JP2015206113A - High strength steel material excellent in fatigue crack propagation property and manufacturing method therefor - Google Patents

High strength steel material excellent in fatigue crack propagation property and manufacturing method therefor Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high strength steel material having excellent balance of properties such as rolling and weldability, and roughness and fatigue crack propagation property and a manufacturing method therefor.SOLUTION: There is provided a high strength steel sheet excellent in strength, rolling property, roughness, weldable fatigue crack propagation property having an aggregate structure consisting of a martensite single phase or bainite and martensite and having X ray diffraction intensity ratio of 110and 110, and 110and 100and 111at a sheet thickness center position satisfying predetermined values by conducting heating at 900 to 1300°C, hot rolling with 50% or more of a cumulative draft in a temperature range of Arpoint or more and accelerate cooling from (Arpoint-80°C) or more to 600°C or less at a cooling speed of 3°C/s or more on a crude steel raw material containing, by mass%, C:0.02 to 0.25%, Si:0.01 to 0.60%, Mn:0.5 to 3.0% and Al:0.10% or less and further one or more kinds of Cu, Ni, Cr, Mo, Nb, V, Ti and B while satisfying Ceq of 0.45% or less and Pcm of 0.28% or less.

Description

本発明は、船舶、海洋構造物、橋梁、建設機械、建築物、タンクなど各種溶接構造物用として好適な鋼材に係り、とくに、繰返し荷重を受ける部材用として好適な、耐疲労き裂伝ぱ特性に優れた高強度鋼材およびその製造方法に関する。なお、ここでいう「鋼材」には、厚鋼板、鋼管、形鋼、薄鋼板等を含むものとする。   The present invention relates to a steel material suitable for various welded structures such as ships, offshore structures, bridges, construction machines, buildings, tanks, and particularly suitable for members subjected to repeated loads, fatigue crack propagation resistance. The present invention relates to a high-strength steel material excellent in and a manufacturing method thereof. The “steel material” here includes thick steel plates, steel pipes, shaped steels, thin steel plates and the like.

近年、船舶、海洋構造物、橋梁、建設機械、建築物、タンクなどの溶接構造物を建造するにあたっては、設計の合理化や使用する鋼材重量の低減、薄肉化による溶接施工の省力化を図るため、高強度鋼材が適用される事例が多くなってきている。このため、適用される高強度鋼材には、優れた延性、優れた低温靭性を有していることに加えて、優れた溶接性、さらには構造安全性を確保するため、優れた耐疲労特性を有していることが要求されている。   In recent years, when building welded structures such as ships, offshore structures, bridges, construction machines, buildings, tanks, etc., to streamline the design, reduce the weight of steel used, and save labor in welding work by reducing the thickness. In many cases, high-strength steel materials are applied. For this reason, in addition to having excellent ductility and excellent low-temperature toughness, the applied high-strength steel materials have excellent fatigue resistance to ensure excellent weldability and structural safety. It is required to have

溶接構造物では、溶接止端部から疲労き裂が発生し、溶接構造物の鋼材中を伝ぱして、破壊(疲労破壊)する事例が多い。これは、溶接止端部がその形状から応力集中部となりやすいことに加えて、溶接後に引張の残留応力が生じることなどに起因するとされている。   In welded structures, there are many cases where fatigue cracks occur from the weld toes and propagate through the steel material of the welded structure to cause fracture (fatigue failure). This is attributed to the fact that the weld toe portion tends to be a stress concentration portion due to its shape, and that a tensile residual stress is generated after welding.

このため、溶接止端部からのき裂発生を抑制するために、付加溶接を施して溶接止端部の形状を改善することによって応力集中を低減させる技術、あるいはショットピーニングなどで圧縮の残留応力を導入する技術などが広く知られている。   For this reason, in order to suppress the occurrence of cracks from the weld toe, additional residual welding is performed to improve the shape of the weld toe. The technology to introduce is widely known.

しかし、このような技術を、多数存在する溶接止端部に工業的規模で施すことは、多大な労力と多大な時間とを必要とし、生産性の観点や、コストの面からも現実的とは言いがたい。そこで、仮に、疲労き裂が発生したとしても、その後の鋼材中のき裂伝ぱ速度を低減させることができれば、溶接構造物の疲労寿命を延長することができる。このようなことから、鋼材の耐疲労き裂伝ぱ特性を向上させることが強く要望されている。   However, applying such a technology to a large number of welding toes on an industrial scale requires a great deal of labor and a lot of time, and is realistic from the viewpoint of productivity and cost. Is hard to say. Thus, even if a fatigue crack occurs, if the subsequent crack propagation rate in the steel material can be reduced, the fatigue life of the welded structure can be extended. For these reasons, it is strongly desired to improve the fatigue crack propagation characteristics of steel materials.

このような要望に対し、例えば特許文献1には、重量%で、C:0.02〜0.2%、Si:0.01〜0.8%、Mn:0.3〜2.5%、P:0.0001〜0.04%、S:0.0001〜0.02%、Al:0.005〜0.1%、N:0.001〜0.01%を含む組成を有し、フェライト相が70%以上を占め、鋼板表面に平行な測定面で測定した鋼板内部のα(111)面強度比とα(100)面強度比の比が1.25〜2.0である疲労亀裂伝播特性の良好な鋼板が記載されている。特許文献1に記載された技術では、粗圧延において、少なくともオーステナイト未再結晶域の圧下率を10%以上とし、さらに、仕上圧延において、α−γ二相域またはα相温度域で累積圧下率を75%以上とする圧延を施すとしている。   In response to such a request, for example, in Patent Document 1, C: 0.02-0.2%, Si: 0.01-0.8%, Mn: 0.3-2.5%, P: 0.0001-0.04%, S: 0.0001- The α (111) plane inside the steel sheet has a composition containing 0.02%, Al: 0.005 to 0.1%, N: 0.001 to 0.01%, the ferrite phase occupies 70% or more, and is measured on a measuring plane parallel to the steel sheet surface A steel sheet with good fatigue crack propagation characteristics is described in which the ratio of the strength ratio to the α (100) plane strength ratio is 1.25 to 2.0. In the technique described in Patent Document 1, at least the austenite non-recrystallized rolling reduction is 10% or more in rough rolling, and further, in finish rolling, the cumulative rolling reduction is in the α-γ two-phase region or the α-phase temperature region. It is said that rolling is performed to 75% or more.

また、特許文献2には、質量%で、C:0.06〜0.20%、Si:1.0%以下、Mn:2.0%以下、P:0.10%以下、S:0.006%以下、Al:0.10%以下を含み、平均で150HV未満の硬さを有するフェライト相を体積率で60%以上含み、第二相が平均で240HV未満の硬さを有する相で、板厚中央位置および板厚1/4位置における(200)面のX線回折強度比が2.0以上または(110)面のX線回折強度比が2.5以上で、かつ{100}面、{110}面、{111}面、{211}面のうちのいずれかの面が,圧延面に対して5°以内に揃ったフェライト粒コロニーの板厚方向の厚さが、板厚中央位置および板厚1/4位置において平均で5μm以下である、板厚方向の耐疲労き裂伝播特性に優れた溶接構造用厚鋼板が記載されている。特許文献2に記載された技術では、少なくとも500℃以上のフェライト単相域または二相域での累積圧下率が50%以上でかつ圧延速度Sが2.0×10−2/s以下となる温間圧延を含む圧延を施すとしている。 Patent Document 2 includes, in mass%, C: 0.06 to 0.20%, Si: 1.0% or less, Mn: 2.0% or less, P: 0.10% or less, S: 0.006% or less, Al: 0.10% or less. The ferrite phase having a hardness of less than 150 HV on average contains 60% or more by volume, and the second phase has a hardness of less than 240 HV on average, at the plate thickness center position and the plate thickness 1/4 position ( 200) plane X-ray diffraction intensity ratio is 2.0 or more, or (110) plane X-ray diffraction intensity ratio is 2.5 or more, and {100} plane, {110} plane, {111} plane, {211} plane The thickness in the thickness direction of ferrite grain colonies in which any one of the above is aligned within 5 ° with respect to the rolling surface is 5 μm or less on average at the thickness center position and the thickness 1/4 position. A thick steel plate for welded structure having excellent fatigue crack propagation characteristics in the thickness direction is described. In the technique described in Patent Document 2, the cumulative reduction ratio in a ferrite single-phase region or a two-phase region at least 500 ° C. is 50% or more and the rolling speed S is 2.0 × 10 −2 / s or less. It is supposed to perform rolling including rolling.

また、特許文献3には、重量%で、C:0.015〜0.20%、Si:0.05〜2.0%、Mn:0.1〜2.0%、P:0.05%以下、S:0.02%以下を含み、板厚方向の(200)回折強度比が2.0〜15.0で、且つ、回復または再結晶フェライト粒の面積率が15〜40%である板厚方向の疲労き裂伝播速度が低い厚鋼板が記載されている。特許文献3に記載された技術では、再結晶温度域で20〜90%の累積圧下率で圧延し、Ar3変態点以上の未再結晶温度域で10〜80%の累積圧下率で、Ar3変態点以下600℃以上で40〜90%の累積圧下率で仕上圧延を施し、圧延終了後、30〜300s間大気中で放冷し、しかる後に5〜100℃/sの冷却速度で室温〜600℃に制御冷却するとしている。 In addition, Patent Document 3 includes C: 0.015-0.20%, Si: 0.05-2.0%, Mn: 0.1-2.0%, P: 0.05% or less, and S: 0.02% or less in weight percent. Describes a steel plate having a low fatigue crack propagation rate in the plate thickness direction in which the (200) diffraction intensity ratio is 2.0 to 15.0 and the area ratio of recovered or recrystallized ferrite grains is 15 to 40%. In the technique described in Patent Document 3, rolling is performed at a cumulative reduction rate of 20 to 90% in the recrystallization temperature range, and Ar to a cumulative reduction rate of 10 to 80% in the non-recrystallization temperature range above the Ar 3 transformation point. 3 subjected to finish rolling at a cumulative reduction rate of 40% to 90% by transformation point 600 ° C. or higher, after the completion of rolling, cooling at 30~300s between the atmosphere, at room temperature at a cooling rate of thereafter to 5 to 100 ° C. / s Control cooling to ~ 600 ° C.

また、特許文献4には、質量%で、C:0.03〜0.15%、Si:0.60%以下、Mn:0.80〜1.80%を含み、Ti:0.005〜0.050%、Nb:0.001〜0.1%のうちから選ばれた1種または2種を含む組成を有し、表裏面から板厚方向に2mmの位置から板厚方向の3/10位置までの範囲で、板面に平行な(110)面のX線強度比が2.0以上である板厚方向の耐疲労き裂伝播特性に優れた厚鋼板が記載されている。特許文献4に記載された技術では、熱間圧延を、オーステナイト部分再結晶温度以上の温度域で累積圧下率10%以上とする第一の圧延と、表面から板厚方向に2mmの位置から板厚方向の3/10位置までに相当する範囲および/または表面から板厚方向に2mmの位置から板厚方向の7/10位置までに相当する範囲が二相組織となる温度域で、1パス当たりの圧下率が5%未満でかつ累積圧下率:50%以上となる第二の圧延とからなり、第二の圧延の終了温度が600℃以上である圧延とするとしている。   Patent Document 4 includes, in mass%, C: 0.03 to 0.15%, Si: 0.60% or less, Mn: 0.80 to 1.80%, Ti: 0.005 to 0.050%, and Nb: 0.001 to 0.1%. X of the (110) plane parallel to the plate surface in the range from 2mm position in the plate thickness direction to 3/10 position in the plate thickness direction from the front and back surfaces with the composition including one or two selected A thick steel sheet excellent in fatigue crack propagation characteristics in the thickness direction with a line strength ratio of 2.0 or more is described. In the technique described in Patent Document 4, the hot rolling is performed in the first rolling in which the cumulative rolling reduction is 10% or more in a temperature range higher than the austenite partial recrystallization temperature, and in the plate thickness direction from the surface to a thickness of 2 mm. One pass in the temperature range where the range corresponding to the 3/10 position in the thickness direction and / or the range corresponding to the 2/10 position in the thickness direction from the surface to the 7/10 position in the thickness direction is a two-phase structure. The second rolling is such that the rolling reduction ratio is less than 5% and the cumulative reduction ratio is 50% or more, and the end temperature of the second rolling is 600 ° C. or more.

また、特許文献5には、質量%で、C:0.01〜0.10%、Si:0.19〜0.60%、Mn:0.5〜2.0%、sol.Al:0.005%超0.10%以下、N:0.0005〜0.03%、Nb:0.005〜0.08%、Ti:0.005〜0.03%、V:0.005〜0.080%を含み、かつ特定式で表される条件を満たす組成と、フェライトとベイナイトの構成比率が合計で90%以上、パーライトの面積率が2〜10%、(110)面からのX線回折強度の半価幅が0.13〜0.3°である耐疲労き裂進展特性に優れた鋼材が記載されている。特許文献5に記載された技術では、1000〜1250℃に加熱した鋳造スラブに、仕上温度720〜800℃とする熱間圧延を施し、650〜400℃間の平均冷却速度を5〜25℃/sとする加速冷却を、400℃以下の温度で停止し、その後、復熱温度幅が70℃以下となるようにして冷却を終了するとしている。   Further, in Patent Document 5, in mass%, C: 0.01 to 0.10%, Si: 0.19 to 0.60%, Mn: 0.5 to 2.0%, sol.Al: more than 0.005% and 0.10% or less, N: 0.0005 to 0.03% Nb: 0.005 to 0.08%, Ti: 0.005 to 0.03%, V: 0.005 to 0.080%, and a composition satisfying the condition represented by the specific formula, and the composition ratio of ferrite and bainite is 90% or more in total. A steel material having excellent fatigue crack growth characteristics in which the area ratio of pearlite is 2 to 10% and the half width of the X-ray diffraction intensity from the (110) plane is 0.13 to 0.3 ° is described. In the technique described in Patent Document 5, hot rolling to a finishing temperature of 720 to 800 ° C. is performed on a cast slab heated to 1000 to 1250 ° C., and an average cooling rate between 650 to 400 ° C. is 5 to 25 ° C. / The accelerated cooling set to s is stopped at a temperature of 400 ° C. or lower, and then the cooling is finished so that the recuperated temperature width becomes 70 ° C. or lower.

また、特許文献6には、耐疲労き裂進展性に優れた鋼板が記載されている。特許文献6に記載された鋼板は、C:0.030〜0.30%、Si:0.50%以下、Mn:0.8〜2.0%、Al:0.01〜0.10%、N:0.010%以下を含む組成を有し、板厚1/4位置において、アスペクト比が2以上で、γ粒内方向に成長した針状フェライトを面積分率で1〜60%含み、長径が5〜100μmの範囲にある針状フェライトの個数割合が80%以上である組織を有する鋼板である。   Patent Document 6 describes a steel plate excellent in fatigue crack growth resistance. The steel sheet described in Patent Document 6 has a composition including C: 0.030 to 0.30%, Si: 0.50% or less, Mn: 0.8 to 2.0%, Al: 0.01 to 0.10%, N: 0.010% or less, Number ratio of acicular ferrite having an aspect ratio of 2 or more, acicular ferrite grown in the γ grain direction in an area fraction of 1 to 60%, and a major axis in the range of 5 to 100 μm at 1/4 thickness position Is a steel sheet having a structure of 80% or more.

また、特許文献7には、シャルピー衝撃試験の吸収エネルギーが高く、耐疲労き裂進展性に優れた鋼板が記載されている。特許文献7に記載された鋼板は、C:0.01〜0.1%、Si:0.03〜0.6%、Mn:0.3〜2%、sol.Al:0.001〜0.1%、N:0.0005〜0.008%を含む組成と、面積率で60〜85%のベイナイトと、合計で0〜5%のマルテンサイトとパーライトと、残部がフェライトである組織を有する鋼板である。   Patent Document 7 describes a steel sheet having high absorbed energy in the Charpy impact test and excellent fatigue crack growth resistance. The steel sheet described in Patent Document 7 has a composition containing C: 0.01 to 0.1%, Si: 0.03 to 0.6%, Mn: 0.3 to 2%, sol. Al: 0.001 to 0.1%, N: 0.0005 to 0.008%. , A bainite having an area ratio of 60 to 85%, a total of 0 to 5% martensite and pearlite, and a steel sheet having a structure in which the balance is ferrite.

また、特許文献8には、母材靭性と疲労亀裂進展特性に優れた厚鋼板が記載されている。特許文献8に記載された厚鋼板は、質量%で、C:0.030〜0.300%、Si:0.50%以下、Mn:0.80〜2.00%、Al:0.01〜0.10%、N:0.0100%以下を含む組成と、再結晶フェライトからなる軟質部と、マルテンサイトとベイナイトの1種以上からなる硬質部とで主に構成された複相組織とを有し、硬質部の面積分率が15〜85%、平均円相当径が10μm以上、平均硬さがHv200〜700で、かつ硬質部と軟質部の平均硬さの差がHv100以上であり、さらに再結晶フェライト粒の平均円相当径が20μm以下、マルテンサイトとベイナイトの平均ラス長さが5μm以下である厚鋼板である。   Patent Document 8 describes a thick steel plate having excellent base material toughness and fatigue crack growth characteristics. The thick steel plate described in Patent Document 8 is a composition containing C: 0.030 to 0.300%, Si: 0.50% or less, Mn: 0.80 to 2.00%, Al: 0.01 to 0.10%, N: 0.0100% or less in mass%. And a soft part composed of recrystallized ferrite and a multiphase structure mainly composed of a hard part composed of at least one of martensite and bainite, and the area fraction of the hard part is 15 to 85%, The average equivalent circle diameter is 10 μm or more, the average hardness is Hv 200 to 700, the difference in average hardness between the hard part and the soft part is Hv 100 or more, and the average equivalent circle diameter of the recrystallized ferrite grains is 20 μm or less. This is a thick steel plate with an average lath length of sight and bainite of 5 μm or less.

特開2000‐17379号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-17379 特許第4876972号公報Japanese Patent No. 4876972 特許第3434378号公報Japanese Patent No. 3434378 特開2010‐242211号公報JP 2010-242211 A 特許第4706477号公報Japanese Patent No. 4706477 特許第4976749号公報Japanese Patent No. 4976749 特許第4466196号公報Japanese Patent No. 4466196 特許第4721956号公報Japanese Patent No.4721956

しかしながら、特許文献1〜4に記載された技術では、α−γ二相域あるいはフェライト単相域で強加工を施して、特定方位の集合組織を発達させている。しかし、このような圧延は、圧延機への負荷が大きく、故障等のトラブルの原因となりやすいうえ、圧延能率が大幅に低下し、生産性の低下を招く。さらに、加工硬化したフェライトは、母材靱性を著しく低下させる恐れが高いという問題がある。   However, in the techniques described in Patent Documents 1 to 4, strong texture is applied in the α-γ two-phase region or the ferrite single-phase region to develop a texture having a specific orientation. However, such rolling has a heavy load on the rolling mill and is liable to cause troubles such as breakdowns, and the rolling efficiency is greatly reduced, resulting in a reduction in productivity. Furthermore, there is a problem that work-hardened ferrite has a high risk of significantly reducing the base material toughness.

さらに、特許文献1〜4に記載された技術によれば、板厚方向における疲労き裂伝ぱ速度は低減することができるが、しかし、特許文献1〜4には、板厚方向以外の方向における疲労き裂伝ぱ速度の低減についての言及はない。実際の溶接構造物においては、板厚方向のみならず板幅方向や板長さ方向にも、疲労き裂は伝播し、破壊に至るケースが多々ある。特許文献1〜4に記載された技術には、一方向の疲労き裂伝ぱ速度を極度に低減させた代償として、例えば板長さ方向の疲労き裂が加速され進展して、終局的な破壊に至るなど、構造物全体としての安全性が低下する可能性が内包されている。   Furthermore, according to the techniques described in Patent Documents 1 to 4, the fatigue crack propagation rate in the plate thickness direction can be reduced. However, in Patent Documents 1 to 4, in the directions other than the plate thickness direction, There is no mention of reducing the fatigue crack propagation rate. In an actual welded structure, a fatigue crack propagates not only in the plate thickness direction but also in the plate width direction and plate length direction, and in many cases leads to failure. In the techniques described in Patent Documents 1 to 4, as a compensation for extremely reducing the fatigue crack propagation rate in one direction, for example, the fatigue crack in the plate length direction is accelerated and progresses, and the ultimate failure The possibility that the safety of the entire structure is lowered is included.

また、特許文献5に記載された技術では、疲労き裂伝ぱ特性を向上させるために半価幅の大きな(すなわち、転位密度が高い)組織を導入している。このような組織を得るためには合金元素の多量含有や、加速冷却停止温度の低下などが必要である。しかし、合金元素の多量含有は溶接性の低下を招き、また、加速冷却停止温度の低下は延性の確保が困難になるという問題がある。   In the technique described in Patent Document 5, a structure having a large half width (that is, a high dislocation density) is introduced in order to improve fatigue crack propagation characteristics. In order to obtain such a structure, it is necessary to contain a large amount of alloy elements and to reduce the accelerated cooling stop temperature. However, a large amount of alloy elements causes a decrease in weldability, and a decrease in accelerated cooling stop temperature has a problem that it is difficult to ensure ductility.

また、実構造物において使用する鋼材は、耐疲労き裂進展特性のみならず、強度、延性、靱性、溶接性など様々な特性がバランスよく向上した鋼材とすることが肝要となる。特許文献6に記載された技術は、針状フェライトを有効活用し、耐疲労き裂進展性を向上させる技術であるが、特許文献6には、延性、靭性等の特性についての言及はなく、特許文献6に記載された技術で製造された鋼板が、構造物用鋼板として、耐疲労き裂進展性以外に必要な特性をバランスよく具備しているかどうかは不明のままである。   In addition, it is important that the steel material used in the actual structure is a steel material in which various properties such as strength, ductility, toughness, weldability and the like are improved in a well-balanced manner as well as fatigue crack propagation characteristics. The technique described in Patent Document 6 is a technique for effectively utilizing acicular ferrite and improving fatigue crack growth resistance. However, Patent Document 6 does not mention characteristics such as ductility and toughness, It remains unclear whether the steel sheet manufactured by the technique described in Patent Document 6 has the necessary properties in a well-balanced manner other than fatigue crack growth resistance as a structural steel sheet.

また、特許文献7に記載された技術では、疲労き裂がベイナイトと遭遇すると、その境界でき裂が停留したり、ベイナイトを避けるように屈曲したりしながら進展するため、疲労き裂進展速度が小さくなり、耐疲労き裂進展特性が向上するとしている。しかし、特許文献7には、耐疲労き裂進展特性、靭性についての記載はあるが、構造物用鋼板として重要な、延性、溶接性等についての記載はなく、特許文献7に記載された技術で製造された鋼板が、構造物用鋼板として必要な特性をバランスよく具備しているかどうかについては不明のままである。   Moreover, in the technique described in Patent Document 7, when a fatigue crack encounters bainite, the crack propagates while stopping at the boundary or bending so as to avoid bainite. It is said that the resistance to fatigue crack growth will be improved. However, in Patent Document 7, there is a description of fatigue crack growth resistance and toughness, but there is no description of ductility, weldability, etc., which is important as a structural steel sheet, and the technology described in Patent Document 7 It remains unclear whether or not the steel plate manufactured in (1) has the properties necessary for a structural steel plate in a well-balanced manner.

また、特許文献8に記載された技術では、十分微細化したフェライトと、加工γから変態したラス長さの短い低温変態相とを組み合わせた複相組織にすることにより、疲労き裂進展特性と母材靭性の両特性を両立させることができるとしている。しかし、特許文献8には、疲労き裂進展速度、靭性以外の実構造物用鋼板として必要な、延性、溶接性等の特性をバランスよく具備しているかどうかについては不明のままである。   Further, in the technique described in Patent Document 8, fatigue crack propagation characteristics are obtained by forming a multiphase structure in which a sufficiently refined ferrite and a low-temperature transformation phase having a short lath length transformed from processed γ are combined. Both characteristics of base metal toughness can be made compatible. However, Patent Document 8 remains unclear as to whether or not it has a well-balanced property such as ductility and weldability necessary for a steel sheet for actual structures other than fatigue crack growth rate and toughness.

本発明は、かかる従来技術の問題を解決し、耐疲労き裂伝ぱ特性に優れた高強度鋼材およびその製造方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to solve the problems of the prior art and to provide a high-strength steel material excellent in fatigue crack resistance and a method for producing the same.

ここでいう「高強度」とは、引張強さTS:490MPa以上である場合をいう。また、ここでいう「耐疲労き裂伝ぱ特性に優れた」とは、き裂伝ぱ方向によらず、疲労き裂伝ぱ速度da/dNが、少なくともΔK:15MPa√mで1.75×10−8(m/cycle)以下、ΔK:25MPa√mで8.5×10−8(m/cycle)以下である場合をいう。 Here, “high strength” refers to a case where the tensile strength TS is 490 MPa or more. The term “excellent in fatigue crack propagation resistance” as used herein means that the fatigue crack propagation rate da / dN is at least 1.75 × 10 −8 (ΔK: 15 MPa√m, regardless of the crack propagation direction. m / cycle) or less, ΔK: 25 MPa√m, 8.5 × 10 −8 (m / cycle) or less.

なお、上記した各応力拡大係数範囲におけるき裂伝ぱ速度の上限値は、材料学会編「金属材料疲労き裂進展抵抗データ集」vol.1、p55に記載されたNK船級KA鋼についての応力拡大係数範囲と疲労き裂伝ぱ速度の関係のデータバンド上限を基準値として、同じ応力拡大係数範囲で疲労き裂伝ぱ速度が基準の1/2以下となる場合を目安として決定した。   The upper limit of the crack propagation rate in each stress intensity factor range described above is the stress expansion for the NK class KA steel described in “Metal Fatigue Crack Propagation Resistance Data” vol. The upper limit of the data band of the relationship between the coefficient range and the fatigue crack propagation rate was used as a reference value, and the case where the fatigue crack propagation rate was 1/2 or less of the standard within the same stress intensity factor range was determined.

また、本発明が目的とする高強度鋼材は、上記したように耐疲労き裂伝ぱ特性に優れるうえ、さらに、延性、低温靭性、溶接性にも優れた鋼材とする。ここでいう「延性に優れた」とは、引張試験で得られた伸びEl値が20%以上である場合をいう。また、ここでいう「低温靭性に優れた」とは、JIS Z 2242-2005の規定に準拠して行ったシャルピー衝撃試験における試験温度:−40℃における吸収エネルギーが53J以上である場合をいうものとする。また、「溶接性に優れた」とは、JIS Z 3158の規程に準拠して、予熱温度を25℃とし、気温:20℃、湿度:60%の溶接雰囲気中で、MAG溶接(入熱14kJ/cm)するy形溶接割れ試験を実施し、割れが発生しなかった場合をいうものとする。   In addition, the high-strength steel material that is the object of the present invention is a steel material that is excellent in fatigue crack propagation resistance as described above, and further excellent in ductility, low-temperature toughness, and weldability. Here, “excellent ductility” refers to a case where the elongation El value obtained by the tensile test is 20% or more. The term “excellent in low temperature toughness” as used herein refers to a case where the absorbed energy at −40 ° C. is 53 J or more in the Charpy impact test conducted in accordance with the provisions of JIS Z 2242-2005. And “Excellent weldability” means MAG welding (heat input 14kJ) in a welding atmosphere with a preheating temperature of 25 ° C, an air temperature of 20 ° C, and a humidity of 60% in accordance with the rules of JIS Z 3158. / y) y-type weld cracking test is conducted and no cracking occurs.

本発明者らは、上記した目的を達成するため、疲労き裂伝ぱ速度に及ぼす各種要因について鋭意研究した。その結果、き裂伝ぱ方向によらず、疲労き裂伝ぱ速度を低減するためには、まず、板厚の1/4位置における板面に平行な(110)面のX線回折強度比(110)Qおよび板厚中央位置における板面に平行な(110)面のX線回折強度比(110)Mを2.0以下とする必要があることを知見した。というのは、板厚の1/4位置における板面に平行な(110)面のX線回折強度比(110)Qおよび板厚中央位置における板面に平行な(110)面のX線回折強度比(110)Mが2.0を超えて大きくなると、板厚方向の疲労き裂伝ぱ速度だけが顕著に低減し、その他の方向(板幅方向、板長手方向)の疲労き裂伝ぱ速度が逆に大きくなり、疲労き裂伝ぱ速度の方向依存性が大きくなりすぎる。このため、き裂伝ぱ方向によらず、疲労き裂伝ぱ速度を低減するためには、(110)Q、(110)Mをともに2.0以下とする必要があることを突き止めた。 In order to achieve the above-mentioned object, the present inventors diligently studied various factors affecting the fatigue crack propagation rate. As a result, in order to reduce the fatigue crack propagation rate regardless of the crack propagation direction, first, the X-ray diffraction intensity ratio (110) of the (110) plane parallel to the plate surface at the 1/4 position of the plate thickness. It was found that the X-ray diffraction intensity ratio (110) M of the (110) plane parallel to the plate surface at the center position of Q and the plate thickness must be 2.0 or less. This is because the X-ray diffraction intensity ratio (110) Q of the (110) plane parallel to the plate surface at the 1/4 position of the plate thickness and the X-ray diffraction of the (110) plane parallel to the plate surface at the center position of the plate thickness. Strength ratio (110) When M exceeds 2.0, only the fatigue crack propagation rate in the plate thickness direction is significantly reduced, and the fatigue crack propagation rate in the other direction (plate width direction and plate longitudinal direction) is reversed. The direction dependency of the fatigue crack propagation rate becomes too large. For this reason, it was found that both (110) Q and (110) M must be 2.0 or less in order to reduce the fatigue crack propagation rate regardless of the crack propagation direction.

さらに、本発明者らは、板厚中央位置における、板面に平行な(110)面のX線回折強度比(110)M、板面に平行な(100)面のX線回折強度比(100)M、板面に平行な(111)面のX線回折強度比(111)Mが、次(3)〜(5)式
2.0×(110)M ≦ (100)M ≦ 6.0×(110)M ……(3)
2.5×(110)M ≦ (111)M ≦ 7.0×(110)M ……(4)
(100)M≦(111)M ……(5)
をすべて満足するように、集合組織を調整することにより、疲労き裂伝ぱ速度がき裂伝ぱ方向によらず、顕著に低減することを見出した。
Furthermore, the inventors of the present invention have the X-ray diffraction intensity ratio (110) M of the (110) plane parallel to the plate surface and the X-ray diffraction intensity ratio of the (100) plane parallel to the plate surface at the center position of the plate thickness ( 100) M , X-ray diffraction intensity ratio (111) M of (111) plane parallel to the plate surface is expressed by the following equations (3) to (5)
2.0 × (110) M ≦ (100) M ≦ 6.0 × (110) M ...... (3)
2.5 × (110) M ≦ (111) M ≦ 7.0 × (110) M ...... (4)
(100) M ≤ (111) M ...... (5)
It was found that by adjusting the texture so as to satisfy all of the above, the fatigue crack propagation rate is remarkably reduced regardless of the crack propagation direction.

板厚中央位置における、板面に平行な(110)面のX線回折強度比(110)M、板面に平行な(100)面のX線回折強度比(100)Mおよび板面に平行な(111)面のX線回折強度比(111)Mが(3)〜(5)式のうち、一つでも満足しない場合には、板厚方向、板幅方向、板長さ方向のうちの1つ以上の方向で、疲労き裂伝ぱ速度の低減が認められなくなる。そのため、本発明では、(110)M、(100)Mおよび(111)Mが(3)〜(5)式すべてを満足するように、集合組織を調整する必要があることを突き止めた。 At the center of the plate thickness, the X-ray diffraction intensity ratio (110) M of the (110) plane parallel to the plate surface, the X-ray diffraction intensity ratio (100) M of the (100) plane parallel to the plate surface, and parallel to the plate surface If the X-ray diffraction intensity ratio (111) M of the (111) plane is not satisfied with any one of the equations (3) to (5), the thickness direction, the plate width direction, and the plate length direction In one or more directions, a reduction in fatigue crack propagation rate is not observed. Therefore, in the present invention, it has been found that the texture needs to be adjusted so that (110) M , (100) M, and (111) M satisfy all the expressions (3) to (5).

また、本発明者らは、上記したように集合組織を調整し、さらに組成を適正範囲に調整することにより、結果として、耐疲労き裂伝ぱ特性のみならず、強度、延性、低温靱性、さらには溶接性がバランスよく向上することを知見した。   In addition, the inventors adjusted the texture as described above, and further adjusted the composition to an appropriate range, resulting in not only fatigue crack propagation resistance, but also strength, ductility, low temperature toughness, Found that weldability was improved in a well-balanced manner.

さらに、本発明者らは、上記した集合組織とするためには、オーステナイト未再結晶温度域で強圧下を施すことにより、容易に調整できることを見出した。   Furthermore, the present inventors have found that the above-described texture can be easily adjusted by applying a strong pressure in the austenite non-recrystallization temperature range.

本発明は、上記した知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。すなわち、本発明の要旨はつぎのとおりである。   The present invention has been completed based on the above findings and further studies. That is, the gist of the present invention is as follows.

(1)質量%で、C:0.02〜0.25%、Si:0.01〜0.60%、Mn:0.5〜3.0%、P:0.05%以下、S:0.02%以下、Al:0.10%以下を含み、さらにCu:1.0%以下、Ni:2.0%以下、Cr:1.0%以下、Mo:1.0%以下、Nb:0.1%以下、V:0.1%以下、Ti:0.1%以下、B:0.005%以下のうちから選ばれた1種または2種以上を、次(1)式
Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 ……(1)
(ここで、C、Mn、Cr、Mo、V、Ni、Cu:各元素の含有量(質量%))
で定義される炭素当量Ceqが0.45%以下、および次(2)式
Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B ……(2)
(ここで、C、Si、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、V、B:各元素の含有量(質量%))
で定義される溶接割れ感受性組成Pcmが0.28%以下、を満足するように調整して含有し、残部Fe及び不可避的不純物からなる組成と、板厚の1/4位置における組織が、マルテンサイト単相、あるいはマルテンサイト相とベイナイト相との混合相、からなり、さらに、板厚の1/4位置における板面に平行な(110)面のX線回折強度比(110)Qが2.0以下で、板厚中央位置における板面に平行な(110)面のX線回折強度比(110)Mが2.0以下であり、かつ、板厚中央位置における板面に平行な(110)面のX線回折強度比(110)M、板厚中央位置における板面に平行な (100)面のX線回折強度比(100)M、および板厚中央位置における(111)面のX線回折強度比(111)Mが、次(3)〜(5)式
2.0×(110)M ≦(100)M ≦ 6.0×(110)M ……(3)
2.5×(110)M ≦(111)M ≦ 7.0×(110)M ……(4)
(100)M ≦ (111)M ……(5)
を満足する組織と、を有することを特徴とする耐疲労き裂伝ぱ特性に優れた高強度鋼材。
(1) By mass%, C: 0.02 to 0.25%, Si: 0.01 to 0.60%, Mn: 0.5 to 3.0%, P: 0.05% or less, S: 0.02% or less, Al: 0.10% or less, and Cu : 1.0% or less, Ni: 2.0% or less, Cr: 1.0% or less, Mo: 1.0% or less, Nb: 0.1% or less, V: 0.1% or less, Ti: 0.1% or less, B: 0.005% or less 1 type or 2 types or more of the following formula (1)
Ceq = C + Mn / 6 + (Cr + Mo + V) / 5 + (Ni + Cu) / 15 (1)
(Here, C, Mn, Cr, Mo, V, Ni, Cu: content of each element (mass%))
The carbon equivalent Ceq defined by is 0.45% or less, and the following formula (2)
Pcm = C + Si / 30 + Mn / 20 + Cu / 20 + Ni / 60 + Cr / 20 + Mo / 15 + V / 10 + 5B (2)
(Here, C, Si, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, V, B: Content of each element (mass%))
The weld cracking susceptibility composition Pcm defined by the above is adjusted so as to satisfy 0.28% or less, and the composition composed of the balance Fe and unavoidable impurities and the structure at the 1/4 position of the plate thickness are composed of martensite alone. Phase, or a mixed phase of martensite phase and bainite phase, and the X-ray diffraction intensity ratio (110) Q of (110) plane parallel to the plate surface at 1/4 position of the plate thickness is 2.0 or less The X-ray diffraction intensity ratio (110) of the (110) plane parallel to the plate surface at the plate thickness central position (110) M is 2.0 or less and the (110) plane X-ray parallel to the plate surface at the plate thickness central position Diffraction intensity ratio (110) M , (100) plane X-ray diffraction intensity ratio (100) M parallel to the plate surface at the plate thickness center position, and (111) plane X-ray diffraction intensity ratio (100) plane at the plate thickness center position ( 111) M represents the following formulas (3) to (5)
2.0 x (110) M ≤ (100) M ≤ 6.0 x (110) M ...... (3)
2.5 x (110) M ≤ (111) M ≤ 7.0 x (110) M ...... (4)
(100) M ≤ (111) M ...... (5)
A high-strength steel material excellent in fatigue crack resistance, characterized by having a structure satisfying

(2)(1)において、前記組成に加えてさらに、質量%で、Ca:0.010%以下、REM:0.010%以下のうちから選ばれた1種または2種を含有する組成とすることを特徴とする高強度鋼材。   (2) In (1), in addition to the above composition, the composition further contains one or two kinds selected from Ca: 0.010% or less and REM: 0.010% or less by mass%. High strength steel material.

(3)鋼素材に、熱間圧延工程と加速冷却工程とを施し高強度鋼材とするにあたり、前記鋼素材を、質量%で、C:0.02〜0.25%、Si:0.01〜0.60%、Mn:0.5〜3.0%、P:0.05%以下、S:0.02%以下、Al:0.10%以下を含み、さらにCu:1.0%以下、Ni:2.0%以下、Cr:1.0%以下、Mo:1.0%以下、Nb:0.1%以下、V:0.1%以下、Ti:0.1%以下、B:0.005%以下のうちから選ばれた1種または2種以上を、次(1)式
Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 ……(1)
(ここで、C、Mn、Cr、Mo、V、Ni、Cu:各元素の含有量(質量%))
で定義される炭素当量Ceqが0.45%以下、および次(2)式
Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B ……(2)
(ここで、C、Si、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、V、B:各元素の含有量(質量%))
で定義される溶接割れ感受性組成Pcmが0.28%以下、を満足するように調整して含有し、残部Fe及び不可避的不純物からなる組成の鋼素材とし、前記熱間圧延工程が、前記鋼素材を加熱温度:900〜1300℃の範囲の温度に加熱したのち、Ar3変態点以上で累積圧下率:50%以上となる熱間圧延を施す工程であり、前記加速冷却工程が、(Ar3変態点−80℃)以上の温度域から平均冷却速度:3℃/s以上で、600℃以下の温度域まで冷却を施す工程であり、該加速冷却工程に引続いて、室温まで冷却することなく、あるいは室温まで冷却したのちに、さらに400℃以上Ac1変態点未満の温度で焼戻処理を施す焼戻工程を行うことを特徴とする耐疲労き裂伝ぱ特性に優れた高強度鋼材の製造方法。
(3) When the steel material is subjected to a hot rolling process and an accelerated cooling process to obtain a high-strength steel material, the steel material is, in mass%, C: 0.02 to 0.25%, Si: 0.01 to 0.60%, Mn: 0.5 to 3.0%, P: 0.05% or less, S: 0.02% or less, Al: 0.10% or less, Cu: 1.0% or less, Ni: 2.0% or less, Cr: 1.0% or less, Mo: 1.0% or less, Nb: 0.1% or less, V: 0.1% or less, Ti: 0.1% or less, B: 0.005% or less selected from the following formula (1)
Ceq = C + Mn / 6 + (Cr + Mo + V) / 5 + (Ni + Cu) / 15 (1)
(Here, C, Mn, Cr, Mo, V, Ni, Cu: content of each element (mass%))
The carbon equivalent Ceq defined by is 0.45% or less, and the following formula (2)
Pcm = C + Si / 30 + Mn / 20 + Cu / 20 + Ni / 60 + Cr / 20 + Mo / 15 + V / 10 + 5B (2)
(Here, C, Si, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, V, B: Content of each element (mass%))
The weld cracking sensitive composition Pcm defined by is adjusted so as to satisfy 0.28% or less, and a steel material having a composition comprising the balance Fe and unavoidable impurities, the hot rolling step, the steel material The heating temperature is a process of heating to a temperature in the range of 900 to 1300 ° C., followed by hot rolling where the cumulative reduction ratio is 50% or more at the Ar 3 transformation point or higher, and the accelerated cooling step is (Ar 3 transformation) Point −80 ° C) or higher temperature range, average cooling rate: 3 ° C / s or higher, cooling to 600 ° C or lower, without cooling to room temperature following the accelerated cooling step Or, after cooling to room temperature, a tempering process is performed in which tempering is performed at a temperature of 400 ° C or higher and lower than the Ac 1 transformation point. Method.

(4)(3)において、前記組成に加えてさらに、質量%で、Ca:0.010%以下、REM:0.010%以下のうちから選ばれた1種または2種を含有する組成とすることを特徴とする高強度鋼材の製造方法。   (4) In (3), in addition to the above composition, the composition further contains one or two kinds selected from Ca: 0.010% or less and REM: 0.010% or less by mass%. A manufacturing method of high strength steel.

本発明によれば、多量の合金元素の含有や、特殊な工程を必要とすることなく、き裂伝ぱ方向によらず耐疲労き裂伝ぱ特性に優れることに加えて、強度、延性、靭性、さらには溶接性がバランスよく向上した高強度鋼材を容易に、しかも安定して、安価に製造でき、産業上格段の効果を奏する。また、本発明によれば、溶接構造物の疲労破壊の安全裕度を拡大することが可能となるという効果もある。   According to the present invention, a large amount of alloying elements, no special process is required, and in addition to excellent fatigue crack propagation characteristics regardless of the crack propagation direction, strength, ductility, toughness, Furthermore, a high-strength steel material whose weldability is improved in a well-balanced manner can be manufactured easily, stably and inexpensively, and has a remarkable industrial effect. Further, according to the present invention, there is an effect that it is possible to increase the safety margin of fatigue fracture of the welded structure.

SENT試験片の形状を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the shape of a SENT test piece typically.

まず、本発明高強度鋼材の組成限定理由について説明する。なお、以下、とくに断わらない限り、質量%は単に%で記す。   First, the reasons for limiting the composition of the high-strength steel material of the present invention will be described. Hereinafter, unless otherwise specified, mass% is simply expressed as%.

C:0.02〜0.25%
Cは、固溶強化さらには焼入れ性向上を介して、強度増加に寄与する元素である。このような効果により所望の高強度を確保するためには、0.02%以上の含有を必要とする。一方、0.25%を超えて含有すると、溶接性を阻害する。このため、Cは0.02〜0.25%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.05〜0.20%である。
C: 0.02-0.25%
C is an element contributing to an increase in strength through solid solution strengthening and further improvement in hardenability. In order to secure a desired high strength by such an effect, the content of 0.02% or more is required. On the other hand, when it contains exceeding 0.25%, weldability will be inhibited. For this reason, C was limited to the range of 0.02 to 0.25%. In addition, Preferably it is 0.05 to 0.20%.

Si:0.01〜0.60%
Siは、脱酸剤として作用するとともに、固溶強化を介して強度増加に寄与する元素である。このような効果を得るためには、0.01%以上の含有を必要とする。一方、0.60%を超えて含有すると、溶接性、靭性を低下させる。このため、Siは0.01〜0.60%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.05〜0.40%である。
Si: 0.01-0.60%
Si is an element that acts as a deoxidizer and contributes to an increase in strength through solid solution strengthening. In order to acquire such an effect, 0.01% or more of content is required. On the other hand, if it exceeds 0.60%, weldability and toughness are lowered. For this reason, Si was limited to the range of 0.01 to 0.60%. In addition, Preferably it is 0.05 to 0.40%.

Mn:0.5〜3.0%
Mnは、焼入れ性の向上を介して、安価に鋼材の強度増加に寄与するとともに、靭性をも向上させる元素である。このような効果を得るためには、0.5%以上の含有を必要とする。一方、3.0%を超えて含有すると、溶接性が低下する。このため、Mnは0.5〜3.0%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.5 〜1.8 %である。
Mn: 0.5-3.0%
Mn is an element that contributes to the increase in strength of the steel material at low cost and improves the toughness through the improvement of hardenability. In order to acquire such an effect, 0.5% or more of content is required. On the other hand, when it contains exceeding 3.0%, weldability will fall. For this reason, Mn was limited to the range of 0.5 to 3.0%. In addition, Preferably it is 0.5 to 1.8%.

P:0.05%以下
Pは、鋼の靭性を劣化させる元素であり、できるだけ低減することが望ましいが、0.05%までは許容できる。このようなことから、Pは0.05%以下に限定した。なお、好ましくは0.03%以下である。
P: 0.05% or less
P is an element that degrades the toughness of steel, and it is desirable to reduce it as much as possible, but it is acceptable up to 0.05%. Therefore, P is limited to 0.05% or less. In addition, Preferably it is 0.03% or less.

S:0.02%以下
Sは、鋼中では硫化物系介在物として存在し、鋼の延性、靭性を低下させる。このため、Sはできるだけ低減することが望ましいが、0.02%までは許容できる。このようなことから、Sは0.02%以下に限定した。なお、好ましくは0.01%以下である。
S: 0.02% or less
S exists as sulfide inclusions in steel, and lowers the ductility and toughness of the steel. For this reason, it is desirable to reduce S as much as possible, but it is acceptable up to 0.02%. For these reasons, S is limited to 0.02% or less. In addition, Preferably it is 0.01% or less.

Al:0.10%以下
Alは、脱酸剤として作用するとともに、結晶粒の微細化にも寄与する元素である。このような効果を得るためには0.01%以上含有することが望ましいが、0.10%を超えて多量に含有すると、酸化物系介在物が増加し靭性、延性が低下する。このため、Alは0.10%以下の範囲に限定した。なお、好ましくは0.06%以下である。
Al: 0.10% or less
Al is an element that acts as a deoxidizer and contributes to refinement of crystal grains. In order to acquire such an effect, it is desirable to contain 0.01% or more, but when it contains more than 0.10%, an oxide inclusion will increase and toughness and ductility will fall. For this reason, Al was limited to the range of 0.10% or less. In addition, Preferably it is 0.06% or less.

Cu:1.0%以下、Ni:2.0%以下、Cr:1.0%以下、Mo:1.0%以下、Nb:0.1%以下、V:0.1%以下、Ti:0.1%以下、B:0.005%以下のうちから選ばれた1種または2種以上
Cu、Ni、Cr、Mo、Nb、V、Ti、Bはいずれも、鋼材の強度上昇に寄与する元素であり、所望の組織を形成するために、1種または2種以上選択して含有することとした。
Cu: 1.0% or less, Ni: 2.0% or less, Cr: 1.0% or less, Mo: 1.0% or less, Nb: 0.1% or less, V: 0.1% or less, Ti: 0.1% or less, B: 0.005% or less One or more selected
Cu, Ni, Cr, Mo, Nb, V, Ti, and B are all elements that contribute to an increase in the strength of the steel material. In order to form a desired structure, one or more kinds are selected and contained. It was decided.

Cuは、固溶して強度増加に寄与するとともに、耐候性向上にも寄与する元素である。このような効果を得るためには、0.1%以上含有することが望ましい。一方、1.0%を超える多量の含有は、溶接性を低下させるとともに、熱間加工性を低下させ、鋼材製造時に疵が発生しやすくなる。このため、含有する場合には、Cuは1.0%以下に限定した。なお、好ましくは0.5%以下である。   Cu is an element that contributes to increase in strength by solid solution and also contributes to improvement in weather resistance. In order to acquire such an effect, it is desirable to contain 0.1% or more. On the other hand, a large content exceeding 1.0% lowers weldability and hot workability, and tends to generate flaws during the production of steel. For this reason, when contained, Cu is limited to 1.0% or less. In addition, Preferably it is 0.5% or less.

Niは、固溶して、強度増加に寄与するとともに、低温靭性を向上させる元素である。また、Niは、耐候性向上や、Cuを添加した場合に生ずる熱間脆性の改善に有効に寄与する。このような効果を得るためには、0.2%以上含有することが望ましい。一方、2.0%を超えて含有すると、溶接性が低下するとともに、材料コストの高騰を招く。このようなことから、含有する場合には、Niは2.0%以下に限定した。なお、好ましくは1.5%以下である。   Ni is an element that dissolves and contributes to an increase in strength and improves low-temperature toughness. Ni also contributes effectively to improving weather resistance and improving hot brittleness that occurs when Cu is added. In order to acquire such an effect, it is desirable to contain 0.2% or more. On the other hand, if the content exceeds 2.0%, the weldability is lowered and the material cost is increased. For these reasons, when Ni is contained, Ni is limited to 2.0% or less. In addition, Preferably it is 1.5% or less.

Crは、強度増加に寄与するとともに、耐候性の向上にも寄与する元素である。このような効果を得るためには、0.01%以上含有することが望ましい。一方、1.0%を超えて多量に含有すると、溶接性、靭性が低下する。このため、含有する場合には、Crは1.0%以下に限定した。なお、好ましくは0.5%以下である。   Cr is an element that contributes to an increase in strength and an improvement in weather resistance. In order to acquire such an effect, it is desirable to contain 0.01% or more. On the other hand, if it contains more than 1.0%, weldability and toughness are lowered. For this reason, when contained, Cr is limited to 1.0% or less. In addition, Preferably it is 0.5% or less.

Moは、強度増加に寄与する元素である。このような効果を得るためには0.005%以上含有する必要がある。一方、1.0%を超えて含有すると、溶接性、靭性の低下を招く。このため、含有する場合には、Moは1.0%以下に限定した。なお、好ましくは0.5%以下である。   Mo is an element that contributes to an increase in strength. In order to acquire such an effect, it is necessary to contain 0.005% or more. On the other hand, when it contains exceeding 1.0%, the weldability and toughness will be reduced. For this reason, when contained, Mo is limited to 1.0% or less. In addition, Preferably it is 0.5% or less.

Nbは、固溶強化および析出強化を介して、また、熱間圧延時のオーステナイト粒再結晶を抑制し組織の細粒化を介して、鋼材の強度増加に寄与する。このような効果を得るためには、0.008%以上含有する必要がある。一方、0.1%を超えて含有すると、靭性の低下を招く。このため、含有する場合には、Nbは0.1%以下に限定した。なお、好ましくは0.05%以下である。   Nb contributes to increasing the strength of the steel material through solid solution strengthening and precipitation strengthening, and suppresses austenite grain recrystallization during hot rolling and refines the structure. In order to acquire such an effect, it is necessary to contain 0.008% or more. On the other hand, if it exceeds 0.1%, toughness is reduced. For this reason, when it contained, Nb was limited to 0.1% or less. In addition, Preferably it is 0.05% or less.

Vは、Nbと同様に、析出強化により強度増加に寄与する元素である。このような効果を得るためには0.003%以上含有する必要がある。一方、0.1%を超えて多量に含有すると、靭性、溶接性の低下を招く。このため、含有する場合には、Vは0.1%以下に限定した。なお、好ましくは0.07%以下である。   V, like Nb, is an element that contributes to an increase in strength by precipitation strengthening. In order to acquire such an effect, it is necessary to contain 0.003% or more. On the other hand, if the content exceeds 0.1%, the toughness and weldability are lowered. For this reason, when contained, V is limited to 0.1% or less. In addition, Preferably it is 0.07% or less.

Tiは、析出強化を介して強度増加に寄与するとともに、溶接部靭性の改善にも寄与する。このような効果を得るためには、0.008%以上含有する必要がある。一方、0.1%を超えて多量に含有すると、材料コストの高騰を招く。このようなことから、含有する場合には、Tiは0.1%以下に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.05%以下である。   Ti contributes to an increase in strength through precipitation strengthening and also contributes to an improvement in weld toughness. In order to acquire such an effect, it is necessary to contain 0.008% or more. On the other hand, if the content exceeds 0.1%, the material cost increases. For these reasons, when Ti is contained, Ti is preferably limited to 0.1% or less. In addition, More preferably, it is 0.05% or less.

Bは、微量の含有で焼入れ性を向上させ、鋼材の強度上昇に寄与する元素である。このような効果を得るためには、0.0005%以上含有することが望ましい。一方、0.005%を超えて含有すると、溶接性が低下する。このため、含有する場合には、Bは0.005%以下に限定した。なお、好ましくは0.003%以下である。   B is an element that improves hardenability and contributes to an increase in the strength of the steel by containing a small amount. In order to acquire such an effect, it is desirable to contain 0.0005% or more. On the other hand, when it contains exceeding 0.005%, weldability will fall. For this reason, when contained, B is limited to 0.005% or less. In addition, Preferably it is 0.003% or less.

上記した成分が基本の成分であるが、本発明では、上記した基本の組成に加えて選択元素として、靭性や延性等の向上を目的として、さらに、Ca:0.010%以下、REM:0.010%以下のうちから選ばれた1種または2種、を必要に応じて選択して含有できる。   The above components are basic components, but in the present invention, in addition to the above basic composition, as a selective element, for the purpose of improving toughness and ductility, Ca: 0.010% or less, REM: 0.010% or less One or two selected from among them can be selected and contained as necessary.

Ca:0.010%以下、REM:0.010%以下のうちから選ばれた1種または2種
Ca、REMはいずれも、介在物の形態制御を介して、鋼材の延性、靱性の向上に寄与する元素であり、必要に応じて選択して含有できる。このような効果を得るためには、Ca:0.0005%以上、REM:0.0005%以上それぞれ含有することが望ましい。一方、Ca:0.010%、REM:0.010%をそれぞれ超えて含有すると、酸化物系介在物量の増加を招き、靱性が低下する。このため、含有する場合には、Ca:0.010%以下、REM:0.010%以下にそれぞれ限定することが好ましい。なお、好ましくはCa:0.005%以下、REM:0.005%以下である。
One or two selected from Ca: 0.010% or less, REM: 0.010% or less
Both Ca and REM are elements that contribute to the improvement of the ductility and toughness of the steel material through the form control of inclusions, and can be selected and contained as necessary. In order to acquire such an effect, it is desirable to contain Ca: 0.0005% or more and REM: 0.0005% or more. On the other hand, if the content exceeds Ca: 0.010% and REM: 0.010%, the amount of oxide inclusions increases, and the toughness decreases. For this reason, when it contains, it is preferable to limit to Ca: 0.010% or less and REM: 0.010% or less, respectively. Preferably, Ca is 0.005% or less, and REM is 0.005% or less.

上記した成分以外の残部は、Feおよび不可避的不純物からなる。不可避的不純物としては、O:0.01%以下、N:0.01%以下が許容できる。   The balance other than the components described above consists of Fe and inevitable impurities. As unavoidable impurities, O: 0.01% or less and N: 0.01% or less are acceptable.

本発明の鋼材は、上記した組成を有し、さらに、溶接性の指標として、次(1)式
Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 ……(1)
(ここで、C、Mn、Cr、Mo、V、Ni、Cu:各元素の含有量(質量%))
で定義される炭素当量Ceqを0.45以下、および次(2)式
Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B ……(2)
(ここで、C、Si、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、V、B:各元素の含有量(質量%))
で定義される溶接割れ感受性組成Pcmを0.28以下に調整して、優れた溶接性を担保している。上記した(1)式で定義される炭素当量Ceqが0.45以下を満足しない場合、および上記した(2)式で定義される溶接割れ感受性組成Pcmが0.28以下を満足しない場合には、溶接性が低下する。なお、(1)式、(2)式の計算に際しては、式中に表示された元素を含まない場合には、当該元素の含有量を零として計算するものとする。
The steel material of the present invention has the above-described composition, and as a weldability index, the following formula (1)
Ceq = C + Mn / 6 + (Cr + Mo + V) / 5 + (Ni + Cu) / 15 (1)
(Here, C, Mn, Cr, Mo, V, Ni, Cu: content of each element (mass%))
The carbon equivalent Ceq defined by is 0.45 or less, and the following formula (2)
Pcm = C + Si / 30 + Mn / 20 + Cu / 20 + Ni / 60 + Cr / 20 + Mo / 15 + V / 10 + 5B (2)
(Here, C, Si, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, V, B: Content of each element (mass%))
The weld cracking susceptibility composition Pcm defined by is adjusted to 0.28 or less to ensure excellent weldability. When the carbon equivalent Ceq defined by the above equation (1) does not satisfy 0.45 or less, and when the weld crack susceptibility composition Pcm defined by the above equation (2) does not satisfy 0.28 or less, the weldability is descend. In addition, when calculating the formulas (1) and (2), when the element indicated in the formula is not included, the content of the element is calculated as zero.

鋼材組織は、一般的に、組成や製造履歴に依存して板厚方向に変化するが、本発明では、標準的な組織を呈する板厚の1/4位置の組織を限定する。本発明鋼材は、上記した組成を有し、標準的な組織を呈する板厚の1/4位置における組織が、マルテンサイト単相、あるいはマルテンサイト相とベイナイト相との混合相、からなる組織を有する。このような組織とすることにより、所望の高強度化を図ることができる。フェライト相やパーライトを含むと所望の高強度を確保できなくなる。これにより、低合金成分系としても、所望の高強度、高靭性、高延性を確保できる。なお、ここでいう「マルテンサイト相」は、焼戻マルテンサイト相をいう。   The steel structure generally changes in the plate thickness direction depending on the composition and manufacturing history, but in the present invention, the structure at a 1/4 position of the plate thickness that exhibits a standard structure is limited. The steel material of the present invention has the above-described composition, and the structure at a 1/4 position of the plate thickness exhibiting a standard structure is a martensite single phase or a structure composed of a martensite phase and a bainite phase. Have. By setting it as such a structure | tissue, desired high intensity | strength can be achieved. If a ferrite phase or pearlite is included, the desired high strength cannot be secured. Thereby, desired high strength, high toughness, and high ductility can be secured even as a low alloy component system. The “martensite phase” here refers to a tempered martensite phase.

このようなことから、本発明鋼材では、板厚の1/4位置での組織を、マルテンサイト単相、あるいはマルテンサイト相とベイナイト相との混合相からなる組織に限定した。   For this reason, in the steel material of the present invention, the structure at 1/4 position of the plate thickness is limited to a structure composed of a single martensite phase or a mixed phase of martensite phase and bainite phase.

また、本発明鋼材では、上記した組識に加え、さらに、板厚の1/4位置における板面に平行な(110)面のX線回折強度比(110)Qおよび板厚中央位置における板面に平行な(110)面のX線回折強度比(110)Mがともに2.0以下となる集合組織を有する。 In the steel material of the present invention, in addition to the above-described organization, the X-ray diffraction intensity ratio (110) Q of the (110) plane parallel to the plate surface at the 1/4 position of the plate thickness and the plate at the center position of the plate thickness The X-ray diffraction intensity ratio (110) M of the (110) plane parallel to the plane has a texture where both are 2.0 or less.

板面に平行な(110)面のX線回折強度比が高くなると、疲労き裂伝ぱ速度は板厚方向のみが低下し、その他の方向においてはき裂伝ぱ速度の低下が認められないばかりか、逆にき裂伝ぱ速度が加速する場合もある。溶接構造物においては、疲労き裂の発生箇所が特定できない場合が多く、疲労き裂伝ぱ速度を板厚方向のみ低下しても、構造物全体の疲労寿命を延長することに必ずしも繋がらない可能性が高い。本発明では、このような弊害を避けるべく、(110)Qおよび(110)Mを2.0以下に限定した。 When the X-ray diffraction intensity ratio of the (110) plane parallel to the plate surface increases, the fatigue crack propagation rate decreases only in the plate thickness direction, and not only in the other direction, but the decrease in crack propagation rate is not observed. Conversely, the crack propagation speed may be accelerated. In welded structures, the occurrence of fatigue cracks is often unspecified, and reducing the fatigue crack propagation rate only in the plate thickness direction may not necessarily extend the fatigue life of the entire structure. Is expensive. In the present invention, in order to avoid such an adverse effect, (110) Q and (110) M are limited to 2.0 or less.

また、本発明鋼材は、上記した集合組織における限定に加えてさらに、板厚中央位置における板面に平行な(110)面のX線回折強度比(110)M、板厚中央位置における板面に平行な(100)面のX線回折強度比(100)M、および板厚中央位置における板面に平行な(111)面のX線回折強度比(111)Mが、次(3)〜(5)式
2.0×(110)M≦(100)M≦6.0×(110)M ……(3)
2.5×(110)M≦(111)M≦7.0×(110)M ……(4)
(100)M≦(111)M ……(5)
をすべて満足するように調整された集合組織を有する。
Further, in addition to the limitations on the texture described above, the steel material of the present invention further has an X-ray diffraction intensity ratio (110) M of (110) plane parallel to the plate surface at the plate thickness central position, and the plate surface at the plate thickness central position. The X-ray diffraction intensity ratio (100) M of the (100) plane parallel to the plate and the X-ray diffraction intensity ratio (111) M of the (111) plane parallel to the plate surface at the center of the plate thickness are as follows: (5) Formula
2.0 × (110) M ≦ (100) M ≦ 6.0 × (110) M ...... (3)
2.5 × (110) M ≦ (111) M ≦ 7.0 × (110) M ...... (4)
(100) M ≤ (111) M ...... (5)
The texture is adjusted to satisfy all of the above.

(110)M、(100)M、(111)Mが、上記した(3)〜(5)式をすべて満足することにより、疲労き裂伝ぱ速度が進展方向によらず、低減する。上記した(3)〜(5)式のうち一つでも満足されない場合があると、板厚方向、板幅方向、板長方向の1つ以上の方向で疲労き裂伝ぱ速度の低減が認められなくなる。このため、本発明では、(110)M、(100)M、(111)Mが、上記した(3)〜(5)式をすべて満足するように調整することとした。 When (110) M , (100) M , and (111) M satisfy all the above expressions (3) to (5), the fatigue crack propagation rate is reduced regardless of the propagation direction. If any one of the above formulas (3) to (5) is not satisfied, a reduction in fatigue crack propagation rate is recognized in one or more of the plate thickness direction, the plate width direction, and the plate length direction. Disappear. For this reason, in the present invention, (110) M , (100) M , and (111) M are adjusted so as to satisfy all the above expressions (3) to (5).

上記した組成、組織を有する本発明鋼材は、き裂伝ぱ方向によらず耐疲労き裂伝ぱ特性に優れることに加えて、強度、延性、靭性、さらには溶接性がバランスよく向上した高強度鋼材となる。   The steel material of the present invention having the composition and structure described above is a high-strength steel material with improved balance of strength, ductility, toughness, and weldability in addition to excellent fatigue crack propagation characteristics regardless of the crack propagation direction. It becomes.

つぎに、本発明鋼材の好ましい製造方法について説明する。   Below, the preferable manufacturing method of this invention steel material is demonstrated.

まず、上記した組成を有する溶鋼を、転炉等の常用の溶製方法で溶製し、連続鋳造法等の常用の鋳造方法を用いてスラブ等の鋼素材とすることが好ましい。なお、鋼素材の製造方法は、上記した方法に限定されないことはいうまでもない。   First, the molten steel having the above composition is preferably melted by a conventional melting method such as a converter and used as a steel material such as a slab by using a conventional casting method such as a continuous casting method. In addition, it cannot be overemphasized that the manufacturing method of a steel raw material is not limited to an above-described method.

得られた鋼素材に、熱間圧延工程と加速冷却工程とを施し、熱延鋼材とする。   The obtained steel material is subjected to a hot rolling process and an accelerated cooling process to obtain a hot rolled steel material.

熱間圧延工程は、上記した組成の鋼素材を加熱温度:900〜1300℃の範囲の温度に加熱したのち、Ar3変態点以上で累積圧下率:50%以上となる熱間圧延を施す工程とすることが好ましい。なお、温度は鋼材表面温度とする。 In the hot rolling step, the steel material having the above composition is heated to a temperature in the range of 900 to 1300 ° C., and then subjected to hot rolling at an Ar 3 transformation point or higher and a cumulative reduction ratio of 50% or higher. It is preferable that The temperature is the steel surface temperature.

加熱温度:900〜1300℃
鋼素材の加熱温度が950℃未満では、変形抵抗が高くなり圧延機への負荷が増大し、生産性が低下する。一方、1300℃を超えと、結晶粒が粗大化し、所望の靭性を確保できにくくなる。このため、加熱温度は900〜1300℃の範囲の温度に限定することが好ましい。
Heating temperature: 900-1300 ℃
When the heating temperature of the steel material is less than 950 ° C., the deformation resistance increases, the load on the rolling mill increases, and the productivity decreases. On the other hand, if the temperature exceeds 1300 ° C., the crystal grains become coarse and it becomes difficult to ensure the desired toughness. For this reason, the heating temperature is preferably limited to a temperature in the range of 900 to 1300 ° C.

Ar3変態点以上で累積圧下率:50%以上
熱間圧延において、Ar3変態点以上での累積圧下率を50%以上とすることにより、オーステナイト粒の微細化が図れ、その後の変態により得られる組織が微細化し、強度、靭性、耐疲労き裂伝ぱ特性の向上が図れる。一方、熱間圧延における強圧下を行う温度域が、Ar3変態点未満では、フェライト相が混入し、強度が低下するとともに、フェライトの加工集合組織が発達しすぎて耐疲労き裂伝ぱ特性に異方性が生じる。また、累積圧下率が50%未満では、オーステナイト粒の微細化が図れず、その後の変態により得られる組織も粗大となり、所望の強度、靭性、耐疲労き裂伝ぱ特性を確保することができない。なお、Ar3変態点は、例えば次式
Ar3変態点(℃)=910−310C−80Mn−20Cu−15Cr−55Ni−80Mo
(ここで、C、Mn、Cu、Cr、Ni、Mo:各元素の含有量(質量%))
により鋼材の含有元素量に基づき計算できる。なお、含有しない元素は零として計算するものとする。
Cumulative rolling reduction above Ar 3 transformation point: 50% or more In hot rolling, the austenite grains can be refined by setting the cumulative rolling reduction above Ar 3 transformation point to 50% or more. The resulting structure is refined and the strength, toughness, and fatigue crack propagation characteristics can be improved. On the other hand, if the temperature range for hot rolling in the hot rolling is less than the Ar 3 transformation point, the ferrite phase is mixed in and the strength decreases, and the work texture of ferrite develops too much, resulting in fatigue crack resistance. Anisotropy occurs. Also, if the cumulative rolling reduction is less than 50%, the austenite grains cannot be refined, and the structure obtained by the subsequent transformation becomes coarse, so that the desired strength, toughness, and fatigue crack propagation resistance cannot be ensured. The Ar 3 transformation point is, for example, the following formula:
Ar 3 transformation point (° C) = 910-310C-80Mn-20Cu-15Cr-55Ni-80Mo
(Here, C, Mn, Cu, Cr, Ni, Mo: content of each element (mass%))
Can be calculated based on the amount of elements contained in the steel. It should be noted that elements not contained are calculated as zero.

なお、熱間圧延の圧延終了温度は、Ar3変態点以上とすることが好ましい。圧延終了温度が、Ar3変態点未満では、フェライト相が混入し、強度が低下するとともに、フェライトの加工集合組織が発達しすぎて耐疲労き裂伝ぱ特性に異方性が生じる。 In addition, it is preferable that the rolling end temperature of hot rolling is not less than the Ar 3 transformation point. If the rolling end temperature is less than the Ar 3 transformation point, the ferrite phase is mixed in, the strength is lowered, and the work texture of the ferrite develops too much, resulting in anisotropy in fatigue crack resistance.

つぎに、加速冷却工程は、(Ar3変態点−80℃)以上の温度域から平均冷却速度:3℃/s以上で、600℃以下の温度域まで冷却を施す工程とする。なお、温度は鋼材表面温度とし、冷却速度は鋼材の厚さ方向での平均値を用いるものとする。 Next, the accelerated cooling step is a step of cooling from a temperature range of (Ar 3 transformation point −80 ° C.) or higher to a temperature range of 600 ° C. or lower at an average cooling rate of 3 ° C./s or higher. The temperature is the steel surface temperature, and the cooling rate is the average value in the thickness direction of the steel.

加速冷却開始温度:(Ar3変態点−80℃)以上
加速冷却開始温度が、(Ar3変態点−80℃)未満では、組織がフェライト+パーライト主体の組織となり、所望の高強度を確保できなくなる。
Accelerated cooling start temperature: (Ar 3 transformation point-80 ° C) or more If the accelerated cooling start temperature is less than (Ar 3 transformation point-80 ° C), the structure becomes a structure mainly composed of ferrite + pearlite, and the desired high strength can be secured. Disappear.

平均冷却速度:3℃/s以上
冷却速度が平均で、3℃/s未満では、組織がフェライト+パーライト主体の組織となり、所望の高強度を確保できなくなる。なお、好ましくは10℃/s以上である。
Average cooling rate: 3 ° C / s or more When the cooling rate is less than 3 ° C / s on average, the structure becomes a structure mainly composed of ferrite and pearlite, and a desired high strength cannot be secured. In addition, Preferably it is 10 degrees C / s or more.

冷却停止温度:600℃以下
加速冷却の停止温度が600℃を超える温度域では、組織がフェライト+パーライト主体の組織となり、所望の高強度を確保できなくなる。なお、好ましくは400℃以下の温度域である。このようなことから、加速冷却工程は、熱延鋼材に、(Ar3変態点−80℃)以上の温度域から平均冷却速度:3℃/s以上で、600℃以下の温度域まで冷却を施す工程とすることが好ましい。
Cooling stop temperature: 600 ° C. or less In the temperature range where the accelerated cooling stop temperature exceeds 600 ° C., the structure becomes a structure mainly composed of ferrite and pearlite, and a desired high strength cannot be secured. The temperature range is preferably 400 ° C. or lower. Therefore, in the accelerated cooling process, the hot-rolled steel material is cooled from a temperature range of (Ar 3 transformation point -80 ° C) or higher to an average cooling rate of 3 ° C / s or higher to a temperature range of 600 ° C or lower. It is preferable to set it as the process to give.

なお、本発明では、上記した加速冷却工程を終了したのち、焼戻工程を行う。   In the present invention, the tempering step is performed after the accelerated cooling step.

焼戻工程は、加速冷却工程を終了した後、室温まで冷却することなく、直ちにオンラインで実施してもよく、室温まで冷却したのち、別ラインで再加熱して実施してもよい。   The tempering step may be carried out immediately after completion of the accelerated cooling step without being cooled to room temperature, or may be carried out by reheating in another line after cooling to room temperature.

焼戻工程は、400℃以上Ac1変態点未満の温度で焼戻処理を施す工程とする。これにより、延性や靱性の調整を行うことができる。焼戻温度が400℃未満では、焼戻処理を施しても延性や靱性には、ほとんど変化が生じない。一方、Ac1変態点以上では、一部がオーステナイトへ変態し、その後の冷却時に島状マルテンサイトが生成するなど、靭性の低下が生じる。このため、焼戻処理の加熱温度は400℃以上Ac1変態点未満の温度に限定する。なお、好ましくは400〜650℃である。 The tempering step is a step of tempering at a temperature of 400 ° C. or higher and lower than the Ac 1 transformation point. Thereby, ductility and toughness can be adjusted. When the tempering temperature is less than 400 ° C., the ductility and toughness hardly change even when tempering is performed. On the other hand, at the Ac 1 transformation point or higher, toughness is reduced, for example, part of the material transforms to austenite, and island martensite is generated during subsequent cooling. For this reason, the heating temperature of the tempering treatment is limited to a temperature not lower than 400 ° C. and lower than the Ac 1 transformation point. In addition, Preferably it is 400-650 degreeC.

なお、Ac1変態点は、各合金元素の含有量に基き、例えば、
Ac1変態点(℃)=723−14Mn+22Si−14.4Ni+23.3Cr
(但し、Mn、Si、Ni、Cr:各元素の含有量(質量%))を用いて、算出することができる。
The Ac 1 transformation point is based on the content of each alloy element, for example,
Ac 1 transformation point (℃) = 723-14Mn + 22Si-14.4Ni + 23.3Cr
(However, Mn, Si, Ni, Cr: content of each element (mass%)) can be used for calculation.

表1に示す組成の溶鋼を、転炉で溶製し、連続鋳造法で鋳片(鋼素材)(肉厚:250〜400mm)とした。得られた鋼素材に、表2に示す条件で熱間圧延工程、加速冷却工程、さらに室温に冷却し再加熱するか、あるいは加速冷却工程に引き続き、室温に冷却することなくオンラインで直ちに、表2に示す条件で焼戻工程を施し、板厚12〜65mmの鋼板を製造した。   Molten steel having the composition shown in Table 1 was melted in a converter and cast into a slab (steel material) (wall thickness: 250 to 400 mm) by a continuous casting method. The obtained steel material is subjected to a hot rolling process, an accelerated cooling process, further cooling to room temperature and reheating under the conditions shown in Table 2, or immediately following on-line cooling without cooling to room temperature. The tempering process was given on the conditions shown in 2, and the steel plate with a plate thickness of 12-65 mm was manufactured.

得られた鋼板から、X線回折試験用試験片および組織観察用試験片を採取した。   A test piece for X-ray diffraction test and a test piece for structure observation were collected from the obtained steel plate.

X線回折試験用試験片(大きさ:厚さ1.5mm×幅25mm×長さ30mm)は、各鋼板の板厚1/4位置および板厚中央位置から板面に平行に採取した。測定面(25×30mm面)を機械研磨、化学研磨して、加工層を除去したのち、X線回折法で(110)面、(100)面、(111)面のX線回折強度を求めた。なお、ランダム試験片を用意し、同様にX線回折強度を求めた。   Test specimens for X-ray diffraction test (size: thickness 1.5 mm × width 25 mm × length 30 mm) were collected in parallel to the plate surface from the plate thickness 1/4 position and the plate thickness center position of each steel plate. After mechanically and chemically polishing the measurement surface (25 x 30 mm surface) to remove the processed layer, the X-ray diffraction intensity of the (110), (100), and (111) surfaces is obtained by X-ray diffraction. It was. In addition, the random test piece was prepared and the X-ray diffraction intensity was calculated | required similarly.

得られたX線回折強度とランダム試験片のX線回折強度との比をそれぞれ求め、板厚1/4位置における板面に平行な(110)面のX線回折強度比(110)Q、板厚中央位置における板面に平行な(110)面のX線回折強度比(110)M、板厚中央位置における板面に平行な(100)面のX線回折強度比(100)M、板厚中央位置における板面に平行な(111)面のX線回折強度比(111)Mとした。 The ratio of the obtained X-ray diffraction intensity and the X-ray diffraction intensity of the random test piece was determined, respectively, and the (110) plane X-ray diffraction intensity ratio (110) Q parallel to the plate surface at the plate thickness 1/4 position, X-ray diffraction intensity ratio (110) M of (110) plane parallel to the plate surface at the center position of the plate thickness, X-ray diffraction intensity ratio (100) M of (100) plane parallel to the plate surface at the center position of the plate thickness, The X-ray diffraction intensity ratio (111) M of the (111) plane parallel to the plate surface at the center of the plate thickness was used.

得られた結果を表3に示す。   The obtained results are shown in Table 3.

また、得られた鋼板から、観察面が板厚1/4位置となるように、組織観察用試験片を採取した。得られた試験片を研磨し、3%ナイタール腐食液により腐食し、組織を現出させた。光学顕微鏡(倍率:500倍)を用いて、組織を観察し、撮像した。得られた組織写真について組織を同定するとともに、市販の画像解析ソフトを用いて、各相の組織分率(面積%)の測定を行った。なお、組織の観察は5視野以上とし、各視野における組織分率を求め、算術平均して当該鋼板の組織分率とした。   Further, from the obtained steel plate, a structure observation test piece was collected so that the observation surface was at a 1/4 thickness position. The obtained test piece was polished and corroded with 3% nital etchant to reveal the structure. The tissue was observed and imaged using an optical microscope (magnification: 500 times). While identifying a structure | tissue about the obtained structure | tissue photograph, the structure fraction (area%) of each phase was measured using commercially available image analysis software. It should be noted that the observation of the structure was 5 visual fields or more, the structural fraction in each visual field was obtained, and the arithmetic average was obtained as the structural fraction of the steel sheet.

得られた結果を同様に、表3に併記する。   The obtained results are also shown in Table 3.

Figure 2015206113
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Figure 2015206113
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Figure 2015206113
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また、得られた鋼板から、試験片を採取し、疲労き裂伝ぱ試験、引張試験、衝撃試験、溶接性試験を実施した。試験方法は、次の通りとした。
(1)耐疲労き裂伝ぱ試験
耐疲労き裂伝ぱ特性は、CT試験片を用いてASTM E647に準拠して調査した。CT試験片は、板厚25mm以下の鋼板では全厚、板厚25mm超50mm以下の鋼板では板厚の1/2位置を中心に両面減厚して25mm厚、板厚50mm超の鋼板では板厚の1/4位置を中心として両面減厚して25mm厚、とした。また、CT試験片は、各鋼板から、疲労き裂が進展する方向が圧延方向と直交する方向(板幅方向)、疲労き裂が進展する方向が圧延方向(板長方向)の2種の試験片を採取した。なお、CT試験片を用いた試験は、室温大気中で、応力比R:0.1、周波数:20Hzの条件で、ASTM E647に準拠して行った。
In addition, specimens were collected from the obtained steel plates and subjected to fatigue crack propagation tests, tensile tests, impact tests, and weldability tests. The test method was as follows.
(1) Fatigue Crack Propagation Test Fatigue crack propagation characteristics were investigated according to ASTM E647 using CT specimens. The CT specimen is full thickness for steel sheets with a thickness of 25 mm or less, and for steel sheets with a thickness of more than 25 mm and less than 50 mm, the thickness is reduced at both sides, centering around 1/2 position of the plate thickness. The thickness was reduced to 25 mm by reducing both sides around the 1/4 position of the thickness. In addition, from each steel sheet, the CT specimen is divided into two types in which the direction in which the fatigue crack propagates is perpendicular to the rolling direction (sheet width direction) and the direction in which the fatigue crack propagates is in the rolling direction (sheet length direction). Test specimens were collected. The test using the CT test piece was performed according to ASTM E647 under the conditions of a stress ratio R of 0.1 and a frequency of 20 Hz in a room temperature atmosphere.

また、疲労き裂が板厚方向に進展する疲労き裂伝ぱ試験も行った。各鋼板から、図1に示すSENT(Single edge notch tension)型試験片を採取した。SENT型試験片では、機械切欠2先端に、疲労予き裂3を導入し、両面にはクラックゲージ4を貼付した。   A fatigue crack propagation test in which the fatigue crack propagates in the thickness direction was also conducted. SENT (Single edge notch tension) type test pieces shown in FIG. 1 were collected from each steel plate. In the SENT type test piece, a fatigue precrack 3 was introduced at the tip of the mechanical notch 2, and a crack gauge 4 was stuck on both sides.

SENT型試験片を用いた疲労き裂伝ぱ試験は、室温大気中で、応力比R:0.1、周波数:20Hzの条件で行った。そして、機械切欠2先端から疲労予き裂3が1mm以上導入された時点からの応力拡大係数範囲と疲労き裂伝ぱ速度の関係を求めた。   The fatigue crack propagation test using the SENT type test piece was performed in a room temperature atmosphere under the conditions of a stress ratio R: 0.1 and a frequency: 20 Hz. Then, the relationship between the stress intensity factor range and the fatigue crack propagation rate from the point when the fatigue precrack 3 was introduced 1 mm or more from the tip of the mechanical notch 2 was obtained.

試験中は、両面に貼付されたクラックゲージ4により、それぞれのき裂長さを検出し、両面の平均長さをき裂長さaとした。   During the test, each crack length was detected by a crack gauge 4 affixed on both sides, and the average length on both sides was taken as the crack length a.

なお、応力拡大係数範囲ΔKは、次式に示すBrownの式により計算した。   The stress intensity factor range ΔK was calculated by the Brown formula shown below.

ΔK=Δσ(πa)1/2F(a/w)
(ここで、F(a/w)=1.12−0.231(a/w)+10.55(a/w)2−21.72(a/w)3+30.39(a/w)4、a:き裂長さmm、w:試験片幅mm(板厚))
疲労き裂が進展する時の応力拡大係数範囲ΔK=15MPa√mのき裂伝ぱ速度が1.75×10-8m/cycle以下、ΔK=25MPa√mのき裂伝ぱ速度が8.5×10-8m/cycle以下である場合を○として評価した。それ以外の場合を×とした。
(2)引張試験
得られた鋼板から、日本海事協会 鋼船規則を参考に、引張方向が圧延方向に直交する方向Tとなるように、板厚が40mm以下の鋼板については全厚引張試験片(U1号引張試験片)を、板厚40mm超の鋼板については引張試験片(U14号引張試験片)を、採取し、JIS Z 2241の規定に準拠して引張試験を実施し、引張特性(降伏強さ(0.2%耐力)YS、引張強さTS、伸びEl)を求めた。なお、引張強さTSが490MPa以上、伸びElが16%以上である場合を○と評価し、それ以外を×とした。
(3)衝撃試験
得られた鋼板から、日本海事協会 鋼船規則に準拠して、試験片長さ方向が圧延方向Lと平行するように、板厚が40mm以下の鋼板については試験片端面が鋼板表面下2mmとなるように、また板厚が40mm超の鋼板については板厚の1/4位置から、衝撃試験片(U4号2mmVノッチ)を採取し、試験温度:−40℃で衝撃試験を実施し、吸収エネルギー(J)を求めた。各鋼板につき、各3本を試験した。3本すべてが、53J以上を示した場合を○、それ以外を×として評価した。
(4)溶接性試験
得られた鋼板から、JIS Z 3158の規定に準拠して、y形溶接割れ試験片を採取し、予熱温度を25℃とし、気温:20℃、湿度:60%の溶接雰囲気中で、MAG溶接(入熱14kJ/cm)するy形溶接割れ試験を実施し、割れの発生の有無を調査した。割れが生じなかった場合を○、それ以外の場合を×として評価した。
ΔK = Δσ (πa) 1/2 F (a / w)
(Where F (a / w) = 1.12−0.231 (a / w) +10.55 (a / w) 2 -21.72 (a / w) 3 +30.39 (a / w) 4 , a: crack length Mm, w: specimen width mm (plate thickness))
When the fatigue crack propagates, the crack propagation rate in the stress intensity factor range ΔK = 15 MPa√m is 1.75 × 10 −8 m / cycle or less, and the crack propagation rate in ΔK = 25 MPa√m is 8.5 × 10 −8 m The case where it was less than / cycle was evaluated as ○. Otherwise, it was set as x.
(2) Tensile test Full thickness tensile specimens for steel sheets with a thickness of 40 mm or less so that the tensile direction is the direction T perpendicular to the rolling direction with reference to the Japan Maritime Association Steel Ship Rules. (U1 tensile test piece), and for steel plates with a thickness of more than 40 mm, a tensile test piece (U14 tensile test piece) was collected and subjected to a tensile test in accordance with the provisions of JIS Z 2241. Yield strength (0.2% yield strength) YS, tensile strength TS, elongation El) was determined. The case where the tensile strength TS was 490 MPa or more and the elongation El was 16% or more was evaluated as ◯, and the others were evaluated as x.
(3) Impact test From the obtained steel plate, in accordance with the Japan Maritime Association steel ship regulations, the test piece end face is a steel plate with a plate thickness of 40 mm or less so that the length direction of the test piece is parallel to the rolling direction L. For steel sheets with a surface thickness of 2mm below the surface, and for steel sheets with a thickness of more than 40mm, take an impact test piece (U4 2mmV notch) from 1/4 position of the thickness, and conduct an impact test at -40 ℃. The absorption energy (J) was calculated. Three of each steel plate was tested. When all three samples showed 53J or more, the evaluation was ○, and the others were evaluated as ×.
(4) Weldability test In accordance with the provisions of JIS Z 3158, a y-type weld crack test piece is collected from the obtained steel sheet, the preheating temperature is 25 ° C, the temperature is 20 ° C, and the humidity is 60%. A y-type weld cracking test for MAG welding (heat input 14 kJ / cm) was carried out in an atmosphere to investigate whether cracks occurred. The case where no crack was generated was evaluated as ◯, and the other cases were evaluated as ×.

得られた結果を表4に示す。   Table 4 shows the obtained results.

Figure 2015206113
Figure 2015206113

本発明例はいずれも、所望の強度(TS:490MPa以上)を満足する高強度と、所望の延性(El:16%以上)を満足し高延性と、所望の低温靭性(vE−40:53J以上)を満足する高靭性と、溶接割れの発生がない優れた溶接性と、を兼備し、さらにき裂の進展方向によらず疲労き裂伝ぱ速度が低減し、優れた耐疲労き裂伝ぱ特性を有する鋼板となっている。一方、本発明範囲を外れる比較例は、強度、延性、靭性、溶接性、さらには耐疲労き裂伝ぱ特性のいずれかが、所望の特性を満足していない。 In all of the inventive examples, high strength satisfying a desired strength (TS: 490 MPa or more), high ductility satisfying a desired ductility (El: 16% or more), and a desired low-temperature toughness (vE- 40 : 53 J High toughness that satisfies the above requirements) and excellent weldability with no weld cracking. Furthermore, the fatigue crack propagation rate is reduced regardless of the crack propagation direction, and excellent fatigue crack propagation. It is a steel plate with characteristics. On the other hand, in the comparative example outside the scope of the present invention, any of strength, ductility, toughness, weldability, and fatigue crack propagation resistance does not satisfy the desired characteristics.

1 SENT型試験片
2 機械切欠
3 疲労予き裂
4 クラックゲージ
1 SENT type test piece 2 Mechanical notch 3 Pre-fatigue crack 4 Crack gauge

Claims (4)

質量%で、
C :0.02〜0.25%、 Si:0.01〜0.60%、
Mn:0.5〜3.0%、 P :0.05%以下、
S :0.02%以下、 Al:0.10%以下
を含み、さらにCu:1.0%以下、Ni:2.0%以下、Cr:1.0%以下、Mo:1.0%以下、Nb:0.1%以下、V:0.1%以下、Ti:0.1%以下、B:0.005%以下のうちから選ばれた1種または2種以上を、下記(1)式で定義される炭素当量Ceqが0.45%以下、および下記(2)式で定義される溶接割れ感受性組成Pcmが0.28%以下、を満足するように調整して含有し、残部Fe及び不可避的不純物からなる組成と、板厚の1/4位置における組織が、マルテンサイト単相、あるいはマルテンサイト相とベイナイト相との混合相からなり、さらに、板厚の1/4位置における板面に平行な(110)面のX線回折強度比(110)Qが2.0以下で、板厚中央位置における板面に平行な(110)面のX線回折強度比(110)Mが2.0以下であり、かつ、板厚中央位置における板面に平行な(110)面のX線回折強度比(110)M、板厚中央位置における板面に平行な(100)面のX線回折強度比(100)M、および板厚中央位置における(111)面のX線回折強度比(111)Mが、下記(3)〜(5)式を満足する組織と、
を有することを特徴とする耐疲労き裂伝ぱ特性に優れた高強度鋼材。

Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 ……(1)
ここで、C、Mn、Cr、Mo、V、Ni、Cu:各元素の含有量(質量%)
Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B ……(2)
ここで、C、Si、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、V、B:各元素の含有量(質量%)
2.0×(110)M ≦(100)M ≦ 6.0×(110)M ……(3)
2.5×(110)M ≦(111)M ≦ 7.0×(110)M ……(4)
(100)M ≦ (111)M ……(5)
% By mass
C: 0.02 to 0.25%, Si: 0.01 to 0.60%,
Mn: 0.5 to 3.0%, P: 0.05% or less,
S: 0.02% or less, Al: 0.10% or less, Cu: 1.0% or less, Ni: 2.0% or less, Cr: 1.0% or less, Mo: 1.0% or less, Nb: 0.1% or less, V: 0.1% or less , Ti: 0.1% or less, B: 0.005% or less selected from one or more, carbon equivalent Ceq defined by the following formula (1) is 0.45% or less, and the following formula (2) The weld crack susceptibility composition Pcm defined is adjusted to satisfy 0.28% or less, the composition consisting of the balance Fe and inevitable impurities, and the structure at 1/4 position of the plate thickness is a martensite single phase. Or a mixed phase of martensite phase and bainite phase, and the X-ray diffraction intensity ratio (110) Q of (110) plane parallel to the plate surface at 1/4 position of the plate thickness is 2.0 or less, the thickness parallel to the plate surface at the center position (110) plane X-ray diffraction intensity ratio of (110) M is 2.0 or less, and, parallel to the plate surface in the sheet thickness center position (110) plane X-ray diffraction intensity ratio of (110) M, parallel to the plate surface in the sheet thickness center position (100) plane X-ray diffraction intensity ratio of (100) M, and in the sheet thickness center position (111) plane A structure in which the X-ray diffraction intensity ratio of (111) M satisfies the following formulas (3) to (5):
A high-strength steel material with excellent fatigue crack propagation characteristics characterized by having
Record
Ceq = C + Mn / 6 + (Cr + Mo + V) / 5 + (Ni + Cu) / 15 (1)
Here, C, Mn, Cr, Mo, V, Ni, Cu: Content of each element (mass%)
Pcm = C + Si / 30 + Mn / 20 + Cu / 20 + Ni / 60 + Cr / 20 + Mo / 15 + V / 10 + 5B (2)
Here, C, Si, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, V, B: Content of each element (mass%)
2.0 x (110) M ≤ (100) M ≤ 6.0 x (110) M ...... (3)
2.5 x (110) M ≤ (111) M ≤ 7.0 x (110) M ...... (4)
(100) M ≤ (111) M ... (5)
前記組成に加えてさらに、質量%で、Ca:0.010%以下、REM:0.010%以下のうちから選ばれた1種または2種を含有する組成とすることを特徴とする請求項1に記載の高強度鋼材。   2. The composition according to claim 1, wherein, in addition to the composition, the composition further contains one or two kinds selected from Ca: 0.010% or less and REM: 0.010% or less by mass%. High strength steel. 鋼素材に、熱間圧延工程と加速冷却工程とを施し高強度鋼材とするにあたり、
前記鋼素材を、質量%で、
C :0.02〜0.25%、 Si:0.01〜0.60%、
Mn:0.5〜3.0%、 P :0.05%以下、
S :0.02%以下、 Al:0.10%以下
を含み、さらにCu:1.0%以下、Ni:2.0%以下、Cr:1.0%以下、Mo:1.0%以下、Nb:0.1%以下、V:0.1%以下、Ti:0.1%以下、B:0.005%以下のうちから選ばれた1種または2種以上を、下記(1)式で定義される炭素当量Ceqが0.45%以下、および下記(2)式で定義される溶接割れ感受性組成Pcmが0.28%以下、を満足するように調整して含有し、残部Fe及び不可避的不純物からなる組成の鋼素材とし、
前記熱間圧延工程が、前記鋼素材を加熱温度:900〜1300℃の範囲の温度に加熱したのち、Ar3変態点以上で累積圧下率:50%以上となる熱間圧延を施す工程であり、
前記加速冷却工程が、(Ar3変態点−80℃)以上の温度域から平均冷却速度:3℃/s以上で、600℃以下の温度域まで冷却を施す工程であり、
該加速冷却工程に引続いて、室温まで冷却することなく、あるいは室温まで冷却したのちに、さらに400℃以上Ac1変態点未満の温度で焼戻処理を施す焼戻工程を行うことを特徴とする耐疲労き裂伝ぱ特性に優れた高強度鋼材の製造方法。

Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 ……(1)
ここで、C、Mn、Cr、Mo、V、Ni、Cu:各元素の含有量(質量%)
Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B ……(2)
ここで、C、Si、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、V、B:各元素の含有量(質量%)
When steel material is subjected to hot rolling process and accelerated cooling process to make high strength steel material,
The steel material in mass%,
C: 0.02 to 0.25%, Si: 0.01 to 0.60%,
Mn: 0.5 to 3.0%, P: 0.05% or less,
S: 0.02% or less, Al: 0.10% or less, Cu: 1.0% or less, Ni: 2.0% or less, Cr: 1.0% or less, Mo: 1.0% or less, Nb: 0.1% or less, V: 0.1% or less , Ti: 0.1% or less, B: 0.005% or less selected from one or more, carbon equivalent Ceq defined by the following formula (1) is 0.45% or less, and the following formula (2) The weld crack sensitivity composition Pcm defined is 0.28% or less, adjusted to satisfy the content, and the steel material of the composition consisting of the balance Fe and inevitable impurities,
The hot rolling step is a step in which the steel material is heated to a temperature in the range of 900 to 1300 ° C., and then subjected to hot rolling at an Ar 3 transformation point or higher and a cumulative reduction ratio of 50% or higher. ,
The accelerated cooling step is a step of cooling from a temperature range of (Ar 3 transformation point −80 ° C.) or higher to an average cooling rate: 3 ° C./s or higher and a temperature range of 600 ° C. or lower,
Following the accelerated cooling step, a tempering step of performing a tempering treatment at a temperature of 400 ° C. or higher and lower than the Ac 1 transformation point after cooling to room temperature or after cooling to room temperature is characterized in that A method for producing high-strength steel materials with excellent fatigue crack propagation resistance.
Record
Ceq = C + Mn / 6 + (Cr + Mo + V) / 5 + (Ni + Cu) / 15 (1)
Here, C, Mn, Cr, Mo, V, Ni, Cu: Content of each element (mass%)
Pcm = C + Si / 30 + Mn / 20 + Cu / 20 + Ni / 60 + Cr / 20 + Mo / 15 + V / 10 + 5B (2)
Here, C, Si, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, V, B: Content of each element (mass%)
前記組成に加えてさらに、質量%で、Ca:0.010%以下、REM:0.010%以下のうちから選ばれた1種または2種を含有する組成とすることを特徴とする請求項3に記載の高強度鋼材の製造方法。   4. The composition according to claim 3, wherein the composition further includes one or two selected from Ca: 0.010% or less and REM: 0.010% or less by mass% in addition to the composition. Manufacturing method of high strength steel.
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