(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０９％以上０．１８％以下、Ｓｉ：０．０５〜０．５％、Ｍｎ：１．６％以下、Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：０．０３５％以下、Ｃｕ：０．１〜５％、Ｃｒ：０．１〜０．６％、Ｂ：０．０００５％以下、Ａｌ：０．０５％以下、Ｎ：０．０１８％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる表面性状に優れた溶接構造用Ｃｕ含有鋼。
【請求項２】
更に、質量％で、Ｍｏ：０．４％以下、Ｎｂ：％以下、Ｖ：０．１％以下、Ｔｉ：０．０５％以下の一種または二種以上を含有することを特徴とする請求項１記載の表面性状に優れた溶接構造用Ｃｕ含有鋼。
【請求項３】
請求項１又は２の何れか一つに記載の成分組成の鋼片を、１０５０℃以上、１１５０℃以下に加熱し、熱間加工することを特徴とする表面性状に優れた溶接構造用Ｃｕ含有鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｃｕを含む市中スクラップを鉄源としたり、耐候性を向上させる等の理由によりＣｕを含有する鋼材およびその製造方法に関し、特に、鋼片の加熱時や、その後の熱間圧延においてもＣｕに起因する表面割れの発生が抑制され、溶接熱影響部の靭性に優れたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼片にＣｕが含まれる場合にその融点を超えて加熱すると酸化スケール／鋼（地鉄）の界面にＣｕの液相が生成し、オーステナイト粒界に浸透することより圧延時に割れを生じることが良く知られている。
【０００３】
そのため、従来より、鋼片加熱温度を１２３０℃以上の高温としたり、Ｎｉ添加量をＣｕの１／３以上とすることが行われ、その他にも種々の対策が提案されている。
【０００４】
例えば、特開２０００−２２５４４１号公報は、Ｃｕ含有ステンレス鋼の割れを抑制する方法として、鋳造時にスラブ中心部の組織を微細化する冷却方法を提案している。
【０００５】
特開平８−２８１３９７号公報は、Ｃｕ，Ｓｎを含有したスラブに適した連続鋳造用パウダーを、特開平６−２９２９４９号公報は、特定の温度域における鋳造速度を規定することを提案している。
【０００６】
更に、最近、Ｓｉを０．５％以上添加し、加熱時、スケール中にＦｅＯ−２ＦｅＯ・ＳｉＯ2共晶系の低融点酸化物を生成させ、Ｃｕの液相を低融点酸化物中にトラップする方法や、Ｂを微量添加して、γ粒界にＢを分散させ、Ｃｕ液相のγ粒界への浸透を抑制する方法が提案されている。（例えば、材料とプロセス、ｖｏｌ．１４，Ｎｏ．３，２００１，Ｐ．７０１参照）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した方法は経済性を損なったり、割れは抑制するが圧延疵を増大させたり、更には、溶接部の特性を劣化させたりし、鋼材の製造方法としては十分満足できるものではなかった。
【０００８】
すなわち、鋼片をＣｕの溶融領域以上の高温に加熱する方法は、製品あたりに投入する熱量が増加し、加熱原単位が上昇するため経済的に得策でなく、ＮｉをＣｕ量に応じて添加する方法は高価なＮｉ量の添加で生産原価が上昇する。
【０００９】
また、専用のパウダーを使用したり、特定の温度域の鋳造速度を限定する方法も、製造工程が複雑となり、生産原価を上昇させる。
【００１０】
Ｓｉ添加による方法は、生成するスケールの厚みを増し、熱間圧延時のデスケーリングによるスケール除去が困難となり、圧延疵を増大させるとともに、溶接熱影響部靭性を劣化させる。そして、Ｂを添加する方法では、溶接熱影響部の靭性劣化が懸念される。
【００１１】
そこで、本発明は、Ｃｕに起因する表面割れが少なく、且つ溶接部靭性に優れる鋼及び、該鋼を生産コストの上昇を伴うことなく生産する方法を提案する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は以下の通りである。
【００１４】
１．質量％で、Ｃ：０．０９％以上０．１８％以下、Ｓｉ：０．０５〜０．５％、Ｍｎ：１．６％以下、Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：０．０３５％以下、Ｃｕ：０．１〜５％、Ｃｒ：０．１〜０．６％、Ｂ：０．０００５％以下、Ａｌ：０．０５％以下、Ｎ：０．０１８％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる表面性状に優れた溶接構造用Ｃｕ含有鋼。
【００１５】
２．更に、質量％で、Ｍｏ：０．４％以下、Ｎｂ：％以下、Ｖ：０．１％以下、Ｔｉ：０．０５％以下の一種または二種以上を含有することを特徴とする１記載の表面性状に優れた溶接構造用Ｃｕ含有鋼。
【００１６】
３．１又は２の何れか一つに記載の成分組成の鋼片を、１０５０℃以上、１１５０℃以下に加熱し、熱間加工することを特徴とする表面性状に優れた溶接構造用Ｃｕ含有鋼の製造方法。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明での溶接構造用Ｃｕ含有鋼は、ＪＩＳＧ３１０６等に規定される溶接構造用鋼やＪＩＳＧ３１３６等に規定される建築構造用圧延鋼材で、Ｃｕを含有する鋼を指し、Ｃｕは市中スクラップから混入したり、任意に添加するものの何れであってもよい。
【００１８】
本発明では、上記溶接構造用Ｃｕ含有鋼であって、Ｓｉ，Ｃｒ，Ｂについて規定したものを基本成分組成とする。
【００１９】
１．成分組成
Ｃｕ
Ｃｕは、鉄源にＣｕを含む市中スクラップを利用する場合に混入したり、または耐候性等鋼材の特性を向上させるため意図的に含有される。本発明は、Ｃｕ含有量によらずその効果が得られるが、Ｃｕ量：０．１〜５％（０．１％以上、５％以下）で優れた効果が、０．３〜５％（０．３％以上、５％以下）において、特に優れた効果が得られる。
【００２０】
Ｓｉ
Ｓｉは、Ｃｕ割れをＣｒとの複合添加により効果的に抑制するため、添加する。また、脱酸剤としても必要であり、両者の作用効果を得るため、０．０５％以上とする。一方、０．５％を超えて添加すると、スケール厚が増大し、デスケが困難で圧延疵が増大するため、０．０５〜０．５％とする。
【００２１】
Ｃｒ
Ｃｒは、Ｓｉと同様な脱酸剤であり、また、酸化物として、スケール中に分散して含まれると、Ｃｕの液相をスケール中に取り込み割れを抑制する。これらの効果を得るため、０．１％以上添加する。一方、０．６％を超えると溶接熱影響部の靭性を劣化させるため、０．１〜０．６％とする。
【００２２】
Ｂ
Ｂは、オーステナイト粒界に偏析し、Ｃｕの液相の浸透を抑制し、割れを抑制する効果がある。しかし、０．０００５％を超えると、溶接熱影響部を硬化させ、その靭性を劣化させるため、本発明では不純物として扱い、０．０００５％以下とする。
【００２３】
本発明では、Ｓｉ量、Ｃｒ量の規定でＣｕに起因する割れを抑制するが、更にその効果を向上させる場合、Ｎｉ量を規定することが好ましい。
【００２４】
Ｎｉ
Ｎｉは、Ｃｕと完全固溶体を生成し、Ｃｕ液相による割れを抑制する。経済性を考慮して、添加する場合は鋼中Ｃｕ量の１／３未満に規定することが望ましい。
【００２５】
本発明鋼は、以上の成分規定により、十分その特性が得られるが、溶接構造用鋼としてＣ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓ，Ａｌを規定することが好ましい。
【００２６】
Ｃ
Ｃは、溶接性を考慮して０．１８％以下とすることが好ましい。尚、Ｃｕに起因する割れには影響を与えない。
【００２７】
Ｍｎ
Ｍｎは、ＪＩＳＧ３１０６，３１３６規格を考慮して、その上限値である
１．６％以下とする。
【００２８】
Ｐ
Ｐは、０．０３５％を超えると靭性を劣化させるため、０．０３５％以下とする。
【００２９】
Ｓ
Ｓは、０．０３５％を超えると介在物が著しく増加し、材質が脆化するため、０．０３５％以下とする。
【００３０】
Ａｌ
Ａｌは脱酸や構造用鋼としての特性を確保するため、０．０５％以下とする。
【００３１】
Ｎについても規定することが望ましく、鋼中に固溶するか、他の添加元素と窒化物を形成し、溶接熱影響部の靭性を劣化させるため、０．０１８％以下とすることが好ましい。
【００３２】
更に、必要とする強度特性に応じて、Ｍｏ，Ｎｂ、Ｖ，Ｔｉの一種または二種以上を添加する。
【００３３】
これらを添加するときは、溶接熱影響部の靭性が劣化しないように、Ｍｏ：０．４％以下、Ｎｂ：０．０８％以下、Ｖ：０．１％以下、Ｔｉ：０．０５％以下とするのが好ましい。
【００３４】
本発明鋼は、常法の熱間圧延で製造可能であるが、表面割れの抑制、靭性確保の観点から、スラブ加熱温度を１０５０〜１１５０℃とするのが好ましい。その後、所望する特性に応じて、適宜熱処理を行うことは差し支えない。
【００３５】
【実施例】
「実施例１」
実施例１は、Ｃｕに起因する割れに及ぼす成分組成の影響を検討したもので、表１に示す成分組成の鋼片（板厚１３０ｍｍ）を、１１５０℃に加熱し、熱間圧延により板厚２５ｍｍの鋼板とした。供試鋼は、０．７％Ｃｕ系を基本成分組成とし、Ｓｉ，Ｃｒ含有量を種々に変化させている。
【００３６】
圧延後、放冷した鋼板について、板側面においてＣｕ液相に起因する割れ発生状況、および圧延面のスケールに起因する疵発生状況を観察した。
【００３７】
更に、溶接部特性として、ＣＯ2半自動溶接（入熱１５ｋＪ／ｃｍ，開先形状４５°レ開先）継手の溶接熱影響部のシャルピー衝撃試験（切欠位置：ＨＡＺ１ｍｍ、試験温度０℃）を実施した。
【００３８】
シャルピー衝撃値は、ＪＩＳＧ３１０６，３１３６規格の溶接構造用圧延鋼材や建築構造用圧延鋼材に規定される下限値の２７Ｊ以上を満足することを目標とした。これらの試験結果を表２に示す。
【００３９】
供試鋼Ｎｏ．１−１〜１−５、１−１１は、比較例で、いずれもＣｒ量が全て本発明範囲外であり、Ｎｏ．１−１、１−５は更にＳｉが本発明範囲外となっている。供試鋼１−６〜１−１０は本発明の実施例となっている。
【００４０】
供試鋼１−１は、Ｓｉ，Ｃｒを含有していないので、Ｃｕの液相に起因する割れが発生している。供試鋼１−５は、Ｓｉ量が０．８％と多く、スケールが厚くなり、スケール疵が発生している。
【００４１】
供試鋼１−２〜４は、Ｃｒ含有量が本発明範囲外で低く、Ｃｕの液相に起因する割れが発生している。供試鋼１−１１は、Ｃｒ量が本発明範囲外で多く、溶接熱影響部の靭性が劣っている。
【００４２】
一方、供試鋼１−６〜１−１０では、Ｃｕに起因する表面割れやＣｒに起因するスケール割れが抑制され、良好な溶接部靭性がえられている。
【００４３】
図１に、供試鋼１−１〜１１による上述した実施例の結果を、Ｃｒ量で整理したものを示す。溶接熱影響部の特性は、靭性を対象とするもので、本発明では２７Ｊ以上を良好としている。
【００４４】
【表１】
0004608817.tif 000002
【００４５】
【表２】
0004608817.tif 000003
【００４６】
「実施例２」
実施例２は、母材靭性、溶接部靭性に及ぼす成分組成の影響を検討したもので、表３に示す成分組成の鋼片（板厚１５０ｍｍ）を、１１３０℃に加熱し、熱間圧延により板厚２０ｍｍの鋼板とした。
【００４７】
供試鋼は、０．６％Ｃｕ系を基本成分組成とし、Ｃ，Ｍｎ、Ｐ，Ｓ，Ｎ，Ｍｏ，Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ，Ａｌ含有量を種々に変化させている。尚、表３，４中、または脚注における「本発明」は、請求項２又は３記載の発明を指すものとする。
【００４８】
圧延後、放冷した鋼板について、板側面でのＣｕ液相に起因する割れ発生状況、および圧延面のスケールに起因する疵発生状況を観察した。
【００４９】
更に、溶接部特性として、ＣＯ2半自動溶接（入熱１２ｋＪ／ｃｍ，開先形状４０°レ開先）継手の溶接熱影響部のシャルピー衝撃試験（切欠位置：ＨＡＺ１ｍｍ、試験温度０℃）を実施した。
【００５０】
シャルピー衝撃値は、ＪＩＳＧ３１０６，３１３６規格の溶接構造用圧延鋼材や建築構造用圧延鋼材に規定される下限値の２７Ｊ以上を母材靭性、溶接熱影響部の靭性で満足することを目標とした。これらの試験結果を表４に示す。
【００５１】
供試鋼Ｎｏ．２−１，３，５，７，９，１１，１３，１５，１７，１９はいずれもその成分組成が請求項１乃至３の何れかに記載の本発明範囲内となっている。
【００５２】
供試鋼２−２はＣが０．２３％、供試鋼２−４は、Ｍｎが１．８５％で請求項２，３記載の発明範囲外であり、母材靭性は良好だが、ＨＡＺ靭性が劣っている。供試鋼２−６はＰが、供試鋼２−８はＳが、供試鋼２−１０はＮが、請求項２，３記載の発明範囲外でその含有量が高く、母材靭性、溶接熱影響部の靭性が劣化している。供試鋼２−１２、１４、１６、１８、２０は、Ｍｏ，Ｎｂ，Ｖ，Ｔｉ，Ａｌのいずれかが請求項２，３記載の本発明範囲外で高く、母材靭性は良好だが、溶接熱影響部の靭性が劣っている。
【００５３】
一方、供試鋼２−１、３，５、７，９，１１、１３、１５、１７、１９は、母材靭性、ＨＡＺ靭性ともに優れた特性が得られている。
【００５４】
尚、いずれの供試鋼の組成も、請求項１記載の発明範囲内であり、Ｃｕに起因する割れは認められなかった。
【００５５】
【表３】
0004608817.tif 000004
【００５６】
【表４】
0004608817.tif 000005
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、Ｃｕに起因する割れが抑制され、表面性状に優れた溶接構造用鋼が、Ｃｕを含む市中スクラップを鉄源の一部または全部とする製造条件や、鋼材特性向上のため任意に添加した場合で得られ、産業上極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｃｕに起因する割れ、スケール疵、および溶接熱影響部の特性に及ぼす鋼中Ｃｒ量の影響を示す図。
【図１】
0004608817.tif 000006