JP2008208454A - 耐遅れ破壊特性に優れた高張力鋼材並びにその製造方法 - Google Patents
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- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
【解決手段】旧オーステナイト粒のアスペクト比の平均値が板厚方向全体に亘って、3以上で、鋼材に水素を含有後、亜鉛めっきによって鋼中水素を封入し、その後、1×10-3/秒以下の低歪速度引張試験を行い、下式による耐遅れ破壊安全度指数が75%以上で、C、Si、Mn、Al、N、P、S、必要に応じて特定成分の一種または二種以上を含有する鋼。上記成分の鋼を鋳造後、Ar3変態点以下に冷却することなく、あるいはAc3変態点以上に再加熱後、未再結晶域における圧下率が30%以上の熱間圧延を行い、Ar3変態点以上から直接焼入れ後、板厚中心部の最高到達温度がAc1変態点以下となる焼戻しを行う。耐遅れ破壊安全度指数(%)=100×(X1/X0)ここでX0:実質的に拡散性水素を含まない試験片の絞り、X1:拡散性水素を含む試験片の絞り
【選択図】なし
Description
1.質量%で、C:0.02〜0.25%、Si:0.01〜0.8%、Mn:0.5〜2.0%、Al:0.005〜0.1%、N:0.0005〜0.008%、P:0.02%以下、S:0.004%以下の元素を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、旧オーステナイト粒のアスペクト比の平均値が板厚方向全体に亘って、3以上であることを特徴とする、耐遅れ破壊特性に優れた高張力鋼材。
2.更に、鋼組成が、質量%で、Mo:1%以下、Nb:0.1%以下、V:0.5%以下、Ti:0.1%以下、Cu:2%以下、Ni:4%以下、Cr:2%以下、W:2%以下の一種または二種以上を含有することを特徴とする1に記載の耐遅れ破壊特性に優れた高張力鋼材。
3.更に、鋼組成が、質量%で、B:0.003%以下、Ca:0.01%以下、REM:0.02%以下、Mg:0.01%以下の一種または二種以上を含有することを特徴とする1または2に記載の耐遅れ破壊特性に優れた高張力鋼材。
4.更に、鋼材に水素を含有させてから、亜鉛めっきによって鋼中水素を封入し、その後、歪速度が1×10-3/秒以下の低歪速度引張試験を行い、下記式にて求める耐遅れ破壊安全度指数が75%以上であることを特徴とする1乃至3のいずれか一つに記載の耐遅れ破壊特性に優れた高張力鋼材。
耐遅れ破壊安全度指数(%)=100×(X1/X0)
ここで、X0:実質的に拡散性水素を含まない試験片の絞り
X1:拡散性水素を含む試験片の絞り
5.1乃至3のいずれか一つに記載の組成を有する鋼を鋳造後、Ar3変態点以下に冷却することなく、あるいはAc3変態点以上に再加熱後、熱間圧延を開始し、未再結晶域における圧下率が30%以上の圧延を含む熱間圧延によって所定の板厚とし、引続きAr3変態点以上から冷却速度1℃/s以上で350℃以下の温度まで冷却した後、Ac1変態点以下で焼戻すことを特徴とする4に記載の耐遅れ破壊特性に優れた高張力鋼材の製造方法。
本発明における成分の限定理由について述べる。化学成分組成を示す%は、何れも質量%である。
Cは、強度を確保するために含有するが、0.02%未満ではその効果が不十分であり、一方、0.25%を超えると母材および溶接熱影響部の靭性が劣化するとともに、溶接性が著しく劣化する。従って、C含有量を0.02〜0.25%に限定する。さらに好ましくは、0.05〜0.20%である。
Siは、製鋼段階の脱酸材および強度向上元素として含有するが、0.01%未満ではその効果が不十分であり、一方、0.8%を超えると粒界が脆化し、遅れ破壊の発生を促進する。従って、Si含有量を0.01〜0.8%に限定する。さらに好ましくは、0.1〜0.5%である。
Mnは、強度を確保するために含有するが、0.5%未満ではその効果が不十分であり、一方、2.0%を超えると溶接熱影響部の靭性が劣化するとともに、溶接性が著しく劣化する。従って、Mn含有量を0.5〜2.0%に限定する。さらに好ましくは、0.7〜1.8%である。
Alは、脱酸材として添加すると同時に、結晶粒径の微細化にも効果があるが、0.005%未満の場合にはその効果が十分でなく、一方、0.1%を超えて含有すると、鋼板の表面疵が発生し易くなる。従って、Al含有量を0.005〜0.1%に限定する。さらに好ましくは、0.01〜0.05%である。
Nは、Tiなどと窒化物を形成することによって組織を微細化し、母材ならびに溶接熱影響部の靭性を向上させる効果を有するために添加する。0.0005%未満の添加では組織の微細化効果が充分にもたらされず、一方、0.008%を超える添加は固溶N量が増加するために母材および溶接熱影響部の靭性を損なう。従って、N含有量を0.0005〜0.008%に限定する。さらに好ましくは、0.001〜0.005%である。
不純物元素であるPは、焼戻し処理時に旧オーステナイト粒界等の結晶粒界に偏析しやすく、0.02%を超えると隣接結晶粒の接合強度を低下させ、低温靭性や耐遅れ破壊特性を劣化させる。従って、P含有量を0.02%以下に限定する。さらに好ましくは、0.015%以下である。
不純物元素であるSは、非金属介在物であるMnSを生成しやすく、0.004%を超えると、介在物の量が多くなりすぎて延性破壊の強度が低下し、低温靭性や耐遅れ破壊特性を劣化させる。従って、S含有量を0.004%以下に限定する。さらに好ましくは、0.003%以下である。
Moは、焼入れ性および強度を向上する作用を有すると同時に、炭化物を形成することによって、拡散性水素をトラップし、耐遅れ破壊特性を向上させる。その効果を得るために0.05%以上添加することが好ましい。
Nbは、マイクロアロイング元素として強度を向上させると同時に、炭化物や窒化物、炭窒化物を形成することによって、拡散性水素をトラップし、耐遅れ破壊 特性を向上させる。その効果を得るために0.01%以上添加することが好ましい。しかし、0.1%を越える添加は溶接熱影響部の靭性を劣化させる。従って、Nbを添加する場合には、その含有量を0.1%以下に限定する。さらに好ましくは、0.05%以下である。
Vは、マイクロアロイング元素として強度を向上させると同時に、炭化物や窒化物、炭窒化物を形成することによって、拡散性水素をトラップし、耐遅れ破壊特性を向上させる。その効果を得るために0.02%以上添加することが好ましい。しかし、0.5%を超える添加は溶接熱影響部の靭性を劣化させる。従って、Vを添加する場合には、その含有量を0.5%以下に限定する。さらに好ましくは、0.1%以下である。
Tiは、圧延加熱時あるいは溶接時にTiNを生成し、オーステナイト粒の成長を抑制し、母材ならびに溶接熱影響部の靭性を向上させると同時に、炭化物や窒化物、炭窒化物を形成することによって、拡散性水素をトラップし、耐遅れ破壊特性を向上させる。その効果を得るために0.005%以上添加することが好ましい。しかし、0.1%を超える添加は溶接熱影響部の靭性を劣化させる。従って、Tiを添加する場合には、その含有量を0.1%以下に限定する。さらに好ましくは、0.05%以下である。
Cuは、固溶強化および析出強化により強度を向上する作用を有している。その効果を得るために0.05%以上添加することが好ましい。しかしながら、Cu含有量が2%を超えると、鋼片加熱時や溶接時に熱間での割れを生じやすくする。従って、Cuを添加する場合には、その含有量を2%以下に限定する。さらに好ましくは、1.5%以下である。
Niは、靭性および焼入れ性を向上する作用を有している。その効果を得るために0.3%以上添加することが好ましい。しかしながら、Ni含有量が4%を超えると、経済性が劣る。従って、Niを添加する場合には、その含有量を4%以下に限定する。さらに好ましくは、3.8%以下である。
Crは、強度および靭性を向上する作用を有しており、また高温強度特性に優れる。従って、高強度化する場合に積極的に添加し、特に引張強度900MPa以上の特性を得るために0.3%以上添加することが好ましい。しかしながら、Cr含有量が2%を超えると、溶接性が劣化する。従って、Crを添加する場合には、その含有量を2%以下に限定する。さらに好ましくは、1.5%以下である。
Wは、強度を向上する作用を有している。その効果を得るために0.05%以上添加することが好ましい。しかしながら、2%を超えると、溶接性が劣化する。従って、Wを添加する場合は、その含有量を2%以下に限定する。
Bは、焼入れ性を向上する作用を有している。その効果を得るために0.0003%以上添加することが好ましい。しかしながら、0.003%を超えると、靭性を劣化させる。従って、Bを添加する場合には、その含有量を0.003%以下に限定する。
Caは、硫化物系介在物の形態制御に不可欠な元素である。その効果を得るために0.0004%以上添加することが好ましい。しかしながら、0.01%を超える添加は、清浄度や耐遅れ破壊特性の低下を招く。従って、Caを添加する場合には、その含有量を0.01%以下に限定する。
REM(注:REMとはRare Earth Metalの略、希土類金属)は、鋼中でREM(O、S)としてREM酸硫化物を生成することによって結晶粒界の固溶S量を低減して耐溶接割れ性を改善する。その効果を得るために0.001%以上添加することが好ましい。しかしながら、0.02%を超える添加は、沈殿晶帯にREM酸硫化物が著しく集積し、材質の劣化を招く。従って、REMを添加する場合には、その添加量を0.02%以下に限定する。
Mgは、溶銑脱硫材として使用する場合がある。その効果を得るために0.001%以上添加することが好ましい。しかしながら、0.01%を超える添加は、清浄度の低下を招く。従って、Mgを添加する場合には、その添加量を0.01%以下に限定する。
本発明におけるミクロ組織の限定理由について述べる。本発明では、旧オーステナイト粒のアスペクト比の平均値を板厚方向全体に亘って、3以上、好ましくは4以上とする。
本発明では、更に、鋼材に水素を含有させてから、亜鉛めっきによって鋼中水素を封入し、その後、歪速度が1×10-3/秒以下の低歪速度引張試験を行い、下記式にて求める耐遅れ破壊安全度指数が75%以上であることを規定することができる。
耐遅れ破壊安全度指数(%)=100×(X1/X0)
ここで、X0:実質的に拡散性水素を含まない試験片の絞り
X1:拡散性水素を含む試験片の絞り
耐遅れ破壊安全度指数により、鋼材の耐遅れ破壊特性の優劣を定量的に評価することができ、本指数が高ければ高い程、耐遅れ破壊特性に優れると言えるが、通常の大気環境下での鋼材使用に当たっては、耐遅れ破壊安全度指数を75%以上とすることによって、たとえば建築産業機械やタンクなどの用途に対して、実用的に充分良好な耐遅れ破壊特性を得ることができる。ただし、引張強度が1200MPa未満の鋼種に関しては、腐食環境や低温環境等の厳しい環境下で使用される場合や、加工度も厳しくなる場合もあることから、80%以上の耐遅れ破壊安全度指数を有することが望ましい。
本発明は、鋼板、形鋼および棒鋼など種々の形状の鋼材に適用可能であり、製造条件における温度規定は鋼材中心部でのものとし、鋼板は板厚中心、形鋼は本発明に係る特性を付与する部位の板厚中心、棒鋼では径方向の中心とする。但し、中心部近傍はほぼ同様の温度履歴となるので、中心そのものに限定するものではない。
本発明は、いかなる鋳造条件で製造された鋼材についても有効であるので、特に鋳造条件を限定する必要はない。溶鋼から鋳片を製造する方法や、鋳片を圧延して鋼片を製造する方法は特に規定しない。転炉法・電気炉法等で溶製された鋼や、連続鋳造・造塊法等で製造されたスラブが利用できる。
鋳片を圧延して鋼片を製造する際、Ar3変態点以下に冷却することなく、そのまま熱間圧延を開始しても、一度冷却した鋳片をAc3変態点以上に再加熱した後に熱間圧延を開始しても良い。これは、この温度域で圧延を開始すれば、本発明の有効性は失われないためである。
熱間圧延終了後、母材強度および母材靭性を確保するため、Ar3変態点以上の温度から350℃以下の温度まで冷却速度1℃/s以上で、強制冷却を行う。強制冷却開始温度をAr3変態点以上とする理由は、オーステナイト単相の状態から鋼板を冷却するためである。Ar3変態点未満の温度域から冷却した場合には、焼入れ組織が不均一となり、靭性や耐遅れ破壊特性の劣化を招く。
板厚中心部での最高到達温度がAc1変態点以下となる所定の温度にて焼戻し処理を行う。Ac1変態点以下に限定する理由は、Ac1変態点を超えるとオーステナイト変態を生じ、強度が大きく低下するためである。
更に、焼戻しのための加熱は、誘導加熱、通電加熱、赤外線輻射加熱、雰囲気加熱等のいずれの方式でも良い。
ここで、X0:実質的に拡散性水素を含まない試験片の絞り
X1:拡散性水素を含む試験片の絞り
vTrsの目標は、引張強度1200MPa未満の鋼種に関しては、−40℃以下とし、引張強度1200MPa以上の鋼種に関しては、−30℃以下とした。一方、耐遅れ破壊安全度指数の目標は、引張強度1200MPa未満の鋼種に関しては、80%以上とし、引張強度1200MPa以上の鋼種に関しては、75%以上とした。
Claims (5)
- 質量%で、C:0.02〜0.25%、Si:0.01〜0.8%、Mn:0.5〜2.0%、Al:0.005〜0.1%、N:0.0005〜0.008%、P:0.02%以下、S:0.004%以下の元素を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、旧オーステナイト粒のアスペクト比の平均値が板厚方向全体に亘って、3以上であることを特徴とする、耐遅れ破壊特性に優れた高張力鋼材。
- 更に、鋼組成が、質量%で、Mo:1%以下、Nb:0.1%以下、V:0.5%以下、Ti:0.1%以下、Cu:2%以下、Ni:4%以下、Cr:2%以下、W:2%以下の一種または二種以上を含有することを特徴とする請求項1に記載の耐遅れ破壊特性に優れた高張力鋼材。
- 更に、鋼組成が、質量%で、B:0.003%以下、Ca:0.01%以下、REM:0.02%以下、Mg:0.01%以下の一種または二種以上を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の耐遅れ破壊特性に優れた高張力鋼材。
- 更に、鋼材に水素を含有させてから、亜鉛めっきによって鋼中水素を封入し、その後、歪速度が1×10-3/秒以下の低歪速度引張試験を行い、下記式にて求める耐遅れ破壊安全度指数が75%以上であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一つに記載の耐遅れ破壊特性に優れた高張力鋼材。
記
耐遅れ破壊安全度指数(%)=100×(X1/X0)
ここで、X0:実質的に拡散性水素を含まない試験片の絞り
X1:拡散性水素を含む試験片の絞り - 請求項1乃至3のいずれか一つに記載の組成を有する鋼を鋳造後、Ar3変態点以下に冷却することなく、あるいはAc3変態点以上に再加熱後、熱間圧延を開始し、未再結晶域における圧下率が30%以上の圧延を含む熱間圧延によって所定の板厚とし、引続きAr3変態点以上から冷却速度1℃/s以上で350℃以下の温度まで冷却した後、Ac1変態点以下で焼戻すことを特徴とする請求項4に記載の耐遅れ破壊特性に優れた高張力鋼材の製造方法。
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