CN117396625A - 钢板桩及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明以稳定且高生产率提供高强度且高韧性的钢板桩。该钢板桩具有：规定的成分组成；铁素体的面积分率为70％以上以及岛状马氏体的面积率为1.0％以下的微观组织；铁素体的面积分率为70％以上以及岛状马氏体的面积率为1.0％以下、粒径为10nm以下的V碳氮化合物、Nb碳氮化合物以及V和Nb复合碳氮化合物的合计面积率为2.6％以上、具有规定的粒径d(nm)的V碳氮化合物、Nb碳氮化合物以及这些复合析出物的面积率为0.3％以上的微观组织；并且，上述铁素体的平均粒径为15μμm以下且最大粒径为40μμm以下。

Description

钢板桩及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种在土木、建筑领域中适用于永久结构物或临时设置结构物的钢板桩及其制造方法。
背景技术
钢板桩由于在用于岸壁、土挡的情况下受到高负荷，因此要求高强度、韧性。例如可使用屈服强度(以下称为YP)为290MPa以上，进而390MPa以上的钢板桩。进一步在更严酷的环境下，有时需要具有YP440MPa以上的强度的钢板桩。
在制造高强度且高韧性的钢材产品时，一般的方式是添加合金元素或者在奥氏体未再结晶温度区域进行轧制。然而，在具有复杂的形状的钢板桩的制造中，从成型性的观点考虑，希望变形阻力更小的高温下的轧制·成型，限制可使变形阻力上升的合金。
在钢板桩的JIS规格(SYW)中，虽然针对0℃下的夏比吸收能量进行了规定，但是在日本的寒冷期等0℃以下的环境下也会使用钢板桩，因此，往后会要求更高的高韧性的钢板桩是可预期的。
在以上的背景下，高强度且高韧性的钢板桩的研究开发正在进行。
即专利文献1中提出了一种钢板桩，其通过设为添加了超过0.05％的Nb的成分组成，由此实现了YP440MPa以上且高韧性。
在专利文献2中，提出了一种钢板桩，通过设为与V一起添加0.030％以上的Nb的成分组成，控制1000℃以下的压下率，优化铁素体的平均粒径、岛状马氏体的面积率和析出物的个数密度，从而实现了YP440MPa以上且高韧性。
在专利文献3中提出了一种钢板桩，设为在C为0.005～0.030％的低碳钢中添加了Nb和B的成分组成，获得了高强度、高韧性和优异的水中焊接性。
另外，在专利文献4中提出了一种钢板桩，设为添加1种或者2种V或Nb的成分组成，控制900℃以下即未再结晶温度区域的压下率，轧制结束后进行加速冷却，从而实现了高韧性。
另一方面，在专利文献5中，提出了一种钢板桩，通过将不可避免的杂质中的Nb限制在0.005％以下，从而实现了YP340MPa以上且高韧性。
在专利文献6和7中提出了一种钢板桩，通过对热轧中或轧制结束后规定的位置进行水冷，从而实现了YP440MPa以上且vTrs为-10℃以下。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2018-83963号公报
专利文献2：日本特开2018-90845号公报
专利文献3：日本特开2000-17378号公报
专利文献4：日本特开2006-249513号公报
专利文献5：日本特开2002-294392号公报
专利文献6：日本特开2007-332414号公报
专利文献7：日本特开2008-221318号公报
发明内容
专利文献1、2所记载的技术是通过设为添加了0.030％以上的Nb的成分组成，得到高强度且高韧性的钢板桩，但Nb不论是固溶还是析出状态，均有提高热轧时的变形阻力的趋势，因此，需要严格进行热轧时的形状控制。
在专利文献3所记载的技术中，由于C量是低于0.005～0.030％的成分组成，因此钢的熔炼时的脱炭工序变长，存在精炼过程的生产率低的问题。
另外，在专利文献4所记载的技术中，为了得到高韧性的钢板桩，需要使未再结晶温度区域的压下率为20％以上，需要严密地控制热轧时的形状，并且在轧制结束后需要规定部分的加速冷却，因此，无法避免弯曲、翘曲等形状变化的问题。
另一方面，在专利文献5所记载的技术中，提出了一种钢板桩，通过限制轧制温度、最终道次的压下率，促进奥氏体的完全再结晶，得到均匀的组织，从而实现了YP340MPa以上且高韧性，但YP小于440MPa，需要进一步提高YP。
在专利文献6或7所记载的技术中，为了得到YP440MPa以上且vTrs为-10℃以下的钢板桩，需要进行规定部分的水冷，因此，无法避免弯曲、翘曲等的形状变化的问题。
本发明用于解决上述的课题，目的在于稳定且高生产率地提供一种高强度且高韧性的钢板桩。在此，高强度例如是指YP为440MPa以上，并且高韧性是指延展性断面率为50％的断裂转变温(以下称为vTrs)为-10℃以下。
为了确保高韧性，有效的手段是基于晶粒的微细化的破损单元的减少。作为晶粒的微细化的手段之一，有通过将存在于旧奥氏体粒内或晶界的析出物用作铁素体的生成核而实现晶粒的微细化的方法。本发明人等对于基于析出物的晶粒的微细化，调查了其机制，结果发现为了使析出物有助于铁素体粒的微细化，析出物需要具有一定以上的粒径。另外，发现该临界粒径伴随着铁素体相变开始温度的降低有减少的趋势。
另外，为了确保高强度，基于析出物的析出分散强化是有效的手段之一，如果析出物的粒径假设是相同面积率，则析出物的粒径越微细，强度上升越显著。
为了确保高韧性，需要具有一定以上的粒径的析出物，另一方面，为了确保高强度，微细的析出物很有效。这两者呈二律背反的关系，以往，难以通过利用析出物而兼得高强度和高韧性。为了解决该问题，一个方案是降低基于加速冷却导致的铁素体相变开始温度，但有可能产生弯曲、翘曲，因此不优选。另外，积极地进行未再结晶温度区域中的轧制也是有效的手段之一，但需要严格地进行形状控制。
对于实现基于析出物的晶粒的微细化而言，有效的是设为包含V的成分组成。即V由于以V碳氮化合物的形式在比较高的温度区域析出于奥氏体中，并且与铁素体具有整合界面，因此其特征是作为铁素体的生成核的贡献度很大。另外，为了确保高强度，有效的是设为包含Nb的成分组成。即Nb主要是通过应变诱导，以Nb碳氮化合物的形式在奥氏体中以数nm级别的粒径微细地析出，因此可期待基于析出物的分散强化。
根据这些观点，本发明人等针对复合添加了V和Nb的成分组成，研究了可进行析出物的控制的V和Nb的成分组成比。其结果发现对于兼得通过将V碳氮化合物或V和Nb的复合碳氮化合物用作铁素体的生成核而使晶粒微细化以及基于析出物的分散强化而言，V与Nb的成分组成比存在适宜的范围。
另外，仅优化V和Nb的成分组成比并不足够，因此还探讨了确保高生产率的同时可确保高强度和高韧性的轧制条件，其结果发现在未再结晶温度区域的正上方温度有效地进行轧制很有效。即重要的是通过应变诱导使Nb碳氮化析出物或V与Nb的复合碳氮化合物析出。由此能够缓和以往的广温度区域的轧制条件的制约以及奥氏体的未再结晶温度区域下的压下率(以下也称为CR率)，并且不需要进行对弯曲、翘曲的发生产生影响的加速冷却。
本发明人等关于V析出物和Nb析出物以及它们的复合析出物，发现为了有效地提高强度、韧性，需要将有助于强度上升的微细的粒径的析出物和有助于形成铁素体的生成核的粗大的粒径的析出物，设为一定值以上的面积率。
根据以上，本发明人等发现了通过基于V碳氮化合物、Nb碳氮化合物或者它们的复合析出物的分散强化、组织的均匀的微细化，从而可提供YP440MPa以上的高强度且vTrs为-10℃以下的高韧性的钢板桩的方法。本发明的主旨如下所示。
1.一种钢板桩，具有如下的成分组成和微观组织，
所述成分组成是以满足下述式(1)的范围以质量％计含有C：0.05～0.18％、Si：0.05～0.55％、Mn：1.00～1.65％、sol.Al：0.080％以下、V：0.005～0.250％、Nb：0.005％以上且小于0.030％以及N：0.0010～0.0060％，并且，剩余部分为Fe及不可避免的杂质，作为该不可避免的杂质的P、S和B为P：0.025％以下、S：0.020％以下以及B：0.0003％以下，
所述微观组织是铁素体的面积分率为70％以上且岛状马氏体的面积率为1.0％以下，粒径为10nm以下的V碳氮化合物、Nb碳氮化合物以及V和Nb复合碳氮化合物的合计面积率为2.6％以上，具有满足下述式(2)的粒径d(nm)的V碳氮化合物、Nb碳氮化合物以及V和Nb复合析出物的合计面积率为0.30％以上，
上述铁素体的平均粒径为15μm以下且最大粒径为40μm以下，
屈服强度为440MPa以上且vTrs为-10℃以下。
-0.010≤[％Nb]-0.1[％V]≤0.020……(1)
这里，[％V]、[％Nb]分别为钢中的V和Nb的含量(质量％)。
d≥5[(Ae3-Ar3)/Ae3]-0.63……(2)
这里，Ae3：平衡相变时的铁素体相变开始温度(℃)
Ar3：冷却时的铁素体相变开始温度(℃)
应予说明，上述的Ae3和Ar3分别基于以下所示的式(3)和(4)求出。
[数1]
Ar3＝910-310[％C]-80[％Mn]-20[％Cu]-15[％Cr]-55[％Ni]-80[％Mο]……(4)
这里，[％C]、[％Si]、[％Mn]、[％Cu]、[％Cr]、[％Ni]和[％Mо]分别是指钢中的C、Si、Mn、Cu、Cr、Ni和Mo的含量(质量％)。
2.根据上述1所述的钢板桩，其中，上述成分组成进一步以质量％计含有Cu：0.50％以下、Ni：0.50％以下、Cr：0.50％以下、Mo：0.30％以下、Ca：0.0050％以下、Ti：0.025％以下以及REM：0.005％以下中的1种或者2种以上。
3.一种钢板桩的制造方法，将具有上述1或2所记载的成分组成的钢坯材加热到1200℃～1350℃，将包含粗轧、中间轧制和精轧的热轧，在900℃～1000℃的累积压下率为20％以上、奥氏体的未再结晶温度区域下的压下率为10％以上且小于20％和上述中间轧制的结束温度为650℃～900℃的条件下进行，并且，所述钢板桩的屈服强度为440MPa以上且vTrs为-10℃以下。
发明效果
根据本发明，能够稳定地且高生产率地提供YP440MPa以上和vTrs为-10℃以下这样的高强度且高韧性的钢板桩，因此产业上非常有用。
附图说明
图1是表示钢板桩的截面形状的图。
图2是表示帽形钢板桩的热轧工序中的代表性的孔膜的图。
图3是表示满足式(2)的析出物的面积率与vTrs的关系的图。
图4表示具有10nm以下的尺寸的析出物的面积率与屈服强度的关系的图。
具体实施方式
作为钢板桩的形态，图1的(a)所示的帽形钢板桩1为典型例，另外，也具有图1的(b)所示的直线形钢板桩9，均介由图2所示的孔膜赋予最终形状。关于其形态以及制造步骤，后面进行详述。
＜钢板桩＞
以下，对于本发明的钢板桩，详细地说明其成分组成和微观组织。
[成分组成]
首先，对于本发明的钢板桩的成分组成的限定理由进行说明。应予说明，以下的说明中表示元素的含量的“％”，只要没有特别说明，全部是指“质量％”。
另外，在本说明书中，将V碳氮化合物也表述为“V析出物”或者“V(C，N)”、将Nb碳氮化合物也表述为“Nb析出物”或者“Nb(C，N)”、将V和Nb复合碳氮化合物也表述为“它们(的)复合析出物”或者“(V，Nb)(C，N)”。
C：0.05～0.18％
C是在钢中与V、Nb和N结合，以V(C，N)、Nb(C，N)或(V，Nb)(C，N)这样的碳氮化合物的形式析出而用于稳定地确保母材的强度和韧性所必须的元素，需要添加0.05％以上。另一方面，如果超过0.18％，则生成包含岛状马氏体的贝氏体，因岛状马氏体的增加，大幅度降低韧性，并且析出物变的过剩，导致韧性降低。因此，在本发明中，将C含量设为0.05～0.18％。而且，C含量优选为0.10％以上。另外，C含量优选为0.16％以下。
Si：0.05～0.55％
Si是通过固溶强化而提高母材的强度的元素，需要含有0.05％以上。另一方面，如果Si含量过度，则有助于生成使韧性降低的岛状马氏体的生成，因此将Si含量设为0.55％以下。因此，将Si含量设为0.05～0.55％。并且，Si含量优选设为0.10％以上。另外，Si含量优选为0.50％以下。
Mn：1.00～1.65％
Mn与Si同样地是具有提高钢的强度的效果的比较廉价的元素，因此是高强度化所需要的元素。然而，如果Mn的含量小于1.00％，则该效果变小。另一方面，如果超过1.65％，则助长了包含岛状马氏体的上部贝氏体的生成，大幅度损失了韧性。因此，将Mn含量设为1.00～1.65％。并且，Mn含量优选为1.10％以上。另外，Mn含量优选为1.60％以下。
sol.Al：0.080％以下
Al是作为脱氧剂添加的元素。然而，作为Al的脱氧剂的效果在作为sol.Al超过0.080％时饱和，因此将sol.Al设为0.080％以下。对于下限没有特别限定，为了脱氧，优选设为0.001％以上。更优选为0.003％以上。另外，优选为0.060％以下。
V：0.005～0.250％
V在轧制中或者冷却中作为V(C，N)或(V，Nb)(C，N)在奥氏体中析出而有助于形成铁素体的核生成位点，具有使晶粒微细化的效果，是重要的元素。另外，V具有通过作为析出物的分散强化来提高母材强度的作用，是为了确保强度和韧性所需的元素。为了得到上述的效果，需要将V含量设为0.005％以上。另一方面，如果V含量超过0.250％，则有助于析出脆化，大幅度损害母材韧性。因此，将V含量设为0.005～0.250％。并且，V含量优选为0.075％以上。进一步优选超过0.080％。另外，V含量优选为0.200％以下。
Nb：0.005％以上且小于0.030％
Nb是在轧制中主要通过应变诱导析出而作为Nb(C，N)或(V，Nb)(C，N)在奥氏体中以数nm级别的尺寸析出，控制奥氏体的再结晶，使晶粒微细化的效果。另外，Nb具有通过作为析出物的分散强化来提高母材强度的作用，是为了确保强度和韧性所必须的元素。为了得到这样的效果，需要含有Nb为0.005％以上。优选地为0.010％以上。另一方面，Nb使热间的变形阻力上升的同时，若含量为0.030％以上时因析出脆化导致韧性降低，因此将Nb的含量设为小于0.030％。优选地为0.025％以下。
N：0.0010～0.0060％
N是在钢中与V、Nb和C结合，以V(C，N)、Nb(C，N)或(V，Nb)(C，N)的形式提高母材强度和韧性有用的元素，需要含有0.0010％以上。然而，如果N含量超过0.0060％，则因析出脆化而大幅度损害母材韧性。因此，在本发明中将N含量设为0.0010～0.0060％。并且，N含量优选为0.0015％以上。另外，N含量优选为0.0055％以下。
并且，本发明中，重要的是在各种元素满足上述的范围的基础上，对于V和Nb，将V和Nb的含量(质量％)分别设为[％V]和[％Nb]时，满足后述的(1)式的关系。
-0.010≤[％Nb]-0.1[％V]≤0.020……(1)
发明人等使用具有上述范围的钢成分的各种钢板桩，评价了强度和韧性，其结果发现为了得到优异的强度和韧性，析出V(C，N)、Nb(C，N)或(V，Nb)(C，N)量的平衡很重要。具体而言，由[％Nb]-0.1[％V]计算的值小于-0.010时即V过多的情况下，V以V(C，N)或(V，Nb)(C，N)的形式在高温下大量地析出粗大化，并且微细的Nb(C，N)或(V，Nb)(C，N)的应变诱导析出量减少，因此强度降低。
即，通过将作为基于V和Nb的含量的参数的、由上述式计算的值控制在-0.010以上，由此V有助于形成铁素体的核生成位点，使组织均匀地微细化，从而能够确保有助于韧性的提高的足够的尺寸和量的析出V(C，N)或(V，Nb)(C，N)，并且能够确保有助于强度的上升的足够的量的微细析出Nb(C，N)或(V，Nb)(C，N)。另一方面，在值[％Nb]-0.1[％V]超过0.020时，即Nb过多的情况下，成为铁素体的核生成位点，有助于韧性的提高，足够的尺寸和量的析出V(C，N)或(V，Nb)(C，N)减少，损失母材韧性。因此，本发明中，将由[％Nb]-0.1[％V]计算的值设为-0.010～0.020的范围。应予说明，通过上述式计算的值优选为-0.005以上。另外，优选为0.015以下。
在本发明的化学组成中，以上的元素以外的剩余部分是Fe及不可避免的杂质。在该不可避免的杂质中，对于P、S、B如以下所示设置含量的上限。
P：0.025％以下
P在钢中作为不可避免的杂质存在，但如果P的含量过度，则钢的韧性降低，因此P为0.025％以下。P的含量越少越优选，可以为0％，过度的P含量的减少因精炼工序的长时间化导致生产率的降低，因此P的含量优选为0.005％以上。
S：0.020％以下
S与P同样地在钢中作为不可避免的杂质含有，并且作为A系夹杂物存在。如果S的含量过度，则A系夹杂物量过度地增加，钢的韧性降低，因此将S的含量设为0.020％以下。S的含量越少越优选，可以为0％，但S含量的过度减少由于因精炼工序的长时间化而导致生产率的降低，S的含量优选为0.002％以上。
B：0.0003％以下
B是在钢中在晶界偏析，使晶界强度上升的有效的元素。在使用低品质的原料的情况下，有钢中含有的B多于0.0003％的情况。在该情况下，形成粗大的晶界析出物，并且淬火性上升，从而有助于岛状马氏体的生成，使韧性降低，因此将B的含量设为0.0003％以下。并且优选为0.0002％以下。
以上为本发明中的基本的成分组成，但根据需要，可以含有1种或者2种以上的以下的元素。
Cu：0.50％以下，
Ni：0.50％以下，
Cr：0.50％以下，
Mo：0.30％以下，
Ca：0.0050％以下，
Ti：0.025％以下以及REM：0.005％以下。
Cu：0.50％以下
Cu是能够通过固溶强化进一步实现钢的进一步高强度化的元素。为了得到这样的效果，优选含有Cu为0.01％以上。其中，如果含量超过0.50％，则容易产生Cu破裂。因此，在作为钢的成分组成含有Cu的情况下，优选将含量设为0.50％以下。
Ni：0.50％以下
Ni与Cu同样地是在钢中固溶，不使延展性、韧性恶化而能够实现钢的高强度化的元素。为了得到这样的效果，优选含有Ni为0.01％以上。特别是Ni优选通过与Cu复合添加而抑制Cu破裂。另一方面，如果Ni含量过度，则有助于岛状马氏体的生成，并且Ni是高价的元素，因此从这些观点考虑，Ni的含量优选为0.50％以下。
Cr：0.50％以下
Cr是能够通过固溶强化实现钢的进一步高强度化的元素。为了得到这样的效果，优选Cr含有0.01％以上。另一方面，如果Cr含量过度，则有助于岛状马氏体的生成，因此Cr的含量优选为0.50％以下。
Mo：0.30％以下
Mo是能够通过固溶强化实现钢的进一步的高强度化的元素。为了得到这样的效果，优选含有0.01％以上的Mo。另一方面，如果Mo含量为过度，则有助于岛状马氏体的生成，因此Mo的含量优选为0.30％以下。
Ca：0.0050％以下
Ca通过与S、O结合而减少钢中的MnS，由此能够实现钢的韧性和延展性的提高。为了得到这样的效果，优选含有Ca为0.0005％以上。另一方面，如果Ca含量超过0.0050％，则清洁度降低，韧性逐渐降低，因此优选将Ca的含量设为0.0050％以下。
Ti：0.025％以下
Ti以TiN的形式具有在奥氏体中析出并使晶粒微细化的效果。为了得到这样的效果，优选含有Ti为0.001％以上。另一方面，如果Ti含量过度，则析出的TiN变得粗大，并且晶粒粗大化，因此韧性逐渐降低。因此，优选将Ti的含量设为0.025％以下。
REM：0.005％以下
REM(稀土类元素)与Ca同样地能够通过与S、O结合而减少钢中的MnS，能够实现钢的韧性、延展性。为了得到这样的效果，优选含有REM为0.001％以上。另一方面，如果Ca含量超过0.005％，则清洁度降低，韧性逐渐降低，因此优选将REM的含量设为0.005％以下。
接下来，对本发明的钢板桩的微观组织进行说明。应予说明，本发明中，规定钢板桩的腹板部的微观组织即可。其原因是腹板部的加工度最低，组织粗大，强度和韧性的确保最困难，因此如果在腹板部满足后述的组织条件，则在其它的部位也满足后述的组织条件。
作为该微观组织，铁素体的面积分率为70％以上以及岛状马氏体的面积率为1.0％以下，铁素体的平均粒径为15μm以下且最大粒径为40μm以下很重要。
[铁素体主体组织]
钢板桩的微观组织为铁素体主体组织。铁素体主体组织是指铁素体的面积率为70％以上的组织。在铁素体的面积率小于70％时存在硬质相增加，韧性降低的情况。铁素体的面积率的上限从确保强度的观点考虑优选小于90％。应予说明，对于第二相没有特别限定，但可举出包含珠光体、岛状马氏体的贝氏体组织、马氏体。其中，岛状马氏体的面积率如后所述限定。
[铁素体的平均粒径为15μm以下，并且最大粒径为40μm以下]
在钢板桩的微观组织中，将铁素体的平均粒径设为15μm以下，并且将最大粒径设为40μm以下。在铁素体的平均粒径大于15μm或者最大粒径大于40μm的情况下，YP降低，并且确保韧性困难。进一步为了得到高强度和韧性，优选铁素体的平均粒径为12μm以下，并且最大粒径为30μm以下。应予说明，铁素体的平均粒径和最大粒径可以根据后述的实施例所记载的测定方法进行测定。
铁素体的平均粒径的下限没有特别限定，从确保拉伸强度的观点考虑，优选为5μm以上，更优选为10μm以上。并且，铁素体的最大粒径的下限没有特别限定，相同地从确保拉伸强度的观点考虑，优选为20μm以上，更优选为25μm以上。
[岛状马氏体的面积率为1.0％以下]
在钢板桩的微观组织中，将岛状马氏体的面积率设为1.0％以下。如果岛状马氏体的面积率多于1.0％，则难以确保韧性。为了得到更高韧性，优选将岛状马氏体的面积率设为0.5％以下。岛状马氏体的面积率越少越优选，可以为0％，因此没有特别设置下限。应予说明，岛状马氏体的面积率可以根据后述的实施例所记载的测定方法进行测定。
并且为了得到高强度和高韧性的钢板桩，基于析出物的分散强化和基于析出物的组织的均匀的微细化是有效的，因此对于析出物的粒径、面积率进行了研究。
即对具有基于本发明的上述的成分组成范围内的各种成分组成的钢坯材实施热轧并成型为各种钢板桩后进行空冷(冷却速度：0.50℃/s)。从空冷后的各钢板桩采取样品，利用电解研磨法进行表面处理后利用透过电子显微镜(以下，TEM)进行观察，测定由V碳氮化合物、Nb碳氮化合物以及V和Nb复合碳氮化合物构成的、析出物的粒径和面积率。应予说明，析出物的粒径和面积率的测定基于后述的方法进行。
对于上述的各种钢板桩，从各钢板桩采取夏比冲击试验片，求出延展性断面率50％的断裂转变温(vTrs)。应予说明，vTrs的测定根据后述的实施例所记载的方法进行。
图3中示出了该vTrs的测定结果即与上述的析出物的面积率的关系。这里，对于析出物，可以根据后述式(2)进行整理。
d≥5[(Ae3-Ar3)/Ae3]-0.63……(2)
这里，d、Ae3和Ar3分别是析出物的粒径(nm)、平衡相变时的铁素体相变开始温度(℃)以及空冷时的铁素体相变开始温度(℃)。Ae3和Ar3分别由以下所示的式(3)和(4)求出。
Ar3＝910-310[％C]-80[％Mn]-20[％Cu]-15[％Cr]-55[％Ni]-80[％Mο]……(4)
这里，[％C]、[％Si]、[％Mn]、[％Cu]、[％Cr]、[％Ni]以及[％Mο]分别为钢中的C、Si、Mn、Cu、Cr、Ni以及Mo的含量(质量％)。
图3中示出了具有满足式(2)的析出物粒径的V碳氮化合物、Nb碳氮化合物以及这些复合析出物的面积率与断裂转变温(℃)(以下「vTrs」)的关系。可知具有满足式(2)的析出物粒径的V碳氮化合物、Nb碳氮化合物以及这些复合析出物的合计面积率为0.30％以上时为vTrs-10℃以下。该合计面积率优选为0.35％以上。
该合计面积率的上限没有特别限定，从抑制过度的析出脆化的观点考虑优选为1.00％以下。
并且，对于上述的各种钢板桩，从各钢板桩采取拉伸试验片，求出YP(0.2％耐力)。应予说明，YP的测定基于后述的实施例所记载的方法进行。对于该测定结果，图4示出了根据测定结果提取上述的析出物的粒径和面积率的、粒径为10nm以下的V碳氮化合物、Nb碳氮化合物以及这些复合析出物的面积率的关系。这里，着眼于粒径为10nm以下的V碳氮化合物、Nb碳氮化合物以及它们的复合析出物的面积率的理由是因为涉及析出强化的奥罗万应力由于与析出物的粒径成反比例，所以成为利用析出强化时的指标。根据图4可知，通过使粒径为10nm以下的V碳氮化合物、Nb碳氮化合物以及它们的复合析出物的合计面积率为2.6％以上，从而成为YP440MPa以上。该合计面积率优选为4.0％以上。
该合计面积率的上限没有特别限定，从抑制过度的析出脆化的观点考虑优选为10.0％以下。
＜钢板桩的制造方法＞
接下来，对本发明的钢板桩的制造方法进行说明。
钢板桩是通过热轧进行制造，所述热轧包括具有对上述的组成成分的、板坯等钢坯材利用加热炉加热后进行粗轧、中间轧制和精轧。
图1的(a)中示出了作为钢板桩的典型例的帽形钢板桩1。帽形钢板桩1具有底板2、从该底板2的两端倾斜而延伸的一对凸缘3和4、从与两凸缘3和4的底板2相反一侧与底板2平行地延伸的臂部5和6、位于臂部5和6的两端部的爪部7和8。
如果将该帽形钢板桩的制造作为一个例子，则在加热钢坯材后，在粗轧、中间轧制和精轧各轧制中，最终地通过图2所示的孔膜而成型。具体而言，在最初的粗轧中将钢坯材轧制多次后，最终通过孔膜13制成钢板桩的概形。接着，在中间轧制中，一边调整成为底板2、凸缘3和4、臂部5和6、爪部7以及8的部分的厚度，一边最终地通过孔膜14。并且，在精轧中，主要进行包含爪弯曲成型的形状控制，最终地通过孔膜15，成型为最终产品形状。
应予说明，上述所示的帽形钢板桩以外的钢板桩例如如图1的(b)所示的直线形钢板桩9那样，包含底板厚、爪部的产品形状存在不同的钢板桩中，有热轧的轧制道次数、轧制温度存在有差的情况，但根据粗轧、中间轧制和精轧(包含爪弯曲成型)制造上不存在根本的差异，均包含于本发明的制造方法。这里，图1的(b)所示的直线形钢板桩9中，将位于左右爪部11和12间的直线的部分作为底板10。
重要的是在如下的条件下进行：将上述钢坯材加热到1200℃～1350℃后，将热轧在900℃～1000℃的累积压下率为20％以上，奥氏体的未再结晶区域的压下率(以下，也称为CR率)为10％以上且小于20％以及中间轧制的精加工温度为650℃～900℃。
[钢坯材的加热温度：1200℃～1350℃]
进行热轧时，需要将钢坯材加热到1200℃～1350℃。如果加热温度小于1200℃，则钢成分中的V和Nb的固溶变得不充分，析出物变得粗大，难以确保强度，并且热间的变形阻力可能上升，导致轧制辊损坏。另一方面，如果加热温度超过1350℃，则晶粒变得粗大，难以确保韧性，并且，加热时间增大，生产率降低。因此，钢坯材的加热温度为1200℃～1350℃。优选为1250℃以上。
[900℃～1000℃的累积压下率为20％以上]
重要的是900℃～1000℃的累积压下率为20％以上。通过将未再结晶温度区域正上方的压下率设为20％以上，由此在奥氏体中因应变诱导，数nm级别的Nb碳氮化合物或Nb与V的复合析出物析出，YP显著地提高。优选为25％以上。应予说明，对于上限，不需要特别限定，但从制造性的观点考虑，优选为30％以下。
[CR率为10％以上且小于20％]
在上述的基础上，重要的是CR率为10％以上。如果CR率小于10％，则最终微观组织的粒径变成粗粒，铁素体的平均粒径比15μm大或者最大粒径比40μm大，难以确保韧性。另外，由于轧制载荷增大，需要严格进行形状控制，因此CR率小于20％。优选为13％以上，且为18％以下。这里，CR率可以通过通材时的辊间隙的增减进行调整。
[中间轧制的结束温度为650℃～900℃]
上述的形成底板、凸缘的中间轧制的结束温度为650℃～900℃。如果超过900℃，则难以满足上述两个轧制条件中的任一个，最终微观组织中的铁素体的平均粒径比15μm大或者最大粒径比40μm大，产生难以确保韧性的情况。优选为850℃以下。另一方面，如果小于650℃，则中间轧制的轧制载荷变高，中间轧制机中的轧制辊损害的风险增加。优选地为700℃以上。应予说明，中间轧制如上所述是指从给予钢板桩的概形的粗轧后到爪弯曲轧制前为止的轧制，将主要成为底板的部分在厚度方向上压下的轧制。
本发明的钢板桩不需要以强度和韧性的提高作为目的的轧制中或爪弯曲轧制后的加速冷却。加速冷却由于产生了弯曲、翘曲这样的形状变化，因此生产上不优选。因此，爪弯曲轧制后，优选进行空冷。应予说明，从轧制中的形状控制的观点考虑，不可避免的水、冷却床的水雾水这样的冷却对本发明的钢板桩的特性不会带来影响。
通过进行基于上述条件的、成分调整、轧制和冷却，从而在钢板桩中，能够得到YP440MPa以上的高强度且vTrs为-10℃以下这样的、优异的机械特性。应予说明，在本发明中成为对象的钢板桩与该截面形状无关，包含帽形、U形、它们的组合以及直线形等，并且底板厚、爪部的形状并没有特别限定。
实施例
以下，根据实施例，更具体地说明本发明的结构和作用效果。应予说明，本发明并不受下述的实施例限制，也能够在可适于本发明的主旨的范围内适当地变更，这些任一技术均包含于本发明的技术的范围。
利用连续铸造机，准备表1-1和表1-2所示的成分组成的钢坯材，在表2-1和表2-2所示的条件下进行加热和热轧，制造图1所示的帽形钢板桩，所述帽形钢板桩具有底板2、从底板2的两端倾斜并延长的一对凸缘3和4向将底板2平行地向左右扩展的方向延长的臂部5和6、位于臂部5和6的两端部的爪部7和8。
/>
对于得到的钢板桩，实施钢板桩的微观组织的观察、析出物的观察、拉伸试验和韧性试验。以下，对于各评价方法进行说明。
<微观组织的观察>
从钢板桩的底板的底板厚1/4位置，采取试验片，供于微观组织的观察。这里採取的试验片在观察之前对表面进行研磨，利用硝酸乙醇进行了腐蚀。并且，使用光学显微镜，以100倍观察底板的厚度方向截面进行观察，鉴定组织的种类，在800μm×600μm的视场中，根据图像解析，进行将铁素体、珠光体、贝氏体和马氏体分别变换为白、黑和灰这3个灰度的处理并区别，得到各组织的面积率。另外，铁素体的平均粒径相同地根据基于分水岭算法的图像解析，计算上述视场中的铁素体的各晶粒的面积，将各晶粒的圆相当径作为铁素体的粒径，作为上述视场内的平均值求出。铁素体的最大粒径为上述视场内的圆相当径中最大的值。并且，对于岛状马氏体的观察，对与上述相同的试验片进行电解腐蚀和硝酸乙醇的2段蚀刻处理，溶解渗碳体，使用扫描式电子显微镜(SEM)，以倍率1000倍左右随机地观察10个视场以上，通过上述同样的图像解析，求出岛状马氏体的面积率。
<析出物的观察>
从钢板桩的底板的底板厚1/4位置采取样品，利用电解研磨法进行表面处理厚，利用透射式电子显微镜(TEM)以200000倍观察30个视场，对于粒径为1nm以上的析出物，使用暗视场法和质量分析器(EDS)，确定V碳氮化合物、Nb碳氮化合物和它们的复合析出物，计数各析出物，算出在视场中占有的析出物的合计面积率。其中，析出物视为椭圆，将长径和短径的平均值设为粒径。
<拉伸试验>
从钢板桩的底板的底板厚1/4位置，以拉伸方向成为较长方向的方式采取由JISZ2241规定的JIS1A号拉伸试验片，基于JIS Z2241进行拉伸试验，求出屈服点(YP)、拉伸强度(TS)。
<韧性试验>
从钢板桩的底板的底板厚1/4位置，采取由JIS Z2242规定的2mmV缺口夏比冲击试验片(V缺口深度2mm)，基于JIS Z2242进行了夏比冲击试验。应予说明，冲击试验在-80～40℃的温度范围内进行，求出0℃的吸收能量(vE0)和延展性断面率50％的断裂转变温(vTrs)。
表2-1和表2-2中一并示出了上述调查的结果。使用满足基于本发明的成分组成的适合钢，利用基于本发明的制造方法制成的钢板桩的试验结果(表2-1的No.1～17)均满足所希望的特性(屈服强度YP：440MPa以上，延展性断面率50％的断裂转变温vTrs：-10℃以下)。
另一方面，钢板桩的钢组成不满足本发明的条件或者不满足本发明的制造方法的条件或者两个都不满足的比较例(表2-2的No.18～38，41)中，屈服强度和延展性断面率50％的断裂转变温(vTrs)中的任一值不满足要求特性。
另外，不满足本发明的制造方法的条件的比较例(表2-2中的No.39、40、42)均是中间轧制时的轧制载荷变得过大，超过辊的耐载荷，因此中止了轧制。
/>
符号的说明
1：帽形钢板桩
2：底板
3：凸缘
4：凸缘
5：臂部
6：臂部
7：爪部
8：爪部
9：直线形钢板桩
10：底板
11：爪部
12：爪部
13：帽形钢板桩的粗轧的最终道次的孔膜
14：帽形钢板桩的中间轧制的最终道次的孔膜
15：帽形钢板桩的精轧的最终道次的孔膜

Claims (3)

1.一种钢板桩，具有如下的成分组成和微观组织，
所述成分组成以满足下述式(1)的范围以质量％计含有：
C：0.05～0.18％、
Si：0.05～0.55％、
Mn：1.00～1.65％、
sol.Al：0.080％以下、
V：0.005～0.250％、
Nb：0.005％以上且小于0.030％和N：0.0010～0.0060％，
剩余部分为Fe及不可避免的杂质，作为该不可避免的杂质的P、S和B为P：0.025％以下，S：0.020％以下以及B：0.0003％以下，
所述微观组织是铁素体的面积分率为70％以上且岛状马氏体的面积率为1.0％以下，并且，粒径为10nm以下的V碳氮化合物、Nb碳氮化合物以及V和Nb复合碳氮化合物的合计面积率为2.6％以上，具有满足下述式(2)的粒径d的V碳氮化合物、Nb碳氮化合物以及V和Nb复合碳氮化合物的合计面积率为0.30％以上，所述粒径d的单位为nm，
并且，所述铁素体的平均粒径为15μμm以下且最大粒径为40μμm以下，
所述钢板桩的屈服强度为440MPa以上且vTrs为-10℃以下，
-0.010≤[％Nb]-0.1[％V]≤0.020……(1)
其中，[％V]、[％Nb]分别为钢中的V和Nb的以质量％计含量，
d≥5[(Ae3-Ar3)/Ae3]-0.63……(2)，
其中，Ae3：平衡相变时的铁素体相变开始温度(℃)，
Ar3：冷却时的铁素体相变开始温度(℃)。
2.根据权利要求1所述的钢板桩，其中，所述成分组成进一步以质量％计含有Cu：0.50％以下、Ni：0.50％以下、Cr：0.50％以下、Mo：0.30％以下、Ca：0.0050％以下、Ti:0.025％以下以及REM：0.005％以下中的1种或者2种以上。
3.一种钢板桩的制造方法，将具有权利要求1或2所记载的成分组成的钢坯材加热到1200℃～1350℃，将包含粗轧、中间轧制和精轧的热轧在900℃～1000℃的累积压下率为20％以上、奥氏体的未再结晶温度区域的压下率为10％以上且小于20％以及所述中间轧制的结束温度为650℃～900℃的条件下进行，
所述钢板桩的屈服强度为440MPa以上且vTrs为-10℃以下。
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