(57)【要約】【課題】溶接熱影響部靱性および耐食性に優れた非調質高強度鋼を提供する。【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０５％以下、Ｓｉ：０．０１〜１．０  ％、Ｍｎ：０．１  〜２％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｒ：３〜７％、Ａｌ：０．００５  〜２％、Ｔｉ：０．０３〜０．２０％、Ｎ：０．０２％、を含有し、かつ選択的に、Ｃｕ：０．０１〜５％、Ｎｉ：０．０１〜５％、Ｍｏ：０．００５  〜１％、Ｖ：０．００５  〜０．１  ％、Ｎｂ：０．００５  〜０．０５０  ％、Ｃａ：０．０００５〜０．０５％、Ｍｇ：０．０００５〜０．０５％、ＲＥＭ：０．００１  〜０．１  ％を１種または２種以上を含有する鋼において、次式で示されるＴ２  値が１１５０以上でかつ１４００以下となる成分を含有し、熱間圧延ままの製造を特徴とする溶接熱影響部靱性・耐食性に優れた高強度非調質鋼板。Ｔｐ      ＝    １６０１−（３４％Ｃｒ  ＋  ２８７％Ａｌ）  ＋（３３％Ｍｎ  ＋  ６０％Ｃｕ  ＋  １０７％Ｎｉ）【選択図】  図１
2004162121.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ    ：０．０５％以下
Ｓｉ    ：０．０１〜１．０％
Ｍｎ    ：０．１〜２％
Ｐ    ：０．０３％以下
Ｓ    ：０．０１％以下
Ｃｒ    ：２〜７％
Ａｌ    ：０．１〜２％
Ｔｉ    ：０．０３〜０．２０％
Ｎ    ：０．０２％
を含有し、かつ選択的に、
Ｃｕ    ：０．０１〜５％
Ｎｉ    ：０．０１〜５％
を１種または２種以上を含有する鋼において、次式で示されるＴｐ  値が１１５０以上でかつ１４００以下となる成分を含有し、熱間圧延ままの製造を特徴とする溶接熱影響部靱性・耐食性に優れた高強度非調質鋼板。
Ｔｐ      ＝    １６０１−（  ３４％Ｃｒ  ＋  ２８７％Ａｌ  ）＋  （３３％Ｍｎ  ＋  ６０％Ｃｕ  ＋  １０７％Ｎｉ）
【請求項２】
質量％で、
Ｍｏ    ：０．００５〜１％
Ｖ    ：０．００５〜０．１％
Ｎｂ    ：０．００５〜０．０５０％
Ｃａ    ：０．０００５〜０．０５％
Ｍｇ    ：０．０００５〜０．０５％
ＲＥＭ    ：０．００１〜０．１％
の１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１記載の熱間圧延ままの製造を特徴とする溶接熱影響部靱性・耐食性に優れた高強度非調質鋼板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接熱影響部靱性および耐食性に優れた非調質高強度鋼に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平５−２７９７９１号
【特許文献２】特開平６−１７９９４９号
【特許文献３】特開平６−１７９９５０号
【特許文献４】特開平６−１７９９５１号
【特許文献５】特開平６−２１５００８２  号
【特許文献６】特開平７−３３８８号
【特許文献７】特開平１１−３５００８２  号
【０００３】
近年、各種建築構造物や貯槽容器等にステンレス鋼の使用が拡大されてきている。しかしながら、スレンレス鋼、特にオーステナイト系ステンレス鋼は、耐食性は優れているものの、高価であると同時に、降伏強度が低いということ欠点がある。このような事情から、近年、前記した特開平５−２７９７９１号公報、特開平６−１７９９４９号公報、特開平６−１７９９５０号公報、特開平６−１７９９５１号公報、特開平６−２１２２５６号公報、特開平６−２１２２５７号公報、特開平７−３３８８号公報、さらに、特開平１１−３５００８２  号公報などにおいて、耐食性の向上あるいは耐食性と加工性の向上を目的としたＣｒにＡｌを添加した鋼が提案されている。  これらの鋼は、耐食性あるいは耐食性と加工性の向上にはある程度有効と認められるが、粗大なフェライトの生成により溶接熱影響部靱性に劣り、かつＭｎなどが多量に添加される場合があり、溶接構造物への適用に際し大きな妨げとなっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、こうした現状に鑑みて、室内環境や、大気中環境において、腐食抵抗が大きくかつ溶接熱影響部靱性が優れかつ耐食性が良好な低コストで製造可能な鋼板を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記の目的を達成すべく、結露腐食環境、大気腐食環境、水道水腐食環境、コンクリート腐食環境、海水腐食環境等の腐食環境において優れた耐食性を有する鋼を開発するべく、種々の観点から検討を行った。まず、優れた溶接部靭性と同時に上記の該腐食環境において耐食性を向上させる手段を種々検討した結果、Ｃｒを２〜７％含有する鋼に、Ａｌを０．００５〜２％を添加した鋼が上述した多くの腐食環境で非常に優れた耐食性を示すことを見出した。しかしながら、このような鋼はフェライト相変態域が広く、例えば、溶接時に１２００℃以上に加熱されると粗大フェライトが生成し、このために靭性が大きく低下する懸念がある。そこで、発明者らは、多くの実験を重ねた結果、溶接時に起こるフェライト相変態の生成を抑制するための手段として、添加合金元素量との関係を定量化することに成功し、次に示すＴｐ  なる式の範囲を満たす合金添加量の時に、高温域でのフェライトの生成が抑制されることを見出した。
【０００６】
その骨子は、
（１）質量量％で、
Ｃ    ：０．０５％以下
Ｓｉ    ：０．０１〜１．０％
Ｍｎ    ：０．１〜２％
Ｐ    ：０．０３％以下
Ｓ    ：０．０１％以下
Ｃｒ    ：２〜７％
Ａｌ    ：０．１〜２％
Ｔｉ    ：０．０３〜０．２０％
Ｎ    ：０．０１％
を含有し、かつ選択的に、
Ｃｕ    ：０．０１〜５％
Ｎｉ    ：０．０１〜１０％
を１種または２種以上を含有する鋼において、次式で示されるＴｐ  値が１１５０以上でかつ１４００以下となる成分を含有し、熱間圧延ままでの製造を特徴とする溶接熱影響部靱性・耐食性に優れた高強度非調質鋼板。
Ｔｐ      ＝    １６０１−（３４％Ｃｒ  ＋  ２８７％Ａｌ）＋  （３３％Ｍｎ  ＋  ６０％Ｃｕ  ＋  １０７％Ｎｉ）
【０００７】
（２）質量％で、
Ｍｏ    ：０．００５〜１％
Ｖ    ：０．００５〜０．１％
Ｎｂ    ：０．００５〜０．０５０％
Ｃａ    ：０．０００５〜０．０５％
Ｍｇ    ：０．０００５〜０．０５％
ＲＥＭ    ：０．００１〜０．１％
の１種または２種以上を含有することを特徴とする（１）記載の熱間圧延ままの製造を特徴とする溶接熱影響部靱性・耐食性に優れた高強度非調質鋼板、
である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
Ｃ：    Ｃは、強度を改善する元素であるが、一定以上の添加は母材および溶接熱影響部の靭性低下を招くので、その添加量の上限を０．０５％とした。
【０００９】
Ｓｉ：    Ｓｉは、Ｃｒを２％以上含有する鋼に脱酸剤および強化元素として添加することが有効であるが、含有量が０．０１％未満ではその脱酸効果が充分ではなく、１．０％を超えて含有するとその効果は飽和している上に、かえって溶接熱影響部靭性を低下させるので、含有量の範囲を０．０１％以上１．０％以下に限定する。
【００１０】
Ｃｒ：      Ｃｒは、耐食性を確保するために２％以上を含有させることが必要であるが、７％を超えて含有させると、溶接熱影響部靱性などを阻害するので上限を７％とする。
【００１１】
Ａｌ：      Ａｌは、本発明において耐食性を確保するためにＣｒと並んで重要な元素であって、Ａｌの含有量は、耐食性を確保する観点から０．１％以上の必要であるが、一方、２％を超えて添加すると良好な溶接熱影響部靱性阻害するフェライト相変態の温度範囲が極めて広くなるので、その含有量は０．１％以上２％以下に限定する。
【００１２】
Ｍｎ：      Ｍｎは本発明においては、主として強度の改善とオーステナイト形成元素として作用し、耐食性の観点から添加されているＣｒおよびＡｌにより助長される粗大フェライトの形成を抑制するために添加される。すなわち、ＣｒおよびＡｌは周知のようにフェライト形成元素であり、これらが多量に添加されると、凝固から室温に至るまで変態を経ずしてフェライト単相組織となり、母材のみならず、溶接熱影響部においても著しく靭性が低下する場合がある。そこで、発明者らは、耐食性を損なわずに母材および靭性の改善を目的として、系統的に実験を行った結果、Ｍｎの添加によりそれが回避できることを見出した。その具体的な制約条件は後に述べるが、それによると、Ｍｎ量は０．１％以上添加することが必要であるが、２％を越えた量の添加では、硬化性が上昇するために２％以下の添加とする。
【００１３】
Ｎ：    Ｎは、鋼板の多量に添加されると母材および溶接熱影響部の靭性を低下させるので、少ない方が望ましく、上限の含有量は、０．０２％とする。
【００１４】
Ｐ：      Ｐは、多量に存在すると靭性を低下させるので少ない方が望ましく、上限の含有量は０．０３％とする。不可避的に混入する含有量をできる限り少なくするのがよい。
【００１５】
Ｓ：      Ｓも多量に存在すると耐孔食性を低下させるので少ない方が望ましく、上限の含有量は０．０１％とする。ＳもＰと同様に不可避的な混入量をできる限り少なくするのがよい。
【００１６】
Ｔｉ：    Ｔｉは窒化物の生成を通じて高温での結晶粒径の細粒化に寄与する元素である同時に、耐食性を損なわずに、強度を改善できる元素である。特に強度を得るためには、０．０３％以上の添加が必要となるが、０．２％を越えると、粗大な析出物が生成するために、特に靭性の著しい低下を招く。従って、その範囲を両元素ともに０．０３％〜０．２％とする。
【００１７】
さらに、本発明では以下の元素を選択して添加できる。
Ｃｕ、Ｎｉ：    Ｃｕ、Ｎｉともに強度を改善するとともに、フェライト生成を抑制する効果があると同様に特に、Ｎｉは母材および熱影響部の靭性を改善する効果がある。その効果は、いずれも０．０１％以上の添加を必要とするが、いずれも５％を越えて添加されると脆化が生じるために、両者ともに、その限定範囲を０．０１〜５％とする。
【００１８】
Ｍｏ：    Ｍｏは、ＣｒおよびＡｌが添加された鋼において、０．０１％以上添加されると、母材の靭性を損なうことなく孔食の発生と成長を抑制する効果が認められるが、１．０％を超えて添加しても効果が飽和するばかりか靭性を低下させるので、その範囲を０．００５％〜１．０％とする。
【００１９】
Ｎｂ：    Ｎｂは耐食性を損なわずに、強度および靭性を改善する元素であり、その効果は０．００５％から認められるが、０．０５％を越えると溶接熱影響部の靭性低下が顕著になるためにその範囲を０．００５％〜０．０５％とする。
【００２０】
Ｖ：    Ｖは、同じく耐食性を損なわずに、強度を改善する元素であり、０．００５％以上で効果が認められるが、多量の添加は周知のように靭性を阻害するので、その上限を０．１％とする。
【００２１】
Ｃａ、Ｍｇ：  ＣａおよびＭｇはＣｒおよびＡｌを含有する鋼において、    耐食性を改善できる元素である。現在のところその機構には不明点が多いが、両者がそれぞれ５ｐｐｍ以上で耐食性が一層向上し、その量の増大とともに、耐食性の向上が認められるが、５００ｐｐｍを越えて添加すると耐食性向上効果が飽和するばかりではなく、靭性が低下する傾向が明らかとなっており、その添加量を５ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ以下に限定する。
【００２２】
ＲＥＭ：  さらに、本発明では、希土類元素（ＲＥＭ）を適宜添加してもその耐食性を損なわずに、母材および溶接部の特性を改善することが可能である。その添加量は、０．００１％以上を必要とするが、多量の添加は靭性などの阻害するので、その上限を０．１％とする。
【００２３】
さらに本発明では、本発明の骨子となる溶接部の靭性の向上を図るために、Ｔｐ  式を導入した。図１は、０．０１５％Ｃ−０．１５％Ｓｉ−０．００５０Ｎ％の鋼を基本として、Ｍｎ、Ｃｒ、Ａｌまた、場合によりＣｕ、Ｎｉ添加した素材に溶接サイクルを与え、その時のＡ４  変態点と粗大なフェライトの生成挙動を観察した結果である。すなわち、横軸で示すＴｐ  式が、１１５０以上になると、粗大なフェライト相の生成が抑制されることが分かる。しかしながら、過剰に合金元素を添加していくと、硬化組織が形成されようになるために、おのずと上限があり、実験からそれを１４００とした。従って、Ｔｐ  式の範囲を１１５０以上１４００以下とした。
【００２４】
本発明鋼は、使用するに際して、例えば造塊分塊法あるいは連続鋳造法およびその他の方法で鋼塊として製造した後に、熱間圧延あるいは熱間鍛造によって鋼板として製造された後、そのまま放冷することで、優れた溶接熱影響部靱性と耐食性を有する高強度鋼の製造ができる。
【００２５】
【実施例】
表１示す成分系の鋼を溶製後、板厚２５ｍｍの鋼板となるように熱間圧延を行い、、下記の試験を実施した。
（１）  母材引張試験
圧延ままの鋼板から、板厚１／２  部−Ｃ方向からＪＩＳ４号試験片を採取し、試験を実施した。
（２）  溶接熱影響部の靱性評価試験
母材および溶接熱サイクル後［最高加熱温度；１４００  ℃    冷却速度：１５℃／ｓ］の衝撃試験を実施し、それぞれ遷移温度を求め、［母材の遷移温度］−［熱サイクル後の遷移温度］（△ｖＴｒｓとする）を求めた。
（３）  腐食試験
試験鋼板から切削により、厚さ５ｍｍの腐食試験を採取し、以下の条件にて試験を実施した。
室内環境：冷暖房設置の室内にて無塗装にて１００日間暴露試験を実施
湿潤環境：−２０℃に２時間保持後、湿度９５％−２５℃の環境に４時間保持することを１３００回繰返す。
塩害環境：海岸飛沫帯に試験片を１７ヶ月間暴露する。
いずれも錆スポットの大きさを評点としてあらわす。
【００２６】
表２にその試験の結果を示す。Ａ鋼〜Ｋ鋼は、すべて本発明範囲のものであり、溶接熱影響部の靱性は、母材の引張強さもすべて、５７０ＭＰａ以上であり、かつΔｖＴｒｓの評価にて±１５℃の範囲であり、靱性の低下が少ない。また、耐食性についても、一部に２ｍｍ以下の微小の発錆が観察されたのみであり、すべて良好な特性を示している。
【００２７】
それに反し、Ｌ鋼〜Ｖ鋼は、すべて比較鋼である。すなわち、Ｌ、Ｍ、Ｎ鋼は、本発明範囲の中で、それぞれＣ、Ｓｉ、Ｍｎ量の上限をはずれたものであり、いずれも耐食性はほぼ良好であるが、溶接熱影響部の靱性低下が大きい。Ｏ、Ｐ鋼はＣｒの範囲がそれぞれ上限と下限にはずれたものである。すなわち、上限にはずれたＯ鋼は溶接熱影響部の靱性低下が大きく、また、下限にはずれたＰ鋼は耐食性の低下が著しい。Ｑ、Ｒ鋼は、Ａｌ量がそれぞれ上限および下限を超えているものである。上限にはずれたＱ鋼では、Ｔｐ  値も非常に低い値となっているために、溶接熱影響部の靱性が低下している。さらに、下限にはずれたＲ鋼は、耐食性の低下が認められる。
【００２８】
さらに、Ｓ、Ｔ鋼は、Ｔｉ量がそれぞれ上限および下限をはずれているものである。上限にはずれたＳ鋼では著しい強度の上昇を招くと同時に、溶接熱影響部の靱性が低下している。下限にはずれたＴ鋼では、逆に、強度が著しく低下している。
【００２９】
Ｕ、Ｖ鋼は、いずれも各合金元素は本発明範囲ではあるが、Ｔｐ  値がそれぞれ本発明範囲を逸脱しているものである。従って、溶接熱影響部の靱性が低下している。
【００３０】
【表１】
2004162121.tif 000003
【００３１】
【表２】
2004162121.tif 000004
【００３２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明は室内環境をはじめとして、結露腐食環境をはじめとして、大気腐食環境、海水腐食環境等の種々の腐食環境において耐食性に優れると同時に、溶接構造物において重要な母材部および溶接熱影響部の靭性に優れる高強度鋼をきわめて低コストで提供することを可能としたものであり、    産業の発展に貢献するところ極めて大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａ４  変態点の計算値（Ｔｐ値）と実測されたＡ４  変態点の関係及びδフェライトの有無を説明する図である。
【図１】
2004162121.tif 000005