JPH06207243A

JPH06207243A - 溶接構造物用鋼

Info

Publication number: JPH06207243A
Application number: JP1797493A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Hamada; 昌彦濱田; Yasuto Fukada; 康人深田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-01-08
Filing date: 1993-01-08
Publication date: 1994-07-26
Anticipated expiration: 2014-09-20
Also published as: JP2950076B2

Abstract

(57)【要約】【目的】大入熱溶接において、１４００℃以上に加熱
される部分でのオーステナイト粒の粗大化を抑制する。【構成】鋼中のSol.Ａｌ量を0.０００１〜0.００５％
とする。Insol.Ａｌ量を0.０００５〜0.００５％とす
る。Ｏ量を0.００１〜0.００５％とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧力容器、船舶、橋
梁、建築およびラインパイプ等の溶接構造物に使用され
る溶接構造物用鋼に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、海洋構造物、船舶および貯槽等の
大型鋼構造物の材料特性に対する要求は厳しさを増して
おり、特に溶接部における低温靱性の改善が強く望まれ
ている。一方、このような大型構造物の溶接法として
は、溶接作業能率向上および溶接工数削減の観点から、
大入熱溶接が取り入れられる傾向にある。

【０００３】一般に、サブマージアーク溶接をはじめと
する大入熱溶接を鋼材に適用した場合、オーステナイト
結晶粒の粗大化により溶接熱影響部（ＨＡＺ）の靱性が
著しく低下する。そこで、従来よりＨＡＺ靱性の向上策
としてＨＡＺ組織を微細化することが検討されている。

【０００４】ＨＡＺの組織を微細化するには、オーステ
ナイト粒の粗大化を抑制すること及びオーステナイト粒
内でのフェライト変態を促進することが有効とされてお
り、その考えに基づいて次のような具体策が提案されて
いる。

【０００５】Ｔｉを微量添加し鋼中にＴｉＮを微細
析出させてオーステナイト粒の粗大化を抑制することに
より、５０ｋｇ／ｍｍ²高張力鋼の大入熱溶接時のＨＡ
Ｚ靱性を改善する（昭和５４年６月発行の「鉄と鋼」第
６５巻第８号１２３２頁）。

【０００６】ＴｉＮに加えてＣａＯを形成させ、オ
ーステナイトの細粒化とＣａＯを核とした粒内フェライ
トの生成とにより実効的に結晶粒を微細化する（昭和５
８年２月発行の「溶接学会誌」第５２巻第２号４９
頁）。

【０００７】希土類元素（ＲＥＭ）の酸化物により
同様に結晶粒を微細化する（特開昭５５−３１３８９号
公報）。

【０００８】Ｔｉ酸化物を核生成サイトとして粒内
フェライトを生成させ実効的に結晶粒を微細化する（特
９昭５７−５１２４３号公報および特開昭６１−２１３
３２２号公報）。ボンド部のシャルピー衝撃特性を十分
に改善できるとしている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしＴｉＮは、１４
００℃以上に加熱される部分では大部分が母材に溶解す
る。このため特に大入熱溶接ＨＡＺの溶融線近傍におけ
る結晶粒の粗大化を免れ得ない。さらに、加熱過程で溶
解したＴｉＮは冷却過程において再析出しない。すなわ
ちＴｉＮが溶解した部分では、冷却過程における粒内で
のフェライト変態が起こらず、さらには固溶窒素の増加
をも招き、ＨＡＺ靱性の劣化を避け得ないという欠点が
ある。

【００１０】一方、ＣａＯ、ＲＥＭ酸化物およびＴｉ酸
化物については、これらを鋼中において微細分散させる
ことが非常に困難であり、粒内フェライトの生成に必要
な核生成サイトを十分に提供することが難しい。従っ
て、大入熱溶接ＨＡＺことに１４００℃以上の高温に加
熱される部分でのオーステナイト粒の粗大化による靱性
低下は防止できない。

【００１１】すなわち〜に使用される化合物のう
ち、オーステナイト粒の粗大化抑制に有効とされている
のはＴｉＮのみである。他の化合物についてはフェライ
ト変態の生成核もしくは核生成サイトとしての効果しか
示されておらず、その効果が疑問視される上、オーステ
ナイト粒の粗大化抑制効果については明らかにされてい
ない。そして、ＴｉＮと言えども１４００℃以上に加熱
される部分では母材に溶解し、オーステナイト粒の粗大
化抑制効果を失う。従って、現在に至るまで１４００℃
以上に加熱される部分でのオーステナイト粒の粗大化を
抑制する技術は開発されていない。

【００１２】本発明の目的は、大入熱溶接ＨＡＺことに
従来技術では防止できなかった１４００℃以上の高温に
加熱される部分でのオーステナイト粒の粗大化を防止で
きる溶接構造物用鋼を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】１４００℃以上に加熱さ
れる部分でのオーステナイト粒の粗大化を防止するに
は、鋼中での溶解度が極端に小さいと考えられる酸化物
を微細に分散させることが必要と言える。しかし前述の
ようにＴｉ，ＣａおよびＲＥＭ等の酸化物を微細に分散
させるのは非常に困難であり、又分散させ得てもその粒
度は比較的大きくピニング効果を発揮させるまでには至
らないと考えられる。

【００１４】そこで本発明者らは代表的な脱酸元素であ
るＡｌおよびＡｌ酸化物に着目した検討を行った。すな
わちＡｌ量を変化させた低合金炭素鋼を作製し、作製し
た供試鋼を１４００℃に加熱し３秒保持した後急冷し各
々のオーステナイト粒径を調査した。その結果、極低Ａ
ｌ濃度域においてオーステナイト粒の粗大化が抑制され
ることを見出した。この極低Ａｌ濃度の供試鋼にて板厚
２０ｍｍの鋼板を作製し、溶接入熱１００ｋＪ／ｃｍで
サブマージアーク溶接を行い、その溶接継手の溶接ボン
ド部よりシャルピー衝撃試験片を取り出し衝撃試験を実
施したところ、−４０℃での衝撃値が約１５０Ｊと良好
な値が得られた。

【００１５】本発明の溶接構造物用鋼は上記知見を基礎
として開発されたもので、基本成分として重量％でＣ：
0.０１〜0.３％、Ｓｉ：0.０１〜0.３％、Ｍｎ：0.３〜
３％、Ｐ：0.０３％以下、Ｓ：0.０３％以下を含み、且
つ Sol. Ａｌ：0.０００１〜0.００５％ Insol.Ａｌ：0.０００５〜0.００５％Ｏ：0.００１〜0.００５％を含むことを特徴とする。

【００１６】すなわち本発明の溶接構造物用鋼は、大入
熱溶接時にそのＨＡＺにおけるオーステナイト粒の成長
を抑制するために鋼中のＡｌ量およびＯ量を規定したこ
とを最大の特徴とし、この特徴によりＨＡＺ全体に優れ
た低温靱性を与える。

【００１７】

【作用】以下に本発明の溶接構造物用鋼における成分限
定理由を説明する。

【００１８】Sol.Ａｌ：0.０００１〜0.００５％，Inso
l.Ａｌ：0.０００５〜0.００５％，Ｏ：0.００１〜0.０
０５％Ａｌは代表的な脱酸元素であると共に、本発明において
はオーステナイト粒の粗大化を抑制するためのＡ１₂Ｏ
₃を供給する主要元素となる。Ａｌは鋼材中においては
固溶ＡｌやＡｌ窒化物を含む酸可溶Ａｌ(Sol. Ａｌ）お
よび主にＡｌ₂Ｏ₃よりなる非酸可溶Ａｌ(Insol. Ａｌ)
として存在する。本発明においても最も重要な点はＡ
ｌ₂Ｏ₃をいかに微細かつ多量に分散させるかにある。
Ａｌ₂Ｏ₃を微細かつ多量に分散させると、１４００℃
以上に加熱される部分をも含むＨＡＺ全体でオーステナ
イト粒の成長を抑制できる。

【００１９】ここで、Sol.ＡｌはＡｌ₂Ｏ₃の微細分散
に対してマイナス要因となる。すなわちSol.Ａｌが増加
し全体としてＡｌ量が増加すると、Ａｌ₂Ｏ₃が凝集・
粗大化し所望のオーステナイト粒径抑制効果が得られな
くなる。従って、その上限を0.００５％とした。ただ
し、0.０００１％未満では十分な脱酸効果が得られず、
鋼の製造上問題となる。

【００２０】一方、Insol.ＡｌはＡｌ₂Ｏ₃の微細分散
を促進し、これが0.０００５％未満であると、Ａｌ₂Ｏ
₃の鋼中での分布が極めて粗となるため十分なオーステ
ナイト粒成長抑制効果が得られなくなる。しかし、0.０
０５％を超えるとオーステナイト粒成長抑制効果が飽和
すると共に鋼の清浄度を下げることになる。

【００２１】Ｏは鋼の清浄度の点からは低い方が望まし
い。しかし所望の量のＡｌ₂Ｏ₃を得るため、その下限
を0.００１％とした。一方、Ｏ量が増加すると、鋼の清
浄度を低下させるだけでなく、Ａｌ₂Ｏ₃が凝集・粗大
化を生じ所望の粒度のＡｌ₂Ｏ₃が得られなくなる。従
って、その上限を0.００５％とした。

【００２２】本発明の溶接構造物用鋼では、上記Ａｌ量
およびＯ量の規定により大入熱溶接ＨＡＺにおける平均
オーステナイト粒径を１５０μｍ以下に制限できる。

【００２３】ＡｌおよびＯ以外の基本成分の限定理由は
以下のとおりである。

【００２４】Ｃ：0.０１〜0.３％Ｃは鋼材の強度を確保するのに有効な元素であるが、そ
の含有量が0.０１％未満ではその効果が得られず、又0.
３０％を超えると島状マルテンサイト（Ｍ−Ａ）等の硬
化相の生成量が増大し、ＨＡＺ靱性に悪影響を及ぼす。

【００２５】Ｓｉ：0.００１〜0.３％Ｓｉは鋼の脱酸剤として有効な元素であり、0.００１％
未満では脱酸効果が十分でない。しかし、0.３％を超え
て添加すると、Ｍ−Ａの生成量が増加し、ＨＡＺ靱性に
悪影響を及ぼす。

【００２６】Ｍｎ：0.３〜3.０％Ｍｎは強度確保に有効であるとともに、脱酸剤としても
有効な元素である。0.３％未満では前記効果が十分に得
られず、3.０％を超えて添加するとＨＡＺ靱性に悪影響
を及ぼす。

【００２７】Ｐ：0.０３％以下，Ｓ：0.０３％以下Ｐ，Ｓはともに不可避的に鋼中に含有される不純物元素
であり、その含有量は低い程望ましく上限を0.０３％と
した。

【００２８】本発明の溶接構造物鋼では上記基本成分に
加えて下記成分の１種または２種以上を添加することが
できる。

【００２９】Ｔｉ：0.００３〜0.０３％Ｔｉは鋼中で窒化物および酸化物を形成し、これによっ
て１３５０℃程度に加熱される部分でのオーステナイト
粒を微細化するとともに、冷却過程ではフェライトの生
成核として作用する有用な元素であるが、0.００３％未
満では前記効果が十分に得られず、0.０３％を超えて添
加すると鋼材靱性を悪化させる。

【００３０】Ｃａ：0.０００５〜0.００５％，ＲＥＭ：
0.０１〜0.０５％Ｃａ，ＲＥＭはオキシサルファイドを形成し、冷却過程
でのフェライト生成核となる有用な元素であるが、各々
0.０００５％，0.０１％未満では前記効果が得られず、
0.００５％，0.０５％を超えて添加するとかえって靱性
を悪化させる。

【００３１】Ｎｉ：1.１％以下，Ｃｒ：0.８％以下，Ｃ
ｕ：1.２％以下，Ｍｏ：0.３％以下,Ｎｂ：0.１％以
下，Ｖ：0.１％以下Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｖは鋼材の強度向上に
有効な元素であるが、ＨＡＺ靱性を考慮して各々の上限
を定めた。

【００３２】Ｂ：0.００２％以下Ｂは焼入れ性向上に有効であるが、ＨＡＺ靱性を考慮し
て上限を0.００２０％とした。

【００３３】Ｎ：0.００８％以下窒化物の形成等に寄与するが、ＨＡＺ靱性を考慮して0.
００８％以下とした。Ｔｉ添加を行った場合はＴｉ／
Ｎ：１〜3.５とすることが望ましい。

【００３４】

【実施例】次に本発明の実施例および比較例を説明して
本発明の有効性を明らかにする。

【００３５】表１および表２に示す化学組成の鋼板（板
厚２０ｍｍ）を常法により作製し、母材の機械的性質、
再現熱サイクル材による平均オーステナイト粒径の調査
および溶接部の特性について調査した。なおオーステナ
イト粒径を調査するにあたっては、１４００℃にて３秒
間保持した後ヘリウムにて急冷した再現熱サイクル材を
ピクリン酸飽和溶液と界面活性剤を用いて腐食させた。
溶接部の特性を調べるにあたっては、市販の６０ｋｇｆ
／ｍｍ²級の溶接材料を使用し、溶接入熱１００ｋＪ／
ｃｍの２電極サブマージアーク溶接と、溶接入熱３５ｋ
Ｊ／ｃｍの１電極サブマージアーク溶接を実施した。調
査結果を表３に示す。

【００３６】本発明鋼ではいずれも平均オーステナイト
粒径が１５０μｍ以下に抑制され、１４００℃以上に加
熱された部分でもオーステナイト粒の粗大化が防止され
た。これに対し、比較鋼ではオーステナイト粒が粗大化
している。そして本発明鋼は上記オーステナイト粒微細
化作用により優れた低温ＨＡＺ靱性を示した。

【００３７】

【表１】

【００３８】

【表２】

【００３９】

【表３】

【００４０】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明の溶接構造
物用鋼は１４００℃以上に加熱される部分でも結晶粒を
微細化でき、優れたＨＡＺ靱性を示す。従って、高品質
の溶接構造物を安定に製造することができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基本成分として重量％でＣ：0.０１〜0.
３％、Ｓｉ：0.０１〜0.３％、Ｍｎ：0.３〜３％、Ｐ：
0.０３％以下、Ｓ：0.０３％以下を含み、且つ
Sol. Ａｌ：0.０００１〜0.００５％ Insol.Ａｌ：0.０００５〜0.００５％Ｏ：0.００１〜0.００５％を含むことを特徴とする溶接構造物用鋼。