JPS62278247A - 溶接継手性能の優れた高温圧接用高炭素鋼材 - Google Patents

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】 ３、発明の詳細な説明 「発明の目的」 本発明は溶接継手性能の優れた高温圧接用高炭素鋼材の
創案に係り、高温圧接に供され、加圧によって形成され
るばりを圧接直後熱間で機械的に押し抜き剪断除去し使
用される高炭素鋼材においてマグナ探傷および垣音波深
傷欠陥が発生せず、又曲げ試験特性の優れた溶接継手を
得しめようとするものである。

（産業上の利用分野） 高温圧接される溶接継手用高炭素鋼材。

（従来の技術） 高炭素鋼材の溶接法の１つとしてガス圧接、フラッシュ
溶接などの高温圧接法があり、この方法は溶接継手に電
気的発熱あるいはガス炎などの種々の方法で高温に加熱
すると同時に機械的加圧をなすことにより条鋼や鋼板な
どの種々の形状をもった鋼を溶接するものである。斯か
る高温圧接において加圧によるメタルフローで生じたぼ
り　（或いは膨らみ）をそのままで使用する場合と除去
する場合とがあり、除去して使用する場合における方法
はグライダ−あるいはガススカーフなど種々あるが、効
率的な方法として圧接直後の熱間押し抜き剪断加工があ
る。即ちこの押し抜き剪断加工による除去法は効率が良
好であるという大きなメリットを有し、溶接継手のマグ
ナ探傷、超音波探傷を行い、継手性能を確認して使用さ
れている。

（発明が解決しようとする問題点） しかし上記のようなぼり押し抜き剪断加工は、その加工
特性上圧接部に引き裂くような応力が作用し、継手性能
を劣化するので上記のような探傷試験および曲げ試験特
性が劣化するので夫々の試験により性能の良否を確認し
て使用しなければならない。

「発明の構成」 （問題点を解決するための手段） （１）　　　　Ｃ：　　０．６０〜０．８５＋鴫−ｔ％
、　　Ｓｉ　　二　〇、０１〜１．００ｗｔ　％。

Ｍｎ　：　０．５０〜１．５０ｗｔ％。

ｓｏｌ！　、Ａｊ！　：　０．０１２　ｗｔ％ｔ％。

Ｂ　：　０．０００２ｗｔ％以下 を含有し、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継手性能の優れた高温圧接用高炭素
鋼材。

（２１Ｃ：　０．６０〜０．８５ｗｔ％、　Ｓｉ：　０
．０１〜１．０Ｏｉｖｔ％。

Ｍｎ　：　０．５０〜１．５０ｗｔ％。

Ｓｏ　１　、Ａ　ｌ　：　０．０１２　ｗｔ％ｔ％。

Ｂ　：　Ｏ，０００２ｗｔ％以下 を含有すると共に、 Ｃｒ　：　０．１５〜１．００ｗｔ％、　Ｍｏ　：　０
．０１〜０．３０ｗｔ％。

ｖ　：　０．０１〜０．３０ｗｔ％ の何れか１種または２種以上を含有し、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継手性
能の優れた高温圧接用高炭素鋼材。

（作　用） Ｃ：０．６０ｗｔ％以上、Ｍｎ　二〇、　５０ｗｔ％以
上含有させることにより強度、硬度、耐摩耗性を得しめ
、Ｃ：０．８５ｗｔ％以下、Ｍｎ　：　１．５０ｗｔ％
以下、ｓｉ：１．００ｗｔ％以下とすることにより延靭
性の劣化を回避する。

Ｓｉ　：　０．０１ｗｔ％以上、Ｓｉのみで脱酸する場
合には０．１５ｗｔ％以上とすることにより脱酸を図り
、同時に強化元素として作用する。

Ｓｏｌ、Ａ＃　：　０．００２ｗｔ％以上で鋼の清浄性
を改善し、又０．０１２皆七％以下、Ｂ：０゜０００３
ｗｔ％以下とすることにより脆化割れおよび析出脆化を
回避する。

Ｃｒ　：　０．１５ｗｔ％以上、Ｍｏ：０．０１ｉｙｔ
％以上、Ｖ：０．０１ｗｔ％以上の何れか１種もしくは
２種以上の添加で母材を強化し、溶接熱影響部の強靭化
および継手性能の向上を図る。Ｃｒ　：　１．　Ｏ０ｗ
ｔ％以下、門ｏ：および■がそれぞれ０．３０ｗｔ％以
下とされることにより製造時偏析部に島状マルテンサイ
トの生成が助長されることなく、延靭性劣化を回避する
。

「実施例」 上記したような本発明について更に説明すると、本発明
者等は高温圧接におけるぼり熱間押し抜き剪断除去に原
因する前記したような継手性能劣化は高温における圧接
面上に生じた脆化現象によるものと考察され、種々の元
素について検討した。

即ちこのような検討に当っての具体的な方向として圧接
面は常に大気中の酸素と窒素により汚染されており、こ
れら両元素と親和性あるいは反応性の強い元素が脆化に
関連しているものと考えられ、仔細に検討の結果、網中
のＡβとＢが圧接面上に反応生成物を形成して脆化を惹
起していることを見出し、前述したような特定成分組成
を有する高温圧接用高炭素鋼材を提案するものである。

即ち、先ず本発明における各元素の成分組成限定理由に
ついてｗｔ％（以下単に％という）により説明すると以
下の如くである。

Ｃは、強度、硬度、耐摩耗性の点から０．６０％以上が
必要であり、０．８５％を超えると粗いセメンタイトの
形成を促し、延靭性が劣化することから０．６０〜０．
８５％に限定した。

Ｓｉは、脱酸元素、強化元素として重要であり、ｌなど
で脱酸される場合には０．０１％以上を強化元素として
使用し、Ｓｉで脱酸する場合には０．１５％以上が必要
である。強化元素として使用する場合においても０．６
０％を超えると延靭性の劣化が顕在する。更に強化上必
要であれば１．０Ｑ％までの添加で実用上延靭性を確保
し得るが１．００％を超えると劣化が著しい。

Ｍｎは、強度、延靭性を確保する上において不可欠の元
素であり、下限を０．５０％と限定したのは製造時に低
融点硫化物の生成による熱間加工割れを防止するため硫
化物を高融点のＭｎＳとするのに必要とされる量である
。又その上限はＭｎの偏析により製造時に島状マルテン
サイトが生成し延靭性が著しく劣化することから１．５
０％と限定した。

なおＰ、Ｓは、通常不可避不純物として０、０３０％ま
で含有してよい。酸可溶性Ａｊ２（ｓｏｌ、ＡＡ）は本
発明において最も重要な元素である。即ちＳｉにより脱
酸する場合５ｏｆｆ、八／！＜０、　ＯＯ２％でもよい
がＡｌは脱酸元素として添加する場合に鋼の清浄性を著
しく改善するもので、このｓｏｌ、Ａｌが０．００２％
以上の添加によりその効果を示す。一方この５ｏｃＡＡ
量を増すことは脱酸度を更に高め鋼質は改善されるが、
０．１２％を超えて添加すると高温圧接時に圧接面上の
汚染酸素と反応して１μｍ以下の微細な酸化物を数多（
形成すると共に３Ｍｎ０　・Ａｊ！ｚ（ｈ　・３ＳｉＯ
ｚ等の低融点酸化物をも形成し、圧接面における粒界移
動を阻止すると共に圧接直後におけるぼり熱間押し抜き
剪断加工から受ける引き裂き力により脆化割れを起す。

更にＡＩは汚染窒素と反応して圧接面上にＩＮを生成し
て析出脆化を起し曲げ試験特性を劣化させる。このよう
な作用は溶接継手性能を劣化させると共にマグナ探傷お
よび超音波探傷欠陥の原因となるから斯かる高温圧接で
優れた継手特性を得るためには０．０１２％以下とする
ことが不可欠である。

Ｂは、５ｏｌＡＡと同様に本発明における重要な元素で
ある。即ち本発明の特徴とするぼり熱間押し抜き剪断加
工を受けることによりＢの圧接部における拡散が加速さ
れると共に圧接面上の汚染窒素と反応して相当量のＢＮ
が生成し脆化を惹起する。通常の母材における脆化とは
異なり、微量のＢによって溶接継手性能が劣化するもの
で、このようなりＮによる脆化が顕著になるＢ量は０．
０００３％以上であり、良好な継手性能を得るためには
ＢをＯ，ＯＯＯ２％以下にすることが必要である。

上記のような各元素に対してＣｒ、、　Ｍｏ、、　Ｖは
強化元素として有効であり、母材性能の向上とともに溶
接熱影響部の強靭化に寄与し、継手性能を向上させるも
ので、このような効果を得るにはＣｒ：０．１５％以上
、Ｍｏ：０．０１％以上、Ｖ：Ｏ，０１％以上を何れか
１種もしくは２種以上添加することが必要である。しか
しこれらの元素が多量に添加された場合はその効果が添
加量の増加に比し少なくなり、製造時に偏析部において
島状マルテンサイトの生成を助長し延靭性が劣化するの
で、Ｃｒについては１．００％以下、恥およびＶについ
ては夫々０．３０％以下とすることが必要である。

上記成分組成の高炭素鋼材は高温圧接に供された場合、
オーステナイト領域以上に再加熱されることから圧延ま
まであることや熱処理材であるというような製造法に特
に限定されない性質のものであり、同様に形状にもよら
ない。

本発明によるものの具体的な製造例について説明すると
以下の如くである。

次の第１表には本発明者等が採用した高炭素鋼材の化学
成分例を示すが、ぼり除去法は押し抜き法と共に比較層
してはグラインダー除去法を実施した。なお高炭素鋼材
は圧延ままのものと、その後再加熱スラック・クエンチ
処理されたものであり、断面積７７．５　ｃｆｆｌ、断
面係数Ｚ＝３９７ｃａｌの条形状の鋼材である。ガス圧
接は還元炎で加熱し、加圧力２．４　ｋｇ／＋ｎ”、圧
縮量２６ｍｍの通常条件で施工した。なおＡ、Ｊ鋼は熱
処理されず、圧延ままでガス圧接を賀施した。

即ち、Ａ−Ｈ，Ｊ−Ｌｆｉはガス圧接後ばりを熱間押し
抜き剪断加工したもので、■およびＭ鋼はＨおよびＬ綱
と同−鋼であるが、ばりを圧接後放冷し室温でグライン
ダー除去したものである。

然してこのようなＡ−Ｍｇ２についての３点曲げ試験結
果を、たわみについては第１図に示し、又最高荷重につ
いては第２図に示すが、それら撓みおよび最高荷重の何
れもがｓｏｌ、Ａｌｓ　Ｂで適切に整理され、５ｏｊ２
．Ａｌが０．０１’３〜０．０１６％の範囲で遷移現象
を示しており、ｓｏｊ、Ａｌ：　０．０１２％以下で良
好な継手性能を示し、０．０１３％以上では急激な性能
劣化を示す。同時にこのｓｏｌ、Ａｆが０．０１３％以
上ではマグナ探傷欠陥も発生することが確認された。

Ｂについては、前記したｓｏＡ、Ａｊ！　０．０１３〜
０．０１６％およびそれ以上では５ｏＣＡ／の影響が強
く、Ｂの影響は若干しか表われない。しかしこのｓｏｌ
、ＡＥが０．０１２％以下では已による影響が明瞭に分
離され、Ｂ：Ｏ，０Ｏ０３％以上で劣化が著しく、ｓｏ
ｌ、ＡＩと複合して悪影響している。

なおＩおよびＭ鋼に示されるように、ばりをグラインダ
ー除去した場合にはｓｏｌ、Ａｌ　：　０．０１３％、
Ｂ：０．０００３％およびｓｏｊ！、Ａｊｌ！　：　０
．０２５％、Ｂ１．０００１％であるにも拘わらず優れ
た溶接継手性能を示している。

このようにぼり除去を効率的に行うことのできる熱間押
し抜き剪断加工で実施しても本発明のｓｏｌ、Ａｌ　：
　０．０１２％以下、Ｂ　：　０．０００．２％以下の
鋼は優れた溶接継手性能を示すことが確認された。

然して上記した製造例は、ガス圧接についてのものであ
るが、フラッシュ溶接あるいはその他の高温圧接の場合
も、その溶接条件が類似していることは明らかで、ばり
を熱間押し抜き剪断加工によって除去する場合には上述
したところと同様の結果となることが確認されている。

「発明の効果」 以上説明したような本発明によるときは、高温圧接によ
る加圧で形成されたばりを圧接直後における熱間で機械
的に押し抜き剪断除去し効率的に処理する条件下におい
ても継手性能を劣化せしめることなく良好な特性を維持
し、マグナ探傷、超音波探傷あるいは曲げ試験の如きに
おいて卓越した性能を示すものであって、工業的にその
効果の大きい発明である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の技術的内容を示すものであって。 第１図は３点曲げ試験結果で、たわみ量に及ぼすｓｏｌ
、Ａｌｌ５Ｂの影響を要約して示した図表、第２図は同
じく３点曲げ試験結果で最高荷重に及ぼす５ｏ（１，Ａ
ＩおよびＢの影響を要約して示した図表である。 第　ｌ　　圓 ｓｏｔ、　Ａｚ　（Ｗ””）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃ：０．６０〜０．８５ｗｔ％、Ｓｉ：０．０１
   〜１．００ｗｔ％、Ｍｎ：０．５０〜１．５０ｗｔ％、 ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１２ｗｔ％以下、 Ｂ：０．０００２ｗｔ％以下 を含有し、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継手性能の優れた高温圧接用高炭素
   鋼材。
2. （２）Ｃ：０．６０〜０．８５ｗｔ％、Ｓｉ：０．０１
   〜１．００ｗｔ％、Ｍｎ：０．５０〜１．５０ｗｔ％、 ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１２ｗｔ％以下、 Ｂ：０．０００２ｗｔ％以下 を含有すると共に、 Ｃｒ：０．１５〜１．００ｗｔ％、Ｍｏ：０．０１〜０
   ．３０ｗｔ％、Ｖ：０．０１〜０．３０ｗｔ％ の何れか１種または２種以上を含有し、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継手性
   能の優れた高温圧接用高炭素鋼材。