JP5493557B2 - 大入熱溶接用鋼材 - Google Patents
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Description
本発明は、溶接部の熱影響部(HAZ)、中でも最も高温に曝され、オーステナイトが粗大化しやすいボンド部近傍の熱影響部における島状マルテンサイトの生成を抑制することによって、大入熱溶接部の靭性向上を図るところに技術的特徴がある。斯かる効果を得るためには、上記ボンド部近傍の熱影響部における島状マルテンサイトを、面積分率で1%以下に低減することが必要である。
C:0.01〜0.03mass%
Cは、鋼材強度を高める元素であり、構造用鋼として必要な強度を確保するには、0.01mass%以上含有させる必要がある。しかし、Cが0.03mass%を超えると、島状マルテンサイトが生成し易くなるため、上限は0.03mass%とする。
Siは、脱酸剤として添加される元素であり、0.01mass%以上の添加が必要である。しかし、0.15mass%を超えると、母材の靱性が低下するほか、大入熱溶接した熱影響部に島状マルテンサイトが生成し、靱性の低下を招きやすくなる。よって、Siは0.01〜0.15mass%の範囲とする。
Mnは、大入熱溶接後の冷却中にボンド部近傍のHAZに生成する島状の未変態オーステナイトをセメンタイトに分解しやすくし、無害化する効果があるので、島状マルテンサイトを生成させずに強度をあげることができる重要な元素である。上記効果を得るには、2.6mass%以上の添加が必要である。しかし、3.5mass%を超えて添加すると、島状マルテンサイトが多量に生成し、溶接部の靱性を低下させる。よって、Mnは2.6〜3.5mass%の範囲とする。好ましくは、2.7〜3.0mass%の範囲である。
Pは、大入熱溶接後の冷却中にボンド部近傍のHAZに生成する島状の未変態オーステナイトをセメンタイトに分解し難くし、靭性を低下させるので、本発明においては制限すべき重要な元素である。特に、0.008mass%を超える含有は、上記悪影響が著しくなる。よって、本発明では、上記弊害を抑制するため、Pは0.008mass%以下に制限する。好ましくは、0.006mass%以下である。
Sは、フェライトの核生成サイトを形成するMnSあるいはCaSを生成するために必要な元素であり、斯かる効果を得るためには、0.0005mass%以上含有させる必要がある。しかし、0.0040mass%を超えると、母材の靱性が却って低下する。よって、Sは0.0005〜0.0040mass%の範囲とする。
Alは、鋼の脱酸のために添加される元素であり、0.005mass%超え含有させる必要がある。しかし、0.1mass%以上添加すると、母材の靱性のみならず、溶接金属の靱性をも低下させる。よって、Alは0.005mass%超0.1mass%未満の範囲とする。
Tiは、凝固時にTiNとなって析出し、溶接熱影響部でのオーステナイトの粗大化を抑制し、また、フェライト変態核となって、溶接熱影響部の靭性向上に寄与する。斯かる効果を得るには、0.003mass%以上の添加が必要である。一方、0.03mass%を超えて添加すると、析出したTiNが粗大化し、上記効果が得られなくなる。よって、Tiは、0.003〜0.03mass%の範囲とする。
Nは、TiNの生成に必要な元素であり、必要量のTiNを確保するには、0.0025mass%以上含有させる必要がある。しかし、0.0070mass%を超えて添加すると、溶接熱サイクルによってTiNが再溶解する領域では、固溶N量が増加し、溶接部の靱性が著しく低下するようになる。よって、Nは、0.0025〜0.0070mass%の範囲とする。
Bは、溶接熱影響部でBNを形成して固溶Nを低減するとともに、フェライト変態核として作用するので、溶接熱影響部の高靭性化にとって有用な元素である。このような効果を得るには0.0003mass%以上添加する必要がある。しかし、0.0025mass%を超えて添加すると、焼入れ性が増して、却って靭性の低下を招く。よって、Bは、0.0003〜0.0025mass%の範囲とする。
V:0.2mass%以下
Vは、VNとして析出し、母材の強度・靱性の向上に寄与すると共に、フェライト生成核としても作用するので、必要に応じて添加することができる。これらの効果を得るためには0.01mass%以上含有させることが好ましい。しかし、過剰の添加は、却って靱性の低下を招くので、上限は0.2mass%とするのが好ましい。
Cu:1.0mass%以下
Cuは、母材の高強度化に有効な元素であり、その効果を得るためには0.05mass%以上含有させることが好ましい。しかし、多量に添加し過ぎると、靱性に悪影響を及ぼすため、添加する場合には、1.0mass%以下とするのが望ましい。
Niは、母材の高強度化に有効な元素であり、その効果を得るためには0.05mass%以上含有させることが好ましい。しかし、多量に添加し過ぎると、靱性に悪影響を及ぼすため、添加する場合には、1.0mass%以下とするのが望ましい。
Crは、母材の高強度化に有効な元素であり、その効果を得るためには0.02mass%以上含有させることが好ましい。しかし、多量に添加すると、靭性に悪影響を及ぼすようになるため、添加する場合には、上限を0.4mass%とするのが好ましい。
Moは、母材の高強度化に有効な元素であり、その効果を得るためには0.02mass%以上含有させることが好ましい。しかし、多量に添加すると、靭性に悪影響を及ぼすようになるため、添加する場合には、上限を0.4mass%とするのが好ましい。大入熱溶接部靱性をより安定して確保する観点からは、0.1mass%未満とするのがより好ましい。
Nbは、母材の強度・靭性および溶接継手の強度を確保するのに有効な元素であり、その効果を得るためには0.004mass%以上含有させることが好ましい。しかし、0.04mass%を超えて添加すると、溶接熱影響部に島状マルテンサイトが生成して靭性が低下するようになる。よって、添加する場合には、上限を0.04mass%とするのが好ましい。
Ca:0.0005〜0.0050mass%
Caは、Sの固定や、酸化物、硫化物の分散により靱性改善効果を有する元素であり、必要に応じて添加することができる。上記効果を得るには、少なくとも0.0005mass%含有させることが好ましい。しかし、0.0050mass%を超えて添加しても、上記効果は飽和する。よって、Caを添加する場合は、0.0005〜0.0050mass%の範囲とするのが好ましい。
Mg,ZrおよびREMはいずれも、酸化物の分散による靱性改善効果を有する元素である。このような効果を得るには、Mgは0.0005mass%以上、ZrおよびREMは0.001mass%以上含有させることが好ましい。一方、Mgは0.0050mass%超え、ZrおよびREMは0.02mass%超え添加しても、その効果は飽和するだけである。よって、これらの元素を添加する場合は、上記範囲とするのが好ましい。
また、上記熱処理後の鋼板から、試験片長手方向が圧延方向と一致するようにして2mmVノッチシャルピー試験片を採取し、−100〜40℃の温度範囲でシャルピー衝撃試験を行い、延性破面率50%となる破面遷移温度vTrsを求め、靭性を評価した。
Claims (4)
- C:0.01〜0.03mass%、Si:0.01〜0.15mass%、Mn:2.6〜3.5mass%、P:0.008mass%以下、S:0.0005〜0.0040mass%、Al:0.005mass%超0.1mass%未満、Ti:0.003〜0.03mass%、N:0.0025〜0.0070mass%、B:0.0003〜0.0025mass%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、溶接入熱量が300kJ/cmを超える大入熱溶接を施したときのボンド近傍の熱影響部組織における島状マルテンサイト面積分率が1%以下である大入熱溶接用鋼材。
- 上記成分組成に加えてさらに、V:0.2mass%以下を含有することを特徴とする請求項1に記載の大入熱溶接用鋼材。
- 上記成分組成に加えてさらに、Cu:1.0mass%以下、Ni:1.0mass%以下、Cr:0.4mass%以下、Mo:0.4mass%以下およびNb:0.04mass%以下のうちから選ばれる1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の大入熱溶接用鋼材。
- 上記成分組成に加えてさらに、Ca:0.0005〜0.0050mass%、Mg:0.0005〜0.0050mass%、Zr:0.001〜0.02mass%、REM:0.001〜0.02mass%のうちから選ばれる1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の大入熱溶接用鋼材。
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