JP4709632B2 - 高温強度と低温靭性に優れる溶接構造用高張力鋼の製造方法 - Google Patents
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本願発明は、Nb、Moのみならず、C、Si、Mnをはじめとする個々の合金元素量およびPCMを限定し、さらに製造条件を限定することで、溶接構造用鋼としての各種使用性能はもちろん、優れた高温強度と低温靭性を両立させたものであり、その要旨は以下の通りである。
更に本発明の高温強度と低温靭性に優れる溶接構造用高張力鋼の製造方法においては、さらに質量%で、Ni:0.05%以上0.50%、Cu:0.05%以上0.50%以下、Cr:0.05%以上0.50%以下、B:0.0002%以上0.003%以下、Mg:0.0002%以上0.005以下%、の範囲でこれら1種または2種以上の元素が含有されていることが好ましい。
更にまた本発明の高温強度と低温靭性に優れる溶接構造用高張力鋼の製造方法においては、さらに質量%で、Ca:0.0005%以上0.004%以下、REM:0.0005%以上0.008%以下、の範囲でこれら1種または2種の元素が含有されていることが好ましい。
本発明に係る高温強度と低温靭性に優れる溶接構造用高張力鋼の製造方法は、特定の組成の鋳片または鋼片を、1000〜1300℃の温度に加熱し、オーステナイト未再結晶温度域での累積圧下量を30%以上として750℃以上の温度で熱間圧延を終了した後、680℃以上の温度から加速冷却を開始し、350℃以下の温度で加速冷却を停止する、というものである。以下、本発明に係る溶接構造用高張力鋼の製造方法について、詳細に説明する。
また、本発明に係る鋳片または鋼片は、PCM=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5Bで定義される溶接割れ感受性組成PCM値が0.16%以下となるものである。
以下、鋼成分の限定理由並びに溶接割れ感受性組成PCM値について説明する。
Vは、Nbとほぼ同様の効果を有し、本発明におけるVの役割は、Nbを補完するものである。ただし、Vは、Nbに比べて効果は小さく、焼入れ性にも影響を及ぼすため、上下限を限定したものだが、下限はV添加の効果を確実に享受できる最少量として0.01%に、上限はあくまでNbの補完的役割であることと後述するPCMへの影響も勘案し0.20%とした。
基本となる鋼成分に、さらにこれらの元素を添加する主たる目的は、本発明鋼の優れた特徴を損なうことなく、強度、靭性などの特性を向上させるためである。したがってその添加量は自ずと制限されるべき性質のものである。
Niは、過剰に添加しなければ、溶接性、溶接熱影響部の靭性に悪影響を及ぼすことなく母材の強度、靭性を向上させる。これら効果を発揮させるためには、少なくとも0.05%以上の添加が必須である。一方、過剰な添加は高価なだけでなく、溶接性に好ましくない。また、Niを多く添加すると液体アンモニア中で応力腐食割れ(SCC)を誘起する可能性が指摘されている。本発明者らの実験によれば、1.0%までの添加は溶接性や液体アンモニア中でのSCCを大きく劣化させず、強度、靭性向上効果の方が大きいが、経済性を優先し、上限を0.5%とした。
CaおよびREMは、MnSの形態を制御し、母材の低温靭性を向上させるほか、湿潤硫化水素環境下での水素誘起割れ(HIC、SSC、SOHIC)感受性を低減させる。これらの効果を発揮するためには、最低0.0005%必要である。しかし、多すぎる添加は、鋼の清浄度を逆に悪化させ、母材靭性や湿潤硫化水素環境下での水素誘起割れ(HIC、SSC、SOHIC)感受性を高めるため、添加量の上限はCa、REMそれぞれ0.004%、0.008%に限定した。CaとREMは、ほぼ同等の効果を有するため、いずれか1種を上記範囲で添加すればよく、2種を添加してもよい。
得られた鋳片について、1050〜1280℃の温度に加熱し、オーステナイト未再結晶温度域での累積圧下量を30%〜80%として720℃〜930℃の温度で熱間圧延を終了した後、650℃〜910℃の温度から加速冷却を開始し、180℃〜400℃の温度で加速冷却を停止することにより、厚さ19〜100mmの溶接構造用高張力鋼を製造した。
表1に比較鋼とともに本発明鋼の鋼成分を示し、表2に製造条件を示す。
次に、比較鋼12は、Nb量の絶対値が低いため、600℃における降伏強さが低くなっており、高温強度に劣ることがわかる。
また、比較鋼14は、C量が低いために、常温及び600℃における降伏強さが低下していることがわかる。
比較鋼15−2は、圧延終了温度が低く、結果として加速冷却開始温度が確保できずに低くなってしまったため、常温及び600℃における降伏強さが低下している。
比較鋼15−3は、加速冷却開始温度が低いため、常温及び600℃における降伏強さが低下している。また、比較鋼15−4は、加速冷却停止温度が高いため、常温及び600℃における降伏強さが低下している。
ただし、比較鋼16については、C、Si、Mn、P、S、Nb、Al、N及びCrの組成比は本発明の限定範囲内にあるものの、PCMが0.16質量%を超えている。この結果、強度は過剰となり、本発明が対象とする50キロ級の強度を超過している。
Claims (4)
- 成分が質量%で、C:0.005%以上0.05%以下、Si:0.40%以下、Mn:0.8%以上2.0%以下、P:0.020%以下、S:0.010%以下、Nb:0.03%以上0.30%以下かつNb≧2C、Al:0.060%以下、N:0.001%以上0.006%以下であり、Mo:0.03%以下で、残部が鉄および不可避的不純物からなり、PCM=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5Bで定義されるPCM値が0.16%以下である鋳片または鋼片を、1000℃以上1300℃以下の温度に加熱し、オーステナイト未再結晶温度域での累積圧下量を30%以上として750℃以上の温度で熱間圧延を終了した後、680℃以上の温度から加速冷却を開始し、350℃以下の温度で加速冷却を停止することを特徴とする高温強度と低温靭性に優れる溶接構造用高張力鋼の製造方法。
- 上記の成分に加えて質量%で、V:0.01%以上0.20%以下の範囲でさらに含有されていることを特徴とする請求項1に記載の高温強度と低温靭性に優れる溶接構造用高張力鋼の製造方法。
- さらに質量%で、Ni:0.05%以上0.50%以下、Cu:0.05%以上0.50%以下、Cr:0.05%以上0.50%以下、B:0.0002%以上0.003%以下、Mg:0.0002%以上0.005%以下、の範囲でこれら1種または2種以上の元素が含有されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の高温強度と低温靭性に優れる溶接構造用高張力鋼の製造方法。
- さらに質量%で、Ca:0.0005%以上0.004%以下、REM:0.0005%以上0.008%以下、の範囲でこれら1種または2種の元素が含有されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の高温強度と低温靭性に優れる溶接構造用高張力鋼の製造方法。
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