JP7096337B2 - 高強度鋼板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
炭素(C)は強度の確保に効果的な元素であるため、本発明は基地上の強度低下を防止するために炭素(C)含量の下限を0.05%に制限することができる。一方、炭素(C)が過剰に添加される場合、靭性及び溶接性が低下して原子炉格納容器(containment vessel)用として使用するのに適さないため、本発明は炭素(C)含量の上限を0.2%に制限することができる。したがって、本発明の炭素(C)含量は0.05~0.2%であってもよく、より好ましい炭素(C)含量は0.08~0.15%であってもよい。
シリコン(Si)は脱酸効果、固溶強化効果、及び衝撃遷移温度上昇効果のために添加される元素である。したがって、本発明では、このような効果を達成するためにシリコン(Si)含量の下限を0.15%に制限することができる。好ましいシリコン(Si)含量の下限は0.2%であってもよく、さらに好ましいシリコン(Si)含量の下限は0.3%であってもよい。但し、シリコン(Si)が過剰に添加される場合、鋼板の溶接性が低下し、鋼板の表面に酸化被膜が著しく形成される可能性があるため、本発明ではシリコン(Si)含量の上限を0.55%に制限することができる。好ましいシリコン(Si)含量の上限は0.5%であってもよく、さらに好ましいシリコン(Si)含量の上限は0.4%であってもよい。
マンガン(Mn)は強度の確保に有効な元素である。本発明では、このような効果を達成するためにマンガン(Mn)含量の下限を0.9%に制限することができる。好ましいマンガン(Mn)含量の下限は1.0%であってもよく、さらに好ましいマンガン(Mn)含量の下限は1.2%であってもよい。但し、マンガン(Mn)は、硫黄(S)と結合してMnSのような非金属介在物を形成するため、マンガン(Mn)が過剰に添加される場合、常温伸び及び低温靭性が低下し得る。したがって、本発明ではマンガン(Mn)含量の上限を1.75%に制限することができる。好ましいマンガン(Mn)含量の上限は1.7%であってもよく、さらに好ましいマンガン(Mn)含量の上限は1.6%であってもよい。
アルミニウム(Al)は強力な脱酸剤元素であるため、本発明では、製鋼工程における脱酸効果のためにアルミニウム(Al)含量の下限を0.001%に制限することができる。但し、アルミニウム(Al)が過剰に添加される場合、脱酸効果は飽和しても製造コストは上昇するため、本発明ではアルミニウム(Al)含量の上限を0.05%に制限することができる。より好ましいアルミニウム(Al)含量は0.01~0.04%であってもよい。
リン(P)は低温靭性を阻害する元素であるため、できるだけその含量を低く管理することが好ましい。但し、リン(P)は製鋼工程において不可避に含まれる元素であって、これを完全に除去するためには過大なコストが必要となり得るため、本発明ではリン(P)含量の上限を0.03%に制限することができる。好ましいリン(P)含量の上限は0.02%であってもよく、より好ましいリン(P)含量の上限は0.01%であってもよい。
硫黄(S)もリン(P)とともに低温靭性に悪い影響を及ぼす元素であるため、できるだけその含量を低く管理することが好ましい。但し、硫黄(S)はリン(P)と同様に、製鋼工程において不可避に含まれる元素であって、これを完全に除去するためには過大なコストが必要となり得るため、本発明では硫黄(S)含量の上限を0.03%に制限することができる。好ましい硫黄(S)含量の上限は0.02%であってもよく、より好ましい硫黄(S)含量の上限は0.01%であってもよい。
クロム(Cr)は強度の増大に寄与する元素であるため、本発明では、このような効果を達成するためにクロム(Cr)含量の下限を0.05%に制限することができる。但し、クロム(Cr)は高価な元素であって、過剰に添加される場合、経済性の面において好ましくない。したがって、本発明ではクロム(Cr)含量の上限を0.3%に制限することができる。したがって、本発明のクロム(Cr)含量は0.05~0.3%であってもよく、より好ましいクロム(Cr)含量は0.05~0.2%であってもよい。
ニッケル(Ni)は低温靭性の向上に効果的な元素である。したがって、本発明では、このような効果を達成するためにニッケル(Ni)含量の下限を0.05%に制限することができる。但し、ニッケル(Ni)は高価な元素であるため、過剰に添加される場合、生産コストの上昇を招くため、本発明ではニッケル(Ni)含量の上限を0.6%に制限することができる。したがって、本発明のニッケル(Ni)含量は0.05~0.6%であってもよく、より好ましいニッケル(Ni)含量は0.2~0.6%であってもよい。
銅(Cu)は強度の増加に効果的な元素である。したがって、本発明では、このような効果を達成するために銅(Cu)含量の下限を0.005%に制限することができる。但し、銅(Cu)は高価な元素であるため、過剰に添加される場合、生産コストの上昇を招くため、本発明では銅(Cu)含量の上限を0.35%に制限することができる。したがって、本発明の銅(Cu)含量は0.005~0.35%であってもよく、より好ましい銅(Cu)含量は0.01~0.3%であってもよい。
モリブデン(Mo)は強度の向上に有効な合金元素であり、硫化物を形成して割れの発生を防止する元素である。したがって、本発明では、このような効果を達成するためにモリブデン(Mo)含量の下限を0.05%に制限することができる。但し、モリブデン(Mo)も高価な元素であって、過剰に添加される場合、生産コストの上昇を招くため、本発明ではモリブデン(Mo)含量の上限を0.2%に制限することができる。したがって、本発明のモリブデン(Mo)含量は0.05~0.2%であってもよく、より好ましいモリブデン(Mo)含量は0.1~0.2%であってもよい。
バナジウム(V)は低温靭性の向上に効果的な元素である。したがって、本発明では、このような効果を達成するためにバナジウム(V)含量の下限を0.005%に制限することができる。但し、バナジウム(V)も高価な元素であって、過剰に添加される場合、生産コストの上昇を招くため、本発明ではバナジウム(V)含量の上限を0.07%に制限することができる。したがって、本発明のバナジウム(V)含量は0.005~0.07%であってもよく、より好ましいバナジウム(V)含量は0.01~0.07%であってもよい。
ニオブ(Nb)はオーステナイトに固溶され、オーステナイトの硬化能を増大させる元素である。また、ニオブ(Nb)は、チタン(Ti)と共に基地(Matrix)と整合する炭窒化物(Nb(C、N))として析出される元素であって、本発明が求める600MPa以上の引張強度を得る上で主要な元素である。したがって、本発明では、このような効果を達成するためにニオブ(Nb)含量の下限を0.005%に制限することができる。但し、ニオブ(Nb)が過剰に添加される場合、連鋳過程で粗大な析出物を形成して水素誘起割れ(HIC)の開始点として働き得るため、本発明ではニオブ(Nb)含量の上限を0.04%に制限することができる。したがって、本発明のニオブ(Nb)含量は0.005~0.04%であってもよく、より好ましいニオブ(Nb)含量は0.01~0.03%であってもよい。
カルシウム(Ca)は硫黄(S)と結合してCaS析出物を形成するため、MnSの形成抑制に有効な元素である。したがって、本発明では、このような効果を達成するためにカルシウム(Ca)含量の下限を0.0005%に制限することができる。但し、カルシウム(Ca)が過剰に添加される場合、鋼中の酸素と反応して非金属介在物であるCaOを生成するため、本発明ではカルシウム(Ca)含量の上限を0.005%に制限することができる。したがって、本発明のカルシウム(Ca)含量は0.0005~0.005%であってもよく、より好ましいカルシウム(Ca)含量は0.001~0.003%であってもよい。
チタン(Ti)の適正含量は窒素(N)の含量によって流動的に制限されることができる。もし窒素(N)の含量に比べてチタン(Ti)の含量が相対的に少ない場合、TiNの生成量が少なくなって結晶粒を微細化させるのに不利である。一方、チタン(Ti)が過量添加されると、加熱工程中にTiNが粗大になって結晶粒の成長抑制効果が減少する。したがって、本発明では、通常に含有される窒素(N)の含量(0.002~0.006%)を考慮してチタン(Ti)の含量を0.005~0.025%の範囲に制限することができる。より好ましいチタン(Ti)含量は0.01~0.02%であってもよい。
窒素(N)は、チタン(Ti)とともにTiN析出物を形成して結晶粒を微細化させることで、母材の靭性及び熱影響部(HAZ)の衝撃靭性を増大させる役割を果たす元素として広く知られている。本発明においても、窒素(N)は結晶粒微細化の目的を達成するために必ず添加されなければならない元素である。したがって、本発明では、このような効果を達成するために窒素(N)含量の下限を0.002%に制限することができる。但し、窒素(N)含量が過剰に添加された場合、TiNの生成量が過度に増加し、低温靭性が低下し得るため、本発明では窒素(N)含量の上限を0.006%に制限することができる。したがって、本発明の窒素(N)含量は0.002~0.006%であってもよく、より好ましい窒素(N)含量は0.002~0.004%であってもよい。
本発明は、ボロン(B)の含量を積極的に抑制するが、製鋼工程上、不可避に流入されるボロン(B)を完全に除去するためには、過大なコストが消耗される可能性がある。したがって、本発明ではボロン(B)含量を0.005%未満に制限することができる。好ましいボロン(B)含量は0.0002%以下であってもよく、より好ましいボロン(B)含量は0.0001%以下であってもよい。
Cr+Mo:0.4%以下
V+Nb:0.1%以下
Ca/S:1.0以上
前述の合金組成で備えられる鋼材を急冷及び焼戻し処理する場合、鋼材の微細組織は焼戻しマルテンサイト及び焼戻しベイナイトの微細組織を有するようになる。本発明において、焼戻しマルテンサイト及び焼戻しベイナイトはそれぞれ、面積分率で30~60%及び40~70%含まれるため、600MPa級の引張強度、-50℃以下の無延性遷移温度(nil-ductility transition temperature)特性及び-60℃で250J以上のシャルピー引張強度を効果的に確保することができる。好ましい焼戻しマルテンサイトの面積分率は40~60%であってもよく、好ましい焼戻しベイナイトの面積分率は40~60%であってもよい。また、焼戻しマルテンサイト及び焼戻しベイナイトの面積分率の和は100%であってもよい。
本発明は、高い衝撃靭性及び強度を確保するために結晶粒形状比(長軸/短軸の割合)を一定範囲に制御することができ、このような結晶粒形状比は、圧延(再結晶制御圧延)工程によって制御することができる。結晶粒形状比が1.1未満の場合、結晶粒の形状が丸くなって表面エネルギーが小さくなり、結晶粒の微細化を期待し難いため、十分な衝撃靭性及び強度を確保することが困難となる。また、結晶粒の形状比が2.5を超える場合、結晶粒を形成するための圧延負荷が過度に大きくなって衝撃靭性の低下が懸念されるため、好ましくない。したがって、本発明では、結晶粒形状比(長軸/短軸の割合)を1.1~2.5の範囲に制限することができる。
本発明では、前述の合金組成で備えられるスラブを1050~1250℃の温度で再加熱することができる。これは、再加熱温度が1050℃未満の場合、溶質原子の十分な固溶が困難であり、再加熱温度が1250℃を超える場合、オーステナイト結晶粒のサイズが過度に粗大化して、鋼板の物性が低下するためである。
再結晶制御圧延は、未再結晶以上の温度で圧延を行うことを意味し、未再結晶温度であるTnrは、既公知された下記の式1によって導出可能である。但し、下記の式1において、各合金元素の単位は重量%を意味する。
Tnr(℃)=887-464×C+890×Ti+363×Al-357×Si+(6445×Nb-644×Nb1/2)+(732×V-230×V1/2)
急冷工程は、焼戻しマルテンサイト及び焼戻しベイナイトの混合組織を得るための重要な工程であって、600MPa以上の引張強度、250J以上の-60℃シャルピー衝撃靭性及び-50℃以下の無延性遷移温度(nil-ductility transition temperature)特性を確保可能な微細組織を形成するために工程条件を厳格に制御する必要がある。
本発明では、優れた引張強度、無延性遷移温度特性及び低温靭性を確保するために、300℃以下に急冷処理された鋼材を焼戻し熱処理して組織の残留応力を除去し、それにより焼戻しマルテンサイト及び焼戻しベイナイト組織を有することができる。
Claims (9)
- 重量%で、C:0.05~0.20%、Si:0.15~0.55%、Mn:0.9~1.75%、Al:0.001~0.05%、P:0.03%以下、S:0.03%以下、Cr:0.05~0.3%、Ni:0.05~0.6%、Cu:0.005~0.35%、Mo:0.05~0.2%、V:0.005~0.07%、Nb:0.005~0.04%、Ca:0.0005~0.005%、Ti:0.005~0.025%、N:0.002~0.006%、B:0.0005%未満、残部Fe及び不可避な不純物からなり、
Cu+Ni+Cr+Mo:1.5%以下、
Cr+Mo:0.4%以下、
V+Nb:0.1%以下、及び
Ca/S:1.0以上の関係を満たし、
面積分率で40~60%の焼戻しマルテンサイト及び40~60%の焼戻しベイナイトの混合組織を組織として含み、
前記組織の結晶粒形状比(長軸/短軸)は1.1~2.5であることを特徴とする高強度鋼板。 - 前記鋼板の無延性遷移温度(nil-ductility transition temperature)は-50℃以下であることを特徴とする請求項1に記載の高強度鋼板。
- 前記鋼板の引張強度は600MPa以上であることを特徴とする請求項1に記載の高強度鋼板。
- 前記鋼板のシャルピー衝撃靭性は-60℃で300J以上であることを特徴とする請求項1に記載の高強度鋼板。
- 重量%で、C:0.05~0.20%、Si:0.15~0.55%、Mn:0.9~1.75%、Al:0.001~0.05%、P:0.03%以下、S:0.03%以下、Cr:0.05~0.3%、Ni:0.05~0.6%、Cu:0.005~0.35%、Mo:0.05~0.2%、V:0.005~0.07%、Nb:0.005~0.04%、Ca:0.0005~0.005%、Ti:0.005~0.025%、N:0.002~0.006%、B:0.0005%未満、残部Fe及び不可避な不純物からなり、
Cu+Ni+Cr+Mo:1.5%以下、
Cr+Mo:0.4%以下、
V+Nb:0.1%以下、及び
Ca/S:1.0以上、の関係を満たす鋼のスラブを1050~1250℃の温度範囲に再加熱し、
Tnr~(Tnr+100℃)の温度範囲で前記スラブを圧延して鋼板を提供し、
870~950℃の温度範囲で前記鋼板をオーステナイジング熱処理し、
前記オーステナイジング熱処理された鋼板を300℃以下の温度範囲に急冷し、
595~700℃の温度範囲で前記急冷された鋼板を焼戻し熱処理、することを特徴とする請求項1に記載の高強度鋼板の製造方法。 - 前記圧延の累積圧下量は50~90%であることを特徴とする請求項5に記載の高強度鋼板の製造方法。
- 前記圧延により前記鋼板の組織の結晶粒形状比(長軸/短軸)が1.1~2.5の範囲に制御されることを特徴とする請求項5又は6に記載の高強度鋼板の製造方法。
- 前記オーステナイジング熱処理は1.6*t(但し、ここで、tは鋼板の厚さ(mm)を意味する)+(10~30分)の時間行われることを特徴とする請求項5に記載の高強度鋼板の製造方法。
- 前記焼戻し熱処理は2.4*t(但し、ここで、tは鋼板の厚さ(mm)を意味する)+(10~30分)の時間行われることを特徴とする請求項5に記載の高強度鋼板の製造方法。
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