TW454040B - Ultra-high strength ausaged steels with excellent cryogenic temperature toughness - Google Patents

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454 040 A7 B7 五、發明説明（彳） 發明範圍 _ 本發明係關於在基板及熔接後的受熱影響區域（ HA Z )都有極佳的低溫韌性之超高強度可熔接的低合金 鋼材，而且，本發明也關於此鋼材之製法。 發明背景 在下列說明中定義數個名詞，爲了方便起見，在申請 專利範圍之前，在文中提供名詞之詞彙解釋。 通常，需要在低溫也就是溫度低於約_ 4 0 °C ( - 4 0 °F )儲存及輸送高壓的揮發性液體，例如，需要在 約 1035kPa (15〇psia)至約 7590 kPa (llOOpsia)的廣大壓力範圍及在約 -123°C (-190T)至約- 6 2，C (-80T)的麗巧」 範圍下，供儲存及輸送高壓液態天然氣（PLNG)之 . v 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填两本頁) 容器，同時需要安全且經濟地在低溫下供儲存及輸送高蒸 氣壓力之其他揮發性液體例如甲烷、乙烷及丙烷之容器， 對於此種經由熔接鋼材建造之容器，在操作情形下，在基 板及H A Z的鋼材都必須有適當的強度以耐受流體壓力及 適當的韌性以預防引發破裂，也就是失能事件。 延性轉脆溫度（DBTT)記述在結構鋼材上的兩種 破裂形式，在低於DBTT的溫度下，鋼材損壞容易經由 低能分解（脆裂）破裂產生，而在高於DBTT的溫度.下 ，鋼材損壞容易經由高能順應性破裂產生，用於建造儲存 及輸送容器供上述低溫應用及其他荷載之熔接鋼材，低溫 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )A4規格（210X297公釐）_ . 454040 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印^ 五、發明説明（2 ) 使用 之 D Β Τ T 必 須 比 基 質鋼板及 H A Z之使用 溫度低很 多， 以 防止損 壞 分解破 裂 之損壞 〇 習 慣 使用 含 鎳 之 鋼 材供低溫 結 構應用，例如 鎳含量高 於約 3 重 量％ 之 鋼 材 9 其 具有低 D Β Τ T，但是 也有相當 低的 張 力 強度 > 通 常 商 業 化供應 之 3 . 5重量％ N i、 5 . 5 重 量％ N i 及 9 重 量％ N i 鋼材之D Β T T分別爲 約- 1 0 0 °c ( — 1 5 0 T )、 — 1 5 5 °C (- 2 5 0 T )及 — 1 7 5 °C ( — 2 8 0 °F ) 9 且張力強度至 多分別爲 約4 8 5 Μ ρ a ( 7 0 k si) 、 6 2 0 Μ p a (90 k s i ) 及8 3 0 Μ Ρ a (1 2 0 k s i )，爲 了達到這 些強 度 與 韌性 之 組 合 > 這 些鋼材 通 常進行昂貴的加工，例 如重 複 退 火處 理 在低溫 應用之 情 形下，工業上 目前使用 這些 商 業 化供 應 之含 鎳 鋼 材，因 爲 其在低溫下具 有良好的 韌性 y 但 是必 須 對 其 相 當 低的張 力 強度進行設計 ，此設計 通常 需 要 大幅 度 的 鋼 材 厚 度洪荷 載 、低溫應用， 因爲鋼材 及所 需鋼 材厚 度 結 合 之 高 成本， 使 得這些含鎳鋼 材在荷載 、低 溫 應 用之 用 途 傾 向 於昂貴。 反 之 ，數 種 商 業 化供 應之先 進 低量及中量碳 高強度低 合金 ( Η S L A ) 鋼 材 > 例如A I S I 4 3 2 0 或 4 3 3 0 鋼材 > 可 提 供 優 越的張 力 強度（例如大於約 8 3 0 Μ pa ( 1 2 0 k si) ) 及低成本，但 是在一般 及熔 接 受 熱影 響 的特定區域（Η A Z )有相當高 D Β Τ T 之問 題 > 通常 9 使用 這 曲 鋼材有 熔 接性及低溫韌性降低而 張力 強 度增加之傾 向 > 基 於此因 素 ,目前商業化供應之先 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )羔4規格（210X 297公漦） -5 - 4 54 04 0 A 7 B7 五、發明説明（3 ) 進H S L A鋼材通常不考慮供低溫應用，在這些鋼材中的 HAZ之高DBTT，通常是由於在粗粒化及嚴苛重複加 熱的HAZ熔接熱區域形成不欲的微結構，也就是HAZ 加熱至從約A。：轉化溫度至約A。3轉化溫度，（A。：及 Ac3轉化溫度之定義參見附錄），DBTT隨著HAZ內 的粒子大小及脆變微結構成份例如麻田散鐵-奧氏體鐵（ Μ A )島狀物的增加而明顯地增大，例如在供油及氣體傳 送之X100輸送管之先進HS.LA鋼材中，HAZ之 DBTT高知約—50。(：（― 60°F)，發展新的鋼材使 其結合上述商業化供應含錬鋼材之高強度且低成本 H S L A鋼材之低溫韌性，同時提供極佳的熔接性及所需 的厚部份相容性也就是在厚度大於約2 . 5公分（1吋） 處有實質上均勻的微結構及性質（例如強度及韌性），在 能量儲存及輸送領域有明顯的誘因。 在非低溫使用下，大部分商業化供應的先進低量及中 量碳H S L A鋼材，由於其在高強度下有相當低的韌性， 經濟部，中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

不是根據其強度設計就是加工成較低的強度以達到可接受 之韌性，在工程應用上，這些趨勢導致增加厚度且因此與 如果能充分利用高強度潛能之H S L A鋼材比較，有較大 的成份重量且最後有較高的成本，在某些重要的應用下， 例如高效能齒輪，使用含大於約3重量i之鋼材（例 如AISI 48XXX、 SAE 93XX等）以維持 足夠的韌性，此方式導致達到優良強度HSLA鋼材需要 有高成本之代價，伴隨著使用標準商業化供應的HSLA 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ).A4規格（210X297公蝥） 4 54 040 A7 B7 五、發明説明（4 ) - : 鋼材之其他問題是氫在HAZ中爆裂，尤其是當使用低熱 輸入熔接法。 在高及超高強度低合金鋼材中，對於低成本強化韌性 有明顯的經濟誘因及大量的工程需求，具體地說，需求一 種合理價格的鋼材，其在基板及HAZ中都具有超高強度 例如張力強度高於830Mpa (120ks i)，及極 佳的低溫韌性例如D B T T低於約—7 3 °C ( - 1 Ο 0 °F )，供在商業化低溫應用中使用。 因此，本發明之主要目的是在三個主要方面改進先進 的HSLA鋼材技術供在低溫下使用：（i)在基質鋼材 及熔接H A Z中，降低D B T T至低於約—7 3 °C ( —1 0 0 °F )， （ ii )使張力強度高於8 3 Ο M p a ( 1 2 0 k s i )，及（ΐϋ )提供優越的熔接性。本發明之 其他目的是達到上述的H S L A鋼材，其在厚度大於約 2 . 5公分（1吋）處之整個厚度有均勻的微結構及性質 ，並可使用目前商業化存在之加工技術處理，所以使用這 些鋼材在商業化低溫處理上可以很經濟性地達成。 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 發明槪述 配合上述之本發明目的，提供一種處理方法其中所要 化學性之低合金鋼板塊再度加熱至適當的溫度，然後熱輥 軋形成鋼板並快速冷卻，在熱輥軋結束後，用適當的液體 例如水淬火至適當的淬火停止溫度（QST)，產生微疊 層化微結構，較宜含約2體積％至約10體積％奧氏體鐵 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ).A4規格（210X297公替.） 經濟部中央樣準局負工消費合作社印¾ 4 54 0 40 A7 B7 五、發明説明（5 ) 膜層及約9 0體積％至約9 8體積％主要爲微細粒化麻田 散鐵及微細粒化下變軔鐵，在本發明之一個具體實施例中 ，然後將鋼板空氣冷卻至環境溫度，在另一個具體實施例 中，使鋼板保持實質等溫在QST下至多約五（5 )分鐘 ，然後空氣冷卻至環境溫度，在又一個具體實施例中，使 鋼板在低於每秒約1 · 0°c ( 1 . 8°F/秒）之速率下緩 慢冷卻約五（5 )分鐘，然後空氣冷卻至環境溫度，在本 發明之說明中，使用的淬火係指經由任何方法加速冷卻， 不同於將鋼材空氣冷卻至環境溫度，其中選擇使用有增加 鋼材冷卻速率傾向之液體。 同時，配合上述之本發明目的，根據本發明之鋼材處 理特別適用於許多低溫應用，其中鋼材具有下列特徵，較 宜爲鋼板厚度約2.5公分（1吋）且更大：（i)在基 質鋼材及熔接HAZ中，DBTT低於約- 73°C ( -1 0 0 °F ) , (ii)張力強度高於 83〇Mpa( 12〇ks i),較宜高於 860Mpa (125ks i )，且更宜高於90 0 ^1?3(13015：31)， ( iii ) 優越的熔接性，（iv)整個厚度有實質上均勻的微結構及 性質，及（v )韌性優於標準商業化供應的H S L A鋼材 。這些鋼材可有大於約930Mpa (135ksi)之 張力強度，或大於約96. 5Mpa (14〇ks.i)，或 大於約 lOOOMpa (145ksi)·。 附圖之說明 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )-A4規格（210X297公釐） -3 (錆先閲讀背面之注意事項再填舄本頁)

-8- 4 54 040 ΑΊ Β7 五、發明説明（6 ) 參照下列詳細說明及其中的附圖，將可更加了解本發 明之優點。 圖1爲顯示本發明奧氏體法如何在根據本發明之鋼材 中製造微疊層化微結構之示意連續冷卻轉化（C C T )圖 f 圖2 A (先前技藝）爲顯示在傳統鋼材之下變韌鐵及 麻田散鐵的混合微結構中，經由板塊界面傳送劈開裂紋之 示意說明； 圖2 B爲顯示在根據本發明鋼材之微疊層化微結構中 ，由於奧氏體鐵相之存在而扭曲裂紋路徑之示意說明： 圖3 A爲根據本發明將鋼板塊再度加熱後，奧氏體鐵 粒子大小之不意圖；’ 圖3B爲根據本發明，在奧氏體鐡再結晶的溫度範圍 內熱輥軋後，但在其中奧氏體鐵不會再結晶的溫度範圍內 熱輥軋前，鋼板塊中奧氏體鐵粒子大小（'參見附錄）之示 意圖；且 經濟部中央標準局負工消費合作社印掣 (請先閱讀背面之注意事項再填耗本頁) 圖3C爲完成根據本發明之TMCP後，在鋼板整個 厚度方向具有非常微細有效的粒子大小之奧氏體鐵中的長 扁平粒子結構之示意圖。 雖然本發明將以其較佳的具體實施例說明，必須了解 本發明並非限定於此，相反地，本發明將涵蓋可包括在本 發明精神及範圍內的全部替換、修改及相當的情形，如同 附加的申請專利範圍之定義。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS >*A4規格（210X297公釐） -9 - 1040 5 , 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 4 A7 B7 五、發明説明（7 主要元件對照表 2 8 3 0 4 6 8 10 14 16 18 19 3 2 D ^ D ^ 3 2 D 3 2 2 9 2 8 3 0 2 0 2 2 交互疊層板塊 奧氏體鐵膜層 淬火 開始淬火點 停止淬火點 虛線 虛點點線 點線 下變靭體區域 麻田散體區域 上變靭體區域 肥粒鐵/波來鐵區域 再度加熱鋼板 奧氏體鐵平均粒子大小 平均先前奧氏體鐵粒子大小 鋼板 有效粒子大小 完成輥軋後的鋼板 高角界面 板條 奧氏體鐵膜層 低角晶界 板條 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )，4規格（210X29*7公f ) 10 _ 454 040 A7 B7 經濟部中央標準局貝工消費合作社印^ 五、♦ 發明説明（ 8 ) 2 4 劈開裂 紋 2 6 裂紋 發明 之 評 細說 明 本 發 明係 關 於硏 發 達 到 上 述挑戰 之 m 穎 的Η S L A 鋼 材， 本 發 明係 基 於同 時 提 供 本 質及微 結 構 強 韌化 ，使 得 在 高張 力 強 度下 降 低D B T T 及 強化韌 性 之 鋼 材化 學與 處 理 之新 穎 組 合， 本 質強 韌 化 是 經 由鋼材 中 重 要 合金 元素 正 確 判斷 的平 衡而 達 成， 如 同 在本 發明說 明 中 之 詳細 敘述 > 微 結構 強 韌 化源 白 達到 非 常 微 細 有效的粒 子 大小以及促 進 微 疊.層 化 微 結構 > 參照 圖 2 B 根據本 發 明 鋼 材之 微疊 層 化 微結 構 中 ，較 宜 含交 互 疊 層 板塊2 8 之 主 要 是微 細粒化 之 下變 韌 鐵 或微 細 粒化之 11*1? 麻 田 散 鐵及奧 氏 體 鐵 膜層 3 0 ， ΓφτΤ 吳 氏體 鐵 膜 層3 0 之平均 厚 度 較 宜低於約 1 0 %板塊2 8 之 平均 厚 度 ，奧氏 體鐵 膜 暦 3 0 之平均 厚 度 更 宜約 10 毫 微 米且 板塊 2 8 之平均 厚 度 爲 約 0.2 微 米 0 在 本 發明 中 ，奧氏 體 法 是 用於經 由促 進 所需 的奧 氏 體 鐵膜 層 在 環境 溫 度下停 留 > 促 進形成 微 疊 層 化微 結構 > 如 同熟 諳 此 藝者 所 熟知 ) 由 奥 氏 體 法是一 種 方法其中 奧氏 體 鐵 在加 熱 鋼 材中 的 老化 發 生在 鋼 材冷卻 至 其 中 奧氏 體鐵 通 常 轉化 成 變 韌鐵 及 /或 麻 田 散 鐵 之溫度 範 圍 前 ，已 知於此 項 技藝 > 奧氏體 法 可促 進 吳 氏 體 鐵之熱 安定性 ，本 發明 之 獨 特的 鋼 材化學 性及處 理 組 合 提 供足夠的延 遲 時間 供在停止 淬火 後 開 始變 韌 鐵轉 化 使 rAt 吳 式體鐵足夠老化而在微 疊 層 本紙張尺度適用中國國家標準< CNS )_A4規格（210X297公楚) -11 - 經濟部中央標窣局貝工消费合作社印製 454040 A7 B7 五、發明説明（9 ) 化微結構中形成奧式體鐵膜，例I如，現在參照圖1 ,在所 示的溫度範圍內使根據本發明處理之鋼材進行控制性的輥 軋2 (如下文之更詳細說明）；_然後從開始淬火點6至到 停止淬火點（也就是QST) 8使鋼殘進行淬火，在停止 淬火點（QST) 8停止淬火後，（i )在一個具體實施 例中，使鋼材保持實質等溫在QST—段時間，較宜約5 分鐘，然後空氣冷卻至環境溫度，如虛線1 2所示，(ϋ )在另一個具體實施例中，使鋼板在低於每秒約1 . 〇 °C (1 . 8 °F /秒）之速率下緩慢冷卻約5分鐘，然後使鋼 板空氣冷卻至環境溫度，如虛點點線1 1所示，（iii )在 又一個具體實施例中，使鋼板空氣冷卻至環境溫度，如點 線10所示，在任何一個具體實施例中，奧氏體鐵膜層在 下變韌鐵區域14形成下變韌鐵及在麻田散鐵區域16形 成麻田散鐵後保留，避免上變韌鐵區域1 8及肥粒鐵/波 來鐵區域19，在本發明之鋼材中，由於在此專利說明中 敘述的鋼材化學性及處理的新穎組合而強化奧氏體鐵形成 〇 微疊層微結構之變韌鐵及麻田散鐵成份與奧氏體鐵相 是設計利用微細粒化下變韌鐵及微細粒化麻田散鐵之優越 強度、及奥氏體鐵之優越抗劈開斷裂性，微疊層微結構最 適化以便使裂紋路徑之i曲性實質上最大，因而增強抗裂 紋傳導性以提供明顯的微結構韌性》 根據前述說明，提供一種製備超高強度鋼板之方法， 其微疊層化微結構含約2體積％至約1〇體積％奧氏體鐵 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )A4規格（210X297公釐） i^i 1— I «^ϋ u .. - HI— m^i ^^^1 I I ^ 一OJ1^1 - * - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 454040. 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（10) 膜層及約9 0體積％至約9 8體積％主要爲微細粒化麻田 散鐵及微細粒化下變韌鐵，該方法之步驟包括：（a )將 鋼板塊在足以（i)實質上均勻化鋼板塊，（ii)實質上 溶解鋼板塊中鈮及釩之全部的碳化物及碳氮化物，及（迅 )在鋼板塊中建立微細的初奧氏體鐵粒子之溫度下再度加 熱；（b)減縮鋼板塊，在奧氏體鐵再結晶的第一個溫度 範圍下，在一或多個熱輥軋通道下形成鋼板；（c)在低 於約Tnr溫度但高於約A r 3轉化溫度的第二個溫度範圍 下，在一或多個熱輥軋通道下進一步減縮鋼板；（d)在 每秒約1 0 °C至每秒約4 0 °C ( 1 8 °F /秒_ 7 2 °F /秒 )之冷卻率下使鋼板淬火至低於約M s轉化溫度加上 1 0 0°C( 1 8 0°F)至高於約Ms轉化溫度之淬火停止 溫度；及（e )停止淬火。在本發明之一個具體實施例中 ，還包括使鋼材從QST空氣冷卻至環境溫度之步驟，在 本發明之另一個具體實施例中，本發明方法還包括使鋼材 保持實質等溫在QST約5分鐘，然後空氣冷卻至環境溫 度之步驟，在又一個具體實施例中，本發明方法還包括使 鋼材在低於每秒約1. Ot ( 1 . 8°F /秒）之速率下從 Q S T緩慢冷卻約5分鐘，然後使鋼板空氣冷卻至環境溫 度之步驟，此處理促進將鋼材之微結構轉化成含約2體積 %至約1 0體積％奧氏體鐵膜層及約9 0體積％至約9 8 體積％主要爲微細粒化麻田散鐵及微細粒化下變韌鐵，（ Tnr溫度、Ar3及Ms之定義參見附錄）。 爲了確定環境及低溫韌性，在微疊層化微結構中之板 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ).A4規格（210X 297公 — -13- I m I I I . . --I I --j- ml HI - n^i I \ffJn t^n (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁> 4 5 4 0 40五、發明説明（11 條較宜主要含下 成份之形成例如 明之說明及申請 體積％，微結構 、額外的微細粒 至少約6 0體積 鐵，微結構又更 田散鐵。 根據本發明 個具體實施例中 所示之重量範圍 A7 B7 變韌鐵或麻田散鐵，較 上變韌鐵、雙晶麻田散 專利範圍中，，顯著地 之其他部份可含額外的 化板條麻田散鐵或肥粒 %至約8 0體積％下變 宜含至少約9 0體積％ 宜實質上減低脆化 鐵及Μ A。在本發 "係指至少約5 0 微細粒化下變韌鐵 鐵，微結構更宜含 軔鐵或板條麻田散 下變韌鐵或板條麻

處理之鋼板是在習知的方式下製造，在一 ，含鐵及下列合金元素，較宜如下列表I 表 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本耳) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印聚 合金元素 碳（C ) 錳（Μ η ) 鎳（N i ) 銅（C u ) 鉬（Μ ο ) 鈮（Ν b ) 鈦（Τ i ) 鋁（A 1 ) 氮（N ) 範圍（重量％ ) 0.04-0.12 ,更宜爲 0.04-0.07 0.5-2.5，更宜爲 1.0-1.8 1 · 0 - 3.0，更宜爲 1.5 - 2.5 0.1-1.0，更宜爲 〇.2-0.5 0.1-0.8，更宜爲 0.2-0.4 0.02-0.1，更宜爲 0.02-0.05 0.008-0.03，更宜爲 0.01-0.02 0.001-0.05 ,更宜爲 0.005-0.03 0.002-0.005，更宜爲 〇.002-0.003 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )·Α4規格（210X297公釐） -14- 454 040 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五.、發明説明（12 ) 有時候將鉻（Cr)加入鋼材中，較宜至多約1 . 〇 重量％，且更宜約0.2重量％約〇.6重量％。 有時候將矽（S i )加入鋼材中，較宜至多約〇 . 5 重量％，且更宜約0.01重量％約〇.5重量％，且又 更宜約0·05重量％約0.1重量％。 這些鋼材較宜含至少約1重量％鎳，鋼材之鎳含量必 要時可增加至約3重量％，以強化熔接後之性能，每增加 1重量％的鎳，預期可使鋼材之DBTT下降約l〇°C ( 1 8 °F )，鎳含量較宜低於9重量％，更宜低於約6重量 %，鎳含量較宜減至最低以減低鋼材之成本，如果鎳含量 增加約3重量％，錳含量可下降至約0.5重量％至 0 . 0重量％。 有時候將硼（B )加入鋼材中，較宜至多約 0 · 0020重量％，且更宜約0 . 0006重量％約 0.0010重量％。 此外，鋼材中的殘留物較宜實質上最少化，磷（P) 含量較宜低於約0.01重量％，硫（S)含量較宜低於 約0 . 004重量％，氧（0)含量較宜低於約 0 . 0 0 2 重量 ％。 鋼板之處理 (1 )降低 D B T 丁

達到低的D B T T例如低於約—7 3 °C ( - 1 0 0 °F 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ).A4規格（210X297公嫠） (請先閲讀背而之注意事項再填寫本頁) ---'裝-

r1T -15- ^54040 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（13) )，爲發展新的H S L A鋼材供低溫應用之主要挑戰，技 術挑戰是在目前的H S L A技術下維持/增加強度且同時 降低DBTT，尤其是在HAZ中，本發明利用合金及處 理之組合，同時改變耐破斷性之本質及微結構促成因素， 如同下文所述，製造在底板及HAZ中具有極佳低溫性質 之低和今鋼材。 在本發明中，微結構韌性是利用降低鋼材的D B T T ，此微結構韌性之一個主要成份是包括精煉先前的奧氏體 鐵粒子大小、經由熱一機械控制的輥軋處理（T M C P ) 改良粒子之形態及在細小晶粒內製造微疊層化微結構，全 都針對強化鋼板中每單位體積高角晶界之界面，類似於熟 諳此藝者所熟悉的，此處所稱的"粒子Α係指多晶物質中 的個別晶體，且此處所稱的"粒子界面"係指相對於從一 個結晶向轉化成另一個結晶向時，在金屬內的狹窄區域， 此處所稱的t髙角晶界'係指分隔兩個結晶向差異大於約 少 8°之相鄰粒子的粒子界面，同時此處所稱的"高角晶界 "係指有效作爲高角晶界之界面，也就是說可偏斜裂縫或 破斷傳導且因此扭曲破斷路徑之界面。 從TMC Ρ至每單位體積高角晶界總界面面積之促成 因素S ν，可用下列公式定義： 1 1

Sv = — (1+R + ·^·) + 〇 · 63 (r — 30) α R 其中： 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS )-八4規格（2丨OX297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填-¾本頁) 裝. 454040 A7 B7 五、發明説明（14 ) d爲熱輥軋鋼板在其中奧氏體鐵不會結晶之溫度範圍 內輥軋前之奧氏體鐵平均粒子大小（先前奧氏體鐵粒子大 小）； _ R爲減縮率（原始鋼板厚度/最終鋼板厚度）；且 r爲由於在其中奧氏體鐵不會結晶之溫度範圍內熱輥 乳之鋼材厚度減縮％。 經濟部中央標隼局員工消費合作社印^ (請先閱讀背面之注意事項再4寫本頁) 熟知於此項技藝，當鋼材之Sv增加時，由於在高角晶 界破斷路徑之裂縫偏斜及破斷扭曲而使D B T T下降，在 商業化TMCP實務中，特定鋼材厚度之R値固定且r値 之上限通常爲7 5，固定R及r値，從上列公式很明顯地. 了解S v只能經由降低d而實質上增加，根據本發明爲了降 低鋼材中的d値，結合使用Ti_Nb微合金化及最佳化 的TMCP實務，對於熱輥軋/變形過程之相同總減縮量 ，具有最初較細奧氏體鐵平均粒子大小之鋼材將導致較細 的完成化奧氏體鐵平均粒子大小，因此在本發明中，將 Ti_Nb之添加量最適化，以便在TMCP過程中減少 再度加熱同時產生所需的奧氏體鐵粒子成長抑制性，參照 圖3 A ,使用相當低的再度加熱溫度，較宜約9 5 5 °C至 約 1 0 6 5 °C ( 1 7 5 0 °F — 1 9 5 Ο T )，在再度加熱 鋼板3 2 >於熱變形前得到之最初奧氏體鐵平均粒子大小 D >低於約1 2 0微米，根據本發明之處理可防止傳統的 T M C P由於使用較高的加熱溫度例如高於約1 〇 9 5 °C (2 Ο Ο 0T)而造成之奧氏體鐵粒子過度成長。爲了促 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ).A4規掊（210X297公釐) -17- 154 04 0 A7 137 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 五、發明説明（15 ) 進動態再結晶引起的粒子精煉，在其中奧氏體鐵再結晶溫 度範圍內之熱輥軋過程中，使用每次通過之重量減低大於 約10%。現在參照圖3 B，根據本發明之處理，鋼板 3 2"在其中奧氏體鐵再結晶之溫度範圍內熱輥軋（變形 )後但在其中奧氏體鐵不會再結晶之溫度範圍內熱輥軋前 ，平均先前奧氏體鐵粒子大小D # (也就是d )低於約 30微米，較宜低於2 0微米，且更宜低於約10微米。 此外，爲了在整個厚度方向產生有效的粒子大小減縮，在 低於約Tnr溫度但高於約A r 3轉化之溫度範圍內進行重 量減縮，較宜累積超過約70%。現造參照圖3C,根據 本發明之TMC P在整個厚度方向具有非常細的有效粒子 大小D 之完成輥軋後的鋼板3 2 上導致形成伸長化塊 狀粒子結構，例如有效粒子大小D 低於約1 0微米，較 宜低於約8微米，且更宜低於約5微米，熟諳此藝者將可 了解，如此可強化鋼板3 2 每單位體積高角晶界之界面 面積，例如3 3。 在稍微更詳細的說明中，製備根據本發明之鋼材是經 由形成如同上述所需組成之鋼板塊；將鋼板塊加熱至約 9 5 5 °C 至約 1 0 6 5。(：（ 1 7 5 0 °F — 1 9 5 0 °F )之 溫度；在其中奧氏體鐵再結晶之第一個溫度範圍也就是高 於約Tnr溫度下，一或多道次熱輥軋鋼板塊而形成鋼板， 提供約3 0 %至約70%的減縮，在低於約Tnr溫度但高 於約A r 3轉化溫度之第二個溫度範圍下，進一步一或多道 次熱輥軋鋼板，提供約40%至約80%的減縮，然後使 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項4填耗本頁) 裝. ·'訂 54 040 Α7 Β7 五、發明説明（16) 熱輥軋後的鋼板在每秒約1 〇°C至每秒約4 0°C ( 1 8°F /秒—7 2 °F /秒）之冷卻速率下淬火至適當的Q S T低 於約M s轉化溫度加上1 ο 0 °C_ ( 3 6 0 °F )至高於約M s 轉化溫度，此時終止淬火，在本發明之一個具體實施例中 ，停止淬火後，使鋼板從QST空氣冷卻至環境溫度，如 圖1虛線1 0所示，在本發明之另一個具體實施例中，停 止淬火後，使鋼材保持實質等溫在Q S T —段時間，較宜 約5分鐘，然後空氣冷卻至環境溫度，如圖1虛線1 2所 示，在如圖1虛線11所示的又一個具體實施例中，使鋼 材在比空氣冷卻更慢的速率下從QST冷卻，也就是低於 每秒約1 . 0 °C ( 1 . 8 °F /秒）之速率，較宜約5分鐘 ，在至少其中一個本發明之具體實施例中，M s轉化溫度微 約3 5 0 °C ( 6 6 2 °F )，且因此，^^轉化溫度加上 1 0 0 °C ( 1 8 0 °F )微約 4 5 0 °C ( 8 4 2 °F )。 經濟部中央梯準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再¾¾本f ) 可用任何適當的方式將鋼板保持在實質上等溫於 QST，如熟諳此藝者所熟知，可用例如在鋼板上放置熱 電毯，停止淬火後，可用任何適當的方式使鋼板緩慢冷卻 ，如熟諳此藝者所熟知，可用例如在鋼板上放置隔絕毯。 熟諳此藝者將可了解，本文所稱的厚度減縮％係指後 鋼板或鋼板在所稱減縮前的厚度減縮％，僅供說明之目的 而不作爲本發明之限制，約2 5 . 4公分（1 0吋）厚度 之鋼板塊可在第一個溫度範圍減縮約5 0% ( 5 0減縮％ )至厚度爲約1 2 . 7公分（5吋），然後在第二個溫度 範圍減縮約8 0% (80減縮％)至厚度爲約2 . 5公分 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ).Λ4規格（210X297公釐） -19- 〇40 A7 B7 五、發明説明（17 ) (1吋），在此所稱的”鋼板塊"係指任何大小之鋼材。 鋼板塊較宜經由適當的方式加熱，將實質上整個鋼板 塊且較宜爲整個鋼板塊之溫度提昇至所需的再度加熱溫度 ，例如將鋼板塊放在爐中一段時間，在本發明範圍內任何 鋼材組成物必須使用之特定再度加熱溫度，熟諳此藝者可 輕易地從實驗或使用適當的模式計算而決定，此外，將實 質上整個鋼板塊且較宜爲整個鋼板塊的溫度提昇至所需的 再度加熱溫度所需的爐溫及再度加熱時間，熟諳此藝者可 參考標準的工業應用而輕易地決定。 經濟部中央標隼局員工消費合作社印奴 (諸先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 除了施加至實質上整個鋼板塊之再度加熱溫度以外， 描述本發明處理方法提到的另一溫度爲在鋼材表面測量之 溫度，鋼材之表面溫度可用例如光學高溫計或其他適於測 量鋼材表面溫度之任何器材測量，在本文提到的冷卻速率 爲在鋼板厚度中心或實質上中心之冷卻速率：且淬火停止 溫度（Q S T )爲停止淬火後，由於熱從鋼板厚度中心傳 送而使鋼板表面達到的最高或實質上最高之溫度，例如處 理根據本發明鋼材組成物之實驗熱時，將熱電偶放在鋼板 厚度之中心或實質上的中心供測量溫度，並使用光學高溫 計測量表面溫度，發展中心溫度與表面溫度之相關性供後 續處理相同或實質上相同的鋼材組成物使用，如此可經由 直接測量表面溫度而決定中心溫度，同樣地，熟諳此藝者 可參考標準工業應用，決定完成所要的加速冷卻速率所需 的溫度及淬火液體之流速。 對於本發明範圍內之任何鋼材組成物，定義再結晶範 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ).A4規格（210X297公# ) -20- 經濟部中央標準局員工消f合作社印聚 A7 B7 五、發明説明（18) 圍與非再結晶範圍界面之溫度，Tnr溫度，決定於鋼材之 化學性且尤其是碳濃度及鈮濃度、輥軋前的再度加熱溫度 、及輥軋道次中所給定之減縮暈，熟諳此藝者可根據本發 明，經由實驗或模式計算，決定特殊鋼材之此溫度。同樣 地，熟諳此藝者可根據本發明，經由寘驗或模式計算本-文 中提到的A r 3及M s轉化溫度。 上述TMCP實務導致高的Sv値，此外，再度參見圖 2B,在奧氏體鐵法製造的微疊層化微結構，經由在主要 是下變韌鐵或麻田散鐵之板條2 8及奧氏體鐵膜層3 〇之 間提供無數的高角界面，進一步增加界面面積，此微疊層 化組態，如圖2 B所示，可與如圖2 A所示之沒有內板條 奧氏體鐵膜層之習知變韌鐵/麻田散鐵板條結構比較，在 圖2A中示意說明之習知結構，其特徵是有低角晶界2 0 (也就是可有效作爲低角晶粒界面之界面（參見附錄）） ，例如在主要爲下變韌鐵及麻田散鐵之板條2 2之間；且 因此，當劈開裂紋24引發時，其可沿著扁條界面20傳 送而很少改變方向，相反地，在本發明鋼材中的微疊層化 微結構，如圖2 B所示，導致裂紋路徑之明顯扭曲，這是 因爲當裂紋2 6在例如下變韌鐵或麻田散鐵之板條2 8弓丨 發時，由於變韌鐵及麻田散鐵成份與奧氏體鐵相之劈開及 滑動平面有不同的方向，在奧氏體鐵膜層30之各高角界 面29將傾向於改變平面，也就是改變方向，此外，裂紋 26通過奧氏體鐵膜層30前之能量吸收，導致奧氏體鐵 膜層30提供減弱裂紋26之前進，發生減弱有數個理由 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ).A4規格（210X 297公漦） (錆先閲讀背而之注意事項再填寫本頁) .裝-

;1T 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製

Odn A7 B7 五、發明説明（19 ) ，首先，FCC (如本文之定義）奧氏體鐵不會顯現 D B T T行爲且切變進行爲唯一留存的裂紋延伸機制，其 次，當荷重/應變在列爲頂端超過某個較大値時，介穩奧 氏體鐵可進行應力或應變引發變態成麻田散鐵導致變態致 塑（TR I P)，TR I P可導致明顯的能量吸收及降低 裂紋頂端應力強度，最後，從TRIP過程形成的板條麻 田散鐵，與現存變韌鐵或板條麻田散鐵成份比較，將有不 同方向之劈裂及滑動平面，造成裂紋路徑更扭曲，如圖 2 B所示，淨結果是抗裂紋傳導性在微疊層化微結構中明 顯地增加。 根據本發明鋼材之變韌鐵/奧氏體鐵或麻田散鐵/奧 氏體鐵界面有極佳的界面鍵強度，此促使裂紋偏移而不是 界面去除鍵結，微細粒化板條麻田散鐵及微細粒化下變韌 鐵以小包產生且小包之間具有高角晶界，在扁塊內形成數 個小包，此提供結構的進一步精煉，導致增加裂紋在扁塊 內這些小包中傳導之扭曲性，此導致實質增加S v且因此導 致降低D B T T。 雖然上述的微結構方式可用於降低基質鋼板之 DBTT,其在熔接HAZ的粗粒化區域無法完全有效地 維持足夠低的D B T T，因此，利用下述之合金元素本質 效應，本發明提供在熔接HAZ的粗粒化區域維持足夠低 的DBTT之方法。 目前肥力鐵低溫鋼材通常是以體心立方（B C C )晶 格爲基質，雖然這種結晶系統可以在低成本下提供高強度 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS M4規格（210X297公釐） ----------，裝------_ίτ_Ί_--- ,ί.' r'i (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -22- 〇4 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 A7 B7 五、發明説明（20 ) ,當溫度降低時，其有從延性驟變轉化成破斷性之問題， 此可基本上歸因於B C C系統的臨界變形剪應力（ CRSS)(本文定義）對溫度之強烈敏感性，其中 C R S S隨著溫度下降而快速上升，造成剪力進行且導致 延性破斷更困難，反之，脆裂破斷進行例如分解對於溫度 較不敏感，因此，當溫度降低時，分解變成有利的破斷模 式，導致引發低能脆裂破斷，C R S S爲鋼材之本質性質 ，且敏感於變形時可橫越滑移之差排的容易性，也就是說 橫越滑移較容易之鋼材將有低的C R S S及因此有低的 D B T T，部份面心立方（F C C )安定劑例如N i已知 可促進橫越滑移，而B C C安定合金元素例如S i、A 1

、Μ ο、N b及V可降低橫越滑移，在本發明中，F C C - 安定合金元素例如N i及C u之含量較宜最適化，考量成 本及降低DBTT之有利效益，Ni合金較宜至少約 1 . 0重量％且更宜至少約1 .5重量％;且8(：(：安定 合金元素在鋼材中的含量爲實質地最少化。 由於根據本發明鋼材之化學性與處理之獨特組合導致 的本質及微結構韌化之結果，.此鋼材在底板及熔接後的 HAZ都有極佳的低溫韌性，在這些鋼材底板及熔接後的 HAZ之DBTT都低於約—7 3°C (— 100°F)且可 低於約—107°C(— 160°F)。 (2)張力強度大於830MDa (120ksi)且微 結構整個厚度之均勻件铤件質 •II I!— I. I I— I - - I : 1 , ml I -1 - - - i--产、........ J-- - I (请先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS M4規格（210X297公f ) -23 經濟部中央標準局負工消費合作社印裝 A7 . ___B7 五、發明説明（21 ) 微疊層化結構之強度主要可從板條麻田散鐵及下變韌 鐵之碳含量測定，在本發明之低合金鋼材中，進行奧氏體 鐵法使鋼材中的奧氏體鐵含量較宜爲約2體積％至約1〇 體積％，更宜爲至少約5體積％，N i及Μ η的添加量各 爲約1 . 0重量％至約3 . 0重量％及約〇 . 5重量％至 約2.5重量％，尤其較宜提供所需體積比例之奧氏體鐵 及延遲變韌鐵開始奧氏體鐵化，銅添加量較宜約〇.1重 量％至約1.0重量％，此也可促進在奧氏體鐵化過程中 安定奧氏體鐵。 在本發明中，是在相當低碳含量下得到所需的強度， 其優點是在基質鋼材及HA Ζ都有可焊接性及極佳的韌性 ，在整個合金中，較宜最少約0.04重量％C,以便得 到張力i度大於830MPa (120ksi)。 在根據本發明之鋼材中，在考量鋼材最大可得到的強 度下，雖然除了C以外之合金元素實質上並不重要，需要 這些元素以提供所需的微結構整個厚度之均勻性及厚度大 於約2 . 5公分（1吋）之鋼板強度及供處理彈性所需的 冷卻速率範圍，此點很重要，因爲在厚鋼板中間部份之實 際冷卻速率低於表面，表面及中間的微結構可因此相當不 同，除非消除鋼材對於鋼板表面與中間部份之冷卻速率差 異之敏性，在此考量下，Μη及Mo合金添加物，且尤其 是Μ 〇與B之組合添加物特別有效，在本發明中，考慮可 硬化性、可熔接性、低D Β Τ Τ及成本而將這些添加物最 適化，如同本專利說明先前所述，從降低D Β Τ Τ之觀點 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS )-Α4規格（210X29*7公漦） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝. • 24 - ^54 A7 B7 五、發明説明（22 ) ，必須使總B C C合金添加物保持最小量，設定較隹的化 學標的及範圍以達到本發明的這些及其他要求。 (3 )低熱輸入熔接之優越的可熔接性 本發明之鋼材是設計成具有優越的可熔接性，最重要 的考量，尤其是低熱輸入熔接，爲粗粒化HAZ之冷裂化 或氫裂化，頃經發現本發明之鋼材，冷裂化敏性決定性地 受到碳含量及HAZ微結構形式而影響，而不是先前技藝 中視爲決定性參數之硬度及碳相當物，當鋼材在沒有或低 預熱（低於約1 0 CTC ( 2 1 2 °F ))熔接情形下熔接時 ，爲了避免冷裂化，較佳的碳添加量上限爲約0 . 1重量 %，在本文中使用且不已任何方式限制本發明，”低熱輸入 熔接”係指電弧能量至多約2 . 5千焦耳每毫米（千焦耳/ 毫米）（7. 6千焦耳/吋）之熔接。 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 較少的變軔鐵或自動回火條麻田散鐵微結構提供優越 的抗冷裂化性，本發明鋼材中的其他合金元素經小心地平 衡、相稱於可硬化性及強度的需求，確使在粗粒化H A Z 形成這些所要的微結構。 合金元素在鋼板塊中的角色 本發明各種合金元素的角色及較佳的濃度限制說明如 下： 碳（C )爲鋼材中其中一種最有效的強化元素，其也 可與鋼材中的強碳化物形成物例如T i、Nb及V結合而 表紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -25 S , 經濟部中央標準局員工消費合作社印¾ 4 A7 B7_— —_ 五、發明説明（23 ) 在回火時提供粒子成長抑制性及沈澱強化，碳也可促進可 硬化性，也就是說冷卻時在鋼材中形成更硬更強的微結構 ，如果碳含量低於約0.04亀量％，不足以在鋼材中引 發所需的強化，即大於8 3 0 M p a ( 1 2 0 k s i )之 張力強度，如果碳含量大於約〇.12重量％，鋼材在熔 接時容易冷裂化，且鋼板及其H A Z在熔接時之韌性減低 ，碳含量較宜爲約0.04重量％至約0.12重量％， 以產生所需的強度及H A Z微結構，即自動回火化條麻田 散鐵及下變韌鐵，碳含量的上限更宜爲約0.07重量％ 〇 錳（Μη )爲鋼材中的基質強化劑且也可強烈地促進 硬化，添加Μ η有助於得到奧氏體鐵法所需的變韌鐵變態 延遲時間，爲了在厚度大於約2.5公分（1吋）的鋼板 得到所要的強度，最少量較宜爲0 . 5重量％ Μ η，且至 少約1 . 0重量％ Μη之最少量更佳，但是太多的Μ η有 害於韌性，所以本發明較佳的上限爲約2.5重量％Μη ，此上限也較宜實質地最小化中央線偏析，其容易發生在 高Μη及連續鑄造該材及伴隨的微結構中整個厚度非均勻 性及性質，Μ η含量之上限更宜爲約1 . 8重量％，如果 鎳含量上增約3重量％，可以不需添加錳而達到所需的高 強度，因此，廣義地說，至多約2.5重量％錳較宜。 矽（S i )可添加至鋼材中供去氧化之目的，且此目 的之最小量爲約〇 . 〇 1重量％，但是S i爲強烈的 B C C安定劑且因此增加D B TT及對韌性有負面效應， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )·Α4現格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -------------iii衣------~*訂-------- 1Λ—------— — — — —____rl -26- 5 / 經濟部中央標準局貝工消費合作社印掣 4 0 d η Α7 Β7 _ 五、發明説明（24 ) 基於這些理由，當加入S i時，上限較宜爲約Ο . 5重量 %S i，當加入S i時，S i含量之上限更宜爲約0 . 1 重量％，去氧化並非一定需要矽，因爲鋁或鈦也可進行相 同的功能。 · 鈮（N b )的加入是促進鋼板輥軋後微結構的粒子精 煉，其可同時改進強度及韌性，熱輥軋時的鈮碳化物沈澱 可阻止再結晶化及抑制粒子成長，基於這些理由，至少約 0.02重量％Nb較宜，但是Nb爲強的BCC安定劑 且因此可增加DBTT，太多的Nb有害於可熔接性及 HAZ韌性，所以最大量約〇 . 1重量％較佳，Nb含量 之上限更宜爲約0.05重量％。 鈦（T i )，當加入少量時，可有效形成氮化鈦（ T i N)晶粒，其在鋼材的輥軋後結構及HAZ都可精煉 晶粒大小，因此，可改進鋼材之韌性，Ti之添加量是使 Ti/N之重量比例較宜爲約3.4， Ti爲強的BCC 安定劑且因此可增加D B T T，太多的1'1經由形成較粗 的TiN或碳化鈦（TiC)晶粒而不利於韌性，Ti含 量低於約0.008重量％通常無法提供足夠細的晶粒大 小或連結鋼材中的N而形成TiN，且大於約0 . 03重 量％可造成韌性惡化，鋼材更宜含至少約0 .. 0 1重量％ Ti且不超過約〇 . 〇2重量％Ti » 鋁（A 1 )添加至本發明鋼材中是供去氧化之目的， 至少約0·001重量％A1較宜供此目的，且更宜至少 約0 . 0 1重量％A 1，A 1可連結溶解在HAZ中的氮 (#先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ).A4規格（210X297公t ) -27- 4 A7 B7 五、發明説明（ 25) ，但是A1爲強烈的BCC安定劑且因此增加DBTT， 如果A 1含量太高，也就是高於約0 . 0 5重量％，傾向 於形成氧化鋁（A 1 2〇3)型摻混物，其容易有害於鋼材 及HAZ之韌性，A 1含量之上限更宜爲約0 . 0 3重量 %。 鉬（Μ 〇 )在直接淬火時可增加鋼材之可硬化度，尤 其是與硼及鈮之組合，也需求Mo供促進奧氏體鐵化，基 於此理由，較宜至少約0.1重量％Mo，且更宜至少約 0 . 2重量％ Μ 〇 ,但是Μ 〇爲強烈的B C C安定劑且因 此增加DBTT,過量的Mo將促成熔接時的冷裂化，同 時也容易惡化鋼材及H A Z之韌性，所以較宜最高約 0 . 8重量％Mo，且更宜最高約0 . 4重量％Mo。 鉻（C r )在直接淬火時有增加鋼材可硬化度之傾向 ，少量添加時，Cr可導致安定奧氏體鐵，Cr也可改進 抗腐蝕性及抗氫引發之裂化（Η I C),與Mo類似，過 量的Cr將促成熔接時冷裂化之傾向，同時也容易惡化鋼 材及其H A Z之韌性，所以當添加C r時，最高較宜約 好^部中央榀準^只工消费合作私卬製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 · 0重量％Cr,更宜當添加C r時，C r含量約 〇 . 2重量％至約〇 . 6重量％。 鎳（N i )爲本發明鋼材尤其是在H A Z得到所需 DBTT之重要合金添加物，其爲鋼材中最強的pee安 定劑之一，Ni添加至鋼材中可強化交叉滑動且因此可降 低DBT；T，雖然與Μη及Mo添加物之程度不同，Ni 添加至鋼材中也可提昇可硬化度，且因此可增加厚部份之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -28- 經濟部中央標準局貞工消费合作社印装 ___B7 五、發明説明（26) 微結構整個厚度均勻性及性質例如強度及韌性，添加N i 也可得到奧氏體鐵法所需的變韌鐵變態延遲時間，爲了在 熔接的HAZ中得到所需的D?TT,最少的Ni含量較 宜約1.0重量％，更宜約1.5重量％，因爲Ni爲昂 貴的合金元素，鋼材中的N i含量較宜低於約3 . 0重量 %，更宜低於約2.5重量％，又更宜低於約2.0重量 %，且再更宜低於約1.8重量％，以實質上降低鋼材之 成本。 銅（C u )爲需要的合金添加物，可安定奧使體鐵以 製造微疊層化微結構，基於此目的，較宜加入至少約 0· 1重量％且更宜至少約0 . 2重量％Cu, Cu也是 鋼材中的FCC安定劑且可少量降低DBTT, Cu也有 益於抗腐蝕及HIC,在較高含量時，Cu經由ε-銅沈澱 物引發過量沈澱硬化，此沈澱物如果沒有適當地控制，.可 降低韌性及同時提高鋼板及HAΖ之DBTT,較高含量 的C u也可在板塊鑄造及熱輥軋時促成脆化，需要n i之 輔助添加物供緩和，基於上述理由，上限較宜爲約1 . 〇 重量％Cu，且上限爲約〇 . 5重量％Cu更佳。 硼（B )在少量時可大幅增加鋼材之可硬化性及促進 形成條麻田散鐵鋼材之微結構，經由抑制上變韌鐵在鋼板 及粗粒化H A Z形成，’減少變韌鐵及肥粒鐵，通常，此目 的需要至少約0 . 〇〇〇 4重量％B，當硼添加至本發明 之鋼材時，較宜約〇.〇〇〇6重量％至約0.0020 重量％，且上限爲約〇.〇〇1〇重量％更佳，但是，如 本紙張尺度適用中國國家搞準（CNS i A4规格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂 -29- 4 l〇4, Λ7 . B7 五、發明説明（27 ) 果鋼材中的其他合金可提供適當的可硬化性及所需的微結 構時，不需要加入硼。 (請先閱讀背面之注項再填寫本頁) (4 )當需要焊捺後熱處理（P W Η T )時之較隹鋼材組 成物 經濟部中央梂準局貝工消费合作社印裝 P W Η Τ通常在高溫例如大於約5 4 0 °C ( 1 0 0 0 °F)下進行，從PWHT之熱暴露，由於軟化與次結構回 復性相關之微結構（也就是損失處理優點）及粗化雪明碳 體，可導致底板及焊接H A Z之強度損失，爲了克服此點 ,上述的基質鋼材化學組成較宜經由加入少量的釩而改良 ，釩的添加可^經由PWHT時在基質鋼材及HA Z形成細 小的釩碳化物（V C )粒子而得到沈澱強化作用，此強化 作用係供實質上補償PWHT時之強度損失，但是過量的 VC強化作用必須避免，因爲其可在底板及其HAZ降低 韌性及提高D B Τ T，在本發明中，基於此理由，V之上 限較宜爲約0.1重量％，下限較宜爲約0.02重量％ ，鋼材中更宜加入約0.03重量％至約0.05重量％ 的V 〇 本發明鋼材中的這些性質組合，提供低成本之技術供 某些低溫操作，例如在低溫下儲存及輸送天然氣，與一般 需要更高鎳含量（至多約9重量％ )且更低強度（低於約 830Mpa (12〇ksi)之目前先進的商業化供應 鋼材比較，這些新的鋼材可提供明顯的材料節省供低溫應 用，化學及微結構設計可用於降低DBTT及在厚度大於 本紙張尺度適用中國國家標準（ CNS ),A4規格（210X297公釐） 4 5 .4 Ο 4 Μ Β7 五、發明説明（28 ) 約2 . 5公分（1吋）之整個厚度中提供均勻的機械性質 ，這些新鋼材之鎳含量較宜低於約3重量％，張力強度大 於 830Mpa (120ks i_)，較宜大於約 8 6 0 Mpa (125ks i)，且更宜大於約 900Mpa ( 1 3 0k s i )，延性轉脆溫度（DBTT)低於約 _73t ( — 100°F)，且在DBTT提供極佳的韌性 ，這些新的鋼材之張力強度可大於約93 OMp a ( 135匕3 1)，或大於約965 ^1?3(140^：8 1 )，或大於約lOOOMpa (145ks i)，這些鋼 材之鎳含量在必要時可增加至大於約3重量％以強化熔接 後的性質，每增加1重量％的鎳，預期可降低鋼材之 DBTT約1 0°C ( 1 8°F)，鎳含量較宜低於9重量％ ，更宜低於約6重量％，較宜使鎳含量最少化以減低鋼材 之成本。 雖然上述發明以一或多個具體實施例說明，必須了解 也可進行其他修改而沒有偏離本發明在下列申請專利範圍 中陳述之範圍。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. 訂 經濟部中央揉準局貝工消费合作社印裝 名詞附錄 A c :χ轉化溫度： 加熱時開始形成變韌鐵之溫度： Ac :3轉化溫度： 加熱時完成將肥粒鐵形成奧氏體鐵之溫 度； A 1 2 0 3 : 氧化鋁； 本紙伕尺度適用中國國家標準（CNS )·Α4規格（210X297公釐） -31 - 〇 Λ7 B7 五、發明説明（29) A r 3轉化溫度： 冷卻時奧氏體鐵開始轉化成肥粒鐵之溫 度； B C C : 體心立方；_ 冷卻速率： 在鋼板厚度中心或實質中心之冷卻速率 » CRSSC臨界變鋼材之一種本質性質，敏感於變形時， 形剪應力）： 位移可交叉滑移之容易性，也就是說較 容易交叉滑移之鋼材也將有較低的 CRSS及因此較低的DBTT; 低溫： 低於約—4 0 °C ( — 4 0 °F )之任何溫 度‘， DBTTC延性轉描述結構鋼材中的兩個裂斷部份；在低 脆溫度）： 於DBTT之溫度，傾向於發生低能劈 開（脆化）之損壞，但在高於D B T T 之溫度，傾向於發生高能延性劈開之損 壞； 面心立方； 經濟部中夾標準局貝工消费合作社印製 F-e-c ： 粒子： 粒子界面： H A Z ： Η I C ： 在多晶材料中的個別晶體； 金屬中相對於從一個結晶態方向轉化成 另一種時之狹窄區域，因此將粒子彼此 分離； 熱影響區域： 氫引發的裂斷： 本纸浪尺度適用中國國家揉準（CNS XA4规格（2丨0X297公釐） -0Z. ο Λ7 B7 五、發明説明（30 ) 高角晶界： 經濟部中央橾準局貝工消费合作社印掣 高角晶粒晶界： H S L A ： 內部臨界再加熱： 低合金鋼材 低角晶粒晶界： 低熱輸入熔接： Μ A : M s轉化溫度： 主要： 前奧氏體鐵粒子大 小： 淬火： n^i I I V m nn ml· n (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 有效作爲高角晶粒晶界之晶界或界面， 也就是可偏移傳導的裂紋或斷裂，因此 引發對裂路_徑之扭曲； 分隔兩個結晶向差異大於約8 °之相鄰粒 子的粒子界面 高強度，低合金： 加熱（或再度加熱）至約A。：轉化溫度 至約A。3轉化溫度之溫度； 含鐵及低於約1 0重量％總合金添加物 之鋼材； 分隔兩個結晶向差異低於約8 °之相鄰粒 子的粒子界面 電弧能量至多約2 . 5千焦耳/毫米（ 7 . 6千焦耳/吋）之熔接； 麻田散鐵一奧氏體鐵； 冷卻時，奧氏體鐵開始轉化成麻田散鐵 之溫度； 在本發明中指至少約5 0體積％ : 熱輥軋鋼板在奧氏體鐵不會再結晶化溫 度之溫度範圍下輥軋前，平均奧氏體體 粒子大小； 在本發明中用於描述以任何方法加速冷 卻，其中使用可增加鋼材冷卻速率之液 體，與空氣冷卻相反； 本紙張尺度適用中國國家標準（〇阳）^\4规格（210><297公釐） -33- 經濟部中央橾準局貝工消費合作社印«. A7 B7 五、發明説明（31 ) 淬火停止溫度（Q 停止淬火後， 由於熱從鋼板厚度中心傳 S T )： 送而使鋼板表面達到的最高或實質上最 高之溫度；_ 板塊： 任何大小之鋼材塊； S v ： 鋼板每單位體積高角晶界之總界面面積 張力強度： t 在張力測試中 ，最大荷重對原先截面積 之比例； TiC： 碳化鈦； T i N ： 氮化鈦； T n r溫度： 低於此溫度， 奧氏體鐵不會再結晶化； T M C P ： 熱機械控制輥軋處理。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. :訂 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS )-A4规格（210><297公釐）_料

Claims (1)

1. 六、申請專利範圍 附件1(a):第87 1 09696號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國90年4月修正 1 . 一種製備微疊層化微結構鋼板之方法，其中微結 構含2體積％至1 0體積％奧氏體鐵膜層及9 0體積％至 9 8體積％主要爲微細粒化麻田散鐵及微細粒化下變韌鐵 ，該方法之步驟包括： (a )將鋼板塊在足以（i )實質上均勻化該鋼板塊，（ ϋ )實質上溶解該鋼板塊中鈮及釩之全部的碳化物 及碳氮化物，及（iii )在該鋼板塊中建立微細的初 沃斯田鐵晶粒之溫度下加熱； . (b )在沃斯田鐵再結晶的第一個溫度範圍下，在一或多 個熱輥軋通道下，減縮該鋼板塊形成鋼板； (c )在低於T n r溫度但高於A r 3轉化溫度的第二個溫 度範圍下，在一或多個熱輥軋通道下進一步減縮該 鋼板； (d )在每秒 1 〇 °C 至每秒 4 0 °C ( 1 8 °F / 秒一7 2 °F /秒）之冷卻率下使鋼板淬火至低於M s轉化溫度 加上1 0 0 °C ( 3 .6 0 °F )至高於M s轉化溫度之 淬火停止溫度；及 (e )停止該淬火；以促進該鋼板之該微疊層化微結構轉 化成2體積％至1 0體積％奧氏體鐵膜層及9 0體 積％至9 8體積％主要爲微細粒化麻田散鐡及微細 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格_( 2I0X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填<^筲〕 裝 4T 經漓部智慧財產局員工消費合作社印製 454 040 A8 B8 C8 P8_____ 六、申請專利範圍 粒化下變韌鐵》 2 ·根據申請專利範圍第1項之方法，其中該步驟（ a)之再度加熱溫度爲955 °C至1〇65 °C (1750 °F - 1 9 5 0 °F )。 3 .根據申請專利範圍第1項之方法，其中該步驟（ a )之微細初沃斯田鐵晶粒之晶粒大小低於1 2 0微米。 4 .根據申請專利範圍第1項之方法，其中在步驟（ b )發生之該鋼板塊厚度縮減爲3 〇%至7 0%。 5 .根據申請專利範圍第1項之方法，其中在歩驟（ c )發生之該鋼板厚度縮減爲4 0%至8 0%。 6 ·根據申請專利範圍第1項之方法，另外還包括使 該鋼板從該淬火停止溫度空氣冷卻至環境溫度之步驟。， 7 .根據申請專利範圍第1項之方法，另外還包括使 該鋼板保持實質等溫於該淬火停止溫度5分鐘之步驟。 8 .根據申請專利範圍第1項之方法，另外還包括使 該鏑材在低於每秒1 . 0 °C ( 1 . 8 °F /秒）之速率下從 該淬火停止溫度緩慢冷卻5分鐘之步驟。 9 ·根據申請專利範圍第1項之方法，其中步驟（a )之鋼板塊含鐵及下列重量％所示之下列合金元素： 0.04% 至 0.. 12%C， 至少1 %至低於9 % N i , 0 . 1%至 1 . 0%Cu, 0.1%至0.8%Mo， 0 . 02%至 0 . l%Nb， ------------襄------.π—；----線 .. -. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4规格（2丨0Χ 297公釐） -2 - 454 040 A8 B8 C8 D8 經漓部智慧財是局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 0 · 008%至 0 . 03%Ti， 0 · 001%至 0 . 05%A1，及0 . 002%至 0 . 005%N° 1 〇 ·根據申請專利範圍第9項之方法，其中該鋼板 塊含低於6重量％Ni 。 1 1 ·根據申請專利範圍第9項之方法，其中該鋼板 塊含低於3重量％N i ,且另外含0 . 5重量％至2 . 5 重量％ Μ η。 1 2 .根據申請專利範圍第9項之方法，其中該鋼板 塊另外含至少一種選自包括下列之添加物：（i )至多 1.0 重量 ％Cr, (11)至多〇.5重量％31， ( ϋΐ )0 . 02重量％至〇 . 1〇重量％V，及（iv)至多 2 . 5 重量 ％ Μ η。 1 3 .根據申請專利範圍第9項之方法，其中該鋼板 塊另外含0.0004重量％至0.0020重量％Β。 1 4 .根據申請專利範圍第1項之方法，其中在步驟 •(e)後，該鋼板在該底板及其ΗΑΖ之DBTT都低於 —7 3 °C ( — 1 〇 〇 °F )，且張力強度大於8 3 0 M p a (1 2 0 k s i )。 1 5 .—種微疊層化微結構鋼板，其微結構含2體積 %至1 0體積％奧氏體鐵膜層及9 0體積％至9 8體積％ 主要爲微細粒化麻田散鐵及微細粒化下變韌鐵，在該鋼板 及其HAZ之張力強度都大於830Mpa (120 ks i) ，DBTT 低於一73°C (— 100°F)，其中 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度逋用中國國家楯準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -3 - 4 54 04 0 Α8 Β8 C8 D8 六、申請專利範圍 該鋼板是從再度加熱鋼板塊製造，其中含鐵及下列重量％ 所示之下列合金元素： 0.04% 至 0.12%C, 至少1 %至低於9 % N i， 0.1%至1.0%(：11， 0.1%至0.8%Mo， 0 . 0 2 % 至 0 . 1 % N b， 0.〇〇8%至0.03%丁1， 0.001%至0.05%八1，及 0 . 002%至 0 · 00 5,%N° 1 6 .根據申請專利範圍第1 5之鋼板，其中該鋼板 塊含低於6重量％Ni。 . 1 7 .根據申請專利範圍第1 5項之鋼板，其中該鋼 板塊含低於3重量％Ni，且另外含〇 . 5重量％至 2 . 5 重量 ％ Μ η。 1 8 .根據申請專利範圍第1 5項之鋼板，其另外含 至少一種選自包括下列之添加物：（i )至多1 · 0重量 % C r , (ii)至多 0.5 重量 ％Si， ( iii ) 0 · 0 2 重量％至0 . 10重量，及（iv)至多2 . 5重量％ Μ η 。 1 9 根據申請專利範圍第1 5項之鋼板，其另外含 0 . 0004 重量％至0 . 0020 重量％Β。 2 0 .根據申請專利範圍第1 5項之鋼板，其中該微 疊層化微結構經由熱機械控制輥軋處理最適化，在該微細 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) *ιτ. 線 經濟部智慧財4局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > Α4現格（2丨0 X 297公釐） -4- 454040 ABCD 六、申請專利範圍 粒化麻田散鐵及微細粒化下變韌鐵以板條及該奧氏體鐵膜 層之間提供大量的高角晶界，使裂紋路徑扭曲實質上最大 化。 2 1 .—種強化鋼板抗裂紋傳導性之方法，該方法包 括處理該鋼板而產生微疊層化微結構（該微結構含2體積 %至1 0體積％奧氏體鐵膜層及9 0體積％至9 8體積％ 主要爲微細粒化麻田散鐵及微細粒化下變韌鐵），該微疊 層化微結構經由熱機械控制輥軋處理最適化，在該微細粒 化麻田散鐵及微細粒化下變韌鐵以板條及該奧氏體鐵膜層 之間提供大量的高角晶界，使裂紋路徑扭曲實質上最大化 0 2 2 .根據申請專利範圍第2 1項之方法，經由添加 至少1 . 0重量及至少〇 . 1重量％cu，及實質 上減少添加B C C安定化元素，可使其中該鋼板之抗裂紋 傳導性經進一步增強，且該鋼板當焊接時的H A Z之抗裂 紋傳導性經增強。 請 先 閱 之 注 意 事 項 存 寫 本 頁 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨Ο X 297公嫠）