JP6018453B2 - High strength thick steel plate with excellent cryogenic toughness - Google Patents

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Description

本発明は、極低温靭性に優れた厚鋼板に関し、詳細には、Ni含有量が5.0〜7.5%程度に低減されても、−196℃以下の極低温下における靱性[特に、板幅方向(C方向)の靱性]が良好な厚鋼板に関するものである。以下では、上記の極低温下に曝される液化天然ガス(LNG)向けの厚鋼板(代表的には、貯蔵タンク、輸送船など)を中心に説明するが、本発明の厚鋼板はこれに限定する趣旨ではなく、−196℃以下の極低温下に曝される用途に用いられる厚鋼板全般に適用される。   The present invention relates to a thick steel plate excellent in cryogenic toughness. Specifically, even if the Ni content is reduced to about 5.0 to 7.5%, the toughness at a cryogenic temperature of −196 ° C. or less [in particular, This relates to a thick steel plate having good toughness in the plate width direction (C direction). In the following, the explanation will focus on thick steel plates (typically storage tanks, transport ships, etc.) for liquefied natural gas (LNG) exposed to the above-mentioned cryogenic temperatures. The present invention is not intended to be limited, and is applied to all thick steel plates used for applications exposed to extremely low temperatures of −196 ° C. or lower.

液化天然ガス(LNG)の貯蔵タンクに用いられるLNGタンク用厚鋼板は、高い強度に加え、−196℃の極低温に耐えられる高い靭性が求められる。これまで、上記用途に用いられる厚鋼板としては、9%程度のNi(9%Ni鋼)を含む厚鋼板が使用されてきたが、近年、Niのコストが上昇しているため、9%未満の、少ないNi含有量であっても、極低温靭性に優れた厚鋼板の開発が進められている。   In addition to high strength, a thick steel plate for an LNG tank used in a storage tank for liquefied natural gas (LNG) is required to have high toughness that can withstand an extremely low temperature of -196 ° C. So far, thick steel plates containing about 9% Ni (9% Ni steel) have been used as the thick steel plates used in the above applications, but since the cost of Ni has increased in recent years, it is less than 9% However, even with a low Ni content, the development of a thick steel plate excellent in cryogenic toughness is being promoted.

例えば非特許文献1には、6%Ni鋼の低温靱性に及ぼすα−γ2相共存域熱処理の影響について記載されている。詳細には、焼戻し処理の前に、α−γ2相共存域(Ac1〜Ac3間)での熱処理(L処理)を加えることにより、通常の焼入れ焼戻し処理を受けた9%Ni鋼と同等以上の、−196℃での極低温靱性を付与できること;この熱処理はまた、C方向(板幅方向)試験片の靱性を向上させること;これらの効果は、多量の微細かつ極低温での衝撃荷重に対しても安定な残留オーステナイトの存在によるものであること、などが記載されている。しかしながら、上記方法によれば、圧延方向(L方向)の極低温靱性は優れているものの、板幅方向(C方向)の極低温靱性は、L方向に比べて劣る傾向にある。また、脆性破面率の記載はない。 For example, Non-Patent Document 1 describes the effect of heat treatment in the coexistence region of α-γ2 phase on the low temperature toughness of 6% Ni steel. Specifically, by adding heat treatment (L treatment) in the α-γ two phase coexistence region (between A c1 and A c3 ) before tempering treatment, it is equivalent to 9% Ni steel subjected to normal quenching and tempering treatment. The above-mentioned ability to impart cryogenic toughness at −196 ° C .; this heat treatment also improves the toughness of the specimen in the C direction (sheet width direction); It is described that it is due to the presence of retained austenite that is stable against the load. However, according to the above method, although the cryogenic toughness in the rolling direction (L direction) is excellent, the cryogenic toughness in the sheet width direction (C direction) tends to be inferior to that in the L direction. There is no description of the brittle fracture surface ratio.

上記非特許文献1と同様の技術が、特許文献1および特許文献2に記載されている。これらのうち、特許文献1には、Niを4.0〜10%含有し、オーステナイト粒度などが所定範囲に制御された鋼を熱間圧延してからAc1〜Ac3間に加熱し、次いで冷却する処理(上記非特許文献1に記載のL処理に相当)を1回または2回以上繰り返した後、Ac1変態点以下の温度で焼戻す方法が記載されている。また、特許文献2には、Niを4.0〜10%含有し、熱間圧延前のAlNの大きさを1μm以下にした鋼に対し、上記特許文献1と同様の熱処理(L処理→焼戻し処理)を行なう方法が記載されている。これらの方法に記載の−196℃での衝撃値(vE-196)は、おそらく、L方向のものと推察され、C方向の上記靭性値は不明である。また、これらの方法では強度について考慮されておらず、脆性破面率の記載はない。 A technique similar to that of Non-Patent Document 1 is described in Patent Document 1 and Patent Document 2. Among these, Patent Document 1 discloses that a steel containing 4.0 to 10% Ni and whose austenite grain size is controlled within a predetermined range is hot-rolled and then heated between A c1 and A c3. A method is described in which a cooling treatment (corresponding to the L treatment described in Non-Patent Document 1 above) is repeated once or twice or more and then tempered at a temperature below the A c1 transformation point. Further, Patent Document 2 contains 4.0 to 10% of Ni and heat treatment similar to Patent Document 1 (L treatment → tempering) for steel in which the size of AlN before hot rolling is 1 μm or less. The method of performing the processing) is described. The impact value (vE −196 ) at −196 ° C. described in these methods is presumed to be probably in the L direction, and the toughness value in the C direction is unknown. In these methods, strength is not taken into consideration, and there is no description of the brittle fracture surface ratio.

また、非特許文献2には、上記のL処理(二相域焼入れ処理)とTMCPを組合わせたLNGタンク用6%Ni鋼の開発について記載されている。この文献によれば、圧延方向(L方向)の靭性が高い値を示すことは記載されているものの、板幅方向(C方向)の靭性値は記載されていない。   Non-Patent Document 2 describes the development of 6% Ni steel for LNG tanks that combines the above-described L treatment (two-phase quenching treatment) and TMCP. According to this document, although it is described that the toughness in the rolling direction (L direction) shows a high value, the toughness value in the sheet width direction (C direction) is not described.

特許文献3には、0.3〜10%のNiと、所定量のMgを含み、所定粒径のMg含有酸化物粒子が適切に分散された、570MPa級以上の溶接部靱性に優れた高靭性高張力鋼が記載されている。上記特許文献3には、Mg含有酸化物の制御によって加熱オーステナイト粒径が微細化され、母材および溶接熱影響部(HAZ)の靱性が向上すること;そのためには、脱酸元素添加前のO(酸素)量と、Mgと他の脱酸元素との添加順序が重要であり、溶存酸素量が0.001〜0.02%の溶鋼にMg、Ti、Alを同時に添加した後、鋳造して鋼片とするか、またはMg、Ti、Alの添加に際し、Alを最後に添加した後、鋳造して鋼片とすることが記載されている。上記特許文献3の実施例には、C方向の靱性値(破面遷移温度vTrs)が記載されており、9%Ni鋼の上記特性は良好である(破面遷移温度vTrs≦−196℃)が、5%近傍のNi鋼の上記特性は−140℃であり、更なる改善が求められている。   Patent Document 3 includes 0.3 to 10% Ni and a predetermined amount of Mg, and Mg-containing oxide particles having a predetermined particle diameter are appropriately dispersed. Tough high tensile steel is described. Patent Document 3 discloses that the grain size of the heated austenite is refined by controlling the Mg-containing oxide, and the toughness of the base material and the weld heat affected zone (HAZ) is improved; The order of addition of O (oxygen) and Mg and other deoxidizing elements is important. After adding Mg, Ti and Al simultaneously to molten steel with dissolved oxygen content of 0.001 to 0.02%, casting In the addition of Mg, Ti, or Al, it is described that Al is added lastly and then cast into a steel piece. In the examples of Patent Document 3, the toughness value in the C direction (fracture surface transition temperature vTrs) is described, and the above properties of 9% Ni steel are good (fracture surface transition temperature vTrs ≦ −196 ° C.). However, the above-mentioned property of Ni steel in the vicinity of 5% is −140 ° C., and further improvement is required.

特開昭49−135813号公報JP-A-49-13581 特開昭51−13308号公報Japanese Patent Laid-Open No. 51-13308 特開2001−123245号公報JP 2001-123245 A

矢野ら,「6%Ni鋼の低温靱性に及ぼすα−γ2相共存域熱処理の影響」,鉄と鋼,第59年(1973)第6号,p752〜763Yano et al., “Effect of heat treatment in coexistence of α-γ2 phase on low temperature toughness of 6% Ni steel”, Iron and Steel, 59th (1973) No. 6, p752-763 古谷ら,「LNGタンク用6%Ni鋼の開発」,CAMP−ISIJ,Vol.23(2010),p1322Furuya et al., “Development of 6% Ni steel for LNG tanks”, CAMP-ISIJ, Vol. 23 (2010), p1322

上述したように、これまで、Ni含有量が5.0〜7.5%程度のNi鋼において−196℃での極低温靱性に優れた技術は提案されているものの、C方向での極低温靱性は、十分に検討されていない。特に、母材強度が高い(詳細には、引張り強度TS>690MPa、降伏強度YS>590MPa)高強度下での極低温靱性の更なる向上(C方向での極低温靱性向上)が強く求められている。   As described above, until now, a technique excellent in cryogenic toughness at −196 ° C. in Ni steel having a Ni content of about 5.0 to 7.5% has been proposed, but the cryogenic temperature in the C direction has been proposed. Toughness has not been fully studied. In particular, there is a strong demand for further improvement in cryogenic toughness under high strength (in particular, tensile strength TS> 690 MPa, yield strength YS> 590 MPa) (high improvement in cryogenic toughness in the C direction) with high base metal strength. ing.

また、上述した文献には、脆性破面率について検討されたものはない。脆性破面率は、シャルピー衝撃試験において荷重が加わった際に生じる脆性破壊の割合を示したものである。脆性破壊が発生した部位では、破壊に至るまでに鋼材に吸収されるエネルギーが著しく小さくなり、容易に破壊が進行するようになるため、極低温靱性向上技術においては、汎用のシャルピー衝撃値(vE-196)の向上のみならず、脆性破面率を10%以下とすることも極めて重要な要件となっている。しかしながら、上記のように母材強度が高い高強度厚鋼板において、脆性破面率の上記要件を満足する技術は、未だ提案されていない。 In addition, none of the above-mentioned documents has been studied on the brittle fracture surface ratio. The brittle fracture surface ratio indicates the ratio of brittle fracture that occurs when a load is applied in the Charpy impact test. At the site where brittle fracture occurs, the energy absorbed by the steel material until the fracture is significantly reduced, and the fracture proceeds easily. Therefore, in the cryogenic toughness improvement technology, the general-purpose Charpy impact value (vE -196 ) as well as improving the brittle fracture surface ratio to 10% or less are extremely important requirements. However, a technique that satisfies the above requirement for the brittle fracture surface ratio in a high-strength thick steel plate having a high base metal strength as described above has not yet been proposed.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、Ni含有量が5.0〜7.5%程度のNi鋼において−196℃での極低温靱性(特にC方向の極低温靱性)に優れており、脆性破面率≦10%を実現できる高強度厚鋼板を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to achieve cryogenic toughness (especially in the C direction) at -196 ° C in Ni steel having a Ni content of about 5.0 to 7.5%. An object of the present invention is to provide a high-strength thick steel plate that is excellent in low-temperature toughness and can realize a brittle fracture surface ratio ≦ 10%.

上記課題を解決し得た本発明に係る極低温靭性に優れた厚鋼板は、質量%で、C:0.02〜0.10%、Si:0.40%以下(0%を含まない)、Mn:0.50〜2.0%、P:0.007%以下(0%を含まない)、S:0.007%以下(0%を含まない)、Al:0.005〜0.050%、Ni:5.0〜7.5%、N:0.010%以下(0%を含まない)を含有し、残部が鉄および不可避不純物である厚鋼板であって、−196℃において存在する残留オーステナイト相が体積分率にて2.0%〜12.0%であり、且つ、円相当径2.0μm超の介在物の平均円相当径が3.5μm以下であるところに要旨を有するものである。   The thick steel plate excellent in the cryogenic toughness according to the present invention that can solve the above problems is mass%, C: 0.02 to 0.10%, Si: 0.40% or less (not including 0%). , Mn: 0.50 to 2.0%, P: 0.007% or less (not including 0%), S: 0.007% or less (not including 0%), Al: 0.005 to 0. 0. 050%, Ni: 5.0 to 7.5%, N: 0.010% or less (excluding 0%), the balance being a steel plate with iron and inevitable impurities, at -196 ° C The summary is that the residual austenite phase present is 2.0% to 12.0% in volume fraction, and the average equivalent circle diameter of inclusions having an equivalent circle diameter of more than 2.0 μm is 3.5 μm or less. It is what has.

本発明の好ましい実施形態において、上記鋼板は、−196℃において存在する残留オーステナイト相が体積分率にて4.0%〜12.0%を満足するものである。   In a preferred embodiment of the present invention, the steel sheet is such that the residual austenite phase existing at -196 ° C satisfies 4.0% to 12.0% in volume fraction.

本発明の好ましい実施形態において、上記鋼板は、更に、Cu:1.0%以下(0%を含まない)を含有する。   In a preferred embodiment of the present invention, the steel sheet further contains Cu: 1.0% or less (excluding 0%).

本発明の好ましい実施形態において、上記鋼板は、更に、Cr:1.20%以下(0%を含まない)、およびMo:1.0%以下(0%を含まない)よりなる群から選択される少なくとも一種を含有する。   In a preferred embodiment of the present invention, the steel sheet is further selected from the group consisting of Cr: 1.20% or less (not including 0%) and Mo: 1.0% or less (not including 0%). Containing at least one kind.

本発明の好ましい実施形態において、上記鋼板は、更に、Ti:0.025%以下(0%を含まない)、Nb:0.100%以下(0%を含まない)、およびV:0.50%以下(0%を含まない)よりなる群から選択される少なくとも一種を含有する。   In a preferred embodiment of the present invention, the steel sheet further includes Ti: 0.025% or less (excluding 0%), Nb: 0.100% or less (not including 0%), and V: 0.50. % Or less (not including 0%).

本発明の好ましい実施形態において、上記鋼板は、更に、B:0.0050%以下(0%を含まない)を含有する。   In a preferred embodiment of the present invention, the steel sheet further contains B: 0.0050% or less (excluding 0%).

本発明の好ましい実施形態において、上記鋼板は、更に、Ca:0.0030%以下(0%を含まない)、REM:0.0050%以下(0%を含まない)、およびZr:0.005%以下(0%を含まない)よりなる群から選択される少なくとも一種を含有する。   In a preferred embodiment of the present invention, the steel sheet further includes Ca: 0.0030% or less (excluding 0%), REM: 0.0050% or less (excluding 0%), and Zr: 0.005. % Or less (not including 0%).

本発明によれば、Ni含有量が5.0〜7.5%程度のNi鋼において、母材強度が高くても(詳細には、引張り強度TS>690MPa、降伏強度YS>590MPa)、−196℃以下での極低温靱性(特にC方向の極低温靱性)に優れており、−196℃での脆性破面率≦10%(好ましくは、−233℃での脆性破面率≦50%)を満足する高強度厚鋼板を提供することができた。   According to the present invention, in Ni steel having a Ni content of about 5.0 to 7.5%, even if the base metal strength is high (specifically, tensile strength TS> 690 MPa, yield strength YS> 590 MPa), − Excellent low temperature toughness at 196 ° C. or less (particularly C direction cryogenic toughness), brittle fracture surface ratio at −196 ° C. ≦ 10% (preferably, brittle fracture surface ratio at −233 ° C. ≦ 50% ) Was able to be provided.

本発明に係る厚鋼板の特徴部分は、Ni含有量が5.0〜7.5%程度のNi鋼において、C方向の極低温靱性を更に向上させるため、(ア)−196℃において存在する残留オーステナイト相(残留γ相)を2.0%〜12.0%(体積分率)に制御する[好ましくは、4.0%〜12.0%(体積分率)に制御する]と共に、
(イ)円相当径2.0μm超の粗大な介在物(以下、単に粗大介在物と呼ぶ場合があり、N1で略記する場合がある。)の平均円相当径が3.5μm以下と微細化されているところにある。特に前述した従来技術の関係で特筆すべき特徴部分は、後者の(イ)にある。
The characteristic part of the thick steel plate according to the present invention is (Ni) at 196 ° C. in order to further improve the C-direction cryogenic toughness in Ni steel having a Ni content of about 5.0 to 7.5%. The residual austenite phase (residual γ phase) is controlled to 2.0% to 12.0% (volume fraction) [preferably controlled to 4.0% to 12.0% (volume fraction)],
(A) The average equivalent circle diameter of coarse inclusions with an equivalent circle diameter of more than 2.0 μm (hereinafter sometimes simply referred to as coarse inclusions, sometimes abbreviated as N1) is 3.5 μm or less. It is in place. In particular, there is a characteristic part to be noted in relation to the prior art described above in the latter (A).

以下、本発明に到達した経緯について説明する。   Hereinafter, the process of reaching the present invention will be described.

本発明者らは、Ni含有量が7.5%以下のNi鋼において、−196℃以下の極低温靱性に優れた厚鋼板を提供するため、検討を重ねてきた。具体的には、本発明では、C方向における−196℃での脆性破面率≦10%、引張り強度TS>690MPa、降伏強度YS>590MPaの全ての特性を満足する極低温靱性に優れた高強度厚鋼板を提供するとの観点から、まず、従来技術に記載の文献に教示されている方法を検討した。   The inventors of the present invention have made extensive studies in order to provide a thick steel plate excellent in cryogenic toughness of −196 ° C. or lower in a Ni steel having a Ni content of 7.5% or lower. Specifically, in the present invention, the brittle fracture surface ratio at −196 ° C. in the C direction ≦ 10%, the tensile strength TS> 690 MPa, and the yield strength YS> 590 MPa satisfying all the characteristics that are excellent in cryogenic toughness. From the viewpoint of providing a thick steel plate, first, the method taught in the literature described in the prior art was examined.

上記文献には、5%Ni鋼の極低温靱性向上には、−196℃で存在する残留オーステナイト(残留γ)を安定化させることが重要であることが教示されている。また、製造方法を総合的に勘案すると、溶鋼段階において、脱酸元素添加前の溶存酸素量を制御し、この溶鋼中に、Alを最後に添加するようにして鋳造すると共に、α−γ2相共存域(Ac1〜Ac3間)での熱処理(L処理)の後、Ac1変態点以下の温度で焼戻し処理する方法を推奨しており、これにより、極低温靱性が向上することが教示されている。しかしながら、本発明者らの検討結果によれば、上記方法により、L方向の極低温靱性は向上するものの、C方向の極低温靱性は充分でなく、本発明で掲げる上記の目標レベル(C方向における−196℃での脆性破面率≦10%)を実現できないことが判明した。 The above document teaches that it is important to stabilize the retained austenite (residual γ) existing at −196 ° C. in order to improve the cryogenic toughness of 5% Ni steel. In addition, considering the manufacturing method comprehensively, in the molten steel stage, the amount of dissolved oxygen before deoxidation element addition is controlled, and in this molten steel, Al is added last, and the α-γ2 phase is added. After heat treatment (L treatment) in the coexistence zone (between A c1 and A c3 ), a method of tempering at a temperature below the A c1 transformation point is recommended, which teaches that cryogenic toughness is improved. Has been. However, according to the examination results of the present inventors, although the cryogenic toughness in the L direction is improved by the above method, the cryogenic toughness in the C direction is not sufficient, and the above target level (C direction) described in the present invention is not sufficient. It was proved that the brittle fracture surface ratio at −196 ° C. in FIG.

そこで更に検討を重ねた結果、所望とする極低温靱性に優れた厚鋼板を得るためには、上述した技術を基本的に踏襲しつつも、厚鋼板およびその製造方法において、更なる要件を付加することが不可欠であることを突き止めた。詳細には、(ア)厚鋼板において、−196℃での残留γ相を2.0%〜12.0%(体積分率)の範囲で存在させることに加えて、脆性破壊の起点となる円相当径2.0μm超の粗大介在物の平均円相当径(N1)を3.5μm以下と微細化することが有効であること、(イ)このような厚鋼板を製造するためには、溶鋼段階における、Al添加前の溶存酸素量(フリーO量)の制御と、熱間圧延後における、Ac1〜Ac3間での熱処理(L処理)→所定温度域での焼戻し処理に加えて、溶鋼段階の更なる制御が有効であり、Al添加から鋳造開始までの保持時間(t1)を15分以上とし、且つ、鋳造時の1450〜1500℃での冷却時間(t2)を300秒以下に制御することが有効であることを突き止めた。 As a result of further studies, in order to obtain the desired thick steel plate with excellent cryogenic toughness, additional requirements were added to the thick steel plate and its manufacturing method while basically following the above-mentioned technology. I found out that it was essential. Specifically, (a) In a thick steel plate, in addition to the presence of a residual γ phase at −196 ° C. in the range of 2.0% to 12.0% (volume fraction), it becomes a starting point for brittle fracture. It is effective to refine the average equivalent circle diameter (N1) of coarse inclusions having an equivalent circle diameter of more than 2.0 μm to 3.5 μm or less. (A) In order to produce such a thick steel plate, In addition to the control of the dissolved oxygen amount (free O amount) before Al addition in the molten steel stage and the heat treatment (L treatment) between A c1 and A c3 after hot rolling → tempering treatment in a predetermined temperature range Further control of the molten steel stage is effective, the holding time (t1) from the addition of Al to the start of casting is set to 15 minutes or more, and the cooling time (t2) at 1450 to 1500 ° C. during casting is 300 seconds or less. I found out that it is effective to control the system.

更に(ウ)上記(ア)において、−196℃において存在する残留γ相を4.0%〜12.0%(体積分率)に制御することで、より低温の−233℃においても、脆性破面率を50%以下の良好な水準に保つことができること、(エ)このような厚鋼板を製造するためには、熱間圧延後における、Ac1〜Ac3間での熱処理(L処理)において所定時間の保持が有効であることを見出し、本発明を完成した。 Furthermore, (c) In the above (a), by controlling the residual γ phase existing at −196 ° C. to 4.0% to 12.0% (volume fraction), it is brittle even at a lower temperature of −233 ° C. The fracture surface ratio can be maintained at a favorable level of 50% or less, and (d) in order to produce such a thick steel plate, heat treatment between A c1 and A c3 after hot rolling (L treatment) ), It was found that holding for a predetermined time was effective, and the present invention was completed.

本明細書において「極低温靱性に優れる」とは、後記する実施例の欄に記載の方法によってC方向(板幅方向)のシャルピー衝撃吸収試験におけるvE-196および脆性破面率を測定したとき、−196℃での脆性破面率≦10%を満足するものである。後記する実施例では、L方向(圧延方向)における脆性破面率は測定していないが、これは、C方向での脆性破面率が10%以下であれば、L方向での脆性破面率も、必然的に10%以下となるとの経験則に基づくものである。 The "excellent cryogenic temperature toughness" as used herein, when measured vE -196 and brittle fracture rate in a Charpy impact absorption test of C direction (sheet width direction) by the method described in the column of the examples described later The brittle fracture surface ratio at −196 ° C. ≦ 10% is satisfied. In the examples to be described later, the brittle fracture surface ratio in the L direction (rolling direction) is not measured. However, if the brittle fracture surface ratio in the C direction is 10% or less, the brittle fracture surface in the L direction. The rate is based on an empirical rule that the rate is necessarily 10% or less.

本明細書において「厚鋼板」とは、鋼板の厚さがおおむね、6〜50mmのものを意味する。   In the present specification, the “thick steel plate” means a steel plate having a thickness of about 6 to 50 mm.

また本発明では、引張り強度TS>690MPa、降伏強度YS>590MPaを満足する高強度厚鋼板を対象とする。   In the present invention, a high-strength thick steel plate that satisfies the tensile strength TS> 690 MPa and the yield strength YS> 590 MPa is an object.

以下、本発明の厚鋼板について詳しく説明する。   Hereinafter, the thick steel plate of the present invention will be described in detail.

上述したように本発明の厚鋼板は、質量%で、C:0.02〜0.10%、Si:0.40%以下(0%を含まない)、Mn:0.50〜2.0%、P:0.007%以下(0%を含まない)、S:0.007%以下(0%を含まない)、Al:0.005〜0.050%、Ni:5.0〜7.5%、N:0.010%以下(0%を含まない)を含有し、残部が鉄および不可避不純物である厚鋼板であって、−196℃において存在する残留オーステナイト相が体積分率にて2.0%〜12.0%であり、且つ、円相当径2.0μm超の介在物の平均円相当径が3.5μm以下であるところに特徴がある。   As described above, the thick steel plate of the present invention is in mass%, C: 0.02 to 0.10%, Si: 0.40% or less (not including 0%), Mn: 0.50 to 2.0. %, P: 0.007% or less (not including 0%), S: 0.007% or less (not including 0%), Al: 0.005 to 0.050%, Ni: 5.0 to 7 0.5%, N: 0.010% or less (excluding 0%), the balance being a steel plate with iron and inevitable impurities, the residual austenite phase present at -196 ° C. in the volume fraction The inclusion is characterized by the fact that the average equivalent circle diameter of inclusions having an equivalent circle diameter of more than 2.0 μm is 3.5 μm or less.

まず、鋼中成分について説明する。   First, the components in steel will be described.

C:0.02〜0.10%
Cは、強度および残留オーステナイトの確保に必須の元素である。このような作用を有効に発揮させるため、C量の下限を0.02%以上とする。C量の好ましい下限は0.03%以上であり、更に好ましくは0.04%以上である。但し、過剰に添加すると、強度の過大な上昇により極低温靭性が低下するため、その上限を0.10%とする。C量の好ましい上限は0.08%以下であり、更に好ましくは0.06%以下である。
C: 0.02-0.10%
C is an element essential for securing strength and retained austenite. In order to effectively exhibit such an action, the lower limit of the C amount is set to 0.02% or more. The minimum with the preferable amount of C is 0.03% or more, More preferably, it is 0.04% or more. However, if added excessively, the cryogenic toughness decreases due to an excessive increase in strength, so the upper limit is made 0.10%. The upper limit with preferable C amount is 0.08% or less, More preferably, it is 0.06% or less.

Si:0.40%以下(0%を含まない)
Siは、脱酸材として有用な元素である。但し、過剰に添加すると、硬質の島状マルテンサイト相の生成が促進され、極低温靭性が低下するため、その上限を0.40%以下とする。Si量の好ましい上限は0.35%以下であり、更に好ましくは0.20%以下である。
Si: 0.40% or less (excluding 0%)
Si is an element useful as a deoxidizer. However, if added in excess, the formation of a hard island-like martensite phase is promoted and the cryogenic toughness decreases, so the upper limit is made 0.40% or less. The upper limit with the preferable amount of Si is 0.35% or less, More preferably, it is 0.20% or less.

Mn:0.50〜2.0%
Mnはオーステナイト(γ)安定化元素であり、残留γ量の増加に寄与する元素である。このような作用を有効に発揮させるため、Mn量の下限を0.50%とする。Mn量の好ましい下限は0.6%以上であり、より好ましくは0.7%以上である。但し、過剰に添加すると、焼戻し脆化をもたらし、所望の極低温靭性を確保できなくなるため、その上限を2.0%以下とする。Mn量の好ましい上限は1.5%以下であり、より好ましくは1.3%以下である。
Mn: 0.50 to 2.0%
Mn is an austenite (γ) stabilizing element and is an element contributing to an increase in the amount of residual γ. In order to effectively exhibit such an action, the lower limit of the amount of Mn is set to 0.50%. The minimum with the preferable amount of Mn is 0.6% or more, More preferably, it is 0.7% or more. However, if added excessively, temper embrittlement occurs and the desired cryogenic toughness cannot be secured, so the upper limit is made 2.0% or less. The upper limit with the preferable amount of Mn is 1.5% or less, More preferably, it is 1.3% or less.

P:0.007%以下(0%を含まない)
Pは、粒界破壊の原因となる不純物元素であり、所望とする極低温靭性確保のため、その上限を0.007%以下とする。P量の好ましい上限は0.005%以下である。P量は少なければ少ない程良いが、工業的にP量を0%とすることは困難である。
P: 0.007% or less (excluding 0%)
P is an impurity element causing grain boundary fracture, and its upper limit is made 0.007% or less in order to secure the desired cryogenic toughness. The upper limit with preferable P amount is 0.005% or less. The smaller the amount of P, the better. However, it is difficult to make the amount of P 0% industrially.

S:0.007%以下(0%を含まない)
Sも、上記Pと同様、粒界破壊の原因となる不純物元素であり、所望とする極低温靭性確保のため、その上限を0.007%以下とする。後記する実施例に示すように、S量が多くなると、脆性破面率は増加し、所望とする極低温靱性(−196℃での脆性破面率≦10%)を実現できない。S量の好ましい上限は0.005%以下である。S量は少なければ少ない程良いが、工業的にS量を0%とすることは困難である。
S: 0.007% or less (excluding 0%)
S, like P, is an impurity element causing grain boundary fracture, and its upper limit is made 0.007% or less in order to ensure the desired cryogenic toughness. As shown in the examples described later, when the amount of S increases, the brittle fracture surface ratio increases and the desired cryogenic toughness (the brittle fracture surface ratio at -196 ° C. ≦ 10%) cannot be realized. The upper limit with the preferable amount of S is 0.005% or less. The smaller the amount of S, the better. However, it is difficult to make the amount of S 0% industrially.

Al:0.005〜0.050%
Alは脱酸元素である。Alの含有量が不足すると、鋼中の酸素濃度が上昇し、粗大介在物が増加するため、その下限を0.005%以上とする。Al量の好ましい下限は0.010%以上であり、更に好ましくは0.015%以上である。但し、過剰に添加すると、介在物の凝集や合体が促進され、やはり介在物サイズの増大を招くため、その上限を0.050%以下とする。Al量の好ましい上限は0.045%以下であり、更に好ましくは0.04%以下である。
Al: 0.005 to 0.050%
Al is a deoxidizing element. If the Al content is insufficient, the oxygen concentration in the steel increases and coarse inclusions increase, so the lower limit is made 0.005% or more. The minimum with the preferable amount of Al is 0.010% or more, More preferably, it is 0.015% or more. However, if added excessively, the aggregation and coalescence of inclusions are promoted and the increase in inclusion size is caused, so the upper limit is made 0.050% or less. The upper limit with preferable Al amount is 0.045% or less, More preferably, it is 0.04% or less.

Ni:5.0〜7.5%
Niは、極低温靱性の向上に有用な残留オーステナイト(残留γ)を確保するのに必須の元素である。このような作用を有効に発揮させるため、Ni量の下限を5.0%以上とする。Ni量の好ましい下限は5.2%以上であり、更に好ましくは5.4%以上である。但し、過剰に添加すると、原料のコスト高を招くため、その上限を7.5%以下とする。Ni量の好ましい上限は7.0%以下であり、更に好ましくは6.5%以下であり、更により好ましくは6.0%以下である。
Ni: 5.0-7.5%
Ni is an essential element for securing retained austenite (residual γ) useful for improving cryogenic toughness. In order to effectively exhibit such an action, the lower limit of the Ni amount is set to 5.0% or more. The minimum with preferable Ni amount is 5.2% or more, More preferably, it is 5.4% or more. However, if added excessively, the cost of the raw material is increased, so the upper limit is made 7.5% or less. The upper limit with preferable Ni amount is 7.0% or less, More preferably, it is 6.5% or less, More preferably, it is 6.0% or less.

N:0.010%以下(0%を含まない)
Nは、歪時効により極低温靭性を低下させるため、その上限を0.010%以下とする。N量の好ましい上限は0.006%以下であり、更に好ましくは0.004%以下である。
N: 0.010% or less (excluding 0%)
N lowers the cryogenic toughness by strain aging, so the upper limit is made 0.010% or less. The upper limit with preferable N amount is 0.006% or less, More preferably, it is 0.004% or less.

本発明の厚鋼板は上記成分を基本成分として含み、残部:鉄および不可避的不純物である。   The thick steel plate of the present invention contains the above components as basic components, the balance: iron and inevitable impurities.

本発明では、更なる特性の付与を目的として、以下の選択成分を含有することができる。   In the present invention, the following selective components can be contained for the purpose of imparting further properties.

Cu:1.0%以下(0%を含まない)
Cuは、γ安定化元素であり、残留γ量の増加に寄与する元素である。このような作用を有効に発揮させるためには、Cuを0.05%以上含有することが好ましい。但し、過剰に添加すると、強度の過度な向上をもたらし、所望とする極低温靭性効果が得られないため、その上限を1.0%以下とすることが好ましい。Cu量の更に好ましい上限は0.8%以下であり、更により好ましくは0.7%以下である。
Cu: 1.0% or less (excluding 0%)
Cu is a γ-stabilizing element and is an element that contributes to an increase in the amount of residual γ. In order to exhibit such an action effectively, it is preferable to contain 0.05% or more of Cu. However, if added excessively, the strength is excessively improved and the desired cryogenic toughness effect cannot be obtained. Therefore, the upper limit is preferably made 1.0% or less. A more preferable upper limit of the amount of Cu is 0.8% or less, and even more preferably 0.7% or less.

Cr:1.20%以下(0%を含まない)、およびMo:1.0%以下(0%を含まない)よりなる群から選択される少なくとも一種
CrおよびMoは、いずれも強度向上元素である。これらの元素は単独で添加しても良いし、二種類を併用しても良い。上記作用を有効に発揮させるためには、Cr量を0.05%以上、Mo量を0.01%以上とすることが好ましい。但し、過剰に添加すると、強度の過度な向上を招き、所望とする極低温靭性を確保できなくなるため、Cr量の好ましい上限を1.20%以下(更に好ましくは1.1%以下、更により好ましくは0.9%以下、更に一層好ましくは0.5%以下)、Mo量の好ましい上限を1.0%以下(更に好ましくは0.8%以下、更により好ましくは0.6%以下)とする。
Cr: at least one selected from the group consisting of 1.20% or less (not including 0%) and Mo: 1.0% or less (not including 0%) Cr and Mo are both strength-enhancing elements. is there. These elements may be added alone or in combination of two kinds. In order to effectively exhibit the above action, it is preferable that the Cr content is 0.05% or more and the Mo content is 0.01% or more. However, if excessively added, the strength is excessively improved and the desired cryogenic toughness cannot be ensured, so the preferable upper limit of Cr content is 1.20% or less (more preferably 1.1% or less, even more Preferably 0.9% or less, and still more preferably 0.5% or less), and a preferable upper limit of the Mo amount is 1.0% or less (more preferably 0.8% or less, still more preferably 0.6% or less). And

Ti:0.025%以下(0%を含まない)、Nb:0.100%以下(0%を含まない)、およびV:0.50%以下(0%を含まない)よりなる群から選択される少なくとも一種
Ti、Nb、およびVは、いずれも炭窒化物として析出し、強度を上昇させる元素である。これらの元素は単独で添加しても良いし、二種以上を併用しても良い。上記作用を有効に発揮させるためには、Ti量を0.005%以上、Nb量を0.005%以上、V量を0.005%以上とすることが好ましい。但し、過剰に添加すると、強度の過度な向上を招き、所望とする極低温靭性を確保できなくなるため、Ti量の好ましい上限を0.025%以下(更に好ましくは0.018%以下であり、更により好ましくは0.015%以下)、Nb量の好ましい上限を0.100%以下(更に好ましくは0.05%以下であり、更により好ましくは0.02%以下)、V量の好ましい上限を0.50%以下(更に好ましくは0.3%以下であり、更により好ましくは0.2%以下)とする。
Selected from the group consisting of Ti: 0.025% or less (not including 0%), Nb: 0.100% or less (not including 0%), and V: 0.50% or less (not including 0%) At least one of Ti, Nb, and V is an element that precipitates as carbonitride and increases strength. These elements may be added alone or in combination of two or more. In order to effectively exhibit the above action, it is preferable that the Ti amount is 0.005% or more, the Nb amount is 0.005% or more, and the V amount is 0.005% or more. However, if excessively added, the strength is excessively improved and the desired cryogenic toughness cannot be ensured. Therefore, the preferable upper limit of the Ti amount is 0.025% or less (more preferably 0.018% or less, Even more preferably, 0.015% or less), the preferred upper limit of the Nb amount is 0.100% or less (more preferably 0.05% or less, even more preferably 0.02% or less), the preferred upper limit of the V amount Is 0.50% or less (more preferably 0.3% or less, still more preferably 0.2% or less).

B:0.0050%以下(0%を含まない)
Bは、焼入れ性向上により強度向上に寄与する元素である。上記作用を有効に発揮させるためには、B量を0.0005%以上とすることが好ましい。但し、過剰に添加すると、強度の過度な向上をもたらし、所望とする極低温靭性を確保できなくなるため、B量の好ましい上限を0.0050%以下(更に好ましくは0.0030%以下、更により好ましくは0.0020%以下)とする。
B: 0.0050% or less (excluding 0%)
B is an element that contributes to improving strength by improving hardenability. In order to effectively exhibit the above action, the B content is preferably 0.0005% or more. However, if excessively added, the strength is excessively improved and the desired cryogenic toughness cannot be ensured. Therefore, the preferable upper limit of the B amount is 0.0050% or less (more preferably 0.0030% or less, even more Preferably it is 0.0020% or less.

Ca:0.0030%以下(0%を含まない)、REM(希土類元素):0.0050%以下(0%を含まない)、およびZr:0.005%以下(0%を含まない)よりなる群から選択される少なくとも一種
Ca、REM、およびZrは、いずれも脱酸元素であり、添加により、鋼中の酸素濃度が低下し、粗大介在物が減少する。これらの元素は単独で添加しても良いし、二種以上を併用しても良い。上記作用を有効に発揮させるためには、Ca量を0.0005%以上、REM量(以下に記載のREMを、単独で含有するときは単独の含有量であり、二種以上を含有するときは、それらの合計量である。以下、REM量について同じ。)を0.0005%以上、Zr量を0.0005%以上とすることが好ましい。但し、過剰に添加すると、却って粗大な介在物化が増加し、極低温靭性が低下するため、Ca量の好ましい上限を0.0030%以下(更に好ましくは0.0025%以下)、REM量の好ましい上限を0.0050%以下(更に好ましくは0.0040%以下)、Zr量の好ましい上限を0.005%以下(更に好ましくは0.0040%以下)とする。
From Ca: 0.0030% or less (excluding 0%), REM (rare earth element): 0.0050% or less (not including 0%), and Zr: 0.005% or less (not including 0%) At least one selected from the group consisting of Ca, REM, and Zr is a deoxidizing element, and the addition reduces the oxygen concentration in the steel and reduces coarse inclusions. These elements may be added alone or in combination of two or more. In order to effectively exhibit the above action, the Ca amount is 0.0005% or more, the REM amount (when the REM described below is contained alone, it is a single content, and when two or more are contained. Is the total amount thereof, hereinafter, the same applies to the REM amount) is preferably 0.0005% or more, and the Zr amount is preferably 0.0005% or more. However, when excessively added, coarse inclusions increase and cryogenic toughness decreases, so the preferable upper limit of the Ca amount is 0.0030% or less (more preferably 0.0025% or less), and the REM amount is preferable. The upper limit is made 0.0050% or less (more preferably 0.0040% or less), and the preferred upper limit of the amount of Zr is made 0.005% or less (more preferably 0.0040% or less).

本明細書において、REM(希土類元素)とは、ランタノイド元素(周期表において、原子番号57のLaから原子番号71のLuまでの15元素)に、Sc(スカンジウム)とY(イットリウム)とを加えた元素群であり、これらを単独で、または二種以上を併用することができる。好ましい希土類元素はCe、Laである。REMの添加形態は特に限定されず、CeおよびLaを主として含むミッシュメタル(例えばCe:約70%程度、La:約20〜30%程度)の形態で添加しても良いし、或いは、Ce、Laなどの単体で添加して良い。   In this specification, REM (rare earth element) means addition of Sc (scandium) and Y (yttrium) to a lanthanoid element (15 elements from La with atomic number 57 to Lu with atomic number 71 in the periodic table). These elements can be used alone or in combination of two or more. Preferred rare earth elements are Ce and La. The addition form of REM is not particularly limited, and may be added in the form of a misch metal mainly containing Ce and La (for example, Ce: about 70%, La: about 20-30%), or Ce, La alone may be added.

以上、本発明の鋼中成分について説明した。   In the above, the component in steel of this invention was demonstrated.

更に本発明の厚鋼板は、−196℃において存在する残留γ相が体積分率にて2.0%〜12.0%(好ましくは4.0〜12.0%)を満足するものである。   Further, in the thick steel plate of the present invention, the residual γ phase existing at −196 ° C. satisfies the volume fraction of 2.0% to 12.0% (preferably 4.0 to 12.0%). .

−196℃において存在する残留γは、極低温靭性の向上に寄与することが知られている。このような作用を有効に発揮させるため、−196℃で存在する全組織に占める残留γ相の体積分率を2.0%以上とする。但し、残留γは、マトリクス相に比べて比較的軟質であり、残留γ量が過剰になると、YSが所定の値を確保できなくなるため、その上限を12.0%とする(後記する表2のNo.39を参照)。残留γ相の体積分率について、好ましい下限は4.0%以上、より好ましい下限は6.0%以上であり、好ましい上限は11.5%以下、より好ましい上限は11.0%以下である。   It is known that residual γ existing at −196 ° C. contributes to improvement of cryogenic toughness. In order to effectively exhibit such an action, the volume fraction of the residual γ phase in all tissues existing at −196 ° C. is set to 2.0% or more. However, the residual γ is relatively soft compared to the matrix phase, and if the residual γ amount is excessive, YS cannot secure a predetermined value, so the upper limit is set to 12.0% (Table 2 described later) No. 39). Regarding the volume fraction of the residual γ phase, the preferable lower limit is 4.0% or more, the more preferable lower limit is 6.0% or more, the preferable upper limit is 11.5% or less, and the more preferable upper limit is 11.0% or less. .

更に、−196℃で存在する全組織に占める残留γの体積分率を4.0%以上に制御することで、上述した−196℃より更に低温の−233℃においても、脆性破面率を50%以下の良好な水準に保つことができる。このような効果を更に発揮させたい場合の、より好ましい下限は6.0%以上であり、好ましい上限は上記と同じである。   Furthermore, by controlling the volume fraction of residual γ in all tissues existing at −196 ° C. to 4.0% or more, the brittle fracture surface ratio can be reduced even at −233 ° C., which is lower than −196 ° C. described above. It can be kept at a good level of 50% or less. When it is desired to further exert such effects, the more preferable lower limit is 6.0% or more, and the preferable upper limit is the same as described above.

なお、本発明の厚鋼板では、−196℃で存在する組織のうち、残留γ相の体積分率の制御が重要であって、残留γ以外の他の組織については、何ら限定するものではなく、厚鋼板に通常存在するものであれば良い。残留γ以外の組織としては、例えば、ベイナイト、マルテンサイト、セメンタイト等の炭化物などが挙げられる。   In the thick steel plate of the present invention, the control of the volume fraction of the residual γ phase is important among the structures existing at −196 ° C., and the structure other than the residual γ is not limited at all. Any material that normally exists in thick steel plates may be used. Examples of the structure other than the residual γ include carbides such as bainite, martensite, and cementite.

更に本発明の厚鋼板は、円相当径2.0μm超の介在物(粗大介在物)の平均円相当径N1が3.5μm以下を満足するものである。前述した従来技術との対比で言えば、本発明の厚鋼板は、上記粗大な介在物が3.5μm以下に微細化されているところに最大の特徴がある。   Furthermore, the thick steel plate of the present invention satisfies the average equivalent circle diameter N1 of inclusions (coarse inclusions) having an equivalent circle diameter of more than 2.0 μm of 3.5 μm or less. In contrast to the above-described prior art, the thick steel plate of the present invention has the greatest feature in that the coarse inclusions are refined to 3.5 μm or less.

ここで「円相当径」とは、上記介在物の大きさに着目し、その面積が等しくなるように想定した円の直径を求めたものである。   Here, the “equivalent circle diameter” refers to the diameter of a circle that is assumed to have the same area by paying attention to the size of the inclusions.

すなわち、本発明者らの検討結果によれば、円相当径2.0μm超の粗大な介在物は脆性破壊の起点となり、当該粗大介在物の平均サイズ(平均円相当径N1)が大きくなると、たとえ−196℃での残留γ相の体積分率を上記範囲に制御したとしても、所望とする極低温靱性を実現できないことが判明した(後記する表2のNo.33〜35、45〜49を参照)。上記N1の平均円相当径は、小さい程良く、好ましくは3.2μm以下であり、更に好ましくは3.0μm以下である。なお、本発明において、円相当径2.0μm超の介在物は、10〜100個/mm2程度存在する。 That is, according to the examination results of the present inventors, coarse inclusions having an equivalent circle diameter of more than 2.0 μm become the starting point of brittle fracture, and when the average size of the coarse inclusions (average equivalent circle diameter N1) increases, Even if the volume fraction of the residual γ phase at −196 ° C. was controlled within the above range, it was found that the desired cryogenic toughness could not be realized (Nos. 33 to 35, 45 to 49 in Table 2 described later). See). The average equivalent circle diameter of N1 is preferably as small as possible, preferably 3.2 μm or less, and more preferably 3.0 μm or less. In the present invention, there are about 10 to 100 / mm 2 inclusions having an equivalent circle diameter of more than 2.0 μm.

上記介在物は、後記する実施例に記載の方法で測定することができる。ここで、円相当径2.0μm超の介在物における「介在物」の種類は、本発明では特に限定されない。脆性破壊の発生は、介在物の種類ではなく、介在物のサイズ(平均円相当径)が最も大きく影響するためである。上記介在物の種類としては、例えば酸化物、硫化物、窒化物、酸窒化物などの単独粒子のほか、これらの単独粒子物が2種以上複合した複合物、或いは、これらの単独粒子と他の元素が結合した複合粒子などが挙げられる。   The said inclusion can be measured by the method as described in the Example mentioned later. Here, the kind of “inclusion” in inclusions having an equivalent circle diameter of more than 2.0 μm is not particularly limited in the present invention. The occurrence of brittle fracture is because the size of inclusions (average equivalent circle diameter) has the greatest influence, not the type of inclusions. Examples of the inclusions include single particles such as oxides, sulfides, nitrides, and oxynitrides, composites in which two or more of these single particles are combined, or single particles and others. Composite particles in which these elements are bonded.

なお、介在物制御という観点からのみすれば、前述した特許文献3にも、類似の技術が開示されているが、本発明とは、介在物制御の方向が大きく相違している。すなわち、上記特許文献3では、特にMgに着目し、サイズが2μm以下の微細なMg含有酸化物粒子を多数分散させることによって高温でのオーステナイト粒の粗大化を抑制し、靭性を改善するものであるのに対し、本発明では、その種類を問わず、脆性破壊の起点となって靭性を低下させる粗大介在物を低減させるものであり、両者は、介在物の制御方法が全く相違する。従って、本発明は、微細な介在物を何ら制御するものではないが、後記する本発明の好ましい製造方法によれば、円相当径2.0μm以下の微細な介在物は、おおむね、100〜1000個/mm2程度存在するようになる。また、上記円相当径2.0μm以下の微細な介在物のうち、Mg含有酸化物に限定して言えば、本発明では、殆ど存在しない。 From the viewpoint of inclusion control only, similar technology is disclosed in Patent Document 3 described above, but the direction of inclusion control is greatly different from the present invention. That is, in the above-mentioned Patent Document 3, focusing on Mg in particular, the coarsening of austenite grains at high temperature is suppressed by dispersing a large number of fine Mg-containing oxide particles having a size of 2 μm or less, and toughness is improved. On the other hand, in the present invention, regardless of the type, coarse inclusions that become the starting point of brittle fracture and reduce toughness are reduced, and the control method of inclusions is completely different between the two. Therefore, the present invention does not control fine inclusions at all. However, according to the preferable production method of the present invention described later, fine inclusions having a circle-equivalent diameter of 2.0 μm or less are generally 100 to 1000. About 1 piece / mm 2 comes to exist. Of the fine inclusions having a circle-equivalent diameter of 2.0 μm or less, if limited to Mg-containing oxides, there is almost no present invention.

次に、本発明の厚鋼板を製造する方法について説明する。   Next, a method for producing the thick steel plate of the present invention will be described.

本発明に係る製造方法の特徴部分は、下記(A)および(B)にある。
(A)溶鋼段階において、Al添加前のフリー酸素量[O]を100ppm以下、Al添加から鋳造開始までの保持時間(t1)を15分以上、鋳造時の1450〜1500℃での冷却時間(t2)を300秒以下に制御する。上記(A)の方法により、特に上述した粗大介在物の平均円相当径が3.5μm以下に微細化される。
(B)熱間圧延後において、Ac1〜Ac3点の温度範囲で加熱、保持した後、520℃〜Ac1点の温度範囲で10〜60分間焼戻し処理する。上記(B)の方法により、特に−196℃で存在する残留γ相の体積分率が適切に制御される。
The characteristic parts of the manufacturing method according to the present invention are the following (A) and (B).
(A) In the molten steel stage, the amount of free oxygen [O] before the addition of Al is 100 ppm or less, the holding time (t1) from the addition of Al to the start of casting is 15 minutes or more, and the cooling time at 1450 to 1500 ° C. during casting ( t2) is controlled to 300 seconds or less. By the method (A), the average equivalent circular diameter of the coarse inclusions described above is refined to 3.5 μm or less.
(B) After hot rolling, after heating and holding in a temperature range of A c1 to A c3 points, tempering is performed in a temperature range of 520 ° C. to A c1 points for 10 to 60 minutes. In particular, the volume fraction of the residual γ phase existing at −196 ° C. is appropriately controlled by the method (B).

前述した従来技術の関係で言えば、上記(A)の方法のうち、t1およびt2を特に制御したところに最大の特徴がある。   Speaking of the above-mentioned related art, the method (A) has the greatest feature in that t1 and t2 are particularly controlled.

以下、各工程について詳述する。   Hereinafter, each process is explained in full detail.

(溶製工程について)
本発明では、Al系介在物は凝集・合体により粗大化し、脆性破壊の起点となる粗大な介在物を形成し易いとの観点に基づき、このような粗大なAl系介在物を生成させないように、Alの添加方法に特別に留意している。
(About melting process)
In the present invention, based on the viewpoint that the Al inclusions are coarsened by aggregation and coalescence, and it is easy to form coarse inclusions that are the starting points of brittle fracture, the generation of such coarse Al inclusions is prevented. Special attention is paid to the method of adding Al.

まず、溶鋼中に脱酸材であるAlを添加するに当たり、Al添加前のフリー酸素量(溶存酸素量、[O]量と略記する場合がある。)を100ppm以下に制御する。[O]量が100ppmを超えると、Al添加時に生成する介在物サイズが大きくなって、N1を適切に制御できず、所望とする極低温靱性を実現できないからである(後記する表2のNo.33を参照)。[O]量は少ない程良く、好ましくは80ppm以下であり、より好ましくは50ppm以下である。なお、[O]量の下限は、粗大介在物を微細化させるとの観点からすれば特に限定されない。   First, when adding Al, which is a deoxidizing material, to a molten steel, the amount of free oxygen before adding Al (sometimes abbreviated as the amount of dissolved oxygen or [O]) is controlled to 100 ppm or less. If the amount of [O] exceeds 100 ppm, the size of inclusions produced when Al is added increases, N1 cannot be controlled properly, and the desired cryogenic toughness cannot be achieved (No in Table 2 described later). .33). The smaller the amount of [O], the better, preferably 80 ppm or less, and more preferably 50 ppm or less. In addition, the lower limit of the [O] amount is not particularly limited from the viewpoint of refining coarse inclusions.

上記のように[O]量を制御する方法としては、例えば、溶鋼中にMn、Siの脱酸元素を添加して脱酸する方法が挙げられる。上記元素の他に、Ti、Ca、REM、Zrなどの脱酸材を選択成分として添加する場合は、これらの添加によっても[O]量を制御することができる。   As a method for controlling the amount of [O] as described above, for example, a method of deoxidizing by adding deoxidizing elements of Mn and Si into molten steel can be mentioned. In addition to the above elements, when a deoxidizing material such as Ti, Ca, REM, or Zr is added as a selective component, the amount of [O] can be controlled also by adding these.

Al系介在物を制御するためには、Al添加前の[O]量を制御することが重要であって、Alと、他の脱酸元素との添加順序は問わない。しかしながら、[O]量が高い状態でAlを添加すると、酸化反応により溶鋼の温度が上昇し、操業上危険となるため、Alに先立ち、Si、Mnを添加することが好ましい。また、Tiなどの上記選択成分は、Alの添加後に溶鋼中に添加することが好ましい。   In order to control Al inclusions, it is important to control the amount of [O] before addition of Al, and the order of addition of Al and other deoxidizing elements is not limited. However, if Al is added in a state where the amount of [O] is high, the temperature of the molten steel rises due to an oxidation reaction, which makes operation dangerous. Therefore, it is preferable to add Si and Mn prior to Al. Moreover, it is preferable to add the said selective components, such as Ti, in molten steel after addition of Al.

次に、溶鋼中にAlを添加した後、Al添加から鋳造開始までの保持時間(t1)を15分以上とする。これにより、粗大介在物が浮上分離し、除去されるようになる。なお、従来は、Al添加と同時、若しくはAl添加後、最大でも13分以内に鋳造を開始していたが、t1が15分未満の場合、粗大介在物の除去効果が有効に発揮されず、粗大介在物が微細化されないため、所望とする極低温靱性が発揮されないことが判明した(後記する表2のNo.34、No.55を参照)。上記観点からすると、t1は長い程良く、好ましくは18分以上であり、より好ましくは20分以上である。t1の上限は、上記観点からは特に限定されないが、長時間の保持は製造コストの増大を招くため、180分以下であることが好ましく、より好ましくは150分以下である。   Next, after adding Al to the molten steel, the holding time (t1) from the addition of Al to the start of casting is set to 15 minutes or more. As a result, coarse inclusions float and are separated. Conventionally, casting was started within 13 minutes at the same time as Al addition or after Al addition, but when t1 is less than 15 minutes, the effect of removing coarse inclusions is not effectively exhibited, It was found that the desired cryogenic toughness was not exhibited because the coarse inclusions were not refined (see No. 34 and No. 55 in Table 2 below). From the above viewpoint, t1 is preferably as long as possible, preferably 18 minutes or more, and more preferably 20 minutes or more. Although the upper limit of t1 is not specifically limited from the said viewpoint, Since holding for a long time causes the increase in manufacturing cost, it is preferable that it is 180 minutes or less, More preferably, it is 150 minutes or less.

次いで、鋳造を開始する。鋳造時の温度範囲は、おおむね、1650℃以下であるが、本発明では、特に1450〜1500℃の温度範囲における冷却時間(t2)を300秒以下に制御することが重要であり、これにより、粗大介在物が適切に微細化されることが判明した。t2が300秒を超えると、介在物を核として二次介在物が複合的に生成するようになり、粗大介在物のサイズが大きくなって、所望とする極低温靱性が発揮されない(後記する表2のNo.35、No.56を参照)。上記観点からすると、t2は短い程良く、好ましくは290秒以下であり、より好ましくは280秒以下である。t2の下限は、上記観点からは特に限定されない。   Next, casting starts. The temperature range at the time of casting is generally 1650 ° C. or less. However, in the present invention, it is particularly important to control the cooling time (t2) in the temperature range of 1450 to 1500 ° C. to 300 seconds or less. It was found that coarse inclusions were appropriately refined. When t2 exceeds 300 seconds, secondary inclusions are complexly formed with inclusions as nuclei, the size of coarse inclusions is increased, and the desired cryogenic toughness is not exhibited (table to be described later). 2 No. 35 and No. 56). From the above viewpoint, t2 is preferably as short as possible, preferably 290 seconds or less, and more preferably 280 seconds or less. The lower limit of t2 is not particularly limited from the above viewpoint.

なお、本発明において、鋳造時の温度範囲のうち、特に1450〜1500℃の温度範囲に着目したのは、当該温度範囲が、鋳造時の凝固が進行し、溶鋼への成分濃化が進むことで、介在物の成長が促進される温度域だからである。   In the present invention, among the temperature ranges at the time of casting, particularly the temperature range of 1450 to 1500 ° C. was focused on that the solidification at the time of casting proceeds and the concentration of components in the molten steel proceeds. In this temperature range, the growth of inclusions is promoted.

また、上記1450〜1500℃の温度範囲は、スラブ厚の中心部の温度を意味する。スラブ厚さはおおむね、150〜250mmであり、表面温度は中心部の温度に比べ、約200〜1000℃程度低くなる傾向にある。表面温度は、温度差のバラツキが大きいため、バラツキの小さい中心部(厚さt×1/2の近傍)における温度を対象とする。スラブ厚の中心部の温度は、熱電対を鋳型に差し込むことで測定することができる。   The temperature range of 1450 to 1500 ° C. means the temperature at the center of the slab thickness. The slab thickness is generally 150 to 250 mm, and the surface temperature tends to be about 200 to 1000 ° C. lower than the temperature at the center. Since the surface temperature has a large variation in temperature difference, the surface temperature is the temperature at the central portion (near the thickness t × 1/2) where the variation is small. The temperature at the center of the slab thickness can be measured by inserting a thermocouple into the mold.

また、本発明では、1450〜1500℃の温度範囲での冷却時間(t1)を300秒以下に制御しさえすれば良く、その手段を限定するものではない。例えば、上記温度範囲での冷却時間が300秒以下になるように、当該温度範囲を等速で、約0.17℃/秒以下の平均冷却速度で冷却しても良いし、或いは、上記温度範囲の冷却時間が300秒以下になるように、異なる冷却速度で冷却しても良い。   Further, in the present invention, it is only necessary to control the cooling time (t1) in the temperature range of 1450 to 1500 ° C. to 300 seconds or less, and the means is not limited. For example, the temperature range may be cooled at an average cooling rate of about 0.17 ° C./second or less so that the cooling time in the temperature range is 300 seconds or less, or You may cool with a different cooling rate so that the cooling time of a range may be 300 seconds or less.

また、本発明では、上記温度範囲以外の、鋳造時の温度範囲についての冷却方法は何ら限定されず、通常の方法(空冷または水冷)を採用することができる。   Moreover, in this invention, the cooling method about the temperature range at the time of casting other than the said temperature range is not limited at all, A normal method (air cooling or water cooling) can be employ | adopted.

上記のようにして鋳造を行なった後、熱間圧延し、熱処理に供する。   After casting as described above, it is hot-rolled and subjected to heat treatment.

ここで熱間圧延工程は特に限定されず、所定の板厚が得られるように、通常用いられる方法を採用することができるが、具体的には、スラブを1100℃程度で1〜4時間加熱した後、(仕上圧延)温度や圧下量などを調節すれば良い。   Here, the hot rolling step is not particularly limited, and a commonly used method can be adopted so that a predetermined plate thickness is obtained. Specifically, the slab is heated at about 1100 ° C. for 1 to 4 hours. After that, the (finish rolling) temperature, reduction amount, etc. may be adjusted.

熱間圧延の後、Ac1〜Ac3点の温度範囲(TL)に加熱し、保持した後、水冷する。この処理は、前述した従来技術に記載のL処理に相当し、これにより、−196℃で安定に存在する残留γを所定量の範囲で確保することができる。 After hot rolling, it is heated to the temperature range (TL) of points A c1 to A c3 , held, and then cooled with water. This process corresponds to the L process described in the above-mentioned prior art, and by this, it is possible to secure the residual γ that exists stably at −196 ° C. within a predetermined range.

詳細には、Ac1〜Ac3点の二相域[フェライト(α)−γ]温度(TL)に加熱する。この温度域に加熱することにより、生成したγ相にNiなどの合金元素が濃縮し、室温で準安定に存在する準安定残留γ相が得られる。Ac1点未満、またはAc3点超では、結果的に、−196℃における残留γ相が十分に確保できない(後記する表2のNo.36、37を参照)。好ましい加熱温度は、おおむね、660〜710℃である。 In particular, heating to the two-phase region of the A c1 to A c3 point [ferrite (α) -γ] Temperature (TL). By heating to this temperature range, alloy elements such as Ni are concentrated in the produced γ phase, and a metastable residual γ phase existing metastable at room temperature is obtained. If it is less than A c1 point or more than A c3 point, as a result, a sufficient residual γ phase at −196 ° C. cannot be secured (see Nos. 36 and 37 in Table 2 described later). A preferable heating temperature is approximately 660 to 710 ° C.

上記二相域温度での加熱時間(保持時間、tL)は、おおむね、10〜50分とすることが好ましい。10分未満では、γ相への合金元素濃縮が十分進まず、一方、50分超では、α相が焼鈍まされ、強度が低下する。好ましい加熱時間の上限は30分である。   The heating time (holding time, tL) at the above two-phase region temperature is preferably about 10 to 50 minutes. If it is less than 10 minutes, the alloy element concentration to the γ phase does not proceed sufficiently, whereas if it exceeds 50 minutes, the α phase is annealed and the strength decreases. The upper limit of the preferred heating time is 30 minutes.

更に上記加熱時間を15分以上とすることにより、−196℃における残留γ相の体積分率が4.0%以上確保されるようになり、これにより、−233℃での脆性破面率が50%以下と、更なる極低温下においても良好な靱性が確保されるようになる。このような効果を有効に発揮させたい場合の、より好ましい下限は5.0%以上である。なお、好ましい加熱時間の上限は、上記と同じ(30分以下)である。   Further, by setting the heating time to 15 minutes or more, the volume fraction of the residual γ phase at −196 ° C. is ensured to be 4.0% or more, and thereby the brittle fracture surface ratio at −233 ° C. is increased. Good toughness is ensured even at a very low temperature of 50% or less. A more preferable lower limit in the case where such an effect is desired to be exhibited effectively is 5.0% or more. In addition, the upper limit of a preferable heating time is the same as the above (30 minutes or less).

次いで、室温まで水冷した後、焼戻し処理する。焼戻し処理は、520℃〜Ac1点の温度範囲(T3)で10〜60分間(t3)行なう。これにより、焼戻しの際、準安定残留γにCが濃縮され、準安定残留γ相の安定度が増すため、−196℃においても安定に存在する残留γ相が得られる。焼戻温度T3が520℃より低いと、二相共存域保持中に生成した準安定残留γ相がα相とセメンタイト相に分解し、−196℃における残留γ相が十分に確保できなくなる(後記する表2のNo.40を参照)。一方、焼戻温度T3がAc1点を超えるか、または焼戻し時間t3が10分未満の場合、準安定残留γ相中へのC濃縮が十分進行せず、所望とする−196℃での残留γ量を確保することができない[後記する表2のNo.41(T3が高い例)、No.54(t3が短い例)を参照]。また、焼戻時間t3が60分を超えると、−196℃での残留γ相が過剰に生成し、所定の強度が確保できなくなる(後記する表2のNo.42を参照)。 Subsequently, after water-cooling to room temperature, it tempers. The tempering treatment is performed for 10 to 60 minutes (t3) in a temperature range of 520 ° C. to A c1 point (T3). As a result, C is concentrated in the metastable residual γ during tempering, and the stability of the metastable residual γ phase increases, so that a residual γ phase that exists stably even at −196 ° C. is obtained. When the tempering temperature T3 is lower than 520 ° C., the metastable residual γ phase generated during the two-phase coexistence region is decomposed into an α phase and a cementite phase, and a sufficient residual γ phase at −196 ° C. cannot be secured (described later). (See No. 40 in Table 2). On the other hand, when the tempering temperature T3 exceeds the A c1 point or the tempering time t3 is less than 10 minutes, the C concentration in the metastable residual γ phase does not proceed sufficiently, and the desired residual at −196 ° C. The amount of γ cannot be secured [No. 41 (example where T3 is high), No. 54 (example in which t3 is short)]. Moreover, when the tempering time t3 exceeds 60 minutes, a residual γ phase at −196 ° C. is excessively generated, and a predetermined strength cannot be ensured (see No. 42 in Table 2 described later).

好ましい焼戻し処理条件は、焼戻し温度T3:570〜620℃であり、焼戻し時間t3:15分以上、45分以下(より好ましくは35分以下、更に好ましくは25分以下)である。   Preferred tempering conditions are tempering temperature T3: 570 to 620 ° C., and tempering time t3: 15 minutes or more and 45 minutes or less (more preferably 35 minutes or less, more preferably 25 minutes or less).

上記のように焼戻し処理した後は、室温まで冷却する。冷却方法は特に限定されず、空冷または水冷のいずれでも良い。   After tempering as described above, it is cooled to room temperature. The cooling method is not particularly limited, and may be either air cooling or water cooling.

本明細書において、Ac1点、およびAc3点は、下記式に基づいて算出されるものである(「講座・現代の金属学 材料編4 鉄鋼材料」、社団法人日本金属学会より)。
c1
=723−10.7×[Mn]−16.9×[Ni]+29.1×[Si]+16.9×[Cr]+290×[As]+6.38×[W]
c3
=910−203×[C]1/2−15.2×[Ni]+44.7×[Si]+104×[V]+31.5×[Mo]+13.1×[W]
上記式中、[ ]は、鋼材中の合金元素の濃度(質量%)を意味する。なお、本発明には、AsおよびWは鋼中成分として含まれないため、上記式において、[As]および[W]はいずれも、0%として計算する。
In the present specification, the A c1 point and the A c3 point are calculated based on the following formulas (“Lecture / Modern Metallographic Materials 4 Steel Materials”, Japan Institute of Metals).
A c1 point = 723-10.7 × [Mn] −16.9 × [Ni] + 29.1 × [Si] + 16.9 × [Cr] + 290 × [As] + 6.38 × [W]
A c3 point = 910−203 × [C] 1/2 −15.2 × [Ni] + 44.7 × [Si] + 104 × [V] + 31.5 × [Mo] + 13.1 × [W]
In the above formula, [] means the concentration (mass%) of the alloying element in the steel material. In the present invention, As and W are not included as components in the steel, and in the above formula, [As] and [W] are both calculated as 0%.

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記実施例によって制限されず、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited by the following examples, and can be implemented with modifications within a range that can meet the purpose described above and below. They are all included in the technical scope of the present invention.

実施例1
真空溶解炉(150kgVIF)を用い、表2に示す溶製条件で、表1に示す成分組成(残部:鉄および不可避的不純物、単位は質量%)の供試鋼を溶製し、鋳造した後、熱間鍛造により、150mm×150mm×600mmのインゴットを作製した。本実施例では、REMとしてCeを約50%、Laを約25%含むミッシュメタルを用いた。また、脱酸元素の添加順序は、選択成分を含まないときは、Si、Mn(同時添加)→Alであり;一方、Ti、REM、Zr、Caの選択成分を含むときは、Si、Mn(同時添加)→Al→Ti→REM、Zr、Ca(同時添加)である。また、表2中、[O]は、Al添加前の溶存酸素量(ppm)、t1はAl添加から鋳造開始までの時間(分)、t2は鋳造時の1500〜1450℃の冷却時間(秒)である。1500〜1450℃の冷却は、空冷または水冷にて、上記冷却時間となるように制御した。
Example 1
Using a vacuum melting furnace (150 kgVIF), after melting and casting a test steel having the component composition shown in Table 1 (remainder: iron and inevitable impurities, unit is mass%) under the melting conditions shown in Table 2 A 150 mm × 150 mm × 600 mm ingot was produced by hot forging. In this example, misch metal containing about 50% Ce and about 25% La was used as REM. The order of addition of the deoxidizing elements is Si, Mn (simultaneous addition) → Al when no selective component is included; on the other hand, when the selective component of Ti, REM, Zr, Ca is included, Si, Mn (Simultaneous addition) → Al → Ti → REM, Zr, Ca (simultaneous addition). In Table 2, [O] is the amount of dissolved oxygen (ppm) before addition of Al, t1 is the time (minutes) from the addition of Al to the start of casting, t2 is the cooling time (seconds) of 1500 to 1450 ° C. during casting. ). Cooling at 1500 to 1450 ° C. was controlled by air cooling or water cooling so that the cooling time was reached.

次に、上記のインゴットを1100℃に加熱した後、830℃以上の温度で板厚75mmまで圧延し、最終圧延温度780℃にて圧延を行ってから水冷することにより、板厚25mmの厚鋼板を得た。このようにして得られた鋼板を、表2に示す温度(表2中、TL)に加熱した後、5〜60分間加熱保持(表2のtLを参照)した後、室温まで水冷した。次いで、表2に示すように焼戻し処理(T3=焼戻し温度、t3=焼戻し時間)を行なった後、室温まで空冷または水冷を行なった。   Next, after heating the above ingot to 1100 ° C., the steel sheet is rolled to a thickness of 75 mm at a temperature of 830 ° C. or higher, rolled at a final rolling temperature of 780 ° C., and then water-cooled. Got. The steel plate thus obtained was heated to the temperature shown in Table 2 (TL in Table 2), heated and held for 5 to 60 minutes (see tL in Table 2), and then cooled to room temperature. Next, as shown in Table 2, after tempering (T3 = tempering temperature, t3 = tempering time), air cooling or water cooling to room temperature was performed.

このようにして得られた厚鋼板について、以下のようにして、円相当径2.0μm超の介在物の平均円相当径N1、−196℃において存在する残留γ相の量(体積分率)、引張り特性(引張り強度TS、降伏強度YS)、極低温靱性(−196℃または−233℃でのC方向における脆性破面率)を評価した。   For the thick steel plate thus obtained, the amount of residual γ phase (volume fraction) present at an average equivalent circle diameter N1 of inclusions with an equivalent circle diameter of more than 2.0 μm at −196 ° C. is as follows. , Tensile properties (tensile strength TS, yield strength YS), and cryogenic toughness (brittle fracture surface ratio in the C direction at -196 ° C or -233 ° C) were evaluated.

(1)円相当径2.0μm超の介在物の平均円相当径N1の測定
上記鋼板のt/4位置(t:板厚)を鏡面研磨し、光学顕微鏡を用いて400倍で4視野写真撮影を行った。なお、1視野あたりの面積は0.04mm2、4視野の合計面積は0.15mm2である。これら4視野中に観察された介在物について、Media Cybernetics社製「Image−Pro Plus」により画像解析し、円相当径(直径)2.0μm超の介在物の円相当径(直径)を算出し、その平均値を算出した。
(1) Measurement of the average equivalent circle diameter N1 of inclusions having an equivalent circle diameter of more than 2.0 μm The t / 4 position (t: plate thickness) of the above steel sheet is mirror-polished and photographed at a magnification of 400 using an optical microscope. I took a picture. The area per field of view is 0.04 mm 2 , and the total area of the four fields of view is 0.15 mm 2 . The inclusions observed in these four fields of view were subjected to image analysis using “Image-Pro Plus” manufactured by Media Cybernetics, and the equivalent circle diameter (diameter) of inclusions with an equivalent circle diameter (diameter) exceeding 2.0 μm was calculated. The average value was calculated.

(2)−196℃において存在する残留γ相の量(体積分率)の測定
各鋼板のt/4位置より、10mm×10mm×55mmの試験片を採取し、液体窒素温度(−196℃)にて5分間保持した後、リガク社製の二次元微小部X線回折装置(RINT−RAPIDII)にてX線回折測定を行なった。次いで、フェライト相の(110),(200),(211),(220)の各格子面のピーク、および残留γ相の(111),(200),(220),(311)の各格子面のピークについて、各ピークの積分強度比に基づき、残留γ相の(111)、(200)、(220)、(311)の体積分率をそれぞれ算出し、これらの平均値を求め、これを「残留γの体積分率」とした。
(2) Measurement of amount of residual γ phase (volume fraction) present at −196 ° C. From a t / 4 position of each steel plate, a 10 mm × 10 mm × 55 mm test piece was sampled and liquid nitrogen temperature (−196 ° C.) Was held for 5 minutes, and then X-ray diffraction measurement was performed with a two-dimensional micro part X-ray diffractometer (RINT-RAPIDII) manufactured by Rigaku Corporation. Next, the peaks of the lattice planes (110), (200), (211), and (220) of the ferrite phase and the lattices of (111), (200), (220), and (311) of the residual γ phase For the peak of the surface, based on the integrated intensity ratio of each peak, calculate the volume fraction of (111), (200), (220), (311) of the residual γ phase, and obtain the average value of these, Was defined as “volume fraction of residual γ”.

(3)引張り特性(引張り強度TS、降伏強度YS)の測定
各鋼板のt/4位置から、C方向に平行にJIS Z2241の4号試験片を採取し、ZIS Z2241に記載の方法で引張り試験を行い、引張り強度TS、および降伏強度YSを測定した。本実施例では、TS>690MPa、YS>590MPaのものを、母材強度に優れると評価した。
(3) Measurement of tensile properties (tensile strength TS, yield strength YS) From the t / 4 position of each steel plate, No. 4 test piece of JIS Z2241 was taken in parallel to the C direction, and a tensile test was performed by the method described in ZIS Z2241. The tensile strength TS and the yield strength YS were measured. In this example, TS> 690 MPa and YS> 590 MPa were evaluated as having excellent base material strength.

(4)極低温靱性(C方向における脆性破面率)の測定
各鋼板のt/4位置(t:板厚)且つW/4位置(W:板幅)、およびt/4位置且つおよびW/2位置から、C方向に平行にシャルピー衝撃試験片(JIS Z 2242のVノッチ試験片)を3本採取し、JIS Z2242に記載の方法で、−196℃での脆性破面率(%)を測定し、それぞれの平均値を算出した。そして、このようにして算出された二つの平均値のうち、特性に劣る(すなわち、脆性破面率が大きい)方の平均値を採用し、この値が10%以下のものを、本実施例では、極低温靭性に優れると評価した。
(4) Measurement of cryogenic toughness (brittle fracture surface ratio in the C direction) t / 4 position (t: plate thickness) and W / 4 position (W: plate width), t / 4 position and W of each steel plate / 3 position, three Charpy impact test pieces (V-notch test piece of JIS Z 2242) were taken in parallel with the C direction, and the brittle fracture surface rate at -196 ° C. (%) by the method described in JIS Z2242. Were measured and the average value of each was calculated. Of the two average values calculated in this way, the average value that is inferior in characteristics (that is, the brittle fracture surface ratio is large) is adopted, and this value is 10% or less. Then, it evaluated that it was excellent in cryogenic toughness.

これらの結果を表2に併記する。参考のため、表1および表2に、Ac1点およびAc3点を併記している。 These results are also shown in Table 2. For reference, Tables 1 and 2 also show points A c1 and A c3 .

Figure 0006018453
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表2より、以下のように考察することができる。   From Table 2, it can be considered as follows.

まず、表2AのNo.1〜32は、本発明の要件をすべて満足する例であり、母材強度が高くても、−196℃での極低温靱性(詳細には、C方向における脆性破面率の平均値≦10%)に優れた厚鋼板を提供することができた。   First, No. 2 in Table 2A. 1-32 are examples that satisfy all of the requirements of the present invention. Even if the base material strength is high, the cryogenic toughness at −196 ° C. (specifically, the average value of the brittle fracture surface ratio in the C direction ≦ 10) %), An excellent thick steel plate could be provided.

これに対し、表2BのNo.33〜42、54〜56は、少なくとも、本発明の好ましい製造条件のいずれかを満足しないため、本発明の要件を満足しない比較例であり、所望とする特性が得られなかった。   On the other hand, No. in Table 2B. Since 33 to 42 and 54 to 56 do not satisfy at least one of the preferable production conditions of the present invention, they are comparative examples that do not satisfy the requirements of the present invention, and the desired characteristics were not obtained.

具体的には、No.33は、鋼中成分は本発明の要件を満足する表1BのNo.33を用いたが、Al添加前の溶存酸素量[O]量が多いため、粗大介在物が微細化されなかった例である。その結果、脆性破面率も増加し、−196℃において所望とする極低温靱性を実現できなかった。   Specifically, no. No. 33 in Table 1B in which the components in the steel satisfy the requirements of the present invention. Although 33 was used, this is an example in which the coarse inclusions were not refined because the amount of dissolved oxygen [O] before addition of Al was large. As a result, the brittle fracture surface ratio also increased, and the desired cryogenic toughness could not be realized at -196 ° C.

No.34は、C量が多い表1BのNo.34を用い、且つ、Al添加後、鋳造開始前までの時間(t1)が短い例であり;一方、No.55は、鋼中成分は本発明の要件を満足する表1BのNo.55を用いたが、上記t1が短い例である。いずれの場合も、t1が短いため、粗大介在物が微細化されなかった。その結果、脆性破面率も増加し、所望とする極低温靱性を実現できなかった。   No. No. 34 is No. in Table 1B with a large amount of C. 34, and the time (t1) from the addition of Al to the start of casting is short; No. 55 of Table 1B in which the components in the steel satisfy the requirements of the present invention. 55 is used, but t1 is a short example. In any case, since t1 was short, coarse inclusions were not refined. As a result, the brittle fracture surface ratio also increased and the desired cryogenic toughness could not be realized.

No.35は、P量が多い表1BのNo.35を用い、且つ、鋳造時における1500〜1450℃の冷却時間(t2)が長い例であり;一方、No.56は、鋼中成分は本発明の要件を満足する表1BのNo.56を用いたが、上記t2が長い例である。いずれの場合も、t2が長いため、粗大介在物が微細化されなかった。その結果、脆性破面率も増加し、所望とする極低温靱性を実現できなかった。   No. No. 35 is No. in Table 1B with a large amount of P. No. 35 and a cooling time (t2) of 1500 to 1450 ° C. at the time of casting is a long example; No. 56, No. in Table 1B in which the components in the steel satisfy the requirements of the present invention. 56 is used, but the above t2 is an example. In either case, since t2 was long, coarse inclusions were not refined. As a result, the brittle fracture surface ratio also increased and the desired cryogenic toughness could not be realized.

No.36は、鋼中成分は本発明の要件を満足する表1BのNo.36を用いたが、二相域温度(TL)を下回る温度で加熱したため、残留γ量が不足した例である。その結果、脆性破面率も増加し、所望とする極低温靱性を実現できなかった。   No. No. 36 in Table 1B in which the components in the steel satisfy the requirements of the present invention. Although 36 was used, the amount of residual γ was insufficient because it was heated at a temperature lower than the two-phase region temperature (TL). As a result, the brittle fracture surface ratio also increased and the desired cryogenic toughness could not be realized.

No.37は、Si量が多い表1BのNo.37を用い、且つ、二相域温度(TL)を超える温度で加熱したため、残留γ量が不足した例である。その結果、脆性破面率も増加し、所望とする極低温靱性を実現できなかった。   No. No. 37 is No. in Table 1B with a large amount of Si. This is an example in which the amount of residual γ is insufficient because it is heated at a temperature exceeding the two-phase region temperature (TL). As a result, the brittle fracture surface ratio also increased and the desired cryogenic toughness could not be realized.

No.38は、鋼中成分は本発明の要件を満足する表1BのNo.38を用いたが、二相域温度(TL)での加熱保持時間(tL)が短いため、残留γ量が不足した例である。その結果、脆性破面率も増加し、所望とする極低温靱性を実現できなかった。   No. No. 38 in Table 1B where the components in the steel satisfy the requirements of the present invention. In this example, the amount of residual γ is insufficient because the heating and holding time (tL) at the two-phase region temperature (TL) is short. As a result, the brittle fracture surface ratio also increased and the desired cryogenic toughness could not be realized.

No.39は、鋼中成分は本発明の要件を満足する表1BのNo.39を用いたが、二相域温度(TL)での加熱保持時間(tL)が長いため、残留γ量が増加した例である。その結果、降伏強度YSが低下し、所望とする母材強度を確保できなかった。   No. No. 39 in Table 1B in which the components in the steel satisfy the requirements of the present invention. 39 was used, but the amount of residual γ increased because the heat holding time (tL) at the two-phase region temperature (TL) was long. As a result, the yield strength YS decreased, and the desired base material strength could not be ensured.

No.40は、鋼中成分は本発明の要件を満足する表1BのNo.40を用いたが、焼戻し温度(T3)が低いため、残留γ量が不足した例である。その結果、脆性破面率も増加し、所望とする極低温靱性を実現できなかった。   No. No. 40 in Table 1B in which the components in the steel satisfy the requirements of the present invention. Although 40 was used, the amount of residual γ was insufficient because the tempering temperature (T3) was low. As a result, the brittle fracture surface ratio also increased and the desired cryogenic toughness could not be realized.

No.41は、Mn量が多い表1BのNo.41を用い、且つ、焼戻し温度(T3)が高いため、残留γ量が不足した例である。その結果、脆性破面率も増加し、所望とする極低温靱性を実現できなかった。   No. No. 41 in Table 1B with a large amount of Mn. This is an example in which the amount of residual γ is insufficient because No. 41 is used and the tempering temperature (T3) is high. As a result, the brittle fracture surface ratio also increased and the desired cryogenic toughness could not be realized.

No.42は、鋼中成分は本発明の要件を満足する表1BのNo.42を用いたが、焼戻し時間(t3)が長いため、残留γ量が増加した例である。その結果、降伏強度YSが低下し、所望とする母材強度を確保できなかった。   No. No. 42 in Table 1B in which the components in the steel satisfy the requirements of the present invention. Although 42 was used, the amount of residual γ increased because the tempering time (t3) was long. As a result, the yield strength YS decreased, and the desired base material strength could not be ensured.

No.54は、鋼中成分は本発明の要件を満足する表1BのNo.54を用いたが、焼戻し時間(t3)が短いため、残留γ量が不足した例である。その結果、脆性破面率も増加し、所望とする極低温靱性を実現できなかった。   No. No. 54 in Table 1B in which the components in the steel satisfy the requirements of the present invention. In this example, the amount of residual γ was insufficient because the tempering time (t3) was short. As a result, the brittle fracture surface ratio also increased and the desired cryogenic toughness could not be realized.

No.43〜53は、鋼中成分のみが外れるものを用い、本発明の方法で製造した比較例である。   No. Nos. 43 to 53 are comparative examples produced by the method of the present invention using those from which only the components in steel are removed.

詳細には、No.43は、Mn量が少ない表1BのNo.43を用いたため、残留γ量が不足した例である。その結果、脆性破面率も増加し、所望とする極低温靱性を実現できなかった。   Specifically, no. No. 43 of Table 1B with a small amount of Mn. This is an example in which the amount of residual γ is insufficient because 43 is used. As a result, the brittle fracture surface ratio also increased and the desired cryogenic toughness could not be realized.

No.44は、S量が多い表1BのNo.44を用いた例である。そのため、脆性破面率が増加し、所望とする極低温靱性を実現できなかった。   No. No. 44 of Table 1B with a large amount of S. This is an example using 44. For this reason, the brittle fracture surface ratio increased and the desired cryogenic toughness could not be realized.

No.45は、C量が少なく、Al量が多く、Ni量が少ない表1BのNo.45を用いたため、粗大介在物が微細化されず、残留γ量が不足した例である。その結果、脆性破面率も増加し、所望とする極低温靱性を実現できなかった。更にTSも低下した。   No. No. 45 of Table 1B has a small amount of C, a large amount of Al, and a small amount of Ni. In this example, coarse inclusions were not refined and the amount of residual γ was insufficient. As a result, the brittle fracture surface ratio also increased and the desired cryogenic toughness could not be realized. TS also decreased.

No.46は、Al量が少なく、N量が多い表1BのNo.46を用いたため、粗大介在物が微細化されなかった例である。その結果、脆性破面率も増加し、所望とする極低温靱性を実現できなかった。   No. No. 46 in Table 1B has a small amount of Al and a large amount of N. In this example, coarse inclusions were not refined because 46 was used. As a result, the brittle fracture surface ratio also increased and the desired cryogenic toughness could not be realized.

No.47は、選択成分であるCu量およびCa量が多い表1BのNo.47を用いたため、粗大介在物が微細化されなかった例である。その結果、脆性破面率も増加し、所望とする極低温靱性を実現できなかった。   No. No. 47 of Table 1B with a large amount of Cu and Ca as the selection components. In this example, coarse inclusions were not refined because 47 was used. As a result, the brittle fracture surface ratio also increased and the desired cryogenic toughness could not be realized.

No.48は、選択成分であるCr量およびZr量が多い表1BのNo.48を用いたため、粗大介在物が微細化されなかった例である。その結果、脆性破面率も増加し、所望とする極低温靱性を実現できなかった。   No. No. 48 in Table 1B, which has a large amount of Cr and Zr as selective components. This is an example where coarse inclusions were not refined because 48 was used. As a result, the brittle fracture surface ratio also increased and the desired cryogenic toughness could not be realized.

No.49は、選択成分であるNb量およびREM量が多い表1BのNo.49を用いたため、粗大介在物が微細化されなかった例である。その結果、脆性破面率も増加し、所望とする極低温靱性を実現できなかった。   No. No. 49 in Table 1B, which has a large amount of Nb and REM as selective components. In this example, coarse inclusions were not refined because 49 was used. As a result, the brittle fracture surface ratio also increased and the desired cryogenic toughness could not be realized.

No.50は、選択成分であるMo量が多い表1BのNo.50を用いたため、脆性破面率が増加し、所望とする極低温靱性を実現できなかった。   No. No. 50 of Table 1B with a large amount of Mo as a selection component. Since 50 was used, the brittle fracture surface ratio increased and the desired cryogenic toughness could not be realized.

No.51は、選択成分であるTi量が多い表1BのNo.51を用いたため、脆性破面率が増加し、所望とする極低温靱性を実現できなかった。   No. No. 51 in Table 1B with a large amount of Ti as a selected component. Since 51 was used, the brittle fracture surface ratio increased and the desired cryogenic toughness could not be realized.

No.52は、選択成分であるV量が多い表1BのNo.52を用いたため、脆性破面率が増加し、所望とする極低温靱性を実現できなかった。   No. No. 52 of Table 1B with a large amount of V as a selected component. Since 52 was used, the brittle fracture surface ratio increased and the desired cryogenic toughness could not be realized.

No.53は、選択成分であるB量が多い表1BのNo.53を用いたため、脆性破面率が増加し、所望とする極低温靱性を実現できなかった。   No. No. 53 of Table 1B with a large amount of B as a selected component. Since 53 was used, the brittle fracture surface ratio increased and the desired cryogenic toughness could not be realized.

実施例2
本実施例では、上記実施例1に用いた一部のデータ(いずれも本発明例)について、−233℃での脆性破面率を評価した。
Example 2
In this example, the brittle fracture surface rate at −233 ° C. was evaluated for some data used in Example 1 (both examples of the present invention).

具体的には、表3に記載のNo.(表3のNo.は、前述した表1および表2のNo.に対応する)について、t/4位置且つW/4位置から試験片を3本採取し、下記に記載の方法で−233℃でのシャルピー衝撃試験を実施し、脆性破面率の平均値を評価した。本実施例では、上記脆性破面率≦50%のものを、−233℃での脆性破面率に優れると評価した。
「高圧ガス」、第24巻181頁、「オーステナイト系ステンレス鋳鋼の極低温衝撃試験」
Specifically, No. 1 described in Table 3 is used. (No. in Table 3 corresponds to No. in Table 1 and Table 2 described above) Three test pieces were collected from the t / 4 position and the W / 4 position, and -233 according to the method described below. A Charpy impact test at ℃ was conducted to evaluate the average brittle fracture surface ratio. In this example, the brittle fracture surface ratio ≦ 50% was evaluated as being excellent in the brittle fracture surface ratio at −233 ° C.
"High pressure gas", Vol. 24, page 181, "Cryogenic impact test of austenitic cast stainless steel"

これらの結果を表3に記載する。   These results are listed in Table 3.

Figure 0006018453
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表3のNo.3、4、6、13、15、19、および23は、いずれも、二相域温度での加熱時間(tL)を15分以上に制御した例であり(表2Aを参照)、残留γ相を4.0%以上確保できた。その結果、−196℃のみならず、より低温の−233℃における脆性破面率も良好であり、非常に優れた極低温靱性を達成することができた。   No. in Table 3 3, 4, 6, 13, 15, 19, and 23 are examples in which the heating time (tL) in the two-phase region temperature is controlled to 15 minutes or more (see Table 2A), and the residual γ phase Of 4.0% or more. As a result, not only −196 ° C. but also a brittle fracture surface rate at a lower temperature of −233 ° C. was good, and a very excellent cryogenic toughness could be achieved.

Claims (8)

質量%で、
C :0.02〜0.10%、
Si:0.40%以下(0%を含まない)、
Mn:0.50〜2.0%、
P :0.007%以下(0%を含まない)、
S :0.007%以下(0%を含まない)、
Al:0.005〜0.050%、
Ni:5.0〜7.5%、
N :0.010%以下(0%を含まない)
を含有し、残部が鉄および不可避不純物である厚鋼板であって、
−196℃において存在する残留オーステナイト相が体積分率にて2.0%〜12.0%であり、且つ、
円相当径2.0μm超の介在物の平均円相当径が3.5μm以下である
ことを特徴とする、鋼板の板幅方向(C方向)の−196℃での極低温靭性に優れた高強度厚鋼板。
% By mass
C: 0.02-0.10%,
Si: 0.40% or less (excluding 0%),
Mn: 0.50 to 2.0%,
P: 0.007% or less (excluding 0%),
S: 0.007% or less (excluding 0%),
Al: 0.005 to 0.050%,
Ni: 5.0 to 7.5%
N: 0.010% or less (excluding 0%)
Is a thick steel plate with the balance being iron and inevitable impurities,
The residual austenite phase present at −196 ° C. is 2.0% to 12.0% in volume fraction, and
Wherein an average circle equivalent diameter of a circle equivalent diameter 2.0μm greater inclusions is 3.5μm or less, excellent high cryogenically toughness at -196 ° C. in the plate width direction of the steel sheet (C-direction) Strength thick steel plate.
−196℃において存在する残留オーステナイト相が体積分率にて4.0%〜12.0%である請求項1に記載の高強度厚鋼板。 The high-strength thick steel plate according to claim 1, wherein a residual austenite phase existing at -196 ° C is 4.0% to 12.0% in volume fraction. 更に、
Cu:1.0%以下(0%を含まない)を含有する請求項1または2に記載の高強度厚鋼板。
Furthermore,
The high-strength thick steel plate according to claim 1 or 2, containing Cu: 1.0% or less (not including 0%).
更に、
Cr:1.20%以下(0%を含まない)、および
Mo:1.0%以下(0%を含まない)
よりなる群から選択される少なくとも一種を含有する請求項1〜3のいずれかに記載の高強度厚鋼板。
Furthermore,
Cr: 1.20% or less (not including 0%), and Mo: 1.0% or less (not including 0%)
The high-strength thick steel plate according to any one of claims 1 to 3, comprising at least one selected from the group consisting of:
更に、
Ti:0.025%以下(0%を含まない)、
Nb:0.100%以下(0%を含まない)、および
V :0.50%以下(0%を含まない)
よりなる群から選択される少なくとも一種を含有する請求項1〜4のいずれかに記載の高強度厚鋼板。
Furthermore,
Ti: 0.025% or less (excluding 0%),
Nb: 0.100% or less (not including 0%), and V: 0.50% or less (not including 0%)
The high-strength thick steel plate according to any one of claims 1 to 4, comprising at least one selected from the group consisting of:
更に、
B:0.0050%以下(0%を含まない)を含有する請求項1〜5のいずれかに記載の高強度厚鋼板。
Furthermore,
B: The high-strength thick steel plate according to any one of claims 1 to 5, containing 0.0050% or less (excluding 0%).
更に、
Ca:0.0030%以下(0%を含まない)、
REM:0.0050%以下(0%を含まない)、および
Zr:0.005%以下(0%を含まない)
よりなる群から選択される少なくとも一種を含有する請求項1〜6のいずれかに記載の高強度厚鋼板。
Furthermore,
Ca: 0.0030% or less (excluding 0%),
REM: 0.0050% or less (not including 0%), and Zr: 0.005% or less (not including 0%)
The high-strength thick steel plate according to claim 1, comprising at least one selected from the group consisting of:
請求項1〜7のいずれかに記載の高強度厚鋼板を製造する方法であって、
(A)溶鋼段階において、Al添加前のフリー酸素量[O]を100ppm以下、Al添加から鋳造開始までの保持時間(t1)を15分以上、鋳造時の1450〜1500℃での冷却時間(t2)を300秒以下に制御する工程と、
(B)熱間圧延後において、Ac1〜Ac3点の温度範囲で10〜50分加熱、保持した後、520℃〜Ac1点の温度範囲で10〜60分間焼戻し処理する工程と、
を含むことを特徴とする高強度厚鋼板の製造方法。
A method for producing the high-strength thick steel plate according to any one of claims 1 to 7,
(A) In the molten steel stage, the amount of free oxygen [O] before the addition of Al is 100 ppm or less, the holding time (t1) from the addition of Al to the start of casting is 15 minutes or more, and the cooling time at 1450 to 1500 ° C. during casting ( controlling t2) to 300 seconds or less;
(B) After hot rolling, heating and holding for 10 to 50 minutes in the temperature range of A c1 to A c3 points, and then tempering for 10 to 60 minutes in the temperature range of 520 ° C. to A c1 points;
The manufacturing method of the high strength thick steel plate characterized by including.
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