JPWO2018020660A1 - High strength steel sheet - Google Patents

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Abstract

この高強度鋼板は、所定の化学組成を有し、DIが2.0〜7.8であり、Pcmが0.189%以上であり、金属組織が面積率の合計で99%以上の、マルテンサイト及びベイナイトのうち1種または2種を含み、旧オーステナイト粒のアスペクト比が2.0以上であり、長軸方向の長さが1.0μm以上であるセメンタイトの、前記長軸方向の長さが0.1μm以上であるセメンタイトに対する個数分率が、5%以下であり、板厚が4.5mm〜20mmであり、降伏強度が885MPa以上、引張強度が950MPa以上、破断伸びが12%以上であり、−20℃でのシャルピー吸収エネルギーが59J/cm2以上である。This high-strength steel sheet has a predetermined chemical composition, a DI of 2.0 to 7.8, a Pcm of 0.189% or more, and a martensite having a total area ratio of 99% or more. The length in the major axis direction of cementite containing one or two of site and bainite, the aspect ratio of prior austenite grains being 2.0 or more, and the length in the major axis direction being 1.0 μm or more The number fraction with respect to cementite having a thickness of 0.1 μm or more is 5% or less, the sheet thickness is 4.5 mm to 20 mm, the yield strength is 885 MPa or more, the tensile strength is 950 MPa or more, and the elongation at break is 12% or more. Yes, Charpy absorbed energy at −20 ° C. is 59 J / cm 2 or more.

Description

本発明は、高強度鋼板に関する。   The present invention relates to a high-strength steel plate.

建造物の高層化などに伴って、クレーン車等の建設機械や産業機械の大型化が進められている。しかしながら、更なる大型化のためには、建設機械や産業機械の構造部材の軽量化が必要である。したがって、構造部材を軽量化するため、建設機械や産業機械に使用される鋼材の高強度化が要求されている。
しかしながら、部材の重量の増加を抑制するために鋼板の強度を高くして鋼板の板厚を制限すると、通常、破断伸びが小さくなる。例えば、板厚を25mm以下に制限した場合、12%以上の破断伸びを確保することが難しくなる。板厚を8mm以下に制限した場合には、破断伸びの確保は更に難しくなる。破断伸びが小さくなると、加工が困難になるので、鋼板を建設機械や産業機械の部材に使用する場合、鋼板には強度だけでなく、破断伸びなどの延性が求められる。また、構造部材として使用される場合、脆性破壊の防止のため低温靱性も必要である。
Along with the increase in the number of buildings, construction machinery such as crane trucks and industrial machinery are being increased in size. However, for further enlargement, it is necessary to reduce the weight of structural members of construction machines and industrial machines. Therefore, in order to reduce the weight of the structural member, it is required to increase the strength of steel materials used in construction machines and industrial machines.
However, if the strength of the steel sheet is increased to limit the thickness of the steel sheet in order to suppress an increase in the weight of the member, the elongation at break usually decreases. For example, when the plate thickness is limited to 25 mm or less, it is difficult to ensure a breaking elongation of 12% or more. When the plate thickness is limited to 8 mm or less, securing the elongation at break becomes even more difficult. When the elongation at break becomes small, the processing becomes difficult. Therefore, when the steel plate is used as a member of a construction machine or an industrial machine, the steel plate is required to have not only strength but also ductility such as elongation at break. Further, when used as a structural member, low temperature toughness is also necessary to prevent brittle fracture.

このような背景から、引張強度が780MPa以上、更には950MPaの高強度鋼板及びその製造方法が提案されている。
例えば、特許文献1では、C量を低減し、適正な焼入れ性が得られるように合金を添加した鋼を熱間圧延し、急冷することによって得られる高強度で靱性に優れた鋼板及びその製造方法が提案されている。
しかしながら、特許文献1の技術では、鋼板の加工性については考慮されていなかった。
From such a background, a high-strength steel sheet having a tensile strength of 780 MPa or more, and further 950 MPa, and a method for producing the same have been proposed.
For example, in Patent Document 1, a steel sheet having high strength and excellent toughness obtained by hot rolling and quenching a steel to which an alloy is added so as to obtain an appropriate hardenability while reducing the amount of C, and its manufacture. A method has been proposed.
However, the technique of Patent Document 1 does not consider the workability of the steel sheet.

また、例えば、特許文献2〜4には、建設機械等に使用される鋼板として、熱間圧延後、鋼帯をコイル状に巻き取って製造される高強度の熱延鋼板及びその製造方法が提案されている。具体的には、特許文献2〜4では、熱間圧延後、マルテンサイト変態が開始する温度(Ms)の近傍まで急冷し、所定時間保持した後、コイル状に巻き取ることで、マルテンサイト相または焼戻しマルテンサイト相を主相とした熱延鋼板を製造する方法が開示されている。しかしながら、これらの方法ではコイル状に巻き取ることが必要であり、これらの方法で得られた鋼板においては、圧延方向の特性と圧延方向に垂直な方向の特性とに差が生じ、均一な特性が得られない。また、微細な炭化物が生成する温度域に保持される時間が長くなるため、降伏強度が高くなり、加工性が低下してしまう。   In addition, for example, Patent Documents 2 to 4 include a high-strength hot-rolled steel sheet manufactured by winding a steel strip into a coil shape after hot rolling as a steel sheet used for construction machinery and the like, and a method for manufacturing the same. Proposed. Specifically, in Patent Documents 2 to 4, after the hot rolling, the martensite phase is rapidly cooled to the vicinity of the temperature (Ms) at which martensitic transformation starts, held for a predetermined time, and then wound into a coil shape. Alternatively, a method for producing a hot-rolled steel sheet having a tempered martensite phase as a main phase is disclosed. However, in these methods, it is necessary to wind in a coil shape, and in the steel sheet obtained by these methods, there is a difference between the characteristics in the rolling direction and the characteristics in the direction perpendicular to the rolling direction, and uniform characteristics. Cannot be obtained. Moreover, since the time held in the temperature range where fine carbides are generated becomes long, the yield strength increases and the workability decreases.

従来、高強度鋼板を製造する際には、加熱した鋼片を熱間圧延し、室温まで加速冷却して金属組織をマルテンサイトとした後、延性や靱性を高めるために焼戻し(調質熱処理)を施していた。鋼板の金属組織をマルテンサイトにすると強度が高くなるが、延性や靱性を確保するには、加速冷却後に焼戻しを施して、金属組織を焼戻しマルテンサイトにすることが好ましい。しかしながら、工期短縮や製造コストを抑える観点からこの焼戻しを省略すると、金属組織はマルテンサイトとなり、高強度が得られるものの、延性や靱性が低下する。   Conventionally, when manufacturing high-strength steel sheets, hot-rolled steel slabs are hot-rolled, accelerated and cooled to room temperature to make the metal structure martensite, and then tempered (tempered heat treatment) to increase ductility and toughness. Had been given. When the metal structure of the steel sheet is martensite, the strength is increased. However, in order to ensure ductility and toughness, it is preferable to perform tempering after accelerated cooling to make the metal structure tempered martensite. However, if this tempering is omitted from the viewpoint of shortening the work period and reducing the manufacturing cost, the metal structure becomes martensite and high strength is obtained, but ductility and toughness are reduced.

特許文献5には、Mn及びNiの含有量を抑制し、一方でMo及びVの含有量を増加させ、マルテンサイトの生成を抑制し、下部ベイナイト主体の組織とした高強度鋼板及びその製造方法が提案されている。
しかしながら、特許文献5の技術では、冷却停止温度を300〜450℃として得られた組織を前提としているので、十分な破断伸びが得られない。本発明者らが特許文献5の開示に沿って鋼板を作成し、試験を実施したところ、12%以上の破断伸びは得られなかった。
Patent Document 5 discloses a high-strength steel sheet that suppresses the contents of Mn and Ni, while increasing the contents of Mo and V, suppresses the formation of martensite, and has a lower bainite-based structure, and a method for manufacturing the same. Has been proposed.
However, since the technique of Patent Document 5 is based on a structure obtained by setting the cooling stop temperature to 300 to 450 ° C., sufficient elongation at break cannot be obtained. When the present inventors made a steel plate according to the disclosure of Patent Document 5 and conducted a test, the elongation at break of 12% or more was not obtained.

このように、従来の、板厚が制限され、かつ金属組織がマルテンサイトを主体とする高強度鋼板では、延性、更には靱性を確保することが困難であった。
また、鋼板を上述した構造部材に適用する場合、一般に溶接が行われる。溶接に際し、溶接継手には、構造物の信頼性の点から、その引張強度(継手強度)として母材に対する要求値以上であることが求められる。しかしながら、金属組織の主たる組織がマルテンサイトである鋼板を溶接した場合、溶接熱影響部の軟化によって溶接継手の引張強度(継手強度)が母材に比べて低下し、要求値を満足しない場合があった。
As described above, it is difficult to ensure ductility and further toughness in the conventional high-strength steel plate whose thickness is limited and whose metal structure is mainly martensite.
Moreover, when applying a steel plate to the structural member mentioned above, generally welding is performed. At the time of welding, the welded joint is required to have a tensile strength (joint strength) that is greater than or equal to the required value for the base material from the viewpoint of the reliability of the structure. However, when a steel sheet whose main structure is martensite is welded, the tensile strength of the welded joint (joint strength) is lower than that of the base metal due to softening of the heat affected zone, which may not satisfy the required value. there were.

日本国特開2009−287081号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-287081 日本国特開2011−52320号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-52320 日本国特開2011−52321号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-52321 日本国特開2012−77336号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-77336 国際公開第2012/60405号International Publication No. 2012/60405

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、建設機械や産業機械に好適に使用される高強度鋼板及びその製造方法の提供を課題とする。具体的には、板厚が4.5〜20mm、降伏強度が885MPa以上、引張強度が950MPa以上、−20℃でのシャルピー吸収エネルギーが59J/cm以上であり、かつ、破断伸びが12%以上であり、金属組織がマルテンサイトを主体とし、さらに、溶接した際に溶接継手の引張強度を十分に確保できる、高強度鋼板及びその製造方法を提供することを課題とする。This invention is made | formed in view of such a situation, and makes it a subject to provide the high strength steel plate used suitably for a construction machine or an industrial machine, and its manufacturing method. Specifically, the plate thickness is 4.5 to 20 mm, the yield strength is 885 MPa or more, the tensile strength is 950 MPa or more, the Charpy absorbed energy at −20 ° C. is 59 J / cm 2 or more, and the elongation at break is 12%. As described above, it is an object of the present invention to provide a high-strength steel sheet and a method for manufacturing the same, in which the metal structure is mainly composed of martensite and, further, the welded joint can have a sufficient tensile strength when welded.

本発明者らは、鋼板の延性と加速冷却停止温度との関係について調査した。その結果、加速冷却停止温度が、300℃以上であるか、またはマルテンサイト変態が完了する温度(Mf)よりも高い場合に延性が低下することを見出した。さらに調査を進めたところ、加速冷却を300℃以上またはMfよりも高い温度で停止した場合、金属組織において、未変態オーステナイトがベイナイト変態し、このベイナイトに起因して生成した粗大な炭化物(セメンタイト)を起点としてボイドが過剰に生成することによって、延性が低下することを見出した。
本発明者らはこのような延性の低下に対する対策を検討した。その結果、前述のベイナイト変態を抑制すべく、焼入れ性を高めることができる成分を設計し、さらに、熱間圧延後、300℃未満かつMf温度以下まで加速冷却することにより、金属組織をマルテンサイト主体とすることができ、高強度鋼板の延性を確保することができるという新たな知見を見出した。
本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、その要旨は以下のとおりである。
The inventors investigated the relationship between the ductility of the steel sheet and the accelerated cooling stop temperature. As a result, it has been found that the ductility is lowered when the accelerated cooling stop temperature is 300 ° C. or higher or higher than the temperature (Mf) at which the martensitic transformation is completed. As a result of further investigations, when accelerated cooling is stopped at a temperature of 300 ° C. or higher or higher than Mf, untransformed austenite undergoes bainite transformation in the metal structure, and coarse carbides (cementite) generated due to the bainite. As a starting point, it was found that ductility is reduced by excessive generation of voids.
The present inventors examined measures against such a decrease in ductility. As a result, in order to suppress the above-mentioned bainite transformation, a component capable of enhancing the hardenability is designed, and after hot rolling, the metal structure is martensite by accelerated cooling to less than 300 ° C. and below the Mf temperature. The present inventors have found a new finding that it can be a main component and can ensure the ductility of a high-strength steel sheet.
This invention is made | formed based on such knowledge, The summary is as follows.

(1)本発明の一態様に係る高強度鋼板は、化学組成が、質量%で、C:0.050〜0.100%、Si:0〜0.50%、Mn:1.20〜1.70%、P:0.020%以下、S:0.0050%以下、N:0〜0.0080%、B:0.0003〜0.0030%、Ti:0.003〜0.030%、Nb:0.003〜0.050%、Cr:0〜2.00%、Mo:0〜0.90%、Al:0〜0.100%、Cu:0〜0.50%、Ni:0〜0.50%、V:0〜0.100%、W:0〜0.50%、Ca:0〜0.0030%、Mg:0〜0.0030%、REM:0〜0.0030%、残部:Fe及び不純物、であり、Cr及びMoの一方又は両方を合計で0.20%以上含有し、かつ、前記Mo含有量が0.50%超であるときは、前記Cr含有量が0.80%以下であり、下記式1で求められるDIが2.0〜7.8であり、下記式2で求められるPcmが0.189%以上であり、金属組織が面積率の合計で99%以上の、マルテンサイト及びベイナイトのうち1種または2種を含み、旧オーステナイト粒のアスペクト比が2.0以上であり、長軸方向の長さが1.0μm以上であるセメンタイトの、前記長軸方向の長さが0.1μm以上であるセメンタイトに対する個数分率が、5%以下であり、板厚が4.5mm〜20mmであり、降伏強度が885MPa以上、引張強度が950MPa以上、破断伸びが12%以上であり、−20℃でのシャルピー吸収エネルギーが59J/cm以上である。
DI=[C]0.5×{0.34×(1+0.64×[Si])×(1+4.1×[Mn])×(1+0.27×[Cu])×(1+0.52×[Ni])×(1+2.33×[Cr])×(1+3.14×[Mo])}×1.2 ・・・ (式1)
Pcm=[C]+[Si]/30+[Mn]/20+[Cu]/20+[Ni]/60+[Cr]/20+[Mo]/15+[V]/10+5×[B]・・・ (式2)
ただし、前記式1及び前記式2中の[C]、[Si]、[Mn]、[Cu]、[Ni]、[Cr]、[Mo]、[V]、[B]は各元素の質量%での含有量であり、含まない場合は0として計算する。
(2)上記(1)に記載の高強度鋼板は、前記金属組織が面積率で90%以上のマルテンサイトを含んでもよい。
(3)上記(1)または(2)に記載の高強度鋼板は、質量%で、Cu:0〜0.25%、であってもよい。
(4)上記(1)〜(3)のいずれか一項に記載の高強度鋼板では、質量%で、Ni:0〜0.25%であってもよい。
(5)上記(1)〜(4)のいずれか一項に記載の高強度鋼板では、質量%で、V:0〜0.050%であってもよい。
(6)上記(1)〜(5)のいずれか一項に記載の高強度鋼板では、質量%で、W:0〜0.05%であってもよい。
(7)上記(1)〜(6)のいずれか一項に記載の高強度鋼板では、前記板厚が4.5mm〜15mmであってもよい。
(8)上記(1)〜(7)のいずれか一項に記載の高強度鋼板では、前記Mo含有量を[Mo]、前記Cr含有量を[Cr]としたとき、[Mo]/[Cr])が0.20以上であってもよい。
(9)上記(8)の高強度鋼板では、−40℃でのシャルピー吸収エネルギーが59J/cm以上であってもよい。
(10)上記(1)〜(9)のいずれか一項に記載の高強度鋼板では、前記Pcmが0.196%以上であってもよい。
(1) The high-strength steel sheet according to one embodiment of the present invention has a chemical composition of mass%, C: 0.050 to 0.100%, Si: 0 to 0.50%, Mn: 1.20 to 1. 70%, P: 0.020% or less, S: 0.0050% or less, N: 0 to 0.0080%, B: 0.0003 to 0.0030%, Ti: 0.003 to 0.030% Nb: 0.003 to 0.050%, Cr: 0 to 2.00%, Mo: 0 to 0.90%, Al: 0 to 0.100%, Cu: 0 to 0.50%, Ni: 0 to 0.50%, V: 0 to 0.100%, W: 0 to 0.50%, Ca: 0 to 0.0030%, Mg: 0 to 0.0030%, REM: 0 to 0.0030 %, Balance: Fe and impurities, and one or both of Cr and Mo are contained in total of 0.20% or more, and the Mo content is more than 0.50%. The Cr content is 0.80% or less, the DI obtained by the following formula 1 is 2.0 to 7.8, and the Pcm obtained by the following formula 2 is 0.189% or more. In addition, the metal structure includes one or two of martensite and bainite having a total area ratio of 99% or more, the aspect ratio of the prior austenite grains is 2.0 or more, and the length in the major axis direction is 1 The number fraction of cementite having a length in the major axis direction of 0.1 μm or more with respect to cementite having a length of 0.1 μm or more is 5% or less, the plate thickness is 4.5 mm to 20 mm, and the yield strength is 885 MPa. As described above, the tensile strength is 950 MPa or more, the elongation at break is 12% or more, and the Charpy absorbed energy at −20 ° C. is 59 J / cm 2 or more.
DI = [C] 0.5 × {0.34 × (1 + 0.64 × [Si]) × (1 + 4.1 × [Mn]) × (1 + 0.27 × [Cu]) × (1 + 0.52 × [ Ni]) × (1 + 2.33 × [Cr]) × (1 + 3.14 × [Mo])} × 1.2 (Formula 1)
Pcm = [C] + [Si] / 30 + [Mn] / 20 + [Cu] / 20 + [Ni] / 60 + [Cr] / 20 + [Mo] / 15 + [V] / 10 + 5 × [B] (formula 2)
However, [C], [Si], [Mn], [Cu], [Ni], [Cr], [Mo], [V], and [B] in Formula 1 and Formula 2 are the values of each element. It is a content in mass%, and when not including, it calculates as 0.
(2) The high-strength steel sheet according to (1) may include martensite in which the metal structure has an area ratio of 90% or more.
(3) The high-strength steel sheet described in the above (1) or (2) may be% by mass and Cu: 0 to 0.25%.
(4) In the high-strength steel sheet according to any one of (1) to (3) above, Ni may be 0 to 0.25% by mass%.
(5) In the high-strength steel sheet according to any one of (1) to (4) above, the mass% may be V: 0 to 0.050%.
(6) In the high-strength steel sheet according to any one of (1) to (5) above, the mass% may be W: 0 to 0.05%.
(7) In the high-strength steel plate according to any one of (1) to (6) above, the plate thickness may be 4.5 mm to 15 mm.
(8) In the high-strength steel sheet according to any one of (1) to (7) above, when the Mo content is [Mo] and the Cr content is [Cr], [Mo] / [ Cr]) may be 0.20 or more.
(9) In the high-strength steel sheet of (8) above, Charpy absorbed energy at −40 ° C. may be 59 J / cm 2 or more.
(10) In the high-strength steel sheet according to any one of (1) to (9), the Pcm may be 0.196% or more.

本発明の上記態様によれば、降伏強度が885MPa以上、引張強度が950MPa以上であり、かつ、破断伸びが12%以上の高強度鋼板を、高価な合金元素を多量に含有することなく提供することができる。この鋼板は、−20℃でのシャルピー吸収エネルギーが59J/cm以上の優れた靭性を示す。また、焼入れ性の指標であるPcmを0.189%以上、好ましくは0.196%以上にすることによって、所定の入熱以下で溶接を行った際に、本発明に係る高強度鋼板を母材とする溶接継手の引張強度において950MPa以上を確保できる。
さらに、Moの含有量[Mo]とCrの含有量[Cr]との比である[Mo]/[Cr]を合わせて制御することで、−40℃でのシャルピー吸収エネルギーが59J/cm以上である、より靭性に優れた高強度鋼板を提供することも可能となる。
したがって、本発明は、建設機械や産業機械に構造部材に好適に使用され、建設機械や産業機械の大型化や軽量化に寄与する高強度鋼板を、製造コストを大幅に上昇させることなく、提供することができるなど、産業上の貢献が極めて顕著である。
According to the above aspect of the present invention, a high strength steel sheet having a yield strength of 885 MPa or more, a tensile strength of 950 MPa or more, and a breaking elongation of 12% or more is provided without containing a large amount of expensive alloy elements. be able to. This steel sheet exhibits excellent toughness with Charpy absorbed energy at −20 ° C. of 59 J / cm 2 or more. In addition, by setting Pcm, which is an index of hardenability, to 0.189% or more, preferably 0.196% or more, the high-strength steel sheet according to the present invention can be used as a base when welding is performed at a predetermined heat input or less. 950 MPa or more can be secured in the tensile strength of the welded joint used as the material.
Furthermore, by controlling together [Mo] / [Cr], which is the ratio of the Mo content [Mo] and the Cr content [Cr], the Charpy absorbed energy at −40 ° C. is 59 J / cm 2. It is also possible to provide a high-strength steel sheet with superior toughness as described above.
Therefore, the present invention provides a high-strength steel plate that is suitably used as a structural member for construction machinery and industrial machinery, and contributes to increasing the size and weight of construction machinery and industrial machinery, without significantly increasing manufacturing costs. The industrial contribution is extremely remarkable.

破断伸び(Total elongation)と、加速冷却の停止温度Tcf、焼入れ性指標DI及びC量との関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between breaking elongation (Total elongation), the stop temperature Tcf of accelerated cooling, hardenability parameter | index DI, and C amount. [Mo]/[Cr]と−40℃でのシャルピー吸収エネルギー(vE−40)との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between [Mo] / [Cr] and the Charpy absorbed energy (vE-40) in -40 degreeC. 加速冷却の停止温度と破断伸びとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the stop temperature of accelerated cooling, and breaking elongation. 加速冷却の停止温度による、セメンタイトの形状への影響を示すSEM写真であり、加速冷却停止温度を290℃とした場合のSEM写真である。It is a SEM photograph which shows the influence on the shape of cementite by the stop temperature of accelerated cooling, and is an SEM photograph at the time of making an accelerated cooling stop temperature into 290 ° C. 加速冷却の停止温度による、セメンタイトの形状への影響を示すSEM写真であり、加速冷却停止温度を400℃とした場合のSEM写真である。It is a SEM photograph which shows the influence on the shape of cementite by the stop temperature of accelerated cooling, and is an SEM photograph at the time of setting an accelerated cooling stop temperature to 400 ° C. 粗大なセメンタイトの近傍から発生したボイドの写真である。It is the photograph of the void generated from the vicinity of coarse cementite.

以下、本発明の一実施形態に係る高強度鋼板(以下、本実施形態に係る高強度鋼板と言う場合がある)について詳細に説明する。   Hereinafter, a high-strength steel plate according to an embodiment of the present invention (hereinafter may be referred to as a high-strength steel plate according to this embodiment) will be described in detail.

まず、本実施形態に係る高強度鋼板の化学組成(成分)について説明する。以下、含有量に関する%の表記は、特に断りがない場合は質量%を意味する。   First, the chemical composition (component) of the high-strength steel sheet according to the present embodiment will be described. Hereinafter, the notation of “%” regarding the content means “% by mass” unless otherwise specified.

(C:0.050〜0.100%)
Cは、鋼の強度を高める有用な元素であるとともに、マルテンサイト組織を有する鋼の破断伸びを決定する極めて重要な元素である。本実施形態に係る高強度鋼板では、十分な強度を得るため、C量を0.050%以上にすることが必要である。更に強度を高めるには、C量は、0.060%以上、0.065%以上又は0.070%以上が好ましい。一方、C量が0.100%を超えると、過剰な炭化物の生成により、鋼の延性及び靱性が劣化する。そのため、良好な破断伸び及び靱性を得るには、C量を0.100%以下にすることが必要である。更に延性を向上させるには、C量を、0.095%以下、0.090%以下又は0.085%以下にすることが好ましい。
(C: 0.050-0.100%)
C is a useful element that increases the strength of the steel and is an extremely important element that determines the elongation at break of a steel having a martensite structure. In the high-strength steel plate according to this embodiment, the C content needs to be 0.050% or more in order to obtain sufficient strength. In order to further increase the strength, the C content is preferably 0.060% or more, 0.065% or more, or 0.070% or more. On the other hand, if the C content exceeds 0.100%, the ductility and toughness of the steel deteriorate due to the formation of excess carbides. Therefore, in order to obtain good elongation at break and toughness, the C content needs to be 0.100% or less. In order to further improve ductility, the C content is preferably 0.095% or less, 0.090% or less, or 0.085% or less.

(Si:0.50%以下)
Siを過剰に含有すると、鋼の延性や靱性が低下する。そのため、Si量を0.50%以下に制限する。Si量の下限を特に規定する必要はなく、Si量の下限は0%である。しかしながら、Siを脱酸に使用する場合、その十分な効果を得るために、Si量を0.03%以上にすることが好ましい。また、Siは、炭化物の生成を抑制する元素でもあり、この効果を得る場合、Si量を、0.10%以上とすることが好ましく、0.20%以上とすることがより好ましい。これらの効果を得る必要がない場合、Si量の上限を0.45%、0.40%又は0.35%としてもよい。
(Si: 0.50% or less)
When Si is contained excessively, the ductility and toughness of the steel are lowered. Therefore, the Si amount is limited to 0.50% or less. There is no need to particularly define the lower limit of the Si amount, and the lower limit of the Si amount is 0%. However, when Si is used for deoxidation, the Si content is preferably 0.03% or more in order to obtain sufficient effects. Si is also an element that suppresses the formation of carbides, and when obtaining this effect, the Si amount is preferably 0.10% or more, and more preferably 0.20% or more. When it is not necessary to obtain these effects, the upper limit of the Si amount may be 0.45%, 0.40%, or 0.35%.

(Mn:1.20〜1.70%)
Mnは、鋼の焼入れ性を向上させる重要な元素である。金属組織中のマルテンサイト面積率を増加させて、高強度を得るために、Mn量を1.20%以上とする。Mn量を、好ましくは1.20%超、1.25%以上又は1.30%以上、よりこの好ましくは1.35%以上又は1.39%以上とする。一方、Mn量が過剰になると、延性及び靱性が低下することがある。そのため、Mn量を1.70%以下とする。より好ましくは、Mn量を1.60%以下、1.55%以下又は1.50%以下とする。
(Mn: 1.20 to 1.70%)
Mn is an important element that improves the hardenability of steel. In order to increase the martensite area ratio in the metal structure and obtain high strength, the amount of Mn is set to 1.20% or more. The amount of Mn is preferably more than 1.20%, 1.25% or more or 1.30% or more, more preferably 1.35% or more or 1.39% or more. On the other hand, when the amount of Mn is excessive, ductility and toughness may be lowered. Therefore, the amount of Mn is made 1.70% or less. More preferably, the amount of Mn is 1.60% or less, 1.55% or less, or 1.50% or less.

(P:0.020%以下)
(S:0.0050%以下)
P、Sは不純物として鋼中に不可避的に含有される元素であり、鋼の靭性を劣化させる元素である。また、溶接を行った場合には、溶接熱影響部の靱性を劣化させる元素である。そのため、P量を0.020%以下、S量を0.0050%以下に制限する。靱性の更なる向上のため、P量を0.015%以下、S量を0.0030%以下としてもよい。P量、S量は、少ないほど好ましいので可能な範囲で低減することが好ましい。そのため、P量およびS量の下限を特に規定する必要はなく、P量およびS量の下限は0%である。しかしながら、脱リンや脱硫のコストの観点から、P量を0.001%以上、S:0.0001%以上としてもよい。
(P: 0.020% or less)
(S: 0.0050% or less)
P and S are elements inevitably contained in the steel as impurities, and are elements that deteriorate the toughness of the steel. In addition, when welding is performed, the element deteriorates the toughness of the weld heat affected zone. Therefore, the P amount is limited to 0.020% or less, and the S amount is limited to 0.0050% or less. In order to further improve toughness, the P content may be 0.015% or less and the S content may be 0.0030% or less. The smaller the amount of P and S, the better. Therefore, it is not necessary to particularly define the lower limits of the P amount and the S amount, and the lower limits of the P amount and the S amount are 0%. However, from the viewpoint of dephosphorization and desulfurization costs, the P content may be 0.001% or more and S: 0.0001% or more.

(B:0.0003〜0.0030%)
Bは、粒界に偏析して鋼の焼入れ性を高める元素であり、微量の含有でその効果を発現する有用な元素である。本実施形態に係る高強度鋼板では、金属組織中のマルテンサイトを増加させるために、B量を0.0003%以上とする。好ましくはB量を0.0005%以上とする。一方、Bを過剰に含有させても焼入れ性を向上させる効果が飽和するだけでなく、窒化物や炭硼化物などの析出物が形成されて、むしろ延性や靱性が低下する。そのため、B量を0.0030%以下とする。好ましくは、B量を0.0020%以下又は0.0015%以下とする。
(B: 0.0003 to 0.0030%)
B is an element that segregates at the grain boundary and enhances the hardenability of the steel, and is a useful element that exhibits its effect even when contained in a small amount. In the high-strength steel sheet according to the present embodiment, the B content is set to 0.0003% or more in order to increase martensite in the metal structure. Preferably, the B amount is 0.0005% or more. On the other hand, even if B is contained excessively, not only the effect of improving hardenability is saturated, but also precipitates such as nitrides and carbonitrides are formed, and ductility and toughness are rather lowered. Therefore, the B amount is set to 0.0030% or less. Preferably, the B amount is 0.0020% or less or 0.0015% or less.

(Ti:0.003〜0.030%)
Tiは窒化物を形成する元素であり、鋼中のNをTiNとして固定し、BNの生成を抑制する元素である。上述のように、Bは焼入れ性を高める元素であるが、BNを形成するとその効果が得られない。本実施形態に係る高強度鋼板では、BNの形成を抑制して焼入れ性を確保するため、Ti量を0.003%以上にすることが必要である。好ましくは、Ti量を0.005%以上、より好ましくは0.010%以上とする。一方、Tiを過剰に含有させると、TiNが粗大になり、延性や靱性が低下する場合がある。そのため、Ti量を0.030%以下とする。好ましくはTi量を0.020%以下とする。
(Ti: 0.003-0.030%)
Ti is an element that forms nitride, and is an element that fixes N in steel as TiN and suppresses the generation of BN. As described above, B is an element that enhances hardenability, but if BN is formed, the effect cannot be obtained. In the high-strength steel sheet according to the present embodiment, the Ti content needs to be 0.003% or more in order to suppress the formation of BN and ensure the hardenability. Preferably, the Ti content is 0.005% or more, more preferably 0.010% or more. On the other hand, when Ti is contained excessively, TiN becomes coarse and ductility and toughness may be reduced. Therefore, the Ti content is 0.030% or less. Preferably, the Ti amount is 0.020% or less.

(Nb:0.003〜0.050%)
Nbは、Bと同時に含有されることにより、鋼の焼入れ性を著しく向上させる元素である。本実施形態に係る高強度鋼板では、金属組織中のマルテンサイトの面積率を増加させるため、Nb量を0.003%以上とする。Nbは、微細な窒化物を形成して、結晶粒の微細化に寄与し、靱性を高める元素でもある。この効果を得る場合、Nb量を0.005%以上とすることが好ましい。より好ましくはNb量を0.010%以上又は0.015%以上とする。一方、Nbを過剰に含有させると、窒化物が粗大になり、延性や靱性が低下する場合がある。したがって、Nb量を0.050%以下とする。好ましくはNb量を0.040%以下、0.035%以下又は0.030%以下とする。
(Nb: 0.003 to 0.050%)
Nb is an element that remarkably improves the hardenability of steel by being contained simultaneously with B. In the high-strength steel plate according to the present embodiment, the Nb content is set to 0.003% or more in order to increase the area ratio of martensite in the metal structure. Nb is an element that forms fine nitrides, contributes to refinement of crystal grains, and increases toughness. When obtaining this effect, the Nb content is preferably 0.005% or more. More preferably, the Nb amount is 0.010% or more or 0.015% or more. On the other hand, when Nb is contained excessively, the nitride becomes coarse and ductility and toughness may be lowered. Therefore, the Nb content is 0.050% or less. Preferably, the Nb content is 0.040% or less, 0.035% or less, or 0.030% or less.

(Cr:2.00%以下)
(Mo:0.90%以下)
(Cr及びMoの一方又は両方を合計で0.20%以上、かつ、Mo含有量が0.50%超であるときは、Cr含有量が0.80%以下)
Cr及びMoは、焼入れ性を向上させる重要な元素であり、一方又は両方を含有させる。本実施形態に係る高強度鋼板では、金属組織中のマルテンサイト面積率を増加させるために、Cr量とMn量との合計を0.20%以上とする。好ましくはCr量とMn量との合計を0.30%以上、より好ましくは0.40%以上とする。Cr又はMoのみを含有する場合も考慮すると、Cr量およびMo量の下限は0%である。必要に応じて、Cr量の下限を0.20%又は0.30%としてもよい、同様に、Mo量の下限を0.20%又は0.30%としてもよい。
また、Cr量が2.00%を超えると、または、Mo量が0.90%を超えると、微細な炭化物が生成して延性、靱性が低下する。そのため、Cr量及びMo量を、それぞれ、2.00%以下及び0.90%以下とする。Cr量は、好ましくは1.50%以下又は1.00%以下、より好ましくは0.90%以下又は0.80%とする。また、Mo量は、好ましくは0.70%以下、より好ましくは0.60%以下又は0.50%とする。
さらに、CrとMoとの両方を含有させる場合、含有量が過剰になると、靭性が低下するので、Mo量が0.50%超であるときは、Cr量を0.80%以下とする必要がある。この場合、Cr量を0.70%以下としてもよい。一方、Cr量が0.80%超であるときは、Mo量を0.50%以下に、Cr量が1.20%超であるときは、Mo量を0.40%以下とした方がよい。Cr量とMo量との合計を2.50%以下としてもよいが、2.00%以下、1.50%以下、1.30%以下又は1.10%以下としてもよい。
(Cr: 2.00% or less)
(Mo: 0.90% or less)
(When one or both of Cr and Mo is 0.20% or more in total and Mo content is more than 0.50%, Cr content is 0.80% or less)
Cr and Mo are important elements that improve the hardenability, and contain one or both. In the high-strength steel plate according to the present embodiment, the total amount of Cr and Mn is 0.20% or more in order to increase the martensite area ratio in the metal structure. Preferably, the total amount of Cr and Mn is 0.30% or more, and more preferably 0.40% or more. Considering the case of containing only Cr or Mo, the lower limit of the Cr content and the Mo content is 0%. If necessary, the lower limit of the Cr amount may be 0.20% or 0.30%. Similarly, the lower limit of the Mo amount may be 0.20% or 0.30%.
On the other hand, when the Cr content exceeds 2.00% or the Mo content exceeds 0.90%, fine carbides are generated and ductility and toughness are lowered. Therefore, the Cr amount and the Mo amount are set to 2.00% or less and 0.90% or less, respectively. The Cr content is preferably 1.50% or less or 1.00% or less, more preferably 0.90% or less or 0.80%. Further, the Mo amount is preferably 0.70% or less, more preferably 0.60% or less or 0.50%.
Further, when both Cr and Mo are contained, if the content is excessive, the toughness is lowered. Therefore, when the Mo amount exceeds 0.50%, the Cr amount needs to be 0.80% or less. There is. In this case, the Cr amount may be 0.70% or less. On the other hand, when the Cr content is more than 0.80%, the Mo content should be 0.50% or less, and when the Cr content is more than 1.20%, the Mo content should be 0.40% or less. Good. The total of the Cr content and the Mo content may be 2.50% or less, but may be 2.00% or less, 1.50% or less, 1.30% or less, or 1.10% or less.

(N:0.0080%以下)
Nは、不純物であり、不可避的に含有される。Nは、BNを形成して、Bの持つ焼入れ性向上効果を阻害する。そのため、N量を0.0080%以下に制限する。好ましくは、N量を0.0060%以下、より好ましくは0.0050%以下に制限する。N量は、可能な範囲で低減することが好ましく、その下限は0%とする。しかしながら、脱窒のコストの観点から、N量を0.0001%以上としてもよい。一方、窒化物による金属組織の微細化を図るため、N量を0.0020%以上としてもよい。
(N: 0.0080% or less)
N is an impurity and is inevitably contained. N forms BN and inhibits the hardenability improving effect of B. Therefore, the N content is limited to 0.0080% or less. Preferably, the N content is limited to 0.0060% or less, more preferably 0.0050% or less. The amount of N is preferably reduced as much as possible, and the lower limit is 0%. However, from the viewpoint of denitrification cost, the N amount may be 0.0001% or more. On the other hand, the N content may be 0.0020% or more in order to make the metal structure finer by the nitride.

以上は本実施形態に係る高強度鋼板の必須元素及び不純物として含まれる元素であり、本実施形態に係る高強度鋼板は上記必須元素と残部Fe及び不純物(上記不純物元素及び場合によっては上記以外の不純物元素を含む)とからなる成分を有することを基本とする。しかしながら、本実施形態に係る高強度鋼板は、上記成分の他に、脱酸、強度及び/又は延性の向上、金属組織の微細化、並びに硫化物の形態制御などのために、Feの一部に代えて、Al:0.100%以下、Cu:0.50%以下、Ni:0.50%以下、V:0.100%以下、W:0.50%以下、Ca:0.0030%以下、Mg:0.0030%以下、REM:0.0030%以下の1種又は2種以上をさらに含有させてもよい。ただし、これらの元素は必須ではないので、0%であっても構わない。   The above are the elements included as essential elements and impurities of the high-strength steel sheet according to the present embodiment, and the high-strength steel sheet according to the present embodiment includes the essential elements, the remaining Fe, and impurities (other than the above-mentioned impurity elements and in some cases In principle, it has a component composed of an impurity element). However, the high-strength steel sheet according to the present embodiment, in addition to the above components, is part of Fe for deoxidation, improvement of strength and / or ductility, refinement of the metal structure, and sulfide morphology control. Instead of Al: 0.100% or less, Cu: 0.50% or less, Ni: 0.50% or less, V: 0.100% or less, W: 0.50% or less, Ca: 0.0030% Hereinafter, one or more of Mg: 0.0030% or less and REM: 0.0030% or less may be further contained. However, these elements are not essential and may be 0%.

(Al:0.100%以下)
Alは脱酸元素であり、Alを脱酸に使用する場合には、十分な効果を得るために、Al量を0.010%以上にすることが好ましい。一方、Alを過剰に含有させると、酸化物や窒化物の形成によって延性や靱性が低下する。そのため、含有させる場合でも、Al量を0.100%以下に制限する。好ましくは0.080%以下、より好ましくは0.050%以下、更に好ましくは0.030%以下に制限する。
(Al: 0.100% or less)
Al is a deoxidizing element. When Al is used for deoxidation, the Al content is preferably 0.010% or more in order to obtain a sufficient effect. On the other hand, when Al is contained excessively, ductility and toughness are reduced due to the formation of oxides and nitrides. Therefore, even when it is contained, the Al content is limited to 0.100% or less. Preferably it is limited to 0.080% or less, more preferably 0.050% or less, and still more preferably 0.030% or less.

(Cu:0.50%以下)
(Ni:0.50%以下)
Cu及びNiは、鋼の焼入れ性を向上させる元素である。焼入れ性を高めて金属組織中のマルテンサイト面積率を増加させる場合には、Cu量、Ni量を、それぞれ、0.10%以上とすることが好ましい。一方、Cu及びNiは高価な元素であるので、含有させる場合でも、Cu量、Ni量を、それぞれ、0.50%以下とすることが好ましい。より好ましくは、Cu量及びNi量を、それぞれ、0.40%以下、より好ましくはそれぞれ0.30%以下とする。
(Cu: 0.50% or less)
(Ni: 0.50% or less)
Cu and Ni are elements that improve the hardenability of the steel. When the hardenability is increased and the martensite area ratio in the metal structure is increased, the Cu content and the Ni content are each preferably set to 0.10% or more. On the other hand, since Cu and Ni are expensive elements, it is preferable that the Cu content and the Ni content be 0.50% or less, respectively, even when contained. More preferably, the amount of Cu and the amount of Ni are each 0.40% or less, more preferably 0.30% or less.

(V:0.100%以下)
Vは、炭化物や窒化物を形成する元素である。炭化物や窒化物によって結晶粒を微細化させて靱性を高める場合、V量を0.005%以上とすることが好ましい。一方、Vを過剰に含有させると延性や靱性が低下する。しかしながら、NbやTiに比べれば悪影響が小さいので、含有させる場合のV量の上限を0.100%とする。好ましくはV量を0.050%以下とする。
(V: 0.100% or less)
V is an element that forms carbide or nitride. When the crystal grains are refined by carbide or nitride to enhance toughness, the V content is preferably 0.005% or more. On the other hand, when V is contained excessively, ductility and toughness are lowered. However, since the adverse effect is small as compared with Nb and Ti, the upper limit of the V amount in the case of inclusion is 0.100%. Preferably, the V amount is 0.050% or less.

(W:0.50%以下)
Wは鋼の焼入れ性を向上させる元素である。この効果を得る場合、W量を0.05%以上とすることが好ましい。一方、Wを過剰に含有させると溶接性が劣化する。そのため、含有させる場合でもW量を0.50%以下又は0.30%以下とする。必要に応じて、W量を0.02%以下又は0.01%以下としてもよい。
(W: 0.50% or less)
W is an element that improves the hardenability of steel. When obtaining this effect, the W amount is preferably 0.05% or more. On the other hand, when W is contained excessively, weldability deteriorates. Therefore, even when it contains, W amount shall be 0.50% or less or 0.30% or less. If necessary, the W content may be 0.02% or less or 0.01% or less.

(Ca:0.0030%以下)
Caは、酸化物や硫化物の形態を制御する元素である。この効果を得る場合、Ca量を、0.0001%以上とすることが好ましい。より好ましくは、Ca量を、0.0005%以上、更に好ましくは0.0010%以上とする。一方、Caを過剰に含有させると効果が飽和するだけでなく、介在物の形成によって延性や靱性が低下することがある。そのため、含有させる場合でも、Ca量を0.0030%以下とする。
(Ca: 0.0030% or less)
Ca is an element that controls the form of oxides and sulfides. When obtaining this effect, the Ca content is preferably 0.0001% or more. More preferably, the Ca content is 0.0005% or more, and further preferably 0.0010% or more. On the other hand, when Ca is excessively contained, not only the effect is saturated, but also ductility and toughness may be lowered due to the formation of inclusions. Therefore, even when contained, the Ca content is 0.0030% or less.

(Mg:0.0030%以下)
Mgは組織を微細化することによって鋼の靱性を高める作用を有する元素である。この効果を得る場合、Mg量を、0.0005%以上とすることが好ましい。一方、Mgを過剰に含有させると効果が飽和するだけでなく、介在物の形成によって延性や靱性が低下することがある。そのため、含有させる場合でも、Mg量を0.0030%以下とする。
(Mg: 0.0030% or less)
Mg is an element having an action of increasing the toughness of steel by refining the structure. When obtaining this effect, the Mg content is preferably 0.0005% or more. On the other hand, when Mg is excessively contained, not only the effect is saturated, but also ductility and toughness may be lowered due to the formation of inclusions. Therefore, even when it contains, Mg amount shall be 0.0030% or less.

(REM:0.0030%以下)
REM(希土類元素)は硫化物、特にMnSの形態を制御することによって、鋼の靱性を高める作用を有する元素である。この効果を得る場合、REM量を0.0001%以上とすることが好ましい。一方、REMを過剰に含有させるとREMを含む介在物が粗大化し延性や靱性が低下することがある。そのため、含有させる場合でも、REM量を0.0030%以下とする。
(REM: 0.0030% or less)
REM (rare earth element) is an element having an effect of increasing the toughness of steel by controlling the form of sulfide, particularly MnS. When obtaining this effect, the REM content is preferably 0.0001% or more. On the other hand, when REM is excessively contained, inclusions containing REM become coarse and ductility and toughness may decrease. Therefore, even when it contains, REM amount shall be 0.0030% or less.

また、上記元素以外でも、作用効果を害さない範囲内であれば、他の元素を微量に含有していてもよい。   In addition to the above elements, other elements may be contained in a trace amount as long as they do not impair the effects.

本実施形態に係る高強度鋼板では、個々の元素を上述の範囲とした上で、さらに、化学組成によって決定される、DI及びPcmが、以下の範囲を満足する必要がある。   In the high-strength steel plate according to the present embodiment, each element should be within the above range, and DI and Pcm determined by the chemical composition must satisfy the following ranges.

(DI:2.0〜7.8)
DIは焼入れ性の指標であり、下記(式1)によって求められる。ここで、式中の[C]、[Si]、[Mn]、[Cu]、[Ni]、[Cr]、[Mo]は各元素の含有量(質量%)であり、その元素を含まない場合は0として計算する。
定性的に図1に示したように、焼入れ性指標DIを高めると、加速冷却の停止温度Tcfを高く(すなわち図1の右方向へ移動)しても、破断伸びの低下を抑制することができる。加速冷却の停止温度Tcfを高くすると、強度の過剰な上昇が抑制され、靱性や延性を高めることができる。強度、延性、靱性のバランスを良好にするには、DIを2.0以上にすることが好ましい。より好ましくは、DIは、3.0以上であり、さらに好ましくは、4.0以上である。一方、焼入れ性が過剰に高くなると、強度が過剰に高くなり、靱性が低下する場合がある。そのため、DIは7.8以下が好ましい。より好ましくは、DIは7.0以下であり、さらに好ましくは、6.5以下である。
(DI: 2.0-7.8)
DI is an index of hardenability and is obtained by the following (formula 1). Here, [C], [Si], [Mn], [Cu], [Ni], [Cr], and [Mo] in the formula are the contents (mass%) of each element and include the element. If not, calculate as 0.
Qualitatively, as shown in FIG. 1, increasing the hardenability index DI suppresses the decrease in elongation at break even when the acceleration cooling stop temperature Tcf is increased (that is, moved to the right in FIG. 1). it can. When the stop temperature Tcf for accelerated cooling is increased, an excessive increase in strength is suppressed, and toughness and ductility can be increased. In order to achieve a good balance of strength, ductility, and toughness, it is preferable to set DI to 2.0 or more. More preferably, DI is 3.0 or more, More preferably, it is 4.0 or more. On the other hand, when the hardenability becomes excessively high, the strength becomes excessively high and the toughness may be lowered. Therefore, DI is preferably 7.8 or less. More preferably, DI is 7.0 or less, and more preferably 6.5 or less.

DI=[C]0.5×{0.34×(1+0.64×[Si])×(1+4.1×[Mn])×(1+0.27×[Cu])×(1+0.52×[Ni])×(1+2.33×[Cr])×(1+3.14×[Mo])}×1.2 ・・・ (式1)DI = [C] 0.5 × {0.34 × (1 + 0.64 × [Si]) × (1 + 4.1 × [Mn]) × (1 + 0.27 × [Cu]) × (1 + 0.52 × [ Ni]) × (1 + 2.33 × [Cr]) × (1 + 3.14 × [Mo])} × 1.2 (Formula 1)

(Pcm:0.189%以上)
溶接継手は、通常、その引張強度(継手強度)が、溶接に供する母材への引張強度の要求値以上であることが求められる。本発明者らは、金属組織の主たる組織がマルテンサイトである鋼板を溶接した場合、溶接熱影響部の軟化によって溶接継手の引張強度(継手強度)が母材の引張強度に比べて低下する場合があることを見出した。そこで、本発明者らは、種々の高強度鋼板を用いて、溶接入熱を変化させて溶接継手を製造して試験を行った。その結果、鋼板の焼入れ性を高めること、具体的には下記(式2)で求められるPcmを0.189%以上にすることによって、溶接熱影響部の軟化を抑制し、建設機械や産業機械の構造部材の製造に適用されることの多い溶接入熱範囲の下限値である7.0kJ/cmで溶接を行った場合に、溶接継手の引張強度を950MPa以上にすることができることがわかった。
Pcm=[C]+[Si]/30+[Mn]/20+[Cu]/20+[Ni]/60+[Cr]/20+[Mo]/15+[V]/10+5×[B] ・・・ (式2)
ただし、[C]、[Si]、[Mn]、[Cu]、[Ni]、[Cr]、[Mo]、[V]、[B]は各元素の含有量(質量%)であり、その元素を含まない場合は0として計算する。
(Pcm: 0.189% or more)
A welded joint is usually required to have a tensile strength (joint strength) that is equal to or higher than the required tensile strength for the base material used for welding. In the case of welding a steel plate whose main structure is martensite, the present inventors have a case where the tensile strength of the welded joint (joint strength) is lower than the tensile strength of the base metal due to softening of the weld heat affected zone. Found that there is. Therefore, the present inventors manufactured and tested a welded joint using various high-strength steel plates with varying welding heat input. As a result, by increasing the hardenability of the steel sheet, specifically, by increasing the Pcm calculated by the following (Equation 2) to 0.189% or more, softening of the heat affected zone is suppressed, and construction machinery and industrial machinery It was found that the tensile strength of the welded joint can be increased to 950 MPa or more when welding is performed at 7.0 kJ / cm, which is the lower limit of the welding heat input range, which is often applied to the manufacture of structural members. .
Pcm = [C] + [Si] / 30 + [Mn] / 20 + [Cu] / 20 + [Ni] / 60 + [Cr] / 20 + [Mo] / 15 + [V] / 10 + 5 × [B] (formula 2)
However, [C], [Si], [Mn], [Cu], [Ni], [Cr], [Mo], [V], and [B] are the contents (mass%) of each element, When the element is not included, it is calculated as 0.

さらに発明者らは、溶接入熱と溶接継手の強度とについて検討し、溶接継手の強度は、溶接に用いる高強度鋼板の成分組成から上記(式2)によって求められるPcm及び溶接入熱Hi[kJ/cm]を用いて下記(式a)で算出されるJSで評価することができ、JSが950MPa以上であれば、実際の溶接継手でも950MPa以上の継手強度を確保できることがわかった。
JS=(4.3/Hi+3.4)×(1680.7×Pcm−81.5)・・・(式a)
Further, the inventors have examined the welding heat input and the strength of the welded joint. The strength of the welded joint is determined by the above-described (Equation 2) from the component composition of the high-strength steel plate used for welding and the weld heat input Hi [ kJ / cm] can be evaluated by JS calculated by the following (formula a). It was found that if JS is 950 MPa or more, a joint strength of 950 MPa or more can be ensured even with an actual welded joint.
JS = (4.3 / Hi + 3.4) × (1680.7 × Pcm−81.5) (formula a)

上記の式から分かるように、溶接継手の強度を確保するためには、溶接入熱を出来るだけ小さくした方が好ましいことがわかる。しかしながら、溶接継手の健全性を確保するためには、溶接入熱の下限がある。建設機械や産業機械を製作時の溶接作業の生産性などの確保のためには、7.0kJ/cm未満に溶接入熱を低減することは、容易ではない。この溶接入熱7.0kJ/cmの場合に、JSを950MPa以上とするために必要なPcmは、上記式から0.189%となる。つまり、Pcmを0.189%以上とすることで、950MPa以上の継手強度を確保することができる。
また、Pcmを0.196%以上とすれば、溶接施工時に特別な管理が不要となる溶接入熱である10.0kJ/cmの場合であっても、950MPa以上の継手強度を確保できる。つまり、Pcmを0.196%以上とすることにより、特別な溶接施工管理を行わなくとも、溶接継手の強度を950MPa以上とすることができる。
なお、より大きい溶接入熱でも溶接継手の強度を確保するために、Pcmを0.200%以上、0.205%以上、0.210%以上又は0.215%以上としてもよい。溶接入熱が大きい方が、溶接のパス数を低減でき、生産性が向上するため好ましい。Pcmの上限を特に定める必要はないが、溶接割れ防止などのため、0.250%以下又は0.240%以下としてもよい。
As can be seen from the above equation, it is understood that it is preferable to make the welding heat input as small as possible in order to ensure the strength of the welded joint. However, in order to ensure the soundness of the welded joint, there is a lower limit for welding heat input. In order to ensure the productivity of welding work when manufacturing construction machines and industrial machines, it is not easy to reduce the welding heat input to less than 7.0 kJ / cm. In the case of this welding heat input of 7.0 kJ / cm, Pcm required to make JS 950 MPa or more is 0.189% from the above formula. That is, joint strength of 950 MPa or more can be secured by setting Pcm to 0.189% or more.
Moreover, if Pcm is 0.196% or more, a joint strength of 950 MPa or more can be secured even in the case of 10.0 kJ / cm, which is welding heat input that does not require special management during welding. That is, by making Pcm 0.196% or more, the strength of the welded joint can be made 950 MPa or more without performing special welding construction management.
Note that Pcm may be 0.200% or more, 0.205% or more, 0.210% or more, or 0.215% or more in order to ensure the strength of the welded joint even with larger welding heat input. A larger welding heat input is preferable because the number of welding passes can be reduced and productivity is improved. The upper limit of Pcm is not particularly required, but may be 0.250% or less or 0.240% or less for preventing weld cracking.

([Mo]/[Cr]:0.20以上)
更に、発明者らは、焼入れ性を高める元素であるCr、Moが靱性に与える影響を調査し、検討を進めた。その結果、焼入れ性(DI)が一定である場合、MoとCrとの比率が靱性に影響を及ぼすことがわかった。具体的には、質量%でのMoの含有量[Mo]とCrの含有量[Cr]との比([Mo]/[Cr])が大きくなると、マルテンサイトの下部組織(パケット、ブロック)が微細になり、その結果として、靱性が向上することがわかった。靱性の一層の向上のため、この比を、0.40以上、0.80以上又は1.00以上としてもよい。
([Mo] / [Cr]: 0.20 or more)
Furthermore, the inventors investigated the influence of Cr and Mo, which are elements that enhance hardenability, on toughness, and proceeded with investigation. As a result, it was found that when the hardenability (DI) is constant, the ratio of Mo to Cr affects the toughness. Specifically, when the ratio ([Mo] / [Cr]) of the Mo content [Mo] and the Cr content [Cr] in mass% increases, the martensite substructure (packet, block) As a result, the toughness was improved. In order to further improve the toughness, this ratio may be 0.40 or more, 0.80 or more, or 1.00 or more.

図2は、[Mo]/[Cr]と−40℃でのシャルピー吸収エネルギーとの関係を示す図である。図2中の「○」は実測値、「●」は前記実測値の平均値を示している。   FIG. 2 is a diagram showing the relationship between [Mo] / [Cr] and Charpy absorbed energy at −40 ° C. In FIG. 2, “◯” indicates an actual measurement value, and “●” indicates an average value of the actual measurement values.

図2に示したように、[Mo]/[Cr]が大きくなるにしたがって−40℃でのシャルピー吸収エネルギーは増大する傾向にあり、[Mo]/[Cr]が0.20以上になると、−40℃でのシャルピー吸収エネルギーが59J/cm以上となることが分かる。そのため、低温靭性が求められる場合には、[Mo]/[Cr]を0.20以上とすることが好ましい。一方、Moは、Crに比べて微細な炭化物やクラスターを形成し易い元素である。そのため、MoをCrよりも過剰に含有させると、靱性が低下する場合があり、[Mo]/[Cr]を2.00以下又は1.50以下としてもよい。
シャルピー吸収エネルギーは、JIS Z 2242に準拠して行ったシャルピー試験によって測定した。ただし、試験片を採取した鋼板の板厚が8mmであり、長手方向を圧延方向として板厚中心部から採取した試験片は10mm×5mmのサブサイズである。
As shown in FIG. 2, as [Mo] / [Cr] increases, the Charpy absorbed energy at −40 ° C. tends to increase. When [Mo] / [Cr] is 0.20 or more, It can be seen that the Charpy absorbed energy at −40 ° C. is 59 J / cm 2 or more. Therefore, when low temperature toughness is required, [Mo] / [Cr] is preferably 0.20 or more. On the other hand, Mo is an element that easily forms fine carbides and clusters as compared with Cr. Therefore, when Mo is contained in excess of Cr, toughness may be reduced, and [Mo] / [Cr] may be 2.00 or less or 1.50 or less.
The Charpy absorbed energy was measured by a Charpy test conducted according to JIS Z 2242. However, the plate thickness of the steel plate from which the test piece was taken was 8 mm, and the test piece taken from the central portion of the plate thickness with the longitudinal direction as the rolling direction was a subsize of 10 mm × 5 mm.

(マルテンサイト及びベイナイトの1種または2種の合計面積率:99%以上、かつ破断伸び:12%以上)
本発明者らは、高強度鋼板の焼入れ性及び金属組織と破断伸びとの関係について検討を行った。その結果、本発明者らは、焼入れ性が不足すると破断伸びが低下し、さらに、この破断伸びの低下すなわち延性の低下の原因は、図4A、図4Bに示すような、ベイナイトに起因して生成した粗大な炭化物を起点とするボイドの生成であることを見出した。そして、高強度鋼板の延性を高めるには、粗大なセメンタイトの生成の原因となるベイナイトの生成を抑制することが必要であるという知見を得た。粗大なセメンタイトの生成の原因となるベイナイトを抑制するためには、金属組織の90%以上がマルテンサイトであるマルテンサイト主体組織とすることが好ましい。また、鋼板の強度を高めるためにも、金属組織中のマルテンサイト面積率を90%以上とすることが好ましい。より好ましくは92%以上、さらに好ましくは94%以上である。
しかしながら、マルテンサイト及びベイナイトは、いずれも連続冷却変態組織であり、組織観察によっては正確な判別が困難な場合がある。このような場合においては、マルテンサイト及びベイナイトの合計面積率が99%以上で、かつ、破断伸びが12%以上であれば、粗大なセメンタイトの生成の原因となるベイナイトが抑制されていると判断できる。
従って、本実施形態に係る高強度鋼板では、マルテンサイト及びベイナイトの1種または2種の合計面積率を99%以上、かつ、組織の指標として破断伸びを12%以上とする。組織観察によって、マルテンサイトとベイナイトとが十分に判別できる場合には、マルテンサイトの面積率を90%以上とすることが好ましい。
本実施形態に係る高強度鋼板の場合、金属組織のマルテンサイトは焼入れままであり、焼戻し処理によって得られる焼戻しマルテンサイトとは異なる。焼戻しマルテンサイトであると、長時間の焼戻しによりセメンタイトが成長するので好ましくない。
上記以外の残部は、フェライト、パーライト、残留オーステナイトのうち1種又は2種以上であればよい。
(Total area ratio of one or two of martensite and bainite: 99% or more and elongation at break: 12% or more)
The present inventors examined the hardenability of the high-strength steel sheet and the relationship between the metal structure and the elongation at break. As a result, when the hardenability is insufficient, the inventors reduce the elongation at break. Further, the cause of the decrease in elongation at break, that is, the decrease in ductility is due to bainite as shown in FIGS. 4A and 4B. It was found that voids originated from the generated coarse carbides. And in order to raise the ductility of a high-strength steel plate, the knowledge that it was necessary to suppress the production | generation of the bainite which causes the production | generation of coarse cementite was acquired. In order to suppress bainite which causes the formation of coarse cementite, it is preferable to use a martensite-based structure in which 90% or more of the metal structure is martensite. In order to increase the strength of the steel sheet, it is preferable that the martensite area ratio in the metal structure is 90% or more. More preferably, it is 92% or more, More preferably, it is 94% or more.
However, both martensite and bainite are continuously cooled transformation structures, and accurate discrimination may be difficult depending on the structure observation. In such a case, if the total area ratio of martensite and bainite is 99% or more and the elongation at break is 12% or more, it is judged that bainite that causes the formation of coarse cementite is suppressed. it can.
Therefore, in the high-strength steel sheet according to the present embodiment, the total area ratio of one or two of martensite and bainite is 99% or more, and the elongation at break is 12% or more as a structure index. In the case where martensite and bainite can be sufficiently distinguished by structural observation, the martensite area ratio is preferably 90% or more.
In the case of the high-strength steel plate according to the present embodiment, the martensite having a metal structure is as-quenched and is different from the tempered martensite obtained by tempering treatment. Tempered martensite is not preferred because cementite grows by prolonged tempering.
The remainder other than the above may be one or more of ferrite, pearlite, and retained austenite.

金属組織の判別及びマルテンサイトの面積率の測定は、光学顕微鏡によって行う。具体的には、1/4t部(鋼板表面から板厚方向に板厚tの1/4の部分)付近における圧延方向に平行な断面を、ナイタール腐食し、光学顕微鏡を用いて500倍で、120μm×100μmの範囲の2視野を撮影し、針状のラス構造が発達した組織の面積率を測定する。また、その針状組織の内、鋼板の断面を電解研磨した後、鋼板断面の1/4t部付近を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察する。ここで倍率は5000倍であり、50μm×40μmの範囲を撮影する。セメンタイトの長軸方向が、ブロック内に2方向以上に配向している場合、針状組織は、マルテンサイトであるとし、当該領域の面積率を求める。光学顕微鏡における針状組織面積率と、SEMにおけるマルテンサイトの面積率との積を、その鋼種のマルテンサイト組織の面積率とする。
上記の走査型電子顕微鏡による組織観察において、セメンタイトの長軸方向が、ブロック内に2方向以上に配向していることが、明確が判別できない場合がある。この場合、光学顕微鏡で針状のラス構造が発達した組織の面積率を、マルテンサイトとベイナイトの合計の面積率とする。
The determination of the metal structure and the measurement of the martensite area ratio are performed with an optical microscope. Specifically, a cross section parallel to the rolling direction in the vicinity of a 1/4 t part (part of 1/4 of the plate thickness t in the plate thickness direction from the steel plate surface) is subjected to Nital corrosion and 500 times using an optical microscope, Two fields of view in the range of 120 μm × 100 μm are photographed, and the area ratio of the tissue in which the acicular lath structure is developed is measured. Moreover, after electrolytically polishing the cross section of the steel plate in the needle-like structure, the vicinity of a 1/4 t portion of the cross section of the steel plate is observed with a scanning electron microscope (SEM). Here, the magnification is 5000 times, and a range of 50 μm × 40 μm is photographed. When the long axis direction of cementite is oriented in two or more directions in the block, the acicular structure is assumed to be martensite, and the area ratio of the region is obtained. The product of the needle-like structure area ratio in the optical microscope and the martensite area ratio in the SEM is defined as the area ratio of the martensite structure of the steel type.
In the structure observation by the above-described scanning electron microscope, it may be impossible to clearly determine that the long axis direction of cementite is oriented in two or more directions in the block. In this case, the area ratio of the structure in which the acicular lath structure is developed by the optical microscope is defined as the total area ratio of martensite and bainite.

(長軸方向の長さが1.0μm以上であるセメンタイトの、長軸方向の長さが0.1μm以上であるセメンタイトに対する個数分率:5%以下)
上述したように、鋼板の延性を高めるためには、粗大なセメンタイトの生成の原因となるベイナイトの生成を抑制し、マルテンサイトを主体とする金属組織とすることが重要である。しかしながら、さらに延性を高めるためには、粗大な炭化物(特にセメンタイト)を起点としたボイドの生成を抑制することが有効である。
本発明者らは、加速冷却の停止温度を制御することで、長軸方向の長さが1.0μm以上であるような粗大な炭化物(特にセメンタイト)の個数分率が低減でき、その結果、ボイドの生成を抑制し、破断伸びの向上を図ることができることを見出した。具体的には、長軸方向の長さが0.1μm以上であるセメンタイトのうち、長軸方向の長さが1.0μm以上であるセメンタイトの個数分率を、5%以下とすることで、破断伸びを向上させることができることを見出した。
後に詳述するが、本発明では、加速冷却を、Mf以下の温度かつ300℃未満で停止することで、粗大な炭化物の生成が抑制されたマルテンサイト主体の組織とすることができる。つまり、加速冷却の停止温度を制御することで、長軸方向の長さが1.0μm以上である粗大なセメンタイトを起点としたボイドの生成を抑制できる。
セメンタイトの個数密度の測定は、走査型電子顕微鏡(SEM)によって行う。具体的には、鋼板の断面を電解研磨した後、鋼板断面の1/4t部付近を、倍率を5000倍として、走査型電子顕微鏡(SEM)で、50μm×40μmの範囲を撮影する。得られた画像のコントラストから、画像解析ソフトを用い、アスペクト比が2.0以上であり、長軸方向の長さが0.1μm以上の析出物を、セメンタイトであるとして個数をカウントする。同様に、アスペクト比が2.0以上であり、長軸方向の長さが1.0μm以上であるセメンタイトの個数をカウントする。そして、得られた1.0μm以上の析出物の数を、0.1μm以上のセメンタイト個数で除することにより、1.0μm以上のセメンタイト個数分率(%)を求める。炭化物の形状は特に限定しないが、例えば球状である場合には、「長軸方向の長さ」は長径を指す。
(Number fraction of cementite having a length in the major axis direction of 1.0 μm or more to cementite having a length in the major axis direction of 0.1 μm or more: 5% or less)
As described above, in order to increase the ductility of the steel sheet, it is important to suppress the formation of bainite that causes the formation of coarse cementite and to form a metal structure mainly composed of martensite. However, in order to further improve the ductility, it is effective to suppress the formation of voids starting from coarse carbides (particularly cementite).
By controlling the stop temperature of accelerated cooling, the present inventors can reduce the number fraction of coarse carbides (particularly cementite) whose length in the major axis direction is 1.0 μm or more, and as a result, It has been found that the formation of voids can be suppressed and the elongation at break can be improved. Specifically, among the cementite having a length in the major axis direction of 0.1 μm or more, the number fraction of cementite having a length in the major axis direction of 1.0 μm or more is set to 5% or less. It has been found that the elongation at break can be improved.
As will be described in detail later, in the present invention, the accelerated cooling is stopped at a temperature equal to or lower than Mf and lower than 300 ° C., whereby a martensite-based structure in which the formation of coarse carbides is suppressed can be obtained. That is, by controlling the acceleration cooling stop temperature, it is possible to suppress generation of voids starting from coarse cementite having a length in the major axis direction of 1.0 μm or more.
The number density of cementite is measured by a scanning electron microscope (SEM). Specifically, after electrolytically polishing the cross section of the steel plate, a region of 50 μm × 40 μm is photographed with a scanning electron microscope (SEM) at a magnification of 5000 times around a 1/4 t portion of the cross section of the steel plate. From the contrast of the obtained image, image analysis software is used to count the number of precipitates having an aspect ratio of 2.0 or more and a length in the major axis direction of 0.1 μm or more as being cementite. Similarly, the number of cementites having an aspect ratio of 2.0 or more and a length in the major axis direction of 1.0 μm or more is counted. Then, by dividing the number of obtained precipitates of 1.0 μm or more by the number of cementite of 0.1 μm or more, a cementite number fraction (%) of 1.0 μm or more is obtained. The shape of the carbide is not particularly limited. For example, in the case of a spherical shape, the “length in the major axis direction” indicates the major axis.

(旧オーステナイト粒のアスペクト比が2.0以上)
本実施形態に係る高強度鋼板では、旧オーステナイト粒のアスペクト比を2.0以上とする。アスペクト比が2.0未満の場合、靭性が低下することが懸念される。
なお、未再結晶域で圧延後、オンラインで加速冷却(直接焼入れ)を行った場合、旧オーステナイト粒のアスペクト比を2.0以上とすることができる。一方で、圧延及び冷却後に、再加熱して焼入れを行った場合、圧延による加工組織は引き継がれず、旧オーステナイト粒のアスペクト比は2.0未満となる。
旧オーステナイト粒のアスペクト比は、以下の方法で測定する。すなわち、板厚方向に表面から板厚tの1/4の位置である1/4t部付近における圧延方向に平行な断面を、ナイタールで腐食し、光学顕微鏡で倍率を500倍とし、120μm×100μmの範囲の2視野を撮影する。得られた画像から、少なくとも50個以上の旧オーステナイト粒について、長軸の長さと短軸の長さを測定し、長軸長さを短軸長さで除してそれぞれの粒についてアスペクト比を求める。そして、これらの旧オーステナイト粒のアスペクト比の平均値を求める。
(The aspect ratio of prior austenite grains is 2.0 or more)
In the high-strength steel sheet according to the present embodiment, the aspect ratio of the prior austenite grains is set to 2.0 or more. When the aspect ratio is less than 2.0, there is a concern that the toughness decreases.
In addition, when accelerated cooling (direct quenching) is performed online after rolling in the non-recrystallized region, the aspect ratio of the prior austenite grains can be 2.0 or more. On the other hand, after re-heating and quenching after rolling and cooling, the processed structure by rolling is not inherited, and the aspect ratio of the prior austenite grains is less than 2.0.
The aspect ratio of prior austenite grains is measured by the following method. That is, the cross section parallel to the rolling direction in the vicinity of the 1/4 t portion, which is 1/4 of the thickness t from the surface in the thickness direction, is corroded with nital, and the magnification is 500 times with an optical microscope, 120 μm × 100 μm Shoot two fields of view. From the obtained image, for at least 50 or more prior austenite grains, measure the length of the major axis and the length of the minor axis, and divide the major axis length by the minor axis length to determine the aspect ratio for each grain. Ask. And the average value of the aspect ratio of these prior austenite grains is obtained.

次に、本実施形態に係る高強度鋼板の板厚、機械特性について説明する。
(板厚:4.5〜20mm)
クレーンなどに使用される高強度鋼板の板厚は、一般に、4.5〜20mmである。そのため、本実施形態に係る高強度鋼板の板厚を4.5〜20mmとする。しかしながら、軽量化への寄与の点では、4.5〜15mmであることが好ましい。
(降伏強度:885MPa以上)
(引張強度:950MPa以上)
また、建設機械や産業機械の大型化や軽量化に寄与するためには、高強度化が求められており、顕著に経済的な効果を得るためには、降伏強度を885MPa以上、引張強度を950MPa以上とする必要がある。降伏強度の上限を特に定める必要はないが、1100MPa以下としてもよい。引張強度の上限を特に定める必要はないが、1300MPa以下又は1250MPa以下としてもよい。
(破断伸び:12%以上)
高強度鋼板を建設機械や産業機械の部材に適用するためには、曲げ性などの加工性が要求されるので、破断伸びを12%以上とする。また、上述したように、破断伸びは、粗大なセメンタイトの生成の原因となるベイナイトが抑制されているかどうかの組織の指標でもある。
降伏強度、引張強度、破断伸びは、JIS Z 2241に準拠して引張試験を行って測定する。ただし、引張試験の破断伸びの値は、試験片の形状に依存する。上記の破断伸びの限定(12%以上)は、引張試験片として、JIS Z2241の5号試験片(原標点間距離が50mm、平行部の幅が25mm、試験片の厚さが鋼板の厚さのままの平型試験片)を用いた場合の値である。
試験片形状の違いに基づく伸びの換算式はISO2566−1にも規定されており、JIS Z2241の5号試験片での12%の伸びは、引張試験片がJIS Z2241の13B号試験片(原標点間距離が50mm、平行部の幅が12.5mm、試験片の厚さが鋼板の厚さのままの平型試験片)では10.4%に、引張試験片がJIS Z2241の13A号試験片(原標点間距離が80mm、平行部の幅が20mm、試験片の厚さが鋼板の厚さのままの平型試験片)では9.5%に、それぞれ換算できる。
(−20℃でのシャルピー吸収エネルギー:59J/cm以上)
建設機械や産業機械が寒冷地で使用される場合、高強度鋼板に低温靱性が要求される場合がある。そのため、−20℃でのシャルピー吸収エネルギーが59J/cmであることが好ましい。より好ましくは、−40℃でのシャルピー吸収エネルギーが59J/cm以上である。
シャルピー吸収エネルギーは、板厚中心部から長手方向を圧延方向する試験片を採取し、JIS Z 2242に準拠したシャルピー試験を−20℃または−40℃で行って測定する。鋼板の板厚によっては、10mm×10mmのフルサイズ試験片の採取が困難であり、このような場合、サブサイズの試験片を用いる。シャルピー吸収エネルギーは、Vノッチ底部での試験片断面積(cm)で吸収エネルギーを除したJ/cmである。例えば、10mm×10mmのフルサイズ試験片の場合と10mm×5mmのサブサイズ試験片の場合、測定したシャルピー吸収エネルギー値(J)を、それぞれフルサイズ試験片の場合1cm×0.8cm=0.8cmで、サブサイズ試験片の場合0.5cm×0.8cm=0.4cmで除して求める。
Next, the plate thickness and mechanical characteristics of the high-strength steel plate according to this embodiment will be described.
(Thickness: 4.5-20mm)
The thickness of the high-strength steel plate used for a crane etc. is generally 4.5-20 mm. Therefore, the plate | board thickness of the high strength steel plate which concerns on this embodiment shall be 4.5-20 mm. However, in terms of contribution to weight reduction, the thickness is preferably 4.5 to 15 mm.
(Yield strength: 885 MPa or more)
(Tensile strength: 950 MPa or more)
In order to contribute to the increase in size and weight of construction machinery and industrial machinery, high strength is required. To obtain a remarkable economic effect, the yield strength is 885 MPa or more, and the tensile strength is It is necessary to be 950 MPa or more. The upper limit of the yield strength is not particularly required, but may be 1100 MPa or less. The upper limit of the tensile strength is not particularly required, but may be 1300 MPa or less or 1250 MPa or less.
(Elongation at break: 12% or more)
In order to apply a high-strength steel sheet to a member of a construction machine or an industrial machine, workability such as bendability is required, so the elongation at break is set to 12% or more. In addition, as described above, the elongation at break is also an index of the structure as to whether bainite, which causes the formation of coarse cementite, is suppressed.
Yield strength, tensile strength, and elongation at break are measured by performing a tensile test in accordance with JIS Z 2241. However, the value of the elongation at break in the tensile test depends on the shape of the test piece. The above-mentioned limitation on elongation at break (12% or more) is that, as a tensile test piece, a JIS Z2241 No. 5 test piece (the distance between original marks is 50 mm, the width of the parallel part is 25 mm, and the thickness of the test piece is the thickness of the steel plate. It is a value when using a flat test piece as it is.
The elongation conversion formula based on the difference in the shape of the test piece is also defined in ISO2566-1. The 12% elongation of the JIS Z2241 No. 5 test piece is the tensile test piece of the JIS Z2241 No. 13B test piece (original The distance between the gauge points is 50 mm, the width of the parallel part is 12.5 mm, and the thickness of the test piece is a flat type test piece with the thickness of the steel plate, which is 10.4%, and the tensile test piece is JIS Z2241 No. 13A In the test piece (the distance between original marks is 80 mm, the width of the parallel portion is 20 mm, and the thickness of the test piece is the same as the thickness of the steel plate), it can be converted to 9.5%.
(Charpy absorbed energy at −20 ° C .: 59 J / cm 2 or more)
When construction machines and industrial machines are used in cold regions, low-temperature toughness may be required for high-strength steel sheets. Therefore, it is preferable that the Charpy absorbed energy at −20 ° C. is 59 J / cm 2 . More preferably, the Charpy absorbed energy at −40 ° C. is 59 J / cm 2 or more.
The Charpy absorbed energy is measured by collecting a test piece whose rolling direction is the longitudinal direction from the center of the plate thickness, and performing a Charpy test in accordance with JIS Z 2242 at -20 ° C or -40 ° C. Depending on the plate thickness of the steel sheet, it is difficult to collect a full-size test piece of 10 mm × 10 mm. The Charpy absorbed energy is J / cm 2 obtained by dividing the absorbed energy by the cross-sectional area (cm 2 ) of the test piece at the bottom of the V notch. For example, in the case of a full-size test piece of 10 mm × 10 mm and a sub-size test piece of 10 mm × 5 mm, the measured Charpy absorbed energy value (J) is 1 cm × 0.8 cm = 0. in 8 cm 2, and dividing the case of sub-sized specimens 0.5cm × 0.8cm = 0.4cm 2.

次に、本実施形態に係る高強度鋼板の製造において、好ましい方法について説明する。
本実施形態に係る高強度鋼板は、常法によって上述した範囲の化学組成を有する溶鋼を溶製し、この溶鋼を鋳造して得られた鋼片を加熱して熱間圧延を行い、加速冷却し、加速冷却停止後はそのまま室温まで放冷して製造することができる。ただし、本実施形態に係る高強度鋼板の製造に際し、加速冷却停止後または室温まで放冷後は、焼戻しなどの調質熱処理を施さない。調質処理を行うと、マルテンサイトが焼戻しマルテンサイトになる。すなわち、本実施形態に係る高強度鋼板は、工期の短縮や製造コストの削減を目的とし、調質熱処理を省略した、いわゆる非調質製造工程で高強度鋼板を製造する。非調質製造工程によって製造された本実施形態に係る高強度鋼板は、非調質高強度鋼板と呼ばれる場合がある。
以下に、各工程の好ましい条件について説明する。
Next, a preferable method in manufacturing the high-strength steel plate according to the present embodiment will be described.
The high-strength steel sheet according to the present embodiment melts molten steel having the chemical composition in the above-described range by a conventional method, heats a steel piece obtained by casting the molten steel, performs hot rolling, and accelerated cooling. And after accelerating cooling stop, it can cool to room temperature as it is and can manufacture. However, in the production of the high-strength steel sheet according to the present embodiment, tempering heat treatment such as tempering is not performed after the accelerated cooling is stopped or after cooling to room temperature. When tempering is performed, martensite becomes tempered martensite. That is, the high-strength steel sheet according to the present embodiment is manufactured in a so-called non-tempered manufacturing process in which the tempering heat treatment is omitted for the purpose of shortening the work period and reducing the manufacturing cost. The high-strength steel plate according to this embodiment manufactured by the non-tempered manufacturing process may be referred to as a non-tempered high-strength steel plate.
Below, the preferable conditions of each process are demonstrated.

(鋼片の加熱温度:1100〜1250℃)
本実施形態に係る高強度鋼板では、焼入れ性を高めるために所定量の合金元素を含有させる必要がある。そのため、熱間圧延に供する鋼片には、合金元素の炭化物や窒化物が生成している。鋼片を加熱する際には、これらの炭化物や窒化物を分解させて、鋼中に固溶させる必要があり、加熱温度を1100℃以上とする。一方、鋼片の加熱温度が高過ぎると、結晶粒径が粗大になり、靱性が低下する場合があるので、加熱温度を1250℃以下とする。
(Heating temperature of steel slab: 1100 to 1250 ° C.)
In the high-strength steel sheet according to the present embodiment, it is necessary to contain a predetermined amount of alloy element in order to improve hardenability. For this reason, carbides and nitrides of alloy elements are generated in the steel slab subjected to hot rolling. When the steel slab is heated, it is necessary to decompose these carbides and nitrides and dissolve them in the steel, and the heating temperature is set to 1100 ° C. or higher. On the other hand, if the heating temperature of the steel slab is too high, the crystal grain size becomes coarse and the toughness may decrease, so the heating temperature is set to 1250 ° C. or lower.

(仕上温度:Ar3(℃)以上)
(加速冷却開始温度:Ar3(℃)以上)
加熱した鋼片に対して熱間圧延を行う。熱間圧延を行った後、加速冷却によってマルテンサイトを主体とした金属組織にするためには、金属組織がオーステナイトである温度で加速冷却を開始する必要がある。したがって、熱間圧延を金属組織がオーステナイトである温度で終了しなければならない。そのため、熱間圧延の仕上温度をAr3(℃)以上とする。Ar3(℃)は、冷却時にオーステナイトからフェライト変態が開始する温度であり、熱膨張挙動から求めることができる。また、Ar3(℃)は、簡易的に例えば、下記(式b)で求めることができる。
Ar3=868−396×[C]+24.6×[Si]−68.1×[Mn]−36.1×[Ni]−20.7×[Cu]−24.8×[Cr]+29.6×[Mo] ・・・ (式b)
ここで、[C]、[Si]、[Mn]、[Ni]、[Cu]、[Cr]、[Mo]は各元素の含有量(質量%)であり、元素を含まない場合は0として計算する。
(Finish temperature: Ar3 (° C) or higher)
(Accelerated cooling start temperature: Ar3 (° C) or higher)
Hot rolling is performed on the heated steel slab. After hot rolling, in order to obtain a metal structure mainly composed of martensite by accelerated cooling, it is necessary to start accelerated cooling at a temperature at which the metal structure is austenite. Therefore, the hot rolling must be finished at a temperature at which the metal structure is austenite. Therefore, the finishing temperature of hot rolling is set to Ar3 (° C.) or higher. Ar3 (° C.) is a temperature at which ferrite transformation starts from austenite during cooling, and can be obtained from thermal expansion behavior. Ar3 (° C.) can be easily obtained by, for example, the following (formula b).
Ar3 = 868-396 * [C] + 24.6 * [Si] -68.1 * [Mn] -36.1 * [Ni] -20.7 * [Cu] -24.8 * [Cr] +29. 6 × [Mo] (Formula b)
Here, [C], [Si], [Mn], [Ni], [Cu], [Cr], and [Mo] are the contents (% by mass) of each element, and 0 when no element is included. Calculate as

熱間圧延は常法で行えばよいが、1050℃以上の温度範囲での累積圧下率を50〜80%とする再結晶域圧延と、Ar3〜950℃の温度範囲での累積圧下率を50〜90%とする未再結晶域圧延を行うことが好ましい。   The hot rolling may be performed by a conventional method, but the recrystallization zone rolling in which the cumulative rolling reduction in the temperature range of 1050 ° C. or higher is 50 to 80%, and the cumulative rolling reduction in the temperature range of Ar 3 to 950 ° C. is 50. It is preferable to perform non-recrystallized region rolling to ˜90%.

(加速冷却の冷却速度:30〜200℃/s)
熱間圧延に引き続き行う加速冷却では、マルテンサイトを生成させる。加速冷却の冷却速度は、マルテンサイトの面積率を増加させるために、30℃/s以上にする必要がある。30℃/s未満では、十分なマルテンサイト面積率が得られない。マルテンサイト変態を促進させるためには、冷却速度を速くすることが好ましいが、板厚や設備による制約があるので、上限を200℃/s以下としてもよい。冷却速度は、熱間圧延後の鋼板の表面の温度変化を測定し、水冷開始前の表面温度と水冷停止直後の表面温度との差を、冷却に要した時間で除して算出する。
(Cooling rate of accelerated cooling: 30 to 200 ° C./s)
In accelerated cooling performed subsequent to hot rolling, martensite is generated. The cooling rate of accelerated cooling needs to be 30 ° C./s or more in order to increase the area ratio of martensite. If it is less than 30 ° C./s, a sufficient martensite area ratio cannot be obtained. In order to promote martensitic transformation, it is preferable to increase the cooling rate, but the upper limit may be set to 200 ° C./s or less because of restrictions on the plate thickness and equipment. The cooling rate is calculated by measuring the temperature change of the surface of the steel sheet after hot rolling, and dividing the difference between the surface temperature before the start of water cooling and the surface temperature immediately after the stop of water cooling by the time required for cooling.

(加速冷却の停止温度:Mf(℃)以下かつ300℃未満)
本発明者らは、焼入れ性及び加速冷却の停止温度と金属組織及び破断伸びとの関係について検討を行った。ここで、熱間圧延後、鋼板を急冷する場合、マルテンサイト変態が開始する温度Ms(℃)は下記(式3)で求められる。また、マルテンサイト変態が終了する温度Mf(℃)は、Ms(℃)よりも約150℃低い温度であり、下記(式4)で求められる。下記(式3)の[C]、[Mn]、[V]、[Cr]、[Ni]、[Cu]、[Mo]、[Al]は各元素の含有量(質量%)であり、その元素を含まない場合は0として計算する。
(Accelerated cooling stop temperature: Mf (° C) or less and less than 300 ° C)
The present inventors examined the relationship between hardenability and accelerated cooling stop temperature, metal structure, and elongation at break. Here, when the steel sheet is rapidly cooled after hot rolling, the temperature Ms (° C.) at which martensitic transformation starts is obtained by the following (formula 3). Further, the temperature Mf (° C.) at which the martensitic transformation is completed is a temperature lower by about 150 ° C. than Ms (° C.), and is obtained by the following (formula 4). [C], [Mn], [V], [Cr], [Ni], [Cu], [Mo], and [Al] in the following (Formula 3) are the contents (mass%) of each element, When the element is not included, it is calculated as 0.

Ms=550−361×[C]−39×[Mn]−35×[V]−20×[Cr]−17×[Ni]−10×[Cu]−5×[Mo]+30×[Al] ・・・ (式3)
Mf=Ms−150 ・・・ (式4)
Ms = 550-361 × [C] −39 × [Mn] −35 × [V] −20 × [Cr] −17 × [Ni] −10 × [Cu] −5 × [Mo] + 30 × [Al] ... (Formula 3)
Mf = Ms−150 (Formula 4)

金属組織をマルテンサイトにするためには、少なくともMs(℃)以下の温度まで冷却することが必要であり、Mf(℃)以下の温度まで冷却(急冷)すると、金属組織の90%以上がマルテンサイトになる。ただし、冷却停止温度が300℃以上の場合、冷却が不安定になってマルテンサイトの一部がベイナイトとなる場合があるので、冷却停止温度はMf(℃)以下、かつ300℃未満とする。
加速冷却の停止温度は、上述のように、極めて重要であり、マルテンサイト変態が開始する温度Ms(℃)よりも低温で停止することが前提条件となる。そして、マルテンサイト変態が完了する温度Mf(℃)以下、かつ300℃未満まで加速冷却すると、金属組織は炭化物の生成が抑制されたマルテンサイト主体の組織となる。
In order to change the metal structure to martensite, it is necessary to cool to a temperature of at least Ms (° C.) or less, and when cooled (quenched) to a temperature of Mf (° C.) or less, 90% or more of the metal structure is martensite. Become a site. However, when the cooling stop temperature is 300 ° C. or higher, cooling may become unstable and part of martensite may be bainite. Therefore, the cooling stop temperature is set to Mf (° C.) or less and lower than 300 ° C.
As described above, the accelerated cooling stop temperature is extremely important, and it is a precondition that the accelerated cooling stop temperature is lower than the temperature Ms (° C.) at which the martensitic transformation starts. When accelerated cooling is performed to a temperature Mf (° C.) or less at which the martensite transformation is completed and less than 300 ° C., the metal structure becomes a martensite-based structure in which the formation of carbides is suppressed.

一方、加速冷却の停止温度がMs(℃)とMf(℃)との間(Ms−Mf間)である場合、高強度鋼板の延性は焼入れ性に影響される。即ち、焼入れ性を高めるとベイナイトの生成が抑制されることにともない、セメンタイト系の粗大な炭化物の生成が抑制され、破断伸びが向上し、ばらつきも小さくなる。   On the other hand, when the accelerated cooling stop temperature is between Ms (° C.) and Mf (° C.) (between Ms and Mf), the ductility of the high-strength steel plate is affected by the hardenability. That is, when the hardenability is increased, the generation of bainite is suppressed, the generation of cementite coarse carbides is suppressed, the elongation at break is improved, and the variation is reduced.

そして、加速冷却の停止温度Tcf及びMfと破断伸びとの関係、DI及びC量が破断伸びに及ぼす影響を定性的に整理すると、模式的に図1のように示すことができる。ここで、図1の縦軸は破断伸び(Total elongation)、横軸は加速冷却の停止温度Tcf、DIは上記(式1)で求められる焼入れ性の指標である。   Then, the relationship between the accelerated cooling stop temperatures Tcf and Mf and the elongation at break, and the influence of the DI and C amounts on the elongation at break can be schematically shown in FIG. Here, the vertical axis in FIG. 1 is the elongation at break (Total elongation), the horizontal axis is the stop temperature Tcf for accelerated cooling, and DI is an index of the hardenability obtained by the above (Equation 1).

図1のグラフに示すように、加速冷却の停止温度Tcfが低下するとマルテンサイト変態が促進され、ベイナイトの生成が抑制されるため、破断伸びは向上し、TcfがMf以下になると破断伸びは一定になる。TcfがMf以下になると、破断伸びはC含有量によってほぼ決まり、C含有量の低減によって、破断伸びは向上する。
一方、加速冷却の停止温度TcfがMs−Mf間である場合は、Tcfの低下とともに破断伸びが向上するが、このとき焼入れ性を高めるために合金元素を添加すると、DIが増加してベイナイトの生成が抑制され、粗大な炭化物の生成が抑制されることで破断伸びが向上する。
As shown in the graph of FIG. 1, when the accelerated cooling stop temperature Tcf is lowered, martensitic transformation is promoted and the formation of bainite is suppressed, so that the breaking elongation is improved, and when the Tcf is Mf or less, the breaking elongation is constant. become. When Tcf is less than or equal to Mf, the elongation at break is almost determined by the C content, and the elongation at break improves as the C content decreases.
On the other hand, when the accelerated cooling stop temperature Tcf is between Ms and Mf, the elongation at break increases with a decrease in Tcf. At this time, when an alloying element is added to improve the hardenability, DI increases and bainite Generation | occurrence | production is suppressed and breaking elongation improves by the production | generation of a coarse carbide | carbonized_material being suppressed.

加速冷却の停止温度の下限は特に制限されるものではなく、室温まで加速冷却してもよい。転位に炭素原子を固着させるなどの作用によって降伏強度を高めるには、加速冷却の停止温度は100℃以上が好ましい。
加速冷却の停止後は、焼き戻しなどの調質熱処理を施さずにそのまま、室温まで放冷する。
The lower limit of the accelerated cooling stop temperature is not particularly limited, and accelerated cooling may be performed to room temperature. In order to increase the yield strength by an action such as fixing carbon atoms to dislocations, the stop temperature of accelerated cooling is preferably 100 ° C. or higher.
After stopping the accelerated cooling, it is allowed to cool to room temperature without any tempering heat treatment such as tempering.

以下、本発明の実施例について説明する。以下に示す実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。また本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得る。   Examples of the present invention will be described below. The conditions in the following examples are one condition example adopted to confirm the feasibility and effects of the present invention, and the present invention is not limited to this one condition example. The present invention can adopt various conditions as long as the object of the present invention is achieved without departing from the gist of the present invention.

表1に示す化学成分(残部はFe及び不純物)を溶製して得られた鋼片を、表2に示す製造条件によって板厚4.5〜20mmの鋼板とした。「加熱温度」とは鋼片の再加熱温度、「圧延終了温度」とは熱間圧延の終了温度、「水冷開始温度」とは加速冷却(水冷)開始時の鋼板の表面温度、「冷却速度」とはAr3(℃)〜加速冷却停止温度までの温度範囲での、板厚中心部における平均冷却速度、「水冷停止温度」とは水冷停止時の鋼板の表面温度を表す。鋼板の表面温度は放射温度計によって測定し、「冷却速度」は、表面温度から熱伝導計算によって板厚中心部の温度を求めて算出した。いずれの鋼板にも焼戻しは行わなかった。
得られた鋼板の、金属組織、機械特性(降伏強度、引張強度、破断伸び、靭性、継手強度)について評価した。
Steel pieces obtained by melting the chemical components shown in Table 1 (the balance being Fe and impurities) were made into steel plates having a thickness of 4.5 to 20 mm according to the manufacturing conditions shown in Table 2. “Heating temperature” is the reheating temperature of the steel slab, “Rolling end temperature” is the end temperature of hot rolling, “Water cooling start temperature” is the surface temperature of the steel plate at the start of accelerated cooling (water cooling), “Cooling rate” "" Means the average cooling rate at the central part of the plate thickness in the temperature range from Ar3 (° C) to the accelerated cooling stop temperature, and "water cooling stop temperature" represents the surface temperature of the steel plate when water cooling is stopped. The surface temperature of the steel plate was measured with a radiation thermometer, and the “cooling rate” was calculated by obtaining the temperature at the center of the plate thickness from the surface temperature by heat conduction calculation. None of the steel sheets was tempered.
The obtained steel sheet was evaluated for the metal structure and mechanical properties (yield strength, tensile strength, elongation at break, toughness, joint strength).

金属組織の判別及びマルテンサイト及びベイナイトの面積率の測定は以下の方法で行った。
鋼板の断面を鏡面研磨した後、1/4t部付近における圧延方向に平行な断面を、ナイタール腐食し、光学顕微鏡を用いて500倍で、120μm×100μmの範囲の2視野を撮影し、針状のラス構造が発達した組織の面積率を測定した。また、その針状組織について、鋼板の断面を電解研磨した後、鋼板断面の1/4t部付近を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した。ここで倍率は5000倍であり、50μm×40μmの範囲を撮影した。セメンタイトの長軸方向が、ブロック内に2方向以上に配向している場合、針状組織は、マルテンサイトであるとし、当該領域の面積率を求めた。光学顕微鏡における針状組織面積率と、SEMにおけるマルテンサイトの面積率との積を、その鋼種のマルテンサイトの面積率とした。また、マルテンサイト以外の針状組織をベイナイトとした。
なお、上記の走査型電子顕微鏡による組織観察において、セメンタイトの長軸方向が、ブロック内に2方向以上に配向していることが、明確が判別できない場合には、光学顕微鏡で針状のラス構造が発達した組織の面積率を、マルテンサイトとベイナイトとの合計の面積率とした。
マルテンサイト及びベイナイトの合計の面積率が、99%以上、または、マルテンサイトが明確に判断できる場合にはマルテンサイト面積率が90%以上であることを目標値に設定した。
表3中に記載の「マルテンサイト及びベイナイト」以外の組織(残部)は、フェライト、パーライト、ベイナイト、残留オーステナイトの1種又は2種以上であった。
The determination of the metal structure and the measurement of the area ratio of martensite and bainite were performed by the following methods.
After mirror polishing the cross section of the steel plate, the cross section parallel to the rolling direction in the vicinity of the 1/4 t portion is corroded by nital, and two optical fields of 120 μm × 100 μm are photographed with an optical microscope at a magnification of 500 times, and are needle-shaped. The area ratio of the tissue in which the lath structure was developed was measured. Moreover, about the acicular structure, after carrying out the electrolytic polishing of the cross section of a steel plate, the 1/4 t part vicinity of the steel plate cross section was observed with the scanning electron microscope (SEM). Here, the magnification was 5000 times, and a range of 50 μm × 40 μm was photographed. When the long axis direction of cementite is oriented in two or more directions in the block, the acicular structure is assumed to be martensite, and the area ratio of the region was obtained. The product of the needle-like structure area ratio in the optical microscope and the martensite area ratio in the SEM was defined as the martensite area ratio of the steel type. Moreover, the acicular structure other than martensite was used as bainite.
In the above-mentioned structure observation with a scanning electron microscope, when it is impossible to clearly determine that the long axis direction of cementite is oriented in two or more directions in the block, a needle-like lath structure is observed with an optical microscope. The area ratio of the structure in which the developed was defined as the total area ratio of martensite and bainite.
The total area ratio of martensite and bainite was 99% or more, or when the martensite can be clearly determined, the martensite area ratio was set to 90% or more as a target value.
The structure (remainder) other than “martensite and bainite” described in Table 3 was one or more of ferrite, pearlite, bainite, and retained austenite.

更に、鋼板の断面を電解研磨した後、鋼板断面の1/4t部付近を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察し、セメンタイトの個数密度を測定した。具体的には、鋼板の断面を電解研磨した後、鋼板断面の1/4t部付近を倍率を5000倍として、走査型電子顕微鏡(SEM)で、50μm×40μmの範囲を撮影した。得られた画像のコントラストから、画像解析ソフトを用い、アスペクト比が2.0以上であり、長軸方向の長さが0.1μm以上の析出物を、セメンタイトであるとして個数をカウントした。同様に、アスペクト比が2.0以上であり、長軸方向の長さが1.0μm以上であるセメンタイトの個数をカウントした。そして、得られた1.0μm以上の析出物の数を、0.1μm以上のメンタイト個数で除することにより、1.0μm以上のセメンタイト個数分率(%)を求めた。なお、1.0μm以上のセメンタイト個数分率が5%以下であれば良好であると判断した。   Furthermore, after electrolytically polishing the cross section of the steel sheet, the vicinity of a 1/4 t portion of the cross section of the steel sheet was observed with a scanning electron microscope (SEM), and the number density of cementite was measured. Specifically, after the cross section of the steel plate was electrolytically polished, the range of 50 μm × 40 μm was photographed with a scanning electron microscope (SEM) at a magnification of 5,000 in the vicinity of a ¼ t portion of the cross section of the steel plate. From the contrast of the obtained image, using image analysis software, the number of precipitates having an aspect ratio of 2.0 or more and a length in the major axis direction of 0.1 μm or more was counted as being cementite. Similarly, the number of cementite having an aspect ratio of 2.0 or more and a length in the major axis direction of 1.0 μm or more was counted. Then, by dividing the number of the obtained precipitates of 1.0 μm or more by the number of mentites of 0.1 μm or more, a cementite number fraction (%) of 1.0 μm or more was obtained. In addition, it was judged that the cementite number fraction of 1.0 μm or more was 5% or less.

さらに、旧オーステナイト粒のアスペクト比について測定した。具体的には、1/4t部付近における圧延方向に平行な断面を、ナイタールで腐食し、光学顕微鏡で倍率を500倍とし、120μm×100μmの範囲の2視野を撮影し、得られた画像から、少なくとも50個以上の旧オーステナイト粒について、長軸の長さと短軸の長さとを測定し、長軸長さを短軸長さで除してそれぞれの粒についてアスペクト比を求めた。そして、これらの旧オーステナイト粒のアスペクト比の平均値を求め、旧オーステナイト粒のアスペクト比とした。なお、旧オーステナイト粒のアスペクト比が2.0以上であれば良好であると判断した。   Furthermore, the aspect ratio of prior austenite grains was measured. Specifically, the cross section parallel to the rolling direction in the vicinity of the 1/4 t part is corroded with nital, the magnification is 500 times with an optical microscope, and two fields of view in the range of 120 μm × 100 μm are photographed, and from the obtained image The major axis length and minor axis length of at least 50 prior austenite grains were measured, and the major axis length was divided by the minor axis length to determine the aspect ratio for each grain. And the average value of the aspect-ratio of these prior austenite grains was calculated | required, and it was set as the aspect-ratio of prior austenite grains. In addition, it was judged that it was favorable if the aspect ratio of the prior austenite grains was 2.0 or more.

更に鋼板から試験片(全厚)を採取し、引張強度、降伏強度、破断伸びをJIS Z 2241に準拠して測定した。また、−20℃、及び−40℃のシャルピー吸収エネルギーをJIS Z 2242に準拠して測定した。引張試験片は、長手方向を圧延方向と垂直にして採取した5号試験片(全厚)であり、降伏強度は0.2%耐力である。シャルピー試験片は、長手方向を圧延方向として板厚中心部から採取した、10×5mmのサブサイズである。
これらの試験の結果、降伏強度が885MPa以上、引張強度が950MPa以上、破断伸びが12%以上であり、−20℃での吸収エネルギー値(vE−20)が59J/cm以上である場合に機械特性が良好であると評価した。
Furthermore, a test piece (total thickness) was taken from the steel plate, and the tensile strength, yield strength, and elongation at break were measured according to JIS Z 2241. Further, Charpy absorbed energy at −20 ° C. and −40 ° C. was measured according to JIS Z 2242. The tensile test piece is a No. 5 test piece (total thickness) taken with the longitudinal direction perpendicular to the rolling direction, and the yield strength is 0.2% proof stress. The Charpy test piece is a 10 × 5 mm subsize sampled from the center of the plate thickness with the longitudinal direction as the rolling direction.
As a result of these tests, when the yield strength is 885 MPa or more, the tensile strength is 950 MPa or more, the elongation at break is 12% or more, and the absorbed energy value (vE- 20 ) at −20 ° C. is 59 J / cm 2 or more. The mechanical properties were evaluated as good.

機械特性が良好であった鋼板(鋼板番号1〜16)、及びPcmが0.189%未満の鋼板番号32を用いて溶接継手を作製した。
溶接方法はMAG溶接とし、溶接入熱は、7.0kJ/cm、または10.0kJ/cmとした。入熱が7.0kJ/cmの場合は、溶接条件を、電流 280A、電圧 27V、溶接速度 65cm/minとし、10.0kJ/cmの場合は、電流 305A、電圧 29V、溶接速度 53cm/minとした。
溶接継手の引張強度(継手強度)は、JIS Z 3121に規定の引張試験で評価し、950MPa以上を良好と評価とした。
A welded joint was prepared using a steel plate (steel numbers 1 to 16) having good mechanical properties and a steel plate number 32 having a Pcm of less than 0.189%.
The welding method was MAG welding, and the welding heat input was 7.0 kJ / cm or 10.0 kJ / cm. When the heat input is 7.0 kJ / cm, the welding conditions are current 280 A, voltage 27 V, welding speed 65 cm / min, and when 10.0 kJ / cm, current 305 A, voltage 29 V, welding speed 53 cm / min. did.
The tensile strength (joint strength) of the welded joint was evaluated by a tensile test specified in JIS Z 3121, and 950 MPa or more was evaluated as good.

以上の評価結果を表3に示す。なお、表3中において、下線を付した数値は、その値が本発明外であるか、または目標の特性が得られていないことを示している。   The above evaluation results are shown in Table 3. In Table 3, an underlined numerical value indicates that the value is outside the scope of the present invention, or the target characteristics are not obtained.

鋼板番号1〜16は本発明例であり、優れた強度、延性、靭性が得られている。また、継手強度も950MPa以上が得られている。さらに、Mo/Crが0.20以上の例については、−40℃の試験温度でも優れた靭性が得られている。
一方、鋼板番号17〜35は、比較例であり、降伏強度、引張強度、破断伸び、vE−20の1つ以上が目標を満足していない。
鋼板番号17、26、29は、それぞれ、C量またはMn量が少ないため、強度が低下している。鋼板番号26、29については、マルテンサイト分率も十分でなかった。
また、鋼板番号20は、Mn量が少なく、焼入れ性も低かったので、マルテンサイト以外にフェライトおよびベイナイトが生成してしまい、マルテンサイトの生成量が本発明の範囲を満足せず、結果、強度が大幅に低かった。
鋼板番号18、19、21、22、23、27、28、30は、それぞれ、C量、Si量、Mn量、Cr量、またはMo量が過剰であり、延性及び靱性が低かった。
鋼板番号24は、圧延終了温度及び水冷開始温度が低かったことに起因して、マルテンサイト以外に加工フェライトが生成してしまい、マルテンサイト分率が本発明の範囲を満足せず、その結果、強度が低かった。
また、鋼板番号33は、水冷開始温度が低かったことに起因して、マルテンサイト以外に加工フェライトが生成してしまい、マルテンサイト分率が本発明の範囲を満足せず、その結果、強度が低かった。
鋼板番号25、34は水冷停止温度が高く、未変態オーステナイトがベイナイト変態したので、マルテンサイト分率が低かった。また、このベイナイトに起因して生成した粗大な炭化物(セメンタイト)を起点としたボイドの過剰な生成によって、破断伸びが低くなった。また、鋼板番号34では降伏強度も低かった。
鋼板番号31は、Cr及びMoの含有量が高く、DIが高すぎたので、靭性、破断伸びが低かった。
鋼板番号32は、Pcmが低かったので、継手強度が950MPaを下回った。
鋼板番号35は、未再結晶域での圧下率が低く、旧オーステナイト粒のアスペクト比が2.0未満であったので、靭性が低かった。
Steel plate numbers 1 to 16 are examples of the present invention, and excellent strength, ductility, and toughness are obtained. Also, the joint strength is 950 MPa or more. Furthermore, in the case where Mo / Cr is 0.20 or more, excellent toughness is obtained even at a test temperature of −40 ° C.
On the other hand, steel plate numbers 17 to 35 are comparative examples, and one or more of yield strength, tensile strength, breaking elongation, and vE- 20 do not satisfy the target.
Steel plates Nos. 17, 26, and 29 have low strength because they each have a small amount of C or Mn. For steel plate numbers 26 and 29, the martensite fraction was not sufficient.
Steel plate No. 20 had a small amount of Mn and low hardenability, so ferrite and bainite were generated in addition to martensite, and the amount of martensite generated did not satisfy the scope of the present invention, resulting in strength. Was significantly lower.
Steel plate numbers 18, 19, 21, 22, 23, 27, 28, and 30 had excessive amounts of C, Si, Mn, Cr, or Mo, respectively, and had low ductility and toughness.
Steel plate number 24, due to the fact that the rolling end temperature and the water cooling start temperature were low, processed ferrite was generated in addition to martensite, and the martensite fraction did not satisfy the scope of the present invention. The strength was low.
Steel plate No. 33 had a low water cooling start temperature, so that processed ferrite was generated in addition to martensite, and the martensite fraction did not satisfy the scope of the present invention. It was low.
Steel plates Nos. 25 and 34 had a high water cooling stop temperature, and the untransformed austenite was bainite transformed, so the martensite fraction was low. Moreover, the elongation at break was lowered by the excessive generation of voids starting from coarse carbide (cementite) generated due to the bainite. Moreover, the yield strength was also low in the steel plate number 34.
Steel plate number 31 had high Cr and Mo contents and DI was too high, so the toughness and elongation at break were low.
Steel plate number 32 had a low Pcm, so the joint strength was below 950 MPa.
Steel plate number 35 had a low rolling reduction in the non-recrystallized region, and the aspect ratio of the prior austenite grains was less than 2.0, so the toughness was low.

本発明によれば、降伏強度が885MPa以上、引張強度が950MPa以上であり、かつ、破断伸びが12%以上の高強度鋼板を、高価な合金元素を多量に含有することなく提供することができる。また、この鋼板は、−20℃でのシャルピー吸収エネルギーが59J/cm以上の優れた靭性を示す。そのため、産業上有用である。According to the present invention, a high-strength steel sheet having a yield strength of 885 MPa or more, a tensile strength of 950 MPa or more, and a breaking elongation of 12% or more can be provided without containing a large amount of expensive alloy elements. . Further, this steel sheet exhibits excellent toughness with Charpy absorbed energy at −20 ° C. of 59 J / cm 2 or more. Therefore, it is useful industrially.

金属組織の判別及びマルテンサイト及びベイナイトの面積率の測定は以下の方法で行った。
鋼板の断面を鏡面研磨した後、1/4t部付近における圧延方向に平行な断面を、ナイタール腐食し、光学顕微鏡を用いて500倍で、120μm×100μmの範囲の2視野を撮影し、針状のラス構造が発達した組織の面積率を測定した。また、その針状組織について、鋼板の断面を電解研磨した後、鋼板断面の1/4t部付近を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した。ここで倍率は5000倍であり、50μm×40μmの範囲を撮影した。セメンタイトの長軸方向が、ブロック内に2方向以上に配向している場合、針状組織は、マルテンサイトであるとし、当該領域の面積率を求めた。光学顕微鏡における針状組織面積率と、SEMにおけるマルテンサイトの面積率との積を、その鋼種のマルテンサイトの面積率とした。また、マルテンサイト以外の針状組織をベイナイトとした。
なお、上記の走査型電子顕微鏡による組織観察において、セメンタイトの長軸方向が、ブロック内に2方向以上に配向していることが、明確が判別できない場合には、光学顕微鏡で針状のラス構造が発達した組織の面積率を、マルテンサイトとベイナイトとの合計の面積率とした。
マルテンサイト及びベイナイトの合計の面積率が、99%以上、または、マルテンサイトが明確に判断できる場合にはマルテンサイト面積率が90%以上であることを目標値に設定した。
表3中に記載の「マルテンサイト及びベイナイト」以外の組織(残部)は、フェライト、パーライト、残留オーステナイトの1種又は2種以上であった。
The determination of the metal structure and the measurement of the area ratio of martensite and bainite were performed by the following methods.
After mirror polishing the cross section of the steel plate, the cross section parallel to the rolling direction in the vicinity of the 1/4 t portion is corroded by nital, and two optical fields of 120 μm × 100 μm are photographed with an optical microscope at a magnification of 500 times, and are needle-shaped. The area ratio of the tissue in which the lath structure was developed was measured. Moreover, about the acicular structure, after carrying out the electrolytic polishing of the cross section of a steel plate, the 1/4 t part vicinity of the steel plate cross section was observed with the scanning electron microscope (SEM). Here, the magnification was 5000 times, and a range of 50 μm × 40 μm was photographed. When the long axis direction of cementite is oriented in two or more directions in the block, the acicular structure is assumed to be martensite, and the area ratio of the region was obtained. The product of the needle-like structure area ratio in the optical microscope and the martensite area ratio in the SEM was defined as the martensite area ratio of the steel type. Moreover, the acicular structure other than martensite was used as bainite.
In the above-mentioned structure observation with a scanning electron microscope, when it is impossible to clearly determine that the long axis direction of cementite is oriented in two or more directions in the block, a needle-like lath structure is observed with an optical microscope. The area ratio of the structure in which the developed was defined as the total area ratio of martensite and bainite.
The total area ratio of martensite and bainite was 99% or more, or when the martensite can be clearly determined, the martensite area ratio was set to 90% or more as a target value.
Table 3 other than "martensite and bainite" described in the tissue (the remainder) is ferrite, pearlite, it was one or more of residual austenite.

Claims (10)

化学組成が、質量%で、
C :0.050〜0.100%、
Si:0〜0.50%、
Mn:1.20〜1.70%、
P :0.020%以下、
S :0.0050%以下、
N :0〜0.0080%、
B :0.0003〜0.0030%、
Ti:0.003〜0.030%、
Nb:0.003〜0.050%、
Cr:0〜2.00%、
Mo:0〜0.90%、
Al:0〜0.100%、
Cu:0〜0.50%、
Ni:0〜0.50%、
V :0〜0.100%、
W:0〜0.50%、
Ca:0〜0.0030%、
Mg:0〜0.0030%、
REM:0〜0.0030%、
残部:Fe及び不純物、
であり、
Cr及びMoの一方又は両方を合計で0.20%以上含有し、かつ、前記Mo含有量が0.50%超であるときは、前記Cr含有量が0.80%以下であり、
下記式1で求められるDIが2.0〜7.8であり、
下記式2で求められるPcmが0.189%以上であり、
金属組織が面積率の合計で99%以上の、マルテンサイト及びベイナイトのうち1種または2種を含み、
旧オーステナイト粒のアスペクト比が2.0以上であり、
長軸方向の長さが1.0μm以上であるセメンタイトの、前記長軸方向の長さが0.1μm以上であるセメンタイトに対する個数分率が、5%以下であり、
板厚が4.5mm〜20mmであり、
降伏強度が885MPa以上、引張強度が950MPa以上、破断伸びが12%以上であり、−20℃でのシャルピー吸収エネルギーが59J/cm以上である
ことを特徴とする高強度鋼板。
DI=[C]0.5×{0.34×(1+0.64×[Si])×(1+4.1×[Mn])×(1+0.27×[Cu])×(1+0.52×[Ni])×(1+2.33×[Cr])×(1+3.14×[Mo])}×1.2 ・・・ (式1)
Pcm=[C]+[Si]/30+[Mn]/20+[Cu]/20+[Ni]/60+[Cr]/20+[Mo]/15+[V]/10+5×[B]・・・ (式2)
ただし、前記式1及び前記式2中の[C]、[Si]、[Mn]、[Cu]、[Ni]、[Cr]、[Mo]、[V]、[B]は各元素の質量%での含有量であり、含まない場合は0として計算する。
Chemical composition is mass%,
C: 0.050 to 0.100%,
Si: 0 to 0.50%,
Mn: 1.20 to 1.70%,
P: 0.020% or less,
S: 0.0050% or less,
N: 0 to 0.0080%,
B: 0.0003 to 0.0030%,
Ti: 0.003-0.030%,
Nb: 0.003 to 0.050%,
Cr: 0 to 2.00%
Mo: 0-0.90%
Al: 0 to 0.100%,
Cu: 0 to 0.50%,
Ni: 0 to 0.50%,
V: 0 to 0.100%,
W: 0 to 0.50%,
Ca: 0 to 0.0030%,
Mg: 0 to 0.0030%,
REM: 0 to 0.0030%,
Balance: Fe and impurities,
And
When the total content of one or both of Cr and Mo is 0.20% or more and the Mo content is more than 0.50%, the Cr content is 0.80% or less,
DI calculated | required by following formula 1 is 2.0-7.8,
Pcm calculated | required by following formula 2 is 0.189% or more,
Including one or two of martensite and bainite having a metal structure with a total area ratio of 99% or more,
The aspect ratio of the prior austenite grains is 2.0 or more,
The number fraction of cementite having a length in the major axis direction of 1.0 μm or more with respect to cementite having a length in the major axis direction of 0.1 μm or more is 5% or less,
The plate thickness is 4.5 mm to 20 mm,
A high strength steel plate having a yield strength of 885 MPa or more, a tensile strength of 950 MPa or more, a breaking elongation of 12% or more, and a Charpy absorbed energy at -20 ° C of 59 J / cm 2 or more.
DI = [C] 0.5 × {0.34 × (1 + 0.64 × [Si]) × (1 + 4.1 × [Mn]) × (1 + 0.27 × [Cu]) × (1 + 0.52 × [ Ni]) × (1 + 2.33 × [Cr]) × (1 + 3.14 × [Mo])} × 1.2 (Formula 1)
Pcm = [C] + [Si] / 30 + [Mn] / 20 + [Cu] / 20 + [Ni] / 60 + [Cr] / 20 + [Mo] / 15 + [V] / 10 + 5 × [B] (formula 2)
However, [C], [Si], [Mn], [Cu], [Ni], [Cr], [Mo], [V], and [B] in Formula 1 and Formula 2 are the values of each element. It is a content in mass%, and when not including, it calculates as 0.
前記金属組織が面積率で90%以上のマルテンサイトを含むことを特徴とする請求項1に記載の高強度鋼板。   The high-strength steel sheet according to claim 1, wherein the metal structure includes martensite having an area ratio of 90% or more. 質量%で、
Cu:0〜0.25%、
であることを特徴とする請求項1または2に記載の高強度鋼板。
% By mass
Cu: 0 to 0.25%,
The high-strength steel sheet according to claim 1 or 2, wherein
質量%で、
Ni:0〜0.25%、
であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の高強度鋼板。
% By mass
Ni: 0 to 0.25%,
The high-strength steel sheet according to any one of claims 1 to 3, wherein the steel sheet is high-strength steel sheet.
質量%で、
V:0〜0.050%、
であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の高強度鋼板。
% By mass
V: 0 to 0.050%,
The high-strength steel sheet according to any one of claims 1 to 4, wherein
質量%で、
W:0〜0.05%、
であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の高強度鋼板。
% By mass
W: 0 to 0.05%,
The high-strength steel sheet according to any one of claims 1 to 5, wherein the steel sheet has high strength.
前記板厚が4.5mm〜15mmであることを特徴とする請求項1〜6のいずか一項に記載の高強度鋼板。   The said plate | board thickness is 4.5 mm-15 mm, The high strength steel plate as described in any one of Claims 1-6 characterized by the above-mentioned. 前記Mo含有量を[Mo]、前記Cr含有量を[Cr]としたとき、[Mo]/[Cr])が0.20以上であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の高強度鋼板。   The [Mo] / [Cr]) is 0.20 or more when the Mo content is [Mo] and the Cr content is [Cr]. The high-strength steel sheet according to item. −40℃でのシャルピー吸収エネルギーが59J/cm以上であることを特徴とする請求項8に記載の高強度鋼板。The high-strength steel sheet according to claim 8, wherein Charpy absorbed energy at −40 ° C. is 59 J / cm 2 or more. 前記Pcmが0.196%以上であることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の高強度鋼板。   The high-strength steel sheet according to any one of claims 1 to 9, wherein the Pcm is 0.196% or more.
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