JPH0867946A

JPH0867946A - 溶接構造用鋼材

Info

Publication number: JPH0867946A
Application number: JP20390994A
Authority: JP
Inventors: Masato Shimizu; 眞人清水; Kazuhiko Fujita; 一彦藤田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1994-08-29
Filing date: 1994-08-29
Publication date: 1996-03-12

Abstract

(57)【要約】【目的】介在物の形態制御が安定して達成された溶接
構造用鋼材を提供する。【構成】質量％で、C:0.02〜0.20％、 Si:0.05〜0.60
％、 Mn:0.50〜2.00％、P:0.020％以下、 S:0.007％以
下、Al:0.005〜0.100 ％、 Ca:0.0003〜0.0040％、Zr:
0.003〜0.010 ％、Ce:0.005％以下、O:0.0035％以下を
含み、かつ 2≦（10×％Ca＋％Zr）／（％S ＋％O ）
で、残部がFeおよび不可避的不純物からなる溶接構造用
鋼材である。さらに Cu:0.03〜1.5 ％、 Ni:0.03〜3.0
％、Cr:0.03 〜1.0 ％、 Mo:0.03〜1.0 ％、Nb:0.004〜
0.100 ％、 V:0.004〜0.100 ％、Ti:0.004〜0.100 ％、
B:0.0003〜0.0030％の内から１種または２種以上を含む
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、海洋構造物、建築用鉄
骨、石油精製装置、ラインパイプなどの溶接構造物にお
いてしばしば発生するラメラティア、大入熱溶接割れや
水素誘起割れなどに対する耐割れ性の優れた溶接構造用
鋼材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】海洋構造物のノード部や建築用鉄骨の仕
口部では、板厚方向（以下Ｚ方向という）に応力が作用
し、ラメラティアと呼ばれる割れが発生し易い。また、
建築用鉄骨のボックス柱の角継手部や大入熱溶接継手部
においても、同様に溶接時に侵入した水素や溶接時の硬
化組織と収縮応力等が相俟って溶接割れが発生すること
がある。一方、硫化水素を含む原油や天然ガスを輸送す
るラインパイプや石油精製装置等においては、鋼と硫化
水素との反応によって発生した水素が鋼中に侵入、拡散
し、鋼材中の不連続部に集積して、いわゆる水素誘起割
れ（以下ＨＩＣという）が発生することがある。

【０００３】これらの割れは、いずれも鋼材中に存在す
る展伸した（以下Ａ系という）あるいは粒状のものが不
連続に連なる（以下Ｂ系という）非金属介在物が起点と
なって発生するため、鋼材面からの対策としては、これ
らＡ系およびＢ系介在物の低減と、単独に存在する比較
的球状の介在物（以下Ｃ系という）への形態制御による
無害化が図られている。

【０００４】介在物の形態制御策としては、従来 Sとの
親和力がMnより強く、しかもその硫化物の熱間変形能が
MnSより小さいCa、Ce等の希土類元素(REM) 、Ti、Zrな
どの添加が行われてきた（特開昭52-9617 号公報）。ま
た、Ｂ系介在物の低減の観点から、Caの添加に加えて O
量を低減する方法も提案されている（特開昭53-11116号
公報）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の方法を適用する場合、Ca等の形態制御元素の添加が少
なすぎると形態制御が十分行われず耐ラメラティア性や
耐ＨＩＣ性が向上せず、また逆に多量に添加するとき鋼
塊底部や連鋳片表面部において、耐ラメラティア性や耐
ＨＩＣ性がかえって劣化することが問題であった。この
ような問題に対して、Caとともに0.0003〜0.002 ％の微
量の REMを複合添加する方法が提案されている（特公昭
60-13419号公報）が、 S量を0.0020％以下に低減するに
はコストがかかり、また REMをこのような微量に制御す
ることは工業的には困難という問題がある。

【０００６】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたもので、鋼中の S量、 O量に応じてCaと微量の
Zrを添加することによって、介在物の形態制御が工業的
に安定して達成された溶接構造用鋼材を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記に説
明したような従来における溶接構造用鋼材に係わる問題
点を解決するため鋭意研究を行った結果、鋼中の S量、
O量に応じてCaと微量のZrを適量複合添加することによ
り、効果的に介在物を形態制御できることを見出し、本
発明に至ったものである。

【０００８】すなわち、本発明の要旨は、(1) 質量％
で、C:0.02〜0.20％、 Si:0.05〜0.60％、 Mn:0.50〜2.
00％、 P:0.020％以下、 S:0.007％以下、Al:0.005〜0.
100 ％、 Ca:0.0003〜0.0040％、Zr:0.003〜0.010 ％、
Ce:0.005％以下、O:0.0035％以下を含み、かつ 2≦（10
×％Ca＋％Zr）／（％S ＋％O ）で、残部がFeおよび不
可避的不純物からなる溶接構造用鋼材である。

【０００９】(2) 質量％で、さらに Cu:0.03〜1.5 ％、
Ni:0.03〜3.0 ％、Cr:0.03 〜1.0％、 Mo:0.03〜1.0
％、Nb:0.004〜0.100 ％、V:0.004 〜0.100 ％、Ti:0.0
04〜0.100 ％、B:0.0003〜0.0030％の内から１種または
２種以上を含む前記(1) の溶接構造用鋼材である。

【００１０】

【作用】以下、本発明をさらに詳細に説明する。まず、
本発明における化学成分の限定理由について説明する。

【００１１】C は、強度確保のために必要な元素であっ
て、0.02％未満では目的とする強度を得ることができな
い。上限については、鋼の溶接性を考慮し0.20％とし
た。したがって、C 含有量は0.02〜0.20％の範囲とす
る。

【００１２】Siは、製鋼時の脱酸に必要な元素であり、
そのためには0.05％以上を必要とする。しかし、0.60％
を超えて多量に含有すると靱性が劣化する。したがっ
て、Si含有量は0.05〜0.60％の範囲とする。

【００１３】Mnは、強度確保のために必要な元素であ
り、含有量が0.50％未満ではこの効果は少なく、また、
2.00％を超えて含有すると溶接性が損なわれる。したが
って、Mn含有量は0.50〜2.00％の範囲とする。

【００１４】P は、偏析部の硬さを上昇させ、耐大入熱
溶接割れ性や耐ＨＩＣ性、耐ＳＳＣ性を劣化させるの
で、含有量は 0.020％以下とする。

【００１５】S は、Ａ系介在物を形成しＺ方向の耐割れ
性を損なうため、含有量は 0.007％以下とする。

【００１６】Alは、脱酸元素として含有量は 0.005％以
上必要であるが、また多量に含有させると介在物を増や
し、Ｚ方向の耐割れ性を劣化させるので上限を 0.100％
に規制する。したがって、Al含有量は 0.005〜0.100 ％
の範囲とする。

【００１７】Caは、介在物の形態制御に効果のある元素
であり、このためには0.0003％以上の添加が必要である
が、0.0040％を超えて添加すると介在物が増加してＺ方
向の耐割れ性を劣化させる。したがって、Ca含有量は0.
0003〜0.0040％の範囲とする。

【００１８】Zrは、Caとともに本発明の骨子となる元素
であって、Caとの複合添加により微量で介在物の形態制
御に効果があり、このためには 0.003％以上の添加が必
要である。また、0.010 ％を超えて添加すると介在物を
増大させる。したがって、Zr含有量は 0.003〜0.010 ％
の範囲とする。

【００１９】Ceは、Caと微量Zr添加による介在物形態制
御効果を阻害する元素であるのて、含有量は 0.005％以
下に制限する必要がある。

【００２０】O は、Ｂ系介在物を形成し、Ｚ方向の耐割
れ性を損なうばかりでなく、CaやZrと結合し、これら元
素の介在物形態制御効果を損なうため、含有量は0.0035
％以下に制限する必要がある。

【００２１】以上の各成分のほか、本発明においては、
必要に応じて以下に示すCu、Ni、Cr、Mo、Nb、V 、Tiお
よびB の内から選んだ１種または２種以上の元素を含有
させることができる。

【００２２】Cuは、強度の上昇に有効な元素であるが、
0.03％未満ではその効果がなく、また 1.5％を超えて含
有すると熱間加工性が劣化する。したがって、Cu含有量
は0.03〜1.5 ％の範囲とする。

【００２３】Niは、強度と靱性の向上に効果のある元素
であるが、0.03％未満ではその効果がなく、また 3.0％
を超えて含有すると経済性を損なう。したがって、Ni含
有量は0.03〜3.0 ％の範囲とする。

【００２４】CrおよびMoは、強度の上昇に有効な元素で
あるが、それぞれ0.03％未満ではその効果がなく、また
1.0％を超えて含有すると溶接性が劣化する。したがっ
て、CrおよびMo含有量はそれぞれ0.03〜1.0 ％の範囲と
する。

【００２５】Nb、V およびTiは、強度の上昇に有効な元
素であるが、それぞれ 0.004％未満ではその効果がな
く、また 0.100％を超えて含有すると溶接性が劣化す
る。したがって、Nb、V およびTi含有量はそれぞれ 0.0
04〜0.100 ％の範囲とする。

【００２６】B は、強度の上昇に有効な元素であるが、
0.0003％未満ではその効果がなく、また0.0030％を超え
て含有すると靱性が劣化する。したがって、B 含有量は
0.0003〜0.0030％の範囲とする。

【００２７】次に、本発明に係わる溶接構造用鋼材にお
いて、 S量、 0量に応じてCaとZrの添加量を下記式のよ
うに制限する理由について述べる。 2≦（10×％Ca＋％Zr）／（％S ＋％O ）

【００２８】表１および表２に示す化学成分の鋼板、板
厚30mm材について、板厚方向の表面下 2mm、 7.5mmおよ
び15mm位置での清浄度を各鋼板 9箇所、計27箇所につい
て測定した。測定方法はJIS G 0555にしたがって、視野
数60、倍率 400倍で観察した。その結果の平均値を表３
に示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】

【００３１】

【表３】

【００３２】上記の清浄度と（10×％Ca＋％Zr）／（％
S ＋％O ）の値との関係を図１(a)、(b) に示す。ここ
で、dA、dBはそれぞれＡ系、Ｂ系介在物の清浄度であ
り、各鋼板とも27箇所の測定値の平均値である。

【００３３】図１から明らかなように、（10×％Ca＋％
Zr）／（％S ＋％O ）の値が 2以上である本発明の範囲
においては、dAが0.005 以下と小さく（図１(a) 参
照）、dBが 0となっており（図１(b) 参照）、介在物の
形態制御が十分に行われてるといえる。図１(a) に示す
ように、Ａ系介在物を完全に形態制御するため、すなわ
ちdAを 0にするためには、（10×％Ca＋％Zr）／（％S
＋％O ）の値を 6以上とする必要がある。

【００３４】このように、Caとともに微量のZrを添加す
ることによる介在物形態制御効果が大きく向上する理由
については、未だ不明であるが、 S量、 0量を限定した
条件下においては、Zrが触媒のような働きをし、Caの介
在物形態制御効果を助長するものと考えられる。

【００３５】

【実施例】以下に本発明の実施例について説明する。供
試鋼板は、表１、２、表４、５に示す化学成分を有する
鋼を常法により溶製、鋳造し、得られた鋳片または鋼片
を熱間圧延により板厚30mmまたは20mmに圧延したもので
ある。また、表３には表１、２の鋼板について行った引
張試験における降伏強度（ＹＰ）、引張強度（ＴＳ）
と、JIS G 0555にしたがって、視野数60、倍率 400倍で
観察した清浄度の測定結果、およびJIS G 3199にしたが
って実施したＺ方向引張試験における絞り値（ＲＡｚ）
を示す。Ｚ方向引張試験は、各鋼板について 7本ずつ実
施しその最小値を表示した。図２にＲＡｚと（10×％Ca
＋％Zr）／（％S ＋％O ）の値との関係を示す。

【００３６】図１に示したように（10×％Ca＋％Zr）／
（％S ＋％O ）の値が 2以上である本発明の範囲におい
ては、介在物の形態制御が十分に行われてるので、図２
に示すようにＺ方向引張試験においても、高いＲＡｚを
示している。

【００３７】

【表４】

【００３８】

【表５】

【００３９】表６には、表４、５の鋼板について行った
引張試験における降伏強度（ＹＰ）、引張強度（ＴＳ）
と、JIS G 0555にしたがって、視野数60、倍率 400倍で
観察した清浄度の測定結果、およびＮＡＣＥ Standard
ＴＭ−20−84にしたがって行ったＨＩＣ試験における割
れ長さ率（ＣＬＲ）を示す。清浄度は、板厚方向の表面
下 2mm、 5mmおよび10mm位置での清浄度を各鋼板 9箇
所、計27箇所について測定したものの平均値を表示し
た。ＨＩＣ試験については、各供試鋼板より図３に示す
ように、圧延方向に長さ 100mm、幅20mmの試験片を 3本
採取し、 3本を無負荷状態で硫化水素飽和人工海水に96
時間浸漬した後、図４に示す位置 3箇所について断面検
鏡を行い平均の割れ長さ率（ＣＬＲ）を測定した。

【００４０】表６に示すように、本発明鋼はＡ系介在物
が少なくなっており、ＨＩＣ試験についても低いＣＬＲ
を示している。

【００４１】

【表６】

【００４２】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
本発明は鋼中の S量、 O量に応じてCaと微量のZrを添加
することによって、介在物の形態制御を行ったもので、
耐ラメラティア性や耐ＨＩＣ性などの耐割れ特性を有す
る溶接構造用鋼材を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】清浄度と（10×％Ca＋％Zr）／（％S ＋％O ）
の値との関係を示す図で、(a)はＡ系介在物、(b) はＢ
系介在物との関係を示す図である。

【図２】Ｚ方向引張試験における絞り値（ＲＡｚ）と
（10×％Ca＋％Zr）／（％S ＋％O ）の値との関係を示
す図である。

【図３】ＨＩＣ試験における試験片採取位置を示す斜視
図である。

【図４】ＨＩＣ試験片の断面検鏡位置と平均の割れ長さ
率（ＣＬＲ）の算出方法を示す図である。

【符号の説明】

１…鋼板、２…ＨＩＣ試験片。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】質量％で、C:0.02〜0.20％、 Si:0.05〜
0.60％、 Mn:0.50〜2.00％、 P:0.020％以下、 S:0.007
％以下、Al:0.005〜0.100 ％、 Ca:0.0003〜0.0040％、
Zr:0.003〜0.010 ％、Ce:0.005％以下、O:0.0035％以下
を含み、かつ2≦（10×％Ca＋％Zr）／（％S ＋％O ）
で、残部がFeおよび不可避的不純物からなることを特徴
とする溶接構造用鋼材。
【請求項２】質量％で、さらに Cu:0.03〜1.5 ％、 N
i:0.03〜3.0 ％、Cr:0.03 〜1.0 ％、 Mo:0.03〜1.0
％、Nb:0.004〜0.100 ％、 V:0.004〜0.100 ％、Ti:0.0
04〜0.100 ％、B:0.0003〜0.0030％の内から１種または
２種以上を含む請求項１記載の溶接構造用鋼材。