JP6969601B2 - Steel plate and its manufacturing method - Google Patents

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  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Description

本発明は、例えば船舶、海洋構造物、低温貯蔵タンク、ラインパイプおよび建築・土木構造物等の大型構造物に使用される、脆性亀裂伝播停止特性に優れた鋼板およびその製造方法に関する。特に、かかる構造物が、衝突や大地震等による不慮の大変形を受けた際およびその後にも、優れた脆性亀裂伝播停止特性を示すことのできる鋼板およびその製造方法に関するものである。ここで、脆性亀裂伝播停止特性とは、脆性亀裂の伝播を停止させる性能を意味する。 The present invention relates to a steel sheet having excellent brittle crack propagation stopping characteristics and a method for manufacturing the same, which is used for large structures such as ships, marine structures, low temperature storage tanks, line pipes and construction / civil engineering structures. In particular, the present invention relates to a steel sheet and a method for manufacturing the same, which can exhibit excellent brittle crack propagation stopping characteristics when and after the structure is unexpectedly deformed due to a collision, a large earthquake, or the like. Here, the brittle crack propagation stop characteristic means the ability to stop the propagation of brittle cracks.

船舶、海洋構造物、低温貯蔵タンク、ラインパイプおよび建築・土木構造物等の大型構造物において、脆性破壊に伴う事故は経済や環境に及ぼす影響が大きい。かような事故に対して高度の安全性が求められている。このため、これらの構造物に使用される鋼材に対して、低温靭性が要求されることが多い。最近では、特に、不慮の事故等で構造物に亀裂が発生した場合であっても、破壊に至ることを防止する観点から、低温における脆性亀裂伝播停止特性、いわゆるアレスト特性が要求されるようになった。このような背景から造船分野においては、2009年に日本海事協会より「脆性亀裂アレスト設計指針」が発行され、さらに2013年には国際船級協会連合より極厚鋼板の適用に関する統一規則において、高アレスト鋼に対する考え方が示される等、ますます関心が高まっている。 In large structures such as ships, marine structures, low temperature storage tanks, line pipes and construction / civil engineering structures, accidents associated with brittle fracture have a great impact on the economy and the environment. A high degree of safety is required for such accidents. For this reason, low temperature toughness is often required for the steel materials used in these structures. Recently, in particular, brittle crack propagation stop characteristics at low temperatures, so-called arrest characteristics, are required from the viewpoint of preventing fracture even when cracks occur in the structure due to an unexpected accident or the like. became. Against this background, in the field of shipbuilding, the Nippon Kaiji Kyokai issued the "Brittle Rhagades Arest Design Guideline" in 2009, and in 2013, the International Association of Classification Societies issued a high arrest in the unified rules regarding the application of extra-thick steel sheets. Interest is increasing more and more, such as showing the way of thinking about steel.

通常、構造物は大きな塑性変形を受けることが多いため、実際に発生する不慮の事故を想定すると、鋼材には塑性変形による損傷を受けた際およびその後においても、所定の低温靭性を有することが必要であると考えられる。特に近年、船舶用の鋼材では、塑性変形を受けた後においても高い脆性亀裂伝播停止特性、例えば10%の塑性変形を受けた後において、−10℃における破壊靭性値、すなわちKca(−10℃)が6000N/mm1.5以上という、高い破壊靭性値が要求されることが増えてきている。 Normally, structures are often subjected to large plastic deformation, so assuming an unexpected accident that actually occurs, the steel material may have a predetermined low temperature toughness even when it is damaged by plastic deformation and thereafter. It is considered necessary. Especially in recent years, steel materials for ships have high brittle crack propagation stop characteristics even after undergoing plastic deformation, for example, the fracture toughness value at -10 ° C, that is, Kca (-10 ° C) after undergoing 10% plastic deformation. ) Is 6000 N / mm 1.5 or more, and a high fracture toughness value is increasingly required.

また、阪神淡路大震災における大型建築構造物の脆性破壊的な破損事故の経験から、構造物が大きな力を受け大きな塑性変形を生じた場合であっても、繰り返し起こる地震の余震応力あるいはその後の構造物の継続使用に対する安全性の確保の点から、建築構造用鋼材においては、塑性変形を受けた後に十分な低温靭性を有することが求められている。 In addition, from the experience of brittle and destructive damage accidents of large-scale building structures in the Great Hanshin-Awaji Earthquake, even if the structure receives a large force and undergoes large plastic deformation, the after-seismic stress of repeated earthquakes or the subsequent structure From the viewpoint of ensuring safety for continuous use of materials, steel materials for building structures are required to have sufficient low-temperature toughness after undergoing plastic deformation.

このような高い脆性亀裂伝播停止特性は、塑性変形を受けない圧延ままの状態であっても容易に実現できるものではない。また、鋼材は塑性変形を受けて加工硬化するとその靭性が低下するのが一般的であり、塑性変形後の状態において、優れた脆性亀裂伝播停止特性を実現するのはさらに困難であるといえる。 Such a high brittle crack propagation stop property cannot be easily realized even in a rolled state that is not subjected to plastic deformation. Further, it is general that the toughness of a steel material decreases when it is work-hardened by undergoing plastic deformation, and it can be said that it is more difficult to realize excellent brittle crack propagation stop characteristics in the state after plastic deformation.

鋼材の低温靭性、特に脆性亀裂伝播停止特性を向上させる手段として、従来、Ni含有量を増加させる方法が知られており、液化天然ガス(LNG)の貯槽タンクにおいては、9%Ni鋼が商業規模で使用されている。しかし、Ni含有量の増加はコストの大幅な上昇を余儀なくさせるため、LNG貯槽タンク以外の用途にはその適用が難しい。 As a means for improving the low temperature toughness of steel materials, especially the brittle crack propagation stopping property, a method of increasing the Ni content has been conventionally known. In the storage tank of liquefied natural gas (LNG), 9% Ni steel is commercially available. Used on a scale. However, since an increase in Ni content inevitably leads to a significant increase in cost, it is difficult to apply it to applications other than LNG storage tanks.

一方、LNGのような極低温まで至らない、いわゆる寒冷地仕様あるいはわが国における冬季仕様の場合は、従来、制御圧延と制御冷却とを組み合わせた加工熱処理方法、いわゆるTMCP法(Thermo−Mechanical Control Process)が広く用いられてきた。この方法は、(1)オーステナイトの再結晶を繰り返すことで、オーステナイトの細粒化を図ること、(2)オーステナイトの低温未再結晶域の圧延における累積圧下率を大きくとり、オーステナイト粒の展伸を増大させて、多数の変形帯を導入することで、その後のフェライト変態に際し、フェライトの核発生サイトを増加させてフェライトの細粒化を図ること、及び(3)圧延後の制御冷却におけるγ/α変換比の調整によるフェライトの細粒化と微細ベイナイト組織の導入を図ることを特徴とするものである。 On the other hand, in the case of so-called cold region specifications such as LNG, which does not reach extremely low temperatures, or winter specifications in Japan, the so-called TMCP method (Thermo-Mechanical Control Process), which is a processing heat treatment method that combines controlled rolling and controlled cooling, has been conventionally performed. Has been widely used. In this method, (1) austenite is repeatedly recrystallized to make austenite finer, and (2) the cumulative rolling reduction of austenite in the low-temperature unrecrystallized region is increased, and the austenite grains are expanded. By increasing the number of deformation zones and introducing a large number of deformation zones, in the subsequent ferrite transformation, the number of ferrite nucleation sites is increased to make the ferrite finer, and (3) γ in controlled cooling after rolling. It is characterized by finely granulating ferrite and introducing a fine bainite structure by adjusting the / α conversion ratio.

TMCP法は、船舶やラインパイプに使用される鋼板の板厚が比較的薄手の鋼材に対しては、きわめて優れた脆性亀裂伝播停止特性を付与することができる。しかし、鋼材の板厚が増加して、例えば板厚が40mmを超える鋼材になると、脆性亀裂伝播停止特性に、改善の余地が残されていた。 The TMCP method can impart extremely excellent brittle rhagades propagation stopping characteristics to steel materials with relatively thin steel plates used for ships and line pipes. However, when the plate thickness of the steel material increases, for example, when the plate thickness exceeds 40 mm, there is room for improvement in the brittle crack propagation stop characteristic.

また、制御圧延において、変態したフェライトに圧下を加えて集合組織を発達させることにより、脆性亀裂伝播停止特性の向上を図るTMCP法も知られている。これは、鋼材の破壊面上にセパレーションを板厚方向と平行な方向に生成させて、脆性亀裂先端の応力を緩和させることにより、脆性破壊に対する抵抗を高める方法である。しかし、鋼材の板厚が厚くなると、このようなTMCP法の効果を十分に発揮させるのが困難となる。また変態点以下で過度の加工を加えると、鋼材の板厚方向の靭性が劣化するという問題があった。 Further, in controlled rolling, a TMCP method is also known in which the brittle crack propagation stop characteristic is improved by rolling down the transformed ferrite to develop an texture. This is a method of increasing the resistance to brittle fracture by generating a separation on the fracture surface of the steel material in a direction parallel to the plate thickness direction and relaxing the stress at the tip of the brittle crack. However, when the plate thickness of the steel material becomes thick, it becomes difficult to fully exert the effect of such a TMCP method. Further, if excessive processing is applied below the transformation point, there is a problem that the toughness of the steel material in the plate thickness direction deteriorates.

一方、近年、合金コストを上昇させることなく、鋼材の表層部の組織を超微細化する技術が、脆性亀裂伝播停止特性を向上させる手段として提案されている。例えば、特許文献1では、脆性亀裂が伝播する際に、鋼材表層部に発生するシアリップ(塑性変形領域)が脆性亀裂伝播停止特性の向上に効果があることに着目し、シアリップ部分の結晶粒を微細化させて、伝播する脆性亀裂が有する伝播エネルギーを吸収させる方法が開示されている。 On the other hand, in recent years, a technique for ultra-miniaturizing the structure of the surface layer portion of a steel material without increasing the alloy cost has been proposed as a means for improving the brittle crack propagation stop property. For example, in Patent Document 1, it is noted that the shear lip (plastic deformation region) generated in the surface layer portion of the steel material is effective in improving the brittle crack propagation stop property when the brittle crack propagates, and the crystal grains in the shear lip portion are described. A method of making the particles finer to absorb the propagation energy of the propagating brittle crack is disclosed.

これは、熱間圧延後の制御冷却により表層部分をAr3変態点以下に冷却し、その後制御冷却を停止して表層部分を変態点以上に復熱させる工程を1回以上繰り返して行い、この間に、鋼材に対して圧下力を加えることにより、繰り返し変態又は加工再結晶を生じさせて、表層部分に超微細なフェライト組織又はベイナイト組織を生成させるというものである。 This is performed by repeating the process of cooling the surface layer portion below the Ar 3 transformation point by controlled cooling after hot rolling, then stopping the controlled cooling to reheat the surface layer portion above the transformation point, and during this period. In addition, by applying a rolling force to the steel material, repeated transformation or processing recrystallization is generated, and an ultrafine ferrite structure or bainite structure is formed on the surface layer portion.

また、特許文献2では、脆性亀裂伝播停止特性を向上させる鋼材の表層部の組織が、平均円相当径で3μm以下の微細フェライト結晶粒若しくはベイナイト組織であること、かつその微細結晶粒が集合組織を形成し結晶粒が扁平していることが有効であることが開示されている。 Further, in Patent Document 2, the structure of the surface layer portion of the steel material that improves the brittle crack propagation stop characteristic is a fine ferrite crystal grain or a bainite structure having an average circle equivalent diameter of 3 μm or less, and the fine crystal grain is an aggregate structure. It is disclosed that it is effective to form a grain and flatten the crystal grains.

一方、鋼材には安全性の観点から、鋼材に溶接施工が施された場合の溶接熱影響部の靭性も要求される。その際、最も問題となるのは溶接熱影響部のうちのボンド部の靭性である。なぜなら、ボンド部は、大入熱溶接時に融点直下の高温にさられるため、オーステナイト結晶粒が最も粗大化しやすく、その後の冷却によって脆弱な上部ベイナイト組織に変態しやすい場所だからである。また、ボンド部では、ウッドマンステッテン組織や島状マルテンサイトといった脆化組織が生成しやすく、このことも靭性が低下する要因となっている。なお、本発明においてボンド部とは、鋼材の接合面であって、大入熱溶接時に、融点近傍(1500℃程度)になる場所である。 On the other hand, from the viewpoint of safety, the toughness of the weld heat-affected zone when the steel material is welded is also required for the steel material. At that time, the most important issue is the toughness of the bond portion of the weld heat-affected zone. This is because the bond portion is exposed to a high temperature just below the melting point at the time of high heat input welding, so that the austenite crystal grains are most likely to be coarsened, and are easily transformed into a fragile upper bainite structure by subsequent cooling. Further, in the bond portion, embrittled structures such as Woodmanstedten structure and island-like martensite are likely to be generated, which also causes a decrease in toughness. In the present invention, the bond portion is a joint surface of a steel material, which is a place near the melting point (about 1500 ° C.) at the time of high heat input welding.

ここで、ボンド部の靭性向上策として、これまでTiNの微細分散によるオーステナイトの粗大化抑制やフェライト変態核としての利用技術が実用化されてきた。
また、特許文献3や、入熱量230kJ/cmの溶接ボンド部での靭性改善を目指した特許文献4には、希土類元素(REM)をTiと複合添加することにより、鋼中に微細粒子を分散させてオーステナイトの粒成長を防止し、ボンド部の靭性向上を図る方法が示されている。
さらに、Tiの酸化物を分散させた技術やBNのフェライト核生成能を組み合わせたボンド部の靭性向上策技術も開発されている。この他、CaやREMを添加することで硫化物の形態を制御し、より高靭性のボンド部を得られることが知られている。
Here, as a measure for improving the toughness of the bond portion, techniques for suppressing coarsening of austenite by fine dispersion of TiN and using it as a ferrite transformation nucleus have been put into practical use.
Further, in Patent Document 3 and Patent Document 4 aiming at improving toughness in a welded bond portion having a heat input amount of 230 kJ / cm, fine particles are dispersed in steel by compound-adding a rare earth element (REM) with Ti. A method of preventing the grain growth of austenite and improving the toughness of the bonded portion is shown.
Further, a technique for dispersing Ti oxide and a technique for improving the toughness of the bonded portion by combining the ferrite nucleation ability of BN have been developed. In addition, it is known that the morphology of sulfide can be controlled by adding Ca or REM, and a bond portion having higher toughness can be obtained.

特開平4−141517号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 4-141517 特開平5−271863号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 5-271863 特公平03−53367号公報Special Fair 03-53367 Gazette 特開昭60−184663公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-184663 特開平8−225836号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 8-225836 特開平8−253812号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 8-253812 特開平11−256228号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 11-256228

溶接学会論文集第15巻第1号148〜154ページ(1997)Proceedings of the Japan Welding Society, Vol. 15, No. 1, pp. 148-154 (1997)

しかし、上記の特許文献1や2に開示された技術は、鋼材表層部のみを一旦冷却した後に復熱させ、かつ復熱中に加工を加えることによって、脆性亀裂伝播停止特性に効果のある組織を得るものであり、実生産規模ではその制御が容易ではないと考えられる。また、上記発明は、フェライトが加工再結晶することを利用して微細組織を得ているが、加工再結晶フェライトは成長が起こり易く組織的な安定性に欠ける。そのため、微妙な熱履歴の変動によって組織や材質の不均一が生じやすいという問題があった。 However, the techniques disclosed in Patent Documents 1 and 2 described above provide a structure effective for brittle rhagades propagation stop characteristics by temporarily cooling only the surface layer of the steel material, reheating it, and processing it during the reheating. It is gained, and it is considered that it is not easy to control it on an actual production scale. Further, in the above invention, a fine structure is obtained by utilizing the processing and recrystallization of ferrite, but the processed and recrystallized ferrite tends to grow and lacks structural stability. Therefore, there is a problem that non-uniformity of the structure and the material is likely to occur due to a slight change in the heat history.

他方、特許文献5では、圧延機に付属するデスケーリング装置を改良して、冷却と圧延のタイミングを制御する方法を採用する。かかる方法の採用により、特許文献3では、上述した微細フェライト結晶粒等の不安定な組織等の安定化を図ることが提案されている。
しかし、この方法は、限られたスペースに配置されているデスケーリング装置を、本来の目的とは異なる用途にまで拡大して用いている。そのため、大幅な能力増強を目指した改造が必要となる等、エンジニアリング上の制約がある。さらには熱履歴の影響を受けやすいフェライト組織の不安定性を根本的に解決するには至っていない方法と考えられる。
On the other hand, in Patent Document 5, a method of improving the descaling device attached to the rolling mill to control the timing of cooling and rolling is adopted. By adopting such a method, Patent Document 3 proposes to stabilize an unstable structure such as the above-mentioned fine ferrite crystal grains.
However, this method expands the descaling device, which is arranged in a limited space, to an application different from the original purpose. Therefore, there are engineering restrictions such as the need for remodeling aimed at significantly increasing capacity. Furthermore, it is considered that the method has not been able to fundamentally solve the instability of the ferrite structure, which is easily affected by the thermal history.

ここで、先行技術に記載されたように、脆性亀裂伝播停止特性に優れる超微細組織が安定して得られたとしても、非特許文献1に示されているように、かかる超微細組織は必然的に表層部の硬さを増加させる。すなわち、板厚中心部のビッカース硬さ160〜170に対して表層部のビッカース硬さは約200を超えるなど、板厚中心部の硬さに比べて表層部の硬さは著しく高くなる。そのことから、かかる表層部の超微細組織は、例え良好な脆性亀裂伝播停止特性が得られたとしても、それを相殺してしまうのではないかという危惧がある。 Here, as described in the prior art, even if an ultrafine structure having excellent brittle crack propagation stopping characteristics is stably obtained, such an ultrafine structure is inevitable as shown in Non-Patent Document 1. Increases the hardness of the surface layer. That is, the hardness of the surface layer portion is significantly higher than the hardness of the central portion of the plate thickness, such that the Vickers hardness of the surface layer portion exceeds about 200 with respect to the Vickers hardness of the central portion of the plate thickness of 160 to 170. Therefore, there is a concern that the ultrafine structure of the surface layer may offset even if good brittle crack propagation stopping characteristics are obtained.

そこで、特許文献6では、板厚方向の硬度分布の均一化を目的として、Vを添加した鋼を用いる。かかる鋼を加熱したスラブを直接冷却して温度差を付与することで鋼組織にフェライトを生成させ、次いで、かかる鋼を圧延し、圧延途中又は圧延終了後に再度変態点近傍の温度域で復熱させる方法が提案されている。この方法は、Vの析出硬化を板厚中心部だけに作用させることで、板厚方向の硬度分布の均一化を達成し、脆性亀裂伝播停止特性の向上を図るものである。
しかし、V化合物の適切な析出には、プロセスを一層複雑にすることが必要となるため、上述した組織の不安定性の解決には必ずしも結びつかないと考えられる。
Therefore, in Patent Document 6, V-added steel is used for the purpose of making the hardness distribution in the plate thickness direction uniform. Ferrite is generated in the steel structure by directly cooling the heated slab of the steel to give a temperature difference, and then the steel is rolled and reheated again in the temperature range near the transformation point during or after rolling. A method to make it is proposed. In this method, the precipitation hardening of V is applied only to the central portion of the plate thickness to achieve uniform hardness distribution in the plate thickness direction and to improve the brittle crack propagation stop characteristic.
However, proper precipitation of the V compound requires further complication of the process and is therefore not considered to necessarily lead to the resolution of the above-mentioned tissue instability.

以上述べてきたように、上記した先行技術は、鋼材の表面に超微細な組織を形成して脆性亀裂伝播停止特性を向上させることを意図した技術であるが、いずれも、工業的な規模で当該組織を安定して得ることは難しいと考えられる。また、これらの先行技術において、開示された鋼材自体は、優れた脆性亀裂伝播停止特性を有することが示されているものの、塑性変形を受けた後の破壊靭性値については言及していない。そのため、塑性変形を受けた後において、脆性亀裂伝播停止特性が十分なものであるのか否かが明らかではなかった。 As described above, the above-mentioned prior art is a technique intended to form an ultrafine structure on the surface of a steel material to improve the brittle crack propagation stop property, but all of them are on an industrial scale. It is considered difficult to obtain the tissue in a stable manner. Further, in these prior arts, the disclosed steel material itself has been shown to have excellent brittle crack propagation stopping properties, but does not mention the fracture toughness value after undergoing plastic deformation. Therefore, it was not clear whether the brittle crack propagation stop property was sufficient after undergoing plastic deformation.

ここで、特許文献7には、フェライト結晶粒の細粒化だけでなく、当該フェライト結晶粒内に形成されるサブグレインが脆性亀裂伝播停止特性に大きな役割を果たしていること、および、これらのフェライト結晶粒およびそのサブグレイン組織と、製造条件であるTMCP法の条件との関係について明らかにすることで上記諸問題を解決した技術が記載されている。 Here, Patent Document 7 states that not only the ferrite crystal grains are refined, but also the subgrains formed in the ferrite crystal grains play a major role in the brittle crack propagation stop property, and these ferrites. A technique for solving the above problems by clarifying the relationship between the crystal grains and their subgrain structure and the conditions of the TMCP method, which is a production condition, is described.

この技術によって、前記組織を有する鋼板を工業的な規模にて安定して得ることができ、塑性変形を受けた後の、0℃における破壊靭性値すなわちKca(0℃)を向上することに成功している。しかしながら、近年では、塑性変形を受けた後のより低い温度域で高い破壊靭性値を示すことが求められるようになってきている。例えば−10℃での破壊靭性値、すなわちKca(−10℃)を高めることが希求されている点、特許文献5に記載の技術は未だ改良の余地を残していた。 With this technique, a steel sheet having the structure can be stably obtained on an industrial scale, and the fracture toughness value at 0 ° C., that is, Kca (0 ° C.) after undergoing plastic deformation has been successfully improved. doing. However, in recent years, it has become required to exhibit a high fracture toughness value in a lower temperature range after undergoing plastic deformation. For example, the technique described in Patent Document 5 still has room for improvement in that it is desired to increase the fracture toughness value at −10 ° C., that is, Kca (-10 ° C.).

また、板厚50mm程度の厚肉材に溶接施工が施された場合を考えると、厚肉材の溶接には入熱が300kJ/cmを超える大入熱溶接が適用されることがある。しかしながら、前述した従来技術においては、かかる大入熱溶接が適用されると、特に前記ボンド部で十分な靭性が得られないという問題があった。
すなわち、TiNを主体に利用する技術では、ボンド部においてTiNが溶解する温度域に加熱されるので、オーステナイトの粗大化抑制やフェライト変態核としての作用がなくなるだけでなく、固溶TiやNの生成によって他の組織の脆化が起こり、著しい靭性の低下が見られるという問題があった。また、CaやREMを添加する、上記の特許文献3や4に開示された技術においても、TiNを主体に利用する技術と同様の現象が生じて大入熱溶接でのボンド部の高靭性を確保することは困難であるという問題があった。さらに、Tiの酸化物を使った技術では、酸化物の微細分散が十分均質にできないという問題があった。
Further, considering the case where welding is performed on a thick material having a plate thickness of about 50 mm, large heat input welding with a heat input of more than 300 kJ / cm may be applied to the welding of the thick material. However, in the above-mentioned conventional technique, when such large heat input welding is applied, there is a problem that sufficient toughness cannot be obtained particularly at the bond portion.
That is, in the technology mainly using TiN, since the bond portion is heated to the temperature range where TiN melts, not only the suppression of austenite coarsening and the action as a ferrite transformation nucleus disappear, but also the solid solution Ti and N There was a problem that the formation caused embrittlement of other tissues and a significant decrease in toughness was observed. Further, even in the techniques disclosed in the above-mentioned Patent Documents 3 and 4 in which Ca and REM are added, the same phenomenon as the technique mainly using TiN occurs, and the high toughness of the bond portion in the large heat input welding is improved. There was a problem that it was difficult to secure. Further, the technique using the oxide of Ti has a problem that the fine dispersion of the oxide cannot be sufficiently homogeneous.

本発明は、大入熱溶接を適用してもボンド部において高靭性を有しかつ、塑性変形を受けた後であっても、−10℃という低温で、高い脆性亀裂伝播停止特性を有するために必要な組織を明らかにすることにより、優れた低温脆性亀裂伝播停止特性を有する鋼板を提供することを目的とする。また、本発明は、そのような組織を、鋼板に高価な合金元素を使用することなく、かつ安定して得ることができる製造方法を併せて提供することを目的とする。 The present invention has high toughness in the bonded portion even when high heat input welding is applied, and has high brittle crack propagation stopping characteristics at a low temperature of -10 ° C even after undergoing plastic deformation. By clarifying the structure required for the above, it is an object of the present invention to provide a steel plate having excellent low temperature brittle crack propagation stopping characteristics. Another object of the present invention is to provide a manufacturing method capable of stably obtaining such a structure without using an expensive alloying element for a steel sheet.

発明者らは、鋼材が製造されたままの状態のみならず、塑性変形を受けた後においても脆性亀裂伝播停止特性に優れた鋼材の開発を目標とし、組織と脆性亀裂伝播停止特性との関係を調査した。特に、脆性亀裂伝播停止特性に効果のある安定した組織を見出し、TMCP法の条件(以下単にTMCP条件という)との関係の検討を行った。この検討においては、特に大型構造物に多く用いられる、引張強さが400MPa級から510MPa級の構造用鋼を用いた。供試鋼は、連続鋳造により鋼片とした後、種々のTMCP条件で鋼材を製造した。
かかる検討を鋭意重ねた結果、以下に述べるように、塑性変形を受けた後にも優れた脆性亀裂伝播停止特性を有する鋼板と、当該鋼板を安定して得ることができる製造方法とを完成するに至った。
The inventors aimed to develop a steel material having excellent brittle crack propagation stop characteristics not only in the state where the steel material was manufactured but also after being subjected to plastic deformation, and the relationship between the structure and the brittle crack propagation stop characteristics. investigated. In particular, we found a stable structure that is effective for brittle crack propagation stop characteristics, and examined the relationship with the conditions of the TMCP method (hereinafter simply referred to as TMCP conditions). In this study, structural steel having a tensile strength of 400 MPa class to 510 MPa class, which is often used especially for large structures, was used. The test steel was made into steel pieces by continuous casting, and then steel materials were manufactured under various TMCP conditions.
As a result of diligent studies, as described below, a steel sheet having excellent brittle crack propagation stopping characteristics even after being subjected to plastic deformation and a manufacturing method capable of stably obtaining the steel sheet have been completed. I arrived.

すなわち、本発明において、脆性亀裂伝播停止特性の向上には、鋼板の靭性の向上と圧延による集合組織の活用とが重要になる。
まず、靭性の向上手法としては、フェライト相およびパーライト相を主体の組織とする鋼材において、フェライトおよびパーライト結晶粒の細粒化が有効な手段であることを確認した。ここで言うフェライト相およびパーライト相が主体とは、フェライト相およびパーライト相が面積率で50%以上を占めことである。また、本発明の鋼板の組織の残部は、通常の鋼板で認められる組織であれば特に限定されない。残部組織としては、ベイナイト又は/及びマルテンサイト等が挙げられる。
That is, in the present invention, in order to improve the brittle crack propagation stop property, it is important to improve the toughness of the steel sheet and utilize the texture by rolling.
First, as a method for improving toughness, it was confirmed that fine graining of ferrite and pearlite crystal grains is an effective means for steel materials mainly composed of a ferrite phase and a pearlite phase. The term "ferrite phase and pearlite phase" as used herein means that the ferrite phase and the pearlite phase occupy 50% or more of the area ratio. Further, the rest of the structure of the steel sheet of the present invention is not particularly limited as long as it has a structure recognized by a normal steel sheet. Examples of the remaining tissue include bainite and / and martensite.

一方、集合組織の活用については、セパレーションの発生による亀裂先端の応力を緩和させる手法が用いられることが多い。しかしながら、塑性変形後にKca(−10℃)を高く、例えば6000N/mm1.5以上を達成するために必要となる、セパレーションを発生させる圧延条件では、得られる鋼材の靭性が低下してしまう可能性が高い。 On the other hand, for the utilization of the texture, a method of relaxing the stress at the tip of the crack due to the generation of separation is often used. However, under the rolling conditions that generate separation, which is necessary to achieve a high Kca (-10 ° C) after plastic deformation, for example, 6000 N / mm 1.5 or more, the toughness of the obtained steel material may decrease. high.

そこで、本発明では、セパレーションの発生手法による向上ではなく、亀裂の伝播方向に対して抵抗となる方位に、へき開面を集積させる手法を用いることとした。具体的には、集合組織が発達していない、いわゆるランダムな場合と比較して、{100}<011>方位の組織を5.5倍以上に集積させる、集合組織を活用することとした。 Therefore, in the present invention, it is decided to use a method of accumulating cleavage planes in a direction that resists the propagation direction of cracks, instead of improving by a method of generating separation. Specifically, it was decided to utilize an aggregate structure that accumulates tissues in the {100} <011> orientation 5.5 times or more as compared with the so-called random case in which the aggregate structure is not developed.

また、本発明では、上記脆性亀裂伝播停止特性の向上と共に、ボンド部の高靭性化を図るために鋭意検討を行った。
その結果、ボンド部の靭性は脆化組織に影響されること、そして、この脆化組織は硫化物の形態制御の役割を担うCaの添加方法を制御することにより大きく改善できることをそれぞれ知見した。
Further, in the present invention, in order to improve the brittle crack propagation stopping property and to improve the toughness of the bonded portion, a diligent study was conducted.
As a result, it was found that the toughness of the bond portion is affected by the embrittled structure, and that this embrittled structure can be greatly improved by controlling the method of adding Ca, which plays a role in controlling the morphology of sulfide.

すなわち、本発明では、Caの添加方法として、鋼を溶製する際の凝固段階でCaSを晶出させるようにした。さらに、Ca、Sの添加量および添加時の溶鋼中の溶存酸素量を制御することによって、CaSの晶出後に固溶S量を確保すれば、CaSの表面上にMnSが析出することを見出した。
かかるMnSにはフェライト核生成能があることが知られているが、さらに、その周囲にMnの希薄帯を形成するとフェライト変態が促進されることを知見した。また、MnS上にTiN、BN、AlN等のフェライト生成核が析出することによって、より一層、フェライト変態が促進されることを併せて知見した。
これらの知見から、発明者らは、高温でも溶解しないフェライト変態生成核を微細分散させることに成功し、ボンド部の組織微細化および高靭性化を可能ならしめた。
That is, in the present invention, as a method for adding Ca, CaS is crystallized at the solidification stage when melting steel. Furthermore, it was found that if the amount of Ca and S added and the amount of dissolved oxygen in the molten steel at the time of addition are controlled to secure the amount of solid solution S after the crystallization of CaS, MnS is deposited on the surface of CaS. rice field.
It is known that such MnS has a ferrite nucleation ability, and it has been found that formation of a dilute band of Mn around the MnS promotes ferrite transformation. It was also found that the precipitation of ferrite-generated nuclei such as TiN, BN, and AlN on MnS further promotes ferrite transformation.
Based on these findings, the inventors succeeded in finely dispersing ferrite metamorphosis-generated nuclei that do not dissolve even at high temperatures, and made it possible to make the structure of the bond portion finer and tougher.

本発明は上記の知見に基づき得られたものであり、本発明の要旨構成は次のとおりである。
1.質量%で、C:0.03〜0.20%、Si:1.0%以下、Mn:1.0〜2.0%、Al:0.005〜0.08%、P:0.015%以下,S:0.010%以下、Nb:0.003〜0.017%、Ti:0.005〜0.02%、N:0.0035〜0.0075%、Ca:0.0005〜0.0030%およびB:0.0005〜0.0020%含有し、かつ、Ca,OおよびSが、以下の(1)式を満たし、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成と、フェライトおよびパーライトを主体とする組織とを有し、前記組織は、板厚1/2部における{100}<011>方位強度が5.5以上および、該板厚1/2部におけるフェライト相およびパーライト相の結晶粒の10%以上がアスペクト比:2以上かつ短軸径:5μm以下であり、10%の歪を付与後の該鋼板のKca(−10℃)が6000N/mm1.5以上で、ボンド部のシャルピー靱性値がvTrs≦−30℃である鋼板。
0<([Ca%]−(0.18+130×[Ca%])×[O%])/1.25/[S%]<1 ・・・(1)
ただし、[Ca%],[O%],[S%]は各成分(Ca,OおよびS)の鋼中含有量(質量%)をあらわす。
The present invention has been obtained based on the above findings, and the gist structure of the present invention is as follows.
1. 1. By mass%, C: 0.03 to 0.20%, Si: 1.0% or less, Mn: 1.0 to 2.0%, Al: 0.005 to 0.08%, P: 0.015 % Or less, S: 0.010% or less, Nb: 0.003 to 0.017%, Ti: 0.005 to 0.02%, N: 0.0035 to 0.0075%, Ca: 0.0005 to A component composition containing 0.0030% and B: 0.0005 to 0.0020%, Ca, O and S satisfying the following formula (1), and the balance consisting of Fe and unavoidable impurities, and ferrite. And a structure mainly composed of pearlite, the structure has a {100} <011> orientation strength of 5.5 or more at 1/2 part of the plate thickness, and a ferrite phase and pearlite at 1/2 part of the plate thickness. 10% or more of the crystal grains of the phase have an aspect ratio of 2 or more and a minor axis diameter of 5 μm or less, and the Kca (-10 ° C.) of the steel plate after applying a strain of 10% is 6000 N / mm 1.5 or more and a bond. A steel plate having a charpy toughness value of vTrs ≤ −30 ° C.
0 <([Ca%]-(0.18 + 130 x [Ca%]) x [O%]) / 1.25 / [S%] <1 ... (1)
However, [Ca%], [O%], and [S%] represent the content (mass%) of each component (Ca, O, and S) in the steel.

ここで、前記板厚1/2部は、鋼板の表面(圧延された面)から板厚の1/2の深さの位置を意味する。 Here, the 1/2 portion of the plate thickness means a position at a depth of 1/2 of the plate thickness from the surface (rolled surface) of the steel plate.

2.前記成分組成がさらに、質量%で、Cu:0.01〜0.5%、Ni:0.01〜1.5%、Cr:0.01〜0.5%、Mo:0.01〜0.5%、V:0.001〜0.15%およびREM:0.0100%以下のうちから選んだ1種または2種以上を含有することを特徴とする前記1に記載の鋼板。 2. 2. Further, the component composition is, in mass%, Cu: 0.01 to 0.5%, Ni: 0.01 to 1.5%, Cr: 0.01 to 0.5%, Mo: 0.01 to 0. The steel sheet according to 1 above, which contains one or more selected from 5.5%, V: 0.001 to 0.15% and REM: 0.0100% or less.

3.前記1または2に記載の成分組成を有する鋼素材に、少なくとも、Ac3点以上、1000℃以下に加熱を行う(a)工程と、次いで、(Ar3点−5℃)以下、(Ar3点−150℃)以上の温度域にて、1パス当たりの圧下率の平均値が4%以上かつ累積圧下率50%以上の圧延を行う(b)工程と、その後、冷却速度5℃/s以上で600℃以下の温度域まで制御冷却する(c)工程とを施す鋼板の製造方法。 3. 3. The step (a) of heating the steel material having the component composition according to 1 or 2 to at least Ac 3 points or more and 1000 ° C. or less, and then (Ar 3 points −5 ° C.) or less, (Ar 3). Step (b) of rolling with an average rolling reduction rate of 4% or more and a cumulative rolling reduction rate of 50% or more per pass in a temperature range of −150 ° C.) or higher, followed by a cooling rate of 5 ° C./s. A method for manufacturing a steel sheet, which comprises the step (c) of controlling and cooling to a temperature range of 600 ° C. or lower.

4.前記(c)工程の後に、Ac1点以下の温度域での焼戻しを行う前記3に記載の鋼板の製造方法。 4. The method for manufacturing a steel sheet according to 3 above, wherein after the step (c) , tempering is performed in a temperature range of 1 Ac or less.

本発明によれば、塑性変形を受けた後であっても、優れた脆性亀裂伝播停止特性を低温域においても有する。このため、大型構造物に使用された際に、不慮の事故等により鋼材が大変形を受けた場合でも、構造物の大規模な崩壊に至ることを防止することができる。 According to the present invention, even after undergoing plastic deformation, it has excellent brittle crack propagation stopping characteristics even in a low temperature region. Therefore, when it is used for a large structure, even if the steel material is greatly deformed due to an unexpected accident or the like, it is possible to prevent the structure from collapsing on a large scale.

以下、本発明を具体的に説明する。本発明に従う鋼板においては、成分組成、集合組織および鋼板内部の組織を以下のように規定する。 Hereinafter, the present invention will be specifically described. In the steel sheet according to the present invention, the composition, the texture, and the structure inside the steel sheet are defined as follows.

[成分組成]
まず、本発明において鋼の成分組成を限定する理由を説明する。なお、成分組成に関する「%」表示は、特に断らない限り「質量%」を意味するものとする。
[Ingredient composition]
First, the reason for limiting the composition of steel in the present invention will be described. The "%" indication regarding the component composition shall mean "mass%" unless otherwise specified.

C:0.03〜0.20%
Cは、鋼の強度を向上する元素であり、本発明では、所望の強度を確保するために0.03%以上の含有を必要とする。一方、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%とする。なお、C含有量は0.04〜0.15%とすることが好ましい。
C: 0.03 to 0.20%
C is an element that improves the strength of steel, and in the present invention, the content of C is required to be 0.03% or more in order to secure the desired strength. On the other hand, if the C content exceeds 0.20%, not only the weldability is deteriorated but also the toughness is adversely affected. Therefore, the C content is set to 0.03 to 0.20%. The C content is preferably 0.04 to 0.15%.

Si:1.0%以下
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が、含有量が1.0%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。従って、Si含有量は1.0%以下とする。なお、Si含有量は0.03〜0.70%とすることが好ましい。
Si: 1.0% or less Si is effective as a deoxidizing element and as a reinforcing element for steel, but if the content exceeds 1.0%, not only the surface texture of steel is impaired, but also the toughness is extremely high. Deteriorates to. Therefore, the Si content is 1.0% or less. The Si content is preferably 0.03 to 0.70%.

Mn:1.0〜2.0%
Mnは、フェライト組織の強度を高める強化元素として含有される。Mn含有量が1.0%より少ないとその効果が十分でない。一方、Mn含有量が2.0%より多くなると溶接性が劣化することに加え、鋼材コストも上昇する。そのため、本発明でのMn含有量は、1.0〜2.0%とする。
Mn: 1.0 to 2.0%
Mn is contained as a reinforcing element that enhances the strength of the ferrite structure. If the Mn content is less than 1.0%, the effect is not sufficient. On the other hand, when the Mn content is more than 2.0%, the weldability is deteriorated and the steel material cost is also increased. Therefore, the Mn content in the present invention is 1.0 to 2.0%.

P:0.015%以下
Pは、鋼中の不可避的不純物であり、含有量が多くなると靭性が劣化してしまう。そのため、本発明では、板厚が50mmを超えるような鋼板においても良好な靭性を保つために、P含有量を0.015%以下とする。P含有量は0.010%以下とすることが好ましく、0.006%以下とすることがより好ましい。一方、下限については0%であってもよいが、低減させる毎にコストが高くなる。そこで、高コストとならない範囲で低減できる濃度の0.005%を下限とするのが好ましい。
P: 0.015% or less P is an unavoidable impurity in steel, and the toughness deteriorates as the content increases. Therefore, in the present invention, the P content is set to 0.015% or less in order to maintain good toughness even in a steel sheet having a plate thickness of more than 50 mm. The P content is preferably 0.010% or less, more preferably 0.006% or less. On the other hand, the lower limit may be 0%, but the cost increases each time it is reduced. Therefore, it is preferable to set the lower limit to 0.005% of the concentration that can be reduced within a range that does not result in high cost.

S:0.010%以下
Sは、鋼中の不可避的不純物であり、含有量が多くなると靭性が劣化してしまう。そのため、良好な靭性を保つために、S含有量を0.010%以下に抑制する。S含有量は0.005%以下とすることが好ましく、0.003%以下とすることがより好ましい。一方、下限については、Pと同様に、0%であってもよいが、高コストとならない範囲で低減できる濃度の0.0005%を下限とすることが好ましい。
S: 0.010% or less S is an unavoidable impurity in steel, and the toughness deteriorates as the content increases. Therefore, in order to maintain good toughness, the S content is suppressed to 0.010% or less. The S content is preferably 0.005% or less, more preferably 0.003% or less. On the other hand, the lower limit may be 0% as in P, but it is preferable that the lower limit is 0.0005%, which is a concentration that can be reduced within a range that does not result in high cost.

Al:0.005〜0.08%
Alは、脱酸材として添加される元素であり、その効果を得るためには0.005%以上の添加が必要である。一方、Al含有量が0.08%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、0.005〜0.08%とする。なお、Al含有量は、0.020〜0.06%とすることが好ましい。
Al: 0.005-0.08%
Al is an element added as a deoxidizing material, and it is necessary to add 0.005% or more in order to obtain its effect. On the other hand, when the Al content exceeds 0.08%, the toughness is lowered and the toughness of the weld metal portion is lowered when welded. Therefore, the Al content is set to 0.005 to 0.08%. The Al content is preferably 0.020 to 0.06%.

Nb:0.003〜0.017%
Nbは、NbCとしてフェライト変態時あるいは再加熱時に鋼組織に析出し、鋼の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ので、鋼の靭性の改善にも有効である。その効果は0.003%以上の含有により発揮される。一方、0.017%を超えて含有すると、粗大なNbCが析出することにより、かえって靭性の低下を招く。そのため、Nb含有量は0.003〜0.017%とする。
Nb: 0.003 to 0.017%
Nb precipitates as NbC in the steel structure during ferrite transformation or reheating, and contributes to increasing the strength of the steel. In addition, Nb has the effect of expanding the unrecrystallized region in rolling in the austenite region and contributes to the refinement of ferrite, so that it is also effective in improving the toughness of steel. The effect is exhibited by the content of 0.003% or more. On the other hand, if it is contained in an amount of more than 0.017%, coarse NbC is precipitated, which causes a decrease in toughness. Therefore, the Nb content is set to 0.003 to 0.017%.

Ti:0.005〜0.02%
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。そのために、Tiは0.005%以上で含有させる。一方、Ti含有量が0.02%を超えると、鋼板および溶接熱影響部における靭性が低下する。そのため、Ti含有量の上限は0.02%とする。なお、Ti含有量は0.005〜0.017%とすることが好ましい。
Ti: 0.005-0.02%
Ti has the effect of forming nitrides, carbides, or carbonitrides by containing a small amount of Ti, and refining the crystal grains to improve the toughness of the base metal. Therefore, Ti is contained in an amount of 0.005% or more. On the other hand, when the Ti content exceeds 0.02%, the toughness of the steel sheet and the heat-affected zone of the weld is lowered. Therefore, the upper limit of the Ti content is 0.02%. The Ti content is preferably 0.005 to 0.017%.

N:0.0035〜0.0075%
Nは、TiNの必要量を確保するために必要な元素で、0.0035%未満では十分なTiN量が得られない。一方、Nは0.0075%を超えると、溶接熱サイクルによってTiNが溶解する領域において固溶N量が増加し、鋼板の靭性を著しく低下させる。そのため、N含有量は0.0035〜0.0075%とする。
N: 0.0035 to 0.0075%
N is an element necessary for securing the required amount of TiN, and if it is less than 0.0035%, a sufficient amount of TiN cannot be obtained. On the other hand, when N exceeds 0.0075%, the amount of solid solution N increases in the region where TiN is melted by the welding heat cycle, and the toughness of the steel sheet is significantly lowered. Therefore, the N content is set to 0.0035 to 0.0075%.

Ca:0.0005〜0.0030%
Caは、溶接熱影響部の組織を微細化して鋼板の靭性を向上させる効果を有する元素であり、かかる効果を十分に得るためにはCa含有量を0.0005%以上とする。一方、過度にCaを含有すると、粗大な介在物を形成して母材の靭性を劣化させる。そのため、Ca含有量は0.0030%以下とする。
Ca: 0.0005 to 0.0030%
Ca is an element having an effect of refining the structure of the weld heat affected zone and improving the toughness of the steel sheet, and the Ca content is set to 0.0005% or more in order to sufficiently obtain such an effect. On the other hand, if Ca is excessively contained, coarse inclusions are formed and the toughness of the base metal is deteriorated. Therefore, the Ca content is set to 0.0030% or less.

B:0.0005〜0.0020%
Bは、微量で鋼の焼入れ性を高める効果を有する元素であり、良好な焼入れ性を得るという観点からは、B含有量を0.0005%以上とする。一方、B含有量が0.0020%を超えると、溶接部の靭性が低下する。そのため、B含有量は0.0005〜0.0020%とする。
B: 0.0005 to 0.0020%
B is an element having an effect of enhancing the hardenability of steel in a small amount, and the B content is set to 0.0005% or more from the viewpoint of obtaining good hardenability. On the other hand, when the B content exceeds 0.0020%, the toughness of the welded portion decreases. Therefore, the B content is set to 0.0005 to 0.0020%.

また、本発明の成分組成は、Ca,OおよびSが、以下の(1)式を満たすことが肝要である。
かかる(1)式を満たさない場合は、フェライト変態を促進する効果が得られないからである。
0<([Ca%]−(0.18+130×[Ca%])×[O%])/1.25/[S%]<1 ・・・(1)
ただし、[Ca%],[O%],[S%]は各成分(Ca,OおよびS)の鋼中含有量(質量%)をあらわす。
Further, in the component composition of the present invention, it is important that Ca, O and S satisfy the following formula (1).
This is because if the equation (1) is not satisfied, the effect of promoting the ferrite transformation cannot be obtained.
0 <([Ca%]-(0.18 + 130 x [Ca%]) x [O%]) / 1.25 / [S%] <1 ... (1)
However, [Ca%], [O%], and [S%] represent the content (mass%) of each component (Ca, O, and S) in the steel.

本発明に従う鋼板の成分組成は、上記元素と、残部のFeおよび不可避的不純物からなるものを基本の成分組成とする。 The composition of the steel sheet according to the present invention is basically composed of the above elements, the balance Fe and unavoidable impurities.

また、本発明においては、さらに特性を向上させるため、上記基本の成分組成に、Cu、Ni、Cr、Mo、V、およびREMからなる群より選択される1または2以上の元素を、さらに以下に記載するように含有することが可能である。 Further, in the present invention, in order to further improve the characteristics, one or more elements selected from the group consisting of Cu, Ni, Cr, Mo, V, and REM are further added to the basic composition. Can be contained as described in.

Cu:0.01〜0.5%
Cuは、鋼の焼入れ性を高める元素であり、圧延後の強度向上に加え、靭性や、高温強度、耐候性などの鋼の機能向上に寄与する。これらの効果は、0.01%以上の含有によって発揮されるが、過度の含有は靭性や溶接性をかえって劣化させる。そのため、Cuを含有する場合、その範囲は0.01〜0.5%とする。
Cu: 0.01-0.5%
Cu is an element that enhances the hardenability of steel, and contributes to the improvement of steel functions such as toughness, high temperature strength, and weather resistance, in addition to the improvement of strength after rolling. These effects are exhibited by the content of 0.01% or more, but the excessive content deteriorates the toughness and weldability. Therefore, when Cu is contained, the range is 0.01 to 0.5%.

Ni:0.01〜1.5%
Niは、鋼の焼入れ性を高める元素であり、圧延後の強度向上に加え、靭性や、高温強度、耐候性などの鋼の機能向上に寄与する。これらの効果は、0.01%以上の含有によって発揮される。一方、過度の含有は靭性や溶接性をかえって劣化させることに加え、合金のコスト増加を招く。そのため、Niを含有する場合、その範囲は0.01〜1.5%とする。
Ni: 0.01-1.5%
Ni is an element that enhances the hardenability of steel, and in addition to improving the strength after rolling, it contributes to improving the functions of steel such as toughness, high temperature strength, and weather resistance. These effects are exhibited by the content of 0.01% or more. On the other hand, excessive content deteriorates toughness and weldability, and also increases the cost of the alloy. Therefore, when Ni is contained, the range is 0.01 to 1.5%.

Cr:0.01〜0.5%
Crは、Cuと同様に、鋼の焼入れ性を高める元素であり、圧延後の強度向上に加え、靭性や、高温強度、耐候性などの鋼の機能向上に寄与する。これらの効果は、0.01%以上の含有によって発揮されるが、過度の含有は靭性や溶接性をかえって劣化させる。そのため、Crを含有する場合、その範囲は0.01〜0.5%とする。
Cr: 0.01-0.5%
Like Cu, Cr is an element that enhances the hardenability of steel, and contributes to the improvement of steel functions such as toughness, high temperature strength, and weather resistance, in addition to the improvement of strength after rolling. These effects are exhibited by the content of 0.01% or more, but the excessive content deteriorates the toughness and weldability. Therefore, when Cr is contained, the range is set to 0.01 to 0.5%.

Mo:0.01〜0.5%
Moは、CuやCrと同様に、鋼の焼入れ性を高める元素であり、圧延後の強度向上に加え、靭性や、高温強度、耐候性などの鋼の機能向上に寄与する。これらの効果は、0.01%以上の含有によって発揮されるが、過度の含有は靭性や溶接性をかえって劣化させる。そのため、Moを含有する場合、その範囲は0.01〜0.5%とする。
Mo: 0.01-0.5%
Like Cu and Cr, Mo is an element that enhances the hardenability of steel, and contributes to the improvement of steel functions such as toughness, high temperature strength, and weather resistance, in addition to the improvement of strength after rolling. These effects are exhibited by the content of 0.01% or more, but the excessive content deteriorates the toughness and weldability. Therefore, when Mo is contained, the range is 0.01 to 0.5%.

V:0.001〜0.15%
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を0.001%以上含有させることにより発揮される。一方、Vは0.15%を超えて含有すると、かえって靭性が低下する。このため、Vを含有させる場合には、その範囲を0.001〜0.15%とする。
V: 0.001 to 0.15%
V is an element that improves the strength of steel by precipitation strengthening that precipitates as V (CN). This effect is exhibited by containing 0.001% or more of V. On the other hand, if V is contained in an amount of more than 0.15%, the toughness is rather lowered. Therefore, when V is contained, the range is set to 0.001 to 0.15%.

REM:0.0100%以下
REM(希土類金属)は、Caと同様に、溶接熱影響部の組織を微細化して靭性を向上させる効果を有する元素であり、適量の含有であれば本発明の効果に寄与する。したがって、任意にREMを含有させることができる。しかし、過度にREMを含有すると、粗大な介在物を形成して母材の靭性を劣化させる。そのため、REMを含有させる場合には、その含有量を0.0100%以下とする。一方、REM含有量の下限は特に限定されないが、当該含有効果を十分に得るためにはその含有量を0.0005%以上とすることが好ましい。
REM: 0.0100% or less REM (rare earth metal) is an element that has the effect of refining the structure of the weld heat-affected zone and improving toughness, similar to Ca, and the effect of the present invention if contained in an appropriate amount. Contribute to. Therefore, REM can be arbitrarily contained. However, if the REM is excessively contained, coarse inclusions are formed and the toughness of the base metal is deteriorated. Therefore, when REM is contained, the content thereof is set to 0.0100% or less. On the other hand, the lower limit of the REM content is not particularly limited, but the content is preferably 0.0005% or more in order to sufficiently obtain the content effect.

[集合組織]
本発明では、圧延方向、または圧延直角方向など板面に平行な方向に伝播する亀裂に対する脆性亀裂伝播停止特性を向上させるために、鋼板の板厚1/2部において、{100}<011>方位の組織を、集合組織が発達していない、いわゆるランダムな場合の組織と比較して、5.5倍以上に集積させる(本発明において{100}<011>方位強度が5.5以上ともいう)、集合組織とすることが肝要である。すなわち、板厚1/2部において、{100}<011>方位粒を発達させると、亀裂進展する向きに対してへき開面が効果的に斜めに揃うため、亀裂進展の抵抗となる。
[Aggregate organization]
In the present invention, in order to improve the brittle crack propagation stop characteristic for cracks propagating in a direction parallel to the plate surface such as the rolling direction or the direction perpendicular to the rolling direction, {100} <011> in the plate thickness 1/2 portion of the steel plate. The azimuth structure is accumulated 5.5 times or more as compared with the so-called random structure in which the aggregated structure is not developed (in the present invention, {100} <011> azimuth intensity is 5.5 or more. It is important to make it an aggregate organization. That is, when the {100} <011> azimuth grain is developed in the plate thickness 1/2 portion, the cleavage planes are effectively aligned diagonally with respect to the direction in which the crack grows, which becomes a resistance to the crack growth.

すなわち、本発明では、板厚1/2部における{100}<011>方位強度が5.5以上の集合組織とする。かかる条件を満たすように集合組織を制御することにより、塑性変形を受けた後でもKca(−10℃)≧6000N/mm1.5という、優れた脆性亀裂伝播停止特性を得ることができる。ここで、Kca(−10℃)は、前述したように、鋼板の温度が−10℃における脆性亀裂伝播停止靭性値を意味し、後述する実施例の温度勾配型標準ESSO試験によって測定することができる。なお、より優れた亀裂伝播停止性能が要求される場合には、板厚1/2部における{100}<011>方位強度を6.3以上とするとすることが好ましい。というのは、{100}<011>方位強度を6.3以上とすることで亀裂伝播がジグザグ状になりやすくなる。そのため、鋼板の応力拡大係数が小さくなって、鋼板に生じた亀裂が停止しやすくなるからである。一方、板厚1/2部における{100}<011>方位強度の上限は特に限定されず、高ければ高いほどよい。 That is, in the present invention, the texture is an aggregate structure in which the {100} <011> directional strength at 1/2 portion of the plate thickness is 5.5 or more. By controlling the texture so as to satisfy such conditions, it is possible to obtain an excellent brittle crack propagation stop characteristic of Kca (-10 ° C.) ≧ 6000 N / mm 1.5 even after undergoing plastic deformation. Here, Kca (-10 ° C.) means the brittle crack propagation stop toughness value when the temperature of the steel sheet is −10 ° C., and can be measured by the temperature gradient type standard ESSO test of Examples described later. can. When better crack propagation stop performance is required, it is preferable that the {100} <011> directional strength at 1/2 portion of the plate thickness is 6.3 or more. This is because when the {100} <011> directional strength is 6.3 or more, the crack propagation tends to be zigzag. Therefore, the stress intensity factor of the steel sheet becomes small, and the cracks generated in the steel sheet are likely to stop. On the other hand, the upper limit of the {100} <011> directional strength in 1/2 portion of the plate thickness is not particularly limited, and the higher the plate thickness, the better.

本発明において、{100}<011>方位強度は、X線極点図法によってランダム強度比として求めることが可能であり、具体的には、以下に述べる実施例に記載した方法で測定することができる。なお、本発明における{100}<011>方位強度の測定においては、板厚の1/2部から採取した試験片を用いて測定する。 In the present invention, the {100} <011> directional intensity can be obtained as a random intensity ratio by the X-ray pole projection method, and specifically, it can be measured by the method described in the examples described below. .. In the measurement of {100} <011> directional strength in the present invention, a test piece collected from 1/2 part of the plate thickness is used for measurement.

[鋼板の組織]
本発明における鋼板の組織はフェライトおよびパーライトが主体の組織とする。フェライトおよびパーライトが主体とは、フェライト相およびパーライト相の合計が面積率で50%以上望ましくは70%以上を占め、残部の組織は、ベイナイト又は/及びマルテンサイトの相とするのが好ましい。フェライト相およびパーライト相が100%であってもよいのは勿論である。なお、フェライト相およびパーライト相の比率は特に限定する必要はなく、圧延および冷却条件によって種々変化するが、両者の合計比率が70%以上であればよい。このように組織を規定したのは、大型構造物に多用される400MPa級から510MPa級の引張強度を確保するのに適した組織だからである。なお、かかるフェライト相およびパーライト相以外の組織の面積率は30%未満程度とする。
[Structure of steel plate]
The structure of the steel sheet in the present invention is mainly ferrite and pearlite. When ferrite and pearlite are the main constituents, it is preferable that the total of the ferrite phase and the pearlite phase occupies 50% or more, preferably 70% or more in area ratio, and the remaining structure is a bainite or / and martensite phase. Of course, the ferrite phase and the pearlite phase may be 100%. The ratio of the ferrite phase and the pearlite phase is not particularly limited and varies depending on the rolling and cooling conditions, but the total ratio of the two may be 70% or more. The structure is defined in this way because it is a structure suitable for ensuring a tensile strength of 400 MPa class to 510 MPa class, which is often used for large structures. The area ratio of the structure other than the ferrite phase and the pearlite phase shall be less than about 30%.

本発明の鋼板では、上記のフェライト相およびパーライト相主体組織の、板厚1/2部において、フェライト相およびパーライト相の結晶粒(本発明において単に結晶粒といった場合はフェライト相またはパーライト相の結晶粒を意味する)のうち、アスペクト比が2以上かつ短軸径が5μm以下の結晶粒を面積率で10%以上好ましくは26%以上とすることにより、靭性の向上が効果的に図れる。
ここで、アスペクト比は結晶粒の長軸と短軸の比である。長軸とは結晶粒の最も長い径を言い、短軸とはその長軸に対して垂直の幅のうち最も大きな幅を言う。以上の規定を満足する結晶粒の存在比率は、以下に述べる実施例に記載した方法で求めることができる。
In the steel plate of the present invention, crystal grains of the ferrite phase and the pearlite phase (in the present invention, when simply referred to as crystal grains, crystals of the ferrite phase or the pearlite phase) at 1/2 portion of the plate thickness of the above ferrite phase and pearlite phase main structure. Of the grains), the toughness can be effectively improved by setting the area ratio of the crystal grains having an aspect ratio of 2 or more and a minor axis diameter of 5 μm or less to be 10% or more, preferably 26% or more.
Here, the aspect ratio is the ratio of the major axis to the minor axis of the crystal grain. The major axis is the longest diameter of the crystal grain, and the minor axis is the largest width perpendicular to the major axis. The abundance ratio of crystal grains satisfying the above regulations can be obtained by the method described in the examples described below.

そして、フェライト粒およびパーライト粒のうち、アスペクト比が2以上かつ短軸径が5μm以下の結晶粒を面積率で10%以上とすることは、短軸径が5μm以下の細かい組織を多くすることになり、アレスト性を向上させることができるため、当該結晶粒を面積率で10%以上とした。従って、上限は特に限定する必要はなく、100%であってもよい。また、圧延方向の最大長さを長軸としてアスペクト比を規定するのは、結晶粒の中でも、確実に加工(圧延)が施されて集合組織の形成に寄与している、結晶粒を確認するためである。
なお、上記アスペクト比、上記短軸径、および上記フェライト相の面積率は、後述する実施例に記載した方法でそれぞれ得ることができる。
Of the ferrite grains and pearlite grains, setting the area ratio of crystal grains having an aspect ratio of 2 or more and a minor axis diameter of 5 μm or less to 10% or more means increasing the number of fine structures having a minor axis diameter of 5 μm or less. Therefore, the area ratio of the crystal grains was set to 10% or more because the arrest property could be improved. Therefore, the upper limit does not have to be particularly limited and may be 100%. In addition, the aspect ratio is defined with the maximum length in the rolling direction as the major axis, which confirms the crystal grains that are reliably processed (rolled) and contribute to the formation of the texture among the crystal grains. Because.
The aspect ratio, the minor axis diameter, and the area ratio of the ferrite phase can be obtained by the methods described in Examples described later.

[鋼板の靭性]
本発明は、上記のように成分組成と組織とを制御することにより、優れた靭性を有する高強度の鋼板を得ることができる。鋼板が優れた靭性を有することは、亀裂の進展を抑制する上で重要である。具体的には、一般的に鋼板中で最も低い靱性を示す板厚1/2部での、−40℃におけるシャルピー吸収エネルギー:vE(−40℃)を250J以上とすることが好ましく、280J以上とすることがより好ましく、300J以上とすることがさらに好ましい。一方、前記vE(−40℃)の上限は特に限定されないが、吸収エネルギーの上部棚の観点から、420J以下であってよく、400J以下であってもよい。
[Toughness of steel plate]
According to the present invention, by controlling the composition and structure as described above, a high-strength steel sheet having excellent toughness can be obtained. It is important that the steel sheet has excellent toughness in order to suppress the growth of cracks. Specifically, it is preferable that the Charpy absorption energy at -40 ° C: vE (-40 ° C) at 1/2 part of the plate thickness, which generally shows the lowest toughness among steel sheets, is 250 J or more, and 280 J or more. It is more preferable to set it to 300 J or more, and it is further preferable to set it to 300 J or more. On the other hand, the upper limit of vE (−40 ° C.) is not particularly limited, but may be 420 J or less, or 400 J or less, from the viewpoint of the upper shelf of absorbed energy.

[脆性亀裂伝播停止特性]
上述したように、本発明の鋼板においては、組織の制御、すなわち結晶粒の微細化による靭性向上を図ることによって、塑性変形を受けた後にもKca(−10℃)が6000N/mm1.5以上という、優れた脆性亀裂伝播停止特性を実現することができる。
[Brittle crack propagation stop characteristics]
As described above, in the steel sheet of the present invention, Kca (-10 ° C.) is 6000 N / mm 1.5 or more even after undergoing plastic deformation by controlling the structure, that is, improving the toughness by refining the crystal grains. , Excellent brittle crack propagation stop characteristics can be realized.

[ボンド部のシャルピー靱性値]
本発明は、ボンド部のシャルピー靱性値がvTrs≦−30℃となることが重要である。というのは、ボンド部が最も脆化しやすいためである。
[Charpy toughness value of bond part]
In the present invention, it is important that the Charpy toughness value of the bonded portion is vTrs ≦ −30 ° C. This is because the bond portion is most likely to become brittle.

[引張強さ]
本発明の鋼板の引張強さ(TS)は、400MPa級から510MPa級とするのが望ましい。なぜなら、本発明の効果が最も得られる引張強さだからである。
[Tensile strength]
The tensile strength (TS) of the steel sheet of the present invention is preferably 400 MPa class to 510 MPa class. This is because the tensile strength at which the effect of the present invention is most obtained.

[板厚]
本発明の鋼板の板厚は10〜45mmの範囲とすることが望ましい。なぜなら、本発明の効果が最も得られる板厚だからである。
[Plate thickness]
The thickness of the steel plate of the present invention is preferably in the range of 10 to 45 mm. This is because the plate thickness is the most effective for the present invention.

[製造方法]
次に、本発明における鋼板の製造方法の一実施形態を例示して説明する。
本発明の鋼板は、上述した成分組成を有する鋼素材を特定の条件で熱間圧延することによって製造することができる。具体的には、次の(a)から(c)の工程を順に行うことが肝要である。
(a)鋼素材に、Ac3点以上1000℃以下に加熱を行う工程。
(b)ついで、(Ar3点−5℃)以下、(Ar3点−150℃)以上の温度域にて、1パス当たりの圧下率の平均値が4%以上かつ累積圧下率50%以上の熱間圧延を行う工程。
(c)さらに、冷却速度5℃/s以上で600℃以下の温度域まで冷却する工程。
[Production method]
Next, an embodiment of the method for manufacturing a steel sheet in the present invention will be illustrated and described.
The steel sheet of the present invention can be produced by hot rolling a steel material having the above-mentioned composition under specific conditions. Specifically, it is important to carry out the following steps (a) to (c) in order.
(A) A step of heating a steel material to Ac 3 points or more and 1000 ° C. or less.
(B) Next, in the temperature range of (Ar 3 points -5 ° C) or lower and (Ar 3 points -150 ° C) or higher, the average value of the rolling reduction rate per pass is 4% or more and the cumulative rolling reduction rate is 50% or more. The process of hot rolling.
(C) Further, a step of cooling to a temperature range of 600 ° C. or lower at a cooling rate of 5 ° C./s or higher.

また、前記(c)の工程の後に、次の(d)の工程を任意に行うこともできる。
(d)Ac1点以下の温度域での焼戻しを行う。具体的には、Ac1点以下の任意の焼戻し温度より100℃以上低い温度まで冷却した鋼板を、再び昇温しAc1点以下の温度で焼戻す工程。なお、焼戻し温度の下限は特に限定する必要はないが、焼戻し処理の効果を得る の観点から200℃とすることが好ましい。
Further, after the step (c), the next step (d) can be arbitrarily performed.
(D) Tempering is performed in a temperature range of 1 point or less. Specifically, a step of heating a steel sheet cooled to a temperature 100 ° C. or more lower than an arbitrary tempering temperature of 1 point or less of Ac and tempering it at a temperature of 1 point or less of Ac. The lower limit of the tempering temperature is not particularly limited, but it is preferably 200 ° C. from the viewpoint of obtaining the effect of the tempering treatment.

さらに、前記(a)の後工程であって前記(b)の工程の前に、次の(e)の工程を任意に行うこともできる。
(e)オーステナイト域(具体的にはAr3点−5℃超〜前記(a)工程における加熱温度以下)で累積圧下率30%以上98%以下の圧下を加える工程。
Further, the next step (e) can be optionally performed after the step (a) and before the step (b).
(E) A step of applying a reduction of a cumulative reduction rate of 30% or more and 98% or less in the austenite region (specifically, Ar 3 points over −5 ° C. to the heating temperature or less in the step (a) above).

以下、上記各工程(a)から(e)における条件の限定理由について説明する。なお、本発明では、上記各工程(a)から(e)における条件以外の鋼板の製造条件は常法に依れば良い。 Hereinafter, the reasons for limiting the conditions in each of the above steps (a) to (e) will be described. In the present invention, the manufacturing conditions of the steel sheet other than the conditions in each of the above steps (a) to (e) may be according to a conventional method.

[前記(a)の加熱工程]
加熱温度:Ac3点以上、1000℃以下
熱間圧延に先立って、上記成分組成を有する鋼素材を加熱する。その際、加熱温度がAc3点未満では、フェライト−オーステナイト2相組織になってしまい、板全体が不均一な組織となり、その後の圧延工程で所期する効果を十分に得ることができない。一方、加熱温度が1000℃を超えると、オーステナイト粒が粗大化し、本発明で求めている結晶粒の形状を実現することができない。そのため、鋼素材の加熱温度はAc3点以上、1000℃以下とする。なお、鋼板の靭性向上の観点からは、前記加熱温度を(Ac3点+10)℃以上、980℃以下とすることが好ましく、950℃以下とすることがさらに好ましい。
[The heating step of (a) above]
Heating temperature: Ac 3 points or more, 1000 ° C. or less Prior to hot rolling, the steel material having the above composition is heated. At that time, if the heating temperature is less than 3 points of Ac, a ferrite-austenite two-phase structure is formed, the entire plate becomes a non-uniform structure, and the desired effect cannot be sufficiently obtained in the subsequent rolling process. On the other hand, when the heating temperature exceeds 1000 ° C., the austenite grains become coarse and the crystal grain shape required by the present invention cannot be realized. Therefore, the heating temperature of the steel material shall be Ac 3 points or more and 1000 ° C or less. From the viewpoint of improving the toughness of the steel sheet, the heating temperature is preferably (Ac 3 points + 10) ° C. or higher, 980 ° C. or lower, and more preferably 950 ° C. or lower.

なお、前記加熱工程に供される鋼素材は、特に限定されることなく従来公知の任意の方法で製造することができる。例えば、上記成分組成を有する溶鋼を転炉等で溶製し、連続鋳造によって得た鋼片(スラブ)を上記鋼素材として用いることができる。 The steel material used in the heating step is not particularly limited and can be produced by any conventionally known method. For example, a molten steel having the above-mentioned composition can be melted in a converter or the like, and a steel piece (slab) obtained by continuous casting can be used as the above-mentioned steel material.

[前記(b)の熱間圧延工程]
次いで、前記(b)の熱間圧延工程を行う。この熱間圧延工程においては、(Ar3点−5℃)以下から(Ar3点−150℃)以上の温度域にて、1パス当たりの圧下率の平均値が4%以上累積圧下率50%以上の圧延を行う。
[Hot rolling step of (b) above]
Next, the hot rolling step of (b) is performed. In this hot rolling process, the average value of the reduction rate per pass is 4% or more and the cumulative reduction rate is 50 in the temperature range from (Ar 3 points -5 ° C) or less to (Ar 3 points -150 ° C) or more. % Or more rolling.

上記温度域に限定する理由は、(Ar3点−5℃)より高い場合は目標とする集合組織が得られない。一方で、(Ar3点−150℃)より低い温度となると加工条件が厳しくなりすぎて鋼板の靭性低下の原因となってしまうからである。
また、累積圧下率を50%以上とする理由は、50%未満になると、板厚1/2部のL断面における結晶粒の10%以上がアスペクト比:2以上でかつ短軸径:5μm以下である、との目標値のいずれかを達成することができないためである。また、板厚1/2部における{100}<011>方位強度を5.5以上とするためにも、累積圧下率は50%以上とする必要がある。なお、前記累積圧下率の上限は特に限定されないが、靭性の低下を避けるという観点からは、80%以下とすることが好ましい。
The reason for limiting to the above temperature range is that the target texture cannot be obtained when the temperature is higher than (Ar 3 points -5 ° C). On the other hand, if the temperature is lower than (Ar 3 points −150 ° C.), the processing conditions become too strict and cause a decrease in the toughness of the steel sheet.
The reason why the cumulative reduction rate is 50% or more is that when it is less than 50%, 10% or more of the crystal grains in the L cross section of the plate thickness 1/2 part have an aspect ratio of 2 or more and a minor axis diameter of 5 μm or less. This is because it is not possible to achieve any of the target values of. Further, in order to make the {100} <011> directional strength at 1/2 part of the plate thickness 5.5 or more, the cumulative reduction rate needs to be 50% or more. The upper limit of the cumulative reduction rate is not particularly limited, but is preferably 80% or less from the viewpoint of avoiding a decrease in toughness.

さらに、1パスあたりの平均圧下率を規定する理由は、板厚方向でのせん断歪み分布を制御することにより、板厚1/2部における{100}<011>方位強度をより精鋭化させるためである。すなわち、前記の累積圧下率:50%以上に加えて、1パス当たりの平均圧下率を4%以上とすることにより、{100}<011>方位強度:5.5以上を確保することが可能となる。 Furthermore, the reason for defining the average reduction rate per pass is to control the shear strain distribution in the plate thickness direction to further refine the {100} <011> directional strength in the 1/2 portion of the plate thickness. Is. That is, by setting the average reduction rate per pass to 4% or more in addition to the above-mentioned cumulative reduction rate: 50% or more, it is possible to secure {100} <011> directional strength: 5.5 or more. Will be.

本発明においては、前記(a)の後工程であって前記(b)の工程の前にオーステナイト域で累積圧下率30%以上の圧下を加えることにより、更なる組織の微細化を図ることができる(前記(e)の工程)。その結果、板厚1/2部の靭性値が300J以上と高い値を得ることができる。 In the present invention, it is possible to further refine the structure by applying a reduction with a cumulative reduction rate of 30% or more in the austenite region after the step (a) and before the step (b). It can be done (step (e) above). As a result, the toughness value of 1/2 portion of the plate thickness can be as high as 300 J or more.

[前記(c)の冷却工程]
冷却速度:5℃/s以上
冷却停止温度:600℃以下
熱間圧延が終了した鋼板は、熱間圧延時に得られた集合組織の保持という観点から、5℃/s以上の冷却速度で、600℃以下の冷却停止温度まで冷却する。なお、上記冷却速度の上限は特に限定されないが、製造コスト等の観点から50℃/s以下とすることが好ましい。また、上記冷却停止温度の下限は特に限定されないが、製造コスト等の観点から0℃以上とすることが好ましい。
[Cooling step of (c) above]
Cooling rate: 5 ° C / s or higher Cooling stop temperature: 600 ° C or lower For steel sheets that have been hot-rolled, the cooling rate is 600 ° C / s or higher from the viewpoint of retaining the texture obtained during hot rolling. Cool to a cooling stop temperature below ° C. The upper limit of the cooling rate is not particularly limited, but is preferably 50 ° C./s or less from the viewpoint of manufacturing cost and the like. The lower limit of the cooling stop temperature is not particularly limited, but is preferably 0 ° C. or higher from the viewpoint of manufacturing cost and the like.

[前記(d)の焼戻し工程]
焼戻温度:Ac1点以下
本発明では、前記冷却工程の後に、焼戻温度:Ac1点以下での焼戻処理を行うことができる。その焼戻処理の際は、当該焼戻し温度より100℃以上低い温度まで冷却した鋼板を、再び昇温し、Ac1点以下の温度で焼戻しを行うことが好ましい。焼戻温度がAc1点より高いと、圧延時に発達させた集合組織が失われる場合があるためである。焼戻し温度の下限は特に限定されないが、かかる焼戻しの効果を得るために350℃以上とすることが好ましい。
[Tempering step of (d) above]
Tempering temperature: Ac 1 point or less In the present invention, after the cooling step, the tempering process can be performed at a tempering temperature: Ac 1 point or less. In the tempering treatment, it is preferable that the steel sheet cooled to a temperature 100 ° C. or higher lower than the tempering temperature is heated again and tempered at a temperature of 1 Ac or less. This is because if the tempering temperature is higher than Ac 1 point, the texture developed during rolling may be lost. The lower limit of the tempering temperature is not particularly limited, but it is preferably 350 ° C. or higher in order to obtain the effect of such tempering.

以上、加熱温度、(Ar3点−5℃)以下(Ar3点−150℃)以上の温度域での累積圧下率および1パスあたりの平均圧下率、さらに圧延後の冷却速度を適正に制御することにより、必要とされる組織および集合組織を確保でき、安定的にKca(−10℃)≧6000N/mm3/2を達成することができる。
なお、以上の説明における鋼板の温度は、放射温度計で測定した鋼板表面温度とする。
また、Ac3点、Ar3点およびAc1点については、下記の経験的な簡易式(式1、式2および式3)により求めることができる。なお、式中[元素記号]は、当該元素記号の元素の鋼中の成分組成量(%)である。また、式2中のtは鋼板の板厚(mm)とする。
As described above, the heating temperature, the cumulative reduction rate in the temperature range of (Ar 3 points -5 ° C) or lower (Ar 3 points -150 ° C) or higher, the average reduction rate per pass, and the cooling rate after rolling are appropriately controlled. By doing so, the required structure and aggregated structure can be secured, and Kca (-10 ° C.) ≧ 6000 N / mm 3/2 can be stably achieved.
The temperature of the steel sheet in the above description is the surface temperature of the steel sheet measured by a radiation thermometer.
Further, Ac 3 points, Ar 3 points and Ac 1 points can be obtained by the following empirical simple equations (Equation 1, Equation 2 and Equation 3). In the formula, [element symbol] is the component composition amount (%) of the element of the element symbol in steel. Further, t in the formula 2 is the plate thickness (mm) of the steel plate.

Figure 0006969601
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本発明に基づいて製造した、塑性変形を受けた後においても良好な脆性亀裂伝播停止特性を有する鋼板の実施例(発明範囲を外れる比較例含む)を次に示す。
表1に、供試鋼の化学成分を示す。これらの化学成分を有する鋼スラブから、板厚10〜45mmの鋼板にする熱間圧延を行い、得られた鋼板の特性を評価した。供試鋼板の製造条件を表2に示す。本表には、計算より求めたAc3点及びAr3点温度も併せて示す。
Examples of steel sheets manufactured based on the present invention, which have good brittle crack propagation stopping characteristics even after undergoing plastic deformation (including comparative examples outside the scope of the invention) are shown below.
Table 1 shows the chemical composition of the test steel. The steel slab having these chemical components was hot-rolled into a steel plate having a plate thickness of 10 to 45 mm, and the characteristics of the obtained steel plate were evaluated. Table 2 shows the manufacturing conditions of the test steel sheet. This table also shows the ac 3 point and Ar 3 point temperatures obtained by calculation.

Figure 0006969601
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得られた鋼板のそれぞれについて、以下の方法により、靭性、引張強さ、集合組織、アスペクト比が2以上でかつ短軸径が5μm以下の結晶粒の割合(面積比率)および脆性亀裂伝播停止特性を評価した。評価結果を表3に示す。 For each of the obtained steel sheets, toughness, tensile strength, texture, proportion of crystal grains having an aspect ratio of 2 or more and a minor axis diameter of 5 μm or less (area ratio) and brittle crack propagation stop characteristics were obtained by the following methods. Was evaluated. The evaluation results are shown in Table 3.

[靭性]
得られた鋼板の靭性を評価するために、シャルピー衝撃試験を行って、各鋼板の板厚1/2部の−40℃におけるシャルピー吸収エネルギーvE(−40℃)を測定した。前記シャルピー衝撃試験には、JIS(日本工業規格)に規定された4号衝撃試験片(長さ55mm、幅10mm、厚さ10mm)を用い、前記試験片は、該試験片の長手方向が鋼板の圧延方向と平行となるように、また、該試験片の厚さの1/2位置が採取元の鋼板の厚さの1/2位置になるように採取した。なお、厚さが10mmの鋼板については、表面のスケール(黒皮)を除去してそのまま試験片とした。
[Toughness]
In order to evaluate the toughness of the obtained steel sheet, a Charpy impact test was performed to measure the Charpy absorption energy vE (-40 ° C.) at −40 ° C. of 1/2 part of the plate thickness of each steel sheet. For the Charpy impact test, a No. 4 impact test piece (length 55 mm, width 10 mm, thickness 10 mm) specified in JIS (Japanese Industrial Standards) is used, and the test piece is a steel plate in the longitudinal direction of the test piece. The test piece was sampled so as to be parallel to the rolling direction of the sheet and so that the position of 1/2 of the thickness of the test piece was 1/2 of the thickness of the steel sheet from which the test piece was collected. For a steel sheet having a thickness of 10 mm, the scale (black skin) on the surface was removed and used as a test piece as it was.

[引張強さ]
得られた鋼板の任意の箇所から、試験片の長手方向が圧延方向と垂直に、また試験片の中央が鋼板の板厚1/2部になるように、JIS 14B号試験片を採取した。前記試験片を用いて、JIS Z2241の規定に準拠して引張試験を行い、引張強さ(TS)を求めた。
[Tensile strength]
JIS 14B test pieces were collected from any part of the obtained steel sheet so that the longitudinal direction of the test piece was perpendicular to the rolling direction and the center of the test piece was 1/2 part of the thickness of the steel sheet. Using the test piece, a tensile test was performed in accordance with JIS Z2241 to determine the tensile strength (TS).

[集合組織]
得られた鋼板の集合組織を評価するため、板厚1/2部における{100}<011>方位強度を、以下の方法で測定した。まず、板厚1/2部を含む厚さ1mmのサンプルを採取した。次いで、採取されたサンプルの板面に平行に機械研磨・電解研磨を施し、板厚1/2部を研磨面とし、X線回折用の試験片とした。
得られた試験片のそれぞれについて、Mo線源を用いたX線回折装置を使用してX線回折測定を実施し、(200)、(110)、および(211)正極点図を求めた。得られた正極点図から3次元結晶方位密度関数を算出することによって、{100}<011>方位強度のランダム強度に対する比を算出した。
[Aggregate organization]
In order to evaluate the texture of the obtained steel sheet, the {100} <011> directional strength at 1/2 part of the sheet thickness was measured by the following method. First, a sample having a thickness of 1 mm including 1/2 part of the plate thickness was taken. Next, mechanical polishing and electrolytic polishing were performed in parallel with the plate surface of the collected sample, and 1/2 portion of the plate thickness was used as the polished surface to prepare a test piece for X-ray diffraction.
For each of the obtained test pieces, X-ray diffraction measurement was performed using an X-ray diffractometer using a Mo radiation source, and (200), (110), and (211) positive electrode point diagrams were obtained. By calculating the three-dimensional crystal orientation density function from the obtained positive point diagram, the ratio of the {100} <011> orientation intensity to the random intensity was calculated.

[鋼板の組織]
板厚方向および圧延方向に平行な面で板厚1/2部を含む試料を採取した。ついで、前記試料の表面を鏡面研磨して板厚1/2部を研磨面とした後、エッチングによりかかる研磨面の金属組織を現出させた。ついで、該金属組織の光学顕微鏡写真を撮影し、求積法に準拠してフェライト相およびパーライト相の面積率を求めた。さらに、上記金属組織における結晶粒の個数および、該結晶粒のアスペクト比および短軸径を求めて、アスペクト比が2以上でかつ短軸径が5μm以下となる結晶粒の割合を算出した。なお、結晶粒のアスペクト比および短軸径の測定は、前記試料の光学顕微鏡写真における板厚1/2部を中心とする500×500μmの領域において、画像解析により、該領域内の各結晶粒の短軸および長軸の長さを求めて、上記した範囲の結晶粒の存在比率を求めた。
[Structure of steel plate]
A sample containing 1/2 part of the plate thickness was collected on the plane parallel to the plate thickness direction and the rolling direction. Then, the surface of the sample was mirror-polished to make 1/2 of the plate thickness a polished surface, and then the metal structure of the polished surface was exposed by etching. Then, an optical micrograph of the metal structure was taken, and the area ratios of the ferrite phase and the pearlite phase were determined according to the quadrature method. Further, the number of crystal grains in the metal structure and the aspect ratio and minor axis diameter of the crystal grains were obtained, and the ratio of crystal grains having an aspect ratio of 2 or more and a minor axis diameter of 5 μm or less was calculated. The aspect ratio and minor axis diameter of the crystal grains were measured in a region of 500 × 500 μm centered on 1/2 portion of the plate thickness in the optical micrograph of the sample, and each crystal grain in the region was measured by image analysis. The lengths of the minor axis and the major axis of the above were obtained, and the abundance ratio of the crystal grains in the above range was determined.

[脆性亀裂伝播停止特性]
脆性亀裂伝播停止特性を評価するため、圧延ままの鋼材と10%予歪を与えた鋼材について、温度勾配型標準ESSO試験を行い、前記鋼板の0℃および−10℃におけるKca値を求めた。なお、前記温度勾配型ESSO試験には、全厚のまま供した。
[Brittle crack propagation stop characteristics]
In order to evaluate the brittle rhagades propagation stop property, a temperature gradient type standard ESSO test was performed on the rolled steel material and the steel material subjected to 10% prestrain, and the Kca values of the steel sheet at 0 ° C. and −10 ° C. were obtained. In the temperature gradient type ESSO test, the total thickness was used as it was.

[溶接継手靱性]
鋼板から採取した継手用試験板にV開先加工を施し、溶接入熱50〜500kJ/cmの大入熱溶接継手を作製した。得られた溶接継手から切欠位置をボンドとするJIS4号衝撃試験片を板厚1/2部より採取し、シャルピー衝撃試験を実施し、延性-脆性破面遷移温度(vTrs)を求めた。なお、厚さが10mmの鋼板については、表面のスケール(黒皮)を除去して試験片とした。
[Welded joint toughness]
A joint test plate collected from a steel plate was subjected to V groove processing to prepare a large heat input welded joint having a welding heat input of 50 to 500 kJ / cm. From the obtained welded joint, a JIS No. 4 impact test piece having a notch position as a bond was collected from 1/2 part of the plate thickness, and a Charpy impact test was carried out to determine the ductility-brittle fracture surface transition temperature (vTrs). For a steel sheet having a thickness of 10 mm, the scale (black skin) on the surface was removed to obtain a test piece.

Figure 0006969601
Figure 0006969601

表3に示したように、本発明に従うNo.1〜15は、10%の塑性変形を付与した後であってもKca(0℃)およびKca(−10℃)が6000N/mm1.5以上の優れた脆性亀裂伝播停止特性を示した。一方、本発明を外れる比較例のNo.16〜34は、塑性変形を受けた後の脆性亀裂伝播停止特性、特にKca(−10℃)が不十分である。 As shown in Table 3, Nos. 1 to 15 according to the present invention have Kca (0 ° C.) and Kca (-10 ° C.) of 6000 N / mm 1.5 or more even after applying 10% plastic deformation. It showed excellent brittle crack propagation stop characteristics. On the other hand, Nos. 16 to 34 of Comparative Examples, which deviate from the present invention, have insufficient brittle crack propagation stopping characteristics, particularly Kca (-10 ° C.), after undergoing plastic deformation.

なお、上記した実施例は、厚板圧延で製造した鋼板に対して本発明を適用した例示であるが、本発明は、他の鋼材製造プロセスにおいても適用できる。 Although the above-mentioned embodiment is an example of applying the present invention to a steel plate manufactured by thick plate rolling, the present invention can also be applied to other steel material manufacturing processes.

Claims (4)

質量%で、C:0.03〜0.20%、Si:1.0%以下、Mn:1.0〜2.0%、Al:0.005〜0.08%、P:0.015%以下,S:0.010%以下、Nb:0.003〜0.017%、Ti:0.005〜0.02%、N:0.0035〜0.0075%、Ca:0.0005〜0.0030%およびB:0.0005〜0.0020%含有し、かつ、Ca、OおよびSが、以下の(1)式を満たし、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成と、フェライトおよびパーライトを主体とする組織とを有し、前記組織は、板厚1/2部における{100}<011>方位強度が5.5以上および、該板厚1/2部におけるフェライト相およびパーライト相の結晶粒の10%以上がアスペクト比:2以上かつ短軸径:5μm以下であり、10%の歪を付与後の該鋼板のKca(−10℃)が6000N/mm1.5以上で、溶接入熱50〜500kJ/cmの大入熱溶接継手を作製した際の、ボンド部のシャルピー靱性値がvTrs≦−30℃である鋼板。
0<([Ca%]−(0.18+130×[Ca%])×[O%])/1.25/[S%]<1 ・・・(1)
ただし、[Ca%]、[O%]、[S%]は各成分(Ca,OおよびS)の鋼中含有量(質量%)を表す。
By mass%, C: 0.03 to 0.20%, Si: 1.0% or less, Mn: 1.0 to 2.0%, Al: 0.005 to 0.08%, P: 0.015 % Or less, S: 0.010% or less, Nb: 0.003 to 0.017%, Ti: 0.005 to 0.02%, N: 0.0035 to 0.0075%, Ca: 0.0005 to A component composition containing 0.0030% and B: 0.0005 to 0.0020%, Ca, O and S satisfying the following formula (1), and the balance consisting of Fe and unavoidable impurities, and ferrite. And a structure mainly composed of pearlite, the structure has a {100} <011> orientation strength of 5.5 or more at 1/2 part of the plate thickness, and a ferrite phase and pearlite at 1/2 part of the plate thickness. 10% or more of the crystal grains of the phase have an aspect ratio of 2 or more and a minor axis diameter of 5 μm or less, and the Kca (-10 ° C.) of the steel plate after applying a strain of 10% is 6000 N / mm 1.5 or more, and welding is performed. A steel plate having a charpy toughness value of vTrs ≤ −30 ° C. when a large heat input welded joint having a heat input of 50 to 500 kJ / cm is manufactured.
0 <([Ca%]-(0.18 + 130 x [Ca%]) x [O%]) / 1.25 / [S%] <1 ... (1)
However, [Ca%], [O%], and [S%] represent the content (mass%) of each component (Ca, O, and S) in the steel.
質量%で、Cu:0.01〜0.5%、Ni:0.01〜1.5%、Cr:0.01〜0.5%、Mo:0.01〜0.5%、V:0.001〜0.15%およびREM:0.0100%以下のうちから選んだ1種または2種以上を含有する請求項1に記載の鋼板。 By mass%, Cu: 0.01 to 0.5%, Ni: 0.01 to 1.5%, Cr: 0.01 to 0.5%, Mo: 0.01 to 0.5%, V: The steel sheet according to claim 1, which contains one or more selected from 0.001 to 0.15% and REM: 0.0100% or less. 請求項1または2に記載の成分組成を有する鋼素材に、少なくとも、Ac点以上、1000℃以下に加熱を行う(a)工程と、次いで、(Ar点−5℃)以下、(Ar点−150℃)以上の温度域にて、1パス当たりの圧下率の平均値が4%以上かつ累積圧下率50%以上の圧延を行う(b)工程と、その後、冷却速度5℃/s以上で600℃以下の温度域まで制御冷却する(c)工程とを有する、フェライトおよびパーライトを主体とする組織とを有し、前記組織は、板厚1/2部における{100}<011>方位強度が5.5以上および、該板厚1/2部におけるフェライト相およびパーライト相の結晶粒の10%以上がアスペクト比:2以上かつ短軸径:5μm以下であり、10%の歪を付与後の該鋼板のKca(−10℃)が6000N/mm 1.5 以上で、溶接入熱50〜500kJ/cmの大入熱溶接継手を作製した際の、ボンド部のシャルピー靱性値がvTrs≦−30℃である鋼板の製造方法。 The step (a) of heating the steel material having the component composition according to claim 1 or 2 to at least 3 points of Ac and 1000 ° C. or lower, and then (Ar 3 points −5 ° C.) or less, (Ar). Step (b) of rolling with an average rolling reduction of 4% or more and a cumulative rolling ratio of 50% or more per pass in a temperature range of 3 points -150 ° C) or higher, followed by a cooling rate of 5 ° C / It has a structure mainly composed of ferrite and pearlite, which has a step (c) of controlled cooling to a temperature range of 600 ° C. or lower at s or more, and the structure is {100} <011 in 1/2 part of the plate thickness. > The orientation strength is 5.5 or more, and 10% or more of the ferrite phase and pearlite phase crystal grains in the 1/2 portion of the plate thickness have an aspect ratio of 2 or more and a minor axis diameter of 5 μm or less, and a strain of 10%. When a large heat input welded joint with a Kca (-10 ° C.) of 6000 N / mm 1.5 or more and a welding heat input of 50 to 500 kJ / cm is manufactured, the charpy toughness value of the bond portion is vTrs ≦. A method for manufacturing a steel plate at -30 ° C. 前記(c)工程の後に、Ac点以下の温度域での焼戻しを行う請求項3に記載の鋼板の製造方法。 The method for manufacturing a steel sheet according to claim 3, wherein after the step (c) , tempering is performed in a temperature range of 1 point or less of Ac.
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