(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０１〜０．０３％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：２．３〜３．５％、Ｃｒ：１．０〜２．５％、Ａｌ：０．０５％以下、Ｔｉ：０．００５〜０．０５０％を含有し、３５Ｃｒ＋８Ｍｎ≧６３、且つ６Ｃｒ＋４Ｍｎ≦２４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高強度鋼板。
但し、上記式中のＣｒ，Ｍｎはそれぞれの元素の含有量（質量％）を示す。
【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高強度鋼板に関し、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）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）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以上の高張力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（島状マルテンサイト）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を同時に添加して、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．  質量％で、Ｃ：０．０１〜０．０３％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：２．３〜３．５％、Ｃｒ：１．０〜２．５％、Ａｌ：０．０５％以下、Ｔｉ：０．００５〜０．０５０％を含有し、３５Ｃｒ＋８Ｍｎ≧６３、且つ６Ｃｒ＋４Ｍｎ≦２４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高強度鋼板。但し、上記式中のＣｒ，Ｍｎはそれぞれの元素の含有量（質量％）を示す。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、５００ｋＪ／ｃｍを超える大入熱溶接を施した場合にも、優れたＨＡＺ靭性が確保される高強度鋼板が得られるので、ボックス柱などの建築構造物の安全性を高め、且つ高能率で製造でき産業上極めて有用である。
【０００９】
また、本発明に係る高強度鋼板は、近年、高騰しているＮｉ，Ｍｏなど高価な合金元素を添加する必要がないので経済性にも優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
Ｍｎ：２．３〜３．５％
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、２．３％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、３．５％以下とする。
【００１３】
Ｃｒ：１．０〜２．５％
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。
【００１４】
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、２．５％以下とする。
【００１５】
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。
【００１６】
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％以下とする。好ましくは、０．０２５％以下である。
【００１７】
３５Ｃｒ＋８Ｍｎ≧６３、且つ、６Ｃｒ＋４Ｍｎ≦２４
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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６Ｃｒ＋４Ｍｎ≦２４を満足するように規定する。
【００２１】
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。
【００２２】
一方、６Ｃｒ＋４Ｍｎ＞２４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、６Ｃｒ＋４Ｍｎ≦２４とする。尚、これらの式においてＣｒ，Ｍｎは添加量（質量％）とする。
【００２３】
本発明に係る鋼板は、常法により溶製、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】
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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５００ｋＪ／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。
【００２７】
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した熱サイクルを付与した後、ＪＩＳＺ２３２０２のＶノッチ試験片を３本採取して、ＪＩＳＺ２２４２に準じてシャルピー衝撃試験を行った。
【００２８】
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。
【００２９】
表２に引張試験結果およびシャルピー衝撃試験結果を示す。供試鋼の記号は表１と表２で同じものとする。
【００３０】
供試鋼Ｋ１，Ｖ３，Ｖ４，Ｗ２、W３、Ｗ４は本発明鋼で、引張強度４９０ＭＰａ以上の高強度と、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以上の優れたＨＡＺ靭性が得られた。
【００３１】
一方、供試鋼Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は成分組成においてＣｒの添加がなく、Ｍｎのみが添加された比較例で、供試鋼Ｃ１，Ｃ２は母材のＴＳが４９０ＭＰａ未満で強度が不足し、供試鋼Ｃ３，Ｃ４は母材のＴＳは十分であるが、ＨＡＺ靭性が劣っていた。
【００３２】
供試鋼Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４は成分組成においてＣｒとＭｎの両者が添加されているが、６Ｃｒ＋４Ｍｎ＞２４のためＨＡＺ靭性が劣っていた。
【００３３】
供試鋼Ｋ２、Ｋ３，Ｋ４は成分組成においてＣｒが本発明範囲を超えて過剰に添加され、６Ｃｒ＋４Ｍｎ＞２４のためＨＡＺ靭性が劣っていた。
【００３４】
供試鋼Ｖ１，Ｖ２、Ｗ１は成分組成においてＣｒの添加量が本発明範囲未満で、３５Ｃｒ＋８Ｍｎ≧６３を満足せず、ＨＡＺ靭性が劣っていた。
【００３５】
【表１】
0005157657.tif 000002
【００３６】
【表２】
0005157657.tif 000003