JPWO2012070355A1 - 電子ビーム溶接継手及び電子ビーム溶接用鋼材 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2010年11月22日に、日本に出願された特願2010−260531号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
CeEBB=C+1/4Mn+1/15Cu+1/15Ni+1/5Cr+1/5Mo+1/5V ・・・(式1)
ここで、C、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、及び、Vは、それぞれ、前記鋼材の組成中の各元素の質量%であり、
CeEBW=C+1/4Mn+1/15Cu+1/15Ni+1/5Cr+1/5Mo+1/5V ・・・(式2)
ここで、C、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、及び、Vは、それぞれ、前記溶接金属の組成中の各元素の質量%である。
0.8≦δBM/δWM≦1.25 ・・・(式3)
0.15≦δHAZ/δWM≦1.1 ・・・(式4)
CeEBB=C+1/4Mn+1/15Cu+1/15Ni+1/5Cr+1/5Mo+1/5V ・・・(式1)
ここで、C、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、及び、Vは、それぞれ、前記鋼材の組成中の各元素の質量%である。
必要に応じて、板厚上限を120mm又は130mmとしてもよい。YP下限を340MPa又は355MPaに、YP上限を500MPa、460MPa又は420MPaとしてもよい。TS下限を470MPa又は490MPaに、TS上限を600MPa、570MPa又は550MPaとしてもよい。
ここで、C、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、及び、Vは、それぞれ、電子ビーム溶接継手の母材、つまり、電子ビーム溶接継手に用いる鋼材における各成分の含有量(質量%)である。
CeEBW=C+1/4Mn+1/15Cu+1/15Ni+1/5Cr+1/5Mo+1/5V ・・・(式2)
ここで、C、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、及び、Vは、それぞれ、電子ビーム溶接継手の溶接金属における各成分の含有量(質量%)である。CeEBB値、CeEBW値の単位は質量%である。
なお、これらの成分のうちいずれかが鋼材に添加されていない場合、その元素の含有量に0を代入して(式1)および(式2)を用いればよい。
例えば、Cu、Ni、Cr、Mo、及び、Vがいずれも含有されない鋼材の場合、CeEBBは上記式(式1)に替えて下記の式(式1´)を、CeEBWは上記式(式2)に替えて下記の式(式2´)を、用いればよい。
CeEBB=C+1/4Mn・・・(式1´)
CeEBW=C+1/4Mn・・・(式2´)
ただし、Cu、Ni、Cr、Mo、及び、Vが不可避的不純物として含有している場合には、(式1)および(式2)によりCeEBBおよびCeEBWを計算することが好ましい。
また、上記鋼材の組成に含まれる不可避的不純物のうち、P:0.015%以下、S:0.010%以下、O:0.0035%以下に制限する必要がある。
また、必要に応じて、Nb:0%〜0.020%、V:0%〜0.030%、Cr:0%〜0.50%、Mo:0%〜0.50%、Cu:0%〜0.25%、Ni:0%〜0.50%、B:0%〜0.0030%、及び、Ca:0%〜0.0050%を含有してもよい。
なお、不可避的不純物中のMg量を0.0002%以下に制限してもよい
上記鋼材の組成の残部は鉄及び不可避的不純物からなる。
Bは、少量添加で焼入性を大きく向上させる元素であるため、冷却速度を確保するのが困難な場合など必要に応じて、0.0030%を上限に添加してもよい。焼入性向上効果を得るためには、Bを0.0002%以上添加する。B添加による鋼材の割れなどを回避するために、B量の上限を0.0020%、0.0017%又は0.0014%に制限してもよい。
なお、本発明の実施形態に従って一般的な条件で電子ビーム溶接を行うと、その過程において、溶接金属では、鋼材のO量の内、約半分程度が失われる場合が多い。例えば、鋼材のO量が0.0035%以下のとき、溶接後の継手において、溶接金属中のO量は約0.0020%以下となる場合が多い。溶接金属のO量を、20ppm未満、19ppm以下、18ppm以下又は17ppm以下としてもよい。溶接金属のO量の下限を設ける必要はないが、4ppm以上、8ppm以上、10ppm以上、12ppm以上、又は14ppm以上としても、差し支えない。
本発明の実施形態にかかる鋼材においては、この鋼材の組成を同じ(式1)に代入して求められる指標値をCeEBBとして、この指標値CeEBBを0.42%〜0.65%とする。なお、%は質量%を意味する。
ここで、C、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、及び、Vは、それぞれ、鋼材成分の含有量(質量%)である。CeEBB値の単位は質量%である。
0.15≦δHAZ/δWM≦1.1 ・・・(式4)
ただし、δWM、δHAZ、及び、δBMは、0℃で三点曲げCTOD試験を6回行ったときのCTOD値の最低値である。CTOD値が1.0mm以上となった場合は延性破壊したものとみなし、CTOD値を1.0mmとして上記計算を行う。
例えば、Ni量が0%の鋼材(母材)を用いて、Ni量が2%の溶接金属となる溶接継手としたい場合、先ずは予備実験などで電子ビーム溶接後の溶接金属の幅を調査する。その結果、溶接金属の幅が4.0mmと判明した場合、厚さ0.08mmのNi箔を挟んで電子ビーム溶接を行うと、Ni量が約2%の溶接金属の電子ビーム溶接継手が得られる。
鋼材(鋼片)の製造方法は、工業的には、連続鋳造法が好ましい。連続鋳造法によれば、鋳造後の冷却速度を高めて、生成する酸化物とTi窒化物を微細化することができるので、靭性向上の点から、連続鋳造法が好ましい。
表1及び表2に示す成分組成の鋼材を用いて、表3及び表4に示す条件により、鋼材を製造した。鋼材から試験片を採取し、引張試験及びCTOD試験を行い、鋼材(母材)の引張強度及び破壊靭性値を測定した。鋼材(母材)の強度は、板厚1/2部から圧延方向を長手方向として試験片を採取し、JIS Z 2241に基づいて測定した。
CR:制御圧延(強度・靭性に最適な温度での圧延)
ACC:加速冷却(制御圧延後に400〜600℃の温度域まで水冷)
DQT:圧延直後に焼入れ−焼き戻し処理
靭性値(CTOD値)が1.0mm以上となった場合は、鋼材が延性破壊したものとみなし、靭性値を1.0mmとして計算を行った。
CeEBB=C+(1/4)Mn+(1/15)Cu+(1/15)Ni+(1/5)Cr+(1/5)Mo+(1/5)V ・・・(式1)
ここで、C、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、及び、Vは、それぞれ、前記鋼材の組成中の各元素の質量%であり、
CeEBW=C+(1/4)Mn+(1/15)Cu+(1/15)Ni+(1/5)Cr+(1/5)Mo+(1/5)V ・・・(式2)
ここで、C、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、及び、Vは、それぞれ、前記溶接金属の組成中の各元素の質量%である。
CeEBB=C+(1/4)Mn+(1/15)Cu+(1/15)Ni+(1/5)Cr+(1/5)Mo+(1/5)V ・・・(式1)
ここで、C、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、及び、Vは、それぞれ、前記鋼材の組成中の各元素の質量%である。
CR:制御圧延(強度・靭性に最適な温度での圧延)
ACC:加速冷却(制御圧延後に400〜600℃の温度域まで水冷)
DQT:圧延直後に焼入れ−焼き戻し処理
靭性値(CTOD値)が1.0mm以上となった場合は、鋼材が延性破壊したものとみなし、靭性値を1.0mmとして計算を行った。
本願は、2010年11月22日に、日本に出願された特願2010−260531号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
CeEBB=C+(1/4)Mn+(1/15)Cu+(1/15)Ni+(1/5)Cr+(1/5)Mo+(1/5)V ・・・(式1)
ここで、C、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、及び、Vは、それぞれ、前記鋼材の組成中の各元素の質量%であり、
CeEBW=C+(1/4)Mn+(1/15)Cu+(1/15)Ni+(1/5)Cr+(1/5)Mo+(1/5)V ・・・(式2)
ここで、C、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、及び、Vは、それぞれ、前記溶接金属の組成中の各元素の質量%である。
(2)上記(1)の電子ビーム溶接継手において、前記鋼材の組成が、さらに、質量%で、Nb:0%〜0.020%、V:0%〜0.030%、Cr:0%〜0.50%、Mo:0%〜0.50%、Cu:0%〜0.25%、Ni:0%〜0.50%、B:0%〜0.0030%及び、Ca:0%〜0.0050%の1種又は2種以上を含有してもよい。
(3)上記(1)又は(2)の電子ビーム溶接継手において前記溶接金属の組成が、さらに、質量%で、Nb:0%〜0.02%、V:0%〜0.030%、 Cr:0%〜0.50%、Mo:0%〜0.50%、Cu:0%〜0.25%、B:0%〜0.0030%、及び、Ca:0%〜0.0050%の1種又は2種以上を含有してもよい。
0.8≦δBM/δWM≦1.25 ・・・(式3)
0.15≦δHAZ/δWM≦1.1 ・・・(式4)
CeEBB=C+(1/4)Mn+(1/15)Cu+(1/15)Ni+(1/5)Cr+(1/5)Mo+(1/5)V ・・・(式1)
ここで、C、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、及び、Vは、それぞれ、前記鋼材の組成中の各元素の質量%である。
(8)上記(7)の電子ビーム溶接用鋼材において、前記鋼材の組成が、さらに、質量%で、Nb:0%〜0.012%、V:0%〜0.030%、Cr:0%〜0.50%、Mo:0%〜0.50%、Cu:0%〜0.25%、Ni:0%〜0.50%、B:0%〜0.0030%及び、Ca:0%〜0.0050%の1種又は2種以上を含有してもよい。
CeEBB=C+(1/4)Mn+(1/15)Cu+(1/15)Ni+(1/5)Cr+(1/5)Mo+(1/5)V ・・・(式1)
ここで、C、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、及び、Vは、それぞれ、前記鋼材の組成中の各元素の質量%であり、
CeEBW=C+(1/4)Mn+(1/15)Cu+(1/15)Ni+(1/5)Cr+(1/5)Mo+(1/5)V ・・・(式2)
ここで、C、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、及び、Vは、それぞれ、前記溶接金属の組成中の各元素の質量%である。
(2)上記(1)の電子ビーム溶接継手において、前記鋼材の組成が、さらに、質量%で、Nb:0.020%以下、V:0.030%以下、Cr:0.50%以下、Mo:0.50%以下、Cu:0.25%以下、Ni:0.50%以下、B:0.0030%以下及び、Ca:0.0050%以下の1種又は2種以上を含有してもよい。
(3)上記(1)又は(2)の電子ビーム溶接継手において前記溶接金属の組成が、さらに、質量%で、Nb:0.02%以下、V:0.030%以下、Cr:0.50%以下、Mo:0.50%以下、Cu:0.25%以下、B:0.0030%以下、及び、Ca:0.0050%以下の1種又は2種以上を含有してもよい。
CeEBB=C+(1/4)Mn+(1/15)Cu+(1/15)Ni+(1/5)Cr+(1/5)Mo+(1/5)V ・・・(式1)
ここで、C、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、及び、Vは、それぞれ、前記鋼材の組成中の各元素の質量%である。
(8)上記(7)の電子ビーム溶接用鋼材において、前記鋼材の組成が、さらに、質量%で、Nb:0.012%以下、V:0.030%以下、Cr:0.50%以下、Mo:0.50%以下、Cu:0.25%以下、Ni:0.50%以下、B:0.0030%以下及び、Ca:0.0050%以下の1種又は2種以上を含有してもよい。
Claims (8)
- 鋼材が電子ビームで溶接され、溶接金属が形成された電子ビーム溶接継手であって、上記鋼材の組成が、質量%で、
C:0.02%〜0.10%、
Si:0.03%〜0.30%、
Mn:1.5%〜2.5%、
Al:0.004%超0.05%以下、
Ti:0.005%〜0.015%、
N:0.0020%〜0.0060%、
Nb:0%〜0.020%、
V:0%〜0.030%、
Cr:0%〜0.50%、
Mo:0%〜0.50%、
Cu:0%〜0.25%、
Ni:0%〜0.50%、
B:0%〜0.0030%及び、
Ca:0%〜0.0050%を含有し、
P:0.015%以下に制限し、
S:0.010%以下に制限し、
O:0.0035%以下に制限し
残部が鉄及び不可避的不純物からなり、
前記鋼材の組成を下記の式1に代入して求められる指標値CeEBBが0.42%〜0.65%であって、
前記鋼材の板厚方向に沿った断面の板厚中心部において、円相当径が1.0μm以上の介在物粒子の数が20個/mm2以下であり、
前記板厚中心部において、Tiを10%以上含有する円相当径が0.05μm以上0.5μm未満の窒化物粒子の数が1×103個/mm2以上であり、
前記溶接金属の組成が、質量%で、
C:0.02%〜0.10%、
Si:0.03%〜0.30%、
Mn:1.2%〜2.4%、
Al:0.004%超0.05%以下、
Ni:1.0%〜2.3%、
Ti:0.005%〜0.015%、
N:0.0020%〜0.0060%、
Nb:0%〜0.020%、
V:0%〜0.030%、
Cr:0%〜0.50%、
Mo:0%〜0.50%、
Cu:0%〜0.25%、
B:0%〜0.0030%、及び、
Ca:0%〜0.0050%を含有し、
P:0.015%以下に制限し、
S:0.010%以下に制限し、
O:0.0020%以下に制限し、
残部が鉄及び不可避的不純物からなり、
前記溶接金属の組成を下記の式2に代入して求められる指標値CeEBWが0.56%〜0.73%であることを特徴とする電子ビーム溶接継手。
CeEBB=C+1/4Mn+1/15Cu+1/15Ni+1/5Cr+1/5Mo+1/5V ・・・(式1)
ここで、C、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、及び、Vは、それぞれ、前記鋼材の組成中の各元素の質量%であり、
CeEBW=C+1/4Mn+1/15Cu+1/15Ni+1/5Cr+1/5Mo+1/5V ・・・(式2)
ここで、C、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、及び、Vは、それぞれ、前記溶接金属の組成中の各元素の質量%である。 - 前記指標値CeEBBに対する質量%で表した前記鋼材のC量の比であるC/CeEBBが0.02〜0.15であることを特徴とする請求項1に記載の電子ビーム溶接継手。
- 前記鋼材の厚さが45〜150mmであることを特徴とする請求項1又は2に記載の電子ビーム溶接継手。
- 溶接金属のCTOD値をδWM、熱影響部のCTOD値をδHAZ、及び前記鋼材のCTOD値をδBMと定義すると、下記の式3及び式4が満足されることを特徴とする請求項1又は2に記載の電子ビーム溶接継手。
0.8≦δBM/δWM≦1.25 ・・・(式3)
0.15≦δHAZ/δWM≦1.1 ・・・(式4) - 電子ビーム溶接継手用の鋼材であって、前記鋼材の組成が、質量%で、
C:0.02%〜0.10%、
Si:0.05%〜0.30%、
Mn:1.5%〜2.5%、
Al:0.004%超0.05%以下、
Ti:0.005%〜0.015%、
N:0.0020%〜0.0060%、
Nb:0%〜0.020%、
V:0%〜0.030%、
Cr:0%〜0.50%、
Mo:0%〜0.50%、
Cu:0%〜0.25%、
Ni:0%〜0.50%、
B:0%〜0.0030%及び、
Ca:0%〜0.0050%を含有し、
P:0.015%以下に制限し、
S:0.010%以下に制限し、
O:0.0035%以下に制限し、
残部が鉄及び不可避的不純物からなり、
前記鋼材の組成を下記の式1に代入して求められる指標値CeEBBが0.42%〜0.65%であって、
前記鋼材の板厚方向に沿った断面の板厚中心部において、円相当径が1.0μm以上の介在物粒子の数が20個/mm2以下であり、
前記板厚中心部において、Tiを10%以上含有する円相当径が0.05μm以上0.5μm未満の窒化物粒子の数が1×103個/mm2以上であることを特徴とする電子ビーム溶接用鋼材。
CeEBB=C+1/4Mn+1/15Cu+1/15Ni+1/5Cr+1/5Mo+1/5V ・・・(式1)
ここで、C、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、及び、Vは、それぞれ、前記鋼材の組成中の各元素の質量%である。 - 前記電子ビーム溶接焼入れ性指標CeEBBに対するC量の比であるC/CeEBBが0.02〜0.15以下であることを特徴とする請求項5に記載の電子ビーム溶接用鋼材。
- 前記鋼材の厚さが45〜150mmであることを特徴とする請求項5又は6に記載の電子ビーム溶接用鋼材。
- 請求項5又は6に記載の電子ビーム溶接用鋼材の製造方法であって、
前記鋼材を鋳造する際、前記鋼材を、1300〜1100℃の温度域での冷却速度が9℃/min以上となるように冷却する工程と、
前記鋳造工程の後、前記鋼材を950〜1150℃に加熱し、その後、加工熱処理を施す工程と、
を有することを特徴とする電子ビーム溶接用鋼材の製造方法。
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