JP7244715B2 - 耐久性に優れた熱延鋼板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
微細組織がフェライト相を基地組織として、マルテンサイト相とベイナイト相で構成された硬質相を混合して含み、上記硬質相の全体分率(面積分率)のうち、一つの結晶粒(single grain)内に上記マルテンサイト相とベイナイト相が混在する結晶粒の分率が60%以上であり、下記関係式2を満たすことを特徴とする、耐久性に優れた熱延鋼板を提供する。
4<Mn/Si<12
(ここで、MnとSiは、各元素の重量含量を意味する。)
SSGM+B/(M+B+SSGM+B)≧0.6
(ここで、Mはマルテンサイト相、Bはベイナイト相を意味し、SSGM+Bはsingle grain内のB相とM相が混在する硬質相であって、粒界の周辺にM相が存在し、中心領域にはB相が存在する組織を意味する。そして、それぞれの相は面積分率(%)を意味する。)
|t-ta|≦2
(ta=251+(109[C])+(10.5[Mn])+(22.7[Cr])-(6.1[Si])-(5.4[Sol.Al])-(0.87Temp)+(0.00068Temp 2 )であり、ここで、tは2次冷却保持時間(秒、sec)、taは最適な相分率を確保するための2次冷却保持時間(秒、sec)、Tempは2次冷却中間温度であって、2次冷却の開始時点と終了時点との間の中間点の温度を意味する。そして、各合金成分は重量含量を意味する。)
炭素(C)は、鋼を強化するのに最も経済的かつ効果的な元素であり、その添加量が増加すると、フェライト、ベイナイト、及びマルテンサイトで構成される複合組織鋼において、ベイナイト、マルテンサイトのような低温変態相の分率が増加して引張強度が向上する。
シリコン(Si)は、溶鋼を脱酸させるとともに、固溶強化効果があり、フェライト安定化元素として熱間圧延後の冷却中にフェライト変態を促進するという効果がある。したがって、フェライト、ベイナイト、及びマルテンサイト複合組織鋼の基地を構成するフェライト分率の増大に効果的な元素である。
マンガン(Mn)は、上記Siと同様に、鋼を固溶強化させるのに効果的な元素であり、鋼の硬化能を増加させることで、熱間圧延後の冷却中にベイナイト相又はマルテンサイト相の形成を容易にする。
リン(P)は、鋼中に存在する不純物であり、その含量が0.03%を超えると、マイクロ偏析によって延性が低下し、鋼の衝撃特性が低下する。但し、上記Pの含量を0.001%未満にして製造するためには、製鋼操業時に時間が過度にかかり、生産性が大きく低下するという問題がある。
硫黄(S)は、鋼中に存在する不純物であり、その含量が0.01%を超えると、Mnなどと結合して非金属介在物を形成するため、鋼の靭性を大きく低下させるという問題点がある。但し、上記Sの含量を0.001%未満にして製造するためには、製鋼操業時に時間が過度にかかり、生産性に劣るという問題がある。
可溶アルミニウム(Sol.Al)は、フェライト安定化元素であり、熱間圧延後の冷却中にフェライト相の形成に有効な元素である。
クロム(Cr)は、鋼を固溶強化させるとともに、Mnと同様に、冷却時にフェライト相変態を遅らせてマルテンサイトの形成を有利にする役割を果たす。
チタン(Ti)は、連鋳時に窒素(N)と結合して粗大な析出物を形成し、熱間圧延工程のための再加熱時にその一部は再固溶されず、素材中に残るようになるが、上記再固溶されていない析出物は溶接時にも融点が高くて再固溶されないため、溶接熱影響部の結晶粒の成長を抑制する役割を果たす。また、再固溶されたTiは、熱間圧延後に冷却過程中の相変態過程で微細に析出し、鋼の強度を大きく向上させる効果がある。
ニオブ(Nb)は、炭窒化物形態の析出物を形成して強度を向上させる役割をする元素であり、特に、熱間圧延後に冷却過程中の相変態過程でフェライト粒内に微細に析出した析出物は、鋼の強度を大きく向上させる。
バナジウム(V)は、炭窒化物形態の析出物を形成して強度を向上させる役割をする元素であり、特に、熱間圧延後に冷却過程中の相変態過程でフェライト粒内に微細に析出した析出物は、鋼の強度を大きく向上させる。
窒素(N)は、上記Cとともに代表的な固溶強化元素であり、Ti、Alなどと共に粗大な析出物を形成する。
4<Mn/Si<12
(ここで、MnとSiは、各元素の重量含量を意味する。)
SSGM+B /(M+B+SSGM+B)≧0.6
(ここで、Mはマルテンサイト相、Bはベイナイト相を意味し、SSGM+Bはsingle grain内にB相とM相が混在する硬質相であって、粒界の周辺にM相が存在し、中心領域にはB相が存在する組織を意味する。そして、それぞれの相は面積分率(%)を意味する。)
PN20×(PN20+PN50+PN100) -1 ≧0.65
(PN20は、透過顕微鏡(TEM)で観察される直径(円相当基準)が0nm超過20nm以下である、熱延鋼板組織内の(Ti、Nb)C系及び/又は(V、Nb)C系析出物の個数であり、PN50は、透過顕微鏡で観察される直径(円相当基準)が20nm超過50nm以下である、熱延鋼板組織内の(Ti、Nb)C系及び/又は(V、Nb)C系析出物の個数であり、PN100は、透過顕微鏡で観察される直径(円相当基準)が50nm超過100nm以下である、熱延鋼板組織内の(Ti、Nb)C系及び/又は(V、Nb)C系析出物の個数である。)
まず、上述の合金組成及び関係式1を満たす鋼スラブを準備した後、これを1180~1300℃の温度範囲で再加熱することが好ましい。
上記によって再加熱された鋼スラブを熱間圧延して熱延鋼板を製造することが好ましい。このとき、仕上げ熱間圧延は、Ar3(フェライト相変態開始温度)以上であることが好ましい。
上記によって熱間圧延して得られた熱延鋼板を冷却することが好ましいが、このとき、冷却は段階的に行うことが好ましい。
上記1次冷却が完了した熱延鋼板を極徐冷帯において、特定の条件で冷却(2次冷却)することが好ましい。より具体的には、下記関係式4を満たす範囲内で0.05~2.0℃/sの冷却速度で極徐冷することが好ましい。
|t-ta|≦2
(ta=251+(109[C])+(10.5[Mn])+(22.7[Cr])-(6.1[Si])-(5.4[Sol.Al])-(0.87Temp)+(0.00068Temp 2 )であり、ここで、tは2次冷却保持時間(秒、sec)、taは最適な相分率を確保するための2次冷却保持時間(秒、sec)、Tempは2次冷却中間温度であって、2次冷却の開始時点と終了時点との間の中間点の温度を意味する。そして、各合金成分は重量含量を意味する。)
上記極徐冷帯での2次冷却を完了した後、常温~400℃の温度範囲まで20℃/s以上の冷却速度で3次冷却を行うことが好ましい。ここで、常温とは、15~35℃程度の範囲を意味する。
上記によって3次冷却まで完了した熱延鋼板を、その温度で巻き取る工程を行うことが好ましい。
下記表1に示した成分系を有する鋼スラブを準備した後、それぞれの鋼スラブを1250℃に加熱してから、仕上げ熱間圧延(表2に仕上げ熱間圧延温度を表記)して厚さ3.0mmtの熱延鋼板を製造した。その後、80℃/sの冷却速度で1次冷却(表2に冷却終了温度を表記)してから、下記表2に示した極徐冷帯中間温度と保持時間で制御冷却(2次冷却)を行い、60℃/sの冷却速度で常温まで3次冷却を行った後、巻き取った。
Claims (6)
- 重量%で、炭素(C):0.05~0.14%、シリコン(Si):0.1~1.0%、マンガン(Mn):1.0~1.8%、リン(P):0.001~0.03%、硫黄(S):0.001~0.01%、可溶アルミニウム(Sol.Al):0.2~0.4%、クロム(Cr):0.4~0.8%、チタン(Ti):0.01~0.05%、ニオブ(Nb):0.03~0.06%、バナジウム(V):0.04~0.1%、窒素(N):0.001~0.01%、残部Fe及びその他の不可避不純物からなり、
前記MnとSiは下記関係式1を満たし、
組織が面積分率60~85%のフェライト相を基地組織として、マルテンサイト相とベイナイト相で構成された硬質相を混合して含み、
前記硬質相の全体分率(面積分率)のうち、一つの結晶粒(single grain)内に前記マルテンサイト相とベイナイト相が混在する結晶粒の分率が60%以上であり、下記関係式2を満たし、
前記フェライト相は、粒内に下記関係式3を満たすように(Ti、Nb)C系及び/又は(V、Nb)C系析出物を含む、耐久性に優れた熱延鋼板。
[関係式1]
4<Mn/Si<12
(ここで、MnとSiは、各元素の重量含量を意味する。)
[関係式2]
SSGM+B/(M+B+SSGM+B)≧0.6
(ここで、Mはマルテンサイト相、Bはベイナイト相を意味し、SSGM+Bは一つの結晶粒内のB相とM相が混在する硬質相であって、粒界の周辺にM相が存在し、中心領域にはB相が存在する組織を意味する。そして、それぞれの相は面積分率(%)を意味する。)
[関係式3]
PN20×(PN20+PN50+PN100)-1≧0.65
(ここで、PN20は、透過顕微鏡で観察される直径が0nm超過20nm以下である、熱延鋼板組織内の(Ti、Nb)C系及び/又は(V、Nb)C系析出物の個数であり、PN50は、透過顕微鏡で観察される直径が20nm超過50nm以下である、熱延鋼板組織内の(Ti、Nb)C系及び/又は(V、Nb)C系析出物の個数であり、PN100は、透過顕微鏡で観察される直径が50nm超過100nm以下である、熱延鋼板組織内の(Ti、Nb)C系及び/又は(V、Nb)C系析出物の個数である。) - 前記熱延鋼板は、590MPa以上の引張強度を有し、降伏比(YR=YS/TS)が0.65~0.85である、請求項1に記載の耐久性に優れた熱延鋼板。
- 前記熱延鋼板は、フェライト相と硬質相間の硬度差(ΔHv)が15以下であり、耐久疲労寿命が60(×万サイクル)以上である、請求項1又は2に記載の耐久性に優れた熱延鋼板。
- 重量%で、炭素(C):0.05~0.14%、シリコン(Si):0.1~1.0%、マンガン(Mn):1.0~1.8%、リン(P):0.001~0.03%、硫黄(S):0.001~0.01%、可溶アルミニウム(Sol.Al):0.2~0.4%、クロム(Cr):0.4~0.8%、チタン(Ti):0.01~0.05%、ニオブ(Nb):0.03~0.06%、バナジウム(V):0.04~0.1%、窒素(N):0.001~0.01%、残部Fe及びその他の不可避不純物からなり、前記MnとSiは下記関係式1を満たす鋼スラブを1180~1300℃の温度範囲で再加熱する段階と、
前記再加熱された鋼スラブをAr3以上の温度で仕上げ熱間圧延して熱延鋼板を製造する段階と、
前記熱延鋼板を550~750℃の温度範囲まで20℃/s以上の冷却速度で1次冷却する段階と、
前記1次冷却後に下記関係式4を満たす範囲内で0.05~2.0℃/sの冷却速度で冷却する2次冷却段階と、
前記2次冷却後に常温~400℃の温度範囲まで20℃/s以上の冷却速度で3次冷却する段階と、
前記3次冷却後に巻き取る段階と、を含み、
組織が面積分率60~85%のフェライト相を基地組織として、マルテンサイト相とベイナイト相で構成された硬質相を混合して含み、
前記硬質相の全体分率(面積分率)のうち、一つの結晶粒(single grain)内に前記マルテンサイト相とベイナイト相が混在する結晶粒の分率が60%以上であり、下記関係式2を満たし、
前記フェライト相は、粒内に下記関係式3を満たすように(Ti、Nb)C系及び/又は(V、Nb)C系析出物を含む、耐久性に優れた熱延鋼板の製造方法。
[関係式1]
4<Mn/Si<12
(ここで、MnとSiは、各元素の重量含量を意味する。)
[関係式2]
SSGM+B/(M+B+SSGM+B)≧0.6
(ここで、Mはマルテンサイト相、Bはベイナイト相を意味し、SSGM+Bは一つの結晶粒内のB相とM相が混在する硬質相であって、粒界の周辺にM相が存在し、中心領域にはB相が存在する組織を意味する。そして、それぞれの相は面積分率(%)を意味する。)
[関係式3]
PN20×(PN20+PN50+PN100)-1≧0.65
(ここで、PN20は、透過顕微鏡で観察される直径が0nm超過20nm以下である、熱延鋼板組織内の(Ti、Nb)C系及び/又は(V、Nb)C系析出物の個数であり、PN50は、透過顕微鏡で観察される直径が20nm超過50nm以下である、熱延鋼板組織内の(Ti、Nb)C系及び/又は(V、Nb)C系析出物の個数であり、PN100は、透過顕微鏡で観察される直径が50nm超過100nm以下である、熱延鋼板組織内の(Ti、Nb)C系及び/又は(V、Nb)C系析出物の個数である。)
[関係式4]
|t-ta|≦2
(ここで、ta=251+(109[C])+(10.5[Mn])+(22.7[Cr])-(6.1[Si])-(5.4[Sol.Al])-(0.87Temp)+(0.00068Temp2)であり、ここで、tは2次冷却保持時間(秒、sec)、taは最適な相分率を確保するための2次冷却保持時間(秒、sec)、Tempは2次冷却中間温度であって、2次冷却の開始時点と終了時点との間の中間点の温度を意味する。そして、各合金成分は重量含量を意味する。) - 前記仕上げ熱間圧延は、Ar3~1000℃の温度範囲で行う、請求項4に記載の耐久性に優れた熱延鋼板の製造方法。
- 請求項1~3のいずれか1項に記載の熱延鋼板を電気抵抗溶接して製造された、耐久性に優れた電縫鋼管。
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