JP2008111167A - 脆性亀裂伝播停止特性に優れた厚鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】C:0.03〜0.3%、Si:0.03〜0.5%、Mn:0.1〜2.0%、Al:0.1%以下、N:0.01%以下を含有する組成と、平均粒径40μm以上のフェライトとパーライトとからなる組織とを有する鋼片に、Ac1変態点〜Ac3変態点の温度に加熱した後、1パス当りの圧下率が平均で10%以下、累積圧下率70%以上、圧延終了温度550℃以上とする多パス圧延を施す。これにより、フェライト相を主相とし、第二相としてパーライト相、ベイナイト相およびマルテンサイト相のうちの1種以上を含む組織を有し、前記フェライト相が平均粒径3μm以下のフェライト相を、少なくとも板厚方向で表裏面から板厚の10〜20%の範囲の領域で、該領域のフェライト全量に対する面積率で30%以上含む組織を有し、脆性亀裂伝播停止特性が顕著に向上した厚鋼板となる。
【選択図】なし
Description
また、オーステナイトから変態したフェライトに圧下を加えて集合組織を発達させるTMCP法が知られている。この方法によれば、鋼材の破面上に集合組織に起因したセパレーションが生じて脆性亀裂先端(切欠き先端)の応力が緩和されるため、脆性破壊亀裂の伝播に対する抵抗が高くなり、鋼材の脆性亀裂伝播停止特性の向上を図ることができる。しかし、この方法では、鋼材の板厚が厚くなると、このようなTMCP効果を十分に発揮させることが困難となるという問題とともに、Ar3変態点以下の温度で過度の圧下を加えると、靭性が劣化するという問題がある。
そこで、本発明は、上記した従来技術の問題点を解決し、脆性亀裂伝播停止特性に優れた厚鋼板を提供することを目的とする。また、本発明は、鋼板表層の冷却および復熱などの複雑な温度制御を必要とすることなく、工業的に簡易なプロセスで、従来以上に安定して、脆性亀裂伝播停止特性に優れた厚鋼板を製造できる、脆性亀裂伝播停止特性に優れた厚鋼板の製造方法を提供することをも目的とする。
(1)フェライト相を主相とし、第二相としてパーライト相、ベイナイト相およびマルテンサイト相のうちの1種以上を含む組織を有する厚鋼板であって、前記フェライト相が平均粒径3μm以下のフェライト相を、少なくとも該厚鋼板の板厚方向で表裏面から板厚の10〜20%の範囲の領域で、該領域のフェライト全量に対する面積率で30%以上含むことを特徴とする脆性亀裂伝播停止特性に優れた厚鋼板。
(3)(2)において、前記組成に加えてさらに、質量%で、Ti:0.001〜0.02%、Nb:0.001〜0.05%、V: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とすることを特徴とする厚鋼板。
(5)質量%で、C:0.03〜0.3%、Si:0.03〜0.5%、Mn:0.1〜2.0%、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、さらに平均粒径40μm以上のフェライトとパーライトとからなる組織とを有する鋼片に、Ac1変態点以上Ac3変態点以下の範囲の温度に加熱した後、1パス当りの圧下率が平均で10%以下、累積圧下率70%以上、圧延終了温度550℃以上とする多パス圧延を施すことを特徴とする脆性亀裂伝播停止特性に優れた厚鋼板の製造方法。
(7)(5)または(6)において、前記組成に加えてさらに、質量%で、Cu:0.01〜0.2%、Ni:0.01〜0.1%、Cr:0.01〜2.0%、Mo:0.01〜1.0%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とすることを特徴とする厚鋼板の製造方法。
本発明の厚鋼板では、少なくとも板厚方向で表裏面から板厚の10〜20%の範囲の領域で、フェライト相が平均粒径3μm以下の超微細なフェライト相を、該領域のフェライト全量に対する面積率で30%以上含む組織とする。フェライト相が、超微細なフェライト相を含むことにより、脆性亀裂が有する伝播エネルギーの吸収能が増大するため、脆性亀裂伝播に対する抵抗が大きくなり、脆性亀裂の伝播を阻止する能力が向上する。フェライト相が、平均粒径で3μmを超えて粗大となると、粗大なフェライト相を起点として脆性破壊が発生しやすく、脆性亀裂伝播停止特性が低下する。このため、含まれる微細フェライト相の平均粒径を3μm以下に限定した。
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0.03〜0.2%である。
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、0.5%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0.03〜0.5%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.03〜0.35%である。
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、2.0%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0.1〜2.0%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.1〜1.5%である。
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、0.001%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。
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、0.001%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。
Ti:0.001〜0.02%、Nb:0.001〜0.05%、V:0.001〜0.1%のうちから選ばれた1種または2種以上、
Ti、Nb、Vはいずれも、少量の含有で、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、Ti:0.02%、Nb:0.05%、V:0.1%をそれぞれ超えて多量に含有すると、鋳片に割れを生じるとともに、製造コストの高騰をも招く。このため、Ti:0.001〜0.02%、Nb:0.001〜0.05%、V:0.001〜0.1%の範囲にそれぞれ限定することが好ましい。
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:0.2%、Ni:0.1%、Cr:2.0%、Mo:1.0%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0.01〜0.2%、Niは0.01〜0.1%、Crは0.01〜2.0%、Moは0.01〜1.0%の範囲に、それぞれ限定することが好ましい。
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。
本発明では、鋼片を、加熱し、厚板圧延を施し、厚鋼板とする。
本発明で使用する鋼片は、上記した組成を有し、さらに比較的粗いフェライト+パーライト組織を有する鋼片とする。本発明で使用する鋼片の組織限定理由はつぎのとおりである。
上記した組成および組織を有する鋼片の製造方法は、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片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。
ここで、加熱された鋼片は直ちに圧延されるため、鋼片の加熱温度と圧延開始温度はほぼ同等となる。また、ここでいう累積圧下率とは、圧延開始から圧延終了までの全圧下率を示す。
上記した圧延を施され厚鋼板は、圧延終了後、室温まで冷却される。冷却条件はとくに限定されないが、目標の強度レベルに応じて、空冷または水冷することが好ましい。
得られた鋼スラブの組織を表2に示す。
ついで、鋼スラブに、表2に示す条件で加熱したのち、熱間圧延設備で表2に示す条件の多パス圧延を施し、圧延終了後、表2に示す条件で冷却し、表2に示す板厚の厚鋼板とした。なお、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スラブを用意し、該鋼スラブを加熱した状態から水冷して組織を観察することにより求めた。
Ac1(℃)=750.8−26.6C+17.6Si−11.6Mn−22.9Cu−23Ni+24.1Cr+22.5Mo−39.7V−5.7Ti+232.6Nb−169.4Al
Ac3(℃)=937.2−476.5C+56Si−19.7Mn−16.3Cu−26.6Ni−4.9Cr+38.1Mo
+124.8V+136.3Ti−19.1Nb+198.4Al
(ここで、C、Si、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、V、Ti、Nb、Al:元素含有量(質量%))
得られた厚鋼板について、組織観察、およびNRL落重試験を実施し、脆性亀裂伝播停止特性を評価した。
得られた結果を表3に示す。
鋼板No.23、No.24は、1パス当りの圧下率が平均で20%と本発明範囲を高く外れ、表裏面近傍での歪の集中が顕著ではなくなるために、少なくとも表裏面から板厚の10〜20%の領域で微細なフェライト相の形成が少なく、脆性亀裂伝播停止特性が低下している。鋼板No.25、No.26は、圧延終了温度が550℃未満と本発明範囲を低く外れており、展伸したフェライト粒が増加し、超微細フェライト相量が少なくNDT温度が高温となり、脆性亀裂伝播停止特性が低下している。
Claims (7)
- フェライト相を主相とし、第二相としてパーライト相、ベイナイト相およびマルテンサイト相のうちの1種以上を含む組織を有する厚鋼板であって、前記フェライト相が平均粒径3μm以下のフェライト相を、少なくとも該厚鋼板の板厚方向で表裏面から板厚の10〜20%の範囲の領域で、該領域のフェライト全量に対する面積率で30%以上含むことを特徴とする脆性亀裂伝播停止特性に優れた厚鋼板。
- 質量%で、
C:0.03〜0.3%、 Si:0.03〜0.5%、
Mn:0.1〜2.0%、 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に記載の厚鋼板。 - 前記組成に加えてさらに、質量%で、Ti:0.001〜0.02%、Nb:0.001〜0.05%、V: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とすることを特徴とする請求項2に記載の厚鋼板。
- 前記組成に加えてさらに、質量%で、Cu:0.01〜0.2%、Ni:0.01〜0.1%、Cr:0.01〜2.0%、Mo:0.01〜1.0%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とすることを特徴とする請求項2または3に記載の厚鋼板。
- 質量%で、
C:0.03〜0.3%、 Si:0.03〜0.5%、
Mn:0.1〜2.0%、 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、さらに平均粒径40μm以上のフェライトとパーライトとからなる組織とを有する鋼片に、Ac1変態点以上Ac3変態点以下の範囲の温度に加熱した後、1パス当りの圧下率が平均で10%以下、累積圧下率70%以上、圧延終了温度550℃以上とする多パス圧延を施すことを特徴とする脆性亀裂伝播停止特性に優れた厚鋼板の製造方法。 - 前記組成に加えてさらに、質量%で、Ti:0.001〜0.02%、Nb:0.001〜0.05%、V: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とすることを特徴とする請求項5に記載の厚鋼板の製造方法。
- 前記組成に加えてさらに、質量%で、Cu:0.01〜0.2%、Ni:0.01〜0.1%、Cr:0.01〜2.0%、Mo:0.01〜1.0%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とすることを特徴とする請求項5または6に記載の厚鋼板の製造方法。
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