JP7164718B2 - 優れた低降伏比と低温靭性特性を有する構造用鋼及びその製造方法 - Google Patents
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Description
まず、本発明の一実施形態による構造用鋼の成分系について説明する。本発明の一実施形態による構造用鋼は、重量%で、C:0.05~0.12%、Si:0.05~0.4%、Mn:1.0~2.0%、P:0.01%以下、S:0.003%以下、Sol.Al:0.015~0.04%、Ti:0.005~0.02%、Nb:0.01%以下、N:0.002~0.008%、残部はFe及びその他の不可避不純物からなる。
Cは固溶強化を起こし、Nbなどによる炭窒化物として存在して引張強度を確保するための元素である。Cが0.12%を超えて添加される場合、MA形成を助長するだけでなく、パーライトが生成されて低温における衝撃及び疲労特性を劣化させる可能性がある。これに対し、C含有量が0.05%未満の場合、第2相の形成が不利になって降伏比を高めることができるため、C含有量を0.05~0.12%に制限することが好ましい。
Siは、Alを補助して溶鋼を脱酸する役割を果たし、降伏強度及び引張強度を確保するために必要な元素である。しかし、低温における衝撃及び疲労特性を確保するために、その含有量を0.4%以下に制限する。また、Siが0.4%を超えて投入される場合には、Cの拡散を妨害してMA形成を助長する。一方、Siを0.05%未満に除去するためには、製鋼工程での処理時間を大幅に増やす必要があるが、生産性が低下するため、その含有量を0.05%以上に制限する。したがって、本発明におけるSi含有量を0.05~0.4%に制限することが好ましい。
Mnは、固溶強化による強度増加の効果が大きいため、1.0%以上添加することができる。しかし、2.0%を超えて過度に添加されると、MnS介在物の形成、中心部の偏析による靭性の低下を引き起こす虞があるため、上限は2.0%に制限することが好ましい。
Pは、不純物として粒界偏析を起こし、鋼を脆化させる原因となり得るため、Pの上限を0.01%に制限する必要がある。
Sは、不純物として主にMnと結合してMnS介在物を形成し、これらは低温靭性を阻害する要因となる。したがって、低温靭性及び低温疲労特性を確保するためには、Sを0.003%以下の範囲に制限する必要がある。
Alは、鋼の主要な脱酸剤として溶解状態で0.015%以上添加される必要がある。また、変形時効時のN成分を固定させるために必要な元素であるため、最小0.015%以上添加される必要がある。しかし、0.04%を超えて添加する場合には、Al2O3介在物の分率、大きさの増加により低温靭性を低下させる原因となる可能性があり、また、Siと同様に、母材及び溶接熱影響部のMA相の生成を促進し、低温靭性及び低温疲労特性を低下させる虞がある。したがって、本発明におけるAl含有量は、0.015~0.04%に制限する必要がある。
Tiは、Nと結合してTi窒化物(TiN)を形成することで、固溶N含有量を減少させるため、0.005%以上添加される必要がある。これらの析出物は、組織の粗大化を抑制して微細化に寄与し、靭性を向上させる役割を果たす。しかしながら、Ti含有量が0.02%を超える場合には、析出物の粗大化により破壊の原因となる可能性があり、Nと結合できなかった固溶Tiが残留し、Ti炭化物(TiC)を形成して、母材及び溶接部の靭性を低下させる虞がある。したがって、本発明におけるTi含有量は、0.005~0.02%に制限する必要がある。
Nbは、固溶または炭窒化物を析出することにより、圧延または冷却中の再結晶を抑制して組織を微細にし、強度を増加させる元素である。しかしながら、結晶粒が過度に微細化すると、降伏強度の増加によって低降伏比の確保が困難であるため、添加範囲を0.01%に制限する必要がある。低降伏比をより確保するためには、Nbを添加しないことが有利であるため、その下限は別途設定しなくてもよい。
Nは、Ti、Nb、Alなどと共に析出物を形成して再加熱時にオーステナイト組織を微細にし、強度及び靭性の向上に役立つ元素である。しかしながら、過度に含有すると、高温で表面クラックを誘発して析出物を形成し、残留するNは原子状態で存在して靭性を低下させるため、本発明におけるN含有量は、0.002~0.008%の範囲に限定することができる。
本発明の他の一実施形態による構造用鋼の製造方法は、スラブ再加熱-熱間圧延-冷却(1次冷却、維持、2次冷却)の過程から構成されており、各製造段階別の詳細な条件は以下のとおりである。
まず、上述した成分系からなるスラブを用意し、上記スラブを1050~1150℃の温度範囲で再加熱する。再加熱温度が1150℃を超える場合には、オーステナイトの結晶粒が粗大化し、靭性が低下する問題が生じる可能性がある。一方、上記再加熱温度が1050℃未満である場合には、Ti、Nbなどが十分固溶しない場合が生じて強度の低下をもたらすことがある。
上記加熱されたスラブをポリゴナルフェライト形成に有利であることができるように、比較的高い温度で圧延を終了する。具体的には、仕上げ圧延終了温度が830~970℃になるように熱間圧延して厚鋼板を得る。
本発明における熱間圧延後の冷却は、目標組織の実現において非常に重要な工程である。本発明における冷却工程は、通常のTMCP圧延での冷却とは異なり、1次冷却-維持-2次冷却の3段階で行われる。
Claims (5)
- 重量%で、C:0.05~0.12%、Si:0.05~0.4%、Mn:1.0~2.0%、P:0.01%以下、S:0.003%以下、Sol.Al:0.015~0.04%、Ti:0.005~0.02%、Nb:0.01%以下、N:0.002~0.008%、残部はFe及びその他の不可避不純物からなり、
微細組織が、面積分率で、ポリゴナルフェライト90%以上、第2相として擬似パーライト10%以下及びMA2%以下を含み、
前記ポリゴナルフェライトにおいて、20μm以上の結晶粒大きさを有するポリゴナルフェライトが20~50%であり、20μm未満の結晶粒大きさを有するポリゴナルフェライトが40~70%であることを特徴とする構造用鋼板。 - 降伏強度(YS)が350MPa以上、引張強度(TS)が450MPa以上であり、降伏比(YS/TS)が85%以下であることを特徴とする請求項1に記載の構造用鋼板。
- 延伸率が20%以上、-40℃における衝撃靭性が60J以上、-60℃における低温衝撃靭性が100J以上であることを特徴とする請求項1に記載の構造用鋼板。
- 前記構造用鋼板は、厚さ50mm以下の厚鋼板であることを特徴とする請求項1に記載の構造用鋼板。
- 重量%で、C:0.05~0.12%、Si:0.05~0.4%、Mn:1.0~2.0%、P:0.01%以下、S:0.003%以下、Sol.Al:0.015~0.04%、Ti:0.005~0.02%、Nb:0.01%以下、N:0.002~0.008%、残部はFe及びその他の不可避不純物からなるスラブを1050~1150℃の温度範囲で再加熱する段階、
再加熱した前記スラブを830~970℃の仕上げ圧延温度で熱間圧延する段階、
圧延された鋼板を630~700℃の1次冷却終了温度まで10~30℃/秒の冷却速度で冷却する1次冷却段階、
前記1次冷却を終えた後、5~12秒間維持する維持段階、及び
前記維持段階後、300~500℃の2次冷却終了温度まで15~60℃/秒の冷却速度で冷却する2次冷却段階を含み、
微細組織が、面積分率で、ポリゴナルフェライト90%以上、第2相として擬似パーライト10%以下及びMA2%以下を含み、
前記ポリゴナルフェライトにおいて、20μm以上の結晶粒大きさを有するポリゴナルフェライトが20~50%であり、20μm未満の結晶粒大きさを有するポリゴナルフェライトが40~70%であることを特徴とする構造用鋼板の製造方法。
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