WO2023166934A1 - 鋼板およびその製造方法 - Google Patents

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WO2023166934A1
WO2023166934A1 PCT/JP2023/004275 JP2023004275W WO2023166934A1 WO 2023166934 A1 WO2023166934 A1 WO 2023166934A1 JP 2023004275 W JP2023004275 W JP 2023004275W WO 2023166934 A1 WO2023166934 A1 WO 2023166934A1
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WO
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less
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steel sheet
steel
rolling
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Application number
PCT/JP2023/004275
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English (en)
French (fr)
Inventor
直樹 ▲高▼山
隆志 平出
祐也 佐藤
俊一 橘
Original Assignee
Jfeスチール株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/06Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/58Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.5% by weight of manganese

Definitions

  • the present invention provides a steel plate excellent in toughness and corrosion resistance, particularly a steel plate excellent in low-temperature toughness and ammonia stress corrosion cracking resistance for use in multi-purpose tanks in which liquefied petroleum gas (hereinafter referred to as LPG) and liquid ammonia are mixed, and a method for producing the same. It is about.
  • LPG liquefied petroleum gas
  • tanks may carry liquid ammonia as well as LPG.
  • TS tensile strength
  • liquefied ammonia is known to cause stress corrosion cracking, and in order to avoid stress corrosion cracking caused by ammonia, a yield strength (YS) of 440 MPa or less is required at the same time.
  • Patent Documents 1 and 2 describe techniques for achieving the low-temperature toughness required for the liquefied gas storage tank as described above and satisfying the strength range.
  • High low-temperature toughness and predetermined strength properties are achieved by a method of heat-treating or heat-treating a thick steel plate that has been water-cooled after hot-rolling several times.
  • the present invention solves the above problems and provides, for example, a storage tank used for storing liquefied gas in an energy transport ship, which is excellent in ammonia stress corrosion cracking resistance, low temperature toughness and strength properties, and further reduces flatness.
  • An object of the present invention is to provide a steel sheet and a method for manufacturing the same.
  • the present inventors have extensively studied various factors affecting the low-temperature toughness and strength characteristics of steel sheets.
  • the volume ratio of ferrite and pearlite at the position of 1/4 of the plate thickness is 90% or more.
  • the average grain size of the ferrite is 5 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less, and if the microstructure is controlled, the desired low temperature toughness and strength characteristics are exhibited, and even in a steel plate with a thickness of less than 13 mm, the decrease in flatness of the steel plate is suppressed.
  • the inventors have found that it is possible to omit the correction process.
  • the present invention was completed based on these findings and further studies. That is, the gist of the present invention is as follows.
  • the carbon equivalent (Ceq) represented by the following formula (1) is 0.340 or more and 0.390 or less, Having a component composition consisting of the balance Fe and unavoidable impurities, Having a microstructure in which the total volume ratio of ferrite and pearlite at a position of 1/4 of the plate thickness is 90% or more, and the average grain size of the ferrite is 5 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less, Yield strength is 440 MPa or less, Tensile strength is 490 MPa or more, The average value of the maximum values of the gaps between the steel plate surface and the long length when the long length of 2 m is applied to the steel plate surface along the rolling direction is 14
  • the component composition further comprises, in mass %, Cu: 0.01% or more and 1.00% or less, Ni: 0.01% or more and 1.00% or less, Cr: 0.01% or more and 0.50% or less, Mo: 0.01% or more and 0.50% or less, V: 0.01% or more and 0.50% or less, W: 0.01% or more and 0.50% or less, Co: 0.01% or more and 0.50% or less, Nb: 0.005% or more and 0.050% or less, Ti: 0.005% or more and 0.050% or less, B: 0.0001% or more and 0.0100% or less, Ca: 0.0005% or more and 0.0100% or less, 2.
  • the present invention it is possible to provide a steel sheet which is excellent in ammonia stress corrosion cracking resistance, low-temperature toughness and strength properties, and which suppresses a decrease in flatness, and a method for manufacturing the same.
  • the steel sheet of the present invention will be specifically described.
  • the steel sheet of the present invention is, in mass %, C: 0.06% or more and 0.12% or less, Si: 0.50% or less, Mn: 1.00% or more and 1.80% or less, P: 0.010% Below, S: 0.010% or less, Al: 0.100% or less, N: 0.0100% or less, O: 0.0100% or less, and the carbon equivalent (Ceq) represented by the following formula (1) is 0.340 or more and 0.390 or less, the balance is Fe and unavoidable impurities, the total volume ratio of ferrite and pearlite at the position of 1/4 of the plate thickness is 90% or more, and ferrite has a microstructure with an average grain size of 5 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less, a yield strength of 440 MPa or less, and a tensile strength of 490 MPa or more, and a long length of 2 m is applied to the steel plate surface along the rolling direction
  • Component composition In the present invention, it is important that the steel sheet and the steel material used for its manufacture have the above composition. Therefore, first, the reasons for limiting the chemical composition of steel in the present invention as described above will be explained. In addition, “%” regarding a component composition shall mean “mass %” unless otherwise indicated.
  • C 0.06% or more and 0.12% or less
  • C is an element that has the effect of increasing the hardenability of steel, and is one of the important elements that must be added to achieve high strength. be.
  • the C content should be 0.06% or more.
  • the C content is preferably 0.07% or more from the viewpoint of reducing the content of other alloying elements and manufacturing at a lower cost.
  • the C content exceeds 0.12%, the toughness and weldability deteriorate.
  • the C content exceeds 0.12%, the desired ammonia stress corrosion cracking resistance cannot be obtained. Therefore, the C content is set to 0.12% or less.
  • Si 0.50% or less
  • Si is an element that acts as a deoxidizing agent, and is preferably contained in an amount of 0.01% or more.
  • Si is an element that causes deterioration of toughness and weldability. Therefore, it is desirable to reduce the content of Si as much as possible, but a content of 0.50% or less is acceptable. Therefore, the Si content should be 0.50% or less. If the steel can be sufficiently deoxidized with Al or Ti, the Si content may be 0%. From the viewpoint of toughness and weldability, the Si content is preferably 0.40% or less, more preferably 0.30% or less. Also, the Si content is preferably 0.03% or more, more preferably 0.05% or more.
  • Mn 1.00% or more and 1.80% or less
  • Mn is an element that has the effect of increasing the hardenability of steel, and is one of the important elements that must be added to achieve high strength. be.
  • the Mn content should be 1.00% or more.
  • the Mn content is preferably 1.10% or more, more preferably 1.20% or more.
  • the Mn content is set to 1.80% or less.
  • the Mn content is preferably 1.70% or less, more preferably 1.60% or less.
  • P 0.010% or less
  • P is an element contained as an unavoidable impurity, and has adverse effects such as lowering toughness and weldability by segregating at grain boundaries. Therefore, it is desirable to reduce the P content as much as possible, but a P content of 0.010% or less is acceptable.
  • the lower limit of the P content is not particularly limited and may be 0%, but usually P is an element that is unavoidably contained in steel as an impurity, so industrially it is more than 0%. you can Moreover, since an excessive reduction causes a rise in refining costs, the P content is preferably 0.0005% or more.
  • S 0.010% or less
  • S is an element contained as an unavoidable impurity, exists in steel as sulfide-based inclusions such as MnS, and has an adverse effect on the toughness of the base material, such as being the starting point of fracture. It is an element that affects Therefore, it is desirable to reduce the S content as much as possible, but 0.010% or less is permissible.
  • the lower limit of the S content is not particularly limited, and may be 0%.
  • S is an element that is unavoidably contained in steel as an impurity, so industrially it may exceed 0%. That is, since excessive reduction causes a rise in refining cost, it is preferable to set the S content to 0.0005% or more from the viewpoint of cost.
  • Al 0.100% or less
  • Al is an element that acts as a deoxidizing agent and has the effect of refining crystal grains.
  • the Al content is preferably 0.010% or more.
  • the Al content is set to 0.100% or less.
  • the Al content is preferably 0.080% or less, more preferably 0.060% or less.
  • N 0.0100% or less
  • N is an element contained as an unavoidable impurity, but since it is an element that should be particularly reduced, its content is specified. N forms nitrides and serves as a starting point for brittle fracture, which adversely affects the toughness of the base material. Therefore, the N content is limited to 0.0100% or less.
  • the N content is preferably 0.0080% or less, more preferably 0.0060% or less.
  • the lower limit of the N content is not particularly limited, and may be 0%.
  • N is an element that is unavoidably contained in steel as an impurity, so industrially it may exceed 0%.
  • excessive reduction of N causes a rise in refining costs, so from the viewpoint of cost, the N content is preferably 0.0005% or more, more preferably 0.0020% or more. .
  • O is an element contained as an unavoidable impurity. .0100% or less.
  • the O content is preferably 0.0050% or less, more preferably 0.0030% or less.
  • the lower limit of the O content is not particularly limited, and may be 0%, but usually O is an element that is unavoidably contained in steel as an impurity, so industrially it is more than 0%. you can That is, since excessive reduction causes a rise in refining costs, the O content is preferably 0.0005% or more, more preferably 0.0020% or more, from the viewpoint of cost.
  • Ceq 0.340 or more and 0.390 or less
  • Ceq is set to 0.390 or less.
  • Ceq is 0.38 or less.
  • the basic composition of the present invention is the composition of the above components, with the balance being Fe and unavoidable impurities.
  • this composition may be arbitrarily selected: Cu: 0.01% or more and 1.00% or less, Ni: 0.01% or more and 1.00% or less, Cr: 0.01% 0.50% or less, Mo: 0.01% or more and 0.50% or less, V: 0.01% or more and 0.50% or less, W: 0.01% or more and 0.50% or less, Co: 0.01% or more and 0.50% or less.
  • Nb 0.005% or more and 0.050% or less
  • Ti 0.005% or more and 0.050% or less
  • B 0.0001% or more and 0.0100% or less
  • Ca 0.0005% or more and 0.0100% or less
  • Mg 0.0005% or more and 0.0100% or less
  • REM 0.0005% or more and 0.0200% or less.
  • Cu 0.01% or more and 1.00% or less
  • Cu is an element that has the effect of increasing the hardenability of steel and improving the strength of the steel sheet, and can be optionally added.
  • the content of Cu is set to 0.01% or more in order to obtain the above effect.
  • the Cu content is 0.20% or more.
  • the Cu content exceeds 1.00%, deterioration in toughness and an increase in alloy cost are caused. Therefore, when Cu is added, the Cu content is set to 1.00% or less.
  • the Cu content is 0.50% or less.
  • Ni 0.01% or more and 1.00% or less
  • Ni is an element that has the effect of improving the strength of the steel sheet, and can be optionally added.
  • the Ni content is made 0.01% or more in order to obtain the above effect.
  • the Ni content is 0.20% or more.
  • the Ni content exceeds 1.00%, the weldability deteriorates and the alloy cost increases. Therefore, when Ni is added, the Ni content is made 1.00% or less.
  • the Ni content is 0.50% or less.
  • Cr 0.01% or more and 0.50% or less Cr, like Cu, is an element that has the effect of improving the strength of the steel sheet, and can be optionally added.
  • the Cr content is set to 0.01% or more.
  • the Cr content is 0.05% or more.
  • the Cr content is made 0.50% or less.
  • the Cr content is 0.30% or less.
  • Mo 0.01% or more and 0.50% or less
  • Mo is an element that has the effect of improving the strength of the steel sheet like Cu, and can be optionally added.
  • the Mo content is set to 0.01% or more.
  • the Mo content is 0.05% or more.
  • Mo content shall be 0.50% or less.
  • the Mo content is 0.30% or less.
  • V 0.01% or more and 0.50% or less
  • V is an element having the effect of improving the strength of the steel sheet like Cu, and can be optionally added.
  • the V content is set to 0.01% or more to obtain the above effect.
  • the V content is 0.05% or more.
  • the V content is made 0.50% or less.
  • the V content is 0.30% or less.
  • W 0.01% or more and 0.50% or less W is an element having the effect of improving the strength of the steel sheet like Cu, and can be optionally added.
  • the W content is set to 0.01% or more to obtain the above effect.
  • the W content is 0.05% or more.
  • the W content is made 0.50% or less.
  • the W content is 0.30% or less.
  • Co 0.01% or more and 0.50% or less
  • Co is an element that has the effect of improving the strength of the steel sheet like Cu, and can be optionally added.
  • the Co content is set to 0.01% or more to obtain the above effect.
  • the Co content is 0.05% or more.
  • the Co content is made 0.50% or less.
  • the Co content is 0.30% or less.
  • Nb 0.005% or more and 0.050% or less
  • Nb is an element that has the effect of reducing the grain size of prior austenite and improving the toughness by precipitating as a carbonitride.
  • the Nb content is made 0.005% or more to obtain the above effect.
  • the Nb content is preferably 0.007% or more.
  • the Nb content exceeds 0.050%, a large amount of NbC precipitates, resulting in a decrease in toughness. Therefore, when Nb is added, the Nb content is made 0.050% or less.
  • the Nb content is preferably 0.040% or less, more preferably 0.030% or less, and even more preferably 0.020% or less.
  • Ti 0.005% or more and 0.050% or less
  • Ti is an element that has a strong tendency to form nitrides and has the action of fixing N and reducing dissolved N. Therefore, the addition of Ti can improve the toughness of the base material and the weld zone. In order to obtain this effect, when Ti is added, the Ti content is made 0.005% or more. The Ti content is preferably 0.012% or more. On the other hand, if the Ti content exceeds 0.050%, the toughness rather decreases. Therefore, the Ti content is set to 0.050% or less. The Ti content is preferably 0.040% or less, more preferably 0.030% or less.
  • B 0.0001% or more and 0.0100% or less B is an element that significantly improves the hardenability even when added in a very small amount. Therefore, the strength of the steel sheet can be improved.
  • the B content is made 0.0001% or more.
  • the B content is preferably 0.0005% or more, more preferably 0.0010% or more.
  • the B content exceeds 0.0100%, the weldability deteriorates. Therefore, when B is added, the B content is made 0.0100% or less.
  • the B content is preferably 0.0050% or less, more preferably 0.0030% or less.
  • Ca 0.0005% or more and 0.0100% or less Ca is an element that binds to S and has the effect of suppressing the formation of MnS or the like that elongates in the rolling direction. Therefore, by adding Ca, it is possible to control the morphology of the sulfide-based inclusions so that they exhibit a spherical shape, and improve the toughness of the weld zone and the like.
  • the Ca content is made 0.0005% or more.
  • the Ca content is 0.0020% or more.
  • the Ca content exceeds 0.0100%, the cleanliness of the steel is lowered.
  • the Ca content is set to 0.0100% or less.
  • the Ca content is 0.0020% or more and 0.0100% or less.
  • the Ca content is preferably 0.0050% or less.
  • Mg 0.0005% or more and 0.0100% or less Mg, like Ca, is an element that binds to S and has the effect of suppressing the formation of MnS or the like that elongates in the rolling direction. Therefore, by adding Mg, it is possible to control the morphology of the sulfide-based inclusions so that they exhibit a spherical shape, and improve the toughness of the weld zone and the like.
  • the Mg content is made 0.0005% or more.
  • the Mg content is 0.0010% or more, more preferably 0.0020% or more.
  • the Mg content exceeds 0.0100%, the cleanliness of the steel is lowered. A decrease in cleanliness leads to deterioration of surface properties due to an increase in surface defects, and deterioration of bending workability. Therefore, when Mg is added, the Mg content is made 0.0100% or less.
  • REM 0.0005% to 0.0200%
  • REM rare earth metal
  • the REM content is made 0.0005% or more.
  • the REM content is 0.0010% or more, more preferably 0.0020% or more.
  • the cleanliness of the steel is lowered.
  • the REM content is made 0.0200% or less.
  • the REM content is 0.0100% or less, more preferably 0.0080% or less, even more preferably 0.0050% or less.
  • REM is scandium (Sc) with atomic number 21, yttrium (Y) with atomic number 39, and lanthanide elements from lanthanum (La) with atomic number 57 to lutetium (Lu) with atomic number 71. refers to The REM content is the total content of one or more elements selected from the above REMs.
  • the microstructure of the steel sheet of the present invention will be explained.
  • the total volume ratio of ferrite and pearlite at a position of 1/4 of the plate thickness is 90% or more, and the average grain size of the ferrite is 5 ⁇ m or more and 20 ⁇ m. It has the following microstructure. The reason for limiting the microstructure of steel as described above will be explained below.
  • Total volume ratio of ferrite and pearlite at 1/4 of plate thickness is 90% or more
  • the typical structure at the position of 1/4 of the plate thickness is a structure with high yield strength (YS) such as bainite and martensite. becomes.
  • YS yield strength
  • the structure at the position of 1/4 of the plate thickness has a total volume ratio of ferrite and pearlite of 90% or more.
  • the sum of ferrite and pearlite may be 100%.
  • the ferrite is deformed and the yield strength (YS) increases.
  • ferrite as used in the present invention excludes processed ferrite.
  • the ferrite structure has an average grain size of 20 ⁇ m or less in order to improve toughness at low temperatures.
  • the average ferrite grain size is extremely small, the yield strength (YS) will rather increase, so the ferrite average grain size is made 5 ⁇ m or more.
  • the average grain size is preferably 15 ⁇ m or less, more preferably 10 ⁇ m or less.
  • the residual structure is not particularly limited in its type, but structures such as deformed ferrite, austenite, bainite, and martensite may be mixed, but the total volume fraction thereof should be 10% or less.
  • the fraction of each structure in the residual structure does not need to be particularly limited, but from the viewpoint of toughness, it is preferable to avoid martensite, which is a microstructure with a large hardness difference from ferrite and pearlite. Bainite is preferred. Also, the remaining tissue may be 0%.
  • the volume fraction of various microstructures can be measured by the method described in Examples below.
  • a steel material having the chemical composition described above is heated, hot-rolled to form a hot-rolled steel sheet, and cooled to form a steel sheet.
  • the steel material having the above-described chemical composition is heated to a temperature of 950 ° C. or higher and 1250 ° C. or lower, and the rolling start temperature is set to Ar 3 points + 200 ° C. or higher.
  • air cooling is performed. Each manufacturing condition will be described in detail below.
  • the manufacturing conditions of the steel material are not particularly limited, but the molten steel having the above-described chemical composition is melted by a known melting method such as a converter, and is subjected to a known casting method such as a continuous casting method. Therefore, it is preferable to use a steel material such as a slab having a predetermined size. It should be noted that there is no problem in making a steel material such as a slab having a predetermined size by the ingot casting-decomposition rolling method.
  • the obtained steel material is directly hot rolled without cooling, or once heated and then hot rolled. Hot rolling is performed at a rolling start temperature of Ar 3 point +200° C. or higher, and then air cooling (standing to cool) is started from a temperature of Ar 3 point or higher.
  • (b) Rolling start temperature (hot rolling start temperature): Ar 3 points + 200°C or more After heating to the above temperature, hot rolling is performed. If the temperature at which rolling is started is less than Ar 3 point + 200 ° C., it becomes difficult to achieve the hot rolling end temperature: Ar 3 point or more, which will be described later, in the steel plate with a thickness of less than 13 mm as the final product, and the desired properties are obtained. I can't get it. Therefore, the rolling start temperature is Ar 3 point +200°C or higher. From the viewpoint of securing the time for rolling in the non-recrystallized region, which will be described later, the rolling start temperature is preferably Ar 3 +250° C. or higher. Also, the upper limit of the rolling start temperature should generally follow the above-described heating temperature of the steel material.
  • Ar 3 transformation point can be obtained by, for example, the following equation.
  • Ar 3 (° C.) 910-273 ⁇ C-74 ⁇ Mn-57 ⁇ Ni-16 ⁇ Cr-9 ⁇ Mo-5 ⁇ Cu
  • each element indicates the content (% by mass) of the element.
  • the rolling reduction/pass in the non-recrystallized region is preferable to 15% or more.
  • the rolling reduction/pass in the non-recrystallized region is preferable to set to 20.0% or less.
  • the cumulative rolling reduction in the non-recrystallized region is preferably 70% or more, more preferably 75% or more, from the viewpoint of further improving toughness at low temperatures.
  • the cumulative rolling reduction in the non-recrystallized region exceeds 80%, the load on the rolling mill becomes too large, so the cumulative rolling reduction in the non-recrystallized region is preferably 80% or less.
  • the rolling reduction per pass is obtained by dividing the cumulative rolling reduction by the number of passes (cumulative rolling reduction/number of passes).
  • the hot rolling process must be finished at a temperature of Ar 3 point (°C) or higher.
  • the temperature is less than the Ar 3 point (° C.) during hot rolling, a large amount of ferrite is formed in the steel, forming deformed ferrite, and as a result, the yield strength (YS) increases.
  • the deformation resistance increases as the temperature decreases, there arises a problem that the load on the hot rolling mill increases.
  • Cooling start temperature Ar 3 or more
  • the cooling start temperature is less than the Ar 3 point, ferrite is generated in the surface layer of the steel sheet and coexists with the martensite or bainite structure, which has a large difference in strength, and as a result, the toughness may decrease. Therefore, it is preferable to set the cooling start temperature to Ar 3 or higher.
  • Cooling method air cooling After hot rolling, air cooling (standing to cool) to room temperature is performed. This produces a predetermined microstructure. At this time, when cooling such as water cooling is performed, strain occurs in the steel plate, and when a long length of 2 m is applied to the steel plate surface along the rolling direction, the maximum value of the gap between the steel plate surface and the long length is 14 mm or less. It is not possible to obtain a steel plate with good flatness. In addition, a predetermined microstructure cannot be obtained, and the desired strength characteristics cannot be obtained. Therefore, the cooling method of the present invention is air cooling. In the case of air cooling (standing to cool), the cooling rate is preferably 1.0° C./s or more at the position of 1/4 of the plate thickness.
  • the cooling rate in air cooling is preferably 1.0° C. or higher, more preferably 1.5° C. or higher. Also, the cooling rate in air cooling is preferably 3.0° C. or less, more preferably 2.5° C. or less.
  • the cooling rate can be calculated by (700 (°C) - 500 (°C))/cooling time (s) from 700°C to 500°C.
  • the cooling end temperature is room temperature (not particularly limited, but for example -5 to 50°C).
  • a steel sheet having the above-described structure can be obtained by manufacturing a steel material having the above-described chemical composition under the above-described manufacturing conditions.
  • the steel sheet thus obtained will have excellent strength properties, toughness and flatness.
  • the excellent strength characteristics are yield strength YS (yield point YP when there is a yield point, 0.2% yield strength ⁇ 0.2 when there is no yield point): 440 MPa or less and tensile strength (TS): 490 MPa or more.
  • Yield strength (YS) is closely related to ammonia stress corrosion cracking resistance. The yield point is defined as 440 MPa or less in order to minimize the Therefore, if the yield strength YS is 440 MPa or less, it can be said to have excellent ammonia stress corrosion cracking resistance.
  • the yield strength YS for ensuring ammonia stress corrosion cracking resistance yield point YP when there is a yield point, 0.2% yield strength ⁇ 0.2 when there is no yield point: 440 MPa or less is not compatible. It is desirable that the tensile strength (TS) be 620 MPa or less. In addition, the tensile strength (TS) of the steel sheet obtained by the present invention is substantially 620 MPa or less.
  • Molten steel with the composition shown in Table 1 was melted and made into a steel material (slab). These steel materials (slabs) were subjected to heating, hot rolling, and cooling under the conditions shown in Table 2. The cooling start temperature at the time of cooling was the rolling end temperature in Table 2.
  • the microstructure fraction at the position of 1/4 of the thickness of the steel sheet was measured, and the tensile properties, toughness, and flatness were evaluated.
  • Each test method is as follows.
  • each structure was discriminated as follows when calculating the fraction of the microstructure.
  • the steel material was mirror-polished, nital-etched to expose the structure, and observed with an SEM at a magnification of 500 to 3000 times.
  • the ferrite is an isotropically grown structure that does not contain carbides, and the inside of the grains looks black.
  • Bainite was defined as a structure having a lath-like ferrite structure grown elongated and containing carbides having an equivalent circle diameter of 0.05 ⁇ m or more.
  • Martensite was defined as a structure having an elongated lath-like ferrite structure similar to bainite and containing carbides having an equivalent circle diameter of 0.05 ⁇ m or less. Note that the carbide looks like white dots.
  • Austenite is defined as a non-carbide structure with an equivalent circle diameter of 0.50 ⁇ m or more, which exists between bainite or martensite structures.
  • EBSD electron beam reflection diffraction
  • ferrite Furthermore, by defining the threshold value of the large-angle grain boundary, which is generally recognized as a crystal grain boundary, as 15°, and visualizing the region tightly surrounded by grain boundaries with a crystal orientation difference of 15° or more, ferrite The particle size of the area average (Areafraction average) was calculated. OIM Analysis software manufactured by TSL was used for the calculation. The obtained area-average grain size of ferrite was defined as the average grain size of ferrite.
  • all of the invention examples have a yield strength YS of 440 MPa or less and a tensile strength TS of 490 MPa or more, an absorbed energy at -55 ° C. of 100 J or more, and a flatness of 14 mm or less. , a steel plate with high flatness and excellent toughness at low temperature and resistance to ammonia stress corrosion cracking is obtained.
  • steel plate No. 1 corresponding to the comparative example.
  • the microstructure or plate thickness of 1/4 of the plate thickness is outside the scope of the present invention, yield strength YS, tensile strength TS, low temperature toughness, flatness At least one of these is inferior to the invention examples.
  • the toughness at low temperature is inferior to that of the invention examples.
  • the contents of various elements are higher than those of the invention examples, and the low-temperature toughness is inferior to that of the invention examples.
  • the toughness at low temperature is inferior to that of the invention examples.
  • Steel plate no. In No. 31 the carbon equivalent Ceq is lower than that of the invention examples, and the tensile strength TS is inferior to that of the invention examples.

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Abstract

本発明は、アンモニア応力腐食割れ性、低温靭性および強度特性に優れ、さらに平坦度の低下を抑制した鋼板およびその製造方法を提供するものである。 本発明の鋼板は、所定の成分組成を有し、また、その成分組成は、炭素当量(Ceq)が0.340以上0.390以下とするものであり、板厚1/4の位置におけるミクロ組織を、フェライトとパーライトの合計の体積分率が90%以上で、かつ、フェライトの平均粒径が5μm以上20μm以下のものとし、降伏強度を440MPa以下、引張強度を490MPa以上とし、鋼板表面に圧延方向に沿って2mの長尺を当てた際の、鋼板表面と長尺との隙間の最大値を14mm以下とし、板厚を13mm未満としたものである。

Description

鋼板およびその製造方法
 本発明は、靱性および耐食性に優れた鋼板、特に液化石油ガス(以下、LPGと示す)および液体アンモニアを混載する多目的タンクに供する、低温靱性およびアンモニア応力腐食割れ性に優れた鋼板およびその製造方法に関するものである。
 近年のエネルギー需要の増加に伴い、エネルギー輸送船による液化ガスの輸送が盛んに行われている。エネルギー輸送船の効率的な運用のため、タンクにはLPGだけでなく液体アンモニアが共に運搬される場合がある。
 これらの液化ガスは低温で輸送されるため、これらの液化ガスの貯蔵用タンクに使用される鋼板には、高い低温靱性が要求されている。
 また、近年タンクの大型化が進んでおり、鋼板には490MPa以上の高い引張強度(TS)が要求されている。さらに、液化アンモニアは応力腐食割れを引き起こすことが知られており、アンモニアによる応力腐食割れを回避するために、440MPa以下の降伏強度(YS)が同時に要求される。
 特許文献1および2には、前述のような液化ガス貯蔵用タンクに必要な低温靱性を有し、強度範囲を満たすための技術が記載されており、熱間圧延後冷却した厚鋼板を数回熱処理する、あるいは熱間圧延後水冷した厚鋼板を数回熱処理という方法にて、高い低温靱性および所定の強度特性を実現している。
特許3802626号公報 特許3848415号公報
 特許文献1および2に記載の技術では、熱間圧延後冷却が必要であり、特に板厚13mm未満といった板厚の薄い鋼板の鋼板においては、冷却による鋼板のひずみが生じ、鋼板の平坦度が低下するという問題があった。
このように、熱間圧延後の冷却を行っても、鋼板の平坦度の低下を抑制できる技術の確立が希求されていた。
 本発明は、上記の問題を解決し、例えば、エネルギー輸送船において液化ガスの収容に使用される貯蔵用タンクに供する、アンモニア応力腐食割れ性、低温靭性および強度特性に優れ、さらに平坦度の低下を抑制した鋼板およびその製造方法を提供することを目的とする。
 本発明者らは、上記目的を達成するために、鋼板の低温靱性、強度特性に対する各種要因について、鋭意検討を重ねた。その結果、C、Si、Mn等の元素を所定の範囲に制御し、所定の熱間圧延方法で圧延することで、板厚1/4の位置におけるフェライトおよびパーライトの体積率が90%以上であり、前記フェライトの平均粒径が5μm以上20μm以下である、ミクロ組織に制御すれば所望の低温靱性および強度特性が発揮され、さらに板厚13mm未満の鋼板においても鋼板の平坦度の低下を抑制でき、矯正工程を省略すことが可能になることを知見した。
 本発明は、かかる知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。すなわち、本発明の要旨は次の通りである。
1.質量%で、
 C:0.06%以上0.12%以下、
 Si:0.50%以下、
 Mn:1.00%以上1.80%以下、
 P:0.010%以下、
 S:0.010%以下、
 Al:0.100%以下、
 N:0.0100%以下、
 O:0.0100%以下
を含み、
下記(1)式で示される炭素当量(Ceq)が0.340以上0.390以下であって、
残部Feおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、
板厚1/4の位置におけるフェライトとパーライトの合計の体積率が90%以上であり、前記フェライトの平均粒径が5μm以上20μm以下である、ミクロ組織を有し、
降伏強度が440MPa以下であり、
引張強度が490MPa以上であり、
鋼板表面に圧延方向に沿って2mの長尺を当てた際の、前記鋼板表面と前記長尺との隙間の最大値の平均値が14mm以下であり、
板厚が13mm未満である、鋼板。
 Ceq=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(V+Mo+Cr)/5・・・(1)式
ただし、(1)式中、各元素記号は各成分の含有量(質量%)を表し、含有しない場合は0とする。
2.前記成分組成はさらに、質量%で、
 Cu:0.01%以上1.00%以下、
 Ni:0.01%以上1.00%以下、
 Cr:0.01%以上0.50%以下、
 Mo:0.01%以上0.50%以下、
 V:0.01%以上0.50%以下、
 W:0.01%以上0.50%以下、
 Co:0.01%以上0.50%以下、
 Nb:0.005%以上0.050%以下、
 Ti:0.005%以上0.050%以下、
 B:0.0001%以上0.0100%以下、
 Ca:0.0005%以上0.0100%以下、
 Mg:0.0005%以上0.0100%以下および
 REM:0.0005%以上0.0200%以下
 のうちから選ばれる1種または2種以上を含有する、前記1に記載の鋼板。
3.前記1または2に記載の鋼板の製造方法であって、
 鋼素材を、950℃以上1250℃以下の温度に加熱し、
 更に、圧延開始温度をAr点+200℃以上とし、
 未再結晶領域における1パスあたりの圧下率を10%以上かつ累計圧下率を65%以上とし、
 圧延終了温度をAr点以上とした熱間圧延を施したのち、空冷する鋼板の製造方法。
 本発明によれば、アンモニア応力腐食割れ性、低温靭性および強度特性に優れ、さらに平坦度の低下を抑制した鋼板およびその製造方法を提供することができる。
 本発明の鋼板について具体的に説明する。
 本発明の鋼板は、質量%で、C:0.06%以上0.12%以下、Si:0.50%以下、Mn:1.00%以上1.80%以下、P:0.010%以下、S:0.010%以下、Al:0.100%以下、N:0.0100%以下、O:0.0100%以下を含み、下記(1)式で示される炭素当量(Ceq)が0.340以上0.390以下であって、残部Feおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、板厚1/4の位置におけるフェライトとパーライトの合計の体積率が90%以上であり、フェライトの平均粒径が5μm以上20μm以下である、ミクロ組織を有し、降伏強度が440MPa以下であり、かつ引張強度が490MPa以上であり、鋼板表面に圧延方向に沿って2mの長尺を当てた際の、鋼板表面と長尺との隙間の最大値の平均値が14mm以下であり、板厚が13mm未満である鋼板である。
 Ceq=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(V+Mo+Cr)/5・・・(1)式
ただし、(1)式中、各元素記号は各成分の含有量(質量%)を表し、含有しない場合は0とする。
[成分組成]
 本発明において、鋼板およびその製造に供する鋼素材は、上記成分組成を有することが重要である。そこで、まず本発明において鋼の成分組成を上記のとおりに限定する理由を説明する。なお、成分組成に関する「%」は、特に断らない限り「質量%」を意味するものとする。
C:0.06%以上0.12%以下
 Cは、鋼の焼入れ性を増加させる作用を有する元素であり、高強度を達成するためには添加が必要になる、重要な元素の1つである。前記効果を得るためには、C含有量を0.06%以上とする。さらに、他の合金元素の含有量を少なくし、より低コストで製造するという観点からは、C含有量は0.07%以上とすることが好ましい。一方、C含有量が0.12%を超えると、靭性や溶接性が低下する。また、C含有量が0.12%を超えると、所望のアンモニア応力腐食割れ性を得られなくなる。
そのため、C含有量は0.12%以下とする。さらに、靱性や溶接性の低下を抑制する観点からは、C含有量を0.10%以下とすることが好ましい。
Si:0.50%以下
 Siは、脱酸剤として作用する元素であり、0.01%以上含有することが好ましい。一方で、Siは靭性や溶接性の低下を招く元素である。そのため、Siは、できる限り含有量を低くすることが望ましいが、0.50%以下であれば許容できる。よって、Si含有量は0.50%以下とする。なお、鋼の脱酸はAlやTiなどで十分可能な場合には、Siは0%であってよい。靭性や溶接性の観点からは、Si含有量は0.40%以下とすることが好ましく、0.30%以下とすることがより好ましい。また、Si含有量は0.03%以上とすることが好ましく、0.05%以上とすることがより好ましい。
Mn:1.00%以上1.80%以下
 Mnは、鋼の焼入れ性を増加させる作用を有する元素であり、高強度を満足するためには添加が必要になる、重要な元素の1つである。前記効果を得るためには、Mn含有量を1.00%以上とする。さらに、他の合金元素の含有量を少なくし、より低コストで製造するという観点からは、Mn含有量は1.10%以上とすることが好ましく、1.20%以上とすることがより好ましい。一方、Mn含有量が1.80%を超えると、靭性や溶接性が低下することに加えて、合金コストが過度に高くなってしまう。また、Mn含有量が1.80%を超えると、所望のアンモニア応力腐食割れ性を得られなくなる。
そのため、Mn含有量は1.80%以下とする。さらに、靭性および溶接性の低下を抑制する観点からは、Mn含有量を1.70%以下とすることが好ましく、1.60%以下とすることがより好ましい。
P:0.010%以下
 Pは、不可避的不純物として含有される元素であり、粒界に偏析することによって靱性や溶接性を低下させるなど、悪影響を及ぼす。そのため、できる限りP含有量を低くすることが望ましいが、0.010%以下であれば許容できる。なお、P含有量の下限は特に限定されず、0%であってよいが、通常、Pは不純物として鋼中に不可避的に含有される元素であるため、工業的には0%超であってよい。また、過剰の低減は精錬コストの高騰を招くため、P含有量は0.0005%以上とすることが好ましい。
S:0.010%以下
 Sは、不可避的不純物として含有される元素であり、MnS等の硫化物系介在物として鋼中に存在し、破壊の発生起点となるなど、母材の靭性に悪影響を及ぼす元素である。そのため、できる限りS含有量を低くすることが望ましいが、0.010%以下であれば許容できる。なお、S含有量の下限は特に限定されず、0%であってよい。通常、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るため、工業的には0%超であってもよい。すなわち、過剰の低減は精錬コストの高騰を招くため、コストの観点からはS含有量を0.0005%以上とすることが好ましい。
Al:0.100%以下
 Alは、脱酸剤として作用するとともに、結晶粒を微細化する作用を有する元素である。これらの効果を得るためには、Al含有量を0.010%以上とすることが好ましい。一方、Al含有量が0.100%を超えると、酸化物系介在物が増加して清浄度が低下し母材の靭性に悪影響を与える。そのため、Al含有量は0.100%以下とする。なお、Al含有量は0.080%以下とすることが好ましく、0.060%以下とすることがより好ましい。
N:0.0100%以下
 Nは不可避的不純物として含有される元素であるが、特に低減すべき元素であるため、その含有量を規定する。Nは、窒化物を形成し、脆性破壊の発生起点となり母材の靭性に悪影響を及ぼす。そのため、N含有量を0.0100%以下に制限する。N含有量は、0.0080%以下とすることが好ましく、0.0060%以下とすることがより好ましい。一方、N含有量の下限は特に限定されず、0%であってもよい。通常、Nは不純物として鋼中に不可避的に含有される元素であるため、工業的には0%超であってよい。また、Nを過剰に低減することは精錬コストの高騰を招くため、コストの観点からは、N含有量を0.0005%以上とすることが好ましく、0.0020%以上とすることがより好ましい。
O:0.0100%以下
 Oは、不可避的不純物として含有される元素であり、酸化物を形成し、破壊の発生起点となるなど、母材の靭性に悪影響を及ぼす元素であることから、0.0100%以下に制限する。O含有量は、0.0050%以下とすることが好ましく、0.0030%以下とすることがより好ましい。一方、O含有量の下限は特に限定されず、0%であってよいが、通常、Oは不純物として鋼中に不可避的に含有される元素であるため、工業的には0%超であってよい。すなわち、過剰の低減は精錬コストの高騰を招くため、コストの観点からはO含有量を0.0005%以上とすることが好ましく、0.0020%以上とすることがより好ましい。
Ceq:0.340以上0.390以下
 鋼板における所定の強度特性を満たすために、Ceq=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(V+Mo+Cr)/5の(1)式で定義される炭素当量を0.340以上0.390以下とすることが肝要である。
炭素当量が0.340未満では、タンクの大型化に必要な490MPa以上の高い引張強度(TS)を達成することができない。よって、Ceqは、0.340以上とする。より高い引張強度(TS)を達成するためには、Ceqを0.34以上とすることが好ましく、0.350以上とすることがより好ましく、0.360以上とすることがさらに好ましい。
一方、Ceqが0.390超では、アンモニアによる応力腐食割れを回避するために必要な、降伏強度(YS)440MPa以下を満足することができない。よって、Ceqは、0.390以下とする。好ましくは、Ceqは、0.38以下である。
 以上の成分を含み、残部Feおよび不可避的不純物の成分組成が本発明における基本の成分組成である。この成分組成は、さらに強度特性あるいは靭性の向上を目的として任意に、Cu:0.01%以上1.00%以下、Ni:0.01%以上1.00%以下、Cr:0.01%以上0.50%以下、Mo:0.01%以上0.50%以下、V:0.01%以上0.50%以下、W:0.01%以上0.50%以下、Co:0.01%以上0.50%以下、Nb:0.005%以上0.050%以下、Ti:0.005%以上0.050%以下、B:0.0001%以上0.0100%以下、Ca:0.0005%以上0.0100%以下、Mg:0.0005%以上0.0100%以下およびREM:0.0005%以上0.0200%以下からなる群より選択される1種以上をさらに含有することができる。
Cu:0.01%以上1.00%以下
 Cuは、鋼の焼入れ性を増加させて鋼板の強度を向上させる作用を有する元素であり、任意に添加することができる。Cuを添加する場合、前記効果を得るためにCu含有量を0.01%以上とする。好ましくは、Cu含有量は0.20%以上である。一方、Cu含有量が1.00%を超えると、靭性の劣化や合金コストの上昇を招く。そのため、Cuを添加する場合、Cu含有量を1.00%以下とする。好ましくは、Cu含有量は0.50%以下である。
Ni:0.01%以上1.00%以下
 Niは、Cuと同様に鋼板の強度を向上させる作用を有する元素であり、任意に添加することができる。Niを添加する場合、前記効果を得るためにNi含有量を0.01%以上とする。好ましくは、Ni含有量は0.20%以上である。一方、Ni含有量が1.00%を超えると、溶接性の劣化や合金コストの上昇を招く。そのため、Niを添加する場合、Ni含有量を1.00%以下とする。好ましくは、Ni含有量は0.50%以下である。
Cr:0.01%以上0.50%以下
 Crは、Cuと同様に鋼板の強度を向上させる作用を有する元素であり、任意に添加することができる。前記効果を得るためにCr含有量を0.01%以上とする。好ましくは、Cr含有量は0.05%以上である。一方、Cr含有量が0.50%を超えると、溶接性の劣化や合金コストの上昇を招く。そのため、Crを添加する場合、Cr含有量を0.50%以下とする。好ましくは、Cr含有量は0.30%以下である。
Mo:0.01%以上0.50%以下
 Moは、Cuと同様に鋼板の強度を向上させる作用を有する元素であり、任意に添加することができる。前記効果を得るためにMo含有量を0.01%以上とする。好ましくは、Mo含有量は0.05%以上である。一方、Mo含有量が0.50%を超えると、溶接性の劣化や合金コストの上昇を招く。そのため、Moを添加する場合、Mo含有量を0.50%以下とする。好ましくは、Mo含有量は0.30%以下である。
V:0.01%以上0.50%以下
 Vは、Cuと同様に鋼板の強度を向上させる作用を有する元素であり、任意に添加することができる。前記効果を得るためにV含有量を0.01%以上とする。好ましくは、V含有量は0.05%以上である。一方、V含有量が0.50%を超えると、溶接性の劣化や合金コストの上昇を招く。そのため、Vを添加する場合、V含有量を0.50%以下とする。好ましくは、V含有量は0.30%以下である。
W:0.01%以上0.50%以下
 Wは、Cuと同様に鋼板の強度を向上させる作用を有する元素であり、任意に添加することができる。前記効果を得るためにW含有量を0.01%以上とする。好ましくは、W含有量は0.05%以上である。一方、W含有量が0.50%を超えると、溶接性の劣化や合金コストの上昇を招く。そのため、Wを添加する場合、W含有量を0.50%以下とする。好ましくは、W含有量は0.30%以下である。
Co:0.01%以上0.50%以下
 Coは、Cuと同様に鋼板の強度を向上させる作用を有する元素であり、任意に添加することができる。前記効果を得るためにCo含有量を0.01%以上とする。好ましくは、Co含有量は0.05%以上である。一方、Co含有量が0.50%を超えると、溶接性の劣化や合金コストの上昇を招く。そのため、Coを添加する場合、Co含有量を0.50%以下とする。好ましくは、Co含有量は0.30%以下である。
Nb:0.005%以上0.050%以下
 Nbは、炭窒化物として析出することで旧オーステナイト粒径を小さくし、靭性を向上させる効果を有する元素である。Nbを添加する場合、前記効果を得るためにNb含有量を0.005%以上とする。さらに、Nb含有量は0.007%以上とすることが好ましい。一方、Nb含有量が0.050%を超えるとNbCが多量に析出し、靭性が低下する。そのため、Nbを添加する場合、Nb含有量を0.050%以下とする。Nb含有量は、0.040%以下とすることが好ましく、0.030%以下とすることがより好ましく、0.020%以下とすることがさらに好ましい。
Ti:0.005%以上0.050%以下
 Tiは、窒化物の形成傾向が強く、Nを固定して固溶Nを低減する作用を有する元素である。そのため、Tiの添加により、母材および溶接部の靭性を向上させることができる。この効果を得るために、Tiを添加する場合、Ti含有量を0.005%以上とする。Ti含有量は、0.012%以上とすることが好ましい。一方、Ti含有量が0.050%を超えると、かえって靭性が低下する。そのため、Ti含有量は0.050%以下とする。Ti含有量は、0.040%以下とすることが好ましく、0.030%以下とすることがより好ましい。
B:0.0001%以上0.0100%以下
 Bは、微量の添加でも焼入れ性を著しく向上させる作用を有する元素である。したがって、鋼板の強度を向上させることができる。前記効果を得るために、Bを添加する場合、B含有量を0.0001%以上とする。B含有量は、0.0005%以上とすることが好ましく、0.0010%以上とすることがより好ましい。一方、B含有量が0.0100%を超えると溶接性が低下する。そのため、Bを添加する場合、B含有量を0.0100%以下とする。B含有量は0.0050%以下とすることが好ましく、0.0030%以下とすることがより好ましい。
Ca:0.0005%以上0.0100%以下
 Caは、Sと結合し、圧延方向に長く伸びるMnS等の形成を抑制する作用を有する元素である。したがって、Caを添加することにより、硫化物系介在物が球状を呈するように形態制御し、溶接部等の靭性を向上させることができる。前記効果を得るために、Caを添加する場合、Ca含有量を0.0005%以上とする。好ましくは、Ca含有量は0.0020%以上である。一方、Ca含有量が0.0100%を超えると、鋼の清浄度が低下する。清浄度の低下は、表面疵の増加による表面性状が劣化と、曲げ加工性の低下を招く。そのため、Caを添加する場合、Ca含有量を0.0100%以下とする。好ましくは、Ca含有量は0.0020%以上0.0100%以下である。また、Ca含有量は好ましくは、0.0050%以下である。
Mg:0.0005%以上0.0100%以下
 Mgは、Caと同様、Sと結合し、圧延方向に長く伸びるMnS等の形成を抑制する作用を有する元素である。したがって、Mgを添加することにより、硫化物系介在物が球状を呈するように形態制御し、溶接部等の靭性を向上させることができる。前記効果を得るために、Mgを添加する場合、Mg含有量を0.0005%以上とする。好ましくは、Mg含有量は0.0010%以上であり、より好ましくは0.0020%以上である。一方、Mg含有量が0.0100%を超えると、鋼の清状度が低下する。清浄度の低下は、表面疵の増加による表面性状の劣化と、曲げ加工性の低下を招く。そのため、Mgを添加する場合、Mg含有量を0.0100%以下とする。
REM:0.0005%以上0.0200%以下
 REM(希土類金属)は、CaやMgと同様、Sと結合し、圧延方向に長く伸びるMnS等の形成を抑制する作用を有する元素である。したがって、REMを添加することにより、硫化物系介在物が球状を呈するように形態制御し、溶接部等の靭性を向上させることができる。前記効果を得るために、REMを添加する場合、REM含有量を0.0005%以上とする。好ましくは、REM含有量は0.0010%以上であり、より好ましくは0.0020%以上である。一方、REM含有量が0.0200%を超えると、鋼の清状度が低下する。清浄度の低下は、表面疵の増加による表面性状の劣化と、曲げ加工性の低下を招く。そのため、REMを添加する場合、REM含有量を0.0200%以下とする。好ましくは、REM含有量は0.0100%以下であり、より好ましくは0.0080%以下であり、さらに好ましくは0.0050%以下である。
 ここで、REMとは、原子番号21番のスカンジウム(Sc)と原子番号39番のイットリウム(Y)、および原子番号57番のランタン(La)から71番のルテチウム(Lu)までのランタノイドの元素のことを指す。REM含有量とは、上述のREMから選択された1種または2種以上の元素の総含有量である。
[ミクロ組織]
 本発明の鋼板のミクロ組織について説明する。
 本発明の鋼板は、上記成分組成を有することに加えて、板厚の1/4の位置におけるフェライトとパーライトの合計の体積率が90%以上であり、前記フェライトの平均粒径が5μm以上20μm以下である、ミクロ組織を有する。鋼のミクロ組織を上記のように限定する理由を、以下に説明する。
[板厚の1/4の位置におけるフェライトとパーライトの合計の体積率が90%以上]
 通常、板厚13mm未満の薄い鋼板において、熱間圧延後に引き続き冷却を行った場合、代表的な板厚の1/4の位置における組織はベイナイトやマルテンサイト等の降伏強度(YS)が高い組織となる。本発明では、鋼板の製造条件について、後述するように、熱間圧延を制御し、熱間圧延後の冷却を行わず空冷(放冷)することによって、所定の強度特性を満足させ、かつ低温での靭性を向上させている。従って、板厚の1/4の位置における組織は、フェライトとパーライトの合計の体積率が90%以上である。また、フェライトとパーライトの合計は100%であってもよい。なお、Ar点以下のフェライトが生成する温度で熱間圧延を実施するとフェライトに加工が入り、降伏強度(YS)が上昇するため、加工を受けたフェライト(以下、加工フェライト)と加工を受けていないフェライト(以下、フェライト)を、本発明では明確に区別する。すなわち、本発明でいうフェライトは、加工フェライトを除く。
[フェライトの平均粒径が5μm以上20μm以下]
 フェライト組織については、低温での靭性を向上させるため、20μm以下の平均粒径とする。一方で、フェライト平均粒径が著しく細かい場合、降伏強度(YS)がかえって上昇するため、5μm以上とする。低温靭性の向上のためには、15μm以下の平均粒径とすることが好ましく、10μm以下の平均粒径とすることがさらに好ましい。
 一方、残部組織としては、その種類は特に限定されないが、加工フェライト、オーステナイト、ベイナイト、マルテンサイトなどの組織が混在してよいが、それらの合計体積率は10%以下とする。残部組織における各組織の分率はとくに限定する必要はないが、靭性の観点からはフェライトやパーライトと硬度差が大きいミクロ組織であるマルテンサイトは避けた方が好ましいため、残部組織は加工フェライトもしくはベイナイトであることが好ましい。また、残部組織は0%であってもよい。
各種ミクロ組織の体積率は、後述の実施例に記載した方法で測定することができる。
 次に、本発明の鋼板の製造方法について説明する。
 上記した成分組成を有する鋼素材を加熱し、熱間圧延を施して熱延鋼板とし、冷却を行って鋼板とする。
具体的に、本発明の鋼板の製造方法では、上記した成分組成を有する鋼素材を950℃以上1250℃以下の温度に加熱し、更に、圧延開始温度をAr点+200℃以上とし、未再結晶領域における1パスあたりの圧下率を10%以上かつ累計圧下率を65%以上とし、圧延終了温度をAr点以上とした熱間圧延を施した後、空冷する。
以下、製造条件毎に詳しく説明する。
 まず、鋼素材の製造条件は、とくに限定する必要はないが、上記した成分組成を有する溶鋼を、転炉等の公知の溶製方法で溶製し、連続鋳造法等の公知の鋳造方法にて、所定寸法のスラブ等の鋼素材とすることが好ましい。なお、造塊-分解圧延法により、所定寸法のスラブ等の鋼素材としても何ら問題はない。
 得られた鋼素材は、冷却することなく直接熱間圧延するか、あるいは一旦加熱してから熱間圧延する。熱間圧延は、圧延開始温度をAr点+200℃以上として行い、その後Ar点以上の温度から空冷(放冷)を開始する。
(a)鋼素材の加熱温度:950℃以上1250℃以下
 鋼素材の加熱温度が950℃未満では、加熱温度が低すぎて変形抵抗が高くなり、熱間圧延機への負荷が増大し、熱間圧延が困難になるおそれがある。一方、1250℃を超える高温になると、酸化が著しくなり、酸化ロスが増大し歩留りが低下するおそれがある。このようなことから、加熱温度は950℃以上1250℃以下にする。好ましくは、鋼素材の加熱温度は1000℃以上である。また、好ましくは、鋼素材の加熱温度は1150℃以下である。
(b)圧延開始温度(熱間圧延開始温度):Ar点+200℃以上
 上記温度に加熱後、熱間圧延を実施する。
圧延を開始する温度がAr点+200℃未満では、最終製品の板厚13mm未満の鋼板において、後述する熱間圧延終了温度:Ar点以上を達成することが困難になり、所望の特性を得られない。そのため、圧延開始温度はAr点+200℃以上とする。後述の未再結晶領域において圧延を行う時間を確保する観点からは、圧延開始温度はAr点+250℃以上とすることが好ましい。また、圧延開始温度の上限は、通常、上述した鋼素材の加熱温度に従えばよい。
 ここで、Ar変態点は、例えば、次式で求めることが可能である。
 Ar(℃)=910-273×C-74×Mn-57×Ni-16×Cr-9×Mo-5×Cu
  ただし、上記式中、各元素は当該元素の含有量(質量%)を示す。
(c)未再結晶領域における1パスあたりの圧下率:10%以上かつ累計圧下率:65%以上
 未再結晶領域(本発明においては、鋼素材がAr点+150℃未満の温度の領域を意味する)において、1パスあたりの圧下率(以下、圧下率/パスとも記載する)が10%未満、または、累積圧下率が65%未満であると、オーステナイトに対する十分な加工の効果が得られない。オーステナイトが十分に加工されないと、後述する空冷(放冷)でフェライトが十分に細粒化せず、所望の低温での靭性が得られない。そのため、未再結晶領域において、1パスあたりの圧下率を10%以上かつ累計圧下率を65%以上に規定する。フェライトをさらに微細化させ、低温での靭性を更に向上させる観点からは、未再結晶領域での圧下率/パスを15%以上とすることが好ましい。
 一方、圧延機への負荷が大きくなりすぎることを防止する観点からは、未再結晶領域での圧下率/パスを20.0%以下とするのが好ましい。
 また、未再結晶領域での累積圧下率は、低温での靭性をさらに向上させる観点から、70%以上とするのが好ましく、75%以上とするのがより好ましい。一方、未再結晶領域での累積圧下率が80%を超えると、圧延機への負荷が大きくなりすぎるため、未再結晶領域での累積圧下率は80%以下とするのが好ましい。
 なお、1パスあたりの圧下率は、累積圧下率をパス数で割ること(累積圧下率/パス数)により求められる。
(d)圧延終了温度:Ar点以上
 熱間圧延工程は、Ar点(℃)以上の温度で終了する必要がある。熱間圧延に際して温度がAr点(℃)未満となると、鋼中に多量のフェライトが生成し、加工フェライトが生成するため、その結果、降伏強度(YS)が上昇する。更に、低温ほど変形抵抗が増加するため、熱間圧延機への負荷が大きくなるといった問題が生じる。
(e)冷却開始温度:Ar点以上
 次に、熱間圧延後の鋼板に、Ar点以上から冷却を行うことが好ましい。冷却開始温度がAr点未満では、鋼板表層部にフェライトが生成し、強度差が大きいマルテンサイト組織あるいはベイナイト組織と共存することになる結果、靭性が低下する場合がある。そのため、冷却開始温度はAr点以上とすることが好ましい。
(f)冷却方法:空冷
 熱間圧延後、室温まで空冷(放冷)する。これによって、所定のミクロ組織を生成させる。この時、水冷などの冷却を行うと、鋼板にひずみが生じ、鋼板表面に圧延方向に沿って2mの長尺を当てた際の、鋼板表面と前記長尺との隙間の最大値が14mm以下である平坦度の良い鋼板を得ることができない。また、所定のミクロ組織が得られず、目的の強度特性が得られない。したがって、本発明の冷却方法は空冷とする。空冷(放冷)する場合、冷却速度は板厚1/4の位置において1.0℃/s以上となることが好ましい。なお、水冷を行う場合は、50℃/s以上となる。平坦度に優れ、目的の強度特性を得るためには、空冷における冷却速度は1.0℃以上であることが好ましく、より好ましくは1.5℃以上である。また、空冷における冷却速度は3.0℃以下であることが好ましく、より好ましくは2.5℃以下である。
 冷却速度は、(700(℃)-500(℃))/700℃から500℃までの冷却時間(s)により算出できる。なお、冷却終了温度は室温(特に限定されないが、例えば、-5~50℃)である。
 上記した成分組成を有する鋼素材を、上記した製造条件に従って製造することによって、上記した組織を有する鋼板を得ることができる。かくして得られる鋼板は優れた強度特性と靭性と平坦度をそなえることになる。ここで、優れた強度特性とは、降伏強度YS(降伏点があるときは降伏点YP、ないときは0.2%耐力σ0.2):440MPa以下および引張強度(TS):490MPa以上である。このうち、降伏強度(YS)は、アンモニア応力腐食割れ性と密接に関係し、液化ガスばら積み船の構造部材として、国際海事機関によるIMOガスコードや船級規則にて、アンモニア応力腐食割れの危険性を最小限にするため降伏点を440MPa以下と規定されている。したがって、降伏強度YSが440MPa以下であれば、優れたアンモニア応力腐食割れ性を有するといえる。
 鋼板の引張強度(TS)は基本的に高いほど良いが、620MPa超では加工性に問題が生じる可能性が高くなる。あるいは、合金を多量に添加することになり、コストが高くなる可能性が高い。また、アンモニア応力腐食割れ性を確保するための降伏強度YS(降伏点があるときは降伏点YP、ないときは0.2%耐力σ0.2):440MPa以下を両立できなくなるため、鋼板の引張強度(TS)は620MPa以下とすることが望ましい。なお、本発明で得られる鋼板の引張強度(TS)は実質的に620MPa以下である。
 以上説明したように、本発明によれば、低温靭性およびアンモニア応力腐食割れ性に優れ、低温かつ腐食雰囲気の環境で使用されるタンクに好適の平坦度が高い鋼板を提供することができるため、産業上格段の効果を奏する。
 表1に示す成分組成の溶鋼を溶製し、鋼素材(スラブ)とした。これら鋼素材(スラブ)に、表2に示す条件で、加熱、熱間圧延、冷却を施した。なお、冷却時の冷却開始温度は、表2中の圧延終了温度とした。
 得られた鋼板について、鋼板の板厚1/4の位置のミクロ組織における組織分率の測定、引張特性、靭性、平坦度の評価を実施した。各試験方法は次の通りである。
[板厚1/4の位置のミクロ組織分率の測定]
 得られた各鋼板から、該鋼板の板厚1/4の位置の深さの位置が観察面となるように、サンプルを採取した。前記サンプルの表面を鏡面研磨し、さらにナイタール腐食した後、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて10mm×10mmの範囲を撮影した。撮影された像について画像解析装置を用いて解析することによってミクロ組織の面積分率を求めた。ミクロ組織の異方性が小さい場合、面積分率は体積率に相当するため、本発明では面積分率を体積率とした。
 いずれの場合も、ミクロ組織の分率を求める際の、各組織の判別は、次のとおりに行った。鋼材を鏡面研磨し、ナイタールエッチングして組織を現出させ500~3000倍に拡大してSEMで観察した。フェライトは等方的に成長した炭化物を含まない組織で粒内が黒く見える組織、パーライトはフェライト(黒)と炭化物(白)が縞模様(ストライプ状)に見える組織とした。ベイナイトは細長く成長したラス状のフェライト組織を有し、円相当径で0.05μm以上の炭化物を含む組織と定義した。マルテンサイトはベイナイトと同様の細長く成長したラス状のフェライト組織を有し、円相当径で0.05μm以下の炭化物を含む組織と定義した。なお、炭化物は白い点状に見える。また、オーステナイトは、ベイナイトあるいはマルテンサイト組織の間に存在する、円相当径で0.50μm以上の炭化物ではない組織と定義した。
 なお、フェライトと加工フェライトは、SEMでの区別が困難である。そこで、電子線反射回折(ElectronBackscatter Diffraction Patterns:EBSD)法を用いた。より詳細には、まず、鋼板から試験片を採取し、研磨した。圧延方向に平行な面(板厚1/4位置の面)が観察面となるように、コロイダルシリカ溶液を用いて、試験片を研磨した。その後、EBSD法(電子線の加速電圧:20keV、測定間隔:0.1μmステップ)によって、試験片の観察面における500μm×500μmの領域を、5箇所測定した。
 局所方位差平均(GrainAverage Misorientation:GAM)が1.0未満の領域をフェライトと定義し、フェライトの面積分率として算出した。
 さらに、一般的に結晶粒界として認識されている大傾角粒界の閾値を15°と定義して、結晶方位差が15°以上の粒界に固囲まれた領域を可視化することにより、フェライトの面積平均(Areafraction average)の粒径を算出した。算出には、TSL社製のOIM Analysisソフトウェアを使用した。求めたフェライトの面積平均の粒径を、フェライトの平均粒径とした。
[強度特性]
 各鋼板の全厚から、圧延方向に直角の方向にJIS Z 2201の1B号試験片を採取して、JIS Z 2241の要領で引張試験を行い、降伏強度YS(降伏点があるときは降伏点YP、ないときは0.2%耐力σ0.2)および引張強度(TS)を測定した。
そして降伏強度:440MPa以下のものを、アンモニア応力腐食割れ性に優れた鋼板とし、引張強度が490MPa以上のものを引張強度に優れた鋼板と評価した。なお、降伏強度YSは、アンモニア応力腐食割れ性と密接に関係し、液化ガスばら積み船の構造部材として、IMOガスコードや船級規則にて、アンモニア応力腐食割れの危険性を最小限にするため降伏点を440MPa以下と規定されており、降伏強度YS:440MPa以下のものをアンモニア応力腐食割れ性に優れた鋼板と判定した。
[靭性]
 また各鋼板の表面側から1mm削った部位から、圧延方向にJIS Z 2202のVノッチ試験片を採取して、JIS Z 2242の要領でシャルピー衝撃試験を行い、-55℃における吸収エネルギーを評価した。-55℃における吸収エネルギーが100J以上である場合を低温での靭性が優れていると評価した。
[平坦度]
 各鋼板の表面に圧延方向に沿って2m(2000mm)の長尺を当てた際の、鋼板表面と長尺との隙間をスキマゲージ(スキミゲージ)で測定し、最大値を求めた。当該測定は、鋼板の幅方向中央部と両端の計3箇所において行い、3箇所夫々の最大値の平均値(各箇所の最大値の和/3)を評価した。
上記の評価において、長尺はステンレス製の長尺定規とし、スキマゲージ(スキミゲージ)は炭素工具鋼(SK5)製のものを用いた、対象とする鋼板は長手方向で3m以上の長さとした。
上記平均値が14mm以下である場合を、平坦度に優れていると評価した。
 かくして得られた評価結果を表2に併記する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 
 表1および2から分かるように、発明例はいずれも、440MPa以下の降伏強度YSと490MPa以上の引張強度TSを有し、-55℃における吸収エネルギーが100J以上、かつ平坦度が14mm以下である、低温での靭性およびアンモニア応力腐食割れ性に優れた平坦度の高い鋼板が得られている。
 一方、比較例に相当する鋼板No.3、4、5、6、7、8は、板厚1/4のミクロ組織あるいは板厚が本発明の範囲外となっており、降伏強度YS、引張強度TS、低温での靱性、平坦度の少なくともいずれかが発明例に比較して劣っている。
 また、比較例に相当する鋼板No.21では、炭素量が少なく、引張強度TSが発明例と比較して劣っている。
鋼板No.22では、炭素量が多く、降伏強度YSが発明例と比較して高く、アンモニア応力腐食割れ性に劣っている。また、低温での靭性が発明例と比較して劣っている。
鋼板No.23、26、27、28、29、30では、種々の元素の含有量が発明例よりも多く、低温での靭性が発明例と比較して劣っている。
鋼板No.24では、マンガン量が少なく、引張強度TSが発明例と比較して劣っている。鋼板No.25では、マンガン量が多く、降伏強度YSが発明例と比較して高く、アンモニア応力腐食割れ性に劣っている。また、低温での靭性が発明例と比較して劣っている。
鋼板No.31では、炭素当量Ceqが発明例と比較して低く、引張強度TSが発明例と比較して劣っている。
鋼板No.32では、炭素当量Ceqが発明例と比較して高く、降伏強度YSが発明例と比較して高く、アンモニア応力腐食割れ性に劣っている。

 

Claims (3)

  1.  質量%で、
     C:0.06%以上0.12%以下、
     Si:0.50%以下、
     Mn:1.00%以上1.80%以下、
     P:0.010%以下、
     S:0.010%以下、
     Al:0.100%以下、
     N:0.0100%以下、
     O:0.0100%以下
    を含み、
    下記(1)式で示される炭素当量(Ceq)が0.340以上0.390以下であって、
    残部Feおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、
    板厚1/4の位置におけるフェライトとパーライトの合計の体積率が90%以上であり、前記フェライトの平均粒径が5μm以上20μm以下である、ミクロ組織を有し、
    降伏強度が440MPa以下であり、
    引張強度が490MPa以上であり、
    鋼板表面に圧延方向に沿って2mの長尺を当てた際の、前記鋼板表面と前記長尺との隙間の最大値の平均値が14mm以下であり、
    板厚が13mm未満である、鋼板。
     Ceq=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(V+Mo+Cr)/5・・・(1)式
    ただし、(1)式中、各元素記号は各成分の含有量(質量%)を表し、含有しない場合は0とする。
  2.  前記成分組成はさらに、質量%で、
     Cu:0.01%以上1.00%以下、
     Ni:0.01%以上1.00%以下、
     Cr:0.01%以上0.50%以下、
     Mo:0.01%以上0.50%以下、
     V:0.01%以上0.50%以下、
     W:0.01%以上0.50%以下、
     Co:0.01%以上0.50%以下、
     Nb:0.005%以上0.050%以下、
     Ti:0.005%以上0.050%以下、
     B:0.0001%以上0.0100%以下、
     Ca:0.0005%以上0.0100%以下、
     Mg:0.0005%以上0.0100%以下および
     REM:0.0005%以上0.0200%以下
    のうちから選ばれる1種または2種以上を含有する、請求項1に記載の鋼板。
  3.  請求項1または2に記載の鋼板の製造方法であって、
     鋼素材を、950℃以上1250℃以下の温度に加熱し、
     更に、圧延開始温度をAr点+200℃以上とし、
     未再結晶領域における1パスあたりの圧下率を10%以上かつ累計圧下率を65%以上とし、
     圧延終了温度をAr点以上とした熱間圧延を施した後、空冷する鋼板の製造方法。
     

     
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