JP4914783B2 - シャー切断性に優れた大入熱溶接用厚鋼板 - Google Patents
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Description
1.5≦[Ti]/[N]≦4.0 … (1)
40≦X値≦160 … (2)
X値=500[C]+32[Si]+8[Mn]−9[Nb]
+14[Cu]+17[Ni]−5[Cr]−25[Mo]−34[V]
(式中、[ ]は各元素の含有量(質量%)を表す。)
X値=500[C]+32[Si]+8[Mn]−9[Nb]
+14[Cu]+17[Ni]−5[Cr]−25[Mo]−34[V]
(式中、[ ]は各元素の含有量(質量%)を表す。)
40≦X値≦160 … (2)
X値=500[C]+32[Si]+8[Mn]−9[Nb]
+14[Cu]+17[Ni]−5[Cr]−25[Mo]−34[V]
(式中、[ ]は各元素の含有量(質量%)を表す。)
を満たしている点に、大きな特徴がある。但し、本発明は、上記のような推定理由(δ域の温度範囲の減少による炭・窒化物の平均粒子径の減少、平均粒子径の減少によるHAZ靭性および低温靭性の向上等)には制限されず、本発明の範囲は、特許請求の範囲により定められる。即ち特許請求の範囲に規定する構成要件を満たす厚鋼板は、本発明の範囲内に包含される。
1.5≦[Ti]/[N]≦4.0 … (1)
を満たすように、Ti含有量[Ti]とN含有量[N]とのバランスが図られていることも特徴の1つとする。この[Ti]/[N]の好ましい下限は2.0であり、好ましい上限は3.5である。
各鋼板のt/4(t:板厚)位置から採取した2cm角の試験片を、鏡面研磨した後、ナイタール腐食液(2%硝酸−エタノール溶液)でエッチングし、光学顕微鏡によって組織を観察し(倍率:100倍)、n=10(回)として撮影した写真を画像解析装置(Media Cybernetics製:Imega−Pro Plus)によって、ベイナイト分率を算出した。この際、フェライト以外のラス状組織は全てベイナイトとみなした。
Cは、鋼板の強度を確保するために必要な元素であり、また鋼の状態図におけるδ域の温度範囲を縮小させるために有効な元素である。C含有量が0.030%未満ではそれらの効果が発揮されなくなる。一方、C含有量が0.15%を超えると、硬質の第2相MA組織が多くなり過ぎて、母材靭性およびHAZ靭性が低下する。そこでC含有量を0.030〜0.15%と定めた。C含有量の好ましい下限は0.040%であり(より好ましくは0.050%以上)、好ましい上限は0.10%(より好ましくは0.070%以下)である。
Siは、鋼板の強度を確保するために有効な元素であり、そのためには、0.01%以上(より好ましくは0.10%以上)含有させることが好ましい。しかしSiを過剰に含有させると、MA組織が多く生成し、母材靭性およびHAZ靭性が低下するため、その上限を1.0%とする必要がある。Si量の好ましい上限は0.8%であり、より好ましくは0.50%、更に好ましくは0.40%である。
Mnは、焼入れ性を向上させ、鋼板の強度を確保するのに有効な元素である。Mn含有量が0.8%未満では、強度確保の作用が充分に発揮されない。一方、Mn含有量が2.0%を超えると、母材靭性およびHAZ靭性が低下する。そこでMn含有量を、0.8〜2.0%と定めた。Mn含有量の好ましい下限は1.00%であり、より好ましくは1.20%、更に好ましくは1.50%である。一方、Mn量の好ましい上限は1.80%、より好ましくは1.60%である。
不純物元素であるPは、母材靭性およびHAZ靭性に悪影響を及ぼすため、その量は、できるだけ少ないことが好ましい。よってP量は、0.03%以下、好ましくは0.010%以下である。しかし工業的に、鋼中のP量を0%にすることは困難である。
Sは、MnSを形成して延性を低下させる元素であり、特に高張力鋼において悪影響が大きくなるため、その量は、できるだけ少ないことが好ましい。よってS量は、0.01%以下、好ましくは0.005%以下である。しかし工業的に、鋼中のS量を0%にすることは困難である。
Alは、脱酸、およびミクロ組織の微細化により母材靭性を向上させる効果を有する元素である。このような効果を充分に発揮させるため、Alを0.01%以上含有させる。もっともAlを過剰に含有させると、却って母材靭性およびHAZ靭性が低下するため、上限を0.10%とする。Al含有量の好ましい下限は0.020%である。一方、その好ましい上限は0.060%であり、より好ましくは0.040%以下である。
Tiは、Nと微細な窒化物を形成し、溶接時におけるHAZのオーステナイト粒の粗大化を抑制することにより(いわゆるピンニング効果)、HAZ靭性を向上させるために有効な元素である。このような効果を充分に発揮させるためには、Tiを0.015%以上含有する。しかしTi含有量が過剰になると、却ってHAZ靭性が劣化するため、Ti含有量の上限を0.03%と定めた。Ti含有量は、好ましくは0.017%以上、0.020%以下とするのが良い。
Bは、大入熱溶接の際に、HAZ、殊にボンド部の付近で、BNを核にした粒内フェライトを生成させると共に、固溶Nの固定作用も有し、HAZ靭性改善に重要な元素である。本発明では、その効果を充分に発揮させるためにBを、通常の厚鋼板中の含有量よりも多く、0.0010%以上含有させている。しかしB含有量が過剰になると、大入熱溶接の際に粗大なベイナイト組織が形成されるため、却ってHAZ靭性が劣化する。そのためB含有量の上限を0.0035%と定めた。B含有量の好ましい下限は0.0015%(より好ましくは0.0020%以上)、好ましい上限は0.0030%(より好ましくは0.0025%以下)である。
Nは、Tiと結合して微細な炭窒化物を形成し、大入熱溶接の際にオーステナイト粒の粗大化を抑制し、HAZ靭性を向上させる効果を有する元素である。N含有量が少な過ぎると、上記効果が充分に発揮されないため、その下限を0.0050%と定めた。一方、N含有量が過剰になると、母材靭性およびHAZ靭性に悪影響を及ぼすため、その上限を0.01%と定めた。N含有量の好ましい下限は0.0055%であり、より好ましくは0.0060%以上である。またN含有量の好ましい上限は0.0090%であり、より好ましくは0.0080%以下である。
Caは、HAZ靭性を向上させる効果を有する元素である。詳しくは、Caは、MnSを球状化するという介在物の形態制御による異方性を低減させることによって、HAZ靭性を向上させる。一方、CaS、CaOを形成し、HAZのオーステナイト粒の粗大化を抑制することによってHAZ靭性を向上させる。このような効果を充分に発揮させるために鋼板中に、Caを好ましくは0.0005%以上含有させることが好ましい。しかしながら、Caの含有量が過剰であると、却って母材靭性およびHAZ靭性を劣化させるので、その上限を0.005%と定めた。Ca量の好ましい上限は0.0030%であり、より好ましくは0.0025%である。
Oは、Al、Ca、Mg等と反応して高温で安定な酸化物を形成し、HAZの旧オーステナイト粒の粗大化を防止するのに有効に働く元素である。こうした効果はその含有量が多くなればなるほど増大するが、過剰になると清浄度が低下してしまい、HAZ靭性が却って低下するので、その上限を0.01%と定めた。
Nbは、素地の焼入れ性を向上させて鋼板の強度を高めるために有効な元素であり、必要により含有される。しかしながら、Nb含有量が過剰になると、母材靭性およびHAZ靭性が低下するため、その上限を0.035%と定めた。Nbは、その効果を発揮させるためには、0.005%以上含有させることが好ましく、より好ましくは0.010%以上含有させるのが良い。またNb含有量のより好ましい上限は0.025%であり、更に好ましくは0.020%以下とするのが良い。
Cu,NiおよびCrは、いずれも焼入れ性を高めて強度向上に寄与する元素であり、必要に応じて添加することができる。このうちCuは、Cと同様にδ域の温度範囲を縮小させて、Ti系炭窒化物を微細化する効果を有すると考えられる。またNiも、δ域の温度範囲を縮小させるために有効な元素である。このような効果を充分に発揮させるために、いずれもその含有量は好ましくは0.20%以上、より好ましくは0.40%以上であることが推奨される。これらの量が過剰であると、母材靭性およびHAZ靭性が低下する傾向があるため、その上限はいずれも2.0%と定めた。好ましくは1.0%以下である。
Moは、焼入れ性を高めて強度を向上させることに加えて、焼戻し脆性を防止するために有効な元素であり、必要に応じて添加することができる。このような効果を充分に発揮させるために、Mo含有量は、好ましくは0.05%以上、より好ましくは0.10%以上であることが推奨される。しかしMo含有量が過剰になると、母材靭性およびHAZ靭性が劣化するため、その上限を1.0%と定めた。Mo含有量は、より好ましくは0.50%以下である。
Vは、少量の添加により、焼入れ性および焼戻し軟化抵抗を高める効果を有する元素であり、必要に応じて添加することができる。このような効果を充分に発揮させるために、V量は、好ましくは0.01%以上、より好ましくは0.02%以上であることが推奨される。しかしV量が過剰であると、母材靭性およびHAZ靭性が劣化するため、その上限を0.1%と定めた。V量は、好ましくは0.05%以下である。
Mg,SrおよびBaは、厚鋼板中に微細な酸化物を生成し、HAZのオーステナイト粒の粗大化を抑制することによってHAZ靭性を向上させるのに有効な元素である。このような効果を十分に発揮させるためには、これらの1種以上(合計で)を0.0003%以上含有させることが好ましい。しかしながら、これらの含有量が過剰になると、却って母材靭性およびHAZ靭性を劣化させるので、その上限を0.01%とした。より好ましい上限は、0.0040%であり、更に好ましくは0.0020%である。
希土類元素(REM)は、酸化物または硫化物として存在し、HAZのオーステナイト粒微細化やフェライト変態の促進作用によってHAZ靭性を改善する作用があり、必要によって有効に活用することができる。しかしながら、REMを過剰に含有させると、HAZ靭性を却って劣化させるので、その上限は0.01%とすることが好ましい。REMのより好ましい上限は0.003%である。尚、本発明で用いるREMは、ランタノイド系列希土類元素のいずれをも含むものであり、これらの1種以上を含有させれば良い。
Zr,TaおよびHfは、Tiと同様に炭素・窒化物を形成し、溶接時におけるHAZのオーステナイト粒の粗大化を抑制するので、HAZ靭性の改善に有効な元素である。このような効果を十分に発揮させるため、上記元素の1種以上を合計で0.001%以上含有させることが好ましいが、これらの含有量が過剰になると、母材靭性およびHAZ靭性が却って低下させるので、これらの元素を含有させる場合、その合計で0.05%以下とすることが好ましく、より好ましくは0.03%以下とするのが良い。
CoおよびWは、焼入れ性を向上させ、鋼板の強度を高める効果を有する元素である。このような効果を充分に発揮させるため、これらの1つまたは両方を、夫々0.2%以上で含有させることが好ましい。しかしこれらの量が過剰であると、母材靭性およびHAZ靭性が劣化するため、これらの量の上限を、いずれも2.5%と定めた。
深さt/4の位置(t=板厚)を、透過型電子顕微鏡(TEM)で、観察倍率6万倍、観察視野2.0μm×2.0μm、観察箇所5箇所の条件で観察した。そしてその視野中の各炭・窒化物の面積を測定し、この面積から各炭・窒化物の円相当径を算出した。この各炭窒化物の円相当径を算術平均(相加平均)して、各鋼板におけるTi系炭・窒化物の平均円相当直径を算出した。またベイナイト・ブロックサイズの最大円相当直径を選び、前記平均円相当直径の差を求めた。(下記表5〜8には、「直径差(最大−平均)」と記す)。
深さt/4の位置(t=板厚)で、試験片の長手方向が鋼板の板幅方向(C方向)となるようにJIS4号試験片を採取し、引張試験を行うことにより、引張強度を測定した。
深さt/4の位置(t=板厚)で、試験片の長手方向が鋼板の圧延方向(L方向)となるように、JIS Z 2242に規定するVノッチ標準試験片を採取し、各温度でシャルピー衝撃試験(衝撃刃半径:2mm)を行い、−40℃における吸収エネルギー(vE-40)を測定した。
入熱量40kJ/mmで溶接(エレクトロガスアーク溶接)を行い、図1に示す部位からJIS4号試験片を採取し(ノッチ位置は、ボンドから0.5mmHAZ側)、−40℃でシャルピー衝撃試験(衝撃刃半径:2mm)を行い、吸収エネルギー(vE-40)を測定した。本発明では、吸収エネルギー(vE-40)が200J以上のものを合格とした。
シャー切断性の良否は、切断後の厚板切断面を磁粉深傷にて調査し、シャー切断割れ等のないものをシャー切断性が良好(後記表中「○」と表示)、シャー切断割れが認められたものを不良(後記表中「×」と表示)とした。
Claims (9)
- C:0.030〜0.15%(質量%の意味、以下同じ)、Si:1.0%以下(0%を含まない)、Mn:0.8〜2.0%、P:0.03%以下(0%を含まない)、S:0.01%以下(0%を含まない)、Al:0.01〜0.10%、Ti:0.015〜0.03%、B:0.0010〜0.0035%、N:0.0050〜0.01%、Ca:0.005%以下(0%を含まない)、O:0.01%以下(0%を含まない)を夫々含有すると共に、下記(1)式および(2)式を満足し、残部がFeおよび不可避不純物からなり、且つベイナイト分率が95面積%以上の組織であり、ベイナイトのブロックサイズの平均円相当直径が40μm以下であると共に、ベイナイトのブロックサイズの最大円相当直径と前記平均円相当直径との差が40μm以下であり、δ域の温度範囲が40℃以下であると共に、深さt/4の位置(t=板厚)において、Ti系炭・窒化物の平均粒子径が43nm以下であることを特徴とするシャー切断性に優れた大入熱溶接用厚鋼板。
1.5≦[Ti]/[N]≦4.0 … (1)
40≦X値≦160 … (2)
X値=500[C]+32[Si]+8[Mn]−9[Nb]
+14[Cu]+17[Ni]−5[Cr]−25[Mo]−34[V]
(式中、[ ]は各元素の含有量(質量%)を表す。) - 更に、Nb:0.035%以下(0%を含まない)を含有するものである請求項1に記載の大入熱溶接用厚鋼板。
- 更に、Cu:2.0%以下(0%を含まない)、Ni:2.0%以下(0%を含まない)およびCr:2.0%以下(0%を含まない)よりなる群から選ばれる1種以上を含有する請求項1または2に記載の大入熱溶接用厚鋼板。
- 更に、Mo:1.0%以下(0%を含まない)を含有するものである請求項1〜3のいずれかに記載の大入熱溶接用厚鋼板。
- 更に、V:0.1%以下(0%を含まない)を含有するものである請求項1〜4のいずれかに記載の大入熱溶接用厚鋼板。
- 更に、Mg,SrおよびBaよりなる群から選ばれる1種以上:合計で0.01%以下(0%を含まない)を含有するものである請求項1〜5のいずれかに記載の大入熱溶接用厚鋼板。
- 更に、希土類元素:0.01%以下(0%を含まない)を含有するものである請求項1〜6のいずれかに記載の大入熱溶接用厚鋼板。
- 更に、Zr,TaおよびHfよりなる群から選ばれる1種以上:合計で0.05%以下(0%を含まない)を含有するものである請求項1〜7のいずれかに記載の大入熱溶接用厚鋼板。
- 更に、Co:2.5%以下(0%を含まない)および/またはW:2.5%以下(0%を含まない)を含有するものである請求項1〜8のいずれかに記載の大入熱溶接用厚鋼板。
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