(57)【要約】【課題】Ｍｏ量を増量することなく、靱性および溶接性に優れ、かつ、耐火特性を有する鋳鋼を提供する。【解決手段】（１）　質量％で、Ｃ：０．１２〜０．２２％、Ｓｉ：０．２０〜０．６０％、　Ｍｎ：０．８０〜１．３０％、Ｎｉ：０．３０〜２．２０％、Ｃｒ：０〜０．３５％（無添加の場合を含む）、Ｍｏ：０〜０．３０％（無添加の場合を含む）、Ｖ：０．００５　〜０．１５％、Ｗ：０．３０〜０．７５％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋳鋼、（２）　溶接構造用鋳鋼として用いられる前記鋳鋼。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．１２〜０．２２％、Ｓｉ：０．２０〜０．６０％、Ｍｎ：０．８０〜１．３０％、Ｎｉ：０．３０〜２．２０％、Ｃｒ：０〜０．３５％（無添加の場合を含む）、Ｍｏ：０〜０．３０％（無添加の場合を含む）、Ｖ：０．００５　〜０．１５％、Ｗ：０．３０〜０．７５％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋳鋼。
【請求項２】
溶接構造用鋳鋼として用いられる請求項１記載の鋳鋼。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋳鋼に関する技術分野に属し、特には、靱性および溶接性に優れ、かつ、耐火特性を有する鋳鋼に関する技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
溶接構造に用いるもので、特に溶接性に優れた鋳鋼としては、ＪＩＳ　Ｇ　５１０２に規定される鋳鋼（溶接構造用鋳鋼）がある。この溶接構造用鋳鋼は、６００　℃での耐力は常温での耐力の約１／２であり、充分な耐火特性は有しておらず、耐火鋳鋼としては使用できない。
【０００３】
従来、このような溶接構造用鋳鋼に耐火特性をもたせる方法として、Ｍｏ量を増量した組成にすることが開示されている（特開平０７−１８８８３５　号公報等）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、Ｍｏ量を増量すると、Ｃｅｑ（炭素等量）が上昇し、溶接性が阻害されるという問題点が生じてくる。そこで、必要な溶接性を確保しようとすれば、Ｃ量を低下させることとなる。しかし、Ｃは固液共存温度を広げる元素であるので、Ｃ量を低下させると、鋳鋼材の内部品質、特に引け巣の発生を助長することとなり、内部品質の確保が難しくなる。他の元素を低減すれば、多量に低下させる必要があり、常温での必要特性を満足させることが困難となってくる。（Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｓｉ／６＋Ｍｎ／２４＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４から考えれば、Ｃを低下させることが最も効果がある。）
【０００５】
本発明は、このような事情に着目してなされたものであって、その目的は、Ｍｏ量を増量することなく（換言すれば、ＪＩＳ　Ｇ　５１０２の成分範囲内において）、靱性および溶接性に優れ、かつ、耐火特性を有する鋳鋼を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る鋳鋼は、請求項１〜２記載の鋳鋼としており、それは次のような構成としたものである。
【０００７】
即ち、請求項１記載の鋳鋼は、質量％で、Ｃ：０．１２〜０．２２％、Ｓｉ：０．２０〜０．６０％、Ｍｎ：０．８０〜１．３０％、Ｎｉ：０．３０〜２．２０％、Ｃｒ：０〜０．３５％（無添加の場合を含む）、Ｍｏ：０〜０．３０％（無添加の場合を含む）、Ｖ：０．００５　〜０．１５％、Ｗ：０．３０〜０．７５％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋳鋼である（第１発明）。請求項２記載の鋳鋼は、溶接構造用鋳鋼として用いられる請求項１記載の鋳鋼である（第２発明）。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、例えば次のような形態で実施する。
電気炉による溶解や高周波溶解炉による溶解により、Ｃ：０．１２〜０．２２％、Ｓｉ：０．２０〜０．６０％、Ｍｎ：０．８０〜１．３０％、Ｎｉ：０．３０〜２．２０％、Ｃｒ：０〜０．３５％、Ｍｏ：０〜０．３０％、Ｖ：０．００５　〜０．１５％、Ｗ：０．３０〜０．７５％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼の溶湯を得、必要に応じて精錬（真空処理等含む）を実施した後に、これを所定の鋳型に注入し、鋳造する。そうすると、本発明に係る鋳鋼が得られる。
【０００９】
上記鋳鋼は、所定の焼鈍および熱処理が施され、あるいは更に機械加工された後、所定の用途にて使用される。
【００１０】
このような形態で本発明が実施される。以下、本発明について主にその作用効果を説明する。
【００１１】
本発明に係る鋳鋼は、前述の如く、質量％で、Ｃ：０．１２〜０．２２％、Ｓｉ：０．２０〜０．６０％、Ｍｎ：０．８０〜１．３０％、Ｎｉ：０．３０〜２．２０％、Ｃｒ：０〜０．３５％（無添加の場合を含む）、Ｍｏ：０〜０．３０％（無添加の場合を含む）、Ｖ：０．００５　〜０．１５％、Ｗ：０．３０〜０．７５％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋳鋼であり、この鋳鋼の組成、特に、Ｗ：０．３０〜０．７５％、Ｎｉ：０．３０〜２．２０％を含有することにより、Ｍｏ量を増量させずに、優れた靱性および溶接性を有すると共に優れた耐火特性を有することができる。
【００１２】
即ち、本発明に係る鋳鋼は、ＪＩＳ　Ｇ　５１０２に規定される溶接構造用鋳鋼に対し、特には、Ｍｏ量を増量させず、新たにＷを０．３０〜０．７５％添加すると共にＮｉ量を０．３０〜２．２０％に調整した組成のものであり、このＷの添加により耐火特性が向上して優れたものとなると共に、このＮｉ量の調整により優れた靱性を確保することができ、また、溶接性の低下がなくて優れた溶接性を確保することができる。
【００１３】
ここで、Ｗ量を０．３０〜０．７５％としているのは、０．３０％未満にすると、耐火特性の向上の程度が小さく、耐火特性が不充分となり、０．７５％超にすると、溶接性に悪影響があり、溶接性が低下して不充分となるからである。また、Ｗは高価な元素であり、大量の添加はコスト上昇を招くという点からも、Ｗ量の上限値を０．７５％とした。
【００１４】
Ｎｉ量を０．３０〜２．２０％としているのは、０．３０未満にすると、靱性が低下し、優れた靱性を確保することができず、靱性が不充分となり、２．２０％超にすると、ＪＩＳ　Ｇ　５１０２に記載のＣｅｑ（炭素等量）を満足させることが困難になり、ひいては、優れた溶接性を確保することが難しくなるからである。また、Ｎｉは高価な元素であり、大量の添加はコスト上昇を招くという点からも、Ｎｉ量の上限値を２．２０％とした。
【００１５】
本発明に係る鋳鋼において、不可避的不純物の種類は限定されず、場合によって異なるが、通常は不可避的不純物としてＡｌ、Ｃｕ、Ｐ、Ｓ、Ｎ、Ｏ等が含まれている。これらの量は、場合によって異なるが、通常はＡｌ：０．１　％以下、Ｃｕ：０．１　％以下、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０４％以下、Ｎ：１００ｐｐｍ以下、Ｏ：１００ｐｐｍ以下である。
【００１６】
本発明に係る鋳鋼において、これを引張強さ≧４８０ＭＰａ級の鋳鋼（引張強さの面でＪＩＳ　Ｇ　５１０２に記載のＳＣＷ　４８０　に相当する鋳鋼）として用いる場合、その組成については、Ｃ：０．１６〜０．２２％、Ｓｉ：０．３０〜０．６０％、Ｍｎ：０．９０〜１．３０％、Ｎｉ：０．３０〜０．５０％、Ｃｒ：０〜０．５０％（無添加の場合を含む）、Ｍｏ：０〜０．２０％（無添加の場合を含む）、Ｖ：０．００５　〜０．０７％、Ｗ：０．３０〜０．７５％、残部：Ｆｅおよび不可避的不純物の組成とする。換言すれば、このような組成のものを選択すると、それは引張強さ≧４８０ＭＰａ級の鋳鋼となる。
【００１７】
引張強さ≧５５０ＭＰａ級の鋳鋼（引張強さの面でＪＩＳ　Ｇ　５１０２に記載のＳＣＷ　５５０　に相当する鋳鋼）として用いる場合、Ｃ：０．１４〜０．２０％、Ｓｉ：０．４０〜０．６０％、Ｍｎ：１．００〜１．３０％、Ｎｉ：１．０　〜２．０　％、Ｃｒ：０〜０．５０％（無添加の場合を含む）、Ｍｏ：０〜０．３０％（無添加の場合を含む）、Ｖ：０．００５　〜０．１　％、Ｗ：０．３０〜０．７５％、残部：Ｆｅおよび不可避的不純物の組成とする。即ち、このような組成のものを選択すると、引張強さ≧５５０ＭＰａ級の鋳鋼となる。
【００１８】
引張強さ≧６２０ＭＰａ級の鋳鋼（引張強さの面でＪＩＳ　Ｇ　５１０２に記載のＳＣＷ　６２０　に相当する鋳鋼）として用いる場合、Ｃ：０．１２〜０．１６％、Ｓｉ：０．２０〜０．６０％、Ｍｎ：０．９０〜１．２０％、Ｎｉ：１．８０〜２．２０％、Ｃｒ：０．１５〜０．３５％、Ｍｏ：０．０５〜０．３０％、Ｖ：０．０５〜０．１５％、Ｗ：０．３０〜０．７５％、残部：Ｆｅおよび不可避的不純物の組成とする。即ち、このような組成のものを選択すると、引張強さ≧６２０ＭＰａ級の鋳鋼となる。
【００１９】
鋳鋼の耐火特性の指標として、一般的に、６００　℃での耐力が用いられる。この６００　℃での耐力が高いほど耐火特性が優れているとされる。耐火特性としては、この６００　℃での耐力が常温での耐力あるいは降伏点の規格値の下限値（規格下限値）の２／３以上であることが望まれる。例えば、引張強さ≧４８０ＭＰａ級の鋳鋼（引張強さの面でＪＩＳ　Ｇ　５１０２に記載のＳＣＷ　４８０　に相当する鋳鋼）の場合、６００　℃での耐力が２７５ＭＰａ（耐力の規格下限値）×２／３（＝約１８３．３ＭＰａ）以上であることが望まれる。
【００２０】
本発明に係る鋳鋼において、これを引張強さ≧４８０ＭＰａ級の鋳鋼（引張強さの面でＪＩＳ　Ｇ　５１０２に記載のＳＣＷ　４８０　に相当する鋳鋼）として用いる場合、前述のような組成とするが、これと共に下記▲１▼式で求められるＷｅｑが３．４　以上になるようにすると、６００　℃での耐力が常温での耐力（ＪＩＳ　Ｇ　５１０２でのＳＣＷ　４８０　の耐力の規格下限値：２７５ＭＰａ）の２／３以上となる。従って、このようにすることが、望ましい。
【００２１】
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但し、上記▲１▼式において、各元素記号は各元素含有量（質量％）である。
【００２２】
本発明に係る鋳鋼において、これを引張強さ≧５５０ＭＰａ級の鋳鋼（引張強さの面でＪＩＳ　Ｇ　５１０２に記載のＳＣＷ　５５０　に相当する鋳鋼）として用いる場合、前述のような組成とするが、これと共に上記▲１▼式で求められるＷｅｑが３．８　以上になるようにすると、６００　℃での耐力が常温での耐力（ＪＩＳ　Ｇ　５１０２でのＳＣＷ　５５０　の耐力の規格下限値：３５５ＭＰａ）の２／３以上となる。従って、このようにすることが、望ましい。
【００２３】
本発明に係る鋳鋼において、これを引張強さ≧６２０ＭＰａ級の鋳鋼（引張強さの面でＪＩＳ　Ｇ　５１０２に記載のＳＣＷ　６２０　に相当する鋳鋼）として用いる場合、前述のような組成とするが、これと共に上記▲１▼式で求められるＷｅｑが４．２　以上になるようにすると、６００　℃での耐力が常温での耐力（ＪＩＳ　Ｇ　５１０２でのＳＣＷ　６２０　の耐力の規格下限値：４３０ＭＰａ）の２／３以上となる。従って、このようにすることが、望ましい。
【００２４】
本発明に係る鋳鋼は、溶接構造用鋳鋼として好適に用いることができる（第２発明）。また、溶接性および耐火特性が要求される用途に好適に用いることができる。さらに、優れた靱性および溶接性を有すると共に優れた耐火特性を有する鋳鋼として好適に用いることができる。
【００２５】
【実施例】
本発明の実施例及び比較例を以下説明する。なお、本発明は本実施例に限定されるものではない。
【００２６】
高周波溶解炉にて原料を溶解し、次いで鋼の溶湯を鋳型［形状寸法：約１００ｔ×５００ｗ×３９０ｈと　６０ｔ×３００ｗ×２３０ｈ（押湯を除いた形状）、材質：クロマイト砂で作製（バインダー：フラン）］に注入して鋳造する。これにより、種々の組成の鋳鋼を得た。これらの鋳鋼の組成を表１に示す。なお、表１においては、組成（成分）元素の含有量として、本発明に係る鋳鋼での必須成分元素であるＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗの含有量の他にＣｕの含有量も示している。これらの成分元素の他（残部）は、Ｆｅおよび不可避的不純物からなるものである。
【００２７】
上記鋳鋼について熱処理［焼鈍として９２０　℃×３Ｈｒ保持後→放冷、９２０　℃×１Ｈｒ保持後→５０℃／ｍｉｎ　の冷却速度でＲ．Ｔ．まで、６００　℃×６Ｈｒ保持後→放冷（昇温速度：いずれも８０℃／Ｈｒ）］を施した後、引張試験片、シャルピー衝撃試験片、溶接性評価試験片を採取し製作した。そして、これらの試験片を用いて、常温（室温）での引張試験、シャルピー衝撃試験、６００　℃での引張試験、溶接性評価試験を行った。
【００２８】
なお、引張試験片の形状及び寸法は、ＪＩＳ　Ｚ　２２０１の１４Ａ号試験片、シャルピー衝撃試験片の形状及び寸法は、ＪＩＳ　Ｚ　２２０２のＶノッチシャルピー衝撃試験片のものとした。室温での引張試験は、ＪＩＳ　Ｚ　２２４１に記載の方法により行った。６００　℃での引張試験は、ＪＩＳ　Ｇ　０５６７記載の方法（試験片形状：ＩＩ−６形試験片）により行った。シャルピー衝撃試験は、ＪＩＳ　Ｚ　２２４２に記載の方法により行った。
【００２９】
溶接性評価試験片としては、ＪＩＳ　Ｚ　３１５８に記載の試験片とし、ｔ＝５０ｍｍ、ｇ＝２．０ｍｍ　を採用した。溶接性評価試験の条件は、次の通りである。ｙスリット部の溶接方法：ＳＭＡＷ、溶接材料：（株）神戸製鋼所製ＬＢ−４９０ＦＲφ４．０ｍｍ（耐火鋼用被覆アーク溶接棒）、棒乾燥条件：３５０　℃×１Ｈｒ、試験雰囲気：５０℃予熱では温度２７℃，湿度５３％、１００　℃予熱では温度２４℃，湿度４０％、溶接電流：１７０　Ａ、運棒比：０．８（溶接長さ／溶接棒消耗長さ）、放置時間：４８Ｈｒである。
【００３０】
上記試験の結果を表２に示す。表２からわかるように、本発明の実施例に係る鋳鋼と比較例に係る鋳鋼とを同一強度（引張強さ）級のもの同士で比較すると、本発明の実施例に係る鋳鋼は、比較例に係る鋳鋼に比較して、６００　℃での耐力が高くて耐火特性に優れ、また、シャルピー衝撃値が高くて靱性に優れている。また、ｙスリット割れ率は同等に低く、比較例に係る鋳鋼と同等に溶接性に優れている。
【００３１】
即ち、比較例５の鋳鋼および実施例４の鋳鋼はいずれも引張強さ≧４８０ＭＰａ級の鋳鋼であり、両者を比較するに、実施例４の鋳鋼は比較例５の鋳鋼に比較して、６００　℃での耐力が非常に高くて耐火特性に極めて優れ、また、シャルピー衝撃値が著しく高くて靱性に極めて優れている。また、５０℃でのｙスリット割れ率は同等であり、比較例５の鋳鋼と同様に溶接性に優れている。
【００３２】
比較例６の鋳鋼および実施例５の鋳鋼はいずれも引張強さ≧５５０ＭＰａ級の鋳鋼であり、両者を比較するに、実施例５の鋳鋼は比較例６の鋳鋼に比較して、６００　℃での耐力が非常に高くて耐火特性に極めて優れ、また、シャルピー衝撃値が高くて靱性に優れている。また、５０℃でのｙスリット割れ率は同等もしくはそれよりも低く、比較例６の鋳鋼と同等に溶接性に優れている。
【００３３】
比較例１，２，３，７，８の鋳鋼および実施例１，２，３の鋳鋼はいずれも引張強さ≧６２０ＭＰａ級の鋳鋼である。この中、比較例２の鋳鋼および実施例２の鋳鋼は、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖの含有量において両者は同程度であり、両者を比較するに、実施例２の鋳鋼は比較例２の鋳鋼に比較して、６００　℃での耐力が著しく高くて耐火特性に極めて優れている。シャルピー衝撃値は同等である。また、５０℃でのｙスリット割れ率は同等であり、比較例２の鋳鋼と同等に溶接性に優れている。
【００３４】
なお、比較例３はＷ上限を超えたために、ｙスリットの割れ率が非常に高い。比較例１は耐火特性を満足しているが、ｙスリットの割れ率が非常に高い。
【００３５】
上記試験結果に基づき、引張強さ≧６２０ＭＰａ級の鋳鋼についてＷの含有量と１００　℃におけるｙスリット割れ率との関係、及び、Ｗの含有量と６００　℃における耐力との関係に関する図を作成した。この図を図１の（Ａ）及び（Ｂ）に示す。この図１の（Ａ）からわかるように、Ｗの含有量が増えると６００　℃での耐力が高くなり、Ｗ量：０．３０％以上において６００　℃での耐力が充分な水準となり、さらにＷ量の増大に伴って６００　℃での耐力が高くなる。一方、図１の（Ｂ）からわかるように、Ｗの含有量が約０．５０％以上に増えると１００　℃でのｙスリット割れ率が高くなり、Ｗ量：０．７５％超ではｙスリット割れ率：２０％超となるが、Ｗ量：０．７５％以下に抑えればｙスリット割れ率が充分に低く、充分な水準の溶接性が得られる。
【００３６】
また、上記試験結果に基づき、引張強さ≧４８０ＭＰａ級の鋳鋼についてＮｉの含有量とシャルピー衝撃値との関係に関する図を作成した。この図を図２に示す。図２からわかるように、Ｎｉの含有量：約０．２０％の場合、Ｗ添加せず（図中●印：比較例５）の場合に比べてＷ添加（図中■印：比較例４）の場合はシャルピー衝撃値は若干低下するが、Ｎｉの含有量を増やすことにより、シャルピー衝撃値を高くすることができ、Ｎｉ量：０．３０％以上にするとシャルピー衝撃値が充分に高くなり、充分な水準の靱性を得ることができる。なお、図２において、Ｎｉ量：０．４０％での■印は、実施例４の鋳鋼に係るデータのプロットに相当するものである。
【００３７】
更に、上記試験結果に基づき、Ｗｅｑ（％）、即ち、（Ｍｎ／６＋Ｓｉ／９＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４）×１０＋（Ｍｏ＋Ｗ＋Ｃｕ／２）と６００　℃における耐力との関係に関する図を作成した。この図を図３に示す。図３に示すように、Ｗｅｑが大きくなるに伴って６００　℃での耐力は高くなる。
【００３８】
ＪＩＳ　Ｇ　５１０２でのＳＣＷ　４８０　、ＳＣＷ　５５０　、ＳＣＷ　６２０　の耐力の規格下限値は、それぞれ２７５ＭＰａ、３５５ＭＰａ、４３０ＭＰａである。図３からわかるように、Ｗｅｑ：３．４　以上の場合、６００　℃での耐力はＳＣＷ　４８０　の耐力の規格下限値の２／３以上となる。Ｗｅｑ：３．８　以上の場合、６００　℃での耐力はＳＣＷ　５５０　の耐力の規格下限値の２／３以上となる。Ｗｅｑ：４．２　以上の場合、６００　℃での耐力はＳＣＷ　６２０　の耐力の規格下限値の２／３以上となる。
【００３９】
これは、本発明に係る鋳鋼を引張強さ≧４８０ＭＰａ級の鋳鋼（引張強さの面でＪＩＳ　Ｇ　５１０２に記載のＳＣＷ　４８０　に相当する鋳鋼）として用いる場合、Ｗｅｑ：３．４　以上にすると、６００　℃での耐力が常温での耐力（ＪＩＳ　Ｇ　５１０２でのＳＣＷ　４８０　の耐力の規格下限値：２７５ＭＰａ）の２／３以上となり、耐火特性の点で特に望ましいことを示している。また、引張強さ≧５５０ＭＰａ級の鋳鋼（引張強さの面でＪＩＳ　Ｇ　５１０２に記載のＳＣＷ　５５０　に相当する鋳鋼）として用いる場合、同様の意味で、Ｗｅｑ：３．８　以上にすることが望ましく、更に、引張強さ≧６２０ＭＰａ級の鋳鋼（引張強さの面でＪＩＳ　Ｇ　５１０２に記載のＳＣＷ　６２０　に相当する鋳鋼）として用いる場合、同様の意味で、Ｗｅｑ：４．２　以上にすることが望ましいことを示している。
【００４０】
【表１】
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【００４１】
【表２】
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【００４２】
【発明の効果】
本発明に係る鋳鋼は、Ｍｏ量を増量させずに、優れた靱性および溶接性を有すると共に優れた耐火特性を有することができる。従って、Ｍｏ量の増量による場合のような問題点を生じることなく、優れた靱性および溶接性を有すると共に優れた耐火特性を有する鋳鋼として好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例および比較例に係る鋳鋼のＷ量と１００　℃におけるｙスリット割れ率および６００　℃における０．２％耐力との関係を示す図であって、図１の（Ａ）　はＷ量と１００　℃におけるｙスリット割れ率との関係、図１の（Ｂ）　はＷ量と６００　℃における０．２％耐力との関係を示す図である。
【図２】実施例および比較例に係る鋳鋼のＮｉ添加量と常温のシャルピ衝撃値との関係を示す図である。
【図３】実施例および比較例に係る鋳鋼の（Ｍｎ／６＋Ｓｉ／９＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４）×１０＋（Ｍｏ＋Ｗ＋Ｃｕ／２）と６００　℃における０．２　％耐力との関係を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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