JP6112265B2 - 高強度極厚鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
(a)微細なフェライト結晶粒を確保する圧延条件、
(b)鋼板板厚の5%以上の部分に微細フェライト組織を生成する圧延条件、
(c)微細フェライトに集合組織を発達させるとともに加工(圧延)により導入した転位を熱的エネルギーにより再配置しサブグレインを形成させる圧延条件、および
(d)形成した微細なフェライト結晶粒と微細なサブグレイン粒の粗大化を抑制する冷却条件、
によって脆性き裂伝播停止特性を向上させる技術が記載されている。
Ceq=C+Mn/6+Cu/15+Ni/15+Cr/5+Mo/5+V/5 (1)
(ここで、式(1)におけるC、Mn、Cu、Ni、Cr、MoおよびVは各元素の含有量(質量%)を意味し、含有しない場合は0とする。)
[2]前記成分組成は、さらに質量%で、Nb:0.005〜0.05%、Cu:0.1〜1.0%およびCr:0.01〜0.5%の1種または2種以上を含有する[1]に記載の脆性き裂伝播停止特性に優れた高強度極厚鋼板。
本発明の高強度極厚鋼板は、質量%で、C:0.03〜0.20%、Si:0.03〜0.5%、Mn:0.5〜2.2%、P:0.01%以下、S:0.005%以下、Ti:0.005〜0.03%、Al:0.005〜0.080%、Ni:0.1〜1.5%およびN:0.0050%以下を含有し、下記式(1)で定義されるCeq:0.39以上である。
Ceq=C+Mn/6+Cu/15+Ni/15+Cr/5+Mo/5+V/5 (1)
ここで、式(1)における元素記号は各元素の含有量(質量%)を意味し、含有しない場合は0とする。
Cは、鋼の強度を向上させる元素である。本発明では、所望の強度を確保するために、C含有量を0.03%以上とする。また、C含有量が0.20%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含有量は、0.03〜0.20%の範囲とする。なお、下限について好ましいC含有量は0.05%以上であり、上限について好ましいC含有量は0.15%以下である。
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。Si含有量が0.03%未満ではこれらの効果が得られない。一方、Si含有量が0.5%を超えると鋼の表面性状を損なうばかりか、靭性が極端に劣化する。従って、その含有量を0.03〜0.5%の範囲とする。
Mnは、強化元素として含まれる。Mn含有量が0.5%より少ないとその効果が十分でない一方で、2.2%を超えると溶接性が劣化し、鋼板コストも上昇する。そのため、Mn含有量は、0.5〜2.2%とする。
P、Sは、鋼中の不可避的不純物である。これらの含有量が多くなると靭性が劣化する。板厚:70mm以上の鋼板において、良好な靭性を保つためには、P含有量は0.01%以下、S含有量は0.005%以下に抑制する。なお、それぞれ0.006%以下、0.003%以下がより望ましい範囲である。
Tiは、微量の含有により、窒化物、炭化物、あるいは炭窒化物を形成し、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Ti含有量を0.005%以上にすることによって得られる。また、Ti含有量が0.03%を超えると、母材および溶接熱影響部の靭性が低下する。そこで、Ti含有量は0.005〜0.03%とする。
Alは、脱酸剤として作用し、Alを脱酸剤として用いるためにはAl含有量を0.005%以上にする必要がある。また、Al含有量が0.080%を超えると、靭性が低下するとともに、溶接した場合に、溶接金属部の靭性が低下する。このため、Al含有量は、0.005〜0.080%の範囲に規定した。なお、下限について好ましいAl含有量は、0.020以上であり、上限について好ましいAl含有量は0.040%以下である。
Niは、鋼の焼入れ性を高める元素である。Niは、圧延後の強度向上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含有させることができる。これらの効果は、いずれも、Ni含有量を0.1%以上にすることよって発揮される。また、過度のNi含有は靭性や溶接性を劣化させる。板厚:70mm以上の鋼板で十分な強度を保ちつつ靭性や溶接性を劣化させない範囲として、Ni含有量は0.1〜1.5%とする。
Nは、鋼中のAlと結合し、圧延加工時の結晶粒径を調整し、鋼を強化する。この効果を得るためにはN含有量を0.0010%以上にすることが好ましい。また、N含有量が0.0050%を超えると靭性が劣化する。そこで、N含有量は0.0050%以下とする。
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、Nbはオーステナイト域の圧延において未再結晶域を拡大させる効果を有し、フェライトの細粒化に寄与する。このためNb含有は靭性の改善にも有効である。その効果はNb含有量を0.005%以上にすることで発揮される。Nb含有量が0.05%を超えると、粗大なNbCが析出して、靭性の低下を招く場合がある。そこで、Nbを含有する場合、その含有量を0.05%以下とするのが好ましい。
Cuは、鋼の焼入れ性を高める元素である。この元素は、圧延後の強度向上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含有させることができる。この元素含有による上記効果は、0.1%以上の含有によって発揮されるものの、過度の含有は靭性や溶接性を劣化させる。板厚:70mm以上でも十分な強度を保ちつつ靭性や溶接性を劣化させない範囲として、Cu含有量は0.1〜1.0%とすることが好ましい。
Crは、鋼の焼入れ性を高める元素である。この元素は、圧延後の強度向上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含有させることができる。この元素含有による上記効果は、0.01%以上の含有によって発揮されるものの、過度の含有は靭性や溶接性を劣化させる。板厚:70mm以上でも十分な強度を保ちつつ靭性や溶接性を劣化させない範囲として、Cr含有量は0.01〜0.5%とすることが好ましい。
Moは、いずれも鋼の焼入れ性を高める元素である。この元素は、圧延後の強度向上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含有させることができる。上記効果は、0.01%以上の含有によって発揮されるものの、過度の含有は靭性や溶接性を劣化させる。板厚:70mm以上でも十分な強度を保ちつつ靭性や溶接性を劣化させない範囲として、Mo含有量は0.01〜0.5%とすることが好ましい。
Vは、V(CN)として析出する析出強化によって、鋼の強度を向上させる元素である。この効果は、V含有量を0.001%以上にすることにより発揮される。しかし、V含有量が0.10%を超えると、靭性が低下する場合がある。このため、Vを含有させる場合には、V含有量を0.001〜0.10%の範囲とすることが好ましい。
Bは、鋼の焼入れ性を高める元素であり、B含有量が0.0030%以下のような微量でも上記効果が得られる。また、B含有量が0.0030%を超えると溶接部の靭性が低下するので、Bを含有させる場合には、B含有量は0.0030%以下とすることが好ましい。なお、上記効果を得る観点からは、B含有量の下限は0.0006%とすることが好ましい。
Ca、REMは、溶接熱影響部の組織を微細化し靭性を向上させる。これらの成分を含有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含有してもよい。しかし、過度に含有すると、粗大な介在物を形成し母材の靭性を劣化させる場合がある。そこで、これらの成分を含有させる場合には、含有量の上限をそれぞれ0.0050%、0.0100%とするのが好ましい。
本発明に係る高強度極厚鋼板では、上記各成分が上記含有量の範囲にあることに加えて、下記式(1)で表すCeqを0.39以上に調整する。Ceq<0.39であると、板厚中央における圧延面での(211)面集積度を高くし難くなる。また、Ceqの上限は特に限定されないが溶接性を確保するため、Ceqは0.51以下であることが好ましい。
Ceq=C+Mn/6+Cu/15+Ni/15+Cr/5+Mo/5+V/5 (1)
ここで、式(1)におけるC、Mn、Cu、Ni、Cr、MoおよびVは各元素の含有量(質量%)を意味し、含有しない場合は0とする。
本発明の高強度極厚鋼板は、板厚中央における圧延面での(211)面集積度が1.7以上、表面(極表面から表面下1mmの範囲)における圧延面での(200)面集積度が1.3以上を満たす集合組織を有する。上記の成分組成を採用するとともに、後述する製造条件で集合組織が上記範囲を満たすように制御することで、脆性き裂伝播停止特性に優れた高強度極厚鋼板が得られる。
本発明では、板厚1/4位置から採取したJIS 4号の衝撃試験片を用いて測定した靭性がvTrs:−40℃以下であり、表面から採取したJIS 4号の衝撃試験片を用いて測定した靭性がvTrs≦−60℃である。特定の位置の靭性が上記範囲にあることで、脆性き裂伝播停止特性が改善する。
上記成分組成の溶鋼を、転炉等で溶製し、連続鋳造等で鋼素材(スラブ)とし、1000〜1200℃に加熱後、熱間圧延を行う。
Claims (4)
- 板厚:70mm以上の脆性き裂伝播停止特性に優れた高強度極厚鋼板であって、
質量%で、C:0.03〜0.20%、Si:0.03〜0.5%、Mn:0.5〜2.2%、P:0.01%以下、S:0.005%以下、Ti:0.005〜0.03%、Al:0.005〜0.080%、Ni:0.1〜1.5%およびN:0.0050%以下を含有し、下記式(1)で定義されるCeq:0.39以上であり、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成と、
板厚中央における圧延面での(211)面集積度が1.7以上であり、鋼板表面での(200)面集積度が1.3以上である集合組織と、を有し、
板厚1/4位置から採取したJIS 4号の衝撃試験片を用いて測定した靭性がvTrs:−40℃以下であり、
表面から採取したJIS 4号の衝撃試験片を用いて測定した靭性がvTrs≦−60℃である高強度極厚鋼板。
Ceq=C+Mn/6+Cu/15+Ni/15+Cr/5+Mo/5+V/5 (1)
(ここで、式(1)におけるC、Mn、Cu、Ni、Cr、MoおよびVは各元素の含有量(質量%)を意味し、含有しない場合は0とする。) - 前記成分組成は、さらに質量%で、Nb:0.005〜0.05%、Cu:0.1〜1.0%およびCr:0.01〜0.5%の1種または2種以上を含有する請求項1に記載の高強度極厚鋼板。
- 前記成分組成は、さらに質量%で、Mo:0.01〜0.5%、V:0.001〜0.10%、B:0.0030%以下、Ca:0.0050%以下、REM:0.0100%以下の1種または2種以上を含有する請求項1または2に記載の高強度極厚鋼板。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の、板厚:70mm以上の脆性き裂伝播停止特性に優れた高強度極厚鋼板の製造方法であって、
請求項1〜3のいずれかに記載の成分組成を有する鋼素材を、1000〜1200℃の温度に加熱した後、
板厚中央がオーステナイト再結晶温度域のときの累積圧下率:10%以上、板厚中央がオーステナイト未再結晶温度域のときの累積圧下率:50%以上、表面がAr3温度以下かつ板厚中央温度がAr3温度以上の温度域のときの累積圧下率10%以上の条件で熱間圧延を行った後、
0.5℃/s以上の冷却速度にて500℃以下の冷却停止温度まで冷却するか、又は0.5℃/s以上の冷却速度にて400℃以下の冷却停止温度まで冷却して冷却後Ac1点以下の温度に焼戻す高強度極厚鋼板の製造方法。
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