JP5966907B2 - Steel material for large heat input welding - Google Patents

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本発明は、造船、建築、土木等の各種溶接構造物で使用される鋼材に用いて好適な、入熱量が300kJ/cmを超える大入熱溶接を施した際の溶接熱影響部の低温靱性に優れる大入熱溶接用鋼材に関する。   The present invention is suitable for steel materials used in various welded structures such as shipbuilding, construction, civil engineering, etc., and low temperature toughness of the heat affected zone when high heat input with a heat input exceeding 300 kJ / cm is applied. The present invention relates to a steel material for large heat input welding which is excellent in resistance.

造船、建築、土木等の分野で使用される鋼材は、一般に、溶接接合により所望の形状の構造物に仕上げられる。これらの構造物においては、安全性の観点から、使用される鋼材の母材靱性はもちろんのこと、溶接部の靱性に優れることが要請されている。一方で、これら構造物や船舶はますます大型化し、使用される鋼材の高強度化・厚肉化に伴い、溶接施工にはサブマージアーク溶接、エレクトロガス溶接およびエレクトロスラグ溶接などの高能率な大入熱溶接が適用されている。このため、大入熱溶接により溶接施工したときに、溶接部の靱性に優れた鋼材が必要となっている。   Steel materials used in the fields of shipbuilding, construction, civil engineering and the like are generally finished into a structure having a desired shape by welding. In these structures, from the viewpoint of safety, not only the base material toughness of the steel material used but also the toughness of the welded portion is required to be excellent. On the other hand, these structures and ships are becoming larger and more efficient, such as submerged arc welding, electrogas welding, and electroslag welding, as the steel materials used become stronger and thicker. Heat input welding is applied. For this reason, when welding is performed by high heat input welding, a steel material excellent in toughness of the welded portion is required.

しかし、一般に、溶接入熱量が大きくなると、溶接熱影響部(HAZ)の組織が粗大化するために、溶接熱影響部の靱性は低下することが知られている。このような大入熱溶接による靱性の低下に対して、これまでにも多くの対策が提案されてきた。   However, it is generally known that as the welding heat input increases, the structure of the weld heat affected zone (HAZ) becomes coarse, and the toughness of the weld heat affected zone decreases. Many countermeasures have been proposed for the reduction of toughness due to such high heat input welding.

例えば、特許文献1には、TiNの微細分散によるオーステナイト粒の粗大化抑制やフェライト変態核としての作用を利用する技術及びTiの酸化物を分散させる技術が開示されている。   For example, Patent Document 1 discloses a technique that uses a function of suppressing the coarsening of austenite grains by fine dispersion of TiN and acts as a ferrite transformation nucleus, and a technique that disperses a Ti oxide.

TiNを主体に利用するこれらの従来技術には、TiNが溶解する温度域に加熱される溶接熱影響部においてはTiが有する上記の作用がなくなり、さらには地の組織が固溶Tiおよび固溶Nにより脆化して靱性が著しく低下するという問題があった。また、Ti酸化物を利用する技術では、酸化物を均一微細に分散させることが困難であるという問題があった。   In these conventional techniques mainly using TiN, the above-mentioned action of Ti is eliminated in the welding heat affected zone heated to a temperature range where TiN dissolves, and further, the structure of the ground becomes solid solution Ti and solid solution. There is a problem that the toughness is significantly lowered due to embrittlement by N. Further, the technology using Ti oxide has a problem that it is difficult to disperse the oxide uniformly and finely.

これに対し、例えば特許文献2には、300kJ/cmを超える大入熱量で溶接した溶接熱影響部の靱性を向上させるためには、硫化物の形態制御に必要なCaを適正に含有させ、CaSを活用することが開示されている。酸化物に比べて低温で晶出するCaSを活用することで、これを微細に分散させ、これを核として析出するMnSやTiN、BN等フェライト変態生成核となる析出物を冷却中に微細に分散させた。これにより、溶接熱影響部の組織を微細なフェライトパーライトの組織とし、溶接熱影響部の高靱性化を達成することができた。   On the other hand, for example, in Patent Document 2, in order to improve the toughness of the weld heat-affected zone welded with a large heat input exceeding 300 kJ / cm, Ca necessary for the morphology control of sulfide is appropriately contained, Utilizing CaS is disclosed. By utilizing CaS that crystallizes at a lower temperature than oxides, this is finely dispersed, and precipitates that become ferrite transformation formation nuclei such as MnS, TiN, and BN, which are precipitated as a core, are finely cooled during cooling. Dispersed. As a result, the structure of the weld heat-affected zone was changed to a fine ferrite pearlite structure, and the toughness of the weld heat-affected zone could be increased.

特開昭57−51243号公報JP 57-51243 A 特許3546308号Patent 3546308

しかしながら、溶接構造物の使用環境はより厳しくなる傾向にあり、例えば、サハリンを航行する船舶には今まで以上に低温靱性を向上した高強度低温靱性仕様が必要とされる。このような厳しい要求特性を満足するには大入熱溶接熱影響部靱性向上技術の更なる高性能化に対応することが必要である。   However, the use environment of the welded structure tends to be more severe. For example, a ship that sails in Sakhalin needs a high-strength low-temperature toughness specification with improved low-temperature toughness than ever before. In order to satisfy such strict requirements, it is necessary to cope with further enhancement of the high heat input welding heat-affected zone toughness improving technology.

本発明では、降伏強度が390MPa以上の高強度鋼について、入熱量が300kJ/cmを超える大入熱溶接を施した際の溶接熱影響部の低温靱性が、造船用厚鋼板の分野において、要求特性が最も厳しいF級鋼(日本海事協会 鋼船規則K編、M編、F級鋼:母材靱性:−60℃仕様、大入熱溶接継手靱性:−40℃仕様)の特性を兼ね備えた大入熱溶接用鋼材を提供することを目的とする。   In the present invention, for high strength steel having a yield strength of 390 MPa or more, the low temperature toughness of the weld heat affected zone when high heat input with a heat input exceeding 300 kJ / cm is required in the field of thick steel plates for shipbuilding. Combined with the characteristics of the F class steel with the strictest characteristics (Japan Maritime Association Steel Ship Rules K and M, Class F steel: base metal toughness: -60 ° C specification, high heat input welded joint toughness: -40 ° C specification) It aims at providing the steel material for large heat input welding.

本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意検討を行い、以下の知見を得た。
1.大入熱溶接熱影響部の靱性向上には、高温域でのオーステナイト粒の粗大化を抑制し、その後の冷却過程において、前記オーステナイト粒の粒界ではなく粒内から生成するフェライト(以下、粒内フェライトと称する)の核生成を促進させ、この粒内フェライトの粒径を微細にすることが肝要である。
2.具体的な成分設計指針として、オーステナイト粒の粗大化抑制のため所望のTi、N量を確保すること、Ca、S、O量を適正に制御して粒内フェライトの各生成サイトを十分多量に確保し、その結果として粒内フェライトの粒径を微細にすることが有効である。本発明は、上記知見をもとに、さらに検討を加えてなされたものであり、すなわち、本発明は、以下のとおりである。
[1]質量%で、C:0.030〜0.120%、Si:0.50%以下、Mn:1.40〜2.00%、P:0.020%以下、S:0.0005〜0.0040%、Al:0.005〜0.100%、Nb:0.003〜0.030%、Ti:0.004〜0.030%、B:0.0003〜0.0030%、N:0.0035〜0.0070%、Ca:0.0005〜0.0030%、O:0.0040%以下を含み、かつ、下記(1)式を満たし、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、溶接入熱量が300kJ/cmを超える大入熱溶接を施したときのボンド近傍の熱影響部組織において、粒内フェライトの粒径が50μm以下であることを特徴とする大入熱溶接用鋼材。
0<(Ca−(0.18+130×Ca)×O)/1.25/S≦0.40・・・(1)
ただし、上記式中のCa、O、Sは各成分の含有量(質量%)を表す。
[2]さらに、下記(2)式を満たすことを特徴とする、[1]に記載の大入熱溶接用鋼材。
Mn+0.8×(Cr+Mo+V)≦1.78・・・(2)
ただし、上記式中のMn、Cr、Mo、Vは各成分の含有量(質量%)を表し、含有しない場合は0とする。
[3]さらに、質量%で、V:0.20%以下、Ni:1.00%以下、Cu:1.00%以下、Cr:0.40%以下、Mo:0.40%以下、W:0.05〜0.40%の中から選ばれる1種以上を含有する[1]または[2]に記載の大入熱溶接用鋼材。
[4]さらに、質量%で、Mg:0.0005〜0.0050%、Zr:0.0010〜0.0200%、REM:0.0010〜0.0200%の中から選ばれる1種以上を含有することを特徴とする[1]〜[3]のいずれかに記載の大入熱溶接用鋼材。
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have intensively studied and obtained the following knowledge.
1. In order to improve the toughness of the heat-affected zone with high heat input welding, the coarsening of austenite grains in the high temperature range is suppressed, and in the subsequent cooling process, ferrite (hereinafter referred to as grains) is generated from within the grains rather than the grain boundaries of the austenite grains. It is important to promote the nucleation of the inner ferrite) and to reduce the grain size of the intragranular ferrite.
2. As a specific component design guideline, to secure the desired Ti and N amounts to suppress the coarsening of austenite grains, and to control the Ca, S and O amounts appropriately and to increase the amount of each production site of intragranular ferrite sufficiently large As a result, it is effective to reduce the grain size of the intragranular ferrite. The present invention has been made based on the above findings and further studies. That is, the present invention is as follows.
[1] By mass%, C: 0.030 to 0.120%, Si: 0.50% or less, Mn: 1.40 to 2.00%, P: 0.020% or less, S: 0.0005 -0.0040%, Al: 0.005-0.100%, Nb: 0.003-0.030%, Ti: 0.004-0.030%, B: 0.0003-0.0030%, N: 0.0035 to 0.0070%, Ca: 0.0005 to 0.0030%, O: 0.0040% or less, and satisfying the following formula (1), the balance from Fe and inevitable impurities In the heat-affected zone structure near the bond when high heat input welding with a heat input of 300 kJ / cm or more is applied, the grain size of the intragranular ferrite is 50 μm or less. Steel material.
0 <(Ca− (0.18 + 130 × Ca) × O) /1.25/S≦0.40 (1)
However, Ca, O, and S in the above formulas represent the content (% by mass) of each component.
[2] The steel material for high heat input welding according to [1], further satisfying the following expression (2).
Mn + 0.8 × (Cr + Mo + V) ≦ 1.78 (2)
However, Mn, Cr, Mo, V in the above formula represents the content (% by mass) of each component, and 0 when not contained.
[3] Further, in mass%, V: 0.20% or less, Ni: 1.00% or less, Cu: 1.00% or less, Cr: 0.40% or less, Mo: 0.40% or less, W : The steel material for large heat input welding according to [1] or [2], which contains one or more selected from 0.05 to 0.40%.
[4] Further, by mass%, one or more selected from Mg: 0.0005-0.0050%, Zr: 0.0010-0.0200%, REM: 0.0010-0.0200% The steel material for high heat input welding according to any one of [1] to [3], which is contained.

本発明によれば、300kJ/cmを超える大入熱溶接を施しても溶接熱影響部の強度と靱性に優れる鋼材を安価に得ることができる。したがって、本発明の鋼材は、サブマージアーク溶接、エレクトロガス溶接、エレクトロスラグ溶接などの大入熱溶接により施工される船舶や大型鋼構造物に好適に用いられる。   According to the present invention, a steel material excellent in the strength and toughness of the weld heat-affected zone can be obtained at a low cost even when high heat input welding exceeding 300 kJ / cm is performed. Therefore, the steel material of the present invention is suitably used for ships and large steel structures constructed by high heat input welding such as submerged arc welding, electrogas welding, and electroslag welding.

以下に本発明を実施するための形態について説明する。まず、本発明において化学成分を限定した意義について説明する。本発明において、化学成分に関する%表示は全て質量%を意味している。   The form for implementing this invention is demonstrated below. First, the significance of limiting chemical components in the present invention will be described. In the present invention, “%” regarding chemical components means “% by mass”.

C:0.030〜0.120%
Cは、構造用鋼として必要な強度を得るためにその含有量の下限を0.030%とし、島状マルテンサイトの生成量を抑えるため、上限を0.120%とする。
C: 0.030 to 0.120%
C has a lower limit of 0.030% in order to obtain the strength required for structural steel, and an upper limit of 0.120% in order to suppress the amount of island martensite produced.

Si:0.50%以下
Siは、鋼中に必ず含有される元素であり、母材の強度を向上する効果を有するが、0.50%を超えて含有すると、大入熱溶接熱影響部に島状マルテンサイトを生成して靱性を劣化させるため、上限を0.50%とする。
Si: 0.50% or less Si is an element that is necessarily contained in steel, and has the effect of improving the strength of the base material. In order to generate island martensite and deteriorate toughness, the upper limit is made 0.50%.

Mn:1.40〜2.00%
Mnは、母材の強度を確保するために、1.40%以上は必要であり、2.00%を超えると溶接部の靱性を劣化させる。したがって、Mnの範囲は、1.40〜2.00%とするが、好ましくは、1.40%〜1.78%の範囲であり、より好ましくは、1.40%〜1.60%の範囲である。
Mn: 1.40 to 2.00%
Mn needs to be 1.40% or more in order to secure the strength of the base material, and if it exceeds 2.00%, the toughness of the welded portion is deteriorated. Therefore, the range of Mn is 1.40 to 2.00%, preferably 1.40% to 1.78%, and more preferably 1.40% to 1.60%. It is a range.

P:0.020%以下
Pは、不可避的に混入する不純物であり、0.020%を超えると、母材および溶接部の靱性を低下させるため、上限を0.020%とする。
P: 0.020% or less P is an impurity that is inevitably mixed. If it exceeds 0.020%, the toughness of the base metal and the welded portion is lowered, so the upper limit is made 0.020%.

S:0.0005〜0.0040%
Sは、所要のCaSあるいはMnSを生成するために0.0005%以上必要であり、0.0040%を超えると母材の靱性を劣化させる。したがって、Sの含有量は、0.0005〜0.0040%の範囲とする。
S: 0.0005 to 0.0040%
S is required to be 0.0005% or more in order to produce required CaS or MnS, and if it exceeds 0.0040%, the toughness of the base material is deteriorated. Therefore, the S content is in the range of 0.0005 to 0.0040%.

Al:0.005〜0.100%
Alは、鋼の脱酸上0.005%以上が必要であり、0.01%以上含有することが好ましいが、0.100%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。したがって、Alの含有量は、0.005〜0.100%の範囲とする。
Al: 0.005 to 0.100%
Al is required to be 0.005% or more in terms of deoxidation of steel, and is preferably contained in an amount of 0.01% or more. Degradation of toughness. Therefore, the Al content is in the range of 0.005 to 0.100%.

Nb:0.003〜0.030%
Nbは、母材の強度・靱性および継手の強度を確保するのに有効な元素であるが、0.003%未満ではその効果が小さい。0.030%を超えて含有すると溶接熱影響部に島状マルテンサイトを形成することにより靱性が劣化する。したがって、Nbの含有量は、0.003〜0.030%の範囲とする。
Nb: 0.003 to 0.030%
Nb is an element effective for ensuring the strength and toughness of the base material and the strength of the joint, but its effect is small when it is less than 0.003%. If the content exceeds 0.030%, the toughness deteriorates by forming island martensite in the weld heat affected zone. Therefore, the Nb content is in the range of 0.003 to 0.030%.

Ti:0.004〜0.030%
Tiは、凝固時にTiNとなって析出し、溶接熱影響部でのオーステナイトの粗大化抑制や粒界や粒内においてフェライト変態核となって高靱性化に寄与する。0.004%に満たないとその効果が少なく、0.030%を超えるとTiN粒子の粗大化によって期待する効果が得られなくなる。したがって、Tiの含有量は、0.004〜0.030%の範囲とする。好ましくは、0.006%〜0.028%の範囲である。
Ti: 0.004 to 0.030%
Ti precipitates as TiN during solidification and contributes to the suppression of austenite coarsening in the weld heat-affected zone and to high toughness as a ferrite transformation nucleus in the grain boundaries and grains. If less than 0.004%, the effect is small, and if it exceeds 0.030%, the expected effect cannot be obtained due to the coarsening of TiN particles. Therefore, the Ti content is in the range of 0.004 to 0.030%. Preferably, it is 0.006% to 0.028% of range.

B:0.0003〜0.0030%
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オーステナイト粒界や粒内においてフェライト変態核として作用する元素である。このような効果を奏するには0.0003%以上の含有が必要であるが、0.0030%を超えて添加すると焼入れ性が過度に増して靱性が劣化する。したがって、Bの含有量は、0.0003〜0.0030%の範囲とする。
B: 0.0003 to 0.0030%
B is an element that generates BN at the weld heat affected zone to reduce the solid solution N and to act as a ferrite transformation nucleus in the austenite grain boundary or in the grains. In order to exhibit such an effect, the content of 0.0003% or more is necessary. However, when the content exceeds 0.0030%, the hardenability is excessively increased and the toughness is deteriorated. Therefore, the B content is in the range of 0.0003 to 0.0030%.

N:0.0035〜0.0070%
Nは、TiNを形成させるためのTiと見合う量を確保することが必要であり、0.0035%未満では十分なTiN量が得られず、溶接熱影響部でのオーステナイトの粗大化抑制やフェライト変態核として高靱性化に寄与する、などの効果が得られない。0.0070%を超えると溶接熱サイクルによってTiNが溶解する領域での固溶N量の増加によって靱性が著しく低下する。したがって、Nの含有量は、0.0035〜0.0070%の範囲とする。好ましくは、0.0037〜0.0070%の範囲とする。
N: 0.0035 to 0.0070%
N is required to secure an amount commensurate with Ti for forming TiN, and if it is less than 0.0035%, a sufficient amount of TiN cannot be obtained, and austenite coarsening is suppressed in the weld heat affected zone or ferrite. Effects such as contributing to high toughness as a transformation nucleus cannot be obtained. If it exceeds 0.0070%, the toughness is significantly lowered due to an increase in the amount of solute N in the region where TiN is dissolved by the welding heat cycle. Therefore, the N content is in the range of 0.0035 to 0.0070%. Preferably, it is set as 0.0037 to 0.0070% of range.

Ca:0.0005〜0.0030%
Caは、CaSを形成することによりSを化学的に固定し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には少なくとも0.0005%以上含有する必要があるが、0.0030%を超えて含有しても効果が飽和する。このため、本発明では、0.0005%〜0.0030%の範囲に限定する。
Ca: 0.0005 to 0.0030%
Ca is an element having a toughness improving effect by chemically fixing S by forming CaS. In order to exhibit such an effect, it is necessary to contain at least 0.0005% or more, but even if it exceeds 0.0030%, the effect is saturated. For this reason, in this invention, it limits to the range of 0.0005%-0.0030%.

O:0.0040%以下
Oは、必ず含有するが、凝固時に酸化物となって析出するため、0.0040%を超えて含有すると、母材および溶接熱影響部の靱性が低下する。このため、Oの含有量は0.0040%以下とする。
O: 0.0040% or less O is always contained, but precipitates as an oxide at the time of solidification. Therefore, if it exceeds 0.0040%, the toughness of the base material and the weld heat-affected zone decreases. For this reason, content of O shall be 0.0040% or less.

0<(Ca−(0.18+130×Ca)×O)/1.25/S≦0.40・・・(1)ただし、Ca、O、Sは各成分の含有量を(質量%)を表す。
Ca、OおよびSは、0<(Ca−(0.18+130×Ca)×O)/1.25/S≦0.40の関係を満足するように含有させる必要がある。この場合には、CaS上にMnSが析出した複合硫化物の形態となる。Ca−(0.18+130×Ca)×O)/1.25/Sの値が0.40を超えると、粒内フェライトの核生成数が減少してフェライト粒を微細にすることができない。これとは逆に、Ca−(0.18+130×Ca)×O)/1.25/Sの値が0を超え、かつ0.40以下であれば、粒内フェライトの核生成数が顕著に増加して、後述のように、粒内フェライトの平均粒径を50μmとすることができる。
0 <(Ca− (0.18 + 130 × Ca) × O) /1.25/S≦0.40 (1) where Ca, O, and S are the contents of each component (mass%). Represent.
Ca, O, and S must be contained so as to satisfy the relationship of 0 <(Ca− (0.18 + 130 × Ca) × O) /1.25/S≦0.40. In this case, it becomes the form of the composite sulfide in which MnS is deposited on CaS. If the value of Ca− (0.18 + 130 × Ca) × O) /1.25/S exceeds 0.40, the number of nucleation of intragranular ferrite decreases and the ferrite grains cannot be made fine. On the contrary, if the value of Ca− (0.18 + 130 × Ca) × O) /1.25/S exceeds 0 and is 0.40 or less, the number of nucleation of intragranular ferrite is remarkable. As will be described later, the average grain size of the intragranular ferrite can be increased to 50 μm.

(Ca−(0.18+130×Ca)×O)/1.25/S≦0の場合には、CaSが晶出しないためにSはMnS単独の形態で析出し、このMnSが鋼板製造時の圧延で伸長されて均一かつ微細に分散されないため、母材の靱性の低下を引き起こすとともに、溶接熱影響部での靭性向上が達成されない。したがって、0<(Ca−(0.18+130×Ca)×O)/1.25/S≦0.40とした。好ましくは、0.10≦(Ca−(0.18+130×Ca)×O)/1.25/S<0.30の範囲である。
Mn+0.8×(Cr+Mo+V)≦1.78・・・(2)
ただし、上記式中のMn、Cr、Mo、Vは各成分の含有量(質量%)を表し、含有しない場合は0とする。
Mn+0.8×(Cr+Mo+V)が1.78を超えると、大入熱溶接熱影響部組織における島状マルテンサイト生成抑制効果が不十分となり、かつ、鉄母相の強度が過度に上昇し、試験温度−40℃での継手HAZ靭性の安定確保が困難となる。したがって、Mn+0.8×(Cr+Mo+V)≦1.78とすることが好ましい。
In the case of (Ca− (0.18 + 130 × Ca) × O) /1.25/S≦0, since CaS does not crystallize, S precipitates in the form of MnS alone. Since it is elongated by rolling and is not uniformly and finely dispersed, it causes a decrease in the toughness of the base material and an increase in toughness at the weld heat affected zone is not achieved. Therefore, 0 <(Ca− (0.18 + 130 × Ca) × O) /1.25/S≦0.40. Preferably, the range is 0.10 ≦ (Ca− (0.18 + 130 × Ca) × O) /1.25/S <0.30.
Mn + 0.8 × (Cr + Mo + V) ≦ 1.78 (2)
However, Mn, Cr, Mo, V in the above formula represents the content (% by mass) of each component, and 0 when not contained.
When Mn + 0.8 × (Cr + Mo + V) exceeds 1.78, the effect of suppressing the formation of island martensite in the high heat input welding heat-affected zone structure is insufficient, and the strength of the iron matrix phase is excessively increased. It becomes difficult to ensure the stability of the joint HAZ toughness at a temperature of −40 ° C. Therefore, it is preferable that Mn + 0.8 × (Cr + Mo + V) ≦ 1.78.

本発明では、さらにV、Ni、Cu、Cr、Mo、Wの中から選ばれる1種以上を、それぞれ下記範囲内において選択的に含有することができる。V、Cr、Moを含有する場合は、Mn量との関係において、含有量を規定する。   In the present invention, one or more selected from V, Ni, Cu, Cr, Mo, and W can be selectively contained within the following ranges. When V, Cr, and Mo are contained, the content is defined in relation to the amount of Mn.

V:0.20%以下
Vは、母材の強度・靱性の向上およびVNとしてのフェライト生成核として働き、この効果は0.05%以上含有することにより発揮されるが、0.20%を超えるとかえって靱性の低下を招く場合がある。したがって、Vを添加する場合は、0.20%以下とすることが好ましい。
V: 0.20% or less V works as an improvement in the strength and toughness of the base metal and as a ferrite formation nucleus as VN. This effect is exhibited by containing 0.05% or more, but 0.20% On the other hand, the toughness may be reduced. Therefore, when adding V, it is preferable to make it 0.20% or less.

Ni:1.00%以下
Niは、母材の高靱性を保ちつつ強度を上昇させる。この効果は0.10%以上含有することにより発揮されるが、1.00%を超えても効果が飽和する場合があるので、Niを添加する場合は、1.00%以下とすることが好ましい。
Ni: 1.00% or less Ni increases the strength while maintaining the high toughness of the base material. This effect is exhibited by containing 0.10% or more, but the effect may be saturated even if it exceeds 1.00%, so when adding Ni, the effect may be 1.00% or less. preferable.

Cu:1.00%以下
Cuは、Niと同様の、母材の高靱性を保ちつつ強度を上昇させる。この効果は0.10%以上含有することにより発揮されるが、1.00%を超えると熱間脆性を生じ、鋼板の表面性状を劣化させる場合がある。したがって、Cuを添加する場合は、1.00%以下とすることが好ましい。
Cu: 1.00% or less Cu increases the strength while maintaining the high toughness of the base material, similar to Ni. This effect is exhibited by containing 0.10% or more, but if it exceeds 1.00%, hot brittleness may occur, and the surface properties of the steel sheet may be deteriorated. Therefore, when adding Cu, it is preferable to set it as 1.00% or less.

Cr:0.40%以下
Crは、母材の高強度化に有効な元素であり、この効果は0.03%以上含有することにより発揮されるが、過剰に添加すると靱性に悪影響を与えることがあるため、上限を0.40%とすることが好ましい。
Cr: 0.40% or less Cr is an element effective for increasing the strength of the base material. This effect is exhibited when contained in an amount of 0.03% or more, but if added in excess, it adversely affects toughness. Therefore, the upper limit is preferably set to 0.40%.

Mo:0.40%以下
Moは、母材の高強度化に有効な元素であり、この効果は0.05%以上含有することにより発揮されるが、過剰に添加すると靱性に悪影響を与えることがある。したがって、Moを添加する場合は、0.40%以下とすることが好ましい。
Mo: 0.40% or less Mo is an element effective for increasing the strength of the base material, and this effect is exhibited by containing 0.05% or more, but if added in excess, it adversely affects toughness There is. Therefore, when adding Mo, it is preferable to set it as 0.40% or less.

W:0.05〜0.40%
Wは、母材の高強度化に有効な元素であり、この効果は0.05%以上含有することにより発揮されるが、過剰に添加すると靱性に悪影響を与えることがある。したがって、Wを添加する場合は、0.05〜0.40%とすることが好ましい。
W: 0.05-0.40%
W is an element effective for increasing the strength of the base material, and this effect is exhibited when it is contained in an amount of 0.05% or more, but if added excessively, the toughness may be adversely affected. Therefore, when adding W, it is preferable to set it as 0.05 to 0.40%.

本発明では、さらにMg、Zr、REMの中から選ばれる1種以上を下記範囲内において含有させることができる。   In the present invention, one or more selected from Mg, Zr, and REM can be further contained within the following range.

Mg:0.0005〜0.0050%
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には0.0005%以上含有することが好ましいが、0.0050%を超えて含有しても効果が飽和することがある。したがって、Mgを添加する場合は、0.0005〜0.0050%とすることが好ましい。
Mg: 0.0005 to 0.0050%
Mg is an element having an effect of improving toughness due to dispersion of oxides. In order to exhibit such an effect, it is preferable to contain 0.0005% or more, but even if it contains more than 0.0050%, the effect may be saturated. Therefore, when adding Mg, it is preferable to set it as 0.0005 to 0.0050%.

Zr:0.0010〜0.0200%
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には0.0010%以上含有することが好ましいが、0.0200%を超えて含有しても効果が飽和することがある。したがって、Zrを添加する場合は、0.0010〜0.0200%とすることが好ましい。
Zr: 0.0010 to 0.0200%
Zr is an element having an effect of improving toughness due to dispersion of oxides. In order to exert such an effect, it is preferable to contain 0.0010% or more, but even if it exceeds 0.0200%, the effect may be saturated. Therefore, when adding Zr, it is preferable to set it as 0.0010 to 0.0200%.

REM:0.0010〜0.0200%
REM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には0.0010%以上含有することが好ましいが、0.0200%を超えて含有しても効果が飽和することがある。したがって、REMを添加する場合は0.0010〜0.0200%とすることが好ましい。
REM: 0.0010 to 0.0200%
REM is an element having an effect of improving toughness due to dispersion of oxides. In order to exhibit such an effect, it is preferable to contain 0.0010% or more, but even if it contains over 0.0200%, the effect may be saturated. Therefore, when adding REM, it is preferable to set it as 0.0010 to 0.0200%.

溶接入熱量が300kJ/cmを超える大入熱溶接を施したときのボンド近傍の熱影響部組織において、粒内フェライトの粒径が50μm以下であること
溶接入熱量が300kJ/cmを超える大入熱溶接を対象としたのは、このような大入熱溶接の場合に島状マルテンサイトが生成しやすいので、この生成を防止するためである。
In the heat-affected zone structure near the bond when large heat input welding with a welding heat input exceeding 300 kJ / cm is performed, the grain size of the intragranular ferrite is 50 μm or less. The large heat input with a welding heat input exceeding 300 kJ / cm The purpose of heat welding is to prevent generation of island martensite in the case of such high heat input welding.

ボンド近傍の熱影響部組織とは、溶接金属と母鋼板の境界からおよそ0.5mm母材の鋼板側に入った位置までの間の領域をいう。   The heat-affected zone structure in the vicinity of the bond refers to a region from the boundary between the weld metal and the base steel plate to a position on the steel plate side of the base metal of about 0.5 mm.

粒内フェライトの粒径は後述するように画像解析装置を用いて測定することができる。粒内フェライトの粒径が50μm以下としたのは、50μm以下であれば靱性を安定的に確保することができる。50μmを超えると靱性値のバラツキが大きくなる。   The particle size of the intragranular ferrite can be measured using an image analyzer as will be described later. The reason why the grain size of the intragranular ferrite is 50 μm or less is that if it is 50 μm or less, the toughness can be stably secured. When it exceeds 50 μm, the variation in toughness value increases.

本発明においては、前述のように、Ca−(0.18+130×Ca)×O)/1.25/Sの値を、0より大きく、かつ、0.40以下の範囲に制限することにより、TiNの析出挙動制御による溶接熱影響部でのオーステナイトの粗大化抑制や高靱性化効果と相俟って、溶接熱影響部の粒内フェライトの粒径を50μm以下の細粒に制御することができ、その結果、溶接熱影響部において優れた靱性を達成する。   In the present invention, as described above, by limiting the value of Ca− (0.18 + 130 × Ca) × O) /1.25/S to a range larger than 0 and 0.40 or less, Combined with the austenite coarsening suppression and toughening effect in the weld heat affected zone by controlling the precipitation behavior of TiN, the grain size of the intragranular ferrite in the weld heat affected zone can be controlled to a fine grain of 50 μm or less. As a result, excellent toughness is achieved in the weld heat affected zone.

なお、本発明の鋼材は、例えば、以下のようにして製造される。まず溶銑を転炉で精錬して鋼とした後、RH脱ガスを行い、連続鋳造または造塊−分塊工程を経て鋼片とする。これを再加熱し、熱間圧延後放冷するか、あるいはまた、前記熱間圧延後に、加速冷却、直接焼入れ−焼戻し、再加熱焼入れ−焼戻し、再加熱焼準−焼戻しなどの工程を経て製造することができる。   In addition, the steel material of this invention is manufactured as follows, for example. First, the hot metal is smelted in a converter to obtain steel, and then RH degassing is performed to obtain a steel slab through a continuous casting or ingot-bundling process. This is reheated and allowed to cool after hot rolling, or, after the hot rolling, manufactured through accelerated cooling, direct quenching-tempering, reheating quenching-tempering, reheating normalization-tempering, etc. can do.

次に本発明を実施例に基づいて説明する。
150kgの高周波溶解炉にて、表1に示す組成の鋼を溶製し、厚さ170mmのスラブとした。このスラブを1150℃に1時間加熱後、仕上圧延温度が板厚中心温度で830℃である熱間圧延を行なって板厚50mmに仕上げた後、10℃/sの冷却速度(板厚中心部)で加速冷却した。得られた厚鋼板の1/4t(t:板厚)の位置でC方向(圧延方向と垂直方向)から平行部14mmφ×85mm、標点間距離70mmの丸棒引張試験片を、1/4tの位置のL方向(圧延方向)から2mmVノッチシャルピー試験片を採取し、母材の強度(YS、TS)と靱性を評価した。
Next, this invention is demonstrated based on an Example.
In a 150 kg high-frequency melting furnace, steel having the composition shown in Table 1 was melted to form a slab having a thickness of 170 mm. The slab was heated to 1150 ° C. for 1 hour, and then the hot rolling with a finish rolling temperature of 830 ° C. at the plate thickness center temperature was finished to a plate thickness of 50 mm, and then a cooling rate of 10 ° C./s (plate thickness center portion) ) Accelerated cooling. A round bar tensile test piece having a parallel portion of 14 mmφ × 85 mm and a distance between gauge points of 70 mm from the C direction (direction perpendicular to the rolling direction) at a position of 1/4 t (t: plate thickness) of the obtained thick steel plate is set to 1/4 t. A 2 mm V notch Charpy test piece was taken from the L direction (rolling direction) at the position of, and the strength (YS, TS) and toughness of the base material were evaluated.

Figure 0005966907
Figure 0005966907

さらに、溶接継手熱影響部の特性を評価するため、大入熱溶接(400〜500kJ/cm)のエレクトロガス溶接(EGW)によって継手を作製した後、HAZ靱性を、板厚方向の表面と裏面1mm位置についてボンド部にノッチを入れたシャルピー試験片を用いて、試験温度−40℃での吸収エネルギー(3本の試験片の平均値、「vE−40℃」と記載する。)により評価した。目標特性は、大入熱溶接継手シャルピー靱性が−40℃仕様のF級鋼を対象として、溶接継手HAZ靱性で吸収エネルギーvE−40℃≧50Jとした。   Furthermore, in order to evaluate the characteristics of the heat affected zone of the welded joint, after producing the joint by electrogas welding (EGW) of high heat input welding (400 to 500 kJ / cm), the HAZ toughness is measured on the front and back surfaces in the plate thickness direction. Using a Charpy test piece with a notch in the bond part at the 1 mm position, the absorption energy at a test temperature of −40 ° C. (the average value of three test pieces, described as “vE-40 ° C.”) was evaluated. . The target characteristic was a grade F steel with a high heat input welded joint Charpy toughness of −40 ° C., with a welded joint HAZ toughness of absorbed energy vE−40 ° C. ≧ 50 J.

溶接熱影響部における粒内フェライトの粒径は、光学顕微鏡写真5枚(倍率:50〜200倍)を用いて切断法を用いて評価した。偏平した結晶粒についてはその短片を測定した。粒内フェライトとしては、まずオーステナイト粒界を優先的に腐食する腐食液で腐食して、いわゆる旧オーステナイト粒界を現出させてこれをトレースした後、その内部に生成したフェライト組織を対象とした。表2に、粒内フェライトの粒径と、HAZ靱性を母材の機械的性質とともに示す。   The grain size of the intragranular ferrite in the weld heat affected zone was evaluated using a cutting method using five optical micrographs (magnification: 50 to 200 times). The short piece was measured about the flat crystal grain. As the intragranular ferrite, the austenite grain boundary is first corroded with a corrosive liquid that preferentially corrodes, so that the former austenite grain boundary appears and traced, and then the ferrite structure generated inside is targeted. . Table 2 shows the grain size of the intragranular ferrite and the HAZ toughness together with the mechanical properties of the base material.

Figure 0005966907
Figure 0005966907

表2から、本発明例であるNo.1〜4、6ではいずれも降伏応力YSが390N/mm以上、引張強さTSが510N/mm以上で脆性破面遷移温度(vTrs)も−80℃以下と優れた母材特性を有していることが確認された。また、本発明鋼は、溶接熱影響部の吸収エネルギーvE−40℃が50J以上であり、溶接熱影響部靱性にも優れている。一方、化学成分や(Ca−(0.18+130×Ca)×O)/1.25/Sの値、粒内フェライトの粒径の少なくとも1つ以上が本発明範囲を外れる比較例であるNo.9〜20は、上記のいずれか1つ以上の特性が劣っている。 From Table 2, Ru Inventive Example der No. 1 to 4 and 6 , both have excellent base material properties such as yield stress YS of 390 N / mm 2 or more, tensile strength TS of 510 N / mm 2 or more, and brittle fracture surface transition temperature (vTrs) of −80 ° C. or less. It was confirmed that Further, the steel of the present invention has an absorption energy vE-40 ° C. of 50 J or more in the weld heat affected zone, and is excellent in weld heat affected zone toughness. On the other hand, at least one of the chemical component, the value of (Ca− (0.18 + 130 × Ca) × O) /1.25/S, and the particle size of the intragranular ferrite is a comparative example No. 9 to 20 are inferior in any one or more of the above characteristics.

Claims (3)

質量%で、
C:0.030〜0.093%
Si:0.50%以下
Mn:1.40〜2.00%
P:0.020%以下
S:0.0005〜0.0040%
Al:0.005〜0.050%
Nb:0.003〜0.030%
Ti:0.004〜0.030%
B:0.0003〜0.0030%
N:0.0035〜0.0070%
Ca:0.0005〜0.0030%
O:0.0040%以下
を含み、かつ、下記(1)式および下記(2)式を満たし、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、母材において、vTrs≦-80℃であり、溶接入熱量が300kJ/cmを超える大入熱溶接を施したときのボンド近傍の熱影響部組織において、粒内フェライトの粒径が50μm以下であり、vE-40℃≧177Jであることを特徴とす大入熱溶接用鋼材。
0<(Ca−(0.18+130×Ca)×O)/1.25/S≦0.40・・・(1)
Mn+0.8×(Cr+Mo+V)≦1.78・・・(2)
ただし、上記式中のCa、O、S、Mn、Cr、Mo、Vは各成分の含有量(質量%)を表し、含有しない場合は0とする。
% By mass
C: 0.030 to 0.093%
Si: 0.50% or less Mn: 1.40 to 2.00%
P: 0.020% or less S: 0.0005 to 0.0040%
Al: 0.005 to 0.050%
Nb: 0.003 to 0.030%
Ti: 0.004 to 0.030%
B: 0.0003 to 0.0030%
N: 0.0035 to 0.0070%
Ca: 0.0005 to 0.0030%
O: 0.0040% or less is satisfied, the following formula (1) and the following formula (2) are satisfied, the balance is composed of Fe and unavoidable impurities, and in the base material, vTrs ≦ −80 ° C. in the heat affected zone tissue of the bond near when the heat is subjected to high heat input welding exceeding 300 kJ / cm, the particle size of the intragranular ferrite Ri der less 50 [mu] m, and characterized by a vE-40 ℃ ≧ 177J be that large heat input welding steel materials.
0 <(Ca− (0.18 + 130 × Ca) × O) /1.25/S≦0.40 (1)
Mn + 0.8 × (Cr + Mo + V) ≦ 1.78 (2)
However, Ca, O, S, Mn, Cr, Mo, and V in the above formulas represent the content (% by mass) of each component, and 0 when not contained.
さらに、質量%で、V:0.20%以下、Ni:1.00%以下、Cu:1.00%以下、Cr:0.40%以下、Mo:0.40%以下、W:0.05〜0.40%の中から選ばれる1種以上を含有する請求項1に記載の大入熱溶接用鋼材。   Further, in terms of mass%, V: 0.20% or less, Ni: 1.00% or less, Cu: 1.00% or less, Cr: 0.40% or less, Mo: 0.40% or less, W: 0.0. The steel material for high heat input welding according to claim 1, comprising one or more selected from 05 to 0.40%. さらに、質量%で、Mg:0.0005〜0.0050%、Zr:0.0010〜0.0200%、REM:0.0010〜0.0200%の中から選ばれる1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。   Furthermore, it contains at least one selected from Mg: 0.0005 to 0.0050%, Zr: 0.0010 to 0.0200%, and REM: 0.0010 to 0.0200% by mass%. The steel material for high heat input welding according to claim 1 or 2.
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