JP2008156750A - 板厚方向の脆性亀裂伝播停止特性に優れる板厚50mm以上の鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】板厚方向[Z−LもしくはZ−T方向]の靭性が、圧延方向[L−T方向]および圧延直角方向[T−L方向]の靭性より低く、板厚方向の厚さ10mm以上の領域において、板厚貫通ノッチの2mmVノッチシャルピー衝撃試験により得られるエネルギー遷移温度vTrE[L−T]と表面ノッチの2mmVノッチシャルピー衝撃試験により得られるエネルギー遷移温度vTrE[L−Z]が式(1)を満足し、更に、板厚1%以上の領域において、圧延面での(211)面X線強度比X(211)および(100)面X線強度比X(100)が式(2)を満足する板厚50mm以上の鋼板。vTrE[L−Z]≦vTrE[L−T]−20(℃)(1)1.55X(100)+0.45X(211)≧3.6(2)
【選択図】図1
Description
また、板厚方向の靭性とは、図4に示す[Z−L方向]のシャルピー衝撃試験片もしくは[Z−T方向]のシャルピー衝撃試験片により得られる靭性のことである。
(1)板厚方向[Z−L方向]の靭性が、圧延方向[L−T方向]および圧延直角方向[T−L方向]の靭性より低い、板厚方向[L−Z方向]の脆性亀裂伝播停止特性に優れる板厚50mm以上の鋼板。
(2)板厚方向の厚さ10mm以上の領域において、板厚貫通2mmVノッチシャルピー衝撃試験により得られるエネルギー遷移温度vTrE[L−T]と表面2mmVノッチシャルピー衝撃試験により得られるエネルギー遷移温度vTrE[L−Z]が下式(1)を満足することを特徴とする、板厚方向[L−Z方向]の脆性亀裂伝播停止特性に優れる板厚50mm以上の鋼板。
vTrE[L−Z]≦vTrE[L−T]−20(℃)・・・・・(1)
(3)更に、板厚方向の板厚1%以上の領域において、圧延面での(211)面X線強度比X(211)および(100)面X線強度比X(100)が下式(2)を満足することを特徴とする、(2)記載の板厚方向[L−Z方向]の脆性亀裂伝播停止特性に優れる板厚50mm以上の鋼板。
1.55X(100)+0.45X(211)≧3.6・・・・・(2)
(4)鋼組成が、質量%で、C:0.15%以下、Si:0.60%以下、Mn:0.80〜1.80%、S:0.001〜0.05%を含み、Ti:0.005〜0.050%またはNb:0.001〜0.1%の内から選んだ少なくとも1種を含み、更に、Cu:2.0%以下、V:0.2%以下、Ni:2.0%以下、Cr:0.6%以下、Mo:0.6%以下、W:0.5%以下、B:0.0050%以下、Zr:0.5%以下の内から選んだ少なくとも1種を含有することを特徴とする1乃至3のいずれか一つに記載の板厚方向[L−Z方向]の脆性亀裂伝播停止特性に優れる板厚50mm以上の鋼板。
(5)(4)に記載の成分組成を有する鋼素材を、900〜1350℃の温度に加熱し、次いで鋼板表面温度1000〜850℃の温度域において累積圧下率10%以上圧延した後、鋼板素材表面温度900〜600℃で且つ鋼板内部温度が鋼板表面温度より50〜150℃高温となる状態とした後に、1パス圧下率7%以下、累積圧下率50%以上で、圧延終了時の鋼板表面温度800〜550℃の条件にて熱間圧延することを特徴とする脆性亀裂伝播停止特性に優れる、板厚方向[L−Z方向]の脆性亀裂伝播停止特性に優れる板厚50mm以上の鋼板の製造方法。
(6)更に、熱間圧延を終了した後、5℃/s以上の冷却速度で400℃まで冷却することを特徴とする(5)記載の板厚方向[L−Z方向]の脆性亀裂伝播停止特性に優れる板厚50mm以上の鋼板の製造方法。
(7)更に、熱間圧延を終了した後、7℃/s以上の冷却速度で室温まで冷却することを特徴とする(5)記載の板厚方向[L−Z方向]の脆性亀裂伝播停止特性に優れる板厚50mm以上の鋼板の製造方法。
(8)(1)乃至(4)のいずれか一つに記載の板厚方向の脆性亀裂伝播停止特性に優れる板厚50mm以上の鋼板を少なくとも被溶接材(フランジ)に用いたことを特徴とするT字もしくは十字型隅肉溶接構造体。
(9)
(1)乃至(4)の何れか一つに記載の鋼板を、クラックアレスター用鋼板(高アレスト鋼板)として選別することを特徴とするクラックアレスター用鋼板(高アレスト鋼板)の選別方法。
図2に、成分組成と圧延条件を変化させて製造した、板厚50mmの種々の鋼板について、板厚貫通ノッチの2mmVノッチシャルピー衝撃試験により得られるエネルギー遷移温度vTrE[L−T]と、表面ノッチの2mmVノッチシャルピー衝撃試験により得られるエネルギー遷移温度vTrE[L−Z]の関係を示す。
また、Z(=1.55X(100)+0.45X(211))≧3.6を満足する、試験片の破面を詳細に破面観察した結果、脆性亀裂先端において十分な大きさの板表面に平行なクラックが少なくとも1箇所で発生すれば、脆性亀裂を停止させることが可能であることが判明した。このため、上記(2)式を満足する領域は、板厚の1%の領域で十分である。
[成分組成]
C:0.15%以下
Cは強度を確保するために必要であるが、0.15%を超えると溶接熱影響部(HAZ)靭性が低下するので、0.15%以下に限定した。なお、(211)面および(100)面の集合組織をより一層発達させるために好ましい範囲は0.03%以下である.
Si:0.60%以下
Siは強度上昇に有効な元素であるが、0.60%を超えると溶接熱影響部(HAZ)靭性を著しく劣化させるので、0.60%以下に限定した.なお、0.20%未満では強度上昇に効果が少なく、好ましくは0.20〜0.60%である。
Mnは高強度化に有効な元素であり、強度確保の観点から下限を0.80%とした。しかし、Mn量が1.80%を超えると、母材靭性の劣化が懸念される。このため,Mnは0.80〜1.80%の範囲とした。なお、好ましい範囲は1.00〜1.70%である。
本発明においては、脆性亀裂前縁にクラック(鋼板表面に平行な割れ)を発生させる必要があるため、Sの0.001%以上の添加が必要である。しかし、Sは非金属介在物を形成し延性・靭性を劣化させるため、0.05%以下に制限した。
Tiは、炭化物や窒化物の析出物を形成することにより、鋼板製造時の加熱段階でのオーステナイト粒の成長を抑制して細粒化に寄与するとともに、溶接熱影響部(HAZ)の結晶粒粗大化も抑制しHAZ靱性を向上する効果がある。これらの効果を得るには、0.005%以上の含有が必要である。一方、過度の含有は、靱性を劣化するため、0.05%を上限とする。
Nbは析出強化および靱性の向上にも有効である。また、オーステナイトの再結晶を抑制し、後述する圧延条件による効果を促進する。これらの効果を得るためには、0.001%以上の添加が必要であるが、0.1%をこえて添加すると、焼き入れ組織が針状化して靱性が劣化する傾向にあるため、0.1%を上限とする。
Cuは、主として析出強化のために用いることができるが、2.0%をこえて添加すると、析出強化が過多となり靱性が劣化する。
Vは固溶と析出強化効果が利用できる成分であるが、0.2%を超えて含有すると、母材靭性および溶接性を大きく損なうので、0.2%以下に限定した.
Ni:2.0%以下
Niは、強度および靱性を向上し、またCuを添加した場合には圧延時のCu割れを防止するのに有効であるが、高価である上、過剰に添加してもその効果が飽和するため、2.0%以下の範囲で添加することが好ましい。なお、より好ましい添加量は0.05%以上である。
Crは、強度を上昇させる効果を有するが、0.6%を超えて含有すると溶接部靱性が劣化するため、Cr含有量は0.6%以下の範囲とすることが好ましい。なお、より好ましい含有量は0.05%以上である。
Moは、常温および高温での強度を上昇させる効果を有するが、0.6%を超えて含有すると、溶接性が劣化するため、含有量は0.6%以下の範囲とするのが好ましい。なお、より好ましい含有量は0.05%以上である。
Wは、高温強度を上昇させる効果を有しているが、0.5%を超えると靱性を劣化させるだけでなく、高価であるので、0.5%以下の範囲で含有するのが好ましい。なお、より好ましい含有量は0.05%以上である。
Bは圧延中にBNとして析出し、圧延後のフェライト粒を細かくするが、0.0050%を超えると靱性が劣化するので0.0050%以下に限定した。
Zrは、強度を上昇させるほか、亜鉛めっき材の耐めっき割れ性を向上させる元素であるが、0.5%を超えて含有すると溶接部靱性が劣化するので、Zr含有量は0.5%を上限とするのが好ましい。なお、より好ましい含有量は0.05%以上である。
[加熱温度]
鋼素材は、900〜1350℃の温度に加熱する。加熱温度を900℃以上とするのは、材質の均質化と後述する制御圧延を行うために必要な加熱であり1350℃以下とするのは、過度に高温になると表面酸化が顕著になるとともに、結晶粒の粗大化が避けられなくなるからである。なお、靱性の向上のためには、上限を1150℃とすることが好ましい。
鋼板表面温度1000〜850℃の温度域において累積圧下率10%以上圧延
当該温度域で圧延することによって、オーステナイト粒が部分的に再結晶するため、組織が微細かつ均一になる。
鋼板素材表面温度900〜600℃で且つ鋼板内部温度が鋼板表面温度より50〜150℃高温となる状態とすることにより、表面近傍がほぼ2相域で且つ鋼板内部がほぼγ未再結晶域となる。
熱間圧延を終了した後、5℃/s以上の冷却速度で400℃まで冷却する。400℃までの温度域を5℃/s以上の冷却速度で冷却すると、(211)面が優勢な集合組織のオーステナイト集合組織からの受け継ぎが促進され、脆性亀裂伝播停止靱性が向上する。
Claims (9)
- 板厚方向[Z−LもしくはZ−T方向]の靭性が、圧延方向[L−T方向]および圧延直角方向[T−L方向]の靭性より低い、板厚方向[L−Z方向]の脆性亀裂伝播停止特性に優れる板厚50mm以上の鋼板。
- 板厚方向の厚さ10mm以上の領域において、板厚貫通ノッチの2mmVノッチシャルピー衝撃試験により得られるエネルギー遷移温度vTrE[L−T]と表面ノッチの2mmVノッチシャルピー衝撃試験により得られるエネルギー遷移温度vTrE[L−Z]が下式(1)を満足することを特徴とする、板厚方向[L−Z方向]の脆性亀裂伝播停止特性に優れる板厚50mm以上の鋼板。
vTrE[L−Z]≦vTrE[L−T]−20(℃)・・・・・(1) - 更に、板厚方向の板厚1%以上の領域において、圧延面での(211)面X線強度比X(211)および(100)面X線強度比X(100)が下式(2)を満足することを特徴とする、請求項2記載の板厚方向[L−Z方向]の脆性亀裂伝播停止特性に優れる板厚50mm以上の鋼板。
1.55X(100)+0.45X(211)≧3.6・・・・・(2) - 鋼組成が、質量%で、C:0.15%以下、Si:0.60%以下、Mn:0.80〜1.80%、S:0.001〜0.05%を含み、Ti:0.005〜0.050%またはNb:0.001〜0.1%の内から選んだ少なくとも1種を含み、更に、Cu:2.0%以下、V:0.2%以下、Ni:2.0%以下、Cr:0.6%以下、Mo:0.6%以下、W:0.5%以下、B:0.0050%以下、Zr:0.5%以下の内から選んだ少なくとも1種を含有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一つに記載の板厚方向[L−Z方向]の脆性亀裂伝播停止特性に優れる板厚50mm以上の鋼板。
- 請求項4に記載の成分組成を有する鋼素材を、900〜1350℃の温度に加熱し、次いで鋼板表面温度1000〜850℃の温度域において累積圧下率10%以上圧延した後、鋼板素材表面温度900〜600℃で且つ鋼板内部温度が鋼板表面温度より50〜150℃高温となる状態とした後に、1パス圧下率7%以下、累積圧下率50%以上で、圧延終了時の鋼板表面温度800〜550℃の条件にて熱間圧延することを特徴とする脆性亀裂伝播停止特性に優れる、板厚方向[L−Z方向]の脆性亀裂伝播停止特性に優れる板厚50mm以上の鋼板の製造方法。
- 更に、熱間圧延を終了した後、5℃/s以上の冷却速度で400℃まで冷却することを特徴とする請求項5記載の板厚方向[L−Z方向]の脆性亀裂伝播停止特性に優れる板厚50mm以上の鋼板の製造方法。
- 更に、熱間圧延を終了した後、7℃/s以上の冷却速度で室温まで冷却することを特徴とする請求項5記載の板厚方向[L−Z方向]の脆性亀裂伝播停止特性に優れる板厚50mm以上の鋼板の製造方法。
- 請求項1乃至4のいずれか一つに記載の板厚方向[L−Z方向]の脆性亀裂伝播停止特性に優れる板厚50mm以上の鋼板を少なくとも被溶接材(フランジ)に用いたことを特徴とするT字もしくは十字型隅肉溶接構造体。
- 請求項1乃至4の何れか一つに記載の鋼板を、クラックアレスター用鋼板(高アレスト鋼板)として選別することを特徴とするクラックアレスター用鋼板(高アレスト鋼板)の選別方法。
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