JP6641875B2 - 低降伏比鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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C:0.03〜0.10%、
Si:0.05〜0.5%、
Mn:0.9〜2.0%、
P:0.020%以下、
S:0.010%以下、
Nb:0.005〜0.05%、
Ti:0.005〜0.025%、
sol.Al:0.005〜0.090%、
N:0.001〜0.010%、
Cu:0〜0.50%、
Ni:0〜0.50%、
Cr:0〜0.20%、
Mo:0〜0.20%、
V:0〜0.06%、
B:0〜0.002%、
Ca:0〜0.005%、
Mg:0〜0.005%、
残部:Feおよび不純物であり、
下記(i)式を満足し、
板厚の1/4位置でのフェライト粒径分布において、
10μm未満のフェライトの個数割合が70〜85%、
10〜20μmのフェライトの個数割合が13.5〜30%、
20μmを超えるフェライトの個数割合が1.5%以下、かつ、
最大フェライト粒径が22μm以下、
である金属組織を有する、低降伏比鋼板。
0.10≦Cu+Ni+Cr+Mo≦1.0 ・・・(i)
但し、式中の各元素記号は、鋼板中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表す。
Cu:0.05〜0.50%、
Ni:0.05〜0.50%、
Cr:0.04〜0.20%および
Mo:0.005〜0.20%
から選択される1種以上を含有する、上記(1)に記載の低降伏比鋼板。
V:0.005〜0.06%
を含有する、上記(1)または(2)に記載の低降伏比鋼板。
B:0.0002〜0.002%、
Ca:0.002〜0.005%および
Mg:0.001〜0.005%
から選択される1種以上を含有する、上記(1)から(3)までのいずれかに記載の低降伏比鋼板。
1050〜1200℃の温度範囲に加熱した後、
900℃以下の温度範囲における累積圧下率が30%以上、かつ、圧延終了温度TFR(℃)が鋼板表面温度でAr3点以上となる条件で圧延し、
圧延後、鋼板を製造ライン上で停止させることなく、第1冷却装置および第2冷却装置を含む加速冷却装置を用いて下記(a)〜(e)に示す条件で冷却処理を施す、低降伏比鋼板の製造方法。
(a)第1冷却装置での冷却を、鋼板表面温度がTFR〜TFR−50℃、かつ、Ar3点以上の範囲で開始し、Ar3点〜Ar3点−100℃の範囲で停止する。
(b)第1冷却装置での平均冷却速度を10℃/s以上とする。
(c)第1冷却装置の出口から第2冷却装置の入口までの移動時間を10〜40sとする。
(d)第2冷却装置での冷却を、鋼板表面温度がAr3点−15℃〜Ar3点−100℃の範囲で開始し、550℃以下の範囲で停止する。
(e)第2冷却装置での平均冷却速度を15℃/sを超える速度とする。
各元素の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「%」は、「質量%」を意味する。
Cは、鋼材の強度を高める元素である。C含有量が0.03%未満では、この効果が得られない。一方、C含有量が0.10%を超えると、フェライト粒径の微細化効果が大きくなるため、降伏強度が増加し低YRが得られない。したがって、C含有量は0.03〜0.10%とする。C含有量は0.04%以上であるのが好ましく、0.07%以下であるのが好ましい。
Siは、鋼を脱酸し、さらに、フェライトの生成を促進する作用を有する元素である。Si含有量が0.05%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、MA生成量が顕著に増加し靭性が低下する。したがって、Si含有量は0.05〜0.5%とする。Si含有量は0.1%以上であるのが好ましく、0.23%以下であるのが好ましい。
Mnは、鋼の焼入れ性を高め、鋼材の強度および靭性を高める元素である。Mn含有量が0.9%未満では、これらの効果が得られない。一方、Mn含有量が2.0%を超えると、中心偏析が顕著となり、靭性が低下する。したがって、Mn含有量は0.9〜2.0%とする。Mn含有量は1.2%以上であるのが好ましく、1.6%以下であるのが好ましい。
Pは不純物元素であり、鋼材の機械的特性を低下させ、特に、低温靭性を低下させる。したがって、P含有量は0.020%以下とする。P含有量は0.015%以下であるのが好ましく、なるべく低い方がより好ましい。
Sは不純物元素であり、Mnと結合してMnSを形成し、鋼材の低温靭性を低下させる。したがって、S含有量は0.010%以下とする。S含有量は0.005%以下であるのが好ましく、なるべく低い方がより好ましい。
Nbは、オーステナイト未再結晶領域を拡大させるために有効な元素であり、結晶粒の微細化に寄与し、強度および靭性を改善する。Nb含有量が0.005%未満では、これらの効果が得られない。一方、Nb含有量が0.05%を超えると、フェライトが顕著に微細化し、低YR化することができなくなる。したがって、Nb含有量は0.005〜0.05%とする。Nb含有量は0.01%以上であるのが好ましく、0.04%以下であるのが好ましい。
Tiは、鋼中のNと結合してTiNを形成し、スラブ表面および鋼材表面の清浄性を高める元素である。さらに、オーステナイト結晶粒の粗大化を抑制する作用を有する。Ti含有量が0.005%未満では、これらの効果が得られない。一方、Ti含有量が0.025%を超えると、炭化物の析出量が増加し、靭性が低下する。したがって、Ti含有量は0.005〜0.025%とする。Ti含有量は0.007%以上であるのが好ましく、0.020%以下であるのが好ましい。
Alは、鋼材を脱酸する作用を有する元素である。sol.Al(「酸可溶Al」)としての含有量が0.005%未満では、この効果が得られない。一方、sol.Al含有量が0.090%を超えると、MAの生成量が増加し、かつ粗大なアルミナが生成するため、靭性が低下する。したがって、sol.Al含有量は0.005〜0.090%とする。
Nは、Tiと結合してTiNを形成し、オーステナイト粒の粗大化を抑制する作用を有する元素である。N含有量が0.001%未満では、この効果が得られない。一方、N含有量が0.010%を超えると、固溶N量が増加し靭性が低下する。したがって、N含有量は0.001〜0.010%とする。N含有量は0.002%以上であるのが好ましく、0.008%以下であるのが好ましい。
Cuは、鋼材の強度および耐食性を高める元素であるため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Cu含有量が過剰となると、高温割れが発生しやすくなる。したがって、Cu含有量は0.50%以下とする。Cu含有量は0.40%以下であるのが好ましい。上記の効果を得たい場合は、Cu含有量は0.05%以上とするのが好ましい。
Ni、鋼に固溶して鋼材の強度および靭性を高める元素であるため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ni含有量が過剰となると、この効果が飽和するだけでなく、製造コストが高くなる。したがって、Ni含有量は0.50%以下とする。Ni含有量は0.45%以下であるのが好ましい。上記の効果を得たい場合は、Ni含有量は0.05%以上とするのが好ましい。
Crは、鋼材の強度を高める元素であるため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Cr含有量が過剰となると、鋼材の強度が高くなりすぎる。したがって、Cr含有量は0.20%以下とする。Cr含有量は0.15%以下であるのが好ましい。上記の効果を得たい場合は、Cr含有量は0.04%以上とするのが好ましい。
Moは、鋼材の強度を高める元素であり、またフェライトの細粒化に寄与するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Mo含有量が過剰となると、フェライト粒が顕著に微細化され、降伏強度の上昇に伴い、降伏比が上昇する。したがって、Mo含有量は0.20%以下とする。Mo含有量は0.15%以下であるのが好ましい。上記の効果を得たい場合は、Mo含有量は0.005%以上とするのが好ましい。
但し、式中の各元素記号は、鋼板中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表す。
鋼材の強度を高めるためには、上記のCu、Ni、CrおよびMoから選択される1種以上を、合計含有量が0.10%以上となるように含有させる必要がある。一方、これらの元素を複合的に含有させる場合、その合計含有量は1.0%以下とする必要がある。すなわち、各元素の含有量について前述の規定を満足するとともに、その合計含有量について、上記(i)式を満足する必要がある。
Vは、炭窒化物を形成し、鋼材を析出強化する作用を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、V含有量が過剰となると、その効果が飽和するだけでなく、微細な析出物生成量が多くなり、靭性が低下する。したがって、V含有量は0.06%以下とする。V含有量は0.05%以下であるのが好ましい。上記の効果を得たい場合は、V含有量は0.005%以上とするのが好ましく、0.01%以上とするのがより好ましい。
Bは、少量で鋼材の焼入れ性を高める元素であり、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、B含有量が過剰となると、析出物を生成し、靭性が低下する。したがって、B含有量は0.002%以下とする。B含有量は0.0015%以下であるのが好ましい。上記の効果を得たい場合は、B含有量は0.0002%以上とするのが好ましい。
Caは、鋼中のOまたはSと結合して、溶接熱影響部のオーステナイト粒の成長を抑制する。そのため、溶接熱影響部の靭性が要求される場合などには必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ca含有量が過剰となると、この効果は飽和する。したがって、Ca含有量は0.005%以下とする。Ca含有量は0.004%以下であるのが好ましい。上記の効果を得たい場合は、Ca含有量は0.002%以上とするのが好ましい。
Mgは、鋼中のOまたはSと結合して、溶接熱影響部のオーステナイト粒の成長を抑制する。溶接熱影響部の靭性が要求される場合などには必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Mg含有量が過剰となると、この効果は飽和する。したがって、Ca含有量は0.005%以下とする。Mg含有量は0.004%以下であるのが好ましい。上記の効果を得たい場合は、Mg含有量は0.002%以上とするのが好ましい。
本発明においては、鋼材の低YR化および靭性の向上を達成するためにフェライト粒径の制御を行う必要がある。具体的には、板厚の1/4位置でのフェライト粒径分布において、10μm未満のフェライトの個数割合が70〜85%、10〜20μmのフェライトの個数割合が13.5〜30%、20μmを超えるフェライトの個数割合が1.5%以下、かつ、最大フェライト粒径が22μm以下である金属組織とする。
結晶粒径が10μm未満のフェライトの個数割合が減少し、10μm以上のフェライトの個数割合が増加すると、YRは低下するものの、破面遷移温度(vTs)が顕著に上昇し、鋼材の靭性が著しく悪化する。特に、板厚の1/4位置でのフェライト粒径分布において、粒径が10μm未満のフェライトの個数割合が70%未満となると靭性の悪化が顕著となる。一方、粒径10μm未満のフェライトの個数割合が85%を超えると、フェライトの微細化により降伏応力が増加し、YRが増加する。したがって、粒径10μm未満のフェライトの個数割合は70〜85%とする。
20μmを超えるフェライトの個数割合:1.5%以下
上述のように、鋼材の靭性を向上させるには、フェライトの結晶粒径を小さくかつその割合を一定量確保することが必要となる。一方で、粒径10μm以上のフェライトは一定量以下に抑える必要がある。また、結晶粒径が20μmを超えるフェライトが多数存在すると、シャルピー試験での靭性の低値の発生頻度が上昇する。そのため、板厚の1/4位置でのフェライト粒径分布において、粒径が20μmを超えるフェライトの個数割合は1.5%以下とする。20μmを超えるフェライトの個数割合は低いほど好ましい。これより、粒径10〜20μmのフェライト個数割合は13.5〜30%となる。
粒径が20μmを超えるフェライトの個数割合が1.5%以下であっても、板厚の1/4位置において粒径が22μmを超えるフェライトが存在する場合、シャルピー試験において−60℃における靭性の低値が発生する。したがって、フェライト粒径の最大値は22μm以下とする。
上述のように、低YRを得るには、鋼の金属組織中に一定量のフェライトを確保する必要がある。一定量のフェライトを確保する方法として、仕上げ圧延後に一定時間放冷することによって鋼板が所定の温度まで冷却させ、その後、水冷する方法がしばしば用いられている。
(b)第1冷却装置での平均冷却速度を10℃/s以上とする。
(c)第1冷却装置の出口から第2冷却装置の入口までの移動時間を10〜40sとする。
(d)第2冷却装置での冷却を、鋼板表面温度がAr3点−15℃〜Ar3点−100℃の範囲で開始し、550℃以下の範囲で停止する。
(e)第2冷却装置での平均冷却速度を15℃/sを超える速度とする。
加熱温度が1050℃未満である場合、オーステナイト結晶粒が微細化されるため、フェライト結晶粒が微細化される。この場合、強度が高くなりすぎるため、低YR化が困難になる。一方、加熱温度が1200℃を超える場合、オーステナイト結晶粒が粗大化し、低温靭性が低下するおそれがある。
900℃以下の温度範囲における累積圧下率RR900が30%未満と少ない場合、結晶粒が粗大化して、低温靭性が低下するおそれがある。したがって、RR900は30%以上とすることが好ましい。RR900は40%以上とすることがより好ましく、50%以上とすることがさらに好ましい。なお、RR900の定義は以下のとおりである。
RR900={(900℃における板厚−仕上げ圧延後の板厚)/900℃における板厚}×100(%)
圧延終了温度TFRが低くなり、Ar3点未満となると、初析フェライトが生成してしまい、変態の駆動力を得ることができないおそれがある。したがって、TFR(℃)は鋼板表面温度でAr3点以上とすることが好ましい。また、第一の冷却開始温度はAr3点以上とする必要があるため、より好ましい圧延終了温度は、Ar3点+50℃以上である。
第1冷却装置での冷却開始温度がTFR−50℃未満となると、フェライト変態の駆動力が低下する。そのため、粗大なフェライト粒が生成する確率が増える。冷却開始温度はTFR−40℃以上であるのがより好ましい。さらに冷却開始温度がAr3点未満の場合、初析フェライトが生成してしまい、粗大なフェライトの生成量が増えてくる。冷却開始温度はAr3点+20℃以上であるのがより好ましい。
第1冷却装置での平均冷却速度が10℃/s未満となると、冷却途中でフェライト変態が開始するため、フェライト粒の粒径分布は粗大化側にシフトする。冷却速度は15℃/sを超える速度とすることが好ましい。
第1冷却装置の出口から第2冷却装置の入口までの移動時間、すなわち、1次冷却と2次冷却との間の放冷時間は10〜40sとすることが好ましい。移動時間が10s未満となると、低YR化に必要なフェライト分率が十分に得られない。一方、移動時間が40sを超えると、フェライトの結晶粒が粗大化する傾向にあり、靭性が低下するだけでなく、生産効率の低下をもたらす。また、移動時間が40sを超えると、最適な温度範囲から第2冷却を開始できなくなる可能性がある。移動時間は20s以下とすることがより好ましい。
第2冷却装置での冷却開始温度が、鋼板の復熱によりAr3点−15℃を超えると、フェライト変態が進行せず低YRに必要なフェライトが得られなくなるおそれがある。一方、Ar3点−100℃未満となると、フェライトの変態駆動力が大きくなるため、フェライト分率が多くなりすぎる場合、またはフェライト粒径が微細になりすぎる場合がある。冷却開始温度は、Ar3点−30℃以下であるのがより好ましく、Ar3点−80℃以上であるのがより好ましい。
平均冷却速度が遅い場合、硬質組織の硬度が低下するため、引張強度が低下し、結果として、低YRが得られない。平均冷却速度を15℃/sを超える速度とすることが好ましい。平均冷却速度は25℃/s以上であるのがより好ましい。
Claims (5)
- 化学組成が、質量%で、
C:0.03〜0.10%、
Si:0.05〜0.5%、
Mn:0.9〜2.0%、
P:0.020%以下、
S:0.010%以下、
Nb:0.005〜0.05%、
Ti:0.005〜0.025%、
sol.Al:0.005〜0.090%、
N:0.001〜0.010%、
Cu:0〜0.50%、
Ni:0〜0.50%、
Cr:0〜0.20%、
Mo:0〜0.20%、
V:0〜0.06%、
B:0〜0.002%、
Ca:0〜0.005%、
Mg:0〜0.005%、
残部:Feおよび不純物であり、
下記(i)式を満足し、
板厚の1/4位置でのフェライト粒径分布において、
ナイタールで腐食し光学顕微鏡にて観察できる10μm未満のフェライトの個数割合が70〜85%、
10〜20μmのフェライトの個数割合が13.5〜30%、
20μmを超えるフェライトの個数割合が1.5%以下、かつ、
最大フェライト粒径が22μm以下、
である金属組織を有する、低降伏比鋼板。
0.10≦Cu+Ni+Cr+Mo≦1.0 ・・・(i)
但し、式中の各元素記号は、鋼板中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表す。 - 前記化学組成が、質量%で、
Cu:0.05〜0.50%、
Ni:0.05〜0.50%、
Cr:0.04〜0.20%および
Mo:0.005〜0.20%
から選択される1種以上を含有する、請求項1に記載の低降伏比鋼板。 - 前記化学組成が、質量%で、
V:0.005〜0.06%
を含有する、請求項1または請求項2に記載の低降伏比鋼板。 - 前記化学組成が、質量%で、
B:0.0002〜0.002%、
Ca:0.002〜0.005%および
Mg:0.001〜0.005%
から選択される1種以上を含有する、請求項1から請求項3までのいずれかに記載の低降伏比鋼板。 - 請求項1から請求項4までのいずれかに記載の低降伏比鋼板の製造方法であって、
請求項1から請求項4までのいずれかに記載の化学組成を有するスラブを
1050〜1200℃の温度範囲に加熱した後、
900℃以下の温度範囲における累積圧下率が30%以上、かつ、圧延終了温度TFR(℃)が鋼板表面温度でAr3点以上となる条件で圧延し、
圧延後、鋼板を製造ライン上で停止させることなく、第1冷却装置および第2冷却装置を含む加速冷却装置を用いて下記(a)〜(e)に示す条件で冷却処理を施す、低降伏比鋼板の製造方法。
(a)第1冷却装置での冷却を、鋼板表面温度がTFR〜TFR−50℃、かつ、Ar3点以上の範囲で開始し、Ar3点〜Ar3点−100℃の範囲で停止する。
(b)第1冷却装置での平均冷却速度を10℃/s以上とする。
(c)第1冷却装置の出口から第2冷却装置の入口までの移動時間を10〜40sとする。
(d)第2冷却装置での冷却を、鋼板表面温度がAr3点−15℃〜Ar3点−100℃の範囲で開始し、550℃以下の範囲で停止する。
(e)第2冷却装置での平均冷却速度を15℃/sを超える速度とする。
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