JP3854807B2 - 溶接性および均一伸びに優れた高張力厚鋼板 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接性(大入熱HAZ靭性および耐溶接割れ性)および均一伸びに優れた590MPa以上780MPa未満の厚鋼板(以下、単に「590MPa級厚鋼板」と称す)に関するものである。本発明の高張力厚鋼板は、特に建築構造物や鋼構造物に好適に用いられる。
【0002】
【従来の技術】
590MPa級鋼板では、母材強度の確保という観点から合金成分を多量に添加するため、冷却速度の速い小入熱溶接条件ではHAZ(溶接熱影響部)が硬化して溶接割れ(低温割れ)が生じやすく、かかる溶接割れの防止を目的として、溶接施工時に75℃程度の予熱を行う必要がある。従って、この予熱工程を省略できれば施工効率が大幅に向上し、且つコストダウンにもつながるため、耐溶接割れ性に優れた590MPa級鋼板の提供が切望されている。
【0003】
ところで、耐溶接割れ性の指標としては下式で定義されるPcm(%)というパラメーターが一般に用いられている。
Pcm=[C]+[Si]/30+[Mn]/20+[Cu]/20+[Ni]/60+[Cr]/20+[Mo]/15+[V]/10+5×[B]
《式中、[ ]は各元素の含有量(質量%)を示す》
例えば、特開平10−68045号公報に、このPcmを0.20以下に制限することで耐溶接割れ性を改善することが開示されている。
【0004】
一方、同じ590MPa級鋼板において、大入熱溶接時にHAZ靭性が劣化する問題がある。これは、入熱が大きくなるとHAZ部の冷却速度が遅くなり、それに伴いHAZ部の焼入れ性が低下し、粗大な島状マルテンサイトを生成することに基づく。この問題は厚板、薄板いずれにおいても発生し、実際の溶接施工時に入熱制限が行われ、溶接効率が悪かった。
【0005】
大入熱溶接時のHAZ靭性の改善に当たっては、上記特開平10−68045号公報の他、特開平10−121191号公報において、下式で表される炭素当量(Ceq)を0.35〜0.40と低く制限することが開示されている。
Ceq=[C]+[Mn]/6+[Si]/24+[Ni]/40+[Cr]/5+[Mo]/4+[V]/14
《式中、[ ]は各元素の含有量(質量%)を示す》。
【0006】
このように、従来はPcmを低値に制御することにより小入熱溶接時の耐溶接割れ性を改善したり、あるいはCeqを制御することにより大入熱HAZ靭性を改善すると共に、合金成分の含有量制限に伴う母材強度低下を、製造プロセスを改良するなどして補っていた。これにより、590MPa級鋼板において、母材製造時の焼入れにおける冷却速度が比較的速い薄板では溶接時の予熱フリーを達成できたが、冷却速度が遅い厚板では溶接時の予熱フリーと母材強度の両立を達成することが困難であった。また、Cuの析出を利用して母材強度を確保する方法も開示されているが、冷却速度が遅い厚板では充分な母材強度が得られなかった。
【0007】
このように、小入熱溶接においてHAZ部は高温に加熱された後の冷却速度が速いため、硬化して溶接割れ(低温割れ)を起こしやすい。一方、母材は板厚が厚くなるほど冷却速度が遅くなるため、圧延後の焼入れ効果による強度確保が難しくなる。従って、590MPa級厚鋼板では、小入熱溶接時の溶接割れを防止するため冷却速度が速くなっても硬くならないようにした上で、鋼板製造時の冷却速度が遅く、焼入れ効果が得難い場合であっても如何に強度を確保するかが重要課題となる。
【0008】
さらに、厚板、薄板のいずれにおいても、大入熱溶接においては、HAZ部の冷却速度が遅くなり、それに伴いHAZ部の焼入れ性が低下し、粗大な島状マルテンサイト組織を生成して靭性が低下するが、このHAZ靭性を改善するには、冷却速度が遅い場合であっても島状マルテンサイト組織の生成を如何なる方法で抑制するかが重要課題となる。
【0009】
また、建築構造物や鋼構造物用の鋼板では、耐震性の観点から、高い均一伸びを有することが求められるが、一般に引張強度が大きいほど均一伸びが低下するといった傾向があり、高強度を維持しつつ均一伸びを向上させる技術が要求されている。
【0010】
鋼板の高強度と高均一伸びを両立させる技術としては、例えば、特開平9−3594号公報に、鋼板をフェライト+第二相型の複合組織とし、均一伸びを確保すべくフェライト分率を特定の範囲とした上で、引張強度を向上させるべく、第二相を硬質化することが提案されている。しかしながら、この技術を590MPa級厚鋼板に適用する場合には、C含有量を高くする必要があり、その結果、耐溶接割れ性が低下する傾向にあった。
【0011】
また、特開平8−246047号公報には、熱間圧延後の冷却速度を最適化することで鋼板の均一伸びを向上させる技術が開示されているが、この技術を590MPa級厚鋼板に適用しても、耐溶接割れ性と均一伸びの両者を高いレベルで改善できるものではない。
【0012】
この他、薄鋼板においては、鋼中に残留γを生成させ、その応力誘起変態を利用して均一伸びの向上を図ることが行われている。しかしながら、鋼中に残留γを安定に生成させるためには、溶接性低下の原因となるCやAl,Siを多量に含有させる必要があり、高いレベルでの溶接性が要求される厚鋼板に適用することは困難であった。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に着目してなされたものであり、その目的は、溶接性(大入熱HAZ靭性および耐溶接割れ性)および均一伸びに優れた590MPa級厚鋼板を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成し得た本発明の溶接性および均一伸びに優れた高張力厚鋼板とは、C:0.010〜0.06%(質量%の意味、以下同じ),Ti:0.005〜0.03%,N:0.0020〜0.010%を含有する鋼からなり、
光学顕微鏡により観察した鋼組織の90体積%以上がベイナイトであり、
X線回折法により測定した残留γ量が少なくとも1.0体積%であると共に、引張強さが590MPa以上780MPa未満であるところに要旨を有するものである。
【0015】
なお、上記厚鋼板においては、さらにMn:1.0〜3.0%,Cr:0.1〜2.0%,Mo:1.5%以下(0%を含む)を含有し、且つ下式(1)で表されるKP値が2.4以上5.5以下であることが好ましい。
KP=[Mn]+1.5×[Cr]+2×[Mo] ・・・ (1)
《式中、[ ]は各元素の含有量(質量%)を意味する》。
【0016】
また、上記厚鋼板の内、さらにSi:1%以下および/またはAl:0.2%以下を含有するもの;さらにNi:6%以下および/またはCu:2.0%以下を含有するもの;さらにV:0.10%以下、Nb:0.10%以下、B:0.0080%以下よりなる群から選択される少なくとも一種を含有するもの;さらにZr:0.10%以下を含有するもの;さらにCa:0.0050%以下および/またはREM(希土類金属):0.05%以下を含有するもの;さらにP:0.020%以下およびS:0.010%以下に夫々抑えられているものは、本発明の目的を達成する上で好ましい態様である。
【0017】
なお、本発明の高張力厚鋼板の化学組成は、典型的には上記元素の他は残部Feおよび不可避不純物からなるが、その他の化学成分についても、本発明の効果を阻害しない範囲内で含有されていてもよい。
【0018】
【発明の実施の形態】
490MPa級鋼板においては、上記のようなPcmの制御によって耐溶接割れ性の改善と母材強度の確保を両立することができたが、590MPa級鋼板ではPcmによる成分制御を行ったとしても、特に厚板において両特性の満足を図ることは困難であった。
【0019】
また、一般に、大入熱溶接時に高温ベイナイトを生成させると島状マルテンサイトが生成し、鋼のHAZ靭性が劣化するため、490MPa級鋼板では、HAZにおいてフェライトを積極的に生成させるべく、Ceqを制御して大入熱HAZ靭性の改善が試みられてきたが、これは高強度の厚鋼板に適用できるものではなく、590MPa級鋼板での大入熱HAZ靭性の改善と厚肉化の両立を図ることも困難であった。
【0020】
ところで、鋼板の均一伸び向上を図るには、従来から薄鋼板で行われているように、鋼板中に残留γを生成させ、その応力誘起変態を利用することが有効である。しかし、残留γを安定に生成させつつ高強度化を図るには、C,Al,Siといった元素を多量に添加する必要があり、これがこの技術の厚鋼板への適用を困難にしていた。こうした元素の多量添加は、上記のような鋼板の溶接性低下を引き起こすため、溶接性があまり問題にされない薄鋼板では、この手段によって高強度化と均一伸びの改善の両者を同時に達成することが可能であったが、溶接性が極めて重要な厚鋼板においては、むしろこれらの元素の添加を抑制することが好ましく、溶接性を損なわずに高強度とした上で、残留γを生成させることは極めて困難なのである。
【0021】
そこで、本出願人は、上記の従来技術とは異なり、C量を極力低減化し、さらに組織の微細化に寄与する元素の量を適切に制御することで良好な溶接性を確保すると共に、鋼組織をベイナイト主体として高い母材強度を確保しつつ、鋼中に残留γを生成させることで均一伸びを改善し得ることを見出し、本発明を完成するに至ったのである。
【0022】
本発明の高張力厚鋼板においては、上記の通り、良好な溶接性を確保するために、母材強度の向上に寄与するCの含有量を極力低減化する。よって、高い母材強度を確保するために鋼組織をベイナイト主体とするのである。具体的には、光学顕微鏡により観察した鋼組織中のベイナイトの量が90体積%以上、好ましくは95体積%以上、さらに好ましくは98体積%以上でなければならない。
【0023】
なお、後述するように、ベイナイトと残留γを光学顕微鏡で識別することは困難であるため、ここでいう「ベイナイト量」は、残留γを含めた量である。従って、本発明で規定するベイナイト量と、後述する残留γ量を足した値が100%を超える場合もあり得る。また、鋼組織の他の成分としては、フェライトやマルテンサイトなどがある。
【0024】
本発明の高張力厚鋼板では、既述の通り、鋼中に残留γを生成させ、この応力誘起変態を利用することによって均一伸びの向上を図る。応力誘起変態による均一伸びの向上効果を十分に確保するためには、X線回折法により測定した残留γ量が少なくとも1.0体積%以上、好ましくは1.5体積%以上、さらに好ましくは2.0体積%以上でなければならない。
【0025】
残留γはベイナイトのラス境界に微細に生成するものであり、ベイナイト量の測定の際に用いる光学顕微鏡では識別できない。しかしながら、残留γは結晶構造が面心立方構造であり、他方、ベイナイトやフェライトなどは体心立方構造であることから、X線回折法によって残留γ量を測定することが可能である。また、残留γ量の上限については、多ければ多いほど好ましいが、後述するようにC量を0.06%以下と制限しているため、10体積%程度が上限であると推定される。
【0026】
なお、本発明は、590MPa級の高張力厚鋼板を対象とするものであるが、引張強さが780MPa以上になると均一伸びが低下する傾向があるため、引張強さの範囲を590MPa以上780MPa未満と規定している。
【0027】
次に、本発明で規定する成分について説明する。
【0028】
C:0.010〜0.06%
Cは、溶接時におけるHAZ部の耐溶接割れ性と母材強度を両立させ、且つ大入熱HAZ靭性を改善し、さらに残留γを生成させるために重要な元素である。Cが0.06%を超えると高冷却速度の際に低温ベイナイトでなくマルテンサイトが生成するようになり、耐溶接割れ性および大入熱HAZ靭性が改善されない。好ましくは0.05%以下である。なお、0.010%未満では必要最小限の母材強度が得られない。好ましくは0.02%以上である。
【0029】
Ti:0.005〜0.03%
Tiは、Nと窒化物を形成して大入熱溶接時におけるHAZ部のγ粒を微細化し、HAZ靭性改善に寄与する点で有用である。ただし、Tiの含有量が夫々0.03%を超えると逆にHAZ靭性が低下する。好ましくは0.020%以下である。なお、0.005%未満では、大入熱HAZ靭性改善の効果が十分でない。好ましくは0.008%以上である。
【0030】
N:0.0020〜0.010%
Nは上記の通り、Tiや、後述するZrと窒化物を形成して大入熱溶接時におけるHAZ靭性改善に寄与する点で有用である。ただしNは、後述するBと結合して固溶Bを減少させ、Bの焼入れ性向上作用を阻害し、母材の靭性および大入熱HAZ靭性を低下させる作用も有しており、Nの含有量が0.010%を超えるとその作用が顕著になる。好ましくは0.0080%以下である。なお、0.0020%未満ではTiあるいはZrとの窒化物形成による大入熱HAZ靭性改善の効果が十分でない。好ましくは0.0030%以上である。
【0031】
さらに、本発明の高張力厚鋼板においては、溶接性、すなわち耐溶接割れ性および大入熱HAZ靭性のより一層の向上を図るべく、上記の如くCを極低Cに制限する他、以下に示す焼入れ向上元素を積極的に添加し、大入熱HAZ靭性改善に寄与する元素の添加を適切に制御するなどして、ベイナイトの連続冷却曲線(図1のCCT線図を参照)が短時間側且つ低温側に移動すると共に、フェライトのCCT線が長時間側に移動するようにした(実線から破線へ移動)。
【0032】
従って、従来は、高冷却速度ではマルテンサイト、低冷却速度ではフェライトまたは高温ベイナイトを生成するために、硬さの冷却速度感受性が大きく、小入熱溶接時のHAZ部の硬さ低減(耐溶接割れ性の改善)と母材強度の確保が両立できず、予熱フリーの達成が困難であったが、本発明によれば、高冷却速度、低冷却速度のいずれにおいても低温ベイナイトを生成し、硬さの冷却速度感受性が低下し、溶接時のHAZ部の硬さ低減(耐溶接割れ性の改善)と母材強度確保を両立ならしめることができる。
【0033】
一方、大入熱溶接の場合、HAZの冷却速度が遅くなるため、従来はフェライトまたは高温ベイナイトを生成し、それに伴い粗大且つ塊状の島状マルテンサイト組織が生成してHAZ靭性が劣化していたが、本発明では、冷却速度が遅くても低温ベイナイトが生成するため塊状ではなくフィルム状のマルテンサイト組織になると同時に、極低Cであるため生成するマルテンサイト組織が微細となり、HAZ靭性を確保できる。
【0034】
なお、上述した耐溶接割れ性と大入熱HAZ靭性の向上に対するアプローチについては既に出願を済ませている(特願平10−336268、特願平11−356606、特願2000−153713)。これらの先願発明はいずれも、高張力鋼板の耐溶接割れ性と大入熱HAZ靭性の向上を目的とするものであり、本願発明は、これら溶接性の向上に加えて、均一伸びの向上をも目的とする点で、これらの先願発明とは異なるものである。
【0035】
以下、溶接性の向上に寄与する成分について説明する。
【0036】
Mn:1.0〜3.0%
Cr:0.1〜2.0%
Mo:1.5%以下(0%を含む)
これらの元素は焼入れ性を改善する作用を有し、高冷却速度〜低冷却速度で低温ベイナイトを生成しやすくすると共に、上記の通り、極低Cとし、好ましくはさらに所定のB量を添加することにより小入熱溶接時におけるHAZ部の耐溶接割れ性と母材強度確保を両立させ、且つ大入熱HAZ靭性を改善できる点で有用である。
【0037】
まず、MnおよびCrの含有量は、夫々1.0%以上、0.1%以上であることが好ましい。これらの含有量に満たないと、厚みの大きな鋼板では、所望の焼入れ性改善作用が発揮されず、母材強度向上効果が十分に確保できない場合がある。より好ましくはMn:1.2%以上、Cr:0.5%以上である。ただし、Mn,CrおよびMoの含有量が、夫々3.0%、2.0%、1.5%を超えると母材の靭性が低下するため、その上限は夫々3.0%以下、2.0%以下、1.5%以下であることが好ましい。より好ましくはMn:2.5%以下、Cr:1.5%以下、Mo:1.0%以下である。
【0038】
さらに、これらMn,Cr,Moで定められるKP値の範囲を制御することで、鋼の焼入れ性改善作用により、冷却速度の遅い厚鋼板であっても、引張強さ(母材強度)の確保がより容易となる(後述する)。具体的には、KP値は2.4以上5.5以下であることが好ましい。KP値が2.4未満では上記作用を有効に発揮させることができない。より好ましくは2.6以上である。ただし、KP値が5.5を超えると大入熱HAZ靭性が低下する。より好ましくは5.0以下である。
【0039】
Si:1%以下
Siは脱酸剤であると共に、鋼中の残留γを安定化させる点で有用な元素であるが、1%を超えて添加すると溶接性および母材靭性が低下するのでその上限を1%とすることが好ましい。より好ましくは0.5%以下である。
【0040】
Al:0.2%以下
Alは脱酸剤であると共に、鋼中の残留γを安定化させる他、鋼中に含有するNを固定し、好ましく添加されるBの固溶量を増加させることによりBに基づく焼入れ性向上作用を高める元素であるが、0.2%を超えて添加すると母材の靭性が低下するので、その上限を0.2%とすることが好ましい。より好ましくは0.2%未満、さらに好ましくは0.1%以下である。
【0041】
Ni:6%以下
Niは母材靭性向上に有用な元素であるが、6%を超えて添加するとスケール疵が発生しやすくなるため、その上限を6%とすることが好ましい。より好ましくは4%以下である。
【0042】
Cu:2.0%以下
Cuは固溶強化および析出強化により母材強度を向上させると共に、焼入れ性向上作用も有する元素である。ただし、2.0%を超えて添加すると大入熱HAZ靭性が低下するため、その上限を2.0%とすることが好ましい。より好ましくは1.5%以下である。
【0043】
V:0.10%以下
Vは少量の添加により焼入れ性および焼戻し軟化抵抗を高める作用がある。ただし、0.10%を超えて添加すると大入熱HAZ靭性が低下するので、その上限は0.10%とすることが好ましい。より好ましくは0.07%以下である。
【0044】
Nb:0.10%以下
Nbはγ粒径を微細化し、これにより変態後のベイナイトブロックサイズが微細化されるため母材靭性の向上に寄与する。ただし、Nbの添加量が0.10%を超えると大入熱HAZ靭性が低下するので、その上限は0.10%とすることが好ましい。より好ましくは0.05%以下である。
【0045】
B:0.0080%以下
Bは焼入れ性改善元素で、低冷却速度で低温ベイナイトを生成しやすくすると共に、上記の通り、極低Cとし、同時に適量のMn,Cr,Moを添加することにより小入熱溶接時におけるHAZ部の耐溶接割れ性と母材強度向上を両立させることができる点で有用である。ただし、Bが0.0080%を超えるとかえって焼入れ性が低下し、母材強度が不足するので、その上限は0.0080%とすることが好ましい。より好ましくは0.0060%以下である。また、Bが0.0006%未満では焼入れ性改善効果が期待できず、母材強度が向上しない場合があるため、0.0006%以上添加することが好ましい。より好ましくは0.0010%以上である。
【0046】
Zr:0.10%以下
ZrはTiと同様に、Nと窒化物を形成して大入熱溶接時におけるHAZ部のγ粒を微細化し、HAZ靭性改善に寄与する点で有用である。ただし、Zrの含有量が0.10%を超えると逆にHAZ靭性が低下するため、0.10%以下であることが好ましい。より好ましくは0.07%以下である。
【0047】
Ca :0.0050%以下
REM:0.05%以下
CaおよびREMはMnSを球状化するので、介在物の異方性を低減する効果を有する元素である。このような作用を発揮させるためにはCa:0.0005%以上添加することが好ましい。より好ましくは0.0010%以上である。ただし、Ca:0.0050%、REM:0.05%を超えて過剰に添加すると母材靭性が低下するのでその上限をCa:0.0050%、REM:0.05%とすることが好ましい。より好ましくはCa:0.0040%以下、REM:0.03%以下である。
【0048】
P:0.020%以下,S:0.010%以下
PおよびSは不純物元素である。よって夫々0.020%以下、0.010%以下に抑えられていることが好ましい。
【0049】
次に、本発明の高張力厚鋼板の製造方法について説明する。本発明の高張力厚鋼板は、上記成分組成を満足する鋼を用い、加熱、熱間圧延、および焼入れをすることにより得ることができる。ただし、極低C量としているため、通常の焼入れ条件(熱間圧延後の冷却条件)では残留γを生成することができない。本発明の高張力厚鋼板を得るための好ましい一例を以下に示す。なお、下記は本発明製造法の一例であり、該方法に限定する趣旨ではない。
【0050】
950〜1200℃で2時間以上加熱した後、熱間圧延を行い、700℃以上で圧延を完了し、その後冷却する。その際の適切な冷却速度は鋼の組成、板厚などとも関係し、一概には決められないが、後記実施例に示すように、圧延終了後、550℃までを平均1℃/秒以上、好ましくは2℃/秒以上、さらに好ましくは4℃/秒以上であって、好ましくは10℃/秒以下、さらに好ましくは5.5℃/秒以下で冷却し、ベイナイト変態を終了させる。このような速度で冷却を行うことにより、鋼中でのフェライト変態を抑制して、ベイナイト量を上記範囲とすることができる。
【0051】
次いで、400℃までを0.5℃/秒以上2℃/秒以下、好ましくは0.6℃/秒以上1.5℃/秒以下で冷却して残留γを生成させる。このような速度で冷却するのは、ベイナイトのラス境界に存在するγ中に、十分にCを濃縮させてγを安定化させ、室温で残留するγ量を上記の範囲とするためである。すなわち、上記冷却速度が0.5℃/秒を下回ると、γが分解してしまう。他方、冷却速度が2℃/秒を超えると、ベイナイトのラス境界のγ中に十分にCが濃化せず、その後の冷却過程でγがマルテンサイトに変態してしまい、残留γが得られない。その後空冷または水冷して本発明の高張力厚鋼板が得られる。
【0052】
特にKP値が上記範囲内にある場合は、焼入れ性が良好であるため、上記熱間圧延後、550℃までの冷却速度をより低速度側とすることが可能であり、具体的には、1℃/秒以上であればフェライト変態を抑制してベイナイト量を上記範囲とすることができる。
【0053】
また、鋼中に残留γが上記の量で存在していなければならないため、こうして得られた本発明の高張力厚鋼板を焼戻しする際には、残留γが分解しない程度の低温で行う必要がある。
【0054】
このように本発明によれば、非常に高いレベルの溶接性を有し、且つ所定量の残留γを含有することにより優れた均一伸びを有する590MPa級の高張力厚鋼板を提供できる。
【0055】
【実施例】
以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。但し、下記実施例は本発明を制限するものではなく、前・後記の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施することは全て本発明の技術的範囲に包含される。
【0056】
表1および2に示す成分組成の鋼を通常の溶製法により溶製し、スラブとした後、通常の加熱、熱間圧延を行った後、表3および4に示す条件で冷却し、所定の板厚からなる高張力厚鋼板を製造した。
【0057】
このようにして得られた各鋼板について、下記の要領でベイナイト量、残留γ量、母材特性[引張強さ、均一伸び、靭性(vE-40)]を評価し、本発明で基準とする母材レベル(590MPa≦引張強さ<780MPa、均一伸び≧13%、vE-40≧100J)をクリアしたものについては、さらに溶接性(耐溶接割れ性およびHAZ靭性)を評価した。
【0058】
[母材特性試験]
▲1▼引張試験:各鋼板の板厚1/4部位からJIS4号試験片を採取し、引張試験を行うことにより均一伸び、および引張強さを測定した。均一伸び≧13%、590MPa≦引張強さ<780MPaを合格とした。
▲2▼衝撃試験:各鋼板の板厚1/4部位からJIS4号試験片を採取し、シャルピー衝撃試験をおこなうことにより吸収エネルギー(vE-40)を得た。vE-40≧100Jを合格とした。
【0059】
[ベイナイト量]
各鋼板の板厚1/4部位を鏡面研磨した試験片を、2%硝酸−エタノール溶液(ナイタール溶液)でエッチング後、該箇所について光学顕微鏡を用いて400倍で観察した。この観察視野5視野について、画像解析を行い、鋼組織中のベイナイト量(分率)を測定した。この際、フェライト以外のラス状組織はベイナイトとみなした。
【0060】
[残留γ量]
各鋼板の板厚1/4部位を50〜100μm電解研磨した試験片についてX線回折測定を行い、α−Fe(200)面とγ−Fe(200)面のピーク強度比から残留γ量を求めた。
【0061】
[溶接性試験]
▲1▼HAZ靭性:入熱15kJ/mm(板厚:25〜50mm)、あるいは40kJ/mm(板厚:50mm以上)で溶接を行い(サブマージアーク溶接法)、図2に示す部位からJIS4号試験片を採取してシャルピー衝撃試験を行い、ボンド部の吸収エネルギー(vE-20)を求めた。vE-20≧100Jを合格とした。▲2▼耐溶接割れ性:JIS Z 3158に記載のy形溶接割れ試験法に基づいて、入熱1.7kJ/mmで被覆アーク溶接を行い、ルート割れ防止予熱温度を測定した。25℃以下を合格とした。
これらの結果を表3および4に併記する。
【0062】
【表1】
【0063】
【表2】
【0064】
【表3】
【0065】
【表4】
【0066】
表3および表4から、次のように考察することができる。まず、表2のNo.22〜38の鋼板は本発明の要件を満足する実施例であり、表4に示す通り、いずれの鋼板も母材特性および溶接性に優れている。
【0067】
これに対し、表1のNo.3,4,15,16,18の各鋼板は本発明の要件を満足しない比較例であり、以下に示す不具合を有している。
【0068】
No.3の鋼板は、C量が本発明の範囲を超える例であり、耐溶接割れ性が低下した。また、No.4の鋼板は、C量が本発明の範囲を下回る例であり、所望のベイナイト量が得られず、母材強度が低下した。
【0069】
No.15の鋼板は、Ti量が本発明の範囲を下回る例であり、大入熱HAZ靭性が低下した。また、No.16の鋼板は、Ti量が本発明の範囲を超える例であり、大入熱HAZ靭性が低下した。
【0070】
No.18の鋼板は、N量が本発明の範囲を超える例であり、大入熱HAZ靭性が低下した。
【0071】
また、表1のNo.1,5〜14,17,20,21、および表2のNo.39,40の各鋼板は、化学成分またはKP値が一部本発明の好ましい範囲を満足しない参考例である。
【0072】
このうち、No.5の鋼板は、KP値が本発明の範囲を超える例であり、大入熱HAZ靭性が低下した。
【0073】
No.6の鋼板は、Mn量が本発明の範囲を下回る例であり、所望のベイナイト量が得られず、母材強度が低下した。また、No.7の鋼板は、Mn量が本発明の範囲を超える例であり、母材靭性が低下した。
【0074】
No.8の鋼板は、Cr量が本発明の範囲を下回る例であり、所望のベイナイト量が得られず、母材強度が低下した。また、No.9の鋼板は、Cr量が本発明の範囲を超える例であり、母材靭性が低下した。
【0075】
しかしながら、No.6の鋼板と同様にMn量が本発明の範囲を下回るが、厚みがNo.6に比べて薄い例であるNo.40の鋼板、およびNo.8の鋼板と同様にCr量が本発明の範囲を下回るが、厚みがNo.8に比べて薄い例であるNo.39の鋼板では、いずれも母材特性および溶接性に優れており、これらの含有量が本発明の好ましい範囲を満たさなくても、鋼板の厚みによっては良好な特性のものが得られることが分かる。
【0076】
No.10の鋼板は、Mo量が本発明の範囲を超える例であり、母材靭性が低下した。
【0077】
V,Nb,Cuの量が本発明の範囲を超えるNo.11〜13の各鋼板では、大入熱HAZ靭性が低下した。
【0078】
Ca,REM,Zrの量が本発明の範囲を超えるNo.17,20,21の各鋼板では、母材靭性が低下した。
【0079】
B量が本発明の範囲を超えるNo.14の鋼板では、所望のベイナイト量が得られず、母材強度が低下した。
【0080】
また、KP値が本発明の範囲を下回るNo.1の鋼板では、製造条件によっては、所望のベイナイト量が得られず母材強度が低下したり、残留γ量が少なく、均一伸びが低いものが得られた。
【0081】
No.2の鋼板は、化学成分については本発明の要件を満足する実施例である。この鋼板でも、No.1の鋼板と同様、製造条件によっては、所望のベイナイト量が得られず母材強度が低下したり、残留γ量が少なく、均一伸びが低いものが得られるものの、KP値も本発明の範囲を満足するため、No.1よりも広い製造条件で、母材強度、均一伸びおよび溶接性の各特性を兼ね備えたものが得られた。
【0082】
No.19の鋼板も、化学成分については本発明の範囲を満足するものであるが、製造条件によっては母材強度が本発明の範囲を超えてしまい、均一伸びが低下した。
【0083】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されており、溶接性を高いレベルで改善しつつ、残留γを生成させることにより、均一伸びに優れた590MPa以上780MPa未満の高張力厚鋼板を提供することができた。本発明の高張力厚鋼板は、建築用途の中でも、特に高いレベルの溶接性と均一伸びが要求される橋梁用途などにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の成分設計の考え方を説明するための模式的なCCT線図である。
【図2】サブマージアーク溶接時のボンド靭性の試験片採取位置を示す概略説明図である。
Claims (8)
- C :0.010〜0.06%(質量%の意味、以下同じ),
Ti:0.005〜0.03%,
N :0.0020〜0.010%
を含有し、残部Feおよび不可避不純物からなる鋼からなり、
光学顕微鏡により観察した鋼組織の90体積%以上がベイナイトであり、
X線回折法により測定した残留γ量が少なくとも1.0体積%であると共に、
引張強さが590MPa以上780MPa未満であることを特徴とする、大入熱HAZ靭性、耐溶接割れ性および均一伸びに優れた高張力厚鋼板。 - Mn:1.0〜3.0%,
Cr:0.1〜2.0%,
Mo:1.5%以下(0%を含む)
を含有し、且つ
2.4≦KP≦5.5
を満足するものである請求項1に記載の高張力厚鋼板。
ただし、
KP=[Mn]+1.5×[Cr]+2×[Mo]
《式中、[ ]は各元素の含有量(質量%)を意味する》。 - Si:1%以下および/またはAl:0.2%以下を含有するものである請求項1または2に記載の高張力厚鋼板。
- Ni:6%以下および/またはCu:2.0%以下を含有するものである請求項1〜3のいずれかに記載の高張力厚鋼板。
- V:0.10%以下、Nb:0.10%以下、B:0.0080%以下よりなる群から選択される少なくとも一種を含有するものである請求項1〜4のいずれかに記載の高張力厚鋼板。
- Zr:0.10%以下を含有するものである請求項1〜5のいずれかに記載の高張力厚鋼板。
- Ca:0.0050%以下および/またはREM:0.05%以下を含有するものである請求項1〜6のいずれかに記載の高張力厚鋼板。
- P:0.020%以下およびS:0.010%以下に夫々抑えられている請求項1〜7のいずれかに記載の高張力厚鋼板。
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