JP7381838B2 - 鋼板 - Google Patents
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Description
C :0.13%以上、0.18%以下、
Mn:0.5%以上、1.5%以下、
Ni:1.4%以上、3.0%以下、
Al:0.05%以上、0.20%以下、
B :0.0003%以上、0.0030%以下、
Cu:0%以上、2.0%以下、
Cr:0%以上、1.0%以下、
Mo:0%以上、1.0%以下、
W :0%以上、1.0%以下、
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V :0%以上、0.10%以下、
Ca:0%以上、0.005%以下、
Mg:0%以上、0.005%以下、
REM:0%以上、0.005%以下、
Zr:0%以上、0.005%以下
を含有し、
Si:0.30%以下、
P :0.015%以下、
S :0.005%以下、
Ti:0.004%以下、
O :0.0040%以下、
N :0.0100%以下
に制限し、
残部がFe及び不純物からなり、
Mn及びNiの含有量の比Mn/Niが0.80以下であり、
下記(1)式で計算される炭素当量CeqWESが0.43%以上、0.51%以下であり、
板厚が50~100mmであり、
降伏強度が630MPa以上であり、
溶接入熱量が70~150kJ/mmの範囲である溶接部の溶接熱影響部における試験温度0℃のシャルピー吸収エネルギーの平均値が70J以上である鋼板。
CeqWES=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14 … (1)
ここで、(1)式中の、C、Mn、Si、Ni、Cr、Mo、Vは各元素の含有量[質量%]であり、含有しない元素の項には0を代入する。
[2] 更に、質量%で、
Cu:0.1%以上、2.0%以下、
Cr:0.1%以上、1.0%以下、
Mo:0.1%以上、1.0%以下、
W :0.1%以上、1.0%以下、
Co:0.1%以上、1.0%以下、
Nb:0.005%以上、0.10%以下、
V :0.005%以上、0.10%以下
の1種又は2種以上を含有する、[1]に記載の鋼板。
[3] 更に、質量%で、
Ca:0.0001%以上、0.005%以下、
Mg:0.0001%以上、0.005%以下、
REM:0.0001%以上、0.005%以下、
Zr:0.0001%以上、0.005%以下
の1種又は2種以上を含有する、[1]又は[2]に記載の鋼板。
Cは、鋼の焼入れ性を高めて高強度化に寄与し、また、MAの生成に影響を及ぼす元素である。本実施形態では、Cの含有量は0.12%以上である。これにより、大入熱HAZにおいて、残留オーステナイトの分解、すなわち、フェライトへの変態とセメンタイトの析出が促進され、MAが低減して靱性の劣化が抑制される。Cの含有量は、好ましくは0.13%以上であり、より好ましくは0.14%以上である。一方、セメンタイトの過度な生成を防止して靱性を確保するという観点から、本実施形態では、Cの含有量は0.18%以下である。Cの含有量は、好ましくは0.17%以下であり、より好ましくは0.16%以下である。
Mnは、鋼の焼入れ性を高めて高強度化に寄与する元素であり、本実施形態ではMnの含有量は0.5%以上である。Mnの含有量は、好ましくは0.8%以上である。一方、大入熱HAZにおけるMAの生成を抑制し、靱性を確保するという観点から、本実施形態では、Mnの含有量は1.5%以下である。Mnの含有量は、好ましくは1.4%以下であり、より好ましくは1.3%以下であり、さらに好ましくは1.2%以下である。
Niは、鋼の焼入れ性を高めて高強度化に寄与する元素であり、同時に、大入熱HAZの靱性を高める元素でもある。強度および靭性を確保するという観点から、本実施形態では、Niの含有量は1.0%以上である。Niの含有量は、好ましくは1.2%以上であり、より好ましくは1.4%以上であり、さらに好ましくは1.5%以上である。一方、Niは高価な元素であり、製造コストの上昇を抑制するという観点から、本実施形態では、Niの含有量は3.0%以下である。Niの含有量は、好ましくは2.5%以下であり、より好ましくは2.2%以下であり、さらに好ましくは2.0%以下である。
Mn及びNiはともに鋼の高強度化に寄与する元素であるが、大入熱HAZにおいて、MnはNiに比べてMAの生成を促進しやすいことから、Mnの含有量はNiの含有量よりも少ないことが好ましい。大入熱HAZの高強度化を図りつつ靱性を確保するという観点から、本実施形態の鋼板において、鋼中のMnの含有量をNiの含有量で除した比であるMn/Niは0.80以下である。Mn/Niは、好ましくは0.70以下であり、より好ましくは0.60以下である。なお、Mn/Niは、Mnの含有量の下限をNiの含有量の上限で除した比を下限としてもよく、すなわち、0.17以上であってもよい。Mn/Niは0.20以上であってもよい。
Tiは、TiNを形成する元素であり、従来、HAZ組織の微細化や、BNの析出の抑制に利用されていた。しかし、本発明者らの調査の結果、ミクロンサイズの粗大なTiNが大入熱HAZのミクロ偏析部に存在すると、破壊起点として作用し、極めて低い靱性を示すことがわかった。したがって、本実施形態では、Tiの含有量は0.004%以下である。Tiは、意図的には含有させないことが好ましく、Tiの含有量は0%であってもよい。なお、Tiは不純物として混入する場合もあるため、Tiの含有量は0%超であってもよく、0.001%以上であってもよい。
Alは、AlNを形成してNを固定する重要な元素である。BNの析出を抑制して、焼入れ性に有効な固溶Bを確保するために、本実施形態では、Alの含有量は0.05%以上である。Alの含有量は、好ましくは0.06%以上であり、より好ましくは0.07%以上である。一方、破壊起点となり靭性を低下させる粗大なアルミ系酸化物の生成を抑制するという観点から、本実施形態では、Alの含有量は0.20%以下である。Alの含有量は、好ましくは0.18%以下であり、より好ましくは0.16%以下であり、さらに好ましくは0.15%以下である。
Bは、炭素当量CeqWESを制限しつつ、鋼の焼入れ性を確保するための重要な元素である。Bは、鋼中の含有量が微量であっても焼入れ性を顕著に向上させ得る元素であり、本実施形態では、Bの含有量は0.0003%以上である。Bの含有量は、好ましくは0.0005%以上であり、より好ましくは0.0007%以上である。一方、大入熱HAZの靱性や溶接性の劣化を抑制するという観点から、本実施形態では、Bの含有量は0.0030%以下である。Bの含有量は、好ましくは0.0020%以下であり、より好ましくは0.0015%以下である。
Siは、脱酸や高強度化のために鋼に含有される元素である。一方、Siは、MAの生成を促進させる元素でもあり、本発明者らは、大入熱HAZのミクロ偏析部におけるMAの生成にSiが極めて大きな影響を及ぼすという知見を得ている。したがって、大入熱HAZの靭性を確保するため、Siの含有量の制限が必要であり、本実施形態では、Siの含有量は0.30%以下である。Siの含有量は、好ましくは0.25%以下であり、より好ましくは0.20%以下であり、さらに好ましくは0.15%以下である。Siの含有量の下限は限定されないが、製造コストの観点から、Siの含有量は0.01%以上であってもよい。
Pは、靭性に有害な不純物である。Pの含有量は、大入熱HAZの靱性を安定的に確保するために制限する必要があり、本実施形態では、0.015%以下である。Pの含有量は、好ましくは0.010%以下であり、より好ましくは0.008%以下である。Pの含有量の下限は限定されないが、製造コストの観点から、Pの含有量は0.001%以上であってもよい。
Sは、不純物であり、鋼中に多量に含有されると粗大な介在物を形成して靭性を低下させる場合がある。したがって、Sの含有量は、大入熱HAZの靱性を安定的に確保するために制限する必要があり、本実施形態では、Sは0.005%以下である。Sの含有量は、好ましくは0.004%以下であり、より好ましくは0.003%以下である。Sの含有量の下限は限定されないが、製造コストの観点から、Sの含有量は0.0001%以上であってもよい。Sの含有量は0.001%以上であってもよい。
Oは、不純物であり、粗大な酸化物は破壊起点として作用し、靭性を低下させる。特に、大入熱HAZのミクロ偏析部に粗大なアルミ系酸化物が存在すると、極めて低い靱性を示す。したがって、靭性を確保するという観点から、本実施形態では、Oの含有量は0.0040%以下である。Oの含有量は、好ましくは0.0030%以下であり、より好ましくは0.0025%以下である。Oの含有量は少ないほうが望ましいが、製造コストの観点から、Oの含有量は0.0001%以上であってもよく、0.0010%以上であってもよい。
Nは、窒化物を形成する元素である。粗大な窒化物の形成を防止し、靭性を確保するという観点、及び、BNの形成を抑制し、焼入れ性を確保するという観点から、本実施形態では、Nの含有量は0.0100%以下である。Nの含有量は、好ましくは0.0080%以下であり、より好ましくは0.0060%以下である。また、Nの含有量の過剰な増加はBNを生成して焼入れ性向上に寄与する固溶Bを大幅に低下させるおそれもある。そのためNの含有量は少ないほうが望ましいが、製造コストの観点から、Nの含有量は0.0001%以上であってもよく、0.0020%以上であってもよい。
炭素当量CeqWESは、鋼板(母材)の強度及びHAZの硬さに影響を及ぼす焼入れ性の指標である。母材の強度を確保するために、本実施形態では、炭素当量CeqWESは0.43%以上である。炭素当量CeqWESは、好ましくは0.44%以上であり、より好ましくは0.45%以上である。一方、大入熱HAZの硬化を抑制して、靱性を確保するという観点から、本実施形態では、炭素当量CeqWESは0.53%以下である。炭素当量CeqWESは、好ましくは0.52%以下であり、より好ましくは0.51%以下である。なお、炭素当量CeqWESは、合金元素の含有量によって下記の(1)式で計算される。
Cuは、スクラップ等から不純物として鋼板に混入する場合がある元素である。しかし、Cuの含有量の下限値は限定されず、0%であってもよい。また、Cuは、溶接性やHAZの靱性に対する悪影響が小さく、母材の強度や靱性を向上させる元素でもある。そのため、本実施形態では、Cuの含有量は0.1%以上であってもよい。ただし、鋼板の熱間圧延時おけるCuクラックの発生抑制の観点から、本実施形態では、Cuの含有量は、2.0%以下である。Cuの含有量は、好ましくは1.0%以下であり、より好ましくは0.7%以下であり、さらに好ましくは0.5%以下である。
Crは、スクラップ等から不純物として鋼板に混入する場合がある元素である。しかし、Crの含有量の下限値は限定されず、0%であってもよい。また、Crは、母材の強度を向上させる元素でもある。そのため、本実施形態では、Crの含有量は0.1%以上であってもよい。Crの含有量は、好ましくは0.2%以上であり、より好ましくは0.3%以上である。ただし、大入熱HAZの靱性や溶接性の劣化抑制の観点から、本実施形態では、Crの含有量は1.0%以下である。Crの含有量は、好ましくは0.8%以下であり、より好ましくは0.5%以下である。
Moは、スクラップ等から不純物として鋼板に混入する場合がある元素である。しかし、Moの含有量の下限値は限定されず、0%であってもよい。また、Moは、母材の強度及び靱性を向上させる元素でもある。そのため、本実施形態では、Moの含有量は0.1%以上であってもよい。Moの含有量は、好ましくは0.2%以上であり、より好ましくは0.3%以上である。ただし、大入熱HAZの靱性や溶接性の劣化抑制、合金コストの上昇抑制の観点から、本実施形態では、Moの含有量は1.0%以下である。Moの含有量は、好ましくは0.5%以下である。
Wは、スクラップ等から不純物として鋼板に混入する場合がある元素である。しかし、Wの含有量の下限値は限定されず、0%であってもよい。また、Wは、母材の強度及び靱性を向上させる元素でもある。そのため、本実施形態では、Wの含有量は0.1%以上であってもよい。Wの含有量は、好ましくは0.2%以上であり、より好ましくは0.3%以上である。ただし、大入熱HAZの靱性や溶接性の劣化抑制、合金コストの上昇抑制の観点から、本実施形態では、Wの含有量は1.0%以下である。Wの含有量は、好ましくは0.5%以下である。
Coは、スクラップ等から不純物として鋼板に混入する場合がある元素である。しかし、Coの含有量の下限値は限定されず、0%であってもよい。また、Coは、溶接性やHAZの靱性に対する悪影響が小さく、母材の強度や靱性を向上させる元素でもある。そのため、本実施形態では、Coの含有量は0.1%以上であってもよい。ただし、合金コストの上昇抑制の観点から、本実施形態では、Coの含有量は1.0%以下である。Coの含有量は、好ましくは0.5%以下である。
Nbは、スクラップ等から不純物として鋼板に混入する場合がある元素である。しかし、Nbの含有量の下限値は限定されず、0%であってもよい。また、Nbは、母材の強度、靱性を向上させる元素でもある。そのため、本実施形態では、Nbの含有量は0.005%以上であってもよい。ただし、大入熱HAZの靱性や溶接性の劣化抑制の観点から、本実施形態では、Nbの含有量は0.10%以下である。Nbの含有量は、好ましくは0.05%以下であり、より好ましくは0.03%以下である。
Vは、スクラップ等から不純物として鋼板に混入する場合がある元素である。しかし、Vの含有量の下限値は限定されず、0%であってもよい。また、Vは、母材の強度を向上させる元素でもある。そのため、本実施形態では、Vの含有量は0.005%以上であってもよい。ただし、大入熱HAZの靱性や溶接性の劣化抑制の観点から、本実施形態では、Vの含有量は0.10%以下である。Vの含有量は、好ましくは0.08%以下であり、より好ましくは0.06%以下である。
Caは、酸化物や硫化物、酸硫化物を形成して粗大介在物の生成を抑制し、母材及びHAZの靱性を高める元素である。そのため、本実施形態では、Caの含有量は0.0001%以上であってもよい。ただし、脆性破壊の発生起点として作用する恐れがあるCa系介在物の増加を抑制するという観点から、本実施形態では、Caの含有量は0.005%以下である。Caの含有量は、好ましくは0.004%以下である。なお、Caの含有量は0%であってもよい。
Mgは、Caと同様に酸化物や硫化物、酸硫化物を形成して粗大介在物の生成を抑制し、母材及びHAZの靱性を高める元素である。そのため、Mgの含有量は0.0001%以上であってもよい。ただし、脆性破壊の発生起点として作用する恐れがあるMg系介在物の増加を抑制するという観点から、本実施形態では、Mgの含有量は0.005%以下である。Mgの含有量は、好ましくは0.003%以下である。なお、Mgの含有量は0%であってもよい。
REM(希土類元素)とは、Sc、Yの2元素と、La、CeやNdなどのランタノイド15元素の総称を意味する。本実施形態でいうREMとは、これら希土類元素から選択される1種以上で構成されるものであり、以下に説明するREMの含有量とは、希土類元素の含有量の合計量である。
Zrは、CaやREMと同様に、酸化物、硫化物、酸硫化物を形成して粗大介在物の生成を抑制し、母材及びHAZの靱性を高める元素である。そのため、本実施形態では、Zrの含有量は0.0001%以上であってもよい。ただし、脆性破壊の発生起点として作用する恐れがあるZr系介在物の増加を抑制するという観点から、本実施形態では、Zrの含有量は0.005%以下である。Zrの含有量は、好ましくは0.003%以下である。なお、Zrの含有量は0%であってもよい。
Ac3変態点=910-203√C+44.7Si-30Mn-400Al-15.2Ni+104V+31.5Mo+13.1W+11Cr+20Cu-700P-400Ti … (4)
母材の機械特性の評価、すなわち、引張試験及びシャルピー衝撃試験に用いた試験片は、厚鋼板の板厚の1/4の位置から採取された。
引張試験は、JIS Z 2241:2011に準拠し、2本の試験片本を用いて室温で行われた。YS(0.2%降伏強度)及びTS(引張強度)は、それぞれ、2本の試験片の平均値である。YR(降伏比)は、TSに対するYSの割合であり、百分率、すなわち、100×(YS/TS)で表される。YR(降伏比)の単位は%である。
シャルピー衝撃試験は、JIS Z 2242:2018に準拠し、3本のVノッチ試験片を用いて行われ、吸収エネルギーが測定された。試験温度は0℃である。母材の吸収エネルギー(KV2(0℃))は、このようにして測定された3本の試験片の吸収エネルギーの平均値(相加平均)である。
溶接継手のHAZ靭性の評価は、エレクトロスラグ溶接法(ESW)によって作製された各厚鋼板の溶接継手を用いて行われた。
エレクトロスラグ溶接法(ESW)によって、図1に例示されるT字継手が作製された。溶接は1パスで行われ、溶接入熱量が70kJ/mm以上、150kJ/mm以下である大入熱溶接が適用された。入熱量は、図1に示すT字継手の溶接全長における入熱量の平均値である。
2・・・ダイヤフラム、
3、4・・・裏当金、
5・・・溶接金属部、
6・・・溶接熱影響部(HAZ)、
7・・・試験片
Claims (3)
- 質量%で、
C :0.13%以上、0.18%以下、
Mn:0.5%以上、1.5%以下、
Ni:1.4%以上、3.0%以下、
Al:0.05%以上、0.20%以下、
B :0.0003%以上、0.0030%以下、
Cu:0%以上、2.0%以下、
Cr:0%以上、1.0%以下、
Mo:0%以上、1.0%以下、
W :0%以上、1.0%以下、
Co:0%以上、1.0%以下、
Nb:0%以上、0.10%以下、
V :0%以上、0.10%以下、
Ca:0%以上、0.005%以下、
Mg:0%以上、0.005%以下、
REM:0%以上、0.005%以下、
Zr:0%以上、0.005%以下
を含有し、
Si:0.30%以下、
P :0.015%以下、
S :0.005%以下、
Ti:0.004%以下、
O :0.0040%以下、
N :0.0100%以下
に制限し、
残部がFe及び不純物からなり、
Mn及びNiの含有量の比Mn/Niが0.80以下であり、
下記(1)式で計算される炭素当量CeqWESが0.43%以上、0.51%以下であり、
板厚が50~100mmであり、
降伏強度が630MPa以上であり、
溶接入熱量が70~150kJ/mmの範囲である溶接部の溶接熱影響部における試験温度0℃のシャルピー吸収エネルギーの平均値が70J以上である鋼板。
CeqWES=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14 … (1)
ここで、(1)式中の、C、Mn、Si、Ni、Cr、Mo、Vは各元素の含有量[質量%]であり、含有しない元素の項には0を代入する。 - 更に、質量%で、
Cu:0.1%以上、2.0%以下、
Cr:0.1%以上、1.0%以下、
Mo:0.1%以上、1.0%以下、
W :0.1%以上、1.0%以下、
Co:0.1%以上、1.0%以下、
Nb:0.005%以上、0.10%以下、
V :0.005%以上、0.10%以下
の1種又は2種以上を含有する、請求項1に記載の鋼板。 - 更に、質量%で、
Ca:0.0001%以上、0.005%以下、
Mg:0.0001%以上、0.005%以下、
REM:0.0001%以上、0.005%以下、
Zr:0.0001%以上、0.005%以下
の1種又は2種以上を含有する、請求項1又は請求項2に記載の鋼板。
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