JP2018024905A - 脆性亀裂伝播停止特性に優れた構造用高強度厚鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
【解決手段】成分組成が、質量%で、C:0.03〜0.20%、Si:0.03〜0.5%、Mn:0.5〜2.2%、P:0.02%以下、S:0.01%以下、Ti:0.005〜0.03%、Al:0.005〜0.08%、N:0.0050%以下、および所定の式で示される炭素当量(Ceq)が0.30%以上を満たし、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、板厚中央部における圧延面に平行な{112}<110>方位強度が3.0以上、かつ、鋼板表面における圧延面に平行な{112}<110>方位強度が2.5以上の集合組織を有する。
【選択図】なし
Description
[1]成分組成が、質量%で、C:0.03〜0.20%、Si:0.03〜0.5%、Mn:0.5〜2.2%、P:0.02%以下、S:0.01%以下、Ti:0.005〜0.03%、Al:0.005〜0.08%、N:0.0050%以下、および(1)式で示される炭素当量(Ceq)が0.30%以上を満たし、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、
板厚中央部における圧延面に平行な{112}<110>方位強度が3.0以上、かつ、鋼板表面における圧延面に平行な{112}<110>方位強度が2.5以上の集合組織を有することを特徴とする脆性亀裂伝播停止特性に優れた構造用高強度厚鋼板。
Ceq=C+Mn/6+Cu/15+Ni/15+Cr/5+Mo/5+V/5・・・(1)
ただし、(1)式中の元素記号は各元素の含有量(質量%)を示し、含有しない場合は0とする。
[2]前記板厚中央部における組織が、フェライト−パーライト主体の組織であることを特徴とする[1]に記載の脆性亀裂伝播停止特性に優れた構造用高強度厚鋼板。
[3]前記板厚中央部における組織が、フェライト−ベイナイト主体の組織であることを特徴とする[1]に記載の脆性亀裂伝播停止特性に優れた構造用高強度厚鋼板。
[4]前記成分組成に、さらに、質量%で、Nb:0.005〜0.05%、Cu:0.01〜0.5%、Ni:0.01〜1.5%およびCr:0.01〜0.5%から選ばれる1種または2種以上を含有することを特徴とする[1]〜[3]のいずれか一に記載の脆性亀裂伝播停止特性に優れた構造用高強度厚鋼板。
[5]前記成分組成に、さらに、質量%で、Mo:0.01〜0.5%、V:0.001〜0.10%、B:0.0030%以下、Ca:0.0050%以下およびREM:0.0100%以下から選ばれる1種または2種以上を含有することを特徴とする[1]〜[4]のいずれか一に記載の脆性亀裂伝播停止特性に優れた構造用高強度厚鋼板。
[6][1]、[4]および[5]のいずれかに記載の成分組成からなる鋼素材を、1000〜1200℃の温度に加熱し、
次いで、粗圧延後、仕上げ圧延前または仕上げ圧延中に、鋼板表面の温度をAr3点以上(Ar3点+170)℃以下に加熱し、Ar3点以上(Ar3点+150)℃以下の温度域での累積圧下率が45%以上90%以下、および、1パス当たりの圧下率が3%以上35%以下で、仕上げ圧延終了温度がAr3以上となる熱間圧延を行い、
次いで、板厚中央部の平均冷却速度2.0℃/s以上10.0℃/s以下にて600℃以下まで冷却することを特徴とする脆性亀裂伝播停止特性に優れた構造用高強度厚鋼板の製造方法。
[7]前記冷却後、さらに、250℃以上Ac1点未満の温度に焼戻処理を行うことを特徴とする[6]に記載の脆性亀裂伝播停止特性に優れた構造用高強度厚鋼板の製造方法。
1.集合組織
本発明では、圧延方向または圧延直角方向に平行に伝播する亀裂に対して亀裂伝播停止特性を向上させるために、鋼板の板厚中央部および鋼板表面における圧延面に平行な{112}<110>方位強度を規定する。すなわち、鋼板の板厚中央部および鋼板表面における圧延面に平行な{112}<110>方位強度を発達させ、板厚中央部における圧延面に平行な{112}<110>方位強度が3.0以上、鋼板表面における圧延面に平行な{112}<110>方位強度が2.5以上となる集合組織を有することとする。
なお、その他の組織に特に限定はなく、従来公知の構造用鋼板と同じで良い。例えば、残留オーステナイトやマルテンサイトである。また、組織の同定に関しても、常法に依ることができる。
2.鋼の化学成分
以下の説明において、鋼板成分における%は、質量%を意味する。
Cは、鋼の強度を向上する元素であり、本発明では、所望の強度を確保するためには0.03%以上とする。一方、0.20%を超えると、溶接性が劣化するばかりか靭性にも悪影響がある。従って、Cは、0.03〜0.20%とする。好ましくは0.05〜0.15%である。
Siは、脱酸元素として、また、鋼の強化元素として有効であるが、0.03%未満の含有量ではその効果を得られない。一方、0.5%を超えると鋼の表面性状を損なうばかりか、靭性が極端に劣化するため、0.5%以下とする。従って、Siは、0.03〜0.5%とする。
Mnは、強化元素として含有する。その効果は0.5%以上の含有によって得られる。一方、Mnは2.2%を超えると溶接性が劣化し、鋼材コストも上昇する。従って、Mnは、0.5〜2.2%とする。
P、Sは、鋼中の不可避的不純物であり、含有量が多くなると靭性を劣化させる。板厚が50mm超えの鋼板に対して、良好な靭性を保つために、Pは0.02%以下、Sは0.01%以下とする。好ましくは、P:0.01%以下、S:0.005%である。より好ましくは、P:0.006%以下、S:0.003%以下である。
Tiは、微量の含有により、窒化物、炭化物、あるいは炭窒化物を形成し、結晶粒を微細化して母材靭性を向上させる効果を有する。その効果は0.005%以上の含有によって得られる。一方、0.03%を超えて含有すると、母材および溶接熱影響部の靭性を低下させる。従って、Tiは0.005〜0.03%とする。
Alは、脱酸剤として作用し、このためには0.005%以上の含有を必要とする。一方、0.08%を超えて含有すると、靭性を低下させるとともに、溶接した場合に、溶接金属部の靭性を低下させる。従って、Alは、0.005〜0.08%とする。好ましくは、0.02〜0.04%である。
Nは、0.0050%を超えると靭性が劣化する。従って、Nは、0.0050%以下とする。Nは、鋼中のAlと結合し、圧延加工時の結晶粒径を調整し、鋼を強化する。好ましくは、0.0015%以上である。
炭素当量は、組織の強度、変態挙動等を予測するための重要な指標となる。本発明に係る鋼材は、上述の各成分が、上記組成範囲を満たして含有していることに加えて、後述の(1)式で示されるCeqが、0.30以上となるよう含有していることが必要である。一方、Ceqが0.30%未満では、鋼材の強化に作用し難いため、制御圧延・加速冷却条件を調整した場合においても必要な母材強度が得られない。従って、板厚が50mmを超える厚鋼板の強度および集合組織強度を保つためには、Ceqは、0.30%以上とする。好ましくは、0.33%以上である。
Ceq=C+Mn/6+Cu/15+Ni/15+Cr/5+Mo/5+V/5・・・(1)
ただし、(1)式中の元素記号は各元素の含有量(質量%)を示し、含有しない場合は0とする。
Nb:0.005〜0.05%
Nbは、NbCとしてフェライト変態時あるいは再加熱時に析出し、高強度化に寄与する。また、オーステナイト域の圧延において未再結晶域を拡大させる効果を有し、フェライトの細粒化に寄与するので、靭性の改善にも有効である。その効果は0.005%以上の含有により発揮される。0.05%を超えて含有すると、粗大なNbCが析出して逆に、靭性の低下を招く。従って、Nbを含有する場合、その上限は0.05%とする。
Niは、鋼の焼入れ性を高める元素である。また、圧延後の強度向上に直接寄与するとともに、靭性、高温強度、あるいは耐候性などの機能向上のために含有することができる。これらの効果は、いずれも、0.01%以上の含有によって発揮される。一方、Niの過度の含有は、靭性や溶接性を劣化させ、また、合金のコストも高くなる。従って、Niを含有する場合、0.01〜1.5%とする。
Cu、Crは、いずれも鋼の焼入れ性を高める元素である。圧延後の強度向上に直接寄与するとともに、靭性、高温強度、あるいは耐候性などの機能向上のために含有することができる。これらの効果は、いずれも、Cu:0.01%以上、Cr:0.01%以上の含有によって発揮される。一方、Cu、Crの過度の含有は、靭性や溶接性を劣化させる。従って、それぞれCu、Crを含有する場合、Cu:0.01〜0.5%、Cr:0.01〜0.5%とする。
Mo:0.01〜0.5%
Moは、鋼の焼入れ性を高める元素である。圧延後の強度向上に直接寄与するとともに、靭性、高温強度、あるいは耐候性などの機能向上のために含有することができる。これらの効果は、Mo:0.01%以上の含有によって発揮される。一方、Moの過度の含有は、靭性や溶接性を劣化させる。従って、Moを含有する場合、Mo:0.01〜0.5%とする。
Vは、V(CN)として析出する析出強化によって、鋼の強度を向上させる元素であり、この効果は0.001%以上含有することにより発揮される。しかし、0.10%を超えて含有すると、靭性を低下させる。従って、Vを含有する場合には、0.001〜0.10%とする。
Bは、微量で鋼の焼入れ性を高める元素である。しかし、0.0030%を超えて含有すると溶接部の靭性を低下させる。従って、Bを含有する場合には、0.0030%以下とする。なお、含有量の下限は0.0006%程度とすることで良好な焼入れ性が得られる。より好ましくは、0.0006%以上0.0030%以下である。
Ca、REMは、溶接熱影響部の組織を微細化し靭性を向上させる。そのため、Ca、REMを含有しても本発明の効果が損なわれることはないので、必要に応じて含有してもよい。しかし、Ca、REMは、過度に含有すると、粗大な介在物を形成し母材の靭性を劣化させる。従って、Ca、REMを含有する場合には、含有量の上限をそれぞれCa:0.0050%、REM:0.0100%とする。
3.製造条件
製造条件は、スラブ加熱条件、熱間圧延条件、および熱間圧延後の冷却条件を規定する。
Ar3点(℃)=910−273C−74Mn−5Cu−16Cr−56Ni−9Mo
ただし、式において各元素記号は鋼中含有量(質量%)であり、含有しない場合は0とする。
Ac1点(℃)=751−26.6C+17.6Si−11.6Mn−169Al−23Cu−23Ni+24.1Cr+22.5Mo+233Nb−39.7V−5.7Ti−895B
ただし、式において各元素記号は鋼中含有量(質量%)を示し、含有しない場合は0とする。
得られた厚鋼板について、板厚1/4位置より、Φ14のJIS 14A号試験片を採取し、引張試験を行い、降伏強度(YS)、引張強さ(TS)を測定した。
板厚の1/4位置よりJIS4号衝撃試験片を試験片の長手軸の方向が圧延方向と平行となるように採取し、シャルピー衝撃試験を行って、シャルピー破面遷移温度(vTrs)を求めた。
各鋼板の板厚1/4位置よりJIS4号衝撃試験片を試験片の長手軸の方向が圧延方向に垂直になるように採取し、試験温度−40℃でシャルピー衝撃試験を実施し、吸収エネルギー(vE−40)(3本平均値)を求めた。−40℃におけるシャルピー吸収エネルギーが250J以上のものを本発明範囲内とした。
鋼板の集合組織を評価するため、板厚中央部および鋼板表面における圧延面に平行な{112}<110>方位強度を測定した。測定方法は、まず、鋼板表面あるいは板厚中央部から板厚1mmのサンプルを採取し、板面に平行な面を機械研磨・電解研磨することにより、X線回折用の試験片を用意する。なお、鋼板表面の場合には、最表面に近い方の面を研磨するものとする。次いで、この試験片を用いて、Mo線源を用いてX線回折装置を使用して、X線回折測定を実施し、(200)、(110)および(211)正極点図を求め、得られた正極点図から3次元結晶方位密度関数を計算して求める。板厚中央部における圧延面に平行な{112}<110>方位強度が3.0以上で、鋼板表面における圧延面に平行な{112}<110>方位強度が2.5以上のものを本発明範囲内とした。
次に、脆性亀裂伝播停止特性を評価するため、温度勾配型ESSO試験を行い、−10℃におけるKca値(以下、Kca(−10℃)(N/mm3/2)とも記す)を求めた。−10℃におけるKca値が6000N/mm3/2以上のものを本発明範囲内とした。
Claims (7)
- 成分組成が、質量%で、C:0.03〜0.20%、Si:0.03〜0.5%、Mn:0.5〜2.2%、P:0.02%以下、S:0.01%以下、Ti:0.005〜0.03%、Al:0.005〜0.08%、N:0.0050%以下、および(1)式で示される炭素当量(Ceq)が0.30%以上を満たし、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、
板厚中央部における圧延面に平行な{112}<110>方位強度が3.0以上、かつ、鋼板表面における圧延面に平行な{112}<110>方位強度が2.5以上の集合組織を有することを特徴とする脆性亀裂伝播停止特性に優れた構造用高強度厚鋼板。
Ceq=C+Mn/6+Cu/15+Ni/15+Cr/5+Mo/5+V/5・・・(1)
ただし、(1)式中の元素記号は各元素の含有量(質量%)を示し、含有しない場合は0とする。 - 前記板厚中央部における組織が、フェライト−パーライト主体の組織であることを特徴とする請求項1に記載の脆性亀裂伝播停止特性に優れた構造用高強度厚鋼板。
- 前記板厚中央部における組織が、フェライト−ベイナイト主体の組織であることを特徴とする請求項1に記載の脆性亀裂伝播停止特性に優れた構造用高強度厚鋼板。
- 前記成分組成に、さらに、質量%で、Nb:0.005〜0.05%、Cu:0.01〜0.5%、Ni:0.01〜1.5%およびCr:0.01〜0.5%から選ばれる1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の脆性亀裂伝播停止特性に優れた構造用高強度厚鋼板。
- 前記成分組成に、さらに、質量%で、Mo:0.01〜0.5%、V:0.001〜0.10%、B:0.0030%以下、Ca:0.0050%以下およびREM:0.0100%以下から選ばれる1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の脆性亀裂伝播停止特性に優れた構造用高強度厚鋼板。
- 請求項1、4および5のいずれかに記載の成分組成からなる鋼素材を、1000〜1200℃の温度に加熱し、
次いで、粗圧延後、仕上げ圧延前または仕上げ圧延中に、鋼板表面の温度をAr3点以上(Ar3点+170)℃以下に加熱し、Ar3点以上(Ar3点+150)℃以下の温度域での累積圧下率が45%以上90%以下、および、1パス当たりの圧下率が3%以上35%以下で、仕上げ圧延終了温度がAr3以上となる熱間圧延を行い、
次いで、板厚中央部の平均冷却速度2.0℃/s以上10.0℃/s以下にて600℃以下まで冷却することを特徴とする脆性亀裂伝播停止特性に優れた構造用高強度厚鋼板の製造方法。 - 前記冷却後、さらに、250℃以上Ac1点未満の温度に焼戻処理を行うことを特徴とする請求項6に記載の脆性亀裂伝播停止特性に優れた構造用高強度厚鋼板の製造方法。
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