JP2013112866A - 鋼板内の材質均一性に優れた高強度高靭性厚肉鋼板及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】質量%で、C:0.04〜0.2%、Si:0.01〜0.5%、Mn:0.5〜2.5%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、かつ下記式(1)で示す炭素当量Ceqが0.50以下であり、金属組織がフェライトとベイナイトとマルテンサイトからなる組織であり、鋼板表層部分のマルテンサイトが体積分率で15%以下であり、板厚方向の硬さのばらつきがビッカース硬さでΔHV50以下であることを特徴とする鋼板内の材質均一性に優れた高強度高靭性厚肉鋼板。
【数1】
【選択図】なし
Description
はじめに、本発明の鋼の成分組成を規定した理由を説明する。なお、成分%は、すべて質量%を意味する。
Cは0.04%未満では十分な強度が確保できず、0.2%を超えると厚肉高強度鋼材で板厚方向の硬度ばらつきが生じやすくなるため、また靭性を劣化させるため、C量は0.04〜0.2%の範囲とする。好ましくは、0.04〜0.15%の範囲である。
Siは脱酸に必要な元素であるが、0.01%未満では脱酸効果が十分でなく、0.5%を超えると靭性や溶接性を劣化させるため、Si量は0.01〜0.5%の範囲とする。
Mnは強度、靭性向上のために必要であるが、0.5%未満ではその効果が十分でなく、2.5%を超えると、厚肉高強度鋼材で、板厚方向の硬度ばらつきが生じやすくなるため、また溶接部の特性が劣化するため、Mn量は0.5〜2.5%の範囲とする。好ましくは、0.5〜2.0%の範囲である。
炭素当量(Ceq)は下記式(1)により求める。
炭素当量(Ceq)が0.50を超えると厚肉高強度鋼材で板厚方向の硬度ばらつきが生じやすくなるため、また溶接性を劣化させるため炭素当量(Ceq)は0.50以下とする。
Cuは靭性の改善と強度の上昇に有効な元素であるが、多く含有すると鋼板表面に割れが生じやすくなるため、Cuを含有する場合、その量は1.0%以下とすることが好ましい。
Niは靭性の改善と強度の上昇に有効な元素であるが、多く含有するとコストが著しく増大するため、Niを含有する場合、その量は1.0%以下とすることが好ましい。
CrはMnと同様に低Crでも十分な強度を得るために有効な元素であるが、多く含有すると溶接性を劣化させるため、Crを含有する場合、その量は1.0%以下とすることが好ましい。
Moは靭性の改善と強度の上昇に有効な元素であるが、多く含有すると溶接性が劣化するため、Moを含有する場合、その量は0.5%以下とすることが好ましい。
Nb、VおよびTiは、鋼板の強度および靭性を高めるために含有する選択元素であり、要求強度に応じて、1種または2種以上を含有してもよい。
Nbは、0.005%未満では効果が無く、0.05%を超えると溶接部の靭性が劣化するので、Nbを含有する場合、その量は0.005〜0.05%の範囲とするのが好ましい。さらに好適には、0.005〜0.03%の範囲である。
Vは、0.005%未満では効果が無く、0.1%を超えると溶接部の靭性が劣化するので、Vを含有する場合、その量は0.005〜0.1%の範囲とするのが好ましい。さらに好適には、0.005〜0.06%の範囲である。
Tiは、0.005%未満では効果が無く、0.05%を超えると溶接部の靭性が劣化するので、Tiを含有する場合、その量は0.005〜0.05%の範囲とするのが好ましい。さらに好適には、0.005〜0.02%の範囲である。
Bは強度を高めるのに有効な元素であるが、0.0003%未満ではその効果が十分でなく、0.003%を超えると溶接部の靱性を著しく低下させるため、Bを含有する場合、その量は0.0003〜0.003%の範囲とするのが好ましい。さらに好適には、0.0003〜0.0015%の範囲である。
Caは延靭性を高めるのに有効な元素であるが、0.0003%未満ではその効果が十分でなく、0.005%を超えると逆に延靭性を低下させるため、Caを含有する場合、その量は0.0003〜0.005%の範囲とするのが好ましい。さらに好適には、0.0003〜0.003%の範囲である。
引張強さ490MPa以上の高強度化を図るために、金属組織は、フェライトとベイナイトとマルテンサイトからなる組織とする。特に、表層部分は、圧延後の冷却時に板厚中心部に比べて冷却速度が速いことから、マルテンサイトや島状マルテンサイト(MA)等の硬質相が生成し易く、表層硬さが上昇し、鋼板内の硬さのばらつきが増大して材質均一性が低下する。表層硬さの上昇を抑制するため、表層部分のマルテンサイトは体積分率で15%以下とする。
板厚方向の硬さのばらつきがビッカース硬さでΔHV50以下とする。鋼板の強度や伸び、成形性、耐HIC性、耐SSCC性能などの観点から、鋼板内の硬さのばらつき抑制が要求される。板厚方向の硬さのばらつきがビッカース硬さでΔHV50を超えた場合は、上記特性に悪影響を及ぼす。例えば、鋼板表層部の硬さが鋼板内部に比べてΔHV50を超えて硬くなった場合は、成形後にスプリングバックが起こりやすくなったり、硫化水素に対する割れ感受性が高まったりする。
本発明に係る高強度高靱性厚肉鋼板は、以下に示す製造条件で製造することができる。
鋼片加熱温度が900℃未満ではミクロ組織の均質化が不十分で必要な強度、靱性が得られず、1200℃を超えると靭性が劣化するため、鋼片加熱温度は、900℃以上1200℃以下とする。なお、ここでの温度は加熱炉の炉内温度であり、鋼片はこの温度に中心部まで十分に加熱されるものとする。
圧延終了温度は、鋼板表面温度で700℃未満では、冷却の開始が遅れ十分な強度を得ることができなくなり、900℃を超えるとミクロ組織が粗くなり靱性が劣化するため、圧延終了温度は、鋼板表面温度で700℃以上900℃以下とする。なお、鋼板の表面温度は放射温度計等で測定することができる。
第1回目の冷却開始温度は鋼板の表面温度で700℃未満では、鋼板表層部の組織を制御する最終回以外の冷却により鋼板全体の温度が下がりすぎてしまい、最終回の冷却で十分な強度が得られなくなるため、第1回目の冷却開始温度は鋼板の表面温度で700℃以上とする。
なお、2回目以降、最終回以外の冷却開始温度は、特に限定しない。すなわち、各回の冷却終了後、鋼板表面温度が復熱途中あるいは完全に復熱した状態のどちらの状態から冷却を開始しても、他の冷却条件が満たされていれば、冶金的な効果は変わりないので、限定しない。
鋼板表面の冷却速度を100℃/s以上とし、短時間の冷却を行った場合、板厚中心部の温度はほとんど低下せず、鋼板表面のミクロ組織のみを造りこむことができる。一方、100℃/s未満のときは、鋼板表面のミクロ組織を変化させるために冷却時間が長くなり、板厚中心部の組織変化も考慮した冷却条件となるため、冷却速度と冷却時間の関係を厳密に制御する必要が生じるだけでなく、設定条件外れとなる確率も増えてしまう。したがって、最終冷却以外の冷却の冷却速度は、鋼板表面の冷却速度で100℃/s以上とする。
鋼板表層部分を、400℃以上650℃以下の温度域を通過させることにより、フェライトとベイナイト相を生成させる。冷却停止温度が400℃未満になると、硬質なマルテンサイト相が生成してしまう。一方、650℃を超える温度ではフェライトとベイナイト相の生成が十分に起こらない。したがって、1段目の冷却停止温度は鋼板の表面で400℃以上650℃以下とする。
最終回の冷却開始温度を鋼板表面温度で600℃以上とする。最終冷却の冷却開始温度は、復熱途中の温度または復熱後のどちらの温度でもかまわないが、鋼板表面の温度が600℃以上にならなければ、鋼板全体の温度も600℃以下ということであり、最終冷却の冷却をいかに行っても十分な強度を得ることができない。したがって、最終冷却の冷却開始温度は鋼板表面温度で600℃以上とする。
鋼板平均の冷却速度で4℃/s以下であると強度上昇効果が十分に得られなくなるため、4℃/s以上とする。なお、鋼板の厚みが大きくなると、板厚方向中央部の冷却速度は鋼中の熱伝導律速となるため、板厚100mmの鋼板平均冷却速度の物理限界は、凡そ4℃/sである。また、この冷却条件を厚肉鋼板で得ようとする場合には、鋼板表面でその温度が200℃以上の温度域において鋼板表面の冷却速度として100℃/sを超える冷却を行う必要がある。
合金元素を削減し合理化した化学成分の鋼においては、600℃を超える温度で冷却を停止すると十分な高強度化が得られないため、冷却停止温度は鋼板の平均温度で600℃以下とする。
鋼板表面温度が400℃以上650℃以下になっている時間の合計が2秒以上となる条件とする。鋼板表面の冷却速度が100℃/s以上の場合、第1回目の冷却中はフェライトまたはベイナイト相の生成はないが、冷却停止後の復熱中、あるいは第2回目以降の冷却中と復熱中にフェライトまたはベイナイト相が生成する。650℃以上ではフェライトまたはベイナイト相は生成せず、一方、400℃未満に冷却してしまうと、マルテンサイト相が生成してしまう。また、フェライトまたはベイナイト相生成分率を十分に得て、マルテンサイトの鋼板表層部における体積分率を15%以下未満にするためには、400℃以上650℃以下になっている時間の合計を第1回目の冷却中の時間も含めて2秒以上とする必要がある。なお、400℃以上650℃以下になっている時間は連続していなくてもよく、積算して2秒以上になっていればよい。
さらに上記製造方法に加えて、最終冷却の初期段階として、高衝突圧のデスケーリングを行うことが望ましい。圧延後の鋼板においては、圧延前および圧延中のデスケーリング等によりスケールが除去される。しかし、複数回の冷却中に鋼板表面が復熱により高温状態にある時間が長くなると、再びスケールの厚みが増加する。スケール厚みが大きくなると、部分的にスケールの剥離が生じることがある。スケール厚みにばらつきがあるとその厚みに応じて鋼板表面の冷却速度も変化してしまい、その冷却速度に応じて鋼板表面の硬度も変化してしまう。
必要により焼戻し熱処理を行うことができる。焼戻し熱処理は、強度と靭性のバランスを調整するために行う。熱処理温度としては700℃以下とする。700℃を超えると強度の低下が著しくなるため、焼戻し熱処理温度は700℃以下とする。
Claims (9)
- 更に、質量%で、Cu:1.0%以下、Ni:1.0%以下、Cr:1.0%以下、Mo:0.5%以下の中から選ばれる1種又は2種以上を含有することを特徴とする請求項1に記載の鋼板内の材質均一性に優れた高強度高靭性厚肉鋼板。
- 更に、質量%で、Nb:0.005〜0.05%、V:0.005〜0.1%、Ti:0.005〜0.05%の中から選ばれる1種又は2種以上を含有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の鋼板内の材質均一性に優れた高強度高靭性厚肉鋼板。
- 更に、質量%で、B:0.0003〜0.003%を含有することを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の鋼板内の材質均一性に優れた高強度高靭性厚肉鋼板。
- 更に、質量%で、Ca:0.0003〜0.005%を含有することを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の鋼板内の材質均一性に優れた高強度高靭性厚肉鋼板。
- 請求項1乃至5の何れか1項に記載の化学成分を有する鋼片を、900℃以上1200℃以下の温度に加熱し、圧延終了温度が、鋼板表面温度で700℃以上900℃以下となる熱間圧延を行った後、第1回目の冷却を鋼板表面温度が700℃以上の温度域から開始し、鋼板表面冷却速度を100℃/s以上とし、鋼板表面温度が400℃以上650℃以下の温度域まで、鋼板表面温度が650℃以下である時間の合計が2秒以上となる条件で1回または2回以上の冷却を行い、続いて、鋼板表面温度が600℃以上から鋼板平均冷却速度が4℃/s以上で、鋼板平均温度が600℃以下となる最終冷却を行うことを特徴とする鋼板内の材質均一性に優れた高強度高靭性厚肉鋼板の製造方法。
- 請求項1乃至5の何れか1項に記載の化学成分を有する鋼片を、900℃以上1200℃以下の温度に加熱し、圧延終了温度が、鋼板表面温度で700℃以上900℃以下となる熱間圧延を行った後、第1回目の冷却を鋼板表面温度が700℃以上の温度域から開始し、鋼板表面冷却速度を100℃/s以上とし、鋼板表面温度が400℃以上650℃以下の温度域まで、鋼板表面温度が650℃以下である時間の合計t1秒が下記式(2)を満たすt1秒となる条件で1回または2回以上の冷却を行い、続いて、最終冷却の初期段階として、鋼板表面温度が600℃以上から鋼板平均冷却速度を20℃/s以上100℃/s以下とし、鋼板表面温度が400℃以上650℃以下の温度域までの冷却時間t2秒が下記式(2)を満たすt2秒となる条件で冷却を行い、その後、鋼板平均冷却速度を4℃/s以上とし、鋼板平均温度が600℃以下となるまで最終冷却を行うことを特徴とする鋼板内の材質均一性に優れた高強度高靭性厚肉鋼板の製造方法。
- 請求項1乃至5の何れか1項に記載の化学成分を有する鋼片を、900℃以上1200℃以下の温度に加熱し、圧延終了温度が、鋼板表面温度で700℃以上900℃以下となる熱間圧延を行った後、第1回目の冷却を鋼板表面温度が700℃以上の温度域から開始し、鋼板表面冷却速度を100℃/s以上とし、鋼板表面温度が400℃以上650℃以下の温度域まで、鋼板表面温度が650℃以下である時間の合計t1秒が下記式(2)を満たすt1秒となる条件で1回または2回以上の冷却を行い、続いて、最終冷却の初期段階として、鋼板表面での噴射流の衝突圧が1MPa以上でデスケーリングを行い、デスケーリング後5秒以内に、鋼板表面温度が600℃以上から鋼板平均冷却速度を20℃/s以上100℃/s以下とし、鋼板表面温度が400℃以上650℃以下の温度域までの冷却時間t2秒が下記式(2)を満たすt2秒となる条件で冷却を行い、その後、鋼板平均冷却速度を4℃/s以上とし、鋼板平均温度が600℃以下となるまで最終冷却を行うことを特徴とする鋼板内の材質均一性に優れた高強度高靭性厚肉鋼板の製造方法。
- 請求項6乃至8の何れか1項に記載の製造方法で得られた鋼板を、700℃以下の温度で焼戻し熱処理することを特徴とする鋼板内の材質均一性に優れた高強度高靭性厚肉鋼板の製造方法。
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