JP6095046B2 - 耐候性鋼及びこれを用いた溶接継ぎ手 - Google Patents
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Description
耐候性鋼材は、例えばJIS G 3114(ISO 4952)に規定されており、現在搭載されている合金の組成元素には、マンガン、銅、クロムを必須元素とし、ニッケル、モリブデン、ニオブ、チタン、及びバナジウムを任意元素としている。
そこで、本出願人は、特許文献1や非特許文献2に示すように、Fe―Mn―Si−Alを基本成分とした耐候性鋼(以下ではAl-Si鋼と称する)を開発している。この耐候性鋼はAlの組成が0.1から3.5質量%、Siの組成が0.3から3.5質量%含むことにより優れた耐候性を示すもので、微細粒鋼であることを特徴としている。
本発明の耐候性鋼において、好ましくは、Alを0.7−1.2、含有するとよい。耐候性鋼を製造する場合に、Alを0.95質量%を中心に、±0.25質量%の許容範囲を設けて、製造歩留まりを高めるものである。本発明の耐候性鋼において、好ましくは、Alを0.60−0.63、含有するとよい。
本発明の耐候性鋼において、好ましくは、Mnを1.35−1.65、含有するとよい。耐候性鋼を製造する場合に、Mnを1.50質量%を中心に、±10%の許容範囲を設けて、製造歩留まりを高めるものである。
本発明の耐候性鋼において、好ましくは、Cを0.12−0.17、含有するとよい。耐候性鋼を製造する場合に、Cを0.12−0.17質量%含有すると、ボンド部のシャルピー衝撃値として100J以上の靱性値を確保でき、かつボンド部の硬さがヴィッカース硬さ(Hv)で297以上となる。
本発明の耐候性鋼において、好ましくは、Bを0.0007−0.0029、含有するとよい。耐候性鋼を製造する場合に、Bを0.0007−0.0029質量%含有すると、ボンド部のシャルピー衝撃値として100J以上の靱性値を確保でき、かつボンド部の硬さがヴィッカース硬さ(Hv)で297以上となる。
本発明の溶接継手において、好ましくは、ボンド部の硬さがヴィッカース硬さ(Hv)で237以上、かつ、室温(20℃)でのシャルピー吸収エネルギーが60J以上であるとよい。
本発明の溶接継手において、好ましくは、ボンド部の硬さがヴィッカース硬さ(Hv)で297以上、かつ、室温(20℃)でのシャルピー吸収エネルギーが100J以上であるとよい。
特に好ましくは、Bを0.0007−0.0029質量%、含有するとボンド部のシャルピー衝撃値として100J以上の靱性値を確保でき、かつボンド部の硬さがヴィッカース硬さ(Hv)で297以上となる。
表1は目標組成をAlは0.6質量%、Siを0.6質量%、Mnを1.50質量%とし、C量は0.10質量%から0.20質量%まで0.02質量%ずつ増加させ、Bを添加しない比較鋼と、同じ目標組成でB添加した開発鋼の成分の分析値とシャルピー吸収エネルギーを示したものである。比較鋼ではC量が0.10質量%(分析値:0.11質量%)から0.20質量%の範囲では、シャルピー吸収エネルギーの値は最大99.2J、最小21.5Jであり、C量を変えても100J以下のシャルピー吸収エネルギーしか得られない。開発鋼では、C量を0.10(分析値:0.11質量%)から0.20質量%(分析値:0.21質量%)の範囲では、シャルピー吸収エネルギーの値は最大199.7J、最小81.2Jであった。Bを添加した開発鋼のシャルピー吸収エネルギーとBを添加しない比較鋼のそれとを同じC量で比較した結果を図4に示す。0.10質量%Cの時には開発鋼のシャルピー吸収エネルギーは比較鋼の2.0倍、0.12質量%Cの時には2.4倍、0.14質量%Cの時には4.3倍、0.16質量%Cの時には4.7倍、0.18質量%Cの時には4.6倍、0.20質量%Cの時には3.8倍となり、開発鋼では比較鋼に対しシャルピー吸収エネルギーが大きく改善されている。
Si−Mn系の微細粒鋼では溶接部の軟化防止のためには0.16質量%以上のCが必要である(非特許文献1)。そこで溶接部の軟化を防止するために、目標組成をCは0.16質量%、Alは0.6質量%、Siは0.6質量%、Mnは1.50質量%とし、Bを0.0006質量%、0.0008質量%、0.0010質量%、0.0016質量%、0.0030質量%、0.0050質量%とした開発鋼を試作し、シャルピー吸収エネルギーを調べた。表2は開発鋼の成分の分析値とシャルピー吸収エネルギーを示したものである。Bを添加しないものは表1の比較鋼6に相当している。B添加量に対するシャルピー吸収エネルギーの変化を図5に示す。Bが0.0012質量%から0.0016質量%付近でシャルピー吸収エネルギーは最大値(142.2J)を示す。この範囲よりBが少なくなると吸収エネルギーは低下する。またこの範囲よりBが多くなってもシャルピー吸収エネルギーは低下している。
市販の590MPa級鋼と同等以上の強度を持つためにはC量は0.10質量%以上が必要である。そこで、目標組成をCは0.10質量%、Alは0.6質量%、Siは0.6質量%、Mnは1.50質量%とし、Bを0.0006質量%、0.0012質量%、0.0030質量%、0.0060質量%とした開発鋼を試作し、シャルピー吸収エネルギーを調べた。開発鋼の成分とシャルピー吸収エネルギーを表3に示す。Bを添加しないものは表1の比較鋼3に相当している。シャルピー吸収エネルギーの結果を図6に示す。Bが0.0007質量%から0.0013質量%付近でシャルピー吸収エネルギーは最大値(192.7J)を示す。この値よりBが少なくなるとシャルピー吸収エネルギーは低下し、この値よりBが多くなるとシャルピー吸収エネルギーは低下している。
比較鋼のボンド部の組織の一例として比較鋼6の組織を図2に示す。白く見える粗大な粒界フェライトが見られる。この粗大な粒界フェライトの体積分率は47%であった。これに対し、開発鋼のボンド部の組織の一例として開発鋼6の組織を図3に示す。開発鋼では粗大な粒界フェライト組織は認められず微細組織が認められた。比較鋼のように白く見える粒界フェライトの体積分率は0.1%と少なくなっている。比較鋼のボンド部では粗大な粒界フェライトが多く存在する部分から破壊が生じるのでシャルピー吸収エネルギーは低くなる。これに対し、開発鋼のボンド部では粒界フェライトが微細で、かつ、量が少ないので破壊の基点になることはなく、シャルピー吸収エネルギーは高くなる。
比較鋼1から9は、目標組成をAlは0.6質量%、Siを0.6質量%、Mnを1.50質量%とし、Bを添加せずに、C量を0.06質量%から0.24質量%まで0.02質量%ずつ増加させたものである。比較鋼の成分と硬さ及びシャルピー吸収エネルギーを表4に示す。Cの増加に伴い、シャルピー吸収エネルギーが減少し0.15質量%C(分析値)以上では40J以下となっている。C量が少なくなると硬さが増えるが、逆に、シャルピー吸収エネルギーは低下している。0.1質量%C量のボンド部のHvは216.9となり、590MPa級鋼と同等である。より高強度とするにはC量をこの値より高くする必要があるが、0.12質量%を超える範囲ではHvは261.0以上となるものの、シャルピー吸収エネルギーが79.9J以下の値となる。したがって、比較鋼では、強度と靭性の両方(Hvが237以上、かつ、室温(20℃)で60J以上のボンド靱性)を満足する溶接継手を作ることはできない。
Claims (9)
- Fe-Mn-Si-Al系の耐候性鋼であって、質量%で表して、
Alを0.1−3.5、
Siを0.57−0.60、
Mnを0.4−2.5、
Cを0.11−0.21、
Bを0.0004−0.0035、
含有し、残部がFe及び不可避成分からなることを特徴とする耐侯性鋼。 - 請求項1に記載のFe-Mn-Si-Al系の耐候性鋼であって、Alを0.7−1.2、含有することを特徴とする耐侯性鋼。
- 請求項1に記載のFe-Mn-Si-Al系の耐候性鋼であって、Alを0.60−0.63、含有することを特徴とする耐侯性鋼。
- 請求項1乃至3の何れか1項に記載のFe-Mn-Si-Al系の耐候性鋼であって、Mnを1.35−1.65、含有することを特徴とする耐侯性鋼。
- 請求項1乃至4の何れか1項に記載のFe-Mn-Si-Al系の耐候性鋼であって、Cを0.12−0.18、含有することを特徴とする耐侯性鋼。
- 請求項1乃至5の何れか1項に記載のFe-Mn-Si-Al系の耐候性鋼であって、Bを0.0007−0.0029、含有することを特徴とする耐侯性鋼。
- 請求項1乃至6の何れか1項に記載の耐侯性鋼を使用した溶接継手であって、ボンド部の金属組織の主相が、ベイナイト相であり、フェライト相が0.1%以下の体積分率であることを特徴とする溶接継手。
- 請求項7に記載の溶接継手であって、ボンド部の硬さがヴィッカース硬さ(Hv)で237以上、かつ、室温(20℃)でのシャルピー吸収エネルギーが60J以上であることを特徴とする溶接継手。
- 請求項7に記載の溶接継手であって、ボンド部の硬さがヴィッカース硬さ(Hv)で297以上、かつ、室温(20℃)でのシャルピー吸収エネルギーが100J以上であることを特徴とする溶接継手。
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