JP5434437B2 - 大入熱溶接用鋼 - Google Patents
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Description
1.溶接熱影響部にTiNおよび(Ti,Nb)N析出物が存在すると、オーステナイト粒のピンニングに有効で、その効果は、これら析出物の粒子径が0.01〜0.10μmで、鋼中に1.0×105個以上/mm2が存在した場合、最も有効である。
2.特に、TiN析出物中にNbを積極的に含有させ、TiN中のTi原子の一部をNb原子で置換した(Ti,Nb)N析出物は、析出物の体積率が増大して、ピンニング効果が向上する。
3.上記分散状態は成分組成を(Ti+0.5×Nb)/N≦3.4(各元素は含有量、質量%)を満足するように調整することで可能である。
4.ボンド部近傍に島状マルテンサイトを極力生成させずに母材強度を高める元素としてMn添加が有効である。
1.mass%で、
C:0.03〜0.1%、
Si:0.01〜0.5%、
Mn:2.0〜3.0%、
P≦0.02%
S≦0.0050%
Al:0.005〜0.1%
Ti:0.003〜0.03%
Nb:0.01〜0.05%
B:0.0003〜0.0025%
N:0.0060〜0.0100%を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなり、(Ti+0.5×Nb)/N≦3.40を満足する成分組成を有し、(融点−10℃)以下、1400℃以上の温度域に加熱された際、鋼中に粒子径が0.01〜0.10μmの,TiNおよび(Ti,Nb)N析出物が1.0×105個/mm2以上存在することを特徴とする大入熱溶接用鋼材。
2.更に、mass%で、V:0.2%以下、Cu:1.0%以下、Ni:1.0%以下、Cr:0.4%以下およびMo:0.4%以下のうちから選ばれる1種または2種以上を含有することを特徴とする1に記載の大入熱溶接用鋼材。
3.更に、mass%で、Ca:0.0005〜0.0050%、Mg:0.0005〜0.0050%、Zr:0.001〜0.02%、REM:0.001〜0.02%のうちから選ばれる1種または2種以上を含有することを特徴とする1または2に記載の大入熱溶接用鋼材。
[成分組成] 説明において%はmass%とする。
C:0.03〜0.1%
Cは、降伏強度460N/mm2以上を得るため0.03%以上添加する。一方、0.1%を超えて添加すると、溶接熱影響部靭性を低下させるようになるので、0.03〜0.1%、好ましくは0.04〜0.09%とする。
Siは、製鋼のため0.01%以上が必要で、一方、0.5%を超えると、母材の靱性を劣化させるため、0.01〜0.5%とする。
Mnは、本発明において重要な元素で、母材の強度を確保するとともに、ボンド部近傍における島状マルテンサイト生成を抑制する。すなわち、強化元素としてMnを添加した場合には、ほかの強化元素を添加した場合と比較して、大入熱溶接後の冷却中に島状マルテンサイトが生成しにくいので、本発明においては、2.0%以上とする。一方、3.0%を超えると溶接部の靱性を劣化させるようになるので、2.0〜3.0%とする。
P、Sは、本発明では不可避的に混入する不純物で、母材、溶接部の靭性を低下させるため、Pは0.02%以下、Sは0.0050%以下とする。
Alは、鋼の脱酸上0.005%以上必要で、一方、0.10%を超えて含有すると母材の靱性を低下させると同時に溶接金属の靱性を劣化させるため、0.005〜0.10%、好ましくは0.01〜0.10%とする。
Tiは、凝固時にTiNや(Ti,Nb)N析出物となって析出し、溶接熱影響部でのオーステナイト粒の粗大化を抑制する。また、フェライト変態核となって高靱性化に寄与する。0.003%に満たないとその効果が少なく、一方、0.03%を超えるとTiNや(Ti,Nb)N析出物が粗大化してそのような効果が低下するようになるため、0.003〜0.03%とする。
Nbは、本発明では重要な元素で、TiやNとともに(Ti,Nb)N析出物を析出してオーステナイト粒の粗大化を抑制し、母材の強度・靱性を確保する。そのような効果を得るため0.01%以上必要で、一方、0.05%を超えて含有すると、島状マルテンサイトの生成により靭性が低下するようになるので、0.01〜0.05%とする。
Bは、溶接熱影響部でBNを生成して、固溶Nを低減するとともにフェライト変態核として作用する元素である。このような効果を得るため0.0003%以上を必要とするが、一方、0.0025%を超えて含有すると焼入れ性が増して靱性が劣化するようになるため、0.0003〜0.0025%とする。
Nは、TiNや(Ti,Nb)N析出物を析出してオーステナイト粒の粗大化を抑制する。そのような効果を得るため、0.0060%以上含有させるが、一方、0.0100%を超えて含有すると、溶接熱サイクルによってTiNや(Ti,Nb)N析出物が溶解する温度領域で固溶N量が増加して靱性が低下するようになるので、0.0060〜0.0100%とする。
本パラメータは、TiNおよび(Ti,Nb)N析出物の粒子径と分布状態を規定するもので、オーステナイト粒のピンニングに有効となるように3.40以下に規定する。(Ti+0.5×Nb)/Nが3.40を超えると、これら析出物によるオーステナイト粒のピンニング効果が低下し、靱性に悪影響を及ぼすため、3.40以下とする。
Vは、母材の強度・靱性の向上およびVNを形成して溶接熱影響部のオーステナイトにおけるフェライト生成核として働くが、0.2%を超えると靱性の低下を招くようになるので添加する場合は0.2%以下とすることが好ましい。
Cuは、強度を増加させる作用を有するが、1.0%を超えると熱間脆性により鋼板表面の性状を劣化させるとともに母材の靭性を劣化させるようになるので、添加する場合は1.0%以下とすることが好ましい。
Niは、母材の靭性を低下させることなく強度を増加させることができるが、多量に添加すると、合金コストが高くなり経済的に不利となる。このため、添加する場合は、1.0%以下、好ましくは0.8%以下とすることが好ましい。
Crは、母材の高強度化に有効な元素であるが、多量に添加すると靱性に悪影響を与えるため、添加する場合は0.4%以下とすることが好ましい。
Moは、母材の高強度化に有効な元素であるが、多量に添加すると靱性に悪影響を与えるため、添加する場合は0.4%以下とすることが好ましい。
Caは、Sの固定、酸硫化物の分散による靱性改善効果を有する元素である。このような効果を発揮させるため添加する場合は0.0005%以上とすることが好ましい。0.0050%を超えて含有してもその効果が飽和する。
Mgは、酸化物の分散による靱性改善効果を有する元素である。このような効果を発揮させるため、添加する場合は0.0005%以上とすることが好ましい。0.0050%を超えて含有してもその効果が飽和する。
Zrは、酸化物の分散による靱性改善効果を有する元素である。このような効果を発揮させるため、添加する場合は0.001%以上とすることが好ましい。0.02%を超えて含有しても効果が飽和する。
REMは、酸化物を分散させて靱性を改善する効果を有する元素である。このような効果を発揮させるため、添加する場合は0.001%以上とすることが好ましい。0.02%を超えて含有しても効果が飽和する。
[ミクロ組織]
本発明では、上記成分組成の鋼を、(融点−10℃)以下、1400℃以上の温度域に再加熱した際のミクロ組織を、粒子径0.01〜0.10μmのTiNおよび(Ti,Nb)N析出物が、鋼中に1.0×105個/mm2以上存在するミクロ組織とする。
一方、鋼No.9〜23は成分組成および/または1450℃に加熱された際の析出物の条件が本発明範囲外となる比較例で、本発明例と比較して、上記いずれか1つ以上の特性が劣っている。
Claims (3)
- mass%で、
C:0.03〜0.1%、
Si:0.01〜0.5%、
Mn:2.0〜3.0%、
P≦0.02%
S≦0.0050%
Al:0.005〜0.10%
Ti:0.003〜0.03%
Nb:0.01〜0.05%
B:0.0003〜0.0025%
N:0.0060〜0.0100%を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなり、(Ti+0.5×Nb)/N≦3.40を満足する成分組成を有し、
(融点−10℃)以下、1400℃以上の温度域に加熱された際、鋼中に粒子径が0.01〜0.10μmの、TiNおよび(Ti,Nb)N析出物が1.0×105個/mm2以上存在することを特徴とする大入熱溶接用鋼材。 - 更に、mass%で、V:0.2%以下、Cu:1.0%以下、Ni:1.0%以下、Cr:0.4%以下およびMo:0.4%以下のうちから選ばれる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に記載の大入熱溶接用鋼材。
- 更に、mass%で、Ca:0.0005〜0.0050%、Mg:0.0005〜0.0050%、Zr:0.001〜0.02%、REM:0.001〜0.02%のうちから選ばれる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に記載の大入熱溶接用鋼材。
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