JPS6010105B2 - 高靭性溶接熱影響部をもつ溶接構造用鋼 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は溶接入熱３０，０００Ｊ／肌以上の溶接入熱
で溶接した場合、溶接ボンド部の功欠靭性にすぐれ、か
つ単層、多層溶接の如何をとわず、低温靭性の高い溶接
ボンドないいま溶接熱影響部をうろことが出来る溶接用
鋼にかかわる。

近年大入熱溶接用鋼については各種研究され、実用化が
試みられてきた。

例えば特許公報昭４８−６００８号、特開昭４９−９１
０１２号等では鋼中に微細窒化物を分散させ、大入熱溶
接部の切欠靭性を改善しており、本発明者らの一部も、
すでに鋼中に０．１ｒ以下のＴＩＮを微細に分散させた
鋼や製造法を提案している。またＮ含有量を低下させ、
Ｂを添加して溶接ボンド部の籾欠鋤性を改善した鋼を提
案されている（袴関昭５１−８７１１４号）。ところで
本発明者らはその後も溶接部の靭一性について鋭意研究
した結果、溶接溶鋼の組成ｔなかでも鋼中のＮ含有量と
窒化物あるいは炭窒化物の分布状態が熔接部の鱗上陸に
非常に影響することを認めた。そして鋼中のＮ量を極度
に低下させ〜溶接熱影響部においても固港Ｎ量をたかだ
か２敦血とすることにより非常に高い低温鞠性がえられ
へかつ１４００００程度の加熱溶接熱サイクルでの窒化
物の固熔を妨げる手段として窒化物あるいは炭窒化物の
大きさおよび分布を制御することにより「高い低温轍性
を確保する技術を開発した。すなわち〜鋼中Ｎ量の低下
には製鋼面での低Ｎ化が必須であるが、本発明では止む
なく若干含有される鋼中Ｎを比較的大きな奪化物あるい
は炭窒化物として固定しト溶接熱サイクルを受けた場合
〜不活性な窒化物あるいは炭窒化物として存在しめるこ
とに最大の特徴を有するものである。ここで不活性窒化
物とはＡとＮＦ ＺｒＮ また炭窒化物とはＶＣＮ Ｎ
ｂＣＮＱＴａＣＮＨｆＣＮをさすものであり「これ等の
うち少なくともｉ種を鋼中で生成させ「その大きさ（徴
視組織での棒状析出物の長辺の長さ）を０。０５舷以上
とし「特に上記拳化物の場合にはト好ましくはその大き
さを０。

０８熱以上とするものである。

これにより３０ＫＪノ例〜６０幻ノ伽の比較的小入熱溶
接では溶接熱影響部の固熔Ｎ量を２母伽以下に抑えるこ
とが出来る。またこれ以上の大入熱熔接熱影響部におい
てもｔ母材の競準または焼入の加熱温度を変動させるこ
とにより、上記の目的を達することが出来る。なお窒素
固定元素としてはＴｉも考えられるが、Ｔｊの場合には
Ｎ当量以上添加するとＴＩＣを生成し「溶接部の切欠鰯
性を著しく低下させるため、偏析等を考慮しＴｉ以外の
窒化物あるいは炭窒化物形成元素によりト所期の目的を
達するものである。即ち本発明は、以上のような知見に
塞いてなされた新規な鋼であって、Ｃ；０．１５重量％
以下（すべての表示は重量％入Ｓｊ；０。

０２〜０。

８０％〜Ｍｎ；０．４０〜２．０％もＮ：０．００３０
％以下となし「 さらにＡゼ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｖ？Ｔａ，
Ｈｆの１種以上をそれぞれ０．１％以下含有し〜又これ
にさらにＮｉ？ Ｃｒ？ Ｍｏ，Ｗ？Ｃｕの１種以上を
それぞれ５。

０％以下含有し〜又さらに希士類元素「 ＢＦＴｅ蔓Ｓ
ｅの１種以上が夫々０．１％以下添加され、残部実質的
に鉄よりなりへＡ仏Ｚｒの窒化物あるいはＶ９Ｎｂ？Ｔ
ａ，Ｈｆの炭窒化物の少なくとも５０％が、０．０５舷
以上であることを特徴とする高靭性熱影響部をもつ溶接
構造用鋼である。

このように構成される本発明鋼の溶接熱影響部の切欠籾
性としては〜溶接入熱３０〜６０ＫＪノ伽の厚板熔接継
手において「 一５５００Ｙノッチシャルピ町衝撃値（
ｖＥ‐５５）２．８ｋｇ−ｍ以上を確保出来る。

また入熱６０〜１２０ＫＪノ伽ではｖＥ−３５，２．８
ｋｇ−の以上を示し〜 かつまた顔鞍入熱１２０ＫＪ／
伽〜１０００ＫＪノ肌のような大入熱溶接熱影響部にお
いても「ＹＥ‐２。２．８ｋ９一肌を確保することが出
来る。

次に本発明で鋼の成分範囲を上記のように限定した理由
をのべる。まずち Ｃを０．１５％以下とした理由は、
構造用鋼の溶酸性の点からはＣが低いことが望ましいが
〜所要の強度を確保するためｔｏ．１５％まで許容しｖ
上限をＱ。

１５％とした。次にＳｉを０．０２〜０．８０％とした
のはも製鋼上Ｓ軍はＱ４０２％以上必要であり「適当な
強度を与えるためＱ。

８０％まで添加するが〜 これをこえると母材鰯性を損
なうので０．０２〜０８％とした。

またもＭｎを０．４〜ＺＯ％としたのはも母材の強度と
鞠隆を与えるためにＭｎは０．４％以上必要であるがト
溶接割れ性等の許容出来る範囲で最高２。

０％に限定した。

さらにＮを０．００３％以下に制限したのは〜先に述で
た通りでありも溶接ボンド部の靭性を改善し〜本発明の
目的を達するために「上記範囲にＮ量をおさえることが
必要である。

次にＡそ。

Ｚｒ？Ｎｂ，Ｖ？ＴａｓＨｆの１種以上を夫々０．を％
以下含む点については「 これら成分は鋼中の間総Ｎを
固定し、かつ溶接熱サイクルを受けた後の斑の再固溶量
を少なくするために調整添加するもので「圧延および熱
処理条件との組合せにおいて「 Ａそ，Ｚｒの窒化物あ
るいはＮｂ，Ｖ？Ｔａ母 Ｈｆ炭窒化物の少なくとも５
０％をへ ０．０５処以上の大きさとするためも１種以
上のそれぞれを０．１％以下添加する。またトＮき，Ｃ
ｒ？Ｍｏ９Ｗ？Ｃｕの１種以上を夫々５．０％以下含む
点についてはもこれら合金元素は銅の組織を改善し、強
度鯛性を与えるために必要に応じて添加するものである
が「 これら元素による暁入性の増加による強度、轍性
面でのプラス効果と、溶接時の割れ感受性、加工性等の
点から、１種以上のそれぞれを構造用鋼として許容され
る５．０％以下に限定する。

最後にＢ，Ｓｅ，Ｔｅの１種以上を夫々０．１％以下添
加する点については、これら元素は極底Ｎ化が溶接熱影
響部鋤性の改善に効果があるが、地の低Ｎ化による鋤性
の向上のほかに、溶接熱影響部の結晶粒粗大化防止およ
び溶接後の冷却時に、溶接熱影響部のフェライト変態核
として働く酸化物、硫化物およびこれらの混成微小介在
物形元素としての役割を果させるために混加するが、こ
れらの介在物の形状および大きさから、その添加量は１
種以上を夫々０．１％以下とする。

これを超えて多量に添加する場合には、鋼の清浄度を著
しく悪化するので、上記量に限定する。

以上が本発明の成分範囲の限定理由である。次に窒化物
あるいは炭窒化物の大きさが、０．０５仏以上のものが
少なくとも５０％とするのは、溶接部において鋼が高温
に加熱される場合、これら窒化物および炭窒化物が熱影
響部において固熔されにくくするためである。すなわち
これらの析出物が大きいと鋼中の遊離Ｎは熱影響部にお
いても窒化物あるいは炭窒化物状態で残存し、熱影響部
の遊離Ｎ量を著しく低下させる。この点から窒化物およ
び炭窒化物の少なくとも５０％を０．０５ム以上の大き
さに成長させるのである。なお、窒化物および炭窒化物
の大きさを制御する手段として以下の熱処理法を採用す
ることが有効である。

すなわち、その熱処理法とは、通常の製鋼法により製造
された前記成分の鋼片を圧延後、あるいは圧延後の暁な
らしおよび焼入加熱時にＡ３平衡変態温度および、ある
いはＡ，平衡変態温度の上下に各１２０午○以内の温度
範囲において、１回以上段階的に加熱冷却を行なうもの
である。すなわち前記の窒化物あるいは炭窒化物の大き
さは固溶度の違うｙおよびＱ城に交互に加熱されること
により、セメンタィト（Ｆｅ３Ｃ）の固溶、折出と呼応
して、これら炭窒化物を大きく凝集、成長させる。その
ため溶接ボンド部における高温加熱時のＮの固溶は最小
限におさえられ、地の低Ｎ化の効果を一層効果的にし、
かつ冷却変態時の核生成場所としても作用させることが
出来る。この場合波状加熱の温幅をＡ３およびＡ，温度
の上下各１２０℃以内としたのは、フェライトおよびオ
ーステナィトの混在比率を適当にし、かつ効率的に炭窒
化物を成長させるために選定された温度幅である。また
ここで「波状」とは段階的に炉温を変動させるか、又は
別の炉温の炉に移すことを意味し、鋼材は接続的に加熱
冷却されることはいうまでもない。なお当然のこととし
て、ＡそＮ，ＺｒＮ等の窒化物あるいはＮｂＣＮ，Ｔａ
ＣＮ，ＶＣＮ，ＨｆＣＮ等の炭窒化物の少なくとも５０
％の大きさを０．０５仏以上とする方法として、溶鋼お
よび凝固後の鋼魂の冷却過程あるいは分魂圧延時の加熱
、冷却条件をコントロールすることが非常に有効である
。

したがってこれらの条件を適切に選択することにより、
上記炭窒化物の大きさを制御した鋼も当然本発明に含ま
れることは云うまでもない。次に実施例について本発明
の効果を詳細に説明する。

表１は本発明の銅の試作材の化学成分と鋼板（板厚２仇
帆）の機械的性質である。

強度的には４０キロ鋼および６０キロ鋼のものまで試作
した。この鋼板を２仇桝こ圧延後表記の熱処理を施し、
圧延方向の手溶接継手および片面１層３霞極潜弧溶接継
手について、溶接ボンドおよびボンドより１側の熱影響
部（ＨＡＺ）のシャルピー衝撃試験を行なった。なおシ
ャルピー試片は板厚の中央より採取し、切欠線と溶接ボ
ンドの線が出来るだけ平行になるように溶接している。
なお溶材は試験結果の統一的解析のため５０キロ級溶材
によった。表２は試験結果で、従釆鋼Ｓ〜Ｖに比し「本
発明鋼はすべての条件で高い鞠性を有することは明らか
である。趣 紐− 崎 繁 鍵 Ｓ べ り 広 笹 婆 藩 半 枝 船 せ・ ○子 広 Ｓ． ○ … 十！ （脳 Ｑ連 瀬 鰭蓮 薄丹 睦 Ｑ 篭機 群雲旨 。

〇巽町Ｎ鴬 羊蓮霊 さき ミ蔓（ 瓜）鎌 ‐く ） 舷鰹ら お蛸 饗応軍 〆ぬ〜 ｏｃｑ 世 蝦 卸 辺 串 選 鍵 ９ 〜 」Ｊ 芯 篭 蟻 露 半 楯 船 割 尾 Ｋ ５ Ｓ 肘 磯 鰹 Ｓ 幹 想 半 柏 船 心 １・ 日 鮒 Ｗ Ｓ Ｋ 痔 Ｊ 上せ 蚊 蓋き 蓮電 皮９ 栄進 く貴 由町 難事言 害毒号三だ ．〇干き渦 （町□Ｎ３ 鴎雪雲毛 ０奥。

）３ｌ「「コ。

【逆ピピト。

〇Ｃ。

」“寸の日 蝉Ｎ樺 雛藤藤‐ 細く＜＊ 世

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｃ０．１５％以下、Ｓｉ０．０２〜０．８０％，Ｍ
   ｎ０．４０〜２．０％，Ｎ０．００３０％以下となし、
   さらにＡｌ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｖ，Ｔａ，Ｈｆの１種以上を
   夫々０．１％以下含有し、残部実質的に鉄よりなり、か
   つＡｌ，Ｚｒの窒化物あるいはＶ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｈｆの
   炭窒化物の少なくとも５０％が０．０５μ以上であるこ
   とを特徴とする高靭性溶接熱影響部をもつ溶接構造用鋼
   。 ２ Ｃ０．１５％以下、Ｓｉ０．０２〜０．８０％，Ｍ
   ｎ０．４０〜２．０％，Ｎ０．００３０％以下となし、
   さらにＡｌ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｖ，Ｔａ，Ｈｆの１種以上を
   夫々０．１％以下、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｃｕの１種
   以上を夫々５．０％以下含有し残部実質的に鉄よりなり
   、かつＡｌ，Ｚｒの窒化物あるいはＶ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｈ
   ｆの炭窒化物の少なくとも５０％が０．０５μ以上であ
   ることを特徴とする高靭性溶接熱影響部をもつ溶接構造
   用鋼。 ３ Ｃ０．１５％以下、Ｓｉ０．０２〜０．８０％，Ｍ
   ｎ０．４０〜２．０％，Ｎ０．００３０％以下となし、
   さらにＡｌ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｖ，Ｔａ，Ｈｆの１種以上を
   夫々０．１％以下含有し、さらにＢ，Ｔｅ，Ｓｅの１種
   以上を夫々０．１％以下添加し、残部実質的に鉄よりな
   り、かつＡｌ，Ｚｒの窒化物あるいはＶ，Ｎｂ，Ｔａ，
   Ｈｆの炭窒化物の少なくとも５０％が０．０５μ以上で
   あることを特徴とする高靭性溶接熱影響部をもつ溶接構
   造用鋼。 ４ Ｃ０．１５％以下、Ｓｉ０．０２〜０．８０％，Ｍ
   ｎ０．４０〜２．０％，Ｎ０．００３０％以下となし、
   さらにＡｌ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｖ，Ｔａ，Ｈｆの１種以上を
   夫々０．１％以下、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｃｕの１種
   以上を夫々５．０％以下含有し、さらにＢ，Ｔｅ，Ｓｅ
   の１種以上を夫々０．１％以下添加し、残部実質的に鉄
   よりなり、かつＡｌ，Ｚｒの窒化物あるいはＶ，Ｎｂ，
   Ｔａ，Ｈｆの炭化物の少なくとも５０％から０．０５μ
   以上であることを特徴とする高靭性溶接熱影響部をもつ
   溶接構造用鋼。