JP7396512B2 - Thick steel plate and method for manufacturing thick steel plate - Google Patents
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Description
本発明は、厚鋼板に関し、特に、優れた疲労き裂伝播抵抗性と全伸びを兼ね備えるとともに、板厚方向の伸びにも優れた厚鋼板に関する。本発明の厚鋼板は、船舶、海洋構造物、橋梁、建築物、タンクなど、構造安全性が強く求められる構造物に好適に用いることができる。また、本発明は、前記厚鋼板の製造方法に関する。 The present invention relates to a thick steel plate, and particularly to a thick steel plate that has both excellent fatigue crack propagation resistance and total elongation, and also has excellent elongation in the thickness direction. The thick steel plate of the present invention can be suitably used in structures where structural safety is strongly required, such as ships, marine structures, bridges, buildings, and tanks. The present invention also relates to a method for manufacturing the thick steel plate.
厚鋼板は、船舶、海洋構造物、橋梁、建築物、タンクなどの構造物に広く用いられている。前記厚鋼板には、強度、靭性などの機械的特性および溶接性が優れることに加え、疲労特性に優れることが求められる。 Heavy steel plates are widely used in structures such as ships, offshore structures, bridges, buildings, and tanks. The thick steel plate is required to have excellent mechanical properties such as strength and toughness, and weldability, as well as excellent fatigue properties.
すなわち、上述したような構造物を使用する際には、該構造物に対して、風や地震による振動など、繰返し荷重がかかる。そのため、厚鋼板には、そのような繰返し荷重が負荷された場合でも構造物の安全性を確保できる疲労特性が求められる。特に、部材の破断といった終局的な破壊を防止するためには、厚鋼板の疲労き裂伝播抵抗性を向上させることが効果的である。 That is, when the above-mentioned structure is used, repeated loads such as vibrations caused by wind and earthquakes are applied to the structure. Therefore, thick steel plates are required to have fatigue properties that can ensure the safety of the structure even when such repeated loads are applied. In particular, in order to prevent ultimate destruction such as breakage of members, it is effective to improve the fatigue crack propagation resistance of thick steel plates.
そこで、鋼板の疲労き裂伝播抵抗性を向上させるために様々な検討が行われている。 Therefore, various studies are being conducted to improve the fatigue crack propagation resistance of steel plates.
例えば、特許文献1では、湿潤硫化水素環境下で疲労き裂伝播抵抗性に優れた、タンカー用の鋼板が提案されている。前記鋼板は、第1相としてのフェライトと、第2相としてのベイナイトおよび/またはパーライトからなる混合組織を有している。また、前記鋼板では、フェライトの平均粒径が20μm以下とされている。 For example, Patent Document 1 proposes a steel plate for tankers that has excellent fatigue crack propagation resistance in a wet hydrogen sulfide environment. The steel plate has a mixed structure consisting of ferrite as a first phase and bainite and/or pearlite as a second phase. Further, in the steel sheet, the average grain size of ferrite is 20 μm or less.
また、特許文献2でも、疲労き裂伝播抵抗性に優れた鋼板が提案されている。前記鋼板は、硬質部と軟質部とからなるミクロ組織を有し、前記硬質部と軟質部の間の硬度差が、ビッカース硬度で150以上であることを特徴としている。 Further, Patent Document 2 also proposes a steel plate with excellent fatigue crack propagation resistance. The steel plate is characterized in that it has a microstructure consisting of a hard part and a soft part, and the difference in hardness between the hard part and the soft part is 150 or more in terms of Vickers hardness.
特許文献3では、ベイナイトと、面積率で38~52%のフェライトとからなるミクロ組織を有する二相鋼が提案されている。特許文献3で提案されている技術においては、フェライト相部分のビッカース硬さと、フェライト相とベイナイト相の間の境界の密度を制御することで疲労き裂伝播抵抗性を向上させている。 Patent Document 3 proposes a dual-phase steel having a microstructure consisting of bainite and ferrite with an area ratio of 38 to 52%. In the technique proposed in Patent Document 3, fatigue crack propagation resistance is improved by controlling the Vickers hardness of the ferrite phase portion and the density of the boundary between the ferrite phase and the bainite phase.
ここで、厚肉の鋼板は、通常、造塊法により製造された大型鋼塊を分塊圧延し、得られた分塊スラブを熱間圧延することによって製造されている。しかし、この造塊-分塊プロセスでは、押湯部の濃厚偏析部や、鋼塊底部の負偏析部を切り捨てる必要があるため、歩留まりが上がらず、製造コストが上昇することに加え、工期が長くなるという問題がある。 Here, thick-walled steel plates are usually manufactured by blooming a large steel ingot produced by an ingot-forming method and hot rolling the obtained blooming slab. However, in this ingot making-blooming process, it is necessary to cut off the densely segregated area at the feeder and the negatively segregated area at the bottom of the steel ingot, which does not improve yields, increases manufacturing costs, and shortens the construction period. The problem is that it is long.
一方、厚肉の鋼板の製造を、連続鋳造スラブを素材とするプロセスで行った場合、上記の問題は生じない。しかし、連続鋳造スラブは造塊法で製造されたスラブに比べて薄いため、圧延工程における製品厚までの圧下量が少なくなり、センターポロシティを圧着できないという問題がある。センターポロシティを圧着できないと板厚方向引張による伸びが劣る。さらに、厚鋼板は前述の通り構造物などに用いられることから、高い強度が求められる。そのため、必要な強度を確保するために添加される合金元素量が増加し、その結果、中心偏析に起因するセンターポロシティの発生や、大型化による内質の劣化など、新たな問題が生じている。 On the other hand, if a thick steel plate is manufactured using a continuous casting slab material process, the above problem does not occur. However, since continuous casting slabs are thinner than slabs manufactured by the ingot-forming method, the amount of reduction to the product thickness during the rolling process is small, and there is a problem that the center porosity cannot be crimped. If the center porosity cannot be crimped, the elongation due to tension in the thickness direction will be poor. Furthermore, since thick steel plates are used for structures and the like as mentioned above, high strength is required. Therefore, the amount of alloying elements added to ensure the necessary strength increases, resulting in new problems such as center porosity due to center segregation and deterioration of internal quality due to larger size. .
これらの問題を解決するために、連続鋳造スラブから厚鋼板を製造する過程で、センターポロシティを圧着して、鋼板内の中心偏析部の特性を改善することを目的に、以下のような技術が提案されている。 In order to solve these problems, the following technology has been developed to improve the characteristics of the center segregation area within the steel plate by crimping the center porosity during the process of manufacturing thick steel plates from continuously cast slabs. Proposed.
特許文献4では、連続鋳造スラブから累積圧下率が70%以下の厚肉鋼板を製造する際に、熱間圧延前に鍛造加工する技術が提案されている。 Patent Document 4 proposes a technique of forging before hot rolling when manufacturing a thick steel plate with a cumulative reduction of 70% or less from a continuously cast slab.
特許文献5では、連続鋳造スラブに鍛造および厚板圧延を施して極厚鋼板を製造する際に、前記鍛造に先だって前記スラブの板厚中心部を1200℃以上の温度に20時間以上保持し、その後、圧下率:16%以上の鍛造を行うことが提案されている。 In Patent Document 5, when producing an extra-thick steel plate by subjecting a continuously cast slab to forging and thick plate rolling, prior to the forging, the center of the plate thickness of the slab is held at a temperature of 1200 ° C. or more for 20 hours or more, After that, it is proposed to perform forging at a reduction rate of 16% or more.
特許文献6では、連続鋳造スラブにクロス鍛造を実施した後、熱間圧延する技術が提案されている。 Patent Document 6 proposes a technique in which a continuously cast slab is cross-forged and then hot rolled.
特許文献7では、連続鋳造スラブを1200℃以上の温度に20時間以上保持した後、前記スラブに鍛造と厚板圧延を施して極厚鋼板とする技術が提案されている。前記技術においては、前記鍛造の圧下率、前記鍛造と厚板圧延の全圧下率を特定の範囲とするとともに、前記厚板圧延の後に特定の条件で焼入れと焼戻しを行っている。 Patent Document 7 proposes a technique in which a continuously cast slab is held at a temperature of 1200° C. or higher for 20 hours or more, and then the slab is subjected to forging and plate rolling to obtain an extra-thick steel plate. In the technique, the rolling reduction ratio of the forging and the total rolling ratio of the forging and thick plate rolling are set within a specific range, and quenching and tempering are performed under specific conditions after the thick plate rolling.
しかし、特許文献1~7に記載されているような従来の技術には、下記(1)~(4)のような問題点があることが分かった。 However, it has been found that the conventional techniques described in Patent Documents 1 to 7 have the following problems (1) to (4).
(1)船舶、海洋構造物、橋梁、建築物、タンクなどの構造物に使用される鋼材では、規格において全伸び値が規定されることが一般的である。したがって、優れた疲労き裂伝播抵抗性を有する鋼板であっても、全伸びが規格値を満たすことが求められる。 (1) For steel materials used in structures such as ships, offshore structures, bridges, buildings, and tanks, the total elongation value is generally specified in the standard. Therefore, even if the steel plate has excellent fatigue crack propagation resistance, the total elongation is required to meet the standard value.
しかし、疲労き裂伝播抵抗性と全伸びは相反する性質であるため、特許文献1~3に記載されているような従来の技術では、優れた疲労き裂伝播抵抗性と全伸びを両立させることができなかった。 However, since fatigue crack propagation resistance and total elongation are contradictory properties, conventional techniques such as those described in Patent Documents 1 to 3 do not achieve both excellent fatigue crack propagation resistance and total elongation. I couldn't.
すなわち、特許文献1~3で提案されている技術においては、全伸びが考慮されていない。実際、特許文献1~3で提案されている鋼板は、いずれも、軟質相としてのフェライトと、硬質相としてのベイナイトまたはマルテンサイトからなるミクロ組織を有しており、軟質相と硬質相の硬度差を拡大することで疲労き裂伝播抵抗性を向上させている。しかし、軟質相と硬質相の硬度差が大きいと組織が不均質となり、その結果、鋼板の全伸びが低下する。 That is, the techniques proposed in Patent Documents 1 to 3 do not take full elongation into consideration. In fact, the steel sheets proposed in Patent Documents 1 to 3 all have a microstructure consisting of ferrite as a soft phase and bainite or martensite as a hard phase, and the hardness of the soft phase and hard phase is By widening the difference, fatigue crack propagation resistance is improved. However, when the difference in hardness between the soft phase and the hard phase is large, the structure becomes inhomogeneous, and as a result, the total elongation of the steel sheet decreases.
(2)また、構造物の安全性を確保するという観点からは、厚鋼板には、板厚方向において疲労き裂伝播抵抗性に優れることが求められる。 (2) Furthermore, from the perspective of ensuring the safety of structures, thick steel plates are required to have excellent fatigue crack propagation resistance in the thickness direction.
すなわち、一般的な構造物においては、鋼板に対して様々な方向から溶接が施されるため、疲労き裂が発生、伝播する方向は様々である。しかし、挟角の角部を有する溶接施工箇所では、その構造的特徴から疲労き裂の発生が不可避であり、発生した疲労き裂はまず板厚方向へ進展する傾向がある。そのため、疲労き裂による構造物の崩落を防止するためには、板厚方向への疲労き裂進展を抑制することが重要である。 That is, in general structures, steel plates are welded from various directions, so fatigue cracks occur and propagate in various directions. However, due to the structural characteristics of welded areas with narrow corners, fatigue cracks are unavoidable, and the fatigue cracks that do occur tend to propagate in the thickness direction. Therefore, in order to prevent the collapse of a structure due to fatigue cracks, it is important to suppress the growth of fatigue cracks in the thickness direction.
(3)さらに、上記ミクロ組織を有する従来の鋼板は、製造条件の制御が困難である。すなわち、前記鋼板をオンラインプロセスで製造する場合、所望の組織を得るために、熱間圧延後の冷却工程において、フェライトとオーステナイトの二相域から加速冷却を開始し、かつ、冷却停止温度を低くする必要がある。その際、最終的に得られるミクロ組織における軟質相と硬質相の面積分率は、冷却開始時の温度によって大きく変動する。したがって、上記従来の鋼板の製造においては、所望のミクロ組織を得るために、冷却条件を厳格に制御する必要があった。 (3) Furthermore, it is difficult to control manufacturing conditions for conventional steel sheets having the above-mentioned microstructure. That is, when manufacturing the steel sheet using an online process, in order to obtain the desired structure, accelerated cooling is started from the two-phase region of ferrite and austenite in the cooling process after hot rolling, and the cooling stop temperature is lowered. There is a need to. At this time, the area fraction of the soft phase and the hard phase in the finally obtained microstructure varies greatly depending on the temperature at the start of cooling. Therefore, in manufacturing the above-mentioned conventional steel sheets, it was necessary to strictly control cooling conditions in order to obtain a desired microstructure.
(4)特許文献4~7に記載された技術は、センターポロシティの低減や、中心偏析帯の改善には有効であるものの、熱間鍛造の工程を必要とする。また、通常の熱間圧延のみでは、板厚中心部の加工が不十分となって、センターポロシティが残存し、板厚方向の引張特性が劣化する懸念がある。 (4) Although the techniques described in Patent Documents 4 to 7 are effective in reducing center porosity and improving center segregation zones, they require a hot forging process. In addition, if only normal hot rolling is used, the processing at the center of the sheet thickness will be insufficient, leaving center porosity, and there is a concern that the tensile properties in the thickness direction will deteriorate.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、全伸びに優れ、板厚方向の伸びと疲労き裂伝播抵抗性にも優れた厚鋼板を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a thick steel plate that has excellent total elongation, elongation in the thickness direction, and fatigue crack propagation resistance.
具体的には、下記(1)~(4)の優れた特徴を兼ね備えた厚鋼板を提供することを目的とする。
(1)優れた疲労き裂伝播抵抗性と全伸びを兼ね備えている。
(2)前記疲労き裂伝播抵抗性については、構造物の安全性を確保する上で特に重要となる板厚方向における疲労き裂伝播抵抗性に優れている。
(3)二相域での高度な冷却制御を必要とすることなく製造することができる。
(4)熱間圧延による製造においても板厚方向引張による伸びが優れる。Specifically, the purpose is to provide a thick steel plate that has the following excellent features (1) to (4).
(1) It has both excellent fatigue crack propagation resistance and total elongation.
(2) The fatigue crack propagation resistance is excellent in the fatigue crack propagation resistance in the plate thickness direction, which is particularly important in ensuring the safety of structures.
(3) It can be manufactured without requiring sophisticated cooling control in the two-phase region.
(4) Excellent elongation by tension in the plate thickness direction also in production by hot rolling.
本発明者らは上記課題を解決するために検討を行った結果、以下の知見を得た。 The present inventors conducted studies to solve the above problems, and as a result, obtained the following findings.
(a)ミクロ組織における軟質相と硬質相の硬度差が、特許文献1~3ほど大きくなくとも、十分な疲労き裂伝播抵抗性が得られる。 (a) Even if the difference in hardness between the soft phase and the hard phase in the microstructure is not as large as in Patent Documents 1 to 3, sufficient fatigue crack propagation resistance can be obtained.
(b)第1相としてベイナイトを用いることにより、疲労き裂伝播抵抗性を従来よりも向上させることができる。 (b) By using bainite as the first phase, fatigue crack propagation resistance can be improved more than before.
(c)軟質相としてのベイナイトと、硬質相としてのパーライトの両者を、特定の面積分率で含み、かつベイナイトとパーライトの結晶粒径がそれぞれ特定の範囲内であるミクロ組織とすることにより、優れた疲労き裂伝播抵抗性と全伸びを兼ね備えた厚鋼板を得ることができる。 (c) By creating a microstructure that contains both bainite as a soft phase and pearlite as a hard phase in a specific area fraction, and in which the crystal grain sizes of bainite and pearlite are each within specific ranges, A thick steel plate with excellent fatigue crack propagation resistance and total elongation can be obtained.
(d)前記ミクロ組織を有する厚鋼板は、製造条件、特に、熱間圧延とその後の加速冷却における条件を制御することにより製造することができる。前記厚鋼板は、ベイナイトを第1相としているため、従来の鋼板に比べ、オンラインプロセスによる製造に適している。 (d) A thick steel plate having the above-mentioned microstructure can be manufactured by controlling the manufacturing conditions, particularly the conditions of hot rolling and subsequent accelerated cooling. Since the thick steel plate has bainite as its first phase, it is more suitable for manufacturing by an online process than conventional steel plates.
(e)さらに、熱間圧延において、圧下比3以上で圧延することにより鋳造欠陥などの欠陥を無害化し、かつ最終3パスのうち少なくとも2パスについて、1パス当たりの圧下率を10%以上として鋼板全体の整粒化を図って異常粗大粒の残存を抑制することにより、板厚方向の引張特性を改善することができる。 (e) Furthermore, in hot rolling, defects such as casting defects are rendered harmless by rolling at a rolling reduction ratio of 3 or more, and at least two of the final three passes are rolled with a rolling reduction ratio of 10% or more per pass. The tensile properties in the thickness direction of the steel sheet can be improved by regulating the grain size of the entire steel sheet and suppressing the remaining abnormally coarse grains.
本発明は上述の知見に基づいてなされたものであり、以下を要旨とするものである。 The present invention has been made based on the above-mentioned knowledge, and has the following gist.
1.質量%で、
C :0.01~0.16%、
Si:1.00%以下、
Mn:0.50~2.00%、
P :0.030%以下、
S :0.020%以下、
Al:0.06%以下を含有し、
残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、
面積分率で、
75~97%のベイナイト、および
3~25%のパーライトを含み、
ベイナイトの結晶粒径が平均円相当径で18μm以下、
パーライトの結晶粒径が平均円相当径で10μm以下であるミクロ組織を有し、
板厚方向の絞り値が30%以上である厚鋼板。1. In mass%,
C: 0.01-0.16%,
Si: 1.00% or less,
Mn: 0.50-2.00%,
P: 0.030% or less,
S: 0.020% or less,
Contains Al: 0.06% or less,
The remainder has a component composition consisting of Fe and unavoidable impurities,
In area fraction,
Contains 75-97% bainite and 3-25% perlite,
Bainite crystal grain size is 18 μm or less in average circular equivalent diameter,
Having a microstructure in which the pearlite crystal grain size is 10 μm or less in average circular equivalent diameter,
A thick steel plate with an aperture value of 30% or more in the thickness direction.
2.前記成分組成が、さらに、質量%で、
Cr:0.01~1.00%、
Cu:0.01~2.00%、
Ni:0.01~2.00%、
Mo:0.01~1.00%、
Co:0.01~1.00%、
Sn:0.005~0.200%、
Sb:0.005~0.200%、
Nb:0.005~0.200%、
V :0.005~0.200%、
Ti:0.005~0.050%、
B :0.0001~0.0050%、
Zr:0.005~0.100%、
Ca:0.0001~0.020%、
Mg:0.0001~0.020%、および
REM:0.0001~0.020%からなる群より選択される1または2以上を含む、上記1に記載の厚鋼板。2. The component composition further includes, in mass%,
Cr: 0.01-1.00%,
Cu: 0.01-2.00%,
Ni: 0.01-2.00%,
Mo: 0.01-1.00%,
Co: 0.01 to 1.00%,
Sn: 0.005-0.200%,
Sb: 0.005-0.200%,
Nb: 0.005-0.200%,
V: 0.005-0.200%,
Ti: 0.005-0.050%,
B: 0.0001 to 0.0050%,
Zr: 0.005-0.100%,
Ca: 0.0001-0.020%,
The thick steel plate according to 1 above, containing one or more selected from the group consisting of Mg: 0.0001 to 0.020%, and REM: 0.0001 to 0.020%.
3.上記1または2に記載の成分組成を有する鋼素材を、1000℃以上、1300℃以下の加熱温度に加熱し、
加熱された前記鋼素材を、圧下比:3以上、かつ最終3パスのうち圧下率が10%以上であるパス数:2以上の条件で熱間圧延して熱延鋼板とし、
前記熱延鋼板を、冷却開始温度:Ar3点以上、冷却停止温度:300~650℃、冷却開始から冷却停止までの鋼板表面における平均冷却速度:20~60℃/sの条件で加速冷却する、厚鋼板の製造方法。3. Heating a steel material having the composition described in 1 or 2 above to a heating temperature of 1000°C or more and 1300°C or less,
The heated steel material is hot-rolled into a hot-rolled steel plate under the conditions of a rolling ratio of 3 or more and a number of passes of 2 or more in which the rolling reduction is 10% or more among the final three passes,
The hot rolled steel sheet is acceleratedly cooled under the following conditions: cooling start temperature: Ar 3 points or higher, cooling stop temperature: 300 to 650 ° C., and average cooling rate on the steel plate surface from the start of cooling to the stop of cooling: 20 to 60 ° C./s. Method for manufacturing thick steel plates.
本発明の厚鋼板は、優れた疲労き裂伝播抵抗性と全伸びを兼ね備えており、板厚方向において疲労き裂伝播抵抗性に優れている。さらに、板厚方向の絞り値が30%以上であり、板厚方向引張による伸びが優れている。加えて本発明の厚鋼板においては、CrやSnなどの合金元素を多量に添加せずとも上記の優れた特性を実現出来るため、コストの面でも有利である。また、本発明の厚鋼板は、二相域での高度な冷却制御を必要とすることなく安定して製造することができる。 The thick steel plate of the present invention has both excellent fatigue crack propagation resistance and total elongation, and has excellent fatigue crack propagation resistance in the thickness direction. Furthermore, the reduction of area in the thickness direction is 30% or more, and the elongation by tension in the thickness direction is excellent. In addition, the thick steel plate of the present invention can achieve the above-mentioned excellent properties without adding large amounts of alloying elements such as Cr and Sn, which is advantageous in terms of cost. Further, the thick steel plate of the present invention can be stably manufactured without requiring sophisticated cooling control in the two-phase region.
以下、本発明について詳細に説明する。なお、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。 The present invention will be explained in detail below. Note that the present invention is not limited to this embodiment.
[成分組成]
まず、本発明の厚鋼板の成分組成について説明する。特に断らない限り、各成分の含有量を表す「%」は、「質量%」を意味する。[Component composition]
First, the composition of the thick steel plate of the present invention will be explained. Unless otherwise specified, "%" representing the content of each component means "% by mass".
C:0.01~0.16%
Cは、強度を向上させる効果を有する元素である。また、Cは、耐疲労特性に有利なパーライト相の生成を促進する効果を有する。C含有量が0.01%未満であると、所望の強度および疲労き裂伝播抵抗性を得ることができない。そのため、C含有量を0.01%以上とする。一方、C含有量が0.16%を超えると、パーライトが過剰に生成したり粗大化したりするため、全伸びと靭性が劣化する。そのため、C含有量を0.16%以下、好ましくは0.15%以下、より好ましくは0.10%以下とする。C: 0.01-0.16%
C is an element that has the effect of improving strength. Furthermore, C has the effect of promoting the formation of pearlite phase, which is advantageous for fatigue resistance. If the C content is less than 0.01%, desired strength and fatigue crack propagation resistance cannot be obtained. Therefore, the C content is set to 0.01% or more. On the other hand, when the C content exceeds 0.16%, pearlite is produced excessively or becomes coarse, resulting in deterioration in total elongation and toughness. Therefore, the C content is set to 0.16% or less, preferably 0.15% or less, and more preferably 0.10% or less.
Si:1.00%以下
Siは、脱酸作用を有するとともに、強度をさらに向上させる効果も有する元素である。また、Siは、過剰なセメンタイト生成を抑制する効果も有している。しかし、Si含有量が1.00%を超えると、溶接性、靭性が劣化することに加え、耐疲労特性に有利なパーライト相の生成が抑制されてしまう。そのため、Si含有量を1.00%以下、好ましくは0.50%以下とする。一方、Si含有量の下限は特に限定されないが、Siの添加効果を高めるという観点からは、Si含有量を0.01%以上とすることが好ましく、0.10%以上とすることがより好ましい。Si: 1.00% or less Si is an element that has a deoxidizing effect and also has the effect of further improving strength. Furthermore, Si also has the effect of suppressing excessive cementite formation. However, if the Si content exceeds 1.00%, weldability and toughness deteriorate, and the formation of pearlite phase, which is advantageous for fatigue resistance, is suppressed. Therefore, the Si content is set to 1.00% or less, preferably 0.50% or less. On the other hand, the lower limit of the Si content is not particularly limited, but from the viewpoint of enhancing the effect of adding Si, the Si content is preferably 0.01% or more, more preferably 0.10% or more. .
Mn:0.50~2.00%
Mnは、焼入れ性を高め、その結果、厚鋼板の強度を向上させる効果を有する元素である。前記効果を得るために、Mn含有量を0.50%以上、好ましくは0.80%以上とする。一方、Mn含有量が2.00%を超えると、焼入れ性が高くなり過ぎる結果、耐疲労特性に有利なパーライト相の生成が抑制される。また、Mn含有量が2.00%を超えると、全伸びおよび靭性が低下する。そのため、Mn含有量は2.00%以下、好ましくは1.65%以下とする。Mn: 0.50-2.00%
Mn is an element that has the effect of increasing hardenability and, as a result, improving the strength of thick steel plates. In order to obtain the above effect, the Mn content is set to 0.50% or more, preferably 0.80% or more. On the other hand, if the Mn content exceeds 2.00%, the hardenability becomes too high, and as a result, the formation of pearlite phase, which is advantageous for fatigue resistance, is suppressed. Moreover, when the Mn content exceeds 2.00%, the total elongation and toughness decrease. Therefore, the Mn content is 2.00% or less, preferably 1.65% or less.
P:0.030%以下
Pは、靭性を劣化させる。そのため、P含有量を0.030%以下とする。一方、P含有量は低ければ低いほど良いため、P含有量の下限は特に限定されず、P含有量は0%以上であってよく、0%超であってもよい。しかし、過度の低減は製造コストを増加させるため、製造コストの観点からは、P含有量を0.001%以上とすることが好ましく、0.002%以上とすることがより好ましい。P: 0.030% or less P deteriorates toughness. Therefore, the P content is set to 0.030% or less. On the other hand, since the lower the P content, the better, the lower limit of the P content is not particularly limited, and the P content may be 0% or more, or more than 0%. However, excessive reduction increases manufacturing costs, so from the viewpoint of manufacturing costs, the P content is preferably 0.001% or more, more preferably 0.002% or more.
S:0.020%以下
Sは、不純物として厚鋼板に含まれる元素であり、靭性を劣化させる。そのため、S含有量は0.020%以下、好ましくは0.010%以下とする。一方、S含有量は低ければ低いほど良いため、S含有量の下限は特に限定されず、S含有量は0%以上であってよく、0%超であってもよい。しかし、過度の低減は製造コストを増加させるため、製造コストの観点からは、S含有量を0.0005%以上とすることが好ましく、0.001%以上とすることがより好ましい。S: 0.020% or less S is an element contained in thick steel plates as an impurity and deteriorates toughness. Therefore, the S content is set to 0.020% or less, preferably 0.010% or less. On the other hand, the lower the S content, the better, so the lower limit of the S content is not particularly limited, and the S content may be 0% or more, or more than 0%. However, excessive reduction increases manufacturing costs, so from the viewpoint of manufacturing costs, the S content is preferably 0.0005% or more, more preferably 0.001% or more.
Al:0.06%以下
Alは、脱酸剤として作用する元素であり、溶鋼脱酸プロセスにおいて一般的に用いられる。また、Alは、鋼中のNをAlNとして固定し、母材の靭性向上に寄与する。しかし、Al含有量が0.06%を超えると、母材(厚鋼板)の靭性および全伸びが低下するとともに、溶接時に溶接金属部にAlが混入して、溶接部の靭性が劣化する。そのため、Al含有量は0.06%以下、好ましくは0.05%以下とする。一方、Al含有量の下限は特に限定されないが、Alの添加効果を高めるという観点からは、Al含有量を0.01%以上とすることが好ましい。Al: 0.06% or less Al is an element that acts as a deoxidizing agent and is generally used in the molten steel deoxidizing process. Furthermore, Al fixes N in the steel as AlN, contributing to improving the toughness of the base metal. However, if the Al content exceeds 0.06%, the toughness and total elongation of the base material (thick steel plate) will decrease, and at the same time, Al will be mixed into the weld metal during welding, degrading the toughness of the weld. Therefore, the Al content is 0.06% or less, preferably 0.05% or less. On the other hand, the lower limit of the Al content is not particularly limited, but from the viewpoint of enhancing the effect of adding Al, it is preferable that the Al content is 0.01% or more.
本発明の一実施形態における厚鋼板は、上記元素を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる成分組成を有することができる。 The thick steel plate in one embodiment of the present invention can have a composition containing the above elements, with the balance consisting of Fe and inevitable impurities.
また、本発明の他の実施形態における厚鋼板の成分組成は、さらに以下に挙げる元素の少なくとも1つを任意に含有することができる。これらの任意添加元素を添加することにより、厚鋼板の強度、靭性、溶接性、耐候性、塗装耐久性などの特性をさらに向上させることができる。 Moreover, the chemical composition of the thick steel plate in another embodiment of the present invention can further optionally contain at least one of the elements listed below. By adding these optional additive elements, properties such as strength, toughness, weldability, weather resistance, and coating durability of the thick steel plate can be further improved.
Cr:0.01~1.00%
Crは、強度をさらに向上させる効果を有する元素である。また、Crはセメンタイト生成を促進する元素であり、耐疲労特性に有利なパーライト相の生成を促進する。Crを添加する場合、前記効果を得るために、Cr含有量を0.01%以上、好ましくは0.10%以上とする。一方、Cr含有量が1.00%を超えると溶接性と靭性が損なわれる。そのため、Crを含有する場合、Cr含有量を1.00%以下、好ましくは0.80%以下、より好ましくは、0.50%以下とする。Cr:0.01~1.00%
Cr is an element that has the effect of further improving strength. Further, Cr is an element that promotes the formation of cementite, and promotes the formation of a pearlite phase that is advantageous for fatigue resistance. When adding Cr, the Cr content is set to 0.01% or more, preferably 0.10% or more in order to obtain the above effects. On the other hand, if the Cr content exceeds 1.00%, weldability and toughness will be impaired. Therefore, when containing Cr, the Cr content is set to 1.00% or less, preferably 0.80% or less, and more preferably 0.50% or less.
Cu:0.01~2.00%
Cuは、固溶により強度をさらに上昇させる元素である。Cuを添加する場合、前記効果を得るため、Cu含有量を0.01%以上とする。一方、Cu含有量が2.00%を超えると、溶接性が損なわれ、また、厚鋼板の製造時に疵が生じやすくなる。そのため、Cuを含有する場合、Cu含有量を2.00%以下、好ましくは0.70%以下、より好ましくは0.60%以下とする。Cu: 0.01-2.00%
Cu is an element that further increases strength through solid solution. When adding Cu, in order to obtain the above effect, the Cu content is set to 0.01% or more. On the other hand, when the Cu content exceeds 2.00%, weldability is impaired and flaws are likely to occur during the production of thick steel plates. Therefore, when containing Cu, the Cu content is set to 2.00% or less, preferably 0.70% or less, and more preferably 0.60% or less.
Ni:0.01~2.00%
Niは、低温靭性を向上させる効果を有する元素である、また、Niは、Cuを添加した場合の熱間脆性を改善する。Niを添加する場合、前記効果を得るために、Ni含有量を0.01%以上とする。一方、Ni含有量が2.00%を超えると溶接性が損なわれ、鋼材コストが上昇する。そのため、Niを含有する場合、Ni含有量を2.00%以下、好ましくは0.70%以下、より好ましくは0.40%以下とする。Ni: 0.01-2.00%
Ni is an element that has the effect of improving low-temperature toughness, and also improves hot embrittlement when Cu is added. When adding Ni, in order to obtain the above effect, the Ni content is set to 0.01% or more. On the other hand, if the Ni content exceeds 2.00%, weldability will be impaired and steel cost will increase. Therefore, when Ni is contained, the Ni content is set to 2.00% or less, preferably 0.70% or less, and more preferably 0.40% or less.
Mo:0.01~1.00%
Moは、強度をさらに向上させる効果を有する元素である。Moを添加する場合、前記効果を得るためにMo含有量を0.01%以上とする。一方、Mo含有量が1.00%を超えると溶接性と靭性が損なわれる。そのため、Mo含有量は1.00%以下、好ましくは0.70%以下、より好ましくは0.40%以下とする。Mo: 0.01~1.00%
Mo is an element that has the effect of further improving strength. When Mo is added, the Mo content is set to 0.01% or more in order to obtain the above effect. On the other hand, if the Mo content exceeds 1.00%, weldability and toughness will be impaired. Therefore, the Mo content is set to 1.00% or less, preferably 0.70% or less, and more preferably 0.40% or less.
Co:0.01~1.00%
Coは、基地相(matrix phase)の硬さを増加させる効果を有する元素である。Coを含有する場合、前記効果を得るために、Co含有量を0.01%以上、好ましくは0.35%以上とする。一方、Co含有量が1.00%を超えると、効果が飽和することに加え、合金コストが増大する。このため、Coを添加する場合、Co含有量は1.00%以下、好ましくは0.50%以下とする。Co:0.01~1.00%
Co is an element that has the effect of increasing the hardness of the matrix phase. When containing Co, in order to obtain the above effects, the Co content is set to 0.01% or more, preferably 0.35% or more. On the other hand, if the Co content exceeds 1.00%, the effect will be saturated and the alloy cost will increase. Therefore, when Co is added, the Co content is 1.00% or less, preferably 0.50% or less.
Sn:0.005~0.200%
Snは、基地相の硬さを増加させる効果を有する元素である。Snを添加する場合、前記効果を得るために、Sn含有量を0.005%以上、好ましくは0.010%以上、より好ましくは0.020%以上とする。一方、Sn含有量が0.200%を超えると、鋼の延性や靭性の劣化を招く。このため、Snを添加する場合、Sn含有量を0.200%以下、好ましくは0.100%以下、より好ましくは0.050%未満とする。Sn: 0.005-0.200%
Sn is an element that has the effect of increasing the hardness of the base phase. When adding Sn, in order to obtain the above effect, the Sn content is set to 0.005% or more, preferably 0.010% or more, and more preferably 0.020% or more. On the other hand, if the Sn content exceeds 0.200%, the ductility and toughness of the steel will deteriorate. Therefore, when adding Sn, the Sn content is set to 0.200% or less, preferably 0.100% or less, and more preferably less than 0.050%.
Sb:0.005~0.200%
Sbは、基地相の硬さを増加させる効果を有する元素である。Sbを添加する場合、前記効果を得るために、Sb含有量を0.005%以上、好ましくは0.010%以上、より好ましくは0.020%以上とする。一方、Sb含有量が0.200%を超えると、鋼の延性や靭性の劣化を招く。このため、Sbを添加する場合、Sb含有量は0.200%以下、好ましくは0.150%以下、より好ましくは0.100%以下とする。Sb: 0.005-0.200%
Sb is an element that has the effect of increasing the hardness of the base phase. When adding Sb, the Sb content is set to 0.005% or more, preferably 0.010% or more, and more preferably 0.020% or more in order to obtain the above effects. On the other hand, if the Sb content exceeds 0.200%, the ductility and toughness of the steel will deteriorate. Therefore, when adding Sb, the Sb content is set to 0.200% or less, preferably 0.150% or less, and more preferably 0.100% or less.
Nb:0.005~0.200%
Nbは、熱間圧延時のオーステナイトの再結晶を抑制し、最終的に得られる結晶粒を細粒化する効果を有する元素である。また、Nbは、加速冷却後の空冷時に析出し、強度をさらに向上させる。Nbを添加する場合、前記効果を得るために、Nb含有量を0.005%以上とする。一方、Nb含有量が0.200%を超えると、焼入れ性が過剰となり、マルテンサイトの生成が顕著となる。その結果、所望の組織が得られなくなり、靭性が低下する。そのため、Nb含有量は0.200%以下、好ましくは0.050%以下とする。Nb: 0.005-0.200%
Nb is an element that has the effect of suppressing recrystallization of austenite during hot rolling and making the ultimately obtained crystal grains finer. Further, Nb precipitates during air cooling after accelerated cooling, further improving the strength. When adding Nb, in order to obtain the above effect, the Nb content is set to 0.005% or more. On the other hand, if the Nb content exceeds 0.200%, the hardenability becomes excessive and the formation of martensite becomes significant. As a result, the desired structure cannot be obtained and the toughness decreases. Therefore, the Nb content is set to 0.200% or less, preferably 0.050% or less.
V:0.005~0.200%
Vは、加速冷却後の空冷時に析出し、強度をさらに向上させる効果を有する元素である。Vを添加する場合、前記効果を得るために、V含有量を0.005%以上とする。一方、V含有量が0.200%を超えると溶接性と靭性が低下する。そのため、V含有量は0.200%以下、好ましくは0.050%以下とする。V:0.005~0.200%
V is an element that precipitates during air cooling after accelerated cooling and has the effect of further improving strength. When adding V, the V content is set to 0.005% or more in order to obtain the above effect. On the other hand, when the V content exceeds 0.200%, weldability and toughness decrease. Therefore, the V content is set to 0.200% or less, preferably 0.050% or less.
Ti:0.005~0.050%
Tiは、強度をさらに上昇させるとともに、溶接部靭性を向上させる効果を有する元素である。Tiを添加する場合、前記効果を得るために、Ti含有量を0.005%以上とする。一方、Ti含有量が0.050%を超えるとコストの上昇が顕著となる。そのため、Ti含有量は0.050%以下、好ましくは0.030%以下、より好ましくは0.020%以下とする。Ti: 0.005-0.050%
Ti is an element that has the effect of further increasing the strength and improving the toughness of the weld zone. When adding Ti, the Ti content is set to 0.005% or more in order to obtain the above effects. On the other hand, if the Ti content exceeds 0.050%, the cost will increase significantly. Therefore, the Ti content is set to 0.050% or less, preferably 0.030% or less, and more preferably 0.020% or less.
B:0.0001~0.0050%
Bは、焼入れ性を高め、その結果、強度をさらに向上させる効果を有する元素である。Bを添加する場合、前記効果を得るために、B含有量を0.0001%以上とする。一方、B含有量が0.0050%を超えると焼入れ性が過剰となり、マルテンサイトの生成が顕著となる。その結果、所望の組織が得られなくなるとともに、溶接性が低下する。そのため、B含有量は0.0050%以下、好ましくは0.0030%以下とする。B: 0.0001-0.0050%
B is an element that has the effect of increasing hardenability and, as a result, further improving strength. When B is added, the B content is set to 0.0001% or more in order to obtain the above effects. On the other hand, when the B content exceeds 0.0050%, the hardenability becomes excessive and martensite formation becomes significant. As a result, a desired structure cannot be obtained and weldability deteriorates. Therefore, the B content is set to 0.0050% or less, preferably 0.0030% or less.
Zr:0.005~0.100%
Zrは、強度をさらに高める効果を有する元素である。前記効果を十分に得るためには、Zrを0.005%以上含有させる必要がある。そのため、Zrを添加する場合、Zr含有量を0.005%以上とする。一方、Zr含有量が0.100%を超えると、その強度向上効果が飽和する。そのため、Zrを含有する場合、Zr含有量は0.100%以下とする。Zr: 0.005-0.100%
Zr is an element that has the effect of further increasing strength. In order to sufficiently obtain the above effects, it is necessary to contain Zr in an amount of 0.005% or more. Therefore, when adding Zr, the Zr content is set to 0.005% or more. On the other hand, when the Zr content exceeds 0.100%, the strength improvement effect is saturated. Therefore, when containing Zr, the Zr content is set to 0.100% or less.
Ca:0.0001~0.020%
Caは、硫化物の形態を制御し、その結果、靭性をさらに向上させる効果を有する元素である。Caを添加する場合、前記効果を得るために、Ca含有量を0.0001%以上とする。一方、Ca含有量が0.020%を超えると、その効果が飽和する。そのため、Ca含有量は0.020%以下とする。Ca: 0.0001-0.020%
Ca is an element that controls the morphology of sulfides and, as a result, has the effect of further improving toughness. When adding Ca, the Ca content is set to 0.0001% or more in order to obtain the above effect. On the other hand, when the Ca content exceeds 0.020%, the effect is saturated. Therefore, the Ca content is set to 0.020% or less.
Mg:0.0001~0.020%
Mgは、結晶粒の微細化を介して靭性をさらに向上させる効果を有する元素である。Mgを添加する場合、前記効果を得るために、Mg含有量を0.0001%以上とする。一方、Mg含有量が0.020%を超えると、その効果が飽和する。そのため、Mg含有量は0.020%以下とする。Mg: 0.0001-0.020%
Mg is an element that has the effect of further improving toughness through grain refinement. When adding Mg, the Mg content is set to 0.0001% or more in order to obtain the above effect. On the other hand, when the Mg content exceeds 0.020%, the effect is saturated. Therefore, the Mg content is set to 0.020% or less.
REM:0.0001~0.020%
REM(希土類金属)は、靭性をさらに向上させる効果を有する元素である。REMを添加する場合、前記効果を得るために、REM含有量を0.0001%以上とする。一方、REM含有量が0.020%を超えると、その効果が飽和する。そのため、REM含有量は0.020%以下とする。REM: 0.0001-0.020%
REM (rare earth metal) is an element that has the effect of further improving toughness. When REM is added, the REM content is set to 0.0001% or more in order to obtain the above effects. On the other hand, when the REM content exceeds 0.020%, the effect is saturated. Therefore, the REM content is set to 0.020% or less.
[ミクロ組織]
次に、厚鋼板のミクロ組織について説明する。本発明の一実施形態における厚鋼板は、面積分率で、75~97%のベイナイト、および3~25%のパーライトを含み、ベイナイトの結晶粒径が平均円相当径で18μm以下、パーライトの結晶粒径が平均円相当径で10μm以下であるミクロ組織を有する。なお、本発明におけるミクロ組織は、厚鋼板の板厚tの1/4位置(1/4t位置)におけるミクロ組織を指すものとする。各組織の面積分率および結晶粒径は、厚鋼板の表面から1/4深さにおける圧延方向に平行な断面をナイタール腐食し、観察することにより測定することができる。より具体的には、実施例に記載した方法で面積分率および結晶粒径を求めることができる。[Microstructure]
Next, the microstructure of the thick steel plate will be explained. The thick steel plate in one embodiment of the present invention contains 75 to 97% bainite and 3 to 25% pearlite in terms of area fraction, and the bainite crystal grain size is 18 μm or less in average circular equivalent diameter, and the pearlite crystal grain size is 18 μm or less in terms of average circular equivalent diameter. It has a microstructure with a particle size of 10 μm or less in average equivalent circle diameter. Note that the microstructure in the present invention refers to the microstructure at a 1/4 position (1/4t position) of the plate thickness t of a thick steel plate. The area fraction and grain size of each structure can be measured by subjecting a thick steel plate to nital corrosion on a cross section parallel to the rolling direction at a depth of 1/4 from the surface and observing the resulting cross section. More specifically, the area fraction and crystal grain size can be determined by the method described in the Examples.
ベイナイトの面積分率:75~97%
本発明において、ベイナイトは前記ミクロ組織における第1相であり、軟質相として機能する。鉄鋼材料に含まれる軟質相としてはフェライトが代表的であるが、ベイナイトはフェライトよりも、き裂進展の抑制効果が高い。そのため、ベイナイトの面積分率を75%以上とすることにより、疲労き裂の進展を抑制することができる。ベイナイトの面積分率が75%未満であると、所望の疲労き裂伝播抵抗性を得ることができない。ベイナイトの面積分率は、80%以上とすることが好ましい。一方、ベイナイトの面積分率が97%を超えると、パーライトが不十分となり、その結果、疲労き裂の伝播を抑制することができなくなる。そのため、ベイナイトの面積分率は97%以下とする。Area fraction of bainite: 75-97%
In the present invention, bainite is the first phase in the microstructure and functions as a soft phase. Ferrite is a typical soft phase contained in steel materials, but bainite has a higher crack propagation suppressing effect than ferrite. Therefore, by setting the area fraction of bainite to 75% or more, the growth of fatigue cracks can be suppressed. If the area fraction of bainite is less than 75%, desired fatigue crack propagation resistance cannot be obtained. The area fraction of bainite is preferably 80% or more. On the other hand, when the area fraction of bainite exceeds 97%, pearlite becomes insufficient, and as a result, it becomes impossible to suppress the propagation of fatigue cracks. Therefore, the area fraction of bainite is set to 97% or less.
ベイナイトの結晶粒径:18μm以下
ベイナイトの結晶粒径を平均円相当径で18μm以下とする。ベイナイトを微細化することにより、所望の靭性および全伸び特性を得ることができる。ベイナイトの結晶粒径が平均円相当径で18μm超では、所望の靭性が得られない。一方、ベイナイトの結晶粒径の下限はとくに限定されないが、過度の微細化は製造を困難とすることから、実際の製造においてはベイナイトの結晶粒径を5μm以上とすることが好ましい。Bainite crystal grain size: 18 μm or less The bainite crystal grain size is 18 μm or less in average circular equivalent diameter. By refining the bainite, desired toughness and total elongation properties can be obtained. If the crystal grain size of bainite exceeds 18 μm in average circular equivalent diameter, desired toughness cannot be obtained. On the other hand, the lower limit of the crystal grain size of bainite is not particularly limited, but since excessive refinement makes manufacturing difficult, it is preferable that the crystal grain size of bainite is 5 μm or more in actual manufacturing.
なお、本発明におけるベイナイトは、上部ベイナイト、アシキュラーフェライト、およびグラニュラーベイナイトを包含するものとする。 Note that bainite in the present invention includes upper bainite, acicular ferrite, and granular bainite.
パーライトの面積分率:3~25%
本発明において、パーライトは前記ミクロ組織における第2相であり、硬質相として機能する。ベイナイト中を伝播する疲労き裂が硬質相であるパーライトに到達すると、ベイナイトとパーライトの間の界面で、き裂が停留または屈曲する。そしてその結果、き裂の伝播が抑制される。前記効果を得るために、パーライトの面積分率を3%以上、好ましくは5%以上とする。一方、パーライトの面積分率が25%を超えると、全伸びが低下する。そのため、パーライトの面積分率は25%以下、好ましくは20%以下とする。Perlite area fraction: 3-25%
In the present invention, pearlite is the second phase in the microstructure and functions as a hard phase. When a fatigue crack propagating through bainite reaches pearlite, which is a hard phase, the crack stops or bends at the interface between bainite and pearlite. As a result, crack propagation is suppressed. In order to obtain the above effect, the area fraction of pearlite is set to 3% or more, preferably 5% or more. On the other hand, when the area fraction of pearlite exceeds 25%, the total elongation decreases. Therefore, the area fraction of pearlite is 25% or less, preferably 20% or less.
パーライトの結晶粒径:10μm以下
パーライトの結晶粒径を平均円相当径で10μm以下とする。パーライトを微細化することにより、所望の靭性および全伸び特性を得ることができる。パーライトの結晶粒径が平均円相当径で10μm超では、所望の靭性が得られない。一方、パーライトの結晶粒径の下限はとくに限定されないが、1μm以上であってよく、2μm以上であってもよい。Crystal grain size of pearlite: 10 μm or less The crystal grain size of pearlite is 10 μm or less in average circular equivalent diameter. By refining the pearlite, the desired toughness and total elongation properties can be obtained. If the crystal grain size of pearlite exceeds 10 μm in average circular equivalent diameter, desired toughness cannot be obtained. On the other hand, the lower limit of the crystal grain size of pearlite is not particularly limited, but may be 1 μm or more, and may be 2 μm or more.
なお、本発明におけるパーライトは、パーライトおよび擬似パーライトを包含するものとする。 Note that pearlite in the present invention includes pearlite and pseudo pearlite.
(他の組織)
本発明の一実施形態における厚鋼板は、ベイナイトおよびパーライトからなるミクロ組織を有することができる。しかし、前記ミクロ組織は、さらに任意に他の組織を含んでもよい。以下、ベイナイトおよびパーライト以外の組織を「他の組織」という。前記他の組織は、例えば、マルテンサイトおよびフェライトの一方または両方であってよい。ここで、前記マルテンサイトは、島状マルテンサイト、ラス状マルテンサイト、およびレンズ状マルテンサイトを包含するものとする。(other organizations)
The thick steel plate in one embodiment of the present invention can have a microstructure consisting of bainite and pearlite. However, the microstructure may further optionally include other structures. Hereinafter, organizations other than bainite and pearlite will be referred to as "other organizations." The other structure may be, for example, one or both of martensite and ferrite. Here, the martensite includes island-like martensite, lath-like martensite, and lenticular martensite.
厚鋼板のミクロ組織が他の組織を含む場合、前記他の組織の面積分率(合計面積分率)はとくに限定されない。しかし、マルテンサイトが過剰に存在すると、局所的に高硬度な領域が形成され、強度は上昇するが、全伸びが悪化し、靭性が低下するおそれがある。また、フェライトが過剰に存在すると、疲労き裂伝播速度が悪化するほか、局所的に軟質な領域が形成され、硬度差の拡大により全伸びが悪化するおそれがある。したがって、前記他の組織の面積分率は低ければ低いほど好ましいが、5%以下であれば影響が無視できる。そのため、ベイナイトおよびパーライト以外の組織の合計面積分率を5%以下とすることが好ましい。 When the microstructure of the thick steel plate includes other structures, the area fraction (total area fraction) of the other structures is not particularly limited. However, when martensite is present in excess, a region of high hardness is formed locally, and although the strength increases, the total elongation may deteriorate and the toughness may decrease. In addition, when ferrite is present in excess, the fatigue crack propagation rate is deteriorated, and a locally soft region is formed, which may worsen the total elongation due to the expansion of the hardness difference. Therefore, the lower the area fraction of the other tissues is, the better, but if it is 5% or less, the influence can be ignored. Therefore, it is preferable that the total area fraction of structures other than bainite and pearlite be 5% or less.
言い換えると、本発明の一実施形態における厚鋼板は、
75~97%のベイナイト、
3~25%のパーライト、および
0~5%のベイナイトおよびパーライト以外の組織からなるミクロ組織を有することができる。In other words, the thick steel plate in one embodiment of the present invention is
75-97% bainite,
It can have a microstructure consisting of 3-25% pearlite and 0-5% bainite and non-pearlite structures.
(板厚)
本発明における厚鋼板の板厚は特に限定されないが、通常、6mm以上であってよい。しかし、板厚が25mm以上である厚鋼板ではセンターポロシティが発生しやすいため、本発明は板厚25mm以上の厚鋼板に対して特に好適に適用される。そのため、厚鋼板の板厚は25mm以上とすることが好ましい。一方、板厚の上限についてもとくに限定されないが、板厚が100mm以下の厚鋼板では疲労損傷が発生しやすいため、本発明は、板厚100mm以下の厚鋼板に対して特に好適に適用される。そのため、厚鋼板の板厚は100mm以下とすることが好ましく、80mm以下とすることがより好ましい。(plate thickness)
Although the plate thickness of the thick steel plate in the present invention is not particularly limited, it may usually be 6 mm or more. However, since center porosity is likely to occur in thick steel plates having a thickness of 25 mm or more, the present invention is particularly suitably applied to thick steel plates having a thickness of 25 mm or more. Therefore, the thickness of the thick steel plate is preferably 25 mm or more. On the other hand, the upper limit of the plate thickness is not particularly limited, but since fatigue damage is likely to occur in thick steel plates with a plate thickness of 100 mm or less, the present invention is particularly suitably applied to thick steel plates with a plate thickness of 100 mm or less. . Therefore, the thickness of the thick steel plate is preferably 100 mm or less, more preferably 80 mm or less.
(絞り)
本発明の厚鋼板は、後述する条件で製造することにより、センターポロシティを圧着する結果、板厚方向引張による伸びが優れている。具体的には、本発明の厚鋼板は、板厚方向の絞り値(RA)が30%以上である。前記絞り値は、35%以上とすることが好ましく、40%以上とすることがより好ましい。前記絞り値が高いほど、板厚方向の伸びが優れることを意味する。なお、本発明において前記絞り値は、平行部に板厚中心部を含む試験片を用い、JIS G3199に準拠して測定される板厚方向の絞り値を指すものとし、より具体的には、実施例に記載した方法で測定することができる。(aperture)
The thick steel plate of the present invention is manufactured under the conditions described below, and as a result of crimping the center porosity, it has excellent elongation by tension in the thickness direction. Specifically, the thick steel plate of the present invention has an aperture value (RA) in the thickness direction of 30% or more. The aperture value is preferably 35% or more, more preferably 40% or more. The higher the aperture value, the better the elongation in the thickness direction. In addition, in the present invention, the aperture value refers to the aperture value in the thickness direction measured in accordance with JIS G3199 using a test piece whose parallel portion includes the thickness center part, and more specifically, It can be measured by the method described in Examples.
(引張強さ)
本発明の厚鋼板は、上記成分組成とミクロ組織を有する結果、優れた引張強さ(TS)を備えることができる。TSの値はとくに限定されないが、500MPa以上とすることが好ましく、530MPa以上とすることがより好ましく、550MPa以上とすることがさらに好ましい。一方、TSの上限についても限定されないが、例えば、720MPa以下であってよく、700MPa以下であってよく、640MPa以下であってよく、620MPa以下であってよい。(Tensile strength)
As a result of having the above-mentioned composition and microstructure, the thick steel plate of the present invention can have excellent tensile strength (TS). Although the value of TS is not particularly limited, it is preferably 500 MPa or more, more preferably 530 MPa or more, and even more preferably 550 MPa or more. On the other hand, the upper limit of TS is also not limited, but may be, for example, 720 MPa or less, 700 MPa or less, 640 MPa or less, or 620 MPa or less.
(降伏応力)
本発明の厚鋼板の降伏応力(YS)は特に限定されないが、420MPa以上であってよく、430MPa以上であってよく、440MPa以上であってよい。また、YSは、560MPa以下であってよく、530MPa以下であってよく、520MPa以下であってよい。(yield stress)
The yield stress (YS) of the thick steel plate of the present invention is not particularly limited, but may be 420 MPa or more, 430 MPa or more, or 440 MPa or more. Moreover, YS may be 560 MPa or less, 530 MPa or less, or 520 MPa or less.
(靭性)
本発明の厚鋼板は、上記成分組成とミクロ組織を有する結果、優れた靭性を備える。本発明の厚鋼板の靭性はとくに限定されないが、靭性の指標の一つである、0℃におけるシャルピー吸収エネルギーvE0を100J以上とすることが好ましく、130J以上とすることがより好ましく、150J以上とすることがさらに好ましく、200J以上とすることが最も好ましい。一方、vE0の上限についても限定されないが、例えば、400J以下であってよく、300J以下であってよく、270J以下であってよい。なお、vE0は実施例に記載した方法で測定することができる。(toughness)
The thick steel plate of the present invention has excellent toughness as a result of having the above-mentioned composition and microstructure. The toughness of the thick steel plate of the present invention is not particularly limited, but the Charpy absorbed energy vE 0 at 0°C, which is one of the indicators of toughness, is preferably 100 J or more, more preferably 130 J or more, and 150 J or more. It is more preferable to set it as 200J or more, and it is most preferable to set it as 200J or more. On the other hand, the upper limit of vE 0 is also not limited, but may be, for example, 400 J or less, 300 J or less, or 270 J or less. Note that vE 0 can be measured by the method described in Examples.
(全伸び)
本発明の厚鋼板は、上記成分組成とミクロ組織を有する結果、優れた全伸び(EL)を備える。ELの値はとくに限定されないが、21%以上とすることが好ましく、22%以上とすることがより好ましく、23%以上とすることがさらに好ましく、26%以上とすることが最も好ましい。ELの上限についても特に限定されないが、36%以下であってよい。なお、ELは実施例に記載した方法で測定することができる。(total elongation)
The thick steel plate of the present invention has excellent total elongation (EL) as a result of having the above-mentioned composition and microstructure. Although the value of EL is not particularly limited, it is preferably 21% or more, more preferably 22% or more, even more preferably 23% or more, and most preferably 26% or more. The upper limit of EL is also not particularly limited, but may be 36% or less. Note that EL can be measured by the method described in Examples.
(疲労き裂伝播抵抗性)
本発明の厚鋼板は、上記成分組成とミクロ組織を有する結果、板厚方向において優れた疲労き裂伝播抵抗性を備えることができる。疲労き裂伝播抵抗性の指標としては、疲労き裂伝播速度(da/dN)を用いることができる。前記疲労き裂伝播速度の値はとくに限定されない。(fatigue crack propagation resistance)
As a result of having the above-mentioned composition and microstructure, the thick steel plate of the present invention can have excellent fatigue crack propagation resistance in the thickness direction. Fatigue crack propagation velocity (da/dN) can be used as an index of fatigue crack propagation resistance. The value of the fatigue crack propagation speed is not particularly limited.
なお、板厚方向(Z方向)における疲労き裂伝播速度は、次の(a)および(b)の条件を満たすことが好ましい。
(a)応力拡大係数範囲ΔK:15MPa/m1/2の条件における疲労き裂伝播速度が、8.75×10-9(m/cycle)以下、
(b)応力拡大係数範囲ΔK:25MPa/m1/2の条件における疲労き裂伝播速度が、4.25×10-8(m/cycle)以下Note that the fatigue crack propagation speed in the plate thickness direction (Z direction) preferably satisfies the following conditions (a) and (b).
(a) The fatigue crack propagation velocity under the condition of stress intensity factor range ΔK: 15 MPa/m 1/2 is 8.75 × 10 -9 (m/cycle) or less,
(b) Fatigue crack propagation velocity under the condition of stress intensity factor range ΔK: 25 MPa/m 1/2 is 4.25×10 -8 (m/cycle) or less
なお、先に述べたように、疲労き裂はまず板厚方向へ進展する傾向があるため、疲労き裂伝播抵抗性を向上させる上では、特に板厚方向(Z方向)への疲労き裂進展を抑制することが重要となる。しかし、Z方向にき裂が進展した後、さらに圧延方向(L方向)または幅方向(C方向)にき裂が進展することもある。そのため、疲労き裂伝播抵抗性をさらに向上させるという観点からは、圧延方向(L方向)における疲労き裂伝播速度および幅方向(C方向)における疲労き裂伝播速度のいずれか一方が、次の(c)および(d)の条件を満たすことが好ましく、両方が(c)および(d)の条件を満たすことがより好ましい。
(c)応力拡大係数範囲ΔK:15MPa/m1/2の条件における疲労き裂伝播速度が、1.75×10-8(m/cycle)以下、
(d)応力拡大係数範囲ΔK:25MPa/m1/2の条件における疲労き裂伝播速度が、8.50×10-8(m/cycle)以下As mentioned earlier, fatigue cracks tend to propagate in the thickness direction first, so in order to improve fatigue crack propagation resistance, it is especially important to treat fatigue cracks in the thickness direction (Z direction). It will be important to limit progress. However, after the crack propagates in the Z direction, the crack may further propagate in the rolling direction (L direction) or width direction (C direction). Therefore, from the perspective of further improving fatigue crack propagation resistance, either the fatigue crack propagation velocity in the rolling direction (L direction) or the fatigue crack propagation velocity in the width direction (C direction) should be It is preferable that conditions (c) and (d) are satisfied, and it is more preferable that both conditions (c) and (d) are satisfied.
(c) Fatigue crack propagation velocity under the condition of stress intensity factor range ΔK: 15 MPa/m 1/2 is 1.75 × 10 -8 (m/cycle) or less,
(d) Fatigue crack propagation velocity under the condition of stress intensity factor range ΔK: 25 MPa/m 1/2 is 8.50×10 -8 (m/cycle) or less
[製造条件]
次に、本発明の厚鋼板の製造方法について説明する。本発明の一実施形態における厚鋼板は、上記成分組成を有する鋼素材に対して、下記(1)~(3)の工程を順次施すことによって製造することができる。
(1)加熱
(2)熱間圧延
(3)加速冷却[Manufacturing conditions]
Next, a method for manufacturing a thick steel plate according to the present invention will be explained. The thick steel plate in one embodiment of the present invention can be manufactured by sequentially performing the following steps (1) to (3) on a steel material having the above-mentioned composition.
(1) Heating (2) Hot rolling (3) Accelerated cooling
以下、各工程における条件について説明する。なお、とくに断らない限り、温度は被処理物(鋼素材または熱延鋼板)の表面温度を指すものとする。 The conditions in each step will be explained below. Note that unless otherwise specified, temperature refers to the surface temperature of the object to be treated (steel material or hot rolled steel plate).
(鋼素材)
上記鋼素材としては、上述した成分組成を有するものであれば任意のものを用いることができる。最終的に得られる厚鋼板の成分組成は、使用した鋼素材の成分組成と同じである。前記鋼素材は、例えば、スラブおよびブルームの一方または両方を用いることができる。前記スラブとしては、例えば、連続鋳造スラブおよび造塊スラブが挙げられる。(Steel material)
Any steel material can be used as the steel material as long as it has the above-mentioned composition. The composition of the thick steel plate finally obtained is the same as that of the steel material used. As the steel material, for example, one or both of a slab and a bloom can be used. Examples of the slab include continuous casting slabs and ingot slabs.
(1)加熱
加熱温度:1000~1300℃
まず、上記鋼素材を1000℃以上、1300℃以下の加熱温度に加熱する。前記加熱により、組織中の析出物を固溶させ、結晶粒径等を均一化する。しかし、加熱温度が1000℃未満の場合、析出物が十分に固溶しないため所望の特性が得られない。そのため、前記加熱温度は1000℃以上、好ましくは1050℃以上、より好ましくは1100℃以上とする。一方、前記加熱温度が1300℃を超えると、結晶粒径の粗大化により材質が劣化することに加えて、過剰なエネルギーが必要となり生産性が低下する。そのため、前記加熱温度は1300℃以下、好ましくは1250℃以下とする。(1) Heating Heating temperature: 1000-1300℃
First, the steel material is heated to a heating temperature of 1000°C or higher and 1300°C or lower. By the heating, precipitates in the structure are dissolved into solid solution, and the crystal grain size etc. are made uniform. However, when the heating temperature is less than 1000° C., desired characteristics cannot be obtained because the precipitates are not sufficiently dissolved. Therefore, the heating temperature is set to 1000°C or higher, preferably 1050°C or higher, and more preferably 1100°C or higher. On the other hand, if the heating temperature exceeds 1300° C., the material quality deteriorates due to coarsening of the crystal grain size, and in addition, excessive energy is required, resulting in a decrease in productivity. Therefore, the heating temperature is set to 1300°C or lower, preferably 1250°C or lower.
(2)熱間圧延
次に、加熱された前記鋼素材を熱間圧延して熱延鋼板とする。その際、本発明の条件を満たす厚鋼板を製造するためには、前記熱間圧延における圧下比が以下の条件を満たす必要がある。(2) Hot rolling Next, the heated steel material is hot rolled to obtain a hot rolled steel plate. At this time, in order to manufacture a thick steel plate that satisfies the conditions of the present invention, the rolling reduction ratio in the hot rolling needs to satisfy the following conditions.
[熱間圧延における圧下比:3以上]
熱間圧延の圧下比が3未満では、センターポロシティの圧着による板厚方向の引張特性の向上効果を得ることができない。さらに、熱間圧延の圧下比が3未満では、圧延による再結晶の促進と、それによる整粒化の効果が不十分となり、粗大なオーステナイト粒が残存してしまう。そしてその結果、強度および靭性などの特性が劣化する。そのため、圧下比を3以上、好ましくは4以上、より好ましくは5以上とする。一方、圧下比の上限は特に制限する必要はないが、50以下とすることが好ましい。なぜなら、圧下比が50を超える場合、機械的特性の異方性が著しく大きくなるためである。ここで、熱間圧延における圧下比とは、「鋼素材の板厚/圧延後の鋼板の板厚」で定義される。[Reduction ratio in hot rolling: 3 or more]
If the hot rolling reduction ratio is less than 3, it is not possible to obtain the effect of improving the tensile properties in the sheet thickness direction by crimping the center porosity. Furthermore, if the hot rolling reduction ratio is less than 3, the promotion of recrystallization by rolling and the effect of grain size regulation thereby will be insufficient, and coarse austenite grains will remain. As a result, properties such as strength and toughness deteriorate. Therefore, the reduction ratio is set to 3 or more, preferably 4 or more, and more preferably 5 or more. On the other hand, there is no need to particularly limit the upper limit of the rolling reduction ratio, but it is preferably 50 or less. This is because when the reduction ratio exceeds 50, the anisotropy of mechanical properties becomes significantly large. Here, the rolling reduction ratio in hot rolling is defined as "thickness of steel material/thickness of steel plate after rolling."
[最終3パスのうち圧下率が10%以上であるパス数:2以上]
本発明においては、上記熱間圧延の最終3パスのうち圧下率が10%以上であるパス数を2以上とすることが重要である。言い換えると、上記熱間圧延の最終3パスのうち少なくとも2パスにおいて、圧下率10%以上で圧下を行う。これにより、鋼素材に存在する欠陥(鋳造欠陥など)を圧着して確実に無害化することができることに加え、鋼板全体を整粒化して、異常粗大粒が残存することを防止できる。具体的には、円相当径が100μm以上であるベイナイト結晶粒の数を、単位面積(1mm2)あたり3個以下にできる。そしてその結果、板厚方向の絞り値を30%以上とすることができる。上記条件を満たさない場合、30%以上の絞り値を確保することができない。ここで、前記圧延率は、各パスにおける圧下率を指すものとする。[Number of passes where the reduction rate is 10% or more among the final 3 passes: 2 or more]
In the present invention, it is important that the number of passes in which the rolling reduction is 10% or more is 2 or more among the final three passes of the hot rolling. In other words, rolling is performed at a rolling reduction ratio of 10% or more in at least two of the final three passes of the hot rolling. As a result, in addition to being able to compress and reliably render defects existing in the steel material (such as casting defects) harmless, it is also possible to regularize the grains of the entire steel plate and prevent abnormally coarse grains from remaining. Specifically, the number of bainite crystal grains having an equivalent circle diameter of 100 μm or more can be reduced to 3 or less per unit area (1 mm 2 ). As a result, the aperture value in the plate thickness direction can be made 30% or more. If the above conditions are not met, an aperture value of 30% or more cannot be secured. Here, the rolling rate refers to the rolling reduction rate in each pass.
上記の観点からは、上記熱間圧延の最終3パスのうち圧下率が10%以上であるパス数を3とすることが好ましい。言い換えると、熱間圧延の最終3パスすべてにおいて、圧下率10%以上で圧下を行うことが好ましい。一方、欠陥を圧着するという観点からは圧下率が高ければ高いほどよいため、前記最終3パスのそれぞれにおける圧下率の上限は特に限定されない。しかし、圧下率を高くすると圧延荷重が増大するため、設備上の制約からは、前記最終3パスのそれぞれにおける圧下率を30%以下とすることが好ましい。 From the above point of view, it is preferable that the number of passes in which the rolling reduction is 10% or more among the final three passes of the hot rolling is three. In other words, it is preferable to perform rolling at a rolling reduction rate of 10% or more in all three final passes of hot rolling. On the other hand, from the viewpoint of crimping defects, the higher the rolling reduction ratio is, the better, so the upper limit of the rolling reduction ratio in each of the final three passes is not particularly limited. However, if the rolling reduction ratio is increased, the rolling load increases, so in view of equipment constraints, it is preferable that the rolling reduction ratio in each of the final three passes is 30% or less.
(3)加速冷却
次いで、上記熱間圧延工程で得た熱延鋼板を加速冷却する。前記加速冷却における条件は次の通りとする必要がある。(3) Accelerated Cooling Next, the hot rolled steel sheet obtained in the above hot rolling process is accelerated cooled. The conditions for the accelerated cooling must be as follows.
冷却開始温度:Ar3点以上
上記加速冷却における冷却開始温度がAr3点未満であるとフェライトや粗大なパーライトが過剰に析出し、強度および疲労き裂伝播抵抗性が低下する。そのため、前記冷却開始温度をAr3点以上とする。一方、前記冷却開始温度の上限は特に限定されないが、Ar3点以上の温度域での累積圧下率を確保するという観点からは、870℃以下とすることが好ましい。Cooling start temperature: Ar3 point or higher If the cooling start temperature in the accelerated cooling is less than Ar3 point, ferrite and coarse pearlite will precipitate excessively, resulting in a decrease in strength and fatigue crack propagation resistance. Therefore, the cooling start temperature is set to Ar3 or higher. On the other hand, the upper limit of the cooling start temperature is not particularly limited, but is preferably 870° C. or lower from the viewpoint of ensuring a cumulative reduction rate in a temperature range of Ar3 or higher.
ここで、Ar3点は次の式により求めることができる。
Ar3(℃)=910-310C-80Mn-20Cu-15Cr-55Ni-80Mo
ただし、上記の式における元素記号は、鋼素材における当該元素の含有量(質量%)を表し、当該元素が鋼素材に含まれていない場合にはゼロとする。Here, the Ar3 point can be determined by the following equation.
Ar3 (℃) = 910-310C-80Mn-20Cu-15Cr-55Ni-80Mo
However, the element symbol in the above formula represents the content (mass%) of the element in the steel material, and is zero if the element is not included in the steel material.
また、冷却開始温度がAr3点以上であるということは、必然的に上記熱間圧延における圧延終了温度がAr3点以上であることを意味する。圧延終了温度がAr3点未満であると、二相域圧延となり、全伸びが劣化するが、圧延終了温度がAr3点以上であれば、オーステナイト単相域で圧延が行われるため、全伸びの劣化を防止できる。 Furthermore, the fact that the cooling start temperature is at least Ar3 points necessarily means that the rolling end temperature in the hot rolling is at least Ar3 points. If the rolling end temperature is less than the Ar3 point, rolling will occur in a two-phase region and the total elongation will deteriorate; however, if the rolling end temperature is higher than the Ar3 point, rolling will be performed in the austenite single phase region, resulting in deterioration in the total elongation. can be prevented.
冷却停止温度:300~650℃
未変態オーステナイトを硬質相(パーライト)に変態させるため、上記加速冷却における冷却停止温度を650℃以下、好ましくは600℃以下とする。前記冷却停止温度が650℃よりも高い場合、フェライトや粗大なパーライトが過剰に生成するため所望の疲労き裂伝播抵抗性および強度が得られない。一方、前記冷却停止温度が300℃未満である場合、マルテンサイトの生成量が増加する結果、所望のミクロ組織が得られず、靭性および全伸びが低下する。また、パーライトの生成も不十分となるため、所望の疲労き裂伝播抵抗性が得られない。そのため、前記冷却停止温度は、300℃以上、好ましくは350℃以上、より好ましくは400℃超とする。Cooling stop temperature: 300-650℃
In order to transform untransformed austenite into a hard phase (pearlite), the cooling stop temperature in the accelerated cooling is set to 650°C or lower, preferably 600°C or lower. When the cooling stop temperature is higher than 650° C., ferrite and coarse pearlite are excessively produced, making it impossible to obtain desired fatigue crack propagation resistance and strength. On the other hand, when the cooling stop temperature is less than 300° C., the amount of martensite produced increases, resulting in a failure to obtain a desired microstructure and a decrease in toughness and total elongation. Furthermore, since pearlite is insufficiently produced, the desired fatigue crack propagation resistance cannot be obtained. Therefore, the cooling stop temperature is set to 300°C or higher, preferably 350°C or higher, and more preferably over 400°C.
平均冷却速度:20~60℃/s
前記加速冷却における平均冷却速度は、20℃/s以上とする。平均冷却速度が20℃/sより低いとフェライトが生成し、所望のミクロ組織とならないため、疲労き裂伝播抵抗性が低下する。また、靭性が低下するので所望の全伸びが得られない。一方、平均冷却速度が60℃/sを超えると、冷却歪による残留応力や過度のマルテンサイトが発生し、全伸びと靭性の劣化を生じる。また、パーライトの生成も不十分となるため、所望の疲労き裂伝播抵抗性が得られない。このため、前記平均冷却速度は60℃/s以下、好ましくは50℃/s以下とする。なお、前記平均冷却速度は、加速冷却開始から加速冷却停止までの鋼板表面における平均冷却速度を指すものとする。Average cooling rate: 20-60℃/s
The average cooling rate in the accelerated cooling is 20° C./s or more. When the average cooling rate is lower than 20° C./s, ferrite is generated and the desired microstructure is not obtained, resulting in a decrease in fatigue crack propagation resistance. In addition, the desired total elongation cannot be obtained because the toughness is reduced. On the other hand, when the average cooling rate exceeds 60° C./s, residual stress and excessive martensite are generated due to cooling strain, resulting in deterioration of total elongation and toughness. Furthermore, since pearlite is insufficiently produced, the desired fatigue crack propagation resistance cannot be obtained. Therefore, the average cooling rate is 60°C/s or less, preferably 50°C/s or less. In addition, the said average cooling rate shall refer to the average cooling rate on the steel plate surface from the start of accelerated cooling to the stop of accelerated cooling.
上記加速冷却を行う方法はとくに限定されず、任意の方法を用いることができるが、水冷を用いることが好ましい。 The method for performing the accelerated cooling is not particularly limited, and any method can be used, but water cooling is preferably used.
上記加速冷却終了後の処理はとくに限定されない。例えば、加速冷却終了後の厚鋼板を雰囲気中で放冷することができる。前記放冷では、例えば、室温まで冷却することができる。また、前記加速冷却終了後、任意に、ホットレベラにより厚鋼板の反りを矯正することもできる。 The treatment after the above-mentioned accelerated cooling is not particularly limited. For example, a thick steel plate after accelerated cooling can be allowed to cool in an atmosphere. In the cooling, for example, it can be cooled to room temperature. Further, after the accelerated cooling is completed, the warpage of the thick steel plate can be corrected by a hot leveler if desired.
なお、熱間圧延後、鋼板温度は直ちに低下する。そのため、本発明の厚鋼板は、搬送ライン上に圧延装置、加速冷却装置を設けた設備を利用するオンラインプロセスで製造することが好ましい。 Note that after hot rolling, the steel sheet temperature immediately decreases. Therefore, the thick steel plate of the present invention is preferably manufactured by an online process using equipment provided with a rolling device and an accelerated cooling device on a conveyance line.
以下、本発明の作用・効果について、実施例を用いて説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されない。 Hereinafter, the functions and effects of the present invention will be explained using Examples. Note that the present invention is not limited to the following examples.
以下の手順で厚鋼板を製造した。 A thick steel plate was manufactured using the following procedure.
まず、転炉-連続鋳造法により、表1に示す成分組成を有する鋼スラブ(鋼素材)を作製した。 First, a steel slab (steel material) having the composition shown in Table 1 was produced by a converter-continuous casting method.
次に、前記鋼スラブを、表2に示した加熱温度に加熱し、次いで、表2に示した圧下比で熱間圧延して熱延鋼板とした。前記熱間圧延における最終3パスのそれぞれにおける圧下率、圧延終了温度、および得られた熱延鋼板の板厚(最終板厚)を表2に併記する。その後、前記熱延鋼板を表2に示した条件で加速冷却して、厚鋼板を得た。得られた厚鋼板の板厚は、前記最終板厚と同じである。 Next, the steel slab was heated to the heating temperature shown in Table 2, and then hot rolled at the rolling reduction ratio shown in Table 2 to obtain a hot rolled steel plate. Table 2 also shows the rolling reduction rate, rolling end temperature, and thickness (final thickness) of the obtained hot rolled steel sheet in each of the final three passes in the hot rolling. Thereafter, the hot rolled steel plate was acceleratedly cooled under the conditions shown in Table 2 to obtain a thick steel plate. The thickness of the obtained thick steel plate is the same as the final plate thickness.
得られた厚鋼板のそれぞれについて、ミクロ組織、機械的特性、疲労き裂伝播特性を評価した。評価方法を以下に説明する。各評価の結果を表3に示す。 The microstructure, mechanical properties, and fatigue crack propagation characteristics of each of the obtained thick steel plates were evaluated. The evaluation method will be explained below. Table 3 shows the results of each evaluation.
(ミクロ組織)
まず、厚鋼板の板厚方向1/4t位置から、長さ方向断面が観察面となるようにミクロ組織観察用サンプルを採取した。ここで、長さ方向断面とは、厚鋼板の幅方向に垂直な断面を指すものとする。次いで、前記サンプルの表面をナイタール腐食した後、100倍および400倍の光学顕微鏡と2000倍の走査電子顕微鏡(SEM)で組織を撮影した。撮影された画像を用いて、存在する組織を同定するとともに、画像を解析し、ベイナイトの面積分率、パーライトの面積分率、およびその他の組織の合計面積分率を求めた。なお、パーライト組織の同定にはSEM画像を使用し、各組織の面積分率の測定には光学顕微鏡画像を使用した。(microstructure)
First, a sample for microstructure observation was taken from a 1/4 t position in the thickness direction of a thick steel plate so that the longitudinal section was the observation surface. Here, the longitudinal cross section refers to a cross section perpendicular to the width direction of the thick steel plate. Next, the surface of the sample was etched with nital, and the structure was photographed using an optical microscope (100x and 400x) and a scanning electron microscope (SEM) at 2000x. Using the captured images, the existing tissues were identified, and the images were analyzed to determine the area fraction of bainite, the area fraction of pearlite, and the total area fraction of other tissues. Note that SEM images were used to identify pearlite structures, and optical microscope images were used to measure the area fraction of each structure.
(ベイナイトの結晶粒径)
さらに、前記ミクロ組織観察用サンプルを用いて、ベイナイトの結晶粒径を測定した。前記測定においては、まず、前記サンプルの表面を鏡面研磨し、SEMに付帯するElectron Back-Scattering Pattern(EBSP)装置を用いて電子線後方散乱回折像から結晶方位を測定した。200μm四方に囲まれた領域内を0.3μm間隔で測定し、隣り合う結晶粒との結晶方位差が15°以上である粒界に囲まれた領域を結晶粒と定義し、各結晶粒の円相当径を求めた。得られた円相当径の平均値をベイナイトの結晶粒径とした。(Bainite grain size)
Furthermore, the crystal grain size of bainite was measured using the sample for microstructure observation. In the measurement, first, the surface of the sample was mirror-polished, and the crystal orientation was measured from an electron backscattered diffraction image using an electron back-scattering pattern (EBSP) device attached to a SEM. A region surrounded by 200 μm squares is measured at 0.3 μm intervals, and a region surrounded by grain boundaries where the crystal orientation difference between adjacent grains is 15° or more is defined as a crystal grain. The equivalent circle diameter was determined. The average value of the obtained equivalent circle diameters was taken as the crystal grain size of bainite.
(粗大なB結晶粒の個数密度)
また、上記ミクロ組織観察用サンプルのナイタール腐食後の観察面を、光学顕微鏡を用いて倍率100倍で撮像して光学顕微鏡画像を得た。ベイナイト結晶粒は、前記光学顕微鏡画像中に白色の粒子として観察される。そこで、前記光学顕微鏡画像を画像解析し、円相当径が100μm以上であるベイナイト結晶粒の個数密度、すなわち、1mm2あたりの数を算出した。(Number density of coarse B crystal grains)
Further, the observation surface of the sample for microstructural observation after nital corrosion was imaged using an optical microscope at a magnification of 100 times to obtain an optical microscope image. Bainite crystal grains are observed as white particles in the optical microscope image. Therefore, the optical microscope image was analyzed to calculate the number density of bainite crystal grains having an equivalent circular diameter of 100 μm or more, that is, the number per 1 mm 2 .
(パーライトの結晶粒径)
上記ミクロ組織観察用サンプルのナイタール腐食後の観察面を400倍の光学顕微鏡画像で観察した際に黒色に映る領域をSEM観察し、ラメラ組織を有するパーライトであることを同定した。その後、画像解析ソフト(Image-J)を用いて、前記光学顕微鏡画像における黒色領域のPixel数から面積を求め、パーライトの平均円相当径に換算した。得られた平均円相当径をパーライトの結晶粒径と見なす。(Crystal grain size of pearlite)
When the observed surface of the sample for microstructural observation after nital corrosion was observed with an optical microscope image at 400x magnification, a region that appeared black was observed with a SEM, and was identified as pearlite having a lamellar structure. Thereafter, using image analysis software (Image-J), the area was determined from the number of pixels in the black area in the optical microscope image, and the area was converted to the average circular equivalent diameter of pearlite. The obtained average equivalent circle diameter is regarded as the crystal grain size of pearlite.
(機械的特性)
厚鋼板の板幅方向(C方向)から全厚引張試験片を採取した。前記全厚引張試験片を用い、JIS Z 2241に準拠して引張試験を実施して降伏強度(YS)、引張強さ(TS)、および全伸び(EL)を測定した。なお、前記測定においては、JIS Z 2241の規定に準じて使用する試験片の種類を選択した。具体的には、まず、JIS 4号試験片を使用して引張試験を行い、その結果、引張強さが570MPa未満かつ最終板厚が50mm以下であった実施例No.4、6については、JIS 1A号試験片を用いて引張試験を再度行い、JIS 1A号試験片を用いた引張試験の結果を採用した。(mechanical properties)
A full-thickness tensile test piece was taken from the width direction (C direction) of a thick steel plate. Using the full thickness tensile test piece, a tensile test was conducted in accordance with JIS Z 2241 to measure yield strength (YS), tensile strength (TS), and total elongation (EL). In addition, in the measurement, the type of test piece used was selected according to the regulations of JIS Z 2241. Specifically, first, a tensile test was conducted using a JIS No. 4 test piece, and the results showed that Example No. 1 had a tensile strength of less than 570 MPa and a final plate thickness of 50 mm or less. For No. 4 and No. 6, the tensile test was conducted again using the JIS No. 1A test piece, and the results of the tensile test using the JIS No. 1A test piece were adopted.
板厚方向の引張試験による絞り値(RA)は、JIS G3199に準拠して評価した。前記絞り値の測定には、前記厚鋼板より採取したTypeA試験片を用いた。この際、前記試験片は、該試験片の平行部に厚鋼板の板厚中心部を含むよう採取した。 The aperture value (RA) by a tensile test in the plate thickness direction was evaluated in accordance with JIS G3199. For the measurement of the aperture value, a Type A test piece taken from the thick steel plate was used. At this time, the test piece was taken so that the parallel part of the test piece included the center of the thickness of the thick steel plate.
また、前記厚鋼板の板厚中心部から、圧延方向(L方向)に平行にシャルピー衝撃試験片を採取し、JIS Z 2202に準拠してシャルピー衝撃試験を0℃で行い、吸収エネルギーvE0を測定した。In addition, a Charpy impact test piece was taken from the thickness center of the thick steel plate in parallel to the rolling direction (L direction), and a Charpy impact test was performed at 0°C in accordance with JIS Z 2202 to determine the absorbed energy vE 0 . It was measured.
(疲労き裂伝播抵抗性)
疲労き裂伝播抵抗性の指標として、板厚方向(Z方向)、圧延方向(L方向)、および幅方向(圧延方向と垂直な方向、C方向)における疲労き裂伝播速度(da/dN)を、それぞれ応力拡大係数範囲ΔK:15MPa/m1/2と25MPa/m1/2の2条件において測定した。前記測定においては、クラックゲージ法に基づいて疲労き裂伝播試験を実施し、疲労き裂伝播速度を求めた。(fatigue crack propagation resistance)
As an index of fatigue crack propagation resistance, fatigue crack propagation speed (da/dN) in the plate thickness direction (Z direction), rolling direction (L direction), and width direction (direction perpendicular to the rolling direction, C direction) were measured under two conditions of stress intensity factor range ΔK: 15 MPa/m 1/2 and 25 MPa/m 1/2 , respectively. In the measurement, a fatigue crack propagation test was conducted based on the crack gauge method to determine the fatigue crack propagation speed.
板厚方向(Z方向)における疲労き裂伝播速度の測定においては、図1に示す片側切欠単純引張型疲労試験片を使用した。厚鋼板から前記試験片を採取し、板厚方向にき裂が進展する時の疲労き裂伝播速度を測定した。 In measuring the fatigue crack propagation speed in the plate thickness direction (Z direction), a single-sided notched simple tension type fatigue test piece shown in FIG. 1 was used. The test piece was taken from a thick steel plate, and the fatigue crack propagation speed when the crack propagated in the thickness direction of the plate was measured.
圧延方向(L方向)における疲労き裂伝播速度は、荷重負荷方向が圧延方向となるように厚鋼板から採取した試験片を用いて測定した。同様に、幅方向(C方向)における疲労き裂伝播速度は、荷重負荷方向が幅方向となるように厚鋼板から採取した試験片を用いて測定した。前記試験片は、ASTM E647に準拠したコンパクトテンション試験片とした。 The fatigue crack propagation rate in the rolling direction (L direction) was measured using a test piece taken from a thick steel plate so that the load direction was in the rolling direction. Similarly, the fatigue crack propagation speed in the width direction (C direction) was measured using a test piece taken from a thick steel plate so that the load direction was in the width direction. The test piece was a compact tension test piece based on ASTM E647.
表3に示した結果から分かるように、本発明の条件を満たす厚鋼板は、以下の条件をすべて満たす、極めて優れた特性を備えていた。特に、優れた疲労き裂伝播抵抗性と全伸びを兼ね備えており、板厚方向における疲労き裂伝播抵抗性にも優れていた。そのため、本発明の厚鋼板は、船舶、海洋構造物、橋梁、建築物、タンクなど、構造安全性が強く求められる構造物の素材として極めて好適に用いることができる。これに対して、本発明の条件を満たさない比較例の厚鋼板は、以下の条件の少なくとも1つを満たさなかった。
・円相当径が100μm以上であるベイナイト結晶粒の、1mm2あたりの個数:3個以下
・TS:500MPa以上
・EL:21%以上(JIS 1A号試験片を使用した場合)、
EL:23%以上(JIS 4号試験片を使用した場合)
・RA:30%以上(JIS G3199 TypeA試験片)
・vE0:100J以上
・Z方向における疲労き裂伝播速度:
ΔK:15MPa/m1/2の条件において8.75×10-9(m/cycle)以下、
ΔK:25MPa/m1/2の条件において4.25×10-8(m/cycle)以下As can be seen from the results shown in Table 3, the thick steel plate that satisfied the conditions of the present invention had extremely excellent characteristics that satisfied all of the following conditions. In particular, it had both excellent fatigue crack propagation resistance and total elongation, and was also excellent in fatigue crack propagation resistance in the thickness direction. Therefore, the thick steel plate of the present invention can be extremely suitably used as a material for structures in which structural safety is strongly required, such as ships, marine structures, bridges, buildings, and tanks. On the other hand, the thick steel plate of the comparative example that did not satisfy the conditions of the present invention did not satisfy at least one of the following conditions.
・Number of bainite crystal grains with a circular equivalent diameter of 100 μm or more per 1 mm 2 : 3 or less ・TS: 500 MPa or more ・EL: 21% or more (when using a JIS No. 1A test piece),
EL: 23% or more (when using JIS No. 4 test piece)
・RA: 30% or more (JIS G3199 Type A test piece)
・vE 0 : 100J or more ・Fatigue crack propagation speed in Z direction:
ΔK: 8.75×10 −9 (m/cycle) or less under the condition of 15 MPa/m 1/2 ,
ΔK: 4.25×10 -8 (m/cycle) or less under the condition of 25 MPa/m 1/2
さらに、本発明の条件を満たす厚鋼板は、以下の条件も満たしており、圧延方向(L方向)および幅方向(C方向)における疲労き裂伝播抵抗性にも優れていた。
・L方向およびC方向における疲労き裂伝播速度:
ΔK:15MPa/m1/2の条件において1.75×10-8(m/cycle)以下、
ΔK:25MPa/m1/2の条件において8.50×10-8(m/cycle)以下Furthermore, the thick steel plate satisfying the conditions of the present invention also satisfied the following conditions and had excellent fatigue crack propagation resistance in the rolling direction (L direction) and width direction (C direction).
・Fatigue crack propagation speed in L direction and C direction:
ΔK: 1.75×10 −8 (m/cycle) or less under the condition of 15 MPa/m 1/2 ,
ΔK: 8.50×10 -8 (m/cycle) or less under the condition of 25 MPa/m 1/2
Claims (3)
C :0.01~0.16%、
Si:1.00%以下、
Mn:0.50~2.00%、
P :0.030%以下、
S :0.020%以下、
Al:0.06%以下を含有し、
残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、
面積分率で、
75~97%のベイナイト、および
3~25%のパーライトを含み、
ベイナイトの結晶粒径が平均円相当径で18μm以下、
パーライトの結晶粒径が平均円相当径で10μm以下であるミクロ組織を有し、
板厚が25mm以上であり、かつ、
板厚方向の絞り値が30%以上である厚鋼板。 In mass%,
C: 0.01-0.16%,
Si: 1.00% or less,
Mn: 0.50-2.00%,
P: 0.030% or less,
S: 0.020% or less,
Contains Al: 0.06% or less,
The remainder has a component composition consisting of Fe and unavoidable impurities,
In area fraction,
Contains 75-97% bainite and 3-25% perlite,
Bainite crystal grain size is 18 μm or less in average circular equivalent diameter,
Having a microstructure in which the pearlite crystal grain size is 10 μm or less in average circular equivalent diameter,
The plate thickness is 25 mm or more, and
A thick steel plate with a reduction of area in the thickness direction of 30% or more.
Cr:0.01~1.00%、
Cu:0.01~2.00%、
Ni:0.01~2.00%、
Mo:0.01~1.00%、
Co:0.01~1.00%、
Sn:0.005~0.200%、
Sb:0.005~0.200%、
Nb:0.005~0.200%、
V :0.005~0.200%、
Ti:0.005~0.050%、
B :0.0001~0.0050%、
Zr:0.005~0.100%、
Ca:0.0001~0.020%、
Mg:0.0001~0.020%、および
REM:0.0001~0.020%からなる群より選択される1または2以上を含む、請求項1に記載の厚鋼板。 The component composition further includes, in mass%,
Cr: 0.01-1.00%,
Cu: 0.01-2.00%,
Ni: 0.01-2.00%,
Mo: 0.01-1.00%,
Co: 0.01 to 1.00%,
Sn: 0.005-0.200%,
Sb: 0.005-0.200%,
Nb: 0.005-0.200%,
V: 0.005-0.200%,
Ti: 0.005-0.050%,
B: 0.0001 to 0.0050%,
Zr: 0.005-0.100%,
Ca: 0.0001-0.020%,
The thick steel plate according to claim 1, containing one or more selected from the group consisting of Mg: 0.0001 to 0.020%, and REM: 0.0001 to 0.020%.
前記成分組成を有する鋼素材を、1000℃以上、1300℃以下の加熱温度に加熱し、
加熱された前記鋼素材を、圧下比:3以上、かつ最終3パスのうち圧下率が10%以上であるパス数:2以上の条件で熱間圧延して熱延鋼板とし、
前記熱延鋼板を、冷却開始温度:Ar3点以上、冷却停止温度:300~650℃、冷却開始から冷却停止までの鋼板表面における平均冷却速度:20~60℃/sの条件で加速冷却する、厚鋼板の製造方法。 The method for manufacturing a thick steel plate according to claim 1 or 2,
Heating a steel material having the above-mentioned composition to a heating temperature of 1000°C or more and 1300°C or less,
The heated steel material is hot-rolled into a hot-rolled steel plate under the conditions of a rolling ratio of 3 or more and a number of passes of 2 or more in which the rolling reduction is 10% or more among the final three passes,
The hot rolled steel sheet is acceleratedly cooled under the following conditions: cooling start temperature: Ar 3 points or higher, cooling stop temperature: 300 to 650 ° C., and average cooling rate on the steel plate surface from the start of cooling to the stop of cooling: 20 to 60 ° C./s. Method for manufacturing thick steel plates.
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