JP6338022B2 - 脆性き裂伝播停止特性に優れた高強度極厚鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
(a)微細なフェライト結晶粒を確保する圧延条件、
(b)鋼板板厚の5%以上の部分に微細フェライト組織を生成する圧延条件、
(c)微細フェライトに集合組織を発達させるとともに加工(圧延)により導入した転位を熱的エネルギーにより再配置しサブグレインを形成させる圧延条件、および
(d)形成した微細なフェライト結晶粒と微細なサブグレイン粒の粗大化を抑制する冷却条件、
によって脆性き裂伝播停止特性を向上させる技術が記載されている。
[1]質量%で、C:0.03〜0.20%、Si:0.03〜0.5%、Mn:0.5〜2.2%、P:0.01%以下、S:0.005%以下、Ti:0.005〜0.03%、Al:0.005〜0.080%およびN:0.0050%以下を含有し、下記式(1)で定義されるCeqが0.36以上0.40以下であり、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成と、板厚中央における圧延面での(211)面集積度が1.2以上であり、鋼板表面における圧延面での(200)面集積度が1.7以上である集合組織を有し、板厚1/4位置におけるシャルピー破面遷移温度vTrsが−40℃以下であり、鋼板表面におけるシャルピー破面遷移温度vTrsが−80℃以下である板厚70mm以上の脆性き裂伝播停止特性に優れた高強度極厚鋼板。
Ceq=C+Mn/6+Cu/15+Ni/15+Cr/5+Mo/5+V/5・・・(1)
ここで、式(1)におけるC、Mn、Cu、Ni、Cr、MoおよびVは各元素の含有量(質量%)を意味し、含有しない場合は0とする。
[2]前記成分組成は、さらに質量%で、Nb:0.005〜0.05%、Cu:0.05〜1.0%、Ni:0.05〜1.5%およびCr:0.01〜0.5%の1種または2種以上を含有する[1]に記載の脆性き裂伝播停止特性に優れた高強度極厚鋼板。
[3]前記成分組成は、さらに質量%で、Mo:0.01〜0.5%、V:0.001〜0.10%、B:0.0030%以下、Ca:0.0050%以下、REM:0.0100%以下の1種または2種以上を含有する[1]または[2]に記載の脆性き裂伝播停止特性に優れた高強度極厚鋼板。
[4][1]〜[3]のいずれかに記載の成分組成を有する鋼素材を、1000〜1200℃の温度に加熱した後、板厚中央の温度がオーステナイト再結晶温度域での累積圧下率が10%以上、板厚中央の温度がオーステナイト未再結晶温度域での累積圧下率が50%以上、板厚表面温度がAr3変態点以下かつ板厚中央の温度がAr3変態点以上の温度域のときの累積圧下率が20%超えの条件で熱間圧延を行った後、0.5℃/s以上の冷却速度にて500℃以下の冷却停止温度まで冷却する板厚70mm以上の脆性き裂伝播停止特性に優れた高強度極厚鋼板の製造方法。
[5]500℃以下の冷却停止温度まで冷却した後、板厚中央の温度がAc1変態点未満の温度に焼戻す[4]に記載の脆性き裂伝播停止特性に優れた高強度極厚鋼板の製造方法。
以下、各成分について説明する。なお、成分の含有量を表す「%」は、「質量%」を意味する。
Cは、鋼の強度を向上させる元素である。本発明では、所望の強度を確保するために、C含有量を0.03%以上とする。また、C含有量が0.20%を超えると、溶接性が劣化するばかりか靭性にも悪影響がある。このため、C含有量は0.03〜0.20%の範囲とする。なお、下限は、好ましくは0.05%以上である。上限は、好ましくは0.15%以下である。
Siは、脱酸元素として、また、鋼の強化元素として有効である。Si含有量が0.03%未満ではこれらの効果が得られない。一方、Si含有量が0.5%を超えると鋼の表面性状を損なうばかりか、靭性が極端に劣化する。したがって、Si含有量は0.03〜0.5%の範囲とする。
Mnは、強化元素として含まれる。Mn含有量が0.5%より少ないとその効果が十分ではない。一方で、2.2%を超えると溶接性が劣化し、鋼板コストも上昇する。そのため、Mn含有量は0.5〜2.2%の範囲とする。
P、Sは、鋼中の不可避的不純物である。これらの含有量が多くなると靭性が劣化する。板厚70mm以上の鋼板において、良好な靭性を保つためには、P含有量を0.01%以下、S含有量を0.005%以下に抑制する。なお、P含有量は0.006%以下、S含有量は0.003%以下が、より望ましい範囲である。
Tiは、微量の含有により、窒化物、炭化物、あるいは炭窒化物を形成し、結晶粒を微細化して母材靭性を向上させる効果を有する。その効果は、Ti含有量を0.005%以上とすることによって得られる。一方、Ti含有量が0.03%を超えると、母材および溶接熱影響部の靭性が低下する。したがって、Ti含有量は0.005〜0.03%の範囲とする。
Alは、脱酸剤として作用する。Alを脱酸剤として用いるためにはAl含有量を0.005%以上にする必要がある。また、Al含有量が0.080%を超えると、靭性が低下するとともに、溶接した場合に溶接金属部の靭性が低下する。このため、Al含有量は0.005〜0.080%の範囲とする。なお、下限は、好ましくは0.020%以上である。上限は、好ましくは0.060%以下である。
Nは、鋼中のAlと結合し、圧延加工時の結晶粒径を調整し、鋼を強化する。この効果を得るためには、N含有量を0.0010%以上にすることが好ましい。一方、N含有量が0.0050%を超えると靭性が劣化する。本発明では、N含有量は0.0050%以下の範囲とする。
Nbは、NbCとしてフェライト変態時あるいは再加熱時に析出し、高強度化に寄与する。また、Nbはオーステナイト域の圧延において未再結晶域を拡大させる効果を有し、フェライトの細粒化に寄与する。このため、Nb含有は靭性の改善にも有効である。その効果は、Nb含有量を0.005%以上にすることで発揮される。Nb含有量が0.05%を超えると、粗大なNbCが析出して、靭性の低下を招く場合がある。そこで、Nbを含有する場合、Nb含有量を0.005〜0.05%とするのが好ましい。
Cuは、鋼の焼入れ性を高める元素である。この元素は、圧延後の強度向上に直接寄与するとともに、靭性、高温強度、あるいは耐候性などの機能向上のために含有させることができる。これらの効果は、Cu含有量を0.05%以上にすることによって発揮される。一方で、過度のCu含有は靭性や溶接性を劣化させる。板厚70mm以上の鋼板で十分な強度を保ちつつ靭性や溶接性を劣化させない範囲として、Cu含有量は0.05〜1.0%とすることが好ましい。
Niは、鋼の焼入れ性を高める元素である。Niは、圧延後の強度向上に直接寄与するとともに、靭性、高温強度、あるいは耐候性などの機能向上のために含有させることができる。これらの効果は、Ni含有量を0.05%以上にすることよって発揮される。一方で、過度のNi含有は靭性や溶接性を劣化させる。板厚70mm以上の鋼板で十分な強度を保ちつつ靭性や溶接性を劣化させない範囲として、Ni含有量は0.05〜1.5%とすることが好ましい。
Crは、鋼の焼入れ性を高める元素である。この元素は、圧延後の強度向上に直接寄与するとともに、靭性、高温強度、あるいは耐候性などの機能向上のために含有させることができる。これらの効果は、Cr含有量を0.01%以上にすることによって発揮される。一方で、過度の含有は靭性や溶接性を劣化させる。板厚70mm以上でも十分な強度を保ちつつ靭性や溶接性を劣化させない範囲として、Cr含有量は0.01〜0.5%とすることが好ましい。
Moは、いずれも鋼の焼入れ性を高める元素である。この元素は、圧延後の強度向上に直接寄与するとともに、靭性、高温強度、あるいは耐候性などの機能向上のために含有させることができる。これらの効果は、Mo含有量を0.01%以上にすることによって発揮される。一方で、過度の含有は靭性や溶接性を劣化させる。板厚70mm以上でも十分な強度を保ちつつ靭性や溶接性を劣化させない範囲として、Mo含有量は0.01〜0.5%とすることが好ましい。
Vは、V(CN)として析出する析出強化によって、鋼の強度を向上させる元素である。この効果は、V含有量を0.001%以上にすることにより発揮される。しかし、V含有量が0.10%を超えると、靭性が低下する場合がある。このため、Vを含有させる場合には、V含有量を0.001〜0.10%の範囲とすることが好ましい。
Bは、鋼の焼入れ性を高める元素であり、B含有量が0.0030%以下のような微量でも上記効果が得られる。また、B含有量が0.0030%を超えると溶接部の靭性が低下する。したがって、Bを含有させる場合には、B含有量は0.0030%以下とすることが好ましい。なお、上記効果を得る観点からは、B含有量の下限は0.0006%とすることが好ましい。
Ca、REMは、溶接熱影響部の組織を微細化し靭性を向上させる。これらの成分を含有しても本発明の効果が損なわれることはないので必要に応じて含有してもよい。しかし、過度に含有すると、粗大な介在物を形成し母材の靭性を劣化させる場合がある。そこで、これらの成分を含有させる場合には、含有量の上限をCa:0.0050%、REM:0.0100%とするのが好ましい。
本発明の高強度極厚鋼板は、各成分組成が上記含有量の範囲にあることに加えて、下記式(1)で表すCeqを0.36以上0.40以下に調整する。Ceqが0.36未満では、板厚中央における圧延面での(211)面集積度を高くし難くなる。また、溶接性を確保するため、Ceqは0.40以下とする。
Ceq=C+Mn/6+Cu/15+Ni/15+Cr/5+Mo/5+V/5・・・(1)
式(1)におけるC、Mn、Cu、Ni、Cr、MoおよびVは各元素の含有量(質量%)を意味し、含有しない場合は0とする。
本発明の高強度極厚鋼板は、板厚中央における圧延面での(211)面集積度が1.2以上、表面(極表面から表面下1mmの範囲)における圧延面での(200)面集積度が1.7以上を満たす集合組織を有する。上記の成分組成を採用するとともに、後述する製造条件で集合組織が上記範囲を満たすように制御することで、脆性き裂伝播停止特性に優れた高強度極厚鋼板が得られる。
上記成分組成の溶鋼を、転炉等で溶製し、連続鋳造等で鋼素材(スラブ)とし、1000〜1200℃に加熱後、熱間圧延を行う。
Ar3=910−310C−80Mn−20Cu−15Cr−55Ni−80Mo
上記式中の元素記号は各元素の含有量(質量%)を意味し、含まないものは0とする。
なお、表面の温度がAr3変態点以下の中で圧延に好適な温度域はAr3変態点〜(Ar3変態点−80)℃である。また、板厚中央の温度がAr3変態点以上の中で、圧延に好適な温度域は(Ar3変態点+80)℃〜Ar3変態点である。
Ac1=751−26.6C+17.6Si−11.6Mn−169Al−23Cu−23Ni+24.1Cr+22.5Mo+233Nb−39.7V−5.7Ti−895B式中の元素記号は各元素の含有量(質量%)を意味し、含まないものは0とする。
Claims (5)
- 質量%で、
C:0.03〜0.20%、
Si:0.03〜0.5%、
Mn:0.5〜2.2%、
P:0.01%以下、
S:0.005%以下、
Ti:0.005〜0.03%、
Al:0.005〜0.080%
およびN:0.0050%以下
を含有し、下記式(1)で定義されるCeqが0.36以上0.40以下であり、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成と、
板厚中央における圧延面での(211)面集積度が1.2以上であり、鋼板表面における圧延面での(200)面集積度が1.7以上である集合組織を有し、
板厚1/4位置におけるシャルピー破面遷移温度vTrsが−40℃以下であり、
鋼板表面におけるシャルピー破面遷移温度vTrsが−80℃以下であり、降伏強度YSが390MPa以上、引張強さTSが510MPa以上である板厚70mm以上の脆性き裂伝播停止特性に優れた高強度極厚鋼板。
Ceq=C+Mn/6+Cu/15+Ni/15+Cr/5+Mo/5+V/5・・・(1)
ここで、式(1)におけるC、Mn、Cu、Ni、Cr、MoおよびVは各元素の含有量(質量%)を意味し、含有しない場合は0とする。 - 前記成分組成は、さらに質量%で、
Nb:0.005〜0.05%、
Cu:0.05〜1.0%、
Ni:0.05〜1.5%
およびCr:0.01〜0.5%
の1種または2種以上を含有する請求項1に記載の脆性き裂伝播停止特性に優れた高強度極厚鋼板。 - 前記成分組成は、さらに質量%で、
Mo:0.01〜0.5%、
V:0.001〜0.10%、
B:0.0030%以下、
Ca:0.0050%以下、
REM:0.0100%以下
の1種または2種以上を含有する請求項1または2に記載の脆性き裂伝播停止特性に優れた高強度極厚鋼板。 - 請求項1〜3のいずれかに記載の成分組成を有する鋼素材を、1000〜1200℃の温度に加熱した後、
板厚中央の温度がオーステナイト再結晶温度域での累積圧下率が10%以上、板厚中央の温度がオーステナイト未再結晶温度域での累積圧下率が50%以上、板厚表面温度がAr3変態点以下かつ板厚中央の温度がAr3変態点以上の温度域のときの累積圧下率が20%超えの条件で熱間圧延を行った後、
0.5℃/s以上の冷却速度にて500℃以下の冷却停止温度まで冷却する請求項1〜3のいずれかに記載の板厚70mm以上の脆性き裂伝播停止特性に優れた高強度極厚鋼板の製造方法。 - 500℃以下の冷却停止温度まで冷却した後、板厚中央の温度がAc1変態点未満の温度に焼戻す請求項4に記載の脆性き裂伝播停止特性に優れた高強度極厚鋼板の製造方法。
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