JP5439973B2 - 優れた生産性と溶接性を兼ね備えた、pwht後の落重特性に優れた高強度厚鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
1.スラブ製造段階での優れた生産性と現地工事での優れた溶接性とを兼ね備えるためには、成分設計において、C量を亜包晶域よりも低減し、かつ、Pcmを0.22%未満とすることが有効である。
2.Cr,Mo,V添加量の最適化を行い、Y=Cr+2Mo+10Vで規定されるY値を1.2〜1.5の範囲で制限することにより、高温・長時間のPWHT後にもTS 580MPaを超える強度を確保するとともに、特にスラブ製造時のV炭窒化物の析出によるスラブ割れなども低減でき、生産性を向上させることが可能である。
3.焼入れ温度の最適化により、加熱時の旧γ粒径を微細化することで、その後の焼入れ時のベイナイトまたはマルテンサイト変態後のミクロ組織(パケットやブロックサイズ)を微細化し、PWHT後にも優れた落重特性を確保することが可能である。
1.質量%で、C:0.04〜0.08%、Si:0.05〜0.6%、Mn:1.2〜2.0%、P:0.010%以下、S:0.003%以下、Al:0.01〜0.05%、Cu:0.01〜0.50%、Ni:0.05〜0.60%、Cr:0.01〜0.50%、Mo:0.05〜0.40%、V:0.01〜0.1%、N:0.0010〜0.0040%、Pcm:0.22以下、焼入れ性指数(DI値):40〜100、Y値:1.20〜1.50を満足し、残部Feおよび不可避的不純物で、ミクロ組織が焼戻しベイナイトおよび/または焼戻しマルテンサイト組織であることを特徴とする、優れた生産性と溶接性を兼ね備えた、PWHT後の落重特性に優れた高強度厚鋼板。
2.更に、質量%で、Ti:0.004〜0.010%,Ca:0.0005〜0.0015%,REM:0.001〜0.010%の1種または2種以上を含有することを特徴とする、1記載の、優れた生産性と溶接性を兼ね備えた、PWHT後の落重特性に優れた高強度厚鋼板。
3.更に、質量%で、Nb:0.003%以下、B:0.0003%以下とすることを特徴とする、1または2に記載の、優れた生産性と溶接性を兼ね備えた、PWHT後の落重特性に優れた高強度厚鋼板。
4.更に、焼戻しベイナイトおよび/または焼戻しマルテンサイトのミクロ組織において、EBSPにより測定した15度以上の大傾角粒界で囲まれた結晶粒の円相当径の平均値が20μm以下であることを特徴とする、1乃至3のいずれか一つに記載の、優れた生産性と溶接性を兼ね備えた、PWHT後の落重特性に優れた高強度厚鋼板。
5.1乃至3のいずれか一つに記載の成分組成からなる連続鋳造製の鋼素材を表面手入れを行うことなく、熱間圧延により板厚80mm以下とした後、Ac3〜Ac3+70℃の温度域に再加熱後焼入れする処理を1回以上行い、引き続き、650〜700℃の温度域で焼戻し処理を行うことを特徴とする、優れた生産性と溶接性を兼ね備えた、PWHT後の落重特性に優れた高強度厚鋼板の製造方法。
6.前記熱間圧延が直送圧延あるいはホットチャージ圧延であることを特徴とする5記載の、優れた生産性と溶接性を兼ね備えた、PWHT後の落重特性に優れた高強度厚鋼板の製造方法。
[成分組成]説明において%は質量%とする。
C:0.04〜0.08%
Cは、所定の強度を確保するために必要な元素で、580MPaを超える強度を確保するため0.04%以上含有させることが必要である。一方、0.08%を超えて含有すると、包晶凝固を伴うことから、溶製して連続鋳造にて鋳込んだ際に素材表面が割れ易くなる。素材表面に割れが発生した場合には、圧延後の製品の表面品質劣化を防ぐためには、素材表面の割れ発生部分をホットスカーフやコールドスカーフなどのスカーフィングにより除去することが必要で、生産性を極めて阻害する。このためCの含有量は、0.04〜0.08%とする。なお、好ましい含有量は、0.04〜0.07%である。
Siは、鋼の脱酸に寄与するだけでなく、鋼中に固溶し、鋼材の強度を高めるのに有効な元素であり、その効果を得るためには、0.05%以上含有させることが必要である。しかし、0.6%を超えて含有すると溶接熱影響部の靭性が低下するため、Siの含有量は0.05〜0.6%とする。なお、好ましい含有量は0.1〜0.5%である。
Mnは、鋼の脱酸に寄与するだけでなく、焼入れ性を向上させる有用な元素であり、高強度を得るためには1.2%以上含有させることが必要である。一方、2.0%を超えて含有すると、溶接性や溶接熱影響部靭性を低下させることから、Mnの含有量は1.2〜2.0%とする。なお、好ましい含有量は、1.2〜1.8%である。
Pは鋼中に不可避的に混入し、溶接後の応力除去焼鈍(PWHT)の徐冷過程において、旧オーステナイト粒界に偏析して、粒界脆化を助長し、落重特性を低下させる。そのため、P量は極力低いことが望ましいが、0.010%以下であれば、粒界脆化を防止できることから、含有量の上限を0.010%とする。なお、好ましい含有量は、0.008%以下である。
Sは、鋼中でMnSなどの介在物として存在し、靱性を低下させる元素であり、極力低いことが望ましい。0.003%を超えて含有すると落重特性を低下させるため、上限を0.003%とする。なお、好ましい含有量は、0.002%以下である。
Alは、脱酸元素として有用な元素であり、かつ、焼入れ時にAlNによる結晶粒微細化を通じて靭性向上に有用である。これらの効果を発揮するために、Alの含有量は、0.01〜0.05%とする。なお、好ましい含有量は、0.015〜0.04%である。
Cuは、鋼中へ固溶し、固溶強化元素として有用な元素であり、高強度を得るためには0.01%以上含有させることが必要であるが、0.50%を超えて含有すると、熱間圧延時のCu割れの懸念が高まるため、Cuの含有量は、0.01〜0.50%とする。なお、好ましい含有量は、0.01〜0.40%以下である。
Niは、Cu同様に鋼中へ固溶し、固溶強化元素として、また、低温靱性の向上にも有用な元素である。その効果を得るためには、0.05%以上含有させることが必要である。しかし、0.60%を超えて含有すると、鋼材コストが上昇し、また、スラブ割れの発生頻度が高まり、生産性を阻害するようになるため、Niの含有量は0.05〜0.60%とする。なお、好ましい含有量は、0.10〜0.50%以下である。
Crは、焼入れ性を向上させる有用な元素で、PWHT後の強度確保に重要な元素であり、その効果を得るためには、0.01%以上含有させることが必要である。しかし、0.50%を超えて含有すると、溶接性を劣化させるとともに、PWHT後の靱性の低下を著しくするため、Crの含有量は0.01〜0.50%とする。なお、好ましい含有量は、0.10〜0.50%である。
Moは、焼入れ性を向上させ、強度を高めるとともに、靱性確保にも有用な元素である。また、Crと同様に、PWHT後の強度確保に重要な元素であり、その効果を得るためには、0.05%以上含有させることが必要である。しかし、0.40%を超えて含有すると、溶接性を劣化させるとともに、Moは高価な元素であり鋼材コストの上昇を招くため、Moの含有量は0.05〜0.40%とする。なお、好ましい含有量は、0.10〜0.30%である。
Vは、焼入れ性を向上させ、C,Nと炭窒化物を形成し、PWHT後の強度の確保に重要な元素である。その効果を得るためには、0.01%以上含有させることが必要であるが、0.1%を超えて含有すると、溶接性を劣化させるとともに、炭窒化物の析出による靱性低下を招くため、Vの含有量は、0.01〜0.1%とする。なお、好ましい含有量は、0.01〜0.07%である。
Nは、Cと同様に、Vと炭窒化物を形成し、強度を高めるのに有用な元素である。また、熱間圧延時や焼入れ時にAlNを形成し、オーステナイトの微細化を通じて靱性向上に寄与する。その効果をえるためには、0.0010%以上含有することが必要であるが、0.0040%を超えて含有すると、スラブ割れの懸念が高まり、生産性を阻害するとともに、溶接部の靱性低下も招くため、Nの含有量は、0.0010〜0.0040%とする。
Pcmは溶接割れ感受性指標で、Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5Bとする(各元素は含有量(質量%))。Pcmが0.22%を超えると、予熱無しで溶接する場合に低温割れが発生することから、厳格な予熱温度管理が必要となるため、上限を0.22%とする。これにより、予熱温度を室温以下にすることができる。本発明では、Pcmを0.22%以下とするため、C量を低減するので、亜包晶域が回避されてスラブ表面割れが減少し、生産性の向上が可能となる。
板厚80mm程度の場合まで十分な強度を確保するには、焼入れ性指数(DI)を適正な範囲に制限する必要がある。焼入れ性指数(DI)が40未満では、板厚40mm以上の厚物材で、板厚中心部の強度不足が懸念され、一方、100を超えると、合金元素添加量の増加し、溶接性が著しく低下することから、40〜100とする。なお、焼入れ性指数(DI)は8√C×(1+0.64Si)×(1+4.1Mn) ×(1+0.27Cu) ×(1+0.52Ni) ×(1+2.33Cr) ×(1+3.14Mo)、各元素は含有量(質量%)とする。
Y値(=Cr+2Mo+10V、各元素は含有量(質量%))は、焼戻し時の焼戻し軟化抵抗の度合いを示す指標であり、Y値が1.20未満では、焼戻し及びPWHT後の鋼板強度の低下が大きく、所定の強度を達成することが困難である。
Tiは、Nと窒化物を形成し、熱間圧延時や溶接時のオーステナイト粒の微細化を通じた靭性向上に寄与する有用な元素である。0.004%未満の含有では、その効果は十分ではなく、一方、0.010%を超えるとPWHT後の靭性が著しく低下するため、含有させる場合は、0.004〜0.010%とする。
ミクロ組織は焼戻しベイナイトおよび/または焼戻しマルテンサイトで、EBSPにより測定した15度以上の大傾角粒界で囲まれた結晶粒の円相当径の平均値が20μm以下であることを特徴とする。なお、本発明鋼は、焼戻しベイナイトおよび/または焼戻しマルテンサイトの他に作用効果を損なわない範囲で少量の他の組織が混在してもよいものとする。
熱間圧延は常法に従えばよく、特に限定されるものではない。たとえば、1000〜1200℃に再加熱したスラブを、60%以上の累積圧下率で熱間圧延し、900℃以上で圧延終了すればよい。圧延後の冷却は、特に規定しないが、空冷を行えばよい。
Claims (6)
- 質量%で、C:0.04〜0.08%、Si:0.05〜0.6%、Mn:1.2〜2.0%、P:0.010%以下、S:0.003%以下、Al:0.01〜0.05%、Cu:0.01〜0.50%、Ni:0.05〜0.60%、Cr:0.01〜0.50%、Mo:0.05〜0.40%、V:0.01〜0.1%、N:0.0010〜0.0040%、Pcm:0.22以下、焼入れ性指数(DI値):40〜100、Y値:1.20〜1.50を満足し、残部Feおよび不可避的不純物で、ミクロ組織が焼戻しベイナイトおよび/または焼戻しマルテンサイト組織であることを特徴とする、優れた生産性と溶接性を兼ね備えた、PWHT後の落重特性に優れた高強度厚鋼板。
焼入れ性指数(DI値):DI=8√C×(1+0.64Si)×(1+4.1Mn)×(1+0.27Cu)×(1+0.52Ni)×(1+2.33Cr)×(1+3.14Mo)、Y値:Y=Cr+2Mo+10V、但し、各元素記号は含有量(質量%)とする - 更に、質量%で、Ti:0.004〜0.010%,Ca:0.0005〜0.0015%,REM:0.001〜0.010%の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、優れた生産性と溶接性を兼ね備えた、PWHT後の落重特性に優れた高強度厚鋼板。
- 更に、質量%で、Nb:0.003%以下、B:0.0003%以下とすることを特徴とする、請求項1または2に記載の、優れた生産性と溶接性を兼ね備えた、PWHT後の落重特性に優れた高強度厚鋼板。
- 更に、焼戻しベイナイトまたは焼戻しマルテンサイトのミクロ組織において、EBSPにより測定した15度以上の大傾角粒界で囲まれた結晶粒の円相当径の平均値が20μm以下であることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか一つに記載の、優れた生産性と溶接性を兼ね備えた、PWHT後の落重特性に優れた高強度厚鋼板。
- 請求項1乃至3のいずれか一つに記載の成分組成からなる連続鋳造製の鋼素材を表面手入れを行うことなく、熱間圧延により板厚80mm以下とした後、Ac3〜Ac3+70℃の温度域に再加熱後焼入れする処理を1回以上行い、引き続き、650〜700℃の温度域で焼戻し処理を行うことを特徴とする、優れた生産性と溶接性を兼ね備えた、PWHT後の落重特性に優れた高強度厚鋼板の製造方法。
- 前記熱間圧延が直送圧延あるいはホットチャージ圧延であることを特徴とする請求項5記載の、優れた生産性と溶接性を兼ね備えた、PWHT後の落重特性に優れた高強度厚鋼板の製造方法。
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