JPS6352090B2

JPS6352090B2 -

Info

Publication number: JPS6352090B2
Application number: JP58228520A
Authority: JP
Inventors: Nozomi Komatsubara; Mutsuo Nakanishi; Seiichi Watanabe; Kazushige Arimochi
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1983-12-05
Filing date: 1983-12-05
Publication date: 1988-10-18
Also published as: JPS60121228A

Description

【発明の詳細な説明】

（発明の分野）この発明は、高張力鋼板、特に強度、靭性、溶
接性の優れた調質型高張力厚鋼板の製造方法に関
する。（従来技術）近年の傾向として溶接構造物の大型化に伴い構
造物の軽量化を図るために高張力鋼板の使用量が
増加している。これは高張力鋼板を使用すること
によつて、構造物自体の軽量化、そしてそれに伴
う運搬、組立作業性の向上、さらには各構造部材
の薄肉化による溶接施行性の向上等のメリツトを
利用しようとするものである。例えば、近年、揚水発電所を初めとして、圧力
容器、橋梁、海洋構造物等の溶接構造物において
も大型化が指向されており、使用される高張力鋼
板も高強度化されている。従来よりこの種の高張力鋼板としては、
HT60、HT80クラスの鋼種が使用されているが、
降伏点90Kgｆ／mm²以上という高強度を有する
HT100クラスの鋼種は未だ実用上使用されるに
はいたつていない。これは、降伏強さ90Kgｆ／mm²以上、引張強さ
97Kgｆ／mm²以上という所定強度を安定して確保し
難いこと、たとえ上記所定強度を満足したとし
ても同時に優れた低温靭性を付与し難いこと、ま
た、施行上問題とならないだけの溶接性を同時
に満足させることが、きわめて難しいこと、さら
に、これらの性能を、十分に経済的な成分系で
満足させることが難しいためである。従来から開発されているHT100クラスの鋼種
は強度を確保するためにＣを0.15％より多量に、
あるいはＶを0.06％より多量に含有しているた
め、母材の靭性はあまり良好ではなく、脆性破面
遷移温度（vTs）は−40℃以上であり、また溶接
性も十分であるとは言えなかつた。一方、同系鋼種として母材靭性の良好なものは
Niを５％以上も含有しており、そのため経済性
が著しく劣るという欠点を有する。（関連発明）発明者らは、Niを２〜３％含有する強度、靭
性および溶接性の良好なHT100クラスの鋼をす
でに提案しているが（特願昭58−177701）、それ
でもHT80鋼に比較すればかなり多量のNiを含有
しており、製造コストが高いという欠点を有す
る。（発明の要約）この発明の発明者らは、上記従来技術および先
行発明にみられる欠点を改善するために、微量元
素、特に鋼中不純物に着目して、詳細な研究を行
つた結果次のような知見を得た。 (i) HT100クラスの高強度鋼においても、通常
高張力鋼板中に不純物として多量に含有される
Ｎを低減することによつて、母材の焼入性を増
加させることができ、したがつて、合金成分を
多量に添加することなく単に低Ｎ化を図るだけ
で高強度を達成でき、一方、また、そのような
低Ｎ化によつて溶接継手部の靭性も向上する。 (ii) 低Ｎ化することによつて、Ｖ添加量を0.06％
以下に制限しても、そのような微量のＶで十分
な析出強化を得ることができるため、Ｖの多量
添加による母材靭性の劣化、溶接性の劣化を抑
制できる。 (iii) 一方、Si含有量を0.15％以下に抑制すること
によつてマルテンサイト＋微細ベイナイトの混
合組織を容易に得ることができ、母材靭性を大
幅に向上することができる。同時に、かかる低
Si化によつて冷却速度の比較的速い溶接継手部
においても、靭性に悪影響を及ぼす島状マルテ
ンサイトの生成を抑制できるため、溶接継手部
の靭性が向上する。 (iv) 不純物元素であるＰ含有量を0.010％以下に
下げ、焼戻し後水冷することによつて焼戻し脆
性を抑制でき、従来より低い温度で焼戻しをし
ても、十分な低温靭性を付与でき、併せて、さ
らにＳ含有量を0.003％以下にすることによつ
て、圧延方向によらず、十分な低温靭性を付与
できる。かくして、以上の知見にもとづいてさらに研究
を続けたところＮ含有量の低減、Ｖ含有量の低
減、Si含有量の低減、さらにＰ、Ｓ含有量の低減
を組合せることにより、さらにそのようにして得
られた組成の鋼に対し、焼戻し温度の低下と焼戻
し後水冷することを組合せることによつて、満足
すべき強度と靭性、さらにはすぐれた溶接性を確
保でき、従来、HT100クラスの鋼種に多量に添
加していたNi量を大幅に低減することが可能と
なり、機械的諸特性はHT100クラスでありなが
ら、HT80なみの経済性を付与することが可能と
なつたことを見い出してこの発明を完成した。ここに、この発明は、重量％で、Ｃ：0.07〜0.15％、Si：0.15％以下、 Mn：0.40〜1.20％、Cr：0.40〜1.20％、 Mo：0.40〜0.80％、Ｖ：0.01〜0.06％、Ｂ：0.0020％以下、sol.Al：0.01〜0.10％、Ｎ：0.0040％以下、Ｐ：0.010％以下、Ｓ：0.003％以下、さらに必要に応じ、Cu：0.50％以下、Ca：
0.005％以下、Ｗ：1.00％以下、Ti：0.010％以下
およびNi：1.00％以下の１種以上、残部Feおよび不可避不純物から成り、かつ式： P_CM（％）＝Ｃ（％）＋Si（％）／30 ＋Mn（％）／20＋Cu（％）／20＋Ni（％）／60＋Cr
（％）／20 ＋Mo（％）／15＋Ｖ（％）／10＋５×Ｂ（％）で表わされるP_CM（溶接割れ感受性指数）が0.28％
以下である鋼をAc₃変態点以上、1000℃以下の温
度に加熱し、焼入れた後、560℃以上、630℃以下
の温度で焼戻ししてから水冷することを特徴とす
る、強度、靭性、溶接性の優れた調質型高張力厚
鋼板の製造方法である。なお、ここに厚鋼板は一般には特に制限されな
いが、好ましくは５mm厚以上のものをいう。（発明の態様）次に、この発明において鋼組成および調質条件
を上記のように限定した理由について説明する
が、以下において特にことわりがない限り「％」
は「重量％」である。Ｃ：Ｃは焼入性と強度の確保のために必要であり、
特に97Kgｆ／mm²以上の強度を確保するために0.07
％以上添加するが、0.15％を越えて添加すると母
材靭性、溶接継手部靭性、さらに低温ワレ性を著
しく劣化させるので、この発明にあつてはＣ含有
量0.07〜0.15％に限定した。 Si： Siは通常脱酸と強度の確保のために添加する
が、この発明においては、Si含有量を0.15％以下
に制限する。これは、低Si化によつて、炭化物の
生成が促進されるため、溶接熱影響部で島状マル
テンサイト等の硬化組織の生成が抑制され、溶接
継手部の靭性を向上できるためである。また、母材についても微細ベイナイトの生成領
域が広がり、マルテンサイト＋微細ベイナイトの
混合組織が得られるため、靭性が向上する。した
がつて、この発明ではSi含有量を0.15％以下に限
定した。好ましくは0.05〜0.13％である。 Mn： Mnは焼入性を確保するために必要であり、
0.40％以上添加するが、1.20％を越えると溶接性
と母材靭性が劣化するので、Mn含有量を0.40〜
1.20％に限定する。 Cr： Crは焼入性と強度の確保のために0.40％以上添
加するが、1.20％を越えると溶接性と母材靭性を
劣化させるので0.40〜1.20％に制限する。 Mo： Moは焼入性を増加させ、かつ焼戻し軟化抵抗
を高めて、強度の確保に有効であるので0.40％以
上添加するが、0.80％を越えると、溶接性を著し
く劣化させるのでその含有量は0.40〜0.80％に制
限する。Ｖ：Ｖは強度を確保するためにこの発明においては
0.01％以上添加するが、一方0.06％を越えると母
材靭性と溶接性を著しく劣化させるので、0.01〜
0.06％に制限する。この発明においては、Ｎ含有量を0.0040％以下
に限定しているので、0.06％以下のＶ添加量で十
分な強度を確保できるのである。なお、この発明では、焼戻し温度を低く制限す
ることにより析出炭化物の微細化を図つて強度を
確保しているのでＶ添加量は好ましくは0.03〜
0.04％で十分である。Ｂ：Ｂは微量添加で焼入性を大幅に向上させる元素
であり強度、靭性を向上させるために有効である
が、0.0020％を越えると逆に靭性を劣化させるの
で、Ｂ含有量は0.0020％以下に限定する。なお、
この発明ではＮ含有量を0.0040％以下に限定して
いるのでＢ含有量は0.0010％以下にすることが好
ましい。Ｎ：この発明においてＮ含有量を0.0040％以下にす
ると、焼入性が高められ、母材の強度および靭性
が向上するとともに溶接継手部の靭性も向上す
る。なお、鋼中でＮは通常AlNとして固定され
ているが、溶接熱影響部では高温に再加熱される
ため、AlNが母地中に固溶し、フリーなＮとな
り、靭性を劣化させてしまう。またＮ含有量が高いと再加熱時にVNとして析
出し、固溶Ｖ量が減少するため、焼入れ焼戻し後
のＶの析出強化量が減少し母材の強度が低下する
結果となる。したがつて、この発明にあつてはＮ含有量を
0.0040％以下に限定する。 sol.Al： Alは脱酸作用を有するとともにオーステナイ
ト結晶粒を微細化し、靭性を向上させるので、こ
の発明ではsol.Alとして0.01％以上添加するが、
0.10％を越えると靭性を劣化させるので、sol.Al
は0.01〜0.10％に制限する。Ｐ：Ｐは焼戻し脆性を促進し、靭性を劣化させるほ
か、溶鋼からの凝固時に偏析しやすく、偏析部で
異常組織を生じるため可及的に低減することが好
ましい。したがつて、この発明ではＰ含有量を
0.010％以下に限定する。Ｓ：Ｓは通常鋼中ではMnSの形態で存在しており、
圧延によつて展伸して靭性の異方性を生じる。高
強度鋼においては、特に展伸した介在物は靭性に
悪影響を及ぼすのでこの発明ではＳ含有量を
0.003％以下、好ましくは0.002％以下に制限す
る。なお、この発明の好適態様にあつてＰ＋Ｓは
0.010％以下に制限される。 Cu： Cuは強度と耐食性を向上させるために必要に
応じて添加するが、0.50％を越えると熱間加工
性、靭性、溶接性を劣化させるのでこの発明では
Cu添加量を0.50％以下に限定する。 Ca： CaはMnS等の介在物を球状化し、靭性の異方
性を改善するために添加するが、0.005％を越え
ると靭性を低下させるので0.005％以下に制限す
る。Ｗ：Ｗは焼入性を増加させ、かつ焼戻し軟化抵抗を
高めて強度を増加させるので必要に応じて添加す
るが、1.00％を越えると靭性と溶接性を劣化させ
るので1.00％以下に制限する。 Ti： Tiは母材の結晶粒を微細化し、また溶接熱影
響部での結晶粒の粗大化を抑制するので必要に応
じて添加するが、0.010％を越えると、母材靭性
を著しく劣化させるので0.010％以下に制限する。 Ni： Niは焼入性の確保と低温靭性の向上に有効で
あるので、必要に応じて添加してもよいが、
HT80並みの経済性を実現するために、Niを添加
する場合にもその添加量は1.00％以下に制限す
る。 P_CMは溶接時の低温割れ性を表わす指数で、通
常80キロクラスの高張力鋼で0.28％以下である。
この発明においては、HT100においてもHT80な
みの溶接性を付与するために、P_CMを0.28％以下
に限定する。焼入れ加熱温度：焼入れ前の加熱温度をAc₃点以上にするのは、
完全にオーステナイト化して合金元素を母地に均
一固溶させるためである。この加熱温度を1000℃
以下に制限するのは、加熱温度が1000℃を越える
とオーステナイト結晶粒が粗大化し、靭性が低下
するためである。なお、この発明においては、Ｎ
含有量を低減しているためAlNの生成量が少な
く、結晶粒が粗大化しやすいこと、また、粗粒化
を抑制するNi含有量も少ないので、加熱温度は
Ac₃点以上、950℃以下にすることが望ましい。焼戻し温度： 560℃以上で焼戻すのは焼入れによつて導入さ
れた歪を除去し、かつ炭化物を微細に析出させて
強度および靭性を向上させるためである。焼戻し
温度が630℃を越えると炭化物が粗大化し強度が
低下するため、その上限を630℃とする。焼戻し後水冷するのは、この発明の特徴の１つ
であり、これによつて低温靭性と強度を向上でき
る。つまり、水冷することによつて焼戻し後の冷
却速度が増加し、焼戻し脆性を抑制でき、またＣ
等の固溶強化作用が増加するためである。次に、この発明を実施例によつてさらに説明す
るが、これらの実施例は単にこの発明を例示する
ものであつてそれらによつてこの発明が制限され
るものではない。実施例第１表に示すような化学組成を有する本発明の
範囲内の鋼番Ａ〜Ｌ、および比較例としての鋼番
Ｍ〜Ｒの各鋼種を溶製した。次にこれを熱間鍛造によつて120mm厚のスラブ
とした後、1100℃に加熱後、熱間圧延を行い、鋼
番Ａ〜ＥおよびＭ〜Ｏのものは板厚25mmの鋼板
に、一方、鋼番Ｆ〜ＬおよびＰ〜Ｒのものは板厚
40mmの鋼板に仕上げた後空冷した。次に、これらの鋼板を930℃あるいは980℃に再
加熱した後水焼入れし、600℃あるいは615℃で焼
戻しを行つた後水冷した。また、焼入れ温度の影響を調べる目的で、比較
例として、800℃または1050℃で再加熱した後水
焼入れを行いあるいは、焼戻し温度の影響を調べ
る目的で、500℃または650℃で焼戻ししてから水
冷する調質処理も行つた。さらに、600℃で焼戻しした後空冷するという
通常の焼入れ焼戻しを従来例として行つた。このようにして得られた各鋼板の板厚中央部か
ら、JIS4号２mmＶノツチシヤルピー試験片と直径
8.5mmで平行部長さが50mmの丸棒引張試験片を圧
延方向と直角な方向にそれぞれ採取し、その機械
的性質を調べた。また各鋼板より斜めｙ開先拘束割れ試験片（板
厚：25mmあるいは40mm）を採取し、125℃に予熱
後、入熱量：17KJ／cmで手溶接し（電流：
170A、電圧：25V、速度：15cm／min）、表面割
れ、ルート割れ、断面割れの有無を調べた。これらの結果を第２表にまとめて示す。第２表から明らかなように、試験番号１〜19に
おける結果に示されているように、この発明によ
れば、降伏点90Kgｆ／mm²以上、引張強さ97Kgｆ／
mm²以上を満足し、HT100としての必要強度を満
たすとともに、破面遷移温度も−60℃以下を満足
し、溶接構造部材として十分に使用できるだけの
優れた低温靭性が得られることがわかる。また、125℃の予熱により、低温割れも防止で
き、優れた溶接性をも有していることが分かる。一方、比較例である試験番号20〜25の場合に得
られた鋼板は、強度は満足するものの、靭性に劣
ることが分る。また、焼入れ温度の高い場合（試験番号26、
27）および焼戻し温度の低い場合（同31）は、強
度は満足するが、靭性が劣化しており、焼入れ温
度の低い場合（同28）および焼戻し温度の高い場
合は、靭性は良好であるが、強度が低下する結果
となつている。さらに、焼戻し後空冷した従来例の場合（試験
番号32〜35）は、強度、靭性ともに低下する結果
となつている。また溶接割れは、Ｖ添加量が上限を越えた成分
の鋼を使用した場合（試験番号22）、Ｃおよび
P_CMが上限を越えた鋼を使用した場合（試験番号
23）、Mn、Ｂ、Tiが上限を越えた鋼を使用した
場合（試験番号25）による鋼板に生じている。以上詳述したように、この発明によれば、強度
と靭性に優れ、しかも溶接性も良好なHT100ク
ラス鋼種を、高価なNiを多量に使用することな
く、得ることができる。

【表】

【表】 (注) (1) ＊印は鋼組成がこの発明の範囲から外
れていることを示す。
Si(％) Mn(％)
Cu(％) Ni(％) Cr(％) Mo(％) V(％)
(2) ＊＊：P_ＣＭ(％)＝C(％)＋

Claims

【特許請求の範囲】１重量％で、Ｃ：0.07〜0.15％、Si：0.15％以下、 Mn：0.40〜1.20％、Cr：0.40〜1.20％、 Mo：0.40〜0.80％、Ｖ：0.01〜0.06％、Ｂ：0.0020％以下、sol.Al：0.01〜0.10％、Ｎ：0.0040％以下、Ｐ：0.010％以下、Ｓ：0.003％以下、残部Feおよび不可避不純物から成り、かつ式： P_CM（％）＝Ｃ（％）＋Si（％）／30＋Mn（％）／20 ＋Cu（％）／20＋Ni（％）／60＋Cr（％）／20 ＋Mo（％）／15＋Ｖ（％）／10＋５×Ｂ（％）で表わされるP_CM（溶接割れ感受性指数）が0.28％
以下である鋼をAc₃変態点以上、1000℃以下の温
度に加熱し、焼入れた後、560℃以上、630℃以下
の温度で焼戻ししてから水冷することを特徴とす
る、強度、靭性、溶接性の優れた調質型高張力厚
鋼板の製造方法。２重量％で、Ｃ：0.07〜0.15％、Si：0.15％以下、 Mn：0.40〜1.20％、Cr：0.40〜1.20％、 Mo：0.40〜0.80％、Ｖ：0.01〜0.06％、Ｂ：0.0020％以下、sol.Al：0.01〜0.10％、Ｎ：0.0040％以下、Ｐ：0.010％以下、Ｓ：0.003％以下、 Cu：0.50％以下、Ca：0.005％以下、Ｗ：1.00
％以下、Ti：0.010％以下およびNi：1.00％以下
の１種以上、残部Feおよび不可避不純物から成り、かつ式： P_CM（％）＝Ｃ（％）＋Si（％）／30＋Mn（％）／20 ＋Cu（％）／20＋Ni（％）／60＋Cr（％）／20 ＋Mo（％）／15＋Ｖ（％）／10＋５×Ｂ（％）で表わされるP_CM（溶接割れ感受性指数）が0.28％
以下である鋼をAc₃変態点以上、1000℃以下の温
度に加熱し、焼入れた後、560℃以上、630℃以下
の温度で焼戻ししてから水冷することを特徴とす
る、強度、靭性、溶接性の優れた調質型高張力厚
鋼板の製造方法。