JP6252291B2 - 鋼板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
特許文献2には、圧延中に鋼板表面を水冷し、Ar1変態点以下とすることで一旦フェライト変態させた後、板厚中心部の顕熱を利用して、表層部のフェライト組織を昇温させながらさらに圧延を行うことで、表層部のみを細粒化し、アレスト性を向上させる技術が開示されている。しかしながらこの技術では表層部のみを細粒化するため、板厚が厚い場合には十分なアレスト性を得ることが困難である。
そこで特許文献3には、Ni添加量を適正な値にすることで、ベイナイトを母相とするミクロ組織を有し、表層部での結晶粒の平均径が15μm以下、板厚中心部での結晶粒の平均径が40μm以下である、アレスト性に優れた高強度厚鋼板が開示されている。
Bsol=[B] ([Ti]/[N]が3.4以上の場合) ・・・ 式1−1
Bsol=[B]+0.226[Ti]−0.722[N] ([Ti]/[N]が3.4未満の場合) ・・・ 式1−2
Ar3=940−310×[C]+40×[Si]−90×[Mn]−40×[Cu]−60×[Ni]−15×[Cr]−40000×[Mo]×Bsol ・・・ 式2
ここで、[C]、[Si]、[Mn]、[Cu]、[Ni]、[Cr]、[Mo]、[B]、[Ti]および[N]は、それぞれC、Si、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、B、TiおよびNの質量%で表した含有量を意味する。
Pcm=[C]+[Si]/30+[Mn]/20+[Cu]/20+[Ni]/60+[Cr]/20+[Mo]/15+[V]/10+5×[B] ・・・ 式3
ここで、[C]、[Si]、[Mn]、[Cu]、[Ni]、[Cr]、[Mo]、[V]および[B]は、それぞれC、Si、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、VおよびBの質量%で表した含有量を意味する。
Bsol=[B] ([Ti]/[N]が3.4以上の場合) ・・・ 式1−1
Bsol=[B]+0.226[Ti]−0.722[N] ([Ti]/[N]が3.4未満の場合) ・・・ 式1−2
Ar3=940−310×[C]+40×[Si]−90×[Mn]−40×[Cu]−60×[Ni]−15×[Cr]−40000×[Mo]×Bsol ・・・ 式2
ここで、[C]、[Si]、[Mn]、[Cu]、[Ni]、[Cr]、[Mo]、[B]、[Ti]および[N]は、それぞれC、Si、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、B、TiおよびNの質量%で表した含有量を意味する。
C:0.05〜0.10%
Cは焼入れ性向上により鋼板の強度と靭性を確保するために0.05%以上必要であり、0.05%が下限である。一方、Cが0.10%を超えると溶接性および継手靭性(HAZ靭性)が低下することから、0.10%が上限である。好ましくは、C:0.06〜0.09%である。
Siは脱酸元素および強化元素として有効であるため、0.01%以上必要であるが、0.30%を超えると継手靭性が低下し、また、Ar3が上昇するため、0.30%が上限である。好ましくは、Si:0.01〜0.10%である。
Mnは鋼板の強度を確保し、また、Ar3を低下させるために1.40%以上必要である。ただし、2.0%を超えてMnを添加すると、溶接性および継手靭性が低下するため、2.0%が上限である。好ましくは、Mn:1.50〜1.80%である。
MoはBとの複合効果により焼入れ性を向上させ、鋼板の強度を上昇させるとともに、Ar3を低下させるために0.01%以上とする。一方、0.20%を超えると鋼板の靭性と継手靭性を低下させるため、0.20%以下とする。好ましくは、Mo:0.03〜0.10%である。
Nbは再結晶温度を抑制し、組織細粒化へ寄与し、鋼板の強度を上昇させるため0.005%以上とする。一方、0.030%を超えると溶接性が低下するため、0.030%を上限とする。好ましくは、Nb:0.008〜0.015%である。
TiはTiNを形成し、TiNを微細分散にさせることより鋼板の靭性と継手靭性を向上させるため0.005%以上必要である。一方、0.030%を超えると鋼板の靭性と継手靭性を低下させるため、0.030%を上限とする。好ましくは、Ti:0.008〜0.015%である。
Bは焼入れ性向上により鋼板の強度を上昇させるので0.0005%以上とする。一方、0.0030%を超えると靭性を劣化させ、溶接性を低下させるため、0.0030%を上限とする。好ましくは、B:0.0010〜0.0020%である。
Nは鋼材中にTiNを形成させることより鋼板の靭性と継手靭性を向上させるために0.0005%を下限とする。一方、スラブ疵の抑制のため、0.0050%を上限とする。好ましくは、N:0.0020〜0.0040%である。
Alは脱酸を担い、不純物元素であるOを低減するために必要である。また、鋼中のフリーNをAlNとし無害化する。そのため0.002%以上とする。一方、Alが0.050%を超えると、継手靭性が低下するため、0.050%が上限である。好ましくは、Al:0.010〜0.040%である。
本発明の鋼板は、以上の必須成分に加えて、さらに以下の任意成分を含有しても良い。
Cuは強度を向上させ、また、Ar3を低下させる効果がある。その効果を得るためにはCuを0.1%以上含有することが望ましい。一方、0.50%を超えると溶接性、継手靭性が低下するため、0.50%を上限とする。好ましい上限は、0.40%である。
Niは強度を向上させ、また、Ar3を低下させる効果がある。その効果を得るためにはNiを0.05%以上含有することが望ましい。一方、Niは高価であり過剰な添加はコスト高になるので、0.15%未満とする。好ましい上限は、0.10%である。
Crは鋼板の強度を上昇させる効果がある。その効果を得るためにはCrを0.1%以上含有することが望ましい。一方、0.50%を超えると溶接性、継手靭性が低下するので、0.50%を上限とする。好ましい上限は、0.20%である。
Vは析出強化による強度上昇の効果がある。その効果を得るためにはVを0.02%以上含有することが望ましい。一方、0.10%を超えると継手靭性が低下するので、0.10%を上限とする。好ましい上限は、0.05%である。
Caは継手靭性を向上させるため0.0003%以上含有することが望ましい。一方、0.0050%を超えると継手靭性が低下するので、0.0050%を上限とする。好ましい上限は、0.0030%である。
Mgは継手靭性を向上させるため0.0003%以上含有することが望ましい。一方、0.0050%を超えると継手靭性が低下するので、0.0050%を上限とする。好ましい上限は、0.0030%である。
REM(希土類元素)継手靭性を向上させるため0.0003%以上含有することが望ましい。一方、0.0050%を超えると継手靭性が低下するので、0.0050%を上限とする。好ましい上限は、0.0030%である。
本発明の鋼板は、以上の必須成分および必要な任意含成分を含有し、残部:Feおよび不純物である。不純物としては、鉱石やスクラップ等の原料に含まれるもの、製造工程において含まれるものが例示される。但し、本発明の目的とする鋼材の特性を阻害しない範囲で、その他の成分を含有することは許容される。例えば、P、Sは鋼中に不純物として含有されるが、それらは以下のように制限されることが望ましい。
Pは不純物元素であり、溶接性および継手靭性を低下させるため0.015%以下に低減する必要がある。好ましくは0.010%以下である。
Sは不純物元素であり、MnS生成による靭性の低下、溶接性の低下を招くため0.010%以下に低減する必要がある。好ましくは0.005%以下である。
また本発明の鋼板では、下記式1−1または下記式1−2で定義されるBsolが0.0005%以上である。Bsolで示される鋼中のフリーBをこの範囲とすることにより、粒界にBが偏析し焼入れ性が向上し、またベイナイト分率が高くなって強度および靱性が向上する。一方、0.0030%を超えると焼き入れ性向上効果が飽和するため、0.0030%以下であることが好ましい。
Bsol=[B] ([Ti]/[N]が3.4以上の場合) ・・・ 式1−1
Bsol=[B]+0.226[Ti]−0.722[N] ([Ti]/[N]が3.4未満の場合) ・・・ 式1−2
ここで、[B]および[Ti]は、それぞれBおよびTiの質量%で表される含有量である。
Ar3=940−310×[C]+40×[Si]−90×[Mn]−40×[Cu]−60×[Ni]−15×[Cr]−40000×[Mo]×Bsol ・・・ 式2
ここで、[C]、[Si]、[Mn]、[Cu]、[Ni]、[Cr]および[Mo]は、それぞれC、Si、Mn、Cu、Ni、CrおよびMoの質量%で表した含有量を意味する。
鋼中に含まれる合金元素は溶接の際の熱影響で硬い組織を生成させ、熱影響部の延性が低下して低温割れを発生しやすくなる。Pcmは溶接割れ感受性を示す値であり、本発明の鋼板では、下記式1で定義されるPcmが0.22%以下である。Pcmが0.22%以下であれば、溶接する際に予熱が省略(予熱フリー)できるようになるので好ましい。一方、0.18%未満としても予熱条件の緩和等の更なる向上は見込めないので、0.18%以上であることが好ましい。
Pcm=[C]+[Si]/30+[Mn]/20+[Cu]/20+[Ni]/60+[Cr]/20+[Mo]/15+[V]/10+5×[B] ・・・ 式1
ここで、[C]、[Si]、[Mn]、[Cu]、[Ni]、[Cr]、[Mo]、[V]および[B]は、それぞれC、Si、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、VおよびBの質量%で表される含有量である。
本発明の鋼板のミクロ組織は、面積率で40%以上70%未満のベイナイト、30%以上60%以下のフェライトを含有する。ベイナイト分率を40%以上とする理由は、板厚が厚く強度が高い鋼板とするためである。一方、ベイナイト分率が70%以上になると、特に板厚中心部の靭性が劣化してしまうため、フェライト分率を30%以上60%以下することで靭性の劣化を抑制している。また、フェライト分率が30%未満では十分な靭性劣化抑制効果が得られず、フェライト分率が60%を超えると、板厚が厚く強度が高い鋼板とすることが困難となる。
本発明は、上記ベイナイト、フェライトが上記範囲内であれば、他のミクロ組織、例えば、パーライト、マルテンサイト等を含有しても良い。
本発明の鋼板は、結晶方位差が15°以上の境界を結晶粒界と定義し、前記結晶粒界で囲まれる領域を結晶粒と定義した場合において、表面から深さ5mmの位置における前記結晶粒の平均粒径が10μm以下、板厚の1/4位置における前記結晶粒の平均粒径が20μm以下、板厚の中央部における前記結晶粒の平均粒径が30μm以下である。
次に、本発明の鋼板を製造する方法について説明する。まず、上記した適切な化学成分に調整した溶鋼を、転炉等の通常公知の溶製方法で溶製し、連続鋳造等の通常公知の鋳造方法で鋼素材である鋼片とする。
まず、鋳造時の冷却途中あるいは冷却後に鋼片を950〜1100℃に加熱し、オーステナイト単相化する。加熱抽出温度が950℃未満ではオーステナイト化が不十分となり粗大組織を形成され、強度・靭性が劣化するからである。一方、1100℃超ではオーステナイト粒が粗大化して、靭性が低下するからである。
そして加熱抽出された鋼片に熱間圧延を行い、仕上げ圧延における圧下率を50%以上として、板厚が例えば40〜100mmの鋼板を製造する。この時、表面における仕上げ圧延の開始温度をAr3−30℃〜Ar3+50℃、板厚の中央部における仕上げ圧延の開始温度をAr3℃〜850℃とする。仕上げ圧延における累積圧下率が50%未満では、オーステナイト中に導入される転位、変形帯が不十分となり靭性が劣化してしまう。また、表面における仕上げ圧延の開始温度がAr3−30℃未満では、表層部近傍に粗大な加工フェライトが生成し、表層部の細粒化ができずアレスト性が低下してしまう。一方Ar3+50℃を超えると、オーステナイト中に導入される転位、変形帯が不十分となり靭性が劣化してしまう。また、板厚の中央部における仕上げ圧延の開始温度がAr3℃未満では、板厚内部に粗大な加工フェライトが生成し、強度・靭性が劣化してしまう。一方850℃を超えると、オーステナイト中に導入される転位、変形帯が不十分となり靭性が劣化してしまう。また、累積圧下率が75%を超えると、圧延パス回数が増加し生産性が低下するため、累積圧下率は75%以下であることが好ましい。
熱間圧延の終了後、Ar3−30℃以上の表面温度で冷却を開始して、板厚の中央部における冷却速度を3℃/s以上とし、400℃以下の表面温度で冷却を終了する。冷却の開始温度がAr3−30℃未満では、冷却開始前に粗大なフェライトが生成し、強度・靭性が劣化してしまう。ベイナイト変態させるためには3℃/s以上の冷却速度が必要である。なお、15℃/sを超える冷却速度は厚手材では実現が困難である。また、十分なベイナイト組織を得るために、冷却停止温度を400℃以下とする。
また、冷却後に500〜600℃の温度で焼戻し熱処理を行い、鋼板の強度と靭性を調節することが望ましい。焼戻しの温度が600℃を超えると強度が低下する。一方、500℃未満ではひずみ除去による靭性改善が不十分である。
Claims (7)
- 質量%で、
C:0.05〜0.10%、
Si:0.01〜0.30%、
Mn:1.40〜2.00%、
Mo:0.01〜0.20%、
Nb:0.005〜0.030%、
Ti:0.005〜0.030%、
B:0.0005〜0.0030%、
N:0.0005〜0.0050%、
Al:0.002〜0.050%、
Cu:0〜0.50%、
Ni:0〜0.15%未満、
Cr:0〜0.50%、
V:0〜0.10%、
Ca:0〜0.0050%、
Mg:0〜0.0050%、
REM:0〜0.0050%、
P:0.015%以下、
S:0.010%以下、
残部:鉄および不純物であり、
下記式1−1または下記式1−2によって定義されるBsolが0.0005%以上であり、
下記2式によって定義されるAr3が690℃以上760℃以下であり、
面積率で40%以上70%未満のベイナイト、30%以上60%以下のフェライトを含有し、
結晶方位差が15°以上の境界を結晶粒界と定義し、前記結晶粒界によって囲まれた領域を結晶粒と定義した場合に、表面から深さ5mmの位置における前記結晶粒の平均粒径が10μm以下、板厚の1/4位置における前記結晶粒の平均粒径が20μm以下、板厚の中央部における前記結晶粒の平均粒径が30μm以下であり、
降伏強さが460〜580MPaであり、
板厚の1/4位置において採取される試験片で、JIS Z2242:2005 附属書Dに定められた破面遷移温度が−80℃以下であり、
表面で採取される試験片で、ASTM E208−06に定められたNDT温度が−85℃以下である、鋼板。
Bsol=[B] ([Ti]/[N]が3.4以上の場合) ・・・ 式1−1
Bsol=[B]+0.226[Ti]−0.722[N] ([Ti]/[N]が3.4未満の場合) ・・・ 式1−2
Ar3=940−310×[C]+40×[Si]−90×[Mn]−40×[Cu]−60×[Ni]−15×[Cr]−40000×[Mo]×Bsol ・・・ 式2
ここで、[C]、[Si]、[Mn]、[Cu]、[Ni]、[Cr]、[Mo]、[B]、[Ti]および[N]は、それぞれC、Si、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、B、TiおよびNの質量%で表した含有量を意味する。 - 板厚が40〜100mmである、請求項1に記載の鋼板。
- 引張強さが570〜720MPaである、請求項1または2に記載の鋼板。
- 下記式3によって定義されるPcmが0.22%以下である、請求項1〜3のいずれかに記載の鋼板。
Pcm=[C]+[Si]/30+[Mn]/20+[Cu]/20+[Ni]/60+[Cr]/20+[Mo]/15+[V]/10+5×[B] ・・・ 式3
ここで、[C]、[Si]、[Mn]、[Cu]、[Ni]、[Cr]、[Mo]、[V]および[B]は、それぞれC、Si、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、VおよびBの質量%で表した含有量を意味する。 - 請求項1〜4のいずれか一つに記載の鋼板を製造する方法であって、
質量%で、
C:0.05〜0.10%、
Si:0.01〜0.30%、
Mn:1.40〜2.00%、
Mo:0.01〜0.20%、
Nb:0.005〜0.030%、
Ti:0.005〜0.030%、
B:0.0005〜0.0030%、
N:0.0005〜0.0050%、
Al:0.002〜0.050%、
Cu:0〜0.50%、
Ni:0〜0.15%未満、
Cr:0〜0.50%、
V:0〜0.10%、
Ca:0〜0.0050%、
Mg:0〜0.0050%、
REM:0〜0.0050%、
P:0.015%以下、
S:0.010%以下、
残部:鉄および不純物であり、
下記式1−1または下記式1−2によって定義されるBsolが0.0005%以上であり、
下記2式によって定義されるAr3が690℃以上760℃以下である鋼片を950〜1100℃に加熱して熱間圧延を行い、
前記熱間圧延の仕上げ圧延における圧下率を50%以上とし、
表面における前記仕上げ圧延の開始温度をAr3−30℃〜Ar3+50℃、板厚の中央部における前記仕上げ圧延の開始温度をAr3℃〜850℃とし、
Ar3−30℃以上の表面温度で冷却を開始して、板厚の中央部における冷却速度を3℃/s以上とし、400℃以下の表面温度で冷却を終了する、鋼板の製造方法。
Bsol=[B] ([Ti]/[N]が3.4以上の場合) ・・・ 式1−1
Bsol=[B]+0.226[Ti]−0.722[N] ([Ti]/[N]が3.4未満の場合) ・・・ 式1−2
Ar3=940−310×[C]+40×[Si]−90×[Mn]−40×[Cu]−60×[Ni]−15×[Cr]−40000×[Mo]×Bsol ・・・ 式2
ここで、[C]、[Si]、[Mn]、[Cu]、[Ni]、[Cr]、[Mo]、[B]、[Ti]および[N]は、それぞれC、Si、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、B、TiおよびNの質量%で表した含有量を意味する。 - 前記鋼片は、下記式3によって定義されるPcmが0.22%以下である、請求項5に記載の鋼板の製造方法。
Pcm=[C]+[Si]/30+[Mn]/20+[Cu]/20+[Ni]/60+[Cr]/20+[Mo]/15+[V]/10+5×[B] ・・・ 式3
ここで、[C]、[Si]、[Mn]、[Cu]、[Ni]、[Cr]、[Mo]、[V]および[B]は、それぞれC、Si、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、VおよびBの質量%で表した含有量を意味する。 - 冷却後、500〜600℃で焼戻しする、請求項5または6に記載の鋼板の製造方法。
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