JP5509946B2 - 溶接熱影響部の靭性に優れた鋼板 - Google Patents
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Description
1.引張り強さ590MPa級以上の鋼において大入熱溶接熱影響部の高靭性を安定して確保するためには、極低C化して島状マルテンサイト(以下、MA)の生成を抑え、Mn、Cr、Ni、Si、Nbなどの焼入れ性を高める元素を含有して変態温度を低下させ全体を均一なベイナイト組織とすることが成分設計指針の基本である。
2.その上で、オーステナイト生成元素(Mn、Nb、Niなど)とフェライト生成元素(Cr、Siなど)の両者を含有し、オーステナイト生成元素量に対してフェライト生成元素量を適正にした成分組成にするとHAZ靱性が向上する。Nbは一般的にはオーステナイト生成元素とは呼ばれないが、オーステナイトからフェライトへの変態を著しく遅らせるため、本発明ではMn、Niと同様にオーステナイト安定化元素とみなす。
3.オーステナイト生成元素としてMn、Nbを主とし、Niを補助的に用いると合金コストを低下させ、HAZ靭性の向上にも有効である。
5.フェライト生成元素としてCrを主とし、Siを補助的に用いることが実際的である。CrはMnによる過度のオーステナイト安定化を抑える上で有効である。またSiも強力なフェライト生成元素であるが、Siはセメンタイトの生成を強く抑制するため、過剰に含有するとMAの生成を助長するようになる。
1.鋼組成が、質量%で、C:0.025〜0.050%、Si:0.6%以下、Mn:0.9〜2.3%、Cr:1.0〜4.9%、Al:0.05%以下、Ti:0.005〜0.050%、Nb:0.01〜0.07%、Ni:2.0%以下(0%を含む)、下記(1)〜(3)式を満足し、残部鉄および不可避不純物からなる溶接熱影響部の靱性に優れた鋼板。
記
5.5≦Mn+0.7Ni+14Nb+Cr+4Si≦7.0・・・(1)
Mn+0.7Ni+14Nb≧1.0・・・(2)
Cr+4Si≧2.9・・・(3)
各式において、Mn、Cr、Ni、Nb、Siは、それぞれの元素の含有量(質量%)を示す。
2.更に、鋼組成として質量%で、V:0.09%以下、Ca:0.005%以下の一種または二種を含有する1記載の溶接熱影響部の靭性に優れた鋼板。
Mnは強力なオーステナイト安定化元素で、変態点を低下させて母材の強度を確保するのに有用な元素である。また、ベイナイト変態を促進する元素である。母材の強度を確保するため0.9%以上含有させる。しかしMnが過剰になるとHAZが硬くなりすぎ、HAZ靭性が劣化するようになるので、2.3%以下とする。
Niも強力なオーステナイト安定化元素であり、変態点を低下させて母材の強度を確保するのに有用な元素である。また、ベイナイト変態を促進する元素である。しかし高価な元素であるため、本発明ではMnの補助として用いる選択元素とし、Mnだけで目的の強度、HAZ靭性が得られる場合には含有する必要はない。含有する場合にも合金コストの観点から2.0%以下とする。
Nbはオーステナイトからフェライトへの変態を著しく遅らせ、ベイナイト変態を促進する元素である。母材の強度を確保するため0.01%以上含有させる。しかしNbが過剰になるとHAZの硬さが硬くなりすぎ、HAZ靭性が劣化する。よってNb量は、0.07%以下に抑える。
Crは焼入れ性を向上させて母材の強度や靭性を確保するのに有用な元素であるとともにフェライト安定化元素であり、Mn含有によるオーステナイトの過度の安定化を防止しMAの発生を抑制するのに有用な元素である。これらの効果を発揮させるため、1.0%以上含有させる。しかし、Cr量が多くなると、HAZの硬度が増大してHAZ靭性が劣化するようになるので4.9%以下とする。
Siは、製鋼時の脱酸に必要な元素であるが、脱酸の目的を達すれば、含有量は少なくとも良い。また強力なフェライト生成元素でありMnによるオーステナイトの過度の安定化を抑制してMAの生成を抑制するが、一方、セメンタイトの生成を強力に抑制する。従って、含有量が多くなるとMAが増大してHAZ靭性が劣化するようになるので0.6%以下とする。
Mn+0.7Ni+14Nb≧1.0・・・(2)
Cr+4Si≧2.9・・・(3)
(1)〜(3)の各式は、成分組成におけるオーステナイト生成元素であるMn、Nb、Niと、フェライト生成元素であるCr、Siの含有量のバランスをHAZ靭性の観点から規定するパラメータ式である。オーステナイト生成元素であるMn、Nb、Niの含有量がMn+0.7Ni+14Nb≧1.0を満たし、フェライト生成元素であるCr、Siの含有量がCr+4Si≧2.9を満たし、且つ、5.5≦Mn+0.7Ni+14Nb+Cr+4Si≦7.0の場合、良好なHAZ靭性が得られる。
Cは、母材強度の確保、およびγ粒の粗大化を抑制してHAZ靭性を確保するのに必要な元素であり、該効果を発揮させるため、0.025%以上含有させる。一方、含有量が多くなるとMAが増大してHAZ靭性が劣化するようになるので0.025〜0.050%とする。
Alは、製鋼時の脱酸に必要な元素であるが、脱酸の目的を達すれば、含有量は少なくとも良い。また、含有量が多くなると、アルミナ等の粗大介在物が増加し、母材靭性が劣化する。加えてMAが増加し、HAZ靭性も劣化するようになるため、0.05%以下とする。
Tiは、Nと結合しTiNを形成する元素で、TiNはHAZのγ粒の成長を抑制しHAZ靭性の向上に寄与する。この効果を発揮させるため、0.005%以上、好ましくは0.010%以上含有させる。一方、含有量が多くなるとTiNが粗大化し、母材靭性、HAZ靭性が共に劣化するようになるので、0.050%以下、好ましくは0.025%以下とする。
Vは母材強度の向上に有効な元素で、またフェライト変態を抑制し、ベイナイト変態を促進する元素である。しかしながら、0.09%を超えて過剰に添加するとHAZで析出物を析出し、HAZ靭性を低下させるため、添加する場合は0.09%以下とする。
Caは介在物の形態を制御してHAZ靭性を向上させる元素である。しかしながら、0.005%を超えて過剰に添加しても介在物が粗大化してHAZ靭性を低下させるようになるため、添加する場合は0.005%以下とする。
各鋼板について、圧延方向から丸棒試験片(ASTM−F型)を採取して、JISZ 2241の要領で引張試験を行い、降伏強度(YS)、引張強度(TS)、伸び(EL)を測定した。また、参考としてシャルピー衝撃試験をJIS Z 2202のVノッチ試験片を用いてJISZ 2242の要領で行い、試験温度0℃での吸収エネルギー(vE0)と参考のため脆性破面率(%)を測定した。
HAZ靭性はエレクトロスラグ溶接部の再現熱サイクル試験で評価した。再現熱サイクルは、スキンプレート材(50mm厚)とダイアフラム材(50mm厚)を組合せ、溶接入熱が550kJ/cmのエレクトロスラグ溶接を行った場合のボンド近傍の熱影響部に相当する熱履歴を模擬した。
なお、表1中にも記載したようにF=Cr+4Si、A=Mn+0.7Ni+14Nb、A+F=Mn+0.7Ni+14Nb+Cr+4Siであり、それぞれ(3)〜(1)式に相当するパラメータである。
Claims (2)
- 鋼組成が、質量%で、C:0.025〜0.050%、Si:0.6%以下、Mn:0.9〜2.3%、Cr:1.0〜4.9%、Al:0.05%以下、Ti:0.005〜0.050%、Nb:0.01〜0.07%、Ni:2.0%以下(0%を含む)、下記(1)〜(3)式を満足し、残部鉄および不可避不純物からなる溶接熱影響部の靱性に優れた鋼板。
記
5.5≦Mn+0.7Ni+14Nb+Cr+4Si≦7.0・・・(1)
Mn+0.7Ni+14Nb≧1.0・・・(2)
Cr+4Si≧2.9・・・(3)
各式において、Mn、Cr、Ni、Nb、Siは、それぞれの元素の含有量(質量%)を示す。 - 更に、鋼組成として質量%で、V:0.09%以下、Ca:0.005%以下の一種または二種を含有する請求項1記載の溶接熱影響部の靭性に優れた鋼板。
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