JP2024014856A - Steel plate and method for producing the same - Google Patents

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直人 中村
Naoto Nakamura
進一 三浦
Shinichi Miura
義浩 兵藤
Yoshihiro Hyodo
和彦 塩谷
Kazuhiko Shiotani
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Abstract

To provide a steel plate that can be used in an unpainted state even under outdoor atmospheric corrosion environments such as bridges, especially in harsh corrosion environments such as at sea or near the coast where the air carries a lot of salt, wherein the steel plate offers superior weather resistance, along with enhanced toughness, total elongation, and fatigue crack propagation resistance.SOLUTION: A steel plate has a predetermined composition. The hard structure of the steel plate comprises at least one selected from perlite, bainite and martensite. The hard structure satisfies the following formula (1) and formula (2). L(L)/L(Z)≤5.0 (1) and L(L)/L(C)≤5.0 (2), where L(L): average length of hard structure in rolling direction (L direction), L(Z): average length of hard structure in thickness direction (Z direction), and L(C): average length of hard structure in width direction (C direction).SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、耐候性、全伸びおよび耐疲労き裂伝播特性に優れた鋼板並びにその製造方法に関する。
本発明の鋼板は、船舶、海洋構造物、橋梁、建築物、タンクなど、屋外の大気腐食環境下で用いられ、構造安全性が強く求められる溶接構造物に好適に用いることができる。特に、本発明の鋼板は、飛来塩分量の多い海上や海岸近傍などの厳しい腐食環境下で用いられる橋梁などの構造物に好適に用いることができる。
The present invention relates to a steel plate with excellent weather resistance, total elongation, and fatigue crack propagation resistance, and a method for manufacturing the same.
The steel plate of the present invention can be suitably used for welded structures such as ships, marine structures, bridges, buildings, tanks, etc., which are used in outdoor atmospheric corrosive environments and where structural safety is strongly required. In particular, the steel plate of the present invention can be suitably used for structures such as bridges that are used in severe corrosive environments such as at sea or near the coast where there is a large amount of airborne salt.

橋梁などの屋外で用いられる鋼構造物は、通常、何らかの防食処理を施して用いられる。
例えば、飛来塩分量が少ない環境では、耐候性鋼が多く用いられている。耐候性鋼は、大気暴露環境で使用する場合に、Cu、P、Cr、Niなどの合金元素が濃化した保護性の高いさび層で表面が覆われ、これによって、腐食速度を大きく低下させた鋼材である。このような耐候性鋼を使用した橋梁は、飛来塩分量が少ない環境では、無塗装のまま数十年間の供用に耐え得ることが知られている。
Steel structures used outdoors, such as bridges, are usually treated with some type of anti-corrosion treatment.
For example, weathering steel is often used in environments where the amount of airborne salt is low. When weathering steel is used in an environment exposed to the atmosphere, its surface is covered with a highly protective rust layer enriched with alloying elements such as Cu, P, Cr, and Ni, which greatly reduces the corrosion rate. It is made of steel. Bridges made of such weather-resistant steel are known to be able to withstand decades of service without painting in environments with low amounts of airborne salt.

一方、高塩分環境では、耐候性鋼において保護性の高いさび層が形成され難く、実用的な耐候性が得難いことが知られている。このため、海上や海岸近傍などの飛来塩分量の多い環境では、普通鋼材に塗装などの防食処理を施した鋼材が一般的に用いられている。 On the other hand, it is known that in a high salt environment, it is difficult for weathering steel to form a highly protective rust layer, making it difficult to obtain practical weather resistance. For this reason, in environments where there is a large amount of airborne salt, such as at sea or near the coast, steel materials that are made of ordinary steel that has been subjected to anti-corrosion treatment such as painting are generally used.

ところが、塗装鋼材では、時間の経過による塗膜の劣化やさびの発生、塗膜の膨れ等により、定期的な塗り替えなどの補修が必要となる。塗り替えに伴う塗装作業は高所での作業となることが多く、作業自体が困難であるとともに作業にかかる人件費も増加する。そのため、塗装鋼材を使用する場合には、塗り替え作業によって構造物のメンテナンスコストが増大し、ひいてはライフサイクルコストが増大する。よって、海岸近傍などの飛来塩分量が多い環境においても、無塗装のまま使用可能な鋼材が求められている。 However, painted steel materials require periodic repairs such as repainting due to deterioration of the paint film, generation of rust, and swelling of the paint film over time. Painting work associated with repainting often requires work at high places, which not only makes the work itself difficult but also increases labor costs. Therefore, when painted steel materials are used, the maintenance cost of the structure increases due to the repainting work, which in turn increases the life cycle cost. Therefore, there is a need for steel materials that can be used unpainted even in environments where there is a large amount of airborne salt, such as near the coast.

このような要求に対して、海岸近傍などの飛来塩分量が多い環境において無塗装のまま使用可能な鋼材として、種々の合金元素、特にNiやCuを含有させた鋼材が開発されている。 In response to such demands, steel materials containing various alloying elements, particularly Ni and Cu, have been developed as steel materials that can be used unpainted in environments with a large amount of airborne salt, such as near the coast.

耐食性に優れた鋼材として、例えば、特許文献1には、Bを0.0003~0.0050%含有させ、さらにCuを0.1~1.5%、Niを0.1~6.0%、Moを0.005~0.500%のうちから1種または2種以上を含有させた耐震性に優れた高海岸耐候性鋼材が開示されている。 As a steel material with excellent corrosion resistance, for example, Patent Document 1 describes a steel material containing 0.0003 to 0.0050% of B, furthermore 0.1 to 1.5% of Cu, and 0.1 to 6.0% of Ni. A high coastal weathering steel material with excellent earthquake resistance is disclosed, which contains one or more of 0.005 to 0.500% of Mo.

特許文献2には、Bを0.0003~0.0050%含有させ、Cuを0.1~2.0%、Niを0.1~6.0%、Moを0.005~1.000%のうちから1種または2種以上を含有させた耐震性に優れた高海岸耐候性鋼材が開示されている。 Patent Document 2 discloses that B is contained in an amount of 0.0003 to 0.0050%, Cu is contained in an amount of 0.1 to 2.0%, Ni is contained in an amount of 0.1 to 6.0%, and Mo is contained in an amount of 0.005 to 1.000%. A high coast weather resistant steel material with excellent earthquake resistance is disclosed, which contains one or more of the following.

これらの耐候性を向上させた鋼材は、船舶、海洋構造物、橋梁、建築物、タンクなどの構造物に広く用いられる。
また、前記鋼材には、強度、靭性などの機械的特性および溶接性が優れることに加え、疲労特性に優れることが求められる。すなわち、上述したような構造物を使用する際には、該構造物に対して、風や波、地震による振動など、繰返し荷重がかかる。そのため、鋼板には、そのような繰返し荷重が負荷された場合でも構造物の安全性を確保できる疲労特性が求められる。特に、部材の破断といった終局的な破壊を防止するためには、鋼板の耐疲労き裂伝播性を向上させることが求められる。
These steel materials with improved weather resistance are widely used in structures such as ships, marine structures, bridges, buildings, and tanks.
Further, the steel material is required to have excellent mechanical properties such as strength and toughness, and weldability, as well as excellent fatigue properties. That is, when the above-described structure is used, repeated loads are applied to the structure, such as vibrations caused by wind, waves, and earthquakes. Therefore, steel plates are required to have fatigue properties that can ensure the safety of the structure even when such repeated loads are applied. In particular, in order to prevent ultimate destruction such as breakage of members, it is required to improve the fatigue crack propagation resistance of steel plates.

すなわち、鋼板の疲労き裂伝播抵抗性を向上させるために様々な検討が行われている。
例えば、特許文献3には、湿潤硫化水素環境下での疲労き裂伝播抵抗性に優れた、タンカー用の鋼板が提案されている。前記鋼板は、フェライトおよび、ベイナイト、パーライトの1種または2種からなる混合組織を有している。また、前記鋼板では、フェライトの平均粒径が20μm以下とされている。
That is, various studies are being conducted to improve the fatigue crack propagation resistance of steel plates.
For example, Patent Document 3 proposes a steel plate for tankers that has excellent fatigue crack propagation resistance in a wet hydrogen sulfide environment. The steel plate has a mixed structure consisting of one or two of ferrite, bainite, and pearlite. Further, in the steel sheet, the average grain size of ferrite is 20 μm or less.

特許文献4には、疲労き裂伝播抵抗性に優れた鋼板が提案されている。前記鋼板は、硬質部と軟質部とからなるミクロ組織を有し、前記硬質部と軟質部における硬度差が、ビッカース硬度で150以上であることを特徴としている。 Patent Document 4 proposes a steel plate with excellent fatigue crack propagation resistance. The steel plate is characterized in that it has a microstructure consisting of a hard part and a soft part, and a difference in hardness between the hard part and the soft part is 150 or more on Vickers hardness.

特許文献5には、ベイナイトおよび面積率が38~52%のフェライトからなるミクロ組織を有する2相鋼が提案されている。特許文献5で提案されている技術においては、フェライト相部分のビッカース硬さと、単位長さあたりに存在するフェライト相とベイナイト相の間の境界の数を制御することで疲労き裂伝播抵抗性を向上させている。 Patent Document 5 proposes a dual phase steel having a microstructure consisting of bainite and ferrite with an area ratio of 38 to 52%. In the technology proposed in Patent Document 5, fatigue crack propagation resistance is improved by controlling the Vickers hardness of the ferrite phase portion and the number of boundaries between the ferrite phase and the bainite phase that exist per unit length. Improving.

特開2000-355731号公報Japanese Patent Application Publication No. 2000-355731 特開2000-355732号公報Japanese Patent Application Publication No. 2000-355732 特開平06-322477号公報Japanese Patent Application Publication No. 06-322477 特開平07-242992号公報Japanese Patent Application Publication No. 07-242992 特開平08-225882号公報Japanese Patent Application Publication No. 08-225882

しかしながら、特許文献1、2はいずれも耐候性に言及した従来技術であるが、耐候性とともに構造物用の鋼板として重要な特性である靭性、耐疲労き裂伝播特性を両立させるという点については、全く考慮されていなかった。加えて、靭性、耐疲労き裂伝播特性を向上させるためには鋼板のミクロ組織が重要であり、ミクロ組織を制御するための製造方法についても考慮されていなかった。 However, although Patent Documents 1 and 2 are both conventional technologies that refer to weather resistance, they do not address the issue of achieving both weather resistance and toughness and fatigue crack propagation resistance, which are important characteristics for steel plates for structures. , was not considered at all. In addition, the microstructure of a steel sheet is important for improving toughness and fatigue crack propagation resistance, and manufacturing methods for controlling the microstructure have not been considered.

また、船舶、海洋構造物、橋梁、建築物、タンクなどの構造物に使用される鋼材では、規格において全伸び値が規定されることが一般的である。したがって、優れた疲労き裂伝播抵抗性を有する鋼板であっても、全伸びが規格値を満たすことが求められる。 Further, for steel materials used in structures such as ships, offshore structures, bridges, buildings, and tanks, the total elongation value is generally specified in the standard. Therefore, even if the steel plate has excellent fatigue crack propagation resistance, the total elongation is required to meet the standard value.

ここで、疲労き裂伝播抵抗性と全伸びは相反する性質であるため、特許文献1~5に記載されているような従来の技術では、優れた疲労き裂伝播抵抗性と全伸びとを両立させることができなかった。 Here, since fatigue crack propagation resistance and total elongation are contradictory properties, conventional techniques such as those described in Patent Documents 1 to 5 do not have excellent fatigue crack propagation resistance and total elongation. I couldn't make it compatible.

また、構造物の安全性を確保するという観点からは、鋼板には、一方向だけでなく、板厚方向、圧延方向、および幅方向のすべてにおいて疲労き裂伝播抵抗性に優れることが求められる。 In addition, from the perspective of ensuring the safety of structures, steel plates are required to have excellent fatigue crack propagation resistance not only in one direction but also in the thickness direction, rolling direction, and width direction. .

すなわち、一般的な構造物においては、鋼板に対して様々な方向から、自由に溶接が施されるため、疲労き裂が発生、伝播する方向は様々である。また、挟角の角部を有する溶接施工箇所では、その構造的特徴から疲労き裂の発生が不可避であり、発生した疲労き裂はまず板厚方向へ進展する傾向がある。したがって、疲労き裂による構造物の崩落を防止するためには、疲労き裂が鋼板の厚さ方向に貫通した後においても、板幅方向、圧延方向への疲労き裂の進展を抑制することが重要である。 That is, in general structures, welding is freely performed on steel plates from various directions, so fatigue cracks occur and propagate in various directions. In addition, at welding locations that have included angle corners, fatigue cracks are unavoidable due to their structural characteristics, and the fatigue cracks that do occur tend to first propagate in the thickness direction. Therefore, in order to prevent the collapse of structures due to fatigue cracks, it is necessary to suppress the propagation of fatigue cracks in the width direction and rolling direction even after the fatigue cracks have penetrated the steel plate in the thickness direction. is important.

しかしながら、特許文献1~5に記載されているような従来の技術においては、上記耐疲労き裂伝播特性の方向依存性が考慮されていなかった。加えて、特許文献3~5で提案されている鋼材は、海岸近傍などの飛来塩分量が多い環境における耐候性が十分ではない。 However, in the conventional techniques described in Patent Documents 1 to 5, the directional dependence of the fatigue crack propagation resistance is not taken into consideration. In addition, the steel materials proposed in Patent Documents 3 to 5 do not have sufficient weather resistance in environments with a large amount of airborne salt, such as near the coast.

本発明はかかる事情に鑑みなされたもので、橋梁などの屋外の大気腐食環境下、特には飛来塩分量の多い海上や海岸近傍などの厳しい腐食環境下で使用する場合であっても、無塗装で使用することができる、耐候性に優れ、かつ、靭性、全伸びおよび耐疲労き裂伝播特性にも優れた鋼板を提供することを目的とする。 The present invention has been developed in view of the above circumstances, and even when used in outdoor atmospheric corrosive environments such as bridges, especially in severe corrosive environments such as at sea or near the coast where there is a large amount of airborne salt, the present invention can be used without painting. The purpose of the present invention is to provide a steel plate that has excellent weather resistance, toughness, total elongation, and fatigue crack propagation resistance, and can be used in.

すなわち、本発明の要旨は次の通りである。
1.成分組成が、質量%で、C:0.01%以上、0.20%以下、Si:0.05%以上、1.00%以下、Mn:0.10%以上、2.00%以下、P:0.003%以上、0.035%以下、S:0.0001%以上、0.0350%以下、Al:0.001%以上、0.100%以下およびNi:0.80%以上、6.00%以下を含有し、さらに、Cu:1.00%以下およびMo:1.00%以下のうちから選ばれる1種または2種を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物であって、ミクロ組織が、面積分率で55%以上のフェライトと、45%以下のフェライトよりも硬い硬質組織とからなり、前記硬質組織が、パーライト、ベイナイトおよびマルテンサイトの内から選択される1種または2種以上を含有し、前記硬質組織が、以下の(1)式および(2)式を満たす鋼板。
L(L)/L(Z)≦5.0 ・・・・ (1)
L(L)/L(C)≦5.0 ・・・・ (2)
L(L):硬質組織の圧延方向(L方向)における平均長さ
L(Z):硬質組織の板厚方向(Z方向)における平均長さ
L(C):硬質組織の板幅方向(C方向)における平均長さ
That is, the gist of the present invention is as follows.
1. The component composition is mass%, C: 0.01% or more and 0.20% or less, Si: 0.05% or more and 1.00% or less, Mn: 0.10% or more and 2.00% or less, P: 0.003% or more, 0.035% or less, S: 0.0001% or more, 0.0350% or less, Al: 0.001% or more, 0.100% or less, and Ni: 0.80% or more, 6.00% or less, and further contains one or two selected from Cu: 1.00% or less and Mo: 1.00% or less, with the remainder being Fe and inevitable impurities. , the microstructure consists of ferrite with an area fraction of 55% or more and a hard structure harder than ferrite with an area fraction of 45% or less, and the hard structure is one selected from pearlite, bainite, and martensite, or A steel plate containing two or more kinds, the hard structure of which satisfies the following formulas (1) and (2).
L(L)/L(Z)≦5.0 (1)
L(L)/L(C)≦5.0 (2)
L (L): Average length of the hard structure in the rolling direction (L direction) L (Z): Average length of the hard structure in the plate thickness direction (Z direction) L (C): Average length of the hard structure in the plate width direction (C average length in direction)

2.前記成分組成が、さらに、質量%で、Cr:1.000%以下、W:1.00%以下、Co:1.000%以下、Sn:0.300%以下、Sb:0.300%以下、Nb:0.100%以下、V:0.150%以下、Ti:0.100%以下、B:0.0050%以下、Zr:0.1000%以下、Ca:0.0100%以下、Mg:0.0100%以下、REM:0.0200%以下のうちから選ばれる1種または2種以上を含有する前記1に記載の鋼板。 2. The component composition further includes, in mass %, Cr: 1.000% or less, W: 1.00% or less, Co: 1.000% or less, Sn: 0.300% or less, Sb: 0.300% or less. , Nb: 0.100% or less, V: 0.150% or less, Ti: 0.100% or less, B: 0.0050% or less, Zr: 0.1000% or less, Ca: 0.0100% or less, Mg The steel plate according to 1 above, containing one or more selected from: 0.0100% or less and REM: 0.0200% or less.

3.前記1または2に記載の鋼板を製造する方法であって、前記1または2に記載の成分組成を有するスラブを、1000℃以上1300℃以下の温度域に加熱した後、スラブ加熱温度未満Ar変態点以上の温度域における累積圧下率を50%以上とする熱間圧延を行って熱延板とし、かかる熱延板を0.10℃/s以上の平均冷却速度で冷却する鋼板の製造方法。 3. A method for manufacturing a steel plate according to 1 or 2 above, wherein the slab having the component composition according to 1 or 2 above is heated to a temperature range of 1000° C. or higher and 1300° C. or lower, and then Ar 3 below the slab heating temperature is heated. A method for producing a steel sheet, comprising hot rolling with a cumulative reduction rate of 50% or more in a temperature range above the transformation point to obtain a hot-rolled sheet, and cooling the hot-rolled sheet at an average cooling rate of 0.10° C./s or more. .

4.前記冷却ののち、さらにAc変態点以上Ac変態点未満の再加熱温度に加熱し、かかる加熱後、2.00~7.00℃/sの範囲の平均冷却速度で350~600℃の間の冷却停止温度まで冷却し、さらに焼入れを施す前記3に記載の鋼板の製造方法。 4. After the cooling, it is further heated to a reheating temperature of Ac 1 transformation point or more and less than Ac 3 transformation point, and after such heating, the heating temperature is 350 to 600°C at an average cooling rate in the range of 2.00 to 7.00°C/s. 3. The method for manufacturing a steel sheet according to 3 above, wherein the steel sheet is cooled to a cooling stop temperature between 1 and 2, and further quenched.

本発明によれば、寒冷地などの低温下で使用される溶接構造物などの、特に橋梁のような屋外の大気腐食環境下で、さらには飛来塩分量の多い海上や海岸近傍や凍結防止剤が散布されるような厳しい腐食環境下で使用する場合であっても無塗装で使用可能な鋼板が提供できる。
また、本発明によれば、構造物の鋼構造物のメンテナンスコスト、ひいてはライフサイクルコストを低減することができる。
さらに、本発明によれば、優れた耐疲労き裂伝播特性と全伸びを兼ね備え、板厚方向、圧延方向、および幅方向のすべての方向において耐疲労き裂伝播特性に優れているため、鋼構造物の安全性を確保することが可能となる。
According to the present invention, antifreeze can be used in welded structures used at low temperatures such as in cold regions, especially in outdoor atmospheric corrosive environments such as bridges, and also in areas near the sea or coast where there is a large amount of airborne salt. It is possible to provide a steel plate that can be used without painting even when used in a severe corrosive environment where it is sprayed with.
Further, according to the present invention, it is possible to reduce the maintenance cost of the steel structure of the structure, and by extension, the life cycle cost.
Furthermore, according to the present invention, the steel has excellent fatigue crack propagation resistance and total elongation, and has excellent fatigue crack propagation resistance in all directions, including the plate thickness direction, rolling direction, and width direction. It becomes possible to ensure the safety of the structure.

以下、本発明における、鋼板の成分組成とミクロ組織、鋼板特性および製造方法について順に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
[成分組成]
まず、本発明の鋼板の成分組成について説明する。成分組成の説明において、各成分の含有量を示す%は質量%を意味する。
C:0.01%以上、0.20%以下
Cは、鋼材の強度を上昇させる元素であり、構造用鋼としての所定の強度を確保するため、0.01%以上含有させる必要がある。一方、C含有量が0.20%を超えると、溶接性、全伸びおよび靭性が劣化する。したがって、C含有量は0.20%以下とする。C含有量は、好ましくは0.10%以下とする。また、より好ましくは0.08%以下とする。
Hereinafter, the composition and microstructure of the steel sheet, the characteristics of the steel sheet, and the manufacturing method in the present invention will be explained in order. Note that the present invention is not limited to the following embodiments.
[Component composition]
First, the composition of the steel sheet of the present invention will be explained. In the description of the component composition, % indicating the content of each component means mass %.
C: 0.01% or more, 0.20% or less C is an element that increases the strength of steel materials, and must be contained in an amount of 0.01% or more in order to ensure a predetermined strength as a structural steel. On the other hand, when the C content exceeds 0.20%, weldability, total elongation, and toughness deteriorate. Therefore, the C content is set to 0.20% or less. The C content is preferably 0.10% or less. Further, it is more preferably 0.08% or less.

Si:0.05%以上、1.00%以下
Siは、脱酸と鋼板の強度を確保するために0.05%以上含有させる必要がある。好ましくは、0.10%以上である。一方、Si含有量が1.00%を超えると、靭性および溶接性が著しく劣化する。したがって、Si含有量は1.00%以下とする。Si含有量は、好ましくは0.80%以下である。
Si: 0.05% or more and 1.00% or less Si needs to be contained in an amount of 0.05% or more in order to ensure deoxidation and the strength of the steel plate. Preferably it is 0.10% or more. On the other hand, if the Si content exceeds 1.00%, toughness and weldability will significantly deteriorate. Therefore, the Si content is set to 1.00% or less. The Si content is preferably 0.80% or less.

Mn:0.10%以上、2.00%以下
Mnは、鋼材の焼き入れ性の向上により強度を上昇させる元素である。すなわち、Mnは、構造用鋼としての所定の強度を確保するため、0.10%以上含有させる必要がある。好ましくは0.20%以上である。一方、Mn含有量が2.00%を超えると、全伸び、靭性および溶接性が劣化する。したがって、Mn含有量は2.00%以下とする。Mn含有量は、好ましくは1.80%以下である。
Mn: 0.10% or more and 2.00% or less Mn is an element that increases the strength of steel by improving its hardenability. That is, Mn needs to be contained in an amount of 0.10% or more in order to ensure a predetermined strength as a structural steel. Preferably it is 0.20% or more. On the other hand, when the Mn content exceeds 2.00%, total elongation, toughness and weldability deteriorate. Therefore, the Mn content is set to 2.00% or less. The Mn content is preferably 1.80% or less.

P:0.001%以上、0.035%以下
Pは、鋼材の耐候性の向上に寄与する元素である。このような効果を得る観点から、Pは0.001%以上含有させる必要がある。一方、P含有量が0.035%を超えると、溶接性および靭性が劣化する。したがって、P含有量は0.035%以下とする。
P: 0.001% or more and 0.035% or less P is an element that contributes to improving the weather resistance of steel materials. From the viewpoint of obtaining such an effect, P must be contained in an amount of 0.001% or more. On the other hand, when the P content exceeds 0.035%, weldability and toughness deteriorate. Therefore, the P content is set to 0.035% or less.

S:0.0001%以上、0.0350%以下
Sは、溶接性および靭性を劣化させる元素である。このため、S含有量は0.0350%以下とする必要がある。一方、S含有量を0.0001%未満にしようとすると、生産コストが増大する。したがって、S含有量は0.0001%以上とする。
S: 0.0001% or more and 0.0350% or less S is an element that deteriorates weldability and toughness. Therefore, the S content needs to be 0.0350% or less. On the other hand, if an attempt is made to reduce the S content to less than 0.0001%, production costs will increase. Therefore, the S content is set to 0.0001% or more.

Al:0.001%以上、0.100%以下
Alは、製鋼時の脱酸に必要な元素である。このような効果を得るため、Alは0.001%以上含有させる必要がある。Al含有量は、好ましくは、0.005%以上、より好ましくは、0.010%以上である。一方、Al含有量が0.100%を超えると、全伸びおよび溶接性に悪影響を及ぼす。したがって、Al含有量は0.100%以下とする。Al含有量は、好ましくは0.080%未満、より好ましくは0.060%未満とする。
Al: 0.001% or more and 0.100% or less Al is an element necessary for deoxidation during steel manufacturing. In order to obtain such an effect, Al needs to be contained in an amount of 0.001% or more. The Al content is preferably 0.005% or more, more preferably 0.010% or more. On the other hand, if the Al content exceeds 0.100%, it will adversely affect the total elongation and weldability. Therefore, the Al content is set to 0.100% or less. The Al content is preferably less than 0.080%, more preferably less than 0.060%.

Ni:0.80%以上、6.00%以下
Niは、さび層のさび粒を微細化することで緻密なさび層を形成し、腐食促進因子である酸素や塩化物イオンの地鉄への透過を抑制する効果を有する。このような効果は、Ni含有量が0.80%以上で得られる。したがって、Ni含有量は0.80%以上とする。Ni含有量は、好ましくは0.90%以上、より好ましくは1.00%以上である。一方、Ni含有量が6.00%を超えると、溶接性が損なわれ、過度な合金コストの上昇を招く。したがって、Ni含有量は6.00%以下とする。Ni含有量は、好ましくは5.00%以下、より好ましくは4.00%以下である。
Ni: 0.80% or more, 6.00% or less Ni forms a dense rust layer by refining the rust grains in the rust layer, and prevents oxygen and chloride ions, which are corrosion accelerating factors, from entering the steel base. It has the effect of suppressing permeation. Such effects are obtained when the Ni content is 0.80% or more. Therefore, the Ni content is set to 0.80% or more. The Ni content is preferably 0.90% or more, more preferably 1.00% or more. On the other hand, if the Ni content exceeds 6.00%, weldability will be impaired and the alloy cost will increase excessively. Therefore, the Ni content is set to 6.00% or less. The Ni content is preferably 5.00% or less, more preferably 4.00% or less.

本発明の鋼板は、上記元素に加え、さらに、Cu:1.00%以下およびMo:1.00%以下のうちから選ばれる元素を単独で、または2種を組み合わせて含有する必要がある。 In addition to the above elements, the steel sheet of the present invention must further contain an element selected from Cu: 1.00% or less and Mo: 1.00% or less, either singly or in combination.

Cu:1.00%以下
Cuは、さび層のさび粒を微細化することで緻密なさび層を形成し、腐食促進因子である酸素や塩化物イオンの地鉄への透過を抑制する効果を有する。このような効果を得るため、Cuを単独で含有する場合には、0.05%以上を含有させることが望ましい。Cu含有量は、好ましくは0.15%以上、より好ましくは0.20%以上である。一方、かかるCu含有量が1.00%を超えると、溶接性が損なわれ、また、鋼板の製造時に疵が生じやすくなる。したがって、Cuを含有する場合、その含有量は1.00%以下とする。Cu含有量は、好ましくは0.80%以下、より好ましくは0.60%以下である。
Cu: 1.00% or less Cu forms a dense rust layer by making the rust grains in the rust layer finer, and has the effect of suppressing the permeation of oxygen and chloride ions, which are corrosion-promoting factors, into the steel base. have In order to obtain such an effect, when Cu is contained alone, it is desirable to contain it in an amount of 0.05% or more. The Cu content is preferably 0.15% or more, more preferably 0.20% or more. On the other hand, when the Cu content exceeds 1.00%, weldability is impaired and flaws are likely to occur during manufacturing of the steel plate. Therefore, if Cu is contained, the content should be 1.00% or less. The Cu content is preferably 0.80% or less, more preferably 0.60% or less.

Mo:1.00%以下
Moは、鋼材のアノード反応に伴って溶出し、さび層中にMoO 2-が分布することで、腐食促進因子である塩化物イオンがさび層を透過して地鉄に到達するのを防止する。また、鋼材表面にMoを含む化合物が沈殿することで、鋼材のアノード反応を抑制する。このような効果を得るためには、Moを単独で含有する場合、0.05%以上含有させることが望ましい。一方、かかるMo含有量が1.00%を超えると、溶接性が損なわれ、合金コストの上昇を招く。したがって、Moを含有する場合、その含有量は1.00%以下とする。Moの含有量は、好ましくは、0.80%以下、より好ましくは0.50%以下である。
Mo: 1.00% or less Mo is eluted with the anode reaction of steel materials, and when MoO 4 2- is distributed in the rust layer, chloride ions, which are corrosion accelerating factors, permeate through the rust layer. Prevent it from reaching the iron. In addition, a compound containing Mo precipitates on the surface of the steel material, thereby suppressing the anodic reaction of the steel material. In order to obtain such an effect, when Mo is contained alone, it is desirable to contain it in an amount of 0.05% or more. On the other hand, if the Mo content exceeds 1.00%, weldability will be impaired and the alloy cost will increase. Therefore, when Mo is contained, the content should be 1.00% or less. The Mo content is preferably 0.80% or less, more preferably 0.50% or less.

なお、CuとMoの2種を合わせて含有する場合には、CuとMoの含有量を合計で0.05%以上とすることが望ましい。一方、CuとMoの2種を合わせて含有する場合の合計の上限は、CuとMo共にそれぞれ1.00%まで許容される。 In addition, when containing both Cu and Mo, it is desirable that the total content of Cu and Mo is 0.05% or more. On the other hand, when Cu and Mo are contained together, the upper limit of the total is allowed to be 1.00% for both Cu and Mo.

本発明の一実施形態における鋼板は、上記元素を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する。
また、本発明の他の実施形態における鋼板の成分組成は、さらに以下に挙げる元素の少なくとも1つを任意に含有することができる。これらの任意元素を含有することにより、鋼板の強度、靭性、溶接性、耐候性などの特性をさらに向上させることができる。
A steel plate in an embodiment of the present invention has a composition containing the above elements, with the balance consisting of Fe and unavoidable impurities.
Moreover, the chemical composition of the steel plate in another embodiment of the present invention can further optionally contain at least one of the elements listed below. By containing these arbitrary elements, properties such as strength, toughness, weldability, and weather resistance of the steel sheet can be further improved.

Cr:1.000%以下
Crは、鋼板の強度をさらに向上させる効果を有する元素である。また、Crは、緻密なさび層を形成して耐候性をさらに向上させる効果を有する。これらの効果を得るために、Crを含有する場合は、Cr含有量を0.010%以上とすることが好ましい。一方、Cr含有量が1.000%を超えると溶接性と靭性が損なわれ、耐候性にも悪影響を与える。そのため、Crを含有する場合にはCr含有量を1.000%以下とする。Cr含有量は、好ましくは0.700%以下、より好ましくは0.500%以下とする。
Cr: 1.000% or less Cr is an element that has the effect of further improving the strength of the steel plate. Further, Cr has the effect of forming a dense rust layer to further improve weather resistance. In order to obtain these effects, when Cr is contained, it is preferable that the Cr content is 0.010% or more. On the other hand, if the Cr content exceeds 1.000%, weldability and toughness will be impaired, and weather resistance will also be adversely affected. Therefore, when containing Cr, the Cr content is set to 1.000% or less. The Cr content is preferably 0.700% or less, more preferably 0.500% or less.

W:1.00%以下
Wは、鋼材の耐候性を向上させる元素である。Wは、アノード反応に伴って溶出し、さび層中にWO 2-として分布することによって、腐食促進因子の塩化物イオンがさび層を透過して地鉄に到達するのを静電的に防止する。さらに、鋼材表面にWを含む化合物が沈殿することで、鋼材のアノード反応を抑制する。加えて、微細なさびを形成させてさび層を緻密化することで、腐食因子である塩化物イオンがさび層を透過して地鉄に到達するのを防止する。これらの効果を十分に得るためには、Wを0.01%以上含有させることが好ましい。より好ましくは、0.03%以上である。一方、W含有量が1.00%を超えると、顕著な合金コスト上昇を招く。したがって、Wを含有する場合にはW含有量は1.00%以下とする。W含有量は、好ましくは0.70%以下、より好ましくは0.50%以下である。
W: 1.00% or less W is an element that improves the weather resistance of steel materials. W elutes with the anode reaction and is distributed as WO 4 2- in the rust layer, thereby electrostatically preventing chloride ions, which are corrosion promoters, from penetrating the rust layer and reaching the steel base. To prevent. Furthermore, a compound containing W is precipitated on the surface of the steel material, thereby suppressing the anodic reaction of the steel material. In addition, by forming fine rust and making the rust layer denser, chloride ions, which are corrosion factors, are prevented from penetrating the rust layer and reaching the steel base. In order to fully obtain these effects, it is preferable to contain W in an amount of 0.01% or more. More preferably, it is 0.03% or more. On the other hand, if the W content exceeds 1.00%, a significant increase in alloy cost will result. Therefore, when containing W, the W content is set to 1.00% or less. The W content is preferably 0.70% or less, more preferably 0.50% or less.

Co:1.000%以下
Coは、さび層全体に分布し、緻密なさび層を形成することにより、耐候性を向上させる効果を有する。この効果を得るためには、Coの含有量を0.001%以上とすることが好ましく、より好ましくは0.002%以上、さらに好ましくは0.010%以上である。一方、Co含有量を1.000%より高くしても効果が飽和することに加え、合金コストが増大する。したがって、Coを含有する場合には、Co含有量を1.000%以下とする。Co含有量は、好ましくは0.500%以下である。
Co: 1.000% or less Co is distributed throughout the rust layer and has the effect of improving weather resistance by forming a dense rust layer. In order to obtain this effect, the Co content is preferably 0.001% or more, more preferably 0.002% or more, and still more preferably 0.010% or more. On the other hand, even if the Co content is made higher than 1.000%, the effect is saturated and the alloy cost increases. Therefore, when containing Co, the Co content should be 1.000% or less. Co content is preferably 0.500% or less.

Sn:0.300%以下
Snは、鋼材の耐候性を向上させる元素である。また、Snは、地鉄表面近傍においてさび層中に存在し、さび粒子を微細化することで腐食促進因子である塩化物イオンがさび層を透過して地鉄に到達するのを防止する。さらに、Snは、鋼材表面においてアノード反応を抑制する。かかる効果を十分に得るためには、Snを0.005%以上含有させることが好ましく、より好ましくは0.010%以上、さらに好ましくは0.020%以上含有させる。一方、Sn含有量が0.300%を超えると、鋼の延性や靭性の劣化を招く。したがって、Snを含有する場合にはSn含有量を、0.300%以下とする。Sn含有量は、好ましくは0.100%以下、より好ましくは0.050%以下である。
Sn: 0.300% or less Sn is an element that improves the weather resistance of steel materials. Further, Sn exists in the rust layer near the surface of the steel base, and by making rust particles finer, it prevents chloride ions, which are corrosion accelerating factors, from penetrating the rust layer and reaching the steel base. Furthermore, Sn suppresses the anodic reaction on the surface of the steel material. In order to sufficiently obtain this effect, it is preferable to contain Sn in an amount of 0.005% or more, more preferably 0.010% or more, still more preferably 0.020% or more. On the other hand, if the Sn content exceeds 0.300%, the ductility and toughness of the steel will deteriorate. Therefore, when Sn is contained, the Sn content is set to 0.300% or less. The Sn content is preferably 0.100% or less, more preferably 0.050% or less.

Sb:0.300%以下
Sbは、地鉄表面近傍においてさび層中に存在し、さび粒子を微細化することで腐食促進因子である塩化物イオンがさび層を透過して地鉄に到達するのを防止する。また、Sbは、鋼材表面においてアノード反応を抑制する。かかる効果を十分に得るためには、Sbを0.005%以上含有させることが好ましく、より好ましくは0.010%以上、さらに好ましくは0.020%以上含有させる。一方、Sb含有量が0.300%を超えると、鋼の延性や靭性の劣化を招く。したがって、Sbを含有する場合にはSb含有量を0.300%以下とする。Sb含有量は、好ましくは0.150%以下、より好ましくは0.100%以下である。
Sb: 0.300% or less Sb exists in the rust layer near the surface of the steel base, and by making the rust particles finer, chloride ions, which are corrosion accelerators, permeate through the rust layer and reach the steel base. to prevent Moreover, Sb suppresses the anodic reaction on the surface of the steel material. In order to sufficiently obtain this effect, it is preferable to contain Sb in an amount of 0.005% or more, more preferably 0.010% or more, and still more preferably 0.020% or more. On the other hand, when the Sb content exceeds 0.300%, the ductility and toughness of the steel deteriorate. Therefore, when Sb is contained, the Sb content is set to 0.300% or less. The Sb content is preferably 0.150% or less, more preferably 0.100% or less.

Nb:0.100%以下
Nbは、熱間圧延時のオーステナイトの再結晶を抑制し、最終的に得られる結晶粒を細粒化する効果を有する元素である。また、Nbは、空冷時に析出し、強度をさらに向上させる。かかる効果を得るために、Nbを含有する場合は、Nb含有量を0.005%以上とすることが好ましい。一方、Nb含有量が0.100%を超えると、焼入れ性が過剰となり、マルテンサイトが生成するため所望の組織が得られなくなり、靭性が低下する。そのため、Nbを含有する場合にはNb含有量を0.100%以下とする。Nb含有量は、好ましくは0.050%以下とする。
Nb: 0.100% or less Nb is an element that has the effect of suppressing recrystallization of austenite during hot rolling and making the ultimately obtained crystal grains finer. Further, Nb precipitates during air cooling and further improves the strength. In order to obtain such an effect, when Nb is contained, it is preferable that the Nb content is 0.005% or more. On the other hand, if the Nb content exceeds 0.100%, the hardenability becomes excessive and martensite is generated, making it impossible to obtain the desired structure, resulting in a decrease in toughness. Therefore, when Nb is contained, the Nb content is set to 0.100% or less. The Nb content is preferably 0.050% or less.

V:0.150%以下
Vは、空冷時に析出し、強度をさらに向上させる。また、地鉄表面近傍のさび層中にVO 3-として存在することで、腐食促進因子である塩化物イオンがさび層を透過して地鉄に到達するのを防止する。かかる効果を十分に得るためには、Vを0.005%以上含有させることが好ましい。一方、V含有量が0.150%を超えると、その効果が飽和する。したがって、Vを含有する場合にはVの含有量を0.150%以下とする。
V: 0.150% or less V precipitates during air cooling and further improves strength. In addition, the presence of VO 4 3− in the rust layer near the surface of the steel base prevents chloride ions, which are corrosion-promoting factors, from permeating the rust layer and reaching the steel base. In order to sufficiently obtain such effects, it is preferable to contain V in an amount of 0.005% or more. On the other hand, when the V content exceeds 0.150%, the effect is saturated. Therefore, when V is contained, the V content is set to 0.150% or less.

Ti:0.100%以下
Tiは、強度を高める元素である。このような効果を十分に得るためには、Tiを0.005%以上含有させることが好ましい。一方、Ti含有量が0.100%を超えると、靭性の劣化を招く。したがって、Tiを含有する場合にはTi含有量を0.100%以下とする。
Ti: 0.100% or less Ti is an element that increases strength. In order to sufficiently obtain such effects, it is preferable to contain Ti in an amount of 0.005% or more. On the other hand, if the Ti content exceeds 0.100%, the toughness will deteriorate. Therefore, when Ti is contained, the Ti content is set to 0.100% or less.

B:0.0050%以下
Bは、焼入れ性を高め、その結果、強度をさらに向上させる効果を有する元素である。かかる効果を得るために、Bを含有する場合は、B含有量を0.0001%以上とすることが好ましい。一方、B含有量が0.0050%を超えると焼入れ性が過剰となりマルテンサイトが生成して所望の組織が得られなくなるほか、溶接性が低下する。そのため、Bを含有する場合にはB含有量を0.0050%以下とする。B含有量は、好ましくは0.0030%以下とする。
B: 0.0050% or less B is an element that has the effect of increasing hardenability and, as a result, further improving strength. In order to obtain such an effect, when B is contained, it is preferable that the B content is 0.0001% or more. On the other hand, if the B content exceeds 0.0050%, the hardenability becomes excessive and martensite is generated, making it impossible to obtain the desired structure, and weldability deteriorates. Therefore, when B is contained, the B content is set to 0.0050% or less. The B content is preferably 0.0030% or less.

Zr:0.1000%以下
Zrは、強度を高める元素である。このような効果を十分に得るためには、Zrを0.0050%以上含有させることが好ましい。一方、Zr含有量が0.1000%を超えると、その強度向上効果が飽和する。したがって、Zrを含有する場合にはZr含有量を0.1000%以下とする。
Zr: 0.1000% or less Zr is an element that increases strength. In order to sufficiently obtain such effects, it is preferable to contain Zr in an amount of 0.0050% or more. On the other hand, when the Zr content exceeds 0.1000%, the strength improvement effect is saturated. Therefore, when containing Zr, the Zr content should be 0.1000% or less.

Ca:0.0100%以下
Caは、鋼中のSを固定し、溶接熱影響部の靭性を向上させる元素である。このような効果を十分に得るためには、Caを0.0001%以上含有させることが好ましい。一方、Ca含有量が0.0100%を超えると、鋼中の介在物の量が増加し、かえって靭性の劣化を招く。したがって、Caを含有する場合にはCaの含有量を0.0100%以下とする。
Ca: 0.0100% or less Ca is an element that fixes S in steel and improves the toughness of the weld heat affected zone. In order to sufficiently obtain such effects, it is preferable to contain Ca in an amount of 0.0001% or more. On the other hand, if the Ca content exceeds 0.0100%, the amount of inclusions in the steel will increase, leading to a deterioration in toughness. Therefore, when Ca is contained, the Ca content is set to 0.0100% or less.

Mg:0.0100%以下
Mgは、鋼中のSを固定し、溶接熱影響部の靭性を向上させる元素である。このような効果を十分に得るためには、Mgを0.0001%以上含有させることが好ましい。一方、Mg含有量が0.0100%を超えると、鋼中の介在物の量が増加し、かえって靭性の劣化を招く。したがって、Mgを含有する場合にはMg含有量を0.0100%以下とする。
Mg: 0.0100% or less Mg is an element that fixes S in steel and improves the toughness of the weld heat affected zone. In order to sufficiently obtain such effects, it is preferable to contain Mg in an amount of 0.0001% or more. On the other hand, if the Mg content exceeds 0.0100%, the amount of inclusions in the steel will increase, leading to a deterioration in toughness. Therefore, when Mg is contained, the Mg content is set to 0.0100% or less.

REM:0.0200%以下
REM(希土類金属)は、鋼中のSを固定し、溶接熱影響部の靭性を向上させる元素である。このような効果を十分に得るためには、REMを0.0001%以上含有させることが好ましい。一方、REM含有量が0.0200%を超えると、鋼中の介在物の量が増加し、かえって靭性の劣化を招く。したがってREMを含有する場合にはREM含有量を0.0200%以下とする。
REM: 0.0200% or less REM (rare earth metal) is an element that fixes S in steel and improves the toughness of the weld heat affected zone. In order to sufficiently obtain such effects, it is preferable to contain REM in an amount of 0.0001% or more. On the other hand, if the REM content exceeds 0.0200%, the amount of inclusions in the steel will increase, leading to a deterioration in toughness. Therefore, when containing REM, the REM content should be 0.0200% or less.

[ミクロ組織]
次に、本発明の鋼板のミクロ組織について説明する。
本発明の一実施形態における鋼板は、面積分率で55%以上のフェライトと、45%以下の硬質組織とからなる。
本発明における硬質組織とは、パーライト、ベイナイトおよびマルテンサイトの内から選択される1種または2種以上を含有し、フェライトよりも硬い組織であることを意味する。さらに、前記硬質組織が以下の(1)式および(2)式を満たす必要がある。これらの式は、硬質組織の塊状性を反映する。
L(L)/L(Z)≦5.0 ・・・・ (1)
L(L)/L(C)≦5.0 ・・・・ (2)
L(L):硬質組織の圧延方向(L方向)に対する平均長さ
L(Z):硬質組織の板厚方向(Z方向)に対する平均長さ
L(C):硬質組織の板幅方向(C方向)に対する平均長さ
[Microstructure]
Next, the microstructure of the steel plate of the present invention will be explained.
The steel plate in one embodiment of the present invention consists of ferrite with an area fraction of 55% or more and a hard structure of 45% or less.
The hard structure in the present invention means a structure containing one or more selected from pearlite, bainite, and martensite, and is harder than ferrite. Furthermore, the hard tissue needs to satisfy the following formulas (1) and (2). These equations reflect the lumpiness of hard tissue.
L(L)/L(Z)≦5.0 (1)
L(L)/L(C)≦5.0 (2)
L (L): Average length of the hard structure in the rolling direction (L direction) L (Z): Average length of the hard structure in the plate thickness direction (Z direction) L (C): Average length of the hard structure in the plate width direction (C direction)

なお、本発明におけるミクロ組織は、鋼板の板厚tの1/4位置(1/4t位置)におけるミクロ組織を指すものとする。かかる箇所のミクロ組織を規定すれば本発明の効果が得られるからである。
各組織の面積分率および硬質組織の各方向に対する長さは、鋼板の表面から1/4t深さにおける試験片を採取して各断面をナイタール腐食し、観察することにより測定することができる。より具体的には、実施例に記載した方法で面積分率および硬質組織の各方向に対する長さを求めることができる。
Note that the microstructure in the present invention refers to the microstructure at a 1/4 position (1/4t position) of the plate thickness t of the steel plate. This is because the effects of the present invention can be obtained by defining the microstructure at such locations.
The area fraction of each structure and the length of the hard structure in each direction can be measured by taking a test piece at a depth of 1/4t from the surface of the steel plate, corroding each cross section with nital, and observing the sample. More specifically, the area fraction and the length of the hard tissue in each direction can be determined by the method described in the Examples.

フェライトの面積分率:55%以上、硬質組織の面積分率:45%以下
本発明における鋼板のミクロ組織は、フェライト相中に硬質組織が分散した複合組織である。疲労き裂の先端に硬質組織が存在すると、疲労き裂の屈曲や分岐が生じて、破面粗さ誘起き裂閉口や応力遮蔽効果をもたらして疲労き裂進展駆動力を低下させるので、耐疲労き裂伝播特性が向上する。
また、フェライトは全伸びの向上に有効であるため、フェライトの面積分率が55%未満(すなわち、硬質組織の面積分率が45%を超える)の場合は、所望の全伸びを得ることができない。そのため、フェライトの面積分率は55%以上(すなわち、硬質組織の面積分率が45%以下)とする。フェライトの面積分率は60%以上(すなわち、硬質組織の面積分率が40%以下)とすることが好ましい。一方、フェライトの面積分率の上限は特に限定されないが、97%以下(すなわち、硬質組織の面積分率が3%以上)とすることが好ましい。
Area fraction of ferrite: 55% or more, area fraction of hard structure: 45% or less The microstructure of the steel sheet in the present invention is a composite structure in which hard structure is dispersed in a ferrite phase. If a hard structure exists at the tip of a fatigue crack, bending or branching of the fatigue crack will occur, resulting in fracture surface roughness-induced crack closure and stress shielding effects, reducing the driving force for fatigue crack propagation. Fatigue crack propagation characteristics are improved.
Furthermore, since ferrite is effective in improving total elongation, if the area fraction of ferrite is less than 55% (that is, the area fraction of hard structure exceeds 45%), it is difficult to obtain the desired total elongation. Can not. Therefore, the area fraction of ferrite is 55% or more (that is, the area fraction of hard tissue is 45% or less). The area fraction of ferrite is preferably 60% or more (that is, the area fraction of hard tissue is 40% or less). On the other hand, the upper limit of the area fraction of ferrite is not particularly limited, but it is preferably 97% or less (that is, the area fraction of the hard structure is 3% or more).

なお、本発明における組織は、以下の通りとする。
フェライトは、ポリゴナルフェライトを含有し、パーライトは、パーライトおよび擬似パーライトを包含し、ベイナイトは、上部ベイナイト、アシキュラーフェライト、およびグラニュラーベイナイトを包含し、マルテンサイトは、島状マルテンサイト、ラス状マルテンサイト、およびレンズ状マルテンサイトを包含するものとする。
Note that the organization in the present invention is as follows.
Ferrite includes polygonal ferrite, pearlite includes pearlite and pseudo pearlite, bainite includes upper bainite, acicular ferrite, and granular bainite, and martensite includes island martensite, lath marten, site, and lenticular martensite.

L(L)/L(Z)≦5.0 ・・・・ (1)
L(L)/L(C)≦5.0 ・・・・ (2)
本発明においては、硬質組織の圧延方向(L方向)に対する平均長さ(L(L))と、硬質組織の板厚方向(Z方向)に対する平均長さ(L(Z))および硬質組織の板幅方向(C方向)に対する平均長さ(L(C))との関係を、上記(1)式および(2)式に規定する。
なお、上記(1)式および(2)式は、硬質組織の塊状性を反映しており、上記(1)式および(2)式を満たさない場合、硬質組織が帯状になるため、疲労き裂の先端と硬質組織の接触頻度が低下する方向が存在してしまう。
よって、全方向に対して、所望の耐疲労き裂伝播特性を得ることができない。すなわち、本発明では、上記(1)式および(2)式を併せて満たすことで、鋼板の全方向に対して、所望の耐疲労き裂伝播特性を得ることができる。
L(L)/L(Z)≦5.0 (1)
L(L)/L(C)≦5.0 (2)
In the present invention, the average length (L (L)) of the hard structure in the rolling direction (L direction), the average length (L (Z)) of the hard structure in the plate thickness direction (Z direction), and the average length (L (Z)) of the hard structure in the rolling direction (L direction), The relationship between the average length (L(C)) and the plate width direction (C direction) is defined by the above equations (1) and (2).
Note that the above equations (1) and (2) reflect the lumpiness of the hard tissue, and if the above equations (1) and (2) are not satisfied, the hard tissue becomes band-like and fatigue There is a direction in which the frequency of contact between the tip of the fissure and the hard tissue decreases.
Therefore, desired fatigue crack propagation resistance cannot be obtained in all directions. That is, in the present invention, desired fatigue crack propagation resistance can be obtained in all directions of the steel plate by satisfying both the above equations (1) and (2).

本発明では、全伸び、引張強さ、靭性、および耐疲労き裂伝播特性は、以下に記載の通りになる。
[全伸び]
本発明の鋼板は、前述した成分組成とミクロ組織とを有する結果、優れた全伸び(EL)を備える。ELの値はとくに限定されずJIS G 3106等の規格に従うこともできるが、15%以上になることが好ましく、16%以上になることがより好ましく、17%以上になることがさらに好ましく、20%以上になることが最も好ましい。一方、ELの上限についても特に限定されないが、例えば、40%以下となることが好ましい。なお、ELは、後述する実施例に記載した方法で測定することができる。
In the present invention, the total elongation, tensile strength, toughness, and fatigue crack propagation properties are as described below.
[Total elongation]
The steel sheet of the present invention has excellent total elongation (EL) as a result of having the above-described composition and microstructure. The value of EL is not particularly limited and can follow standards such as JIS G 3106, but it is preferably 15% or more, more preferably 16% or more, even more preferably 17% or more, and 20% or more. % or more is most preferable. On the other hand, the upper limit of EL is also not particularly limited, but is preferably 40% or less, for example. Note that EL can be measured by the method described in Examples described later.

[引張強さ]
本発明の鋼板は、前述した成分組成とミクロ組織を有する結果、優れた引張強さ(TS)を備えることができる。TSの値はとくに限定されないが、400MPa以上になることが好ましい。一方、TSの上限についても限定されないが、例えば、鋼板を、JISにおける400MPa(50kgf/mm)級とする場合には、TSが510MPa以下となればよい。また、鋼板を、JISにおける490MPa(60kgf/mm)級とする場合には、TSの上下限がそれぞれ490MPaおよび610MPaとなればよい。
[Tensile strength]
The steel sheet of the present invention has the above-described composition and microstructure, and as a result, it can have excellent tensile strength (TS). Although the value of TS is not particularly limited, it is preferably 400 MPa or more. On the other hand, the upper limit of TS is not limited either, but for example, when the steel plate is 400 MPa (50 kgf/mm 2 ) class according to JIS, it is sufficient that TS is 510 MPa or less. Further, when the steel plate is 490 MPa (60 kgf/mm 2 ) class according to JIS, the upper and lower limits of TS may be 490 MPa and 610 MPa, respectively.

[靭性]
本発明の鋼板は、前述した成分組成とミクロ組織とを有する結果、優れた靭性を備える。本発明の鋼板の靭性はとくに限定されないが、靭性の指標の一つである、0℃におけるシャルピー吸収エネルギーvEが、100J以上になることが好ましく、150J以上になることがより好ましく、200J以上になることがさらに好ましい。一方、vEの上限については、高いほどよいため特に限定されない。なお、vEは、後述する実施例に記載した方法で測定することができる。
[Toughness]
The steel plate of the present invention has excellent toughness as a result of having the above-described composition and microstructure. The toughness of the steel plate of the present invention is not particularly limited, but the Charpy absorbed energy vE 0 at 0°C, which is one of the indicators of toughness, is preferably 100 J or more, more preferably 150 J or more, and 200 J or more. It is even more preferable that On the other hand, the upper limit of vE 0 is not particularly limited because the higher the value, the better. Note that vE 0 can be measured by the method described in Examples described later.

[耐疲労き裂伝播特性]
本発明の鋼板は、前述した成分組成とミクロ組織とを有する結果、板厚方向、圧延方向、および幅方向のすべての方向において優れた疲労き裂伝播抵抗性を備えることができる。
本発明における疲労き裂伝播抵抗性の指標としては、疲労き裂伝播速度(da/dN)を用いることができる。また、かかる疲労き裂伝播速度の値はとくに限定されない。
なお、板厚方向(Z方向)における疲労き裂伝播速度は、応力拡大係数範囲ΔK:25MPa・m1/2の条件における疲労き裂伝播速度が、従来鋼と比較して疲労耐久性が十分に良いと確認できる4.25×10-8(m/cycle)以下であることが好ましい。また、圧延方向(L方向)における疲労き裂伝播速度および幅方向(C方向)における疲労き裂伝播速度の両方においては、応力拡大係数範囲ΔK:25MPa・m1/2の条件における疲労き裂伝播速度が、従来鋼と比較して疲労耐久性が十分に良いと確認できる8.50×10-8(m/cycle)以下であることが好ましい。
[Fatigue crack propagation resistance]
As a result of having the above-described composition and microstructure, the steel plate of the present invention can have excellent fatigue crack propagation resistance in all directions, including the plate thickness direction, rolling direction, and width direction.
Fatigue crack propagation velocity (da/dN) can be used as an index of fatigue crack propagation resistance in the present invention. Further, the value of the fatigue crack propagation speed is not particularly limited.
In addition, the fatigue crack propagation speed in the plate thickness direction (Z direction) under the condition of stress intensity factor range ΔK: 25 MPa・m 1/2 has sufficient fatigue durability compared to conventional steel. It is preferable that the value is 4.25×10 −8 (m/cycle) or less, which can be confirmed to be good for good performance. In addition, for both the fatigue crack propagation speed in the rolling direction (L direction) and the fatigue crack propagation speed in the width direction (C direction), fatigue cracks under the condition of stress intensity factor range ΔK: 25 MPa・m 1/2 It is preferable that the propagation velocity is 8.50×10 −8 (m/cycle) or less, which confirms that the fatigue durability is sufficiently good compared to conventional steel.

[板厚]
本発明においては、鋼板の板厚は特に限定されず、任意の値とすることができる。
本発明では、構造部材として通常用いられる厚さ6mm以上とすることが好ましい。また、先に述べたように鋼板先尾端での温度偏差が大きくなりやすく、また全厚での伸び特性が優れることが求められる鋼板において、本発明の効果は特に顕著となる。そのため、鋼板の板厚は、50mm以下とすることが好ましく、25mm以下とすることがより好ましい。
[Plate thickness]
In the present invention, the thickness of the steel plate is not particularly limited and can be set to any value.
In the present invention, the thickness is preferably 6 mm or more, which is commonly used as a structural member. Furthermore, as described above, the effects of the present invention are particularly noticeable in steel plates where the temperature deviation at the leading and trailing ends of the steel plate tends to be large and where excellent elongation characteristics are required throughout the thickness. Therefore, the thickness of the steel plate is preferably 50 mm or less, more preferably 25 mm or less.

[製造方法]
次に、本発明の鋼板の製造方法について説明する。本発明の一実施形態における鋼板は、前記成分組成を有する鋼素材に対し、以下の(1)(2)(3)の工程を施すことで得ることができ、また、必要に応じて(4)(5)(6)の工程を施すことにより、さらに耐疲労き裂伝播特性および全伸びに優れた鋼板を製造することができる。
(1)加熱
(2)熱間圧延
(3)冷却
(4)再加熱
(5)冷却
(6)焼入れ
[Production method]
Next, a method for manufacturing a steel plate according to the present invention will be explained. The steel plate in one embodiment of the present invention can be obtained by subjecting a steel material having the above-mentioned composition to the following steps (1), (2), and (3), and if necessary, (4) ) (5) and (6), it is possible to produce a steel plate with even better fatigue crack propagation resistance and total elongation.
(1) Heating (2) Hot rolling (3) Cooling (4) Reheating (5) Cooling (6) Quenching

以下、各工程における条件について説明する。本発明において、とくに断らない限り、温度は被処理物(鋼素材または熱延鋼板)の表面温度を指すものとする。また、冷却速度は表面温度の冷却速度とする。なお、上記表面温度は、例えば、放射温度計で測定することができる。 The conditions in each step will be explained below. In the present invention, unless otherwise specified, temperature refers to the surface temperature of the object to be treated (steel material or hot rolled steel plate). Further, the cooling rate is the cooling rate of the surface temperature. Note that the above-mentioned surface temperature can be measured using, for example, a radiation thermometer.

上記鋼素材としては、前述した成分組成を有するものであれば任意のものを用いることができる。最終的に得られる鋼板の成分組成は、使用した鋼素材の成分組成と同じである。上記鋼素材としては、例えば、鋼スラブを用いることができる。
(1)加熱工程
加熱温度:1000℃以上、1300℃以下
まず、上記鋼素材を1000℃以上、1300℃以下の温度域まで加熱する。加熱温度が1000℃未満であると、次の熱間圧延工程における鋼素材の変形抵抗が高くなり、熱間圧延機への負荷が増大し、熱間圧延が困難になる。一方、加熱温度が1300℃を超えると、鋼板組織の粒径が大きくなりすぎて靭性が劣化する。加熱工程において保持する場合は、保持時間は1時間以上が好ましい。
Any steel material can be used as the steel material as long as it has the above-mentioned composition. The composition of the steel plate finally obtained is the same as that of the steel material used. As the steel material, for example, a steel slab can be used.
(1) Heating process Heating temperature: 1000°C or higher and 1300°C or lower First, the above steel material is heated to a temperature range of 1000°C or higher and 1300°C or lower. If the heating temperature is less than 1000°C, the deformation resistance of the steel material in the next hot rolling step will be high, the load on the hot rolling mill will increase, and hot rolling will become difficult. On the other hand, if the heating temperature exceeds 1300° C., the grain size of the steel sheet structure becomes too large and the toughness deteriorates. When holding in the heating step, the holding time is preferably 1 hour or more.

(2)熱間圧延
次いで、加熱された鋼素材を熱間圧延して熱延板とする。その際、製品鋼板の基本性能である靭性を確保するため、スラブ加熱温度未満Ar変態点以上の温度域における累積圧下率を50%以上とする。累積圧下率が50%未満の場合は、板厚内部のフェライト粒が粗大化して局所的に延性が低い領域が発生し、脆性き裂が発生しやすくなり靭性が悪化する。熱間圧延工程に関する他の条件は特に限定されず、公知の条件によることができる。
加えて、再結晶温度域での圧下率は30%以上とすることが好ましく、より好ましくは45%以上の圧延とすることで、再結晶による細粒化を効果的に行うことができる。また、未再結晶温度域での圧下率を好ましくは60%以下、より好ましくは30%未満とすることで、結晶粒が伸長するのを効果的に防ぐことができる。
なお、上記再結晶温度は、2段圧縮試験で鋼素材の軟化曲線を求め、軟化度が50%となる温度を再結晶温度とする。
また、Ar変態点は、例えば、以下の(3)式により求めることができる。
Ar(℃)=910-310×C-80×Mn-20×Cu-15×Cr-55×Ni-80×Mo+0.35…(3)
ここで、上記(3)式における元素記号は、各元素の鋼中含有量(質量%)を意味し、当該元素が含有されていない場合にはゼロとする。
(2) Hot Rolling Next, the heated steel material is hot rolled to form a hot rolled sheet. At this time, in order to ensure toughness, which is the basic performance of the product steel sheet, the cumulative reduction rate in the temperature range below the slab heating temperature and above the Ar 3 transformation point is set to 50% or more. If the cumulative rolling reduction is less than 50%, the ferrite grains within the thickness of the sheet become coarse and locally low ductility regions occur, making brittle cracks more likely to occur and the toughness to deteriorate. Other conditions regarding the hot rolling process are not particularly limited, and may be based on known conditions.
In addition, the rolling reduction ratio in the recrystallization temperature range is preferably 30% or more, more preferably 45% or more, so that grain refinement by recrystallization can be effectively performed. Further, by setting the reduction ratio in the non-recrystallization temperature range to preferably 60% or less, more preferably less than 30%, elongation of crystal grains can be effectively prevented.
The recrystallization temperature is determined by determining the softening curve of the steel material in a two-stage compression test, and the temperature at which the softening degree is 50% is determined as the recrystallization temperature.
Further, the Ar 3 transformation point can be determined, for example, by the following equation (3).
Ar 3 (°C) = 910-310×C-80×Mn-20×Cu-15×Cr-55×Ni-80×Mo+0.35...(3)
Here, the element symbol in the above formula (3) means the content (mass %) of each element in the steel, and is zero if the element is not contained.

(3)冷却
次に、冷却、すなわち熱間圧延終了後の熱延板を冷却する(第1の冷却工程)。かかる冷却は、任意の方法、例えば、空冷または加速冷却により行うことができる。平均冷却速度は、0.10℃/s以上とする。平均冷却速度が0.10℃/s未満の場合、硬質組織の形状が帯状になり、所望の耐疲労き裂伝播特性が得られない。
なお、その他の冷却条件については特段制限されず、公知の冷却条件によることができる。
また、上記(1)(2)(3)の製造工程にて製造された鋼材のミクロ組織における硬質相の分散性には問題が生じない。
(3) Cooling Next, cooling is performed, that is, cooling the hot rolled sheet after hot rolling (first cooling step). Such cooling can be performed by any method, such as air cooling or accelerated cooling. The average cooling rate is 0.10° C./s or more. If the average cooling rate is less than 0.10° C./s, the shape of the hard structure becomes band-like, and desired fatigue crack propagation resistance cannot be obtained.
Note that other cooling conditions are not particularly limited, and may be any known cooling conditions.
In addition, there is no problem with the dispersibility of the hard phase in the microstructure of the steel manufactured by the manufacturing steps (1), (2), and (3) above.

次に、以下(4)(5)(6)の工程を施すことによって、さらに耐疲労き裂伝播特性および全伸びを向上させることができる。
(4)再加熱
前記(3)に記載の冷却を施した鋼板を、Ac変態点以上Ac変態点未満の温度(再加熱温度)に加熱する(以下、再加熱処理と記す)。すなわち、フェライトとオーステナイトの2相域となる再加熱温度に加熱することにより、かかる加熱前の組織を損なうことなく、冷却偏差に起因するミクロ組織のバラツキを解消することができる。その結果、圧延方向、板幅方向および板厚方向のすべての方向において、耐疲労き裂伝播特性をさらに向上させることができる。
再加熱温度がAc変態点以上であると、Ac変態点以上Ac変態点未満の温度域に特有の脱炭反応が進行せず、耐疲労き裂伝播特性をさらに向上させることができない。一方、再加熱温度がAc変態点未満であると、冷却偏差に起因するミクロ組織のバラツキを解消することができず、耐疲労き裂伝播特性をさらに向上させることができない。
Next, by performing the following steps (4), (5), and (6), fatigue crack propagation resistance and total elongation can be further improved.
(4) Reheating The steel plate that has been cooled as described in (3) above is heated to a temperature (reheating temperature) that is higher than or equal to the Ac 1 transformation point and lower than the Ac 3 transformation point (hereinafter referred to as reheating treatment). That is, by heating to a reheating temperature that results in a two-phase region of ferrite and austenite, variations in the microstructure caused by cooling deviation can be eliminated without damaging the structure before heating. As a result, fatigue crack propagation resistance can be further improved in all directions: rolling direction, sheet width direction, and sheet thickness direction.
If the reheating temperature is above the Ac 3 transformation point, the decarburization reaction specific to the temperature range above the Ac 1 transformation point and below the Ac 3 transformation point will not proceed, making it impossible to further improve the fatigue crack propagation resistance. . On the other hand, if the reheating temperature is less than the Ac 1 transformation point, it is not possible to eliminate variations in the microstructure caused by cooling deviations, and the fatigue crack propagation resistance cannot be further improved.

なお、Ac変態点は、例えば、以下の(4)式により求めることができる。
Ac(℃)=723+29.1×Si-10.7×Mn-16.9×Ni+16.9×Cr…(4)
また、Ac変態点は、例えば、以下の(5)式により求めることができる。
Ac(℃)=961.6-311.9×C+49.5×Si-36.4×Mn+438.1×P-2818×S+12.7×Al-51×Cu-29×Ni-8.7×Cr+13.5×Mo+308.1×Nb-140×V+318.9×Ti+611.2×B-969×N…(5)
ここで、上記(4)、(5)式における元素記号は、各元素の鋼中含有量(質量%)を意味し、当該元素が含有されていない場合にはゼロとする。
Note that the Ac 1 transformation point can be determined by, for example, the following equation (4).
Ac 1 (℃) = 723 + 29.1 x Si - 10.7 x Mn - 16.9 x Ni + 16.9 x Cr... (4)
Further, the Ac 3 transformation point can be determined by, for example, the following equation (5).
Ac 3 (℃)=961.6-311.9×C+49.5×Si-36.4×Mn+438.1×P-2818×S+12.7×Al-51×Cu-29×Ni-8.7× Cr+13.5×Mo+308.1×Nb-140×V+318.9×Ti+611.2×B-969×N…(5)
Here, the element symbol in the above formulas (4) and (5) means the content (mass %) of each element in the steel, and is zero if the element is not contained.

前記再加熱処理においては、再加熱温度まで加熱した後、当該温度に保持することが好ましい。その際、保持時間が10分未満であると、オーステナイト相への逆変態が鋼板全長に亘って開始されず、一部の領域で焼入性が著しく低下する場合がある。そのため、保持時間は10分以上とすることが好ましい。 In the reheating treatment, it is preferable to heat to the reheating temperature and then maintain the temperature. At this time, if the holding time is less than 10 minutes, the reverse transformation to the austenite phase will not start over the entire length of the steel sheet, and the hardenability may be significantly reduced in some regions. Therefore, the holding time is preferably 10 minutes or more.

(5)冷却
前記再加熱処理の工程で加熱された鋼板を、350~600℃の範囲に任意に設定した冷却停止温度まで冷却する(第2の冷却工程)。その際、平均冷却速度を2~7℃/sとする。平均冷却速度は低い方がよりパーライト変態が促進されるため靭性改善の点で好ましいが、平均冷却速度が2℃/sに満たないと、パーライトが帯状に生成しやすくなって、バンド組織に沿ったき裂伝播が生じやすくなる。そのため、耐疲労き裂伝搬特性をさらに向上させることができない。一方、平均冷却速度が7℃/sを超えると、鋼板内部のミクロ組織においてパーライト変態が十分に進行せず、ベイナイト変態やマルテンサイト変態が進行しやすくなる。この場合は硬質組織が多くなるため、全伸びが悪化する。このため、平均冷却速度を2~7℃/sとする。平均冷却速度は、より好ましくは5℃/s以下である。
(5) Cooling The steel plate heated in the reheating process is cooled to a cooling stop temperature arbitrarily set in the range of 350 to 600°C (second cooling process). At this time, the average cooling rate is set to 2 to 7°C/s. A lower average cooling rate is preferable in terms of improving toughness because it promotes pearlite transformation. However, if the average cooling rate is less than 2°C/s, pearlite tends to form in a band shape and forms along the band structure. Cracks propagate more easily. Therefore, the fatigue crack propagation resistance cannot be further improved. On the other hand, when the average cooling rate exceeds 7° C./s, pearlite transformation does not progress sufficiently in the microstructure inside the steel sheet, and bainite transformation and martensitic transformation tend to progress. In this case, the total elongation deteriorates because the hard tissue increases. For this reason, the average cooling rate is set to 2 to 7°C/s. The average cooling rate is more preferably 5° C./s or less.

また、冷却停止温度が350℃未満の場合は、パーライトが帯状に生成しやすくなって、バンド組織に沿ったき裂伝播が生じやすくなるため、耐疲労き裂伝搬特性をさらに向上させることができない。一方、冷却停止温度が600℃を超える場合は、未変態オーステナイトが多量に残留したまま、焼き入れられることになるので、硬質なベイナイトやマルテンサイトが過剰に生成してしまう。その結果、全伸びをさらに向上させることができない。 Further, if the cooling stop temperature is less than 350° C., pearlite tends to form in a band shape, and crack propagation along the band structure tends to occur, making it impossible to further improve fatigue crack propagation characteristics. On the other hand, if the cooling stop temperature exceeds 600° C., hard bainite and martensite will be produced excessively since the steel will be quenched with a large amount of untransformed austenite remaining. As a result, the total elongation cannot be further improved.

(6)焼入れ
本発明では、前記冷却停止温度まで冷却された鋼板に焼入れを施すことができる。その際の焼入れ温度は、350~600℃の範囲とするのが好ましい。なお焼入れにかかるその他の条件は、特に限定されることなく、公知の任意の条件で行うことができるが、Ms点以下の温度、好ましくは200℃以下まで水冷することが好ましい。なお、Ms点は、例えば、以下の(6)式により求めることができる。
Ms(℃)=517-300×C-11×Si-33×Mn-17×Ni-22×Cr-11×Mo…(6)
ここで、上記(6)式における元素記号は、各元素の鋼中含有量(質量%)を意味し、当該元素が含有されていない場合にはゼロとする。
(6) Hardening In the present invention, the steel plate cooled to the cooling stop temperature can be hardened. The quenching temperature at that time is preferably in the range of 350 to 600°C. The other conditions for quenching are not particularly limited and can be carried out under any known conditions, but it is preferable to water-cool to a temperature below the Ms point, preferably below 200°C. Note that the Ms point can be determined by, for example, the following equation (6).
Ms(℃)=517-300×C-11×Si-33×Mn-17×Ni-22×Cr-11×Mo…(6)
Here, the element symbol in the above formula (6) means the content (mass%) of each element in the steel, and is zero if the element is not contained.

なお、本発明に従う製造方法において、本明細書に記載のない項目は、いずれも常法を用いることができる。 In addition, in the manufacturing method according to the present invention, conventional methods can be used for any items not described in this specification.

以下、本発明の作用効果について、実施例を用いて説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されない。 Hereinafter, the effects of the present invention will be explained using Examples. Note that the present invention is not limited to the following examples.

以下の手順で鋼板を製造した。
まず、転炉-連続鋳造法により、表1に示す成分組成を有し、残部がFeおよび不可避的不純物である鋼スラブ(鋼素材)を作製した。
次に、かかる鋼スラブを、表2の(1)の列に示す加熱温度に加熱し、次いで、表2の(2)の列に示した累積圧下率、再結晶域での圧下率および未再結晶域での圧下率で、それぞれ熱間圧延を施して熱延鋼板とした。かくして得られた熱延鋼板の板厚(最終板厚)を表2に併記する。
その後、熱延鋼板を表2の(3)の列に示した条件で冷却して、鋼板を得た。かかる鋼板の板厚は、上述している最終板厚と同じである。また、一部は表2の(4)(5)(6)に記載の工程を施した。
A steel plate was manufactured using the following procedure.
First, a steel slab (steel material) having the chemical composition shown in Table 1 with the balance being Fe and unavoidable impurities was produced by a converter-continuous casting method.
Next, such a steel slab is heated to the heating temperature shown in column (1) of Table 2, and then the cumulative reduction rate, the reduction rate in the recrystallization zone, and the Each was hot-rolled at the reduction rate in the recrystallization region to produce a hot-rolled steel sheet. The plate thickness (final plate thickness) of the hot rolled steel plate thus obtained is also listed in Table 2.
Thereafter, the hot rolled steel plate was cooled under the conditions shown in column (3) of Table 2 to obtain a steel plate. The thickness of such a steel plate is the same as the final thickness described above. In addition, some of the samples were subjected to the steps described in (4), (5), and (6) in Table 2.

Figure 2024014856000001
Figure 2024014856000001

Figure 2024014856000002
Figure 2024014856000002

前記鋼板のそれぞれについて、ミクロ組織、機械的特性、耐候性、および耐疲労き裂伝播特性を評価した。評価方法を以下に説明する。
なお、硬質組織の圧延方向(L方向)に対する平均長さを(L(L))、硬質組織の板厚方向(Z方向)に対する平均長さを(L(Z))、硬質組織の板幅方向(C方向)に対する平均長さを(L(C))とする。
The microstructure, mechanical properties, weather resistance, and fatigue crack propagation resistance of each of the steel plates were evaluated. The evaluation method will be explained below.
In addition, the average length of the hard structure in the rolling direction (L direction) is (L (L)), the average length of the hard structure in the plate thickness direction (Z direction) is (L (Z)), and the plate width of the hard structure Let the average length in the direction (C direction) be (L(C)).

(ミクロ組織)
まず、鋼板の板厚方向1/4t位置から、圧延方向(L方向)断面、板幅方向(C方向)断面、板厚方向(Z方向)断面が観察面となるようにミクロ組織観察用サンプルを採取した。なお、圧延方向(L方向)断面は板幅方向に垂直な断面、板幅方向(C方向)断面は板厚方向に垂直な断面、板厚方向(Z方向)断面は圧延方向に垂直な断面を指すものとする。
次いで、前記サンプルの表面をナイタール腐食した後、400倍の光学顕微鏡と2000倍の走査電子顕微鏡(SEM)で組織を撮影した。撮影された画像を用いて、存在する組織を同定した。さらに、画像解析ソフト(Photoshop)を用いて光学顕微鏡画像を解析し、フェライトの領域と硬質組織の領域とを二値化することで、フェライトの面積分率および硬質組織の面積分率、ならびに、各方向に対する硬質組織の長さを測定した。これらの値は、1サンプルにつき5視野の観察を行い、かかる5視野の平均値で求めた。
(microstructure)
First, from the 1/4t position in the plate thickness direction of the steel plate, a sample for microstructure observation is made so that the observation plane is the rolling direction (L direction) cross section, the plate width direction (C direction) cross section, and the plate thickness direction (Z direction) cross section. was collected. Note that the rolling direction (L direction) cross section is a cross section perpendicular to the sheet width direction, the sheet width direction (C direction) cross section is a cross section perpendicular to the sheet thickness direction, and the sheet thickness direction (Z direction) cross section is a cross section perpendicular to the rolling direction. shall refer to.
Next, after the surface of the sample was subjected to nital corrosion, the structure was photographed using a 400x optical microscope and a 2000x scanning electron microscope (SEM). The images were used to identify the tissue present. Furthermore, by analyzing the optical microscope image using image analysis software (Photoshop) and binarizing the ferrite region and the hard tissue region, the area fraction of ferrite, the area fraction of hard tissue, and The length of the hard tissue in each direction was measured. These values were obtained by observing 5 visual fields for each sample and using the average value of the 5 visual fields.

(機械的特性)
鋼板の板幅方向(C方向)から全厚引張試験片を採取した。全厚引張試験片を用い、JIS Z 2241に準拠して引張試験を実施して引張強さ(TS)、および全伸び(EL)を測定した。また、前記鋼板の板厚中心部から、圧延方向(L方向)に平行にシャルピー衝撃試験片を採取し、JIS Z 2202に準拠してシャルピー衝撃試験を0℃で行い、吸収エネルギーvEを測定した。
(mechanical properties)
A full-thickness tensile test piece was taken from the width direction (C direction) of the steel plate. Using a full thickness tensile test piece, a tensile test was conducted in accordance with JIS Z 2241 to measure tensile strength (TS) and total elongation (EL). In addition, a Charpy impact test piece was taken from the center of the thickness of the steel plate in parallel to the rolling direction (L direction), and a Charpy impact test was performed at 0°C in accordance with JIS Z 2202 to measure the absorbed energy vE 0 . did.

(耐候性)
前記鋼板のそれぞれより、50mm×50mm×4mmの大きさの試験片を採取し、試験片の端面、裏面をテープシールし、表面露出部の面積が40mm×40mmとなるように表面もテープシールした。かくして得られた試験片について、耐候性を評価した。
耐候性を評価する方法としては、実際の橋梁などの構造物において最も厳しい環境と考えられる、雨掛かりの無い桁内部の環境を模擬した腐食試験を行った。この腐食試験は、サンプル表面に塩分を付着させた状態で温湿度サイクルを繰り返して行った。
上記温湿度サイクルは、温度40℃、相対湿度40%RHの乾燥工程を11時間、その後、移行時間を1時間とし、さらに温度を25℃、相対湿度を95%RHの湿潤工程を11時間として、その後1時間の移行時間をとり、合計24時間で1サイクルとし、実環境の温湿度サイクルを模擬した。
温湿度サイクル開始前、および7サイクルごとに、試験片表面に付着する塩分が1.4mg/dmとなるように、乾燥工程前に試験片の表面に人工海水を滴下した。
この条件にて、26週間で温湿度サイクル182サイクルの試験を行った。
(Weatherability)
A test piece with a size of 50 mm x 50 mm x 4 mm was taken from each of the steel plates, and the end and back sides of the test piece were tape-sealed, and the surface was also tape-sealed so that the area of the surface exposed part was 40 mm x 40 mm. . The weather resistance of the thus obtained test piece was evaluated.
As a method to evaluate weather resistance, we conducted a corrosion test that simulated the environment inside a girder without rain exposure, which is considered to be the most severe environment in actual structures such as bridges. This corrosion test was conducted by repeating temperature and humidity cycles with salt attached to the sample surface.
The temperature/humidity cycle described above includes a drying process at a temperature of 40°C and a relative humidity of 40% RH for 11 hours, followed by a transition time of 1 hour, and a further moistening process at a temperature of 25°C and a relative humidity of 95% RH for 11 hours. , and then a transition time of 1 hour was taken, making one cycle for a total of 24 hours, simulating the temperature and humidity cycle of an actual environment.
Before the start of the temperature/humidity cycle and every 7 cycles, artificial seawater was dropped onto the surface of the test piece before the drying process so that the salt content adhering to the test piece surface was 1.4 mg/dm 2 .
Under these conditions, a test was conducted with 182 cycles of temperature and humidity cycles over 26 weeks.

また、腐食試験終了後、37%塩酸500mL、ヘキサメチレンテトラミン3.5g、ヒビロン(アイコーケミカル社製インヒビター)3mLに蒸留水を加えて1L(リットル)とした除錆溶液に、試験片を浸漬して脱錆した。なお、質量の測定は、第145回腐食防食シンポジウム資料「腐食減耗評価方法の高精度化」に記載の方法に準拠した。
さらに、得られた質量と初期質量との差を求めて、それを試験片の試験対象面の面積で除することで、試験片片面の平均板厚減少量を算出した。本実施例では、かかる平均板厚減少量を耐候性の指標とした。
なお、飛来塩分量約0.5mddは、海岸近傍などの飛来塩分量が多い環境に相当するが、これまでの知見から、本腐食試験における鋼板厚減少量(182日間)は、飛来塩分量が約0.5mddの実際の環境に182日間暴露した場合の腐食による鋼板厚減少量と同等になることがわかっている。
After the corrosion test was completed, the test piece was immersed in a rust removal solution made by adding distilled water to 500 mL of 37% hydrochloric acid, 3.5 g of hexamethylenetetramine, and 3 mL of Hibilon (Inhibitor manufactured by Iko Chemical Co., Ltd.) to make 1 L (liter). I removed the rust. In addition, the measurement of mass was based on the method described in the 145th Corrosion Prevention Symposium material "Improving the accuracy of corrosion and wear evaluation method".
Furthermore, the difference between the obtained mass and the initial mass was calculated, and the difference was divided by the area of the surface to be tested of the test piece, thereby calculating the average plate thickness reduction amount on one side of the test piece. In this example, the amount of decrease in average plate thickness was used as an index of weather resistance.
Note that the amount of airborne salt of about 0.5mdd corresponds to an environment with a large amount of airborne salt, such as near the coast, but based on previous knowledge, the amount of steel plate thickness reduction (182 days) in this corrosion test is due to the amount of airborne salt. It has been found that this is equivalent to the amount of steel sheet thickness reduction due to corrosion when exposed to an actual environment of approximately 0.5 mdd for 182 days.

平均板厚減少量から外挿により100年後の腐食量を求めた場合、本腐食試験の期間にて得られる平均板厚減少量が22μm以下であれば、100年後の平均板厚減少量は、層状剥離錆の発生が無い0.5mm以下と評価される。 When calculating the amount of corrosion after 100 years by extrapolation from the average amount of plate thickness reduction, if the average amount of plate thickness reduction obtained during the period of this corrosion test is 22 μm or less, the average amount of plate thickness reduction after 100 years. is evaluated to be 0.5 mm or less without the occurrence of delaminated rust.

一般に、無塗装耐候性鋼の橋梁への適用可否の目安は、100年後の板厚減少量が0.5mm以下であることが知られているので、各種鋼材に対して本腐食試験を行い、得られる平均板厚減少量が22μm以下であれば無塗装耐候性鋼の橋梁への適用が可となる。そこで、表3において、平均板厚減少量が22μm以下である場合に耐候性が優れると判定した。 In general, it is known that the standard for applicability of unpainted weathering steel to bridges is that the plate thickness decreases after 100 years is 0.5 mm or less, so a full corrosion test was conducted on various steel materials. If the resulting average plate thickness reduction is 22 μm or less, unpainted weathering steel can be applied to bridges. Therefore, in Table 3, it was determined that the weather resistance was excellent when the average plate thickness reduction amount was 22 μm or less.

(疲労き裂伝播抵抗性)
疲労き裂伝播抵抗性の指標として、板厚方向(Z方向)、圧延方向(L方向)、および幅方向(圧延方向と垂直な方向、C方向)における疲労き裂伝播速度(da/dN)を、応力拡大係数範囲ΔK:25MPa・m1/2として以下の条件においてそれぞれ測定した。
・圧延方向および幅方向
圧延方向(L方向)における疲労き裂伝播速度は、荷重負荷方向が圧延方向となるように鋼板から採取した試験片を用いて測定した。同様に、幅方向(C方向)における疲労き裂伝播速度は、荷重負荷方向が幅方向となるように鋼板から採取した試験片を用いて測定した。これらの試験片は、ASTM E647に準拠したコンパクトテンション試験片とした。また、上述している測定においては、クラックゲージ法に基づいて疲労き裂伝播試験を実施し、疲労き裂伝播速度を求めた。
・板厚方向
他方、板厚方向(Z方向)における疲労き裂伝播速度の測定においては、片側切欠単純引張型疲労試験片を使用した。鋼板からかかる試験片を採取し、板厚方向にき裂が進展する時の疲労き裂伝播速度を測定した。
(fatigue crack propagation resistance)
As an index of fatigue crack propagation resistance, fatigue crack propagation speed (da/dN) in the plate thickness direction (Z direction), rolling direction (L direction), and width direction (direction perpendicular to the rolling direction, C direction) were measured under the following conditions with a stress intensity factor range ΔK: 25 MPa·m 1/2 .
- Rolling direction and width direction The fatigue crack propagation rate in the rolling direction (L direction) was measured using a test piece taken from a steel plate so that the load direction was in the rolling direction. Similarly, the fatigue crack propagation speed in the width direction (C direction) was measured using a test piece taken from a steel plate so that the load direction was in the width direction. These test pieces were compact tension test pieces based on ASTM E647. In addition, in the above-mentioned measurements, a fatigue crack propagation test was conducted based on the crack gauge method to determine the fatigue crack propagation speed.
- Plate thickness direction On the other hand, in measuring the fatigue crack propagation speed in the plate thickness direction (Z direction), a single-sided notched simple tension type fatigue test piece was used. Such a test piece was taken from a steel plate, and the fatigue crack propagation speed when the crack propagated in the thickness direction of the plate was measured.

各評価の結果を表3に示す。 Table 3 shows the results of each evaluation.

Figure 2024014856000003
Figure 2024014856000003

表3に示した結果から分かるように、本発明の条件を満たす鋼板は、以下の5つの条件をすべて満たす、極めて優れた特性を備えていた。特に、優れた疲労き裂伝播抵抗性と全伸びを兼ね備えており、さらに、板厚方向、圧延方向、および幅方向のすべての方向において疲労き裂伝播抵抗性に優れていた。これに対して、本発明の条件を満たさない比較例の鋼板は、以下の5つの条件の少なくとも1つを満たさなかった。
・EL:15%以上
・vE:100J以上
・L方向およびC方向における疲労き裂伝播速度:ΔK:25MPa・m1/2の条件において8.50×10-8(m/cycle)以下
・Z方向における疲労き裂伝播速度:ΔK:25MPa・m1/2の条件において4.25×10-8(m/cycle)以下
・平均板厚減少量:22μm以下
As can be seen from the results shown in Table 3, the steel plate that met the conditions of the present invention had extremely excellent characteristics that satisfied all of the following five conditions. In particular, it had both excellent fatigue crack propagation resistance and total elongation, and was also excellent in fatigue crack propagation resistance in all directions, including the plate thickness direction, rolling direction, and width direction. On the other hand, the steel plate of the comparative example that does not satisfy the conditions of the present invention did not satisfy at least one of the following five conditions.
・EL: 15% or more ・vE 0 : 100J or more ・Fatigue crack propagation velocity in L direction and C direction: ΔK: 8.50×10 -8 (m/cycle) or less under the condition of 25 MPa・m 1/2・Fatigue crack propagation speed in Z direction: ΔK: 4.25×10 -8 (m/cycle) or less under the condition of 25 MPa・m 1/2・Average plate thickness reduction: 22 μm or less

Claims (4)

成分組成が、質量%で、
C:0.01%以上、0.20%以下、
Si:0.05%以上、1.00%以下、
Mn:0.10%以上、2.00%以下、
P:0.003%以上、0.035%以下、
S:0.0001%以上、0.0350%以下、
Al:0.001%以上、0.100%以下および
Ni:0.80%以上、6.00%以下を含有し、
さらに、
Cu:1.00%以下および
Mo:1.00%以下のうちから選ばれる1種または2種を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物であって、
ミクロ組織が、面積分率で55%以上のフェライトと、45%以下のフェライトよりも硬い硬質組織とからなり、
前記硬質組織が、パーライト、ベイナイトおよびマルテンサイトの内から選択される1種または2種以上を含有し、
前記硬質組織が、以下の(1)式および(2)式を満たす鋼板。
L(L)/L(Z)≦5.0 ・・・・ (1)
L(L)/L(C)≦5.0 ・・・・ (2)
L(L):硬質組織の圧延方向(L方向)における平均長さ
L(Z):硬質組織の板厚方向(Z方向)における平均長さ
L(C):硬質組織の板幅方向(C方向)における平均長さ
The component composition is in mass%,
C: 0.01% or more, 0.20% or less,
Si: 0.05% or more, 1.00% or less,
Mn: 0.10% or more, 2.00% or less,
P: 0.003% or more, 0.035% or less,
S: 0.0001% or more, 0.0350% or less,
Contains Al: 0.001% or more and 0.100% or less and Ni: 0.80% or more and 6.00% or less,
moreover,
Contains one or two selected from Cu: 1.00% or less and Mo: 1.00% or less, the remainder being Fe and inevitable impurities,
The microstructure consists of ferrite with an area fraction of 55% or more and a hard structure harder than ferrite with an area fraction of 45% or less,
The hard structure contains one or more selected from pearlite, bainite, and martensite,
A steel plate in which the hard structure satisfies the following formulas (1) and (2).
L(L)/L(Z)≦5.0 (1)
L(L)/L(C)≦5.0 (2)
L (L): Average length of the hard structure in the rolling direction (L direction) L (Z): Average length of the hard structure in the plate thickness direction (Z direction) L (C): Average length of the hard structure in the plate width direction (C average length in direction)
前記成分組成が、さらに、質量%で、
Cr:1.000%以下、
W:1.00%以下、
Co:1.000%以下、
Sn:0.300%以下、
Sb:0.300%以下、
Nb:0.100%以下、
V:0.150%以下、
Ti:0.100%以下、
B:0.0050%以下、
Zr:0.1000%以下、
Ca:0.0100%以下、
Mg:0.0100%以下、
REM:0.0200%以下のうちから選ばれる1種または2種以上を含有する請求項1に記載の鋼板。
The component composition further includes, in mass%,
Cr: 1.000% or less,
W: 1.00% or less,
Co: 1.000% or less,
Sn: 0.300% or less,
Sb: 0.300% or less,
Nb: 0.100% or less,
V: 0.150% or less,
Ti: 0.100% or less,
B: 0.0050% or less,
Zr: 0.1000% or less,
Ca: 0.0100% or less,
Mg: 0.0100% or less,
The steel plate according to claim 1, containing one or more selected from REM: 0.0200% or less.
請求項1または2に記載の鋼板を製造する方法であって、
請求項1または2に記載の成分組成を有するスラブを、1000℃以上1300℃以下の温度域に加熱した後、
スラブ加熱温度未満Ar変態点以上の温度域における累積圧下率を50%以上とする熱間圧延を行って熱延板とし、かかる熱延板を0.10℃/s以上の平均冷却速度で冷却する鋼板の製造方法。
A method for manufacturing the steel plate according to claim 1 or 2, comprising:
After heating the slab having the component composition according to claim 1 or 2 to a temperature range of 1000 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower,
Hot rolling is performed at a cumulative reduction rate of 50% or more in the temperature range of Ar 3 or higher than the slab heating temperature to obtain a hot rolled sheet, and the hot rolled sheet is heated at an average cooling rate of 0.10°C/s or more. A method of manufacturing a steel plate for cooling.
前記冷却ののち、さらにAc変態点以上Ac変態点未満の再加熱温度に加熱し、
かかる加熱後、2.00~7.00℃/sの範囲の平均冷却速度で350~600℃の間の冷却停止温度まで冷却し、
さらに焼入れを施す請求項3に記載の鋼板の製造方法。
After the cooling, further heating to a reheating temperature of not less than Ac 1 transformation point and less than Ac 3 transformation point,
After such heating, cooling to a cooling stop temperature between 350 and 600 °C at an average cooling rate in the range of 2.00 to 7.00 °C/s,
The method for manufacturing a steel plate according to claim 3, further comprising quenching.
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