JP6314921B2 - 曲げ加工性に優れた低降伏比高張力厚鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
(1)質量%で、C:0.05〜0.10%、Si:0.01〜0.45%、Mn:0.6〜1.8%、P:0.020%以下、S:0.003%以下、Al:0.05%以下、Ti:0.005〜0.020%、N:0.0040%以下、Mo:0.20〜0.60%、Nb:0.005〜0.030%、V:0.001〜0.070%、Cr:0.15%以下を含み、Ti、Nが次(1)式
4.0≧Ti/N≧2.0 ……(1)
(ここで、Ti、N:各元素の含有量(質量%))
を満足し、かつ次(2)式
Ceq=C+Si/24+Mn/6+Cr/5+Mo/4+V/14 ……(2)
(ここで、C、Si、Mn、Cr、Mo、V:各元素の含有量(質量%))
で定義される炭素当量Ceqが0.40〜0.50を満足し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有し、板厚をt(mm)としたときの、表面から板厚方向にt/25(mm)から板厚中央位置(1/2t位置)の範囲の組織が、面積率で10%以上50%以下のフェライト相と、残部がベイナイト相またはパーライト、あるいはそれらの混合相からなる組織であり、表面から板厚方向に1mmの位置におけるビッカース硬さHVが300HV以下で、引張強さ:590MPa以上740MPa以下、降伏比:80%以下である引張特性を有することを特徴とする曲げ加工性に優れた低降伏比高張力厚鋼板。
(2)鋼素材に、加熱工程と、熱間圧延工程と、冷却工程と、を順次施し厚鋼板とする非調質厚鋼板の製造方法であって、前記鋼素材が、質量%で、C:0.05〜0.10%、Si:0.01〜0.45%、Mn:0.6〜1.8%、P:0.020%以下、S:0.003%以下、Al:0.05%以下、Ti:0.005〜0.020%、N:0.0040%以下、Mo:0.20〜0.60%、Nb:0.005〜0.030%、V:0.001〜0.070%、Cr:0.15%以下、を含み、Ti、Nが次(1)式
4.0≧Ti/N≧2.0 ……(1)
(ここで、Ti、N:各元素の含有量(質量%))
を満足し、かつ次(2)式
Ceq=C+Si/24+Mn/6+Cr/5+Mo/4+V/14 ……(2)
(ここで、C、Si、Mn、Cr、Mo、V:各元素の含有量(質量%))
で定義される炭素当量Ceqが0.40〜0.50を満足し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼素材であり、前記加熱工程が、前記鋼素材を加熱温度:1050〜1250℃に加熱する工程であり、前記熱間圧延工程が、前記加熱された鋼素材に、表面温度で950℃以下の温度域での累積圧下量が30%以上で、圧延終了温度が表面温度で900℃以下Ar3変態点以上となる熱間圧延を施し厚鋼板とする工程であり、前記冷却工程が、前記熱間圧延工程を経て得られた前記厚鋼板にAr3変態点以上の温度から、表面温度で80℃/s以下の平均冷却速度で、次(3)式
Bs(℃)=830−270×C−90×Mn−37×Ni−70×Cr−83×Mo ……(3)
ここで、C、Mn、Ni、Cr、Mo:各元素の含有量(質量%)
で定義されるBs温度を基準とし(Bs−250℃)以下(Bs−450℃)以上の冷却停止温度まで冷却し、該冷却を停止し、復熱で表面温度が300℃以上Ac1変態点以下の温度とする一次冷却と、該一次冷却後、表面温度で500℃以下の冷却停止温度まで冷却する二次冷却と、からなる二段階の加速冷却を施す工程であり、
前記厚鋼板が、表面から板厚方向に1mmの位置におけるビッカース硬さHVが300HV以下で、かつ引張強さ:590MPa以上740MPa以下、降伏比:80%以下である引張特性を有することを特徴とする曲げ加工性に優れた低降伏比高張力厚鋼板の製造方法。
(3)(2)において、前記冷却工程を施したのち、さらに、焼戻温度:400℃以上700℃以下の温度で焼戻処理を行う焼戻工程を施すことを特徴とする低降伏比高張力厚鋼板の製造方法。
Cは、鋼の強度を増加させ、構造用鋼材として必要な強度を確保するのに有用な元素である。また、Cは、硬質相の体積率を増加させ、降伏比を低下させる作用を有する。このような効果を得るためには、0.05%以上の含有を必要とする。一方、0.10%を超える含有は、溶接性と靭性を顕著に低下させる。このため、Cは0.05〜0.10%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.06〜0.09%である。
Siは、脱酸剤として作用するとともに、鋼中に固溶して鋼材の強度を増加させる元素である。このような効果を得るためには0.01%以上の含有を必要とする。一方、0.45%を超える含有は、母材の靱性を低下させるとともに、溶接熱影響部(HAZとも言う)靱性を顕著に低下させる。このため、Siは0.01〜0.45%の範囲に限定した。なお、好ましくは、0.02〜0.40%である。
Mnは、固溶して鋼の強度を増加させる作用を有する元素である。Mnは安価な元素であり、高価な他の合金元素の含有を最小限に抑えることができるという効果も有する。このようなことから、本発明では、所望の高強度(引張強さ:590MPa以上)を確保するために、0.6%以上の含有を必要とする。一方、1.8%を超える含有は、母材の靱性およびHAZ靱性を著しく低下させる。このため、Mnは0.6〜1.8%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.8〜1.6%である。
Pは、鋼の強度を増加させる作用を有する元素であるが、靱性、とくに溶接部の靱性を低下させる。このため、できるだけ低減することが望ましい。0.020%を超えて含有すると、上記した悪影響が顕著となる。このため、Pは0.020%以下に限定した。
Sは、鋼中ではMnS等の硫化物系介在物として存在し、母材および溶接部の靱性を低下させるとともに、鋳片中央偏析部などに多量に偏在して鋳片等における欠陥を発生しやすくする傾向を有する。このような傾向は0.003%を超える含有で顕著となる。このため、Sは0.003%以下に限定した。なお、過度のS低減は、精錬コストを高騰させ、経済的に不利となるため、Sは0.001%程度以上とすることが望ましい。
Alは、脱酸剤として作用する元素であり、高張力鋼の溶鋼脱酸プロセスにおいては、脱酸剤として、もっとも汎用的に使われる元素である。このような効果を得るためには、0.01%以上含有することが望ましいが、0.05%を超える含有は、母材の靱性を下させるとともに、溶接時に溶接金属に混入して溶接金属部靱性を低下させる。このため、Alは0.05%以下に限定した。なお、好ましくは0.010〜0.045%である。
Tiは、Nとの親和力が強い元素であり、凝固時にTiNとして析出し、鋼中の固溶Nを減少させ、冷間加工後の歪時効による靭性劣化を低減する作用を有する。また、Tiは、HAZの組織改善を介して、HAZ靭性の向上にも寄与する。このような効果を得るためには、Tiは0.005%以上の含有を必要とする。一方、0.020%を超えて含有すると、TiN粒子が粗大化し、上記した効果が期待できなくなる。このため、Tiは0.005〜0.020%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.007〜0.015%である。
Nは、鋼中に固溶して、冷間加工後の歪時効を生起させ、靭性を劣化させる元素であり、本発明ではできるだけ低減することが望ましい。0.0040%を超える含有は、靭性の劣化が著しくなる。このため、Nは0.0040%以下に限定した。
Moは、靭性の向上と強度の増加に寄与する有効な元素である。このような効果を得て、引張強さ:590MPa以上の高強度を安定して確保するためには、0.20%以上のMo含有を必要とする。一方、0.60%を超えて多量に含有すると、溶接性や耐HIC性が低下する。このため、Moは0.20〜0.60%に限定した。なお、好ましくは0.50%以下である。
Nbは、焼入れ性を向上させ、強度を増加させる元素である。このような効果を得るためには、0.005%以上の含有を必要とする。一方、0.030%を超えて含有すると、HAZ靭性および母材靭性が低下する。このため、Nbは0.005〜0.030%の範囲に限定した。なお、好ましくはNb:0.01〜0.02%である。
Vは、析出強化を介して、強度を増加させる有効な元素である。このような効果を得るためには、0.001%以上の含有を必要とする。一方、0.070%を超えて含有すると、HAZ靭性および母材靭性が低下する。このため、Vは0.001〜0.070%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.005〜0.060%である。
Crは、焼入性向上を介し、母材の強度を増加させる元素であり、厚鋼板の高強度化に有用な元素である。このような効果を得るためには、0.05%以上含有することが望ましいが、0.15%を超える含有は、合金コストの増加を招く。このため、含有する場合には、Crは0.15%以下の範囲に限定した。
4.0≧Ti/N≧2.0 ……(1)
本発明では、Tiは、N含有量(質量%)に見合う量を含有させ、固溶NをTiNとして固定する。このため、Ti含有量(質量%)とN含有量(質量%)との比、Ti/Nが2.0以上を満足するように、Ti含有量(質量%)、N含有量(質量%)を調整する。Ti/Nが2.0未満では、N含有量に比べてTi含有量が少なすぎるため、多くのNが固溶Nとして残存する。そのため、HAZ靭性が低下し、溶接部からの脆性破壊発生により部材変形性能が低下する場合がある。一方、Ti/Nが4.0を超えて大きくなると、TiN粒子が粗大化して、所望の効果を確保できなくなる。このため、Ti/Nは2.0〜4.0の範囲に限定した。なお、好ましくは、2.5〜3.5の範囲である。
炭素当量Ceqは、次(2)式
Ceq=C+Si/24+Mn/6+Cr/5+Mo/4+V/14 ……(2)
(ここで、C、Si、Mn、Cr、Mo、V:各元素の含有量(質量%))
で定義される。なお、炭素当量Ceqを算出する際に、(2)式に記載された元素で含有しないものは、零として計算するものとする。
なお、上記した成分以外の残部は、Feおよび不可避的不純物からなる。
本発明厚鋼板の製造方法は、鋼素材に、加熱工程と、熱間圧延工程と、冷却工程と、を順次施す非調質厚鋼板の製造方法である。
加熱温度が1050℃未満では、焼入性が低下し、所望の高強度を確保することができない。一方、1250℃を超えて高温となると、結晶粒が粗大化し、靭性の低下を招く。このため、鋼素材の加熱温度は1050〜1250℃の範囲の温度に限定した。なお、好ましくは1080〜1150℃である。
熱間圧延工程は、加熱された鋼素材に、表面温度で950℃以下の温度域での累積圧下量が30%以上で、圧延終了温度が表面温度で900℃以下Ar3変態点以上となる熱間圧延を施し厚鋼板とする工程とする。
冷却工程では、得られた厚鋼板にAr3変態点以上の温度から、一次冷却と二次冷却からなる二段階の加速冷却を施す工程とする。
Bs(℃)=830−270×C−90×Mn−37×Ni−70×Cr−83×Mo ……(3)
ここで、C、Mn、Ni、Cr、Mo:各元素の含有量(質量%)
で定義される。なお、(3)式によりBs温度を計算する際には、(3)式に記載の合金元素を含有しない場合には、当該合金元素の含有量を零として算出するものとする。また、Ar3変態点は、次式
Ar3変態点=900−322×C+6×Si−77×Mn+18×Cr+68×Mo
(ここで、C、Mn、Ni、Cr、Mo:各元素の含有量(質量%))
で算出するものとする。
Ac1変態点=750.8−26.6×C+17.6×Si−11.6×Mn+24.1×Cr+22.5×Mo−39.7×V−5.7×Ti+232.4×Nb−169.4×Al
(ここで、C、Si、Mn、Cr、Mo、V、Ti、Nb、Al:各元素の含有量(質量%))
で算出するものとする。
二次冷却では、平均冷却速度はとくに限定する必要はないが、表面温度で500℃以下の冷却停止温度まで冷却する。二次冷却の冷却停止温度が表面温度で500℃を超えて高温となると、所望の高強度を確保できにくくなる。このため、二次冷却の冷却停止温度は500℃以下の温度に限定した。なお、好ましくは450℃以下である。
以下、実施例に基づき、さらに本発明について説明する。
(1)組織観察
得られた厚鋼板から、観察面が圧延方向に垂直な断面(板厚方向断面)となるように組織観察用試験片を採取し、鏡面となるまで研磨した後、腐食液(硝酸メタノール溶液)で腐食し、光学顕微鏡(倍率:400倍)を用いて、鋼板表面から板厚方向に板厚中央位置まで観察し、画面が連続するように撮像した。得られた組織写真を用い、画像解析により、相の同定、および組織分率を算出した。なお、代表組織として、板厚t/25位置および板厚中央位置における組織を示す。
(2)引張特性
得られた厚鋼板の板厚1/4t位置から、引張方向が圧延方向に対して90°方向(C方向)となるように、JIS 4号引張試験片を採取し、JIS Z 2241の規定に準拠してクロスヘッド速度10mm/minで引張試験をおこない、引張特性(降伏強さYS、引張強さTS)を測定した。なお、引張特性から、降伏比YR(=YS/TS×100%)を算出した。
(3)曲げ試験
得られた厚鋼板から、曲げ試験片(大きさ:幅50mm×長さ500mm)を採取し、図1に示す要領で90°曲げ試験を実施し、必要とした荷重Pe(kN)を求めた。得られた荷重Peと、厚鋼板の引張強さTS(実測値)から、次式
Pc=1.6×鋼板TS(MPa)×W×t2×1/L×1/1000
(ここで、W:曲げ試験片幅(=50mm)、t:板厚(mm)、L:支点距離(=400mm))
を用いて算出した90°曲げに必要な必要荷重Pc(kN)を求め、Pe/Pcで曲げ加工性を評価した。なお、Pe/Pcが0.9以下である場合を曲げ加工性に優れると評価した。
(4)硬さ試験
得られた厚鋼板から、硬さ試験片を採取し、表面から板厚方向に1mmの位置で、ビッカース硬度計(荷重:98.07N)を用いて、ビッカース硬さHVを測定した。なお、硬さ測定は、1mm間隔で5点以上測定した。
2 押金具
3 支持金具
Claims (3)
- 質量%で、
C :0.05〜0.10%、 Si:0.01〜0.45%
Mn:0.6〜1.8%、 P :0.020%以下
S :0.003%以下、 Al:0.05%以下
Ti:0.005〜0.020%、 N :0.0040%以下
Mo:0.20〜0.60%、 Nb:0.005〜0.030%、
V :0.001〜0.070%、 Cr:0.15%以下
を含み、Ti、Nが下記(1)式を満足し、かつ下記(2)式で定義される炭素当量Ceqが0.40〜0.50を満足し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有し、
板厚をt(mm)としたときの、表面から板厚方向にt/25(mm)から板厚中央位置(1/2t位置)の範囲の組織が、面積率が10%以上50%以下のフェライト相と、残部がベイナイト相またはパーライト、あるいはそれらの混合相からなる組織であり、
表面から板厚方向に1mmの位置におけるビッカース硬さHVが300HV以下で、
引張強さ:590MPa以上740MPa以下、降伏比:80%以下である引張特性を有することを特徴とする曲げ加工性に優れた低降伏比高張力厚鋼板。
記
4.0≧Ti/N≧2.0 ……(1)
ここで、Ti、N:各元素の含有量(質量%)
Ceq=C+Si/24+Mn/6+Cr/5+Mo/4+V/14 ……(2)
ここで、C、Si、Mn、Cr、Mo、V:各元素の含有量(質量%) - 鋼素材に、加熱工程と、熱間圧延工程と、冷却工程と、を順次施し厚鋼板とする非調質厚鋼板の製造方法であって、前記鋼素材が、質量%で、
C :0.05〜0.10%、 Si:0.01〜0.45%
Mn:0.6〜1.8%、 P :0.020%以下
S :0.003%以下、 Al:0.05%以下
Ti:0.005〜0.020%、 N :0.0040%以下
Mo:0.20〜0.60%、 Nb:0.005〜0.030%、
V :0.001〜0.070%、 Cr:0.15%以下
を含み、Ti、Nが下記(1)式を満足し、かつ下記(2)式で定義される炭素当量Ceqが0.40〜0.50を満足し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼素材であり、
前記加熱工程が、前記鋼素材を加熱温度:1050〜1250℃に加熱する工程であり、
前記熱間圧延工程が、前記加熱された鋼素材に、表面温度で950℃以下の温度域での累積圧下量が30%以上で、圧延終了温度が表面温度で900℃以下Ar3変態点以上となる熱間圧延を施し厚鋼板とする工程であり、
前記冷却工程が、前記熱間圧延工程を経て得られた前記厚鋼板にAr3変態点以上の温度から、表面温度で80℃/s以下の平均冷却速度で、下記(3)式で定義されるBs温度を基準とし(Bs−250℃)以下(Bs−450℃)以上の冷却停止温度まで冷却し、該冷却を停止し、復熱で表面温度が300℃以上Ac1変態点以下の温度とする一次冷却と、該一次冷却後、表面温度で500℃以下の冷却停止温度まで冷却する二次冷却と、からなる二段階の加速冷却を施す工程であり、
前記厚鋼板が、板厚をt(mm)としたときの、表面から板厚方向にt/25(mm)から板厚中央位置(1/2t位置)の範囲の組織が、面積率が10%以上50%以下のフェライト相と、残部がベイナイト相またはパーライト、あるいはそれらの混合相からなる組織を有し、かつ表面から板厚方向に1mmの位置におけるビッカース硬さHVが300HV以下で、かつ引張強さ:590MPa以上740MPa以下、降伏比:80%以下である引張特性を有することを特徴とする曲げ加工性に優れた低降伏比高張力厚鋼板の製造方法。
記
4.0≧Ti/N≧2.0 ……(1)
ここで、Ti、N:各元素の含有量(質量%)
Ceq=C+Si/24+Mn/6+Cr/5+Mo/4+V/14 ……(2)
ここで、C、Si、Mn、Cr、Mo、V:各元素の含有量(質量%)
Bs(℃)=830−270×C−90×Mn−37×Ni−70×Cr−83×Mo ……(3)
ここで、C、Mn、Ni、Cr、Mo:各元素の含有量(質量%) - 前記冷却工程を施したのち、さらに、焼戻温度:400℃以上700℃以下の温度で焼戻処理を行う焼戻工程を施すことを特徴とする請求項2に記載の低降伏比高張力厚鋼板の製造方法。
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