JPH093599A

JPH093599A - 溶接熱影響部靱性の優れた溶接構造用鋼材およびその製造方法

Info

Publication number: JPH093599A
Application number: JP17968795A
Authority: JP
Inventors: Masanori Minagawa; 昌紀皆川; Akira Ito; 昭伊藤; Tadashi Ishikawa; 忠石川; Masaaki Nagahara; 政明永原
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-06-23
Filing date: 1995-06-23
Publication date: 1997-01-07
Anticipated expiration: 2016-10-02
Also published as: JP3215296B2

Abstract

(57)【要約】【目的】溶接熱影響部の靱性に優れた溶接構造用鋼お
よびその製造方法の提供。【構成】製鋼工程で溶鋼の溶存酸素量をＳｉとの平衡
反応で調整し、さらにその後Ｔｉ、Ａｌの順で脱酸する
ことで、鋼中にＴｉ組成比が５％以上、Ａｌ組成比が９
５％以下で、粒子径が０．０１〜１．０μｍであるＴｉ
とＡｌとの複合酸化物を、粒子数が５×１０³〜１×１
０⁵個／ｍｍ²均一微細分散させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、船舶、海洋構造物、中
高層ビルなどに使用される溶接熱影響部（以下ＨＡＺと
称す）の靱性に優れた溶接構造用鋼材およびその製造方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、船舶、海洋構造物、中高層ビルな
どで用いられる大型構造物に使用される溶接用鋼材の材
質特性に対する要望は厳しさを増しており、鋼材自身の
靱性と同様に、ＨＡＺの靱性への要求も厳しさを増して
いる。

【０００３】さらにそのような構造物を建造する際、溶
接の効率化を促進するため、フラックス−鋼バッキング
溶接法、エレクトロガスアーク溶接法などに代表される
ような大入熱溶接法の適用が希望されている。

【０００４】従来、靱性の要求は小中入熱溶接を適用し
た部分に限られていたため、靱性を向上させる方法は、
例えば、特公平４−１４１７９号公報や特開平４−１１
６１３５号公報に開示されるように成分を規制すること
によって靱性を支配している島状マルテンサイトの生成
状態を制御するだけで充分であった。ところが、近年で
は大入熱溶接の適用が進められており、その場合島状マ
ルテンサイトを制御するだけでは不十分である。

【０００５】これを受け、大入熱溶接時の鋼材のＨＡＺ
靱性に注目した提案は従来から数多くある。

【０００６】例えば、特公昭５５−２６１６４号公報等
に開示されるように、微細なＴｉ窒化物を鋼中に確保す
ることによって、ＨＡＺのオーステナイト粒を小さく
し、靱性を向上させる方法がある。また、特開平３−２
６４６１４号公報ではＴｉ窒化物とＭｎＳとの複合析出
物をフェライトの変態核として活用し、ＨＡＺの靱性を
向上させる方法が提案されている。

【０００７】しかしながら、Ｔｉ窒化物は、ＨＡＺのう
ち最高到達温度が１４００℃を超える溶接金属との境界
（溶接ボンド部と称する）近傍ではほとんど固溶してし
まうので靱性劣化抑制効果が低下してしまうという問題
があり、近年の厳しい鋼材特性への要求を達成すること
が困難である。

【０００８】この溶接ボンド部近傍の靱性を改善する方
法として、Ｔｉ酸化物を含有した鋼が厚板、形鋼などの
様々な分野で使用されている。例えば厚板分野では特開
昭６１−７９７４５号公報や特開昭６２−１０３３４４
号公報に例示されているように、Ｔｉ酸化物を含有した
鋼が大入熱溶接部靱性向上に非常に有効であり、高張力
鋼への適用が有望である。この原理は、Ｔｉ酸化物およ
びＴｉ窒化物、ＭｎＳ等の析出物を核として微細フェラ
イトが生成し、その結果靱性に有害な粗大フェライトの
生成が抑制され、靱性の劣化が防止できるというもので
ある。しかしながら、このようなＴｉ酸化物は鋼中へ分
散される個数をあまり多くすることができない。その原
因はＴｉ酸化物の粗大化や凝集合体であり、Ｔｉ窒化物
の個数を増加させようとすれば５μｍ以上の粗大なＴｉ
酸化物、いわゆる介在物が増加してしまう。この５μｍ
以上の介在物は構造物の破壊の起点となって有害であ
り、靱性の低下を引き起こす。したがって、さらなるＨ
ＡＺ靱性の向上を達成するためには、粗大化や凝集合体
が起こりにくく、Ｔｉ酸化物よりも微細に分散する酸化
物を活用する必要がある。

【０００９】また、このようなＴｉ酸化物の鋼中への分
散方法としては、Ａｌ等の強脱酸元素を実質的に含まな
い溶鋼中へのＴｉ添加によるものが多い。しかしなが
ら、単に溶鋼中にＴｉを添加するだけでは鋼中のＴｉ酸
化物の個数、分散度を制御することは困難であり、さら
には、ＴｉＮ、ＭｎＳ等の析出物の個数、分散度を制御
することも困難である。その結果、Ｔｉ脱酸のみによっ
てＴｉ酸化物を分散させた鋼においては、例えば、Ｔｉ
酸化物の個数が充分でなかったり、厚板の板厚方向の靱
性変動を生じる等の問題点が認められる。

【００１０】さらに、上記特開昭６１−７９７４５号公
報などの方法では、Ｔｉ酸化物を生成しやすくするため
に、Ａｌ量の上限を、０．００７％という非常に少ない
量で制限している。鋼材中のＡｌ量が少ない場合、Ａｌ
Ｎ析出物量の不足などの原因により、母材の靱性が低下
する場合がある。また、通常使用されている溶接材料を
用いてＡｌ量の少ない鋼板を溶接した場合、溶接金属の
靱性が低下する場合がある。

【００１１】特開平４−９４４８号公報に例示されてい
るように、Ｔｉ添加後タンディッシュや鋳型内にＡｌを
添加する方法も考案されている。しかしながら、この方
法はＡｌＮを有効に生成させるための方法であり、Ｔｉ
酸化物さらにはＴｉＮ、ＭｎＳ等の析出物を鋼中に分散
させるための方法ではない。またＡｌをタンディッシュ
で添加するなど、ＴｉとＡｌとの添加間隔が長く、Ａｌ
添加後直ちに鋳造することが特徴であり、これはＴｉ酸
化物がＡｌで還元されることを極力抑えるためである。
したがって、酸化物生成におよぼすＡｌの効果は得られ
ない。

【００１２】また、特開平３−５３０４４号公報におい
ても、Ｔｉ添加後にＡｌを添加する方法が考案されてい
るが、この方法はＴｉ添加前のＳｉ量を０．０５％以下
にすることを規定している。このようにＳｉ量が少ない
と、溶存酸素濃度の調整が不安定で、溶存酸素濃度が高
くなりすぎ、その結果酸化物の粗大化が生じ、先にも述
べたように、破壊の発生起点となる大型介在物が生成し
やすくなるといった問題点がある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】特開昭６２−１０３３
４４号公報など上記の従来手法より一層のＨＡＺ特性を
向上させられるために、Ｔｉ酸化物のごとく粗大化せ
ず、したがって破壊の起点にならず、さらにはＴｉ窒化
物、ＭｎＳ等の析出物の核サイトとなってオーステナイ
ト粒細粒化や微細フェライト生成によって優れたＨＡＺ
靱性を実現可能な酸化物を安定して分散することを課題
とした。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題を
解決するために、重量％で、Ｃ：０．０９超〜０．１８％Ｓｉ：≦０．５０％Ｍｎ：０．４０〜２．０％Ｐ：≦０．０２％Ｓ：０．００１０〜０．０１０％Ａｌ：０．００５〜０．０２０％Ｔｉ：０．００５〜０．０２０％Ｎ：０．００２０〜０．００６０％を含有し、残部はＦｅおよび不可避不純物からなり、か
つ粒子径が０．０１〜１．０μｍ、粒子数が５×１０³
〜１×１０⁵個／ｍｍ²、Ｔｉ組成比が５％以上、Ａｌ組
成比が９５％以下である、ＴｉとＡｌとを主体とする複
合酸化物を含有することを特徴とする溶接熱影響部靱性
の優れた溶接構造用鋼材を第１の手段とし、重量％で、Ｃ：０．０９超〜０．１８％Ｓｉ：≦０．５０％Ｍｎ：０．４０〜２．０％Ｐ：≦０．０２％Ｓ：０．００１０〜０．０１０％Ａｌ：０．００５〜０．０２０％Ｔｉ：０．００５〜０．０２０％Ｎ：０．００２０〜０．００６０％を基本成分とし、さらにＣｕ：≦１．０％Ｎｉ：≦１．５％Ｎｂ：≦０．０３０％Ｖ：≦０．１％Ｃｒ：≦０．６％Ｍｏ：≦０．６％Ｂ：０．０００２〜０．００２０％の１種または２種以上を含有し、残部はＦｅおよび不可
避不純物からなり、かつ粒子径が０．０１〜１．０μ
ｍ、粒子数が５×１０³〜１×１０⁵個／ｍｍ²、Ｔｉ組
成比が５％以上、Ａｌ組成比が９５％以下である、Ｔｉ
とＡｌとを主体とする複合酸化物を含有することを特徴
とする溶接熱影響部靱性の優れた溶接構造用鋼材を第２
の手段とし、さらには、上記第１、第２の手段の鋼材を
製造するにあたり、Ｓｉ濃度が０．０５％より多く、溶
存酸素濃度が２０〜８０ｐｐｍになるように調整した溶
鋼中に、最終含有量が０．００５〜０．０２０％となる
Ｔｉを添加して脱酸した後、最終含有量が０．００５〜
０．０２０％となるＡｌを添加し、その後最終成分に対
して不足する分のＳｉ、および他合金を添加し、成分組
成が重量％で、Ｃ：０．０９超〜０．１８％Ｓｉ：≦０．５０％Ｍｎ：０．４０〜２．０％Ｐ：≦０．０２％Ｓ：０．００１０〜０．０１０％Ａｌ：０．００５〜０．０２０％Ｔｉ：０．００５〜０．０２０％Ｎ：０．００２０〜０．００６０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる溶鋼
を鋳造後圧延することを特徴とする溶接熱影響部靱性の
優れた溶接構造用鋼材の製造方法を第３の手段とし、Ｓ
ｉ濃度が０．０５％より多く、溶存酸素濃度が２０〜８
０ｐｐｍになるように調整した溶鋼中に、最終含有量が
０．００５〜０．０２０％となるＴｉを添加して脱酸し
た後、最終含有量が０．００５〜０．０２０％となるＡ
ｌを添加し、その後最終成分に対して不足する分のＳ
ｉ、および他合金を添加し、成分組成が重量％でＣ：０．０９超〜０．１８％Ｓｉ：≦０．５０％Ｍｎ：０．４０〜２．０％Ｐ：≦０．０２％Ｓ：０．００１０〜０．０１０％Ａｌ：０．００５〜０．０２０％Ｔｉ：０．００５〜０．０２０％Ｎ：０．００２０〜０．００６０％を基本成分とし、さらにＣｕ：≦１．０％Ｎｉ：≦１．５％Ｎｂ：≦０．０３０％Ｖ：≦０．１％Ｃｒ：≦０．６％Ｍｏ：≦０．６％Ｂ：０．０００２〜０．００２０％の１種または２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可
避不純物からなる溶鋼を鋳造後圧延することを特徴とす
る溶接熱影響部靱性の優れた溶接構造用鋼材の製造方法
を第４の手段とする。

【００１５】

【作用】以下、本発明について詳細に説明する。本発明
者らはＨＡＺ靱性を向上させる金属組織要因として、（１）１４００℃未満に加熱される領域のオーステナイ
ト細粒化、（２）溶接ボンド部近傍で１４００℃以上に加熱される
領域の粒内フェライト生成、を同時に、酸化物を利用し
て達成することを検討した。

【００１６】上記（１）項について、オーステナイトを
細粒化するためには高温でのオーステナイト粒成長を抑
制することが必要である。その手段として、析出物によ
りオーステナイトの粒界をピンニングし、粒界の移動を
止める方法が考えられる。そのような作用をする析出物
の一つとしては、一般にＴｉ窒化物が有効であると考え
られる。また、析出物個数が多いほどオーステナイト結
晶粒径が小さくなることはよく知られている事実であ
る。したがって、オーステナイトを細粒化するために
は、Ｔｉ窒化物を多数析出させることが有効である。そ
のような観点で、本発明者らが鋼中に析出しているＴｉ
窒化物を詳細に観察したところ、酸化物を核生成サイト
として析出しているＴｉ窒化物が頻度高く存在すること
を見いだした。そのような酸化物は、Ｔｉが５％以上含
まれているとＴｉとＡｌとの複合酸化物であり、その粒
子径は０．０１〜０．１μｍであった。ＴｉとＡｌとの
複合酸化物は、Ｔｉ窒化物とＮ整合性が良好であるた
め、Ｔｉ窒化物は酸化物をサイトとして優先的に核生成
することが可能である。すなわち、粒子径０．０１〜
０．１μｍのＴｉとＡｌとの複合酸化物が鋼中に存在す
ることで、ＴｉとＡｌとの複合酸化物が存在しない場合
に比較してＴｉ窒化物が析出するサイトが増加し、Ｔｉ
窒化物の析出個数が増加する。その結果として、多数Ｔ
ｉ窒化物によってピンニングされたオーステナイト粒の
細粒化が可能となる。

【００１７】上記（２）項について、本発明者らは、オ
ーステナイト粒内で生成する粒内フェライトの組織を観
察し、粒内フェライト中に含まれる粒子を調査した。そ
の結果、粒内フェライトの生成核として、０．１〜１．
０μｍの大きさをもつＴｉとＡｌとの複合酸化物と、そ
の上に析出したＴｉ窒化物＋ＭｎＳとの複合体が有効に
作用することを見いだした。酸化物は高温に加熱したと
きにおいても安定であり、１４００℃以上でも変化する
ことなく安定して鋼中に存在する。また、Ｔｉ窒化物＋
ＭｎＳはその後の冷却過程で、ＴｉとＡｌとの複合酸化
物を核生成サイトとして析出するため、溶接ボンド部近
傍での粒内フェライト生成が可能となる。

【００１８】以上の知見から、１４００℃未満に加熱さ
れる領域のオーステナイト粒を細粒化し、さらに溶接ボ
ンド部近傍で１４００℃以上に加熱される領域の粒内フ
ェライトを生成させるためには、粒子径が０．１〜１．
０μｍのＴｉとＡｌとの複合酸化物が鋼中に存在するこ
とが必要である。本発明者らの知見によれば、該粒子径
が０．０１μｍ未満ではＴｉ窒化物析出核としての効果
は弱く、また１．０μｍを超えると、その酸化物が破壊
の起点となる可能性が高くなり、ＨＡＺ靱性の低下を招
く可能性が生じる。

【００１９】つぎにＴｉとＡｌとの複合酸化物の個数に
関して記す。酸化物個数が少なすぎると溶接時に充分な
Ｔｉ窒化物および粒内フェライトの生成核が得られない
ので、５×１０³個／ｍｍ²以上の酸化物を存在させるこ
とが必要である。酸化物個数が多くなるにしたがってＴ
ｉ窒化物および粒内フェライトの個数は増加しＨＡＺ靱
性は向上するが、１×１０⁵個／ｍｍ²を超える過剰な酸
化物が存在するとＨＡＺ部および母材の靱性低下を招く
ことになるので、酸化物個数の上限は１×１０⁵個／ｍ
ｍ²でなければならない。

【００２０】該酸化物の大きさおよび個数の測定は以下
の要領で行なう。母材となる鋼板から抽出レプリカを作
製し、それを電子顕微鏡にて１００００倍で２０視野以
上、観察面積にして１０００μｍ²以上を観察すること
で該酸化物の大きさおよび個数を測定する。このとき鋼
板の表層部から中心部までどの部位から採取した抽出レ
プリカでもよい。

【００２１】以下、本発明の製造方法について詳細に説
明する。まず、本発明者らはＴｉ−Ａｌ複合酸化物およ
びＴｉＮ、ＭｎＳ等の析出物を効果的に多数均一微細分
散するため、種々の脱酸元素を用いて、種々の順序によ
る脱酸実験を試みた。その結果、脱酸処理を行なう前
の、Ｔｉよりも脱酸力の弱い元素であるＳｉの量を調整
して、Ｓｉ量と平衡する溶存酸素濃度が２０〜８０ｐｐ
ｍに調整した溶鋼中に、最終含有量が０．００５〜０．
０２０％となるＴｉを添加して脱酸した後、直ちに最終
含有量が０．００５〜０．０２０％となるＡｌを添加す
る方法が最も多数Ｔｉ−Ａｌ複合酸化物およびＴｉＮ、
ＭｎＳ等の析出物が均一微細分散し、得られた鋼材を大
入熱溶接したとき、ＨＡＺ部の靱性が非常に優れた溶接
構造用鋼となる結果を得た。すなわち本発明者らは、次
の（３）、（４）、（５）に述べる知見を見いだした。

【００２２】（３）溶存酸素量は酸化物の生成挙動に大
きく影響する。酸化物を多数生成させるためには適正な
溶存酸素濃度が存在し、その値は２０〜８０ｐｐｍであ
る。この溶存酸素濃度を調整するためには、Ｔｉよりも
脱酸力の弱いＳｉの量を調整する。

【００２３】（４）Ｔｉ脱酸後に適量のＡｌを添加する
とＴｉ酸化物個数が増加し、さらにＴｉＮ、ＭｎＳの析
出個数も増加する。

【００２４】（５）Ｔｉ脱酸後、Ａｌ添加までの時間間
隔が短いほど、酸化物個数が増加する。

【００２５】以下に上記３項目について詳細に検討した
結果を述べる。

【００２６】上記（３）項について、Ｔｉ投入前の溶存
酸素濃度について調査した結果、溶存酸素濃度が２０ｐ
ｐｍよりも少なくなるとＨＡＺ靱性を確保するために必
要な量のＴｉ系酸化物が形成されず、一方、溶存酸素濃
度が８０ｐｐｍを超えると、生成した酸化物が粗大化
し、ＨＡＺ靱性の低下を招く。

【００２７】また、この時の溶存酸素濃度は、Ｓｉとの
平衡反応で調整する必要がある。溶存酸素濃度の調整
は、この他に吹酸等の方法があるが、例えば吹酸によっ
て溶存酸素濃度を調整しても、その直後に溶存酸素濃度
は平衡値に変化してしまい、Ｔｉ投入時の溶存酸素濃度
を正確に調整できないことが明らかとなった。したがっ
て、Ｔｉ投入時の正確な溶存酸素濃度調整は、溶鋼中で
安定して実現できる平衡反応を利用しなければならな
い。このときＳｉ濃度は０．０５％より高くなくてはな
らない。Ｓｉ濃度が０．０５％以下になると、Ｓｉと平
衡する溶存酸素濃度は８０ｐｐｍを超える為、上記した
酸化物の粗大化を招くからである。

【００２８】上記（４）項について、Ｔｉ脱酸後に投入
するＡｌの効果について検討した結果、Ａｌ投入によっ
てＴｉ酸化物が一部還元され、かつ微細化していること
が明らかとなった。また、Ｔｉ酸化物個数が増加したの
は、Ａｌ添加によって溶存酸素濃度が低下したためにＴ
ｉ酸化物の成長が抑制され微細化し、浮上しにくくなっ
たためだと考えられる。さらに最適なＡｌの範囲を明確
にするために実験を行った結果、Ａｌが０．００５％よ
りも少ないとＴｉ酸化物の還元および溶存酸素量の低下
が充分でなく、Ｔｉ酸化物が粗大化、浮上してしまう。
また、０．０２０％を超えるとＴｉ酸化物を完全に還元
してしまい、Ｔｉ酸化物個数が減少してしまうことが明
らかとなった。また、ＴｉＮが増加した原因は、微細な
Ｔｉ酸化物を核としてＴｉＮが生成し、Ｔｉ酸化物が存
在しない場合よりも析出個数が増加したためである。

【００２９】上記（５）項について、Ｔｉ脱酸後の溶鋼
サンプルを適宜採取し、酸化物の生成挙動を調査した結
果、図１に示す如く、Ｔｉ脱酸後時間の経過とともに生
成したＴｉ酸化物は成長・凝集して粗大化し、浮上して
しまうことが明らかとなった。したがって、Ｔｉ投入
後、Ｔｉが溶鋼中に均一に混合してすぐにＡｌを投入す
ることが酸化物を多く得るためには有効である。したが
つて、Ａｌは、Ｔｉ添加を実施するＲＨなどの二次精錬
設備における脱酸工程で投入添加しなければならない。
ただし、Ｔｉ脱酸を二次精錬設備で行わない場合、例え
ば転炉出鋼時などにＴｉ脱酸を行う場合には、Ａｌ添加
もその直後に実施する。また、Ｔｉ脱酸後すぐにＡｌを
投入しなくても５分以内であればＴｉ酸化物の減少量は
さほど多くないため、５分以内であることが望ましい。
なお、請求の範囲および発明の詳細な説明の中のＴｉを
添加して脱酸した後あるいはＴｉ脱酸後とは、投入した
Ｔｉが溶鋼中に均一に混合した後のことを意味する。

【００３０】ＴｉとＡｌとの複合酸化物は、溶鋼を脱酸
する際に、Ｓｉ、ＭｎなどＴｉよりも脱酸力の弱い元素
で脱酸した後、ＴｉとＡｌとを添加することによって生
成する。これを一次酸化物と称する。さらには鋳造、凝
固中に溶鋼温度の低下とともにＴｉとＡｌとの複合酸化
物が生成する。これを二次酸化物と称する。本発明で
は、一次酸化物と二次酸化物とのどちらを用いても構わ
ない。

【００３１】以上より、酸化物の組成、個数および大き
さを所定の条件に制御するためには製鋼工程における脱
酸方法が重要となる。適当な脱酸方法としては、転炉出
鋼後、脱酸処理を行う前のＳｉ量を０．０５％より多く
した上で、溶存酸素濃度が２０〜８０ｐｐｍになるよう
に調整した溶鋼中に、ＲＨなどの二次精錬工程で、最終
含有量が所定の成分値になるようＴｉを添加して脱酸し
た後、同じくＲＨなどの二次工程で最終含有量が所定の
成分値％となるＡｌを添加し、その後最終成分に対して
不足する分のＳｉその他の元素を添加し、最終成分調整
をする。

【００３２】また、鋼材を製造するプロセスとして、通
常圧延のまま、制御圧延、さらにこれと制御冷却と焼も
どしの組合せ、および焼入れ・焼もどしの組合せなどで
あっても酸化物の効果は影響を受けない。

【００３３】つぎに本発明の基本成分範囲の限定理由に
ついて述べる。

【００３４】Ｃは鋼の強度を向上させる有効な成分とし
て下限を０．０９％超とし、また０．１８％を越える過
剰の添加は、鋼材の溶接性やＨＡＺ靱性などを著しく低
下させるので、上限を０．１８％とした。

【００３５】Ｓｉは母材の強度確保、予備脱酸などに必
要な成分であるが、ＨＡＺの硬化により靱性が低下する
のを防止するため上限を０．５％とした。

【００３６】Ｍｎは母材の強度、靱性の確保、および粒
内フェライトの変態核を生成させる成分として０．４％
以上の添加が必要であるが、溶接部の靱性、割れ性など
の許容できる範囲で上限を２．０％とした。

【００３７】Ｐは含有量が少ないほど望ましいが、これ
を工業的に低減させるためには多大なコストががかるこ
とから、０．０２０％を上限とした。

【００３８】ＳはＭｎＳを生成する元素として０．００
１％が必要であるが、溶接部の靱性、割れ性などの許容
できる範囲で上限を０．００５％とした。

【００３９】Ａｌは酸化物個数を増加させること、およ
び溶接金属の靱性低下を制御するため、下限値を０．０
０５％とした。また、Ａｌが多量に存在すると、酸化物
がすべてアルミナとなり、Ａｌ−Ｔｉ−Ｍｇを主体とし
た複合酸化物が生成しなくなるため、上限を０．０２０
％とした。

【００４０】ＴｉはＡｌ−Ｔｉ−Ｍｇ複合酸化物、Ｔｉ
窒化物を形成させるために０．００５％以上添加する。
しかし、固溶Ｔｉ量が増加するとＨＡＺ靱性が低下する
ため、０．０２０％を上限とした。

【００４１】ＮはＴｉ窒化物の析出には極めて重要な元
素であり、０．００２％未満ではＴｉ窒化物の析出量が
不足し、フェライト組織の充分な生成量が得られない。
また、固溶Ｎの増大はＨＡＺ靱性の低下を招くことから
０．００６を上限とした。

【００４２】Ｃｕは鋼材の強度を向上させるために有効
であるが、１．０％を越えるとＨＡＺ靱性を低下させる
ことから、１．０％を上限とした。

【００４３】Ｎｉは鋼材の強度および靱性を向上させる
ために有効であるが、Ｎｉ量の増加は製造コストを上昇
させるので、１．５％を上限とした。

【００４４】Ｎｂは焼き入れ性を向上させることにより
母材の強度および靱性を向上させるために有効な元素で
あるが、ＨＡＺ部においては過剰な添加は靱性を著しく
低下させるため０．０３％を上限とした。

【００４５】Ｖ、Ｃｒ、ＭｏについてもＮｂと同様な効
果を有することから、それぞれ０．１％、０．６％、
０．６％を上限とした。

【００４６】ＢはＨＡＺ靱性に有害な粒界フェライト、
フェライトサイドプレートの成長抑制と、ＢＮの析出に
よるＨＡＺの固溶Ｎの固定から０．０００２％以上０．
００２％以下とした。

【００４７】

【実施例】表１に示した化学成分で４０キロ鋼および５
０キロ鋼を試作した。１〜１３が本発明鋼、１４〜１８
が比較鋼である。試作鋼は転炉溶製し、ＲＨにて真空脱
ガス処理時に脱酸を行っている。Ｔｉ投入前に溶鋼の溶
存酸素をＳｉで調整し、その後Ｔｉ、Ａｉ、を順に添加
し脱酸を行い、連続鋳造により２８０ｍｍ厚鋳片に鋳造
した後、加熱圧延を経て、板厚３２ｍｍの鋼板として製
造した。得られた鋼板をｌパスのフラックスー銅バッキ
ング溶接（ＦＣＢ溶接）した。入熱は１０５ｋｊ／ｃｍ
²である。

【００４８】表２には、脱酸方法、酸化物の粒子径、粒
子数を示す。表３には、鋼板の熱処理、母材特性、およ
びＨＡＺの靱性を示す。ＨＡＺ靱性評価のためのシャル
ピー値は、フュージョンラインからＨＡＺ５ｍｍの部位
で９本の試験を行い、その平均値である。

【００４９】表３から明らかなように、１〜１０の本発
明鋼は比較鋼と比べて優れたＨＡＺ靱性を有することが
判る。すなわち、粒子径が０．０１〜１．０μｍで、Ｔ
ｉ組成比５％以上、Ａｌ組成比が９５％以下のＴｉとＡ
ｌとの複合酸化合物の粒子数が５×１０³〜１×１０⁵個
／ｍｍ²の範囲にあり、−２０℃の靱性が極めて優れて
いる。

【００５０】一方、比較例の１１〜２０は、いずれもシ
ャルピー試験−２０℃で５０ｊ未満の低い靱性しか示さ
なかった。これらの原因は、１１、１２、１３はＳｉに
より調整した溶存酸素量が本発明の所定の量に達してい
なかったため、１４はＳｉにより調整した溶存酸素量が
所定の量を超えたため、１５はＡｌ量が所定量を下回っ
たため、１６はＡｌ量が所定量を上回ったためである。
また、１７、１８はＴｉとＡｌとの添加順序が本発明と
は逆であったため、１９、２０はＴｉとＡｌとの添加間
隔が本発明で規定した所定時間より長かったためであ
る。

【００５１】

【表１】

【００５２】

【表２】

【００５３】

【表３】

【００５４】

【発明の効果】本発明は、低温で使用する、船舶、海洋
構造物、中高層ビルなどの破壊に対する厳しい靱性要求
を満足する鋼板を供給するものであり、この種の産業分
野にもたらす効果は極めて大きく、さらに構造物の安全
性の意味から社会に対する貢献も非常に大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｔｉ脱酸後の経過時間とＴｉ酸化物の固数推移
と調査したものであり、Ｔｉ脱酸後５分以降、酸化物の
個数が減少していくことを示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ２２Ｃ 38/14 Ｃ２２Ｃ 38/14 38/54 38/54 38/58 38/58 (72)発明者永原政明大分市大字西ノ洲１番地新日本製鐵株式会社大分製鐵所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃ：０．０９超〜０．１８％Ｓｉ：≦０．５０％Ｍｎ：０．４０〜２．０％Ｐ：≦０．０２％Ｓ：０．００１０〜０：０１０％Ａｌ：０．００５〜０：０２０％Ｔｉ：０．００５〜０．０２０％Ｎ：０．００２０〜０：００６０％を含有し、残部はＦｅおよび不可避不純物からなり、か
つ粒子径が０．０１〜１．０μｍ、粒子数が５×１０³
〜１×１０⁵個／ｍｍ²、Ｔｉ組成比が５％以上、Ａｌ組
成比が９５％以下である、ＴｉとＡｌとを主体とする複
合酸化物を含有することを特徴とする溶接熱影響部靱性
の優れた溶接構造用鋼材。
【請求項２】重量％で、Ｃ：０．０９超〜０．１８％Ｓｉ：≦０．５０％Ｍｎ：０．４０〜２．０％Ｐ：≦０．０２％Ｓ：０．００１０〜０：０１０％Ａｌ：０．００５〜０：０２０％Ｔｉ：０．００５〜０．０２０％Ｎ：０．００２０〜０：００６０％を基本成分とし、さらにＣｕ：≦１．０％Ｎｉ：≦１．５％Ｎｂ：≦０．０３０％Ｖ：≦０．１％Ｃｒ：≦０．６％Ｍｏ：≦０．６％Ｂ：０．０００２〜０．００２０％の１種または２種以上を含有し、残部はＦｅおよび不可
避不純物からなり、かつ粒子径が０．０１〜１．０μ
ｍ、粒子数が５×１０³〜１×１０⁵個／ｍｍ²、Ｔｉ組
成比が５％以上、Ａｌ組成比が９５％以下である、Ｔｉ
とＡｌとを主体とする複合酸化物を含有することを特徴
とする溶接熱影響部靱性の優れた溶接構造用鋼材。
【請求項３】Ｓｉ濃度が０．０５％より多く、溶存酸
素濃度が２０〜８０ｐｐｍになるように調整した溶鋼中
に、最終含有量が０．００５〜０．０２０％となるＴｉ
を添加して脱酸した後、最終含有量が０．００５〜０．
０２０％となるＡｌを添加し、その後最終成分に対して
不足する分のＳｉ、および他合金を添加し、成分組成が
重量％で、Ｃ：０．０９超〜０．１８％Ｓｉ：≦０．５０％Ｍｎ：０．４０〜２．０％Ｐ：≦０．０２％Ｓ：０．００１０〜０．０１０％Ａｌ：０．００５〜０．０２０％Ｔｉ：０．００５〜０．０２０％Ｎ：０．００２０〜０．００６０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる溶鋼
を鋳造後圧延することを特徴とする溶接熱影響部靱性の
優れた溶接構造用鋼材の製造方法。
【請求項４】Ｓｉ濃度が０．０５％より多く、溶存酸
素濃度が２０〜８０ｐｐｍになるように調整した溶鋼中
に、最終含有量が０．００５〜０．０２０％となるＴｉ
を添加して脱酸した後、最終含有量が０．００５〜０．
０２０％となるＡｌを添加し、その後最終成分に対して
不足する分のＳｉ、および他合金を添加し、成分組成が
重量％で、Ｃ：０．０９超〜０．１８％Ｓｉ：≦０．５０％Ｍｎ：０．４０〜２．０％Ｐ：≦０．０２％Ｓ：０．００１０〜０．０１０％Ａｌ：０．００５〜０．０２０％Ｔｉ：０．００５〜０．０２０％Ｎ：０．００２０〜０．００６０％を基本成分とし、さらにＣｕ：≦１．０％Ｎｉ：≦１．５％Ｎｂ：≦０．０３０％Ｖ：≦０．１％Ｃｒ：≦０．６％Ｍｏ：≦０．６％Ｂ：０．０００２〜０．００２０％の１種または２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可
避不純物からなる溶鋼を鋳造後圧延することを特徴とす
る溶接熱影響部靱性の優れた溶接構造用鋼材の製造方
法。