JP5213517B2 - Steel with excellent weld heat affected zone toughness - Google Patents

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  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)

Description

本発明は、溶接熱影響部(Heat Affected Zone:HAZ)靭性に優れた鋼材に関するものである。本発明の鋼材は、特に大入熱溶接熱影響部で良好な靭性を有するもので、建築、橋梁、造船、ラインパイプ、建設機械、海洋構造物、タンクなどの各種溶接鋼構造物に用いられる。   The present invention relates to a steel material excellent in weld heat affected zone (Heat Affected Zone: HAZ) toughness. The steel material of the present invention has good toughness particularly in a high heat input welding heat-affected zone, and is used for various welded steel structures such as buildings, bridges, shipbuilding, line pipes, construction machinery, offshore structures, tanks, etc. .

近年、造船、建築など溶接構造物の脆性破壊防止の観点から、溶接部からの脆性破壊の発生抑制、すなわち、使用される鋼板のHAZ靭性の向上に関する研究が数多くなされてきた。   In recent years, from the viewpoint of preventing brittle fracture of welded structures such as shipbuilding and construction, many studies have been made on the suppression of the occurrence of brittle fracture from the welded portion, that is, the improvement of the HAZ toughness of the steel sheet used.

一般に、結晶粒の粗大化は鋼板のHAZにおける脆性低下の原因となる。この結晶粒の粗大化に対し、例えば特許文献1には、微細なTiNを鋼中に微細分散させることで、旧オーステナイト粒(以下、旧γ粒)のピンニング効果により、結晶粒の粗大化を防止することが開示されている。そして、特許文献2には、微細なZrNを鋼中に微細分散させることで、旧γ粒のピンニング効果により、結晶粒の粗大化を防止する対策がとられている。   In general, the coarsening of crystal grains causes a decrease in brittleness in the HAZ of a steel sheet. In contrast to this coarsening of crystal grains, for example, Patent Document 1 discloses that fine TiN is finely dispersed in steel, whereby the coarsening of crystal grains is achieved by the pinning effect of prior austenite grains (hereinafter referred to as former γ grains). Preventing is disclosed. And in patent document 2, the countermeasure which prevents the coarsening of a crystal grain by the pinning effect of an old gamma grain is taken by finely dispersing fine ZrN in steel.

しかしながら、このような窒化物は、1400℃以上の高温に加熱される領域では母材中に固溶しその効果が減少する。このため入熱量の大きな溶接を実施した際には、旧γ粒のピンニングが十分に働かずに靭性改善の効果が得られない場合があるという問題があった。   However, such a nitride is dissolved in the base material in a region heated to a high temperature of 1400 ° C. or more, and the effect is reduced. For this reason, when welding with a large heat input is performed, the pinning of the old γ grains does not work sufficiently, and there is a problem that the effect of improving toughness may not be obtained.

このような窒化物利用によるHAZの靱性改善の問題点を踏まえて、窒化物に比べて高温での安定性が高い酸化物利用によるHAZ靭性の安定化検討が種々行われている。   Considering the problem of improving the toughness of HAZ by using such nitrides, various studies have been made on stabilizing the HAZ toughness by using oxides that have higher stability at high temperatures than nitrides.

例えば、特許文献3、特許文献4、特許文献5および特許文献6には、粗大なγ粒の内部に、Ti酸化物やTiNとMnSの複合析出物を核とした粒内変態フェライトを積極的に生成させ、HAZ靭性の向上を図る方法が開示されている。   For example, in Patent Document 3, Patent Document 4, Patent Document 5, and Patent Document 6, an intragranular transformed ferrite centered on a Ti oxide or a composite precipitate of TiN and MnS is actively incorporated in coarse γ grains. And a method for improving the HAZ toughness is disclosed.

また、特許文献7にはMgを含有する酸化物を利用することにより、ピニング効果によるγ粒の粗大化抑制と粒内変態による組織微細化が達成する方法が開示されている。特許文献8にはTiおよびZrの酸化物、窒化物の利用によるHAZ靭性の確保手段が開示されている。さらに、特許文献9にはREMまたはCa酸化物とZr酸化物の共存によるHAZ靭性改善方法が開示されている。   Further, Patent Document 7 discloses a method of achieving suppression of coarsening of γ grains by a pinning effect and refinement of a structure by intragranular transformation by using an oxide containing Mg. Patent Document 8 discloses a means for securing HAZ toughness by using oxides and nitrides of Ti and Zr. Further, Patent Document 9 discloses a method for improving HAZ toughness by coexistence of REM or Ca oxide and Zr oxide.

特開昭55-26164号公報JP-A-55-26164 特開昭52-17314号公報JP 52-17314 A 特開昭60-245768号公報JP 60-245768 A 特開昭60-152626号公報JP 60-152626 A 特開昭63-210235号公報JP 63-210235 A 特開平2-250917号公報JP-A-2-250917 特開2002−212670号公報JP 2002-212670 A 特開2003−213366号公報JP 2003-213366 A 特開2007−100213号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2007-1001000

上記のいずれの技術においても酸化物、窒化物の分散量・形態を重要視しHAZ靭性の改善を目指している。しかしながら、本発明者らがこれらの技術を検討したところ、酸化物や窒化物のような分散粒子を最適化するだけではHAZ靭性を安定化させることができないことが明らかとなった。   In any of the above techniques, the dispersion amount and form of oxides and nitrides are regarded as important, and the HAZ toughness is improved. However, when the present inventors examined these techniques, it became clear that the HAZ toughness cannot be stabilized only by optimizing dispersed particles such as oxides and nitrides.

上記のような背景に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、大入熱量の溶接を実施しても、良好なHAZ靱性を安定して得ることのできる溶接熱影響部靭性に優れた鋼材を提供することである。   In view of the background as described above, the problem to be solved by the present invention is a steel material excellent in weld heat-affected zone toughness that can stably obtain good HAZ toughness even when carrying out welding with a large heat input. Is to provide.

本発明者らは、良好なHAZ靭性を有する鋼材の開発を狙いとして、酸化物形成元素である、Ti、Zr及びMgの添加量と鋼材中での存在状態について鋭意検討を実施した。   With the aim of developing a steel material having good HAZ toughness, the present inventors have intensively studied the amount of addition of Ti, Zr and Mg, which are oxide forming elements, and the existing state in the steel material.

本発明者らは、酸化物などの高温でも安定な晶出物・析出物の分散制御によりピンニングによってγ粒の粗大化抑制や粒内変態を促進した場合であっても、固溶成分の増大によってラスの伸張促進などが生じた場合には靭性改善に結びつかないとの知見を得て、酸化物などの高温でも安定な晶出物・析出物の組成及び形態制御に着目するとともに、晶出物・析出物の組成及び形態制御に活用した元素の固溶成分のHAZ靭性に及ぼす影響に着目した。そして、電解抽出法による態別分析を通して固溶成分の影響を定量的に評価することで、安定して優れたHAZ靭性を有する鋼材を得ることに成功した。   The inventors of the present invention have increased solid solution components even when γ grain coarsening suppression and intragranular transformation are promoted by pinning by dispersion control of stable crystals and precipitates such as oxides. Acquired the knowledge that it would not lead to improvement in toughness when lath elongation was promoted by this, and focused on the composition and morphology control of stable crystals and precipitates even at high temperatures such as oxides. We focused on the effect of the solid solution components of the elements used for the composition and morphology control of the materials and precipitates on the HAZ toughness. And it succeeded in obtaining the steel material which has the HAZ toughness stably stably by evaluating the influence of a solid solution component quantitatively through the analysis according to the state by an electrolytic extraction method.

本発明者らは、従来から酸化物形成元素として知られ、かつHAZ靭性の向上が報告されている、Ti、Zr及びMgの各元素に着目し、HAZ靱性について種々の検討と実験を重ねた。その結果、次の(a)〜(e)に示す重要な知見を得た。   The inventors of the present invention have made various studies and experiments on HAZ toughness, focusing on the elements of Ti, Zr and Mg, which are conventionally known as oxide-forming elements and have been reported to improve HAZ toughness. . As a result, the following important findings (a) to (e) were obtained.

(a) TiとZrを複合添加し、鋼中のO(酸素)と反応させることによって、鋼材中にTiおよびZrを含有する酸化物を形成させるとHAZ靱性が向上する。   (a) HAZ toughness is improved when an oxide containing Ti and Zr is formed in the steel material by adding Ti and Zr in combination and reacting with O (oxygen) in the steel.

(b) 鋼中の酸化物を構成するO(酸素)の含有量としては、酸化物の組成制御および分散量制御がHAZ靭性に寄与しているものと考えられることから、0.001〜0.01%とする必要がある。   (b) The content of O (oxygen) constituting the oxide in the steel is considered to be that the oxide composition control and the dispersion amount control contribute to the HAZ toughness. It is necessary to make it 0.01%.

(c) Tiに関しては、固溶Ti及び非固溶Tiの存在量が重要である。Tiは鋼中のO(酸素)と反応して酸化物を形成する。このような酸化物を形成したTiは、非固溶Tiとして存在し、上記(a)に示したようにHAZ靭性に寄与する。一方、酸化物の形成に寄与しないまま鋼材に固溶状態で存在する固溶Tiは、脱酸材として鋼材に寄与し、固溶Ti量が0.004%未満の場合には脱酸不足により、HAZ靱性が低下する。また、固溶Ti量が多くても、ラス組織の伸張が促進され、固溶Ti量が0.020%を超えるとHAZ靭性が低下する。すなわち、固溶Tiと非固溶Tiのバランスを考えた材料設計が重要となる。   (c) Regarding Ti, the abundance of solute Ti and insoluble solute Ti is important. Ti reacts with O (oxygen) in the steel to form an oxide. Ti in which such an oxide is formed exists as insoluble Ti, and contributes to HAZ toughness as shown in (a) above. On the other hand, solid solution Ti existing in a solid solution state in the steel material without contributing to the formation of oxides contributes to the steel material as a deoxidation material. When the solid solution Ti amount is less than 0.004%, deoxidation is insufficient. , HAZ toughness decreases. Further, even if the amount of solid solution Ti is large, the elongation of the lath structure is promoted, and if the amount of solid solution Ti exceeds 0.020%, the HAZ toughness decreases. That is, material design considering the balance between solute Ti and insoluble Ti is important.

(d) Zrに関しては、特にその存在形態の制御が重要である。Zrも鋼中のO(酸素)と反応して酸化物を形成する。ZrもTi同様に、酸化物を形成したZrも非固溶ZrとしてHAZ靭性に寄与する。一方、酸化物の形成に寄与しないまま鋼材に固溶状態で存在する固溶Zrは、固溶Tiとは違って少量であっても、ラス組織の伸張が促進され、靭性に多大な影響を与えることが明らかとなった。よって、固溶Zrはできるだけ排除すべきであるが、固溶Zr量は0.005%まで許容できる。   (d) Regarding Zr, control of its existence form is particularly important. Zr also reacts with O (oxygen) in the steel to form an oxide. Similarly to Ti, Zr, which forms an oxide, contributes to HAZ toughness as non-solid Zr. On the other hand, solid solution Zr existing in a solid solution state in a steel material without contributing to the formation of oxides, unlike solid solution Ti, promotes elongation of the lath structure even if it is a small amount, and has a great influence on toughness. It became clear to give. Therefore, the solid solution Zr should be eliminated as much as possible, but the solid solution Zr amount is acceptable up to 0.005%.

(e) Mgに関しては、予想に反して、HAZ靱性の低下に極めて大きな悪影響を及ぼす。よって、Mgは鋼材からできるだけ排除すべきである。ただし、Mg量は0.001%までは許容できる。   (e) Contrary to expectations, Mg has a very serious adverse effect on the reduction of HAZ toughness. Therefore, Mg should be excluded from steel materials as much as possible. However, the amount of Mg is acceptable up to 0.001%.

本発明は、上記の諸知見を基礎として完成されたものであって、その要旨は、下記(1)〜(5)の溶接熱影響部靭性に優れた鋼材にある。   The present invention has been completed on the basis of the above findings, and the gist thereof lies in the steel materials excellent in weld heat affected zone toughness of the following (1) to (5).

(1)質量%で、C:0.03〜0.20%、Si:0.01〜0.3%、Mn:0.5〜2.5%、P:0.02%以下、S:0.01%以下、Ti:0.005〜0.025%、Zr:0.001〜0.020%、N:0.01%以下、O(酸素):0.001〜0.010%、Mg:0.001%以下を含有し、残部がFeおよび不純物からなり、Tiのうち0.00360.0201%が固溶Tiとして、そして0.0002〜0.005%が非固溶Tiとして存在し、Zrのうち0.005%以下が固溶Zrとして、そして0.001%以上が非固溶Zrとして存在することを特徴とする溶接熱影響部靭性に優れた鋼材。
(1) By mass%, C: 0.03 to 0.20%, Si: 0.01 to 0.3%, Mn: 0.5 to 2.5%, P: 0.02% or less, S: 0.01% or less, Ti: 0.005-0.025%, Zr: 0.001-0.020%, N: 0.01% or less, O (oxygen): 0.001-0.010%, Mg: 0.001% or less, the balance being Fe and impurities, 0.0036 to 0.0201% of Ti as solid solution Ti , and 0.0002 to 0.005% of non-solid solution Ti exist, 0.005% or less as a solid solution Zr, and excellent steel in the weld heat-affected zone toughness, characterized in that more than 0.001% is present as non-soluble Zr of Zr as.

(2) 質量%で、さらに、Al:0.040%以下を含有し、非固溶AlとO(酸素)の質量比Al/Oが1.0以下であることを特徴とする上記(1)の溶接熱影響部靭性に優れた鋼材。   (2) by mass%, further containing Al: 0.040% or less, wherein the mass ratio Al / O of insoluble Al to O (oxygen) is 1.0 or less (1) ) Steel material with excellent weld heat affected zone toughness.

(3) 質量%で、さらに、Cu:1.0%以下、Ni:1.5%以下、Cr:1.0%以下およびMo:1.0%以下のうちの1種または2種以上を含有することを特徴とする上記(1)または(2)の溶接熱影響部靭性に優れた鋼材。   (3) By mass%, Cu: 1.0% or less, Ni: 1.5% or less, Cr: 1.0% or less, and Mo: 1.0% or less (1) or (2), a steel material excellent in weld heat affected zone toughness.

(4) 質量%で、さらに、Nb:0.1%以下およびV:0.1%以下のうちの1種または2種を含有することを特徴とする上記(1)〜(3)のいずれかの溶接熱影響部靭性に優れた鋼材。   (4) Any one of the above (1) to (3), further comprising one or two of Nb: 0.1% or less and V: 0.1% or less in mass% Steel material with excellent weld heat affected zone toughness.

(5) 質量%で、さらに、B:0.0020%以下を含有することを特徴とする上記(1)〜(4)のいずれかの溶接熱影響部靭性に優れた鋼材。   (5) A steel material excellent in weld heat-affected zone toughness according to any one of (1) to (4) above, characterized by containing, in mass%, B: 0.0020% or less.

本発明の鋼材はHAZ靭性に優れており、大入熱量の溶接を実施しても、良好なHAZ靱性を安定して得ることができる。   The steel material of the present invention is excellent in HAZ toughness, and good HAZ toughness can be stably obtained even when welding with a large heat input is performed.

次に本発明鋼の化学組成について述べる。本発明に係るHAZ靭性に優れた鋼材の成分の限定理由は下記のとおりである。ここで成分含有量を表す「%」は、「質量%」を意味する。   Next, the chemical composition of the steel of the present invention will be described. The reasons for limiting the components of the steel material excellent in HAZ toughness according to the present invention are as follows. Here, “%” representing the component content means “% by mass”.

C:0.03〜0.20%
Cは鋼材の強度確保に必要な元素である。しかし、C含有量が0.03%未満では充分な強度が確保できず、また0.20%を超えるとHAZでの過度な硬さ上昇を生じるとともに靱性を損なう。このため、C含有量は0.03〜0.20%とする。好ましくは、0.03〜0.16%である。
C: 0.03-0.20%
C is an element necessary for securing the strength of the steel material. However, if the C content is less than 0.03%, sufficient strength cannot be secured, and if it exceeds 0.20%, an excessive increase in hardness occurs in HAZ and the toughness is impaired. For this reason, C content is made into 0.03 to 0.20%. Preferably, it is 0.03 to 0.16%.

Si:0.01〜0.3%
Siは、脱酸材として有効な元素である。脱酸材としての効果を得るには0.01%以上含有させる必要があるが、0.3%を超えて含有させると島状マルテンサイトの増加によりHAZ靱性を下げる。したがって、Siの含有量は0.01〜0.3%とする。好ましくは、0.05〜0.2%である。
Si: 0.01 to 0.3%
Si is an element effective as a deoxidizing material. In order to obtain the effect as a deoxidizer, it is necessary to contain 0.01% or more. However, if it exceeds 0.3%, the HAZ toughness is lowered due to an increase in island martensite. Therefore, the Si content is set to 0.01 to 0.3%. Preferably, it is 0.05 to 0.2%.

Mn:0.5〜2.5%
Mnは、脱酸材として有効な元素であるとともに、強度確保に必要な元素である。また、HAZ靱性を安定化させる効果を有する。これらの効果を発現するためには、0.5%以上含有させる必要がある。しかし、2.5%を超えて含有させると、中心偏析を助長し、母材の板厚中央部での靱性を低下させる。したがって、Mnの含有量は0.5〜2.5%とする。好ましくは、0.5〜2.0%である。
Mn: 0.5 to 2.5%
Mn is an element effective as a deoxidizing material and an element necessary for ensuring strength. Moreover, it has the effect of stabilizing the HAZ toughness. In order to exhibit these effects, it is necessary to contain 0.5% or more. However, if the content exceeds 2.5%, center segregation is promoted, and the toughness at the center of the thickness of the base material is reduced. Therefore, the Mn content is 0.5 to 2.5%. Preferably, it is 0.5 to 2.0%.

P:0.02%以下
Pは、鋼中に不純物として含有される。破壊靱性面からは少ないほど望ましいが、鋼中の含有量を減らすコストを考慮して許容上限を0.02%とする。
P: 0.02% or less P is contained as an impurity in steel. The smaller the fracture toughness, the better. However, considering the cost of reducing the content in steel, the allowable upper limit is set to 0.02%.

S:0.01%以下
Sは、上記Pと同様に、鋼中に不純物として含有される。Sは偏析率が高く、かつ低融点物質を形成して凝固割れの原因となるため、極力少ない方がよいが、鋼中の含有量を減らすコストを考慮して許容上限を0.01%とする。
S: 0.01% or less S, like P, is contained as an impurity in the steel. Since S has a high segregation rate and causes a low melting point material to cause solidification cracking, it is better to reduce the amount as much as possible. However, considering the cost of reducing the content in steel, the allowable upper limit is 0.01%. To do.

Ti:0.005〜0.025%
固溶Ti:0.00360.0201%
Tiは、HAZ靭性の向上に大きく寄与する元素である。特にTiは固溶・非固溶のいずれの形態でもHAZ靭性の向上に寄与する。Tiは鋼中のO(酸素)と反応して、鋼材中に酸化物を形成し非固溶Tiとして存在する。この酸化物はHAZ靭性の向上に寄与し、この効果を得るには、非固溶Tiが0.0002%以上鋼中に存在することが必要である。また、非固溶Tiが多くなると、酸素の消費を通して非固溶Zrの形成を阻害し固溶Zrの増加を助長することとなるので、非固溶Tiは0.005%以下とする。一方、固溶Tiは脱酸材として寄与し、固溶Ti量が0.0036%未満の場合には、脱酸が不十分となり、HAZ靭性が低下する。よって、固溶Ti量は0.0036%以上とする。より好ましくは、固溶Ti量は0.005%以上である。また、固溶Tiが多くなるとラス組織の伸張の促進により靭性が低下するので、固溶Ti量は0.0201%以下とする。より好ましくは、固溶Ti量は0.015%以下である。
Ti: 0.005-0.025%
Solid solution Ti: 0.0036 to 0.0201%
Ti is an element that greatly contributes to the improvement of HAZ toughness. In particular, Ti contributes to the improvement of HAZ toughness in both solid and non-solid forms. Ti reacts with O (oxygen) in the steel to form an oxide in the steel material and exists as insoluble Ti. This oxide contributes to the improvement of HAZ toughness, and in order to obtain this effect, it is necessary that non-solid Ti is present in the steel in an amount of 0.0002% or more. Further, when the amount of non-solid Ti increases, the formation of non-solid Zr is inhibited through the consumption of oxygen and the increase of solid Zr is promoted, so the non-solid Ti is made 0.005% or less. On the other hand, solute Ti contributes as a deoxidizer, and when the amount of solute Ti is less than 0.0036% , deoxidation becomes insufficient and HAZ toughness is reduced. Therefore, the solid solution Ti amount is set to 0.0036% or more. More preferably, the amount of solid solution Ti is 0.005% or more. Further, since the toughness is lowered by the promotion of the elongation of the lath structure when the solid solution Ti increases, the solid solution Ti amount is set to 0.0201% or less. More preferably, the amount of solid solution Ti is 0.015% or less.

以上より、固溶・非固溶のトータルTi含有量は0.005〜0.025%とする。   From the above, the total Ti content of solid solution / non-solid solution is set to 0.005 to 0.025%.

Zr:0.001〜0.020%
固溶Zr:0.005%以下
Zrも、HAZ靭性の向上に大きく寄与する元素であるが、その向上には、その存在形態の制御が重要である。Zrも、Tiと同様に鋼中のO(酸素)と反応して酸化物を形成し、非固溶Zrとして存在してHAZ靭性の向上に寄与する。そのため非固溶Zr量は0.001%以上とする必要がある。好ましくは、非固溶Zr量は0.002%以上である。また、理由は定かではないが、後述する実験例において、最も厳しい条件で行った−50℃の吸収エネルギーの評価から非固溶Zrは0.015%以下とした。
Zr: 0.001 to 0.020%
Solid solution Zr: 0.005% or less Zr is also an element that greatly contributes to the improvement of HAZ toughness, but control of its presence is important for the improvement. Zr also reacts with O (oxygen) in the steel to form an oxide like Ti, and is present as non-solid solution Zr, contributing to the improvement of HAZ toughness. Therefore, the amount of non-solid solution Zr needs to be 0.001% or more. Preferably, the amount of insoluble Zr is 0.002% or more. Although the reason is not clear, in the experimental examples described later, the non-solid solution Zr was set to 0.015% or less from the evaluation of absorbed energy at −50 ° C. performed under the most severe conditions.

一方、酸化物の形成に寄与しないまま鋼材に固溶状態で存在する固溶Zrは、固溶Tiと異なり少量であっても、ラス組織の伸張を促進し、靭性に多大な影響を与える。よって、固溶Zrはできるだけ排除すべきであり、固溶Zrの存在はできるだけ少ない方が好ましい。よって、固溶Zr量は0.005%以下とした。好ましくは、固溶Zr量は0.002%以下である。   On the other hand, solid solution Zr existing in a solid solution state in a steel material without contributing to the formation of oxides, unlike solid solution Ti, promotes elongation of the lath structure and has a great influence on toughness even if it is a small amount. Therefore, the solid solution Zr should be eliminated as much as possible, and the presence of the solid solution Zr is preferably as small as possible. Therefore, the solid solution Zr amount is set to 0.005% or less. Preferably, the amount of solid solution Zr is 0.002% or less.

以上より、固溶・非固溶のトータルZr量は0.001〜0.020%とする。   From the above, the total Zr amount of solid solution / non-solid solution is set to 0.001 to 0.020%.

N:0.01%以下
Nも、上記PおよびSと同様に不純物である。極力少ない方がよいが、鋼中の含有量を減らすコストを考慮して許容上限を0.01%とする。好ましい上限は0.006%である。
N: 0.01% or less N, like P and S, is an impurity. Although it is better to make it as small as possible, the allowable upper limit is made 0.01% in consideration of the cost of reducing the content in steel. A preferable upper limit is 0.006%.

O(酸素):0.001〜0.010%
O(酸素)は、鋼中のTiおよびZrと反応することによって、鋼材中にTiおよびZrを含有する酸化物を形成させるとHAZ靱性が向上する。O(酸素)はこの酸化物の組成制御および分散量制御がHAZ靭性に寄与しているものと考えられることから、O(酸素)の含有量を0.001〜0.010%とする。
O (oxygen): 0.001 to 0.010%
When O (oxygen) reacts with Ti and Zr in steel to form an oxide containing Ti and Zr in the steel material, the HAZ toughness is improved. O (oxygen) is considered to contribute to the HAZ toughness by controlling the composition and amount of dispersion of this oxide, so the content of O (oxygen) is set to 0.001 to 0.010%.

Mg:0.001%以下
Mgは、O(酸素)との反応性が極めて強い元素である。Mgを含有させると、予想に反して、HAZ靱性に極めて大きな悪影響を及ぼすことが明らかになった。よって、Mgの添加又は混入はできるだけ排除すべきであり、Mgの存在はできるだけ少ない方が好ましい。一方で、Mg酸化物は耐火物として炉体や炉壁に用いられる汎用的な材料であることから溶鋼との反応による汚染が懸念される。よって、Mgは積極的な排除する必要がある。不純物として存在しても、鋼材中のMgは0.001%以下とする。好ましくは0.0005%以下であり、より好ましくは0.0003%以下である。
Mg: 0.001% or less Mg is an element having extremely strong reactivity with O (oxygen). Contrary to expectation, it has been found that the inclusion of Mg has a very large adverse effect on the HAZ toughness. Therefore, addition or mixing of Mg should be eliminated as much as possible, and it is preferable that the presence of Mg is as small as possible. On the other hand, since Mg oxide is a general-purpose material used as a refractory for a furnace body and a furnace wall, there is a concern about contamination due to reaction with molten steel. Therefore, Mg needs to be positively excluded. Even if it exists as an impurity, Mg in the steel material is made 0.001% or less. Preferably it is 0.0005% or less, More preferably, it is 0.0003% or less.

Al:0.040%以下
Alは、鋼の脱酸に有効な元素である。本発明においては脱酸材としてSiおよびMnを含有させているので、Al添加によって脱酸処理することは必ずしも必要ではない。ただし、SiおよびMnに加えて、さらにAlを含有させて複合脱酸することもできる。Alは酸素と反応性の高い元素であることから、Alを添加する場合には注意が必要である。Alが酸化物を形成する場合、酸素は消費され、Zrと結合できる鋼中の酸素量は減少する。鋼中に形成される安定なAl酸化物はAlであり、酸素とAlの化学量論比は1.12であるから、Alを含有させるときには、Zrの酸化物形成を妨げないように、非固溶Alを鋼中酸素量に対して、質量比Al/Oで1.0以下とする必要がある。好ましくは0.7以下である。一方、Alの含有量が0.040%を超えると、固溶Al量が増加して、島状マルテンサイトと呼ばれる硬化相の形成を促進しHAZ靭性に悪影響を与える。したがって、Alの含有量は0.040%以下とするのが好ましい。より好ましくは0.020%以下、さらに好ましくは0.010%以下である。なお、Alの脱酸材としての効果を確実に得るには、0.0004%以上の含有量とするのが好ましい。
Al: 0.040% or less Al is an element effective for deoxidation of steel. In the present invention, since Si and Mn are contained as deoxidizing materials, it is not always necessary to perform deoxidation treatment by adding Al. However, in addition to Si and Mn, Al can further be contained to perform composite deoxidation. Since Al is an element highly reactive with oxygen, care must be taken when adding Al. When Al forms an oxide, oxygen is consumed and the amount of oxygen in the steel that can be combined with Zr is reduced. The stable Al oxide formed in steel is Al 2 O 3 and the stoichiometric ratio of oxygen to Al is 1.12. Therefore, when Al is included, it does not interfere with the formation of Zr oxide. In addition, it is necessary that the non-solid Al is 1.0 or less in mass ratio Al / O with respect to the oxygen content in the steel. Preferably it is 0.7 or less. On the other hand, if the Al content exceeds 0.040%, the amount of solid solution Al increases, which promotes the formation of a hardened phase called island martensite and adversely affects the HAZ toughness. Therefore, the Al content is preferably 0.040% or less. More preferably, it is 0.020% or less, More preferably, it is 0.010% or less. In order to surely obtain the effect of Al as a deoxidizer, the content is preferably 0.0004% or more.

本発明にかかるHAZ靭性に優れた鋼材は、さらに、Cu:1.0%以下、Ni:1.5%以下、Cr:1.0%以下、Mo:1.0%以下、Nb:0.1%以下、V:0.1%以下、B:0.0020%以下のうちの1種または2種以上を含有させることができる。以下、これらの成分について説明する。   The steel material excellent in HAZ toughness according to the present invention further includes Cu: 1.0% or less, Ni: 1.5% or less, Cr: 1.0% or less, Mo: 1.0% or less, Nb: 0.00%. One or more of 1% or less, V: 0.1% or less, and B: 0.0020% or less can be contained. Hereinafter, these components will be described.

Cu:1.0%以下
Cuは、母材の強度を向上させる作用を有する。したがって、この効果を発現させたい場合には、Cuを含有させることができる。しかし、1.0%を超えて含有させると、スラブ品質を劣化させるので、その含有量を1.0%以下とするのが好ましい。より好ましくは0.6%以下である。なお、この効果を確実に得るには、その含有量を0.1%以上とするのが好ましい。
Cu: 1.0% or less Cu has an effect of improving the strength of the base material. Therefore, when this effect is desired to be expressed, Cu can be contained. However, if the content exceeds 1.0%, the slab quality is deteriorated, so the content is preferably 1.0% or less. More preferably, it is 0.6% or less. In addition, in order to acquire this effect reliably, it is preferable that the content shall be 0.1% or more.

Ni:1.5%以下
Niは、母材の強度を向上させる作用を有する。したがって、この効果を発現させたい場合には、Niを含有させることができる。しかし、1.5%を超えて含有させると、スラブ品質を劣化させるので、その含有量を1.5%以下とするのが好ましい。なお、この効果を確実に得るには、その含有量を0.1%以上とするのが好ましい。
Ni: 1.5% or less Ni has an effect of improving the strength of the base material. Therefore, when this effect is desired to be expressed, Ni can be contained. However, if the content exceeds 1.5%, the slab quality is deteriorated, so the content is preferably 1.5% or less. In addition, in order to acquire this effect reliably, it is preferable that the content shall be 0.1% or more.

Cr:1.0%以下
Crは、母材の強度を向上させる作用を有する。したがって、この効果を発現させたい場合には、Crを含有させることができる。しかし、1.0%を超えて含有させると、スラブ品質を劣化させるので、その含有量を1.0%以下とするのが好ましい。なお、この効果を確実に得るには、その含有量を0.1%以上とするのが好ましい。
Cr: 1.0% or less Cr has an effect of improving the strength of the base material. Therefore, when it is desired to express this effect, Cr can be contained. However, if the content exceeds 1.0%, the slab quality is deteriorated, so the content is preferably 1.0% or less. In addition, in order to acquire this effect reliably, it is preferable that the content shall be 0.1% or more.

Mo:1.0%以下
Moは、母材の強度を向上させる作用を有する。したがって、この効果を発現させたい場合には、Moを含有させることができる。しかし、1.0%を超えて含有させると、スラブ品質を劣化させるので、その含有量を1.0%以下とするのが好ましい。なお、この効果を確実に得るには、その含有量を0.1%以上とするのが好ましい。
Mo: 1.0% or less Mo has an effect of improving the strength of the base material. Therefore, when this effect is desired to be expressed, Mo can be contained. However, if the content exceeds 1.0%, the slab quality is deteriorated, so the content is preferably 1.0% or less. In addition, in order to acquire this effect reliably, it is preferable that the content shall be 0.1% or more.

Nb:0.1%以下
Nbは、母材の強度と靱性を向上させる作用を有する。したがって、この効果を発現させたい場合には、Nbを含有させることができる。しかし、0.1%を超えて含有させると、HAZ靱性に悪影響を及ぼすので、その含有量を0.1%以下とするのが好ましい。より好ましくは0.05%以下である。なお、この効果を確実に得るには、その含有量を0.005%以上とするのが好ましい。
Nb: 0.1% or less Nb has the effect of improving the strength and toughness of the base material. Therefore, Nb can be contained when it is desired to express this effect. However, if the content exceeds 0.1%, the HAZ toughness is adversely affected, so the content is preferably 0.1% or less. More preferably, it is 0.05% or less. In addition, in order to acquire this effect reliably, it is preferable that the content shall be 0.005% or more.

V:0.1%以下
Vは、母材の強度と靱性を向上させる作用を有する。したがって、この効果を発現させたい場合には、Vを含有させることができる。しかし、0.1%を超えて含有させると、HAZ靱性に悪影響を及ぼすので、その含有量を0.1%以下とするのが好ましい。より好ましくは0.05%以下である。なお、この効果を確実に得るには、その含有量を0.005%以上とするのが好ましい。
V: 0.1% or less V has an effect of improving the strength and toughness of the base material. Therefore, when this effect is desired to be expressed, V can be contained. However, if the content exceeds 0.1%, the HAZ toughness is adversely affected, so the content is preferably 0.1% or less. More preferably, it is 0.05% or less. In addition, in order to acquire this effect reliably, it is preferable that the content shall be 0.005% or more.

B:0.0020%以下
Bは、母材の強度を著しく向上させる作用を有する。したがって、この効果を発現させたい場合には、Bを含有させることができる。しかし、0.0020%を超えて含有させると、HAZでの過度な硬さ上昇を生じるとともに靱性を損なうので、その含有量を0.0020%以下とするのが好ましい。なお、この効果を確実に得るには、その含有量を0.0002%以上とするのが好ましい。
B: 0.0020% or less B has an effect of significantly improving the strength of the base material. Therefore, when this effect is to be expressed, B can be contained. However, if the content exceeds 0.0020%, an excessive increase in hardness occurs in the HAZ and the toughness is impaired. Therefore, the content is preferably 0.0020% or less. In addition, in order to acquire this effect reliably, it is preferable that the content shall be 0.0002% or more.

次に、本発明にかかる鋼材の製造方法について述べる。   Next, the manufacturing method of the steel material concerning this invention is described.

製鋼方法としては、実験室等の小規模において、雰囲気が調整できる高周波誘導炉等で製造する場合には、本発明で規定する化学成分となるよう、合金の配合量を調整することで鋼塊を得ることができる。その理由は、上記のような誘導炉による方法では、成分調整前の段階で、既に溶鋼はある程度脱酸された状態にあるためである。一方、より大規模量産が可能な転炉法あるいは電気炉法による製鋼プロセスでも、本発明鋼を製造可能であるが、以下のような点に配慮しなくてはならない。転炉または電気炉等の製鋼炉で、脱炭および温度調整された溶鋼は、製鋼炉にある溶滓の流出を抑制するようにして取鍋に収容されることが望ましい。製鋼炉での溶滓が多量に取鍋へ流出すると、次の取鍋精錬での溶鋼中酸素濃度が高位にバラツキが生じるためであり、その結果、本発明鋼の要件である固溶Tiおよび固溶Zrの制御が困難になるためである。取鍋精錬においては、溶鋼の脱酸作用のある元素であるSi、Mn、Ti、Zr、Alの添加順序については、より弱い脱酸作用のSi、Mn、Tiの濃度を調整した後Zrを添加し、さらに必要に応じてAlを添加することが適当である。また、Zr添加前にAlを添加する場合には、例えば酸素ガス吹精設備等溶鋼に酸素を添加できる方法で、Al濃度が0.01mass%以下程度に一旦減少させることが望ましい。なお本発明鋼では鋼中Mg濃度を抑制する必要があり、この鋼中Mg濃度を確実に減少させる効果を期待する意味でも、Zr添加前に上述の酸素ガス吹精装置等で少量の酸素を加える方法は有用である。これらの操作は、溶鋼酸素を制御して、種々の脱酸元素濃度の制御のみならず、固溶Tiおよび固溶Zrの制御に有効な操作である。   As a steelmaking method, in a small-scale laboratory or the like, when manufacturing in a high-frequency induction furnace or the like whose atmosphere can be adjusted, the steel ingot is adjusted by adjusting the alloying amount so as to be a chemical component specified in the present invention. Can be obtained. The reason is that in the method using the induction furnace as described above, the molten steel has already been deoxidized to some extent before the component adjustment. On the other hand, the steel of the present invention can also be produced by a steelmaking process by a converter method or an electric furnace method capable of larger-scale mass production, but the following points must be taken into consideration. It is desirable that molten steel that has been decarburized and temperature-adjusted in a steelmaking furnace such as a converter or an electric furnace is accommodated in a ladle so as to suppress outflow of hot metal in the steelmaking furnace. This is because when a large amount of hot metal in the steelmaking furnace flows out into the ladle, the oxygen concentration in the molten steel in the next ladle refining will vary to a high level, and as a result, the solid solution Ti and the requirements of the present invention steel and This is because it becomes difficult to control the solid solution Zr. In ladle refining, the order of addition of Si, Mn, Ti, Zr, and Al, which are deoxidizing elements of molten steel, is adjusted after adjusting the concentration of Si, Mn, and Ti, which are weaker deoxidizing actions. It is appropriate to add and further add Al if necessary. In addition, when Al is added before Zr addition, it is desirable to temporarily reduce the Al concentration to about 0.01 mass% or less by a method in which oxygen can be added to molten steel such as oxygen gas blowing equipment. In the steel of the present invention, it is necessary to suppress the Mg concentration in the steel, and in order to expect the effect of reliably reducing the Mg concentration in the steel, a small amount of oxygen is added by the above-described oxygen gas blowing device or the like before adding Zr. The method of adding is useful. These operations are effective operations not only for controlling various deoxidation element concentrations by controlling molten steel oxygen but also for controlling solute Ti and solute Zr.

そして、鋼材の製造方法としては、既存の圧延方法全般の適用が可能である。母材の強度靱性のバランスの観点からは、制御圧延・加速冷却方法の適用が好ましい。このとき、加速冷却の水冷停止温度の調整により母材の強度を調整してもよい。また、母材の強度をより高めたい場合には、より低温の水冷停止温度を採用すればよい。   And as a manufacturing method of steel materials, the existing rolling method in general can be applied. From the viewpoint of balance of strength and toughness of the base material, it is preferable to apply the controlled rolling / accelerated cooling method. At this time, the strength of the base material may be adjusted by adjusting the water cooling stop temperature for accelerated cooling. In addition, when it is desired to increase the strength of the base material, a lower water cooling stop temperature may be employed.

(実施例1)
表1に示す化学組成を有する23種類の鋼を、150kg容量の真空溶解炉を用いて溶製し、インゴットに鋳造した。ここでは、脱酸元素の影響のみを抽出するためにTi、ZrおよびMgを除いて、鋼板の目標成分は一定とした。
Example 1
Twenty-three kinds of steels having chemical compositions shown in Table 1 were melted using a 150 kg capacity vacuum melting furnace and cast into ingots. Here, in order to extract only the influence of the deoxidizing element, the target components of the steel sheet were constant except for Ti, Zr and Mg.

Figure 0005213517
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このインゴットから、鍛造および圧延により、25mm厚の鋼板を作製した。作製した鋼板は、900℃からの水焼入れと600℃での焼戻しを行った後、溶接試験に供した。また、固溶/非固溶のTiおよびZrの含有量は、次のような方法で求めた。すなわち、非固溶Ti、Zr含有量を求める場合には,10%アセチルアセトン-1%テトラメチルアンモニウムクロライド(TMAC)-メタノール電解液 (以下、10% AA)もしくは2%トリエタノールアミン-1%TMAC-メタノール電解液(以下、2%TEA)を用いた定電位電解抽出分離(電流密度10mA/cm、電位0〜-100mV vs SEC)を行い、0.2ミクロン孔のフィルターを用いて濾過した抽出残渣に含まれるTi、Zr含有量を非固溶Ti、Zr含有量とした。また、固溶Ti、Zr含有量は鋼中の全Ti、Zr含有量から前述の非固溶Ti、Zr含有量を差し引くことにより求めた。 A steel plate having a thickness of 25 mm was produced from this ingot by forging and rolling. The produced steel plate was subjected to water quenching from 900 ° C. and tempering at 600 ° C., and then subjected to a welding test. The contents of solid solution / non-solid solution Ti and Zr were determined by the following method. That is, when determining the content of insoluble Ti and Zr, 10% acetylacetone-1% tetramethylammonium chloride (TMAC) -methanol electrolyte (hereinafter 10% AA) or 2% triethanolamine-1% TMAC -Extraction residue after performing constant potential electrolytic extraction separation (current density 10mA / cm 2 , potential 0 to -100mV vs SEC) using methanol electrolyte (hereinafter referred to as 2% TEA) and filtering through a 0.2 micron pore filter The content of Ti and Zr contained in the composition was determined as the content of non-solid Ti and Zr. Moreover, solid solution Ti and Zr content were calculated | required by deducting the above-mentioned non-solid solution Ti and Zr content from the total Ti and Zr content in steel.

HAZの靭性を評価するために、片面1層のフラックスカッパーバッキング溶接を実施した。溶接には市販の低温用SAWワイヤ(神戸製鋼所製 US-255、AWS:A5.23 F8P5-EG-G)を用い、3電極で溶接入熱量は150KJ/cmとした。表フラックスにはPFI-50を使用し、そして裏フラックスにはPFI-50R(いずれも神戸製鋼所製)を使用した。   In order to evaluate the toughness of the HAZ, a single-sided flux copper backing welding was performed. A commercially available low-temperature SAW wire (US-255 manufactured by Kobe Steel, AWS: A5.23 F8P5-EG-G) was used for welding, and the welding heat input amount was 150 KJ / cm with three electrodes. PFI-50 was used for the front flux, and PFI-50R (both manufactured by Kobe Steel) was used for the back flux.

作製した溶接継ぎ手の表面2mmの位置からシャルピー試験片を採取した。ノッチ位置は溶接金属とHAZが1:1になる部分とした。試験は−30℃、−40℃および−50℃で各3本ずつ実施し、その平均値で靭性を評価した。   A Charpy test piece was collected from a position of 2 mm on the surface of the produced welded joint. The notch position was a portion where the weld metal and HAZ were 1: 1. The test was conducted at -30 ° C, -40 ° C, and -50 ° C, and the toughness was evaluated by the average value.

表2にシャルピー衝撃試験の結果を示す。   Table 2 shows the results of the Charpy impact test.

Figure 0005213517
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まず、Ti−Mgの複合添加と、Ti−Zrの複合添加によるHAZ靭性の改善効果の有無を調べた。なお、HAZ靭性の改善効果の基準は、−30℃、−40℃、−50℃におけるシャルピー衝撃値でそれぞれ90J以上、65J以上、40J以上とした。   First, the presence or absence of the HAZ toughness improving effect by the combined addition of Ti—Mg and the combined addition of Ti—Zr was examined. In addition, the reference | standard of the improvement effect of HAZ toughness was set to 90J or more, 65J or more, and 40J or more in the Charpy impact value in -30 degreeC, -40 degreeC, and -50 degreeC, respectively.

Ti−Mgを複合添加した鋼材は表1中No.1-4の供試鋼である。いずれもHAZ靭性の改善の基準値を満足しない。これよりTi−Mg複合添加では、HAZ靭性の向上が期待できず、Mgは極力排除すべきであることは明らかである。   The steel material to which Ti-Mg is added in combination is No. 1-4 test steel in Table 1. None of them satisfy the standard value for improving the HAZ toughness. From this, it is clear that the addition of Ti-Mg composite cannot be expected to improve the HAZ toughness, and Mg should be eliminated as much as possible.

Ti−Zrを複合添加した鋼材は表1中No.5-20の供試鋼である。これらの供試鋼から、Ti−Zrを複合添加した場合には、HAZ靭性の改善の効果が期待できることがわかるが、一部の供試鋼では、HAZ靭性の向上が得られなかった。No.7-9の供試鋼では、供試鋼中のトータルZrが多く、結果として、固溶Zrも多くなりHAZ靭性の向上が得られなかった。No.6および10の供試鋼は、トータルZrは本発明で規定する含有量を満足するが、固溶Zrが多くなり、試験を行った一部の温度または全部の温度において十分なHAZ靭性が得られなかった。さらに、No.17の供試鋼は、固溶Zrは本発明で規定する含有量を満足するが、トータルZrが少なくなり、HAZ靭性の向上が得られなかった。   The steel material to which Ti—Zr is added in combination is the test steel No. 5-20 in Table 1. From these test steels, it can be seen that when Ti—Zr is added in combination, an effect of improving the HAZ toughness can be expected, but some of the test steels did not improve the HAZ toughness. In the test steel No. 7-9, the total Zr in the test steel was large, and as a result, the solid solution Zr was also increased and the HAZ toughness was not improved. The test steels of Nos. 6 and 10 have a total Zr satisfying the content specified in the present invention, but the amount of solid solution Zr increases, and sufficient HAZ toughness is obtained at some or all temperatures tested. Was not obtained. Further, in the No. 17 test steel, the solute Zr satisfied the content specified in the present invention, but the total Zr was decreased, and the improvement of the HAZ toughness was not obtained.

Ti−Zr−Mgを複合添加した鋼材は表1中No.21-23の供試鋼である。これらの供試鋼から、上述のNo.1-4の供試鋼と同様にMgの含有量が多いとHAZ靭性の向上が期待できない。しかしながら、Mgを極力排除、具体的には0.001%以下とすれば、Mgが含有していたとしてもHAZ靭性の向上が期待できることが分かる。   The steel material to which Ti—Zr—Mg was added in combination is the test steel No. 21-23 in Table 1. From these test steels, the HAZ toughness cannot be improved if the Mg content is large as in the case of No. 1-4 test steel described above. However, it can be seen that if Mg is excluded as much as possible, specifically 0.001% or less, improvement in HAZ toughness can be expected even if Mg is contained.

以上、各供試鋼についてのHAZ靭性について調査をした。しかしながら、大入熱溶接が可能でも母材としての特性を有していなければ、構造材としては使用できない。そこで、特に、No.13-17の供試材については母材の特性調査を行った。
表3にNo.13-17の供試材についての母材の特性を示す。表3に示すようにいずれの鋼板も500PMa以上の引張強さおよび高い伸びを有することが分かる。
As described above, the HAZ toughness of each test steel was investigated. However, even if high heat input welding is possible, it cannot be used as a structural material unless it has the characteristics as a base material. Therefore, in particular, the characteristics of the base metal were investigated for No. 13-17.
Table 3 shows the characteristics of the base material for the specimen No. 13-17. As shown in Table 3, it can be seen that all the steel plates have a tensile strength of 500 PMa or more and a high elongation.

Figure 0005213517
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(実施例2)
天然ガス配管などに用いられる大径鋼管は、内外面から各1層ずつのサブマージアーク溶接によりシーム溶接が実施される。このため、鋼管母材の肉厚増加に伴って溶接入熱量が増大し、HAZの靭性低下が課題となる場合が多い。また、大径鋼管の強度グレードはアメリカ石油協会(API)等によりX120グレードまで規格化が進められている。X120グレードは、降伏強さが830MPa以上の高強度材料であり、多量の合金元素が添加されることも相まってHAZ靭性の確保が極めて困難である。
(Example 2)
Large diameter steel pipes used for natural gas pipes and the like are subjected to seam welding by submerged arc welding of one layer each from the inner and outer surfaces. For this reason, the amount of welding heat input increases with the increase in the thickness of the steel pipe base material, and a reduction in the toughness of the HAZ often becomes a problem. The strength grade of large diameter steel pipes is being standardized to X120 grade by the American Petroleum Institute (API). The X120 grade is a high-strength material having a yield strength of 830 MPa or more, and it is extremely difficult to ensure HAZ toughness due to the addition of a large amount of alloy elements.

実施例2では、高強度鋼管への本願発明に係る鋼材の適用可否につき、確認を行った。   In Example 2, the applicability of the steel material according to the present invention to a high-strength steel pipe was confirmed.

適用可否判断のため、X80(降伏強さ553MPa以上)、X100(降伏強さ690MPa以上)、X120(降伏強さ830MPa以上)を狙いとした本願発明鋼を作製し、その強度を測定するとともに、シーム溶接を模擬した4電極サブマージアーク溶接を片側から1層行い、溶接を実施した側の表面2mmから溶接金属とHAZが1:1になるようにノッチ位置を決め、シャルピー試験を実施した。   For the determination of applicability, the present invention steel aimed at X80 (yield strength 553 MPa or more), X100 (yield strength 690 MPa or more), X120 (yield strength 830 MPa or more) was produced, and its strength was measured. Four-electrode submerged arc welding simulating seam welding was performed from one side, and a notch position was determined from the surface 2 mm on the side where welding was performed so that the weld metal and HAZ were 1: 1, and a Charpy test was performed.

いずれの鋼材も実施例1と同じく、150kg容量の真空溶解炉で溶解を行い、インゴットに鋳造した後に鍛造により鋼塊とした。母材の板厚は、X80の32mm厚を基本にして、鋼管とした場合に同等の強度の鋼管となるようにX100およびX120の肉厚を決定した。溶接入熱量は作製した鋼板にあわせて変化させた。   As in Example 1, all steel materials were melted in a 150 kg capacity vacuum melting furnace, cast into an ingot, and then forged into steel ingots. As for the thickness of the base material, the thickness of X100 and X120 was determined so as to obtain a steel pipe having the same strength when used as a steel pipe, based on a thickness of X80 of 32 mm. The amount of welding heat input was changed according to the produced steel plate.

表4に鋼材の化学成分を示す。表5にスラブ製造後の圧延条件、母材鋼板の板厚、母材の強度および溶接時の溶接入熱量を示す。表6にシャルピー衝撃試験の結果を示す。   Table 4 shows the chemical composition of the steel material. Table 5 shows the rolling conditions after manufacturing the slab, the thickness of the base steel sheet, the strength of the base metal, and the welding heat input during welding. Table 6 shows the results of the Charpy impact test.

Figure 0005213517
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No.31-33の供試鋼はそれぞれX80、X100およびX120を満足する母材強度を有すると同時に、−50℃まで十分なHAZ靭性を示した。実施例2により、本願発明の鋼材が高強度の配管用母材としても適用可能なことが明らかとなった。   The test steels of No. 31-33 each had a base metal strength satisfying X80, X100, and X120, and at the same time sufficient HAZ toughness up to -50 ° C. By Example 2, it became clear that the steel material of the present invention can be applied as a high-strength pipe base material.

(実施例3)
ボックス柱などの製造ではエレクトロスラグ溶接が適用される場合がある。この場合には、実施例1で評価に用いたフラックスカッパーバッキング溶接に比べて、更に溶接入熱量が大きな溶接となる。その一方で、ボックス柱は建築用途に用いられるものであるために必要な靭性は0℃という比較的高温の条件で実施される。
(Example 3)
Electroslag welding may be applied in the manufacture of box columns and the like. In this case, compared with the flux copper backing welding used for evaluation in Example 1, the welding heat input is larger. On the other hand, the toughness required for the box column is used for building applications, and the required toughness is carried out at a relatively high temperature of 0 ° C.

実施例3では、ボックス柱などへの本願発明に係る鋼材の適用可否につき、確認を行った。   In Example 3, confirmation was made as to whether or not the steel material according to the present invention was applicable to a box column or the like.

いずれの鋼材も実施例1と同じく、150kg容量の真空溶解炉で溶解を行い、インゴットに鋳造した後に鍛造により鋼塊とした。そして、鋳造及び圧延により25mm厚の鋼板を作製した。作製した鋼板は90℃からの水焼入れおよび600℃での焼戻しを行い、ボックス柱でのエレクトロスラグ溶接を模擬した溶接試験に供した。溶接時の溶接入熱量は468J/cmであり、その他シャルピー試験の試験片などの条件は実施例1と同じである。   As in Example 1, all steel materials were melted in a 150 kg capacity vacuum melting furnace, cast into an ingot, and then forged into steel ingots. And the steel plate of 25 mm thickness was produced by casting and rolling. The produced steel sheet was subjected to water quenching from 90 ° C. and tempering at 600 ° C., and subjected to a welding test simulating electroslag welding on a box column. The amount of heat input during welding is 468 J / cm, and other conditions such as the specimen of the Charpy test are the same as those in Example 1.

表7に鋼材の化学成分を示す。表8に母材の強度を示す。表9にシャルピー衝撃試験の結果を示す。   Table 7 shows the chemical composition of the steel material. Table 8 shows the strength of the base material. Table 9 shows the results of the Charpy impact test.

Figure 0005213517
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No.41の供試鋼は、CuやNi等の合金元素を含まないものであり、強度確保のため炭素量を0.15%まで増加させたものである。また、No.42の供試材はCuなどの合金元素を高めて強度を高めた鋼材である。いずれの場合も十分なHAZ靭性を示し、実施例3により、本願発明の鋼材がボックス柱などの建築用鋼材としても適用可能なことが明らかとなった。   The test steel No. 41 does not contain alloy elements such as Cu and Ni, and has a carbon content increased to 0.15% to ensure strength. In addition, the test material No. 42 is a steel material whose strength is increased by increasing alloy elements such as Cu. In any case, sufficient HAZ toughness was exhibited, and it was revealed from Example 3 that the steel material of the present invention can be applied as a steel material for buildings such as box columns.

本発明の鋼材は溶接熱影響部靭性に優れており、大入熱量の溶接を実施しても、良好なHAZ靱性を有する鋼を安定して提供することができる。   The steel material of the present invention has excellent weld heat affected zone toughness, and can stably provide steel having good HAZ toughness even when welding with a large heat input is performed.

Claims (5)

質量%で、C:0.03〜0.20%、Si:0.01〜0.3%、Mn:0.5〜2.5%、P:0.02%以下、S:0.01%以下、Ti:0.005〜0.025%、Zr:0.001〜0.020%、N:0.01%以下、O(酸素):0.001〜0.010%、Mg:0.001%以下を含有し、残部がFeおよび不純物からなり、Tiのうち0.00360.0201%が固溶Tiとして、そして0.0002〜0.005%が非固溶Tiとして存在し、Zrのうち0.005%以下が固溶Zrとして、そして0.001%以上が非固溶Zrとして存在することを特徴とする溶接熱影響部靭性に優れた鋼材。 In mass%, C: 0.03 to 0.20%, Si: 0.01 to 0.3%, Mn: 0.5 to 2.5%, P: 0.02% or less, S: 0.01 %: Ti: 0.005-0.025%, Zr: 0.001-0.020%, N: 0.01% or less, O (oxygen): 0.001-0.010%, Mg: 0 0.0001% or less, the balance being Fe and impurities, 0.0036 to 0.0201% of Ti is present as solute Ti, and 0.0002 to 0.005% is present as non-solid solute Ti A steel material excellent in weld heat-affected zone toughness, characterized in that 0.005% or less of Zr is present as solid solution Zr and 0.001% or more is present as non-solution Zr . 質量%で、さらに、Al:0.040%以下を含有し、非固溶AlとO(酸素)の質量比Al/Oが1.0以下であることを特徴とする請求項1に記載の溶接熱影響部靭性に優れた鋼材。   The mass ratio of Al / O is 0.040% or less, and the mass ratio Al / O of non-solid Al and O (oxygen) is 1.0 or less. Steel with excellent weld heat affected zone toughness. 質量%で、さらに、Cu:1.0%以下、Ni:1.5%以下、Cr:1.0%以下およびMo:1.0%以下のうちの1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の溶接熱影響部靭性に優れた鋼材。   Further, by mass%, Cu: 1.0% or less, Ni: 1.5% or less, Cr: 1.0% or less, and Mo: 1.0% or less The steel material excellent in weld heat affected zone toughness according to claim 1 or 2. 質量%で、さらに、Nb:0.1%以下およびV:0.1%以下のうちの1種または2種を含有することを特徴とする請求項1から3までいずれかに記載の溶接熱影響部靭性に優れた鋼材。 In mass%, further, Nb: 0.1% or less and V: Welding of any one of which contains one or two of 0.1% or less from the claim 1, wherein up to 3 Steel material with excellent heat-affected zone toughness. 質量%で、さらに、B:0.0020%以下を含有することを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれかに記載の溶接熱影響部靭性に優れた鋼材。
The steel material excellent in welding heat-affected zone toughness according to any one of claims 1 to 4, further comprising B: 0.0020% or less in terms of mass%.
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