專利名稱：焊接變形小且耐腐蝕性優(yōu)異的鋼板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在造船、海洋構(gòu)造物、建筑構(gòu)造物、橋梁、土木等領(lǐng)域中采用的、焊接變形小且耐腐蝕性優(yōu)異的鋼板。特別是涉及一種在角焊縫焊接作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的焊接變形小的厚鋼板。
背景技術(shù)：
通常，在制作各種焊接鋼構(gòu)造物時(shí)，由焊接金屬的凝固收縮及其之后的冷卻和相變引起的收縮、膨脹導(dǎo)致發(fā)生變形。作為焊接變形的代表，能夠列舉出T型角焊縫焊接部的角變形。在殘留角變形地制作構(gòu)造物時(shí)，壓曲強(qiáng)度由于構(gòu)件的變形而大幅度降低、或者破壞特性劣化，因此，不會(huì)成為設(shè)計(jì)者期待的構(gòu)造物。為了防止該事態(tài)，通過進(jìn)行各種研究來謀 求防止對(duì)策。將目前應(yīng)用的焊接變形防止對(duì)策大致分類，有如下的(i) (iii)這3種。( i )設(shè)計(jì)的研究(提高被變形構(gòu)件的剛性的方法)焊接變形殘留的原因是因?yàn)楹附咏饘?、母材的焊接終端部附近受到塑性變形。受到了塑性變形的部位欲使其外側(cè)部分彈性變形，但在剛性較高的情況下、即截面積較大的情況下，受到了塑性變形的部位的變形量變小。因而，增大截面積地設(shè)計(jì)變更能夠作為一個(gè)防止對(duì)策。但是，在使用鋼材的成本上升、重量上升及工期長(zhǎng)期化的方面，增大截面積這樣的設(shè)計(jì)變更的損失較多。(ii)焊接時(shí)的研究在焊接時(shí)，能夠通過進(jìn)行某種方法來防止焊接變形。存在幾種方法，但首先在焊接之前預(yù)先向反方向彎曲。在焊接之后雖產(chǎn)生角變形，但有可能通過預(yù)先向反方向彎曲而精加工成目標(biāo)形狀。另外，也存在焊接時(shí)約束端部而不容許變形的方法。并且，有時(shí)也采用通過設(shè)置后行焊炬并在焊接之后對(duì)適當(dāng)?shù)奈恢迷偌訜醽矸聪蚧刂钡姆椒?。但是，由于均伴隨著作業(yè)量的大幅度增加，因此，成為成本上升的主要原因。(iii)焊接后的矯正加工作為焊接之后進(jìn)行矯正的方法，存在機(jī)械校正和線性升溫矯正。但是，這些方法也需要大幅度增加作業(yè)量，并且，也要求熟練的高超技能。上述(i廣(iii)的對(duì)策全部是制作上的研究，但例如在專利文獻(xiàn)I中提出了通過焊接材料的研究來謀求降低焊接變形。但是，在焊接材料的成本上升損害經(jīng)濟(jì)性、或者效果不充分時(shí)，問題較多，是在現(xiàn)實(shí)中無法進(jìn)行應(yīng)用的狀況。相對(duì)于此，也存在想要通過作為母材的鋼材的研究來抑制焊接變形的例子，如下所述那樣提出了幾種方案。在專利文獻(xiàn)2中公開了一種通過復(fù)合添加Nb和Mo來促進(jìn)焊接熱歷程中的析出而提高屈服應(yīng)力的方法。但是，特別是Mo的添加會(huì)導(dǎo)致大幅度的成本上升，因此缺乏通用性。在專利文獻(xiàn)3及專利文獻(xiàn)4中記載有如下內(nèi)容通過將作為母材的鋼材的貝氏體及/或馬氏體的分率控制在20%以上，并規(guī)定碳氮化物的分散狀態(tài)，來提高屈服應(yīng)力，由此抑制焊接變形。但是，在實(shí)用上并不一定能夠達(dá)到獲得充分的焊接變形降低效果。而且，在專利文獻(xiàn)5中記載有如下內(nèi)容通過使作為母材的鋼材的貝氏體率為70%以上，并確保固溶Nb量為0. 0040%以上，來抑制焊接變形。但是，在貝氏體分率為70%以上時(shí)，不僅會(huì)產(chǎn)生母材的強(qiáng)度脫離通用范圍的情況，由Nb導(dǎo)致的焊接裂紋性的損害也有可能成為問題。另一方面，焊接鋼構(gòu)造物大多在海濱地區(qū)、散布有融雪鹽的地區(qū)等飄來鹽量較多的環(huán)境下使用。另外，在造船領(lǐng)域中，多在海水飛沫環(huán)境下使用。通常，將耐氣候性鋼材暴露在大氣腐蝕環(huán)境中時(shí)，在其表面形成有具有保護(hù)性的銹層，抑制銹層之后的鋼材腐蝕。因此，耐氣候性鋼材作為不涂裝而能夠裸露地使用的最低維護(hù)鋼材用于橋梁等構(gòu)造物。但是，不僅在海濱地區(qū)，即使是在內(nèi)陸部，在像散布有融雪鹽、防凍劑的地區(qū)那樣飄來鹽量較多的地區(qū)中，也難以在耐氣候性鋼材的表面形成有具有保護(hù)性的銹層，難以發(fā) 揮抑制腐蝕的效果。因此，在這些地區(qū)中，無法使用裸露著的耐氣候性鋼材，對(duì)普通鋼實(shí)施涂裝后使用的普通鋼的涂裝使用較普遍。但是，在涂裝使用該普通鋼的情況下，由腐蝕導(dǎo)致涂膜劣化，需要大約每10年再涂裝，因此，維持管理所需的費(fèi)用非常大。近年來,在飄來鹽量以NaCl計(jì)達(dá)到0. 05mg/dm2/day (0. 05mdd)以上的地區(qū)、例如海濱地區(qū)中，利用日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)標(biāo)準(zhǔn)化的耐氣候性鋼(JIS G 3114:焊接構(gòu)造用耐氣候性熱軋鋼材)因產(chǎn)生鱗狀銹、層狀銹等而導(dǎo)致的腐蝕失重較大，因此，無法在無涂裝的情況下使用(參照建設(shè)省土木研究所、(公司)鋼材俱樂部、(公司)日本橋梁建設(shè)協(xié)會(huì)與耐氣候性鋼應(yīng)用于橋梁相關(guān)的共同研究報(bào)告書(XX)-無涂耐氣候性橋梁的設(shè)計(jì) 施工要領(lǐng)(改訂版-1993. 3))。這樣，在海濱地區(qū)等鹽分較多的環(huán)境下，通常對(duì)普通鋼材進(jìn)行涂裝來處理。但是，現(xiàn)狀是建設(shè)在河口附近的海濱地區(qū)、撒有融雪鹽的山間部等的道路中的橋梁腐蝕顯著，不得不再涂裝。為了這些再涂裝要花費(fèi)極大的作業(yè)量，因此，強(qiáng)烈要求能夠無涂裝地使用的鋼材。最近，開發(fā)了一種添加有1% 3%左右的Ni的Ni系高耐氣候性鋼。但是，可明確在飄來鹽量大于0. 3mdcT0. 4mdd的地區(qū)中，僅僅通過這樣的Ni添加，難以應(yīng)用于能夠無涂裝地使用的鋼材。由于鋼材的腐蝕隨著飄來鹽量增多而變劇烈，因此，從耐腐蝕性和經(jīng)濟(jì)性的方面考慮，需要與石英飄來鹽量相對(duì)應(yīng)的耐氣候性鋼材。另外，即使是橋梁，根據(jù)使用的場(chǎng)所、部位的不同，鋼材的腐蝕環(huán)境也不同。例如，在橫梁外部暴露在降雨、結(jié)露水和日照中。另一方面，在橫梁內(nèi)部雖暴露在結(jié)露水中，但不會(huì)被雨淋。通常，在飄來鹽量較多的環(huán)境中，可以說橫梁內(nèi)部的腐蝕比橫梁外部劇烈。另外，在道路上撒有融雪鹽、防凍劑的環(huán)境中，該鹽被行駛中的車卷起，附著在支承道路的橋梁上，因此，成為嚴(yán)酷的腐蝕環(huán)境。并且，稍稍遠(yuǎn)離海岸的屋檐下等也暴露在嚴(yán)酷的鹽害環(huán)境下，在該地區(qū)中，成為飄來鹽量為Imdd以上的嚴(yán)酷的腐蝕環(huán)境。為了應(yīng)對(duì)該問題，以往開發(fā)了一種防止飄來鹽量較多的環(huán)境下的腐蝕的鋼材。例如，在專利文獻(xiàn)6中提出了一種增加鉻(Cr)含量而成的耐氣候性鋼材，而且，在專利文獻(xiàn)7中提出了一種增加鎳(Ni)含量而成的耐氣候性鋼材。
但是，上述專利文獻(xiàn)6提出的增加鉻(Cr)含量而成的耐氣候性鋼材雖然在一定程度以下的飄來鹽量的區(qū)域中能夠改善耐氣候性，但在超過該程度的嚴(yán)酷的鹽分環(huán)境下反而使耐氣候性劣化。另外，在上述專利文獻(xiàn)7提出的增加鎳(Ni)含量而成的耐氣候性鋼材的情況下，耐氣候性雖一定程度地得到改善，但鋼材本身的成本升高，作為用于橋梁等用途的材料非常昂貴。在為了避免這一點(diǎn)而在減少Ni含量時(shí)，耐氣候性沒怎么改善，在飄來鹽量較多的情況下產(chǎn)生在鋼材表面生成層狀的剝離銹、腐蝕顯著、經(jīng)不起長(zhǎng)期使用這樣的問題。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本特開平7-9191號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)2 :日本特開平7-138715號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 :日本特開2003-268484號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4 :日本特開2006-2211號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)5 :日本特開2006-2198號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)6 日本特開平9-176790號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)7 :日本特開平5-118011號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題這樣，在以往方法中，從經(jīng)濟(jì)性及實(shí)際的再現(xiàn)性方面考慮分別存在困難，在實(shí)用上改良的余地很大。特別是，在使用厚度15mm以上的厚鋼板制造的焊接構(gòu)造物中，即使各個(gè)焊接部位的變形量小，焊接構(gòu)造物整體也能夠產(chǎn)生較大的變形，因此，需要極力減小焊接變形量。需要說明的是，厚度的上限并沒有特別的限定，但優(yōu)選處理不超過50mm的厚鋼板。并且，在飄來鹽量較多的環(huán)境下使用的焊接鋼構(gòu)造物中，耐涂裝剝離性成為很大的問題。即，如上述所示，在會(huì)有大量的氯化物飄來的海岸環(huán)境、散布有融雪劑或防凍劑的環(huán)境中，即使實(shí)施涂裝，也存在涂裝很快剝離且腐蝕進(jìn)展這樣的問題，需要每隔幾年 十幾年實(shí)施涂裝的重新涂刷。另外，在實(shí)施涂裝的重新涂刷時(shí)，作為其前工序，需要在被腐蝕過的橋梁上組裝腳手架而再次實(shí)施噴砂處理，因此要花費(fèi)極大的成本。而且，在即使再次實(shí)施噴砂處理也很難完全除去銹的情況下，即使在無法完全除去銹的鋼材上再次涂裝，涂裝壽命也顯著縮短。耐涂裝剝離性大多情況下取決于包含作為基底的鋼材耐腐蝕性在內(nèi)的特性。因而，強(qiáng)烈期望延長(zhǎng)涂裝的壽命，將補(bǔ)修涂裝間隔拉得較長(zhǎng)。即，在需要涂裝的船舶領(lǐng)域、橋梁領(lǐng)域中，壽命周期成本最低化的要求也較高，在考慮到橋梁的壽命周期管理的基礎(chǔ)之上,延長(zhǎng)涂裝壽命也是非常重要的。本發(fā)明鑒于上述情況，確立以低成本且可靠地抑制焊接變形的技術(shù)，其目的在于提供一種焊接變形小的鋼板，特別是，目的在于提供一種在角焊縫焊接中焊接變形小的鋼板。需要說明的是，焊接變形量的目標(biāo)值為以往鋼的1/2。本發(fā)明的目的還在于提供一種高氯化物環(huán)境中的耐腐蝕性(包括涂裝未剝離且抑制涂裝缺陷部的腐蝕而維持耐腐蝕性(耐涂裝剝離性)以及無涂裝時(shí)的耐氣候性)也很優(yōu)異的鋼材。用于解決問題的方案本發(fā)明人等為了解決該課題，基于各種研究的結(jié)果，規(guī)定鋼板的化學(xué)組成，并且，也對(duì)其金相組織進(jìn)行了規(guī)定。圖I表示利用與實(shí)驗(yàn)同時(shí)實(shí)施的熱力耦合FEM解析得到的各材料物性值的獨(dú)立的影響。另外，圖2表示FEM解析的計(jì)算條件。在圖I中，橫軸是導(dǎo)熱系數(shù)(標(biāo)白圈的線)、相變點(diǎn)Ac1 (標(biāo)黑點(diǎn)的線)、強(qiáng)度TS (標(biāo)四方形的線)，縱軸表示角變形量。由圖I可知，即使增大鋼板的導(dǎo)熱系數(shù)，角變形量也不會(huì)變化，在相變點(diǎn)上升時(shí)，角變形量變大，在強(qiáng)度變大時(shí)，角變形量變小。因此，焊接變形很大程度地依賴于尤其是強(qiáng)度、相變點(diǎn)，在使焊接變形量(角變形量)的目標(biāo)值為以往鋼(角變形量約為0. 8mm)的1/2、即0. 4mm時(shí)，強(qiáng)度極高，脫離通用強(qiáng)度級(jí)別。脫離通用強(qiáng)度級(jí)別不僅是通常的商業(yè)交易上的對(duì)象之外，也有可能同時(shí)產(chǎn)生構(gòu)造設(shè)計(jì)上的問題、焊接性的問題，并 不理想。因此，本發(fā)明人等的目標(biāo)在于開發(fā)一種適合通用強(qiáng)度級(jí)別的保持常溫強(qiáng)度且高溫強(qiáng)度增加的鋼種。需要說明的是，以往據(jù)說是對(duì)高溫強(qiáng)度有效果的Mo由于合金成本的高漲而成為成本上升的主要原因，因此并不現(xiàn)實(shí)。因此，本發(fā)明人等著眼于減少C的含量并組合含有Nb和B，實(shí)施了各種試驗(yàn)。結(jié)果，得到了以下的(a廣(d)所示的見解。(a)為了使強(qiáng)度適合于通用強(qiáng)度范圍，通過使C小于通常級(jí)別，并組合添加B，可以得到穩(wěn)定且570MPa級(jí)的強(qiáng)度。(b)通過組合含有Nb和B，可以增加高溫強(qiáng)度。如果不含有Nb，則無法充分確保高溫強(qiáng)度。其中，Nb的含量為少量即可，只要為0. 02%以上，就可通過確保高溫強(qiáng)度來抑制焊接變形。(C)鋼板的制造方法也可以是通常的條件，但與通常鋼相比，組合含有Nb和B而成的鋼存在淬透性高的傾向，因此，優(yōu)選為了適合于通用強(qiáng)度級(jí)別而進(jìn)行設(shè)計(jì)。(d)為了適合于通用強(qiáng)度級(jí)別，必須含有低碳貝氏體組織作為主體。另一方面，低碳貝氏體組織與高碳貝氏體組織相比，存在硬度低、耐變形能力略微變差的傾向。因此，需要極力減少作為使硬度降低的主要成分的鐵氧體組織。另外，作為鋼組織的主體的貝氏體組織的硬度也會(huì)影響強(qiáng)度及耐變形能力。因此，還需要調(diào)節(jié)貝氏體組織的硬度。另一方面，本發(fā)明人等基于對(duì)飄來鹽量較多的環(huán)境下的腐蝕進(jìn)行研究的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在這樣的環(huán)境下，F(xiàn)eCl3溶液的干濕反復(fù)是腐蝕的本質(zhì)條件，在Fe3 +的水解使pH降低的狀態(tài)下，且由于Fe3+起到氧化劑的作用而使腐蝕加速。此時(shí)的腐蝕反應(yīng)如下所述。作為陰極反應(yīng)，主要發(fā)生以下反應(yīng)。Fe3 + +—Fe2+(Fe3 +的還原反應(yīng))而且，除該反應(yīng)之外，也同時(shí)發(fā)生以下的陰極反應(yīng)。2H20 O2 2e — 40H2H + +2e- —H2另一方面，相對(duì)于上述Fe3+的還原反應(yīng)，發(fā)生以下的陽(yáng)極反應(yīng)。
陽(yáng)極反應(yīng)Fe — Fe2+ + 2e (Fe的溶解反應(yīng))因而，腐蝕的綜合反應(yīng)如以下(I)式。2Fe3 + +Fe — 3Fe2+...... (I)式由上述(I)式的反應(yīng)生成的Fe2+由于空氣氧化而被氧化成Fe3+，生成的Fe3+再次起到氧化劑的作用，加速腐蝕。此時(shí)，F(xiàn)e2+的空氣氧化的反應(yīng)速度在低pH環(huán)境下通常較慢，但在濃的氯化物溶液中加速，易于生成Fe3+。由于是這樣的循環(huán)的反應(yīng)，因此，可明確在飄來鹽量非常多的環(huán)境下，F(xiàn)e3+始終持續(xù)供給，鋼的腐蝕加速，耐腐蝕性顯著劣化。本發(fā)明人等基于以該鹽分環(huán)境中的腐蝕機(jī)理，對(duì)各種合金元素對(duì)耐氣候性的影響 進(jìn)行研究，結(jié)果得出了下述(e) (g)所示的見解。(e)Sn作為Sn2 +溶解，由于2Fe3+ + Sn2+ — 2Fe2++ Sn4 +的反應(yīng)使Fe3 +的濃度降低，從而抑制(I)式的反應(yīng)。Sn還具有抑制陽(yáng)極溶解這樣的作用。Cf) Cu以往是在飄來鹽量較多的環(huán)境中作為耐腐蝕性改善效果的根本的元素，在濕潤(rùn)時(shí)間比較長(zhǎng)的環(huán)境中顯現(xiàn)耐腐蝕性改善效果。但是，可明確在氯化物濃度更大、PH局部下降的環(huán)境、例如由于鹽分附著、濕度變化而干濕反復(fù)，生成P -FeOOH這樣的比較干的環(huán)境下，Cu反而促進(jìn)腐蝕。(g)這樣，積極地含有Sn且抑制了 Cu含量的鋼材能夠期待較高的耐腐蝕性。并且，由于耐腐蝕性較高，因此，即使對(duì)鋼材進(jìn)行涂裝，由鋼材腐蝕引起的涂裝剝離也較少，抑制涂裝缺陷部的腐蝕。另一方面，也能夠期待涂膜的防腐蝕效果，因此，在涂裝的情況下，能夠期待更高的耐腐蝕性的效果。因而，除耐腐蝕性之外，也具有能夠延長(zhǎng)涂裝的壽命，將補(bǔ)修涂裝間隔拉得較長(zhǎng)的作用。特別是在船舶領(lǐng)域、橋梁領(lǐng)域中的耐涂裝剝離性的改善中發(fā)揮效果。本發(fā)明即是以上述見解為基礎(chǔ)而完成的，其主旨在于下述(I廣(4)所示的焊接變形小且耐腐蝕性優(yōu)異的鋼板。(I) 一種焊接變形小且耐腐蝕性優(yōu)異的鋼板，其特征在于，具有以下的化學(xué)組成，即，以質(zhì)量 % 計(jì)，含有 C :0. 0005% 以上且小于 0. 02%,Si :0. 01 0. 7%、Mn :0. I 5. 0%、P :0. 05%以下、S :0. 008% 以下、Cu :小于 0. 2%、Nb :0. 02 0. 3%、Al :0. 003 0. 1%、N :0. 01% 以下、B :0. 0005 0. 004%及Sn :0. 03 0. 50%,余量由Fe及雜質(zhì)構(gòu)成，且Cu/Sn比為I以下，金相組織包含80%以上的貝氏體組織，且該貝氏體硬度以維氏硬度計(jì)為15(T250。(2)根據(jù)上述(I)的焊接變形小且耐腐蝕性優(yōu)異的鋼板，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，還含有Ti :0. 1%以下。(3)根據(jù)上述(I)或(2)的焊接變形小且耐腐蝕性優(yōu)異的鋼板，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，還含有Ni :3. 5%以下、Cr 2%以下、Mo :0. 5%以下、V :0. 1%以下及Zr :0. 02%以下中的一種或兩種以上。(4)根據(jù)上述(I) (3)中任一項(xiàng)的焊接變形小且耐腐蝕性優(yōu)異的鋼板，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，還含有Ca :0. 004%以下、Mg :0. 002%以下及REM :0. 002%以下中的一種或兩種以上。需要說明的是，從鋼板的焊接變形小的焊接方法的方面考慮來考察本發(fā)明時(shí)，認(rèn)為鋼板的焊接變形實(shí)質(zhì)上是焊接熱影響部(HAZ)的焊接變形，因此，在焊接熱影響部中只要在滿足規(guī)定條件的基礎(chǔ)之上進(jìn)行焊接，就能提高焊接變形抑制能力。
因此，從焊接方法的觀點(diǎn)考慮，本發(fā)明也能夠理解為“一種鋼板的焊接方法，其特征在于，該鋼板具有以下的化學(xué)組成，即，以質(zhì)量％計(jì)，含有 C :0. 0005% 以上且小于 0. 02%、Si :0. 01 0. 7%、Mn :0. I 5. 0%、P :0. 05% 以下、Cu :小于0. 2%、S 0. 008% 以下、Nb :0. 02 0. 3%、A1 :0. 003 0. 1%、N :0. 01% 以下、B :0. 0005 0. 004% 及Sn :0. 03、. 50%，余量由Fe及雜質(zhì)構(gòu)成，焊接前鋼板的將成為焊接熱影響部的部位的金相組織含有80%的貝氏體組織，且貝氏體硬度以維氏硬度計(jì)為150150”。當(dāng)然，以質(zhì)量％計(jì)，鋼板也可以還含有Ti :0. 1%以下、Ni :3. 5%以下、Cr 2%以下、Mo :0. 5% 以下、V :0. 1% 以下、Zr :0. 02% 以下、Ca :0. 004% 以下、Mg :0. 002% 以下及 REM 0. 002%以下中的一種或兩種以上。 此處，如后所述，既可以在作為母材的整個(gè)鋼板滿足上述條件地制造的基礎(chǔ)之上進(jìn)行焊接，也可以在僅加工作為母材的鋼板中的欲焊接的部位(成為焊接熱影響部的部位)使其滿足上述條件的基礎(chǔ)之上對(duì)該部位進(jìn)行焊接。而且，該焊接方法也能夠在焊接變形較大的角焊縫焊接時(shí)應(yīng)用。需要說明的是，角焊縫焊接在搭接接頭、T接頭、十字接頭等中進(jìn)行，該焊接方法對(duì)于因接頭母材的相對(duì)的位置關(guān)系而產(chǎn)生特別大的焊接變形的T接頭和十字接頭的角焊縫焊接特別有效。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種能夠以低成本且可靠地抑制焊接變形、并且耐腐蝕性也很優(yōu)異的鋼板。


圖I是表示各材料物性值對(duì)焊接角變形量的影響的FEM計(jì)算結(jié)果。圖2是表示FEM解析的計(jì)算條件的示意圖。圖3是表示評(píng)價(jià)焊接角變形量所采用的試驗(yàn)片的圖。圖4是表示焊接角變形量的定義的圖。
具體實(shí)施例方式在本發(fā)明中，限定鋼板的化學(xué)組成及金相組織的理由如下。(A)鋼板的化學(xué)組成鋼板的各成分的作用效果及各成分優(yōu)選的含量如下所述。需要說明的是，與含量相關(guān)的“％”是指“質(zhì)量％”。C :0. 0005% 以上且小于 0. 02%C是對(duì)提高強(qiáng)度最有效的元素，而且是廉價(jià)的元素。但是，在小于0. 0005%時(shí)，需要通過同時(shí)使用其它元素來保證強(qiáng)度，結(jié)果，成為成本上升的主要原因。另外，在含有0.02%以上時(shí)，強(qiáng)度過度上升而喪失通用性。因此，使C的含量為0. 0005%以上且小于0. 02%。優(yōu)選為0. 0005、. 02%。需要說明的是，從強(qiáng)度通用性的方面考慮，C含量的上限優(yōu)選為0. 002%。Si :0. 01 0. 7%Si是有助于提高強(qiáng)度的元素。但是，在小于0.01%時(shí)，無法確保所需的強(qiáng)度。另夕卜，在含有大于0.7%時(shí)，會(huì)使母材韌性和焊接性韌性明顯劣化。因此，使Si的含量為0. oro. Tl。
Mn 0. I 5. 0%Mn是為了確保強(qiáng)度所需的兀素。但是，在小于0. 1%時(shí),無法確保所需的強(qiáng)度。另夕卜，在含有大于5.0%時(shí)，焊接性劣化。因此，使Mn的含量為0.廣5. 0%。過量添加Mn有時(shí)會(huì)使耐腐蝕性劣化，優(yōu)選為4. 0%以下，更優(yōu)選為2. 0%以下。P :0. 05% 以下P是作為雜質(zhì)而存在于鋼中的元素。在P的含量大于0. 05%時(shí)，不僅會(huì)偏析到晶界中而使韌性降低，而且在焊接時(shí)導(dǎo)致高溫裂紋，因此，使P的含量為0. 05%以下。S :0. 008% 以下 S是作為雜質(zhì)而存在于鋼中的元素。在S的含量大于0.008%時(shí)，助長(zhǎng)中心偏析、或 者大量生成拉伸形狀的MnS，因此，母材和焊接熱影響部的機(jī)械性質(zhì)劣化。因而，使S含量的上限為0. 008%oCu:小于 0.2%Cu通常作為提高耐氣候性的基本元素，添加到所有的海濱耐氣候性鋼、耐腐蝕鋼中，但在高飄來鹽分下的比較干的環(huán)境中，反而降低耐腐蝕性。另外，若與Sn共存，則在軋制時(shí)產(chǎn)生裂紋。因而，需要減少Cu的含有。即使作為雜質(zhì)含有，Cu含量也需要小于0. 2%。優(yōu)選小于0. 1%。Nb :0. 02 0.3%Nb在高溫中體現(xiàn)析出舉動(dòng)，引起高溫強(qiáng)度的上升。但是，其含量小于0. 02%時(shí)，無法得到其效果。另外，大于0.3%時(shí)，焊接熱影響部的韌性顯著受損。因此，使Nb的含量為0. 02^0. 3%。需要說明的是，含量?jī)?yōu)選為0. 02^0. 18%。Al :0. 003% 0. 1%Al是為了脫氧所必需的元素。為了穩(wěn)定地進(jìn)行脫氧，需要0.003%以上的含量。但是，在大于0. 1%時(shí)，特別是在焊接熱影響部中韌性易于劣化。一般認(rèn)為其原因在于，易于形成粗大的簇狀(cluster)的氧化鋁系夾雜物顆粒。因而，使Al的含量為0. 0039^0. 1%。N :0. 01% 以下N是作為雜質(zhì)而存在于鋼中的元素。在N的含量大于0. 01%時(shí)，會(huì)導(dǎo)致母材韌性和焊接熱影響部韌性惡化。因而，使N的含量的上限為0. 01%。B :0. 0005 0. 004%B具有提升淬透性而提高強(qiáng)度的作用。為了穩(wěn)定地得到該效果，需要B的含量為
0.0005%以上。但是，其含量大于0.004%時(shí)，提高強(qiáng)度的效果飽和，另外，母材、焊接熱影響部的韌性劣化的傾向均變顯著。因此，使B的含量為0.0005、. 004%。需要說明的是，含量?jī)?yōu)選為 0. 0005 0. 0025%。Sn :0. 03% 0. 50%Sn成為Sn2+而溶解，由于在酸性氯化物溶液中的抑制劑作用而具有抑制腐蝕的作用。另外，由于具有使Fe3+迅速還原、降低作為氧化劑的Fe3+濃度的作用，從而抑制Fe3 +的腐蝕促進(jìn)作用，因此，提升高飄來鹽分環(huán)境中的耐氣候性。另外，Sn存在抑制鋼的陽(yáng)極溶解反應(yīng)而提升耐腐蝕性的作用。這些作用通過含有0. 03%以上的Sn即可獲得，大于0. 50%時(shí)會(huì)達(dá)到飽和。因此,使Sn的含量為0. 03 0. 50%。Sn的優(yōu)選含量為0. 03 0. 20%。Cu/Sn 比1 以下
在含有Sn的鋼的情況下，由于含有Cu而導(dǎo)致耐腐蝕性顯著降低。另外，在制造鋼材時(shí)，也會(huì)因含有Cu而導(dǎo)致軋制裂紋。因此，需要使Cu/Sn比、即Cu含量與Sn含量之比為
I.0以下。本發(fā)明的鋼板具有上述化學(xué)組成，余量由Fe及雜質(zhì)構(gòu)成。在此，雜質(zhì)的意思是指在工業(yè)上制造鋼板時(shí)由于制造工序的各種原因主要從礦石、廢料等這樣的原料混入的成分，是在不會(huì)對(duì)本發(fā)明產(chǎn)生不良影響的范圍內(nèi)所容許的成分。本發(fā)明的鋼板除了上述成分之外，能夠根據(jù)需要含有從下面的第I組 第3組中的至少I組選擇的I種以上成分。下面，對(duì)屬于這些組的成分進(jìn)行說明。第I組的成分TiTi :0. 1% 以下
由于Ti主要起到脫氧元素的作用，因此，能夠根據(jù)需要含有。但是，由于脫氧也能夠利用Al進(jìn)行，因此，并不一定必須含有。其中，在Ti含量較多的情況下，形成有Ti氧化物或者Ti-Al氧化物，因此，特別是會(huì)喪失使小線能量焊接的焊接熱影響部的組織微細(xì)化的能力。因此，使含有時(shí)的Ti含量為0.1%以下。需要說明的是，為了穩(wěn)定地獲得通過含有Ti產(chǎn)生的脫氧效果，優(yōu)選使其含量為0. 01%以上。第2 組的成分Ni、Cr、Mo、V、ZrNi :3. 5% 以下由于Ni是提高母材韌性，而且利用淬透性提升也有助于提高強(qiáng)度的元素，因此，能夠根據(jù)需要含有。但是，由于Ni是昂貴的元素，因此，在過量含有Ni時(shí)，會(huì)導(dǎo)致成本大幅度上升。另外，若與Sn共存，則會(huì)使存在氯化物的環(huán)境下的耐腐蝕性劣化。因而，使含有時(shí)的Ni含量的上限為3. 5%以下。優(yōu)選為1.0%以下。更優(yōu)選為0.5%以下。需要說明的是，為了穩(wěn)定地獲得通過含有Ni產(chǎn)生的上述效果，優(yōu)選使其含量為0. 02%以上。Cr :2.0% 以下Cr是通過提升淬透性而對(duì)提高強(qiáng)度有效的元素，因此可以根據(jù)需要含有。但是，大于2. 0%時(shí)，韌性劣化。因此，使含有時(shí)的Cr的含量為2. 0%以下。Cr是在鹽分環(huán)境下使耐腐蝕性劣化的元素，但若與Sn共存，則會(huì)顯著地抑制其不良影響。需要說明的是，為了通過含有Cr而穩(wěn)定地得到提高強(qiáng)度的效果，其含量?jī)?yōu)選為0. 02%以上。Mo :0. 5% 以下M是對(duì)提高強(qiáng)度有效的元素，因此可以根據(jù)需要含有。但是，含有大于0. 5%的Mo時(shí)，成本顯著增加或強(qiáng)度的提高達(dá)到飽和。因此，使含有時(shí)的Mo的含量為0.5%以下。需要說明的是，為了通過含有Mo而穩(wěn)定地得到提高強(qiáng)度的效果，其含量?jī)?yōu)選為0. 06%以上。V :0. 1% 以下V是對(duì)提高強(qiáng)度有效的元素，因此可以根據(jù)需要含有。但是，V的含量大于0. 1%時(shí)，韌性大幅劣化，因此，使含有時(shí)的V含量為0. 1%以下。需要說明的是，為了通過含有V而穩(wěn)定地得到提高強(qiáng)度的效果，其含量?jī)?yōu)選為0. 005%以上。Zr :0.02% 以下由于Zr具有在鋼中使氮化物微細(xì)分散析出，提高強(qiáng)度的效果，因此，能夠根據(jù)需要含有。但是，在含有大于0. 02%時(shí)，形成粗大析出物，使韌性劣化，因此，使含有時(shí)的Zr含量為0. 02%以下。需要說明的是，為了穩(wěn)定地獲得通過含有Zr產(chǎn)生的提高強(qiáng)度效果，優(yōu)選Zr含量為0. 0003%以上。第3 組Ca、Mg、REMCa :0.004% 以下Ca與鋼中的S進(jìn)行反應(yīng)，在鋼水中形成氧硫化物(硫氧化物)。該氧硫化物與MnS等拉伸形狀的夾雜物不同，不會(huì)因軋制加工而在軋制方向上伸長(zhǎng)，在軋制之后也是球狀，因此，具有抑制以拉伸形狀的夾雜物的頂端等為裂紋起點(diǎn)的焊接裂紋、氫致裂紋的作用，能夠根據(jù)需要含有。但是，在其含量大于0.004%時(shí)，有可能導(dǎo)致韌性劣化。因而，使含有時(shí)的Ca含量為0. 004%以下。需要說明的是，為了穩(wěn)定地獲得抑制焊接裂紋、氫致裂紋的效果，優(yōu)選Ca含量為0. 0003%以上。 Mg :0. 002% 以下Mg生成含Mg氧化物，成為TiN的產(chǎn)生核，具有使TiN微細(xì)分散的效果，因此，能夠根據(jù)需要含有。但是，在其含量大于0.002%時(shí)，氧化物過多而導(dǎo)致延展性降低。因而，使含有時(shí)的Mg含量的上限為0.002%。需要說明的是，為了穩(wěn)定地獲得使TiN微細(xì)分散的效果，優(yōu)選Mg含量為0. 0003%以上。REM :0. 002% 以下由于REM有助于焊接熱影響部組織的微細(xì)化、S的固定，因此，能夠根據(jù)需要含有。但是，在其含量大于0. 002%時(shí)，REM成為對(duì)母材的韌性產(chǎn)生不良影響的夾雜物，因此，使含有時(shí)的REM含量為0. 002%以下。需要說明的是，為了穩(wěn)定地獲得組織的微細(xì)化、S的固定效果，優(yōu)選REM含量為0. 0003%以上。需要說明的是，REM是Y和Sc加上鑭系的15個(gè)元素共計(jì)17個(gè)元素的總稱，能夠含有這些元素中的一種或者兩種以上。另外，REM的含量是指這些元素的總量。(B)金相組織金相組織的貝氏體分率為80%以上。貝氏體的耐變形能力優(yōu)異，對(duì)于碳含量低的鋼，貝氏體中的碳不足而成為低碳貝氏體組織，其與高碳貝氏體組織相比，耐變形能力差。因此，為了在低碳鋼中確保耐變形能力，需要確保一定量的貝氏體組織，不使鐵氧體過多。如果在必需含有Nb和B的基礎(chǔ)上，貝氏體比率為80%以上，則可以得到充分的耐焊接變形性能力，因此規(guī)定貝氏體組織的比率為80%以上。可認(rèn)為余量以鐵氧體為主體，但并無特別規(guī)定。另外，貝氏體的硬度(維氏硬度)過低時(shí)也無法確保耐變形能力，因此其下限為150。另外，過硬時(shí)，強(qiáng)度的通用性受損，因此其上限為250。接著，對(duì)能夠得到本發(fā)明的鋼板的軋制、熱處理的條件等進(jìn)行說明。在熱軋之前首先加熱鋼塊，若使此時(shí)的加熱溫度為Ac3點(diǎn)以上，則能夠完全形成奧氏體相，在沒有未相變部分的狀態(tài)下均質(zhì)化，因此，優(yōu)選使加熱溫度為Ac3點(diǎn)以上。具體地講，優(yōu)選加熱到900°C 1200°C。而且，若在熱軋時(shí)使薄壁端的精軋溫度為900°C以下，則晶粒成為適度的大小，原料的破壞韌性充分，因此，優(yōu)選為900°C以下。精軋溫度的下限并沒有特別的限定，只要能夠使強(qiáng)度適合通用強(qiáng)度范圍，就可以是任何條件。需要說明的是，若使精軋溫度為700°C以上，則由二相區(qū)加工產(chǎn)生的各向異性變得不明顯，因此理想的是使精軋溫度為700 °C以上。軋制之后，也進(jìn)行加速冷卻等較佳。在進(jìn)行加速冷卻的情況下，優(yōu)選在軋制后立即或者若干的放置時(shí)間之后，將中心部的冷卻速度控制在0. 5°C /s^40°C /S。冷卻停止溫度優(yōu)選以150°C飛00°C為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制。另外，也可以在軋制后適當(dāng)?shù)貙?shí)施熱處理。在實(shí)施熱處理的情況下，優(yōu)選進(jìn)行正火處理或回火處理，溫度分別優(yōu)選選擇800°C 1100°C、300°C 700°C的溫度帶。實(shí)施例示出本發(fā)明的鋼板的一個(gè)例子。利用表2所示的各個(gè)加熱溫度、精加工溫 度、加速冷卻、熱處理?xiàng)l件來制造表I所示的組成成分的鋼塊。鋼板的厚度為16mm。[表I]
權(quán)利要求
1.一種焊接變形小且耐腐蝕性優(yōu)異的鋼板，其特征在于，具有以下的化學(xué)組成，即，以質(zhì)量 % 計(jì)，含有 C :0. 0005% 以上且小于 0. 02%、Si :0. 01 0. 7%、Mn :0. I 5. 0%、P :0. 05%以下、S :0. 008% 以下、Cu :小于 0. 2%、Nb :0. 02 0. 3%、Al :0. 003 0. 1%、N :0. 01% 以下、B :0.0005 0. 004%及Sn :0. 03 0. 50%，余量由Fe及雜質(zhì)構(gòu)成，且Cu/Sn比為I以下，金相組織包含80%以上的貝氏體組織，且貝氏體硬度以維氏硬度計(jì)為15(T250。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的焊接變形小且耐腐蝕性優(yōu)異的鋼板，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，還含有Ti :0. 1%以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的焊接變形小且耐腐蝕性優(yōu)異的鋼板，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，還含有Ni :3. 5%以下、Cr :2. 0%以下、Mo :0. 5%以下、V :0. 1%以下及Zr :0. 02%以下中的一種或兩種以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求廣3中任一項(xiàng)所述的焊接變形小且耐腐蝕性優(yōu)異的鋼板，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，還含有Ca :0. 004%以下、Mg :0. 002%以下及REM :0. 002%以下中的一種或兩種以上。
全文摘要
一種焊接變形小且耐腐蝕性優(yōu)異的鋼板，其特征在于，具有以下的化學(xué)組成，即，以質(zhì)量%計(jì)，含有C0.0005%以上且小于0.02%、Si0.01~0.7%、Mn0.1~5.0%、P0.05%以下、S0.008%以下、Cu小于0.2%、Nb0.02~0.3%、Al0.003~0.1%、N0.01%以下、B0.0005~0.004%及Sn0.03~0.50%，余量由Fe及雜質(zhì)構(gòu)成，且Cu/Sn比為1以下，金相組織包含80%以上的貝氏體組織，且該貝氏體硬度以維氏硬度計(jì)為150~250。也可以含有Ti、Ni、Cr、Mo、V、Zr、Ca、Mg及REM中的一種或兩種以上。
文檔編號(hào)C22C38/16GK102762756SQ20118000978
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2011年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月18日
發(fā)明者上村隆之, 中村浩史, 岡口秀治, 川畑友彌, 幸英昭, 有持和茂, 鹿島和幸 申請(qǐng)人:住友金屬工業(yè)株式會(huì)社