焊接用鋼材的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的焊接用鋼材具有下述鋼成分:PCTOD為0.065%以下,CeqH為0.225%以下,F(xiàn)B為0.0003%以上,并且Bp為0.09%~0.30%,在板厚方向截面的板厚中心部,當(dāng)量圓直徑為2μm以上的氧化物粒子為20個(gè)/mm2以下,并且0.05~0.5μm的Ti氧化物為1.0×103~1.0×105個(gè)/mm2。
【專利說(shuō)明】焊接用鋼材
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及低熱輸入焊接(也稱為小線能量焊接)至中熱輸入焊接(也稱為中線能量焊接)的焊接熱影響部(Heat Affected Zone ;HAZ)的CTOD特性優(yōu)異的焊接用鋼材及其制造方法,特別涉及低熱輸入焊接至中熱輸入焊接時(shí)韌性最為劣化的FL部(焊接熔合線,Fusion Line)即麗(焊接金屬)與HAZ(焊接熱影響部)的邊界以及IC部(臨界溫度間熱影響部,Intercritical HAZ)即HAZ與BM(母材)的邊界的CTOD特性極為良好且顯示優(yōu)異的韌性的焊接熱影響部的CTOD特性優(yōu)異的焊接用鋼材。
[0002]本申請(qǐng)基于2011年11月25日在日本申請(qǐng)的日本特愿2011-257688號(hào)主張優(yōu)先權(quán),在此援引其內(nèi)容。
【背景技術(shù)】
[0003]近年來(lái),伴隨著推進(jìn)對(duì)寒冷地區(qū)等的開發(fā),要求可在嚴(yán)酷的使用環(huán)境下使用的鋼材。例如,要求適于在北極圈等寒冷地區(qū)使用的海洋結(jié)構(gòu)物和抗震性建筑物等鋼結(jié)構(gòu)物的高強(qiáng)度的鋼材。與現(xiàn)有鋼相比,上述那樣的在寒冷地區(qū)使用的鋼材對(duì)作為破壞韌性的指標(biāo)的CTOD(裂紋尖端張開位移,Crack Tip Opening Displacement)特性的要求高,而且還需要CTOD特性在母材和焊接熱影響部都優(yōu)異。
[0004]焊接熱影響部(HAZ)的CTOD特性主要通過(guò)在FL部以及IC部的兩個(gè)位置切口的試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)。然而,迄今為止,幾乎都是僅以FL部為改善CTOD特性的對(duì)象。
[0005]這據(jù)認(rèn)為是因?yàn)?,?dāng)試驗(yàn)溫度并不是特別嚴(yán)酷的條件(例如-10°C左右)時(shí),只要滿足FL部的CTOD特性,IC部的CTOD特性就能得到充分的值。
[0006]但是,發(fā)現(xiàn):在適于在北極圈等寒冷地區(qū)使用的鋼材所要求的_80°C的嚴(yán)酷的試驗(yàn)條件下,迄今為止就算不加以考慮也不會(huì)有問(wèn)題的IC部產(chǎn)生了低CTOD值。因此,需要使FL部的CTOD特性和IC部的CTOD特性這兩個(gè)特性分別提高的技術(shù)。
[0007]例如,專利文獻(xiàn)I中公開了以低至中熱輸入的焊接接頭可在-60°C的試驗(yàn)條件下獲得良好的CTOD特性的技術(shù)。但是,專利文獻(xiàn)I中并沒(méi)有記載IC部的CTOD特性。
[0008]專利文獻(xiàn)2和專利文獻(xiàn)3中公開了下述技術(shù):不僅考慮到FL部還考慮到IC部,通過(guò)滿足PeTOD和CeqH這樣的參數(shù),確保在_60°C環(huán)境下的CTOD特性。但是,本發(fā)明的
【發(fā)明者】們對(duì)于基于該技術(shù)制得的鋼材在_80°C下的CTOD特性進(jìn)行了研究,結(jié)果確認(rèn)出其并不滿足所要求的特性。此外,對(duì)于實(shí)接頭在_80°C下的CTOD特性與再現(xiàn)熱循環(huán)試驗(yàn)的結(jié)果的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行了詳細(xì)的研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn):為了滿足實(shí)接頭在_80°C下的CTOD特性,需要使再現(xiàn)熱循環(huán)試驗(yàn)中臨界CTOD值成為0.1mm以上的下限溫度Τδε0.1為-125°C以下。此外,還發(fā)現(xiàn):為了使上述T δ。0.1達(dá)成T δ。0.1 < _125°C,在沒(méi)有添加Ni的情況下,需要使專利文獻(xiàn)2所規(guī)定的以下參數(shù)分別滿足P。? ( 0.02、CeqH ( 0.225 ;在添加了 Ni的情況下,需要使專利文獻(xiàn)3所規(guī)定的以下參數(shù)分別滿足Pctmi ^ 0.02, CeqH ( 0.225。這里,Pctod是對(duì)影響FL部的CTOD特性T δ c0.1 (FL)的鋼成分進(jìn)行評(píng)價(jià)的參數(shù);CeqH是對(duì)借助IC部的硬度來(lái)影響CTOD特性的鋼成分進(jìn)行評(píng)價(jià)的參數(shù)。[0009]Pctod = [C] +[Cu]/22+[Ni]/67+[V]/3 式 I
[0010]CeqH= [C] + [Si]/4.16+[Mn]/14.9+[Cu]/12.9+[Ni]/105+[V]/1.82 式 2
[0011]上述式中的成分元素為鋼中的成分元素的含量(質(zhì)量% )。
[0012]然而,此時(shí),Pctod和CeqH的限制值低,因此需要大幅地限制能夠添加的合金成分量。因此,以結(jié)構(gòu)材料通常使用的板厚6~IOOmm無(wú)法得到高強(qiáng)度鋼。本發(fā)明中高強(qiáng)度是指屈服強(qiáng)度(YS)為355N/mm2以上且抗拉強(qiáng)度(TS)為480N/mm2以上。優(yōu)選板厚為12mm~80mm,屈服強(qiáng)度為400N/mm2~550N/mm2,抗拉強(qiáng)度為610N/mm2以下。
[0013]此外,在實(shí)際的結(jié)構(gòu)物中使用時(shí),更優(yōu)選板厚為30mm~60mm,屈服強(qiáng)度為420N/mm2~500N/mm2,抗拉強(qiáng)度為570N/mm2以下。鋼材有厚鋼板或鋼管等,可以為厚鋼板。
[0014]另一方面,例如專利文獻(xiàn)4中公開了通過(guò)添加B而使低溫的CTOD特性提高的技術(shù)。雖然示出了通過(guò)將B添加量控制在0.0005 %~0.0020 %來(lái)提高CTOD特性,但作為其目標(biāo)的特性是_30°C及_50°C下的CTOD特性。本發(fā)明的
【發(fā)明者】們對(duì)于基于該技術(shù)制得的鋼材,在本發(fā)明所主要設(shè)想的潛弧焊(SAW:Submerged arc welding)法的焊接條件下,對(duì)-80°C環(huán)境下的CTOD特性進(jìn)行了研究,結(jié)果其并不滿足所要求的特性。
[0015]另外,例如專利文獻(xiàn)5中示出了通過(guò)添加0.0003 %~0.003 %的B且將固溶B量控制在0%來(lái)提高HAZ韌性。但是,其為設(shè)想成大熱輸入焊接的技術(shù),而且其目標(biāo)特性為-20°C下的HAZ韌性。本發(fā)明的
【發(fā)明者】們對(duì)于基于該技術(shù)制得的鋼材,在本發(fā)明所主要設(shè)想的潛弧焊(SAW:Submerged arc welding)法的焊接條件下,對(duì)_80°C環(huán)境下的CTOD特性進(jìn)行了研究,結(jié)果其并不滿足所要求的特性。
[0016]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0017]專利文獻(xiàn)
[0018]專利文獻(xiàn)1:日本特開2007-002271號(hào)公報(bào)
[0019]專利文獻(xiàn)2:日本特開2010-248590號(hào)公報(bào)
[0020]專利文獻(xiàn)3:國(guó)際公開公報(bào)W02010/134323A1
[0021]專利文獻(xiàn)4:日本特開平9-1303號(hào)公報(bào)
[0022]專利文獻(xiàn)5:國(guó)際公開公報(bào)W02009/072559A1
【發(fā)明內(nèi)容】
[0023]發(fā)明所要解決的問(wèn)題
[0024] 在HAZ部之中,F(xiàn)L部在焊接時(shí)經(jīng)受最為高溫的熱歷史;IC部則由于多層焊接而經(jīng)受接近熔融溫度的高溫的熱歷史,然后經(jīng)受緊隨Acl溫度(升溫時(shí)的α — Y相變溫度)以上的熱歷史,因此它們中的任一個(gè)的CTOD特性都特別容易劣化。據(jù)認(rèn)為對(duì)于經(jīng)受高溫的熱歷史的FL部而言,韌性由于顯微組織粗大化而劣化,因此使顯微組織微細(xì)且均勻是有效的。另外,據(jù)認(rèn)為對(duì)于FL部及IC部中的任一個(gè)而言,降低成為破壞起點(diǎn)的粗大的非金屬夾雜物是重要的,而降低0(鋼中氧)對(duì)于降低非金屬夾雜物是有效的。然而,另一方面,若降低O,則晶粒內(nèi)相變鐵素體(Intragranular Ferrite ;IGF)減少,從而CTOD特性有可能會(huì)低下。
[0025]對(duì)于這些問(wèn)題,如上所述,迄今為止并沒(méi)有提供_80°C下的FL部的CTOD特性及IC部的CTOD特性(破壞韌性)滿足要求值的高強(qiáng)度的焊接用鋼材。因此,本發(fā)明的目的在于,提供-80°C下的FL部的CTOD特性及IC部的CTOD特性(破壞韌性)在低至中熱輸入的多層焊接等中滿足要求值的高強(qiáng)度的焊接用鋼材。
[0026]本發(fā)明中的低至中熱輸入是指當(dāng)例如板厚為50mm時(shí)為1.5~5.0kJ/mm左右的熱輸入。
[0027]用于解決問(wèn)題的手段
[0028]本發(fā)明的
【發(fā)明者】們對(duì)于在使得滿足作為高強(qiáng)度鋼的母材強(qiáng)度的同時(shí)使得滿足進(jìn)行了低至中熱輸入(當(dāng)例如板厚為50mm時(shí)為1.5~5.0kJ/mm)焊接的鋼材的HAZ中的脆化部即FL部和IC部在-80°C下的CTOD特性的手段進(jìn)行了研究。
[0029]其結(jié)果是,發(fā)現(xiàn):在降低O的基礎(chǔ)上,對(duì)FL部中由于焊接時(shí)所賦予的熱歷史而生成的粗大晶界組織進(jìn)行抑制來(lái)增大IGF分率,由此CTOD特性會(huì)顯著地提高。上述的IGF是指以HAZ的原奧氏體晶粒內(nèi)的Ti氧化物為核以花瓣?duì)钌?以使Ti氧化物為中心而向周圍擴(kuò)散的方式生成)的針狀鐵素體。該IGF由于平均粒徑為ΙΟμπι以下很微細(xì),所以除了由其自身帶來(lái)的微細(xì)化效果以外,還會(huì)因IGF大量生長(zhǎng)而抑制從晶界生成的對(duì)韌性有害的粗大組織的生成,引起有效結(jié)晶粒徑微細(xì)化,由此對(duì)CTOD特性的提高有顯著貢獻(xiàn)。
[0030]另外,作為使IGF分率增大的方法,發(fā)現(xiàn)添加B是最有效的。迄今為止,已知添加B會(huì)使鋼材的相變溫度下降,其有使組織變得微細(xì)且均勻的效果。但是,(i)微量添加而發(fā)揮效果的B由于與存在于鋼中的N或O等元素結(jié)合會(huì)改變存在狀態(tài),有時(shí)無(wú)法揮發(fā)目標(biāo)效果;(?)特別是對(duì)于焊接后的冷卻速度會(huì)變大的焊接熱輸入為5.0kJ/mm以下的小、中熱輸入焊接,由于有時(shí)伴隨著由添加B所帶來(lái)的HAZ的硬度的上升而發(fā)生CTOD特性降低,所以還沒(méi)有為了改善_80°C下的CTOD特性而充分地利用添加B的例子。本發(fā)明的
【發(fā)明者】們發(fā)現(xiàn):對(duì)于上述(i),以能夠確保用于使B在鋼中以固溶狀態(tài)存在、發(fā)揮作為目標(biāo)的效果所需的量即有效B量的參數(shù)進(jìn)行控制;對(duì)于(ii),使用由B量和C量構(gòu)成的參數(shù)進(jìn)行控制對(duì)于用于確保優(yōu)異的CTOD特性(破壞韌性)是有效的。
[0031]此外,本發(fā)明的
【發(fā)明者】們發(fā)現(xiàn):為了進(jìn)一步利用上述B的效果,使鋼中含有微細(xì)的Ti氧化物是有效的。
[0032]本發(fā)明是基于上述發(fā)現(xiàn)而構(gòu)成的,為了解決上述問(wèn)題而達(dá)成上述目的,采用了以下手段。
[0033](I) 即,本發(fā)明的一個(gè)方案的焊接用鋼材具有下述鋼成分:以質(zhì)量%計(jì)含有C含量[C]為 0.015 % ~0.045 % 的 C、Si 含量[Si]為 0.05 % ~0.20 % 的 S1、Mn 含量[Mn]為 L 6%~2.5% 的 Mn、Ni 含量[Ni]為 0.1 %~L O % 的 N1、Ti 含量[Ti]為 0.005%~0.015% 的 T1、B 含量[B]為 0.0003%~0.0015% 的 B、N 含量[N]為 0.002%~0.006%的N和O含量[O]為0.0015%~0.0035%的0,將P含量[P]限制在0.008%以下,將S含量[S]限制在0.005%以下,將Al含量[Al]限制在0.004%以下,將Nb含量[Nb]限制在0.004%以下,將Cu含量[Cu]限制在0.5%以下,將V含量[V]限制在0.02%以下,剩余部分包含鐵和不可避免的雜質(zhì),由下述式I所示的Pctoti為0.065%以下,由下述式2所示的CeqH為0.225%以下,由下述式3所示的FB為0.0003%以上,并且由下述式4所示的Bp為0.09%~0.30%,在板厚方向截面的板厚中心部,當(dāng)量圓直徑為2μπι以上的氧化物粒子為
20個(gè)/mm2以下,并且當(dāng)量圓直徑為0.05~0.5 μ m的Ti氧化物為1.0 X IO3~1.0 X IO5個(gè)
/mm ο[0034]其中,
[0035]Pctod = [C] +[Cu]/22+[Ni]/67+[V]/3 式 I
[0036]CeqH = [C] + [Si]/4.16+ [Mn]/14.9+ [Cu]/12.9+ [Ni] /105+ [V]/1.82 式 2
[0037]FB = [B]-0.77X ([N]-0.29X ([Ti]-2X ([O]-0.89X [Al])))式 3
[0038]Bp = (884 X [C] X (1-0.3 X [C]2) +294) XFB 式 4
[0039]式中,在使O’ = [O]-0.89 X [Al]的情況下,當(dāng)O’≤O時(shí),設(shè)定為O’ = O
[0040]在使Ti’ = [Ti]-20’的情況下,當(dāng)Ti’≤O時(shí),設(shè)定為Ti’ = O
[0041]在使N’ = [N]-0.29XTi’的情況下,當(dāng)N’≤O時(shí),設(shè)定為N’ = O ;
[0042]在FB≤O的情況下,設(shè)定為FB = O。
[0043](2)根據(jù)上述⑴所述的焊接用鋼材,其中,上述Cu含量[Cu]可以為0.03%以下。
[0044](3)根據(jù)上述⑴或(2)所述的焊接用鋼材,其中,上述B含量[B]可以為
0.0006% 以上。
[0045]如上所述,對(duì)于由本發(fā)明制得的鋼而言,在低至中熱輸入的多層焊接等焊接時(shí),韌性最為劣化的FL部及IC部的CTOD特性極為良好且顯示優(yōu)異的破壞韌性。由此,能夠得到可在海洋結(jié)構(gòu)物、抗震性建筑物等中使用的即使在嚴(yán)酷環(huán)境下也顯示優(yōu)異的CTOD特性的高強(qiáng)度焊接用鋼材。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0046]圖1是表示FB與接頭FL部的IGF分率之間的關(guān)系的圖。
[0047]圖2是表示Bp與FL部中的_80°C的接頭CTOD特性的最小值之間的關(guān)系的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0048]本實(shí)施方式中,如上所述,為了使FL部的顯微組織微細(xì)化而添加B。B在原奧氏體晶界偏析,使晶界能量降低,由此有顯著延遲鋼的鐵素體相變的效果。因此,以具有粗大的奧氏體晶粒的HAZ組織對(duì)從晶界生成的粗大的鐵素體等組織進(jìn)行抑制。此外,通過(guò)與利用以Ti氧化物為代表的氧化物系的非金屬夾雜物作為晶粒內(nèi)相變鐵素體(IGF)的相變核的技術(shù)相組合,使FL部的顯微組織變得顯著微細(xì)。其目標(biāo)是:由于固溶的B而使得晶界部的相變得到抑制,變得容易從以相變核的形態(tài)存在于晶粒內(nèi)的氧化物系非金屬夾雜物發(fā)生鐵素體相變,由此IGF增加。此外,由于粗大的夾雜物成為破壞的起點(diǎn),因此需要減少粗大的夾雜物,作為相變核優(yōu)選的是微細(xì)的夾雜物。
[0049]為了得到上述效果,需要在含有規(guī)定量的作為晶粒內(nèi)相變的核的氧化物系非金屬夾雜物的鋼中確保以固溶狀態(tài)存在的B (有效B ;FB)。然而,另一方面,通過(guò)添加B而帶來(lái)的晶界部的鐵素體相變的延遲效果意味著淬透性提高。因此,伴隨著淬透性的提高而硬質(zhì)組織增加,由此FL部的硬度提高,破壞韌性有可能會(huì)劣化。因此,如后所述那樣在確保必要的固溶B量的同時(shí)避免由于添加B而造成FL部的硬度提高是有效的。
[0050]本發(fā)明的
【發(fā)明者】們發(fā)現(xiàn):為了在確保使鋼中以固溶狀態(tài)存在的B (有效B)而有效利用由添加B所帶來(lái)的FL部的顯微組織的微細(xì)化和均勻化效果的基礎(chǔ)上以實(shí)接頭滿足-80°C的CTOD特性,需要考慮由式3所定義的表示有效B量的參數(shù)FB和作為避免由于B而造成的HAZ硬度提高的參數(shù)的由式4所定義的B參數(shù)Bp。[0051 ] FB = [B]-0.77X ([N]-0.29X ([Ti]-2X ([O]-0.89X [Al])))式 3
[0052]式中,在O’ = [O]-0.89X [Al]≤ O 的情況下,O’ = O ;
[0053]在Ti’ = [Ti]-20’≤O 的情況下,Ti,= O ;
[0054]在N,= [N]-0.29XTi,≤ O 的情況下,N,= O ;
[0055]在FB = [B]-0.77 XN’≤ O 的情況下,F(xiàn)B = 0,
[0056]Bp = (884 X [C] X (1-0.3 X [C]2) +294) XFB 式 4
[0057]上述式中的成分元素為鋼中的成分元素的含量(質(zhì)量% )。
[0058]式3是在考慮各個(gè)元素之間的結(jié)合力的強(qiáng)度的基礎(chǔ)上,求出由化學(xué)計(jì)量比得到的鋼中的固溶B量(有效B量;FB)的式子。在由該式求得的FB為0.0003%以上即有效B量為0.0003%以上的情況下,B如期望的那樣對(duì)粗大的晶界組織進(jìn)行抑制。其結(jié)果是,在能夠通過(guò)分散在鋼中的Ti氧化物而生成IGF的環(huán)境下,如圖1所示,F(xiàn)L部中的IGF分率成為90%以上。Bp為從對(duì)大量的實(shí)驗(yàn)室熔煉鋼進(jìn)行的解析導(dǎo)出的經(jīng)驗(yàn)式,其是以(根據(jù)C量而預(yù)測(cè)的最高硬度)X (FB的貢獻(xiàn))進(jìn)行參數(shù)化而成的值。FB越多,則HAZ硬度也越容易變高,特別是對(duì)于本次這樣的在極低溫下的CTOD特性有很大影響。本發(fā)明的
【發(fā)明者】們發(fā)現(xiàn):如圖2所示,當(dāng)Bp超 過(guò)0.30%時(shí),F(xiàn)L部會(huì)發(fā)生顯著的硬度的提高,在_80°C下不滿足CTOD特性的目標(biāo)值即0.25mm以上。另外,對(duì)于本實(shí)施方式的焊接鋼材而言,當(dāng)FB為0.0003%以上時(shí),Bp必然為0.09%以上,所以,Bp低于0.09%是得不到作為本實(shí)施方式的焊接鋼材的目標(biāo)的固溶B的效果的區(qū)域,因此Bp設(shè)為0.09%以上。此外,對(duì)于圖2所示的鋼而言,除了Bp以外滿足本實(shí)施方式的焊接鋼材的范圍。
[0059]當(dāng)FB超過(guò)0.0010%時(shí),Bp有可能會(huì)超過(guò)0.30 %,因此優(yōu)選使FB的上限為0.0010%。
[0060]此外,本發(fā)明的
【發(fā)明者】們發(fā)現(xiàn):為了使得以實(shí)接頭滿足_80°C的CTOD特性,以當(dāng)量圓直徑計(jì)為2 μ m以上的氧化物的個(gè)數(shù)為20個(gè)/mm2以下且在鋼中具有1.0 X IO3~1.0 X IO5個(gè)/mm2的以當(dāng)量圓直徑計(jì)為0.05~0.5 μ m的Ti氧化物作為相變核是重要的。當(dāng)量圓直徑為2 μ m以上的氧化物個(gè)數(shù)超過(guò)20個(gè)/mm2時(shí),該氧化物成為破壞發(fā)生起點(diǎn),CTOD特性劣化。另外,當(dāng)量圓直徑為0.05~0.5μπι的Ti氧化物低于1.0 X IO3個(gè)/mm2時(shí),作為IGF的生成核的Ti氧化物個(gè)數(shù)不充分;超過(guò)1.0X IO5個(gè)/mm2時(shí),Ti氧化物成為破壞發(fā)生起點(diǎn),由此在任一情況下CTOD特性都會(huì)劣化。
[0061]如上所示,通過(guò)同時(shí)滿足Bp和FB,能夠在抑制FL部的硬度顯著提高的同時(shí)實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的顯微組織的微細(xì)化。另外,發(fā)現(xiàn)氧化物的控制是重要的。其結(jié)果是,發(fā)現(xiàn):在使用了含有本實(shí)施方式所限定的范圍的成分及氧化物的鋼的情況下,在滿足Bp和FB的基礎(chǔ)上,還要滿足用于確保_60°C下的CTOD特性所需的P。? ( 0.065%,而且以當(dāng)量圓直徑計(jì)為2 μ m以上的氧化物的個(gè)數(shù)為20個(gè)/mm2以下且在鋼中具有1.0X IO3~1.0X IO5個(gè)/mm2的以當(dāng)量圓直徑計(jì)為0.05~0.5 μ m的Ti氧化物作為相變核,由此在_80°C下的FL部的CTOD特性得以滿足。此外,Pctod由于后述的各元素的組成范圍而成為0.016%以上。
[0062]另一方面,如上所述,在試驗(yàn)溫度為_80°C這樣的嚴(yán)酷的條件的情況下,即使FL部的CTOD特性滿足目標(biāo)值,IC部的CTOD特性值也有時(shí)不滿足目標(biāo)值。因此,對(duì)于IC部也進(jìn)行了研究。其結(jié)果是,確認(rèn)出:通過(guò)使以當(dāng)量圓直徑計(jì)為2μπι以上的氧化物的個(gè)數(shù)為20個(gè)/mm2以下,并且滿足CeqH≥0.225%,由此可滿足-80°C的CTOD特性。其中,CeqH由于后述的各元素的組成范圍而成為0.135%以上。
[0063]以下,對(duì)于本實(shí)施方式的焊接鋼材的限定理由進(jìn)行說(shuō)明。首先,對(duì)于本實(shí)施方式的焊接鋼材的組成限定理由進(jìn)行說(shuō)明。對(duì)于以下的組成來(lái)說(shuō),%是指質(zhì)量%。
[0064]C:0.015 ~0.045%
[0065] C是用于得到強(qiáng)度的元素,使C含量[C]為0.015%以上。為了廉價(jià)地制成高強(qiáng)度,優(yōu)選為0.018%以上或0.020%以上,更優(yōu)選為0.025以上%或0.030%以上。另一方面,當(dāng)超過(guò)0.045%時(shí),會(huì)使焊接HAZ的特性劣化,無(wú)法滿足_80°C的CTOD特性,因此以0.045%為上限。為了獲得更良好的CTOD特性,優(yōu)選低于0.042%或低于0.040%。
[0066]S1:0.05 ~0.20%
[0067]為了得到良好的CTOD特性,Si越少越好,但從脫氧的觀點(diǎn)考慮,使Si含量[Si]為
0.05%以上。優(yōu)選為0.08%以上或0.10%以上。然而,當(dāng)超過(guò)20%時(shí),會(huì)損害FL部的CTOD特性,因此以0.20%為上限。為了得到更良好的CTOD特性,優(yōu)選為0.18%以下或0.15%以下。
[0068]Mn: 1.6 ~2.5%
[0069]Mn是將顯微組織優(yōu)化的效果大且廉價(jià)的元素,并且具有抑制從對(duì)CTOD特性有害的晶界發(fā)生相變的效果,對(duì)于CTOD特性的損害少,因此希望增大添加量。當(dāng)Mn含量[Mn]低于1.6%時(shí),顯微組織的優(yōu)化的效果小,因此以下限為1.6%。下限優(yōu)選為1.7%,更優(yōu)選為1.8%。另一方面,當(dāng)Mn含量[Mn]超過(guò)2.5%時(shí),F(xiàn)L部中淬透性變得過(guò)高,或者ICHAZ的硬度增加,從而CTOD特性劣化。因此以2.5%為上限。上限優(yōu)選為2.3%,更優(yōu)選為2.2%,進(jìn)一步優(yōu)選為2.0%。
[0070]P:0.008% 以下
[0071]P作為不可避免的雜質(zhì)含有,在晶界會(huì)偏析而使鋼的韌性劣化,因此優(yōu)選盡可能降低P含量[P],但還存在工業(yè)生產(chǎn)上的制約,從而以0.008%為上限。為了得到更良好的CTOD特性,優(yōu)選為0.005%以下。P為不可避免的雜質(zhì),其下限為O %。
[0072]S:0.005% 以下
[0073]S作為不可避免的雜質(zhì)含有,從母材韌性、CTOD特性的觀點(diǎn)考慮,都越少越好,但還存在工業(yè)生產(chǎn)上的制約,因此將S含量[S]的上限設(shè)為0.005%。為了得到更良好的CTOD特性,優(yōu)選為0.003%以下或0.002%以下。S為不可避免的雜質(zhì),其下限為0%。
[0074]N1:0.1 ~1.0%
[0075]Ni具有CTOD特性的劣化少、使母材的強(qiáng)度提高的效果是有效的,并且其是ICHAZ的硬度增加也小的有效元素,但由于是昂貴的合金而導(dǎo)致成本上升,所以使Ni含量[Ni]為
1.0%以下。優(yōu)選為0.8%以下,更優(yōu)選為0.7%以下或0.6%以下,進(jìn)一步優(yōu)選為0.5%以下或0.45%以下。另一方面,為了得到添加了 Ni時(shí)的效果,使下限為0.1%。為了進(jìn)一步利用Ni的效果,優(yōu)選添加0.2%以上,更優(yōu)選添加0.25%以上。在與合金成本的上升相比更優(yōu)先提高母材的強(qiáng)度的情況下,也可以添加0.4%以上、0.5%以上或0.6%以上的Ni。
[0076]Al:0.004% 以下
[0077]Al由于使Ti氧化物生成而得到IGF,所以優(yōu)選越少越好,因此使Al含量[Al]的上限為0.004%。為了得到更多的IGF,得到良好的CTOD特性,優(yōu)選為0.003 %以下或0.002 %以下。其下限為0%。[0078]T1:0.005 ~0.015%
[0079]Ti使Ti氧化物生成而使顯微組織微細(xì)化,但過(guò)多時(shí),F(xiàn)L部會(huì)生成粗大的TiC,使CTOD特性劣化。另外,有時(shí)在IC部生成由TiC生成而產(chǎn)生的硬化組織,或者有時(shí)TiC成為破壞的發(fā)生的起點(diǎn)。因此,Ti含量[Ti]為0.005~0.015%是適合的范圍。為了進(jìn)一步利用Ti的效果,優(yōu)選為0.007%以上,更優(yōu)選為0.008%以上。另一方面,為了進(jìn)一步改善CTOD特性,優(yōu)選為0.013%以下。
[0080]Nb:0.004% 以下
[0081]從母材的強(qiáng)度和韌性的觀點(diǎn)考慮,Nb是有益的,但對(duì)于FL部的CTOD特性是有害的,因此將Nb含量[Nb]限制在不顯著降低CTOD特性的范圍即0.004%以下。不過(guò),為了進(jìn)一步改善CTOD特性,更優(yōu)選限制在0.003 %以下或0.002 %以下,進(jìn)一步優(yōu)選限制在
0.001%以下。其下限為0%。
[0082]B:0.0003 ~0.0015%
[0083]B是在HAZ的原奧氏體晶界偏析而具有抑制對(duì)CTOD特性有害的粗大的晶界組織生成的效果以及使FL部的顯微組織變得均勻的效果的元素。因此,使B含量[B]為0.0003%以上。不過(guò),為了進(jìn)一步利用B的效果,優(yōu)選為0.0004%以上或0.0006%以上。另一方面,由于因過(guò)量添加,F(xiàn)L部的硬度可能會(huì)顯著提高而使CTOD特性劣化,因此以0.0015%為上限。為了進(jìn)一步改善FL部的CTOD特性,優(yōu)選為0.0013%或0.0011%以下。
[0084]N:0.002 ~0.006%
[0085]N對(duì)于生成Ti氮化物是必需的,但當(dāng)?shù)陀?.002%時(shí),效果小。因此,使N含量[N]的下限為0.002%。為了進(jìn)一步利用N的效果,優(yōu)選使下限為0.0025%,更優(yōu)選為0.003%。另一方面,當(dāng)超過(guò)0.006 %時(shí),形成成為破壞發(fā)生起點(diǎn)的粗大的Ti氮化物,從而使CTOD特性劣化,因此使上限為0.006%。為了得到更良好的CTOD特性,優(yōu)選為0.005%以下。更優(yōu)選為0.0045%以下或0.004%以下。
[0086]O:0.0015 ~0.0035%
[0087]從FL部的作為IGF的生成核的Ti氧化物的生成性考慮,使O含量[O]為0.0015%以上。為了進(jìn)一步利用O的效果,優(yōu)選為0.0020%以上。但是,當(dāng)O過(guò)多時(shí),氧化物的尺寸和個(gè)數(shù)過(guò)大,從而使FL部及IC部的CTOD特性劣化,因此使上限為0.0035%。為了得到更良好的CTOD特性,優(yōu)選為0.0030%以下,更優(yōu)選為0.0028%以下或0.026%以下。
[0088]以上為本實(shí)施方式的焊接鋼材中所必需的元素,在不損害這些效果的范圍內(nèi)添加以下的元素也是有效的。
[0089]Cu:0.5% 以下
[0090]Cu是具有提高母材的強(qiáng)度的效果、ICHAZ的硬度的增加也少的有效元素。然而,在Cu含量[Cu]添加超過(guò)0.5%的情況下,會(huì)促進(jìn)成為破壞起點(diǎn)的島狀馬氏體(Martensite-Austenite Constituent ;MA)生成,進(jìn)一步抑制分解,因此導(dǎo)致 FL 部的 CTOD特性劣化。所以,作為不使CTOD特性劣化的范圍,以0.5%以下為限制范圍。不過(guò),為了得到更加良好的CTOD特性,優(yōu)選為0.3%以下或0.1%以下。為了確保更加穩(wěn)定的CTOD特性,優(yōu)選限制為0.05%以下或0.03%以下。其下限為0%。
[0091]V:0.02% 以下
[0092]V是對(duì)提高母材強(qiáng)度有效的元素。但是,當(dāng)V含量[V]超過(guò)0.02%時(shí),會(huì)損害CTOD特性,因此作為不會(huì)大幅度損害CTOD特性的范圍,使[V]的上限為0.02%以下。為了確保更加優(yōu)異的CTOD特性,優(yōu)選為低于0.01 %。其下限為0%。
[0093]本實(shí)施方式的焊接用鋼材含有或限制上述成分,剩余部分包含鐵和不可避免的雜質(zhì)。然而,在本實(shí)施方式的焊接鋼材中,除了上述成分以外,為了進(jìn)一步改善鋼板本身的耐蝕性及熱加工性,或者作為來(lái)自廢鐵等副原料的不可避免的雜質(zhì),也可以含有其他合金元素。不過(guò),為了充分發(fā)揮上述成分(Ni等)的上述效果(提高母材的韌性等),優(yōu)選如下限制其他各合金元素(Cr、Mo、Ca、Mg、Sb、Sn、As、REM)。這些各元素的含量包括為0%。此外,即使有意添加這些合金元素,只要其添加量在后述的范圍內(nèi),也可以視為不可避免的雜質(zhì)。
[0094]Cr用于使CTOD特性降低,因此Cr含量[Cr]優(yōu)選為0.1 %以下,更優(yōu)選為0.05%以下,最優(yōu)選為0.02%以下。其下限為0%。[0095]Mo用于使CTOD特性降低,因此Mo含量[Mo]優(yōu)選為0.05%以下,更優(yōu)選為0.03%以下,最優(yōu)選為0.01%以下。其下限為0%。
[0096]Ca具有抑制Ti氧化物生成的效果,因此Ca含量[Ca]優(yōu)選低于0.0003%,更優(yōu)選低于0.0002%或低于0.0001%。其下限為0%。
[0097]Mg具有抑制Ti氧化物生成的效果,因此Mg含量[Mg]優(yōu)選低于0.0003%,更優(yōu)選低于0.0002%或低于0.0001%。其下限為0%。
[0098]Sb會(huì)損害CTOD特性,因此Sb含量[Sb]優(yōu)選為0.005%以下,更優(yōu)選為0.003%以下,最優(yōu)選為0.001%以下。其下限為0%。
[0099]Sn會(huì)損害CTOD特性,因此Sn含量[Sn]優(yōu)選為0.005%以下,更優(yōu)選為0.003%以下,最優(yōu)選為0.001%以下。其下限為0%。
[0100]As會(huì)損害CTOD特性,因此As含量[As]優(yōu)選為0.005%以下,更優(yōu)選為0.003%以下,最優(yōu)選為0.001%以下。其下限為0%。
[0101]REM(Rare Earth Metal,稀土金屬)具有抑制Ti氧化物生成的效果,因此REM含量[REM]優(yōu)選為0.005%以下,更優(yōu)選為0.003%以下,最優(yōu)選為低于0.002%或低于0.001%。此外,在本實(shí)施方式的焊接用鋼材中,除了上述元素以外,在不妨礙本實(shí)施方式的特性的范圍內(nèi),還可以含有在制造工序等中不可避免地混入的雜質(zhì),但優(yōu)選盡量不混入雜質(zhì)。其下限為0%。
[0102]即使如上所述限定鋼的成分,若制造方法不合適也無(wú)法發(fā)揮作為目標(biāo)的效果。因此,在制造本實(shí)施方式的焊接用鋼材時(shí),優(yōu)選設(shè)定為如下的制造條件。
[0103]本實(shí)施方式的焊接用鋼材在工業(yè)上優(yōu)選用連續(xù)鑄造法制造。其理由是因?yàn)椋撍哪汤鋮s速度快,能夠避免成為破壞發(fā)生起點(diǎn)的粗大的氧化物的生成,而且板坯中能夠更大量地生成微細(xì)的Ti氧化物。在本實(shí)施方式的焊接鋼材的制造方法中,優(yōu)選使從凝固點(diǎn)附近到800°C的鑄坯的中心部的平均冷卻速度為5°C /分鐘以上。其理由是為了使鋼中以當(dāng)量圓直徑計(jì)為2 μ m以上的氧化物的個(gè)數(shù)為20個(gè)/mm2以下且得到1.0X IO3~1.0X IO5個(gè)/mm2的以當(dāng)量圓直徑計(jì)為0.05~0.5μπι的Ti氧化物。在鑄坯的冷卻速度低于5°C /分鐘的情況下,難以得到微細(xì)的氧化物,粗大的氧化物增加。另一方面,即便使平均冷卻速度大于50°C /分鐘,微細(xì)的Ti氧化物的數(shù)量也不會(huì)大幅增加,制造成本反而上升,因此可以使平均冷卻速度為50°C /分鐘以下。
[0104]此外,鑄坯的中心部的平均冷卻速度可以通過(guò)對(duì)鑄坯表面的冷卻速度進(jìn)行測(cè)定而利用傳熱計(jì)算來(lái)求得。另外,平均冷卻速度也可以通過(guò)對(duì)鑄造溫度或冷卻水量等進(jìn)行測(cè)定而利用傳熱計(jì)算來(lái)求得。
[0105]在軋制板坯時(shí),優(yōu)選使其再加熱溫度(加熱溫度)為950~1100°C。這是因?yàn)?,?dāng)再加熱溫度超過(guò)1100°c時(shí),Ti氮化物會(huì)粗大化而母材的韌性劣化和CTOD特性改善效果小。另外,在低于950°C的再加熱溫度下,軋制的負(fù)荷大,會(huì)明顯阻礙生產(chǎn)率,因此優(yōu)選以950°C為下限。從確保母材韌性和生產(chǎn)率的觀點(diǎn)考慮,再加熱溫度優(yōu)選為950~1100°C,在要求更加優(yōu)異的母材韌性的情況下,再加熱溫度更優(yōu)選為950~1050°C。
[0106]就再加熱后的制造方法而言,優(yōu)選進(jìn)行加工熱處理。這是因?yàn)?,即使得到了?yōu)異的CTOD特性,若母材的韌性差,則作為鋼材也是不夠的。加工熱處理為如下的處理:將軋制溫度控制在適于鋼成分的范圍,然后根據(jù)需要實(shí)施水冷等,通過(guò)該處理,能夠進(jìn)行奧氏體晶粒的微細(xì)化以及顯微組織的微細(xì)化。由此,能夠使鋼材的強(qiáng)度提高以及改善韌性。作為加工熱處理法的條件,優(yōu)選未再結(jié)晶區(qū)域溫度(700~850°C)的累積壓下率為30%以上。
[0107]作為加工熱處理的方法,可以列舉出:(i)控制軋制(CR Controlled Rolling,以下簡(jiǎn)稱為CR) ; (ii)控制軋制-加速冷卻(CR+ACC:Accelerated Cooling,以下簡(jiǎn)稱為ACC);和(iii)控制軋制-加速冷卻-回火(CR+ACC+T tempering,以下簡(jiǎn)稱為ACC+T)。其中,優(yōu)選的方法為Qi)控制軋制-加速冷卻法。作為各種加工熱處理方法的一個(gè)例子,可以列舉出如下方法:(i)在控制軋制的情況下,將板坯加熱到950~1100°C,以未再結(jié)晶溫度區(qū)域(700~850°C )進(jìn)行累積壓下率為30%以上的軋制,軋制后進(jìn)行空氣冷卻至常溫;
(ii)在控制軋制-加速冷卻的情況下,到軋制為止以與(i)相同的步驟進(jìn)行,軋制后水冷裝置以5°C /秒以上的冷卻速度從650°C以上加速冷卻到500°C以下;和(iii)在控制軋制-加速冷卻-回火的 情況下,到加速冷卻為止以與(ii)相同的步驟進(jìn)行,加速冷卻后在熱處理爐中進(jìn)行400~660°C的回火。此外,即使在加工熱處理之后為了脫氫處理等而再次將該鋼加熱到Ar3相變點(diǎn)以下的溫度,也不會(huì)損害本實(shí)施方式的焊接用鋼材的特征。
[0108]<實(shí)施例>
[0109]以下,根據(jù)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。
[0110]將用轉(zhuǎn)爐熔煉而成的鋼水以連續(xù)鑄造制成板坯,以厚板工序?qū)υ摪迮鬟M(jìn)行加工熱處理,由此制造各種鋼成分的厚鋼板。然后,對(duì)于制得的厚鋼板,實(shí)施母材強(qiáng)度和焊接接頭的CTOD試驗(yàn)。對(duì)于焊接接頭,以通常作為試驗(yàn)焊接使用的潛弧焊(SAW)法,按照使焊接熔合線(FL)垂直的方式,制成K坡口,在焊接熱輸入為4.5~5.0kJ/mm的焊接條件下進(jìn)行制作。
[0111]CTOD 試驗(yàn)基于 BS7448Partl (British Standard,英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)),以 t (板厚)X 2t 的試驗(yàn)片尺寸,其中,缺口以50%疲勞開裂來(lái)實(shí)施,缺口位置在FL部(WM與HAZ的邊界)以及IC部(HAZ與BM(母材)的邊界)的兩個(gè)位置,在_80°C下分別實(shí)施5次試驗(yàn)。作為目標(biāo)的CTOD值的Min./Ave.(最小值/平均值)都為0.25mm以上。
[0112]FL部的HAZ組織用硝酸乙醇腐蝕液來(lái)實(shí)施蝕刻,并用光學(xué)顯微鏡和SEM進(jìn)行觀察。對(duì)于IGF分率,使用以任意的倍率觀察三個(gè)視場(chǎng)的組織照片,并用目測(cè)來(lái)測(cè)定面積率,求其平均。
[0113]鋼材的氧化物粒子的個(gè)數(shù)用以下的方法來(lái)測(cè)定。從各鋼材采取板厚方向的中央部的截面試樣,對(duì)于當(dāng)量圓直徑為2μπι以上的粗大的氧化物,使用FE-SEM(Field EmissionScanningElectron Microscope,場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡)進(jìn)行觀察,測(cè)定該粒子的尺寸和個(gè)數(shù)。對(duì)于當(dāng)量圓直徑為0.05~0.5 μ m的Ti氧化物,同樣從板厚方向的中央部采取試樣,從以 SPEED 法(Selective Potentiostatic Etching by Electrolyic Dissolution,利用電解溶解的選擇性恒電位蝕刻)進(jìn)行電解研磨而得到的試樣,制作提取復(fù)型膜,以10000~1000000 倍的 FE-TEM(Field Emission Transmission Electron Microscope,場(chǎng)發(fā)射透射電子顯微鏡)進(jìn)行觀察。通過(guò)EDX法(Energy Dispersive X-ray Spectrometry,能量色散X射線光譜),判定出從特性X射線求得的Ti的重量比為10%以上的氧化物為含Ti氧化物。由這些結(jié)果來(lái)測(cè)定含Ti氧化物的尺寸和個(gè)數(shù)。在各試樣的板厚方向截面的板厚中心部進(jìn)行20個(gè)視場(chǎng)以上的觀察,計(jì)算出每單位面積的氧化物粒子的個(gè)數(shù)的平均值。將測(cè)定位置設(shè)為板厚中心部是因?yàn)?,CTOD特性受到組成限制的影響的板厚中心部的韌性特別會(huì)受到影響。板厚方向截面是指沿著板厚方向(從鋼板的表面朝背面的方向)將鋼板切斷時(shí)的截面。
[0114]表1、表2 表示鋼的化學(xué)成分,表3、表4表示制造條件和母材、焊接接頭的CTOD特性。表3、表4中的加工熱處理方法的符號(hào)是指以下的熱處理方法。
[0115]CR:控制軋制(在最適合強(qiáng)度、韌性的溫度區(qū)域進(jìn)行的軋制)
[0116]ACC:加速冷卻(在控制軋制后水冷到400~600°C的溫度區(qū)域后放冷)
[0117]ACC+T:剛軋制后淬火+回火處理(剛軋制后水冷到常溫,然后回火處理)
[0118]此外,在表1、表2的化學(xué)成分中,不特意地對(duì)Cr、Mo、Ca、Sb、Sn、As、REM進(jìn)行添加。
[0119]在表3、表4中的焊接接頭的CTOD試驗(yàn)結(jié)果中,δ eAve表示5次試驗(yàn)結(jié)果的平均值,δ表示5次試驗(yàn)中的最低值。
[0120]本發(fā)明中制得的鋼板(本發(fā)明鋼I~33)顯示了良好的破壞韌性,即,屈服強(qiáng)度(YS)為420N/mm2以上,抗拉強(qiáng)度(TS)為480N/mm2以上,并且_80°C的CTOD值以FL缺口的s Cmin計(jì)為0.30mm以上,以IC缺口的δ Cmin計(jì)為0.63mm以上。另外,此時(shí)的FL部的HAZ組織中的IGF分率均為90%以上。
[0121]鋼34在化學(xué)成分上滿足本發(fā)明,但是鑄坯的冷卻速度不滿足優(yōu)選的制造條件。其結(jié)果是,當(dāng)量圓直徑為2 μ m以上的氧化物粒子的個(gè)數(shù)或0.05~0.5 μ m的Ti氧化物的個(gè)數(shù)偏離本發(fā)明的范圍,F(xiàn)L部、IC部的CTOD特性不滿足目標(biāo)。
[0122]另一方面,由表2可知,鋼35~55是示出了化學(xué)成分偏離了本發(fā)明的比較例的鋼。這些鋼分別在C量(鋼38)、Si量(鋼43) ,Mn量(鋼37、鋼47) ,Ni量(鋼35)、A1量(鋼52)、Ti量(鋼36、鋼44、鋼50)、B量(鋼41、鋼45、鋼49)、Nb量(鋼53)、O量(鋼39、鋼 55)、N 量(鋼 51)、Cu 量(鋼 42)、V 量(鋼 46)、Pctod(鋼 48)、CeqH(鋼 37、鋼 40、鋼42、鋼 48)、FB (鋼 39、鋼 45、鋼 46、鋼 47、鋼 50、鋼 51)、Bp (鋼 38、鋼 39、鋼 41、鋼 45、鋼 46、鋼47、鋼49、鋼50、鋼51、鋼54)的條件上與發(fā)明不同。另外,鋼52的Al偏離本發(fā)明,由此當(dāng)量圓直徑為0.05~0.5μπι的Ti氧化物個(gè)數(shù)不滿足發(fā)明的要求。盡管比較鋼的強(qiáng)度的一部分有時(shí)低于目標(biāo)強(qiáng)度,但大致與發(fā)明鋼相同。然而,CTOD值差,不適合作為在嚴(yán)酷環(huán)境下使用的鋼板。
【權(quán)利要求】
1.一種焊接用鋼材,其特征在于,其具有下述鋼成分: 以質(zhì)量%計(jì)含有C含量[C]為0.015%~0.045%的C、Si含量[Si]為0.05%~0.20%的S1、Mn含量[Mn]為1.6%~2.5%的Mn、Ni含量[Ni]為0.1%~1.0%的N1、Ti含量[Ti]為 0.005% ~0.015% 的 T1、B 含量[B]為 0.0003 % ~0.0015 % 的 B、N 含量[N]為0.002 %~0.006 %的N和O含量[O]為0.0015 %~0.0035 %的O,將P含量[P]限制在0.008%以下,將S含量[S]限制在0.005%以下,將Al含量[Al]限制在0.004%以下,將Nb含量[Nb]限制在0.004%以下,將Cu含量[Cu]限制在0.5%以下,將V含量[V]限制在0.02%以下,剩余部分包含鐵和不可避免的雜質(zhì),由下述式I所示的Pctqd為0.065%以下,由下述式2所示的CeqH為0.225%以下,由下述式3所示的FB為0.0003%以上,并且由下述式4所示的Bp為0.09%~0.30%, 在板厚方向截面的板厚中心部,當(dāng)量圓直徑為2 μ m以上的氧化物粒子為20個(gè)/mm2以下,并且當(dāng)量圓直徑為0.05~0.5 μ m的Ti氧化物為1.0 X 1O3~1.0 X 1O5個(gè)/mm2, 其中,
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接用鋼材,其特征在于,所述Cu含量[Cu]為0.03%以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的焊接用鋼材,其特征在于,所述B含量[B]為0.0006%以上。
【文檔編號(hào)】B21B3/00GK103946410SQ201280057441
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月25日
【發(fā)明者】福永和洋, 渡部義之, 臼井真介, 千千巖力雄 申請(qǐng)人:新日鐵住金株式會(huì)社