JPH04160113A - 大入熱溶接ｈａｚ靭性の優れた非調質鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、低温環境での大入熱溶接時においても溶接熱
影響部（以下ＨＡＺと称す）の靭性及び鋼材自体の靭性
（以下母材靭性と稠す）が優れた溶接構造用の非調質鋼
板の製造方法に関する。

〈従来の技術〉 近年、海洋構造物、船舶、貯蔵タンク等の大型構造物に
使用される溶接構造用鋼の材質特性に対する要望は厳し
さを増しており、破壊がもたらす被害の大きさ及び社会
不安の大きさから、母材靭性の厳しい要求と同時に、）
ＩＡＺの靭性の要望も厳しさを増している。例えば、−
５０℃の液化ガスを貯蔵するタンク用鋼材に対するＨＡ
Ｚの靭性の要求値として、−６０°Ｃにおけるシャルピ
ー試験において測定される吸収エネルギーが５０Ｊ以上
であることが求められつつあり、また北極海で使用され
る海洋構造物や砕氷船等では、−６０°Ｃから一８０°
Ｃでの使用環境での靭性保証が要求されつつある。

さらに、これ等の構造物の製造に際しては、溶接の効率
化のため、フランクスー銅パフキング溶接に代表される
片面１パス溶接法のような大入熱溶接法の適用が望まれ
ている。

これを受け、大入熱溶接時における鋼材の）ＩＡＺ靭性
に注目した提案は従来から数多くある。

例えば、鉄と鋼梁６５年（１９７９）第８号１０２頁か
ら１１１頁のｒ　５０ｋｇｆ／ｍｍ２級高張力鋼板の大
入熱溶接熱影響部の靭性におよぼすＴｉおよびＮ量の影
響」に記載されるように、Ｔｉ及びＮを適当な範囲に制
御し、ＴｉＮを数多く析出させることによりＨＡＺの組
織を微細なフェライトパーライト組織として所要のＨＡ
Ｚ靭性を得る方法がある。

、Ｊ）方法は、Ｔｉ量をｏ、ｏ１５ｚ程度、Ｎ量を０．
００５０２程度とすることを必須としているが、得られ
る靭性は０°Ｃ程度の保証で、近年の要求である一６０
℃〜−８０°Ｃの靭性保証を満たすものではない。

また、特開昭５８−１１０６５８号公報等に開示される
ように、Ｓ、Ｎ、Ｂ、Ｔｉの含有量を一定範囲に規定し
、ＨＡＺの靭性を向上させる方法がある。

この方法は、固ｔｆｉＨによる靭性低下を抑制し、さら
にＨＡＺの粗大オーステナイト粒内にフェライトを生成
させることにより靭性を向上さる方法であるが、得られ
る靭性は一３０°Ｃ保証であって近年　゛の要求である
一６０°Ｃ〜−８０°Ｃの靭性保証を満たすものではな
い。

この方法によると、）ＩＡＺの組織は、オーステナイト
粒界には初析フェライトがあり、オーステナイト粒内に
はフェライトが見られる。

また、住友金属Ｖｏ１．４０（１９８８）Ｎｏ、１の３
９頁から４７頁の「大人熱溶接用高張力鋼板の開発」に
記載されるように、Ｃａ及びＴｉを添加した綱において
、ＡＩとＢとＮ量を一定範囲とすることでＨＡＺの靭性
を向上する方法がある。

この方法は、Ａｌ量を０．ＯＩＺ以下の出来るだけ少な
い量として、Ｎ量は５０ｐｐｍ程度、Ｂは、０．００１
５〜０．００２８ｚ程度にして、ＴｉＮ　、　ＢＮ及び
Ｃａｎ析出粒子の微細分散によるＨＡＺのオーステナイ
ト粒粗大化の防止とフェライト変態促進効果、及び溶接
後の冷却時に析出するＢＮが有する固溶Ｎの低減効果を
活用し、−６０℃での）ＩＡＺの靭性を保証しているが
、この方法でのＨＡＺのＭｉ織は、フェライトパーライ
ト組織で、−８０°ＣでのＨＡＺ靭性を保証するもので
はない。

また、この方法では、Ａｌ量が少ないため、母材組織の
細粒化に有効なＡＩＮの存効活用ができず、母材靭性が
著しく低下して一６０℃の保証ができない場合が生じる
。

〈発明が解決しようとする課題〉 本発明は、上記した従来技術の現状を踏まえ、前記の大
型溶接構造物のＨＡＺ及び母材の駒位置で要求されてい
る厳しい靭性を安定して満足させる溶接構造用の非調質
鋼板の製造方法を提供することを課題とするものである
。

＜ｖｌｓを解決するための手段〉 本発明は上記のＲ題を解決するために、（１）重量％で
、 Ｃ：　０．０２〜０．０６Ｚ　　　Ｓｉ　：　≦０．７
０ＺＭｎ　：　０．５０〜１．６０％Ａｌ　：　０．０
１０〜０．０６０％Ｔｉ　：　０．００５〜０．０１２
Ｚ　　Ｎ　：　０．００２０〜０．００５０ＺＢ　　：
　０．０００５〜０．００１５Ｚを含有し、かつ、 ３４０ｘ　Ｃ＋４２ｘＳｉ　＋１３×Ｍｎ＋６８０Ｘ　
Ｐ−２６０ＸＡ］　≦　４０を満たし、残部が鉄及び不
可避的不純物からなる綱片を１０００℃以上１２５０℃
未満に加熱した後、下記の条件で定まる表面温度が７６
０°Ｃ以上Ａ℃以下の範囲内で６０％以上の仕上圧延を
行うことを特徴とする大入熱溶接ＨＡＺ靭性の優れた非
調質鋼板の製造方法を第１の手段とし、 仕上板厚（■ｌ）　＜　１６ｍｍの場合Ａ　’Ｃ＝　９
００−　（５０／８）　Ｘ仕上板厚仕上板厚（ｍｍ）≧
１６厘閣０場合 Ａ’Ｃ＝８００ （２）重量％で、 Ｃ：　０．０２〜０．０６！　　　Ｓｔ　：　≦０．７
０％Ｍｎ　：　０．５０〜１．６（１！　　　Ａｌ　：
　０．０１０〜０．０６０：Ｔｉ　：　０．００５〜０
．０１２！　　Ｎ　：　０．００２０〜０．００５０’
ＸＢ　：　０．０００５〜０．００１５Ｚを含有し、さ
らに Ｃｕ：　≦１．ＯＯＺ　　　　　　　Ｎｉ　：　≦ｌ　
、　ＯＯｚＭＯ＝≦０．５０！　　　　　　　Ｖ　：　
≦０．１０！のうち１種または２種以上を含有し、かつ
、３４０　Ｘ　Ｃ＋４２Ｘ　Ｓｉ　＋１３　×Ｍｎ＋６
８０　Ｘ　Ｐ−２６０Ｘ　Ａｌ６４０を満たし、残部が
鉄及び不可避的不純物からなる鋼片を１０００℃以上１
２５０℃未満に加熱した後、下記の条件で定まる表面温
度が７６０℃以上Ａ℃以下の範囲内で６０％以上の仕上
圧延を行うことを特徴とする大入熱溶接ＨＡＺ靭性の優
れた非調質鋼板の製造方法を第２の手段としている。

仕上板厚（ｍ■）〈１６■墓の場合 Ａ℃＝　９００−　（５０／８）　Ｘ仕上板厚仕上板厚
（層重）２１６ｍｍの場合 Ａ℃＝８００ 本発明におけるＳｔ、　Ｍｎ、　ＡＩの限定量とその理
由は、通常の溶接構造用鋼が所要の材質を得るために従
来から５業分野での使用で確認されている作用・効果の
関係を基に、例えば特開昭５８−１１０６５８号公報に
記載され以下に示す様に定めている。

Ｓｉは溶鋼の予備脱酸のために添加しているが、ＨＡＺ
の靭性が低下するのを防止するために０．７Ｚを上限と
し、Ｍｎは鋼材の強度を向上する成分として０．５！以
上の添加が必要であり、過剰な含有量ではＨＡＺの靭性
が低下するため、１．６Ｚを上限とし、Ａ１は、溶鋼の
脱酸のため必要であり、またＡＩＮの活用によって母材
靭性を向上させるためにも、０．０１！以上の添加が必
要であり、Ｓｉと同様な作用効果から０．０６Ｚ以下に
規制している。

〈作用〉 本発明は前記従来技術が有する課題を解消するために、
下記の化学成分を有する一般的な構造用鋼を用いて、大
入熱溶接を行い、種々実験検討を繰り返し第１図〜第５
図を得た。

供試鋼の化学成分 Ｃ：　０．０２〜０．１２χ　　　Ｓｔ　：　０．０５
〜０．３０χＫｎ　：　０．５０〜１．８０ｚＰ　：　
０．００２〜０．０２０’ＸＳ　：　０．００１０〜０
．００２０！　　Ａｌ　：　０．００５〜０．０６０Ｚ
Ｔｊ　：　０．００３〜０．０２０！　　　Ｂ　：　０
〜０．００２０％Ｎ　：　０．００２０〜０．００６０
！本発明者等は第１図から、Ｃ量が０．０６０％以下に
低下すると一６０°ＣでのＨＡＺの靭性が著しく向上し
て１００Ｊに達することを知見した。

その＊　ＨＡＺの組織は、粗大なオーステナイトの粒界
に塊状の初析フェライトが生成し、オーステナイト粒内
は微細なベイナイト状の組織であり、粒界のフェライト
が塊状になることにより、ＨＡＺの靭性に有害な粒界か
ら成長する粗大なフェライトサイドプレート組織や上部
ベイナイト状組織の生成が抑制され、前記した従来技術
から得られる）ＩＡＺｋｌｉ織とは異なることを知見し
た。

また、Ｃ量を低下させることにより、１（ＡＺの靭性に
有害とされている、島状マルテンサイトや粗大な炭化物
も減少していることを知見した。

さらに詳細に調査、した結果、上記の組織は、Ｔｉ：　
０．００５〜０．０１２ｒ　　、　Ｎ　：　０．００２
０〜０．００５０Ｚ　、　Ｂ：　０．０００５〜０．０
０１５χと共に、３４０×Ｃ＋４２×Ｓｉ＋１３ｘＭｎ
＋６８０×Ｐ−２６０×Ａｌ≦４０を満たした場合に安
定して形成され、この成分範囲において、第２図に示す
ようにＨＡＺで安定して良好な靭性が得られることを見
出した。

この時の１（ＡＺＯ靭性は、第３図に示す如く一８０℃
でも良好であることも知見した。

さらに、Ｃｕ及びＮ＋は１ｚまで、ＭＯは０−５Ｚまで
、■は０．１χまでの添加であれば、靭性を全く損なう
ことな（強度を増加できることを知見した。

マタ、住友金１［Ｖｏｌ、４０（１９８８）Ｎｏ、１ノ
３９頁から４７頁の「大人熱溶接用高張力鋼板の開発」
では、ＡＩ量が多くなるとＨＡＺ内でも溶接ボンド（溶
接境界＝ｗｅｌｄ　１ｎｔｅｒｆａｃｅ）から離れた位
置の靭性が低下することが記載されており、その原因は
、溶接ボンドから離れた位置では溶接時の加熱温度が低
いためにＴｉＮ及びＡＩＮの再固溶がほとんどなくＢが
固溶Ｂとして多く存在して焼入性を上昇することにより
靭性が低下するものと推定している。

しかし上記の成分範囲の鋼板では、鋼板自体の焼入れ性
が抑えられているため、固ＩＢが存在しても、第４図、
第５図に示すように溶接ボンドから離れた位置でのＨＡ
Ｚ靭性の低下は起こらないことを知見した。

一方、鋼材にはＨＡＺの靭性向上と共に、高い母材靭性
が必要なことは言うまでもない。

その場合、母材靭性で−ｓｏ’ｃでの靭性保証を行うに
は、線状加熱加工等による若干の靭性低下を考慮すると
、実用上からは保証温度−２ｏ℃程度の余裕が必要であ
る。

そこで本発明者等は、高い）ＩＡＺの靭性を示す鋼材の
製造条件の中で母材靭性に最も影響の大きい圧延条件に
ついて研究を進め、非常に高い母材靭性が得られる下記
の条件を見出した。

−船釣に鋼材は、低温で大きな圧下を加えると母材靭性
が向上することが知られている。

そこで、本発明の成分を有する鋼板について、綱板表面
を含む（以下表面部と樗す）シャルピー試験片と板厚中
心つまりｔ／２部を含む（以下ｔ／２部と榊す）シャル
ピー試験片を準備し、低温での圧延条件の実験・検討を
重ね第６図〜第９図に示す知見を得た。

第６図は、仕上圧延開始温度に関する知見である。この
図から、板厚の違いによっても、また同し板厚でも、板
厚表面部とｔ／２部で最適な圧延開始温度が異なること
が判明した。

これにより、鋼板内部を熱伝導により伝わる熱量よりも
、鋼板表面から放出される熱量の方が大きいため、通常
、鋼板内部に比べ銅板表面の温度の方が低いが、一方、
圧延中の鋼板の温度は、鋼板表面でしか測定出来ないこ
とにより、鋼板の板厚が厚い程表面と内部の温度差が大
きくなり、この差で母材靭性に差が生じることを知見し
た。

この知見に基づき、表面温度で圧延条件を制御する場合
に、板厚により調整が必要な圧延温度について、種々の
試験を行い第７図を得た。

この図から仕上開始温度（表面温度）は次記の温度とす
ることが必要であることを知見した。

仕上板厚（Ｉ園）〈１６ｍｍの場合 Ａ℃＝　９００−　（５０／８）　ｘ仕上板厚（ｍｍ）
仕上板厚（ｍｍ）２１６ｍｇの場合 Ａ℃＝８００ 第８図は、仕上圧延終了温度に関する知見である。この
図から仕上圧延終了温度は板厚に関係なく、７６０℃未
満になると板厚表面付近に加工組織ができて、靭性が低
下することが判明した。

この知見に従って仕上圧延終了温度は７６０°Ｃ以上と
した。

第９図は、仕上圧延における圧下率の効果に関する知見
である。該圧下率の増加により母材靭性は向上するが、
６０％以上の圧下率があれば、本発明が対象とする用途
での要望を十分に満足する母材靭性が得られることが判
明した。

また、この効果は圧延開始温度が１０００〜１２５０°
Ｃの時に最良となることを知見した。

また、仕上圧延後に、強度増加のために制御冷却を行っ
ても、上記の圧延による母材靭性の向上効果は損なわれ
ないことを知見した。

本発明は、以上の各知見に基づく新しい作用の適用によ
りなされたもので、これにより本発明の課題を達成した
のである。

〈実施例〉 表１に、本発明鋼と比較鋼の成分、及び加熱条件と圧延
条件、並びに大入熱溶接時の母材靭性と）ＩＡＺ靭性を
示す。

本発明例のＮｏ、１〜２０は、何れも母材靭性、）ＩＡ
Ｚ靭性とも優れ、母材のｖＴｒｓは一１００°Ｃ以下で
、）ＩＡＺ靭性は一６０°Ｃ１−８０°Ｃで５０Ｊ以上
の優れた靭性を示した。

比較例のＮｏ、２１〜３６の中、Ｎｏ、２１〜３３は成
分が範囲外のもの、Ｎｏ、３４〜３Ｇは圧延条件が範囲
外のものである。

比較例のＮｏ、２１〜３３は、高い母材靭性を示したが
、ＨＡＺ靭性は一６０°Ｃ，−８０°Ｃで５０Ｊ未滴の
低い靭性しか得られなかった。

３４０ｘＣ＋４２ｘＳｉ＋１３×Ｍｎ＋６８０×Ｐ−２
６０×Ａｌが４０を超えたＮｏ２１〜２７は、溶接ポン
ドから離れた位置のＨＡＺＷＪ性も低かった。

Ｎｏ、３４〜３６は、）ＩＡＺ靭性は良好であったが母
材靭性が低かった。

〈発明の効果〉 本発明は、上記した手段で上記した作用を生ぜしめて、
海洋構造物、船舶、貯蔵タンク等の大型溶接構造物の破
壊に対する厳しいＨＡＺ靭性と母材靭性の要求に応える
溶接構造用鋼板の製造方法を提供するもので、構造物に
高い安全性と快適さを確保し保証等を通じて、この種の
産業分野にもたらす効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は一６０°ＣでのＨＡＺ靭性とＣ量の関係を示し
、第２図は一６０℃での）ＩＡＺ靭性と３４０　ｘｃ＋
４２ｘＳｉ＋１３×Ｍｎ＋６８０×Ｐ−２６０×Ａｌの
関係を示し、第３図は一８０°ＣでのＨＡＺ靭性と３４
０　Ｘ　Ｃ＋４２　Ｘ　Ｓｉ　＋　１３　×Ｍｎ＋６８
０×Ｐ−２６０×Ａｌの関係を示し、第４図は一６０゛
Ｃでの溶接ボンドから離れた位置のＨＡＺの靭性と３４
０　×Ｃ＋４２×Ｓｉ＋１３×Ｍｎ＋６８０×Ｐ−２６
０×Ａｌの関係を示し、第５図はＨＡＺ靭性と３４０ｘ
Ｃ＋４２ｘＳｉ＋１３×Ｍｎ＋６８０×Ｐ−２６０×Ａ
ｌの関係を示し、第６図は表面温度で示す鋼板の仕上圧
延開始温度と母材靭性の関係を示し、第７図は母材靭性
と仕上圧延開始温度の関係を仕上板厚別に示し、第８図
は仕上圧延終了温度と母材靭性の関係を示し、第９図は
仕上圧延での圧下率と母材靭性の関係を示す。 特許出願人　新日本製鐵株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で、 Ｃ：０．０２〜０．０６％Ｓｉ：≦０．７０％Ｍｎ：０
   ．５０〜１．６０％Ａｌ：０．０１０〜０．０６０％Ｔ
   ｉ：０．００５〜０．０１２％Ｎ：０．００２０〜０．
   ００５０％Ｂ：０．０００５〜０．００１５％ を含有し、かつ、 ３４０×Ｃ＋４２×Ｓｉ＋１３×Ｍｎ＋６８０×Ｐ−２
   ６０×Ａｌ≦４０を満たし、残部が鉄及び不可避的不純
   物からなる鋼片を１０００℃以上１２５０℃未満に加熱
   した後、下記の条件で定まる表面温度が７６０℃以上Ａ
   ℃以下の範囲内で６０％以上の仕上圧延を行うことを特
   徴とする大入熱溶接ＨＡＺ靭性の優れた非調質鋼板の製
   造方法。 仕上板厚（ｍｍ）＜１６ｍｍの場合 Ａ℃＝９００−（５０／８）×仕上板厚 仕上板厚（ｍｍ）≧１６ｍｍの場合 Ａ℃＝８００
2. （２）重量％で、 Ｃ：０．０２〜０．０６％Ｓｉ：≦０．７０％Ｍｎ：０
   ．５０〜１．６０％Ａｌ：０．０１０〜０．０６０％Ｔ
   ｉ：０．００５〜０．０１２％Ｎ：０．００２０〜０．
   ００５０％Ｂ：０．０００５〜０．００１５％ を含有し、さらに Ｃｕ：≦１．００％Ｎｉ：≦１．００％ Ｍｏ：≦０．５０％Ｖ：≦０．１０％ のうち１種または２種以上を含有し、かつ、３４０×Ｃ
   ＋４２×Ｓｉ＋１３×Ｍｎ＋６８０×Ｐ−２６０×Ａｌ
   ≦４０を満たし、残部が鉄及び不可避的不純物からなる
   鋼片を１０００℃以上１２５０℃未満に加熱した後、下
   記の条件で定まる表面温度が７６０℃以上Ａ℃以下の範
   囲内で６０％以上の仕上圧延を行うことを特徴とする大
   入熱溶接ＨＡＺ靭性の優れた非調質鋼板の製造方法。 仕上板厚（ｍｍ）＜１６ｍｍの場合 Ａ℃＝９００−（５０／８）×仕上板厚 仕上板厚（ｍｍ）≧１６ｍｍの場合 Ａ℃＝８００