JP2004323917A - 高強度高靭性鋼板 - Google Patents

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Abstract

【課題】780MPa以上という高強度でありながら、母材靭性に優れ、しかも耐低温割れ性およびHAZ靭性に優れた高強度高靭性鋼板を提供する。
【解決手段】mass%で、C:0.010〜0.080%、Mn:1.10〜3.00%、Si:0.02〜0.50%、P:0.030%以下、S:0.010%以下、Al:0.200%以下、Cu:0〜1.60%以下、Ni:0.40〜2.50%、Cr:0.30〜2.00%、Mo:0.10〜1.10%、Nb:0〜0.100%以下、V:0〜0.30%以下、Ti:0.002〜0.030%、N:0.0100%以下を含み、残部がFeからなり、かつAS≧4.00、DL≦2.80であり、ベイニティック・フェライトを主体とする組織を有する。但し、AS=[Mn]+[Ni]+2×[Cu]、DL=2.5×[Mo]+30×[Nb]+10×[V]、[X]は元素Xの含有量を表す。
【選択図】 なし

Description

【0001】
【発明が属する技術分野】
本発明は、例えば橋梁、ペンストック、タンク、その他の大型構造物に使用される、引張強さが780MPa以上の高強度熱延鋼板に係り、特に母材靭性、HAZ靭性、耐低温割れ性に優れた高強度高靭性鋼板に関する。
【0002】
【従来の技術】
780MPa以上の高張力鋼板では母材強度を確保する観点から合金成分が多量に添加されるため、小入熱溶接条件で冷却速度が速い場合、HAZ(熱影響部)が硬化して溶接割れ(低温割れ)が生じやすい。これを防ぐために溶接施工時に100℃以上の予熱が行われる。この予熱を省略することができれば施工効率が大きく上がり、かつコスト低下を実現することができる。このため耐低温割れ性に優れた780MPa級以上の高張力鋼板が要望されている。
【0003】
耐低温割れ性の指標として下記式で定義されるPcm(%)というパラメーターが提案され、従来はPcmを制限して耐低温割れ性を改善し、合金成分の添加を制限したことによる母材強度の低下を製造方法の改良によって補ってきた。
Pcm=[C]+[Si]/30+[Mn]/20+[Ni]/60+[Cr]/20+[Mo]/15+[V]/10+5×[B]
ただし、[C]〜[B]は各元素のmass%を表す。
【0004】
しかし、780MPa級以上の高張力鋼板において、特に板厚が50mm以上の厚板では、製造時の焼き入れにおける冷却速度が遅くなるため、予熱が不要となる一方で、母材の強度を確保することが出来ず、予熱フリーと母材強度の確保を両立させることができなかった。また、Cuの析出を利用して母材強度を確保する方法もあるが、冷却速度が遅い厚物では、やはり十分な母村強度の確保が困難であった。
【0005】
耐低温割れ性の改善を企図した技術としては、例えば特開平4−333516号公報(特許文献1)にはPcmを0.28以下に抑え、かつCu、Nb、Vを添加することにより強度を確保した高張力鋼板の製造方法が、特開平2−129317号公報(特許文献2)にはPcmを0.28以下に抑え、Cu、Nbを添加して析出強化によって強度を確保した高張力鋼の製造方法が、また特開昭61−44161号公報(特許文献3)には低CでPcmをあまり上げずにCeqを高くして焼き入れ性を向上させた高張力鋼が提案されている。
【0006】
一方、780MPa級以上の高張力鋼において、大入熱溶接時にHAZ勒性が劣化するという問題がある。入熱が大きくなるとHAZの冷却速度が遅くなり、粗大な島状マルテンサイトを生成することにより靭性が低下するからである。この問題は、大入熱溶接を行う場合、厚物、薄物のいずれにおいても発生する。このため、実際の溶接施工時に溶接入熱が5kJ/mm以下に制限されるのが通例であり、溶接効率の低下を余儀なくされていた。
【0007】
HAZ靭性の改善を企図した技術として、例えば特開2000−160281号公報(特許文献4)には低Cとし、焼き入れ性向上元素であるMn、Cr、Moを積極的に添加し、あるいはさらにTiNを微細分散させることで旧γ(オーステナイト)粒を微細化する高張力鋼板が、特開平6−65680号公報(特許文献5)には低Cとし、さらにTaの微細分散により旧オーステナイト粒を微細化する高張力鋼が、特開平5−171341号公報(特許文献6)にはTiおおびMgを必須成分として添加し、酸化物を分散させることにより旧γ粒を微細化し、粒内フェライトの生成を促進する厚鋼板の製造方法が開示されている。また、特開平7−233437号公報(特許文献7)にはPcmを0.24以下に抑え、さらにCeqを0.45以上として焼入れ性を向上させた高張力鋼が、特開平2−254120号公報(特許文献8)には、低Cとした上で、Cuの析出強化を利用することによって強度を確保した高張力鋼の製造方法が開示されている。
【0008】
【特許文献1】
特開平4−333516号公報(特許請求の範囲)
【特許文献2】
特開平2−129317号公報(特許請求の範囲)
【特許文献3】
特開昭61−44161号公報(特許請求の範囲)
【特許文献4】
特開2000−160281号公報(特許請求の範囲)
【特許文献5】
特開平6−65680号公報(特許請求の範囲)
【特許文献6】
特開平5−171341号公報(特許請求の範囲)
【特許文献7】
特開平7−233437号公報(特許請求の範囲)
【特許文献8】
特開平2−254120号公報(特許請求の範囲)
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上記耐低温割れ性の改善に関する技術は、いずれも低C化することによって高冷却速度におけるHAZの硬化を防止するものであり、低C化による強度の低下をPcmを増加させ難い元素であるNb、V、Moの積極添加によって補おうとするものである。また、上記大入熱溶接の際のHAZ靭性の改善に関する技術は、低C化により低下する強度をNb、Mo、Vのいずれか、もしくは複合添加によって補おうとするものである。
【0010】
しかし、780MPa級の高張力鋼板においては、前記元素を積極的に添加するとベイナイト変態時に亀裂伝播の抵抗として作用するベイナイト・ブロックが粗大化し、第二相として粗大な硬質のMA(Martensite−Austenite Constituent:マルテンサイトおよびオーステナイトの混合物)が生成するため、母材靭性やHAZ靭性が劣化するという問題がある。
【0011】
近年、耐震性能等、構造物の安全性の向上に対する要求が強まっており、引張強さが780MPa以上の高強度鋼板においても耐低温割れ性を確保した上で、現状よりさらに優れた母材靭性およびHAZ靭性を得ることが求められている。
【0012】
本発明はかかる問題に鑑みなされたものであり、引張強さが780MPa以上という高強度でありながら、母材靭性に優れ、しかも耐低温割れ性およびHAZ靭性に優れた高強度高靭性鋼板を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明は鋼成分の設計に際し、これまで耐低温割れ割れ性の指標とされていたPcmにとらわれず、鋼組織を考慮した成分設計を行うことにより、上記課題を解決するものである。本発明のポイントは、Cを極低量に制限した上で、母材靭性、HAZ靭性に悪影響を与えるNb、V、Moの添加を抑制し、焼き入れ性向上元素であるMn、Ni、Cuを積極的に添加することによって組織を熱間圧延後の冷却速度を特に制御することなく、高冷却速度から低冷却速度のいずれにおいてもベイニティック・フェライトを主体とする組織を生成させるようにしたものである。
【0014】
すなわち、本発明の高強度高靭性鋼板は、mass%で、C:0.010〜0.080%、Mn:1.10〜3.00%、Si:0.02〜0.50%、P:0.030%以下、S:0.010%以下、Al:0.200%以下、Cu:0〜1.60%、Ni:0.40〜2.50%、Cr:0.30〜2.00%、Mo:0.10〜1.10%以下、Nb:0〜0.100%、V:0〜0.30%、Ti:0.002〜0.030%、N:0.0100%以下を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなり、かつ下記式で定義されるAS値およびDL値がAS≧4.00、DL≦2.80であり、ベイニティック・フェライトを主体とする組織を有する。
AS=[Mn]+[Ni]+2×[Cu]
DL=2.5×[Mo]+30×[Nb]+10×[V]
ただし、[X]は元素Xの含有量(mass%)を表す。
【0015】
本発明鋼板は、前記化学成分にさらに、(1) B:0.0050%以下、(2) Ca:0.0005〜0.0050%、Mg:0.0001〜0.0050%のいずれか1種または2種、(3) Hf:0.050%以下、Zr:0.100%以下のいずれか1種または2種、の各群から選ばれる元素を単独で、あるいは複合してさらに含有することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明鋼板の成分上の要点は、極低C量の下で焼き入れ性向上元素であるMn、Ni、Cuを所定の母材強度を確保すべくAS≧4.00となるように積極的に添加し、他方、Nb、V、Moを母材靭性を確保すべくDL≦2.80となるように積極的に抑制した点にある。まず、本発明鋼板の鋼成分によって熱間圧延後に生じる組織、特性をCCT図を参照して説明する。
【0017】
図1は本発明にかかるMn、Ni、Cuを積極的に添加した極低C系鋼(A)および従来の高C系鋼(B1)、低C系鋼(B2)のCCT図を示す。図中、BFはベイニティック・フェライト、GBFはグラニュラ・ベイニティック・フェライト、Mはマルテンサイト、Bはベイナイト、Fはフェライトを示す。同図より、本発明の鋼板では、熱間圧延後の冷却が高冷却速度(CR1)、低冷却速度(CR2)のいずれにおいても、BFが面積率で85%以上、より好ましくは90%以上生成するようになる。かかるBFを主体とする組織により、焼き入れ、焼き戻し熱処理を特に施すことなく、肉厚が50mm以上の厚板であっても、母材の機械的性質として780MPa以上の強度が得られ、また優れた靭性を備えたものになる。しかも、高冷却速度(CR1)、低冷却速度(CR2)のいずれにおいても、上記のとおり、ほぼ全組織が硬さの冷却速度感受性の低いBFとなるため、小入熱溶接条件においてはHAZの硬さを低減(耐低温割れ性を向上)させることができ、大入熱溶接条件においてもHAZ靭性を確保することができる。一方、従来の高C系鋼(B1)は高冷却速度(CR1)ではかなりの量のMが生成するようになり、このため硬さの冷却速度感受性が大きく、小入熱溶接時のHAZの硬さ低減と母材強度・靭性を両立させることが難しかった。また、従来の高C系鋼(B1)および低C系鋼(B2)では中冷却速度や低冷却速度(CR2)でFあるいはGBFが生成し、これに伴い粗大かつ塊状のMAが生成するため、母材強度や靭性が低下し、また大入熱溶接時のHAZの靭性を確保することができなかった。
【0018】
次に本発明の高強度鋼板の成分限定理由について詳細に説明する。単位は全てmass%である。
C:0.010〜0.080%
Cは母材強度を確保するために必要な元素である。0.010%未満では焼き入れ性向上元素であるMn、NiおよびCuを積極的に添加しても780MPa以上の母材強をを確保することができないようになる。一方、0.080%超になると、高冷却速度側でベイニティック・フェライトではなく、マルテンサイトが生成するようになり、耐低温割れ性が劣化するようになる。C量を0.010%以上添加するとともに0.080%以下に制限し、同時に適量のMn、Ni、CuおよぴCrを添加することで、小入熱溶接時のHAZの耐低温割れ性と母材強度を両立させ、かつ大入熱時のHAZの靭性を改善することができる。このため、C量の下限を0.010%、好ましくは0.030%とし、一方その上限を0.080%、好ましくは0.060%とする。
【0019】
Mn:1.10〜3.00%
Ni:0.40〜2.50%
Cu:0〜1.60%
これらの元素は焼き入れ性を改善する作用を有し、高冷却速度から低冷却速度に渡ってベイニティック・フェライトを生成させやすくし、これらの積極的な添加と極低C化によって、小入熱溶接時のHAZ靭性と耐低温割れ性を両立させ、かつ母材強度、勒性および大入熱溶接時のHAZ靭性を改善する役目を有する。
【0020】
すなわち、Mnは焼き入れ性を向上させ強度、靭性の確保に有効であり、1.10%未満ではかかる作用が過小であり、一方3.00%超では返って低温靭性が劣化する。このため、Mn量の下限を1.10%、好ましくは1.30%とし、その上限を3.00%、好ましくは2.20%とする。
【0021】
Niも鋼の低温靭性の向上および焼き入れ性を高めて強度を向上させるとともに、熱間割れおよび溶接高温割れの防止にも効果がある。Ni量が0.40%未満ではこれらの効果が過小であり、一方2.50%を超えるとスケール疵が発生しやすくなる。このため、Ni量の下限を0.40%、その上限を2.50%とする。
【0022】
Cuは固溶強化と析出強化によって母材強度を向上させ、またMo、Mn、Ni、Crほどではないが焼き入れ性を向上させるので、必要に応じて添加することができる。かかる作用を効果的に発現させるには0.5%以上の添加が好ましい。もっとも、1.60%を超えると大入熱溶接時のHAZ靭性を低下させるようになるので、Cu量の上限を1.60%、好ましくは1.20%とする。
【0023】
AS値:4.00以上
Mn、Ni、Cuの添加量は、母材強度と密接な関係があり、CuはMn、Niに比して2倍程度、強度向上効果が高い。高冷却速度から低冷却速度の範囲で母材強度を780MPa以上にするには、後述の実施例から明らかなようにAS値を4.00以上、好ましくは4.20以上となるようにMn、Ni、Cuを添加することが必要である。
【0024】
Si:0.02〜0.50%
Siは脱酸作用を有する元素であり、Si量が0.02%未満ではその効果が過小であり、一方0.50%を超えると溶接性および母材靭性を劣化させる。このため、Si量の下限を0.02%とし、その上限を0.50%、好ましくは0.20%とする。
【0025】
P:0.030%以下
不純物元素であるPは母材、溶接部の靭性に悪影響を及ぼすため、0.030%以下に止める。好ましくは0.010%以下とするのがよい。
【0026】
S:0.010%以下
SはMnSを形成して延性を低下させる元素であり、特に高強度鋼においてその影響が大きいため、0.010%以下、好ましくは0.005%以下に止めるのがよい。
【0027】
Al:0.200%以下
Alは脱酸およびミクロ組織の微細化による母材靭性向上効果を有するので添加される(0%を含まない)。もっとも、過多に添加すると返って母材靭性が低下するため、上限を0.200%とする。好ましくは0.010〜0.060%(0.010%以上、0.060%以下)とするのがよい。
【0028】
Cr:0.30〜2.00%
Crは母材、溶接部の強度を高めるが、Cr量が0.30%未満ではかかる効果が過小であり、一方2.00%を超えると溶接性やHAZ靭性を劣化させるようになる。このため、Cr量の下限を0.30%、好ましくは0.50%とし、その上限を2.00%、好ましくは1.50%とする。
【0029】
Mo:0.10〜1.10%
Moは焼き入れ性を向上させ、高強度を確保するために有効であり、焼き戻し脆性を防止する効果を有する。Mo量が0.10%未満ではかかる作用が過小であるので、Mo量の下限を0.10%とする。一方、Moは再結晶抑制作用があり、過多に添加すると、圧延後に粗大なオーステナイト粒となり、変態後のベイナイトブロックが粗大化し、母材の靭性が劣化する。このため、Mo量の上限を1.10%、好ましくは0.60%とする。
【0030】
Nb:0〜0.100%
固溶Nbは素地の焼き入れ性を向上させて母材強度、溶接継手強度を向上させる効果があり、必要に応じて添加することができる。その一方、固溶Nbは加工オーステナイトの回復を抑制し、再結晶を抑制させるため、圧延後に粗大なオーステナイト粒となり、変態後のベイナイトブロックが粗大化し、母材靭性を著しく低下させる。このため、Nb量の上限を0.100%、好ましくは0.020%、より好ましくは0.010%とする。
【0031】
V:0〜0.30%
Vは少量の添加により焼き入れ性および焼き戻し軟化抵抗を高くする効果があり、必要に応じて添加することができる。一方、Vは再結晶抑制元素であり、0.30%を超えて多量に添加すると圧延後に粗大なオーステナイト粒が生成し、、変態後のベイナイトブロックを粗大化させて母材靭性を劣化させる。このため、V量の上限を0.30%、好ましくは0.05%とする。
【0032】
DL値:2.80以下
Mo、Nb、Vは上記のとおり焼き入れ性を向上させる作用があるが、その一方でベイナイトブロックを粗大化させ、母材靭性を劣化させる。このような母材靭性の劣化作用は各元素について一様ではなく、発明者等の実験によりMoを1としたとき、Nbは12倍程度、Vは4倍程度である。後述の実施例から明らかなようにDL値を2.80以下、好ましくは2.50以下となるようにMo、Nb、Vの添加を抑制することによって、ベイナイトブロックを微細化し、vE−60=100J以上の母村靭性を確保することができる。
【0033】
Ti:0.002〜0.030%
TiはNと結合して窒化物を形成し、溶接時におけるHAZのオーステナイト粒を微細化し、HAZ靭性改善に有効な元素である。Ti量が0.002%未満では細粒化効果が過小であり、一方0.030%を超えると返って母材靭性、HAZ靭性を劣化させる。このため、Ti量の下限を0.002%とし、その上限を0.030%とする。
【0034】
N:0.0100%以下
NはTiと結合し、TiNを形成して大入熱溶接時のオーステナイト粒を微細化し、HAZ勒性を向上させる効果を有する。しかし、N量の増加は母材靭性、HAZ靭性に悪影響を与えるため、その上限を0.0100%とする。好ましくは0.0020%以上、0.0080%以下である。
【0035】
本発明の鋼板は以上の成分のほか、残部Feおよび不可避的不純物によって形成されるが、上記成分の作用、効果を損なわない範囲で特性をより向上させる元素の添加を妨げるものではない。例えば、(1) 下記範囲のB、(2) 下記範囲のCa、Mgのいずれか1種または2種、(3) 下記範囲のZr、Hfのいずれか1種または2種、の各群から選ばれた元素を単独で、あるいは複合してさらに添加することができる。
【0036】
B:0.0050%以下
Bは焼き入れ性を向上させてHAZ靭性を改善する作用を有する。特に、入熱量の大きい溶接の際にその効果は大きい。かかる作用を効果的に発現させるためには、0.0005%以上の添加が好ましい。もっとも多量に添加すると、かえってHAZ靭性を劣化させる。このため、B量の上限を0.0050%、好ましくは0.045%とする。より好ましくは0.0010〜0.0040%とするのがよい。
【0037】
Ca:0.0005〜0.0050%
Mg:0.0001〜0.0050%
CaはMnSを球状化するという介在物の形態制御により異方性を低減する効果を有する。一方、MgはMgOを形成し、HAZのオーステナイト粒の粗大化を抑制することによってHAZ靭性を向上させる効果を有する。Ca0.0005%未満、Mg0.0001%未満では、このような効果は過小であり、一方Ca.0050%超、Mg0.0050%超では添加量が過剰なため母材の靭性を返って劣化させるようになる。このため、Ca量の下限を0.0005%とし、その上限を0.0050%、好ましくは0.0030%とする。また、Mg量の下限を0.0001%とし、その上限を0.0050%、好ましくは0.0035%とする。
【0038】
Zr:0.100%以下
Hf:0.050%以下
Zr、HfはTiと同様、Nと窒化物を形成して溶接時におけるHAZのオーステナイト粒を微細化し、HAZ靭性改善に有効な元素である。しかし、過剰に添加すると返って母材靭性、HAZ靭性を低下させる。このため、Zr量の上限を0.100%、Hf量の上限を0.050%とする。
【0039】
本発明の高強度高靭性鋼板は、常法によって製造することができ、熱間圧延後の冷却が高冷却速度から低冷却速度に渡ってベイニティック・フェライトが面積%で85%以上、好ましくは90%以上を含み、残部がグラニュラ・ベイニティック・フェライトで形成された高強度、高靭性組織が得られる。厳密にはベイニティック・フェライトやグラニュラ・ベイニティック・フェライトの界面に微細なMAが生成が生成する場合があるが、ほとんど無視できる程度の量である。
典型的な製造条件としては、鋼片をAC〜1350℃程度に加熱後、熱間圧延を行い、オーステナイト粒の微細化のために仕上温度をやや低めの650〜800℃程度として熱間圧延を終了し、一般的な冷却速度である0.05〜50℃/s程度で冷却すればよい。また本発明鋼板は、熱延後に焼き戻し熱処理が不要な非調質鋼板であるが、必要により上記冷却後にさらに300℃以上、800℃未満の温度にて再加熱保持する焼き戻し熱処理を行うことによって、母材の靭性をさらに向上させることができ、耐力を向上させることができる。なお、焼き戻し処理を行った場合でも、前記ベイニティック・フェライト主体の組織に変化はない。
【0040】
本発明の鋼板は、上記のとおり、熱間圧延後の冷却が高冷却速度から低冷却速度に渡ってベイニティック・フェライトを主体とした組織が得られるので、比較的厚い鋼板、例えば肉厚が50mm以上のものでも780MPa以上の強度を有しながら、良好な母材靭性、HAZ靭性、耐低温割れ性を有するするものとなる。
【0041】
次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はかかる実施例によって限定的に解釈されるものはでない。
【0042】
【実施例】
下記表1〜表4に示す鋼を溶製し、その溶湯を鋳造して得られたスラブ(厚さ250mm)を1100℃で加熱した後、熱間圧延を行い、表5〜表8に示す仕上圧延温度(FRT)にて熱間圧延を終了し、同表に示す冷却速度(CR)にて冷却した。これにより、表5〜表8に示すように、板厚が50mmまたは80mmの熱延板を製造した。また、一部の試料については、冷却後、同表に示す焼戻温度にて15min 程度保持する焼き戻し熱処理を行った。
【0043】
【表1】
Figure 2004323917
【0044】
【表2】
Figure 2004323917
【0045】
【表3】
Figure 2004323917
【0046】
【表4】
Figure 2004323917
【0047】
得られた熱延板に対し、熱延板の板厚の1/4部位から組織観察試験片を採取し、光学顕微鏡観察(倍率400倍)を行ったところ、ベイニティック・フェライトを主体とし、残部がグラニュラ・ベイニティック・フェライトによって形成されていた。また、ベイニティック・フェライトの面積分率を測定するため、組織観察試験片をナイタール腐食後、TEM(透過電子顕微鏡)を用いて倍率1000倍で組織を撮影し、撮影した画像を画像解析ソフト(名称 Image−Pro、プラネトロン社製)を用いて解析し、ベイニティック・フェライトの面積率を求めた。なお、ベイニティック・フェライトとグラニュラ・ベイニティック・フェライトとは、その形態が前者は針状ないし柱状であり、一方後者は塊状であり、形態が異なるため判別することができる。
【0048】
また下記要領にて引張試験、衝撃試験を行い、母材の機械的性質を調べた。
・引張試験
各鋼板の板厚1/4部位からJIS4号試験片を得て、引張試験を行い、0.2%耐力、引張強さを測定した。
・衝撃試験
各鋼板の板厚1/4部位からJIS4号試験片を採取し、シャルピー衝撃試験を行い、吸収エネルギー(vE−60 )を求めた。
【0049】
さらに、引張強さが780MPa以上、靭性が吸収エネルギー(vE−60 )で100J以上のものを合格レベルとして、合格基準に達した試料の全てと、合格基準に達しなかったものの一部に対してさらに下記の要領にてHAZ靭性、耐低温割れ性を調べた。
・HAZ靭性
入熱5kJ/mm、10kJ/mm、さらに15kJ/mmで溶接(サブマージアーク溶接)を行い、ボンド部を含む図2に示す試験片採取部位3からJIS4号試験片を採取し、シャルピー衝撃試験を行い、ボンド部の吸収工ネルギ(vE−40 )を求めた。図中、1は鋼板、2は溶接金属部であり、試験片採取部位3は板厚中心から開先開き側に位置している。合格レベルは入熱5kJ/mmの小入熱溶接および10kJ/mmの大入熱溶接の各々についてvE−40 =100J以上とした。入熱が15kJ/mmの超大入熱溶接は、冷却速度が非常に遅くなった場合の合金元素の影響を見るために実施したものである。
・耐低温割れ性
JISZ3158に規定されたy形溶接割れ試験方法に基づいて、入熱1.7kJ/mmで被覆アーク溶接を行い、ルート割れ防止予熱温度を測定した。合格基準は25℃以下とした。予熱温度が0℃とあるのは、試験に供した鋼板を0℃に冷やした状態で溶接を行い、溶接後に割れが生じなかったものを示す。
【0050】
【表5】
Figure 2004323917
【0051】
【表6】
Figure 2004323917
【0052】
【表7】
Figure 2004323917
【0053】
【表8】
Figure 2004323917
【0054】
上記調査結果を表5〜表8に併せて示す。また、AS値と強度との関係を図3に、DL値と母材靭性(吸収エネルギーvE−60 )との関係を図4に示す。図中、プロットの添え字は試料No. を示す。なお、煩雑さを避けるため、図3では発明範囲外の例は比較例の内、AS値外の個々の成分が本発明範囲内のものを、発明範囲内の例は発明例の内、成分が好ましい範囲内の典型例を示した。また、図4では発明範囲外の例は比較例の内、DL値が範囲外のものでスケール内に収まるものを、発明範囲内の例は発明例の内、成分が好ましい範囲内の典型例を示した。
【0055】
図3より、AS値を4.00以上にすることによって、引張強さが780MPa以上の高強度鋼板が得られ、AS値を4.20以上とすることによって850MPa以上の高強度となることがわかる。一方、図4より、DL値を2.80以下にすることによって、vE−60 =100J以上の母材靭性が得られ、DL値を2.50以下にすれば180J以上の高靭性が得られることがわかる。
【0056】
また、表5〜表7より、発明例は、母材靭性についてはvE−60 がすべて100J以上であり、また耐低温割れ性についても鋼板温度が0℃でもルート割れが生じず、母材靭性および耐低温割れ性が優れている。また、HAZ靭性については、入熱5kJ/mmと10kJ/mmのいずれの溶接でも、vE−40 がすべて100J以上であり、大入熱溶接においてもボンド部の靭性が優れていることが確かめられた。一方、合金組成、AS値、DL値のいずれかが発明範囲を外れる比較例は、表8に示すように、引張強さが780MPa未満となったり、母材靭性が100J未満で合格レベルに達しなかった。また、母材強度・靭性が合格基準に達したものでもHAZ靭性が低く、合格レベルに達しなかった。
また、発明例において、Bを0.0005%以上添加したものは15kJ/mmの超大入熱溶接を行った場合においても、常に100J以上の優れたHAZ靭性が得られることが確認された。例えば、B量を除いて同成分系のNo. 34とNo. 68とを比較すると、10kJ/mmの大入熱溶接を行った場合においてもBを適量添加した後者はHAZ靭性がより20J程度向上しているが、特に15kJ/mmの超大入熱溶接を行った場合、60J以上の向上が認めらる。
【0057】
【発明の効果】
本発明鋼板によれば、Cを極低量とし、Mn、Ni、CuをAS値が4.00以上になるように積極的に添加する一方、Mo、Nb、Vの添加をDL値が2.80以下となるように抑制したので、熱延後の冷却速度の高低に拘わらず、また板厚が厚い場合であっても、ベイニティック・フェライトを主体とする組織とすることができ、母材強度、靭性に優れ、かつ溶接性を表す耐低温割れ性、HAZ靭性にも優れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来鋼および本発明鋼の冷却速度と組織との関係を説明するための模式的CCT図を示す。
【図2】実施例におけるHAZ靭性を調べるための試験片の採取部位を示す鋼板溶接部の断面説明図を示す。
【図3】実施例におけるAS値と引張強さとの関係を示すグラフである。
【図4】実施例におけるDL値と母材靭性(吸収エネルギー:vE−60 )との関係を示すグラフである。

Claims (4)

  1. mass%で、
    C:0.010〜0.080%、
    Mn:1.10〜3.00%、
    Si:0.02〜0.50%、
    P:0.030%以下、
    S:0.010%以下、
    Al:0.200%以下、
    Cu:0〜1.60%、
    Ni:0.40〜2.50%、
    Cr:0.30〜2.00%、
    Mo:0.10〜1.10%、
    Nb:0〜0.100%、
    V:0〜0.30%、
    Ti:0.002〜0.030%、
    N:0.0100%以下
    を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなり、かつ下記式で定義されるAS値およびDL値がAS≧4.00、DL≦2.80であり、組織が主としてベイニティック・フェライトからなることを特徴とする高強度高靭性鋼板。
    AS=[Mn]+[Ni]+2×[Cu]
    DL=2.5×[Mo]+30×[Nb]+10×[V]
    ただし、[X]は元素Xの含有量(mass%)を表す。
  2. さらに、B:0.0050%以下を含有する請求項1に記載した高強度高靭性鋼板。
  3. さらに、
    Ca:0.0005〜0.0050%、
    Mg:0.0001〜0.0050%
    のいずれか1種または2種を含有する請求項1または2に記載した高強度高靭性鋼板。
  4. さらに、
    Hf:0.050%以下、
    Zr:0.100%以下
    のいずれか1種または2種を含有する請求項1、2または3に記載した高強度高靭性鋼板。
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