JPH11302771A - Steel material excellent in strength and toughness and its production - Google Patents

Steel material excellent in strength and toughness and its production

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JPH11302771A
JPH11302771A JP11494998A JP11494998A JPH11302771A JP H11302771 A JPH11302771 A JP H11302771A JP 11494998 A JP11494998 A JP 11494998A JP 11494998 A JP11494998 A JP 11494998A JP H11302771 A JPH11302771 A JP H11302771A
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steel
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Takeshi Ichinose
威 一ノ瀬
Kunio Kondo
邦夫 近藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve strength and toughness of a steel material without requiring a process of forming a microstructure such as controlled rolling which decreases the productivity, by specifying the amts. of C, Si, Mn, P, S, Al, Ti and N and controlling the metal structure and precipitated old austenite grains. SOLUTION: This steel material contains, by weight, 0.02 to <0.15% C; <=1% Si; 0.3 to 2.5% Mn; <=0.05% P; <0.004% S; 0.001 to 0.1% sol.Al; <=0.02% Ti and <=0.009% N, relating to this material, the metal structure of the steel is controlled to a structure containing one or both of martensite and bainite or its tempered structure, and the average aspect ratio and the average minor diameter dr of the old austenite grains are controlled to <=1.5 and 60 to 700 μm, respectively. When Ti/N<3.4, dr satisfies formula I, and when Ti/N>=3.4, dr satisfies formula II. The steel material is obtd. by controlling the hot processing temp. so as to obtain 60 to 200 μm minor diameter of the austenite grains after the hot processing is completed, and then directly quenching.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、強度と靱性に優れ
た鋼材およびびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a steel having excellent strength and toughness and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】鋼材特に構造用鋼材においては、強度と
靱性の両特性に優れていることが求められる場合が多
い。Ni等の高価な元素を添加することなく前記要求を
満たすために、これまでに調質処理や制御圧延等により
組織を細粒化する方法が、種々提案され採用されてき
た。
2. Description of the Related Art In many cases, steel materials, particularly structural steel materials, are required to have both strength and toughness. In order to satisfy the above requirements without adding an expensive element such as Ni, various methods for refining the structure by temper treatment, controlled rolling, and the like have been proposed and adopted.

【0003】例えば、特公昭55−30050号公報に
は、強靭鋼の製造方法が開示されている。この方法は、
化学組成、スラブの鋳造条件および熱間圧延時のスラブ
加熱条件を規定することにより、AlNを鋼中に微細に
分散させ、このAlNでオーステナイト粒の成長を抑制
して、細粒組織にする方法である。
[0003] For example, Japanese Patent Publication No. 55-30050 discloses a method for producing a tough steel. This method
A method in which AlN is finely dispersed in steel by defining the chemical composition, slab casting conditions, and slab heating conditions during hot rolling, and the growth of austenite grains is suppressed with the AlN to form a fine grain structure. It is.

【0004】この方法によれば、確かに細粒組織を得る
ことが可能であるが、AlNは、連続鋳造の際にスラブ
の横ひび割れの原因となる析出物であり、連続鋳造とい
う効率の高い生産方法の適用が、著しく困難になる。
According to this method, it is possible to obtain a fine-grained structure, but AlN is a precipitate that causes lateral cracking of the slab during continuous casting, and the efficiency of continuous casting is high. Application of production methods becomes significantly more difficult.

【0005】特開昭57−131320号公報には、低
温靱性に優れた高張力鋼板の製造方法が開示されてい
る。この製造方法は、圧延終了温度とその後の冷却速度
を規定した方法である。しかし、この方法はオーステナ
イト未再結晶域から2相域に至るまでの温度で圧延する
必要があるため、圧延効率が著しく低下する。また、破
面遷移温度は改善されるものの、セパレーションが発生
しやすくなるため、吸収エネルギーは小さくなる傾向が
強い。そのため、シャルピー衝撃値で一定値以上の吸収
エネルギーが要求されるような場合には、有効な方法と
はいえない。
JP-A-57-131320 discloses a method for producing a high-tensile steel sheet having excellent low-temperature toughness. This manufacturing method is a method in which a rolling end temperature and a subsequent cooling rate are specified. However, this method requires rolling at a temperature from the austenite non-recrystallized region to the two-phase region, so that the rolling efficiency is significantly reduced. In addition, although the fracture surface transition temperature is improved, separation tends to occur, so that the absorbed energy tends to be small. For this reason, it is not an effective method when the absorption energy of a certain value or more is required in the Charpy impact value.

【0006】また、特開平7−258730号公報およ
び特開平7−258731号公報には、靭性に優れた音
響異方性の少ない構造用厚鋼板の製造方法が開示されて
いる。これらの方法は、音響異方性を低減しつつ靱性を
確保するために、オーステナイトの再結晶による細粒化
を出来るだけ利用して、未再結晶域圧延を行う方法であ
る。
[0006] JP-A-7-258730 and JP-A-7-258731 disclose a method of manufacturing a structural steel plate having excellent toughness and low acoustic anisotropy. In these methods, in order to secure toughness while reducing acoustic anisotropy, non-recrystallized region rolling is performed by utilizing grain refinement by recrystallization of austenite as much as possible.

【0007】しかし、この方法は、制御圧延効果は利用
しないとしているものの、実用的に満足の行く靱性を得
るためには、圧延終了温度は900℃前後、あるいはそ
れ以下にコントロールしなければならず、低温圧延に伴
う生産性の低下は避けられない。
However, although this method does not utilize the controlled rolling effect, in order to obtain practically satisfactory toughness, the rolling end temperature must be controlled to around 900 ° C. or lower. However, a decrease in productivity due to low-temperature rolling is inevitable.

【0008】このように、加工熱処理と冷却、再加熱を
巧妙に組み合わせて組織を細粒化することにより必要な
靱性を確保することは可能であるが、どの方法も工業的
規模での生産性が低いのが現状である。。
[0008] As described above, it is possible to secure the required toughness by finely refining the structure through a subtle combination of thermomechanical treatment, cooling, and reheating. Is low. .

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、生産
性を低下させる制御圧延等による組織の微細化を必要と
することなく製造可能な強度と靭性に優れた鋼材とその
製造方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a steel material having excellent strength and toughness which can be manufactured without requiring a fine structure by controlled rolling or the like which lowers productivity, and a method for manufacturing the same. Is to do.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】強度と靱性を兼ね備えた
鋼材およびその製造方法に係わる本発明の要旨は、以下
の通りである。
The gist of the present invention relating to a steel material having both strength and toughness and a method for producing the same is as follows.

【0011】1)重量%で、C:0.02〜0.15%
未満、Si:1%以下、Mn:0.3〜2.5%、P:
0.05%以下、S:0.004%未満、sol.Al:
0.001〜0.1%、Ti:0.02%以下、N:
0.009%以下を含み、金属組織がマルテンサイトお
よびベイナイトの一方または双方を含む組織、またはこ
れらの焼き戻し組織であり、旧オーステナイト粒のアス
ペクト比の平均値が1.5以下、旧オーステナイト粒の
短径の平均値が60〜700μmで、かつTi、N、S
および旧オーステナイト粒短径dγが下記式(1)また
は(2)を満足していることを特徴とする強度と靱性に
優れた鋼材。
1) C: 0.02 to 0.15% by weight
, Si: 1% or less, Mn: 0.3-2.5%, P:
0.05% or less, S: less than 0.004%, sol. Al:
0.001-0.1%, Ti: 0.02% or less, N:
0.009% or less, and the metal structure is a structure containing one or both of martensite and bainite, or a tempered structure thereof, and the average value of the aspect ratio of the prior austenite grains is 1.5 or less; Has an average minor axis of 60 to 700 μm, and Ti, N, S
And a steel material having excellent strength and toughness, characterized in that the former austenite grain minor diameter dγ satisfies the following formula (1) or (2).

【0012】[0012]

【数1】 (Equation 1)

【0013】[0013]

【数2】 (Equation 2)

【0014】2)重量%で、C:0.02%〜0.15
%未満、Si:1%以下、Mn:0.3〜2.5%、
P:0.05%以下、S:0.004%未満、sol.A
l:0.001〜0.1%、Ti:0.004〜0.0
2%、N:0.001〜0.009%を含み、Ti/N
が0.4〜4で、金属組織がマルテンサイトおよびベイ
ナイトの一方または双方を含む組織、またはこれらの焼
き戻し組織であり、旧オーステナイト粒のアスペクト比
の平均値が1.5以下、旧オーステナイト粒の短径の平
均値が60〜700μmであり、かつTi、N、Sおよ
び旧オーステナイト粒短径dγが下記式(3)および
(4)を満足していることを特徴とする強度と靱性に優
れた大入熱溶接用鋼材。
2) C: 0.02% to 0.15% by weight
%, Si: 1% or less, Mn: 0.3 to 2.5%,
P: 0.05% or less, S: less than 0.004%, sol.A
l: 0.001 to 0.1%, Ti: 0.004 to 0.0
2%, N: 0.001 to 0.009%, Ti / N
Is 0.4 to 4, the metal structure is a structure containing one or both of martensite and bainite, or a tempered structure thereof, and the average value of the aspect ratio of the prior austenite grains is 1.5 or less; Has an average minor axis of 60 to 700 μm, and the minor axis dγ of Ti, N, S and prior austenite grain satisfies the following formulas (3) and (4). Excellent steel material for large heat input welding.

【0015】[0015]

【数3】 (Equation 3)

【0016】[0016]

【数4】 (Equation 4)

【0017】3)上記1)または2)に記載の化学組成
の鋼を熱間加工するに際し、熱間加工終了時のオーステ
ナイト粒の短径が60〜700μmになるように熱間加
工温度を制御して熱間加工を終了し、直接焼入れするこ
とを特徴とする強度と靭性に優れた鋼材の製造方法。
3) When hot working a steel having the chemical composition described in 1) or 2) above, the hot working temperature is controlled so that the minor axis of austenite grains at the end of hot working is 60 to 700 μm. A method for producing a steel material having excellent strength and toughness, wherein hot working is completed and quenching is performed directly.

【0018】ここで、オーステナイト粒(以下γ粒と記
す)径とは、熱間加工後冷却して得られた鋼材の金属組
織における旧γ粒径のことを言う。旧γ粒界は、マルテ
ンサイト、ベイナイトを含む鋼ではエッチングによって
容易に現出させることができ、光学顕微鏡で識別可能で
粒径も測定できる。また、鋼材はその形状はどのような
ものでもよく、代表的なものとしては鋼板、鋼管や形鋼
等がある。
Here, the diameter of austenite grains (hereinafter referred to as γ grains) refers to the former γ grain size in the metal structure of a steel material obtained by cooling after hot working. The old γ grain boundary can be easily revealed by etching in steel containing martensite and bainite, and can be distinguished by an optical microscope and the particle size can be measured. Further, the steel material may have any shape, and typical examples include a steel plate, a steel pipe, a shaped steel and the like.

【0019】本発明者らは、生産過程で組織を微細化す
る必要がなく、引張強さが400MPa以上で、かつ優
れた靭性を有する鋼材とその製造法を開発すべく、実験
室レベルで、試作試験用の小型圧延機及び熱処理炉を用
いて、様々の条件にて試験をおこない、得られた鋼片の
強度および靱性を調査した。
The present inventors, at the laboratory level, have developed a steel material that does not need to be refined in the production process, has a tensile strength of 400 MPa or more, and has excellent toughness and a method for producing the same. Using a small rolling mill and a heat treatment furnace for a prototype test, tests were performed under various conditions, and the strength and toughness of the obtained steel slab were investigated.

【0020】検討を開始するに際し、生産能率を高める
ことを目的とし、圧延能率を低下させる制御圧延に頼っ
た細粒化法や、圧延後に再加熱処理工程が必要になる、
再加熱焼き入れによる細粒化法は利用しないことを前提
とした。さらに、生産性向上のため熱間加工の仕上げ温
度を可能な限り高めることを目標とした。
At the start of the study, the aim is to increase the production efficiency, and a grain refining method relying on controlled rolling to reduce the rolling efficiency, or a reheating step after rolling is required.
It was assumed that the grain refinement method by reheating and quenching was not used. Furthermore, the goal was to increase the finishing temperature of hot working as much as possible to improve productivity.

【0021】しかし、制御圧延を利用せず、素材加熱温
度も高めて、圧延仕上げ温度も高くすると、圧延終了時
のγ粒は粗大にならざるを得ない。
However, if the raw material heating temperature is raised and the rolling finishing temperature is raised without using controlled rolling, the γ grains at the end of rolling must be coarse.

【0022】制御圧延を利用するのであれば、比較的粗
大なγ粒であっても最終組織を微細化して靱性を高める
ことは可能だが、制御圧延を利用しないので、γ粒を十
分に細粒化しなければ靱性を確保することは難しい。γ
粒を細粒化するためには、900℃以下の低温まで圧延
を続ける必要があるが、これでは、上記目標は達成でき
ない。
If controlled rolling is used, it is possible to refine the final structure and increase toughness even with relatively coarse γ grains, but since controlled rolling is not used, γ grains can be reduced to sufficiently fine grains. It is difficult to secure toughness if it is not changed. γ
In order to reduce the size of the grains, it is necessary to continue rolling to a low temperature of 900 ° C. or less, but this cannot achieve the above goal.

【0023】実際、制御圧延無しの条件で圧延試験を行
うと、シャルピー試験での衝撃の破面遷移温度で−50
℃以下を確保するためには、γ粒を40μm以下にまで
細粒化する必要があった。そのためには、900℃又は
それ以下で圧延を終了するか、α域から再加熱して逆変
態させ、かつAlNやNbCで粒成長をピン止めすれ
ば、950℃程度の加熱で比較的容易に粒径40μm以
下の微細化が達成された。しかし、1000℃を超える
温度では、ピン止め粒子が固溶して失われるため、粗粒
化が起こり、靭性の著しい劣化を招いた。
In fact, when a rolling test is performed under the condition of no controlled rolling, the impact fracture surface transition temperature in the Charpy test is −50.
In order to maintain the temperature below ℃, it was necessary to reduce the γ grains to 40 μm or less. For this purpose, if the rolling is completed at 900 ° C. or lower, or reheated from the α region to reverse transformation, and the grain growth is pinned with AlN or NbC, it can be relatively easily heated at about 950 ° C. Miniaturization with a particle size of 40 μm or less was achieved. However, if the temperature exceeds 1000 ° C., the pinned particles are dissolved in solid solution and are lost, so that coarsening occurs and remarkable deterioration of toughness is caused.

【0024】本発明者らは、生産過程でのγ粒の細粒化
処理を必要とすることなく製造が可能な強度と靭性を備
えた鋼材を開発すべく検討を重ねた結果、次のような知
見を得た。
The present inventors have repeatedly studied to develop a steel material having strength and toughness that can be manufactured without the need for grain refinement of γ grains in a production process. Knowledge was obtained.

【0025】(1)旧γ粒が粗粒になった鋼材は、靱性
は劣化するが、粗粒の状態でSを低減しMnSの析出を
抑制すると、遷移温度及び吸収エネルギーが著しく改善
される。しかし、γ粒が細粒の場合は、この効果はあま
り期待できない。
(1) The steel material in which the old γ grains are coarse is deteriorated in toughness, but when S is reduced and the precipitation of MnS is suppressed in the coarse state, the transition temperature and the absorbed energy are remarkably improved. . However, when the γ grains are fine, this effect cannot be expected so much.

【0026】(2)鋼中のTiNにも同様の靱性への悪
影響が認められる。NまたはTiを低減して、TiNの
析出量を減らすことにより、遷移温度が改善される。し
かし、γ粒が細粒の場合は改善されない。
(2) TiN in steel has a similar adverse effect on toughness. The transition temperature is improved by reducing the amount of TiN by reducing N or Ti. However, when the γ grains are fine, the improvement is not achieved.

【0027】(3)上記(1)、(2)によるMnS、
TiN析出量の削減による清浄化に伴う靱性改善効果
は、鋼材の金属組織が、ベイナイトやマルテンサイト及
びこれらの焼き戻しされた組織を含まない場合には、殆
ど得られない。
(3) MnS according to the above (1) and (2),
The effect of improving the toughness due to cleaning by reducing the amount of TiN precipitation can hardly be obtained when the metal structure of the steel material does not include bainite, martensite, and the tempered structure thereof.

【0028】(4)Ca、REM等の介在物形成元素に
ついても、粗大なγ粒では、同様に遷移温度への悪影響
が見られるので、低減するのが好ましい。しかし、悪影
響は、MnSやTiNに比較すると小さく、靱性面から
は、MnSやTiN程にはその削減は重要ではない。
(4) Inclusion-forming elements such as Ca and REM are also preferably reduced because coarse gamma grains similarly have an adverse effect on the transition temperature. However, the adverse effect is smaller than that of MnS or TiN, and the reduction is not as important as MnS or TiN in terms of toughness.

【0029】(5)MnSとTiN析出量を充分に低減
しておけば、γ粒径が60μmを超えても遷移温度の上
昇は軽微である。さらに、粒径が100μmを超える部
位が生じても、遷移温度の上昇は軽微である。
(5) If the amounts of precipitated MnS and TiN are sufficiently reduced, the transition temperature rise is negligible even if the γ particle size exceeds 60 μm. Further, even if a portion having a particle size of more than 100 μm is generated, a rise in the transition temperature is slight.

【0030】(6)MnS、TiN析出量に制限を課し
た条件では、γ粒を粗粒にすることにより焼入性が増し
て強度を上げることができるため、γ粒はむしろ60μ
m以上とした方が、低製造コストで高強度の鋼を得るこ
とができる。また、制御圧延の必要がなくなるので、γ
粒が完全に再結晶した状態から変態させることができて
組織を均一にすることができるので、よい製品を安定し
て製造することができる。再結晶状態の目安としては、
γ粒の平均アスペクト比が適当で、この値が1.5以下
であるように製造すればよい。
(6) Under conditions in which the amount of MnS and TiN precipitation is limited, hardening can be increased by increasing the size of the γ grains, thereby increasing the strength.
m or more, high strength steel can be obtained at low production cost. In addition, since there is no need for controlled rolling, γ
Since the grains can be transformed from a completely recrystallized state and the structure can be made uniform, a good product can be stably manufactured. As a guide for the recrystallization state,
The particles may be manufactured so that the average aspect ratio of the γ grains is appropriate and this value is 1.5 or less.

【0031】(7)γ粒を粗大にする場合、γ粒の短径
dγに応じてMnS、TiNを適切に削減しておく必要
があり、後述の所定の式で規制できγ粒径について広い
範囲で高い靱性を確保することができる。しかし、γ粒
径が700μmを超えると粗大化に伴う靱性への悪影響
が無視できなくなる。
(7) When the γ grains are made coarse, it is necessary to appropriately reduce MnS and TiN in accordance with the minor diameter dγ of the γ grains. High toughness can be ensured within the range. However, when the γ particle size exceeds 700 μm, the adverse effect on toughness due to coarsening cannot be ignored.

【0032】本発明は、これらの知見に基づきなされた
ものであり、制御圧延や調質処理により組織を微細化す
る必要がなくなるため生産性を高めることができる。
The present invention has been made based on these findings, and it is not necessary to make the structure finer by controlled rolling or tempering, so that productivity can be increased.

【0033】図1は、γ粒径と靭性との関係を示す図で
ある。Ti:0.019%、S:0.0041%および
N:0.0057%を含む鋼(□印)と、Ti:0.0
06%、S:0.0009%およびN:0.0015%
を含む鋼(■)とを用いて圧延温度を種々変えて熱間圧
延をおこない、シャルピー試験により衝撃破面遷移温度
を調べた結果である。
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the γ grain size and toughness. Steel containing 0.019% of Ti, 0.0041% of S and 0.0057% of N (square);
06%, S: 0.0009% and N: 0.0015%
This is a result obtained by performing hot rolling at various rolling temperatures using steel (■) containing, and examining an impact fracture surface transition temperature by a Charpy test.

【0034】図1から明らかなように、Ti、Sおよび
N含有量が多くても少なくても結晶粒が大きくなれば靭
性は低下するが、図中黒四角印で示したようにTi、S
およびN含有量、特にS含有量を低減すると靭性が著し
く向上する。また、γ粒径が大きい場合において靭性の
改善効果が顕著であることが分かる。
As can be seen from FIG. 1, the toughness decreases as the crystal grain size increases, regardless of whether the content of Ti, S and N is large or small, but as shown by the black squares in the figure,
When the N content and especially the S content are reduced, the toughness is significantly improved. Also, it can be seen that the effect of improving toughness is remarkable when the γ particle size is large.

【0035】[0035]

【発明の実施の形態】以下、本発明における鋼材の化学
組成を限定した理由を説明する(以下、%表示は重量%
を示す)。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The reasons for limiting the chemical composition of a steel material according to the present invention will be described below (hereinafter,% is expressed by weight%
Is shown).

【0036】C Cは、強度を確保するするために必要で、0.02%未
満では必要とする強度を確保することができない。一
方、0.15%を超えると、溶接した場合に溶接熱影響
部、母材共に靱性が劣化する。したがって、Cの含有は
0.02〜0.15%とした。
C is necessary to secure the strength, and if it is less than 0.02%, the required strength cannot be secured. On the other hand, if it exceeds 0.15%, the toughness of both the weld heat affected zone and the base metal deteriorates when welding is performed. Therefore, the content of C is set to 0.02 to 0.15%.

【0037】Si Siは、脱酸作用があり、鋼板の強度上昇にも寄与す
る。しかし、1%を超えて含有させた場合、靭性の低下
をもたらすため、1%を上限とする。また、鋼の脱酸に
支障を来さない限り、Siは幾ら少なくとも問題はな
い。
Si Si has a deoxidizing effect and also contributes to an increase in the strength of the steel sheet. However, if the content exceeds 1%, the toughness is reduced, so 1% is made the upper limit. In addition, as long as it does not hinder deoxidation of steel, Si has at least no problem.

【0038】Mn Mnは、焼入性を高める効果があり、強度確保に有効な
成分である。含有量が0.3%未満では、焼き入れ性の
不足によって強度、靱性が得られない。一方、2.5%
を超えて含有させる場合は、偏析が増すと共に、焼き入
れ性が高まり過ぎて、溶接時に溶接熱影響部、母材共に
靱性が低下する。したがって、Mnの含有量は0.3〜
2.5%とした。
Mn Mn has an effect of improving hardenability and is an effective component for securing strength. If the content is less than 0.3%, strength and toughness cannot be obtained due to insufficient hardenability. On the other hand, 2.5%
If it is contained in excess of, the segregation increases and the hardenability is too high, and the toughness of both the weld heat affected zone and the base metal decreases during welding. Therefore, the content of Mn is 0.3 to
2.5%.

【0039】P Pは、不純物として鋼中に不可避的に存在する。0.0
5%を超えると、粒界に偏析して靭性が低下するのみな
らず、溶接時に高温割れを招くため、0.05%以下と
した。
PP is inevitably present in steel as an impurity. 0.0
If the content exceeds 5%, not only segregation at the grain boundaries causes a decrease in toughness, but also hot cracking at the time of welding is caused.

【0040】S Sは、Mn、CaやREMと結合してオキシサルファイ
ドを形成し、介在物として鋼中に存在する。鋼の強度が
低い場合、または組織が十分に細粒の場合には、これら
は靱性におおきな悪影響は及ぼさないが、ある程度粗大
な組織である場合は、その含有量は後述の式を満足する
ように制限しなければならない。しかし、式を満足して
も、0.004%以上含有する場合には、靱性への悪影
響は避けられない。より望ましくは、0.003%未満
である。
SS combines with Mn, Ca and REM to form oxysulfide, and is present in steel as inclusions. If the strength of the steel is low, or if the structure is sufficiently fine, these do not have a significant adverse effect on toughness, but if the structure is coarse to some extent, the content may satisfy the formula described below. Must be restricted to However, even if the formula is satisfied, if the content is 0.004% or more, an adverse effect on toughness cannot be avoided. More preferably, it is less than 0.003%.

【0041】sol.Al Alは、脱酸のために必須の元素であり、sol.Alで
0.001%以上含有させなければ、脱酸不足によって
鋼質の劣化を招く。しかし、0.1%を超えて含有させ
ると、母材靭性の劣化や、溶接部靱性の低下を招くため
好ましくない。よって、0.1%を上限とする。
Sol.Al Al is an essential element for deoxidation, and unless 0.001% or more of sol.Al is contained, insufficient deoxidation causes deterioration of steel quality. However, if the content exceeds 0.1%, the toughness of the base material is deteriorated and the toughness of the welded portion is reduced, which is not preferable. Therefore, the upper limit is 0.1%.

【0042】Ti Tiは、通常鋼中のNを固定して高温延性を改善させる
ための元素として含有させる。しかし、TiNは靱性低
下原因となるため、できるだけTiは添加しないことが
望ましく、靱性面から許容される範囲は、後述する式で
限定される。しかし、式を満足しても、0.02%を超
えて含有させると、靱性の劣化は避けがたい。
Ti Ti is usually contained as an element for fixing N in steel and improving high-temperature ductility. However, since TiN causes a decrease in toughness, it is desirable not to add Ti as much as possible, and the allowable range in terms of toughness is limited by the following formula. However, even if the formula is satisfied, if the content exceeds 0.02%, deterioration of toughness is inevitable.

【0043】なお、大入熱溶接をおこなう鋼材について
は過度の清浄化は、γ粒の過度の粗大化を招いて靱性の
劣化を招く場合があるため、Tiは0.004%以上含
有させ、かつ、Ti/Nの比を、0.4以上4.0以下
の範囲にコントロールするのがよい。
For steel materials subjected to high heat input welding, excessive cleaning may cause excessive coarsening of γ grains and deterioration of toughness, so that Ti is contained at 0.004% or more. Further, it is preferable to control the ratio of Ti / N to a range of 0.4 or more and 4.0 or less.

【0044】N Nは、高温延性低下の原因となる不純物であり、通常
は、Tiを添加してTiNの形で固定することで悪影響
を回避している。しかし、本発明においては、TiNそ
のものが靱性を悪化させる原因となるため、TiNの形
成を抑制する必要がある。そのためNそのものを低減す
るか、あるいは、Ti含有量を低減する。
NN is an impurity that causes a decrease in high-temperature ductility, and usually avoids adverse effects by adding Ti and fixing in the form of TiN. However, in the present invention, it is necessary to suppress the formation of TiN because TiN itself causes deterioration of toughness. Therefore, N itself is reduced or Ti content is reduced.

【0045】優れた靱性を得るためのN含有量の範囲
は、後述の式を満足することが必要であるが、式を満足
しても、Nが0.009%を超えると、TiNによる靱
性低下、あるいは、十分に固定されずに固溶するNによ
る靱性への悪影響が無視できなくなる。また、Nを0.
001%以下とすると、S低減でMnSも殆ど存在して
いない条件下では、γ粒の粒成長が非常に容易になる。
このため、サブマージドアーク溶接法などにより、10
0kJ/cm前後の大入熱にて溶接をおこなう場合、溶
接熱影響部において局部的にγ粒が粗大化することがあ
る。
The range of the N content for obtaining excellent toughness needs to satisfy the following formula, but even if the formula is satisfied, if N exceeds 0.009%, the toughness of TiN The adverse effect on the toughness due to the decrease or the solid solution of N that is not sufficiently fixed cannot be ignored. Also, N is set to 0.
When the content is 001% or less, the growth of γ grains becomes very easy under the condition that S is reduced and MnS hardly exists.
For this reason, by using a submerged arc welding method, etc.
When welding is performed with a large heat input of about 0 kJ / cm, γ grains may locally become coarse in the heat affected zone.

【0046】本発明の鋼材は、γ粒の粗大化による靱性
劣化を起こしにくい性質を持っているが、大入熱溶接の
熱影響部では、硬度が分布を持ち、結晶粒の大きさにも
不均一が生じるため、靱性面から許容されるγ粒径の上
限は300μm程度となる。このため、大入熱溶接を前
提とする場合には、γ粒成長抑制効果を持つTiNをあ
る程度は含ませなければならず、Nを0.001%以上
含有させるのがよく、併せて、若干のTiも含有させる
のがよい。
The steel material of the present invention has the property that the toughness does not easily deteriorate due to the coarsening of γ grains, but the hardness is distributed in the heat-affected zone of the large heat input welding, and the size of the crystal grains is also small. Since non-uniformity occurs, the upper limit of the γ grain size allowed from the toughness side is about 300 μm. For this reason, when large heat input welding is presupposed, TiN having an effect of inhibiting the growth of γ grains must be contained to some extent, and it is preferable that N is contained at 0.001% or more. Of Ti is also preferably contained.

【0047】一方、溶接の必要のない鋼材や、40kJ
/cm以下の小入熱溶接しか行わない鋼材については、
経済的に許される限り、Nは可能な限り低減してよい。
On the other hand, a steel material that does not require welding,
For steel materials that only perform small heat input welding of / cm or less,
N may be reduced as much as is economically permissible.

【0048】本発明の鋼材は、上記の元素以外に焼入れ
性や強度等を向上させるために必要により下記するよう
な元素を含有させてもよい。
The steel material of the present invention may contain the following elements as necessary in order to improve hardenability, strength and the like, in addition to the above elements.

【0049】Cr Crは焼入性を高めるのに有用な元素である。前記した
必須元素のみで最低限必要な焼入性は確保されるが、鋼
材が厚肉の鋼管等の場合には、さらなる焼入性を確保す
るために使用する。Cr含有量を0.02%以上とする
と、焼入性のほかに焼戻し軟化抵抗を高める効果も得ら
れるので0.02%以上とするのが望ましい。しかし、
1.5%を超えると溶接部の靭性が避けられないので
1.5%以下とする。
Cr Cr is an element useful for improving hardenability. The minimum necessary hardenability is secured by only the above-mentioned essential elements, but when the steel material is a thick steel pipe or the like, it is used to secure further hardenability. When the Cr content is 0.02% or more, the effect of increasing the tempering softening resistance in addition to the hardenability can be obtained. Therefore, it is preferable to set the Cr content to 0.02% or more. But,
If it exceeds 1.5%, the toughness of the weld cannot be avoided.

【0050】Mo 鋼材が厚肉の鋼管等の場合には、さらに焼入性および焼
戻し軟化抵抗を高めるために含有させるのが好ましい。
含有量が0.02%未満では、これらの効果が得られな
いので、0.02%以上とするのが望ましい。しかし、
1%を超えると溶接部の靭性劣化が著しくなるので、上
限は1%とするのがよい。
In the case where the Mo steel material is a thick steel pipe or the like, it is preferable to include the Mo steel material in order to further enhance hardenability and temper softening resistance.
If the content is less than 0.02%, these effects cannot be obtained. Therefore, the content is preferably set to 0.02% or more. But,
If it exceeds 1%, the toughness of the welded portion deteriorates significantly, so the upper limit is preferably 1%.

【0051】B Bは、特にγ粒界の焼入性を高めて強度上昇に寄与す
る。含有量は0.003%以下とするのがよい。
BB particularly enhances the hardenability of the γ grain boundary and contributes to an increase in strength. The content is preferably set to 0.003% or less.

【0052】Nb Nbは、いわゆる制御圧延によって製造される鋼材にお
いては必須の添加元素であるが、本発明においては、制
御圧延を基本的に利用しないため、必須元素ではない。
しかし、強度をさらに高めるのに有効だが、多量に含有
させると1000℃以上の高温で圧延を終了した場合に
は、析出強化を通して靱性を著しく損なう。そのため、
含有量は0.015%以下としなくてはならない。より
好ましくは0.01%以下である。
Nb Nb is an indispensable element in steel materials produced by so-called controlled rolling, but is not an essential element in the present invention because controlled rolling is not basically used.
However, although effective to further increase the strength, if it is contained in a large amount, when rolling is terminated at a high temperature of 1000 ° C. or more, the toughness is significantly impaired through precipitation strengthening. for that reason,
The content must be less than 0.015%. More preferably, it is 0.01% or less.

【0053】V Vは析出強化によって強度を高める効果があり、比較的
靱性への悪影響が小さく、強度アップのためには有効で
ある。含有量を0.01%以上とすると、焼戻し軟化抵
抗のほかに焼入性も向上させる効果も得られるので、
0.01%以上とするのが望ましい。しかし、0.15
%を超えると靭性が大きく劣化するので、上限は0.1
5%以下とするのがよい。
VV has the effect of increasing the strength by precipitation strengthening, has relatively little adverse effect on toughness, and is effective for increasing the strength. When the content is 0.01% or more, the effect of improving the hardenability as well as the tempering softening resistance can be obtained.
It is desirable that the content be 0.01% or more. However, 0.15
%, The toughness is greatly deteriorated.
It is good to make it 5% or less.

【0054】Cu Cuは強度上昇および耐食性向上に有効なので、より一
層の高降伏強さおよび高耐食性が必要な場合に含有させ
るのがよい。含有量を0.05%以上とすると、直接焼
入れにおける焼入性も高めるので0.05%以上とする
のが望ましい。しかし、1.5%を超えて添加しても、
コスト上昇に見合った性能の改善が見られないため、上
限は1.5%以下とするのがよい。
Cu Since Cu is effective for increasing the strength and improving the corrosion resistance, it is preferable to include Cu when further higher yield strength and higher corrosion resistance are required. When the content is 0.05% or more, the hardenability in direct quenching is increased, so that it is desirable to set the content to 0.05% or more. However, even if it exceeds 1.5%,
Since there is no improvement in performance corresponding to the cost increase, the upper limit is preferably 1.5% or less.

【0055】Ni Niは、固溶状態において鋼のマトリックス(基地)の
靭性を高める効果があるので、より優れた靭性を安定し
て得る必要がある場合に含有させるのがよい。含有量を
0.05%以上にすると焼入性向上効果も得られるの
で、0.05%以上とすることが望ましい。しかし、4
%を超えると合金コストの上昇に見合った靭性の向上が
得られないので、上限は4%とするのがよい。
Ni Ni has the effect of increasing the toughness of the steel matrix (matrix) in a solid solution state, and is preferably contained when it is necessary to stably obtain more excellent toughness. If the content is 0.05% or more, the effect of improving hardenability can be obtained, so it is preferable to set the content to 0.05% or more. But 4
%, The toughness cannot be improved in proportion to the increase in alloy cost. Therefore, the upper limit is preferably 4%.

【0056】Ca Caは、鋼中のSと反応して溶鋼中で硫酸化物を生成す
る。この硫酸化物は、MnSなどと異なり、圧延加工に
よって圧延方向に伸びることがなく、圧延後も球状であ
る。そのため、延伸した介在物の先端等を割れの起点と
する溶接割れまたは水素誘起割れ(HIC:Hydrogen I
nduced Cracking) を抑制するので、溶接割れまたはH
ICを抑制する場合に含有させるのがよい。含有量を
0.0002%以上とすると溶接部の靭性向上にも効果
があるので0.0002%以上とするのが望ましい。し
かし、0.004%を超えると、清浄度の低下によって
母材靭性が低下する。
Ca Ca reacts with S in steel to form sulfate in molten steel. This sulfate, unlike MnS or the like, does not elongate in the rolling direction by rolling, and remains spherical after rolling. Therefore, welding cracks or hydrogen-induced cracks (HIC: Hydrogen I
nduced cracking) to prevent welding cracks or H
It is desirable to include it when suppressing IC. When the content is 0.0002% or more, the effect of improving the toughness of the welded portion is also effective. Therefore, the content is desirably 0.0002% or more. However, when the content exceeds 0.004%, the base material toughness decreases due to a decrease in cleanliness.

【0057】REM REMは、溶接熱影響部の組織の微細化や、Sの固定に
寄与するが、介在物となって清浄度を低下させる。しか
し、REMの添加によって形成される介在物は、比較的
靱性劣化への影響が小さいため、0.004%以下であ
れば含有させても母材の靱性の低下は許容できる。
REM REM contributes to the refinement of the structure of the weld heat affected zone and the fixation of S, but reduces the cleanliness as inclusions. However, inclusions formed by the addition of REM have relatively little effect on toughness degradation, so that if they are contained at 0.004% or less, a decrease in the toughness of the base material can be tolerated.

【0058】次に、金属組織および旧オーステナイト粒
について説明する。
Next, the metal structure and the prior austenite grains will be described.

【0059】1)金属組織 鋼材の金属組織は、引張り強度を450MPa以上にす
るために、ベイナイトおよび低温での変態で生成するマ
ルテンサイトの一方または双方を含んだ組織、またはこ
れらの焼き戻し組織とする必要があり、その他にフェラ
イト、パーライトを含む組織である。このような組織
は、熱間圧延後、γ域からの焼き入れを行い、必要に応
じて焼き戻しをおこなうことにより得られる。
1) Metallographic Structure The metallic structure of the steel material is a structure containing one or both of bainite and martensite formed by transformation at a low temperature, or a tempered structure thereof, in order to increase the tensile strength to 450 MPa or more. And a structure containing ferrite and pearlite. Such a structure is obtained by performing quenching from the γ region after hot rolling and, if necessary, performing tempering.

【0060】2)旧γ粒のアスペクト比 旧γ粒のアスペクト比の平均値を1.5以下にするの
は、異方性の低減と強度が低下するのを防止するためで
ある。加工を受けて転位を内部に含んだγ粒は、粒内の
転位からもα相が核生成するため、焼入れ性が低下して
強度が低下する。これを防止するために、γ粒を十分再
結晶させて(再結晶が進んだγ粒は、アスペクト比が1
に近づく)から変態させる必要がある。旧γ粒のアスペ
クト比の平均値を1.5以下であれば強度低下を防止す
ることができる。
2) Aspect Ratio of Old γ Grains The reason why the average value of the aspect ratios of old γ grains is 1.5 or less is to reduce anisotropy and prevent a decrease in strength. In the γ grains containing dislocations inside after being processed, the α phase nucleates from the dislocations in the grains, so that the hardenability is reduced and the strength is reduced. In order to prevent this, the γ grains are sufficiently recrystallized (the recrystallized γ grains have an aspect ratio of 1).
To get rid of). If the average value of the aspect ratio of the old γ grains is 1.5 or less, it is possible to prevent the strength from decreasing.

【0061】また、アスペクト比の平均値は、γ粒が最
も伸長された面を観察することができる方位を選んで光
学顕微鏡用の試料を切り出し、ミクロ組織を現出させ、
画像処理によって旧γ粒を計測し、各γ粒を楕円形にて
近似した場合の長径と短径の比を平均した値である。
The average value of the aspect ratio is determined by selecting a direction in which the surface where γ grains are most elongated can be observed, cutting out a sample for an optical microscope, and revealing a microstructure.
This is a value obtained by measuring old γ grains by image processing and averaging the ratio of the major axis to the minor axis when each γ grain is approximated by an ellipse.

【0062】3)旧γ粒の平均短径 本発明においては、生産効率を上げるため、組織の細粒
化のための低温加工をおこなわないため比較的旧γ粒は
粗粒となる。また、粗粒にすることによりTi、Nおよ
びSの低減の靭性および強度に及ぼす効果が顕著にな
る。旧γ粒の平均短径が、60μm未満では目的とする
強度、靭性が得られない。一方700μmを超えると粗
粒になり過ぎ靭性が劣化する。
3) Average minor diameter of old γ grains In the present invention, old γ grains are relatively coarse because low temperature processing is not performed to refine the structure in order to increase production efficiency. In addition, the effect of reducing Ti, N and S on toughness and strength becomes remarkable by making the grains coarse. If the average short diameter of the former γ grains is less than 60 μm, the desired strength and toughness cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 700 μm, the grains become too coarse and the toughness deteriorates.

【0063】4)Ti、N、Sと旧γ粒の短径との関係
式 TiとNの含有比Ti/Nが3.4未満である場合、す
なわちN含有量がTi含有量に比べ多い場合には、下記
式(1)を満足していなければTiおよびS含有量が多
くなり過ぎ、TiNおよびMnSが多量となり靭性が劣
化する。この式は多くの実験によりもとめた式で、旧γ
粒の短径に応じて適したTi、S量を規定するものであ
る。
4) Relational expression between Ti, N, S and minor axis of old γ grains When the Ti / N content ratio Ti / N is less than 3.4, that is, the N content is larger than the Ti content. In this case, if the following expression (1) is not satisfied, the contents of Ti and S become too large, so that TiN and MnS become large and the toughness deteriorates. This equation was obtained from many experiments, and
The amount of Ti and S is determined according to the minor diameter of the grain.

【0064】[0064]

【数1】 (Equation 1)

【0065】また、TiとNの含有比Ti/Nが3.4
以上である場合、すなわちN含有量がTi含有量に比べ
少ない場合には、下記式(2)を満足しなければ、Nお
よびS含有が多くなり過ぎTiNおよびMnSが多量と
なり靭性が劣化する。
The Ti / N content ratio Ti / N is 3.4.
If the above is satisfied, that is, if the N content is smaller than the Ti content, unless the following formula (2) is satisfied, the N and S contents become too large, the TiN and MnS become too large, and the toughness deteriorates.

【0066】次に、本発明の鋼材を大入熱溶接用として
用いる場合は、Ti/Nを0.4〜4の範囲とし、かつ
下記式(3)および(4)を満足していなければ溶接部
の熱影響部においてγ粒が粗粒になり過ぎてその部分の
靭性が劣化する。すなわち、大入熱溶接をおこなう場
合、TiおよびN量を少し多くし、TiNやMnSをあ
る程度析出させて熱影響部での粒成長を抑制する必要が
ある。
Next, when the steel material of the present invention is used for large heat input welding, the Ti / N should be in the range of 0.4 to 4 and the following formulas (3) and (4) must not be satisfied. In the heat-affected zone of the weld, the gamma grains become too coarse and the toughness of that portion deteriorates. That is, when performing large heat input welding, it is necessary to suppress the grain growth in the heat affected zone by slightly increasing the amounts of Ti and N to precipitate TiN and MnS to some extent.

【0067】[0067]

【数3】 (Equation 3)

【0068】[0068]

【数4】 (Equation 4)

【0069】以下、本発明の鋼材の製造方法について説
明する。
Hereinafter, the method for producing a steel material of the present invention will be described.

【0070】上記した化学組成の鋼を熱間加工するに際
し、熱間加工終了時のオーステナイト粒の短径が60〜
700μmになるように熱間加工温度を制御して熱間加
工を終了し、直接焼入れすることにより強度と靭性に優
れた鋼材が得られる。
When hot-working steel having the above-mentioned chemical composition, the minor axis of austenite grains at the end of hot-working is 60 to 60%.
The hot working temperature is controlled so as to be 700 μm, the hot working is completed, and direct quenching provides a steel material having excellent strength and toughness.

【0071】熱間加工終了時のオーステナイト粒の短径
が60〜700μmになる熱間加工温度は、化学組成や
熱間加工時の加工度によって異なるが、およそ、950
℃以上を確保することが目安となる。なお、旧γ粒径が
700μmを超えない限り、加工仕上げ温度は幾ら高く
ても良好な性能が得られるが、1150℃を超える加工
仕上げ温度を確保することは、実際の製造ラインでは難
しい。また、このような高温では、スケールの発生によ
る鋼材のロスが増える。このような観点から、加工仕上
げ温度は1150℃前後が実質的な上限となる。
The hot working temperature at which the minor axis of the austenite grains at the end of the hot working is 60 to 700 μm differs depending on the chemical composition and the working degree at the time of hot working.
As a guide, it is recommended to keep the temperature above ℃. As long as the old γ particle size does not exceed 700 μm, good performance can be obtained even if the processing finish temperature is high, but it is difficult to secure a processing finish temperature exceeding 1150 ° C. in an actual production line. Further, at such a high temperature, loss of steel material due to generation of scale increases. From such a viewpoint, the working finish temperature is about 1150 ° C. as a practical upper limit.

【0072】靱性の確保を目的に低温まで熱間圧延を行
う必要はないが、900℃以下の温度域で30%以上の
圧下を行うと、γ粒の細粒化や制御圧延の効果が現れ、
強度が大きく低下する場合がある。このような性質は、
鋼材を量産する場合、品質のバラツキの原因となり好ま
しくないので、低温での加工は避けなければならない。
この悪影響を回避するためには、旧γ粒径が60μmを
下回らないように、また、γ粒が加工硬化していない状
態から水冷されるように、熱間圧延終了温度をコントロ
ールしなければならない。
It is not necessary to perform hot rolling to a low temperature for the purpose of securing toughness. However, if the rolling is performed by 30% or more in a temperature range of 900 ° C. or less, the effects of finer γ grains and controlled rolling appear. ,
The strength may be greatly reduced. Such a property is
When mass-producing steel materials, it is necessary to avoid processing at a low temperature because it causes variation in quality and is not preferable.
In order to avoid this adverse effect, the hot-rolling termination temperature must be controlled so that the old γ grain size does not fall below 60 μm, and so that the γ grains are water-cooled from a state where they are not work hardened. .

【0073】加工後の焼入れ処理のための冷却は、必ず
しも水冷である必要はないが、少なくとも変態後の組織
はベイナイト又はマルテンサイト、がミクロ組織上で4
0%以上の面積を占めていることが望ましく、そのよう
になる冷却速度は必要になる。そのような冷却条件はC
CT図から推定することができる。
Cooling for quenching after processing is not necessarily water-cooled, but at least the structure after transformation is bainite or martensite.
Desirably, it occupies an area of 0% or more, and such a cooling rate is required. Such cooling condition is C
It can be estimated from the CT diagram.

【0074】[0074]

【実施例】真空溶解炉で、表1に示す16種の化学組成
を有する150kg丸型インゴットを溶製した。また、
実機250t転炉で、表2に示す10種の化学組成を有
する鋼を溶製し、連続鋳造により厚さ150〜300m
mのスラブにした。
EXAMPLES In a vacuum melting furnace, 150 kg round ingots having 16 kinds of chemical compositions shown in Table 1 were melted. Also,
In an actual 250t converter, steels having ten kinds of chemical compositions shown in Table 2 were melted and continuously cast to a thickness of 150 to 300 m.
m slab.

【0075】[0075]

【表1】 [Table 1]

【0076】[0076]

【表2】 [Table 2]

【0077】インゴットは、表3に示すように鍛造によ
り厚さ120〜170mmの厚板にし、1180〜12
70℃に加熱後、熱間圧延により厚さ25〜50mmの
熱延鋼板とした。
As shown in Table 3, the ingot was formed into a thick plate having a thickness of 120 to 170 mm by forging.
After heating to 70 ° C., a hot-rolled steel sheet having a thickness of 25 to 50 mm was formed by hot rolling.

【0078】また、連続鋳造したスラブを表4に示すよ
うに1200〜1250℃に加熱した後、熱間圧延によ
り厚さ25〜40mmの熱延鋼板とした。これら各熱延
鋼板を表3および4に示すような水焼入れ処理と、一部
は焼入れ−焼戻しする熱処理を施した。
Further, the continuously cast slab was heated to 1200 to 1250 ° C. as shown in Table 4, and then hot-rolled to obtain a hot-rolled steel sheet having a thickness of 25 to 40 mm. Each of these hot-rolled steel sheets was subjected to a water quenching treatment as shown in Tables 3 and 4, and a part was subjected to a heat treatment of quenching and tempering.

【0079】[0079]

【表3】 [Table 3]

【0080】[0080]

【表4】 [Table 4]

【0081】熱処理した各熱延鋼板からは、JIS4号
シャルピー試験片、丸棒引っ張り試験片を採取して、そ
れぞれ、シャルピー衝撃試験、引っ張り試験に供した。
A JIS No. 4 Charpy test piece and a round bar tensile test piece were sampled from each heat-treated hot-rolled steel sheet and subjected to a Charpy impact test and a tensile test, respectively.

【0082】また、記号17〜26の熱延鋼板について
は、サブマージアーク溶接の溶接継手を作製し、シャル
ピー衝撃試験をおこなった。溶接はV開先の両面一層溶
接とし、溶接入熱は30t以下については70kj/c
m、30tを超える場合は100kj/cmとした。
For the hot-rolled steel sheets 17 to 26, welded joints of submerged arc welding were prepared and subjected to a Charpy impact test. Welding is done on both sides of V groove, and welding heat input is 70kj / c for 30t or less.
m and 30 t, it was 100 kj / cm.

【0083】図2は、シャルピー衝撃試験片の採取位置
を示す図である。同図に示すように、試験片1の試験後
の破面上(ノッチ部)で溶接金属部1と溶接熱影響部2
がほぼ半々になるようにした。
FIG. 2 is a diagram showing a sampling position of a Charpy impact test piece. As shown in the figure, the weld metal part 1 and the weld heat affected zone 2 on the fracture surface (notch portion) of the test piece 1 after the test.
Was almost evenly split.

【0084】各試験結果を表3および表4に併せて示
す。表3から明らかなように、990℃〜1100℃に
わたる高温での圧延を終了した結果としてγ粒は粗大に
なっているにもかかわらず、本発明例では、−50℃以
下の、どのような用途にでも使用できる十分な靱性を示
している。しかも、Nb含有量が少ないか、全く含んで
いない成分であるため、強度確保には不利であるにもか
かわらず、γ粒を粗大化することで焼入性が増している
ため、400から500MPaを超える降伏点強さが得ら
れている。
The results of each test are shown in Tables 3 and 4. As is apparent from Table 3, despite the fact that the γ grains are coarse as a result of finishing the rolling at a high temperature ranging from 990 ° C. to 1100 ° C., in the example of the present invention, It shows sufficient toughness that can be used for applications. In addition, since the Nb content is low or the component does not contain Nb at all, it is disadvantageous for securing the strength, but the hardenability is increased by coarsening the γ grains, so that 400 to 500 MPa Yield point strength exceeding.

【0085】表4には、母材の機械的特性の他に、再現
熱サイクル試験の結果を共に示した。
Table 4 shows the results of the reproducible heat cycle test in addition to the mechanical properties of the base material.

【0086】符号17〜21については、溶接熱影響部
の靭性も良好である。しかし、比較例の記号、22、2
4、25の場合は、熱処理後の靱性は良好であるが、過
度の鋼の清浄化が原因で熱影響部の靱性は大きく劣化し
ている。
[0086] Regarding the reference numerals 17 to 21, the toughness of the weld heat affected zone is also good. However, the symbols of the comparative examples, 22, 2
In the cases of Nos. 4 and 25, the toughness after the heat treatment was good, but the toughness of the heat-affected zone was significantly deteriorated due to excessive cleaning of the steel.

【0087】表1に示した記号1〜8の化学成分の鍛造
材については、900℃以下の比較的低温度での熱間圧
延も実施した。圧延条件と熱処理条件を表5に示す。熱
処理した鋼板から上記と同様の各試験をおこなた。その
結果を表5に併せて示す。
As for the forged materials having the chemical components indicated by symbols 1 to 8 shown in Table 1, hot rolling was performed at a relatively low temperature of 900 ° C. or less. Table 5 shows the rolling conditions and heat treatment conditions. Each test similar to the above was performed from the heat-treated steel sheet. The results are shown in Table 5.

【0088】[0088]

【表5】 [Table 5]

【0089】低温圧延によって細粒化され、若干靱性は
改善しているが、表3と比較して分かるように、強度が
大きく低下している。表3の段階で既に十分な靱性を確
保できていたことを考えれば、このような低温圧延仕上
げは強度を損なうのみでメリットはない。むしろ、表4
で、高温に再加熱し焼入れた鋼が、良好な強度、靱性を
示したことを考慮すれば、表5のように圧延途中で温度
が下がりすぎてしまった鋼は、水冷する前に、再度加熱
炉で1000℃以上にまで加熱して、十分に再結晶さ
せ、γ粒を粗粒化させた後水冷すると、良好な性能を得
ることができる。
Although the grains were refined by low-temperature rolling and the toughness was slightly improved, as can be seen from Table 3, the strength was greatly reduced. Considering that sufficient toughness was already secured at the stage of Table 3, such low-temperature rolling finish only impairs strength and has no merit. Rather, Table 4
In consideration of the fact that the steel reheated and quenched to a high temperature exhibited good strength and toughness, the steel whose temperature was too low during the rolling as shown in Table 5 was re-cooled before water cooling. Good performance can be obtained by heating to 1000 ° C. or higher in a heating furnace to sufficiently recrystallize and coarsen γ grains and then cooling with water.

【0090】[0090]

【発明の効果】本発明によれば、高強度で靱性に優れた
鋼材が、より少ない合金添加量で、しかも、高い生産性
を維持しつつ生産できるようになる。これは、新たな設
備増強をすることなく、高性能の鋼材の生産量を増すこ
とができることを意味し、鋼材生産の上できわめて有益
である。
According to the present invention, a steel material having high strength and excellent toughness can be produced with a smaller alloy addition amount while maintaining high productivity. This means that it is possible to increase the production of high-performance steel materials without adding new facilities, which is extremely useful in steel production.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】結晶粒径と靭性との関係を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a relationship between a crystal grain size and toughness.

【図2】シャルピー衝撃試験片の採取位置を示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing a sampling position of a Charpy impact test specimen.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】重量%で、C:0.02〜0.15%未
満、Si:1%以下、Mn:0.3〜2.5%、P:
0.05%以下、S:0.004%未満、sol.Al:
0.001〜0.1%、Ti:0.02%以下、N:
0.009%以下を含み、金属組織がマルテンサイトお
よびベイナイトの一方または双方を含む組織、またはこ
れらの焼き戻し組織であり、旧オーステナイト粒のアス
ペクト比の平均値が1.5以下、旧オーステナイト粒の
短径の平均値が60〜700μmで、かつTi、N、S
および旧オーステナイト粒短径dγが下記式(1)また
は(2)を満足していることを特徴とする強度と靱性に
優れた鋼材。 【数1】 【数2】
C .: 0.02 to less than 0.15%, Si: 1% or less, Mn: 0.3 to 2.5%, P:
0.05% or less, S: less than 0.004%, sol. Al:
0.001-0.1%, Ti: 0.02% or less, N:
0.009% or less, the metal structure is a structure containing one or both of martensite and bainite, or a tempered structure thereof, and the average value of the aspect ratio of the prior austenite grains is 1.5 or less; Has an average minor axis of 60 to 700 μm, and Ti, N, S
And a steel material having excellent strength and toughness, characterized in that the former austenite grain minor diameter dγ satisfies the following formula (1) or (2). (Equation 1) (Equation 2)
【請求項2】重量%で、C:0.02%〜0.15%未
満、Si:1%以下、Mn:0.3〜2.5%、P:
0.05%以下、S:0.004%未満、sol.Al:
0.001〜0.1%、Ti:0.004〜0.02
%、N:0.001〜0.009%を含み、Ti/Nが
0.4〜4で、金属組織がマルテンサイトおよびベイナ
イトの一方または双方を含む組織、またはこれらの焼き
戻し組織であり、旧オーステナイト粒のアスペクト比の
平均値が1.5以下、旧オーステナイト粒の短径の平均
値が60〜700μmであり、かつTi、N、Sおよび
旧オーステナイト粒短径dγが下記式(3)および
(4)を満足していることを特徴とする強度と靱性に優
れた大入熱溶接用鋼材。 【数3】 【数4】
2. In% by weight, C: 0.02% to less than 0.15%, Si: 1% or less, Mn: 0.3 to 2.5%, P:
0.05% or less, S: less than 0.004%, sol. Al:
0.001-0.1%, Ti: 0.004-0.02
%, N: 0.001 to 0.009%, Ti / N is 0.4 to 4, and the metal structure is a structure containing one or both of martensite and bainite, or a tempered structure thereof. The average value of the aspect ratio of the prior-austenite grains is 1.5 or less, the average value of the minor axes of the prior-austenite grains is 60 to 700 μm, and the minor axis dγ of Ti, N, S and the prior-austenite grains is represented by the following formula (3). A large heat input welding steel excellent in strength and toughness characterized by satisfying (4). (Equation 3) (Equation 4)
【請求項3】請求項1または2に記載の化学組成の鋼を
熱間加工するに際し、熱間加工終了時のオーステナイト
粒の短径が60〜700μmになるように熱間加工温度
を制御して熱間加工を終了し、直接焼入れすることを特
徴とする強度と靭性に優れた鋼材の製造方法。
3. The hot working temperature of the steel having the chemical composition according to claim 1 or 2 is controlled such that the minor axis of the austenite grains at the end of the hot working is 60 to 700 μm. A method for producing a steel material having excellent strength and toughness, wherein hot working is completed and direct quenching is performed.
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