JPS625216B2

JPS625216B2 -

Info

Publication number: JPS625216B2
Application number: JP58141177A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Murata; Tetsuo Takeda; Hiroshi Tamehiro; Naotomi Yamada
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1983-08-03
Filing date: 1983-08-03
Publication date: 1987-02-03
Also published as: JPS6059018A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は溶接性及び低温靭性の優れたCu添加
高張力鋼の製造法に関するものである。近年、経済性、安全性等の面から溶接構造物
（建築、圧力容器、造船、ラインパイプなど）に
おける高張力鋼の使用は多岐にわたり、溶接性高
張力鋼の需要は鋼板、条鋼、シームレスパイプ等
として着実な増加を示している。溶接構造物に使
用される鋼は当然のことながら高強度に加え、安
全性、作業性の面から、低温靭性と優れた溶接性
を併せもつことが要求される。（従来技術） Cuは古くより時効硬化作用を有する元素とし
て知られており、鋼にCuを約0.5％以上添加し、
適当な熱処理を行なうことにより、容易に高強度
を得ることができる。このため、Cu添加鋼では
低炭素当量（Ceq）、低Ｃでも高強度化が達成可
能である。しかし、Cu添加鋼（Cu0.5％）は現
在、低温靭性及び溶接性が必要な高張力鋼にはほ
とんど使用されていない。この理由は製造上熱間
圧延中にCu−クラツクを起こすことあるいは材
質上時効による強度上昇によつて低温靭性が著し
く劣化するなどのためである。（発明の目的）そこで本発明はCu添加鋼の大きな特徴である
低Ｃ、低Ceqでも高強度が得られる特徴を生かす
ため、製造上、材質上の問題点を解決し、溶接性
及び低温靭性の優れたCu添加高張力鋼を製造し
ようとするものである。（発明の要旨）本発明の要旨とするところは以下の通りであ
る。 (1) Ｃ：0.005〜0.090％，Si：0.6％以下 Mn：0.6〜2.2％，Nb：0.005〜0.08％ Cu：1.0超〜1.5％，Al：0.005〜0.08％Ｓ：0.003％以下を含有し、残部鉄及び不可避的不純物よりなる
連続鋳造法により製造した鋼片を900℃以上
1150℃以下の温度に加熱し、その後の圧延にあ
たつて900℃以下の累積圧下率が60％以上85％
以下でかつ仕上温度700℃以上800℃以下の圧延
を行ない、放冷または強制冷却後500℃以上
Ac₁以下の温度で焼戻しを行なうことを特徴と
する溶接性および低温靭性の優れたCu添加鋼
の製造法。 (2) Ｃ：0.005〜0.090％，Si：0.6％以下 Mn：0.6〜2.2％，Nb：0.005〜0.08％ Cu：1.0超〜1.5％，Al：0.005〜0.08％Ｓ：0.003％以下を含有し、さらに Ni：0.1〜2.0％，Ti：0.005〜0.025％ Ca：0.0005〜0.005％ REM：0.003〜0.03％の１種または２種以上
を含有し、残部鉄及び不可避的不純物よりなる
連続鋳造法により製造した鋼片を900℃以上
1150℃以下の温度に加熱し、その後の圧延にあ
たつて900℃以下の累積圧下率が60％以上85％
以下でかつ仕上温度700℃以上800℃以下の圧延
を行ない、放冷または強制冷却後500℃以上
Ac₁以下の温度で焼戻しを行なうことを特徴と
する溶接性および低温靭性の優れたCu添加鋼
の製造法。である。即ち、本発明法の特徴とするところは、(1)Cu
を1.0％超添加し、圧延後焼戻し処理を行なうこ
とによるCuの時効析出硬化を利用すること、(2)
それにともなうＣ含有量、Ceqの低減による溶接
性の向上、(3)Nb添加及び低温加熱後の制御圧延
冷却による圧延組織の細粒化にある。一般的に鋼中にCuを添加すると、(1)熱間圧延
中の鋼表面におけるCu−クラツクの発生、(2)溶
接熱影響部（HAZ）の粒界割れ、(3)Cuの析出硬
化にともなう低温靭性の劣化などの欠点を有する
ものであるが、本発明ではCuの析出硬化を有効
に利用して強度、靭性、溶接性共に優れた鋼を安
価に製造するには、これらの欠点を克服せねばな
らない。そこで本発明法では、熱間圧延中の鋼表面に
おけるCu−クラツク発生防止のため、低温加熱
の採用、低Ｓ化（0.003％以下）によつて、Cuの
低融点化合物の生成を少なくし、HAZの粒界
割れ発生防止のためにと同様低Ｓ化を行ない、
Cuの析出硬化による低温靭性劣化を防ぐため
にNb添加、低温加熱の採用に加えて、900℃以下
のオーステナイト未再結晶域で十分な圧下（60％
以上）を加え、800℃以下で圧延を終了しミクロ
組織の細粒化を徹底した。（発明の構成）次に本発明の構成要件について説明する。Ｃは、溶接性及び溶接部靭性改善のため0.005
〜0.090％に限定した。一般に小入熱溶接部は硬
化しやすく、各種の溶接割れが発生する。これを
防ぐためには鋼の硬化性を低めることが有効であ
り、これは溶接部靭性の改善にも効果的である。
このためＣ含有量の上限を0.090％とした。しか
しながら、Cuの析出硬化作用を利用するといつ
てもあまりにも極端なＣ含有量の低減は母材及び
溶接部の強度を低下させるため、下限を0.005％
に限定した。最も望ましいＣ含有量は0.02〜0.06
％である。 Siは脱酸上、鋼に必然的に含有される元素であ
るが、Siは溶接性及び溶接部の靭性対策上好まし
くない元素であるため、0.6％以下とした。 Mnは0.6％未満ではHAZ（熱影響部）軟化が大
きいこと及び母材の強度靭性が劣化するため下限
を0.6％とした。一方Mnが多過ぎると溶接性及び
HAZ靭性が急激に低下するため、上限を2.2％と
した。不純物であるＳを0.003％以下に限定した理由
は、母材及び溶接部の吸収エネルギーを高めるた
めである。前述の如く、Cu添加による鋼表面に
おけるCu−クラツク、HAZの粒界割れ防止のた
めＳを0.003％以下とした。Cu添加鋼では0.002％
以下とすることが特に効果的である。 Alは脱酸上、この種のキルド鋼に必然的に含
有される元素であるが、Al total0.005％未満では
脱酸が不十分となり、母材靭性が劣化するため下
限を0.005％とした。一方Al totalが0.08％を超え
るとHAZの靭性が劣化するため上限を0.08％とし
た。 Cuは耐環境腐食性に効果がある他、本発明鋼
の如き、低Ｃ，低Ceq鋼において析出硬化により
強度を向上させる貴重な元素である。そのため材
質上の効果を得るために下限を1.0％超とした。
しかし1.5％を超えると、本発明の条件内であつ
ても鋼の熱間圧延中のCu−クラツク、HAZの粒
界割れが顕著になり、製造は難しくなる。このた
め上限を1.5％とした。 Nbは圧延組織の細粒化と析出効果のために含
有させるもので、強度、靭性を共に向上させる重
要な元素であるが、0.005％未満では十分にその
効果が得られず、また0.08％を超えると溶接性及
び溶接部靭性に有害であるためその範囲を0.005
〜0.08％に制限した。特許請求の範囲第２項に示した第２の発明にお
いては、第１項に示した第１の発明の鋼の成分及
び製造プロセスに、さらにTi：0.005〜0.025％、
Ni：0.1〜2.0％、Ca：0.0005〜0.005％、REM：
0.003〜0.03％の１種または２種以上を含有する
ものである。 Tiは、圧延組織及びHAZの細粒化に有効な元
素であつて、ＮをTiNとして固定しＢの焼入性向
上効果を十分に発揮させる他、鋼片中に微細析出
したTiN（0.05μ以下）は加熱時のオーステナイ
ト粒を細粒化し、圧延組織の細粒化に有効であ
る。また鋼板中に存在する微細TiNは溶接時に
HAZ組織を細粒化する。しかしながら、通常の
製鋼法で生成する粗大なTiNは靭性に対し悪影響
を与える。従つてTiを添加して母材及びHAZの
靭性向上に役立てるためには、TiNを微細析出さ
せることが重要である。このためにTiを0.005〜
0.025％に限定する。Tiの下限は母材及びHAZの
靭性を向上させるための必要最小量であり、また
上限はこれを超えると通常の製造工程では微細な
TiNが得られず母材及びHAZ靭性を劣化させるた
めである。 Niは溶接性に悪影響を与えることなしに母材
の強度、靭性、溶接部靭性を向上させる極めて好
ましい元素であるが、0.1％未満では効果がな
く、2.0％を超えると悪影響が出るため上限を1.0
％とした。また、NiはCu添加鋼において、Cu添
加量の1/2以上添加するとCu−クラツクの防止に
有効な元素である。しかし、本発明法では低温加
熱などの採用によつてNi添加量をNi＜Cu／２と
することがあり、安価に含Cu鋼を製造できる。 REM（希土類金属）、CaはMnSを球状化させ
衝撃値を向上させる他、制御圧延（CR）によつ
て延伸化したMnSと水素による欠陥の発生を防
止する。REMの含有量については0.001％未満で
あると実用上効果がなく、また0.03％を超えて添
加するとREM−ＳまたはREM−Ｏ−Ｓが大量に
生成して大型介在物となり、鋼板の靭性のみなら
ず清浄度を損いかつ溶接性に対し悪影響を及ぼ
す。またREMはＳとの相関において靭性向上、
安定化に効果があり、この最適範囲は（REM
％）／（Ｓ％）で１〜10である。よつてREMの
範囲を0.003〜0.03％とした。CaについてもREM
と同様の効果をもちその有効範囲は0.0005〜
0.005％である。特にCa添加は本発明鋼の如き、
Cu添加鋼における熱間圧延中のCu−クラツク、
HAZ割れの防止に極めて有効であり、低Ｓ化と
共にCa添加が好ましい。この鋼は不純物としてP.N，Ｏを含む。通常レ
ベルはＰ0.030％、Ｎ0.0080％、Ｏ0.008％
であるが、Cu添加鋼においては特に製造上、材
質上可能な限り低減する必要がある。望ましい量
は、Ｐ0.010％、Ｎ0.0040％、Ｏ0.0030％で
ある。以上の如く成分系を限定しても製造条件が不適
当であれば、優れた強度、靭性を得ることができ
ない。このため製造条件も合わせて限定する。まず、鋼片の製造法であるが、従来の造塊―分
塊法では、Cu添加鋼に発生するCu―クラツクを
防止することができないため、連続鋳造法によつ
て製造することを限定した。即ち、造塊―分塊法
では、概ね1200℃以上の均熱、圧延工程が必須で
あり、鋼表面におけるスケール発生が大となるた
めCu―クラツクが発生する。しかし、均熱温度
を低温（1150℃）以下とすると、大型鋼塊では均
熱までに長時間を必要とし、工業化は不可能であ
る。次に加熱温度についてであるが、Cu添加鋼に
おける鋼表面のCu―クラツク発生を防ぐために
は、低温加熱が効果的であり、このため上限を
1150℃とした。また、下限を900℃以上としたの
は、900℃未満では鋼片の溶体化が不十分とな
り、均質な鋼板が得られないためである。この場
合、特に加熱温度を1050℃以下とすればNiを添
加しなくてもCu―クラツクが防止でき、製造コ
ストが安くなり、極めて好ましいものとなる。し
かし、加熱後のオーステナイト粒を如何に細粒化
しても単に圧延しただけでは高強度と優れた低温
靭性溶接性をもつた鋼板を製造することは難し
い。それ故、圧延条件についても制限を加える。本発明では圧延条件として900℃以下の累積圧
下率を60％以上かつ仕上温度を800℃以下と限定
した。この条件に従えば鋼板の強度、靭性は大幅
に向上する。以下圧延条件の限定理由について述
べる。まず900℃以下の累積圧下率が60％以上で
あると、フエライト粒が著しく小さくなり強度と
靭性が大幅に向上する。しかし、累積圧下率が60
％未満であると高強度と優れた靭性を得ることが
できない。ただし、工業上望ましい範囲は60％〜
85％である。一方900℃以下の累積圧下率が60％
以上であつても、仕上温度が800℃を超えると優
れた強度と靭性をもつ鋼板が製造できない。仕上
温度を800℃以下とすることによつて、フエライ
ト粒の細粒化は著しく促進され、強度、靭性の両
方の向上または靭性を劣化させずに強度を向上さ
せることができる。しかし、700℃未満での圧延は鋼板の長手方向
と幅方向の材質の異方性を増大させるとともに、
フエライト粒を粗大化して低温靭性を劣化させる
ため下限を700℃とした。圧延後の冷却においては、放冷でもよいが、ス
プレー水、ミストあるいは空気で強制冷却するこ
とは圧延組織のベイナイト化、細粒化をはかる上
で非常に効果的である。Cuの析出硬化による強
度向上をはかるために、圧延、冷却後鋼板500℃
以上Ac₁以下の温度で焼戻しを行なう。この場合
焼戻し温度500℃未満ではCuの析出硬化が充分に
達成できず、又焼戻し温度Ac₁超になると変態を
開始し析出効果が消失する。また、本発明の焼戻し作業は脱水素、島状マル
テンサントの分解による降伏点の向上にも有効で
ある。実施例次に本発明の実施例について述べる。転炉―連鋳工程で製造した種々の化学成分の鋼
片を用い、加熱、圧延、冷却条件の異なる板厚14
〜30mmの鋼板を製造した。大部分の鋼板は圧延後
に焼戻し処理を行なつており、一部のものは圧延
ままで母材および溶接部の機械的性質について調
べた。結果を表１に示す。表中の鋼１〜８は本発
明鋼であり、鋼９〜16は比較鋼である。鋼９はＣ
が上限値を超え、Cuが下限値に満たないもので
あり、低温における衝撃特性が劣り、溶接部の最
高硬さが著しく高い。鋼10はCuが下限値に満た
ず、低温靭性、溶接性は良好であるが、強度が化
学成分に比して必ずしも十分でない。鋼11はCu
は下限値に満たないが、加熱温度及びＳ量が上限
値を超え、熱間圧延中にCu−クラツクが発生
し、製品にならない。鋼12はCuが下限値に満た
ないとともに、900℃以下の累積圧下率が下限値
に満たないために低温での衝撃特性が劣つてい
る。鋼13，14はCuが下限値に満たないとともに
圧延、冷却後焼戻しを行なつていないものであ
る。鋼13ではその化学成分に比して強度が低く、
また鋼14では、圧延後水冷のため強度は高いが低
温靭性が著しく劣る。鋼15、鋼16はCuも条件を
満たし、化学成分はすべて適正範囲である。しか
し、鋼15では圧延の仕上温度が上限値を超えてい
るため、低温靭性が劣り、鋼16では焼戻し温度が
低く、強度が不十分である。本発明鋼の鋼１〜８については母材における強
度、低温衝撃特性及び溶接部靭性、最高硬さ共に
優れている。強度はいずれも降伏点が50Kg／mm²以
上、抗張力が60Kg／mm²を超える高強度である。以上の実施例からもわかるように、本発明は特
定成分の鋼を低温加熱し、特定の圧延条件で圧延
後、放冷または強制冷却を行ない、その後焼戻し
処理を行なつた状態で、強度、靭性及び溶接特性
のバランスの著しく優れた鋼板の製造を可能なら
しめるものであつて工業上大きなメリツトが得ら
れる。

【表】

Claims

【特許請求の範囲】１Ｃ：0.005〜0.090％、Si：0.6％以下 Mn：0.6〜2.2％、Nb：0.005〜0.08％ Cu：1.0超〜1.5％、Al：0.005〜0.08％Ｓ：0.003％以下を含有し、残部鉄及び不可避的不純物よりなる連
続鋳造法により製造した鋼片を900℃以上1150℃
以下の温度に加熱し、その後の圧延にあたつて
900℃以下の累積圧下率が60％以上85％以下でか
つ仕上温度700℃以上800℃以下の圧延を行ない、
放冷または強制冷却後500℃以上Ac₁以下の温度
で焼戻しを行なうことを特徴とする溶接性および
低温靭性の優れたCu添加鋼の製造法。２Ｃ：0.005〜0.090％、Si：0.6％以下 Mn：0.6〜2.2％、Nb：0.005〜0.08％ Cu：1.0超〜1.5％、Al：0.005〜0.08％Ｓ：0.003％以下を含有し、さらに Ni：0.1〜2.0％、Ti：0.005〜0.025％ Ca：0.0005〜0.005％ REM：0.003〜0.03％の１種または２種以上を含
有し、残部鉄及び不可避的不純物よりなる連続鋳
造法により製造した鋼片を900℃以上1150℃以下
の温度に加熱し、その後の圧延にあたつて900℃
以下の累積圧下率が60％以上85％以下でかつ仕上
温度700℃以上800℃以下の圧延を行ない、放冷ま
たは強制冷却後500℃以上Ac₁以下の温度で焼戻
しを行なうことを特徴とする溶接性および低温靭
性の優れたCu添加鋼の製造法。