[发明专利]高温强度优异的焊接结构用490MPa级高强度钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于建筑、土木、海洋结构体、造船、各种储槽容器等的一般焊接结构体的、在600℃～800℃的温度范围内1小时左右的较短时间内高温强度优异的焊接结构用高强度钢及其制造方法。本发明主要以厚板(厚钢板)为对象，但也包括钢管和型钢等。

背景技术

一般的焊接结构用钢材的强度，从约350℃开始强度降低，其容许温度为约500℃。因此，将这些钢材用于大厦和办公楼、住房、立体停车场等建筑物的场合，为了确保在火灾中的安全性，附带有实施充分耐火被覆的义务，在与建筑相关的各种法令中，规定火灾时钢材温度不能达到350℃以上。这是因为，上述钢材的弹性极限应力(屈服强度)在350℃左右，变为常温的2/3左右，低于必要的强度。实际情况是这样的耐火被覆给建设成本带来很大的影响。

为了解决这样的课题，曾开发出具备高温时的弹性极限应力的“耐火钢”(参照例如特开平2-77523号公报、特开平10-68044号公报)。上述耐火钢分别是在600℃、700℃下的弹性极限应力能够维持在常温下的标准最小弹性极限应力(屈服强度)的2/3以上的钢。但是，都只是表示在特定温度下的弹性极限应力，关于在比其更高的温度下的弹性极限应力完全没有提到。特别是超过700℃的温度，根据钢成分的不同有时部分地进入开始相变的温度区，因此担心弹性极限应力(屈服强度)急剧下降，能够反映设计那样的稳定的实用钢制造极其困难。

先前本发明者们曾发明了能够确保在700～800℃下的高温强度的钢及其制造方法(例如参照特开2004-43961号公报)。由于在钢成分中必须添加硼(B)，因此组织控制容易，特别是能达成作为建筑结构用钢的低屈服比。但是，正如通常知道的那样，B使淬透性增大等，优点和缺点各半。例如在小线能量焊接时，焊接热影响区显著硬化，因此韧性差，相反当焊接线能量过大时，在奥氏体晶界析出，不能有效利用B的淬透性，组织变得粗大，韧性差，因此存在焊接线能量范围受限的问题。

但是，作为建筑结构用钢，从抗震性的观点出发要求具有低屈服比，在JIS的“建筑结构用轧制钢材”标准中也规定屈服比为80％以下。本发明者们先前的发明是注重这一要求的发明。但是，日本平成12年6月实行的修正过的建筑基准法，由以前的使用规定修改为性能规定，包括了将新的技术、材料早期地实用化的内容。关于建筑用钢材，按建筑基准法37条可使用下述钢材，即该条第1项：JIS材中作为建筑结构用途允许使用的钢材、第2项：根据需要的各种性能评价了钢材的性能而且经国土交通大臣认定的钢材。因此，本发明者们不受JIS建筑用钢材中的屈服比的规定的约束，潜心研讨不用说高温强度、连焊接性、在宽的线能量范围内的焊接区韧性也优异的钢材，从而完成了本申请发明。

发明内容

如上述那样，在建筑物中利用钢材的场合，通常的钢材由于高温强度(弹性极限应力＝屈服应力)较低，因此在无被覆或减少耐火被覆时不能利用，必须施以高价的耐火被覆。另外，即使是新开发的钢材，其耐火温度达到600～700℃的保证已经是极限，因此希望开发在700～800℃下无耐火被覆地使用以及由此可以省略耐火被覆工序的钢材。

本发明的目的在于，提供在600℃～800℃的温度范围的高温强度优异的焊接结构用高强度钢、以及工业上可稳定地供给该钢的制造方法。

本发明为了解决上述课题，通过将钢成分和显微组织等限定在适宜的范围而达到目的，其要旨如下。

(1)一种高温强度优异的焊接结构用490MPa级高强度钢，其特征在于，钢成分按质量％计含有C：0.005％以上小于0.040％、Si：0.5％以下、Mn：0.1％～小于0.5％、P：0.02％以下、S：0.01％以下、Mo：0.3～1.5％、Nb：0.03～0.15％、Al：0.06％以下、N：0.006％以下，且定义为P_CM＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B的焊接裂纹敏感性组成P_CM为0.15％以下，实质上不含B，其余量由铁和不可避免的杂质组成，显微组织为铁素体和贝氏体的混合组织主体，其贝氏体的分率为20～90％。