JP5432548B2 - Thick steel plate with excellent brittle crack propagation stop properties - Google Patents
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Description
本発明は、主として船舶や橋梁の構造材料の素材として用いられる厚鋼板に関するものであり、特に発生した脆性亀裂の伝播を停止する特性(アレスト特性)を改善した厚鋼板に関するものである。 The present invention relates to a thick steel plate mainly used as a material for structural materials of ships and bridges, and more particularly to a thick steel plate with improved characteristics (arrest characteristics) for stopping the propagation of a brittle crack that has occurred.
船舶、建築物、タンク、海洋構造物、ラインパイプ等の構造物に用いられる厚鋼板には、構造物の脆性破壊を抑制するために、脆性亀裂の伝播による破壊を抑制する能力であるアレスト特性(以下、「脆性亀裂伝播停止特性」と呼ぶことがある)が求められることになる。近年、構造物の大型化に伴い、降伏応力が390MPa以上、板厚が50mm以上の高強度厚鋼板を使用するケースが多くなっている。しかしながら、上記のような脆性亀裂伝播停止特性は、一般に鋼板が高強度・厚肉化になるにつれてそれを確保することが困難になる。 Thick steel plates used in ships, buildings, tanks, offshore structures, line pipes and other structures have arrest properties that are the ability to suppress breakage due to the propagation of brittle cracks in order to suppress brittle fracture of structures. (Hereinafter, sometimes referred to as “brittle crack propagation stop characteristic”). In recent years, with the increase in size of structures, there are increasing cases of using high-strength thick steel plates having a yield stress of 390 MPa or more and a plate thickness of 50 mm or more. However, it is generally difficult to secure the brittle crack propagation stop characteristics as described above as the steel sheet becomes stronger and thicker.
一方、コンテナ船においても効率化のために大型化が進んでおり、それに伴って厚肉・高強度の鋼板が使用されるようになっている。船体の破壊安全性を考えると、脆性破壊を発生させないことは第一に重要であるが、仮に脆性破壊が発生した場合であっても、船体の全崩壊を避けるために、亀裂の伝播を停止させるように船体に脆性亀裂伝播停止特性を具備させることが重要である。このような背景から、ハッチコーミング部から発生した脆性亀裂をアッパーデッキ部にて停止させることが求められている。脆性亀裂を停止させるためにアッパーデッキ部に求められる脆性亀裂伝播停止特性に関しては、これまでにも検討がなされてきており、負荷応力や脆性亀裂進展長さが大きくなっても厚板鋼板での応力拡大係数K値は飽和し、−10℃でのKca値(脆性亀裂伝播停止特性の指標となる数値)が3500N/mm3/2程度であれば、脆性亀裂の進展を停止させることができると考えられている。従って、特にコンテナ船においては高強度厚鋼板において上記脆性亀裂伝播停止特性を付与させる技術が望まれている。また、上記Kca値は、より高い値(例えば、5000N/mm3/2)が得られることが望まれている。 On the other hand, container ships are also increasing in size for efficiency, and accordingly, thick-walled and high-strength steel sheets are used. Considering the safety of ship hulls, it is first important not to generate brittle fractures, but even if brittle fractures occur, the propagation of cracks is stopped to avoid total collapse of the hull. It is important to provide the hull with brittle crack propagation stopping characteristics. From such a background, it is required to stop a brittle crack generated in the hatch combing portion at the upper deck portion. The brittle crack propagation stop characteristics required for the upper deck to stop brittle cracks have been studied so far, and even if the load stress and brittle crack progress length increase, If the stress intensity factor K value is saturated and the Kca value at -10 ° C. (a numerical value indicating the brittle crack propagation stop characteristic) is about 3500 N / mm 3/2 , the progress of the brittle crack can be stopped. It is believed that. Therefore, a technique for imparting the above-described brittle crack propagation stopping property to a high-strength thick steel plate is particularly desired in a container ship. Further, it is desired that the Kca value is higher (for example, 5000 N / mm 3/2 ).
脆性亀裂伝播停止特性を向上させる方法としては、(a)合金元素を添加する方法、(b)結晶粒径を微細化する方法、等が知られている。このうち合金元素を添加する方法としては、例えば特許文献1のような技術が提案されている。この技術では、合金元素としてNiを含有させ、冷却過程での冷却速度を制御することによって、ベイナイトの粒径を微細化して脆性亀裂伝播停止特性を向上させている。しかしながら、このような技術では、合金元素添加によるコスト増大を招くことにもなる。 As a method for improving the brittle crack propagation stop characteristics, (a) a method of adding an alloy element, (b) a method of refining the crystal grain size, and the like are known. Among these, as a method of adding an alloy element, for example, a technique such as Patent Document 1 has been proposed. In this technique, Ni is contained as an alloy element and the cooling rate in the cooling process is controlled to refine the grain size of bainite and improve the brittle crack propagation stop characteristics. However, such a technique also causes an increase in cost due to the addition of alloy elements.
一方、結晶粒径を微細化することによって脆性亀裂伝播停止特性を向上させる方法としては、例えば特許文献2、3のような技術が知られている。これらの技術では、フェライトを母相とし、このフェライトの粒径を微細化することによって良好な脆性亀裂伝播停止特性を確保するものである。しかしながら、これらの技術では軟質のフェライトを母相としているので、高強度で厚い鋼板への適用は困難である。 On the other hand, as a method for improving the brittle crack propagation stop characteristic by reducing the crystal grain size, techniques such as Patent Documents 2 and 3 are known. In these techniques, ferrite is used as a parent phase, and fine brittle crack propagation stop characteristics are ensured by reducing the particle size of the ferrite. However, since these techniques use soft ferrite as a matrix, application to high-strength and thick steel sheets is difficult.
本発明は前記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、製造コストの増大を招くことなく、板厚が50mmを超える場合においても高強度(引張強度が490MPa以上)を満足し、且つ−10℃におけるKca値で5000N/mm3/2以上を満足する様な脆性亀裂伝播停止特性に優れた厚鋼板を提供することにある。 The present invention has been made paying attention to the circumstances as described above, and the purpose thereof is high strength (tensile strength of 490 MPa or more) even when the plate thickness exceeds 50 mm without increasing the manufacturing cost. The present invention is to provide a thick steel plate excellent in brittle crack propagation stopping characteristics that satisfies the above-described requirements and satisfies a Kca value of 5,000 N / mm 3/2 or more at −10 ° C.
前記目的を達成することのできた本発明の厚鋼板とは、C:0.03〜0.1%(「質量%」の意味、化学成分組成について以下同じ)、Si:0.5%以下(0%を含む)、Mn:1.0〜2.0%、P:0.015%以下(0%を含まない)、S:0.01%以下(0%を含まない)、Al:0.005〜0.06%、Nb:0.02〜0.06%、Ti:0.008〜0.03%、N:0.0020〜0.010%、およびO:0.01%以下(0%を含まない)を夫々含有すると共に、固溶B:0.0005%以下(0%を含む)に抑制し、表面から深さt/4〜t/2(tは板厚を表す、以下同じ)の位置のミクロ組織において、擬ポリゴナル・フェライトの平均面積率が30〜85%であり、且つ表面から深さt/4の位置において、隣り合う2つの結晶の方位差が15°以上の大角粒界で囲まれた結晶粒の平均粒径を有効結晶粒径D(μm)としたとき、これが島状マルテンサイトの平均円相当径d(μm)および鋼板の降伏応力YS(MPa)の関係で下記(1)式を満足するものである点に要旨を有するものである。尚、上記平均円相当径dとは、島状マルテンサイトの大きさに着目して、その面積が等しくなるように想定した円の径(直径)の平均値を求めたもので、光学電子顕微鏡観察面上で認められる島状マルテンサイトのものである。
−215+1.56×D+9.79×d+0.24×YS<-60 …(1)
The thick steel plate of the present invention that has achieved the above object is C: 0.03 to 0.1% (meaning “mass%”, the same applies to the chemical component composition), Si: 0.5% or less ( Mn: 1.0 to 2.0%, P: 0.015% or less (not including 0%), S: 0.01% or less (not including 0%), Al: 0 0.005 to 0.06%, Nb: 0.02 to 0.06%, Ti: 0.008 to 0.03%, N: 0.0020 to 0.010%, and O: 0.01% or less ( 0% is not included) and the solid solution B is suppressed to 0.0005% or less (including 0%), and the depth t / 4 to t / 2 (t represents the plate thickness) from the surface. The same applies hereinafter), the average area ratio of pseudo-polygonal ferrite is 30 to 85% and the depth t / 4 from the surface. When the average grain size of a crystal grain surrounded by a large-angle grain boundary whose orientation difference between two adjacent crystals is 15 ° or more is defined as an effective grain size D (μm), this is the average equivalent circle diameter of island martensite. It has a gist in that it satisfies the following formula (1) in relation to d (μm) and the yield stress YS (MPa) of the steel sheet. The average equivalent circle diameter d refers to the average value of the diameters (diameters) of circles that are assumed to have the same area by paying attention to the size of island martensite. It is that of island martensite observed on the observation surface.
−215 + 1.56 × D + 9.79 × d + 0.24 × YS <−60 (1)
本発明の厚鋼板には、必要によって、(a)Cu:2.0%以下(0%を含まない)、Ni:2.0%以下(0%を含まない)およびCr:2.0%以下(0%を含まない)よりなる群から選ばれる1種以上、(b)Mo:0.5%以下(0%を含まない)、(c)V:0.10%以下(0%を含まない)、(d)Mg:0.005%以下(0%を含まない)、(e)Zr:0.1%以下(0%を含まない)および/またはHf:0.05%以下(0%を含まない)、(g)Ca:0.0035%以下(0%を含まない)、(h)Co:2.5%以下(0%を含まない)および/またはW:2.5%以下(0%を含まない)、(i)希土類元素:0.01%以下(0を含まない)、等を含有させることも有用であり、含有される成分に応じて鋼板の特性が改善される。 In the thick steel plate of the present invention, (a) Cu: 2.0% or less (not including 0%), Ni: 2.0% or less (not including 0%), and Cr: 2.0% as necessary. 1 or more selected from the group consisting of the following (not including 0%), (b) Mo: 0.5% or less (not including 0%), (c) V: 0.10% or less (0% (D) Mg: 0.005% or less (not including 0%), (e) Zr: 0.1% or less (not including 0%) and / or Hf: 0.05% or less ( (G) Ca: 0.0035% or less (not including 0%), (h) Co: 2.5% or less (not including 0%) and / or W: 2.5 % (Not including 0%), (i) rare earth elements: 0.01% or less (not including 0), etc. are also useful, depending on the components contained Characteristics of the plate are improved.
本発明の鋼板においては、母材鋼板の化学組成および組織を厳密に規定して適正化を図ることによって、脆性亀裂伝播停止特性に優れた厚鋼板が実現でき、こうした鋼板は、船舶、建築物を始めとする各種大型構造物の素材として有用である。 In the steel plate of the present invention, by properly defining and optimizing the chemical composition and structure of the base steel plate, it is possible to realize a thick steel plate having excellent brittle crack propagation stopping characteristics. It is useful as a material for various large structures such as
本発明者らは、上記した課題を達成するために、脆性亀裂伝播停止特性に及ぼす要因についてかねてより研究を重ねてきた。その結果、破壊力学の観点から、脆性亀裂伝播停止特性向上には、板厚表面よりも、内部の靭性値を向上する方が優位である事を明らかにし、その技術的意義が認められたので先に出願している(特願2007−262872号)。即ち、脆性亀裂伝播停止特性については、鋼板表層部の靭性を良好にすれば良いと考えられていたのであるが、本発明者らが検討したところによれば、鋼板表面から深さt/4〜t/2(t:板厚)の位置での靭性を高めることによって脆性亀裂が効果的に停止することが判明したのである。 In order to achieve the above-described problems, the present inventors have made further studies on factors affecting the brittle crack propagation stop characteristics. As a result, from the viewpoint of fracture mechanics, it was clarified that improving the internal toughness value was superior to the plate thickness surface for improving the brittle crack propagation stopping characteristics, and its technical significance was recognized. The application has already been filed (Japanese Patent Application No. 2007-262872). That is, with regard to the brittle crack propagation stop property, it was thought that the toughness of the steel sheet surface layer portion should be good, but according to the study by the present inventors, the depth t / 4 from the steel plate surface was considered. It has been found that brittle cracks are effectively stopped by increasing the toughness at a position of t / 2 (t: plate thickness).
また、鋼板の脆性亀裂伝播停止特性は、ベイナイト組織の形態、大角粒界で囲まれた結晶粒の平均粒径、島状マルテンサイトの大きさ、鋼板の降伏応力YS等に影響されること、およびこの組織は、化学成分と圧延・冷却条件の適正化によって制御できるとの知見も得られた。 Further, the brittle crack propagation stop property of the steel sheet is affected by the form of the bainite structure, the average grain size of the crystal grains surrounded by the large-angle grain boundaries, the size of the island martensite, the yield stress YS of the steel sheet, It was also found that this structure can be controlled by optimizing the chemical composition and rolling / cooling conditions.
そこで本発明者らは、板厚内部として、表面から深さt/4〜t/2(t:板厚)の位置を選び、この位置でのミクロ組織として擬ポリゴナル・フェライトを所定量形成させると共に、表面からt/4の位置の有効結晶粒径D(μm)[即ち、擬ポリゴナル・フェライトの有効結晶粒径D]、島状マルテンサイト(MA)の平均円相当径d(μm)、および鋼板の降伏応力YS(MPa)が、下記(1)式を満たす様にバランス良く制御すれば、鋼板の脆性亀裂伝播停止特性を良好にできることを見出し、本発明を完成した。
−215+1.56×D+9.79×d+0.24×YS<-60 …(1)
Therefore, the inventors select a position at a depth t / 4 to t / 2 (t: thickness) from the surface as the inside of the thickness, and form a predetermined amount of pseudopolygonal ferrite as a microstructure at this position. And an effective crystal grain size D (μm) at a position t / 4 from the surface [that is, an effective crystal grain size D of pseudopolygonal ferrite], an average equivalent circle diameter d (μm) of island martensite (MA), Further, the present inventors have found that if the yield stress YS (MPa) of the steel sheet is controlled in a well-balanced manner so as to satisfy the following formula (1), the brittle crack propagation stopping characteristics of the steel sheet can be improved.
−215 + 1.56 × D + 9.79 × d + 0.24 × YS <−60 (1)
上記(1)式を求めた経緯は次の通りである。まず本発明者らは、鋼板の脆性亀裂伝播停止特性に影響を与える要因として、表面からt/4の位置の有効結晶粒径D(μm)、島状マルテンサイト(MA)の平均円相当径d(μm)、および鋼板の降伏応力YS(MPa)を選んだ。 The process of obtaining the above equation (1) is as follows. First, as the factors affecting the brittle crack propagation stop characteristics of the steel sheet, the present inventors have an effective crystal grain size D (μm) at a position t / 4 from the surface, and an average equivalent circle diameter of island martensite (MA). d (μm) and the yield stress YS (MPa) of the steel sheet were selected.
上記の要件のうち、鋼板の降伏応力YSは高強度になればなるほど高くなる傾向があり、この降伏応力YSが低いほど、脆性亀裂伝播停止特性も良好なものとなることが予想される。そして、この降伏応力YSは、一般的には焼入れ性指数(Pcm)との相関が高いことから、焼入れ性指数(Pcm)が降伏応力YSの制御指針とされている。但し、通常の焼入れ性指数(Pcm)では、Nb等の合金元素の影響が考慮されていないことから、本発明ではこうした合金元素の影響も考慮した上で、脆性亀裂伝播停止特性と降伏応力の関係について検討した。 Among the above requirements, the yield stress YS of the steel sheet tends to be higher as the strength becomes higher, and it is expected that the brittle crack propagation stop characteristic will be better as the yield stress YS is lower. Since this yield stress YS is generally highly correlated with the hardenability index (Pcm), the hardenability index (Pcm) is used as a control guideline for the yield stress YS. However, in the normal hardenability index (Pcm), the influence of alloy elements such as Nb is not taken into consideration. Therefore, in the present invention, the influence of such an alloy element is also considered, and the brittle crack propagation stop characteristics and the yield stress are considered. The relationship was examined.
上記した知見に基づき、擬ポリゴナル・フェライトの有効結晶粒径Dや島状マルテンサイトMAの平均円相当径dが、降伏応力YSに与える影響について実験(回帰分析)に基づいて検討した結果、上記(1)式の関係を満足したときに、鋼板の脆性亀裂伝播停止特性が良好になることが判明したのである。 Based on the above findings, the effect of the effective crystal grain size D of pseudopolygonal ferrite and the average equivalent circle diameter d of island martensite MA on yield stress YS was examined based on experiments (regression analysis). It was found that the brittle crack propagation stopping property of the steel sheet is improved when the relationship of the expression (1) is satisfied.
尚、大角粒界を規定する「結晶方位差」とは、「ずれ角」若しくは「傾角」とも呼ばれているものであり、こうした結晶方位差を測定するには、EBSP法(Electron Backscattering Pattern法)を採用すればよい(後記実施例参照)。 The “crystal orientation difference” that defines the large-angle grain boundary is also called “shift angle” or “tilt angle”. To measure such a crystal orientation difference, the EBSP method (Electron Backscattering Pattern Method) is used. ) May be employed (see Examples below).
上記のような組織を得るためには、鋼板の成分、特に固溶B量を適切に調整(0.0005%以下)した上で、熱間圧延の条件とその後の冷却条件を調整することが重要であることを明らかにした。 In order to obtain the structure as described above, it is possible to adjust the conditions of hot rolling and the subsequent cooling conditions after appropriately adjusting the components of the steel sheet, particularly the amount of dissolved B (0.0005% or less). Clarified that it is important.
従来では、変態温度を低温化させて微細なラス状(束状)のベイナイト組織(ベイニティック・フェライト)を得ようとするのが一般的な改善手段であるが、本発明ではベイナイト組織の形態が有効であることを新たに見出した点が重要なポイントとなる。擬ポリゴナル・フェライトは、粒状(塊状)の相であり、そのビッカース硬度Hvが150〜200程度のものとなる。このような粒状の相を所定領域に形成させることによって、鋼板の脆性亀裂伝播停止特性が良好なものとなる。 Conventionally, it is a general improvement means to lower the transformation temperature to obtain a fine lath (bundle) bainite structure (bainitic ferrite). The new point that the form is effective is an important point. Pseudopolygonal ferrite is a granular (lumped) phase and has a Vickers hardness Hv of about 150 to 200. By forming such a granular phase in a predetermined region, the brittle crack propagation stopping property of the steel sheet becomes good.
但し、擬ポリゴナル・フェライトを形成させることによって、脆性亀裂伝播停止特性を良好にするためには、その平均面積率は少なくとも30%以上を確保する必要があるが、その量が過剰になって85%を超えると強度が低下する。尚、擬ポリゴナル・フェライト以外は、ラス状ベイナイト、マルテンサイト、フェライト、セメンタイト等を含んでいても良い。 However, in order to improve the brittle crack propagation stopping characteristics by forming pseudopolygonal ferrite, it is necessary to ensure that the average area ratio is at least 30% or more, but the amount becomes excessive. If it exceeds%, the strength decreases. In addition to pseudopolygonal ferrite, lath bainite, martensite, ferrite, cementite, and the like may be included.
本発明では、上記のように化学成分組成および特定領域での組織を規定することによって、脆性亀裂伝播停止特性に優れた厚鋼板が実現できるのであるが、こうした厚鋼板は、溶接熱影響部(以下、「HAZ」と示す)の靭性も基本的に良好なものである。即ち、本発明の厚鋼板は、船舶、建築物、タンク、ラインパイプ等の溶接構造物として適用されるものであり、溶接されたときのHAZの靭性が良好であることも要求されるが、こうしたHAZ靭性も良好なものとなる。 In the present invention, by defining the chemical component composition and the structure in the specific region as described above, a thick steel plate having excellent brittle crack propagation stopping characteristics can be realized. Hereinafter, the toughness of “HAZ” is also basically good. That is, the steel plate of the present invention is applied as a welded structure such as a ship, a building, a tank, a line pipe, and is required to have good toughness of the HAZ when welded. Such HAZ toughness is also good.
本発明の鋼板は、化学成分組成が適正に調整されていることも特徴の1つとする。以下では、化学成分の範囲限定理由を説明する。 One feature of the steel sheet of the present invention is that the chemical composition is appropriately adjusted. Below, the reason for limiting the range of chemical components will be described.
[C:0.03〜0.1%]
Cは鋼板(溶接母材)の強度を確保するために必要な元素であり、所望の強度を確保するためには0.03%以上含有させる必要がある。しかしながら、Cを過剰に含有させると、HAZ靭性が却って低下することになる。こうしたことから、その上限は0.1%とする必要がある。尚、C含有量の好ましい下限は0.04%(より好ましくは0.05%)であり、好ましい上限は0.09%(より好ましくは0.08%)である。
[C: 0.03-0.1%]
C is an element necessary for ensuring the strength of the steel sheet (welding base metal), and it is necessary to contain 0.03% or more in order to ensure the desired strength. However, if C is contained excessively, the HAZ toughness is reduced instead. For these reasons, the upper limit needs to be 0.1%. The preferable lower limit of the C content is 0.04% (more preferably 0.05%), and the preferable upper limit is 0.09% (more preferably 0.08%).
[Si:0.5%以下(0%を含む)]
Siは鋼板の強度を確保するために有効な元素であり、必要により含有される。しかしながら、過剰に含有されると鋼材(母材)に島状マルテンサイト相(MA相)を多量に析出させてHAZ靭性を劣化させる。こうしたことから、その上限を0.5%とした。尚、Si含有量の好ましい下限は0.1%であり、好ましい上限は0.4%である。
[Si: 0.5% or less (including 0%)]
Si is an effective element for securing the strength of the steel sheet, and is contained if necessary. However, if it is contained excessively, a large amount of island martensite phase (MA phase) is precipitated in the steel material (base material) to deteriorate the HAZ toughness. For these reasons, the upper limit was made 0.5%. In addition, the minimum with preferable Si content is 0.1%, and a preferable upper limit is 0.4%.
[Mn:1.0〜2.0%]
Mnは焼入れ性を向上させて鋼板強度を確保する上で有効な元素であり、こうした効果を発揮させるためには、Mnは1.0%以上含有させる必要がある。しかしながらMnを過剰に含有させると、鋼板のHAZ靭性が劣化するので上限を2.0%とする。Mn含有量の好ましい下限は1.3%であり、好ましい上限は1.8%である。
[Mn: 1.0 to 2.0%]
Mn is an element effective in improving the hardenability and ensuring the strength of the steel sheet. In order to exert such effects, it is necessary to contain Mn in an amount of 1.0% or more. However, if Mn is contained excessively, the HAZ toughness of the steel sheet deteriorates, so the upper limit is made 2.0%. The minimum with preferable Mn content is 1.3%, and a preferable upper limit is 1.8%.
[P:0.015%以下(0%を含まない)]
Pは不可避的に混入してくる不純物であり、鋼板およびHAZの靭性に悪影響を及ぼすのでできるだけ少ない方が好ましい。こうした観点から、Pは0.015%以下に抑制するのが良い。P含有量の好ましい上限は0.01%である。
[P: 0.015% or less (excluding 0%)]
P is an impurity that is inevitably mixed in, and adversely affects the toughness of the steel sheet and HAZ. From such a viewpoint, P is preferably suppressed to 0.015% or less. The upper limit with preferable P content is 0.01%.
[S:0.01%以下(0%を含まない)]
Sは、鋼板中の合金元素と化合して種々の介在物を形成し、鋼板の延性や靭性に有害に作用する不純物であるので、できるだけ少ない方が好ましいのであるが、実用鋼の清浄度の程度を考慮して0.01%以下に抑制するのがよい。尚、Sは鋼に不可避的に含まれる不純物であり、その量を0%とすることは工業生産上困難である。
[S: 0.01% or less (excluding 0%)]
S is an impurity that combines with alloy elements in the steel sheet to form various inclusions and adversely affects the ductility and toughness of the steel sheet, so it is preferable that it be as small as possible. Considering the degree, it is preferable to suppress it to 0.01% or less. In addition, S is an impurity inevitably contained in steel, and it is difficult to make the amount 0% in industrial production.
[Al:0.005〜0.06%]
Alは脱酸剤として有効な元素であると共に、鋼板のミクロ組織微細化による母材靭性向上効果も発揮する。こうした効果を発揮させるためには、Al含有量は0.005%以上とする必要がある。しかしながら、過剰に含有されると鋼板(母材)に島状マルテンサイト相(MA相)を多量に析出させてHAZ靭性を劣化させる。こうしたことから、その上限を0.06%とした。尚、Al含有量の好ましい下限は0.01%であり(より好ましくは0.02%)、好ましい上限は0.04%である。
[Al: 0.005 to 0.06%]
Al is an element effective as a deoxidizing agent, and also exhibits the effect of improving the toughness of the base material by refining the microstructure of the steel sheet. In order to exert such effects, the Al content needs to be 0.005% or more. However, if it is contained excessively, a large amount of island martensite phase (MA phase) is precipitated on the steel plate (base material) to deteriorate the HAZ toughness. For these reasons, the upper limit was made 0.06%. The preferable lower limit of the Al content is 0.01% (more preferably 0.02%), and the preferable upper limit is 0.04%.
[Nb:0.02〜0.06%]
Nbは焼入れ性を向上させて母材強度を向上させる効果を発揮する。しかしながら、多量に含有されると炭化物の生成が多くなり脆性亀裂伝播停止特性が劣化するため、0.06%以下(より好ましくは0.04%以下)とするのが良い。尚、これらの効果を有効に発揮させるための含有量は、0.020%以上である。
[Nb: 0.02 to 0.06%]
Nb exhibits the effect of improving the hardenability and improving the strength of the base material. However, if it is contained in a large amount, the generation of carbides increases and the brittle crack propagation stop property deteriorates. Therefore, the content is preferably 0.06% or less (more preferably 0.04% or less). In addition, content for exhibiting these effects effectively is 0.020% or more.
[Ti:0.008〜0.03%]
Tiは、鋼中にTiNを微細分散させて加熱中のオーステナイト粒の粗大化を防止するとともに、Nbと同様にオーステナイトの再結晶を抑制する効果があるため、オーステナイト粒を微細化し、変態後の組織を微細化する効果を発揮する。また、TiNは溶接時におけるHAZ部のオーステナイト粒を微細化し、HAZ靭性改善に有効である。こうした効果を発揮させるためには、Tiは0.008%以上含有させる必要がある。しかしながら、Tiの含有量が過剰になると溶接性が損なわれるので、0.03%以下とする。
[Ti: 0.008 to 0.03%]
Ti has the effect of finely dispersing TiN in the steel to prevent coarsening of the austenite grains during heating, and, like Nb, has the effect of suppressing recrystallization of austenite, so the austenite grains are refined and transformed. Demonstrates the effect of refining the structure. TiN is effective in improving HAZ toughness by refining austenite grains in the HAZ part during welding. In order to exert such effects, it is necessary to contain Ti by 0.008% or more. However, if the Ti content becomes excessive, weldability is impaired, so 0.03% or less.
[N:0.0020〜0.010%]
Nは、Al,Ti,Nb,B等と結合し、窒化物を形成して母材組織を微細化させる効果があるとともに、溶接時のオーステナイト粒の微細化や粒内組織を微細化し、HAZ靭性を向上させる。こうした効果を発揮させるには、Nは0.0020%以上含有させる必要がある。しかし、固溶NはHAZ靭性を劣化させる原因となる。全窒素量の増加により、前述の窒化物は増加するが固溶Nも過剰となり、有害となるため、0.010%以下とする。好ましくは、0.008%以下(より好ましくは0.006%以下)である。
[N: 0.0020 to 0.010%]
N combines with Al, Ti, Nb, B, etc., and has the effect of forming nitrides and refining the base metal structure, as well as refining austenite grains during welding and refining the intragranular structure. Improve toughness. In order to exert such an effect, N needs to be contained by 0.0020% or more. However, the solid solution N causes the HAZ toughness to deteriorate. As the total nitrogen amount increases, the above-mentioned nitride increases, but the solute N also becomes excessive and harmful, so the content is made 0.010% or less. Preferably, it is 0.008% or less (more preferably 0.006% or less).
[O:0.01%以下(0を含まない)]
Oは、不可避的不純物として含有されるが、鋼中では酸化物として存在する。しかしながら、その含有量が0.01%を超えると粗大な酸化物が生成してHAZ靭性が劣化する。こうしたことから、O含有量の上限を0.01%とする。O含有量の好ましい上限は0.005%(より好ましくは0.003%)である。
[O: 0.01% or less (excluding 0)]
O is contained as an unavoidable impurity, but exists as an oxide in steel. However, if the content exceeds 0.01%, a coarse oxide is generated and the HAZ toughness is deteriorated. For these reasons, the upper limit of the O content is set to 0.01%. The upper limit with preferable O content is 0.005% (more preferably 0.003%).
[固溶B:0.0005%以下(0%を含む)]
Bの固溶量は脆性亀裂伝播停止特性の向上に有効な擬ポリゴナル・フェライトの生成に大きく影響するため制限する必要がある。固溶Bが0.0005%を超えると擬ポリゴナル・フェライトが生成しにくくなり、脆性亀裂伝播停止特性を低下させてしまう。こうしたことから、固溶Bの上限を0.0005%とするのがよい。好ましい範囲は、0.0003%以下(より好ましくは0.0001%以下)に抑制するのが良い。固溶B量は、Bの添加量と加熱・圧延条件によって制御することができる。B添加量を少なくする、加熱温度を低くする、低温での圧延圧下量を増加することで固溶B量を低減(5ppm以下)することができる。
[Solution B: 0.0005% or less (including 0%)]
The solid solution amount of B needs to be limited because it greatly affects the formation of pseudopolygonal ferrite effective in improving the brittle crack propagation stopping characteristics. When the solid solution B exceeds 0.0005%, pseudo-polygonal ferrite is hardly generated, and the brittle crack propagation stop characteristic is deteriorated. For these reasons, the upper limit of solute B is preferably 0.0005%. The preferable range is good to suppress to 0.0003% or less (more preferably 0.0001% or less). The amount of dissolved B can be controlled by the amount of B added and the heating / rolling conditions. The amount of solid solution B can be reduced (5 ppm or less) by reducing the amount of B added, lowering the heating temperature, or increasing the amount of rolling reduction at low temperature.
本発明の鋼板において、上記成分の他は、鉄および不可避的不純物(例えば、Sb,Se,Te等)からなるものであるが、その特性を阻害しない程度の微量成分(許容成分)も含み得るものであり、こうした鋼板も本発明の範囲に含まれるものである。また必要によって、(a)Cu:2.0%以下(0%を含まない)、Ni:2.0%以下(0%を含まない)およびCr:2.0%以下(0%を含まない)よりなる群から選ばれる1種以上、(b)Mo:0.5%以下(0%を含まない)、(c)V:0.10%以下(0%を含まない)、(d)Mg:0.005%以下(0%を含まない)、(e)Zr:0.1%以下(0%を含まない)および/またはHf:0.05%以下(0%を含まない)、(g)Ca:0.0035%以下(0%を含まない)、(h)Co:2.5%以下(0%を含まない)および/またはW:2.5%以下(0%を含まない)、(i)希土類元素:0.01%以下(0を含まない)、等を含有させることも有効である。これらの成分を含有させるときの範囲限定理由は、次の通りである。 In the steel sheet of the present invention, in addition to the above components, the steel plate is composed of iron and inevitable impurities (for example, Sb, Se, Te, etc.), but may contain trace components (allowable components) to the extent that the properties are not impaired. Such a steel sheet is also included in the scope of the present invention. If necessary, (a) Cu: 2.0% or less (not including 0%), Ni: 2.0% or less (not including 0%), and Cr: 2.0% or less (not including 0%) 1) or more selected from the group consisting of: (b) Mo: 0.5% or less (not including 0%), (c) V: 0.10% or less (not including 0%), (d) Mg: 0.005% or less (not including 0%), (e) Zr: 0.1% or less (not including 0%) and / or Hf: 0.05% or less (not including 0%), (G) Ca: 0.0035% or less (excluding 0%), (h) Co: 2.5% or less (not including 0%) and / or W: 2.5% or less (including 0%) And (i) rare earth elements: 0.01% or less (not including 0), etc. are also effective. The reasons for limiting the range when these components are contained are as follows.
[Cu:2.0%以下(0%を含まない)、Ni:2.0%以下(0%を含まない)およびCr:2.0%以下(0%を含まない)よりなる群から選ばれる1種以上]
Cu、NiおよびCrは、いずれも焼入れ性を高めて強度を向上させるのに有効な元素であり、必要によって含有される。しかしながら、これらの元素の含有量が過剰になると、HAZ靭性が却って低下するので、いずれも2.0%以下(より好ましくは1%以下)とするのがよい。上記効果を発揮させるための好ましい下限は、いずれも0.20%(より好ましくは0.40%)である。
[Selected from the group consisting of Cu: 2.0% or less (not including 0%), Ni: 2.0% or less (not including 0%), and Cr: 2.0% or less (not including 0%) One or more
Cu, Ni and Cr are all effective elements for improving the hardenability and improving the strength, and are contained as necessary. However, if the content of these elements is excessive, the HAZ toughness is lowered, so that it is preferable that both be 2.0% or less (more preferably 1% or less). A preferable lower limit for exhibiting the above effect is 0.20% (more preferably 0.40%).
[Mo:0.5%以下(0%を含まない)]
Moは焼入れ性を向上させ強度確保に有効であり、焼戻し脆性を防止するために適宜利用される。こうした効果はその含有量が増加するにつれて増大するが、Mo含有量が過剰になるとHAZ靭性が劣化するので、0.5%以下とするのが好ましい。より好ましくは、0.30%以下とするのが良い。
[Mo: 0.5% or less (excluding 0%)]
Mo is effective for securing the strength by improving the hardenability, and is appropriately used for preventing temper brittleness. Such an effect increases as the content thereof increases. However, if the Mo content becomes excessive, the HAZ toughness deteriorates, so that the content is preferably 0.5% or less. More preferably, it should be 0.30% or less.
[V:0.10%以下(0%を含まない)]
Vは焼入れ性を向上させて母材強度を向上させる効果を発揮する。またVは焼戻し軟化抵抗を高くする効果もある。しかしながら、多量に含有されるとHAZ靭性が劣化するため、0.10%以下(より好ましくは0.05%以下)とするのが良い。尚、これらの効果を有効に発揮させるための含有量は、Vで0.01%以上である。
[V: 0.10% or less (excluding 0%)]
V exhibits the effect of improving the hardenability and improving the strength of the base material. V also has the effect of increasing the temper softening resistance. However, if it is contained in a large amount, the HAZ toughness deteriorates, so the content is preferably 0.10% or less (more preferably 0.05% or less). Note that the content for effectively exhibiting these effects is 0.01% or more in V.
[Mg:0.005%以下(0%を含まない)]
Mgは、MgOを形成して、HAZにおけるオーステナイト粒の粗大化を抑制することによって、HAZ靭性を向上させる効果を有するため、必要によって含有される。しかしながらMgの含有量が過剰になると、介在物が粗大化してHAZ靭性が劣化するため、0.005%以下(より好ましくは0.0035%以下)にするのが良い。
[Mg: 0.005% or less (excluding 0%)]
Since Mg has the effect of improving HAZ toughness by forming MgO and suppressing the coarsening of austenite grains in the HAZ, it is contained as necessary. However, if the Mg content is excessive, the inclusions become coarse and the HAZ toughness deteriorates. Therefore, the content is preferably 0.005% or less (more preferably 0.0035% or less).
[Zr:0.1%以下(0%を含まない)および/またはHf:0.05%以下(0%
を含まない)]
ZrおよびHfは、Tiと同様、Nと窒化物を形成し、溶接時におけるHAZのオーステナイト粒を微細化し、HAZ靭性改善に有効な元素である。しかし、過剰に含有されるとHAZ靭性を却って低下させる。このため、これらの元素を含有するときには、Zrは0.1%以下、Hfは0.05%以下とする。
[Zr: 0.1% or less (excluding 0%) and / or Hf: 0.05% or less (0%
Is not included)]
Zr and Hf are elements effective for improving the HAZ toughness by forming a nitride with N as in the case of Ti, refining the austenite grains of the HAZ during welding. However, if excessively contained, the HAZ toughness is reduced. Therefore, when these elements are contained, Zr is set to 0.1% or less and Hf is set to 0.05% or less.
[Ca:0.0035%以下(0%を含まない)]
Caは硫化物の形態を制御してHAZ靭性の向上に寄与する元素である。しかし、0.0035%を超えて過剰に含有させてもHAZ靭性が却って劣化する。尚、Ca含有量の好ましい上限は0.0020%(より好ましくは0.0015%)である。
[Ca: 0.0035% or less (excluding 0%)]
Ca is an element that contributes to the improvement of HAZ toughness by controlling the form of sulfide. However, even if it exceeds 0.0035% and contains excessively, HAZ toughness will deteriorate on the contrary. In addition, the preferable upper limit of Ca content is 0.0020% (more preferably 0.0015%).
[Co:2.5%以下(0%を含まない)および/またはW:2.5%以下(0%を含
まない)]
CoおよびWは、焼入れ性を向上させ母材強度を高める効果を有するので、必要により含有される。しかし、過剰に含有するとHAZ靭性が劣化するため、上限をいずれも2.5%とする。
[Co: 2.5% or less (not including 0%) and / or W: 2.5% or less (not including 0%)]
Co and W are contained as necessary because they have the effect of improving the hardenability and increasing the strength of the base material. However, since the HAZ toughness deteriorates if contained excessively, the upper limit is set to 2.5%.
[希土類元素(REM):0.01%以下(0を含まない)]
希土類元素(REM)は、鋼材中に不可避的に混入してくる介在物(酸化物や硫化物等)の形状を微細化・球状化することによって、HAZの靭性向上に寄与する元素であり、必要によって含有される。こうした効果は、その含有量が増加するにつれて増大するが、REMの含有量が過剰になると、介在物が粗大化してHAZ靭性が劣化するため、0.01%以下に抑えることが好ましい。尚、本発明において、REMとは、ランタノイド元素(LaからLnまでの15元素)およびSc(スカンジウム)とY(イットリウム)を含む意味である。
[Rare earth element (REM): 0.01% or less (not including 0)]
Rare earth elements (REM) are elements that contribute to improving the toughness of HAZ by refining and spheroidizing the shapes of inclusions (oxides, sulfides, etc.) that are inevitably mixed in steel. Contains if necessary. Such an effect increases as the content thereof increases, but if the content of REM becomes excessive, inclusions become coarse and the HAZ toughness deteriorates. In the present invention, REM means a lanthanoid element (15 elements from La to Ln), Sc (scandium) and Y (yttrium).
本発明の厚鋼板を製造するに当たっては、上記化学成分量を満たす鋼を、通常の溶製法によって溶製し、この溶鋼を冷却してスラブとした後、圧延加熱の前に一度加熱処理(950〜1100℃)を行い、その後、改めて950〜1300℃の範囲に再加熱した後熱間圧延を行い、引き続きAr3変態点+150℃〜Ar3変態点+100℃までの累積圧下率を10〜30%となるようにして圧延をし、Ar3変態点+50℃〜Ar3変態点の累積圧下率を10〜20%となるようにして圧延を終了し、その後400℃までを0.1〜20℃/秒の平均冷却速度で冷却し、更にその後500℃以上の温度で焼き戻し処理を行なえばよい。この方法における各条件の範囲設定理由は次の通りである。尚上記で示した温度は、表面の温度で管理したものである。 In producing the thick steel plate of the present invention, a steel satisfying the above-mentioned chemical composition amount is melted by a normal melting method, the molten steel is cooled to form a slab, and then subjected to a heat treatment (950) before rolling and heating. ˜1100 ° C.), and then re-heated again to the range of 950 to 1300 ° C., followed by hot rolling, and subsequently the cumulative reduction ratio from Ar 3 transformation point + 150 ° C. to Ar 3 transformation point + 100 ° C. is set to 10-30. The rolling is finished so that the cumulative rolling reduction of the Ar 3 transformation point + 50 ° C. to Ar 3 transformation point is 10 to 20 %, and then the temperature up to 400 ° C. is 0.1 to 20 %. What is necessary is just to cool at the average cooling rate of (degreeC) / second, and to perform a tempering process at the temperature of 500 degreeC or more after that. The reason for setting the range of each condition in this method is as follows. The temperature shown above is controlled by the surface temperature.
[加熱温度:950〜1100℃]
圧延加熱の前に加熱処理を行うことで、有効結晶粒の制御を行え、脆性破壊停止特性を向上させることができる。鋼鈑の有効結晶粒径は、初期γ粒を細粒化することでいっそう細粒化でき、特性の向上に繋がるが、圧延加熱の前に950℃以上に一旦加熱処理することでこの微細化が可能となる。950℃未満の温度では全てオーステナイトにならないため有効ではない。一方、加熱温度が1100℃を超えると温度が高すぎ、後の再加熱とも相まって結晶粒が粗大となってしまい、特性が劣化する。
[Heating temperature: 950-1100 ° C.]
By performing the heat treatment before rolling and heating, the effective crystal grains can be controlled and the brittle fracture stopping characteristics can be improved. The effective crystal grain size of the steel sheet can be further refined by making the initial γ grains finer, leading to improved characteristics, but this refinement can be achieved by heat treatment once at 950 ° C. or higher before rolling and heating. Is possible. At temperatures below 950 ° C., all austenite is not effective. On the other hand, when the heating temperature exceeds 1100 ° C., the temperature is too high, and the crystal grains become coarse in combination with the subsequent reheating, which deteriorates the characteristics.
[再加熱温度:950〜1300℃]
鋼板の組織を一旦全てオーステナイト化する観点から950℃以上とする必要があるが、再加熱温度が1300℃を超えるとオーステナイト粒が粗大化して後の工程で所望の組織を得ることは難しくなる。
[Reheating temperature: 950-1300 ° C.]
Although it is necessary to set it as 950 degreeC or more from a viewpoint once the structure of a steel plate is once austenitized, when a reheating temperature exceeds 1300 degreeC, an austenite grain will coarsen and it will become difficult to obtain a desired structure | tissue in a subsequent process.
[Ar3変態点+150℃〜Ar3変態点+100℃までの累積圧下率:10〜30%]
この温度範囲での累積圧下率を10〜30%とすることによって、後の工程との組合せによって、グラニュラ化(粒状化)できる。この温度範囲を外れたり、累積圧下率が10%未満或は30%超では、擬ポリゴナル・フェライトを30%以上確保できない。尚、本発明において「Ar3変態点」とは、下記(2)式で求められた値である。
Ar3=910−230×[C]+25×[Si]−74×[Mn]−56×[Cu]
−16×[Ni]−9×[Cr]−5×[Mo]−1620×[Nb]…(2)
但し、[C],[Si],[Mn],[Cu],[Ni],[Cr],[Mo]および[Nb]は、夫々C,Si,Mn,Cu,Ni,Cr,MoおよびNbの含有量(質量%)を示す。
[Ar 3 transformation point + 150 ° C. to Ar 3 transformation point + 100 ° C. Cumulative rolling reduction: 10 to 30%]
By setting the cumulative rolling reduction in this temperature range to 10 to 30%, it can be granulated (granulated) in combination with the subsequent steps. If the temperature falls outside this temperature range, or the cumulative rolling reduction is less than 10% or more than 30%, 30% or more of pseudopolygonal ferrite cannot be secured. In the present invention, the “Ar 3 transformation point” is a value determined by the following equation (2).
Ar 3 = 910−230 × [C] + 25 × [Si] −74 × [Mn] −56 × [Cu]
-16x [Ni] -9x [Cr] -5x [Mo] -1620x [Nb] (2)
However, [C], [Si], [Mn], [Cu], [Ni], [Cr], [Mo] and [Nb] are respectively C, Si, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo and The Nb content (% by mass) is shown.
[Ar3変態点+50℃〜Ar3変態点の累積圧下率:10〜20%]
この温度範囲での累積圧下率を10%以上とすることによって、適正量のグラニュラ化(粒状化)ができる。この温度範囲を外れたり、累積圧下率が10%未満或は20%超では擬ポリゴナル・フェライトを30%以上確保できない。尚、上記累積圧下率は、下記(3)式によって求められるものである。
累積圧下率=(t0−t1)/t0×100 ・・・ (3)
〔式(3)中、t0は当該温度域での鋼片の圧延開始厚(mm)を表し、t1は当該温度域での鋼片の圧延終了厚(mm)を表す。〕
[Ar 3 transformation point + 50 ° C. to Ar 3 cumulative rolling reduction of the transformation point: 10-20%]
By setting the cumulative rolling reduction in this temperature range to 10 % or more, an appropriate amount of granularity (granulation) can be achieved. If the temperature falls outside this temperature range or the cumulative rolling reduction is less than 10 % or more than 20 %, it is not possible to secure 30% or more of pseudopolygonal ferrite. The cumulative rolling reduction is obtained by the following equation (3).
Cumulative rolling reduction = (t 0 −t 1 ) / t 0 × 100 (3)
Wherein (3), t 0 represents the start rolling thickness of the steel strip in the temperature range (mm), t 1 represents the end of rolling thickness of the steel strip in the temperature range (mm). ]
[Ar3変態点〜400℃までの平均冷却速度:0.1〜20℃/秒]
冷却時の平均冷却速度が0.1℃/秒未満或は20℃/秒超では、グラニュラ化(粒状化)することができない。また、冷却を400℃までとするのは、これ以下の温度ではそれ以上の組織変態を生じないからである。
Average cooling rate to Ar 3 transformation point to 400 ° C.: 0.1 to 20 ° C. / sec]
When the average cooling rate during cooling is less than 0.1 ° C./second or more than 20 ° C./second, granulation (granulation) cannot be performed. The reason why the cooling is set to 400 ° C. is that no further structural transformation occurs at a temperature lower than this.
[焼き戻し処理]
焼き戻し処理を行うことによって、MAサイズを微細化でき、脆性破壊停止特性を向上させることができる。低温すぎるとその効果が少なくMAが微細化しないため500℃以上とする必要がある。
[Tempering treatment]
By performing the tempering process, the MA size can be reduced and the brittle fracture stopping characteristics can be improved. If the temperature is too low, the effect is small and the MA is not miniaturized, so it is necessary to set the temperature to 500 ° C. or higher.
尚、本発明で対象とする鋼板は、基本的には板厚が50mm以上の厚鋼板を想定したものであるが、それ以下の板厚においても同等の特性を有するものとなり、本発明の対象に含まれるものである。また、本発明の鋼板を溶接するときの入熱量は2kJ/mm以上を想定したものであり、こうした入熱量で溶接を行ったときに良好なHAZ靭性を示す。 In addition, although the steel plate which is the object of the present invention basically assumes a thick steel sheet having a thickness of 50 mm or more, it has the same characteristics even in a thickness less than that, and is the object of the present invention. Is included. Further, the heat input when welding the steel sheet of the present invention is assumed to be 2 kJ / mm or more, and good HAZ toughness is exhibited when welding is performed with such a heat input.
以下、本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に徴して設計変形することはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the following examples are not intended to limit the present invention, and any design modifications may be made in accordance with the gist of the present invention. It is included in the range.
下記表1、2に化学成分組成を示す各種溶鋼を、通常の溶製法によって溶製し、この溶鋼を冷却してスラブとした後、下記表3、4に示した条件で熱間圧延および冷却を行い、各種鋼板(厚み:60mm)を得た。尚、下記表1において、REMはLaを50%程度とCeを25%程度含有するミッシュメタルの形態で添加した。尚、下記表1、2中「−」は元素を添加していないことを示している。 Various molten steels having chemical composition shown in Tables 1 and 2 below are melted by a normal melting method, and after cooling the molten steel into a slab, hot rolling and cooling are performed under the conditions shown in Tables 3 and 4 below. And various steel plates (thickness: 60 mm) were obtained. In Table 1 below, REM was added in the form of a misch metal containing about 50% La and about 25% Ce. In Tables 1 and 2 below, “-” indicates that no element was added.
得られた各鋼板について、母材組織(擬ポリゴナル・フェライトの硬さ、平均面積率、有効結晶粒径(μm)、MA平均円相当径(μm))、固溶B量、機械的特性(母材の引張特性、母材の衝撃特性、脆性亀裂停止特性)を下記の方法によって測定すると共に、HAZ靭性についても評価した。測定結果を、下記表5、6に示す。尚、表5、6には、(1)式の左辺の値[−215+1.56×D+9.79×d+0.24×YS]も同時に示した。また、下記表5、6中「−」は測定不能であることを示している。 For each steel plate obtained, the matrix structure (pseudopolygonal ferrite hardness, average area ratio, effective crystal grain size (μm), MA average equivalent circle diameter (μm)), solute B content, mechanical properties ( The tensile properties of the base material, the impact properties of the base material, the brittle crack stopping properties) were measured by the following methods, and the HAZ toughness was also evaluated. The measurement results are shown in Tables 5 and 6 below. Tables 5 and 6 also show the value [−215 + 1.56 × D + 9.79 × d + 0.24 × YS] on the left side of the equation (1). In Tables 5 and 6 below, “-” indicates that measurement is impossible.
[擬ポリゴナル・フェライトの硬さ測定]
擬ポリゴナル・フェライトの判別のための硬さ(Hv)は、以下のように測定した。各鋼板のt/4、t/2(t:板厚)の位置から採取した2cm角の試験片を鏡面研磨した後、ナイタール腐食液(2%硝酸−エタノール溶液)でエッチング後、ナノインデンター(エリオニクス製、「ENT−1100」)を用いて、TD面を荷重250mgで測定した。150μm×200μmの観察範囲で、まずは粒状組織(アスペクト比3以下)を選別し、当該粒状組織の硬さ測定を行って、Hv150〜200の範囲にある粒状組織を擬ポリゴナル・フェライトと判別した。
[Hardness measurement of pseudopolygonal ferrite]
The hardness (Hv) for discrimination of pseudo-polygonal ferrite was measured as follows. A 2 cm square specimen taken from t / 4 and t / 2 (t: thickness) of each steel plate is mirror-polished, etched with a nital etchant (2% nitric acid-ethanol solution), and then nanoindentered. (Elionix, “ENT-1100”) was used to measure the TD surface at a load of 250 mg. In the observation range of 150 μm × 200 μm, first, a granular structure (aspect ratio of 3 or less) was selected, the hardness of the granular structure was measured, and the granular structure in the range of Hv 150 to 200 was identified as pseudopolygonal ferrite.
[擬ポリゴナル・フェライト分率の測定]
上記硬さ測定結果から得られた擬ポリゴナル・フェライト分率を測定するために、まず光学顕微鏡にて上記硬さ測定を行った試料観察面の写真撮影を行い、その後、画像解析ソフト(Media Cybernetics製:Image−Pro Plus)を用いて、硬さ測定結果により擬ポリゴナル・フェライトと判別された組織の面積分率(平均値)の定量化を行なった。
[Measurement of pseudopolygonal ferrite fraction]
In order to measure the pseudo-polygonal ferrite fraction obtained from the hardness measurement results, first, the sample observation surface on which the hardness measurement was performed was photographed with an optical microscope, and then image analysis software (Media Cybernetics) was used. (Made by Image-Pro Plus) was used to quantify the area fraction (average value) of the structure determined to be pseudopolygonal ferrite from the hardness measurement results.
[固溶B量の測定]
固溶B量は、抽出残渣の化学分析試験によって定量化した。試験片はt/4部とt/2部(t:板厚)の位置から10mm×10mm角を採取し、10質量%アセチルアセトン−1質量%テトラメチルアンモニウムクロリド−メタノール溶液を電解液として、200mA/m2以下の電流下で抽出し、0.1μmのフィルターを用いた。
[Measurement of the amount of dissolved B]
The amount of solid solution B was quantified by a chemical analysis test of the extraction residue. Test specimens were taken at 10 mm × 10 mm squares from the positions of t / 4 parts and t / 2 parts (t: plate thickness), and 10 mA acetylacetone-1 mass% tetramethylammonium chloride-methanol solution was used as the electrolyte, and 200 mA. Extraction was performed under a current of less than / m 2 and a 0.1 μm filter was used.
[母材の引張特性の評価]
各鋼板のt/4(t:板厚)の位置からJIS4号試験片を採取し、JIS Z2241に従って引張試験を行うことによって、降伏応力YS(降伏点YP)および引張強さTSを測定し、降伏比YRを計算した。
[Evaluation of tensile properties of base metal]
By collecting a JIS No. 4 test piece from the position of t / 4 (t: plate thickness) of each steel plate and performing a tensile test according to JIS Z2241, the yield stress YS (yield point YP) and the tensile strength TS are measured, Yield ratio YR was calculated.
[有効結晶粒径D]
有効結晶粒径Dは、EBSP解析装置(TexSEM Laboratries社製)およびPhilips社製FE−SEM(電解放出型走査電子顕微鏡)「XL30S−FEG」を用いて測定した。結晶方位差が15°以上の大角粒界で囲まれた擬ポリゴナル・フェライトにおける結晶粒の結晶粒径を有効結晶粒径Dと決定した。このときの測定領域は、250μm、測定ステップは0.4μm間隔とし、測定方位の信頼性を示すコンフィデンス・インデックス(Confidence Index)が0.1以下の測定点は解析対象から削除した。また、有効結晶粒径Dが2.0μm以下のものについては、測定ノイズと判断し、有効結晶粒径Dの対象(結晶粒径の平均値計算の対象)から除外した。
[Effective crystal grain size D]
The effective crystal grain size D was measured using an EBSP analyzer (manufactured by TexSEM Laboratories) and an FE-SEM (electrolytic emission scanning electron microscope) “XL30S-FEG” manufactured by Philips. The crystal grain size of the pseudopolygonal ferrite surrounded by a large-angle grain boundary with a crystal orientation difference of 15 ° or more was determined as the effective crystal grain size D. At this time, the measurement area was 250 μm, the measurement step was 0.4 μm, and measurement points having a confidence index (Confidence Index) of 0.1 or less indicating the reliability of the measurement direction were deleted from the analysis target. In addition, those having an effective crystal grain size D of 2.0 μm or less were judged as measurement noise and excluded from the target of the effective crystal grain size D ( target of calculation of the average value of crystal grain size ) .
[島状マルテンサイト(MA)の平均円相当径d]
各鋼板のt/4位置について鏡面研磨した試験片をレペラー腐食し、光学顕微鏡によって組織を観察し、倍率:1000倍、50μm角の領域をn=10で撮影し、画像解析装置(Media Cybernetics製:Image−Pro Plus)によって平均円相当径dを測定した。
[Average circle equivalent diameter d of island martensite (MA)]
The specimens mirror-polished at the t / 4 position of each steel plate were repeller-corroded, the structure was observed with an optical microscope, a magnification: 1000 times, a 50 μm square area was photographed at n = 10, and an image analyzer (manufactured by Media Cybernetics) : Image-Pro Plus), the average equivalent circle diameter d was measured.
[母材の衝撃特性(靭性)の評価]
母材の衝撃特性(靭性)は、Vノッチシャルピー試験を行い、遷移曲線によりvTrs(脆性破面遷移温度)を求めた。t/4(t:板厚)の位置からJIS4号試験片を採取し、JIS Z2242に従って試験を実施した。このとき各温度(最低4温度以上)の測定につき、n=3で試験を実施し、3点中最も脆性破面率の高い点を通るように脆性破面遷移曲線を描き、脆性破面率50%の温度を脆性破面遷移温度vTrsとして算出した(vTrsが最も高温側となるように線を引く)。
[Evaluation of impact properties (toughness) of base metal]
For the impact properties (toughness) of the base material, a V-notch Charpy test was performed, and vTrs (brittle fracture surface transition temperature) was obtained from a transition curve. A JIS No. 4 test piece was taken from the position of t / 4 (t: plate thickness), and the test was carried out according to JIS Z2242. At this time, for each temperature measurement (at least 4 temperatures), the test was conducted at n = 3, and a brittle fracture surface transition curve was drawn so as to pass through the point with the highest brittle fracture surface ratio among the three points. A temperature of 50% was calculated as the brittle fracture surface transition temperature vTrs (a line was drawn so that vTrs was on the highest temperature side).
[脆性亀裂伝播停止特性]
脆性亀裂伝播停止特性(アレスト特性)は、社団法人日本溶接協会(WES)発行の鋼種認定試験方法(2003年3月31日制定)で規定される「脆性破壊伝播停止試験」に準じて行った。試験は、脆性破壊伝播停止試験方法の図7.2に示されている形状の試験片を用い、該試験片に−190℃〜+60℃の範囲から選ばれる任意の温度範囲で温度勾配をつけて4試験体分行った。Kca値は下記(4)式で算出した。下記(4)式中、cは伝播部入口から脆性亀裂先端までの長さ(mm)、σは脆性亀裂を進展させる応力(MPa)、Wは伝播部幅(mm)を、夫々示している。
[Brittle crack propagation stopping characteristics]
The brittle crack propagation stop property (arrest property) was performed in accordance with the “brittle fracture propagation stop test” defined by the steel type qualification test method (established on March 31, 2003) issued by the Japan Welding Association (WES). . In the test, a test piece having the shape shown in FIG. 7.2 of the brittle fracture propagation stop test method is used, and a temperature gradient is applied to the test piece in an arbitrary temperature range selected from the range of −190 ° C. to + 60 ° C. A total of 4 specimens were used. The Kca value was calculated by the following formula (4). In the following formula (4), c is the length (mm) from the propagation part inlet to the brittle crack tip, σ is the stress (MPa) for propagating the brittle crack, and W is the propagation part width (mm). .
Tを脆性亀裂先端の温度(単位はK)とし、X軸を1/T、Y軸を算出したKca値として1/TとKca値の相関関係を示すグラフを作成し、4点の近似曲線と263Kとの交点を−10℃でのKca値とした。−10℃でのKca値を下記表5、6に示す。本発明では、−10℃でのKcaが5000N/mm3/2以上の場合を合格(脆性亀裂伝播停止特性に優れる)とする。 Create a graph showing the correlation between 1 / T and Kca value, where T is the temperature of the brittle crack tip (unit is K), X axis is 1 / T, and Y axis is the calculated Kca value. And the Kca value at −10 ° C. The Kca values at −10 ° C. are shown in Tables 5 and 6 below. In the present invention, a case where Kca at −10 ° C. is 5000 N / mm 3/2 or more is regarded as acceptable (excellent in brittle crack propagation stopping characteristics).
[HAZ靭性試験]
サブマージアーク溶接(2kJ/mm)を行ったときの熱サイクルを模擬したHAZ靭性評価法として、加熱温度:1400℃で5秒保持、その後冷却が800〜500℃の冷却時間(Tc):25秒の熱サイクルで各供試鋼板を熱処理した後、温度:−15℃におけるシャルピー吸収エネルギー(Vノッチ)を測定した。尚、試験片としては、板厚t/4部(t:板厚)の位置から採取したサイズ10mm×10mm×55mmの棒状で、中央部片面に深さ;2mmのVノッチを形成したものを使用した。このときVシャルピー衝撃値(vE−15)が50J以上を合格とした。
[HAZ toughness test]
As a HAZ toughness evaluation method simulating a thermal cycle when submerged arc welding (2 kJ / mm) is performed, a heating temperature is maintained at 1400 ° C. for 5 seconds, and then a cooling time is 800 to 500 ° C. (Tc): 25 seconds. After heat-treating each test steel plate in the thermal cycle, the Charpy absorbed energy (V notch) at a temperature of −15 ° C. was measured. In addition, as a test piece, it is a rod shape of size 10 mm × 10 mm × 55 mm taken from the position of the plate thickness t / 4 part (t: plate thickness) and has a V notch having a depth of 2 mm on one side of the central part. used. At this time, the V Charpy impact value (vE- 15 ) was 50 J or more.
これらの結果から明らかなように、実験No.1〜24は、本発明で規定する要件を満足する例であり、高強度を満足すると共に、脆性亀裂伝播停止特性に優れた厚鋼板が得られている。これに対して、実験No.25〜49では、本発明で規定するいずれかの要件を外れる例であり、いずれかの特性が得られていないことが分かる。 As is clear from these results, Experiment No. Nos. 1 to 24 are examples satisfying the requirements defined in the present invention, and a thick steel plate excellent in brittle crack propagation stopping characteristics is obtained while satisfying high strength. In contrast, Experiment No. Nos. 25 to 49 are examples that do not satisfy any of the requirements defined in the present invention, and it is understood that any characteristic is not obtained.
Claims (9)
−215+1.56×D+9.79×d+0.24×YS<-60 …(1) C: 0.03 to 0.1% (meaning “mass%”, the same applies to the chemical component composition), Si: 0.5% or less (including 0%), Mn: 1.0 to 2.0% , P: 0.015% or less (excluding 0%), S: 0.01% or less (not including 0%), Al: 0.005-0.06%, Nb: 0.02-0. It contains 06%, Ti: 0.008 to 0.030%, N: 0.0020 to 0.010%, and O: 0.01% or less (not including 0%), respectively, and solid solution B: 0.0005% or less (including 0%), the balance is iron and inevitable impurities, and the depth t / 4 to t / 2 (t represents the plate thickness, the same shall apply hereinafter) from the surface In the microstructure, the average area ratio of pseudo-polygonal ferrite is 62 to 85%, and it is adjacent to the surface at a depth t / 4. When the grain size of a crystal grain surrounded by a large-angle grain boundary where the orientation difference between two crystals is 15 ° or more is defined as an effective crystal grain size D (μm), this is the average equivalent circular diameter d (μm) of island martensite and A thick steel plate having excellent brittle crack propagation stopping characteristics, which satisfies the following formula (1) in relation to the yield stress YS (MPa) of the steel plate.
−215 + 1.56 × D + 9.79 × d + 0.24 × YS <−60 (1)
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