JP6211946B2 - Thick steel plate with excellent fatigue characteristics and method for producing the same - Google Patents

Thick steel plate with excellent fatigue characteristics and method for producing the same Download PDF

Info

Publication number
JP6211946B2
JP6211946B2 JP2014015524A JP2014015524A JP6211946B2 JP 6211946 B2 JP6211946 B2 JP 6211946B2 JP 2014015524 A JP2014015524 A JP 2014015524A JP 2014015524 A JP2014015524 A JP 2014015524A JP 6211946 B2 JP6211946 B2 JP 6211946B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
less
steel plate
rolling
bainite
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2014015524A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2015083712A (en
Inventor
悠介 三大寺
悠介 三大寺
杵渕 雅男
雅男 杵渕
晴弥 川野
晴弥 川野
金子 雅人
雅人 金子
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kobe Steel Ltd filed Critical Kobe Steel Ltd
Priority to JP2014015524A priority Critical patent/JP6211946B2/en
Priority to KR1020167006893A priority patent/KR20160044010A/en
Priority to KR1020187000229A priority patent/KR101838462B1/en
Priority to PCT/JP2014/073938 priority patent/WO2015041118A1/en
Priority to CN201480044265.XA priority patent/CN105452511B/en
Publication of JP2015083712A publication Critical patent/JP2015083712A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6211946B2 publication Critical patent/JP6211946B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/0205Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips of ferrous alloys
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/0221Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the working steps
    • C21D8/0226Hot rolling
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/0247Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the heat treatment
    • C21D8/0263Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the heat treatment following hot rolling
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/08Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing nickel
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/16Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing copper
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/58Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.5% by weight of manganese
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/002Bainite
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/004Dispersions; Precipitations
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/009Pearlite

Description

本発明は、主として船舶、建築物、橋梁、建設機械等の構造用材料として用いられる厚鋼板、およびその製造方法に関する。より詳細には、引張強度が490MPa以上650MPa未満で疲労特性に優れた厚鋼板、およびその製造方法に関する。   The present invention mainly relates to a thick steel plate used as a structural material for ships, buildings, bridges, construction machines, and the like, and a method for manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a thick steel plate having a tensile strength of 490 MPa or more and less than 650 MPa and excellent fatigue characteristics, and a method for producing the same.

船舶、建築物、橋梁および建設機械等の大型構造物では、構造物の大型化が進む一方で、破損が生じた場合の損害の大きさから、その構造部材にはより一層の信頼性が求められている。大型構造物における破損原因は、その多くが疲労破壊であることが従来から知られており、様々な耐疲労破壊技術が開発されてきたが、現在でも疲労破壊が原因で破損に至った事例は少なくない。   In large structures such as ships, buildings, bridges, and construction machinery, the size of the structure is increasing, but the structural members are required to have higher reliability due to the magnitude of damage in the event of damage. It has been. It has been known that many of the causes of damage in large structures are fatigue failure, and various anti-fatigue failure technologies have been developed, but there are still examples of damage caused by fatigue failure. Not a few.

一般に、大型構造物の疲労損傷が生じやすい部位では、構造的工夫を施すことによって応力集中が緩和されてきたが、このような構造では部材の追加や高強度鋼材の使用によって製造コストが上昇することが多い。そのため、鋼材自体の疲労特性自体を向上させる技術が要求されている。   In general, stress concentration has been alleviated by applying structural measures in areas where fatigue damage is likely to occur in large structures. However, in such structures, manufacturing costs increase due to the addition of members and the use of high-strength steel materials. There are many cases. Therefore, a technique for improving the fatigue characteristics of the steel material itself is required.

例えば非特許文献1では、疲労特性に与える種々の影響因子の効果が示されており、固溶強化、析出強化、結晶粒微細化および第2相強化により疲労特性は向上するが、転位強化では可動転位の増加を伴うため疲労特性の向上は得られにくいとされている。疲労破壊の過程は、(1)繰返し負荷が加わり亀裂が発生するまでの過程と、(2)発生した亀裂が進展して破断にいたるまでの過程に分けることができる。先に示した疲労特性の向上因子のうち、上記(1)の過程では転位の蓄積を抑制することが効果的であり、固溶強化や析出強化、結晶粒微細化等が有効であることが考えられる。その一方で、上記(2)の過程では、亀裂の進展を妨げることが効果的であるため、結晶粒微細化や第2相強化が効果的であることが考えられる。   For example, Non-Patent Document 1 shows the effect of various influencing factors on fatigue properties. The fatigue properties are improved by solid solution strengthening, precipitation strengthening, grain refinement, and second phase strengthening. It is said that it is difficult to improve fatigue characteristics because of the increase in movable dislocations. The process of fatigue fracture can be divided into (1) a process until a repeated load is applied and a crack is generated, and (2) a process until the generated crack progresses to a fracture. Of the improvement factors of fatigue characteristics shown above, it is effective to suppress the accumulation of dislocations in the process (1), and solid solution strengthening, precipitation strengthening, grain refinement, etc. are effective. Conceivable. On the other hand, in the above process (2), it is effective to prevent the crack from progressing, and therefore it is considered that crystal grain refinement and second phase strengthening are effective.

一方、特許文献1には、微細なフェライトと硬質マルテンサイトの2相組織とし、その硬度差を規定することで亀裂進展速度を抑制し、亀裂発生後の疲労寿命を向上させることが提案されている。しかしながら、この技術では、焼入れ処理によって多量の転位が導入されることに加えて、第2相がオーステナイトからマルテンサイトに変態するときにも更に転位が導入されるため、亀裂発生までの寿命が低下することが容易に想像でき、全寿命を安定的に向上させることは困難である。また、NbやVの添加によって炭窒化物の析出を期待しているが、焼入れ処理のように急速に冷却を行う場合には、このような析出物を安定して確保し、析出強化による疲労特性向上を得るのは困難である。   On the other hand, Patent Document 1 proposes that a two-phase structure of fine ferrite and hard martensite is used, and the crack growth rate is suppressed by defining the hardness difference to improve the fatigue life after the occurrence of cracks. Yes. However, in this technique, in addition to the introduction of a large amount of dislocations due to the quenching treatment, further dislocations are introduced when the second phase transforms from austenite to martensite, so the life until cracking is reduced. It can be easily imagined, and it is difficult to stably improve the total lifetime. Also, precipitation of carbonitrides is expected by the addition of Nb and V. However, when cooling is performed rapidly as in the quenching process, such precipitates are stably secured and fatigue due to precipitation strengthening is achieved. It is difficult to obtain improved characteristics.

特許文献2には、鋼組織を微細なフェライトとベイナイトの混合組織とすることで、亀裂進展速度を低下させる技術が提案されている。この技術を用いることで、疲労破壊においても亀裂発生後の疲労寿命を向上させることが期待できるが、亀裂発生までの疲労特性についてはなんら考慮されておらず、大幅な疲労特性の向上は期待できない。   Patent Document 2 proposes a technique for reducing the crack growth rate by making the steel structure a mixed structure of fine ferrite and bainite. By using this technology, it can be expected to improve the fatigue life after cracking even in fatigue fracture, but no consideration is given to the fatigue properties until cracking, and no significant improvement in fatigue properties can be expected. .

特許文献3には、フェライト組織中に炭化物を析出させることで疲労強度を向上させることが提案されている。しかしながら、亀裂発生後の疲労特性については記載がなく、しかも薄鋼板を対象にしたものであり、靱性など大型構造物に必要な他の特性を満たすことは困難である。   Patent Document 3 proposes improving the fatigue strength by precipitating carbides in the ferrite structure. However, there is no description about the fatigue characteristics after the occurrence of cracks, and it is intended for thin steel sheets, and it is difficult to satisfy other characteristics required for large structures such as toughness.

本発明者らは、疲労破壊に至るまでの全寿命について、亀裂発生までの前段寿命と、亀裂発生後から破断に至るまでの後段寿命の比率について調査した。その結果、疲労破壊に至るまでの全寿命のうち亀裂発生までの前段寿命が約5割を占めており、応力水準を下げ全寿命が長くなるにつれ、亀裂発生までの前段寿命が占める割合が増加することが判明した。こうしたことから、疲労破壊に至るまでの全寿命を長くするには、亀裂発生後の疲労特性は勿論のこと、亀裂発生までの疲労特性を向上させる必要がある。特に、疲労限付近では、亀裂発生までの前段寿命の割合が多くなる傾向がある。   The present inventors investigated the ratio of the life before the crack until the occurrence of crack and the ratio of the life after the crack until the fracture until the fatigue failure. As a result, the pre-stage life until crack initiation accounts for about 50% of the total life until fatigue failure, and the proportion of pre-stage life until crack initiation increases as the stress level is lowered and the total life becomes longer. Turned out to be. For this reason, in order to increase the total life until fatigue failure, it is necessary to improve not only the fatigue characteristics after the occurrence of cracks but also the fatigue characteristics until the occurrence of cracks. In particular, in the vicinity of the fatigue limit, there is a tendency that the ratio of the previous stage life until the occurrence of a crack increases.

前述の通り、大型構造物では疲労特性を向上させる技術が要求されているが、合わせて亀裂進展速度を低下させる技術(亀裂進展特性を向上させる技術)が要求されている。それは万が一疲労亀裂が発生した場合でも、亀裂進展速度が低ければ破壊に至るまでに損傷部位を発見し、補修することが可能であるからである。そのため、鋼材自体の疲労特性(疲労強度)を向上させると共に、疲労亀裂進展特性を向上させる(疲労亀裂の進展速度を低下させる)鋼板が要求されている。   As described above, a technique for improving fatigue characteristics is required for large structures, but a technique for reducing the crack growth rate (a technique for improving crack growth characteristics) is also required. This is because even if a fatigue crack occurs, if the crack growth rate is low, it is possible to find and repair the damaged part before failure. Therefore, there is a demand for a steel sheet that improves the fatigue characteristics (fatigue strength) of the steel material itself and improves the fatigue crack growth characteristics (decreases the fatigue crack growth rate).

尚、前述の疲労特性の亀裂進展は、亀裂発生直後の特に亀裂の長さが短い領域であり、そのため表層から採取した試験片にて評価を行う必要があった。一方、亀裂進展特性における亀裂進展は亀裂が成長し、安定して進展する領域(いわゆる長い亀裂)であり、表層ではなく鋼材内部の組織の影響を受ける。そのため、疲労特性に加えて亀裂進展特性にも優れる鋼板を製造するためには、表層の組織形態だけではなく鋼材内部の組織形態を制御する必要がある。   Note that the crack growth with the above-mentioned fatigue characteristics is a region where the crack length is particularly short immediately after the occurrence of the crack, and therefore it was necessary to evaluate with a test piece taken from the surface layer. On the other hand, the crack growth in the crack growth characteristics is a region where the crack grows and stably propagates (so-called long crack), and is influenced by the structure inside the steel material, not the surface layer. Therefore, in order to manufacture a steel sheet that is excellent in crack growth characteristics in addition to fatigue characteristics, it is necessary to control not only the surface layer structure but also the structure inside the steel material.

阿部ら、「鉄と鋼」 第70年(1984)第10号 1459−1466Abe et al., "Iron and Steel" 70th (1984) No. 10 1459-1466

特開平10−60575号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-60575 特開2011−195944号公報JP 2011-195944 A 特開2009−84643号公報JP 2009-84643 A

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、亀裂発生までの疲労特性と亀裂発生後の疲労特性を共に向上させ、従来にない疲労特性に優れた厚鋼板、およびそのような厚鋼板を製造するための有用な方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and its purpose is to improve both the fatigue characteristics until crack initiation and the fatigue characteristics after crack initiation, and is a thick steel plate excellent in unprecedented fatigue characteristics. And providing a useful method for producing such thick steel plates.

上記課題を解決し得た本発明の厚鋼板は、C:0.03〜0.12%(「質量%」の意味。以下同じ)、Si:0.3%以下(0%を含まない)、Mn:1.0〜2.0%、B:0.0005〜0.005%を夫々含有し、且つCu:0.1〜1.0%およびNi:0.1〜1.0%から選ばれる1種以上と、V:0.05%以下(0%を含まない)、Nb:0.05%以下(0%を含まない)およびTi:0.05%以下(0%を含まない)よりなる群から選ばれる1種以上とを含有し、これらの元素が下記(1)〜(3)式の関係を満足する、残部が鉄および不可避的不純物の厚鋼板であり、
圧延方向に平行な縦断面において鋼板表面から深さ3mmの観察位置で測定したときに、金属組織が下記(a)〜(d)の要件を満足し、析出物が下記(A)の要件を満足するところに特徴がある。
0.01≦[Nb]+2[Ti]+2[V]≦0.10 …(1)
([Nb]、[Ti]および[V]は、それぞれNb、TiおよびVの鋼板中の含有量(質量%)を示す。)
0≦([Cu]+[Ni])−2[Si]≦1.0 …(2)
([Cu]、[Ni]および[Si]は、それぞれCu、NiおよびSiの鋼板中の含有量(質量%)を示す。)
[Mn]+1.5[Cr]+2[Mo]≦2.4 …(3)
([Mn]、[Cr]および[Mo]は、それぞれMn、CrおよびMoの鋼板中の含有量(質量%)を示す。)
(a)金属組織がベイナイト組織と、残部組織とから構成され、全組織中、ベイナイト分率が80〜96面積%である。
(b)隣り合う結晶の方位差が15°以上の大角粒界に基づいてベイナイトの結晶粒を決定したとき、当該結晶粒の板厚方向の平均長さが7μm以下である。
(c)前記残部組織の円相当直径が3.0μm以下である。
(d)前記残部組織中、パーライト分率が80面積%以上である。
(A)Nb、TiおよびVの少なくともいずれかを含む円相当直径が20nm以下の析出物の個数が100個/μm以上である。
The thick steel plate of the present invention that can solve the above problems is C: 0.03 to 0.12% (meaning “mass%”; the same applies hereinafter), Si: 0.3% or less (not including 0%) , Mn: 1.0 to 2.0%, B: 0.0005 to 0.005%, respectively, and Cu: 0.1 to 1.0% and Ni: 0.1 to 1.0% One or more selected, V: 0.05% or less (not including 0%), Nb: 0.05% or less (not including 0%), and Ti: 0.05% or less (not including 0%) 1) or more selected from the group consisting of: and these elements satisfy the relationship of the following formulas (1) to (3), the balance being a steel plate of iron and unavoidable impurities:
When measured at an observation position at a depth of 3 mm from the steel sheet surface in a longitudinal section parallel to the rolling direction, the metal structure satisfies the following requirements (a) to (d), and the precipitate satisfies the following requirements (A). It is characterized by satisfaction.
0.01 ≦ [Nb] +2 [Ti] +2 [V] ≦ 0.10 (1)
([Nb], [Ti] and [V] indicate the contents (mass%) of Nb, Ti and V in the steel sheet, respectively.)
0 ≦ ([Cu] + [Ni]) − 2 [Si] ≦ 1.0 (2)
([Cu], [Ni] and [Si] indicate the contents (mass%) of Cu, Ni and Si in the steel sheet, respectively.)
[Mn] +1.5 [Cr] +2 [Mo] ≦ 2.4 (3)
([Mn], [Cr] and [Mo] indicate the contents (mass%) of Mn, Cr and Mo in the steel sheet, respectively.)
(A) A metal structure is comprised from a bainite structure and a remainder structure, and a bainite fraction is 80-96 area% in all the structures.
(B) When bainite crystal grains are determined based on a large-angle grain boundary in which the orientation difference between adjacent crystals is 15 ° or more, the average length of the crystal grains in the plate thickness direction is 7 μm or less.
(C) A circle equivalent diameter of the remaining tissue is 3.0 μm or less.
(D) The pearlite fraction is 80 area% or more in the remaining structure.
(A) The number of precipitates having an equivalent circle diameter of 20 nm or less containing at least one of Nb, Ti and V is 100 / μm 2 or more.

尚、上記「円相当直径」とは、同一面積の円に換算したときの直径(円相当直径)を意味する。また、上記(3)式で規定する元素のうちには、本発明の厚鋼板の基本成分(C,Si,Mn,Cu,Ni,B,V,Nb,Ti)以外にも、必要によって含有されるものも含まれるが(例えばCr,Mo)、これらの元素を含まないときには、その項目がないものとして(3)式の左辺の値(以下、この値を「Kp値」と呼ぶ)を計算し、これらの元素を含むときには、上記(3)式からKp値を計算すればよい。   The “circle equivalent diameter” means a diameter (circle equivalent diameter) when converted into a circle having the same area. Further, among the elements defined by the above formula (3), other than the basic components (C, Si, Mn, Cu, Ni, B, V, Nb, Ti) of the thick steel plate of the present invention, it is contained as necessary. (For example, Cr, Mo), but when these elements are not included, the value on the left side of the equation (3) (hereinafter, this value is referred to as “Kp value”) is assumed to be absent. When calculating and including these elements, the Kp value may be calculated from the above equation (3).

本発明の厚鋼板においては、必要によって更に、(a)Ca:0.005%以下(0%を含まない)、(b)Al:0.10%以下(0%を含まない)、(c)N:0.010%以下(0%を含まない)、(d)Cr:2%以下(0%を含まない)、(e)Mo:1%以下(0%を含まない)等を含有させることも有用であり、含有される元素の種類に応じて厚鋼板の特性が更に改善される。   In the thick steel plate of the present invention, if necessary, (a) Ca: 0.005% or less (not including 0%), (b) Al: 0.10% or less (not including 0%), (c ) N: 0.010% or less (not including 0%), (d) Cr: 2% or less (not including 0%), (e) Mo: 1% or less (not including 0%), etc. It is also useful to improve the properties of the thick steel plate depending on the type of element contained.

本発明者らは、種々の鋼板について亀裂進展試験と組織観察を行った結果、圧延方向に平行な縦断面において、板厚の1/4の位置の組織形態を、下記(e)〜(g)の要件を満足するように制御することで、疲労特性に加えて、亀裂進展特性も優れた鋼板が得られることを見出した。
(e)金属組織がベイナイト組織と、このベイナイトよりも硬質な残部組織とから構成され、全組織中ベイナイト分率が80〜96面積%である。
(f)隣り合う結晶の方位差が15°以上の大角粒界に基づいてベイナイトの結晶粒を決定したとき、当該結晶粒の板厚方向の平均長さが7μm以下である。
(g)前記硬質残部組織の円相当直径が3μm以下である。
As a result of conducting a crack growth test and a structure observation on various steel sheets, the present inventors have determined the structure form at a position of 1/4 of the sheet thickness in the longitudinal section parallel to the rolling direction by the following (e) to (g It was found that by controlling so as to satisfy the requirement of (), a steel sheet having excellent crack growth characteristics in addition to fatigue characteristics can be obtained.
(E) The metal structure is composed of a bainite structure and a remaining structure harder than the bainite, and the bainite fraction in the entire structure is 80 to 96 area% .
(F) When bainite crystal grains are determined based on a large-angle grain boundary in which the orientation difference between adjacent crystals is 15 ° or more, the average length of the crystal grains in the plate thickness direction is 7 μm or less.
(G) The equivalent circular diameter of the hard residual structure is 3 μm or less.

一方、上記目的を達成することのできた本発明の製造方法とは、上記のような化学成分組成の鋼片を下記の条件で熱間圧延することを特徴とする。この製造方法において、冷却停止温度は550℃以上であることが好ましい。
(A)加熱温度:1000〜1200℃
(B)前記鋼片の加熱速度:3〜10℃/分
(C)全熱間圧延工程の累積圧下率:70%以上
(D)仕上げ圧延中における、Ar変態点+150℃〜Ar変態点+50℃の温度範囲での累積圧下率:50%以上
(E)仕上げ圧延終了温度:Ar変態点+30℃以上の温度
(F)仕上げ圧延終了温度から600℃までの平均冷却速度:10℃/秒以下
また、前記(e)〜(g)を満足するには、下記の条件で製造する。
(G)加熱温度:1000〜1200℃
(H)前記鋼片の加熱速度:3〜10℃/分
(I)全熱間圧延工程の累積圧下率:80%以上
(J)仕上げ圧延中における、Ar 変態点+150℃〜Ar 変態点+50℃の温度範囲での累積圧下率:70%未満
(K)仕上げ圧延終了温度:Ar 変態点+30℃以上の温度
(L)仕上げ圧延終了温度から600℃までの平均冷却速度:10℃/秒以下
On the other hand, the production method of the present invention that has achieved the above object is characterized by hot rolling a steel slab having the chemical composition as described above under the following conditions. In this manufacturing method, the cooling stop temperature is preferably 550 ° C. or higher.
(A) Heating temperature: 1000 to 1200 ° C
(B) Heating rate of the steel slab: 3 to 10 ° C / min
(C) Cumulative rolling reduction in all hot rolling processes: 70% or more
(D) Cumulative rolling reduction in the temperature range of Ar 3 transformation point + 150 ° C. to Ar 3 transformation point + 50 ° C. during finish rolling: 50% or more
(E) Finish rolling end temperature: Ar 3 transformation point + 30 ° C or higher temperature
(F) Average cooling rate from finish rolling finish temperature to 600 ° C: 10 ° C / second or less
Moreover, in order to satisfy said (e)-(g), it manufactures on the following conditions.
(G) Heating temperature: 1000 to 1200 ° C
(H) Heating rate of the steel slab: 3 to 10 ° C./min
(I) Cumulative rolling reduction in all hot rolling processes: 80% or more
(J) Cumulative rolling reduction in the temperature range of Ar 3 transformation point + 150 ° C. to Ar 3 transformation point + 50 ° C. during finish rolling : less than 70%
(K) Finishing rolling end temperature: Ar 3 transformation point + temperature of 30 ° C or higher
(L) Average cooling rate from finish rolling finish temperature to 600 ° C: 10 ° C / second or less

本発明によれば、厚鋼板の化学成分組成と共に、組織および析出物を適切に制御しているため、亀裂発生までの疲労特性(亀裂発生抑制特性)と、亀裂発生後の疲労特性(亀裂進展抑制特性)を共に向上させることができ、疲労特性に極めて優れた厚鋼板を実現することができる。   According to the present invention, since the structure and precipitates are appropriately controlled together with the chemical composition of the thick steel plate, fatigue characteristics until crack initiation (cracking suppression characteristics) and fatigue characteristics after crack initiation (crack growth) In addition, it is possible to improve the suppression property) and to realize a thick steel plate having extremely excellent fatigue properties.

図1は、疲労特性の測定に用いた試験片を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic view showing a test piece used for measurement of fatigue characteristics. 図2は、亀裂進展速度の測定に用いたコンパクト試験片の形状を示す概略説明図である。FIG. 2 is a schematic explanatory view showing the shape of a compact test piece used for measuring the crack growth rate.

本発明者らは、まず疲労亀裂発生後の疲労寿命を確保する手段について検討した。亀裂発生後の疲労寿命(後段寿命)は、前述の通りに亀裂の進展が大きく寄与するため、主体となる組織におけるの結晶粒の微細化や、主体となる組織以外の残部組織(第2相)による強化が有効である。このうち結晶粒の微細化については、鋼材の組織をベイナイト組織やマルテンサイト組織にすることで結晶粒の微細化を図ることはできる。また、残部組織を、変態時に剪断変形を生じないパーライト主体とすることによって、前段寿命の低下を防ぐことができる。   The present inventors first examined a means for ensuring the fatigue life after the occurrence of fatigue cracks. As described above, the fatigue life after crack initiation (post-stage life) greatly contributes to the growth of cracks, so that the grain structure in the main structure is refined and the remaining structure other than the main structure (second phase) ) Is effective. Among these, regarding the refinement of crystal grains, the crystal grains can be refined by changing the structure of the steel material to a bainite structure or a martensite structure. Moreover, the fall of a former stage lifetime can be prevented by making the remainder structure | tissue into the pearlite main body which does not produce a shear deformation at the time of transformation.

本発明者らは、種々の厚鋼板について、組織形態が疲労特性に与える影響を調査した。その結果、鋼板表面から深さ3mmの位置における厚さ方向断面(圧延方向に平行な縦断面)での組織を次のように制御することで、従来よりも優れた疲労特性の厚鋼板が得られることを見出した。尚、ここで鋼板表面から深さ3mmの組織を対象としたのは、通常の厚鋼板では、亀裂が発生するのは鋼板の表面であるため、表層付近の組織を制御する必要があり、t/4位置やt/2位置(t:板厚)の組織を制御しても疲労特性の向上は得られないためである。   The present inventors investigated the influence of the structure morphology on fatigue properties for various thick steel plates. As a result, by controlling the structure of the cross section in the thickness direction (longitudinal cross section parallel to the rolling direction) at a depth of 3 mm from the surface of the steel sheet as follows, a thick steel sheet with fatigue characteristics superior to that of the prior art is obtained. I found out that Note that the structure having a depth of 3 mm from the surface of the steel sheet is the target for the normal thick steel sheet, and it is necessary to control the structure in the vicinity of the surface layer because the crack is generated on the surface of the steel sheet. This is because fatigue characteristics cannot be improved even if the structure at the / 4 position or t / 2 position (t: plate thickness) is controlled.

(組織)
金属組織に占めるベイナイト分率を80〜96面積%確保し、且つ隣り合う結晶の方位差が15°以上の大角粒界に基づいてベイナイトの結晶粒を決定したとき、当該結晶粒の板厚方向の平均長さ(以下、「有効結晶粒径」と呼ぶことがある)を7μm以下とする。ベイナイト分率は好ましくは85面積%以上、より好ましくは90面積%以上である。有効結晶粒径は、好ましくは6μm以下であり、より好ましくは5μm以下である。
(Organization)
When the bainite fraction occupying 80 to 96 area% in the metal structure and the orientation difference between adjacent crystals is determined based on a large-angle grain boundary of 15 ° or more, the thickness direction of the crystal grains is determined. The average length (hereinafter, sometimes referred to as “effective crystal grain size”) is 7 μm or less. The bainite fraction is preferably 85 area% or more, more preferably 90 area% or more. The effective crystal grain size is preferably 6 μm or less, more preferably 5 μm or less.

本発明に係る鋼板の組織は、490MPa以上650MPa未満の強度クラスを満たし、且つ優れた疲労特性を確保するために上記のようにベイナイトを主体とした組織から構成される。ここで「ベイナイト」とは、上部ベイナイト、下部ベイナイト、アシキュラーフェライト、グラニュラーベイニティックフェライトなどの組織を含むものである。   The structure of the steel sheet according to the present invention is composed of a structure mainly composed of bainite as described above in order to satisfy the strength class of 490 MPa or more and less than 650 MPa and to ensure excellent fatigue characteristics. Here, “bainite” includes structures such as upper bainite, lower bainite, acicular ferrite, and granular bainitic ferrite.

ベイナイトは、フェライト等に比べて結晶粒径を微細とすることが可能であり、亀裂が発生するまでの寿命(前段寿命)と、亀裂が進展してからの寿命(後段寿命)の両者を向上させる。マルテンサイトも微細な組織は得られるが、マルテンサイト変態時に生じる剪断変形により多量の転位が導入され、前段寿命が損なわれるため、全体としての疲労特性の向上は得られない。尚、結晶粒径(有効結晶粒径)を板厚方向の長さ(切断長さ)で定義をしたのは、鋼板表面で発生した疲労亀裂の進展を考慮しているためである。   Bainite has a smaller crystal grain size than ferrite, etc., and improves both the life before cracks (previous life) and the life after cracks (second life). Let Although martensite has a fine structure, a large amount of dislocations are introduced by shear deformation that occurs during the martensite transformation, and the life of the previous stage is impaired, so that the overall fatigue characteristics cannot be improved. The reason why the crystal grain size (effective crystal grain size) is defined by the length in the thickness direction (cutting length) is that the progress of fatigue cracks generated on the steel sheet surface is taken into consideration.

ベイナイトを主体とする組織とするためには、通常CやMn等の合金元素の添加に加えて、圧延後の急冷処理を行う場合が多い。しかしながら、冷却速度が大きいと所望の析出物(後述する)を確保することが困難となる。そのため、本発明では鋼板に通常添加されるCやMn等に加えて、Bを添加する必要がある(後述する)。Bは、フェライト変態を抑制する効果があるため、比較的冷却速度が小さくても安定してベイナイトを主体とする組織を確保することができる。   In order to obtain a structure mainly composed of bainite, usually, in addition to the addition of alloy elements such as C and Mn, a rapid cooling treatment after rolling is often performed. However, when the cooling rate is high, it is difficult to secure a desired precipitate (described later). Therefore, in this invention, it is necessary to add B in addition to C, Mn, etc. which are normally added to a steel plate (it mentions later). Since B has an effect of suppressing the ferrite transformation, a structure mainly composed of bainite can be secured stably even if the cooling rate is relatively low.

(残部の組織)
ベイナイト組織以外の組織(残部組織)を、円相当直径で3.0μm以下とし、残部組織に占めるパーライト分率を80面積%以上とする必要がある。残部組織の円相当直径を3.0μm以下としたのは、残部組織の平均サイズが3.0μmを上回ると、靱性等、他の特性を大きく低下させる恐れがあるためである。残部組織は、また、残部組織を硬質なマルテンサイトやマルテンサイト−オーステナイト混合組織(MA)にすることで、後段寿命の向上は期待できる。その一方でこれらの組織は、変態時に多量の可動転位がベイナイト組織中に導入されるため前段寿命を大きく低下させ、全寿命をも低下させる恐れがある。これに対し、残部組織を、変態時に剪断変形を生じないパーライト主体とすることによって、亀裂発生寿命の低下を防ぐことが可能になる。残部組織の円相当直径の好ましい上限は2.5μm以下(より好ましくは2.0μm以下)であり、好ましい下限は概ね0.5μm以上である。
(Remaining organization)
It is necessary that the structure (remaining structure) other than the bainite structure is 3.0 μm or less in terms of the equivalent circle diameter, and the pearlite fraction in the remaining structure is 80 area% or more. The reason why the equivalent circle diameter of the remaining structure is set to 3.0 μm or less is that when the average size of the remaining structure exceeds 3.0 μm, other characteristics such as toughness may be greatly deteriorated. The remaining structure can be expected to improve the life of the latter stage by making the remaining structure hard martensite or a martensite-austenite mixed structure (MA). On the other hand, in these structures, since a large amount of movable dislocations is introduced into the bainite structure during transformation, there is a possibility that the life of the previous stage is greatly reduced and the entire life is also reduced. On the other hand, it is possible to prevent a decrease in crack generation life by making the remaining structure a main body of pearlite that does not cause shear deformation during transformation. A preferable upper limit of the equivalent circle diameter of the remaining tissue is 2.5 μm or less (more preferably 2.0 μm or less), and a preferable lower limit is approximately 0.5 μm or more.

尚、残部組織中には、一部フェライト等の軟質の組織が含まれていても良い。残部組織は、その効果を発揮させるためには、3面積%以上あることが好ましい(より好ましくは5面積%以上)。   The remaining structure may partially contain a soft structure such as ferrite. The remaining structure is preferably 3 area% or more (more preferably 5 area% or more) in order to exert the effect.

本発明者らは、析出物が疲労特性に与える影響についても調査した。その結果、鋼板表面から深さ3mmの位置において、圧延方向に平行な縦断面での析出物を次のように制御することで、従来よりも優れた疲労特性を発揮する厚鋼板が得られることを見出した。   The inventors also investigated the effect of precipitates on fatigue properties. As a result, at a position 3 mm deep from the surface of the steel plate, a thick steel plate that exhibits fatigue characteristics superior to conventional ones can be obtained by controlling the precipitates in the longitudinal section parallel to the rolling direction as follows. I found.

(析出物)
厚鋼板の疲労特性を向上させるためには、Nb,TiおよびVの少なくともいずれかを含む円相当直径が20nm以下の析出物(炭化物および炭窒化物)を鋼板中に微細分散させる必要がある。析出物による強化(析出強化)は、析出物をより微細に且つ多量に分散させることが有効であることが一般的である。また、析出物が転位により剪断されない場合は、析出物サイズが微細であるほうが析出強化の効果が大きくなる。ここで上記析出物(炭化物および炭窒化物)の円相当直径を20nm以下と規定したのは、析出強化を活用しつつ、靱性等の他の特性を低下させる粗大な析出物が生じることを抑制するという観点からである。
(Precipitate)
In order to improve the fatigue characteristics of the thick steel plate, it is necessary to finely disperse precipitates (carbide and carbonitride) having an equivalent circle diameter of 20 nm or less including at least one of Nb, Ti and V in the steel plate. In general, for strengthening by precipitation (precipitation strengthening), it is effective to finely disperse the precipitate in a large amount. In addition, when the precipitate is not sheared by dislocation, the effect of precipitation strengthening is greater when the precipitate size is finer. The reason why the equivalent circle diameter of the above-mentioned precipitates (carbides and carbonitrides) is defined as 20 nm or less is to suppress the formation of coarse precipitates that deteriorate other properties such as toughness while utilizing precipitation strengthening. From the viewpoint of doing.

しかしながら、析出物が微細になりすぎると、転位により析出物が剪断されるため、析出強化は得られにくくなる。析出物が剪断される臨界サイズは析出物の種類によって異なり、Nb,TiおよびVの少なくともいずれかを含む析出物では、その臨界サイズが約5nm程度である。このため、より微細な析出物であっても析出強化に寄与するため、微細に分散させ数密度を増やすことで効果的に析出強化を活用することができる。所定量の析出物を確保するためには、多量の合金添加を行ったり、焼戻しなどの熱処理を行うのが一般的である。しかしながら、こうした方法では、材料コストや製造コストが増加するだけでなく、析出物が粗大化し、疲労特性の向上が得られないだけではなく、靱性等、他の特性を大きく低下させる危険性がある。   However, if the precipitate becomes too fine, the precipitate is sheared by dislocation, so that it is difficult to obtain precipitation strengthening. The critical size at which the precipitate is sheared varies depending on the type of the precipitate, and the precipitate containing at least one of Nb, Ti and V has a critical size of about 5 nm. For this reason, since even finer precipitates contribute to precipitation strengthening, precipitation strengthening can be effectively utilized by finely dispersing them and increasing the number density. In order to ensure a predetermined amount of precipitates, it is common to add a large amount of alloy or to perform heat treatment such as tempering. However, such a method not only increases the material cost and the manufacturing cost, but also not only does the precipitate coarsen and the improvement of the fatigue characteristics is not obtained, but also there is a risk of greatly reducing other characteristics such as toughness. .

本発明者らは、Cによる析出物形成能(これを「C活量」と呼ぶ)に着目して合金設計を行うことで、微細な析出物を低コストで且つ安定的に確保できるようにした。こうした観点から、析出物を構成する元素の添加量を適切に制御する必要があり、具体的には下記Nb,TiおよびVの含有量が(1)式の関係を満足する必要がある。
0.01≦[Nb]+2[Ti]+2[V]≦0.10 …(1)
([Nb]、[Ti]および[V]は、それぞれNb、TiおよびVの鋼板中の含有量(質量%)を示す。)
The inventors of the present invention designed the alloy by paying attention to the ability to form precipitates by C (this is called “C activity”) so that fine precipitates can be secured stably at low cost. did. From this point of view, it is necessary to appropriately control the amount of the elements constituting the precipitate, and specifically, the following contents of Nb, Ti and V must satisfy the relationship of the formula (1).
0.01 ≦ [Nb] +2 [Ti] +2 [V] ≦ 0.10 (1)
([Nb], [Ti] and [V] indicate the contents (mass%) of Nb, Ti and V in the steel sheet, respectively.)

本発明において、亀裂発生後の疲労特性を向上させる鋼板の化学成分組成について説明する。本発明の厚鋼板において、CやMn、B等の合金元素を適宜添加することで所定量のベイナイト組織を確保し、同時にMn、Cr、Moの添加量を適宜調整することで後段寿命を向上させるベイナイト主体組織を得ると共に、析出物の構成元素であるNb,TiおよびVの添加量を適切に制限し、更にC活量に影響するCu、NiおよびSiの添加量の関係を調整して、微細な析出物を分散析出させることで、優れた疲労特性を発揮する厚鋼板が実現できる。こうした観点から、各成分は次にように調整される。   In the present invention, the chemical component composition of the steel sheet that improves the fatigue characteristics after cracking will be described. In the steel plate of the present invention, a predetermined amount of bainite structure is ensured by appropriately adding alloy elements such as C, Mn, and B, and at the same time, the subsequent life is improved by appropriately adjusting the amount of addition of Mn, Cr, and Mo. The bainite main structure to be obtained is obtained, and the addition amount of Nb, Ti and V, which are constituent elements of the precipitate, is appropriately limited, and the relationship between the addition amounts of Cu, Ni and Si that affect the C activity is adjusted. By thickly depositing fine precipitates, a thick steel plate exhibiting excellent fatigue characteristics can be realized. From this viewpoint, each component is adjusted as follows.

(C:0.03〜0.12%)
Cは、母材(鋼板)の強度を確保するために重要な元素であり、併せて析出物を構成する元素である。こうした効果を有効に発揮させるために、C量は0.03%以上と定めた。C量は、好ましくは0.04%以上であり、より好ましくは0.05%以上である。一方、C量が過剰になると、残部組織が粗大且つ過剰に生じるため疲労特性が低下する。そこでC量は0.12%以下と定めた。C量は、好ましくは0.10%以下であり、より好ましくは0.08%以下である。
(C: 0.03-0.12%)
C is an important element for securing the strength of the base material (steel plate), and is an element constituting the precipitate. In order to effectively exhibit such effects, the C content is determined to be 0.03% or more. The amount of C is preferably 0.04% or more, and more preferably 0.05% or more. On the other hand, when the amount of C is excessive, the remaining structure is coarse and excessively generated, so that fatigue characteristics are deteriorated. Therefore, the C amount is set to 0.12% or less. The amount of C is preferably 0.10% or less, and more preferably 0.08% or less.

(Si:0.3%以下(0%を含まない))
Siは、母材(鋼板)の強度を確保するために必要な元素であるが、同時にC活量を低下させる元素であるため、その添加量を0.3%以下とする必要がある。Si量は、好ましくは0.25%以下であり、より好ましくは0.2%以下である。尚、上記のような作用を発揮させるためには、Si量は0.01%以上であることが好ましく、より好ましくは0.05%以上である。
(Si: 0.3% or less (excluding 0%))
Si is an element necessary for ensuring the strength of the base material (steel plate), but at the same time, it is an element that lowers the C activity, so that the amount added must be 0.3% or less. The amount of Si is preferably 0.25% or less, and more preferably 0.2% or less. In addition, in order to exhibit the above effects, the Si amount is preferably 0.01% or more, more preferably 0.05% or more.

(Mn:1.0〜2.0%)
Mnは、ベイナイト組織を得るために焼入れ性を確保する上で重要な元素である。こうした作用を有効に発揮させるため、Mn量は1.0%以上とする必要がある。Mn量は、好ましくは1.2%以上であり、より好ましくは1.4%以上である。しかし、Mn量が過剰になると、残部組織中に占めるパーライト分率が低下するため十分な疲労特性が得られない。そのため、Mn量は2.0%以下とする必要がある。Mn量は、好ましくは1.8%以下であり、より好ましくは1.6%以下である。
(Mn: 1.0-2.0%)
Mn is an important element in securing hardenability in order to obtain a bainite structure. In order to exhibit such an action effectively, the amount of Mn needs to be 1.0% or more. The amount of Mn is preferably 1.2% or more, more preferably 1.4% or more. However, when the amount of Mn is excessive, the pearlite fraction in the remaining structure is reduced, so that sufficient fatigue characteristics cannot be obtained. Therefore, the amount of Mn needs to be 2.0% or less. The amount of Mn is preferably 1.8% or less, more preferably 1.6% or less.

(B:0.0005〜0.005%)
Bは、焼入れ性を向上させる元素であり、またフェライト変態を抑制してベイナイト組織を生じさせやすくする元素である。こうした効果を発揮させるためには、Bは0.0005%以上含有させる必要がある。B量は、好ましくは0.001%以上であり、より好ましくは0.002%以上である。しかしながら、B含有量が過剰になると、十分な析出物が得られず疲労特性向上効果が得られないため、0.005%以下とする必要がある。B含有量の好ましい上限は0.004%以下であり、より好ましくは0.003%以下である。
(B: 0.0005 to 0.005%)
B is an element that improves hardenability, and is an element that suppresses ferrite transformation and easily causes a bainite structure. In order to exhibit such an effect, B needs to be contained by 0.0005% or more. The amount of B is preferably 0.001% or more, and more preferably 0.002% or more. However, if the B content is excessive, sufficient precipitates cannot be obtained and the effect of improving fatigue characteristics cannot be obtained, so 0.005% or less is necessary. The upper limit with preferable B content is 0.004% or less, More preferably, it is 0.003% or less.

(Cu:0.1〜1.0%およびNi:0.1〜1.0%から選ばれる1種以上)
CuおよびNiは、C活量を増加させて微細な析出物を生じさせるために必要な元素である。こうした作用を発揮させるためには、少なくともいずれかを0.1%以上含有させる必要がある。好ましくは0.15%以上であり、より好ましくは0.2%以上である。しかしながら、Cu,Niの含有量が過剰になると、析出物が粗大化して疲労特性の向上が得られないばかりか、靱性等、他の特性を悪化させる。こうした観点から、いずれも1.0%以下とする必要があり、好ましくは0.8%以下、より好ましくは0.6%以下である。
(One or more selected from Cu: 0.1 to 1.0% and Ni: 0.1 to 1.0%)
Cu and Ni are elements necessary for increasing the C activity and generating fine precipitates. In order to exert such an effect, it is necessary to contain at least one of 0.1% or more. Preferably it is 0.15% or more, More preferably, it is 0.2% or more. However, if the Cu and Ni contents are excessive, the precipitates become coarse and fatigue characteristics cannot be improved, and other characteristics such as toughness are deteriorated. From such a viewpoint, it is necessary that both be 1.0% or less, preferably 0.8% or less, more preferably 0.6% or less.

上記Cu、NiおよびSiは、C活量に影響を与える元素であるため、微細な析出物を安定して得るためにはこれらの含有量を、下記(2)式の関係を満足するように制御する必要がある。
0≦([Cu]+[Ni])−2[Si]≦1.0 …(2)
([Cu]、[Ni]および[Si]は、それぞれCu、NiおよびSiの鋼板中の含有量(質量%)を示す。)
Since Cu, Ni, and Si are elements that affect the C activity, in order to stably obtain fine precipitates, these contents should be set so as to satisfy the relationship of the following formula (2). Need to control.
0 ≦ ([Cu] + [Ni]) − 2 [Si] ≦ 1.0 (2)
([Cu], [Ni] and [Si] indicate the contents (mass%) of Cu, Ni and Si in the steel sheet, respectively.)

([Cu]+[Ni])−2[Si]の値(以下、「CA値」と呼ぶ)が0(%)を下回るとC活量が不足するため、十分な析出物が得られず疲労特性の向上は得られない。また、CA値が1.0(%)を上回ると、C活量が過剰となり逆に粗大な析出物が生じて疲労特性の向上が得られないばかりか、他の特性を低下させる恐れがある。CA値の好ましい下限は0.1(%)以上であり、より好ましくは0.15(%)以上である。また、CA値の好ましい上限は0.9(%)以下であり、より好ましくは0.7(%)以下である。   When the value of ([Cu] + [Ni])-2 [Si] (hereinafter referred to as “CA value”) is less than 0 (%), the C activity is insufficient, and sufficient precipitates cannot be obtained. The fatigue characteristics cannot be improved. On the other hand, if the CA value exceeds 1.0 (%), the C activity is excessive and coarse precipitates are formed, and not only the fatigue characteristics cannot be improved, but other characteristics may be deteriorated. . The minimum with a preferable CA value is 0.1 (%) or more, More preferably, it is 0.15 (%) or more. Moreover, the upper limit with preferable CA value is 0.9 (%) or less, More preferably, it is 0.7 (%) or less.

(V:0.05%以下(0%を含まない)、Nb:0.05%以下(0%を含まない)およびTi:0.05%以下(0%を含まない)よりなる群から選ばれる1種以上)
V、NbおよびTiは、焼入れ性の向上によりベイナイト組織の確保に加えて析出物を生じさせるために必要な元素である。しかしながら、過剰に含有させると析出物が粗大化し、十分な疲労向上効果が得られないため、夫々0.05%以下に制限する必要がある。これらの元素の好ましい下限は、上記(1)式の関係で自ずと決定される。
(V: 0.05% or less (not including 0%), Nb: 0.05% or less (not including 0%) and Ti: 0.05% or less (not including 0%) One or more)
V, Nb, and Ti are elements necessary for producing precipitates in addition to securing a bainite structure by improving hardenability. However, if it is excessively contained, the precipitates become coarse and a sufficient fatigue improvement effect cannot be obtained. Therefore, it is necessary to limit each to 0.05% or less. The preferable lower limit of these elements is naturally determined by the relationship of the above formula (1).

これらの元素は、上記(1)式の関係を満足する必要がある。[Nb]+2[Ti]+2[V]の値(以下、「PR値」と呼ぶ)が、0.01(%)未満では、十分な析出物が得られず疲労特性の向上が得られない。PR値は、好ましくは0.03(%)以上であり、より好ましくは0.05(%)以上である。PR値が大きくなり過ぎると析出物が粗大化するため疲労特性が低下する。PR値は、好ましくは0.08(%)以下、より好ましくは0.06(%)以下である。   These elements need to satisfy the relationship of the above formula (1). If the value of [Nb] +2 [Ti] +2 [V] (hereinafter referred to as “PR value”) is less than 0.01 (%), sufficient precipitates cannot be obtained and fatigue characteristics cannot be improved. . The PR value is preferably 0.03 (%) or more, more preferably 0.05 (%) or more. If the PR value becomes too large, the precipitates are coarsened and the fatigue characteristics are deteriorated. The PR value is preferably 0.08 (%) or less, more preferably 0.06 (%) or less.

残部組織をパーライト主体の組織にして亀裂発生寿命の低下を防ぐためには、Mn,CrおよびMoの含有量の関係も適切に制御する必要がある。Mn、CrおよびMoは、下記(3)式の関係を満足する必要がある。
[Mn]+1.5[Cr]+2[Mo]≦2.4 …(3)
([Mn]、[Cr]および[Mn]は、それぞれMn、CrおよびMoの鋼板中の含有量(質量%)を示す。)
In order to make the remaining structure a pearlite-based structure and prevent a decrease in crack generation life, it is necessary to appropriately control the relationship among the contents of Mn, Cr and Mo. Mn, Cr and Mo must satisfy the relationship of the following formula (3).
[Mn] +1.5 [Cr] +2 [Mo] ≦ 2.4 (3)
([Mn], [Cr] and [Mn] indicate the contents (mass%) of Mn, Cr and Mo in the steel sheet, respectively.)

[Mn]+1.5[Cr]+2[Mo]の値(以下、「Kp値」と呼ぶ)が、2.4(%)を上回ると、残部組織中に占めるパーライト分率が低下し、亀裂発生寿命が大きく低下するため十分な疲労特性が得られない。このKp値の好ましい上限は、2.2(%)以下であり、より好ましくは2.0(%)以下である。またKp値の好ましい下限は、1.0(%)以上であり、より好ましくは1.3(%)以上である。   When the value of [Mn] +1.5 [Cr] +2 [Mo] (hereinafter referred to as “Kp value”) exceeds 2.4 (%), the pearlite fraction in the remaining structure decreases, and cracks occur. Sufficient fatigue characteristics cannot be obtained because the generation life is greatly reduced. The upper limit with this preferable Kp value is 2.2 (%) or less, More preferably, it is 2.0 (%) or less. Moreover, the minimum with preferable Kp value is 1.0 (%) or more, More preferably, it is 1.3 (%) or more.

本発明の厚鋼板における基本成分は上記の通りであり、残部は実質的に鉄である。但し、原料、資材、製造設備等の状況によって持ち込まれる不可避的不純物(例えば、P,S等)が鋼中に含まれることは当然に許容される。また本発明の厚鋼板では、下記元素を積極的に含有することも有効であり、含有される元素の種類に応じて厚鋼板の特性が更に改善される。   The basic components in the thick steel plate of the present invention are as described above, and the balance is substantially iron. However, it is naturally allowed that unavoidable impurities (for example, P, S, etc.) brought into the steel depending on the situation of raw materials, materials, manufacturing equipment, etc. are contained in the steel. In the thick steel plate of the present invention, it is also effective to positively contain the following elements, and the properties of the thick steel plate are further improved according to the type of the contained element.

(Ca:0.005%以下(0%を含まない))
Caは、鋼中の介在物(例えばMnS等)の形状の異方性を低減する元素であり、介在物が破壊の起点となることを防ぎ、疲労特性を向上させるのに有効な元素である。こうした作用を有効に発揮させるには、0.0005%以上含有させることが好ましい。より好ましくは0.001%以上である。しかしながら、Ca含有量が過剰になると、鋼中の清浄度を低下させ、却って疲労特性を悪化させるだけではなく、靱性等、他の特性を低下させる恐れがある。そのため、Ca含有量は0.005%以下とすることが好ましく、より好ましくは0.003%以下である。
(Ca: 0.005% or less (excluding 0%))
Ca is an element that reduces the anisotropy of the shape of inclusions (for example, MnS, etc.) in steel, and is an element that is effective in preventing inclusions from becoming the starting point of fracture and improving fatigue properties. . In order to exhibit such an action effectively, it is preferable to contain 0.0005% or more. More preferably, it is 0.001% or more. However, when the Ca content is excessive, not only the cleanliness in the steel is lowered and the fatigue properties are deteriorated, but other properties such as toughness may be lowered. Therefore, the Ca content is preferably 0.005% or less, and more preferably 0.003% or less.

(Al:0.10%以下(0%を含まない))
Alは、脱酸材として有用な元素であり、こうした作用を発揮させるには0.01%以上含有させることが好ましい。より好ましくは0.02%以上である。但し、Al含有量が過剰になると、疲労特性だけではなく、靱性等を低下させるために、0.10%以下とすることが好ましく、より好ましくは0.04%以下である。
(Al: 0.10% or less (excluding 0%))
Al is an element useful as a deoxidizer, and it is preferable to contain 0.01% or more in order to exhibit such an action. More preferably, it is 0.02% or more. However, when the Al content is excessive, in order to reduce not only fatigue properties but also toughness and the like, the content is preferably 0.10% or less, more preferably 0.04% or less.

(N:0.010%以下(0%を含まない))
Nは、固溶強化により強度を向上させる効果があるので、必要によって積極的に含有させる。しかしながら、N含有量が過剰になると、粗大な窒化物が生じ、疲労特性を低下させる。こうした観点から、N含有量は0.010%以下とすることが好ましく、より好ましくは0.008%以下である。尚、Nによる効果を有効に発揮させるためには、その含有量は0.0035%以上とすることが好ましく、より好ましくは0.0040%以上である。
(N: 0.010% or less (excluding 0%))
Since N has an effect of improving strength by solid solution strengthening, it is positively incorporated as necessary. However, when the N content is excessive, coarse nitrides are formed and the fatigue characteristics are deteriorated. From such a viewpoint, the N content is preferably set to 0.010% or less, and more preferably 0.008% or less. In order to effectively exhibit the effect of N, the content is preferably 0.0035% or more, more preferably 0.0040% or more.

(Cr:2%以下(0%を含まない))
Crは、Mnと同様の効果を有する元素であり、ベイナイト組織を安定的に得ることができる。このような作用を発揮させるためには、Crは0.1%以上含有させことが好ましい。より好ましくは0.5%以上である。しかしながら、Cr含有量が過剰になると、残部組織中のパーライト分率を低減させて疲労特性が低下する恐れがあるため、2%以下とすることが好ましい。Cr含有量のより好ましい上限は1.7%以下である。
(Cr: 2% or less (excluding 0%))
Cr is an element having the same effect as Mn, and can stably obtain a bainite structure. In order to exert such an effect, it is preferable to contain Cr by 0.1% or more. More preferably, it is 0.5% or more. However, if the Cr content is excessive, the pearlite fraction in the remaining structure may be reduced and the fatigue characteristics may be deteriorated, so 2% or less is preferable. The upper limit with more preferable Cr content is 1.7% or less.

(Mo:1%以下(0%を含まない))
Moは、Mnと同様の効果を有する元素であり、ベイナイト組織を安定的に得ることができる。このような作用を発揮させるためには、Moは0.005%以上含有させることが好ましく、より好ましくは0.01%以上、更に好ましくは0.03%以上である。しかしながら、Mo含有量が過剰になると、残部組織中のパーライト分率を低減させて疲労特性が低下するので、その含有量は1%以下とすることが好ましい。Mo含有量のより好ましい上限は、0.7%以下であり、更に好ましくは0.5%以下である。
(Mo: 1% or less (excluding 0%))
Mo is an element having an effect similar to that of Mn, and a bainite structure can be stably obtained. In order to exhibit such an action, Mo is preferably contained in an amount of 0.005% or more, more preferably 0.01% or more, and further preferably 0.03% or more. However, if the Mo content is excessive, the pearlite fraction in the remaining structure is reduced and the fatigue characteristics are lowered, so the content is preferably 1% or less. The upper limit with more preferable Mo content is 0.7% or less, More preferably, it is 0.5% or less.

析出物は転位の運動を妨げるため、析出強化は疲労の繰返し負荷による転位の蓄積を抑制し、疲労特性を向上させる。しかしながら、船舶、橋梁、海洋構造物等で使われる厚鋼板では、疲労特性だけではなく靱性も重要な要素であり、粗大な析出物は靱性を低下させる恐れがある。そのため、微細な析出物を分散させる必要があるが、析出物のサイズが小さくなると、転位によって剪断され、析出物による強化の効果が得られない。しかしながら、Nb,Ti,V等を含む析出物は、5nm程度の非常に微細な析出物であっても転位によって剪断されないため、他の特性を低下させることなく疲労特性を向上させることが可能である。   Since precipitates hinder the movement of dislocations, precipitation strengthening suppresses the accumulation of dislocations due to repeated fatigue loading and improves fatigue properties. However, in thick steel plates used in ships, bridges, offshore structures, etc., not only fatigue properties but also toughness is an important factor, and coarse precipitates may reduce toughness. Therefore, it is necessary to disperse fine precipitates. However, when the size of the precipitates is reduced, the precipitates are sheared by dislocation, and the strengthening effect by the precipitates cannot be obtained. However, precipitates containing Nb, Ti, V, etc. are not sheared by dislocations even if they are very fine precipitates of about 5 nm, and it is possible to improve fatigue properties without degrading other properties. is there.

上述したように、厚鋼板の疲労特性を向上させるためには、鋼板中に、円相当直径が20nm以下で、Nb,TiおよびVの少なくともいずれかを含む析出物(炭化物および炭窒化物)を分散させる必要がある。析出物による強化(析出強化)は、析出物をより微細に且つ多量に分散させることが有効であることが一般的である。こうした観点から、鋼板表面から深さ3mmの位置において、円相当直径が20nm以下で、Nb、TiおよびVの少なくともいずれかを含む析出物の個数を100個/μm2以上とする必要がある。析出物の個数は、好ましくは150個/μm2以上であり、より好ましくは200個/μm2以上である。 As described above, in order to improve the fatigue characteristics of the thick steel plate, a precipitate (carbide and carbonitride) having an equivalent circle diameter of 20 nm or less and containing at least one of Nb, Ti and V is included in the steel plate. Need to be distributed. In general, for strengthening by precipitation (precipitation strengthening), it is effective to finely disperse the precipitate in a large amount. From such a viewpoint, it is necessary that the equivalent circle diameter is 20 nm or less and the number of precipitates including at least one of Nb, Ti and V is 100 / μm 2 or more at a position 3 mm deep from the steel sheet surface. The number of precipitates is preferably 150 / μm 2 or more, and more preferably 200 / μm 2 or more.

本発明に係る厚鋼板の板厚は、特に限定されないが、板厚が小さい場合は亀裂進展寿命の向上の寄与が少なくなる。こうした観点から、板厚は6mm以上であることが好ましく、より好ましくは10mm以上である。また本発明の厚鋼板は、以上のように複数の疲労特性向上因子を両立させることで従来にない疲労特性に優れた厚鋼板を発揮するものとなる。   The plate thickness of the thick steel plate according to the present invention is not particularly limited, but when the plate thickness is small, the contribution of improving the crack growth life is reduced. From such a viewpoint, the plate thickness is preferably 6 mm or more, and more preferably 10 mm or more. Moreover, the thick steel plate of this invention exhibits the thick steel plate which was excellent in the fatigue characteristic which is not before by making a several fatigue characteristic improvement factor compatible as mentioned above.

本発明の厚鋼板は、上記の各要件を満たすものであり、その製法は特に限定されないが、鋼を溶製して鋳造した後、熱間圧延を施すという厚鋼板一連の製造工程において、疲労特性を向上させる析出物を得るためには、上記のような化学成分組成を有する鋼片(例えば、スラブ)を用い、熱間圧延前の加熱温度、熱間圧延時の累積圧下率、仕上げ圧延温度、仕上げ圧延圧下率、仕上げ圧延終了温度、熱間圧延後の冷却速度や冷却停止温度を下記のように制御することが好ましい。
加熱温度:1000〜1200℃
全熱間圧延工程の累積圧下率:70%以上
仕上げ圧延中における、Ar3変態点+150℃〜Ar3変態点+50℃の温度範囲での累積圧下率:50%以上
仕上げ圧延終了温度:Ar3変態点+30℃以上の温度
仕上げ圧延終了温度から600℃までの平均冷却速度:10℃/秒以下
The thick steel plate of the present invention satisfies the above-mentioned requirements, and its manufacturing method is not particularly limited. In the steel plate series manufacturing process of hot rolling after melting and casting the steel, In order to obtain precipitates with improved properties, steel slabs having the chemical composition described above (for example, slabs) are used, the heating temperature before hot rolling, the cumulative rolling reduction during hot rolling, and finish rolling. It is preferable to control the temperature, finish rolling reduction, finish rolling end temperature, cooling rate after hot rolling, and cooling stop temperature as follows.
Heating temperature: 1000-1200 ° C
Cumulative rolling reduction in all hot rolling processes: 70% or more Cumulative rolling reduction in the temperature range of Ar 3 transformation point + 150 ° C. to Ar 3 transformation point + 50 ° C. during finishing rolling: 50% or more Finish rolling finishing temperature: Ar 3 Transformation point + 30 ° C or higher Average cooling rate from finish rolling finish temperature to 600 ° C: 10 ° C / second or less

熱間圧延前には、鋼片を1000〜1200℃の温度範囲に加熱する。好ましくは1050℃以上である。全熱間圧延工程の累積圧下率は70%以上とする。好ましくは75%以上である。ベイナイトの組織サイズを小さくするためには、未再結晶温度域で十分な圧下を加える必要がある。結晶粒の粗大化を防止しつつ、熱間圧延時の累積圧下率が70%以上を確保できるように、1000〜1200℃の温度範囲に加熱して十分な圧下を行う。またベイナイト組織を得るためには、鋼板の仕上げ圧延中における、Ar3変態点+150℃〜Ar3変態点+50℃の温度範囲(未再結晶温度域)での累積圧下率を50%以上とする(好ましくは60%以上)。尚、仕上げ圧延を終了する温度(仕上げ圧延終了温度)は、ベイナイト組織を得るためには、Ar3変態点+30℃以上であれば適宜設定でき、所定の累積圧下率を達成可能な限り、このAr3変態点+30℃よりも高くなってもよい。仕上げ圧延終了温度の好ましい上限は、鋼板のAr3変態点+130℃以下(より好ましくはAr3変態点+100℃以下)である。 Prior to hot rolling, the steel slab is heated to a temperature range of 1000 to 1200 ° C. Preferably it is 1050 degreeC or more. The cumulative rolling reduction in the all hot rolling process is 70% or more. Preferably it is 75% or more. In order to reduce the structure size of bainite, it is necessary to apply sufficient reduction in the non-recrystallization temperature range. Sufficient reduction is performed by heating to a temperature range of 1000 to 1200 ° C. so as to ensure a cumulative reduction ratio of 70% or more during hot rolling while preventing coarsening of crystal grains. Further, in order to obtain a bainite structure, the cumulative rolling reduction in the temperature range (non-recrystallization temperature range) of Ar 3 transformation point + 150 ° C. to Ar 3 transformation point + 50 ° C. during finish rolling of the steel sheet is set to 50% or more. (Preferably 60% or more). In addition, in order to obtain the bainite structure, the temperature at which finish rolling is finished (finish rolling finish temperature) can be appropriately set as long as it is Ar 3 transformation point + 30 ° C. or higher. It may be higher than Ar 3 transformation point + 30 ° C. The upper limit of the finish rolling end temperature is preferably the Ar 3 transformation point of the steel sheet + 130 ° C. or less (more preferably Ar 3 transformation point + 100 ° C. or less).

鋼板を加熱するときの加熱速度については、特に限定されないが、3〜10℃/分程度とすることが好ましい。加熱速度が3℃/分未満であるとスラブの加熱段階で粗大な炭化物が析出し易くなり、その後の工程で十分に固溶することができず合金元素が偏析をしてしまうために、所望の析出物を微細に分散することができにくくなる。逆に、加熱速度が10℃/分を上回ると、スラブ中の成分偏析が十分に解消されない為、所望の析出物を微細に分散することができにくくなる。   Although it does not specifically limit about the heating rate when heating a steel plate, It is preferable to set it as about 3-10 degreeC / min. If the heating rate is less than 3 ° C./min, coarse carbides are likely to precipitate in the heating stage of the slab, and the alloy elements are segregated because they cannot be sufficiently dissolved in the subsequent process. It becomes difficult to finely disperse the precipitate. Conversely, when the heating rate exceeds 10 ° C./min, component segregation in the slab is not sufficiently eliminated, and it becomes difficult to finely disperse the desired precipitate.

尚、上記「累積圧下率」は、下記(4)式から計算される値である。また上記Ar3変態点は、下記(5)式によって求められる値を採用したものである(後述する表1、2に示した値も同じ)。
累積圧下率=(t0−t1)/t2×100 …(4)
[(4)式中、t0は表面から3mmの位置の温度が圧延温度範囲にあるときの鋼片の圧延開始厚み(mm)、t1は表面から3mmの位置の温度が圧延温度範囲にあるときの鋼片の圧延終了厚み(mm)、t2は圧延前の鋼片(例えばスラブ)の厚みを、夫々示す。]
Ar3変態点=910−230×[C]+25×[Si]−74×[Mn]−56×[Cu]−16×[Ni]−9×[Cr]−5×[Mo]−1620×[Nb]…(5)
但し、[C]、[Si]、[Mn]、[Cu]、「Ni]、[Cr]、[Mo]および[Nb]は、夫々C、Si、Mn、Cu、Ni、Cr、MoおよびNbの含有量(質量%)を示す。
The “cumulative rolling reduction” is a value calculated from the following equation (4). The Ar 3 transformation point employs a value obtained by the following equation (5) (the values shown in Tables 1 and 2 described later are also the same).
Cumulative rolling reduction = (t 0 −t 1 ) / t 2 × 100 (4)
[In the formula (4), t 0 is the rolling start thickness (mm) of the steel slab when the temperature at the position 3 mm from the surface is in the rolling temperature range, and t 1 is the temperature at the position 3 mm from the surface in the rolling temperature range. The rolling end thickness (mm) of the steel slab at a certain time, and t 2 indicate the thickness of the steel slab (eg, slab) before rolling. ]
Ar 3 transformation point = 910−230 × [C] + 25 × [Si] −74 × [Mn] −56 × [Cu] −16 × [Ni] −9 × [Cr] −5 × [Mo] −1620 × [Nb] (5)
However, [C], [Si], [Mn], [Cu], “Ni”, [Cr], [Mo] and [Nb] are C, Si, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo and The Nb content (% by mass) is shown.

熱間圧延終了後は、仕上げ圧延終了温度から少なくとも600℃までを10℃/秒以下(好ましくは8℃/秒以下)の平均冷却速度で冷却を行い、好ましくはその平均冷却速度での停止温度(冷却停止温度)を550℃以上とすることで、析出物を微細分散させつつ、残部組織をパーライト主体の組織とすることができる。冷却範囲を「仕上げ圧延終了温度から600℃まで」としたのは、母相の組織が形成されることに加えて、析出物が析出する温度域であるためである。また本発明の厚鋼板では、平均冷却速度を10℃/秒以下としても、フェライトの生成を抑制しつつ、ベイナイト組織の微細化が図れるものとなる。   After the hot rolling is completed, cooling is performed from the finish rolling finish temperature to at least 600 ° C. at an average cooling rate of 10 ° C./second or less (preferably 8 ° C./second or less), preferably a stop temperature at the average cooling rate. By setting the (cooling stop temperature) to 550 ° C. or higher, the remaining structure can be made a pearlite-based structure while finely dispersing the precipitate. The reason why the cooling range is “from the finish rolling finish temperature to 600 ° C.” is that it is a temperature range where precipitates precipitate in addition to the formation of the matrix structure. In the thick steel plate of the present invention, even if the average cooling rate is 10 ° C./second or less, the bainite structure can be refined while suppressing the generation of ferrite.

尚、冷却停止温度を550℃以上としたのは、550℃未満まで上記冷却速度で冷却を行うと、残部組織がMAやマルテンサイトとなり、安定的に残部組織をパーライトとするには550℃以上で冷却を停止しなくてはいけないためである。但し、550℃未満では放冷による冷却を行っても良い。また、こうした観点から、上記平均冷却速度の好ましい下限は、1℃/秒以上(より好ましく1.5℃/秒以上)である。   The cooling stop temperature was set to 550 ° C. or higher when cooling at the above cooling rate to less than 550 ° C., the remaining structure becomes MA or martensite, and 550 ° C. or higher is required to stably make the remaining structure pearlite. This is because the cooling must be stopped. However, if it is less than 550 degreeC, you may cool by standing_to_cool. From such a viewpoint, the preferable lower limit of the average cooling rate is 1 ° C./second or more (more preferably 1.5 ° C./second or more).

疲労特性に関連して説明した通り、亀裂進展の抑制は、主体となる組織における結晶粒の微細化や硬質な第2相による強化が有効である。しかしながら、一般的な熱間圧延では圧延後の鋼板に強制冷却を行っても鋼板の表層に比べて内部の冷却速度は遅く、たとえ表層の組織が微細なベイナイト組織であっても、内部の組織サイズが粗大になるか、ベイナイト分率が低下し、亀裂進展速度が増加する。そのため、疲労特性に優れ、且つ亀裂進展特性に優れる鋼板を得るためには、表層の組織形態を制御すると共に鋼材(鋼板)内部の組織形態を制御することが好ましい。   As described in relation to the fatigue characteristics, the suppression of crack growth is effective by refining crystal grains in the main structure or strengthening by a hard second phase. However, in general hot rolling, even if forced cooling is performed on the steel sheet after rolling, the internal cooling rate is slower than the surface layer of the steel sheet, even if the surface structure is a fine bainite structure, the internal structure The size becomes coarse or the bainite fraction decreases and the crack growth rate increases. Therefore, in order to obtain a steel sheet having excellent fatigue characteristics and excellent crack growth characteristics, it is preferable to control the structure form of the surface layer and the structure form inside the steel material (steel sheet).

(鋼板内部の組織)
板厚のt/4位置の金属組織に占めるベイナイト分率を80〜96面積%確保し、且つ隣り合う結晶方位差が15°以上の大角粒界に基づいてベイナイトの結晶粒を決定したとき、当該結晶粒の板厚方向の平均長さ(平均有効結晶粒径)を7μm以下とする。ベイナイト分率は好ましくは85面積%以上、より好ましくは90面積%以上である。平均有効結晶粒径は、好ましくは6μm以下であり、より好ましくは5μm以下である。
(Structure inside the steel plate)
When the bainite fraction occupying 80 to 96 area% of the metal structure at the t / 4 position of the plate thickness is secured, and the crystal grains of bainite are determined based on the large-angle grain boundary where the adjacent crystal orientation difference is 15 ° or more, The average length of the crystal grains in the plate thickness direction (average effective crystal grain size) is 7 μm or less. The bainite fraction is preferably 85 area% or more, more preferably 90 area% or more. The average effective crystal grain size is preferably 6 μm or less, more preferably 5 μm or less.

(鋼板内部の残部組織)
ベイナイト組織以外の組織(残部組織)のうち、硬質の残部組織(硬質残部組織)を円相当直径で3μm以下とし、ベイナイトよりも硬質なものとすることが好ましい。硬質残部組織の円相当直径を3μm以下としたのは、残部組織の平均サイズが3μmを上回ると、靱性等、他の特性を大きく低下させる恐れがある。残部組織は基本的にマルテンサイト、MAを含むものでありこれらの硬質残部組織は亀裂進展速度を低下させることが可能となる。
(Remaining structure inside the steel plate)
Of the structures (remaining structures) other than the bainite structure, the hard remaining structure (hard remaining structure) is preferably 3 μm or less in terms of the equivalent circle diameter, and is preferably harder than bainite. The reason why the equivalent circle diameter of the hard residual structure is set to 3 μm or less is that when the average size of the residual structure exceeds 3 μm, other characteristics such as toughness may be greatly deteriorated. The remaining structure basically includes martensite and MA, and these hard remaining structures can reduce the crack growth rate.

このような組織形態を確保するためには、熱間圧延時の累積圧下率、および未再結晶温度域での圧下率を下記のように制御することが好ましい。
全熱間圧延工程の累積圧下率:80%以上
未再結晶温度域での圧下率:70%未満
In order to ensure such a structure form, it is preferable to control the cumulative reduction ratio during hot rolling and the reduction ratio in the non-recrystallization temperature range as follows.
Cumulative rolling reduction in all hot rolling processes: 80% or more Rolling reduction in non-recrystallization temperature range: less than 70%

板厚1/4位置の組織サイズを7μm以下とするためには、熱間圧延工程中の累積圧下率を高くする必要があり、その圧下率は80%以上であることが好ましい。この累積圧下率が不足すると、表層の組織は微細になっても板厚1/4位置の組織が十分微細にならず、亀裂進展速度が十分に低下しない。より好ましくは85%以上である。   In order to make the structure size at the 1/4 thickness position 7 μm or less, it is necessary to increase the cumulative rolling reduction during the hot rolling process, and the rolling reduction is preferably 80% or more. If this cumulative rolling reduction is insufficient, even if the surface layer structure becomes fine, the structure at the ¼ thickness position does not become sufficiently fine, and the crack growth rate does not sufficiently decrease. More preferably, it is 85% or more.

また未再結晶温度域での圧下率が大きくなると、フェライト核生成サイトが増加しフェライト変態が生じやすくなり、ベイナイト分率が低下するため十分な亀裂進展速度抑制効果が得られない。そのため、鋼板内部においてベイナイト分率を80面積%以上確保するためには、未再結晶温度域での圧下を過度に加えないことが必要である。こうしたことから未再結晶温度域での累積圧下率を70%未満することが好ましい。   Further, when the rolling reduction in the non-recrystallization temperature region increases, ferrite nucleation sites increase and ferrite transformation easily occurs, and the bainite fraction decreases, so that a sufficient crack growth rate suppressing effect cannot be obtained. Therefore, in order to secure a bainite fraction of 80% by area or more in the steel plate, it is necessary not to excessively reduce the unrecrystallized temperature range. For these reasons, it is preferable that the cumulative rolling reduction in the non-recrystallization temperature range is less than 70%.

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited by the following examples, but may be appropriately modified within a range that can meet the purpose described above and below. Of course, it is possible to implement them, and they are all included in the technical scope of the present invention.

(実施例1)
下記表1および表2に示す化学成分組成の鋼(鋼種A〜Z)を、通常の溶製法に従って溶製し鋳造した後、下記表3に示す各種条件(圧延条件No.a〜p)にて熱間圧延を行い、厚さ18〜20mmの鋼板を得た。尚、表3において、「未再結晶温度域圧下率」とは、Ar3変態点+150℃〜Ar3変態点+50℃の温度範囲での圧下率(累積圧下率)である。また表3に示した「未再結晶温度域圧下率」は設計値であり、仕上げ圧延終了温度がAr3変態点+150℃よりも高くなる(即ち、未再結晶温度域到達前に圧延を完了する)場合には、未再結晶温度域圧下率は0%(即ち、未再結晶温度域での圧下なし)となる(例えば、表5の試験No.26)。
Example 1
The steels (steel types A to Z) having the chemical composition shown in Tables 1 and 2 below are melted and cast according to a normal melting method, and then subjected to various conditions (rolling conditions No. a to p) shown in Table 3 below. Then, hot rolling was performed to obtain a steel plate having a thickness of 18 to 20 mm. In Table 3, the “non-recrystallization temperature range reduction ratio” is the reduction ratio (cumulative reduction ratio) in the temperature range of Ar 3 transformation point + 150 ° C. to Ar 3 transformation point + 50 ° C. In addition, “Non-recrystallization temperature range reduction ratio” shown in Table 3 is a design value, and the finish rolling finish temperature becomes higher than Ar 3 transformation point + 150 ° C. (that is, rolling is completed before reaching the non-recrystallization temperature range). In this case, the unrecrystallization temperature range reduction rate is 0% (that is, no reduction in the non-recrystallization temperature range) (for example, test No. 26 in Table 5).

各鋼板について、以下の要領にしたがって鋼板のベイナイト分率、有効結晶粒径、第2相(残部組織)のサイズ、残部組織中のパーライト分率、引張強度、疲労特性、微細析出物の個数密度およびサイズを測定した。尚、いずれの測定においても、試験片は鋼板の表層から3mm位置が評価位置となるように採取した。   For each steel sheet, the bainite fraction of the steel sheet, the effective crystal grain size, the size of the second phase (remaining structure), the pearlite fraction in the remaining structure, the tensile strength, the fatigue properties, and the number density of fine precipitates for each steel sheet And the size was measured. In any measurement, the test piece was collected so that the evaluation position was 3 mm from the surface layer of the steel plate.

(ベイナイト分率)
鋼板表面から深さ3mm位置の鋼板の圧延方向に平行で且つ鋼板の表面に対して垂直な面が露出するようにサンプルを切り出し、これを#150〜#1000までの湿式エメリー紙を用いて研磨し、その後に研磨剤としてダイヤモンド研磨剤を用いて鏡面研磨仕上げした。この鏡面試験片を、2%硝酸−エタノール溶液(ナイタール溶液)でエッチングした後、150μm×200μmの視野を観察倍率400倍で観察し、画像解析にてベイナイト分率(面積%)を測定した。合計で5視野のベイナイト分率を求めて、その平均値を採用した。
(Bainite fraction)
A sample was cut out so that a plane parallel to the rolling direction of the steel sheet at a depth of 3 mm from the steel sheet surface and perpendicular to the steel sheet surface was exposed, and this was polished using wet emery paper from # 150 to # 1000 Then, mirror polishing was performed using a diamond abrasive as an abrasive. After this mirror surface test piece was etched with a 2% nitric acid-ethanol solution (a nital solution), a 150 μm × 200 μm visual field was observed at an observation magnification of 400 times, and the bainite fraction (area%) was measured by image analysis. A total of 5 bainite fractions were obtained and the average value was adopted.

(有効結晶粒径)
鋼板表層から深さ3mm位置の鋼板の圧延方向に平行な断面において、SEM(Scanning Electron Microscape:走査型電子顕微鏡)−EBSP(Electron Backscatter Pattern:電子後方散乱解析像法)によって有効結晶粒径(大角粒界径)を測定した。具体的には、TEX SEM Laboratries社のEBSP装置(商品名:「OIM」)をSEMと組み合わせて用い、傾角(結晶方位差)が15°以上の境界を結晶粒界として有効結晶粒径を測定した。このときの測定条件は、測定領域:200μm×200μm、測定ステップ:0.5μm間隔とし、測定方位の信頼性を示すコンフィデンス・インデックス(Confidence Index)が0.1よりも小さい測定点は解析対象から除外した。このようにして求められる結晶粒界について、板厚方向に100箇所の切断長さを測定し、その平均値を有効結晶粒径とした。但し、有効結晶粒径が2.0μm以下は測定ノイズとして判断し、除外した。
(Effective crystal grain size)
In a cross section parallel to the rolling direction of the steel sheet at a depth of 3 mm from the steel sheet surface layer, the effective crystal grain size (large angle) is measured by SEM (Scanning Electron Microscape) -EBSP (Electron Backscatter Pattern). Grain boundary diameter) was measured. Specifically, using an EBSP device (trade name: “OIM”) manufactured by TEX SEM Laboratories in combination with SEM, the effective crystal grain size is measured with a boundary having an inclination (crystal orientation difference) of 15 ° or more as the grain boundary. did. The measurement conditions at this time are: measurement area: 200 μm × 200 μm, measurement step: 0.5 μm interval, and measurement points whose confidence index (Confidence Index) indicating the reliability of the measurement direction is smaller than 0.1 are analyzed. Excluded. With respect to the crystal grain boundaries thus obtained, the cutting lengths at 100 locations in the plate thickness direction were measured, and the average value was taken as the effective crystal grain size. However, an effective crystal grain size of 2.0 μm or less was judged as measurement noise and excluded.

(残部組織のサイズおよびパーライト分率)
残部組織のサイズと、残部組織中のパーライト分率は、上記ベイナイト分率の測定と同様の方法によってサンプルを切り出し、研磨、エッチングを行った後、SEMにて観察倍率1000倍で観察し、画像解析にて残部組織のサイズ(円相当直径)と、残部組織中のパーライト分率を求めた。両者とも5視野の平均値を採用した。
(Remaining tissue size and pearlite fraction)
The size of the remaining structure and the pearlite fraction in the remaining structure were cut out by a method similar to the measurement of the bainite fraction, polished and etched, and then observed with an SEM at an observation magnification of 1000 times. The size of the remaining structure (equivalent circle diameter) and the pearlite fraction in the remaining structure were determined by analysis. Both adopted the average value of 5 fields of view.

(引張強度)
各鋼板の表層深さ2〜6mm位置から板厚4mm、標点距離35mmの引張試験片を採取し、JIS Z2241(2011)にしたがって引張試験を行うことによって、引張強さTSを測定した。
(Tensile strength)
Tensile strength TS was measured by collecting a tensile test piece having a plate thickness of 4 mm and a gauge distance of 35 mm from a surface layer depth of 2 to 6 mm, and performing a tensile test according to JIS Z2241 (2011).

(疲労特性)
疲労特性は、板厚表層2〜6mm位置から4mm厚の鋼材を切り出し、図1に示すような試験片を作製して行った。尚、試験片表面はエメリー紙にて#1200まで研磨を行って、表面状態の影響を除去した。得られた試験片について、インストロン社製電気油圧サーボ式疲労試験機を用いて、以下の条件で疲労試験を行った。
(Fatigue properties)
The fatigue characteristics were obtained by cutting out a steel material having a thickness of 4 mm from the 2-6 mm position of the plate thickness surface layer and preparing a test piece as shown in FIG. The surface of the test piece was polished to # 1200 with emery paper to remove the influence of the surface state. About the obtained test piece, the fatigue test was done on condition of the following using the electrohydraulic servo type fatigue testing machine made from Instron.

試験環境:室温、大気中
制御方法:荷重制御
制御波形:正弦波
応力比:R=−1
試験速度:20Hz
試験終了サイクル数:5000000回
Test environment: Room temperature, in air Control method: Load control Control waveform: Sine wave Stress ratio: R = -1
Test speed: 20Hz
Number of test end cycles: 5000000 times

疲労特性は引張強度の影響を受けるものであり、その影響を除くために500万回疲労限度比を求め、500万回疲労限度比が0.51を上回ったものを合格とした。500万回疲労限度比は500万回疲労強度を引張強度で除した値であり、500万回疲労強度は次のように決定した。各試験片において応力振幅σaを引張強度TSで除した(σa/TS)の値が0.51となる応力振幅で疲労試験を行い、500万回到達時に未破断となったものを合格として(破断したものを不合格として『×』と表示)、下記表4、5に『○』で示した。また(σa/TS)の値が0.53となる応力振幅で疲労試験を行い、500万回到達時に未破断となったものを、下記表4、5に『◎』で表した。   The fatigue characteristics are affected by the tensile strength. In order to eliminate the influence, the fatigue limit ratio of 5 million times was obtained, and the fatigue limit ratio of 5 million times exceeded 0.51. The 5 million times fatigue limit ratio is a value obtained by dividing the 5 million times fatigue strength by the tensile strength, and the 5 million times fatigue strength was determined as follows. In each test piece, a fatigue test was performed with a stress amplitude at which the value of (σa / TS) obtained by dividing the stress amplitude σa by the tensile strength TS was 0.51, and the test piece that was not broken when reaching 5 million times passed ( The broken piece is indicated as “x” as a failure, and is indicated by “◯” in Tables 4 and 5 below. In addition, fatigue tests were performed at a stress amplitude at which the value of (σa / TS) was 0.53, and those that were not broken when reaching 5 million times were represented by “◎” in Tables 4 and 5 below.

(析出物の個数密度およびサイズ)
鋼板表面から3mm位置より採取したサンプルから、抽出レプリカ法によって作製した試験片について、透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscape)にて、観察倍率150000倍、観察視野750nm×625nm、観察箇所5視野を観察し、画像解析によりその視野中のNb,Ti,Vのいずれかを含む析出物の面積を測定し、この面積から各析出物の円相当直径を算出した。尚、Nb,Ti,Vのいずれかを含むことはEDX(Energy Dispersive X-ray spectrometry:エネルギー分散型X線分析)によって判別した。円相当直径が20nm以下となる析出物の1μm2あたりに換算することで個数密度とした。
(Number density and size of precipitates)
A test piece prepared by the extraction replica method from a sample collected from a position 3 mm from the surface of the steel sheet was observed with a transmission electron microscope (TEM) at an observation magnification of 150,000 times, an observation field of view 750 nm × 625 nm, and an observation part 5 fields of view. The area of the precipitate containing any of Nb, Ti, and V in the visual field was measured by image analysis, and the equivalent circle diameter of each precipitate was calculated from this area. The inclusion of Nb, Ti, or V was determined by EDX (Energy Dispersive X-ray spectrometry). The number density was determined by converting per 1 μm 2 of the precipitate having an equivalent circle diameter of 20 nm or less.

これらの結果を、下記表4および表5に示す。   These results are shown in Table 4 and Table 5 below.

これらの結果から、次のように考察できる。即ち、試験No.1〜19(表4)は、鋼の化学成分組成も製造条件も適切に制御されているため、本発明で規定する要件(組織、析出物)を満足しており、優れた疲労特性を発揮している。   From these results, it can be considered as follows. That is, test no. 1 to 19 (Table 4) satisfy the requirements (structure, precipitates) defined in the present invention because the chemical composition of the steel and the production conditions are appropriately controlled, and exhibit excellent fatigue properties. doing.

一方、試験No.20〜41(表5)は、鋼板の化学成分組成および製造条件の少なくともいずれかが不適切であったために、疲労特性が劣る結果となった。このうち試験No.20は、スラブ加熱速度が速くなり過ぎ(圧延条件No.g)、析出物個数密度が小さくなっており、疲労特性が劣化した。試験No.21は、スラブ加熱速度が遅くなり過ぎ(圧延条件No.h)、析出物個数密度が小さくなっており、疲労特性が劣化した。   On the other hand, test no. 20-41 (Table 5) resulted in inferior fatigue properties because at least one of the chemical composition and production conditions of the steel sheet was inappropriate. Of these, test no. In No. 20, the slab heating rate was too high (rolling condition No. g), the precipitate number density was small, and the fatigue characteristics deteriorated. Test No. In No. 21, the slab heating rate was too slow (rolling condition No. h), the precipitate number density was small, and the fatigue characteristics deteriorated.

試験No.22は、熱間圧延前の加熱温度が高くなり過ぎ(圧延条件No.i)、所定の引張強度が達成されないものである(他の特性は評価せず)。試験No.23は、熱間圧延前の加熱温度が低くなり過ぎ(圧延条件No.j)、ベイナイト分率が低下すると共に、有効結晶粒径が大きくなり、しかも析出物個数密度も小さくなっており、疲労特性が劣化した。   Test No. In No. 22, the heating temperature before hot rolling becomes too high (rolling condition No. i), and the predetermined tensile strength is not achieved (other characteristics are not evaluated). Test No. In No. 23, the heating temperature before hot rolling becomes too low (rolling condition No. j), the bainite fraction decreases, the effective crystal grain size increases, and the precipitate number density also decreases. Characteristics deteriorated.

試験No.24は、熱間圧延時の累積圧下率が小さくなり過ぎ(圧延条件No.k)、有効結晶粒径が大きくなり、疲労特性が劣化した。試験No.25は、未再結晶温度域での圧下率が小さくなっており(圧延条件No.l)、有効結晶粒径が大きくなり過ぎると共に、残部組織サイズが大きくなっており、疲労特性が劣化した。   Test No. In No. 24, the cumulative rolling reduction during hot rolling was too small (rolling condition No. k), the effective crystal grain size was increased, and the fatigue characteristics were deteriorated. Test No. In No. 25, the reduction rate in the non-recrystallization temperature range was small (rolling condition No. 1), the effective crystal grain size was too large, the remaining structure size was large, and the fatigue characteristics deteriorated.

試験No.26は、仕上げ圧延終了温度が高くなり過ぎ(圧延条件No.m:未再結晶温度域での圧下率は実質的に0%)、引張強度が低下すると共に、有効結晶粒径が大きくなり、しかも析出物個数密度も小さくなっており、疲労特性が劣化した。試験No.27は、仕上げ圧延終了温度が低くなり過ぎ(圧延条件No.n)、ベイナイト分率が低下し、しかも析出物個数密度も小さくなっており、疲労特性が劣化した。   Test No. No. 26, the finish rolling finish temperature is too high (rolling condition No. m: the rolling reduction in the non-recrystallization temperature range is substantially 0%), the tensile strength is reduced, and the effective crystal grain size is increased, In addition, the number density of the precipitates was reduced, and the fatigue characteristics were deteriorated. Test No. In No. 27, the finish rolling end temperature was too low (rolling condition No. n), the bainite fraction was lowered, and the precipitate number density was also reduced, so that the fatigue characteristics deteriorated.

試験No.28は、熱間圧延後の冷却速度が速くなっており(圧延条件No.o)、析出物個数密度が達成されず(微細析出物が分散せず)、疲労特性が劣化した(引張強度も高くなっている)。試験No.29は、冷却停止温度が低くなっており(圧延条件No.p)、残部組織中のパーライト分率が小さくなっており、疲労特性が劣化した。   Test No. No. 28, the cooling rate after hot rolling is high (rolling condition No. o), the number density of precipitates is not achieved (fine precipitates are not dispersed), and the fatigue characteristics are deteriorated (the tensile strength is also low). Higher) Test No. In No. 29, the cooling stop temperature was low (rolling condition No. p), the pearlite fraction in the remaining structure was small, and the fatigue characteristics were deteriorated.

試験No.30は、C含有量が過剰な鋼片(鋼種O)を用いた例であり、引張強度が高くなり過ぎたものである(他の特性は評価せず)。試験No.31はC含有量が少ない鋼片(鋼種P)を用いた例であり、所定の引張強度が達成されなったものである(他の特性は評価せず)。   Test No. No. 30 is an example using a steel piece (steel type O) with an excessive C content, and the tensile strength is too high (other properties are not evaluated). Test No. No. 31 is an example using a steel piece (steel type P) with a low C content, in which a predetermined tensile strength has not been achieved (other properties are not evaluated).

試験No.32は、Si含有量が過剰な鋼片(鋼種Q)を用いた例であり、析出物個数密度が達成されず(微細析出物が分散せず)、疲労特性が劣化した。試験No.33は、Mn含有量が少ない鋼材(鋼種R)を用いた例であり、ベイナイト分率が低下し、疲労特性が劣化した。試験No.34はMn量が多い鋼片(鋼種S)を用いた例であり、残部組織中のパーライト分率が不足し、疲労特性が劣化した。   Test No. No. 32 is an example using a steel piece (steel type Q) having an excessive Si content, in which the precipitate number density was not achieved (fine precipitates were not dispersed), and the fatigue characteristics were deteriorated. Test No. 33 is an example using a steel material (steel type R) with a low Mn content, the bainite fraction was lowered, and the fatigue characteristics were deteriorated. Test No. No. 34 is an example using a steel piece (steel type S) with a large amount of Mn, the pearlite fraction in the remaining structure was insufficient, and the fatigue characteristics were deteriorated.

試験No.35は、CuおよびNiの含有量が不足してCA値が小さい鋼片(鋼種T)を用いた例であり、析出物個数密度が少なくなって、疲労特性が劣化した。試験No.36は、CA値が大きい鋼片(鋼種U)を用いた例であり(Ni含有量も過剰になっている)、粗大析出物が増加し、析出物個数密度が少なくなって、疲労特性が劣化した(引張強度も高くなっている)。   Test No. No. 35 is an example using a steel slab (steel type T) having a small CA value due to insufficient Cu and Ni contents. The precipitate number density was reduced and the fatigue characteristics were deteriorated. Test No. 36 is an example using a steel slab (steel type U) with a large CA value (Ni content is excessive), coarse precipitates increase, precipitate number density decreases, and fatigue characteristics are reduced. Deteriorated (high tensile strength).

試験No.37は、PR値が小さい鋼片(鋼種V)を用いた例であり、析出物個数密度が少なくなって、疲労特性が劣化した。試験No.38は、PR値が大きい鋼片(鋼種W)を用いた例であり、析出物個数密度が少なくなって、疲労特性が劣化した。   Test No. No. 37 is an example using a steel slab (steel type V) having a small PR value. The number density of precipitates was reduced and the fatigue characteristics were deteriorated. Test No. No. 38 is an example using a steel slab (steel type W) having a large PR value, and the number density of precipitates was reduced, and the fatigue characteristics were deteriorated.

試験No.39は、Kp値が大きい鋼片(鋼種X)を用いた例であり、ベイナイト分率が低下すると共に、有効結晶粒径が大きくなり、しかも残部組織中のパーライト分率が小さくなっており、疲労特性が劣化した。   Test No. 39 is an example using a steel piece (steel type X) with a large Kp value, the bainite fraction is reduced, the effective crystal grain size is increased, and the pearlite fraction in the remaining structure is reduced, The fatigue characteristics deteriorated.

試験No.40は、B含有量が少ない(未添加の)鋼片(鋼種Y)を用いた例であり、ベイナイト分率が低下すると共に、有効結晶粒径が大きくなり、疲労特性が劣化した。試験No.41は、B含有量が多い鋼片(鋼種Z)を用いた例であり、またCA値も小さくなっており、ベイナイト分率が低下し、疲労特性が劣化した(引張強度も高くなっている)。   Test No. 40 is an example using a steel slab (steel type Y) with a low B content (not added). The bainite fraction decreased, the effective crystal grain size increased, and the fatigue characteristics deteriorated. Test No. No. 41 is an example using a steel slab (steel type Z) with a high B content, the CA value is also small, the bainite fraction is lowered, and the fatigue properties are deteriorated (the tensile strength is also high). ).

(実施例2)
表4に示した試験No.1〜19の各鋼板について、板厚1/4位置のベイナイト分率、有効結晶粒径、第2相のサイズについて、実施例1に示した方法と同様にして評価した。試験片の採取方法については、板厚の1/4の位置とする以外は、上記と同様である。また、これらの鋼板につき、下記の方法によって亀裂進展速度を測定した。
(Example 2)
Test No. shown in Table 4 About each steel plate of 1-19, it carried out similarly to the method shown in Example 1 about the bainite fraction of plate | board thickness 1/4 position, an effective crystal grain size, and the size of the 2nd phase. The method for collecting the test piece is the same as described above except that the position is 1/4 of the plate thickness. Moreover, about these steel plates, the crack growth rate was measured by the following method.

(亀裂進展速度)
ASTM E647に準拠し、コンパクト試験片を用い、電気油圧サーボ式疲労試験機にて下記の条件で疲労亀裂進展試験を行い、亀裂進展速度を測定した。尚、コンパクト試験片は、板厚の1/2の位置から採取し、図2に示す形状のものを用いた。また、亀裂長さはコンプライアンス法を用いた。
試験環境:室温、大気中
制御方法:荷重制御
制御波形:正弦波
応力比:R=−1
試験速度:5〜20Hz
(Crack growth rate)
In accordance with ASTM E647, using a compact test piece, a fatigue crack growth test was performed using an electrohydraulic servo fatigue tester under the following conditions, and the crack growth rate was measured. In addition, the compact test piece was extract | collected from the position of 1/2 of plate | board thickness, and the thing of the shape shown in FIG. 2 was used. Moreover, the compliance method was used for the crack length.
Test environment: Room temperature, in air Control method: Load control Control waveform: Sine wave Stress ratio: R = -1
Test speed: 5-20Hz

この際、下記(6)式によって規定されるパリス則が成り立つ安定成長領域ΔK=20(MPa・m1/2)での値を代表値として評価した。ΔK=20(MPa・m1/2)のときの亀裂進展速度が5.0×10-5mm/cycle以下となるものを亀裂進展特性に優れるとした。
da/dn=C(ΔK) …(6)
[(1)式中、a:亀裂長さ、n:繰り返し数、C,m:材料、荷重等の条件で決まる定数を夫々示す。]
At this time, the value in the stable growth region ΔK = 20 (MPa · m 1/2 ) where the Paris law defined by the following equation (6) is satisfied was evaluated as a representative value. A crack having a crack growth rate of 5.0 × 10 −5 mm / cycle or less when ΔK = 20 (MPa · m 1/2 ) is considered to have excellent crack growth characteristics.
da / dn = C (ΔK) m (6)
[In formula (1), a: crack length, n: number of repetitions, C, m: constants determined by conditions such as material and load, respectively. ]

これらの結果を、下記表6に示す。   These results are shown in Table 6 below.

これらの結果から、次のように考察できる。即ち、試験No.1、3〜6、9〜19は、鋼の化学成分組成および製造条件が適切に制御されているため、鋼板内部における好ましい要件(組織、析出物)を満足しており、優れた疲労亀裂進展特性(亀裂進展速度が5.0×10-5mm/cycle以下)が得られている。 From these results, it can be considered as follows. That is, test no. 1, 3-6, and 9-19 satisfy the preferable requirements (structure, precipitates) inside the steel sheet because the chemical composition and production conditions of the steel are appropriately controlled, and excellent fatigue crack growth Properties (crack growth rate is 5.0 × 10 −5 mm / cycle or less) are obtained.

これに対し、試験No.2、8は、全熱間圧延工程での累積圧下率が小さくなっており(圧延条件No.c)、有効結晶粒径が大きくなり、疲労亀裂進展特性が劣化した。また、試験No.7は、未再結晶温度域での圧下率(累積圧下率)が大きくなっており(圧延条件No.f)、ベイナイト分率が低下し、疲労亀裂進展特性が劣化した。   In contrast, test no. In Nos. 2 and 8, the cumulative rolling reduction in the all-hot rolling process was reduced (rolling condition No. c), the effective crystal grain size was increased, and the fatigue crack growth characteristics were deteriorated. In addition, Test No. In No. 7, the rolling reduction (cumulative rolling reduction) in the non-recrystallization temperature range was large (rolling condition No. f), the bainite fraction was lowered, and the fatigue crack growth characteristics were deteriorated.

Claims (11)

C:0.03〜0.12%(「質量%」の意味。以下同じ)、Si:0.3%以下(0%を含まない)、Mn:1.0〜2.0%、B:0.0005〜0.005%を夫々含有し、且つCu:0.1〜1.0%およびNi:0.1〜1.0%から選ばれる1種以上と、V:0.05%以下(0%を含まない)、Nb:0.05%以下(0%を含まない)およびTi:0.05%以下(0%を含まない)よりなる群から選ばれる1種以上とを含有し、これらの元素が下記(1)〜(3)式の関係を満足する、残部が鉄および不可避的不純物の厚鋼板であり、
圧延方向に平行な縦断面において鋼板表面から深さ3mmの観察位置で測定したときに、金属組織が下記(a)〜(d)の要件を満足し、析出物が下記(A)の要件を満足することを特徴とする疲労特性に優れた厚鋼板。
0.01≦[Nb]+2[Ti]+2[V]≦0.10 …(1)
([Nb]、[Ti]および[V]は、それぞれNb、TiおよびVの鋼板中の含有量(質量%)を示す。)
0≦([Cu]+[Ni])−2[Si]≦1.0 …(2)
([Cu]、[Ni]および[Si]は、それぞれCu、NiおよびSiの鋼板中の含有量(質量%)を示す。)
[Mn]+1.5[Cr]+2[Mo]≦2.4 …(3)
([Mn]、[Cr]および[Mo]は、それぞれMn、CrおよびMoの鋼板中の含有量(質量%)を示す。)
(a)金属組織がベイナイト組織と、残部組織とから構成され、全組織中、ベイナイト分率が80〜96面積%である。
(b)隣り合う結晶の方位差が15°以上の大角粒界に基づいてベイナイトの結晶粒を決定したとき、当該結晶粒の板厚方向の平均長さが7μm以下である。
(c)前記残部組織の円相当直径が3.0μm以下である。
(d)前記残部組織中、パーライト分率が80面積%以上である。
(A)Nb、TiおよびVの少なくともいずれかを含む円相当直径が20nm以下の析出物の個数が100個/μm以上である。
C: 0.03 to 0.12% (meaning “mass%”; the same applies hereinafter), Si: 0.3% or less (excluding 0%), Mn: 1.0 to 2.0%, B: One or more selected from 0.0005 to 0.005% and Cu: 0.1 to 1.0% and Ni: 0.1 to 1.0%, and V: 0.05% or less (Not including 0%), Nb: not more than 0.05% (not including 0%) and Ti: not less than 0.05% (not including 0%) , These elements satisfy the relationship of the following formulas (1) to (3), the balance is a steel plate of iron and inevitable impurities,
When measured at an observation position at a depth of 3 mm from the steel sheet surface in a longitudinal section parallel to the rolling direction, the metal structure satisfies the following requirements (a) to (d), and the precipitate satisfies the following requirements (A). Thick steel plate with excellent fatigue characteristics characterized by satisfaction.
0.01 ≦ [Nb] +2 [Ti] +2 [V] ≦ 0.10 (1)
([Nb], [Ti] and [V] indicate the contents (mass%) of Nb, Ti and V in the steel sheet, respectively.)
0 ≦ ([Cu] + [Ni]) − 2 [Si] ≦ 1.0 (2)
([Cu], [Ni] and [Si] indicate the contents (mass%) of Cu, Ni and Si in the steel sheet, respectively.)
[Mn] +1.5 [Cr] +2 [Mo] ≦ 2.4 (3)
([Mn], [Cr] and [Mo] indicate the contents (mass%) of Mn, Cr and Mo in the steel sheet, respectively.)
(A) A metal structure is comprised from a bainite structure and a remainder structure, and a bainite fraction is 80-96 area% in all the structures.
(B) When bainite crystal grains are determined based on a large-angle grain boundary in which the orientation difference between adjacent crystals is 15 ° or more, the average length of the crystal grains in the plate thickness direction is 7 μm or less.
(C) A circle equivalent diameter of the remaining tissue is 3.0 μm or less.
(D) The pearlite fraction is 80 area% or more in the remaining structure.
(A) The number of precipitates having an equivalent circle diameter of 20 nm or less containing at least one of Nb, Ti and V is 100 / μm 2 or more.
更に、Ca:0.005%以下(0%を含まない)を含有するものである請求項1に記載の厚鋼板。   The thick steel plate according to claim 1, further comprising Ca: 0.005% or less (not including 0%). 更に、Al:0.10%以下(0%を含まない)を含有するものである請求項1または2に記載の厚鋼板。   Furthermore, the thick steel plate of Claim 1 or 2 which contains Al: 0.10% or less (0% is not included). 更に、N:0.010%以下(0%を含まない)を含有するものである請求項1〜3のいずれかに記載の厚鋼板。   Furthermore, N: 0.010% or less (0% is not included) The thick steel plate in any one of Claims 1-3. 更に、Cr:2%以下(0%を含まない)を含有するものである請求項1〜4のいずれかに記載の厚鋼板。   Furthermore, Cr: 2% or less (0% is not included) The thick steel plate in any one of Claims 1-4. 更に、Mo:1%以下(0%を含まない)を含有するものである請求項1〜5のいずれかに記載の厚鋼板。   Furthermore, Mo: 1% or less (0% is not included) The thick steel plate in any one of Claims 1-5. 圧延方向に平行な縦断面において、板厚の1/4位置となる位置を観察したときに、金属組織が下記(e)〜(g)の要件を満足するものである請求項1〜6のいずれかに記載の厚鋼板。
(e)金属組織がベイナイト組織と、このベイナイトよりも硬質な残部組織とから構成され、全組織中ベイナイト分率が80〜96面積%である。
(f)隣り合う結晶の方位差が15°以上の大角粒界に基づいてベイナイトの結晶粒を決定したとき、当該結晶粒の板厚方向の平均長さが7μm以下である。
(g)前記硬質残部組織の円相当直径が3μm以下である。
The metal structure satisfies the following requirements (e) to (g) when observing a position that is a quarter of the plate thickness in a longitudinal section parallel to the rolling direction. The thick steel plate according to any one of the above.
(E) The metal structure is composed of a bainite structure and a remaining structure harder than the bainite, and the bainite fraction in the entire structure is 80 to 96 area% .
(F) When bainite crystal grains are determined based on a large-angle grain boundary in which the orientation difference between adjacent crystals is 15 ° or more, the average length of the crystal grains in the plate thickness direction is 7 μm or less.
(G) The equivalent circular diameter of the hard residual structure is 3 μm or less.
請求項1〜6のいずれかに記載の化学成分組成の鋼片を下記の条件で熱間圧延することを特徴とする疲労特性に優れた請求項1〜6のいずれかに記載の厚鋼板の製造方法。
(A)加熱温度:1000〜1200℃
(B)前記鋼片の加熱速度:3〜10℃/分
(C)全熱間圧延工程の累積圧下率:70%以上
(D)仕上げ圧延中における、Ar変態点+150℃〜Ar変態点+50℃の温度範囲での累積圧下率:50%以上
(E)仕上げ圧延終了温度:Ar変態点+30℃以上の温度
(F)仕上げ圧延終了温度から600℃までの平均冷却速度:10℃/秒以下
The steel plate according to any one of claims 1 to 6, which is excellent in fatigue properties, characterized by hot-rolling a steel slab having a chemical composition according to any one of claims 1 to 6 under the following conditions. Production method.
(A) Heating temperature: 1000 to 1200 ° C
(B) Heating rate of the steel slab: 3 to 10 ° C / min
(C) Cumulative rolling reduction in all hot rolling processes: 70% or more
(D) Cumulative rolling reduction in the temperature range of Ar 3 transformation point + 150 ° C. to Ar 3 transformation point + 50 ° C. during finish rolling: 50% or more
(E) Finish rolling end temperature: Ar 3 transformation point + 30 ° C or higher temperature
(F) Average cooling rate from finish rolling finish temperature to 600 ° C: 10 ° C / second or less
冷却停止温度が550℃以上である請求項8に記載の厚鋼板の製造方法。   The method for producing a thick steel plate according to claim 8, wherein the cooling stop temperature is 550 ° C or higher. 請求項1〜6のいずれかに記載の化学成分組成の鋼片を下記の条件で熱間圧延することを特徴とする疲労特性に優れた請求項7に記載の厚鋼板の製造方法。  The method for producing a thick steel plate according to claim 7, wherein the steel slab having the chemical composition according to any one of claims 1 to 6 is hot-rolled under the following conditions and has excellent fatigue characteristics.
(G)加熱温度:1000〜1200℃(G) Heating temperature: 1000 to 1200 ° C
(H)前記鋼片の加熱速度:3〜10℃/分(H) Heating rate of the steel slab: 3 to 10 ° C./min
(I)全熱間圧延工程の累積圧下率:80%以上(I) Cumulative rolling reduction in all hot rolling processes: 80% or more
(J)仕上げ圧延中における、Ar(J) Ar during finish rolling 3 変態点+150℃〜ArTransformation point + 150 ° C to Ar 3 変態点+50℃の温度範囲での累積圧下率:70%未満Cumulative rolling reduction in the temperature range of transformation point + 50 ° C: less than 70%
(K)仕上げ圧延終了温度:Ar(K) Finishing rolling finish temperature: Ar 3 変態点+30℃以上の温度Transformation point + temperature above 30 ° C
(L)仕上げ圧延終了温度から600℃までの平均冷却速度:10℃/秒以下(L) Average cooling rate from finish rolling finish temperature to 600 ° C: 10 ° C / second or less
冷却停止温度が550℃以上である請求項10に記載の厚鋼板の製造方法。The method for producing a thick steel plate according to claim 10, wherein the cooling stop temperature is 550 ° C or higher.
JP2014015524A 2013-09-20 2014-01-30 Thick steel plate with excellent fatigue characteristics and method for producing the same Expired - Fee Related JP6211946B2 (en)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014015524A JP6211946B2 (en) 2013-09-20 2014-01-30 Thick steel plate with excellent fatigue characteristics and method for producing the same
KR1020167006893A KR20160044010A (en) 2013-09-20 2014-09-10 Thin steel plate having excellent fatigue properties and production method therefor
KR1020187000229A KR101838462B1 (en) 2013-09-20 2014-09-10 Thin steel plate having excellent fatigue properties and production method therefor
PCT/JP2014/073938 WO2015041118A1 (en) 2013-09-20 2014-09-10 Thin steel plate having excellent fatigue properties and production method therefor
CN201480044265.XA CN105452511B (en) 2013-09-20 2014-09-10 The steel plate and its manufacture method of excellent in fatigue characteristics

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013195590 2013-09-20
JP2013195590 2013-09-20
JP2014015524A JP6211946B2 (en) 2013-09-20 2014-01-30 Thick steel plate with excellent fatigue characteristics and method for producing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015083712A JP2015083712A (en) 2015-04-30
JP6211946B2 true JP6211946B2 (en) 2017-10-11

Family

ID=52688769

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014015524A Expired - Fee Related JP6211946B2 (en) 2013-09-20 2014-01-30 Thick steel plate with excellent fatigue characteristics and method for producing the same

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP6211946B2 (en)
KR (2) KR20160044010A (en)
CN (1) CN105452511B (en)
WO (1) WO2015041118A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102557520B1 (en) * 2019-01-23 2023-07-20 제이에프이 스틸 가부시키가이샤 Steel plate and method of producing same

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6472315B2 (en) * 2014-05-22 2019-02-20 株式会社神戸製鋼所 Thick steel plate
JP2018031069A (en) * 2016-08-19 2018-03-01 株式会社神戸製鋼所 Thick steel plate and production method therefor
WO2023286536A1 (en) * 2021-07-16 2023-01-19 Jfeスチール株式会社 Thick steel sheet and method for producing thick steel sheet

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3775279B2 (en) * 2000-12-15 2006-05-17 Jfeスチール株式会社 Structural steel with excellent brittle crack propagation stoppage and fatigue crack propagation after plastic deformation and its manufacturing method
JP4706477B2 (en) * 2003-06-19 2011-06-22 住友金属工業株式会社 Steel material excellent in fatigue crack growth resistance and its manufacturing method
JP4946092B2 (en) * 2006-02-28 2012-06-06 Jfeスチール株式会社 High-strength steel and manufacturing method thereof
JP4825025B2 (en) * 2006-03-09 2011-11-30 株式会社神戸製鋼所 High-yield ratio high-tensile steel sheet with excellent fatigue crack growth suppression and weld heat-affected zone toughness
JP4934505B2 (en) * 2007-05-29 2012-05-16 株式会社神戸製鋼所 Steel sheet with excellent fatigue crack growth suppression characteristics and brittle fracture suppression characteristics
JP5759109B2 (en) * 2010-03-09 2015-08-05 株式会社神戸製鋼所 Steel material excellent in brittle crack propagation stop property and method for producing the same
JP5126326B2 (en) * 2010-09-17 2013-01-23 Jfeスチール株式会社 High strength hot-rolled steel sheet with excellent fatigue resistance and method for producing the same
JP5574059B2 (en) * 2011-12-15 2014-08-20 新日鐵住金株式会社 High-strength H-section steel with excellent low-temperature toughness and method for producing the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102557520B1 (en) * 2019-01-23 2023-07-20 제이에프이 스틸 가부시키가이샤 Steel plate and method of producing same

Also Published As

Publication number Publication date
CN105452511A (en) 2016-03-30
JP2015083712A (en) 2015-04-30
KR20160044010A (en) 2016-04-22
KR20180005745A (en) 2018-01-16
WO2015041118A1 (en) 2015-03-26
CN105452511B (en) 2017-07-21
KR101838462B1 (en) 2018-03-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4309946B2 (en) Thick high-strength steel sheet excellent in brittle crack propagation stopping characteristics and method for producing the same
JP4528275B2 (en) High-strength hot-rolled steel sheet with excellent stretch flangeability
JP5034308B2 (en) High strength thick steel plate with excellent delayed fracture resistance and method for producing the same
JP7248885B2 (en) Steel plate and steel plate manufacturing method
JP5042914B2 (en) High strength steel and manufacturing method thereof
KR20130021444A (en) Steel having excellent machinability for mechanical structure
JP6883107B2 (en) High-strength steel with excellent fracture initiation and propagation resistance at low temperatures and its manufacturing method
JP6989606B2 (en) High-strength steel with excellent fracture initiation and propagation resistance at low temperatures, and its manufacturing method
JP6472315B2 (en) Thick steel plate
JP6036616B2 (en) Steel sheet for welded structure excellent in fatigue crack resistance and method for producing the same
KR20190076758A (en) High strength steel for arctic environment having excellent resistance to fracture in low temperature, and method for manufacturing the same
JP6211946B2 (en) Thick steel plate with excellent fatigue characteristics and method for producing the same
JP5114095B2 (en) Steel plate excellent in brittle crack propagation stop property and toughness at the center of plate thickness and method for producing the same
JP6228491B2 (en) Thick steel plate with excellent fatigue characteristics and method for producing the same
JP4934505B2 (en) Steel sheet with excellent fatigue crack growth suppression characteristics and brittle fracture suppression characteristics
KR101273783B1 (en) Steel material excellent in brittle crack propagation suspension property and method for producing the same
JP6280824B2 (en) High strength steel plate and manufacturing method thereof
JP6036615B2 (en) Steel sheet for welded structure having excellent weldability and fatigue crack propagation resistance and method for producing the same
WO2017077967A1 (en) Steel member and steel plate, and production processes therefor
JP2007197777A (en) High-strength steel material superior in ductile-crack initiation resistance and fatigue-crack propagation resistance, and manufacturing method therefor
JP4354754B2 (en) High-tensile steel plate with excellent base metal toughness and HAZ toughness
JP5056634B2 (en) Welded joint with excellent fatigue characteristics
KR20220062603A (en) hot rolled steel
Wu A Microstructural and Damage Investigation into the Low Temperature Impact Behavior of an HSLA Steel
JP5510023B2 (en) High-strength steel sheet with excellent fatigue characteristics and local ductility and method for producing the same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160901

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20170216

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20170322

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170704

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170824

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170905

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170914

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6211946

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees