JP5283998B2 - Steel with excellent toughness in weld heat affected zone - Google Patents

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Description

本発明は、橋梁や高層建造物、船舶などに使用される鋼材を溶接するにあたり、熱影響を受ける部位（以下、「溶接熱影響部」または「ＨＡＺ」ということがある）での靭性を改善した鋼材に関するものである。   The present invention improves the toughness at the part affected by heat (hereinafter, sometimes referred to as “welding heat affected zone” or “HAZ”) when welding steel materials used in bridges, high-rise buildings, ships, etc. It is related to the steel material.

橋梁や高層建造物、船舶などに使用される鋼材に要求される特性は、近年益々厳しくなっており、とりわけ良好な靭性が求められている。これらの鋼材は、一般的に溶接にて接合されることが多いが、特にＨＡＺは溶接時に熱影響を受けて靭性が劣化しやすいという問題がある。この靭性劣化は溶接時の入熱量が大きくなるほど顕著に現れ、その原因は溶接時の入熱量が大きくなるとＨＡＺの冷却速度が遅くなり、焼入性が低下して粗大な島状マルテンサイトを生成することにあると考えられている。従ってＨＡＺの靭性を改善するには、溶接時の入熱量を極力抑えればよい。その一方で、溶接作業効率を高めるうえでは、例えばエレクトロガスアーク溶接法やフラックス−銅バッキング溶接法などの大入熱溶接法の採用が望まれる。   The properties required for steel materials used in bridges, high-rise buildings, ships and the like have become increasingly severe in recent years, and particularly good toughness is required. In general, these steel materials are often joined by welding. In particular, HAZ has a problem that the toughness is easily deteriorated due to thermal influence during welding. This toughness deterioration becomes more prominent as the heat input during welding increases, and the cause is that the larger the heat input during welding, the slower the cooling rate of the HAZ, and the lower the hardenability and the generation of coarse island martensite. It is thought that there is to do. Therefore, in order to improve the toughness of the HAZ, the heat input during welding should be suppressed as much as possible. On the other hand, in order to increase the welding work efficiency, it is desired to employ a high heat input welding method such as an electrogas arc welding method or a flux-copper backing welding method.

そこで、大入熱溶接法を採用した場合でもＨＡＺ靭性の劣化を抑制する鋼材が既に提案されている。例えば特許文献１には、低Ｃ化、低Ｓｉ化および低Ｎ化をすることによって、島状マルテンサイトの面積率を低減してＨＡＺの靭性を良好にした鋼材が提案されている。また、この技術では、ＴｉやＺｒの窒化物を形成させることによって、オーステナイト粒（γ粒）の粗大化を抑制すると共に、窒化物粒子がγ粒内からのフェライト変態核として働くことにより、ＨＡＺ組織を微細化する効果も発揮することも示されている。更に、この技術では、Ｃａ，ＲＥＭ（希土類元素），Ｍｇを含む微細酸化物や硫化物が鋼中に分散することによって、γ粒の微細化が図れると共に、強度確保が可能となって、ＨＡＺの靭性を向上させ得ることが示されている。   Therefore, steel materials that suppress the deterioration of the HAZ toughness even when the high heat input welding method is employed have already been proposed. For example, Patent Document 1 proposes a steel material in which the area ratio of island martensite is reduced and the toughness of HAZ is improved by reducing C, Si and N. In this technique, the formation of nitrides of Ti and Zr suppresses the coarsening of austenite grains (γ grains), and the nitride grains function as ferrite transformation nuclei from the inside of the γ grains. It has also been shown to exert the effect of refining the tissue. Furthermore, in this technique, fine oxides and sulfides containing Ca, REM (rare earth elements) and Mg are dispersed in the steel, so that γ grains can be refined and strength can be ensured. It has been shown that toughness can be improved.

しかしながら、本発明者らが検討したところ、溶接金属が１４００℃以上の高温になると、ＨＡＺのうち特に溶接金属に近接した部位（以下、「ボンド部」ということがある）において溶接時に受ける熱によって上記ＴｉＮが固溶消失してしまい、靭性劣化を抑えることができないことが分かった。   However, as a result of the study by the present inventors, when the weld metal reaches a high temperature of 1400 ° C. or higher, the heat received during welding at a portion of the HAZ that is particularly close to the weld metal (hereinafter sometimes referred to as “bond portion”). It turned out that the said TiN lose | dissolves in a solid solution and toughness deterioration cannot be suppressed.

一方、特許文献２には、ＣａやＭｇを含む酸化物や、Ｃａ，Ｃｕ，Ｍｇ等を含む硫化物（若しくは複合硫化物）を形成させることによって、ＨＡＺの靭性向上を図る技術が開示されている。また、複合酸化物を鋼中に形成することによって、ＨＡＺの靭性を良好にするという観点から、ＲＥＭの酸化物および／またはＣａＯと、ＺｒＯを含有する複合酸化物を形成させることによって、ＨＡＺの靭性を改善した技術についても提案されている（例えば、特許文献３〜５）。   On the other hand, Patent Document 2 discloses a technique for improving the toughness of HAZ by forming an oxide containing Ca or Mg, or a sulfide (or composite sulfide) containing Ca, Cu, Mg or the like. Yes. Moreover, from the viewpoint of improving the toughness of HAZ by forming a composite oxide in steel, by forming a composite oxide containing ZrO and REM oxide and / or CaO, the HAZ Techniques with improved toughness have also been proposed (for example, Patent Documents 3 to 5).

これまで提案されてきた技術を検討すると、複合酸化物を鋼中に分散させることがＨＡＺの靭性を改善する上で極めて有用であると判断できる。特に、複合酸化物を鋼材中に分散させたものでは、溶接時には熱影響を受けても固溶消失しないため、ＨＡＺの靭性を向上させ得ることができるものと考えられた。しかしながら、大入熱溶接を行った場合に、ＨＡＺの靭性を更に向上させ得る鋼材の実現が望まれているのも事実である。
特開２００２−１９４４９０号公報 特開２００４−１６９０４８号公報 特開２００７−１００２１３号公報 特開２００７−２４７００４号公報 特開２００７−２４７００５号公報 Examining the techniques that have been proposed so far, it can be determined that dispersing complex oxides in steel is extremely useful in improving the toughness of HAZ. In particular, in the case where the composite oxide is dispersed in the steel material, it is considered that the toughness of the HAZ can be improved because the solid solution does not disappear even if it is affected by heat during welding. However, it is also true that it is desired to realize a steel material that can further improve the toughness of the HAZ when high heat input welding is performed.
JP 2002-194490 A JP 2004-169048 A Japanese Patent Laid-Open No. 2007-1001000 JP 2007-247004 A JP 2007-247005 A

本発明はこうした状況の下でなされたものであって、その目的は、化学成分組成を適切に調整することによって、鋼材組織中に適切な複合酸化物を分散させると共に、溶接時に受ける熱によっても消失しないＴｉＮを分散させることによって、ＨＡＺ（溶接熱影響部）の靭性が極めて優れた鋼材を提供することにある。   The present invention has been made under such circumstances. The purpose of the present invention is to disperse an appropriate composite oxide in a steel structure by appropriately adjusting the chemical composition, and also to receive heat during welding. Dispersing TiN that does not disappear is to provide a steel material with extremely excellent HAZ (welding heat affected zone) toughness.

上記課題を解決することのできた本発明に係る鋼材とは、Ｃ：０．０２〜０．１０％（「質量％」の意味。以下同じ）、Ｓｉ：０．５％以下（０％を含まない）、Ｍｎ：１．０〜２．０％、Ｐ：０．０３％以下（０％を含まない）、Ｓ：０．０２％以下（０％を含まない）、Ａｌ：０．０５％以下（０％を含まない）、Ｔｉ：０．００５〜０．１０％、ＲＥＭ：０．００１〜０．００７％、Ｚｒ：０．００１〜０．０５０％、Ｎ：０．００２〜０．０１０％、Ｃａ：０．００１〜０．０１０％、およびＯ：０．００１０〜０．０１５％を夫々含有すると共に、下記（１）式で規定されるＡ値が５００〜６０００の範囲にある点に要旨を有するものである。
Ａ値＝［Ｃａ］×［Ｎ］×１０8 …（１）
但し、［Ｃａ］および［Ｎ］は、夫々ＣａおよびＮの含有量（質量％）を示す。 The steel material according to the present invention that has solved the above problems is C: 0.02 to 0.10% (meaning “mass%”; the same applies hereinafter), Si: 0.5% or less (including 0%) No), Mn: 1.0 to 2.0%, P: 0.03% or less (not including 0%), S: 0.02% or less (not including 0%), Al: 0.05% The following (excluding 0%), Ti: 0.005-0.10%, REM: 0.001-0.007%, Zr: 0.001-0.050%, N: 0.002-0. In addition to containing 010%, Ca: 0.001 to 0.010%, and O: 0.0010 to 0.015%, the A value defined by the following formula (1) is in the range of 500 to 6000. It has a gist in terms.
A value = [Ca] × [N] × 10 8 (1)
However, [Ca] and [N] indicate the contents (mass%) of Ca and N, respectively.

本発明の鋼材には、更に他の元素として、Ｎｉ：１．５０％以下（０％を含まない）、Ｃｕ：１．５０％以下（０％を含まない）、Ｃｒ：１．５％以下（０％を含まない）、Ｍｏ：１．５％以下（０％を含まない）、Ｎｂ：０．２５％以下（０％を含まない）、Ｖ：０．１０％以下（０％を含まない）およびＢ：０．００５％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる１種以上の元素を含むものが好ましく、こうした元素を含有することで母材の強度を高めることができる。尚、前記鋼材の残部は、鉄および不可避的不純物であってもよい。   In the steel material of the present invention, Ni: 1.50% or less (not including 0%), Cu: 1.50% or less (not including 0%), Cr: 1.5% or less as other elements (Excluding 0%), Mo: 1.5% or less (not including 0%), Nb: 0.25% or less (not including 0%), V: 0.10% or less (including 0%) And B: 0.005% or less (not including 0%) is preferable, and one containing one or more elements selected from the group consisting of 0.005% or less (not including 0%) is preferable. By including these elements, the strength of the base material can be increased. . The balance of the steel material may be iron and unavoidable impurities.

本発明によれば、ＣａとＮの含有量のバランスを保ちつつ、鋼材の化学成分組成を適切に調整することによって、鋼材組織中に適切な複合酸化物を分散させると共に、溶接時に受ける熱によっても消失しない様なＴｉＮを分散させることによって、ＨＡＺ（溶接熱影響部）の靭性が極めて優れた鋼材が実現でき、こうした鋼材では溶接する際に、小〜中入熱溶接に限らず、大入熱溶接においても溶接熱影響部（ＨＡＺ）の靭性劣化を防止できるものとなる。   According to the present invention, by appropriately adjusting the chemical component composition of the steel material while maintaining the balance of the contents of Ca and N, the appropriate complex oxide is dispersed in the steel material structure, and by the heat received during welding. By dispersing TiN that does not disappear, it is possible to realize a steel material with extremely excellent HAZ (welding heat affected zone) toughness. When welding such steel materials, not only small to medium heat input welding, Even in heat welding, it is possible to prevent toughness deterioration of the weld heat affected zone (HAZ).

本発明者らは、溶接熱影響部の靭性を更に高めた鋼材の実現を目指して検討を重ねてきた。その結果、鋼材組織中に分散させる複合酸化物として、ＲＥＭ、ＺｒおよびＴｉを含有する複合酸化物の形態とすると共に、溶接時に受ける熱によっても消失しない様なＴｉＮを分散させるような化学成分組成に調整すれば、溶接熱影響部の靭性が一層向上することを見出し、本発明を完成した。   The inventors of the present invention have repeatedly studied for the realization of a steel material with further improved toughness of the weld heat affected zone. As a result, as a composite oxide to be dispersed in the steel structure, it is in the form of a composite oxide containing REM, Zr and Ti, and a chemical composition that disperses TiN that does not disappear even by heat received during welding. As a result, it was found that the toughness of the weld heat affected zone was further improved, and the present invention was completed.

ＲＥＭ、ＺｒおよびＴｉを含有する複合酸化物（以下、「Ｔｉ／ＲＥＭ／Ｚｒ複合酸化物」と記すことがある）では、これまで提案されている複合酸化物よりも更にγ粒へのピン止め効果を有効に発揮して、γ粒の粗大化を抑制するものとなる。そして本発明の鋼材では、こうした複合酸化物による効果を発揮させると同時に、窒化物粒子(ＴｉＮ)を鋼中に分散させてγ粒内からのフェライト変態核として効果的に働くことによって（即ち、粒内変態能を高めることによって）、ＨＡＺ靭性をより優れたものとしたのである。   In the composite oxide containing REM, Zr and Ti (hereinafter sometimes referred to as “Ti / REM / Zr composite oxide”), pinning to γ grains is further performed than the composite oxides proposed so far. The effect is effectively exhibited and the coarsening of γ grains is suppressed. And in the steel material of this invention, simultaneously with exhibiting the effect by such a complex oxide, the nitride particles (TiN) are dispersed in the steel to effectively work as ferrite transformation nuclei from within the γ grains (that is, By improving the intragranular transformation ability), the HAZ toughness was made more excellent.

ところで、ＴｉＮについては、通常の鋼材の成分調整の下では、１４００℃レベルの高温に達すれば、鋼材中に固溶消失してしまうことが知られている（前記特許文献１）。このようにＴｉＮが鋼材中に固溶消失した場合には、上記のような複合酸化物を分散させただけのものとなり、ＨＡＺ靭性の改善効果には限界があり、希望するほどのＨＡＺ靭性が発揮できない。こうした傾向は、低Ｎの場合に顕著なものとなる。   By the way, with regard to TiN, it is known that solid solution disappears in the steel material when it reaches a high temperature of 1400 ° C. under the normal adjustment of the components of the steel material (Patent Document 1). In this way, when TiN disappears from the solid solution in the steel material, the composite oxide as described above is merely dispersed, and there is a limit to the effect of improving the HAZ toughness. I can't show it. Such a tendency becomes remarkable in the case of low N.

そこで本発明者らは、１４００℃レベルの高温に達しても鋼材中に固溶消失してしまうことがないような状況について検討した。その結果、Ｎ含有量に応じた適切な量のＣａを含有させれば、大入熱溶接での高温においても上記複合酸化物とＴｉＮの共存状態が保たれ、高いレベルでのＨＡＺ靭性が確保できたのである。即ち、下記（１）式で規定されるＡ値が５００〜６０００の範囲となるように、Ｎ含有量とＣａ含有量をバランス良く含有させれば、大入熱溶接での高温においても上記複合酸化物とＴｉＮの共存状態が保たれたのである。
Ａ値＝［Ｃａ］×［Ｎ］×１０8 …（１）
但し、［Ｃａ］および［Ｎ］は、夫々ＣａおよびＮの含有量（質量％）を示す。 Therefore, the present inventors examined a situation in which the solid solution does not disappear in the steel material even when reaching a high temperature of 1400 ° C. As a result, if an appropriate amount of Ca according to the N content is included, the composite oxide and TiN coexistence is maintained even at high temperatures in high heat input welding, and high level HAZ toughness is ensured. It was done. That is, if the N content and the Ca content are contained in a well-balanced manner so that the A value defined by the following formula (1) is in the range of 500 to 6000, the above composite can be obtained even at high temperatures in high heat input welding. The coexistence state of the oxide and TiN was maintained.
A value = [Ca] × [N] × 10 8 (1)
However, [Ca] and [N] indicate the contents (mass%) of Ca and N, respectively.

上記（１）式で規定されるＡ値が５００以上となったとき、大入熱溶接での高温においてもＴｉＮが消失しにくくなり、粒内変態能を高める効果が発揮されて、ＨＡＺ靭性向上効果が維持できるものとなる。但し、上記Ａ値が６０００を超えて過剰になると、ＴｉＮ，ＣａＯ，ＣａＳ等の粗大介在物が生成し、ＨＡＺ靭性が却って劣化することになる。上記Ａ値の好ましい下限は２０００である。   When the A value defined by the above formula (1) is 500 or more, TiN hardly disappears even at high temperatures in high heat input welding, and the effect of enhancing intragranular transformation ability is exhibited, improving HAZ toughness. The effect can be maintained. However, when the A value exceeds 6000 and becomes excessive, coarse inclusions such as TiN, CaO, and CaS are generated, and the HAZ toughness is deteriorated. A preferable lower limit of the A value is 2000.

上記（１）式で規定されるＡ値を所定の範囲に制御することによって、大入熱溶接での高温においてもＴｉＮが消失しにくくなる理由については、おそらくＭｎＳよりもＴｉＮとの整合性の強いＣａＳが生成することによるものと考えられる。   The reason why TiN is less likely to disappear even at high temperatures in high heat input welding by controlling the A value defined by the above formula (1) within a predetermined range is probably that of consistency with TiN rather than MnS. It is considered that strong CaS is generated.

本発明の鋼材は、前記のようなＴｉ／ＲＥＭ／Ｚｒ複合酸化物を含むものであるが、こうした酸化物は、Ｔｉ、ＲＥＭおよびＺｒの含有量を適切に調整することによって形成されることになる。そしてこうした複合酸化物は、溶接時に熱影響を受けて１４００℃レベルの高温になっても固溶消失しないため、溶接時のＨＡＺにおいてオーステナイト粒の粗大化を防止することができ、その結果としてＨＡＺの靭性劣化を防止できる。   The steel material of the present invention contains the Ti / REM / Zr composite oxide as described above, and such an oxide is formed by appropriately adjusting the contents of Ti, REM and Zr. Such composite oxides are affected by heat during welding and do not lose their solid solution even at a high temperature of 1400 ° C. Therefore, it is possible to prevent coarsening of austenite grains in the HAZ during welding. As a result, HAZ Toughness degradation can be prevented.

本発明の鋼材において、上記のような複合酸化物が形成されているは、鋼材の断面を例えばＥＰＭＡ（Electron Probe X-ray Micro Analyzer；電子線マイクロプローブＸ線分析計）で観察し、観察視野内に認められる介在物を定量分析することよって確認できる。   In the steel material of the present invention, the composite oxide as described above is formed by observing the cross section of the steel material with, for example, an EPMA (Electron Probe X-ray Micro Analyzer) and observing field of view. It can be confirmed by quantitative analysis of the inclusions found in the inside.

次に、本発明の鋼材における化学成分組成について説明する。本発明の鋼材は、上記のようなＴｉ／ＲＥＭ／Ｚｒ複合酸化物、およびＴｉＮを分散させるために、これらを構成する元素（Ｔｉ，ＲＥＭ，Ｚｒ，Ｎ）と共に、Ｃａの含有量を適切に調整する必要があるが、これら含有量と共に鋼材の基本成分（Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓ，Ａｌ，Ｏ）の範囲を定めた理由は以下の通りである。   Next, the chemical component composition in the steel material of the present invention will be described. In order to disperse the Ti / REM / Zr composite oxide and TiN as described above, the steel material of the present invention appropriately contains the Ca content together with the elements (Ti, REM, Zr, N) constituting them. Although it is necessary to adjust, the reason for defining the ranges of the basic components (C, Si, Mn, P, S, Al, O) of the steel material together with these contents is as follows.

［Ｃ：０．０２〜０．１０％］
Ｃは、鋼材（母材）の強度を確保するために欠くことのできない元素であり、こうした効果を発揮させるには、０．０２％以上含有させる必要がある。しかしながらＣ含有量が０．１０％を超えると、溶接時にＨＡＺに島状マルテンサイトを多く生成してＨＡＺの靭性劣化を招くばかりでなく、溶接性にも悪影響を及ぼす。従って、Ｃ含有量は０．１０％以下に抑える必要がある。 [C: 0.02-0.10%]
C is an element indispensable for securing the strength of the steel material (base material), and in order to exert such effects, it is necessary to contain 0.02% or more. However, if the C content exceeds 0.10%, a lot of island martensite is generated in the HAZ at the time of welding, leading to deterioration of the toughness of the HAZ, and also adversely affecting the weldability. Therefore, the C content needs to be suppressed to 0.10% or less.

［Ｓｉ：０．５％以下（０％を含まない）］
Ｓｉは、脱酸作用を有すると共に鋼材（母材）の強度向上に寄与する元素である。こうした効果を有効に発揮させるには、０．０２％以上含有させることが好ましく、より好ましくは０．０５％以上、更に好ましくは０．１％以上含有させるのがよい。しかしながらＳｉ含有量が０．５％を超えると、鋼材（母材）の溶接性や母材靭性が劣化するため、０．５％以下に抑える必要がある。好ましくは０．４５％以下であり、より好ましくは０．４％以下に抑える。尚、ＨＡＺに高靭性が求められる場合には、Ｓｉは０．３％以下に抑えるのがよい。より好ましくは０．０５％以下であり、更に好ましくは０．０１％以下である。但し、このようにＳｉ含有量を抑えるとＨＡＺの靭性は向上するが、強度は低下する傾向がある。 [Si: 0.5% or less (excluding 0%)]
Si is an element that has a deoxidizing action and contributes to improving the strength of the steel (base material). In order to exhibit such an effect effectively, it is preferable to contain 0.02% or more, more preferably 0.05% or more, and still more preferably 0.1% or more. However, if the Si content exceeds 0.5%, the weldability and base material toughness of the steel (base material) deteriorate, so it is necessary to keep it to 0.5% or less. Preferably it is 0.45% or less, More preferably, it restrains to 0.4% or less. In addition, when high toughness is required for HAZ, Si should be suppressed to 0.3% or less. More preferably, it is 0.05% or less, More preferably, it is 0.01% or less. However, when the Si content is suppressed in this way, the toughness of the HAZ is improved, but the strength tends to decrease.

［Ｍｎ：１．０〜２．０％］
Ｍｎは、鋼材（母材）の強度向上に寄与する元素であり、こうした効果を有効に発揮させるには、１．０％以上含有させる必要がある。好ましくは１．３％以上含有させるのが良い。しかしながらＭｎ含有量が過剰になると、鋼材（母材）の溶接性を劣化させるため、２．０％以下に抑える必要がある。好ましくは１．７％以下である。 [Mn: 1.0 to 2.0%]
Mn is an element that contributes to improving the strength of the steel material (base material), and in order to exhibit such an effect effectively, it is necessary to contain 1.0% or more. Preferably it is 1.3% or more. However, if the Mn content is excessive, the weldability of the steel material (base material) is deteriorated, so it is necessary to keep it to 2.0% or less. Preferably it is 1.7% or less.

［Ｐ：０．０３％以下（０％を含まない）］
Ｐは、偏析し易い元素であり、特に鋼材中の結晶粒界に偏析して靭性を劣化させる。従って、Ｐは０．０３％以下に抑制する必要があり、好ましくは０．０２％以下、より好まくは０．０１５％以下とする。 [P: 0.03% or less (excluding 0%)]
P is an element that easily segregates, and particularly segregates at a grain boundary in the steel material to deteriorate toughness. Therefore, P must be suppressed to 0.03% or less, preferably 0.02% or less, and more preferably 0.015% or less.

［Ｓ：０．０２％以下（０％を含まない）］
Ｓは、Ｍｎと結合して硫化物（ＭｎＳ）を生成し、母材の靭性や板厚方向の延性を劣化させる有害な元素である。またＳは、ＬａやＣｅと結合してＬａＳやＣｅＳを生成し、酸化物の生成を阻害する。従ってＳは０．０２％以下に抑えるべきであり、好ましくは０．０１５％以下、より好ましくは０．００８％以下、特に０．００６％以下とする。 [S: 0.02% or less (excluding 0%)]
S is a harmful element that combines with Mn to produce sulfide (MnS) and degrades the toughness of the base material and the ductility in the thickness direction. S combines with La and Ce to form LaS and CeS and inhibits the formation of oxides. Therefore, S should be suppressed to 0.02% or less, preferably 0.015% or less, more preferably 0.008% or less, and particularly 0.006% or less.

［Ａｌ：０．０５％以下（０％を含まない）］
Ａｌは、脱酸力の強い元素であり、過剰に添加すると酸化物を還元して所望の酸化物を生成し難くなる。従ってＡｌは０．０５％以下に抑える必要があり、好ましくは０．０３％以下、より好ましくは０．０１％以下とする。 [Al: 0.05% or less (excluding 0%)]
Al is an element having a strong deoxidizing power, and when added in excess, the oxide is reduced and it becomes difficult to produce a desired oxide. Therefore, Al needs to be suppressed to 0.05% or less, preferably 0.03% or less, more preferably 0.01% or less.

［Ｔｉ：０．００５〜０．１０％］
Ｔｉは、鋼材中にＴｉＮなどの窒化物やＴｉ／ＲＥＭ／Ｚｒ複合酸化物を生成してＨＡＺの靭性向上に寄与する元素である。こうした効果を有効に発揮させるには、Ｔｉは０．００５％以上含有させる必要があり、好ましくは０．００７％以上、より好ましくは０．０１％以上とする。しかし過剰に添加すると鋼材（母材）の靭性を劣化させるため、０．１０％以下に抑えるべきである。好ましくは０．０７％以下であり、より好ましくは０．０６％以下とする。 [Ti: 0.005 to 0.10%]
Ti is an element that contributes to improving the toughness of HAZ by generating a nitride such as TiN or a Ti / REM / Zr composite oxide in the steel material. In order to exhibit such an effect effectively, it is necessary to contain Ti 0.005% or more, preferably 0.007% or more, more preferably 0.01% or more. However, if added excessively, the toughness of the steel (base material) is deteriorated, so it should be suppressed to 0.10% or less. Preferably it is 0.07% or less, More preferably, it is 0.06% or less.

［ＲＥＭ：０．００１〜０．００７％］
ＲＥＭ（希土類元素）は、ＴｉやＺｒと共にＴｉ／ＲＥＭ／Ｚｒ複合酸化物を形成してＨＡＺの靭性向上に寄与する元素である。こうした効果を有効に発揮させるためには、ＲＥＭは０．００１％以上含有させるべきであり、好ましくは０．００２％以上である。しかしながら、過剰に添加すると、固溶状態のＲＥＭが増加して母材の靭性が劣化するため、０．００７％以下に抑えるべきである。好ましくは０．００５％以下とする。尚、本発明において、ＲＥＭとは、ランタノイド元素（ＬａからＬｎまでの１５元素）およびＳｃ（スカンジウム）とＹ（イットリウム）を含む意味であり、これらの元素のなかでも、Ｌａ、ＣｅおよびＹよりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含有することが好ましく、より好ましくはＬａおよび／またはＣｅを含有するのがよい。 [REM: 0.001 to 0.007%]
REM (rare earth element) is an element that contributes to improving the toughness of HAZ by forming a Ti / REM / Zr composite oxide together with Ti and Zr. In order to effectively exhibit such an effect, REM should be contained in an amount of 0.001% or more, preferably 0.002% or more. However, if added excessively, the REM in the solid solution state increases and the toughness of the base material deteriorates, so it should be suppressed to 0.007% or less. Preferably it is 0.005% or less. In the present invention, REM means a lanthanoid element (15 elements from La to Ln) and Sc (scandium) and Y (yttrium). Among these elements, La, Ce and Y It is preferable to contain at least one element selected from the group consisting of, and more preferably La and / or Ce.

［Ｚｒ：０．００１〜０．０５０％］
Ｚｒは、ＴｉやＲＥＭと共にＴｉ／ＲＥＭ／Ｚｒ複合酸化物を形成してＨＡＺの靭性向上に寄与する元素である。こうした効果を有効に発揮させるためには、Ｚｒは０．００１％以上含有させるべきであり、好ましくは０．００２％以上である。しかし過剰に添加すると、粗大なＺｒの炭化物が生成して母材の靭性が劣化するため、０．０５０％以下に抑えるべきである。好ましくは０．０４％以下であり、より好ましくは０．０３％以下とする。 [Zr: 0.001 to 0.050%]
Zr is an element that contributes to improving the toughness of HAZ by forming a Ti / REM / Zr composite oxide together with Ti and REM. In order to exhibit such an effect effectively, Zr should be contained in an amount of 0.001% or more, preferably 0.002% or more. However, if added excessively, coarse Zr carbide is generated and the toughness of the base material is deteriorated, so it should be suppressed to 0.050% or less. Preferably it is 0.04% or less, More preferably, it is 0.03% or less.

［Ｎ：０．００２〜０．０１０％］
Ｎは、ＴｉＮを析出する元素であり、ＴｉＮは溶接時にＨＡＺに生成するオーステナイト粒の粗大化を防止すると共に（ピン止め効果）、フェライト変態を促進するため（粒内変態能）、ＨＡＺの靭性を向上させるのに寄与する。こうした効果を有効に発揮させるには、Ｎは０．００２％以上含有させる必要があり、好ましくは０．００４％以上である。Ｎは多いほどオーステナイト粒の微細化が促進されるため、ＨＡＺの靭性向上に有効に作用する。しかしながら、Ｎ含有量が０．０１０％を超えると、固溶Ｎ量が増大して母材の靭性が劣化する。従ってＮは０．０１０％以下に抑える必要があり、好ましくは０．００８％以下とする。但し、Ｎ含有量は、上記（１）式で規定されるＡ値が所定の範囲となるように調整する必要があるのは言うまでもない。 [N: 0.002 to 0.010%]
N is an element that precipitates TiN. TiN prevents coarsening of austenite grains formed in HAZ during welding (pinning effect) and promotes ferrite transformation (intragranular transformation ability), and toughness of HAZ It contributes to improving. In order to exhibit such an effect effectively, N needs to be contained by 0.002% or more, preferably 0.004% or more. The more N, the more refined austenite grains are promoted, which effectively works to improve the toughness of HAZ. However, if the N content exceeds 0.010%, the solid solution N amount increases and the toughness of the base material deteriorates. Therefore, N must be suppressed to 0.010% or less, and preferably 0.008% or less. However, it is needless to say that the N content needs to be adjusted so that the A value defined by the above equation (1) falls within a predetermined range.

［Ｃａ：０．００１〜０．０１０％］
Ｃａは、大入熱溶接時のＴｉＮの消失を抑制して、ＴｉＮによる靭性向上効果を有効に発揮させる元素である。Ｃａを含有させることによって、低Ｎにおいても靭性向上に必要なＴｉＮを確保できるものとなる。こうした効果を有効に発揮させるためには、Ｃａは０．００１％以上含有させることが好ましい。より好ましくは０．００２％以上である。しかし過剰に添加すると、粗大なＣａＯやＣａＳが生成するため、０．０１０％以下に抑える必要がある。好ましくは０．００９％以下であり、より好ましくは０．００８％以下とする。但し、Ｃａ含有量は、Ｎ含有量と同様に、上記（１）式で規定されるＡ値が所定の範囲となるように調整する必要があるのは言うまでもない。 [Ca: 0.001 to 0.010%]
Ca is an element that suppresses the disappearance of TiN during high heat input welding and effectively exhibits the effect of improving toughness by TiN. By containing Ca, TiN necessary for improving toughness can be secured even at low N. In order to exhibit such an effect effectively, it is preferable to contain Ca 0.001% or more. More preferably, it is 0.002% or more. However, when excessively added, coarse CaO and CaS are generated, so it is necessary to suppress the content to 0.010% or less. Preferably it is 0.009% or less, More preferably, it is 0.008% or less. However, it goes without saying that the Ca content needs to be adjusted so that the A value defined by the above formula (1) falls within a predetermined range, similarly to the N content.

［Ｏ：０．００１０〜０．０１５％］
Ｏは、粒内変態能に優れたＴｉ／ＲＥＭ／Ｚｒ複合酸化物を形成するのに必要な元素である。こうした効果を発揮させるためには、Ｏは０．００１０％以上含有させる必要がある。しかしながら、Ｏ含有量が過剰になると、粗大酸化物を生成し、ＨＡＺ靭性が却って劣化するので、０．０１５％以下とする必要がある。尚、Ｏ含有量の好ましい下限は０．００２０％である。 [O: 0.0010 to 0.015%]
O is an element necessary for forming a Ti / REM / Zr composite oxide having excellent intragranular transformation ability. In order to exhibit such an effect, it is necessary to contain 0.0010% or more of O. However, if the O content is excessive, a coarse oxide is generated, and the HAZ toughness deteriorates instead. Therefore, it is necessary to make it 0.015% or less. In addition, the minimum with preferable O content is 0.0020%.

本発明の鋼材における基本成分は上記の通りであるが、必要によって、Ｎｉ：１．５０％以下（０％を含まない）、Ｃｕ：１．５０％以下（０％を含まない）、Ｃｒ：１．５％以下（０％を含まない）、Ｍｏ：１．５％以下（０％を含まない）、Ｎｂ：０．２５％以下（０％を含まない）、Ｖ：０．１０％以下（０％を含まない）およびＢ：０．００５％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる１種以上の元素を含有することも有効であり、これらの元素を含有させることによって、鋼材の強度を高めることができる。こうした範囲を定めた理由は以下の通りである。   The basic components in the steel material of the present invention are as described above, but if necessary, Ni: 1.50% or less (not including 0%), Cu: 1.50% or less (not including 0%), Cr: 1.5% or less (not including 0%), Mo: 1.5% or less (not including 0%), Nb: 0.25% or less (not including 0%), V: 0.10% or less It is also effective to contain one or more elements selected from the group consisting of (not including 0%) and B: 0.005% or less (not including 0%). The strength of the steel material can be increased. The reasons for setting these ranges are as follows.

Ｎｉは、鋼材の強度を高めると共に、鋼材の靭性を向上させるのに有効に作用する元素であり、こうした作用を発揮させるには、０．０５％以上含有させることが好ましい。より好ましくは０．１％以上であり、更に好ましくは０．２％以上とする。Ｎｉは多いほど好ましいが、高価な元素であるため経済的観点から１．５０％以下に抑えることが好ましい。より好ましくは１．３％以下であり、更に好ましくは１．１％以下とする。   Ni is an element that effectively acts to increase the strength of the steel material and improve the toughness of the steel material. In order to exert such an effect, Ni is preferably contained in an amount of 0.05% or more. More preferably, it is 0.1% or more, More preferably, it is 0.2% or more. The more Ni, the better. However, since it is an expensive element, it is preferable to suppress it to 1.50% or less from an economical viewpoint. More preferably, it is 1.3% or less, More preferably, it is 1.1% or less.

Ｃｕは、鋼材を固溶強化させる元素であり、こうした効果を有効に発揮させるには、０．０５％以上含有させることが好ましい。より好ましくは０．１％以上であり、更に好ましくは０．２％以上である。特に０．６％以上含有させると、固溶強化のほか、時効析出強化も発揮し、大幅な強度向上が可能となる。しかしながら、１．５０％を超えてＣｕを過剰に含有させると、鋼材（母材）の靭性を低下させるため、Ｃｕは１．５０％以下に抑えるのがよい。好ましくは１．３％以下であり、より好ましくは１．１％以下とする。   Cu is an element for solid solution strengthening of the steel material, and in order to exhibit such an effect effectively, it is preferable to contain 0.05% or more. More preferably, it is 0.1% or more, More preferably, it is 0.2% or more. In particular, when 0.6% or more is contained, in addition to solid solution strengthening, aging precipitation strengthening is also exhibited, and a significant improvement in strength becomes possible. However, if Cu exceeds 1.50% and Cu is excessively contained, the toughness of the steel (base material) is lowered, so Cu is preferably suppressed to 1.50% or less. Preferably it is 1.3% or less, More preferably, it is 1.1% or less.

Ｃｒを添加して強度を高めるには、０．０１％以上含有させることが好ましい。より好ましくは０．０２％以上、更に好ましくは０．０３％以上である。しかしながら、Ｃｒ含有量が過剰になると溶接性が劣化するため、１．５％以下に抑えることが好ましい。より好ましくは１．３％以下であり、更に好ましくは１．１％以下とする。   In order to increase the strength by adding Cr, the content is preferably 0.01% or more. More preferably it is 0.02% or more, and still more preferably 0.03% or more. However, if the Cr content is excessive, weldability deteriorates, so it is preferable to keep it to 1.5% or less. More preferably, it is 1.3% or less, More preferably, it is 1.1% or less.

Ｍｏを添加して強度を高めるには、０．０１％以上含有させるのが望ましい。より好ましくは０．０２％以上であり、更に好ましくは０．０３％以上含有させることが推奨される。但し、Ｍｏ含有量が過剰になると溶接性を悪化させるため、１．５％以下とするのが好ましい。より好ましくは１．３％以下であり、更に好ましくは１．０％以下に抑えることが推奨される。   In order to increase the strength by adding Mo, it is desirable to contain 0.01% or more. More preferably, it is 0.02% or more, and more preferably 0.03% or more is recommended. However, if the Mo content is excessive, the weldability is deteriorated, so the content is preferably 1.5% or less. More preferably, it is 1.3% or less, and more preferably 1.0% or less.

Ｎｂを添加して強度を高めるには、０．００５％以上含有させるのが好ましい。より好ましくは０．０１％以上であり、更に好ましくは０．０３％以上である。しかしながら、Ｎｂ含有量が過剰になると炭化物（ＮｂＣ）が析出して母材の靭性を劣化させるので、０．２５％以下に抑えるのが好ましい。より好ましくは０．２３％以下であり、更に好ましくは０．２％以下とする。   In order to increase the strength by adding Nb, it is preferable to contain 0.005% or more. More preferably, it is 0.01% or more, More preferably, it is 0.03% or more. However, if the Nb content becomes excessive, carbide (NbC) precipitates and deteriorates the toughness of the base material, so it is preferable to keep it to 0.25% or less. More preferably, it is 0.23% or less, and still more preferably 0.2% or less.

Ｖを添加して強度を高めるには、０．００２％以上含有させるのが望ましい。より好ましくは０．０１％以上、更に好ましくは０．０３％以上含有させるのがよい。しかしながらＶ含有量が過剰になると溶接性が悪化する共に、母材の靭性が劣化するため、Ｖは０．１０％以下とするのが好ましい。より好ましくは０．０８％以下、更に好ましくは０．０６％以下に抑えるのがよい。   In order to increase the strength by adding V, it is desirable to contain 0.002% or more. More preferably 0.01% or more, still more preferably 0.03% or more. However, if the V content is excessive, weldability deteriorates and the toughness of the base material deteriorates, so V is preferably set to 0.10% or less. More preferably, it is 0.08% or less, and more preferably 0.06% or less.

Ｂは、鋼材の強度を高めると共に、溶接時に加熱されたＨＡＺが冷却される過程において鋼中のＮと結合してＢＮを析出し、オーステナイト粒内からのフェライト変態を促進させる。こうした効果を有効に発揮させるには、０．０００３％以上含有させるのが好ましい。より好ましくは０．０００５％以上であり、更に好ましくは０．０００８％以上とする。しかしながら、Ｂ含有量が過剰になると鋼材（母材）の靭性が劣化するので、０．００５％以下とするのが好ましい。より好ましくは０．００４％以下であり、更に好ましくは０．００３％以下とするのがよい。   B increases the strength of the steel material and, in the process of cooling the HAZ heated during welding, combines with N in the steel to precipitate BN and promote ferrite transformation from within the austenite grains. In order to exhibit such an effect effectively, it is preferable to contain 0.0003% or more. More preferably it is 0.0005% or more, and still more preferably 0.0008% or more. However, if the B content is excessive, the toughness of the steel (base material) deteriorates, so 0.005% or less is preferable. More preferably, it is 0.004% or less, and further preferably 0.003% or less.

本発明の鋼材は、上記元素を必須成分として含有するものであり、残部は鉄および不可避的不純物（例えば、ＭｇやＡｓ，Ｓｅなど）であってもよい。   The steel material of the present invention contains the above elements as essential components, and the balance may be iron and inevitable impurities (for example, Mg, As, Se, etc.).

本発明の鋼材を製造するに当たっては、上記のように化学成分組成を調整した溶鋼を、常法に従って連続鋳造してスラブとした後、常法に従って熱間圧延すればよい。尚、溶鋼へ添加するＲＥＭやＣａ，Ｚｒ，Ｔｉの形態は特に限定されず、例えば、ＲＥＭとして、純Ｌａや純Ｃｅ，純Ｙなど、或いは純Ｃａ，純Ｚｒ，純Ｔｉ、更にはＦｅ−Ｓｉ−Ｌａ合金，Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｅ合金，Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃａ合金，Ｆｅ−Ｓｉ−Ｌａ−Ｃｅ合金，Ｆｅ−Ｃａ合金，Ｎｉ−Ｃａ合金などを添加すればよい。また、溶鋼へミッシュメタルを添加してもよい。ミッシュメタルとは、セリウム族希土類元素の混合物であり、具体的には、Ｃｅを４０〜５０％程度，Ｌａを２０〜４０％程度含有している。   In manufacturing the steel material of the present invention, the molten steel with the chemical composition adjusted as described above may be continuously cast according to a conventional method to form a slab, and then hot-rolled according to a conventional method. The form of REM, Ca, Zr, Ti added to the molten steel is not particularly limited. For example, as REM, pure La, pure Ce, pure Y, etc., pure Ca, pure Zr, pure Ti, and further Fe— A Si-La alloy, Fe-Si-Ce alloy, Fe-Si-Ca alloy, Fe-Si-La-Ce alloy, Fe-Ca alloy, Ni-Ca alloy, or the like may be added. Moreover, you may add misch metal to molten steel. Misch metal is a mixture of cerium group rare earth elements, and specifically contains about 40 to 50% of Ce and about 20 to 40% of La.

こうして得られた本発明に係る鋼材は、例えば橋梁や高層建造物、船舶などの構造物の材料として使用でき、小〜中入熱溶接はもとより、大入熱溶接においても溶接熱影響部の靭性劣化を防ぐことができる。   The steel material according to the present invention obtained in this way can be used as a material for structures such as bridges, high-rise buildings, ships, etc., and the toughness of the weld heat affected zone not only in small to medium heat input welding but also in large heat input welding. Deterioration can be prevented.

以下、本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更して実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the following examples are not intended to limit the present invention, and may be implemented with appropriate modifications within a range that can meet the purpose described above and below. These are all possible and are within the scope of the present invention.

実験例１
下記表１、２に化学成分組成を示す各種溶鋼を調製した。尚、下記表１において、ＬａはＦｅ−Ｌａ合金の形態で、ＣｅはＦｅ−Ｃｅ合金の形態で、ＲＥＭはＬａを５０％程度とＣｅを２５％程度含有するミッシュメタルの形態で、ＣａはＮｉ−Ｃａ合金、またはＣａ−Ｓｉ合金、またはＦｅ−Ｃａ圧粉体の形態で、ＺｒはＺｒ単体で、ＴｉはＦｅ−Ｔｉ合金の形態で、夫々添加した。尚、下記表１および表２中「−」は元素を添加していないことを示している。また、数値の前に「＜」があるものは、その元素を添加していないが不可避的に含まれていたため、定量限界未満の範囲で検出されたことを意味している。 Experimental example 1
Various molten steels having chemical composition compositions shown in Tables 1 and 2 below were prepared. In Table 1 below, La is in the form of an Fe-La alloy, Ce is in the form of an Fe-Ce alloy, REM is in the form of a misch metal containing about 50% La and about 25% Ce, and Ca is In the form of Ni-Ca alloy, Ca-Si alloy, or Fe-Ca green compact, Zr was added in the form of Zr alone, and Ti was added in the form of Fe-Ti alloy. In Tables 1 and 2 below, “-” indicates that no element is added. In addition, if there is “<” in front of the numerical value, it means that the element was detected within the range below the limit of quantification because the element was not added but was inevitably contained.

Figure 0005283998
Figure 0005283998

Figure 0005283998
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上記溶鋼を、連続鋳造機でスラブに鋳造し、これを熱間圧延して厚み：３０〜６０ｍｍの鋼板を得た。各鋼板について、溶接時に熱影響を受けるＨＡＺの靭性を評価するために、大入熱溶接を模擬して下記に示す溶接再現試験を行なった。溶接再現試験は、上記鋼板から切り出した試験片を、その全体が１４００℃になる様に加熱し、この温度で６０秒間保持した後、冷却して行った。冷却速度は、８００℃から５００℃への冷却時間が３００秒となるように調整した。この溶接再現試験は、入熱量が５０ｋＪ／ｍｍの大入熱溶接を想定したものである。   The molten steel was cast into a slab with a continuous casting machine and hot-rolled to obtain a steel plate having a thickness of 30 to 60 mm. For each steel plate, in order to evaluate the toughness of the HAZ that is affected by heat during welding, the following welding reproduction test was performed by simulating high heat input welding. The welding reproduction test was performed by heating a test piece cut out from the steel plate so that the whole was 1400 ° C., holding at this temperature for 60 seconds, and then cooling. The cooling rate was adjusted so that the cooling time from 800 ° C. to 500 ° C. was 300 seconds. This welding reproduction test assumes large heat input welding with a heat input of 50 kJ / mm.

冷却後のサンプルの衝撃特性は、Ｖノッチシャルピー試験して−４０℃における吸収エネルギー（ｖＥ-40）を測定して評価した。ｖＥ-40が１００Ｊ以上のものを合格（ＨＡＺ靭性良好）とする。測定結果をＡ値と共に下記表３に示す。 The impact characteristics of the sample after cooling were evaluated by measuring the absorbed energy (vE -40 ) at -40 ° C by a V-notch Charpy test. A material having a vE- 40 of 100 J or more is regarded as acceptable (haz toughness is good). The measurement results are shown in Table 3 below together with the A value.

Figure 0005283998
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これらの結果から明らかなように、Ｎｏ．１〜１３は、本発明で規定する要件を満足する例であり、溶接熱影響部の靭性が良好な鋼材が得られている。これに対して、Ｎｏ．１４〜３０では、本発明で規定するいずれかの要件を外れる例であり、いずれも溶接熱影響部の靭性が劣っている。   As is apparent from these results, No. 1-13 are examples which satisfy the requirements prescribed | regulated by this invention, and the steel materials with favorable toughness of a welding heat affected zone are obtained. In contrast, no. In 14-30, it is an example which remove | deviates any requirement prescribed | regulated by this invention, and all are inferior in the toughness of a heat-affected zone.

Claims (2)

Ｃ ：０．０２〜０．１０％（「質量％」の意味。以下同じ）、
Ｓｉ：０．５％以下（０％を含まない）、
Ｍｎ：１．０〜２．０％、
Ｐ ：０．０３％以下（０％を含まない）、
Ｓ ：０．０２％以下（０％を含まない）、
Ａｌ：０．０５％以下（０％を含む）、
Ｔｉ：０．００５〜０．１０％、
ＲＥＭ：０．００１〜０．００７％、
Ｚｒ：０．００１〜０．０５０％、
Ｎ ：０．００２〜０．０１０％、
Ｃａ：０．００１〜０．０１０％、および
Ｏ ：０．００１０〜０．０１５％を夫々含有し、
残部が鉄および不可避的不純物からなると共に、
下記（１）式で規定されるＡ値が２０００〜６０００の範囲にあることを特徴とする溶接熱影響部の靭性に優れた鋼材。
Ａ値＝［Ｃａ］×［Ｎ］×１０8 …（１）
但し、［Ｃａ］および［Ｎ］は、夫々ＣａおよびＮの含有量（質量％）を示す。 C: 0.02 to 0.10% (meaning “mass%”; the same shall apply hereinafter)
Si: 0.5% or less (excluding 0%),
Mn: 1.0-2.0%,
P: 0.03% or less (excluding 0%),
S: 0.02% or less (excluding 0%),
Al: 0.05% or less ( including 0%),
Ti: 0.005 to 0.10%,
REM: 0.001 to 0.007%,
Zr: 0.001 to 0.050%,
N: 0.002 to 0.010%,
Ca: 0.001 to 0.010%, and O: 0.0010 to 0.015%, respectively ,
The balance consists of iron and inevitable impurities ,
A steel material excellent in toughness of the weld heat affected zone, wherein the A value defined by the following formula (1) is in the range of 2000 to 6000.
A value = [Ca] × [N] × 10 8 (1)
However, [Ca] and [N] indicate the contents (mass%) of Ca and N, respectively. 前記鋼材が、更に他の元素として、
Ｎｉ：１．５０％以下（０％を含まない）、
Ｃｕ：１．５０％以下（０％を含まない）、
Ｃｒ：１．５％以下（０％を含まない）、
Ｍｏ：１．５％以下（０％を含まない）、
Ｎｂ：０．２５％以下（０％を含まない）、
Ｖ ：０．１０％以下（０％を含まない）および
Ｂ ：０．００５％以下（０％を含まない）
よりなる群から選ばれる１種以上の元素を含むものである請求項１に記載の鋼材。 The steel material is still another element,
Ni: 1.50% or less (excluding 0%),
Cu: 1.50% or less (excluding 0%),
Cr: 1.5% or less (excluding 0%),
Mo: 1.5% or less (excluding 0%),
Nb: 0.25% or less (excluding 0%),
V: 0.10% or less (not including 0%) and B: 0.005% or less (not including 0%)
The steel material according to claim 1, comprising at least one element selected from the group consisting of:
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