JPS5884960A - 耐遅れ破壊性にすぐれた高張力鋼 - Google Patents

耐遅れ破壊性にすぐれた高張力鋼

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JPS5884960A
JPS5884960A JP18190381A JP18190381A JPS5884960A JP S5884960 A JPS5884960 A JP S5884960A JP 18190381 A JP18190381 A JP 18190381A JP 18190381 A JP18190381 A JP 18190381A JP S5884960 A JPS5884960 A JP S5884960A
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JP
Japan
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steel
high tensile
less
delayed fracture
tensile strength
Prior art date
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JP18190381A
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English (en)
Inventor
Nobuo Totsuka
戸塚 信夫
Yoichi Nakai
中井 揚一
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は耐運れ破壊性のすぐれた高張力鋼に係シ、41
に引張り強度120#/−以上の高張力ゼルト材に関す
る。
近年、装置および構造物の大獄化、軽量化に悴−鋼材に
対する高強度化の要求は高壕っている。
脣に構造物に高力ボルトによる摩擦接合工法が多j11
れ為ようKなってから、高力ボルトに対すゐ高**化の
要求は非常に大きいものがああ。
しかしながら、この高力ボルトは1960年代に試用さ
れた引張強[130#/−クラスのポル)が遅れ破壊事
故を起こしたことから、安全性に疑問が持たれ、現在に
おいては引張強度110#/−以下のものしか使用され
ていないのが実情であゐ。
しかし高強度化による軽量化の利益はエネルギ−危機の
叫ばれている今日増々大きなものとなっている。
従来、自aim境に暴露され九高張力鋼の遅れ破壊は下
記のようKして発生すると考えられている。
すなわち腐食によって腐食孔が生成し、この腐食孔内は
外部積項との流通が困難なため低pH(3,5〜40)
となる、この、pHの低下に伴い腐食孔内における腐食
夏応による水素発生量が増大し、それによって鋼中に侵
入する水素量も増大する。この鋼中に侵入し九多量の水
素によって水素脆化が超ζ〉、鋼材が破壊するものと考
えられる。すなわち自然環境下における遅れ破壊は本質
的には水素魔性であ〉、鋼材の水素脆化感受性を低下さ
せるととKよって耐逼れ破壊性を高めることができる。
従来、水嵩脆化KIIIしては多くの研究がなされ、と
の現象が鋼の組成、組織尋の冶金学的因子や、鋼に加わ
る応力状態、鋼に侵入する水素量等の種々の因子が複雑
に関連する現象であることが知られている。而してこの
水素脆化感受性を低下させ巻方法として、鋼の成分、熱
処理を工夫することが提案されているが、いずれも完全
な対策となり得ず、i九方法によっては高価な合金元素
を使用し九シ、複雑な熱処理を要することとなり、製造
;ストを着しく上昇させ現実的でないのが現状である。
本発明の目的は上記従来技術の問題点を解決し、耐逼れ
破壊性のすぐれた高張力鋼を提供するにあ為。
本発明者らは、水素脆性を引き起こす冶金学的因子を詳
細に研究した結果、水素脆性は鋼の偏析シよび介在物の
形態と密接な関連があることを見出し九。
すなわち鋼中に侵入した水素はMnおよびP等O偏析部
に生ずる硬度の高い部分に集中し易く、1+介在物特に
圧延方向に伸長したMnS系介在物の周辺に集中し易−
い、tた割れは水素の集中したこれらの組織あるいは介
在物を起点として発生すること、および表面直下に存在
する伸長したMnS系介在物は孔食の起点となり応力集
中を起こすよう亀腐食孔を作〉、水素脆化感受性を高め
ること等が明らかKtつた。
し九がって耐連れ破壊性を向上させるKは、これらMn
およびPの偏析によって生じる組織と硬III!O不均
一の解消とMnS系介在物の低減、球状化対策を同時に
実施することが最も有効であるという新しい知見を得え
tえ最も偏析を起こし易く組織、硬度の不拘−!趨ζす
最大の原因であるPFiLmを添加することによってL
aPが形成される丸めと考えられるがそれによってPが
安定化され偏析が抑制されることも明らかになり九。
本発明・上記の新しい知見に基づき完成され丸もので第
1発明の要旨とするところは次のとおりである。すなわ
ち重量比でC;α10〜α5ト1sI:α15〜Loo
9!、Mn:α3〜201G、P:a02G11以下、
8:a0101以下、At:へ01〜0.101G、L
l:α001〜0.30%、Cm:aOO10〜α01
 G 1G、Cr : 0.2〜LOqII。
Mo:α1〜LO−を含有し、残部はFeおよび不可避
的不純物よ)成ることを特徴とする耐遥れ破壊性にすぐ
れ丸高張力鋼、である。
第2発明の要旨とすゐところは第1発明と同一〇基本組
成のほかに更KNb:α01〜α20%、V:aOl 
〜0.201G、Tl : Q、 01〜(L 11、
B’:(L0005〜0.0051G、Cu:CL15
〜(Ll0−1Nl :α10〜α60慢のうちよυ選
ばれ九1種壜九は2種以上を含有し残部はFeおよび不
可避的不純物より成ることを特徴とする耐遅れ破壊性O
すぐれた高張力鋼である。
上記の2発明はいずれも次の2つの特徴を有している。
すなわち、α001〜α3o−のLmを添加するととK
よってPを安定化し、Pの偏析を抑制し、偏析によって
生ずる組織、硬度の不均一を解消して遅れ破壊発生の組
織的原因の最も大きな4のを解決し、更K(10010
〜α01G−のCaを添加することKよって、硫化物系
介在物の分散、球状化を行い孔食の起点となり、遅れ破
壊発生の原因となる介在物を無くすことができた。
なお上記の本発明の特徴は他の合金元素の添加あ為いは
熱処履等によって機能が低下することなく、又鋼の機械
的性質に悪影響を与えることもない。
次に本発@O成分限定雇由について説明する。
C: Cは鋼の強度、焼入性を向上させる元素であるが、al
o−未満では高力ボルトとしての必要強度を得るのが困
難であ〉、α55嗟を越すと焼割れを超こし晶くなp好
ましくないためα10〜ass*o範11KwL定し九
Sl: s量は脱酸上必要な元素であシ、また耐遅れ破壊性を向
上S<るが、α1s−未満ではその効果が少なく、LO
O−を越えるとかえって耐遅れ破壊性を劣下させる丸め
α15〜1.0 OSの範囲に限定した。
Mfi: BJfiは強lI!o強化に有効であるが、α3−未満
で紘必要強go確保が難しく、λ0−を越すと靭性な損
うのでへ3〜10−の範囲に限定した、Pは偏析し易く
、組織、硬度の不均一を発生させる原因となるので、で
きるだけ少ないのが望ましいが、製造コストの上からL
a添加による効果が得られる上限であるα020チ以下
に限定した。
a: 8含有量がα010−を越すとCaを添加しても介在物
の分散、球状化が十分性われず耐遅れ破壊性の向上が離
しいのでα01〇−以下に限定しえ。
ムL: Atは脱酸上必要であシ、ま九Caの歩留りを向上させ
る元素であるが、α01嗟未満ではその効果がなく、α
10’$を越すと結晶粒の粗大化を起むして材質を悪化
させ石など好ましくないのでα01〜α1Gmの範囲に
限定した。
Lm : Lmは本発明の必須元素であり、Pの偏析を抑制し組織
、硬度を均一化する効果があるが、(財)01−未満で
はその効果がなく、α301Gを越す添加は経済的でな
い九め、α001〜α30−の範囲に@定し九。
Ca: Ca添加による介在物の分散・球状化のためKは少なく
ともaoolo−を必要とするが、o、oi。
嚢以上の添加はCa系介在物を増加させ、かえって耐遍
れ破壊性に悪影響を与えるのでα0010〜aoio*
ossに限定し友。
Cr: Cr1d、耐食性向上、強度、靭性向上に効果があるが
α291未満ではその効果が少なく、また2−を越すと
孔食−IIx斃生し晶くなる九めα2〜zo’sO@囲
に限定し九。
MO: Moは耐食性向上、強度、靭性向上に効果があ〉、特に
鋼表菖の鋭い孔食発生を抑制する効果があみが、cLl
−未満ではその効果嬢少なく、1.0−を越えるとかえ
って靭性な損うのでα1〜1.01101111に@竜
し九。
上記のC,81、Mn、P、8、AA、 La、 Cm
Cr、Moの各限定量をもって本発明による高張力鋼の
基本成分とするが、更KNb、V、T星、B1Cm、N
iを下記限定量の範囲内においてこれら01種または2
種を同時に含有する高張力鋼においても本発明の目的を
より有効に達成することができる。これらの元素の限定
理由は次の如くである。
Nb、V: Nb、Vは共に焼入れ性、強度、靭性の向上に効果があ
ゐが、α01−以下ではその効果が十分でなく、α2−
を越す多量の添加はかえって靭性O劣化を招くので、α
O1〜α2o−の範l!に隈電し九。
T1 : TIは強度および耐食性の向上に効果があに、1九Bと
共存するとBの効果を増加する作用を有す石が、(LO
I91未満ではその効果が少なく、α1−を越すと靭性
を低下させるのでαo1〜α1−の範■に限定し友。
B : Bは焼入れ性を向上させる元素であるが、o、o o 
os−未満では効果がなく、α00s−を越すと靭性を
健下するOでα000s〜α005−の範囲に限定した
Cm : Cuは耐食性を向上し、孔食の発生を抑制する効果があ
るが、als−未満ではその効果が少な(、a6onを
越すと熱間加工性を損うので0.15〜ago1011
11に限定した。
N儀: N1は耐食性、靭性の向上に効果があり、を九C1()
添加による脆化を紡ぐ効果を有しているが、α1(In
未満ではその効果が少なく、を九α6G−を越すと孔食
O発生を助長するので、α10〜へ60−の範11に@
定しえ。
実施例 第1表の化学成分を有する供試材を用意し九。
これらの供試材はA、B、Oilの基本成分KLI。
Caを添加し丸本発明鋼と、両者を含有しない比較鋼か
ら成って%/%石、これらの供試材を第2表に示す条件
で熱処理を行つ九結果、同じく第2表に示す機械的性質
を得た。この機械的性質のうち、α21g耐力、引張強
度および伸びはl5OIC準拠した平滑試験片よシ求め
、切欠き引張強度は第1図に示した定荷重遅れ破壊試験
片よシ求め九ものである。
耐遅れ破壊性の評価は第1図に示す切欠き付き丸棒試験
片をイい、第2図に示す定荷重遅れ破壊試験機によって
切欠き引張強度σNTの5oIsと90−の応力を付加
し最長1000時間の試験を行い、破断壕での時間によ
って評価し九。第2図において、試験片2は両側をゴム
栓4にて密閉したガラスセル6内の試験液8中に浸漬さ
れ、支点10を介して重錘11!により応力が付与され
る。
試験溶液は塩酸によってpHを約aOに一調整し*S*
食塩水を使用し、2日に1回交換した。
第3表に遅れ破壊試験結電を示したが、本発明鋼は基礎
の組成に関係なくすぐれた耐遅れ破壊性を示している。
ま九LmおよびCmの単独添加材であるA2 、B&C
2,03等の比較鋼は、両者を添加していないものと比
較すればすぐれた耐遅れ破壊性を示すが、本発明鋼に比
較すると十分な耐遅れ破壊性を有するとはいえない。
を九比較鋼A5、C8のようにLa、Caの複合添加材
であってもPが0.02011を越えるものでは十分な
耐遅れ破壊性を有することはで、きない。
本発明は上記の実施例からも明らかな如く、引張強度1
20KI/−以上の高張力鋼に限定量のLa。
Cmを添加することにより耐遅れ破壊性を著しく向上さ
せることがで11九。
なお本発−は高力ボルト以外にも遅れ破壊が問題となる
すべての構造用鋼、すなわち引張強さ801cf/−ク
ラスのタンク用鋼材、あるいは溶接構造用鋼材等に広く
応用で龜る。
【図面の簡単な説明】
第1図は定荷重遅れ破壊試験片を示す平面図、第2図は
定荷重遅れ破壊試験機を示す模式断面図で参る。 代理人  中 路 武 雄 第1図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  重量比でC:α10〜α55チ、Si:へ1
    5〜LOOII、Mfl:(La 〜1O−1P : 
    0.020−以下、8:aO1011以下、At:Q、
    01〜0.1011、  La  :  ao  O1
    〜a3  ell 、 ca:aoot。 〜a 010 Lss Cr :α2〜201G、Mo
    :o、1〜LO−を含有し、残部はP@および不可避的
    不純物よ〕成ることを特徴とする耐遅れ破壊性にすぐれ
    丸高張力鋼。 (至)重量比でC:α10〜α55慢、Sl:α15〜
    L00g、Ma:α3−40%、P:(1020%以下
    、8:aO1011以下、At: 0.01〜0.10
    ’f4 s Lm : a OOi 〜’α3 G−1
    Ca : (L OO10〜ao1G%、Cr:α2〜
    2.0’f4. Mo :α1〜101gを1有し、更
    1cNb:α01〜0.1011、v:aot 〜(L
    m0嘔、Ti:o、01〜0.11!、B:aO0G8
    〜aoosn、Cu : (L 15〜0.60di、
     Nl :α10〜α60−のうちより選ばれた111
    または2種以上を含有し、残部はF・および不可避的不
    純物よシ成ることを特徴とする耐遅れ破壊*にすぐれ喪
    高張力鋼。
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