JP2001294979A - High strength hot rolled steel sheet excellent in fatigue characteristic of weld zone and its producing method - Google Patents
High strength hot rolled steel sheet excellent in fatigue characteristic of weld zone and its producing methodInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、500MPa以上
の引張り強度を持つ高強度熱延鋼板に係わるものであ
り、鋼板の組成、組織、熱延における仕上温度、および
仕上後の冷却条件を特定の範囲にすることにより溶接部
の疲労特性に優れた高強度熱延鋼板およびその製造方法
を提供するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-strength hot-rolled steel sheet having a tensile strength of 500 MPa or more, wherein the composition, structure, finishing temperature in hot rolling, and cooling conditions after finishing are specified. An object of the present invention is to provide a high-strength hot-rolled steel sheet excellent in fatigue properties of a welded portion by setting the content within the range, and a method for producing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、自動車の軽量化や衝突安全性を向
上させるために、自動車用には強度の高い鋼板がしよう
されることが多くなっている。自動車部品を製造する際
に、鋼板を成形加工した後、溶接されて使用される場
合、母材の疲労強度のみでなく、溶接部の疲労強度を高
めることも重要な課題である。特に、500MPa以上
の引張り強さを持つ熱延鋼板は、部品に加工された後、
溶接の入熱が大きくなるにつれて、溶接熱影響部の強度
が低下しやすく、その部分の疲労強度も低下しやすいこ
とが問題である。スポット溶接に比べて、溶接入熱の大
きいフラッシュバット溶接やアーク溶接などにおいて
は、溶接熱影響部の疲労強度の向上が課題である。2. Description of the Related Art In recent years, in order to reduce the weight of vehicles and improve the safety of collisions, high strength steel plates are increasingly used for vehicles. When a steel sheet is formed and then welded when manufacturing an automobile part, it is an important issue to increase not only the fatigue strength of the base material but also the fatigue strength of the welded portion. In particular, a hot-rolled steel sheet having a tensile strength of 500 MPa or more, after being processed into parts,
The problem is that as the heat input of welding increases, the strength of the heat affected zone tends to decrease, and the fatigue strength of that portion also tends to decrease. In flash butt welding, arc welding, and the like, which have a higher welding heat input than spot welding, improvement of the fatigue strength of the heat affected zone is an issue.
【0003】鋼板母材の疲労強度向上については、これ
までに種々の方案が検討されており、例えば、特公平7
−74377号公報や特願平8−78100号公報で
は、フェライトとマルテンサイト主体の組織とすること
で、母材の疲労限度比が0.52以上となる鋼板が見い
だされている。しかし、この鋼板では、フラッシュバッ
ト溶接やアーク溶接の熱処理影響部の疲労強度が、同等
の引張り強度を持つフェライト−パーライト組織を主体
とする鋼板と比較して同レベルかあるいは低下するた
め、母材の疲労強度が高いにもかかわらず、溶接部に高
い疲労特性が求められる部品に使用しにくいという問題
がある。Various methods for improving the fatigue strength of a steel sheet base material have been studied so far.
In JP-A-74377 and Japanese Patent Application No. 8-78100, a steel sheet having a fatigue limit ratio of a base material of 0.52 or more by forming a structure mainly composed of ferrite and martensite has been found. However, in this steel sheet, the fatigue strength of the heat-affected zone in flash butt welding and arc welding is the same or lower than that of a steel sheet mainly composed of a ferrite-pearlite structure having the same tensile strength. Despite its high fatigue strength, there is a problem that it is difficult to use it for parts that require high fatigue properties in the weld.
【0004】これ以外に、特願平8−78102号公報
に記載されているように、熱延板中に残留γを含有した
組織とすることで疲労特性を改善する方法が知られてい
る。しかし、この方法でもフラッシュバット溶接部やア
ーク溶接部の疲労強度の大幅な向上ははかられていな
い。[0004] In addition, as described in Japanese Patent Application No. 8-78102, there is known a method for improving fatigue characteristics by forming a structure containing residual γ in a hot-rolled sheet. However, even with this method, the fatigue strength of the flash butt weld and the arc weld has not been significantly improved.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、5
00MPa以上の引張り強さを持つ熱延鋼板を対象と
し、溶接部の疲労特性に優れた鋼板を提供すること、お
よびその鋼板を製造する方法を提供することを目的とし
ている。Therefore, the present invention relates to
An object of the present invention is to provide a hot-rolled steel sheet having a tensile strength of 00 MPa or more and to provide a steel sheet having excellent weld fatigue properties and to provide a method of manufacturing the steel sheet.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、熱延工程
によって製造される熱延鋼板の組成および金属組織を特
定の範囲とすることで溶接部の耐疲労性がきわめて良好
になることを見いだし、さらにこれを製造するために
は、熱延における仕上温度と、その後の冷却条件を特定
の範囲にすることが必要であることを見いだした。Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have found that by setting the composition and the metal structure of a hot-rolled steel sheet manufactured in a hot-rolling process to specific ranges, the fatigue resistance of a welded part can be extremely improved. It has been found that, in order to manufacture this, it is necessary to set the finishing temperature in hot rolling and the subsequent cooling conditions within a specific range.
【0007】本発明は、これらの知見に基づいて完成し
たもので、その要旨は、以下に示す通りである。The present invention has been completed based on these findings, and the gist thereof is as follows.
【0008】(1) 質量比にて、C:0.04〜0.
16%、Si:0.9〜3%、Mn:0.5〜3%、
P:0.07%以下、S:0.01%以下、AL:0.
02〜0.3%、N:0.001〜0.008%、C
u:1〜2.5%、Ni:0.4×Cu〜1.5×Cu
%を含有し、残部Feおよび不可避的不純物よりなる鋼
板であり、かつ該Cuは鋼板中に固溶状態で存在し、さ
らに鋼板表面より板厚内部に1/4厚みの位置における
鋼板断面結晶組織のフェライト平均結晶粒径が10μm
以下で、フェライト断面面積率が70%以上であり、引
張り強さが500MPa以上を有することを特徴とする
溶接部の疲労特性に優れた高強度熱延鋼板。(1) By mass ratio, C: 0.04-0.
16%, Si: 0.9-3%, Mn: 0.5-3%,
P: 0.07% or less, S: 0.01% or less, AL: 0.
02-0.3%, N: 0.001-0.008%, C
u: 1 to 2.5%, Ni: 0.4 × Cu to 1.5 × Cu
%, The balance being Fe and inevitable impurities, and the Cu exists in a solid solution state in the steel sheet, and furthermore, the cross-sectional crystal structure of the steel sheet at a position of 1/4 thickness inside the steel sheet from the steel sheet surface Ferrite average crystal grain size is 10 μm
A high-strength hot-rolled steel sheet excellent in fatigue properties of a weld portion, wherein a ferrite cross-sectional area ratio is 70% or more and a tensile strength is 500 MPa or more.
【0009】(2) 質量比にて、Ca:0.0005
〜0.01%を含有することを特徴とする前記(1)に
記載の溶接部の疲労特性に優れた高強度熱延鋼板。(2) Ca: 0.0005 by mass ratio
The high-strength hot-rolled steel sheet having excellent weld fatigue properties according to the above (1), wherein the high-strength steel sheet contains 0.1 to 0.01%.
【0010】(3) 質量比にて、C:0.04〜0.
16%、Si:0.9〜3%、Mn:0.5〜3%、
P:0.07%以下、S:0.01%以下、AL:0.
02〜0.3%、N:0.001〜0.008%、C
u:1〜2.5%、Ni:0.4×Cu〜1.5×Cu
%を含有し、残部Feおよび不可避的不純物よりなる鋼
片を熱間圧延により800〜880℃の温度で仕上圧延
し、得られた鋼帯を熱延仕上げ後780〜720℃の範
囲まで30℃/s以上の冷却速度で第一の冷却し、該第
一の冷却後680〜630℃の範囲まで7〜25℃/s
の冷却速度で第二の冷却し、さらに該第二の冷却後45
0〜300℃の範囲まで50℃/s以上の冷却速度で第
三の冷却し、鋼帯を巻き取ることを特徴とする溶接部の
疲労特性に優れた高強度熱延鋼板の製造方法。(3) In terms of mass ratio, C: 0.04-0.
16%, Si: 0.9-3%, Mn: 0.5-3%,
P: 0.07% or less, S: 0.01% or less, AL: 0.
02-0.3%, N: 0.001-0.008%, C
u: 1 to 2.5%, Ni: 0.4 × Cu to 1.5 × Cu
%, With the balance consisting of Fe and unavoidable impurities being hot-rolled and finish-rolled at a temperature of 800 to 880 ° C, and after the obtained steel strip is hot-rolled and finished, it is 30 ° C to a range of 780 to 720 ° C. / S at a cooling rate of not less than 1 / s, and after the first cooling, from 7 to 25 ° C./s to a range of 680 to 630 ° C.
A second cooling at a cooling rate of
A method for producing a high-strength hot-rolled steel sheet having excellent fatigue properties at a weld portion, wherein a third cooling is performed at a cooling rate of 50 ° C / s or more to a range of 0 to 300 ° C and a steel strip is wound.
【0011】(4) 鋼片が質量比にて、Ca:0.0
005〜0.01%を含有することを特徴とする前記
(3)に記載の溶接部の疲労特性に優れた高強度熱延鋼
板の製造方法である。(4) The steel slab is expressed by mass ratio of Ca: 0.0
(3) The method for producing a high-strength hot-rolled steel sheet having excellent weld fatigue properties according to the above (3), wherein the high-strength steel sheet contains 005 to 0.01%.
【0012】[0012]
【発明の実施の形態】まず、本発明における鋼の化学成
分の限定理由について説明する。First, the reasons for limiting the chemical components of steel in the present invention will be described.
【0013】Cは、フェライト粒の細粒化とフェライト
の強化により疲労強度を高める作用がある。その作用を
充分に発揮させるためには、0.04%以上添加する必
要があるが、0.16%を超えると溶接後の冷却におい
て硬質相が出現しやすくなり、溶接熱影響部付近の疲労
強度が低下する。また、0.04%未満になると10μ
m以下の微細なフェライトが得られず、溶接部の疲労強
度が低下する。したがって、0.04〜0.16%とし
た。C has the effect of increasing the fatigue strength by reducing the size of ferrite grains and strengthening the ferrite. In order to exert its effect sufficiently, it is necessary to add 0.04% or more. However, if it exceeds 0.16%, a hard phase is likely to appear in cooling after welding, and fatigue near the heat affected zone of the weld is increased. Strength decreases. Also, when the amount is less than 0.04%, 10 μm
m or less fine ferrite cannot be obtained, and the fatigue strength of the weld decreases. Therefore, it was set to 0.04 to 0.16%.
【0014】Siは熱延後の冷却でフェライトの生成を
促進し、炭化物の生成を抑制し、さらにフェライトに固
溶し母材の疲労強度や溶接部の疲労強度を高める作用が
ある。この効果を発揮させるためには、0.9%以上の
添加が必要である。しかし、3%を超えると、溶接後の
冷却において硬質相が出現しやすくなり、溶接熱影響部
付近の疲労強度の低下を招くので、3%を上限とする。[0014] Si promotes the formation of ferrite by cooling after hot rolling, suppresses the formation of carbides, and has the effect of forming a solid solution in ferrite to increase the fatigue strength of the base material and the fatigue strength of the welded portion. In order to exhibit this effect, it is necessary to add 0.9% or more. However, if it exceeds 3%, a hard phase is likely to appear during cooling after welding, and the fatigue strength near the heat affected zone of the weld is reduced, so the upper limit is 3%.
【0015】Mnは、フェライトの強化および微細化の
役割を持ち、疲労強度を向上させる作用がある。0.5
%以上の添加で、その効果が発揮され、これよりも少な
いと10μm以下の微細なフェライトが得られず溶接部
の疲労強度が低下する。しかし、3%を超えると、溶接
後の冷却において硬質相が出現しやすくなり、溶接熱影
響部付近の疲労特性の低下を招くので、3%を上限とす
る。Mn has a role of strengthening and miniaturizing ferrite, and has an effect of improving fatigue strength. 0.5
%, The effect is exhibited. If the content is less than this, fine ferrite of 10 μm or less cannot be obtained, and the fatigue strength of the welded portion decreases. However, if it exceeds 3%, a hard phase is likely to appear in cooling after welding, and the fatigue properties near the heat affected zone of the weld are reduced, so the upper limit is 3%.
【0016】Pは、固溶強化作用により疲労強度を高め
る効果があるが、本発明の組成では、0.07%を超え
ると溶接部を脆くし、溶接部疲労特性の低下を招く。し
たがって、上限は0.07%でなければならない。P has the effect of increasing the fatigue strength by the solid solution strengthening action, but in the composition of the present invention, if it exceeds 0.07%, the weld becomes brittle and the fatigue properties of the weld deteriorate. Therefore, the upper limit must be 0.07%.
【0017】Sは、多いと硫化物を形成し、母材疲労特
性や溶接部疲労特性を劣化させるので、少ないほど良
く、0.01%以下でなければならず、好ましくは0.
007%以下が良い。If the amount of S is too large, it forms sulfides and deteriorates the fatigue characteristics of the base metal and the welded portion. Therefore, the smaller the amount, the better.
007% or less is good.
【0018】ALは、鋼中でNと結びつくことによって
固溶Nにより引き起こされる時効による延性低下を防止
する役割がある。この作用を持たせるためには、0.0
2%は必要である。しかし、0.3%を超えて添加して
もその効果は飽和する。したがって、0.02〜0.3
%とした。[0018] AL has a role to prevent a decrease in ductility due to aging caused by solid solution N by binding to N in steel. In order to have this effect, 0.0
2% is needed. However, the effect is saturated even if it exceeds 0.3%. Therefore, 0.02-0.3
%.
【0019】また、Nは、時効により鋼の延性を低下さ
せることが知られており、その量は0.008%以下で
なければならない。しかし、0.001%よりも少なく
なると、溶接部に粗大粒が発生しやすくなり、溶接部強
度低下の原因となる。したがって、0.001〜0.0
08%とした。It is known that N reduces the ductility of steel due to aging, and its amount must be 0.008% or less. However, when the content is less than 0.001%, coarse grains are easily generated in the welded portion, which causes a decrease in the strength of the welded portion. Therefore, 0.001 to 0.0
08%.
【0020】Cuは、特定の存在状態とすることで溶接
部の疲労強度向上に対して大きな効果を持つことが本発
明者らの調査で見いだされたものであり、本発明の大き
な特徴である。It has been found by the present inventors that Cu has a great effect on improving the fatigue strength of a welded portion when it is in a specific state, and is a major feature of the present invention. .
【0021】すなわち、鋼中に1%以上のCuが含有さ
れ、これを固溶状態とすることで熱延鋼板の溶接部の疲
労強度を大幅に高める作用のあることが見いだされた。That is, it has been found that 1% or more of Cu is contained in the steel, and by making this into a solid solution state, it has an effect of greatly increasing the fatigue strength of the welded portion of the hot-rolled steel sheet.
【0022】表1は、Cuを0.1〜2.8%、Niを
0.5×Cu%含有し、その他の含有元素は本発明範囲
内の化学成分を有する鋼塊の組成を示したものである。
これを、熱延によって3.0mmの薄鋼板とし機械的特
性および疲労特性を調査した。熱延においては、鋳片の
加熱温度は1200℃、仕上温度は830℃とし、以下
の冷却条件にて冷却した。Table 1 shows the composition of a steel ingot containing 0.1 to 2.8% of Cu and 0.5 × Cu% of Ni and other elements having chemical components within the range of the present invention. Things.
This was formed into a thin steel sheet of 3.0 mm by hot rolling, and mechanical properties and fatigue properties were investigated. In the hot rolling, the slab was heated at 1200 ° C. and the finishing temperature at 830 ° C., and cooled under the following cooling conditions.
【0023】冷却条件A:熱延後、750℃まで30℃
/sで冷却し、その後、680℃まで20℃/sで冷却
し、さらに、405℃まで80℃/sで冷却し、直ちに
巻き取った。Cooling condition A: 30 ° C. to 750 ° C. after hot rolling
/ S, then cooled to 680 ° C at 20 ° C / s, further cooled to 405 ° C at 80 ° C / s, and wound immediately.
【0024】得られた熱延鋼板のフェライト平均粒径
は、5.5〜6.2μm、フェライト断面面積率は、8
1〜87%であった。これらの鋼板のJIS5号引張り
試験片による引張り強度測定値は、620〜690MP
aであった。The average ferrite grain size of the obtained hot-rolled steel sheet is 5.5 to 6.2 μm, and the ferrite cross-sectional area ratio is 8
1-87%. The measured values of the tensile strength of these steel sheets with a JIS No. 5 tensile test piece were 620 to 690 MPa.
a.
【0025】冷却条件B:熱延後、750℃まで30℃
/sで冷却し、その後、405℃まで10℃/sで冷却
し、直ちに巻き取った。Cooling condition B: 30 ° C. to 750 ° C. after hot rolling
/ S, then cooled to 405 ° C at 10 ° C / s, and immediately wound up.
【0026】得られた熱延鋼板のフェライト平均粒径
は、11.5〜12.4μm、フェライト断面面積率
は、85〜90%であった。これらの鋼板のJIS5号
引張り試験片による引張り強度測定値は、Cu量と共に
高くなり、740〜810MPaであった。このよう
に、冷却条件Bが冷却条件Aに比べ鋼板の引張り強度が
高くなるのは、鋼中に微細なCuが析出しているためで
ある。The obtained hot-rolled steel sheet had an average ferrite grain size of 11.5 to 12.4 μm and a cross-sectional area ratio of the ferrite of 85 to 90%. The measured values of the tensile strength of these steel sheets with a JIS No. 5 tensile test piece increased with the amount of Cu, and were 740 to 810 MPa. As described above, the reason why the tensile strength of the steel sheet is higher in the cooling condition B than in the cooling condition A is because fine Cu is precipitated in the steel.
【0027】[0027]
【表1】 [Table 1]
【0028】これらの同種熱延板どうしをフラッシュバ
ット溶接法によって突き合わせ溶接を行い、溶接部のバ
リをペーパー研磨した後、溶接部をノッチの中心とし、
ノッチ間隔を20mmとし、50Rのノッチをつけた平
面曲げ疲労試験片に加工し、平面曲げ疲労試験機を用い
て、溶接部に対して繰り返し曲げ応力を加える疲労試験
を行った。この試験評価では、疲労強度は5×106回
の繰り返し曲げ応力を与えた場合に破断しない最大応力
とした。鋼板の引張り強度が異なるため、疲労強度/鋼
板の引張り強度の値を比較することで、効果を判別し
た。(以下、疲労強度/鋼板の引張り強度の値を「疲労
強度比」と称する)These hot-rolled sheets of the same type are butt-welded to each other by flash butt welding, and the burrs at the welded portion are polished with paper, and the welded portion is set at the center of the notch.
A notch interval was set to 20 mm, and a 50R notched flat bending fatigue test piece was processed. Using a flat bending fatigue tester, a fatigue test for repeatedly applying bending stress to the welded portion was performed. In this test evaluation, the fatigue strength was defined as a maximum stress that would not break when subjected to 5 × 10 6 repeated bending stresses. Since the tensile strength of the steel sheet is different, the effect was determined by comparing the value of fatigue strength / tensile strength of the steel sheet. (Hereinafter, the value of fatigue strength / tensile strength of steel sheet is referred to as “fatigue strength ratio”)
【0029】図1は、疲労強度比におよぼす固溶Cuの
影響を示したものである。1%以上のCuを添加し、熱
延後の冷却条件Aで冷却したものは、疲労強度比の向上
が大きいことがわかる。これは、フェライトの平均粒径
が10μm以下となっていることおよびCuが固溶状態
となっているためである。FIG. 1 shows the effect of solid solution Cu on the fatigue strength ratio. It can be seen that the alloys containing 1% or more of Cu and cooled under cooling condition A after hot rolling have a large improvement in the fatigue strength ratio. This is because the average particle size of the ferrite is 10 μm or less and Cu is in a solid solution state.
【0030】一方、1.0%以上のCuを添加しても冷
却条件Bで冷却したものは、疲労強度は向上しない。こ
れは、フェライトの平均粒径が10μmを超えているこ
と、およびCuが固溶状態でなく、析出状態となってい
るためである。On the other hand, even if Cu is added in an amount of 1.0% or more, the steel cooled under the cooling condition B does not improve the fatigue strength. This is because the average grain size of the ferrite exceeds 10 μm and Cu is not in a solid solution state but in a precipitated state.
【0031】固溶Cu量が2.5%を超えた場合も疲労
強度は確保できるが、その効果は飽和する。したがっ
て、固溶Cu量を1〜2.5%の範囲に限定した。本発
明範囲で疲労強度をさらに良好にするためには、1.2
〜2.5%範囲の固溶Cuとすることが好ましい。When the amount of solute Cu exceeds 2.5%, the fatigue strength can be ensured, but the effect is saturated. Therefore, the amount of solid solution Cu was limited to the range of 1 to 2.5%. In order to further improve the fatigue strength within the range of the present invention, 1.2
It is preferable to use Cu in the range of up to 2.5%.
【0032】これまでにも、特開平4−110418号
公報や特開平4−329848号公報などのように、鋼
中に0.04%以上のCを含有する鋼板にCuを添加し
ている発明が公開されているが、いずれも強度確保する
ことが目的であり、Cuを固溶状態にすることで溶接部
の疲労強度を良好にする本発明とは異なっている。1〜
2.5%のCuが含有されていても、それが鋼中に固溶
しておらず微細なCuとして析出した状態であれば引張
り強度は向上するものの、溶接部の疲労強度向上には寄
与しない。In the prior art, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 4-110418 and 4-329848, an invention in which Cu is added to a steel sheet containing 0.04% or more of C in steel. Are disclosed, but all of them are intended to ensure strength, and are different from the present invention in which the fatigue strength of the welded portion is improved by making Cu into a solid solution state. 1 to
Even if 2.5% of Cu is contained, if it is not dissolved in steel but precipitates as fine Cu, the tensile strength is improved, but it contributes to the improvement of the fatigue strength of the welded portion. do not do.
【0033】なお、1〜2.5%のCuを鋼中に固溶状
態とすることで、上記のように溶接部の疲労強度向上の
効果が得られるメカニズムは、明確には判明していない
が、本発明者らの調査によるとCuを固溶状態にすると
繰り返し荷重を与えられた鋼板における初期の疲労き裂
発生までの時間、およびその後の疲労き裂進展の時間共
に遅くなっていることが確認されており、これが疲労強
度を向上させている理由であると考えられる。The mechanism by which the effect of improving the fatigue strength of the welded portion by making 1 to 2.5% of Cu into a solid solution state in steel as described above is not clearly understood. However, according to the investigations of the present inventors, when Cu is brought into a solid solution state, the time until the initial fatigue crack initiation and the time of the subsequent fatigue crack propagation in the steel sheet subjected to repeated loading are both delayed. Has been confirmed, and this is considered to be the reason for improving the fatigue strength.
【0034】Niは、Cuによる熱延での割れを防止す
る役割を持つので、必要に応じて添加するのが好まし
い。その作用を発揮させるためには、Cu総量の0.4
倍以上の添加が有効であり、好ましくは0.8倍以上が
良い。しかし、添加量の増加にともないコストアップを
招き、Cuの総量に対して1.5倍で効果は飽和するた
め、これを上限とした。Since Ni has a role of preventing cracking in hot rolling by Cu, it is preferable to add Ni as necessary. In order to exert its effect, the total amount of Cu must be 0.4.
It is effective to add at least twice as much, and preferably at least 0.8 times. However, an increase in the amount of addition leads to an increase in cost, and the effect saturates at 1.5 times the total amount of Cu. Therefore, the upper limit is set.
【0035】Caは、鋼中の析出物の形を球状化するこ
とで、鋼の加工性を高める効果があるため、必要によっ
て添加する。その場合、0.0005%以上の添加が有
効である。しかし、0.01%を超えるとその効果が飽
和し、さらに溶接部の疲労強度も低下するため、0.0
005〜0.01%の範囲に限定する。Ca is added as necessary because Ca has the effect of increasing the workability of the steel by spheroidizing the precipitate in the steel. In that case, 0.0005% or more is effective. However, if the content exceeds 0.01%, the effect is saturated and the fatigue strength of the welded portion is also reduced.
It is limited to the range of 005 to 0.01%.
【0036】以上示した組成の熱延鋼板で、高い溶接部
の疲労強度を得るためには、平均結晶粒径が10μm以
下のフェライト相を断面面積率で70%以上含有するこ
とが必要である。In order to obtain high fatigue strength at the welded portion in the hot-rolled steel sheet having the composition described above, it is necessary to contain a ferrite phase having an average crystal grain size of 10 μm or less in a cross-sectional area ratio of 70% or more. .
【0037】フェライトの平均結晶粒径が10μmを超
えると、母材および溶接部の疲労強度の低下が大きい。
その理由は、10μm以下の微細なフェライト粒によっ
て疲労き裂の発生および進展を防止することができるた
めである。When the average crystal grain size of ferrite exceeds 10 μm, the fatigue strength of the base metal and the welded portion is greatly reduced.
The reason is that the generation and propagation of fatigue cracks can be prevented by fine ferrite grains of 10 μm or less.
【0038】本発明の組成では、フェライト相が少なく
なると、パーライト相などの硬質相が増加しやすくな
り、繰り返し荷重によってき裂が発生しやすくなるた
め、溶接部の疲労強度を低下させる。これを防止するに
は、断面面積率で70%以上のフェライト相とすること
が必要である。フェライト相以外の相は残留γ相やベナ
イト相であることが好ましく、パーライト相やマルテン
サイト相は少ないほど溶接部の疲労強度向上のためには
良い。In the composition of the present invention, when the ferrite phase is reduced, the hard phase such as the pearlite phase is apt to increase, and the crack is easily generated by the repeated load, so that the fatigue strength of the welded portion is reduced. To prevent this, the ferrite phase must have a cross-sectional area ratio of 70% or more. The phase other than the ferrite phase is preferably a residual γ phase or a benite phase, and the smaller the pearlite phase or martensite phase, the better the fatigue strength of the weld.
【0039】なお、ここでいうフェライトの平均結晶粒
径とは、鋼板の断面を研磨後ナイタールでエッチングし
た後、鋼板表面から板厚内部方向に板厚の1/4厚みの
位置にあたる面を走査型電子顕微鏡により1000倍以
上の倍率に拡大した写真を撮影し、これをJIS G0
552の切断法によって測定することで求められる値で
ある。また、フェライトの断面面積率とは、蒸留水10
0mlにチオ硫酸ナトリウム7gを加えた溶液と、エチ
ルアルコール100mlにピクリン酸5gを加えた溶液
と、エチルアルコール95mlに硝酸4mlを加えた溶
液をそれぞれ約5:5:1の割合で混合した溶液を使
い、研磨された鋼板断面を腐食し、鋼板表面から板厚内
部方向に板厚の1/4の位置にあたる面を光学顕微鏡に
より1000倍に拡大した写真をカラー撮影し、青白色
の粒を3mm間隔で400点以上の格子を持つメッシュ
を使いポイントカウントすることによって求められた値
である。The average crystal grain size of ferrite as used herein means that after polishing a cross section of a steel sheet and etching it with nital, a plane corresponding to a position of 1/4 of the thickness in the thickness direction from the surface of the steel sheet is scanned. A photograph magnified 1000 times or more was taken with a scanning electron microscope, and the photograph was taken according to JIS G0
It is a value obtained by measuring by the cutting method of 552. The cross-sectional area ratio of ferrite is defined as 10 parts of distilled water.
A solution obtained by mixing a solution obtained by adding 7 g of sodium thiosulfate to 0 ml, a solution obtained by adding 5 g of picric acid to 100 ml of ethyl alcohol, and a solution obtained by adding 4 ml of nitric acid to 95 ml of ethyl alcohol were respectively mixed at a ratio of about 5: 5: 1. Using a polished steel plate, the cross section was corroded, and the surface corresponding to a 1 / 4th of the plate thickness in the thickness direction from the steel plate surface was photographed with an optical microscope at a magnification of 1000 times in color. This value is obtained by performing point counting using a mesh having a grid of 400 points or more at intervals.
【0040】次に、本発明で示した鋼板の製造方法を説
明する。Next, a method of manufacturing the steel sheet according to the present invention will be described.
【0041】まず、鋳片を熱延する際の仕上温度はオー
ステナイト域でなければならないが、フェライト粒を微
細にするためには、その温度域のなかでは低温が良く、
本発明の組成においてはフェライトの平均粒径を10μ
m以下にするためには880℃が上限である。しかし、
800℃よりも低温になると逆に一部の粗大なフェライ
ト粒が生成し、疲労強度低下の原因になる。したがっ
て、800〜880℃の範囲に限定した。First, the finishing temperature at the time of hot rolling the slab must be in the austenite range, but in order to make the ferrite grains fine, a low temperature is better in that temperature range.
In the composition of the present invention, the average particle size of ferrite is 10 μm.
m or less, the upper limit is 880 ° C. But,
If the temperature is lower than 800 ° C., on the contrary, some coarse ferrite grains are formed, which causes a reduction in fatigue strength. Therefore, it was limited to the range of 800 to 880 ° C.
【0042】熱延仕上げ後、(1)780〜720℃の
範囲に30℃/s以上の冷却速度で第一の冷却し、
(2)さらに、第一の冷却後680〜630℃の範囲に
5〜25℃/sの冷却速度で第二の冷却し、(3)さら
に、第二の冷却後450〜300℃の範囲に50℃/s
以上の冷却速度で第三の冷却し、鋼帯を巻き取る必要が
ある。After the hot rolling, (1) the first cooling was performed at a cooling rate of 30 ° C./s or more in the range of 780 to 720 ° C.
(2) Further, after the first cooling, a second cooling is performed at a cooling rate of 5 to 25 ° C./s in a range of 680 to 630 ° C., and (3) In a range of 450 to 300 ° C. after the second cooling, 50 ° C / s
It is necessary to perform third cooling at the above cooling rate and wind up the steel strip.
【0043】(1)の第一の冷却において、780℃を
超える温度や、冷却速度が30℃/sよりも遅い場合、
(2)の第二の冷却において、680℃を超える温度に
冷却した場合、冷却速度が7℃/sよりも遅い場合など
は、いずれも平均粒径が10μm以下のフェライト相と
することができず、溶接部の疲労特性を確保できない。In the first cooling of (1), when the temperature exceeds 780 ° C. or the cooling rate is lower than 30 ° C./s,
In the second cooling of (2), when cooling to a temperature exceeding 680 ° C. or when the cooling rate is slower than 7 ° C./s, the ferrite phase having an average particle size of 10 μm or less can be obtained. Therefore, the fatigue characteristics of the weld cannot be secured.
【0044】また、(1)の第一の冷却において、72
0℃を下回る温度の範囲に冷却した場合、(2)の第二
の冷却において、630℃を下回る温度の範囲に冷却し
た場合、冷却速度が25℃/sよりも速い場合、(3)
の第三の冷却において、450℃を超える温度や300
℃を下回る温度の範囲に冷却した場合、冷却速度が50
℃/sよりも遅い場合などは、いずれもフェライト相を
70%以上の断面面積率とすることができず、溶接部の
疲労特性を確保できない。In the first cooling of (1), 72
(3) when cooling to a temperature range below 0 ° C., when cooling to a temperature range below 630 ° C. in the second cooling of (2), and when the cooling rate is faster than 25 ° C./s,
In the third cooling, the temperature exceeding 450 ° C or 300
When cooled to a temperature below ℃, the cooling rate is 50
When the temperature is lower than ° C./s, the ferrite phase cannot have a cross-sectional area ratio of 70% or more in any case, and the fatigue characteristics of the welded portion cannot be secured.
【0045】さらに、(2)の冷却において、630℃
を下回る温度の範囲に冷却した場合、冷却速度が7℃/
sよりも遅い場合、(3)の冷却において、450℃を
超える温度に冷却した場合、冷却速度が50℃/sより
も遅い場合などは、Cuを固溶状態で保つことができ
ず、溶接部の疲労特性を確保できない。Further, in the cooling of (2), 630 ° C.
When cooled to a temperature lower than, the cooling rate is 7 ° C /
When the cooling speed is lower than 450 ° C., when the cooling rate is lower than 50 ° C./s, the Cu cannot be kept in a solid solution state in the cooling of (3). The fatigue properties of the part cannot be secured.
【0046】以上のように、鋼板の組成の限定、熱延に
おける仕上温度や特定の温度域での冷却など行うことで
溶接部の疲労特性の高い熱延鋼板を製造することができ
るのが本発明の特徴である。As described above, it is possible to manufacture a hot-rolled steel sheet having a high fatigue property at the welded portion by limiting the composition of the steel sheet, cooling at a finishing temperature in hot rolling or a specific temperature range, and the like. This is a feature of the invention.
【0047】[0047]
【実施例】以下に本発明の実施例を比較例と共に示す。EXAMPLES Examples of the present invention will be described below together with comparative examples.
【0048】表2に示す化学成分の鋼塊を製造し、熱延
によって薄鋼板とした。鋼符号A〜Hは本発明範囲内の
組成である。I〜Pは組成のいずれか一つまたは複数が
本発明範囲からはずれている。[0048] Steel ingots having the chemical components shown in Table 2 were produced and thinned by hot rolling. Steel symbols A to H are compositions within the scope of the present invention. Any one or more of the compositions I to P deviate from the scope of the present invention.
【0049】鋳片の加熱温度は1200℃で、仕上温度
は770〜880℃とし、熱延後、750℃まで20〜
60℃/sで冷却し(第一の冷却:冷速a)、その後、
650℃まで5〜60℃/sで冷却し(第二の冷却:冷
速b)、さらに、405℃まで30〜100℃/sで冷
却し(第三の冷却:冷速c)、直ちに巻き取った。The heating temperature of the slab is 1200.degree. C., the finishing temperature is 770 to 880.degree.
Cool at 60 ° C./s (first cooling: cooling speed a), and then
Cool to 650 ° C at 5 to 60 ° C / s (second cooling: cooling speed b), further cool to 405 ° C at 30 to 100 ° C / s (third cooling: cooling speed c), and immediately wind I took it.
【0050】上記熱延の仕上温度(FT)、冷却速度条
件は、表3に示す通りである。得られた熱延板のフェラ
イト粒径およびフェライト面積率、引張り強度を測定す
ると共に、実施例1と同様の方法でフラッシュバット溶
接および溶接部の疲労試験を行い、疲労強度を求めた。
測定された、フェライト分率、フェライト粒径、疲労強
度比を表3に示す。The finishing temperature (FT) and cooling rate conditions of the hot rolling are as shown in Table 3. The ferrite grain size, the ferrite area ratio, and the tensile strength of the obtained hot-rolled sheet were measured, and a flash butt welding and a fatigue test of a welded portion were performed in the same manner as in Example 1 to determine the fatigue strength.
Table 3 shows the measured ferrite fraction, ferrite grain size, and fatigue strength ratio.
【0051】表2および表3において下線を引いた内容
については、本発明範囲からはずれている。The contents underlined in Tables 2 and 3 are out of the scope of the present invention.
【0052】[0052]
【表2】 [Table 2]
【0053】[0053]
【表3】 [Table 3]
【0054】TSは500MPa以上を目標とし、フラ
ッシュバット溶接部の疲労強度比は、この強度レベルに
おける従来の鋼板よりも優れる0.35以上を目標とし
たものである。表2、3より成分、熱延における仕上温
度、仕上後の冷却速度、冷却温度域のいずれも本発明の
範囲に入っているものは、平均フェライト粒径が10μ
m以下でかつ断面面積率で70%以上を占める金属組織
となっており、これらの溶接部の疲労強度比は0.35
以上であった。一方、本発明の範囲外の鋼板の溶接部の
疲労強度比は、0.35未満であった。このことから、
本発明範囲内の鋼板は溶接部の疲労強度比が優れること
がわかる。The TS is targeted at 500 MPa or more, and the fatigue strength ratio of the flash butt welded portion is targeted at 0.35 or more which is superior to the conventional steel sheet at this strength level. Tables 2 and 3 show that the components, the finishing temperature in hot rolling, the cooling rate after finishing, and the cooling temperature range that are all within the range of the present invention have an average ferrite grain size of 10 μm.
m and a metal structure occupying 70% or more in cross-sectional area ratio, and the fatigue strength ratio of these welds is 0.35.
That was all. On the other hand, the fatigue strength ratio of the welded portion of the steel sheet outside the range of the present invention was less than 0.35. From this,
It can be seen that the steel sheet within the range of the present invention has an excellent fatigue strength ratio at the welded portion.
【0055】なお、熱延鋼板の引張り強度測定には、J
IS5号引張り試験片を用い、JIS Z 2241に
示される方法で引張り試験を行った。The measurement of the tensile strength of the hot-rolled steel sheet was conducted according to J
A tensile test was performed using a IS-5 tensile test piece according to the method described in JIS Z 2241.
【0056】また、フェライト粒度番号は、鋼板をナイ
タールでエッチングした後、光学顕微鏡で1000倍に
拡大した写真を撮影し、これを切断法によって測定した
ものである。The ferrite grain size number is obtained by etching a steel plate with nital, taking a photograph magnified 1000 times with an optical microscope, and measuring the photograph by a cutting method.
【0057】[0057]
【発明の効果】以上のように、鋼板の組成、組織を特定
の範囲にすることにより、高い溶接部の疲労特性を持つ
鋼板とできることを見いだした。また、熱延仕上げ温
度、熱延仕上げ後の冷却条件を特定の範囲にすることに
より、この鋼板を製造できることを見いだした。As described above, it has been found that by setting the composition and structure of the steel sheet to a specific range, it is possible to obtain a steel sheet having high fatigue properties of a welded portion. Further, it has been found that this steel sheet can be manufactured by setting the hot rolling finish temperature and the cooling conditions after the hot rolling finish to specific ranges.
【図1】熱延鋼板の疲労強度比におよぼすCuの影響を
示した図である。FIG. 1 is a view showing the influence of Cu on the fatigue strength ratio of a hot-rolled steel sheet.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4K037 EA01 EA05 EA06 EA09 EA13 EA15 EA16 EA18 EA20 EA21 EA23 EA25 EA27 EA28 EB05 EB07 EB08 EB09 FC03 FC04 FD02 FD03 FD04 FE01 JA07 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 4K037 EA01 EA05 EA06 EA09 EA13 EA15 EA16 EA18 EA20 EA21 EA23 EA25 EA27 EA28 EB05 EB07 EB08 EB09 FC03 FC04 FD02 FD03 FD04 FE01 JA07
Claims (4)
%、Si:0.9〜3%、Mn:0.5〜3%、P:
0.07%以下、S:0.01%以下、AL:0.02
〜0.3%、N:0.001〜0.008%、Cu:1
〜2.5%、Ni:0.4×Cu〜1.5×Cu%を含
有し、残部Feおよび不可避的不純物よりなる鋼板であ
り、かつ該Cuは鋼板中に固溶状態で存在し、さらに鋼
板表面より板厚内部に1/4厚みの位置における鋼板断
面結晶組織のフェライト平均結晶粒径が10μm以下
で、フェライト断面面積率が70%以上であり、引張り
強さが500MPa以上を有することを特徴とする溶接
部の疲労特性に優れた高強度熱延鋼板。1. A mass ratio of C: 0.04 to 0.16.
%, Si: 0.9-3%, Mn: 0.5-3%, P:
0.07% or less, S: 0.01% or less, AL: 0.02
-0.3%, N: 0.001-0.008%, Cu: 1
2.52.5%, Ni: 0.4 × Cu to 1.5 × Cu%, the balance being Fe and unavoidable impurities, and the Cu is present in a solid solution state in the steel sheet; Furthermore, the ferrite average crystal grain size of the cross-sectional crystal structure of the steel sheet at a position 1/4 thicker inside the steel sheet than the steel sheet surface is 10 µm or less, the ferrite cross-sectional area ratio is 70% or more, and the tensile strength is 500 MPa or more. High-strength hot-rolled steel sheet with excellent weld fatigue characteristics.
01%を含有することを特徴とする請求項1に記載の溶
接部の疲労特性に優れた高強度熱延鋼板。2. A mass ratio of Ca: 0.0005 to 0.5.
The high-strength hot-rolled steel sheet according to claim 1, wherein the high-strength steel sheet contains 0.01%.
%、Si:0.9〜3%、Mn:0.5〜3%、P:
0.07%以下、S:0.01%以下、AL:0.02
〜0.3%、N:0.001〜0.008%、Cu:1
〜2.5%、Ni:0.4×Cu〜1.5×Cu%を含
有し、残部Feおよび不可避的不純物よりなる鋼片を熱
間圧延により800〜880℃の温度で仕上圧延し、得
られた鋼帯を熱延仕上げ後780〜720℃の範囲まで
30℃/s以上の冷却速度で第一の冷却し、該第一の冷
却後680〜630℃の範囲まで7〜25℃/sの冷却
速度で第二の冷却し、さらに該第二の冷却後450〜3
00℃の範囲まで50℃/s以上の冷却速度で第三の冷
却し、鋼帯を巻き取ることを特徴とする溶接部の疲労特
性に優れた高強度熱延鋼板の製造方法。3. A mass ratio of C: 0.04 to 0.16.
%, Si: 0.9-3%, Mn: 0.5-3%, P:
0.07% or less, S: 0.01% or less, AL: 0.02
-0.3%, N: 0.001-0.008%, Cu: 1
2.52.5%, Ni: 0.4 × Cu to 1.5 × Cu%, a steel slab composed of a balance of Fe and unavoidable impurities is finish-rolled by hot rolling at a temperature of 800 to 880 ° C., The obtained steel strip is first cooled at a cooling rate of 30 ° C./s or more to a range of 780 to 720 ° C. after hot-rolling, and after the first cooling, is cooled to a range of 7 to 25 ° C. to a range of 680 to 630 ° C. second cooling at a cooling rate of s, and 450 to 3 after the second cooling.
A method for producing a high-strength hot-rolled steel sheet excellent in fatigue properties of a weld portion, wherein a third cooling is performed at a cooling rate of 50 ° C / s or more to a temperature range of 00 ° C and a steel strip is wound.
〜0.01%を含有することを特徴とする請求項3に記
載の溶接部の疲労特性に優れた高強度熱延鋼板の製造方
法。4. A steel slab having a mass ratio of Ca: 0.0005.
The method for producing a high-strength hot-rolled steel sheet having excellent weld fatigue properties according to claim 3, characterized in that the content of the hot-rolled steel sheet is 0.01% to 0.01%.
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JP2000116602A JP2001294979A (en) | 2000-04-18 | 2000-04-18 | High strength hot rolled steel sheet excellent in fatigue characteristic of weld zone and its producing method |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015509847A (en) * | 2011-12-20 | 2015-04-02 | アクティエボラゲット・エスコーエッフ | Methods, rings, and bearings |
-
2000
- 2000-04-18 JP JP2000116602A patent/JP2001294979A/en not_active Withdrawn
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