JP2013151732A - 脆性亀裂伝播停止特性に優れた構造用高強度厚鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】金属組織がベイナイト主体であり、板厚中央部におけるRD//(110)面の集積度が1.5以上の集合組織を有し、かつ表層部および板厚中央部におけるシャルピー破面遷移温度vTrsが−40℃以下であることを特徴とする脆性亀裂伝播停止特性に優れ、より好ましくは、板厚中央部のシャルピー破面遷移温度およびRD//(110)面の集積度が、下記(1)式を満たす厚鋼板。vTrs(1/2t)−12×IRD//(110)[1/2t]≦−70・・・(1)、 vTrs(1/2t) : 板厚中央部の破面遷移温度 (℃)、 I RD//(110)[1/2t] : 板厚中央部のRD//(110)集積度
【選択図】なし
Description
1.板厚50mmを超える厚鋼板について、標準ESSO試験を行い、図1(a)に模式的に示すような、短い亀裂の分岐3aが確認された場合に、高いアレスト性が得られることを確認した。亀裂の分岐3aにより応力が緩和さるためと推測される。図1(a)(b)は標準ESSO試験片1のノッチ2から突入した亀裂3が母材5において先端形状4で伝播を停止したことを模式的に示す。
2.上記の破面形態を得るためには、亀裂を分岐させる組織形態にする必要があるが、フェライトを主体とする鋼組織よりも、内部にパケット等が存在するベイナイトを主体とする鋼組織のほうが有利であり、また、へき開面である(100)面を亀裂の進展方向である圧延方向あるいは板幅方向に対して斜めに集積させることが有効である。
3.標準ESSO試験の破面を詳細に観察・解析した結果、亀裂の先端部となる板厚中央部の材質を制御することがアレスト性能改善に効果的であり、特に板厚中央部の靭性および集合組織に関する指標として下記(1)式をみたすことが有効である。
vTrs(1/2t)−12×IRD//(110)[1/2t]≦−70・・・(1)
vTrs(1/2t) : 板厚中央部の破面遷移温度 (℃)
IRD//(110)[1/2t] : 板厚中央部のRD//(110)面の集積度
t:板厚(mm)
4.さらに、オーステナイト再結晶温度域にある状態において累積圧下率を20%以上とする圧延を実施することによって組織の細粒化を図り、その後、オーステナイト未再結晶温度域にある状態において累積圧下率を40%以上とし、かつ、最初のパスの圧延温度と最後のパスの圧延温度との差が40℃以内である圧延を実施することによって、板厚中央部の集合組織を制御することにより、上述の組織を実現できる。
1.金属組織がベイナイト主体であり、板厚中央部におけるRD//(110)面の集積度が1.5以上の集合組織を有し、かつ表層部および板厚中央部におけるシャルピー破面遷移温度がvTrs≦−40℃であることを特徴とする脆性亀裂伝播停止特性に優れた構造用高強度厚鋼板。
2.板厚中央部のシャルピー靭性値およびRD//(110)面の集積度が、下記(1)式を満たすことを特徴とする1記載の脆性亀裂伝播停止特性に優れた構造用高強度厚鋼板。
vTrs(1/2t)−12×IRD//(110)[1/2t]≦−70・・・(1)
vTrs(1/2t) : 板厚中央部の破面遷移温度 (℃)
I RD//(110)[1/2t] : 板厚中央部のRD//(110)面の集積度
t:板厚(mm)
3.鋼組成が、質量%で、C:0.03〜0.20%、Si:0.03〜0.5%、Mn:0.5〜2.5%、Al:0.005〜0.08%、P:0.03%以下、S:0.01%以下、N:0.0050%以下、Ti:0.005〜0.03%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなることを特徴とする1または2のいずれかに記載の脆性亀裂伝播停止特性に優れた構造用高強度厚鋼板。
4.鋼組成が、更に、質量%で、Nb:0.005〜0.05%、Cu:0.01〜0.5%、Ni:0.01〜1.0%、Cr:0.01〜0.5%、Mo:0.01〜0.5%、V:0.001〜0.10%、B:0.0030%以下、Ca:0.0050%以下、REM:0.010%以下のいずれか1種以上を含有することを特徴とする3に記載の脆性亀裂伝播停止特性に優れた構造用高強度厚鋼板。
5.3または4のいずれかに記載の組成を有する鋼素材を、1000〜1200℃の温度に加熱し、オーステナイト再結晶温度域およびオーステナイト未再結晶温度域における累積圧下率の合計が65%以上の圧延を実施し、このとき、板厚中央部がオーステナイト再結晶温度域にある状態においては累積圧下率が20%以上であり、次いで、板厚中央部がオーステナイト未再結晶温度域にある状態においては、累積圧下率が40%以上、かつ、前記板厚中央部がオーステナイト未再結晶温度域にある状態における圧延のうち最初のパスの圧延温度と最後のパスの圧延温度との差が40℃以内であり、その後、4℃/s以上の冷却速度にて450℃以下まで冷却することを特徴とする脆性亀裂伝播停止特性に優れた構造用高強度厚鋼板の製造方法。
6.450℃以下に加速冷却した後、さらに、Ac1点以下の温度に焼戻す工程を有する、5に記載の脆性亀裂伝播停止特性に優れた高強度厚鋼板の製造方法。
1.靭性および集合組織
本発明では、圧延方向または圧延直角方向など水平方向(鋼板の面内方向)に進展する亀裂に対して亀裂伝播停止特性を向上させるため、その板厚中央部での靭性とRD//(100)面の集積度を所望する脆性亀裂伝播停止特性に応じて適宜規定する。
vTrs(1/2t)−12×IRD//(110)[1/2t]≦−70・・・(1)
vTrs(1/2t) : 板厚中央部の破面遷移温度 (℃)
IRD//(110)[1/2t] : 板厚中央部のRD//(110)集積度
t:板厚(mm)
本発明では、金属組織をベイナイト主体とする。金属組織がベイナイト主体であるとは、ベイナイト相の面積分率が全体の80%以上であることとする。残部は、フェライト、マルテンサイト(島状マルテンサイトを含む)、パーライトなどが合計の面積分率で20%以下であれば許容される。
上記の靭性および集合組織を得るためには、オーステナイト未再結晶温度域において制御圧延を行った後に、ベイナイトへ変態させることが有効である。圧延後にオーステナイトからフェライトへ変態する場合は、目的とする靭性は得られるものの、オーステナイトからフェライトへ変態する際に変態時間が十分に存在するため、得られる集合組織がランダムとなってしまい、目標とするRD//(110)面の集積度が1.5以上、好ましくは1.7以上、が達成できない。これに対して、オーステナイト未再結晶温度域で圧延された組織がベイナイトへ変態する場合は変態時間が十分ではなく、特定方位の集合組織が優先的に形成される、いわゆるバリアントの選択が行われることにより、RD//(110)面の集積度が1.5以上、好ましくは1.7以上、を得ることができる。このため圧延・冷却後に得られる金属組織はベイナイト主体とする。
以下、本発明における好ましい化学成分について説明する。説明において%は質量%とする。
C:0.03〜0.20%
Cは鋼の強度を向上する元素であり、本発明では、所望の強度を確保するためには0.03%以上の含有を必要とするが、0.20%を超えると、溶接性が劣化するばかりか靭性にも悪影響がある。このため、Cは、0.03〜0.20%の範囲に規定することが好ましい。さらに好ましくは、0.05〜0.15%である。
Siは脱酸元素として、また、鋼の強化元素として有効であるが、0.03%未満の含有量ではその効果がない。一方、0.5%を越えると鋼の表面性状を損なうばかりか靭性が極端に劣化する。従ってその添加量を0.03%以上、0.5%以下とすることが好ましい。
Mnは、強化元素として添加する。0.5%より少ないとその効果が十分でなく、2.5%を超えると溶接性が劣化し、鋼材コストも上昇するため、0.5%以上、2.5以下とすることが好ましい。
Alは、脱酸剤として作用し、このためには0.005%以上の含有を必要とするが、0.08%を超えて含有すると、靭性を低下させるとともに、溶接した場合に、溶接金属部の靭性を低下させる。このため、Alは、0.005〜0.08%の範囲に規定することが好ましく、さらに好ましくは、0.02〜0.04%である。
Nは、鋼中のAlと結合してAlNを形成することにより、圧延加工時の結晶粒径を調整し、鋼を強化するが、0.0050%を超えると靭性が劣化するため、0.0050%以下とすることが好ましい。
P、Sは、鋼中の不可避不純物であるが、Pは0.03%を超えると、Sは0.01%を超えると靭性が劣化するため、それぞれ、0.03%以下、0.01%以下が望ましく、それぞれ、0.02%以下、0.005%以下がさらに望ましい。
Tiは微量の添加により、窒化物、炭化物、あるいは炭窒化物を形成し、結晶粒を微細化して母材靭性を向上させる効果を有する。その効果は0.005%以上の添加によって得られるが、0.03%を超える含有は、母材および溶接熱影響部の靭性を低下させるので、Tiは、0.005〜0.03%の範囲にするのが好ましい。
Nbは、NbCとしてフェライト変態時あるいは再加熱時に析出し、高強度化に寄与する。また、オーステナイト域の圧延において未再結晶温度域を拡大させる効果をもち、ベイナイトのパケットの細粒化に寄与するので、靭性の改善にも有効である。その効果は0.005%以上の添加により発揮されるが0.05%を超えて添加すると、粗大なNbCが析出し、逆に靭性の低下を招くのでその上限は0.05%とするのが好ましい。
Cu、Ni、Cr、Moはいずれも鋼の焼入れ性を高める元素である。圧延後の強度アップ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の機能向上のために添加することができ、これらの効果は0.01%以上含有することにより発揮されるので、含有される場合には、0.01%以上とすることが好ましい。しかしながら、過度に含有すると靭性や溶接性が劣化するため、含有させる場合には、それぞれ上限をCuは0.5%、Niは1.0%、Crは0.5%、Moは0.5%とすることが好ましい。
Vは、V(C、N)として析出強化により、鋼の強度を向上する元素であり、この効果を発揮させるために0.001%以上含有してもよいが、0.10%を超えて含有すると、靭性を低下させる。このため、Vを含有させる場合には、0.001〜0.10%の範囲とすることが好ましい。
Bは微量で鋼の焼き入れ性を高める元素として添加してもよい。しかし、0.0030%を超えて含有すると溶接部の靭性を低下させるので、Bを含有させる場合には0.0030%以下とすることが好ましい。
Ca、REMは溶接熱影響部の組織を微細化し靭性を向上させ、添加しても本発明の効果が損なわれることはないので必要に応じて添加してもよい。しかし、過度に含有すると、粗大な介在物を形成し母材の靭性を劣化させるので、含有させる場合にはそれぞれの上限をCaは0.0050%、REMは0.010%とするのが好ましい。
以下、本発明における好ましい製造条件について説明する。
製造条件として、鋼素材の加熱温度、熱間圧延条件、冷却条件などを規定することが好ましい。特に、熱間圧延については、オーステナイト再結晶温度域およびオーステナイト未再結晶温度域の合計での累積圧下率のほかに、板厚中央部がオーステナイト再結晶温度域にある場合と、オーステナイト未再結晶温度域にある場合とのそれぞれについて、累積圧下率を規定するとともに、前記板厚中央部がオーステナイト未再結晶域にある状態における圧延の温度条件を規定することが好ましい。これらを規定することにより、厚鋼板の表層部および板厚中央部における靭性、板厚中央部におけるRD//(110)集積度、ならびに、板厚の1/4部における強度を、所望の値とすることができる。
AC1点=751−26.6C+17.6Si−11.6Mn−169Al−23Cu−23Ni+24.1Cr+22.5Mo+233Nb−39.7V−5.7Ti−895B
式において各元素記号は鋼中含有量(質量%)で、含有しない場合は0とする。
2 ノッチ
3 亀裂
3a 分岐
4 先端形状
5 母材
1.鋼組成が、質量%で、C:0.03〜0.20%、Si:0.03〜0.5%、Mn:0.5〜2.5%、Al:0.005〜0.08%、P:0.03%以下、S:0.01%以下、N:0.0050%以下、Ti:0.005〜0.03%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、金属組織がベイナイト主体であり、板厚中央部におけるRD//(110)面の集積度が1.5以上の集合組織を有し、かつ表層部および板厚中央部におけるシャルピー破面遷移温度vTrsが−40℃以下であることを特徴とする脆性亀裂伝播停止特性に優れた構造用高強度厚鋼板。
2.板厚中央部のシャルピー破面遷移温度およびRD//(110)面の集積度が、下記(1)式を満たすことを特徴とする1記載の脆性亀裂伝播停止特性に優れた構造用高強度厚鋼板。
vTrs(1/2t)−12×IRD//(110)[1/2t]≦−70・・・(1)
vTrs(1/2t) : 板厚中央部の破面遷移温度 (℃)
IRD//(110)[1/2t] : 板厚中央部のRD//(110)面の集積度
t:板厚(mm)
3.鋼組成が、更に、質量%で、Nb:0.005〜0.05%、Cu:0.01〜0.5%、Ni:0.01〜1.0%、Cr:0.01〜0.5%、Mo:0.01〜0.5%、V:0.001〜0.10%、B:0.0030%以下、Ca:0.0050%以下、REM:0.010%以下のいずれか1種以上を含有することを特徴とする1または2に記載の脆性亀裂伝播停止特性に優れた構造用高強度厚鋼板。
4.1または3のいずれかに記載の組成を有する鋼素材を、1000〜1200℃の温度に加熱し、オーステナイト再結晶温度域およびオーステナイト未再結晶温度域における累積圧下率の合計が65%以上の圧延を実施し、このとき、板厚中央部がオーステナイト再結晶温度域にある状態においては累積圧下率が20%以上であり、次いで、板厚中央部がオーステナイト未再結晶温度域にある状態においては、累積圧下率が40%以上、かつ、前記板厚中央部がオーステナイト未再結晶温度域にある状態における圧延のうち最初のパスの圧延温度と最後のパスの圧延温度との差が40℃以内であり、その後、4℃/s以上の冷却速度にて450℃以下まで冷却することを特徴とする、金属組織がベイナイト主体であり、板厚中央部におけるRD//(110)面の集積度が1.5以上の集合組織を有する脆性亀裂伝播停止特性に優れた構造用高強度厚鋼板の製造方法。
5.450℃以下に加速冷却した後、さらに、Ac1点以下の温度に焼戻す工程を有する4に記載の金属組織がベイナイト主体であり、板厚中央部におけるRD//(110)面の集積度が1.5以上の集合組織を有する脆性亀裂伝播停止特性に優れた構造用高強度厚鋼板の製造方法。
Claims (6)
- 金属組織がベイナイト主体であり、板厚中央部におけるRD//(110)面の集積度が1.5以上の集合組織を有し、かつ表層部および板厚中央部におけるシャルピー破面遷移温度vTrsが−40℃以下であることを特徴とする脆性亀裂伝播停止特性に優れた構造用高強度厚鋼板。
- 板厚中央部のシャルピー破面遷移温度およびRD//(110)面の集積度が、下記(1)式を満たすことを特徴とする請求項1記載の脆性亀裂伝播停止特性に優れた構造用高強度厚鋼板。
vTrs(1/2t)−12×IRD//(110)[1/2t]≦−70・・・(1)
vTrs(1/2t) : 板厚中央部の破面遷移温度 (℃)
IRD//(110)[1/2t] : 板厚中央部のRD//(110)面の集積度
t:板厚(mm) - 鋼組成が、質量%で、C:0.03〜0.20%、Si:0.03〜0.5%、Mn:0.5〜2.5%、Al:0.005〜0.08%、P:0.03%以下、S:0.01%以下、N:0.0050%以下、Ti:0.005〜0.03%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなることを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載の脆性亀裂伝播停止特性に優れた構造用高強度厚鋼板。
- 鋼組成が、更に、質量%で、Nb:0.005〜0.05%、Cu:0.01〜0.5%、Ni:0.01〜1.0%、Cr:0.01〜0.5%、Mo:0.01〜0.5%、V:0.001〜0.10%、B:0.0030%以下、Ca:0.0050%以下、REM:0.010%以下のいずれか1種以上を含有することを特徴とする請求項3に記載の脆性亀裂伝播停止特性に優れた構造用高強度厚鋼板。
- 請求項3または4のいずれかに記載の組成を有する鋼素材を、1000〜1200℃の温度に加熱し、オーステナイト再結晶温度域およびオーステナイト未再結晶温度域における累積圧下率の合計が65%以上の圧延を実施し、このとき、板厚中央部がオーステナイト再結晶温度域にある状態においては累積圧下率が20%以上であり、次いで、板厚中央部がオーステナイト未再結晶温度域にある状態においては、累積圧下率が40%以上、かつ、前記板厚中央部がオーステナイト未再結晶温度域にある状態における圧延のうち最初のパスの圧延温度と最後のパスの圧延温度との差が40℃以内であり、その後、4℃/s以上の冷却速度にて450℃以下まで冷却することを特徴とする脆性亀裂伝播停止特性に優れた構造用高強度厚鋼板の製造方法。
- 450℃以下に加速冷却した後、さらに、Ac1点以下の温度に焼戻す工程を有する請求項5に記載の脆性亀裂伝播停止特性に優れた構造用高強度厚鋼板の製造方法。
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