JP2706159B2

JP2706159B2 - 溶接性の良好な低降伏比高張力鋼の製造方法

Info

Publication number: JP2706159B2
Application number: JP1299844A
Authority: JP
Inventors: 清内田; 裕岡; 昭三郎中野; 典明腰塚
Original assignee: 川崎製鉄株式会社
Priority date: 1989-11-20
Filing date: 1989-11-20
Publication date: 1998-01-28
Anticipated expiration: 2013-01-28
Also published as: JPH03162518A

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明は、建築、橋梁、タンクなどの鋼構造物に利用
される溶融割れ感受性が低く、降伏比が80％以下、引張
強さが60kgf/mm²以上の低降伏比高張力鋼の製造方法に
関するものである。

〈従来の技術〉建築、橋梁、タンクなどの鉄骨構造物の大型化に伴い
使用される鋼材には高強度化、厚肉化が求められてい
る。一方、構造物の安全性、すなわち脆性破壊防止の観
点から降伏比の低いこと並びに溶接性の良いことが求め
られている。

しかしながら、一般に高強度化にともない降伏比は上
昇し、溶接性は低下する傾向にあり、引張強さが60kgf/
mm²以上の高張力鋼では80％以下の低降伏比と良好な溶
接性を兼備させることは容易ではない。すなわち従来の
低降伏比60キロ鋼は溶接割れ感受性（Ｐ_CM＝0.24％程
度）が高いため、溶接施工時には100℃程度の予熱を必
要とする。

従来の低降伏比高張力鋼の製造方法としては、フェラ
イトとオーステナイトの２相域温度に再加熱してから焼
入れる方法が知られている。この方法は低降伏比化には
有効であるが、炭素当量が0.35〜0.50％と高いため溶接
性があまり良くない。この方法で製造した低降伏比鋼の
一例が日本鋼管技報No.122（1988）の第９頁に示されて
いるが、Ｃ_eq.0.45％（Ｐ_CM0.24％）からなる組成で、
引張強さ60kgf/mm²以上、降伏比で80％以下得られてい
るものの、溶接性はＹ割れ防止予熱温度で100℃と高
い。このように従来法では溶接施工で予熱を必要としな
い低降伏比60キロ級高張力鋼が得られなかった。

〈発明が解決しようとする課題〉このような現状に鑑みて本発明はなされたもので、溶
接施工において予熱を必要としない良好な溶接性を有
し、かつ降伏比で80％以下、引張強さで60kgf/mm²以上
の低降伏比高張力鋼の製造方法を提案することを目的と
するものである。

〈課題を解決するための手段〉本発明者らは、溶接割れ感受性が低く、かつ低降伏比
で高張力の得られる成分系について研究を重ねた結果、
Ｃ含有量を低減しMoなどの合金元素で置き換えることで
Ｐ_CMは0.21％以下に低減でき、溶接割れ感受性を低減で
きると同時に高強度も確保できることを見出した。

一方、Ｃ含有量を低減し合金元素を高めた鋼は、降伏
比が高くなる傾向にあり、低降伏比が得難くなる。降伏
比は最終的に得られる２相混合組織（フェライト相と硬
化相）の分布状況で決定づけられるが、２相組織の分布
状況は２相焼入れ前の前組織の影響される。微細マルテ
ンサイトの前組織からは微細な２相組織が得られ、粗大
フェライトとベイナイトの前組織からは粗大な２相組織
が得られる。前処理の焼入能を下げ前組織を幾分粗くし
ておくことにより、その後に得られる２相組織も粗くで
き、降伏比（降伏点）を下げることができる。

すなわち、前処理の焼入冷却速度を30℃/sec以下に制
限することにより、その後に施される２相域焼入れ・焼
もどし処理で低降伏比が確保できることを見出した。

本発明は、これらの知見を活用することによって達成
したものである。

すなわち、本発明は、重量比にて、C:0.03〜0.10％、
Si:0.05〜0.60％、Mn:0.60〜2.00％、Mo:0.10〜0.50
％、P:0.030％以下、S:0.020％以下を含み、さらにNi:
1.00％以下、Cr:0.70％以下、Cu:0.70％以下、V:0.06％
以下、Nb:0.05％以下及びB:0.0050％以下のいずれか１
種以上を含み、残部が実質的にFeからなり、かつＰ
_CM（％）＝Ｃ＋Si/30＋Mn/20＋Ni/60＋Cr/20＋Cu/20＋M
o/15＋V/10＋5Bが0.16〜0.21％である鋼を熱間圧延後、
Ac₃点以上の温度に再加熱した後、30℃/sec以下の冷却
速度で焼入れ、さらに（Ac₁＋90℃）〜（Ac₁＋140℃）
間の２相域温度に加熱保持した後、室温まで急冷して焼
入れ、その後450〜600℃の温度で焼もどしを行うことを
特徴とする溶接性の良好な低降伏比高張力鋼の製造方法
である。

〈作用〉以下、本発明について詳細に説明する。

まず鋼の組成の限定理由について述べる。

C:0.03〜0.10％Ｃは高強度かつ低降伏比（YR）を得るために0.03％
（重量％以下同じ）以上必要であるが、0.10％を超える
と溶接割れ感受性が高くなるため0.03〜0.10％とした。

Si:0.05〜0.60％ Siは脱酸剤として0.05％以上必要であるが、0.60％を
超えると溶接熱影響部の低温靱性を低下させるため0.05
〜0.60％とした。

Mn:0.60〜2.00％ Mnは焼入性の確保、強度確保のため0.60％以上必要で
あるが、2.00％を超える過剰の添加は溶接性を低下させ
るため0.60〜2.00％とした。

P:0.03％以下、S:0.020％以下Ｐ、Ｓは鋼中に混入する不純物として不可避である
が、ともに溶接性、靱性、延性を阻害するため、それぞ
れ0.030％以下、0.020％以下に限定した。

Mo:0.10〜0.50％ Moはオーステナイト中に固溶してオーステナイトの焼
入性を高めるとともに、焼もどし時に析出し、焼もどし
軟化抵抗を高め、強度上昇を寄与する元素であり、0.10
％以上を必要とするが、0.50％を超えての添加は溶接
性、延靱性を低下するので、0.10〜0.50％とした。

さらに以上の成分系に加えて、所定の強度を得るため
の下記の成分のいずれかを一種以上添加する。

Ni:1.00％以下、Cr:0.70％以下、Cu:0.70％以下、V:
0.06％以下、Nb:0.05％以下及びB:0.0050％以下であ
る。

いずれの元素も強度上昇に有効であるが、過剰添加は
溶接性、延靱性を低下するので、それぞれの上限を上記
のとおりとした。なおNi、Cuは溶接性、延靱性をあまり
低下しないが、Niは高価な元素であり１％超では経済性
に問題があり、Cuは0.7％超では熱間加工性を劣化させ
る。

さらに、本発明鋼は良好な焼入性を確保するために、
Ｐ_CM（％）＝Ｃ＋Si/30＋Mn/20＋Cu/20＋Cr/20＋Ni/60
＋V/10＋5Bを0.16〜0.21％の範囲に限定した。Ｐ_CMは小
さいほど溶接割れ感受性が小さいが、予熱フリーのため
には0.21％以下が必要であるが、0.16％未満では強度の
確保ができなくなるため、Ｐ_CMを0.16〜0.21％の範囲と
した。

以上の成分系からなる鋼を常法により溶製し、造塊ま
たは連鋳により鋼塊またはスラブとした後、熱間圧延に
より所定の板厚まで熱間圧延を行い、圧延後一旦空冷し
さらにAc₃点以上の温度まで再加熱した後30℃/sec以下
の冷却速度で焼入れる前処理を施す。前処理で焼入冷却
速度を30℃/sec以下に抑えるのは低降伏比を得るためで
ある。Ｃ含有量を低減し合金元素を高めた低Ｐ_CM鋼は低
降伏比を得難い傾向にあるが、第１図に示すように前処
理焼入冷却速度を30℃/sec以下にすることにより、降伏
比を80％以下に低下することができる。従って、前処理
の焼入冷却速度は30℃/sec以下に限定される。

なお、第１図は第１表に示す組成からなる鋼を、圧延
後空冷しさらにAc₃点以上に再加熱し冷却した前処理に
ついて、その冷却速度を広範囲に変化させて焼入れた
後、Ac₁〜Ac₃点範囲内の810℃に再加熱した後水冷し、5
50℃で焼もどし処理した場合の引張特性と前処理の冷却
速度の関係を示したものである。

なお、圧延仕上温度が低くなり、未再結晶域での圧下
が大きくなると２相焼入れ＋焼もどし処理後においても
超音波の音響異方性が生じるので、仕上温度は900℃以
上が望ましい。

次にAc₁〜Ac₃変態点間の特定２相域温度に加熱するの
は、低降伏比に有効な軟質のフェライトと後の冷却によ
り高強度に必要な硬質の硬化相となるオーステナイトを
得るためである。本発明のように前組織が粗い場合、２
相域加熱温度が低すぎると粗大フェライトが多量に残存
して、衝撃靱性が悪くなるので２相域加熱温度は（Ac₁
＋90℃）〜（Ac₁＋140℃）の範囲に限定される。

２相域温度からの焼入れ冷却速度は、高強度、高靱性
を得るためには急冷ほど望ましい。空冷以下の徐冷却で
はオーステナイト相が硬化相に変態しないため、空冷以
上の冷却とする必要がある。

次に焼入れ硬化した脆い硬化相は、靱性を向上させる
ため450℃以上の焼もどしを行う必要がある。一方、600
℃超の高温で焼もどしすると硬化相の軟化が大きくな
り、引張強さの低下、降伏比の上昇を招くので、焼もど
し温度の上限は600℃とした。

〈実施例〉第２表に供試材の化学成分を示す。供試材A,D,Eは本
発明の成分範囲内にある鋼で、Ｊ〜Ｌ鋼は比較鋼であ
る。D,Eの鋼について前処理B:圧延後空冷し、さらにAc₃
点以上に再加熱して冷却した後、Ac₁〜Ac₃点範囲の２相
域温度に加熱保持した後、空冷以上の冷却速度で焼入れ
し、500〜560℃で焼もどし処理を行った。なお、比較例
として、A,J,K,L鋼については前処理A:圧延後直ちに冷
却を施した。これらの機械的性質を第３表に示す。

本発明法では引張強さ（TS）60kgf/mm²以上で、78％
以下の低降伏比（YR）が得られている。またＹ型溶接割
れ試験による割れ防止予熱温度はいずれも25℃以下で予
熱を必要としない。

これに対し比較例では、TS≧60kgf/mm²、YR≧80％、
Ｙ割れ防止予熱温度≦25℃のいずれかが満足できない。
例えば、A2、A3鋼は、成分的には発明範囲内にあり良好
な溶接性を有するが、熱処理条件が適切でないためYR≦
80％を満足できない。Ｊ、Ｋ、Ｌ鋼はいずれもＰ_CMが高
く、Ｙ割れ防止予熱温度が75℃以上と高い。

〈発明の効果〉Ｃ含有量を低減しMo等の合金元素含有量を高め、Ｐ_CM
を0.16〜0.21％に調節した鋼に、予めオーステナイト化
温度から30℃/sec以下の冷却速度で焼入れる前処理を施
した後、（Ac₁＋90℃）〜（Ac₁＋140℃）間の２相域温
度に再加熱保持してから焼入れ、焼もどし処理すること
により、溶接割れ感受性の小さい低降伏比高張力鋼が製
造できるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は引張特性に及ぼす前処理時の焼入れ冷却速度の
影響を示すグラフである。

フロントページの続き (72)発明者腰塚典明千葉県千葉市川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究本部内 (56)参考文献特開平３−219012（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−68422（ＪＰ，Ａ) 特開平１−230713（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】重量比にて、C:0.03〜0.10％、Si:0.05〜
0.60％、Mn:0.60〜2.00％、Mo:0.10〜0.50％、P:0.030
％以下、S:0.020％以下を含み、さらにNi:1.00％以下、
Cr:0.70％以下、Cu:0.70％以下、V:0.06％以下、Nb:0.0
5％以下及びB:0.0050％以下のいずれか１種以上を含
み、残部が実質的にFeからなり、かつＰ_CM（％）＝Ｃ＋
Si/30＋Mn/20＋Ni/60＋Cr/20＋Cu/20＋Mo/15＋V/10＋5B
が0.16〜0.21％である鋼を熱間圧延後、Ac₃点以上の温
度に再加熱した後、30℃/sec以下の冷却速度で焼入れ、
さらに（Ac₁＋90℃）〜（Ac₁＋140℃）間の２相域温度
に加熱保持した後、室温まで急冷して焼入れ、その後45
0〜600℃の温度で焼もどしを行うことを特徴とする溶接
性の良好な低降伏比高張力鋼の製造方法。