JP3208495B2 - 溶接性の優れた80kgf/mm2 級高張力鋼の製造法 - Google Patents

溶接性の優れた80kgf/mm2 級高張力鋼の製造法

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JP3208495B2
JP3208495B2 JP03579892A JP3579892A JP3208495B2 JP 3208495 B2 JP3208495 B2 JP 3208495B2 JP 03579892 A JP03579892 A JP 03579892A JP 3579892 A JP3579892 A JP 3579892A JP 3208495 B2 JP3208495 B2 JP 3208495B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は溶接性の優れた80kg
f/mm2 級高張力鋼の製造法に関するもので、鉄鋼業
においては厚板ミルに適用することがもっとも好ましい
が、ホットコイル、形鋼等にも適用できる。また、この
方法で製造した厚鋼板は圧力容器、建築、橋梁、建設機
械で使用される溶接構造物に用いることができる。
【0002】
【従来の技術】従来、80kgf/mm2 級高張力鋼
(以下HT80と言う)はB添加鋼を焼入焼戻処理する
ことによって製造していた。しかし、B添加HT80は
溶接性の指標であるPcm=C+Si/30+Mn/2
0+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15
+V/10+5Bが低く抑えられているにもかかわら
ず、その溶接性はHT60に比較して著しく劣ってい
た。
【0003】このため、現場溶接施工時には溶接割れ防
止、溶接部の硬さ低減の観点から200℃以上の予熱が
必要とされ、施工能率の著しい低下を招いていた。これ
はHT80がB添加による焼入性増大効果に大きく依存
し、焼入焼戻組織(焼戻マルテンサイトあるいは下部ベ
イナイト)によって優れた強度、靱性を達成しているこ
とによる。
【0004】このため溶接時、特に小入熱溶接時に溶接
熱影響部(HAZ)の硬化が著しく、溶接割れを生じて
いた。さらにB添加HT80は予熱を行っても溶接部の
硬さ低下が十分でなく、耐応力腐食割れ性(耐SSC
性)についても満足できるレベルでなかった。
【0005】しかし、従来のHT80の成分系、製造法
では、Bを添加しないと焼入性が不足して良好な強度、
靱性を得ることは不可能である。このため、溶接性、耐
SSC性の優れたHT80の研究開発が強く望まれてい
た。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は溶接性、耐S
SC性の優れたHT80の安価な製造方法を提供するも
のである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は以下の通
りである。
【0008】 重量比で、 C :0.05〜0.11%、 Si:0.5%以下、 Mn:0.6〜1.6%、 P :0.03%以下、 S :0.005%以下、 Mo:0.10〜0.60%、 V :0.150超〜0.65%、 Ti:0.005〜0.025%、 Al:0.06%以下、 N :0.012%以下 を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、
質的にBを含有せず、且つ、以下で求められるPcmが
0.222以下である鋼を1000〜1250℃の温度
範囲に再加熱して、1000℃以下の累積圧下量が50
%以上になるように圧延を行った後、750℃以上の温
度から直ちに常温まで焼き入れし、450℃〜Ac1変態
点の温度範囲で焼戻処理することを特徴とする溶接性の
優れた80kgf/mm2級高張力鋼の製造法。 Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60 +Cr/20+Mo/15+V/10+5B
【0009】 重量比で、 C :0.05〜0.11%、 Si:0.5%以下、 Mn:0.6〜1.6%、 P :0.03%以下、 S :0.005%以下、 Mo:0.10〜0.60%、 V :0.150超〜0.65%、 Ti:0.005〜0.025%、 Al:0.06%以下、 N :0.012%以下、 さらに、 Nb:0.005〜0.05%、 Cr:0.05〜0.70%、 Cu:0.05〜1.0%、 Ni:0.05〜1.0 の1種または2種以上を含有し、残部が鉄および不可避
的不純物からなり、実質的にBを含有せず、且つ、以下
で求められるPcmが0.222以下である鋼を100
0〜1250℃の温度範囲に再加熱して、1000℃以
下の累積圧下量が50%以上になるように圧延を行った
後、750℃以上の温度から直ちに常温まで焼き入れ
し、450℃〜Ac1変態点の温度範囲で焼戻処理するこ
とを特徴とする溶接性の優れた80kgf/mm2級高
張力鋼の製造法。 Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60 +Cr/20+Mo/15+V/10+5B 前記鋼が、重量比で、さらに、 Ca:0.001〜0.006% を含有することを特徴とする前記またはの溶接性の
優れた80kgf/mm 2 級高張力鋼の製造法。
【0010】
【作用】本発明法に基づいて製造したHT80は小入熱
溶接においてもHAZの硬化が少なく、溶接施工におい
て予熱を軽減あるいは省略することが可能である。
【0011】以下、本発明について説明する。
【0012】発明者らの研究によれば、HT80の溶接
性、耐SSC性を画期的に改善するには、B無添加が必
須と考えられた。そこで、従来のHT80の強靱化機構
である焼入性増大とは全く異なった結晶粒の微細化と析
出硬化によって良好な強度、靱性を確保する新しい方法
を発明した。
【0013】本発明の従来法との相違は、制御圧延、制
御冷却によるB無添加とV析出硬化の利用、ミクロ
組織の微細化である。
【0014】B無添加による焼入性の低下に伴う強度確
保のため、制御冷却によるVの析出硬化を利用する。ま
た、適度に制御圧延を行い結晶粒が微細化した鋼では、
Vによる析出硬化を行っても低温靱性はほとんど劣化せ
ず、極めて優れた低温靱性を示すことがわかった。
【0015】HT80としての特性を得るために必要な
最低のV量は0.15である。しかし、0.65
%を超えるVの添加では全量が固溶せず、析出硬化に寄
与しないため、その上限を0.65%とした。
【0016】次に、前述のようなVの効果を十分に発揮
させるためには、製造法が適切でなければならない。こ
のため、鋼(スラブ)の再加熱、圧延、冷却条件を限定
する必要がある。
【0017】まず、再加熱温度を1000〜1250℃
の範囲に限定する。再加熱温度はV析出物を固溶させ、
かつ圧延終了温度を確保するために1000℃以上、望
ましくは1050℃以上とする。この温度未満ではVが
必要量固溶せず、十分な強度が得られない。しかし、再
加熱温度が1250℃超ではオーステナイト粒(γ粒)
が著しく粗大化し、圧延によっても完全に微細化ができ
ないため、優れた低温靱性が得られない。したがって、
再加熱温度は1250℃以下とする必要がある。
【0018】次に、1000℃以下の累積圧下量を50
%以上としなければならない。これはγ粒を微細化して
低温靱性を改善するためである。
【0019】さらに、HT80の強度と優れた低温靱性
を得るためには、750℃以上の温度から焼入を行い、
c1点以下の温度で焼戻処理する必要がある。焼入は必
ずしもAc3点以上から行う必要はないが、750℃未満
では変態が進むためHT80の強度が得られなくなる。
焼入はできるだけAc3点以上から実施することが望まし
い。
【0020】焼戻処理は鋼の靱性改善と、溶接、応力除
去処理などによる軟化を防止するために必須である。し
かし、その温度がAc1点を超えると強度が著しく低下す
るので、Ac1点以下としなければならない。
【0021】Vの添加量や製造法が適切であっても、基
本成分が適当でないとHT80としての優れた特性が得
られない。以下、この点について説明する。
【0022】Cの下限0.05%は、母材および溶接部
の強度確保、ならびにNb、Vなどの添加時にこれらの
効果を発揮させるための最小量である。しかし、C量が
多すぎると溶接性の著しい劣化を招くので、上限を0.
11%とした。
【0023】Siは多く添加すると溶接性、HAZ靱性
を劣化させるため、上限を0.5%とした。鋼の脱酸は
Al、Tiのみでも十分であり、Siは必ずしも添加す
る必要はない。
【0024】Mnは強度、靱性を確保する上で不可欠な
元素であり、その下限は0.6%である。しかし、Mn
量が多すぎると焼入性が増加して溶接性、HAZ靱性を
劣化させるだけでなく、連続鋳造スラブの中心偏析を助
長するので、上限を1.6%とした。
【0025】不純物であるP、Sをそれぞれ0.03
%、0.005%以下とした理由は、母材、溶接部の低
温靱性をより一層向上させるためである。Pの低減は粒
界破壊を防止し、Sの低減はMnSによる靱性の劣化を
防止する。好ましいP量は0.01%以下である。
【0026】Moは強度、靱性を共に向上させる元素
で、HT80には0.10%以上が必須である。しか
し、多すぎると溶接性、HAZ靱性上好ましくなく、そ
の上限は0.60%である。
【0027】Tiは炭窒化物を形成してHAZ靱性を向
上させる。Al量が少ない場合、Tiの酸化物を形成し
てHAZ靱性を向上させるが、0.005%未満では効
果がなく、0.025%を超えるとHAZ靱性に好まし
くない影響があるため、0.005〜0.025%に限
定する。
【0028】Alは一般に脱酸上鋼に含まれる元素であ
るが、Si及びTiによっても脱酸は行われるので下限
は限定しない。しかし、Al量が多くなると鋼の清浄度
が悪くなり、溶接部の靱性が劣化するので、上限を0.
06%とした。
【0029】Nは一般的に不可避的不純物として鋼中に
含まれるものであるが、Vと結合して炭窒化物を形成し
て強度を増加させ、またTiNを形成して前述のように
HT80の性質を高める。このためN量として最低0.
001%が必要である。しかしながら、N量が多くなる
とHAZ靱性の劣化や連続鋳造スラブの表面キズの発生
等を助長するので、その上限を0.012%とした。
【0030】基本成分は以上のとおりであり、十分に目
的を達成できるが、さらに目的に対し特性を高めるた
め、以下に述べる元素、即ちNb、Ni、Cu、Cr、
Caを選択的に添加すると強度、靱性の向上についてさ
らに好ましい結果が得られる。
【0031】NbはVとほぼ同じ効果をもつ元素であ
る。0.005%以下では効果が少なく、0.05%を
超えるとHAZ靱性に好ましくない影響がある。
【0032】Niは溶接性、HAZ靱性に悪影響を及ぼ
すことなく母材の強度、靱性を向上させるが、0.05
%以下では効果が薄く、1.0%以上では極めて高価に
なるため経済性を失うので、0.05〜1.0%とし
た。
【0033】CuはNiとほぼ同様な効果を持つほか、
Cu析出物による強度の増加や、耐食性や耐候性の向上
にも効果を有する。この場合、Cu量が0.5%以上で
その効果が著しい。しかし、Cu量が1.0%を超える
と熱間圧延時にCu割れが発生して製造が困難になり、
また0.05%以下では効果がないので、Cu量は0.
05〜1.0%に限定する。
【0034】Crは母材、溶接部の強度を高める元素
で、その下限を0.05%とした。しかし、多すぎると
溶接性やHAZ靱性を著しく劣化させるので、その上限
を0.7%とした。
【0035】Caは硫化物(MnS)の形態を制御し、
シャルピー吸収エネルギーを増加させ、低温靱性を向上
させる効果がある。しかし、Ca量は0.001%未満
では実用上効果がなく、0.006%を超えるとCa
O、CaSが多量に生成して大型介在物となり、鋼の靱
性のみならず清浄度も害し、溶接性、耐ラメラテア性に
も悪影響を与えるので、Ca添加量の範囲を0.001
〜0.006%とする。更に、本発明では、溶接性向上
のため、前記Pcmを0.222以下に規制している。
【0036】
【実施例】周知の転炉、連続鋳造、厚板工程により鋼板
を製造し、その強度、靱性、溶接性(yスリット割れ
性、硬さ)などを調査した。
【0037】表1,2に本発明例1〜9、比較例10〜
18の化学成分を、表3,4に鋼板製造条件とその機械
的性質、溶接性を示す。
【0038】
【表1】 *印は比較条件を示す。
【0039】
【表2】 *印は比較条件を示す。 *1) Ceq=C+Si/24+Mn/6+Ni
/40+Cr/5+Mo/4+V/14 *2) Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10
+5B
【0040】
【表3】 *印は比較条件を示す。
【0041】
【表4】
【0042】本発明例1〜9は母材の強度、靱性ならび
に溶接性がバランスよく達成できている。これに対し、
比較例10ではV量が不足しているため、強度不足とな
っている。比較例11はC量が低く、強度不足となって
いる。比較例12ではBが添加されているため、HAZ
硬さが極めて高く、またyスリット割れ停止温度も非常
に高くなっている。比較例13ではMo量が低く、強度
不足となっている。比較例14では直接焼入(DQ)に
代え、オフラインの再加熱焼入(RQ)を適用している
ため、Vの活用が十分に図れず強度不足となっている。
比較例15では直接焼入時の焼入開始温度が728℃と
低くなり、フェライトが析出したため強度が不足してい
る。比較例16では1000℃以下の累積圧下量が44
%と小さいため、結晶粒の微細化が不十分で母材の靱性
が悪い。比較例17ではスラブの再加熱温度が低いため
Vが十分に固溶せず、強度向上効果が十分には得られて
いない。比較例18では逆に再加熱温度が1270℃と
高く、結晶粒の微細化が十分には行えないため、、母材
靱性が不良である。
【0043】
【発明の効果】本発明の製造法で製造した厚鋼板、形
鋼、ホットコイルなどの鋼材は、溶接性、耐SSC性に
優れたHT80である。その結果、現場での溶接施工能
率や安全性が著しく向上し、圧力容器、建設機械、建
築、橋梁の安全性を大きく高めることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−133819(JP,A) 特開 昭61−136622(JP,A) 特開 昭61−127814(JP,A) 特開 平4−235218(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C21D 8/00 - 8/10 C22C 38/00 - 38/60

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量比で、 C :0.05〜0.11%、 Si:0.5%以下、 Mn:0.6〜1.6%、 P :0.03%以下、 S :0.005%以下、 Mo:0.10〜0.60%、 V :0.150超〜0.65%、 Ti:0.005〜0.025%、 Al:0.06%以下、 N :0.012%以下 を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、
    質的にBを含有せず、且つ、以下で求められるPcmが
    0.222以下である鋼を1000〜1250℃の温度
    範囲に再加熱して、1000℃以下の累積圧下量が50
    %以上になるように圧延を行った後、750℃以上の温
    度から直ちに常温まで焼き入れし、450℃〜Ac1変態
    点の温度範囲で焼戻処理することを特徴とする溶接性の
    優れた80kgf/mm2級高張力鋼の製造法。 Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60 +Cr/20+Mo/15+V/10+5B
  2. 【請求項2】 重量比で、 C :0.05〜0.11%、 Si:0.5%以下、 Mn:0.6〜1.6%、 P :0.03%以下、 S :0.005%以下、 Mo:0.10〜0.60%、 V :0.150超〜0.65%、 Ti:0.005〜0.025%、 Al:0.06%以下、 N :0.012%以下、 さらに、 Nb:0.005〜0.05%、 Cr:0.05〜0.70%、 Cu:0.05〜1.0%、 Ni:0.05〜1.0 の1種または2種以上を含有し、残部が鉄および不可避
    的不純物からなり、実質的にBを含有せず、且つ、以下
    で求められるPcmが0.222以下である鋼を100
    0〜1250℃の温度範囲に再加熱して、1000℃以
    下の累積圧下量が50%以上になるように圧延を行った
    後、750℃以上の温度から直ちに常温まで焼き入れ
    し、450℃〜Ac1変態点の温度範囲で焼戻処理するこ
    とを特徴とする溶接性の優れた80kgf/mm2級高
    張力鋼の製造法。 Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60 +Cr/20+Mo/15+V/10+5B
  3. 【請求項3】 前記鋼が、重量比で、さらに、 Ca:0.001〜0.006% を含有することを特徴とする請求項1または2記載の溶
    接性の優れた80kgf/mm 2 級高張力鋼の製造法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010516895A (ja) * 2007-10-26 2010-05-20 宝山鋼鉄股▲分▼有限公司 降伏強さ800MPa級の低溶接割れ感受性鋼板およびその製造方法

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