JP2007291511A - High-tensile strength thick steel plate having excellent toughness and its production method - Google Patents

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浩文 大坪
Tomoyuki Yokota
智之 横田
Shigeru Endo
茂 遠藤
Nobuo Shikauchi
伸夫 鹿内
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-tensile strength thick steel plate having excellent toughness and fatigue crack propagation resistance in the plate thickness direction, and to provide its production method. <P>SOLUTION: A steel stock having a composition comprising, by mass, 0.03 to 0.3% C, 0.03 to 1.5% Si, 0.1 to 3% Mn, ≤0.1% Al and ≤0.01% N, and the balance Fe with inevitable impurities, and having a structure composed of a ferrite phase and a pearlite phase with the average grain size of ≥40 μm is heated to a temperature in the temperature range of (an Ac<SB>1</SB>transformation point+30°C) to (an Ac<SB>1</SB>transformation point+100°C), is thereafter subjected to low rolling reduction-multipass rolling at a cumulative draft of ≥80% and a rolling finishing temperature of ≥550°C, and is then air-cooled. In this way, the thick steel plate having a structure where a ferrite phase including a fine ferrite phase with the average grain size of ≤3 μm by ≥30 area% is the main phase, the second phase is an elongated pearlite phase, and the average minor axis size is ≤5 μm, and having excellent toughness and fatigue crack propagation resistance in the plate thickness direction is obtained. Further, the thick steel plate may comprise one or more kinds selected from Nb, V and Ti, and one or more kinds selected from Cu, Ni, Cr and Mo. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、船舶、海洋構造物、橋梁、建築物、タンク等の溶接鋼構造物用として好適な高張力厚鋼板に係り、とくに靭性、さらには板厚方向の耐疲労亀裂伝播特性の改善に関する。なお、ここでいう「高張力厚鋼板」とは、板厚:10 mm以上で、引張強さ:500MPa以上を有する鋼板をいうものとする。   The present invention relates to a high-tensile steel plate suitable for use in welded steel structures such as ships, offshore structures, bridges, buildings, tanks, etc., and particularly to toughness, and further to improving fatigue crack propagation resistance in the thickness direction. . As used herein, the “high-tensile thick steel plate” refers to a steel plate having a thickness of 10 mm or more and a tensile strength of 500 MPa or more.

従来から、高強度で高靭性の鋼板を目標として、強度、靭性の向上方法について種々の研究が行われてきた。そして、強度と靭性をともに向上させるには、結晶粒の微細化が有効であることが知られている。結晶粒微細化の手法として、工業的に広く利用されているものに加工熱処理(TMCP:Thermo-Mechanical Control Process)がある。例えばフェライトを主体とする組織においては、TMCPを適用することにより比較的容易に、平均粒径:5μm程度までの結晶粒の微細化が達成されている。   Conventionally, various studies have been conducted on methods for improving strength and toughness with the aim of a steel plate having high strength and high toughness. In order to improve both strength and toughness, it is known that refinement of crystal grains is effective. One of the methods for refining crystal grains is industrial heat treatment (TMCP: Thermo-Mechanical Control Process). For example, in a structure mainly composed of ferrite, refinement of crystal grains up to an average grain size of about 5 μm is achieved relatively easily by applying TMCP.

最近、強度、靭性の更なる向上を目的として、結晶粒の更なる微細化方法が追求されている。そして、フェライト結晶粒径を1μm前後までの微細化が可能であるとする種々の方法が提案されている。これらを大別すると、
(1)オーステナイト(γ)からフェライト(α)ヘの変態を利用する方法、
(2)フェライト(α)の再結晶を利用する方法
に分類できる。
Recently, a method for further refinement of crystal grains has been pursued for the purpose of further improving strength and toughness. Various methods have been proposed in which the ferrite crystal grain size can be reduced to about 1 μm. When these are roughly divided,
(1) A method utilizing the transformation from austenite (γ) to ferrite (α),
(2) The method can be classified into methods using recrystallization of ferrite (α).

(1)のγからαヘの変態を利用する方法は、準安定γ域から(γ+α)二相域の温度域で、大圧下加工を加え、γ→α変態後に、2μm前後以下の微細フェライト粒と第二相粒からなる組織を得ようとする方法である。一方、(2)のαの再結晶を利用する方法(以下、「フェライト連続再結晶法」ともいう)は、α温度域で加工を行い、αの連続再結晶を利用して、2μm前後以下の微細フェライト粒からなる組織を得ようとする方法である。このフェライト連続再結晶法では、累積圧下効果を利用できるため、小圧下多パス圧延が可能となる。また変態を利用しないため、冷却による組織の不均一を生ずることがないという利点がある。小圧下多パス圧延は、厚鋼板の安定製造に最も適していると考えられる。   The method of using the transformation from γ to α in (1) is a fine ferrite of around 2 μm or less after the γ → α transformation by applying large rolling in the temperature range from the metastable γ region to the (γ + α) two-phase region. This is a method for obtaining a structure composed of grains and second phase grains. On the other hand, in the method (2) using α recrystallization (hereinafter also referred to as “ferrite continuous recrystallization method”), the processing is performed in the α temperature range, and α continuous recrystallization is used. It is a method of trying to obtain the structure | tissue which consists of this fine ferrite grain. In this ferrite continuous recrystallization method, since the cumulative reduction effect can be used, small reduction multi-pass rolling becomes possible. Further, since the transformation is not used, there is an advantage that the structure is not uneven due to cooling. Small-pass multipass rolling is considered to be most suitable for stable production of thick steel plates.

このフェライトの連続再結晶では、新しい粒の核生成・成長による従来の不連続再結晶とは異なり、回復により生じる小傾角粒界で囲まれたサブグレインが、歪の増大とともに大傾角化して、大角粒界に囲まれた粒となる、というメカニズムによる。このため、フェライト粒径は、温度と歪速度の関数である、Zener−Hollomonパラメータで一義的に決まり、歪を与えるほど連続再結晶が促進され、超微細粒を形成する領域が増加することになる。   In this continuous recrystallization of ferrite, unlike the conventional discontinuous recrystallization by nucleation / growth of new grains, the subgrains surrounded by the low-angle grain boundaries caused by the recovery become larger with increasing strain, This is due to the mechanism of grains surrounded by large-angle grain boundaries. For this reason, the ferrite grain size is uniquely determined by the Zener-Hollomon parameter, which is a function of temperature and strain rate, and the continuous recrystallization is promoted as the strain is applied, and the region where ultrafine grains are formed increases. Become.

このようなフェライト連続再結晶法を利用し、結晶粒を微細化した鋼材の製造方法については、すでに、多くの提案が成されている。例えば特許文献1には、C:0.03〜0.45%、Si:0.01〜0.50%、Mn:0.02〜5.0%、Al:0.001〜0.1%を含有する鋼片を、鋳造後室温まで冷却しその後再加熱するか、あるいは鋳造後冷却することなく、予備的な熱間加工を行うかまたは予備的な熱間加工を行わずに、一度600℃〜室温までの温度域に冷却したのち、700〜500℃の温度域に加熱し、該温度域で1パスまたはパス間時間を20s以内とする2パス以上の加工を歪速度0.1〜20/s、総歪量0.8〜5となる条件で行い、放冷する、靭性に優れた高張力鋼の製造方法が提案されている。特許文献1に記載された技術によれば、フェライトの動的再結晶により結晶粒を1μm以下に微細化でき、靭性に優れた高張力鋼材を安価に提供できるとしている。   Many proposals have already been made for a method for producing a steel material in which crystal grains are refined using such a continuous ferrite recrystallization method. For example, in Patent Document 1, a steel slab containing C: 0.03-0.45%, Si: 0.01-0.50%, Mn: 0.02-5.0%, Al: 0.001-0.1% is cooled to room temperature after casting and then reheated. Or after pre-casting without cooling after casting or without preliminary hot-working, after cooling to a temperature range from 600 ° C to room temperature, then 700-500 ° C Heating to a temperature range of 1 and processing for 2 passes or more with the time between passes within 20 s within that temperature range is performed under conditions of strain rate 0.1-20 / s and total strain amount 0.8-5, and allowed to cool. A method for producing high-tensile steel having excellent toughness has been proposed. According to the technique described in Patent Document 1, the crystal grains can be refined to 1 μm or less by dynamic recrystallization of ferrite, and a high-tensile steel material excellent in toughness can be provided at low cost.

また、特許文献2には、C:0.05〜0.30mass%を含む鋼に、累積歪75%以上、かつ最終10%以上の圧延を650℃以下の温度で行い、粒径2.5μm以下のフェライトと粒状炭化物からなる組織を有し、粒状炭化物の体積率(%)と直径(μm)との比が8以上となる高強度超微細組織鋼の製造方法が提案されている。特許文献2に記載された技術によれば、引張強さ650MPa以上の高強度を有するとともに、超微細粒に特有の均一伸びの低下を抑制することができ、強度・均一伸びバランス、強度・靭性バランスに優れた鋼板が得られるとしている。   Patent Document 2 discloses that steel containing C: 0.05 to 0.30 mass% is rolled with a cumulative strain of 75% or more and a final 10% or more at a temperature of 650 ° C. or less, and a ferrite having a grain size of 2.5 μm or less. There has been proposed a manufacturing method of high-strength ultra-fine structure steel having a structure made of granular carbides and having a ratio of the volume ratio (%) to the diameter (μm) of the granular carbides of 8 or more. According to the technique described in Patent Document 2, it has high strength of 650 MPa or more in tensile strength, and can suppress a decrease in uniform elongation unique to ultrafine particles, and can provide strength / uniform elongation balance, strength / toughness. It is said that a steel plate with excellent balance can be obtained.

また、特許文献3には、鋼材に、350〜750℃の温度範囲において、板厚方向、板幅方向、板長手方向の累積圧下歪ε、ε、εのうち、少なくとも2つが0.3以上であり、かつ総累積圧下歪ε+ε+εが1.8以上となる多方向圧下温間多パス圧延を行なう超微細粒組織を有する厚鋼板の製造方法が提案されている。特許文献3に記載された技術によれば、多方向で温間圧延を行うことにより、フェライトの連続再結晶が促進され、合金元素を添加することなく、大角粒界に囲まれた粒径1μm以下の超微細粒を有する厚鋼板を製造することができ、高強度でかつ高靭性の厚鋼板となるとしている。 Further, in Patent Document 3, at least two of the cumulative rolling strains ε T , ε W , ε L in the plate thickness direction, the plate width direction, and the plate longitudinal direction in the temperature range of 350 to 750 ° C. There has been proposed a method for producing a thick steel plate having an ultrafine grain structure in which multi-directional rolling warm multi-pass rolling is performed in which the total cumulative rolling strain ε T + ε W + ε L is 1.8 or more. According to the technique described in Patent Document 3, continuous recrystallization of ferrite is promoted by performing warm rolling in multiple directions, and a grain size of 1 μm surrounded by a large angle grain boundary without adding an alloy element. A thick steel plate having the following ultrafine grains can be manufactured, and a thick steel plate having high strength and high toughness is obtained.

また、非特許文献1には、フェライト連続再結晶法を利用して製造された超微細粒厚鋼板の特性が記載され、超微細粒厚鋼板では、延性−脆性遷移温度(vTrs)が顕著に低温となることが示されている。
また、温間圧延から若干圧延温度を高めた二相域圧延を利用して、超微細粒を確保し、高靭性を得る方法も提案されている。例えば、特許文献4には、C、Si、Mn、P、S、Al、Nを適正量含有し、組織が、マルテンサイトあるいはベイナイト単相またはそれらの混合組織、あるいはフェライト割合が20%未満で、フェライトとマルテンサイト、ベイナイト、パーライトのうちの1種又は2種以上からなる混合組織、あるいはフェライト割合が20%以上でフェライトの平均粒径が20μm以下であり、フェライト単相組織あるいはフェライトとマルテンサイト、ベイナイト、パーライトのうちの1種又は2種以上からなる混合組織、を有する鋼を、Ac変態点〜(Ac変態点−100℃)の温度に加熱し、圧延中の鋼の温度を(Ac変態点−50℃)〜(Ac変態点−50℃)の範囲内として累積圧下率50〜90%の圧延を施す、靭性と疲労強度とに優れた高張力鋼の製造方法が提案されている。特許文献4に記載された技術で製造された鋼板は、平均フェライト粒径が1〜3μm程度の超微細粒組織を有し、引張強さ490MPa以上を有し、優れた靭性と、さらには脆性亀裂伝播停止特性、同時に良好な溶接継手疲労特性を有するとされる。
Non-Patent Document 1 describes the characteristics of an ultrafine grained steel sheet manufactured using a ferrite continuous recrystallization method, and the ductile-brittle transition temperature (vTrs) is notable in the ultrafine grained steel sheet. It has been shown to be cold.
In addition, a method has been proposed in which ultra-fine grains are ensured and high toughness is obtained by using two-phase rolling in which the rolling temperature is slightly increased from warm rolling. For example, Patent Document 4 contains an appropriate amount of C, Si, Mn, P, S, Al, and N, and the structure is martensite or bainite single phase or a mixed structure thereof, or the ferrite ratio is less than 20%. , Ferrite and martensite, bainite, pearlite, or a mixed structure, or a ferrite ratio of 20% or more and an average grain size of ferrite of 20 μm or less. A ferrite single-phase structure or ferrite and martens A steel having a mixed structure composed of one or more of sites, bainite and pearlite is heated to a temperature of Ac 3 transformation point to (Ac 3 transformation point −100 ° C.), and the temperature of the steel during rolling In the range of (Ac 1 transformation point −50 ° C.) to (Ac 3 transformation point −50 ° C.) and rolling with a cumulative rolling reduction of 50 to 90%, a method for producing high strength steel excellent in toughness and fatigue strength Is proposed There. The steel sheet manufactured by the technique described in Patent Document 4 has an ultrafine grain structure with an average ferrite grain size of about 1 to 3 μm, a tensile strength of 490 MPa or more, excellent toughness, and further brittleness. It is said to have crack propagation stop properties and at the same time good weld joint fatigue properties.

一方、船舶、海洋構造物、橋梁、建築物、タンクなどの構造物に使用される鋼材は、強度、靭性などの機械的性質や溶接性に優れていることに加えて、構造安全性を確保するため、耐疲労特性に優れていることが要求される。疲労特性は、疲労亀裂発生特性と、疲労亀裂伝播特性で評価される。
溶接構造物の場合、溶接止端部は、応力集中部になりやすく、溶接による引張残留応力も作用するため疲労亀裂の発生源となることが多い。その防止策としては、なめ付け溶接等により止端部形状を改善して応力集中を緩和することや、ショットピーニングにより圧縮残留応力を導入することが知られている。しかしながら、溶接構造物には多数の溶接止端部があり、止端部ごとにその形状や残留応力状態を改善することは多大の労力と時間とを要し、施工コストの高騰を招くため、これらの方法は工業的規模での実施には不適当である。そのため、溶接構造物の耐疲労特性の向上は、使用される鋼材自体の耐疲労亀裂伝播特性の向上により図られることが多い。
On the other hand, steel materials used in structures such as ships, offshore structures, bridges, buildings and tanks have excellent mechanical properties such as strength and toughness and weldability, as well as ensuring structural safety. Therefore, it is required to have excellent fatigue resistance. The fatigue characteristics are evaluated by fatigue crack generation characteristics and fatigue crack propagation characteristics.
In the case of a welded structure, the weld toe portion tends to be a stress concentration portion, and a tensile residual stress due to welding also acts and often becomes a source of fatigue cracks. As measures to prevent this, it is known to improve the shape of the toe portion by tanning welding or the like to alleviate stress concentration, or to introduce compressive residual stress by shot peening. However, there are a large number of weld toes in the welded structure, and improving the shape and residual stress state for each toe requires a lot of labor and time, leading to an increase in construction costs. These methods are unsuitable for implementation on an industrial scale. Therefore, improvement of the fatigue resistance characteristics of the welded structure is often achieved by improving the fatigue crack propagation characteristics of the steel material used.

例えば、特許文献5には、C:0.015〜0.20%、Si:0.40〜2.0%、Mn:0.1〜2.0%を含み、P、Sを適正量に調整し、残部Feおよび不可避的不純物からなり、ミクロ偏析を利用して、フェライト面積率:80%以上で、厚さ:30〜100μmの層と、マルテンサイト面積率:20%以上で、厚さ:10〜30μmの層とを板厚方向に交互に層状に配置した、板厚方向の耐疲労亀裂伝播特性に優れた厚鋼板が記載されている。
特許第3383148号公報 特開2001−240935号公報 特開2003−253332号公報 特開2002−363644号公報 特開平8-73980号公報 鉄と鋼、vol.89(2003)、No.7、p.765
For example, Patent Document 5 includes C: 0.015 to 0.20%, Si: 0.40 to 2.0%, Mn: 0.1 to 2.0%, P and S are adjusted to appropriate amounts, and the balance is Fe and unavoidable impurities. Using micro-segregation, ferrite area ratio: 80% or more, thickness: 30-100μm layer and martensite area ratio: 20% or more, thickness: 10-30μm layer in the plate thickness direction A thick steel plate having excellent fatigue crack propagation characteristics in the thickness direction, which is alternately arranged in layers, is described.
Japanese Patent No. 3383148 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-240935 JP 2003-253332 A JP 2002-363644 A JP-A-8-73980 Iron and steel, vol.89 (2003), No.7, p.765

鋼材の靭性は、シャルピー衝撃試験における延性−脆性遷移温度による評価に加え、シャルピー衝撃試験における吸収エネルギーでも評価される。実際、造船や建築分野で用いられる溶接構造用鋼板においては、通常、シャルピー衝撃試験の所定温度における吸収エネルギー値が規格値として指定されている場合がある。
フェライト連続再結晶法を利用した、特許文献1〜3に記載された技術で製造された鋼材は、シャルピー衝撃試験における延性−脆性遷移温度が顕著に低温となり、延性−脆性遷移温度で評価した場合には、優れた靭性を有しているといえる。しかし、非特許文献1に示されているように、フェライト連続再結晶法を利用して製造された超微細粒鋼板では、シャルピー衝撃試験における延性−脆性遷移温度は、顕著に低温となるが、吸収エネルギーは、室温で100J程度と非常に低い値しか示さない。靭性を吸収エネルギー値で評価した場合には、フェライト連続再結晶法を利用して製造された超微細粒鋼板は、優れた靭性を有しているとは言い難いことになる。
The toughness of steel is evaluated not only by the ductile-brittle transition temperature in the Charpy impact test but also by the absorbed energy in the Charpy impact test. In fact, in steel sheets for welded structures used in the shipbuilding and construction fields, the absorbed energy value at a predetermined temperature in the Charpy impact test is usually specified as a standard value.
When steel manufactured by the technique described in Patent Literatures 1 to 3 using the continuous recrystallization method of ferrite is evaluated at the ductile-brittle transition temperature, the ductile-brittle transition temperature in the Charpy impact test becomes significantly low. Can be said to have excellent toughness. However, as shown in Non-Patent Document 1, in the ultrafine-grained steel plate manufactured using the ferrite continuous recrystallization method, the ductile-brittle transition temperature in the Charpy impact test is remarkably low, The absorbed energy shows only a very low value of about 100 J at room temperature. When the toughness is evaluated by the absorbed energy value, it is difficult to say that the ultrafine-grained steel sheet manufactured using the ferrite continuous recrystallization method has excellent toughness.

フェライト連続再結晶法を利用して製造された超微細粒鋼材では、吸収エネルギーが室温で100J程度と非常に低い値しか示さない理由については、現在のところ、明確になっているとはいえないが、(1)板面に平行にBCC金属のへき開面である(100)面が揃うことによるセパレーションの発生、あるいは(2)フェライトの連続再結晶が不十分で部分的であり、脆い加工硬化フェライトが存在する、などの理由が考えられる。非特許文献1には、多方向圧下を行なうことにより、集合組織の集積が緩和され、フェライトの連続再結晶が促進されて、セパレーションの発生が低減し、吸収エネルギーが増加することが示されている。しかし、通常の厚板圧延プロセスでは、多方向圧下を採用することは難しいという問題がある。   The reason why the ultrafine-grained steel manufactured using the ferrite continuous recrystallization method has a very low value of about 100 J at room temperature is not clear at present. However, (1) Separation occurs when the (100) plane, which is the cleavage plane of the BCC metal, is aligned in parallel with the plate surface, or (2) The continuous recrystallization of ferrite is partial and brittle, work hardening Possible reasons include the presence of ferrite. Non-Patent Document 1 shows that by performing multidirectional reduction, the accumulation of texture is relaxed, continuous recrystallization of ferrite is promoted, the occurrence of separation is reduced, and the absorbed energy is increased. Yes. However, there is a problem that it is difficult to adopt multidirectional reduction in a normal plate rolling process.

また、特許文献4に記載された技術は、累積圧下量が50%以上と比較的小さく、フェライトの連続再結晶法を意図的に利用した技術ではないが、特許文献4に記載された技術で製造された鋼材は、引張強さ460MPa以上の高強度と、フェライト粒径が1〜3μmの超微細粒を有し、延性−脆性遷移温度が−120℃以下という低温となるが、最近要求されるような高い吸収エネルギー値を満足するまでに至っておらず、吸収エネルギー値で評価した場合の靭性に問題を残していた。   In addition, the technique described in Patent Document 4 is a technique described in Patent Document 4, although the cumulative reduction amount is relatively small at 50% or more and is not a technique that intentionally uses the continuous recrystallization method of ferrite. The manufactured steel has high strength with a tensile strength of 460 MPa or more, ultrafine grains with a ferrite grain size of 1 to 3 μm, and a low ductility-brittle transition temperature of −120 ° C. or less. However, the high absorption energy value was not satisfied, and there was a problem in toughness when evaluated by the absorption energy value.

また、特許文献5に記載された技術では、ミクロ偏析を利用して、マルテンサイトを層状に分布させるために、圧延後に、二相域の特定温度範囲まで自然冷却したのち、急速冷却を行う必要がある。このため、自然冷却といえども、冷却時に鋼板の板厚方向で均一な温度とすることは困難であり、急速冷却開始時の温度分布の不均一により、マルテンサイトの分布が板厚方向で不均一となる場合があり問題を残していた。   Moreover, in the technique described in Patent Document 5, in order to distribute martensite in a layered manner using micro segregation, it is necessary to perform natural cooling to a specific temperature range in a two-phase region after rolling and then perform rapid cooling. There is. For this reason, even with natural cooling, it is difficult to achieve a uniform temperature in the thickness direction of the steel sheet during cooling, and the distribution of martensite is not uniform in the thickness direction due to non-uniform temperature distribution at the start of rapid cooling. It could be uniform and left a problem.

本発明は、上記した従来技術の問題を解決し、シャルピー衝撃試験において高い吸収エネルギーを示し、靭性に優れ、さらには板厚方向の耐疲労亀裂伝播停止特性に優れた高張力厚鋼板およびかかる鋼板の簡便で安定した製造方法を提供することを目的とする。なお、ここでいう「靭性に優れた」とは、シャルピー衝撃試験の試験温度:20℃における吸収エネルギーが180J以上である場合をいうものとする。また、ここでいう「板厚方向の耐疲労亀裂伝播特性に優れた」とは、ASTM E647の規定に準拠した方法で求めた、ΔK=15MPa√mにおける板厚方向の疲労亀裂伝播速度が8.0×10-9m/cycle以下の場合をいう。 The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art, exhibits high absorbed energy in the Charpy impact test, has excellent toughness, and further has excellent fatigue crack propagation stopping properties in the thickness direction, and such a steel plate. An object of the present invention is to provide a simple and stable production method. Here, “excellent toughness” means that the absorbed energy at a test temperature of 20 ° C. in a Charpy impact test is 180 J or more. Further, the term “excellent in fatigue crack propagation resistance in the thickness direction” as used herein means that the fatigue crack propagation rate in the thickness direction at ΔK = 15 MPa√m determined by a method in accordance with the provisions of ASTM E647 is 8.0. × 10- 9 m / cycle refers to the case of the following.

本発明者らは、上記した課題を達成するために、フェライト連続再結晶法を利用して得られた超微細粒厚鋼板の、シャルピー衝撃試験における吸収エネルギー値に及ぼす、金属組織の影響について鋭意研究した。本発明者らは、まずフェライトの連続再結晶の促進度合いに着目した。そして、鋼板組織を、平均粒径3μm以下の微細フェライト相が、鋼板表層から中心部にいたるまで、フェライト相全量に対する面積率で30%以上含まれる組織とすることにより、シャルピー吸収エネルギー値が顕著に増加することを見出した。   In order to achieve the above-mentioned problems, the present inventors have earnestly studied the influence of the metal structure on the absorbed energy value in the Charpy impact test of the ultrafine-grained steel sheet obtained by using the ferrite continuous recrystallization method. Studied. The inventors first focused on the degree of promotion of continuous recrystallization of ferrite. And the Charpy absorbed energy value is remarkable by making the steel sheet structure into a structure in which a fine ferrite phase having an average grain size of 3 μm or less is contained in an area ratio of 30% or more with respect to the total amount of ferrite phase from the steel sheet surface layer to the central part. Found to increase.

そして、上記した鋼板組織は、工業的に極めて簡易的なプロセスで実現できることを新規に見出した。すなわち、出発素材として、粗いフェライト+パーライト組織を有する鋼片を用い、該鋼片を二相温度域の特定温度範囲内に加熱して、フェライト面積率の高い、フェライト+オーステナイトの二相状態として、累積圧下率80%以上の小圧下多パス圧延を施し、フェライトの連続再結晶を誘起させ、その後空冷するプロセスとすればよいことを見出した。   And it discovered newly that the above-mentioned steel plate structure was realizable by a very simple process industrially. That is, as a starting material, a steel slab having a coarse ferrite + pearlite structure is used, and the steel slab is heated within a specific temperature range of a two-phase temperature range to obtain a ferrite + austenite two-phase state with a high ferrite area ratio. The present inventors have found that a small reduction multi-pass rolling with a cumulative reduction ratio of 80% or more is performed to induce continuous recrystallization of ferrite, followed by air cooling.

本発明者らの検討によれば、上記したプロセスでは、鋼片の組織中にはフェライトよりも変形抵抗の高いオーステナイトが混在する。そのため、オーステナイトが存在しない場合と比べ、圧延に際しフェライトに、より効率的に歪が集中し、フェライトの連続再結晶が顕著に促進されることになる。その結果、歪が入りにくい板厚中心部においても、フェライトの連続再結晶が促進され、板厚中心部において、微細フェライト相がフェライト相全量に対する面積率で30%以上となると考えられる。   According to the study by the present inventors, in the above-described process, austenite having higher deformation resistance than ferrite is mixed in the structure of the steel slab. Therefore, compared with the case where austenite does not exist, strain concentrates more efficiently on the ferrite during rolling, and the continuous recrystallization of ferrite is significantly promoted. As a result, it is considered that the continuous recrystallization of ferrite is promoted even in the central portion of the plate thickness where distortion is difficult to enter, and in the central portion of the plate thickness, the fine ferrite phase is 30% or more in terms of the area ratio with respect to the total amount of the ferrite phase.

さらに、本発明者らは、上記したプロセスでは、上記したフェライト相に加えて、第二相である伸長したパーライト相を、平均短軸径が5μm以下の、圧延面に平行に伸長した層状のパーライト相とすることができることを知見した。これにより、疲労亀裂の板厚方向の進展を抑制することができ、板厚方向の耐疲労亀裂伝播特性をも顕著に向上できることを見出した。   Further, in the above-described process, the inventors of the present invention, in addition to the above-described ferrite phase, a stretched pearlite phase that is the second phase is a layered layer having an average minor axis diameter of 5 μm or less and extending parallel to the rolling surface. It was found that a pearlite phase can be obtained. As a result, it has been found that the progress of fatigue cracks in the plate thickness direction can be suppressed, and the fatigue crack propagation characteristics in the plate thickness direction can be remarkably improved.

本発明は、上記した知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。すなわち、本発明の要旨は次のとおりである。
(1)フェライト相を主相とし、第二相が伸長したパーライト相である組織を有する高張力厚鋼板であって、前記フェライト相が、平均粒径:3μm以下の微細フェライト相をフェライト相全量に対する面積率で30%以上含み、前記パーライト相の平均短軸径が5μm以下であることを特徴とする、靭性および板厚方向の耐疲労亀裂伝播特性に優れた高張力厚鋼板。
The present invention has been completed based on the above findings and further studies. That is, the gist of the present invention is as follows.
(1) A high-strength thick steel plate having a structure in which a ferrite phase is a main phase and a second phase is a pearlite phase, and the ferrite phase is a fine ferrite phase having an average particle size of 3 μm or less. A high-tensile thick steel plate excellent in toughness and fatigue crack propagation resistance in the plate thickness direction, characterized in that the average minor axis diameter of the pearlite phase is 5 μm or less.

(2)(1)において、前記高張力厚鋼板が、質量%で、C:0.03〜0.3%、Si:0.03〜1.5%、Mn:0.1〜3%、Al:0.1%以下、N:0.01%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする高張力厚鋼板。
(3)(2)において、前記組成に加えてさらに、質量%で、Nb:0.001〜0.05%、V:0.001〜0.1%、Ti:0.001〜0.1%のうちから選ばれた1種または2種以上を含有する組成であることを特徴とする高張力厚鋼板。
(2) In (1), the high-tensile steel plate is in mass%, C: 0.03-0.3%, Si: 0.03-1.5%, Mn: 0.1-3%, Al: 0.1% or less, N: 0.01% A high-tensile thick steel plate comprising: a balance of Fe and inevitable impurities.
(3) In (2), in addition to the above composition, in addition to mass, one or two selected from Nb: 0.001 to 0.05%, V: 0.001 to 0.1%, Ti: 0.001 to 0.1% A high-tensile thick steel plate characterized by having a composition containing the above.

(4)(2)または(3)において、前記組成に加えてさらに、質量%で、Cu:0.01〜3%、Ni:0.01〜3%、Cr:0.01〜3%、Mo:0.01〜1%のうちから選ばれた1種または2種以上を含有する組成であることを特徴とする高張力厚鋼板。
(5)質量%で、C:0.03〜0.3%、Si:0.03〜1.5%、Mn:0.1〜3%、Al:0.1%以下、N:0.01%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成と、平均粒径が40μm以上のフェライト相とパーライト相とからなる組織を有する鋼素材を、(Ac変態点+30℃)〜(Ac変態点+100℃)の温度域の温度に加熱したのち、該鋼素材に、累積圧下率:80%以上、圧延終了温度:550℃以上とする小圧下多パス圧延を施し、ついで空冷することを特徴とする靭性および板厚方向の耐疲労亀裂伝播特性に優れた高張力厚鋼板の製造方法。
(4) In (2) or (3), in addition to the above composition, Cu: 0.01-3%, Ni: 0.01-3%, Cr: 0.01-3%, Mo: 0.01-1% A high-strength thick steel plate having a composition containing one or more selected from among the above.
(5) By mass%, C: 0.03-0.3%, Si: 0.03-1.5%, Mn: 0.1-3%, Al: 0.1% or less, N: 0.01% or less, the balance being Fe and inevitable impurities And a steel material having a structure composed of a ferrite phase and a pearlite phase having an average particle size of 40 μm or more at a temperature range of (Ac 1 transformation point + 30 ° C.) to (Ac 1 transformation point + 100 ° C.). After heating, the steel material is subjected to small rolling multi-pass rolling with a cumulative rolling reduction of 80% or more and a rolling finish temperature of 550 ° C. or more, and then toughness and fatigue resistance in the thickness direction characterized by air cooling A method for producing high-tensile thick steel plates with excellent crack propagation characteristics.

(6)(5)において、前記鋼素材が、前記組成に加えてさらに、質量%で、Nb:0.001〜0.05%、V:0.001〜0.1%、Ti:0.001〜0.1%のうちから選ばれた1種または2種以上を含有する組成を有することを特徴とする高張力厚鋼板の製造方法。
(7)(5)または(6)において、前記鋼素材が、前記組成に加えてさらに、質量%で、Cu:0.01〜3%、Ni:0.01〜3%、Cr:0.01〜3%、Mo:0.01〜1%のうちから選ばれた1種または2種以上を含有する組成を有することを特徴とする高張力厚鋼板の製造方法。
(6) In (5), the steel material is selected from Nb: 0.001 to 0.05%, V: 0.001 to 0.1%, and Ti: 0.001 to 0.1% in mass% in addition to the composition. A method for producing a high-tensile thick steel plate having a composition containing one or more types.
(7) In (5) or (6), in addition to the above composition, the steel material further includes, in mass%, Cu: 0.01 to 3%, Ni: 0.01 to 3%, Cr: 0.01 to 3%, Mo : A method for producing a high-strength thick steel plate having a composition containing one or more selected from 0.01 to 1%.

本発明によれば、シャルピー衝撃試験において、高い吸収エネルギー値を示し、靭性に優れ、さらに板厚方向の耐疲労亀裂伝播特性に優れた高張力厚鋼板を工業的に容易に、しかも安定して製造することが可能となり、産業上格段の効果を奏する。   According to the present invention, in a Charpy impact test, a high-strength thick steel plate that exhibits a high absorbed energy value, excellent toughness, and excellent fatigue crack propagation characteristics in the thickness direction can be industrially easily and stably produced. It becomes possible to manufacture, and there is a remarkable effect in the industry.

まず、本発明厚鋼板の組成限定理由について説明する。以下、とくに断らないかぎり、質量%は単に%と記す。
C:0.03〜0.3%
Cは、セメンタイトの形成を介してフェライトの連続再結晶を促進させる作用を有する元素であり、このような効果を得るためには0.03%以上の含有を必要とする。一方、0.3%を超える含有は、溶接性が低下する。このため、Cは0.03〜0.3%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.05〜0.15%である。
First, the reasons for limiting the composition of the steel plate of the present invention will be described. Hereinafter, unless otherwise specified, mass% is simply expressed as%.
C: 0.03-0.3%
C is an element having an action of promoting continuous recrystallization of ferrite through formation of cementite, and in order to obtain such an effect, the content of 0.03% or more is required. On the other hand, if the content exceeds 0.3%, the weldability decreases. For this reason, C was limited to the range of 0.03-0.3%. In addition, Preferably it is 0.05 to 0.15%.

Si:0.03〜1.5%
Siは、脱酸剤として作用するとともに、固溶強化により鋼の強度を増加させる作用を有する有効な元素である。このような効果は、0.03%以上の含有で認められる。一方、1.5%を超える含有は、表面性状を損なううえ、靭性が極端に低下する。このため、Siは0.03〜1.5%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.03〜0.5%である。
Si: 0.03-1.5%
Si is an effective element that acts as a deoxidizer and increases the strength of steel by solid solution strengthening. Such an effect is recognized when the content is 0.03% or more. On the other hand, if the content exceeds 1.5%, the surface properties are impaired and the toughness is extremely lowered. For this reason, Si was limited to the range of 0.03-1.5%. In addition, Preferably it is 0.03-0.5%.

Mn:0.1〜3%
Mnは、鋼中では強化元素として作用する。このような効果は0.1%以上の含有で認められる。一方、3%を超える多量の含有は、溶接性を低下させるとともに、材料コストの高騰を招く。このため、Mnは0.1〜3%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.1〜1.5%である。
Mn: 0.1-3%
Mn acts as a strengthening element in steel. Such an effect is recognized when the content is 0.1% or more. On the other hand, a large content exceeding 3% lowers the weldability and causes an increase in material cost. For this reason, Mn was limited to the range of 0.1 to 3%. In addition, Preferably it is 0.1 to 1.5%.

Al:0.1%以下
Alは、脱酸剤として作用する元素であるが、このような効果を得るためには、0.01%以上含有することが望ましい。一方、0.1%を超える含有は、介在物量を増加させるとともに、靭性をも低下させる。このため、Alは0.1%以下に限定した。なお、好ましくは0.06%以下である。
Al: 0.1% or less
Al is an element that acts as a deoxidizer, but in order to obtain such an effect, it is desirable to contain 0.01% or more. On the other hand, the content exceeding 0.1% increases the amount of inclusions and also reduces toughness. For this reason, Al was limited to 0.1% or less. In addition, Preferably it is 0.06% or less.

N:0.01%以下
Nは、鋼中のAlと結合しAlNを形成し、圧延加工時の結晶粒の微細化を介して鋼の強化にも寄与する元素であり、このような効果を得るためには、0.002%以上含有することが望ましい。一方、0.01%を超える含有は、靭性を低下させる。このため、Nは0.01%以下に限定した。なお、好ましくは、0.002〜0.005%である。
N: 0.01% or less N is an element that combines with Al in steel to form AlN and contributes to strengthening of the steel through refinement of crystal grains during rolling. To obtain such an effect Is preferably contained in an amount of 0.002% or more. On the other hand, the content exceeding 0.01% lowers the toughness. For this reason, N was limited to 0.01% or less. In addition, Preferably, it is 0.002 to 0.005%.

上記した成分が基本成分であるが、本発明では基本成分に加えてさらに、Nb:0.001〜0.05%、V:0.001〜0.1%、Ti:0.001〜0.1%のうちから選ばれた1種または2種以上、および/または、Cu:0.01〜3%、Ni:0.01〜3%、Cr:0.01〜3%、Mo:0.01〜1%のうちから選ばれた1種または2種以上、を含有することができる。
Nb:0.001〜0.05%、V:0.001〜0.1%、Ti:0.001〜0.1%のうちから選ばれた1種または2種以上
Nb、V、Tiはいずれも、窒化物、炭化物、あるいは炭窒化物を形成し、結晶粒を微細化し、鋼を強化する効果を有する元素であり、必要に応じて選択して1種または2種以上を含有できる。このような効果を得るためには、Nb、V、Tiを、それぞれ0.001%以上含有することが望ましい。一方、Nb:0.05%、V:0.1%、Ti:0.1%を超えて多量に含有すると、鋳片に割れを生じ、製造コストの高騰を招く。このため、Nb:0.001〜0.05%、V:0.001〜0.1%、Ti:0.001〜0.1%、の範囲にそれぞれ限定することが好ましい。
The above-mentioned components are basic components. In the present invention, in addition to the basic components, Nb: 0.001 to 0.05%, V: 0.001 to 0.1%, Ti: 0.001 to 0.1%, or one or two selected One or more selected from Cu: 0.01 to 3%, Ni: 0.01 to 3%, Cr: 0.01 to 3%, Mo: 0.01 to 1% be able to.
One or more selected from Nb: 0.001 to 0.05%, V: 0.001 to 0.1%, Ti: 0.001 to 0.1%
Nb, V, and Ti are all elements that have the effect of forming nitrides, carbides, or carbonitrides, refining crystal grains, and strengthening steel. It can contain more than seeds. In order to obtain such an effect, it is desirable to contain Nb, V, and Ti in an amount of 0.001% or more. On the other hand, when it contains more than Nb: 0.05%, V: 0.1%, Ti: 0.1%, a slab will be cracked and the manufacturing cost will rise. For this reason, it is preferable to limit to the ranges of Nb: 0.001 to 0.05%, V: 0.001 to 0.1%, and Ti: 0.001 to 0.1%, respectively.

Cu:0.01〜3%、Ni:0.01〜3%、Cr:0.01〜3%、Mo:0.01〜1%のうちから選ばれた1種または2種以上
Cu、Ni、Cr、Moはいずれも、鋼の焼入れ性を高め、強度向上に直接寄与するとともに、靭性、高温強度あるいは耐候性などをも向上させる元素であり、必要に応じて選択して1種または2種以上含有できる。このような効果は、Cu、Ni、Cr、Mo、それぞれ0.01%以上の含有で顕著となるが、Cu:3%、Ni:3%、Cr:3%、Mo:1%をそれぞれ超える過度の含有は、靭性、溶接性を低下させる。このため、Cuは0.01〜3%、Niは0.01〜3%、Crは0.01〜3%、Moは0.01〜1%の範囲に、それぞれ限定することが好ましい。
One or more selected from Cu: 0.01-3%, Ni: 0.01-3%, Cr: 0.01-3%, Mo: 0.01-1%
Cu, Ni, Cr, and Mo are all elements that increase the hardenability of steel and contribute directly to strength improvement, as well as toughness, high-temperature strength, and weather resistance. It can contain seeds or two or more. Such an effect becomes remarkable when Cu, Ni, Cr, and Mo are each contained in an amount of 0.01% or more, but Cu: 3%, Ni: 3%, Cr: 3%, and Mo: 1% are excessive. Inclusion reduces toughness and weldability. For this reason, it is preferable to limit Cu to 0.01 to 3%, Ni to 0.01 to 3%, Cr to 0.01 to 3%, and Mo to 0.01 to 1%, respectively.

上記した成分以外の残部は、Feおよび不可避的不純物からなる。不可避的不純物としては、P:0.04%以下、S:0.02%以下が許容できる。P:0.04%、S:0.02%をそれぞれ超える含有は、靭性を低下させる。
なお、本発明の効果が損なわれない限り、上記した成分以外に、B、REM、Zr、Ca、Mg等の元素を微量(0.01%以下程度)含有してもよい。
The balance other than the components described above consists of Fe and inevitable impurities. As unavoidable impurities, P: 0.04% or less and S: 0.02% or less are acceptable. The content exceeding P: 0.04% and S: 0.02% respectively reduces toughness.
As long as the effects of the present invention are not impaired, elements such as B, REM, Zr, Ca, and Mg may be contained in a trace amount (about 0.01% or less) in addition to the above-described components.

また、本発明厚鋼板は、好ましくは、上記した組成を有し、さらに、板厚方向の全域で、フェライト相を主相とし、第二相が伸長したパーライト相である組織を有する。なお、主相であるフェライト相は、組織全量に対する面積率で、70%以上とすることが好ましい。
本発明の厚鋼板では、主相であるフェライト相は、板厚方向の全域に亘り、平均粒径:3μm以下の微細フェライト相をフェライト相全量に対する面積率で30%以上含む相とする。微細フェライト相の平均粒径を3μm以下とすることにより、延性−脆性遷移温度を顕著に低下させることが可能となる。微細フェライト相の平均粒径が3μmを超えて粗大化すると、厚鋼板の基本特性である所望の強度・靭性を確保することが困難となる。また、微細フェライト相が、フェライト相全量に対する面積率で30%未満では、厚鋼板の基本特性である所望の強度・靭性を確保することが困難となり、とくに、展伸したフェライト、すなわち加工硬化フェライト、の影響により、シャルピー衝撃試験における吸収エネルギー値が低下する。
Further, the thick steel plate of the present invention preferably has the above-described composition, and further has a structure that is a pearlite phase in which the ferrite phase is the main phase and the second phase is extended throughout the entire plate thickness direction. The ferrite phase as the main phase is preferably 70% or more in terms of the area ratio relative to the total amount of the structure.
In the thick steel plate of the present invention, the ferrite phase as the main phase is a phase containing 30% or more of a fine ferrite phase having an average particle size of 3 μm or less over the entire area in the plate thickness direction with respect to the total amount of the ferrite phase. By setting the average particle size of the fine ferrite phase to 3 μm or less, the ductile-brittle transition temperature can be remarkably lowered. When the average grain size of the fine ferrite phase exceeds 3 μm, it becomes difficult to secure desired strength and toughness that are basic characteristics of the thick steel plate. In addition, if the fine ferrite phase is less than 30% in terms of the area ratio with respect to the total amount of ferrite phase, it becomes difficult to ensure the desired strength and toughness, which are the basic characteristics of thick steel plates, and in particular, expanded ferrite, that is, work-hardened ferrite As a result, the absorbed energy value in the Charpy impact test decreases.

なお、本発明の厚鋼板は、主相であるフェライト相以外の第二相は、圧延面に平行に伸長したパーライト相とする組織を有する。第二相であるパーライト相は、靭性改善の観点から、組織全量に対する面積率で30%以下とすることが好ましい。なお、より好ましくは20%以下である。
主相であるフェライト相を上記した微細なフェライト相とすることに加えて、本発明の厚鋼板では、第二相である圧延面に平行に伸長したパーライト相を、短軸方向の平均径(平均短軸径)が5μm以下であるパーライト相とする。第二相として、平均短軸径が5μm以下の、圧延面に平行に伸長したパーライト相を分散させた組織とすることにより、板厚方向の疲労亀裂の伝播が抑制され、耐疲労亀裂伝播特性が向上する。なお、伸長した方向(長軸方向)の径については特に限定する必要はない。パーライト相の平均短軸径が5μmを超えて大きくなると、板厚方向の疲労亀裂伝播速度の低減が少なくなり、板厚方向の耐疲労亀裂伝播特性の顕著な向上が認められなくなる。このため、第二相である、伸長したパーライト相の平均短軸径を5μm以下に限定した。
In addition, the thick steel plate of the present invention has a structure in which the second phase other than the ferrite phase as the main phase has a pearlite phase extending parallel to the rolling surface. The pearlite phase as the second phase is preferably 30% or less in terms of the area ratio relative to the total amount of the structure from the viewpoint of improving toughness. More preferably, it is 20% or less.
In addition to making the ferrite phase that is the main phase the fine ferrite phase described above, in the thick steel plate of the present invention, the pearlite phase that extends in parallel with the rolling surface that is the second phase has an average diameter in the minor axis direction ( The pearlite phase has an average minor axis diameter of 5 μm or less. As the second phase, by making the structure in which the pearlite phase extending parallel to the rolling surface with an average minor axis diameter of 5 μm or less is dispersed, the propagation of fatigue cracks in the thickness direction is suppressed, and the fatigue crack propagation characteristics Will improve. In addition, it is not necessary to specifically limit the diameter in the extended direction (major axis direction). When the average minor axis diameter of the pearlite phase exceeds 5 μm, the reduction in the fatigue crack propagation rate in the thickness direction is reduced, and a remarkable improvement in the fatigue crack propagation resistance in the thickness direction is not recognized. For this reason, the average minor axis diameter of the extended pearlite phase, which is the second phase, is limited to 5 μm or less.

つぎに、上記した組成、組織を有する本発明高張力厚鋼板の好ましい製造方法について説明する。
本発明で使用する鋼素材は、上記した組成を有し、さらに粗大なフェライト+パーライト組織を有する鋼素材とする。本発明で使用する鋼素材の組織限定理由はつぎのとおりである。
Below, the preferable manufacturing method of this invention high-tensile thick steel plate which has an above-described composition and structure | tissue is demonstrated.
The steel material used in the present invention is a steel material having the above-described composition and further having a coarse ferrite + pearlite structure. The reasons for limiting the structure of the steel material used in the present invention are as follows.

鋼素材の圧延前の組織(圧延前組織)を、粗大なフェライト+パーライト組織とすることにより、圧延に際し、二相温度域に加熱すると、パーライト領域が逆変態してある程度粗大なオーステナイトとなる。この粗大なオーステナイトの影響で、その後に二相温度域における小圧下多パス圧延を施すと、フェライト粒に効果的に圧延による歪(圧延歪)を分配することができ、フェライトの連続再結晶が促進され、平均粒径で3μm以下の超微細なフェライト相を含むフェライト相を主相とした組織を形成することができる。   When the structure of the steel material before rolling (the structure before rolling) is a coarse ferrite + pearlite structure, when the steel material is heated to a two-phase temperature range during rolling, the pearlite region is reversely transformed to become coarse austenite to some extent. Due to the influence of this coarse austenite, if the multi-pass rolling under small pressure in the two-phase temperature range is subsequently performed, the strain due to rolling (rolling strain) can be effectively distributed to the ferrite grains, and the continuous recrystallization of ferrite It is promoted and a structure having a ferrite phase containing an ultrafine ferrite phase having an average particle diameter of 3 μm or less as a main phase can be formed.

このようなことは、鋼素材が平均粒径が40μm以上である粗大なフェライト+パーライト組織を有する場合に顕著となる。鋼素材のフェライト粒径を40μm以上とすると、パーライトの大きさもそれに応じて粗大となり、二相温度域加熱時にある程度粗大なオーステナイトに逆変態する。平均粒径が40μm未満のフェライト+パーライト組織では、その後に二相温度域圧延を施しても、上記したようなフェライトの連続再結晶を促進することはできず、微細なフェライト相を多く含むフェライト相を主相とした組織を形成することができない。このようなことから、鋼素材の圧延前組織における、フェライトの平均粒径を40μm以上に限定した。   This is remarkable when the steel material has a coarse ferrite + pearlite structure having an average particle diameter of 40 μm or more. When the ferrite grain size of the steel material is 40 μm or more, the size of the pearlite also becomes coarse accordingly, and reversely transforms to some coarse austenite during heating in the two-phase temperature range. In ferrite + pearlite structure with an average particle size of less than 40 μm, continuous recrystallization of the ferrite as described above cannot be promoted even if the two-phase temperature rolling is performed thereafter, and ferrite containing a large amount of fine ferrite phase A structure whose main phase is a phase cannot be formed. For this reason, the average grain size of ferrite in the structure before rolling of the steel material was limited to 40 μm or more.

一方、鋼素材の圧延前組織が、ベイナイトやマルテンサイト主体の組織である場合には、鋼素材を二相温度域に加熱すると、微細に分散したセメンタイトを核生成サイトとして微細なオーステナイトが析出するとともに、ベイナイトやマルテンサイトが焼戻された組織となる。このような微細なオーステナイトが存在する組織に、二相温度域での圧延を施すと、フェライト相に効果的に圧延歪を分配することはできず、フェライトの連続再結晶が促進されず、微細なフェライト相を形成させることができなくなる。   On the other hand, when the structure before rolling of the steel material is a structure mainly composed of bainite or martensite, when the steel material is heated to a two-phase temperature range, fine austenite precipitates with finely dispersed cementite as nucleation sites. At the same time, bainite and martensite are tempered. When rolling in a two-phase temperature range is applied to a structure containing such fine austenite, the rolling strain cannot be effectively distributed to the ferrite phase, and the continuous recrystallization of ferrite is not promoted. No ferrite phase can be formed.

このように、圧延前の鋼素材の組織(圧延前組織)が、粗大なフェライト+パーライト組織でない場合には、その後に二相温度域圧延を施しても、微細なフェライト相を多く含むフェライト相を主相とする組織を得ることが困難である。
上記した組成および組織を有する鋼素材の製造方法は、とくに限定する必要なく、公知の方法がいずれも適用できる。上記した組成の溶鋼を通常の溶製方法で溶製し、通常の鋳造方法で所定の寸法形状の鋼素材(スラブ)とすることが好ましい。上記した組織を確保するために、鋳造のまま、あるいは鋳造後、オーステナイト再結晶域で圧延し、その後空冷とすることが好ましい。これにより、フェライト+パーライト組織でフェライト粒が40μm以上の粗大組織を得ることができる。
Thus, when the structure of the steel material before rolling (the structure before rolling) is not a coarse ferrite + pearlite structure, a ferrite phase containing a large amount of fine ferrite phase even if it is subsequently subjected to two-phase temperature rolling. It is difficult to obtain a structure whose main phase is.
The manufacturing method of the steel material having the above composition and structure is not particularly limited, and any known method can be applied. It is preferable that the molten steel having the above composition is melted by a normal melting method to obtain a steel material (slab) having a predetermined size and shape by a normal casting method. In order to secure the above-described structure, it is preferable to perform casting in an austenite recrystallization region as cast or after casting, and then air cooling. As a result, a coarse structure with a ferrite + pearlite structure and ferrite grains of 40 μm or more can be obtained.

ついで、上記した組成および組織を有する鋼素材は、(Ac変態点+30℃)〜(Ac1変態点+100℃)の温度域の温度に加熱される。鋼素材の加熱は、Ac変態点未満の温度から行い、加熱速度はとくに限定されない。加熱温度が(Ac変態点+30℃)未満では、加熱時に形成されるオーステナイトの面積率が5%以下と少なく、その後の圧延でフェライトに効果的に歪を導入することができず、フェライトの連続再結晶が促進されず、微細なフェライト相を形成することができなくなる。一方、加熱温度が、(Ac1変態点+100℃)を超えて高温となると、加熱時に形成されるオーステナイトの面積率が50%を超え、冷却後に生成するパーライトの量が増えて逆に靭性の低下を招く。このようなことから、鋼素材の加熱温度は、(Ac変態点+30℃)〜(Ac1変態点+100℃)の温度域の温度に限定した。 Next, the steel material having the above composition and structure is heated to a temperature in the temperature range of (Ac 1 transformation point + 30 ° C.) to (Ac 1 transformation point + 100 ° C.). The steel material is heated from a temperature below the Ac 1 transformation point, and the heating rate is not particularly limited. When the heating temperature is less than (Ac 1 transformation point + 30 ° C.), the area ratio of austenite formed during heating is as low as 5% or less, and strain cannot be effectively introduced into the ferrite by subsequent rolling. Continuous recrystallization is not promoted and a fine ferrite phase cannot be formed. On the other hand, when the heating temperature exceeds (Ac 1 transformation point + 100 ° C) and becomes high, the area ratio of austenite formed during heating exceeds 50%, and the amount of pearlite generated after cooling increases, conversely toughness Incurs a decline. For this reason, the heating temperature of the steel material was limited to a temperature in the temperature range of (Ac 1 transformation point + 30 ° C.) to (Ac 1 transformation point + 100 ° C.).

ついで、上記した条件で加熱された鋼素材に、累積圧下率80%以上、圧延終了温度550℃以上とする小圧下多パス圧延を施し厚鋼板とする。
上記した条件で加熱された鋼素材に、累積圧下率:80%以上の小圧下多パス圧延を施すことにより、フェライトの連続再結晶が生じ、平均結晶粒径で3μm以下という、フェライト結晶粒の微細化を、板厚方向全域に亘り、達成できる。これにより、厚鋼板の高靭化が可能となる。累積圧下率:80%未満ではフェライトの連続再結晶が十分に促進されず、微細フェライト相をフェライト相全量に対する面積率で30%以上とすることができず、靭性の向上、とくに高い吸収エネルギー値を確保できなくなる。
Next, the steel material heated under the above-described conditions is subjected to small reduction multi-pass rolling with a cumulative reduction rate of 80% or more and a rolling end temperature of 550 ° C. or more to obtain a thick steel plate.
By subjecting the steel material heated under the above conditions to multi-pass rolling with a small rolling reduction of 80% or more, continuous recrystallization of ferrite occurs, and the average grain size of the ferrite crystal grains is 3 μm or less. Miniaturization can be achieved over the entire thickness direction. Thereby, the toughening of a thick steel plate becomes possible. Cumulative rolling reduction: If less than 80%, continuous recrystallization of ferrite is not sufficiently promoted, and the fine ferrite phase cannot be increased to 30% or more in terms of the area ratio with respect to the total amount of ferrite phase, improving toughness, especially high absorbed energy value Cannot be secured.

小圧下多パス圧延を二相温度域の温度で開始しても、多パス圧延の過程で鋼板からの抜熱により、圧延温度が低下する。連続再結晶したフェライトの粒径は圧延温度が低くなるほど微細になるため、強度・靭性向上の観点からは、多少、圧延温度が低下しても大きな問題とはならない。しかし、圧延温度が550℃より低下すると、厚板製造設備への負荷が大きくなるうえ、フェライトの連続再結晶が生じにくくなり、単に加工を受けて展伸しただけのフェライトとなる領域が増加し、靭性向上、とくに高い吸収エネルギー値の確保が困難となる。このため、圧延終了温度を550℃以上の温度に限定した。   Even if the small-pass multipass rolling is started at a temperature in the two-phase temperature range, the rolling temperature decreases due to heat removal from the steel plate during the multipass rolling process. Since the grain size of the continuously recrystallized ferrite becomes finer as the rolling temperature becomes lower, from the viewpoint of improving strength and toughness, even if the rolling temperature is lowered, it does not become a big problem. However, when the rolling temperature falls below 550 ° C, the load on the plate manufacturing equipment increases and the continuous recrystallization of ferrite is less likely to occur, increasing the area of ferrite that is simply expanded by processing. Therefore, it becomes difficult to improve toughness, particularly to secure a high absorbed energy value. For this reason, the rolling end temperature is limited to a temperature of 550 ° C. or higher.

なお、ここでいう「小圧下多パス圧延」とは、平均圧下率が5〜15%の圧延パスを複数回行い所定の累積圧下率とする圧延をいうものとする。1パスあたりの圧下率が5%未満では、圧延時の抜熱が大きくなり、フェライトの連続再結晶が生じにくくなる。また、1パスあたりの圧下率が15%を超えると圧延負荷が過大となる。
なお、各圧延パスでの歪速度はとくに限定する必要はなく、通常の厚板製造設備における歪速度である5〜30/s程度あれば十分である。また、フェライトの連続再結晶を生じさせるためには、上記した温度域での各圧延パス間の時間を10s以下とすることが好ましい。
The “small rolling multi-pass rolling” here refers to rolling in which a rolling pass having an average rolling reduction of 5 to 15% is performed a plurality of times to obtain a predetermined cumulative rolling reduction. If the rolling reduction per pass is less than 5%, the heat removal during rolling increases, and continuous recrystallization of ferrite is difficult to occur. Moreover, if the rolling reduction per pass exceeds 15%, the rolling load becomes excessive.
It should be noted that the strain rate in each rolling pass is not particularly limited, and it is sufficient if it is about 5 to 30 / s, which is a strain rate in a normal thick plate manufacturing facility. In order to cause continuous recrystallization of ferrite, it is preferable to set the time between the rolling passes in the above temperature range to 10 s or less.

上記した多パス圧延を終了後、厚鋼板は、空冷される。これにより、厚鋼板の組織を、板厚方向全域に亘り、微細フェライトを含むフェライト相を主相とし、第二相が圧延面に平行に伸長したパーライト相である組織とすることができる。さらに、上記した条件で圧延すれば、フェライト相が上記した平均粒径で3μm以下の微細フェライトになることに加えて、第二相であるパーライト相が圧延面に平行に伸長し、伸長方向(長軸方向)と直交する短軸方向の径(短軸径)を平均で5μm以下とすることができる。   After finishing the above-described multi-pass rolling, the thick steel plate is air-cooled. Thereby, the structure of a thick steel plate can be made into the structure | tissue which is the pearlite phase which made the ferrite phase containing fine ferrite the main phase and extended in parallel with the rolling surface over the plate | board thickness direction whole region. Furthermore, if rolling is performed under the above-described conditions, the ferrite phase becomes a fine ferrite having an average particle diameter of 3 μm or less, and the pearlite phase, which is the second phase, extends in parallel with the rolling surface, and the elongation direction ( The diameter in the minor axis direction (minor axis diameter) orthogonal to the major axis direction can be 5 μm or less on average.

表1に示す組成の溶鋼を溶製し、インゴット(150kg)に鋳造した。そしてこれらインゴットを分塊圧延し、鋼素材(板厚120mm)とした。得られた鋼素材の組織を表2に示す。なお、鋼素材の製造においては、分塊圧延条件を制御し、オーステナイト粒径を調整して、γ→α変態後のフェライト平均粒径を20〜100μmの範囲に調整した。なお、一部の鋼素材では、分塊圧延後に水冷し、組織をベイナイト組織とした。   Molten steel having the composition shown in Table 1 was melted and cast into an ingot (150 kg). These ingots were then rolled into a steel material (plate thickness 120 mm). Table 2 shows the structure of the obtained steel material. In the production of the steel material, the rolling condition was controlled, the austenite grain size was adjusted, and the ferrite average grain size after γ → α transformation was adjusted in the range of 20-100 μm. In addition, in some steel materials, it was water-cooled after the partial rolling, and the structure was a bainite structure.

次いで該鋼素材に、表2に示す加熱温度に加熱したのち、実験圧延設備を用いて、表2に示す条件で小圧下多パス圧延を施し、圧延終了後空冷し、表2に示す板厚の厚鋼板とした。参考として、小圧下多パス圧延の加熱時のオーステナイトの面積率を表2に併記した。加熱時のオーステナイト面積率は、圧延用とは別に同一鋼素材を用意し、該鋼素材を加熱した状態から水冷して組徽を観察することにより求めた。   Next, the steel material was heated to the heating temperature shown in Table 2, and then subjected to multi-pass rolling under small conditions under the conditions shown in Table 2 using experimental rolling equipment, air-cooled after the end of rolling, and the plate thickness shown in Table 2 The thick steel plate. As a reference, the area ratio of austenite at the time of heating in small-pass multipass rolling is also shown in Table 2. The austenite area ratio at the time of heating was determined by preparing the same steel material separately from that for rolling, and cooling the steel material from the heated state and observing the assemblage.

また、小圧下多パス圧延の1パス当りの平均圧下率は11%、圧延パス数は8〜20パス、パス間時間は概ね8s程度、また歪速度は10/s程度であった。
なお、各鋼素材の変態点(Ac、Ac)は、次式から算出した。
Ac(℃)=751−26.6C+17.6Si−11.6Mn−22.9Cu−23Ni+24.1Cr+22.5Mo−39.7V−5.7Ti+233Nb−169sol.Al−895B
Ac(℃)=937−476.5C+56Si−19.7Mn−16.3Cu−26.6Ni−4.9Cr+38.1Mo
+124.8V+136.3Ti−19Nb+198 sol.Al+3315B
(ここで、C、Si、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、V、Ti、Nb、Al、B:元素含有量(質量%))
得られた厚鋼板について、組織観察、引張試験、衝撃試験、疲労亀裂伝播試験を実施し、組織、強度、靭性、板厚方向の耐疲労亀裂伝播特性を評価した。
In addition, the average rolling reduction per pass of the multi-roll rolling under small reduction was 11%, the number of rolling passes was 8 to 20 passes, the time between passes was about 8 s, and the strain rate was about 10 / s.
The transformation point (Ac 1 , Ac 3 ) of each steel material was calculated from the following equation.
Ac 1 (° C.) = 751−26.6C + 17.6Si−11.6Mn−22.9Cu−23Ni + 24.1Cr + 22.5Mo−39.7V−5.7Ti + 233Nb−169sol.Al−895B
Ac 3 (° C.) = 937−476.5C + 56Si−19.7Mn−16.3Cu−26.6Ni−4.9Cr + 38.1Mo
+ 124.8V + 136.3Ti-19Nb + 198 sol.Al + 3315B
(Here, C, Si, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, V, Ti, Nb, Al, B: Element content (mass%))
The obtained thick steel plate was subjected to a structure observation, a tensile test, an impact test, and a fatigue crack propagation test to evaluate the structure, strength, toughness, and fatigue crack propagation resistance in the thickness direction.

組織観察は、得られた厚鋼板から組織観察用試験片を採取し、圧延方向断面の表面から板厚中央部までの領域について、走査型電子顕微鏡(倍率:2000倍)を用いて撮像し、画像解析装置を用いて、それぞれの、フェライト相の平均結晶粒径および面積率、平均粒径3μm以下の粒径を有する微細フェライト相のフェライト相全量に対する面積率、および第二相の種類、面積率を測定した。なお、第二相がパーライト相である場合には、その短軸径を測定し、平均短軸径を算出した。なお、フェライト相の平均結晶粒径は、画像解析装置を用いてフェライト粒それぞれの面積を測定し、その面積から円相当径を算出し該結晶粒の粒径とし、その平均値をその鋼板のフェライト相の平均結晶粒径とした。また、パーライト相の平均短軸径は、各パーライト相の短軸径をそれぞれ、画像解析装置を用いて測定し、各パーライト相の短軸径を算術平均し、その平均値をその鋼板の平均短軸径とした。なお、測定する視野数は3視野以上とした。   For structure observation, a specimen for structure observation is collected from the obtained thick steel plate, and the region from the surface in the rolling direction to the center of the plate thickness is imaged using a scanning electron microscope (magnification: 2000 times), Using an image analyzer, the average crystal grain size and area ratio of the ferrite phase, the area ratio of the fine ferrite phase having an average grain diameter of 3 μm or less to the total amount of the ferrite phase, and the type and area of the second phase The rate was measured. When the second phase was a pearlite phase, the minor axis diameter was measured and the average minor axis diameter was calculated. The average crystal grain size of the ferrite phase is determined by measuring the area of each ferrite grain using an image analysis device, calculating the equivalent circle diameter from the area as the grain diameter of the crystal grain, and calculating the average value of the steel sheet. The average grain size of the ferrite phase was used. In addition, the average minor axis diameter of the pearlite phase is determined by measuring the minor axis diameter of each pearlite phase using an image analyzer, arithmetically averaging the minor axis diameter of each pearlite phase, and calculating the average value of the average value of the steel sheet. The short axis diameter was used. Note that the number of fields to be measured was three or more.

引張試験は、得られた厚鋼板の板厚中心部から引張方向が圧延方向(板長方向)となるように、JIS 14A号試験片(6mmφ:平行部直径)を採取し、JIS Z 2241の規定に準拠して引張試験を実施し、降伏強さYS、引張強さTSを求めた。
衝撃試験は、得られた厚鋼板の板厚中心部から圧延方向に、Vノッチ試験片を採取し、JIS Z 2242の規定に準拠してシャルピー衝撃試験を実施し、20℃における吸収エネルギーvE20(J)および破面遷移温度vTrs(℃)を求めた。なお、20℃における吸収エネルギーvE20(J)は試験片3本の平均値とした。
In the tensile test, a JIS 14A test piece (6 mmφ: diameter of the parallel part) was sampled so that the tensile direction was the rolling direction (sheet length direction) from the center of the thickness of the obtained thick steel plate. A tensile test was carried out in accordance with the regulations, and yield strength YS and tensile strength TS were determined.
Impact test in the rolling direction from the center of plate thickness of the obtained steel plate, taken V-notch test piece, Charpy impact test was performed in conformity with the provisions of JIS Z 2242, it absorbed energy vE 20 at 20 ° C. (J) and the fracture surface transition temperature vTrs (° C.) were determined. The absorbed energy vE 20 (J) at 20 ° C. was the average value of three test pieces.

疲労亀裂伝播試験は、得られた厚鋼板から、図1に示す寸法形状の試験片を採取し、室温大気中で、ASTM E647の規定に準拠して疲労亀裂伝播試験を実施し、 板厚方向の疲労亀裂伝播速度を測定した。なお、試験片には予め、疲労予亀裂を導入した。また、試験条件は、周波数:30Hz、応力比:0.1とし、応力拡大係数範囲ΔKが、ΔK=15MPa√mにおける疲労亀裂伝播速度(m/cycle)を求めた。   In the fatigue crack propagation test, specimens with the dimensions shown in Fig. 1 were collected from the obtained thick steel plate, and subjected to a fatigue crack propagation test in accordance with ASTM E647 in the room temperature atmosphere. The fatigue crack propagation rate was measured. In addition, the fatigue precrack was introduce | transduced into the test piece beforehand. The test conditions were a frequency of 30 Hz, a stress ratio of 0.1, and a fatigue crack propagation rate (m / cycle) when the stress intensity factor range ΔK was ΔK = 15 MPa√m.

得られた結果を表3に示す。   The obtained results are shown in Table 3.

Figure 2007291511
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Figure 2007291511
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本発明例はいずれも、目標の引張強さ:500MPa以上の強度と、目標の20℃でのシャルピー衝撃試験の吸収エネルギーvE20が180J以上の高靭性を有し、靭性に優れた高張力厚鋼板となっている。なお、本発明例の破面遷移温度vTrsはいずれも、−100℃より低温であった。一方、本発明の範囲を外れる比較例は、強度が不足しているか、あるいは靭性が不足しているか、あるいは強度、靭性がともに低下している。 All examples of the present invention have a target tensile strength: 500 MPa or more and a target toughness of 20 JC Charpy impact test absorbed energy vE20 of 180 J or more, and a high tensile thickness with excellent toughness. It is a steel plate. Note that the fracture surface transition temperature vTrs of each of the inventive examples was lower than −100 ° C. On the other hand, in comparative examples that are out of the scope of the present invention, the strength is insufficient, the toughness is insufficient, or both the strength and the toughness are lowered.

また、本発明例はいずれも、板厚方向の疲労亀裂伝播速度が8.0×10-9m/cycle以下と、優れた板厚方向の耐疲労亀裂伝播特性を有している。一方、本発明の範囲を外れる比較例では、板厚方向の疲労亀裂伝播速度が8.0×10-9m/cycleを超えており、板厚方向の耐疲労亀裂伝播特性が低下している。
鋼素材の加熱温度が本発明範囲を低く外れた比較例(鋼板No.1、No.2)では、圧延開始時のオーステナイトの面積率が0%、4%と低いため、累積圧下率90%の多パス圧延を施しているにもかかわらず、フェライトの連続再結晶が十分に誘起せず、中央部で微細なフェライト相の面積率が30%未満と少なく、吸収エネルギー値vE20が低下し、さらに板厚方向の疲労亀裂伝播速度が8.0×10-9m/cycleを超えている。また、鋼素材の加熱温度が本発明範囲を高く外れた比較例(鋼板No.5)では、圧延開始時のオーステナイト面積率が65%と高くなり、オーステナイトから変態したフェライト相が増加し、微細フェライト相の面積率が表層部および中央部で30%未満と低下して、吸収エネルギー値vE20が低下し、さらに板厚方向の疲労亀裂伝播速度が8.0×10-9m/cycleを超えている。
Further, examples present invention both includes a fatigue crack growth rate in the thickness direction 8.0 × 10- 9 m / cycle or less, and has an excellent thickness direction of the fatigue crack propagation characteristics. Meanwhile, in the comparative example outside the scope of the present invention, the fatigue crack growth rate in the thickness direction is greater than the 8.0 × 10- 9 m / cycle, fatigue crack propagation properties in the thickness direction is reduced.
In the comparative examples (steel plates No. 1 and No. 2) in which the heating temperature of the steel material is outside the range of the present invention, the area ratio of austenite at the start of rolling is as low as 0% and 4%, so the cumulative reduction rate is 90%. Despite being subjected to multi-pass rolling, the continuous recrystallization of ferrite is not sufficiently induced, the area ratio of the fine ferrite phase in the center is less than 30%, and the absorbed energy value vE 20 decreases. further the thickness direction of the fatigue crack growth rate exceeds 8.0 × 10- 9 m / cycle. Moreover, in the comparative example (steel plate No. 5) in which the heating temperature of the steel material is out of the range of the present invention, the austenite area ratio at the start of rolling is as high as 65%, the ferrite phase transformed from austenite increases, the area ratio of the ferrite phase is decreased to less than 30% in the surface layer portion and the central portion, reduces the absorbed energy value vE 20, further fatigue crack growth rate in the thickness direction exceeds the 8.0 × 10- 9 m / cycle Yes.

また、鋼素材のフェライト相の平均粒径が本発明の範囲を低く外れた比較例(鋼板No.6)では、圧延前の加熱状態でのオーステナイト粒径が適正範囲を外れ、フェライトに効果的にひずみを集中させることができなかったため、フェライトの連続再結晶が促進されず、吸収エネルギー値vE20が低下し、さらに板厚方向の疲労亀裂伝播速度が8.0×10-9m/cycleを超えている。 Moreover, in the comparative example (steel plate No. 6) in which the average grain size of the ferrite phase of the steel material is out of the range of the present invention, the austenite grain size in the heated state before rolling is out of the proper range, which is effective for ferrite. since the strain could not be concentrated in a continuous recrystallization ferrite is not promoted, reduces the absorbed energy value vE 20, further plate thickness direction of the fatigue crack growth rate exceeded 8.0 × 10- 9 m / cycle ing.

鋼素材の組織が本発明の範囲を外れた比較例(鋼板No.8)では、圧延時の変形抵抗が高かったため、歪が表層部により偏りやすくなり、表層部ではフェライトの遠続再結晶は促進されたが、板厚中心部ではフェライトの連続再結晶は促進されず、微細フェライト相の面積率が低下して、吸収エネルギー値vE20が低下し、さらに板厚方向の疲労亀裂伝播速度が8.0×10-9m/cycleを超えている。 In the comparative example (steel plate No. 8) in which the structure of the steel material deviated from the scope of the present invention, the deformation resistance during rolling was high, so the strain was more likely to be biased in the surface layer portion, and in the surface layer portion, the long-term recrystallization of ferrite was Although promoted, continuous recrystallization of ferrite is not promoted at the center of the plate thickness, the area ratio of the fine ferrite phase decreases, the absorbed energy value vE 20 decreases, and the fatigue crack propagation rate in the plate thickness direction also increases. It is greater than the 8.0 × 10- 9 m / cycle.

また、小圧下多パス圧延での累積圧下率が本発明範囲を低く外れた比較例(鋼板No.9、No.10 )では、小圧下多パス圧延でフェライトの連続再結晶が十分に促進されず微細フェライト面積率が低く、吸収エネルギー値vE20が低下し、さらに板厚方向の疲労亀裂伝播速度が8.0×10-9m/cycleを超えている。
また、小圧下多パス圧延の圧延終了温度が本発明範囲を低く外れた比較例(鋼板No.12 )では、微細フェライト面積率が低下し、伸長したフェライト相が増加するため、吸収エネルギー値vE20が低下し、さらに板厚方向の疲労亀裂伝播速度が8.0×10-9m/cycleを超えている。
Moreover, in the comparative examples (steel plates No. 9 and No. 10) in which the cumulative rolling reduction in small rolling multipass rolling is out of the range of the present invention, continuous recrystallization of ferrite is sufficiently promoted by small rolling multipass rolling. not less fine ferrite area ratio, reduces the absorbed energy value vE 20, further the thickness direction of the fatigue crack growth rate exceeds 8.0 × 10- 9 m / cycle.
Further, in the comparative example (steel plate No. 12) in which the rolling end temperature of the multi-pass rolling under the small reduction is out of the range of the present invention, the fine ferrite area ratio is decreased and the elongated ferrite phase is increased. 20 is lowered further the thickness direction of the fatigue crack growth rate exceeds 8.0 × 10- 9 m / cycle.

また、鋼素材の加熱温度が本発明範囲を高く外れた比較例(鋼板No.17、No.18、No.19)では、加熱時に形成されるオーステナイトの面積率が50%を超え、冷却時に生成するパーライトの量が増加し、またフェライトの連続再結晶が誘起されにくく、微細なフェライト面積率が低く、吸収エネルギー値vE20が低下するうえ、パーライト相の短軸径も5μmを超えて大きくなり、板厚方向の疲労亀裂伝播速度が8.0×10-9m/cycleを超えている。 Moreover, in the comparative examples (steel plates No. 17, No. 18, No. 19) in which the heating temperature of the steel material is outside the scope of the present invention, the area ratio of austenite formed during heating exceeds 50%, and during cooling The amount of pearlite generated is increased, continuous recrystallization of ferrite is difficult to induce, the fine ferrite area ratio is low, the absorbed energy value vE 20 is lowered, and the minor axis diameter of the pearlite phase is larger than 5 μm. become, fatigue crack growth rate in the thickness direction is greater than 8.0 × 10- 9 m / cycle.

実施例で使用した疲労亀裂伝播試験の試験片寸法形状の概略を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the outline of the test piece dimension shape of the fatigue crack propagation test used in the Example.

Claims (7)

フェライト相を主相とし、第二相が伸長したパーライト相である組織を有する高張力厚鋼板であって、前記フェライト相が、平均粒径:3μm以下の微細フェライト相をフェライト相全量に対する面積率で30%以上含み、前記パーライト相の平均短軸径が5μm以下であることを特徴とする、靭性および板厚方向の耐疲労亀裂伝播特性に優れた高張力厚鋼板。   A high-tensile thick steel plate having a structure in which a ferrite phase is a main phase and a second phase is a pearlite phase, and the ferrite phase has a fine ferrite phase with an average particle size of 3 μm or less as an area ratio with respect to the total amount of the ferrite phase. A high-tensile steel plate excellent in toughness and fatigue crack propagation resistance in the plate thickness direction, wherein the average minor axis diameter of the pearlite phase is 5 µm or less. 前記高張力厚鋼板が、質量%で、
C:0.03〜0.3%、 Si:0.03〜1.5%、
Mn:0.1〜3%、 Al:0.1%以下、
N:0.01%以下
を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする、請求項1に記載の高張力厚鋼板。
The high-tensile thick steel plate is in mass%,
C: 0.03-0.3%, Si: 0.03-1.5%,
Mn: 0.1 to 3%, Al: 0.1% or less,
The high-tensile thick steel plate according to claim 1, wherein N: 0.01% or less, and the balance is composed of Fe and inevitable impurities.
前記組成に加えてさらに、質量%で、Nb:0.001〜0.05%、V:0.001〜0.1%、Ti:0.001〜0.1%のうちから選ばれた1種または2種以上を含有する組成であることを特徴とする、請求項2に記載の高張力厚鋼板。   In addition to the above composition, the composition further contains one or more selected from Nb: 0.001 to 0.05%, V: 0.001 to 0.1%, and Ti: 0.001 to 0.1% by mass%. The high-tensile thick steel plate according to claim 2, wherein 前記組成に加えてさらに、質量%で、Cu:0.01〜3%、Ni:0.01〜3%、Cr:0.01〜3%、Mo:0.01〜1%のうちから選ばれた1種または2種以上を含有する組成であることを特徴とする請求項2または3に記載の高張力厚鋼板。   In addition to the above-mentioned composition, one or more selected from Cu: 0.01-3%, Ni: 0.01-3%, Cr: 0.01-3%, Mo: 0.01-1% in mass% The high-tensile thick steel plate according to claim 2 or 3, characterized in that the composition contains 質量%で、
C:0.03〜0.3%、 Si:0.03〜1.5%、
Mn:0.1〜3%、 Al:0.1%以下、
N:0.01%以下
を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成と、平均粒径が40μm以上のフェライト相とパーライト相とからなる組織を有する鋼素材を、(Ac変態点+30℃)〜(Ac変態点+100℃)の温度域の温度に加熱したのち、該鋼素材に、累積圧下率:80%以上、圧延終了温度:550℃以上とする小圧下多パス圧延を施し、ついで空冷することを特徴とする靭性および板厚方向の耐疲労亀裂伝播特性に優れた高張力厚鋼板の製造方法。
% By mass
C: 0.03-0.3%, Si: 0.03-1.5%,
Mn: 0.1 to 3%, Al: 0.1% or less,
N: A steel material containing 0.01% or less, the balance being Fe and inevitable impurities, and a structure consisting of a ferrite phase and a pearlite phase with an average particle size of 40 μm or more, (Ac 1 transformation point + 30 ° C.) ) To (Ac 1 transformation point + 100 ° C.) After heating to a temperature in the temperature range, the steel material is subjected to small reduction multi-pass rolling with a cumulative reduction ratio of 80% or more and a rolling end temperature of 550 ° C. or more. Next, a method for producing a high-tensile steel plate excellent in toughness and fatigue crack propagation resistance in the thickness direction, characterized by air cooling.
前記鋼素材が、前記組成に加えてさらに、質量%で、Nb:0.001〜0.05%、V:0.001〜0.1%、Ti:0.001〜0.1%のうちから選ばれた1種または2種以上を含有する組成を有することを特徴とする請求項5に記載の高張力厚鋼板の製造方法。   In addition to the above composition, the steel material further contains one or more selected from the group consisting of Nb: 0.001 to 0.05%, V: 0.001 to 0.1%, and Ti: 0.001 to 0.1%. The method for producing a high-tensile thick steel plate according to claim 5, wherein: 前記鋼素材が、前記組成に加えてさらに、質量%で、Cu:0.01〜3%、Ni:0.01〜3%、Cr:0.01〜3%、Mo:0.01〜1%のうちから選ばれた1種または2種以上を含有する組成を有することを特徴とする請求項5または6に記載の高張力厚鋼板の製造方法。   The steel material is 1% selected from Cu: 0.01 to 3%, Ni: 0.01 to 3%, Cr: 0.01 to 3%, and Mo: 0.01 to 1%, in addition to the above composition, in mass%. It has the composition containing a seed | species or 2 or more types, The manufacturing method of the high-tensile thick steel plate of Claim 5 or 6 characterized by the above-mentioned.
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