の化学組成S690QL(焼入れ焼き戻し、最小降伏 690 MPa、低温靱性) は、その恐るべき強度と靱性の組み合わせを達成するために細心の注意を払って設計されています。-ただし、この組成は溶接に独特で要求の厳しい一連の条件を生み出し、各要素が溶接継手の性能、完全性、最終特性を決定する上で重要な役割を果たします。
ここでは、S690QL の主要な構成要素が溶接性能にどのように直接影響するかを詳細に分析します。
1. 基本原則: 溶接のパラドックス
S690QL は、高い焼入性 (低炭素ベースの厚肉部分で 690 MPa の強度を達成するため) と低温での高い靭性を実現するように設計されています。-この同じ硬化性により、熱影響部 (HAZ) が溶接の熱サイクルに対して非常に敏感になり、中心的な課題が生じます。
2. 溶接性能に対する要素別の影響--
カーボン(C)
低 (~0.15 - 0.18% 最大) 焼入れ性と亀裂感受性のマスターレギュレーター。低炭素は、S690QL の溶接性を可能にする最も重要な要素です。これにより、炭素当量（CEV）が減少し、HAZ で硬くて脆いマルテンサイトが形成される傾向が減少します。利点: 水素誘起冷間割れ（HICC）-のリスクが大幅に低下します。
トレードオフ: 固有の焼入性が低下しますが、他の元素 (B、Mn) によって補われます。マンガン (Mn) 高濃度 (~1.0 - 1.7%) 強力な焼入性向上剤および固溶体強化剤。焼入れ性を高め、中程度の冷却速度でも HAZ でのマルテンサイト変態を確実にします。リスク: 高マンガンは C と結合して CEV に大きく寄与します。冷却が速すぎると、完全なマルテンサイト HAZ の形成が促進されます。
緩和: 予熱によって冷却速度を制御し、このマルテンサイトの自動焼き戻しを可能にします。{0}{1}{1}ケイ素 (Si) 中程度 (0.15 - 0.60%) 脱酸剤および固溶体強化剤。溶接池の流動性を高めますが、スラグ中に脆いケイ酸塩が形成される可能性があります。一般に、溶接池の制御に有益です。その主な溶接影響は、強度への寄与を通じて間接的です。微小-合金 (Nb、V、Ti) 精密添加物 (それぞれ<0.10%) Grain Refiners & Precipitation Strengtheners. In the base metal, they provide strength and toughness via fine grains and precipitates. Major Welding Impact: These elements form stable carbonitrides that pin grain boundaries. During the weld thermal cycle:
• 亜臨界 HAZ では: 析出物が粗大化し、強度が低下する可能性があります。
• 粒内-粗大HAZ（GC-HAZ）: 部分的に溶解し、過剰なオーステナイト粒成長が可能になります。急速に冷却すると、粗粒のマルテンサイト/ベイナイト組織が形成されます。これは最も脆い領域であり、亀裂が発生しやすい場所です。これは溶接手順開発の重要な焦点です。ホウ素 (B) トレース (0.0005 - 0.003%) 究極の硬化性乗数。微量でも粒界に偏析し、ソフトフェライトの形成を遅らせることで焼入れ性が劇的に向上します。重要な意味: ホウ素の効果は熱サイクルに非常に敏感です。境界臨界 HAZ では、ホウ素が再偏析し、靭性が低下した局所脆化帯（LBZ）が生成される可能性があります。{10}溶接手順では、この領域のピーク温度と冷却速度を管理する必要があります。ニッケル (Ni) プレミア靱性強化剤がよく添加されます (最大 ~2%)。母材と、重要なことに溶接金属と HAZ の両方の靭性が向上します。延性-脆性転移温度を下げます。溶接の利点: 溶接継手、特に S690QL1 (-60 度) のような路盤の適切な破壊靱性を確保するための最も重要な合金元素。これにより、HAZ 微細構造の耐性が高まります。クロム (Cr) とモリブデン (Mo) の添加量を制御し、焼入性と焼戻し耐性を高めます。強度を高め、焼き戻し時の軟化を遅らせます。 CEV を増加させ、マルテンサイトの形成を促進します。 Mo は特に、溶接後の熱処理後の HAZ における焼き戻し脆化のリスクを軽減します。-不純物 (P、S) 超低- (P 0.020% 以下、S 0.010% 以下) 脆化元素。溶接の完全性にとって重要: 低リンにより、溶接金属の凝固亀裂の感受性が最小限に抑えられます。超低硫黄は、高温割れを防止するために不可欠であり、さらに重要なことに、厚く拘束された溶接部でのラメラ断裂のリスクを軽減するために不可欠です（そのような用途には Z 品質の鋼が必要です）。
3. 合成: 組成によって駆動される主要な溶接性能現象
A. 熱影響部（HAZ）の軟化と脆化-
メカニズム: 溶接の熱サイクルにより、微細構造の勾配が形成されます。最もクリティカルなゾーンは次のとおりです。
-焼戻しゾーン（600 度 - Ac₁）を超えると、強度が約 550～600 MPa に低下する可能性があります。
中間臨界領域および結晶粒粗大領域: 微小合金の析出物が乱され、結晶粒の成長が発生し、局所的な靭性が最小になる可能性がある領域です。-
設計への影響: 軟化した HAZ は、静荷重がかかる溶接継手の弱い部分になります。接合部の強度は、690 MPa の母材ではなく、このゾーンによって制限されます。
B. 水素-誘起冷間割れ（HICC）感受性
式: リスク=感受性微細構造 (マルテンサイト) + 水素 + 引張応力
S690QL のプロファイル: 低炭素含有量が主な防御策であり、形成されたマルテンサイトの硬度 (したがって感受性) を低下させます。ただし、（B、Mn による）高い焼入性は、冷却が抑制されない場合、HAZ にマルテンサイトが形成されることを意味します。
防止戦略: 超低水素プロセス（GMAW、焼き付けフラックスを使用した SAW）、冷却を遅らせるための予熱（厚さ/CEV に基づいて 80-150 度）、水素拡散を可能にするための溶接後の保持の義務化。-
C. 溶接金属のマッチングと水素管理
消耗品の選択: 目標は、強度と優れた靭性を両立させることです。これは難しいですね。多くの場合、- 適合性をわずかに下回る消耗品 (例: 最大 620 MPa の降伏) が使用されます。これは、靭性がより保証され、亀裂の感受性が低いためです。溶接金属は、水素ポテンシャルが非常に低いことも必要です。
水素の課題: 完璧な手順を行ったとしても、溶接金属は鋳造構造として凝固し、本質的により多くの水素を閉じ込めます。近くの硬く応力のある HAZ への拡散が主な亀裂リスクです。
4. 化学が規定する溶接手順の要点
上記を考慮すると、S690QL の堅牢な溶接手順には次のものが含まれる必要があります。
低入熱: HAZ の幅と結晶粒成長の範囲を最小限に抑えるため。ターゲット: 0.5 - 1.5 kJ/mm。
厳密な予熱およびパス間の温度制御: 冷却速度を管理し、マルテンサイトの形成を防ぎ、水素の逃がしを可能にします。温度は実際の CEV と厚さに基づいています。
Post-Weld Heat Treatment (PWHT) Consideration: For thick sections (>30mm) または高度に拘束された接合では、有害な残留応力を軽減し、HAZ マルテンサイトを焼き戻すために、~550-580 度の PWHT が使用されますが、過焼き戻しゾーンはさらに軟化します。-これは設計上の重要なトレードオフです。
必須の-溶接後の改善:-溶接止端部の高周波機械衝撃（HFMI/UIT）処理は、亀裂-が発生しやすい HAZ 領域の寿命を延ばすために、疲労負荷のかかる構造に対して強く推奨されます。{2}
結論: 構成的に設計された妥協
S690QL の化学組成は冶金学的に妥協した傑作であり、原理的には溶接可能ですが、実際には厳しいものになります。
低炭素とニッケルは溶接機の味方であり、耐亀裂性と靭性の基礎を提供します。
高マンガン、ホウ素、超微合金は敵であり、本質的に硬く、局所的に脆くなり、軟化する HAZ を生成します。{0}
-超低不純物は、ラメラ引き裂きなどの壊滅的な故障モードを防ぐために不可欠な要素です。
したがって、S690QL の溶接を成功させるには、単に手順に従うだけではありません。それは、その行動の背後にある化学的要因を理解し、尊重することです。この手順は、プレートの特定の化学プロファイルに合わせて対応する必要があり、苦労して獲得した靭性を維持しながら、材料本来の硬化性を緩和する方法で熱サイクルを制御するように設計されています。-