JPH0826395B2 - 溶接性の優れた80Kgf/mm▲上2▼級高張力鋼の製造法 - Google Patents

溶接性の優れた80Kgf/mm▲上2▼級高張力鋼の製造法

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JPH0826395B2
JPH0826395B2 JP63280312A JP28031288A JPH0826395B2 JP H0826395 B2 JPH0826395 B2 JP H0826395B2 JP 63280312 A JP63280312 A JP 63280312A JP 28031288 A JP28031288 A JP 28031288A JP H0826395 B2 JPH0826395 B2 JP H0826395B2
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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は溶接性の優れた80kg f/mm2級高張力鋼の製造
法に関するもので、鉄鋼業においては厚板ミルに適用す
ることがもっとも好ましいが、ホットコイル、形鋼など
にも適用できる。また、この方法で製造した厚鋼板は圧
力容器、海洋構造物など厳しい環境下で使用される溶接
構造物に用いることができる。
(従来の技術) 従来、80kg f/mm2級高張力鋼(以下HT80と言う)はB
添加鋼を焼入焼戻処理することによって製造していた。
しかし、B添加HT80は溶接性の指標であるPcm=C+Si/
30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5Bが
低く抑えられるにもかかわらず、その溶接性はHT60に比
較して著しく劣っていた。
このため現場溶接施工時には溶接割れ防止、溶接部の
硬さ低減の観点から200℃以上の予熱が必要とされ、施
工能率の著しい低下を招いていた。これはHT80がB添加
による焼入性増大効果に大きく依存し、焼入焼戻組織
(焼戻マルテンサイトあるいは下部ベイナイト)によっ
て優れた強度、靱性を達成していることによる。
このため溶接時(とくに小入熱溶接時)に溶接熱影響
部(HAZ)の硬化が著しく、溶接割れを生じていた。さ
らにB添加HT80は予熱を行なっても溶接部の硬さ低下が
十分でなく、耐応力腐食割れ性(耐SSC性)についても
満足できるレベルでなかった。
しかし従来のHT80の成分系、製造法では、Bを添加し
ないと焼入性が不足して良好な強度、靱性を得ることは
不可能である。このため溶接性、耐SSC性の優れたHT80
の研究開発が強く望まれていた。
(発明が解決しようとする課題) 本発明は溶接性、耐SSC性の優れたHT80の安価な製造
技術を提供するものである。本発明法に基づいて製造し
たHT80は小入熱溶接においてもHAZの硬化が少なく、溶
接施工において予熱を軽減あるいは省略することが可能
である。
(課題を解決するための手段) 本発明の要旨は、C:0.05〜0.11%、Si:0.5%以下、M
n:0.6〜1.4%、P:0.03%以下、S:0.01%以下、Cu:0.90
〜1.50%、Ni:0.30〜2.0%、Mo:0.20〜0.60%、Nb:0.01
0〜0.05%、Ti:0.005〜0.025%、Al:0.06%以下、N:0.0
03%以下に、必要に応じてV:0.01〜0.10%、Cr:0.05〜
0.7%、Ca:0.0005〜0.005%の一種、二種または三種を
含有し、かつPcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+C
r/20+Mo/15+V/10+5B(%)が0.28%以下を満足し、
残部が鉄および不可避的不純物からなる実質的にBを含
有しない鋼を1000℃〜1250℃の温度範囲に加熱して、10
50℃以下の累積圧下量が30%以上になるように圧延を行
なった後、750℃以上の温度からただちに焼入れし、つ
いでAc1以下の温度に再加熱して焼戻処理することであ
る。
以下、本発明について詳細に説明する。
発明者らの研究によれば、HT80の溶接性、耐SSC性を
画期的に改善するには、B無添加が必須と考えられた。
そこで従来のHT80の強靱化機構(焼入性増大)とはまっ
たく異なった結晶粒の微細化と析出硬化によって良好な
強度、靱性を確保する新しい方法を発明した。
本発明の従来HT80との相違は、1)Bの無添加とCu,N
b析出硬化の同時利用、2)ミクロ組織の制御圧延によ
る微細化、3)以上によるB添加鋼なみのPcmの低減に
ある。
焼入性の低下にともなう強度確保のため、まずCuの析
出硬化を利用した。しかし、この析出硬化だけでは十分
な強度が得られないので、Nbの析出硬化も同時に利用し
た。
一般にNb析出物はNb(CN)であるが、Cu析出物は純Cu
(ε−Cu)でC,Nを必要とせず、Nb,Cu析出硬化を効率よ
く同時に達成できることが明らかになった。また適度に
制御圧延を行ない、結晶粒が微細化した鋼では、Cu,Nb
による析出硬化を同時に行なっても低温靱性はほとんど
劣化せず、極めて優れた低温靱性を示すこともわかっ
た。
HT80としての特性を得るために必要な最低のCu,Nb量
はそれぞれ0.90%,0.010%である。しかし、これらの元
素を過剰に添加すると溶接性を害するため、Cu,Nb量の
上限はそれぞれ1.50%,0.05%である。
つぎに前述のようなCu,Nbの効果を十分に発揮させる
には、製造法が適切でなければならない。このため鋼
(スラブ)の再加熱、圧延、冷却条件を限定する必要が
ある。
まず再加熱温度を1000〜1250℃の範囲に限定する。再
加熱温度はNb,Vなどの析出物を固溶させ、かつ圧延終了
温度を確保するために1000℃以上(望ましくは1050℃以
上)としなければならない。この温度以下では、Nbがほ
とんど固溶せず十分な強度が得られない。しかし再加熱
温度が1250℃超では、オーステナイト粒(γ粒)が著し
く粗大化し、圧延によっても完全に微細化できないた
め、優れた低温靱性が得られない。したがって再加熱温
度は1250℃以下とする必要がある。
つぎに1050℃以下の累積圧下量を30%以上としなけれ
ばならない。これはγ粒を微細化して低温靱性を改善す
るためである。
さらに、HT80の強度と優れた低温靱性を得るために
は、750℃以上の温度から焼入を行ない、Ac1点以下の温
度で焼戻処理する必要がある。焼入は必ずしもAc3点以
上から行なう必要はないが、750℃以下では変態が進む
ためにHT80の強度が得られなくなる。焼入はできるだけ
Ac3点以上から実施することが望ましい。
焼戻処理は鋼の靱性改善と溶接、応力除去処理などに
よる軟化を防止するために必須である。しかし、その温
度がAc1点を超えると強度が著しく低下するので、Ac1
以下としなければならない。
しかし、たとえNb,Cuの添加量や製造法が適切であっ
て基本成分が適当でないとHT80としての優れた特性が得
られない。
以下、この点について説明する。
Cの下限0.05%は、母材および溶接部の強度確保なら
びにNb,Vなどの添加時に、これらの効果を発揮させるた
めの最小量である。しかしC量が多過ぎると溶接性の著
しい劣化を招くので、上限を0.11とした。
Siは多く添加すると溶接性、HAZ靱性を劣化させるた
め、上限を0.5%とした。鋼の脱酸はAl,Tiのみでも十分
であり、Siはかならずしも添加する必要はない。
Mnは強度、靱性を確保する上で不可欠な元素であり、
その下限は0.6%である。しかしMn量が多過ぎると焼入
性が増加して溶接性、HAZ靱性を劣化させるだけでな
く、連続鋳造スラブの中心偏析を助長するので上限を1.
4%とした。
本発明鋼において不純物であるP,Sをそれぞれ0.03%,
0.01%以下とした理由は、母材、溶接部の低温靱性をよ
り一層向上させるためである。Pの低減は粒界破壊を防
止し、S量の低減はMnSによる靱性の劣化を防止する。
好ましいP,S量はそれぞれ0.01〜0.005%以下である。
Niは溶接性に悪影響をおよぼすことなく、強度、靱性
を向上させるほか、Cu−クラックの防止にも効果があ
る。しかし2.0%を超えると溶接性に好ましくないため
上限を2.0%とした。
Moは強度、靱性をともに向上させる元素で、HT80には
0.20%以上が必須である。しかし多過ぎると溶接性、HA
Z靱性上好ましくない。その上限は0.60%、もっとも好
ましいMo添加量は0.3%以上である。
TiはAl量が少ないとき(たとえば0.003%以下)、O
と結合してTi2O3を主成分とする酸化物を形成してHAZ靱
性を向上させる。またNと結合してTiNを形成し、再加
熱時のγ粒粗大化を抑制、圧延後の組織を微細化する。
このため鋼板表面の硬さの上昇(たとえば280Hv以
下)が抑制され、耐SSC性が向上する。これらの効果を
得るためにはTiは最低0.005%必要である。しかし多過
ぎるとTiCを形成し低温靱性や溶接性を劣化させるの
で、その上限は0.025%である。
Alは、一般に脱酸上鋼に含まれる元素であるが、脱酸
はSiまたはTiだけでも十分であり、本発明鋼において
は、その下限は限定しない。しかしAl量が多くなると鋼
の清浄度が悪くなるのみでなく、溶接金属の靱性が劣化
するので上限を0.06%とした。
Nは不可避的不純物として鋼中に含まれるものである
が、Nbと結合して炭窒化物を形成して強度を増加させ、
またTiNを形成して前述のようにHT80の性質を高める。
このためのN量として最低0.001%必要である。しかし
ながらN量の増加はHAZ靱性、溶接性に極めて有害であ
り、この影響は高強度鋼ほど著しい。HT80の場合、その
上限は0.003%である。
つぎにV,Cr,Caを添加する理由について説明する。
基本となる成分にさらにこれらの元素を添加する主た
る目的は本発明鋼の優れた特徴を損なうことなく、強
度、靱性などの特性向上をはかるためである。したがっ
て、その添加量は自ら制限される性質のものである。
VはNbとほぼ同じ効果をもつ元素であるが、Nbに比較
して析出硬化能はやや劣る。0.005%以下では効果が少
なく、上限は0.10%まで許容できる。
Crは母材、溶接部の強度をたかめるが、多過ぎると溶
接性やHAZ靱性を著しく劣化させる。通常HT80にCrは多
く添加されるが、本発明では材質が確保できるならば、
少ないほど好ましい。Cr添加量の下限は、0.05%で、上
限は0.7%である。
Caは硫化物の形態を制御し、低温靱性(シャルピー吸
収エネルギー)向上させるほか、耐水素誘起割れ性の改
善にも効果を発揮する。しかしCa量0.0005%以下では実
用上の効果がなく、また0.005%を超えて添加すると、C
aO,CaSが多量に生成して大型介在物となり、鋼の清浄度
を害して延靱性を低下させる。また溶接性にも悪影響を
与える。このため添加量の範囲を0.0005〜0.005%に制
限した。
鋼の個々の成分を限定しても、成分系全体が適切でな
いと優れた特性は得られない。このためPcm値を0.28%
以下に限定する。Pcmは溶接性を表す指標である。B添
加鋼と本発明のようにBを含有しない鋼とでは、同じPc
mでも、その硬化性に大きな違いが生じる。B無添加鋼
では、Pcmが0.28%以下であれば、優れた耐SSC性、溶接
性の達成が可能である。
(実施例) 転炉−連続鋳造−厚板工程で種々の鋼成分の鋼板(厚
み30〜50mm)を製造し、その強度、靱性、溶接性(硬
さ)などを調査した。
第1表に本発明鋼ならびに比較鋼の化学成分を、第2
表にその製造条件と母材特性、HAZ硬さを示す。
本発明鋼においては母材の強度・靱性ならびにHAZ硬
さをバランスよく達成できている。これに対し、比較鋼
11ではBが添加されているため、HAZ硬さが極めて高い
値となっている。また、鋼12では直接焼入れ(DQ)に代
え、オフラインの再加熱焼入れ(Q)を適用しているた
めNbの活用が計れず、強度不足となっている。
一方、鋼13では焼入れ開始温度が730℃と低くなり、
フェライトが析出したため強度が不足している。鋼14で
は1050℃以下の累積圧下量が20%と小さく結晶粒の微細
化が不十分なため母材の靱性が悪い。鋼15では再加熱温
度が1300℃と高く結晶粒の微細化が十分に行なえないた
め母材靱性が不良である。鋼16では逆に再加熱温度が低
いためNbが固溶せず、強度向上効果が得られないため母
材強度が不足となっている。鋼17では各成分は所要の範
囲に入っているがPcmが0.30%と高いため、HAZ硬さを満
足しない。鋼18ではCが0.04%と低すぎるため強度不足
となった。鋼19ではTiが無添加であり、またNが37ppm
と高すぎるため母材靱性ならびに溶接部靱性が不良であ
る。さらに、鋼20ではCuならびにNb量が不足しているた
め強度不足となっている。
(発明の効果) 本発明により、溶接性、耐SSC性の優れたHT80の製造
が可能となった。その結果、現場での溶接施工能率や安
全性が著しく向上した。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重量比で C :0.05〜0.11%、 Si:0.5%以下、 Mn:0.6〜1.4%、 P :0.03%以下、 S :0.01%以下、 Cu:0.90〜1.50%、 Ni:0.30〜2.0%、 Mo:0.20〜0.60%、 Nb:0.010〜0.05%、 Ti:0.005〜0.025%、 Al:0.06%以下、 N :0.003%以下 を含有し、かつPcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60
    +Cr/20+Mo/15+V/10+5B(%)が0.28%以下を満足
    し、残部が鉄および不可避的不純物からなる実質的にB
    を含有しない鋼を1000℃〜1250℃の温度範囲に加熱し
    て、1050℃以下の累積圧下量が30%以上になるように圧
    延を行なった後、750℃以上の温度からただちに焼入れ
    し、ついでAc1以下の温度に再加熱して焼戻処理するこ
    とを特徴とする溶接性の優れた80kgf/mm2級高張力鋼の
    製造方法。
  2. 【請求項2】重量比で C :0.05〜0.11%、 Si:0.5%以下、 Mn:0.6〜1.4%、 P :0.03%以下、 S :0.01%以下、 Cu:0.90〜1.50%、 Ni:0.30〜2.0%、 Mo:0.20〜0.60%、 Nb:0.010〜0.05%、 Ti:0.005〜0.025%、 Al:0.06%以下、 N :0.003%以下 にさらに V :0.005〜0.10%、 Cr:0.05〜0.7%、 Ca:0.0005〜0.005%、 の一種,二種または三種を含有し、かつPcm=C+Si/30
    +Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B
    (%)が0.28%以下を満足し、残部が鉄および不可避的
    不純物からなる実質的にBを含有しない鋼を1000℃〜12
    50℃の温度範囲に加熱して、1050℃以下の累積圧下量が
    30%以上になるように圧延を行なった後、750℃以上の
    温度からただちに焼入れし、ついでAc1以下の温度に再
    加熱して焼戻処理することを特徴とする溶接性の優れた
    80kgf/mm2級高張力鋼の製造方法。
JP63280312A 1988-11-08 1988-11-08 溶接性の優れた80Kgf/mm▲上2▼級高張力鋼の製造法 Expired - Lifetime JPH0826395B2 (ja)

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