JP5880348B2 - 溶接熱影響部靱性に優れた鋼材 - Google Patents
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Description
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1×106個/mm3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。
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。
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。
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。
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。
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(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1×106個/mm3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1×106個/mm3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1×106個/mm3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。
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1×106個/mm3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1×106個/mm3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1×106個/mm3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。
(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
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。
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。
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。
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。
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1×106個/mm3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。
Claims (5)
- 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1×106個/mm3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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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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JP2012121084 | 2012-05-28 | ||
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