CN103459637B

CN103459637B - 板厚方向的抗疲劳特性优异的厚钢板及其制造方法和使用该厚钢板的角焊接头

Info

Publication number: CN103459637B
Application number: CN201280015840.4A
Authority: CN
Inventors: 半田恒久; 伊木聪; 远藤茂
Original assignee: NKK Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2011-03-28
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2016-10-12
Anticipated expiration: 2032-03-27
Also published as: TW201302368A; KR20130125822A; CN103459637A; KR101687687B1; TWI469846B; KR20160021911A

Abstract

本发明提供适合用于压力容器等焊接钢结构物、板厚方向的抗疲劳特性优异的厚钢板及其制造方法、以及使用该厚钢板的角焊接头。具体而言，本发明提供下述厚钢板及其制造方法和使用该厚钢板的角焊接头：所述厚钢板在其轧制面两侧或单侧至板厚方向上的4mm处的范围内，与板厚方向成直角的压缩残余应力在100MPa以上，按质量计，优选含有C：0.03～0.15％、Si：1.0％以下，Mn：1.0～2.0％，还含有Ti：0.005～0.05％，Nb：0.001～0.05％中的一种或二种及Al：0.1％以下，并含有Cu、Ni、Cr、Mo、V、W、Zr、Ca、B中的一种或二种以上。

Description

板厚方向的抗疲劳特性优异的厚钢板及其制造方法和使用该厚钢板的角焊接头

技术领域

本发明涉及适合用于船舶(ships)、海洋结构物(marine structure)、桥梁(bridge)、建筑物(construction)、压力容器(pressure vessel)等焊接钢结构物(weldedsteel structure)的板厚方向的抗疲劳特性(fatigue resistance)优异的厚钢板(steelplate)及其制造方法和使用该厚钢板的角焊接头。

背景技术

作为船舶、海洋结构物、桥梁、建筑物、压力容器等焊接钢结构物中所使用的钢板，当然不仅要有优异的强度(stength)、韧性(toughness)等机械性能(mechanicalproperty)、焊接性(weldability)，而且，对于运转时的稳定的循环荷载(steady cyclicload)、因风(wind)、地震(earthquake)等震动引起的不稳定的循环荷载(unsteady cyclicload)，还要求钢板具有能确保结构物的结构安全性(structural safety)的特性。尤其是近年来，强烈要求钢板具有优异的抗疲劳特性。

焊接钢结构物中，焊趾部等处存在大量的应力集中部，由于焊趾部容易出现应力集中，且拉伸的残余应力也起作用，因此，在循环荷载产生作用的情况下，容易从焊趾部(weld toe)发生疲劳裂纹(fatigue crack)，焊趾部成为疲劳裂纹的发生源的情况较多。

为了防止这种疲劳裂纹的发生，已知的有改善趾部形状、导入压缩残余应力(compressive residual stress)等对策。但是，由于在焊接钢结构物中存在大量的焊趾部，因此，对焊趾部逐一实施上述防止疲劳裂纹发生的对策需要很大的劳力和时间，会导致施工量增加和施工成本上涨。

因此，作为这种防止疲劳裂纹发生的对策的替代方法，设想通过提高所使用的钢板自身的抗疲劳特性来提高焊接钢结构物的抗疲劳特性。通过提高钢板自身的抗疲劳特性，疲劳裂纹的生长受到抑制，可延长焊接钢结构物的疲劳寿命(fatigue life)。

针对这种需要，例如，专利文献1中提出了一种具有沿钢板轧制方向存在的条纹状第二相在母相内以5～50％的面积率分布的微观结构(microstructure)，第二相的硬度(hardness)Hv比母相的硬度Hv高30％以上，抗疲劳裂纹扩展特性(fatigue crackpropagation properties)良好的钢板。

在专利文献1记载的技术中，使硬度高的第二相分散在母相中，通过疲劳裂纹到达硬的第二相附近时裂纹传播会大幅度延迟这一现象来提高钢板的抗疲劳裂纹传播特性，因此，优选使第二相的长宽比(aspect ratio)在4以上。据专利文献1记载，若将这种钢板用于表面会有疲劳裂纹产生并传播的大型结构物，则不需要特别的思量，就能赋予大型结构物以高的阻止疲劳裂纹传播的特性。

此外，已经知道，在焊接接头中，包角焊接(box arc weld)、十字焊接(cruciformarc weld)、盖板焊接(cover plate weld)、螺柱焊接(stud weld)等角焊接头(filletwelded joint)的疲劳强度(fatigue strength)最低，尤其是被用于最近的大型集装箱船(container vessels)等的极厚钢板(heavy gauge steel)的角焊接头的疲劳强度改善被当作紧急的课题(urgent issue)。使用角焊接头时，焊趾部产生的疲劳裂纹会沿板厚方向扩展，因此，使用板厚方向的抗疲劳特性优异的钢板对提高接头的抗疲劳特性有效。

此外，专利文献2记载了一种按质量计，含有C：0.015～0.20％、Si：0.05～2.0％、Mn：0.1～2.0％、P：0.05％以下、S：0.02％以下，余部由Fe和不可避免的杂质构成，用X射线测得的板厚方向(200)的衍射强度比(diffracted intensity ratio)为2.0～15.0，且回复铁素体粒(recovery ferrite grain)或重结晶铁素体粒(recrystallized ferritegrain)的面积率(area ratio)为15～40％的板厚方向的疲劳裂纹传播速度(fatigrecrack growth rate)低的厚钢板。

根据专利文献3，在对钢板进行淬火、正火等在线热处理或直接淬火、加速冷却等在线热处理后，在Ac1点以下的温度下进行回火，之后进行冷却时，进行使冷却过程中的钢板表面与钢板板厚中心部的温差最大值在200℃以上的强制冷却，由此得到钢板表面被赋予压缩残余应力、疲劳强度优异的钢板。

专利文献：

专利文献1：日本特开平7-90478号公报

专利文献2：日本特开平8-199286号公报

专利文献3：日本特开平6-100947号公报

发明内容

然而，在专利文献1记载的技术中，为了降低疲劳裂纹传播速度并使疲劳裂纹的传播显著延迟，需要使第二相的硬度高于母相，并大量分散在母相中，从而会出现钢板的延展性(ductility)、韧性显著降低的问题。钢板的延展性及韧性的降低有时虽可通过添加大量的合金元素而防止，但难以回避导致材料成本高涨的问题。

此外，在专利文献2记载的技术中，使板厚方向(200)的衍射强度比在2.0以上，即，使(100)面均整地平行于板面的集合组织(texture)发展，在疲劳裂纹前端(fatigue cracktip)使各种滑移系(slip system)活动，并使位错(dislocation)之间产生干涉(interference)，从而抑制裂纹的传播，降低板厚方向的疲劳裂纹传播速度。但是，(100)面为解理面(cleavage plane)，在(100)面均整地平行于板面的厚钢板中，仍遗留下板厚方向的韧性变差的问题。

此外，专利文献1、2记载的技术存在虽然能降低疲劳裂纹传播速度、但包括疲劳裂纹发生寿命在内的总体(total)疲劳寿命并未显著增加这一根本性的问题。

如上所述，专利文献1、2所记载的抗疲劳特性优异的厚钢板用于焊接结构物时，在成本和性能方面还有应该改善的余地，另一方面，即使在角焊接头的制作中，用于提高其用作接头时的抗疲劳特性的焊接法尚未解明。

此外，专利文献3所记载的技术仍存在需要进行退火处理以赋予钢板表面以压缩残余应力、不能提供生产效率良好的轧制状态的钢板的问题。

本发明的目的在于提供一种能有利地解决现有技术的问题、具有可良好地用于焊接钢结构物的强度和韧性、板厚方向的抗疲劳特性优异的厚钢板及其制造方法。

此外，本发明旨在以使用板厚方向的抗疲劳特性优异的厚钢板的角焊接头来提供一种抗疲劳特性优异的角焊接头。

为了在不会伴有钢板的延展性、韧性降低以及板厚方向的韧性降低的情况下、在生产效率良好的轧制状态下提高疲劳特性，本发明者着眼于钢板的内部残余应力并进行了深入研究，由此获得了以下发现。

(1)在钢板的轧制面两侧或单侧至板厚方向上的4mm处的范围内，使与板厚方向成直角的压缩残余应力在100MPa以上，能够提高板厚方向的疲劳特性。

(2)在进行使板厚中央部的温度在(Ar3点+50)℃以上、累积压下率在30％以上的热轧后，以3℃/s以上的冷却速度冷却至350℃以下，就可在轧制状态下(不进行退火处理)制造具有上述压缩残余应力的钢板。

另外，本发明以板厚50mm以上的钢板为对象，“抗疲劳特性优异”是指使用图1所示的尺寸形状的三点弯曲疲劳试片、在应力比为0.1的条件下实施疲劳试验，求出板厚方向的疲劳寿命，在应力范围为340MPa时的疲劳寿命在200万次以上的情况。

(4)使与钢板的板厚方向成直角方向的压缩残余应力在钢板的轧制面两侧或单侧至板厚方向上的4mm处的范围内在100MPa以上也有效。

此外，(5)限制制作角焊接头时的焊接输入热量和层积数对提高角焊部的疲劳强度有效。

此外，本发明以板厚50mm以上的厚钢板的角焊接头为对象。板厚小于50mm时，板厚效果导致的疲劳强度的降低并不那么显著，而且，按照基于过去的许多疲劳试验数据库而作出的各种疲劳设计曲线，即使不使用本发明，也能确保抗疲劳安全性。“抗疲劳特性优异”是指使用图2所示的尺寸形状的带切口的三点弯曲角焊接头疲劳试片，在应力比为0.1的条件下实施疲劳试验，求出板厚方向的疲劳寿命，在应力范围为340MPa时的疲劳寿命在25万次以上的情况。

根据上述发现，本发明者进一步深入地进行了研究，并由此完成了本发明。即，本发明的要点如下。

(1)板厚方向的抗疲劳特性优异的厚钢板，其特征在于，在钢板的轧制面两侧或单侧至板厚方向上的4mm处的范围内，与板厚方向成直角的压缩残余应力在100MPa以上。

(2)(1)所述的厚钢板，其特征在于，所述厚钢板具有按质量计，含有C：0.03～0.15％、Si：1.0％以下、Mn：1.0～2.0％，还含有Ti：0.005～0.05％，Nb：0.001～0.05％中的一种或二种及N：0.0035～0.0075％，余部由Fe和不可避免的杂质构成的组成。

(3)(2)所述的厚钢板，其特征在于，按质量计，还含有Cu：0.01～0.5％、Ni：2.0％以下、Cr：0.01～0.5％、Mo：0.01～0.5％、V：0.001～0.1％、W：0.5％以下、Zr：0.5％以下、Ca：0.0005～0.0030％、B：0.0005～0.0020％中的一种或二种。

(4)(2)或(3)所述的厚钢板，其特征在于，还含有Al：0.1％以下。

(5)板厚方向的抗疲劳特性优异的厚钢板的制造方法，其特征在于，将具有(2)～(4)的任一项中所述的化学成分的钢素材加热至1000～1250℃的温度后，在板厚中央部为(Ar3点+50)℃以上的温度区域进行累积压下率在30％以上的热轧，然后，以3℃/s以上的冷却速度冷却至350℃以下。

(6)疲劳强度优异的角焊接头，其特征在于，对板厚50mm以上的板厚方向的抗疲劳特性优异的厚钢板的角焊缝部，在输入热量在30kJ/cm以下的条件下进行3层6道以下的多层焊接。

(7)(6)所述的疲劳强度优异的角焊接头，其特征在于，在所述板厚50mm以上的厚钢板的轧制面两侧或单侧至板厚方向上的4mm处的范围内，与板厚方向成直角的压缩残余应力在100MPa以上。

根据本发明，在不损害钢板的延展性、韧性的情况下，能容易且廉价地制造板厚方向的抗疲劳特性优异的板厚50mm以上的厚钢板，在产业上具有显著的效果。

此外，根据本发明，通过使用具有作为焊接结构物的延展性和韧性的厚钢板，能容易且廉价地提高疲劳强度尤其成为问题的板厚50mm以上的厚钢板的角焊部的疲劳特性，在产业上具有显著的效果。

附图说明

图1是示意性地显示疲劳试验中使用的三点弯曲试片的尺寸形状的说明图。

图2是示意性地显示疲劳试验中使用的带切口的三点弯曲角焊接头疲劳试片的尺寸形状的说明图。

图3是示意性地显示适用于角焊接头的厚钢板的板厚方向截面中的扩展的疲劳裂纹前端的滑移发生状况的说明图。

图4是说明角焊接头的焊接条件的图。

具体实施方式

下面，对本发明中规定的钢板的压缩残余应力、优选的成分组成、制造条件进行说明。

〔钢板的压缩残余应力〕

本发明的厚钢板在钢板的轧制面两侧或单侧至板厚方向上的4mm处的范围内，具有与板厚方向成直角的100MPa以上的压缩残余应力。

在制作焊接结构物的过程中，不可避免地要对钢板表面部进行定位点焊或会在其表面留下碰伤等，从而在钢板的非常贴近表(背)面的部分会有压缩残余应力受损，因此，将100MPa以上的压缩残余应力存在的范围设为钢板的轧制面两侧或单侧至板厚方向上的4mm处。

另一方面，若压缩残余应力的范围超过与表面相距4mm处的位置而扩大到板厚内部，则由于内部应力的平衡，产生疲劳裂纹的表面部附近的压缩残余应力会变小，因此将其设为钢板的轧制面两侧或单侧至板厚方向上的4mm处的范围。

使上述范围内的与板厚方向成直角的方向的压缩残余应力在100MPa以上。对于抑制疲劳裂纹的传播，使压缩应力作用在与裂纹面成直角的方向上是有效的。本发明以沿板厚方向传播的裂纹为对象，因此，将压缩残余应力的压缩方向设为与板厚方向成直角的方向。

压缩残余应力小于100MPa时，疲劳裂纹传播速度虽会减缓，但仍得不到足以提高疲劳寿命的程度的显著效果，因此，将其设在100MPa以上。更优选在150MPa以上。对于超过钢板的轧制面两侧或单侧至板厚方向上的4mm处的范围的钢板内的与板厚方向成直角的方向的压缩残余应力，无特殊规定，但是，通常其大小比板厚方向上4mm以内的范围内小。

为使本发明的厚钢板兼具作为焊接钢结构物用材料的强度和韧性(拉伸强度TS：490MPa以上，作为在板厚1/4处采取的夏比冲击值，－40℃下的吸收能量在100J以上)，优选的成分组成和制造条件如下。

〔成分组成〕在以下说明中，％表示质量％。

C：0.03～0.15％

C是一种具有使钢的强度增加的作用的元素，为了确保所期望的高强度，优选含0.03％以上，但若含有量超过0.15％，则焊接热影响部的韧性会降低。因此，优选将C限定在0.03～0.15％的范围。

Si：1.0％以下

Si是一种既具有脱氧剂作用、又具有固溶后使钢强度增加的作用的元素。为了得到这种效果，优选含0.01％以上。另一方面，若含有量超过1.0％，则会使焊接热影响部的韧性降低。因此，优选将Si限定在1.0％以下。另外，更优选在0.50％以下。

Mn：1.0～2.0％

Mn是一种具有使钢强度增加的作用的元素，为了确保所期望的高强度，优选含1.0％以上，但若含有量超过2.0％，则母材的韧性可能降低。因此，优选将Mn限定到1.0～2.0％的范围。另外，更优选为1.0～1.60％。

Ti：0.005～0.05％、Nb：0.001～0.05％中的一种或二种

Ti、Nb是通过析出强化而使强度增加并抑制加热时的奥氏体颗粒的成长、有助于钢板组织微细化的元素，在本发明中含有其一种或二种。

Ti会形成碳化物、氮化物、有助于钢板制造时的奥氏体颗粒的微细化，并抑制焊接热影响部的晶粒组大化，提高焊接热影响部的韧性。为了获得这种效果，优选含0.005％以上。另一方面，若含有量超过0.05％，则会使韧性降低。因此，优选将Ti限定在0.005～0.05％的范围。另外，更优选为0.005～0.02％。

Nb与Ti一样，具有通过析出强化而使强度增加、进而使组织微细化并抑制奥氏体的重结晶、促进用于形成所希望的组织的轧制所产生的效果的作用。为了获得这种效果，优选含0.001％以上，但若含有量超过0.05％，则会有组织发生针状化、韧性降低的倾向。因此，优选将Nb限制在0.001～0.05％的范围。另外，更优选为0.02～0.05％。

Al：0.1％以下

Al是一种既作为脱氧剂发挥作用、又有助于晶粒微细化的元素，可根据需要含有。为了获得这种效果，优选含0.015％以上，但若超过0.1％而过量含有，则会导致韧性降低。因此，在含有该元素的情况下，将Al限定在0.1％以下。优选在0.08％以下。

N：0.0035～0.0075％

N是确保TiN必要量所必需的元素，小于0.0035％时，会得不到充分量的TiN，超过0.0075％时，则会由于焊接热循环，在TiN溶解的区域内，固溶N量增加，在任一情况下均会使焊接部的韧性显著下降，因而使N在0.0075％以下。

要使特性进一步提高，除上述基本成分外，还可含有Cu、Ni、Cr、Mo、V、W、Zr、B、Ca中的一种或二种以上。

Cu：0.01～0.5％、Ni：2.0％以下、Cr：0.01～0.5％、Mo：0.01～0.5％、V：0.001～0.1％、W：0.5％以下、Zr：0.5％以下、Ca：0.0005～0.0030％、B：0.0005～0.0020％中的一种或二种以上

Cu、Ni、Cr、Mo、V、W、Zr、B是提高钢的强度和韧性的元素，根据所期望的特性而含有一种或二种以上。

Cu主要通过析出强化而有助于钢的强度增加。为了获得这种效果，优选含0.01％以上，但若含有量超过0.5％，则析出强化过多，韧性降低。因此，在含有该元素的情况下，优选将Cu限定在0.5％以下。更优选在0.35％以下。Ni不仅增加钢的强度，也有助于提高其韧性。

Ni能有效地用于防止Cu引起的热轧时的开裂。为了获得这种效果，优选含0.1％以上。但是，即使超过2.0％而大量含有，效果也会饱和，不能期待与含量相应的效果，在经济上不利，且Ni是高价的元素，大量含有会导致材料成本高涨。因此，在含有该元素的情况下，优选将Ni限定在2.0％以下。更优选在0.05％以上。

Cr能使珠光体的量增加，有助于增加钢的强度。为了获得这种效果，优选含0.01％以上，但若含有量超过0.5％，则会降低焊接部的韧性。因此，在含有该元素的情况下，优选将Cr限定在0.5％以下。另外，更优选为0.01～0.2％。

Mo有助于增加钢的强度。为了获得这种效果，优选含0.01％以上，但若含有量超过0.5％，则会降低焊接部的韧性。因此，在含有该元素的情况下，优选将Mo限定在0.5％以下。更优选为0.01～0.08％。

V有助于通过固溶强化、析出强化而增加钢的强度。为了获得这种效果，优选含0.001％以上，但若含有量超过0.1％，则会显著降低母材韧性和焊接性。因此，优选将V限定在0.1％以下。更优选为0.05～0.1％。

W有助于增加钢的强度，尤其有助于增加钢的高温强度。为了获得这种效果，优选含0.1％以上，但若超过0.5％而大量含有，则会降低焊接部的韧性。此外，大量含有高价的W会导致材料成本的高涨。因此，在含有该元素的情况下，优选将W限定在0.5％以下。更优选为0.2～0.4％。

Zr有助于增加钢的强度，并能提高镀锌处理材料中的耐镀膜破裂性。为了获得这种效果，优选含0.01％以上，但若含有量超过0.5％，则会降低焊接部的韧性。因此，在含有该元素的情况下，优选将其限定在0.5％以下。更优选为0.01～0.1％。

B通过提高淬火性而有助于增加钢的强度，并在轧制中作为BN析出，有助于轧制后的铁素体颗粒的微细化。为了获得这种效果，优选含0.0005％以上，但若含有量超过0.0020％，则会使韧性变差。因此，在含有该元素的情况下，优选将B限定在0.0020％以下。更优选为0.0010～0.0020％。

Ca：0.0005～0.0030％

Ca是一种具有通过S的固定而改善韧性的效果的元素。要使其发挥这种效果，需要至少含0.0005％，但即使含有量超过0.0030％，效果也会饱和，因此，使其为0.0005％～0.0030％。

上述成分以外的其余部分为Fe和不可避免的杂质，可容许P：0.035％以下、S：0.035％以下。

〔制造条件〕

对钢坯(slab)等钢素材的制造方法无特殊限制。将上述组成的熔钢用转炉等常用的熔炉进行熔制，通过连续铸造法等常用的方法，形成钢坯等钢素材，加热至1000～1250℃的温度。

加热温度小于1000℃时，所希望的热轧变得困难。另一方面，在超过1250℃的加热温度下，表面氧化显著，且晶粒的粗大化显著。因此，优选将钢素材的加热温度限定在1000～1250℃的范围。另外，从提高韧性的观点考虑，更优选在1200℃以下。

对被加热的钢素材进行热轧。热轧时，在(Ar3点+50)℃以上的温度区域进行累积压下率在30％以上的轧制，通过与后述的冷却条件进行组合，在钢板的轧制面两侧或单侧至板厚方向上的4mm处的范围内，导入100MPa以上的、与板厚方向成直角的方向的压缩残余应力。Ar3点例如可通过Ar3(℃)＝910－273×C－74×Mn－57×Ni－16×Cr－9×Mo－5×Cu(各元素表示含量(质量％))求出。

通过热轧，形成板厚50mm以上的钢板。压缩残余应力能提高疲劳特性，但会降低屈曲性能，越是板厚薄的钢板，这种降低越显著，板厚小于50mm时，钢板自身的屈曲性能可能降低，因此，设为板厚50mm以上。

另外，本发明并未限制在规定的温度区域外进行的轧制，可进行在钢坯加热后的高温下实施的粗轧制等。

轧制结束后，以3℃/s以上的冷却速度冷却至350℃以下。若冷却速度、冷却停止温度中的任一者不符合上述规定，则在钢板的轧制面两侧或单侧至板厚方向上的4mm处的范围内，得不到与板厚方向成直角的100MPa以上的压缩残余应力。更优选以5℃/s以上的冷却速度冷却至300℃以下。

在本发明中，作为板厚方向的抗疲劳特性优异的厚钢板的角接头的焊接条件，对焊接输入热量(kJ/cm)和层积方法做了规定。焊接输入热量(welding heat input)(有时也仅称作输入热量)设在30kJ/cm以下。用超过30kJ/cm的输入热量进行角焊时，由于焊接的热影响，钢板的组织或内部残余应力的形态会发生变化，对板厚方向的抗疲劳特性优异的钢板的疲劳特性产生不良影响，因而将其设在30kJ/cm以下。

此外，即使焊接输入热量在30kJ/cm以下，若以超过3层或6道的层积制作角焊接头，则焊趾部的拉伸残余应力升高，得不到提高疲劳特性的效果，因而将层积设在3层以下且在6道以下。另外，对焊接法无特殊限制。可使用手工焊接(hand welding)、MIG焊接(metal inert gas welding)、CO₂焊接(carbon dioxide welding)等。

实施例1

对表1所示组成的钢素材，在表2所示条件下实施热轧，形成了板厚55～80mm的厚钢板。对这些厚钢板实施残余应力测定、拉伸试验、韧性试验、疲劳试验。试验方法如下。

(1)残余应力测定

从所得的厚钢板上采取用于用X射线进行残余应力测定的试片(大小：板厚(钢板原有厚度)×12.5mm×300mm〔板厚方向尺寸×轧制直角方向尺寸×轧制方向尺寸〕)，对测定面〔12.5mm×300mm的面〕实施电解研磨后，沿板厚方向，以4mm间距，通过X射线测定板厚方向的残留应力。将沿板厚方向以4mm间距进行测定的线数设为5条。将测得的5条线的残余应力在各板厚位置做5点平均，求出残余应力，根据残余应力的板厚方向分布图，求出距表面/背面4mm的位置的残余应力(负值)，将其绝对值作为压缩残余应力。

(2)拉伸试验

从所得的厚钢板上，根据JIS Z 2201(1998)的规定，以使拉伸方向与钢板的轧制方向成直角方向的方式采取JIS 4号拉伸试片(平行部直径：14mm)。试片的采取位置为板厚的1/4位置处。拉伸试验按照JIS Z 2241(1998)进行，求出YS：屈服强度或0.2％耐力、TS：拉伸强度、伸长率EL，对静态拉伸时的拉伸特性进行评价。

(3)韧性试验

从所得的厚钢板上，根据JIS Z 2242(2005)的规定，以使长度方向平行于轧制方向的方式采取V切口试片，求出－40℃下的吸收能量，对韧性进行评价。需要说明的是，V试片取自板厚的1/4位置处。

(4)疲劳试验

从所得的厚钢板上，以使疲劳裂纹的传播方向为板厚方向的方式，采取疲劳试验用试片(大小：板厚(钢板原有厚度)×12.5mm×300～350mm〔板厚方向尺寸×轧制垂直方向尺寸×轧制方向尺寸〕)。试片为图1所示尺寸形状的带切口的三点弯曲疲劳试片，由于将疲劳试验时的弯曲跨度(bending span)设为板厚的4倍，因此，板厚为50～65mm时，将轧制方向的尺寸设为300mm，板厚为80mm时，将轧制方向的尺寸设为350mm。疲劳试验在应力范围为340MPa、应力比R(＝最小荷载/最大荷载)为0.1的条件下实施，求出板厚方向的疲劳特性(疲劳寿命)。

将所得结果示于表2。在本发明例(No.2、4、5、7、8、10、13、15、17)中，均形成了这样的厚钢板：在距表面/背面4mm的位置(从表面/背面起至4mm的范围内的压缩残余应力最低的位置)上，与板厚方向垂直的方向的压缩残余应力在100MPa以上，韧性未降低，板厚方向的抗疲劳特性优异。

另一方面，在比较例(No.1、3、6、9、11、12、14、16)中，与板厚方向垂直的方向的压缩残余应力小于100MPa，板厚方向的抗疲劳特性差。在比较例11的钢的成分组成中，C量为0.23质量％，超过了本发明的优选含量的上限，因此，压缩残余应力小于100MPa，板厚方向的抗疲劳特性差。

实施例2

使用具有表3所示的化学成分、在表4所示的制造条件下制造并具有表4所示的特性的板厚55～70mm的板厚方向的疲劳特性优异的厚钢板1～10，制作角焊接头，使用图2所示形状的带切口的三点弯曲角焊接头疲劳试片实施三点弯曲疲劳试验。用于确认厚钢板1～10的组织、机械特性及板厚方向的疲劳特性的试验方法按与实施例1相同的方式进行。

使用由上述试验确认了特性的厚钢板1～10，在图4所示的条件下制作角焊接头，实施疲劳试验。作为疲劳试片，使用图2所示的尺寸形状的带切口的三点弯曲角焊接头疲劳试片，在应力范围为340MPa、应力比R(＝最小荷载/最大荷载)为0.1的条件下实施，求出疲劳寿命。将用厚钢板1～10所得的结果示于表5。

对于厚钢板1～10，确认在本发明例(试验No.2、7、8、10)中，在应力范围为340MPa的苛刻条件下，均得到了疲劳寿命在25万次以上、抗疲劳特性优异的角焊接头。另一方面，在处于本发明所规定的焊接条件(输入热量30kJ/cm以下、3层以下且6道以下的层积条件)范围之外的比较例(试验No.4、5)和使用了板厚方向的疲劳寿命差的厚钢板的比较例(试验No.1、3、6、9)中，无法确保抗疲劳特性。

表1

表2

表3

表4

表5

Claims

1.厚钢板的制造方法，所述厚钢板的板厚在50mm以上，以质量％计的组成是，含有C：0.03～0.15％、Si：1.0％以下、Mn：1.0～2.0％，还含有Ti：0.005～0.05％，Nb：0.001～0.05％中的一种或二种及N：0.0035～0.0075％，Ni：大于0.1％且在2.0％以下，余部为Fe和不可避免的杂质，

在所述厚钢板轧制面的两侧或单侧至板厚方向上的4mm处的范围内，与板厚方向成直角的压缩残余应力在100MPa以上，

在该方法中，将具有上述化学成分的钢素材加热至1000～1250℃的温度后，在板厚中央部达到(Ar3点+50)℃以上的温度区域进行累积压下率在30％以上的热轧，然后，以3℃/s以上的冷却速度冷却至350℃以下。

2.根据权利要求1所述的厚钢板的制造方法，其特征在于，以质量％计，所述组成中还含有Cu：0.01～0.5％、Cr：0.01～0.5％、Mo：0.01～0.5％、V：0.001～0.1％、W：0.5％以下、Zr：0.5％以下、Ca：0.0005～0.0030％、B：0.0005～0.0020％中的一种或二种以上。

3.根据权利要求1或2所述的厚钢板的制造方法，其特征在于，以质量％计，所述组成中还含有Al：0.1％以下。

4.厚钢板，其用权利要求1～3中任一项所述的厚钢板的制造方法制得。

5.角焊接头，其通过在输入热量30kJ/cm以下的条件下以3层以下且6道以下的层积将权利要求4所述的厚钢板的角焊缝部焊接而成。