JP5314473B2 - 溶接まま及び応力除去焼鈍後の強度、靭性に優れた溶接金属並びにその溶接金属によって接合された溶接構造物 - Google Patents
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Description
[化合物型Ti]/[化合物型Si]>1.5
であり、かつ、ある元素Xの含有量(%)を[X]で表すとき、下記式によって算出されるA値が0.50以上とされたものである。
A=[Ti]/([O]−1.1×[Al]+0.05×[Si])
B=[Cr]/([Mn]+1.2)
A=[Ti]/([O]−1.1×[Al]+0.05×[Si])
Cは強度を確保するための必須元素であり、0.04%より低いと強度が不足するようになり、一方0.15%超ではマルテンサイト等の硬質組織の増加をもたらし、靭性の劣化を招く。このため、C量の下限を0.04%、好ましくは0.06%とし、その上限を0.15%、好ましくは0.12%、さらに好ましくは0.10%とする。
Siは溶接金属の強度を向上させる作用を有する。強度向上の点からはごく微量でもよいが、0.05%以上添加することが好ましい。一方、過剰な添加は強度の過大な上昇あるいはマルテンサイト等の硬質組織の増加を招くほか、酸化物の主体がSi酸化物となるため、アシキュラーフェライト組織が生成し難くなり、強度、靭性の劣化を招く。このため、Si量の上限を0.50%、好ましくは0.40%下、さらに好ましくは0.20%とする。
Mnは強度および靭性の向上に有効な元素である。1.0%未満ではかかる効果が過小であり、一方、過剰な添加は強度の過大な上昇、あるいはマルテンサイト等の硬質組織の増加をもたらすほか、粒界炭化物の粗大化を招き、強度、靭性劣化の原因となる。このため、Mn量の下限を1.0%、好ましくは1.2%とし、その上限を1.9%、好ましくは1.8%とする。
Niは強度および靭性向上に有効な元素である。1.0%未満ではかかる効果が過小となり、一方、過剰な添加は強度の過大な上昇を招き、靭性に悪影響を及ぼす。このため、Ni量の下限を1.0%、好ましくは1.2%とし、その上限を4.0%、好ましくは3.8%、さらに好ましくは2.8%とする。
Crは適量添加することにより炭化物の粗大化を抑制する作用を有する。0.10%未満ではかかる作用が過小であり、一方、過剰な添加はかえって粒界炭化物の粗大化を招き、強度、靭性に悪影響を及ぼす。このため、Cr量の下限を0.10%、好ましくは0.20%とし、その上限を1.0%、好ましくは0.80%、より好ましくは0.60%とする。
MoはSR焼鈍時に微細炭化物を形成して強度を向上させる作用を有する。かかる作用を有効に発揮させるため、Mo量の下限を0.20%、好ましくは0.40%、より好ましくは0.60%とする。一方、過剰な添加は炭化物の粗大化を招き、靭性に悪影響を及ぼすため、Mo量の上限を1.2%、好ましくは1.0%、より好ましくは0.80%とする。
Tiはアシキュラーフェライトの生成核となるTi酸化物を形成し、強度、靭性の向上に寄与する重要な元素である。かかる作用を有効に発揮させるため、Ti量の下限を0.010%、好ましくは0.015%、より好ましくは0.020%とする。一方、過剰に添加すると酸化物の粗大化を招き、靭性に悪影響を及ぼすため、その上限を0.060%、好ましくは0.050%とする。
Alはアシキュラーフェライト組織の生成に悪影響を及ぼすSi酸化物の生成を抑制する作用を有する。かかる作用を有効に発現させるには0.005%以上の添加が好ましい。しかし、過剰な添加は酸化物の粗大化を招き、かえって靭性に悪影響を及ぼすため、上限を0.030%、好ましくは0.025%に止める。
OはTiと共にアシキュラーフェライトの生成核となるTi酸化物を形成させるために必要な元素であり、少なくとも0.015%、好ましくは0.020%を要する。一方、過剰な添加は酸化物の粗大化を招き、靭性を劣化させるため、上限を0.060%、好ましくは0.050%、より好ましくは0.045%とする。
NはTiあるいは必要により添加される後述のNb、Vと共に炭窒化物を形成し、強度を向上させる作用を有する。かかる作用を有効に発現させるには0.005%以上の添加が好ましい。しかし、過剰に添加すると、固溶Nとして歪時効をもたらし、靭性に悪影響を及ぼすため、上限を0.010%、好ましくは0.0080%、より好ましくは0.0075%とする。
本発明の溶接金属の基本組成は上記のとおりであるが、さらに化合物として含まれるTi(化合物型Ti)及びSi(化合物型Si)の質量比、[化合物型Ti]/[化合物型Si]を1.5超とすることを要する。前記比率はアシキュラーフェライト組織の生成に影響を及ぼすTi酸化物、Si酸化物の生成量比を間接的に規定するパラメータであり、1.5以下になると、アシキュラーフェライト組織の発現を阻害するSi酸化物が優勢となり、強度、靭性が劣化するようになる。このため、前記比率を1.5超、好ましくは2.0以上、より好ましくは2.5以上とする。
前記化合物型Ti、化合物型Siの量はそれぞれ酸化物として含まれるTi及びSiを想定したものであり、基本的に溶接ままの状態で測定した値を用いるが、この値はSR焼鈍後の測定値とみなすことができる。これは以下の理由による。SR焼鈍により析出するTi炭窒化物は最大でも円相当径で0.1μm以下と微細であり、後述する測定方法(電解抽出残渣法)によって炭窒化物を形成するTiとして検出される量はごく僅かである。また、Siは鋼中において炭窒化物を形成し難い元素であり、SR焼鈍による析出量は無視し得る程度である。このため、SR焼鈍後に測定した[化合物型Ti]/[化合物型Si]の値も、溶接ままの状態での測定値とほぼ等しくなるからである。
但し、A=[Ti]/([O]−1.1×[Al]+0.05×[Si])
A値はアシキュラーフェライト組織に影響をおよぼす酸化物の形態を示すパラメータであり、上記[化合物型Ti]/[化合物型Si]の比率を満足し、Si酸化物量が抑制され、酸化物の主体がTi酸化物となっても、A値が0.50以下になると、Ti酸化物の表面にSi酸化物が生成するようになり、Ti酸化物によるアシキュラーフェライト核の生成安定度が相対的に低下するため、アシキュラーフェライトの生成が低下するようになる。このため、A値を0.50以上、好ましくは0.60以上、より好ましくは0.80以上とする。なお、A値はTi酸化物の表面へのSi酸化物生成を制御するパラメータであり、高ければ高いほど好ましいので、上限を設ける必要はない。
B=[Cr]/([Mn]+1.2)
α=[Ti]/(0.5[Si]−0.8×[Al])
β=[Cr]/([Mn]+1.2)
但し、式中の元素量(%)は、溶接材料の元素量である。
MP=(T+273)×(20+log t)
但し、TはSR温度(℃)、tはSR時間(hr)である。
・サブマージアーク溶接条件
母材板厚:25mm、開先角度:10°(V字)、ルートギャップ:15mm、溶接姿勢:下向き、溶接電流:425A、溶接電圧:30V、溶接速度:5.8mm/sec(35cpm)、予熱及びパス間温度:180〜200℃
・被覆アーク溶接条件
母材板厚:20mm、開先角度:20°(V字)、ルートギャップ:16mm、溶接姿勢:下向き、溶接電流:175A、溶接電圧:24V、溶接速度:17mm/sec(100cpm)、予熱及びパス間温度:180〜200℃、フラックス:不使用
塩基度=BC/AC
BC=CaF2+CaO+MgO+BaO+SrO+Na2O+K2O+Li2O+(MnO+FeO)/2
AC=SiO2+(Al2O3+TiO2+ZrO2)/2
Claims (6)
- 質量%で、
C:0.04〜0.15%、
Si:0.50%以下(0%を含まない)、
Mn:1.0〜1.9%、
Ni:1.0〜4.0%、
Cr:0.10〜1.0%、
Mo:0.20〜1.2%、
Ti:0.010〜0.060%、
Al:0.030%以下(0%を含まない)、
O:0.015〜0.060%、
N:0.010%以下(0%を含まない)を含有し、
残部がFeおよび不可避不純物からなり、
化合物として含まれるTi量(%)を[化合物型Ti]、化合物として含まれるSi量(%)を[化合物型Si]で表すとき、
[化合物型Ti]/[化合物型Si]>1.5
であり、かつ、ある元素Xの含有量(%)を[X]で表すとき、下記式によって算出されるA値が0.50以上である、溶接まま及び応力除去焼鈍後の強度、靭性に優れた溶接金属。
A=[Ti]/([O]−1.1×[Al]+0.05×[Si]) - 請求項1に記載した溶接金属であって、さらに下記式によって算出されるB値が0.05以上、0.26以下である、溶接金属。
B=[Cr]/([Mn]+1.2) - 請求項1又は2に記載した溶接金属であって、溶接金属中に存在する炭化物のうち、円相当径にして200nm以上の炭化物の平均粒径が350nm以下である、溶接金属。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載した溶接金属であって、さらにCu:0.35%以下(0%を含まない)を含有する、溶接金属。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載した溶接金属であって、さらに
Nb:0.008〜0.030%、
V:0.010〜0.10%
の1種あるいは2種を含有する、溶接金属。 - 鋼材を母材として溶接した溶接構造物であって、その溶接部の溶接金属が請求項1〜5のいずれか1項に記載した溶接金属で形成された、溶接構造物。
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