JPS6357741A

JPS6357741A - 大入熱溶接用高強度低温用鋼

Info

Publication number: JPS6357741A
Application number: JP20229386A
Authority: JP
Inventors: Kensaburo Takizawa; 瀧澤　謙三郎; Haruo Kaji; 梶　晴男; Takashi Shimohata; 下畑　隆司; Toyoaki Shiaku; 塩飽　豊明
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1986-08-27
Filing date: 1986-08-27
Publication date: 1988-03-12

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】童栗上二肌朋分顆本発明は、溶接継手強度の高い大入熱溶接用高強度低温
用鋼に関し、詳しくは、入熱１５０ＫＪ／ｃｍ以上の大
入熱溶接を施しても、−４０°Ｃ以下の溶接継手靭性を
満足し、且つ、軟化が小さく、引張強さ５４ｋｇｆ／ｍ
ｍ”以上の強度を有する大入熱溶接用高強度低温用網に
関する。

丈米□□□執玉造船や海洋構造物等には、大入熱溶接を行なった場合で
も、すぐれたＨＡＺ　（溶接熱影古部）靭性を有する高
強度鋼板が要求される。一般に、ＨＡＺ靭性を向上させ
るには、炭素当量を低減させることが有効であり、他方
、近年、加速冷却法や直接焼入れ法等の製造技術が進歩
するにつれて、低炭素当量での母材の高強度化も可能と
なっている。、二のようにして、低炭素当量で母材強度
の高強度化を図った鋼板は、ＨＡ　Ｚ靭性にすぐれるこ
とが知られているが、しかし、大入熱溶接を行なった場
合は、ＩＴ　Ａ　Ｚが大幅に軟化し、溶接継手部の引張
強さが所要の強度を満足しなくなる問題を有している。

かかる問題を解決するために、特開昭５９−６３５５号
公報は、Ｎ　ｂ　０．０２〜０．０５％及び■０゜０３
〜０．０７％を添加することによって、ＨＡ　Ｚの軟化
を小さくする方法が提案されている。この方法によれば
、強度は確保することができても、−４０℃以下の大入
熱溶接継手靭性を満足することはできない。

また、特開昭５９−１３０２２号公報や特開昭６０−６
７６２１号公報には、多量のＮｂの添加は、ＨＡＺ靭性
を劣化させるとの見地に基づいて、Ｎｂ添加量を微量に
規制している。従って、この方法によれば、ＨＡＺ靭性
はすぐれるが、Ｎｂの強度上昇効果を活用することがで
きず、その結果、溶接継手部が５４ｋｇｆ／ｍｍ”以上
の引張強さをもたない。そこで、強度を確保するために
は、結局、炭素当量を増加させなければならなくなって
、ＨＡＺ靭性に劣ることとなる。

発田麦邂決しようとする間回点本発明者らは、上記したように、溶接継手部の引張強さ
とＨＡ　Ｚ靭性という相反する特性に同時にすぐれる大
入熱溶接用高強度低温用鋼を得るべく鋭意研究した結果
、Ｃ量を比較的低減させ、且つ、Ｔｉ及びＮ量を＠適に
規ｉｌｌ　Ｌ、て含有させつつ、Ｎ　＋）を多量に含有
させることによって、Ｎｂを溶接継手部の強度」−昇に
有効に活用すると同時に、１−ｉ　Ａ　Ｚ靭性を向上さ
せることに成功して、本発明に至ったものである。

従って、本発明は、母材が高強度高靭性であり、］つ、
溶接３１１手部も高強度高靭性である高Ｎｂ量大人熱溶
接用低温用鋼を提供することを目的とする。

凹】−痣（葭夾ｔケな一及匁王月一本発明による大入熱溶接用高強度低温用鋼は、重量％でＣ０，００５〜０．０５％、Ｓｉ０．０５〜０．５０％、％４ｎ　　１．２０〜２．００％、４八　Ｎｏ、０１　〜０．１　０　％、ｓｂｏ、ｏ３へ
−０，１０％、Ｔｉ　　０．００５〜０．０２０％、Ｎ　　　０．００４０〜０．００８０ｏ石、残部鉄及び
不可避的不純物よりなり、母材組織がアシキュラーフェ
ライト組織であることを特徴とする。

前述したように、従来、Ｎｂの多量添加は、−般に、高
強度化には有効であるが、ＨＡＺ　ＧＡ性を劣化させる
ことが知られている。このＨＡ　Ｚ靭性の劣化は５、上
部ベイナイｈａの増大に伴う島状マルテンサイト量の増
大に起因する。

本発明者らは、高Ｎｂｍにおいて、Ｔｉ及びＮを添加す
るとき、これらは鋼中にＴ　ｉ　Ｎ粒子として微細に分
散析出し、これらＴｉＮ粒子は、溶接加熱時にオーステ
ナイト粒の粗大化を防止し、冷却時にフェライト変態の
核となるため、上部へイナイト量を減少させ、微細なフ
ェライト粒の生成を促進する結果として、ＨＡＺ靭性を
向上させることを見出した。

しかし、このようなＴ　ｉ　Ｎ粒子の効果のみによって
は、高Ｎｂ鋼において、−４０°Ｃの大入熱溶接継手靭
性を確保することは、尚困難であるので、本発明者らは
、島状マルテンサイトｆｆｌを低減させることに着目し
た。即ち、島状マルテンサイトを低減させるためには、
Ｔｉ及びＮの上記効果に加えて、Ｃ量を０．ＯＯ５〜０
．０５％なる範囲に極低Ｃ化することが有効であって、
更に、かかる極低Ｃ鋼は、高Ｎｂｆｉの添加によっても
、すぐれたＨＡＺ靭性を保持することを見出したのであ
る。

他方、Ｃは、強度上昇に有効な元素であるため、極低Ｃ
化は、ＨＡＺ靭性の向上には有効であるが、一方、大入
熱溶接継手強度が低下する。そこで、本発明者らは、Ｃ
及びＮｂｌと溶接継平部強度とＨＡＺ靭性との関係につ
いて、より詳細に研究した結果、第１図に示すように、
極低Ｃ鋼において、Ｎｂ１ｌを０．０３％以上とするこ
とによって、Ｎｂの炭窒化物の析出が増大する結果、大
人熱溶接継手強度を確保することができ、同時にＨＡＺ
靭性も極めてすぐれていることを見出したものである。

しかし、上記したような化学成分の調整のみによっては
、尚、大入熱溶接継手強度を確保することは困難である
。本発明によれば、溶接継手部の強度を確保するために
は、母材強度も高めておくことが必要である。ここに、
母材を高強度高靭性とするためには、ｍ　織をアシキュ
ラーフェライトとすることが必要である。

この組織は、従来、薄板において、Ｍｎ、Ｍｏ５Ｎｉ等
の合金元素を多量に添加し、圧延後、空冷することによ
って製造されているが、本発明によれば、極低Ｃ−高Ｎ
ｂ−Ｔｉ−Ｎ系泪を加速冷却又は直接焼入れすることに
よって、低炭素当量鋼にて、アシキュラーフェライト組
織を得ることができ、かくして、母材も溶接継手部も共
に高強度高靭性を有する大入熱溶接用高強度低温用鋼を
得ることができる。

次に、本発明による大入熱溶接構造用鋼における成分の
限定理由について説明する。

Ｃは、高Ｎｂ鋼のＨＡ　Ｚ靭性を向上させると共に、母
材Ｎｉ織をアシキュラーフェライトＭｉ織とするために
、本発明においては、添加量を０．０５％以下とするこ
と必要である。しかし、Ｃ量を余りに少なくするときは
、所要の強度を確保することができないので、ｃｌは０
．００５％以上とする。

Ｓｉは、鋼の脱酸及び強度の上昇のために必要であり、
これら効果を有効に得るためには、少なくとも０．０５
％添加することが必要である。しかし、過多に添加する
ときは、溶接性を劣化させるので、添加量の上限は０．
５０％とする。

Ｍｎは、鋼の強度の上昇のために必要であり、この効果
を有効に得るためには、１．２０％以上を添加すること
が必要である。しかし、過多に添加するときは、溶接性
を劣化させるので、添加量の上限は２．００％とする。

／ｌは、鋼の脱酸と共に、ＡＩＮとして結晶粒の細粒化
に効果を有する。この効果を有効に得るためには、０．
０１％以上を添加することが必要である。しかし、過多
量の添加は靭性を阻害するので、上限は０．１０％とす
る。

Ｎｂは、前述したように、本発明における必須の元素で
あって、変態強化及び析出強化に有効に作用し、母材強
度及び溶接継手強度を顕著に向上させるが、本発明にお
けるような極低Ｃ鋼においては、Ｎｂを多量に添加して
も、ＨＡ　Ｚ靭性の劣化が極めて小さい。即ち、本発明
によれば、Ｎｂ量を０．０３％以上としても、ＨＡＺ靭
性の劣化が殆どなく、大入熱溶接継手強度を確保するこ
とができる。同時に、Ｎｂ４ｉを０．０３％以上とする
ことによって、母材組織をアシキュラーフェライトＭｉ
織とすることができる。しかしながら、０．１０％を越
えて過多に添加するときは、溶接性を劣化させることと
なるので、添加量の上限は０．１０％とする。

Ｔｉもまた、前述したように、ＴｉＮ粒子として微細に
分散析出して、ＨＡＺ靭性を向上させる。

この効果を有効に得るために、本発明においては、Ｔｉ
添加量を０．００５％以上とする。しかし、０゜０２％
を越えて多量に添加するときは、溶接性を劣化させる。

Ｎは、上記したように、Ｔ　ｉ　Ｎを生成して、Ｉ］Ａ
Ｚ靭性を向上させるので、この観点からはｉｕ’１ＭＮ
１は少ない方が好ましい。しかし、そのためにＮｉを余
りに少なくするときは、Ｔ　ｉ　Ｎ粒子の数が減少し、
フェライト変態が抑制されて、ヘイナイト変態が助長さ
れるため、ＨＡＺ靭性が劣化する。

特に、高強度鋼においては、ベイナイト変態が起こりや
すいため、フェライト変態を助長するように、Ｎｌを比
較的多く含有させ、フェライト変態の核となるＴｉＮ粒
子を多数分散させることによって、ＨＡ　Ｚ靭性を改善
する必要がある。第２図に示すように、Ｎ量は、０．Ｏ
Ｏ４０〜０．００８０％が最適であって、この範囲から
はずれるときは、ＨＡＺ靭性が劣化する。

本発明による大入熱溶接高強度低温用鋼は、上記した元
素に加えて、Ｃｕ　　０．０５〜１．０％、Ｎｉｏ、０５〜２．０％、Ｃｒ　　０．０５〜０．５％、Ｍｏ０．０５〜０．５％、Ｖ　　　０．０１〜０．１０％、Ｂ　　　０．０００３〜０．　ＯＯ３０％、Ｃａ　　０
．０００５〜０．００４０％、ＲＥＭ　　０．００５〜
０．０３０％、よりなる群から選ばれる少なくとも１種
の元素を含有することができる。

Ｃｕは、ＨＡ　Ｚ靭性を劣化させることなく、強度を上
昇させる効果を有し、かかる効果を有効に発現させるた
めには、０．０５％以上を添加する。

しかし、１．０％を越えて添加するときは、熱間割れを
生じやすくなる。

Ｎｉも、Ｃｕと同様に、ＨＡ　Ｚ靭性を劣化させること
な（、強度を上昇させる効果を有する。この効果を有効
に得るためには、０．０５％以上を添加することが必要
であるが、２．０％を越えて添加しても、上記効果が飽
和すると共に、Ｎ１は高価な元素であるので、添加量は
２．０％以下とする。

Ｃｒ及びＭｏは、いずれも鋼の強度を高める元素である
が、添加量がそれぞれ０．０５％よりも少ないときは、
上記効果が不十分である。しかし、いずれの元素も０．
５％を越えて添加するときは、溶接性の劣化を招く。従
って、Ｃｒ及びＮｉのいずれについても、その添加量の
範囲は、０．０５〜０．５％とする。

■は、強度の上昇を目的として添加されるが、０．０１
％よりも少ないときはこの効果に乏しく、他方、０．１
０％を越えて添加するときは、溶接性を阻害する。

Ｂは、微量の添加によって、強度を著しく上昇させる効
果を有するが、添加量が０．０００３％よりも少ないと
きは、その効果が乏しい。しかし、過多に添加するとき
は溶接性を劣化させるので、添加量は０．００３０％以
下とする。

Ｃａは、異方性の改善及び耐ラメラティア特性の向上に
効果を有するが、０．０００５％よりも少ない添加量で
はこの効果に乏しく、他方、０．００４０％を越えて過
多に添加しても、その効果が飽和する。

ＲＥＭは、Ｃａと同様の効果を有し、０．００５％以上
の添加が有効である。しかし、０．０３０％を越えて多
量に添加するときは、大型の非金属介在物が生成し、鋼
の内部清浄度を劣化させるので、添加量の上限は０．０
３０％とする。

本発明による大入熱溶接高強度低温用鋼は、その組織が
アシキュラーフェライトであることを必要し、本発明に
従ってかかる組織を有せしめることによって、高強度高
靭性とすることができる。

圧延後、空冷する方法によっては、アシキュラーフェラ
イト組織を生成させることはできないので、本発明によ
れば、圧延後、加速冷却又は直接焼入れを行なう。特に
好ましい方法は、鋼スラブを温度１１００℃以上に加熱
して熱間圧延した後、冷却速度５℃／秒以上にて加速冷
却することによって、アシキュラーフェライト組織を得
ることができる。また、直接焼入れによる場合は、例え
ば、熱間圧延した後、Ａｒ３点以上の温度から３００°
Ｃ以下まで直接焼入れするのがよい。

衾夙■四玉以上のように、本発明によれば、鋼中のＣｌを低減させ
る一方、Ｎｂを多量に添加し、更にＴｉ及びＮｌを最適
に組み合わせ、このように、化学成分を調整した鋼を加
速冷却又は直接焼入れし、かくして、鋼組織をアシキュ
ラーフェライトとすることによって、母材を高強度高靭
性とし、更に、溶接継手部も高強度高靭性である大入熱
溶接用高強度低温用鋼を得ることができる。

即ち、本発明による鋼は、母材引張強さが５４ｋｇｆ／
ｎ＋ｍ２以上と高く、靭性もすぐれており、且つ、入熱
ｆｆ１１５０ＫＪ／ｃｍ以上の大入熱）３接を行なった
場合でも、軟化が小さく、引張強さ５４ｋｇｆ／ｍｍｚ
以上を有し、更に、−４０℃以下の大入熱溶接継手靭性
をもち、耐溶接割れ性にもすぐれる。従って、本発明に
よる鋼は、特に、氷海域海洋構造物や砕氷船等に好適に
用いることができる。

尖旌開以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこ
れら実施例により何ら限定されるものではない。

第１表に本発明鋼Ａ−１及び比較鋼Ｊ〜Ｍの化学組成を
示し、第２表にこれらの母材特性及び溶接継平部特性を
示す。

比較鋼Ｊはｃｌが過多であり、比較鋼りはＴｉを含有せ
ず、比較ＥＭはＮｉｌが過少であるので、それぞれＨＡ
Ｚ靭性に劣る。比較１ｉ４にはＮｂｉが過少であるので
、溶接継手強度が低い。

これに対して、本発明鋼によれば、母材特性及び溶接継
手特性共に降伏点４０　ｋｇｆ／ｍｍ２以上、引張強さ
５４ｋｇｆ／ｍｍ２以上であり、−４０°Ｃにおけるシ
ャルピー衝撃値も７　ｋｇｆ−ｍ以上であって、すくれ
たＨＡＺ靭性を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は入熱量２００　ＫＪ／　ｃｙａの大入熱溶接継
手におけるＮｂｉと引張強さ及びポンド部のｖＦ、−４
゜との関係を示すグラフ、第２図は入熱ｆｆ１２００Ｋ
Ｊ／　ｃｍの大入熱溶接継手におけるＮｉとボンド部の
ＶＥ−４゜との関係を示すグラフである。第１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量％でＣ０．００５〜０．０５％、Ｓｉ０．０５〜０．５０％、Ｍｎ１．２０〜２．００％、Ａｌ０．０１〜０．１０％、Ｎｂ０．０３〜０．１０％、Ｔｉ０．００５〜０．０２０％、Ｎ０．００４０〜０．００８０％、残部鉄及び不可避的不純物よりなり、母材組織がアシキ
ュラーフェライト組織であることを特徴とする大入熱溶
接用高強度低温用鋼。
（２）重量％で（ａ）Ｃ０．００５〜０．０５％、Ｓｉ０．０５〜０．５０％、Ｍｎ１．２０〜２．００％、Ａｌ０．０１〜０．１０％、Ｎｂ０．０３〜０．１０％、Ｔｉ０．００５〜０．０２０％、Ｎ０．００４０〜０．００８０％を含有し、更に、（ｂ）Ｃｕ０．０５〜１．０％、Ｎｉ０．０５〜２．０％、Ｃｒ０．０５〜０．５％、Ｍｏ０．０５〜０．５％、Ｖ０．０１〜０．１０％、Ｂ０．０００３〜０．００３０％、Ｃａ０．０００５〜０．００４０％、ＲＥＭ０．００５〜０．０３０％、よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素、及び残部鉄及び不可避的不純物よりなり、母材組織がアシキ
ュラーフェライト組織であることを特徴とする大入熱溶
接用高強度低温用鋼。