JP2013147741A - 鋼板内の材質均一性に優れた大入熱溶接用高強度鋼板及びその製造方法 - Google Patents
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- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
【解決手段】mass%で、C:0.030〜0.150%、Si:0.50%以下、Mn:1.00〜2.00%、P、S、Al、Ti、N、Ca、O、Ca、O、Sの各含有量が、特定式を満たし、必要に応じてB、V、Nb、Ni、Cu、Cr、Mo、W、Mg、Zr、REMの1種または2種以上、残部Feおよび不可避的不純物からなり、金属組織が実質的にフェライトとベイナイト組織であり、板厚方向の硬さのばらつきがΔHV50以下であり、板幅方向の硬さのばらつきがΔHV50以下である鋼板。上記鋼組成を有する鋼を、特定温度に加熱し、鋼板表面温度で700℃以上900℃以下で熱間圧延した後、鋼板表面の温度が700℃以上から鋼板表面での冷却速度が20℃/s以上100℃/s以下で鋼板表面温度で400℃以上600℃以下まで1段目の冷却を行い、その後鋼板平均での冷却速度が4℃/s以上で400℃以下まで2段目の冷却を行う。
【選択図】なし
Description
1.鋼組成が、mass%で、
C:0.030〜0.150%、
Si:0.50%以下、
Mn:1.00〜2.00%、
P:0.030%以下、
S:0.0005〜0.0040%、
Al:0.005〜0.100%、
Ti:0.004〜0.030%、
N:0.0035〜0.0075%、
Ca:0.0005〜0.0030%、
O:0.0040%以下、
Ca、O、Sの各含有量が、下記(1)式を満たし、残部Feおよび不可避的不純物からなり、金属組織が実質的にフェライトとベイナイト組織であり、板厚方向の硬さのばらつきがビッカース硬さでΔHV50以下であり、板幅方向の硬さのばらつきがビッカース硬さでΔHV50以下であることを特徴とする、鋼板内の材質均一性に優れた大入熱溶接用高強度鋼板。
0<(Ca−(0.18+130×Ca)×O)/1.25/S≦0.8・・・(1)
ただし、Ca、O、Sは各成分の含有量(mass%)とする。
2.鋼組成が、更に、mass%で、B:0.0003〜0.0030、V:0.20%以下のうちから選んだ1種または2種を含有することを特徴とする、1に記載の鋼板内の材質均一性に優れた大入熱溶接用高強度鋼板。
3.鋼組成が、更に、mass%で、Nb:0.030%以下、Ni:1.00%以下、Cu:1.00%以下、Cr:0.70%以下、Mo:0.70%以下、W:0.05〜0.40%のうちから選んだ1種または2種以上を含有することを特徴とする、1または2に記載の鋼板内の材質均一性に優れた大入熱溶接用高強度鋼板。
4.鋼組成が、更に、mass%で、Mg:0.0005〜0.0050%、Zr:0.001〜0.020%、REM:0.001〜0.020%のうちから選んだ1種または2種以上を含有する1乃至3のいずれか一つに記載の鋼板内の材質均一性に優れた大入熱溶接用高強度鋼板。
5.1乃至4のいずれか一つに記載の鋼組成を有する鋼を、900℃以上1300℃以下の温度に加熱し、圧延終了温度が鋼板表面温度で700℃以上900℃以下で熱間圧延した後、鋼板表面の温度が700℃以上から鋼板表面での冷却速度が20℃/s以上100℃/s以下で鋼板表面温度が400℃以上600℃以下まで(2)式を満たす条件で1段目の冷却を行い、その後鋼板平均での冷却速度が4℃/s以上で400℃以下まで2段目の冷却を行うことを特徴とする、鋼板内の材質均一性に優れた大入熱溶接用高強度鋼板の製造方法。
3≦(700−T)/V・・・(2)
T:1段目冷却の鋼板表面冷却終了温度(℃)、V:1段目冷却の鋼板表面での冷却速度(℃/s)
6.熱間圧延後、1段目の冷却を行う前に、鋼板表面での噴射流の衝突圧が1MPa以上でデスケーリングを行い、その後5秒以内に前記1段目の冷却を行うことを特徴とする、5記載の鋼板内の材質均一性に優れた大入熱溶接用高強度鋼板の製造方法。
[成分組成]以下の説明において%はmass%とする。
C:0.030〜0.150%
C量は、構造用鋼として必要な強度を得るために下限を0.030%とし、島状マルテンサイトの生成量を抑えるため、上限を0.150%とする。
Siは、母材の強度を向上する効果を有するので添加する。この効果は、0.05%以上を含有することにより発揮されるので、0.05%以上含有させることが好ましく、0.10%を超えて含有させることがさらに好ましいが、0.50%を超えて含有すると、大入熱溶接熱影響部の靱性を劣化させるため、上限を0.50%とする。
Mnは、母材の強度を確保するために、1.00%以上は必要であり、2.00%を超えると溶接部の靭性を劣化させる。好ましくは、1.00%〜1.60%の範囲である。
Pは、不可避的に混入する不純物であり、0.030%を超えると、母材および溶接部の靭性を低下させるため、上限を0.030%とする。
Sは、所要のCaSあるいはMnSを生成するために0.0005%以上必要であり、0.0040%を超えると母材の靱性を劣化させる。
Alは、鋼の脱酸上0.005%以上、好ましくは0.010%以上必要であり、0.100%を超えて含有すると母材の靱性を低下させると同時に溶接金属の靱性を劣化させる。
Tiは、凝固時にTiNとなって析出し、溶接熱影響部でのオーステナイトの粗大化抑制やフェライト変態核となって高靱性化に寄与する。0.004%に満たないとその効果が少なく、0.030%を超えるとTiN粒子の粗大化によって期待する効果が得られなくなる。
Nは、TiNの必要量を確保するうえで必要な元素であり、0.0035%未満では十分なTiN量が得られず、0.0075%を超えると溶接熱サイクルによってTiNが溶解する領域での固溶N量の増加によって靱性が著しく低下する。
Caは、Sの固定による靭性改善効果を有する元素である。このような効果を発揮させるには少なくとも0.0005%以上含有することが好ましいが、0.0030%を超えて含有しても効果が飽和する。このため、本発明では、0.0005%から0.0030%の範囲に限定する。
Oは、凝固時に酸化物となって析出する。0.0040%を超えて含有すると、母材および溶接熱影響部の靭性が低下する。
Ca、OおよびSは、0<(Ca−(0.18+130×Ca)×O)/1.25/S≦0.8の関係を満足するように含有させる必要がある。この場合には、CaS上にMnSが析出した複合硫化物の形態となる。Ca−(0.18+130×Ca)×O)/1.25/Sの値が0.8を超えると、SがほとんどCaによって固定され、フェライト生成核として働くMnSがCaS上に析出しないために溶接熱影響部の靭性を確保できない。Ca−(0.18+130×Ca)×O)/1.25/Sが0以下の場合には、CaSが晶出しないためにSはMnS単独の形態で析出し、溶接熱影響部での微細分散が達成されない。
Bは、溶接熱影響部でBNを生成して、固溶Nを低減するとともにフェライト生成核として作用する元素である。このような効果は0.0003%以上の含有で発揮されるがが、0.0.0030%を超えて添加すると焼入れ性が過度に増して靱性が劣化する。よって、Bを含有させる場合には、0.0003〜0.0030%とすることが好ましい。
Vは、母材の強度・靱性の向上およびVNとしてのフェライト生成核として働くが、0.20%を超えるとかえって靱性の低下を招く。よって、Vを含有させる場合は、0.20%以下とすることが好ましい。
Nbは、母材の強度・靱性および継手の強度を確保するのに有効な元素であるが0.030%を超えて含有すると溶接熱影響部に島状マルテンサイトを形成することにより靱性が劣化する。よって、Nbを含有させる場合は、0.030%以下とすることが好ましい。
Niは、母材の高靭性を保ちつつ強度を上昇させるが、1.00%を超えても効果が飽和する。よって、Niを含有させる場合は、1.00%以下とすることが好ましい。
Cuは、Niと同様の働きを有しているが、1.00%を超えると熱間脆性を生じ、鋼板の表面性状を劣化させる。よって、Cuを含有させる場合は、1.00%以下とすることが好ましい。
Crは、母材の高強度化に有効な元素であるが、多量に添加すると靱性に悪影響を与える。よって、Crを含有させる場合は、0.70%以下とすることが好ましい。
Moは、母材の高強度化に有効な元素であるが、多量に添加すると靱性に悪影響を与える。よって、Moを含有させる場合は、0.70%以下とすることが好ましい。
Wは、母材の高強度化に有効な元素であり、この効果は0.05%以上含有することにより発揮されるが、過剰に添加すると靱性に悪影響を与えることがある。よって、Wを含有させる場合は、0.05〜0.4%とすることが好ましい。
Mgは、酸化物の分散による靱性改善効果を有する元素である。このような効果を発揮させるには0.0005以上含有することが好ましいが、0.0050%を超えて含有しても効果が飽和する。よって、Mgを含有させる場合は、0.0005〜0.0050%とすることが好ましい。
Zrは、酸化物の分散による靱性改善効果を有する元素である。このような効果を発揮させるには0.001%以上含有することが好ましいが、0.020%を超えて含有しても効果が飽和する。よって、Zrを含有させる場合は、0.001〜0.020%とすることが好ましい。
REMは、酸化物の分散による靱性改善効果を有する元素である。このような効果を発揮させるには0.001%以上含有することが好ましいが、0.020%を超えて含有しても効果が飽和する。よって、REMを含有させる場合は、0.001〜0.020%とすることが好ましい。
引張強さ490MPa以上の高強度化を図るために、金属組織は、実質的にフェライトとベイナイトとの混合組織とする。実質的にフェライトとベイナイトとの混合組織とは、フェライトとベイナイトとの合計の体積分率が95%以上であり、残部として、マルテンサイトやパーライト、島状マルテンサイト、残留オーステナイト等を1種または2種以上を体積分率で5%以下含有する組織である。
板厚方向の硬さのばらつきをビッカース硬さ(荷重10kg、以下、同じ)でΔHV50以下、板幅方向の硬さのばらつきをビッカース硬さでΔHV50以下とする。
本発明に係る高強度高靱性鋼板は、鋼素材を溶製してから熱間圧延した後、引き続いて実施される冷却工程を2段階に分けて、1段目の冷却(一次冷却とも言う)で鋼板全体の高強度化を図りつつ、鋼板表層部における硬化を抑制したミクロ組織を造り込み、2段目の冷却(2次冷却とも言う)において専ら鋼板を高強度化高靭性化することで製造可能である。
本発明では、上述した組成を有する鋼を、転炉や電気炉等の溶製手段で常法により溶製し、連続鋳造法または造塊〜分塊法等で常法によりスラブ等の鋼素材とすることが好ましい。なお、溶製方法、鋳造法については上記した方法に限定されるものではない。
次に、得られたスラブなどの鋼素材を加熱して、熱間圧延を実施して鋼板とする。
スラブ加熱温度は、900℃以上1300℃以下とする。加熱温度が900℃未満ではミクロ組織の均質化が不十分で必要な強度、靱性が得られず、1300℃を超えると靭性が劣化するため、900℃以上1300℃以下とする。なお、ここでの温度は加熱炉の炉内温度であり、スラブはこの温度に中心部まで十分に加熱されるものとする。
圧延終了温度は、鋼板の表面温度で700℃以上900℃以下とする。700℃未満では冷却開始温度が低下して十分な強度を得ることができなくなり、900℃を超えるとミクロ組織が粗大化し靱性が劣化するため、700℃以上900℃以下とする。なお、鋼板の表面温度は放射温度計等で測定することができる。
前述のように、熱間圧延後の冷却工程を2段階に分けることが本発明の特徴である。
1段目の冷却の冷却開始温度は鋼板の表面温度で700℃以上とする。700℃未満では十分な強度が得られなくなるため、700℃以上とする。
3≦(700−T)/V ・・・(2)式
但し、Tは1段目冷却の鋼板表面での冷却終了温度(℃)、Vは1段目冷却の鋼板表面での冷却速度(℃/s)
(2)式は、1段目冷却の冷却時間として3秒以上の継続を必要とすることを示す。表層の組織が硬質とならないように、フェライトやベイナイト相が十分に生成するためには、3秒以上の時間を要するためである。
冷却速度は鋼板平均で4℃/s以上とする。4℃/s未満であると強度上昇効果が十分得られなくなるため、4℃/s以上とする。鋼板平均としての温度および冷却速度については、物理的に直接測定することはできないが、表面の温度変化を基にしたシミュレーション計算によりリアルタイムで求めることができる。板厚60mm以上の厚肉鋼板で鋼板平均で4℃/s以上とする場合には、鋼板表面での温度が200℃以上の温度域において、鋼板表面での冷却速度として100℃/sを超える冷却が必要である。
Claims (6)
- 鋼組成が、mass%で、
C:0.030〜0.150%、
Si:0.50%以下、
Mn:1.00〜2.00%、
P:0.030%以下、
S:0.0005〜0.0040%、
Al:0.005〜0.100%、
Ti:0.004〜0.030%、
N:0.0035〜0.0075%、
Ca:0.0005〜0.0030%、
O:0.0040%以下、
Ca、O、Sの各含有量が、下記(1)式を満たし、残部Feおよび不可避的不純物からなり、金属組織が実質的にフェライトとベイナイト組織であり、板厚方向の硬さのばらつきがビッカース硬さでΔHV50以下であり、板幅方向の硬さのばらつきがビッカース硬さでΔHV50以下であることを特徴とする、鋼板内の材質均一性に優れた大入熱溶接用高強度鋼板。
0<(Ca−(0.18+130×Ca)×O)/1.25/S≦0.8・・・(1)
ただし、Ca、O、Sは各成分の含有量(mass%)とする。 - 鋼組成が、更に、mass%で、B:0.0003〜0.0030、V:0.20%以下のうちから選んだ1種または2種を含有することを特徴とする、請求項1に記載の鋼板内の材質均一性に優れた大入熱溶接用高強度鋼板。
- 鋼組成が、更に、mass%で、Nb:0.030%以下、Ni:1.00%以下、Cu:1.00%以下、Cr:0.70%以下、Mo:0.70%以下、W:0.05〜0.40%のうちから選んだ1種または2種以上を含有することを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の鋼板内の材質均一性に優れた大入熱溶接用高強度鋼板。
- 鋼組成が、更に、mass%で、Mg:0.0005〜0.0050%、Zr:0.001〜0.020%、REM:0.001〜0.020%のうちから選んだ1種または2種以上を含有する請求項1乃至3のいずれか一つに記載の鋼板内の材質均一性に優れた大入熱溶接用高強度鋼板。
- 請求項1乃至4のいずれか一つに記載の鋼組成を有する鋼を、900℃以上1300℃以下の温度に加熱し、圧延終了温度が鋼板表面温度で700℃以上900℃以下で熱間圧延した後、鋼板表面の温度が700℃以上から鋼板表面での冷却速度が20℃/s以上100℃/s以下で鋼板表面温度が400℃以上600℃以下まで(2)式を満たす条件で1段目の冷却を行い、その後鋼板平均での冷却速度が4℃/s以上で400℃以下まで2段目の冷却を行うことを特徴とする、鋼板内の材質均一性に優れた大入熱溶接用高強度鋼板の製造方法。
3≦(700−T)/V・・・(2)
T:1段目冷却の鋼板表面冷却終了温度(℃)、V:1段目冷却の鋼板表面での冷却速度(℃/s) - 熱間圧延後、1段目の冷却を行う前に、鋼板表面での噴射流の衝突圧が1MPa以上でデスケーリングを行い、その後5秒以内に前記1段目の冷却を行うことを特徴とする、請求項5記載の鋼板内の材質均一性に優れた大入熱溶接用高強度鋼板の製造方法。
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