JP2014088623A - 溶接熱影響部および母材部の耐延性き裂発生特性に優れた鋼材およびその製造方法 - Google Patents
溶接熱影響部および母材部の耐延性き裂発生特性に優れた鋼材およびその製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】質量%で、C:0.02〜0.2%、Si:0.01〜0.5%、Mn:0.1〜2.5%、P:0.05%以下、S:0.05%以下、Al:0.1%以下、N:0.01%以下を含み、必要に応じてCu、Ni、Cr、Mo、Nb、V、Ti、B、Ca、REMのうちから選ばれた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、板厚の1/4位置の組織がフェライトと硬質相からなり、硬質相の面積分率が50〜90%で、かつ、フェライトの平均アスペクト比が1.5以上である鋼材。上記成分の鋼素材を1000℃以上に再加熱し、900℃以上の圧下率が50%以上で圧延仕上げ温度がAr3点〜Ar3−50℃となる圧延を施した後、Ar3−10℃〜Ar3−70℃で水冷を開始し、500℃以下で水冷を終了し、その後、焼戻しを行う。
【選択図】図2
Description
(1)質量%で、C:0.02〜0.2%、Si:0.01〜0.5%、Mn:0.1〜2.5%、P:0.05%以下、S:0.05%以下、Al:0.1%以下、N:0.01%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有し、板厚の1/4位置のミクロ組織がフェライトと硬質相からなり、前記硬質相の面積分率が50〜90%で、かつ、前記フェライトの平均アスペクト比が1.5以上であることを特徴とする耐延性き裂発生特性に優れた鋼材。
(2)成分組成に、更に、質量%でCu:0.01〜2%、Ni:0.01〜5%、Cr:0.01〜3%、Mo:0.01〜2%、Nb:0.1%以下、V:0.1%以下、Ti:0.1%以下、B:0.01%以下、Ca:0.01%以下、REM:0.1%以下のうちから選ばれた1種または2種以上を含有することを特徴とする(1)に記載の耐延性き裂発生特性に優れた鋼材。
(3)(1)または(2)において、鋼板表面の組織が、フェライトと硬質相からなり、前記フェライトの面積率が、40%を超え、かつ、前記フェライト粒径の平均アスペクト比が、2を超える耐延性き裂発生特性に優れた鋼材。
(4)(1)または(2)記載の成分組成と(1)記載の板厚の1/4位置のミクロ組織を有する溶接熱影響部の耐延性き裂発生特性に優れた鋼材。
(5)更に、(3)記載の鋼板表面の組織を備えた(4)記載の溶接熱影響部の耐延性き裂発生特性に優れた鋼材。
(6)(1)または(2)記載の成分組成と(1)記載の板厚の1/4位置のミクロ組織を有する溶接熱影響部および母材の耐延性き裂発生特性に優れた鋼材。
(7)更に、(3)記載の鋼板表面の組織を備えた(6)記載の溶接熱影響部の耐延性き裂発生特性および母材の耐延性き裂発生特性に優れた鋼材。
(8)(1)または(2)に記載の成分を有する鋼素材を1000℃以上に再加熱し、900℃以上の温度域での圧下率が50%以上で圧延仕上げ温度がAr3点〜Ar3−50℃となる圧延を施した後、Ar3−10℃〜Ar3−70℃で水冷を開始し、500℃以下で水冷を終了することを特徴とする耐延性き裂発生特性に優れた鋼材の製造方法。
(9)水冷を行った後、更に、最高加熱温度Ac1点未満で焼戻し処理を行うことを特徴とする(8)に記載の耐延性き裂発生特性に優れた鋼材の製造方法。
(10)(1)または(2)に記載の成分を有する鋼素材を1000℃以上に再加熱し、900℃以上の温度域での圧下率が50%以上で圧延仕上げ温度がAr3点〜Ar3−50℃となる圧延を施した後、Ar3−10℃〜Ar3−70℃で水冷を開始し、500℃以下で水冷を終了することを特徴とする溶接熱影響部の耐延性き裂発生特性に優れた鋼材の製造方法。
(11)水冷を行った後、更に、最高加熱温度Ac1点未満で焼戻し処理を行うことを特徴とする(10)に記載の溶接熱影響部の耐延性き裂発生特性に優れた鋼材の製造方法。
(12)(1)または(2)に記載の成分を有する鋼素材を1000℃以上に再加熱し、900℃以上の温度域での圧下率が50%以上で圧延仕上げ温度がAr3点〜Ar3−50℃となる圧延を施した後、Ar3−10℃〜Ar3−70℃で水冷を開始し、500℃以下で水冷を終了することを特徴とする溶接熱影響部および母材の耐延性き裂発生特性に優れた鋼材の製造方法。
(13)水冷を行った後、更に、最高加熱温度Ac1点未満で焼戻し処理を行うことを特徴とする(12)に記載の溶接熱影響部および母材の耐延性き裂発生特性に優れた鋼材の製造方法。
C:0.02〜0.2%
Cは鋼の強度を増加させる作用を有する元素であり、本発明では特に硬質相の生成に寄与する。このような効果を得るためには0.02%以上の含有を必要とする。一方、0.2%を超えて含有すると、延性や曲げ加工性を低下させるとともに、溶接性が低下する。このため、Cは0.02〜0.2%の範囲に限定した。より好ましくは、0.02〜0.18%である。
Siは脱酸剤として作用するとともに、固溶して鋼の強度を向上させる作用を有する。このような効果を得るためには0.01%以上の含有を必要とする。一方、0.5%を超える含有は、靱性を低下させるとともに溶接性を低下させる。このため、Siは0.01〜0.5%の範囲に限定した。より好ましくは0.01〜0.4%である。
Mnは焼き入れ性の向上を通じて、鋼の強度を増加させるとともに、靱性を向上させる作用を有する。このような効果を得るためには、0.1%以上の含有を必要とする。一方、2.5%を超える含有は溶接性を低下させる。このため、Mnは0.1〜2.5%の範囲に限定した。より好ましくは0.5〜2.0%である。
Pは靱性の劣化に繋がるため、できるだけ低減することが好ましいが、0.05%までは許容できる。このため、Pは0.05%以下に限定した。より好ましくは、0.04%以下である。
Sは鋼中では介在物として存在し、延性、靱性を劣化させるため、できるだけ低減することが望ましいが、0.05%までは許容できる。このため、Sは0.05%以下に限定した。より好ましくは、0.04%以下である。
Al:0.1%以下
Alは脱酸剤として作用するとともに、結晶粒の微細化にも寄与する元素であるが、0.1%を超える過剰の含有は靱性の低下に繋がる。このため、Alは0.1%以下に限定した。より好ましくは0.05%以下である。
NはCと同様に固溶強化により鋼の強度を増加させる元素であるが、過剰の含有は靱性の低下に繋がるため、Nは0.01%以下に限定した。より好ましくは0.005%以下である。
Cuは焼き入れ性の増加や固溶を通じて鋼の強度を増加させる作用を有する元素である。このような効果を確保するためには0.01%以上の含有を必要とする。一方、2%を超える含有は、溶接性が低下するとともに、鋼材製造時に疵が生じやすくなる。このため、添加する場合には0.01〜2%の範囲とする。より好ましくは、0.01〜1%である。
Niは低温靱性の向上、焼入れ性の増加、Cu含有時にCuの熱間脆性の防止に寄与するため、必要に応じて添加する。このような効果は0.01%以上の添加で認められるが、5%以上の添加は鋼材コストの低下を招くとともに、溶接性が低下する。このため、添加する場合には0.01〜5%の範囲とする。より好ましくは、0.01〜4.5%である。
Crは焼き入れ性の向上や焼戻し軟化抵抗の増加を通じて、鋼材の強度を増加させるために必要に応じて添加する。このような効果は0.01%以上の含有で認められる。一方、3%を超える添加は溶接性と靱性を低下させる。このため、添加する場合には0.01〜3%の範囲とする。より好ましくは0.01〜2.5%の範囲とする。
Moは焼き入れ性の向上や焼戻し軟化抵抗の増加を通じて、鋼材の強度を増加させるために必要に応じて添加する。このような効果は0.01%以上の含有で認められる。一方、2%を超える添加は溶接性や靱性を低下させる。このため、添加する場合には0.01〜2%の範囲とする。より好ましくは0.01〜1%の範囲とする。
Nbは焼戻し時に炭化物や炭窒化物として析出し、析出強化を通じて鋼の強度を増加させる元素である。また、Nbは圧延時にオーステナイト粒を微細化させて靱性を向上させる効果も有する。その効果を得るためには、0.001%以上が好ましい。しかし、0.1%を超える含有は靱性を低下させる。このため、添加する場合には0.1%以下とする。より好ましくは0.05%以下である。
Vは焼戻し時に炭化物や炭窒化物として析出し、析出強化を通じて鋼の強度を増加させる元素である。また、圧延時にオーステナイト粒を微細化させて靱性を向上させる効果も有する。その効果を得るためには、0.001%以上が好ましい。しかし、0.1%を超える含有は靱性を低下させる。このため、添加する場合には0.1%以下とする。より好ましくは0.05%以下である。
Tiは溶接熱影響部においてオーステナイトを微細化させ靱性を向上させる効果を有するため、必要に応じて添加する。その効果を得るためには、0.001%以上が好ましい。しかし、0.1%を超える添加は靱性を低下させるとともに、鋼材コストの高騰に繋がる。このため、添加する場合には0.1%以下とする。より好ましくは0.05%以下とする。
Bは少量の含有で焼入れ性を向上させ、鋼の強度を増加させる効果を有するため必要に応じて添加する。その効果を得るためには、0.0001%以上が好ましい。しかし、0.01%以下の添加は溶接性を低下させる。このため、添加する場合には0.01%以下とする。より好ましくは0.005%以下とする。
CaはCaS介在物の形態制御により母材靱性を向上させ、さらには溶接熱影響部の靱性を向上させるため必要に応じて添加する。その効果を得るためには、0.0001%以上が好ましい。しかし、0.01%を超える添加はCaS介在物の増加により靱性を低下させる。このため、添加する場合には0.01%以下とする。より好ましくは、0.009%以下である。
REMは、溶接熱影響部の靱性を向上させる元素であり、必要に応じて添加する。その効果を得るためには、0.0001%以上が好ましい。しかし、0.1%を超える添加は靱性の低下を招く。このため、添加する場合には0.1%以下とする。より好ましくは0.05%以下とする。
本発明に係る鋼材は、板厚の1/4位置の組織がフェライトと硬質相からなり、硬質相の面積分率が50〜90%で、かつ、フェライト粒径の平均アスペクト比が1.5以上のミクロ組織を備える。硬質相の面積分率が50%未満あるいは、90%超えあるいは、フェライト粒径の平均アスペクト比が1.5未満の範囲では、延性き裂の発生が生じる恐れがある。
Ac1(℃)=723−14Mn+22Si−14.4Ni+23.3Cr
以下、実施例に基づいてさらに本発明を詳細に説明する。
表1に示す成分の鋼素材に、表2に示す条件で熱間圧延を施し、板厚12〜100mmの鋼板とした。
得られた鋼板から、圧延方向に平行な断面において試験片を採取し、鏡面研磨、ナイタルエッチ後に、板厚の1/4位置および表面下1mmの組織観察を行った。観察は各々視野数:20視野で行った。面積分率はフェライトと硬質相を2値化し、倍率×200で求めた。フェライトの平均アスペクト比は、倍率×400でその視野にある個々のフェライトの圧延方向の長さと板厚方向の長さを求め、圧延方向の長さ/板厚方向の長さを求めてそれらの平均値として求めた。
得られた鋼板から、JIS Z 2201(1998)の規定に準拠して、引張方向が鋼板の圧延方向と直角方向になるように、全厚のJIS 5号試験片を採取した。引張試験は、JIS Z 2241(1998)に準拠して行い、0.2%耐力(σ0.2)、引張強度(TS)を求め、静的な引張特性を評価した。
得られた鋼板から、JIS Z 2242(2005)の規定に準拠して、長手方向が圧延方向と平行方向となるようにVノッチ試験片を採取し、延性/脆性破面遷移温度を求め、靱性を評価した。試験片は、板厚が20mm以上の場合は板厚の1/4位置、板厚が20mm未満の場合は板厚の1/2位置を中心となるように採取した。
得られた鋼板から、板厚の1/4中心(板厚25mm以下は板厚の1/2中心)で、12mm厚さ(=板厚方向=t)×12mm幅、全長200mmの試験片を採取した。この試験片に、グリーブル試験機を用い、最高加熱温度を760℃、900℃、1200℃、1400℃とする溶接熱影響部の再現熱サイクルを付与した(最高加熱温度までの到達時間:6s、最高加熱温度から室温までの冷却速度:40℃/s)。
得られた鋼板から、板厚の1/4中心(板厚25mm以下は板厚の1/2中心)で、12mm厚さ(=板厚方向=t)×12mm幅、全長200mmの試験片を採取した。
Claims (8)
- 質量%で、C:0.02〜0.2%、Si:0.01〜0.4%、Mn:0.1〜2.5%、P:0.05%以下、S:0.05%以下、Al:0.1%以下、N:0.01%以下を含み、更に、Cu:0.01〜2%、Ni:0.01〜5%、Cr:0.01〜0.22%、Mo:0.01〜2%、Nb:0.1%以下、V:0.1%以下、Ti:0.1%以下、B:0.01%以下、Ca:0.01%以下、REM:0.1%以下のうちから選ばれた1種または2種以上を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有し、板厚の1/4位置のミクロ組織がフェライトと硬質相からなり、前記硬質相の面積分率が50〜90%で、かつ、前記フェライトの平均アスペクト比が1.5以上である耐延性き裂発生特性に優れた鋼材。
- 質量%で、C:0.02〜0.2%、Si:0.01〜0.4%、Mn:0.1〜2.5%、P:0.05%以下、S:0.05%以下、Al:0.1%以下、N:0.01%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有し、板厚の1/4位置のミクロ組織がフェライトと硬質相からなり、前記硬質相の面積分率が50〜90%で、かつ、前記フェライトの平均アスペクト比が1.5以上である溶接熱影響部の耐延性き裂発生特性に優れた鋼材。
- 成分組成に、更に、質量%でCu:0.01〜2%、Ni:0.01〜5%、Cr:0.01〜0.22%、Mo:0.01〜2%、Nb:0.1%以下、V:0.1%以下、Ti:0.1%以下、B:0.01%以下、Ca:0.01%以下、REM:0.1%以下のうちから選ばれた1種または2種以上を含有する請求項2に記載の溶接熱影響部の耐延性き裂発生特性に優れた鋼材。
- 請求項2または3記載の成分組成と請求項2に記載の板厚の1/4位置のミクロ組織を有する溶接熱影響部および母材の耐延性き裂発生特性に優れた鋼材。
- 質量%で、C:0.02〜0.2%、Si:0.01〜0.4%、Mn:0.1〜2.5%、P:0.05%以下、S:0.05%以下、Al:0.1%以下、N:0.01%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する鋼素材を1000℃以上に再加熱し、900℃以上の温度域での圧下率が50%以上で圧延仕上げ温度
がAr3点〜Ar3−50℃となる圧延を施した後、Ar3−10℃〜Ar3−70℃で水冷を開始し、500℃以下で水冷を終了する耐延性き裂発生特性に優れた鋼材の製造方法。 - 前記鋼素材は、更に、質量%でCu:0.01〜2%、Ni:0.01〜5%、Cr:0.01〜0.22%、Mo:0.01〜2%、Nb:0.1%以下、V:0.1%以下、Ti:0.1%以下、B:0.01%以下、Ca:0.01%以下、REM:0.1%以下のうちから選ばれた1種または2種以上を含有する請求項5記載の耐延性き裂発生特性に優れた鋼材の製造方法。
- 請求項5または6に記載の成分組成を有する鋼素材を1000℃以上に再加熱し、900℃以上の温度域での圧下率が50%以上で圧延仕上げ温度がAr3点〜Ar3−50℃となる圧延を施した後、Ar3−10℃〜Ar3−70℃で水冷を開始し、500℃以下で水冷を終了する溶接熱影響部の耐延性き裂発生特性に優れた鋼材の製造方法。
- 請求項5または6に記載の成分組成を有する鋼素材を1000℃以上に再加熱し、900℃以上の温度域での圧下率が50%以上で圧延仕上げ温度がAr3点〜Ar3−50℃となる圧延を施した後、Ar3−10℃〜Ar3−70℃で水冷を開始し、500℃以下で水冷を終了する溶接熱影響部および母材の耐延性き裂発生特性に優れた鋼材の製造方法。
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