JP3376850B2 - Manufacturing method of high strength and toughness hot rolled steel sheet - Google Patents

Manufacturing method of high strength and toughness hot rolled steel sheet

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JP3376850B2
JP3376850B2 JP07489897A JP7489897A JP3376850B2 JP 3376850 B2 JP3376850 B2 JP 3376850B2 JP 07489897 A JP07489897 A JP 07489897A JP 7489897 A JP7489897 A JP 7489897A JP 3376850 B2 JP3376850 B2 JP 3376850B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、ラインパイプ用鋼
管等の製造に用いる高強度高靱性熱延鋼板の製造方法に
関する。 【0002】 【従来の技術】ラインパイプ用鋼管に要求される特性
は、強度、靱性、溶接性、耐食性と多岐にわたる。電縫
溶接法により製造するラインパイプ用鋼管においても同
様である。そのためには、鋼管を製造するための熱延鋼
板自体の特性の確保が必要である。これらの要求特性の
内、強度と靱性は、従来からの多くの例にも見られる様
に、しばしば、両立が困難である。たとえば、強化元素
を含有させると靱性は劣化することが多い。 【0003】合金元素で強化して高強度・高靱性の熱間
圧延鋼帯を得る方法には、たとえば、Ti、Nb、V等
の析出強化型元素を合金化し、それらの微細な析出物に
より強化する方法と、Cr、Ni、Mo等の、主として
マトリックスを固溶強化する元素を含有させる方法等が
ある。 【0004】前者の析出物の強化作用を利用する方法で
は、これらの元素を比較的少量、含有させることによ
り、大きな降伏強度の増加が得られる。しかしながら、
強力な炭化物あるいは、窒化物形成元素である、これら
の元素を含有させると、僅かの製造条件の差により、そ
の特性が大きく変化する。 【0005】たとえば、Tiを含有する溶鋼では、大気
中より侵入したNがTiNを形成する。この場合のTi
Nは比較的大きな析出物となるため、鋼を強化する作用
はほとんどない。したがって、鋼中に侵入するN量が多
い場合は、このTiN析出物の形成により、鋼の強化に
働くTi量が減少するため十分な降伏強度が得られな
い。 【0006】また、これらの元素の炭化物や窒化物は、
鋼の靱性を劣化させる。上記したような溶解時に鋼中に
生成した比較的大きいTiNも、靱性を劣化させるが、
鋼に固溶した炭化物や窒化物が、微細な析出物となって
析出した場合の靱性への悪影響はさらに大きい。しかも
この悪影響も場合によりその程度が異なる。 【0007】この様に、析出物による強化作用を利用す
る場合は、僅かな製造条件の差が大きな特性の差になっ
て現れやすく、ほぼ同一の組成の鋼の間の比較や、1つ
の鋼材の中の異なった位置における比較においても、特
性が大きく異なることがしばしば起こる。 【0008】上記のような欠点を持ってはいるが、T
i、V、Nb等の強化方法によると、比較的安価に高強
度の鋼を得ることが可能なため、たとえば、川崎製鉄技
報誌、第13巻、第1号、第53頁〜第62頁、(19
81年発行)に例を見るように、ラインパイプ用電縫溶
接鋼管としても、広く実用化している。 【0009】特開昭63−145745号公報には、N
bを単独添加あるいはさらにTi、Vのうち1種以上を
添加した熱延高張力鋼板と、その製造方法が開示されて
いる。この鋼板は、金属組織が、微細フェライトと低温
変態相(ベイナイトとマルテンサイト)の混合組織から
なることが特徴である。 【0010】特開平1−275719号公報には、Nb
を単独添加あるいはさらにTi、V、Ni、Cr、その
他のうち1種以上を添加した厚鋼板の製造方法が提案さ
れている。製造方法としては、粗圧延と仕上圧延の間で
1000〜850℃の温度領域内に採った70℃以上に
わたる温度範囲を0.5℃/s以上の冷却速度で急速冷
却している。 【0011】特開昭63−227715号公報には、T
i、Nb、Vのうち少なくとも1種を含有する鋼による
熱延鋼板の製造方法が提案されている。ここでは、スラ
ブを加熱して粗圧延し、その後冷却の途中で5〜20秒
の空冷を行い、500℃以下で巻取ることにより、低降
伏比としている。 【0012】 【発明が解決しようとする課題】しかし、特開昭63−
145745号公報記載の技術では、降伏強度が最高4
8kgf/mm2 と低い。これは、Nb、Ti、Vを添
加しているにもかかわらず、それらの析出物を強化に積
極的に利用する材質設計は採っていないためと考えられ
る。圧延後、急冷、低温巻取りを行っていることから
は、むしろ冷却途中の析出を抑えることに重点を置いた
材料設計である。 【0013】この技術では、金属組織を、フェライトと
低温変態相の混合組織とすることで、低降伏比とするこ
とを特徴としている。得られている降伏強度が低いの
は、その結果とも考えられる。また、降伏強度が25〜
48kgf/mm2 の広い範囲にばらついており、その
ばらつきの発生する理由も明確でない。 【0014】特開昭63−227715号公報に開示さ
れている技術においても、事情は同様であり、靱性は十
分であるが降伏強度は低い。この技術では、圧延後の冷
却の途中で空冷を行うことで、フェライト変態をある程
度促進させ、低温巻取りにより未変態の部分を低温変態
相とすることを特徴としている。従って、この技術によ
る鋼板も混合組織となり、低降伏比となる。その結果、
当然のことながら降伏強度は低い。 【0015】これらの技術では、Ti、Nb、Vの個々
の元素の作用については注目をしておらず、これらのう
ちどれかが含有されていれば良いとの考え方である。こ
のように、Ti、Nb、Vの炭化物および窒化物の鋼中
における挙動を同一視し、個々の元素を区別することな
く、Ti、Nb、Vの1種、または2種以上含有すると
記述されている例も多い。 【0016】特開平1−275719号公報記載の技術
でも、Nbは必須元素であるが、Ti、V、Ni、C
r、その他の元素は1種以上を添加するということであ
る。従って、その内容も殆どがNbにTi、V、Ni、
Cr、その他の元素の1つを加えた場合の例についてで
ある。その中で、Nb、Ti、Vをすべて添加した例
は、0.027Nb−0.032V−0.0015Ti
(同公報、第1表、鋼塊種別J)1種類のみであり、そ
の材質も、降伏強度が47.0kg/mm2 と低めであ
る。 【0017】また、この技術でいう「熱延厚鋼板」と
は、仕上圧延条件として板厚30〜100mmと記載さ
れていることから、熱延鋼板のことではなく通常の厚鋼
板のことである。また、強制冷却温度域は全体に低め
で、大部分は下限温度が850℃以下を下回っている。
そのため、強制冷却温度域が熱延の仕上圧延の温度域と
一致し、熱延では実施困難であると思われる。 【0018】上記のように、比較的安価な、高強度・高
靱性のラインパイプ用電縫溶接鋼管の製造に用いる鋼帯
が求められており、特に、降伏強度が550MPa以上
の鋼材への要望が大きいが、従来はこれに答える技術が
開示されていない。 【0019】この発明は、以上の問題を解決し、比較的
安価で、降伏強度と靱性に優れた高強度高靱性熱延鋼板
の製造方法を提供する。 【0020】 【課題を解決するための手段】 この発明は、量%
で、 C:0.05〜0.10%、Si:0.35%以
下、Mn:1.30〜1.70%、Al:0.0005
〜0.10%、Ti:0.030〜0.070%、N
b:0.025〜0.050%、V:0.040〜0.
080%を含有し、N:0.0050%以下とし、残部
実質的に鉄からなる鋼を、1180℃以上1250℃以
下の温度域に80分以上保持した後、圧延を行うととも
に950℃まで120秒以内の時間で冷却し、730〜
860℃の温度域で圧延を終了し、その後平均冷却速度
5℃/sec以上で冷却して540〜630℃で巻取る
ことを特徴とする高強度高靱性熱延鋼板の製造方法であ
る。 【0021】この発明は、鋼板の材質目標値を、降伏強
度が常温で550MPa以上、シャルピー衝撃試験の吸
収エネルギーが0℃で200J以上として、高強度・高
靱性の熱延鋼板の製造方法を検討を重ねる中で完成され
た。検討は、 まず、Ti、V、Nb等の炭化物の析出状
態と、降伏強度およびと靱性との関係について行った。 【0022】その過程で、平均粒径が10nm以下の微
細な(Ti、V、Nb)Cの析出物が鋼中に存在する場
合に、高い降伏強度と靱性が得られるとの知見を得た。
(以後、この平均粒径が10nm以下の微細な析出物
を、(Ti、V、Nb)Cと記す。)この(Ti、V、
Nb)Cを鋼中に形成させるためには、鋼にTi、N
b、Vの3種の元素を最適な量含有させる必要があり、
さらに、適切な加工・熱履歴を与える必要がある。 【0023】まず、成分範囲の限定理由について述べ
る。Cは、Ti、Nb、Vと炭化物を形成して、鋼を強
化する元素である。十分な降伏強度を確保するためには
0.05%以上含有させる必要が有る。一方、Cは溶接
性に有害な元素であり、その悪影響は、0.11%越え
ると顕著になる。また、スラブの加熱時の炭化物の溶体
化が困難となる。したがって、 C量は0.05〜0.1
0%の範囲とする。 【0024】Siは、溶鋼の脱酸に必要な元素であり、
0.01%以上含有させることが望ましいが、Al等の
他の元素によっても代替可能である。一方、0.35%
を超えて含有させると、鋼の靱性、特に、溶接HAZ部
の靱性を劣化させる。したがって、 Si量は0.35%
以下とする。 【0025】Mnは、鋼の強度を確保するために必要な
元素である。 含有量が1.30%未満の場合は降伏強度
が不足する。一方、Mnは溶接性に有害な元素であり、
特に、含有量が1.70%を越えると悪影響が顕著にな
る。したがって、 Mn量は1.30〜1.70%の範囲
とする。 【0026】Alは脱酸に必要な元素である。 その量が
0.0005%未満の場合には、十分な脱酸効果が期待
できない。一方、0.10%を超えて過剰に含有させる
と、靱性が劣化し、また、連続鋳造時のスラブの表面に
キズが発生しやすい。したがって、Al量は0.000
5〜0.10%とする。 【0027】Tiは、Nb、Vと共に、(Ti、V、N
b)Cを形成して鋼を強化する。十分な降伏強度を確保
するためには、0.030%以上のTiを含有させる必
要がある。一方、Ti量が多くなると、TiNbCN
((TiNb)炭窒化物とも言う)の溶体化が困難とな
る。その結果、複合炭化物の析出状態が変化して強度が
低下し、また、靱性も劣化する。これらのTiの悪影響
は、0.070%を越えると顕著になる。したがって、
Ti量の範囲は、0.030〜0.070%とする。 【0028】NbもTi、Vと共に、(Ti、V、N
b)Cを形成すが、そのためには0.025%以上含有
させる必要がある。一方、Nb量が多くなるとTiNb
CNの溶体化が困難となる。その結果、複合炭化物の析
出状態が変化して強度が低下し、また、靱性も劣化す
る。これらのNbの悪影響は、0.050%を越えると
顕著になる。したがって、Nb量の範囲は、0.025
〜0.050%とする。 【0029】Vも、Nb、Tiと共に、(Ti、V、N
b)Cを形成するが、そのためには0.040%以上含
有させる必要がある。一方、V量が多くなると複合炭化
物の析出状態が変化して強度が低下し、また、靱性も劣
化する。これらのVの悪影響は、0.080%を越える
と顕著になる。したがって、V量の範囲は、0.040
〜0.080%とする。 【0030】次に熱延以降の製造条件について説明す
る。この発明では、熱延開始前の高温の温度域での保持
により、Ti、Nbの溶体化を行う。溶体化のために
は、1180℃以上で80分以上の保持が必要である。
保持温度が1180℃未満では、保持時間を延ばして
も、TiNbCNの溶体化は困難である。また、125
0℃を超える温度で保持すると、オーステナイト粒径が
粗大化する。その結果、熱延による細粒化が困難とな
り、最終的なフェライト粒径の細粒化も達成できない。
良好な靱性を得るためにはフェライト粒径の細粒化が不
可欠であり、このことから、保持温度の上限は1250
℃となる。以上より、1180℃以上1250℃以下の
温度域に80分以上保持する必要がある。 【0031】その後、圧延を行うとともに950℃まで
の温度域を120秒以内で通過させる。圧延の開始時期
は、この温度域の通過を開始する前でも後でもよい。こ
の温度域を通過させる時間は120秒以内とする必要が
ある。これより長時間になると、粗大な(0.05μm
以上)TiNbCNの析出が起こる。その結果、巻取り
時に微細炭化物を析出させるための駆動力が大幅に低下
し、強度上昇が図れなくなる。この温度域の下限である
950℃は、上記の粗大なTiNbCNの析出が実質的
に起こらない温度である。 【0032】圧延の終了温度は、730〜860℃とす
る。860℃を超えている場合は、複合炭化物が粗大に
なり十分な強度が得られず、組織が粗くなるため靱性も
低下する。圧延終了温度が730℃より下がると、未再
結晶組織が現れ靱性が低下する。なお、圧延終了温度の
最適温度範囲は、750〜780℃である。 【0033】圧延終了後は、5℃/sec以上の平均冷
却速度で冷却する。冷却速度が5℃/sec未満の場合
は、冷却途中に結晶粒が粗大化して靱性が低下する。ま
た、冷却中に複合炭化物が析出し、この後の巻取りにお
ける微細析出物の量が減少するので、十分な強度が得ら
れなくなる。冷却速度の上限は、特に規定しないが、実
用上は設備能力等から決めればよい。従って、圧延後の
冷却速度を5℃/sec以上とする。 【0034】次いで、540〜630℃の温度範囲で巻
取る。巻取り後の熱延鋼板は、コイルの形で、20℃/
h程度の冷却速度で冷却される。従って、400℃程度
まで約10時間をかけて冷却されることになり、その間
に、微細炭化物が析出する。この際、圧延時に鋼中に導
入された転位が析出物の微細化に有効に働き、強度・靱
性共に優れ、また、特性のばらつきの少ない熱延鋼板が
得られる。 【0035】巻取り温度が650℃を超える場合は、析
出する複合炭化物の粒径が大きくなる。また、550℃
より下がると、析出量が不足する。従って、巻取り温度
範囲を、540〜630℃とする。 【0036】 【発明の実施の形態】本発明の実施においては、まず、
上記した組成の鋼を溶製し、連続鋳造によりスラブとす
る。Nの含有量は可能な限り低くする。これは、前述の
ように、N量が多い場合は、TiN析出物の形成により
鋼の強化に働くTi量が減少するため十分な強度が得ら
れず、またこれらの窒化物が鋼の靱性を劣化させるから
であり、本発明では0.0050%以下とする。得られ
たスラブをそのまま、粗圧延、仕上圧延を行なって鋼帯
としても良く、また、スラブを一旦冷却した後、再加熱
して上記の工程をとっても良い。その他、薄鋳片を鋳造
し、高温のまま連続圧延を行なって、鋼帯としても良
い。圧延開始温度は、強度・靱性を確保するためには、
1220℃近傍とするのが望ましい。 【0037】その後、950℃まで120秒以内で通過
させる。具体的には、この間に圧延を行うので、圧延中
に950℃まで冷却することになる。なお、圧延開始温
度が、保持温度の下限1180℃より高温である場合
は、この950℃までの通過時間を、保持温度の下限1
180℃を通過した時点以降の時間とすればよい。 【0038】圧延は、上記の温度域を通過後も(950
℃以下においても)続行する。圧延終了温度は、760
℃前後と通常よりやや低温とするのが望ましい。このよ
うに低温仕上げを行うことにより、鋼中に積極的に転位
を導入する。 【0039】圧延機を出た鋼帯は、冷却ゾーンで空冷又
は水冷により5℃/sec以上の冷却速度で冷却し、6
00℃程度に下げて巻取る。冷却速度の上限は特にない
が、実用上は50℃/sec程度であり、これを超える
と特別な急冷装置が必要となる。巻取り温度は、通常の
熱延鋼帯の製造の場合に比較して、やや高温である。好
ましい巻取り温度範囲は、570〜620℃である。 【0040】このようにして製造された鋼帯は、各種溶
接鋼管の製造に使用できる。製造方法については特に制
約はなく、例えば、電縫溶接鋼管等、通常の製管工程を
適用すればよい。 【0041】 【実施例】 表1に発明鋼および比較鋼の化学成分を示
す。この表で、鋼1〜4は発明鋼であり、本発明の規定
する範囲内の化学成分を有する鋼である。なお、表1に
は、参考のため不純物としてPとSの含有量を示した。
鋼5〜8は比較鋼であり、鋼5はTiが過剰、鋼6はN
bが過剰、鋼7はTiが不足、鋼6はVが不足してい
る。 【0042】 【表1】 【0043】この表1に示した各鋼を、種々の加熱温度
に加熱して保持して粗圧延および仕上圧延を行った。粗
圧延中の冷却条件を調整して、種々の時間で950℃ま
で圧延材を冷却した。その結果、粗圧延の後段ないしは
仕上圧延の前段で、950℃となった。仕上圧延の終了
温度を770±10℃とし、560〜620℃で巻き取
った。これらの鋼板について、材質試験として引張試験
およびシャルピー衝撃試験を行った。以上の製造条件お
よび材質試験結果を、表2に示す。 【0044】 【表2】 【0045】この表2において、加熱時間と加熱温度
は、保持時間と保持温度のことである。その他、950
℃までの冷却というのは950℃までの冷却時間(se
c)、FTは圧延終了温度(℃)、CTは巻取り温度
(℃)、YSは降伏強度(MPa)、TSは引張強さ
(MPa)、vEoは0℃における吸収エネルギー
(J)をそれぞれ示す。 【0046】また、鋼板と鋼の対応は、鋼板の数字が表
1の鋼の番号に対応している。鋼板の英字a〜dは製造
条件に対応しており、aは発明の範囲内、bは加熱温度
(保持温度)が発明の下限より低い場合、cは加熱時間
(保持時間)が発明の下限より短い場合、dは950℃
までの通過時間(冷却時間)が発明の範囲より長過ぎる
場合をそれぞれ示している。その他の製造条件は、圧延
終了温度、巻取り温度ともに、先に述べた好ましい範囲
内にある。 【0047】鋼板1a,2a,3a,4aについては、
いずれも発明の製造条件により製造されており、降伏強
度YSは558〜629MPaで、目標の550MPa
以上となっている。同様に、0℃における吸収エネルギ
ーvEoは221〜256Jで、目標の200J以上を
達成している。 【0048】鋼板1b,2b,3b,4bについては、
化学成分は発明の範囲内であるが、保持温度が発明の下
限より低く、いずれも降伏強度YSが486〜534M
Paで、目標の550MPaより低い。鋼板1c,2
c,3c,4cについては、保持時間が発明の下限より
短く、いずれも降伏強度YSが497〜529MPa
で、目標の550MPaより低い。鋼板1d,2d,3
d,4dについては、950℃までの冷却時間が発明の
範囲より長過ぎ、いずれも降伏強度YSが488〜52
4MPaで、目標の550MPaより低い。 【0049】鋼板5aについては、製造条件は発明の範
囲内であるが、原材料の鋼5が前述(表1)のようにT
i過剰であり、0℃における吸収エネルギーvEoが1
51Jで、目標の200Jよりかなり低い。鋼板6aに
ついては、原材料の鋼6が前述(表1)のようにNb過
剰であり、降伏強度YSが530MPaで、目標の55
0MPaより低い。 【0050】鋼板7aについては、原材料の鋼7が前述
(表1)のようにTi不足であり、降伏強度YSが51
4MPaで、目標の550MPaより低い。鋼板8aに
ついては、原材料の鋼8が前述(表1)のようにV不足
であり、降伏強度YSが528MPaで、目標の550
MPaより低い。 【0051】 【発明の効果】この発明は、Ti、V、Nbを適量添加
し、適切な加工・熱履歴を与えることにより、微細な
(Ti、V、Nb)Cの析出物を鋼中に存在させてい
る。その結果、強度、靱性ともに優れた高強度高靱性熱
延鋼板の製造が可能となった。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a high-strength, high-toughness hot-rolled steel sheet used for producing a steel pipe for a line pipe or the like. [0002] The characteristics required for steel pipes for line pipes are various, such as strength, toughness, weldability and corrosion resistance. The same applies to steel pipes for line pipes manufactured by the electric resistance welding method. For that purpose, it is necessary to ensure the properties of the hot-rolled steel sheet itself for producing a steel pipe. Of these required properties, strength and toughness are often difficult to balance as seen in many conventional examples. For example, the inclusion of a strengthening element often reduces toughness. [0003] A method of obtaining a high-strength and high-toughness hot-rolled steel strip by strengthening with an alloying element includes, for example, alloying a precipitation-strengthening element such as Ti, Nb or V, and using a fine precipitate thereof. There is a method of strengthening, a method of containing an element mainly for solid solution strengthening of the matrix, such as Cr, Ni, and Mo. In the former method utilizing the strengthening effect of precipitates, a large increase in yield strength can be obtained by incorporating these elements in relatively small amounts. However,
When these elements, which are strong carbides or nitride-forming elements, are contained, their properties are greatly changed due to slight differences in production conditions. For example, in molten steel containing Ti, N invading from the atmosphere forms TiN. Ti in this case
Since N becomes a relatively large precipitate, it hardly acts to strengthen the steel. Therefore, when the amount of N penetrating into steel is large, the formation of TiN precipitates reduces the amount of Ti acting to strengthen the steel, so that sufficient yield strength cannot be obtained. Also, carbides and nitrides of these elements are
Deteriorates the toughness of steel. The relatively large TiN formed in the steel upon melting as described above also deteriorates the toughness,
The adverse effect on toughness when carbides and nitrides dissolved in steel precipitate as fine precipitates is even greater. In addition, the degree of this adverse effect varies depending on the case. As described above, when utilizing the strengthening effect of the precipitate, a slight difference in manufacturing conditions is likely to appear as a large difference in characteristics, and a comparison between steels having almost the same composition or a single steel material It is often the case that the characteristics differ significantly even in comparisons at different positions in the. [0008] Despite the above disadvantages, T
According to the strengthening method of i, V, Nb, etc., it is possible to obtain high-strength steel at relatively low cost, and thus, for example, Kawasaki Steel Technical Report, Vol. 13, No. 1, pp. 53-62. P., (19
As published in 1981), ERW welded steel pipes for line pipes are widely used. JP-A-63-145745 discloses N
A hot-rolled high-strength steel sheet to which b is added alone or to which at least one of Ti and V is added, and a production method thereof are disclosed. This steel sheet is characterized in that the metal structure is composed of a mixed structure of fine ferrite and a low-temperature transformation phase (bainite and martensite). [0010] Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-275719 discloses Nb
A method for producing a thick steel plate to which steel is added alone or further one or more of Ti, V, Ni, Cr and others are added. As a production method, a temperature range of 70 ° C. or more taken in a temperature range of 1000 to 850 ° C. between the rough rolling and the finish rolling is rapidly cooled at a cooling rate of 0.5 ° C./s or more. JP-A-63-227715 discloses that T
A method for producing a hot-rolled steel sheet using steel containing at least one of i, Nb, and V has been proposed. Here, the slab is subjected to rough rolling by heating, then air-cooled for 5 to 20 seconds in the course of cooling, and wound at a temperature of 500 ° C. or lower, thereby obtaining a low yield ratio. However, Japanese Patent Application Laid-Open No.
In the technique described in Japanese Patent No. 145745, the yield strength is up to 4
It is as low as 8 kgf / mm 2 . This is presumably because, despite the addition of Nb, Ti, and V, no material design that actively utilizes these precipitates for strengthening is employed. The material design focuses on suppressing precipitation during cooling rather than rapid cooling and low temperature winding after rolling. This technique is characterized in that a low yield ratio is obtained by using a mixed structure of ferrite and a low-temperature transformation phase as the metal structure. The low yield strength obtained is considered to be the result. Also, the yield strength is 25 to
It varies over a wide range of 48 kgf / mm 2 , and the reason for the variation is not clear. In the technology disclosed in JP-A-63-227715, the situation is the same, and the toughness is sufficient but the yield strength is low. This technology is characterized in that air cooling is performed during cooling after rolling to promote ferrite transformation to some extent, and the untransformed part is transformed into a low-temperature transformation phase by low-temperature winding. Therefore, the steel sheet according to this technique also has a mixed structure and a low yield ratio. as a result,
Naturally, the yield strength is low. In these techniques, attention is not paid to the action of individual elements of Ti, Nb, and V, and it is considered that it is sufficient if any of these elements is contained. As described above, the behavior of carbides and nitrides of Ti, Nb, and V in steel is identified, and it is described that one or more of Ti, Nb, and V are contained without distinguishing individual elements. There are many examples. In the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-275719, Nb is an essential element, but Ti, V, Ni, C
r means that at least one other element is added. Therefore, most of the contents are Ti, V, Ni,
This is an example in which Cr and one of the other elements are added. Among them, the example in which Nb, Ti, and V are all added is 0.027Nb-0.032V-0.0015Ti.
(In the same gazette, Table 1, steel ingot type J) There is only one type, and the material is also a low yield strength of 47.0 kg / mm 2 . Further, the term "hot rolled thick steel sheet" in this technique is not a hot rolled steel sheet but an ordinary thick steel sheet because the finish rolling condition is described as a sheet thickness of 30 to 100 mm. . In addition, the forced cooling temperature range is generally lower, and the lower limit temperature is mostly lower than 850 ° C. or less.
For this reason, the forced cooling temperature range matches the temperature range of the finish rolling of the hot rolling, and it is considered that the hot rolling is difficult to perform. As described above, there is a demand for a steel strip used for producing a relatively inexpensive, high-strength, high-toughness electric resistance welded steel pipe for a line pipe, and particularly for a steel material having a yield strength of 550 MPa or more. However, there has not been disclosed any technology that responds to this. The present invention solves the above problems and provides a method for producing a high-strength and high-toughness hot-rolled steel sheet which is relatively inexpensive and has excellent yield strength and toughness. [0020] According to an aspect of this invention, mass%
C: 0.05 to 0.10%, Si: 0.35% or less, Mn: 1.30 to 1.70%, Al: 0.0005
0.10%, Ti: 0.030-0.070%, N
b: 0.025 to 0.050%, V: 0.040 to 0.5%.
080%, N: 0.0050% or less , balance
After holding the steel substantially consisting of iron in a temperature range of 1180 ° C. or more and 1250 ° C. or less for 80 minutes or more, the steel is rolled and cooled to 950 ° C. in a time of 120 seconds or less.
This is a method for producing a high-strength, high-toughness hot-rolled steel sheet, in which rolling is completed in a temperature range of 860 ° C., then cooled at an average cooling rate of 5 ° C./sec or more, and wound at 540 to 630 ° C. The present invention examines a method of manufacturing a hot-rolled steel sheet having high strength and high toughness by setting a target material value of a steel sheet to a yield strength of 550 MPa or more at room temperature and an absorption energy of 200 J or more at 0 ° C. in a Charpy impact test. It was completed while repeating. The study was performed first on the relationship between the precipitation state of carbides such as Ti, V, and Nb, and the yield strength and the toughness. In the process, it has been found that high yield strength and toughness can be obtained when fine (Ti, V, Nb) C precipitates having an average particle size of 10 nm or less are present in the steel. .
(Hereinafter, a fine precipitate having an average particle size of 10 nm or less is referred to as (Ti, V, Nb) C.)
Nb) To form C in steel, Ti, N
It is necessary to contain the three elements b and V in optimal amounts,
In addition, it is necessary to provide an appropriate processing and heat history. First, the reasons for limiting the component ranges will be described. C is an element that forms carbide with Ti, Nb, and V to strengthen steel. In order to secure sufficient yield strength, it is necessary to contain 0.05% or more. On the other hand, C is an element harmful to weldability, and its adverse effect becomes significant when it exceeds 0.11%. In addition, it becomes difficult to form a solution of the carbide when the slab is heated. Therefore, the C content is 0.05-0.1
The range is 0%. Si is an element necessary for deoxidizing molten steel,
Although it is desirable to make it contain 0.01% or more, it can be replaced by other elements such as Al. On the other hand, 0.35%
If it is contained in excess of, the toughness of the steel, particularly the toughness of the welded HAZ, is degraded. Therefore, the amount of Si is 0.35%
The following is assumed. Mn is an element necessary for ensuring the strength of steel. When the content is less than 1.30%, the yield strength is insufficient. On the other hand, Mn is an element harmful to weldability,
In particular, if the content exceeds 1.70%, the adverse effects become significant. Therefore, the Mn content is in the range of 1.30 to 1.70%. Al is an element necessary for deoxidation. If the amount is less than 0.0005%, a sufficient deoxidizing effect cannot be expected. On the other hand, if the content exceeds 0.10%, the toughness is deteriorated, and the surface of the slab is liable to be scratched during continuous casting. Therefore, the Al content is 0.000
5 to 0.10%. Ti, together with Nb and V, (Ti, V, N
b) Form C to strengthen the steel. In order to secure sufficient yield strength, it is necessary to contain 0.030% or more of Ti. On the other hand, when the amount of Ti increases, TiNbCN
(Also called (TiNb) carbonitride) becomes difficult to form a solution. As a result, the precipitation state of the composite carbide changes and the strength decreases, and the toughness also deteriorates. These adverse effects of Ti become significant when the content exceeds 0.070%. Therefore,
The range of the Ti amount is 0.030 to 0.070%. Nb, together with Ti and V, (Ti, V, N
b) C is formed, but it is necessary to contain C in an amount of 0.025% or more. On the other hand, when the Nb amount increases, TiNb
Solution of CN becomes difficult. As a result, the precipitation state of the composite carbide changes and the strength decreases, and the toughness also deteriorates. These adverse effects of Nb become significant when the content exceeds 0.050%. Therefore, the range of the Nb amount is 0.025
To 0.050%. V, together with Nb and Ti, (Ti, V, N
b) C is formed, but it is necessary to contain C in an amount of 0.040% or more. On the other hand, when the amount of V increases, the precipitation state of the composite carbide changes and the strength decreases, and the toughness also deteriorates. These adverse effects of V become remarkable when exceeding 0.080%. Therefore, the range of the V amount is 0.040
To 0.080%. Next, the manufacturing conditions after hot rolling will be described. In the present invention, the solution of Ti and Nb is solution-contained by holding in a high temperature range before the start of hot rolling. For solution, holding at 1180 ° C. or more for 80 minutes or more is necessary.
If the holding temperature is lower than 1180 ° C., it is difficult to form a solution of TiNbCN even if the holding time is extended. Also, 125
When maintained at a temperature exceeding 0 ° C., the austenite grain size becomes coarse. As a result, grain refinement by hot rolling becomes difficult, and grain refinement of the final ferrite grain size cannot be achieved.
In order to obtain good toughness, it is essential to reduce the grain size of the ferrite. Therefore, the upper limit of the holding temperature is 1250.
° C. As described above, it is necessary to maintain the temperature in the temperature range of 1180 ° C. to 1250 ° C. for 80 minutes or more. Thereafter, rolling is performed and the steel sheet is passed through a temperature range up to 950 ° C. within 120 seconds. The start time of rolling may be before or after starting to pass through this temperature range. The time required to pass through this temperature range must be within 120 seconds. If the time is longer than this, coarse (0.05 μm
Above) Precipitation of TiNbCN occurs. As a result, the driving force for precipitating fine carbides at the time of winding is greatly reduced, and the strength cannot be increased. 950 ° C., which is the lower limit of this temperature range, is a temperature at which the deposition of coarse TiNbCN does not substantially occur. The end temperature of the rolling is 730-860 ° C. If the temperature exceeds 860 ° C., the composite carbide becomes coarse, and sufficient strength cannot be obtained, and the structure becomes coarse, so that the toughness also decreases. When the rolling end temperature is lower than 730 ° C., an unrecrystallized structure appears and the toughness is reduced. The optimum temperature range of the rolling end temperature is 750 to 780 ° C. After the end of the rolling, cooling is performed at an average cooling rate of 5 ° C./sec or more. If the cooling rate is less than 5 ° C./sec, the crystal grains become coarse during cooling and the toughness is reduced. Further, composite carbides precipitate during cooling, and the amount of fine precipitates in the subsequent winding decreases, so that sufficient strength cannot be obtained. Although the upper limit of the cooling rate is not particularly defined, it may be practically determined from the equipment capacity and the like. Therefore, the cooling rate after rolling is set to 5 ° C./sec or more. Next, the film is wound in a temperature range of 540 to 630 ° C. The rolled hot-rolled steel sheet is in the form of a coil at 20 ° C /
The cooling speed is about h. Therefore, it is cooled to about 400 ° C. over about 10 hours, during which time fine carbides are precipitated. At this time, the dislocations introduced into the steel at the time of rolling effectively work to refine the precipitates, and a hot-rolled steel sheet excellent in both strength and toughness and with little variation in properties can be obtained. When the winding temperature exceeds 650 ° C., the particle size of the precipitated composite carbide becomes large. 550 ° C
If lower, the amount of precipitation will be insufficient. Therefore, the winding temperature range is 540 to 630 ° C. DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In practicing the present invention, first,
A steel having the above composition is melted and slab is formed by continuous casting. The N content should be as low as possible. This is
Thus, when the N content is large, the formation of TiN precipitates
Sufficient strength was obtained because the amount of Ti acting to strengthen the steel was reduced.
And these nitrides degrade the toughness of the steel
In the present invention, the content is set to 0.0050% or less . The obtained slab may be subjected to rough rolling and finish rolling to form a steel strip, or the slab may be cooled once and then re-heated to perform the above steps. Alternatively, a thin slab may be cast and continuously rolled at a high temperature to form a steel strip. Rolling start temperature is required to ensure strength and toughness.
It is desirable that the temperature be around 1220 ° C. Thereafter, it is passed to 950 ° C. within 120 seconds. Specifically, since rolling is performed during this time, the temperature is cooled to 950 ° C. during rolling. When the rolling start temperature is higher than the lower limit of the holding temperature of 1180 ° C., the passage time up to 950 ° C. is set to the lower limit of the holding temperature of 1180 ° C.
The time may be set to a time after passing through 180 ° C. The rolling is performed after passing through the above temperature range (950).
(Even below ℃). The rolling end temperature is 760
It is desirable that the temperature is slightly lower than usual, that is, about ° C. By performing the low-temperature finishing in this way, dislocations are positively introduced into the steel. The steel strip leaving the rolling mill is cooled in a cooling zone by air cooling or water cooling at a cooling rate of 5 ° C./sec or more.
Roll it down to about 00 ° C. Although there is no particular upper limit for the cooling rate, it is practically about 50 ° C./sec, and if it exceeds this, a special quenching device is required. The winding temperature is slightly higher than that in the case of manufacturing a normal hot-rolled steel strip. A preferred winding temperature range is 570-620 ° C. The steel strip thus manufactured can be used for manufacturing various types of welded steel pipes. There is no particular limitation on the manufacturing method, and for example, a normal pipe manufacturing process such as an electric resistance welded steel pipe may be applied. EXAMPLES Table 1 shows the chemical components of the inventive steel and the comparative steel. In this table, steels 1 to 4 are invention steels and have a chemical composition within the range specified by the present invention. Table 1
Indicates the contents of P and S as impurities for reference.
Steels 5 to 8 are comparative steels, steel 5 has excess Ti, and steel 6 has N
b is excessive, steel 7 lacks Ti, and steel 6 lacks V. [Table 1] Each of the steels shown in Table 1 was heated and maintained at various heating temperatures and subjected to rough rolling and finish rolling. The cooling conditions during the rough rolling were adjusted, and the rolled material was cooled to 950 ° C. for various times. As a result, the temperature reached 950 ° C. in the latter stage of the rough rolling or the earlier stage of the finish rolling. The finishing temperature of the finish rolling was 770 ± 10 ° C., and the film was wound at 560 to 620 ° C. These steel plates were subjected to a tensile test and a Charpy impact test as material tests. Table 2 shows the above manufacturing conditions and material test results. [Table 2] In Table 2, the heating time and the heating temperature are the holding time and the holding temperature. Other, 950
Cooling to 950 ° C.
c), FT is the rolling end temperature (° C.), CT is the winding temperature (° C.), YS is the yield strength (MPa), TS is the tensile strength (MPa), and vEo is the absorbed energy (J) at 0 ° C., respectively. Show. In the correspondence between steel plates and steel, the numbers of the steel plates correspond to the steel numbers in Table 1. The letters a to d of the steel plate correspond to the manufacturing conditions, a is within the scope of the invention, b is when the heating temperature (retention temperature) is lower than the lower limit of the invention, c is the heating time (retention time) is the lower limit of the invention. If shorter, d is 950 ° C.
The case where the passing time (cooling time) to the above is too long than the range of the invention is shown. Other manufacturing conditions are within the above-mentioned preferred ranges for both the rolling end temperature and the winding temperature. For the steel plates 1a, 2a, 3a, 4a,
All are manufactured under the manufacturing conditions of the invention, and the yield strength YS is 558 to 629 MPa, and the target is 550 MPa.
That is all. Similarly, the absorption energy vEo at 0 ° C. is 221 to 256 J, achieving the target of 200 J or more. For the steel plates 1b, 2b, 3b, 4b,
The chemical components are within the range of the invention, but the holding temperature is lower than the lower limit of the invention, and the yield strength YS is 486 to 534M in all cases.
Pa is lower than the target of 550 MPa. Steel plate 1c, 2
For c, 3c, and 4c, the holding time was shorter than the lower limit of the invention, and the yield strength YS was 497 to 529 MPa.
Lower than the target of 550 MPa. Steel plates 1d, 2d, 3
For d and 4d, the cooling time up to 950 ° C. was too long from the range of the invention, and the yield strength YS was 488 to 52 in both cases.
At 4 MPa, lower than the target of 550 MPa. For the steel sheet 5a, the manufacturing conditions are within the scope of the invention, but the steel 5 as the raw material has a T value as described above (Table 1).
i is excessive, and the absorption energy vEo at 0 ° C. is 1
At 51J, it is much lower than the target of 200J. As for the steel plate 6a, the raw material steel 6 is Nb-excessive as described above (Table 1), the yield strength YS is 530 MPa, and the target 55
It is lower than 0 MPa. As for the steel plate 7a, the raw material steel 7 is insufficient in Ti as described above (Table 1), and the yield strength YS is 51%.
At 4 MPa, lower than the target of 550 MPa. As for the steel plate 8a, the raw material steel 8 is insufficient in V as described above (Table 1), the yield strength YS is 528 MPa, and the target 550 is set.
Lower than MPa. According to the present invention, fine (Ti, V, Nb) C precipitates are added to steel by adding an appropriate amount of Ti, V, and Nb and giving an appropriate working and heat history. Make it exist. As a result, it became possible to manufacture a high-strength, high-toughness hot-rolled steel sheet excellent in both strength and toughness.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小倉 隆彦 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C21D 8/00 - 8/10 C22C 38/00 - 38/60 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Takahiko Ogura 1-2-1, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Nippon Kokan Co., Ltd. (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) C21D 8/00 -8/10 C22C 38/00-38/60

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 量%で、 C:0.05〜0.10
%、Si:0.35%以下、Mn:1.30〜1.70
%、Al:0.0005〜0.10%、Ti:0.03
0〜0.070%、Nb:0.025〜0.050%、
V:0.040〜0.080%を含有し、N:0.00
50%以下とし、残部実質的に鉄からなる鋼を、118
0℃以上1250℃以下の温度域に80分以上保持した
後、圧延を行うとともに950℃まで120秒以内の時
間で冷却し、730〜860℃の温度域で圧延を終了
し、その後平均冷却速度5℃/sec以上で冷却して5
40〜630℃で巻取ることを特徴とする高強度高靱性
熱延鋼板の製造方法。
(57) [Claims 1 In mass%, C: 0.05 to 0.10
%, Si: 0.35% or less, Mn: 1.30 to 1.70
%, Al: 0.0005 to 0.10%, Ti: 0.03
0 to 0.070%, Nb: 0.025 to 0.050%,
V: 0.040-0.080%, N: 0.00
50% or less, and the balance consisting essentially of iron
After holding in a temperature range of 0 ° C. or more and 1250 ° C. or less for 80 minutes or more, rolling is performed, and cooling to 950 ° C. is performed within 120 seconds, and rolling is completed in a temperature range of 730 to 860 ° C. Cool at 5 ° C / sec or more for 5
A method for producing a high-strength, high-toughness hot-rolled steel sheet, comprising winding at 40 to 630 ° C.
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