(57)【要約】【課題】５００ｋＪ／ｃｍを超える大入熱溶接を施した場合であっても、溶接熱影響部の靭性に優れる、引張強度が４９０ＭＰａ以上の鋼板をＮｉ，Ｍｏなど高価な元素を添加しない成分組成で提供する。【解決手段】鋼組成が、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．０３％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：０．９〜２．３％未満、Ｃｒ：１．０〜３．９％、Ａｌ：０．０５％以下、Ｔｉ：０．００５〜０．０５０％を含有し、３５Ｃｒ（％）＋８Ｍｎ（％）≧６３（％）、且つ７Ｃｒ（％）＋１８Ｍｎ（％）≦６１（％）を満足し、残部鉄及び不可避的不純物からなる鋼板。但し、各式において各元素は含有量（質量％）とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼組成が、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．０３％、Ｓｉ：０．５０％以下、Ｍｎ：０．９〜２．３％未満、Ｃｒ：１．０〜３．９％、Ａｌ：０．０５％以下、Ｔｉ：０．００５〜０．０５０％を含有し、３５Ｃｒ（％）＋８Ｍｎ（％）≧６３（％）、且つ７Ｃｒ（％）＋１８Ｍｎ（％）≦６１（％）を満足し、残部鉄及び不可避的不純物からなることを特徴とする大入熱溶接熱影響部の靭性に優れた鋼板。但し、各式において各元素は含有量（質量％）とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大入熱溶接熱影響部の靭性に優れた鋼板に関し、特に５００ｋＪ／ｃｍを超える大入熱溶接を施した場合であっても、溶接熱影響部の靭性に優れる、引張強度が４９０ＭＰａ以上のものに関する。
【背景技術】
【０００２】
建築構造物の一つであるボックス柱の組み立て溶接に適用されるサブマージアーク溶接やエレクトロスラグ溶接等では、施工高能率化のため、５００ｋJ／ｃｍを超える大入熱溶接が施されることがある。
【０００３】
鋼材を溶接すると、溶接入熱の増大に伴い、溶接熱影響部組織（以下、ＨＡＺと記す）が粗大化して靭性が低下するため、従来より種々の靭性改善技術が提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１は大入熱溶接熱影響部の靭性に優れた高張力鋼板に関し、鋼組成を極低Ｃ化して島状マルテンサイト（以下、ＭＡと記す）の生成を抑制し、焼入れ性向上元素であるＭｎ，ＮｉおよびＣｒの含有量を適正化してγ粒界でのフェライトの生成を押えて粒内における変態組織のブロックサイズを微細化し、ＨＡＺ靭性の劣化を抑制することが開示されている。
【特許文献１】特開２００７−１２６７２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１記載の大入熱溶接熱影響部の靭性に優れた高張力鋼板は、ＨＡＺ靭性を改善するため成分組成においてＮｉ添加を必須とし、最近の高合金鋼やステンレス鋼の需要増加によるＮｉ価格の高騰で、建築など大量に使用される用途には適用しがたくなっている。
【０００６】
そこで、本発明は、Ｎｉ，Ｍｏ，及びＮｂなど高価な合金元素を用いず、比較的安価なＭｎやＣｒの添加により大入熱溶接のＨＡＺ靭性に優れる、引張強度が４９０ＭＰａ以上の鋼板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者等は大入熱溶接ＨＡＺの靭性に及ぼす成分組成の影響について鋭意検討し、その結果、安定して高い靭性を確保するためには、１．Ｃ含有量を０．０３％以下に極低Ｃ化してＭＡの生成を抑制し、Ｍｎ，Cｒを添加して変態点温度を低下させＨＡＺ全体を均一なベイナイト組織とすること、２．更に、ＭｎとＣｒの同時添加において、Ｍｎ量に対してＣｒ量を適正にすること、が有効なことを見出した。本発明は得られた知見を基に更に検討を加えてなされたもので、すなわち、本発明は、
１．鋼組成が、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．０３％、Ｓｉ：０．５０％以下、Ｍｎ：０．９〜２．３％未満、Ｃｒ：１．０〜３．９％、Ａｌ：０．０５％以下、Ｔｉ：０．００５〜０．０５０％を含有し、３５Ｃｒ（％）＋８Ｍｎ（％）≧６３（％）、且つ７Ｃｒ（％）＋１８Ｍｎ（％）≦６１（％）を満足し、残部鉄及び不可避的不純物からなることを特徴とする溶接熱影響部の靭性に優れた鋼板。但し、各式において各元素は含有量（質量％）とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、近年、高騰しているＮｉ，Ｍｏなど高価な合金元素を添加せず、５００ｋＪ／ｃｍを超える大入熱溶接を施した場合にも、優れたＨＡＺ靭性が確保される鋼板が得られ、安全性の高い建築構造物等を経済的に且つ高能率で製造でき産業上極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明では成分組成を規定する。説明において％は、質量％とする。
Ｃ：０．０１〜０．０３％
Ｃは、母材強度を確保するとともに、γ粒の粗大化を抑制してＨＡＺ靭性を確保するために必要で、当該効果を発揮させるため、０．０１％以上を添加する。一方、Ｃ量が過剰になるとＭＡが増大してＨＡＺ靭性が劣化するようになるので０．０３％以下とする。
【００１０】
Ｓｉ：０．５０％以下
Ｓｉは、製鋼時の脱酸に必要な元素であるが、脱酸の目的を達すれば、添加量は少なくて良く、一方、０．５０％を超えて過剰に添加するとＭＡが増大してＨＡＺ靭性が劣化するため、０．５０％以下とする。
【００１１】
Ｍｎ：０．９〜２．３％未満
Ｍｎは、強力なオーステナイト安定化元素で、変態温度を低下させて母材の強度を確保するのに有用で、また、ベイナイト変態を促進するため、０．９％以上を添加する。一方、Ｍｎ量が過剰になるとＨＡＺが硬化してＨＡＺ靭性が低下するようになるので、２．３％未満とする。
【００１２】
Ｃｒ：１．０〜３．９％
Ｃｒは、焼入れ性を向上させて母材の強度や靭性を確保するのに有用な元素で、また、フェライト安定化元素のため、Ｍｎによるオーステナイトの過度の安定化を防止し、ＭＡの発生を防止する。このような効果を得るため、１．０％以上添加する。
【００１３】
一方、Ｃｒが過剰に存在すると、ＨＡＺの硬度が増大してＨＡＺ靭性が劣化するので、３．９％以下とする。
【００１４】
Ａｌ：０．０５％以下
Ａｌは、製鋼時の脱酸に必要な元素であるが、脱酸の目的が達成されれば添加量は少なくても良く、一方、過剰になると、アルミナ等の粗大介在物が増加して、母材靭性が劣化し、ＭＡも増加してＨＡＺ靭性も劣化させるようになるので、０．０５％以下とする。
【００１５】
Ｔｉ：０．００５〜０．０５０％
Ｔｉは、Ｎと結合してＴｉＮを形成する。ＴｉＮは、ＨＡＺのγ粒の成長を抑制し、ＨＡＺ靭性を向上させるため、このような効果が得られるように０．００５％以上、好ましくは０．０１０％以上を添加する。一方、Ｔｉが過剰になるとＴｉＮが粗大化し、母材靭性、ＨＡＺ靭性が共に劣化するので、０．０５０％以下、好ましくは０．０２５％以下とする。
【００１６】
３５Ｃｒ（％）＋８Ｍｎ（％）≧６３（％）、且つ７Ｃｒ（％）＋１８Ｍｎ（％）≦６１（％）
これらのパラメータ式は、上記成分範囲で構成される鋼の、大入熱溶接ＨＡＺにおけるＭＡの生成量を少なくすると共に、ＨＡＺの硬さを低減して靭性を優れたものとするためのものである。
【００１７】
Ｍｎは強力なオーステナイト安定化元素であり変態温度を低下させてベイナイト変態を促進する。しかし、Ｍｎ単独で添加した場合は、ベイナイトラス間にＭＡが析出してＨＡＺ靭性が低下する。
【００１８】
Ｍｎと共にフェライト安定化元素であるＣｒを添加すると、Ｍｎ添加による過度のオーステナイトの安定化が緩和され、ベイナイトラス間のＭＡは減少し、ＨＡＺ靭性に優れる領域が現出する。しかし、Ｃｒを更に添加すると焼入れ性が高まってＨＡＺの硬さが増大してＨＡＺ靭性は低下する。
【００１９】
そこで、本発明では、ＭｎとＣｒの添加量を、上述した個々の添加量の範囲内で、３５Ｃｒ（％）＋８Ｍｎ（％）≧６３（％）、且つ７Ｃｒ（％）＋１８Ｍｎ（％）≦６１（％）を満足するように規定する。
【００２０】
ＭｎとＣｒの添加量が、３５Ｃｒ（％）＋８Ｍｎ（％）≧６３（％）を満足する場合、Ｍｎ添加によるオーステナイトの過度の安定化が防止されて、ＭＡの発生が抑制されＨＡＺ靭性が向上する。
【００２１】
一方、７Ｃｒ（％）＋１８Ｍｎ（％）＞６１（％）となる場合、ＨＡＺ硬さが硬くなりすぎてＨＡＺ靭性が低下するようになるので、７Ｃｒ（％）＋１８Ｍｎ（％）≦６１（％）とする。尚、これらの式においてＣｒ（％），Ｍｎ（％）は添加量（質量％）とする。
【００２２】
本発明に係る鋼板は、常法により溶解、熱間圧延して製造することが可能である。以下、実施例を用いて本発明をより具体的に説明する。
【実施例】
【００２３】
［ＡｓＲｏｌｌ材］
表１に示す成分組成の鋼を溶製しインゴットとした後、１２００℃に加熱し、板厚１３ｍｍまで熱間圧延を行って供試鋼板とし、母材強度とＨＡＺ靭性の評価を行った。
【００２４】
１．母材強度
各鋼板から採取した丸棒試験片（ＡＳＴＭ−Ｆ型）について、ＪＩＳＺ２２４１に準じて引張試験を行い、降伏強度（ＹＳ），引張強度（ＴＳ），伸び（ＥＬ）を測定した。丸棒試験片（ＡＳＴＭ−Ｆ型）は圧延方向から採取した。得られた引張強度が４９０ＭＰａ以上のものを本発明範囲内とした。
【００２５】
２．ＨＡＺ靭性
ＨＡＺ靭性の評価を再現熱サイクルシャルピー衝撃試験により行った。熱サイクルは、スキンプレート材（５０ｍｍ厚）とダイヤフラム材（５０ｍｍ厚）を組み合わせ、溶接入熱５５０ｋＪ／ｃｍのエレクトロスラグ溶接を行った場合のボンド近傍のＨＡＺにおけるものを模擬したもので、１４００℃で１秒間保持し、８００−５００℃の冷却時間を５１０秒とした。
【００２６】
圧延方向から採取した１２ｍｍ厚さ×１２ｍｍ幅の角棒状試験片に高周波誘導加熱装置で上述の熱サイクルを付与した後、ＪＩＳＺ２２０２のＶノッチシャルピー衝撃試験片を３本採取して、ＪＩＳＺ２２４２に準じてシャルピー衝撃試験を行った。
【００２７】
シャルピー衝撃試験は試験温度を０℃として各鋼板について３本の試験片で行った。３本における吸収エネルギー（ｖＥ０）の最低値が５０Ｊ以上、３本の吸収エネルギー（ｖＥ０）の平均値が１００Ｊ以上をＨＡＺ靭性に優れるもの（本発明範囲内）とした。
【００２８】
表２に引張試験結果、表３にシャルピー衝撃試験結果を示す。表１〜３において鋼記号は共通とする。
【００２９】
鋼Ａ１，Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３は成分組成が本発明範囲内でＭｎ量，Ｃｒ量が関係式を満足する本発明鋼で、引張強度４９０ＭＰａ以上の高強度と、シャルピー衝撃試験における３本の試験片の吸収エネルギー（ｖＥ０）の最低値が５０Ｊ以上、３本の試験片の吸収エネルギー（ｖＥ０）の平均値が１００Ｊ以上の優れたＨＡＺ靭性が得られた。
【００３０】
一方、鋼Ａ２は、Ｃｒ量が過剰で、且つ７Ｃｒ＋１８Ｍｎ≦６１を満足せず、引張強度４９０ＭＰａ以上の高強度は得られるもののシャルピー衝撃試験において３本の平均値は１００J以上となるが、１本のシャルピー衝撃値が５０Ｊ未満となり安定性に欠ける。
【００３１】
鋼Ａ３，Ａ４は、Ｃｒ量が過剰で、且つ７Ｃｒ＋１８Ｍｎ≦６１を満足せず、鋼Ａ３は引張強度４９０ＭＰａ以上を満足するもののシャルピー衝撃試験において３本の平均値は１００J未満で、１本のシャルピー衝撃値が５０Ｊ未満となり安定性に欠ける。
【００３２】
鋼Ａ４は、引張強度４９０ＭＰａ以上を満足するもののシャルピー衝撃試験において３本の平均値は１００J未満で、３本全てのシャルピー衝撃値が５０Ｊ未満でＨＡＺ靭性に劣る。
【００３３】
鋼Ｂ２は、７Ｃｒ＋１８Ｍｎ≦６１を満足するもののＣｒ量が過剰で、引張強度（ＴＳ）が４９０ＭＰａ未満と低く、シャルピー衝撃試験において３本の平均値は１００J未満で、２本のシャルピー衝撃値が５０Ｊ未満となり安定性に欠ける。
【００３４】
鋼Ｂ３は、Ｃｒ量が過剰で、且つ７Ｃｒ＋１８Ｍｎ≦６１を満足せず、引張強度４９０ＭＰａ以上を満足するもののシャルピー衝撃試験において３本の平均値は１００J未満で、３本全てのシャルピー衝撃値が５０Ｊ未満でＨＡＺ靭性に劣る。
【００３５】
鋼Ｂ４は、Ｃｒ量が過剰で、且つ７Ｃｒ＋１８Ｍｎ≦６１を満足せず、引張強度４９０ＭＰａ以上を満足するもののシャルピー衝撃試験において３本の平均値は１００J未満で、３本全てのシャルピー衝撃値が５０Ｊ未満でＨＡＺ靭性に劣る。
【００３６】
鋼Ｃ１は、７Ｃｒ＋１８Ｍｎ≦６１を満足するもののＣｒ量が過剰で、引張強度（ＴＳ）が３４８ＭＰａと低く、シャルピー衝撃試験において３本の平均値は１００J未満で、２本のシャルピー衝撃値が５０Ｊ未満となり安定性に欠ける。
【００３７】
鋼Ｃ２は、７Ｃｒ＋１８Ｍｎ≦６１を満足するもののＣｒ量が過剰で、引張強度（ＴＳ）が４０８ＭＰａと低く、シャルピー衝撃試験において３本の平均値は１００J未満で、２本のシャルピー衝撃値が５０Ｊ未満となり安定性に欠ける。
【００３８】
鋼Ｃ３は、７Ｃｒ＋１８Ｍｎ≦６１を満足するもののＣｒ量が過剰で、引張強度４９０ＭＰａ以上を満足するものの、シャルピー衝撃試験において３本の平均値は１００J未満で、３本全てのシャルピー衝撃値が５０Ｊ未満となり安定性に欠ける。
【００３９】
鋼Ｍ４は、Ｃｒ量は本発明範囲内であるが７Ｃｒ＋１８Ｍｎ≦６１を満足せず、
引張強度（ＴＳ）は４９０ＭＰａ以上であり、シャルピー衝撃試験において３本の平均値は１００J以上を満足するものの、１本のシャルピー衝撃値が５０Ｊ未満となり安定性に欠ける。
【００４０】
鋼Ｎ４は、７Ｃｒ＋１８Ｍｎ≦６１を満足するが、Ｃｒ量が本発明範囲外で引張強度（ＴＳ）は４９０ＭＰａ以上であり、シャルピー衝撃試験において３本の平均値は１００J以上を満足するものの、１本のシャルピー衝撃値が５０Ｊ未満となり安定性に欠ける。
【００４１】
【表１】
2010116576.tif 000002
【００４２】
【表２】
2010116576.tif 000003
【００４３】
【表３】
2010116576.tif 000004
【００４４】
［ＱＴ材］
表４に示す成分組成の鋼を溶製しインゴットとした後、１２００℃に加熱後、板厚１３ｍｍまで熱間圧延し、室温まで冷却した。その後、９００℃に再加熱し１０分間保持後水焼入れして試験材とした。
【００４５】
表５，６に母材強度とＨＡＺ靭性を示す。引張強度５９０ＭＰａ以上、シャルピー衝撃値として３本の平均値３００Ｊ以上、３本の個々の値も３００Ｊ以上が得られた。母材強度とＨＡＺ靭性は前述のＡｓＲｏｌｌ材の試験方法に準じて求めた。
【００４６】
【表４】
2010116576.tif 000005
【００４７】
【表５】
2010116576.tif 000006
【００４８】
【表６】
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