JPS6314843A - 入熱70KJ/cm以上の大入熱溶接用鋼 - Google Patents

入熱70KJ/cm以上の大入熱溶接用鋼

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JPS6314843A
JPS6314843A JP15780086A JP15780086A JPS6314843A JP S6314843 A JPS6314843 A JP S6314843A JP 15780086 A JP15780086 A JP 15780086A JP 15780086 A JP15780086 A JP 15780086A JP S6314843 A JPS6314843 A JP S6314843A
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JP
Japan
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steel
heat input
less
welding
high heat
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Application number
JP15780086A
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English (en)
Inventor
Munetaka Oda
小田 宗隆
Kenichi Amano
虔一 天野
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
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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】 (産業上の利用分野) 極地で使用される船舶類や海洋構造物などの構築に供さ
れる鋼材は、溶接工数を削減する為に、大入熱で溶接さ
れる。
近年、北極海域での資源開発が活発になり、砕氷船や氷
海域石油掘削用リグなど、極地で使用される各種の構造
物が必要とされている。このような使途に供される鋼材
は、溶接部の特性評価法として従来のシャルピー衝撃試
験によるしん性評価にとってかわり、ぜい性破壊発生特
性を調べる目的で、いわゆるC0D(Crack Op
ening Displacement)試験を課せら
れる場合が多くなった。
COO試験結果は、シャルピー試験結果よりも常に悪い
値が与えられ、従ってよしんばシャルピー試験で、高い
しん性を呈する場合でも、COD試験では低い値しか得
られないことが多い。
このように溶接部のぜい性破壊発生特性としては一50
℃の限界COO値で0.15mm以上が必要とされると
ころ、かかる要請を十分に満足することができる大入熱
溶接用鋼を与えようとするものである。
(従来の技術) 大人熱溶接部のシャルピー特性を改善させる一般的な方
法としてしは、特公昭60−4261号公報に開示され
ているように、添加N量を0.0035%以下とし、T
iを0.003%以上、0.4%以下添加して、鋼中固
溶Nを低減した例がある。しかし、COD特性は、この
ように低N化をはかりTiを添加しただけでは、十分な
限界COO値が得られない。
また、多層盛溶接された溶接熱影響部の限界COO値を
改善する方法として特公昭60−9581号公報に開示
されているように、低C1低Si、低Mn化を行って熱
影響部の硬度をさげ、Afを用いてN。
0のガス成分を低減する例がある。この方法は、小人熱
で多層盛溶接される場合には、有効であるが、大入熱溶
接される場合には、高い限界COO値を得るにはなお十
分な手段ではない。
と言うのは、小人熱溶接された継手熱影響部の限界CO
O値を劣化させる原因は、熱歪脆化が主な原因であるの
に反し、大入熱溶接された継手熱影響部の限界COO値
を劣化させる原因は、組織が上部ベイナイトになり、こ
のベイナイトラス間に生成する島状マルテンサイトが主
たる原因であることが究明された。
(発明が解決しようとする問題点) 発明者らは、上記の解明に従って大入熱溶接された継手
熱影響部の組織を上部ベイナイトにしない方法を検討し
た。その結果に基き、入熱70 KJ/cm以上の大人
熱溶接による溶接熱影響部のぜい性破壊発生特性を著し
く改善した大入熱溶接用鋼を提案することがこの発明の
目的である。
(問題点を解決するための手段) 低N化、低P化した鋼に、微量のBを適切に添加した鋼
においては、入熱70 KJ/cm以上の入熱で溶゛接
された継手熱影響部の組織が溶接ボンド近傍においても
、粒界フェライトの生成が少なく、下部ベイナイトが主
体の組織であることが新たに明らかとなった。ここにC
OD試験においても、微量のBを添加していない鋼より
も、優れた限界COO値が得られた。
すなわち、十分に低N化、低P化した鋼を用いて、とく
にBをit添加することにより、大入熱溶接した継手熱
影響部の組織を下部ベイナイトと゛ した。このことに
よりCOD試験において、ノツチ位置をボンドとした一
50°Cの限界COO値でO,15mm以上を満足する
大人熱溶接用鋼の製造を可能にしたものである。 この
大入熱溶接用鋼は、C: 0.03〜0.10 wt% S i : 0.05〜0.30 wt%M n : 
0.5〜2.0wt% P : 0.006何L%以下 sol、 A l : 0.005〜0.050 wt
%B : 0.0003〜0.0010病t%T i 
: 0.001〜0.010 wt%及びN : 0.
003 wt%以下 を基本成分として含み、残部は実質的に鉄及び不可避不
純物よりなる組成(第1発明)、また上部の基本成分に
加えて、0.03 wt%以下のNb、0.1讐L%以
下のV、1.0wt%以下のNi及び1.0 wt%以
下のCuのうちから選んだ1種又は2種以上を含有する
組成(第2発明)、同じ< 0.020 wt%以下の
REM 、0.02 wt%以下のCaのうちいずれか
1種を含有する組成(第3発明)並びに、0.03 w
t%以下のNb、0.1讐t%以下のV、1.0 wt
%以下のNi及び1.0wt%以下のCuのうちから選
んだ1種又は2種以上と、0.020 ivt%以下の
REM 、0.02ivt%以下のCaのうちの何れか
1種とを含有する組成(第4発明)に成り、極地で使用
される海洋構造物や船舶類などの使途に適合する。
第1図には、成分量を重量%で単に%で表示することと
して0.06χC−0,10χ5t−1,35χMn−
0.005χP−00.025χA 1−0.005χ
Ti−0,010χREM−0,002χNに固定し、
Bを0.002%まで変化させた種々の量で含有する、
板厚25mm鋼板を、入熱が140 KJ/cmの片面
一層サブマージアーク溶接した継手のボンド(溶接金属
と)IAZO比が1=1となる位置)の−50℃でのC
OD試験結果を示す9図よりBを0.0003%以上添
加すると限界COO値は向上するが、しかし、o、oo
io%を超すBを添加した鋼板においてボンドの限界C
OO値は、却って急激に劣化する。これは、B無添加の
場合、組織がオーステナイト粒界に析出した初析フェラ
イトと、上部ベイナイト及び下部ベイナイトの混合組織
となっているのに対し、0.0003%以上のBを添加
するとオーステナイト粒界に析出する初析フェライトが
なくなくり、下部ベイナイト主体の組織となり、このよ
うな下部ベイナイト主体の組織の時、最もCOD特性が
良くなる。
なお、0.0010%を超すBを添加した鋼の組織は、
B無添加鋼と同様に初析の粒界フェライトが存在し、上
部ベイナイトが混在した組織となり、また上部ベイナイ
トラス間に島状のマルテンサイトが存在していた。
この島状マルテンサイトは、ぜい性破壊の発生特性を著
しく劣下させる。このことから添加Bilには、適正値
があることがわかる。
以上に示すように、低N、低P化した鋼に微量のBを添
加した場合、組織は下部ベイナイトとなって限界COO
値は向上する。
(作 用) まず、C含有量は低い程COO特性は良好であるが、0
.10%まで含有してもCOD特性の劣化の度合いはそ
れ程大きくならないので上限を0.10%とした。下限
は、構造用鋼として必要な強度を得るため0.03%以
上を必要とする。
Slは、製鋼の都合上0.05%以上必要であり、一方
Siを増加すると強度は上昇するが、0.30%を超す
量のSt添加は熱影響部の硬度を過度に上昇させ、CO
O値の劣化を来すので上限を0.30%とした。
Mnは、母材に延性と強度を与えるために0.5%以上
の添加含有を必要とする反面、2.09’6を超える添
加は溶接熱影響部の硬度を著しく上昇させCOD特性を
劣化させるので上限を2.0%とした。
Pは、母材じん性はもちろん、とくに溶接熱影響部のC
OD特性向上のために低減する必要がある。
溶接熱影響部においてPは、Bとともにオーステナイト
粒界に偏析する。この発明は、とくにオーステナイト粒
界にBを偏析させて粒界フエライトの析出を抑えること
を解決策の要点とするところ、Pのオーステナイト粒界
への偏析は、必要なりのオーステナイト粒界への偏析を
抑えて初析フヱライトを析出させ、そのためにCOD特
性を劣化させるので、Pの低減がとくに必要である。第
2図にて、0.06χC−0,10χ5i−1,35χ
−n−0,025XA 1−0.005χTi−0,0
10χREM−0,0004χB−0,002χNに固
定し、Pを0.0002〜0.018%まで変化させた
種々の量で含有する板厚25n+m鋼板を、入熱が14
0 KJ/cmの片面一層サブマージアーク溶接した継
手ボンドの一50℃でのCOD試験結果を示すように、
0.006%を超すPを含有した場合に限界COO値は
、0.006%以下のPを含有する鋼にくらべて大幅に
劣化する。従ってPの含有量の上限を0.006%に規
定した。
sol、Aβは、鋼の脱酸上、最低0.005%の添加
含有が必要であり、一方、5olAβが0.050%を
超すと溶接熱影響部のしん性のみならず溶接金属のしん
性を劣化させるので5olA ltは、0.005〜0
.050%の範囲とした。
Bは、大入熱溶接部のCOD特性を向上させるのに不可
欠な元素である。すでに第1図について述べたように、
COD特性を向上させるには、0.0003%以上の添
加が必要な一方、0.0010%を超すB添加は、CO
D特性を劣化させる。そこでBは、0.0003〜0.
0010%の範囲とした。
Tiは、TiNとして鋼中に存在し、溶接熱影響部のオ
ーステナイト粒成長を抑制するがここに0.001%未
満のTiでは効果が無く、一方0.010%を超す過量
Tiの含有は、融点付近まで急熱されるボンドにてTi
Nの分解による固溶Tiを生成し易くこの場合溶接熱影
響部の硬度を上昇させてCOD特性を劣化さす。そのた
めにTiは、0.001〜0.010%とした。
Nは、大人熱溶接熱影響部のCOD特性に大きな影響を
及ぼす。0.003%を超すNを含有する鋼を、大入熱
溶接した場合、熱影響部の組織に島状のマルテンサイト
が生じやす(なり、その結果coD特性が劣化する。そ
こでNO,003%以下とする。さらに、上記基本成分
のほかに、抗張力化、肉厚化ないしは高じん性化を達成
するために、Nb、V。
Ni、Cuのうちから選んだ1種又は2種以上、あるい
はREMとCaのうち何れか1種を添加含有させる。
Nbは、母材の強度とじん性及び溶接継手強度確保のた
めに添加するが、0.03%を超えて添加すると溶接熱
影響部のしん性を却って劣化させるので上限を0.03
%とする。
■も、強度とじん性向上のために添加するが、0.1%
を超えて添加するとやはり溶接熱影響部のしん性を不所
望に劣化させるので0.1%を上限とする。
Niは、溶接熱影響部の硬化性及びじん性に悪い影響を
与えることなく鋼材の強度とじん性を向上させるので添
加するが、高価であるので上限を1.0%とした。
(、uは、Niと同様の効果があるだけでなく、耐食性
も向上させるが、1.0%を超えて添加すると熱間ぜい
性を生じやすくするので上限を1.0%とした。
REPIは、鋼中ではREM  (0,S)となる。こ
の硫、酸化物は溶接部のボンドにおいても安定であり、
TiNが溶接熱で溶解した後のオーステナイト粒成長を
抑制し、じん性を改善する。その為に添加するが、0.
020%を超えるREMは、綱の清浄度を低下させて調
板のじん性を劣化させる。このため、I?EMを0.0
20%以下とする。
Caは、REMと同様な効果がある。0.020%を超
えるCaは、鋼の清浄度を低下させて鋼板のしん性を劣
化させる。このため、Caを0.020%以下とする。
(実施例) この発明の効果をさらに明らかにするために実施例によ
り説明を進める。表1に、母材強度及び溶接部継手のボ
ンド(溶接金属と溶接熱影響部が1=1になる位置)の
COD特性を調べた鋼材成分を示す。
これらは何れも実験室規模で溶解し製造した鋼塊であり
、これを1050℃に加熱し740℃に至る間に77%
までの圧延にて、板厚251の鋼板とし、直ちに12℃
/Sで450℃まで加速冷却した。
これらの鋼板のし方向から引張試験片を採取しまた、溶
接継手は、第3図に示すよ°うに開先に加工した試供鋼
を表2に示す溶接条件にて入熱140KJ/cmの片面
一層サブマージアーク溶接でもって形成した。
表2溶接条件 この溶接継手より25mm X 50mm断面で切出し
、ノツチ位置をポンドとしたCOD試験片を採取した。
このノツチは第4図に示すように断面ノツチとした。
なおこの試験片の寸法、疲労ノツチ導入の方法及び試験
方法は、BS 5762  : 1979に従うもので
ある。
鋼板り方向の強度と、溶接継手のボンドにノツチを入れ
たCOD試験の一50°Cでの結果を表3に示す。
なお、調香2と5は、第1発明であり、−50℃の限界
COO値は、最低でも0.54mmと優れている。
これに対して調香1は、Pが高くBが添加されていない
従来鋼であって調香2及び5とくらべて、限界COO値
は大幅に劣っている。
調香3はN、そして調香4はP、さらに調香6はBにつ
きそれぞれこの発明の限定範囲外にあり、その故に限界
COO値で、調香2及び5にくらべ大幅に劣っている。
調香7,22、さらに8〜11.16〜21は、REM
又はCaの添加、そしてCu、Ni、Nb及び■のうち
1種又は2種以上のを添加また調香12〜15゜23〜
26はREMとCu、Ni、Nb及び■のうち少くとも
1種とを添加したものであって、どの場合も、COD特
性に優れ、また強度もCu、N i、Nb。
■を添加したことによって改善され、Ca、REMを添
加したものでは限界COO値のばらつきが少なくなった
(発明の効果) この発明により、極地で使用する船舶類や海洋構造物の
製作に、大入熱溶接を用いることができ、その大幅なコ
ストダウンが、はかれる。
【図面の簡単な説明】 第1図は、溶接継手ボンドの限界COO値に及ぼすBの
効果を示したグラフ、 第2図は、ポンドの限界COO値に及ぼすPの影響を示
したグラフ、 第3図は開先形状を示す断面図、 第4図はCOD試験片の形状を示した外観図である。 特許出願人  川崎製鉄株式会社 第1図 第2図 ノッ手イ狂IJ〆ンド。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、C:0.03〜0.10wt% Si:0.05〜0.30wt% Mn:0.5〜2.0wt% P:0.006wt%以下 sol.Al:0.005〜0.050wt%B:0.
    0003〜0.0010wt% Ti:0.001〜0.010wt%及び N:0.003wt%以下 を含み、残部は実質的に鉄及び不可避不純物よりなるこ
    とを特徴とする入熱70KJ/cm以上の大入熱溶接用
    鋼。 2、C:0.03〜0.10wt% Si:0.05〜0.30wt% Mn:0.5〜2.0wt% P:0.006wt%以下 sol.Al:0.005〜0.050wt%B:0.
    0003〜0.0010wt% Ti:0.001〜0.010wt%及び N:0.003wt%以下 を含み、かつ 0.03wt%以下のNb、0.1wt%以下のV、1
    .0wt%以下のNi及び1.0wt%以下のCuのう
    ちから選んだ1種又は2種以上 を含有し、残部は実質的に鉄及び不可避不純物よりなる
    ことを特徴とする、入熱70KJ/cm以上の大入熱溶
    接用鋼。 3、C:0.03〜0.10wt% Si:0.05〜0.30wt% Mn:0.5〜2.0wt% P:0.006wt%以下 sol.Al:0.005〜0.050wt%B:0.
    0003〜0.0010wt% Ti:0.001〜0.010wt%及び N:0.003wt%以下 を含み、かつ 0.020wt%以下のREM、0.02wt%以下の
    Caのうちのいずれか1種 を含有し、残部は実質的に鉄及び不可避不純物よりなる
    ことを特徴とする、入熱70KJ/cm以上の大入熱溶
    接用鋼。 4、C:0.03〜0.10wt% Si:0.05〜0.30wt% Mn:0.5〜2.0wt% P:0.006wt%以下 sol.Al:0.005〜0.050wt%B:0.
    0003〜0.0010wt% Ti:0.001〜0.010wt%及び N:0.003wt%以下 を含み、かつ 0.03wt%以下のNb、0.1wt%以下のV、1
    .0wt%以下のNi及び1.0wt%以下のCuのう
    ちから選んだ1種又は2種以上と、 0.020wt%以下のREM、0.02wt%以下の
    Caのうちのいずれか1種と鉄及び不可避不純物よりな
    ることを特徴とする、入熱70KJ/cm以上の大入熱
    溶接用鋼。
JP15780086A 1986-07-07 1986-07-07 入熱70KJ/cm以上の大入熱溶接用鋼 Pending JPS6314843A (ja)

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