JPS6293346A - 溶接部のcod特性の優れた高張力鋼 - Google Patents

溶接部のcod特性の優れた高張力鋼

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JPS6293346A
JPS6293346A JP23273385A JP23273385A JPS6293346A JP S6293346 A JPS6293346 A JP S6293346A JP 23273385 A JP23273385 A JP 23273385A JP 23273385 A JP23273385 A JP 23273385A JP S6293346 A JPS6293346 A JP S6293346A
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(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】 (産業上の利用分野) 本発明は溶接部のCOD (Crack 、Openl
ng Displacement )特性に優れた高張
力鋼にかかわるものである。
(従来の技術) 近年、海底石油資源の開発が活発に進められ、その開発
海域も寒冷海域へと発展しつつある。それにつれて、設
置される海洋構造物も大形化し、また低温で使用される
ことと合わさって、通常溶接施工により建造される構造
物の安全性が益々重要祝されるようになってきた。従来
、構造物の安全性を決定する溶接部の靭性はシャルピー
試験によって評価してきたが、近年では885762規
格におるようにCOD試験によって計測されるようにな
ってきた。
COD試験は直接、構造物の設計に使用できる破壊靭性
値が測定できるのみならず、従来シャルピー試験では検
出できなかった、ミクロ的な脆化をも検出できるという
利点を持っている。ところが従来から製造されている鋼
拐の溶接部の靭性を、このようなCOD試験で評価する
と、たとえばH,G。
Plmarsky #の論文(OTCReport 4
043. 13 thAnnual OTCin Tl
ouston 、 1981年5月)のFlg。
1にみられるように必ずしも十分な靭性を持つ−Cいる
とは言いがたい場合が多いのが現状である。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明は海洋構造物の大型化、低温海域の使用に対して
潜在き裂が如何なる部分に存在しても十分なる安全性を
確保可能な優れたCOD特性を有する鋼材を提供する事
を目的としている。
(問題を解決するだめの手段) 即ち、本発明者等は前記の実状に鑑み、溶接入熱が1〜
7 kJ/muで溶接される多J−盛り溶接継手の局部
脆化域を溶接熱サイクル再現試験によって調査した。最
初、高温に加熱され粗粒化したFuslonLin・近
傍の部分が、次の溶接熱によって8()0℃付近の温度
に再加熱された部分が最脆化部であることが判った。又
その脆化の原因が再加熱冷却時に発生した島状マルテン
サイトによることが判明した。これらの脆化部分はさら
に後続の溶接によって、400〜501) ℃に加熱さ
れ、その島状マルテンサイトがフェライトとセメンタイ
トに分解することがあり、その場合は脆化部は解消され
る。
しかし脆化部の解消の程度は鋼材の種類によって、大き
な差が有ることが判った。従って成分範囲を適正なもの
にすることによって、かかる脆化部の解消が計られるこ
とが判明した。
また、連続鋳造によって得られるスラブの中心偏析部に
相当する部分の偏析の度合によって、鋼材溶接部のCO
D%性が影響されることも見出した。
さらに、かかる鋼材について後述のTMCP(Th・r
m。
−m@ehaniaal control pro■s
S)処理、または焼入焼戻し熱処理を施すことにより、
強度の確保も可能であるという知見も得た。
本発明は以上のととぎ知見にもとづいてなされたもので
あり、その要旨とするところは、連続鋳造スラブよp製
造され、TMCP処理または焼入焼戻し熱処理を受けた
銅であって、重態”俤でCO,03〜0.13%。
Sl   O,05〜0.40%。
Mn   0.80〜1.60%。
P   O,010−以下。
S   O,010−以下。
Nb   O,003〜Q、010チ。
Aj   0.010〜0.050%。
N   O,0040%以下。
N11.00%以下の1種または2種を含有し、かつ元
のスラブの中央部に相当する板内位置で板厚中心部の偏
析を含む0.3−厚、50X50籠面積での平均分析値
を用いて得られる次式 %式%) ÷e什(イ)、、:11−/40→−(Wbじ)〕半5
に−〔ト鉛−〕・による偏析ノfラメターのCcodの
訃鉤仙がCcod≦0.60であることを特徴とする溶
接部のCOD%件の優れた縄張力鋼にある。
以下に本発明の詳細な説明する。
(作用) まず最初に本発明において連続鋳造材を対象とするのは
、偏析パターンが単純で製造上管理しやすく、かつ対策
が立てやすいためである。次に本発明の鋼は、TMCP
処理または焼入焼戻し熱処理を受けることを前提とする
ものである。ここで言うTMCP処理とは、スラブ10
 (10℃以上に加熱し、適当な圧延を加え、さらに9
00℃以下の未再結晶温度域で50%以上の圧延を与え
た後、空冷以上の冷却速度で冷却する処理である。また
、ここで言う焼入焼戻し熱処理とは、圧延された調料を
オーステナイト温度域に再加熱し、その後急冷して焼き
を入れ、500〜650℃に焼戻しする熱処理である。
これらいずれの手段によっても、下記に示すような成分
系の鋼について、その強度を48kgf/m”以上確保
可能となるものである。即ち本発明の対象となる鋼は、
引張強さ48kgt/m2以上を有するものであって、
このような強度を対象にしたのは、軟鋼に比べて合金含
有蓋が高く、溶接部のCODが容易に倒られないためで
ある。
次に本発明における成分限定の理由を述べる。
−まず、Cは0.03%未満では強度上昇に効果が無い
。また、島状マルテンサイトは一部オーステナイト化し
た部分にCが拡散し、高Cのマルテンサイトとなるため
0.13%超では溶接部のCODが確保できない。
次にSiは島状マルテンサイトを作り易くする元素で、
0.40%超ではCODを確保できないので0.40%
以下にする必要があり、特に0.30%以下が望ましい
。一方0.05−未満の場合は脱酸が不十分となり、鋼
材の内部欠陥を増加せしめるため、0.05%以上とし
た。
また、Mnは0.80%未満では強度上昇の効果が無く
、1.60%超では急激に溶接部のCODが減少するた
め1.60 %以下とした。
一方、Pは溶接部粗粒域での粒界割れを、旧オーステナ
イト粒界に出来た島状マルテンサイトとの相互作用によ
って助長するためQ、010%以下とした。
また、Sも硫化物系介在物を作り、脆性破壊の基点とな
るため、低いほうが良好で、0.010%以下とした。
次に、Nbは母料では析出物を形成しているが、溶接部
の粗粒域では溶解固溶し1次の溶接熱により800℃付
近に加熱冷却された時、島状マルテンサイトを形成し易
くする。またその後の溶接ビードによりて400〜50
0℃に加熱された時、NbはCの拡散を抑え、島状マル
テンサイトのフェライトとセメンタイトへの分解を抑制
しCODの回復を阻害する。Nbが0.01’%以下な
ら、これらの影響が少なく、CODは容易に回復する。
しかしながら、本発明の鋼は彼達するように、Nの含有
量を低く抑えるものであり、このため母材の結晶粒を細
かくするAtNが十分生成しないためNbの炭化物を利
用する必要が有る。しかし0.003%未満ではその効
果がないため、下限を0.003e16とした。
又、Atは調料の内部欠陥を防止するだめの十分な脱酸
を行うため0.010%以上の添加が必要であ、9,0
.050%を超えると急激にCODを劣化せしめるので
上限を0.050%とした。
さらに、Nは島状マルテンサイトの分解を阻害する元素
であり、Nが0.0040%超ではCODを著しく低下
せしめるため、上限を0.0040%とした。
また、TIはNと結合してTINを形成し、固溶のNを
減少せしめ、CODを向上せしめる。Tiが0.005
%未満では効果が無く、0.015%超では却ってCO
Dを低下させる。
以上が本発明の基本成分系であるが、本発明においては
この他に、板厚の増大による強度低下や、溶接後の応力
除去焼きなましによる強度低下を防止する目的で、Cu
O,050%以下、N11.0%以下の1種または2種
を含有させることができる。
まず、Cuはフェライト組織に固溶して、強度を高める
効果をもつが、0.50超ではCuの析出物を作り、母
材の靭性を低下せしめる。
また、NiはCuと同様な固溶硬化元素であり、強度上
昇効果を有する。しかし、Nlが1.0%超では、かえ
って島状マルテンサイトを形成しゃすくし、CODを低
下させる。
本発明の鋼は以上のような成分組成を有するものである
が、これらの限定条件を満足したとしても、実際の鋼で
は偏析が問題となる。そこで偏析部のCODに及ばず影
響を、第1表に示す化学成分の鋼を300 ton転炉
で溶製し検討した。
偏析状態は連続鋳造の条件を変化させること、及びスラ
ブを厚板圧延する前に1300℃の^温に加熱し偏析元
素を拡散させることによって、種々変化させた。このよ
うな偏析状態の異なるスラブを1200℃に加熱し、T
MCP圧延を行い50m厚鋼板を作製し試験した。溶接
継手は第2表に示すような溶接条件で、第2図に示す寸
法形状の開先を有する同月Sより作製し、各鋼板につき
3本ずつBS 5762に従って試験した。なおノツチ
位置はF’uslon Lineに市って入れ、試験温
度は一10℃である。試験に供した鋼板は、溶接前に予
め試験片採取位置近傍で、板厚中心部の偏析を含む0.
3簡厚、50X50m而績の部分から成分分析試料を採
取し、偏析部の成分含有蓋を測定しておいた。
第2表 偏析部の成分含有量とCOD値を重回帰分析し、次式の
偏析部・母ラメター(Ccod)を求めた。
Ceod=〔C(%))+[Mn(%)”l/6+[8
1(n]/24+(Nt@))/4o+(Nb(4)]
+5XCP(イ)〕この偏析パラメターとCODとの関
係をM1図に示す。この図から明らかなように、Cco
dが0.60以下であれば、−10℃におけるCOD 
(4が0.25謹以上となシ、良好な溶接部COD特性
が得られる。
以上の理由により、上式で求めたCcod値を0.60
以下と定めた。
以下、実施例により本発明の効果をさらに具体的に示す
(実施例) 第3表に扁17〜A24の本発明鋼と41〜A16の比
較鋼を対比した結果を示す。母料の機械的性質として、
JISS号試験片による引張試験結果および一40℃に
おける2 wmVノツチシャルピー試験の吸収エネルギ
ーを示した。溶接継手のCODとして先の第2表に示し
た溶接条件及び第2図に示す開先で溶接継手を作成し、
同様にBS 5762規格に従って一10℃で試験した
結果を示した。なおCOD試験片断面寸法は50X10
0m+である。
比較鋼A1〜A16総て連続鋳造によって製造された2
50mスラブを使用し、TMCP以外は通常の厚板圧延
を実施し、その彼900℃で焼きならし熱処理または9
00℃焼入、620℃焼戻し熱処理によって製造された
鋼である。又、TMCP鋼は厚板圧延を1200℃加熱
、800℃仕上げ、その後500℃まで水冷する工程を
採用した鋼である。
一方、本発明鋼は連続鋳造によって250mスラブをつ
くり、1300℃で10hr均熱拡散処理をした後、厚
板圧延(il−1200℃加熱、仕上げ温度800℃で
、その後500℃まで水冷したTMCP鋼、または12
00℃に加熱、通常の厚板圧延を実施した後、900℃
に再加熱して焼入し、620℃×30 min、焼戻し
熱処理して製造した鋼である。
第3表から判るように、本発明鋼においては各成分を限
定すると同時に、偏析パラメターを0.60以下にする
ことによって、いずれも継手CODの優れた、引張強さ
48に9/■2以上の高張力鋼が得られた。これに対し
比較鋼では扁1のように偏析パラメターが0.60以下
であってもNb含有lが0026チと本発明範囲の上限
を超えた成分範囲の為CODが低い値となっている。同
様に他の成分についても本発明範囲の上限を越えて外れ
た鋼はたとえ偏析ノ9ラメターが0.60以下であって
も、いずれも低COD値となっている。またその反対に
成分が範囲内にあっても、偏析パラメターが0.60超
となったA15のような鋼は低COD値となっている。
さらに、扁9鋼のようにNbが本発明範囲の下限未満で
ある為、CODは良好であるが母材の強度が低くしかも
靭性も低い値となっている。このように本発明範囲を満
足しない場合は母材特性も良好でCOD特性の優れた鋼
を得る事が出来ない。
(発明の効果) 以上の実施例からも明らかなように、本発明鋼によれば
継手COD特性の極めて優れた高張力鋼を提供する事が
可能であり、産業上の効果は極めて顕著である。
【図面の簡単な説明】
第1図は偏析パラメター(Ccod)と−10℃におけ
るCOD値との関係を示す図、第2図は実施例及び偏析
パラメター実験に用いられた開先の寸法形状を示す図で
ある。 S:母材。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)連続鋳造スラブより製造され、TMCP処理また
    は焼入焼戻熱処理を受けた鋼であって、重量%で C0.03〜0.13%、 Si0.05〜0.40%、 Mn0.80〜1.60%、 P0.010%以下、 S0.010%以下、 Nb0.003〜0.010%、 Al0.010〜0.050%、 N0.0040%以下、 Ti0.005〜0.015% 残部鉄及び不可避不純物よりなりかつ元のスラブの中央
    部に相当する板内位置で板厚中心部の偏析を含む0.3
    mm厚、50×50mm面積での平均分析値を用いて得
    られる次式 Ccod=〔C(%)〕+[〔Mn(%)〕/6]+[
    〔Si(%)〕/24]+[〔Ni(%)〕/40]+
    〔Nb(%)〕+5×〔P(%)〕による偏析パラメタ
    ーのCcodの計算値がCcod≦0.60であること
    を特徴とする溶接部のCOD特性の優れた高張力鋼。
  2. (2)連続鋳造スラブより製造され、TMCP処理また
    は焼入焼戻熱処理を浮けた鋼であって、重量%で C0.03〜0.13%、 Si0.05〜0.40%、 Mn0.80〜1.60%、 P0.010%以下、 S0.010%以下、 Nb0.003〜0.010%、 Al0.010〜0.050%、 N0.0040%以下、 Ti0.005〜0.015% これにさらにCu0.50%以下、Ni1.00%以下
    の1種または2種を含有し、残部鉄及び不可避不純物よ
    りなりかつ元のスラブの中央部に相当する板内位置で板
    厚中心部の偏析を含む0.3mm厚、50×50mm面
    積での平均分析値を用いて得られる次式 Ccod=〔C(%)〕+[〔Mn(%)〕/6]+[
    〔Si(%)〕/24]+[〔Ni(%)〕/40]+
    〔Nb(%)〕+5×〔P(%)〕による偏析パラメタ
    ーのCcodの計算値がCcod≦0.60であること
    を特徴とする溶接部のCOD特性の優れた高張力鋼。
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