni量の過度な増加は合金コストの上昇を招き経済性が低下するため、その上限は0.50%以下である。
Crは、スクラップ等から不純物として混入する場合があるが、その下限値を特に制限する必要はなく、0%であってもよい。またCrは、鋼材の強度を向上させるため、0.10%以上を含有させてもよい。ただし、含有量が過剰になると溶接部の靱性、溶接性を劣化させる場合があるため、Cr量を0.50%以下とする。
Moは、スクラップ等から不純物として混入する場合があるが、その下限値を特に制限する必要はなく、0%であってもよい。またMoは、鋼材の強度、靱性をともに向上させるため、0.10%以上を含有させてもよい。ただし、含有量が過剰になると溶接部の靱性、溶接性の劣化を招く場合があり、合金コストの上昇を招き経済性が低下するため、Mo量を0.50%以下とする。
Nbは、スクラップ等から不純物として混入する場合があるが、その下限値は特に制限する必要がなく、0%であってもよい。またNbは、鋼材の強度、靱性を向上させるため、0.003%以上を含有させてもよい。ただし、含有量が過剰になると溶接部の靱性、溶接性の劣化を招く場合があり、Nb量を0.02%以下とする。
Vは、スクラップ等から不純物として混入する場合があるが、その下限値を特に制限する必要はなく、0%であってもよい。またVは、鋼材の強度を向上させるため、0.005%以上を含有させてもよい。ただし、含有量が過剰になると溶接部の靱性、溶接性の劣化を招く場合があり、合金コストの上昇を招き経済性が低下するため、V量を0.1%以下とする。
本実施形態に係る溶接金属中には、円相当径で0.1〜2.0μmの酸硫化物粒子が個数密度3×105〜1×106個/mm3で存在する。この条件を満足することにより、溶接時に粒内フェライトの生成が促進されて溶接金属に含まれる結晶粒が微細化し、靱性を高めることができる。
[MnO]*={[Mn]−([S]×55/32)}/55×71 … (F)
[SiO2]*=[Si]/28×60 … (G)
[MnS]=[MnS]*/([MnS]*+[MnO]*+[SiO2]*)×100 … (H)
また、酸硫化物粒子のうち、[MnS]が5〜40%である粒子が、全酸硫化物粒子数の45%以上であるかどうかを調べた。[MnS]は、上記式(E)〜(H)に基づいて計算した。
結果を表5及び6に示す。
得られた鋼板の板厚の1/4の位置から、引張試験及びシャルピー衝撃試験に用いる試験片を採取した。
次に、得られた厚鋼板を用いて、電子ビーム溶接法(EBW)によって溶接継手を作製し、得られた溶接金属WMと熱影響部HAZの靭性を調査した。
Claims (14)
- 鋼材の被溶接部に高エネルギー密度ビームを照射することによって形成された高エネルギー密度ビーム溶接継手における溶接金属であって、
質量%で、
C:0.02〜0.12%、
Si:0.20〜0.60%、
Mn:0.80〜2.30%、
S:0.0035〜0.0080%、
O:0.0003〜0.0020%を含有し、
更に、P:0.015%以下、Ti:0.005%以下、Al:0.004%以下、Ca:0.0005%以下、N:0.0060%以下にそれぞれ制限し、
残部が鉄および不純物からなり、
下記(1)式で定義するMnS生成指標値が0.175超であり、
下記(2)式で定義する焼入れ性指標Ceqが0.35〜0.60であり、
前記溶接金属中に円相当径で0.1〜2.0μmの酸硫化物粒子が個数密度3×105〜1×106個/mm3で存在することを特徴とする高エネルギー密度ビーム溶接継手の溶接金属。
MnS生成指標値=87.5[S]−[Si]/[Mn] … (1)
Ceq=[C]+[Mn]/6+[Si]/24+[Ni]/40+[Cr]/5+[Mo]/4+[V]/14 … (2)
ただし、式(1)及び式(2)における[S]、[Si]、[Mn]、[C]、[Ni]、[Cr]、[Mo]、[V]はそれぞれ、前記溶接金属中の各元素の質量%であり、当該元素を含有しない場合は0を代入する。 - さらに、質量%で、
Cu:0.50%以下、
Ni:0.50%以下、
Cr:0.50%以下、
Mo:0.50%以下、
Nb:0.02%以下、
V:0.1%以下、
の1種又は2種以上を含有することを特徴とする請求項1に記載の高エネルギー密度ビーム溶接継手の溶接金属。 - 前記酸硫化物粒子のうち、下記の式(6)で計算される[MnS]が5〜40%である粒子が、全酸硫化物粒子数の45%以上であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の高エネルギー密度ビーム溶接継手の溶接金属。
[MnS]*=[S]/32×87 … (3)
[MnO]*={[Mn]−([S]×55/32)}/55×71 … (4)
[SiO2]*=[Si]/28×60 … (5)
[MnS]=[MnS]*/([MnS]*+[MnO]*+[SiO2]*)×100 … (6)
ここで、式(3)〜式(5)における[S]、[Mn]、[Si]はそれぞれ、酸硫化物粒子中の各元素の含有率(質量%)であり、[MnS]*、[MnO]*、[SiO2]*はそれぞれ、式(3)〜(5)により求められた酸硫化物粒子中のMnS、MnO及びSiO2の化学量論比率(質量%)であり、式(6)における[MnS]は、酸硫化物粒子中のMnS、MnO及びSiO2の合計量に対するMnS割合である。 - 鋼材と、前記鋼材の被溶接部に高エネルギー密度ビームを照射することによって形成された溶接金属と、を有する高エネルギー密度ビーム溶接継手であって、
前記鋼材が、質量%で、
C:0.02〜0.12%、
Si:0.20〜0.60%、
Mn:1.00〜2.50%、
S:0.0035〜0.0080%、
O:0.0010〜0.0035%を含有し、
更に、P:0.015%以下、Ti:0.005%以下、Al:0.004%以下、Ca:0.0005%以下、N:0.0060%以下にそれぞれ制限し、
残部が鉄及び不純物からなり、
下記(7)式で定義するMnS生成指標値が0.175超であり、
下記(8)式で定義する焼入れ性指標Ceqが0.35〜0.60であり、
前記溶接金属の組成が、質量%で、
C:0.02〜0.12%、
Si:0.20〜0.60%、
Mn:0.80〜2.30%、
S:0.0035〜0.0080%、
O:0.0003〜0.0020%を含有し、
更に、P:0.015%以下、Ti:0.005%以下、Al:0.004%以下、Ca:0.0005%以下、N:0.0060%以下にそれぞれ制限し、
残部が鉄および不純物からなり、
前記溶接金属中に、円相当径で0.1〜2.0μmの酸硫化物粒子が個数密度3×105〜1×106個/mm3で存在することを特徴とする高エネルギー密度ビーム溶接継手。
MnS生成指標値=87.5[S]−[Si]/[Mn] … (7)
Ceq=[C]+[Mn]/6+[Si]/24+[Ni]/40+[Cr]/5+[Mo]/4+[V]/14 … (8)
ただし、式(7)及び式(8)における[S]、[Si]、[Mn]、[C]、[Ni]、[Cr]、[Mo]、[V]はそれぞれ、前記鋼材中の各元素の質量%であり、当該元素を含有しない場合は0を代入する。 - さらに、前記鋼材及び前記溶接金属がそれぞれ、質量%で、
Cu:0.50%以下、
Ni:0.50%以下、
Cr:0.50%以下、
Mo:0.50%以下、
Nb:0.02%以下、
V:0.1%以下、
の1種又は2種以上を含有することを特徴とする請求項4に記載の高エネルギー密度ビーム溶接継手。 - 前記酸硫化物粒子のうち、下記の式(12)で計算される[MnS]が5〜40%である粒子が、全酸硫化物粒子数の45%以上であることを特徴とする請求項4または請求項5に記載の高エネルギー密度ビーム溶接継手。
[MnS]*=[S]/32×87 … (9)
[MnO]*={[Mn]−([S]×55/32)}/55×71 … (10)
[SiO2]*=[Si]/28×60 … (11)
[MnS]=[MnS]*/([MnS]*+[MnO]*+[SiO2]*)×100 … (12)
ここで、式(9)〜式(11)における[S]、[Mn]、[Si]はそれぞれ、酸硫化物粒子中の各元素の含有率(質量%)であり、[MnS]*、[MnO]*、[SiO2]*はそれぞれ、式(9)〜(11)により求められた酸硫化物粒子中のMnS、MnO及びSiO2の化学量論比率(質量%)であり、式(12)における[MnS]は、酸硫化物粒子中のMnS、MnO及びSiO2の合計量に対するMnS割合である。 - 前記鋼材の厚さが30〜100mmであることを特徴とする請求項4乃至請求項6の何れか一項に記載の高エネルギー密度ビーム溶接継手。
- 請求項4乃至請求項7の何れか一項に記載の高エネルギー密度ビーム溶接継手を備えた溶接構造体。
- 請求項4乃至請求項7の何れか一項に記載の高エネルギー密度ビーム溶接継手を備えた鋼管。
- 前記鋼管が、板厚30〜100mm、直径5〜10m、長さ2〜5mの鋼管であることを特徴とする請求項9に記載の鋼管。
- 質量%で、
C:0.02〜0.12%、
Si:0.20〜0.60%、
Mn:1.00〜2.50%、
S:0.0035〜0.0080%、
O:0.0010〜0.0035%を含有し、
更に、P:0.015%以下、Ti:0.005%以下、Al:0.004%以下、Ca:0.0005%以下、N:0.0060%以下にそれぞれ制限し、
残部が鉄及び不純物からなり、
下記(13)式で定義するMnS生成指標値が0.175超であり、
下記(14)式で定義する焼入れ性指標Ceqが0.35〜0.60であることを特徴とする高エネルギー密度ビーム溶接継手用鋼材。
MnS生成指標値=87.5[S]−[Si]/[Mn] … (13)
Ceq=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14 … (14)
ただし、式(13)及び式(14)における[S]、[Si]、[Mn]、[C]、[Ni]、[Cr]、[Mo]、[V]はそれぞれ、前記鋼材中の各元素の質量%であり、当該元素を含有しない場合は0を代入する。 - さらに、質量%で、
Cu:0.50%以下、
Ni:0.50%以下、
Cr:0.50%以下、
Mo:0.50%以下、
Nb:0.02%以下、
V:0.1%以下、
の1種又は2種以上を含有することを特徴とする請求項11に記載の高エネルギー密度ビーム溶接継手用鋼材。 - 厚さが30〜100mmであることを特徴とする請求項11または請求項12に記載の高エネルギー密度ビーム溶接継手用鋼材。
- 請求項11または請求項12に記載の化学成分を有する鋼片を鋳造するとともに、鋼片中心温度が400℃以下になるまで冷却する鋳造工程と、
鋼片中心温度が900〜1250℃になるように前記鋼片を加熱する加熱工程と、
前記加熱後の鋼片を熱間加工して鋼材にする工程と、を備えることを特徴とする高エネルギー密度ビーム溶接継手用鋼材の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019111499A JP7502588B2 (ja) | 2019-06-14 | 2019-06-14 | 高エネルギー密度ビーム溶接継手の溶接金属、高エネルギー密度ビーム溶接継手、溶接構造体、鋼管、高エネルギー密度ビーム溶接継手用鋼材及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019111499A JP7502588B2 (ja) | 2019-06-14 | 2019-06-14 | 高エネルギー密度ビーム溶接継手の溶接金属、高エネルギー密度ビーム溶接継手、溶接構造体、鋼管、高エネルギー密度ビーム溶接継手用鋼材及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020204064A true JP2020204064A (ja) | 2020-12-24 |
JP7502588B2 JP7502588B2 (ja) | 2024-06-19 |
Family
ID=73838282
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019111499A Active JP7502588B2 (ja) | 2019-06-14 | 2019-06-14 | 高エネルギー密度ビーム溶接継手の溶接金属、高エネルギー密度ビーム溶接継手、溶接構造体、鋼管、高エネルギー密度ビーム溶接継手用鋼材及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7502588B2 (ja) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6434598A (en) * | 1987-07-31 | 1989-02-06 | Nippon Steel Corp | Steel for marine structure with 40-60kg class tensile strength |
JPH06207243A (ja) * | 1993-01-08 | 1994-07-26 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 溶接構造物用鋼 |
JP2001064745A (ja) * | 1999-08-26 | 2001-03-13 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 経済性および靱性に優れた高張力鋼材 |
JP2002239763A (ja) * | 2001-02-09 | 2002-08-28 | Sumitomo Metal Ind Ltd | レーザ溶接継手およびその製造方法 |
JP2008184672A (ja) * | 2007-01-31 | 2008-08-14 | Jfe Steel Kk | レーザ溶接継手部の靱性に優れた高強度鋼材 |
-
2019
- 2019-06-14 JP JP2019111499A patent/JP7502588B2/ja active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6434598A (en) * | 1987-07-31 | 1989-02-06 | Nippon Steel Corp | Steel for marine structure with 40-60kg class tensile strength |
JPH06207243A (ja) * | 1993-01-08 | 1994-07-26 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 溶接構造物用鋼 |
JP2001064745A (ja) * | 1999-08-26 | 2001-03-13 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 経済性および靱性に優れた高張力鋼材 |
JP2002239763A (ja) * | 2001-02-09 | 2002-08-28 | Sumitomo Metal Ind Ltd | レーザ溶接継手およびその製造方法 |
JP2008184672A (ja) * | 2007-01-31 | 2008-08-14 | Jfe Steel Kk | レーザ溶接継手部の靱性に優れた高強度鋼材 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP7502588B2 (ja) | 2024-06-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5773098B1 (ja) | フェライト−マルテンサイト2相ステンレス鋼およびその製造方法 | |
JP6308337B1 (ja) | 縦シーム溶接鋼管 | |
WO2011155620A1 (ja) | 超高強度溶接継手およびその製造方法 | |
CN113631321B (zh) | 极低温用高强度焊接接头的制造方法 | |
JP2008248315A (ja) | 母材および溶接部靱性に優れた超高強度高変形能溶接鋼管の製造方法 | |
JP2008163446A (ja) | 大入熱溶接用鋼材 | |
JP2012207237A (ja) | 多層盛溶接部の靭性に優れた降伏強さ500MPa級厚鋼板およびその製造方法 | |
JP2006233263A (ja) | 低降伏比且つ溶接部靭性に優れた高強度溶接鋼管の製造方法 | |
WO2014199488A1 (ja) | 溶接用超高張力鋼板 | |
JP6264520B1 (ja) | 縦シーム溶接鋼管 | |
JP2011074447A (ja) | 大入熱溶接熱影響部の靭性に優れた高強度鋼 | |
JP4171267B2 (ja) | 溶接部靱性に優れた高強度溶接鋼管およびその製造方法 | |
JP2016216819A (ja) | 厚鋼板及び溶接継手 | |
JP5999005B2 (ja) | 溶接熱影響部靭性に優れた低降伏比高張力鋼板およびその製造方法 | |
KR101937005B1 (ko) | 용접 조인트 | |
CN102057070A (zh) | 抗硫性优异的钢板和管线管用钢管 | |
JP4901262B2 (ja) | 大入熱溶接熱影響部の靭性に優れた厚鋼板 | |
JP5008879B2 (ja) | 強度および低温靭性の優れた高張力鋼板および高張力鋼板の製造方法 | |
JP2004068055A (ja) | 溶接部靱性に優れた高強度溶接鋼管およびその製造方法 | |
JP2005097683A (ja) | 脆性亀裂伝播停止特性および超大入熱溶接熱影響部靱性に優れた高張力厚鋼板の製造方法 | |
JP6662156B2 (ja) | 低温用h形鋼及びその製造方法 | |
JP7502588B2 (ja) | 高エネルギー密度ビーム溶接継手の溶接金属、高エネルギー密度ビーム溶接継手、溶接構造体、鋼管、高エネルギー密度ビーム溶接継手用鋼材及びその製造方法 | |
JP7502589B2 (ja) | 高エネルギー密度ビーム溶接継手の溶接金属、高エネルギー密度ビーム溶接継手、溶接構造体及び鋼管 | |
JP2021169641A (ja) | 中継ぎベンディングロール鋼管 | |
JP5343486B2 (ja) | 大入熱溶接用鋼材 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220203 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230221 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230222 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230424 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230725 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20230920 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20231205 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20240507 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20240520 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7502588 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |