CN100441725C - 声音各向异性小的高强度高韧性贝氏体非调质钢板 - Google Patents

Abstract

本发明的钢板，以质量%计，含有：C：0.02～0.08%、Si：0.05～0.50%、Mn：1.0～2.5%、P：0.015%以下(不含0%)、S：0.006%以下(不含0%)、Cr：0.50～1.50%、Ti：0.005～0.030%、N：0.0030～0.0080%、固溶Nb：0.005%以下(含0%)、固溶B：0.0006～0.0021%。本发明的钢板，贝氏体的占空因数为90%以上，与主轧制方向平行的板厚剖面中的旧奥氏体结晶粒径的平均长宽比为1.8以上但在5.3以下，抗拉强度为570MPa以上。本发明的钢板，是声音各向异性小的，韧性优异的非调质钢板。

Description

声音各向异性小的高强度高韧性贝氏体非调质钢板

技术领域

本发明涉及一种声音各向异性小的高强度高韧性贝氏体非调质钢板，特别是涉及声音各向异性小，且韧性优异的抗拉强度为570MPa以上的非调质型贝氏体钢板。

背景技术

在作为建筑结构物和桥梁等的大型结构物用所使用的钢板中，要求其具有高强度和高韧性。并且，在作为建筑用和桥梁用而被使用时，因为若在钢板内部存在缺陷，则该部分容易成为破坏发生的起点，所以一般需要进行利用超声波探伤试验来调查缺陷部分的有无。但是，因为根据探伤方向声速显著地变化，而不能以超声波探伤试验检测出焊接缺陷部的正确的位置，所以在钢板中，还要求所谓的“声音各向异性”小。

此外，除上述各种特性之外，从制造成本降低的观点出发，而寻求所谓非调质，也就是说即使在离线不进行淬火回火，也能够充分地确保上述特性。

作为声音各向异性少且低屈服比的非调质钢的制造方法，例如在特开平01-301819号公报中示出，在Ar3附近的γ/α2相域进行轧制时，不仅加工铁素体生成，屈服比显著地上升，而且由于集合组织的生成，声音各向异性也变大，由此设最终轧制的下限为Ar3。并且指出，添加0.003％以上的应该确保强度的Nb而实现析出硬化。但是，若这样使Nb含量增加，虽然能够容易地确保强度，但是有声音各向异性变大的倾向。

特开平09-256042号公报是关于“材质偏差少且声音各向异性的小的高强度钢材的制造方法”的技术，段落“0035”示出，“为了令声音各向异性小，下面所示的制造工序适于利用。即，对成分调整为上述的基本组成的钢坯实施热轧等的成形加工之后，首先，通过再加热到860℃以上的温度而冷却，为了在热加工后的冷却过程所形成的贝氏体组织再次相变为奥氏体，在热加工后的冷却过程所形成的相变集合组织消失，通过继续再加热后的冷却，与上述同样均等，而且形成有没有集合组织的贝氏体组织。其结果是，钢材的声音各向异性变小”。不过，该方法在热轧后要进行热处理，并非涉及非调质钢板。还有考虑到为了同时确保优异的韧性，有必要进行改善。

在特开平11-193445号公报中，示出了在轧制的原态下钢板的厚度方向的韧性以及声音各向异性优异的抗拉强度为590MPa级的焊接用极厚钢板及其制造方法，其表示为作为热轧条件，特别是通过将加热温度设为1050℃～1250℃，实现再结晶晶粒细化而确保韧性，并且通过控制在950℃以下的温度区域中的累计压下率和轧制最终温度，从而减小声音各向异性。不过考虑到为了声音各向异性的同时确保更优异的韧性，而有必要进行改善。

并且，在特开2002-053912号公报中，公示了声音各向异性小，焊接性优异的非调质型低屈服比高张力钢板的制造方法，具体来说其指出，通过使在奥氏体的未再结晶区的累计压下率为60％以下，并且设轧制最终温度为(奥氏体的未再结晶化温度-80℃)以上，由JIS Z 3060规定的横波音速比CSL/CSC[将振动方向作为L方向(主轧制方向)和C方向(与L方向直角的方向)而得到的横波音速值CSL(m/s)/CSC(m/s)的比]的值能够在1.02以下。并且在特开2004-300567号公报中指出，如果旧奥氏体粒的平均长宽比(“长径/短径”的比)为1.8以下，则能够达成横波音速比为1.02以下的低声音各向异性。但是，在这些技术中，考虑到声音各向异性的同时确保更优异的韧性，也要求进一步改善。

发明内容

本发明鉴于上述情况而进行，其目的在于，提供一种声音各向异性小，韧性优异的抗拉强度为570MPa以上的贝氏体非调质钢板。

本发明的钢板，含有：

C：0.02～0.08％(质量％的意思，以下相同)，

Si：0.05～0.50％，

Mn：1.0～2.5％，

P：0.015％以下(不含0％)，

S：0.006％以下(不含0％)，

Cr：0.50～1.50％，

Ti：0.005～0.030％，

N：0.0030～0.0080％，

固溶Nb：0.005％以下(含0％)，

固溶B：0.0006～0.0021％；

贝氏体以占空因数(lamination factor)计含有90％以上；

在与主轧制方向平行的板厚剖面中的旧奥氏体结晶粒径的平均长宽比(主轧制方向的平均粒径/板厚方向的平均粒径)为超过1.8但在5.3以下；

抗拉强度为570MPa以上。

在本发明的钢中，根据需要，含有如下成分也为有效，

(a)从Cu：0.05～1.20％、Ni：0.05～1.20％、及Mo：0.03～0.50％构成的群中任选1种以，

(b)Ca：0.0005～0.005％及/或REM：0.0003～0.003％，对应这些所含有的成分，能够进一步提高钢板的特性。

本发明的钢板，因为具有高强度且高韧性，并且声音各向异性小，所以作为建筑结构物和桥梁等的大型结构物用最为适宜。

附图说明

图1是表示长宽比与破面转变温度(vTrs)的关系的曲线图。

图2是表示长宽比与声音各向异性的关系的曲线图。

图3是表示Nb量与破面转变温度(vTrs)的关系的曲线图。

图4是表示固溶B量与抗拉强度(TS)的关系的曲线图。

图5是表示固溶B含量与破面转变温度(vTrs)的关系的曲线图。

具体实施方式

本发明者们，为了以非调质得到声音各向异性小，韧性优异的抗拉强度为570MPa以上的贝氏体钢板，而进行锐意研究，发现控制与主轧制方向平行的板厚剖面中的旧奥氏体结晶粒径的平均长宽比(主轧制方向的平均粒径/板厚方向的平均粒径)，并且控制成分组成十分重要。

图1表示上述长宽比与作为韧性的指标的破面转变温度(vTrs)的关系，长宽比和破面转变温度任一方均以后述实施例所示的方法求得。由此图1可知，若上述长宽比超过1.8，则据此能够确保破面转变温度(vTrs)为-50℃以下和显著优异的韧性。上述的长宽比为2.8以上，能够确保破面转变温度(vTrs)为-60℃以下和更优异的韧性，所以优选。进一步优选长宽比为4.3以上。

在本发明中，在确保如此优异的韧性的同时，为了确保低的声音各向异性而设定长宽比的上限，进行长宽比的控制十分重要。

图2表示上述长宽比与声音各向异性的关系，长宽比与声音各向异性(横波音速比CSL/CSC)任一个均由后述的实施例所示的方向求得。从此图2可知，为了使横波音速比CSL/CSC至少为1.02或者在此之下，并减小声音各向异性，上述长宽比设为5.3以下十分必要。因为上述长宽比为4.6以下，声音各向异性更小，所以为优选。从取得更小的声音各向异性的观点出发，更优选长宽比为3.7以下。

为了确保上述韧性，并且确保高强度，将上述长宽比控制为超过1.8，并且控制钢中的固溶Nb量，还有固溶B量与Cr量非常有效。

图3是表示固溶Nb量与破面转变温度(vTrs)的关系，在固溶Nb以外的成分在规定范围内，使固溶Nb含量在0～0.027％之间变化的钢材中，测定了破面转变温度(vTrs)。由此图3可知，为了确保破面转变温度(vTrs)为-50℃以下和优异的韧性，需要将固溶Nb量抑制于0.005％以下。优选为0.004％以下，更优选抑制为0.003％以下。

并且为了在确保强度稳定的同时，形成高韧性的贝氏体组织，代替具有淬火性提高效果的Nb，需要使其含有适量的固溶B和Cr。

图4是表示固溶B量与抗拉强度(TS)的关系，在固溶B以外的成分在规定范围内的仅使固溶B量变化的钢材中，测定抗拉强度，整理了结果。从此图4，为了达到570MPa以上的抗拉强度，有必要使固溶B量为0.0006％以上。通过增加固溶B量而提高淬火性，能够降低岛状马氏体(MA)的生成量充分确保贝氏体组织，能够进一步提高抗拉强度。优选将固溶B量设为0.0008％以上。

但是，若使固溶B量增加，则韧性的确保困难。图5是表示固溶B量与破面转变温度(vTrs)的关系，在固溶B以外的成分在规定范围内的仅使固溶B量变化的钢材中，测定破面转变温度(vTrs)，整理了结果。从此图5，为了确保破面转变温度(vTrs)为-50℃以下和优异的韧性，需要将固溶B量抑制于0.0021％以下。优选为0.0017％以下，更优选为0.0013％以下。

并且，为了充分确保保证强度的贝氏体组织，以实现高屈服强度化与韧性的提高，添加Cr对促进贝氏体相变，降低MA的生成量有效。为了发挥Cr的这样的效果，有必要将Cr含量设为0.50％以上。优选为0.7％以上，更优选为0.8％以上。但是若使Cr过量地含有，则因为使焊接接头的韧性劣化，所以抑制在1.50％以下。优选为1.3％以下。

本发明的钢板是贝氏体钢板，以占空因数计含贝氏体为90％以上。优选贝氏体以占空因数计为95％以上。还有，作为在贝氏体以外在制造过程中可能不可避免地形成的组织，有时会含有铁素体和MA，但优选其为尽可能少的程度，在本发明中抑制在10％以下。优选为低于5％，更优选为低于3％。

本发明，通过特别是上述长宽比的控制和控制固溶Nb量、固溶B量及Cr量，在570MPa以上的高强度区域中确保优异韧性，并且能够达到低的声音各向异向，但是为了确实地发挥该作用效果，有必要如下控制其他的成分。

<C：0.02～0.08％>

C是用于确保强度(TS与YS)的重要的元素，在本发明中至少使之含有为0.02％。优选为0.025％以上，更优选为0.030％以上。但是若使C过量地含有，则在热轧后的冷却时，贝氏体不生成而马氏体变得易于生成，难以得到期望的韧性。并且在奥氏体相变时，C容易局部的浓化，MA的生成量增大而提高屈服强度变得困难。因此C含量设为0.08％以下。优选为0.06％以下，更优选为0.05％以下。

<Si：0.05～0.50％>

Si是抑制MA的生成量而提高屈服强度的元素。并且也是作为脱氧剂有用的元素，为了有效地发挥此作用，有必要使之含有为0.05％以上。优选为0.07％以上。但是，若使Si过量地含有，则韧性降低，所以其上限设为0.50％。优选为0.40％以下，更优选为0.30％以下。

<Mn：1.0～2.5％>

Mn是提高淬火性有助于钢板的高强度化(高TS和高YS化)的元素。并且，还具有使贝氏体细微化以提高韧性的作用的元素。为了有效地发挥此作用，需要使Mn含有1.0％以上。优选为1.4％以上。但是，若Mn含量变得过量，则淬火性变得过高而使韧性显著劣化。因此在本发明中设为2.5％以下。优选为2.0％以下。

<P：0.015％以下(不含0％)>

因为P是对韧性造成不良影响的元素，所以要求极力减少，在本发明中抑制在0.015％以下。优选为0.010％以下。

<S：0.006％以下(不含0％)>

因为S会生成粗大的硫化物而使韧性劣化，所以要求极力减少。因此在本发明中抑制在0.006％以下。优选为0.004％以下。

<Ti：0.005～0.030％>

Ti是有助于高屈服强度化的元素。其结果是，能够提高钢板的强度(TS和YS)。并且，其还是将固溶N作为TiN固定，使固溶B量增加而提高淬火性，抑制MA的生成对确保贝氏体组织有效的元素。此外，其还具有抑制旧奥氏体结晶粒的粗大化，防止韧性的劣化的作用。为了有效地发挥此作用，需要使之含有为0.005％以上。优选为0.010％以上。但是，若使之过量含有，则反而导致韧性的降低，所以设为0.030％以下。优选为0.020％以下。

<N：0.0030～0.0080％>

N与Al和Ti化合形成氮化物，通过组织的细微化有效地对韧性的提高发挥作用。为了有效地发挥此作用，要求使之含有为0.0030％以上。优选为0.0040％以上。但是，若使N过量含有，则因为使焊接接头韧性劣化，所以N含量抑制在0.0080％以下。优选为0.0070％以下，更优选为0.0060％以下。

由本发明所规定的含有元素如上所述，剩余部成分实质上是Fe，但是在钢中，根据原料、材料、制造设备的状况，作为被带入的不可避免的杂质，不用说允许0.070％以下的Al等的混入，在不会对所述本发明的作用带来不利影响的范围内，如下所述，还可以积极地含有其他元素。

<从由Cu：0.05～1.20％、Ni：0.05～1.20％、及Mo：0.03～0.50％组成的群中选择1种以上>

这些元素，任一个均是有利于确保强度的元素，Cu是通过固溶强化和析出强化，而对提高强度(TS和YS)有效地发挥作用的元素。为了有效地发挥此作用，优选使Cu含有为0.05％以上。更优选为0.10％以上。但是，若使之过量含有，则因为阻碍热加工性，所以优选为1.20％以下。更优选为1.0％以下。

Ni是使母材的强度与韧性同时提高的元素。为了有效地发挥此作用，优选使之含有为0.05％以上。更优选为0.10％以上。但是，若过量地含有，则因为使成本增加，所以优选抑制在1.20％以下。更优选为1.0％以下。

Mo是提高淬火性，对确保钢板的强度(TS和YS)有效的元素。并且，通过使之与B一并含有，能够使在轧制后的冷却时的淬火性得到控制，从而使强度(TS)与韧性的平衡最佳化。为了发挥此作用，需要使之含有为0.03％以上。更优选为0.05％以上，进一步优选为0.10％以上。但是，若使之过量含有，则因为使韧性劣化，所以可以设为0.50％以下。更优选为0.40％以下。

<Ca：0.0005～0.005％及/或REM：0.0003～0.003％>

Ca通过将S作为CaS固定，并且控制作为粒状的非金属夹杂物的形态，而有助于使韧性提高，防止自偏析部的破坏。为了使这样的效果充分发挥，优选使Ca含有为0.0005％以上(更优选为0.0010％以上)，但是，使之过量含有，则不仅该效果饱和，而且韧性反而劣化。因此，优选Ca含量为0.005％以下，更优选为0.004％以下。

稀土类金属(在本说明书中简称为REM)与上述Ca同样，也是作为硫化物将S固定，有效地作用于使偏析部的韧性提高。为了发挥该效果，优选使REM含有为0.0003％以上。更优选为0.0010％以上。但是若使之过量含有，则由于过量的非金属夹杂物的存在，反而使韧性劣化。因此，优选抑制在0.003％以下，更优选为0.0025％以下。

为了制造本发明的钢板，可以基本上采用由连铸法或铸块法所制作的扁坯，通过热轧-冷却-热处理的通常的方法制造，但是，为了满足上述各必要条件，推荐热轧时的加热温度为1000～1200℃，将未再结晶区的全压下量控制在10％以上但在50％以下，并且设热最终轧制温度为850℃，此外，到达热最终轧制后的400℃为止的冷却，进行空冷或加速冷却(3℃/s以上)。

首先，热轧时的加热温度设为1000～1200℃。可以通过将钢片加热至1000℃以上，因为能够使Nb与B固溶，能够抑制奥氏体粒的过度的细微化，所以可以提高淬火性。其结果是，能够抑制MA的生成而实现高屈服强度化。更希望优选加热至1050℃以上。但是，若加热温度超过1150℃，则因为奥氏体粒粗大化而韧性劣化，所以加热温度设为1200℃以下。更优选为1100℃以下。

将γ(奥氏体)未再结晶区的全压下量设为10％以上但在50％以下。通过控制该压下量，能够使长宽比在规定的范围内。因为若该压下量低于10％，则长宽比过小，所以不为优选。可以更优选γ未再结晶区的全压下量为15％以上。但是，若该压下量超过50％，则长宽比变得过大，声音各向异性提高，所以不为优选。可以更优选在γ未再结晶区的全压下量为40％以下。

最终轧制温度(FRT)可以设为850℃以上。这是因为通过设为该温度以上能够抑制长宽比的上升，确保声音各向异性。更优选为870℃以上。另一方面，最终轧制温度过高，γ未再结晶区的加工不足，韧性劣化，由此优选在890℃以下进行。

热轧后的冷却，可以由空冷或在3℃/sec以上，从最终轧制结束温度冷却到400℃。这样在热轧后，通过空冷或加速冷却，防止奥氏体相变时的C的扩散所致的C的浓化，能够抑制MA的生成，作为结果是能够提高屈服强度。可以更优选为5℃/sec以上，进一步优选在7℃/sec以上进行冷却。不需要进行该冷却后的回火，本发明的钢板由非调质而得到。

本发明的钢板，因为具有如上所述的高强度且高韧性，并且声音各向异性小，所以最适于桥梁和建筑结构物、造船、海洋结构物的制造。还有，本发明的钢板，被分类为板厚10～100mm和厚钢板。

下面，列举实施列更为具体地说明本发明，但是，本发明当然不受下述实施例的限制，也可以在能够符合前·后述的宗旨的范围，加以适当地变更而实施，这些全都包含于本发明的技术范围。

实施例

将下述表1所示成分组成的钢(剩余部为Fe及不可避免的杂质)以通常方法熔炼，成为扁坯之后，加热至1000～1200℃，以下述表2所示的条件进行轧制，冷却到400℃得到钢板。在下述表2中，分别表示γ未再结晶区的全压下量、最终轧制温度(FRT)、从最终轧制结束后到400℃的冷却速度、及钢板的板厚。

使用所得到的钢板，求得金属组织、旧奥氏体粒径的长宽比、固溶Nb量、固溶B量，并且分别以下述要领评价声音各向异性、拉伸特性(屈服强度、抗拉强度)、韧性(冲击特性)。

(金属组织的观察)

从钢板的t/4(距表面1/4的深度)位置采取试验片，对该试验片进行硝酸乙醇腐蚀液腐蚀，进行光学显微镜观察(倍率100倍)，求得贝氏体组织的面积率，在任意选择的3个视野中进行同样的观察，计算出贝氏体组织的面积率的平均值。并且，从整个组织(100％)减去上述贝氏体组织的面积率，而求得其他的组织(铁素体和MA等)的面积率。

在作为其结果，在下记述2中，贝氏体以面积率计占90％以上的表示为“B”，贝氏体以面积率计低于90％，而作为第2相的铁素体生成的表示为“F+B”。

(旧奥氏体粒径的长宽比的测定)

进行硝酸乙醇腐蚀液腐蚀，使与主轧制方向平行的板厚断面中的旧奥氏体晶界出现，通过光学显微镜以100倍进行组织观察，而测定主轧制方向的平均粒径与板厚方向的平均粒径，在3个视野中求得其比率(主轧制方向的平均粒径/板厚方向的平均粒径)，将其平均作为平均长宽比。

(固溶Nb量，固溶B量的测定)

利用提取残渣法将析出物作为残渣分离提取，分别求得构成该析出物的Nb量与B量，从钢板的Nb量(total Nb量)与钢板的B量(total B量)，分别减去构成上述析出物的Nb量与B量，计算出固溶Nb量，固溶B量。

(拉伸试验)

从各钢板的板厚t/4位置采取JIS Z 22014号试验片，以JIS Z 2214的要领进行拉伸试验，测定屈服强度(0.2％屈服点：σ0.2)及抗拉强度(TS)。然后，若屈服强度：450Mpa以上且抗拉强度：570以上的，则评价为高强度。

(声音各向异性的评价)

按照JIS Z 3060之规定，测定使横波的振动方向与主轧制方向(L方向)一致时的横波音速值CSL，和使之在与L方向垂直的方向(C方向)一致时的横波音速值CSC，求得横波音速比CSL/CSC。然后，该音速比为1.02以下的情况评价为声音各向异性小。

(冲击试验(韧性的评价))

从各钢板的板厚1/4位置采取JIS Z 2202的4号试验片，以JIS Z 2242的方法进行摆锤冲击试验，测定破面转变温度(vTrs)。然后，测定破面转变温度(vTrs)为-50℃以下的情况评价为韧性优异。

这些结果一并记录于表2中。

由表1、2可以做如下考察(还有，下述No.表示表2中的实验No.)。即，因为No.1～10满足本发明规定的必要条件，所以声音各向异性小，且抗张特性和韧性优异。

相对于此，因为No.11～19不满足本发明规定的必要条件，所以抗张性、韧性(冲击特性)、声音各向异性的至少某一个会产生问题。即，No.11满足本发明规定的成分组成，但是因为没有以推荐的条件制造，所以长宽比变大，声音各向异性变大。并且No.12因为长宽比过小，所以形成韧性劣化的结果。

No.13因为C含量过多，所以导致韧性劣化的结果。No.14因为Cr含量不足，所以无法确保贝氏体以占空因数计为90％以上，导致YS低下，韧性劣化的结果。No.15因为固溶Nb量为过量，所以导致长宽比变高，从而声音各向异性变高，并且韧性也反而劣化的结果。

No.16因为Ti含量不足，所以无法确保贝氏体以占空因数计为90％以上，导致屈服强度降低，并且韧性劣化的结果。

No.17因为固容B量不足，所以无法确保贝氏体以占空因数计为90％以上，不能确保强度。

No.18因为Si含量过量，所以导致韧性劣化的结果。并且No.19因为固溶B量过量，所以导致韧性劣化的结果。

Claims (3)

1、一种钢板，其特征在于：以质量％计，含有

C：0.02～0.08％，

Si：0.05～0.50％，

Mn：1.0～2.5％，

P：0.015％以下，但不含0％，

S：0.006％以下，但不含0％，

Cr：0.50～1.50％，

Ti：0.005～0.030％，

N：0.0030～0.0080％，

固溶Nb：0.005％以下且含0％，

固溶B：0.0006～0.0021％；

贝氏体以占空因数计含有90％以上；

与主轧制方向平行的板厚剖面中的旧奥氏体结晶粒径的平均长宽比，即主轧制方向的平均粒径/板厚方向的平均粒径为超过1.8，但在5.3以下；抗拉强度为570MPa以上。

2、根据权利要求1记载的钢板，其特征在于，作为其他的元素，以质量％计，还含有从由如下组成的群中任选的1种以上：

Cu：0.05～1.20％，

Ni：0.05～1.20％，及

Mo：0.03～0.50％。

3、根据权利要求1记载的钢板，其特征在于，作为其他的元素，以质量％计，还含有Ca：0.0005～0.005％及/或REM：0.0003～0.003％。

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