JPH0551696A - 溶接性および耐sr割れ特性に優れた高張力鋼 - Google Patents

溶接性および耐sr割れ特性に優れた高張力鋼

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JPH0551696A
JPH0551696A JP6364091A JP6364091A JPH0551696A JP H0551696 A JPH0551696 A JP H0551696A JP 6364091 A JP6364091 A JP 6364091A JP 6364091 A JP6364091 A JP 6364091A JP H0551696 A JPH0551696 A JP H0551696A
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steel
weldability
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tensile strength
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JP6364091A
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English (en)
Inventor
Kazushige Arimochi
和茂 有持
Yasuhiro Maehara
泰裕 前原
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Nippon Steel Corp
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】重量%で、C:0.03〜0.20%、Si: 1.0%以
下、Mn:0.3 〜 2.0%、P:0.02%以下、S: 0.001%
以下、Cr:0.3 〜 3.0%、Mo:0.2 〜 2.0%、V: 0.5
%以下、Al:0.003 〜0.10%、B:0.0003〜 0.006%を
含有し、更に必要に応じて、 2.0以下のCuおよび5.0 %
以下のNiのうちの1種以上、0.01%以下のCa、0.05%以
下のNb等を含有し、残部がFeと不可避不純物からなり、
引張強さが70kgf/mm2 以上である溶接性および耐SR割
れ特性に優れた高張力鋼。 【効果】この高張力鋼は溶接性に優れているので、圧力
容器、水圧鉄管、水圧鉄管の分岐部および海洋構造物等
を建造する際、溶接施工に特別な処置を施す必要がな
い。また耐SR割れ特性にも優れており、溶接後のSR
割れ処理過程で溶接部にSR割れが発生することがない
ので、構造物の安全性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、大型溶接構造物、特に
溶接組立後に応力除去焼まなし処理(以下「SR処理」
という)を必要とする圧力容器、水圧鉄管、水圧鉄管の
分岐部および海洋構造物等に使用される高張力鋼であっ
て、優れた溶接性と応力除去焼なまし過程で溶接部に割
れ(以下「SR割れ」という)を生じない、良好な耐S
R割れ特性を備えた高張力鋼に関する。
【0002】
【従来の技術】圧力容器、水圧鉄管、その分岐部等の溶
接構造物は、近年益々大型化する傾向にあり、それに伴
って、高張力鋼がこれらの構造物に使用されるようにな
ってきた。ところが、これらの溶接構造物はその安全性
の観点から、溶接組立後に溶接部の残留応力除去や金属
組織の改善を目的にSR処理を施すことが多く、場合に
よっては義務付けられていることがあるが、高張力鋼は
一般にSR処理の過程で溶接部にSR割れを生じること
がある。特に、引張強度が70kgf/mm2 以上の高張力鋼や
Cr−Mo鋼ではSR割れ感受性が高いため、SR処理の実
施がかえって構造物の安全性を阻害する可能性がある。
【0003】そこで、本願発明者の一人は、このような
現状に対処すべく、先に、SR処理過程で析出して粒内
強化作用をもつ元素の含有量を低く抑え、且つ、Cr/Mo
の比を特定の範囲に調整した耐SR割れ特性に優れた引
張強さが70kgf/mm2 以上の高張力鋼を発明した(特公昭
57−55783 号公報) 。この先願発明鋼は、従来の高張力
鋼に比べ、SR処理過程で溶接部にSR割れを生じない
ので、大型でしかもSR処理を必要とする上記のような
構造物に適した材料である。圧力容器等の構造物は溶接
で組立られるので、材料の鋼は優れた溶接性を有してい
る方が望ましいのであるが、先願発明鋼は通常の同一強
度クラスの従来鋼に比べ、炭素当量(Ceq)が高くなっ
ており、溶接施工性に劣るという欠点がある。このよう
なことから、耐SR割れ特性に優れ、しかも、従来鋼と
同等以上の溶接施工性を有する高張力鋼の開発が要望さ
れている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上記
の要望に応えることにあり、良好な溶接施工性を有し、
しかもSR処理過程で溶接部にSR割れを生じない、耐
SR割れ特性に優れた引張強さが70kgf/mm2 以上の高張
力鋼を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】SR割れは、SR処理過
程で溶接熱影響部の旧γ粒界近傍にひずみが集中するた
め生じる粒界破壊である。従って、SR割れを防止する
には、粒界近傍へのひずみ集中を緩和するか、粒界
強度の相対的向上を図ることが効果的である。
【0006】また、溶接性の改善には炭素当量の低い化
学組成の鋼とすることが効果的である。
【0007】本発明者らは、耐SR割れ特性に優れ、し
かも良好な溶接性を具備する高張力鋼を開発すべく、鋼
の化学組成について検討を行った結果、S含有量を 0.0
01%以下のレベルまで低減すると、粒界強度の相対的向
上が図られ、SR割れが抑制されること、および他の成
分の含有量を適正な範囲に調整すると、高強度を維持し
たままで溶接性が改善されることを見出した。
【0008】上記知見に基づく本発明は下記(I)〜
(IV) の高張力鋼を要旨とする。
【0009】(I)重量%で、C:0.03〜0.20%、Si:
1.0%以下、Mn:0.3 〜 2.0%、P:0.02%以下、S:
0.001%以下、Cr:0.3 〜 3.0%、Mo:0.2 〜 2.0%、
V: 0.5%以下、Al:0.003 〜0.10%、B:0.0003〜0.
006%を含有し、残部がFeと不可避不純物からなり、引
張強さが70kgf/mm2 以上である溶接性および耐SR割れ
特性に優れた高張力鋼。
【0010】(II)上記(I)に記載の成分に加えて更
に、 2.0重量%以下のCuおよび 5.0重量%以下のNiのう
ちの1種以上を含有し、引張強さが70kgf/mm2 以上であ
る溶接性および耐SR割れ特性に優れた高張力鋼。
【0011】(III)上記(I)または(II)に記載の成
分に加えて更に、0.01重量%以下のCaを含有し、引張強
さが70kgf/mm2 以上である溶接性および耐SR割れ特性
に優れた高張力鋼。
【0012】(IV)上記(I)、(II)または(III)に記
載の成分に加えて更に、0.05重量%以下のNbを含有し、
引張強さが70kgf/mm2 以上である溶接性および耐SR割
れ特性に優れた高張力鋼。
【0013】
【作用】以下に、本発明における高張力鋼の化学組成を
上記のように限定する理由を説明する。なお、成分含有
量の「%」は「重量%」を意味する。
【0014】C:Cは鋼の強度を向上させる作用があ
る。所望の高強度を確保するためには0.03%以上必要で
あるが、0.20%を超えると溶接性の低下が著しくなるの
で、その含有量を0.03〜0.20%とした。
【0015】Si:Siは脱酸作用のほか、鋼の強度を向上
させる作用があるが、 1.0%を超えると溶接性の低下が
著しくなるので、その含有量を 1.0%以下とした。
【0016】Mn:Mnは強度および靱性を向上させる作用
があるが、 0.3%より少ないと所望の効果が得られず、
2.0%を超えると溶接性が阻害されるので、その含有量
を 0.3〜2.0 %とした。
【0017】P:PはSR割れおよびSR脆化を助長す
るので、その含有量を0.02%以下に制限した。
【0018】S:S含有量を極力低く抑えることが本発
明の重要なポイントである。本発明者らはS含有量を
0.001%以下に抑えれば、SR処理温度域での溶接熱影
響部の高温強度が向上し、耐SR割れ特性が著しく改善
されることを見出した。
【0019】図1はS含有量と溶接熱影響部の引張強さ
(600℃での引張強さ) との関係を調査したグラフであ
る。溶接熱影響部の高温引張強さは、図2(a)に示す
突合せ溶接試験片1を作製し、溶接熱影響部2に円周切
欠3を有する図2(b)に示す形状の丸棒引張試験片4
を切り出し、これを 600℃に加熱し、この温度で引張試
験を行う昇温破断試験により求めた。
【0020】図1から、S含有量が 0.001%以下になる
と溶接熱影響部の高温強度は急激に向上していることが
わかる。この図1の結果からS含有量を 0.001%以下と
した。なお、Sを 0.001%以下に低減すると、SR処理
温度域での溶接熱影響部の高温強度が向上し、耐SR割
れ特性が改善される理由は十分に解明されていないが、
Sの低減により粒界破壊の起点となる比較的粗大な粒界
析出物とマトリックスとの界面剥離が抑制されるためと
考えられる。
【0021】Cr:Crは所望の強度を確保するうえから
0.3%以上必要であるが、 3.0%を超えると溶接性が阻
害されるのみならず、焼戻し脆性が生じやすくなるの
で、その含有量を 0.3〜3.0 %とした。
【0022】Mo:Moは所望の強度を確保するえうから
0.2%以上必要であるが、 2.0%を超えると溶接性が著
しく阻害されるので、その含有量を 0.2〜 2.0%とし
た。
【0023】V:Vも所望の強度を確保するために必要
であるが、 0.5%を超えると靱性および溶接性が阻害さ
れるので、その含有量を 0.5%以下とした。
【0024】Al:Alは脱酸と組織の細粒化に効果があ
る。所望の効果を得るためには 0.003%以上必要である
が、0.10%を超えると靭性および溶接性が劣化するの
で、その含有量を 0.003〜0.10%とした。
【0025】B:Bは焼入れ性を高め、強度を向上させ
る作用を有しているが、0.0003%未満では所望の効果が
得られず、 0.006%を超えると母材の鋼および溶接部の
靱性が著しく阻害されるので、その含有量を0.0003〜0.
006 %とした。
【0026】CuおよびNi:CuおよびNiはともに鋼の強度
を向上させる作用がある。特に、Niは溶接性を損なうこ
となく強度の他に靭性も向上させる作用がある。従っ
て、これらの成分はより一層の高強度または高強度と靭
性が求められる場合に、必要に応じて1種以上添加して
もよい。しかし、Cuの場合には 2.0%を超えて含有する
と靱性および溶接性が阻害されので、添加する場合は
2.0%以下の含有量とするのがよい。一方、Niの場合は
高価な成分であるので、特に低温での使用を目的とする
鋼以外では生産コストの観点から、添加する場合でも5
%以下の含有量とするのがよい。
【0027】Ca:CaはS系介在物が圧延により伸長する
のを防止し、母材の鋼の靱性、特に板厚方向の靱性を改
善して溶接割れを防止する作用があるので、より一層の
溶接性が要求される場合には必要に応じて添加してもよ
い。しかし、0.01%を超えて含有すると鋼の延性が著し
く損なわれるので、添加する場合は0.01%以下の含有量
とするのがよい。
【0028】Nb:Nbは組織の細粒化を通して鋼の靱性を
向上させる作用があるので、鋼の靭性をより高めたい場
合には0.05%以下の範囲で含有してもよい。しかし、0.
05%を超えて含有すると溶接性および溶接部の靭性が低
下する。
【0029】上記組成の鋼は、熱間圧延で加工した後、
焼入れおよび焼戻しを行い、70kgf/mm2 以上の引張強さ
とする。焼入れは熱間圧延の後、直ちに急冷するいわゆ
る直接焼入れ法で実施してもよく、熱間圧延後、一旦室
温まで冷却した後、再加熱する方法で実施してもよい。
【0030】
【実施例】表1に示す化学組成の鋼を溶製し、鋳造した
後、1150℃に加熱して熱間圧延を開始し、 900℃以上で
厚さ50mmに仕上げた。次いで、本発明鋼C〜Eおよび比
較鋼4は、一旦、室温に冷却した後 900℃に再加熱して
水焼入れを、その他の本発明鋼および比較鋼は、圧延終
了後直ちに水焼入れを行った。焼入れ後は、全て620 〜
650℃の温度で焼戻しを行った。
【0031】こうして得られた本発明鋼および比較鋼か
ら試験片を切出し、引張試験、Y開先拘束割れ試験、昇
温破断試験およびSR割れ試験を行った。
【0032】Y開先拘束割れ試験では低温割れ防止予熱
温度を求め、溶接性を評価した。昇温破断試験では、図
2(a)に示す突合せ溶接試験片1を作製し、溶接熱影
響部2に円周切欠3を有する図2(b)に示す寸法形状
の丸棒引張試験片4 を切り出し、これを 600℃に加熱し
て破断強度を求めた。SR割れ試験では図3に示す寸法
形状の溶接継手5を作成し、これを 600℃の温度で2時
間SR処理し、試験ビード6側の5断面で割れを観察
し、割れの有無を調べた。これらの結果をまとめて表2
に示す。
【0033】
【表1】
【0034】
【表2】
【0035】表2より、本発明鋼はいずれも昇温破断試
験におけるSR温度域での高温強度は高く、SR割れ試
験での割れは皆無であるのに対して、比較鋼はSR温度
域での高温強度は相対的に低く、SR割れが発生(発生
率 100%) している。
【0036】低温割れ防止予熱温度については本発明鋼
および比較鋼ともほぼ同等であり、これらの予熱温度は
通常鋼とほぼ同等であるので、本発明鋼は優れた耐SR
割れ特性とともに良好な溶接性を兼備していると言え
る。
【0037】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の高張力鋼
は優れた耐SR割れ特性と良好な溶接性を兼備してお
り、大型の圧力容器や水圧鉄管分岐部の建造に適用する
ことによって、特に溶接施工に特別な注意を払う必要が
なく、かつSR処理を施すことができ、これらの構造物
の安全性の向上に寄与するところ大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1はS含有量と溶接熱影響部の高温引張強さ
( 600℃での引張強さ) との関係を調べたグラフであ
る。
【図2】図2(a)は昇温破断試験で使用した丸棒引張
試験片を切り出す前の突合せ溶接試験片の側面図であ
り、図2(b)は丸棒引張試験片の側面図である。
【図3】図3はSR割れ試験で使用した溶接継手の斜視
図である。
【符号の説明】
1は突合せ溶接試験片、2は溶接熱影響部、3は円周切
欠、4は丸棒引張試験片、5は溶接継手、6は試験ビー
ド、7は拘束ビード、である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重量%で、C:0.03〜0.20%、Si: 1.0%
    以下、Mn:0.3 〜 2.0%、P:0.02%以下、S: 0.001
    %以下、Cr:0.3 〜 3.0%、Mo:0.2 〜 2.0%、V:
    0.5%以下、Al:0.003 〜0.10%、B:0.0003〜 0.006
    %を含有し、残部がFeと不可避不純物からなり、引張強
    さが70kgf/mm2 以上である溶接性および耐SR割れ特性
    に優れた高張力鋼。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の成分に加えて更に、 2.0
    重量%以下のCuおよび 5.0重量%以下のNiのうちの1種
    以上を含有し、引張強さが70kgf/mm2 以上である溶接性
    および耐SR割れ特性に優れた高張力鋼。
  3. 【請求項3】請求項1または請求項2に記載の成分に加
    えて更に、0.01重量%以下のCaを含有し、引張強さが70
    kgf/mm2 以上である溶接性および耐SR割れ特性に優れ
    た高張力鋼。
  4. 【請求項4】請求項1、請求項2または請求項3に記載
    の成分に加えて更に、0.05重量%以下のNbを含有し、引
    張強さが70kgf/mm2 以上である溶接性および耐SR割れ
    特性に優れた高張力鋼。
JP6364091A 1991-03-28 1991-03-28 溶接性および耐sr割れ特性に優れた高張力鋼 Pending JPH0551696A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010074473A3 (en) * 2008-12-26 2010-09-23 Posco High strength steel plate for nuclear reactor containment vessel and method of manufacturing the same
JP2015129743A (ja) * 2013-12-03 2015-07-16 三菱日立パワーシステムズ株式会社 再熱割れ感受性評価方法及び再熱割れ抑制方法
JP2020204072A (ja) * 2019-06-17 2020-12-24 日本製鉄株式会社 大入熱溶接用高強度鋼板

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