JP2950076B2 - 溶接構造物用鋼 - Google Patents
溶接構造物用鋼Info
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Description
梁、建築およびラインパイプ等の溶接構造物に使用され
る溶接構造物用鋼に関する。
大型鋼構造物の材料特性に対する要求は厳しさを増して
おり、特に溶接部における低温靱性の改善が強く望まれ
ている。一方、このような大型構造物の溶接法として
は、溶接作業能率向上および溶接工数削減の観点から、
大入熱溶接が取り入れられる傾向にある。
する大入熱溶接を鋼材に適用した場合、オーステナイト
結晶粒の粗大化により溶接熱影響部(HAZ)の靱性が
著しく低下する。そこで、従来よりHAZ靱性の向上策
としてHAZ組織を微細化することが検討されている。
ナイト粒の粗大化を抑制すること及びオーステナイト粒
内でのフェライト変態を促進することが有効とされてお
り、その考えに基づいて次のような具体策が提案されて
いる。
析出させてオーステナイト粒の粗大化を抑制することに
より、50kg/mm2 高張力鋼の大入熱溶接時のHA
Z靱性を改善する(昭和54年6月発行の「鉄と鋼」第
65巻第8号1232頁)。
ーステナイトの細粒化とCaOを核とした粒内フェライ
トの生成とにより実効的に結晶粒を微細化する(昭和5
8年2月発行の「溶接学会誌」第52巻第2号49
頁)。
同様に結晶粒を微細化する。
フェライトを生成させ実効的に結晶粒を微細化する(特
開昭57−51243号公報および特開昭61−213
322号公報)。ボンド部のシャルピー衝撃特性を十分
に改善できるとしている。
00℃以上に加熱される部分では大部分が母材に溶解す
る。このため特に大入熱溶接HAZの溶融線近傍におけ
る結晶粒の粗大化を免れ得ない。さらに、加熱過程で溶
解したTiNは冷却過程において再析出しない。すなわ
ちTiNが溶解した部分では、冷却過程における粒内で
のフェライト変態が起こらず、さらには固溶窒素の増加
をも招き、HAZ靱性の劣化を避け得ないという欠点が
ある。
化物については、これらを鋼中において微細分散させる
ことが非常に困難であり、粒内フェライトの生成に必要
な核生成サイトを十分に提供することが難しい。従っ
て、大入熱溶接HAZことに1400℃以上の高温に加
熱される部分でのオーステナイト粒の粗大化による靱性
低下は防止できない。
ち、オーステナイト粒の粗大化抑制に有効とされている
のはTiNのみである。他の化合物についてはフェライ
ト変態の生成核もしくは核生成サイトとしての効果しか
示されておらず、その効果が疑問視される上、オーステ
ナイト粒の粗大化抑制効果については明らかにされてい
ない。そして、TiNと言えども1400℃以上に加熱
される部分では母材に溶解し、オーステナイト粒の粗大
化抑制効果を失う。従って、現在に至るまで1400℃
以上に加熱される部分でのオーステナイト粒の粗大化を
抑制する技術は開発されていない。
従来技術では防止できなかった1400℃以上の高温に
加熱される部分でのオーステナイト粒の粗大化を防止で
きる溶接構造物用鋼を提供することにある。
れる部分でのオーステナイト粒の粗大化を防止するに
は、鋼中での溶解度が極端に小さいと考えられる酸化物
を微細に分散させることが必要と言える。しかし前述の
ようにTi,CaおよびREM等の酸化物を微細に分散
させるのは非常に困難であり、又分散させ得てもその粒
度は比較的大きくピニング効果を発揮させるまでには至
らないと考えられる。
るAlおよびAl酸化物に着目した検討を行った。すな
わちAl量を変化させた低合金炭素鋼を作製し、作製し
た供試鋼を1400℃に加熱し3秒保持した後急冷し各
々のオーステナイト粒径を調査した。その結果、極低A
l濃度域において所定量のAl 2 O 3 、即ち非酸可溶性
Al(Insol.Al)を確保することによりオース
テナイト粒の粗大化が抑制されることを見出した。この
Al 2 O 3 を含む極低Al濃度の供試鋼にて板厚20m
mの鋼板を作製し、溶接入熱100kJ/cmでサブマ
ージアーク溶接を行い、その溶接継手の溶接ボンド部よ
りシャルピー衝撃試験片を取り出し衝撃試験を実施した
ところ、−40℃での衝撃値が約150Jと良好な値が
得られた。
として開発されたもので、基本成分として重量%でC:
0.01〜0.3%、Si:0.01〜0.3%、Mn:0.3〜
3%、P:0.03%以下、S:0.03%以下を含み、且
つ Sol. Al:0.0001〜0.005% Insol.Al:0.0005〜0.005% O:0.001〜0.005% を含むことを特徴とする。
熱溶接時にそのHAZにおけるオーステナイト粒の成長
を抑制するために極低Al濃度域において可溶性Al
(Sol.Al)、非可溶性Al(Insol.Al)およびO量
をほぼ等量に規定したことを最大の特徴とし、この特徴
によりHAZ全体に優れた低温靱性を与える。
定理由を説明する。
l.Al:0.0005〜0.005%,O:0.001〜0.0
05% Alは代表的な脱酸元素であると共に、本発明において
はオーステナイト粒の粗大化を抑制するためのA12 O
3 を供給する主要元素となる。Alは鋼材中においては
固溶AlやAl窒化物を含む酸可溶Al(Sol. Al)お
よび主にAl2O3 よりなる非酸可溶Al(Insol. Al)
として存在する。本発明においても最も重要な点はA
l2 O3 をいかに微細かつ多量に分散させるかにある。
Al2 O3 を微細かつ多量に分散させると、1400℃
以上に加熱される部分をも含むHAZ全体でオーステナ
イト粒の成長を抑制できる。
に対してマイナス要因となる。すなわちSol.Alが増加
し全体としてAl量が増加すると、Al2 O3 が凝集・
粗大化し所望のオーステナイト粒径抑制効果が得られな
くなる。従って、その上限を0.005%とした。ただ
し、0.0001%未満では十分な脱酸効果が得られず、
鋼の製造上問題となる。
生成するAl 2 O 3 として鋼中から排除されるものであ
るが、Sol.Al量を制限した状況下で0.0005〜0.0
05%の含有量を確保した場合には、Al 2 O 3 が微細
かつ多量に分散し、Al 2 O 3 を利用したピニング効果
が得られることにより、オーステナイト粒の粗大化が抑
制され、結果そのオーステナイト粒から生成されるフェ
ライトも微細になる。この含有量が0.0005%未満で
あると、Al2 O3 の鋼中での分布が極めて粗となるた
め十分なオーステナイト粒成長抑制効果が得られなくな
る。しかし、0.005%を超えるとオーステナイト粒成
長抑制効果が飽和すると共に鋼の清浄度を下げることに
なる。
い。しかし所望の量のAl2 O3 を得るため、その下限
を0.001%とした。一方、O量が増加すると、鋼の清
浄度を低下させるだけでなく、Al2 O3 が凝集・粗大
化を生じ所望の粒度のAl2O3 が得られなくなる。従
って、その上限を0.005%とした。
およびO量の規定により大入熱溶接HAZにおける平均
オーステナイト粒径を150μm以下に制限できる。
以下のとおりである。
の含有量が0.01%未満ではその効果が得られず、又0.
30%を超えると島状マルテンサイト(M−A)等の硬
化相の生成量が増大し、HAZ靱性に悪影響を及ぼす。
未満では脱酸効果が十分でない。しかし、0.3%を超え
て添加すると、M−Aの生成量が増加し、HAZ靱性に
悪影響を及ぼす。
有効な元素である。0.3%未満では前記効果が十分に得
られず、3.0%を超えて添加するとHAZ靱性に悪影響
を及ぼす。
であり、その含有量は低い程望ましく上限を0.03%と
した。
加えて下記成分の1種または2種以上を添加することが
できる。
て1350℃程度に加熱される部分でのオーステナイト
粒を微細化するとともに、冷却過程ではフェライトの生
成核として作用する有用な元素であるが、0.003%未
満では前記効果が十分に得られず、0.03%を超えて添
加すると鋼材靱性を悪化させる。
0.01〜0.05% Ca,REMはオキシサルファイドを形成し、冷却過程
でのフェライト生成核となる有用な元素であるが、各々
0.0005%,0.01%未満では前記効果が得られず、
0.005%,0.05%を超えて添加するとかえって靱性
を悪化させる。
u:1.2%以下,Mo:0.3%以下,Nb:0.1%以
下,V:0.1%以下 Ni,Cr,Cu,Mo,Nb,Vは鋼材の強度向上に
有効な元素であるが、HAZ靱性を考慮して各々の上限
を定めた。
て上限を0.0020%とした。
008%以下とした。Ti添加を行った場合はTi/
N:1〜3.5とすることが望ましい。
本発明の有効性を明らかにする。
厚20mm)を常法により作製し、母材の機械的性質、
再現熱サイクル材による平均オーステナイト粒径の調査
および溶接部の特性について調査した。ここでSol.
Al量およびInsol.Al量の調整は、製鋼段階で
のAl添加量とAl添加から出鋼までの所謂出鋼時間の
変更により行った。Sol.Al量およびInsol.
Al量の定量については、JISG1257附属書15
に記載の方法により全Al量およびSol.Al量を測
定し、全Al量の測定値からSol.Al量の測定値を
差し引くことによりInsol.Al量を求めた。また
オーステナイト粒径を調査するにあたっては、1400
℃にて3秒間保持した後ヘリウムにて急冷した再現熱サ
イクル材をピクリン酸飽和溶液と界面活性剤を用いて腐
食させた。溶接部の特性を調べるにあたっては、市販の
60kgf/mm2級の溶接材料を使用し、溶接入熱1
00kJ/cmの2電極サブマージアーク溶接と、溶接
入熱35kJ/cmの1電極サブマージアーク溶接を実
施した。調査結果を表3に示す。
粒径が150μm以下に抑制され、1400℃以上に加
熱された部分でもオーステナイト粒の粗大化が防止され
た。これに対し、比較鋼ではオーステナイト粒が粗大化
している。そして本発明鋼は上記オーステナイト粒微細
化作用により優れた低温HAZ靱性を示した。
物用鋼は1400℃以上に加熱される部分でも結晶粒を
微細化でき、優れたHAZ靱性を示す。従って、高品質
の溶接構造物を安定に製造することができる。
Claims (1)
- 【請求項1】 基本成分として重量%でC:0.01〜0.
3%、Si:0.01〜0.3%、Mn:0.3〜3%、P:
0.03%以下、S:0.03%以下を含み、且つ
Sol. Al:0.0001〜0.005% Insol.Al:0.0005〜0.005% O:0.001〜0.005% を含むことを特徴とする溶接構造物用鋼。
Priority Applications (1)
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JPH06207243A JPH06207243A (ja) | 1994-07-26 |
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