JP6369414B2 - 超大入熱溶接熱影響部靭性に優れた建築構造物用高強度厚鋼板 - Google Patents
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Description
(1)質量%で、C:0.05%以下、Si:0.3%以下、Mn:3.6〜7.0%、P:0.02%以下、S:0.003%以下、Al:0.001〜0.06%、Ti:0.005〜0.03%、Cr:5〜12%、N:0.0055%以下、O:0.003%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成と、マルテンサイト相とベイナイト相を主相とする組織とを有し、引張強さ:950MPa以上の高強度を有することを特徴とする超大入熱溶接熱影響部靭性に優れた建築構造物用高強度厚鋼板。
(2)(1)において、前記組成に加えてさらに、質量%で、Ni:0.01〜7.0%、Nb:0.003〜0.020%のうちから選ばれた1種または2種を含有する組成とすることを特徴とする建築構造物用高強度厚鋼板。
(3)(1)または(2)において、前記組成に加えてさらに、質量%で、Mo:0.01%以上0.5%未満を含有する組成とすることを特徴とする建築構造物用高強度厚鋼板。
(4)(1)ないし(3)のいずれかにおいて、前記組成に加えてさらに、質量%で、Cu:0.01〜2.0%、B:0.0003〜0.0030%、V:0.01〜0.09%のうちから選ばれた1種または2種以上を含有する組成とすることを特徴とする建築構造物用高強度厚鋼板。
(5)(1)ないし(4)のいずれかにおいて、前記組成に加えてさらに、質量%で、Ca:0.0005〜0.0020%、REM:0.0010〜0.0030%、Mg:0.0010〜0.0020%のうちから選ばれた1種または2種以上を含有する組成とすることを特徴とする建築構造物用高強度厚鋼板。
Cは、鋼板強度の増加に寄与する元素であり、所望の鋼板強度を確保するためには、0.001%以上含有することが望ましい。一方、0.05%を超えて多量に含有すると、とくに大入熱溶接HAZにおいて島状マルテンサイト相(MA)が増加し、HAZ靭性が低下する。このため、本発明では、0.05%以下に限定した。なお、好ましくは0.01〜0.02%である。
Siは、製鋼時に脱酸剤として作用する元素であり、このような効果を得るためには0.02%以上含有することが好ましい。また、Siは、強力なフェライト(α)安定化元素であり、本発明ではMnによるオーステナイトの過度の安定化を抑制する作用を有する。しかし、Siは、セメンタイトの生成を強く抑制する作用をも有する。このため、Siを0.3%を超えて多く含有すると、島状マルテンサイトが増加し、HAZ靭性が低下する。このため、Siは0.3%以下に限定した。なお、好ましくは0.1%以下である。
Mnは、強力なオーステナイト(γ)安定化元素のひとつで、γ→α変態点を低下させ、焼入れ性を増大させて、ベイナイト変態、マルテンサイト変態を促進させ、所望の母材強度を確保するのに有効に寄与する。このような効果を得るためには、3.6%以上の含有を必要とする。一方、7.0%を超える多量の含有は、HAZ硬さが高くなりすぎ、HAZ靭性が低下する。このため、Mnは3.6〜7.0%の範囲に限定した。なお、好ましくは4.0〜5.0%である。
Pは、不可避的不純物として鋼中に含まれるが、粒界等に偏析しやすい元素であり、靭性等に悪影響を及ぼす。このため、本発明ではできるだけ低減することが望ましいが、0.02%までは許容できる。このため、Pは0.02%以下に限定した。なお、好ましくは0.01%以下である。
Sは、鋼中では主としてMnS系介在物として存在し、延性、靭性に悪影響をもたらす元素であり、できるだけ低減することが望ましいが、0.003%までは許容できる。このため、Sは0.003%以下に限定した。
Alは、製鋼時に脱酸剤として作用する元素であり、このような効果を得るためには0.001%以上の含有を必要とする。一方、0.06%を超えて多量に含有すると、アルミナ等の粗大介在物が増加し清浄度が低下し、母材靭性が低下する。また、Alの多量含有は、HAZ組織においてMAが増加し、HAZ靭性が低下する。このため、Alは0.001〜0.06%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.02〜0.04%である。
Tiは、Nと結合しTiNを形成し、とくにHAZにおけるγ粒の成長を抑制し、HAZ靭性の向上に寄与する元素である。このような効果を得るためには、0.005%以上含有する必要がある。一方、0.03%を超えて多量に含有すると、TiNが粗大化しやすくなり、母材靭性、HAZ靭性が共に低下する。このため、Tiは0.005〜0.03%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.010〜0.03%、より好ましくは0.010〜0.0025%である。
Crは、フェライト安定化元素のひとつであり、Mnの多量含有による0℃での粒界破壊の発生を防止する、本発明では重要な元素である。また、Crは、焼入れ性の向上を介して、所望の母材強度や母材靭性を確保するのに有効に寄与する。このような効果を得るためには、5%以上の含有を必要とする。一方、Crが12%を超えて多量に含有すると、オーステナイト相が生成しなくなり組織が粗大化しやすくなり、また、フェライト(粒界フェライト)が増加し高強度を確保できなくなるうえ、靭性が低下する。このため、Crは5〜12%の範囲に限定した。なお、好ましくは8〜10%である。
Nは、鋼中に不可避的に含有される元素であるが、Tiと結合しTiNを形成して、とくに大入熱溶接熱影響部におけるγ粒の成長を抑制し、HAZ組織の微細化を介し、大入熱溶接HAZ靭性の向上に寄与する。このような効果を得るためには、0.0025%以上含有させることが望ましいが、0.0055%を超えて多量に含有すると、母材靭性およびHAZ靭性がともに低下する。このため、Nは0.0055%以下に限定した。なお、好ましくは0.0025〜0.0045%である。
O(酸素)は、鋼中には不可避的不純物として含まれ、主として酸化物系介在物として存在し、靭性等に悪影響を及ぼす。このため、O(酸素)は、できるだけ低減することが望ましいが、0.003%までは許容できる。このようなことから、O(酸素)は0.003%以下に限定した。なお、好ましくは0.002%以下である。
Ni、Nbはいずれも、オーステナイト安定化元素であり、オーステナイト安定化元素であるMnの作用を補強する目的で、必要に応じて選択して1種または2種含有できる。
Moは、フェライト安定化元素のひとつであり、Mn含有によるオーステナイトの過度の安定化を防止する作用を有する。Moは高価な元素であり、本発明では選択元素として、Crの補助として必要に応じて用いる。Crだけで、所望の高強度、優れたHAZ靭性が得られる場合には含有する必要はない。また、Moは、焼入れ性を向上させて、所望の母材強度や所望の優れた母材靭性を確保するのに有用な元素である。このような効果を得るためには、0.01%以上の含有を必要とする。一方、0.5%以上の含有は、HAZ硬さが高くなりすぎて、HAZ靭性が低下する。このため、含有する場合には、Moは0.01%以上0.5%未満の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.05〜0.2%である。
Cu、B、Vはいずれも、母材強度の向上に有効に寄与する元素であり、必要に応じて選択して1種または2種以上を含有できる。
Ca、REM、Mgはいずれも、介在物の形態を制御して、母材の延性、靭性、さらにはHAZ靭性を向上させる元素であり、必要に応じて選択して1種または2種以上を含有できる。このような効果を得るためには、Ca:0.0005%以上、REM:0.0010%以上、Mg:0.0010%以上含有する必要がある。一方、Ca:0.0020%、REM:0.0030%、Mg:0.0020%をそれぞれ超える過剰な含有は、介在物が粗大化してHAZ靭性を低下させる。このため、含有する場合には、Ca:0.0005〜0.0020%、REM:0.0010〜0.0030%、Mg:0.0010〜0.0020%の範囲にそれぞれ限定することが好ましい。
(1)組織観察
得られた厚鋼板から組織観察用試験片を採取し、圧延方向断面が観察面となるように、研磨し、腐食液(ナイタール液)で腐食したのち走査型電子顕微鏡(倍率:400倍)を用いて組織を観察し、撮像した。得られた組織写真を用いて、画像解析により組織の同定し、各相の組織分率(体積率)を算出した。なお、残留オーステナイト相の体積率は、X線回折用試験片を各厚鋼板の1/4t位置が測定面となるように採取し、X線回折法を用いて測定した。
(2)引張試験
得られた厚鋼板から、引張方向が圧延方向となるように引張試験片(平行部:直径6.0mmφ×GL25.0mm)を採取し、JIS Z 2241の規定に準拠して引張試験を行い、降伏強さYS、引張強さTS、降伏比YR、伸びElを測定した。
(3)衝撃試験
得られた厚鋼板の板厚中央位置から、Vノッチ試験片(標準試験片 試験片幅10mm)を採取し、JIS Z 2242の規定に準拠してシャルピー衝撃試験を実施した。試験温度は0℃とし、吸収エネルギーvE0(J)を求めた。なお、試験片は各3本とし、得られた各吸収エネルギーの算術平均を求め、当該鋼板の吸収エネルギーとした。
(4)再現熱サイクル試験
得られた厚鋼板から、圧延方向が試験片長手方向となるように、再現熱サイクル試験片(12mm×12mm×長さLmm)を採取した。そして、高周波誘導加熱装置を用いて、再現熱サイクル試験片に、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:550kJ/cmのエレクトロスラグ溶接を行った場合の熱影響部(ボンド近傍)に相当する熱履歴を付与した。付与した再現熱サイクルは、図1に示すように、最高加熱温度を1400℃とし、23秒間保持したのち、800〜500℃の冷却時間が510sの冷却速度で、150℃以下まで冷却する再現サイクルとした。なお、再現熱サイクルの付与は、各3本とした。
Claims (5)
- 質量%で、
C :0.05%以下、 Si:0.3%以下、
Mn:3.6〜7.0%、 P :0.02%以下、
S :0.003%以下、 Al:0.001〜0.06%、
Ti:0.005〜0.03%、 Cr:5〜12%、
N :0.0055%以下、 O :0.003%以下
を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成と、マルテンサイト相とベイナイト相を主相とし、該主相が体積率で95%以上を占める相である組織とを有し、引張強さ:950MPa以上の高強度を有することを特徴とする超大入熱溶接熱影響部靭性に優れた建築構造物用高強度厚鋼板。 - 前記組成に加えてさらに、質量%で、Ni:0.01〜7.0%、Nb:0.003〜0.020%のうちから選ばれた1種または2種を含有する組成とすることを特徴とする請求項1に記載の建築構造物用高強度厚鋼板。
- 前記組成に加えてさらに、質量%で、Mo:0.01%以上0.5%未満を含有する組成とすることを特徴とする請求項1または2に記載の建築構造物用高強度厚鋼板。
- 前記組成に加えてさらに、質量%で、Cu:0.01〜2.0%、B:0.0003〜0.0030%、V:0.01〜0.09%のうちから選ばれた1種または2種以上を含有する組成とすることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の建築構造物用高強度厚鋼板。
- 前記組成に加えてさらに、質量%で、Ca:0.0005〜0.0020%、REM:0.0010〜0.0030%、Mg:0.0010〜0.0020%のうちから選ばれた1種または2種以上を含有する組成とすることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の建築構造物用高強度厚鋼板。
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