热量输入500KJ/cm以上的大热量输入焊接用钢及其制造方法技术

本发明专利技术是一种热量输入５００ｋＪ／ｃｍ以上的大热量输入焊接用钢及其制造方法，该钢具有如下的组织：析出Ｂ不足０．００１５％，ＲＥＭ或Ｃａ的氧.硫化物和ＴｉＮ分别各自分散在钢中，该钢还可含有Ｃｕ：０．０５％～０．５％，Ｎｉ：０．０５％～１．０％，Ｍｏ：０．０５％～０．５％，Ｎｂ：０．００５～０．１０％，Ｖ：０．００５％～０．１５％，Ｃｒ：０．０５％～０．５％的１种或２种以上。该钢的制造方法是：将上述发明专利技术记载的组成的钢铸造后，加热到ＡＣ↓［３］转变点以上，按照终轧温度８００～１０００℃并且累积压下率在５０％以上进行热轧，然后按照使钢板组织成为（铁素体＋珠光体）和／或贝氏体的冷却速度进行空冷或加速冷却。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于建筑、桥梁、造船、压力容器等的焊接结构用钢材，特别是涉及热量输入在500kJ/cm以上的大热量输入焊接用钢及其制造方法。焊接部位的韧性一般主要由母材的热影响区，特别是焊接结合部的韧性决定。也就是说，由于结合部被加热到接近熔点的高温，使晶粒显著粗大化，淬透性增高，由于接着发生的冷却，铁素体转变难于进行，因此生成脆弱的上贝氏体组织，或是岛状的马氏体，使缺口韧性降低。特别是在经过电渣焊或多电极隐弧焊等所谓大热量输入焊接的焊接热影响区中，这种倾向是显著的。作为提高这种焊接结合部韧性的对策，有人采取了下述方法，即在低C当量化和降低P、S杂质元素的同时，使TiN、BN这样的氮化物的微细析出物析出，以求固溶N的固定，同时使微细铁素体析出。例如，在特开昭51-41621号公报和特开昭51-43309号公报中，通过复合添加Ca或La、Ce和Ti，使微细TiN分散在钢材中，将其作为铁素体的转变核心，使大热量输入焊接结合部形成(铁素体十珠光体)组织，以求改善韧性。此外，还叙述了通过加入Nb、V、B等氮化物形成元素使结合部附近的韧性稳定。但是，在热量输入必须在500kJ/cm以上的焊接结合部中，因在高温停留时间变得更长，使奥氏体晶粒愈加粗大，而其后的冷却又显著变慢，所以微细铁素体的生成变得困难，结果析出粗大的晶界铁素体，得不到改善韧性的效果。另外也考虑过大量添加铁素体形成元素Si，但这样会生成岛状的马氏体，还是得不到改善韧性的效果。在特开昭61-190016号公报中，揭示了利用TiN和BN使微细铁素体析出，同时使N固定而改善焊接结合部韧性的方法。但该方法为了使微细铁素体析出而必须限制C当量，还是会在需要500kJ/cm以上的大热量输入的焊接结合部产生与上述同样的问题。此时，BN因焊接时的加热而固溶，而在冷却中于γ晶界再析出，因此起到作为粗大的晶界铁素体析出核心的作用，产生恶劣的影响。在特开昭59-159968号公报中，在REM的氧·硫化物和TiN分散的钢中利用晶界固溶B防止网状的粗大晶界铁素体的析出。但通常在固溶B存在时，在稍微偏离结合部的800～1000℃的加热区内生成岛状马氏体，从而损害韧性。与上述问题平行存在的情况是，近年来由于追求焊接施工的高能量化并降低成本，采用过去几乎不曾使用的500kJ/cm以上的大热量输入焊接的机会正在增加。但是，在此场合下焊接结合部停留在高温的时间变得比以前更长，奥氏体晶粒愈加粗大化，其后的冷却也极其缓慢，所以变得更容易生成脆弱的上贝氏体组织和岛状马氏体。因此，在将远比500kJ/cm小的热量输入作为对象的上述现有技术方法中，改善焊接热影响区韧性的对策不能认为是充分的。本专利技术的目的是解决上述问题，提供即使是在比过去的大热量输入焊接还要更大热量输入的500kJ/cm以上的大热量输入焊接中，其焊接影响区的韧性仍然很好的焊接结构用钢及其制造方法。本专利技术人对在500kJ/cm以上大热量输入焊接影响区具有良好韧性的钢材进行了种种研究，结果发现，其韧性改善的机理与热量输入在300kJ/cm以下作为对象的过去的钢是不同的。也就是说，按照使TiN和REM的氧·硫化物分散的理论，将焊接结合部旧γ晶粒直径微细化成250μm以下是必要的，但在这些分散粒子作为铁素体转变核心起作用时，在500kJ/cm以上的大热量输入焊接那样冷却速度慢的场合，粗大铁素体析出，反而对韧性有害。为了防止这一情况，必须不使TiN和REM的氧·硫化物复合化，而是使之分别地分散，并且将铁素体形成元素Si的量减低到0.1％(重量)(以下简单表示为％)以下。另外，本专利技术人发现，为防止粗大的晶界铁素体，还可利用微量的B，但0.0015％以上的析出B反而会构成粗大的晶界铁素体的析出核心，因此，在使析出B低于0.0015％，再通过于此场合下加上低Si化的效果，可以防止800～1000℃的加热区析出岛状马氏体，这对于防止韧性的劣化是有效的。如上所述，将大热量输入焊接后的焊接结合部的旧γ粒径规定为250μm以下，并且将不含岛状马氏体的贝氏体作为主体，可将晶界铁素体抑制在20％以下、使500kJ/cm以上的大热量输入焊接热影响区的韧性成功地得到改善。也就是说，本专利技术是一种热量输入在500kJ/cm以上的大热量输入焊接用钢，其特征在于，该钢种按重量％计含有，C超过0.10％、小于0.20％，Si不足0.10％，Mn0.4～2.0％，Al超过0.010％、不足0.04％，Ti0.002-0.020％，REM0.003～0.030％，N不足0.0040％，B大于0.0003％、小于0.0020％，其余部份实质上由Fe和不可避免的杂质构成，而且该钢具有如下组织，析出B小于0.0015％，并且在钢中钛的氮化物与REM的氧·硫化物合体的复合析出物按个数比例计算占全部REM系析出物的30％以下。此外，本专利技术还是这样一种热量输入在500kJ/cm以上的大热量输入焊接用钢，其特征在于，该钢种按重量％含有，C超过0.10％、小于0.20％，Si不足0.10％，Mn0.4～2.0％，Al超过0.010％、不足0.04％，Ti0.002～0.020％，Ca0.001～0.005％，N不足0.0040％，B大于0.0003％、不足0.0020％，其余部份实质上由Fe和不可避免的杂质构成，而且该钢具有如下组织，析出B不足0.0015％，并且Ca的氧·硫化物和TiN各自分别地分散在钢中。另外本专利技术还是这样一种热量输入在500kJ/cm以上的大热量输入焊接用钢，其特征在于，在上述专利技术记载的成分和组织的钢中，按重量％计还含有Cu0.05～0.5％，N0.05～1.0％，Mo0.05～0.5％，Nb0.005～0.10％，V0.005～0.15％，Cr0.05～0.5％中的一种或二种以上。另外，本专利技术还是一种热量输入在500kJ/cm以上的大热量输入焊接用钢的制造方法，其特征在于，在将上述专利技术记载的成分的钢进行铸造后，加热到AC3相变点以上，按终轧温度800～1000℃且累积压下率50％以上进行热轧，然后直接空冷，或者先按冷却速度0.5～10℃/s、冷却终止温度750～550℃进行快速冷却，再进行空冷。附图的简要说明附图说明图1是表示Si含量与模拟热量输入相当1000kJ/cm的大热量输入焊接结合部的再现HAZ的vEo之间关系的图。图2是表示使REM氧·硫化物和Ti氮化物的复合化率(％)变化时，复合化率对结合部的夏氏冲击吸收能量值(vEo)的影响的图。首先说明本专利技术的大热量输入焊接用钢的成分的限定理由。C超过0.10％、小于0.20％C在0.10％以下时也有低Si化的影响，难以确保所期望的母材强度，另外，超过0.20％时，在焊接后的冷却中生成岛状马氏体，不能确保焊接部的韧性。另外在小热量输入焊接时引起显著硬化，使焊接裂纹的敏感性增高。Mn0.4～2.0％Mn与C同样是提高强度的元素，作为焊接结构用钢，为确保必要的强度必须规定在0.4％以上，但添加超过2.0％时会使得焊接时的裂纹敏感性增高，同时对焊接部韧性的坏影响变大，因此定在0.4～2.0％的范围。Al超过0.010％、不足0.04％在通常的炼钢过程中，为了脱氧，至少要添加超过0.010％的Al，另一方面本文档来自技高网...

【技术保护点】
焊接热量输入在５００ｋＪ／ｃｍ以上的大热量输入焊接用钢，其特征在于，该钢按重量％计含有０．１０＜Ｃ≤０．２０，Ｓｉ＜０．１０，０．４≤Ｍｎ≤２．０，０．０１０＜Ａｌ＜０．０４，０．００２≤Ｔｉ≤０．０２０，０．００３≤ＲＥＭ≤０．０３０，Ｎ＜０．００４０，０．０００３≤Ｂ＜０．００２０，其余部分由Ｆｅ和不可避免的杂质组成，该钢具有如下的组织：析出Ｂ＜０．００１５％，在钢中，钛氮化物与ＲＥＭ的氧.硫化物合体的复合析出物按个数比例为全部ＲＥＭ系析出物的３０％以下。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：西森正德，内田清，松崎明博，天野虔一，
申请(专利权)人：川崎制铁株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]