JP3481417B2 - 溶接熱影響部靭性の優れた厚鋼板 - Google Patents
溶接熱影響部靭性の優れた厚鋼板Info
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Description
at Affected Zone:HAZ)靭性の優
れた厚鋼板であり、鉄骨、橋梁、船舶、ラインパイプ、
建設機械、海洋構造物、タンク、水圧鉄管などの各種の
溶接構造物として用いられる。
のHAZではオーステナイト(γ)粒が粗大化するた
め、冷却後のHAZ組織も粗大化してしまって靭性が劣
化する。鋼の加熱γ粒を細粒化する方法として、鉄と
鋼,62(1976),1209−1218「低炭素・
低合金鋼のオーステナイト粒度に及ぼすTiNの分散状
態の影響」に記載されているように、TiN粒子を鋼中
に微細分散させてγ粒成長を抑制(ピンニング)するこ
とが知られている。しかしながら、鉄と鋼,71(19
85),S1510「溶接再現熱サイクルにおけるオ−
ステナイト異常粒成長とTiNの溶解」にも記載されて
いるように、1400℃以上に加熱されるようなHAZ
粗粒域ではTiN粒子の粗大化や地鉄中への溶解が生じ
るため、TiN粒子のピンニング効果は低下する。すな
わち、従来のTiN利用技術(TiN鋼)では、140
0℃以上に加熱される溶融線近傍HAZのγ粒を安定に
細粒化することはできず、良好な靭性を得ることは困難
であった。溶接入熱量が大きくなるほど溶融線近傍HA
Zのγ粒は粗大化し、HAZ靱性の劣化が著しかった。
条件において良好なHAZ靭性を有する厚鋼板を提供す
ることを課題とする。
Alを含まない鋼へTiとMgを複合的に添加すること
で鋼中のTiN粒子による結晶粒成長抑制(ピンニン
グ)効果が増大することを発見し、この技術に基づいて
良好なHAZ靭性を有する厚鋼板を発明した。本発明
は、質量%で C:0.03〜0.2% Si:0.4%以下 Mn:0.3〜2% P:0.02%以下 S:0.01%以下 Al:0.005%以下 Ti:0.005〜0.03%Mg:0.0015〜0.005% O:0.001〜0.003% N:0.0015〜0.006% 含有し、さらに必要に応じて Cu:1.5%以下 Ni:10%以下 Cr:1.0%以下 Mo:1.0%以下 Nb:0.05%以下 V:0.05%以下 Ca:0.003%以下 Ce:0.003%以下 La:0.003%以下 B:0.0015%以下 の一種以上を含有し、かつ質量%を用いて下記の(1)
〜(4)式で計算される有効TiN量が0.007〜
0.017%であり、残部が鉄および不可避的不純物に
よって構成されることを特徴とする溶接熱影響部靭性の
優れた厚鋼板である。
6Mg−0.17Ce−0.89Al≧0の場合、 [Ti]=Ti−2(O−0.40Ca−0.17La−0.66Mg−0.1 7Ce−0.89Al)>0 ・・・・(1) O−0.40Ca−0.17La−0.66Mg−0.
17Ce−0.89Al<0の場合、 [Ti]=Ti ・・・・(2) [Ti]≧3.4Nの場合、 有効TiN量=4.4N ・・・・(3) [Ti]<3.4Nの場合、 有効TiN量=1.3[Ti] ・・・・(4)
に説明する。
0℃での加熱γ粒径(平均粒径)に及ぼす有効TiN量
の影響を示す。有効TiN量とは上述の式(1)〜
(4)で計算される値であり、化学量論的に生成しうる
TiN量を表す。従来鋼(TiN鋼)では有効TiN量
の増加によって1450℃加熱γ粒径は僅かに小さくな
る傾向にあるが、依然としてγ粒径が大きいために良好
なHAZ靱性は得られない。さらに、質量%で0.01
7%を超える過剰な有効TiN量のもとでは数μmに及
ぶ粗大なTiNが生成し、これらが破壊起点として作用
することでHAZおよび母材の靱性が劣化する。
TiとMgを複合的に添加する場合に、有効TiN量の
増加に伴って1450℃加熱γ粒径が著しく細粒化する
現象を発見した。これは、T−Mg複合脱酸によって溶
鋼中の酸化物が微細分散化し、これらが凝固核として作
用して凝固組織が微細化し、鋳片の冷却中に析出するT
iNが多量かつ微細に生成することに起因する。すなわ
ち、Ti−Mg複合添加鋼では初期生成TiNの多量微
細分散化により、従来鋼よりも有効にTiNのピンニン
グ効果を引き出すことが可能となり、溶融線近傍HAZ
の加熱γ粒を少ない有効TiN量で非常に効果的に細粒
化できる。本発明鋼はこの新たな冶金現象に基づいて発
明されたものである。
(溶接入熱量が50kJ/mmに相当)に及ぼす145
0℃加熱γ粒径の影響を示す。
細粒化すると0℃におけるシャルピー衝撃試験の吸収エ
ネルギーは従来鋼の約2倍以上に向上する。加熱γ粒の
細粒化は変態後のHAZ組織の微細化をもたらし、HA
Z靱性を向上させる。HAZ靱性向上に有効な250μ
m以下の小さな1450℃加熱γ粒径を達成するには、
図1から有効TiN量を0.007%以上にする必要が
ある。しかし、有効TiN量が0.017%を超えると
加熱γ細粒化効果は飽和し、さらに先述のように粗大な
TiNが生成して材質上好ましくない。従って、良好な
HAZ靱性を得るためにはTi−Mg複合添加において
有効TiNを0.007%〜0.017%の適正範囲に
制御することが不可欠である。
度、靱性を確保するための最小量である。しかし、Cが
多すぎると母材及びHAZの靭性を低下させるとともに
溶接性を劣化させるのでその上限を0.2%とした。
すぎると溶接性およびHAZ靭性が劣化するため、上限
を0.4%とした。鋼の脱酸はTiだけでも十分可能で
あり、良好なHAZ靭性を得るためには0.3%以下の
Siとするのが望ましい。
するために不可欠であるため下限を0.3%とした。し
かし、Mnが多すぎるとHAZ靭性を劣化させ、スラブ
の中心偏析を助長し、溶接性を劣化させるので上限を2
%とした。
をそれぞれ0.02%以下、0.01%以下とした理由
はスラブ中心偏析の軽減などを通じて母材およびHAZ
の機械的性質を改善するためである。Pの低減はHAZ
の粒界破壊を抑制し、Sの低減はMnSの減少を通じて
母材およびHAZの板厚方向材質を向上させる。好まし
いP,Sはそれぞれ0.01%以下、0.003%以下
である。
0.005%以下とした。これは、Alが0.005%
を超えると脱酸に消費された残りのAlが固溶状態で鋼
中に残存し、この過剰なAlが鋳片段階でのTiNの析
出挙動に影響してTiNの多量微細分散化を妨げるため
である。
ング粒子であるTiN粒子を十分に生成をするために
0.005%以上必要である。しかし、Tiが0.03
%を超えるとTiNを形成する以外に過剰なTiが生
じ、これがTiCとして析出してHAZ脆化が起こる。
述したようにTiと複合的に添加することでTiN粒子
のピンニング効果を増大させる働きを持つ。Mgが0.
0003%未満であるとその効果は小さくHAZ靱性の
向上には不十分である。0.005%を超えるとその効
果はほぼ飽和し、過剰なMg添加は製造コストを高める
ため好ましくない。
溶鋼中で酸化物を形成し、Mg添加によって溶鋼中で微
細分散化され、凝固核として作用して鋳造組織を微細化
し、鋳片に生成するTiNの析出サイトを増加させ、T
iNの多量微細析出化を促進する。このような効果を引
き出すための酸化物の個数を確保するためには0.00
1%以上のOが必要である。しかし、Oが0.003%
を超えると大きな酸化物が一部に生成し、破壊起点とし
て作用してHAZおよび母材の靱性を劣化させるため好
ましくない。
てHAZの加熱γ粒の成長をピンニングする。十分な量
のTiNを得るために0.0015%以上のNが必要で
あるが、Nが過剰であると固溶NによってHAZ脆化が
生じるため、上限を0.006%とする必要がある。
V、Ca、Ce,La、Bを添加する理由について説明
する。
影響を及ぼすことなく母材の強度、靭性を向上させる。
各元素の上限は溶接性およびHAZ靭性の劣化を防止す
るためそれぞれ1.5%、10%とした。
の添加量が1.0%を超えると母材およびHAZの靭
性、ならびに溶接性を損なう。
かしその添加量が1.0%を超えると母材およびHAZ
の靭性、ならびに溶接性を損なう。
材の強度、靱性を向上させる。しかしその添加量が0.
05%を超えるとHAZ靱性が劣化する。
を超えると溶接性およびHAZ靭性を損なう。
物であるMnSの形態を制御して靱性を向上させるため
である。しかしながら、これらの添加量が0.003%
を超えると粗大な酸化物が多量に生成して母材およびH
AZの靱性を劣化させる。
度、靱性を向上させる。しかし0.0015%を超えて
添加するとHAZ靱性や溶接性を劣化させる。
や連続鋳造のタンディッシュあるいはモールドにおいて
溶鋼中にMg合金を添加し、連続鋳造した鋳片を125
0℃以下に再加熱し、制御圧延、加速冷却、焼入、焼戻
などの加工熱処理を施して厚鋼板として製造される。こ
のとき、1250℃を超える温度での加工熱処理はTi
Nの分散状態に影響を与え、HAZにおけるTiNのピ
ンニング効果を弱めるため好ましくない。TiNの鋳片
での析出状態をより微細分散化するためには連続鋳造時
の冷却速度を高めることが効果的である。
鋼板の機械的性質を示す。鋳片を1250℃以下の温度
で加工熱処理することで鋼板は製造された。本発明鋼は
TSが450〜820MPaの範囲であり、溶接入熱量
が5〜100kJ/mmの各種の溶接方法で溶接したH
AZの溶融線にてvE(−20℃)が80〜250Jの
良好なHAZ靱性を有する。特に、溶接入熱量の大きな
エレクトロスラグ溶接においても良好なHAZ靱性が得
られる。
量が適当でないためにHAZ靭性が劣っている。鋼7は
C量が低すぎるために、鋼8はC量が高すぎるために、
鋼9はSi量が高すぎるために、鋼10はMn量が低す
ぎるために、鋼11はMn量が高すぎるために、鋼12
はP量が高すぎるために、鋼13はS量が高すぎるため
に、HAZ靭性が劣っている。
TiNの分散状態が粗大となり、HAZの加熱γ粒が粗
大化してHAZ靱性が劣っている。鋼15はTi量が低
すぎるために有効TiN量が0.007%未満と低く、
十分な量のTiNが生成しないためにHAZの加熱γ粒
が粗大化してHAZ靱性が劣っている。鋼16はTi量
が高すぎるために過剰なTiがHAZでTiCとして析
出し、HAZ靱性が劣っている。鋼17はMg量が低す
ぎるためにTiNのピンニング効果が高まらず、HAZ
の加熱γ粒が粗大化してHAZ靱性が劣っている。鋼1
8はO量が低すぎるためにMgを添加しても酸化物の微
細分散化の効果が凝固組織の微細化に反映されず、Ti
Nのピンニング効果が高まらずにHAZの加熱γ粒が粗
大化してHAZ靱性が劣っている。
大化し、破壊起点として作用してHAZ靱性が劣ってい
る。鋼20はN量が低すぎるために有効TiN量が0.
007%未満と低く、十分な量のTiNが生成しないた
めにHAZの加熱γ粒が粗大化してHAZ靱性が劣って
いる。鋼21はN量が高すぎるためにHAZの固溶Nが
過剰となり、さらに有効TiN量が0.017%を超え
て数ミクロンの粗大なTiNが生成し、HAZ靱性が劣
っている。鋼22および鋼23はそれぞれ有効TiN量
が不足、過剰であるためにHAZ靱性が劣っている。
良好なHAZ靱性を有する厚鋼板が提供され、各種の溶
接構造物の安全性が格段に向上した。特に、溶接入熱量
の大きな高能率溶接においても良好なHAZ靭性が達成
できるようになった。
影響を示す図である。
ャルピー衝撃試験の吸収エネルギー)に及ぼす1450
℃加熱γ粒径の影響を示す図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 質量%で C:0.03〜0.2% Si:0.4%以下 Mn:0.3〜2% P:0.02%以下 S:0.01%以下 Al:0.005%以下 Ti:0.005〜0.03%Mg:0.0015〜0.005% O:0.001〜0.003% N:0.0015〜0.006% を含有し、かつ質量%を用いて下記の(1)〜(4)式
で計算される有効TiN量が0.007〜0.017%
であり、残部が鉄および不可避的不純物によって構成さ
れることを特徴とする溶接熱影響部靭性の優れた厚鋼
板。 O−0.66Mg−0.89Al≧0の場合、 [Ti]=Ti−2(O−0.66Mg−0.89Al)>0 ・・・・(1) O−0.66Mg−0.89Al<0の場合、 [Ti]=Ti ・・・・(2) [Ti]≧3.4Nの場合、 有効TiN量=4.4N ・・・・(3) [Ti]<3.4Nの場合、 有効TiN量=1.3[Ti] ・・・・(4) - 【請求項2】 質量%で C:0.03〜0.2% Si:0.4%以下 Mn:0.3〜2% P:0.02%以下 S:0.01%以下 Al:0.005%以下 Ti:0.005〜0.03%Mg:0.0015〜0.005% O:0.001〜0.003% N:0.0015〜0.006% 含有し、さらに Cu:1.5%以下 Ni:10%以下 Cr:1.0%以下 Mo:1.0%以下 Nb:0.05%以下 V:0.05%以下 Ca:0.003%以下 Ce:0.003%以下 La:0.003%以下 B:0.0015%以下 の一種以上を含有し、かつ質量%を用いて下記の(1)
〜(4)式で計算される有効TiN量が0.007〜
0.017%であり、残部が鉄および不可避的不純物に
よって構成されることを特徴とする溶接熱影響部靭性の
優れた厚鋼板。 O−0.40Ca−0.17La−0.66Mg−0.17Ce−0.89Al ≧0の場合、 [Ti]=Ti−2(O−0.40Ca−0.17La−0.66Mg−0.1 7Ce−0.89Al)>0 ・・・・(1) O−0.40Ca−0.17La−0.66Mg−0.17Ce−0.89Al <0の場合、 [Ti]=Ti ・・・・(2) [Ti]≧3.4Nの場合、 有効TiN量=4.4N ・・・・(3) [Ti]<3.4Nの場合、 有効TiN量=1.3[Ti] ・・・・(4)
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JPH10265896A JPH10265896A (ja) | 1998-10-06 |
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- 1997-03-26 JP JP09003797A patent/JP3481417B2/ja not_active Expired - Fee Related
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