JP5687946B2 - 靭性に優れた高強度厚鋼板 - Google Patents
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本発明の厚鋼板は、旧γ粒の平均円相当直径が5μm以上、95μm以下の要件を満足するものである。平均円相当直径が5μm未満になると、組織の作り込みの際にフェライト変態が促進され、フェライト分率が多くなり、ベイナイトを主体(90面積%以上)とする組織が得られない。即ち、旧γ粒の平均円相当直径が5μm未満となる様な鋼板では、ベイナイトを主体とする組織が得られない。また、旧γ粒の平均円相当直径が95μmよりも大きくなると、最終的な組織のサイズが粗大化し、靭性が低下することになる。尚、この平均円相当直径の好ましい下限は10μm以上(より好ましくは20μm以上、更に好ましくは30μm以上、更に好ましくは40μm以上、特に好ましくは50μm以上)であり、好ましい上限は80μm以下(より好ましくは70μm以下)である。
本発明の厚鋼板は、旧γ粒の最大円相当直径が150μm以下の要件を満足するものである。この要件は、最低限必要とされる靭性値を確保するために必要な要件であり、この最大円相当直径が150μmを超えると、最低限必要とされる靭性値を確保できなくなる。尚、この最大円相当直径の好ましい上限は130μm以下(より好ましくは100μm以下)である。
Cは、鋼板の強度を確保する上で重要な元素である。こうした効果を発揮させるためにはC含有量は0.01%以上とする必要がある。しかしながら、C含有量が過剰になって0.07%を超えると、強度が上昇し、またマルテンサイトが生成しやすくなるため却って靭性が低下することになる。C含有量は好ましい下限は0.02%以上(より好ましくは0.03%以上)であり、好ましい上限は0.06%以下(より好ましくは0.05%以下)である。
Siは、鋼板の強度を確保する上で重要な元素である。しかしながら、Si含有量が過剰になって0.5%を超えると、硬質のMA組織(マルテンサイトとオーステナイトからなる混合組織)の生成が促進され、靭性に悪影響を及ぼすことになる。Si含有量の好ましい上限は0.45%以下(より好ましくは0.4%以下)である。尚、上記効果を発揮させるためのSi含有量の好ましい下限は0.05%以上(より好ましくは0.1%以上)である。
Mnは、焼入れ性を改善しフェライト生成を抑制し、強度を確保する上で必要な元素である。Mn含有量が1%未満であると、強度が不足することになる。一方、Mn含有量が1.7%を超えて過剰になると、強度上昇による靭性低下を招くことになる。Mn含有量の好ましい下限は1.1%以上(より好ましくは1.2%以上)であり、好ましい上限は1.6%以下(より好ましくは1.5%以下)である。
Pは、粒界破壊の原因となる不純物元素であり、その量が過剰になると靭性が劣化するため、P含有量は0.015%以下に抑制する必要がある。P含有量は、好ましくは0.01%以下(より好ましくは0.008%以下)である。尚、Pは鋼材に不可避的に含まれる不純物であり、その量を0%にすることは、工業生産上、困難である。
Sは、Pと同様に粒界破壊の原因となる不純物元素であり、その量が過剰になると靭性が劣化するため、S含有量は0.006%以下に抑制する必要がある。S含有量は、好ましくは0.005%以下(より好ましくは0.003%以下)である。尚、Sは鋼材に不可避的に含まれる不純物であり、その量を0%にすることは、工業生産上、困難である。
Crは、フェライト生成を抑制し、強度と靭性のバランスを確保する上で必要な元素である。Cr含有量が0.8%よりも少なくなると、強度が不足することになる。しかしながら、Cr含有量が2%を超えて過剰になると、強度上昇による靭性低下を招くことになる。Cr含有量の好ましい下限は1%以上(より好ましくは1.2%以上)であり、好ましい上限は1.8%以下(より好ましくは1.6%以下)である。
Vも、Crと同様にフェライト生成を抑制し、強度と靭性のバランスを確保する上で必要な元素である。しかしながら、V含有量が0.1%を超えて過剰になると、強度上昇による靭性低下を招くことになる。V含有量の好ましい上限は0.08%以下(より好ましくは0.05%以下)である。尚、上記効果を発揮させるためのV含有量の好ましい下限は0.005%以上(より好ましくは0.01%以上)である。
Nbも、Crと同様にフェライト生成を抑制し、強度と靭性のバランスを確保する上で必要な元素である。こうした効果を発揮させるためには、Nb含有量は0.005%以上とする必要がある。しかしながら、Nb含有量が0.05%を超えて過剰になると、強度上昇による靭性低下を招くことになる。Nb含有量の好ましい下限は0.007%以上(より好ましくは0.01%以上)であり、好ましい上限は0.040%以下(より好ましくは0.035%以下)である。
Bも、Crと同様にフェライト生成を抑制し、強度と靭性のバランスを確保する上で必要な元素である。しかしながら、B含有量が0.005%を超えて過剰になると、強度上昇による靭性低下を招くことになる。B含有量の好ましい上限は0.004%以下(より好ましくは0.003%以下)である。尚、上記効果を発揮させるためのB含有量の好ましい下限は0.0005%以上(より好ましくは0.001%以上)である。
Tiは、Ti窒化物を形成して靭性を改善するのに有効な元素である。こうした効果を有効に発揮させるためには、Ti含有量は0.005%以上とする必要がある。しかしながら、Ti含有量が過剰になると、粗大な窒化物を形成し靭性の低下をもたらすので、0.02%以下とする必要がある。Ti含有量の好ましい下限は0.006%以上(より好ましくは0.008%以上)であり、好ましい上限は0.015%以下(より好ましくは0.01%以下)である。
AlはTiで固定されなかった固溶Nを固定する元素として有用である。しかしながら、Al含有量が0.2%を超えて過剰になると、靭性が低下する。Al含有量の好ましい下限は0.010%以上(より好ましくは0.020%以上)であり、好ましい上限は0.100%以下(より好ましくは0.070%以下)である。
Caは、MnSを微細分散化するという理由によって、MnSを無害化して靭性向上に有効な元素である。しかしながら、Ca含有量が過剰になると、却って靭性を低下させるので、0.0035%以下とする必要がある。こうした理由は確かではないが、粗大介在物を形成するためと考えられる。尚、このような効果を有効に発揮させるための好ましい下限は0.0005%以上(より好ましくは0.001%以上)であり、好ましい上限は0.003%以下(より好ましくは0.0025%以下)である。
Nは、Tiと共にTi窒化物を形成して靭性を改善に寄与する元素である。このような作用を有効に発揮させるため、N含有量は0.003%以上とする必要がある。しかしながら、N含有量が過剰になると、固溶Nbおよび固溶Bの量が少なくなって、NbおよびBによる効果が発揮されなくなるので、0.006%以下とする必要がある。N含有量の好ましい下限は0.0035%以上(より好ましくは0.0040%以上)であり、好ましい上限は0.0055%以下(より好ましくは0.0050%以下)である。
Moは、Crと同様にフェライト生成を抑制し、強度と靭性のバランスを確保する上で有用な元素である。しかしながら、Mo含有量が0.5%を超えて過剰になると、強度上昇による靭性低下を招くことになる。Mo含有量の好ましい上限は0.45%以下(より好ましくは0.40%以下)である。尚、上記効果を発揮させるためのMo含有量の好ましい下限は0.05%以上(より好ましくは0.1%以上)である。
NiおよびCuは、いずれも鋼材の高強度化に有効な元素である。しかしながら、過剰に含有されると、強度の過大な上昇を招き、靭性に悪影響を及ぼすことになる。また、コストの観点からも、必要最小限で含有させることが好ましい。こうした観点から、いずれも0.5%以下とすることが好ましい。より好ましくは、いずれも0.4%以下である。尚、上記の効果を有効に発揮させるための好ましい下限は、いずれも0.05%以上(より好ましくは0.1%以上)である。
鋼中のNb(0.005%以上)やB(0.005%以下)を固溶させてBD処理による効果(旧γ均一化効果)を十分に発揮させるためには、加熱温度は1000℃以上とする必要がある。しかしながら、この加熱温度が1300℃を超えると、初期のオーステナイト組織が粗大化し過ぎるため、こうしたオーステナイト組織を圧延して再結晶させてもオーステナイ組織を十分に微細化することが困難となり、最終的に微細な旧γ組織が得られなくなる。
BD処理での圧下率を10%以上(より好ましくは20%以上)とすることによって
(歪みを導入することによって)、熱間圧延前の組織の均一微細化が図れ、その後の熱間圧延によっても、一部の結晶粒が粗大化するのが防止され(旧γ粒の最大円相当直径が150μm以下となる)、靭性のばらつきが小さい鋼板が得られる。このときの圧下率の上限については、その後の圧延工程で所定の圧下率を確保するという観点からすれば、50%以下(より好ましくは40%以下)であることが好ましい。尚、上記圧下率とは、下記(1)式で表される量を意味し、上記の温度範囲内で複数回の圧下が行われるときには、合計した量(累積圧下率)を意味する(圧延時における圧下率についても同様)。
圧下率=(h1−h2)/h1×100(%) …(1)
但し、h1:圧下前板厚、h2:圧下後板厚
BD処理後には、γから低温変態相への相変態を利用し圧延前組織を微細化するという観点から600℃以下まで冷却する必要がある。この温度が600℃よりも高くなると、相変態を十分に活用できず圧延前組織が十分微細とはならない。冷却については、管理項目を追加しないように放冷とするが、特に冷却速度を制限するものではない。
変態後の組織(ベイナイト組織)の微細化を図るためには、オーステナイト組織を圧延して再結晶させることが有効である。そして、オーステナイトの再結晶(再結晶が開始する最低温度)は、鋼材の化学成分組成に左右されるが、本発明で規定する化学成分組成であれば、通常920℃以上である(粗圧延温度)。こうした温度範囲で圧延をするためには、鋼材の加熱温度を920℃以上(好ましくは950℃以上)とする必要がある。しかしながら、加熱温度が高過ぎると、圧延前オーステナイト組織自体が粗大して変態後の組織の微細化が図れなくなるので、1200℃以下(好ましくは1180℃以下)とする必要がある。また、仕上げ圧延温度は、900℃以下であることが好ましいが、700℃を下回ると、フェライト生成が促進され、ベイナイト量が不足する傾向を示す。
熱間圧延後の冷却速度については、CCT曲線(連続冷却変態曲線)のフラット部で変態させるためには、その冷却速度を1〜20℃/秒の範囲とする必要がある。この平均冷却速度が1℃/秒未満となると生産性が低下するばかりか、フェライト生成が促進されることになる。一方、冷却速度が20℃/秒を超えると、マルテンサイト組織の生成が促進され、鋼板の強度が上昇し過ぎることになる。尚、この冷却速度の好ましい下限は、2℃/秒以上(より好ましくは3℃/秒以上)であり、好ましい上限は、15℃/秒以下(より好ましくは12℃/秒以下)である。また、冷却停止温度は少なくともベイナイト変態開始温度以下(例えば、450℃以下)まで冷却する必要があるが、室温まで冷却を行っても良い。
各鋼板のt/4位置(t:板厚)の圧延方向に平行な断面を鏡面研磨した試験片を、2%ナイタール液でエッチングを行い、観察視野:200μm×150μmの範囲を、光学顕微鏡を用いて400倍で10視野を写真撮影した。これら10視野について、Media Cybernetics社製「Image−Pro Plus」を用いて画像解析を行い、ベイナイト分率(面積%)を測定した。この際、フェライト、パーライトおよびマルテンサイトとオーステナイトよりなる混合組織(MA組織)以外のラス状組織はベイナイトとみなした。
各鋼板のt/4位置(t:板厚)の圧延方向に平行な断面を鏡面研磨した試験片を、2%ナイタール液でエッチングを行い、観察視野:200μm×150μmの範囲を、光学顕微鏡を用いて100倍で5視野を写真撮影した。これら5視野について、Media Cybernetics社製「Image−Pro Plus」を用いて画像解析を行い、組織中の旧γ粒の平均円相当直径および最大円相当直径を測定した。
得られた各鋼板のt/4位置(t:板厚)から、圧延方向に直角にJIS Z22014号試験片を採取し、JIS Z2241に従って引張試験を行い(各3回)、降伏点YPおよび引張強度TSを測定した。降伏点YP≧500MPa、引張強度TS:570〜720MPaのものを、鋼板強度に優れると評価した。
得られた各鋼板のt/4位置(t:板厚)から、シャルピー衝撃試験片(JIS Z2201の4号試験片)を夫々3本ずつ採取し、−5℃でのシャルピー衝撃吸収エネルギー(vE-5)を測定し、その平均値(vE-5ave)および最小値(vE-5min)が200J以上のものを、靭性に優れると評価した。
Claims (3)
- C :0.01〜0.07%(質量%の意味。以下、化学成分組成について同じ。)、
Si:0.5%以下(0%を含まない)、
Mn:1〜1.7%、
P :0.015%以下(0%を含まない)、
S :0.006%以下(0%を含まない)、
Cr:0.8〜2%、
V :0.005〜0.1%、
Nb:0.005〜0.05%、
B :0.0005〜0.005%、
Ti:0.005〜0.02%、
Al:0.2%以下(0%を含まない)、
Ca:0.0035%以下(0%を含まない)、および
N :0.003〜0.006%、
を夫々含有し、残部が鉄および不可避不純物であり、
鋼組織の90面積%以上がベイナイトであり、
且つ、旧オーステナイト粒の平均円相当直径が5μm以上、95μm以下であると共に、旧オーステナイト粒の最大円相当直径が150μm以下であることを特徴とする靭性に優れた高強度厚鋼板。 - 更に、Mo:0.5%以下(0%を含まない)を含有する請求項1に記載の高強度厚鋼板。
- 更に、Ni:0.5%以下(0%を含まない)および/またはCu:0.5%以下(0%を含まない)を含有する請求項1または2に記載の高強度厚鋼板。
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