JP5304924B2 - 脆性亀裂伝播停止特性に優れた構造用高強度厚鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
1.板厚50mmを超える厚鋼板について、標準ESSO試験の破面を詳細に調査した結果、図1(b)に示すような破面形態となる場合に、脆性亀裂の幅が小さくなるのに伴い亀裂先端部の応力拡大係数が小さくなり、その結果、鋼板のアレスト性能が高くなる。図1(a)(b)は標準ESSO試験片1のノッチ2から突入した亀裂3が母材5において先端形状4で伝播を停止したことを模式的に示す。
2.上記の様な破面形態を得るためには、表層部と板厚中央部のアレスト性能を向上させる必要がある。表層部と板厚中央部のアレスト性能を向上させる方法として、表層部および板厚中央部の靭性を向上させることが有効であるが、板厚50mmを超えるような厚鋼板では冷却速度や圧下率等に制限があり、板厚中央部の靭性を向上させるには限界が存在する。
3.靭性向上の他にアレスト性能を向上させる手法としては、板厚中央部の集合組織を制御することが有効であり、特に圧延方向に対して平行に(110)面を集積させ、圧延方向あるいは板幅方向に進展する亀裂をそれぞれ圧延方向あるいは板幅方向から斜めに逸らすように集合組織制御を行うことが有効である。
4.さらに、板厚中央部がオーステナイト再結晶温度域にある状態での累積圧下率を20%以上、かつ、1パス当りの平均圧下率を5%以下とすることによって、表層部の組織の微細化を図り、その後、板厚中央部がオーステナイト未再結晶温度域にある状態での累積圧下率を40%以上、かつ、1パス当りの平均圧下率を7%以上とすることにより、板厚中央部の靭性および集合組織を発達させることができ、上述の組織を実現できる。
1.鋼組成が、質量%で、C:0.03〜0.20%、Si:0.03〜0.5%、Mn:0.5〜2.2%、Al:0.005〜0.08%、P:0.03%以下、S:0.01%以下、N:0.0050%以下、Ti:0.005〜0.03%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、金属組織がフェライト主体であり、板厚表層部におけるRD//(110)面の集積度が1.3以上、板厚中央部におけるRD//(110)面の集積度が1.8以上の集合組織を有し、表層部におけるシャルピー破面遷移温度vTrsが−60℃以下および板厚中央部におけるシャルピー破面遷移温度vTrsが−50℃以下であることを特徴とする脆性亀裂伝播停止特性に優れた構造用高強度厚鋼板。
2.表層部および板厚中央部のシャルピー破面遷移温度およびRD//(110)面の集積度が、下記(1)式を満たすことを特徴とする1記載の脆性亀裂伝播停止特性に優れた構造用高強度厚鋼板。
vTrs(表層)+1.9×vTrs(1/2t)−6×IRD//(110)[表層]−84×IRD//(110)[1/2t]≦−350・・・(1)
vTrs(表層) : 表層部の破面遷移温度 (℃)
vTrs(1/2t) :板厚中央部の破面遷移温度 (℃)
IRD//(110)[表層]:表層部のRD//(110)面の集積度
IRD//(110)[1/2t]:板厚中央部のRD//(110)面の集積度
3.鋼組成が、更に、質量%で、Nb:0.005〜0.05%、Cu:0.01〜0.5%、Ni:0.01〜1.0%、Cr:0.01〜0.5%、Mo:0.01〜0.5%、V:0.001〜0.10%、B:0.0030%以下、Ca:0.0050%以下、REM:0.010%以下の1種以上を含有することを特徴とする1または2に記載の脆性亀裂伝播停止特性に優れた構造用高強度厚鋼板。
4.1または3のいずれかに記載の組成を有する鋼素材を、900〜1150℃の温度に加熱し、オーステナイト再結晶温度域とオーステナイト未再結晶温度域での累積圧下率の合計を65%以上、板厚中央部がオーステナイト再結晶温度域にある状態において、累積圧下率を20%以上、かつ、1パス当りの平均圧下率を5.0%以下とする圧延を実施し、次いで、板厚中央部がオーステナイト未再結晶温度域にある状態において、累積圧下率を40%以上、かつ、1パス当りの平均圧下率を7.0%以上とする圧延を行い、その後、4.0℃/s以上の冷却速度にて600℃以下まで加速冷却することを特徴とする、金属組織がフェライト主体であり、板厚表層部におけるRD//(110)面の集積度が1.3以上、板厚中央部におけるRD//(110)面の集積度が1.8以上の集合組織を有する脆性亀裂伝播停止特性に優れた構造用高強度厚鋼板の製造方法。
5.600℃以下まで加速冷却した後、さらに、AC1点以下の温度に焼戻す工程を有する4に記載の金属組織がフェライト主体であり、板厚表層部におけるRD//(110)面の集積度が1.3以上、板厚中央部におけるRD//(110)面の集積度が1.8以上の集合組織を有する脆性亀裂伝播停止特性に優れた構造用高強度厚鋼板の製造方法。
1.靭性および集合組織
本発明では、圧延方向または圧延直角方向など水平方向(鋼板の面内方向)に進展する亀裂に対して亀裂伝播停止特性を向上させることのできる図1の破面形態を得るために、板厚表層部および中央部での靭性とRD//(100)面の集積度を適宜規定する。
vTrs(表層)+1.9×vTrs(1/2t)−6×IRD//(110)[表層]−84×IRD//(110)[1/2t]≦−350・・・(1)
vTrs(表層):表層部の破面遷移温度 (℃)
vTrs(1/2t):板厚中央部の破面遷移温度 (℃)
IRD//(110)[表層]:表層部のRD//(110)面の集積度
IRD//(110)[1/2t]:板厚中央部のRD//(110)面の集積度
上記(1)式が満足されることにより、さらに優れた脆性亀裂伝播停止性能を得ることができる。
本発明において、金属組織がフェライト主体であるものとする。ここで、本発明において、金属組織がフェライト主体であるとは、フェライト相の面積分率が全体の60%以上であることとする。残部は、ベイナイト、マルテンサイト(島状マルテンサイトを含む)、パーライトなどが合計の面積分率で40%以下であれば許容される。
以下、本発明における好ましい化学成分について説明する。説明において%は質量%とする。
C:0.03〜0.20%
Cは鋼の強度を向上する元素であり、本発明では、所望の強度を確保するためには0.03%以上の含有を必要とするが、0.20%を超えると、溶接性が劣化するばかりか靭性にも悪影響がある。このため、Cは、0.03〜0.20%の範囲に規定することが好ましい。さらに、好ましくは0.05〜0.15%である。
Siは脱酸元素として、また、鋼の強化元素として有効であるが、0.03%未満の含有量ではその効果がない。一方、0.5%を越えると鋼の表面性状を損なうばかりか靭性が極端に劣化する。従ってその添加量を0.03%以上、0.5%以下とすることが好ましい。
Mnは、強化元素として添加する。0.5%より少ないとその効果が十分でなく、2.2%を超えると溶接性が劣化し、鋼材コストも上昇するため、0.5%以上、2.2%以下とすることが好ましい。
Alは、脱酸剤として作用し、このためには0.005%以上の含有を必要とするが、0.08%を超えて含有すると、靭性を低下させるとともに、溶接した場合に、溶接金属部の靭性を低下させる。このため、Alは、0.005〜0.08%の範囲に規定することが好ましく、さらに、好ましくは、0.02〜0.04%である。
Nは、鋼中のAlと結合してAlNを形成することにより、圧延加工時の結晶粒径を調整し、鋼を強化するが、0.0050%を超えると靭性が劣化するため、0.0050%以下とすることが好ましい。
P、Sは、鋼中の不可避不純物であるが、Pは0.03%を超えると、Sは0.01%を超えると靭性が劣化するため、それぞれ、0.03%以下、0.01%以下が望ましく、それぞれ、0.02%以下、0.005%以下がさらに望ましい。
Tiは微量の添加により、窒化物、炭化物、あるいは炭窒化物を形成し、結晶粒を微細化して母材靭性を向上させる効果を有する。その効果は0.005%以上の添加によって得られるが、0.03%を超える含有は、母材および溶接熱影響部の靭性を低下させるので、0.005〜0.03%とする。
Nbは、NbCとしてフェライト変態時あるいは再加熱時に析出し、高強度化に寄与する。また、オーステナイト域の圧延において未再結晶温度域を拡大させる効果をもち、フェライトの細粒化に寄与するので、靭性の改善にも有効である。その効果は0.005%以上の添加により発揮されるが0.05%を超えて添加すると、粗大なNbCが析出し、逆に靭性の低下を招くのでその上限は0.05%とするのが好ましい。
Cu、Ni、Cr、Moはいずれも鋼の焼入れ性を高める元素である。圧延後の強度アップに直接寄与するとともに、靭性、高温強度、あるいは耐候性などの機能向上のために添加することができ、これらの効果は0.01%以上含有することにより発揮されるので、含有される場合には、0.01%以上とすることが好ましい。しかしながら、過度に含有すると靭性や溶接性が劣化するため、含有させる場合には、それぞれ上限をCuは0.5%、Niは1.0%、Crは0.5%、Moは0.5%とすることが好ましい。
Vは、V(C,N)として析出強化により、鋼の強度を向上する元素であり、この効果を発揮させるために0.001%以上含有してもよいが、0.10%を超えて含有すると、靭性を低下させる。このため、Vを含有させる場合には、0.001〜0.10%の範囲とすることが好ましい。
Bは微量で鋼の焼き入れ性を高める元素として添加してもよい。しかし、0.0030%を超えて含有すると溶接部の靭性を低下させるので、Bを含有させる場合には0.0030%以下とすることが好ましい。
Ca、REMは溶接熱影響部の組織を微細化し靭性を向上させ、添加しても本発明の効果が損なわれることはないので必要に応じて添加してもよい。しかし、過度に含有すると、粗大な介在物を形成し母材の靭性を劣化させるので、含有させる場合にはそれぞれの上限をCaは0.0050%、REMは0.010%とするのが好ましい。
以下、本発明における好ましい製造条件について説明する。
製造条件としては、鋼素材の加熱温度、熱間圧延条件、冷却条件などを規定することが好ましい。特に、熱間圧延については、全体の累積圧下率のほかに、板厚中央部がオーステナイト再結晶温度域にある場合と、オーステナイト未再結晶温度域にある場合とのそれぞれについて、累積圧下率および1パス当たりの平均圧下率を規定することが好ましい。これらを規定することにより、厚鋼板の表層部および板厚中央部における靭性およびRD//(110)面の集積度と板厚1/4部における強度について、所望の特性を得ることができる。
AC1点=751−26.6C+17.6Si−11.6Mn−169Al−23Cu−23Ni+24.1Cr+22.5Mo+233Nb−39.7V−5.7Ti−895B
式において各元素記号は鋼中含有量(質量%)で、含有しない場合は0とする。
2 ノッチ
3 亀裂
4 先端形状
5 母材
Claims (5)
- 鋼組成が、質量%で、C:0.03〜0.20%、Si:0.03〜0.5%、Mn:0.5〜2.2%、Al:0.005〜0.08%、P:0.03%以下、S:0.01%以下、N:0.0050%以下、Ti:0.005〜0.03%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、金属組織がフェライト主体であり、板厚表層部におけるRD//(110)面の集積度が1.3以上、板厚中央部におけるRD//(110)面の集積度が1.8以上の集合組織を有し、表層部におけるシャルピー破面遷移温度vTrsが−60℃以下および板厚中央部におけるシャルピー破面遷移温度vTrsが−50℃以下であることを特徴とする脆性亀裂伝播停止特性に優れた構造用高強度厚鋼板。
- 表層部および板厚中央部のシャルピー破面遷移温度およびRD//(110)面の集積度が、下記(1)式を満たすことを特徴とする請求項1記載の脆性亀裂伝播停止特性に優れた構造用高強度厚鋼板。
vTrs(表層)+1.9×vTrs(1/2t)−6×IRD//(110)[表層]−84×IRD//(110)[1/2t]≦−350・・・(1)
vTrs(表層) : 表層部の破面遷移温度 (℃)
vTrs(1/2t) :板厚中央部の破面遷移温度 (℃)
IRD//(110)[表層]:表層部のRD//(110)面の集積度
IRD//(110)[1/2t]:板厚中央部のRD//(110)面の集積度 - 鋼組成が、更に、質量%で、Nb:0.005〜0.05%、Cu:0.01〜0.5%、Ni:0.01〜1.0%、Cr:0.01〜0.5%、Mo:0.01〜0.5%、V:0.001〜0.10%、B:0.0030%以下、Ca:0.0050%以下、REM:0.010%以下の1種以上を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の脆性亀裂伝播停止特性に優れた構造用高強度厚鋼板。
- 請求項1または3のいずれかに記載の組成を有する鋼素材を、900〜1150℃の温度に加熱し、オーステナイト再結晶温度域とオーステナイト未再結晶温度域での累積圧下率の合計を65%以上、板厚中央部がオーステナイト再結晶温度域にある状態において、累積圧下率を20%以上、かつ、1パス当りの平均圧下率を5.0%以下とする圧延を実施し、次いで、板厚中央部がオーステナイト未再結晶温度域にある状態において、累積圧下率を40%以上、かつ、1パス当りの平均圧下率を7.0%以上とする圧延を行い、その後、4.0℃/s以上の冷却速度にて600℃以下まで加速冷却することを特徴とする、金属組織がフェライト主体であり、板厚表層部におけるRD//(110)面の集積度が1.3以上、板厚中央部におけるRD//(110)面の集積度が1.8以上の集合組織を有する脆性亀裂伝播停止特性に優れた構造用高強度厚鋼板の製造方法。
- 600℃以下まで加速冷却した後、さらに、AC1点以下の温度に焼戻す工程を有する請求項4に記載の金属組織がフェライト主体であり、板厚表層部におけるRD//(110)面の集積度が1.3以上、板厚中央部におけるRD//(110)面の集積度が1.8以上の集合組織を有する脆性亀裂伝播停止特性に優れた構造用高強度厚鋼板の製造方法。
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