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JPS5852007B2 - ダイニユウネツヨウセツセイノ スグレタコウゾウヨウコウノセイゾウホウ - Google Patents
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JPS5852007B2 - ダイニユウネツヨウセツセイノ スグレタコウゾウヨウコウノセイゾウホウ - Google Patents

ダイニユウネツヨウセツセイノ スグレタコウゾウヨウコウノセイゾウホウ

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JPS5852007B2
JPS5852007B2 JP10798475A JP10798475A JPS5852007B2 JP S5852007 B2 JPS5852007 B2 JP S5852007B2 JP 10798475 A JP10798475 A JP 10798475A JP 10798475 A JP10798475 A JP 10798475A JP S5852007 B2 JPS5852007 B2 JP S5852007B2
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JP
Japan
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steel
less
heat input
toughness
welding
Prior art date
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Expired
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JP10798475A
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JPS5231917A (en
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勇 五藤
督己 手越
修三 上田
正明 石川
智夫 田中
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21CPROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は大入熱溶接性の優れた構造用鋼に関し、とく
に大入熱溶接ボンド部の低温靭性を著しく向上させる手
法を提案するものである。
この発明によれば、大入熱溶接ボンド部の低温靭性が母
材とほぼ同等になる。
40キロ乃至60キロ級の非調質および調質型の構造用
鋼を提供することができる。
最近、大型溶接構造物の製作では溶接工数を減らし、溶
接コストの低減をはかるため、片面サブマージアーク溶
接、エレクトロガス溶接、エレクトロスラグ溶接などの
大入熱を用いる自動溶接が採用されつつある。
しかし従来用いられている40キロ乃至60キロ級の溶
接用鋼は大入熱溶接を行なった場合、溶接熱影響部とく
にボンド部はオーステナイト結晶粒が粗大化し大きな網
目状の初析フェライトの粗大な上部ベイナイト組織とな
り、靭性の劣化が著しく、かくして鋼材の面から溶接の
大入熱化は阻害されているわけである。
昨今大入熱溶接に適する鋼材の開発が強く要望され、鉄
鋼技術者の鋭意研究が行なわれるところとなったが、こ
の大入熱溶接用鋼として、古くはAutomatic
Welding (May 1959 )に「7O−1
60ixaa厚さのType M鋼の機械的性質と溶接
性の研究J (Investigation of t
he propertiesand weldabil
ity of 70〜160*ttt thick
typeMsteel )と題して発表されたOs t
rovskayaの論文に/IJボイラー用鋼板鋼板
iを含有させることにより大入熱溶接熱影響部の靭性が
顕著に改良されることがのべられている。
ここにTypeM鋼はC10,11、Mn/1.53
5i10.50 、 S/ 0.028 、 Plo、
018 、 Cr10.11 、Ni10.08.Cu
10.26.Ti10.011゜0210.0014
、 N210.0038の組成になる。
最近の研究成果につき出願人は、溶接用鋼に希土類元素
(REM)とBを共存させることにより、大入熱溶接熱
影響部が微細なフェライト+パーライトとなり、靭性を
著しく改良できることをさきに特公昭55〜31819
号公報において開示した。
しかしTiまたはREM+Bを含む鋼の大入熱溶接ボン
ド部の靭性は何れも従来鋼のそれにくらべれば著しく高
いが、母材靭性にくらべればほど遠いものである。
ところで造船界をはじめとする多くの業界では、低温靭
性が優れるだけにとどまらず大入熱溶接を行なった際溶
接熱影響部のいずれにおける靭性も母材規格を満足する
ことがしばしば要望され、このことは、TiまたはRE
M+Bの含有による大入熱溶接ボンド部の靭性向上をな
おあき足りないものとして、大入熱溶接ボンド部の組織
を母材と同様にすること、すなわち大入熱溶接に際し、
熱影響部に靭性の劣化がみられない鋼を要求することに
相当するが、これは鉄鋼技術者の立場では現代の常識を
超越し、不可能事とも言える難題である。
発明者らは前掲特公昭55−31819号公報に開示し
た「入熱ioo、oooジュール/cm以上の大入熱溶
接用非調質鋼」に用いたREMB+Hの効果をさらに向
上させる方法につき鋭意研究を進めた結果、REM+B
を含む鋼の溶接後、鋳込みの際溶鋼中へ酸化鉄の粉末を
添加することにより、大入熱溶接ボンド部の靭性を母材
とほぼ同等の値にすることに成功した。
すなわちこの発明はC;0.03〜0.18%、 Si
: 0.10−0.60%+ M n :0.40−
1.70%、A/;0.1%以下を含み、REM(希土
類元素);0.005〜0.05%とB;0.0003
〜0.0050%を共存下に含有し、必要によっては、
ざらにNb;0.03%以下+ V ;0.05%以下
+ Cu : 0.3%以下、Nt;0.3%以下。
Cr : 0.5%以下+ Se : 0.1%以下、
Ti:0.04%以下およびZr:0.04%以下のう
ち一種または二種以上を含有し、残部実質的に鉄の組成
からなる鋼の溶製後、鋳込みの際溶鋼中へ酸化鉄の粉末
を溶鋼1kg当り0.0!1〜1gを添加することを特
徴とする大入熱溶接性の優れた構造用鋼の製造法である
以下詳細に述べるように本発明の目的と効果を達成する
には、上記した特定の鋼組成にするとともに、その鋼の
溶製後、鋳込みの際溶鋼中へ適量の酸化鉄の粉末を添加
することが必須である。
この発明で得られる構造用鋼は圧延のままでもよく、ま
た焼ならしもしくは焼入れ焼戻しなどのいかなる熱処理
を受けてもよい。
すなわちREM−B複合用銅において溶製後、鋳込みの
際における酸化鉄の粉末の添加は鋼中にlμ以下の超微
細な介在物を多数分散分布させることに役立つ。
さらにこれらの介在物は溶接熱サイクルの冷却途上、B
化合物(主としてB窒化物)の析出サイトとしての働き
を発揮し、γ粒内にB窒化物を微細に析出させる。
このB窒化物はγ粒内においてγ粒界とは独立に微細な
ブロック状フェライトを直接的かつ積極的に形成する機
能をもつ。
上述の酸化鉄の粉末の添加により生成された超微細介在
物とB窒化物の析出の関係およびB窒化物のγ粒内にお
ける微細フェライトの生皮に及ぼす作用は、発明者らが
発見したまったく新しい現象であり、これらの大入熱溶
接用鋼への適用は新規かつ適切なものである。
この発明で鋼組成の成分範囲を上記のところに限定した
理由はつぎのとおりである。
まずC含有量は0.03〜018%に限定される。
この種構造用鋼としての強度の点からCは最低0.03
%は必要であり、製鋼上も0.03%未満は好ましくな
い。
一方溶接硬化性、溶接われ感受性の点から上限は0.1
8%に限定される。
次にSi含有量は製鋼上またはこの種の鋼の強度の点か
ら0.10%以上必要であるが0.60%を越えると母
材の靭性を著しく損うので、o、io〜0.60%に限
定される。
Muは母材に延性と強度を与えるために0.40%以上
必要な反面、1.70%を越えると溶接硬化性を著しく
上昇させるので0.40〜1.70%に限定される。
A/は脱酸および結晶粒微細化による強度および靭性の
向上に有効な元素であり、この種の構造用鋼としては0
.1%以下の適当量必要であるが、0.1%をこえると
その効果は飽和するので0.1%以下に限定する。
REMはBとの共有で大入熱溶接ボンド部の靭性を著し
く改良するが、REMO,OO5%未満、または0.0
5%をこえるとその効果はほとんどなくなるので、0.
005〜0.05%以下に限定される。
BはREMとの共存で大入熱溶接ボンド部の靭性を改良
するがその効果は0.0003〜0.0050%で著し
く大きいので0.0003〜0.0050%に限定する
この発明の骨子ともいうべき酸化鉄の粉末の添加は、R
EMおよびBの共存下、前述の機構によって大入熱溶接
熱影響部とくにボンド部の組織を、超微細なフェライト
+パーライトにする作用をもち、切欠靭性を著しく向上
させることに役立つ。
酸化鉄は溶鋼1−当り0.05 Fまでではほとんど効
果がない反面1g以上では巨大介在物の混入などを生じ
好ましくないので、溶鋼1kg当り0.05g〜1gに
限定したものである。
次に選択成分の含有量の限定理由について説明する。
Nbおよび■は小人熱溶接における溶接硬化性およびわ
れ感受性の改良に役立ち、しかも少量の添加で母材の強
度を著しく向上させることができるが、Nbは0.03
%、■は0.05%をこえると母材および大入熱溶接ボ
ンド部の靭性を低減させるのでNbは0.03%以下、
■は0.05%以下に限定する。
Cuもまた強度の上昇に寄与するのが0.3%をこえる
と溶接時の高温われ感受性が高くなるので0.3%以下
に限定される。
なお0.3%以下において鋼の耐食性向上にも寄与する
Niは母材の強度ならびに切欠靭性を向上させるがNi
は高価な元素であり、この種の鋼の経済性の面から0.
3%以下に限定される。
Crも強度の上昇に効果的な元素であるが、溶接硬化性
、溶接われ感受性を上昇するので0.5%本ゅ以下に限
定される。
Seは強度および耐食性の向上とともに大入熱溶接熱影
響部の靭性の向上にも有効であるが、高価な元素である
ので0.1%以下に限定される。
Tiは脱酸および結晶粒微細化による強度向上に有効な
ばかりでなく、小人熱溶接熱影響部の延性の向上および
母材の機能的性質の異方性をなくすのに有効であるが、
0.04%をこえると母板の切欠き靭性を低減させるの
で0.04%以下に限定される。
Zrは鋼の強度増加に有効なところに加えて鋼中の硫化
物の形状の改良および結晶粒の粗大化防止に役立つ。
0.04%をこえると母板の切欠靭性を低減させるので
0.04%以下に限定される。
なおこの発明において通常の製鋼工程で含有される程度
の不可避的不純物は許容できるがそのうちPおよびSは
0.020%以下が好ましい。
さて以上述べたような本発明の構成要件をさらに明瞭に
し本発明の有する特別の効果を具体的に示すため以下実
施例について説明する。
実施例 1 酸化鉄粉末を鉄パイプ内に装てんし、あるいは薄鉄板で
包装して鋳型内部につり下げ、転炉RH脱ガス工程で溶
製した1570〜1600℃の溶鋼を下注ぎ法にて注入
した。
次に通常の工程により熱延したままの鋼板を準備した。
この鋼板の組成および酸化鉄粉末の添加量を第1表に示
す。
この鋼板に入熱量230,000ジュール/crrLの
単層溶接継手のボンド部相当の熱サイクル(第1図に示
す)を付与し、これらについて2mmVシャルピー試験
を行なった。
第1表に示した鋼のうちA〜Dはこの発明による供試鋼
であり、溶製後鋳込みの際酸化鉄の粉末を適当量添加し
たものである。
なおEは酸化鉄の粉末の添加量が過小に失した場合の例
について比較のため示したものである。
なおここで用いた酸化鉄の粉末は赤鉄鉱(ヘマタイト)
をボールミルで粉砕したFe2O3を主体と**する粒
度10〜43μのものであるが、マグネタイト(Fe3
04)、ヴイスタイト(FeO)あるいはこれらの混合
物でも利用できる。
またFは従来鋼の中もつとも良好な大入熱溶接性を示す
例である。
母材の機械的性質および再現熱サイクル材の一60℃に
おける吸収エネルギーおよびTrsを第2表に示す。
またこの発明鋼の供試鋼Bと従来鋼Eにつき再現熱サイ
クル材のシャルピー遷移曲線を第2図に示し、ざらにこ
れらの鋼の再現熱サイクル材の先頭組織を第3図’a
、 bに示す。
第2表および第2図から明らかなように発明鋼の大入熱
溶接ボンド部の靭性は従来鋼にくらべてきわめて良好で
ありまた第3図でわかるように発明鋼の大人熱溶接ボン
ド部組織は超微細なフェライト+パーライト組織であり
、とくにフェライト粒径は母材のものとほぼ同等であっ
た。
実施例 2 実施例1と同様に溶製した第3表に示す化学成分の鋼材
について母材の機械的性質および入熱量230 KJ/
cmの溶接ボンド部の衝撃試験結果を第4表に示す。
この場合も供試鋼の製造にあたり溶製後鋳込みの際実施
例1で記載したと同様の酸化鉄の粉末を溶鋼−当り0.
05〜lの範囲で添加し、かつその他の成分もこの発明
の鋼組成の成分範囲にある鋼G−には、酸化鉄の粉末の
添加操作を行なわなかった従来鋼Mにくらべて溶接ポン
ド部の靭性は顕著に改善されていることがわかる。
実施例 3 つぎにこの発明による構造鋼は圧延のままのものに限ら
ず如何なる熱処理を受けたものも含まれる理由を実施例
により証明する。
第1表に示した発明鋼Bについて930℃から空冷の焼
ならし処理および950℃から水冷後610℃に再加熱
し、つづいて空冷する焼入−焼戻し処理を行なった。
これらについて母材の機械的性質および溶接ボンド部の
靭性を調査した結果を第5表に示す。
圧延のままあるいはそれを焼ならししたものまた焼入−
焼戻しを行なったものいずれもボンド部の靭性は良好で
あることがわかる。
すなわちREM−B鋼における溶製後鋳込の際酸化鉄の
粉末の添加の効果は母材の熱処理の影響を受けず、この
ことは母材に調質処理を施し、強度レベルを向上させて
使用する場合に有利である。
ポ簀実施例 4 溶接入熱量とボンド部の靭性(−40℃2kg・m)を
第1表の供試鋼Bと従来鋼Eについて比較した。
第6表に示すようにこの発明では大入熱溶接用の従来鋼
Eと同様に、入熱量の増加とともに靭性が向上する。
しかし同一人熱量で比較すると入熱量60,000J1
cmJd上でこの発明の供試鋼Bは従来鋼Fにくらべて
きわめて高靭性を示す特徴を示している。
以上に示したよう微細なフェライトの形成に及ぼすRE
MとBの複合作用を促進させることに対して、その鋼の
製造にあたり溶製後鋳込の際溶鋼中酸化鉄の粉末を添加
することはきわめて効果的で大入熱溶接用鋼の溶接熱影
響部における靭性を、母材規格に匹敵させる至難の課題
解決を、はじめて達成できるのである。
【図面の簡単な説明】
第1図は入熱230KJ/crrLの単層溶接ボンド部
相当の再現熱サイクル曲線図、第2図は230KJ/c
IrL溶接ボンド部にお る2mmVシャルピー遷移曲
線の一例を示したグラフ、第3図a+bは同ボンド部の
顕微鏡組織を比較した写真図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. i C;0.03〜0.18%、 Si;0.10−
    0.60% 、 Ml : 0.40〜1.70%、A
    /;0.1%以下を含み、REM(希土類元素);0.
    005〜0.05%とB;0.0003〜0.0050
    %を共存下に含有し、必要によっては、ざらにNb;0
    .03%以下、V;0.05%以下、Cu:0.3%以
    下、Ni:0.3%以下、Cr:0.5%以下、Se:
    0.1%以下、Tt+0.04%以下およびZr:0.
    04%以下のうち一種または二種以上を含有し、残部実
    質的に鉄の組成からなる鋼の溶製後、鋳込みの際溶鋼中
    へ酸化鉄の粉末を溶鋼1kg当り0.059〜lを添加
    することを特徴とする大入熱溶接性の優れた構造用鋼の
    製造法。
JP10798475A 1975-09-08 1975-09-08 ダイニユウネツヨウセツセイノ スグレタコウゾウヨウコウノセイゾウホウ Expired JPS5852007B2 (ja)

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