JP7411072B2 - 低温衝撃靭性に優れた高強度極厚物鋼材及びその製造方法 - Google Patents
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Description
下記関係式1で表されるCeq値が0.5超過~0.7未満であり、上記C、Mn、Cr、Mo、及びVの成分関係が下記関係式2を満たし、上記Ti、Nb、Cu、Ni、及びNの成分関係が下記関係式3を満たし、130mm以上350mm以下の厚さを有することを特徴とする。
Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15
1.5<C+Mn+Cr+Mo+V<2.5
[(Ti+Nb)/3.5N+(Cu/Ni)]<1
(上記関係式1~3において、各元素は、重量含量を意味する。)
炭素(C)は、鋼の強度を向上させるのに効果的な元素である。このような効果を十分に得るためには、上記Cを0.11%以上含むことができる。但し、その含量が0.18%を超えると、母材及び溶接部の低温衝撃靭性を大きく阻害するという問題がある。
シリコン(Si)は、脱酸剤として使用されるだけでなく、鋼の強度及び靭性の向上に有利な元素である。上述した効果を十分に得るためには、上記Siを0.1%以上含むことができる。但し、その含量が0.5%を超えると、鋼の溶接性及び低温靭性が劣る恐れがある。
マンガン(Mn)は、固溶強化効果によって鋼の強度を向上させるのに有利な元素である。その効果を十分に得るためには、上記Mnを0.3%以上含むことができる。但し、その含量が1.8%を超えると、鋼中の硫黄(S)と結合してMnSを形成することで、常温での伸び及び低温靭性を大きく阻害するという問題がある。
リン(P)は、鋼の強度の向上及び耐食性の確保に有利な元素であるが、鋼の衝撃靭性を大きく阻害する恐れがあるため、なるべく低含量に制限することが好ましい。
硫黄(S)は、鋼中のMnと結合してMnSなどを形成することで、鋼の衝撃靭性を大きく阻害する元素である。よって、上記Sは、なるべく低含量に制限することが好ましい。
アルミニウム(Al)は、溶鋼を安価に脱酸することができる元素である。また、上記Alは、鋼中のNと結合してAlN析出物を形成することで、BNの形成を抑制するため、ホウ素(B)の効果を極大化するのに有利である。
ニオブ(Nb)は、NbC又はNb(C,N)の形態として析出して母材及び溶接部の強度を大きく向上させ、高温に再加熱時に固溶されたNbがオーステナイトの再結晶及びフェライト又はベイナイトの変態を抑制することで、組織微細化の効果を得ることができる。さらに、上記Nbは、圧延後の冷却時にオーステナイトの安定性を高めることから、冷却速度が低い場合でもマルテンサイト又はベイナイトのような硬質相の生成が促進し、母材の強度の確保に有用である。
クロム(Cr)は、厚い鋼材の製造時に硬化能を大きく向上させてマルテンサイトを形成し、強度の確保に効果的な元素である。このような効果を十分に得るためには、上記Crを0.2%以上で添加することができる。但し、上記Crは、炭素当量を大幅に増加させて溶接特性に悪影響を与える原因となるため、その含量を1.5%以下に制限することができる。
ニッケル(Ni)は、母材の強度及び低温衝撃靭性を同時に向上させることができる元素であり、このような効果を十分に得るためには、上記Niを1.0%以上含むことができる。但し、上記Niは、高価な元素であり、その含量が2.5%を超えると、経済性が大きく低下するという問題がある。
銅(Cu)は、母材の靭性低下を最小限に抑える一方、強度を向上させるのに有利な元素である。このようなCuの含量が過度に多いと、炭素当量を高めて溶接性を阻害するだけでなく、製品の表面品質を大きく劣化させるという問題がある。
モリブデン(Mo)は、鋼の硬化能を大幅に向上させてフェライトの形成を抑制するとともに、ベイナイト又はマルテンサイトの形成を誘導する効果があり、さらに、強度を大きく向上させるのに有利である。このような効果を十分に得るためには、上記Moを0.25%以上で添加することができる。但し、上記Moは、高価な元素であり、過度に多く添加されると、溶接部の硬度を過度に増加させて靭性を阻害する恐れがあるため、これを考慮して、0.80%以下に制限することができる。
バナジウム(V)は、他の合金元素に比べて固溶される温度が低く、溶接時に溶接熱影響部に析出して強度の低下を防止するという効果を有する。本発明のような極厚物鋼材に対して溶接及び溶接後熱処理(PWHT)後の強度が十分に確保されない場合、上記Vを0.01%以上で添加することで、強度の向上効果を得ることができる。但し、その含量が0.1%を超えると、MA相のような硬質相の分率が高くなり、溶接部の低温衝撃靭性が低下するという問題がある。
チタン(Ti)は、鋼中にAlN析出物の形成による表面クラックの発生を低減するために添加することができる。但し、その含量が0.003%を超えると、鋼スラブの再加熱又はテンパリング熱処理過程中に粗大な(Ti,Nb)(C,N)炭窒化物が形成されて低温衝撃靭性を阻害する要因となる。
ホウ素(B)は、微量の添加でも鋼の硬化能を向上させることができる元素である。また、上記Bは、マルテンサイト相の形成を誘導するため、鋼の強度確保に有利である。上述した効果を十分に得るためには、上記Bを0.001%以上含むことができる。但し、その含量が0.003%を超えると、却って鋼の低温衝撃靭性を大きく阻害するという問題がある。
窒素(N)は、Tiとともに添加すると、TiNを形成して溶接時の熱影響による結晶粒成長を抑制するのに有利な元素である。上記Tiの添加時に上述した効果を十分に得るためには、上記Nを0.002%以上含むことができる。但し、その含量が0.01%を超えると、粗大なTiNが形成されて低温衝撃靭性が阻害されるため、好ましくない。
Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15
1.5<C+Mn+Cr+Mo+V<2.5
[(Ti+Nb)/3.5N+(Cu/Ni)]<1
(上記関係式1~3において、各元素は、重量含量を意味する。)
本発明では、熱間圧延を行う前に鋼スラブを加熱して均質化処理する工程を行うことが好ましく、このとき、1100~1200℃の温度範囲で加熱工程を行うことができる。
上記のように加熱された鋼スラブを熱間圧延して熱延鋼板に製造することができる。このとき、上記加熱された鋼スラブを1050℃以上の温度で粗圧延した後、Ar3以上の温度で仕上げ熱間圧延することができる。
上記のように製造された熱延鋼板を常温まで空冷した後、Ac3以上の温度に再加熱して一定時間維持することが好ましい。
上記のように再加熱された熱延鋼板を常温に冷却した後、テンパード組織を形成するために、テンパリング熱処理工程を行うことができる。
Claims (9)
- 重量%で、炭素(C):0.11~0.18%、シリコン(Si):0.1~0.5%、マンガン(Mn):0.3~1.8%、リン(P):0.01%以下、硫黄(S):0.01%以下、アルミニウム(Al):0.01~0.1%、ニオブ(Nb):0.01%以下(0%を含む)、クロム(Cr):0.2~1.5%、ニッケル(Ni):1.0~2.5%、銅(Cu):0.25%以下(0%を含む)、モリブデン(Mo):0.25~0.80%、バナジウム(V):0.01~0.1%、チタン(Ti):0.003%以下(0%を含む)、ホウ素(B):0.001~0.003%、窒素(N):0.002~0.01%を含み、残部がFe及び不可避不純物からなり、
下記関係式1で表されるCeq値が0.5超過~0.7未満であり、
前記C、Mn、Cr、Mo、及びVの成分関係が下記関係式2を満たし、前記Ti、Nb、Cu、Ni、及びNの成分関係が下記関係式3を満たし、
微細組織として、全厚さに亘って面積分率50%以上のテンパードマルテンサイト、残部テンパードベイナイト相を含み、130mm以上350mm以下の厚さを有することを特徴とする極厚物鋼材。
[関係式1]
Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15
[関係式2]
1.5<C+Mn+Cr+Mo+V<2.5
[関係式3]
[(Ti+Nb)/(3.5×N)+(Cu/Ni)]<1
(前記関係式1~3において、各元素は、重量含量を意味する。) - 前記鋼材は、厚さの中心部においてMnS介在物の最大直径が100μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の極厚物鋼材。
- 前記鋼材は、全厚さに亘って、降伏強度690MPa以上、引張強度750MPa以上、-40℃でのシャルピー衝撃吸収エネルギー値が平均50J以上であることを特徴とする請求項1に記載の極厚物鋼材。
- 前記鋼材は、5%歪み及び250℃で1時間の時効熱処理後に、-40℃での衝撃試験時の衝撃吸収エネルギー値が平均30J以上であることを特徴とする請求項1に記載の極厚物鋼材。
- 前記鋼材は、溶接後に形成された溶接熱影響部(HAZ)の-40℃でのシャルピー衝撃吸収エネルギー値が平均30J以上であることを特徴とする請求項1に記載の極厚物鋼材。
- 重量%で、炭素(C):0.11~0.18%、シリコン(Si):0.1~0.5%、マンガン(Mn):0.3~1.8%、リン(P):0.01%以下、硫黄(S):0.01%以下、アルミニウム(Al):0.01~0.1%、ニオブ(Nb):0.01%以下(0%を含む)、クロム(Cr):0.2~1.5%、ニッケル(Ni):1.0~2.5%、銅(Cu):0.25%以下(0%を含む)、モリブデン(Mo):0.25~0.80%、バナジウム(V):0.01~0.1%、チタン(Ti):0.003%以下(0%を含む)、ホウ素(B):0.001~0.003%、窒素(N):0.002~0.01%を含み、残部がFe及び不可避不純物からなり、下記関係式1で表されるCeq値が0.5超過~0.7未満であり、前記C、Mn、Cr、Mo、及びVの成分関係が下記関係式2を満たし、前記Ti、Nb、Cu、Ni、及びNの成分関係が下記関係式3を満たす鋼スラブを準備する段階と、
前記鋼スラブを1100~1200℃の温度範囲で加熱する段階と、
前記加熱された鋼スラブを1050℃以上の温度範囲で粗圧延する段階と、
前記粗圧延後に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、
前記熱延鋼板を常温まで空冷する段階と、
前記空冷された熱延鋼板をAc3以上の温度に再加熱(reheating)して(1.9t+30)分(ここで、tは、鋼の厚さ(mm)を意味する。)以上熱処理した後、常温まで水冷する段階と、
前記熱処理後に水冷された熱延鋼板を550~700℃の温度範囲で(2.3t+30)分(ここで、tは、鋼の厚さ(mm)を意味する。)以上テンパリング熱処理した後、常温まで空冷する段階と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の極厚物鋼材の製造方法。
[関係式1]
Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15
[関係式2]
1.5<C+Mn+Cr+Mo+V<2.5
[関係式3]
[(Ti+Nb)/(3.5×N)+(Cu/Ni)]<1
(前記関係式1~3において、各元素は、重量含量を意味する。) - 前記再加熱(reheating)は、830~930℃の温度範囲で行われるものであることを特徴とする請求項6に記載の極厚物鋼材の製造方法。
- 前記水冷は、0.5℃/s以上の冷却速度で行われるものであることを特徴とする請求項6に記載の極厚物鋼材の製造方法。
- 前記テンパリング熱処理後に空冷された熱延鋼板を溶接する段階をさらに含むことを特徴とする請求項6に記載の極厚物鋼材の製造方法。
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