JP2009161811A - Steel sheet for low yield ratio high strength steel pipe, method for producing the same, and low yield ratio high strength steel pipe - Google Patents

Steel sheet for low yield ratio high strength steel pipe, method for producing the same, and low yield ratio high strength steel pipe Download PDF

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圭治 植田
Shinji Mitao
眞司 三田尾
Shigeru Endo
茂 遠藤
Nobuo Shikauchi
伸夫 鹿内
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a steel sheet for a low yield ratio high strength steel pipe which can stably attain the yield stress YS of ≥650 MPa and the yield ratio YR of ≤90% in the base metal of a steel pipe subjected to cold forming, to provide a method for producing the same, and to provide a low yield ratio high strength steel pipe obtained by subjecting the steel sheet to cold forming. <P>SOLUTION: Disclosed is a steel sheet for a low yield ratio high strength steel pipe having a componential composition comprising, by mass, 0.03 to 0.10% C, 0.05 to 0.50% Si, 1.4 to 3.0% Mn, ≤0.02% P, ≤0.0050% S, ≤0.1% Al and ≤0.0070% N, and further comprising one or two kinds selected from 0.1 to 1.0% Cu and 0.1 to 2.0% Ni, and having a steel structure composed of a mixed structure consisting of bainite having a Vickers hardness Hv of 200 to 330 and insular martensite having a volume fraction of 5 to 20% and a Vickers hardness Hv of 450 to 650. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、建築構造物等に用いられる、高強度かつ低降伏比で高い靭性を有する鋼管用鋼板とその製造方法、および、その鋼板を用いた低降伏比高強度鋼管に関するものである。ここで、本発明における高強度とは、降伏応力YSが650MPa以上、低降伏比とは、降伏比YRが90%以下、高靭性とは、0℃におけるシャルピー吸収エネルギーvEが100J以上であることを意味する。また、本発明における鋼板は、板厚が9mm以上の厚鋼板のことを意味する。 The present invention relates to a steel plate for steel pipes having high strength, low yield ratio and high toughness used for building structures and the like, a manufacturing method thereof, and a low yield ratio high strength steel pipe using the steel plate. Here, the high strength in the present invention is a yield stress YS of 650 MPa or more, a low yield ratio is a yield ratio YR of 90% or less, and a high toughness is a Charpy absorbed energy vE 0 at 0 ° C. of 100 J or more. Means that. The steel plate in the present invention means a thick steel plate having a thickness of 9 mm or more.

近年、建築構造物等の大型化、長スパン化に伴い、それらに使用される鋼材の厚肉化、高強度化が進められている。また、それらの鋼材には、鋼構造物の地震に対する安全性を確保する観点から、高い許容応力を有すると共に、降伏比が低いことが要求されている。   In recent years, with the increase in size and span of building structures and the like, the steel materials used for them are being made thicker and stronger. In addition, these steel materials are required to have a high allowable stress and a low yield ratio from the viewpoint of ensuring the safety of steel structures against earthquakes.

鋼材の降伏比を低くすると、降伏応力以上の荷重が付加されても、破壊までに許容される応力が大きくなり、また、一様伸びも大きくなるため、塑性変形能に優れた鋼材となる。しかし、引張強さTSが780MPaを超えるような高強度鋼材では、強度確保のために合金成分を多量に添加するため、降伏比が上昇し、それに伴って延性や靭性も低下する傾向にある。   If the yield ratio of the steel material is lowered, even if a load higher than the yield stress is applied, the stress allowed until failure increases and the uniform elongation also increases, so that the steel material has excellent plastic deformability. However, in a high-strength steel material having a tensile strength TS exceeding 780 MPa, a large amount of alloy components are added to ensure strength, so that the yield ratio increases and ductility and toughness tend to decrease accordingly.

また最近では、建築構造物の意匠性を重視する観点から、また、梁の取付けなどの構造設計上の自由度を高める観点から、円形断面を持つ鋼管柱の使用が拡大している。円形鋼管の製造方法としては、遠心鋳造法で製造する方法と厚鋼板を冷間成形して製造する方法が一般的であるが、後者の方法で得られる鋼管の方が、耐震性において重要となる破壊靭性特性に優れているほか、生産性や寸法精度、溶接性の面からも有利である。   In recent years, the use of steel pipe columns having a circular cross section has been expanded from the viewpoint of emphasizing the design of building structures and from the viewpoint of increasing the degree of freedom in structural design, such as beam mounting. As a method of manufacturing a circular steel pipe, a method of manufacturing by a centrifugal casting method and a method of manufacturing a thick steel plate by cold forming are generally used, but the steel tube obtained by the latter method is more important in terms of earthquake resistance. In addition to its excellent fracture toughness characteristics, it is also advantageous in terms of productivity, dimensional accuracy, and weldability.

また、鋼板を冷間成形して製造する方法の場合、鋼板が造管時に受ける歪量の指標としては、一般に、素材の板厚をt、鋼管の外径をDとしたとき、(t/D)×100(%)で表される管厚比が用いられている。この(t/D)の値が大きくなるのに伴って加工硬化量が大きくなり、鋼管軸方向の降伏比YRが上昇するため、耐震性の低下を招くことになる。そのため、低降伏比の鋼管を得るには、冷間成形による加工硬化量を考慮し、造管前の素材鋼板の降伏比を十分に低くしておくことが必要となる。   Further, in the case of a method of manufacturing a steel sheet by cold forming, as an index of the amount of strain that the steel sheet undergoes during pipe forming, generally, when the thickness of the material is t and the outer diameter of the steel pipe is D, (t / D) A tube thickness ratio represented by 100 (%) is used. As the value of (t / D) increases, the work hardening amount increases and the yield ratio YR in the steel pipe axial direction increases, resulting in a decrease in earthquake resistance. Therefore, in order to obtain a steel pipe having a low yield ratio, it is necessary to sufficiently reduce the yield ratio of the material steel plate before pipe making in consideration of the work hardening amount by cold forming.

従来、低降伏比でかつ高強度の特性を有する鋼板は、フェライトを主体とし、硬質第2相としてベイナイトあるいはマルテンサイトを分散させたミクロ組織を有するものが一般的であった。そのため、上記鋼板は、フェライトの体積分率が多い場合には、温間成形後の鋼管の母材特性を、降伏応力YSが650MPa以上の高強度でかつ降伏比YRが90%以下の低降伏比とすることが難しいという欠点があった。   Conventionally, steel sheets having a low yield ratio and high strength generally have a microstructure in which ferrite is the main component and bainite or martensite is dispersed as a hard second phase. Therefore, when the steel sheet has a large volume fraction of ferrite, the base material properties of the steel pipe after warm forming are low yield with high yield stress YS of 650 MPa or more and yield ratio YR of 90% or less. There was a drawback that it was difficult to make the ratio.

そこで、高い靭性を有する低降伏比高強度鋼管を安定して得るために、より低降伏比でかつ高強度、高靭性の鋼管用素材(鋼板)の開発が要望され、この要求に応えるための種々の提案がなされている。例えば、特許文献1には、平均粒径20μm以上のフェライト組織中に、ベイナイトおよびマルテンサイトを1〜15%含ませた鋼管用素材の厚鋼板を冷間成形し、鋼管とすることにより、高強度と低降伏比とを達成する技術が記載されている。また、特許文献2には、ベイナイト組織の面積率を90%以上とすることにより、降伏応力650MPa以上を維持しながら冷間曲げ加工性を向上させた技術が記載されている。また、特許文献3には、化学成分を適正範囲に制御すると共に、素材のマルテンサイト比率を80%以上とすることにより、冷間成形後も高強度と低降伏比を達成する技術が記載されている。さらに、特許文献4および特許文献5には、冷間成形後の鋼管を再加熱して焼きならすことにより、高強度と低降伏比を達成する技術が記載されている。
特開2007−039811号公報 特開2007−100190号公報 特開2006−283117号公報 特開平06−128641号公報 特開平06−049541号公報
Therefore, in order to stably obtain high strength steel pipes with low yield ratio and high toughness, development of steel pipe materials (steel plates) with lower yield ratio, high strength and high toughness is required. Various proposals have been made. For example, Patent Document 1 discloses that a steel pipe material thick steel plate containing 1 to 15% of bainite and martensite in a ferrite structure having an average particle diameter of 20 μm or more is cold-formed to form a steel pipe. Techniques for achieving strength and low yield ratio are described. Patent Document 2 describes a technique in which cold bending workability is improved while maintaining a yield stress of 650 MPa or more by setting the area ratio of the bainite structure to 90% or more. Patent Document 3 describes a technique for achieving a high strength and a low yield ratio even after cold forming by controlling the chemical composition within an appropriate range and setting the martensite ratio of the material to 80% or more. ing. Furthermore, Patent Document 4 and Patent Document 5 describe a technique for achieving high strength and a low yield ratio by reheating and normalizing a steel pipe after cold forming.
JP 2007-039811 A JP 2007-100190 A JP 2006-283117 A Japanese Patent Laid-Open No. 06-128641 Japanese Patent Laid-Open No. 06-049541

しかしながら、特許文献1に記載された技術では、フェライトの体積分率が高いため、造管後に安定して降伏応力YS:650MPa以上を達成することは難しい。また、特許文献2および特許文献3に記載された技術では、造管時の冷間成形による加工硬化によって、造管後に降伏比YR:90%以下を達成することが困難であるとともに、延性、靭性等の低下が懸念される。さらに、特許文献4および特許文献5に記載された技術では、冷間成形後の鋼管を、高温で焼きならし処理することが必要であるため、鋼管の表面性状の低下や、製造コストの上昇、リードタイムの延長等の問題がある。   However, in the technique described in Patent Document 1, since the volume fraction of ferrite is high, it is difficult to stably achieve a yield stress YS: 650 MPa or more after pipe forming. Further, in the techniques described in Patent Document 2 and Patent Document 3, it is difficult to achieve a yield ratio YR: 90% or less after pipe forming by work hardening by cold forming during pipe forming, There is concern about a decrease in toughness. Furthermore, in the techniques described in Patent Document 4 and Patent Document 5, since it is necessary to normalize the steel pipe after cold forming at a high temperature, the surface properties of the steel pipe are reduced and the manufacturing cost is increased. There are problems such as extension of lead time.

そこで、本発明の目的は、冷間成形した鋼管における母材の降伏応力YSが650MPa以上、降伏比YRが90%以下を安定して達成することができる高靭性の低降伏比高強度鋼管用鋼板とその製造方法、および、その鋼板を冷間成形した低降伏比高強度鋼管を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is for a high toughness low yield ratio high strength steel pipe that can stably achieve a yield stress YS of a base metal in a cold formed steel pipe of 650 MPa or more and a yield ratio YR of 90% or less. An object of the present invention is to provide a steel plate and a manufacturing method thereof, and a low yield ratio high strength steel pipe obtained by cold forming the steel plate.

発明者らは、上記課題を達成するため、冷間成形して製造する鋼管における強度、降伏比および靭性に及ぼす各種要因について検討を進め、従来技術では、脆くて母材の延性や靭性を低下させることから積極的に利用されていなかった島状マルテンサイトに着目し、さらに研究を重ねた。その結果、冷間成形して製造する鋼管において、母材の降伏応力YS:650MPa以上と降伏比YR:90%以下を安定して達成するには、鋼管の素材となる鋼板の成分組成を適正範囲に制御した上で、さらに鋼板の組織をベイナイトと島状マルテンサイトの混合組織からなるミクロ組織とし、それぞれの体積分率および硬さを適正範囲に制御することが重要であることを見出した。また、上記ミクロ組織を有する鋼板を得るためには、成分組成を適正範囲に制御した鋼素材を熱間圧延終了後、冷却速度と冷却停止温度を適正化した冷却処理を施し、その後さらに、昇温速度と再加熱温度を適正化した再加熱処理を施すことが重要であることを見出した。本発明は、上記知見に、さらに検討を加えてなされたものである。   In order to achieve the above-mentioned problems, the inventors have studied various factors affecting the strength, yield ratio and toughness of steel pipes manufactured by cold forming, and the prior art is brittle and reduces the ductility and toughness of the base metal. Focusing on the island martensite that was not actively used, we further researched it. As a result, in steel pipes manufactured by cold forming, in order to stably achieve the base material yield stress YS: 650 MPa or more and the yield ratio YR: 90% or less, the component composition of the steel plate used as the material of the steel pipe is appropriate. We found that it is important to control the volume ratio and hardness of each steel sheet within the proper range by controlling the volume ratio and hardness of the steel sheet to a microstructure consisting of a mixed structure of bainite and island martensite. . In addition, in order to obtain a steel sheet having the above microstructure, after the hot rolling of the steel material whose component composition is controlled within an appropriate range, a cooling treatment is performed in which the cooling rate and the cooling stop temperature are optimized. It has been found that it is important to perform a reheating process in which the temperature rate and the reheating temperature are optimized. The present invention has been made by further studying the above findings.

すなわち、本発明は、C:0.03〜0.10mass%、Si:0.05〜0.50mass%、Mn:1.4〜3.0mass%、P:0.02mass%以下、S:0.0050mass%以下、Al:0.1mass%以下、N:0.0070mass%以下を含有し、さらに、Cu:0.1〜1.0mass%、Ni:0.1〜2.0mass%のうち1種または2種を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、ビッカース硬さHvが200〜330のベイナイトと、体積分率が5〜20%でビッカース硬さHvが450〜650の島状マルテンサイトとの混合組織からなるミクロ組織を有することを特徴とする低降伏比高強度鋼管用鋼板である。   That is, the present invention is C: 0.03-0.10 mass%, Si: 0.05-0.50 mass%, Mn: 1.4-3.0 mass%, P: 0.02 mass% or less, S: 0 .0050 mass% or less, Al: 0.1 mass% or less, N: 0.0070 mass% or less, and Cu: 0.1 to 1.0 mass%, Ni: 0.1 to 2.0 mass% Bainite containing seeds or two kinds, the balance being composed of Fe and inevitable impurities, Vickers hardness Hv of 200 to 330, volume fraction of 5 to 20% and Vickers hardness Hv of 450 A steel plate for a low-yield-ratio high-strength steel pipe, characterized by having a microstructure composed of a mixed structure with 650 island martensite.

本発明の上記鋼板は、上記成分組成に加えてさらに、Cr:1.0mass%以下、Mo:1.0mass%以下、Nb:0.1mass%以下、V:0.2mass%以下、Ti:0.03mass%以下およびB:0.005mass%以下のうちから選ばれる1種または2種以上、あるいはさらに、Ca:0.005mass%以下、REM:0.02mass%以下およびMg:0.005mass%以下のうちから選ばれる1種または2種以上を含有することを特徴とする。   In addition to the above component composition, the steel sheet of the present invention further includes Cr: 1.0 mass% or less, Mo: 1.0 mass% or less, Nb: 0.1 mass% or less, V: 0.2 mass% or less, Ti: 0 0.03 mass% or less and B: 0.005 mass% or less, or one or more selected from Ca, 0.005 mass% or less, REM: 0.02 mass% or less, and Mg: 0.005 mass% or less 1 type or 2 types or more chosen from among these are contained.

また、本発明は、上記成分組成を有する鋼片を1000〜1250℃に加熱し、800℃以上の温度で熱間圧延を終了後、Ar変態点以上の温度からAr変態点−50℃〜Ar変態点−250℃の温度まで5〜100℃/secの冷却速度で冷却し、その後、600℃〜Ac変態点の温度まで0.5℃/ses以上の昇温速度で再加熱し、空冷することを特徴とする低降伏比高強度鋼管用鋼板の製造方法を提案する。 Further, the present invention is a steel slab having the above component composition is heated to 1000 to 1250 ° C., after completion of the hot rolling at 800 ° C. or higher temperatures, Ar 3 transformation point -50 ° C. from Ar 3 transformation point or more of the temperature -Ar 3 transformation point -cooled to a temperature of 250 ° C. at a cooling rate of 5-100 ° C./sec, and then reheated to a temperature of 600 ° C.-Ac 1 transformation point at a heating rate of 0.5 ° C./ses or higher. And a method of manufacturing a steel plate for a low yield ratio high strength steel pipe, characterized by air cooling.

本発明の製造方法は、上記空冷後の鋼板を、さらに400〜600℃の温度で焼き戻すことを特徴とする。   The production method of the present invention is characterized in that the air-cooled steel sheet is further tempered at a temperature of 400 to 600 ° C.

また、本発明は、上記鋼板あるいは上記方法によって得られた鋼板を、下記(1)式;
t/D×100≦10(%) ・・・(1)
ここで、t:板厚(mm)、D:鋼管外径(mm)
の関係を満たすよう冷間成形した鋼管であって、降伏応力YSが650MPa以上で降伏比YRが90%以下の特性を示すものである低降伏比高強度鋼管である。
Further, the present invention relates to the above steel plate or the steel plate obtained by the above method with the following formula (1):
t / D × 100 ≦ 10 (%) (1)
Where t: plate thickness (mm), D: steel pipe outer diameter (mm)
The steel pipe is cold formed so as to satisfy the above relationship, and has a yield strength YS of 650 MPa or more and a yield ratio YR of 90% or less.

本発明によれば、冷間成形して造管した鋼管母材の降伏応力YSが650MPa以上で、降伏比が90%以下の低降伏比高強度鋼管を安定して製造することができるので、鋼構造物の大型化や耐震性の向上、施工能率向上に大きく寄与することができる。   According to the present invention, since the yield stress YS of the steel pipe base material formed by cold forming is 650 MPa or more, a low yield ratio high strength steel pipe having a yield ratio of 90% or less can be stably produced. This can greatly contribute to the increase in the size of steel structures, the improvement of earthquake resistance, and the improvement of construction efficiency.

まず、本発明の低降伏比高強度鋼管用鋼板の特徴であるミクロ組織について説明する。
本発明の鋼板のミクロ組織は、ベイナイトを主体とし、これに硬質第2相として島状マルテンサイトを含むことが特徴である。ここで、上記ベイナイトは、ビッカース硬さHvが200〜330の範囲にあることが必要である。ベイナイトの硬さHvが200未満では、冷間成形後の鋼管母材の降伏応力:650MPa以上を安定して得ることができず、一方、Hvが330超えでは、冷間成形後の鋼管母材の延性、靭性が低下するからである。好ましくは、ベイナイトの硬さはHv:210〜320の範囲である。
First, the microstructure which is a feature of the steel plate for low yield ratio and high strength steel pipe of the present invention will be described.
The microstructure of the steel sheet of the present invention is characterized by mainly containing bainite and containing island martensite as a hard second phase. Here, the bainite needs to have a Vickers hardness Hv in a range of 200 to 330. If the bainite hardness Hv is less than 200, it is not possible to stably obtain a yield stress of the steel pipe base material after cold forming: 650 MPa or more. On the other hand, if the Hv exceeds 330, the steel pipe base material after cold forming is obtained. This is because the ductility and toughness of the steel deteriorate. Preferably, the hardness of bainite is in the range of Hv: 210-320.

一方、島状マルテンサイトは、ビッカース硬さHvが450〜650の範囲にあり、かつその分率は、体積分率で5〜20%であることが必要である。島状マルテンサイトは、Cが濃縮し、母相(ベイナイト)と比べて硬いため、母材の引張強さTSを高める一方、転位密度が高いため、多量に導入された可動転位によって、母材の降伏応力YSの上昇を抑制する作用があり、高強度と低降伏比の両特性を実現するには、不可欠の組織である。しかし、島状マルテンサイトの硬さHvが450未満では、冷間成形後の鋼管母材の降伏比を90%以下とすることが難しくなる。一方、Hvが650を超えると、冷間成形後の鋼管母材の延性、靭性が低下するようになる。よって、島状マルテンサイトの硬さHvは450〜650の範囲とする。好ましくは、Hv:470〜630の範囲である。   On the other hand, the island-shaped martensite needs to have a Vickers hardness Hv in the range of 450 to 650 and a fraction of 5 to 20% in terms of volume fraction. Insular martensite is harder than the parent phase (bainite) because C is concentrated, and the tensile strength TS of the base material is increased, while the dislocation density is high. This is an indispensable structure for realizing both high strength and low yield ratio characteristics. However, if the hardness Hv of the island martensite is less than 450, it is difficult to make the yield ratio of the steel pipe base material after cold forming 90% or less. On the other hand, when Hv exceeds 650, the ductility and toughness of the steel pipe base material after cold forming are lowered. Therefore, the hardness Hv of the island martensite is in the range of 450 to 650. Preferably, it is the range of Hv: 470-630.

さらに、島状マルテンサイトの分率が、体積分率で5%未満では、造管後の鋼管母材を高強度と低降伏比とを兼備する特性を得ることができず、一方、20%を超えると、鋼管母材の延性、低温靭性が低下する。よって、島状マルテンサイトの分率は、体積分率で5〜20%の範囲とする。好ましくは、6〜18%の範囲である。   Furthermore, if the fraction of island martensite is less than 5% in terms of volume fraction, the steel pipe base material after pipe forming cannot have the characteristics of having both high strength and low yield ratio, while 20% If it exceeds, ductility and low-temperature toughness of the steel pipe base material will decrease. Therefore, the fraction of island martensite is in the range of 5 to 20% in volume fraction. Preferably, it is 6 to 18% of range.

なお、上記島状マルテンサイトの体積分率は、鋼板試料の圧延方向の板厚断面をレペラ腐食(JOURNAL OF METALS、March、1980、p.38−39)し、光学顕微鏡を用いて倍率1000倍で観察し、撮影した組織写真を画像解析して、面積分率を求め、これを体積分率とみなすことにより求めることができる。   The volume fraction of the island-like martensite is obtained by subjecting a thickness cross section in the rolling direction of the steel sheet sample to repeller corrosion (JOURNAL OF METALS, March, 1980, p. 38-39) and a magnification of 1000 times using an optical microscope. It can be obtained by analyzing the image of the tissue photograph observed and photographed, obtaining the area fraction, and regarding this as the volume fraction.

また、ベイナイトおよび島状マルテンサイトの硬さは、鋼板試料の圧延方向断面の1/2tにおける各相の硬さを、微小ビッカース硬さ計を用いて、荷重:9.8×10−3N(1gf)〜2.94×10−1N(30gf)、好ましくは4.9×10−2N(5gf)の条件で、各相少なくとも10粒以上測定し、その平均値を各相の硬さとする。この条件では、試験条件による誤差を無視することができる。 Moreover, the hardness of bainite and island-like martensite is the load of 9.8 × 10 −3 N by using a micro Vickers hardness meter to determine the hardness of each phase at 1/2 t of the rolling section of the steel sheet sample. Under the conditions of (1 gf) to 2.94 × 10 −1 N (30 gf), preferably 4.9 × 10 −2 N (5 gf), at least 10 grains of each phase are measured, and the average value is determined for each phase. Say it. Under these conditions, errors due to test conditions can be ignored.

なお、ベイナイトおよび島状マルテンサイトの組織が非常に細かく、微小ビッカース硬さ計を用いて測定できない場合には、ナノインデンテーション法(押込み法)を用いてもよい。この場合には、荷重:4.9×10−4N(50mgf)〜4.9×10−3N(500mgf)、好ましくは9.8×10−4N(100mgf)の条件で押込み硬さHITを測定し、この値から下記(2)式;
Hv=0.91HIT ・・・(2)
ここで、HIT:ナノインデンテーション法による押込み硬さ
を用いて、ビッカース硬さHvに換算することができる。
In addition, when the structure | tissue of a bainite and an island-like martensite is very fine and cannot measure using a micro Vickers hardness meter, you may use the nanoindentation method (indentation method). In this case, the indentation hardness is a load of 4.9 × 10 −4 N (50 mgf) to 4.9 × 10 −3 N (500 mgf), preferably 9.8 × 10 −4 N (100 mgf). H IT is measured, and from this value, the following equation (2);
Hv = 0.91H IT (2)
Here, H IT : It can convert into Vickers hardness Hv using the indentation hardness by a nanoindentation method.

本発明の鋼板のミクロ組織は、上記ベイナイトおよび島状マルテンサイト以外の残部は、パーライトおよびセメンタイトからなる。ただし、これらの組織は、強度の低下をもたらすため、体積分率にして5%以下であることが好ましい。体積分率で5%以下であれば、鋼板強度に及ぼす悪影響はほぼ無視できるからである。   In the microstructure of the steel sheet of the present invention, the balance other than the bainite and island martensite is made of pearlite and cementite. However, since these tissues cause a decrease in strength, the volume fraction is preferably 5% or less. This is because if the volume fraction is 5% or less, the adverse effect on the steel sheet strength can be almost ignored.

次に、本発明の鋼板が有すべき成分組成について説明する。
C:0.03〜0.10mass%
Cは、鋼の強度を高める効果が大きく、構造用鋼材として必要な強度を確保するのに必要な元素である。Cが0.03mass%未満では、島状マルテンサイトの体積分率5%以上および島状マルテンサイトの硬さHv450以上とすることができないため、冷間成形後の鋼管母材の降伏強度650MPa以上および降伏比90%以下を達成することができない。一方、Cが0.10mass%を超えると、島状マルテンサイトの体積分率20%以下および島状マルテンサイトの硬さHv650以下とすることができなくなるほか、鋼管母材および溶接部の靭性を低下させたり、耐溶接割れ性を劣化させたりする。よって、Cは0.03〜0.10mass%の範囲とする。好ましくは、0.04〜0.09mass%の範囲である。
Next, the component composition that the steel sheet of the present invention should have will be described.
C: 0.03-0.10 mass%
C has a large effect of increasing the strength of steel, and is an element necessary for ensuring the strength necessary for a structural steel material. If C is less than 0.03 mass%, the island-like martensite volume fraction cannot be 5% or more and the hardness of the island-like martensite Hv is 450 or more. Therefore, the yield strength of the steel pipe base material after cold forming is 650 MPa or more. And a yield ratio of 90% or less cannot be achieved. On the other hand, if C exceeds 0.10 mass%, it becomes impossible to make the volume fraction of island martensite 20% or less and the hardness of island martensite Hv650 or less, and toughness of the steel pipe base material and the welded portion Reduce or degrade weld crack resistance. Therefore, C is set to a range of 0.03 to 0.10 mass%. Preferably, it is the range of 0.04-0.09 mass%.

Si:0.05〜0.50mass%
Siは、脱酸剤として、また、鋼の高強度化のために添加される元素であり、0.05mass%以上添加する必要がある。しかし、0.50mass%を超えて添加すると、鋼管母材および溶接部の靭性が低下するとともに、溶接性も低下するようになる。よって、Siは、0.05〜0.50mass%の範囲とする。好ましくは、0.10〜0.45mass%である。
Si: 0.05-0.50 mass%
Si is an element added as a deoxidizer and for increasing the strength of steel, and it is necessary to add 0.05 mass% or more. However, if added over 0.50 mass%, the toughness of the steel pipe base material and the welded portion is lowered, and the weldability is also lowered. Therefore, Si is set to a range of 0.05 to 0.50 mass%. Preferably, it is 0.10 to 0.45 mass%.

Mn:1.4〜3.0mass%
Mnは、鋼の強度を高めるとともに、オーステナイトを安定化させる効果があることから、島状マルテンサイトの生成を促進し、冷間成形後の鋼管母材の降伏応力650MPa以上と降伏比90%以下を達成するために必要な元素である。斯かる効果を得るためには、Mnを1.4mass%以上添加する必要がある。一方、3.0mass%を超えて添加すると、母材の靭性および溶接熱影響部の靭性が低下する。よって、Mnは、1.4〜3.0mass%の範囲とする。好ましくは、1.5〜2.8mass%である。
Mn: 1.4 to 3.0 mass%
Mn increases the strength of steel and stabilizes austenite. Therefore, it promotes the formation of island martensite, yield stress of 650 MPa or more and yield ratio of 90% or less of the steel pipe base material after cold forming. It is an element necessary to achieve this. In order to obtain such an effect, it is necessary to add 1.4 mass% or more of Mn. On the other hand, if added over 3.0 mass%, the toughness of the base material and the toughness of the weld heat affected zone are lowered. Therefore, Mn is in the range of 1.4 to 3.0 mass%. Preferably, it is 1.5 to 2.8 mass%.

P:0.02mass%以下
Pは、鋼の強度を高める効果があるが、靭性を低下させる有害な不純物元素でもあるため、できるかぎり低減するのが望ましい。特に、Pは、0.02mass%を超えて含有すると、この影響が顕著となるため、上限を0.02mass%とする。一方、過度の低減は、精錬コストの上昇を招くため、下限は0.005mass%程度とするのが望ましい。
P: 0.02 mass% or less P has an effect of increasing the strength of steel, but is also a harmful impurity element that lowers toughness. Therefore, it is desirable to reduce it as much as possible. In particular, when P exceeds 0.02 mass%, this effect becomes significant, so the upper limit is made 0.02 mass%. On the other hand, excessive reduction leads to an increase in refining costs, so the lower limit is preferably about 0.005 mass%.

S:0.0050mass%以下
Sは、鋼材の低温靭性を低下させる有害な不純物元素であり、できるだけ低減することが望ましい。特に、Sは、0.0050mass%を超えて含有すると、上記悪影響が顕著となる。よって、Sは0.0050mass%以下とする。
S: 0.0050 mass% or less S is a harmful impurity element that lowers the low-temperature toughness of the steel material, and is desirably reduced as much as possible. In particular, when S is contained in an amount exceeding 0.0050 mass%, the above-described adverse effect becomes remarkable. Therefore, S is set to 0.0050 mass% or less.

Al:0.1mass%以下
Alは、脱酸剤として添加される元素であり、高張力鋼の溶鋼脱酸プロセスに於いて、最も汎用的に使用されている。また、鋼中のNをAlNとして固定し、鋼管母材の靭性向上にも寄与する。このような効果は、Al:0.005mass%以上の添加で認められる。しかし、0.1mass%を超えて添加すると、母材の靭性が低下すると共に、溶接時に溶接金属に混入し、溶接部の靭性が低下する。よって、Alは0.1mass%以下とする。好ましくは、0.01〜0.07mass%の範囲である。
Al: 0.1 mass% or less Al is an element added as a deoxidizer, and is most commonly used in a molten steel deoxidation process of high-strength steel. Further, N in the steel is fixed as AlN, which contributes to improvement of the toughness of the steel pipe base material. Such an effect is recognized by addition of Al: 0.005 mass% or more. However, if added in excess of 0.1 mass%, the toughness of the base material is reduced and mixed with the weld metal during welding, so that the toughness of the welded portion is reduced. Therefore, Al is 0.1 mass% or less. Preferably, it is the range of 0.01-0.07 mass%.

N:0.0070mass%以下
Nは、不可避的不純物として鋼中に含まれてくる元素であり、特に、0.0070mass%を超えて含有すると、母材および溶接部の靭性が低下するようになる。よって、Nは0.0070mass%以下とする。
N: 0.0070 mass% or less N is an element contained in steel as an unavoidable impurity. In particular, when it exceeds 0.0070 mass%, the toughness of the base material and the welded portion decreases. . Therefore, N is set to 0.0070 mass% or less.

本発明の鋼板は、上記成分に加えてさらに、Cu,Niのうちから選ばれる1種または2種を下記範囲で含有する必要がある。
Cu:0.1〜1.0mass%
Cuは、固溶強化能が大きく、母材の高強度化に寄与する。また、オーステナイトを安定化し、オーステナイト中に優先的に濃化することによって焼入れ性を高めるので、島状マルテンサイトの安定生成にも寄与する。したがって、高強度と低降伏比を両立させる上で、Cuは重要な元素である。このような効果を得るには、Cuを0.1mass%以上添加することが必要である。しかし、1.0mass%を超えると、熱間脆性を起こして鋼板の表面性状を劣化させる。よって、Cuは0.1〜1.0mass%の範囲で添加する。好ましくは、0.2〜0.7mass%の範囲である。
In addition to the said component, the steel plate of this invention needs to contain further 1 type or 2 types chosen from Cu and Ni in the following range.
Cu: 0.1 to 1.0 mass%
Cu has a large solid solution strengthening ability and contributes to an increase in strength of the base material. Moreover, since austenite is stabilized and hardenability is improved by preferentially concentrating in austenite, it contributes to the stable formation of island martensite. Therefore, Cu is an important element in achieving both high strength and a low yield ratio. In order to obtain such an effect, it is necessary to add Cu by 0.1 mass% or more. However, if it exceeds 1.0 mass%, it causes hot brittleness and deteriorates the surface properties of the steel sheet. Therefore, Cu is added in the range of 0.1 to 1.0 mass%. Preferably, it is the range of 0.2-0.7 mass%.

Ni:0.1〜2.0mass%
Niは、Cuと同様、本発明では重要な元素であり、オーステナイトを安定化し、オーステナイト中に優先的に濃化することによって焼入れ性を高め、島状マルテンサイトの安定生成に寄与するので、高強度と低降伏比を両立させるのに有用な成分である。また、固溶強化により母材を強化する効果を有すると共に、低温靭性を改善する成分である。このような効果を得るには、Niを0.1mass%以上添加する必要がある。しかし、2.0mass%を超えて添加しても、その効果が飽和し、添加量に見合う効果が得られず、原料コストが上昇するだけである。よって、Niは0.1〜2.0mass%の範囲とする。好ましくは0.2〜1.7mass%の範囲である。
Ni: 0.1 to 2.0 mass%
Ni, like Cu, is an important element in the present invention, which stabilizes austenite and enhances hardenability by preferentially concentrating in austenite and contributes to stable formation of island martensite. It is a useful component for achieving both strength and low yield ratio. Moreover, it is a component which has the effect of strengthening a base material by solid solution strengthening and improves low-temperature toughness. In order to obtain such an effect, it is necessary to add 0.1 mass% or more of Ni. However, even if added over 2.0 mass%, the effect is saturated, an effect commensurate with the amount added cannot be obtained, and the raw material cost only rises. Therefore, Ni is set to a range of 0.1 to 2.0 mass%. Preferably it is the range of 0.2-1.7 mass%.

本発明の鋼板は、鋼の強度向上を目的として、上記基本成分に加えてさらに、Cr,Mo,V,Nb,TiおよびBのうちから選ばれる1種または2種以上添加することができる。
Cr:1.0mass%以下
Crは、鋼の強度向上に有効な成分であり、この効果を得るには、0.05mass%以上添加するのが好ましい。しかし、1.0mass%を超える添加は、母材および溶接部の靭性を低下させるため、1.0mass%以下とするのが好ましい。
In order to improve the strength of the steel, the steel plate of the present invention can be added with one or more selected from Cr, Mo, V, Nb, Ti and B in addition to the above basic components.
Cr: 1.0 mass% or less Cr is an effective component for improving the strength of steel. To obtain this effect, it is preferable to add 0.05 mass% or more. However, since addition exceeding 1.0 mass% reduces the toughness of a base material and a welding part, it is preferable to set it as 1.0 mass% or less.

Mo:1.0mass%以下
Moは、鋼の強度向上に有効な成分であり、この効果を得るには、0.05mass%以上添加することが好ましい。しかし、1.0mass%を超える添加は、母材および溶接部の靭性を低下させるため、1.0mass%以下とするのが好ましい。
Mo: 1.0 mass% or less Mo is an effective component for improving the strength of steel. To obtain this effect, it is preferable to add 0.05 mass% or more. However, since addition exceeding 1.0 mass% reduces the toughness of a base material and a welding part, it is preferable to set it as 1.0 mass% or less.

V:0.2mass%以下
Vは、鋼の強度向上に有効な成分であり、この効果を得るには、0.01mass%以上添加することが好ましい。しかし、0.2mass%を超える添加は、母材および溶接部の靭性を低下させるため、0.2mass%以下とするのが好ましい。
V: 0.2 mass% or less V is an effective component for improving the strength of steel. To obtain this effect, it is preferable to add 0.01 mass% or more. However, since addition exceeding 0.2 mass% reduces the toughness of a base material and a welding part, it is preferable to set it as 0.2 mass% or less.

Nb:0.1mass%以下
Nbは、鋼の強度向上に有効な成分であり、この効果を得るには、0.005mass%以上添加することが好ましい。しかし、0.1mass%を超える添加は、母材および溶接部の靭性を低下させるため、0.1mass%以下とするのが好ましい。
Nb: 0.1 mass% or less Nb is an effective component for improving the strength of steel. To obtain this effect, 0.005 mass% or more is preferably added. However, since addition exceeding 0.1 mass% reduces the toughness of a base material and a welding part, it is preferable to set it as 0.1 mass% or less.

Ti:0.03mass%以下
Tiは、Nとの親和力が強く、凝固時にTiNとして析出して、溶接部の靭性を高めるのに寄与する。しかし、0.03mass%を超えると、母材の靭性が低下するため、0.03mass%以下添加することが好ましい。
Ti: 0.03 mass% or less Ti has a strong affinity for N, and precipitates as TiN during solidification, thereby contributing to increasing the toughness of the weld. However, if it exceeds 0.03 mass%, the toughness of the base material decreases, so 0.03 mass% or less is preferably added.

B:0.005mass%以下
Bは、焼入れ性の向上を介して、鋼の強度を高める効果を有する。しかし、0.005mass%を超える添加は、焼入れ性を著しく高めて、母材の靭性、延性の低下をもたらす。よって、Bは0.005mass%以下添加するのが好ましい。
B: 0.005 mass% or less B has an effect of increasing the strength of steel through the improvement of hardenability. However, addition exceeding 0.005 mass% remarkably increases the hardenability and brings about a decrease in the toughness and ductility of the base material. Therefore, B is preferably added in an amount of 0.005 mass% or less.

本発明の鋼板は、靭性の向上を目的として、上記成分に加えてさらに、Ca,REMおよびMgのうちから選ばれる1種または2種以上を含有することができる。
Ca:0.005mass%以下
Caは、結晶粒の微細化を介して靭性を向上させる効果がある。この効果を得るためには、0.001mass%以上添加するのが好ましい。しかし、0.005mass%超え添加しても、その効果は飽和する。よって、Caは0.005mass%以下添加するのが好ましい。
The steel plate of the present invention can further contain one or more selected from Ca, REM, and Mg in addition to the above components for the purpose of improving toughness.
Ca: 0.005 mass% or less Ca has an effect of improving toughness through refinement of crystal grains. In order to obtain this effect, 0.001 mass% or more is preferably added. However, even if added over 0.005 mass%, the effect is saturated. Therefore, Ca is preferably added in an amount of 0.005 mass% or less.

REM:0.02mass%以下
REMは、Caと同様、結晶粒の微細化を介して靭性を向上させる効果がある。この効果を得るためには、0.002mass%以上添加するのが好ましい。しかし、0.02mass%超え添加しても、その効果は飽和する。よって、REMは0.02mass%以下添加するのが好ましい。
REM: 0.02 mass% or less REM, like Ca, has the effect of improving toughness through crystal grain refinement. In order to obtain this effect, 0.002 mass% or more is preferably added. However, the effect is saturated even if added over 0.02 mass%. Therefore, it is preferable to add REM 0.02 mass% or less.

Mg:0.005mass%以下
Mgは、Caと同様、結晶粒の微細化を介して靭性を向上させる効果がある。この効果を得るためには、0.001mass%以上添加するのが好ましい。しかし、0.005mass%超え添加しても、その効果が飽和する。よって、Mgは0.005mass%以下添加するのが好ましい。
Mg: 0.005 mass% or less Mg, like Ca, has an effect of improving toughness through refinement of crystal grains. In order to obtain this effect, 0.001 mass% or more is preferably added. However, even if added over 0.005 mass%, the effect is saturated. Therefore, Mg is preferably added in an amount of 0.005 mass% or less.

さらに、本発明の鋼板においては、上記成分は、下記(3)式;
Ceq(mass%)=C+Si/24+Mn/6+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14 ・・・(3)
ここで、各元素記号は、それぞれの元素の含有量(mass%)
で定義される炭素当量Ceqが0.47mass%超えとなるよう含有することが好ましい。Ceqを0.47mass%超えとすることによって、冷間成形後の鋼管母材の降伏応力YSをより安定して650MPa以上の高強度とすることができるからである。
Furthermore, in the steel plate of the present invention, the above component has the following formula (3):
Ceq (mass%) = C + Si / 24 + Mn / 6 + Ni / 40 + Cr / 5 + Mo / 4 + V / 14 (3)
Here, each element symbol is the content of each element (mass%)
It is preferable to contain so that the carbon equivalent Ceq defined by may exceed 0.47 mass%. This is because by making Ceq more than 0.47 mass%, the yield stress YS of the steel pipe base material after cold forming can be more stably increased to a high strength of 650 MPa or more.

本発明の鋼板は、上記成分以外の残部は、Feおよび不可避的不純物である。しかし、本発明の効果を害さない範囲であれば、上記以外の成分の含有を拒むものではない。   In the steel sheet of the present invention, the balance other than the above components is Fe and inevitable impurities. However, as long as the effects of the present invention are not impaired, the inclusion of components other than those described above is not rejected.

次に、本発明の鋼板の製造方法について説明する。なお、以降の説明における温度は、鋼板の板厚1/2部の温度のことである。
鋼素材の加熱温度:1000〜1250℃加熱
上述した成分組成を有する鋼を、転炉や電気炉、真空溶解炉等の常法を用いて溶製し、連続鋳造法あるいは造塊−分塊圧延法で鋼素材(スラブ)とし、この鋼素材を1000〜1250℃の温度に加熱し、熱間圧延する。ここで、上記加熱温度が1000℃未満では、熱間圧延での変形抵抗が高くなり、1パス当たりの圧下量を大きくできなくなるため、圧延パス数が増加して圧延能率の低下を招くと共に、スラブ中に存在する鋳造欠陥を圧着できなくなる可能性がある。一方、加熱温度が1250℃を超えると、加熱時のスケール生成量が増加して表面痕が発生しやすく、圧延後の鋼板表面の手入れ負荷が増大する。よって、鋼素材の加熱温度は1000〜1250℃の範囲とする。
Next, the manufacturing method of the steel plate of this invention is demonstrated. In addition, the temperature in subsequent description is a temperature of 1/2 sheet thickness of a steel plate.
Heating temperature of steel material: 1000 to 1250 ° C. Steel having the above-described composition is melted using conventional methods such as converters, electric furnaces, vacuum melting furnaces, etc., and is continuously cast or ingot-bundled. A steel material (slab) is formed by the method, and this steel material is heated to a temperature of 1000 to 1250 ° C. and hot-rolled. Here, if the heating temperature is less than 1000 ° C., the deformation resistance in hot rolling becomes high, and the amount of reduction per pass cannot be increased, so the number of rolling passes increases and the rolling efficiency decreases, There is a possibility that casting defects existing in the slab cannot be crimped. On the other hand, when the heating temperature exceeds 1250 ° C., the amount of scale generated during heating increases and surface traces are likely to occur, and the care load on the steel sheet surface after rolling increases. Therefore, the heating temperature of the steel material is in the range of 1000 to 1250 ° C.

熱間圧延
加熱した鋼素材は、その後、熱間圧延し、板厚が9mm以上の鋼板とする。この際、熱間圧延は、圧延終了温度を800℃以上とする必要がある。圧延終了温度が800℃未満では、変形抵抗が高く、圧延荷重が増大するため、圧延機の負担が増大する。その他の熱延条件については特に制限はなく、所定の板厚および形状を満たすことができればよい。なお、板厚が80mmを超える極厚鋼板の場合には、鋼素材内部のザク欠陥を圧着するため、圧下率が15%以上の圧延を、少なくとも1パス以上行うことが望ましい。また、極厚鋼板の場合、圧延温度を低下させるために、圧延途中で待機することが必要となり、生産性を阻害する。この観点からも、圧延終了温度を800℃以上とする。
Hot rolling The heated steel material is then hot rolled to a steel plate having a thickness of 9 mm or more. At this time, the hot rolling requires the rolling end temperature to be 800 ° C. or higher. If rolling end temperature is less than 800 degreeC, since a deformation resistance is high and a rolling load increases, the burden of a rolling mill will increase. There is no restriction | limiting in particular about other hot rolling conditions, What is necessary is just to be able to satisfy | fill predetermined plate | board thickness and shape. In addition, in the case of a very thick steel plate having a plate thickness exceeding 80 mm, it is desirable to perform rolling at a rolling reduction of 15% or more for at least one pass or more in order to press-bond zaku defects inside the steel material. Moreover, in the case of an extremely thick steel plate, it is necessary to wait in the middle of rolling in order to lower the rolling temperature, which hinders productivity. Also from this viewpoint, the rolling end temperature is set to 800 ° C. or higher.

熱間圧延後の冷却条件
熱間圧延を終了した鋼板は、Ar変態点以上の温度から(Ar変態点−250℃〜Ar変態点−50℃)の冷却停止温度まで、5〜100℃/secの平均冷却速度で加速冷却する必要がある。本発明の製造方法においては、上記冷却停止温度は、特に重要な制御因子であり、冷却停止温度が(Ar変態点−250℃)よりも低くなると、ベイナイトのビッカース硬さがHv330以下を満たさなくなるだけでなく、冷却停止時の残留オーステナイト量が不足し、その後の再加熱、空冷時に残留オーステナイトから生成する島状マルテンサイトの分率を体積分率で5%以上とすることができなくなる。その結果、冷間成形後の鋼管母材の降伏比を90%以下とすることができなくなる。一方、冷却停止温度が(Ar変態点−50℃)よりも高くなると、ベイナイトのビッカース硬さHv200以上を満たさなくなるだけでなく、残留オーステナイトへのCの拡散が進行しないため、ビッカース硬さHv450以上の島状マルテンサイトが生成せず、冷間成形後の鋼管母材の降伏応力を650MPa以上、降伏比90%以下を実現することができなくなる。また、熱間圧延終了後の冷却速度が5℃/sec未満では、冷却後のミクロ組織がフェライト主体の組織となるため、冷間成形して得た鋼管母材の降伏応力を650MPa以上とすることができなくなる。一方、冷却速度が100℃/secを超えると、鋼板内位置による温度ムラが発生し、均一な温度制御が困難となるため、材質のばらつきが大きくなる。
Steel sheet has finished cooling conditions hot rolling after the hot rolling is from Ar 3 transformation point or more of the temperature cooled to stop temperature of (Ar 3 transformation point -250 ° C. to Ar 3 transformation point -50 ° C.), 5 to 100 It is necessary to perform accelerated cooling at an average cooling rate of ° C / sec. In the production method of the present invention, the cooling stop temperature is a particularly important control factor. When the cooling stop temperature becomes lower than (Ar 3 transformation point −250 ° C.), the bainite Vickers hardness satisfies Hv 330 or less. In addition, the amount of retained austenite at the time of cooling stop is insufficient, and the fraction of island-like martensite generated from the retained austenite during subsequent reheating and air cooling cannot be made 5% or more in volume fraction. As a result, the yield ratio of the steel pipe base material after cold forming cannot be made 90% or less. On the other hand, when the cooling stop temperature becomes higher than (Ar 3 transformation point −50 ° C.), not only does it not satisfy the Vickers hardness Hv of 200 or higher of bainite, but also the diffusion of C to the residual austenite does not proceed, so the Vickers hardness Hv450 The above island-like martensite is not generated, and the yield stress of the steel pipe base material after cold forming cannot be realized at 650 MPa or more and a yield ratio of 90% or less. In addition, when the cooling rate after the hot rolling is less than 5 ° C./sec, the microstructure after cooling becomes a structure mainly composed of ferrite. Therefore, the yield stress of the steel pipe base material obtained by cold forming is set to 650 MPa or more. I can't do that. On the other hand, when the cooling rate exceeds 100 ° C./sec, temperature unevenness occurs due to the position in the steel sheet, and uniform temperature control becomes difficult, so that the variation in material becomes large.

再加熱処理
加速冷却終了後の鋼板は、一旦冷却を中断し、その後、600℃〜Ac変態点の温度域まで0.5℃/sec以上の昇温速度で再加熱し、空冷する熱処理を施す必要がある。
というのは、上記のように、熱間圧延終了後、Ar変態点以上の温度域から(Ar変態点−250℃〜Ar変態点−50℃)の温度までを5〜100℃/secで加速冷却した場合、冷却直後の鋼板組織は、ベイナイト主体の組織中に残留オーステナイトが微細に分散したミクロ組織となる。しかし、その後、0.5℃/sec以上の速度で600℃〜Ac変態点までの温度範囲に再加熱し、空冷することにより、微細に分散した残留オーステナイト中にCが拡散して濃化し、島状マルテンサイトが生成し、ベイナイトと島状マルテンサイトの混合組織からなる、本発明が目的とするミクロ組織が得られる。その結果、温間成形後の鋼管母材を、降伏応力650MPa以上でかつ降伏比90%以下の特性とすることができる。
Reheating treatment After the accelerated cooling is finished, the steel plate is temporarily stopped from cooling, and then reheated to a temperature range of 600 ° C to Ac 1 transformation point at a temperature rising rate of 0.5 ° C / sec or more, and then air-cooled. It is necessary to apply.
This is because, as described above, after the end of hot rolling, the temperature range from the Ar 3 transformation point or higher to the temperature of (Ar 3 transformation point −250 ° C. to Ar 3 transformation point −50 ° C.) is 5 to 100 ° C. / When accelerated cooling is performed in sec, the steel sheet structure immediately after cooling is a microstructure in which retained austenite is finely dispersed in a bainite-based structure. However, after that, by reheating to a temperature range from 600 ° C. to Ac 1 transformation point at a rate of 0.5 ° C./sec or more and air cooling, C diffuses and concentrates in finely dispersed residual austenite. In this way, island-like martensite is generated, and the microstructure of the present invention, which is composed of a mixed structure of bainite and island-like martensite, is obtained. As a result, the steel pipe preform after warm forming can have a yield stress of 650 MPa or more and a yield ratio of 90% or less.

上記再加熱における昇温速度が0.5℃/sec未満では、パーライト変態が生じるため、島状マルテンサイトが生成せず、冷間成形後の鋼管母材の降伏応力を650MPa以上、あるいは、冷間成形後の鋼管母材の降伏比を90%以下とすることができなくなる。また、目的とする温度まで再加熱する時間が長くなるため、製造効率が低下する。また、再加熱温度が600℃未満では、残留オーステナイトへのCの濃化が遅くなるため、体積分率5%以上かつビッカース硬さHv450以上の島状マルテンサイトが生成せず、冷間成形後の鋼管母材の降伏応力を650MPa以上、降伏比を90%以下とすることができなくなる。一方、再加熱温度がAc変態点を超えると、ベイナイトが軟化し、ベイナイトのビッカース硬さHvが200以上とならず、冷間成形後の鋼管母材の降伏応力を650MPa以上とすることができなくなる。なお、上記再加熱温度は、残留オーステナイトへのCの拡散を促進させるため、冷却停止温度より100℃以上高温とするのが好ましい。また、再加熱温度での保持時間は、生産性を阻害しないため、15min程度以下とするのが好ましい。再加熱する方法としては、雰囲気炉による加熱、ガス炎による加熱、誘導加熱等を利用できるが、経済性、制御性等を考慮した場合、誘導加熱が好ましい。 When the heating rate in the reheating is less than 0.5 ° C./sec, pearlite transformation occurs, so that island martensite is not generated, and the yield stress of the steel pipe base material after cold forming is 650 MPa or more, or The yield ratio of the steel pipe base material after the hot forming cannot be made 90% or less. Moreover, since the time to reheat to the target temperature becomes long, manufacturing efficiency falls. In addition, when the reheating temperature is less than 600 ° C., the concentration of C in the retained austenite is delayed, so that island martensite having a volume fraction of 5% or more and a Vickers hardness of Hv450 or more is not generated. The yield stress of the steel pipe base material cannot be 650 MPa or more and the yield ratio cannot be 90% or less. On the other hand, when the reheating temperature exceeds the Ac 1 transformation point, the bainite is softened, the bainite Vickers hardness Hv does not become 200 or more, and the yield stress of the steel pipe base material after cold forming may be 650 MPa or more. become unable. In addition, in order to promote the spreading | diffusion of C to a retained austenite, it is preferable that the said reheating temperature shall be 100 degreeC or more higher than a cooling stop temperature. The holding time at the reheating temperature is preferably about 15 minutes or less in order not to impair productivity. As a reheating method, heating by an atmospheric furnace, heating by a gas flame, induction heating, or the like can be used, but in consideration of economy, controllability, etc., induction heating is preferable.

なお、上記Ar変態点およびAc変態点は、いずれも成分組成と相関があり、下記(4)式および(5)式で求めることができる。
Ar変態点(℃)=868−396C+25Si−68Mn−21Cu−36Ni−25Cr−30Mo ・・・(4)
Ac変態点(℃)=751−27C+18Si−12Mn−23Cu−23Ni+24Cr+23Mo−40V−6Ti+233Nb−169Al−895B ・・・(5)
ここで、上記各元素記号は、それぞれの含有量(mass%)を意味する。
The Ar 3 transformation point and the Ac 1 transformation point both have a correlation with the component composition, and can be obtained by the following formulas (4) and (5).
Ar 3 transformation point (° C.) = 868-396C + 25Si-68Mn-21Cu-36Ni-25Cr-30Mo (4)
Ac 1 transformation point (° C.) = 751-27C + 18Si-12Mn-23Cu-23Ni + 24Cr + 23Mo-40V-6Ti + 233Nb-169Al-895B (5)
Here, each said element symbol means each content (mass%).

なお、本発明の鋼板は、上記再加熱処理後、室温まで冷却した後、400〜600℃の温度にさらに再加熱し、焼戻し処理を施してもよい。この焼戻し処理により、さらに靭性を向上させることができる。この焼戻し処理により、ミクロ組織は、ベイナイトと焼戻された硬質相の島状マルテンサイトとなるが、島状マルテンサイトの硬さが母相のベイナイトよりも十分に高ければ、高強度と低降伏比とを兼備した特性を得ることができる。このような焼戻しの効果を得るためには、400℃以上に再加熱することが好ましい。しかし、600℃を超える加熱は、強度の低下を招く。よって、焼戻し処理の温度は、400〜600℃の範囲とするのが好ましい。   In addition, after the steel plate of this invention is cooled to room temperature after the said reheating process, it may further reheat to the temperature of 400-600 degreeC, and may give a tempering process. This tempering treatment can further improve toughness. By this tempering process, the microstructure becomes bainite and tempered island martensite, but if the hardness of the island martensite is sufficiently higher than the parent phase bainite, high strength and low yield are achieved. The characteristic which combines the ratio can be obtained. In order to obtain such a tempering effect, it is preferable to reheat to 400 ° C. or higher. However, heating exceeding 600 ° C. causes a decrease in strength. Therefore, the temperature of the tempering treatment is preferably in the range of 400 to 600 ° C.

次に、本発明の鋼板を用いた低降伏比高強度鋼管の製造方法について説明する。
本発明の低降伏比高強度鋼管は、上記のようにして得た鋼板を、冷間成形し、板厚t(mm)および鋼管外径D(mm)が、下記(1)式;
t/D×100≦10(%) ・・・(1)
の関係式を満たす寸法の鋼管とするところに特徴がある。上記(1)式を満たす必要がある理由は、t/D×100が10%を超えると、素材の鋼板が加工硬化して、延性や靭性が低下するとともに、降伏比90%以下を満たすことができなくなるためである。
Next, the manufacturing method of the low yield ratio high strength steel pipe using the steel plate of this invention is demonstrated.
The low yield ratio high strength steel pipe of the present invention is obtained by cold forming the steel sheet obtained as described above, and the thickness t (mm) and the steel pipe outer diameter D (mm) are expressed by the following formula (1):
t / D × 100 ≦ 10 (%) (1)
It is characterized by the fact that the steel pipe has a dimension that satisfies the relational expression. The reason why the above formula (1) needs to be satisfied is that when t / D × 100 exceeds 10%, the steel plate of the material is work-hardened, the ductility and toughness are reduced, and the yield ratio is 90% or less. It is because it becomes impossible.

以上説明したように、上記成分組成を満たす鋼素材を、上記熱延条件、冷却条件および再加熱、空冷条件を満たして、あるいはさらに上記焼戻し条件を満たして鋼板とすることにより、適正な硬さと分率を有するベイナイトと島状マルテンサイトの混合組織からなるミクロ組織を有する鋼板を得ることができる。そして、この鋼板を冷間成形して鋼管とすることにより、鋼管母材の降伏応力が650MPa以上で降伏比が90%以下の特性を有する低降伏比高強度鋼管を得ることができる。   As described above, a steel material that satisfies the above component composition is made into a steel sheet that satisfies the above hot rolling conditions, cooling conditions and reheating, air cooling conditions, or further satisfies the above tempering conditions to form a steel sheet. A steel sheet having a microstructure composed of a mixed structure of bainite and island martensite having a fraction can be obtained. And by cold-forming this steel sheet into a steel pipe, a low-yield-ratio high-strength steel pipe having the characteristics that the steel pipe base material has a yield stress of 650 MPa or more and a yield ratio of 90% or less can be obtained.

表1に示した成分組成を有する鋼を転炉、取鍋精錬で溶製し、その鋼を連続鋳造して鋼素材とし、その後、表2に示した条件で熱間圧延し、加速冷却し、再加熱して一定時間保持後、空冷し、板厚が12〜45mmの鋼板とした。さらに、一部の鋼板については、その後、焼戻し処理を施した。上記のようにして得た鋼板の板厚1/2位置から、JIS Z2202(1998)の規定に準拠してVノッチ衝撃試験片を採取し、JIS Z2242(1998)の規定に準拠してシャルピー衝撃試験を実施し、0℃における吸収エネルギー(vE)を測定し、母材の靭性を評価した。
また、得られた各鋼板の圧延方向断面をレペラ腐食し、光学顕微鏡を用いて倍率1000倍でミクロ組織を観察して、組織の構成を調べると共に、撮影した組織写真を画像解析して島状マルテンサイトの体積分率を求めた。また、ベイナイトおよび島状マルテンサイトの硬さHvを、微小ビッカース硬さ計とナノインデンテーション法(押込み法)で測定した。
Steel with the composition shown in Table 1 is melted by a converter and ladle refining, and the steel is continuously cast into a steel material, then hot rolled under the conditions shown in Table 2 and accelerated cooled. Then, after reheating and holding for a certain period of time, it was air-cooled to obtain a steel plate having a thickness of 12 to 45 mm. Furthermore, about some steel plates, the tempering process was performed after that. A V-notch impact test piece was taken from the position of the steel sheet obtained as described above in accordance with the provisions of JIS Z2202 (1998), and Charpy impact was performed according to the provisions of JIS Z2242 (1998). The test was carried out, the absorbed energy (vE 0 ) at 0 ° C. was measured, and the toughness of the base material was evaluated.
In addition, the obtained steel sheet was subjected to repeller corrosion in the rolling direction cross section of each steel sheet, the microstructure was observed at a magnification of 1000 times using an optical microscope, and the structure of the structure was examined. The volume fraction of martensite was obtained. Further, the hardness Hv of bainite and island martensite was measured by a micro Vickers hardness meter and a nanoindentation method (indentation method).

次いで、上記鋼板を冷間成形して、表3に示した(t/D)の寸法の鋼管としたのち、その鋼管から管軸方向に平行にJIS12B号引張試験片を採取し、JIS Z2241(1998)の規定に準拠して引張試験を実施し、降伏応力YS、引張強さTSおよび伸びElを測定し、降伏比YRを求めた。   Next, the steel sheet was cold-formed into a steel pipe having the dimensions (t / D) shown in Table 3, and then a JIS No. 12B tensile test piece was taken from the steel pipe in parallel with the pipe axis direction, and JIS Z2241 ( 1998), a tensile test was performed, the yield stress YS, the tensile strength TS, and the elongation El were measured, and the yield ratio YR was determined.

Figure 2009161811
Figure 2009161811

Figure 2009161811
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上記測定結果を表3に示した。本発明に適合する発明例の鋼板は、いずれもミクロ組織がベイナイトと島状マルテンサイトからなり、シャルピー吸収エネルギーvEが100Jを超える高い靭性を有するとともに、その鋼板を冷間成形して得られた鋼管の母材は、降伏応力YSが650MPa以上、引張強さTSが780MPa以上、降伏比YRが90%以下、全伸びElが16%以上の高強度、高延性かつ低降伏比の特性を有するものとなる。
これに対して、本発明の条件を外れる比較例の鋼板は、ミクロ組織が本発明の条件を満たさず、その結果、鋼板の靭性が劣っているか、あるいは、造管後の母材の降伏応力YS、降伏比YRのうちのいずれか1以上の特性が目標特性を満たしていない。
The measurement results are shown in Table 3. Inventive steel sheets suitable for the present invention are obtained by cold forming the steel sheets, both having a microstructure consisting of bainite and island martensite, and having a high toughness with Charpy absorbed energy vE 0 exceeding 100 J. The steel pipe base metal has the characteristics of high strength, high ductility and low yield ratio with yield stress YS of 650 MPa or more, tensile strength TS of 780 MPa or more, yield ratio YR of 90% or less, and total elongation El of 16% or more. It will have.
On the other hand, the steel sheet of the comparative example that deviates from the conditions of the present invention has a microstructure that does not satisfy the conditions of the present invention, and as a result, the toughness of the steel sheet is inferior, or the yield stress of the base material after pipe forming One or more characteristics of YS and yield ratio YR do not satisfy the target characteristics.

Figure 2009161811
Figure 2009161811

本発明の低降伏比高強度鋼管は、高強度かつ低降伏比で高い靭性を有するので、建築構造物のほか、ラインパイプや橋梁、鉄塔、海洋構造物等に好適に用いることができる。   Since the low yield ratio high strength steel pipe of the present invention has high strength and low yield ratio and high toughness, it can be suitably used for building pipes, bridges, steel towers, offshore structures, and the like.

Claims (7)

C:0.03〜0.10mass%、
Si:0.05〜0.50mass%、
Mn:1.4〜3.0mass%、
P:0.02mass%以下、
S:0.0050mass%以下、
Al:0.1mass%以下、
N:0.0070mass%以下を含有し、さらに、
Cu:0.1〜1.0mass%、Ni:0.1〜2.0mass%のうち1種または2種を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、ビッカース硬さHvが200〜330のベイナイトと、体積分率が5〜20%でビッカース硬さHvが450〜650の島状マルテンサイトとの混合組織からなるミクロ組織を有することを特徴とする低降伏比高強度鋼管用鋼板。
C: 0.03-0.10 mass%,
Si: 0.05-0.50 mass%,
Mn: 1.4 to 3.0 mass%,
P: 0.02 mass% or less,
S: 0.0050 mass% or less,
Al: 0.1 mass% or less,
N: 0.0070 mass% or less,
It contains one or two of Cu: 0.1 to 1.0 mass%, Ni: 0.1 to 2.0 mass%, and the balance is composed of Fe and inevitable impurities, and has a Vickers hardness. Low yield ratio high, characterized by having a microstructure comprising a mixed structure of bainite having a Hv of 200 to 330 and an island martensite having a volume fraction of 5 to 20% and a Vickers hardness Hv of 450 to 650 Steel sheet for strength steel pipe.
上記成分組成に加えてさらに、Cr:1.0mass%以下、Mo:1.0mass%以下、Nb:0.1mass%以下、V:0.2mass%以下、Ti:0.03mass%以下およびB:0.005mass%以下のうちから選ばれる1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1に記載の低降伏比高強度鋼管用鋼板。 In addition to the above component composition, Cr: 1.0 mass% or less, Mo: 1.0 mass% or less, Nb: 0.1 mass% or less, V: 0.2 mass% or less, Ti: 0.03 mass% or less, and B: The steel plate for low yield ratio and high strength steel pipe according to claim 1, comprising one or more selected from 0.005 mass% or less. 上記成分組成に加えてさらに、Ca:0.005mass%以下、REM:0.02mass%以下およびMg:0.005mass%以下のうちから選ばれる1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の低降伏比高強度鋼管用鋼板。 In addition to the above component composition, it further contains one or more selected from Ca: 0.005 mass% or less, REM: 0.02 mass% or less, and Mg: 0.005 mass% or less. The steel plate for low yield ratio and high strength steel pipes according to claim 1 or 2. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の成分組成を有する鋼片を1000〜1250℃に加熱し、800℃以上の温度で熱間圧延を終了後、Ar変態点以上の温度からAr変態点−50℃〜Ar変態点−250℃の温度まで5〜100℃/secの冷却速度で冷却し、その後、600℃〜Ac変態点の温度まで0.5℃/ses以上の昇温速度で再加熱し、空冷することを特徴とする低降伏比高強度鋼管用鋼板の製造方法。 The steel slab having the component composition according to any one of claims 1 to 3 is heated to 1000 to 1250 ° C, and after hot rolling is finished at a temperature of 800 ° C or higher, the temperature from Ar 3 transformation point or higher to Ar 3 transformation point −50 ° C. to Ar 3 transformation point—cooled at a cooling rate of 5 to 100 ° C./sec to a temperature of 250 ° C., then 0.5 ° C./ses or more to a temperature of 600 ° C. to Ac 1 transformation point A method for producing a steel plate for a low-yield-ratio high-strength steel pipe, which is reheated at a rate of temperature rise and air-cooled. 上記空冷後の鋼板を、さらに400〜600℃の温度で焼き戻すことを特徴とする請求項4に記載の低降伏比高強度鋼管用鋼板の製造方法。 The method for producing a steel plate for a low yield ratio high strength steel pipe according to claim 4, wherein the steel plate after air cooling is further tempered at a temperature of 400 to 600 ° C. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の鋼板を、板厚t(mm)と鋼管外径D(mm)とが、下記(1)式の関係を満たすよう冷間成形した鋼管であって、降伏応力YSが650MPa以上で降伏比YRが90%以下の特性を示すものである低降伏比高強度鋼管。

t/D×100≦10(%) ・・・(1)
ここで、t:板厚(mm)、D:鋼管外径(mm)
A steel pipe obtained by cold forming the steel sheet according to any one of claims 1 to 3 so that a thickness t (mm) and a steel pipe outer diameter D (mm) satisfy a relationship of the following formula (1): A low-yield-ratio high-strength steel pipe having a yield stress YS of 650 MPa or more and a yield ratio YR of 90% or less.
T / D × 100 ≦ 10 (%) (1)
Where t: plate thickness (mm), D: steel pipe outer diameter (mm)
上記鋼管用鋼板は、請求項4または5に記載の方法によって得られたものであることを特徴とする請求項6に記載の低降伏比高強度鋼管。 The low yield ratio high strength steel pipe according to claim 6, wherein the steel pipe steel sheet is obtained by the method according to claim 4 or 5.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2016180171A (en) * 2015-03-25 2016-10-13 Jfeスチール株式会社 Non-heat treated low yield ratio high tensile strength thick steel sheet and manufacturing method therefor
EP2484791A4 (en) * 2009-09-30 2017-01-18 JFE Steel Corporation Steel plate having low yield ratio, high strength and high uniform elongation and method for producing same
WO2018088214A1 (en) * 2016-11-10 2018-05-17 株式会社神戸製鋼所 High strength steel

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