JP2001064723A - 溶接性及び歪時効後の靭性に優れた60キロ級非調質高張力鋼の製造方法 - Google Patents
溶接性及び歪時効後の靭性に優れた60キロ級非調質高張力鋼の製造方法Info
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Abstract
優れた60キロ級非調質鋼の製造方法を提供する。 【解決手段】 重量%で、C:0.04〜0.09%、
Si:0.1〜0.5%、Mn:1.2〜1.8%、N
b:0.01〜0.05%、sol.Al:0.002
〜0.070%、N:0.001〜0.004%を含
み、且つPcm≦0.20%、Ceq(WES)≦0.
42%を満足する鋼を、再結晶温度域でld/hm≧
1.0を満たす圧延を1パス以上、引き続き、未再結晶
温度域で累積圧下率10〜60%で圧延後、Ar3以上
の温度から冷却速度2℃/秒以上で300〜600℃ま
で冷却する。Pcm=C+Mn/20+Si/30+C
u/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/
10+5B, Ceq(WES)=C+Mn/6+Si
/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14
Description
容器、ラインパイプ及び海洋構造物等に用いられる60
キロ級構造用鋼で、特に曲げなどの冷間加工後において
も優れた低温靭性を有する歪時効後の靭性に優れた非調
質高張力鋼の製造方法に関するものである。
呼ばれる靭性が劣化する現象が生ずる。歪時効脆化に間
しては主に自動車ボデイ用の薄鋼板を対象に研究が行な
われてきたが、近年、構造物の信頼性に対する要求が高
まり、厚鋼板においても素材段階のみならず加工や不慮
の事故などにより塑性変形を受けた後の靭性が問題視さ
れるようになってきた。
張り予歪を付与し、250℃で1時間の時効処理後シャ
ルピー試験を行なう歪時効シャルピー試験が知られ、近
年、材料評価試験の一つとして要求される事例が増えて
いる。
として、特開平5−320820号、特開昭59−18
2915号及び特開昭56−127750号等がある
が、いずれも一般的な600MPa級厚肉鋼板を対象と
した技術ではない。
400MPa級の球状船首用低降伏点焼入れ鋼が開示
されている。鋼材組織を整粒化し、歪時効後の靭性劣化
を防止するものであるが、C量が0.002〜0.03
%、他の強化元素も殆ど含有されていない成分組成が対
象であり、60キロ級鋼に適用することは出来ない。
500MPa級鋼での歪時効脆化を抑制する製造方法を
開示している。TMCP50キロ鋼を冷間加工した場
合、冷間加工後の脆化がフェライト・ベイナイト組織の
フェライト相に歪が集中することにより生じることに着
目し、フェライト中の固溶N,固溶Cを冷却停止温度の
制御により低減させ、フェライト相の脆化を抑制する技
術である。このため、室温付近まで冷却され、焼入れ組
織となる60キロ級鋼には適用できない。
Pa級鋼の歪時効脆化抑制技術が記載されているが、本
技術はVN析出型の鋼において、0.01%以上のN含
有により生ずる歪時効脆化をCaまたはMgの添加によ
り抑制できることを示している。しかし、本技術は、a
s rollあるいはノルマで製造するVN鋼に限って
その効果を発揮するもので、実施例の鋼もC量が0.1
2%以上と高く、Pcmも0.25%以上と溶接施工性に
劣る鋼が記載され、現在の一般的な需要家の要望に応え
るものではない。
溶接施工性に優れた60キロ級厚肉鋼材で塑性変形させ
た後の脆化を抑制する技術は未だ完成されていない。本
発明は、溶接性に優れ、かつ歪時効後にも優れた靭性を
有する60キロ級非調質高張力鋼の製造方法を提供する
ものであり、具体的には歪時効シャルピー試験の破面遷
移温度vTs(aged)がー40℃以下となる60キ
ロ級非調質高張力鋼の製造方法を提供する。
化機構については、薄鋼板の場合、鋼中に固溶している
CやNと歪付与による転位との相互作用により、転位の
動きが妨げられ、降伏点が上昇し、脆化することが知ら
れている。しかし、本発明者等が厚肉鋼を対象に、歪時
効後の靭性劣化度の異なる鋼の固溶CとNを内部摩擦測
定法によりスネークピーク測定を行った結果、いずれの
鋼においても固溶CとN量は3ppm未満であり、厚肉
鋼の歪時効後の靭性劣化に固溶CとN量の積極的影響は
認められず、その原因として薄鋼板のフェライト主体に
対し、厚肉鋼がベイナイト主体組織であることより、組
織的相違によるものと推察された。
熱処理条件を種々変化させ、歪時効特性に及ぼす組織の
影響について,詳細に検討し、以下に述べるNb含有厚
肉鋼に特有の歪時効特性を把握した。
を軽減する。
を受け、焼入れ焼戻し鋼は焼戻し温度が高いほど歪時効
後の靭性が劣化し、焼戻し熱処理省略型の冷却途中停止
プロセスによる鋼では冷却停止温度によらず歪時効後の
靭性劣化度は小さい。
温度が低いほどセメンタイトが比較的微細に析出する。
その析出サイトは旧オーステナイト結晶粒界、ベイナイ
トのパケット境界および旧オーステナイト結晶粒内に分
散しているのが観察された。焼戻し温度が高くなると、
セメンタイトが凝集粗大化し、析出サイトも殆どが旧オ
ーステナイト結晶粒界、ベイナイトのパケット境界とな
った。一方、冷却途中停止材では冷却停止温度によら
ず、セメンタイトが比較的微細に析出し、その析出サイ
トは旧オーステナイト結晶粒界、ベイナイトのパケット
境界及び旧オーステナイト結晶粒内に分散しているのが
観察された。
細かいほど、またベイナイトのパケットサイズが小さい
ほど歪時効後の靭性劣化は軽減される。
膜状のフェライトが生成している場合は実質的な粒界面
積の増大となり、セメンタイトが微細化する。
る脆性破面の破壊単位はベイナイトのパケットサイズに
対応する。
の靭性が、旧オーステナイト結晶粒界とベイナイトのパ
ケット境界に析出するセメンタイトのサイズ、析出量に
より支配されること、及び歪時効後の靭性を改善するた
めには析出するセメンタイトのサイズを小さくし、その
量を少なくする、焼戻し省略型の冷却途中停止プロセス
の優れていることを示すものである。そして、セメンタ
イトのサイズ、析出量に影響を与える因子として、直接
的にはC量と焼戻し温度、間接的には一定のセメンタイ
ト量に対し析出サイトを増加させ、析出サイズを小さく
する効果を有する旧オーステナイト結晶粒、ベイナイト
のパケットサイズ、旧オーステナイト粒界上に析出する
膜状のフェライトが認められた。
主な製造条件はC量、旧オーステナイト結晶粒径とベイ
ナイトのパケットサイズに影響を与えるスラブ加熱温度
並びに再結晶域での圧延方法、及びフェライト析出量に
影響を及ぼす未再結晶温度域での累積圧下率となる。
てなされたものである。
%、Si:0.1〜0.5%、Mn:1.2〜1.8
%、Nb:0.01〜0.05%、sol.Al:0.
002〜0.07%、N:0.001〜0.004%を
含み、且つPcm≦0.20%、Ceq(WES)≦
0.42%を満たす鋼を、加熱後900〜1000℃の
温度域でld/hm≧1.0の圧延を1パス以上行い、
引き続きAr3以上900℃未満の温度域で累積圧下率
10〜60%の圧延後、Ar3以上より冷却速度2℃/
秒以上で、300〜600℃の温度域まで冷却すること
を特徴とする溶接性及び歪時効後の靭性に優れた60キ
ロ級非調質高張力鋼の製造方法。
0+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15
+V/10+5B,Ceq(WES)=C+Mn/6+
Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/1
4。
−ho))1/2 hm:平均板厚 hm=(hi+2ho)/3 R:ロール半径、hi:圧延前の板厚、ho:圧延後の
板厚 2. 鋼組成として、更に重量%でCr:0.1〜0.
5%を含有する1記載の溶接性及び歪時効後の靭性に優
れた60キロ級非調質高張力鋼の製造方法。
0.02〜0.3%、Cu:0.1〜0.6%の一種ま
たは二種を含有する1又は2記載の溶接性及び歪時効後
の靭性に優れた60キロ級非調質高張力鋼の製造方法。
0.1〜0.5%を含有する1乃至3の何れかに記載の
溶接性及び歪時効後の靭性に優れた60キロ級非調質高
張力鋼の製造方法。
0.01〜0.08%を含有する1乃至4の何れかに記
載の溶接性及び歪時効後の靭性に優れた60キロ級非調
質高張力鋼の製造方法。
0.005〜0.02%、Ca:0.001〜0.00
4%の一種または二種を含有する1乃至5の何れかに記
載の溶接性及び歪時効後の靭性に優れた60キロ級非調
質高張力鋼の製造方法。
することを特徴とする1乃至6の何れかに記載の溶接性
及び歪時効後の靭性に優れた60キロ級非調質高張力鋼
の製造方法。
製造条件について説明する。
満では厚肉材の場合60キロ級の引張り強度を確保する
ことが困難で、0.09%を超えると,歪時効後の靭性
が劣化するため、0.04%以上0.09%以下添加す
る。
0.1%未満ではその効果が十分でなく、0.5%を超
えると効果が飽和し、溶接熱影響部の靭性が著しく劣化
するため、0.1%以上0.5%以下添加する。
未満では厚肉材の場合60キロ級の引張り強度を確保す
ることが困難で、1.8%を超えると、溶接熱影響部の
靭性が著しく劣化するため1.2%以上1.8%以下添
加する。
接焼入れ時のオーステナイト粒界を活性化させ、膜状フ
ェライトの生成を容易とする。また、焼戻し時にNb炭
化物として析出し、強度上昇に有効なため添加する。
0.01%未満ではそれらの効果が不十分で、0.05
%超えでは著しいNb炭化物の析出強化により靭性が劣
化するため0.01%以上0.05%以下添加する。
%以下 Alは脱酸のため添加する。sol.Al量で0.00
2%未満の場合、その効果が十分でなく、0.07%を
超えて添加すると鋼材の表面疵が発生しやすくなるた
め、0.002%以上0.07%以下添加する。
TiNを生成し、オーステナイトを微細化させる。0.
001%未満ではその効果が十分でなく、0.004%
を超えて含有すると焼入れ焼戻し後も固溶Nにより著し
い歪時効脆化を生じるため、0.001%以上0.00
4%以下とする。
0.42 Pcm,Ceq(WES)は、溶接低温割れ性、溶接熱
影響部の靭性の指標で、Pcmが0.20%を超えた場
合、予熱無しの溶接では低温割れが生じる可能性があ
り、Ceq(WES)が0.42を超えた場合、大入熱
溶接の熱影響部靭性が著しく劣化するためPcm≦0.
20、CeqWES≦0.42とする。ここでPcm=
C+Mn/20+Si/30+Cu/20+Ni/60
+Cr/20+Mo/15+V/10+5B,Ceq
(WES)=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+
Cr/5+Mo/4+V/14とする。
であるが、所望する特性を向上させるため、Cr,M
o,Cu、Ni,V,Ti,Caを単独または複合添加
することが可能である。
%未満では、その効果が不十分で、0.5%を超えると
溶接性ならびに溶接熱影響部の靭性が著しく劣化するた
め、0.1%以上0.5%以下添加する。
u:0.1%以上0.6%以下の一種または二種 Moは強度を向上させ、特に厚肉材で有効なため添加す
る。0.02%未満ではその効果が十分でなく、0.3
%を超えると溶接性及び溶接熱影響部の靭性が著しく劣
化するため0.02%以上0.3%以下とする。Cuは
強度を向上させるため添加する。
0.6%を超えて添加するとCu割れの懸念が高まるた
め0.1%以上0.6%以下とする。
はその効果が十分でなく、0.5%を超えると鋼材コス
トの上昇が著しいので0.5%以下とする。
ため添加する。0.01%未満ではその効果が十分でな
く、0.08%超えでは著しいV炭化物の析出強化によ
り靭性が劣化するため0.01%以上0.08%以下と
する。
Ca:0.001%以上0.004%以下の一種又は二
種 Ti、Caは母材靭性並びに溶接熱影響部の靭性を向上
させるため添加する。Tiは圧延加熱時あるいは溶接
時、TiNを生成しオーステナイト粒径を微細化する。
く、0.02%を超えて添加すると圧延時にTiNbの
複合炭化物が析出し、焼戻し時のNb炭化物の析出量が
不足するようになり強度低下が生じるため、0.005
%以上0.02%以下とする。
延加熱時あるいは溶接時、オーステナイト粒径を微細化
する。0.001%未満ではその効果が十分でなく、
0.004%を超えて添加すると多量のCa硫酸化物に
より清浄度を著しく劣化させるため、0.001%以上
0.004%以下とする。
囲に規制することが望ましい。
%以上0.004%以下 Bは本発明では不純物元素として扱う。直接焼入れ時、
固溶Bとして存在すると旧オーステナイト粒界における
膜状フェライトの生成が抑制されるため溶解原料の選別
などにより0.0002%以下に規制する。Oは不可避
不純物であるが、0.001%未満とすることは製造コ
ストが高価となり、0.004%を超えると多量のCa
硫酸化物が集合し、清浄度を劣化させるため、0.00
1%以上0.004%以下とする。
02%とした場合、中央偏析が軽減され、板厚中央の靭
性及び溶接性を向上させる。
たす圧延を1パス以上歪時効後の靭性劣化を抑制するた
め、Nb含有鋼の再結晶温度の低温域である900〜1
000℃において、ld/hm≧1.0を満たす圧延を
1パス以上行い、回復の早い温度域で板厚中央部まで有
効に加工歪を導入する。
でなく、1000℃を超えると再結晶粒径が大きくなる
ため、900〜1000℃とする。ld/hmは1.0
未満では板厚中央部まで再結晶を励起する十分な加工歪
が加わらないため1.0以上とする。
延:累積圧下率10〜60%の圧延歪時効後の靭性劣化
を抑制するため、Nb含有鋼の未再結晶温度域において
累積圧下による加工歪の蓄積を行い、フェライト変態を
促進する。
時にフェライト変態の進行により焼入れ性が低下し、所
定の強度が得られず、900℃以上では再結晶により、
加工歪が蓄積されずフェライト変態が不十分となるた
め、Ar3以上900℃未満とする。累積圧下率は10
%未満ではフェライト変態が促進されず、60%を超え
るとその効果が飽和し、鋼材の異方性が急激に増大する
ため、累積圧下率10〜60%とする。尚、Ar3は例
えばAr3=910−310C−80Mn−20Cu−
15Cr−55Ni−80Moとして求められる。
イナイト相に変態するオーステナイト相の分率が低下し
所定の強度が得られなくなるため、Ar3以上とする。
をえるため、2℃/秒以上とする。
0℃未満では靭性が回復せず、600℃を超えると冷却
効果が不十分となり所定の強度が得られないため、30
0〜600℃とする。
と、オーステナイト結晶粒が急激に粗大化し、その後の
圧延による細粒化が困難となり歪時効後の靭性が劣化す
る場合があるため、1150℃以下とすることが好まし
い。
す(表示しない残部は実質的にFe及び不可避不純物よ
りなる)。これらの化学成分を有する鋳片を加熱後、2
5〜75mmに圧延した。圧延後、冷却開始温度、冷却
速度及び冷却停止温度を種々変化させ、特性を調査し
た。表2に製造条件、表3に鋼板の特性を示す。
後の靭性を求めた。引張り試験は1/4tより、採取し
たJIS14A号(14φ)試験片を用いた試験とし
た。
方向と直角になるように採取した2mmVノッチシャル
ピー衝撃試験片(JIS4号標準試験片)を用いた試験
とした。歪時効後の靭性は板状の試験片に、5%引張り
予歪を付与し、250℃で1時間の時効処理後、引張方
向に2mmVノッチシャルピー衝撃試験片を採取し、試
験を行った。
1における鋼種A〜Fは請求項1乃至6の何れかに記載
の発明を満足する成分組成の鋼で、鋼種GはC量、Pc
mが発明の範囲外となっている。表2、3における鋼番
1〜7は鋼種A〜Fを用いた製造例で請求項1乃至7の
何れかに記載の発明の実施例となっている。
の前後でのvTsの変化は小さく、良好な耐歪時効脆化
性が得られている。鋼番8,9は、鋼種A,Bによる製
造例であるが、冷却条件が本発明の範囲外となってい
る。鋼番8は冷却開始温度が低く、鋼番9は冷却停止温
度が高く強度が低い。鋼番10はスラブ加熱温度が11
50℃を超えて高く、耐歪時効脆化性に若干劣ってい
る。鋼番11は再結晶温度域でld/hmが1.0以上
の圧延を行わなかったため、歪時効によるvTsの劣化
度が大きい。鋼番12は累積圧下率が低く、歪時効によ
るvTsの劣化度が大きい。鋼番13は冷却停止温度が
低すぎ、歪時効後の靭性に劣っている。鋼番14は冷却
速度が遅く、強度低下を生じている。鋼種Fによる製造
例であるが鋼番15は鋼種Gによる製造例で、成分組成
が本発明の範囲外であり、耐歪時効脆化性に劣ってい
る。
ると共に、溶接性に優れる60キロ級非調質鋼の製造方
法の提供が可能で、産業上その効果は極めて大きい。
Claims (7)
- 【請求項1】 重量%で、C:0.04〜0.09%、
Si:0.1〜0.5%、Mn:1.2〜1.8%、N
b:0.01〜0.05%、sol.Al:0.002
〜0.07%、N:0.001〜0.004%を含み、
且つPcm≦0.20%、Ceq(WES)≦0.42
%を満たす鋼を、加熱後900〜1000℃の温度域で
ld/hm≧1.0の圧延を1パス以上行い、引き続き
Ar3以上900℃未満の温度域で累積圧下率10〜6
0%の圧延後、Ar3以上より冷却速度2℃/秒以上
で、300〜600℃の温度域まで冷却することを特徴
とする溶接性及び歪時効後の靭性に優れた60キロ級非
調質高張力鋼の製造方法。但し、Pcm=C+Mn/2
0+Si/30+Cu/20+Ni/60+Cr/20
+Mo/15+V/10+5B,Ceq(WES)=C
+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo
/4+V/14。 ld:投影接触弧長 ld=(R・(hi−ho))
1/2 hm:平均板厚 hm=(hi+2ho)/3 R:ロール半径、hi:圧延前の板厚、ho:圧延後の
板厚 - 【請求項2】 鋼組成として、更に重量%でCr:0.
1〜0.5%を含有する請求項1記載の溶接性及び歪時
効後の靭性に優れた60キロ級非調質高張力鋼の製造方
法。 - 【請求項3】 鋼組成として、更に重量%でMo:0.
02〜0.3%、Cu:0.1〜0.6%の一種または
二種を含有する請求項1又は2記載の溶接性及び歪時効
後の靭性に優れた60キロ級非調質高張力鋼の製造方
法。 - 【請求項4】 鋼組成として、更に重量%でNi:0.
1〜0.5%を含有する請求項1乃至3の何れかに記載
の溶接性及び歪時効後の靭性に優れた60キロ級非調質
高張力鋼の製造方法。 - 【請求項5】 鋼組成として、更に重量%でV:0.0
1〜0.08%を含有する請求項1乃至4の何れかに記
載の溶接性及び歪時効後の靭性に優れた60キロ級非調
質高張力鋼の製造方法。 - 【請求項6】 鋼組成として、更に重量%でTi:0.
005〜0.02%、Ca:0.001〜0.004%
の一種または二種を含有する請求項1乃至5の何れかに
記載の溶接性及び歪時効後の靭性に優れた60キロ級非
調質高張力鋼の製造方法。 - 【請求項7】 スラブ加熱温度を1150℃未満とする
ことを特徴とする請求項1乃至6の何れかに記載の溶接
性及び歪時効後の靭性に優れた60キロ級非調質高張力
鋼の製造方法。
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