JP2001059132A - 溶接性及び歪時効後の靭性に優れた60キロ級直接焼入れ焼戻し鋼 - Google Patents
溶接性及び歪時効後の靭性に優れた60キロ級直接焼入れ焼戻し鋼Info
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Abstract
れた60キロ級直接焼入れ焼戻し鋼を提供する。 【解決手段】 重量%で、C:0.04〜0.09%、
Si:0.1〜0.5%、Mn:1.2〜1.8%、C
r:0.1〜0.5%、Nb:0.01〜0.05%、
sol.Al:0.002〜0.070%、N:0.0
01〜0.004%を含み、残部が実質的にFeからな
り、且つPcm≦0.20%、Ceq(WES)≦0.
42%、0.50%≦Si+3Cr≦1.25%を満足
する溶接性及び歪時効後の靭性に優れた60キロ級直接
焼入れ焼戻し鋼。Pcm=C+Mn/20+Si/30
+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+
V/10+5B, Ceq(WES)=C+Mn/6+
Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/1
4
Description
容器、ラインパイプ及び海洋構造物等に用いられる60
キロ級構造用鋼で、特に曲げなどの冷間加工後において
も優れた低温靭性を有する歪時効後の靭性に優れた鋼に
関するものである。
呼ばれる靭性が劣化する現象が生ずる。歪時効脆化に間
しては主に自動車ボデイ用の薄鋼板を対象に研究が行な
われてきたが、近年、構造物の信頼性に対する要求が高
まり、厚鋼板においても素材段階のみならず加工や不慮
の事故などにより塑性変形を受けた後の靭性が問題視さ
れるようになってきた。
張り予歪を付与し、250℃で1時間の時効処理後シャ
ルピー試験を行なう歪時効シャルピー試験が知られ、近
年、材料評価試験の一つとして要求される事例が増えて
いる。
として、特開平5−320820号、特開昭59−18
2915号及び特開昭56−127760号等がある
が、いずれも一般的な600MPa級厚肉鋼板を対象と
した技術ではない。
400MPa級の球状船首用低降伏点焼入れ鋼が開示
されている。鋼材組織を整粒化し、歪時効後の靭性劣化
を防止するものであるが、C量が0.002〜0.03
%、他の強化元素も殆ど含有されていない成分組成が対
象であり、60キロ級鋼に適用することは出来ない。
500MPa級鋼での歪時効脆化を抑制する製造方法を
開示している。TMCP50キロ鋼を冷間加工した場
合、冷間加工後の脆化がフェライト・ベイナイト組織の
フェライト相に歪が集中することにより生じることに着
目し、フェライト中の固溶N,固溶Cを冷却停止温度の
制御により低減させ、フェライト相の脆化を抑制する技
術である。このため、室温付近まで冷却され、焼入れ組
織となる60キロ級鋼には適用できない。
Pa級鋼の歪時効脆化抑制技術が記載されているが、本
技術はVN析出型の鋼において、0.01%以上のN含
有により生ずる歪時効脆化をCaまたはMgの添加によ
り抑制できることを示している。しかし、本技術は、a
s rollあるいはノルマで製造するVN鋼に限って
その効果を発揮するもので、実施例の鋼もC量が0.1
2%以上と高く、Pcmも0.25%以上と溶接施工性に
劣る鋼が記載され、現在の一般的な需要家の要望に応え
るものではない。
溶接施工性に優れた600MPa級厚肉鋼材で塑性変形
させた後の脆化を抑制する技術は未だ完成されていな
い。本発明は、溶接性に優れ、かつ歪時効後にも優れた
靭性を有する60キロ級焼入れ焼戻し鋼を提供するもの
であり、具体的には再加熱処理材と比較して組織が粗
く、靭性に劣り、特に塑性変形を受けると著しく靭性が
劣化する直接焼入れ焼戻し鋼で、歪時効シャルピー試験
の破面遷移温度vTs(aged)がー40℃以下とな
る60キロ級直接焼入れ焼戻し鋼を提供する。
れ焼戻し鋼について塑性変形をうけた後の靭性劣化の原
因、及びその防止技術について鋭意検討を行ない、靭性
劣化が以下の図1〜3に示す機構によりもたらされるも
のであり、その防止には粒界面積の増大が有効なことを
見出した。
示すもので、ミクロ組織は低成分設計:低Pcm,低C
eqW(Ceqwesの略)の60キロ級直接焼入れ焼戻
し鋼の場合、オーステナイトの細粒化が困難なため再加
熱焼入れ焼戻し材のミクロ組織と比較すると粗いベイナ
イト組織となる。
織を示すもので、セメンタイトが粒界に析出する。セメ
ンタイトは焼戻し温度が同じ場合、再加熱材と比較して
粒界面積の小さい直接焼入れ材で粗大化する。
の状況を示すもので、セメンタイト周辺に歪が集中する
ようになる。歪集中は析出したセメンタイトが粗いほど
大きくなるため、直接焼入れ焼戻し鋼の歪脆化は再加熱
焼入れ焼戻し鋼より大きくなり,その防止にはセメンタ
イトを微細化させる粒界面積の増大が有効である。以上
の知見を基に、本発明者らは粒界面積を増大させる方法
について検討を行い、図4に示すように直接焼入れ時、
旧オーステナイト粒界に、数μm以下の膜状のフェライ
トを生成させた場合、実質的に粒界面積が増大し、セメ
ンタイトが微細化すること(図5)及びそのような組織
は圧延時のオーステナイトの再結晶を抑制し、変態時に
オーステナイト粒界を活性化させるNbの添加,及びフ
ェライト生成元素であるSI,Crの適量添加により得
られることを把握し、本発明を完成させたものである。
1〜0.5%、Mn:1.2〜1.8%、Cr:0.1
〜0.5%、Nb:0.01〜0.05%、sol.A
l:0.002〜0.070%、N:0.001〜0.
004%を含み、残部が実質的にFeからなり、且つP
cm≦0.20%、Ceq(WES)≦0.42%、
0.50%≦Si+3Cr≦1.25%を満足する溶接
性及び歪時効後の靭性に優れた60キロ級直接焼入れ焼
戻し鋼。
0+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15
+V/10+5B, Ceq(WES)=C+Mn/6+Si/24+Ni/
40+Cr/5+Mo/4+V/14とする。
0.02〜0.3%、Cu:0.1〜0.6%の一種ま
たは二種を含有する1記載の溶接性及び歪時効後の靭性
に優れた60キロ級直接焼入れ焼戻し鋼。
0.1〜0.5%を含有する1又は2記載の溶接性及び
歪時効後の靭性に優れた60キロ級直接焼入れ焼戻し
鋼。
01〜0.08%を含有する1乃至3それぞれに記載の
溶接性及び歪時効後の靭性に優れた60キロ級直接焼入
れ焼戻し鋼。
0.005〜0.02%、Ca:0.001〜0.00
4%の一種または二種を含有する1乃至4のそれぞれに
記載の溶接性及び歪時効後の靭性に優れた60キロ級直
接焼入れ焼戻し鋼。
ことを特徴とする1乃至5のそれぞれに記載の溶接性及
び歪時効後の靭性に優れた60キロ級直接焼入れ焼戻し
鋼。
0.002%としたことを特徴とする1乃至6のそれぞ
れに記載の溶接性及び歪時効後の靭性に優れた60キロ
級直接焼入れ焼戻し鋼。
ついて説明する。
満では厚肉材の場合60キロ級の引張り強度をを確保す
ることが困難で、0.09%を超えると,歪時効後の靭
性が劣化するため、0.04%以上0.09%以下添加
する。
時、旧オーステナイト粒界に膜状のフェライトを生成さ
せるため添加する。0.1%未満ではその効果が十分で
なく、0.5%を超えると効果が飽和し、溶接熱影響部
の靭性が著しく劣化するため、0.1%以上0.5%以
下添加する。
未満では厚肉材の場合60キロ級の引張り強度を確保す
ることが困難で、1.8%を超えると、溶接熱影響部の
靭性が著しく劣化するため1.2%以上1.8%以下添
加する。
り、旧オーステナイト粒界に膜状のフェライトを生成さ
せるため添加する。0.1%未満では、その効果が不十
分で、0.5%を超えると焼入れ性が著しく高まり、膜
状フェライトの生成が困難になるため0.1%以上0.
5%以下添加する。
接焼入れ時のオーステナイト粒界を活性化させ、膜状フ
ェライトの生成を容易とする。また、焼戻し時にNb炭
化物として析出し、強度上昇に有効なため添加する。
0.01%未満ではそれらの効果が不十分で、0.05
%超えでは著しいNb炭化物の析出強化により靭性が劣
化するため0.01%以上0.05%以下添加する。
%以下 Alは脱酸のため添加する。sol.Al量で0.00
2%未満の場合、その効果が十分でなく、0.07%を
超えて添加すると鋼材の表面疵が発生しやすくなるた
め、0.002%以上0.07%以下添加する。
TiNを生成し、オーステナイトを微細化させる。0.
001%未満ではその効果が十分でなく、0.004%
を超えて含有すると焼入れ焼戻し後も固溶Nにより著し
い歪時効脆化を生じるため、0.001%以上0.00
4%以下とする。
0.42% Pcm,Ceq(WES)は、溶接低温割れ性、溶接熱
影響部の靭性の指標で、Pcmが0.20%を超えた場
合、予熱無しの溶接では低温割れが生じる可能性があ
り、Ceq(WES)が0.42%を超えた場合、大入
熱溶接の熱影響部靭性が著しく劣化するためPcm≦
0.20%、CeqWES≦0.42%とする。ここで
Pcm=C+Mn/20+Si/30+Cu/20+N
i/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B,
CeqWES=C+Mn/6+Si/24+Ni/40
+Cr/5+Mo/4+V/14とする。
るように成分範囲を規定する。
以下 本パラメータは上記成分範囲にある鋼の旧オーステナイ
ト粒界に、膜状のフェライトを生成させうるもので、S
i+3Crが0.50%未満の場合、その効果が十分で
なく、1.25%を超えると過度の焼入れ性により膜状
のフェライトの生成が抑制されるため、0.50%以上
1.25%以下とする。図6はその効果を示すもので、
本規定により膜状のフェライトの生成が認められる。
及びパラメータであるが、所望する特性を向上させるた
め、Mo,Cu、Ni,V,Ti,Caを単独または複
合添加し、更に不可避不純物であるB,P,Sを規制す
ることが可能である。
u:0.1%以上0.6%以下の一種または二種 Moは強度を向上させ、特に厚肉材で有効なため添加す
る。0.02%未満ではその効果が十分でなく、0.3
%を超えると溶接性及び溶接熱影響部の靭性が著しく劣
化するため0.02%以上0.3%以下とする。Cuは
強度を向上させるため添加する。
0.6%を超えて添加するとCu割れの懸念が高まるた
め0.1%以上0.6%以下とする。
はその効果が十分でなく、0.5%を超えると鋼材コス
トの上昇が著しいので0.5%以下とする。
ため添加する。0.01%未満ではその効果が十分でな
く、0.08%超えでは著しいV炭化物の析出強化によ
り靭性が劣化するため0.01%以上0.08%以下と
する。
Ca:0.001%以上0.004%以下の一種又は二
種 Ti、Caは母材靭性並びに溶接熱影響部の靭性を向上
させるため添加する。Tiは圧延加熱時あるいは溶接
時、TiNを生成しオーステナイト粒径を微細化する。
く、0.02%を超えて添加すると圧延時にTiNbの
複合炭化物が析出し、焼戻し時のNb炭化物の析出量が
不足するようになり強度低下が生じるため、0.005
%以上0.02%以下とする。
延加熱時あるいは溶接時、オーステナイト粒径を微細化
する。0.001%未満ではその効果が十分でなく、
0.004%を超えて添加すると多量のCa硫酸化物に
より清浄度を著しく劣化させるため、0.001%以上
0.004%以下とする。
固溶Bとして存在すると旧オーステナイト粒界における
膜状フェライトの生成が抑制されるため溶解原料の選別
などにより0.0002%以下に規制する。
02%とした場合、中央偏析が軽減され、板厚中央の靭
性及び溶接性を向上させるため規制する。
しに限定する。再加熱焼入れ焼戻し処理により、Pcm
≦0.20%、CeqWES≦0.42%を満足する組
成の板厚30mm以上の厚肉鋼材で60キロ級の引張り
強度を得る事は困難であり、直接焼入れ焼戻しにより製
造する。
す。(表示しない残部は実質的にFeよりなる。)これ
らの化学成分を有する250mm厚の鋳片を980〜1
100℃に加熱後、28〜80mmに圧延した。圧延
後、直ちに、Ar3点以上の温度から直接焼入れし、そ
の後、400〜630℃の範囲で焼戻しを実施した。
50〜600倍で観察し、粒界の膜状フェライトの有無
を調べた。機械的特性として強度、靭性および歪時効後
の靭性を求めた。引張り試験は1/4tより、採取した
JISG14A号(14φ)試験片を用いた試験とし
た。
ノッチシャルピー衝撃試験片を用い試験温度をー100
〜0℃とする試験とした。歪時効後の靭性は板状の試験
片に、5%引張り予歪を付与し、250℃で1時間の時
効処理後、引張方向に2mmVノッチシャルピー衝撃試
験片を採取し、−100〜20℃で試験を行った。
る手溶接熱影響部の最高硬さ試験とした。また、溶接熱
影響部の靭性を、レ開先継手(溶接条件:入熱30kJ
/cmのCO2溶接)より採取した2mmVノッチシャ
ルピー衝撃試験片(ノッチ位置:HAZ1mm、図7に
試験片採取要領を示す)で求めた。 表2に各試験結果
を示す。溶接熱影響部のシャルピー衝撃試験結果は3本
の試験片による結果の最小値を示す。以下、本発明の実
施例について詳細に説明する。
記載の発明の何れかを満足する成分組成の鋼で、鋼14
〜21はSi+3Crが0.50未満又は1.25超え
で請求項1乃至7のそれぞれに記載の発明の何れに対し
も、発明の範囲外の成分組成となっている。
れ焼戻し(DQT)した場合、旧オーステナイト粒界に
膜状のフェライトが観察される。これらの鋼材の歪時効
後のシャルピー衝撃試験結果は何れも破面遷移温度(v
Ts)がー40℃以下と良好で、歪時効前のシャルピー
衝撃試験結果(表中、通常vTsと記載)と比較してそ
の劣化(表中、劣化度と記載)は0〜15℃と小さい。
7,8,9,10,12,13は劣化が10℃以下と小
さく、Bを規制した場合、歪時効による靭性劣化の防止
は更に優れたものとなる。一方、鋼14〜21では旧オ
ーステナイト粒界に膜状のフェライトは観察されず、歪
時効後のシャルピー衝撃試験結果は何れも破面遷移温度
(vTs)がー35℃以上と劣り、劣化度も20〜35
℃と大きくなっている。
≦0.42と低成分系のため、溶接熱影響部最高硬さは
Hv300以下、HAZ1mmの溶接熱影響部の靭性が
試験温度―40℃で50J以上と優れた耐低温割れ性と
溶接部靭性が得られている。又、低成分系にも拘わら
ず、直接焼入れ焼戻しにより製造されるため、60キロ
級の強度が得られている。
ーステナイト粒界に膜状のフェライトが生成され、実質
的な粒界面積が増大されるため、焼戻しにおいて析出す
るセメンタイトに集中する歪が小さく、歪時効後の靭性
に優れると共に、溶接性に優れる60キロ級直接焼入れ
焼戻し鋼の提供が可能で、産業上その効果は極めて大き
い。
織を模式的に示す図
析出している状態を模式的に示した図
出した組織の焼戻し後の状態を模式的に示す図
響を示す図
位置を示す図
1〜0.5%、Mn:1.2〜1.8%、Cr:0.1
〜0.5%、Nb:0.01〜0.05%、sol.A
l:0.002〜0.07%、N:0.001〜0.0
04%を含み、残部が実質的にFeからなり、且つPc
m≦0.20%、Ceq(WES)≦0.42%、0.
50%≦Si+3Cr≦1.25%を満足する溶接性及
び歪時効後の靭性に優れた60キロ級直接焼入れ焼戻し
鋼。
0.02〜0.3%、Cu:0.1〜0.6%の一種ま
たは二種を含有する1記載の溶接性及び歪時効後の靭性
に優れた60キロ級直接焼入れ焼戻し鋼。
0.1〜0.5%を含有する1又は2記載の溶接性及び
歪時効後の靭性に優れた60キロ級直接焼入れ焼戻し
鋼。
01〜0.08%を含有する1乃至3のいずれかに記載
の溶接性及び歪時効後の靭性に優れた60キロ級直接焼
入れ焼戻し鋼。
0.005〜0.02%、Ca:0.001〜0.00
4%の一種または二種を含有する1乃至4のいずれかに
記載の溶接性及び歪時効後の靭性に優れた60キロ級直
接焼入れ焼戻し鋼。
ことを特徴とする1乃至5のいずれかに記載の溶接性及
び歪時効後の靭性に優れた60キロ級直接焼入れ焼戻し
鋼。
0.002%としたことを特徴とする1乃至6のいずれ
かに記載の溶接性及び歪時効後の靭性に優れた60キロ
級直接焼入れ焼戻し鋼。
Claims (7)
- 【請求項1】 重量%で、C:0.04〜0.09%、
Si:0.1〜0.5%、Mn:1.2〜1.8%、C
r:0.1〜0.5%、Nb:0.01〜0.05%、
sol.Al:0.002〜0.07%、N:0.00
1〜0.004%を含み、残部が実質的にFeからな
り、且つPcm≦0.20%、Ceq(WES)≦0.
42%、0.50%≦Si+3Cr≦1.25%を満足
する溶接性及び歪時効後の靭性に優れた60キロ級直接
焼入れ焼戻し鋼。 但し、Pcm=C+Mn/20+Si/30+Cu/2
0+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+
5B, Ceq(WES)=C+Mn/6+Si/24+Ni/
40+Cr/5+Mo/4+V/14とする。 - 【請求項2】 鋼組成として、更に重量%でMo:0.
02〜0.3%、Cu:0.1〜0.6%の一種または
二種を含有する請求項1記載の溶接性及び歪時効後の靭
性に優れた60キロ級直接焼入れ焼戻し鋼。 - 【請求項3】 鋼組成として、更に重量%でNi:0.
1〜0.5%を含有する請求項1又は2記載の溶接性及
び歪時効後の靭性に優れた60キロ級直接焼入れ焼戻し
鋼。 - 【請求項4】 鋼組成として、更に重量%でV:0.0
1〜0.08%を含有する請求項1乃至3のいずれかに
記載の溶接性及び歪時効後の靭性に優れた60キロ級直
接焼入れ焼戻し鋼。 - 【請求項5】 鋼組成として、更に重量%でTi:0.
005〜0.02%、Ca:0.001〜0.004%
の一種または二種を含有する請求項1乃至4のいずれか
に記載の溶接性及び歪時効後の靭性に優れた60キロ級
直接焼入れ焼戻し鋼。 - 【請求項6】 重量%で、B≦0.0002%としたこ
とを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の溶接
性及び歪時効後の靭性に優れた60キロ級直接焼入れ焼
戻し鋼。 - 【請求項7】 重量%で、P≦0.010%、S≦0.
002%としたことを特徴とする請求項1乃至6のいず
れかに記載の溶接性及び歪時効後の靭性に優れた60キ
ロ級直接焼入れ焼戻し鋼。
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JP23265999A JP3579307B2 (ja) | 1999-08-19 | 1999-08-19 | 溶接性及び歪時効後の靭性に優れた60キロ級直接焼入れ焼戻し鋼 |
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JP23265999A Expired - Fee Related JP3579307B2 (ja) | 1999-08-19 | 1999-08-19 | 溶接性及び歪時効後の靭性に優れた60キロ級直接焼入れ焼戻し鋼 |
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