JP5598617B1 - 脆性亀裂伝播停止特性に優れた大入熱溶接用高強度厚鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
特定の成分組成を有し、金属組織がフェライト相主体の組織で、板厚表層部におけるRD//(110)面の集積度が1.3以上、板厚中央部におけるRD//(110)面の集積度が1.8以上の集合組織を有し、板厚表層部および板厚中央部におけるシャルピー破面遷移温度vTrsが−50℃以下である厚鋼板およびその製造方法。
Description
1.板厚50mmを超える厚鋼板について、標準ESSO試験の破面を詳細に調査した結果、図1(b)に示すような破面形態となる場合に、脆性亀裂の幅が小さくなるのに伴い亀裂先端部の応力拡大係数が小さくなり、その結果、鋼板のアレスト性能が高くなる。図1(a)(b)は標準ESSO試験片1のノッチ2から突入した亀裂3が母材5において先端形状4で伝播を停止した例を模式的に示す。
2.上記の様な破面形態を得るためには、板厚表層部と板厚中央部のアレスト性能を向上させる必要がある。板厚表層部と板厚中央部のアレスト性能を向上させる方法として、板厚表層部および板厚中央部の靭性を向上させることが有効である。しかし、板厚50mmを超えるような厚鋼板では冷却速度や圧下率等に制限があり、板厚中央部の靭性を向上させるには限界が存在する。
3.靭性向上の他にアレスト性能を向上させる手法としては、板厚中央部の集合組織を制御することが有効であり、特に圧延方向に対して平行に(110)面を集積させ、圧延方向あるいは板幅方向に進展する亀裂をそれぞれ圧延方向あるいは板幅方向から斜めに逸らすように集合組織制御を行うことが有効である。
4.さらに、板厚中央部がオーステナイト再結晶温度域にある状態での累積圧下率を20%以上、かつ、1パス当りの平均圧下率を5.0%以下とすることによって、板厚表層部の組織の微細化を図る。その後、板厚中央部がオーステナイト未再結晶温度域にある状態での累積圧下率を40%以上、かつ、1パス当りの平均圧下率を7.0%以上とすることにより、板厚中央部の靭性および集合組織を発達させることができ、上述の組織を実現できる。
5.大入熱溶接部の靭性を向上する手法として、TiN,CaSとMnSの複合硫化物を微細に***させ、溶接によって高温に曝された際の粒成長を抑制、且つ、その後の冷却過程で粒内変態を促進して室温での熱影響部組織を微細化することが有効である。
1.鋼組成が、質量%で、C:0.03〜0.15%、Si:0.50%以下、Mn:1.0〜2.0%、P:0.030%以下、S:0.0005〜0.0040%、Al:0.005〜0.10%、Ti:0.004〜0.030%、N:0.0036〜0.0075%以下、Ca:0.0005〜0.0030%、O:0.0040%以下を含み、かつ、Ca、O、Sの各含有量は、下式(1)を満たし、残部がFeおよび不可避的不純物で、金属組織がフェライト主体であり、板厚表層部におけるRD//(110)面の集積度が1.3以上、板厚中央部におけるRD//(110)面の集積度が1.8以上の集合組織を有し、板厚表層部および板厚中央部におけるシャルピー破面遷移温度vTrsが−50℃以下であることを特徴とする脆性亀裂伝播停止特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、式(1)において、Ca、O、Sは含有量(質量%)とする。
2.板厚表層部および板厚中央部のシャルピー破面遷移温度およびRD//(110)面の集積度が、下記(2)式を満たすことを特徴とする1記載の脆性亀裂伝播停止特性に優れた大入熱溶接用高強度鋼板。
vTrs(表層)+1.9×vTrs(1/2t)−6×IRD//(110)[表層]−84×IRD//(110)[1/2t]≦−350・・・(2)
ただし、式(2)において、
vTrs(表層):板厚表層部のシャルピー破面遷移温度 (℃)
vTrs(1/2t):板厚中央部(t/2)のシャルピー破面遷移温度 (℃)
IRD//(110)[表層]:板厚表層部のRD//(110)面の集積度
IRD//(110)[1/2t]:板厚中央部(t/2)のRD//(110)面の集積度
とする。なお、tは板厚(mm)である。
3.鋼組成が、更に、質量%で、Nb:0.003〜0.050%、Cu:0.5%以下、Ni:1.0%以下、Cr:0.5%以下、Mo:0.5%以下、W:0.4%以下、V:0.2%以下、B:0.0003〜0.0030%以下の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に記載の脆性亀裂伝播停止特性に優れた大入熱溶接用高強度鋼板。
4.鋼組成が、更に、質量%で、Mg:0.0005〜0.0050%、Zr:0.001〜0.020%、REM:0.001〜0.020%の1種または2種以上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脆性亀裂伝播停止特性に優れた大入熱溶接用高強度鋼板。
5.1、3または4のいずれか一つに記載の組成を有する鋼素材を、900〜1150℃の温度に加熱し、オーステナイト再結晶温度域とオーステナイト未再結晶温度域での累積圧下率の合計を65%以上、板厚中央部がオーステナイト再結晶温度域にある状態において、累積圧下率を20%以上、かつ、1パス当りの平均圧下率を5.0%以下とする圧延を実施し、次いで、板厚中央部がオーステナイト未再結晶温度域にある状態において、累積圧下率を40%以上、かつ、1パス当りの平均圧下率を7.0%以上とする圧延を行い、その後、4.0℃/s以上の冷却速度にて600℃以下まで冷却することを特徴とする脆性亀裂伝播停止特性に優れた大入熱溶接用高強度鋼板の製造方法。
6.600℃以下まで冷却した後、さらに、AC1点以下の温度に焼戻す工程を有することを特徴とする5に記載の脆性亀裂伝播停止特性に優れた大入熱溶接用高強度鋼板の製造方法。
以下、本発明における好ましい化学成分について説明する。説明において、%は質量%とする。
Cは鋼の強度を向上する元素であり、本発明では、所望の強度を確保するためには0.03%以上の含有を必要とする。一方、0.15%を超えると、溶接性が劣化するばかりか靭性にも悪影響がある。このため、Cは、0.03〜0.15%とする。好ましくは0.05〜0.15%である。
Siは脱酸元素として、また、鋼の強化元素として有効である。しかし、0.01%未満の含有量ではその効果がない場合がある。一方、0.50%を超えると鋼の表面性状を損なうばかりか靭性が劣化する。従ってその添加量を0.50%以下とする。好ましくは、0.01〜0.40%の範囲である。
Mnは、強化元素として添加する。1.0%より少ないとその効果が十分でない。一方、2.0%を超えると溶接部の靱性を劣化させる。このため、Mnは1.0〜2.0%とする。好ましくは、1.1〜1.8%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。このため、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%以上必要である。一方、0.0040%を超えると、母材の靭性を劣化させる。このため、Sは0.0005〜0.0040%とする。
Alは、脱酸剤として作用し、このためには0.005%以上の含有を必要とする。しかし、0.10%を超えて含有すると、靭性を低下させるとともに、溶接した場合に、溶接金属部の靭性を低下させる。このため、Alは、0.005〜0.10%の範囲に規定する。好ましくは0.005〜0.08%、さらに、好ましくは、0.02〜0.06%である。
Tiは微量の添加により、窒化物、炭化物、あるいは炭窒化物を形成し、溶接熱影響部でのオーステナイトの粗大化を抑制することにより、および/または、フェライト変態核としてフェライト変態を促進することにより、結晶粒を微細化して母材靭性を向上させる効果を有する。その効果は0.004%以上の添加によって得られる。しかし、0.030%を超える含有は、TiN粒子の粗大化により、母材および溶接熱影響部の靭性を低下させる。このため、Tiは、0.004〜0.030%の範囲にする。好ましくは、0.006〜0.028%の範囲である。
Nは、TiNの必要量を確保する上で必要な元素である。0.0036%未満では十分なTiN量が得られず、溶接部靭性が劣化する。0.0075%を超えると、溶接熱サイクルを受けた際にTiNが再固溶して固溶Nが過剰に生成して靭性が著しく劣化する。このため、Nは0.0036〜0.0075%とする。好ましくは、0.0037〜0.0068%の範囲である。
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Caを0.0005%以上含有する必要がある。しかし、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、Caは0.0005〜0.0030%の範囲に限定する。
Oは不可避的不純物として鋼中に含有され、凝固時に酸化物となって析出し、鋼の清浄度を低下させる。このため、本発明ではできるだけOを低減することが望ましい。特に、O含有量が0.0040%を超えるとCaO系介在物が粗大化して母材靭性を低下させてしまう。このため、Oは0.0040%以下とする。
0<(Ca−(0.18+130×Ca)×O)/1.25/S≦0.8・・・(1)
ただし、式(1)において、Ca、O、Sは含有量(質量%)とする。
Ca、O、およびSは、式(1)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。この複合硫化物がフェライト変態の核として機能するので、溶接熱影響部の組織が微細化され、溶接熱影響部の靭性が向上する。(Ca−(0.18+130×Ca)×O)/1.25/Sの値が0以下であると、CaSが晶出しないためにSはMnS単独の形態で析出する。このMnSは鋼板製造時の圧延で伸長されて母材靭性低下を引き起こすとともに、本発明の主眼である溶接熱影響部でMnSが溶融するために微細分散が達成されない。一方、(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作用するMnSがCaS上に析出しないため、十分な靭性向上が達成されない。(Ca−(0.18+130×Ca)×O)/1.25/Sの値の好ましい範囲は、0.10〜0.8%である。
Nbは、NbCとしてフェライト変態時あるいは再加熱時に析出し、高強度化に寄与する。また、オーステナイト域の圧延において未再結晶温度域を拡大させる効果をもち、フェライトおよびベイナイトの細粒化に寄与するので、靭性の改善にも有効である。その効果はNbを0.003%以上含有することにより発揮されるので、含有させる場合には、0.003%以上とすることが好ましい。しかしながら、0.050%を超えて添加すると、粗大なNbCが析出し、逆に靭性の低下を招くので、含有させる場合には、その上限を0.050%とするのが好ましい。より好ましくは、0.005〜0.040%の範囲である。
Cu、Ni、Cr、Mo、Wはいずれも鋼の焼入れ性を高める元素である。圧延後の強度アップに直接寄与するとともに、靭性、高温強度、あるいは耐候性などの機能向上のために添加することができる。これらの効果は0.01%以上含有することにより発揮されるので、含有させる場合には、0.01%以上とすることが好ましい。しかしながら、過度に含有すると靭性や溶接性が劣化するため、含有させる場合には、それぞれ上限をCuは0.5%、Niは1.0%、Crは0.5%、Moは0.5%、Wは0.4%とすることが好ましい。
Vは、V(C、N)として析出強化により、鋼の強度を向上する元素であり、この効果を発揮させるために0.001%以上含有させてもよい。しかし、0.2%を超えて含有すると、靭性を低下させる。このため、Vを含有させる場合には、0.2%以下とすることが好ましく、0.001〜0.10%の範囲とすることがより好ましい。
Bは微量で鋼の焼き入れ性を高める元素である。この効果を発揮させるために0.0003%以上含有させてもよい。しかし、0.0030%を超えて含有すると溶接部の靭性を低下させるので、Bを含有させる場合には0.0030%以下とすることが好ましい。より好ましくは、0.0003〜0.0026%の範囲である。
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ので、必要に応じて添加してもよい。この効果は0.0005%以上含有することにより発揮されるので、含有させる場合には、0.0005%以上とすることが好ましい。しかし、0.0050%を超えて含有しても効果が飽和するので、Mgを添加する場合には、添加量を0.0005〜0.0050%とするのが好ましい。
Zrは、鋼中で酸化物を形成して、その酸化物が分散することにより溶接熱影響部の組織を微細化し靭性を向上させる効果を有し、添加しても本発明の効果が損なわれることはないので必要に応じて添加してもよい。この効果は0.001%以上含有することにより発揮されるので、含有させる場合には、0.001%以上とすることが好ましい。しかし、過度に添加すると、効果が飽和し、さらに、粗大な介在物を形成し母材の靭性を劣化させるので、添加する場合には、添加量の上限を0.020%とするのが好ましい。
REMは、鋼中で酸化物を形成して、その酸化物が分散することにより溶接熱影響部の組織を微細化し靭性を向上させる効果を有し、添加しても本発明の効果が損なわれることはないので必要に応じて添加してもよい。この効果は0.001%以上含有することにより発揮されるので、含有させる場合には、0.001%以上とすることが好ましい。しかし、過度に添加すると、効果が飽和し、さらに、粗大な介在物を形成し母材の靭性を劣化させるので、添加する場合には、添加量の上限を0.020%とするのが好ましい。
本発明では、圧延方向または圧延直角方向など水平方向(鋼板の面内方向)に進展する亀裂に対して亀裂伝播停止特性を向上させることのできる図1の破面形態を得るために、板厚表層部および中央部での靭性とRD//(110)面の集積度とを、適宜規定する。
vTrs(表層)+1.9×vTrs(1/2t)−6×IRD//(110)[表層]−84×IRD//(110)[1/2t]≦−350・・・(2)
ただし、式(2)において
vTrs(表層):板厚表層部のシャルピー破面遷移温度(℃)
vTrs(1/2t):板厚中央部のシャルピー破面遷移温度(℃)
IRD//(110)[表層]:板厚表層部のRD//(110)面の集積度
IRD//(110)[1/2t]:板厚中央部のRD//(110)面の集積度
とする。なお、tは板厚(mm)である。
本発明において、金属組織がフェライト主体であるものとする。ここで、本発明において、金属組織がフェライト主体であるとは、フェライト相の面積分率が全体の60%以上であることとする。残部は、ベイナイト、マルテンサイト(島状マルテンサイトを含む)、パーライトなどが合計の面積分率で40%以下であれば許容される。
以下、本発明における好ましい製造条件について説明する。
AC1点=751−26.6C+17.6Si−11.6Mn−169Al−23Cu−23Ni+24.1Cr+22.5Mo+233Nb−39.7V−5.7Ti−895B
上記式において、各元素記号は鋼中含有量(質量%)であり、含有しない場合は0とする。
2 ノッチ
3 亀裂
4 先端形状
5 母材
Claims (6)
- 鋼組成が、質量%で、C:0.03〜0.15%、Si:0.50%以下、Mn:1.0〜2.0%、P:0.030%以下、S:0.0005〜0.0040%、Al:0.005〜0.10%、Ti:0.004〜0.030%、N:0.0036〜0.0075%以下、Ca:0.0005〜0.0030%、O:0.0040%以下を含み、かつ、Ca、O、Sの各含有量は、下式(1)を満たし、残部がFeおよび不可避的不純物で、金属組織がフェライト相の面積率が60%以上であり、板厚表層部におけるRD//(110)面の集積度が1.3以上、板厚中央部におけるRD//(110)面の集積度が1.8以上の集合組織を有し、板厚表層部および板厚中央部におけるシャルピー破面遷移温度vTrsが−50℃以下であることを特徴とする脆性亀裂伝播停止特性に優れた大入熱溶接用高強度厚鋼板。
0<(Ca−(0.18+130×Ca)×O)/1.25/S≦0.8・・・(1)
ただし、式(1)において、Ca、O、Sは含有量(質量%)とする。 - 板厚表層部および板厚中央部のシャルピー破面遷移温度およびRD//(110)面の集積度が、下記(2)式を満たすことを特徴とする請求項1記載の脆性亀裂伝播停止特性に優れた大入熱溶接用高強度厚鋼板。
vTrs(表層)+1.9×vTrs(1/2t)−6×IRD//(110)[表層]−84×IRD//(110)[1/2t]≦−350・・・(2)
ただし、式(2)において、
vTrs(表層):板厚表層部のシャルピー破面遷移温度(℃)
vTrs(1/2t):板厚中央部(t/2)のシャルピー破面遷移温度(℃)
IRD//(110)[表層]:板厚表層部のRD//(110)面の集積度
IRD//(110)[1/2t]:板厚中央部(t/2)のRD//(110)面の集積度
とする。なお、tは板厚(mm)である。 - 鋼組成が、更に、質量%で、Nb:0.003〜0.050%、Cu:0.5%以下、Ni:1.0%以下、Cr:0.5%以下、Mo:0.5%以下、W:0.4%以下、V:0.2%以下、B:0.0003〜0.0030%の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2に記載の脆性亀裂伝播停止特性に優れた大入熱溶接用高強度厚鋼板。
- 鋼組成が、更に、質量%で、Mg:0.0005〜0.0050%、Zr:0.001〜0.020%、REM:0.001〜0.020%の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乃至3のいずれか一つに記載の脆性亀裂伝播停止特性に優れた大入熱溶接用高強度厚鋼板。
- 請求項1、3または4のいずれか一つに記載の組成を有する鋼素材を、900〜1150℃の温度に加熱し、オーステナイト再結晶温度域とオーステナイト未再結晶温度域での累積圧下率の合計を65%以上、板厚中央部がオーステナイト再結晶温度域にある状態において、累積圧下率を20%以上、かつ、1パス当りの平均圧下率を5.0%以下とする圧延を実施し、
次いで、板厚中央部がオーステナイト未再結晶温度域にある状態において、累積圧下率を40%以上、かつ、1パス当りの平均圧下率を7.0%以上とする圧延を行い、その後、4.0℃/s以上の冷却速度にて鋼板の板厚中央部の温度が600℃以下まで冷却することを特徴とし、金属組織がフェライト相の面積率が60%以上であり、板厚表層部におけるRD//(110)面の集積度が1.3以上、板厚中央部におけるRD//(110)面の集積度が1.8以上の集合組織を有する脆性亀裂伝播停止特性に優れた大入熱溶接用高強度厚鋼板の製造方法。 - 鋼板の板厚中央部の温度を600℃以下まで冷却した後、さらに、鋼板平均温度でAC1点以下の温度に焼戻す工程を有することを特徴とする請求項5に記載の脆性亀裂伝播停止特性に優れた大入熱溶接用高強度厚鋼板の製造方法。
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JP2013549633A JP5598617B1 (ja) | 2013-03-26 | 2013-10-24 | 脆性亀裂伝播停止特性に優れた大入熱溶接用高強度厚鋼板およびその製造方法 |
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