JP2015098642A - 鋼板 - Google Patents
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Abstract
【課題】製造コストが低く、且つ生産性が高い、母材の脆性き裂伝播停止性能と大入熱溶接時の溶接熱影響部の靭性とに優れた鋼板を提供する。
【解決手段】所定の化学成分を有し、炭素当量が0.30〜0.40質量%、SOLBが−0.0015〜+0.0015質量%、板厚1/2部では、結晶粒の粒径の加重平均値DAVEが3.0〜17.0μm、板厚1/2部では、圧延方向に垂直な面に対して15°以内の角度をなす{100}面の面積率が2.0〜20.0%、板厚1/4部では、0.5〜2.0μmの円相当径をそれぞれ有するTiN粒子、MnS粒子、及び複合粒子の個数密度の合計が20〜200個/mm2、板厚1/4部では、1〜10μmの円相当径を有する酸化物粒子の個数密度が20〜200個/mm2、板厚が10〜35mm、降伏応力が300〜500MPaである。
【選択図】なし
【解決手段】所定の化学成分を有し、炭素当量が0.30〜0.40質量%、SOLBが−0.0015〜+0.0015質量%、板厚1/2部では、結晶粒の粒径の加重平均値DAVEが3.0〜17.0μm、板厚1/2部では、圧延方向に垂直な面に対して15°以内の角度をなす{100}面の面積率が2.0〜20.0%、板厚1/4部では、0.5〜2.0μmの円相当径をそれぞれ有するTiN粒子、MnS粒子、及び複合粒子の個数密度の合計が20〜200個/mm2、板厚1/4部では、1〜10μmの円相当径を有する酸化物粒子の個数密度が20〜200個/mm2、板厚が10〜35mm、降伏応力が300〜500MPaである。
【選択図】なし
Description
本発明は、溶接を行った場合に溶接熱影響部の靭性と母材の脆性き裂伝播停止性能とに優れる鋼板に関する。
造船、建築、タンク、海洋構造物、およびラインパイプなどの構造物に用いられる厚鋼板には、構造物の脆性破壊を抑制するために、溶接継手からの脆性き裂の発生を抑制する性能(以下、継手靭性)が求められる。また、万一脆性破壊が溶接継手箇所にて発生した場合でも、脆性き裂の伝播を母材にて停止させる性能(以下、アレスト性)も、上述のような構造物用厚鋼板には求められる。特に、近年、石油および天然ガス等のエネルギー資源の埋蔵量が大きい、氷海域などの寒冷地における油田開発が活発化していることから、船舶、および海洋構造物に係る技術分野では、例えば−60℃の極低温環境下においても、上記の耐破壊性能が求められている。このような部材には、降伏応力が300〜500MPa、板厚が10〜35mmの厚鋼板を使用するケースが多い。加えて、船舶に係る技術分野において用いられる鋼板には、耐破壊性能に加えて引張強さ、降伏応力なども求められる。例えば、近年実用化された、船体構造と球状LNGタンクの外装とを一体化した構造を有するLNG船において用いられる球状LNGタンク外装用鋼板は、450〜620MPa、好ましくは490〜620MPaの引張強さ(TS)と、300〜500MPa、好ましくは355〜500MPaの降伏応力(YP)と、10〜35mm、好ましくは15〜30mmの板厚とを有する必要がある。さらに、球状LNGタンク外装用鋼板は、−60℃でのアレスト靭性値Kcaが4000N/mm1.5以上となる母材アレスト性をも有する必要がある。加えて、球状LNGタンク外装用鋼板を非常に大きい溶接入熱条件(例えば、50〜200kJ/cm)下において溶接することにより得られる溶接継手の溶接熱影響部(HAZ)において、高い低温靱性(例えば、−60℃におけるシャルピー吸収エネルギーの平均値が100J以上となる低温靱性)が得られるようにする必要がある。
しかし、上記した耐破壊性能は、一般に極低温下では著しく低下する傾向にある。さらに溶接施工効率を向上させ、コストを削減するために、1パスで溶接可能な大入熱溶接の適用が求められており、この場合の継手靭性は、組織粗大化が起り易いので、より一層低下する。このため、上記厚鋼板において、−60℃での継手靭性、及びアレスト性を向上させる技術が望まれている。なお、1パス大入熱溶接における溶接入熱は、板厚によって変化し、板厚が10〜35mmの範囲では、50〜200kJ/cmである。
しかし、上記した耐破壊性能は、一般に極低温下では著しく低下する傾向にある。さらに溶接施工効率を向上させ、コストを削減するために、1パスで溶接可能な大入熱溶接の適用が求められており、この場合の継手靭性は、組織粗大化が起り易いので、より一層低下する。このため、上記厚鋼板において、−60℃での継手靭性、及びアレスト性を向上させる技術が望まれている。なお、1パス大入熱溶接における溶接入熱は、板厚によって変化し、板厚が10〜35mmの範囲では、50〜200kJ/cmである。
継手靭性を向上させる方法として、例えば溶接熱影響部(以下、HAZ)において結晶粒径を制御する方法、脆化第二相を制御する方法、及び鋼に高靭性を付与する元素であるNiを添加する方法が知られている。
結晶粒径を制御する方法として、微細なピン止め粒子を鋼中に多量に分散させることによって、溶接の加熱過程でのオーステナイト粒の粗大化を抑制する方法(以下、ピン止め技術と称す)が例示される。また、結晶粒径を制御する別の方法として、フェライト変態の核となる粒子を鋼中に分散させることによって、溶接の冷却過程での粒内変態を促進し、粒内を細分化する方法(以下、粒内変態技術と称す)も例示される。
ピン止め技術として、特許文献1〜10に記載された技術が例示される。
特許文献1に記載された技術では、再加熱によりTiNを0.004%以上固溶させ、その後の冷却過程でTiNを微細析出、および分散させることによって、HAZ組織を微細化し、継手靭性を高めている。
特許文献2に記載された技術では、Ti含有量をN含有量で割った値を1.0〜6.0とすることで、粒子径が0.01〜0.1μmのTiNを5×105〜5×106個/mm2存在させ、これによりHAZ組織を微細化し、継手CTOD特性を向上させる。
特許文献3〜6に記載された技術では、製鋼工程で、Siとの平衡反応を利用して溶鋼中の溶存酸素量を所定の値に調整し、次いで脱酸元素であるTi、さらにAlを順に添加することで、Ti−Al複合系酸化物を均一微細分散させる。これにより、特許文献3〜6に記載された技術では、HAZ組織を微細化し、継手靭性を向上させる。このTi−Al複合系酸化物は、Ti組成比が5%以上、Al組成比が95%以下であり、粒子径が0.01〜1.0μm、粒子数が5×103〜1×105個/mm2であることが、特許文献6に記載されている。
特許文献7に記載された技術では、溶鋼をTi、およびAlで脱酸した後で、0.0010%以下のMgを添加する。これにより、粒子径が0.01〜1.0μm、および粒子数が1×104〜2×105個/mm2の、Al−Ti−Mgを主体とした複合系酸化物を均一に微細分散させ、HAZ組織を微細化し、継手靭性を高めている。
特許文献8、9に記載された技術では、円相当径が0.005〜2.0μmのCa、Al、Oの元素からなる酸化物粒子を鋼中に分散させる。これにより、HAZ組織を微細化し、継手靭性を向上させる。特許文献8に記載の酸化物粒子は、個数密度が100〜5000個/mm2であり、Oを除いた化学組成が、Ca:5質量%以上、およびAl:5質量%以上である。特許文献9に記載の酸化物粒子は、個数密度が100〜3000個/mm2であり、Oを除いた化学組成が、Ca:3質量%以上、Al:1質量%以上である。
特許文献10に記載された技術では、脱酸工程で溶鋼中の溶存酸素量を0.0010〜0.0050%に調整し、先ずTi、次いでAlを添加して脱酸し、さらにCa、Mg、およびREMのうち1種類以上の元素を添加する。これにより、円相当径が0.005〜0.5μmの酸化物を、100個/mm2以上分散させて、HAZ組織を微細化し、継手靭性を高めている。
粒内変態技術としては、特許文献11〜17に記載された技術が例示される。
特許文献11に記載された技術では、VNを核とした粒内フェライトを溶接後の冷却過程にて生成させることにより、HAZ組織を微細化し、継手靭性を向上させる。
特許文献12に記載された技術では、ボンド近傍でTiNおよび/またはBN粒子が微細に分散するとともに、粒径50μm以下のフェライトの面積分率が60%以上である金属組織を得ることによって、継手靭性を向上させる。
特許文献13に記載された技術では、Bを溶接金属からHAZに拡散させて、HAZ内でBNを析出させ、そのBNを核として微細フェライトを生成させることによって、継手靭性を向上させる。
特許文献14に記載された技術では、鋼の化学組成を、冷却速度が2℃/s以下のCCT曲線における変態点が670℃以上となる化学組成とし、且つN−Ti−Bの含有量比を制御する。これにより、BNを核とした粒内フェライトを生成させて、HAZ組織を微細化し、継手靭性を向上させる。
特許文献15に記載された技術では、溶製工程にてCa添加時の溶存酸素量を0.0010〜0.0030%に調整し、且つCa、S、およびOの添加量を適切に制御する。これにより、CaS上にMnSが析出したものである複合硫化物が鋼中に生成し、この複合硫化物がフェライト変態核として機能し、HAZ組織を微細化し、継手靭性を向上させる。
特許文献16に記載された技術では、Ti酸化物中にBNを析出させた複合介在物を鋼中に生成させる。この複合介在物を粒内変態核とすることで、粒界フェライト分率が5%以下かつアシキュラーフェライトサイズが円相当径で10μm以下の微細なHAZ組織を形成させ、継手靭性を向上させる。
特許文献17に記載された技術では、Tiを用いて溶鋼を脱酸した後に、Alを添加する。これにより生成したTi−Al複合酸化物を核として、TiN、MnS、B系析出物をさらに複合析出させたものをフェライト変態核とすることで、HAZ組織を微細化し、継手靭性を向上させる。
また、継手靱性を向上させるために脆化第二相を制御する方法としては、特許文献18〜20に記載された技術がある。
特許文献18に記載された技術では、C:0.03%未満、Mn:0.6〜1.2%、Ni:1.0〜2.3%である化学成分を有し、かつNi≦−2×Mn+4.0を満足する鋼を用いて溶接継手を作成する。これにより、島状マルテンサイトの生成を抑制することによって、継手靭性を向上させる。
特許文献19に記載された技術では、Mnを鋼中に積極的に添加するとともに、不純物元素であるPの含有量を0.008質量%以下にまで低減する。これにより、大入熱溶接後の冷却中に生成する島状の未変態オーステナイトが分解してセメンタイトとなることを促進し、島状マルテンサイトの面積率を1%以下に抑制することによって、継手靭性を向上させる。
特許文献20に記載された技術では、Mn,NiおよびCrを鋼中に適正量添加し、さらにC含有量を低減する。これにより、多層溶接時に2相域に加熱される部分に形成される島状マルテンサイトの平均面積を3μm2以下に抑制することによって、継手靭性を向上させる。
また、溶接継手の靱性を向上させるために高靭性元素であるNiを添加する方法としては、特許文献21、および22に記載された技術が例示される。
特許文献21に記載された技術では、Ni含有量を4.0〜7.5%とし、且つマルテンサイト変態開始温度(Ms)を370℃以下とする。これにより、マルテンサイト組織の構成単位であるラス幅を微細化して、継手靭性を向上させる。
特許文献22に記載された技術では、Ni含有量を4.0〜6.0%とし、且つ所定の式で表わされる炭素当量を0.40%未満にする。これにより、HAZの硬さを低下させて、継手靭性を向上させる。
アレスト性を向上させる方法として、例えば結晶粒径を制御する方法、脆化第二相を制御する方法、集合組織を制御する方法、及び高靭性元素であるNiを添加する方法が知られている。
アレスト性を向上させるために結晶粒径を制御する方法としては、特許文献23〜25に記載された技術が例示される。
特許文献23に記載された技術では、フェライトを母相とし、このフェライトを細粒化することにより、アレスト性を向上させる。そのような細粒フェライトを得るために、鋼板の製造の際に、板厚方向に沿って鋼片厚(鋳片厚又はスラブ厚)の1/8以上がAr3点以下となるように鋼片を冷却し、極低温域で圧延を行い、その後Ac3点を越える温度まで復熱させることにより、フェライトを再結晶させる必要がある。
特許文献24、および25に記載された技術では、フェライトを母相とし、鋼片の表層部を一旦Ar1以下に冷却し、その後表層部が復熱するまでの間に圧延を行うことにより、微細なフェライト再結晶粒を有する鋼板を得る。
また、アレスト性を向上させるために脆化第二相を制御する方法としては、特許文献26に記載された技術が例示される。
特許文献26に記載された技術では、母相となるフェライト中に微細な脆化第二相(例えばマルテンサイト)を分散させる。これにより、脆性き裂の先端部における脆化第二相に微小き裂を発生させて、き裂先端部の応力状態を緩和させる。
また、アレスト性を向上させるために集合組織を制御する方法としては、特許文献27〜39に記載された技術がある。
特許文献27〜39に記載された技術では、集合組織としてX線面強度比を例えば表層部、板厚1/4部、板厚1/2部の各板厚位置で制御することによって、き裂の伝播方向を変化させ、アレスト性を向上させる。
さらに、アレスト性を向上させるために結晶粒径および集合組織の両方を制御する方法としては、特許文献40〜42に記載された技術が例示される。
特許文献40に記載された技術では、板厚1/2部のフェライト分率を80%以上とし、且つ結晶粒径とX線面強度比とを制御することにより、圧延方向に対して45°方向のアレスト性を向上させる。
特許文献41に記載された技術では、表層および板厚1/2部の結晶粒径と、X線で測定した集合組織強度比とを制御することにより、アレスト性を向上させる。
特許文献42に記載された技術では、表層および板厚1/2部の結晶粒径と、外部応力に対し垂直な{100}面の面積率とを制御することにより、アレスト性を向上させる。
また、アレスト性を向上させるために高靭性元素であるNiを添加する方法としては、特許文献43に記載された技術がある。特許文献43に記載された技術では、Ni含有量を5.0超〜10.0%未満とし、且つ15°以上の大角粒界で囲まれる結晶粒の円相当粒径の平均値を板厚1/4位置で5.5μm以下にすることにより、アレスト性を向上させる。
特許文献1〜10に記載の技術では、鋼中にピン止め粒子を大量に分散させる必要がある。−60℃の極低温下では、そのピン止め粒子が脆性破壊の発生起点となり易いので、このような特徴を有する鋼の溶接継手の靭性は低下する。従って、特許文献1〜10に記載の技術から安定的に高い継手靭性を得ることは困難である。特に、特許文献4〜10に記載の技術のように、酸化物粒子をピン止め粒子として用いる場合には、熱的に安定な微細粒子が得られるが、酸化物粒子は高温で生成するという性質を有するので、粗大粒子も生成することが避けられない。その粗大粒子は、破壊の起点となり、継手靭性を低下させる。特許文献8〜10に記載の技術のように、板厚が厚い高強度の鋼を200kJ/cm超の大きな溶接入熱で溶接する場合であり、且つ比較的高い温度の靭性だけが評価される場合には、特許文献1〜10に記載の技術は有効な技術であるが、これら技術によって本発明で対象としている−60℃での継手靭性を向上させることは、極めて困難である。また、ピン止め技術は、溶接工程で加熱された際のオーステナイト粒を微細化することはできるが、粒内の微細化は行えない。溶接部の金属組織の最終的な粒径はオーステナイト粒径に依存するので、ピン止め技術による微細化には限界がある。したがって、ピン止め技術は、HAZ組織微細化効果としては粒内変態技術よりも劣位である。
特許文献11に記載の技術では、溶接工程後の冷却時に析出するVNを粒内変態核として用いている。しかし、本発明で対象としている溶接条件(板厚、溶接入熱)でのVNの利用は困難である。VNは、析出の駆動力が小さいので、特許文献11の実施例で記載されているような、溶接入熱が1000kJ/cmであるような溶接条件(冷却速度が極めて小さい条件)で溶接を行った場合にしか析出できない。さらに、VNは単独では、他の粒子に比べて劣るフェライト核生成能しか有しない。したがって、特許文献11に記載の技術は、本発明に求められる条件下では適用できない技術である。
特許文献12に記載の技術では、Al含有量を0.005%以下という極めて低い水準まで制御しなければならないので、脱酸が不十分となり、粗大な酸化物が大量に生成し易くなる。この粗大な酸化物は、破壊の起点となり、著しく靭性を低下させてしまう。また、TiN−BNの複合粒子のフェライト核生成能は小さいので、TiN−BNの複合粒子を用いて十分な微細組織を得るのは困難である。
特許文献13に記載の技術では、Bを溶接金属からHAZに拡散させることが必要であるが、拡散は種々の条件に影響されるので、フェライト変態核としてのBNの析出量を安定的に高く保つことは困難である。拡散に影響する種々の条件のうちの1つ目は、溶接入熱である。溶接入熱が低く、これにより高温滞留時間が短かったり、または冷却速度が大きかったりする場合は、Bを十分に拡散させることはできない。したがって、溶接入熱が低い溶接条件で行われる溶接には、特許文献13に記載の技術を適用できない。拡散に影響する種々の条件のうちの2つ目は、NbおよびTiの含有量である。Bの拡散は、空孔を介して生じるので、空孔との結合力が強いNbおよびTi等の元素が添加されている場合には、Bの拡散速度が低下して、十分にBを拡散させることができない。従って、NbおよびTiの含有が必要とされる鋼に、特許文献13に記載の技術を適用することはできない。
特許文献14に記載の技術では、BNを金属組織中に分散させ、BNを核とした粒内フェライトを生成させて、HAZ組織を微細化し、継手靭性を向上させる。しかし、BNの分散だけでは、フェライトを十分に生成させることはできない。さらに、特許文献14ではBNの分散状態が限定されていないので、特許文献14に記載の内容から、HAZ組織制御による継手靭性向上を安定的に図ることは難しい。また、特許文献14に開示されている、板厚が厚く且つ強度が高い実施例を用いて溶接継手を作成した場合、その化学成分に鑑みて、HAZが硬くなりすぎるとともに、脆化相であるMA(Martensite−Austenite constituent)が生成し易くなり、−60℃での継手靭性を向上させることは到底できないと考えられる。さらに、特許文献14に開示された実施例では、溶接入熱条件を340〜530kJ/cmとしているが、この溶接入熱条件下で溶接を行った場合、−60℃の継手靭性を向上させるほどのHAZ組織の微細化は極めて困難である。
特許文献15に記載の技術では、CaS上にMnSが析出したものである複合硫化物をフェライト変態核として利用することにより、HAZ組織が微細化される。しかし、複合硫化物のフェライト変態能は低いので、溶接入熱が小さい場合には、複合硫化物の効果は十分に発現できない。このため、溶接入熱が400kJ/cmであり(この溶接入熱は、本技術分野においては比較的高いとみなされる)、冷却速度が小さい溶接条件を、特許文献15は対象としている。このような溶接条件では、フェライトが生成しやすい。従って、別の溶接条件に、特許文献15の技術を適用することはできない。また、上述した特許文献14と同様に、特許文献15に開示された強度が高い実施例を用いて溶接継手を作成した場合、その化学成分では、HAZが硬くなりすぎるとともに、脆化相であるMAが生成し易くなるので、−60℃での継手靭性を向上させることは極めて困難であると考えられる。
特許文献16に記載の技術では、Al含有量を、極めて低い水準である0.005%未満まで制御しなければならない。これにより、特許文献16に記載の鋼では、脱酸が不十分となり、粗大な酸化物が大量に生成し易くなる。この粗大な酸化物は破壊の起点となるので、著しく靭性を低下させる。また、Ti酸化物を多量に分散させることは困難であるので、Ti酸化物をHAZ組織の微細化のために用いる特許文献16では、フェライトの核生成サイトが少なく、HAZ組織を十分微細化できない。特許文献16が対象としている、低い溶接入熱で多層溶接する場合には、特許文献16に開示された技術も微細化効果を発揮できると考えられるが、本発明が対象とする1パス溶接には、特許文献16に開示された技術を適用できない。
特許文献17に記載の技術では、酸化物をフェライト変態核として用いている。しかし、上述したように、この場合熱的に安定な微細粒子は得られるが、酸化物粒子は高温で生成する性質を有するので、酸化物粒子を十分に得ようとする場合、粗大粒子の生成が避けられない。その粗大粒子が破壊の起点となり、継手靭性が低下する。また、酸化物粒子を高密度に分散させることはできないので、特許文献17に記載の技術からは微細なHAZ組織が得られ難い。
特許文献18に記載の技術は、C含有量を、極めて低い水準である0.03%未満に制御し、且つ1.0〜2.0%のNiを添加する必要があるので、極めて合金コストが高いという問題点を有する。さらに、Niは、高温脆化により鋳造時のスラブ割れを多発させることから、特許文献18に記載の技術は、スラブ精製コストも大幅に増加するという問題を有する。また、HAZの組織微細化制御を行わず、島状マルテンサイトの制御のみを行ったとしても、−60℃での継手靭性を向上させることは困難である。
特許文献19、および20に記載の技術も、上記特許文献18と同様に、HAZ中の島状マルテンサイトの生成を抑制する。しかし、組織微細化制御をしない限り、−60℃での継手靭性を十分に向上させることはできない。また、特許文献18は、降伏応力が460MPa以上の鋼に溶接入熱が300kJ/cm以上の多層溶接を行って得られる溶接継手を対象とし、特許文献19は、降伏応力が630MPa以上の鋼に溶接入熱が50kJ/cmの多層溶接を行って得られる溶接継手を対象としている。これら条件下では、本発明が有する金属組織を達成することはできない。したがって、特許文献19、および20に記載の技術を用いて−60℃での継手靭性を向上させることは極めて困難である。
特許文献21、22に記載の技術では、4.0%以上もの多量のNiを添加することが必要とされる。極めてコストが高いので、特許文献21、22に記載の技術は産業利用上採用できない。また、特許文献21、22に記載の技術では、マルテンサイトを得る必要があるので、溶接入熱を20kJ/cm程度まで低くしなければならない。本発明が対象とする溶接入熱下で溶接を行ったとしても、上述の金属組織を得ることができないので、特許文献21、22に記載の技術を用いて継手靭性を向上させることは困難である。
特許文献23〜25に記載の技術では、鋼板の表裏層部のフェライトの再結晶を利用してフェライトを超微細化させるために、冷却、圧延、および復熱工程を経て鋼板を製造する必要がある。この技術では、製造プロセスが複雑になるので、安定した材質を有する鋼板を得るのは極めて困難であり、さらに、低温圧延が必要とされるので生産性が低い。さらに、このような製造プロセスでは、鋼板面の冷却の度合いが不均一になることに起因した形状不良が鋼板に生じやすい。形状不良が生じた場合、形状矯正を行うために多大なコストを要する。
また、特許文献26に記載の技術では、フェライト中にマルテンサイトを分散させているので、脆性き裂発生を抑制する特性が、著しく劣化してしまう。また、脆化第二相の制御のみでは、−60℃でのアレスト性を向上させることは困難である。
また、特許文献27〜39に記載の技術では、アレスト性を向上させるために最も効果的な因子である結晶粒径の制御が行われていない。すなわち、集合組織の制御だけでは、−60℃でのアレスト性を飛躍的に向上させることができない。また、X線面強度比は局所的な集合組織を表しているものであり、鋼板全体の特性を示すものではない。X線面強度比の制御のみを行うことによって集合組織が制御された鋼板では、集合組織のばらつきが大きい場合がある。また、これらの技術は、板厚が厚く、強度が高い鋼を対象としているが、本発明が対象とする板厚、および強度を有する鋼板のアレスト性を向上させ、かつこの鋼板の熱間圧延時に高い生産性が得られる技術ではない。そもそも、特許文献27〜30及び33の技術は、板厚方向のアレスト性を高める技術であり、本発明のような圧延方向と垂直、または平行な方向のアレスト性の向上に係る技術ではないので、本発明が対象とする鋼に適用することはできない。
また、特許文献40、および41には、結晶粒径と集合組織とを制御することにより、高いアレスト性を得るための技術が開示されている。しかし、特許文献40および41に記載の技術は、板厚が50mm以上の極厚鋼板を対象としている。本発明が対象とする板厚を有する鋼板の製造では、圧延温度および冷却速度が特許文献40および41に記載の条件とは異なる。従って、特許文献40および41の技術によって、同様の結晶粒径と集合組織とを有する鋼板を得ることは困難である。また、集合組織制御のために特許文献40および41にて用いられているX線面強度比は、局所的な集合組織を表しているものであるので、ばらつきが大きく、アレスト性を向上させる因子としては適していない。また、特許文献40および41に記載の技術では、所望の集合組織を形成させるために、低温での圧延が不可欠であるが、このことは、生産性を著しく低下させる。さらに、特許文献40は、圧延方向に対して45°の角度のアレスト性を向上させるための技術であり、本発明のような圧延方向と垂直、または平行な方向のアレスト性の向上に係る技術ではない。
特許文献42に記載の技術では、表層と板厚1/2部とにおける結晶粒径及び集合組織を制御しており、板厚が厚い鋼板のアレスト性の向上には有効である。しかし、本発明が対象とする板厚が10〜35mmの場合では、製造時の圧延、および冷却条件が異なることから、表層と板厚1/2部とにおける結晶粒径及び集合組織を明確に分離して制御し、同様の組織を得ることは困難である。
特許文献43に記載の技術は、5.0%超もの多量のNi添加を必要とし、極めてコストが高く、このことは産業利用上好ましくない。また、Niを多量に添加するので、特許文献43に記載の鋼板の強度は高い。1パスの大入熱溶接では、HAZが硬くなることによって、継手靭性が低下するので、特許文献43に記載の技術によって、継手靭性とアレスト性とを両立させた鋼板を得ること極めて困難である。
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、製造コストが低く、且つ生産性が高い、母材の脆性き裂伝播停止性能と大入熱溶接時の溶接熱影響部の靭性とに優れた鋼板を提供することにある。具体的には、母材の降伏応力が300〜500MPaであり、母材の−80℃での平均シャルピー吸収エネルギーが100J以上であり、母材の−60℃でのアレスト性(Kca)が4000N/mm1.5以上であり、溶接入熱が50〜200kJ/cmである溶接を行った場合に良好な靭性(例えば、−60℃での平均シャルピー吸収エネルギーが100J以上となる靱性)を有する溶接熱影響部が得られる鋼板を得ることが、本発明の課題である。
上記課題を解決するための本発明の要旨は、以下の通りである。
(1)本発明の一態様に係る鋼板は、化学組成が、質量%で、C:0.040〜0.090%、Si:0.01〜0.20%、Mn:1.30〜1.80%、P:0.020%以下、S:0.001〜0.010%、Al:0.005〜0.100%、Nb:0.003〜0.030%、Ti:0.003〜0.030%、B:0.0003〜0.0040%、N:0.0020〜0.0080%、O:0.0005〜0.0040%、Cu:0〜1.00%、Ni:0〜1.00%、Cr:0〜1.00%、Mo:0〜0.500%、V:0〜0.100%、Ca:0〜0.0050%、Mg:0〜0.0050%、REM:0〜0.0050%、および残部:鉄および不純物であり、A式によって定義される炭素当量CEが0.30〜0.40質量%であり、B式によって定義されるSOLBが−0.0015〜+0.0015質量%であり、金属組織が、フェライト及びベイナイトを含む混合組織、又は前記フェライト、パーライト及び前記ベイナイトを含む混合組織であり、前記フェライトの面積率が50〜90%、かつ前記ベイナイトの面積率が10〜50%であり、前記金属組織中のMAの面積率が0〜5%であり、板厚1/2部では、互いの結晶方位差が15°以上である、隣り合う結晶の間の境界を結晶粒界と定義し、前記結晶粒界によって囲まれた領域を結晶粒と定義し、分割数Nを、10以上の整数に設定した場合に、E式によって定義される前記結晶粒の粒径の加重平均値DAVEが3.0〜17.0μmであり、前記板厚1/2部では、圧延方向に垂直な面に対して15°以内の角度をなす{100}面の面積率が2.0〜20.0%であり、板厚1/4部では、1質量%以上のTiと1質量%未満のOと1質量%以上のNとを含む粒子をTiN粒子と定義し、1質量%以上のMnと1質量%以上のSと1質量%未満のOとを含む粒子をMnS粒子と定義し、前記TiN粒子の定義と前記MnS粒子の定義とを同時に満たす粒子を複合粒子と定義した場合に、0.5〜2.0μmの円相当径をそれぞれ有する前記TiN粒子、前記MnS粒子、及び前記複合粒子の個数密度の合計が20〜200個/mm2であり、前記板厚1/4部では、1質量%以上のOを含む粒子を酸化物粒子と定義した場合に、1〜10μmの円相当径を有する前記酸化物粒子の個数密度が20〜200個/mm2であり、板厚が10〜35mmであり、降伏応力が300〜500MPaである。
CE=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5 ・・・(A)
SOLB=0.226×Ti+B−0.772×N ・・・(B)
p=(DMAX−DMIN)/N ・・・(C)
Dk=DMIN+p×(k−1/2) ・・・(D)
DAVE=(Σ[k=1、N](Dk×Sk))/(Σ[k=1、N]Sk) ・・・(E)
式中に記載された元素記号は、各成分の前記鋼板中での含有量を単位質量%で示し、DMAXは、最大の前記結晶粒の前記粒径を単位μmで示し、DMINは、最小の前記結晶粒の前記粒径を単位μmで示し、kは1以上N以下の整数であり、Skは、(DMIN+p×(k−1))μm以上(DMIN+p×k)μm未満の円相当径を有する前記結晶粒の合計面積率を単位%で示す。
CE=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5 ・・・(A)
SOLB=0.226×Ti+B−0.772×N ・・・(B)
p=(DMAX−DMIN)/N ・・・(C)
Dk=DMIN+p×(k−1/2) ・・・(D)
DAVE=(Σ[k=1、N](Dk×Sk))/(Σ[k=1、N]Sk) ・・・(E)
式中に記載された元素記号は、各成分の前記鋼板中での含有量を単位質量%で示し、DMAXは、最大の前記結晶粒の前記粒径を単位μmで示し、DMINは、最小の前記結晶粒の前記粒径を単位μmで示し、kは1以上N以下の整数であり、Skは、(DMIN+p×(k−1))μm以上(DMIN+p×k)μm未満の円相当径を有する前記結晶粒の合計面積率を単位%で示す。
(2)上記(1)に記載の鋼板は、前記化学組成が、質量%で、Si:0.01〜0.10%であってもよい。
(3)上記(1)または(2)に記載の鋼板は、前記化学組成が、質量%で、Al:0.015〜0.060%であってもよい。
(4)上記(1)〜(3)のいずれか一項に記載の鋼板は、前記化学組成が、質量%で、Mo:0〜0.010%であってもよい。
(5)上記(1)〜(4)のいずれか一項に記載の鋼板は、前記化学組成が、質量%で、Ti:0.005〜0.018%であってもよい。
(6)上記(1)〜(5)のいずれか一項に記載の鋼板は、前記化学組成が、質量%で、B:0.0005〜0.0020%であってもよい。
(7)上記(1)〜(6)のいずれか一項に記載の鋼板は、前記化学組成が、質量%で、N:0.0025〜0.0060%であってもよい。
(8)上記(1)〜(7)のいずれか一項に記載の鋼板は、前記化学組成が、質量%で、O:0.0010〜0.0030%であってもよい。
(9)上記(1)〜(8)のいずれか一項に記載の鋼板は、前記SOLBが、−0.0010〜+0.0005%であってもよい。
(10)上記(1)〜(9)のいずれか一項に記載の鋼板は、前記結晶粒の前記加重平均値DAVEが3.0〜13.0μmであってもよい。
(11)上記(1)〜(10)のいずれか一項に記載の鋼板は、前記円相当径がそれぞれ0.5〜2.0μmの前記TiN粒子、前記MnS粒子、及び前記複合粒子の前記個数密度の前記合計が50〜140個/mm2であってもよい。
(12)上記(1)〜(11)のいずれか一項に記載の鋼板は、前記円相当径が1〜10μmの前記酸化物粒子の前記個数密度が20〜150個/mm2であってもよい。
(13)上記(1)〜(12)のいずれか一項に記載の鋼板は、前記化学組成が、質量%で、Cu:0.10〜1.00%、Ni:0.10〜1.00%、Cr:0〜0.10%、Mo:0〜0.100%、V:0〜0.005%であってもよい。
本発明に係る鋼板を用いて溶接継手を製造した場合、−60℃での溶接熱影響部の靭性と母材の脆性き裂伝播停止性能とが極めて優れた溶接継手が得られる。本発明に係る鋼板を用いれば、寒冷地、および氷海域などの低温環境において用いられる溶接鋼構造物の低コスト化および安全性向上を図ることが可能となる。
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意研究し、その結果、鋼板の化学組成、金属組織、硬さ、析出粒子の径および個数密度、結晶粒径、ならびに集合組織を制御することにより、コストが低く、熱間圧延時の生産性が高い鋼板が得られることを見出した。さらに本発明者らは、この鋼板を用いて溶接継手を製造した場合に、溶接継手の−60℃での継手靱性(HAZ靭性)と母材アレスト性とを向上させることができることを見出した。
以下、上述の知見に基づきなされた本発明の一実施形態に係る鋼板について説明する。なお、以下の記載において、「母材」および「熱影響部」との用語は、断りが無い限り、本実施形態に係る鋼板を用いて製造された溶接継手の母材および溶接熱影響部(HAZ)をそれぞれ示す。鋼板の構成および特性は、母材の構成および特性と同一であると見なすことができる。
(鋼板の金属組織)
本実施形態に係る鋼板は、フェライト及びベイナイトを含む混合組織、又は、フェライト、パーライト及びベイナイトを含む混合組織であり、フェライトの面積率が50〜90%、かつベイナイトの面積率が10〜50%である金属組織を有する。
本実施形態に係る鋼板は、フェライト及びベイナイトを含む混合組織、又は、フェライト、パーライト及びベイナイトを含む混合組織であり、フェライトの面積率が50〜90%、かつベイナイトの面積率が10〜50%である金属組織を有する。
(鋼板のフェライト面積率:50〜90%)
鋼板のフェライト面積率が50%未満である場合、平均結晶粒径を17.0μm以下として、これによりアレスト性を向上させることが困難である。フェライト面積率が90%超である場合、鋼板の降伏応力を270MPa以上とすることが困難である。所望の板厚、および強度(引張強さおよび降伏応力)を有する鋼板を得ることができるのであれば、フェライトの残部としてベイナイト、又はパーライト及びベイナイトをさらに含むことが可能である。フェライト面積率の下限値を、55%、60%、65%又は69%としてもよい。フェライト面積率の上限値を、86%、83%、80%又は77%としてもよい。
鋼板のフェライト面積率が50%未満である場合、平均結晶粒径を17.0μm以下として、これによりアレスト性を向上させることが困難である。フェライト面積率が90%超である場合、鋼板の降伏応力を270MPa以上とすることが困難である。所望の板厚、および強度(引張強さおよび降伏応力)を有する鋼板を得ることができるのであれば、フェライトの残部としてベイナイト、又はパーライト及びベイナイトをさらに含むことが可能である。フェライト面積率の下限値を、55%、60%、65%又は69%としてもよい。フェライト面積率の上限値を、86%、83%、80%又は77%としてもよい。
(鋼板のベイナイト面積率:10〜50%)
ベイナイトは、鋼板の強度、平均結晶粒径、及び集合組織に大きく影響する。ベイナイト面積率が10%未満である場合、鋼板の降伏応力を270MPa以上とすることが困難である。ベイナイト面積率が50%超である場合、鋼板の平均結晶粒径を17.0μm以下とし、且つ、後述するように圧延方向に垂直な面に対して15°以内の角度をなす{100}面積率を鋼板の板厚1/2部にて20%以下とすることによって、鋼板のアレスト性を向上させることが困難である。ベイナイト面積率の下限値を15%、18%、20%又は23%としてもよい。ベイナイト面積率の上限値を45%、40%、35%、31%又は28%としてもよい。
ベイナイトは、鋼板の強度、平均結晶粒径、及び集合組織に大きく影響する。ベイナイト面積率が10%未満である場合、鋼板の降伏応力を270MPa以上とすることが困難である。ベイナイト面積率が50%超である場合、鋼板の平均結晶粒径を17.0μm以下とし、且つ、後述するように圧延方向に垂直な面に対して15°以内の角度をなす{100}面積率を鋼板の板厚1/2部にて20%以下とすることによって、鋼板のアレスト性を向上させることが困難である。ベイナイト面積率の下限値を15%、18%、20%又は23%としてもよい。ベイナイト面積率の上限値を45%、40%、35%、31%又は28%としてもよい。
(鋼板のパーライト面積率:好ましくは10%以下)
パーライトは、所望の板厚、および強度を有する鋼板が得ることができるのであれば、鋼板中に含まれてもよい。従って、パーライト面積率は規定されない。しかしながら、パーライトは鋼板の耐破壊特性を低下させる場合があるので、パーライト面積率を、10%以下、5%以下、又は3%以下に制限してもよい。パーライト面積率の下限値は0%である。
パーライトは、所望の板厚、および強度を有する鋼板が得ることができるのであれば、鋼板中に含まれてもよい。従って、パーライト面積率は規定されない。しかしながら、パーライトは鋼板の耐破壊特性を低下させる場合があるので、パーライト面積率を、10%以下、5%以下、又は3%以下に制限してもよい。パーライト面積率の下限値は0%である。
(鋼板のMA面積率:0〜5%)
フェライト、パーライト及びベイナイト以外に、微細なMA(Martensite−Austenite−consituent)が鋼板の金属組織中に存在していてもよい。しかしながら、MAは鋼板の耐破壊特性を低下させる場合があるので、MA面積率を0〜5%にする。MA面積率の上限値を3%、2%又は1%にしてもよい。MA面積率は、0%とすることが最も望ましい。
フェライト、パーライト及びベイナイト以外に、微細なMA(Martensite−Austenite−consituent)が鋼板の金属組織中に存在していてもよい。しかしながら、MAは鋼板の耐破壊特性を低下させる場合があるので、MA面積率を0〜5%にする。MA面積率の上限値を3%、2%又は1%にしてもよい。MA面積率は、0%とすることが最も望ましい。
フェライト、ベイナイト、パーライト、およびMA以外の金属組織(金属組織の残部)の面積率を規定する必要はない。鋼板の化学成分を以下に示す範囲内とし、且つフェライト、ベイナイトおよびパーライトの面積率を上述の規定範囲内とするように鋼板を製造した場合、上述の金属組織以外の金属組織は生成しないと考えられる。また、仮に上述の金属組織以外の金属組織が生成したとしても、生成量は鋼板の特性に影響を及ぼさない程度に小さい。フェライト、ベイナイト、パーライト、およびMA以外の金属組織の面積率を合計で1%以下に制限しても差し支えない。
(鋼板の平均結晶粒径:3.0〜17.0μm)
鋼板および溶接熱影響部のアレスト性を主に支配する因子は、結晶粒界の量(面積)である。結晶粒界が脆性き裂伝播の障害となるからである。すなわち、結晶粒界を挟む隣接結晶粒は、互いに結晶方位が異なるので、結晶粒界ではき裂が伝播する方向が変化する。このため、結晶粒界では未破断領域が生じ、この未破断領域によって応力が分散され、き裂閉口応力が生じる。従って、金属組織中の結晶粒界の量が多い場合、き裂伝播の駆動力が低下し、アレスト性が向上する。また、結晶粒界では、未破断領域が最終的に延性破壊するので、脆性破壊に要するエネルギーが吸収される。このため、結晶粒界の量を増加させると、アレスト性が向上する。
鋼板および溶接熱影響部のアレスト性を主に支配する因子は、結晶粒界の量(面積)である。結晶粒界が脆性き裂伝播の障害となるからである。すなわち、結晶粒界を挟む隣接結晶粒は、互いに結晶方位が異なるので、結晶粒界ではき裂が伝播する方向が変化する。このため、結晶粒界では未破断領域が生じ、この未破断領域によって応力が分散され、き裂閉口応力が生じる。従って、金属組織中の結晶粒界の量が多い場合、き裂伝播の駆動力が低下し、アレスト性が向上する。また、結晶粒界では、未破断領域が最終的に延性破壊するので、脆性破壊に要するエネルギーが吸収される。このため、結晶粒界の量を増加させると、アレスト性が向上する。
結晶粒界の量を増加させるためには、結晶粒径を微細にすることが必要である。本実施形態に係る鋼板においては、互いの結晶方位差が15°以上である、隣り合う結晶の間の境界を結晶粒界と定義し、結晶粒界によって囲まれた領域を結晶粒と定義し、分割数Nを10以上の整数に設定した場合に、3式によって定義される結晶粒の粒径の加重平均値DAVEが、板厚1/2部において3.0〜17.0μmである。
p=(DMAX−DMIN)/N …(1式)
Dk=DMIN+p×(k−1/2) …(2式)
DAVE=(Σ[k=1、N](Dk×Sk))/(Σ[k=1、N]Sk) …(3式)
DMAXは、最大の結晶粒の粒径を単位μmで示し、DMINは、最小の結晶粒の粒径を単位μmで示し、kは1以上N以下の整数であり、Skは、(DMIN+p×(k−1))μm以上(DMIN+p×k)μm未満の円相当径を有する結晶粒の合計面積率を単位%で示す。
p=(DMAX−DMIN)/N …(1式)
Dk=DMIN+p×(k−1/2) …(2式)
DAVE=(Σ[k=1、N](Dk×Sk))/(Σ[k=1、N]Sk) …(3式)
DMAXは、最大の結晶粒の粒径を単位μmで示し、DMINは、最小の結晶粒の粒径を単位μmで示し、kは1以上N以下の整数であり、Skは、(DMIN+p×(k−1))μm以上(DMIN+p×k)μm未満の円相当径を有する結晶粒の合計面積率を単位%で示す。
上述の通り、本実施形態における「結晶粒界」とは、「互いの結晶方位差が15°以上である、隣り合う結晶の間の境界」を意味する。結晶方位差が15°未満である結晶粒界は、脆性き裂伝播の障害とはなり難く、大きなアレスト性向上効果を有しないので、本実施形態では考慮されない。本実施形態における「板厚1/X部」とは、鋼板表面から板厚の約1/Xの深さにある領域を示す。
本実施形態においては、結晶粒径を規定するために、結晶粒径の加重平均値を用いる。加重平均値は、上述の1式、2式および3式によって算出される。「p」は、分割範囲の幅であり、結晶粒径の最大値DMAXと最小値DMINとの差(全ての結晶粒径分布の幅)を分割数Nで割ることにより得られる(1式参照)。「k」は、1以上N以下の任意の整数である。「Dk」は、k番目の分割範囲の中央値である(2式参照)。加重平均値DAVEは、先ずk番目の分割範囲の中央値Dkと、k番目の分割範囲内にある結晶粒径を有する結晶粒の量Sk(単位%)とを掛けた値(DK×SK)を算出し、次いで、D1×S1〜DN×SNを合計することにより得られる(3式参照)。
加重平均値は、少数の粗大粒子の存在(異常値の存在)を評価する指標として優れている。アレスト性は、少数の粗大な粒子に影響されるので、加重平均値と良好な相関を示す。これに対し、結晶粒径の評価方法として通常最もよく用いられる結晶粒径の算術平均値は、測定視野の面積を、測定視野中の結晶粒の個数で割った値の平方根を算出することによって得られる。算術平均によって結晶粒径を評価した場合、少数の粗大粒子の存在が最終的に得られる算術平均値に十分に反映されないので、算術平均値とアレスト性とは良好な相関を示さない。
結晶粒径の加重平均値は、結晶粒径の算術平均値の2倍程度になる場合もある。さらに、結晶粒径のばらつきが大きいベイナイトが金属組織中に含まれる場合、結晶粒径の加重平均値は、結晶粒径の算術平均値の3〜10倍になりうる。本実施形態では、「平均結晶粒径」との用語は、特に断りが無い限り「結晶粒径の加重平均値」を意味する。
なお、ここで結晶粒径の算術平均とは、JIS G0551:2013の表1にて定義された平均結晶粒径(単位:mm)である。具体的には、観察した試験面の1mm2当たりの結晶粒の個数をmとしたときに、1/√mで求められる粒径である。
加重平均値は、少数の粗大粒子の存在(異常値の存在)を評価する指標として優れている。アレスト性は、少数の粗大な粒子に影響されるので、加重平均値と良好な相関を示す。これに対し、結晶粒径の評価方法として通常最もよく用いられる結晶粒径の算術平均値は、測定視野の面積を、測定視野中の結晶粒の個数で割った値の平方根を算出することによって得られる。算術平均によって結晶粒径を評価した場合、少数の粗大粒子の存在が最終的に得られる算術平均値に十分に反映されないので、算術平均値とアレスト性とは良好な相関を示さない。
結晶粒径の加重平均値は、結晶粒径の算術平均値の2倍程度になる場合もある。さらに、結晶粒径のばらつきが大きいベイナイトが金属組織中に含まれる場合、結晶粒径の加重平均値は、結晶粒径の算術平均値の3〜10倍になりうる。本実施形態では、「平均結晶粒径」との用語は、特に断りが無い限り「結晶粒径の加重平均値」を意味する。
なお、ここで結晶粒径の算術平均とは、JIS G0551:2013の表1にて定義された平均結晶粒径(単位:mm)である。具体的には、観察した試験面の1mm2当たりの結晶粒の個数をmとしたときに、1/√mで求められる粒径である。
鋼板の平均結晶粒径が、板厚1/2部にて3.0〜17.0μmである場合、−60℃における鋼板のアレスト靭性値(Kca)が4000N/mm1.5以上となる。さらに安定的にアレスト性を向上させるためには、平均結晶粒径を15.0μm以下、13.0μm以下、11.0μm以下、10.0μm又は9.0μm以下としてもよい。平均結晶粒径が17.0μmを上回る場合、鋼板のアレスト性が不足する。
鋼板の各種特性を向上させるために、鋼板の平均結晶粒径の下限値を規定する必要はない。しかしながら、平均結晶粒径を微細にするほどアレスト性は向上するが、過度の微細化は圧延の負荷を増大させ、生産性を低下させてしまう。従って、平均結晶粒径の下限値を、3.0μmとすることが好ましい。この下限値は、4.0μm、5.0μm、または6.0μmにしてもよい。
鋼板の平均結晶粒径を板厚1/2部で規定する理由は、板厚が10〜35mmの鋼板のアレスト性は主に板厚1/2部の平均結晶粒径によって支配されるので、板厚1/2部の平均結晶粒径を、その鋼板の平均結晶粒径の代表値とすることができるからである。なお、板厚1/2部の平均結晶粒径を主に制御する後述の製造方法によれば、板厚1/2部以外の板厚位置では、必然的に温度が低くなり、冷却速度が大きくなり、結晶粒が微細化する傾向になる。従って、板厚1/2部以外の板厚位置では、平均結晶粒径を特に規定する必要はない。
鋼板の結晶粒径の測定には、結晶方位の情報を広い視野で精度良く測定できるEBSD(Electron Back Scatter Diffraction pattern)法を用いることが好ましい。EBSD法を用いれば、ベイナイトのような複雑な組織の結晶粒径の測定も可能である。
より詳細には、結晶粒径は以下の方法によって求められる。先ず、EBSD法により板厚1/2部の500μm×500μmの領域を測定することを、測定位置を1μmずつ動かしながら繰り返し行う。ここで、隣接粒との結晶方位差が15°以上の境界を結晶粒界と定義し、この結晶粒界の円相当径を結晶粒径と定義し、上述の測定結果から平均結晶粒径を求める。
(鋼板の、板厚1/2部における、圧延方向に垂直な面に対して15°以内の角度をなす{100}面の面積率:2.0〜20.0%)
平均結晶粒径の制御のみでは、−60℃の極低温環境下のアレスト性を安定的に向上させることが難しい。集合組織を活用したき裂伝播方向の制御が、本実施形態に係る鋼板には必要とされる。鋼板が外部応力を受けた際に該鋼板に発生する脆性き裂は、圧延方向に垂直な面に対して15°以内の角度をなす{100}面のへき開面に沿って伝播することを本発明者らは見出した。すなわち、外部応力に対して垂直な面に{100}面集合組織が発達すれば、平均結晶粒径を3.0〜17.0μmに制御することにより得られるアレスト性向上効果が減少してしまうことが判明した。外部応力とは、鋼構造物に外的に付与される応力のことである。脆性き裂は、最も大きい外部応力の方向に対して垂直な方向に発生し、伝播する場合が多い。したがって、ここでは、鋼構造物に外的に付与される応力のうち最も大きいものを外部応力と定義する。一般的に外部応力は、鋼板の主圧延方向に対してほぼ平行に付与される。このため、外部応力に対して垂直な面を、鋼板の主圧延方向に対して垂直な面と見なすことができる。
平均結晶粒径の制御のみでは、−60℃の極低温環境下のアレスト性を安定的に向上させることが難しい。集合組織を活用したき裂伝播方向の制御が、本実施形態に係る鋼板には必要とされる。鋼板が外部応力を受けた際に該鋼板に発生する脆性き裂は、圧延方向に垂直な面に対して15°以内の角度をなす{100}面のへき開面に沿って伝播することを本発明者らは見出した。すなわち、外部応力に対して垂直な面に{100}面集合組織が発達すれば、平均結晶粒径を3.0〜17.0μmに制御することにより得られるアレスト性向上効果が減少してしまうことが判明した。外部応力とは、鋼構造物に外的に付与される応力のことである。脆性き裂は、最も大きい外部応力の方向に対して垂直な方向に発生し、伝播する場合が多い。したがって、ここでは、鋼構造物に外的に付与される応力のうち最も大きいものを外部応力と定義する。一般的に外部応力は、鋼板の主圧延方向に対してほぼ平行に付与される。このため、外部応力に対して垂直な面を、鋼板の主圧延方向に対して垂直な面と見なすことができる。
鋼板の主圧延方向は、例えば、鋼板表面をピクリン酸により腐食させ、旧オーステナイトのアスペクト比を測定することにより判別可能である。旧オーステナイトのアスペクト比が大きい方向を、鋼板の主圧延方向として判別することができる。
鋼板の圧延方向に垂直な面に対して15°以内の角度をなす{100}面の集合組織が、板厚1/2部において面積率で2.0〜20.0%になるようにすれば、脆性き裂の伝播に対する抵抗力が増大し、アレスト性が向上できることが判明した。
上述の知見に基づき、本実施形態に係る鋼板においては、板厚1/2部において、圧延方向に垂直な面に対して15°以内の角度をなす{100}面の面積率を2.0〜20.0%とする。
板厚1/2部において、圧延方向に垂直な面に対して15°以内の角度をなす{100}面の面積率は、小さい方が望ましい。しかしながら、圧延方向に垂直な面に対して15°以内の角度をなす{100}面の面積率を2.0%未満とするためには、鋼板の金属組織を、フェライトの面積率が90%を超える金属組織にする必要が生じる。この場合、降伏応力を270MPa以上とすることが困難となる。従って、圧延方向に垂直な面に対して15°以内の角度をなす{100}面の面積率の下限値を2.0%とした。圧延方向に垂直な面に対して15°以内の角度をなす{100}面の面積率が20.0%超である場合、平均結晶粒径を微細に制御してもアレスト性が低下する。したがって、圧延方向に垂直な面に対して15°以内の角度をなす{100}面の面積率の上限値を20.0%とした。圧延方向に垂直な面に対して15°以内の角度をなす{100}面の面積率の下限値を、3.0%、4.0%又は5.0%としてもよい。また、上記の{100}面の面積率の上限値を、17.0%、15.0%、12.0%又は10.0%としてもよい。
鋼板の集合組織はEBSD法により測定することが好ましい。EBSD法により測定する場合、X線による測定に比べて、より広い視野の集合組織を精度良く測定することが可能である。
より詳細には、EBSD法により、板厚1/2部において、鋼板の主圧延方向に対し垂直な面に対し15°以内の角度をなす{100}面のマップを作成し、その総面積を測定面積で除することによって、それらの面積率を求めることができる。
上記のようなアレスト性向上のための方策は、降伏応力が300〜500MPa、及び板厚が10〜35mmの鋼板に適用される。降伏応力が300MPa未満、又は板厚が10mm未満の鋼板は、アレスト性が必要とされる部材の材料として用いられることは殆どない。また、降伏応力が500MPa超、板厚が35mm超の鋼板では、本実施形態で規定する平均結晶粒径及び集合組織を形成しても、力学的条件が厳しくなり、−60℃におけるアレスト靭性値(Kca)が4000N/mm1.5以上の高アレスト性を付与することが難しい場合があるからである。降伏応力の下限値を320MPa、340MPa又は360MPaに、上限値を480MPa、460MPa又は440MPaに制限してもよい。板厚の下限値を12mm、14mm又は16mmに、上限値を30mm、26mm又は22mmに制限してもよい。
引張強さを特に規定する必要はないが、450〜700MPaとしても差し支えない。必要があれば、引張強さの下限値を490MPaにしてもよく、また、引張強さの上限値を650MPa又は600MPaにしてもよい。
引張強さを特に規定する必要はないが、450〜700MPaとしても差し支えない。必要があれば、引張強さの下限値を490MPaにしてもよく、また、引張強さの上限値を650MPa又は600MPaにしてもよい。
(鋼板における、0.5〜2.0μmの円相当径をそれぞれ有するTiN粒子、MnS粒子、及び複合粒子の個数密度の合計:20〜200個/mm2)
鋼板に含まれる析出物、または介在物等の粒子は、溶接熱影響部の靭性に大きく影響する。TiN粒子、MnS粒子、及び複合粒子は、溶接によって鋼板が加熱される際に、オーステナイト粒の成長をピン止め効果によって抑制したり、溶接後に鋼板が冷却される際に、フェライトが変態する核となったりすることによって、組織を微細化して溶接継手の靭性を向上させることができる。しかしながら、TiN粒子、MnS粒子、及び複合粒子が脆性破壊の発生起点となり、鋼板の靭性が低下する場合もある。従って、TiN粒子、MnS粒子、及び複合粒子の個数を緻密に制御することが必要となる。また、溶接継手においてHAZ組織を微細化させることにより継手靭性を向上させるためには、TiN粒子、MnS粒子、及び複合粒子をフェライト変態核として利用することが望ましい。これは、上述のピン止め効果だけを利用した場合、オーステナイト粒内でのフェライト変態による金属組織の細分化が不十分になり、これにより、金属組織の微細化が不十分となるからである。その上、金属組織を十分に微細化するためにピン止め効果だけを利用する場合、多量のTiN粒子、MnS粒子、及び複合粒子を分散させる必要があるが、これにより脆性破壊の発生起点となり得る箇所が増加し、溶接継手の靱性が低下する。
鋼板に含まれる析出物、または介在物等の粒子は、溶接熱影響部の靭性に大きく影響する。TiN粒子、MnS粒子、及び複合粒子は、溶接によって鋼板が加熱される際に、オーステナイト粒の成長をピン止め効果によって抑制したり、溶接後に鋼板が冷却される際に、フェライトが変態する核となったりすることによって、組織を微細化して溶接継手の靭性を向上させることができる。しかしながら、TiN粒子、MnS粒子、及び複合粒子が脆性破壊の発生起点となり、鋼板の靭性が低下する場合もある。従って、TiN粒子、MnS粒子、及び複合粒子の個数を緻密に制御することが必要となる。また、溶接継手においてHAZ組織を微細化させることにより継手靭性を向上させるためには、TiN粒子、MnS粒子、及び複合粒子をフェライト変態核として利用することが望ましい。これは、上述のピン止め効果だけを利用した場合、オーステナイト粒内でのフェライト変態による金属組織の細分化が不十分になり、これにより、金属組織の微細化が不十分となるからである。その上、金属組織を十分に微細化するためにピン止め効果だけを利用する場合、多量のTiN粒子、MnS粒子、及び複合粒子を分散させる必要があるが、これにより脆性破壊の発生起点となり得る箇所が増加し、溶接継手の靱性が低下する。
上記知見に基づいて、本実施形態に係る鋼板は、TiN粒子、MnS粒子、及び複合粒子をフェライト変態核として利用するために、以下のような構成を有するものとされる。1質量%以上のTiと1質量%未満のOと1質量%以上のNとを含む析出物または介在物を本実施形態におけるTiN粒子と定義し、1質量%以上のMnと1質量%以上のSと1質量%未満のOとを含む析出物または介在物を本実施形態におけるMnS粒子と定義し、TiN粒子の定義とMnS粒子の定義とを同時に満たす析出物または介在物を本実施形態における複合粒子と定義する(以降、特に断りが無い限り、「TiN粒子」、「MnS粒子」、及び「複合粒子」との用語は、上述した定義を満たす粒子を示す)。この場合に、0.5〜2.0μmの円相当径をそれぞれ有するTiN粒子、MnS粒子、及び複合粒子の個数密度の合計を20〜200個/mm2とする。
本実施形態におけるTiN粒子、MnS粒子、及び複合粒子は、フェライト変態核となる。また、TiN粒子、MnS粒子、及び複合粒子は別のフェライト変態核であるBN(窒化ホウ素)の析出核にもなる。フェライト変態核としてTiN粒子、MnS粒子、及び複合粒子を選択した理由は、以下の通りである。TiN粒子は、フェライトとの界面エネルギーが小さい(すなわち、格子整合性が良い)。MnS粒子は、マトリックスとの界面近傍にMnの欠乏層を生じさせてフェライト変態の駆動力を高める。また、TiN粒子およびMnS粒子は、オーステナイトとの界面エネルギーを高めることによって、フェライト変態およびBN析出の核となる性能が高く、HAZ組織の微細化に大きく寄与する。
TiNおよびMnSは、それぞれが単独で存在するよりも、複合粒子(TiN粒子の定義とMnS粒子の定義とを同時に満たす粒子)となって存在する方が好ましい。複合粒子は、上記の効果をより高める。しかし、TiNおよびMnSの共存が組織微細化に及ぼす影響は、粒子径および個数密度が組織微細化に及ぼす影響と比較すれば無視できるほど小さい。従って、TiN粒子およびMnS粒子のうちいずれか1種以上存在すれば良い。
TiNおよびMnSは、それぞれが単独で存在するよりも、複合粒子(TiN粒子の定義とMnS粒子の定義とを同時に満たす粒子)となって存在する方が好ましい。複合粒子は、上記の効果をより高める。しかし、TiNおよびMnSの共存が組織微細化に及ぼす影響は、粒子径および個数密度が組織微細化に及ぼす影響と比較すれば無視できるほど小さい。従って、TiN粒子およびMnS粒子のうちいずれか1種以上存在すれば良い。
TiN粒子、MnS粒子、及び複合粒子の円相当径を0.5〜2.0μmと規定し、且つ個数密度を20〜200個/mm2と規定した理由は、以下の通りである。TiN粒子、MnS粒子、及び複合粒子の粒子径が0.5μm、及び/または個数密度が20個/mm2未満である場合、TiN粒子、MnS粒子、及び複合粒子とオーステナイトとの間の界面エネルギーを十分大きくすることができなくなり、これら粒子の変態核としての能力が小さくなり、核生成サイト量が小さくなるので、溶接熱影響部の平均結晶粒径を80μm以下にすることができなくなる場合がある。TiN粒子、MnS粒子、及び複合粒子の粒子径が2.0μm、及び/または個数密度が200個/mm2超である場合、これら粒子が脆性破壊の発生起点になり易く、鋼板の靭性が低下してしまう場合がある。TiN粒子、MnS粒子、及び複合粒子それぞれの円相当径の下限値を、0.6μm、0.7μm又は0.8μmとしてもよい。また、TiN粒子、MnS粒子、及び複合粒子それぞれの円相当径の上限値を1.8μm、1.5μm又は1.3μmとしてもよい。靭性向上のために、TiN粒子、MnS粒子、及び複合粒子それぞれの個数密度の下限値を30個/mm2、40個/mm2、50個/mm2又は60個/mm2としてもよい。また、各粒子の個数密度の現実的な範囲に鑑み、TiN粒子、MnS粒子、及び複合粒子それぞれの個数密度の上限値を180個/mm2、160個/mm2、140個/mm2又は120/mm2としてもよい。なお、粒子径が2.0μm超であるTiN粒子、MnS粒子、及び複合粒子(粗大粒子)は、脆性破壊の発生起点となり、継手靭性を低下させる場合がある。このため、粒子径が2.0μm超である各粒子の個数密度は50個/mm2以下又は20個/mm2以下であることが好ましい。粒子径が0.5μm未満であるTiN粒子、MnS粒子、及び複合粒子の個数密度は、フェライトの核生成能が低く、金属組織への影響が小さい。したがって、粒子径が0.5μm未満である各粒子の個数密度を特に規定する必要はない。
TiN粒子、MnS粒子、及び複合粒子の個数および粒径を規定する位置を限定する必要はない。粒子の個数および粒径に、位置が及ぼす影響は比較的小さいからである。本実施形態では、板厚1/4部におけるTiN粒子、MnS粒子、及び複合粒子の個数および粒径を、鋼板を代表する値として用いた。
TiN粒子、MnS粒子、及び複合粒子の個数および粒径を規定する位置を限定する必要はない。粒子の個数および粒径に、位置が及ぼす影響は比較的小さいからである。本実施形態では、板厚1/4部におけるTiN粒子、MnS粒子、及び複合粒子の個数および粒径を、鋼板を代表する値として用いた。
(1〜10μmの円相当径を有する酸化物粒子の個数密度:20〜200個/mm2)
さらに、本実施形態に係る鋼板においては、板厚1/4部における円相当径1〜10μmの酸化物粒子の個数密度を20〜200個/mm2とすることが好ましい。
さらに、本実施形態に係る鋼板においては、板厚1/4部における円相当径1〜10μmの酸化物粒子の個数密度を20〜200個/mm2とすることが好ましい。
酸化物粒子は、ピン止め粒子および/またはフェライト変態核として用いない。さらに、酸化物粒子は、脆性破壊の発生起点となり、継手靭性を低下させる。したがって酸化物粒子の個数密度を極力低減した方が好ましい。しかしながら、酸化物粒子の個数密度を過剰に減少させると、鋼板製造コストが大きくなるなどの不都合が生じ、産業利用上好ましくない。
産業利用上許容できる範囲で最大限脱酸工程を行った場合に、不純物として存在する酸化物粒子の円相当径は約1μmであり、個数密度は約20個/mm2である。従って、酸化物粒子の円相当径の下限値を1μmとし、酸化物粒子の個数密度の下限値を20個/mm2とする。酸化物粒子の個数密度の下限値を0個/mm2、10個/mm2、20個/mm2、40個/mm2、又は60個/mm2としても良い。1μm未満の円相当径を有する酸化物粒子の存在は許容される。何故なら、1μm未満の円相当径を有する酸化物粒子は、靱性にほとんど影響を及ぼさないからである。したがって、1μm未満の円相当径を有する酸化物粒子の個数密度を規定する必要はない。
酸化物粒子の円相当径が10μm超であり、および/または個数密度が200個/mm2超である場合、酸化物粒子は脆性破壊の発生起点となり、鋼板の靭性を低下させるおそれがある。したがって、酸化物粒子の円相当径の上限値を10μmとし、酸化物粒子の個数密度の上限値を200個/mm2とした。好ましい酸化物粒子の個数密度の上限値は、150個/mm2であり、さらに好ましくは100個/mm2である。特に破壊の起点になりやすい酸化物粒子を低減させるために、酸化物粒子の上限値を8μm又は6μmとしてもよい。10μm超の円相当径を有する酸化物粒子(粗大粒子)は、鋼板中に含有されないことが好ましい。しかしながら、1〜10μmの円相当径を有する酸化物粒子の個数密度を上述のように低減させた場合、10μm超の円相当径を有する酸化物粒子も十分に除去されていると考えられるので、10μm超の円相当径を有する酸化物粒子の個数密度を規定する必要はない。
酸化物粒子の個数および粒径を規定する位置を限定する必要はない。酸化物粒子の個数および粒径に、位置が及ぼす影響は比較的小さいからである。本実施形態では、板厚1/4部における酸化物粒子の個数および粒径を、鋼板を代表する値として用いた。
酸化物粒子の個数密度および粒径の測定のためには、走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)を用いて、広い視野で測定することが好ましい。
より詳細には、1mm×1mmの領域において、反射電子像で酸化物粒子を識別し、SEMに含まれるEDS(Energy Dispersive X−ray Spectrometer)によって組成を分析し酸化物粒子を同定する。また、酸化物粒子像を撮影し、画像解析によって円相当径を求め、さらには個数をカウントすることで、酸化物粒子の個数密度を求める。この酸化物粒子測定は、自動で連続的に行うことができるSEMに付属のソフトを用いて、測定しても良い。測定する際の板厚位置は任意で良いが、板厚1/4部を代表として測定する。
(化学組成)
以下、本実施形態に係る鋼板の化学組成について説明する。成分についての「%」は質量%を意味する。
以下、本実施形態に係る鋼板の化学組成について説明する。成分についての「%」は質量%を意味する。
(C:0.040〜0.090%)
Cは、母材の強度を確保するために0.040%以上含有させる。Cの含有量が0.090%を超えると、セメンタイトおよびMA等の脆化相が増加し、継手靭性を確保することが困難になるので、Cの含有量は、0.090%以下とする。従って、C含有量の下限値は0.040%であり、好ましくは0.050%、より好ましくは0.060%である。C含有量の上限値は0.090%であり、好ましくは0.080%、より好ましくは0.070%である。
Cは、母材の強度を確保するために0.040%以上含有させる。Cの含有量が0.090%を超えると、セメンタイトおよびMA等の脆化相が増加し、継手靭性を確保することが困難になるので、Cの含有量は、0.090%以下とする。従って、C含有量の下限値は0.040%であり、好ましくは0.050%、より好ましくは0.060%である。C含有量の上限値は0.090%であり、好ましくは0.080%、より好ましくは0.070%である。
(Si:0.01〜0.20%)
Siは、脱酸元素、及び強化元素として有効であるので、0.01%以上含有させる。Siの含有量が0.20%を超えると、MAが増加し、継手靭性が大きく劣化するので、Siの含有量は0.20%以下とする。Si含有量の下限値は0.01%であり、好ましくは0.03%、より好ましくは0.05%である。Si含有量の上限値は0.20%であり、好ましくは0.15%、より好ましくは0.10%である。
Siは、脱酸元素、及び強化元素として有効であるので、0.01%以上含有させる。Siの含有量が0.20%を超えると、MAが増加し、継手靭性が大きく劣化するので、Siの含有量は0.20%以下とする。Si含有量の下限値は0.01%であり、好ましくは0.03%、より好ましくは0.05%である。Si含有量の上限値は0.20%であり、好ましくは0.15%、より好ましくは0.10%である。
(Mn:1.30〜1.80%)
Mnは、厚手母材の強度と靭性とを確保するために1.30%以上含有させる。Mnの含有量が1.80%を超えると、Mnの中心偏析が顕著となり、中心偏析が生じた部分における母材およびHAZの靭性が劣化するので、Mnの含有量は、1.80%以下とする。Mn含有量の下限値は1.30%であり、好ましくは1.35%、より好ましくは1.40%である。Mn含有量の上限値は1.80%であり、好ましくは1.70%、より好ましくは1.60%である。
Mnは、厚手母材の強度と靭性とを確保するために1.30%以上含有させる。Mnの含有量が1.80%を超えると、Mnの中心偏析が顕著となり、中心偏析が生じた部分における母材およびHAZの靭性が劣化するので、Mnの含有量は、1.80%以下とする。Mn含有量の下限値は1.30%であり、好ましくは1.35%、より好ましくは1.40%である。Mn含有量の上限値は1.80%であり、好ましくは1.70%、より好ましくは1.60%である。
(P:0.020%以下に制限)
Pは、不純物元素の一つである。継手靭性を安定的に確保するために、Pの含有量を0.020%以下に制限する。好ましくは、P含有量は0.015%以下、さらに好ましくは、0.010%以下である。P含有量は少なければ少ないほど好ましいので、P含有量の下限値は0%である。しかし、P含有量を低減させるためのコストを考慮し、0.0005%をP含有量の下限値としてもよい。
Pは、不純物元素の一つである。継手靭性を安定的に確保するために、Pの含有量を0.020%以下に制限する。好ましくは、P含有量は0.015%以下、さらに好ましくは、0.010%以下である。P含有量は少なければ少ないほど好ましいので、P含有量の下限値は0%である。しかし、P含有量を低減させるためのコストを考慮し、0.0005%をP含有量の下限値としてもよい。
(S:0.001〜0.010%)
Sは、不純物元素の一つであるが、MnS粒子を生成するために必要な元素である。MnS粒子を生成させ、継手靭性を確保するために、0.001%以上のSを含有させる。しかし、Sの含有量が0.010%を超えると、粗大なMnS粒子が増加し、継手靭性が低下するので、Sの含有量は0.010%以下とする。S含有量の下限値は0.001%であり、好ましくは0.0015%、より好ましくは0.002%である。S含有量の上限値は0.010%であり、好ましくは0.008%、より好ましくは0.006%又は0.005%である。
Sは、不純物元素の一つであるが、MnS粒子を生成するために必要な元素である。MnS粒子を生成させ、継手靭性を確保するために、0.001%以上のSを含有させる。しかし、Sの含有量が0.010%を超えると、粗大なMnS粒子が増加し、継手靭性が低下するので、Sの含有量は0.010%以下とする。S含有量の下限値は0.001%であり、好ましくは0.0015%、より好ましくは0.002%である。S含有量の上限値は0.010%であり、好ましくは0.008%、より好ましくは0.006%又は0.005%である。
(Al:0.005〜0.100%)
Alは、鋼を脱酸する役割を有し、不純物元素の一つであるOを低減する。Al以外に、SiおよびMnも脱酸に寄与するが、SiおよびMnが添加される場合でも、Alの含有量が0.005%未満では、安定的にOを低減することはできない。しかし、Alの含有量が0.1%を超えると、アルミナ系の粗大酸化物、および粗大酸化物のクラスターが金属組織中に生成し、母材およびHAZの靭性が損なわれる。したがって、Alの含有量は0.100%以下とする。Al含有量の下限値は0.005%であり、好ましくは0.010%、より好ましくは0.020%である。Al含有量の上限値は0.100%であり、好ましくは0.080%、より好ましくは0.060%又は0.050%である。
Alは、鋼を脱酸する役割を有し、不純物元素の一つであるOを低減する。Al以外に、SiおよびMnも脱酸に寄与するが、SiおよびMnが添加される場合でも、Alの含有量が0.005%未満では、安定的にOを低減することはできない。しかし、Alの含有量が0.1%を超えると、アルミナ系の粗大酸化物、および粗大酸化物のクラスターが金属組織中に生成し、母材およびHAZの靭性が損なわれる。したがって、Alの含有量は0.100%以下とする。Al含有量の下限値は0.005%であり、好ましくは0.010%、より好ましくは0.020%である。Al含有量の上限値は0.100%であり、好ましくは0.080%、より好ましくは0.060%又は0.050%である。
(Nb:0.003〜0.030%)
Nbは、本実施形態において重要な元素である。所定の平均結晶粒径および集合組織を形成させるためには、圧延温度を未再結晶オーステナイト域(未再結晶オーステナイトが金属組織中に保たれる温度域)に設定した圧延を行って鋼板を製造することが必要となる。Nbは、未再結晶オーステナイト域を拡大させるために有効な元素である。未再結晶オーステナイト域が拡大された場合、圧延温度を上昇させることができ、生産性向上に寄与する。この効果を得るためには、Nbを0.003%以上含有させる必要がある。しかし、Nbの含有量が0.030%を超えると、HAZの硬度が過剰に増大し、継手靭性が低下するので、Nbの含有量は、0.030%以下とする。Nb含有量の下限値は0.003%であり、好ましくは0.004%、より好ましくは0.005%である。Nb含有量の上限値は0.020%であり、好ましくは0.015%、より好ましくは0.010%である。
Nbは、本実施形態において重要な元素である。所定の平均結晶粒径および集合組織を形成させるためには、圧延温度を未再結晶オーステナイト域(未再結晶オーステナイトが金属組織中に保たれる温度域)に設定した圧延を行って鋼板を製造することが必要となる。Nbは、未再結晶オーステナイト域を拡大させるために有効な元素である。未再結晶オーステナイト域が拡大された場合、圧延温度を上昇させることができ、生産性向上に寄与する。この効果を得るためには、Nbを0.003%以上含有させる必要がある。しかし、Nbの含有量が0.030%を超えると、HAZの硬度が過剰に増大し、継手靭性が低下するので、Nbの含有量は、0.030%以下とする。Nb含有量の下限値は0.003%であり、好ましくは0.004%、より好ましくは0.005%である。Nb含有量の上限値は0.020%であり、好ましくは0.015%、より好ましくは0.010%である。
(Ti:0.003〜0.030%)
Tiは、本発明において重要な元素である。Tiを含有させることにより、鋼板中にTiN粒子を形成する。TiN粒子は、鋼板加熱時にオーステナイト粒径が大きくなることを、ピン止め効果によって抑制する。オーステナイト粒径が大きくなると、変態組織の平均結晶粒径も大きくなるので、所定の平均結晶粒径を得ることが困難となり、鋼板の靭性、およびアレスト性が低下する。また、母材でピン止め効果に用いた微細なTiN粒子は、溶接の加熱時に大部分が固溶するが、粗大なTiN粒子はHAZ内に溶け残り、BN粒子の析出核およびフェライトの変態核として機能し、HAZ組織の微細化に寄与する。TiN粒子が含まれない場合、所定の平均結晶粒径を得ることが困難となり、継手靭性が低下する。必要な平均結晶粒径を得て、靭性、アレスト性、および継手靭性を向上させるためには、Tiを0.003%以上含有させる必要がある。しかし、Tiの含有量が0.030%を超えると、脆性破壊の起点となり得る粗大なTiN粒子およびTiC粒子が形成され、鋼板の靭性、および継手靭性が低下する。したがって、Tiの含有量は0.030%以下とする。Ti含有量の下限値は0.003%であり、好ましくは0.005%、より好ましくは0.007%である。Ti含有量の上限値は0.030%であり、好ましくは0.020%、より好ましくは0.015%である。
Tiは、本発明において重要な元素である。Tiを含有させることにより、鋼板中にTiN粒子を形成する。TiN粒子は、鋼板加熱時にオーステナイト粒径が大きくなることを、ピン止め効果によって抑制する。オーステナイト粒径が大きくなると、変態組織の平均結晶粒径も大きくなるので、所定の平均結晶粒径を得ることが困難となり、鋼板の靭性、およびアレスト性が低下する。また、母材でピン止め効果に用いた微細なTiN粒子は、溶接の加熱時に大部分が固溶するが、粗大なTiN粒子はHAZ内に溶け残り、BN粒子の析出核およびフェライトの変態核として機能し、HAZ組織の微細化に寄与する。TiN粒子が含まれない場合、所定の平均結晶粒径を得ることが困難となり、継手靭性が低下する。必要な平均結晶粒径を得て、靭性、アレスト性、および継手靭性を向上させるためには、Tiを0.003%以上含有させる必要がある。しかし、Tiの含有量が0.030%を超えると、脆性破壊の起点となり得る粗大なTiN粒子およびTiC粒子が形成され、鋼板の靭性、および継手靭性が低下する。したがって、Tiの含有量は0.030%以下とする。Ti含有量の下限値は0.003%であり、好ましくは0.005%、より好ましくは0.007%である。Ti含有量の上限値は0.030%であり、好ましくは0.020%、より好ましくは0.015%である。
(B:0.0003〜0.0040%)
Bは、本発明において重要な元素である。HAZにおいて、Bは、BN粒子を形成する。BN粒子はフェライトの変態核としての機能を有するので、B含有はHAZ組織微細化に寄与する。この効果を得るためには、0.0003%以上のBを含有させる必要がある。しかし、Bの含有量が多すぎると、継手靭性および溶接性が悪化するので、0.0040%をB含有量の上限値とする。Bの含有量が0.0040%を超えると、脆性破壊の起点となり得る粗大なBN粒子が形成されたり、固溶Bが増加して過度に焼入れ性が高まることによってHAZの硬さが過剰に大きくなったりすることで、継手靭性が低下する。したがって、Bの含有量は、0.0040%以下とする。B含有量の下限値は0.0003%であり、好ましくは0.0005%、より好ましくは0.0007%である。B含有量の上限値は0.0040%であり、好ましくは0.0030%、より好ましくは0.0020%又は0.0016%である。
Bは、本発明において重要な元素である。HAZにおいて、Bは、BN粒子を形成する。BN粒子はフェライトの変態核としての機能を有するので、B含有はHAZ組織微細化に寄与する。この効果を得るためには、0.0003%以上のBを含有させる必要がある。しかし、Bの含有量が多すぎると、継手靭性および溶接性が悪化するので、0.0040%をB含有量の上限値とする。Bの含有量が0.0040%を超えると、脆性破壊の起点となり得る粗大なBN粒子が形成されたり、固溶Bが増加して過度に焼入れ性が高まることによってHAZの硬さが過剰に大きくなったりすることで、継手靭性が低下する。したがって、Bの含有量は、0.0040%以下とする。B含有量の下限値は0.0003%であり、好ましくは0.0005%、より好ましくは0.0007%である。B含有量の上限値は0.0040%であり、好ましくは0.0030%、より好ましくは0.0020%又は0.0016%である。
(N:0.0020〜0.0080%)
Nは、本発明において重要な元素である。上記したようにTiN粒子およびBN粒子を形成し、靭性、アレスト性、および継手靭性を向上させるために、0.0020%以上のNを含有させる必要がある。しかし、Nの含有量が0.0080%を超えると、鋼板が脆化するので、Nの含有量は、0.0080%以下とする。N含有量の下限値は0.0020%であり、好ましくは0.0025%、より好ましくは0.0030%である。N含有量の上限値は0.0080%であり、好ましくは0.0070%、より好ましくは0.0060%又は0.0050%である。
Nは、本発明において重要な元素である。上記したようにTiN粒子およびBN粒子を形成し、靭性、アレスト性、および継手靭性を向上させるために、0.0020%以上のNを含有させる必要がある。しかし、Nの含有量が0.0080%を超えると、鋼板が脆化するので、Nの含有量は、0.0080%以下とする。N含有量の下限値は0.0020%であり、好ましくは0.0025%、より好ましくは0.0030%である。N含有量の上限値は0.0080%であり、好ましくは0.0070%、より好ましくは0.0060%又は0.0050%である。
(O:0.0005〜0.0040%)
Oは、不純物元素の一つである。粗大な酸化物粒子の生成を抑制し、継手靭性を安定的に確保するために、Oの含有量を0.0040%以下に制限する。好ましくは、0.0030%以下、さらに好ましくは、0.0020%以下である。下限値は、O含有量を低減させるためのコストを考慮し、0.0005%、好ましくは0.0010%、より好ましくは0.0015%である。
Oは、不純物元素の一つである。粗大な酸化物粒子の生成を抑制し、継手靭性を安定的に確保するために、Oの含有量を0.0040%以下に制限する。好ましくは、0.0030%以下、さらに好ましくは、0.0020%以下である。下限値は、O含有量を低減させるためのコストを考慮し、0.0005%、好ましくは0.0010%、より好ましくは0.0015%である。
本実施形態に係る鋼板の化学組成において、上述した元素の残部はFe及び不純物であればよい。ただし、本実施形態に係る鋼板の化学組成は、必要に応じてCu、Ni、Cr、Mo、V、Ca、Mg、およびREMのうち少なくとも1種を含有してもよい。また、これらの元素が不純物レベルで微量含有されていても本実施形態では許容できる。以下、それぞれの元素の添加効果および含有量について説明する。これらの元素が意図的に添加されていたとしても、不純物として混入したとしても、これら元素の含有量が規定範囲内の鋼板は、本実施形態に係る鋼板であるとみなす。
(Cu:0〜1.00%)
Cuを含有させることにより、母材の強度、及び靭性を向上することができる。その効果を得るためには、0.10%以上のCuを含有させてもよい。ただし、Cuの含有量が多すぎると、継手靭性および溶接性が悪化するので、1.00%をCu含有量の上限値とする。Cu含有量の下限値は0%であり、母材の強度及び靭性の向上のために、0.10%、0.15%、又は0.20%としてもよい。継手靭性および溶接性の向上のために、Cu含有量の上限値は1.00%であり、必要に応じて、0.80%、0.50%、又は0.30%に制限してもよい。
Cuを含有させることにより、母材の強度、及び靭性を向上することができる。その効果を得るためには、0.10%以上のCuを含有させてもよい。ただし、Cuの含有量が多すぎると、継手靭性および溶接性が悪化するので、1.00%をCu含有量の上限値とする。Cu含有量の下限値は0%であり、母材の強度及び靭性の向上のために、0.10%、0.15%、又は0.20%としてもよい。継手靭性および溶接性の向上のために、Cu含有量の上限値は1.00%であり、必要に応じて、0.80%、0.50%、又は0.30%に制限してもよい。
(Ni:0〜1.00%)
Niを含有させることにより、母材の強度、及び靭性を向上させることができる。その効果を得るためには、0.10%以上のNを含有させてもよい。ただし、Niの含有量が多すぎると、製造コストが高くなり、さらに継手靭性および溶接性が悪化する。したがって、1%をNi含有量の上限値とする。Ni含有量の下限値は0%であり、母材の強度及び靭性の向上のために、0.15%、又は0.20%としてもよい。コスト削減、および/または継手靭性および溶接性の向上のために、Ni含有量の上限値は1.00%であり、必要に応じて、0.70%、0.50%、又は0.30%に制限してもよい。
Niを含有させることにより、母材の強度、及び靭性を向上させることができる。その効果を得るためには、0.10%以上のNを含有させてもよい。ただし、Niの含有量が多すぎると、製造コストが高くなり、さらに継手靭性および溶接性が悪化する。したがって、1%をNi含有量の上限値とする。Ni含有量の下限値は0%であり、母材の強度及び靭性の向上のために、0.15%、又は0.20%としてもよい。コスト削減、および/または継手靭性および溶接性の向上のために、Ni含有量の上限値は1.00%であり、必要に応じて、0.70%、0.50%、又は0.30%に制限してもよい。
(Cr:0〜1.00%)
Crを含有させることにより、母材の強度、及び靭性を向上することができる。その効果を得るために、0.10%以上のCrを含有させてもよい。しかし、Crの含有量が多すぎると、継手靭性および溶接性が悪化するので、1.00%をCr含有量の上限値とする。従って、Cr含有量の下限値は0.05%又は0.10%である。Crの上限値は、必要に応じて、1.00%、0.80%、0.50%、0.30%、0.20%又は0.12%であってもよい。
Crを含有させることにより、母材の強度、及び靭性を向上することができる。その効果を得るために、0.10%以上のCrを含有させてもよい。しかし、Crの含有量が多すぎると、継手靭性および溶接性が悪化するので、1.00%をCr含有量の上限値とする。従って、Cr含有量の下限値は0.05%又は0.10%である。Crの上限値は、必要に応じて、1.00%、0.80%、0.50%、0.30%、0.20%又は0.12%であってもよい。
(Mo:0〜0.50%)
Moを含有させることにより、母材の強度、及び靭性を向上することができる。その効果を得るために、0.01%以上のMoを含有させてもよい。ただし、Moの含有量が多すぎると、継手靭性および溶接性が悪化するので、0.50%をMo含有量の上限値とする。Mo含有量の下限値は0%であり、0.01%、0.02%、または0.03%としてもよい。Mo含有量の上限値は0.50%であり、必要に応じて、0.30%、0.20%、0.10%又は0.06%であってもよい。
Moを含有させることにより、母材の強度、及び靭性を向上することができる。その効果を得るために、0.01%以上のMoを含有させてもよい。ただし、Moの含有量が多すぎると、継手靭性および溶接性が悪化するので、0.50%をMo含有量の上限値とする。Mo含有量の下限値は0%であり、0.01%、0.02%、または0.03%としてもよい。Mo含有量の上限値は0.50%であり、必要に応じて、0.30%、0.20%、0.10%又は0.06%であってもよい。
(V:0〜0.1%)
Vを含有させることにより、母材の強度、及び靭性を向上することができる。その効果を得るためには、0.01%以上のVを含有させてもよい。ただし、Vの含有量が多すぎると、継手靭性および溶接性が悪化するので、0.10%をV含有量の上限値とする。V含有量の下限値は0%であり、0.01%、0.015%、または0.02%としてもよい。V含有量の上限値は0.10%であり、必要に応じて、0.08%、0.06%、又は0.04%であってもよい。
Vを含有させることにより、母材の強度、及び靭性を向上することができる。その効果を得るためには、0.01%以上のVを含有させてもよい。ただし、Vの含有量が多すぎると、継手靭性および溶接性が悪化するので、0.10%をV含有量の上限値とする。V含有量の下限値は0%であり、0.01%、0.015%、または0.02%としてもよい。V含有量の上限値は0.10%であり、必要に応じて、0.08%、0.06%、又は0.04%であってもよい。
(Ca:0〜0.0050%)
Caを含有させることにより、継手靭性が向上する。その効果を得るために、0.0003%以上のCaを含有させてもよい。ただし、Caの含有量が多すぎると、継手靭性および溶接性が悪化するので、0.0050%をCa含有量の上限値とする。Ca含有量の下限値は0%であり、0.0003%、0.0005%、または0.0007%としてもよい。Ca含有量の上限値は0.0050%であり、必要に応じて、0.0040%、0.0030%、又は0.0020%であってもよい。
Caを含有させることにより、継手靭性が向上する。その効果を得るために、0.0003%以上のCaを含有させてもよい。ただし、Caの含有量が多すぎると、継手靭性および溶接性が悪化するので、0.0050%をCa含有量の上限値とする。Ca含有量の下限値は0%であり、0.0003%、0.0005%、または0.0007%としてもよい。Ca含有量の上限値は0.0050%であり、必要に応じて、0.0040%、0.0030%、又は0.0020%であってもよい。
(Mg:0〜0.0050%)
Mgを含有させることにより、継手靭性が向上する。その効果を得るために、0.0003%以上のMgを含有させてもよい。ただし、Mgの含有量が多すぎると、継手靭性および溶接性が悪化するので、0.0050%をMg含有量の上限値とする。Mg含有量の下限値は0%であり、0.0003%、0.0005%、または0.0007%としてもよい。Mg含有量の上限値は0.0050%であり、必要に応じて、0.0050%、0.0040%、0.0030%、又は0.0020%であってもよい。
Mgを含有させることにより、継手靭性が向上する。その効果を得るために、0.0003%以上のMgを含有させてもよい。ただし、Mgの含有量が多すぎると、継手靭性および溶接性が悪化するので、0.0050%をMg含有量の上限値とする。Mg含有量の下限値は0%であり、0.0003%、0.0005%、または0.0007%としてもよい。Mg含有量の上限値は0.0050%であり、必要に応じて、0.0050%、0.0040%、0.0030%、又は0.0020%であってもよい。
(REM:0〜0.0050%)
「REM」との用語は、Sc、Yおよびランタノイドからなる合計17元素を指し、「REMの含有量」とは、これらの17元素の合計含有量を意味する。REMを含有させることにより、継手靭性が向上する。その効果を得るためには、0.0003%以上のREMを含有させてもよい。ただし、REMの含有量が多すぎると、継手靭性および溶接性が悪化するので、0.0050%をREM含有量の上限値とする。REM含有量の下限値は0%であり、0.0003%、0.0005%、または0.0007%であってもよい。REM含有量の上限値は0.0050%であり、必要に応じて、0.0040%、0.0030%、又は0.0020%であってもよい。
「REM」との用語は、Sc、Yおよびランタノイドからなる合計17元素を指し、「REMの含有量」とは、これらの17元素の合計含有量を意味する。REMを含有させることにより、継手靭性が向上する。その効果を得るためには、0.0003%以上のREMを含有させてもよい。ただし、REMの含有量が多すぎると、継手靭性および溶接性が悪化するので、0.0050%をREM含有量の上限値とする。REM含有量の下限値は0%であり、0.0003%、0.0005%、または0.0007%であってもよい。REM含有量の上限値は0.0050%であり、必要に応じて、0.0040%、0.0030%、又は0.0020%であってもよい。
鋼板および溶接継手の強度、及び靭性向上などのために、上述の選択元素を意図的に含有させることができる。しかし、合金コスト低減などのために、これらの選択元素を何ら含有させなくても、差し支えない。したがって、上述の選択元素の含有量の下限値は全て0%である。しかし、意図的に添加しない場合であっても、不純物として、Cu:0.10%未満、Ni:0.10%未満、Cr:0.10%未満、Mo:0.010%未満、V:0.010%未満、Ca:0.0003%未満、Mg:0.0003%未満、REM:0.0003%未満が、鋼中に含有され得る。これらの元素は、鋼中に不純物として含有された場合であっても、本実施形態に係る鋼板の特性には何ら影響しない。
本実施形態に係る鋼板は、上記必須成分を含有し、さらに上記選択成分の含有量が制限され、残部がFeおよび不純物を含む。しかしながら、本実施形態に係る溶接鋼材は、上記成分の他に、鋼材自体の強度、靭性等を一段と改善する目的で、あるいはスクラップ等の副原料からの不純物として、以下の合金元素を含有してもよい。
Sbは継手靭性を損なう。従って、Sb含有量[Sb]は、0.010%以下であることが好ましく、0.005%以下であることがより好ましく、0.003%以下であることが最も好ましい。
Snは継手靭性を損なう。従って、Sn含有量[Sn]は、0.010%以下であることが好ましく、0.005%以下であることがより好ましく、0.003%以下であることが最も好ましい。
Asは継手靭性を損なう。従って、As含有量[As]は、0.010%以下であることが好ましく、0.005%以下であることがより好ましく、0.003%以下であることが最も好ましい。
また、上記した必須成分および選択成分が有する上記効果を十分に発揮させるために、Zr、Co、Zn及びWそれぞれの含有量を、0.01%以下又は0.005%以下に制限することが好ましい。
Sb、Sn、As、Zr、Co、Zn及びWの下限値を制限する必要はなく、各元素の含有量の下限値は0%である。また、下限値の規定がない合金元素(例えば、Cu、Ni、Cr、Mo、V、Ca、Mg、REM、Sb、Sn、As、Zr、Co、Zn及びW)が意図的に添加されたとしても、または不純物として混入したとしても、その含有量が規定範囲内にあれば、その鋼材は本実施形態に係る鋼材であると判断される。
本実施形態に係る鋼板は、上記必須成分を含有し、さらに上記選択成分の含有量が制限され、残部がFeおよび不純物を含む。しかしながら、本実施形態に係る溶接鋼材は、上記成分の他に、鋼材自体の強度、靭性等を一段と改善する目的で、あるいはスクラップ等の副原料からの不純物として、以下の合金元素を含有してもよい。
Sbは継手靭性を損なう。従って、Sb含有量[Sb]は、0.010%以下であることが好ましく、0.005%以下であることがより好ましく、0.003%以下であることが最も好ましい。
Snは継手靭性を損なう。従って、Sn含有量[Sn]は、0.010%以下であることが好ましく、0.005%以下であることがより好ましく、0.003%以下であることが最も好ましい。
Asは継手靭性を損なう。従って、As含有量[As]は、0.010%以下であることが好ましく、0.005%以下であることがより好ましく、0.003%以下であることが最も好ましい。
また、上記した必須成分および選択成分が有する上記効果を十分に発揮させるために、Zr、Co、Zn及びWそれぞれの含有量を、0.01%以下又は0.005%以下に制限することが好ましい。
Sb、Sn、As、Zr、Co、Zn及びWの下限値を制限する必要はなく、各元素の含有量の下限値は0%である。また、下限値の規定がない合金元素(例えば、Cu、Ni、Cr、Mo、V、Ca、Mg、REM、Sb、Sn、As、Zr、Co、Zn及びW)が意図的に添加されたとしても、または不純物として混入したとしても、その含有量が規定範囲内にあれば、その鋼材は本実施形態に係る鋼材であると判断される。
(炭素当量CE:0.30〜0.40%)
本実施形態に係る鋼板では、下記4式により求められる炭素当量CEを、0.30〜0.40%とする。
CE=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5・・・(4式)
ここで、式中に記載された元素記号は、鋼板中に含有されている各成分の含有量を質量%で示す。含有量が0%の成分がある場合には、上記4式で当該成分の含有量として0%を代入して計算するものとする。
本実施形態に係る鋼板では、下記4式により求められる炭素当量CEを、0.30〜0.40%とする。
CE=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5・・・(4式)
ここで、式中に記載された元素記号は、鋼板中に含有されている各成分の含有量を質量%で示す。含有量が0%の成分がある場合には、上記4式で当該成分の含有量として0%を代入して計算するものとする。
鋼板の炭素当量が0.30%未満になると、300MPa以上の降伏強度、−60℃でのアレスト性、および継手靭性に関し要求を満たす鋼板が得られない。炭素当量が0.40%を超えると、−60℃でのアレスト性、および継手靭性に関し要求を満たす鋼板が得られない。従って、鋼板の炭素当量の下限値は0.30%、好ましくは0.31%、より好ましくは0.32%、更に好ましくは0.33%であり、炭素当量の上限値は0.40%、好ましくは0.39%、より好ましくは0.38%、更に好ましくは0.37%又は0.36%である。
(SOLB:−0.0015〜+0.0015%)
本実施形態に係る鋼板では、下記5式により求められるSOLB(Solute B)を、−0.0015〜+0.0015%とする。
SOLB=0.226Ti+B−0.772N ・・・(5式)
ここで、式中に記載された元素記号は、鋼板中に含有されている各成分の含有量を質量%で示す。
SOLBは、HAZの平均結晶粒径および硬さを所定の範囲に制御し、継手靭性を確保するための指標である。鋼板のSOLBが−0.0015%未満になると、HAZの平均結晶粒径が粗大化し、−60℃での継手靭性を満足できない。SOLBが+0.0015%を超えると、Bが過剰に存在することによって、鋼板の焼入れ性が急激に増加し、HAZの平均粒径を80μm以下にし、且つHAZのビッカース硬さを190以下にすることができなくなるので、−60℃での継手靭性を満足できない。従って、SOLBの下限値は−0.0015%、好ましくは−0.0010%、より好ましくは−0.0005%、更に好ましくは0%であり、SOLBの上限値は+0.0015%、好ましくは+0.0013%、より好ましくは+0.0010%、更に好ましくは+0.0008%である。
本実施形態に係る鋼板では、下記5式により求められるSOLB(Solute B)を、−0.0015〜+0.0015%とする。
SOLB=0.226Ti+B−0.772N ・・・(5式)
ここで、式中に記載された元素記号は、鋼板中に含有されている各成分の含有量を質量%で示す。
SOLBは、HAZの平均結晶粒径および硬さを所定の範囲に制御し、継手靭性を確保するための指標である。鋼板のSOLBが−0.0015%未満になると、HAZの平均結晶粒径が粗大化し、−60℃での継手靭性を満足できない。SOLBが+0.0015%を超えると、Bが過剰に存在することによって、鋼板の焼入れ性が急激に増加し、HAZの平均粒径を80μm以下にし、且つHAZのビッカース硬さを190以下にすることができなくなるので、−60℃での継手靭性を満足できない。従って、SOLBの下限値は−0.0015%、好ましくは−0.0010%、より好ましくは−0.0005%、更に好ましくは0%であり、SOLBの上限値は+0.0015%、好ましくは+0.0013%、より好ましくは+0.0010%、更に好ましくは+0.0008%である。
次に、本実施形態に係る鋼板の好ましい製造方法について説明する。
(溶製工程)
まず、所望の化学組成に調整した溶鋼を、転炉等を用いた公知の溶製方法で溶製する。ただし、脱酸および化学組成の調整は、溶製工程中に、以下に示すように行う必要がある。
RH法による二次精錬にて、先ず、強い脱酸力を低コストで得られるAlを用いて、鋼中の溶存酸素量を40ppm以下に抑制する。次いで、Arの吹き込みと還流とを5分以上行い、これにより鋼中の溶存酸素量を20ppm以下に抑制する。上述の水準まで脱酸を行うことによって、脆性破壊の発生起点となる円相当径1〜10μmの酸化物粒子の個数密度を200個/mm2以下に減少させることができ、これにより継手靭性の低下を防止できる。RH法による二次精錬にてArの吹き込みを行う理由は、アルミナ等の粗大酸化物を浮上させて除去する効果があるからである。
溶鋼の化学成分を調整するためには、溶製工程にて合金元素を投入する必要がある。TiおよびBは、Al脱酸後に投入することが好ましい。また、Ca、Mg、およびREMも、もし鋼板に含有させる場合、Al脱酸後に投入することが好ましい。Ti、B、Ca、Mg、およびREMは酸化物を形成するので、Al脱酸前に投入された場合、脱酸反応を妨げ、歩留まりを低下させるおそれがある。その他の元素は、脱酸前に投入しても脱酸後に投入してもよいが、脱酸後に投入されるのが通常である。なお、SiおよびMnは脱酸効果を有するので、Al脱酸の前に投入された場合、脱酸をさらに効率的に行うことができる。しかし、SiおよびMnが脱酸後に添加されたとしても、鋼板の特性が低下することはない。
まず、所望の化学組成に調整した溶鋼を、転炉等を用いた公知の溶製方法で溶製する。ただし、脱酸および化学組成の調整は、溶製工程中に、以下に示すように行う必要がある。
RH法による二次精錬にて、先ず、強い脱酸力を低コストで得られるAlを用いて、鋼中の溶存酸素量を40ppm以下に抑制する。次いで、Arの吹き込みと還流とを5分以上行い、これにより鋼中の溶存酸素量を20ppm以下に抑制する。上述の水準まで脱酸を行うことによって、脆性破壊の発生起点となる円相当径1〜10μmの酸化物粒子の個数密度を200個/mm2以下に減少させることができ、これにより継手靭性の低下を防止できる。RH法による二次精錬にてArの吹き込みを行う理由は、アルミナ等の粗大酸化物を浮上させて除去する効果があるからである。
溶鋼の化学成分を調整するためには、溶製工程にて合金元素を投入する必要がある。TiおよびBは、Al脱酸後に投入することが好ましい。また、Ca、Mg、およびREMも、もし鋼板に含有させる場合、Al脱酸後に投入することが好ましい。Ti、B、Ca、Mg、およびREMは酸化物を形成するので、Al脱酸前に投入された場合、脱酸反応を妨げ、歩留まりを低下させるおそれがある。その他の元素は、脱酸前に投入しても脱酸後に投入してもよいが、脱酸後に投入されるのが通常である。なお、SiおよびMnは脱酸効果を有するので、Al脱酸の前に投入された場合、脱酸をさらに効率的に行うことができる。しかし、SiおよびMnが脱酸後に添加されたとしても、鋼板の特性が低下することはない。
さらに、連続鋳造等の公知の鋳造方法によって、溶鋼を鋼片(鋳片、スラブ)とする。ただし、鋳造時の鋼片の板厚1/4部の900〜1300℃の範囲における冷却速度を0.05〜5.00℃/sとする。これは、TiN粒子、MnS粒子、および複合粒子を析出させるためである。HAZでフェライト変態核として用いるTiN粒子、MnS粒子、および複合粒子は、鋼片製造段階での析出制御を適切に行わなければ、以降の工程における再加熱の際に、溶解、又は粗大化してしまう。溶解または粗大化が生じた場合、所定の粒子径と個数密度とを有するTiN粒子、MnS粒子、および複合粒子を含む鋼板を得ることができなくなる。好ましい冷却条件は、950〜1250℃の範囲において冷却速度を0.1〜4℃/sにすることであり、さらに好ましい冷却条件は、1000〜1200℃の範囲において冷却速度を0.2〜3.0℃/sにすることである。
鋼片は、鋼片の板厚1/2部が700℃以下になるまで冷却することが望ましい。即ち、鋼片の板厚1/2部の冷却停止温度を700℃以下とすることが望ましい。鋼片の板厚1/2部の冷却停止温度が700℃超である場合、冷却中に生じるオーステナイトからフェライトへの変態が完了しないので、後工程での加熱時に、フェライトからオーステナイトへの逆変態を利用した細粒化効果が得られにくくなる。細粒化効果が得られない場合、オーステナイト粒が粗大となり、圧延後に結晶粒径を微細化させることが困難になる。冷却停止温度は、好ましくは、650℃以下であり、さらに好ましくは600℃以下である。ただし、後工程での加熱温度が1100℃以下であり、かつ粗圧延の圧下率を30%以上とすることができる場合は、再結晶によってオーステナイト粒を微細化することが可能であるので、鋼片の板厚1/2部の冷却停止温度を700℃超とすることは許容できる。
鋼片は、鋼片の板厚1/2部が700℃以下になるまで冷却することが望ましい。即ち、鋼片の板厚1/2部の冷却停止温度を700℃以下とすることが望ましい。鋼片の板厚1/2部の冷却停止温度が700℃超である場合、冷却中に生じるオーステナイトからフェライトへの変態が完了しないので、後工程での加熱時に、フェライトからオーステナイトへの逆変態を利用した細粒化効果が得られにくくなる。細粒化効果が得られない場合、オーステナイト粒が粗大となり、圧延後に結晶粒径を微細化させることが困難になる。冷却停止温度は、好ましくは、650℃以下であり、さらに好ましくは600℃以下である。ただし、後工程での加熱温度が1100℃以下であり、かつ粗圧延の圧下率を30%以上とすることができる場合は、再結晶によってオーステナイト粒を微細化することが可能であるので、鋼片の板厚1/2部の冷却停止温度を700℃超とすることは許容できる。
(再加熱および均熱保持工程)
鋼片を鋼板の製造のために再加熱する際は、均熱帯の雰囲気温度が1000〜1150℃である加熱炉内で、板厚中心温度を950〜1100℃とした状態で20〜90分間均熱保持する。
鋼片を鋼板の製造のために再加熱する際は、均熱帯の雰囲気温度が1000〜1150℃である加熱炉内で、板厚中心温度を950〜1100℃とした状態で20〜90分間均熱保持する。
均熱帯の雰囲気温度が1000℃未満では、鋼片を十分加熱できず、溶体化が不十分となる。雰囲気温度が1150℃を超えると、鋼片のオーステナイト粒が粗大化し、その後の圧延工程で結晶粒を微細化させることが困難となる。
均熱保持時の板厚中心温度が950℃未満では、溶体化が不十分になり、かつオーステナイト粒が微細化することにより焼入れ性が低下するので、所定の強度を満足する鋼板にすることが困難である。均熱保持時の板厚中心温度が1100℃を超えると、オーステナイト粒が粗大化し、その後の圧延過程で結晶粒を微細化させることが困難となり、さらに、圧延を開始するための温度まで鋳片温度が低下することを待つ時間が生じるので、生産性が低くなる。
均熱保持時の保持時間が20分未満では、溶体化が不十分となり、90分超では、オーステナイト粒が粗大化するとともに、TiN粒子、MnS粒子および複合粒子が溶解して、所定の粒子径と個数密度が得られない。
(粗圧延工程)
次いで、累積圧下率が30〜90%である粗圧延を施す。累積圧下率が30%未満になると、オーステナイトの再結晶による微細化が困難となり、累積圧下率が90%を超えると、オーステナイトの微細化効果が飽和するとともに、パス数が増加して生産性が低下する。
次いで、累積圧下率が30〜90%である粗圧延を施す。累積圧下率が30%未満になると、オーステナイトの再結晶による微細化が困難となり、累積圧下率が90%を超えると、オーステナイトの微細化効果が飽和するとともに、パス数が増加して生産性が低下する。
(仕上圧延工程)
次いで、圧延開始時の板厚中心温度が760℃〜880℃であり、平均1パス圧下率が10〜25%であり、且つ累積圧下率が60〜85%である仕上圧延を施す。仕上圧延終了時の温度は760℃〜840℃とする。
次いで、圧延開始時の板厚中心温度が760℃〜880℃であり、平均1パス圧下率が10〜25%であり、且つ累積圧下率が60〜85%である仕上圧延を施す。仕上圧延終了時の温度は760℃〜840℃とする。
仕上圧延の際の板厚中心温度が880℃を超えると、鋼片温度が未再結晶領域に十分に達せず、転位の増加が抑制され、結晶粒を微細化することができない。板厚中心温度が760℃未満となると、生産性が低下し、さらに加工フェライトが金属組織中に生じるので、圧延方向に垂直な面に対して15°以内の角度をなす{100}面の面積率を20%以下とすることが困難となる。
仕上圧延の際の平均1パス圧下率を10〜25%とする理由は以下の通りである。平均1パス圧下率が10%未満である場合、板厚1/2部において{100}集合組織が発達し、鋼板の圧延方向の垂直な面に対して15°以内の角度をなす{100}面の面積率を20%以下とすることが困難となる。平均1パス圧下率を25%超とすることは、圧延機の負担が極めて大きくなるため、実現が困難である。
仕上圧延の際の累積圧下率を60〜85%とする理由は、以下の通りである。仕上圧延の際の累積圧下率が60%未満では、転位の蓄積によって結晶粒微細化および所定の集合組織の発達を行うことが困難となる。仕上圧延の際の累積圧下率が85%超では、転位の蓄積による結晶粒微細化効果が飽和し、さらに生産性が低下する。結晶粒の微細化のため、仕上圧延終了時の温度を840℃以下とする。
(加速冷却工程)
上記の熱間圧延に続いて、板厚中心温度が740℃以上から550℃以下になるまで、15〜60℃/sの板厚中心冷却速度で加速冷却を施す。
上記の熱間圧延に続いて、板厚中心温度が740℃以上から550℃以下になるまで、15〜60℃/sの板厚中心冷却速度で加速冷却を施す。
加速冷却開始時の板厚中心温度(加速冷却開始温度)が740℃未満になると、フェライト変態が進行し、金属組織が粗粒化するので、結晶粒を微細化させることが困難である。加速冷却の板厚中心冷却速度が15℃/s未満になると、結晶粒を微細化させることが困難になる。加速冷却開始時の板厚中心冷却速度が60℃/sを超える場合、フェライト面積率が50%未満となり、所定の平均結晶粒径、および集合組織とするのが困難になる。加速冷却開始時の板厚中心温度(加速冷却停止温度)が550℃を超えると、結晶粒を微細化させることが困難になる。加速冷却停止温度の下限値を規定する必要はないが、水温以下の温度にはできないので、水温または室温(例えば約25℃)を下限値とする。加速冷却の板厚中心冷却速度の上限値を規定する必要はないが、装置の冷却能力を考慮すると、70℃/sが加速冷却の板厚中心冷却速度の上限値となる。
鋼片および鋼板の板厚中心温度を制御対象とすることにより、本実施形態に係る鋼板を製造することができる。鋼板の表面温度を制御対象とするよりも、鋼板の板厚中心温度を制御対象とすることが好ましい。鋼板の板厚中心温度を制御対象とすることにより、板厚が変化した場合などにも適切に製造条件を制御することができ、材質のばらつきが小さい、品質のよい鋼板を効率よく製造することができる。
圧延工程では、通常、加熱から圧延までの間、鋼板の表面温度等を測定しながら鋼板内部の温度分布を計算し、その温度分布の計算結果から圧延反力などを予測しながら、圧延の制御を行っている。このように、圧延中に鋼板中心温度を容易に求めることができる。加速冷却を行う場合も、同様に板厚内部の温度分布を予測しながら、加速冷却の制御を行っている。
加速冷却を施した後、必要に応じて300〜650℃で焼戻しを行ってもよい。
300℃未満での焼戻しでは、焼戻しの効果が得られにくい。焼戻し温度が650℃を超えると、軟化量が大きくなり、強度、靭性の確保が困難になる。焼戻し温度は、好ましくは400〜600℃であり、さらに好ましくは450〜550℃である。
本実施形態に係る鋼板の製造方法は、上述の製造方法に限定されない。鋼板の製造方法が上述以外の製造方法であっても、その鋼材の含有量および組織などが規定範囲内にあれば、その鋼板は、本実施形態に係る鋼板であると見なされる。
以下、実施例に基づいて、本発明の効果について説明する。
製鋼工程において溶鋼の化学組成を調整し、その後、連続鋳造によって鋼片A〜AIを製造した。鋼片A〜Oが発明鋼であり、鋼片P〜AIが比較鋼である。
実施例1〜20、及び比較例21〜53では、先ず鋼片A〜AIを再加熱し、さらに、鋼片A〜AIに圧延を施して厚さが10〜38mmの鋼板とし、続いて、鋼板を水冷した。その後、必要に応じて鋼板に熱処理を行った。
表1A及び表1Bに鋼片A〜AIの化学組成を示す。表1A及び表1B中の下線は、その下線が付された数値が本発明の規定範囲外であることを示し、斜体は、不純物として含まれた量の分析値を示す。
表2A〜表2Dに、鋼板の製造方法を示す。表2A〜表2D中の下線は、その下線が付された数値が好ましくない製造条件であることを示す。なお、製造方法における温度及び冷却速度は、板厚中心位置の値である。この値は、実測された表面温度から、公知の差分法による熱伝導解析により求めた。
製造した各鋼板について、Al添加後の溶存酸素量、還流後の溶存酸素量、各金属組織相の面積分率、集合組織、平均結晶粒径、各粒子の個数密度、及び機械的性質を測定した。
Al添加後の溶鋼の溶存酸素量、および還流後の溶鋼の溶存酸素量は、例えば「起電力測定による転炉炉中溶鋼酸素の迅速分析」(井樋田等、鉄と鋼、社団法人日本鉄鋼協会、1972年第10号、P125〜132)に記載されているような、公知の起電力測定法によって求めた。
各金属組織相の面積分率(フェライト面積率、パーライト面積率、およびベイナイト面積率、MA面積率)は、先ず光学顕微鏡により板厚1/2部の金属組織を500倍の倍率で撮影し、次に画像解析により撮影像中の各相の総面積を求め、さらに各相の総面積を撮影像全体の面積で除することによって求めた。
平均結晶粒径は、以下の方法によって求めた。先ず、EBSD法により、板厚1/2部の500μm×500μmの領域を測定することを、測定位置を1μmずつ動かしながら繰り返し行った。ここで、隣接粒との結晶方位差が15°以上の境界を結晶粒界と定義し、この結晶粒界の円相当径を結晶粒径と定義し、上述の測定結果から結晶粒径を求めた。次いで、結晶粒径の個数分布を求め、この個数分布から、結晶粒の加重平均値を求め、これを平均結晶粒径とした。加重平均値を求める際の分割数Nは20とした。
集合組織を示す{100}面積率は、先ず鋼板の板厚1/2部中の、主圧延方向に垂直な面に対し15°以内の角度をなす{100}面のマップを作成し、次いでその{100}面の総面積を測定面積で除することによって求めた。
各粒子の個数密度(粒径0.5〜2.0μmのTiN粒子、MnS粒子および複合粒子の個数密度の合計、および粒径1〜10μmの酸化物の粒子の個数密度)の測定は、以下の手順により行われた。まず、走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)を用いて、板厚1/2部の1mm×1mmの領域において、反射電子像を撮影し、画像解析により反射電子像中の粒子(粒径0.5〜2.0μmのTiN粒子、MnS粒子および複合粒子、ならびに粒径1〜10μmの酸化物粒子の両方を含む種々の粒子)を識別した。次に、EDSによって各粒子の組成を分析し、1質量%以上のTiと1質量%未満のOと1質量%以上のNとを含む粒子をTiN粒子と判断し、1質量%以上のMnと1質量%以上のSと1質量%未満のOとを含む粒子をMnS粒子と判断し、TiN粒子の定義とMnS粒子の定義とを同時に満たす粒子を複合粒子と判断し、1質量%以上のOを含む粒子を酸化物粒子と判断した。さらに、粒子像を撮影し、画像解析によって各粒子の円相当径及び個数を求めることで、粒径0.5〜2.0μmのTiN粒子、MnS粒子および複合粒子の個数密度の合計、および粒径1〜10μmの酸化物の粒子の個数密度を求めた。
機械的性質のうち、母材の降伏応力、およびシャルピー吸収エネルギーは、板厚中心部から採取した試験片に試験を行い、その結果を各鋼板の代表値とすることによって得られた。
降伏応力を求めるための引張試験は、JIS Z 2241(2011年)の「金属材料引張試験方法」に準拠し、1B号試験片を用いて行われた。1試料に対して2本の試験片を採取して試験測定し、2つの測定値の平均値を求めて、この平均値を降伏応力として表3Cおよび表3Dに示した。
シャルピー吸収エネルギーを求めるためのシャルピー衝撃試験は、2mmVノッチシャルピー衝撃試験片を用いて、JIS Z 2242(2005年)の「金属材料のシャルピー衝撃試験方法」に準拠して行われた。1試料に対して3つの試験片を採取して、試験温度を−80℃とした状態で試験を行い、3つの吸収エネルギー測定値の平均値を求めてこの平均値をシャルピー吸収エネルギーとして、表3Cおよび表3Dに示した。
母材のアレスト性を求めるための試験は、NK船級協会 鋼船規則検査要領 K編 付属書 K3.12.2−1.(2012年)の「脆性亀裂伝播停止靭性値Kca試験方法に関する検査要領」に準拠し、元厚及び板幅が500mmのESSO試験片を用いて行われた。試験により、−60℃におけるアレスト靭性値Kcaを求めた。
継手靭性は、以下のようにして求めた。先ず、溶接入熱が58〜216kJ/cmのサブマージアーク、またはエレクトロガスアーク溶接法による溶接を試験No.1〜53の鋼板に実施して、1パスの突き合わせ溶接継手を作製した。次に、各溶接継手からシャルピー衝撃試験片を30個ずつ採取した。この際に、板厚1/4部における溶融線(FL)に沿って、2mmVノッチシャルピー衝撃試験片のノッチを形成した。これら試験片に対してシャルピー衝撃試験を実施して、−60℃での吸収エネルギーの平均値を求めた。さらに、吸収エネルギー値の分布が正規分布に従うと仮定して統計解析を行い、各試験No.1〜53の鋼板の、吸収エネルギーが50J以下となる確率を求めた。シャルピー衝撃試験は、JIS Z 2242(2005年)の「金属材料のシャルピー衝撃試験方法」に準拠した。
実施例1〜20及び比較例21〜53の鋼板に対するこれらの測定結果を、表3A〜表3Dに示す。母材の−80℃での平均シャルピー吸収エネルギーが100J以上である場合、母材靱性が良好であると判断された。母材のKcaが4000N/mm1.5以上である場合、母材アレスト性が良好であると判断された。溶接継手の熱影響部の−60℃での平均シャルピー吸収エネルギーが100J以上であり、且つシャルピー吸収エネルギーが50J以下となる確率が10%以下である場合、継手靱性が良好であると判断した。表3A〜3Dの下線は、その下線が付された数値が本発明の規定範囲外であること、または上述の合否基準に鑑みて不合格であることを示す。
実施例1〜20は、本発明の条件を全て満足するので、母材強度、母材靭性、母材アレスト性、および継手靭性の全てが良好であった。
比較例21〜53は、下線が付された数値が本発明の規定範囲から外れていたので、良好な結果が得られなかった。以下に、具体的に説明する。
比較例21〜40は、化学成分が本発明の規定範囲から外れるので、母材強度、母材靭性、母材アレスト性、および継手靭性の少なくとも一つに問題があった。
比較例41では、加熱炉の雰囲気温度が高すぎたので、母材の平均結晶粒径が大きく、母材靭性、及び母材アレスト性が低かった。また比較例41では、TiN粒子、MnS粒子、およびそれらの複合粒子の粒子個数密度が小さかったので、継手靭性が低かった。
比較例42では、加熱炉での均熱保持温度が高すぎたので、母材の平均結晶粒径が大きく、母材靭性、及び母材アレスト性が低かった。
比較例43では、加熱炉の雰囲気温度、及び均熱保持温度の両方が高すぎたので、母材のフェライト分率が低く、ベイナイト分率が高く、母材の平均結晶粒径および母材の{100}面積率が大きくなった。これにより、母材靭性、及び母材アレスト性が低かった。また比較例43では、TiN粒子、MnS粒子、およびそれらの複合粒子の粒子個数密度が小さかったので、継手靭性が低かった。
比較例44では、加熱炉での均熱保持時間が長すぎたので、母材の平均結晶粒径が大きく、母材靭性、及び母材アレスト性が低かった。また、TiN粒子、MnS粒子、およびそれらの複合粒子の粒子個数密度が小さかったので、継手靭性が低かった。
比較例45では、粗圧延の累積圧下率が小さすぎたので、母材のフェライト分率が低く、母材のベイナイト分率が高く、母材の平均結晶粒径および母材の{100}面積率が大きかった。これにより、母材靭性、及び母材アレスト性が低かった。
比較例46では、仕上圧延温度が高すぎたので、母材の平均結晶粒径が大きく、母材靭性、及び母材アレスト性が低かった。
比較例47では、仕上圧延温度が低すぎたので、母材の{100}面積率が大きく、これにより母材靭性、及び母材アレスト性が低かった。
比較例48では、仕上圧延の平均1パス圧下率が小さすぎたので、母材の{100}面積率が大きく、これにより母材アレスト性が低かった。
比較例49では、仕上圧延の累積圧下率が小さすぎたので、母材の平均結晶粒径が大きく、これにより母材靭性、及び母材アレスト性が低かった。
比較例50では、板厚が大きすぎたので、母材の平均結晶粒径が大きく、これにより母材靭性、及び母材アレスト性が低かった。また、板厚が大きいゆえに、溶接入熱が大きすぎたので、継手靭性が低かった。
比較例51では、冷却開始温度が低すぎたので、母材のフェライト分率が大きく、母材のベイナイト分率が低く、母材の平均結晶粒径が大きく、これにより母材強度、母材靭性、及び母材アレスト性が低かった。
比較例52では、冷却速度が小さすぎたので、母材のフェライト分率が大きく、母材のベイナイト分率が低く、母材の平均結晶粒径が大きく、これにより母材強度、母材靭性、及び母材アレスト性が低かった。
比較例53では、冷却停止温度が高すぎたので、母材のフェライト分率が大きく、母材のベイナイト分率が低く、母材の平均結晶粒径が大きく、これにより母材強度、母材靭性、及び母材アレスト性が低かった。
以上の実施例から、本発明を適用することにより、製造コストが低く、生産性が高く、強度が高く、板厚が厚く、かつ継手靭性の劣化がない、アレスト性に優れた高強度鋼板を提供できることが確認された。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。
本発明によれば、製造コストが低く、生産性が高い、溶接熱影響部の靭性と母材の脆性き裂伝播停止性能に優れた鋼板、及び溶接熱影響部の靭性に優れた溶接継手を提供することができる。
(1)本発明の一態様に係る鋼板は、化学組成が、質量%で、C:0.040〜0.090%、Si:0.01〜0.20%、Mn:1.30〜1.80%、P:0.020%以下、S:0.001〜0.010%、Al:0.005〜0.100%、Nb:0.003〜0.030%、Ti:0.003〜0.030%、B:0.0003〜0.0040%、N:0.0020〜0.0080%、O:0.0005〜0.0040%、Cu:0〜1.00%、Ni:0〜1.00%、Cr:0〜1.00%、Mo:0〜0.500%、V:0〜0.100%、Ca:0〜0.0050%、Mg:0〜0.0050%、REM:0〜0.0050%、および残部:鉄および不純物であり、A式によって定義される炭素当量CEが0.30〜0.40質量%であり、B式によって定義されるSOLBが−0.0015〜+0.0015質量%であり、金属組織が、フェライト及びベイナイトを含む混合組織、又は前記フェライト、パーライト及び前記ベイナイトを含む混合組織であり、前記フェライトの面積率が50〜90%、前記ベイナイトの面積率が10〜50%、かつ前記パーライトの面積率が0〜10%であり、前記金属組織中のMAの面積率が0〜5%であり、板厚1/2部では、互いの結晶方位差が15°以上である、隣り合う結晶の間の境界を結晶粒界と定義し、前記結晶粒界によって囲まれた領域を結晶粒と定義し、分割数Nを、10以上の整数に設定した場合に、E式によって定義される前記結晶粒の粒径の加重平均値DAVEが3.0〜17.0μmであり、前記板厚1/2部では、圧延方向に垂直な面に対して15°以内の角度をなす{100}面の面積率が2.0〜20.0%であり、板厚1/4部では、1質量%以上のTiと1質量%未満のOと1質量%以上のNとを含む粒子をTiN粒子と定義し、1質量%以上のMnと1質量%以上のSと1質量%未満のOとを含む粒子をMnS粒子と定義し、前記TiN粒子の定義と前記MnS粒子の定義とを同時に満たす粒子を複合粒子と定義した場合に、0.5〜2.0μmの円相当径をそれぞれ有する前記TiN粒子、前記MnS粒子、及び前記複合粒子の個数密度の合計が20〜200個/mm2であり、前記板厚1/4部では、1質量%以上のOを含む粒子を酸化物粒子と定義した場合に、1〜10μmの円相当径を有する前記酸化物粒子の個数密度が20〜200個/mm2であり、板厚が10〜35mmであり、降伏応力が300〜500MPaである。
CE=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5 ・・・(A)
SOLB=0.226×Ti+B−0.772×N ・・・(B)
p=(DMAX−DMIN)/N ・・・(C)
Dk=DMIN+p×(k−1/2) ・・・(D)
DAVE=(Σ[k=1、N](Dk×Sk))/(Σ[k=1、N]Sk) ・・・(E)
式中に記載された元素記号は、各成分の前記鋼板中での含有量を単位質量%で示し、DMAXは、最大の前記結晶粒の前記粒径を単位μmで示し、DMINは、最小の前記結晶粒の前記粒径を単位μmで示し、kは1以上N以下の整数であり、Skは、(DMIN+p×(k−1))μm以上(DMIN+p×k)μm未満の円相当径を有する前記結晶粒の合計面積率を単位%で示す。
CE=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5 ・・・(A)
SOLB=0.226×Ti+B−0.772×N ・・・(B)
p=(DMAX−DMIN)/N ・・・(C)
Dk=DMIN+p×(k−1/2) ・・・(D)
DAVE=(Σ[k=1、N](Dk×Sk))/(Σ[k=1、N]Sk) ・・・(E)
式中に記載された元素記号は、各成分の前記鋼板中での含有量を単位質量%で示し、DMAXは、最大の前記結晶粒の前記粒径を単位μmで示し、DMINは、最小の前記結晶粒の前記粒径を単位μmで示し、kは1以上N以下の整数であり、Skは、(DMIN+p×(k−1))μm以上(DMIN+p×k)μm未満の円相当径を有する前記結晶粒の合計面積率を単位%で示す。
Claims (13)
- 化学組成が、質量%で、
C:0.040〜0.090%、
Si:0.01〜0.20%、
Mn:1.30〜1.80%、
P:0.020%以下、
S:0.001〜0.010%、
Al:0.005〜0.100%、
Nb:0.003〜0.030%、
Ti:0.003〜0.030%、
B:0.0003〜0.0040%、
N:0.0020〜0.0080%、
O:0.0005〜0.0040%、
Cu:0〜1.00%、
Ni:0〜1.00%、
Cr:0〜1.00%、
Mo:0〜0.500%、
V:0〜0.100%、
Ca:0〜0.0050%、
Mg:0〜0.0050%、
REM:0〜0.0050%、および
残部:鉄および不純物であり、
A式によって定義される炭素当量CEが0.30〜0.40質量%であり、
B式によって定義されるSOLBが−0.0015〜+0.0015質量%であり、
金属組織が、フェライト及びベイナイトを含む混合組織、又は前記フェライト、パーライト及び前記ベイナイトを含む混合組織であり、
前記フェライトの面積率が50〜90%、かつ前記ベイナイトの面積率が10〜50%であり、
前記金属組織中のMAの面積率が0〜5%であり、
板厚1/2部では、互いの結晶方位差が15°以上である、隣り合う結晶の間の境界を結晶粒界と定義し、前記結晶粒界によって囲まれた領域を結晶粒と定義し、分割数Nを、10以上の整数に設定した場合に、E式によって定義される前記結晶粒の粒径の加重平均値DAVEが3.0〜17.0μmであり、
前記板厚1/2部では、圧延方向に垂直な面に対して15°以内の角度をなす{100}面の面積率が2.0〜20.0%であり、
板厚1/4部では、1質量%以上のTiと1質量%未満のOと1質量%以上のNとを含む粒子をTiN粒子と定義し、1質量%以上のMnと1質量%以上のSと1質量%未満のOとを含む粒子をMnS粒子と定義し、前記TiN粒子の定義と前記MnS粒子の定義とを同時に満たす粒子を複合粒子と定義した場合に、0.5〜2.0μmの円相当径をそれぞれ有する前記TiN粒子、前記MnS粒子、及び前記複合粒子の個数密度の合計が20〜200個/mm2であり、
前記板厚1/4部では、1質量%以上のOを含む粒子を酸化物粒子と定義した場合に、1〜10μmの円相当径を有する前記酸化物粒子の個数密度が20〜200個/mm2であり、
板厚が10〜35mmであり、
降伏応力が300〜500MPaである
ことを特徴とする鋼板。
CE=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5 ・・・(A)
SOLB=0.226×Ti+B−0.772×N ・・・(B)
p=(DMAX−DMIN)/N ・・・(C)
Dk=DMIN+p×(k−1/2) ・・・(D)
DAVE=(Σ[k=1、N](Dk×Sk))/(Σ[k=1、N]Sk) ・・・(E)
式中に記載された元素記号は、各成分の前記鋼板中での含有量を単位質量%で示し、DMAXは、最大の前記結晶粒の前記粒径を単位μmで示し、DMINは、最小の前記結晶粒の前記粒径を単位μmで示し、kは1以上N以下の整数であり、Skは、(DMIN+p×(k−1))μm以上(DMIN+p×k)μm未満の円相当径を有する前記結晶粒の合計面積率を単位%で示す。 - 前記化学組成が、質量%で、Si:0.01〜0.10%であることを特徴とする請求項1に記載の鋼板。
- 前記化学組成が、質量%で、Al:0.015〜0.060%であることを特徴とする請求項1または2に記載の鋼板。
- 前記化学組成が、質量%で、Mo:0〜0.010%であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の鋼板。
- 前記化学組成が、質量%で、Ti:0.005〜0.018%であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の鋼板。
- 前記化学組成が、質量%で、B:0.0005〜0.0020%であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の鋼板。
- 前記化学組成が、質量%で、N:0.0025〜0.0060%であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の鋼板。
- 前記化学組成が、質量%で、O:0.0010〜0.0030%であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の鋼板。
- 前記SOLBが、−0.0010〜+0.0005質量%であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の鋼板。
- 前記結晶粒の前記加重平均値DAVEが3.0〜13.0μmであることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の鋼板。
- 前記円相当径がそれぞれ0.5〜2.0μmの前記TiN粒子、前記MnS粒子、及び前記複合粒子の前記個数密度の前記合計が50〜140個/mm2であることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の鋼板。
- 前記円相当径が1〜10μmの前記酸化物粒子の前記個数密度が20〜150個/mm2であることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の鋼板。
- 前記化学組成が、質量%で、
Cu:0.10〜1.00%、
Ni:0.10〜1.00%、
Cr:0〜0.10%、
Mo:0〜0.100%、
V:0〜0.005%
であることを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載の鋼板。
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