JP2000017379A - 結晶方位制御による疲労亀裂伝播特性の良好な鋼板及びその製造方法 - Google Patents
結晶方位制御による疲労亀裂伝播特性の良好な鋼板及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は大型船舶・橋梁・建設機械部品など
を用途とする高強度厚鋼板に関し、溶接性や溶接熱影響
部靭性などに困難を生じさせないで疲労強度を向上させ
る鋼板及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 所定成分の鋼でフェライト分率70%か
つ(100)//NDであるような結晶方位と(11
1)//NDであるような結晶方位の境界がき裂の進展
方向にそって少なくとも30μmに一箇所以上または面
強度比の比(111)/(100)が1.25〜2.0
であるような疲労亀裂伝播特性の良好な鋼板及びその二
相域圧延による製造法。
を用途とする高強度厚鋼板に関し、溶接性や溶接熱影響
部靭性などに困難を生じさせないで疲労強度を向上させ
る鋼板及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 所定成分の鋼でフェライト分率70%か
つ(100)//NDであるような結晶方位と(11
1)//NDであるような結晶方位の境界がき裂の進展
方向にそって少なくとも30μmに一箇所以上または面
強度比の比(111)/(100)が1.25〜2.0
であるような疲労亀裂伝播特性の良好な鋼板及びその二
相域圧延による製造法。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本願は、石油積載タンカーな
どの大型船舶、橋梁・建設機械部品などの溶接構造物用
厚鋼板の薄肉化を実現させる高引張強度かつ高疲労強度
の厚鋼板及びその製造方法に関する。
どの大型船舶、橋梁・建設機械部品などの溶接構造物用
厚鋼板の薄肉化を実現させる高引張強度かつ高疲労強度
の厚鋼板及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、鋼の疲労特性を向上させるため
に、Siによる固溶強化やCuによる析出強化現象を活
用し、疲労発生限を高くする方法、また特開平4−33
7026号公報のように複合組織鋼を二相域圧延して、
マルテンサイト第二相を偏平化させ、疲労伝播抵抗とし
を疲労特性を向上させるなどの方法が開示されている。
に、Siによる固溶強化やCuによる析出強化現象を活
用し、疲労発生限を高くする方法、また特開平4−33
7026号公報のように複合組織鋼を二相域圧延して、
マルテンサイト第二相を偏平化させ、疲労伝播抵抗とし
を疲労特性を向上させるなどの方法が開示されている。
【0003】しかし、特にSi、Cuなどの元素を必要
とする従来技術は溶接性を劣化させ大型船舶・橋梁・建
設機械部品などの溶接構造物を用途とする場合には問題
になる。
とする従来技術は溶接性を劣化させ大型船舶・橋梁・建
設機械部品などの溶接構造物を用途とする場合には問題
になる。
【0004】マルテンサイトなどの第二相を活用する従
来技術では、溶接熱影響部に微細で硬質なマルテンサイ
トを生じやすく、溶接熱影響部の靭性を著しく劣化させ
る傾向がある。
来技術では、溶接熱影響部に微細で硬質なマルテンサイ
トを生じやすく、溶接熱影響部の靭性を著しく劣化させ
る傾向がある。
【0005】従って、従来の大型船舶・橋梁・建設機械
部品などを用途とする高強度厚鋼板に関する疲労特性向
上技術では溶接性・溶接熱影響部靭性などに難点があっ
た。
部品などを用途とする高強度厚鋼板に関する疲労特性向
上技術では溶接性・溶接熱影響部靭性などに難点があっ
た。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は大型船舶・橋
梁・建設機械部品などを用途とする高強度厚鋼板に関
し、溶接性や溶接熱影響部靭性などに困難を生じさせな
いで疲労強度を向上させる鋼板及びその製造法を提供す
る。
梁・建設機械部品などを用途とする高強度厚鋼板に関
し、溶接性や溶接熱影響部靭性などに困難を生じさせな
いで疲労強度を向上させる鋼板及びその製造法を提供す
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を次の
(1)〜(7)を提供することによって解決する。すな
わち、 (1) 重量%で、C:0.02〜0.2%、Si:
0.01〜0.8%、Mn:0.3〜2.5%、P:
0.0001〜0.04%、S:0.0001〜0.0
2%、Al:0.005〜0.1%、N:0.001〜
0.01%を有し、残部Fe及び不可避的不純物からな
り、かつ当該金属組織をフェライト相が70%以上を占
め、鋼板表面に平行な測定面で鋼板内部のα(111)
面強度比とα(100)面強度比の比が1.25〜2.
0であることを特徴とする疲労亀裂伝播特性の良好な鋼
板。
(1)〜(7)を提供することによって解決する。すな
わち、 (1) 重量%で、C:0.02〜0.2%、Si:
0.01〜0.8%、Mn:0.3〜2.5%、P:
0.0001〜0.04%、S:0.0001〜0.0
2%、Al:0.005〜0.1%、N:0.001〜
0.01%を有し、残部Fe及び不可避的不純物からな
り、かつ当該金属組織をフェライト相が70%以上を占
め、鋼板表面に平行な測定面で鋼板内部のα(111)
面強度比とα(100)面強度比の比が1.25〜2.
0であることを特徴とする疲労亀裂伝播特性の良好な鋼
板。
【0008】(2) さらに、(100)//ND方位
を有する結晶粒と(111)//ND方位を有する結晶
粒との間の境界が亀裂の進展方向にそって少なくとも3
0μmに一箇所以上横切ることを特徴とする前記(1)
に記載の疲労亀裂伝播特性の良好な鋼板。
を有する結晶粒と(111)//ND方位を有する結晶
粒との間の境界が亀裂の進展方向にそって少なくとも3
0μmに一箇所以上横切ることを特徴とする前記(1)
に記載の疲労亀裂伝播特性の良好な鋼板。
【0009】ただし、NDは鋼板表面の法線方向を示
し、(uvw)//NDは金属材料のミラー指数(uv
w)の面が鋼板表面とほぼ平行であるすべての結晶方位
を含む。
し、(uvw)//NDは金属材料のミラー指数(uv
w)の面が鋼板表面とほぼ平行であるすべての結晶方位
を含む。
【0010】(3) 鋼が、さらに重量%で、Nb:
0.003〜0.1%、V:0.005〜0.2%、T
i:0.003〜0.1%の1種以上を含有することを
特徴とする前記(1)〜(2)のいずれかに記載の疲労
亀裂伝播特性の良好な鋼板。
0.003〜0.1%、V:0.005〜0.2%、T
i:0.003〜0.1%の1種以上を含有することを
特徴とする前記(1)〜(2)のいずれかに記載の疲労
亀裂伝播特性の良好な鋼板。
【0011】(4) 鋼が、さらに重量%で、Cu:
0.01〜1.5%、Ni:0.01〜3.0%、M
o:0.01〜1.0%、Cr:0.01〜1.0%の
1種以上を含有することを特徴とする前記(1)〜
(3)のいずれかに記載の疲労亀裂伝播特性の良好な鋼
板。
0.01〜1.5%、Ni:0.01〜3.0%、M
o:0.01〜1.0%、Cr:0.01〜1.0%の
1種以上を含有することを特徴とする前記(1)〜
(3)のいずれかに記載の疲労亀裂伝播特性の良好な鋼
板。
【0012】(5) 重量%で、C:0.02〜0.2
%、Si:0.01〜0.8%、Mn:0.3〜2.5
%、P:0.0001〜0.04%、S:0.0001
〜0.02%、Al:0.005〜0.1%、N:0.
001〜0.01%を有し、残部Fe及び不可避的不純
物からなる鋼片を950〜1300℃の温度域に加熱
し、粗圧延において少なくともオーステナイト未再結晶
域の圧下率を10%以上とし、さらに仕上げ圧延におい
て、フェライトが70%を超えるα−γ二相域またはα
相域温度で累積圧下率を75%以上とすることを特徴と
する疲労亀裂伝播特性の良好な鋼板の製造方法。
%、Si:0.01〜0.8%、Mn:0.3〜2.5
%、P:0.0001〜0.04%、S:0.0001
〜0.02%、Al:0.005〜0.1%、N:0.
001〜0.01%を有し、残部Fe及び不可避的不純
物からなる鋼片を950〜1300℃の温度域に加熱
し、粗圧延において少なくともオーステナイト未再結晶
域の圧下率を10%以上とし、さらに仕上げ圧延におい
て、フェライトが70%を超えるα−γ二相域またはα
相域温度で累積圧下率を75%以上とすることを特徴と
する疲労亀裂伝播特性の良好な鋼板の製造方法。
【0013】(6) 鋼が、さらに重量%で、Nb:
0.003〜0.1%、V:0.005〜0.2%、T
i:0.003〜0.1%の1種以上を含有することを
特徴とする前記(5)に記載の疲労亀裂伝播特性の良好
な鋼板の製造方法。
0.003〜0.1%、V:0.005〜0.2%、T
i:0.003〜0.1%の1種以上を含有することを
特徴とする前記(5)に記載の疲労亀裂伝播特性の良好
な鋼板の製造方法。
【0014】(7) 鋼が、さらに重量%で、Cu:
0.01〜1.5%、Ni:0.01〜3.0%、M
o:0.01〜1.0%、Cr:0.01〜1.0%の
1種以上を含有することを特徴とする前記(5)〜
(6)のいずれかに記載の疲労亀裂伝播特性の良好な鋼
板の製造方法。によって課題を解決する。
0.01〜1.5%、Ni:0.01〜3.0%、M
o:0.01〜1.0%、Cr:0.01〜1.0%の
1種以上を含有することを特徴とする前記(5)〜
(6)のいずれかに記載の疲労亀裂伝播特性の良好な鋼
板の製造方法。によって課題を解決する。
【0015】
【発明の実施の形態】以下に本課題を解決する手段を規
定した理由を述べる。
定した理由を述べる。
【0016】本発明者らが疲労亀裂が鋼板の母材組織中
で遅延する現象を発見するべく鋭意研究を行ったとこ
ろ、大加工率にて二相域圧延を施したり、α域で大加工
率圧延を施して集合組織が発達した鉄鋼材料は進展中の
疲労亀裂を分岐・迂回させる性質を有することがわかっ
た。分岐が頻度多く起こる材料ほど疲労特性が向上し、
分岐は特にフェライト相の粒界で頻度多く起こる。また
亀裂の分岐の起こる箇所は方位の異なるフェライト結晶
粒の境界が主となっていることが判明した。
で遅延する現象を発見するべく鋭意研究を行ったとこ
ろ、大加工率にて二相域圧延を施したり、α域で大加工
率圧延を施して集合組織が発達した鉄鋼材料は進展中の
疲労亀裂を分岐・迂回させる性質を有することがわかっ
た。分岐が頻度多く起こる材料ほど疲労特性が向上し、
分岐は特にフェライト相の粒界で頻度多く起こる。また
亀裂の分岐の起こる箇所は方位の異なるフェライト結晶
粒の境界が主となっていることが判明した。
【0017】構造物の溶接止端部から疲労亀裂が発生す
る場合の疲労特性を評価するために採用した疲労試験片
を図1に示す。
る場合の疲労特性を評価するために採用した疲労試験片
を図1に示す。
【0018】鋼板は25mm程度の厚みに仕上げ、鋼板
長手方向に290mm、幅方向に80mmの試験板を採
取した。さらに炭酸ガス溶接にてC=0.06mass
%、Si=0.50mass%、Mn=1.40mas
s%の化学成分組成の1.4mm径ワイヤを用い電流2
70A、電圧30V、ビード速度20cm/minにて
10mm幅、30mm長さ、30mm高さのリムを試験
板の中央に廻し溶接し試験片を作成した。
長手方向に290mm、幅方向に80mmの試験板を採
取した。さらに炭酸ガス溶接にてC=0.06mass
%、Si=0.50mass%、Mn=1.40mas
s%の化学成分組成の1.4mm径ワイヤを用い電流2
70A、電圧30V、ビード速度20cm/minにて
10mm幅、30mm長さ、30mm高さのリムを試験
板の中央に廻し溶接し試験片を作成した。
【0019】荷重は下スパン70mm、上スパン220
mmとして最大荷重Pmax=5500kgfにて応力
比R=0.1の繰り返し応力5万回負荷と最大荷重0.
95Pmaxにて応力比R=0.5の繰り返し応力3万
回負荷を交互に実施し、疲労寿命を求めた。
mmとして最大荷重Pmax=5500kgfにて応力
比R=0.1の繰り返し応力5万回負荷と最大荷重0.
95Pmaxにて応力比R=0.5の繰り返し応力3万
回負荷を交互に実施し、疲労寿命を求めた。
【0020】このような疲労試験で疲労特性が良好な材
料は主亀裂が分岐する特徴を有していた。分岐亀裂近傍
の断面を電子後方散乱パターン解析により調査し、亀裂
分岐点はα鉄の(100)面が鋼板表面に平行な方位
{以下、α(100)//NDと呼ぶ}とα鉄の(11
1)面が鋼板表面に平行な方位{以下、α(111)/
/NDと呼ぶ}の境界であることが多かった。
料は主亀裂が分岐する特徴を有していた。分岐亀裂近傍
の断面を電子後方散乱パターン解析により調査し、亀裂
分岐点はα鉄の(100)面が鋼板表面に平行な方位
{以下、α(100)//NDと呼ぶ}とα鉄の(11
1)面が鋼板表面に平行な方位{以下、α(111)/
/NDと呼ぶ}の境界であることが多かった。
【0021】電子後方散乱パターン解析の観察例を図2
及び図3に示す。図2は亀裂断面のスケッチであり、図
中に書き込まれた番号は電子後方散乱パターンを撮影し
た位置を示している。図2は主亀裂(図中右側斜線部)
が下から上に伝播する際に生じた分岐亀裂を挟んで下側
(測定点1、2、3、9、10、11)及び上側(測定
点4、5、6、7、8)の結晶方位を測定したことが分
かる。
及び図3に示す。図2は亀裂断面のスケッチであり、図
中に書き込まれた番号は電子後方散乱パターンを撮影し
た位置を示している。図2は主亀裂(図中右側斜線部)
が下から上に伝播する際に生じた分岐亀裂を挟んで下側
(測定点1、2、3、9、10、11)及び上側(測定
点4、5、6、7、8)の結晶方位を測定したことが分
かる。
【0022】また図2の各位置の測定結果を図3に各番
号に対応させα(100)の極の位置で示す。図3では
図2のスケッチ中の測定した各点からの(100)面の
極のステレオ投影図を示しており、中心部が鋼板表面に
対する法線(ND)方向であり、上下方向が鋼板圧延
(RD)方向、左右が鋼板幅(TD)方向である。
号に対応させα(100)の極の位置で示す。図3では
図2のスケッチ中の測定した各点からの(100)面の
極のステレオ投影図を示しており、中心部が鋼板表面に
対する法線(ND)方向であり、上下方向が鋼板圧延
(RD)方向、左右が鋼板幅(TD)方向である。
【0023】図3によると分岐亀裂の下側の測定点1、
2、3、9、10、11は(100)の極の一つが図の
中心すなわちND方向に向いている。従ってα(10
0)//NDの方位を有していることがわかる。
2、3、9、10、11は(100)の極の一つが図の
中心すなわちND方向に向いている。従ってα(10
0)//NDの方位を有していることがわかる。
【0024】一方、分岐亀裂の上側の測定点4、5、
6、7、8ではND(図の中心)をほぼ中心に(10
0)極が配位しており、α(111)//NDの方位を
有していることがわかる。
6、7、8ではND(図の中心)をほぼ中心に(10
0)極が配位しており、α(111)//NDの方位を
有していることがわかる。
【0025】従って、図2及び図3から、分岐亀裂はα
(100)//NDの方位からα(111)//NDの
方位へ移る結晶粒界に沿って発生している。
(100)//NDの方位からα(111)//NDの
方位へ移る結晶粒界に沿って発生している。
【0026】他の分岐近傍もその殆どがα(100)/
/NDの方位からα(111)//NDの方位へ移る境
界及びα(111)//NDの方位からα(100)/
/NDの方位へ移る境界で分岐が生じていた。
/NDの方位からα(111)//NDの方位へ移る境
界及びα(111)//NDの方位からα(100)/
/NDの方位へ移る境界で分岐が生じていた。
【0027】すべり線の方向を考察するとα(100)
//NDの方位は主亀裂の進展する方向に平行または直
行するすべり線が全く存在しないことがわかる。一方、
α(111)//NDの方位は必ず主亀裂に直交したす
べり線を有している。すなわち、α(100)//ND
の方位とα(111)//NDの方位の境界は塑性変形
挙動が異なるため境界層で剥離モードの変形が起こり分
岐を生じると考えられる。
//NDの方位は主亀裂の進展する方向に平行または直
行するすべり線が全く存在しないことがわかる。一方、
α(111)//NDの方位は必ず主亀裂に直交したす
べり線を有している。すなわち、α(100)//ND
の方位とα(111)//NDの方位の境界は塑性変形
挙動が異なるため境界層で剥離モードの変形が起こり分
岐を生じると考えられる。
【0028】このような異方位の境界で亀裂の分岐が起
こるので、α(111)の面強度とα(100)の面強
度の強度の比が適切なとき、疲労特性が特に良好になる
条件が存在すると思われる。
こるので、α(111)の面強度とα(100)の面強
度の強度の比が適切なとき、疲労特性が特に良好になる
条件が存在すると思われる。
【0029】図4はフェライト主体の組織よりなる種々
の二相域圧延条件で作成した鋼板でα(111)とα
(100)面強度の比と疲労寿命との関係を示してい
る。
の二相域圧延条件で作成した鋼板でα(111)とα
(100)面強度の比と疲労寿命との関係を示してい
る。
【0030】疲労特性を向上させるのに有効な面強度の
比は1.25−2.0であるといえる。
比は1.25−2.0であるといえる。
【0031】図4中には特にα(100)//NDの方
位からα(111)//NDの方位へ移る境界及びα
(111)//NDの方位からα(100)//NDの
方位へ移る境界の間隔(以下、(111)/(100)
境界間隔とよぶ)が30μm以下である点を白抜き点で
示している。これによると、(111)/(100)境
界間隔が30μmの場合さらに良好な疲労特性が得られ
ることがわかる。
位からα(111)//NDの方位へ移る境界及びα
(111)//NDの方位からα(100)//NDの
方位へ移る境界の間隔(以下、(111)/(100)
境界間隔とよぶ)が30μm以下である点を白抜き点で
示している。これによると、(111)/(100)境
界間隔が30μmの場合さらに良好な疲労特性が得られ
ることがわかる。
【0032】また、亀裂の分岐はフェライト粒とフェラ
イト粒との境界で発生するので、この効果を十分に得る
ためにフェライトを70%に規定する。また、このよう
に規定すると溶接熱影響部靭性に悪影響を及ぼす微細な
硬質マルテンサイトが生じにくくなることも期待でき
る。
イト粒との境界で発生するので、この効果を十分に得る
ためにフェライトを70%に規定する。また、このよう
に規定すると溶接熱影響部靭性に悪影響を及ぼす微細な
硬質マルテンサイトが生じにくくなることも期待でき
る。
【0033】α(100)//NDとα(111)//
NDの結晶方位はフェライトが強加工を受けると形成さ
れるので、本発明品を製造するにはフェライトを70%
以上析出させたγ−α二相域の低温温度領域またはα温
度域で強加工をすれば得られるはずである。
NDの結晶方位はフェライトが強加工を受けると形成さ
れるので、本発明品を製造するにはフェライトを70%
以上析出させたγ−α二相域の低温温度領域またはα温
度域で強加工をすれば得られるはずである。
【0034】実施例に示すようにこれらの集合組織の発
達バランスはα分率を十分に確保して強圧下を加えない
と安定して得られない。実施例に記載の発明者らの実験
によるとα分率は70%以上、かつ二相域での加工率7
5%は必要である。
達バランスはα分率を十分に確保して強圧下を加えない
と安定して得られない。実施例に記載の発明者らの実験
によるとα分率は70%以上、かつ二相域での加工率7
5%は必要である。
【0035】ただし、未再結晶域圧延が不十分でα変態
前のγ粒径が粗粒のときは十分な集合組織の発達や狭い
異相境界間隔がえられない。そのため、粗圧延において
最低でも10%のオーステナイト未再結晶域を加えるこ
とを規定する。
前のγ粒径が粗粒のときは十分な集合組織の発達や狭い
異相境界間隔がえられない。そのため、粗圧延において
最低でも10%のオーステナイト未再結晶域を加えるこ
とを規定する。
【0036】なお、加熱温度は鋼塊または鋼片がオース
テナイト化し十分に軟質になるように950〜1300
℃と規定した。
テナイト化し十分に軟質になるように950〜1300
℃と規定した。
【0037】以上の考え方に基づき、本発明の請求項を
決定した。
決定した。
【0038】さらに本発明品の所望の組織を得て、なお
かつ靭性等、構造用鋼として適切な材質を確保するため
には組織だけでなく、鋼の化学成分組成も適正範囲内と
する必要がある。以下に、本発明における鋼の化学成分
の限定理由を述べる。
かつ靭性等、構造用鋼として適切な材質を確保するため
には組織だけでなく、鋼の化学成分組成も適正範囲内と
する必要がある。以下に、本発明における鋼の化学成分
の限定理由を述べる。
【0039】Cは鋼の強度を向上させるのに有効な成分
として添加するもので、0.02%未満では構造用鋼に
必要な強度の確保が困難であり、また、0.2%を超え
る過剰の添加はフェライト分率を70%以上得ることを
困難にしさらに靭性、耐溶接割れ性などを著しく低下さ
せるので、0.02〜0.2%の範囲とした。
として添加するもので、0.02%未満では構造用鋼に
必要な強度の確保が困難であり、また、0.2%を超え
る過剰の添加はフェライト分率を70%以上得ることを
困難にしさらに靭性、耐溶接割れ性などを著しく低下さ
せるので、0.02〜0.2%の範囲とした。
【0040】Siは脱酸元素として、また、母材の強度
確保に有効な元素である。疲労特性向上の観点からは固
溶強化により疲労限を向上させる効果があるので、少な
くとも0.01%以上添加させる必要がある。しかし
0.8%を超える過剰の添加はαの二次再結晶を著しく
増進させ集合組織の制御を困難にするばかりか構造用鋼
板として重要な靭性や溶接性の劣化を招き、加熱工程で
剥離の困難な鋼片表層の酸化層の著しい成長を招くの
で、Siの範囲は0.01〜0.8%とした。ただしS
iの0.5%を超える添加の際には集合組織制御を安定
に行うためNb、Ti、V等の加熱γから加工誘起析出
をおこす元素の同時添加が望ましい。
確保に有効な元素である。疲労特性向上の観点からは固
溶強化により疲労限を向上させる効果があるので、少な
くとも0.01%以上添加させる必要がある。しかし
0.8%を超える過剰の添加はαの二次再結晶を著しく
増進させ集合組織の制御を困難にするばかりか構造用鋼
板として重要な靭性や溶接性の劣化を招き、加熱工程で
剥離の困難な鋼片表層の酸化層の著しい成長を招くの
で、Siの範囲は0.01〜0.8%とした。ただしS
iの0.5%を超える添加の際には集合組織制御を安定
に行うためNb、Ti、V等の加熱γから加工誘起析出
をおこす元素の同時添加が望ましい。
【0041】また、Mnは母材の強度、靭性の確保に必
要な元素であり、最低限0.3%以上添加する必要があ
るが、溶接部の靭性、割れ感受性など材質上許容できる
範囲で上限を 2.5%とした。
要な元素であり、最低限0.3%以上添加する必要があ
るが、溶接部の靭性、割れ感受性など材質上許容できる
範囲で上限を 2.5%とした。
【0042】Pは結晶粒界に偏析し鋼の延性及び靭性の
いずれにも有害に作用する。全く含有しないことが望ま
しいが実用の清浄化の程度を考慮して0.0001〜
0.04%とした。
いずれにも有害に作用する。全く含有しないことが望ま
しいが実用の清浄化の程度を考慮して0.0001〜
0.04%とした。
【0043】Sは鋼中の合金元素と化合して種々の介在
物を形成し、鋼の延性及び靭性のいずれにも有害に作用
する。全く含有しないことが望ましいが実用の清浄化の
程度を考慮して0.0001〜0.02%とした。
物を形成し、鋼の延性及び靭性のいずれにも有害に作用
する。全く含有しないことが望ましいが実用の清浄化の
程度を考慮して0.0001〜0.02%とした。
【0044】Alは脱酸、γ粒径の細粒化等に有効な元
素であり、効果を発揮するためには0.005%以上含
有する必要があるが、0.1%を超えて過剰に添加する
と、粗大な酸化物を形成して延性を極端に劣化させるた
め、0.005%〜0.1%の範囲に限定する必要があ
る。
素であり、効果を発揮するためには0.005%以上含
有する必要があるが、0.1%を超えて過剰に添加する
と、粗大な酸化物を形成して延性を極端に劣化させるた
め、0.005%〜0.1%の範囲に限定する必要があ
る。
【0045】NはAlやTiと化合してγ粒微細化を起
こし、強度、靭性向上に有効であるが、その効果が明確
になるためには0.001%以上含有させる必要があ
る。一方、過剰に添加すると固溶Nが増加して靭性や延
性に悪影響を及ぼす。許容できる範囲として上限を0.
01%とする。
こし、強度、靭性向上に有効であるが、その効果が明確
になるためには0.001%以上含有させる必要があ
る。一方、過剰に添加すると固溶Nが増加して靭性や延
性に悪影響を及ぼす。許容できる範囲として上限を0.
01%とする。
【0046】以上が本発明鋼の基本成分であるが、未再
結晶域の圧延を安定に実施するためにNb、Ti、Vの
添加は有効である。また主に造船材として本発明品を用
いるとすると所望の母材靭性レベルに応じてNi、Cu
の1種以上を含有させ、強度確保することが望ましく、
また造船用途以外の目的で例えば橋梁用・建設機械用鋼
板で疲労特性のみならず延性の向上をも目的としてC
r、Moなどの元素を含有させることも有効である。
結晶域の圧延を安定に実施するためにNb、Ti、Vの
添加は有効である。また主に造船材として本発明品を用
いるとすると所望の母材靭性レベルに応じてNi、Cu
の1種以上を含有させ、強度確保することが望ましく、
また造船用途以外の目的で例えば橋梁用・建設機械用鋼
板で疲労特性のみならず延性の向上をも目的としてC
r、Moなどの元素を含有させることも有効である。
【0047】同程度の引張強度の鋼においては基本成分
のみで所望の強度を達成する場合と、Nb、Ti、V、
Ni、Cuの1種または2種以上を適宜含有することに
より強度確保を計る場合で靭性や溶接性が著しく異な
り、一般にNi、Cu、Ti、Nb、Vの1種または2
種以上を適宜含有する鋼の方が良好な靭性や溶接性を示
す。また母材靭性の重要でない建築・橋梁用部材にはM
oの添加も有効である。以下にNb、Ti、V、Ni、
Cu、Cr、Moの各選択化学成分の作用を述べる。
のみで所望の強度を達成する場合と、Nb、Ti、V、
Ni、Cuの1種または2種以上を適宜含有することに
より強度確保を計る場合で靭性や溶接性が著しく異な
り、一般にNi、Cu、Ti、Nb、Vの1種または2
種以上を適宜含有する鋼の方が良好な靭性や溶接性を示
す。また母材靭性の重要でない建築・橋梁用部材にはM
oの添加も有効である。以下にNb、Ti、V、Ni、
Cu、Cr、Moの各選択化学成分の作用を述べる。
【0048】Nb及びVは圧延時の炭窒化物の形成によ
りγ集合組織発達を助長し、つづく変態後のα集合組織
の発達を促す。またいずれも析出強化により母材の強度
向上に寄与するが、過剰の添加で延性や靭性が劣化す
る。γ集合組織形成についてはNbは0.003%程度
Vは0.005%程度から効果を示すが明瞭な効果を得
るためにはNbは0.005%以上、Vは0.02%以
上の添加が望ましい。従って、延性、靭性の劣化を招か
ずに、効果を発揮できる範囲として、Vは0.005〜
0.2%、Nbは0.003〜0.1%とする。
りγ集合組織発達を助長し、つづく変態後のα集合組織
の発達を促す。またいずれも析出強化により母材の強度
向上に寄与するが、過剰の添加で延性や靭性が劣化す
る。γ集合組織形成についてはNbは0.003%程度
Vは0.005%程度から効果を示すが明瞭な効果を得
るためにはNbは0.005%以上、Vは0.02%以
上の添加が望ましい。従って、延性、靭性の劣化を招か
ずに、効果を発揮できる範囲として、Vは0.005〜
0.2%、Nbは0.003〜0.1%とする。
【0049】Tiは析出強化により母材強度向上に寄与
するとともに、Nbと同様に炭窒化物TiC、TiNの
形成によりγ集合組織発達を助長し、つづく変態後のα
集合組織の発達を促す。溶接構造物用鋼に本発明法を適
用した場合の溶接熱影響部の靭性確保にも有効な元素で
あるが、効果を発揮できるためには0.003%以上の
添加が必要である。一方、0.1%を超えると、Alと
同様、粗大な酸化物を形成して靭性や延性を劣化させる
ため、上限を0.1%とする。
するとともに、Nbと同様に炭窒化物TiC、TiNの
形成によりγ集合組織発達を助長し、つづく変態後のα
集合組織の発達を促す。溶接構造物用鋼に本発明法を適
用した場合の溶接熱影響部の靭性確保にも有効な元素で
あるが、効果を発揮できるためには0.003%以上の
添加が必要である。一方、0.1%を超えると、Alと
同様、粗大な酸化物を形成して靭性や延性を劣化させる
ため、上限を0.1%とする。
【0050】Niは母材の強度と靭性を同時に向上で
き、非常に有効な元素であるが、効果を発揮させるため
には0.01%以上含有させる必要がある。含有量が多
くなると強度、靭性は向上するが3.0%を超えて添加
しても効果が飽和し、さらに高価な元素であるため、経
済性を考慮して、上限を3.0%とする。
き、非常に有効な元素であるが、効果を発揮させるため
には0.01%以上含有させる必要がある。含有量が多
くなると強度、靭性は向上するが3.0%を超えて添加
しても効果が飽和し、さらに高価な元素であるため、経
済性を考慮して、上限を3.0%とする。
【0051】次に、CuもほぼNiと同様、強度および
靭性を向上させ、特に1.0%以上の添加を行い550
゜C程度の温度で適切な時効処理を施した場合フェライ
ト母相中に単体で整合析出してフェライト相の延性を損
なわず強度を向上する効果を有する。しかし1.5%超
の添加では熱間加工性に問題を生じるため、実用上有効
な0.01〜1.5%の範囲に限定する。
靭性を向上させ、特に1.0%以上の添加を行い550
゜C程度の温度で適切な時効処理を施した場合フェライ
ト母相中に単体で整合析出してフェライト相の延性を損
なわず強度を向上する効果を有する。しかし1.5%超
の添加では熱間加工性に問題を生じるため、実用上有効
な0.01〜1.5%の範囲に限定する。
【0052】Crは母材の強度向上に有効な元素である
が、明瞭な効果を生じるためには0.01%以上必要で
あり、一方、1.0%を超えて添加すると、靭性が急激
に劣化する傾向を有するため、0.01〜1.0%の範
囲とする。
が、明瞭な効果を生じるためには0.01%以上必要で
あり、一方、1.0%を超えて添加すると、靭性が急激
に劣化する傾向を有するため、0.01〜1.0%の範
囲とする。
【0053】Moは母材の強度向上に有効な元素であ
り、かつフェライト相中で炭化物を形成し、フェライト
相の延性を向上する効果があるため特に70kgf/m
m2級の鋼を本発明法を適用して造る際に添加すること
が望ましい。効果を得るためには0.01%以上の添加
が必要であり、一方、1.0%を超えて添加すると、著
しく靭性が劣化する傾向を有するため、0.01〜1.
0%の範囲とする。
り、かつフェライト相中で炭化物を形成し、フェライト
相の延性を向上する効果があるため特に70kgf/m
m2級の鋼を本発明法を適用して造る際に添加すること
が望ましい。効果を得るためには0.01%以上の添加
が必要であり、一方、1.0%を超えて添加すると、著
しく靭性が劣化する傾向を有するため、0.01〜1.
0%の範囲とする。
【0054】上記の他にCa、希土類元素(Zr、T
a、Ce、Laなど)、B等を延性改善・溶接熱影響部
靭性改善を目的として微量添加することは本願の主旨と
する疲労特性を損なわないので、鉄鋼業で通常添加する
程度適宜添加できる。
a、Ce、Laなど)、B等を延性改善・溶接熱影響部
靭性改善を目的として微量添加することは本願の主旨と
する疲労特性を損なわないので、鉄鋼業で通常添加する
程度適宜添加できる。
【0055】本発明者らが実施した本願の適用と特性の
評価方法について以下に示す。
評価方法について以下に示す。
【0056】鋼板は全て板厚25mmで作製した。しか
し、本願の規定する冶金因子が得られている限りは如何
なる板厚の鋼板にも適用可能である。
し、本願の規定する冶金因子が得られている限りは如何
なる板厚の鋼板にも適用可能である。
【0057】二相域加工前のα分率は小型の熱加工シミ
ュレータで実際の製造工程を模擬し、加工直前と同様の
熱加工履歴を受けた状態で急冷して組織観察をすること
で確認した。
ュレータで実際の製造工程を模擬し、加工直前と同様の
熱加工履歴を受けた状態で急冷して組織観察をすること
で確認した。
【0058】疲労試験は図1に示す方法にて実施した。
疲労破断寿命はビーチマーク付与中の応力繰り返し数も
含む。
疲労破断寿命はビーチマーク付与中の応力繰り返し数も
含む。
【0059】引張特性は板厚中心部からJIS4号引張
試験片を採取して実施した。
試験片を採取して実施した。
【0060】
【実施例】本願を実施適用した例を示す。表1は本発明
の作製に用いた供試鋼の化学成分組成を示している。表
1に示す内、A、B、Cの成分組成は請求項に示す範囲
のものであるが、Dの成分組成は炭素Cの含有量が過剰
であり、またEの成分組成は珪素Siが過剰である。
の作製に用いた供試鋼の化学成分組成を示している。表
1に示す内、A、B、Cの成分組成は請求項に示す範囲
のものであるが、Dの成分組成は炭素Cの含有量が過剰
であり、またEの成分組成は珪素Siが過剰である。
【0061】
【表1】 これらの鋼を用いて表2に示すような発明例1〜8及び
比較例9〜16の鋼板を作製した。
比較例9〜16の鋼板を作製した。
【0062】発明例1〜8はいずれも請求項(3)の要
件を全て満足し、(111)/(100)の比が1.2
5〜2の範囲に含まれ、またフェライト分率が70%以
上である。いずれも疲労寿命が1000000回を超え
ており、YPが360MPaを超える高張力鋼板であ
る。一方、比較例16のようにTS700MPa級の鋼
板でも1000000回を超えないことがあることか
ら、本願は疲労特性向上に有効であるといえる。なおよ
く用いられているの造船用KA36(日本海事協会規
格)に該当する鋼板(板厚25mm、YP=380MP
a程度)を本願の疲労試験に供試した場合の疲労寿命は
300000〜400000回程度であった。
件を全て満足し、(111)/(100)の比が1.2
5〜2の範囲に含まれ、またフェライト分率が70%以
上である。いずれも疲労寿命が1000000回を超え
ており、YPが360MPaを超える高張力鋼板であ
る。一方、比較例16のようにTS700MPa級の鋼
板でも1000000回を超えないことがあることか
ら、本願は疲労特性向上に有効であるといえる。なおよ
く用いられているの造船用KA36(日本海事協会規
格)に該当する鋼板(板厚25mm、YP=380MP
a程度)を本願の疲労試験に供試した場合の疲労寿命は
300000〜400000回程度であった。
【0063】本願の実施にあたっては発明例5、6に見
られるように比較的高温仕上げの二相域圧延条件ではや
や(111)/(100)境界間隔が広くなりかつ(1
11)/(100)の面強度比が大きくなる傾向がある
ため、疲労特性を向上させるためにはなるべく低温で圧
延仕上げをすることが望ましい。
られるように比較的高温仕上げの二相域圧延条件ではや
や(111)/(100)境界間隔が広くなりかつ(1
11)/(100)の面強度比が大きくなる傾向がある
ため、疲労特性を向上させるためにはなるべく低温で圧
延仕上げをすることが望ましい。
【0064】また、発明例8に見られるように二相域加
工前のα分率が確保できる限り高Ceq.な成分組成の
鋼を用いる方が疲労特性は向上する。
工前のα分率が確保できる限り高Ceq.な成分組成の
鋼を用いる方が疲労特性は向上する。
【0065】一方、二相域圧延温度が高すぎて二相域加
工前に70%のα分率が確保できてない比較例9では加
工率が77.3%でも集合組織の発達が不十分である。
そのため疲労特性が著しく低下する。
工前に70%のα分率が確保できてない比較例9では加
工率が77.3%でも集合組織の発達が不十分である。
そのため疲労特性が著しく低下する。
【0066】また、粗圧延を950℃以上で実施し、未
再結晶域圧延を10%確保していない比較例10〜14
でもα分率は十分なものの、やはり加工が不十分なた
め、(111)/(100)境界間隔を十分に狭くでき
ない。また、集合組織の発達のバランスが不良である。
従って疲労特性はあまり向上しない。
再結晶域圧延を10%確保していない比較例10〜14
でもα分率は十分なものの、やはり加工が不十分なた
め、(111)/(100)境界間隔を十分に狭くでき
ない。また、集合組織の発達のバランスが不良である。
従って疲労特性はあまり向上しない。
【0067】成分Dで作製した比較例15はフェライト
変態が飽和するまで二相域圧延を待った場合でも第二相
が多いため、α分率が不十分である。従って、疲労特性
が不十分である。
変態が飽和するまで二相域圧延を待った場合でも第二相
が多いため、α分率が不十分である。従って、疲労特性
が不十分である。
【0068】成分Eで作製した比較例16はSiを多く
含有しており、集合組織の発達のバランスが悪く、疲労
特性は不十分である。
含有しており、集合組織の発達のバランスが悪く、疲労
特性は不十分である。
【0069】
【表2】
【0070】
【発明の効果】本願は船体・橋梁・建設機械などの構造
部材の溶接構造部位の疲労設計限度を向上することで薄
肉化による軽量化や材料の使用量を低下させ資源、エネ
ルギーコスト低減に資すること大である。
部材の溶接構造部位の疲労設計限度を向上することで薄
肉化による軽量化や材料の使用量を低下させ資源、エネ
ルギーコスト低減に資すること大である。
【図1】本発明実施例及び比較例の溶接構造部の疲労特
性評価に用いた廻し溶接4点曲げ疲労試験方法を示す図
である。
性評価に用いた廻し溶接4点曲げ疲労試験方法を示す図
である。
【図2】電子後方散乱パターン解析位置の例を示す図で
あり、亀裂断面のスケッチ及び結晶方位測定位置を図示
してある。図中の数字の位置で解析を実施。
あり、亀裂断面のスケッチ及び結晶方位測定位置を図示
してある。図中の数字の位置で解析を実施。
【図3】図2の各測定点に対応する電子後方散乱パター
ン測定結果を示す図である。図中の各番号に対応したα
(100)の極のステレオ投影図で示した。
ン測定結果を示す図である。図中の各番号に対応したα
(100)の極のステレオ投影図で示した。
【図4】フェライト主体の組織よりなる種々の二相域圧
延条件で作成した鋼板でα(111)面強度比とα(1
00)面強度比との比と疲労寿命との関係を示す図であ
る。
延条件で作成した鋼板でα(111)面強度比とα(1
00)面強度比との比と疲労寿命との関係を示す図であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石川 忠 大分市大字西ノ洲1番地 新日本製鐵株式 会社大分製鐵所内 (72)発明者 石田 浩司 大分市大字西ノ洲1番地 新日本製鐵株式 会社大分製鐵所内 (72)発明者 間渕 秀里 大分市大字西ノ洲1番地 新日本製鐵株式 会社大分製鐵所内 Fターム(参考) 4K032 AA01 AA04 AA05 AA11 AA14 AA15 AA16 AA17 AA19 AA21 AA22 AA23 AA24 AA27 AA29 AA31 AA35 AA36 BA01 CA01 CA02 CA03 CB02 CC02 CD06
Claims (7)
- 【請求項1】 重量%で、C:0.02〜0.2%、S
i:0.01〜0.8%、Mn:0.3〜2.5%、
P:0.0001〜0.04%、S:0.0001〜
0.02%、Al:0.005〜0.1%、N:0.0
01〜0.01%を有し、残部Fe及び不可避的不純物
からなり、かつ当該金属組織をフェライト相が70%以
上を占め、鋼板表面に平行な測定面で鋼板内部のα(1
11)面強度比とα(100)面強度比の比が1.25
〜2.0であることを特徴とする疲労亀裂伝播特性の良
好な鋼板。 - 【請求項2】 さらに、(100)//ND方位を有す
る結晶粒と(111)//ND方位を有する結晶粒との
間の境界が亀裂の進展方向にそって少なくとも30μm
に一箇所以上横切ることを特徴とする請求項1に記載の
疲労亀裂伝播特性の良好な鋼板。ただし、NDは鋼板表
面の法線方向を示し、(uvw)//NDは金属材料の
ミラー指数(uvw)の面が鋼板表面とほぼ平行である
すべての結晶方位を含む。 - 【請求項3】 鋼が、さらに重量%で、Nb:0.00
3〜0.1%、V:0.005〜0.2%、Ti:0.
003〜0.1%の1種以上を含有することを特徴とす
る請求項1〜2のいずれかに記載の疲労亀裂伝播特性の
良好な鋼板。 - 【請求項4】 鋼が、さらに重量%で、Cu:0.01
〜1.5%、Ni:0.01〜3.0%、Mo:0.0
1〜1.0%、Cr:0.01〜1.0%の1種以上を
含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記
載の疲労亀裂伝播特性の良好な鋼板。 - 【請求項5】 重量%で、C:0.02〜0.2%、S
i:0.01〜0.8%、Mn:0.3〜2.5%、
P:0.0001〜0.04%、S:0.0001〜
0.02%、Al:0.005〜0.1%、N:0.0
01〜0.01%を有し、残部Fe及び不可避的不純物
からなる鋼片を950〜1300℃の温度域に加熱し、
粗圧延において少なくともオーステナイト未再結晶域の
圧下率を10%以上とし、さらに仕上げ圧延において、
フェライトが70%を超えるα−γ二相域またはα相域
温度で累積圧下率を75%以上とすることを特徴とする
疲労亀裂伝播特性の良好な鋼板の製造方法。 - 【請求項6】 鋼が、さらに重量%で、Nb:0.00
3〜0.1%、V:0.005〜0.2%、Ti:0.
003〜0.1%の1種以上を含有することを特徴とす
る請求項5に記載の疲労亀裂伝播特性の良好な鋼板の製
造方法。 - 【請求項7】 鋼が、さらに重量%で、Cu:0.01
〜1.5%、Ni:0.01〜3.0%、Mo:0.0
1〜1.0%、Cr:0.01〜1.0%の1種以上を
含有することを特徴とする請求項5〜6のいずれかに記
載の疲労亀裂伝播特性の良好な鋼板の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19809698A JP2000017379A (ja) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | 結晶方位制御による疲労亀裂伝播特性の良好な鋼板及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19809698A JP2000017379A (ja) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | 結晶方位制御による疲労亀裂伝播特性の良好な鋼板及びその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000017379A true JP2000017379A (ja) | 2000-01-18 |
Family
ID=16385438
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP19809698A Withdrawn JP2000017379A (ja) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | 結晶方位制御による疲労亀裂伝播特性の良好な鋼板及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000017379A (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005098069A1 (ja) * | 2004-04-08 | 2005-10-20 | Nippon Steel Corporation | 疲労き裂伝播特性に優れた鋼板及びその製造方法 |
KR100544611B1 (ko) * | 2001-12-22 | 2006-01-24 | 주식회사 포스코 | 피로특성이 우수한 가공용 고강도 박강판 및 그 제조방법 |
JP2008214646A (ja) * | 2007-02-28 | 2008-09-18 | Jfe Steel Kk | 板厚方向の耐疲労亀裂伝播特性に優れた溶接構造用厚鋼板およびその製造方法 |
JP2009132995A (ja) * | 2007-11-09 | 2009-06-18 | Jfe Steel Corp | 脆性亀裂伝播停止特性に優れた構造用高強度厚鋼板およびその製造方法 |
KR100920617B1 (ko) | 2002-12-28 | 2009-10-08 | 주식회사 포스코 | 피로특성 및 내취성파괴 특성이 우수한 인장강도45㎏/㎟급 고강도 박강판의 제조방법 |
KR20190077785A (ko) | 2017-12-26 | 2019-07-04 | 주식회사 포스코 | 피로균열 전파 억제 특성이 우수한 구조용 고강도 강재 및 그 제조방법 |
CN115351071A (zh) * | 2022-08-05 | 2022-11-18 | 新疆八一钢铁股份有限公司 | 一种抑制中小棒优特钢热顶锻裂纹的轧制工艺 |
-
1998
- 1998-06-30 JP JP19809698A patent/JP2000017379A/ja not_active Withdrawn
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