JPH101745A - 超大入熱溶接特性に優れた耐候性鋼 - Google Patents

超大入熱溶接特性に優れた耐候性鋼

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JPH101745A
JPH101745A JP17068596A JP17068596A JPH101745A JP H101745 A JPH101745 A JP H101745A JP 17068596 A JP17068596 A JP 17068596A JP 17068596 A JP17068596 A JP 17068596A JP H101745 A JPH101745 A JP H101745A
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steel
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ultra
toughness
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JP17068596A
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Takeshi Tsuzuki
岳史 都築
Norimasa Kawabata
紀正 川端
Tomoaki Imaharu
智明 今春
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 溶接施工コスト低減のため、超大入熱溶接可
能な耐候性鋼を提供する。 【解決手段】 重量%でC:0.03〜0.10%、S
i:0.15〜0.40%、Mn:0.5〜1.6%、
P:≦0.015%、S:≦0.010%、Cu:0.
30〜0.50%、Ni:0.015〜1.00%、C
r:0.40〜0.60%、Ti:0.004〜0.0
15%、Al:0.010〜0.060%、N:0.0
016〜0.0060%、を含有し、かつ、 (7/4)*N+0.0012≦Ti≦4N-0.0024 単位:% ・・・(1) を満足し、残部Fe及び不可避的不純物よりなる超大入
熱溶接特性に優れた耐候性鋼、さらに、強度向上元素群
としてNb、B、Mo、Vの1種または2種以上を含有
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、超大入熱溶接特性
に優れた耐候性鋼に関するものである。特に、フェライ
ト相が主体の400〜590N/mm2級鋼で有効であ
る。
【0002】
【従来の技術】近年、溶接施工コスト低減のため、溶接
の超大入熱化が進んでいす。しかしながら、耐候性鋼に
はSi、Cr等の耐候性元素が添加されるため、満足で
きる超大入熱溶接特性を得ることが困難と考えられてい
たこともあり、超大入熱溶接を適用しようとする要求は
あまりなかった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、鋼橋の低コ
スト化のためには耐候性鋼も含めて超大入熱化は必須の
情勢となってきた。しかしながら、従来の耐候性鋼を1
パスの超大入熱溶接すると溶接継手部の靭性低下が大き
く溶接条件が限定されてきた。そこで、本発明は超大入
熱溶接特性に優れた耐候性鋼を提供することを課題とす
る。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、 (l)重量%でC :0.03〜0.10%、Si
:0.15〜0.40%、Mn :0.5〜1.6
%、P :≦0.015%、S :≦0.010
%、Cu :0.30〜0.50%、Ni :0.01
5〜1.00%、Cr :0.40〜0.60%、Ti
:0.004〜0.015%、Al :0.010〜
0.060%、N :0.0016〜0.0060
%、を含有し、かつ、 (7/4)*N+0.0012≦Ti≦4N-0.0024 単位:% ・・・ (1) を満足し、残部Fe及び不可避的不純物よりなる超大入
熱溶接特性に優れた耐候性鋼。
【0005】(2)上記(1)記載の鋼にさらに、介在
物形態制御群として、Ca :0.0010〜0.00
40%、REM:0.0005〜0.01%、の1種ま
たは2種を含有せしめ、および/または強度向上元素群
としてNb :0.002〜0.015%、B :
0.0003〜0.0015%、Mo :0.02〜
0.15%、V :0.01〜0.03%、の1種ま
たは2種以上を含有せしめたことを特徴とする超大入熱
溶接特性に優れた耐候性鋼。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明者らは、多数の実験の結果
得られた知見の基づき、耐候性と超大入熱特性(特に、
板厚方向に1パス溶接が可能な入熱70kJ/cm以上
の大入熱溶接に好適)の両者を満足する鋼を初めて見い
だしたものである。
【0007】本発明の基本技術思想は、特に400〜5
90N/mm2級鋼において超大入熱特性と耐候性を両
立するために、Ti、N含有量を特定し、大入熱溶接影
響部(HAZ)でTiNフェライト粒生成効果を発揮し
つつ、Niを母材とHAZに所定量含有せしめることで
ある。即ち、超大入熱靭性を向上するためには耐候性元
素群である、P、Si、Crの添加を抑制し、これらに
代わる耐候性元素としてNiの添加が必須であることを
見いだした。さらに、Ni添加だけでは耐候性鋼のHA
Z部の組織制御が十分ではなく超大入熱靭性が低下する
場合があるので、Tiとの複合が必須であること、Ni
添加によるHAZ部のフェライト安定性の低下に起因す
ると本発明者らは考えているが、Ti、Nの範囲は従来
の普通鋼とは異なる領域で超大入熱特性と耐候性が満足
できることを見入だしたものである。
【0008】TiとNは共存することによって通常の普
通鋼(耐候性を有しない鋼)、超大入熱特性を著しく改
善させることが知られている。今回、耐候性鋼の超大入
熱靭性について詳細に調べた結果、図1に示すようにT
i、Nの少ない領域では許容範囲が狭く、多くなるに従
って広くなり、下記条件式(1)を満足する範囲で大入
熱靭性が良好なことが明らかになった。この条件式は、
Ti、Nの絶対量が少ないときは、良好な超大入熱継手
靭性を示す領域が狭く、Ti、N量が多くなると、良好
な大入熱継手靭性を示す領域が広くなることを示してい
る。即ち、耐候性鋼では、普通鋼に比べて、超大入熱靭
性に不利な元素が耐候性の点から含まれるため、Ti、
Nの絶対量が少ないときは、TiCが析出したり過剰N
が存在しやすい領域では大入熱靭性が著しく低下するの
である。
【0009】 (7/4)*N+0.0012≦Ti≦4N-0.0024 単位:% ・・・ (1) また、Ti:0.004%未満、N:0.0016%未
満ではフェライト生成能力を有するTiN析出物の存在
量が少ないため、超大入熱靭性が不十分であり、Ti:
0.015%超、N:0.0060%超では粗大な析出
物が存在し易くなり継手靭性が低下してしまうため、T
i:0.004〜0.015%、N:0.0016〜
0.0060%の範囲とした。
【0010】Niは耐候性鋼において超大入熱特性を向
上させるために、前記のTi、Nの特定とともに本発明
鋼の必須元素である、Niは鋼マトリックスの母材靭性
向上に効果大きく、耐候性元素であるCu、Cr、Si
などによる超大入熱継手靭性低下の影響を低減する効果
があるが、HAZの組織制御なしでのマトリックスの靭
性のみでは十分な超大入熱靭性を得ることは困難であ
る。さらに、Niは耐候性向上にも効果が大きく、Ni
無しでは、超大入熱継手靭性が不足するばかりではな
く、耐候性も不十分になる。両者に効果のある下限は
0.15%である、添加量が増える程有効であり、なる
べく多く添加するが、高価な元素であり、かつ過剰添加
ではTiNによるフェライト生成能力が相対的に低下
し、Ni添加の効果が飽和するため、上限を1.00%
とする。
【0011】Cは強度確保上必要であり0.03%以上
とするが、0.10%を超えるとフェライト生成能力を
有するTiNが生成しにくくなるとともに大入熱継手部
のマトリックス靭性が低下し、超大入熱靭性を著しく阻
害するため上限を0.10%とする。
【0012】Siは脱酸元素および耐候性元素として
0.15%以上添加するが、添加量が高いと、TiNに
より生成されたフェライトから排出されたCによって溶
接継手部に高炭素島状マルテンサイト(M*)が生成
し、大入熱特性が低下するため、上限を0.40%とし
た。
【0013】Mnは強度を確保するのに有効であるため
0.5%以上添加するが、1.6%を超えると超大入熱
溶接時の冷却過程にM*の生成が増加するので、超大入
熱特性が低下するため、上限を1.6%とした。
【0014】Pは耐候性上有効な元素であるが、超大入
熱特性に対して有害であり、0.015%を超えると継
手部フェライト相の靭性を著しく阻害するため0.01
5%以下とし、耐候性は他元素で確保することとする。
【0015】Sは不純物元素として含まれるが、特に
0.010%を超えると介在物が増加するとともに継手
部フェライト相の靭性を著しく阻害し、超大入熱特性が
低下するため、上限を0.010%とした。
【0016】Cuは耐候性上有効な元素であり、0.3
0%以上を添加する。しかしながら、0.50%を超え
るといかにTiNがあっても超大入熱HAZで有効なフ
ェライト生成能力を有しないので超大入熱特性が低下す
るため、上限を0.50%とした。
【0017】Crも耐候性上有効な元素であり、0.4
0%以上添加する。しかしながら、継手靭性にはTiN
のフェライト生成能力を低減せしめる点で有害な元素で
特に0.60%を超えると超大入熱特性が低下するた
め、上限を0.60%とした。
【0018】Alについては脱酸元素として必要である
が、添加量が多いと介在物が増加するため、上限を0.
060%とした。
【0019】Ca、REMはともに介在物の形態を制御
して、板厚方向の引張特性を改善し、ラメラーティアの
軽減に有効である。このために、Caは0.0010%
以上、REMは0.0005%以上含有するが、添加量
が多すぎると介在物が増加して本発明の鋼組成では超大
入熱HAZでのTiNによる組織制御が困難になるの
で、Caは0.0040%以下、REMは0.01%以
下が好ましい。
【0020】次に、第二選択元素である強度向上元素群
のNb、B、Mo、Vの限定理由について述べる。
【0021】Nbは、母材強度を上昇させる効果があり
厚手材、高強度材などに対して0.002%以上添加す
ることが好ましいが、含有量が多くなると、本願発明の
成分系では大入熱HAZでNb炭窒化物の形成が促進さ
れ、有効TiNが減少し、Niを含有していても超大入
熱継手靭性を著しく低下させるため上限を0.015%
とする。
【0022】Bは母材強度を上昇させる効果があり高強
度材などに対して0.0003%以上添加するが、含有
量が多すぎると超大入熱継手靭性を著しく低下させるた
め上限を0.015%とする。
【0023】Moは、母材強度を上昇させる効果があり
厚手材、高強度材などに対して0.02%以上添加する
が、含有量が多くなると、溶接継手部に上部ベイナイ
ト、島状マルテンサイトなどを生成し、継手靭性を著し
く低下させるため上限を0.15%とする。
【0024】Vも母材強度を上昇させる効果があり高強
度材などに対して0.01%以上添加するが、含有量が
多くなると、溶接継手部に上部ベイナイト、島状マルテ
ンサイトなどを生成し、TiNによるフェライト生成や
Ni含有による大入熱HAZマトリックスの靭性向上が
十分に作用せず継手靭性を著しく低下させるため上限を
0.03%とする。
【0025】その他の不純物元素としてはHは0.00
05%以下、Oは0.005%以下が好ましい。これは
Hが高いと母材の内部欠陥、超大入熱継手部の割れを助
長し易く、Oが高いと鋼中の酸素系介在物が増えフェラ
イト生成能力を有するTiNの形成が制御されるので超
大入熱継手部の靭性も低下させるためである。
【0026】本発明の鋼とは、板厚が6mm以上であれ
ば、厚板、鋼管、型鋼、条鋼等いずれの断面形状であっ
てもかまわないが、特に厚板においては超大入熱溶接の
効果を享受し易い。
【0027】
【実施例】次に本発明の実施例と比較例を挙げる。表1
及び表2は化学成分と超大入熱靭性、耐候性について記
述したものである。
【0028】本発明法を適用して得た厚鋼板C1〜C1
1はいずれも優れた超大入熱継手靭性と耐候性を有して
いる。
【0029】これに対し、比較例のA1〜A11ではそ
れぞれ、C、Si、Mn、P、S、Cu、Cr、Nb、
B、C、Moの含有量が多いためいずれも超大入熱継手
靭性が悪い。また、A12〜A14はそれぞれ、Cu、
Cr、Niの含有量が少ないためいずれも耐候性が不十
分である。さらに、A14はNiの含有量が少ないため
超大入熱継手靭性も不十分である。
【0030】一方、B1〜B3はTi、Nの含有量が式
(1)を満足しておらず、いずれも超大入熱継手靭性が
悪い。
【0031】
【表1】
【0032】
【表2】
【0033】
【発明の効果】以上の如く、本発明によれば、従来50
kJ/cm程度の中入熱溶接しかできなかった耐候性鋼
において、350kJ/cm程度の超大入熱溶接が可能
になり、鋼橋を初めとする耐候性鋼の施工コストを著し
く減少し、社会的貢献の大きいものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】Ti、Nの本発明の領域を示す説明図である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%でC :0.03〜0.10
    %、 Si :0.15〜0.40%、 Mn :0.5〜1.6%、 P :≦0.015%、 S :≦0.010%、 Cu :0.30〜0.50%、 Ni :0.015〜1.00%、 Cr :0.40〜0.60%、 Ti :0.004〜0.015%、 Al :0.010〜0.060%、 N :0.0016〜0.0060%、を含有し、か
    つ、 (7/4)*N+0.0012≦Ti≦4N-0.0024 単位:% ・・・ (1) を満足し、残部Fe及び不可避的不純物よりなる超大入
    熱溶接特性に優れた耐候性鋼。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の鋼にさらに、介在物形態
    制御群として、 Ca :0.0010〜0.0040%、 REM:0.0005〜0.01%、の1種または2種
    を含有せしめたことを特徴とする超大入熱溶接特性に優
    れた耐候性鋼。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の鋼にさらに、強度向上元
    素群として、 Nb :0.002〜0.015%、 B :0.0003〜0.0015%、 Mo :0.02〜0.15%、 V :0.01〜0.03%、の1種または2種以上
    を含有せしめたことを特徴とする超大入熱溶接特性に優
    れた耐候性鋼。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の鋼にさらに、介在物形態
    制御群として、 Ca :0.0010〜0.0040%、 REM:0.0005〜0.01%、の1種または2種
    を含有するとともに、強度向上元素群としてNb :
    0.002〜0.015%、 B :0.0003〜0.0015%、 Mo :0.02〜0.15%、 V :0.01〜0.03%、の1種または2種以上
    を含有せしめたことを特徴とする超大入熱溶接特性に優
    れた耐候性鋼。
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Cited By (4)

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