JP4752441B2 - 耐疲労亀裂伝播特性に優れる鋼材 - Google Patents
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- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Description
1.質量%で,C:0.05〜0.20%、Si:1.0%以下,Mn:0.05〜1.2%,P:0.030%以下,S:0.020%以下,Al:0.001〜0.07%を含有し、残部Feおよび不可避的不純物で,ミクロ組織が体積分率で15%以上、且つ、平均アスペクト比で5以下のパーライトを有するフェライト・パーライト組織であることを特徴とする耐疲労亀裂伝播特性に優れた鋼材。
%,Ni:0.05〜1.0%,Mo:0.01〜1.0%を1種又は2種以上含有し,
(1)式に示すΔTが100以下,残部Feおよび不可避的不純物で,ミクロ組織が体積
分率で15%以上、且つ、平均アスペクト比で5以下のパーライトを有するフェライト・
パーライト組織であることを特徴とする耐疲労亀裂伝播特性に優れた鋼材。
ΔT=5Si+89Mn+11Cr+11Mo+7Cu+20Ni (1)
但し、各元素は質量%で、添加しない元素は0とする。
0.001〜0.050%,V:0.001〜0.10%の1種又は2種以上を含有し,
(2)式に示すΔTが100以下,残部Feおよび不可避的不純物で,ミクロ組織が体積
分率で15%以上、且つ、平均アスペクト比で5以下のパーライトを有するフェライト・
パーライト組織であることを特徴とする耐疲労亀裂伝播特性に優れた鋼材。
ΔT=5Si+89Mn+11Cr+11Mo+7Cu+20Ni+850Nb+2
50V (2)
但し、各元素は質量%で、添加しない元素は0とする。
%,REM:0.001〜0.020%,Mg:0.0005〜0.005%,Zr:0
.0005〜0.0030%を1種又は2種以上含有し,上記(2)式に示すΔTが10
0以下,残部Feおよび不可避的不純物で,ミクロ組織が体積分率で15%以上、且つ、
平均アスペクト比で5以下のパーライトを有するフェライト・パーライト組織であること
を特徴とする耐疲労亀裂伝播特性に優れた鋼材。
[ミクロ組織]
本発明鋼のミクロ組織は、体積分率が15%以上、且つ平均アスペクト比5以下の粒状パーライトを有する、フェライト+パーライト組織であることを特徴とする。
C:0.05〜0.20%
Cは,パーライト体積分率を支配する基本的な元素であり,ミクロ組織のパーライト体積分率を15%以上確保しようとした場合には,最低0.05%以上必要である。一方,Cを0.20%を越えて添加すると,溶接構造用鋼として必要な溶接性を低下させるために,上限を0.20%とした。好ましくは,0.08〜0.18%の範囲のC量とする。
Siは,鋼中へ固溶し強度を上昇させる基本的な元素であるが,母材および溶接熱影響部の靭性を損なう悪影響もあることから,上限を1%とした。好ましくは,0.6%を上限とする。
Mnは,溶接構造用鋼の場合、多量に添加して,強度を上昇させる有用な元素で,0.05%以上の添加が必要である。しかしながら,Mnの多量添加はミクロ偏析に伴う正負ミクロ偏析部のAr3温度差を拡大させ,パーライトをバンド化させ,耐疲労亀裂伝播特性を向上させる場合、好ましくない。そのため,Mnの上限は1.2%とした。
Pは,鋼中へ不可避的に存在し,パーライトのバンド状組織化を促進して,耐疲労亀裂伝播特性も低減させることから,少ないことが望ましい。しかしながら,Pを低減することは溶製上,多大なコストアップを招き,実用性を損なうことから,0.030%を上限とした。好ましくは,0.025%を上限とする。
Sも鋼中に不可避的に存在し,MnSを形成して,フェライトの変態核となり,結果的にパーライトのバンド状組織化を促進させることから,少ないことが望ましい。しかしながら, Sを低減することは溶製上,多大なコストアップを招き,実用性を損なうことから,0.020%を上限とした。好ましくは,0.015%を上限とする。
Alは脱酸元素として最も有効であり,鋼中の酸化物系介在物を低減することで,鋼材の靭性,延性を向上させる。しかしながら,0.001%未満ではその効果が小さく,逆に0.07%を超えての添加は,効果が飽和し,逆に靭性を低下させる。したがって,0.001〜0.07%の範囲とした。
Crは,母材の高強度化に対して多量に添加しても,ミクロ偏析に伴うAr3への影響が小さく,パーライトの粒状化に対して有効な元素であり,Mnと同様に比較的安価な元素でもあることから,極めて有用な元素である。しかしながら,0.05%未満では高強度化に対して不十分であり,逆に3.0%を越えての添加は,溶接性を損なうために,上限を3.0%とした。
CuもCrと同様に,母材の高強度化に対して多量に添加しても,ミクロ偏析に伴うAr3への影響が小さく,パーライトの粒状化に対して有効な元素である。しかし,0.05%未満ではその効果が小さく,逆に1.0%を越えての添加は,Cu析出に伴う脆化を助長するので,上限を1.0%とした。なお,Cuは熱間脆性も促進させることから,添加に際しては,Niとの併用などの対策も必要となる場合があるので,注意が必要である。
Niは,母材や溶接熱影響部の靭性を損なうことなく,高強度化を得る有効な元素であるが,0.05%未満ではその効果が見られない。一方,ミクロ偏析により正負偏析部のAr3が拡大して,パーライトの粒状化を阻害する元素でもあり,且つ,非常に高価な元素でもあるので,実用性を考慮すると上限は1.0%とした。
Moは,パーライトを粒状化したまま高強度化を得る有用な元素であり,0.01%以上の添加が必要である。一方,Moの増加は溶接性を低下させるとともにNiと同様に非常に高価な元素でもあるので,実用性を考慮すると上限は1.0%とした。
ΔTは,ミクロ偏析部のAr3温度を支配し、パーライトの分散化を図り,鋼の疲労亀裂伝播速度を遅延させる上で極めて重要なパラメータである。ΔTが100を越える場合には,正負ミクロ偏析部のAr3温度差が拡大し,パーライトの粒状化が妨げられるので,上限を100以下とした。好ましくは,80以下にする。
Tiは,鋼中のNと結合してTiNを形成し,鋼中のNを固定化させる有効な元素であり,鋼の靭性やHAZ靭性向上に対して有効な元素である。しかし,0.001%未満ではその効果が小さく,逆に0.030%を越えての添加は,TiCの析出に伴う脆化を助長させるので,0.001〜0.030%の範囲とした。
Nbは,微量の添加で組織の微細化とNbの析出強化により極めて熱間圧延溶接構造用鋼材の高強度化に対して有効な元素であるが,0.001%以上の添加を必要とする。逆に,Ar3に与える影響も大きいので,上限は0.050%とした。
VもNbと同様に微量添加で高強度化を得る有用な元素であり,その効果を得るためには0.001%以上添加する必要がある。逆に,0.10%を越えての添加は,HAZ靭性を低下させることから,上限を0.10%とした。
これらの元素は,いずれも溶接熱影響部の靭性を向上させるために有用な元素であり,適用される溶接法に応じて,HAZ靭性が求められる場合などに適用するが,各元素の下限値未満ではその効果が小さく,逆に,上限以上添加しても鋼の清浄性を阻害する結果となるので, 添加する場合は、Ca:0.0005〜0.005%,REM:0.001〜0.020%,Mg:0.0005〜0.005%,Zr:0.0005〜0.0030%の範囲とし,1種又は2種以上添加することとした。
好ましい製造条件を以下に説明する。
素材加熱温度が、1000℃未満では、バンド状のパーライトが生成するために耐疲労亀裂伝播特性を低下させる。一方,1350℃を越えての加熱は,初期γ粒の粗大化に伴い、フェライト粒が粗大化するため,耐疲労亀裂伝播特性はもとより,低温靭性も低下させる。よって,素材の加熱温度は1000〜1350℃とすることが好ましい。
圧延仕上げ温度が750℃未満では、変形抵抗の増大に伴う圧延負荷が大きくなり、生産性も低下する。一方,950℃を越えての圧延仕上げでは、フェライト粒が粗大化して、耐疲労亀裂伝播特性はもとより,低温靭性も低下させる。よって、圧延仕上げ温度は750〜950℃の範囲とすることが好ましい。なお、形鋼の場合、圧延仕上げ温度は、粗圧延の仕上げ温度を意味する。
圧延後の冷却は、YP325クラスまでは放冷を基本とするが、YP355以上や鋼材の厚肉サイズでは一部加速冷却を行い、フェライト粒の微細化を図ることで強度を確保しても構わない。
Claims (4)
- 質量%で,C:0.05〜0.20%、Si:1.0%以下,Mn:0.05〜1.2
%,P:0.030%以下,S:0.020%以下,Al:0.001〜0.07%を含
有し、残部Feおよび不可避的不純物で,ミクロ組織が体積分率で15%以上、且つ、平
均アスペクト比で5以下のパーライトを有するフェライト・パーライト組織であることを
特徴とする耐疲労亀裂伝播特性に優れた鋼材。 - 請求項1記載の成分組成に、更にCr:0.05〜3.0%,Cu:0.05〜1.0
%,Ni:0.05〜1.0%,Mo:0.01〜1.0%を1種又は2種以上含有し,
(1)式に示すΔTが100以下,残部Feおよび不可避的不純物で,ミクロ組織が体積
分率で15%以上、且つ、平均アスペクト比で5以下のパーライトを有するフェライト・
パーライト組織であることを特徴とする耐疲労亀裂伝播特性に優れた鋼材。
ΔT=5Si+89Mn+11Cr+11Mo+7Cu+20Ni (1)
但し、各元素は質量%で、添加しない元素は0とする。 - 請求項2記載の成分組成に,更に質量%で、Ti:0.001〜0.030%,Nb:
0.001〜0.050%,V:0.001〜0.10%の1種又は2種以上を含有し,
(2)式に示すΔTが100以下,残部Feおよび不可避的不純物で,ミクロ組織が体積
分率で15%以上、且つ、平均アスペクト比で5以下のパーライトを有するフェライト・
パーライト組織であることを特徴とする耐疲労亀裂伝播特性に優れた鋼材。
ΔT=5Si+89Mn+11Cr+11Mo+7Cu+20Ni+850Nb+2
50V (2)
但し、各元素は質量%で、添加しない元素は0とする。 - 請求項2または3記載の成分組成に,更に、質量%でCa:0.0005〜0.005
%,REM:0.001〜0.020%,Mg:0.0005〜0.005%,Zr:0
.0005〜0.0030%を1種又は2種以上含有し,上記(2)式に示すΔTが10
0以下,残部Feおよび不可避的不純物で,ミクロ組織が体積分率で15%以上、且つ、
平均アスペクト比で5以下のパーライトを有するフェライト・パーライト組織であること
を特徴とする耐疲労亀裂伝播特性に優れた鋼材。
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