JP5880348B2 - 溶接熱影響部靱性に優れた鋼材 - Google Patents

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Description

本発明は、溶接熱影響部(Heat Affected Zone)の靱性に優れた鋼材に関する。特に、近年要求の高まっている溶接入熱量が300kJ/cm以上の大入熱溶接を実施した場合であっても、溶接熱影響部において優れた靭性を有する鋼材に関するものである。
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鋼材は、溶接部の破壊に対する安全性および信頼性を高める観点から、靱性に対する要求が年々厳しさを増しており、母材の靭性と同様に、溶接熱影響部においてもより優れた靱性を確保することが要求されている。
溶接熱影響部においては、溶融線に近づくほど溶接時の加熱温度は高くなり、特に溶融線近傍の1400℃以上に加熱される領域では、オーステナイト(γ)粒が著しく粗大化してしまい、冷却後の溶接熱影響部組織が粗大化して靱性が劣化する。この傾向は溶接入熱量が大きくなるほど顕著である。
一方で、この種の溶接鋼構造物の建造コストに占める溶接施工コストの割合は大きく、溶接施工コストを低減するために、高能率の溶接法が用いられるようになった。溶接施工コストを低下させるために最も有効な方法は、溶接パス数を減らすことであり、このためには溶接入熱を大きくした高能率溶接法を用いて大入熱溶接を行うことが望ましい。しかし、大入熱溶接を行った場合、溶接熱影響部靭性が低下することは避けられない。したがって、靭性の要求が厳しい溶接鋼構造物に対しては、入熱を制限して溶接パス数を増やし、能率と経済性を犠牲にして溶接施工せざるを得ないという問題点があった。
これらの問題を解決するため、これまでにも溶接熱影響部靱性を改善するための種々の対策が実施されてきた。
例えば、特許文献1には、粗大な旧オーステナイト粒の内部に、Ti酸化物あるいはさらにTi窒化物との複合体を核とした粒内変態フェライトを積極的に生成させ、溶接熱影響部靱性の向上を図ることが開示されている。
特許文献2には、主として微細Tiと微細TiNを核とした粒内変態フェライトを積極的に生成させ、溶接熱影響部靱性の向上を図ることが開示されている。
特許文献3には、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、溶接熱影響部靱性の向上を図ることが開示されている。
特許文献4には、TiとREMの複合添加により、異常に粗大な旧オーステナイト粒の発生を防止することで、溶接熱影響部靱性のバラツキを抑制することが開示されている。
特許文献5には、微細なMgOを鋼中に分散させ、ピン止め効果、粒内変態を利用して、溶接熱影響部靱性の向上を図ることが開示されている。
特許文献6および7には、MgOを核としてその周辺にTiNを有するMgO−TiN複合介在物を鋼中に分散させ、ピン止め効果、粒内変態を利用して、溶接熱影響部靱性の向上を図ることが開示されている。
特許文献8には、MgO、MgSおよびMg(O、S)のうちの2種以上を鋼中に分散させ、ピン止め効果、粒内変態を利用して、溶接熱影響部靱性の向上を図ることが開示されている。
特許文献9には、MgAlを核としてその周辺にTiNを有するMgAl−TiN複合介在物を鋼中に分散させ、ピン止め効果、粒内変態を利用して、溶接熱影響部靱性の向上を図ることが開示されている。
特開昭60-245768号公報 特開昭63-210235号公報 特開平2-250917号公報 特開昭60-152626号公報 特開平11-335774号公報 特開平10-298708号公報 特開平11-71629号公報 特開平11-286743号公報 特開平11-236645号公報
しかし、特許文献1〜4に記載の鋼材では、溶接入熱量が300kJ/cm以上となって、溶融線近傍溶接熱影響部での加熱温度が1400℃にも及ぶ場合には、炭化物や窒化物が溶解・粗大化することによって、旧オーステナイト粒界の移動をピンニングする力が著しく低下し、旧オーステナイト粒の成長を避けることはできなかった。したがって、このような溶接熱影響部においては、十分な靱性を得ることが困難であった。
また、特許文献5〜9に記載の鋼材では、溶融線近傍溶接熱影響部での加熱温度が1400℃以上となっても、Mg系介在物は安定な酸化物であるため、溶接入熱量が300kJ/cm以上となる大入熱溶接により溶融線近傍溶接熱影響部での加熱温度が1400℃にも及んでも、これらのMg系介在物からなる酸化物が上昇しても消失することはないので、旧オーステナイト粒界の移動をピンニングする力は低下しない。しかし、これらのMg系介在物からなる酸化物では、十分なピンニング効果は得られず、旧オーステナイト粒の粗大化を十分に抑制できないことが分かった。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、溶接入熱量が300kJ/cm以上となる大入熱溶接を実施した場合であっても、旧オーステナイト粒の粗大化を抑制し、もって優れた溶接熱影響部靭性を有する鋼材を提供することを目的とする。
本発明者等は、300kJ/cm以上の大入熱溶接したときであっても、より安定した旧オーステナイト粒の粗大化抑制効果を発現し、溶接熱影響部における靱性を確保するために、種々の検討と実験を行った。その結果、次の(a)〜(c)に示す知見を得た。
(a) 1400℃以上の高温でも熱的に安定である(MnS+Mn、Mg系スピネル)複合介在物、具体的には、MgとMnとAlからなる酸化物とMnSからなる複合介在物を鋼中に分散させると、溶接入熱量が300kJ/cm以上となる大入熱溶接により鋼材温度が上昇しても、消失することはない。旧オーステナイト粒界の移動をピンニングする力は低下しないので、この複合介在物によるピン止め効果と粒内変態を利用すれば、溶接熱影響部靱性の向上を図ることができる。
(b) ただし、この複合介在物は微細かつ多量に分散・生成させることによってはじめて十分なピンニング効果が得られることが分かった。具体的には、粒径0.6μm未満の複合介在物が鋼中に1×10個/mm以上で存在する必要がある。複合介在物は、粒径0.6μm未満のものが鋼中に1×10個/mm以上で存在していればよく、この複合介在物の粒径が0.6μm以上のものが存在しても構わない。ただし、複合介在物の個数が多く生成しすぎると一旦生成した複合介在物が凝集して粗大な複合介在物になりやすくなる。その結果、粒径0.6μm未満の個数が1×10個/mm未満となりやすく、この場合、旧オーステナイト粒界の移動を十分にピンニングすることはできない。
(c) この複合介在物を鋼中に微細かつ多量に分散・生成させるためには、鋼中のS、Si、O(酸素)の各含有量の制御に加えて、鋼中の酸不溶性Al(以下、「insol.Al」と略記する。)、酸可溶性Al(以下、「sol.Al」と略記する。)、酸不溶性Mg(以下、「insol.Mg」と略記する。)および酸可溶性Mg(以下、「sol.Mg」と略記する。)の各含有量を適正範囲に制御すると、微細なMgとMnとAlからなる酸化物の上に微細MnSを析出させてなる微細な複合介在物を鋼中に微細かつ多量に分散して析出させることができ、オーステナイト変態した直後の旧オーステナイト初期粒径の微細化効果を発現するので、旧オーステナイト粒の粗大化を抑制できることが分かった。
本発明は、このような知見に基づいて完成したものであり、その要旨は、下記の(1)〜(5)の溶接熱影響部靱性に優れた鋼材にある。
(1) 質量%で、
C:0.02〜0.25%、
Si:0.0001〜0.4%、
Mn:0.5〜2.0%、
P:0.03%以下、
S:0.001〜0.050%、
O:0.001〜0.005%、
N:0.006%以下、
insol.Al:0.0001〜0.005%、
sol.Al:0.0001〜0.0005%、
insol.Mg:0.0001〜0.005%、
sol.Mg:0.0001〜0.0005%
を含有し、残部はFe及び不純物からなる化学組成を有する鋼材であって、MgとMnとAlからなる酸化物とMnSからなる、粒径0.6μm未満の複合介在物が鋼材中に1×10個/mm以上存在することを特徴とする、溶接熱影響部の靱性に優れた鋼材。
(2) さらに、質量%で、
Cu:1.0%以下、
Ni:1.0%以下
Cr:0.5%以下、
Mo:0.5%以下、
V:0.2%以下、
B:0.0005%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)の溶接熱影響部靱性に優れた鋼材。
(3) さらに、質量%で、
Ca:0.005%以下、
REM:0.005%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)または(2)の溶接熱影響部靱性に優れた鋼材。
(4) さらに、質量%で、
Nb:0.05%以下、
Ti:0.02%以下
のうちの1種または2種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靱性に優れた鋼材。
(5) さらに、質量%で、
Sn:0.5%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靱性に優れた鋼材。
本発明によれば、溶接熱影響部の靱性に優れた鋼材を提供することができる。特に、溶接入熱量が300kJ/cm以上の大入熱溶接を実施した場合であっても、旧オーステナイト粒の粗大化を抑制することができ、もって優れた溶接熱影響部靭性を有する鋼材を提供することができる。
1.本発明に係る鋼材の化学組成について
以下、本発明に係る鋼材の化学組成について説明する。なお、含有量に関する「%」は、質量%を意味する。
C:0.02〜0.25%
Cは母材及び溶接部の強度および靱性を確保するのに有効な元素であるが、その含有量が0.02%未満ではその効果が得られない。しかし、0.25%を超えると溶接性を劣化させる。したがって、Cの含有量は0.05〜0.25%とする。Cの含有量の好ましい下限は0.04%であり、そして、好ましい上限は0.18%である。
Si:0.0001〜0.4%
Siは、脱酸のために鋼に含有される。この効果を得るために、Siを0.0001%以上含有させる必要がある。しかし、多すぎると溶接性および溶接熱影響部靱性が劣化する。したがって、Siの含有量は0.0001〜0.4%とする。Si含有量の好ましい下限は0.01%であり、そして、好ましい上限は0.2%である。
Mn:0.5〜2.0%
Mnは母材および溶接部の強度および靱性の確保に不可欠であり、0.5%以上必要とする。しかし、Mnが多すぎると溶接熱影響部靱性の劣化およびスラブの中心偏析を助長し、溶接性を劣化させる。したがって、Mnの含有量は0.5〜2.0%とする。Mn含有量の好ましい下限は1.0%であり、そして、好ましい上限は1.5%である。
P:0.03%以下
Pは不可避的に鋼材中に含まれる不純物元素である。Pを低減すると、スラブの中心偏析の軽減を通じて母材および溶接熱影響部の機械的性質を改善し、さらには、溶接熱影響部の粒界破壊を抑制する。このため、Pは少ないほど望ましいが、経済性を考慮してPの含有量は0.03%以下とする。
S:0.001〜0.050%
Sは、本発明において重要な元素である。粒内フェライト変態核として、MgとMnとAlからなる酸化物の上に、MnSを複合析出してなる複合介在物を分散・生成させるために、0.001%以上含有させる必要がある。しかし、Sが0.050%を超えると母材及び溶接熱影響部の靱性が劣化する。したがって、Sの含有量は0.001〜0.050%とする。
O:0.001〜0.005%
O(酸素)は、ピンニング粒子である上記複合介在物の個数を制御する上で重要である。Oが0.001%未満の場合、上記複合介在物の個数が不足し、溶接熱影響部靱性が劣化する。一方、Oが0.005%を超える場合、鋼の清浄度が低下して機械的性質が劣化する。したがって、Oの含有量は0.001〜0.005%とする。
N:0.006%以下、
Nは不可避的不純物として存在する。母材靭性の低下、溶接時に希釈による溶接金属中への混入から溶接金属の靭性低下を招くため、Nの含有量の上限を0.006%とする。
insol.Al:0.0001〜0.005%、sol.Al:0.0001〜0.0005%
insol.Alは、旧オーステナイト粒成長のピンニング粒子である上記複合介在物の個数を1×10個/mm以上存在するように制御する上で重要である。insol.Alが0.0001%未満の場合、上記複合介在物の個数が1×10個/mm未満になってしまい、旧オーステナイト粒が十分に細粒化されず、良好な溶接熱影響部靱性が得られない。また、insol.Alが0.005%を超えて、上記複合介在物の個数が多く生成しすぎると、一旦生成した複合介在物が凝集して粗大な複合介在物になりやすくなる。その結果、粒径0.6μm未満の複合介在物の個数が1×10個/mm未満となりやすく、この場合、旧オーステナイト粒界の移動を十分にピンニングすることはできない。また、粗大な複合介在物が形成されると、それに起因した溶接熱影響部靱性の劣化が起こる。したがって、insol.Alの含有量は0.0001〜0.005%とする。
次に、sol.Alは上記の微細な複合介在物を分散させる上で、マイナスに働く。sol.Alの含有量が増加して0.0005%を超えると、鋼中のAlの総量が増加すると、上記複合介在物が粗大化してしまい、旧オーステナイト粒が十分に細粒化されず、良好な溶接熱影響部靱性が得られない。したがって、sol.Alの含有量の上限は0.0005%とする。ただし、sol.Alの含有量が0.0001%未満では十分な脱酸効果が得られないので、その下限を0.0001%とする。
insol.Mg:0.0001〜0.005%、sol.Mg:0.0001〜0.0005%
insol.Mgは、旧オーステナイト粒成長のピンニング粒子である上記複合介在物の個数を1×10個/mm以上存在するように制御する上で重要である。insol.Mgが0.0001%未満の場合、上記複合介在物の個数が1×10個/mm未満になってしまい、旧オーステナイト粒が十分に細粒化されず、良好な溶接熱影響部靱性が得られない。また、insol.Mgが0.005%を超えて、上記複合介在物の個数が多く生成しすぎると、一旦生成した複合介在物が凝集して粗大な複合介在物になりやすくなる。その結果、粒径0.6μm未満の複合介在物の個数が1×10個/mm未満となりやすく、この場合、旧オーステナイト粒界の移動を十分にピンニングすることはできない。また、粗大な複合介在物が形成されると、それに起因した溶接熱影響部靱性の劣化が起こる。したがって、insol.Mgの含有量は0.0001〜0.005%とする。
次に、sol.Mgは上記の微細な複合介在物を分散させる上で、マイナスに働く。sol.Mgの含有量が0.0005%を超えて、鋼中のMgの総量が増加すると、上記複合介在物が粗大化してしまい、旧オーステナイト粒が十分に細粒化されず、良好な溶接熱影響部靱性が得られない。したがって、sol.Mgの含有量の上限は0.0005%とする。ただし、sol. Mgの含有量が0.0001%未満では上記の微細な複合介在物を分散させるのに必要なinsol. Mgを確保できないので、その下限を0.0001%とする。
本発明に係る鋼材は、上記の元素を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる。ここで、不可避的不純物とは、鋼材を工業的に製造する際に鉱石やスクラップ等のような原料をはじめとして製造工程の種々の要因によって混入する成分を意味する。
本発明に係る鋼材には、必要に応じて、次の第1群から第4群のうちの少なくとも1群の中から選んだ1種または2種以上の元素を含有させることができる。
(1) 第1群:Cu、Ni、Cr、Mo、VおよびBのうちの1種または2種以上、
(2) 第2群:CaおよびREMのうちの1種または2種、
(3) 第3群:NbおよびTiのうちの1種または2種。
(4) 第4群:Sn
(1) 第1群:Cu、Ni、Cr、Mo、VおよびBのうちの1種または2種以上
第1群の元素であるCu、Ni、Cr、Mo、VおよびBは、強度または靱性を向上させる作用を有するので、必要に応じて、これらの元素のうちの1種または2種以上を含有させることができる。以下、第1群の元素について詳しく説明する。
Cu:1.0%以下
Cuを含有させると、溶接性および溶接熱影響部靱性に悪影響を及ぼすことなく母材の強度と靭性を向上させることができる。しかし、その含有量が1.0%を超えると、逆に母材の強度と靭性を低下させる。したがって、Cuの含有量は1.0%以下とする。なお、Cuによる効果を得たい場合には、Cuを0.01%以上含有させることが好ましい。
Ni:1.0%以下
Niは、溶接性および溶接熱影響部靱性に悪影響を及ぼすことなく母材の強度と靭性を確保するために有効な元素である。しかし、Niの含有量が1.0%を超えると、逆に母材の強度と靭性を低下させる。したがって、Niの含有量は1.0%以下とする。なお、Niによる効果を得たい場合には、Niを0.01%以上含有させることが好ましい。
Cr:0.5%以下
Crは、溶接性および溶接熱影響部靱性に悪影響を及ぼすことなく母材の強度と靭性を確保するために有効な元素である。しかし、Crの含有量が0.5%を超えると、逆に母材の強度と靭性を低下させる。したがって、Crの含有量は0.5%以下とする。なお、Crによる効果を得たい場合には、Crを0.01%以上含有させることが好ましい。
Mo:0.5%以下
Moは、溶接性および溶接熱影響部靱性に悪影響を及ぼすことなく母材の強度と靭性を確保するために有効な元素である。しかし、Moの含有量が0.5%を超えると、逆に母材の強度と靭性を低下させる。したがって、Moの含有量は0.5%以下とする。なお、Moによる効果を得たい場合には、Moを0.01%以上含有させることが好ましい。
V:0.2%以下
Vは、母材の靱性を向上させるのに有効な元素である。しかし、Vの含有量が0.2%を超えると、逆に母材の靭性を低下させる。したがって、Vの含有量は0.2%以下とする。なお、Vによる効果を得たい場合には、Vを0.01%以上含有させることが好ましい。
B:0.0005%以下
Bは、焼入れ性を高めて母材や溶接熱影響部の機械的性質を向上させるのに有効な元素である。しかし、Bの含有量が0.0005%を超えると、逆に溶接熱影響部靱性や溶接性を低下させる。したがって、Bの含有量は0.0005%以下とする。なお、Bによる効果を得たい場合には、Bを0.0001%以上含有させることが好ましい。
(2) 第2群:CaおよびREMのうちの1種または2種
第2群の元素であるCaおよびREMはいずれも硫化物の形態を制御し、熱間加工性を増加させ、低温靭性を確保する作用を有するので、必要に応じて、CaおよびREMのうちのいずれかまたは両方を含有させることができる。以下、第2群の元素について詳しく説明する。
Ca:0.005%以下
Caは、硫化物の形態を制御し、熱間加工性を増加させ、低温靭性を確保するために有効である。一方、Caの含有量が0.005%を超えると、大型介在物やクラスターを生成して鋼の清浄度を害するので、Ca含有量は0.005%以下とする。なお、Caによる効果を得たい場合には、Caの含有量を0.0005%以上とするのが好ましい。
REM:0.005%以下
REMは、Caと同様に、硫化物の形態を制御し、熱間加工性を増加させ、低温靭性を確保するために有効である。一方、REMの含有量が0.005%を超えると、大型介在物やクラスターを生成して鋼の清浄度を害するので、REM含有量は0.005%以下とする。なお、REMによる効果を得たい場合には、REMの含有量を0.0005%以上とするのが好ましい。ここで、REMとは、ランタノイドの15元素にYおよびScを合わせた17元素の総称であり、これらの元素のうちの1種または2種以上を含有させることができる。REMの混合体であるミッシュメタルを添加することでREMを含有させてもよい。なお、REMの含有量はこれらの元素の合計含有量を意味する。
(3) 第3群:NbおよびTiのうちの1種または2種
第3群の元素であるNbおよびTiは、ピン止め効果により旧オーステナイト粒の粗大化を抑制する作用を有するので、必要に応じて、含有させることができる。以下、詳しく説明する。
Nb:0.05%以下
Nbは、ピン止め効果により旧オーステナイト粒の粗大化を抑制し、母材組織の微細化を図るために有効な元素である。しかし、Nbの含有量が0.05%を超えると、溶接熱影響部靱性が悪化するので、Nb含有量は0.05%以下とする。0.04%以下とするのが好ましい。なお、Nbによる効果を得たい場合には、Nbの含有量を0.01%以上とするのが好ましく、0.02%以上とするのがより好ましい。
Ti:0.02%以下
Tiは、窒化物を生成し、鋼中の固溶N量を低減するとともに析出したTiNは作用を有する。しかしながら、この含有量が0.02%を超えると、上記複合介在物の生成に必要なO量の低減を招くため、ピン止め効果が低減し溶接熱影響部靭性が悪化するので、Ti含有量は0.02%以下とする。なお、Tiによる効果を得たい場合には、Tiの含有量を0.001%以上とするのが好ましい。
(4) 第4群:Sn
第4群の元素であるSnは耐食性を改善する作用を有するので、必要に応じて、含有させることができる。以下、詳しく説明する。
Sn:0.5%以下
Snは耐食性を改善するために有効である。一方、Snの含有量が0.5%を超えると、母材および熱影響部靭性が低下するので、Snの含有量は0.5%以下とする。Snの好ましい含有量は0.4%以下である。なお、Snの効果を得たい場合には、Snの含有量を0.002%以上とするのが好ましく、0.05%以上とするのがより好ましい。
2.本発明に係る複合介在物について
本発明においては、MgとMnとAlからなる酸化物とMnSからなる、粒径0.6μm未満の複合介在物が鋼材中に1×10個/mm以上存在することが必要である。以下、その理由を詳述する。
1400℃以上の高温でも熱的に安定である(MnS+Mn、Mg系スピネル)複合介在物、具体的には、MgとMnとAlからなる酸化物とMnSからなる複合介在物を鋼中に分散させると、溶接入熱量が300kJ/cm以上となる大入熱溶接により鋼材温度が上昇しても、消失することはない。ここで、MgとMnとAlからなる酸化物とMnSからなる複合介在物とは、スピネル構造のマンガンスピネルMnAlのMnの一部がMgで置換した酸化物と、Mn:Sが1:1のNaCl構造のMnSからなる複合介在物をいう。
このような複合介在物が存在すると、旧オーステナイト粒界の移動をピンニングするので、溶接熱影響部靱性の向上を図ることができる。しかし、この複合介在物は微細かつ多量に分散・生成させることによってはじめて十分なピンニング効果が得られる。具体的には、粒径0.6μm未満の複合介在物が鋼中に1×10個/mm以上で存在する必要がある。粒径が0.6μm以上の複合介在物では旧オーステナイト粒界の移動を十分にピンニングすることはできないおそれがあるからであり、そして、粒径0.6μm以上の複合介在物が存在してもその個数が鋼中に1×10個/mm未満ではやはり十分なピンニング効果を得ることができず、溶接熱影響部の粒界が大きくなり靭性が低下してしまうからである。ここで、粒径はいわゆる円相当粒径であり、複合介在物を円に換算した場合の円の粒径をいう。
複合介在物の粒径の下限は特に規定するものではないが、ピンニングの効果を十分に得たい場合には、その粒径を0.01μm以上とするのが好ましい。また、複合介在物の数が多いほどピンニング効果は大きくなるので上限は規定しない。しかし、鋼中に存在するMg、Mn、AlおよびSの含有量から計算すると、この複合介在物の個数は1×10個/mmが上限となる。なお、複合介在物は、粒径0.6μm未満のものが鋼中に1×10個/mm以上で存在していればよく、この複合介在物の粒径が0.6μm以上のものが存在しても構わない。ただし、粒径が大きな複合介在物が多く存在すると0.6μm未満の複合介在物を1×10個/mm以上確保し難くなる。
表1に示す44種類の化学組成を有する試験鋼から連続鋳造法によりスラブを作製し、このスラブを複数枚重ねることにより脱水素を行った。その後、加熱炉に装入して1150〜1200℃まで加熱した後、スラブを加熱炉から取り出し、生成したスケールに高圧水をかけて完全に除去し、続けてスラブを1パスあたり5%以上の圧下量で圧延して厚さ55mmの鋼材とした。圧延後の鋼材の温度が800〜900℃程度に低下した後、続いて5℃/秒以上の冷却温度で400〜500℃まで水冷した。このような工程を経て得た鋼材から機械加工により板両面を5mmずつ切削して、厚さ55mmの平滑な鋼板とした。
Figure 0005880348
このようにして得た各鋼材について、側面の一方を10°に加工し、2枚の鋼板を突き合わせることにより、20°V開先としてエレクトロスラグ溶接を実施した。溶接入熱は300kJ/cm、ワイヤはDWS−1LG、電流400A、電圧42V、溶接速度は3.4cm/minとした。
溶接後に、鋼材母材から電解抽出により、母材を0.5g溶かし、ピンニング粒子がフィルター上に乗った試料を作製し、これを10000倍以上の倍率で250μmの面積にわたって走査型電子顕微鏡(SEM)で観察することによって、ピンニング粒子である複合介在物のサイズと個数をカウントし、その存在密度を求めた。また、電解抽出時に鋼材母材の溶けた量から、SEM観察で求めた存在密度を鋼材母材中での存在密度に換算し直した。なお、MgとMnとAlからなる酸化物とMnSからなる複合介在物の同定は、SEMに付属するエネルギー分散型X線分光法(EDS)による組成分析により行った。このようにして求めた鋼材母材中での複合介在物の存在密度(換算値)を表2に示した。
また、溶接後に、溶接熱影響部にJIS4号に基づいてノッチを形成した試験片を作製し、JISZ2242金属シャルピー衝撃試験方法に基づいて試験を行うことによって、靱性を調査した。その結果は、表2のシャルピー衝撃値(vE-30)で示したとおりである。
Figure 0005880348
表2より、本発明に係る化学組成の範囲内にある本発明鋼(鋼No.1〜27)は、いずれも粒径0.6μm未満の複合介在物が鋼材中に1×10個/mm以上存在しており、シャルピー衝撃値(vE-30)はいずれも高いので、優れた溶接熱影響部靭性を示すことが分かる。
これに対して、本発明に係る化学組成の範囲外にある比較鋼(鋼No.28〜44)は、いずれも粒径0.6μm未満の複合介在物が鋼材中に1×10個/mm未満であり、シャルピー衝撃値(vE-30)はいずれも低く、溶接熱影響部靱性が劣ることが分かる。
本発明によれば、溶接入熱量が300kJ/cm以上の大入熱溶接を実施した場合であっても、旧オーステナイト粒の粗大化を抑制することができ、もって優れた溶接熱影響部靭性を有する鋼材を提供することができる。

Claims (5)

  1. 質量%で、
    C:0.02〜0.25%、
    Si:0.0001〜0.4%、
    Mn:0.5〜2.0%、
    P:0.03%以下、
    S:0.001〜0.050%、
    O:0.001〜0.005%、
    N:0.006%以下、
    insol.Al:0.0001〜0.005%、
    sol.Al:0.0001〜0.0005%、
    insol.Mg:0.0001〜0.005%、
    sol.Mg:0.0001〜0.0005%
    を含有し、残部はFe及び不純物からなる化学組成を有する鋼材であって、MgとMnとAlからなる酸化物とMnSからなる、粒径0.6μm未満の複合介在物が鋼材中に1×10個/mm以上存在することを特徴とする、溶接熱影響部の靱性に優れた鋼材。
  2. さらに、質量%で、
    Cu:1.0%以下、
    Ni:1.0%以下
    Cr:0.5%以下、
    Mo:0.5%以下、
    V:0.2%以下、
    B:0.0005%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の溶接熱影響部靱性に優れた鋼材。
  3. さらに、質量%で、
    Ca:0.005%以下、
    REM:0.005%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または2に記載の溶接熱影響部靱性に優れた鋼材。
  4. さらに、質量%で、
    Nb:0.05%以下、
    Ti:0.02%以下
    のうちの1種または2種以含有することを特徴とする、請求項1から3までのいずれかに記載の溶接熱影響部靱性に優れた鋼材。
  5. さらに、質量%で、
    Sn:0.5%以下
    を含有することを特徴とする、請求項1から4までのいずれかに記載の溶接熱影響部靱性に優れた鋼材。
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