CN106605005A - 高强度钢板 - Google Patents

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Abstract

提供一种即使是抗拉强度在1100MPa以上的高强度，母材的低温韧性和延展性也优异，此外耐磨耗性也优异的钢板。该钢板是1100MPa以上的高强度钢板，其中，钢中成分满足规定的成分组成，由规定的式(1)表示的A值在0.0015以下，并且由规定的式(3)表示的E值为0.95以上，并且距钢板表面深2mm的位置的布氏硬度HBW(10/3000)为360以上且440以下。

Description

高强度钢板
技术领域
本发明涉及高强度钢板。特别是涉及低温韧性和延展性优异的、抗拉强度1100MPa以上的高强度钢板。本发明的高强度钢板，适合作为用于建筑机械、工业机械等的用途的厚钢板使用。
背景技术
用于建筑机械和工业机械等的厚钢板，伴随着近年的轻量化的需要增加，要求有更高强度的性能。另外，就用于上述用途的厚钢板，考虑到在寒冷地区的使用，也要求高母材韧性，特别是母材的低温韧性，但一般来说，强度和韧性处于相反的倾向，随着强度变高而韧性降低。作为提高强度和母材韧性等的技术，例如可列举下述的专利文献1～4。
在专利文献1中，公开有一种关于钢板的技术，其一边维持抗拉强度1100MPa级以上的高强度，一边使低温韧性优异。在该专利文献1中，通过管理Al、N的含量并使夹杂物减少，从而实现高强度·高韧性化。
在专利文献2中，也公开有一种钢板的技术，其一边维持抗拉强度1100MPa级的高强度，一边使低温韧性优异。在该专利文献2中，通过添加C达0.20％以上，并且控制轧制加热温度而使γ晶粒微细，从而实现高强度·高韧性化。
在专利文献3中，记述有一种既维持着抗拉强度1100MPa级的高强度，同时焊接性优异的钢板的技术。在该专利文献3中，通过添加稀土类元素来确保上述焊接性。
另外在专利文献4中，公开有一种既维持着抗拉强度1100MPa级的高强度，低温韧性又优异的钢板的技术。在该专利文献4中，通过管理碳等量Ceq和淬火性，来达成预期的目的。
先行技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭63－169359号公报
专利文献2：日本特开平9－118950号公报
专利文献3：日本特开昭56－14127号公报
专利文献4：日本特开2005－179783号公报
在厚钢板中，考虑建筑机械等在制作时的弯曲加工等，无论是高延展性，还是高强度和高低温韧性都有所要求。在上述专利文献1～4中记述，能够得到钢板的强度、低温韧性和焊接性等，但对于延展性未予以考虑，也没有公开延展性的提高手段。
此外，对于建筑机械和工业机械等所用的厚钢板，还要求耐磨耗性优异。一般来说，厚钢板的耐磨耗性与硬度相关，担心磨耗的厚钢板需要提高硬度。
发明内容
本发明鉴于上述情况而形成，其目的在于，提供一种即使是抗拉强度在1100MPa以上的高强度，低温韧性和延展性也优异，此外耐磨耗性也优异的钢板。以下，将上述“低温韧性”仅称为“韧性”。
能够解决上述课题的本发明的高强度钢板，是抗拉强度为1100MPa以上的高强度钢板，其特征在于，钢中成分以质量％计满足
C：0.13～0.17％、
Si：0.1～0.5％、
Mn：1.0～1.5％、
P：高于0％并在0.02％以下、
S：高于0％并在0.0020％以下、
Cr：0.50～1.0％、
Mo：0.20～0.6％、
Al：0.030～0.085％、
B：0.0003～0.0030％、
Nb：0％以上并在0.030％以下、和
N：高于0％并在0.0060％以下，
余量：是铁和不可避免的杂质，并且，
由下式(1)表示的A值为0.0015以下，并且
由下式(3)表示的E值为0.95以上，并且，
距钢板表面深2mm的位置的布氏硬度HBW(10/3000)为360以上且440以下点。
A值＝10D×[S]…(1)
在式(1)中，[S]表示以质量％计的钢中S含量，D表示下式(2)所代表的值。
D＝0.1×[C]+0.07×[Si]－0.03×[Mn]+0.04×[P]－0.06×[S]+0.04×[Al]－0.01×[Ni]+0.10×[Cr]+0.003×[Mo]－0.020×[V]－0.010×[Nb]+0.15×[B]…(2)
在式(2)中，[]表示以质量％计的钢中各元素含量。另外，钢中不包含的元素的含量作为0质量％计算。
E值＝1.16×([C]/10)0.5×(0.7×[Si]+1)×(3.33×[Mn]+1)×(0.35×[Cu]+1)×(0.36×[Ni]+1)×(2.16×[Cr]+1)×(3×[Mo]+1)×(1.75×[V]+1)×(200×[B]+1)/(0.1×t)…(3)
在式(3)中，[]表示以质量％计的钢中各元素含量，t表示由mm表示的板厚。另外，钢中不包含的元素的含量作为0质量％计算。
所述高强度钢板的钢中成分，以质量％计还含有从Cu：高于0％并在1.5％以下、V：高于0％并在0.20％以下、和Ni：高于0％并在1.0％以下所构成的群中选择的一种以上的元素作为其他的元素。
本发明的高强度钢板如上述构成，因此即使是抗拉强度为1100MPa以上的高强度钢板，低温韧性和延展性也优异，此外耐磨耗性也优异。
具体实施方式
本发明者们首先发现，为了确保建筑机械等在制作时所需要的良好的弯曲加工性，使作为延展性的一个指标、即拉伸试验时的断面收缩率(Reduction of Area，RA)为60％以上即可，为了得到高强度和优异的低温韧性能够共同达成的钢板，而就该RA≥60％反复进行了锐意研究。其结果发现，如果适当控制钢中成分的各含量，并且使后述的A值和E值一起满足规定的范围，则与只规定钢中成分的各含量的情况相比，能够进一步提高低温韧性和延展性，换言之，为了得到期望的特性，需要适当控制钢中各成分，并且需要一并适当控制下述的A值和E值，从而想到本发明。以下，对于本发明，从本发明的钢中成分开始进行说明。
C：0.13～0.17％
C是用于确保母材(钢板)的强度和硬度必要而不可或缺的元素。为了有效地发挥这样的作用，使C量的下限为0.13％以上。C量优选为0.135％以上。但是，若C量变得过剩，则母材的布氏硬度HBW高于440，因此使C量的上限为0.17％以下。C量的优选的上限为0.165％以下，更优选为0.160％以下。
Si：0.1～0.5％
Si具有脱氧作用，并且对于母材的强度提高是有效的元素。为了有效地发挥这样的作用，使Si量的下限为0.1％以上。Si量的优选的下限为0.20％以上，更优选为0.25％以上。但是，若Si量变得过剩，则焊接性劣化，因此使Si量的上限为0.5％以下。Si量的优选的上限为0.40％以下。
Mn：1.0～1.5％
Mn对于母材的强度提高是有效的元素，为了有效地发挥这样的作用，使Mn量的下限为1.0％以上。Mn量的优选的下限为1.10％以上。但是，若Mn量变得过剩，则焊接性劣化，因此使Mn量的上限为1.5％以下。Mn量的优选的上限为1.4％以下，更优选的上限为1.3％以下。
P：高于0％并在0.02％以下
P在钢材中是不可避免被包含的元素，若P量变得过剩，则韧性劣化，因此使P量的上限为0.02％。P量尽可能少的方法为宜，P量的优选的上限为0.015％以下，更优选为0.010％以下。还有，因为使P为0有困难，所以下限高于0％。
S：高于0％并在0.0020％以下
S在钢材中是不可避免被包含的元素，若S量过多，则大量生成MnS，韧性劣化，因此使S量的上限为0.0020％以下。S量尽可能少的方法为宜，S量的优选的上限为0.0015％以下。还有，因为使S为0有困难，所以下限高于0％。
Cr：0.50～1.0％
Cr对于母材的强度提高是有效的元素，为了有效地发挥这样的作用，使Cr量的下限为0.50％以上。Cr量的优选的下限为0.55％以上，更优选的下限为0.60％以上。另一方面，若Cr量过多，则焊接性劣化，因此使Cr量的上限为1.0％以下。Cr量的优选的上限为0.90％以下，更优选的上限为0.85％以下。
Mo：0.20～0.6％
Mo对于母材的强度和硬度的提高是有效的元素。为了有效地发挥这样的作用，使Mo量的下限为0.20％以上。Mo量的优选的下限为0.25％以上。但是，若Mo量过多，则焊接性劣化，因此使Mo量的上限为0.6％以下。Mo量的优选的上限为0.55％以下，更优选的上限为0.50％以下。
Al：0.030～0.085％
Al是用于脱氧的元素，为了有效地发挥这样的作用，使Al量的下限为0.030％以上。但是，若Al量过多，则形成粗大的Al系夹杂物，使韧性劣化，因此使Al量的上限为0.085％以下。Al量的优选的上限为0.080％以下。
B：0.0003～0.0030％
B提高淬火性，对于母材和焊接部(HAZ部)的强度提高是有效的元素。为了有效地发挥这样的作用，使B量的下限为0.0003％以上。B量的优选的下限为0.0005％以上。但是，若B量变得过剩，则碳硼化物析出，使韧性劣化，使B量的上限为0.0030％以下。B量的优选的上限为0.0020％以下，更优选的上限为0.0015％以下。
Nb：0％以上并在0.030％以下
Nb在板坯加热时固溶，在轧制冷却后再加热时，作为微细的铌碳化物析出，从而使奥氏体晶粒微细化，对于提高韧性是有效的元素。为了充分发挥该效果，优选使Nb含有0.005％以上，更优选为0.010％以上。但是，若Nb量过多，则析出物粗大化，反而使韧性劣化，因此使Nb量的上限为0.030％以下。Nb量的优选的上限为0.025％以下。
N：高于0％并在0.0060％以下
N在钢材中是不可避免被包含的元素，若N量过多，则由于固溶N的存在导致韧性劣化，因此使N量的上限为0.0060％以下。N量尽可能少的方法为宜，N量的优选的上限为0.0055％以下，更优选的上限为0.0050％以下。还有，因为使N为0有困难，所以下限高于0％。
本发明的高强度钢板，满足上述钢中成分，余量：是铁和不可避免的杂质。为了进一步提高母材的强度和韧性，也可以还含有下述量的从Cu、V、和Ni所构成的群中选择的一种以上的元素。这些元素可以单独使用，也可以两种以上并用。
Cu：高于0％并在1.5％以下
Cu对于母材的强度和韧性的提高是有效的元素。为了使这样的作用有效地发挥，优选使Cu量的下限为0.05％以上，更优选为0.10％以上。但是，若Cu量变得过剩，则焊接性劣化，因此Cu量的上限优选为1.5％以下。Cu量的上限更优选为1.4％以下，进一步优选为1.0％以下。
V：高于0％并在0.20％以下
V对于母材的强度和韧性的提高是有效的元素。为了有效地发挥这样的作用，优选使V量的下限为0.01％以上，更优选为0.02％以上。但是，若V量变得过剩，则焊接性劣化，因此优选使V量的上限为0.20％以下。更优选为0.18％以下，进一步优选为0.15％以下。
Ni：高于0％并在1.0％以下
Ni对于母材的强度和韧性的提高是有效的元素。为了有效地发挥这样的作用，Ni量的下限优选为0.05％以上，更优选为0.10％以上。但是，若Ni量变得过剩，则焊接性劣化，因此优选使Ni量的上限为1.0％以下。更优选为0.8％以下。
还有，本发明的高强度钢板不含Ti。这是由于，若添加Ti，则1100MPa以上的高强度域的韧性和延展性降低。
[由下式(1)表示的A值为0.0015以下]
A值＝10D×[S]…(1)
在式(1)中，[S]表示以质量％计的钢中S含量，D是由下式(2)表示的值。
D＝0.1×[C]+0.07×[Si]－0.03×[Mn]+0.04×[P]－0.06×[S]+0.04×[Al]－0.01×[Ni]+0.10×[Cr]+0.003×[Mo]－0.020×[V]－0.010×[Nb]+0.15×[B]…(2)
在式(2)中，[]表示以质量％计的钢中各元素含量。另外，钢中不包含的元素的含量作为0质量％计算。
设定上式(1)的原委如下。首先，就用于提高钢板的韧性和延展性的手段进行锐意研究时想到，抑制MnS的生成特别有效。于是，从抑制MnS生成的观点出发，在抑制钢中S量的同时，对于S以外的元素，也从MnS易生成度的观点出发进行研究，本发明者们，以系数表示各元素对MnS生成带来影响的程度，如上式(1)这样使之公式化。
还发现，如此得到的由上式(1)表示的A值，与韧性和延展性之间存在相互关联，于是本发明者们，如后述的实施例评价的那样，进一步就用于达成希望的低温韧性和延展性的A值的范围进行了研究。其结果发现，使该A值为0.0015以下即可。上述A值优选为0.00140以下，更优选为0.00130以下，进一步优选为0.00120以下。A值的下限值没有特别限定，但如果考虑本发明中规定的成分组成，则大致为0.00050左右。还有，以下将上式(1)中的10D表现为“F值”。
[由下式(3)表示的E值为0.95以上]
E值＝1.16×([C]/10)0.5×(0.7×[Si]+1)×(3.33×[Mn]+1)×(0.35×[Cu]+1)×(0.36×[Ni]+1)×(2.16×[Cr]+1)×(3×[Mo]+1)×(1.75×[V]+1)×(200×[B]+1)/(0.1×t)…(3)
在式(3)中，[]表示以质量％计的钢中各元素含量，t表示以mm表示的板厚。另外，钢中不包含的元素的含量作为0质量％计算。
式(3)是考虑板厚而规定表示淬火性的DI的算式，是为了根据板厚而控制DI所规定的算式。本发明者们发现，由上式(3)表示的E值，特别与强度和低温韧性之间存在相互关联，如后述的实施例中评价的那样，就用于达成希望的强度和低温韧性的E值的范围进行了研究。其结果发现，如果使上述E值为0.95以上，则能够达成希望的强度和低温韧性。上述E值优选为1.00以上，更优选为1.05以上。还有，E值的上限值没有特别限定，但如果考虑本发明中规定的成分组成，则大体上为4.0左右。
本发明的高强度钢板，其耐磨耗性也优异，但为此，需要满足距钢板表面深2mm的位置的布氏硬度HBW(10/3000)为360以上。所述所谓“距钢板表面深2mm的位置”，是指从钢板表面起沿板厚方向至深度2mm的位置。上述布氏硬度优选为365以上，更优选为370以上。另一方面，若上述布氏硬度过高，则引起延展性和低温韧性的降低，因此使上限为440以下。上述布氏硬度优选为435以下，更优选为430以下。还有，上述所谓(10/3000)，表示作为布氏硬度的测量条件，以直径10mm的超高合金球施加3000kgf的压力。
以上，对于赋予本发明以特征的钢中成分、A值、E值、和布氏硬度进行了说明。还有，在本说明书中所谓厚钢板，意思是板厚为6mm以上的钢板。
在本说明书中，“低温韧性”、“延展性”分别表示母材的低温韧性、母材的延展性。在本说明书中，所谓“低温韧性优异”，意思如后述的实施例所述，满足vE-40≥50J。另外本发明者们发现，为了良好地进行弯曲加工，如上述，使作为延展性的一个指标、即拉伸试验时的断面收缩率为60％以上即可。总之在本说明书中，所谓“延展性优异”意思就是满足RA≥60％。另外所谓“耐磨耗性优异”，意思就是距钢板表面深2mm的位置的布氏硬度HBW(10/3000)为360以上且440以下。
用于得到本发明的钢板的制造方法未特别限定，能够通过使用满足本发明的成分组成的钢液，进行热轧、淬火而制造。所述热轧遵循通常的条件(1000℃以上的加热温度、轧制温度、压下率)进行即可。为了确保充分的淬火性，所述淬火优选将钢板加热至880℃以上进行。
本申请基于2014年9月11日申请的日本国专利出申请第2014－185084号主张优先权的利益。2014年9月11日申请的日本国专利出申请第2014－185084号的说明书的全部内容，为了本申请的参考而援引。
实施例
以下，列举实施例更具体地说明本发明，但本发明不受下述实施例限制，也可以在能够适合前·后述的宗旨的范围加以变更实施，这些均包含在本发明的技术的范围内。
使用表1的成分组成的钢材，进行热轧、淬火，制造表2所示的板厚的厚钢板。所述表1的“－”意思是没有添加元素。表2中的F值，是规定的式(1)中的10D的值。
所述热轧，如下述，加热至1000～1200℃，以下述条件进行，得到表2所示厚度的热轧板。
(热轧的条件)
加热温度：1000～1200℃
最终温度：800～1100℃
冷却方法：空冷
接着，加热至Ac3点以上之后，经淬火(Q)而制造厚钢板(Q钢板)。
对于如此得到的各钢板，评价以下的特性。
(1)抗拉强度和延展性
从如上述这样得到的各钢板上，提取JIS Z 2201所规定的4号试验片，以JIS Z2201规定的方法进行拉伸试验，测量抗拉强度和断裂时的断面收缩率。在表2中，将抗拉强度表示为“TS”，将断面收缩率表示为“RA”。在本实施例中，TS为1100MPa以上的，高强度评价为优异(合格)，RA为60％以上的，母材的延展性评价为优异(合格)。
(2)低温韧性
从如上述这样得到的各钢板的板厚t/4位置，在L方向上提取3个JIS Z 2242规定的2mmV切口试验片。然后，使用该试验片，以JIS Z 2242中规定的方法进行摆锤冲击试验，测量－40℃下的吸收能。在表2中，将－40℃下的吸收能表示为“vE-40”。然后，在本实施例中，上述3个vE-40的平均值为50J以上的，母材的低温韧性评价为优异(合格)。
(3)布氏硬度
测量如上述这样得到的各钢板的、从表面起沿板厚方向至深度2mm的位置的布氏硬度。详细地说，切削钢板表面，将距钢板表面深2mm并与钢板表面平行的面作为测量面。而后，依据JIS Z 2243，以直径10mm的超高合金球施加3000kgf的压力进行测量。测量进行3次，计算其平均值。在本实施例中，如此得到的布氏硬度(平均值)为360以上且440以下的，评价为耐磨耗性优异(合格)。
这些结果显示在表2中。
[表1]
[表2]
表1和表2的实验No.1～10，满足本发明规定的成分组成、A值和E值，因此尽管为TS≥1100MPa的高强度，低温韧性和延展性两方也优异。此外因为还适当地控制了布氏硬度，所以耐磨耗性也优异。
相对于此，下述例有着以下的问题。
实验No.11因为Cr量不足，E值也低，因此强度不足，并且低温韧性降低。
实验No.12因为C量过剩，并且Cr量不足，E值也低，因此布氏硬度高于上限，延展性和低温韧性降低。还有，该实验No.12虽然E值低，但因为C量过剩，所以一般认为抗拉强度达1100MPa以上。
实验No.13～15因为Cr量不足，并且E值低，所以强度不足，并且低温韧性也降低。还有，实验No.15因为B量过剩，所以为低温韧性相当差的结果。
实验No.16和24其S量过剩，并且A值也高于上限，因此延展性和低温韧性降低。
实验No.17其S量和Nb量过剩，A值也高于上限，因此延展性和低温韧性降低。
实验No.18～20其钢中各元素含量和E值虽然处于规定范围内，但A值高于上限，因此延展性和低温韧性降低。
实验No.21其Nb量和N量过剩，A值高于上限，因此延展性和低温韧性降低。
实验No.22和23虽然钢中各元素含量和E值处于规定范围内，但A值高于上限，因此延展性和低温韧性降低。
实验No.25虽然钢中各元素含量和A值处于规定范围内，但E值低于下限值，因此造成强度和低温韧性差的结果。

Claims (2)

1.一种抗拉强度为1100MPa以上的高强度钢板，其特征在于，钢中成分以质量％计满足
C：0.13～0.17％、
Si：0.1～0.5％、
Mn：1.0～1.5％、
P：高于0％并在0.02％以下、
S：高于0％并在0.0020％以下、
Cr：0.50～1.0％、
Mo：0.20～0.6％、
Al：0.030～0.085％、
B：0.0003～0.0030％、
Nb：0％以上且0.030％以下、和
N：高于0％并在0.0060％以下，
余量：是铁和不可避免的杂质，
且由下式(1)表示的A值为0.0015以下，并且
由下式(3)表示的E值为0.95以上，
且距钢板表面深2mm的位置的布氏硬度HBW(10/3000)为360以上且440以下，
A值＝10D×[S]…(1)
在式(1)中，[S]表示以质量％计的钢中S含量，D是由下式(2)表示的值，
D＝0.1×[C]+0.07×[Si]－0.03×[Mn]+0.04×[P]－0.06×[S]+0.04×[Al]－0.01×[Ni]+0.10×[Cr]+0.003×[Mo]－0.020×[V]－0.010×[Nb]+0.15×[B]…(2)
在式(2)中，[]表示以质量％计的钢中各元素含量。另外，钢中不包含的元素的含量作为0质量％计算，
E值＝1.16×([C]/10)0.5×(0.7×[Si]+1)×(3.33×[Mn]+1)×(0.35×[Cu]+1)×(0.36×[Ni]+1)×(2.16×[Cr]+1)×(3×[Mo]+1)×(1.75×[V]+1)×(200×[B]+1)/(0.1×t)…(3)
在式(3)中，[]表示以质量％计的钢中各元素含量，t表示以mm表示的板厚，另外，钢中不包含的元素的含量作为0质量％计算。
2.根据权利要求1所述的高强度钢板，其中，所述钢中成分以质量％计还含有从如下元素构成的群中选择的一种以上的元素作为其他的元素：
Cu：高于0％并在1.5％以下、
V：高于0％并在0.20％以下、和
Ni：高于0％并在1.0％以下。
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