TWI226373B

TWI226373B - Ultra-high strength ausaged steels with excellent cryogenic temperature toughness

Info

Publication number: TWI226373B
Application number: TW088121703A
Authority: TW
Inventors: Jayoung Koo; Narasimha-Rao V Bangaru; Glen A Vaughn; Raghavan Ayer
Original assignee: Exxon Production Research Co
Priority date: 1998-12-19
Filing date: 1999-12-10
Publication date: 2005-01-11
Also published as: GB0114062D0; DZ2972A1; UA71942C2; DE19983821T1; GB2361012A; PE20001530A1; SE523868C2; CA2353984A1; CO5111039A1; EP1169485A4; EP1169485A2; BR9916384A; FI20011289A; DK200100943A; MY116058A; CN1331757A; ID29176A; AT410445B; FI113551B; TNSN99240A1

Description

1226373 A7 B7 五、發明說明（1) 發明範疇 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明有關一種超高強度而可焊接之低合金鋼，焊接曰寸’底板及熱影響區（H A Z )具有優越之低溫|刃性。此外，本發明有關一種製造該鋼板之方法。發明背景各種辭彙皆定義於以下說明書中。爲簡便計，辭彙解釋係提供於本文，申請專利範圍之前。高壓揮發性流體經常需於低溫即低於約- 4 0 °C ( - 4 0 °F )之溫度下儲存及運輸。例如，需要可於約 1035Kpa (150絕對壓力）至約759〇KPa 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (1 1 0 0絕對壓力）之寬幅範圍壓力下及約一 1 2 3 °c (一 1 9 0 °F )至約一 6 2 °C ( — 8 0 °F )範圍內之溫度下儲存並運輸高壓液化天然氣（P LNG)之容器。亦需要可安全且經濟地於低溫下儲存及輸送其他具有高蒸汽壓之揮發性流體的容器，諸如甲烷、乙烷、及丙烷。由焊接鋼構成容器時，該鋼需同時於該基本鋼材及H A Z上，於操作條件下具有適當之強度以承受流體壓力，及適當之韌性以防止起始斷裂，即，損壞。該塑性-脆性轉變溫度（D B T T )描繪結構鋼中之兩種斷裂過程。於低於D B T T之溫度下’易因低能解理 (脆性）斷裂而於該鋼中產生損壞，而於高於該〇 B T T 之溫度下，易因高能塑性斷裂而於該鋼中產生損壞。用以構成前述低溫應用及其他負載低溫設施使用之儲存及輸送本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -4 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1226373 A7 B7 五、發明說明（2) 容器之焊接鋼於基本鋼材及H A Z中同時需具有遠低於使用溫度之D B T T，以避免因低能解理斷裂而損壞。習用於低溫結構應用之含鎳鋼例如鎳含量高於約3重量百分比之鋼，具有低D B T T，但亦具有相對低之抗張強度。市售3 · 5重量百分比Νι 、5 · 5重量百分比之 N i及9重量百分比之N i鋼一般具有個別約一 1 〇〇 t： (―15〇°F) 、一 155π(—15〇°Ρ)&-175 °C ( — 2 8 0 °F )之D Β Τ Τ，及個別高達約4 8 5 MPa ( 7 0 k s i ) 、62〇MPa (9〇ksi)及 8 3 0 M p a ( 1 2 0 k s i )之抗張強度。爲了結合強度及韌性，此等鋼通常進行昂貴之處理，例如雙重退火。就低溫應用而言，則工業界目前係使用此等市售之鎳鋼，因其於低溫下具有良好韌性，但需針對其相當低之抗張強度進行設計。該設計通常需要負載低溫應用提供過量之鋼厚度。因此，於負載低溫應用中使用此等含鎳鋼易因鋼所需之厚度導致高成本而變得昂貴。另一方面，數種市售技藝界低及中碳高強度低合金（ HSLA)鋼例如AI S I 4320或4330具有提供優越之抗張強度（例如高於8 3 Ο Μ P a ( 1 2 0 k s i ))及低成本之潛能，但其D B T T通常相當高，尤其是以焊接熱影響區（Η A Ζ )中爲然。此種鋼材通常具有焊接性及低溫韌性隨抗張強度之增加而降低之傾向。是故’目前市售之技藝界H S L A鋼材通常不視爲可供低溫應用。此等鋼材中H A Z之高D B T T通常係因焊接熱本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一裝--------訂---------_ -5- 1226373 A7 B7 五、發明說明（3) 循環而自粗晶粒且於臨界間再加熱之H A Z (即自約A。i 轉相溫度加熱至約A。3轉相溫度之H A Z )形成不期望之顯微結構（參照辭彙中A。：及A。3轉相溫度之定義）。 D B T T隨著該H A Z中晶粒尺寸及脆化顯微結構成分諸如馬氏體-奧氏體（Μ A )島狀物之增加而大幅增高。例如，供油及氣體輸送使用之技藝界H S L A鋼材X 1 〇 0 管路中H A Z之D B T T係高於約一 5 0 °C ( — 6 0 °F ) 。故激發了發展新鋼材之能量儲存及輸送課題，結合前述市售含鎳鋼之低溫韌性與H S L A之高強度及低成本，同時亦提供優越之焊接性及所需之厚區段能力，即提供實質所需之顯微結構及性質（例如強度及韌性）之能力，尤其是等於或大於約2 5毫米（1英吋）之厚度。於非低溫應用中，大部分市售技藝界低及中碳 H S L A鋼材因其於高強度下之相對低韌性而部分視其強度而設計，或經加工成較低強度，以得到可接受之韌性。於工程應用中，此等硏究導致區段厚度增加，因此，在與可充分利用H S L A鋼材之高強度潛能的情況相比，產生較高組件重量及所致之較高成本◦於部分臨界應用中，諸如高性能齒輪，使用含有高於約3重量百分比N i之鋼材 (諸如 AISI 48XX、SAE 93XX 等）以保持充分韌性。此項硏究爲達到H S L A鋼材之優越強度而實質犧牲成本考量。使用標準市售H S L A鋼材所產生之另一項問題係爲HA Z中之氫裂化，尤其是使用低熱輸入焊接時。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -f - -· _ _ I _ — _ _ ^ _____I I I I _ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -6 - 1226373 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（4) 因此對於在低合金鋼材中於高及超高強度下低成本地增進韌性具有重要之經濟趨動力及明確之工程需求。尤其需要合理價格之鋼材，具有超高強度，例如高於約8 3 0 Μ P a ( 1 2 0 k s i )之抗張強度，及優越之低溫韌性 ’例如低於約一 6 2 °C ( — 8 0 °F )之D B T T，於橫向試驗之底板（參照辭彙中橫向之定義）及於H A Z中皆然，以使用於工業低溫應用。結果，本發明主要目的係於三個關鍵方向改善技藝界高強度、低合金鋼技術於低溫之應用性：（i )使底板橫向中及焊接H A Z中之D B T T降至低於約一 6 2 °C ( —80°F) ，（ii)達成高於 830MPa(120 k s i )之拉張強度，及（i i i )提供優越之焊接性。本發明其他目的係使前述H S L A鋼具有厚區段能力，以等於或大於約2 5毫米（1英吋）之厚度爲佳，並使用目前之加工技術，使得此等鋼可工業化應用於低溫方法中。發明槪述與前述本發明目的相同地，提出一種處理方法，其中具有所需化學之低合金鋼錠係再加熱至適當之溫度，熱軋以形成鋼板，迅速冷卻，熱軋結束時’使用適當之流體諸如水驟冷至適當之驟冷終止溫度（Q s τ )，以產生一顯微結構，包括（i )主要之細晶粒下貝氏體、細晶粒板條馬氏體、細晶粒貝氏體（F G B )、或其混合物，及（ i i )最高約1 0體積百分比之殘餘奧氏體。本發明之本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一裝--------訂---------· 1226373 A7 B7 經濟部智慧財J局員工消費合作社印制农五、發明說明（5) F G B係爲一聚集體，包括貝氏體鐵酸鹽主成分（至少約 5 0體積百分比）及馬氏體及殘餘奧氏體之混合物粒子次要成分（低於學5 0體積百分比）。用以描述本發明及申請專利範圍中之“主要地”、“主要”及“主要的”皆意指至少約 5 ◦體積百分比，而“次要”意指低於約5 0體積百分比。

就本發明之處理步驟而言：部分具體實例中，適當之 Q S T係爲環境溫度。其他具體實例中，適當之Q S T係爲高於環境溫度之溫度，而驟冷之後係適當地緩緩冷卻至環境溫度，如下文所詳述。其他具體實例中，適當之 Q S T可低於環境溫度。本發明之一具體實例中，驟冷至適當之Q S T之後，鋼板藉著空氣冷卻而緩緩冷卻至環境溫度。另一具體實例中，鋼板係保持實質等溫於Q S T歷經最長約五（5 )分鐘，之後空氣冷卻至環境溫度。另一具體實例中，該鋼板係於低於約1 · 0 t每秒（1 · 8 °F /秒）之速率下緩緩冷卻長達約五（5 )分鐘，之後空氣冷卻至環境溫度。描述本發明時，驟冷意指藉任何方式加速冷卻，與將該鋼材空氣冷卻至環境溫度相反地，以採用易增加該鋼材之冷卻速率的流體。根據本發明加工之鋼錠係以習用方式製造，於一具體實例中，包含鐵及以下合金元素，以列示於下表I中之重量範圍內爲佳：本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----------裝-----I---訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -8 - 1226373 A7 B7 五、發明說明（6 )

轰I 合金元素範圍（重量百分比）碳（c) 0.03-0.12,更佳係 0.03-0.07 錳（Μη) 最高2.5,更佳1.(Μ.8 鎳（Νι) 1.0-3.0,更佳 1.5-3.0 銅（Cu) 最高1·〇,更佳最高0.1-1.0,更佳0.2-0.5 鉬（Mo) 最高〇.〇8,更佳 0.1-0.8,更佳 0.2-0.4 鈮（Nb) 〇·〇1-0.1，更佳 0.02-0.05 鈦（Τι) 0.008-0.03,更佳 0.01-0.02 銘（Α1) 最高約〇.〇5,更佳〇.〇ool-o.〇5,更佳 0.005-0.3 氮（Ν) 〇.〇〇 1 -0.005,更佳 0.002-0.003 鉻（C r )係視情況添加於鋼材中，以最高約1 . 〇重量百分比爲佳，約0 · 2重量百分比至約〇 . 6重量百分比更佳。矽（S i )視情況添加於該鋼中，較佳最高約〇 . 5重量百分比，更佳約0 · 〇 1重量百分比至約〇 . 5重量百分比 ’更佳約0 · 0 5重量百分比至約〇 . 1重量百分比。該鋼較佳含有至少約1重量百分比之鎳。該鋼之鎳含量可視情況增加至高於約3重量百分比，以增進焊接後之性能。預期每添加重量百分比之鎳可使該鋼之D B T T降低約1 0 °C ( 1 8 T )。鎳含量較佳係低於9重量百分比，低於約6重量百分比更佳。鎳含量較佳係最小化，以使鋼之成本最小化。若鎳含量增加至高於約3重量百分比，本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一裝--------訂---------· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -9 - 1226373 A7 B7 五、發明說明（7 ) 則錳含量可降低至低於約〇 . 5重量百分比至0 . 〇重量百分比。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 硼（B )視情況添加於鋼中，較佳係最高約 ◦ ·〇 0 2 0重量百分比，更佳約0.0 0 0 6重量百分比至約〇 . 0 0 1 5重量百分比。此外，殘留物較佳實質於該鋼中最小化。磷（P )含量較佳係低於約0 . 0 1重量百分比。硫（S )含量較佳係低於約0 . 0 0 4重量百分比。氧（〇）含量較佳係低於約〇·〇 0 2重量百分比。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製本發明所得之特定顯微結構係同時視該合金鋼錠之化學組成及處理該鋼所使用之實際處理步驟而定。例如，在不限制本發明下，所得之部分特定顯微結構如下。於一具體實例中，產製一顯微結構，包括主要之經回火細晶粒板條馬氏體、經回火之細晶粒下貝氏體、或其混合物。此具體實例之另一成分可包括細晶粒貝氏體（F G B )、多邊形鐵酸鹽（P F )、變形鐵酸鹽（D F )、針狀鐵酸鹽（ AF)、上貝氏體（UB)、退化上貝氏體（DUB)等，所有皆爲熟習此技藝者已知。此具體實例提供一般超過約930 MPa (135ks 1)之抗張強度◦本發明另一具體實例中，該鋼板係具有一顯微結構，包括主要之 F G B。構成該顯微結構之其他成分可包括經回火之細晶粒板條馬氏體、細晶粒下貝氏體、殘餘奧氏體（R A )、 PF、DF、AF、UB、DUB等。此具體實例提供通常介於本發明下限範圍內之抗張強度，即約略且大於本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -10- A7 1226373 B7 五、發明說明（8 ) 8 3 〇 Μ P a ( 1 2 0 k s i )之抗張強度。如本發明所詳述，N C値—一由該鋼之化學所定義之因子（進一步討論於本發明及辭彙中）亦影響本發明鋼材之強度及厚區段能力，及顯微結構。而且，與本發明前述目的相同地，根據本發明加工之鋼材特別適用於許多低溫應用，其中就厚度約2 5毫米（ 1英吋）及較大之鋼板而言，該鋼材具有以下特徵，以不限制本發明爲佳：（i )於底板橫向及焊接H A Z中， D B T T低於約一 6 2 t： ( — 8 0 °F )，以低於約一 7 3

°C ( — 1 〇〇 °F )爲佳，低於約一1 0 0 °C (— 1 5 0 °F )爲佳，而低於一 1 2 3 t： ( — 1 9 0 °F )更佳，（i i )抗張強度大於約8 3〇M p a ( 1 2 0 k s i )，以大於約8 6〇M p a ( 1 2 5 k s i )爲佳，大於約9 Ο〇 ^1?3(13〇1^8 1)更佳，而大於約1〇〇〇“？3 (1 4 0 k s i )更佳，（i i i )較優越之焊接性，及（ i v )較標準市售H S L A鋼材改善之韌性。圖式簡單說明參照以下詳述及附圖可進一步明瞭本發明之優點，其中：圖1 A係爲連續冷卻轉相（C C T )圖，顯示本發明於鋼材中產生微分層顯微結構之奧氏體時效化方法；圖1 B係爲連續冷卻轉相（C C T )圖，顯示本發明於鋼材中產生F G B顯微結構之奧氏體時效化方法；本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----1 —------裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -11 - 1226373 A7 B7 五、發明說明（9 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖2 A (先前技藝）係爲一流程圖，顯示於習用鋼材中下貝氏體及馬氏體之混合顯微結構中經由板條邊界使解理斷裂擴張；圖2 B係顯示因爲本發明鋼材中之微分層顯微結構中存在殘餘奧氏體相而導致扭曲斷裂通道之示意圖；圖2 C係爲說明本發明鋼材中F G B顯微結構中之扭曲斷裂通道的示意圖；圖3 A係爲說明本發明鋼錠於再加熱後之奧氏體晶粒尺寸的示意圖；圖3 B係爲鋼錠根據本發明於其中奧氏體再結晶之溫度範圍內熱軋後，但於其中奧氏體非再結晶之溫度範圍內熱軋之前的先前奧氏體晶粒尺寸（參照辭彙）的示意圖；圖3 C係爲說明本發明鋼板於完成T M C P軋壓時，於奧氏體中之長型渣餅結構的示意圖，整體厚度取向中有極細之有效晶粒尺寸；圖4係爲透射式電子顯微相片，顯示鋼板中之微分層顯微結構，表Π中列爲A 3 ;且經濟部智慧財產局員工消費合作社印製圖5係爲透射式電子顯微相片，顯示鋼板中之F G B 顯微結構，表Π中以A 5表示。主要元件對照 20 低角度邊界 21 貝氏體鐵酸鹽 22 板條本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -12- 1226373 A7 B7 五、發明說明（10 23 殘餘奧氏體 24 裂縫 25 裂縫 26 裂縫 27 高角度邊界 28 板條 29 高角度邊界 30 殘餘奧氏體膜層 32 ^ 經再熱鋼錠 3 2" 鋼板 32 m 經精軋鋼板 33 高角度邊界 D 平均奧氏體晶粒尺寸 D /r 平均先前奧氏體晶粒尺寸 D ", 有效晶粒尺寸 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I裳--------訂-----1 Φ. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製雖已針對較佳具體實例描述本發明，但已知本發明不限於此。相反地，本發明涵蓋所有包括於本發明精神及範圍內之所有備擇物、修飾物及同等物，如申請專利範圍所定義。發明詳述本發明有關符合前述挑戰之新穎鋼材的發展。本發明係基於鋼材化學及處理之新穎組合，用以同時提供特性及本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -13- 1226373 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（11 ) 顯微結構韌性，以降低D B T T及增加高抗張強度下之韋刃性。特性韌性係本發明所詳述之鋼材中臨界合金元素的明智平衡達成。顯微結構韌化係由極細有效晶粒尺寸及促進微分層顯微結構而形成。本發明根據兩種方式完成有效細晶粒尺寸。首先，使用下文所詳述之熱機械控制軋壓處理（“ T M C P ”），以於該T M C Ρ處理中軋壓終止時於奧氏體中建立渣餅結構。此係本發明顯微結構之整體精煉中的重要第一步驟。其次 ’經由奧氏體渣餅轉相成微分層結構、F G Β或其混合物之群集，以使奧氏體渣餅進一步精煉。用以描述本發明之 ''有效晶粒尺寸〃意指於本發明T M C Ρ處理中完成軋壓後之奧氏體渣餅厚度，且個別意指在該奧氏體渣餅完全轉相爲微分層結構或F G Β群集時之平均群集寬度或平均晶粒尺寸。如下文所詳細討論，圖3 C中之D m係說明於本發明T M C P處理中完成軋壓時之渣餅厚度。群集係於該渣餅內部形成。圖中未說明群集寬度。此項聯合硏究提供極細之有效晶粒尺寸，尤其是於本發明鋼板之厚度取向上〇現在參照圖2 Β，本發明具有主要微分層顯微結構之鋼材中，該主要微分層顯微結構係包括交替板條2 8，或爲細晶粒下貝氏體或爲細晶粒板條馬氏體或其混合物，及殘餘奧氏體膜層3 0。該殘餘奧氏體膜層3 0之平均厚度以小於該板條2 8之平均厚度的約1 0百分比爲佳。該殘餘奧氏體膜層3 0以小於約1 0毫微米更佳，而板條2 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ,----r--------裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -14- 1226373 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（12 ) 之平均厚度係約〇 · 2微米。細晶粒板條馬氏體及細晶粒下貝氏體係群集產生於由數個相同取向板條所組成之奧氏體渣餅內。一般一渣餅內有一個以上之群集，而群集本身係由約5至8板條所構成。相鄰群集係由高角度邊界分隔。該群集寬度係爲此等結構中之有效晶粒尺寸，而對於抗解理斷裂性及D B T T具有重要影響，較細之群集提供較低之D B T T。本發明中’較佳平均群集寬度係小於約5微米，更佳係小於約3微米，而更佳係小於約2微米。（參照辭彙之''高角度邊界〃定義）。參照圖2 C ’圖示FGB顯微結構——可爲本發明鋼材之主要或次要成分。本發明之F G B係爲一聚集體，包括貝氏體鐵酸鹽2 1主成分及馬氏體及殘餘奧氏體2 3之混合物粒子的次要成分。本發明之F G B具有極細之晶粒尺寸’模擬前述細晶粒板條馬氏體及細晶粒下貝氏體顯微結構之平均群集寬度。該F G B可於驟冷至Q S T期間及 /或等溫地保持於Q S T期間及/或緩緩自Q S τ冷卻期間於本發明鋼材中形成，尤其是厚度^ 2 5毫米板之中心，於該鋼材中總合金量低及/或若該鋼材不具有充分之、、有效〃硼即未緊縛於氧化物及/或氮化物中之硼--的情況下。此等情況下，視該驟冷之冷卻速率及整體板化學而定，F GB可或爲次要或爲主要成分。本發明中， F G B之較佳平均晶粒尺寸係小於約3微米，更佳係小於約2微米，而更佳係小於約1微米。貝氏體鐵酸鹽2 1之相鄰晶粒形成高角度邊界2 7，其中該晶界分隔兩個結晶本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1 *---------^--------^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -15- 1226373 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（13) 取向相異一般大於約1 5 °之相鄰晶粒，以使此等邊界可極有效地使裂縫偏斜及促進裂縫扭曲。（參照、、高角度邊界〃之辭彙定義）。本發明之F G B中，該馬氏體較佳係具有低碳含量0.4重量百分比），具有極少或完全不具有攣晶之位錯型，含有分散之殘餘奧氏體。該馬氏體/ 殘餘奧氏體有利於韌性及D B T T。此等次要成分於本發明F G B中之體積百分比可視鋼材組成及處理而定，但較佳係低於該F G B之約4 0體積百分比，更佳係低於約 2 0體積百分比，更佳係低於約1 0百分比。F G B之馬氏體/殘餘奧氏體粒子可提供附加之裂縫偏斜及扭曲，與前文針對微分層顯微結構具體實例所說明相同。本發明 FGB之強度——預估約690至760MPa (100 至1 1 0 k s i ) -一遠低於細晶粒板條馬氏體或細晶粒下貝氏體-一視鋼材之碳含量而定，可大於約9 3 0 Μ P a ( 1 3 5 k s i )。已發現本發明鋼中碳含量約 0 . 0 3 0重量百分比至約0 . 0 6 5重量百分比，顯微結構中之F G B量（以厚度平均）較佳係限於低於約4 0體積百分比，以使該板之強度超過約9 3 0 M p a ( 1 3 5 k s i )。奧氏體時效化於本發明中用以藉著於環境溫度下促進所需殘餘奧氏體膜層之保留而形成微分層顯微結構。如^ 習此技藝者已知，奧氏體時效化係爲一種方法，其中奧氏體之時效化係於轉相成下貝氏體及/或馬氏體之前先藉^ 當之熱處理促進。本發明中，將該鋼板驟冷至適當之 -----r--------^^裂--------訂--------- (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)A4規格（210 X 297公釐） -16- 1226373 A7 B7 五、發明說明（14) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) Q S T，之後於環境空氣中緩緩冷卻，或經由其他前述緩緩冷卻方式，直至環境溫度，以促進奧氏體時效化。技藝界中已知奧氏體時效化促進奧氏體之熱安定化，依序於該鋼材實質冷卻至環境或低溫時，導致奧氏體之保留。本發明獨特之鋼材化學與處理之組合，於貝氏體開始轉相時提供充分之延遲時間，驟冷終止後，使該奧氏體適當地時效化，而於該微分層顯微結構中保留該奧氏體膜層。例如，參照圖1 A，經本發明處理之鋼材的一具體實例，於所示溫度範圍內進行受控軋壓2 (如下文所詳述）；該鋼材自驟冷始點6進行驟冷4直至終止驟冷點（即Q S T ) 8。驟冷於終止驟冷點（Q S T ) 8終止後，（i )於一具體實例中，鋼板係實質保持等溫於Q S T歷經一段時間，較佳高達約5分鐘，之後空氣冷卻至環境溫度，如虛線1 2 所說明，（i i )於另一具體實例中，該鋼板係於低於約 1 . 0 °C每秒（1 . 8 °F /秒）速率下自Q S T緩鍰冷卻最長達約5分鐘，之後使該鋼板空氣冷卻至環境溫度，如點線 1 1所示，（1 1 1 )於另一具體實例中，該鋼板可經空經濟部智慧財產局員工消費合作社印製氣冷卻至環境溫度，如虛線1 0所示。於不同處理具體實例的任一方法中，於該下貝氏體區1 4中形成下貝氏體板條且於馬氏體區1 6中形成馬氏體板條之後’保持奧氏體膜層。上貝氏體區域1 8及鐵酸鹽/珠光體區1 9較佳實質最小化或避免。參照圖1 B，根據本發明處理之鋼材的另一具體實例，即具有異於圖1 A所示之處理之鋼材化學的鋼材，其處理係出示於圖1 A中’於所示之溫度範圍內 17- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1226373 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（15 ) 進行受控軋壓2 (如下文所詳述）；之後該鋼材自驟冷始點6進行驟冷4至終止驟冷點（即Q S T ) 8。驟冷於終止驟冷點（Q S T ) 8終止後，（1 )於一具體實例中，鋼板係實質保持等溫於Q S T歷經一段時間，較佳高達約 5分鐘，之後空氣冷卻至環境溫度，如虛線1 2所說明， (i i )於另一具體實例中，該鋼板係於低於約1 . 〇 °C每秒（1· · 8 °F /秒）速率下自Q S T緩鍰冷卻最長達約5分鐘，之後使該鋼板空氣冷卻至環境溫度，如點線1 1所示，（i 1 i )於另一具體實例中，該鋼板可經空氣冷卻至環境溫度，如虛線1 0所示。於不同處理具體實例的任一方法中，於該下貝氏體區1 4中形成下貝氏體板條且於馬氏體區1 6中形成馬氏體板條之前，於FGB區1 7中形成FGB。上貝氏體區（未出示於圖1 B中）及鐵酸鹽/ 珠光體區1 9較佳係實質最小化或避免。於本發明鋼材中，因本發明所述之鋼材化學與處理的新穎結合，而促進奧氏體時效化。該微分層顯微結構之貝氏體及馬氏體成分及殘餘奧氏體相係經設計，以利用細晶粒下貝氏體及細晶粒板條馬氏體之優越強度貢獻，及殘餘奧氏體之優越抗解理斷裂性。該微分層顯微結構經最佳化，以於裂縫通路中實質使扭曲最大化，而促進抗裂縫擴張性，以提供重要之顯微結構韌化。本發明F GB中之次要成分，即馬氏體/殘餘奧氏體粒子，作用方式多參照微分層結構，以提供增高之抗裂縫本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1 - ------裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -18- 1226373 Α7 Β7 五、發明說明（16) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 擴張性。此外，於F G B中，該貝氏體鐵酸鹽/貝氏體鐵酸鹽界面及馬氏體-殘餘奧氏體粒子/貝氏體鐵酸鹽界面係爲高角度界面，對於增進裂縫扭曲極爲有效，因此亦促進抗裂縫擴張性。根據前文，提供一種製備超高強度鋼板之方法，其具有一顯微結構，包括主要細晶粒板條馬氏體、細晶粒下貝氏體、· F G B或其混合物，其中該方法包括步驟有：（a )加熱一鋼錠至一再熱溫度，足使（i )使該鋼錠實質均質化，（i i )溶解該鋼錠中之實質所有鈮及釩之碳化物及碳氮化物，及（i i 1 )於該鋼錠中建立原始之奧氏體細晶粒；（b )壓縮該鋼錠，以於其中奧氏體再結晶之第一個溫度範圍內於一或多個熱軋程中形成鋼板；（c )於低於約該T n r溫度且高於約A r 3轉相溫度之第二個溫度範圍內於一或多個熱軋程中進一步壓縮該鋼板；（d )於每秒至少約1 0 °C每秒（1 8 °F /秒）之冷卻速率下驟冷該鋼板，至低於約5 5 0 °C ( 1 0 2 2 °F )之驟冷終止溫度 (Q S T )，較佳係高於約1 〇〇 °C ( 2 1 2 °F )，而低於約M s轉相度溫度加1 〇〇 °C ( 1 8 0 °F )且高於約該經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 M s轉相度溫度更佳；及（e )終止該驟冷。該Q S T亦可低於M s轉相度溫度。此情況下，前述奧氏體時效化現象仍可應用於在Q S Τ下部分轉相成馬氏體後仍殘留之奧氏體。其他情況下，該Q S Τ可爲環境溫度或較低，其中部分奧氏體時效化仍可於驟冷成此Q S Τ之期間發生。於一具體實例中，本發明方法另外包括使該鋼板自Q S Τ經本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -19- 1226373 Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（17) 空氣冷卻至環境溫度之步驟。另一具體實例中，本發明方法另外包括使該鋼板保持實質等溫於Q S T長達約5分鐘，之後使該鋼板經空氣冷卻至環境溫度之步驟。於另一具體實例中，本發明另外包括於低於約1 . 0 °C每秒（1 . 8 ΐ /秒）之速率下自該Q S Τ緩緩冷卻該鋼板歷經最長約5 分鐘，之後使該鋼板經空氣冷卻至環境溫度之步驟。此種處理有利於該鋼板實質轉相成一顯微結構，主要爲細晶粒板條馬氏體、細晶粒下貝氏體、F G Β或其混合物。（參照辭彙中對T n r溫度及A r 3及M s轉相溫度之定義）。爲了確定大於9 3 Ο Μ P a ( 1 3 5 k s i )之高強度及環境溫度及低溫韌性，本發明之鋼材較佳係具有一微分層顯微結構，包括主要之細晶粒下貝氏體、細晶粒板條馬氏體、或其混合物，及最高約1 0體積百分比之殘餘奧氏體膜層。該顯微結構包括至少約6 0體積百分比至約 8 0體積百分比之細晶粒下貝氏體、細晶粒板條馬氏體、或其混合物更佳。而該顯微結構包含至少9 0體積百分比細晶粒下貝氏體、細晶粒板條馬氏體、或其混合物更佳。該顯微結構之其餘部分可包括殘餘奧氏體（R A )、 FGB、PF、DF、AF、UB、DUB 等。就較低強度即低於約9 3 0 M p a ( 1 3 5 k s i )但高於約 830Mpa (120ksi)而言，該鋼可具有一顯微結構，主要包括F G B。其餘顯微結構可包括細晶粒下貝氏體、細晶粒板條馬氏體、R A、P F、D F、A F、 U Β、D U B等。本發明所有具體實例中，較佳係實質使 (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) _裝 II--訂 — — — — —---- %· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -20- 1226373 A7 B7 五、發明說明（18) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 鋼材中脆化成分諸如U B、攣晶馬氏體及Μ A之形成最小化（低於該顯微結構之約1 〇體積百分比，以低於約5體積百分比更佳）。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製本發明之一具體實例係包括一種製備鋼板之方法，其具有一微分層顯微結構，主要包括約2體積百分比至約 1 0體積百分比之奧氏體膜層及約9 0體積百分比至約 9 8體積百分比之板條，主要爲細晶粒馬氏體及細晶粒下貝氏體，該方法包括步驟有：（a )加熱一鋼錠至一再熱溫度，足使（1 )使該鋼錠實質均質化，（i i )溶解該鋼錠中之實質所有鈮及釩之碳化物及碳氮化物，及（ i i i )於該鋼錠中建立原始之奧氏體細晶粒；（b )壓縮該鋼錠，以於其中奧氏體再結晶之第一個溫度範圍內於一或多個熱軋程中形成鋼板；（C )於低於約該T n r溫度且高於約A r 3轉相溫度之第二個溫度範圍內於一或多個熱軋程中進一步壓縮該鋼板；（d )於每秒至少約1 〇 °C每秒至4 0 °C每秒（1 8 °F /秒—7 2 °F /秒）之冷卻速率下驟冷該鋼板，至一驟冷終止溫度，低於約M s轉相溫度加1 0 0 t： ( 1 8 0 °F )而高於M s轉相溫度；及（e ) 終止該驟冷，該步驟係之進行係利於該鋼板轉相成一微分層顯微結構，約2體積百分比至約1 0體積百分比之奧氏體膜層及約9 0體積百分比至約9 8體積百分比之主要細晶粒奧氏體及細晶粒下貝氏體之板條。鋼錠之處理本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -21 - 1226373 Α7 Β7 五、發明說明（19) (1 ) D B T T之降低 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 於底板之橫向及於該H A Z中達成低D B T T例如低於約一 6 2 °C ( — 8 0 °F )對於發展低溫應用之新穎 H S L A鋼而言係爲關鍵性之挑戰。技術性挑戰係爲於現存H S L A技術中保持/增加該強度，而降低D B T T，尤其是於H A Z中。本發明採用合金及處理之組合，以同時改變特性及顯微結構對於抗裂性之影響，以產製於底板及H A Z中具有優越之低溫性質的低合金鋼，如下文所描述。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製本發明中，顯微結構韌化係用以降低底板鋼材之 D B T T。此種顯微結構韌化係在於精煉奧氏體晶粒尺寸、經由熱機械受控軋壓處理（T M C P )修飾晶粒形態、及於該細晶粒內產製微分層及/或細晶粒貝氏體（F G Β )顯微結構，皆針對於在鋼板中促進該高角度邊界之每單元體積的界面間面積。如熟習此技藝者已知，本發明所使用之''晶粒〃意指多晶形材料中之個別結晶，而、'晶界〃意指於金屬中對應於自一結晶取向轉變成另一者之狹幅區域，而使晶粒彼此分隔。本發明所使用之 ''高角度晶界〃係爲分隔兩個結晶取向彼此相異大於約8 °之相鄰晶粒的晶界。而且，本發明所使用之“高角度邊界”係有效地作爲高角度晶界，即傾向使裂縫或斷製轉折之邊界，因此於斷裂通道中誘導扭曲。 TMC Ρ對於該高角度邊界每單位體積之整體界面面積S ν之影響係由下式定義：本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -22- 1226373 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（2Q) = + i? + —^ + 0.63(r — 3〇) 其中： d係爲經熱軋壓之鋼板於其中奧氏體非再結晶之溫度範圍中軋壓之前的平均奧氏體晶粒尺寸（於奧氏體晶粒尺寸之前）； R係爲縮小比例（原始鋼錠厚度/最終鋼錠厚度）；且 r係爲該鋼材因於其中奧氏體非再結晶之溫度範圍內熱軋壓而導致厚度壓縮的百分比。技藝界已知隨著鋼材之S v的增加，D B T T降低，因爲該高角度邊界上斷製通道中之斷裂偏斜及伴生之扭曲所致。市售T M C P實驗中，對特定板厚而言，R値固定，而r値之上限一般係爲7 5。於R及r之特定固定値下，S v可僅因降低d而實質增加，如同前式所示。於本發明鋼材中減少d時，T 1 - N b微量合金係與經最佳化之 T M C P結合使用。就於熱軋/變形期間相同減少總量而言，具有原始較細平均奧氏體晶粒尺寸之鋼材導致較細之最終平均奧氏體晶粒尺寸。因此，於本發明中，Τ 1 -N b添加量係針對低再熱實驗而最佳化，同時於T M C Ρ 期間產生所需之奧氏體晶粒生長抑制。參照圖3 A ’使用相對低再熱溫度——較佳係介於約9 5 5 °C及約1 1 〇〇 °C之間（1 7 5 Ο T — 2 0 1 2 T )以於熱變形之前’於經再熱鋼錠3 2 —中得到小於約1 2 0微秒之平均奧氏體 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一裝--------訂---------. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -23- 1226373 Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（21 ) 晶粒尺寸D / 。本發明之處理避免因於習用T M C P中使用較高之再加熱溫度即高於約1 1 0 0 t： ( 2 0 1 2 °F ) 而使奧氏體過度生長。爲了促使動態再結晶誘導晶粒精煉，於其中奧氏體再結晶之溫度範圍內的熱軋期間，採用大於約1 0百分比之每程負荷減量。現在參照圖3 B，本發明處理於鋼錠3 2 “中，於其中奧氏體再結晶之溫度範圍內熱軋（變形）之後，但於其中奧氏體非再結晶之溫度範圍內熱軋之前，提供小於約5 0微米之平均前奧氏體晶粒尺寸D “（即d )，以小於約3 0微米爲佳，小於約2 0微米更佳，而小於約1 0微米更佳。此外，爲於整體厚度取向產生有效晶粒縮小，於低於約T n r溫度但高於約A r 3轉相溫度之溫度範圍內進行負載壓縮，以超過約7 0百分比累積量爲佳。現參照圖3 C，本發明T M C P於經精軋鋼板 3 2 中之奧氏體中形成長型渣餅結構，於整體厚度取向中具有極細之有效晶粒尺寸D ，例如，有效晶粒尺寸 D…小於約1 0微米，以小於約8微米爲佳，而小於約5 微米更佳，而小於約3微米更佳，以促進鋼板3 2 m中每單元體積之高角度邊界例如3 3之界面面積，如熟習此技藝者已知。（參照辭彙中 ''整體厚度取向〃之定義）。爲使機械性質中之各向異性大致最小化及促進橫向之韌性及D B T T，較佳係使奧氏體渣餅寬高比即渣餅長度相對於渣餅厚度之平均比例最小化。本發明經由前述 T M C P處理參數之控制，使得渣餅之寬高比保持低於約 1〇0，以低於約7 5爲佳，低於約5 0更佳，而低於約本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---------------裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 24- 1226373 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（22) 2 5更佳。詳g之’本發明鋼材係藉著如本發明所述般地形成具有所需組成之扁錠；將該錠加熱至由約9 5 5至約 1 1 0〇°C ( 1 7 5〇°F — 2〇1 2 T )之溫度，以由約 955 °〇至約 1065。〇(1750 卞一1950 卞）爲佳；熱軋該錠以於一或多程中形成鋼板，以於其中奧氏體再結晶之第一個溫度範圍內（即高於約T n r溫度）提供約3 0百分比至約7 0百分比之壓縮，再於低於約τ n r 溫度且高於約A r 3轉相溫度之第二個溫度範圍內熱軋該鋼板一或多程，以提供約4 0百分比至約8 0百分比之壓縮。經熱軋之鋼板於至少約1 〇 °C每秒（1 8 Τ /秒）之冷卻速率下驟冷，至低於約5 5 0 °C ( 1 〇 2 2 °F )之適當Q S T，於此時終止該驟冷。用以驟冷至q S τ之冷卻速率以快於約1 0 °C每秒（1 8 °F /秒）爲佳，而快於約 2 0 °C每秒（3 6 °F /秒）更佳。在不限制本發明下，本發明一具體實例中之冷卻速率係約1 〇 °C每秒至約4 0 °C 每秒（1 8 °F /秒一 7 2 °F /秒）。本發明之一具體實例中，該鋼板係自Q S T經空氣冷卻至環境溫度，如圖1 A 及圖1 B中之虛線所示。另一具體實例中，本發明另一具體實例中，驟冷終止後，該鋼板實質保持等溫於Q S T歷經一段時間，較佳長達約5分鐘，之後經空氣冷卻至環境溫度，如圖1 A及圖1 B中之虛線1 2所說明。圖1 A及 1 B之虛線1 1所說明之另一具體實例中，該鋼板係於較空氣冷卻慢之速率下自Q S T緩緩冷卻，即於低於約1 t Λ J . I --------訂--------- (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)A4規格（210 X 297公釐） -25- 1226373 A7 B7 五、發明說明（23) 每秒（1 . 8 °F /秒）之速率下，以長達約5分鐘爲佳。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 該鋼板可藉任何方式實質保持等溫於Q S T ’如熟習此技藝者已知，諸如於該鋼板上放置一熱覆層。該鋼板可於驟冷藉任何適當之方式終止後於低於約1 °C /秒（1 · 8 °F /秒）之速率下緩緩冷卻，如熟習此技藝者已知，諸如於該鋼板上放置一絕緣覆層。如熟習此技藝者已知，本發明所使用之厚度壓縮意指鋼錠或鋼板於所述之壓縮前的厚度壓縮之百分比。在僅供說明而不限制本發明之原則下，具有約2 5 4毫米（1〇英吋）厚度之鋼錠可於第一個溫度範圍內壓縮約5 0百分比（5 0百分比壓縮），直至厚度約1 2 7毫米（5英吋 )，之後於第二個溫度範圍內壓縮約8 0百分比（8 0百分比壓縮），以得到約2 5毫米（1英吋）之厚度。本發明所使用之 > 扁錠〃意指具有任何尺寸之鋼塊。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製該鋼錠較佳係藉適當之方式加熱，以提供實質整體錠塊之溫度，較佳係整體錠塊藉著置入一爐中歷經一段時間而達到所期望之再加熱溫度。應使用於本發明任何鋼材組成物中之特定再加熱溫度可由熟習此技藝者輕易決定，或藉由實驗或使用適當之模式計算。此外，將實質整體錠塊之溫度提高至所需再加熱溫度所需之爐溫及再加熱時間可由熟習此技藝者參照標準工業刊物而輕易決定。除了施加於實質整體錠塊之再加熱溫度之外，用於描述本發明方法之高續溫度係爲於鋼材表面測得之溫度。該鋼材表面溫度可使用例如光學高溫計測量，或藉任何適用本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -26- 1226373 Α7 Β7 五、發明說明（24) 於測定鋼材表面溫度之任何其他裝置測量。本發明所使用之冷卻速率意指於該板厚度之中心，或實質中心；而驟冷終止溫度（Q S T )係爲於驟冷終止後於板面上所達到之最高或實質最高溫度，因爲熱係自該板之厚度中間傳遞。例如，於本發明鋼材組成物之實驗熱處理期間，熱偶係置於鋼板厚度之中心或實質中心，以測定中心溫度，而表面溫度係使用光學高溫計測量。中心溫度與表面溫度間之關係係於使用鋼材組成物於後續處理期間所發展，使得該中心溫度可經由直接測量表面溫度而決定。而且，該驟冷流體達成所需之加速冷卻速率所需之溫度及流速可由熟習此技藝者根據標準工業刊物決定。就本發明之任何鋼材組成物而言，界定該再結晶範圍及非再結晶範圍間之邊界的溫度-- T n r溫度係視該鋼材之化學尤其是碳濃度及鈮濃度、軋壓前之再加熱溫度、及該軋壓過程之壓縮量而定。熟習此技藝者可藉由實驗或模型計算而決定本發明特定鋼材所使用之溫度。相同地，本發明所使用之A r 3及M s轉相溫度可由熟習此技藝者針對任何鋼材藉由實驗或模型計算而決定。所描述之T M C Ρ實驗導致高S ν値。此外，再次參照圖2 Β，於奧氏體時效化期間產生之微分層顯微結構藉著於下貝氏體或板條馬氏體之板條2 8與殘餘奧氏體膜層 3 0間提供數個高角度界面2 9而進一步增加該界面面積。或，現在參照圖2 C，於本發明另一具體實例中，奧氏體時效化期間所產生之F G Β顯微結構藉著於貝氏體鐵酸本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) _裝--------訂--------- · 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -27- 1226373 A7 B7 五、發明說明（25) 鹽2 1及馬氏體及殘餘奧氏體2 3粒子間或貝氏體鐵酸鹽 2 1之相鄰晶粒間提供數個高角度界面2 7而進一步增力口界面面積，其中晶界即界面分隔兩個結晶取向一般相異約 1 5 °以上之相鄰晶粒。個別顯示於圖2 B及圖2 C中之微分層及F G B結構可同等於習用貝氏體/馬氏體板條結構，而不產生板條間殘餘奧氏體膜層，如圖2 A所示。圖示於圖2 A之習用結構之特徵爲低角度邊界2 〇 (即有效地作爲低角度晶界（參照辭彙）之邊界），例如主要下貝氏體及馬氏體之板條2 2間；因此，一旦開始解理斷裂，其可經由板條邊界2 0擴張，而極少改變取向。相反地，本發明鋼材中之微分層顯微結構，如圖2 B所示，使裂縫通道明顯扭曲。此因自例如下貝氏體或馬氏體之板條2 8 所起始之裂縫2 6例如易於各個具有殘餘奧氏體膜層3〇之高角度界面2 9上改變平面，即改變取向，因爲解理及滑動平面於貝氏體及馬氏體成分及殘餘奧氏體相中具有不同之取向。此外，殘餘奧氏體膜層3 0使形成中之裂縫

2 6變鈍，而於裂縫2 6擴張貫穿該殘餘奧氏體膜層3 0 之前進一步吸收能量。該鈍化係因數種因素而產生。首先，該FCC (本發明所定義）殘餘奧氏體不具有DBTT 性質’而剪切過程僅保留裂縫延伸機構。其次，當該負載 /應變於裂縫尖端超過特定高値時，介穩性奧氏體可經由應力或應變誘導轉相成馬氏體，而導致轉相誘導塑性（ TRIP)。該T R I P導致重要之能量吸收且降低裂縫尖端應力強度。最後，由T R I P過程形成之板條馬氏體本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 訂--------- . 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -28 - 1226373 A7 B7 五、發明說明（26) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 具有異於預先存在之貝氏體或板條馬氏體成分之解理及滑動平面取向，使裂縫通道更爲扭曲。如圖2 B所示，淨結果係爲微分層顯微結構中之抗裂縫擴張性大幅改善。再次參照圖2 C，本發明之F G B顯微結構對於裂縫偏斜及扭曲產生與參照圖2 B所描述之微分層顯微結構相同之效果，如圖2 C之裂縫2 5所示。本發明鋼材之微分層顯微結構中之下貝氏體/殘餘奧氏體或板條馬氏體/殘餘奧氏體界面及本發明鋼材F G B 顯微結構中之貝氏體鐵酸鹽晶粒/貝氏體鐵酸鹽晶粒或貝氏體鐵酸鹽晶粒/馬氏體及殘餘奧氏體粒子界面具有優越之界面鍵結強度，而此迫使裂縫偏斜，而非界面脫鍵結。該細晶粒板條馬氏體及細晶粒下貝氏體以群集形式產生，群集間具有高角度邊界。一渣餅內形成數個群集。此提供進一步之結構精煉度，促進裂縫於該渣餅內擴張貫穿此等群集。而實質增加S v，而降低D B T T。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製雖然前述顯微結構硏究可用於降低鋼底板之D B T T ，但其未能於該焊接H A Z之粗晶粒區中充分地降低 D B T T。因此，本發明提出一種使用合金元素而於焊接 H A Z之粗晶粒區中保持充分低D B T T値之方法，如下文所描述。主要之鐵酸鹽低溫鋼通常係以體心立方（B C C )晶格爲主。雖然此種結晶系統具有於低成本下提供高強度之潛能，但其隨著溫度降低而迅速地自塑性轉變爲脆性斷裂。此主因係爲該臨界分切應力（C R S S )(本發明所定本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -29- 1226373 A7 B7 五、發明說明（27) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 義）對B C C系統中之溫度的高敏感性’其中c R s s隨著溫度之降低而劇幅增高，使得剪切過程及塑性斷裂更爲困難。另一方面，該脆性斷裂過程諸如解理之臨界應力對溫度較不敏感。因此，隨著溫度的降低’解理變成有利之斷裂模式，導致開始低能量脆性斷裂。該c R s s係爲該鋼材之特性，對於位錯可於變形時交叉滑動之簡易度敏感 ;即，·較容物交叉滑動之鋼材亦具有低c R s s，及因此所致之低D B T T。已知部分面心立方（F C C )安定劑諸如N i可促進交叉滑動，而B C C安定合金元諸如S i 、A 1、Μ ο、N b及V阻礙交叉滑動。本發明中， F C C安定合金元素諸如N i及C u之含量較佳係經最佳化，考慮成本及降低D B T T之優點之下，N i合金較佳至少約1 . 0重量百分比，至少約1 · 5重量百分比更佳；而鋼材中B C C安定合金元件之含量實質經最小化。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製因本發明鋼材之獨特化學及處理組合所產生之特性及顯微結構韌化之結果，該鋼材在焊接後於底板及H A Z中同時具有優越之低溫韌性。焊接此等鋼板後於底板橫向及 H A Z中之D B T T同時低於約一6 2 °C ( — 8〇°F )，可低於約—1 0 7 °C (- 1 6 0 °F )。 (2)大於830Mpa (120ksi)之抗張強度及厚區段能力微分層結構之強度主要係由該板條馬氏體及下貝氏體之碳含量決定。本發明低合金鋼中，奧氏體時效化係用以本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -30- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1226373 Α7 Β7 五、發明說明（28) 使該鋼板中之殘餘奧氏體含低高達約1 〇體積百分比，約 1體積百分比至約1 0體積百分比較佳，而約1體積百分比至約5體積百分比更佳。就提供所期望之奧氏體體積分率及奧氏體時效化中貝氏體起始之延遲而言’ N i及Μη 添加量個別以約1 · 0重量百分比至約3 · 0重量百分比及最高約2 . 5重量百分比（較佳約〇 · 5重量百分比至約2 . 5 重量百分比）特佳。銅添加量較佳約0 . 1重量百分比至約 1 . 0重量百分比，亦使奧氏體於奧氏體時效化期間安定化 0 本發明中，於相對低碳含量下得到所期望之強度，同時於底鋼材及H A Ζ中得到焊接性及優越韌性之優點。爲得到大於8 3 Ο Μ P a ( 1 2 0 k s i )之抗張強度，整體合金中最低約0.0 3重量百分比C爲佳。雖然本發明經回火鋼材中除C以外之合金元素實質上不合理地被視爲該經回火鋼中最大可達到強度，但期望此等元素針對等於或大於約2 5毫米（1英吋）之板厚及針對處理容許度所需之冷卻速率範圍提供所需之厚區段能力及強度。此點極爲重要，因爲厚板中間區段之實際冷卻速率低於表面。該表面及中心之顯微結構因此相當不同，除非該鋼材係設計以消除其對於板面及板中心間冷卻速率差異的敏感度。就此言之，Μη及Mo合金添加劑，尤其是 Μ η、Μ 〇及B之結合添加特別有效。本發明中，此等添加劑係針對硬化性、焊接性、低D Β Τ Τ及成本考量而最佳化。如本發明前文所述，就降低D Β Τ Τ之觀點而言，本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -------_------------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) — — — — — — — — — % -31 - 1226373 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（29 ) B c C合金添加量需保持最小値。較佳之化學標的及範圍係用以符合此等及其他本發明需求。本發明鋼材爲了針對等於或大於約2 5毫米之板厚達到該強度及厚區段能力，N c——由下文所述之鋼材化學定義之因子——對於含有有效B添加劑之鋼材而言較佳係介於約2 · 5至約4 · 0範圍內，就未添加B之鋼材而言較佳係介於約3 · 0至約4 . 5範圍內。就本發明含B之鋼材而言 ’ N c較佳係大於約2 . 8，更佳係大於約3 . 0。就未添加 B之本發明鋼材而言，較佳係大於約3 . 3，而更佳係大於約3 · 5。本發明N c介於較佳範菌之高點的鋼材（即，對添加有效Β之鋼材而言係大於約3 · 0，對未添加Β之鋼材而言係爲3 · 5 )在根據本發明目的加工時，產生一顯微結構，主要包括經回火之細晶粒下貝氏體、經回火之細晶粒板條馬氏體、或其混合物，及最高約1 〇體積百分比之殘餘奧氏體膜層。另一方面，N c介於前述較佳範圍之下限的鋼材易形成主要爲F G Β之顯微結構。 NC=1 2.0*C+Mn + 〇.8*C r + 0.1 5*(N i + Cu) + 〇.4*S i + 2.〇*V + 0.7*Nb + 〇.l 5* 1^〇，其中0，]\/[11，〇]：，]\[]_，（311，8]_，\^， N b，Μ o係表示其於鋼材中之個別重量百分比。 (3 )低熱輸入焊接之優越焊接性本發明鋼材係針對優越之焊接性而設計。最重要的是，尤其是低熱輸入焊接，於粗晶粒H A Z中冷斷裂或氫斷 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂--------- % 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -32- 1226373 A7 B7 五、發明說明（30) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裂。已發現就本發明鋼材而言，冷斷裂敏感性受到碳含量及H A Z顯微結構類型之重要影響，而非技藝界視爲重要參數之硬度及碳當量。爲了避免該鋼材於不預熱或低預熱 (低於約1 0 0 °C ( 2 1 2 °F ))焊接條件下焊接時斷裂 ’碳添加量之上限係約0 . 1重量百分比。本發明所使用一 -不限制本發明--之“低熱輸入焊接”意指使用最高約 2.5仟焦耳每毫米（KJ/mm) (7.6KJ/英吋）之弧能量焊接。下貝氏體或自動回火板條馬氏體顯微結構對冷斷裂提供優越之阻抗。本發明鋼材中之其他合金元素係經謹慎地平衡，同等於硬度及強度需求，以確定於粗晶粒H A Z中形成此等所需之顯微結構。合金元素於鋼錠中之角色各種合金元素之角色及其使用於本發明之較佳濃度極限係描述於下文= 碳（C )係爲鋼材中最有效之強化元素中之一。亦與鋼材中之強碳化物形成劑諸如τ 1 、N b及V結合，以提經濟部智慧財產局員工消費合作社印製供晶粒生長抑制及析出強化。碳亦增進硬度，即於冷卻期間於鋼材中形成較硬且較強顯微結構的能力。若該碳含量大於約0 . 1 2重量百分比，則該鋼材易於焊接期間冷斷裂，而降低該鋼板及其H A Z於焊接時之韌性。約0 · 〇 3重量百分比至約0 . 1 2重量百分比範圍內之碳含量有利於產生所期望之強度及H A Z顯微結構，即自動回火板條馬氏 -33 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1226373 A7 B7 五、發明說明（31) 體及下貝氏體。更佳之碳含量上限係約0·0 7重量百分比〇 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 錳（Μ η )係爲鋼材中之基質強化劑’亦對硬度有極大貢獻。Μ η係爲促進微分層顯微結構且防止厚區段板中之過量F G Β (導致強度降低）之關鍵而平價合金添加劑。Μ η添加可用以得到奧氏體時效化所需之貝氏體轉相延遲時間。於厚度超過約2 5毫米（1英吋）之板中達成所需之高強度時，以最少量0.5重量百分比Μη爲佳，而最少量至少約1 . 0重量百分比之Μ η更佳。添加至約約1 . 5 重量百分比之Μ η更有利於高鋼板強度及處理可撓性，因爲Μ η於低於約〇 . 〇 7重量百分比之低標準下即對硬度具有深遠之影響。然而，太多Μ η有害於韌性，本發明之 Μ η上限以約2 . 5重量百分比爲佳。該上限亦有利於實質使中心線偏析減至最少，其易發生於高Μ η連續鑄鋼中，所附帶之顯微結構及性質之厚度不均勻。Μ η含量之上限以約2 . 1重量百分比更佳。若鎳含量增加至高於約3重量百分比，則可在不添加錳下達到所需之高強度。因此，於寬義上，以高達約2 . 5重量百分比之錳較佳。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製矽（S 1 )可添加於鋼中以進行脫氧化，最少係約〇.01重量百分比。然而，Si係爲強BCC安定劑，因此提高D Β T T，亦對韌性具有負面影響。是故，當添加 S i時’以約0 . 5重量百分比之S i的上限爲佳。添加 S 1時，S 1含量之上限以約〇 . 1重量百分比更佳。脫氧化時並非始終需要砂，因爲錦或鈦可產生相同功能。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -34- 1226373 A7 B7 五、發明說明（32) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 鈮（N b )係用以促進鋼之經軋壓顯微結構的晶粒細致化，同時改善該強度及韌性。熱軋壓期間之鈮碳化物析出係用以延阻再結晶’而抑制晶粒生長，以提供奧氏體晶粒生長之細致化。是故，以至少約0 . 0 2重量百分比之 Nb爲佳。然而，Nb係爲強BCC安定劑，因此提高 D B T T。太多之N b有害於焊接性及H A Z焊接性，故最大値以約0 . 1重量百分比爲佳。N b含量之上限以約 0.0 5重量百分比爲更佳。鈦（T i )當少量添加時，可形成細氮化鈦（T i N )粒子，使該鋼材中經軋壓之結構及H A Z中之晶粒尺寸皆變細。因此，改善該鋼材之韌性。T i之添加量係使得 T i / N之重量比約3 . 4爲佳。T i係強B C C安定劑，因此提高DBTT。過量之T 1易因形成較粗之T i N或碳化鈦（T i C )粒子而破壞該鋼材之韌性。低於約 0 . 0 0 8重量百分比之T i含量通常未提供夠細之晶粒尺寸或將該N緊縛於該鋼中而成爲T i N，而高於約0 .〇3 重量百分比將破壞韌性。該鋼材以含有至少約0 . 0 1重量百分比之T i及不高於約0·0 2重量百分比之T i更佳。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製鋁（A 1 )係添加於本發明鋼材中以進行脫氧化。較佳係至少約0 · 〇〇 1重量百分比之A 1 ，而至少約〇 . 〇〇 5重量百分比之A 1更佳。A 1亦緊縛溶於該 HAZ中之氮。然而，A 1係爲強BCC安定劑，因此提高DBTT。若A 1含量太高，即高於約〇.〇 5重量百分比，則易形成氧化鋁（A 1 2〇3 )型夾雜物，易損及該鋼本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -35- 1226373 A7 B7 五、發明說明（33) 材及其H A Z之韌性。A 1含量之上限以約〇 · 〇 3重量百分比更佳。 (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 鉬（Μ 〇 )—增加鋼材於直接驟冷時之硬度，尤其是與硼及鈮結合時。Μ 〇亦可促進奧氏體時效化。是故，以至少約0 · 1重量百分比之Μ 〇爲佳，而至少約〇 · 2重量百分比之Mo更佳。然而，Mo係爲強B C C安定劑，因此提高D B T T。過量之Μ ◦有助於於焊接時冷斷裂，亦傾向破壞該鋼材及H A Ζ之朝性，故以約〇 . 8重量百分比之最大値爲佳，約0 · 4重量百分比之最大値更佳。因此，廣義上，以高達約0 · 8重量百分比之Μ 〇爲佳。銘（C r )易增加鋼材於直接驟冷時之硬度。於相同添加量下，C r可使奧氏體安定化。C r亦改善抗腐蝕性，及由氫誘導之抗斷裂（Η I C )性。與Μ 〇相同地，過量之C r易於焊接處造成冷斷裂，亦易損壞該鋼材之韌性，故當添加C r時，以約1 . 〇重量百分比之c r最大値爲佳。添加C r時，C r含量以約〇 · 2重量百分比至約〇 . 6 重量百分比更佳。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

鎳（N i )係爲本發明鋼材用以得到所需之D B T T (尤其是於H A Z中）的重要合金添加物。其係爲鋼材中最強F C C安定劑中之一 ◦鋼材中之N i添加物促進交叉滑動，而降低DBTT。雖程度與Μη及Mo添加量不同，但鋼材中之N i添加可促進硬度，而促進厚區段中顯微結構及性質之整體厚度均勻性。N i添加亦可用於得到奧氏體時效化所需之貝氏體轉相延遲時間。爲於焊接H A Z -36- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 1226373 A7 B7 五、發明說明（34) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 中達成所需之DBTT，最小之N i含量以約1.0重量百分比爲佳，約1 · 5重量百分比更佳，而2 . 0重量百分比更佳。因爲N i係爲昂貴之合金元素，故該鋼材之N 1含量以低於約3 · 0重量百分比爲佳，低於約2 . 5重量百分比更佳，而低於約2 . 0重量百分比更佳，低於約1 . 8重量百分比更佳，以實質使該鋼材成本達到最低。銅（C u )係爲使奧氏體安定化而產生微分層顯微結構所需之合金添加劑。此時以添加至少約〇 . 1重量百分比之C u爲佳’至少約〇 . 2重量百分比更佳。C u亦爲鋼材中之F C C安定劑，可於少量下降低D B T T。C u亦有利於抗腐蝕性及抗Η I C性。於較高用量下，C u經由ε -銅析出而誘導過度之析出硬化。此析出若未適當地控制，則降低韌性，於底板及H A Ζ中同時提高該D Β Τ Τ。較高之C u可於扁錠鑄造及熱軋期間導致脆化，需同添加添加N 1以供緩和。是故，以約1 . 〇重量百分比之上限爲佳，而約0.5重量百分比之上限更佳。因此，廣義上，以最高約1 . 0重量百分比之C u較佳。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製硼（B )可於低用量下極平價地大幅增加該鋼材之硬度，而藉著於該底板及粗晶粒H A Z中抑制鐵酸鹽、上貝氏體及FGB之形成，而於厚（22 5毫米）區段鋼板中促使下貝氏體鋼材顯微結構及板條馬氏體顯微結構之形成。此情況通常需要至少約0 · 〇〇 0 4重量百分比之B。當硼添加於本發明之鋼材時，以由約0 · 0 0 0 6重量百分比至約0·0 0 2 0重量百分比爲佳，而約0.0 〇 1 5重量百 -37- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1226373 A7 ____B7 五、發明說明（35 ) 分比之上限更佳。然而，若鋼材中之其他合金提供適當之硬度及所需之顯微結構，則不需添加硼。本發明鋼材之描述及實施例 3 0 〇磅表Π所列之化學合金經真空感應熔化（ VIM)，鑄造成至少13 0毫米厚之圓錠或扁錠，之後鍛造或機械加工成1 3 0毫米X 1 3 0毫米X 2 0 0毫米之長錠。該圓形V I Μ錠中之一進行真空弧再熔化（ v AR)而成爲圓锭，並鑄造成扁錠。該錠如下文所述般地於實驗室軋鋼機中進行T M C Ρ處理。表Π列示該 T M C Ρ處理使用之合金的化學組成。 (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)A4規格（210 X 297公釐） -38- 1226373 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（36 ) 表Π 合金 A1 A2 熔化 VIM VIM C(wt%) 0.063 0.060 Μ n (w t %) 1.59 1.49 Ni(wt%) 2.02 2.99 Μ o (w t %) 0.21 0.21 C u (w t %) 0.30 0.30 N b (w t %) 0.030 0.032 S i (w t %) 0.09 0.09 Ti(wt%) 0.012 0.013 A1 (w t %) 0.011 0.015 B(ppm) 10 10 〇(ppm) 15 18 S(ppm) 18 16 N(ppm) 16 20 P(ppm) 20 20 C r (w t %) Nc 3.07 3.08 A3 A4 A5 VIM+VAR VIM VIM 0.053 0.040 0.037 1.72 1.69 1.65 2.07 3.30 2.00 0.20 0.21 0.20 0.24 0.30 0.31 0.029 0.033 0.031 0.12 0.08 0.09 0.009 0.013 0.010 0.001 0.015 0.008 13 11 9 8 15 14 16 17 18 21 22 23 20 20 20 _二_ 0.05 0.19 3.07 3.11 2.94 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -Lr— Βϋ ϋ- _Γ1 _裝 .. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -39- 1226373 A7 B7 五、發明說明（37 ) 該扁錠先於由約1〇〇〇°C至約1〇5〇°C ( 1 8 3 2 °F至約1 9 2 2 °F )之溫度範圍內再加熱約1小時，之後開始根據表ΙΠ所列示之T M C P程序表軋壓： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂--------- % 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（210 X 297公釐） 1226373 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（38 ) 表ΠΙ 程數該程後之厚溫度，。C 度（毫米） A1 A2 A3 A4 A5 0 130 1007 1005 1000 999 105 1 1 117 973 973 971 973 973 2 100 963 962 961 961 961 延遲，側面鏃塊 3 85 870 868 868 868 867 4 72 860 855 856 858 857 5 61 850 848 847 8 47 833 6 51 840 837 837 836 822 7 43 834 827 827 828 810 8 36 820 815 804 816 791 9 30 810 806 788 806 770 10 25 796 794 770 796 752 QST(°C ) 217 187 177 189 187 冷卻至QST之速率（°C /s) 29 28 25 28 25 自QST冷卻至環境溫度 --環境空氣冷卻- 渣餅厚度，微米 2.41 3.10 2.46 2.88 2.7 (於1/4板厚處測量 ------- —------裝--- (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)A4規格（210 X 297公釐） -41 - 1226373 A7 ____B7 五、發明說明（39 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

根據表ΠΙ所示之較佳Τ M C P處理，該板試樣A 1至 A 4之顯微結構主要係細晶粒板條馬氏體，形成微分層顯微結構，於馬氏體板條邊界上具有高達約2 . 5體積百分比之殘餘奧氏體層。該顯微結構之其他次要成分係於此等試樣A 1至A 4中之變數，但包括低於約1 〇體積百分比之細晶粒下貝氏體及由約1 〇至約2 5體積百分比之F G B 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製表Π及m之兩板之橫向抗張強度及D B T T皆列示於表IV中。列示於表IV中之抗張強度及D Β Τ Τ皆係於橫向測量，即位於軋壓平面但與該板軋壓取向垂直，其中拉伸試樣之縱向及Charpy V-Notch試驗條實質平行於此取向，而斷製擴張實質垂直於此取向。本發明之重要優點係爲根據前文所述之方式於橫向得到表IV所列示之D Β Τ T値的能力。參照圖4，透射式電子顯微相片顯示表Π中以A 3 表不之鋼板中的微分層顯微結構。圖4所說明之顯微結構主要係包括板條馬氏體4 1 ，大部分馬氏體板條邊界上皆具有薄殘餘奧氏體膜4 2。圖4顯示表Π至IV列示之本發明鋼材A 1至A 4之主要微分層顯微結構。此顯微結構提供約lOOOMPa (145ksi)及更局之局強度（橫向），橫向上具有優越之DBTT，如表IV所示。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） -42- 1226373 A7 五、發明說明（4〇 )

表IV 合金 A1 A2 A3 A4 A5 ί几張強度，MPa(ksi) 1000 1060 1115 1035 915 (145) (154) (162) (150) (133) DBTT,°C (°F ) -117 -133 -164 -140 -111 (-179) (-207) (-263) (-220) (-168) 在不限制本發明之下，表IV所示之D B Τ T値對應於由 A S T Μ說明書E — 2 3所列示之標準方法的Charpy V-Notch耐衝擊試驗實驗測定之5 0百分比能量轉換溫度，如熟習此技藝者已知。Charpy V-Notch耐衝擊試驗係爲用以測量鋼材韌性眾所周知之試驗。參照表Π，N c低於鋼板A 1 - A 4之鋼板A 5顯示主要F G B顯微結構，說明此鋼板試樣中之較低強度。已發現此鋼板中有約4 0體積百分比之細晶粒板條馬氏體。現在參照圖5，透射式電子顯微相片（Τ E Μ )顯示表Π中列爲A 5之鋼板中的 F G B顯微結構。該F G B係爲貝氏體鐵酸鹽5 1 (主要相）及馬氏體/殘餘奧氏體粒子5 2 (次要）之聚集體。詳言之，圖5顯示一 Τ E Μ相片，顯示等軸F G B顯微結構，包括貝氏體鐵酸鹽5 1及馬氏體/殘餘奧氏體粒子 5 2 ’存在於本發明鋼材之特定具體實例中。

4 )需要焊接後熱處理（P W Η Τ )時之較佳鋼材組成 P W Η Τ —般係於高溫下進行，例如高於約5 4 0 °C 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -till·. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -43- 1226373 A7 B7 五、發明說明（41) (1 0 0 0 °F ) 。P W Η T之熱曝露可導致底板及焊接熱 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 影響區中因亞結構之復原（即喪失處理優點）及滲碳體之粗糙化而致顯微結構軟化，而喪常強度。爲克服此項缺點 ’前述底板化學較佳係藉著添加少量釩而修飾。添加釩，以於P W Η Τ時藉著於底板及H A Ζ中形成細碳化釩（ V C )粒子而產生析出強化。此種強化係設計以實質補償 PWHT時之強度損失。然而，應避免過度之V C強化，因其可同時降低該底板及其H A Z中之韌性，且提高 D B Τ T。本發明中，V之上限因此以約〇 . 1重量百分比爲佳。下限係以約0 . 〇 2重量百分比較佳。於該鋼材中添加約0 . 0 3重量百分比至約0 · 0 5重量百分比之V更佳。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製本發明鋼材之分階性質組合針對特定低溫操作提供低成本技術，例如於低溫下儲存及輸送天然氣。此等新穎之鋼材可針對低溫應用提供較目前技藝界市售鋼材節省成本之材料，目前之市售鋼材通常需要高出許多之鎳含量（高達約9重量百分比），而具有遠較爲低之強度（低於約 830MPa (120ksi))。使用化學及顯微結構設計以降低D Β Τ T，針對等於或超過約2 5毫米（1英吋）之區段厚度提供厚區段能力。此等新穎之鋼材較佳具有低於約3 · 5重量百分比之鎳含量，高於約8 3 0 M p a (1 2 0 k s i )之抗張強度，以高於約8 6 〇 Μ P a ( 125ks i)爲佳，高於約9〇〇MPa (130

ksi)更佳，而高於約 l〇〇〇MPa (I45ksi )更佳，基礎金屬橫向之塑性一脆性轉變溫度（D Β Τ T 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 44- 1226373 A7 B7 五、發明說明（42) )係低於約一 6 2 °C ( — 8 0 °F )，以低於約一 7 3 °C ( 一 1〇〇T )爲佳，低於約一1 〇〇 °C (— 1 5 0 °F )更佳，而低於約1 2 3 °C (- 1 9 0 °F )更佳’而於 D B T T下提供優越之韌性。若需促進焊接後之性能，則此等鋼材之鎳含量增高至高於約3重量百分比。預測每增加1重量百分比之鎳添加量，則使該鋼材之D B T T降低約1 0 °C ( 1 8 °F )。鎳含量以低於9重量百分比爲佳，低於約6重量百分比更佳。鎳含量較佳係最小化，以使該鋼材之成本最低化。雖然已針對一或多個較佳具體實例描述前述發明，但已知可在不偏離本發明範圍（以下申請專利範圍所定義）下進行其他修飾。 (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 45· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1226373 A7 B7 五、發明說明（43 ) 八^轉相溫度： Ad轉相溫度： AF: A 1 2 0 3 : A"轉相溫度： BCC: 滲碳體：冷卻速率： CRSS(臨界分切應力）：低溫： DBTT(塑性-脆性轉變溫度經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 DF: DUB: 辭彙解釋加熱期間開始形成奧氏體之溫度；加熱期間鐵酸鹽完全轉相成奧氏體之溫度；針狀鐵酸鹽；氧化銘；冷卻期間奧氏體開始轉相成鐵酸鹽之溫度；體心立方；富含鐵之碳化物；於該板厚度中心或實質中心之冷卻速率；鋼材之特性，對於位錯可於變形時交叉滑動之簡易度敏感，即較易交叉滑動之鋼材亦具有低CRSS，因此具有低DBTT; 低於約-40°C (-40°F )之任何溫度；於結構鋼中界定兩個斷裂過程；低於 DBTT之溫度下，易因低能解理（脆性）斷裂而產生損壞，而於高於DBTT之溫度下，易因高能塑性斷裂而產生損壞；變形之鐵酸鹽；變形之上貝氏體： -l·---Γ —-----*裝—— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂·· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -46- 1226373 A7 B7 五、發明說明（44) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製有效晶粒尺寸：本發明中，意指在根據本發明於TMCP中完成軋壓時之平均奧氏體渣餅厚度，及個別意指該奧氏體渣餅完全轉相成板條馬氏體/下貝氏體群集或FGB時之平均群集寬度或晶粒尺寸； FCC: 面心立方； FGB(細晶粒貝氏本發明用以描述一聚集體，包括貝氏體鐵體酸鹽主成分及馬氏體及殘餘奧氏體之混合粒子的次要成分；晶粒：多晶材料中之個別結晶；晶界：於一金屬中對應於自一結晶取向轉變成另一者，因而使晶粒彼此分隔之狹窄區域； HAZ: 熱影響區； HIC: 氫誘導斷裂；胃胃® 或界有效地作爲高角度晶界之邊界或界面，即，面：傾向使一擴張之裂縫或斷裂偏斜，因而於斷裂通道中誘導扭曲之邊界或界面；高角度晶界：分隔結晶取向相異大於約8 °之兩相鄰晶粒之晶界； HSLA: 高強度，低合金；臨界間再加熱：加熱（或再加熱）至由約A。！轉相溫度至約 An轉相溫度之溫度；低合金鋼：含有鐵且總合金添加劑低於約1 〇重量百分比之鋼材；本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) -47- !226373 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（45 ) 低角度晶界：分隔兩個結晶取向相異小於約8。之相鄰晶粒的晶界；使用高達約2.5仟焦耳/毫米（7.6仟焦耳/英吋）之弧能量焊接；馬氏體-奧氏體；用以描述本發明，意指至少約50體積百分比；用以描述本發明，意指低於約50體積百分比；奧氏體於冷卻期間開始轉相成馬氏體之溫度；由鋼材之化學所定義之因子，{ NC=12.0*C + Mn + 0.8*Cr + 0.15*(Ni + Cu) + 0.4 *Si + 2.0*V + 0.7*Nb + 0.15*Mo}, 其中 C，Mn，Cr，Ni，Cu，Si，V，Nb，Mo 係表示其於鋼材中之個別重量百分比多邊形鐵酸鹽；用以描述本發明，意指至少約50體積百分比；先前奧氏體晶粒經熱軋鋼板於其中奧氏體非再結晶之溫尺寸：度範圍內軋壓之前的平均奧氏體晶粒尺寸；低熱輸入焊接： μα：主要：次要： Ms轉相溫度： Nc: PF: 主要地/主要：本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） t----r--------裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) . · -48- 1226373 A7 B7 五、發明說明（46) 驟冷：用以描述本發明，藉任何方式加速冷卻，與 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 空氣冷卻不同地，採用易增加該鋼材之冷卻速率的流體；驟冷終止溫度於驟冷終止後於板面上所達到之最高或 (QST)：實質最高溫度，因爲熱係自該板之厚度中間傳遞； RA： · 殘餘奧氏體；扁锭：具有任何尺寸之勻塊；

Sv: 於鋼板中每單位體積高角度邊界之總界面面積； TEM: 透射式電子顯微相片；抗張強度：拉伸試驗，最大負載對原始剖面積之比例；厚區段能力：提供實質所需之顯微結構及性質（例如強度及韌性）之能力，尤其是等於或大於約25 毫米（1英吋）之厚度；整體厚度取向：與軋壓面正交之取向； T1C : 碳化鈦； ΤιΝ: 氮化鈦；經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

Tnr溫度：低於奧氏體非再結晶之溫度； TMCP: 熱機械控制軋壓處理；橫向：位於軋壓平面中但垂直於板軋取向之取向； UB: 上貝氏體； VAR: 真空弧再熔化；及本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -49- 1226373 A7 _B7 五、發明說明（47 ) VIM: 真空感應熔化。 L----Γ--1-----.^^裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I - 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（210 X 297公釐） -50-

Claims

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 乂 i.:L r > fi % Μ :226373 六、申請專利範圍附件3a:第88 1 2 1 703號專利申請案中文申請專利範圍替換本：民國92年8月1日修正 1 · 一種製備鋼板之方法，其具有一顯微結構，包括（ i )主要細晶粒下貝氏體、細晶粒板條馬氏體、細晶粒貝氏體（F G B )、或其混合物，及（i i )大於0至約1 〇體積百分比之殘餘奧氏體，該方法包括步驟有： (a )加熱一鋼錠至一再熱溫度，足使（i )使該鋼錠實質均質化，（i i )溶解該鋼錠中之實質所有鈮及釩之碳化物及碳氮化物，及（i i i )於該鋼錠中建立原始之奧氏體細晶粒； (b )壓縮該鋼錠，以於其中奧氏體再結晶之第一個溫度範圍內於一或多個熱軋程中形成鋼板； (c )於低於約該T n r溫度且高於約A r 3轉相溫度之桌一個溫度車B圍內於一或多個熱軋程中進〜步壓縮該鋼板； (d )於每秒至少約；l 〇 °C ( 1 8 °F /秒）之冷卻速率下驟冷該鋼板，至低於約5 5 0 °C ( 1 0 2 2 T )之驟冷終止溫度；及 (e )終止該驟冷，該步驟係有利於使該鋼板之顯微結構轉相成（i )主要細晶粒下貝氏體、細晶粒板條馬氏體、細晶粒貝氏體（F G B )、或其混合物，及（i i )大於〇至約1 0體積百分比之殘餘奧氏體。 2 _如申請專利範圍第1項之方法，其中步驟（e )係由以下步驟取代：本紙張尺度適财關家標準（CNS) M祕（21GX297公楚） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

1226373 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製々、申請專利範圍 (e )終止該驟冷，該步驟係有利於使該鋼板之顯微結構轉相成主要微分層顯微結構，包括細晶粒板條馬氏體、細晶粒下貝氏體、或其混合物，及大於0至約1 0體積百分比之殘餘奧氏體膜層。 3 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中步驟（e )係由以下步驟取代： (e )終止該驟冷，該步驟係有利於使該鋼板之顯微結構轉相成主要細晶粒貝氏體（F G B )。 4 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中步驟（a )之再加熱溫度係介於約9 5 5 °C及約1 1 0 0 °C ( 1 7 5 Ο T 一 2 0 1 0卞）之間。 5 .如申請專利範圍第1項之方法，其中步驟（a )之原始奧氏體細晶粒係具有小於約1 2 〇微米之晶粒尺寸。 6 _如申請專利範圍第1項之方法，其中該鋼錠之厚度於步驟（b )中減低約3 〇百分比至約7 0百分比。 7 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中該鋼錠之厚度於步驟（c )中減低約4 〇百分比至約8 0百分比。 8 _如申請專利範圍第1項之方法，其另外包括使該鋼板自該驟冷終止溫度經空氣冷卻至環境溫度之步驟。 9 _如申請專利範圍第1項之方法，其另外包括使該鋼材保持實質等溫於該驟冷終止溫度長達約5分鐘之步驟。 1 0 ·如申請專利範圍第1項之方法，其另外包括於每秒低於約1 . 0 °C ( 1 · 8 °F /秒）之速率下於該驟冷終止溫度下緩緩冷卻該鋼板長達約5分鐘之步驟。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· ，1T 線本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） -2- 1226373 Α8 Β8 C8 D8 7、申請專利範圍 1 1 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中步驟（a ) 之鋼錠係包含鐵及具有以下重量百分比之以下合金元素： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 約0 . 0 3百分比至約〇 . 1 2百分比之C，至少約1百分比至低於約9百分比之N 1 ，最商約1 . 0百分比之C u，最高約0 . 8百分比之Μ〇，約0 . 0 1百分比至約0 . 1百分比之N b，約0 . 0 0 8百分比至約0 . 0 3百分比之T i ，最高0.0 5百分比之A 1 ，及約0 . 0 0 1百分比至約0 . 0 0 5百分比之N。 1 2 ·如申請專利範圍第1 1項之方法，其中該鋼錠係包含低於約6重量百分比之N i 。 1 3 ·如申請專利範圍第1 1項之方法，其中該鋼錠係包含低於約3重量百分比之N i ，且另外包含最高約2 . 5 重量百分比之Μη。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 4 .如申請專利範圍第1 1項之方法，其中該鋼錠另外.包含至少一種添加劑，選自（i )最高約1 . 〇重量百.分比之C r ，（ i i )最高約〇 . 5重量百分比之S i ，( χ i i )約0.0 2重量百分比至約0 · 1 0重量百分比之ν ，（iv)最高約2.5重量百分比之Μ η，及（v)最高約〇.0 0 2 0重量百分比之Β。 1 5 ·如申請專利範圍第1 1項之方法，其中該鋼錶另外包含約0 . 0 0 0 4重量百分比至約〇 . 0 〇 2 0重量百分比之Β。 -3- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2ΐ〇χ297公釐） 1226373 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製六、申請專利範圍 1 6 .如申請專利範圍第1項之方法，其中於步驟（e )之後，該鋼板於該底板及其H A Z中同時具有低於約一6 2°C (― 8 0 F)之DBTT ’且具有高於約8 3〇 MPa(120ksi)之抗張強度。 1 7 . —種鋼板，其具有一顯微結構，包括（i )主要細晶粒下貝氏體、細晶粒板條馬氏體、細晶粒貝氏體（ F G B )、或其混合物，及（i i )大於0至約1 〇體積百分比之殘餘奧氏體，具有高於約8 3 Ο Μ P a ( 1 2〇 k s i )之抗張強度，於該鋼板的底板及H A Z中同時具有低於約—6 2 °C ( — 8 Ο T )之D B T T，其中該鋼板係由包含鐵及具有以下重量百分比之以下合金元素之鋼錠經再加熱所產製：約0 . 0 3百分比至約0 · 1 2百分比之C，至少約1百分比至低於約9百分比之N i ，最高約1 · 0百分比之C u，最高約0 . 8百分比之Μ 〇，約0 . 0 1百分比至約0 · 1百分比之N b ’ 約0 · 0 0 8百分比至約0 · 0 3百分比之T i ’ 最高0.05百分比之A1 ，及約0.0 0 1百分比至約0·0 0 5百分比之N ° 1 8 ·如申請專利範圍第1 7項之鋼板，其中該鋼錠係包含低於約6重量百分比之N i。 1 9 .如申請專利範圍第1 7項之鋼板’其中該鋼錠係包含低於約3重量百分比之N i ，且另外包含最高約2 . 5 裝------訂------線 (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 ) A4規格（210X 297公釐） -4- 1226373 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製六、申請專利範圍重量百分比之Μ η。 2 0 _如申請專利範圍第1 7項之鋼板，其另外包含至少一種添加劑，選自（i )最高約1 · 〇重量百分比之C r ，（i i )最高約0 . 5重量百分比之S i ，（ i i i )約〇.Ο 2重量百分比至約〇 · 1 〇重量百分比之V，（ i v )最高約2 . 5重量百分比之Μ η，及（v )約〇 . 〇〇〇4 重量百分比至約Ο . Ο 〇 2 0重量百分比之Β。 2 1 .如申請專利範圍第1 7項之鋼板，其中該鋼錠另外包含約0 . 0 0 0 4重量百分比至約0 . 0 0 2 0重量百分比之B。 2 2 ·如申請專利範圍第1 7項之鋼板，其具有主要微分層的顯微結構，包括細晶粒板條馬氏體之板條、細晶粒下貝氏體之板條、或其混合物，及最高約1 0體積百分比之殘餘奧氏體膜層。 2 3 ·如申請專利範圍第2 2項之鋼板，其中該微分層的顯微結構係藉著熱機械控制軋壓處理而最佳化，以使裂縫通道扭曲實質最大化，其係於該細晶粒奧氏體及細晶粒下貝氏體及該殘餘奧氏體膜層間提供數個高角度界面。 2 4 _如申請專利範圍第1 7項之鋼板，具有主要細晶粒貝氏體（F G B )之顯微結構，其中該細晶粒貝氏體（ F G B )係包括貝氏體鐵酸鹽晶粒及馬氏體與殘餘奧氏體之混合物粒子。 2 5 ·如申請專利範圍第2 4項之鋼板，其中該顯微結構係藉著熱機械控制軋壓處理而最佳化，以使裂縫通道扭曲 (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標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） -5- 1226373 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製六、申請專利範圍實質最大化，其係於該細貝氏體鐵酸鹽晶粒間及馬氏體與殘餘奧氏體混合物粒子間提供大量高角度界面。 2 6 · —種促進鋼板之抗裂縫擴張性之方法，該方法包括處理該鋼板，以產生主要微分層顯微結構，包括細晶粒板條馬氏體板條、細晶粒下貝氏體板條、或其混合物、及大於〇至約1 0體積百分比之殘餘奧氏體膜層，該微分層顯微結構係藉著熱機械控制軋壓處理而最佳化，以使裂縫通道扭曲實質最大化，其係於該細晶粒奧氏體及細晶粒下貝氏體及該殘餘奧氏體膜層間提供大量高角度界面。 2 7 ·如申請專利範圍第2 6項之方法，其中該鋼板之抗裂縫擴張性被進一步增強，且該鋼板之H A Z於焊接時之抗裂縫擴張性係被增強，其係添加至少約1 . 〇重量百分比至低於約9重量百分比之N i及至少約〇 . 1重量百分比至約1 . 0重量百分比之C u，而使B C C安定性元素之添加量實質最小化。 2 8 · —種促進鋼板之抗裂縫擴張性的方法，該方法係包括處理該鋼板以產生主要細晶粒貝氏體（F B G )之顯微結構，其中該細晶粒貝氏體（F G B )係包括貝氏體鐵酸鹽晶粒及馬氏體與殘餘奧氏體之混合物粒子，其中該顯微結構係藉著熱機械控制軋壓處理而最佳化，以使裂縫通道扭曲實質最大化，其係於該細貝氏體鐵酸鹽晶粒間及馬氏體與殘餘奧氏體混合物粒子間提供大量高角度界面。 2 9 ·如申請專利範圍第2 8項之方法，其中該鋼板之抗裂縫擴張性被進一步增強，且該鋼板之H A Z於焊接時之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再填寫本頁)

1226373 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍抗裂縫擴張性係被增強，其係添加至少約1 . 0重量百分比至低於約9重量百分比之N i及至少約0 · 1重量百分比至約1 . 0重量百分比之C u，而使B C C安定性元素之添力口量實質最小化。 (請先閲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 ) A4規格（210X297公釐）