JP5692002B2 - 溶接性に優れた高張力鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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しかし、特許文献1および特許文献2に記載された高強度鋼板を製造するには焼戻しをすることが必要である。製造の容易さや製造効率を考えれば、製造工程が一工程増える、すなわち焼戻工程を追加することは好ましくない。
Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B(%)
そこで、本発明者らは、特に、溶接施工時の予熱温度が50℃以下の低い温度であっても溶接割れを発生しない高張力鋼板及びその製造方法に関して種々検討を重ね、下記(a)〜(f)の知見を得た。
C:0.02〜0.10%
Cは、溶接ボンド部のベイナイト変態の開始温度を低下させるとともに、鋼板の強度を確保する目的で添加する。その含有量が0.02%未満ではベイナイト変態の開始温度の低下効果が十分ではなく、予熱温度を50℃以下の低い温度とすれば、溶接割れを生じてしまう。更に、焼入れ性が不足して所望の780MPaのTSを確保するのが困難であり、また靱性も劣化する。TSが780MPa以上という強度を確保する上で、Cは0.02%以上含有させることが必要である。
Siは、脱酸作用を有する。しかし、その含有量が0.01%未満では前記の効果が得られない。一方、Siの含有量が0.2%を超えると、HAZにおいて島状マルテンサイトの局所的な生成が誘発され、耐溶接割れ性の著しい低下を招く。したがって、Siの含有量を0.01〜0.2%とした。なお、Si含有量の上限は0.15%とすることが望ましい。
Mnは、溶接ボンド部のベイナイト変態の開始温度の低下に最も効果のある元素であり、Mnの含有量を増加させることは溶接割れ防止のために有効である。この効果を得るためにはMnの含有量を1.0%以上とする必要がある。一方、Mnにはセメンタイトの析出を抑制する作用があるので、多量に含有させると耐溶接割れ性の低下を招き、特に、その含有量が2.0%を超えると耐溶接割れ性の低下が著しくなる。したがって、Mnの含有量を1.0〜2.0%とした。なお、Mn含有量の好ましい下限は1.2%であり、好ましい上限は1.8%である。
Pは、不純物として鋼中に不可避的に存在する。Pの含有量が0.01%を超えると、粒界に偏析して靱性を低下させるのみならず、溶接時に割れを招く。したがって、Pの含有量を0.01%以下とした。なお、P含有量の望ましい上限は0.005%である。
Sは、その含有量が多すぎると中心偏析を助長したり、延伸したMnSが多量に生成したりするため、母材およびHAZの機械的性質が劣化する。したがって、Sの含有量を0.002%以下とした。なお、S含有量の望ましい上限は0.001%である。Sの含有量は少ないほど好ましいため、下限は特に規定するものではない。
Cuは、母材の強度を高める作用を有する。この効果を得るためには、Cuの含有量は0.1%以上とすることが必要である。しかし、その含有量が0.5%を超えると、析出強化による著しい靱性の劣化を招く。したがって、Cuの含有量を0.1〜0.5%とした。なお、Cu含有量の望ましい下限は0.2%であり、望ましい上限は0.4%である。
Niは、Mnに次いで溶接ボンド部のベイナイト変態の開始温度を低下するのに有効な元素であり、Niの含有量を増加させることは溶接割れ防止のために有効である。しかし、Niは高価な元素であり、添加することによって鋼板価格の上昇を招く。したがって、Niの含有量を0.1〜1.0%とした。なお、Ni含有量の望ましい下限は0.3%であり、望ましい上限は0.7%である。
Crは、溶接ボンド部のベイナイト変態の開始温度を低下する作用を有する。この効果を得るには、Crの含有量は0.5%以上とすることが必要である。しかし、その含有量が1.5%を超えると、母材靱性や溶接性の劣化を招く。したがって、Crの含有量を0.5〜1.5%とした。なお、Cr含有量の望ましい下限は0.7%であり、望ましい上限は1.3%である。
Nbは、オーステナイトの低温域で微細なNb炭窒化物を形成することによりオーステナイト粒を微細化する作用を有する。更に、析出したNb炭窒化物は圧延などによる加工を受けた未再結晶オーステナイト粒の回復、再結晶を抑制する効果を有しており、母材靱性の確保に有効である。こうした効果を得るには、Nbの含有量は0.01%以上とすることが必要である。しかし、その含有量が0.05%を超えると、耐溶接割れ性が低下してしまう。したがって、Nbの含有量を0.01〜0.05%とした。なお、Nb含有量の望ましい下限は0.015%であり、望ましい上限は0.03%である。
Tiは、オーステナイト粒の微細化のために不可欠な元素である。また、連続鋳造鋳片の横ひび割れを防止する上でもその添加が不可欠である。しかし、その含有量が0.005%未満では添加効果が得られない。一方、Tiが0.03%を超えると、母材靱性やHAZの靱性が著しく損なわれる。したがって、Tiの含有量を0.005〜0.03%とした。なお、Ti含有量の望ましい下限は0.01%であり、望ましい上限は0.02%である。
Bは、溶接ボンド部のベイナイト変態の開始温度を低下させて耐溶接割れ性を高める作用を有する。この効果を得るためには、Bの含有量は0.0005%以上とする。しかし、その含有量が0.0025%を超えると母材靱性及びHAZ靱性の大幅な劣化を招く。したがって、Bの含有量を0.0005〜0.0025%とした。
Alは、脱酸作用を有する。この効果を得るには、Alは0.03%以上の含有量とすることが必要である。一方、AlはSiと同様に、HAZにおける島状マルテンサイトの局所的な生成を誘発し、耐溶接割れ性の著しい低下を招く。したがって、Alの含有量をAlで0.03〜0.08%とした。なお、Al含有量の望ましい下限は0.04%であり、望ましい上限は0.06%である。
Nは、TiNとして析出し、オーステナイト粒の微細化を通じて靱性を高める作用を有するので、0.0005%以上含有させる必要がある。しかし、Nの多量の含有は母材及びHAZの靱性低下を招き、特にその含有量が0.0050%を超えると、母材及びHAZの靱性低下が著しくなる。したがって、Nの含有量を0.0005〜0.0050%とした。
Moは、必要に応じて含有させることができる。Moを含有させると、溶接ボンド部のベイナイト変態の開始温度を低下する作用がある。しかし、その含有量が0.30%を超えると、強度が高くなりすぎて母材靱性が低下するし溶接性の著しい劣化も招く。したがって、Moの含有量を0.30%以下とした。Moの含有量は0.20%未満とすることが望ましい。なお、Moによるこの効果を得たい場合には、Moを0.10%以上含有させるのが望ましい。
Vは、必要に応じて含有させることができる。Vを含有させると、焼戻し軟化抵抗を増大させて高温での焼戻しを可能とし、強度及び靱性を向上させる作用がある。しかし、その含有量が0.05%を超えると、靱性が劣化する。したがって、Vの含有量を0.05%以下とした。なお、Vの含有量の上限は0.03%とすることが好ましい。なお、Vによるこの効果を得たい場合には、Vを0.001%以上含有させるのが望ましい。
Snは、必要に応じて含有させることができる。Snを含有させると、Sn3+となって溶解し、酸性塩化物溶液中でのインヒビター作用により腐食を抑制することができる。また、Fe3+を速やかに還元させ、酸化剤としてのFe3+濃度を低減することにより、Fe3+の腐食促進作用を抑制するので、飛来塩分量が多い環境下での耐候性を向上させることができる。さらに、Snには鋼のアノード溶解反応を抑制するので、耐食性を向上させることもできる。しかし、その含有量が0.50%を超えると脆化を起こす原因となるので、Snの含有量は0.50%以下とする。好ましくは0.20%以下である。なお、Snによるこれらの効果を得たい場合には、Snの含有量は0.03%以上とするのが望ましい。
(B−1)板厚中心部におけるCが0.10%以下
連続鋳造により製造した厚鋼板を溶接した場合、板厚中心部で溶接割れが起こりやすい。これは、板厚中心部の中心偏析による成分濃化部に起因する硬化組織に起因するものであり、とくに、一般的な低温割れの評価方法であるy型溶接割れ試験(JIS Z 3158)においても板厚中心部の硬化部から割れが発生する場合が多い。これを解消するには鋳造時の成分調整のみならず、板厚中心部の成分調整が必要となる。特に引張強度780MPa以上の高張力鋼においては板厚中心部に生成するマルテンサイト相が有害になるため、マルテンサイトの硬さに支配的なC量の偏析度規定が有効である。板厚中心部のC量としては、レーザICP分析法を用いる。レーザICP分析にて、板厚中心部を挟んだ8mm以上の範囲を分析し、板厚中心部のC量=(製品分析値のC量)×(レーザICP分析C量の平均値/レーザICP分析C量の最大値)として算出する。引張強度780以上の高張力鋼において、優れた溶接性を得るには、この板厚中心部のC量を0.10%以下に抑制することが望ましい。
旧オーステナイト粒のアスペクト比が2.0以上とすると同じ変態温度で生成した下部ベイナイトであっても変態の発生サイトが高密度となり組織が微細化される。微細化される組織は下部ベイナイトのラス長さだけでなくラスの厚さ等にまで及ぶ。この結果、マトリックスが靭化され靭性、特にアレスト性が向上する。
本発明でいう「M−A組織」は、いわゆる島状マルテンサイトであり、ベイナイトのラス状組織の間又は旧オーステナイト粒界に存在するマルテンサイトを指す。M−A組織は脆性破壊の原因となるため、少ないことが好ましい。ここで、板厚中心部におけるアスペクト比5.0以上のM−A組織が5.0%以下とする。
(C−1)スラブの加熱温度
スラブの加熱温度は1000〜1180℃とするのがよい。スラブの加熱温度が1000℃未満では加熱時に均一なオーステナイト粒が得られない場合がある。一方、1180℃を超えて加熱するとオーステナイト粒が著しく大きくなって母材靱性が劣化する場合がある。したがって、鋼の加熱温度は1000〜1180℃とするのがよい。
鋼板の組織のアスペクト比を適正化するために、未再結晶温度域で適正量の圧下(加工)を加えるのがよい。オーステナイトの再結晶温度域での圧下ではオーステナイト粒内に格子欠陥が蓄積され難く、圧延後に急冷しても組織の微細化が生じ難い。また、未再結晶温度域で圧下してもその累積圧下量が少ないと、オーステナイト粒内に蓄積される格子欠陥が少なくなって、圧延後に急冷しても組織の微細化が生じ難い。このため、900℃以下の温度域で累積圧下率50%以上の熱間圧延を行う。
熱間圧延後は650℃以上の温度域から水冷を開始する。このとき、所望の強度である780MPa以上のTSを得るためには、5℃/sec以上の冷却速度で鋼板を水冷する。冷却速度の上限は特に規定しないが、設備的に得られる上限値であってもよい。冷却の停止を容易にするという観点からは25℃/sec程度とするのが好ましい。
Claims (4)
- 質量%で、C:0.02〜0.10%、Si:0.01〜0.2%、Mn:1.0〜2.0%、P:0.01%以下、S:0.002%以下、Cu:0.1〜0.5%、Ni:0.1〜1.0%、Cr:0.5〜1.5%、Nb:0.01〜0.05%、Ti:0.005〜0.03%、B:0.0005〜0.0025%、Al:0.03〜0.08%及びN:0.0005〜0.0050%を含有し、残部はFe及び不純物からなり、板厚中心部におけるCが0.10%以下、板厚中心部における旧オーステナイト粒のアスペクト比が2.0以上、板厚中心部におけるM−A組織が5.0%以下であることを特徴とする引張強度780MPa以上の高張力鋼板。
- Feの一部に代えて、質量%で、Mo:0.30%以下及びV:0.05%以下から選択される1種又は2種を含有することを特徴とする請求項1に記載の高張力鋼板。
- Feの一部に代えて、質量%で、Sn:0.50%以下を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の高張力鋼板。
- 請求項1から3までのいずれかに記載の化学組成を有するスラブを、1000〜1180℃の温度域に加熱し、900℃以下の温度域で累積圧下率50%以上の熱間圧延をし、700℃以上の温度で圧延を終了し、650℃以上の温度域から水冷を開始し、5℃/sec以上の冷却速度で水冷し、鋼板の表面温度が150℃以下の温度域で水冷を停止するとともに、鋼板表面における復熱温度を150℃以上400℃以下とすることを特徴とする請求項1から3までのいずれかに記載の高張力鋼板の製造方法。
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