JP7635793B2 - Heavy steel plate and its manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、厚鋼板およびその製造方法に関し、特に、全厚での伸び特性および耐疲労き裂伝播特性ならびに靭性に優れた厚鋼板およびその製造方法に関する。本発明の厚鋼板は、船舶、海洋構造物、橋梁、建築物、タンクなど、構造安全性が強く求められ、溶接構造物に好適に用いることができる。 The present invention relates to a thick steel plate and a manufacturing method thereof, and in particular to a thick steel plate having excellent elongation characteristics across the entire thickness, fatigue crack propagation resistance, and toughness, and a manufacturing method thereof. The thick steel plate of the present invention can be suitably used in welded structures where structural safety is highly required, such as ships, marine structures, bridges, buildings, and tanks.
厚鋼板は、船舶、海洋構造物、橋梁、建築物、タンクなどの構造物に広く用いられている。このような厚鋼板には、強度、靭性などの機械的特性および溶接性が優れることに加え、耐疲労特性に優れることが求められる。 Thick steel plates are widely used in structures such as ships, marine structures, bridges, buildings, and tanks. In addition to excellent mechanical properties such as strength and toughness, and weldability, such thick steel plates are required to have excellent fatigue resistance properties.
上述したような溶接構造物を使用する際には、該構造物に対して、風や地震による振動など、繰返し荷重がかかる。そのため、厚鋼板には、そのような繰返し荷重が負荷された場合でも構造物の安全性を確保するため、延性破壊、脆性破壊および疲労破壊に対する耐久性が求められる。 When using a welded structure such as the one described above, the structure is subjected to repeated loads, such as those caused by wind or vibrations caused by earthquakes. Therefore, to ensure the safety of the structure even when such repeated loads are applied, thick steel plates are required to have durability against ductile fracture, brittle fracture, and fatigue fracture.
延性破壊はひずみ速度の小さい静的な応力下で、微小なボイドが発生し、連結することで材料の破損に至る事象である。延性破壊に対する耐久性は、引張試験で数値化される降伏応力、引張強度、伸びを高めることで向上する。 Ductile fracture occurs when tiny voids form under static stress with a small strain rate, and then connect, leading to material damage. Resistance to ductile fracture can be improved by increasing the yield stress, tensile strength, and elongation, which are quantified in tensile tests.
脆性破壊は、ひずみ速度の大きな衝撃力により、変形などの破損の前兆をともなわずに破損に至る事象である。脆性破壊に対する耐久性は、シャルピー衝撃試験で数値化される靭性値を高めることで向上する。靭性値は、一般に強度の上昇ならびに板厚の増加に対して相反するように低下することが知られている。 Brittle fracture is an event in which an impact force with a large strain rate causes breakage without any prior signs of damage such as deformation. Resistance to brittle fracture can be improved by increasing the toughness value, which is quantified in a Charpy impact test. It is generally known that toughness value decreases inversely with increasing strength and plate thickness.
疲労破壊とは、最初に微細なき裂(疲労き裂)が発生し、次にそのき裂が広がっていく(進展)という段階をたどる現象である。疲労破壊は、一般的には溶接部から疲労き裂が発生し、鋼材中を伝播して破壊に至るケースが多い。これは、溶接部がその形状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。このため、溶接部からのき裂発生を抑制する手段として、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。 Fatigue fracture is a phenomenon in which tiny cracks (fatigue cracks) first occur, and then the cracks spread (progress). In most cases, fatigue cracks occur at welds, propagate through the steel, and eventually destroy the steel. This is believed to be due to the fact that welds tend to become areas of stress concentration due to their shape, and also because tensile residual stress occurs after welding. For this reason, techniques such as peening that introduce compressive residual stress are widely known as a means of suppressing crack generation from welds.
しかしながら、構造物内に多数存在する溶接部全てにこのような処理を施すことは、作業性および製造コストの面からも現実的ではない。そのため、仮に溶接部などから疲労き裂が発生したとしても、その後の鋼材中のき裂伝播を遅延させることで溶接構造物としての疲労寿命を延命させることが重要であり、鋼材自身の耐疲労き裂伝播特性を向上させることが望まれている。 However, applying such treatment to all of the numerous welds present within a structure is not realistic in terms of workability and manufacturing costs. Therefore, even if fatigue cracks do initiate from welds, it is important to extend the fatigue life of the welded structure by slowing the subsequent propagation of the cracks in the steel, and there is a need to improve the fatigue crack propagation resistance of the steel itself.
例えば、特許文献1には、板厚20mm以下の厚鋼板の製造方法において、C添加量を低くしてCeq(炭素当量)を特定の範囲に制御するとともに、冷却停止温度を低くすることで伸びと耐疲労き裂伝播特性を両立させた厚鋼板が記載されている。 For example, Patent Document 1 describes a method for manufacturing thick steel plate with a plate thickness of 20 mm or less, in which the amount of C added is reduced to control the Ceq (carbon equivalent) within a specific range, and the cooling stop temperature is lowered to achieve both elongation and fatigue crack propagation resistance.
また、特許文献2には、加熱、圧延、加速冷却および熱処理を降伏応力に応じて組み合わせることにより、き裂伝播特性の異方性が小さい厚鋼板を製造する方法が記載されている。 Patent Document 2 also describes a method for manufacturing thick steel plate with small anisotropy in crack propagation properties by combining heating, rolling, accelerated cooling, and heat treatment according to the yield stress.
特許文献3では、ベイナイトと、面積率で38~52%のフェライトとからなるミクロ組織を有する二相鋼とし、フェライト相部分のビッカース硬さと、フェライト相とベイナイト相の間の境界の密度を制御することで耐疲労き裂伝播特性を向上させている。 In Patent Document 3, a dual-phase steel is used that has a microstructure consisting of bainite and 38 to 52% ferrite by area ratio, and the fatigue crack propagation resistance is improved by controlling the Vickers hardness of the ferrite phase and the density of the boundary between the ferrite phase and the bainite phase.
特許文献4では、優れた耐疲労き裂伝播特性と全厚での伸び特性を向上させるために、板厚方向に、表面から表面下100μmまでの範囲におけるミクロ組織が、面積率で80%以上のフェライト相を含み、表面下100μmから板厚1/2位置の範囲におけるミクロ組織が、面積率で80%以下のフェライト相を含み、残部がパーライト相、ベイナイト相、またはパーライト相とベイナイト相との混合相からなる厚鋼板が提案されている。 Patent Document 4 proposes a thick steel plate in which, in order to improve excellent fatigue crack propagation resistance and elongation characteristics throughout the entire thickness, the microstructure in the thickness direction from the surface to 100 μm below the surface contains ferrite phase in an area ratio of 80% or more, and the microstructure in the thickness direction from 100 μm below the surface to 1/2 the plate thickness position contains ferrite phase in an area ratio of 80% or less, with the remainder being pearlite phase, bainite phase, or a mixed phase of pearlite phase and bainite phase.
しかし、特許文献1~4に記載されているような従来の技術には、以下のような問題がある。 However, the conventional techniques described in Patent Documents 1 to 4 have the following problems:
特許文献1に記載された方法では、圧延と加速冷却制御によるオンラインプロセスにより厚鋼板が製造されている。そのため、特に、板厚が20mm以下であるような薄物においては、熱間圧延時および加速冷却時において、鋼板先尾端での温度偏差が生じやすくなり、全長に亘って安定的な機械特性を得ることができない。 In the method described in Patent Document 1, thick steel plates are manufactured by an online process using rolling and accelerated cooling control. Therefore, particularly in thin plates with a thickness of 20 mm or less, temperature deviations are likely to occur at the leading and trailing ends of the steel plate during hot rolling and accelerated cooling, making it impossible to obtain stable mechanical properties over the entire length.
また、特許文献2に記載された方法では、二相域再加熱後に即焼入れを行うと、変態収縮に伴い厚鋼板の形状が低下し、また、厚鋼板の最表層が焼入れにより微細化され、硬化することで全厚での伸び特性が劣化する。これらの傾向は、特に、板厚が薄い場合に顕著である。 In addition, in the method described in Patent Document 2, if immediate quenching is performed after reheating in the two-phase region, the shape of the thick steel plate is deteriorated due to transformation shrinkage, and the outermost layer of the thick steel plate is refined by quenching and hardened, which deteriorates the elongation characteristics throughout the entire thickness. These tendencies are particularly noticeable when the plate thickness is thin.
特許文献3に記載された方法では、特許文献1と同様に、圧延と加速冷却制御によるオンラインプロセスにより厚鋼板が製造されている。そのため、特に、板厚が20mm以下であるような薄物においては、熱間圧延時および加速冷却時の温度偏差を原因として全長に亘って安定的な機械特性を得ることができないという問題がある。 In the method described in Patent Document 3, like Patent Document 1, thick steel plates are manufactured by an online process using rolling and accelerated cooling control. Therefore, there is a problem that stable mechanical properties cannot be obtained over the entire length, especially in thin plates with a thickness of 20 mm or less, due to temperature deviations during hot rolling and accelerated cooling.
特許文献4では、再加熱された熱延板は平均冷却速度3~20℃/sで冷却され、焼入れされている。この方法では、靭性値は着目されておらず、パーライト相よりベイナイト相が優位に生成する場合があり、かつベイナイト相中には島状マルテンサイトが存在するため、靭性値が低下する場合があった。 In Patent Document 4, the reheated hot-rolled sheet is cooled at an average cooling rate of 3 to 20°C/s and quenched. This method does not focus on toughness value, and the toughness value may decrease because the bainite phase may be formed more predominantly than the pearlite phase and because island martensite exists in the bainite phase.
このように、従来の製造方法では、強度、全厚での伸び(全厚伸びとも称する)特性、耐疲労き裂伝播特性および靭性の全てを兼ね備えた厚鋼板を製造することができないという問題があった。 As such, conventional manufacturing methods had the problem of being unable to produce thick steel plates that had all the strength, elongation through the entire thickness (also called total thickness elongation), fatigue crack propagation resistance, and toughness.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高強度であり、全厚での伸び特性および耐疲労き裂伝播特性ならびに靭性に優れた厚鋼板およびその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above circumstances, and aims to provide a thick steel plate that is high in strength and has excellent elongation characteristics throughout its thickness, fatigue crack propagation resistance, and toughness, as well as a manufacturing method thereof.
本発明者らは、上記課題を解決するために検討を行った結果、以下の知見を得た。
(1)熱間圧延が終了し、冷却された後の厚鋼板には、冷却停止温度の偏差に起因する圧延方向(長手方向)の組織のバラツキが存在する。しかし、Ac3点以上の温度域に再加熱する(第1の再加熱工程)ことで、熱延後の冷却停止温度の偏差に起因する組織のバラツキが解消されるだけでなく、冷却後の板厚内部のフェライト相を微細化することができ、靭性を向上できる。
(2)第1の再加熱工程後にAc1点以上の温度域(2相域)の温度以上に再加熱する(第2の再加熱工程)することで、表層にフェライトが生成され、伸び特性が改善する。
(3)第2の再加熱工程後に冷却を設けることにより、板厚内部のフェライト相がさらに微細化し、さらに靭性が向上する。
(4)板厚が薄い場合であっても、第2の再加熱工程後の冷却パターンを制御することにより、全長に亘って高い強度を確保しながら、全厚での伸び特性と耐疲労き裂伝播特性を両立できる。
(5)第2の再加熱工程後の冷却パターンのうち、冷却速度を適切に制御し、パーライト相をベイナイト相よりも多く生成させることによって、さらに靭性を向上できる。
As a result of investigations conducted by the present inventors to solve the above problems, the present inventors have obtained the following findings.
(1) After hot rolling and cooling, the thick steel plate has a variation in structure in the rolling direction (longitudinal direction) due to the deviation in the cooling stop temperature. However, by reheating to a temperature range of Ac3 or higher (first reheating step), not only can the variation in structure due to the deviation in the cooling stop temperature after hot rolling be eliminated, but the ferrite phase in the plate thickness after cooling can be refined, thereby improving toughness.
(2) By reheating (second reheating step) to a temperature in the Ac1 temperature range (two-phase range) or higher after the first reheating step, ferrite is generated in the surface layer, and the elongation characteristics are improved.
(3) By providing cooling after the second reheating step, the ferrite phase inside the plate thickness is further refined, and the toughness is further improved.
(4) Even when the plate thickness is thin, by controlling the cooling pattern after the second reheating process, it is possible to achieve both elongation characteristics and fatigue crack propagation resistance throughout the entire thickness while ensuring high strength throughout the entire length.
(5) In the cooling pattern after the second reheating step, the cooling rate is appropriately controlled to generate more pearlite phase than bainite phase, thereby further improving the toughness.
本発明は上記知見に基づいてなされたものであり、その要旨構成は次のとおりである。
[1] 質量%で、
C:0.05~0.20%、
Si:0.01~0.50%、
Mn:0.50~2.00%、
P:0.05%以下、
S:0.02%以下を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、
ミクロ組織は、
板厚方向に、表面から表面下100μmまでの範囲において、面積率で80%以上のフェライト相を含み、かつ
板厚1/4位置において、
面積率で90%以下、かつ平均結晶粒径が25μm以下のフェライト相を含み、
残部が硬質相からなり、前記硬質相がフェライト相中に分散し、硬質相はパーライト相を含み、硬質相間の平均間隔が25μm未満である厚鋼板。
[2] 前記成分組成が、さらに、質量%で、
Cr:0.01~1.00%、
Cu:0.01~2.00%、
Ni:0.01~2.00%、
Mo:0.01~1.00%、
Co:0.01~1.00%、
Sn:0.005~0.500%、
Sb:0.005~0.200%、
Nb:0.005~0.200%、
V:0.005~0.200%、
Ti:0.005~0.050%、
B:0.0001~0.0050%、
Zr:0.005~0.100%、
Ca:0.0001~0.020%、
Mg:0.0001~0.020%、および
REM:0.0001~0.020%のうちから選ばれる1種または2種以上を含有する、[1]に記載の厚鋼板。
[3] 硬質相はパーライト相、またはパーライト相とベイナイト相との混合相からなり、前記混合相においてパーライト相の面積率が前記ベイナイト相の面積率に比べて大きい[1]または[2]に記載の厚鋼板。
[4] 前記[1]または[2]に記載の成分組成を有する鋼素材を900~1200℃に加熱する加熱工程と、
前記加熱工程で加熱された鋼素材に累積圧下率50%以上の熱間圧延を施して厚鋼板とする圧延工程と、
前記厚鋼板を冷却する前記圧延工程後の冷却工程と、
前記圧延工程後の冷却工程で冷却された厚鋼板を、Ac3変態点以上、950℃以下の第1の再加熱温度に再加熱する第1の再加熱工程と、
前記第1の再加熱工程で再加熱された厚鋼板を冷却する第1の冷却工程と、
前記第1の冷却工程で冷却された厚鋼板を、Ac1変態点以上、950℃以下の第2の再加熱温度に再加熱する第2の再加熱工程と、
前記第2の再加熱工程で再加熱された厚鋼板を1.5~20℃/sの平均冷却速度で350~600℃の第2の冷却停止温度まで冷却する第2の冷却工程と、
前記第2の冷却工程で冷却された厚鋼板に水冷を施す水冷工程と、
を有する厚鋼板の製造方法。
[5] 前記第2の冷却工程の平均冷却速度が1.5~7℃/sである、[4]に記載の厚鋼板の製造方法。
The present invention has been made based on the above findings, and has the following gist and configuration.
[1] In mass%,
C: 0.05-0.20%,
Si: 0.01 to 0.50%,
Mn: 0.50-2.00%,
P: 0.05% or less,
S: 0.02% or less, the balance being Fe and unavoidable impurities;
The microstructure is
In the thickness direction, the area ratio of the ferrite phase is 80% or more in the range from the surface to 100 μm below the surface, and at the 1/4 position of the thickness,
Contains a ferrite phase having an area ratio of 90% or less and an average crystal grain size of 25 μm or less,
The remainder of the steel plate is a hard phase, the hard phase is dispersed in a ferrite phase, the hard phase includes a pearlite phase, and the average spacing between the hard phases is less than 25 μm.
[2] The composition further comprises, in mass%,
Cr: 0.01-1.00%,
Cu: 0.01-2.00%,
Ni: 0.01-2.00%,
Mo: 0.01-1.00%,
Co: 0.01 to 1.00%,
Sn: 0.005-0.500%,
Sb: 0.005-0.200%,
Nb: 0.005-0.200%,
V: 0.005-0.200%,
Ti: 0.005-0.050%,
B: 0.0001 to 0.0050%,
Zr: 0.005-0.100%,
Ca: 0.0001-0.020%,
The steel plate according to [1], containing one or more selected from Mg: 0.0001 to 0.020% and REM: 0.0001 to 0.020%.
[3] The steel plate according to [1] or [2], wherein the hard phase is composed of a pearlite phase or a mixed phase of a pearlite phase and a bainite phase, and the area ratio of the pearlite phase in the mixed phase is larger than the area ratio of the bainite phase.
[4] A heating step of heating a steel material having the component composition according to [1] or [2] to 900 to 1200 ° C.;
a rolling step of subjecting the steel material heated in the heating step to hot rolling at a cumulative rolling reduction rate of 50% or more to obtain a thick steel plate;
A cooling step after the rolling step of cooling the thick steel plate;
A first reheating step in which the steel plate cooled in the cooling step after the rolling step is reheated to a first reheating temperature of not less than the Ac3 transformation point and not more than 950 ° C.;
A first cooling step of cooling the steel plate reheated in the first reheating step;
A second reheating step of reheating the steel plate cooled in the first cooling step to a second reheating temperature of the Ac1 transformation point or higher and 950 ° C. or lower;
A second cooling step of cooling the steel plate reheated in the second reheating step to a second cooling stop temperature of 350 to 600 ° C. at an average cooling rate of 1.5 to 20 ° C./s;
a water cooling step of water cooling the steel plate cooled in the second cooling step;
A method for manufacturing a thick steel plate having the above structure.
[5] The method for producing a steel plate according to [4], wherein the average cooling rate in the second cooling step is 1.5 to 7 ° C./s.
本発明によれば、高強度であり、全厚での伸び特性および耐疲労き裂伝播特性ならびに靭性に優れた厚鋼板を得ることができる。さらに、本発明の厚鋼板では、仮に応力集中部や溶接部等から疲労き裂が経年的に発生したとしても、その後のき裂の伝播が抑制されるため、鋼構造物全体の安全性を高めることが可能である。また、本発明の厚鋼板を橋梁・船舶・建築構造物、建設産業機械などの構造物に好適に用いることにより、かような構造物のメンテナンスコスト、ひいてはライフサイクルコストを低減することが可能となり、産業上極めて有用である。 According to the present invention, it is possible to obtain a thick steel plate that is high in strength and has excellent elongation characteristics across the entire thickness, fatigue crack propagation resistance, and toughness. Furthermore, even if fatigue cracks occur over time in the thick steel plate of the present invention from stress concentration areas, welds, etc., the subsequent propagation of the cracks is suppressed, making it possible to increase the safety of the entire steel structure. Furthermore, by suitably using the thick steel plate of the present invention for structures such as bridges, ships, building structures, and construction industry machinery, it is possible to reduce the maintenance costs and therefore the life cycle costs of such structures, making it extremely useful industrially.
次に、本発明を実施する方法について具体的に説明する。なお、以下の説明は、本発明の好適な実施態様を示すものであり、本発明は以下の説明によって何ら限定されるものではない。 Next, a method for implementing the present invention will be specifically described. Note that the following description shows a preferred embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to the following description in any way.
[成分組成]
本発明の厚鋼板の成分組成について、その限定理由を以下に説明する。なお、以下の説明における「%」は、特に断らない限り「質量%」を表すものとする。
[Component composition]
The reasons for limiting the chemical composition of the steel plate of the present invention will be described below. In the following description, "%" refers to "mass %" unless otherwise specified.
C:0.05~0.20%
Cは、基地相(マトリクス)硬さを増加させ、強度を向上させる効果を有する元素である。また、セメンタイト相の集合であるパーライト相を生成させる効果があるため、耐疲労き裂伝播特性が高まる。このような効果を得るためには、C含有量を0.05%以上とすることが必要である。C含有量は、好ましくは0.08%以上であり、より好ましくは0.10%以上であり、さらに好ましくは0.12%以上である。一方、C含有量が0.20%を超えると、基地相の硬度が過度に上昇し、全厚での伸びが劣化する。このため、C含有量は0.20%以下とする。C含有量は、好ましくは0.18%以下であり、より好ましくは0.16%以下であり、さらに好ましくは0.14%以下である。
C: 0.05-0.20%
C is an element that has the effect of increasing the hardness of the matrix and improving the strength. In addition, C has the effect of generating a pearlite phase, which is an aggregate of cementite phases, and therefore the fatigue crack propagation resistance is improved. In order to obtain such an effect, it is necessary to set the C content to 0.05% or more. The C content is preferably 0.08% or more, more preferably 0.10% or more, and even more preferably 0.12% or more. On the other hand, if the C content exceeds 0.20%, the hardness of the matrix phase increases excessively and the elongation in the total thickness deteriorates. For this reason, the C content is set to 0.20% or less. The C content is preferably 0.18% or less, more preferably 0.16% or less, and even more preferably 0.14% or less.
Si:0.01~0.50%
Siは、脱酸剤として作用するとともに、鋼中に固溶して固溶強化により基地相の硬さを増加させ、強度を向上させる元素である。このような効果を得るためには、Si含有量を0.01%以上とする必要がある。Si含有量は、好ましくは0.05%以上であり、より好ましくは0.10%以上であり、さらに好ましくは0.15%以上であり、もっとも好ましくは0.20%以上である。一方、Si含有量が0.50%を超えると、全厚での伸び、靭性が低下する。このため、Si含有量は0.50%以下とする。Si含有量は、好ましくは0.45%以下であり、より好ましくは0.40%以下であり、さらに好ましくは0.35%以下であり、もっとも好ましくは0.30%以下である。
Si: 0.01~0.50%
Si acts as a deoxidizer and is an element that dissolves in steel to increase the hardness of the matrix phase through solid solution strengthening, thereby improving strength. In order to obtain such an effect, the Si content must be 0.01% or more. The Si content is preferably 0.05% or more, more preferably 0.10% or more, even more preferably 0.15% or more, and most preferably 0.20% or more. On the other hand, if the Si content exceeds 0.50%, the elongation and toughness in the total thickness decrease. For this reason, the Si content is set to 0.50% or less. The Si content is preferably 0.45% or less, more preferably 0.40% or less, even more preferably 0.35% or less, and most preferably 0.30% or less.
Mn:0.50~2.00%
Mnは、基地相の硬さを増加させ、強度を向上させる効果を有する元素である。このような効果を得るためには、Mn含有量を0.50%以上とする必要がある。Mn含有量は、好ましくは0.60%以上であり、より好ましくは0.70%以上であり、さらに好ましくは0.80%以上であり、もっとも好ましくは1.00%以上である。一方、Mn含有量が2.00%を超えると、溶接性が低下することに加えて、介在物であるMnSが過剰に偏析し靭性が低下する。このため、Mn含有量は2.00%以下とする。Mn含有量は、好ましくは1.85%以下であり、より好ましくは1.70%以下であり、さらに好ましくは1.55%以下であり、もっとも好ましくは1.40%以下である。
Mn: 0.50-2.00%
Mn is an element that has the effect of increasing the hardness of the base phase and improving the strength. In order to obtain such an effect, the Mn content needs to be 0.50% or more. The Mn content is preferably 0.60% or more, more preferably 0.70% or more, even more preferably 0.80% or more, and most preferably 1.00% or more. On the other hand, if the Mn content exceeds 2.00%, in addition to the weldability decreasing, the inclusion MnS segregates excessively and the toughness decreases. For this reason, the Mn content is set to 2.00% or less. The Mn content is preferably 1.85% or less, more preferably 1.70% or less, even more preferably 1.55% or less, and most preferably 1.40% or less.
P:0.05%以下
Pは、不可避的不純物として鋼に含まれる元素である。Pは、粒界に偏析し、母材および溶接部の靱性を低下させるなど、悪影響を及ぼすため、できるだけ低減することが好ましいが、0.05%以下の含有は許容できる。このため、P含有量は0.05%以下とする。P含有量は、好ましくは0.04%以下であり、より好ましくは0.03%以下である。一方、P含有量の下限は限定されないが、過度の低減は精錬コストの高騰を招くため、P含有量を0.001%以上とすることが好ましい。P含有量は、好ましくは0.002%以上であり、より好ましくは0.003%以上である。
P: 0.05% or less P is an element contained in steel as an inevitable impurity. P segregates at grain boundaries and has adverse effects such as reducing the toughness of the base material and welded parts, so it is preferable to reduce it as much as possible, but a content of 0.05% or less is acceptable. For this reason, the P content is set to 0.05% or less. The P content is preferably 0.04% or less, and more preferably 0.03% or less. On the other hand, although there is no lower limit for the P content, excessive reduction leads to an increase in refining costs, so the P content is preferably 0.001% or more. The P content is preferably 0.002% or more, and more preferably 0.003% or more.
S:0.02%以下
Sは、不可避的不純物として鋼に含まれる元素である。Sは、MnS等の硫化物系介在物として鋼中に存在し、脆性破壊の発生起点となり靭性が劣化するため、できるだけ低減することが好ましいが、0.02%以下の含有は許容できる。このため、S含有量は0.02%以下とする。S含有量は0.01%以下とすることが好ましい。一方、S含有量の下限は限定されないが、過度の低減は精錬コストの高騰を招くため、S含有量を0.0005%以上とすることが好ましい。
S: 0.02% or less S is an element contained in steel as an inevitable impurity. S exists in steel as sulfide-based inclusions such as MnS, which become the starting point of brittle fracture and deteriorate toughness, so it is preferable to reduce it as much as possible, but a content of 0.02% or less is acceptable. For this reason, the S content is set to 0.02% or less. The S content is preferably set to 0.01% or less. On the other hand, although there is no lower limit for the S content, an excessive reduction leads to an increase in refining costs, so the S content is preferably set to 0.0005% or more.
残部はFeおよび不可避的不純物からなる。なお、不可避的不純物として含有される酸素(O)の含有量が0.0050%を超えると、鋼板表面での介在物の存在割合が大きくなるため、介在物を起点としたき裂発生が生じやすくなる。そのため、O含有量は0.0050%以下とすることが好ましい。同様に、不可避的不純物として含有されるNの含有量が0.0050%を超えると、鋼板表面での介在物の存在割合が大きくなるため、介在物を起点としたき裂発生が生じやすくなる。そのため、N含有量は0.0050%以下とすることが好ましい。N含有量は0.0040%以下とすることがより好ましい。同様に、不可避的不純物として含有されるsol.Alの含有量が0.060%を超えると、溶接時に溶接金属部にAlが混入して、溶接部の靭性が劣化する。そのため、sol.Al含有量は0.060%以下とすることが好ましい。sol.Al含有量は、0.050%以下とすることがより好ましく、0.040%以下とすることがさらに好ましい。なお、上記の酸素(O)含有量、sol.Alの含有量、N含有量は0%であってもよい。 The balance consists of Fe and unavoidable impurities. If the content of oxygen (O) contained as an unavoidable impurity exceeds 0.0050%, the proportion of inclusions on the steel sheet surface increases, making it easier for cracks to occur starting from the inclusions. Therefore, it is preferable that the O content be 0.0050% or less. Similarly, if the content of N contained as an unavoidable impurity exceeds 0.0050%, the proportion of inclusions on the steel sheet surface increases, making it easier for cracks to occur starting from the inclusions. Therefore, it is preferable that the N content be 0.0050% or less. It is more preferable that the N content be 0.0040% or less. Similarly, if the content of sol. Al contained as an unavoidable impurity exceeds 0.060%, Al is mixed into the weld metal during welding, deteriorating the toughness of the weld. Therefore, it is preferable that the sol. Al content be 0.060% or less. sol. The Al content is more preferably 0.050% or less, and even more preferably 0.040% or less. The oxygen (O) content, sol. Al content, and N content may be 0%.
さらに、本発明において、Cr:0.01~1.00%、Cu:0.01~2.00%、Ni:0.01~2.00%、Mo:0.01~1.00%、Co:0.01~1.00%、Sn:0.005~0.500%、Sb:0.005~0.200%、Nb:0.005~0.200%、V:0.005~0.200%、Ti:0.005~0.050%、B:0.0001~0.0050%、Zr:0.005~0.100%、Ca:0.0001~0.020%、Mg:0.0001~0.020%、およびREM:0.0001~0.020%のうちから選ばれる1種または2種以上を任意に含有することができる。 Furthermore, in the present invention, Cr: 0.01 to 1.00%, Cu: 0.01 to 2.00%, Ni: 0.01 to 2.00%, Mo: 0.01 to 1.00%, Co: 0.01 to 1.00%, Sn: 0.005 to 0.500%, Sb: 0.005 to 0.200%, Nb: 0.005 to 0.200%, V: 0.005 to 0. It can optionally contain one or more of the following: 200%, Ti: 0.005-0.050%, B: 0.0001-0.0050%, Zr: 0.005-0.100%, Ca: 0.0001-0.020%, Mg: 0.0001-0.020%, and REM: 0.0001-0.020%.
Cr:0.01~1.00%
Crは、強度をさらに向上させる効果を有する元素である。また、Crはセメンタイト生成を促進する元素であり、耐疲労き裂伝播特性に有利なパーライト相の生成を促進する。Crを含有する場合、前記効果を得るために、Cr含有量を0.01%以上とする。好ましくは0.10%以上とする。一方、Cr含有量が1.00%を超えると溶接性と靭性が損なわれる。そのため、Crを含有する場合は、1.00%以下とする。Cr含有量は、好ましくは0.80%以下、より好ましくは、0.50%以下とする。
Cr:0.01~1.00%
Cr is an element that has the effect of further improving strength. In addition, Cr is an element that promotes the formation of cementite, and promotes the formation of pearlite phase, which is advantageous for fatigue crack propagation resistance. When Cr is contained, the Cr content is set to 0.01% or more in order to obtain the above effect. It is preferably set to 0.10% or more. On the other hand, when the Cr content exceeds 1.00%, the weldability and toughness are impaired. Therefore, when Cr is contained, it is set to 1.00% or less. The Cr content is preferably set to 0.80% or less, more preferably 0.50% or less.
Cu:0.01~2.00%
Cuは、固溶により強度をさらに上昇させる元素である。Cuを含有する場合、前記効果を得るため、Cu含有量を0.01%以上とする。Cu含有量を0.05%以上とすることが好ましく、0.10%以上とすることがより好ましい。一方、Cu含有量が1.00%を超えると、溶接性が損なわれ、また、厚鋼板の製造時に疵が生じやすくなる。そのため、Cuを含有する場合、2.00%以下とする。Cu含有量は、好ましくは0.70%以下、より好ましくは0.60%以下、さらに好ましくは0.50%以下とする。
Cu: 0.01-2.00%
Cu is an element that further increases strength by solid solution. When Cu is contained, the Cu content is set to 0.01% or more in order to obtain the above effect. The Cu content is preferably set to 0.05% or more, and more preferably set to 0.10% or more. On the other hand, when the Cu content exceeds 1.00%, the weldability is impaired and scratches are easily generated during the production of thick steel plates. Therefore, when Cu is contained, it is set to 2.00% or less. The Cu content is preferably set to 0.70% or less, more preferably 0.60% or less, and even more preferably 0.50% or less.
Ni:0.01~2.00%
Niは、低温靭性を向上させる効果を有する元素である、また、Niは、Cuを含有した場合の熱間脆性を改善する。Niを含有する場合、前記効果を得るために、Ni含有量を0.01%以上とする。Ni含有量を0.05%以上とすることが好ましい。一方、Ni含有量が2.00%を超えると溶接性が損なわれ、鋼材コストが上昇する。そのため、Niを含有する場合、Ni含有量は2.00%以下とする。Ni含有量は好ましくは0.70%以下、より好ましくは0.40%以下とする。
Ni: 0.01-2.00%
Ni is an element that has the effect of improving low-temperature toughness, and also improves hot brittleness when Cu is contained. When Ni is contained, in order to obtain the above effect, the Ni content is set to 0.01% or more. It is preferable that the Ni content is set to 0.05% or more. On the other hand, when the Ni content exceeds 2.00%, the weldability is impaired and the steel cost increases. Therefore, when Ni is contained, the Ni content is set to 2.00% or less. The Ni content is preferably set to 0.70% or less, more preferably 0.40% or less.
Mo:0.01~1.00%
Moは、基地相の硬さを増加させ、強度を向上させる効果を有する元素であり、所望する特性に応じて任意に含有することができる。Moを含有する場合、この効果を得るために、Mo含有量を0.01%以上とする。Mo含有量を0.05%以上とすることが好ましい。しかし、Mo含有量が1.00%を超えると溶接性と靭性が損なわれるので、含有する場合は、Mo含有量を1.00%以下とする。Mo含有量を0.80%以下とすることが好ましく、0.70%以下とすることがより好ましい。
Mo: 0.01~1.00%
Mo is an element that has the effect of increasing the hardness of the matrix phase and improving the strength, and can be optionally contained according to the desired characteristics. When Mo is contained, in order to obtain this effect, the Mo content is set to 0.01% or more. It is preferable that the Mo content is set to 0.05% or more. However, if the Mo content exceeds 1.00%, the weldability and toughness are impaired, so when Mo is contained, the Mo content is set to 1.00% or less. It is preferable that the Mo content is set to 0.80% or less, and more preferably to 0.70% or less.
Co:0.01~1.00%
Coは、基地相の硬さを増加させ、強度を向上させる効果を有する元素であり、所望する特性に応じて任意に含有することができる。この効果を得るために、Coを含有する場合、Co含有量を0.01%以上とする。Co含有量は好ましくは0.10%以上であり、より好ましくは0.20%以上であり、さらに好ましくは0.35%以上である。一方、Co含有量が1.00%を超えても効果が飽和することに加え、合金コストが増大する。このため、含有する場合は、Co含有量は1.00%以下とする。Co含有量は好ましくは0.50%以下とする。
Co:0.01~1.00%
Co is an element that has the effect of increasing the hardness of the matrix phase and improving the strength, and can be arbitrarily contained according to the desired characteristics. In order to obtain this effect, when Co is contained, the Co content is set to 0.01% or more. The Co content is preferably 0.10% or more, more preferably 0.20% or more, and further preferably 0.35% or more. On the other hand, even if the Co content exceeds 1.00%, the effect is saturated and the alloy cost increases. Therefore, when Co is contained, the Co content is set to 1.00% or less. The Co content is preferably 0.50% or less.
Sn:0.005~0.500%
Snは、基地相の硬さを増加させ、強度を向上させる効果を有する元素であり、所望する特性に応じて任意に含有することができる。このような効果を十分に得るためには、Snを含有する場合は、Sn含有量は0.005%以上とする。Sn含有量は好ましくは0.010%以上、より好ましくは0.020%以上、さらに好ましくは0.030%以上とする。一方、Sn含有量が0.500%を超えると、鋼の延性や靭性の劣化を招く。このため、含有する場合は、Sn含有量は0.500%以下とする。好ましくは、Sn含有量は0.300%以下、より好ましくは0.200%以下であり、さらに好ましくは0.100%以下である。
Sn: 0.005-0.500%
Sn is an element that has the effect of increasing the hardness of the matrix phase and improving the strength, and can be arbitrarily contained according to the desired characteristics. In order to fully obtain such effects, when Sn is contained, the Sn content is 0.005% or more. The Sn content is preferably 0.010% or more, more preferably 0.020% or more, and even more preferably 0.030% or more. On the other hand, if the Sn content exceeds 0.500%, the ductility and toughness of the steel are deteriorated. Therefore, when Sn is contained, the Sn content is 0.500% or less. Preferably, the Sn content is 0.300% or less, more preferably 0.200% or less, and even more preferably 0.100% or less.
Sb:0.005~0.200%
Sbは、基地相の硬さを増加させ、強度を向上させる効果を有する元素であり、所望する特性に応じて任意に含有することができる。このような効果を十分に得るためには、Sbを含有する場合は、Sb含有量を0.005%以上とする。Sb含有量は、好ましくは0.010%以上、より好ましくは0.020%以上である。一方、Sb含有量が0.200%を超えると、鋼の延性や靭性の劣化を招く。このため、含有する場合は、Sb含有量は0.200%以下とする。好ましくは0.150%以下、より好ましくは0.100%以下、さらに好ましくは0.080%以下、もっとも好ましくは0.050%以下である。
Sb: 0.005-0.200%
Sb is an element that has the effect of increasing the hardness of the matrix phase and improving the strength, and can be optionally contained according to the desired characteristics. In order to fully obtain such an effect, when Sb is contained, the Sb content is set to 0.005% or more. The Sb content is preferably 0.010% or more, more preferably 0.020% or more. On the other hand, if the Sb content exceeds 0.200%, the ductility and toughness of the steel are deteriorated. Therefore, when Sb is contained, the Sb content is set to 0.200% or less. It is preferably 0.150% or less, more preferably 0.100% or less, even more preferably 0.080% or less, and most preferably 0.050% or less.
Nb:0.005~0.200%
Nbは、熱間圧延時のオーステナイトの再結晶を抑制し、最終的に得られる結晶粒を細粒化し、靭性を向上させる効果を有する元素である。また、Nbは、加速冷却後の空冷時に析出し、強度をさらに向上させる。Nbを含有する場合、前記効果を得るために、Nb含有量を0.005%以上とする。Nb含有量は0.007%以上とすることが好ましく、0.010%以上とすることがより好ましい。一方、Nb含有量が0.200%を超えると、焼入れ性が過剰となり、ベイナイトが過剰に生成するため所望の組織が得られなくなり、靭性が低下する。そのため、Nbを含有する場合、Nb含有量は0.200%以下とする。Nb含有量は、好ましくは0.070%以下、より好ましくは0.050%以下、さらに好ましくは0.040%以下、もっとも好ましくは0.030%以下とする。
Nb: 0.005-0.200%
Nb is an element that has the effect of suppressing the recrystallization of austenite during hot rolling, refining the crystal grains finally obtained, and improving toughness. In addition, Nb precipitates during air cooling after accelerated cooling, further improving strength. When Nb is contained, the Nb content is set to 0.005% or more in order to obtain the above effect. The Nb content is preferably set to 0.007% or more, and more preferably set to 0.010% or more. On the other hand, when the Nb content exceeds 0.200%, the hardenability becomes excessive, and bainite is excessively generated, so that the desired structure cannot be obtained, and the toughness decreases. Therefore, when Nb is contained, the Nb content is set to 0.200% or less. The Nb content is preferably set to 0.070% or less, more preferably 0.050% or less, even more preferably 0.040% or less, and most preferably 0.030% or less.
V:0.005~0.200%
Vは、Nbと同様、熱間圧延時におけるオーステナイトの再結晶を抑制して細粒化するとともに、熱間圧延後の空冷過程において析出することで強度を上昇させる効果を有する元素であり、所望する特性に応じて任意に含有することができる。前記効果を得るために、Vを含有する場合、V含有量を0.005%以上とする。V含有量は、0.010%とすることが好ましく、0.020%以上とすることがより好ましく、0.030%以上とすることがさらに好ましい。しかし、V含有量が0.200%を超えるとVCが多量に析出し、靭性が損なわれる。そのため、Vを含有する場合は、V含有量を0.200%以下とする。V含有量は、0.150%以下とすることが好ましく、0.100%以下とすることがより好ましく、0.070%以下とすることがさらに好ましい。
V:0.005~0.200%
Like Nb, V is an element that suppresses the recrystallization of austenite during hot rolling to make it finer, and also has the effect of increasing strength by precipitating during the air cooling process after hot rolling, and can be contained arbitrarily according to the desired characteristics. In order to obtain the above effect, when V is contained, the V content is set to 0.005% or more. The V content is preferably set to 0.010%, more preferably set to 0.020% or more, and even more preferably set to 0.030% or more. However, when the V content exceeds 0.200%, a large amount of VC is precipitated, and toughness is impaired. Therefore, when V is contained, the V content is set to 0.200% or less. The V content is preferably set to 0.150% or less, more preferably set to 0.100% or less, and even more preferably set to 0.070% or less.
Ti:0.005~0.050%
Tiは、窒化物形成傾向が強く、Nを固定して固溶Nを低減するため、母材および溶接部の靭性を向上させる効果を有する。また、Bを含有する場合には、Tiを合わせて含有することにより、TiがNを固定し、BがBNとして析出してしまうことを抑制できる。その結果、Bの焼入れ性向上効果を助長して、強度をさらに向上させることができる。そのため、所望する特性に応じて任意に含有することができる。前記効果を得るために、Tiを含有する場合、0.005%以上とする。Ti含有量は、0.007%以上とすることが好ましく、0.010%以上とすることがより好ましい。しかし、Ti含有量が0.050%を超えるとTiCが多量に析出し、靭性が損なわれる。そのため、Tiを含有する場合は、Ti含有量を0.050%以下とする。Ti含有量は、0.040%以下とすることが好ましく、0.030%以下とすることがより好ましく、0.020%以下とすることがさらに好ましい。
Ti: 0.005-0.050%
Ti has a strong tendency to form nitrides, and fixes N to reduce solute N, thus improving the toughness of the base material and the welded portion. In addition, when B is contained, Ti can be added to prevent Ti from fixing N and B from precipitating as BN. As a result, the hardenability improving effect of B is promoted, and the strength can be further improved. Therefore, it can be arbitrarily contained according to the desired characteristics. In order to obtain the above effect, when Ti is contained, it is set to 0.005% or more. The Ti content is preferably set to 0.007% or more, and more preferably set to 0.010% or more. However, when the Ti content exceeds 0.050%, a large amount of TiC is precipitated, and the toughness is impaired. Therefore, when Ti is contained, the Ti content is set to 0.050% or less. The Ti content is preferably set to 0.040% or less, more preferably set to 0.030% or less, and even more preferably set to 0.020% or less.
B:0.0001~0.0050%
Bは、微量の含有でも焼入れ性を著しく向上させ、強度を上昇させる効果を有する元素であり、所望する特性に応じて含有することができる。前記効果を得るために、Bを含有する場合、B含有量を0.0001%以上とする。B含有量は、0.0005%以上とすることが好ましく、0.0010%以上とすることがより好ましい。しかし、B含有量が0.0050%を超えるとその効果が飽和するだけでなく、溶接性を低下させるため、Bを含有する場合は、B含有量を0.0050%以下とする。B含有量は、0.0040%以下とすることが好ましく、0.0030%以下とすることがより好ましく、0.0020%以下とすることがさらに好ましい。
B: 0.0001-0.0050%
B is an element that has the effect of significantly improving hardenability and increasing strength even when contained in a small amount, and can be contained according to the desired characteristics. In order to obtain the above effect, when B is contained, the B content is set to 0.0001% or more. The B content is preferably set to 0.0005% or more, and more preferably set to 0.0010% or more. However, when the B content exceeds 0.0050%, not only the effect is saturated but also the weldability is reduced, so when B is contained, the B content is set to 0.0050% or less. The B content is preferably set to 0.0040% or less, more preferably set to 0.0030% or less, and even more preferably set to 0.0020% or less.
Zr:0.005~0.100%
Zrは、強度をさらに高める効果を有する元素である。前記効果を十分に得るためには、Zrを含有する場合、Zr含有量を0.005%以上とする。Zr含有量が、0.010%以上とすることが好ましく、0.030%以上とすることがより好ましく、0.050%以上とすることがさらに好ましい。一方、Zr含有量が0.100%を超えると、その強度向上効果が飽和する。そのため、Zrを含有する場合、Zr含有量は0.100%以下とする。
Zr: 0.005-0.100%
Zr is an element that has the effect of further increasing strength. In order to fully obtain the above effect, when Zr is contained, the Zr content is set to 0.005% or more. The Zr content is preferably set to 0.010% or more, more preferably set to 0.030% or more, and even more preferably set to 0.050% or more. On the other hand, when the Zr content exceeds 0.100%, the strength improvement effect is saturated. Therefore, when Zr is contained, the Zr content is set to 0.100% or less.
Ca:0.0001~0.020%
Caは、Sと結合し、圧延方向に長く伸びるMnS等の形成を抑制して、硫化物系介在物が球状を呈するように形態制御し、溶接部等の靭性向上に寄与するため、所望する特性に応じて含有することができる。Caを含有する場合、この効果を得るために、Ca含有量を0.0001%以上とする。Ca含有量が、0.0005%以上とすることが好ましく、0.0010%以上とすることがより好ましい。しかし、Ca含有量が0.020%を超えるとその効果が飽和するだけでなく、鋼の清浄度が低下し、表面疵が多発し表面性状が低下する。このため、Caを含有する場合は、Ca含有量を0.020%以下とする。Ca含有量は、0.010%以下とすることが好ましく、0.006%以下とすることがより好ましく、0.002%以下とすることがさらに好ましい。
Ca: 0.0001-0.020%
Ca combines with S to suppress the formation of MnS and the like that elongates in the rolling direction, controls the shape of sulfide-based inclusions so that they are spherical, and contributes to improving the toughness of welds and the like, so it can be contained according to the desired characteristics. When Ca is contained, in order to obtain this effect, the Ca content is set to 0.0001% or more. The Ca content is preferably set to 0.0005% or more, and more preferably set to 0.0010% or more. However, when the Ca content exceeds 0.020%, not only is the effect saturated, but the cleanliness of the steel decreases, surface defects occur frequently, and the surface properties deteriorate. For this reason, when Ca is contained, the Ca content is set to 0.020% or less. The Ca content is preferably set to 0.010% or less, more preferably set to 0.006% or less, and even more preferably set to 0.002% or less.
Mg:0.0001~0.020%
Mgは、結晶粒の微細化を介して靭性を向上させる効果を有する元素である。Mgを含有する場合、前記効果を得るために、Mg含有量を0.0001%以上とする。Mg含有量は、0.0003%以上とすることが好ましく、0.0005%以上とすることがより好ましい。一方、Mg含有量が0.020%を超えると、その効果が飽和する。そのため、Mgを含有する場合、Mg含有量は0.020%以下とする。Mg含有量は、0.015%以下とすることが好ましく、0.010%以下とすることがより好ましく、0.005%以下とすることがさらに好ましい。
Mg: 0.0001-0.020%
Mg is an element that has the effect of improving toughness through the refinement of crystal grains. When Mg is contained, the Mg content is set to 0.0001% or more in order to obtain the above effect. The Mg content is preferably set to 0.0003% or more, and more preferably set to 0.0005% or more. On the other hand, when the Mg content exceeds 0.020%, the effect is saturated. Therefore, when Mg is contained, the Mg content is set to 0.020% or less. The Mg content is preferably set to 0.015% or less, more preferably set to 0.010% or less, and even more preferably set to 0.005% or less.
REM:0.0001~0.020%
REM(希土類金属)は、靭性を向上させる効果を有する元素である。REMを含有する場合、前記効果を得るために、REM含有量を0.0001%以上とする。REM含有量は、0.0003%以上とすることが好ましい。一方、REM含有量が0.020%を超えると、その効果が飽和する。そのため、REMを含有する場合、REM含有量は0.020%以下とする。REM含有量は、0.010%以下とすることが好ましく、0.005%以下とすることがより好ましく、0.001%以下とすることがさらに好ましい。
REM: 0.0001-0.020%
REM (rare earth metal) is an element that has the effect of improving toughness. When REM is contained, the REM content is set to 0.0001% or more in order to obtain the above effect. The REM content is preferably set to 0.0003% or more. On the other hand, when the REM content exceeds 0.020%, the effect is saturated. Therefore, when REM is contained, the REM content is set to 0.020% or less. The REM content is preferably set to 0.010% or less, more preferably set to 0.005% or less, and even more preferably set to 0.001% or less.
[ミクロ組織]
次に、厚鋼板のミクロ組織の限定理由について説明する。なお、ミクロ組織の説明における「%」は、特に断らない限り面積率を指すものとする。
[Microstructure]
Next, the reasons for limiting the microstructure of the steel plate will be described. Note that "%" in the description of the microstructure refers to the area ratio unless otherwise specified.
表面から表面下100μmまでの範囲の組織(表層部組織)
本発明の厚鋼板における、板厚方向に、表面から表面下100μmまでの範囲(以下、単に「表層部」という場合がある)におけるミクロ組織を、面積率で80%以上のフェライト相を含むものとする。Ac1変態点以上Ac3変態点未満とする二相域では、表層脱炭反応が起き、表層部に80%以上のフェライト相を生成させて厚鋼板の表層を軟化させることにより、全厚での伸び特性を顕著に向上させることができる。この表層脱炭反応は、第2の再加熱工程で二相域を通過もしくは二相域に保持することで起きる。一方、表層部におけるフェライト相の面積率が80%未満であると、ベイナイト相、パーライト相、マルテンサイト相、またはそれらの混合相からなる硬質な残部が多く存在することになる。その結果、表層部の硬度が増大して所望の全厚での伸び特性を得ることができない。また、引張強度が過大となる場合がある。
The structure in the range from the surface to 100 μm below the surface (surface layer structure)
In the steel plate of the present invention, the microstructure in the thickness direction from the surface to 100 μm below the surface (hereinafter, sometimes simply referred to as the "surface layer") contains 80% or more of ferrite phase in terms of area ratio. In the two-phase region from the Ac1 transformation point to the Ac3 transformation point, a surface layer decarburization reaction occurs, and 80% or more of ferrite phase is generated in the surface layer to soften the surface layer of the steel plate, thereby significantly improving the elongation characteristics in the entire thickness. This surface layer decarburization reaction occurs by passing through or holding in the two-phase region in the second reheating step. On the other hand, if the area ratio of the ferrite phase in the surface layer is less than 80%, a large amount of hard residual consisting of a bainite phase, a pearlite phase, a martensite phase, or a mixed phase thereof will be present. As a result, the hardness of the surface layer increases, and the desired elongation characteristics in the entire thickness cannot be obtained. In addition, the tensile strength may become excessive.
なお、ここで表層部におけるフェライト相の面積率は、厚鋼板の、表面から表面下100μmまでの範囲におけるフェライト相の面積率の平均値を指すものとする。また、表層部におけるミクロ組織は、厚鋼板の圧延方向において任意の位置から採取した二箇所の表層部のミクロ組織を指すものとする。したがって、本発明の厚鋼板は、厚鋼板の圧延方向における任意の位置から採取した二箇所において、表面から表面下100μmまでの範囲におけるフェライト相の面積率を測定し、その平均値が80%以上である。なお、通常は、厚鋼板の圧延方向において任意の位置から採取した二箇所における表層部のミクロ組織が上記条件を満たしていれば、厚鋼板の圧延方向全長に亘って前記条件を満たしている。したがって、本発明の厚鋼板は、圧延方向の全長に亘って、表層部のフェライト相の面積率が80%以上であるといえる。なお、上限値について、所望の強度を確保するため、表層部のフェライト相は100%であってよい。 Here, the area ratio of the ferrite phase in the surface layer refers to the average value of the area ratio of the ferrite phase in the range from the surface to 100 μm below the surface of the thick steel plate. The microstructure in the surface layer refers to the microstructure of the surface layer at two locations taken from any position in the rolling direction of the thick steel plate. Therefore, the area ratio of the ferrite phase in the range from the surface to 100 μm below the surface is measured at two locations taken from any position in the rolling direction of the thick steel plate, and the average value is 80% or more. Normally, if the microstructure of the surface layer at two locations taken from any position in the rolling direction of the thick steel plate satisfies the above condition, the thick steel plate satisfies the above condition over the entire length in the rolling direction. Therefore, it can be said that the area ratio of the ferrite phase in the surface layer of the thick steel plate of the present invention is 80% or more over the entire length in the rolling direction. Regarding the upper limit, the ferrite phase in the surface layer may be 100% in order to ensure the desired strength.
表層部のミクロ組織におけるフェライト相以外の残部は、硬質相であることが好ましく、硬質相はパーライト相、またはベイナイト相とパーライト相との混合相からなることが好ましいが、ベイナイト相は島状マルテンサイトを含有し、靭性を低下させるため、ベイナイト相は少ないほど好ましく、パーライト相のみとすることがより好ましい。 The remainder of the microstructure of the surface layer other than the ferrite phase is preferably a hard phase, and the hard phase is preferably a pearlite phase or a mixed phase of bainite and pearlite phases. However, since the bainite phase contains island martensite and reduces toughness, the less bainite phase there is, the better, and it is even more preferable to have only pearlite phase.
板厚1/4位置の組織(板厚内部組織)
本発明の厚鋼板における、板厚1/4位置(以下、単に「板厚内部」という場合がある)におけるミクロ組織を、面積率で90%以下のフェライト相を含むものとする。過度な強度増加と靭性低下の抑制を目的として面積率で50%以上のフェライト相を含むことが好ましい。板厚内部のミクロ組織が前記条件を満たすことにより、所望の強度および耐疲労き裂伝播特性を得ることができる。また、フェライト相の平均結晶粒径は25μm以下とする。板厚内部のミクロ組織が前記条件を満たすことにより、所望の靭性を得ることができる。好ましくは23μm以下、より好ましくは20μm以下である。一方、過度な強度増加と靭性低下の抑制を目的としてフェライト相の平均結晶粒径は3μm以上が好ましい。
Structure at 1/4 of plate thickness (internal structure of plate thickness)
In the thick steel plate of the present invention, the microstructure at the 1/4 position of the plate thickness (hereinafter, sometimes simply referred to as "plate thickness interior") contains 90% or less of ferrite phase in terms of area ratio. In order to suppress excessive strength increase and toughness decrease, it is preferable to contain 50% or more of ferrite phase in terms of area ratio. When the microstructure in the plate thickness interior satisfies the above conditions, the desired strength and fatigue crack propagation resistance can be obtained. In addition, the average crystal grain size of the ferrite phase is 25 μm or less. When the microstructure in the plate thickness interior satisfies the above conditions, the desired toughness can be obtained. It is preferably 23 μm or less, more preferably 20 μm or less. On the other hand, the average crystal grain size of the ferrite phase is preferably 3 μm or more in order to suppress excessive strength increase and toughness decrease.
なお、ここで板厚内部におけるフェライト相の面積率は、厚鋼板の板厚1/4位置におけるフェライト相の面積率の平均値を指すものとする。また、ここで板厚内部におけるミクロ組織は、厚鋼板の圧延方向において任意の位置から採取した二箇所における板厚内部のミクロ組織を指すものとする。したがって、本発明の厚鋼板は、厚鋼板の圧延方向における任意の位置から採取した二箇所において、板厚1/4位置におけるミクロ組織が上記条件を満たす。なお、表層部の組織と同様に、通常は、厚鋼板の圧延方向において任意の位置から採取した二箇所における板厚内部のミクロ組織が上記条件を満たしていれば、厚鋼板の圧延方向全長に亘って前記条件を満たしている。したがって、本発明の厚鋼板は、圧延方向の全長に亘って、板厚内部のミクロ組織が、面積率で90%以下、かつ平均結晶粒径が25μm以下のフェライト相であるといえる。 Here, the area ratio of the ferrite phase in the thickness direction refers to the average value of the area ratio of the ferrite phase at the 1/4 position of the thickness of the thick steel plate. Here, the microstructure in the thickness direction refers to the microstructure in the thickness direction at two locations taken from any position in the rolling direction of the thick steel plate. Therefore, in the thick steel plate of the present invention, the microstructure in the thickness direction at the 1/4 position at two locations taken from any position in the rolling direction of the thick steel plate satisfies the above condition. Note that, as with the structure of the surface layer, if the microstructure in the thickness direction at two locations taken from any position in the rolling direction of the thick steel plate satisfies the above condition, the above condition is usually satisfied over the entire length of the thick steel plate in the rolling direction. Therefore, it can be said that the microstructure in the thickness direction of the thick steel plate of the present invention is a ferrite phase with an area ratio of 90% or less and an average crystal grain size of 25 μm or less over the entire length of the rolling direction.
また、本発明では、上記硬質相はフェライト相に分散させることが重要である。硬質相をフェライト相に分散させることで、フェライト相を伝播する疲労き裂が硬質相に遭遇した際に屈曲や分岐する。その結果、耐疲労き裂伝播特性が改善する。硬質相間の平均間隔は25μm以上になると、耐疲労き裂伝播特性が劣化する。そのため、硬質相をフェライト相に分散させる際には、硬質相間の平均間隔を25μm未満とする必要がある。硬質相間の平均間隔とは、厚鋼板の圧延方向において任意の位置から採取した二箇所の観察視野におけるフェライト相中に分散している硬質相同士の間隔を測定し、それらを平均化した距離を指しており、具体的に、例えば、硬質相がベイナイトとパーライトからなる場合には、全てのベイナイト相-ベイナイト相間の距離、パーライト相-パーライト相間の距離、ベイナイト相-パーライト相間の距離を求めて、それらを平均化した距離を指す。好ましくは20μm未満とする。より好ましくは10μm未満とする。また、硬質相はフェライト相に分散している必要があることから、硬質相間の平均間隔は0μm超えであればよい。好ましくは2μm以上とする。 In addition, in the present invention, it is important that the hard phase is dispersed in the ferrite phase. By dispersing the hard phase in the ferrite phase, fatigue cracks propagating through the ferrite phase bend or branch when they encounter the hard phase. As a result, fatigue crack propagation resistance is improved. If the average spacing between hard phases is 25 μm or more, fatigue crack propagation resistance is deteriorated. Therefore, when dispersing the hard phase in the ferrite phase, it is necessary to make the average spacing between hard phases less than 25 μm. The average spacing between hard phases refers to the distance obtained by measuring the spacing between hard phases dispersed in the ferrite phase in two observation fields taken from any position in the rolling direction of the thick steel plate and averaging them. Specifically, for example, when the hard phase is composed of bainite and pearlite, it refers to the distance obtained by averaging the distances between all bainite phases and bainite phases, the distance between pearlite phases and pearlite phases, and the distance between bainite phases and pearlite phases. It is preferably less than 20 μm. More preferably, it is less than 10 μm. In addition, since the hard phase needs to be dispersed in the ferrite phase, the average spacing between the hard phases needs to be greater than 0 μm. It is preferably 2 μm or greater.
また、硬質相が全面でバンド状に存在すると所望の耐疲労き裂伝播特性が得られないため好ましくない。ここで、バンド状に存在する組織とは、鋼板の圧延方向と板厚方向からなす面(L断面)において板厚1/4の位置を観察した際に、圧延方向に100μm以上にわたり硬質相が連続して形成されている組織を指す。そのため、所望の耐疲労き裂伝播特性を得るためには、硬質相は圧延方向に長径で100μm未満であることが好ましい。より好ましくは25μm以下である。硬質相は圧延方向に長径で1μm以上であることが好ましい。 In addition, if the hard phase is present in a band shape over the entire surface, it is not preferable because the desired fatigue crack propagation resistance cannot be obtained. Here, a band-shaped structure refers to a structure in which the hard phase is continuously formed over 100 μm or more in the rolling direction when observed at a position 1/4 of the sheet thickness on a plane (L cross section) formed by the rolling direction and sheet thickness direction of the steel sheet. Therefore, in order to obtain the desired fatigue crack propagation resistance, it is preferable that the hard phase has a major axis of less than 100 μm in the rolling direction. More preferably, it is 25 μm or less. It is preferable that the hard phase has a major axis of 1 μm or more in the rolling direction.
板厚内部のミクロ組織における残部は、靭性を劣化することなく疲労き裂伝播特性を改善するためパーライト相を含む硬質相とする必要があり、硬質相はパーライト相、またはパーライト相とベイナイト相との混合相からなることが好ましい。
ベイナイト相は島状マルテンサイトを含有し、靭性を低下させる。このため、パーライト相の面積率を、ベイナイト相の面積率よりも多くすることが好ましい。ベイナイト相の面積率は、15%以下とすることが好ましい。ベイナイト相の面積率は、より好ましくは13%以下であり、さらに好ましくは11%以下であり、さらに好ましくは9%以下である。なお、下限について、ベイナイト相は0%であってもよい。パーライト相の面積率は5%以上とすることが好ましく、30%以下とすることが好ましい。
なお、マルテンサイト相は伸びと靭性を低下させるため、硬質相としてのマルテンサイト相の分散は好ましくない。特にマルテンサイト相単体での分散はより好ましくない。
なお、ここで板厚内部のミクロ組織における残部は、厚鋼板の圧延方向において任意の位置から採取した二箇所における厚鋼板の板厚1/4位置における残部を指す。すなわち、厚鋼板の圧延方向全長に亘って、ミクロ組織の残部は、硬質相であり、パーライト相を含む硬質相であり、好ましくは、硬質相はパーライト相、またはパーライト相とベイナイト相との混合相からなり、硬質相はフェライト相に分散して存在する。
The remainder of the microstructure within the plate thickness must be a hard phase containing pearlite phase in order to improve fatigue crack propagation characteristics without deteriorating toughness, and the hard phase preferably consists of pearlite phase or a mixed phase of pearlite phase and bainite phase.
The bainite phase contains island martensite and reduces toughness. For this reason, it is preferable to make the area ratio of the pearlite phase greater than the area ratio of the bainite phase. The area ratio of the bainite phase is preferably 15% or less. The area ratio of the bainite phase is more preferably 13% or less, further preferably 11% or less, and further preferably 9% or less. The lower limit of the bainite phase may be 0%. The area ratio of the pearlite phase is preferably 5% or more, and preferably 30% or less.
In addition, since the martensite phase reduces elongation and toughness, the dispersion of the martensite phase as a hard phase is not preferable, and in particular, the dispersion of the martensite phase alone is even more unpreferable.
Here, the remainder of the microstructure within the plate thickness refers to the remainder at 1/4 of the plate thickness of the thick steel plate at two locations taken from arbitrary positions in the rolling direction of the thick steel plate. That is, over the entire length of the rolling direction of the thick steel plate, the remainder of the microstructure is a hard phase, including a pearlite phase, and preferably, the hard phase is a pearlite phase or a mixed phase of a pearlite phase and a bainite phase, and the hard phase is present dispersed in the ferrite phase.
なお、表層部および板厚内部におけるミクロ組織は、実施例に記載した方法で評価することができる。 The microstructure at the surface and inside the plate thickness can be evaluated using the method described in the examples.
[全厚伸び]
厚鋼板の全厚伸びは、特に限定されないが、板厚16mm超えの場合19%以上、板厚16mm以下の場合、15%以上であることが好ましい。本発明においては、厚鋼板の圧延方向において任意の位置から採取した二箇所において、上記全厚伸びの条件を満たすことが好ましい。なお、通常は、厚鋼板の圧延方向において任意の位置から採取した二箇所が前記条件を満たしていれば、厚鋼板の圧延方向全長に亘って前記条件を満たしている。また、全厚伸びは、実施例に記載の方法で測定することができる。
[Total thickness elongation]
The total thickness elongation of the thick steel plate is not particularly limited, but is preferably 19% or more when the plate thickness exceeds 16 mm, and 15% or more when the plate thickness is 16 mm or less. In the present invention, it is preferable that the above-mentioned total thickness elongation condition is satisfied at two points taken from any position in the rolling direction of the thick steel plate. Note that, usually, if two points taken from any position in the rolling direction of the thick steel plate satisfy the above-mentioned condition, the thick steel plate satisfies the above-mentioned condition over the entire length in the rolling direction. Moreover, the total thickness elongation can be measured by the method described in the examples.
[引張強度]
厚鋼板の引張強度(TS)は、特に限定されないが、490MPa以上であることが好ましい。また、TSの上限も特に限定されないが、例えば、JISにおける490MPa(50kgf/mm2)級とする場合には、TSを610MPa以下とすればよい。また、JISにおける570MPa(60kgf/mm2)級とする場合には、TSの上下限をそれぞれ570MPaおよび720MPaとすればよい。本発明においては、厚鋼板の圧延方向において任意の位置から採取した二箇所において、上記TSの条件を満たすことが好ましい。なお、通常は、厚鋼板の圧延方向において任意の位置から採取した二箇所が前記条件を満たしていれば、厚鋼板の圧延方向全長に亘って前記条件を満たしている。また、TSは、実施例に記載の方法で測定することができる。
[Tensile strength]
The tensile strength (TS) of the thick steel plate is not particularly limited, but is preferably 490 MPa or more. The upper limit of TS is also not particularly limited, but for example, when the 490 MPa (50 kgf/mm 2 ) class in JIS is used, the TS may be set to 610 MPa or less. When the 570 MPa (60 kgf/mm 2 ) class in JIS is used, the upper and lower limits of TS may be set to 570 MPa and 720 MPa, respectively. In the present invention, it is preferable that the above TS conditions are satisfied at two points taken from any position in the rolling direction of the thick steel plate. Note that, usually, if two points taken from any position in the rolling direction of the thick steel plate satisfy the above conditions, the above conditions are satisfied over the entire length of the thick steel plate in the rolling direction. The TS can be measured by the method described in the examples.
[靭性]
本発明の厚鋼板は、上記成分組成とミクロ組織を有する結果、優れた靭性を備える。本発明の厚鋼板の靭性はとくに限定されないが、試験片厚10mmの場合、靭性の指標の一つである、0℃におけるシャルピー吸収エネルギーvE0を100J以上とすることが好ましく、130J以上とすることがより好ましく、150J以上とすることがさらに好ましく、270J以上とすることが最も好ましい。試験片厚5mmの場合、シャルピー吸収エネルギーvE0を50J以上とすることが好ましい。一方、vE0の上限についても限定されないが、例えば、400J以下であってよい。なお、vE0は実施例に記載した方法で測定することができる。
[Toughness]
The steel plate of the present invention has excellent toughness as a result of having the above-mentioned composition and microstructure. The toughness of the steel plate of the present invention is not particularly limited, but in the case of a test piece having a thickness of 10 mm, the Charpy absorbed energy vE 0 at 0° C., which is one of the indicators of toughness, is preferably 100 J or more, more preferably 130 J or more, even more preferably 150 J or more, and most preferably 270 J or more. In the case of a test piece having a thickness of 5 mm, the Charpy absorbed energy vE 0 is preferably 50 J or more. On the other hand, the upper limit of vE 0 is not limited, but may be, for example, 400 J or less. Note that vE 0 can be measured by the method described in the examples.
[疲労き裂伝播特性]
本発明の厚鋼板は、上記成分組成とミクロ組織を有する結果、優れた耐疲労き裂伝播特性を備えることができる。疲労き裂伝播特性の指標としては、疲労き裂伝播速度(da/dN)を用いることができる。疲労き裂伝播速度の値はとくに限定されないが、本発明においては、ΔK=25MPa√mでの疲労き裂伝播速度8.50×10-8m/cycle以下が好ましい。なお、疲労き裂伝播速度(da/dN)は実施例に記載した方法で測定することができる。
[Fatigue crack propagation characteristics]
The steel plate of the present invention has the above-mentioned composition and microstructure, and as a result, has excellent fatigue crack propagation resistance. The fatigue crack propagation rate (da/dN) can be used as an index of fatigue crack propagation resistance. The value of the fatigue crack propagation rate is not particularly limited, but in the present invention, a fatigue crack propagation rate of 8.50×10 −8 m/cycle or less at ΔK=25 MPa√m is preferable. The fatigue crack propagation rate (da/dN) can be measured by the method described in the examples.
[板厚]
本発明における「厚鋼板」とは、本技術分野における通常の定義に従い、厚さ6mm以上の鋼板を指すものとする。一方、本発明における厚鋼板の板厚の上限は特に限定されず、任意の値とすることができる。
[Thickness]
In the present invention, the term "thick steel plate" refers to a steel plate having a thickness of 6 mm or more, in accordance with the usual definition in this technical field. On the other hand, the upper limit of the plate thickness of the thick steel plate in the present invention is not particularly limited and can be any value.
[製造方法]
本発明の厚鋼板は、上述した成分組成を有する鋼素材に対し、加熱工程と、圧延工程と、圧延工程後の冷却工程と、第1の再加熱工程と、第1の冷却工程と、第2の再加熱工程と、第2の冷却工程と、水冷工程とを順次施すことによって製造する。
[Production method]
The thick steel plate of the present invention is manufactured by sequentially subjecting a steel material having the above-mentioned component composition to a heating process, a rolling process, a cooling process after the rolling process, a first reheating process, a first cooling process, a second reheating process, a second cooling process, and a water cooling process.
鋼素材
本発明の鋼素材としては、上記成分組成を有し、熱間圧延が可能なものであれば任意のものを用いることができるが、通常は鋼スラブとすればよい。例えば、上記の成分組成を有する溶鋼を、転炉等の手段により溶製し、連続鋳造法等の鋳造方法で、スラブ等の鋼素材とすることができる。また、造塊-分解圧延法によりスラブ等の鋼素材とすることもできる。
Steel material As the steel material of the present invention, any material having the above-mentioned composition and capable of being hot-rolled can be used, but typically, a steel slab is sufficient. For example, molten steel having the above-mentioned composition can be produced by means of a converter or the like, and can be made into a steel material such as a slab by a casting method such as a continuous casting method. Also, a steel material such as a slab can be made by an ingot casting-splitting rolling method.
加熱工程
上記成分組成を有する鋼素材を、900~1200℃に加熱する。加熱温度が900℃未満であると、次の圧延工程での鋼素材の変形抵抗が高くなり、熱間圧延機への負荷が増大し、熱間圧延が困難になる。そのため、加熱温度は900℃以上とする。加熱温度は950℃以上とすることが好ましい。一方、加熱温度が1200℃を超えると、逆変態したオーステナイトが粗大化し、最終的に得られる板厚内部のフェライト相の結晶粒が粗大化する結果、靭性が低下する。そのため、加熱温度は1200℃以下とする。加熱温度は1150℃以下とすることが好ましい。
Heating step The steel material having the above-mentioned composition is heated to 900 to 1200°C. If the heating temperature is less than 900°C, the deformation resistance of the steel material in the next rolling step increases, the load on the hot rolling machine increases, and hot rolling becomes difficult. Therefore, the heating temperature is set to 900°C or higher. The heating temperature is preferably set to 950°C or higher. On the other hand, if the heating temperature exceeds 1200°C, the reverse transformed austenite becomes coarse, and the crystal grains of the ferrite phase inside the final plate thickness become coarse, resulting in a decrease in toughness. Therefore, the heating temperature is set to 1200°C or lower. The heating temperature is preferably set to 1150°C or lower.
なお、連続鋳造などの方法によって鋼素材(スラブ)を製造した場合、当該スラブは、冷却することなく直接上記加熱工程に供してもよく、冷却したのちに上記加熱工程に供してもよい。また、加熱方法は特に限定されないが、例えば、常法にしたがい、加熱炉で加熱することができる。 When the steel material (slab) is produced by a method such as continuous casting, the slab may be directly subjected to the above heating process without being cooled, or may be subjected to the above heating process after being cooled. The heating method is not particularly limited, but it may be heated in a heating furnace according to the usual method, for example.
圧延工程
次いで、加熱された鋼素材を熱間圧延して厚鋼板とする。その際、靭性を確保するため、累積圧下率を50%以上とする。累積圧下率が50%未満の場合は、最終的に得られる板厚内部のフェライト相の結晶粒が粗大化して局所的に脆性が低い領域が生じ、脆性き裂が発生しやすくなり靭性が低下する。上限については、特に限定しないが、圧延機の荷重制約による能率低下を抑制する観点の点から99%以下とすることが好ましい。熱間圧延工程に関する他の条件は特に限定されない。
Rolling process Next, the heated steel material is hot-rolled to obtain a thick steel plate. In this process, the cumulative rolling reduction is set to 50% or more in order to ensure toughness. If the cumulative rolling reduction is less than 50%, the crystal grains of the ferrite phase inside the thickness of the finally obtained plate become coarse, resulting in localized regions of low brittleness, which makes brittle cracks more likely to occur and reduces toughness. There is no particular upper limit, but it is preferably set to 99% or less from the viewpoint of suppressing efficiency reduction due to load restrictions of the rolling machine. Other conditions related to the hot rolling process are not particularly limited.
圧延工程後の冷却工程
次に、圧延工程後の厚鋼板を冷却する。圧延工程後の厚鋼板を冷却することにより、最終的に得られる板厚内部のフェライト相の結晶粒を微細化し、靭性を向上することができる。冷却工程では、室温まで冷却することが好ましい。なお、冷却は、任意の方法、例えば、空冷または水冷により行うことができる。ただし、結晶粒の粗大化を抑制する観点では水冷がより好ましい。また、冷却条件については特段制限されない。
Cooling step after rolling step Next, the thick steel plate after the rolling step is cooled. By cooling the thick steel plate after the rolling step, the crystal grains of the ferrite phase inside the plate thickness finally obtained can be refined and the toughness can be improved. In the cooling step, it is preferable to cool to room temperature. The cooling can be performed by any method, for example, air cooling or water cooling. However, water cooling is more preferable from the viewpoint of suppressing the coarsening of crystal grains. In addition, there is no particular limitation on the cooling conditions.
第1の再加熱工程
第1の再加熱工程では、冷却工程後の厚鋼板を、Ac3変態点以上、950℃以下(第1の再加熱温度)に再加熱する。このようにAc3変態点以上、950℃以下に再加熱することにより、鋼板全体のミクロ組織がオーステナイト相へ逆変態し、冷却停止温度の偏差に起因する圧延方向(長手方向)のミクロ組織のバラツキを解消することができる。その結果、機械的特性(強度)のバラツキを解消することができ、さらに、第1の冷却工程後の板厚内部のフェライト相の結晶粒も微細化するため、靭性も向上する。一方、第1の再加熱温度が950℃を超えると逆変態したオーステナイト相の結晶粒が成長して粗大化するため、最終的に得られる板厚内部のフェライト相の結晶粒も粗大化し、靭性が低下する。
First reheating step In the first reheating step, the thick steel plate after the cooling step is reheated to a temperature between the Ac3 transformation point and 950 ° C. (first reheating temperature). By reheating to a temperature between the Ac3 transformation point and 950 ° C. in this way, the microstructure of the entire steel plate is reverse transformed to the austenite phase, and the variation in the microstructure in the rolling direction (longitudinal direction) caused by the deviation in the cooling stop temperature can be eliminated. As a result, the variation in mechanical properties (strength) can be eliminated, and further, the crystal grains of the ferrite phase inside the plate thickness after the first cooling step are also refined, so that the toughness is also improved. On the other hand, when the first reheating temperature exceeds 950 ° C., the crystal grains of the reverse transformed austenite phase grow and become coarse, so that the crystal grains of the ferrite phase inside the plate thickness finally obtained also become coarse, and the toughness is reduced.
なお、上記第1の再加熱工程においては、第1の再加熱温度まで加熱した後、当該温度に保持することが好ましい。保持時間が、60分を超えると、逆変態したオーステナイト相の結晶粒が過剰に成長することで、靭性が低下する傾向にある。一方、保持時間が10分未満であると、オーステナイト相への逆変態の進行が不十分となることから、板厚内部のミクロ組織が不均一となり、鋼板の一部において、靭性が劣化する。そのため、第1の再加熱工程における保持時間は10分以上、60分以下とすることが好ましい。 In the first reheating step, it is preferable to heat the steel plate to the first reheating temperature and then hold the temperature at that temperature. If the holding time exceeds 60 minutes, the crystal grains of the reverse-transformed austenite phase grow excessively, which tends to reduce toughness. On the other hand, if the holding time is less than 10 minutes, the reverse transformation to the austenite phase does not proceed sufficiently, resulting in a non-uniform microstructure within the plate thickness and a deterioration in toughness in some parts of the steel plate. Therefore, it is preferable that the holding time in the first reheating step be 10 minutes or more and 60 minutes or less.
第1の冷却工程
第1の冷却工程では、第1の再加熱工程後の厚鋼板を冷却する。第1の再加熱工程後の厚鋼板を冷却することにより、最終的に得られる板厚内部のフェライト相の結晶粒をさらに微細化し、靭性をさらに向上することができる。板厚50mm以下の厚鋼板であれば、第1の冷却工程での冷却は、任意の方法、例えば、空冷または水冷により行うことができ、結晶粒の粗大化を抑制する観点で水冷が好ましい。このため、1℃/s以上が好ましく、より好ましくは20℃/s以上、さらに好ましくは40℃/s以上である。上限は特に限定される必要はないが、冷却に用いる水資源の有効利用の観点から100℃/s以下とすることが好ましい。冷却停止温度(第1の冷却停止温度)は、第2の再加熱温度より低ければよく、300℃以下、室温(20℃)以上がより好ましい。また、板厚50mm超えの厚鋼板では、第1の冷却工程の冷却は、空冷だと板厚内部において所定の組織を得るのに十分な冷却速度を達成することが難しい場合があり、水冷により、平均冷却速度20℃/s以上が達成できるため、水冷を適用することが好ましい。
First cooling step In the first cooling step, the thick steel plate after the first reheating step is cooled. By cooling the thick steel plate after the first reheating step, the crystal grains of the ferrite phase inside the plate thickness finally obtained can be further refined, and the toughness can be further improved. If the plate thickness is 50 mm or less, the cooling in the first cooling step can be performed by any method, for example, air cooling or water cooling, and water cooling is preferable from the viewpoint of suppressing the coarsening of crystal grains. For this reason, 1 ° C./s or more is preferable, more preferably 20 ° C./s or more, and even more preferably 40 ° C./s or more. The upper limit does not need to be particularly limited, but it is preferable to set it to 100 ° C./s or less from the viewpoint of effective use of water resources used for cooling. The cooling stop temperature (first cooling stop temperature) may be lower than the second reheating temperature, and is more preferably 300 ° C. or less, and room temperature (20 ° C.) or more. Furthermore, for thick steel plates having a thickness of more than 50 mm, it may be difficult to achieve a cooling rate sufficient to obtain a desired structure inside the plate thickness if air cooling is used in the first cooling step, whereas water cooling can achieve an average cooling rate of 20°C/s or more, so it is preferable to apply water cooling.
第2の再加熱工程
第2の再加熱工程では、第1の冷却工程後の厚鋼板を、Ac1変態点以上950℃以下(第2の再加熱温度)に再加熱する。第2の再加熱温度は、好ましくはAc3変態点未満とする。
In the second reheating step, the steel plate after the first cooling step is reheated to a temperature (second reheating temperature) of not less than the Ac1 transformation point and not more than 950° C. The second reheating temperature is preferably lower than the Ac3 transformation point.
第2の再加熱温度がAc1変態点以上Ac3変態点未満の場合、二相域に特有の脱炭反応が進行し、表層部におけるフェライト相の面積率を80%以上とすることができる。一方、第2の再加熱温度がAc3変態点以上950℃以下の場合、第2の再加熱温度での保持時間を短時間とすることで、二相域通過時の表層脱炭反応により生成した表層部におけるフェライト相がオーステナイト相に逆変態する反応が抑制され、表層部におけるフェライト相の面積率を80%以上とすることができる。第2の再加熱温度がAc1変態点未満の場合、二相域に特有の表層脱炭反応が進行せず、表層部におけるフェライト相の面積率が80%未満となる。その結果、表層部の硬度が増大して所望の全厚での伸び特性を得ることができない。さらに、板厚内部でオーステナイト相への逆変態反応が起きず、第2の冷却工程後に、板厚内部のフェライト相の結晶粒の微細化が生じない。その結果、靭性が低下する。一方、第2の再加熱温度が950℃超えであると、二相域通過時の表層脱炭反応により生成した表層部におけるフェライト相がオーステナイト相に逆変態する反応が促進され、表層部におけるフェライト相の面積率が80%未満となる。その結果、表層部の硬度が増大して所望の全厚での伸び特性を得ることができない。さらに、板厚内部で逆変態したオーステナイト相が成長して粗大化し、その結果、局所的に脆性の低い領域が発生して靭性が低下する。 When the second reheating temperature is between the Ac1 transformation point and the Ac3 transformation point, the decarburization reaction specific to the two-phase region proceeds, and the area ratio of the ferrite phase in the surface layer can be 80% or more. On the other hand, when the second reheating temperature is between the Ac3 transformation point and 950°C, the holding time at the second reheating temperature is set to a short time, so that the reaction in which the ferrite phase in the surface layer generated by the surface decarburization reaction during passage through the two-phase region is reverse transformed to the austenite phase is suppressed, and the area ratio of the ferrite phase in the surface layer can be 80% or more. When the second reheating temperature is below the Ac1 transformation point, the surface decarburization reaction specific to the two-phase region does not proceed, and the area ratio of the ferrite phase in the surface layer is less than 80%. As a result, the hardness of the surface layer increases and the desired elongation characteristics at the entire thickness cannot be obtained. Furthermore, the reverse transformation reaction to the austenite phase does not occur inside the plate thickness, and the grain refinement of the ferrite phase inside the plate thickness does not occur after the second cooling process. As a result, the toughness decreases. On the other hand, if the second reheating temperature is above 950°C, the reaction in which the ferrite phase in the surface layer formed by the surface decarburization reaction during passage through the two-phase region reverse-transforms into the austenite phase is promoted, and the area ratio of the ferrite phase in the surface layer becomes less than 80%. As a result, the hardness of the surface layer increases and the desired elongation characteristics over the entire thickness cannot be obtained. Furthermore, the austenite phase reverse-transformed inside the plate thickness grows and coarsens, resulting in localized areas of low brittleness and reduced toughness.
また、第2の再加熱温度がAc3変態点以上、950℃以下である場合は、板厚内部のオーステナイト相の結晶粒は、第2の再加熱温度がAc3変態点未満である場合に比べ、粗大化するものの、靭性を過度に劣化させない。さらに、この温度域では板厚内部のオーステナイト相への逆変態の進行速度が上昇する。このため、短い加熱時間でオーステナイト相への逆変態反応が完了し、所定時間に製造可能な厚鋼板の枚数が増加するので生産性が向上する。 In addition, when the second reheating temperature is equal to or higher than the Ac3 transformation point and equal to or lower than 950°C, the crystal grains of the austenite phase inside the plate thickness become coarser than when the second reheating temperature is lower than the Ac3 transformation point, but the toughness does not deteriorate excessively. Furthermore, in this temperature range, the rate of reverse transformation to the austenite phase inside the plate thickness increases. Therefore, the reverse transformation reaction to the austenite phase is completed in a short heating time, and the number of thick steel plates that can be manufactured in a given time increases, improving productivity.
なお、Ac1変態点は、例えば、下記(1)式により求めることができる。
Ac1(℃)=723+29.1×Si-10.7×Mn-16.9×Ni+16.9×Cr…(1)
また、Ac3変態点は、例えば、下記(2)式により求めることができる。
Ac3(℃)=961.6-311.9×C+49.5×Si-36.4×Mn+438.1×P-2818×S+12.7×Al-51×Cu-29×Ni-8.7×Cr+13.5×Mo+308.1×Nb-140×V+318.9×Ti+611.2×B-969×N…(2)
ここで、上記(1)~(2)式における元素記号は、各元素の含有量(質量%)を意味し、当該元素が含有されていない場合にはゼロとする。
The Ac1 transformation point can be calculated, for example, by the following formula (1).
Ac1 (℃) = 723 + 29.1 x Si - 10.7 x Mn - 16.9 x Ni + 16.9 x Cr... (1)
The Ac3 transformation point can be calculated, for example, by the following formula (2).
Ac3(℃)=961.6-311.9×C+49.5×Si-36.4×Mn+438.1×P-2818×S+12.7×Al-51×C u-29×Ni-8.7×Cr+13.5×Mo+308.1×Nb-140×V+318.9×Ti+611.2×B-969×N…(2)
Here, the element symbols in the above formulas (1) and (2) indicate the content (mass%) of each element, and when the element is not contained, it is set to zero.
以下で、第2の再加熱工程における保持時間について説明する。 The holding time in the second reheating step is explained below.
上記第2の再加熱工程においては、第2の再加熱温度まで加熱した後、当該温度に保持することが好ましい。第2の再加熱温度がAc1変態点以上、Ac3変態点未満の場合、保持時間が10分未満であると、オーステナイト相への逆変態が鋼板全長に亘って開始されず、第2の冷却工程後に板厚内部において所望のミクロ組織が得られにくい。また、表層部では、表層の脱炭反応が十分に進行せず、表層部においても所望のミクロ組織が得られにくい。そのため、保持時間は10分以上とすることが好ましい。上限については特に限定する必要はないが、長時間の加熱は加熱炉維持の運用コスト増大を招く観点から120分以下が好ましい。一方、第2の再加熱温度がAc3変態点以上、950℃以下の場合、保持時間が30分を超えると、板厚内部において逆変態したオーステナイト相が成長して結晶粒が粗大化し、靭性が低下する。また、表層部では、オーステナイト相への逆変態がより進行し、表層部においても所望のミクロ組織が得られにくい。そのため、保持時間は30分以下とすることが好ましい。下限は特に限定されるわけではないが、相変態を十分に進行させるために5分以上とすることが好ましい。 In the second reheating step, it is preferable to heat the steel plate to the second reheating temperature and then hold the temperature. When the second reheating temperature is equal to or higher than the Ac1 transformation point and lower than the Ac3 transformation point, if the holding time is less than 10 minutes, the reverse transformation to the austenite phase does not start over the entire length of the steel plate, and it is difficult to obtain the desired microstructure inside the plate thickness after the second cooling step. In addition, in the surface layer, the decarburization reaction does not proceed sufficiently, and it is difficult to obtain the desired microstructure even in the surface layer. Therefore, it is preferable to hold the temperature for 10 minutes or more. There is no need to particularly limit the upper limit, but it is preferable to hold the temperature for 120 minutes or less from the viewpoint that long-term heating leads to an increase in the operating costs of maintaining the heating furnace. On the other hand, when the second reheating temperature is equal to or higher than the Ac3 transformation point and lower than 950 ° C., if the holding time exceeds 30 minutes, the reversely transformed austenite phase grows inside the plate thickness, the crystal grains become coarse, and the toughness decreases. In addition, in the surface layer, the reverse transformation to the austenite phase proceeds more, and it is difficult to obtain the desired microstructure even in the surface layer. Therefore, the holding time is preferably 30 minutes or less. There is no particular lower limit, but it is preferably 5 minutes or more to allow the phase transformation to proceed sufficiently.
第2の冷却工程
第2の冷却工程では、第2の再加熱工程で再加熱された厚鋼板を350~600℃の第2の冷却停止温度まで冷却する。その際、第2の平均冷却速度を1.5~20℃/sとする。第2の平均冷却速度が1.5℃/s未満であると、前述しているようにパーライトがバンド状に生成し、疲労き裂とパーライトの遭遇頻度が増加するため、耐疲労き裂伝播特性が低下する。そのため、第2の平均冷却速度は、1.5℃/s以上とし、パーライト相をフェライト相に分散させる。一方、第2の平均冷却速度が20℃/sを超える場合、板厚内部のミクロ組織においてパーライト変態が十分に進行せず、ベイナイト変態が進行しやすくなる。ベイナイトには、島状マルテンサイトが含まれるため、ベイナイト面積率の増加に伴い靭性が低下する。20℃/s以下であれば、鋼板内部のミクロ組織においてパーライト変態が適度に進行すると共に、第2の冷却工程よりも前の工程において、フェライト相の結晶粒径の微細化が生じているため、所望の靭性が得られる。さらに、7℃/s以下であれば、ベイナイト相の面積率がパーライト相の面積率よりも少なくなり、靭性がさらに向上する。第2の平均冷却速度は、好ましくは5℃/s以下、より好ましくは4℃/s以下、さらに好ましくは3℃/s未満とする。なお、平均冷却速度は、冷却後の鋼板の温度分布を非接触型の放射温度計を用いて測定し、冷却前後の温度履歴を計算により算出することで求めることができる。加えて、接触型の熱電対などを用いて、冷却前から冷却尾までの温度履歴を常時測定し、算出することもできる。
Second Cooling Step In the second cooling step, the thick steel plate reheated in the second reheating step is cooled to a second cooling stop temperature of 350 to 600 ° C. At that time, the second average cooling rate is set to 1.5 to 20 ° C. / s. If the second average cooling rate is less than 1.5 ° C. / s, pearlite is generated in a band shape as described above, and the frequency of encounter between the fatigue crack and pearlite increases, so that the fatigue crack propagation resistance property decreases. Therefore, the second average cooling rate is set to 1.5 ° C. / s or more, and the pearlite phase is dispersed in the ferrite phase. On the other hand, if the second average cooling rate exceeds 20 ° C. / s, the pearlite transformation does not proceed sufficiently in the microstructure inside the plate thickness, and the bainite transformation tends to proceed. Since the bainite contains island martensite, the toughness decreases with an increase in the bainite area ratio. If the cooling rate is 20°C/s or less, the pearlite transformation in the microstructure inside the steel sheet proceeds moderately, and the grain size of the ferrite phase is refined in the process prior to the second cooling process, so that the desired toughness can be obtained. Furthermore, if the cooling rate is 7°C/s or less, the area ratio of the bainite phase becomes smaller than the area ratio of the pearlite phase, and the toughness is further improved. The second average cooling rate is preferably 5°C/s or less, more preferably 4°C/s or less, and even more preferably less than 3°C/s. The average cooling rate can be obtained by measuring the temperature distribution of the steel sheet after cooling using a non-contact type radiation thermometer and calculating the temperature history before and after cooling. In addition, the temperature history from before cooling to after cooling can be constantly measured and calculated using a contact type thermocouple or the like.
また、第2の冷却停止温度が350℃未満の場合は、板厚内部においてフェライトが過剰に生成するため鋼板全体が軟質化し、所望の引張強度を得ることが出来ない。そのため、第2の冷却停止温度は350℃以上とする。一方、第2の冷却停止温度が600℃を超える場合、未変態オーステナイトが多量に残留したまま焼き入れられるので、板厚内部で硬質なベイナイトやマルテンサイトが過剰に生成する。その結果、全厚での伸び特性が低下し、靭性も低下する。そのため、第2の冷却停止温度は600℃以下とする。 Furthermore, if the second cooling stop temperature is less than 350°C, excessive ferrite will be produced within the plate thickness, softening the entire steel plate and making it impossible to obtain the desired tensile strength. For this reason, the second cooling stop temperature is set to 350°C or higher. On the other hand, if the second cooling stop temperature is more than 600°C, the plate will be quenched with a large amount of untransformed austenite remaining, resulting in the excessive production of hard bainite and martensite within the plate thickness. As a result, the elongation characteristics throughout the entire thickness will decrease, and the toughness will also decrease. For this reason, the second cooling stop temperature is set to 600°C or lower.
本願の製造法に依れば、第一の再加熱まで、第一の再加熱から第一の冷却工程、第二の再加熱から第二の冷却工程の、計3回の正変態と逆変態を繰り返す工程が鋼板に与えられる。正変態と逆変態を繰り返すことで結晶粒は微細となる。したがってこの工程は結晶粒の微細化にとって重要であり、フェライト相の平均結晶粒径は所望の値が得られる。 According to the manufacturing method of the present application, the steel sheet is subjected to a total of three processes of repeated normal and reverse transformations, including the first reheating, the first cooling process from the first reheating, and the second cooling process from the second reheating. The repeated normal and reverse transformations make the crystal grains finer. Therefore, this process is important for refining the crystal grains, and the desired average crystal grain size of the ferrite phase can be obtained.
水冷工程
水冷工程では、バンド状組織の生成を防止するために、第2の冷却工程後の厚鋼板に水冷を施す。したがって、水冷温度は、350~600℃の範囲となる。水冷は、特に限定されることなく、任意の条件で行うことができるが、Ms点以下の温度、好ましくは200℃以下まで水冷することが好ましい。なお、Ms点は、例えば、下記(3)式により求めることができる。なお、水冷とは平均冷却速度が20℃/s以上で冷却することを指す。平均冷却速度の上限として、100℃/s以下が好ましい。
Ms(℃)=517-300×C-11×Si-33×Mn-17×Ni-22×Cr-11×Mo…(3)
ここで、上記(3)式における元素記号は、各元素の含有量(質量%)を意味し、当該元素が含有されていない場合にはゼロとする。
Water-cooling step In the water-cooling step, the steel plate after the second cooling step is water-cooled to prevent the formation of band-shaped structures. Therefore, the water-cooling temperature is in the range of 350 to 600°C. Water-cooling is not particularly limited and can be performed under any conditions, but it is preferable to water-cool the steel plate to a temperature below the Ms point, preferably below 200°C. The Ms point can be calculated, for example, by the following formula (3). Water-cooling refers to cooling at an average cooling rate of 20°C/s or more. The upper limit of the average cooling rate is preferably 100°C/s or less.
Ms(℃)=517-300×C-11×Si-33×Mn-17×Ni-22×Cr-11×Mo…(3)
Here, the element symbols in the above formula (3) indicate the content (mass%) of each element, and are set to zero when the element is not contained.
上記以外の製造条件については特に制限されないが、以下の条件で行うことが好ましい。 There are no particular limitations on the manufacturing conditions other than those mentioned above, but it is preferable to carry out the process under the following conditions.
水冷工程後の冷却
本発明では、水冷工程後の冷却方法はとくに限定されず、例えば、空冷、水冷など、任意の方法で行うことができる。
Cooling After the Water-Cooling Step In the present invention, the cooling method after the water-cooling step is not particularly limited, and any method such as air cooling or water cooling can be used.
以下、本発明の効果を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 The effects of the present invention will be specifically explained below based on examples, but the present invention is not limited to these examples.
表1に示す組成の溶鋼を溶製し、鋼素材(スラブ)とした。なお、表1に示したAc1点、Ac3点、およびMs点、の値は、それぞれ上述した(1)、(2)、(3)式で求めた値である。 Molten steel having the composition shown in Table 1 was melted and used as steel material (slab). The values of Ac1 point, Ac3 point, and Ms point shown in Table 1 were calculated using the above-mentioned formulas (1), (2), and (3), respectively.
次に、得られたスラブに対し、表2に示す条件で加熱(加熱工程)および熱間圧延を施し(圧延工程)、全長20mで、表2に示した板厚の厚鋼板とした。その後、厚鋼板を表2に記載の冷却方法にて室温まで冷却し(冷却工程)、表2に示した第1の再加熱温度まで再加熱し、表2に示した保持時間の間保持した(第1の再加熱工程)。その後、表2に示した冷却方法にて第1の平均冷却速度で第1の冷却停止温度まで冷却した(第1の冷却工程)。次いで、表2に示した第2の再加熱温度まで再加熱し、表2に示した保持時間の間保持した(第2の再加熱工程)。その後、表2に示した冷却方法にて第2の平均冷却速度で第2の冷却停止温度まで冷却した(第2の冷却工程)。その後、水冷処理を施した(水冷工程)。水冷工程では150℃以下まで水冷した。 Next, the obtained slab was heated (heating process) and hot rolled (rolling process) under the conditions shown in Table 2 to obtain a thick steel plate with a total length of 20 m and a plate thickness shown in Table 2. The thick steel plate was then cooled to room temperature by the cooling method shown in Table 2 (cooling process), reheated to the first reheating temperature shown in Table 2, and held for the holding time shown in Table 2 (first reheating process). Then, it was cooled to the first cooling stop temperature at the first average cooling rate by the cooling method shown in Table 2 (first cooling process). Next, it was reheated to the second reheating temperature shown in Table 2, and held for the holding time shown in Table 2 (second reheating process). Then, it was cooled to the second cooling stop temperature at the second average cooling rate by the cooling method shown in Table 2 (second cooling process). Then, it was subjected to water cooling treatment (water cooling process). In the water cooling process, it was water cooled to 150°C or less.
なお、比較のため、一部の比較例(表2のNo.31)では第2の再加熱後に第2の冷却工程を行うこと無く、すぐに水冷を行った。この比較例における水冷条件は、平均冷却速度44.0℃/s、冷却停止温度110℃とした。 For comparison, in some comparative examples (No. 31 in Table 2), water cooling was performed immediately after the second reheating without performing the second cooling process. The water cooling conditions in this comparative example were an average cooling rate of 44.0°C/s and a cooling stop temperature of 110°C.
得られた厚鋼板について、(1)ミクロ組織、(2)全厚伸びおよび引張強度(TS)、(3)疲労き裂伝播特性、(4)靭性について、それぞれ評価した。厚鋼板の圧延方向、ならびに幅方向での特性のばらつきを評価するため、試験片は厚鋼板の圧延方向における任意の位置のそれぞれから採取し、最もばらつきの大きかった二箇所(位置1、位置2)を評価した。試験方法は次の通りである。なお、上記の各試験片は、鋼板の圧延方向端部より100mm入った位置から採取した。 The resulting steel plates were evaluated for (1) microstructure, (2) total thickness elongation and tensile strength (TS), (3) fatigue crack propagation properties, and (4) toughness. To evaluate the variability in properties in the rolling direction and width direction of the steel plate, test specimens were taken from any position in the rolling direction of the steel plate, and the two positions with the greatest variability (position 1 and position 2) were evaluated. The test method is as follows. Each of the above test specimens was taken from a position 100 mm in from the end of the steel plate in the rolling direction.
(1)ミクロ組織観察
以下の手順でミクロ組織を観察した。
(1) Microstructure Observation The microstructure was observed by the following procedure.
表層部におけるフェライト相の面積率、板厚内部におけるフェライト相の面積率、板厚内部におけるパーライト相およびベイナイト相の面積率
まず、得られた厚鋼板から、観察面が圧延方向に垂直な断面(板厚方向断面)となるように組織観察用試験片を採取し、鏡面となるまで研磨した後、腐食液(硝酸メタノール溶液)で腐食し、光学顕微鏡(倍率:400倍)もしくは走査型電子顕微鏡(倍率:400倍)を用いて、鋼板表面から板厚方向に板厚1/4位置まで観察し、画面が連続するように撮像した。得られた組織写真を用い、画像解析により相を同定し、(a)厚鋼板の、表面から表面下100μmまでの範囲におけるフェライト相の面積率の平均値、(b)板厚1/4位置におけるフェライト相の面積率の平均値、JIS G 0551に記載の切断法により求めたフェライト結晶粒径の平均値、および(c)板厚1/4位置におけるパーライト相およびベイナイト相の面積率を求めた。なお、上記画像において、白色部をフェライト相、黒色部をパーライト相、残部をベイナイト相として判断している。また、硬質相間の平均間隔は、上記画像においてImage-Jにて画像解析を行いエッジ間距離で算出する。具体的には、硬質相、具体的にはパーライト相、ベイナイト相の各領域での相境界をエッジ(輪郭線)として検出、描画し、最近接する硬質相(パーライト相又はベイナイト相)のエッジ同士の距離を測定した。以上の評価を10視野に対して行い、それらを平均化した値を硬質相間の平均間隔として算出した。
Area ratio of ferrite phase in surface layer, area ratio of ferrite phase in plate thickness, area ratio of pearlite phase and bainite phase in plate thickness First, a test piece for microstructure observation was taken from the obtained thick steel plate so that the observation surface was a cross section perpendicular to the rolling direction (plate thickness direction cross section), polished to a mirror surface, and then corroded with an etching solution (nitric acid methanol solution). Using an optical microscope (magnification: 400 times) or a scanning electron microscope (magnification: 400 times), the steel plate was observed from the surface to the 1/4 position in the plate thickness direction, and images were taken so that the screen was continuous. Using the obtained microstructure photograph, the phase was identified by image analysis, and (a) the average value of the area ratio of the ferrite phase in the range from the surface to 100 μm below the surface of the thick steel plate, (b) the average value of the area ratio of the ferrite phase at the 1/4 position of the plate thickness, the average value of the ferrite grain size obtained by the cutting method described in JIS G 0551, and (c) the area ratio of the pearlite phase and the bainite phase at the 1/4 position of the plate thickness were obtained. In the above image, the white parts are judged as ferrite phase, the black parts as pearlite phase, and the remaining parts as bainite phase. The average spacing between hard phases is calculated as the distance between edges by performing image analysis on the above image using Image-J. Specifically, the phase boundaries in each region of the hard phase, specifically the pearlite phase and the bainite phase, were detected and drawn as edges (contour lines), and the distance between the edges of the closest hard phases (pearlite phase or bainite phase) was measured. The above evaluation was performed on 10 fields of view, and the average value was calculated as the average spacing between the hard phases.
硬質相のサイズはパーライト相、ベイナイト相の各領域での相境界をエッジ(輪郭線)検出、描画し、圧延方向の幅を測定している。 The size of the hard phase is measured by detecting and drawing the edges (contour lines) of the phase boundaries in each region of the pearlite phase and bainite phase, and measuring the width in the rolling direction.
マルテンサイト相は上記で撮影した走査型電子顕微鏡(倍率:400倍)の画像から硬質相の模様により判別している。 The martensite phase was identified based on the pattern of the hard phase in the scanning electron microscope (magnification: 400x) image taken above.
ミクロ組織の測定結果を表3に示す。 The microstructure measurement results are shown in Table 3.
(2)引張試験
厚鋼板の幅中央部から板幅方向が引張方向と一致するように採取したJIS Z 2201 1A号の全厚試験片を用いて引張試験を実施し、引張強度(TS)および全厚伸びを求めた。引張強度は490MPa以上を合格とした。伸び特性は板厚16mm以下の場合は15%以上、板厚16mmを超える場合は19%以上を合格とした。
(2) Tensile test Tensile tests were conducted using full-thickness test pieces of JIS Z 2201 No. 1A taken from the width center of a thick steel plate so that the plate width direction coincided with the tensile direction, and the tensile strength (TS) and full-thickness elongation were obtained. A tensile strength of 490 MPa or more was considered to pass. Elongation properties were considered to pass when the plate thickness was 16 mm or less, and when the plate thickness was more than 16 mm, when it was 15% or more.
(3)疲労き裂伝播試験
図1に示す片側切欠単純引張型疲労試験片を用いて疲労き裂伝播試験を行い、鋼板の幅方向にき裂が進展する時の疲労き裂伝播挙動を評価した。試験片は板厚1/4位置から採取したコンパクトテンション試験片を用い、試験条件は、ASTM E647に準拠し、応力比0.1、周波数10Hzとし、室温大気中で実施した。本発明では溶接構造物において溶接部などから発生したき裂が鋼材中を進展するときの伝播速度を低減することが目的であるため、このような状況を想定し、応力拡大係数範囲(ΔK)が10~30MPa√mの範囲で試験を行った。ΔK=25MPa√mでの疲労き裂伝播速度8.50×10-8m/cycle以下を合格とした。
(3) Fatigue crack propagation test A fatigue crack propagation test was performed using a single-side notched simple tension fatigue test piece shown in Figure 1 to evaluate the fatigue crack propagation behavior when the crack propagates in the width direction of the steel plate. The test piece was a compact tension test piece taken from the 1/4 position of the plate thickness, and the test conditions were in accordance with ASTM E647, with a stress ratio of 0.1 and a frequency of 10 Hz, and the test was performed in air at room temperature. Since the purpose of the present invention is to reduce the propagation speed of a crack generated from a weld or the like in a welded structure when it propagates through the steel material, assuming such a situation, the test was performed with a stress intensity factor range (ΔK) of 10 to 30 MPa√m. A fatigue crack propagation speed of 8.50 × 10 -8 m/cycle or less at ΔK = 25 MPa√m was considered to be acceptable.
(4)靭性
厚鋼板の板厚中心部から、圧延方向(L方向)に平行にシャルピー衝撃試験片を採取した。試験片厚は、板厚10mm以上の場合は試験片厚10mmとし、板厚10mm未満の場合は試験片厚5mmとした。試験はJIS Z 2202に準拠してシャルピー衝撃試験を0℃で行い、吸収エネルギーvE0を測定した。試験片厚10mmの試験片は吸収エネルギーが100J以上を合格とした。試験片厚5mmの試験片は吸収エネルギーが50J以上を合格とした。
(4) Toughness Charpy impact test specimens were taken from the center of the thickness of the thick steel plate parallel to the rolling direction (L direction). The thickness of the test specimen was 10 mm when the plate thickness was 10 mm or more, and 5 mm when the plate thickness was less than 10 mm. The test was performed at 0°C in accordance with JIS Z 2202 to measure the absorbed energy vE 0. The test specimens with a thickness of 10 mm were considered to have passed if the absorbed energy was 100 J or more. The test specimens with a thickness of 5 mm were considered to have passed if the absorbed energy was 50 J or more.
測定結果を表4に示す。この結果から分かるように、本発明の条件を満たす実施例においては、全厚での伸び特性と耐疲労き裂伝播特性と靭性を具備した厚鋼板が得られている。一方、本発明の条件を満たさない比較例では、厚鋼板の圧延方向において評価した二箇所の一つの位置において、強度特性か、全厚での伸び特性か、疲労き裂伝播速度か、靭性かの少なくとも一つが劣っている。 The measurement results are shown in Table 4. As can be seen from these results, in the examples that satisfy the conditions of the present invention, thick steel plates that have elongation characteristics through the entire thickness, fatigue crack propagation resistance, and toughness are obtained. On the other hand, in the comparative examples that do not satisfy the conditions of the present invention, at least one of the strength characteristics, elongation characteristics through the entire thickness, fatigue crack propagation rate, or toughness is inferior at one of the two locations evaluated in the rolling direction of the thick steel plate.
Claims (5)
C:0.05~0.20%、
Si:0.01~0.50%、
Mn:0.50~2.00%、
P:0.05%以下、
S:0.02%以下を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、
ミクロ組織は、
板厚方向に、表面から表面下100μmまでの範囲において、面積率で80%以上のフェライト相を含み、かつ
板厚1/4位置において、
面積率で90%以下、かつ平均結晶粒径が25μm以下のフェライト相を含み、
残部が硬質相からなり、前記硬質相がフェライト相中に分散し、硬質相はパーライト相を含み、硬質相間の平均間隔が25μm未満である厚鋼板。 In mass percent,
C: 0.05-0.20%,
Si: 0.01 to 0.50%,
Mn: 0.50-2.00%,
P: 0.05% or less,
S: 0.02% or less, the balance being Fe and unavoidable impurities;
The microstructure is
In the thickness direction, the area ratio of the ferrite phase is 80% or more in the range from the surface to 100 μm below the surface, and at the 1/4 position of the thickness,
Contains a ferrite phase having an area ratio of 90% or less and an average crystal grain size of 25 μm or less,
The balance of the steel plate is a hard phase, the hard phase is dispersed in a ferrite phase, the hard phase includes a pearlite phase, and the average spacing between the hard phases is less than 25 μm.
Cr:0.01~1.00%、
Cu:0.01~2.00%、
Ni:0.01~2.00%、
Mo:0.01~1.00%、
Co:0.01~1.00%、
Sn:0.005~0.500%、
Sb:0.005~0.200%、
Nb:0.005~0.200%、
V:0.005~0.200%、
Ti:0.005~0.050%、
B:0.0001~0.0050%、
Zr:0.005~0.100%、
Ca:0.0001~0.020%、
Mg:0.0001~0.020%、および
REM:0.0001~0.020%のうちから選ばれる1種または2種以上を含有する、請求項1に記載の厚鋼板。 The composition further comprises, in mass%,
Cr: 0.01-1.00%,
Cu: 0.01-2.00%,
Ni: 0.01-2.00%,
Mo: 0.01-1.00%,
Co: 0.01 to 1.00%,
Sn: 0.005-0.500%,
Sb: 0.005-0.200%,
Nb: 0.005-0.200%,
V: 0.005-0.200%,
Ti: 0.005 to 0.050%,
B: 0.0001 to 0.0050%,
Zr: 0.005-0.100%,
Ca: 0.0001-0.020%,
The steel plate according to claim 1, containing one or more selected from Mg: 0.0001 to 0.020% and REM: 0.0001 to 0.020%.
前記成分組成を有する鋼素材を900~1200℃に加熱する加熱工程と、
前記加熱工程で加熱された鋼素材に累積圧下率50%以上の熱間圧延を施して厚鋼板とする圧延工程と、
前記厚鋼板を冷却する前記圧延工程後の冷却工程と、
前記圧延工程後の冷却工程で冷却された厚鋼板を、Ac3変態点以上、950℃以下の第1の再加熱温度に再加熱する第1の再加熱工程と、
前記第1の再加熱工程で再加熱された厚鋼板を冷却する第1の冷却工程と、
前記第1の冷却工程で冷却された厚鋼板を、Ac1変態点以上、950℃以下の第2の再加熱温度に再加熱する第2の再加熱工程と、
前記第2の再加熱工程で再加熱された厚鋼板を1.5~20℃/sの平均冷却速度で350~600℃の第2の冷却停止温度まで冷却する第2の冷却工程と、
前記第2の冷却工程で冷却された厚鋼板に水冷を施す水冷工程と、
を有する厚鋼板の製造方法。 The method for producing a steel plate according to claim 1 or 2,
A heating step of heating a steel material having the above-mentioned composition to 900 to 1200°C;
a rolling step of subjecting the steel material heated in the heating step to hot rolling at a cumulative rolling reduction rate of 50% or more to obtain a thick steel plate;
A cooling step after the rolling step of cooling the thick steel plate;
A first reheating step in which the steel plate cooled in the cooling step after the rolling step is reheated to a first reheating temperature of not less than the Ac3 transformation point and not more than 950 ° C.;
A first cooling step of cooling the steel plate reheated in the first reheating step;
A second reheating step of reheating the steel plate cooled in the first cooling step to a second reheating temperature of the Ac1 transformation point or higher and 950 ° C. or lower;
A second cooling step of cooling the steel plate reheated in the second reheating step to a second cooling stop temperature of 350 to 600 ° C. at an average cooling rate of 1.5 to 20 ° C./s;
a water cooling step of water cooling the steel plate cooled in the second cooling step;
A method for manufacturing a thick steel plate having the above structure.
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| JP2008007833A (en) | 2006-06-30 | 2008-01-17 | Jfe Steel Kk | Steel with excellent fatigue crack propagation resistance |
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