高入热量焊接用钢材及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种在超过４００ｋＪ／ｃｍ的高入热量焊接的焊接热影响部分能够获得良好的韧性的钢材及其制造方法。具体为一种高入热量焊接用钢材，含有：Ｃ：０．０３～０．１５质量％、Ｓｉ：０．０５～０．２５质量％、Ｍｎ：０．５～２．０质量％、Ｐ：０．０３质量％以下，Ｓ：０．０００５～０．００３０质量％、Ａｌ：０．０１５～０．１质量％、Ｔｉ：０．００４～０．０３质量％、Ｎ：０．００２０～０．００７０质量％、Ｃａ：０．０００５～０．００３０质量％，且Ｃａ、Ｏ、Ｓ的各含量满足下列（１）式，剩余部分为Ｆｅ及不可避免的杂质。其中，０．３≤ＡＣＲ≤０．８……（１），此处，ＡＣＲ＝（Ｃａ－（０．１８＋１３０×Ｃａ）×Ｏ）／１．２５／Ｓ，另外，Ｃａ、Ｏ、Ｓ表示各成分的含量（质量％）。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】技术区域本专利技术涉及造船、建筑、土木等各种结构物所使用的钢材，特别是涉及适用于焊接入热量超过400kJ/cm的高入热量焊接的钢材及其制造方法。
技术介绍
造船、建筑、土木等领域中所使用的钢材，一般通过焊接接合来加工成所希望的形状的结构物。在这些结构物中，从安全性的观点来看，所用钢材的母材韧性是必备的，还要求焊接部分具有良好的韧性。另一方面，随着这些结构物及船舶越来越大型化，相应地也要求所使用的钢材提高强度、增加厚度，以便在焊接施工中适用于埋弧焊、电气焊及电渣焊等高效率的高入热量焊接。因此，在采用高入热量焊接进行焊接施工时，就必须使用焊接部分具有良好韧性的钢材。可是，一般而言，如果焊接入热量加大的话，焊接热影响部分的组织就会粗大化，因此，焊接热影响部分的韧性就会降低，这是公知的。针对这种高入热量焊接所导致的韧性降低，到目前为止已经提出了很多对策。例如，通过TiN的微细分散来抑制奥氏体粒子的粗大化以及利用形成铁素体相变核的作用的技术已经实用化。还有，使Ti的氧化物分散的技术(特开昭57-51243号公报)以及使BN的铁素体核生成能进行组合的技术(特开昭62-170459号公报)也正在进行开发。再有，通过添加Ca(特开昭60-204863号公报)及REM(特开昭62-260041号公报)来控制硫化物的形态、从而获得高韧性的技术也是公知的。然而，在主要利用TiN的析出使焊接部分的组织微细化、从而改善韧性的特开昭62-170459号公报、特开昭60-204863号公报的现有技术中，存在这样的问题在使TiN加热至发生溶解的温度区的焊接热影响部分中，TiN所具有的上述作用就会消失，固溶Ti及固溶N使组织脆化，导致韧性显著下降。因此就需要通过添加B，把固溶后的N作为BN来固定。不过，存在的问题是，虽然B的加添在TiN固溶的区域对于HAZ韧性提高是有效的，但是，在TiN没有固溶的区域(加热温度约1350℃以下)中，由于与N不连结的固溶B在焊接冷却时使淬火性显著提高，从而使焊接热影响部分的组织成为以硬的贝氏体为主的组织，导致韧性显著降低。因此，在特开昭62-170459号公报中，为了消除B的恶劣影响，又采用降低Al加添量的对策，不过，如果Al量不添加到0.010％以上的话，钢在熔炼时不能充分脱氧，钢中的夹杂物的数量就会增加，出现不能获得足够的韧性的问题。再有，在特开昭62-260041号公报中建议，通过加添REM，由REM的硫化物、氧化物使TIN的固溶后的区域成为微细组织，不过，在钢熔炼时使REM充分地进行微细分散是非常困难的，在焊接热影响部分的加热至高温的区域，难以确保足够的韧性。还有，在特开昭57-51243号公报的技术中，与通常的Al脱氧不同，由Ti进行脱氧，通过使Ti的氧化物或复合氧化物在钢中进行分散，达到对奥氏体粒子的成长进行抑制的效果。其结果，有可能在钢中使抑制奥氏体粒子成长的氧化物进行分散，但另一方面却存在难以使氧化物均匀微细地进行分散的问题，以及与TiN相比Ti氧化物粗大、从而使恰贝的吸收能量下降这样致命的问题。因而，在入热量超过400kJ/cm的高入热量焊接中，就难以充分地抑制奥氏体粒子的成长，也难以确保焊接热影响部分的高韧性。还有，在特开昭60-204863号公报中记载的添加Ca的技术以及特开昭62-260041号公报中记载的添加REM的技术中，如果是300kJ/cm以下的入热量，可以确保高韧性，但是，对于超过400kJ/cm的高入热量焊接，这些技术就难以确保使焊接热影响部分的高韧性与母材具有同等水平。因此，本专利技术的目的是提供一种解决现有技术中所存在的上述问题点、对于超过400kJ/cm的高入热量焊接也能够获得与母材具有同等水平的良好的焊接热影响部分韧性的钢材。
技术实现思路
通过对各种研究进行综合，本专利技术者们发现，为了提高以超过400kJ/cm的高入热量进行焊接的焊接热影响部分的韧性，适当含有必要的Ca对硫化物的形态控制是很重要的。即，为了提高高入热量焊接热影响部分的韧性，对处在高温区域的奥氏体的粗大化进行抑制，重要的是，使在此后的冷却过程中能够促进铁素体相变所需要的铁素体相变核微细地进行分散，而现有技术中对其中的任何一项都做得不彻底。因此，本专利技术中在对钢板进行熔炼时的凝固阶段使CaS结晶析出。由于CaS与氧化物相比是在低温下结晶析出，因而能够微细地进行分散。此处，特别重要的是，如果通过对Ca、S的含量及钢中的溶解氧量进行控制来确保CaS的结晶析出後的固溶S量，就会发现在CaS的表面上有MnS析出。MnS除了自身具有铁素体核生成能以外，还具有在其周围形成Mn的稀薄带、促进铁素体相变的作用。还发现，通过在MnS上再析出TiN、AlN等铁素体生成核，就能够进一步促进铁素体相变。通过采取以上对策，即使在高入热量焊接时的高温下也能够使不溶解的铁素体相变生成核微细地进行分散，使焊接热影响部分的组织成为微细的铁素体贝氏体的组织，从而达到高韧性化。本专利技术为高入热量焊接用钢材，其特征是含有C0.03～0.15质量％、Si0.05～0.25质量％、 Mn0.5～2.0质量％、P0.03质量％以下、S0.0005～0.0030质量％、Al0.015～0.1质量％、Ti0.004～0.03质量％、N0.0020～0.0070质量％、Ca0.0005～0.0030质量％，且Ca、O、S的各含量满足下列(1)式，剩余部分为Fe及不可避免的杂质，0.3≤ACR≤0.8------(1)此处，ACR＝(Ca-(0.18+130×Ca)×O)/1.25/S另外，Ca、O、S表示各成分的含量(质量％)。还有，本专利技术为高入热量焊接用钢材，其特征是钢组成还含有从B0.0004～0.0010质量％、V0.2质量％以下、Nb0.05质量％以下、Cu1.0质量％以下、Ni1.5质量％以下、Cr0.7质量％以下、Mo0.7质量％以下之中选取的1种或2种以上。还有，本专利技术为高入热量焊接用钢材的制造方法，其特征是采用以下的工序来制造经过连续铸造或铸锭-分锭工序把铁水制成钢坯，对该钢坯进行再加热、热轧，或是在上述热轧后，加速冷却，直接淬火回火，再加热淬火-回火，再加热正火-回火，其中，上述铁水的组成中含有C0.03～0.15质量％、Si0.05～0.25质量％、Mn0.5～2.0质量％、P0.03质量％以下、S0.0005～0.0030质量％、Al0.015～0.1质量％、 Ti0.004～0.03质量％、N0.0020～0.0070质量％、Ca0.0005～0.0030质量％，且Ca、O、S的各含量满足下列(1)式，剩余部分为Fe及不可避免的杂质；0.3≤ACR≤0.8------(1)此处，ACR＝(Ca-(0.18+130×Ca)×O)/1.25/S还有，Ca、O、S表示各成分的含量(质量％)。还有，本专利技术为高入热量焊接用钢材的制造方法，其特征是铁水的组成还含有从B0.0004～0.0010质量％、V0.2质量％以下、Nb0.05质量％以下、Cu1.0质量％以下、Ni1.5质量％以下、Cr0.7质量％以下、Mo0.7质量％以下之中选取的1种或2种以上。具体实施例方式以下，对各成分的限制机理进行说明。C0.03～0.15质量％对于C量，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高入热量焊接用钢材，其特征是：　　　　含有：　　　　　Ｃ：０．０３～０．１５质量％、　　　　Ｓｉ：０．０５～０．２５质量％、　　　　Ｍｎ：０．５～２．０质量％、　　　　Ｐ：０．０３质量％以下、　　　　Ｓ：０．０００５～０．００３０质量％、　　　　Ａｌ：０．０１５～０．１质量％、　　　　Ｔｉ：０．００４～０．０３质量％、　　　　Ｎ：０．００２０～０．００７０质量％、　　　　Ｃａ：０．０００５～０．００３０质量％，　　　　且Ｃａ、Ｏ、Ｓ的各含量满足下列（１）式，剩余部分为Ｆｅ及不可避免的杂质，　　　　０．３≤ＡＣＲ≤０．８　　－－－－－－（１）　　　　此处，ＡＣＲ＝（Ｃａ－（０．１８＋１３０×Ｃａ）×Ｏ）／１．２５／Ｓ　　　　另外，Ｃａ、Ｏ、Ｓ表示各成分的含量（质量％）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：大井健次，一宫克行，冈津光浩，
申请(专利权)人：杰富意钢铁株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]