JP6984320B2 - 靭性に優れた低温用ニッケル含有鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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フェライト系低温用ニッケル鋼の−253℃でのシャルピー衝撃吸収エネルギーに、ごく低い確率で発生する低値には、介在物が関わっていることがある。連続鋳造で製造される鋼スラブには、数μmの介在物が浮上分離せずに残存しているが、通常の清浄度であれば、そのような独立した介在物が−253℃でのシャルピー衝撃吸収エネルギーに与える影響は軽微である。しかしながら、数μmの介在物が凝集合体したクラスターを形成した場合、6%のひずみ付与後に200℃で1hrの熱処理を行った材料の−253℃のシャルピー衝撃吸収エネルギーが150J以下に低下することがある。介在物の主たるものは、アルミナ(Al2O3)である。アルミナクラスターは、製鋼工程において一般的に生じうる事象であり、本質的な改善は困難である。
つまり、現在の技術では、靭性に優れた低温用ニッケル含有鋼板を提供することはできない。
(1)鋼が、質量%で、C:0.02%以上0.12%以下、Si:0.02%以上0.35%以下、Mn:0.10%以上1.50%以下、P:0.0010%以上0.0100%以下、S:0.0001%以上0.0035%以下、Ni:10.0%超15.0%以下、Al:0.002%以上0.090%以下、N:0.0001%以上0.0070%以下、T−O:0.0001%以上0.0030%以下を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる鋼組成であり、旧オーステナイト円相当粒径が20μm以下であり、有効結晶粒径が7.0μm以下であり、引張強さが690MPa以上900MPa以下であることを特徴とする,ニッケル含有鋼板。
(A)前記鋳片あるいは鋼片に、加熱温度が850℃以上1300℃以下、圧下比が4以上および仕上圧延1パス前入側温度が600℃以上850℃以下である圧延を施して鋼板となし、その後空冷する熱間圧延工程;
(B)前記熱間圧延工程により得られた鋼板に、550℃以上700℃以下の温度域における昇温速度を0.3℃/s以上として加熱し、680℃以上830℃以下の温度域に5分以上100分以下保持し、次いで急冷する焼入工程;および
(C)前記焼入工程により得られた鋼板を500℃以上660℃以下の温度域で5分以上100分以下保持する焼戻し工程。
(A)前記鋳片あるいは鋼片に、加熱温度が850℃以上1300℃以下、圧下比が4以上および仕上圧延1パス前入側温度が600℃以上900℃以下である圧延を施して鋼板となし、その後、冷却速度200℃/s以下で水冷する熱間圧延工程;
(B)前記熱間圧延工程により得られた鋼板に、550℃以上700℃以下の温度域における昇温速度を0.3℃/s以上として加熱し、680℃以上830℃以下の温度域に5分以上100分以下保持し、次いで急冷する焼入工程;および
(C)前記焼入工程により得られた鋼板を500℃以上660℃以下の温度域で5分以上100分以下保持する焼戻し工程。
(A)前記鋳片あるいは鋼片に、加熱温度が850℃以上1300℃以下、圧下比が4以上および仕上圧延1パス前入側温度が600℃以上900℃以下である圧延を施して鋼板となし、その後、水冷停止温度を150℃以上550℃以下とする水冷を行う熱間圧延工程;
(B)前記熱間圧延工程により得られた鋼板に、550℃以上700℃以下の温度域における昇温速度を0.3℃/s以上として加熱し、680℃以上830℃以下の温度域に5分以上100分以下保持し、次いで急冷する焼入工程;および
(C)前記焼入工程により得られた鋼板を500℃以上660℃以下の温度域で5分以上100分以下保持する焼戻し工程。
本発明では、熱間圧延工程(A工程)、焼入工程(B工程)、焼戻し工程(C工程からなる。最初のA工程、すなわち、焼入れ前に実施される熱間圧延の条件について説明する。尚、熱間圧延の条件は、熱間圧延後空冷する場合と、熱間圧延後水冷する場合で異なる。
最初に、熱間圧延後空冷する場合について説明する。Niを10.0%超15.0%以下含有する鋳片あるいは鋼片を、加熱温度を850℃以上1300℃以下とした加熱を行った後、熱間圧延を行い、以後空冷する。熱間圧延は、圧下比4以上で行い、仕上げ1パス前温度を600℃以上850℃以下とする。ここで、圧下比とは、圧延前の鋼片の厚さを、圧延後の鋼板の厚さで除した値である。また、仕上げ1パス前温度とは、圧延の最終1パスを行う直前たとえば5秒以内に測定された、鋼板表面の温度を指す。図1には、圧延後空冷する場合において、圧下比と仕上げ1パス前温度を種々変えた実験を行い、熱処理後の鋼板を用いて推定した、焼入れ加熱時の旧オーステナイト粒径と仕上げ1パス前温度の関係を示す。仕上げ1パス前温度が850℃超の場合、空冷で常温まで冷却された時点での組織が粗大であるため、旧オーステナイト円相当粒径が大きくなる。また、仕上げ1パス前温度が600℃未満では、変形抵抗が大きいため熱間圧延を実施できない。さらに、圧下比が4未満の際には、空冷後の組織が粗大になるため、旧オーステナイト円相当粒径が大きくなる。なお、ここで旧オーステナイト円相当粒径とは、熱処理後、最終製品の鋼板の板厚中央部から採取した光学顕微鏡試料について、長手方向と厚さ方向がなす面に平行な面を研磨し、さらにピクリン酸等の腐食液により焼入れ加熱時の旧オーステナイト粒界を現出したのち、JISG0551に記載の方法で測定した粒度番号から算出した円相当直径をいう。
次に、熱間圧延後水冷する場合について説明する。Niを10.0%超15.0%以下含有する鋳片あるいは鋼片を、加熱温度を850℃以上1300℃以下とした加熱を行った後、熱間圧延を行い、以後水冷する。熱間圧延は、圧下比4以上で行い、仕上げ1パス前温度を600℃以上900℃以下とする。熱間圧延後、水冷の場合は、変態温度の低温化により、空冷よりも仕上げ1パス前温度上限が50℃高温で同様の微細化効果が得られる。図2には、熱間圧延後水冷する場合において、圧下比と仕上げ1パス前温度を種々変えた実験を行い、熱処理後の鋼板を用いて推定した、旧オーステナイト円相当粒径と仕上げ1パス前温度の関係を示す。仕上げ1パス前温度が900℃超の場合、水冷で常温まで冷却された時点での組織が粗大であるため、旧オーステナイト円相当粒径が大きくなる。また、仕上げ1パス前温度が600℃未満では、変形抵抗が大きいため熱間圧延を実施できない。さらに、圧下比が4未満の際には、水冷後の組織が粗大になるため、旧オーステナイト円相当粒径が大きくなる。
次に、B工程、すなわち、焼入工程について説明する。
焼入れの際の加熱中の昇温速度は、600℃以上750℃以下の平均昇温速度を0.3℃/s以上とすることで、旧オーステナイト円相当粒径を大幅に微細化することができる。ここで、平均昇温速度とは、この場合、600℃と750℃との間の温度差150℃を、この間の昇温に要した時間で除した値である。図3には、焼入れの昇温速度を種々変えた実験を行い、熱処理後の鋼板を用いて推定した、旧オーステナイト円相当粒径と600℃以上750℃以下の平均昇温速度の関係を示す。焼入れ時の昇温速度が0.3℃/s以上の場合、旧オーステナイト円相当粒径が小さくなる。
Cは、強度確保に必須の元素であるため、その添加量を0.02%以上とする。しかし、一方でC量の増大は靱性低下を招くため、その上限を0.12%とする。
Cuは、強度確保のため、最低でも0.01%以上の添加が必要となるが、2.00%を超えると靭性が低下する。よって、Cuの添加量を0.01%以上2.00%以下と規定する。
鋼板は、連続鋳造で製造されたスラブを前記の方法で熱間圧延する方法で製造されるが、前記以外に、一般的にマルテンサイトを主体とする組織を微細化するために実施する下記の条件も必要になる。熱間圧延工程のA工程において、鋼片の加熱温度は、1300℃超ではオーステナイトの粒成長により変態後のマルテンサイトを主体とする組織が粗大化すること、850℃未満では熱間圧延が困難になることから、850℃以上1300℃以下とする。
熱間圧延は、前述図1、図2での説明のように、圧下比4以上で行い、仕上げ1パス前温度を、その後の冷却が空冷の場合は600℃以上850℃以下、水冷の場合は600℃以上900℃以下とする。
焼入れ加熱時の保持時間は、5分以下では材質が不均一になり、100分以上では組織が粗大化して靭性が低下する。よって、焼入れ加熱時の保持時間を5分以上100分以下とする。
なお、本発明の鋼の引張強さは、当該の分野で求められる引張強さ690MPa以上900MPa以下の範囲とする。
以上の実施例から、本発明により製造された鋼材である発明例実施例1〜30の鋼板は、引張強度および靭性に優れた鋼板鋼材であることは明白である。
Claims (7)
- 鋼が、質量%で、
C :0.02%以上0.12%以下、
Si:0.02%以上0.35%以下、
Mn:0.10%以上1.50%以下、
P:0.0010%以上0.0100%以下、
S:0.0001%以上0.0035%以下、
Ni:10.0%超15.0%以下、
Al:0.002%以上0.090%以下、
N:0.0001%以上0.0070%以下、
T−O:0.0001%以上0.0030%以下を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる鋼組成であり、旧オーステナイト円相当粒径が20μm以下であり、有効結晶粒径が7.0μm以下であり、引張強さが690MPa以上900MPa以下であることを特徴とする,ニッケル含有鋼板。 - さらに質量%で、
Cu:0.01%以上2.00%以下、
Cr:0.01%以上5.00%以下、
Mo:0.01%以上1.00%以下、
B:0.0002%以上0.0500%以下、
Nb:0.001%以上0.050%以下、
Ti:0.001%以上0.050%以下、
V:0.001%以上0.050%以下、
Ca:0.0003%以上0.0300%以下、
Mg:0.0003%以上0.0300%以下、
REM:0.0003%以上0.0300%以下のいずれか1種以上を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる鋼組成であることを特徴とする、請求項1に記載のニッケル含有鋼板。 - 質量%で、
C :0.02%以上0.12%以下、
Si:0.02%以上0.35%以下、
Mn:0.10%以上1.50%以下、
P:0.0010%以上0.0100%以下、
S:0.0001%以上0.0035%以下、
Ni:10.0%超15.0%以下、
Al:0.002%以上0.090%以下、
N:0.0001%以上0.0070%以下、
T−O:0.0001%以上0.0030%以下を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる鋼組成である鋳片あるいは鋼片を、下記(A)〜(C)の工程を経て、旧オーステナイト円相当粒径が20μm以下であり、有効結晶粒径が7.0μm以下である鋼板とすることを特徴とする、ニッケル含有鋼板の製造方法。
(A)前記鋳片あるいは鋼片に、加熱温度が850℃以上1300℃以下、圧下比が4以上および仕上圧延1パス前入側温度が600℃以上850℃以下である圧延を施して鋼板となし、その後空冷する熱間圧延工程;
(B)前記熱間圧延工程により得られた鋼板に、550℃以上700℃以下の温度域における昇温速度を0.3℃/s以上として加熱し、680℃以上830℃以下の温度域に5分以上100分以下保持し、次いで急冷する焼入工程;および
(C)前記焼入工程により得られた鋼板を500℃以上660℃以下の温度域で5分以上100分以下保持する焼戻し工程。 - 質量%で、
C :0.02%以上0.12%以下、
Si:0.02%以上0.35%以下、
Mn:0.10%以上1.50%以下、
P:0.0010%以上0.0100%以下、
S:0.0001%以上0.0035%以下、
Ni:10.0%超15.0%以下、
Al:0.002%以上0.090%以下、
N:0.0001%以上0.0070%以下、
T−O:0.0001%以上0.0030%以下を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる鋼組成である鋳片あるいは鋼片を、下記(A)〜(C)の工程を経て、旧オーステナイト円相当粒径が20μm以下であり、有効結晶粒径が7.0μm以下である鋼板とすることを特徴とする、ニッケル含有鋼板の製造方法。
(A)前記鋳片あるいは鋼片に、加熱温度が850℃以上1300℃以下、圧下比が4以上および仕上圧延1パス前入側温度が600℃以上900℃以下である圧延を施して鋼板となし、その後、冷却速度200℃/s以下で水冷する熱間圧延工程;
(B)前記熱間圧延工程により得られた鋼板に、550℃以上700℃以下の温度域における昇温速度を0.3℃/s以上として加熱し、680℃以上830℃以下の温度域に5分以上100分以下保持し、次いで急冷する焼入工程;および
(C)前記焼入工程により得られた鋼板を500℃以上660℃以下の温度域で5分以上100分以下保持する焼戻し工程。 - 質量%で、
C :0.02%以上0.12%以下、
Si:0.02%以上0.35%以下、
Mn:0.10%以上1.50%以下、
P:0.0010%以上0.0100%以下、
S:0.0001%以上0.0035%以下、
Ni:10.0%超15.0%以下、
Al:0.002%以上0.090%以下、
N:0.0001%以上0.0070%以下、
T−O:0.0001%以上0.0030%以下を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる鋼組成である鋳片あるいは鋼片を、下記(A)〜(C)の工程を経て、旧オーステナイト円相当粒径が20μm以下であり、有効結晶粒径が7.0μm以下である鋼板とすることを特徴とする、ニッケル含有鋼板の製造方法。
(A)前記鋳片あるいは鋼片に、加熱温度が850℃以上1300℃以下、圧下比が4以上および仕上圧延1パス前入側温度が600℃以上900℃以下である圧延を施して鋼板となし、その後、水冷停止温度を150℃以上550℃以下とする水冷を行う熱間圧延工程;
(B)前記熱間圧延工程により得られた鋼板に、550℃以上700℃以下の温度域における昇温速度を0.3℃/s以上として加熱し、680℃以上830℃以下の温度域に5分以上100分以下保持し、次いで急冷する焼入工程;および
(C)前記焼入工程により得られた鋼板を500℃以上660℃以下の温度域で5分以上100分以下保持する焼戻し工程。 - 焼き入れと焼き戻しの間に、加熱温度範囲が580℃以上720℃以下、保持時間が5分以上100分以下の中間熱処理を行うことを特徴とする、請求項3乃至5のいずれか1項に記載のニッケル含有鋼板の製造方法。
- さらに質量%で、
Cu:0.01%以上2.00%以下、
Cr:0.01%以上5.00%以下、
Mo:0.01%以上1.00%以下、
B:0.0002%以上0.0500%以下、
Nb:0.001%以上0.050%以下、
Ti:0.001%以上0.050%以下、
V:0.001%以上0.050%以下、
Ca:0.0003%以上0.0300%以下、
Mg:0.0003%以上0.0300%以下、
REM:0.0003%以上0.0300%以下のいずれか1種以上を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる鋼組成であることを特徴とする請求項3乃至6のいずれか1項に記載のニッケル含有鋼板の製造方法。
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