JP2014009387A - 母材靭性およびｈａｚ靱性に優れた高張力鋼板 - Google Patents

母材靭性およびｈａｚ靱性に優れた高張力鋼板 Download PDF

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Abstract

【課題】引張強さが１１００ＭＰａ以上の高強度鋼板であっても、母材靱性およびＨＡＺ靱性に優れ、好ましくは、耐摩耗性にも優れた高張力鋼板を提供する。
【解決手段】本発明の高張力鋼板は、所定の鋼中成分を満足し、下記式で表わされるＣｅｑ（ＩＩＷ）が０．４０以上、０．４５以下の範囲を満足し、鋼中に最大径２μｍ以下の酸化物が２００個／ｍｍ2以上存在し、組織は、マルテンサイト組織を２９体積％以上含有し、残部がベイナイト組織で構成されている。
Ｃｅｑ（ＩＩＷ）＝［Ｃ］＋｛１／６×［Ｍｎ］｝＋｛１／５×（［Ｃｒ］＋［Ｍｏ］＋［Ｖ］）｝＋｛１／１５×（［Ｃｕ］＋［Ｎｉ］）｝
式中、［ ］は、鋼中元素の含有量を意味する。
【選択図】なし

Description

本発明は、母材および溶接熱影響部（ＨＡＺ）の靱性に優れた引張強さ１１００ＭＰａ以上の高張力鋼板に関するものである。本発明の高張力鋼板は、建設機械，産業機械などの用途に用いられる厚鋼板として好適に用いられる。
建設機械や産業機械などに用いられる厚鋼板は、近年の軽量化のニーズの増加に伴い、より高強度の性能が要求される。上記用途に用いられる厚鋼板には、高い靱性（母材靱性およびＨＡＺ靭性）も要求されるが、一般に、強度と靱性は相反する傾向にあり、高強度になるにつれ、靱性が低下するようになる。
例えば特許文献１には、引張強さ（ＴＳ）で９８０ＭＰａ以上の高強度を維持しつつ、曲げ加工性にも優れた高強度鋼板の技術が記載されている。上記特許文献１では、高強度化のために添加されていた、固溶強化能の高いＣｕやＮｉなどの元素を一切添加しない成分系とすると共に、適性量のＴｉやＮｂを添加することによって旧γ粒径をより微細にして所期の目的を達成している。
特開２００９−２４２８３２号公報
しかしながら、上記特許文献１では、鋼中成分が適切に制御されていないため、高いＨＡＺ靱性を確保することができない。また、上記特許文献１では、組織制御のためにＴｉを添加しているが、本発明者の検討結果によれば、９８０ＭＰａ以上の高強度域では、Ｔｉ介在物の影響により、母材靱性が劣化することが判明した。
更に、建設機械や産業機械などに用いられる厚鋼板には、高い強度と靱性のほか、好ましくは耐摩耗性に優れることも要求される。一般的に、厚鋼板の耐摩耗性と硬さとは相関があり、摩耗が懸念される厚鋼板では硬さを高める必要がある。より安定した耐摩耗性を確保するためには、厚鋼板の表面から板厚内部（ｔ／２近傍、ｔ＝厚さ）に亘って、均一な硬さを有すること（すなわち、厚鋼板の表面と内部とで、同程度の硬さを有すること）が必要である。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、引張強さが１１００ＭＰａ以上の高強度鋼板であっても、母材靱性およびＨＡＺ靱性に優れ、好ましくは、耐摩耗性性にも優れた高張力鋼板を提供することにある。
上記課題を解決することのできた本発明に係る母材靱性およびＨＡＺ靱性に優れた引張強さ１１００ＭＰａ以上の高張力鋼板は、（ア）鋼中成分について、Ｃ：０．１０〜０．１６％（質量％の意味。化学成分について以下同じ）、Ｓｉ：０．２〜０．５％、Ｍｎ：１〜１．４％、Ｐ：０．０３％以下（０％を含まない）、Ｓ：０．０１％以下（０％を含まない）、Ａｌ：０．０８％以下（０％を含まない）、Ｃr：０．０３〜０．２５％、Ｍｏ：０．２５〜０．４％、Ｎｂ：０．０１〜０．０３％、Ｂ：０．０００３〜０．００２％、Ｎ：０．００６％以下（０％を含まない）、ＲＥＭ：０．０００５〜０．００３０％、Ｚｒ：０．０００３〜０．００２０％、残部：鉄および不可避不純物であり、且つ、下記式で表わされるＣｅｑ（ＩＩＷ）が０．４０以上、０．４５以下の範囲を満足し、（イ）鋼中に最大径２μｍ以下の酸化物が２００個／ｍｍ2以上存在し、（ウ）組織は、マルテンサイト組織を２９体積％以上含有し、残部がベイナイト組織で構成されているところに要旨を有するものである。
Ｃｅｑ（ＩＩＷ）＝［Ｃ］＋｛１／６×［Ｍｎ］｝＋｛１／５×（［Ｃｒ］＋［Ｍｏ］＋［Ｖ］）｝＋｛１／１５×（［Ｃｕ］＋［Ｎｉ］）｝
式中、［ ］は、鋼中元素の含有量を意味する。
本発明の好ましい実施形態において、上記鋼中成分は、更に他の元素として、Ｎｉ：０．２５％以下(０％を含まない)を含有するものである。
本発明の高張力鋼板は上記のように構成されているため、引張強さが１１００ＭＰａ以上の高強度鋼板であっても、母材靱性およびＨＡＺ靱性に優れ、好ましくは、耐摩耗性にも優れた高張力鋼板を提供することができた。
図１は、組織分率の測定に用いた熱膨張曲線である。
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねてきた。その結果、鋼中成分、炭素当量Ｃｅｑ（ＩＩＷ）、組織、および酸化物の個数密度を適切に制御すれば所期の目的が達成することを見出し、本発明を完成した。
本明細書において「母材靱性およびＨＡＺ靱性に優れた」とは、後記する実施例に記載の方法でこれらの特性を調べたとき、母材靱性としてｖＥ-70≧２０Ｊであり、且つ、ＨＡＺ靱性としてｖＥ0≧１００Ｊを満足することを意味する。
本明細書において「耐摩耗性に優れた」とは、後記する実施例に記載の方法で鋼板の表面および内部（ｔ／２、ｔ＝板厚）のブリネル硬さを測定したとき、いずれの硬さも３６０以上のものを意味する。
本明細書において厚鋼板とは、板厚が６ｍｍ以上のものを意味する。
まず、本発明の鋼中成分について説明する。
Ｃ：０．１０〜０．１６％
Ｃは、母材（鋼板）の強度および硬さを確保するために必要不可欠な元素である。このような作用を有効に発揮させるため、Ｃ量の下限を０．１０％以上とする。Ｃ量の好ましい下限は０．１２％以上である。但し、Ｃ量が過剰になるとＨＡＺ靭性が劣化するため、Ｃ量の上限を０．１６％以下とする。Ｃ量の好ましい上限は０．１５％以下である。
Ｓｉ：０．２〜０．５％
Ｓｉは脱酸作用を有すると共に、母材の強度向上に有効な元素である。このような作用を有効に発揮させるため、Ｓｉ量の下限を０．２％以上とする。Ｓｉ量の好ましい下限は０．３％以上である。しかし、Ｓｉ量が過剰になると溶接性が劣化するため、Ｓｉ量の上限を０．５％以下とする。Ｓｉ量の好ましい上限は０．４０％以下である。
Ｍｎ：１〜１．４％
Ｍｎは、母材の強度向上に有効な元素であり、このような作用を有効に発揮させるため、Ｍｎ量の下限を１％以上とする。Ｍｎ量の好ましい下限は１．１０％以上である。しかし、Ｍｎ量が過剰になると溶接性が劣化するため、Ｍｎ量の上限を１．４％以下とする。Ｍｎ量の好ましい上限は１．３％以下である。
Ｐ：０．０３％以下（０％を含まない）
Ｐは、鋼材中に不可避的に含まれる元素であり、Ｐ量が０．０３％を超えると母材靭性が劣化するため、Ｐ量の上限を０．０３％とする。Ｐ量は出来るだけ少ない方が良く、Ｐ量の好ましい上限は０．０２０％以下である。
Ｓ：０．０１％以下（０％を含まない）
Ｓは、鋼材中に不可避的に含まれる元素であり、Ｓ量が多すぎるとＭｎＳを多量に生成し，母材靭性が劣化するため、Ｓ量の上限を０．０１％以下とする。Ｓ量は出来るだけ少ない方が良く、Ｓ量の好ましい上限は０．００４％以下である。
Ａｌ：０．０８％以下（０％を含まない）
Ａｌは脱酸に用いられる元素であり、このような作用を有効に発揮させるため、Ａｌ量の好ましい下限を０．０１０％以上とする。しかし、Ａｌ量が０．０８％を超えると，鋼板における清浄性が阻害されるため、Ａｌ量の上限を０．０８％以下とする。Ａｌ量の好ましい上限は０．０６５％以下である。
Ｃｒ：０．０３〜０．２５％
Ｃｒは、母材の強度向上に有効な元素であり、このような作用を有効に発揮させるため、Ｃｒ量の下限を０．０３％以上とする。Ｃｒ量の好ましい下限は０．０５％以上である。一方、Ｃｒ量が０．２５％を超えると溶接性が劣化するため、Ｃｒ量の上限を０．２５％以下とする。Ｃｒ量の好ましい上限は０．２０％以下である。
Ｍｏ：０．２５〜０．４％
Ｍｏは、母材の強度および硬さ、特にｔ／２位置の内部硬さの向上に有効な元素である。このような作用を有効に発揮させるためには、Ｍｏ量の下限を０．２５％以上とする。Ｍｏ量の好ましい下限は０．２８％以上である。しかし、Ｍｏ量が０．４％を超えると溶接性が劣化するため、Ｍｏ量の上限を０．４％以下とする。Ｍｏ量の好ましい上限は０．３５％以下である。
Ｎｂ：０．０１〜０．０３％
Ｎｂは、母材の強度および靭性を高めるのに有効な元素である。このような作用を有効に発揮させるためには、Ｎｂ量の下限を０．０１％以上とする。Ｎｂ量の好ましい下限は０．０１５％以上である。しかし、Ｎｂ量が０．０３％を超えると、析出物が粗大化し，かえって母材靭性を劣化させるため、Ｎｂ量の上限を０．０３％とする。Ｎｂ量の好ましい上限は０．０２５％以下である。
Ｂ：０．０００３〜０．００２％
Ｂは焼入れ性を高め、母材および溶接部（ＨＡＺ部）の強度向上に有効な元素である。このような作用を有効に発揮させるためには、Ｂ量の下限を０．０００３％以上とする。Ｂ量の好ましい下限は０．０００５％以上である。しかし、Ｂ量が過剰になると溶接性が劣化するため、Ｂ量の上限を０．００２％以下とする。Ｂ量の好ましい上限は０．００１５％以下である。
Ｎ：０．００６％以下（０％を含まない）
Ｎは、鋼材中に不可避的に含まれる元素であり、Ｎ量が多すぎると固溶Ｎの存在により母材靭性が劣化するため、Ｎ量の上限を０．００６％以下とする。Ｎ量は出来るだけ少ない方が良く、Ｎ量の好ましい上限は０．００５０％以下である。
ＲＥＭ：０．０００５〜０．００３０％
ＲＥＭ（希土類元素）は、酸化物を形成することによってＨＡＺ靭性を向上させる元素である。このような作用を有効に発揮させるため、ＲＥＭ量の下限を０．０００５％以上とする。ＲＥＭ量の好ましい下限は０．００１０％以上であり、より好ましくは０．００１５％以上である。一方、ＲＥＭ量が過剰になると粗大介在物が生成し，ＨＡＺ靭性が劣化するため、ＲＥＭ量の上限を０．００３０％とする。ＲＥＭ量の好ましい上限は０．００２５％以下である。
本発明においてＲＥＭとは、ランタノイド元素（ＬａからＬｕまでの１５元素）、Ｓｃ（スカンジウム）およびＹを意味する。本発明では、ＲＥＭを単独で添加しても良いし、二種以上のＲＥＭを併用してもよい。上記のＲＥＭ量は、ＲＥＭを単独で含有する場合は単独の量であり、ＲＥＭを併用する場合はその合計量を意味する。なお、後記する実施例では、ＲＥＭを、ミッシュメタル（Ｃｅを５０％程度、Ｌａを３０％程度含有）の形態で添加した。
Ｚｒ：０．０００３〜０．００２０％
Ｚｒは、酸化物を形成することによってＨＡＺ靭性を向上させる元素である。このような作用を有効に発揮させるため、Ｚｒ量の下限を０．０００３％以上とする。Ｚｒ量の好ましい下限は０．０００５％以上である。一方、Ｚｒを過剰に添加すると粗大介在物が生成し，ＨＡＺ靭性が劣化するため、Ｚｒ量の上限を０．００２０％以下とする。Ｚｒ量の好ましい上限は０．０１５％以下である。
本発明の高張力鋼板は、上記鋼中成分を満足し、残部：鉄および不可避不純物である。
Ｃｅｑ（ＩＩＷ）：０．４０〜０．４５％
本発明では、上記のように鋼中成分の含有量を適切に制御することに加えて、上式で表される炭素当量Ｃｅｑを所定範囲に制御する必要がある。後記する実施例で実証したように、たとえ各鋼中成分が上記範囲を満足していたとしても、Ｃｅｑ（ＩＩＷ）が本発明で規定する範囲を外れると、所望とする特性を確保することができない。
詳細にはＣｅｑ（ＩＩＷ）は、母材の強度、ＨＡＺ靭性、および硬さを確保するために必要不可欠である。このような作用を有効に発揮させるため、Ｃｅｑ（ＩＩＷ）の下限を０．４０％以上とする。Ｃｅｑ（ＩＩＷ）の好ましい下限は０．４１％以上である。しかし、Ｃｅｑ（ＩＩＷ）が高過ぎるとＨＡＺ靭性が劣化するため、Ｃｅｑ（ＩＩＷ）の上限を０．４５％以下とする。
Ｎｉ：０．２５％以下（０％を含まない）
Ｎｉは、母材の強度と靭性の向上に有効な元素である。このような作用を有効に発揮させるため、Ｎｉ量の下限を０．０５％以上とすることが好ましく、０．１０％以上とすることが、より好ましい。しかし、Ｎｉ量が過剰になると溶接性が劣化するため、Ｎｉ量の上限を０．２５％以下とすることが好ましい。より好ましくは０．２０％以下である。
なお、本発明の高張力鋼板はＴｉを含まない。後記する実施例で実証したように、Ｔｉを添加すると、１１００ＭＰａ以上の高強度域における母材靱性およびＨＡＺ靱性が低下するためである。
次に、組織について説明する。
上述したように本発明の高張力鋼板は、マルテンサイト組織とベイナイト組織から構成されており、且つ、全組織（マルテンサイト＋ベイナイト）に対するマルテンサイトの体積比率が２９％以上を満足するものである。このようにマルテンサイトとベイナイトとの二相組織とすることにより、１１００ＭＰａ以上の高強度を確保することができる。
本発明においてマルテンサイトは、母材の強度および母材のｔ／２位置の硬さ（内部硬さ）を確保するために必要不可欠な組織であり、上記作用を有効に発揮させるため、マルテンサイトの体積比率を２９％以上とする。後記する実施例で実証したように、マルテンサイトの比率が少ないと、所望とする１１００ＭＰａ以上の高強度が得られないか、上記高強度が得られたとしても内部硬さが低下し、耐摩耗性が低下する。マルテンサイトの好ましい比率は３０％以上である。
なお、本発明におけるマルテンサイトには、焼入れによって得られる焼入れマルテンサイトと、焼入れ、焼戻しによって得られる焼戻しマルテンサイトの両方が含まれる。後に詳述するが、本発明の鋼板は、熱間圧延後、焼入れ（Ｑ）して製造しても良いし［焼戻し（Ｔ）なし］、焼入れ（Ｑ）後、焼戻し（Ｔ）して製造しても良いため、両方の態様が含まれ得る。
本発明では、マルテンサイトの比率が上記のように制御されていればよく、マルテンサイトとベイナイトの大小関係は特に限定されない。すなわち、本発明では、マルテンサイトが主に（すなわち、全組織に対してマルテンサイトを５０体積％以上）存在しても良いし、ベイナイトが主に（すなわち、全組織に対してベイナイトを５０体積％以上）存在しても良い。
ここで、マルテンサイトとベイナイトの分率は、熱間加工再現試験装置を用いて得られる熱膨張曲線と、Ｍｓ点（Ｍｓ点の算出方法も後述する。）に基づいて測定する。なお、上述したようにマルテンサイトには、焼入れマルテンサイトと焼戻しマルテンサイトの両方が含まれるが、焼戻しをしても組織分率は変わらない。
次に、酸化物の個数密度について説明する。
本発明では、鋼中に最大径２μｍ以下の酸化物が２００個／ｍｍ2以上存在することが必要であり、これにより、ＨＡＺ靱性が向上するようになる。
ここで酸化物とは、ＲＥＭ含有酸化物、Ｚｒ含有酸化物、ＲＥＭとＺｒの両方を含有する酸化物が挙げられる。これらの酸化物は、上記以外の元素を含んでいても良く、例えば、酸化物形成元素であるＡｌ、Ｓｉなどが挙げられる。
具体的には、後記する実施例に記載の方法により、最大径２μｍ以下の酸化物が２００個／ｍｍ2以上存在することが必要である。ここで「最大径」とは、後記する方法で各酸化物のサイズを測定したとき、最大の長さを意味する。上記サイズの酸化物に着目したのは、本発明のように１１００ＭＰａ以上の高強度域における靱性（特にＨＡＺ靱性）の向上を図るには、上記サイズの酸化物の個数密度を適切に制御することが非常に有効であることが、本発明者らの数多くの基礎実験によって判明したからである。
上記酸化物の個数密度が多い程、靱性（特にＨＡＺ靱性）が向上する傾向が見られる。好ましい個数密度は、２３０個／ｍｍ2以上である。
以上、本発明を特徴付ける鋼中成分、Ｃｅｑ、組織、および酸化物の個数密度について説明した。
本発明の高張力鋼板は、好ましくは、耐摩耗性に優れるものであるが、そのためには、鋼板の表面および内部の硬さが、いずれも、ブリネル硬さで３６０以上であることが好ましい。従来の耐摩耗性鋼板は、通常、鋼板表面のブリネル硬さのみによって耐摩耗性を保証しているが、これでは、安定した耐摩耗性を確保することができない。そこで、本発明では、鋼板表面から鋼板内部に亘って、同程度に高い（均一な）硬さを確保し、安定した耐摩耗性を確実に保証するとの観点から、いずれのブリネル硬さも、好ましくは３６０以上と定めた。
なお、本発明では、上記要件を満足する限り、鋼板の表面と内部について、いずれの硬さが大きくても良い。すなわち、鋼板表面の硬さ＞鋼板内部の硬さ、鋼板表面の硬さ＜鋼板内部の硬さ、鋼板表面の硬さ≒鋼板内部の硬さのいずれであっても良い。
本発明の鋼板を得るための製造方法は特に限定されず、本発明の成分組成を満足する溶鋼を用い、熱間圧延、焼入れ（必要に応じて焼戻し）を行なうことによって製造することができる。特に、所望とする組織や酸化物個数密度を確保するためには、例えば、以下のようにして製造することが推奨される。
まず、１５５０℃〜１７００℃の溶鋼に対し、Ｍｎ、Ｓｉ、およびＡｌの脱酸元素を添加する。これらの添加順序は特に限定されない。次に、ＲＥＭおよびＺｒを添加するが、上記脱酸元素の添加後、１０分間以上撹拌してから、ＲＥＭおよびＺｒを添加することが好ましい。というのも、上記脱酸元素は粗大な酸化物を生成し易く、そこに、上記脱酸元素に比べて酸化力の強いＲＥＭおよびＺｒを添加すると、ＲＥＭおよびＺｒが粗大酸化物を還元し、当該酸化物は一層粗大化するようになり、所望とする最大径２μｍ以下の微細な酸化物生成量が低減するようになる。上記のように脱酸元素の添加後に１０分間以上撹拌を行なってからＲＥＭおよびＺｒを添加すれば、粗大酸化物量が低減し、所望の微細酸化物の個数密度を確保することができる。但し、その際の撹拌時間が長過ぎると生産性を阻害するため、おおむね、１５０分以下とすることが好ましい。
次いで、ＲＥＭおよびＺｒを添加し、撹拌した後に鋳造する。ここで、ＲＥＭおよびＺｒを添加してから鋳造するまでの撹拌時間は、１分以上、３０分以下に制御することが好ましい。上記撹拌時間を１分以上とすることにより、ＲＥＭおよびＺｒの添加時に生成した最大径２μｍ以下の酸化物を鋼中に均一に分散させることができる。また、上記撹拌時間を３０分以下とすることにより、上述した粗大酸化物の生成により最大径２μｍ以下の酸化物個数が低下するのを防止することができる。
本発明の厚鋼板を製造するには、上記成分組成を満たす溶鋼を用い、通常の条件（圧延
温度、圧下率）に従って熱間圧延を行えば良い。
次に焼入れを行なう。ここで、十分な焼入れ性を確保するために、鋼板を８８０℃以上の温度で焼入れを行なうことが好ましい。
本発明は、上記のような焼入れ鋼板（Ｑ鋼板）であっても良いが、必要に応じて、残留応力低減のために，焼入れ後、焼戻しを行なっても良い。ここで、所望とする酸化物の個数密度を確保しつつ、しかも、適切な組織を確保するためには、例えば、８８０℃以上の温度で焼入れし、５００℃以下の温度で焼戻しを行なうことが好ましい。
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記実施例によって制限されず、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
実施例１
表１の成分組成（鋼種Ａ〜Ｒ）を満足する溶鋼を用い、熱間圧延、焼入れ（一部の試料については、更に焼戻し）を行なって厚鋼板（厚さ２０ｍｍ）を製造した。
具体的には、真空溶解炉（１５０ｋｇ）を用い，まず１５５０℃〜１７００℃の溶鋼に対し、Ｍｎ、Ｓｉ、およびＡｌを添加した後、２０〜４０分撹拌を行った。その後、ＲＥＭおよびＺｒを添加し、２〜１０分間撹拌した後、溶製した。溶製後、得られた溶鋼を冷却してスラブ（断面形状：１２０ｍｍ×１８０ｍｍ）を得た。
次に、上記スラブを１１００℃に加熱して熱間圧延を行ない、板厚２０ｍｍの熱間圧延板を得た。熱間圧延の詳細な条件は以下のとおりである。
加熱温度 ：１１００℃
仕上げ温後：９００〜１０００℃
冷却方法 ：空冷
次に、表２に示すように、９３０℃に加熱した後、焼入れ（Ｑ）して厚鋼板（Ｑ鋼板）を製造した。また、一部については、表２に示すように焼入れ後、３５０℃に加熱して焼戻し（Ｔ）して厚鋼板（ＱＴ鋼板）を製造した。
このようにして得られた各鋼板について、以下の特性を評価した。
（１）金属組織分率の測定
マルテンサイトおよびベイナイトの各分率は以下のようにして測定した。まず、上記の各スラブから、直径８ｍｍ、厚さ１２ｍｍの円柱状試験片を採取し、熱間加工再現試験装置を用いて、連続冷却変態特性（熱膨張曲線）を調べた。詳細には、上記試験片を、９３０℃に加熱し、２６℃／秒の平均冷却速度で室温まで冷却し、試験片の熱膨張曲線を測定した。この平均冷却速度は、板厚２０ｍｍのｔ／２位置における平均冷却速度を模擬したものである。
図１に、このようにして得られた熱膨張曲線の結果を示す。図１の横軸は温度（℃）、縦軸は試験片の直径の膨張量（ｍｍ）を示す。図１に示すように、試験片の冷却による収縮と、オーステナイト（γ）→フェライト（α）変態の際、試験片の体積膨張が見られた。本実施例では、下記式によりマルテンサイト変態点（Ｍｓ点）を算出し、図１に記載の要領で、マルテンサイト分率（Ｍｓ点以降で変態する部分）およびベイナイト分率（変態がすでに完了している部分）を測定した。本実施例では、このようにして測定されたマルテンサイトの分率が２９％以上のものを合格とした。
Ｍｓ＝５５０−３６１×［Ｃ］−３９×［Ｍｎ］−２０×［Ｃｒ］−１７×［Ｎｉ］−５×［Ｍｏ］＋３０×［Ａｌ］
出展：日本金属学会、『講座・現代の金属学 材料編 第４巻 鉄鋼材料』、丸善，２００６、ｐ．４５
（２）引張試験
上記のようにして得られた各鋼板から、ＪＩＳ Ｚ ２２０１に規定の５号試験片（全厚引張試験片）を採取し，ＪＩＳ Ｚ ２２０１に規定の方法で引張試験を行い、ＴＳ（引張強さ）およびＹＰ（降伏応力）を測定した。本実施例では、ＴＳが１１００ＭＰａ以上のものを高強度に優れる（合格）とした。
（３）母材靱性の評価方法
上記のようにして得られた各鋼板のｔ／４位置（ｔ：板厚）から，ＪＩＳ Ｚ ２２４２に規定の２ｍｍＶノッチ試験片をＣ方向にて採取し、ＪＩＳ Ｚ ２２４２に規定の方法でシャルピー衝撃試験を行い、−７０℃での吸収エネルギー（ｖＥ-70）を測定した。本実施例では、ｖＥ-70が２０Ｊ以上のものを母材靱性に優れる（合格）と評価した。
（４）ＨＡＺ靱性の評価方法（再現ＨＡＺの試験方法）
上記のようにして得られた各鋼板から熱サイクル用試験片を採取し、溶接時のＨＡＺを模擬するため、所定の熱サイクル（１３５０℃に加熱して５ｓｅｃ保持した後、８００〜５００℃の温度範囲を７ｓｅｃかけて冷却する）を付与した。上記熱サイクル後の試験片から、ＪＩＳ Ｚ２２４２に規定の２ｍｍＶノッチ試験片を採取し，ＪＩＳ Ｚ２２４２に規定の方法でシャルピー衝撃試験を行い、０℃での吸収エネルギー（ｖＥ0）を測定した。本実施例では、ｖＥ0が１００Ｊ以上のものをＨＡＺ靱性に優れる（合格）と評価した。
（５）酸化物個数密度の測定方法
上記のようにして得られた各鋼板について、板厚方向の任意の位置に存在する酸化物を測定するため、ＦＥ−ＳＥＭ（Field Emission type Scanning Electron Microscope；電解放出型走査電子顕微鏡、観察倍率５０００倍）を用い、４０視野（計０．０１７２ｍｍ2）の調査を行った。各視野中に存在する個々の介在物粒子のうち、最大径２μｍ以下の各介在物粒子の中央部をＦＥ−ＳＥＭに付属のＥＤＳにて測定し、当該介在物粒子の構成元素に、ＲＥＭ、Ｚｒ、およびＯが少なくとも含まれるものを酸化物と判定し、その個数密度（平均値）を測定した。
なお、測定に当たっては、上記介在物粒子の最大径が０．２μｍ以上のものを分析対象とした。最大径が０．２μｍ未満の介在物粒子は、ＥＤＳによる測定の信頼性が低いため、分析対象から除外した。
本実施例では、このようにして測定される酸化物の個数密度が２００個／ｍｍ2以上のものを合格とした。
（６）鋼板の表面および内部のブリネル硬さ
上記のようにして得られた各鋼板の表面および内部（ｔ／２位置）におけるブリネル硬さ（いずれも、板厚方向と平行な方向での硬さ）を、ＪＩＳ Ｚ ２２４３に準拠して測定した。測定は３回行い、その平均値を算出した。本実施例では、このようにして得られたブリネル硬さ（平均値）が、表面および内部のいずれにおいても、３６０以上のものを耐摩耗性に優れる（合格）と評価した。
これらの結果を表２に記載する。表２において、Ｎｏ．１とＮｏ．２は、同一鋼種（表１の鋼種Ａ）を用いた例であり、Ｎｏ．１は焼入れ鋼板（Ｑ鋼板）、Ｎｏ．２は焼入れ、焼戻し鋼板（ＱＴ鋼板）である。同様に、Ｎｏ．３とＮｏ．４は、同一鋼種（表１の鋼種Ｂ）を用いた例であり、Ｎｏ．３は焼入れ鋼板（Ｑ鋼板）、Ｎｏ．４は焼入れ、焼戻し鋼板（ＱＴ鋼板）である。Ｎｏ．２とＮｏ．４におけるマルテンサイトは、焼戻しマルテンサイトを意味する。
Figure 2014009387
Figure 2014009387
表２のＮｏ．１〜９は、本発明の要件（成分およびＣｅｑ）を満足する表１の鋼種Ａ〜Ｇを用いて製造した例であり、組織分率および酸化物個数密度も適切に制御されているため、ＴＳ≧１１００ＭＰａの高強度であるにもかかわらず、母材靱性およびＨＡＺ靱性の両方に優れていた。また、これらは、表面および内部の硬さも適切に制御されているため、耐摩耗性にも優れていた。
これに対し、下記例は以下の不具合を抱えている。
表２のＮｏ．１０は、Ｚｒを含有しない表１の鋼種Ｈを用いた例であり、所定の酸化物個数密度が得られず、そのため、ＨＡＺ靱性が低下した。
表２のＮｏ．１１は、ＲＥＭを含有しない表１の鋼種Ｉを用いた例であり、所定の酸化物個数密度が得られず、ＨＡＺ靱性が低下した。
表２のＮｏ．１２、１３（Ｎｉ添加例）は、ＲＥＭおよびＺｒの両方を含有しない表１の鋼種Ｊ、Ｋを用いた例であり、所定の酸化物個数密度が得られず、ＨＡＺ靱性が低下した。
表２のＮｏ．１４は、Ｃ量が多く、且つ、Ｃｅｑ（ＩＩＷ）が大きい表１の鋼種Ｌを用いた例であり、ＨＡＺ靱性が低下した。
表２のＮｏ．１５は、Ｃｅｑ（ＩＩＷ）が小さい表１の鋼種Ｍを用いた例であり、マルテンサイトが少なく、所望の強度が得られなかった。また、鋼板内部の硬さも低下し、所望の耐摩耗性が得られなかった。
表２のＮｏ．１６は、Ｔｉを添加した表１の鋼種Ｎを用いた例であり、母材靱性およびＨＡＺ靱性の両方が低下した。
表２のＮｏ．１７は、Ｍｏ量が少ない表１の鋼種Ｏを用いた例であり、マルテンサイトが少なく、所望とする鋼板内部の硬さが得られなかった。
表２のＮｏ．１８は、ＲＥＭおよびＺｒの各量が多い表１の鋼種Ｐを用いた例であり、ＨＡＺ靱性が低下した。
表２のＮｏ．１９は、Ｚｒ量が少ない表１の鋼種Ｑを用いた例であり、所定の酸化物個数密度が得られず、ＨＡＺ靱性が低下した。
表２のＮｏ．２０は、Ｃｅｑ（ＩＩＷ）が大きい表１の鋼種Ｒを用いた例であり、ＨＡＺ靱性が低下した。
以上の実験結果より、１１００ＭＰａ以上の高強度であっても、母材靱性およびＨＡＺ靱性の両方に優れ、好ましくは、耐摩耗性にも優れた厚鋼板を得るためには、本発明の鋼中成分を満足すると共に、Ｃｅｑ、組織および酸化物個数密度、好ましくは、鋼板の表面および内部の硬さが、所定範囲に制御されていることが重要であることがわかった。

Claims (2)

  1. 鋼中成分は、
    Ｃ：０．１０〜０．１６％（質量％の意味。化学成分について以下同じ）、
    Ｓｉ：０．２〜０．５％、
    Ｍｎ：１〜１．４％、
    Ｐ：０．０３％以下（０％を含まない）、
    Ｓ：０．０１％以下（０％を含まない）、
    Ａｌ：０．０８％以下（０％を含まない）、
    Ｃr：０．０３〜０．２５％、
    Ｍｏ：０．２５〜０．４％、
    Ｎｂ：０．０１〜０．０３％、
    Ｂ ：０．０００３〜０．００２％、
    Ｎ ：０．００６％以下（０％を含まない）、
    ＲＥＭ：０．０００５〜０．００３０％、
    Ｚｒ：０．０００３〜０．００２０％、
    残部：鉄および不可避不純物であり、且つ、
    下記式で表わされるＣｅｑ（ＩＩＷ）が０．４０以上、０．４５以下の範囲を満足すると共に、
    鋼中に最大径２μｍ以下の酸化物が２００個／ｍｍ2以上存在し、
    マルテンサイト組織を２９体積％以上含有し、残部がベイナイト組織であることを特徴とする母材靱性およびＨＡＺ靱性に優れた引張強さ１１００ＭＰａ以上の高張力鋼板。
    Ｃｅｑ（ＩＩＷ）＝［Ｃ］＋｛１／６×［Ｍｎ］｝＋｛１／５×（［Ｃｒ］＋［Ｍｏ］＋［Ｖ］）｝＋｛１／１５×（［Ｃｕ］＋［Ｎｉ］）｝
    式中、［ ］は、鋼中元素の含有量を意味する。
  2. 更に他の元素として、Ｎｉ：０．２５％以下（０％を含まない）を含有する請求項１に記載の高張力鋼板。
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