JP5303856B2 - 低温靭性に優れ、かつ強度異方性が小さい高張力鋼材の製造方法 - Google Patents
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1.質量%で、C:0.02〜0.25%、Si:0.01〜0.8%、Mn:1.0〜2.0%、Al:0.005〜0.1%、N:0.0005〜0.008%、P:0.02%以下、S:0.004%以下、Mo:1%以下、Nb:0.1%以下の元素を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼を鋳造後、Ar3変態点以下に冷却することなく、あるいはAc3変態点以上に再加熱後、未再結晶域における圧下率が15%以上35%以下の熱間圧延によって所定の板厚とし、引続きAr3変態点以上から2℃/秒以上の平均冷却速度で350℃以下の温度まで冷却した後、板厚中心部での最高到達温度をAc1変態点以下として焼戻して、鋼板の板厚1/4位置の{110}面のX線ランダム強度比を1.2〜4.0、且つ鋼板の板厚1/2位置の{211}面のX線ランダム強度比を1.2〜4.0とすることを特徴とする低温靭性に優れ、かつ強度異方性が小さい高張力鋼材の製造方法。
2.鋼組成に、更に、質量%で、V:0.5%以下、Ti:0.1%以下、Cu:2%以下、Ni:4%以下、Cr:2%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に記載の低温靭性に優れ、かつ強度異方性が小さい高張力鋼材の製造方法。
3.鋼組成に、更に、質量%で、B:0.003%以下、Ca:0.01%以下、REM:0.02%以下(注:REMとはRare Earth Metalの略、希土類)、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に記載の低温靭性に優れ、かつ強度異方性が小さい高張力鋼材の製造方法。
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、鋼板の板厚1/4位置の{110}面および鋼板の板厚1/2位置の{211}面のX線ランダム強度比をそれぞれ1.2〜4.0に制御するために含有するが、1.0%未満ではX線ランダム強度比が1.2未満となり、一方、2.0%を超えるとX線ランダム強度比が4.0を超える。従って、Mn含有量を1.0〜2.0%に限定する。
Alは、脱酸材として添加すると同時に、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含有する。0.0005%未満の含有では組織の微細化効果が充分にもたらされず、一方、0.008%を超える含有は固溶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。
不純物元素であるPは、焼戻し処理時に旧オーステナイト粒界等の結晶粒界に偏析しやすく、0.02%を超えると隣接結晶粒の接合強度を低下させ、低温靭性や耐遅れ破壊特性を劣化させる。従って、P含有量を0.02%以下に限定する。
不純物元素であるSは、非金属介在物であるMnSを生成しやすく、0.004%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、低温靭性や耐遅れ破壊特性を劣化させる。従って、S含有量を0.004%以下に限定する。
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が、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が、0.1%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、Nbを添加する場合には、その含有量を0.1%以下に限定する。
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が、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0.5%以下に限定する。
Tiは、TiNの生成を通じて圧延加熱時あるいは溶接時における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は高価な元素であり含有量が4%を超えると、経済性が低下する。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、また高温強度特性を向上させる。従って、高強度化する場合には積極的に添加し、特に引張強度900MPa以上の特性を得るためには、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。
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。
[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。
本発明は、いかなる鋳造条件で製造された鋼材についても有効であるので、特に鋳造条件を限定する必要はない。溶鋼から鋳片を製造する方法や、鋳片を圧延して鋼片を製造する方法は特に規定しない。転炉法・電気炉法等で溶製された鋼や、連続鋳造・造塊法等で製造されたスラブが利用できる。
鋳片を圧延して鋼片を製造する際、Ar3変態点以下に冷却することなく、そのまま熱間圧延を開始しても、一度冷却した鋳片をAc3変態点以上に再加熱した後に熱間圧延を開始しても良い。これは、この温度域で圧延を開始すれば、本発明の有効性は失われないためである。
熱間圧延終了後、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2℃/秒以上の平均冷却速度で、350℃以下の温度まで強制冷却を行う。オーステナイトからマルテンサイトもしくはベイナイトへの変態を完了させ、母材を強靱化すると共に、鋼板の板厚1/4位置の{110}面および鋼板の板厚1/2位置の{211}面のX線ランダム強度比をそれぞれ1.2〜4.0に制御するため、平均冷却速度2℃/秒以上で鋼板の温度が350℃以下になるまで冷却する。
Ac1変態点以下の温度にて焼戻し処理を行う。Ac1変態点以下に限定する理由は、Ac1変態点を超えるとオーステナイト変態を生じ、強度が大きく低下するためである。焼戻し時の昇温速度は特に規定しないが、0.05℃/秒以上が好ましい。
本発明における集合組織の限定理由について述べる。本発明では、鋼板の板厚1/4位置の鋼板表面に平行する{110}面のX線ランダム強度比を1.2〜4.0および鋼板の板厚1/2位置の鋼板表面に平行する{211}面のX線ランダム強度比を1.2〜4.0とする。
また、焼戻し温度や焼入れ温度などは板厚中心部における温度とし、熱電対によって実測した。
冷却速度が本発明範囲から外れている鋼板No.25は、板厚1/4位置の{110}面のX線ランダム強度比が、本発明範囲を外れており、vTrsが目標値に達していない。
Claims (3)
- 質量%で、C:0.02〜0.25%、Si:0.01〜0.8%、Mn:1.0〜2.0%、Al:0.005〜0.1%、N:0.0005〜0.008%、P:0.02%以下、S:0.004%以下、Mo:1%以下、Nb:0.1%以下の元素を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼を鋳造後、Ar3変態点以下に冷却することなく、あるいはAc3変態点以上に再加熱後、未再結晶域における圧下率が15%以上35%以下の熱間圧延によって所定の板厚とし、引続きAr3変態点以上から2℃/秒以上の平均冷却速度で350℃以下の温度まで冷却した後、板厚中心部での最高到達温度をAc1変態点以下として焼戻して、鋼板の板厚1/4位置の{110}面のX線ランダム強度比を1.2〜4.0、且つ鋼板の板厚1/2位置の{211}面のX線ランダム強度比を1.2〜4.0とすることを特徴とする低温靭性に優れ、かつ強度異方性が小さい高張力鋼材の製造方法。
- 鋼組成に、更に、質量%で、V:0.5%以下、Ti:0.1%以下、Cu:2%以下、Ni:4%以下、Cr:2%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に記載の低温靭性に優れ、かつ強度異方性が小さい高張力鋼材の製造方法。
- 鋼組成に、更に、質量%で、B:0.003%以下、Ca:0.01%以下、REM:0.02%以下(注:REMとはRare Earth Metalの略、希土類)、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に記載の低温靭性に優れ、かつ強度異方性が小さい高張力鋼材の製造方法。
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