JPH0668126B2

JPH0668126B2 - 溶接継手部の靭性に優れた鋼板の製造方法

Info

Publication number: JPH0668126B2
Application number: JP63175173A
Authority: JP
Inventors: 教次板倉; 太根生波戸村; 虔一天野
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1988-07-15
Filing date: 1988-07-15
Publication date: 1994-08-31
Anticipated expiration: 2009-08-31
Also published as: JPH0225517A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、建築、圧力容器、ラインパイプおよび海洋
構造物などの用途に用いて好適な溶接継手部の靱性に優
れた鋼板の有利な製造方法に関するものである。

（従来の技術） Cuの析出硬化を利用した鋼板は、その溶接性に優れてい
ることが特長であり、例えばASTM規格A710や、米国特許
第3692514号明細書にその例が掲げられている。

ところでかような高Cu添加鋼｛Cu≧0.5wt%（以下単に％
で示す）｝は、製造工程中とくに熱間圧延段階において
Cu−クラックが生じ易いことから、その防止のため一般
に、NiをCuの添加量の50〜100％程度併せて添加してい
る。というのはたとえば特公昭62-5216号公報に開示さ
れているように、Cu添加鋼において２％程度までのNi添
加はCu−クラックの防止及び溶接部靱性等の向上に有用
と考えられているからである。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら発明者らの研究によれば、単にNi量を増加
させただけでは、溶接部靱性は必ずしも向上するとは限
らないことが判明した。

このように現在までのところNiの添加量については、系
統的な研究がなされておらず、そのためたとえNiを添加
した場合であっても充分満足いく程の溶接部靱性が必ず
得られるわけではなかったのである。

この発明は、上記の問題を有利に解決するもので、高Cu
添加鋼につき、Niをはじめとして種々の化学成分を適正
範囲に調整し、もって溶接継手部の靱性に優れた鋼板を
与えることを目的とする。

（課題を解決するための手段）まずこの発明を由来するに至った実験結果について説明
する。

さて0.05％Cu-0.15%Si-1.5％Mn−0.025％A1-0.005％Ｐ
−ba1 Feを基本組成とする鋼に、Niを種々の割合で添加
した場合の溶接継手部の靱性について発明者らが調査し
た結果をNi/Cu比と溶接継手部のCTOD特性との関係で示
す。

ここに靱性の評価は、板厚50mmの鋼板よりＫ開先の溶接
継手を作製し、この溶接継手部に疲労ノッチを導入した
CTOD試験片を用いて行った。第２図のCTOD試験片のノッ
チ位置を示す。なおCTOD試験はBS5762：1979によった。

第１図に示したように、溶接継手部の靱性はNi/Cu比に
大きく影響され、Ni/Cuが0.65〜0.85の範囲でとくに優
れた靱性が得られることが判明した。

しかしながら、これはＰが0.005％以下の場合であり、
さらにＰ量が増加すると、良好な靱性が得られるNi/Cu
の比は次第に0.65よりも大きくかつ0.85よりも小さくな
ることが、その後の研究により明らかになった。すなわ
ち靱性はNi/Cu比のみならずＰ含有量にも強い影響を受
け、第３図に示す斜線領域で溶接継手の靱性が優れる
ことが判明した。この斜線領域は0.65≦Ni/Cu≦0.85
かつＰ≦0.01-0.5{(Ni/Cu)-0.75}^２で与えられる。

ところがさらに研究を進めたところ、上記したNi/Cuと
Ｐが適正範囲内であっても、Si含有量が多いと良好な溶
接継手部靱性が得られないことも明らかになったが、こ
の点についてはSiを0.20％以下に制限すれば溶接熱影響
部における島状マルテンサイト等の低温変態生成物の存
在量が抑制され、その結果溶接部靱性の向上を図り得る
ことが究明された。

この発明は上記の知見に立脚するものである。

すなわちこの発明は、Ｃ：0.01〜0.15％、 Si：0.01〜0.20％、 Mn：0.20〜2.0％、 Cu：0.7〜2.0％および A1：0.005〜0.05％、を含み、かつNiをCu量に応じて次式 0.65≦Ni/Cu≦0.85 の範囲で、しかもＰをNiおよびCu量に応じて次式Ｐ≦0.01-0.5{(Ni/Cu)-0.75}^２を満足する範囲において含有し、ときにはさらに Nb：0.05％以下、Ｖ：0.1％以下、 Ti：0.02％以下、 Cr：1.0％以下、 Mo：0.5％以下、Ｂ：0.002％以下および REM：0.02％以下、のうちから選んだ一種または二種以上を含有し、残部は
Feおよび不可避不純物よりなる鋼を900℃以下650℃以上
で40％以上の累積圧下を加え圧延を終了し、ついで400
〜650℃の温度範囲においてCu析出処理を施すことから
成る溶接継手部の靱性に優れた鋼板の製造方法である。

（作用）この発明において素材の成分組成を上記の範囲に限定し
た理由について説明する。

Ｃ：Ｃは、鋼板として必要な強度を得るためには少なく
とも0.01％を必要とする。一方、溶接硬化性及び溶接割
れ感受性を考慮して、その上限は0.15％以下とする。

Si：Siは、脱酸作用および固溶強化作用を有するが、0.
01％未満ではその作用が十分でないので、下限を0.01％
とする。しかしながら一方でSiは、溶接熱影響部の靱性
にとって非常に有害であり、0.20％を超える添加は溶接
熱影響部に島状マルテンサイト等の低温変態生成物の存
在量を増加させることになるので、その上限は0.20％と
する。

Mn：Mnは、母材に延性と強度を与えるために0.20％以上
添加する必要がある。しかしながら添加量が2.0％を超
えると、溶接硬化性を著しく上昇させるので、その上限
は2.0％とする。

A1：A1は、鋼の脱酸のために少なくとも0.005％を必要
とするが、その添加量が0.050％を超えると溶接部の靱
性が著しく劣化するので、上限は0.050％とする。

Cu：Cuは、耐食性を向上させる他に時効処理によって析
出するε−Cuにより強度を高めるのに有効に寄与する
が、0.7％未満ではその効果が充分でないので0.7％以上
添加する必要がある。しかし0.2％を超えると低温靱性
が損なわれるのでその上限は2.0％とする。

Ni-Niは、母材の強度および靱性の向上に有用なだけで
なく、Cu添加による熱間圧延時の割れを防止する作用を
有するが、前掲第１図および第３図に示したように、Ni
は添加量が多くてもまた少なくても優れた溶接部靱性は
得られない。この理由についてはまだ明確に解明された
わけではないが、Ni量の違いによる焼入れ性の違いが組
織あるいは島状マルテンサイト等の低温変態生成物の存
在量を変化させるためと考えられる。

そこでこの発明では、Niの添加量は0.65≦ を満足する量とした。

Ｐ：Ｐは、先に述べたように溶接継手部靱性に対し、Ni
/Cuと関連して影響を与えるが、Ｐ≦0.01-0.5{(Ni/Cu)-
0.75}^２を満たす範囲であれば優れた溶接継手部靱性が
得られるので上掲式を満足する範囲で添加するものとし
た。

Nb：Nbは、熱間圧延において、未再結晶領域を拡大し
て、オーステナイト中に変形帯を導入し、変態後のフェ
ライト粒を小さくして靱性を向上させるのに有効なだけ
でなく、熱間圧延後の強制冷却において、最終組織のベ
イナイト等の量を増加でき、強度を大幅に上昇させるこ
とができる。しかしながら0.05％を超える添加は、割れ
性を増加させると共に、溶接部の応力除去焼鈍後の靱性
を劣化させるので、Nbの添加量の上限は0.05％とする。

Ｖ：Ｖは、Nbと同様に強度と靱性を向上させるのに有効
に寄与するが、0.1％を超えると溶接部の応力除去焼鈍
後の靱性を劣化させるので、その上限は0.1％とする。

Ti：Tiは、鋼中にTiNとして存在して溶接熱影響部のオ
ーステナイト粒の成長を抑制する。しかしながら添加量
が0.02％を超えると、多層溶接の場合、次の溶接パスに
より融点付近まで急熱されるボンド部でTiNが分解して
固溶Tiとなった場合、溶接熱影響部の硬度が上昇し、靱
性の劣化を招く。このため、Tiの添加量の上限は0.02％
とする。

Cr：Crは、耐食性を向上させる他に、焼入性の向上およ
び析出硬化により母材の強度を高める作用があり、また
母材の低温靱性の向上にも有効に寄与する。しかしなが
ら1.0％を超える添加は、溶接熱影響部の靱性および硬
化性の観点から有害となるため上限は1.0％とする。

Mo：Moは、焼入性の向上と析出硬化とにより母材の強度
を高めることができる。しかし0.5％を超える添加は溶
接熱影響部の靱性の観点から有害となるため上限を0.5
％とする。

Ｂ：Ｂは、焼入性の向上ひいては母材の強度、靱性の向
上に有効に寄与するが、0.002％を超える添加は、溶接
熱影響部の硬化を招くため、上限を0.002％とする。

希土類金属(REM)：REMは鋼中で硫化物若しくは酸化物と
して存在し、このREMの硫化物、酸化物は溶接部のボン
ド部においても安定しており、TiNと同様にオーステナ
イト粒の成長を抑制して靱性を向上させる。しかしなが
ら0.02％を超えて添加すと鋼の清浄度が低下し、かえっ
て鋼の靱性を劣化させるので、上限を0.02％とする。

次にこの発明の製造法について具体的に説明する。

圧延仕上げ温度は900℃以下とする必要がある。という
のは900℃を超える温度では結晶粒が粗大化し靱性が劣
化するからである。とはいえ圧延仕上げ温度を650℃よ
りも低くすると靱性が損なわれるので下限は650℃とし
た。

またこの温度域での累積圧下率は40％以上を必要とす
る。というのは40％未満では十分な細粒組織が得られな
いからである。すなわち、900℃以下650℃以上で40％以
上の累積圧下を加え圧延を終了する必要がある。

次に圧延後の冷却のついては放冷してもよいが、強制冷
却を施すことは組織をベイナイト化、細粒化する上で非
常に効果的である。なお強制冷却する場合には、圧延終
了後室温まで強制冷却してもよいし、室温に至る前に強
制冷却を停止させてもよい。途中で強制冷却を停止する
場合、冷却停止温度は600℃以下とするのが好ましい。
というのは600℃を超える温度で冷却を停止すると、ベ
イナイト化、細粒化の効果が不十分となるからである。

続いて、Cuの析出処理を行うが、この析出処理は400〜6
50℃の範囲で行う必要がある。というのは400℃より低
いと、Cuの析出が十分ではなく、一方650℃を超えると
析出物が粗大し、強度の上昇効果が薄らぐからである。

（実施例）表１に示す成分組成になる鋼を1040〜1060℃の温度に加
熱したのち、同じく表１に示す製造条件にて鋼板を製造
した。

ついでこれらの鋼板をＫ開先に加工後、最大入熱5kJ/mm
で多層サブマージアーク溶接を施した。溶接後に溶接継
手から断面がｔ（板厚）×２ｔで疲労ノッチを第２図に
示す位置としたCTOD試験片を採取し、CTOD試験に供し
た。ここにCTOD試験は−10℃にてそれぞれ３本づつ行
い、その最低値で評価した。なお疲労ノッチの導入およ
び試験方法はイギリス規格(BS)5762(1979)に準じた。ま
た全ての鋼板から引張試験片（Ｌ方向）およびシャルピ
ー衝撃試験片（Ｔ方向）を採取し、母材の強度および靱
性についても測定した。

これらの測定結果を表１に併記する。

鋼No.１，２，３，４はそれぞれNi/Cu、Ni/Cu、Ｐ含有
量およびSi含有量がこの発明の適正範囲を超えているも
のであり、いずれも溶接部の溶融線のCTOD特性が劣って
いた。

またNo.５は、900〜650℃の累積圧下率が、この発明の
下限に満たない場合であり、溶接部の溶融線のCTOD特性
には優れていたが、強度・靱性に劣っていた。

これに対し鋼No.６〜13はいずれも、成分、製造条件と
もこの発明の範囲を満足するもので優れたCTOD特性を示
した。とくに鋼No.７〜13は、Nb,V,Cr,Mo,Ti,B,REMをこ
の発明で規定する範囲内で添加した場合であるが、これ
らの元素の添加により、強度および継手部CTOD特性の一
層の向上が達成されている。

（発明の効果）かくしてこの発明に従い、高Cu添加鋼において、NiとCu
の添加量の比をSiとＰの適切な範囲のもので規定すると
共に、適切な圧延条件と熱処理を加えることにより、Ni
を有効に活用して溶接継手部の靱性に優れた、従来にな
い高強度・高靱性の鋼板を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、溶接継手部のCTODとNi/Cuとの関係を示した
グラフ、第２図は、溶接継手形状とCTOD試験におけるノッチ位置
を示した図、第３図は、Ni/CuおよびＰ含有量が溶接継手部のCTODに
及ぼす影響について示したグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃ：0.01〜0.15wt%、 Si：0.01〜0.20wt%、 Mn：0.20〜2.0wt%、 Cu：0.7〜2.0wt%および A1：0.005〜0.05wt% を含み、かつNiをCu量に応じて次式 0.65≦Ni/Cu≦0.85 の範囲で、しかもＰをNiおよびCu量に応じて次式Ｐ≦0.01-0.5{(Ni/Cu)-0.75}^２を満足する範囲において含有し、残部はFeおよび不可避
不純物よりなる鋼を、900℃以下650℃以上で40％以上の
累積圧下を加え圧延を終了し、かかる圧延終了後空冷ま
たは強制冷却し、ついで400〜650℃の温度範囲において
Cu析出処理を施すことを特徴とする溶接継手部の靱性に
優れた鋼板の製造方法。
【請求項２】Ｃ：0.01〜0.15wt%、 Si：0.01〜0.20wt%、 Mn：0.20〜2.0wt%、 Cu：0.7〜2.0wt%および A1：0.005〜0.05wt% を含み、かつNiをCu量に応じて次式 0.65≦Ni/Cu≦0.85 の範囲で、しかもＰをNiおよびCu量に応じて次式Ｐ≦0.01-0.5{(Ni/Cu)-0.75}^２を満足する範囲において含有し、さらに Nb：0.05wt%以下、Ｖ：0.1wt%以下、 Ti：0.02wt%以下、 Cr：1.0wt%以下、 Mo：0.5wt%以下、Ｂ：0.002wt%以下および REM：0.02wt%以下のうちから選んだ一種または二種以上を含有し、残部は
Feおよび不可避不純物よりなる鋼を、900℃以下650℃以
上で40％以上の累積圧下を加え圧延を終了し、ついで40
0〜650℃の温度範囲においてCu析出処理を施すことを特
徴とする溶接継手部の靱性に優れた鋼板の製造方法。