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JP7827154B2 - Steel plate and its manufacturing method - Google Patents
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JP7827154B2 - Steel plate and its manufacturing method - Google Patents

Steel plate and its manufacturing method

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JP7827154B2 JP2024540065A JP2024540065A JP7827154B2 JP 7827154 B2 JP7827154 B2 JP 7827154B2 JP 2024540065 A JP2024540065 A JP 2024540065A JP 2024540065 A JP2024540065 A JP 2024540065A JP 7827154 B2 JP7827154 B2 JP 7827154B2
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Description

本発明は、鋼板およびその製造方法に関し、特に、幅広い板厚範囲に亘って安定的に優れた極低温靭性を確保できる極低温用厚鋼板に関する。本発明の鋼板は、例えば、船舶用および陸上用の液化ガス貯蔵用タンクなどの、極低温環境下で使用される構造物用鋼に好適に用いることができる。 The present invention relates to a steel plate and a manufacturing method thereof, and in particular to a thick steel plate for cryogenic use that can consistently maintain excellent cryogenic toughness over a wide range of plate thicknesses. The steel plate of the present invention can be suitably used as a steel for structures used in cryogenic environments, such as liquefied gas storage tanks for ships and on land.

液化ガス貯蔵用タンクなどの構造物に熱間圧延された鋼板が用いられる際には、使用環境が極低温となるため、鋼板の強度のみならず、極低温下における靱性(極低温靭性)に優れていることが要求される。例えば、液化天然ガスの貯蔵用タンクに熱間圧延された鋼板が使用される場合には、液化天然ガスの沸点である-164℃以下の極低温下で優れた靱性を確保する必要がある。鋼材の極低温靱性が劣ると、極低温貯蔵用構造物としての安全性を維持できなくなるおそれがあるため、適用される鋼板に対する極低温靱性の向上への要求は高い。
ここで、タンクの容積が比較的小さい船舶用途では、厚鋼板の中でも比較的板厚が小さい鋼材が要求され、タンクの容積が比較的大きい陸上用途では、板厚がより大きい鋼材が要求される。この要求に対して、従来、7%Ni、又は9%Ni鋼板が使用されてきた。
When hot-rolled steel plates are used in structures such as liquefied gas storage tanks, the environment in which they are used is extremely low, and so they are required to have not only excellent strength but also excellent toughness at extremely low temperatures (cryogenic toughness). For example, when hot-rolled steel plates are used in liquefied natural gas storage tanks, they need to ensure excellent toughness at extremely low temperatures of -164°C or lower, which is the boiling point of liquefied natural gas. If the cryogenic toughness of the steel material is poor, there is a risk that the safety of the cryogenic storage structure cannot be maintained, and therefore there is a strong demand for improved cryogenic toughness of the steel plates used.
For marine applications where the tank volume is relatively small, a steel plate with a relatively small thickness is required, while for land applications where the tank volume is relatively large, a steel plate with a larger thickness is required. To meet these requirements, 7% Ni or 9% Ni steel plates have conventionally been used.

7~9%Ni鋼板は、例えば、特許文献1、2に提案されている。
特許文献1では、質量%で、Ni:5.0超~10.0%未満と、所定量のC、Si、Mn、Alとを含有する極低温用厚鋼板が開示されている。そして、特許文献1の厚鋼板では、板厚6~50mmに亘り、単位面積当たりの吸収エネルギーvE-196℃の平均値が1.25J/mm2以上である。
また、特許文献2では、質量%で、Ni:7.0~10.5%と、所定量のC、Si、Mn、Alとを含有する低温用Ni含有鋼が開示されている。そして、特許文献2の鋼では、板厚30~60mmに亘り、吸収エネルギーvE-196℃の平均値が150J以上である。
Steel sheets containing 7 to 9% Ni are proposed in, for example, Patent Documents 1 and 2.
Patent Document 1 discloses a steel plate for cryogenic use containing, by mass%, more than 5.0% but less than 10.0% Ni and predetermined amounts of C, Si, Mn, and Al. The steel plate of Patent Document 1 has an average absorbed energy per unit area vE -196°C of 1.25 J/ mm2 or more over a plate thickness range of 6 to 50 mm.
Patent Document 2 discloses a low-temperature Ni-containing steel containing, by mass%, 7.0 to 10.5% Ni and predetermined amounts of C, Si, Mn, and Al. The steel of Patent Document 2 has an average absorbed energy vE at −196°C of 150 J or more over a plate thickness range of 30 to 60 mm.

特開2011-219848号公報JP 2011-219848 A 特開2011-214099号公報JP 2011-214099 A

本発明者らが7%Ni鋼の厚鋼板について鋭意調査した結果、鋼板内で極低温靭性がばらつく問題が判明した。そして、この極低温靭性のばらつきは、残留γ(残留オーステナイト)の生成量およびサイズのばらつきに起因するとの知見を得た。すなわち、残留γは極低温での衝撃試験において、与えられた衝撃ひずみによりマルテンサイト変態することで応力を緩和し脆性き裂の発生を抑制するが、残留γの生成量が不足するとこの効果が十分に得られなくなる、というものである。
なお、本明細書において、「残留γが安定である」とは、残留オーステナイトが-196℃下で一定量以上のひずみを与えてもマルテンサイト組織に変態され難い傾向をいう。逆に、「残留γが不安定である」とは、残留オーステナイトが-196℃下でひずみによりマルテンサイト組織に変態され易い傾向をいう。
As a result of extensive research by the present inventors into 7% Ni steel thick plates, they discovered a problem of variation in cryogenic temperature toughness within the steel plate. They also found that this variation in cryogenic temperature toughness is caused by variations in the amount and size of retained γ (retained austenite). In other words, during impact tests at cryogenic temperatures, retained γ transforms into martensitic metal due to the applied impact strain, thereby relieving stress and suppressing the occurrence of brittle cracks. However, if the amount of retained γ is insufficient, this effect cannot be fully achieved.
In this specification, "stable retained γ" refers to the tendency of retained austenite to be unlikely to transform into a martensite structure even when strain of a certain amount or more is applied at -196°C. Conversely, "unstable retained γ" refers to the tendency of retained austenite to be easily transformed into a martensite structure by strain at -196°C.

しかしながら、特許文献1および2では、極低温靭性について、いずれも吸収エネルギーの平均値を検討しているにすぎず、鋼板内での極低温靭性のばらつきについては何ら検討していない。However, in both Patent Documents 1 and 2, the cryogenic toughness is only examined as an average value of absorbed energy, and no consideration is given to the variation in cryogenic toughness within the steel plate.

本発明は係る問題に鑑みなされたものであり、高強度を確保しつつ、厚鋼板の板厚によらず、極低温靭性が鋼板内でばらつくことなく安定性の高い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 has been developed in consideration of these problems, and aims to provide a highly stable steel plate and manufacturing method thereof that ensures high strength while preventing variation in cryogenic toughness within the steel plate regardless of the thickness of the steel plate.

本発明者らは、上記課題を解決するため、7%Ni鋼板の成分組成および組織に関して鋭意研究を行い、以下の知見を得た。
(1)極低温靭性を安定して確保するためには一定量以上の残留γを生成していることが重要である。残留γ相が体積分率で2.0%未満であると衝撃試験の吸収エネルギーは安定しない。
In order to solve the above problems, the present inventors have conducted extensive research into the chemical composition and structure of 7% Ni steel sheets and have obtained the following findings.
(1) In order to stably ensure cryogenic toughness, it is important to generate a certain amount of retained γ. If the volume fraction of the retained γ phase is less than 2.0%, the absorbed energy in the impact test will not be stable.

(2)残留γは微細に分散していることが重要である。残留γ相の円相当径が5.0μm超えであると、粗大なマルテンサイトとなり、き裂の伝播抵抗を低下させる。 (2) It is important that the residual γ is finely dispersed. If the circular equivalent diameter of the residual γ phase exceeds 5.0 μm, it will become coarse martensite, reducing the resistance to crack propagation.

本発明は、上記知見に基づき完成されたものであり、その要旨は以下のとおりである。 The present invention was completed based on the above findings, and its gist is as follows:

1.質量%で、
C :0.01%以上0.15%以下、
Si:0.01%以上0.50%以下、
Mn:0.05%以上0.60%以下、
Ni:6.0%以上7.5%以下、
Cr:0.01%以上1.00%以下、
Mo:0.05%以上0.50%以下、
P :0.03%以下、
S :0.005%以下、および
N :0.0010%以上0.0080%以下を含有し、
残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、
鋼板の表面から板厚方向に1/4深さの位置において、γ相が体積分率で2.0%以上かつ、前記γ相の円相当径が5.0μm以下である、鋼板。
1. In mass %,
C: 0.01% or more and 0.15% or less,
Si: 0.01% or more and 0.50% or less,
Mn: 0.05% or more and 0.60% or less,
Ni: 6.0% or more and 7.5% or less,
Cr: 0.01% or more and 1.00% or less,
Mo: 0.05% or more and 0.50% or less,
P: 0.03% or less,
S: 0.005% or less, and N: 0.0010% or more and 0.0080% or less,
The balance has a composition consisting of Fe and unavoidable impurities,
A steel sheet in which, at a position 1/4 depth from the surface of the steel sheet in the sheet thickness direction, a gamma phase has a volume fraction of 2.0% or more and an equivalent circle diameter of the gamma phase is 5.0 μm or less.

2.前記成分組成が、さらに、質量%で、
Al:0.008%以上0.10%以下、
Cu:0.40%以下、
Nb:0.05%以下、
V :0.05%以下、
Ti:0.03%以下、および
B :0.0030%以下
からなる群より選択される1または2以上を含有する、上記1に記載の鋼板。
2. The component composition further comprises, in mass %,
Al: 0.008% or more and 0.10% or less,
Cu: 0.40% or less,
Nb: 0.05% or less,
V: 0.05% or less,
2. The steel plate according to 1 above, containing one or more selected from the group consisting of Ti: 0.03% or less, and B: 0.0030% or less.

3.前記成分組成が、さらに、質量%で、
Ca:0.007%以下、
REM:0.010%以下、および
Mg:0.070%以下
からなる群より選択される1または2以上を含有する、上記1または2に記載の鋼板。
3. The component composition further comprises, in mass %,
Ca: 0.007% or less,
3. The steel sheet according to item 1 or 2 above, further comprising one or more selected from the group consisting of REM: 0.010% or less, and Mg: 0.070% or less.

4.C :0.01%以上0.15%以下、
Si:0.01%以上0.50%以下、
Mn:0.05%以上0.60%以下、
Ni:6.0%以上7.5%以下、
Cr:0.01%以上1.00%以下、
Mo:0.05%以上0.50%以下、
P :0.03%以下、
S :0.005%以下、および
N :0.0010%以上0.0080%以下を含有し、
残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する鋼素材を、
900℃以上1200℃以下の温度に加熱し、
加熱された前記鋼素材を熱間圧延して熱延鋼板とし、
前記熱延鋼板に、板厚1/4位置おける温度で550℃以下300℃以上の温度域における平均冷却速度が1℃/s以上、冷却停止温度が板厚1/4位置における温度で300℃以下とする第1の加速冷却を施し、
前記第1の加速冷却後の熱延鋼板に、500℃以上の平均昇温速度が1℃/s未満、板厚1/4位置における温度でAc1点以上Ac3点未満の温度域に加熱する2相域加熱を施し、
前記2相域加熱後の熱延鋼板に、板厚1/4位置における温度での平均冷却速度が1℃/s以上、冷却停止温度が300℃以下である第2の加速冷却を施し、
前記第2の加速冷却後の熱延鋼板に対して、焼戻し温度が板厚1/2位置における温度で300℃以上500℃以下の焼き戻しを施す、
鋼板の製造方法。
4. C: 0.01% or more and 0.15% or less,
Si: 0.01% or more and 0.50% or less,
Mn: 0.05% or more and 0.60% or less,
Ni: 6.0% or more and 7.5% or less,
Cr: 0.01% or more and 1.00% or less,
Mo: 0.05% or more and 0.50% or less,
P: 0.03% or less,
S: 0.005% or less, and N: 0.0010% or more and 0.0080% or less,
A steel material having a composition with the balance being Fe and unavoidable impurities,
Heating to a temperature of 900°C or higher and 1200°C or lower,
The heated steel material is hot-rolled to form a hot-rolled steel sheet;
The hot-rolled steel sheet is subjected to a first accelerated cooling in which the average cooling rate is 1°C/s or more in a temperature range of 550°C or less and 300°C or more at a temperature at a quarter-thickness position of the sheet, and the cooling stop temperature is 300°C or less at a temperature at a quarter-thickness position of the sheet,
The hot-rolled steel sheet after the first accelerated cooling is subjected to two-phase region heating in which the average heating rate of 500°C or more is less than 1°C/s and the temperature at a quarter-thickness position is in a temperature range of A c1 point or more and less than A c3 point;
The hot-rolled steel sheet after the two-phase region heating is subjected to second accelerated cooling in which the average cooling rate at the temperature at a quarter position of the sheet thickness is 1°C/s or more and the cooling stop temperature is 300°C or less;
The hot-rolled steel sheet after the second accelerated cooling is subjected to tempering at a tempering temperature of 300°C or more and 500°C or less at a temperature at a position of 1/2 of the sheet thickness.
Steel plate manufacturing method.

5.前記成分組成が、さらに、質量%で、
Al:0.008%以上0.10%以下、
Cu:0.40%以下、
Nb:0.05%以下、
V :0.05%以下、
Ti:0.03%以下、および
B :0.0030%以下
からなる群より選択される1または2以上を含有する、上記4に記載の鋼板の製造方法。
5. The component composition further comprises, in mass %,
Al: 0.008% or more and 0.10% or less,
Cu: 0.40% or less,
Nb: 0.05% or less,
V: 0.05% or less,
5. The method for producing a steel sheet according to 4 above, further comprising the step of adding one or more elements selected from the group consisting of Ti: 0.03% or less, and B: 0.0030% or less.

6.前記成分組成が、さらに、質量%で、
Ca:0.007%以下、
REM:0.010%以下、および
Mg:0.070%以下
からなる群より選択される1または2以上を含有する、上記4または5に記載の鋼板の製造方法。
6. The component composition further comprises, in mass %,
Ca: 0.007% or less,
6. The method for producing a steel sheet according to 4 or 5 above, further comprising adding one or more selected from the group consisting of REM: 0.010% or less, and Mg: 0.070% or less.

本発明によれば、高強度を確保しつつ、厚鋼板の板厚によらず、鋼板内で一様に極低温靭性に優れた鋼板を提供することができる。本発明の鋼板を、液化ガス貯蔵用タンクなどの、極低温環境で使用される鋼構造物に供することにより、該鋼構造物の安全性を向上させることができ、産業上格段の効果をもたらす。 The present invention makes it possible to provide a steel plate that maintains high strength while exhibiting uniformly excellent cryogenic toughness throughout the steel plate, regardless of the plate thickness. By using the steel plate of the present invention in steel structures used in cryogenic environments, such as tanks for storing liquefied gas, the safety of the steel structure can be improved, bringing about significant industrial benefits.

以下、本発明の実施形態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形態を示すものであって、本発明はこれに限定されない。 The following describes in detail an embodiment of the present invention. Note that the following description shows a preferred embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to this.

[成分組成]
本発明の鋼板は、所定の成分組成を有する。また、本発明の鋼板の製造に用いる鋼素材も、上記所定の成分組成を有することが好ましい。以下、この成分組成に含まれる各元素について説明する。なお、特に断らない限り、本明細書において、各元素の含有量の単位としての「%」は「質量%」を意味する。
[Component composition]
The steel sheet of the present invention has a predetermined chemical composition. Furthermore, it is preferable that the steel material used to manufacture the steel sheet of the present invention also has the above-mentioned predetermined chemical composition. Hereinafter, each element contained in this chemical composition will be explained. Unless otherwise specified, in this specification, "%" as a unit of content of each element means "mass %."

C:0.01%以上0.15%以下
Cは、鋼板の強度を向上させる効果を有する元素である。この効果を得るために、C含有量を0.01%以上、好ましくは0.03%以上とする。一方、C含有量が0.15%を超えると、鋼板の極低温靭性が低下する。そのため、C含有量は0.15%以下、好ましくは0.12%以下とする。
C: 0.01% or more and 0.15% or less C is an element that has the effect of improving the strength of the steel plate. To achieve this effect, the C content is set to 0.01% or more, preferably 0.03% or more. On the other hand, if the C content exceeds 0.15%, the cryogenic toughness of the steel plate decreases. Therefore, the C content is set to 0.15% or less, preferably 0.12% or less.

Si:0.01%以上0.50%以下
Siは、鋼板の強度向上に寄与する元素であり、脱酸剤としての作用を有する元素でもある。これらの効果を発現させるために、Si含有量は0.01%以上とする。一方、Si含有量が過剰に高くなると、靭性が低下する。そのため、Si含有量は0.50%以下、好ましくは0.30%以下とする。
Si: 0.01% or more and 0.50% or less Si is an element that contributes to improving the strength of steel sheet and also acts as a deoxidizer. To achieve these effects, the Si content is set to 0.01% or more. On the other hand, if the Si content is excessively high, toughness decreases. Therefore, the Si content is set to 0.50% or less, preferably 0.30% or less.

Mn:0.05%以上0.60%以下
Mnは、鋼の焼き入れ性を高め、鋼板の高強度化に有効な元素である。この効果を得るため、Mnは0.05%以上添加する。一方、0.60%を超えてMnを含有する場合、焼き戻し脆化感受性が高まり、かつ、靭性のばらつきが出始める。そのため、Mn含有量は0.60%以下に制限する。具体的には、Mn量が0.60%を超えると、γ組織中のMn濃度が高くなり、靭性確保に寄与しないγが生成しやすくなる。Mn含有量は、好ましくは0.40%未満、より好ましくは0.30%以下、更に好ましくは0.20%未満、一層好ましくは、0.17%未満とする。
Mn: 0.05% or more and 0.60% or less Mn is an element that improves the hardenability of steel and is effective in increasing the strength of steel sheets. To achieve this effect, 0.05% or more of Mn is added. On the other hand, if the Mn content exceeds 0.60%, the temper embrittlement susceptibility increases and toughness begins to vary. Therefore, the Mn content is limited to 0.60% or less. Specifically, if the Mn content exceeds 0.60%, the Mn concentration in the γ structure increases, making it easier for γ, which does not contribute to ensuring toughness, to form. The Mn content is preferably less than 0.40%, more preferably less than 0.30%, even more preferably less than 0.20%, and even more preferably less than 0.17%.

Ni:6.0%以上7.5%以下
Niは、鋼板の極低温靭性の向上に極めて有効な元素である。具体的には、Ni含有量が6.0%に満たないと、γ相が生成しにくく、γ量を0.5体積%以上とすることができない。また、Ni含有量が6.0%未満になると、鋼板強度も低下する。したがって、Ni含有量を6.0%以上とする。一方で、Niは高価な元素であるため、Ni含有量が高くなるにつれて鋼板コストが高騰する。したがって、本発明においては、Ni含有量を7.5%以下とする。
Ni: 6.0% or more and 7.5% or less Ni is an element extremely effective in improving the cryogenic toughness of steel sheet. Specifically, if the Ni content is less than 6.0%, the γ phase is difficult to form, and the γ content cannot be set to 0.5 volume % or more. Furthermore, if the Ni content is less than 6.0%, the strength of the steel sheet also decreases. Therefore, the Ni content is set to 6.0% or more. On the other hand, since Ni is an expensive element, the cost of the steel sheet increases as the Ni content increases. Therefore, in the present invention, the Ni content is set to 7.5% or less.

Cr:0.01%以上1.00%以下
Crは、極低温靭性を大きく損なうことなく鋼板の強度を向上させることができる元素である。上記の効果を得るには、Cr含有量を0.01%以上とし、好ましくは0.30以上%とする。しかし、Cr含有量が1.00%を超えると、鋼板の極低温靭性が低下する。そのため、Cr含有量は1.00%以下とする。
Cr: 0.01% or more and 1.00% or less Cr is an element that can improve the strength of steel plate without significantly impairing the cryogenic toughness. To achieve the above effect, the Cr content is set to 0.01% or more, preferably 0.30% or more. However, if the Cr content exceeds 1.00%, the cryogenic toughness of the steel plate decreases. Therefore, the Cr content is set to 1.00% or less.

Mo:0.05%以上0.50%以下
Moは、Crと同様に、極低温靭性を大きく損なうことなく鋼板の強度を向上させることができる元素である。Mo含有量が0.05%に満たない場合、所望の強度および靭性を確保するのが難しく、特に強度を得ることができない。特に本発明では、Mn含有量を抑えて極低温靭性のばらつきを抑制することに起因して強度が低下し易い場合であっても、所定量のMoを併用することにより所望の強度を確保することができる。したがって、Mo含有量は0.05%以上とし、好ましくは0.10%超とする。一方、Mo含有量が0.50%を超えると極低温靭性がかえって低下する。そのため、Mo含有量は0.50%以下とし、好ましくは0.30%以下、より好ましくは0.25%以下とする。
Mo: 0.05% or more and 0.50% or less Like Cr, Mo is an element that can improve the strength of steel plate without significantly impairing cryogenic toughness. If the Mo content is less than 0.05%, it is difficult to ensure the desired strength and toughness, and strength in particular cannot be achieved. In particular, in the present invention, even if strength is likely to decrease due to the suppression of cryogenic toughness variation by reducing the Mn content, the desired strength can be ensured by adding a predetermined amount of Mo. Therefore, the Mo content is 0.05% or more, preferably more than 0.10%. On the other hand, if the Mo content exceeds 0.50%, the cryogenic toughness actually decreases. Therefore, the Mo content is 0.50% or less, preferably 0.30% or less, and more preferably 0.25% or less.

P:0.03%以下
Pは、不可避的不純物であり、鋼板の極低温靭性に悪影響を及ぼす有害な元素である。例えば、鋼板を溶接して溶接構造物とした際に健全な母材および溶接継手を得るためには、Pの含有量を可能な限り低減することが好ましい。そのため、P含有量は0.03%以下に抑制する。また、極低温靭性の観点からは、P含有量は低ければ低いほどよいため、下限は特に限定されず、0%であってもよいが、その場合にも不可避不純物として含有することは許容される。一方、過度の低減はコスト増の原因となるため、コストの観点からは、P含有量の下限は0.001%とすることが好ましい。
P: 0.03% or less P is an inevitable impurity and a harmful element that adversely affects the cryogenic toughness of steel sheets. For example, in order to obtain a sound base material and welded joint when steel sheets are welded to form a welded structure, it is preferable to reduce the P content as much as possible. Therefore, the P content is limited to 0.03% or less. Furthermore, from the viewpoint of cryogenic toughness, the lower the P content, the better. Therefore, the lower limit is not particularly limited, and it may be 0%, but even in this case, it is acceptable for P to be contained as an inevitable impurity. On the other hand, excessive reduction in P content causes an increase in cost, so from the viewpoint of cost, it is preferable that the lower limit of the P content be 0.001%.

S:0.005%以下
Sは、鋼中でMnSを形成し極低温靭性を著しく劣化させるため、S含有量は0.005%を上限とし、可能なかぎり低減することが望ましい。S含有量は、好ましくは0.002%以下とする。一方、S含有量は低ければ低いほどよいため、下限は特に限定されず、0%であってよいが、その場合にも不可避不純物として含有することは許容される。
S: 0.005% or less S forms MnS in steel and significantly deteriorates cryogenic toughness, so the upper limit of the S content is 0.005%, and it is desirable to reduce it as much as possible. The S content is preferably 0.002% or less. On the other hand, the lower the S content, the better, so there is no particular restriction on the lower limit, and it may be 0%, but even in that case, it is acceptable for S to be contained as an unavoidable impurity.

N:0.0010%以上0.0080%以下
Nは、鋼中で析出物を形成し、その含有量が0.0080%を超えると、母材の靭性低下の原因となる。但し、Nは、AlNを形成することにより母材の細粒化に寄与する元素でもあり、このような効果はN含有量を0.0010%以上とすることにより得られる。したがって、N含有量は0.0010%以上0.0080%以下とする。N含有量は、好ましくは0.0020%以上とし、好ましくは0.0060%以下とする。
N: 0.0010% or more and 0.0080% or less N forms precipitates in steel, and if the content exceeds 0.0080%, it causes a decrease in the toughness of the base material. However, N is also an element that contributes to the refinement of the base material grains by forming AlN, and this effect can be obtained by setting the N content to 0.0010% or more. Therefore, the N content is set to 0.0010% or more and 0.0080% or less. The N content is preferably set to 0.0020% or more and preferably 0.0060% or less.

本発明の一実施形態における成分組成は、上記所定量の元素に加え、残部がFe及び不可避不純物からなるものとすることができる。 In one embodiment of the present invention, the component composition can consist of the above-mentioned specified amounts of elements, with the remainder consisting of Fe and unavoidable impurities.

また、本発明の他の実施形態においては、上記成分組成が、任意に、Al、Cu、Nb、V、TiおよびBからなる群より選択される1または2以上を、好ましくは以下に記す量でさらに含有することができる。 In another embodiment of the present invention, the above component composition may optionally further contain one or more elements selected from the group consisting of Al, Cu, Nb, V, Ti and B, preferably in the amounts described below.

Al:0.008%以上0.10%以下
Alは、脱酸剤に含まれる元素である。Al含有量が0.008%未満では脱酸剤としての効果が乏しい。また、Alは、AlNを形成することにより母材の細粒化に寄与する元素でもある。そのため、Alを含有させる場合は、Al含有量を0.008%以上とすることが好ましく、より好ましくは0.02%以上とする。一方、Al含有量が0.10%を超えると鋼の清浄性が損なわれる。そのため、Al含有量は0.10%以下が好ましく、より好ましくは0.05%以下とする。
Al: 0.008% or more and 0.10% or less Al is an element contained in a deoxidizer. If the Al content is less than 0.008%, the effect as a deoxidizer is poor. Al is also an element that contributes to the refinement of the base material grain by forming AlN. Therefore, when Al is contained, the Al content is preferably 0.008% or more, more preferably 0.02% or more. On the other hand, if the Al content exceeds 0.10%, the cleanliness of the steel is impaired. Therefore, the Al content is preferably 0.10% or less, more preferably 0.05% or less.

Cu:0.40%以下
Cuは、焼入れ性向上により鋼板の強度を高める効果を有する元素である。しかし、Cu含有量が0.40%を超えると、鋼板の極低温靭性が低下することに加え、鋳造後の鋼素材(スラブ)表面の性状が悪化する。したがって、Cuを添加する場合、Cu含有量を0.40%以下とすることが好ましく、より好ましくは0.30%以下とする。一方、Cu含有量の下限は特に限定されないが、上記の効果を得るには、Cu含有量を0.10%以上とすることが好ましい。
Cu: 0.40% or less Cu is an element that has the effect of increasing the strength of steel sheet by improving hardenability. However, if the Cu content exceeds 0.40%, the cryogenic toughness of the steel sheet decreases, and the surface properties of the steel material (slab) after casting deteriorate. Therefore, when Cu is added, the Cu content is preferably 0.40% or less, and more preferably 0.30% or less. On the other hand, although there is no particular lower limit for the Cu content, in order to obtain the above effect, the Cu content is preferably 0.10% or more.

Nb:0.05%以下
Nbは、析出強化により鋼板の強度を高める有効な元素である。しかし、Nb含有量が過剰に多くなると、鋼板の極低温靭性が低下する。そのため、Nbを添加する場合、Nb含有量を0.05%以下とすることが好ましく、より好ましくは0.03%以下とする。一方、Nb含有量の下限は特に限定されないが、上記の効果を得るには、Nb含有量を0.010%以上とすることが好ましい。
Nb: 0.05% or less Nb is an effective element for increasing the strength of steel sheet through precipitation strengthening. However, if the Nb content is excessively high, the cryogenic toughness of the steel sheet decreases. Therefore, when Nb is added, the Nb content is preferably 0.05% or less, and more preferably 0.03% or less. On the other hand, although there is no particular lower limit for the Nb content, in order to obtain the above-mentioned effect, the Nb content is preferably 0.010% or more.

V:0.05%以下
Vは、Nb同様、析出強化により鋼板の強度を高める有効な元素である。しかし、V含有量が過剰に多くなると、鋼板の極低温靭性が低下する。そのため、Vを添加する場合、V含有量を0.05%以下とすることが好ましく、より好ましくは0.04%以下とする。一方、V含有量の下限は特に限定されないが、上記の効果を得るには、V含有量を0.010%以上とすることが好ましい。
V: 0.05% or less Like Nb, V is an effective element for increasing the strength of steel sheet by precipitation strengthening. However, if the V content is excessively high, the cryogenic toughness of the steel sheet decreases. Therefore, when V is added, the V content is preferably 0.05% or less, more preferably 0.04% or less. On the other hand, although there is no particular lower limit for the V content, in order to obtain the above-mentioned effect, the V content is preferably 0.010% or more.

Ti:0.03%以下
Tiは、鋼板を溶接して溶接構造物とする際、母材の機械的特性を低下させることなく溶接部の靭性を高める効果を有する元素である。そのためには、Tiを0.003%以上の含有量で添加することが好ましい。一方、Ti含有量が0.03%を超えると、かえって靭性を低下させることになる。そのため、Tiは0.03%以下の含有量で添加することが好ましい。
Ti: 0.03% or less Ti is an element that has the effect of increasing the toughness of the weld without degrading the mechanical properties of the base material when steel plates are welded to form a welded structure. For this purpose, it is preferable to add Ti at a content of 0.003% or more. On the other hand, if the Ti content exceeds 0.03%, the toughness will actually decrease. Therefore, it is preferable to add Ti at a content of 0.03% or less.

B:0.0030%以下
Bは微量添加で焼入れ性を高める元素である。この効果を有効に発揮させるために、Bを0.0003%以上含有することができる。一方、Bの含有量が0.0030%を超えると靭性が劣化する。このため、Bを含有させる場合は、その含有量を0.0030%以下とすることが好ましい。
B: 0.0030% or less B is an element that improves hardenability when added in small amounts. To effectively exert this effect, B can be contained in an amount of 0.0003% or more. On the other hand, if the B content exceeds 0.0030%, toughness deteriorates. Therefore, when B is contained, the content is preferably 0.0030% or less.

また、本発明の他の実施形態においては、上記成分組成が、任意に、Ca、REM、およびMgからなる群より選択される1または2以上を、好ましくは以下に記す量でさらに含有することができる。 In another embodiment of the present invention, the above component composition may optionally further contain one or more elements selected from the group consisting of Ca, REM, and Mg, preferably in the amounts described below.

Ca:0.007%以下
Caは、鋼中の介在物の形態を制御することで鋼板の極低温靭性を向上させる効果を有する元素である。しかし、Caが過剰になると鋼の清浄性を損なう。そのため、Caを添加する場合、Ca含有量を0.007%以下とすることが好ましく、より好ましくは0.004%以下とする。一方、Ca含有量の下限は特に限定されないが、上記の効果を得るには、0.001%以上とすることが好ましい。
Ca: 0.007% or less Ca is an element that has the effect of improving the cryogenic toughness of steel sheets by controlling the morphology of inclusions in steel. However, excessive Ca impairs the cleanliness of steel. Therefore, when Ca is added, the Ca content is preferably 0.007% or less, more preferably 0.004% or less. On the other hand, although there is no particular lower limit for the Ca content, it is preferably 0.001% or more to obtain the above effect.

REM:0.010%以下
REM(希土類金属)は、Ca同様、鋼中の介在物の形態を制御することで鋼板の極低温靭性を向上させる効果を有する元素である。しかし、REMが過剰になると鋼の清浄性を損なう。そのため、REMを添加する場合、REM含有量を0.010%以下とすることが好ましく、より好ましくは0.008%以下とする。一方、REM含有量の下限は特に限定されないが、上記の効果を得るには、REM含有量を0.001%以上とすることが好ましい。
ここで、REMとは、ランタノイドの15元素にYおよびScを合わせた17元素の総称であり、これらの元素を単独でまたは組み合わせて含有させることができる。なお、REMの含有量はこれらの元素の合計含有量を意味する。
REM: 0.010% or less Like Ca, REM (rare earth metals) are elements that have the effect of improving the cryogenic toughness of steel sheets by controlling the morphology of inclusions in steel. However, excessive REM impairs the cleanliness of steel. Therefore, when REM is added, the REM content is preferably 0.010% or less, and more preferably 0.008% or less. On the other hand, although there is no particular lower limit for the REM content, to obtain the above effect, the REM content is preferably 0.001% or more.
Here, REM is a collective term for 17 elements, including 15 lanthanoid elements, Y, and Sc, and these elements can be contained alone or in combination. The REM content means the total content of these elements.

Mg:0.070%以下
Mgは、CaやREM同様、鋼中の介在物の形態を制御することで、鋼板の極低温靭性を向上させる作用を有する元素である。しかし、Mgが過剰になると、鋼の清浄性を損なう。そのため、Mgを添加する場合、Mg含有量を0.070%以下とすることが好ましく、より好ましくは0.004%以下とする。一方、Mg含有量の下限は特に限定されないが、上記の効果を得るには、Mg含有量を0.001%以上とすることが好ましい。
Mg: 0.070% or less Like Ca and REM, Mg is an element that controls the morphology of inclusions in steel, thereby improving the cryogenic toughness of the steel plate. However, excessive Mg impairs the cleanliness of the steel. Therefore, when Mg is added, the Mg content is preferably 0.070% or less, and more preferably 0.004% or less. On the other hand, although there is no particular lower limit for the Mg content, in order to obtain the above-mentioned effect, the Mg content is preferably 0.001% or more.

[ミクロ組織]
本発明の鋼板は、鋼板の表面から板厚方向に板厚tの1/4の深さ位置(「(1/4)t」と記すことがある。)における、γ相が体積分率で2.0%以上かつ円相当径で5.0μm以下であることを特徴とする。鋼板中に上記所定組成のγが所定量存在することにより、安定かつ高い極低温靱性を実現することができる。
[Microstructure]
The steel plate of the present invention is characterized in that the gamma phase has a volume fraction of 2.0% or more and a circle equivalent diameter of 5.0 μm or less at a depth position of 1/4 of the plate thickness t from the surface of the steel plate in the plate thickness direction (sometimes referred to as "(1/4)t"). The presence of a predetermined amount of gamma with the above-mentioned predetermined composition in the steel plate makes it possible to achieve stable and high cryogenic toughness.

鋼板中に存在するγ(オーステナイト)は、衝撃試験におけるひずみを受けて変態することで応力緩和の効果を発揮し、脆性破壊の発生を抑制する。かかる効果を安定して得るためには、γ相が体積分率で2.0%以上であることが必要である。ここで、γ相の体積分率は、例えばX線回折試験によりα-Feおよびγ-Feの回折強度を求めることで算出することができる。 The gamma (austenite) present in steel sheets transforms under strain during impact testing, providing a stress relief effect and suppressing the occurrence of brittle fracture. To consistently achieve this effect, the gamma phase must have a volume fraction of 2.0% or more. Here, the volume fraction of the gamma phase can be calculated, for example, by determining the diffraction intensity of alpha-Fe and gamma-Fe using an X-ray diffraction test.

一方で、γが粗大な場合には、ひずみにより変態したマルテンサイトがき裂の伝播抵抗を低下させるおそれがある。そのため、γ相の円相当径は5.0μm以下とする必要がある。γ相の円相当径は、好ましくは4.5μm以下、より好ましくは4.0μm以下である。なお前記γ相の円相当径は、0.1μm以上のγ相をカウントした平均値である。 On the other hand, if the γ phase is coarse, martensite transformed by strain may reduce the resistance to crack propagation. Therefore, the equivalent circle diameter of the γ phase must be 5.0 μm or less. The equivalent circle diameter of the γ phase is preferably 4.5 μm or less, and more preferably 4.0 μm or less. Note that the equivalent circle diameter of the γ phase is the average value counted for γ phases of 0.1 μm or more.

また、鋼板の組織は、ベイナイト及びマルテンサイトの合計が面積率で85%以上であることが好ましい。上記のとおり、ベイナイトとマルテンサイトとを主体とした組織であれば、優れた極低温靭性を確保しつつ、十分な強度をも得やすいからである。ここで、ベイナイトとマルテンサイトとの比率は、任意で問題ない。
ここで、「マルテンサイトとベイナイトとを主体とした組織」とは、マルテンサイトとベイナイトとの合計が、面積率で、50%超である組織を指す。
Furthermore, the steel plate preferably has a structure in which the total area ratio of bainite and martensite is 85% or more. As described above, a structure mainly composed of bainite and martensite can easily obtain sufficient strength while ensuring excellent cryogenic toughness. Here, the ratio of bainite to martensite can be any ratio.
Here, the term "structure mainly composed of martensite and bainite" refers to a structure in which the total area ratio of martensite and bainite exceeds 50%.

鋼板の板厚は特に限定されず、任意の厚さとすることができるが、6mm以上とすることが好ましく、50mm以下とすることが好ましい。特に、従来、極低温靭性が鋼板内でよりばらつき易かった板厚の小さな鋼板においても、極低温靭性のばらつきを良好に抑制し、本願の効果をより享受できる観点からは、板厚を30mm未満とすることができる。 The thickness of the steel plate is not particularly limited and can be any thickness, but is preferably 6 mm or more and 50 mm or less. In particular, even for thin steel plates, which have traditionally been more susceptible to variation in cryogenic toughness within the steel plate, the thickness can be less than 30 mm in order to effectively suppress variation in cryogenic toughness and to better enjoy the benefits of the present application.

[機械的特性]
(引張強さ)
鋼板の引張強さの下限は、特に限定されず任意の値とすることができるが、700MPaとすることが好ましく、720MPaとすることがより好ましい。一方、引張強さの上限についても特に限定されず任意の値とすることができるが、930MPaとすることが好ましく、900MPaとすることがより好ましい。
なお、引張強さは、後述する実施例に記載した方法で測定することができる。
[Mechanical properties]
(Tensile strength)
The lower limit of the tensile strength of the steel sheet is not particularly limited and can be any value, but is preferably 700 MPa, more preferably 720 MPa. On the other hand, the upper limit of the tensile strength is not particularly limited and can be any value, but is preferably 930 MPa, more preferably 900 MPa.
The tensile strength can be measured by the method described in the examples below.

(極低温靱性)
鋼板の靱性は、-196℃におけるシャルピー吸収エネルギー(vE-196℃)が、フルサイズシャルピー衝撃試験において、250J以上であることが好ましく、280J以上であることがより好ましく、350J以下であってもよい。
(Cryogenic toughness)
The toughness of the steel plate is such that the Charpy absorbed energy at −196° C. (vE −196° C. ) in a full-size Charpy impact test is preferably 250 J or more, more preferably 280 J or more, and may be 350 J or less.

[製造方法]
次に、本発明の鋼板を好適に製造可能な製造方法の一例について説明する。なお、以下の説明においては、特に断らない限り、温度は板厚中央の温度を指すものとする。板厚中央の温度は、例えば、放射温度計で測定した鋼板の表面温度から、伝熱計算により求めることができる。
[Manufacturing method]
Next, an example of a manufacturing method that can suitably manufacture the steel sheet of the present invention will be described. In the following description, unless otherwise specified, temperature refers to the temperature at the center of the sheet thickness. The temperature at the center of the sheet thickness can be calculated by heat transfer calculation from the surface temperature of the steel sheet measured with a radiation thermometer, for example.

製造方法の具体的な一例として、下記(1)~(7)の工程を順次行うことにより、本発明の鋼板を好適に製造することができる。
(1)鋼素材の加熱
(2)熱間圧延
(3)第1の加速冷却
(4)2相域加熱
(5)第2の加速冷却
(6)焼き戻し
(7)空冷
As a specific example of the manufacturing method, the steel sheet of the present invention can be suitably manufactured by sequentially carrying out the following steps (1) to (7).
(1) Heating of steel material (2) Hot rolling (3) First accelerated cooling (4) Heating in the two-phase region (5) Second accelerated cooling (6) Tempering (7) Air cooling

(1)鋼素材の加熱
まず、上述した成分組成を有する鋼素材を、900℃以上1200℃以下の温度に加熱することが好ましい。鋼素材の製造方法は、とくに限定されないが、例えば、上述した成分組成を有する溶鋼を常法により溶製し、鋳造することにより製造することができる。溶製は、転炉、電気炉、誘導炉等、任意の方法により行うことができる。また、鋳造は、生産性の観点から連続鋳造法で行うことが好ましいが、造塊-分解圧延法により行うこともできる。鋼素材としては、例えば、鋼スラブを用いることができる。
ここで、鋼素材の加熱は、鋳造などの方法によって得た鋼素材を一旦冷却した後に行ってもよいし、また、得られた鋼素材を冷却することなく直接、加熱に供してもよい。
(1) Heating of Steel Material First, it is preferable to heat a steel material having the above-described composition to a temperature of 900°C or higher and 1200°C or lower. The method for producing the steel material is not particularly limited, but for example, the steel material can be produced by melting molten steel having the above-described composition by a conventional method and casting it. Melting can be carried out by any method, such as a converter, an electric furnace, or an induction furnace. Furthermore, from the viewpoint of productivity, casting is preferably carried out by a continuous casting method, but it can also be carried out by an ingot making-splitting rolling method. For example, a steel slab can be used as the steel material.
Here, the heating of the steel material may be carried out after the steel material obtained by a method such as casting has been cooled once, or the obtained steel material may be directly subjected to heating without being cooled.

鋼素材の加熱温度が900℃未満であると、鋼素材の変形抵抗が高いため、後続の熱間圧延における圧延機への負荷が増大し、熱間圧延を行うことが困難となる。そのため、鋼素材の加熱温度は900℃以上とすることが好ましい。一方、鋼素材の加熱温度が1200℃より高いと、鋼の酸化が顕著となり、酸化による酸化膜を除去することによるロスが増大する結果、歩留まりが低下する。そのため、鋼素材の加熱温度は1200℃以下とすることが好ましい。If the heating temperature of the steel material is below 900°C, the steel material's high deformation resistance increases the load on the rolling mill in the subsequent hot rolling, making it difficult to perform the hot rolling. Therefore, it is preferable to set the heating temperature of the steel material to 900°C or higher. On the other hand, if the heating temperature of the steel material is higher than 1200°C, oxidation of the steel becomes significant, and losses due to removing the oxide film caused by oxidation increase, resulting in lower yields. Therefore, it is preferable to set the heating temperature of the steel material to 1200°C or lower.

(2)熱間圧延
上記加熱の後、加熱された鋼素材を熱間圧延して熱延鋼板とすることができる。熱延鋼板の最終板厚は特に限定されないが、上述したように、6mm以上とすることが好ましく、50mm以下とすることが好ましい。
(2) Hot Rolling After the heating, the heated steel material can be hot rolled to form a hot-rolled steel sheet. The final thickness of the hot-rolled steel sheet is not particularly limited, but as described above, it is preferably 6 mm or more and 50 mm or less.

(3)第1の加速冷却
上記熱間圧延後の熱延鋼板に、加速冷却(第1の加速冷却)をすることができる。第1の加速冷却では、鋼板の板厚(1/4)tの位置における温度で550℃以下300℃以上の温度域における平均冷却速度が1℃/s以上であることが好ましく、冷却停止温度が(1/4)tにおける温度で300℃以下であることが好ましい。このような条件で第1の加速冷却をすることにより、熱延鋼板が良好に焼入れされ、マルテンサイトとベイナイトとを主体とした所望の組織を得やすい。
(3) First Accelerated Cooling The hot-rolled steel sheet after the hot rolling can be subjected to accelerated cooling (first accelerated cooling). In the first accelerated cooling, it is preferable that the average cooling rate in the temperature range of 550°C or less and 300°C or more at a temperature at a position of the plate thickness (¼)t of the steel sheet is 1°C/s or more, and the cooling stop temperature is preferably 300°C or less at a temperature at (¼)t. By performing the first accelerated cooling under these conditions, the hot-rolled steel sheet is well quenched, and a desired structure mainly composed of martensite and bainite is easily obtained.

第1の加速冷却において、(1/4)tにおける温度で550℃以下300℃以上の温度域における平均冷却速度が1℃/s未満であると、所望の変態組織が得難く、十分な強度を得ることが困難となる。また、不安定なγが鋼中に残存しやすく、深冷処理前後での残留γ量の減少率を低減し難い。その結果、極低温靭性が低下しやすい。一方、平均冷却速度の上限は特に限定されないが、平均冷却速度が200℃/sよりも高いと、鋼板内の各位置における温度制御が困難となり、板幅方向および圧延方向に材質のばらつきが出やすくなる。その結果、引張特性および靭性などの材料特性にばらつきが生じやすくなる。そのため、平均冷却速度は200℃/s以下とすることが好ましい。In the first accelerated cooling, if the average cooling rate in the temperature range of 550°C or less and 300°C or more at (1/4)t is less than 1°C/s, it is difficult to obtain the desired transformed structure and sufficient strength. Furthermore, unstable γ tends to remain in the steel, making it difficult to reduce the rate of decrease in the amount of residual γ before and after deep cooling. As a result, cryogenic toughness is likely to decrease. On the other hand, while there is no particular upper limit for the average cooling rate, if the average cooling rate is higher than 200°C/s, it becomes difficult to control the temperature at each position within the steel plate, and material properties tend to vary in the plate width direction and rolling direction. As a result, material properties such as tensile properties and toughness tend to vary. Therefore, it is preferable to set the average cooling rate to 200°C/s or less.

第1の加速冷却は、特に限定されることなく、任意の方法で行うことができる。例えば、空冷および水冷の一方または両方を用いることができる。水冷としては、水を用いた任意の冷却方法(例えば、スプレー冷却、ミスト冷却、ラミナー冷却など)を用いることができる。The first accelerated cooling can be performed by any method without any particular limitation. For example, air cooling and/or water cooling can be used. For water cooling, any cooling method using water (e.g., spray cooling, mist cooling, laminar cooling, etc.) can be used.

(4)2相域加熱
次いで、熱間圧延後に冷却された熱延鋼板に対し、2相域加熱を施すことができる。具体的には、冷却された熱延鋼板を、板厚(1/4)tの位置における温度で500℃以上の平均昇温速度を1℃/s未満、かつ、Ac1点以上Ac3点未満の温度域に加熱することが好ましい。2相域加熱を行うことにより、熱延鋼板の組織の一部をベイナイトおよび/またはマルテンサイトから逆変態させ、C、Ni、Mnが濃化した合金濃化相を有するオーステナイトの混合組織とすることが好ましい。ただし、上述のとおり、このオーステナイトの混合組織においては、Mnの濃化を2質量%未満に抑えることが好ましく、Niの濃化を12質量%以上に高めることが好ましい。
ここで前記平均昇温速度は、500℃から2相域加熱温度に達するまでの間における平均速度を指すものとする。
2相域加熱における上記高温域での平均昇温速度が1℃/s以上であると、上述の合金濃化相の形成が不十分となりやすい。特に、鋼板中のγ組織におけるNi濃度を十分に高めることができない。その結果、γの安定性が低下し、深冷処理前後での残留γの減少率が高まり、優れた極低温靭性を確保し難い。また、該靭性がばらつき易い。
(4) Two-Phase Region Heating Next, the hot-rolled steel sheet cooled after hot rolling can be subjected to two-phase region heating. Specifically, the cooled hot-rolled steel sheet is preferably heated at a temperature of 500°C or higher at a thickness (¼)t position at an average heating rate of less than 1°C/s and to a temperature range of A c1 point or higher and less than A c3 point. By performing two-phase region heating, it is preferable to reverse transform a portion of the structure of the hot-rolled steel sheet from bainite and/or martensite to form an austenite mixed structure having an alloy-enriched phase enriched with C, Ni, and Mn. However, as described above, in this austenite mixed structure, it is preferable to suppress the enrichment of Mn to less than 2 mass% and to increase the enrichment of Ni to 12 mass% or higher.
Here, the average temperature rise rate refers to the average rate from 500° C. until the temperature reaches the two-phase region heating temperature.
If the average heating rate in the high-temperature region during two-phase heating is 1°C/s or more, the formation of the above-mentioned alloy-enriched phase tends to be insufficient. In particular, the Ni concentration in the γ structure of the steel sheet cannot be sufficiently increased. As a result, the stability of γ decreases, the rate of decrease in residual γ before and after deep-cooling increases, and it becomes difficult to ensure excellent cryogenic toughness. Furthermore, the toughness tends to vary.

2相域加熱での加熱温度がAc1点未満では、上述の逆変態されたオーステナイトがほとんど得られず、引き続く加速冷却で所望のミクロ組織を得ることが困難となる。その結果、最終的に得られる鋼板において所望の極低温靭性が得難い。一方、2相域加熱での加熱温度がAc3点以上では、ベイナイトおよびマルテンサイトの逆変態率が過剰に高くなりやすく、上述の合金濃化相が形成され難い。その結果、深冷処理後の残留γ量を確保し難く、優れた極低温靭性を確保し難い。また、該靭性がばらつきやすい。
なお、Ac1点(Ac1変態点)およびAc3点(Ac3変態点)は、それぞれ下記(1)式および(2)式により求めることができる。
c1点(℃)=750.8 - 26.6×C + 17.6×Si - 11.6×Mn - 22.9×Cu - 23×Ni + 24.1×Cr + 22.5×Mo- 39.7×V - 5.7×Ti + 232.4×Nb - 169.4×Al ・・・(1)
c3点(℃)=937.2 - 436.5×C + 56×Si - 19.7×Mn - 16.3×Cu - 26.6×Ni - 4.9×Cr + 38.1×Mo+ 124.8×V + 136.3×Ti - 19.1×Nb + 198.4×Al ・・・(2)
ただし、上記(1)、(2)式中の元素記号は各元素の含有量(質量%)を表し、当該元素が含有されていない場合は0とする。
If the heating temperature in the two-phase region is less than the Ac1 point, the above-mentioned reverse-transformed austenite is hardly obtained, making it difficult to obtain the desired microstructure by subsequent accelerated cooling. As a result, it is difficult to obtain the desired cryogenic temperature toughness in the finally obtained steel plate. On the other hand, if the heating temperature in the two-phase region is more than the Ac3 point, the reverse transformation rates of bainite and martensite tend to be excessively high, making it difficult to form the above-mentioned alloy-enriched phase. As a result, it is difficult to ensure the amount of retained γ after deep-cooling, making it difficult to ensure excellent cryogenic temperature toughness. In addition, the toughness tends to vary.
The A c1 point (A c1 transformation point) and the A c3 point (A c3 transformation point) can be calculated by the following formulas (1) and (2), respectively.
A c1 point (℃) = 750.8 - 26.6 x C + 17.6 x Si - 11.6 x Mn - 22.9 x Cu - 23 x Ni + 24.1 x Cr + 22.5 x Mo - 39.7 x V - 5.7 x Ti + 232.4 x Nb - 169.4×Al...(1)
A c3 point (℃) = 937.2 - 436.5 x C + 56 x Si - 19.7 x Mn - 16.3 x Cu - 26.6 x Ni - 4.9 x Cr + 38.1 x Mo + 124.8 x V + 136.3 x Ti - 19.1 x Nb + 198.4×Al...(2)
However, the element symbols in the above formulas (1) and (2) represent the content (mass%) of each element, and if the element is not contained, it is set to 0.

2相域加熱には、加熱温度を上記のとおり制御できる方法であれば、任意の加熱方法を用いることができる。加熱方法の一例としては、炉加熱が挙げられる。炉加熱には、特に限定されることなく、一般的な熱処理炉を用いることができる。Any heating method can be used for two-phase heating, as long as it can control the heating temperature as described above. One example of a heating method is furnace heating. There are no particular limitations on the furnace heating method, and a general heat treatment furnace can be used.

なお、2相域加熱温度に到達した後は、直ちに次の加速冷却を開始してもよいし、2相域加熱温度で任意の時間保持した後に次の加速冷却を開始してもよい。2相域加熱温度での保持を行う場合、保持時間は特に限定されないが、5分以上とすることが好ましい。 After the two-phase heating temperature is reached, the next accelerated cooling may be started immediately, or the material may be held at the two-phase heating temperature for any desired time before starting the next accelerated cooling. When holding at the two-phase heating temperature, there are no particular restrictions on the holding time, but it is preferable to hold it for 5 minutes or more.

(5)第2の加速冷却
次いで、上記2相域加熱後の熱延鋼板に、加速冷却(第2の加速冷却)をすることができる。第2の加速冷却では、鋼板の板厚(1/4)tの位置における平均冷却速度が1℃/s以上であることが好ましく、冷却停止温度が(1/4)tにおける温度で300℃以下であることが好ましい。
(5) Second Accelerated Cooling Next, the hot-rolled steel sheet after the two-phase region heating can be subjected to accelerated cooling (second accelerated cooling). In the second accelerated cooling, the average cooling rate at the position of the steel sheet thickness (¼)t is preferably 1°C/s or more, and the cooling stop temperature at the temperature at (¼)t is preferably 300°C or less.

第2の加速冷却において、(1/4)tにおける温度での平均冷却速度が1℃/s未満であると、不安定なγが鋼中に残存しやすく、γ量を低減し難い。その結果、最終的に得られる鋼板の極低温靭性が低下する。一方、平均冷却速度の上限は特に限定されないが、平均冷却速度が200℃/sよりも高いと、鋼板内の各位置における温度制御が困難となり、板幅方向および圧延方向に材質のばらつきが出やすくなる。その結果、引張特性および靭性などの材料特性にばらつきが生じやすくなる。そのため、平均冷却速度は200℃/s以下とすることが好ましい。
なお、ここで、平均冷却速度は、第2の加速冷却工程における加速冷却開始から加速冷却停止までの間における単位時間当たりに低下する温度の平均速度を指すものとする。
In the second accelerated cooling, if the average cooling rate at the temperature at (1/4)t is less than 1°C/s, unstable γ tends to remain in the steel, making it difficult to reduce the amount of γ. As a result, the cryogenic toughness of the steel sheet obtained at the end is reduced. On the other hand, although there is no particular upper limit for the average cooling rate, if the average cooling rate is higher than 200°C/s, it becomes difficult to control the temperature at each position in the steel sheet, and material properties tend to vary in the sheet width direction and rolling direction. As a result, material properties such as tensile properties and toughness tend to vary. Therefore, it is preferable that the average cooling rate be 200°C/s or less.
Here, the average cooling rate refers to the average rate at which the temperature decreases per unit time from the start of accelerated cooling to the end of accelerated cooling in the second accelerated cooling step.

また、第2の加速冷却において、冷却停止温度が、(1/4)tにおける温度で300℃を超えると、不安定なオーステナイトが残存しやすく、極低温靭性が低下しやすい。 Furthermore, in the second accelerated cooling, if the cooling stop temperature exceeds 300°C at (1/4)t, unstable austenite is likely to remain, and the cryogenic toughness is likely to decrease.

第2の加速冷却は、特に限定されることなく任意の方法で行うことができる。例えば、空冷および水冷の一方または両方を用いることができる。水冷としては、水を用いた任意の冷却方法(例えば、スプレー冷却、ミスト冷却、ラミナー冷却など)を用いることができる。The second accelerated cooling can be performed by any method without any particular limitations. For example, air cooling and/or water cooling can be used. For water cooling, any cooling method using water (e.g., spray cooling, mist cooling, laminar cooling, etc.) can be used.

(6)焼き戻し
次いで、2相域加熱後に冷却された熱延鋼板に対し、焼き戻しを施すことができる。焼き戻し温度は、板厚1/2位置における温度で300℃以上が好ましく、500℃以下が好ましく、350℃以上がより好ましく、450℃以下がより好ましい。焼き戻し温度が300℃未満では、焼き戻しが不十分で靭性が低下しやすい。また、焼き戻し温度が500℃を超えると、粗大なγが生成し靭性が低下しやすい。
(6) Tempering Next, the hot-rolled steel sheet cooled after heating in the two-phase region can be tempered. The tempering temperature at the half-thickness position is preferably 300°C or higher and 500°C or lower, more preferably 350°C or higher, and more preferably 450°C or lower. If the tempering temperature is lower than 300°C, tempering is insufficient and toughness is likely to decrease. On the other hand, if the tempering temperature exceeds 500°C, coarse γ is generated and toughness is likely to decrease.

焼き戻し工程における加熱には、加熱温度を上記の通り制御できる方法であれば、任意の加熱方法を用いることができる。加熱方法の一例としては、炉加熱が挙げられる。前記炉加熱には、特に限定されることなく、一般的な熱処理炉を用いることができる。Any heating method can be used in the tempering process as long as it can control the heating temperature as described above. One example of a heating method is furnace heating. There are no particular limitations on the furnace heating method, and a general heat treatment furnace can be used.

なお、焼き戻し温度に到達した後は、焼き戻し温度で任意の時間保持した後に任意の冷却を開始してもよい。焼き戻し温度での保持を行う場合、保持時間は特に限定されないが、5分以上とすることが好ましい。After the tempering temperature is reached, the material may be held at the tempering temperature for any desired time, after which optional cooling may begin. When holding at the tempering temperature, there are no particular restrictions on the holding time, but it is preferable to hold it for 5 minutes or more.

(7)空冷
焼き戻し後の鋼板は、上述のとおり任意の冷却を施すことができる。冷却方法は特に限定されないが、製造時の作業容易性及びコストの観点からは、空冷を施すことが好ましい。
(7) Air Cooling The steel sheet after tempering can be subjected to any cooling method as described above. Although the cooling method is not particularly limited, air cooling is preferred from the viewpoint of ease of operation during production and cost.

以下に述べる手順で鋼板を製造し、その特性を評価した。 Steel plates were manufactured using the procedure described below and their properties were evaluated.

まず、表1に示す成分組成(残部はFeおよび不可避的不純物)を有する溶鋼を転炉で溶製し、連続鋳造法によって鋼素材としての鋼スラブ(厚さ:200mm)を製造した。なお、上述した(1)式よって求めたAc1点(℃)および(2)式によって求めたAc3点(℃)を表1に併記する。 First, molten steel having the chemical composition shown in Table 1 (the balance being Fe and unavoidable impurities) was melted in a converter and then continuously cast into steel slabs (thickness: 200 mm) as steel materials. Table 1 also lists the A c1 point (°C) calculated using the above-mentioned formula (1) and the A c3 point (°C) calculated using the above-mentioned formula (2).

次に、表2に示した条件に従って、得られた鋼素材(スラブ)を加熱し、熱間圧延して、各板厚(最終板厚)を有する熱延鋼板とした。
次いで、表2に示した条件に従って、得られた熱延鋼板に、第1の加速冷却、2相域加熱および第2の加速冷却を含む熱処理を施した。
そして、表2に示した条件に従って、熱処理後の熱延鋼板に、焼き戻しを施した。全ての例において、焼き戻し後に空冷を行い、6mm~50mmの種々の板厚を有する鋼板を得た。
なお、上記各工程における加熱には、熱処理炉を用いた。
Next, the obtained steel material (slab) was heated and hot-rolled according to the conditions shown in Table 2 to obtain hot-rolled steel sheets having various thicknesses (final thicknesses).
Next, according to the conditions shown in Table 2, the obtained hot-rolled steel sheets were subjected to a heat treatment including a first accelerated cooling, a two-phase region heating, and a second accelerated cooling.
The heat-treated hot-rolled steel sheets were then tempered according to the conditions shown in Table 2. In all examples, air cooling was carried out after tempering to obtain steel sheets having various thicknesses ranging from 6 mm to 50 mm.
A heat treatment furnace was used for heating in each of the above steps.

次に、得られた鋼板のそれぞれについて、ミクロ組織、γ中のMn及びNiの濃度、引張強さ(TS)、および-196℃におけるシャルピー吸収エネルギー(vE-196℃)を、以下の手法に従って評価した。 Next, the microstructure, Mn and Ni concentrations in γ, tensile strength (TS), and Charpy absorbed energy at −196° C. (vE −196° C. ) of each of the obtained steel sheets were evaluated according to the following methods.

[ミクロ組織]
各鋼板から、板厚(1/4)tの位置が観察位置となるように、ミクロ組織観察用の試験片を採取した。この試験片を、圧延方向と垂直な断面が観察面となるよう樹脂に埋め、鏡面研磨した。次いで、ナイタール腐食を実施した後、倍率2000、10000倍の走査型電子顕微鏡で観察して組織の画像を撮影した。得られた画像を解析して、ミクロ組織を同定した。
表2に示すNo.1~34の鋼板のうち、比較例No.5を除き、いずれもラス状のミクロ組織を有しており、焼戻しマルテンサイトのみの組織、または焼戻しマルテンサイトおよびベイナイトの混合組織であった。
[Microstructure]
A test piece for microstructure observation was taken from each steel plate so that the position of the plate thickness (1/4) t was the observation position. This test piece was embedded in resin so that the cross section perpendicular to the rolling direction was the observation surface, and mirror polished. Next, after performing nital etching, the specimen was observed with a scanning electron microscope at magnifications of 2000 and 10,000 times, and images of the structure were taken. The obtained images were analyzed to identify the microstructure.
Of the steel plates Nos. 1 to 34 shown in Table 2, all except for Comparative Example No. 5 had a lath-shaped microstructure, and were either a structure of tempered martensite alone or a mixed structure of tempered martensite and bainite.

(引張強さ)
鋼板の板厚(1/4)tの位置から、JIS4号引張試験片を採取した。この引張試験片を用い、JIS Z 2241の規定に準拠して引張試験を実施して、鋼板の引張強さ(TS)を評価した。ここで、TSが700MPaを超えるものを合格とした。結果を表2に示す。
(Tensile strength)
A JIS No. 4 tensile test piece was taken from the position of the steel plate at (¼) the plate thickness t. Using this tensile test piece, a tensile test was carried out in accordance with the provisions of JIS Z 2241 to evaluate the tensile strength (TS) of the steel plate. Here, a TS of more than 700 MPa was considered to be acceptable. The results are shown in Table 2.

(極低温靭性)
鋼板の板厚(1/4)tの位置から、JIS Z 2242の規定に準拠してVノッチ試験片を採取した。このVノッチ試験片を用い、JIS Z 2242の規定に準拠してシャルピー衝撃試験を実施し、-196℃におけるシャルピー吸収エネルギー(vE-196℃)を求めた。シャルピー吸収エネルギーは、鋼板の極低温靭性の指標と見なすことができる。シャルピー衝撃試験では、各鋼板について、圧延方向に沿った位置が異なる3本の試験片を採取した。より具体的には、鋼板の圧延方向(長さ方向)の各端から1000mmずつ内側の箇所で各1箇所と、鋼板の圧延方向(長さ方向)の中央部で1箇所との、計3箇所で試験片を採取した。そして、各試験片について1回ずつ、計3回測定を行った。個々の測定結果を表2に示す。
なお、板厚が小さいNo.6、22については、ハーフサイズの試験片(サブサイズ試験片)を用いたハーフサイズシャルピー衝撃試験を実施し、その他の例ではフルサイズの試験片を用いたフルサイズシャルピー衝撃試験を実施した。
(Cryogenic toughness)
V-notch test specimens were taken from the steel plate at a position equal to (1/4) the plate thickness t in accordance with JIS Z 2242. Using these V-notch test specimens, Charpy impact tests were conducted in accordance with JIS Z 2242 to determine the Charpy absorbed energy at -196°C (vE -196°C ). The Charpy absorbed energy can be considered an index of the cryogenic toughness of the steel plate. For the Charpy impact test, three test specimens were taken from each steel plate at different positions along the rolling direction. More specifically, test specimens were taken from three locations: one at each end of the steel plate in the rolling direction (length direction), 1000 mm inward, and one at the center of the steel plate in the rolling direction (length direction). Each test specimen was measured three times, once for each test specimen. The individual measurement results are shown in Table 2.
For Nos. 6 and 22, which had small plate thicknesses, half-size Charpy impact tests were conducted using half-size test pieces (sub-size test pieces), and for the other examples, full-size Charpy impact tests were conducted using full-size test pieces.

表1及び2から分かるとおり、本発明に従う鋼板は高強度であり、かつ、優れた極低温靭性を確保しつつ鋼板内での該靭性のばらつきが良好に抑制されることが確認された。また、この効果は、例えば、厚みが6~25mmと比較的薄い鋼板においても達成された。一方、本発明の範囲を外れる比較例では、3回測定したうちの少なくとも1回におけるシャルピー吸収エネルギーが200Jよりも低かった。つまり、比較例では、極低温靭性が鋼板内でばらつき、極低温靭性の低い部分が生じ、上述の目標性能を満足できなかった。As can be seen from Tables 1 and 2, the steel plate according to the present invention has high strength and excellent cryogenic toughness while effectively suppressing the variation in toughness within the steel plate. Furthermore, this effect was achieved even in relatively thin steel plates, for example, with thicknesses of 6 to 25 mm. On the other hand, in the comparative examples outside the scope of the present invention, the Charpy absorbed energy was lower than 200 J in at least one of the three measurements. In other words, in the comparative examples, the cryogenic toughness varied within the steel plate, resulting in areas with low cryogenic toughness, and the above-mentioned target performance was not met.

本発明によれば、種々の板厚を有する鋼板について、高強度を確保しつつ、均質かつ優れた極低温靭性を発揮させることができる。 According to the present invention, steel plates of various thicknesses can be made to exhibit uniform and excellent cryogenic toughness while maintaining high strength.

Claims (6)

質量%で、
C :0.01%以上0.15%以下、
Si:0.01%以上0.50%以下、
Mn:0.05%以上0.60%以下、
Ni:6.0%以上7.5%以下、
Cr:0.01%以上1.00%以下、
Mo:0.05%以上0.50%以下、
P :0.03%以下、
S :0.005%以下、および
N :0.0010%以上0.0080%以下を含有し、
残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、
鋼板の表面から板厚方向に1/4深さの位置において、γ相が体積分率で2.0%以上かつ、前記γ相の円相当径が1.4μm以上5.0μm以下である、鋼板。
In mass%,
C: 0.01% or more and 0.15% or less,
Si: 0.01% or more and 0.50% or less,
Mn: 0.05% or more and 0.60% or less,
Ni: 6.0% or more and 7.5% or less,
Cr: 0.01% or more and 1.00% or less,
Mo: 0.05% or more and 0.50% or less,
P: 0.03% or less,
S: 0.005% or less, and N: 0.0010% or more and 0.0080% or less,
The balance has a composition consisting of Fe and unavoidable impurities,
A steel sheet, wherein a gamma phase has a volume fraction of 2.0% or more at a position 1/4 depth from the surface of the steel sheet in the sheet thickness direction, and the gamma phase has an equivalent circle diameter of 1.4 μm or more and 5.0 μm or less.
前記成分組成が、さらに、質量%で、
Al:0.008%以上0.10%以下、
Cu:0.40%以下、
Nb:0.05%以下、
V :0.05%以下、
Ti:0.03%以下、および
B :0.0030%以下
からなる群より選択される1または2以上を含有する、請求項1に記載の鋼板。
The component composition further comprises, in mass%,
Al: 0.008% or more and 0.10% or less,
Cu: 0.40% or less,
Nb: 0.05% or less,
V: 0.05% or less,
The steel plate according to claim 1, further comprising one or more selected from the group consisting of Ti: 0.03% or less, and B: 0.0030% or less.
前記成分組成が、さらに、質量%で、
Ca:0.007%以下、
REM:0.010%以下、および
Mg:0.070%以下
からなる群より選択される1または2以上を含有する、請求項1または2に記載の鋼板。
The component composition further comprises, in mass%,
Ca: 0.007% or less,
The steel sheet according to claim 1 or 2, further comprising one or more selected from the group consisting of REM: 0.010% or less, and Mg: 0.070% or less.
C :0.01%以上0.15%以下、
Si:0.01%以上0.50%以下、
Mn:0.05%以上0.60%以下、
Ni:6.0%以上7.5%以下、
Cr:0.01%以上1.00%以下、
Mo:0.05%以上0.50%以下、
P :0.03%以下、
S :0.005%以下、および
N :0.0010%以上0.0080%以下を含有し、
残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する鋼素材を、
900℃以上1200℃以下の温度に加熱し、
加熱された前記鋼素材を熱間圧延して熱延鋼板とし、
前記熱延鋼板に、板厚1/4位置おける温度で550℃以下300℃以上の温度域における平均冷却速度が1℃/s以上、冷却停止温度が板厚1/4位置における温度で300℃以下とする第1の加速冷却を施し、
前記第1の加速冷却後の熱延鋼板に、500℃以上の平均昇温速度が1℃/s未満、板厚1/4位置における温度でAc1点以上Ac3点未満の温度域に加熱する2相域加熱を施し、
前記2相域加熱後の熱延鋼板に、板厚1/4位置における温度での平均冷却速度が1℃/s以上、冷却停止温度が300℃以下である第2の加速冷却を施し、
前記第2の加速冷却後の熱延鋼板に対して、焼戻し温度が板厚1/2位置における温度で300℃以上500℃以下の焼き戻しを施し、
鋼板の表面から板厚方向に1/4深さの位置において、γ相が体積分率で2.0%以上かつ、前記γ相の円相当径が1.4μm以上5.0μm以下である鋼板を得る
鋼板の製造方法。
C: 0.01% or more and 0.15% or less,
Si: 0.01% or more and 0.50% or less,
Mn: 0.05% or more and 0.60% or less,
Ni: 6.0% or more and 7.5% or less,
Cr: 0.01% or more and 1.00% or less,
Mo: 0.05% or more and 0.50% or less,
P: 0.03% or less,
S: 0.005% or less, and N: 0.0010% or more and 0.0080% or less,
A steel material having a composition with the balance being Fe and unavoidable impurities,
Heating to a temperature of 900°C or higher and 1200°C or lower,
The heated steel material is hot-rolled to form a hot-rolled steel sheet;
The hot-rolled steel sheet is subjected to a first accelerated cooling in which the average cooling rate is 1°C/s or more in a temperature range of 550°C or less and 300°C or more at a temperature at a quarter-thickness position of the sheet, and the cooling stop temperature is 300°C or less at a temperature at a quarter-thickness position of the sheet,
The hot-rolled steel sheet after the first accelerated cooling is subjected to two-phase region heating in which the average heating rate of 500°C or more is less than 1°C/s and the temperature at a quarter-thickness position is in a temperature range of A c1 point or more and less than A c3 point;
The hot-rolled steel sheet after the two-phase region heating is subjected to second accelerated cooling in which the average cooling rate at the temperature at a quarter position of the sheet thickness is 1°C/s or more and the cooling stop temperature is 300°C or less;
The hot-rolled steel sheet after the second accelerated cooling is subjected to tempering at a tempering temperature of 300°C or more and 500°C or less at a temperature at a position of 1/2 of the sheet thickness,
Obtain a steel sheet having a gamma phase of 2.0% or more in volume fraction at a position of 1/4 depth from the surface of the steel sheet in the sheet thickness direction, and the gamma phase has an equivalent circle diameter of 1.4 μm or more and 5.0 μm or less .
Steel plate manufacturing method.
前記成分組成が、さらに、質量%で、
Al:0.008%以上0.10%以下、
Cu:0.40%以下、
Nb:0.05%以下、
V :0.05%以下、
Ti:0.03%以下、および
B :0.0030%以下
からなる群より選択される1または2以上を含有する、請求項4に記載の鋼板の製造方法。
The component composition further comprises, in mass%,
Al: 0.008% or more and 0.10% or less,
Cu: 0.40% or less,
Nb: 0.05% or less,
V: 0.05% or less,
The method for producing a steel sheet according to claim 4, further comprising the step of adding one or more selected from the group consisting of Ti: 0.03% or less, and B: 0.0030% or less.
前記成分組成が、さらに、質量%で、
Ca:0.007%以下、
REM:0.010%以下、および
Mg:0.070%以下
からなる群より選択される1または2以上を含有する、請求項4または5に記載の鋼板の製造方法。
The component composition further comprises, in mass%,
Ca: 0.007% or less,
The method for producing a steel sheet according to claim 4 or 5, further comprising the step of adding one or more selected from the group consisting of REM: 0.010% or less, and Mg: 0.070% or less.
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