JP4715473B2 - 低温靭性と延性に優れた低降伏点厚鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
(1)、C:0.02〜0.06mass%、Si:0.2mass%以下、Mn:0.8mass%以下、Al:0.005〜0.05mass%、N:0.006mass%以下を含有し、残部Fe及び不可避的不純物からなり、フェライト組織の体積率が95%以上の金属組織を有し、表層の硬度がHvで95未満であることを特徴とする板厚30mm以上の低温靭性と延性に優れた低降伏点厚鋼板。
(2)、さらに、Ti:0.005〜0.05mass%、Nb:0.005〜0.05mass%、V:0.005〜0.05mass%、B:0.0003〜0.0030mass%、Cr:0.05〜0.30mass%、Zr:0.005〜0.05mass%のうち1種または2種以上を含有することを特徴とする(1)に記載の板厚30mm以上の低温靭性と延性に優れた低降伏点厚鋼板。
(3)、さらに、Ca:0.005〜0.05mass%、REM:0.005〜0.05mass%のうち1種または2種を含有することを特徴とする(1)または(2)に記載の板厚30mm以上の低温靭性と延性に優れた低降伏点厚鋼板。
(4)、(1)乃至(3)のいずれかに記載の成分組成を有するスラブを熱間圧延後、870℃以上、980℃以下の温度に再加熱して焼入処理を行い、700℃超え、730℃以下の温度で焼戻し処理して表層の硬度をHvで95未満にすることを特徴とする板厚30mm以上の低温靭性と延性に優れた低降伏点厚鋼板の製造方法。
(5)、(1)乃至(3)のいずれかに記載の成分組成のスラブを熱間圧延後、870℃以上の温度から直接焼入れを行い、700℃超え、730℃以下の温度で焼戻し処理して表層の硬度をHvで95未満にすることを特徴とする板厚30mm以上の低温靭性と延性に優れた低降伏点厚鋼板の製造方法。
C量の増加はパーライト等の第2相を増加させることによって、強度の上昇と靭性劣化の原因となる。一方、固溶Cを極端に少なくすると、合金元素の添加なしではフェライト粒が粗大化し、板厚の厚い厚鋼板の降伏強度と靭性が顕著に低下してしまう。焼入れによるγ→α変態制御によって、むしろCを強度、靭性の制御の為に積極的に利用することができる。0.02%未満では、焼入れによってもフェライト粒径が粗大化してしまい、合金元素の添加なしでは205N/mm2以上の降伏強度と低温靭性を確保することができない。また0.06%を超えると降伏強度が245N/mm2を超えてしまい、低降伏点鋼としての特性を確保できない。そこで、C含有量を0.02〜0.06%とする。
Siは固溶強化によって鋼の強度を上昇させる元素であり、必要に応じて添加することができる。但し、0.2%を超えて添加すると靭性が著しく劣化する為、0.2%以下とする。
Mnは固溶強化とフェライト粒細粒化によって強度を上昇させる元素である。Mn含有量の適正化により、降伏強度を調整することができる。しかし、0.8%を超えると降伏強度が必要以上に増加してしまう為、0.8%以下とする。
Alは溶鋼の脱酸材として作用する元素であり、十分な脱酸効果を得る為には0.005%以上の添加を必要とする。また鋼中の固溶Nと結び付いて窒化物を形成し、靭性を改善する効果も有する。一方、0.05%を超えると鋼の清浄度が低下し、靭性が低下する為、0.005〜0.05%の範囲に限定する。
鋼中の固溶Nは靭性を著しく劣化させる。固溶Nの靭性への悪影響を排除する為、0.006%以下に限定する。
Ti、Nb、V、B、Cr、Zrは鋼中の固溶Nと結び付き、窒化物としてNを固定する作用を有する元素である。N固定化により靭性が向上する為、必要に応じて添加することができる。
Ca、REMは、酸硫化物を形成することによって鋼中のSを固定する作用を有する元素である。Sは粒界に偏析して粒界強度を弱めることがあるので、鋼中の固溶Sを固定することにより、延性および靭性の向上が期待できる。また、粗大なMnSは、圧延方向に垂直な板面方向(C方向)、あるいは板厚方向(Z方向)の延性および靭性を劣化させることが知られているが、これらの元素の添加により、粗大なMnSの生成を抑制することができる。このような効果を得るためには、CaあるいはREMを0.005%以上添加する必要があるが、0.05%を超えるとCa、REM系介在物の量が増加し、かえって靭性が劣化してしまうので、0.005〜0.05%の範囲に限定する。
フェライト以外の組織からなる第2相は、それ自体が低靭性組織であることに加え、フェライトとの界面において破壊を発生させる為、できる限り第2相の体積率を低減させることが望ましい。第2相の体積率が5%を超えると靭性低下が著しい為、鋼板のミクロ組織は、フェライトの体積率を95%以上、第2相の体積率を5%未満とする。第2相体積率や、フェライトの体積率(フェライト分率)は、顕微鏡組織写真を用いて点算法、線分法、画像解析等の方法によって測定する。
ここで、表層とは鋼板表面から2mm以内の領域を指し、Hvはビッカ−ス硬さであり、JISZ2244(1998)に記載の試験荷重49.03Nでの値である。全厚試験片による低降伏強度(225±20N/mm2)と全伸び75%以上の優れた延性を確保する為には、表層が低硬度であることが重要である。鋼板表面から2mm以内の表層直下の領域のHv硬度が95ポイント以上であると、全厚試験片において低降伏強度および高延性を確保できない。
上記の化学成分を有する鋼板をオーステナイト温度域に再加熱して焼き入れることによってフェライト粒組織を微細に、かつ整粒化して強度、靭性のばらつきを低減して、得られる特性を安定化する。また板厚30mm以上の厚鋼板においても必要な降伏強度と低温靭性を両立することが可能となる。このような効果を得るには、870℃以上に加熱してオーステナイト化する必要があるが、加熱温度が980℃を超えると粗大粒の混在化に伴う焼入れ後の靭性劣化が顕著となる為、870〜980℃の範囲に限定する。焼入れ時の板厚中心部での冷却速度は、870〜300℃の範囲で3℃/s以上確保されることが望ましい。
オーステナイト単相域からの直接焼入れであれば、フェライト粒組織を微細に、かつ整粒化して強度、靭性のばらつきを低減した特性が安定して得られる。また板厚30mm以上の厚鋼板においても必要な降伏強度と低温靭性を両立することが可能となる。板厚中心部の温度が870℃未満である場合、焼入れ開始前にγ→α変態が開始してしまい、焼入れによるγ→α変態制御効果を得ることができない為、870℃以上の焼入れ温度に限定する。また上限温度については、上記と同じ理由により、980℃以下であることが望ましい。
上記再加熱焼入れ、または直接焼入れによるフェライト結晶粒径の微細化を施した後は、全厚試験片を用いて降伏強度と延性を測定した場合、表層直下部の高硬度部の影響により、そのままでは目標の低降伏強度(225±20N/mm2)及び高延性を確保できない。700℃超え、730℃以下の焼戻し処理を実施することにより、表層直下部のみを再結晶化させて硬度をHvで95未満に低下させることにより、低降伏強度と高延性を確保可能である。焼戻し温度が700℃以下では再結晶化域が不十分であり、降伏強度上限をオーバーしたり、またL方向、C方向の目標降伏強度および延性を同時に確保できない。730℃超えでは再結晶化が板厚内部にも及び、結晶粒の粗大化に伴い降伏強度と低温靭性が低下する為、上限は730℃に限定する。
Claims (5)
- C:0.02〜0.06mass%、Si:0.2mass%以下、Mn:0.8mass%以下、Al:0.005〜0.05mass%、N:0.006mass%以下を含有し、残部Fe及び不可避的不純物からなり、フェライト組織の体積率が95%以上の金属組織を有し、表層の硬度がHvで95未満であることを特徴とする板厚30mm以上の低温靭性と延性に優れた低降伏点厚鋼板。
- さらに、Ti:0.005〜0.05mass%、Nb:0.005〜0.05mass%、V:0.005〜0.05mass%、B:0.0003〜0.0030mass%、Cr:0.05〜0.30mass%、Zr:0.005〜0.05mass%のうち1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1に記載の板厚30mm以上の低温靭性と延性に優れた低降伏点厚鋼板。
- さらに、Ca:0.005〜0.05mass%、REM:0.005〜0.05mass%のうち1種または2種を含有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の板厚30mm以上の低温靭性と延性に優れた低降伏点厚鋼板。
- 請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の成分組成を有するスラブを熱間圧延後、870℃以上、980℃以下の温度に再加熱して焼入処理を行い、700℃超え、730℃以下の温度で焼戻し処理して表層の硬度をHvで95未満にすることを特徴とする板厚30mm以上の低温靭性と延性に優れた低降伏点厚鋼板の製造方法。
- 請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の成分組成のスラブを熱間圧延後、870℃以上の温度から直接焼入れを行い、700℃超え、730℃以下の温度で焼戻し処理して表層の硬度をHvで95未満にすることを特徴とする板厚30mm以上の低温靭性と延性に優れた低降伏点厚鋼板の製造方法。
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