JP2007191781A - 疲労亀裂進展抑制に優れた鋼板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の鋼板は、ベイナイト相を主体とする組織からなり、2つの結晶の方位差が15°以上の大角粒界のうち、Σ3対応粒界である割合が0.065以上であり、必要により化学成分組成を、C:0.01〜0.10%、Si:0.01〜0.6%、Mn:0.6〜2.0%、Al:0.001〜0.1%を夫々含有する他、Cu:0.03〜3.0%、Cr:0.03〜3.0%、Ni:0.03〜3.0%、Mo:0.03〜1.0%、V:0.001〜0.1%、Nb:0.001〜0.1%、Ti:0.001〜0.1%およびB:0.0003〜0.030%よりなる群から選択される1種または2種以上を含み、残部が鉄および不可避不純物のものとする。
【選択図】図2
Description
[Mn>1.2%のとき]
DI1=1.16×(√[C]/10)×(0.75[Si]+1)×{5.1([Mn]−1.2)+5.0}×(0.35[Cu]+1)×(0.36[Ni]+1)×(2.16[Cr]+1)×(3[Mo]+1)×(1.75[V]+1)×(200[B]+1) …(1)
[Mn≦1.2%のとき]
DI2=1.16×(√[C]/10)×(0.75[Si]+1)×3.33([Mn]+1)×(0.35[Cu]+1)×(0.36[Ni]+1)×(2.16[Cr]+1)×(3[Mo]+1)×(1.75[V]+1)×(200[B]+1)…(2)
但し、[C],[Si],[Mn],[Cu],[Ni],[Cr],[Mo],[V]および[B]は、夫々C,Si,Mn,Cu,Ni,Cr,Mo,VおよびBの含有量(質量%)を示す。
γa=2γs−γb …(3)
但し、γs:粒界の表面エネルギー、γb:粒界エネルギー
Cは、鋼板の強度確保のために必要な元素である。鋼板としての最低強度、即ち概ね490MPa程度(使用する鋼材の肉厚にもよるが)を得るためには、0.01%以上含有させるのが良い。しかし、C含有量が過剰に含有させると(中炭素、高炭素になると)、ベイナイトの変態機構が変化して選択されるバリアントが変化するので、0.10%以下とするのが良い。尚、C含有量のより好ましい下限は0.03%であり、好ましい上限は0.08%である。
Siは脱酸と強度確保のための必要な元素であり、0.01%に満たないと構造部材としての最低強度を確保できない。しかし、0.6%を超えて過剰に含有させると溶接性が大幅に劣化することになる。
Mnは鋼板の強度および靭性確保のために有効な元素であり、こうした効果を発揮させるためには0.6%以上含有させることが好ましい。しかし、2.0%を超えて過剰に含有させると溶接性、割れ感受性が劣化するので2.0%以下とするのが良い。尚、Mn含有量のより好ましい下限は0.8%であり、より好ましい上限は1.8%である。
Alは脱酸のために有用な元素であり、0.001%に満たないと脱酸効果がない。しかし、0.10%を超えて含有させると溶接部の靭性を劣化させるので0.10%以下とするのが良い。
これらの元素は、変態を抑制し、ベイナイト変態開始温度Bsを低下させる作用を発揮する。ベイナイトは変態の際に、低温で変態することで、ランダム粒界の生成量を変化させ、対応粒界の割合を増加させることができる。こうした効果を発揮させるためには、これらの元素の1種または2種以上を上記した各下限%以上含有させることが好ましいが、多量に含有させると溶接性を損なうので各上限以下とするのが良い。
DI1値またはDI2値は焼入れ性の指標となるものであり、この値が1.5未満では、フェライト相が増加してベイナイト組織になり難くなる。また、この値が8.0を超えると島状マルテンサイト(M−A)が増加し、溶接性およびHAZ靭性が劣化することになる。尚、前記(1)式および(2)式は、ASTM A255に基づいて求めたものである。
Pは結晶粒に偏析し、延性や靭性に有害に作用する不純物であるので、できるだけ少ない方が好ましいのであるが、実用鋼の清浄度の程度を考慮して0.025%以下に抑制するのが良い。またSは、鋼板中の合金元素と化合して種々の介在物を形成し、鋼板の延性や靭性に有害に作用する不純物であるので、できるだけ少ない方が好ましいのであるが、実用鋼の清浄度の程度を考慮して0.02%以下に抑制するのが良い。
CaおよびREMは、Sの固定による靭性の向上に有効な元素であり、その効果を発揮させるためには、いずれも0.0005%以上含有させることが好ましい。しかしながら、過剰に含有させてもその効果が飽和するので、Caで0.003%以下、REMで0.030%以下とすることが好ましい。Caを含有させるときのより好ましい下限は0.001%である。
下記表1に示す化学成分組成の鋼材を転炉で溶製し、種々の冷却、圧延条件によって鋼板を製造した。このときの製造条件を下記表2に示す。尚、下記表2中、「AcC」は加速冷却(水による冷却)、「AC」は空冷、QTは焼入れ・焼き戻し、を夫々意味する。
EBSP法(Electoron Backscattering Pattern法)を採用して測定した。このとき用いたSEM−EBSPオンライン結晶方位・粒界性格自動解析装置は、FE−SEM、TSL社製OIMハードウエア・ソフトウエアとSGI社製コンピュータで構成されるものである。このときの測定条件は、測定領域:200μm×200μm、測定ピッチ:0.5μm間隔とし、測定方位の信頼性を示すコンフィデンス・インデックス(Confidence Index)が0.1よりも小さい測定点は解析対象から除外した。尚、実際の組織中において、完全に対応格子関係を持つ粒界は極めてまれであり、規則関係を乱さないような転位の導入から、若干のズレが生じていることが多い。Σ値算出による許容角度として、TRERANCE(許容範囲)=K/Σ-nで、K=15、n=0.5とした。
ASTM E647に準拠し、コンパクト型試験片を用いて、疲労亀裂進展試験を実施することによって、疲労亀裂進展速度を求めた。この際、下記(4)式によって規定されるパリス則が成り立つ安定成長領域ΔK=20(MPa・√m)での値を代表値として評価した。尚、疲労亀裂進展速度の評価基準については、通常の鋼材が4〜6×10-5mm/cycle(ΔK=20のとき)程度の進展速度であることから、3.5×10-5mm/cycle以下を合格とした。
da/dn=C(ΔK)m…(4)
但し、a:亀裂長さ,n:繰り返し数,C,m:材料、荷重等の件で決まる定数を夫々示す。
機械加工によって作製したJIS4号衝撃試験片を用い、JIS Z2242に準拠した試験方法で衝撃試験を行い、JISに準拠した方法で脆性破面率(若しくは「延性破面率」)を求め、(試験温度vs脆性破面率)の曲線から、脆性破面率が50%となる遷移温度vTrsを求めた。
Claims (5)
- ベイナイト相を主体とする組織からなり、2つの結晶の方位差が15°以上の大角粒界のうち、Σ3対応粒界である割合が0.065以上であることを特徴とする疲労亀裂進展抑制に優れた鋼板。
- C:0.01〜0.10%(質量%の意味、以下同じ)、Si:0.01〜0.6%、Mn:0.6〜2.0%、Al:0.001〜0.1%を夫々含有する他、Cu:0.03〜3.0%、Cr:0.03〜3.0%、Ni:0.03〜3.0%、Mo:0.03〜1.0%、V:0.001〜0.1%、Nb:0.001〜0.1%、Ti:0.001〜0.1%およびB:0.0003〜0.030%よりなる群から選択される1種または2種以上を含み、残部が鉄および不可避不純物である請求項1に記載の鋼板。
- 下記(1)式または(2)式で規定されるDI1値またはDI2値が1.5〜8.0である請求項2に記載の鋼板。
[Mn>1.2%のとき]
DI1=1.16×(√[C]/10)×(0.75[Si]+1)×{5.1([Mn]−1.2)+5.0}×(0.35[Cu]+1)×(0.36[Ni]+1)×(2.16[Cr]+1)×(3[Mo]+1)×(1.75[V]+1)×(200[B]+1) …(1)
[Mn≦1.2%のとき]
DI2=1.16×(√[C]/10)×(0.75[Si]+1)×3.33([Mn]+1)×(0.35[Cu]+1)×(0.36[Ni]+1)×(2.16[Cr]+1)×(3[Mo]+1)×(1.75[V]+1)×(200[B]+1)…(2)
但し、[C],[Si],[Mn],[Cu],[Ni],[Cr],[Mo],[V]および[B]は、夫々C,Si,Mn,Cu,Ni,Cr,Mo,VおよびBの含有量(質量%)を示す。 - 不可避不純物中のPを0.025%以下(0%を含まない)、Sを0.02%以下(0%を含まない)に夫々抑制したものである請求項2または3に記載の鋼板。
- 更に、Ca:0.0005〜0.0030%および/または希土類元素:0.0005〜0.030%を含有するものである請求項2〜4のいずれかに記載の鋼板。
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