JPWO2010032428A1 - 高強度厚鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2008年9月17日に、日本に出願された特願2008−237264号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
溶接割れは、予熱温度の影響が大きく、図1には、溶接割れと予熱温度との関係を示している。前述のように150℃の予熱温度においてルート割れが完全に0となるためには、Pcmが0.36%以下であることが必要である。125℃の予熱温度においてルート割れが完全に0となるためには、Pcmが0.34%以下であることが必要である。
(a):引張強度が1400MPa以上、1550MPa未満では、Nγ≧([TS]−1400)×0.004+8.0、かつNγ≦11.0
(b):引張強度が1550MPa以上、1650MPa以下では、Nγ≧([TS]−1550)×0.008+8.6、かつNγ≦11.0
ここで、[TS]は、引張強度(MPa)、Nγは、旧オーステナイト結晶粒度番号である。(a)、(b)を満たす範囲は、図5中の太線で囲まれた領域で示される。
焼戻し熱処理をしない場合、すなわち焼入れたままの状態では、マルテンサイト組織の降伏比は低い。そのため、引張強度は高い反面、降伏強度が低くなる。降伏強度を1300MPa以上とするためには、C量は、およそ0.24%以上が必要である。しかしながら、このC量では引張強度1650MPa以下を満たすことが難しい。
一方、450℃以上で焼戻し熱処理されたマルテンサイト組織では、降伏比は増加するが、引張強度が大きく低下する。1400MPa以上の引張強度を確保するには、C量をおよそ0.35%以上とする必要がある。しかしながら、このC量では、溶接性を確保するためにPcmを0.36%以下とすることは困難である。
マルテンサイト組織鋼を200℃以上、300℃以下の低温で焼戻し熱処理することにより、引張強度をあまり低下させないで降伏比を高めることができる。この場合には、上記の降伏強度1300MPa以上、かつ引張強度1400MPa以上1650MPa以下の条件を満たすことが可能となる。
また、マルテンサイト組織鋼を300℃超、450℃未満程度の温度で焼戻した場合、いわゆる低温焼戻し脆化により靭性が低下する問題がある。しかしながら、焼戻し温度が200℃以上、300℃以下であれば、この焼戻し脆化は生じないので、靭性低下は問題とならない。
以上のことから、適切なC量と合金元素を含有するマルテンサイト組織鋼を200℃以上300℃以下の低温で焼き戻すことにより、靭性低下を伴うことなく降伏比を上昇させることができ、1300MPa以上の降伏強度と、1400MPa以上、1650MPa以下の引張強度を両立させ得るという知見を得るに至った。
(1)質量%で、C:0.18%以上、0.23%以下、Si:0.1%以上、0.5%以下、Mn:1.0%以上、2.0%以下、P:0.020%以下、S:0.010%以下、Ni:0.5%以上、3.0%以下、Nb:0.003%以上、0.10%以下、Al:0.05%以上、0.15%以下、B:0.0003%以上、0.0030%以下、N:0.006%以下を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、かつ[C]、[Si]、[Mn]、[Cu]、[Ni]、[Cr]、[Mo]、[V]、[B]を、それぞれ、C、Si、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、V、Bの濃度(質量%)とした場合に、Pcm=[C]+[Si]/30+[Mn]/20+[Cu]/20+[Ni]/60+[Cr]/20+[Mo]/15+[V]/10+5[B]により算出される溶接割れ感受性指標Pcmが0.36%以下であることを満たす成分組成を有し;Ac3変態点が830℃以下であり、マルテンサイト組織分率が90%以上であり、降伏強度が1300MPa以上であり、引張強度が1400MPa以上かつ1650MPa以下であり、さらに、引張強度と、試料片断面の1mm2当りの平均結晶粒数mを用いて、Nγ=−3+log2mにより算出される旧オーステナイト結晶粒度番号Nγとが、前記引張り強度を[TS](MPa)とした場合に、前記引張強度が1550MPa未満では、Nγ≧([TS]−1400)×0.004+8.0、かつNγ≦11.0を満たし、前記引張強度が1550MPa以上では、Nγ≧([TS]−1550)×0.008+8.6、かつNγ≦11.0を満たす;ことを特徴とする高強度厚鋼板。
まず、本発明の鋼成分の限定理由を述べる。
Cは、マルテンサイト組織の強度に大きく影響する重要な元素である。本発明において、C含有量は、マルテンサイト組織分率が90%以上であるときに、1300MPa以上の降伏強度と、1400MPa以上、1650MPa以下の引張強度とを得るために必要な量として決定される。C量の範囲は、0.18%以上0.23%以下である。C量が0.18%未満では、鋼板は、所定の強度を有さない。また、C量が0.23%超では、鋼板の強度が出過ぎるか、加工性が劣化する。強度を安定して確保するためには、C量の下限を0.19%または0.20%に、C量の上限を0.22%に制限してもよい。
Cuは、固溶強化により靭性を低下させないで強度を向上させ得る元素である。そのため、Cuを0.05%以上添加してもよい。しかしながら、Cuを多量に添加しても強度向上効果には限りがあり、Cuは、高価な元素でもある。そのため、Cuの添加は、0.5%以下とする。よりコストを抑えるために、Cu量を0.32%以下または0.25%以下に制限してもよい。
Pcm=[C]+[Si]/30+[Mn]/20+[Cu]/20+[Ni]/60+[Cr]/20+[Mo]/15+[V]/10+5[B]・・・(1)
ここで、[C]、[Si]、[Mn]、[Cu]、[Ni]、[Cr]、[Mo]、[V]、[B]は、それぞれ、C、Si、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、V、Bの質量%である。
Ceq=[C]+[Si]/24+[Mn]/6+[Ni]/40+[Cr]/5+[Mo]/4+[V]/14・・・(2)
まず、上記の鋼成分組成の鋼片または鋳片を加熱して熱間圧延を行う。加熱温度は、Nbが十分固溶するように、1100℃以上とする。
さらに、旧オーステナイト粒度番号8〜11の範囲への適度な粒径制御を行う。そのため、熱間圧延時に適度な制御圧延を行って、焼入れ前の鋼板に適度な加工歪を導入し、焼入れ加熱温度をAc3変態点+20℃以上、かつ850℃以下の範囲とすることが必要である。
熱間圧延時の制御圧延では、930℃以下、860℃以上の温度範囲における累積圧下率が30%以上、65%以下となるように圧延し、860℃以上で圧延を終了して板厚4.5mm以上25mm以下の厚鋼板とする。この制御圧延の目的は、再加熱焼入れ前の鋼板に適度な加工歪を導入することにある。また、制御圧延の上記温度範囲は、Nbが適量含有された本発明鋼の未再結晶温度域である。この未再結晶温度域での累積圧下率が30%未満では、加工歪が不十分である。そのため、再加熱時のオーステナイトが粗大になる。また、未再結晶温度域での累積圧下率が65%超であったり、圧延終了温度が860℃以下であったりすると、加工歪が過剰になる。この場合には、加熱時のオーステナイトが混粒組織となることがある。そのため、焼入れ加熱温度が下記の適正範囲であっても、旧オーステナイト粒度番号8〜11の整粒組織が得られないことがある。
焼入れたままの状態のマルテンサイト組織は、降伏比が低い。そのため、降伏強度を上昇させることを目的として、200℃以上、300℃以下の温度範囲で焼戻し熱処理を行う。焼戻し温度が200℃未満では、降伏強度上昇効果が得られない。逆に、焼戻し温度が300℃を越えると、焼戻し脆化のため靭性が低下する。そのため、焼戻し熱処理は、200℃以上、300℃以下とする。焼戻し熱処理の時間は、15分程度以上あればよい。
これらの鋼板について、降伏強度、引張強度、旧オーステナイト粒度番号、マルテンサイト組織分率、溶接割れ性、曲げ加工性、耐遅れ破壊特性、靭性を評価した。表4に1〜15の本発明の実施例の結果を、表6に16〜46の比較例の結果を示している。また、Ac3変態点を実測した。
旧オーステナイト粒度番号は、JIS G 0551(2005)の方法で測定し、引張強度と旧オーステナイト粒度番号とが、前記(a)、(b)を満たす場合に合格とした。
マルテンサイト組織分率の評価のために、板厚中心部付近から採取したサンプルを用いて、透過型電子顕微鏡により、倍率5000倍で20μm×30μmの範囲を5視野観察した。それぞれの視野におけるマルテンサイト組織の面積を測定し、それぞれの面積の平均値からマルテンサイト組織分率を算出した。この際、マルテンサイト組織は、転位密度が高く、300℃以下の焼戻し熱処理ではセメンタイトはごくわずかしか生成しない。そのため、マルテンサイト組織をベイナイト組織などと区別できる。
溶接割れ性の評価のために、JIS Z 3158に規定のy型溶接割れ試験で評価を行った。評価に供する鋼板の板厚は、実施例2、4、9、11を除きすべて25mmであり、入熱15kJ/cmのCO2溶接を行った。試験の結果、予熱温度150℃でルート割れ率が0であれば合格と評価した。また、板厚が25mm未満の実施例2、4、9、11の鋼板については、溶接性は同一成分の実施例1、3、8、12と同じであると考えられるため、y型溶接割れ試験を省略した。
耐遅れ破壊特性の評価のために、それぞれの鋼板の「限界拡散性水素量Hc」および「環境から侵入する拡散性水素量HE」を測定した。Hc/HEが3を超える場合に、耐遅れ破壊特性が良好であると評価した。
靱性の評価のために、JIS Z 2201 4号シャルピー試験片を板厚中心部から圧延方向に対して直角に採取し、3本の試験片に対し−20℃においてシャルピー衝撃試験を行った。それぞれの試験片の吸収エネルギーの平均値を計算し、その平均値が27J以上であることを目標とした。なお、板厚が9mmの鋼板(実施例9)については5mmサブサイズのシャルピー試験片、板厚が4.5mmの鋼板(実施例2)については3mmサブサイズのシャルピー試験片を用いた。サブサイズのシャルピー試験片に対しては、4号シャルピー試験片の板幅であると仮定した場合(すなわち、板幅10mm)の吸収エネルギー値が27J以上であることを目標値とした。
尚、Ac3変態点は、富士電波工機製Formastor−FIIを用いて、2.5℃/分での昇温速度条件で熱膨張測定により測定した。
Claims (4)
- 質量%で、
C:0.18%以上、0.23%以下、
Si:0.1%以上、0.5%以下、
Mn:1.0%以上、2.0%以下、
P:0.020%以下、
S:0.010%以下、
Ni:0.5%以上、3.0%以下、
Nb:0.003%以上、0.10%以下、
Al:0.05%以上、0.15%以下、
B:0.0003%以上、0.0030%以下、
N:0.006%以下
を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、かつ[C]、[Si]、[Mn]、[Cu]、[Ni]、[Cr]、[Mo]、[V]、[B]を、それぞれ、C、Si、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、V、Bの濃度(質量%)とした場合に、Pcm=[C]+[Si]/30+[Mn]/20+[Cu]/20+[Ni]/60+[Cr]/20+[Mo]/15+[V]/10+5[B]により算出される溶接割れ感受性指標Pcmが0.36%以下であることを満たす成分組成を有し;
Ac3変態点が830℃以下であり、マルテンサイト組織分率が90%以上であり、降伏強度が1300MPa以上であり、引張強度が1400MPa以上かつ1650MPa以下であり、さらに、引張強度と、試料片断面の1mm2当りの平均結晶粒数mを用いて、Nγ=−3+log2mにより算出される旧オーステナイト結晶粒度番号Nγとが、前記引張り強度を[TS](MPa)とした場合に、前記引張強度が1550MPa未満では、Nγ≧([TS]−1400)×0.004+8.0、かつNγ≦11.0を満たし、前記引張強度が1550MPa以上では、Nγ≧([TS]−1550)×0.008+8.6、かつNγ≦11.0を満たす;
ことを特徴とする高強度厚鋼板。 - 質量%で、さらに、
Cu:0.05%以上、0.5%以下、
Cr:0.05%以上、1.5%以下、
Mo:0.03%以上、0.5%以下、
V:0.01%以上、0.10%以下
のうちの1種以上を含むことを特徴とする、請求項1に記載の高強度厚鋼板。 - 板厚が4.5mm以上25mm以下であることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の高強度厚鋼板。
- 請求項1または請求項2に記載の成分組成を有する鋼片または鋳片を1100℃以上に加熱し;
板厚が4.5mm以上、25mm以下の鋼板となるように、930℃以下、860℃以上の温度範囲での累積圧下率が30%以上、65%以下であり、860℃以上で圧延を終了する熱間圧延を行い;
冷却後、前記鋼板をAc3変態点+20℃以上、かつ850℃以下の温度に再加熱し;
その後、600℃から300℃までの前記鋼板の板厚中心部における平均冷却速度が20℃/sec以上となる冷却条件で200℃以下まで加速冷却を行い;
さらにその後、200℃以上、300℃以下の温度範囲で焼戻し熱処理を行う;
ことを特徴とする高強度厚鋼板の製造方法。
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