(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量比で、Ｃ：０．０３〜０．１０％，Ｓｉ：０．１〜０．６％，Ｍｎ：０．４〜１．５％，Ｃｕ：０．２〜０．６％，Ｎｉ：０．０５〜０．５％，Ｃｒ：０．５〜１．５％，Ａｌ：０．３〜２．０％を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ下式で表される溶接割れ感受性組成Ｐｃｍが０．２２％以下である溶接性および耐海水性に優れた高張力鋼。
0003783378.tif 000007
【請求項２】
重量比で、Ｃ：０．０３〜０．１０％，Ｓｉ：０．１〜０．６％，Ｍｎ：０．４〜１．５％，Ｃｕ：０．２〜０．６％，Ｎｉ：０．０５〜０．５％，Ｃｒ：０．５〜１．５％，Ａｌ：０．３〜２．０％を含み更に、Ｎｂ：０．００５〜０．１％，Ｖ：０．００５〜０．３％，Ｔｉ：０．００５〜０．１０％のうち１種または２種以上を含み残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ下式で表される溶接割れ感受性組成Ｐｃｍが０．２２％以下である溶接性および耐海水性に優れた高張力鋼。
0003783378.tif 000008
【請求項３】
請求項１または２に記載の鋼を１０００℃以上１３００℃以下に加熱し、９００℃以上で熱間圧延を開始した後、８５０℃以下７００℃以上で熱間圧延を終了し、引き続き冷却速度２℃／秒以上で加速冷却して６５０℃以下４００℃以上で加速冷却を停止して、主たる組織をフェライトとベイナイトの２相組織とすることを特徴とする溶接性および耐海水性に優れた高張力鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種港湾施設、護岸施設、河口堰等や船舶のバラストタンク等の溶接構造物に用いられる溶接性及び耐海水性に優れた高張力鋼およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、港湾施設の整備や海洋開発等により、桟橋、ブイなどの港湾施設や、護岸施設、河口堰の水門等に使用される耐海水性に優れた鋼材の需要が増える傾向にある。鋼材の耐海水性を高め、構造物の耐久性を向上させる方法としては、従来より普通鋼を対象としたカソード防食や重防食被覆、ステンレス鋼の適用があるほか、合金元素の添加により耐海水腐食性を高めた耐海水鋼の適用が行われてきた。
【０００３】
合金元素の添加により耐海水腐食性を高めた耐海水鋼としては、例えば特公昭４９−２５５２７号公報にはＣｕ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｎｉの添加により強固な錆層を形成させて耐海水性を向上させる方法が開示されている。また、特開昭４９−５２１１７号公報にはＣｒ，Ａｌの添加により炭化物を微細に分布させ、耐海水性を向上させる方法が示されている。しかしながら、これらは合金元素を多量に含有するため、溶接時の低温割れを防止するためには予熱を行う必要がある。また、特開昭６３−１４９３５５号公報、特開平１−７９３４６号公報、特開平２−１３８４４０号公報、特開平２−１３８４４１号公報には、Ａｌや希土類元素を含有する耐海水鋼が示されている。しかしながら、Ａｌの大量添加は加工性を劣化させるととももに、希土類元素の添加はコスト増を招き、工業生産を行う場合、鋼材を安価かつ大量に安定供給するのは困難である。さらに、特開昭５９−１０７０６４号公報、特開平６−２６４１７６号公報にはＰを添加して耐海水性を向上させた鋼材が示されている。Ｐによる耐食性の向上効果はよく知られているが、一方で溶接時の高温割れが起きやすくなるという問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の耐海水鋼は、耐食性を十分に発現させかつ構造用鋼としての強度を確保するために溶接性の点で問題がある。
本発明が解決しようとする課題は、溶接性が良く、耐海水性に優れた構造用鋼材を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成するために鋼材の成分と溶接性、製造方法について鋭意検討した。その結果、優れた耐海水性と溶接性を両立するためには、Ｃ量および合金元素量の適正化、および構造用鋼としての強度を確保するための加速冷却の適用が有効であることを見いだした。
【０００６】
すなわち、本発明はこれらの知見に基づいてなされたもので、
（１）重量比で、Ｃ：０．０３〜０．１０％，Ｓｉ：０．１〜０．６％，Ｍｎ：０．４〜１．５％，Ｃｕ：０．２〜０．６％，Ｎｉ：０．０５〜０．５％，Ｃｒ：０．５〜１．５％，Ａｌ：０．３〜２．０％を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ下式で表される溶接割れ感受性組成Ｐｃｍが０．２２％以下である溶接性および耐海水性に優れた高張力鋼。
【０００７】
0003783378.tif 000002
（２）重量比で、Ｃ：０．０３〜０．１０％，Ｓｉ：０．１〜０．６％，Ｍｎ：０．４〜１．５％，Ｃｕ：０．２〜０．６％，Ｎｉ：０．０５〜０．５％，Ｃｒ：０．５〜１．５％，Ａｌ：０．３〜２．０％を含み、さらに、Ｎｂ：０．００５〜０．１％，Ｖ：０．００５〜０．３％，Ｔｉ：０．００５〜０．１０％のうち１種または２種以上を含み残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ下式で表される溶接割れ感受性組成Ｐｃｍが０．２２％以下である溶接性および耐海水性に優れた高張力鋼。
【０００８】
0003783378.tif 000003
（３）請求項１または２に記載の鋼を１０００℃以上１３００℃以下に加熱し、９００℃以上で熱間圧延を開始した後、８５０℃以下７００℃以上で熱間圧延を終了し、引き続き冷却速度２℃／秒以上で加速冷却して６５０℃以下４００℃以上で加速冷却を停止して、主たる組織をフェライトとベイナイトの２相組織とすることを特徴とする溶接性および耐海水性に優れた高張力鋼の製造方法。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明にかかる鋼材の各成分の添加理由および添加量を限定した理由を説明する。
Ｃ：Ｃは最も安価な元素で構造用鋼としての強度を得るのに有効な元素である。０．０３％未満の添加では構造用鋼としての十分な強度が得られにくい。また、耐食性向上元素であるＣｕ，Ｃｒ等とともに添加した場合、０．１０％を越えると溶接時の低温割れが生じやすくなり、溶接性が劣化する。したがって、Ｃの範囲を０．０３％以上０．１０％以下に限定した。
【００１０】
Ｓｉ：Ｓｉは鋼材の強度、溶鋼の予備脱酸に必要であると同時に、耐海水性を向上させる元素である。耐海水性を向上させるためには、０．１％以上の添加が必要である。０．６％を超える過剰の添加は、鋼材の靱性、溶接ＨＡＺ靱性を劣化させる。したがって、Ｓｉ量は０．１％以上０．６％以下に限定した。
【００１１】
Ｍｎ：Ｍｎは鋼材の強度を確保するため、必要な元素である。０．４％未満の添加では強度が不足するだけでなく、多量の合金元素の添加が必要となり、経済性の点で不利である。また、１．５％を超えて添加すると、板厚中央が著しく脆化する。したがって、Ｍｎの範囲を０．４％以上１．５％以下に限定した。
【００１２】
Ｃｕ：Ｃｕは耐海水性を向上させる重要な元素である。０．２％未満の添加ではその効果が十分得られない。また、０．６％を越える添加では圧延時に割れや疵が発生するという問題がある。したがって、Ｃｕの範囲を０．２％以上０．６％以下に限定した。
【００１３】
Ｎｉ：Ｎｉは耐孔食性を向上するとともに、Ｃｕ添加に伴う疵の発生を抑制する。０．０５％未満の添加ではその効果が十分得られない。また、０．５％を越えて添加しても、その効果が飽和するだけでなく経済性の点で不利である。したがって、Ｎｉの範囲を０．０５％以上０．５％以下に限定した。
【００１４】
Ｃｒ：ＣｒはＣｕと同様に耐海水性を向上させる重要な元素である。０．５％未満の添加ではその効果が十分得られない。また、１．５％を越える添加では孔食を発生しやすくなるばかりでなく、溶接性を劣化させる。したがって、Ｃｒの範囲を０．５％以上１．５％以下に限定した。
【００１５】
Ａｌ：ＡｌはＣｕ，Ｃｒと同様、耐海水性を向上させる元素であり、特にＣｕ，Ｃｒとの複合添加によりその効果は大きいとともに、耐孔食性も向上する。０．３％未満の添加ではその効果が十分でなく、２．０％以上の添加では加工性を劣化させる。したがって、Ａｌの範囲を０．３％以上２．０％以下に限定した。
【００１６】
また、上記の成分の他に、必要に応じてＮｂ，Ｖ，Ｔｉのうちの１種又は２種以上を添加することができる。
Ｎｂ：Ｎｂは圧延前加熱時のオーステナイト粒を微細化することにより、強度を向上させ、かつ靱性を向上させるために添加する。０．００５％未満の添加では効果がなく、０．１％を越える添加では効果が飽和する。したがって、Ｎｂの範囲を０．００５％以上０．１％以下とした。
【００１７】
Ｖ：Ｖは強度の上昇に有効な元素である。しかし、０．００５％未満の添加では効果がなく、０．３％を越える添加では溶接性が劣化する。したがって、Ｖの範囲を０．００５％以上０．３％以下とした。
【００１８】
Ｔｉ：Ｔｉは圧延前加熱時のオーステナイト粒を微細化することにより、強度を向上させ、かつ靱性を向上させるとともに、溶接ＨＡＺ部の組織粗大化を抑制してＨＡＺ靱性の向上に寄与する元素である。０．００５％未満の添加では効果がなく、０．１％を越える添加では効果が飽和するばかりか、溶接の冷却過程でＴｉＣが析出しＨＡＺ靱性の劣化を招く。したがって、Ｔｉの範囲を０．００５％以上０．１％以下とした。
【００１９】
さらに、本発明では優れた溶接性を確保するために、溶接割れ感受性組成Ｐｃｍの値を規定している。図１は上に述べた各成分範囲を満足する種々の組成の耐海水性を有する鋼材について、ｙ形溶接割れ試験を実施した結果を示す。本図より、Ｐｃｍが０．２２％以下の範囲では溶接割れ防止予熱温度が２５℃であるのに対し、０．２２％を越える範囲では溶接割れ防止予熱温度は５０℃以上となっている。したがって、溶接割れ感受性組成Ｐｃｍの値を０．２２％以下とした。
【００２０】
次に本発明鋼の製造方法について説明する。
まず、上述の成分組成の鋼を１０００〜１３００℃に加熱する。加熱温度を１０００℃以上としたのは添加した元素がオーステナイト中に十分に固溶し、かつ良好な熱間加工性を得るためである。また、１３００℃を越える温度に加熱すると、オーステナイト粒が著しく粗大化し靱性の劣化を招くため、加熱温度は１３００℃以下とした。次に、９００℃以上で熱間圧延を開始した後、８５０℃以下７００℃以上で熱間圧延を終了する。９００℃以上で熱間圧延を開始する理由は、加熱により粗大化したオーステナイト粒を再結晶により細粒化するためである。８５０℃以下７２０℃以上で熱間圧延を終了する理由はオーステナイトの未再結晶域もしくはフェライト・オーステナイト二相域での圧延により冷却過程で析出するフェライトを細粒とし、強度および靱性を確保するためである。圧延終了後は冷却速度２℃／ｓｅｃ以上で加速冷却し、６５０℃以下４００℃以上で加速冷却を停止する。圧延終了後に加速冷却するのは、フェライト変態温度域をすみやかに通過させて第２相をベイナイトとし、高張力鋼としての強度を得るためであり、冷却速度２℃／ｓｅｃ未満ではその効果が得られないので、冷却速度は２℃／ｓｅｃ以上とした。冷却停止温度が６５０℃を越えるとベイナイト組織が得られにくく、十分な強度の確保が望めない。また、冷却停止温度が４００℃未満では組織がマルテンサイトとなり、焼戻し熱処理なしでは靱性の劣化が生じる。したがって、加速冷却の停止温度は６５０℃以下４００℃以上とした。
【００２１】
こうして得られた鋼材は、主たる組織がフェライトとベイナイトの混合組織であり、構造用鋼として良好な機械的性質を有するのみならず、溶接性に優れている。
【００２２】
【実施例】
次に本発明の実施例を説明する。
表１に、供試鋼の化学成分を示す。鋼Ａ〜Ｆは本発明範囲内の鋼組成を有し、鋼Ｇ〜Ｊは本発明範囲外の鋼組成を有する。これらの成分を有する鋼塊を溶製し、２５０ｍｍ厚の鋳片とした後、１０５０℃〜１２５０℃に加熱して熱間圧延を行った。その後、引き続き加速冷却を行い、厚さ２５ｍｍの鋼板とした。このときの鋼板の製造条件を表２に示す。得られた鋼板について、引張試験、シャルピー衝撃試験、ｙ形溶接割れ試験、および空気飽和人工海水中での浸漬腐食試験を実施した。これらの結果を、鋼板のミクロ組織とともにあわせて表３に示す。
【００２３】
浸漬試験条件
空気飽和人工海水：ＡＳＴＭ  Ｄ１１４１で規定
空気吹き込み量：５００ｍｌ／ｍｉｎ
試験温度：２０℃
比液量：１００ｍｌ／ｃｍ2
溶液交換頻度：１週間毎
試験片表面状態：＃３２０研磨
化学成分、製造条件とも本発明の範囲内である鋼番Ａ−１，Ａ−２，Ａ−３，Ｂ−１，Ｂ−２，Ｃ−１，Ｃ−２，Ｄ−１，Ｄ−２，Ｄ−３，Ｅ−１，Ｆ−１は高張力鋼としての機械的性質を満たしており、ｙ形溶接割れ試験では予熱温度２５℃でも割れは発生していない。また、腐食速度は、従来要求されている０．０５ｇ／ｍ2 ・ｈｒ未満よりも更に優れた０．０４ｇ／ｍ2 ・ｈｒ未満であり、良好な耐海水性を有している。これに対し、冷却速度が本発明の範囲外の板番Ａ−４は、溶接性及び耐海水性に優れているものの強度が不足している。また、冷却停止温度が本発明の範囲外の板番Ｂ−３はフェライトとマルテンサイト主体のミクロ組織となり、溶接性及び耐海水性に優れているものの靱性が劣化している。また、仕上温度が本発明の範囲外の板番Ｄ−４は微量フェライトとベイナイト主体の組織となり、溶接性及び耐海水性に優れているものの靱性が劣化している。また、各元素は本発明の範囲内であるがＰｃｍが０．２２％を越えている鋼番Ｇ−１、およびＣ量とＰｃｍが本発明の範囲外の鋼番Ｈ−１は、ｙ形溶接割れ試験において予熱温度２５℃で割れが発生している。さらに、耐海水性に重要なＣｕ，Ｃｒ，Ａｌ量が本発明の範囲外である鋼番Ｉ−１，Ｊ−１は腐食速度が０．０７ｇ／ｍ2 ・ｈｒを越えており、耐海水鋼としての特性を有していない。
【００２４】
【表１】
0003783378.tif 000004
【００２５】
【表２】
0003783378.tif 000005
【００２６】
【表３】
0003783378.tif 000006
【００２７】
【発明の効果】
以上の実施例から明らかなように、本発明によれば、高張力鋼としての十分な機械的性質を有し、かつ溶接性および耐海水性に優れた鋼材を経済的に大量に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】耐海水性を有する高張力鋼について、溶接割れ感受性組成Ｐｃｍとｙ形溶接割れ試験における割れ発生防止予熱温度の関係を示す図。
【図１】
0003783378.tif 000009