JP6624130B2 - 鋼材およびその製造方法 - Google Patents
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- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Description
本発明は、上記の新規な知見に基づき、さらに検討を重ねた末に完成されたもので、その要旨構成は、以下の通りである。
C:0.040%以上0.200%以下、
Si:0.01%以上0.50%以下、
Mn:0.10%以上2.00%以下、
P:0.035%以下、
S:0.010%以下、
Al:0.003%以上0.100%以下、
Cu:0.04%以上0.35%以下、
Ni:0.04%以上0.40%以下、
W:0.010%以上0.500%以下、
Sb:0.010%以上0.300%以下、
Nb:0.003%以上0.025%以下および
N:0.0010%以上0.0080%以下
を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の成分組成を有する鋼材であって、
前記Wにおける固溶W量が0.005%以上であり、
前記Nbにおける固溶Nb量が0.002%以上であり、
加工フェライトを含むフェライトとパーライトとを含む組織を有する鋼材。
質量%で、
Ti:0.001%以上0.030%以下、
Zr:0.001%以上0.030%以下および
V:0.002%以上0.20%以下
のうちから選ばれる1種または2種以上を含有する、上記1に記載の鋼材。
質量%で、
Ca:0.0002%以上0.0050%以下
を含有する、上記1または2に記載の鋼材。
質量%で、
B:0.0002%以上0.0030%以下
を含有する、上記1から3のいずれかに記載の鋼材。
質量%で、
Co:0.01%以上0.50%以下、
Mo:0.01%以上0.50%以下および
Cr:0.01%以上0.20%以下
のうちから選ばれる1種または2種以上を含有する、上記1から4のいずれかに記載の鋼材。
質量%で、
REM:0.0002%以上0.015%以下、
Y:0.0001%以上0.1%以下および
Mg:0.0002%以上0.015%以下
のうちから選ばれる1種または2種以上を含有する、上記1から5のいずれかに記載の鋼材。
C:0.040%以上0.200%以下、
Si:0.01%以上0.50%以下、
Mn:0.10%以上2.00%以下、
P:0.035%以下、
S:0.010%以下、
Al:0.003%以上0.100%以下、
Cu:0.04%以上0.35%以下、
Ni:0.04%以上0.40%以下、
W:0.010%以上0.500%以下、
Sb:0.010%以上0.300%以下、
Nb:0.003%以上0.025%以下および
N:0.0010%以上0.0080%以下
を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の成分組成を有し、
前記Wにおける固溶W量が0.005%以上であり、
前記Nbにおける固溶Nb量が0.002%以上である鋼素材を、1000℃以上1350℃以下に加熱し、
Ar3点以下での累積圧下率が5%以上80%以下および仕上温度が(Ar3−180)℃以上(Ar3−3)℃以下の熱間圧延を施す鋼材の製造方法。
質量%で、
Ti:0.001%以上0.030%以下、
Zr:0.001%以上0.030%以下および
V:0.002%以上0.20%以下
のうちから選ばれる1種または2種以上を含有する、上記7または8に記載の鋼材の製造方法。
質量%で、
Ca:0.0002%以上0.0050%以下
を含有する、上記7から9のいずれかに記載の鋼材の製造方法。
質量%で、
B:0.0002%以上0.0030%以下
を含有する、上記7から10のいずれかに記載の鋼材の製造方法。
質量%で、
Co:0.01%以上0.50%以下、
Mo:0.01%以上0.50%以下および
Cr:0.01%以上0.20%以下
のうちから選ばれる1種または2種以上を含有する、上記7から11のいずれかに記載の鋼材の製造方法。
質量%で、
REM:0.0002%以上0.015%以下、
Y:0.0001%以上0.1%以下および
Mg:0.0002%以上0.015%以下
のうちから選ばれる1種または2種以上を含有する、上記7から12のいずれかに記載の鋼材の製造方法。
Cは、鋼の強度を上昇させるのに有効な元素であり、本発明では強度を確保するために0.040%以上含有させる。一方、Cを0.200%を超えて含有させると、溶接性および溶接熱影響部靭性を低下させる。よって、C量は0.040%以上0.200%以下の範囲とする。好ましくは0.050%以上0.180%以下の範囲であり、より好ましくは、0.060%以上0.160%以下の範囲である。
Siは、脱酸剤として添加され、また鋼の強度を高める元素であるので、本発明では0.01%以上含有させる。しかしながら、Siを0.50%を超えて含有させると、鋼の靱性を劣化させるので、Si量の上限は0.50%とする。好ましくは0.05%以上0.40%以下の範囲であり、より好ましくは0.10%以上0.35%以下の範囲である。
Mnは、鋼の強度を上げることができるため、0.10%以上含有させる。しかしながら、Mnを2.00%を超えて含有させると、鋼の靱性および溶接性を低下させるため、Mn量の上限は2.00%とする。好ましくは0.50%以上1.60%以下の範囲である。より好ましくは0.70%以上1.60%以下の範囲である。
Pは、鋼の母材靱性を低下させる有害な元素であるが、Pの低減は製造コストの上昇を招く。そこで、母材靭性および製造コストの観点から、P量は0.035%以下とする。好ましくは0.020%以下であり、より好ましくは0.010%以下である。0.001%未満とするのは工業的規模の製造では難しいため、0.001%以上の含有は許容される。
Sは、鋼の靭性および溶接性を劣化させる有害な元素であるので、極力低減することが好ましいため、0.010%以下とする。好ましくは0.006%以下であり、より好ましくは0.003%以下である。なお、0.0005%未満とするのは工業的規模の製造では難しいため、0.0005%以上の含有は許容される。
Alは、脱酸剤として0.003%以上含有させるが、0.100%を超える含有は、溶接部靭性に悪影響を及ぼすので、Al量は0.100%以下とする。好ましくは0.010%以上0.050%以下であり、より好ましくは0.015%以上0.040%以下である。
Cuは、腐食生成物を緻密にし、地鉄表面へのH2O、O2、SO4 2-の拡散を抑制する。これにより、鋼の耐食性が向上する。この効果は、Cu量が0.04%以上になると発現するが、0.35%を超えて過剰に含有されると溶接性や母材靭性が低下する。そのため、Cu量は0.04%以上0.35%以下の範囲とする。好ましくは0.05%以上0.30%以下の範囲である。より好ましくは0.10%以上0.30%以下の範囲である。
Niは、Cuと同様、腐食生成物を緻密にし、地鉄表面へのH2O、O2、SO4 2-の拡散を抑制する。これにより、鋼の耐食性が向上する。この効果は、Ni量が0.04%以上になると発現するが、0.40%を超えると効果が飽和するだけでなく、コストも上昇するため、Ni量は0.04%以上0.40%以下の範囲とする。好ましくは0.05%以上0.40%以下の範囲である。より好ましくは0.10%以上0.40%以下の範囲である。
Wは、WO4 2-の生成により、地鉄表面へのSO4 2-の拡散を抑制すると共に、腐食生成物を緻密にして、地鉄表面へのH2O、O2、SO4 2-の拡散を抑制する。これにより、鋼の耐食性が向上する。この効果は、0.010%以上で発現するが、0.500%を超えて含有されると効果が飽和するだけでなく、コストも上昇する。そのため、W量は0.010%以上0.500%以下の範囲とする。好ましくは0.020%以上0.200%以下の範囲である。より好ましくは0.030%以上0.150%以下の範囲である。
Wは、上記したような耐食性向上作用を有するが、Wは鋼中で固溶W、あるいは、炭化物などの析出物として存在する。このうち、耐食性の向上に寄与しているのは固溶Wである。固溶Wは0.005%以上で耐食性が発現するため、固溶W量は0.005%以上とした。好ましくは0.010%以上0.100%以下である。より好ましくは0.020%以上である。ここで、固溶Wを0.005%以上とするには、鋼へのW添加量を0.007%以上にするとともに、熱間仕上圧延後の冷却速度を10℃/s以上とすることが必要である。
Sbは、鋼材に合金元素として0.010%以上を含有させると、低pH環境において地鉄近傍に濃縮する。Sbは大きな水素過電圧を持つため、Sbが析出した部分では水素発生反応が抑制され、耐食性が向上する。また、SbはCuと金属間化合物であるCu2Sbを形成することで、さらに耐食性が向上する。この効果は0.010%以上で発現するが、0.300%を超えて含有させると靭性を低下するので、Sbは0.010%以上0.300%以下の範囲とする。好ましくは0.020%以上0.250%以下の範囲である。より好ましくは0.030%以上0.120%以下の範囲である。
Nbは、腐食生成物を緻密にして、地鉄表面へのH2O、O2、SO4 2-の拡散を抑制する。これにより、鋼の耐食性が向上する。この効果を得るためにはNbを0.003%以上含有させる必要がある。一方、Nbを0.025%を超えて含有させても効果は飽和する。よって、Nb量は0.003%以上0.025%以下の範囲とする。好ましくは0.005%以上0.020%以下の範囲である。より好ましくは、0.007%以上0.020%以下の範囲である。
Nbは、上記したような耐食性向上作用を有するが、Nbは鋼中で固溶Nb、あるいは、炭化物、窒化物、炭窒化物などの析出物として存在する。このうち、耐食性の向上に寄与しているのは固溶Nbである。固溶Nbは0.002%以上で耐食性が発現するため、固溶Nb量は0.002%以上とした好ましくは、0.003%以上0.020%以下であり、より好ましくは0.005%以上である。ここで、固溶Nbを0.002%以上とするには、スラブ等の鋼素材の加熱温度を1050℃以上とすることが必要である。鋼素材の加熱温度は、Nbの固溶量と相関を有する。鋼素材の加熱温度を1050℃以上とすることにより、Nbの鋼中固溶量を必要量確保することができ、その結果耐食性を向上させることができる。
Nは、靱性を低下させる元素であるので、極力低減することが望ましい。しかしながら、工業的には0.0010%未満に低減するのは難しい。一方、0.0080%を超えて含有させると靱性の著しい劣化を招く。よって本発明では、N量は0.0010%以上0.0080%以下の範囲とする。好ましくは0.0015%以上0.0060%以下であり、より好ましくは0.0020%以上0.0050%以下である。
Ti、ZrおよびVはいずれも、鋼の強度を高める元素であり、必要とする強度に応じて選択して含有させることができる。このような効果を得るためには、TiおよびZrは0.001%以上、Vは0.002%以上含有させる必要がある。しかしながら、TiおよびZrはいずれも0.030%を超えて、またVは0.20%を超えて含有させると靱性が低下するため、Ti、ZrおよびVを含有させる場合には、それぞれ、上記の範囲で含有させることとする。
Caは、介在物形態制御の効果があり、鋼の延性および靱性を高めることができる。この効果はCa量が0.0002%以上で発現する。一方、Caは0.0050%を超えて含有させると、粗大な介在物を形成し、母材の靱性を劣化させる。そこで、Ca量は0.0002%以上0.0050%以下の範囲とする。好ましくは0.0005%以上0.0040%以下の範囲である。より好ましくは0.0010%以上0.0030%以下の範囲である。
Bは鋼の強度を高める元素であり、必要とする強度に応じて選択して含有させることができる。このような効果は、0.0002%以上で発現する。しかしながら、0.0030%を超えて含有させると靱性が低下するため、B量は0.0002%以上0.0030%以下とする。好ましくは0.0003%以上0.0025%以下であり、より好ましくは0.0005%以上0.0015%以下である。
Co、Mo、Crはいずれも、鋼の強度を高める元素であり、必要に応じて選択して含有させることができる。このような効果は、Co、Mo、Cr共に0.01%以上で発現するが、Co、Moでは0.50%を超えて、また、Crでは0.20%を超えて含有させるとそれぞれ靱性が低下するため、Co、Mo、Crは上記の範囲で含有させることとする。
REM(希土類元素)、Y、Mgはいずれも溶接熱影響部の靭性向上に効果のある元素であり、必要に応じて選択して添加することができる。この効果は、REM:0.0002%以上、Y:0.0001%以上、Mg:0.0002%以上で得られる。しかし、REM:0.015%、Y:0.1%、Mg:0.015%を超えて含有させると、却って靭性の低下を招くので、REM、Y、Mgは、それぞれ上記値を上限として添加するのが好ましい。
船舶の大型化に伴い、船体の軽量化および建造時の溶接作業短縮が求められ、高強度・幅広の鋼板が適用される。具体的には、降伏応力YSが315MPa以上かつ引張強さTSが440MPa以上を示す、板幅4000mmを超える厚鋼板および形鋼が使用される。降伏応力YSが315MPa以上かつ引張強さTSが440MPa以上の高強度厚鋼板を製造する場合には、一般的に、低炭素当量として高い溶接性を付与した鋼素材に対して制御圧延と制御冷却を組み合わせたTMCPを施し、第2相として硬質のベイナイト組織を導入することで高強度化を達成している。そして、低温靭性や厚肉化が求められる場合には、上記制御圧延および制御冷却の条件を最適化することで、上記のような特性を有する鋼材を作製している。この場合、鋼板の組織は、通常、フェライトとベイナイトからなるミクロ組織である。
本発明の鋼材の製造にあたっては、先ず、上記した成分組成を含む鋼を転炉、電気炉等公知の方法で溶製し、連続鋳造法、造塊法等の公知の方法でスラブやビレット等の鋼素材とするのが好ましい。なお、溶製後、取鍋精錬や真空脱ガス等の処理を付加しても良い。
上記鋼素材を、加熱炉に装入して再加熱後、熱間圧延して所望の寸法、組織及び特性を有する厚鋼板あるいは形鋼(鋼材)とする。この際、鋼素材の再加熱温度は1000℃以上1350℃以下の範囲とする必要がある。加熱温度が1000℃未満では変形抵抗が大きく、熱間圧延が難しくなる。一方、1350℃を超える加熱は、表面痕の発生原因となったり、スケールロスや燃料原単位が増加したりする。好ましくは、1050℃以上1250℃以下の範囲である。
その後の熱間圧延は、Ar3点以下での累積圧下率を5%以上80%以下とする必要がある。圧延温度がAr3点超では、鋼材の組織が加工フェライトを含まないものとなり、必要な強度、靭性を確保することができない。同様に、Ar3点以下での累積圧下率が5%未満では、加工フェライトの生成量が少ないため、強靭化効果が小さい。逆に、80%を超える圧下率になると、圧延荷重が増大して圧延が困難となったり、圧延のパス回数が増えて生産性の低下を招くこととなる。
(累積圧下率〔%〕)=100×[(A)−(B)]/(A)
上記熱間圧延は、圧延仕上温度を(Ar3−180)℃以上(Ar3−3)℃以下とする条件で行う必要がある。圧延仕上温度が、(Ar3−3)℃超では、2相域圧延による強靭化効果が十分に得られず、一方、(Ar3−180)℃未満では、変形抵抗の増大により圧延荷重が増加し、圧延することが困難となるからである。安定的に所定の加工フェライト分率を確保するため、好ましくは、(Ar3−180)℃以上(Ar3−10)℃以下とする。なお、Ar3点は、以下の式(1)により求めることができる。
Ar3=910-310[C]-80[Mn]-20[Cu]-15[Cr]-55[Ni]-80[Mo] … (1)
ここで、式(1)の[]内における各元素記号は、それぞれの成分組成の鋼素材中の含有量(質量%)を示し、含有しないものは0として計算する。
Claims (13)
- 質量%で、
C:0.040%以上0.200%以下、
Si:0.01%以上0.50%以下、
Mn:0.10%以上2.00%以下、
P:0.035%以下、
S:0.010%以下、
Al:0.003%以上0.100%以下、
Cu:0.04%以上0.35%以下、
Ni:0.04%以上0.40%以下、
Cr:0.01%以上0.20%以下、
W:0.010%以上0.500%以下、
Sb:0.010%以上0.300%以下、
Nb:0.003%以上0.025%以下および
N:0.0010%以上0.0080%以下
を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の成分組成を有する鋼材であって、
前記Wにおける固溶W量が0.005%以上であり、
前記Nbにおける固溶Nb量が0.002%以上であり、
加工フェライトを含むフェライトとパーライトとを含む組織を有する鋼材。 - 前記成分組成は、さらに、
質量%で、
Ti:0.001%以上0.030%以下、
Zr:0.001%以上0.030%以下および
V:0.002%以上0.20%以下
のうちから選ばれる1種または2種以上を含有する、請求項1に記載の鋼材。 - 前記成分組成は、さらに、
質量%で、
Ca:0.0002%以上0.0050%以下
を含有する、請求項1または2に記載の鋼材。 - 前記成分組成は、さらに、
質量%で、
B:0.0002%以上0.0030%以下
を含有する、請求項1から3のいずれかに記載の鋼材。 - 前記成分組成は、さらに、
質量%で、
Co:0.01%以上0.50%以下および
Mo:0.01%以上0.50%以下
のうちから選ばれる1種または2種を含有する、請求項1から4のいずれかに記載の鋼材。 - 前記成分組成は、さらに、
質量%で、
REM:0.0002%以上0.015%以下、
Y:0.0001%以上0.1%以下および
Mg:0.0002%以上0.015%以下
のうちから選ばれる1種または2種以上を含有する、請求項1から5のいずれかに記載の鋼材。 - 質量%で、
C:0.040%以上0.200%以下、
Si:0.01%以上0.50%以下、
Mn:0.10%以上2.00%以下、
P:0.035%以下、
S:0.010%以下、
Al:0.003%以上0.100%以下、
Cu:0.04%以上0.35%以下、
Ni:0.04%以上0.40%以下、
Cr:0.01%以上0.20%以下、
W:0.010%以上0.500%以下、
Sb:0.010%以上0.300%以下、
Nb:0.003%以上0.025%以下および
N:0.0010%以上0.0080%以下
を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の成分組成を有し、
前記Wにおける固溶W量が0.005%以上であり、
前記Nbにおける固溶Nb量が0.002%以上である鋼素材を、1000℃以上1350℃以下に加熱し、
Ar3点以下での累積圧下率が5%以上80%以下および仕上温度が(Ar3−180)℃以上(Ar3−3)℃以下の熱間圧延を施す、前記Wにおける固溶W量が0.005%以上であり、前記Nbにおける固溶Nb量が0.002%以上であり、加工フェライトを含むフェライトとパーライトとを含む組織を有する鋼材の製造方法。 - 前記熱間圧延は、前記鋼材の断面内の温度差を50℃以内として行う、請求項7に記載の鋼材の製造方法。
- 前記成分組成は、さらに、
質量%で、
Ti:0.001%以上0.030%以下、
Zr:0.001%以上0.030%以下および
V:0.002%以上0.20%以下
のうちから選ばれる1種または2種以上を含有する、請求項7または8に記載の鋼材の製造方法。 - 前記成分組成は、さらに、
質量%で、
Ca:0.0002%以上0.0050%以下
を含有する、請求項7から9のいずれかに記載の鋼材の製造方法。 - 前記成分組成は、さらに、
質量%で、
B:0.0002%以上0.0030%以下
を含有する、請求項7から10のいずれかに記載の鋼材の製造方法。 - 前記成分組成は、さらに、
質量%で、
Co:0.01%以上0.50%以下および
Mo:0.01%以上0.50%以下
のうちから選ばれる1種または2種を含有する、請求項7から11のいずれかに記載の鋼材の製造方法。 - 前記成分組成は、さらに、
質量%で、
REM:0.0002%以上0.015%以下、
Y:0.0001%以上0.1%以下および
Mg:0.0002%以上0.015%以下
のうちから選ばれる1種または2種以上を含有する、請求項7から12のいずれかに記載の鋼材の製造方法。
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