JP6327017B2 - 厚肉かつ高強度の厚鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
(A)熱間圧延の後で急速に冷却(以下、急冷却という)することによって、厚鋼板の強度を高め、さらに焼戻しを行なうことによって、可動転位を消滅あるいは固着させて、降伏応力の低下を防止することができる、
(B)熱間圧延を行なう圧延装置、急冷却を行なう冷却装置、および焼戻しを行なう加熱装置を直結して、オンラインで熱間圧延から急冷却を経て焼戻しまで行なうことによって、降伏応力が高い厚鋼板を効率良く製造できる、
(C)厚鋼板の成分と、熱間圧延から急冷却を経て焼戻しに至る各工程の条件と、を適正に設定することによって、板厚が40mm以上の厚鋼板においても降伏応力を高く維持することができる
という知見を得た。
Ceq=[%C]+{[%Mn]/6}+{([%Cu]+[%Ni])/15}+
{([%Cr]+[%Mo]+[%V])/5} ・・・(1)
なお、[%C]、[%Mn]、[%Cu]、[%Ni]、[%Cr]、[%Mo]、[%V]は、それぞれC、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、Vの含有量(質量%)を指し、含有しない場合はゼロとする。
Ceq=[%C]+{[%Mn]/6}+{([%Cu]+[%Ni])/15}+
{([%Cr]+[%Mo]+[%V])/5} ・・・(1)
なお、[%C]、[%Mn]、[%Cu]、[%Ni]、[%Cr]、[%Mo]、[%V]は、それぞれC、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、Vの含有量(質量%)を指し、含有しない場合はゼロとする。
また、前記組成に加えて、Nb:0.003〜0.050質量%、Ti:0.004〜0.030質量%、Cr:0.50質量%以下、Mo:0.22質量%以下、V:0.50質量%以下の中から選ばれる1種以上を含有することが好ましい。
Cは、大型の溶接構造物に好適な厚鋼板として、降伏応力を高めるために必要な元素である。C含有量が0.03質量%未満では、その効果が得られない。一方、0.15質量%を超えると、HAZの靭性が劣化する。したがって、Cは0.03〜0.15質量%の範囲内とする。
Siは、厚鋼板の降伏応力を高める作用を有する元素である。Si含有量が0.01質量%未満では、その効果が得られない。一方、1.0質量%を超えると、降伏応力向上の効果が飽和して、Si含有量の増加に見合う効果が得られない。したがって、Siは0.01〜1.0質量%の範囲内とする。
Mnは、厚鋼板の降伏応力を高める作用を有する元素である。Mn含有量が1.0質量%未満では、その効果が得られない。一方、2.5質量%を超えると、HAZの靭性が劣化する。したがって、Mnは1.0〜2.5質量%の範囲内とする。
Pは、鋼素材を製造するための溶鋼を溶製する過程で不可避的に混入する不純物(以下、不可避的不純物という)である。P含有量が0.030質量%を超えると、厚鋼板の靭性が劣化する。したがって、Pは0.030質量%以下とする。不可避的不純物であるPは、その含有量が少ないほど良いが、0.010質量%未満まで低減させるためには、溶鋼の溶製に長時間を要するので、工業的な種々の問題(たとえば生産性の低下、製造コストの増加等)を引き起こす。したがって、Pは0.010〜0.030質量%の範囲内が好ましい。
Sも不可避的不純物である。S含有量が0.005質量%を超えると、厚鋼板の靭性が劣化する。したがって、Sは0.005質量%以下とする。不可避的不純物であるSは、その含有量が少ないほど良いが、0.001質量%未満まで低減させるためには、溶鋼の溶製に長時間を要するので、工業的な種々の問題(たとえば生産性の低下、製造コストの増加等)を引き起こす。したがって、Sは0.001〜0.005質量%の範囲内が好ましい。
Alは、溶鋼を溶製する過程で脱酸剤として添加される元素である。Al含有量が0.002質量%未満では、その効果が得られない。一方、0.10質量%を超えると、厚鋼板の靭性が劣化する。したがって、Alは0.002〜0.10質量%の範囲内とする。
Cuは、厚鋼板の降伏応力を高める作用を有する元素である。しかし、Cu含有量が1.0質量%を超えると、厚鋼板の製造過程で、Cuに起因する割れ(いわゆるCu割れ)が発生し易くなる。したがって、Cuは1.0質量%以下とする。ただし、0.03質量%未満では、降伏応力向上の効果が得られない。したがって、Cuは0.03〜1.0質量%の範囲内が好ましい。
Niは、厚鋼板の降伏応力を高める作用を有する元素である。しかし、Ni含有量が1.0質量%を超えると、降伏応力向上の効果が飽和して、Ni含有量の増加に見合う効果が得られない。したがって、Niは1.0質量%以下とする。ただし、0.05質量%未満では、降伏応力向上の効果が得られない。したがって、Niは0.05〜1.0質量%の範囲内が好ましい。
Nbは、厚鋼板の降伏応力を高める作用を有する元素である。Nb含有量が0.003質量%未満では、その効果が得られない。一方、0.050質量%を超えると、厚鋼板の靭性が劣化する。したがって、Nbを含有する場合は、0.003〜0.050質量%の範囲内が好ましい。
Tiは、熱間圧延に先立って鋼素材を加熱する際に、TiNを生成し、オーステナイト粒を微細化することによって、厚鋼板の靭性を高める作用を有する元素である。Nb含有量が0.004質量%未満では、その効果が得られない。一方、0.030質量%を超えると、靭性向上の効果が飽和して、Ni含有量の増加に見合う効果が得られない。したがって、Tiを含有する場合は、0.004〜0.030質量%の範囲内が好ましい。
Crは、厚鋼板の降伏応力を高める作用を有する元素である。Cr含有量が0.50質量%を超えると、降伏応力向上の効果が飽和して、Cr含有量の増加に見合う効果が得られない。したがって、Crを含有する場合は、0.50質量%以下が好ましい。ただし、0.04質量%未満では、降伏応力向上の効果が得られない。したがって、Crは0.04〜0.50質量%の範囲内がより好ましい。
Moは、厚鋼板の降伏応力を高める作用を有する元素である。しかしMo含有量が0.50質量%を超えると、HAZの靭性が著しく劣化する。したがって、Moを含有する場合は、0.50質量%以下が好ましい。ただし、0.04質量%未満では、降伏応力向上の効果が得られない。したがって、Moは0.04〜0.50質量%の範囲内がより好ましい。
Vは、厚鋼板の降伏応力を高める作用を有する元素である。しかしV含有量が0.50質量%を超えると、HAZの靭性が著しく劣化する。したがって、Vを含有する場合は、0.50質量%以下が好ましい。ただし、0.04質量%未満では、降伏応力向上の効果が得られない。したがって、Vは0.04〜0.50質量%の範囲内がより好ましい。
Ceqが0.50を超えると、厚鋼板を用いて溶接構造物を建造する際に形成される溶接継手のHAZの靭性が著しく劣化する。したがって、Ceqは0.50以下とする。ここで、Ceqは下記の(1)式で算出される値である。なお、(1)式中の[%C]、[%Mn]、[%Cu]、[%Ni]、[%Cr]、[%Mo]、[%V]は、それぞれC、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、Vの含有量(質量%)を指し、含有しない場合はゼロとする。
Ceq=[%C]+{[%Mn]/6}+{([%Cu]+[%Ni])/15}+
{([%Cr]+[%Mo]+[%V])/5} ・・・(1)
鋼素材に添加する元素の好適な含有量と、それを限定する理由は上記の通りであり、上記した成分以外の残部はFeおよび不可避的不純物である。
上記の組成を有する溶鋼を転炉等で溶製し、その後、連続鋳造等で鋼素材を製造する。溶鋼の溶製は電気炉で行なっても良く、得られた溶鋼を造塊から分塊圧延を経て鋼素材としも良い。つまり、鋼素材を製造する手段は、従来から知られている常法を採用すれば良く、特に限定しない。
鋼素材を、図1に示す加熱炉1に装入して加熱する。その鋼素材から、良好な靭性を有する厚鋼板を得るためには、加熱温度を低く設定して、熱間圧延前の鋼素材のオーステナイト粒を微細化することが好ましい。ただし加熱温度が950℃未満では、鋼素材の変形抵抗が大きくなるので、熱間圧延にて圧延設備に過大な負荷が掛かり、操業に支障(たとえば設備故障等)が生じる。一方、1250℃を超えると、鋼素材のオーステナイト粒が粗大化し、その結果、得られる厚鋼板の靭性が劣化する。また、加熱炉1内における鋼素材の酸化ロスが増加するので、歩留りの低下を招く。したがって、鋼素材の加熱温度は950〜1250℃の範囲内とする。なお、厚鋼板の靭性を確保する観点から、1000〜1150℃の範囲内が好ましい。
加熱炉1から排出された鋼素材は、搬送手段を介してオンラインで直結した圧延装置2に送給される。そして、熱間圧延を行なって鋼素材に加工歪を導入して、厚鋼板の組織の微細化を図る。こうして厚鋼板の降伏応力を向上するために、(Ar3点−40℃)以上の温度で圧延を終了する。つまり、圧延終了温度が(Ar3点−40℃)未満では、厚鋼板にフェライト相が生成し、降伏応力が低下する。一方、圧延終了温度が(Ar3点+200℃)を超えると、加工歪を導入する効果が減退するので、圧延終了温度は(Ar3点−40℃)〜(Ar3点+200℃)の範囲内が好ましい。
Ar3=910−310[%C]−80[%Mn]−20[%Cu]−55[%Ni]−15[%Cr]−80[%Mo] ・・・(2)
熱間圧延の累積圧下率:50%以上
熱間圧延における累積圧下率が50%未満では、十分な加工歪を導入することができない。したがって、累積圧下率は50%以上とする。ただし90%を超えると、圧延装置2に過大な負荷が掛かり、操業に支障が生じるので、累積圧下率は50〜90%の範囲内が好ましい。
累積圧下率=100×(tS−tP)/tS ・・・(3)
熱間圧延によって得られる厚鋼板の板厚:40mm以上
本発明を適用することによって、板厚40mm以上の厚鋼板の降伏応力を高めることができ、しかもその厚鋼板を効率良く製造することが可能となる。本発明は板厚40mm未満の厚鋼板にも適用できるが、従来の技術では困難とされていた厚肉材(すなわち板厚40mm以上)に適用することによって、極めて大きい効果が期待できる。
熱間圧延を終了した厚鋼板は、搬送手段を介してオンラインで直結した冷却装置3に送給される。そして、急冷却を行なって厚鋼板の組織を微細化し、その結果、厚鋼板の降伏応力と靭性の向上を図る。急冷却における冷却速度が1℃/秒未満では、組織が粗大化して、急冷却の効果が得られない。したがって、急冷却の冷却速度は1℃/秒以上とする。ただし冷却速度が80℃/秒を超えると、厚鋼板の靭性が著しく劣化するので、1〜80℃/秒の範囲内が好ましい。
急冷却の冷却開始温度が(Ar3点−80℃)を下回ると、急冷の前段階でフェライト生成量が高くなり、強度が低下するため、Ar3点−80℃以上の温度から冷却を開始する。したがって、急冷却の冷却開始温度は(Ar3点−80℃)以上とする。
急冷却の冷却停止温度が400℃を上回ると、ベイナイト相が十分に分散せず、降伏応力を向上する効果が得られない。したがって、急冷却の冷却停止温度は400℃以下とする。なお、室温を下回る温度まで急冷却を行なう場合は、大規模な冷却装置が必要となるので、厚鋼板の製造コストの増加を招く。したがって、急冷却の冷却停止温度は室温〜400℃の範囲内が好ましい。
急冷却を終了した厚鋼板は、搬送手段を介してオンラインで直結した加熱装置4に送給される。そして、焼戻しを行なって厚鋼板の降伏応力、靭性とともに引張応力および伸びの向上を図る。焼戻し温度が300℃未満では、降伏応力、靭性、伸びの大幅な向上が期待できない。一方、500℃を超えると、引張応力の低下を招く。したがって、 焼戻し温度は300〜500℃の範囲内とする。
2 圧延機
3 冷却装置
4 加熱装置
Claims (6)
- C:0.03〜0.15質量%、Si:0.01〜0.43質量%、Mn:1.0〜2.5質量%、P:0.030質量%以下、S:0.005質量%以下、Al:0.002〜0.10質量%、Cu:0.05〜1.0質量%、Ni:0.10〜1.0質量%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、かつ下記の(1)式で算出される炭素当量Ceqが、Ceq≦0.50を満足する組成を有する鋼素材を、950〜1250℃に加熱し、さらに圧延終了温度(Ar3点−40℃)以上かつ累積圧下率50%以上の熱間圧延を行なって板厚40mm以上の厚鋼板とし、前記熱間圧延を行なった圧延装置から搬送手段を介してオンラインで直結された冷却装置に前記厚鋼板を送給して、(Ar3点−80℃)以上の温度範囲で急冷却を開始して、1℃/秒以上の冷却速度で400℃以下まで前記急冷却を行なった後、前記冷却装置から搬送手段を介してオンラインで直結された加熱装置に前記厚鋼板を送給して、300〜500℃で焼戻しを行ない、母材のYSが460MPa以上、TSが570MPa以上、ELが17%以上、 v E −40 が100J以上、YRが0.8以上であり、溶接継手のボンド部の v E −20 が70J以上である厚鋼板とすることを特徴とする厚肉かつ高強度の厚鋼板の製造方法。
Ceq=[%C]+{[%Mn]/6}+{([%Cu]+[%Ni])/15}+
{([%Cr]+[%Mo]+[%V])/5} ・・・(1)
なお、[%C]、[%Mn]、[%Cu]、[%Ni]、[%Cr]、[%Mo]、[%V]は、それぞれC、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、Vの含有量(質量%)を指し、含有しない場合はゼロとする。 - 前記鋼素材が、前記組成に加えて、Nb:0.003〜0.050質量%、Ti:0.004〜0.030質量%、Cr:0.50質量%以下、Mo:0.22質量%以下、V:0.50質量%以下の中から選ばれる1種以上を含有することを特徴とする請求項1に記載の厚肉かつ高強度の厚鋼板の製造方法。
- 前記急冷却が、直接焼入れまたは加速冷却であることを特徴とする請求項1または2に記載の厚肉かつ高強度の厚鋼板の製造方法。
- 前記加熱装置が、インダクション加熱装置であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の厚肉かつ高強度の厚鋼板の製造方法。
- C:0.03〜0.15質量%、Si:0.01〜0.43質量%、Mn:1.0〜2.5質量%、P:0.030質量%以下、S:0.005質量%以下、Al:0.002〜0.10質量%、Cu:0.05〜1.0質量%、Ni:0.10〜1.0質量%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、かつ下記の(1)式で算出される炭素当量Ceqが、Ceq≦0.50を満足する組成を有し、母材のYSが460MPa以上、TSが570MPa以上、ELが17%以上、vE−40が100J以上、YRが0.8以上であり、溶接継手のボンド部のvE−20が70J以上であることを特徴とする板厚40mm以上の厚肉かつ高強度の厚鋼板。
Ceq=[%C]+{[%Mn]/6}+{([%Cu]+[%Ni])/15}+
{([%Cr]+[%Mo]+[%V])/5} ・・・(1)
なお、[%C]、[%Mn]、[%Cu]、[%Ni]、[%Cr]、[%Mo]、[%V]は、それぞれC、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、Vの含有量(質量%)を指し、含有しない場合はゼロとする。 - 前記組成に加えて、Nb:0.003〜0.050質量%、Ti:0.004〜0.030質量%、Cr:0.50質量%以下、V:0.50質量%以下の中から選ばれる1種以上を含有することを特徴とする請求項5に記載の厚肉かつ高強度の厚鋼板。
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