JP7567739B2 - Manufacturing method for steel plate with excellent fatigue crack propagation resistance - Google Patents
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Description
本発明は、耐疲労き裂伝播特性に優れた鋼材およびその製造方法に関する。より詳しくは、船舶、海洋構造物、橋梁、建設機械、建築物、タンクなど各種溶接構造物に用いられ、繰返し荷重を受けた場合でも耐疲労き裂伝播特性が向上する鋼材およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a steel material with excellent fatigue crack propagation resistance and a manufacturing method thereof. More specifically, the present invention relates to a steel material that is used in various welded structures such as ships, marine structures, bridges, construction machinery, buildings, and tanks, and that has improved fatigue crack propagation resistance even when subjected to repeated loads, and a manufacturing method thereof.
近年、船舶、海洋構造物、橋梁、建設機械、建築物、タンクなどの構造物においては、設計の合理化や鋼材重量の低減、薄肉化や溶接の省力化を目的として高強度鋼材が適用される事例が多くなってきている。加えてそれら鋼材においては、靭性や延性のみならず溶接性や構造安全性を確保するため耐疲労特性に優れていることが要求されている。 In recent years, high-strength steel materials are increasingly being used in ships, marine structures, bridges, construction machinery, buildings, tanks and other structures in order to streamline design, reduce steel weight, thin walls and reduce the labor required for welding. In addition, these steel materials are required to have excellent fatigue resistance properties to ensure not only toughness and ductility but also weldability and structural safety.
溶接構造物において、疲労破壊は、溶接止端部から疲労き裂が発生し、鋼材中を伝播して破壊するケースが多い。これは、溶接止端部がその形状的要因から応力集中部となりやすいこと、加えて溶接後に引張の残留応力が生じることなどに起因するとされている。 In welded structures, fatigue failure often occurs when a fatigue crack initiates at the weld toe and propagates through the steel material, causing destruction. This is believed to be due to the fact that the weld toe is prone to becoming a stress concentration area due to its shape, and also due to the occurrence of tensile residual stress after welding.
このため、溶接止端部からのき裂発生を抑制させる手段として、付加溶接を施すなどして形状を改善し応力集中を低減させる技術、ピーニングなどで圧縮の残留応力を導入する技術などが広く知られている。 For this reason, widely known methods for preventing cracks from occurring at the weld toe include techniques for improving the shape and reducing stress concentration, such as by applying additional welding, and techniques for introducing compressive residual stress, such as by peening.
しかしながら、多数存在する溶接止端部にこのような処理を工業的規模で施すことは、不可能に近く、コストの面でも現実的とは言いがたい。そこで、仮に疲労き裂が発生したとしてもその後の鋼材中の伝播速度を低減させることで疲労寿命を延命させることが重要であるとの認識のもと、鋼材自身の疲労き裂伝播特性を向上させることが産業界から強く要望されている。 However, it is nearly impossible to perform such treatment on an industrial scale on the numerous weld toes that exist, and it is also difficult to say that it is realistic in terms of cost. Therefore, recognizing that it is important to extend the fatigue life by reducing the rate at which fatigue cracks subsequently propagate through the steel, even if they do occur, there is a strong demand from the industry for improving the fatigue crack propagation characteristics of the steel itself.
ここで、特許文献1には、鋼の化学組成が、質量%でC:0.05~0.30%、Si:0.03~0.35%、Cr:0.05~2.0%、P:0.03%以下、S:0.003%以下、Al:0.1%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋳片または鋼片を、熱間圧延後、再加熱して焼入れ処理後、Ac1変態点+10℃~790℃の2相域温度範囲に再加熱し、平均冷却速度5~60℃/sで焼入れ後、400~650℃で10分以上保持して焼戻しすることを特徴とする、金属組織がビッカース硬さで85以上130以下のフェライト相と、面積分率15~85%のビッカース硬さで340以上440以下の焼戻しマルテンサイト相の混合組織である、表面残留応力の絶対値が150N/mm2以下の耐疲労き裂伝播特性に優れた鋼材の製造方法が開示されている。 Here, Patent Document 1 describes a steel having a chemical composition of C: 0.05 to 0.30%, Si: 0.03 to 0.35%, Cr: 0.05 to 2.0%, P: 0.03% or less, S: 0.003% or less, Al: 0.1% or less, with the balance being Fe and unavoidable impurities, which is hot-rolled, reheated and quenched, reheated to a two-phase region temperature range of Ac1 transformation point + 10°C to 790°C, quenched at an average cooling rate of 5 to 60°C/s, and tempered by holding at 400 to 650°C for 10 minutes or more, and has a metal structure that is a mixed structure of a ferrite phase with a Vickers hardness of 85 to 130 and a tempered martensite phase with a Vickers hardness of 340 to 440 with an area fraction of 15 to 85%, and has an absolute value of surface residual stress of 150 N/mm A method for manufacturing a steel material having excellent fatigue crack propagation resistance of 2 or less has been disclosed.
また、特許文献2には、C:0.04~0.3%、Si:0.01~2%、Mn:0.1~3%、Al:0.001~0.1%、N:0.001~0.01%、P:0.02%以下、S:0.01%以下を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、軟質相と該軟質相を網目状に囲む硬質第二相からなる二相組織を有し、該軟質相と硬質第二相とが、(1)軟質相がフェライト、焼戻しベイナイト、焼戻しマルテンサイトの1種または2種以上から構成され、かつ平均ビッカース硬さが150以下であること、(2)硬質第二相がベイナイト、マルテンサイト、焼戻しベイナイト、焼戻しマルテンサイトの1種または2種以上から構成され、かつ平均ビッカース硬さが250以上であること、(3)特定式で示される硬質第二相の粒界占有率が0.5以下であること、の条件をすべて満足した耐疲労き裂伝播特性に優れた厚鋼材が開示されている。 Patent Document 2 also describes a steel sheet containing C: 0.04-0.3%, Si: 0.01-2%, Mn: 0.1-3%, Al: 0.001-0.1%, N: 0.001-0.01%, P: 0.02% or less, S: 0.01% or less, with the balance being iron and unavoidable impurities, and having a two-phase structure consisting of a soft phase and a hard second phase surrounding the soft phase in a mesh-like structure, and the soft phase and the hard second phase are: (1) the soft phase is ferrite, tempered bainite, tempered martensite and having an average Vickers hardness of 150 or less; (2) the hard second phase is composed of one or more of bainite, martensite, tempered bainite, and tempered martensite, and has an average Vickers hardness of 250 or more; and (3) the grain boundary occupancy rate of the hard second phase, as expressed by a specific formula, is 0.5 or less. A thick steel material with excellent fatigue crack propagation resistance is disclosed.
また、特許文献3には、鋼組成が質量%でC:0.05~0.30%、Si:0.03~0.35%、Cr:0.05~2.0%、P:0.03%以下、S:0.003%以下、Al:0.1%以下、残部がFe及び不可避的不純物で、板厚方向および板長さ方向のいずれにおいても金属組織の80%以上が、ビッカース硬さで130以下、アスペクト比で2.5以下のフェライト相と、面積分率が15~85%のビッカース硬さで340以上、アスペクト比で2.5以下の焼戻しマルテンサイト相の混合組織からなる、材質の異方性が小さく、耐疲労き裂伝播特性に優れた鋼材が開示されている。 Patent Document 3 also discloses a steel material with low material anisotropy and excellent fatigue crack propagation resistance, the steel composition being, by mass%, 0.05-0.30% C, 0.03-0.35% Si, 0.05-2.0% Cr, 0.03% or less P, 0.003% or less S, 0.1% or less Al, with the balance being Fe and unavoidable impurities, and 80% or more of the metal structure in both the thickness direction and length direction of the plate being a mixed structure of ferrite phase with a Vickers hardness of 130 or less and an aspect ratio of 2.5 or less, and tempered martensite phase with an area fraction of 15-85% and a Vickers hardness of 340 or more and an aspect ratio of 2.5 or less.
また、特許文献4には、質量%で、C:0.03~0.30%、Si:0.01~0.5%、Mn:0.3~2.0%、sol.Al:0.001~0.1%、を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなる鋼板であって、その組織が硬質部と軟質部とからなり、この2つの部分の組織に占める割合およびビッカース硬さでの平均硬さが特定式を満たす鋼板が開示されている。 Patent Document 4 also discloses a steel sheet containing, by mass%, C: 0.03-0.30%, Si: 0.01-0.5%, Mn: 0.3-2.0%, sol. Al: 0.001-0.1%, with the remainder being Fe and unavoidable impurities, and whose structure is made up of a hard portion and a soft portion, and in which the proportions of the structure of these two portions and the average hardness in Vickers hardness satisfy a specific formula.
さらに、特許文献5には、質量%で、C:0.02~0.16%、Si:0.05~0.5%、Al:0.005~0.060%を含有し、さらに、Mn:0.1~2.5%、Cu:0.1~2.0%、Ni:0.1~6.0%の中から選ばれる1種または2種以上を2Mn+Cu+Niの値が3.5~6.0%となるように含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる鋼で、平均直径0.1~0.5μmの残留オーステナイトを体積率で5~20%含むことを特徴とする疲労き裂伝播特性および靭性に優れた厚鋼板が開示されている。 Furthermore, Patent Document 5 discloses a thick steel plate with excellent fatigue crack propagation properties and toughness, which contains, by mass%, C: 0.02-0.16%, Si: 0.05-0.5%, Al: 0.005-0.060%, one or more selected from Mn: 0.1-2.5%, Cu: 0.1-2.0%, and Ni: 0.1-6.0% so that the value of 2Mn+Cu+Ni is 3.5-6.0%, with the remainder being Fe and unavoidable impurities, and which contains 5-20% by volume of retained austenite with an average diameter of 0.1-0.5 μm.
しかしながら、上記特許文献1~5に係る製造技術には、以下に示す問題点があった。 However, the manufacturing techniques described in Patent Documents 1 to 5 above have the following problems:
特許文献1の製造方法は、熱間圧延後、再加熱して焼入れ処理後、Ac1変態点+10℃~790℃の二相域温度範囲に再加熱して平均冷却速度5~60℃/sで焼入れ後、400~650℃で10分以上保持して焼戻しして製造されるが、製造方法が煩雑である。 The manufacturing method of Patent Document 1 involves hot rolling, reheating and quenching, reheating to a two-phase temperature range of Ac1 transformation point +10°C to 790°C, quenching at an average cooling rate of 5 to 60°C/s, and then tempering by holding at 400 to 650°C for 10 minutes or more. However, this manufacturing method is complicated.
特許文献2は、熱間圧延前の鋼片に加熱温度が1200~1350℃、該温度範囲での保持時間が2~100hの拡散熱処理を施した後、加熱温度がAc3変態点~1250℃で、圧延後にAr3変態点以上から400℃以下まで5~100℃/sで加速冷却する熱間圧延を施し、さらに加熱温度が(Ac1変態点+30℃)~(Ac3変態点-10℃)で、かつ、400℃以下まで5~100℃/sで加速冷却する二相域熱処理を施すことを特徴とするが、拡散熱処理や二相域熱処理等の製造方法が煩雑である。 Patent Document 2 is characterized in that a steel slab before hot rolling is subjected to a diffusion heat treatment at a heating temperature of 1200 to 1350°C and a holding time in this temperature range of 2 to 100 hours, and then hot rolling is performed at a heating temperature of the Ac3 transformation point to 1250°C, and after rolling, accelerated cooling is performed at 5 to 100°C/s from the Ar3 transformation point or higher to 400°C or lower, and further a two-phase region heat treatment is performed at a heating temperature of ( Ac1 transformation point + 30°C) to ( Ac3 transformation point - 10°C) and accelerated cooling is performed at 5 to 100°C/s to 400°C or lower, but the manufacturing methods such as the diffusion heat treatment and the two-phase region heat treatment are complicated.
特許文献3は、鋼を1200~1300℃で25~60時間保持する溶体化熱処理を施した後空冷し、1000~1200℃に再加熱後、圧延終了温度Ar3変態点以上となる熱間圧延を行い空冷後、Ac3変態点以上に再加熱保持後、空冷を行い、さらにAc1変態点+10℃~Ac3変態点-10℃の二相域温度に再加熱し、その後5℃/s以上の平均冷却速度で焼入れし、400℃~650℃で焼戻すことを特徴とするが、溶体化熱処理や二相域熱処理等の製造方法が煩雑である。 Patent Document 3 describes a method in which steel is subjected to solution heat treatment at 1200 to 1300°C for 25 to 60 hours, followed by air cooling, reheating to 1000 to 1200°C, hot rolling to a rolling end temperature of the Ar3 transformation point or higher, air cooling, reheating and holding at the Ac3 transformation point or higher, air cooling, and further reheating to a two-phase region temperature of Ac1 transformation point + 10°C to Ac3 transformation point - 10°C, followed by quenching at an average cooling rate of 5°C/s or more, and tempering at 400°C to 650°C. However, the manufacturing methods, such as solution heat treatment and two-phase region heat treatment, are complicated.
特許文献4は、fA・HA-fB・HB≧-3500の関係式を提案している。ここで、fAとfBは、それぞれ硬質部と軟質部が組織に占める%単位での割合、HAとHBは、それぞれ硬質部と軟質部のビッカース硬さの平均値を示している。しかし、fA・HA-fB・HBと疲労き裂伝播速度は、線形関係でなく、指標としては不明確である。 Patent Document 4 proposes the relational equation fA.HA - fB.HB ≧ -3500. Here, fA and fB are the percentages of the structure that are occupied by the hard and soft parts, respectively, and HA and HB are the average Vickers hardness values of the hard and soft parts, respectively. However, there is no linear relationship between fA.HA - fB.HB and the fatigue crack propagation rate, and it is unclear as an indicator.
さらに、特許文献5は、鋼を熱間圧延後、直接焼入れあるいは再加熱焼入れを施し、さらに引き続いて650℃以上、Ac3点未満の温度に加熱して冷却する2相域熱処理を行うことを特徴とするが、2相域熱処理等の製造方法が煩雑である。 Furthermore, Patent Document 5 is characterized in that after hot rolling, the steel is directly quenched or reheated and quenched, and then is subjected to a two-phase region heat treatment in which the steel is heated to a temperature of 650° C. or higher and lower than the Ac point and then cooled. However, the manufacturing method such as the two-phase region heat treatment is complicated.
そこで、本発明は、上記した従来技術の問題を解決し、煩雑な熱処理がなく、簡単な製造方法で製造できる耐疲労き裂伝播特性に優れた鋼材を提供することを目的とする。ここで、「鋼材」とは、鋼板、棒鋼、条鋼などを含むが、以下、「鋼板」を主体に説明する。 The present invention aims to solve the problems of the conventional technology described above and provide a steel material with excellent fatigue crack propagation resistance that can be manufactured by a simple manufacturing method without complicated heat treatment. Here, "steel material" includes steel plate, steel bar, steel strip, etc., but the following explanation will focus mainly on "steel plate."
本発明者らは、上記課題を解決すべく以下の実験を行い、検討を重ねた。 The inventors conducted the following experiments and carried out extensive research to solve the above problems.
[疲労き裂伝播速度]
実験には3種類の供試鋼(A、B、C)を用いた。その化学組成を表1に示す。
[Fatigue crack propagation rate]
Three types of test steels (A, B, and C) were used in the experiment. Their chemical compositions are shown in Table 1.
供試鋼Aは、鋼組成が0.12%C-0.28%Si-1.33%Mn-0.013%P-0.004%S-0.01%Ni-0.02%Cr-0.011%Ti-0.047%Al-0.0038%Nを有する鋼板(板厚25mm)であり、これを用い、その鋼板を900℃に再加熱し、焼入れ処理を行い、その後200℃で焼戻し処理を施した。その後、12mmに両面減厚したCT試験片で応力拡大係数範囲〔ΔK〕と疲労き裂伝播速度〔da/dN〕の関係を調べた。供試鋼Bは、軟質相/硬質相分散鋼(0.15%C-0.25%Si-1.51%Mn-0.009%P-0.005%S-0.07%Cr-0.038%Al-0.0025%Nを有する鋼塊を950℃以上1250℃以下に加熱後、Ar3点以上で累積圧下率50%以上の圧延を行い、Ar3点-60℃から730℃以上の温度域から10℃/s以上30℃/s未満の冷却速度で加速冷却を開始後、650℃以下500℃以上まで冷却して出来た鋼材)を用い、供試鋼Cは、従来鋼(0.13%C-0.33%Si-1.45%Mn-0.009%P-0.008%S-0.05%Cr-0.012Ti-0.048%Al-0.0039%Nを有する鋼塊を950℃以上1250℃以下に加熱後、900℃以上で累積圧下率50%以上の圧延を行いAr3点からAr3点-100℃の温度域から加速冷却を開始後700℃以下、500℃以上まで冷却して出来た鋼材)を用いた。 Test steel A was a steel plate (thickness 25 mm) with a steel composition of 0.12%C-0.28%Si-1.33%Mn-0.013%P-0.004%S-0.01%Ni-0.02%Cr-0.011%Ti-0.047%Al-0.0038%N, which was reheated to 900°C, quenched, and then tempered at 200°C. Thereafter, the relationship between the stress intensity factor range [ΔK] and the fatigue crack propagation rate [da/dN] was investigated using a CT test piece whose thickness was reduced to 12 mm on both sides. Test steel B is a soft phase/hard phase dispersion steel (a steel ingot having 0.15%C-0.25%Si-1.51%Mn-0.009%P-0.005%S-0.07%Cr-0.038%Al-0.0025%N) heated to 950°C or higher and 1250°C or lower, and then rolled at 3 Ar or higher with a cumulative rolling reduction of 50% or more. The steel used was a steel material obtained by starting accelerated cooling from the temperature range of Ar 3 point -60°C to 730°C or higher at a cooling rate of 10°C/s or more but less than 30°C/s, and then cooling to 650°C or lower and 500°C or higher, and the test steel C was a conventional steel (a steel material obtained by heating a steel ingot containing 0.13%C-0.33%Si-1.45%Mn-0.009%P-0.008%S-0.05%Cr-0.012Ti-0.048%Al-0.0039%N to 950°C or higher and rolling it at 900°C or higher with a cumulative reduction rate of 50% or more, and then starting accelerated cooling from the temperature range of Ar 3 point to Ar 3 point -100°C, and then cooling to 700°C or lower and 500°C or higher).
その結果を図1に示す。図1中の□(図中では「白枠黒塗りつぶし」で表示)は、供試鋼Aのデータであり、△は、供試鋼Bのデータで、○は、供試鋼Cである。また、図中の実線は、供試鋼Cのような一般的な従来鋼における応力拡大係数範囲〔ΔK〕に対する疲労き裂伝播速度〔da/dN〕のレベルであり、ΔK=15MPa・m1/2のとき3.50×10-8m/cycleと、ΔK=25MPa・m1/2のとき1.70×10-7m/cycleを結んだ直線である。その下にある点線は、供試鋼Cの疲労き裂伝播速度レベルの1/2レベルであり、ΔK=15MPa・m1/2のとき1.75×10-8m/cycleと、ΔK=25MPa・m1/2のとき8.50×10-8m/cycleを結んだ直線である。その下にある1点鎖線は、供試鋼Cの疲労き裂伝播速度レベルの1/5レベルであり、ΔK=15MPa・m1/2のとき7.00×10-9m/cycleと、ΔK=25MPa・m1/2のとき3.40×10-8m/cycleを結んだ直線である。この実験結果から、供試鋼Bは、供試鋼Cの疲労き裂伝播速度レベルの1/2程度であるのに対し、供試鋼Aの疲労き裂伝播速度レベルは、供試鋼Cの1/5程度であり、耐疲労き裂伝播特性に最も優れていることが確認された。 The results are shown in Figure 1. In Figure 1, squares (shown as "white frame with black fill" in the figure) represent data for test steel A, triangles represent data for test steel B, and circles represent data for test steel C. The solid line in the figure represents the level of fatigue crack propagation rate [da/dN] versus stress intensity factor range [ΔK] for a typical conventional steel such as test steel C, and is a straight line connecting 3.50 x 10 -8 m/cycle when ΔK = 15 MPa·m 1/2 and 1.70 x 10 -7 m/cycle when ΔK = 25 MPa·m 1/2 . The dotted line below is half the fatigue crack propagation rate level of sample steel C, and is a straight line connecting 1.75×10 -8 m/cycle when ΔK = 15 MPa·m 1/2 and 8.50×10 -8 m/cycle when ΔK = 25 MPa·m 1/2 . The dashed dotted line below is one-fifth the fatigue crack propagation rate level of sample steel C, and is a straight line connecting 7.00×10 -9 m/cycle when ΔK = 15 MPa·m 1/2 and 3.40×10 -8 m/cycle when ΔK = 25 MPa·m 1/2 . From the results of this experiment, it was confirmed that sample steel B had a fatigue crack propagation rate level that was approximately half that of sample steel C, while sample steel A had a fatigue crack propagation rate level that was approximately 1/5 that of sample steel C, indicating that sample steel A has the best fatigue crack propagation resistance.
次に、上記の供試鋼Aの鋼板の1/2厚さから薄膜試料を作成し、TEM(透過型電子顕微鏡)で金属組織観察を行った。また、付属のエネルギー分散型X線分光器(EDX)分析により炭化物、窒化物、炭窒化物の同定を行った。その結果の一例を図2に示す。図2では、1視野(3.8μm2、10000倍)中に、3個の炭化物からなる析出物が認められた。同様の観察を視野間隔50μmで10視野行った結果、6視野中(10視野中の60%相当)で1個以上の炭化物、窒化物または炭窒化物からなる析出物が確認された。 Next, a thin film sample was prepared from 1/2 the thickness of the steel plate of the above-mentioned test steel A, and metal structure observation was performed using a TEM (transmission electron microscope). In addition, carbides, nitrides, and carbonitrides were identified using an attached energy dispersive X-ray spectrometer (EDX) analysis. An example of the results is shown in Figure 2. In Figure 2, three precipitates consisting of carbides were observed in one field of view (3.8 μm 2 , 10,000 times magnification). As a result of similar observations being performed in 10 fields of view with a field interval of 50 μm, precipitates consisting of one or more carbides, nitrides, or carbonitrides were confirmed in six fields of view (corresponding to 60% of the 10 fields of view).
なお、金属組織の観察は、鋼材(鋼板)の板厚中央部(板厚1/2の位置)で採取した試験片を研磨し腐食(ナイタールエッチング)して、走査型電子顕微鏡(SEM)(倍率:500倍)で組織観察を行い、撮像して画像解析装置を用いて、金属組織を判定した。その結果、上記供試鋼Aにおいて、観察された金属組織は、焼戻しベイナイト組織であった。また、上記供試鋼Bは、フェライトマトリクス中に塊状のパーライト、塊状のベイナイトが生成した組織であった。さらに、上記供試鋼Cは、フェライトマトリクス中にバンド状のパーライトが生成した組織であった。 For the observation of the metal structure, a test piece taken from the center of the thickness of the steel material (steel plate) (at 1/2 the thickness) was polished and corroded (nital etched), and the structure was observed with a scanning electron microscope (SEM) (magnification: 500x). An image was taken and the metal structure was determined using an image analyzer. As a result, the metal structure observed in the above sample steel A was a tempered bainite structure. The above sample steel B had a structure in which clumped pearlite and clumped bainite had formed in a ferrite matrix. Furthermore, the above sample steel C had a structure in which band-shaped pearlite had formed in a ferrite matrix.
以上のような実験結果から、特定の組成を有する鋼材であって、その金属組織が、焼戻しベイナイト組織であり、さらに、炭化物、窒化物および炭窒化物の析出物のうち1種以上が存在する鋼材とすることで疲労き裂伝播特性が大幅に向上することを知見した。 From the above experimental results, it was discovered that fatigue crack propagation characteristics are significantly improved by using a steel material with a specific composition, whose metal structure is a tempered bainite structure, and which further contains one or more types of precipitates of carbides, nitrides, and carbonitrides.
また、同様に、焼戻しマルテンサイト組織、あるいは焼戻しベイナイト組織と焼戻しマルテンサイト組織との混合組織であれば、さらには、それらの組織内にフェライト組織が存在している場合であっても、そのフェライト組織が面積率で50%以下である場合の組織であって、さらに、炭化物、窒化物および炭窒化物の析出物のうち1種以上が存在する鋼材において、同様に疲労き裂伝播速度の低下が認められた。 Similarly, a decrease in fatigue crack propagation rate was observed in steel materials that had tempered martensite structures or mixed structures of tempered bainite and tempered martensite structures, and even if ferrite structures were present within these structures, the area ratio of the ferrite structures was 50% or less, and that contained one or more of the following precipitates: carbide, nitride, and carbonitride.
本発明は、かかる知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものであり、本発明の要旨は、次のとおりである。
〔1〕質量%で、C:0.02~0.40%、Si:0.010~0.500%、Mn:0.05~2.00%、P:0.050%以下、S:0.050%以下、Al:0.100%以下、N:0.1000%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる化学組成を有する鋼材であって、該鋼材の金属組織が、焼戻しベイナイト組織、焼戻しマルテンサイト組織または焼戻しベイナイト組織と焼戻しマルテンサイト組織の混合組織のうちのいずれかの組織であり、さらに、炭化物、窒化物および炭窒化物の析出物のうち1種以上が存在することを特徴とする耐疲労き裂伝播特性に優れた鋼材。
〔2〕〔1〕において、前記化学組成に加えて、さらに、質量%で、Cu:0.01~2.00%、Ni:0.01~5.00%、Cr:0.01~3.00%、Mo:0.01~1.00%、Nb:0.001~0.100%、V:0.001~0.100%、Ti:0.001~0.100%、B:0.0001~0.0100%、REM:0.001~0.100%のうちから選ばれた1種以上を含有することを特徴とする耐疲労き裂伝播特性に優れた鋼材。
〔3〕〔1〕または〔2〕において、前記各金属組織と面積率50%以下のフェライト組織が存在していることを特徴とする耐疲労き裂伝播特性に優れた鋼材。
〔4〕〔1〕ないし〔3〕のいずれか一つにおいて、前記鋼材の板厚が、5~100mmであることを特徴とする耐疲労き裂伝播特性に優れた鋼材。
〔5〕〔1〕ないし〔4〕のいずれか一つにおいて、前記析出物の個数が、前記鋼材の板厚中央部で、1~100個/3.8μm2であることを特徴とする耐疲労き裂伝播特性に優れた鋼材。
〔6〕〔1〕ないし〔5〕のいずれか一つにおいて、前記鋼材の疲労き裂伝播試験における応力拡大係数範囲〔ΔK〕が20MPa・m1/2である場合に、疲労き裂伝播速度〔da/dN〕が、4.26×10-8m/cycle以下であることを特徴とする耐疲労き裂伝播特性に優れた鋼材。
〔7〕〔1〕ないし〔6〕のいずれか一つに記載の鋼材の製造方法であって、質量%で、C:0.02~0.40%、Si:0.010~0.500%、Mn:0.05~2.00%、P:0.050%以下、S:0.050%以下、Al:0.100%以下、N:0.1000%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる化学組成を有する鋼素材を、Ac3点以上に加熱し、再加熱焼入れ処理を施した後、焼戻し処理を施すことを特徴とする耐疲労き裂伝播特性に優れた鋼材の製造方法。
〔8〕〔7〕において、前記鋼素材の化学組成に加えて、さらに、質量%で、Cu:0.01~2.00%、Ni:0.01~5.00%、Cr:0.01~3.00%、Mo:0.01~1.00%、Nb:0.001~0.100%、V:0.001~0.100%、Ti:0.001~0.100%、B:0.0001~0.0100%、REM:0.001~0.100%のうちから選ばれた1種以上を含有することを特徴とする耐疲労き裂伝播特性に優れた鋼材の製造方法。
〔9〕〔7〕または〔8〕において、前記再加熱焼入れ処理が、冷却停止温度:25℃以下で、冷却速度:5~250℃/sで行うことを特徴とする耐疲労き裂伝播特性に優れた鋼材の製造方法。
〔10〕〔7〕ないし〔9〕のいずれか一つにおいて、前記焼戻し処理が、加熱温度:100~450℃で、加熱時間:10秒以上行うことを特徴とする耐疲労き裂伝播特性に優れた鋼材の製造方法。
The present invention was completed based on these findings and through further investigation, and the gist of the present invention is as follows.
[1] A steel material having a chemical composition containing, by mass%, C: 0.02-0.40%, Si: 0.010-0.500%, Mn: 0.05-2.00%, P: 0.050% or less, S: 0.050% or less, Al: 0.100% or less, N: 0.1000% or less, with the balance being Fe and unavoidable impurities, wherein the metal structure of the steel material is any one of a tempered bainite structure, a tempered martensite structure, or a mixed structure of a tempered bainite structure and a tempered martensite structure, and further characterized in that one or more types of precipitates of carbide, nitride, and carbonitride are present.
[2] In [1], in addition to the chemical composition, the steel material has excellent fatigue crack propagation resistance, characterized in that it further contains, by mass%, one or more selected from Cu: 0.01 to 2.00%, Ni: 0.01 to 5.00%, Cr: 0.01 to 3.00%, Mo: 0.01 to 1.00%, Nb: 0.001 to 0.100%, V: 0.001 to 0.100%, Ti: 0.001 to 0.100%, B: 0.0001 to 0.0100%, and REM: 0.001 to 0.100%.
[3] A steel material having excellent fatigue crack propagation resistance according to [1] or [2], characterized in that each of the metal structures and a ferrite structure having an area ratio of 50% or less are present.
[4] In any one of [1] to [3], the steel material having excellent fatigue crack propagation resistance is characterized in that the plate thickness of the steel material is 5 to 100 mm.
[5] In any one of [1] to [4], the number of the precipitates is 1 to 100 precipitates/3.8 μm2 at the center of the plate thickness of the steel material.
[6] In any one of [1] to [5], a steel material having excellent fatigue crack propagation resistance, characterized in that when the stress intensity factor range [ΔK] in a fatigue crack propagation test of the steel material is 20 MPa·m 1/2 , the fatigue crack propagation rate [da/dN] is 4.26×10 -8 m/cycle or less.
[7] A method for producing a steel material according to any one of [1] to [6], comprising heating a steel material having a chemical composition, by mass%, containing C: 0.02 to 0.40%, Si: 0.010 to 0.500%, Mn: 0.05 to 2.00%, P: 0.050% or less, S: 0.050% or less, Al: 0.100% or less, N: 0.1000% or less, with the balance being Fe and unavoidable impurities, to the Ac point or higher, subjecting the steel material to a reheating and quenching treatment, and then subjecting the steel material to a tempering treatment, thereby producing a steel material having excellent fatigue crack propagation resistance.
[8] In [7], a method for producing a steel material having excellent fatigue crack propagation resistance, characterized in that in addition to the chemical composition of the steel material, the steel material further contains, by mass%, one or more selected from Cu: 0.01 to 2.00%, Ni: 0.01 to 5.00%, Cr: 0.01 to 3.00%, Mo: 0.01 to 1.00%, Nb: 0.001 to 0.100%, V: 0.001 to 0.100%, Ti: 0.001 to 0.100%, B: 0.0001 to 0.0100%, and REM: 0.001 to 0.100%.
[9] In the method of [7] or [8], the reheating and quenching treatment is carried out at a cooling stop temperature of 25°C or less and a cooling rate of 5 to 250°C/s.
[10] A method for producing a steel material having excellent fatigue crack propagation resistance, as set forth in any one of [7] to [9], characterized in that the tempering treatment is carried out at a heating temperature of 100 to 450°C for a heating time of 10 seconds or more.
本発明によれば、簡便な製造方法で耐疲労き裂伝播特性に優れた鋼材が製造可能であり、産業上格段の効果を有する。 The present invention makes it possible to produce steel materials with excellent fatigue crack propagation resistance using a simple manufacturing method, which has a significant industrial effect.
以下、本発明に係る実施形態について具体的に説明する。 The following is a detailed description of an embodiment of the present invention.
[鋼材の基本化学組成]
次に、本発明に係る鋼材の基本化学組成について、説明する。なお、以下、化学組成における「%」は、「質量%」であることを意味する。
[Basic chemical composition of steel]
Next, the basic chemical composition of the steel material according to the present invention will be described. Note that, hereinafter, "%" in the chemical composition means "mass %".
[C:0.02~0.40%]
Cは、強度確保のために0.02%以上の添加が必要である。しかし、0.40%以上の添加は、溶接性を阻害する。したがって、0.02~0.40%の範囲に限定した。好ましくは、0.02~0.35%である。より好ましくは、0.02~0.33%である。さらに好ましくは、0.02~0.30%である。
[C:0.02-0.40%]
C must be added at 0.02% or more to ensure strength. However, adding 0.40% or more impairs weldability. Therefore, the range of C is 0.02 to 0.40%. The content is preferably 0.02 to 0.35%. More preferably, it is 0.02 to 0.33%. Further preferably, it is 0.02 to 0.30%.
[Si:0.010~0.500%]
Siは、脱酸剤として有効であるとともに高強度化のためには0.010%以上必要であるが、0.500%を越えて添加すると溶接性、靭性を劣化させる。したがって、0.010~0.500%の範囲に限定した。好ましくは、0.050~0.450%である。より好ましくは、0.050~0.430%である。さらに好ましくは、0.050~0.400%である。
[Si:0.010-0.500%]
Silicon is effective as a deoxidizer and at least 0.010% is necessary to increase strength. However, if it is added in excess of 0.500%, it deteriorates weldability and toughness. The range is limited to 0.050 to 0.500%. The range is preferably 0.050 to 0.450%. The range is more preferably 0.050 to 0.430%. The range is further preferably 0.050 to 0. It is 400%.
[Mn:0.05~2.00%]
Mnは、安価に焼入れ性の増加を通じて強度を高めるだけでなく、靭性向上の観点から0.05%以上必要であるが、2.00%を越えると溶接性の劣化に繋がる。したがって、0.05~2.00%の範囲に限定した。好ましくは、0.05~1.90%である。より好ましくは、0.05~1.85%である。さらに好ましくは、0.05~1.80%である。
[Mn: 0.05-2.00%]
Mn is inexpensive and increases strength by increasing hardenability, and from the viewpoint of improving toughness, 0.05% or more is necessary. However, if it exceeds 2.00%, it leads to deterioration of weldability. The range of the content of Cr is limited to 0.05 to 2.00%. The range is preferably 0.05 to 1.90%. The range is more preferably 0.05 to 1.85%. The range is further preferably 0.05 to 1. . 80%.
[P:0.050%以下]
Pは、不純物で靭性を劣化させるため、その含有量は少ないほど良く、製造コスト上、0.050%以下の範囲に限定する。好ましくは、0.040%以下である。より好ましくは、0.030%以下である。さらに好ましくは、0.020%以下である。
[P: 0.050% or less]
P is an impurity that deteriorates toughness, so the lower the content, the better. From the viewpoint of production costs, the content is limited to a range of 0.050% or less. Preferably, it is 0.040% or less. More preferably, it is 0.050% or less. It is preferably 0.030% or less, and more preferably 0.020% or less.
[S:0.050%以下]
Sは、不純物で靭性を劣化させるため、その含有量は少ないほど良く、製造コスト上、0.050%以下の範囲に限定する。好ましくは、0.040%以下である。より好ましくは、0.030%以下である。さらに好ましくは、0.020%以下である。
[S: 0.050% or less]
S is an impurity that deteriorates toughness, so the lower the content, the better. From the viewpoint of production costs, the content is limited to a range of 0.050% or less. Preferably, it is 0.040% or less. More preferably, it is 0.050% or less. It is preferably 0.030% or less, and more preferably 0.020% or less.
[Al:0.100%以下]
Alは、脱酸剤として作用し、高張力鋼の溶鋼脱酸プロセスにおいてもっとも汎用的に使われる。また、鋼中のNをAlNとして固定し母材の靭性向上に寄与する。一方、0.100%を超える添加は、母材の靭性が低下するとともに、溶接時に溶接金属部に混入して靭性を劣化させる。このためAlは、0.100%以下に限定する。好ましくは、0.080%以下である。より好ましくは、0.070%以下である。さらに好ましくは、0.060%以下である。
[Al: 0.100% or less]
Al acts as a deoxidizer and is most commonly used in the molten steel deoxidation process for high tensile steel. It also fixes N in the steel as AlN, contributing to improving the toughness of the base material. Addition of more than 100% of Al reduces the toughness of the base metal and also degrades the toughness of the weld metal when it is mixed into the weld metal during welding. For this reason, Al is limited to 0.100% or less. Preferably, it is 0.080% or less. % or less. More preferably, it is 0.070% or less. Further preferably, it is 0.060% or less.
[N:0.1000%以下]
Nは、固溶状態では延性、靭性に悪影響を及ぼすために好ましくないが、V、AlやTiと結びついてオーステナイト粒微細化や析出強化に有効に働くため、微量であれば機械的特性向上に有効である。しかし、過剰に含有すると固溶Nが増加し延性や靱性に悪影響を及ぼす可能性があるので、Nは、0.1000%以下の範囲に限定する。好ましくは、0.0900%以下である。より好ましくは、0.0800%以下である。さらに好ましくは、0.0700%以下である。
[N: 0.1000% or less]
N is undesirable because it adversely affects ductility and toughness in a solid solution state, but it is effective in refining austenite grains and strengthening precipitation when combined with V, Al, and Ti, so even a small amount can improve mechanical properties. However, excessive N content increases the amount of dissolved N, which may adversely affect ductility and toughness, so the N content is limited to a range of 0.1000% or less. Preferably, it is 0.0900%. The content is preferably 0.0800% or less, more preferably 0.0700% or less.
[鋼材の任意的選択化学組成]
上述した化学組成が本発明の鋼材の基本化学組成であり、本発明では、この基本化学組成に加えてさらに、任意的選択化学組成として、必要に応じて、強度、靭性や溶接性等の調整、耐候性の付与などを目的として、Cu:0.01~2.00%、Ni:0.01~5.00%、Cr:0.01~3.00%、Mo:0.01~1.00%、Nb:0.001~0.100%、V:0.001~0.100%、Ti:0.001~0.100%、B:0.0001~0.0100%、REM:0.001~0.100%のうちから選ばれた1種以上を選択して含有することができる。
[Optional chemical composition of steel]
The above-mentioned chemical composition is the basic chemical composition of the steel material of the present invention. In addition to this basic chemical composition, the present invention further includes, as an optional chemical composition, one or more selected from Cu: 0.01 to 2.00%, Ni: 0.01 to 5.00%, Cr: 0.01 to 3.00%, Mo: 0.01 to 1.00%, Nb: 0.001 to 0.100%, V: 0.001 to 0.100%, Ti: 0.001 to 0.100%, B: 0.0001 to 0.0100%, and REM: 0.001 to 0.100% can be selected and contained for the purpose of adjusting strength, toughness, weldability, and the like, and imparting weather resistance, as necessary.
[Cu:0.01~2.00%]
Cuは、固溶による強度上昇効果をもたらすとともに耐候性を向上させる。このため下限を0.01%とするのが好ましい。しかし、その含有量が2.00%を超えると、溶接性を損なうとともに鋼材製造時に疵が生じやすくなる。従って、含有する場合は、0.01~2.00%とするのが好ましい。より好ましくは、0.01~1.50%である。さらに好ましくは、
0.01~1,00%である。
[Cu: 0.01-2.00%]
Cu has the effect of increasing strength through solid solution and improving weather resistance. For this reason, the lower limit is preferably set to 0.01%. However, if the Cu content exceeds 2.00%, weldability is impaired. At the same time, defects are likely to occur during the production of steel materials. Therefore, when it is contained, it is preferable that the content is 0.01 to 2.00%. More preferably, it is 0.01 to 1.50%. Even more preferably,
It is 0.01 to 1.00%.
[Ni:0.01~5.00%]
Niは、低温靭性を向上させるとともに耐候性やCuを添加した場合に生ずる熱間脆性の改善に有効である。このため下限を0.01%とするのが好ましい。しかし、その含有量が5.00%を超えると溶接性を阻害する上、コスト上昇に繋がる。従って、含有する場合は、0.01~5.00%とするのが好ましい。より好ましくは、0.01~4.00%である。さらに好ましくは、0.01~3.00%である。
[Ni:0.01-5.00%]
Ni is effective in improving low-temperature toughness, weather resistance, and hot brittleness that occurs when Cu is added. Therefore, the lower limit is preferably set at 0.01%. However, if the Ni content is 5 If it exceeds 0.00%, it impairs weldability and leads to increased costs. Therefore, if it is contained, it is preferable to limit it to 0.01 to 5.00%. More preferably, it is preferable to limit it to 0.01 to 4.00%. %, and more preferably, it is 0.01 to 3.00%.
[Cr:0.01~3.00%]
Crは、耐候性や強度を向上させる。このため0.01%を添加の下限とするのが好ましい。しかし、その含有量が3.00%を超えると溶接性および靭性を損なう。従って、含有する場合は、0.01~3.00%とするのが好ましい。より好ましくは、0.01~2.50%である。さらに好ましくは、0.01~2.00%である。
[Cr:0.01-3.00%]
Cr improves weather resistance and strength. For this reason, the lower limit of its addition is preferably set at 0.01%. However, if its content exceeds 3.00%, it impairs weldability and toughness. Therefore, its content is If added, the content is preferably 0.01 to 3.00%, more preferably 0.01 to 2.50%, and even more preferably 0.01 to 2.00%.
[Mo:0.01~1.00%]
Moは、強度を上昇させるために0.01%以上含有してもよい。しかし、その含有量が1.00%を超えると、溶接性および靭性の劣化が生じる。従って、含有する場合は、0.01~1.00%とするのが好ましい。より好ましくは、0.01~0.90%である。さらに好ましくは、0.01~0.80%である。
[Mo: 0.01-1.00%]
Mo may be contained in an amount of 0.01% or more in order to increase strength. However, if its content exceeds 1.00%, it causes deterioration of weldability and toughness. Therefore, when Mo is contained, The content is preferably 0.01 to 1.00%, more preferably 0.01 to 0.90%, and further preferably 0.01 to 0.80%.
[Nb:0.001~0.100%]
Nbは、圧延時のオーステナイト再結晶を抑制し細粒化を図ると同時に、析出により高強度化をもたらす働きを有するため0.001%以上含有してもよい。しかし、0.100%を超えて含有すると靭性が劣化する。従って、含有する場合は、0.001~0.100%とするのが好ましい。より好ましくは0.001~0.090%である。さらに好ましくは、0.001~0.080%である。
[Nb: 0.001 to 0.100%]
Nb suppresses austenite recrystallization during rolling to refine the grains, and at the same time, has the effect of increasing strength through precipitation, so it may be contained in an amount of 0.001% or more. However, it should not be more than 0.100%. If it is contained in excess, toughness will deteriorate. Therefore, if it is contained, it is preferable that the content be 0.001 to 0.100%, more preferably 0.001 to 0.090%, and even more preferably 0.001 ~0.080%.
[V:0.001~0.100%]
VもNbと同様、析出により高強度化をもたらす働きを有するため0.001%以上含有してもよい。しかし、0.100%を超えて含有すると、溶接性および靭性の低下を招く。従って、含有する場合は、0.001~0.100%とするのが好ましい。より好ましくは、0.001~0.090%である。さらに好ましくは、0.001~0.080%である。
[V:0.001-0.100%]
Like Nb, V also has the effect of increasing strength through precipitation, so it may be contained in an amount of 0.001% or more. However, if it is contained in an amount exceeding 0.100%, it will cause a decrease in weldability and toughness. Therefore, When it is contained, its content is preferably 0.001 to 0.100%, more preferably 0.001 to 0.090%, and further preferably 0.001 to 0.080%.
[Ti:0.001~0.100%]
Tiは、強度上昇と溶接部靭性を改善するために0.001%以上含有してもよい。しかし、その含有量が0.100%を超えるとコスト上昇を招く傾向にある。従って、含有する場合は、0.001~0.100%とするのが好ましい。より好ましくは、0.001~0.090%である。さらに好ましくは、0.001~0.080%である。
[Ti: 0.001 to 0.100%]
Ti may be contained in an amount of 0.001% or more in order to increase the strength and improve the toughness of the welded portion. However, if the content exceeds 0.100%, the cost tends to increase. Therefore, the content In this case, the content is preferably 0.001 to 0.100%, more preferably 0.001 to 0.090%, and further preferably 0.001 to 0.080%.
[B:0.0001~0.0100%]
Bは、焼入れ性を高め強度上昇に寄与するために0.0001%以上含有してもよい。しかし、0.0100%を超えて含有すると溶接性を害する。従って、含有する場合は、0.0001~0.0100%とするのが好ましい。より好ましくは、0.0001~0.0090%である。さらに好ましくは、0.0001~0.0080%である。
[B:0.0001-0.0100%]
B may be contained in an amount of 0.0001% or more in order to improve hardenability and contribute to an increase in strength. However, if it is contained in an amount exceeding 0.0100%, it impairs weldability. Therefore, if it is contained, the content should be less than 0. The content is preferably 0.0001 to 0.0100%, more preferably 0.0001 to 0.0090%, and further preferably 0.0001 to 0.0080%.
[REM:0.001~0.100%]
REMは、Sc、Y、La、Ceなどの希土類元素をいう。微量添加の際は、HAZ靭性の向上に寄与するため0.001%以上含有してもよい。しかし、0.100%を超えて含有すると溶接性を害する。従って、REMを含有する場合には、0.001~0.100%とするのが好ましい。より好ましくは、0.001~0.090%である。さらに好ましくは、0.001~0.080%である。
[REM: 0.001-0.100%]
REM refers to rare earth elements such as Sc, Y, La, and Ce. When added in small amounts, they may be contained in an amount of 0.001% or more because they contribute to improving HAZ toughness. However, if they exceed 0.100%, If REM is contained in the steel, it will impair weldability. Therefore, if REM is contained, it is preferable that the content be 0.001 to 0.100%. More preferably, it is 0.001 to 0.090%. Even more preferably, , 0.001 to 0.080%.
[残部化学組成]
上記した化学組成以外の残部化学組成は、Feおよび不可避的不純物からなる。この不可避的不純物元素としては、O(酸素)、Sn、Sb、As、Pb、Bi、Ca、Mgなどが例示でき、合計で0.10%以下であれば許容できる。また、前述の基本化学組成および任意的選択化学組成を満足する限り、これら以外の不可避的不純物元素が含有することを妨げるものではなく、そのような実施態様も本発明の技術的範囲に含まれる。
[Remainder Chemical Composition]
The remaining chemical composition other than the above-mentioned chemical composition is composed of Fe and inevitable impurities. Examples of the inevitable impurity elements include O (oxygen), Sn, Sb, As, Pb, Bi, Ca, Mg, etc., and a total of 0.10% or less is acceptable. In addition, as long as the above-mentioned basic chemical composition and optional chemical composition are satisfied, the inclusion of inevitable impurity elements other than these is not prevented, and such embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
[鋼材の金属組織]
本発明では、前述の化学組成を有する鋼材を、後述する製造方法により得ることができる。得られた鋼材の板厚中央部の金属組織は、その化学組成が異なることで、また、鋼材の板厚に応じて冷却速度が変化することで、さらには、焼戻し処理などの熱処理条件によって、次のような金属組織を有することが分かった。その組織とは、焼戻しベイナイト組織、焼戻しマルテンサイト組織または焼戻しベイナイト組織と焼戻しマルテンサイト組織の混合組織のうちのいずれかの組織であり、また、それらの金属組織の組織内に、面積率50%以下のフェライト組織が存在している場合もある。すなわち、以下の金属組織を有するものである。
(a)焼戻しベイナイト組織
(b)焼戻しマルテンサイト組織
(c)焼戻しベイナイト組織および焼戻しマルテンサイト組織の混合組織
(d)面積率50%以下のフェライト組織と焼戻しベイナイト組織
(e)面積率50%以下のフェライト組織と焼戻しマルテンサイト組織
(f)面積率50%以下のフェライト組織、焼戻しベイナイト組織および焼戻しマルテンサイト組織の混合組織
なお、これらの金属組織は、前述したように、走査型電子顕微鏡(SEM)(倍率:500倍)を用いた組織観察によって判定することができる。
[Metal structure of steel material]
In the present invention, a steel material having the above-mentioned chemical composition can be obtained by a manufacturing method described below. It has been found that the metal structure of the central part of the plate thickness of the obtained steel material has the following metal structure due to the difference in chemical composition, the change in cooling rate depending on the plate thickness of the steel material, and the heat treatment conditions such as tempering treatment. The structure is any one of tempered bainite structure, tempered martensite structure, and a mixed structure of tempered bainite structure and tempered martensite structure, and a ferrite structure with an area ratio of 50% or less may be present in the structure of these metal structures. In other words, it has the following metal structure.
(a) Tempered bainite structure (b) Tempered martensite structure (c) A mixed structure of tempered bainite structure and tempered martensite structure (d) A ferrite structure and a tempered bainite structure with an area ratio of 50% or less (e) A ferrite structure and a tempered martensite structure with an area ratio of 50% or less (f) A mixed structure of a ferrite structure, a tempered bainite structure, and a tempered martensite structure with an area ratio of 50% or less. As mentioned above, these metal structures can be determined by observing the structure using a scanning electron microscope (SEM) (magnification: 500 times).
上述の各組織は、前述したように、化学組成、冷却速度、焼戻し処理などの熱処理条件などを調整して得ることができる。 As mentioned above, each of the above structures can be obtained by adjusting the chemical composition, cooling rate, and heat treatment conditions such as tempering.
具体的には、冷却速度が大きい(50℃/s以上)と、マルテンサイト組織になり易く、冷却速度が小さい(10℃/s以上)と、ベイナイト組織になり易い。冷却速度がさらに小さい(5℃/s以下)と、ベイナイト組織またはマルテンサイト組織、あるいはベイナイト組織とマルテンサイト組織のマトリクス中にフェライト組織が混入するようになる。そしてこれら再加熱焼き入れした鋼材を焼戻すことによって前述の(a)~(f)の組織を得ることができる。 Specifically, a high cooling rate (50°C/s or more) tends to result in a martensite structure, while a low cooling rate (10°C/s or more) tends to result in a bainite structure. If the cooling rate is even slower (5°C/s or less), the bainite structure or martensite structure, or ferrite structure will be mixed into the matrix of the bainite and martensite structures, will result. Then, by tempering these reheated and quenched steel materials, the structures (a) to (f) mentioned above can be obtained.
[金属組織中の析出物]
前述のTEMによる金属組織観察において、金属組織中に炭化物、窒化物および炭窒化物の析出物のうちの1種以上が存在することが重要であることが分かった。具体的には、金属組織観察において、析出物の個数が、鋼材の板厚中央部で、1~100個/3.8μm2であることにより、耐疲労き裂伝播特性に優れた鋼材が得られる。すなわち、鋼材の板厚中央部での金属組織観察において、1つの測定視野が3.8μm2であって、その視野を50μm間隔で10視野観察し、それらの各視野のどこかに(1視野以上に)上記析出物の個数が1~100個/3.8μm2であることが好ましい。
[Precipitates in metal structure]
In the above-mentioned metallographic observation by TEM, it was found that it is important that one or more of carbide, nitride, and carbonitride precipitates are present in the metallographic structure. Specifically, in the metallographic observation, the number of precipitates is 1 to 100/3.8 μm 2 in the center of the plate thickness of the steel material, so that a steel material having excellent fatigue crack propagation resistance can be obtained. That is, in the metallographic observation at the center of the plate thickness of the steel material, it is preferable that one measurement field of view is 3.8 μm 2 , 10 fields of view are observed at intervals of 50 μm, and the number of the above precipitates is 1 to 100/3.8 μm 2 somewhere in each of the fields of view (at least one field of view).
上記の析出物とは、鋼材の基本化学組成中のFe、Si、Mn、Alなどの炭化物、窒化物または炭窒化物、さらに、任意的選択化学組成であるCr、Mo、Nb、V、Tiなどの炭化物や窒化物または炭窒化物である。これらの金属組織中の析出物は、図2に示した例のように、大小の微粒子状に点在しており、そのサイズは、約10~500nmである。 The above-mentioned precipitates are carbides, nitrides, or carbonitrides of elements such as Fe, Si, Mn, and Al in the basic chemical composition of the steel, as well as carbides, nitrides, or carbonitrides of elements such as Cr, Mo, Nb, V, and Ti in the optional chemical composition. These precipitates in the metal structure are scattered as small and large particles, as in the example shown in Figure 2, and their size is approximately 10 to 500 nm.
なお、これらの析出物は、鋼材(鋼板)の板厚中央部から1mmの薄片を切り出し、切り出した薄片を両面から研磨して50μm厚に減厚後、ディスクパンチで3mmφに打ち抜き、ディスクを電解研磨法により薄片化し、メタノールで洗浄後、ろ紙上で乾燥してTEM用観察試料とし、TEM観察(10000倍)することにより確認することができる。さらに付属のエネルギー分散型X線分光器(EDX)分析により炭化物、窒化物、炭窒化物の同定を行った。ここで、炭化物、窒化物、炭窒化物を同定する方法としては、上記のEDX分析法などが挙げられ、この方法によると、炭化物では、FeとCのピークが現れ、窒化物では、FeとNのピークが現れ、炭窒化物ではFeとCとNのピークが現れる。 These precipitates can be confirmed by cutting a 1 mm slice from the center of the thickness of the steel material (steel plate), polishing both sides of the slice to reduce the thickness to 50 μm, punching out a 3 mm diameter slice with a disk punch, thinning the disk by electrolytic polishing, washing with methanol, and drying on filter paper to prepare a TEM observation sample, and observing with a TEM (10,000x magnification). Furthermore, the carbides, nitrides, and carbonitrides were identified by an attached energy dispersive X-ray spectrometer (EDX) analysis. Here, the above-mentioned EDX analysis method can be mentioned as a method for identifying carbides, nitrides, and carbonitrides. According to this method, peaks of Fe and C appear in carbides, peaks of Fe and N appear in nitrides, and peaks of Fe, C, and N appear in carbonitrides.
[鋼材の製造方法]
本発明に係る鋼材の製造方法は、前述の組成となるように調整した鋼素材(鋼材)を、Ac3点以上に加熱し、再加熱焼入れ処理を施した後、焼戻し処理を施すことを特徴とする。ここで、温度は、鋼素材(鋼材)の板厚中央部の温度とした。これにより、鋼材の板厚中央部の組織は、板厚に応じて冷却速度を調整し、前述した金属組織および金属組織内に析出物が得られる。そして、このような金属組織を有する鋼材の場合に、後述するように耐疲労き裂伝播特性が向上することが確認された。このような効果は、鋼材の板厚が、5~100mmの範囲で確認している。
さらに、本発明の鋼材の製造方法における個々の工程について詳しく説明する。
[Method of manufacturing steel material]
The method for producing a steel material according to the present invention is characterized in that a steel material (steel material) adjusted to have the above-mentioned composition is heated to the Ac3 point or higher, reheated and quenched, and then tempered. Here, the temperature is the temperature at the center of the plate thickness of the steel material (steel material). As a result, the structure at the center of the plate thickness of the steel material is cooled at a rate adjusted according to the plate thickness, and the above-mentioned metal structure and precipitates within the metal structure are obtained. In the case of a steel material having such a metal structure, it has been confirmed that the fatigue crack propagation resistance is improved as described below. Such an effect has been confirmed when the plate thickness of the steel material is in the range of 5 to 100 mm.
Furthermore, each step in the method for producing a steel material according to the present invention will be described in detail.
[Ac3点以上の加熱]
まず、鋼材の金属組織を完全オーステナイト化するために、Ac3点(オーステナイト変態温度)以上に加熱する。この加熱を再加熱ともいい、この温度を再加熱温度ともいう。Ac3点に満たない加熱は、加熱前組織が残存し強度低下が生じる。このAc3点は、鋼材の組成%によって次式(1)にて計算できる。
Ac3=937.2-436.5×C+56×Si-19.7×Mn-16.3×Cu-26.6×Ni-4.9×Cr+38.1×Mo+124.8×V+136.3×Ti-19.1×Nb+198.4×Al+3315×B ・・・・ (1)
なお、含有されていない場合は0とする。
[Ac heating for 3 points or more]
First, in order to completely austenitize the metal structure of the steel, it is heated to the Ac3 point (austenite transformation temperature) or higher. This heating is also called reheating, and this temperature is also called the reheating temperature. Heating below the Ac3 point leaves the pre-heating structure remaining, resulting in a decrease in strength. This Ac3 point can be calculated using the following formula (1) based on the composition percentage of the steel.
Ac 3 =937.2-436.5×C+56×Si-19.7×Mn-16.3×Cu-26.6×Ni-4.9×Cr+38.1×Mo+124.8×V+136.3×Ti-19.1×Nb+198.4×Al+3315×B... (1)
If not contained, the value is set to 0.
[焼入れ処理]
鋼材の板厚中央部における金属組織を、前述したベイナイト組織、マルテンサイト組織またはベイナイト組織とマルテンサイト組織の混合組織とするために、焼入れ処理を施す。これらの組織は、板厚に応じて水冷時の冷却速度が変化することと化学組成の調整により適宜得られる。フェライト組織が析出していなくても、あるいは、その析出が50%以下であれば、後述する所望の機械的特性は得られるが、フェライト組織が面積率で50%を上回る場合には、その特性は得られない。
[Quenching treatment]
In order to make the metal structure in the center of the plate thickness of the steel material into the above-mentioned bainite structure, martensite structure, or mixed structure of bainite and martensite structures, a quenching treatment is performed. These structures are appropriately obtained by changing the cooling rate during water cooling according to the plate thickness and adjusting the chemical composition. If no ferrite structure is precipitated or if its precipitation is 50% or less, the desired mechanical properties described below can be obtained, but if the area ratio of the ferrite structure exceeds 50%, the properties cannot be obtained.
具体的な焼入れ処理とは、ラボ圧延では、加熱された鋼材を噴流水冷却し、冷却速度が297℃/s以下、好ましくは、5~250℃/sで冷却し、25℃以下の冷却停止温度とすることが好ましい。なお、実機では、噴流水冷却やラミナー冷却等による焼入れ装置等がある。ここで、冷却速度を250℃/s以下としたのは、本発明成分を有する板厚6mmの鋼材で再加熱焼入れ-焼戻しした焼戻しマルテンサイト組織を有する鋼材が所望の特性を満足したからである。また、冷却速度を5℃/s以上としたのは、板厚100mmの鋼材を再加熱焼入れした場合であり、また、冷却停止温度を25℃以下としたのは、十分に焼入れするとマルテンサイト組織になりやすい等の理由からである。 Specifically, in laboratory rolling, the heated steel is cooled with a water jet at a cooling rate of 297°C/s or less, preferably 5 to 250°C/s, with the cooling stop temperature being 25°C or less. In actual equipment, there are water jet cooling and laminar cooling quenching devices. The cooling rate is set to 250°C/s or less because a steel material with a plate thickness of 6 mm containing the composition of the present invention and having a tempered martensite structure that has been reheated, quenched, and tempered satisfies the desired characteristics. The cooling rate is set to 5°C/s or more when a steel material with a plate thickness of 100 mm is reheated and quenched, and the cooling stop temperature is set to 25°C or less because it is easy to become a martensite structure if it is quenched sufficiently.
上述の各組織は、前述したように、化学組成、冷却速度、焼戻し処理などの熱処理条件などを調整して得ることができる。 As mentioned above, each of the above structures can be obtained by adjusting the chemical composition, cooling rate, and heat treatment conditions such as tempering.
具体的には、冷却速度が大きい(50℃/s以上)と、マルテンサイト組織になり易く、冷却速度が小さい(10℃/s以上)と、ベイナイト組織になり易い。冷却速度がさらに小さい(5℃/s以下)とベイナイト組織またはマルテンサイト組織、あるいはベイナイト組織とマルテンサイト組織のマトリクス中にフェライト組織が混入するようになる。そしてこれら再加熱焼入れした鋼材を焼戻すことによって後述の(a)~(f)の組織を得ることができる。
(a)焼戻しベイナイト組織
(b)焼戻しマルテンサイト組織
(c)焼戻しベイナイト組織および焼戻しマルテンサイト組織の混合組織
(d)面積率50%以下のフェライト組織と焼戻しベイナイト組織
(e)面積率50%以下のフェライト組織と焼戻しマルテンサイト組織
(f)面積率50%以下のフェライト組織、焼戻しベイナイト組織および焼戻しマルテンサイト組織の混合組織
Specifically, a high cooling rate (50°C/s or higher) tends to result in a martensite structure, whereas a low cooling rate (10°C/s or higher) tends to result in a bainite structure. If the cooling rate is even slower (5°C/s or lower), a bainite structure or a martensite structure, or a ferrite structure will be mixed into the matrix of the bainite structure and the martensite structure. Then, by tempering these reheated and quenched steel materials, the structures (a) to (f) described below can be obtained.
(a) Tempered bainite structure; (b) Tempered martensite structure; (c) A mixed structure of tempered bainite structure and tempered martensite structure; (d) A ferrite structure with an area ratio of 50% or less and a tempered bainite structure; (e) A ferrite structure with an area ratio of 50% or less and a tempered martensite structure; (f) A mixed structure of a ferrite structure, a tempered bainite structure, and a tempered martensite structure with an area ratio of 50% or less and a tempered martensite structure.
[焼戻し処理]
上記焼入れ処理にて生成した金属組織を、加熱温度:100~450℃で、加熱時間:10秒以上行う焼戻し処理を施すことにより、ベイナイト組織が焼戻しベイナイト組織に、マルテンサイト組織が焼戻しマルテンサイト組織になり、前述した炭化物、窒化物または炭窒化物である析出物が発現する。
[Tempering treatment]
By subjecting the metal structure produced by the above-mentioned quenching treatment to a tempering treatment at a heating temperature of 100 to 450°C for a heating time of 10 seconds or more, the bainite structure becomes a tempered bainite structure, the martensite structure becomes a tempered martensite structure, and the above-mentioned precipitates which are carbides, nitrides or carbonitrides appear.
具体的な加熱温度としては、100℃以上でないと炭化物、窒化物および炭窒化物のうちのいずれかが析出せず、450℃を超えると強度低下が生ずる。したがって、100~450℃が好ましい。より好ましくは、150~450℃である。加熱時間は、10秒以上が好ましいが、100分を超えると製造コストがかかり過ぎるので、10秒~100分が好ましい。より好ましくは、10秒~60分である。この処理により、マルテンサイト組織は、焼戻しマルテンサイト組織に、ベイナイト組織は、焼戻しベイナイト組織になり、炭化物等が析出するようになる。100~450℃の焼戻しは、簡便には大気炉や真空炉で行うことができる。また、実機では、大型大気炉が使用できる。 Specific heating temperatures must be 100°C or higher to precipitate any of the carbides, nitrides, or carbonitrides, and if the temperature exceeds 450°C, strength will decrease. Therefore, 100 to 450°C is preferable. More preferably, it is 150 to 450°C. The heating time is preferably 10 seconds or more, but if it exceeds 100 minutes, the manufacturing costs will be too high, so 10 seconds to 100 minutes is preferable. More preferably, it is 10 seconds to 60 minutes. This treatment causes the martensite structure to become a tempered martensite structure, and the bainite structure to become a tempered bainite structure, and causes carbides and the like to precipitate. Tempering at 100 to 450°C can be easily performed in an atmospheric furnace or vacuum furnace. Also, a large atmospheric furnace can be used in actual equipment.
[耐疲労き裂伝播特性]
鋼材の耐疲労き裂伝播特性は、ASTM E647の規格に準拠した疲労き裂伝播試験により、応力拡大係数範囲〔ΔK〕と疲労き裂伝播速度〔da/dN〕を求めて評価している。この応力拡大係数範囲〔ΔK〕とは、ΔK=Kmax-Kminであり、応力拡大係数の最大値と最小値の差を表している。また、疲労き裂伝播速度〔da/dN〕は、応力波形で1サイクルのときの疲労き裂進展量[m/cycle]であり、特に、ΔKの中間領域(およそΔK=約10MPa・m1/2からΔK=約70MPa・m1/2)においては、パリス則と呼ばれるda/dN=CΔKm(C、mは定数)という線形の関係式が成立する。
[Fatigue crack propagation resistance]
The fatigue crack propagation resistance of steel materials is evaluated by determining the stress intensity factor range [ΔK] and fatigue crack propagation rate [da/dN] through fatigue crack propagation tests conforming to the ASTM E647 standard. This stress intensity factor range [ΔK] is ΔK = Kmax - Kmin, and represents the difference between the maximum and minimum values of the stress intensity factor. The fatigue crack propagation rate [da/dN] is the fatigue crack extension amount [m/cycle] in one cycle of the stress waveform, and in particular, in the intermediate range of ΔK (approximately ΔK = about 10 MPa·m 1/2 to ΔK = about 70 MPa·m 1/2 ), a linear relationship called the Paris law, da/dN = CΔK m (C and m are constants), holds.
ここで、本発明において、耐疲労き裂伝播特性に優れた鋼材としては、応力拡大係数範囲〔ΔK〕が20MPa・m1/2である場合に、疲労き裂伝播速度が4.26×10-8m/cycle以下となるものをいう。 In the present invention, a steel material having excellent fatigue crack propagation resistance is one having a fatigue crack propagation rate of 4.26×10 -8 m/cycle or less when the stress intensity factor range [ΔK] is 20 MPa·m 1/2 .
[鋼材の機械的特性]
本発明の鋼材の機械的特性の目標値は、引張試験における降伏応力〔YS〕≧400MPa、引張強さ〔TS〕≧500MPa、シャルピー衝撃試験における試験温度:0℃における吸収エネルギー〔VE0〕≧27J、耐疲労き裂伝播試験における応力拡大係数範囲〔ΔK〕が20MPa・m1/2の時の疲労き裂伝播速度〔da/dN〕≦4.26×10-8[m/cycle]とした。
[Mechanical properties of steel]
The target values for the mechanical properties of the steel material of the present invention are: yield stress [YS] ≧ 400 MPa in a tensile test, tensile strength [TS] ≧ 500 MPa, absorbed energy [ VE0 ] ≧ 27 J at a test temperature of 0 °C in a Charpy impact test, and fatigue crack propagation rate [da/dN] ≦ 4.26 × 10-8 [m/cycle] when the stress intensity factor range [ΔK] is 20 MPa·m1 /2 in a fatigue crack propagation resistance test.
表2に示すA~Zの鋼組成を有する26種類の鋼を用意し、表3に示す試験片(板No.1~32)を、それぞれ表3に示す製造条件(Ac3点以上に再加熱し、焼入れ処理した後、100~450℃の低温で焼戻し処理を10分以上施す)により処理した。 Twenty-six types of steel having steel compositions A to Z shown in Table 2 were prepared, and test pieces (plates No. 1 to 32) shown in Table 3 were treated under the manufacturing conditions shown in Table 3 (reheating to Ac3 point or higher, quenching treatment, and then tempering treatment at a low temperature of 100 to 450°C for 10 minutes or more).
上記の処理をした鋼材(鋼板)の板厚中央部から1mmの薄片を切り出し、切り出した薄片を両面から研磨して50μm厚に減厚後、ディスクパンチで3mmφに打ち抜き、ディスクを電解研磨法により薄片化し、メタノールで洗浄後、ろ紙上で乾燥してTEM用観察試料とし、TEM観察(10000倍)を50μmピッチで10視野行った。さらに付属のエネルギー分散型X線分光器(EDX)分析により炭化物、窒化物、炭窒化物の同定を行った。 A 1 mm slice was cut from the center of the thickness of the steel material (steel plate) that had been treated as described above, and the slice was polished from both sides to reduce the thickness to 50 μm, then punched out to 3 mm diameter with a disk punch. The disk was thinned by electrolytic polishing, washed with methanol, and dried on filter paper to prepare a TEM observation sample. TEM observation (10,000x magnification) was performed with 10 fields of view at a 50 μm pitch. Furthermore, carbides, nitrides, and carbonitrides were identified using an attached energy dispersive X-ray spectrometer (EDX) analysis.
炭化物等の析出物を観察した結果を表4に示す。本発明例となる試験片はいずれも、その金属組織中に少なくとも一つの析出物が存在していたが、比較例の試験片・板No.24、27、29、30、32では、析出物が全く確認できなかった。 The results of observing precipitates such as carbides are shown in Table 4. All of the test pieces according to the present invention had at least one precipitate in the metal structure, but no precipitates were observed at all in the comparative test pieces and plates No. 24, 27, 29, 30, and 32.
次に、引張試験は、ASTM-F(6φ×24GL)丸棒試験片を板厚中央、圧延直角方向から採取し試験に供した。シャルピー衝撃試験は、フルサイズの試験片を板厚中央、圧延方向から3本採取し、試験温度0℃で試験に供した。疲労き裂伝播速度は、板厚12mmに両面減厚(鋼板の板厚が12mm未満の場合には減厚せずに元厚)したCT試験片をR比0.1、正弦波、10Hzにて疲労き裂伝播試験を行った。この時のYS[MPa]、TS[MPa]、VE0[J]、ΔK=20MPa・m1/2の時の疲労き裂伝播速度〔da/dN〕[m/cycle]を表5に示す。ミクロ観察は、板厚1/2位置でナイタールエッチングしてSEM観察により行った。TEM観察は、板厚1/2位置から薄膜を採取し行った。 Next, for the tensile test, ASTM-F (6φ×24GL) round bar test pieces were taken from the center of the plate thickness and in the direction perpendicular to the rolling direction and used for the test. For the Charpy impact test, three full-size test pieces were taken from the center of the plate thickness and in the rolling direction and used for the test at a test temperature of 0°C. For the fatigue crack propagation rate, a fatigue crack propagation test was performed on a CT test piece with a plate thickness of 12 mm on both sides (when the plate thickness of the steel plate was less than 12 mm, the plate thickness was not reduced and the original thickness was used) at an R ratio of 0.1, a sine wave, and 10 Hz. Table 5 shows the YS [MPa], TS [MPa], V E 0 [J], and the fatigue crack propagation rate [da/dN] [m/cycle] at ΔK = 20 MPa·m 1/2 at this time. Microscopic observation was performed by nital etching at the plate thickness 1/2 position and SEM observation. The TEM observation was carried out by taking a thin film from the position of 1/2 the plate thickness.
[鋼材の機械的特性]
得られた試験片から、JIS Z 2241、2242の規定に準拠して、引張試験片(平行部径6mmφ)およびシャルピー衝撃試験片(Vノッチ)を採取し、引張試験、衝撃試験を実施した。
[Mechanical properties of steel]
Tensile test specimens (parallel portion diameter 6 mmφ) and Charpy impact test specimens (V notch) were taken from the obtained test specimens in accordance with the provisions of JIS Z 2241 and 2242, and tensile tests and impact tests were carried out.
引張試験は、降伏点が出る場合には上降伏点、降伏点が出ない場合は0.2%耐力として得られた値を試験片のYSとし、応力ひずみ曲線で最大の値を引張応力として得られた値をTSとした。 In the tensile test, if a yield point was found, the upper yield point was taken as the YS of the test piece. If no yield point was found, the 0.2% yield strength was taken as the YS. The maximum value on the stress-strain curve was taken as the tensile stress, and the TS was taken as the TS.
また、シャルピー衝撃試験は、各3本実施し、試験温度:0℃における吸収エネルギーVE0を求め、その平均値を試験片の値とした。 The Charpy impact test was carried out on three specimens each, and the absorbed energy V E 0 at a test temperature of 0° C. was calculated, and the average value was regarded as the value of the test specimen.
得られた結果を表5に示す。 The results are shown in Table 5.
本発明で規定する鋼材化学組成を有し、本発明で規定する鋼材の製造方法で作成した試験片の板No.1~22は、YSが400MPa以上、TSが500MPa以上、VE0が27J以上、ΔK=20MPa・m1/2の時の疲労き裂伝播速度〔da/dN〕が4.26×10-8[m/cycle]以下であり、耐疲労き裂伝播速度に優れた鋼板が得られた。また、この時、表4に示すように金属組織観察で少なくとも一つの析出物が存在していた。また、金属組織は、表3に示すように、焼戻しベイナイト組織、焼戻しマルテンサイト組織または焼戻しベイナイト組織と焼戻しマルテンサイト組織の混合組織のうちのいずれかの組織か、あるいは、これらの金属組織内に、面積率で50%以下のフェライト組織が存在している組織であった。 The test pieces No. 1 to 22, which have the steel chemical composition specified in the present invention and are produced by the steel manufacturing method specified in the present invention, have YS of 400 MPa or more, TS of 500 MPa or more, V E 0 of 27 J or more, and fatigue crack propagation rate [da/dN] at ΔK=20 MPa·m 1/2 of 4.26×10 −8 [m/cycle] or less, and thus have excellent fatigue crack propagation rate resistance. In addition, at this time, at least one precipitate was present in the metal structure observation as shown in Table 4. In addition, as shown in Table 3, the metal structure was either a tempered bainite structure, a tempered martensite structure, or a mixed structure of a tempered bainite structure and a tempered martensite structure, or a structure in which a ferrite structure is present in an area ratio of 50% or less in these metal structures.
しかしながら、板No.23の鋼板は、Cが本発明の規定値を上回るため、シャルピー衝撃試験値が27Jを下回った。板No.24の鋼板は、C、Si、Mnが本発明の規定値を下回るため、金属組織観察で10視野のいずれの視野にも炭化物等の析出物が認められず、YS、TSが本発明の目標値を下回り、シャルピー衝撃試験値が本発明の目標値を下回り、ΔK=20MPa・m1/2の時の疲労き裂伝播速度が4.26×10-8[m/cycle]を上回り、耐疲労き裂伝播特性が劣っていた。板No.25の鋼板は、P、S、Al、Nが本発明の規定値を上回るため、シャルピー衝撃試験値が本発明の目標値を下回った。板No.26の鋼板は、Si、Mnが本発明の規定値を上回るため、シャルピー衝撃試験値が本発明の目標値を下回った。板No.27の鋼板は、再加熱温度が本発明のAc3点を下回るため、金属組織が面積率で80%フェライト組織+20%パーライト組織であり、金属組織観察で10視野のいずれの視野にも炭化物等の析出物が認められなかった。この結果、YS、TSが本発明の目標値を下回った。板No.28の鋼板は、焼戻し処理温度が本発明の規定値を上回るため、YS、TSが本発明の目標値を下回った。板No.29の鋼板は、再加熱温度が本発明のAc3点を下回ったため、金属組織が85%フェライト組織+15%パーライト組織となり、金属組織観察で10視野のいずれの視野にも炭化物等の析出物が認められなかった。この結果、YS、TSが本発明の目標値を下回った。板No.30の鋼板は、再加熱温度がAc3点を下回り、焼戻し処理温度が本発明の規定値を上回ったため、金属組織が20%パーライト組織+80%フェライト組織となり、金属組織観察で10視野のいずれの視野にも炭化物等の析出物が認められなかった。この結果、YS、TSが本発明の目標値を下回った。板No.31の鋼板は、焼戻し処理温度が本発明の規定値を上回るため、YS、TSが本発明の目標値を下回った。板No.32の鋼板は、再加熱温度がAc3点を下回り、焼戻し処理温度が本発明の規定値を下回ったため、金属組織が18%パーライト組織+82%フェライト組織となり、金属組織観察で10視野のいずれの視野にも炭化物等の析出物が認められなかった。この結果、YS、TSが本発明の目標値を下回り、シャルピー衝撃試験値が本発明の目標値を下回り、ΔK=20MPa・m1/2の時の疲労き裂伝播速度が4.26×10-8[m/cycle]を上回り、耐疲労き裂伝播特性に劣っていた。 However, the steel plate No. 23 had a Charpy impact test value below 27J because C exceeded the specified value of the present invention. The steel plate No. 24 had C, Si, and Mn below the specified values of the present invention, so no precipitates such as carbides were observed in any of the 10 visual fields in the metallographic observation, the YS and TS were below the target values of the present invention, the Charpy impact test value was below the target values of the present invention, and the fatigue crack propagation rate at ΔK = 20 MPa·m 1/2 exceeded 4.26 × 10 -8 [m/cycle], and the fatigue crack propagation resistance was poor. The steel plate No. 25 had P, S, Al, and N above the specified values of the present invention, so the Charpy impact test value was below the target value of the present invention. The steel plate No. 26 had Si and Mn above the specified values of the present invention, so the Charpy impact test value was below the target value of the present invention. In the case of steel plate No. 27, the reheating temperature was below the Ac 3 point of the present invention, so the metal structure was 80% ferrite structure + 20% pearlite structure in terms of area ratio, and no precipitates such as carbides were observed in any of the 10 visual fields in the metal structure observation. As a result, the YS and TS were below the target values of the present invention. In the case of steel plate No. 28, the tempering treatment temperature exceeded the specified value of the present invention, so the YS and TS were below the target values of the present invention. In the case of steel plate No. 29, the reheating temperature was below the Ac 3 point of the present invention, so the metal structure was 85% ferrite structure + 15% pearlite structure, and no precipitates such as carbides were observed in any of the 10 visual fields in the metal structure observation. As a result, the YS and TS were below the target values of the present invention. In the case of steel plate No. 30, the reheating temperature was below the Ac 3 point and the tempering temperature was above the specified value of the present invention, so the metal structure was a 20% pearlite structure + 80% ferrite structure, and no precipitates such as carbides were observed in any of the 10 visual fields in the metal structure observation. As a result, the YS and TS were below the target values of the present invention. In the case of steel plate No. 31, the tempering temperature was above the specified value of the present invention, so the YS and TS were below the target values of the present invention. In the case of steel plate No. 32, the reheating temperature was below the Ac 3 point and the tempering temperature was below the specified value of the present invention, so the metal structure was a 18% pearlite structure + 82% ferrite structure, and no precipitates such as carbides were observed in any of the 10 visual fields in the metal structure observation. As a result, the YS and TS were below the target values of the present invention, the Charpy impact test values were below the target values of the present invention, and the fatigue crack propagation rate at ΔK = 20 MPa·m 1/2 exceeded 4.26 × 10 -8 [m/cycle], indicating poor fatigue crack propagation resistance.
Claims (7)
質量%で、C:0.02~0.40%、Si:0.010~0.500%、Mn:0.05~2.00%、P:0.050%以下、S:0.050%以下、Al:0.100%以下、N:0.1000%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる化学組成を有する鋼素材を、Ac3点以上に加熱し、再加熱焼入れ処理を施した後、加熱温度:100~450℃で、加熱時間:10秒以上行う焼戻し処理を施すことを特徴とする耐疲労き裂伝播特性に優れた鋼板の製造方法。 A method for producing a steel plate, the metal structure of which is any one of a tempered bainite structure, a tempered martensite structure, or a mixed structure of a tempered bainite structure and a tempered martensite structure, and further, one or more precipitates of carbide, nitride, and carbonitride are present,
A method for producing a steel plate with excellent fatigue crack propagation resistance, comprising heating a steel material having a chemical composition containing, by mass%, C: 0.02-0.40%, Si: 0.010-0.500%, Mn: 0.05-2.00%, P: 0.050% or less, S: 0.050% or less, Al: 0.100% or less, N: 0.1000% or less, with the balance being Fe and unavoidable impurities, to the Ac point or higher, subjecting the steel material to a reheating and quenching treatment, and then subjecting the steel material to a tempering treatment at a heating temperature of 100-450°C for a heating time of 10 seconds or more .
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|---|---|---|---|---|
| JP2013227603A (en) | 2012-04-24 | 2013-11-07 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp | High-strength hot-rolled steel sheet excellent in stretchability, hole expansibility and low-temperature toughness and manufacturing method therefor |
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Family Cites Families (7)
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|---|---|---|---|---|
| JP3254108B2 (en) * | 1995-05-19 | 2002-02-04 | 株式会社神戸製鋼所 | Ultra-high-strength steel sheet excellent in hydrogen embrittlement resistance and method for producing the same |
| JPH101740A (en) * | 1996-06-12 | 1998-01-06 | Kobe Steel Ltd | Ultrahigh strength steel sheet excellent in delayed fracture resistance, and its production |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013227603A (en) | 2012-04-24 | 2013-11-07 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp | High-strength hot-rolled steel sheet excellent in stretchability, hole expansibility and low-temperature toughness and manufacturing method therefor |
| WO2014156187A1 (en) | 2013-03-29 | 2014-10-02 | Jfeスチール株式会社 | Steel material and hydrogen container as well as manufacturing methods therefor |
| JP2018145490A (en) | 2017-03-07 | 2018-09-20 | 新日鐵住金株式会社 | Oil well pipe excellent in pipe expansion characteristics and method for producing the same |
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