JP5618044B2 - 板厚方向の耐疲労亀裂伝播特性に優れた厚鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
(1)板面に平行に、(110)面を発達させた組織((110)集合組織)とすること、さらに
(2)板面に平行に、(100)面の発達を抑制した組織とすること
が、板厚方向の靭性低下を伴うことなく、板厚方向の疲労亀裂伝播速度が低く、板厚方向の耐疲労亀裂伝播特性に優れた厚鋼板とすることにおいて重要となるとの知見を得た。
(1)厚鋼板であって、該厚鋼板が、質量%で、C:0.03〜0.15%、Si:0.60%以下、
Mn:0.80〜1.80%を含み、さらにTi:0.005〜0.050%、Nb:0.001〜0.1%のうちから選ばれた1種または2種を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有し、前記厚鋼板の組織が、該厚鋼板の表面から板厚方向に2mmの位置から板厚の3/10位置までの範囲および/または裏面から板厚方向に2mmの位置から板厚の7/10位置までの範囲において、板面に平行な(110)面のX線強度比が2.0以上となる部位を有することを特徴とする板厚方向の耐疲労亀裂伝播特性に優れた厚鋼板。
(3)(1)または(2)において、前記組織が、さらに板面に平行な(100)面のX
線強度比が1.1以下であることを特徴とする厚鋼板。
(6)鋼素材を加熱し熱間圧延を施して厚鋼板とするにあたり、前記鋼素材を、質量%で、C:0.03〜0.15%、Si:0.60%以下、Mn:0.80〜1.80%を含み、さらにTi:0.005〜0.050%、Nb:0.001〜0.1%のうちから選ばれた1種または2種を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼素材とし、前記熱間圧延が、オーステナイト部分再結晶温度以上の温度域で累積圧下率:10%以上とする第一の圧延と、前記厚鋼板の表面から板厚方向に2mmの位置から板厚の3/10位置までに相当する範囲および/または前記厚鋼板の裏面から板厚方向に2mmの位置から板厚の7/10位置までに相当する範囲が二相組織となる温度域で、1パス平均の圧下率が5.0%未満でかつ累積圧下率:50%以上となる第二の圧延とからなり、該第二の圧延の圧延終了温度が表面温度で600℃以上であることを特徴とする板厚方向の耐疲労亀裂伝播特性に優れた厚鋼板の製造方法。
(9)(6)ないし(8)のいずれかにおいて、前記組成に加えてさらに、質量%で、Cu:2.0%以下、Ni:2.0%以下、Cr:0.6%以下、Mo:0.6%以下、V:0.2%以下、W:0.5%以下、Zr:0.5%以下、B:0.0050%以下のうちから選ばれた1種または2種以上を含有する組成とすることを特徴とする厚鋼板の製造方法。
で、Al:0.1%以下を含有する組成とすることを特徴とする厚鋼板の製造方法。
本発明厚鋼板は、少なくとも板厚方向の特定範囲の位置で、板面に平行な(110)面のX線強度比が2.0以上、好ましくは2.5以上となる部位を有する板厚35mm上の厚鋼板である。
ここで、板面に平行な(110)面のX線強度比とは、ランダムな方位を有する鋼板における板面に平行な(110)面からのX線強度を基準とし、それに対する、板面に平行に存在する(110)面からのX線強度の比をいう。板面に平行な(110)面のX線強度比が2.0以上とは、ランダムな方位を有する鋼板に比して、板面に平行な(110)面が2.0倍以上に高く集積して、(110)集合組織を形成していることを意味する。
さらに、本発明厚鋼板では、板面に平行な(100)面のX線強度比を1.1以下となる部位を有することが好ましい。体心立方(bcc)構造鋼板では、(100)面は劈開面であり、板面に平行な(100)面の存在は、板厚方向の靭性を低下させる。また、(100)面が板面に平行に発達すると、(110)集合組織の形成を阻害する。このため、本発明ではできるだけ低減することが好ましいが、板面に平行な(100)面のX線強度比が1.1以下であれば許容できる。
Cは、鋼の強度を増加させる作用を有する元素であり、所望の高強度を確保するためには、0.03%以上含有することが好ましいが、0.15%を超えて含有すると、溶接熱影響部靭性が低下する。このため、Cは0.03〜0.15%の範囲に限定することが好ましい。
Si:0.60%以下
Siは、脱酸剤として作用するとともに、固溶して鋼の強度を増加させる作用を有する元素である。このような効果を得るためには、0.01%以上含有することが望ましい。一方、0.60%を超える含有は、溶接熱影響部靭性を低下させる。このため、Siは0.60%以下に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.5%以下である。
Mnは、鋼の強度を増加させる作用を有する元素であり、所望の高強度を確保するためには、0.80%以上含有することが好ましいが、1.80%超えて含有すると、母材靭性の低下が懸念される。このため、Mnは0.80〜1.80%の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.9〜1.6%である。
Ti、Nbは、析出強化を介して強度を増加させるとともに、加熱時のオーステナイト粒の成長を抑制し鋼板組織の微細化に寄与する元素であり、本発明では1種または2種を含有する。
Tiは、炭化物、窒化物を形成し、鋼板製造時のオーステナイト粒の微細化に寄与するとともに、溶接熱影響部の結晶粒粗大化を抑制し、溶接熱影響部靭性を向上させる。このような効果を得るためには、0.005%以上含有することが好ましい。一方、0.050%を超える含有は、靭性を低下させる。このため、Tiは0.005〜0.050%の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.005〜0.02%である。
Cu:2.0%以下、Ni:2.0%以下、Cr:0.6%以下、Mo:0.6%以下、V:0.2%以下、W:0.5%以下、Zr:0.5%以下、B:0.0050%以下のうちから選ばれた1種または2種以上
Cu、Ni、Cr、Mo、V、W、Zr、Bはいずれも、鋼の強度を増加させる元素で有り、必要に応じて選択して1種または2種以上含有できる。
Niは、鋼の強度を増加するとともに、靭性向上にも寄与する。また、Niは、Cuによる熱間圧延時の割れを防止するために有効に作用する。このような効果を得るためには、0.1%以上含有することが望ましい。しかし、2.0%を超えて多量に含有しても、効果が飽和し含有量に見合う効果が期待できなくなり経済的に不利となるとともに、Niは高価な元素であり多量の含有は材料コストの高騰を招く。このため、含有する場合には、Niは2.0%以下に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.1〜1.0%である。
Moは、鋼の強度増加に寄与する。このような効果を得るためには、0.01%以上含有することが望ましいが、0.6%を超える含有は、溶接部の靭性を低下させる。このため、含有する場合には、Moは0.6%以下に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.01〜0.08%である。
Wは、鋼の強度増加、とくに高温の強度増加に寄与する。このような効果を得るためには、0.1%以上含有することが望ましいが、0.5%を超える多量の含有は、溶接部の靭性を低下させる。また、高価なWの多量含有は材料コストの高騰を招く。このため、含有する場合には、Wは0.5%以下に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.2〜0.4%である。
Bは、焼入れ性の向上を介し鋼の強度増加に寄与するとともに、圧延中にBNとして析出し、圧延後のフェライト粒の微細化に寄与する。このような効果を得るためには、0.001%以上含有することが望ましいが、0.0050%を超える含有は靭性を劣化させる。このため、含有する場合には、Bは0.0050%以下に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.0010〜0.0035%である。
Alは、脱酸剤として作用するとともに、結晶粒の微細化にも寄与する元素であり、必要に応じて含有できる。このような効果を得るためには、0.015%以上含有することが望ましいが、0.1%を超える過剰の含有は、靭性の低下に繋がる。このため、含有する場合には、Alは0.1%以下に限定した。なお、好ましくは0.08%以下である。
つぎに、本発明厚鋼板の好ましい製造方法について説明する。
本発明では、好ましくは上記した組成の鋼素材に、熱間圧延を施して、板厚35mm以上の厚鋼板とする。
好ましくは上記した組成を有する鋼素材を、好ましくは加熱温度:900〜1350℃の温度に加熱する。
この第一の圧延では、オーステナイト粒が少なくとも部分的に再結晶するため、鋼板組織を微細でかつ均一にすることができる。なお、少なくともオーステナイト粒が部分的に再結晶するためには、累積圧下率:10%以上とすることが好ましい。圧延温度域が、オーステナイト未再結晶温度域では、結晶粒の均一化が期待できなくなる。
上記した好ましい組成範囲では、表面温度が900〜600℃である場合には、表面から板厚方向に2mmの位置から板厚の3/10位置までの範囲および/または裏面から板厚方向に2mmの位置から板厚の7/10位置までの範囲が、概ね、(α+γ)の二相を主体とする組織を呈する。
また、上記した好ましい製造方法で製造された厚鋼板は、表面から板厚方向に2mmの位置から板厚の3/10位置までの範囲および/または裏面から板厚方向に2mmの位置から板厚の7/10位置までの範囲で板面に平行な(100)面のX線強度比を1.1以下に調整できる。
(1)組織観察
得られた厚鋼板の板厚の1/4位置(表面から板厚方向に2mm〜板厚の3/10位置の範囲の代表)から、板面に平行に組織観察用試験片(大きさ:厚さ1.5mm×幅25mm×長さ30mm)を採取し、X線回折法により、板面に平行な(110)面および(100)面のX線回折強度を求めた。得られたX線回折強度と、ランダム試験片の(110)面および(100)面のX線回折強度との比を、それぞれ、板面に平行な(110)面のX線強度比、板面に平行な(100)面のX線強度比とした。
得られた厚鋼板から、JIS Z 2201(1998)の規定に準拠して、引張方向が鋼板の圧延方向と直角方向となるように、JIS 4号引張試験片(平行部径:14mm)を採取した。試験片の採取位置は、板厚の1/4位置(表面から板厚方向に2mm〜板厚の3/10位置の範囲の代表)とした。引張試験は、JIS Z 2241(1998)に準拠して行い、降伏強さσYSまたは0.2%耐力σ0.2、引張強さσTS、伸びElを求め、静的引張時の引張特性を評価した。
得られた厚鋼板から、JIS Z 2242(2005)の規定に準拠して、長手方向が圧延方向に平行方向となるように、Vノッチ試験片を採取し、破面遷移温度Trs50を求め、靭性を評価した。なお、Vノッチ試験片は、板厚の1/4位置(表面から板厚方向に2mm〜板厚の3/10位置の範囲の代表)から採取した。
得られた厚鋼板から、厚鋼板の圧延方向断面(L方向断面)で板厚の1/4位置から疲労亀裂の伝播方向が板厚方向となるように、疲労亀裂伝播試験用試験片(厚さ5mm×幅10mm×長さ55mm)を採取した。試験片は、図1(a)に示す寸法形状の3点曲げ疲労試験片であり、応力比R(=最小荷重/最大荷重)が0.1となる条件で疲労亀裂伝播試験を実施して、板厚方向の疲労亀裂伝播速度を求めた。得られた応力拡大係数範囲ΔKと疲労亀裂伝播速度との関係から、応力拡大係数範囲ΔK:20MPa・m1/2での疲労亀裂伝播速度を求めた。疲労亀裂伝播速度:3.0×10−8m/cycle未満である場合を「耐疲労亀裂伝播特性に優れる」として○と、それ以外の場合を×として評価した。なお、試験片のノッチは45°の機械加工ノッチである。また、疲労亀裂の伝播を検知するためのクラックゲージは、図1(b)に示すようにクラックゲージの端部が、ノッチの先端から0.5mm離れた位置となるように試験片表面および裏面に貼付した。なお、クラックゲージは、0.1mmピッチで幅4.5mmのものを使用した。
Claims (10)
- 厚鋼板であって、該厚鋼板の組成が、質量%で、
C:0.03〜0.15%、 Si:0.60%以下、
Mn:0.80〜1.80%
を含み、さらにTi:0.005〜0.050%、Nb:0.001〜0.1%のうちから選ばれた1種または2種を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有し、
前記厚鋼板の組織が、該厚鋼板の表面から板厚方向に2mmの位置から板厚の3/10位置までの範囲および/または裏面から板厚方向に2mmの位置から板厚の7/10位置までの範囲において、板面に平行な(110)面のX線強度比が2.0以上となる部位を有することを特徴とする板厚方向の耐疲労亀裂伝播特性に優れた厚鋼板。 - 厚鋼板であって、該厚鋼板の組成が、質量%で、
C:0.03〜0.15%、 Si:0.60%以下、
Mn:0.80〜1.80%
を含み、さらにTi:0.005〜0.050%、Nb:0.001〜0.1%のうちから選ばれた1種または2種を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有し、
前記厚鋼板の組織が、該厚鋼板の表面から板厚方向に2mmの位置から板厚の3/10位置までの範囲および/または裏面から板厚方向に2mmの位置から板厚の7/10位置までの範囲において、板面に平行な(110)面のX線強度比が2.5以上となる部位を有することを特徴とする板厚方向の耐疲労亀裂伝播特性に優れた厚鋼板。 - 前記組織が、さらに板面に平行な(100)面のX線強度比が1.1以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の厚鋼板。
- 前記組成に加えてさらに、質量%で、Cu:2.0%以下、Ni:2.0%以下、Cr:0.6%以下、Mo:0.6%以下、V:0.2%以下、W:0.5%以下、Zr:0.5%以下、B:0.0050%以下のうちから選ばれた1種または2種以上を含有する組成とすることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の厚鋼板。
- 前記組成に加えてさらに、質量%で、Al:0.1%以下を含有する組成とすることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の厚鋼板。
- 鋼素材を加熱し熱間圧延を施して厚鋼板とするにあたり、前記鋼素材を、質量%で、
C:0.03〜0.15%、 Si:0.60%以下、
Mn:0.80〜1.80%
を含み、さらにTi:0.005〜0.050%、Nb:0.001〜0.1%のうちから選ばれた1種または2種を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼素材とし、
前記熱間圧延が、オーステナイト部分再結晶温度以上の温度域で累積圧下率:10%以上とする第一の圧延と、前記厚鋼板の表面から板厚方向に2mmの位置から板厚の3/10位置までに相当する範囲および/または前記厚鋼板の裏面から板厚方向に2mmの位置から板厚の7/10位置までに相当する範囲が二相組織となる温度域で、1パスの平均圧下率が5.0%未満でかつ累積圧下率:50%以上となる第二の圧延とからなり、該第二の圧延の圧延終了温度が表面温度で600℃以上であることを特徴とする板厚方向の耐疲労亀裂伝播特性に優れた厚鋼板の製造方法。 - 鋼素材に熱間圧延を施して厚鋼板とするにあたり、前記鋼素材を、質量%で、
C:0.03〜0.15%、 Si:0.60%以下、
Mn:0.80〜1.80%
を含み、さらにTi:0.005〜0.050%、Nb:0.001〜0.1%のうちから選ばれた1種または2種を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼素材とし、
前記熱間圧延が、前記鋼素材を900〜1350℃の温度に加熱し、表面温度で1000〜850℃の温度域で累積圧下率:10%以上の圧延を施す第一の圧延と、表面温度が900〜600℃の温度域で1パスの平均圧下率が5.0%未満でかつ累積圧下率:50%以上となる第二の圧延とからなり、該第二の圧延の圧延終了温度を表面温度で850〜600℃の温度域の温度とすることを特徴とする板厚方向の耐疲労亀裂伝播特性に優れた厚鋼板の製造方法。 - 前記第二の圧延が、1パスの平均圧下率が4.5%未満でかつ累積圧下率:60%以上となる圧延であることを特徴とする請求項6または7に記載の厚鋼板の製造方法。
- 前記組成に加えてさらに、質量%で、Cu:2.0%以下、Ni:2.0%以下、Cr:0.6%以下、Mo:0.6%以下、V:0.2%以下、W:0.5%以下、Zr:0.5%以下、B:0.0050%以下のうちから選ばれた1種または2種以上を含有する組成とすることを特徴とする請求項6ないし8のいずれかに記載の厚鋼板の製造方法。
- 前記組成に加えてさらに、質量%で、Al:0.1%以下を含有する組成とすることを特徴とする請求項6ないし9のいずれかに記載の厚鋼板の製造方法。
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