Continuous Cooling Transformation Diagrams for Welding of Mn-Si Type 2H Steels. Harujiro Sekiguchi and Michio Inagaki Synopsis: The authors performed

Mn-Si系2H鋼

の溶 接 用 連 続 冷 却 変 態 図*

関

口

春 次 郎**・

稲

垣

道

夫***

Continuous

Cooling

Transformation

Diagrams

for Welding

of Mn-Si

Type

2H Steels.

Harujiro Sekiguchi and Michio Inagaki

Synopsis:

The authors performed a series of researches on continuous cooling transformation diagrams of structural steels used for welding and reported them successively in Journal of Japan Welding Society (1957-1959, vols. 26-28). In these reports, the continuous cooling transformation diagrams were obtained with, small specimens in the case of rapid-heating to maximum temp. 1350•Ž, cooling by various processes immediately after reaching its temp. and without holding at its temp. They gave fundamental data for tha sake of selecting the

34年11月

本会講演大会 にて発表

**–¼ŒÃ‰®‘åŠw‹³Žö•H”Ž***–¼ŒÃ‰®‘åŠw••‹³Žö•H”Ž

weldable steels and determined

the conditions

when welding

these

steels.

Therefore,

such

continuous

cooling transformation

diagrams

were presumed

very important

and useful.

In the hresent

report,

on the basis of the results of the above researches,

further

deter-minations

were made on the continuous

cooling transformation

diagrams

for high tensile steels

2H which were of Mn-Si type and showed the tensile strength

enhanced

to about 60kg/mmmm2

by the heat-treatment

of water-quenching

and tempering.

For those 2H steels could be adopted also, a diagram

that was plotted to show the relation

between critical

cooling-time

CZ', Cr' or 50% martensite

cooling-time and the carbon equivalent

of mild steels and Mn-Si type high tensile steels

as rolled or normalized.

And then,

using

this diagram the critical cooling-time

Cy', Cf' and 50% martensite

cooling-time and the carbon

equivalent

were determined

with mild steels and Mn-Si type high tensile steels as rolled or

normalized

And then,

based

on this

diagram

the critical

cooling-time

C2', Cf' and 50%

martensite

cooling times

of arbitrary

steel

grades

could

be predicted

from

the

carbon

equivalent

Ceq = (C+1/12Mn+1/24Si)%

of those steels.

Next, the various

types of high tensile steel having

60 kg / mmmm2

tensile strengths

were

com-pared with each other,

From stand points of the buctility

and crack-sensitivity

of the weld

heat affected zone, the critical cooling-time

Cf' which began to reveal

existance

of primary

ferrite

was important,

and the steels having

smaller value of Cf' were found desirable.

For

this purpose,

even with any type of steels, it was necessary

that

the

carbon

content

of a

steel was lowered to a mimimum.

I. 緒 言 著 者 らは すで に多数 の軟 鋼 お よび 高 張 力鋼 に つ き溶 接 用 連 続冷 却 変態 図 を作 成 し,溶 接 学 会 誌 上 で報 告 して き た1)∼13).また 他 方 にお い て著 者 ら は 実際 に種 々の 条 件 で 溶 接 をお こ ない,そ の熱 影 響 部 につ き溶 接 に よ る加 熱 冷 却 曲 線,顕 微 鏡 組 織お よび硬 度 を 実 測 し,fusion Iine に 近 接 した部 分 す な わ ち最 高 硬 度 部 分 の 冷却 曲線 と組 織 お よび硬 度 との 関 係 を 求 めた14)∼18).一 般 に鋼 材 を 溶 接 す る と熱 影 響 部 が 硬化 す るが,そ の硬 化 の度 合 は鋼 材 の 種 類 お よ び溶 接 諸 条件 に よつ て変 化 す る.近 年 構 造 用 鋼 と して,高 張 力 鋼 が軟 鋼 に変 り次 第 に使 用 され る傾 向 に あ る.高 張 力鋼 は 軟鋼 に 少量 の 合 金元 素 を添 加 して,降 伏 点 お よ び引 張 強 さを高 めた もの で,軟 鋼 に較 べ て 熱 影 響 部 が硬 化 し やす い.熱 影 響 部 が 硬化 す る と,溶 接 中 ま た は構 造 物 と して使 用 中 に割 れ が 起 る 恐れ が あ る.特 に ビ ー ド下 割 れ は,熱 影 響 部 のfusion lineに 接 近 した 最 高 硬 度 付 近 に 発生 す る.そ こで 鋼材 か ら 多数 の 小 試 片 を削 り出 し,こ れ に溶 接 の 場 合 と類似 の熱 サ イ クル を 与 え,最 高 加 熱温 度900℃,1100℃,1300℃,1350℃, 1400℃ の 各場 合 の連 続 冷 却 変 態 図 を作 成 した.そ して 上 述 の実 際 の溶 接熱 影 響 部 の冷 却 曲線,組 織 お よび硬 度 と比 較 した と ころ,fusion lineに 近 接 した 部 分 の組 織 な らび に硬 度 を推 定 す る には,最 高加 熱 温 度 を1300℃ ∼1400℃ と した場 合 の連 続 冷 却 変 態 図 が有効 で あるこ とが わ か つ た. か よ うな 連 続 冷 却 変態 図 を 多数 の鋼 材 につ き求 めて置 く こ とは,溶 接 の 際 割 れ を 発生 しない 溶 接性 の良好 な鋼 材 を選 定 す るた め の 基 礎 資 料 とな り,ま た これ ら鋼材の 溶接 施 工 に当 つ て,溶 接 条件 を決 定 す るた めの資料 とな るの で,き わ め て重 要 な意 義 を有 し てい る19)'vS2). 本 報 にお い て は,Mn-Si系 の2H鋼 の2種 につ き急 速加 熱 最 高 温 度1350℃ の場 合 の 連 続 冷却 変 態図 を求め た結 果 を報 告 す る. II. 供 試 鋼 材 わが 国現 用 の高 張 力 鋼 と して は,Mn-Si系 が もつ とも 普 通 の も ので,こ れ に圧 延 の ま ま また は焼 な らしを した もの と調質 した もの とが あ る.Mn-Si系 の圧延 のまま ま た は焼 な ら しを した 状態 で使 用 す る高 張 力鋼 の引張強 さは,大 体50ま た は55kg/mm2程 度 で あ る.し か し2H鋼 は焼 入 れ 焼 も ど しを施 した 調 質鋼 の1種 で,そ の引 張 強 さは60kg/mm2程 度 で あ る. こ こで試 験 に供 した2H鋼 板 の化 学 成分 はTable1 に示 す 通 りで あ る.こ れ に よる と,2HA鋼 板 の炭素含 量 は0.15%で,2HB鋼 の それ の0.11%よ りか な り 高 い.両 者 の 珪 素 含 量 お よび マ ン ガ ン含 量 はた がい に近 似 し てお り,従 来 のMn-Si系 の 圧 延 の ま 享 または焼な

Table

1. Chemical

analyses

(%) of steel plates

used.

Table 2. Ladle analyses (%) and mechanical properties of steels used.

ちしを した状態 で使 用 す る高 張 力鋼 の 化学 成 分 と類 似 し てい る.な お2HA鋼 板 の 板厚 は9mm,2HB鋼 板 の それは20mmで あ つた.参 考 の ため に,製 鋼 メー ガか ら提 示 され た レ ー ドル分 析 値 と鋼 板 の 機械 的 性 質 を Table2に 示 す.Tablelの 鋼 板 の化学 分 析値 とTable

2の レー ドル分 析 値 とを比 較 して,そ れ ぞれSi,Mn,P, Sの この程 度の 相 異 につ い て は,今 まで の溶 接 用 連 続 冷 却変態 図 に関 す る研究 か ら推 して さほ ど問題 に な らな い が,炭 素含 量の 比 較的 僅 少 な相 異 につ い て はか な り問題 がある と思 われ る.す な わ ち2HB鋼 の鋼 板 分 析 に よる 炭素含 量が0.11%で あ るの に対 し,レ ー ドル 分 析 に よ るそれ が0'14%で あ るが,こ の0.3%の 差 はか な り 1重大 であ る.2HA鋼 の場 合 には そ の差 が0.1%で か な り類似 してい る.し た が つ て 溶 接用 連 続 冷却 変態 図 に およぼす化 学 成分 の 影響 を検 討 す る場 合 には,Table1 の鋼板分 析値 を対 象にす る こ と とす る. 2HA鋼 _{板 の圧 延 終了 温 度 は850℃ を で ,熱 処 理 と し} ては850℃をか ら30s間 水焼 入 れ し,680℃ を に1.5h 焼 もどしをお こな つ た.2HB鋼 板 に つ い ては 圧 延 終 了 温度が905℃を で,熱 処 理 と しては865℃ を か ら120s間 焼入れ し,670℃ に2h焼 も ど しを お こな つた.両 鋼 板 の顕微鏡組 織をPhotoほ に示 す.こ れ に よ る と両者 の

Photo. 1. Microstructures of steel plates as received. 組織は類似 してい る.Table2の 引 張 試 験 結 果 を見 る と,2HB鋼 は2HA鋼 よ りも炭 素 含 量 が 少 ない にも

拘わらず,

_引張強

_さおよび

_{降伏 点 が 高 く伸 びが 小 さい.}

こ

れは焼

_入時間の

_{相違が大き く影響 してい るた め と考え}

〓

なわち

2HB鋼 阪 の焼 入 時 間 が120sで あ る の に対 し2HA鋼 のそ れ が30sで,両 者 は か な り相 違 して い る.こ の場 合 焼 入 時 間30sで は鋼 板 の 焼 入 終 了温 度 が なお 高 く焼 入 れ が不 完全 で あ ろ う と思 わ れ る.

Fig. I. Results of V-notch Charpy impact test. Vノ ッチ の シ ャル ピ ー 衝 撃 試 験 結 果 をFig.1に 示 す.こ れ に よ る と両 鋼 種 の 差 異 が明 瞭 であ る.試 験 温 度 は0℃,-20℃,-40℃ を お よ び-60℃ の4つ で あ り,試 験 温 度0℃,-20℃,-40℃ の 各 場 合 には2 HB鋼 の吸 収 エネ ル ギ ー は2HA鋼 のそ れ ら に較 べ て い ち じる し く高 い.し か し-60℃ で は2HB鋼 の 吸 収 エ ネ ル ギ ーは い ち じ る し く低 下 し,2HA鋼 の そ れ よ りもや や 低 くな る.ま た-60℃ を にお け る2HB鋼 の 脆 性 破 面 率 は100%で あ る の に対 し,2HA鋼 の それ は 50%程 度 で あ る.す なわ ち2HA鋼 は 吸 収 エネ ル ギ ー が 一 般 に低 い が,低 温 に な る につ れ て 緩 やか に低 下 す る の に反 して,2HB鋼 は比 較 的 高 い 温 度 で は 吸 収 エ ネ ル ギ ーが 高 い が,低 温 に な る につ れ て 急 激 に低 下 し,-60 ℃を で は きわ め て低 く100%の 脆 性 破 面 率 を 示 す_.Fig. 1か ら吸 収 エネ ル ギ ーが15ft-1b(2.6kg-m/cmcm2)に な る遷 移 温 度Tr15お よ び脆 性 破 面 率 が50%と な る破 面 遷 移 温度 を求 め てTable2に 表 示 した が,両 鋼 の遷 移 温 度 は 近 似 してい る.こ れ らのVノ ッチ シ ャル ピー 衝 撃 試 験 結 果 には,鋼 材 の炭 素 含 量 が 大 き く影 響 して い るも ― 19 ―

の と思 われ る. 連 続 冷 却 変 態 図 作 成 に当 つ て は,横 軸 に そ の 鋼 材 の A3変 態 点か らの 冷却 時間 を対 数 目盛 で と るの で,ま ず 鋼 材 のA3変 態 点 を求 め ね ば な らな い.こ の た め 通 常 の 佐 藤 式熱 膨 脹 計 を 使 用 して,約 〓50℃ ま で 約4℃/mn の 速 度 て 徐熱 徐冷 して 熱 膨 脹収 縮 曲 線 を 求 め た.こ れ に よ る と2HA鋼 に つい て はAc1が754℃,Ac3が887 ℃,Ar3が75℃,Ar1が659Cと な り,Ac3とAr3 とを 平均 してA3を 求 め る と835℃ が得 られ る.ま た Ac1とAr1と を 平均 してA1707℃ が得 られ る.2HB 鋼 に つい て も同 様 に してACIが761℃,Ac3が891℃ Ar1が〓℃,Ar3が73T℃ で これ らか らA1と し て710℃,A3と して839℃ が 得 られ た. III. 2HA鋼 の 連 続 冷 却 変 態 図 これ まで 軟 鋼 お よび高 張 力鋼 の 連続 冷却 変 態 図 を,正 確 に作 成 す る こ とは,困 難 な こ とで あ る とされ て きた. と くに溶 接 熱 影 響 部 のfusion lineに 近 接 した 部 分 の 組 織 な らび に硬 度 を推 定 し得 る よ うな,急 速 加 熱 最 高 温 度1350℃ の 場 合 の連 続 冷 却 変 態 図 の 作 成 は,加 熱 温 度 が 高 温 で あ るた め一 層困 難 で あ る.著 者 らは か よ うな連 続 冷 却 変 態 図 を 正確 に求 め るた め の 装 置 を試 作 し完 成 し た.こ れ は 熱 膨 脹 記録 装 置 お よび 熱 分析 記 録 装 置 の2つ か ら成 つ て い る.こ れ ら装 置 の 解 説 に つい て は,す で に 溶 接 学 会 誌 上 て 報 告 した り.本 報 の連 続 冷 却 変 態 図 は, これ ら装 置 に よつ て冷 却 曲 線 お よび 変態 温 度 を 測定 し, また 別 に顕 微 鏡検 査 と ビ ッカ ース硬 度(荷 重10kg)測 定 をお こ ない,こ れ ら を総 合 して 作 成 さ れ た もの で あ る. Fig.2が2HA鋼 の 連 続 冷却 変態 図で あ る.こ の 鋼 のA3変 態 点 は835℃ で あ る の で,こ の温 度 に達 し た 時 刻 を基 準 の0sと して,各 試 片 の冷 却 曲線 を記入 し た.そ の末 端 に冷 却 後 の 試 片 の断 面 平均 硬 度 と試 片番号 とを示 した.試 片 番 号 の うちRの 記 号 を付 した ものは, 熱 膨 脹 記 録 装 置 に よつ て 変態 温 度 お よび冷 却 曲線 を求め た もの で あ り,記 号 を付 さ な い もの は 熱分 析 装置 に よつ て求 め た もの で あ る.各 冷 却 曲線 上 には 変態 温度 をプロ ッ トし,オ ース テ ナ イ ト(A)か ら フ ェライ ト(F), パ ー ラ イ ト(P),中 間 段 階 組 織(Zw)お よびマル テン サ イ ト(M)へ の 各 変態 開 始 曲 線 とパ ー ライ トの変態終 了 曲 線 とを 求 め た.な お 試 片R7と10に ついてはマ ル テ ンサ イ ト変態 が ほ ぼ完 了 す る温 度 が観察 され たの で,こ れ らの 点 を結 びMF曲 線 とした。 ま た冷却 曲線 につ き各 組織 の 変態 終 了 温 度 付 近 にそ の組 織成 分の面積 割 合 を 記 入 した 。 連続 冷 却 変 態 図 を求 め るた め に 種 々 の方法 で冷却 し海 試 片 の う ち,代 表的 と思 わ れ る もの の断 面 の顕 微鏡写真 をPhoto.2に 示 す.試 片R1の 組織 は粗 大 なフ ェライ トの 地 に パ ー ラ イ トが 凝 集 して い るが,試 片R4で は中 間 段階 組 織 が 少 量現 わ れ パ ー ライ トが比 較 的細か く分散 す ろ.試 片R7で は パ ー ラ イ ト量 が 僅 少で,半 分近い中 間 段階 組 織 で 占 め られ わ ずか な マ ル テ ンサ イ トも見受け られ る よ うに な る.さ ら に冷 却 が は や い試 片R12に な る と,初 析 の フ ェ ラ イ トが も との オ ー ステ ナ イ ト粒界に 少 量 存在 し,中 問 段 階 組 織 が 多 くマ ル テ ンサ イ トもかな り多 い.試 片13は 初 析 の フ ェ ライ トが ほ とん ど存在せ ず,マ ル テ ンサ イ ト組織 が いち じるし く多 い.試 片15の 組織 は大 部分が マ ル テ ンサ イ トで も との オ ーステナイ ト 粒 界付 近 に少 量 の 中 間段 階組織 が存姦 してい る。 Fig. 2の 連 続 冷 却 変態 図中 には,マ ル テ ンサ イ トの み の 組織 とな る臨界の 冷 却 曲線z,初 析 フ ェ ライ トが 出始め る 臨 界 の冷 却 曲 線f,パ ー ライ トが出 始 め る臨 界 の冷 却 曲 線Pお よび フニラ イ トとパ ー ライ トのみ の組 織 とな る臨 界 の 冷却 曲 線eを も あわ せ記 入 した.こ れ らの 臨 界 冷却 曲 線が500℃ の本平線 を 横 切 る点 を そ れ ぞれCz,Cf,Cpおよ びCeと し,これ らの各 点 が示 す横軸の 読 み す な わ ち冷 却 時 間をCz',Cf'Cp'

Fig. 2. Continuous cooling transformation diagram of steel 2HA and its critical points, critical cooling curves and critical cooling times. Max heating temp.: 1350•Ž

お よびCe'と 称 す る こ と に す る.こ の2HA鋼 に つ い て は,Cz'が2.1s, Cf'が3.0s,Cp'が21s,.Ce'が 320sと な る.Fig.2か ら 種 々 の 冷 却 方 法 で 冷 却 した 試 片 の 平 均 硬 度 ま た は 組 織 成 分 の 面 積 割 合 とA3(835℃) か ら500℃ ま で の 冷 却 時 間 との 関 係 を 求 め る と,Fig.3が 得 ら れ る.こ れ に よつ て 任 意 の 冷 却 時 間 に 対 す る硬 度 お よ び 組 織 の 成 分 割 合 を 容 易 に 推 定 す るこ とが で き る.例 え ば マ ル テ ン サ イ トが50%と な る と き の 冷 却 時 間 は 5.6sと な る.こ の 図 か ら,鋼 材 の 冷 却 時 の変 態 特 性 を 表 わ す 各 臨 界 冷 却 時 間 に対 応 す る理 度 を 求 め る と,Cz'に 対 し て は405,Cf'に 対 し て は375, Cp'に 対 し て は235,Ce'に 対 し て は 200が そ れ ぞ れ 得 ら れ る.こ れ ら の 値 をFig.2の 各 臨 界 冷 却 曲 線 の 末 端 に それ ぞ れ 記 入 し た. IV. 2HB鋼 の 連 続 冷 却 変 態 図 上 述 の2HA鋼 と 同 様 に し て,2HB 鋼 の 連 続 冷 却 変 態 図 を 作 成 し た.た だ し2HB鋼 のA3変 態 点 は339℃, A1変 態 点 は710℃ で,2HA鋼 の そ れ ら に較 べ て わ ず か な が ら 高 い 温 度 を 示 し,2HB鋼 の 連 続 冷 却 変 態 図 に は 横 軸 にA3点839℃ を 基 準 の0sと して 時 間 を 採 つ た.こ の 連 続 冷 却 変 態 図 をFig.4に 示 す.冷 却 試 片 の 代 表 的 な 顕 微 鏡 組 織 を

Photo.3に 示 す.Fig.4に は 諸 臨 界 点z,f,p,eを

通 る 臨 界 冷 却 曲 線 を も あ わ せ 記 入 し た.同 図 か ら 各 臨 界 冷 却 時 間 を 求 め る と,Cz'が1.3s,Cf'が2.1s,Cp' が19s,Ce'が190sと な る.Fig.5は 連 続 冷 却 変 態 図 の作 成 の た め に1350℃ に 急 速 加 熱 し そ の 温 度 に 保 持 しな い で 直 ち に 種 々 の 冷 却 方 法 で 冷 却 し た 多 数 の 試 片 の ビッ カ ース 硬 度 ま た は 組 織 成 分 の 面 積 割 合 と_{,As変 態} .点(839℃)か ら500℃ ま で の 冷 却 時 間 と の 関 係 を 示 し た も の で あ る.こ の 図 か ら 各 臨 界 冷 却 時 間 に 対 応 す る 硬 度 を 求 め る と,Cz'に 対 し て は430,Cf'に 対 して は 365,Cp'に 対 し て は235 ,Ce'に 対 し て は197と な

る.

これらの

硬度値 Fig.4に 各 臨 界 冷却 曲線 の 末 端

に記天

した.

_{またFig.5で マル テ ンサ イ トの面 積 割 合}

Photo. 2. Microstructure of several specimens cooled with various ways to obtain the C.C.T. diagram of steel 2HA.

Fig. 3. Relations between hardness or area percentage of

constituent and cooling time for the steel 2HA.

が50%と な る.冷 却 時 間 を 求 め る と2.3sと な る.

V.

臨 界 冷却 時 間の 推 定

諸 臨 界 冷 却 時 間 の う ち,鋼 材 の 溶 接 性 お よ び 溶 接 条 件 の 決 定 に も つ と も 関 係 深 い も の はCf'臨 界 冷 却 時 間 で あ る19)∼32).著 者 ら は す で に 軟 鋼 お よ びMn-Si系 高 張 力 鋼 の 圧 延 の ま ま,ま た は 焼 な ら し を お こ な つ た 鋼 材 に つ き 多 数 の 連 続 冷 却 変 態 図 を 作 成 し,Cr',Cz'お よ び 50%マ ル テ ン サ イ ト冷 却 時 間 と そ れ ら の 化 学 成 分 と の 関 係 を 検 討 し,つ ぎ の 実 験 式 を 求 め た11). 10g(50%MCT)==8.79Ceq-1.52 logCf'=8.59Ceq-1.69 10gCz'=7.84Ceq==1.81 炭 素 当 量Ceq-(c+1/12Mn+1/24si)% ― 21 ―

これ ら の式 は 炭 素 含 量が0.10∼ 0.18%,珪 _{素 含 量 が .0.01∼0.53%,} マ ンガ ン含 量 が0.41∼1.40%の 各 範 囲 で,P,s,Cu,Ni,Crな ど が 不 純 物 と して の み 含有 され る にす ぎ ない.キ ル ド鋼,セ ミキル ド鋼 お よ び リム ド鋼 に つ い て得 られ た 結 果 で あ る.これ らの 式 は,横 軸 に炭 素 当 量Ceq=(C+1/12Mn+1/24Si) %を と り,縦 軸 に対 数 目盛 の臨 界 冷 却 時 間Cf',をCz'お よび50%マ ル テ ンサ イ ト冷 却 時 間(50%MCT)を とる と,Fig.6で 示 され る よ う に, そ れ ぞ れ1本 の 直 線 で表 わ され る. こ の図 には す で に著 者 らが 作 成 した 軟 鋼お よ びMn-Si系 の 高 張 力 鋼 の 連 続 冷 却 変 態 図か ら得 られ た 測定 点 が プ ロ ッ トされ て い る. 本 報 で は 焼 入れ 焼 も ど しの 調 質 を 施 したMn-Si系 高 張 力 鋼2Hに つ い て,前 述 の よ うに連 続 冷 却 変態 図 を 作 成 した の で,こ れ らの 図か ら得 られ たCf',Cz'お よび50%マ ル テ ン サ イ ト冷却 時 間 をFig.6の 中 に プ ロ ッ トして見 た.こ れ に よ る と,調 質 鋼 につ い て も測 定 点 が 大 体 この関 係 直 線 上 に それ ぞ れ の る こ とがわ か る.し た が つ てFig.6は この種 調 質 鋼 につ い て も適 用 され,こ の 図 を 用 い て 任 意 の鋼 材 の炭 素 含 量,珪 素 含 量 お よび マ ン ガ ン含 量か ら臨 界 冷 却 時 間Cf',Cz'お よび50%マ ル テ ンサ イ ト冷 却 時 間 のお お よそ の値 を 推定 す る こ とが 可 能 で あ る. な お この 炭 素 当量 をeq=(を+1/12Mn+1/24Si)% か らわか る よう に,鋼 材 の 炭 素含 量 は マ ンガ ン含 量お よび 珪 素 含 量 に較 べ て,Cf'臨 界冷 却 時 間 な どに い ち じ る し く敏 感 に影 響 す る も の で あ る.

Fig. 4. Continuous cooling transformation diagram of the steel 2HB and its critical points, critical cooling'curves and critical cooling times. Max. heating temp.: 1350•Ž

Photo.3. Microstructure of several specimens cooled with various ways to obtain the C.C.T. diagram of steel 2HB.

Fig.5.Relations between hardness or area perce_??_of constituent and cooling time for the steel

Fig. 6. Relation between

carbon equivalent

of a

steel (Ceq=C+1/12Mn+1/24Si)

and its critical

cooling times Cz', Cf' or 50% martensite

cooling

time.

らに対 応 す る硬 度 値 を 同 図 に記 入 した.Ni-Cr-V系 の YI鋼 につ い て は, YH鋼 と同 様 に して そ の臨 界 点,臨 界 冷 却 曲 線 お よび臨 界 冷 却 時 間 をFig.8に 図 示 し,対 応 す る硬 度 値 を記 入 した.Ni-Cr-Mo-V-Ti系 のYF 鋼 お よびYG鋼 につ い て は,す で に 溶接 学 会 誌 上 で 報 告 した12). Table 3の 化 学 成 分 を有 す る各種60kg/mmmm2高 張 力 鋼 の臨 界 冷 却時 間お よび50%マ ル テ ンサ イ ト冷 却 時 間 を一 括 す る と, Table 4の よ うに な る. Table 3と Table 4を 見 較べ なが ら考 察 す る と,同 系 の2HA鋼 と 2HB鋼 につ い て は,炭 素 含 量 の 相 違 が諸 臨 界 冷 却 時 間 の値 に明 瞭 に現 われ てお り,0.11%Cを 有 す る2HB鋼 のCz', Cf', Cp', Ce'お よび50%マ ル テ ンサ イ ト冷 却 時 間 はい ず れ も,0.15%Cを 有 す る2HA鋼 のそ れ ら よ りもそ れ ぞれ 小 さ くなつ てい る.つ ま り炭 素 含 量 を 低 くす る と諸 臨 界 冷却 時 間 お よび50%マ ル テ ン サ イ ト 冷 却 時 間 は 小 さ くな つ て,溶 接 性 の 見 地か らは きわ めて 有 利 で あ る. Mn, Siの ほか にNi,Cr,Mo,V,Tiの うち適 当 な元

Table 3. Examples of 60kg/mmmm2 high tension steels.

VI. 60kg/mmmm2高 張 力 鋼 の 連 続 冷 却 変 態 図 の 比 較 60kg/mmmm2高 張 力鋼 にはMn-Si系 で 焼 入れ 焼 も ど しの調質 を施 した もの と,Mn,Siの ほか にNi,Cr, V,Mo,Tiな どの うち適 当な 元 素 を選 び出 して これ を 少量ずつ 添加 し調質 を施 さない もの ま た は若 干 調 質 を施 した ものが あ る.こ れ らの例 をTable3に 示 す.こ の 表にお け るMn-Si系 の2HA鋼 お よ び2HB鋼 は,本 報 で取 り扱 つた も ので あ る.Cr-V系 のYH鋼 につ い て は, そめ連続 冷却 変 態 図か ら得 られ る臨 界 点,臨 界 冷 却 曲 線 お よび臨 界冷 却 時間 をFig.7に 図 示 した*.ま た そ れ

Table 4. Critical

cooling times and 50%

mar-tensite cooling times of various

kinds

of

60kg /mm2 high tension steel.

― 23 ―

* 著 者 らの指導 の もと に当研 究 室 に お いて_{,他 の 研 究} 者 らによつ て 実験 し決 定 され た.

素 を選 んで 少 量 添 加 した鋼 材YF,YG,YH, YIに つ い て も炭 素 含量 の 影 響 は 甚 大 で あ つ て,炭 素 含量 さ え低下 させ れ ば他 の 諸 元 素 を 少 量添 加 して も,2H鋼 の 諸 臨 界 冷却 時 間 Cz',Cf',Cp'お よ び50%マ ル テ ンサ イ ト 冷 却 時 間 に近 い 鋼 材 を 作 り 得 る 可 能 性 が あ る.た だ し臨 界 冷 却 時 間Ce'に つ い て は, Cr,Mo,v,Tiな どの添 加 に よつ て い ち じ る し く大 き くな る.す な わ ちFig.7,Fig. 8で 見 られ る よ う に,中 間 段 階 組 織 が 冷却 時 間 の広 範囲 にわ た つ て 現 出 す る 傾 向が あ り,こ の点 に関 して はMn-Si系 の 高 張 力鋼 と大 い に異 な る と ころ であ る.か よ うに 中間 段 階 組 織 が 冷 却 時間 の広 範 囲 にわ た つ て現 わ れ る こ とは,鋼 材 の 溶接 変 質 部 を ね ば く強 く す る傾 向 が あ るの で,む し ろ望 ま しい こ とで あ る.Table4に お い てYH鋼 お よびYI 鋼 のCe'の 値 が1500s以 上 とな つ てお り, YF鋼 お よびYG鋼 の それ が2000s以 上 と な つ て い るの は,こ れ ら鋼 材 のCe'の 値 が 実 測 範 囲 内て は 求め られ なか つ た こ とを示 し て い る. す で に溶接 学 会誌 上 で 詳 述 した ご と く19)∼ 25)_{,鋼 材 の溶 接 変 質 部 の 延性 と割 れ 感 受 性 の} 観 点か ら は,Cf'臨 界 冷 却 時 間 が 重 要 で,こ の 値が 小 さい ほ ど良 好な 鋼 材 とい え ろ.そ こ でTable4のCf'の 値 につ い て 鋼 材 を比 較 す る と,2HB鋼 のCf'が も つ とも小 さ く つ ぎがYG鋼 とな つ てい る.2HB鋼 とYG 鋼 の炭 素 含 量 は とも に0.11%で あ つ て,き わ めて 低 い こ とは注 目 す べ き こ と が らで あ る.

VII.

結

言

著 者 らは 構造 用 鋼 材 の 溶 接 用 連続 冷 却 変 態 図 に 関 す る 一 連 の 研 究 をお こな い,溶 接学 会誌 上 に報 告 して 来 た. 本 報 に おい て は,こ れ らの 研 究 成 果 を基 礎 に し て さら に,Mn-Si系 で焼 入 れ 焼 も ど し の調 質 を施 し引 張 強 さ を60kg/mmmm2程 度 に高 め た 高 張 力 鋼2Hに つ い て連 続 冷 却 変 態 図 を 作 成 した. そ して この2H鋼 に つい て も,圧 延 の ま ま また は焼 な ら しを した 軟鋼 お よびMn-Si系 高 張 力鋼 につ い て得 ら れ たFig.6を 適 用 す る こ とが で き,こ の図 を 用 い て 任 意 の この種 鋼 の炭 素 当量 Ceq=(C+1/12Mn+1/24Si)%

Fig. 7. Critical points, critical cooling curves and critical cooling times in the C.C.T. diagram of steel YH.

Fig. 8. Critical points, critical cooling curves and critical cooling times in the C.C.T. diagram of the steel YI.

の値 か ら,臨 界 冷却 時 聞Cf',Cz'お よび50%マ ルテ ンサ イ ト冷 却 時 間 を 推 定 す る こ とが で き る こ とを述べ た. つ ぎ に引張 強 さ60kg/mmmm2を 有 す る 各種 高張 力鋼 の比 較 を お こな つ た.溶 接 変 質部 の延 性 お よび 割れ感受 性 の 観 点 か ら,初 析 フ ェ ライ トの有 無 を表 わ す臨 界の冷 却 時 間Cf'が 重 要 で,こ の 値 の 小 さ い 鋼 材が 望 ま しい が,そ れ に は い ずれ の 鋼種 に つ い て も炭 素 含 量を極 力俸 下 させ る こ とが重 要 で あ る こ とが わ か つ た. 終 りに 臨 み,本 実 験 に熱 心 に協 力 され た上 野純 美君に ― 24 ―

深〓な る感 謝 の意 を表 す る.な お本 研 究 の た め2H鋼 材 の 入手に便 宜 を与 え られ た 株 式 会社 日本 製 鋼 所 に対 し厚 く御礼申 し上 げ る.(昭 和34年11月 寄 稿) 文 献 1) 関 口,稲 垣,轟 木:"高 張 力 鋼Wel-ten 55の 連 続 冷 却 変 態 図 と 溶 接 変 質 部 の 組 織 お よ び 性 質 (第1報)", 溶 接 学 会 誌, 26 (1957), No.8, 504 ∼511 2) 関 口,稲 垣:"同 上 (第2報)", 同 上, 26 (1957), No.9, 579∼585 3) 関 口,稲 垣,佐 藤:"同 上(第3報)",同 上,26 (1957), Noほ1, 703∼714 4) 関 口,稲 垣:"同 上(第4報)",同 上 , 27 (1958), No.4, 194∼200 5) 関 口,稲 垣:"同 上(第5報)",同 上, 27 (1958), No.4, 201∼206 6) 関 口,稲 垣:"同 上 (第6報)" _{, 同 上, 27 (1958),} No.4, 207∼212 7) 関 口,稲 垣:"溶 接 用 諸 鋼 材 の 連 続 冷 却 変 態 図 (第1報)"同 上, 27 (1958), No. 6, 340∼346 8) 関 口,稲 垣:"同 上 (第2報)", 同 上_{, 27 (1958),} No.7, 394∼400 9) 関 口,稲 垣:"同 上(第3報)" _{,同 上,28 (1959),} No.8, 517∼524 10) 関 口,稲 垣:"同 上 (第4報)" , 同 上, 28 (1959), No.8, 525∼530 11) 関 口,稲 垣:"同 上 (第5報)" , 同 上, 28 (1959), No.11, 799-806 12) 関 口,稲 垣:"同 上(第6報)" _{,同 上,28 (1959),} No.11, 807-814 13) 関 口,稲 垣:"同 上(第7報)" , 28 (1959), No. 12, 864-870 14) 関 口,稲 垣,佐 藤:"高 張 力 鋼 溶 接 変 質 部 の 冷 却 状 況 と 顕 微 鏡 組 織 お よ び 硬 度(第1報)" ,同 上, 26 (1957), No.12, 752∼757 15) 関 口,稲 垣,佐 藤:"同 上(第2報)",同 上,27 (1958), No.2, 92∼98 16) 関 口,稲 垣,佐 藤:"同 上(第3報)",同 上,27 (1958), No.2, 99∼104 17) 関 口,稲 垣:"同 上(第4報)"同 上,27 (1958), No.11,653∼659 18) 関 口,稲 垣,宮 田:"同 上(第5報)", 同 上,27 (1958), No.12, 730∼736 19) 関 口, 稲 垣:"溶 接 用 諸 鋼 材 の 冷 却 時 間 と 脆 性 (第1報)",同 上,27 (1958), No.8, 457∼460 20) 関 口,稲 垣:"同 上(第2報)",同 上,27 (1958), No.8, 461∼465 21) 関 口,稲 垣:"同 上(第3報)",同 _{上 ,27 (1958),} No.9, 526∼530 22) 関 口,稲 垣,比 企 野:"同 上(第4報)" ,溶 接 学 会 秋 季 学 術 講 演 会 に 発 表(1959年10月) 23) 関 口,稲 垣,伊 野 宮:"同 上(第5報)"同 上, 24) 関 口,稲 垣,伊 野 宮:"同 上(第6報)",同 上 25) 関 口,稲 垣,成 田:"諸 鋼 材 の 冷 却 時 間 と 溶 接 割 れ",同 上 26) 稲 垣:"鋼 材 の 溶 接 諸 条 件 と 冷 却 時 間(第1報)" 溶 接 学 会 誌,27(1958),No.12,716∼722 27) 稲 垣:"同 上(第2報)" _{,同 上,28 (1959), No.} 1, 25∼31 28) 稲 垣"同 上(第3報)",同 上, 28 (1959), No.1, 32∼38 29) 稲 垣"同 上(第4報)",同 上,28 (1959) _{, No.2,} 97∼102 30) 稲 垣:"同 上(第5報)",同 上 , 28 (1959), No.2, 103∼107 31) 稲 垣:"同 上(第6報)",同 上, 28 (1959), No.4, 236∼243 32) 稲 垣:"同 上(第7報)" _{,同 上, 28 (1959), No.4,} 244∼249 ― 25 ―