JPWO2013051231A1 - 溶接熱影響部の低温靭性に優れた高張力鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
質量%で、特定量のC、Mn、Si、P、S、Al、Ni、B、N、必要に応じて、Cr、Mo、V、Cu、Ti、Caの1種以上、Ceq≦0.80、中心偏析部硬さ指標HCSが(1)式を満たす組成と、中心偏析部硬さが(2)式を満足する高張力鋼板。上記成分組成の鋼を特定のスラブ加熱温度と圧下比で熱間圧延後、再加熱し、0.3℃/s以上で板厚中心温度が350℃以下まで冷却し、特定温度範囲に焼戻す。5.5[C]4/3+15[P]+0.90[Mn]+0.12[Ni]+0.53[Mo] ≦2.5(1)、HVmax/HVave≦1.35+0.006/C−t/750(2)、HVmaxは中心偏析部ビッカース硬さの最大値、HVaveは中心偏析部と表裏面から板厚1/4を除く部分のビッカース硬さの平均値、Cは炭素量(質量%)、tは板厚(mm)。
Description
1.質量%で、C:0.05〜0.14%、Si:0.01〜0.30%以下、Mn:0.3〜2.3%、P:0.008%以下、S:0.005%以下、Al:0.005〜0.1%、Ni:0.5〜4%、B:0.0003〜0.003%、N:0.001〜0.008%を含有し、Ceq(=[C]+[Mn]/6+[Cu+Ni]/15+[Cr+Mo+V]/5、各元素記号は含有量(質量%))≦0.80、中心偏析部硬さ指標(HCS)が(1)式を満たし、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、鋼板の中心偏析部の硬さが(2)式を満足することを特徴とする溶接熱影響部の低温靭性に優れた高張力鋼板。
HCS(=5.5[C]4/3+15[P]+0.90[Mn]+0.12[Ni]+0.53[Mo]) ≦2.5 ・・・(1)
ここで、[M]は各元素の含有量(質量%)
HVmax/HVave≦1.35+0.006/C−t/750 ・・・(2)
HVmaxは中心偏析部のビッカース硬さの最大値、HVaveは中心偏析部と表裏面から板厚の1/4を除く部分のビッカース硬さの平均値、Cは炭素の含有量(質量%)、tは鋼板の板厚(mm)。
2.鋼組成に、更に、質量%で、Cr:0.2〜2.5%、Mo:0.1〜0.7%、V:0.005〜0.1%、Cu:0.49%以下の中から選ばれる1種または2種以上を含有することを特徴とする、1に記載の溶接熱影響部の低温靭性に優れた高張力鋼板。
3.鋼組成に、更に、質量%で、Ti:0.005〜0.025%、Ca:0.0005〜0.003%を含有することを特徴とする1または2記載の溶接熱影響部の低温靭性に優れた高張力鋼板。
4.1ないし3のいずれか一つに記載の成分組成を有する鋼を1050℃以上に加熱後、圧下比(元厚/最終厚)が2以上となるように熱間圧延を施す。880℃以上の温度に再加熱後、0.3℃/s以上の冷速で板厚中心温度が350℃以下まで冷却する。その後、450℃〜680℃に焼戻し処理を施すことを特徴とする溶接熱影響部の低温靭性に優れた高張力鋼板の製造方法。
1.成分組成
成分組成の限定理由について説明する。説明において%は質量%とする。
C:0.05〜0.14%
Cは、高張力鋼板としての母材強度確保に必要な元素である。0.05%未満では焼入性が低下し、強度確保のために、Cu、Ni、Cr、Moなどの焼入性向上元素の多量添加が必要となり、コスト高と、溶接性の低下とを招く。一方、0.14%を超える添加は溶接性を著しく低下させることに加え、溶接部靭性低下を招く。従って、C量は0.05〜0.14%の範囲とする。好ましくは、0.07〜0.13%である。
Siは、脱酸元素として、また、母材強度を得るために添加する成分である。しかし、0.30%を超える多量の添加は、溶接性の低下と溶接継手靭性の低下を招くので、Si量は0.01〜0.30%とする必要がる。好ましくは、0.25%以下である。
Mnは母材強度および溶接継手強度を確保するため、0.3%以上添加する。しかし、2.3%を超える添加は、溶接性を低下させ、焼入性の過剰を招き、母材靭性および溶接継手靭性を低下させるため、0.3〜2.3%の範囲とする。
Pは不可避的に混入する不純物で、母材靭性および溶接部靭性を低下させ、特に溶接部において含有量が0.008%を超えると靭性が著しく低下するので、0.008%以下とする。
Sは、不可避的に混入する不純物で、0.005%を超えて含有すると母材および溶接部靭性を低下させるため、0.005%以下とする。好ましくは、0.0035%以下である。
Alは、溶鋼を脱酸するために添加される元素であり、0.005%以上含有させる必要がある。一方、0.1%を超えて添加すると母材および溶接部靭性を低下させるとともに、溶接による希釈によって溶接金属部に混入し、靭性を低下させるので、0.1%以下に制限する。好ましくは、0.08%以下である。
Niは、鋼の強度と靭性を向上させ、溶接部の低温靭性の向上に有効なため0.5%以上を添加する。一方で、高価な元素であるのと同時に、過度の添加は熱間延性を低下させるために、鋳造時にスラブの表面にキズが発生しやすくなるので、上限を4%とする。
Bは、オーステナイト粒界に偏析し、粒界からのフェライト変態を抑制することにより、微量添加で鋼の焼入性を高める効果がある。その効果は、0.0003%以上の添加で得られる。しかし、0.003%を超えると炭窒化物などとして析出し、焼入性が低下し靭性が低下するため、0.0003〜0.003%とする。好ましくは、0.0005〜0.002%である。
Nは、Alと反応して析出物を形成することで、結晶粒を微細化し、母材靭性を向上させる。また、溶接部の組織の粗大化を抑制するTiNを形成させるために必要な元素であり、0.001%以上含有させる。一方、0.008%を超えて含有すると母材や溶接部の靭性を著しく低下させることから、上限を0.008%とする。
Ceqが0.80を超えると溶接性や溶接部靭性が低下するため、0.80以下とする。好ましくは、0.75以下である。但し、Ceq=[C]+[Mn]/6+[Cu+Ni]/15+[Cr+Mo+V]/5、各元素記号は含有量(質量%)とし、含有しない元素は0とする。
Crは、0.2%以上の添加で母材を高強度化するのに有効な元素である。しかし、多量に添加すると靭性に悪影響を与えるので、添加する場合は、0.2〜2.5%とする。
Moは、0.1%以上の添加で母材を高強度化するのに有効な元素である。しかし、多量に添加すると靭性に悪影響を与えるので、添加する場合は0.1〜0.7%、好ましくは0.1〜0.6%である。
Vは、0.005%以上の添加で母材の強度と靭性の向上に有効な元素である。しかし、0.1%を超えると靭性低下を招くので、添加する場合は0.005〜0.1%の添加とする。
Cuは、鋼の強度向上の効果を有する元素である。しかし、0.49%を超えると、熱間脆性を引き起こして鋼板の表面性状劣化させるため、添加する場合は0.49%以下とする。
Tiは、溶鋼が凝固する際にTiNとなって析出し、溶接部におけるオーステナイトの粗大化を抑制し、溶接部の靭性向上に寄与する。しかし、0.005%未満の添加ではその効果が小さく、一方、0.025%を超えて添加すると、TiNが粗大化し、母材や溶接部靭性改善効果が得られないため、添加する場合は、0.005〜0.025%とする。
Caは、Sを固定することによって靭性を向上する元素である。この効果を得るためには、少なくとも0.0005%の添加が必要である。しかし、0.003%を超えて含有してもその効果は飽和するため、添加する場合は、0.0005〜0.003%の範囲で添加する。
HVmax/HVave≦1.35+0.006/C−t/750,但しCは炭素の含有量(質量%)、tは板厚(mm)
HVmax/HVaveは中心偏析部の硬さを表す無次元パラメータで、その値が1.35+0.006/C−t/750で求まる値より高くなるとCTOD値が低下するため、1.35+0.006/C−t/750以下とする。
本発明範囲内の成分組成に調整した溶鋼を転炉、電気炉、真空溶解炉などを用いた通常の方法で溶製する。次いで、連続鋳造の工程を経てスラブとした後、熱間圧延により所望の板厚とし、その後冷却し、焼戻し処理を施す。
本発明の場合、熱間圧延時のスラブ加熱温度および圧下比(rolling reduction ratio = slab thickness / plate thickness)が鋼板の機械的特性に及ぼす影響は小さい。しかしながら、厚肉材において、スラブ加熱温度が低すぎる場合や、圧下量が不十分な場合、板厚中心部に鋼塊製造時の初期欠陥が残存し、鋼板の内質が著しく低下する。そのため、スラブに存在する鋳造欠陥を熱間圧延によって着実に圧着させるためスラブ加熱温度を1050℃以上、圧下比を2以上とする。
スラブ加熱温度の上限は特に定める必要は無いが、過度の高温加熱は凝固時に析出したTiNなどの析出物が粗大化し、母材や溶接部の靭性が低下することや、高温では鋼塊表面のスケールが厚く生成し、圧延時に表面疵の発生原因になること、省エネルギーの観点などから、加熱温度は、1200℃以下とするのが好ましい。
冷却速度が0.3℃/s未満では十分な母材の強度が得られない。また、350℃より高い温度で冷却を停止するとγ→α変態が完全に完了しないため、高温変態組織が生成し、高強度と高靭性が両立しない。冷却速度は鋼板の板厚中心での値とする。板厚中心での温度は、板厚、表面温度および冷却条件等から、シミュレーション計算等により求められる。例えば、差分法を用い、板厚方向の温度分布を計算することにより、板厚中心温度を求める。
再加熱温度が880℃より低い場合、オーステナイト化が不十分のために、強度と靭性が目標を満足しないため、再加熱温度は880℃以上、好ましくは900℃以上とする。再加熱温度の上限温度は特に規定しないが、過度に高温まで加熱することはオーステナイト粒が粗大化して靭性の低下を招くことになるため、好ましくは1000℃以下である。
450℃未満の焼戻し温度では十分な焼戻しの効果が得られない。一方、680℃を超える焼戻し温度で焼戻しを行うと、炭窒化物が粗大に析出し、靭性が低下するために好ましくない。また、焼戻しは誘導加熱により行うと焼戻し時の炭化物の粗大化が抑制されて好ましい。その場合は、差分法などのシミュレーションによって計算される鋼板の板厚中心での温度が450℃〜680℃となるようにする。
Claims (5)
- 質量%で、C:0.05〜0.14%、Si:0.01〜0.30%以下、Mn:0.3〜2.3%、P:0.008%以下、S:0.005%以下、Al:0.005〜0.1%、Ni:0.5〜4%、B:0.0003〜0.003%、N:0.001〜0.008%を含有し、Ceq(=[C]+[Mn]/6+[Cu+Ni]/15+[Cr+Mo+V]/5、各元素記号は含有量(質量%))≦0.80、中心偏析部硬さ指標HCSが(1)式を満たし、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、鋼板の中心偏析部の硬さが(2)式を満足することを特徴とする溶接熱影響部の低温靭性に優れた高張力鋼板。
HCS=5.5[C]4/3+15[P]+0.90[Mn]+0.12[Ni]+0.53[Mo] ≦2.5 ・・・(1)
ここで、[M]は各元素の含有量(質量%)
HVmax/HVave≦1.35+0.006/C−t/750 ・・・(2)
HVmaxは中心偏析部のビッカース硬さの最大値、HVaveは中心偏析部と表裏面から板厚の1/4を除く部分のビッカース硬さの平均値、Cは炭素の含有量(質量%)、tは鋼板の板厚(mm)。 - 鋼組成に、更に、質量%で、Cr:0.2〜2.5%、Mo:0.1〜0.7%、V:0.005〜0.1%、Cu:0.49%以下の中から選ばれる1種または2種以上を含有することを特徴とする、請求項1に記載の溶接熱影響部の低温靭性に優れた高張力鋼板。
- 鋼組成に、更に、質量%で、Ti:0.005〜0.025%、Ca:0.0005〜0.003%を含有することを特徴とする請求項1または2記載の溶接熱影響部の低温靭性に優れた高張力鋼板。
- 請求項1または2のいずれか一つに記載の成分組成を有する鋼を1050℃以上に加熱後、圧下比が2以上となるように熱間圧延を施し、880℃以上の温度に再加熱後、0.3℃/s以上の冷速で板厚中心温度が350℃以下まで冷却し、その後、450℃〜680℃に焼戻し処理を施すことを特徴とする溶接熱影響部の低温靭性に優れた高張力鋼板の製造方法。
- 請求項3に記載の成分組成を有する鋼を1050℃以上に加熱後、圧下比が2以上となるように熱間圧延を施し、880℃以上の温度に再加熱後、0.3℃/s以上の冷速で板厚中心温度が350℃以下まで冷却し、その後、450℃〜680℃に焼戻し処理を施すことを特徴とする溶接熱影響部の低温靭性に優れた高張力鋼板の製造方法。
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