JPS6015685B2 - 溶接性の良好な厚鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、非調質で使用できる溶接性のすぐれた厚鋼
板の製造方法に関する。

圧力容器等、各種大形構造物に使用される厚鋼板は、熱
間加工によって所定形状に成形された後、溶接組立され
ることが多いが、熱間加工後の焼入れのような熱処理は
技術的にも又、設備的にも困難であるため、通常、大気
中に放冷したまま、即ち非調質状態で使用されることが
多い。

圧力容器用等の素材鋼は高張力化が望まれるが、上記の
ように、非調質の状態で高い強度を得るには、空冷程度
の小さな冷却速度でも十分に強化できるように、高炭素
化するか、又は多量の合金元素を添加する必要がある。
しかし、高炭素化或いは高合金化した鋼は後述するＰｃ
ｍ値が必然的に高くなり、溶接時に割れを発生するよう
になる。従って、溶接に先立って、１５０〜３００午０
に予熱することが一般に行われているが、この子熱によ
っても完全な割れの防止は困難であり、その後の補修溶
接応力除去消鈍に膨大な手間とコストを費しているのが
実情である。上記のような実情をみるとき、Ｐｃｍ値を
高くすることなく、即ち低炭素、低合金鋼で、しかも非
調賞状態で高い強度を確保できる厚鋼板が製造できれば
、多くの大形構造物の製造に当って、工数の節減とコス
トの減少の面で極めて有効である。

本発明は、かかる課題の解決を目的として、非議質で十
分な強度を確保することと、Ｐｃｍ値を低く抑えて、予
熱なしで溶接しても割れ発生のおそれがないすぐれた溶
接性を維持すること、という従来の常識では両立し得な
い要件をともに満足する厚鋼板の製造方法を提案するも
のである。本発明者らは、厚鋼板の強度、靭性と溶接性
に及ぼす合金成分の影響と製造条件の影響とについて、
詳細に検討した結果、下記のように鋼の組成と、製造条
件を組合せることによって、上記の目的が達成できるこ
とを確認した。まず、鋼の組成としては、 ＣＯ．０３〜０．１０％、Ｓｉｏ．１０〜０．９０％、
Ｍｎｌ．００％を越え２．００％以下、Ｍｏｏ．１０〜
１．００％、ＢＯ．０００２〜０．００２０％、Ｓｏそ
．Ａ〆０．０３０〜０．１００％を必須の成分とし、Ｃ
ｕｏ．１０〜０．５０％、Ｎｉｏ．１０〜２．００％、
Ｃｒｏ．１０〜２．５０％、Ｎｂｏ．０１〜０．岬％、
ＶＯ．０１〜０．１０％の１種以上を必要に応じて含有
するものとする。

そして、これら成分の含有量の合計は、下記Ｐｃｍ値、
即ち溶接割れ感受性組成を、ＰＣｍ＝ｃ点ｓｉ＋瀞ｎ十
対叶評 ＋射て十字。

十市ｖ＋雌〇．２１％となるように調整する。

上記の組成を有する鋼を熱間圧延によって厚板にするの
であるが、その際‘１｝ 加熱温度を１１５０℃以下と
して圧延し、圧延後は放冷する。

｛２） 加熱温度は任意として、熱間圧延し、圧延後、
９００こ０〜１１５０℃の温度域に少なくともｔ＝９．
３×１０‐１もｘｐ〔３４３８０／Ｔ〕十０．５時間（
Ｔは絶対温度）保持し、放冷する。

といういずれかの製造条件で所望板厚（通常およそ２０
〜１５仇舷）の厚鋼板とする。

上記の如き組成と製造条件の組合せが、本発明の要旨で
あるが、その最も大きな特徴をあげると次のとおりであ
る。

素材鋼は・ 川 非調質であるにもかかわらず、Ｂ（ボロン）を含有
している。

‘ｏ｝ Ｃ含有量およびＰｃｍ値を極めて低く抑えてあ
る。

し一 ＭＯＯ．１０〜１．００％を含有している。

製造条件として、Ｑ 厚板圧延時の加熱温度を、１１５
０ｑｏ以下に低く抑えるか、又は、圧延後に９００〜１
５００００で所定時間以上保持して放冷する熱処理を施
している。

上記本発明の製造方法で作られた厚板は、圧延後放冷、
又は９００〜１１５０ｑｏで加熱した後、放冷のままで
、言いかえれば暁準のままの状態あるいはそれに暁もど
し処理を加えた状態でも十分な強度と級性、並びに予熱
なしで溶接しても割れ発生のないすぐれた溶接性を保持
する。

従って、この厚鋼板を用いて、構造物を造る場合、熱間
でプレス加工等の成形を行った後放冷したままで、即ち
焼入れのような困難な熱処理を施さなくても、高強度強
鋤性を保持しうるのであり、溶接時の子熱工程の省略が
できることと相俊つて、構造物制造工程の大中な簡略化
が可能になる。以下、本発明の限定要件の説明とともに
、発明の技術的特徴を詳述する。

Ｃは強度を確保するために０．０３％以上の含有量が必
要であるが、０．１０％を越えると溶接ワレ感受性を高
めかつ暁ならし途中オーステナイト粒界に節ｒｏｎｃｏ
船ｔｉｔ肥ｎｔを生成し易くなり強鰯性を劣化させるの
で上限は０．１０％とした。

Ｓｉは強度を確保するため０．１０％以上添加すること
が必要であるが、０．９０％を越えて添加すると轍性を
大中に低下させるので、０．９０％以下に抑えるべきで
ある。

Ｍｎは強度、靭性を高めるのに不可欠の元素で１．００
％を越える添加は必要であるが、２．００％を越えて添
加すると異常組織 を生成し２枚割れやラメラーティア
の原因となり溶接時のトラブルを起すので２．００％以
下にした。

Ｍｏは暁入性、特にＢと共存したときの燐ならし程度の
おそい冷却速度での焼入性を高めるので、不可欠の元素
であり、０．１０％以上の添加は必要であるが、１．０
０％を越えて添加すると鞠性の劣化をきたすので０．１
０〜１．０％の範囲にした。

通常水焼入れや油焼入れを行なういわゆる調質鋼には競
入性を高める成分としてＢを添加することは広く知られ
ている。しかし燐ならし処理して用いられる鋼材ではＢ
添加によって焼入性が向上する効果は殆んどないとされ
ている。蛭ならしを行なう銅にＢを添加しても効果がな
いというのは焼ならし処理は水焼入れに比べて冷却速度
が遅いのでオーステナィト（ｙ）温度城からの冷却時に
ｙ粒界にＢｏｒｏｎｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔを生成し、
競入性向上に寄与しないばかりか、かえって嘘入性を低
下させるからである。

このＢｏｍｎｃｏ船ｔｉｔ肥ｎｔはＢ量が多いほどまた
Ｃ量が多いほど生成しやすいが、本発明鋼程度にＣ量が
低くなるとＢ量は比較的多く、２の皿程度まで添加して
も歌ｒｏｎｃｏ順ｔｉｔ肥ｎｔを生成することなく、暁
ならしする際、Ｂの蛭入効果を十分発揮させることがで
きることが判明した。またＢはＮと結合し易すくＢＮを
生成しては、暁入性向上に寄与しないので、厚板圧延加
熱温度、又は圧延後の熱処理に次のような制限を設ける
。

通常厚板圧延を行なう場合には、スラブを１２５０℃程
度に加熱してから圧延するが、１２５０００程度まで加
熱するとＡれまＡそＮとして窒素（Ｎ）を固定しえず大
部分のＡそおよびＮは鋼中に固熔する。

この、状態のスラブを圧延し冷却するとき、ＢおよびＮ
は拡散速度がはやいため、オーステナィト粒界にＢおよ
びＮ原子のみが偏折し、溶解度積を越えて非平衡的にＢ
Ｎが析出する。Ａ夕は拡散速度がさし、ので大部分粒内
に分布しており、ＢをＮから保護できない。このためＢ
の嫌入性向上効果は失われる。このような事態を防ぐた
めには以下の２つのプロセスのうちのいずれかを経て製
造されなければならない。

‘１１厚板圧延加熱温度としてはＡ〆Ｎの大部分が固溶
しない温度以下すなわち１１５０ｏｏ以下にする。

【２’厚板圧延加熱温度が１１５０℃を越え、その結果
ＢＮを生成した後でもＡ〆が適当量以上添加されていれ
ばＦｅ−Ａそ−Ｂ−Ｎ系において、１１５０３０以下で
平衡状態に達すれば、ＢＮの表面にＡ夕が拡散してきて
ＢＮ上にＡそＮが生成しＢＮからＮをうばうことによっ
て固漆Ｂが増加して競入性が向上する。

高温度ほどＡその拡散速度ははやいので、平衡状態に到
達するまでの時間は短かくてすむが、１１５０ｏｏを越
えると再びＡ〆Ｎが固漆するので固漆Ｂを増加し、糠入
性を回復させる温度は１１５０ｄ０以下にしなければな
らない。またあまり低温度では平衡状態に到達するまで
に長時間保持しなければならず実操業上不可能であるの
でこの保持温度の下限は９００℃が適当である。この温
度範囲での保持時間は、少なくともｔ＝９．３×１０‐
１もｘｐ〔３４３８０／Ｔ〕＋０．５（ｈｒ）とすべき
である。

（Ｔは絶対温度）上記の保持時間を規定する式の右辺第
１項は所定温度でＡ夕がＢＮ上に拡散して釆てＢＮ十〔
Ａと〕→〔Ｂ〕＋ＡそＮの反応が生じ強度上昇に有効な
固溶Ｂが増加する時間を表すもので、第２項の０．５は
熱処理の実操業上、炉内雰囲気が所定温度に到達してか
ら、被処理材（厚板）の全体が均熱されるまでの時間的
なずれを見込んだ値である。

第１図は、後記第１表の鋼イを加熱温度１２５び０とし
て圧延し、温度および保持時間をかえて熱処理した後放
冷し、次いで６３０こ０×沙ｒ空冷の焼もどしを施した
鋼板（板厚５０肋）の引張り強度（ＴＳ）を示すもので
ある。

同図中の曲線はｔ＝９．３×１０‐１３ｅｘｐ〔３４磯
０／Ｔ〕＋０．５に相当するもので、この曲線の石上部
分（但し、温度１１５０００まで）で、高い強度が得ら
れている。

第２図は、第１表に示す鋼イを１２００ｑｏ×ｌｈｒ、
加熱し、板厚５比肋１こ圧延し、暁ならしおよび暁もど
し（９００午０×０．即ｒ空冷＋６３０ｏｏ×がｒ空冷
）した鋼板イー１および同じく鋼板イを１２５０℃×ｌ
ｈｒ加熱後、板厚５瓜側１こ圧延、放冷し１００び０×
ｌｈｒ空冷の処理を加えた後、上記イー２および、同じ
く鋼イを１０００℃×ｌｈｒ刀ロ熱後板厚５助成こ圧延
しやはり上記イー１と同じ競ならし十騎もどし処理を加
えた鋼板イー３の引張り強さ（ＴＳ）および０．２％耐
力（ＹＳ）を示す。

鋼板イー１に比較して、イー２およびイー３の丁Ｓ、Ｙ
Ｓは飛躍的に向上していることがわかる。鋼イの如きＣ
量およびＰｃｍの低い銅で第２図の鋼板ＢおよびＣのよ
うな高い強度を得ることはこれまで考えられなかったこ
とである。第１表 第３図はさらに詳細に鋼イについて厚板圧延加熱温度の
影響を示すもので、１１５０ｏｏ以下の厚板圧延加熱温
度のとき、Ｂの暁入性向上効果が発揮されＹＳおよびＴ
Ｓが得られることがわかる。

第３図にはその他に１２５０００加熱圧延しても１００
０℃×ｌｈｒの焼入性回復処理を加えて高強度が得られ
る結果（口および１）併せて示す。第４図は、第１表の
鋼口〜木を加熱温度１０００ｏｏ×ｌｈｒとし圧延後９
００ｏｏ×ｌｈｒ空冷し６３０℃×劫ｒ空冷を行ったも
のの強度を示すものでＭｏとＢの相乗効果が認められる
。

ＭｏおよびＢが共存してはじめて低いＣ量およびＰｃｍ
値で高いＹＳおよびＴＳを示すことがわかる。Ｍｏを含
有せずＢのみ含有する鋼ハでは殆んどＹＳおよびＴＳが
上昇しない。上述の如きＢの作用効果を総合的に考慮し
て、その含有量は０．０００２〜０．００２０％と定め
る。０．０００２％以上の添加で焼ならし時の焼入性を
高め、強度の上昇に有効であるが、０．００２０％を越
えると焼ならし程度の冷却速度ではＢｏでｏｎｃｏｎｓ
ｔｉｔ肥ｎｔを生成しかえって焼入性を低下させるので
０．０００２〜０．００２０％の範囲にした。

Ｓｏ夕、ＡのまＮを固定しＢの暁入性向上効果を確保す
るためにまた低温轍性を良好にするために０．０３％以
上含有することは必要であるが、０．１００％を越える
と鋼魂ワレの原因となるので０．０３０〜０．１０％と
した。また不純物元素ＰおよびＳ量はできるだけ低いこ
とが望ましいが、実用上許容される上限値０．０３％以
下とすべきである。

Ｐｃｍは溶接時の低温ワレを表現する指標であり、この
値が低い方が溶接ワレ感受性は低い。

溶接時の予熱温度を室温まで低く〈しても溶接ワレを生
じないためにはＰＣｍを０．２１％以下にしなければな
らない。なおＰｃｍは前述のとおり次の式で表わされる
。ｐＣｍ＝ｃ＋寿ｉ＋群ｎ＋豪ｕ＋瀞十帯ｒ＋宅５Ｍ叶
市Ｖ岬（％） 上記の化学組成を有する鋼を前述の２つのプロセスのい
ずれかで製造しなければならない理由を以下に示す。

【１１ 厚板圧延加熱温度を１１５０℃以下にしたのは
、これより高温で加熱するとＡ〆Ｎが再固溶し固溶Ｎが
増え厚板圧延後冷却時にｙ粒界にＢおよびＮ原子が偏折
し非平衡的にＢＮを生成するので後の競ならし時のＢの
暁入性向上効果を期待できないからである。

また ｛２） 厚板圧延加熱温度が１１５０ｑ０をこえ、厚板
圧延冷却時にｙ粒界にＢＮを析出した場合には、圧延後
９００ｑｏ以上１１５０ｑｏ以下に少なくとも、ｔ（ｈ
ｒ）＝９．３×１０‐１３ｅｘｐ〔３４斑０／Ｔ〕十０
．５（Ｔ：絶対温度）保持することによって一旦析出し
たＢＮ表面上にＡ〆が拡散し、ＢＮ＋〔Ａ夕〕→〔Ｂ〕
十Ａ〆Ｎなる反応が進行し、平衡状態では暁入性を高め
るのに足る固溶Ｂ量に到達する。

１１５０こ○をこえる温度での加熱ではＡそＮが再固溶
してしまうし、９００ｑｏより低くければあまりに長時
間を有し実操業上好ましくない。

以上の素材の組成および製造条件によって、ＴＳ５５ｋ
９／帆２以上の高強度鋼は十分に製造できるが、さらに
高鋤性あるいは高強度の厚鋼板が必要な場合は、Ｃｕ、
Ｎｉ、Ｃｒ、ＮｂおよびＶの１種以上を含有できる。

これらの成分の含有量は次の範囲に限定される。

Ｃｕ‘ま強籾性の向上に０．１０％以上の添加が必要で
あるが、０．５０％を越えると表面腕化の原因となるの
で０．１〜０．５％の範囲に設定した。ＮｉはＣｕによ
る表面腕化、表面癖を防止しかつ低温靭性および強度を
向上させるので０．１０％以上の添加が必要であるが、
高価であるため２％以下とした。Ｃｒは０．１０％以上
添加することによって強鯛性を向上させるが、２．５０
％を越えると製造時のコストアップを招くので０．１０
〜２．５０％の範囲に設定した。

Ｎｂは０．０１％以上の徴量の添加で結晶粒を微細化し
、低温轍性および降伏点の向上に有効であるが、０．０
８％を越えると低温鰯性および溶接性の低下を招くので
０．０１〜０．０８％とした。Ｖは強度上昇に有効な元
素で０．０１％以上の添加は必要であるが０．１０％を
越えて添加すると鰯性の劣化をもたらすので０．０１〜
０．１０％の範囲にした。上記の各成分は目標とする厚
板の性質に応じて適当に組み合わせて使用されるが、そ
の場合も溶接時の予熱を不必要にするためにはＰｃｍｏ
．２１％以下に抑える必要がある。本発明方法によって
製造された鋼は、そのままで、即ち、圧延後放冷、又は
９００〜１１５０℃で加熱後放冷のままで使用できるこ
とは言うまでもない。

更にＡｃ３点以上での熱間加工後、大気中に放冷し、そ
の後焼もどしをＡｃ，点以下で行い、放冷した状態でも
十分な強度級性を保持し、溶接に当っても予熱工程を全
く省略することができる。勿論、溶接後に応力除去焼鎚
を施こすことは何ら差支えない。〔実施例〕 第２表に示す組成の本発明鋼（１〜３２および比較鋼（
３３〜３７）を溶製し、第３表に示すとおりの製造条件
によって、各板厚の鋼板を製造した。

それぞれの板から、板厚の１′４の位置で試験片を採取
し、引張り試験および衝撃試験を行った。更に、Ｙ関先
拘束割れ試験によって、割れの発生しない子熱温度を測
定した。試験結果を第３表に併記する。第２表（その１
）供試材の化学組成 （ｗｔ％）第２表（その２）【 Ｓ ふ 船 舷 Ｑ ふ ■ 船 ＼／〇 轡 蓮 ふ 毒 墨 畠 ※ 第３表に明らかなとおり、鋼の組成および圧延−熱処理
条件を本発明に従って選定したものでは、得られた厚板
の強度鰯性は十分に高く、しかも、予熱なしで割れの発
生しないすぐれた溶接性を示している。

更に、本発明によって製造された鋼は、３５０ｑｏにお
ける降伏強さ（ＹＳ）も４０ｋ９／肋２以上と極めて高
く、この鋼が常温のみならず、中温城でも使用できる性
能を有していることがわかる。これに対して、比較鋼種
は、比較的高い強度を有するものは溶接性が劣り、溶接
性のよいものは常温でも、又３５０℃でも、強度が極め
て低い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、Ｂ（ボロン）の暁入性向上効果を回復させる
熱処理の温度と保持時間の関係を示す図。 第２図は、同一鋼種の製造条件の相違による強度の変化
を示す図。第３図は、同一鋼種における厚板圧延加熱温
度と強度との関係を示す図。第４図は、鋼種の相違によ
る強度の変化を示す図、である。第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｃ０．０３〜０．１０％、Ｓｉ０．１０〜０．９０
   ％、Ｍｎ１．００％を越え２．００％以下、Ｍｏ０．１
   ０〜１．００％、Ｂ０．０００２〜０．００２０％、Ｓ
   ｏｌ．Ａｌ０．０３０〜０．１００％を含み、溶接割れ
   感受性組成Ｐｃｍ＝Ｃ＋１／（３０）Ｓｉ＋１／（２０
   ）Ｍｎ＋１／（２０）Ｃｕ＋１／（６０）Ｎｉ＋１／（
   ２０）Ｃｒ＋１／（１５）Ｍｏ＋１／（１０）Ｖ＋５Ｂ
   （％）が０．２１％以下である鋼を加熱温度１１５０℃
   以下で熱間圧延して厚鋼板となし、放冷することを特徴
   とする溶接性のすぐれた厚鋼板の製造方法。 ２ Ｃ０．０３〜０．１０％、Ｓｉ０．１０〜０．９０
   ％、Ｍｎ１．００％を越え２．００％以下、Ｍｏ０．１
   ０〜１．００％、Ｂ０．０００２〜０．００２０％、Ｓ
   ｏｌ．Ａｌ０．０３０〜０．１００％を必須成分とし、
   Ｃｕ０．１０〜０．５０％、Ｎｉ０．１０〜２．００％
   、Ｃｒ０．１０〜２．５０％、Ｎｂ０．０１〜０．０８
   ％、Ｖ０．０１〜０．１０％の１種以上を含み、溶接割
   れ感受性組成Ｐｃｍ＝Ｃ＋１／（３０）Ｓｉ＋１／（２
   ０）Ｍｎ＋１／（２０）Ｃｕ＋１／（６０）Ｎｉ＋１／
   （２０）Ｃｒ＋１／（１５）Ｍｏ＋１／（１０）Ｖ＋５
   Ｂ（％）が０．２１％以下である鋼を加熱温度１１５０
   ℃以下で熱間圧延して厚鋼板となし、放冷することを特
   徴とする溶接性のすぐれた厚鋼板の製造方法。 ３ Ｃ０．０３〜０．１０％、Ｓｉ０．１０〜０．９０
   ％、Ｍｎ１．００％を越え２．００％以下、Ｍｏ０．１
   ０〜１．００％、Ｂ０．０００２〜０．００２０％、Ｓ
   ｏｌ．Ａｌ０．０３０〜０．１００％を含み、溶接割れ
   感受性組成Ｐｃｍ＝Ｃ＋１／（３０）Ｓｉ＋１／（２０
   ）Ｍｎ＋１／（２０）Ｃｕ＋１／（６０）Ｎｉ＋１／（
   ２０）Ｃｒ＋１／（１５）Ｍｏ＋１／（１０）Ｖ＋５Ｂ
   （％）が０．２１％以下である鋼を熱間圧延によつて厚
   鋼板となし、次いで、９００℃〜１１５０℃の温度域に
   少なくともｔ＝９．３×１０＾−＾１＾３ｅｘｐ〔３４
   ３８０／Ｔ〕＋０．５時間（Ｔは絶対温度）保持し、放
   冷することを特徴とする溶接性のすぐれた厚鋼板の製造
   方法。 ４ Ｃ０．０３〜０．１０％、Ｓｉ０．１０〜０．９０
   ％、Ｍｎ１．００％を越え２．００％以下、Ｍｏ０．１
   ０〜１．００％、Ｂ０．０００２〜０．００２０％、Ｓ
   ｏｌ．Ａｌ０．０３０〜０．１００％を必須成分とし、
   Ｃｕ０．１０〜０．５０％、Ｎｉ０．１０〜２．００％
   、Ｃｒ０．１０〜２．５０％、Ｎｂ０．０１〜０．０８
   ％、Ｖ０．０１〜０．１０％の１種以上を含み、溶接割
   れ感受性組成Ｐｃｍ＝Ｃ＋１／（３０）Ｓｉ＋１／（２
   ０）Ｍｎ＋１／（２０）Ｃｕ＋１／（６０）Ｎｉ＋１／
   （２０）Ｃｒ＋１／（１５）Ｍｏ＋１／（１０）Ｖ＋５
   Ｂ（％）が０．２１％以下である鋼を熱間圧延によつて
   厚鋼板となし、次いで、９００℃〜１１５０℃の温度域
   に少なくともｔ＝９．３×１０＾−＾１＾３ｅｘｐ〔３
   ４３８０／Ｔ〕＋０．５時間（Ｔは絶対温度）保持し、
   放冷することを特徴とする溶接性のすぐれた厚鋼板の製
   造方法。