TW202009314A - 鋼板及其製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供板厚中心部之收縮特性優異之高Mn鋼板。 　　該鋼板含有C：0.20%以上0.70%以下，Si：0.05%以上1.0%以下，Mn：15%以上35%以下，Al：0.1%以下，Cr：8.0%以下，N：0.0010%以上0.0500%以下，P：0.03%以下及S：0.005%以下，且其餘部分為Fe及不可避免雜質之成分組成，拉伸強度為600MPa以上且於-196℃之吸收能為27J以上進而板厚方向之收縮值為30%以上。

Description

鋼板及其製造方法

本發明有關可較好地供於液化氣體儲槽用槽等之在極低溫環境使用之構造用鋼，尤其是板厚中心部特性優異之鋼板及其製造方法。

液化氣體儲存槽用槽等之構造物，由於其使用環境成為極低溫，故於該構造物使用熱軋鋼板時，不僅要求該鋼板之強度優異，亦要求在極低溫之韌性優異。例如，液化天然氣之儲槽所用之熱軋鋼板有必要確保在比液化天然氣之沸點即-164℃更低溫度區域下之優異韌性。極低溫儲存槽用構造物所用之鋼板的低溫韌性較差時，由於有無法維持作為該極低溫儲存槽用構造物之安全性之虞，故對於所適用之鋼板強烈要求低溫韌性之提高。

對於此要求，以往係使用具有在極低溫未顯示脆性之奧氏體(austenite)組織之奧斯體系不鏽鋼鋼板或9%Ni鋼板、或5000系鋁合金。然而，上述金屬材料由於合金成本或製造成本高，故對於便宜且極低溫韌性優異之鋼板有需求。因此，作為替代以往之極低溫用鋼的新鋼板，已檢討大量添加比較便宜之奧氏體安定化元素即Mn而作成奧氏體組織，將高Mn鋼適用作為極低溫環境之構造用鋼板。

例如，專利文獻1中，揭示藉由添加Mn 15~ 35%、Cu：5%以下，進而適量添加C與Cr，而被削性及熔熱熱影響部之於-196℃的夏比衝擊特性經改善的鋼材。

又，專利文獻2中揭示添加C：0.25~0.75%，Si：0.05~1.0%，Mn：超過20%且35%以下，Ni：0.1%以上且未達7.0%，Cr：0.1%以上且未達8.0%之低溫韌性經改善之高Mn鋼材。

進而，專利文獻3中揭示含有C：0.001~ 0.80%，Mn：15~35%，且藉由添加Cr、Ti、Si、Al、Mg、Ca、REM之元素，而改善了母材及熔接部之極低溫韌性及之高Mn鋼材。 [先前技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本特表2015-508452號公報 　　專利文獻2：日本特開2016-84529號公報 　　專利文獻3：日本特開2016-196703號公報

[發明欲解決之課題]

高Mn鋼由於與一般碳鋼相比為高合金，故熔點低，而且熔點附近之黏性高，因此與碳鋼相比，有容易產生粗大鑄造缺陷之特徵。因此，製品中若殘存鑄造缺陷，則以十字接頭等而於鋼板的板厚方向作用拉伸應力時，有於製品產生斷裂導致構造物崩壞之虞。

然而，專利文獻1、2及3所記載之鋼材，並未提及基於為了達成強度及低溫韌性之製造成本的觀點及上述之奧氏體鋼材使用時之構造物的安全性之觀點而變的重要的板厚中心部的收縮特性，尚有檢討餘地。

本發明係鑒於該問題，目的在於提供板厚中心部之收縮特性優異之高Mn鋼板。 [用以解決課題之手段]

本發明人等為解決上述課題，以高Mn鋼為對象，關於鋼板之成分組成或製造方法等進行積極研究，最終獲得以下見解。 　　(i)藉由以高Mn鋼為基礎，將S含量抑制於0.005%以下，可減低MnS之生成量，並改善板厚方向之拉伸特性。 　　(ii)進而，於加工熱軋中，藉由以壓下比3以上進行軋製，而使鑄造缺陷無害化，且於最終3次中之至少2次中，將每1次之壓下率設為10%以上，而實現鋼板全體之整粒化，抑制異常粗大粒之殘存，可改善板厚方向之拉伸特性。

本發明係基於以上見解加以進一步檢討而完成者，其要點如下。 　　1. 一種鋼板，其以質量%計，含有 　　C：0.20%以上0.70%以下， 　　Si：0.05%以上1.0%以下， 　　Mn：15%以上35%以下， 　　Al：0.1%以下， 　　Cr：8.0%以下， 　　N：0.0010%以上0.0500%以下， 　　P：0.03%以下及 　　S：0.005%以下， 　　且具有其餘部分為Fe及不可避免雜質之成分組成，拉伸強度為600MPa以上且於-196℃之吸收能為27J以上進而板厚方向之收縮值為30%以上。

此處，板厚方向之收縮值可藉由根據JIS Z3199之試驗而測定。

2. 如前述1之鋼板，其中前述成分組成進而以質量%計含有選自下述之1種或2種以上： 　　Nb：0.003%以上0.030%以下， 　　V：0.01%以上0.10%以下， 　　Ti：0.003%以上0.040%以下及 　　B：0.0003%以上0.0100%以下。

3. 如前述1或2之鋼板，其中前述成分組成進而以質量%計含有選自下述之1種或2種以上： 　　Cu：0.01%以上0.70%以下， 　　Ni：0.01%以上0.50%以下， 　　Sn：0.01%以上0.30%以下， 　　Sb：0.01%以上0.30%以下， 　　Mo：0.05%以上2.0%以下及 　　W：0.05%以上2.0%以下。

4. 如前述1、2或3之鋼板，其中前述成分組成進而以質量%計含有選自下述之1種或2種以上： 　　Ca：0.0005%以上0.0050%以下， 　　Mg：0.0005%以上0.0100%以下及 　　REM：0.0010%以上0.0200%以下。

5. 一種鋼板之製造方法，其係製造如前述1至4中任一項之鋼板，且將鋼材加熱至1000℃以上1300℃以下後，以壓下比：3以上且最終3次中之至少2次之壓下率為每1次10%以上進行熱軋。 [發明效果]

依據本發明，可提供板厚中心部之收縮特性優異之鋼板。而且，本發明之鋼板若適用於液化氣體儲存槽用槽等之在極低溫環境下使用之鋼構造物，則大有助於該構造物之安全性提高，帶來產業上格外之效果。且，與既有材料相比由於較便宜，故亦具有經濟性優異之優點。

以下，針對本發明之鋼板具體加以說明。又，本發明不限定於以下實施形態。 [成分組成] 　　首先，針對本發明鋼板之成分組成及其限定理由加以說明。又，表示成分組成之「%」只要未特別限定，則意指「質量%」。

C：0.20%以上0.70%以下 　　C對於高強度化有效，進而係便宜的奧氏體安定化元素，且係用以獲得奧氏體組織之重要元素。為了獲得該效果，C有必要含有0.20%以上。另一方面，若含有超過0.70%，則會偏析於板厚中心部，由於促進Cr碳化物及Nb、V、Ti系碳化物之過度析出，故使低溫韌性降低並且使收縮值降低。因此，C設為0.20%以上0.70%以下。較好設為0.25%以上0.60%以下。

Si：0.05%以上1.0%以下 　　Si係作為脫氧材發揮作用，不僅為製鋼上必要，而且藉由固熔於鋼而固熔強化，具有使鋼板高強度化之效果。為了獲得此等效果，Si必須含有0.05%以上。另一方面，若含有超過1.0%，則熔接性及表面性狀劣化。因此，將Si設為0.05%以上1.0%以下。較好設為0.07%以上0.5%以下。

Mn：15%以上35%以下 　　Mn係比較便宜的奧氏體安定化元素。本發明中，係用以兼具強度與極低溫韌性的重要元素。為了獲得其效果，Mn必須含有15%以上。另一方面，含有超過35%時，改善極低溫韌性之效果飽和，導致合金成本上升。且，熔接性、切斷性劣化。再者，助長偏析，引起極低溫韌性之降低或板厚方向拉伸特性之劣化、發生應力腐蝕龜裂。因此，Mn設為15%以上35%以下。較好設為18%以上28%以下之範圍。

Al：0.1%以下 　　Al係作為脫氧劑發揮作用，於鋼板之熔鋼脫氧製程中，最常廣泛使用。且，將鋼中之固熔N固定，形成AlN而具有抑制因固熔N減低所致之韌性劣化的效果。因此，較好以0.01%以上含有。另一方面，Al含有超過0.1%時，由於熔接時擴散於熔接金屬部，使熔接金屬之韌性劣化，故設為0.1%以下。較好設為0.07%以下。更好設為0.02%以上0.06%以下。

Cr：8.0%以下 　　Cr係高Mn鋼的低溫韌性及耐腐蝕性提高所必要之元素。另一方面Cr於軋製中有以氮化物、碳化物、碳氮化物等之形態析出之情況，由於因該等析出物之形成而成為腐蝕或破壞之起點而使低溫韌性降低，故將上限設為8.0%。較好Cr量設為1.0%以上6.0%以下，更好為1.5%以上5.5%以下之範圍。

N：0.0010%以上0.0500%以下 　　N係奧氏體安定化元素，係提高極低溫韌性之有效元素。且具有與Nb、V及Ti結合而作為氮化物或碳氮化物微細析出，作為擴散性氫之捕獲部位而抑制應力腐蝕龜裂之效果。為了獲得此等效果，N有必要含有0.0010%以上。另一方面，若含有超過0.0500%，則促進過量氮化物或碳氮化物之生成，不僅使固熔元素量降低且耐腐蝕性降低，亦使韌性降低。因此，N設為0.0010%以上0.0500%以下。較好N量設為0.0020%以上0.0200%以下。

P：0.03%以下 　　P若含有超過0.03%，則有偏析於粒界使粒界強度降低，成為破壞起點之情況。因此，將0.03%設為上限，期望儘可能減低。因此，P設為0.03%以下。由於P越少則特性越提高，故較好設為0.025%以下，更好設為0.020%以下。又，於抑制至未達0.0005%時，由於需要相當大的製鋼成本，故基於經濟性之觀點較好設為0.0005%以上。

S：0.005%以下 　　S由於於鋼中形成MnS使低溫韌性及鋼板方向拉伸時之收縮顯著劣化，故將0.005%設為上限，期望儘可能減低。較好設為0.002%以下。又，於抑制至未達0.0001%時，由於需要相當大的製鋼成本，故基於經濟性之觀點較好設為0.0001%以上。

上述成分以外之其餘部分係Fe及不可避免之雜質。作為不可避免雜質有Zr、As等。

本發明中，以進一步提高強度及低溫韌性為目的，除上述必須元素以外，可根據需要含有下述元素。 Nb：0.003%以上0.030%以下 　　Nb係提高鋼板強度之有效元素。為了獲得此等效果，較好以0.003%以上添加Nb。另一方面，含有超過0.030%時，有粗化碳氮化物析出，成為破壞起點而使板厚方向之拉伸特性劣化之情況。且，有使析出物粗大化，母材韌性劣化之情況。因此，含有Nb時，較好設為0.003%以上0.030%以下。更好設為0.005%以上，又更好設為0.007%以上。同樣地，更好設為0.025%以下，又更好設為0.022%以下。

V：0.01%以上0.10%以下 　　V係提高鋼板強度之有效元素。為了獲得此等效果，較好以0.01%以上含有V。另一方面，含有超過0.10%時，有粗化碳氮化物析出，成為破壞起點之情況。且，有使析出物粗大化，母材韌性劣化之情況。因此，含有V時，較好設為0.01%以上0.10%以下。更好設為0.02%以上，又更好設為0.03%以上。同樣地，更好設為0.09%以下，又更好設為0.08%以下。

Ti：0.003%以上0.040%以下 　　Ti係作為氮化物或碳氮化物析出，提高鋼板強度之有效元素。為了獲得此等效果，較好以0.003%以上含有Ti。另一方面，含有超過0.040%時，有使析出物粗大化，母材韌性劣化之情況。又，有粗化碳氮化物析出，成為破壞起點之情況。因此，含有Ti時，較好設為0.003%以上0.040%以下。更好設為0.005%以上，又更好設為0.007%以上。同樣地，更好設為0.035%以下，又更好設為0.032%以下。

B：0.0003%以上0.0100%以下。 　　B係提高奧氏體粒界強度之元素，係提高極低溫韌性之有效元素。為了獲得此等效果，較好以0.0003%以上含有B。另一方面，含有超過0.0100%時，會生成粗大之B析出物，使韌性降低。因此，較好將B設為0.0100%以下之範圍。更好設為0.0030%以下。

再者，本發明可根據需要含有下述元素。 　　Cu：0.01%以上0.70%以下，Ni：0.01%以上0.50%以下，Sn：0.01%以上0.30%以下，Sb：0.01%以上0.30%以下，Mo：0.05%以上2.0%以下，W：0.05%以上2.0%以下之1種或2種以上。

Cu、Ni、Sn、Sb、Mo及W係藉由與Cr複合添加，而提高高Mn鋼的耐腐蝕性之元素。 　　該效果於高Mn鋼中，上述任一元素與Cr共存時明顯化，於各自之上述下限值以上得以顯現。然而，任一元素均係超過上述上限值而較多含有時，會使熔接性或韌性劣化，且就成本觀點亦不利。

因此，Cu、Ni、Sn、Sb、Mo及W較好以上述範圍添加。更好Cu量為0.02%以上0.50%以下，Ni量為0.02%以上0.40%以下，Sn量為0.02%以上0.25%以下，Sb量為0.02%以上0.25%以下，Mo量為0.05%以上1.50%以下，W量為0.05%以上1.50%以下。

又再者，本發明中可根據需要含有下述元素。 　　Ca：0.0005%以上0.0050%以下，Mg：0.0005%以上0.0100%以下，REM：0.0010%以上0.0200%以下之1種或2種以上。

Ca、Mg及REM係控制MnS等之介隔物的形態上有用的元素，可根據需要含有。此處，所謂控制介隔物的形態，係指使經伸展的硫化物系介隔物作成粒狀介隔物。經由控制該介隔物之形態，可提高板厚方向之拉伸特性、韌性及耐硫化物應力腐蝕龜裂性。為了獲得此等效果，較好Ca及Mg含有0.0005%以上，REM含有0.0010%以上。

另一方面，任一元素以含有較多時，均有使非金屬介隔物量增加，反而使板厚中心部之特性降低之情況。因此，含有Ca時較好設為0.0050%以下，含有Mg時較好設為0.0100%以下，含有REM時較好設為0.0200%以下。更好Ca量設為0.0010%以上0.0040%以下，Mg量設為0.0010%以上0.0040%以下，REM量設為0.0020%以上0.0150%以下。

具有以上成分組成之鋼板，重要的是進而板厚方向之收縮值為30%以上。亦即，其理由為板厚方向之收縮值未達30%時，以例如十字熔接接頭部等發生破壞而顯著損及作為構造物之健全性之故。

其次，針對本發明之鋼板的製造方法加以說明。亦即，本發明之鋼板可藉由將具有上述成分組成之鋼材加熱至1000℃以上1300℃以下後，以壓下比：3以上且最終3次中之至少2次之壓下率為每1次10%以上進行熱軋而製造。 　　又，以下說明中，溫度「℃」意指板厚中心之溫度。

[鋼材的加熱溫度：1000℃以上1300℃以下] 　　將鋼材加熱至1000℃以上係謂了使組織中之析出物固熔，使結晶粒徑等均一化，作為加熱溫度設為1000℃以上1300℃以下。加熱溫度未達900℃時，由於析出物未充分固熔故無法獲得期望特性。又，1300℃以上之加熱除了因結晶粒徑之粗大化而使材質劣化以外，由於亦需要過多能量而使生產性降低，故加熱溫度上限設為1300℃。較好設為1050℃以上1250℃以下，更好為設為1100℃以上1250℃以下之範圍。

又，作為鋼材，除了連續鑄造鋼板材(slab)以外，亦可使用造塊鋼板材或鋼錠等之以常用方法製造之材料。

[熱軋時之壓下比：3以上] 　　熱軋之壓下比未達3時，難以藉由鑄造缺陷之壓著而抑制板厚方向之拉伸特性之降低。再者，藉由軋製促進再結晶而實現整粒化亦變不充分，殘存粗大奧氏體粒之結果，使強度及韌性等之特性劣化，因此將壓下比限定於3以上。較好壓下比4以上，更好壓下比5以上。又，壓下比之上限並無必要特別限定，但較好為50以下。其原因為壓下比超過50時，機械特性之異向性顯著變大之故。

此處，所謂熱軋之壓下比係以軋製材之板厚/軋製後之鋼板板厚加以定義。

[最終3次中之至少2次之壓下率為每1次10%以上] 　　最終決定鋼板材質之最終3次中，針對至少2次，藉由將每1次之壓下率設為10%以上，首先可使鑄造缺陷確實無害化，進而因實現鋼板全體之整粒化，而可抑制異常粗大粒之殘存，板厚方向之拉伸試驗的收縮值提高之結果，可確保30%以上之收縮值。

亦即，理由為限制最終3次中之至少2次之壓下率，可確實壓著鑄造缺陷之故。因此，較好最終3次之全部每次的壓下率各設為10%以上。另一方面，最終3次中之至少2次之壓下率未達10%時，殘存鑄造缺陷且板厚中心部之收縮值降低。又，壓下率上限並無必要特別限定，但基於軋製荷重等之設備限制較好設為30%。

[熱軋後之冷卻] 　　為了獲得鋼板強度及低溫韌性等必要特性，亦可實施熱軋後水冷等。 [實施例]

將表1所示之No.1~26的鋼熔製作成鋼板材後，藉由表2所示之製造條件作成板厚為30~50mm之鋼板。接著將所得試料No.1~30之鋼板供於下述所示之拉伸試驗。該拉伸試驗結果一併記載於表2。

板厚方向之拉伸試驗的收縮值係依據JIS G3199進行評價。試驗片形狀係使用A型試驗片。又，自距離鋼板表面之板厚的1/4深度位置(以下稱為1/4t部)採取之圓棒拉伸試驗片之拉伸強度係將使用自1/4t部採取之夏比試驗片於-196℃之夏比吸收能以3片之平均值而評價。

與本發明一致之本發明例(試料No.1~14)確認滿足收縮為30%以上。另一方面，偏離本發明範圍之比較例(試料No.15~30)係拉伸強度、吸收能及收縮之任一者以上在本發明之申請專利範圍以外，無法滿足上述目標性能。

Claims (5)

1. 一種鋼板，其以質量%計，含有 　　C：0.20%以上0.70%以下， 　　Si：0.05%以上1.0%以下， 　　Mn：15%以上35%以下， 　　Al：0.1%以下， 　　Cr：8.0%以下， 　　N：0.0010%以上0.0500%以下， 　　P：0.03%以下及 　　S：0.005%以下， 　　且具有其餘部分為Fe及不可避免雜質之成分組成，拉伸強度為600MPa以上且於-196℃之吸收能為27J以上進而板厚方向之收縮值為30%以上。
2. 如請求項1之鋼板，其中前述成分組成進而以質量%計含有選自下述之1種或2種以上： 　　Nb：0.003%以上0.030%以下， 　　V：0.01%以上0.10%以下， 　　Ti：0.003%以上0.040%以下及 　　B：0.0003%以上0.0100%以下。
3. 如請求項1或2之鋼板，其中前述成分組成進而以質量%計含有選自下述之1種或2種以上： 　　Cu：0.01%以上0.70%以下， 　　Ni：0.01%以上0.50%以下， 　　Sn：0.01%以上0.30%以下， 　　Sb：0.01%以上0.30%以下， 　　Mo：0.05%以上2.0%以下及 　　W：0.05%以上2.0%以下。
4. 2或3之鋼板，其中前述成分組成進而以質量%計含有選自下述之1種或2種以上： 　　Ca：0.0005%以上0.0050%以下， 　　Mg：0.0005%以上0.0100%以下及 　　REM：0.0010%以上0.0200%以下。
5. 一種鋼板之製造方法，其係製造如請求項1至4中任一項之鋼板，且將鋼材加熱至1000℃以上1300℃以下後，以壓下比：3以上且最終3次中之至少2次之壓下率為每1次10%以上進行熱軋。