JP5124988B2 - 耐遅れ破壊特性に優れた引張強度900MPa以上の高張力鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
1.質量%で、C:0.02〜0.25%、Si:0.01〜0.8%、Mn:0.5〜2.0%、Cr:2%以下、Al:0.005〜0.1%、N:0.0005〜0.008%、P:0.03%以下、S:0.03%以下を含有し、かつMo:0.01〜1%、Nb:0.001〜0.1%、V:0.001〜0.5%、Ti:0.001〜0.1%から選ばれる一種または二種以上を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物で、Mo、Nb、V、Tiから選ばれる元素の一種または二種以上を含有する平均粒子径20nm以下の析出物を5個/250000nm2以上鋼中に含み、ミクロ組織が、残留オーステナイトを0.5〜5%の体積分率で含むことを特徴とする耐遅れ破壊特性に優れた引張強度900MPa以上の高張力鋼板。
2.更に、鋼組成が、質量%で、Cu:2%以下、Ni:4%以下、W:2%以下の一種または二種以上を含有することを特徴とする、1に記載の耐遅れ破壊特性に優れた高張力鋼板。
3.更に、鋼組成が、質量%で、B:0.003%以下、Ca:0.01%以下、REM:0.02%以下、Mg:0.01%以下の一種または二種以上を含有することを特徴とする、1または2に記載の耐遅れ破壊特性に優れた引張強度900MPa以上の高張力鋼板。
4.質量%で、C:0.02〜0.25%、Si:0.01〜0.8%、Mn:0.5〜2.0%、Cr:2%以下、Al:0.005〜0.1%、N:0.0005〜0.008%、P:0.03%以下、0.0004%≦S≦0.0025%、0.0010%≦Ca≦0.0030%、0.0008%≦O≦0.0030%およびMo:0.01〜1%、Nb:0.001〜0.1%、V:0.001〜0.5%、Ti:0.001〜0.1%から選ばれる一種または二種以上を含有し、かつ下記式で求められるACRが0.2≦ACR<1.0を満足し残部がFeおよび不可避的不純物で、Mo、Nb、V、Tiから選ばれる元素の一種または二種以上を含有する平均粒子径20nm以下の析出物を5個/250000nm2以上鋼中に含み、ミクロ組織が、残留オーステナイトを0.5〜5%の体積分率で含むことを特徴とする耐遅れ破壊特性に優れた引張強度900MPa以上の高張力鋼板。
ACR=(Ca−(0.18+130×Ca)×O)/(1.25×S)
ただし、Ca、O、Sは各成分の含有量(mass%)
5.更に、鋼組成が、質量%で、Cu:2%以下、Ni:4%以下、W:2%以下の一種または二種以上を含有することを特徴とする、4に記載の耐遅れ破壊特性に優れた高張力鋼板。
6.更に、鋼組成が、質量%で、B:0.003%以下、REM:0.02%以下、Mg:0.01%以下の一種または二種以上を含有することを特徴とする、4または5に記載の耐遅れ破壊特性に優れた引張強度900MPa以上の高張力鋼板。
7.1乃至6の何れか一つに記載の成分組成を有する鋼を熱間圧延により鋼板とした後、Ar3変態点以上の温度から500℃以下の温度まで焼入れた後、焼戻し開始温度から450〜550℃の焼戻し温度までの鋼材中心部の平均昇温速度を1℃/s以上として焼戻すことを特徴とする耐遅れ破壊特性に優れた引張強度900MPa以上の高張力鋼板の製造方法。
本発明における成分の限定理由について述べる。化学成分組成を示す%は、何れも質量%である。
Cは、強度を確保するために含有するが、0.02%未満ではその効果が不十分であり、一方、0.25%を超えると母材および溶接熱影響部の靭性が劣化するとともに、溶接性が著しく劣化する。従って、C含有量を0.02〜0.25%に限定する。
Siは、製鋼段階の脱酸材および強度向上元素として含有するが、0.01%未満ではその効果が不十分であり、一方、0.8%を超えると粒界が脆化し、遅れ破壊の発生を促進する。従って、Si含有量を0.01〜0.8%に限定する。
Mnは、強度を確保するために含有するが、0.5%未満ではその効果が不十分であり、一方、2.0%を超えると溶接熱影響部の靭性が劣化するとともに、溶接性が著しく劣化する。従って、Mn含有量を0.5〜2.0%に限定する。
Alは、脱酸材として添加されると同時に、結晶粒径の微細化にも効果があるが、0.005%未満の場合にはその効果が十分でなく、一方、0.1%を超えて含有すると、鋼板の表面疵が発生し易くなる。従って、Al含有量を0.005〜0.1%に限定する。
Nは、Tiなどと窒化物を形成することによって組織を微細化し、母材ならびに溶接熱影響部の靭性を向上させる効果を有するために添加する。0.0005%未満の添加では組織の微細化効果が充分にもたらされず、一方、0.008%を超える添加は固溶N量が増加するために母材および溶接熱影響部の靭性を損なう。従って、N含有量を0.0005〜0.008%に限定する。
P、Sは、いずれも不純物元素であり、0.03%を超えると健全な母材および溶接継手を得ることができなくなる。従って、P、S含有量をそれぞれ0.03%以下に限定するが、Sについては介在物を水素のトラップサイトとして利用できるので0.0004≦S≦0.0025とするのが好ましい。0.0004%未満では介在物の適度な分散量を確保できず、水素のトラップサイトが少なくなり介在物としての耐遅れ破壊への効果が出ない。0.0025%を超えると介在物の量が多くなりすぎて延性破壊の強度が低下し、靭性が劣化する恐れがある。
介在物を水素のトラップサイトとして利用できるので0.0008%≦O≦0.0030%とするのが好ましい。0.0008%未満では介在物の適度な分散量を確保できず、水素のトラップサイトが少なくなり介在物としての耐遅れ破壊への効果が出ない。0.0030%を超えると介在物の量が多くなりすぎて延性破壊の強度が低下し、靭性が劣化する恐れがある。
Mo、Nb、V、Tiは、1種または二種以上含有していれば、拡散性水素をトラップし、耐遅れ破壊特性を向上させる効果を有するため、Mo:0.01〜1%、Nb:0.001〜0.1%、V:0.001〜0.5%、Ti:0.001〜0.1%の一種以上を含有する。
Moは、焼入れ性および強度を向上する作用を有すると同時に、炭化物を形成することによって、拡散性水素をトラップし、耐遅れ破壊特性を向上させる。0.01%未満の添加ではその効果は充分ではなく、一方、1%を超える添加は経済性が劣る。
Nbは、マイクロアロイング元素として強度を向上させると同時に、炭化物や窒化物、炭窒化物を形成することによって、拡散性水素をトラップし、耐遅れ破壊 特性を向上させる。0.001%未満の添加ではその効果は充分ではなく、一方、0.1%を越える添加は溶接熱影響部の靭性を劣化させる。従って、Nbを添加する場合には、その含有量を0.001〜0.1%に限定する。
Vは、マイクロアロイング元素として強度を向上させると同時に、炭化物や窒化物、炭窒
化物を形成することによって、拡散性水素をトラップし、耐遅れ破壊特性を向上させる。0.001%未満の添加ではその効果は充分ではなく、一方、0.5%を超える添加は溶接熱影響部の靭性を劣化させる。従って、Vを添加する場合には、その含有量を0.001〜0.5%以下に限定する。
Tiは、圧延加熱時あるいは溶接時にTiNを生成し、オーステナイト粒の成長を抑制し、母材ならびに溶接熱影響部の靭性を向上させると同時に、炭化物や窒化物、炭窒化物を形成することによって、拡散性水素をトラップし、耐遅れ破壊特性を向上させる。
Cu:2%以下
Cuは、固溶強化および析出強化により強度を向上する作用を有している。しかしながら、Cu含有量が2%を超えると、鋼片加熱時や溶接時に熱間での割れを生じやすくする。従って、Cuを添加する場合には、その含有量を2%以下に限定する。
Niは、靭性および焼入れ性を向上する作用を有している。しかしながら、Ni含有量が4%を超えると、経済性が劣る。従って、Niを添加する場合には、その含有量を4%以下に限定する。
Crは、強度および靭性を向上する作用を有しており、また高温強度特性に優れる。従って、高強度化する場合に積極的に添加し、特に引張強度900MPa以上の特性を得るために0.3%以上添加することが好ましい。しかしながら、Cr含有量が2%を超えると、溶接性が劣化する。従って、Crを添加する場合には、その含有量を2%以下に限定する。
Wは、強度を向上する作用を有している。しかしながら、2%を超えると、溶接性が劣化する。従って、Wを添加する場合は、その含有量を2%以下に限定する。
Bは、焼入れ性を向上する作用を有している。しかしながら、0.003%を超えると、靭性を劣化させる。従って、Bを添加する場合には、その含有量を0.003%以下に限定する。
Caは、硫化物系介在物の形態制御に不可欠な元素である。しかしながら、0.01%を超える添加は、清浄度の低下を招く。従って、Caを添加する場合には、その含有量を0.01%以下に限定する。
ACR=(Ca−(0.18+130×Ca)×O)/1.25/S
式において、Ca、O、Sは鋼中含有量(mass%)
ACRは、Ca系介在物の晶出度を表す指数であり、CaS、MnSの複合介在物を積極的に水素のトラップサイトとして利用して耐遅れ破壊特性を向上させるために0.2≦ACR<1.0とする。ACRが該範囲を満足するるようにCa、O、Sを含有させることによりCaS、MnSがそれぞれ主体となって晶出することを防止し、微細な複合介在物として分散させることができる。
さらに、好ましいACRは、0.4≦ACR≦0.8の範囲である。
REMは、鋼中でREM(O、S)として硫化物を生成することによって結晶粒界の固溶S量を低減して耐SR割れ特性を改善する。しかしながら、0.02%を超える添加は、沈殿晶帯にREM硫化物が著しく集積し、材質の劣化を招く。従って、REMを添加する場合には、その添加量を0.02%以下に限定する。
Mgは、溶銑脱硫材として使用する場合がある。しかしながら、0.01%を超える添加は、清浄度の低下を招く。従って、Mgを添加する場合には、その添加量を0.01%以下に限定する。
本発明における析出物の析出形態の限定理由について述べる。本発明では、Mo、Nb、V、Tiから選ばれる元素の一種または二種以上を含有する平均粒子径20nm以下、好ましくは15nm以下の析出物を、5個/250000nm2以上の割合、好ましくは10個/250000nm2以上を鋼中に含む。
[製造条件]
本発明は、鋼板、形鋼および棒鋼など種々の形状の鋼材に適用可能であり、製造条件における温度規定は鋼材中心部でのものとし、鋼板は板厚中心、形鋼は本発明に係る特性を付与する部位の板厚中心、棒鋼では径方向の中心とする。但し、中心部近傍はほぼ同様の温度履歴となるので、中心そのものに限定するものではない。
母材強度および母材靭性を確保するため、Ar3変態点以上の温度から500℃以下の温度まで焼入れを行う。焼入れは0.5℃/s以上、好ましくは1℃/s以上の速度で冷却する。
焼戻し時、焼戻し開始温度から所定の焼戻し温度までの平均昇温速度を1℃/s以上、好ましくは2℃/s以上にする。再加熱焼入れなどにより一旦室温まで冷却した場合においても焼戻し時の平均昇温速度を1℃/s以上、好ましくは2℃/s以上にする。
熱間圧延後に直接焼入れを行っても、熱間圧延材を再加熱後に焼入れを行っても良い。
保持を行った。
Claims (7)
- 質量%で、C:0.02〜0.25%、Si:0.01〜0.8%、Mn:0.5〜2.0%、Cr:2%以下、Al:0.005〜0.1%、N:0.0005〜0.008%、P:0.03%以下、S:0.03%以下を含有し、かつMo:0.01〜1%、Nb:0.001〜0.1%、V:0.001〜0.5%、Ti:0.001〜0.1%から選ばれる一種または二種以上を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物で、Mo、Nb、V、Tiから選ばれる元素の一種または二種以上を含有する平均粒子径20nm以下の析出物を5個/250000nm2以上鋼中に含み、ミクロ組織が、残留オーステナイトを0.5〜5%の体積分率で含むことを特徴とする耐遅れ破壊特性に優れた引張強度900MPa以上の高張力鋼板。
- 更に、鋼組成が、質量%で、Cu:2%以下、Ni:4%以下、W:2%以下の一種または二種以上を含有することを特徴とする、請求項1に記載の耐遅れ破壊特性に優れた引張強度900MPa以上の高張力鋼板。
- 更に、鋼組成が、質量%で、B:0.003%以下、Ca:0.01%以下、REM:0.02%以下、Mg:0.01%以下の一種または二種以上を含有することを特徴とする、請求項1または2に記載の耐遅れ破壊特性に優れた引張強度900MPa以上の高張力鋼板。
- 質量%で、C:0.02〜0.25%、Si:0.01〜0.8%、Mn:0.5〜2.0%、Cr:2%以下、Al:0.005〜0.1%、N:0.0005〜0.008%、P:0.03%以下、0.0004%≦S≦0.0025%、0.0010%≦Ca≦0.0030%、0.0008%≦O≦0.0030%およびMo:0.01〜1%、Nb:0.001〜0.1%、V:0.001〜0.5%、Ti:0.001〜0.1%から選ばれる一種または二種以上を含有し、かつ下記式で求められるACRが0.2≦ACR<1.0を満足し残部がFeおよび不可避的不純物で、Mo、Nb、V、Tiから選ばれる元素の一種または二種以上を含有する平均粒子径20nm以下の析出物を5個/250000nm2以上鋼中に含み、ミクロ組織が、残留オーステナイトを0.5〜5%の体積分率で含むことを特徴とする耐遅れ破壊特性に優れた引張強度900MPa以上の高張力鋼板。
ACR=(Ca−(0.18+130×Ca)×O)/(1.25×S)
ただし、Ca、O、Sは各成分の含有量(mass%) - 更に、鋼組成が、質量%で、Cu:2%以下、Ni:4%以下、W:2%以下の一種または二種以上を含有することを特徴とする、請求項4に記載の耐遅れ破壊特性に優れた引張強度900MPa以上の高張力鋼板。
- 更に、鋼組成が、質量%で、B:0.003%以下、REM:0.02%以下、Mg:0.01%以下の一種または二種以上を含有することを特徴とする、請求項4または5に記載の耐遅れ破壊特性に優れた引張強度900MPa以上の高張力鋼板。
- 請求項1乃至6の何れか一つに記載の成分組成を有する鋼を熱間圧延により鋼板とした後、Ar3変態点以上の温度から500℃以下の温度まで焼入れた後、焼戻し開始温度から450〜550℃の焼戻し温度までの鋼材中心部の平均昇温速度を1℃/s以上として焼戻すことを特徴とする、耐遅れ破壊特性に優れた引張強度900MPa以上の高張力鋼板の製造方法。
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