CN101665887B

CN101665887B - 厚钢板

Info

Publication number: CN101665887B
Application number: CN200910171393.1A
Authority: CN
Inventors: 高冈宏行; 冈崎喜臣
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2008-09-03
Filing date: 2009-08-31
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2029-08-31
Also published as: JP5162382B2; CN101665887A; JP2010059472A; KR20100027993A

Abstract

提供一种发挥着低屈强比且高韧性的特性的厚钢板。是分别含有如下元素的钢板：C：0.03～0.15％(“质量％”的意思，涉及化学成分下同)、Si：1.0％以下(不含0％)、Mn：1.0～2.0％、P：0.015％以下(不含0％)、S：0.010％以下(不含0％)、Al：0.005～0.060％、Ti：0.008～0.030％、N：0.0020～0.010％和O：0.010％以下(不含0％)，在t/4(t：板厚)位置的显微组织中，由铁素体和贝氏体的混合组织构成，并且在贝氏体中分散有岛状马氏体，且铁素体的平均粒径为10～50μm，并且存在于贝氏体中的岛状马氏体的分率相对于总面积为1～20面积％。

Description

厚钢板

技术领域

本发明涉及适合建筑、海洋结构物、管线管、造船、土木、建筑机械等领域的厚钢板，特别是涉及低屈强比且高韧性的厚钢板。

背景技术

近年来，在各种焊接结构用钢材中，除了高强度、高韧性以外，从抗震性的观点出发，还要求降低由屈服应力YS与抗拉强度TS的比表示的屈强比YR(YR＝YS/TS)。一般来说，已知通过使钢材的金属组织成为在铁素体这样的软质相中适度分散有贝氏体和马氏体等的硬质相，可以实现钢材的屈强比降低化。

作为得到上述这样的在软质相中适度分散有硬质相的组织的制造方法，例如在专利文献1中，已知有一种热处理方法，其是在淬火(Q)与回火(T)的中间，实施从铁素体和奥氏体的二相域的淬火(Q’)的方法。

另外在专利文献2中，作为不增加制造工序的方法，公开有一种方法，其是在Ar₃相变点温度以上结束轧制后，推迟加速冷却的开始直至钢材的温度达到铁素体生成的Ar₃相变点温度以下。

另一方面，在专利文献3中提出有一种方法，其不进行专利文献1、专利文献2公开的这种复杂的热处理，作为达成低屈强比的技术，其是形成铁素体、贝氏体和岛状马氏体三相组织。

【专利文献1】特开昭55-97425号公报

【专利文献2】特开昭55-41927号公报

【专利文献3】特开2005-23423号公报

然而，在至今为止所提出的技术中，对高加工度(D/t＜10，D：钢管直径mm，t：板厚)有所要求的板厚40mm以上的圆形钢管加工等之中，使极低屈强比(YR＜70％)和高韧性(vTrs＜-20℃)并立很困难。

发明内容

本发明鉴于这样的情况而做，其目的在于，提供一种发挥着低屈强比且高韧性的特性的厚钢板。

能够解决上述课题的本发明的所谓低屈强比高韧性厚钢板，是分别含有如下元素的钢板：C：0.03～0.15％(“质量％”的意思，涉及化学成分下同)、Si：1.0％以下(不含0％)、Mn：1.0～2.0％、P：0.015％以下(不含0％)、S：0.010％以下(不含0％)、Al：0.005～0.060％、Ti：0.008～0.030％、N：0.0020～0.010％和O：0.010％以下(不含0％)，其具有如下几点要旨：在t/(t：板厚)位置的显微组织中，由铁素体和贝氏体的混合组织构成，并且在贝氏体中分散有岛状马氏体，且铁素体的平均粒径为10～50μm，并且存在于贝氏体中的岛状马氏体的分率相对于总面积为1～20面积％。

在本发明的厚钢板中，根据需要，作为其他元素再含有如下等也有用：(a)Cu：2％以下(不含0％)、Ni：2％以下(不含0％)和Cr：2％以下(不含0％)之中的1种以上；(b)Mo：0.5％以下(不含0％)；(c)Nb：0.050％以下(不含0％)、B：0.0030％以下(不含0％)和V：0.1％以下(不含0％)之中的1种以上；(d)Mg：0.005％以下(不含0％)；(e)Ca：0.0035％以下(不含0％)、(f)Zr：0.1％以下(不含0％)和/或Hf：0.05％以下(不含0％)；(g)Co：2.5％以下(不含0％)和/或W：2.5％以下(不含0％)；(h)稀土类元素：0.010％以下(不含0％)，根据所含有的成分，钢板的特性得到改善。

根据本发明，通过适当调整钢材的化学成分组成，并且使其显微组织成为铁素体和贝氏体的混合组织，在贝氏体中分散有岛状马氏体，且将铁素体的平均粒径和存在于贝氏体中的岛状马氏体的分率调整到适当的范围，能够实现发挥出低屈强比而且高韧性的特性的厚钢板。这种厚钢板作为建筑、海洋结构物、管线管、造船、土木、建筑机械等的焊接结构物的原材极其有用。

附图说明

图1是表示实验No.2所得到的钢板的显微组织的图纸代用显微镜照片。

具体实施方式

本发明者们，以使低屈强比和母材韧性这样相反的特性的并立化为目标，就最佳的组织形态反复锐意研究。其结果发现如下事项：低屈强比需要硬质相和软质相，在母材韧性的确保中，通过适度控制软质相的尺寸和硬质相的硬度、尺寸而能够达成。

在历来的铁素体·马氏体钢中，硬质马氏体使韧性劣化。另一方面，在铁素体·贝氏体钢中，贝氏体的硬度不充分，从而得不到低屈强比。作为最佳组织形态是铁素体、贝氏体和岛状马氏体(MA)的三相组织。另外还发现，如现有技术，因为MA在钢组织中不规则存在，所以不能实现良好的屈强比-韧性平衡，而MA在贝氏体中分散存在的方法则使屈强比-韧性平衡更优异。发明者们就用于使MA存在于贝氏体中的成分和制造方法进行了锐意的研究，其结果是完成了本发明。

本发明的钢板，在t/4(t：板厚)位置的显微组织中，是铁素体和贝氏体的混合组织，优选该组织的铁素体分率为10～90面积％左右。若铁素体分率低于10面积％，则屈服应力YS变得过高，屈强比变大，若超过90面积％，则不能确保抗拉强度TS在490MPa以上。

在本发明的钢板中，还需要上述铁素体的平均粒径为10～50μm。该铁素体的平均粒径低于10μm时，屈服应力YS变得过高，若超过50μm，则母材韧性劣化。

在本发明的厚钢板中，作为显微组织上的特征，是在贝氏体中分散存在有MA，但还需要贝氏体中存在的MA的分率相对于总面积为1～20面积％。MA的分率低于1面积％时，屈服应力YS变得过高，若超过20面积％，则母材韧性劣化。

在本发明的厚钢板中，还需要适当调整其化学成分组成，但各成分的范围限定理由如下。

[C：0.03～0.15％]

C是用于确保钢板的强度所需要的元素，另外为了确保MA也需要使之含有0.03％以上。然而，若过剩使C含有，则韧性反而降低。因此，其上限需要为0.15％。还有，C含量的优选下限为0.04％(更优选为0.05％)，优选上限为0.09％(更优选为0.08％)。

[Si：1.0％以下(不含0％)]

Si在用于确保钢板的强度上是有效的元素，另外也是MA生成所需要的元素。然而，若过剩含有Si，则韧性反而降低。因此，其上限为1.0％。还有，Si含量的优选下限为0.1％，优选上限为0.7％(更优选为0.5％)。

[Mn：1.0～2.0％]

Mn在使淬火性提高而确保钢板强度上是有效的元素，为了发挥这样的效果，需要使Mn含量1.0％以上。然而，若过剩含有Mn，则母材韧性劣化，因此使上限为2.0％。还有，Mn含量的优选下限为1.3％，优选上限为1.8％。

[P：0.015％以下(不含0％)]

P是不可避免地混入的杂质，因为会对母材和HAZ的韧性造成不良影响，所以优选尽可能少。从这一观点出发，P可以抑制在0.015％以下。P含量的优选下限为0.01％。

[S：0.010％以下(不含0％)]

S与钢板中的合金元素化合而形成各种夹杂物，是对钢板的延性和韧性起有害作用的杂质，因此优选尽可能少。考虑到实用钢的纯净度的程度而可以将其上限抑制在0.01％。还有，S是钢中不可避免地被含有的杂质，使其含量为0％在工业生产上很困难。

[Al：0.005～0.060％]

Al是作为脱氧剂有效的元素，而且还发挥着通过使钢板的显微组织微细化而带来的母材韧性提高效果。为了发挥这样的效果，Al含量需要为0.005％以上。但是，若Al过剩含有，则使母材韧性劣化。由此，使其上限为0.060％。还有，Al含量的优选下限为0.01％(更优选为0.02％以上)，优选上限为0.04％。

[Ti：0.008～0.030％]

Ti使TiN分散在钢中，有着防止轧制前加热时的奥氏体晶粒(γ晶粒)的粗大化的效果。为了发挥这样的效果，需要使Ti含有0.008％以上。但是，若Ti含量过剩，则母材和HAZ的韧性劣化，因此为0.030％以下。

[N：0.0020～0.010％]

作为杂质被含有的N，与Al、Ti、Nb和B等结合，形成氮化物，具有使母材组织微细化的效果，并且有助于母材轧制前的加热时和焊接时的γ晶粒的微细化等。为了发挥这样的效果，需要使N含有0.0020％以上。但是，固溶N会成为使母材韧性劣化的原因。随着总氮量的增加会导致前述的氮化物增加，固溶N也过剩而变得有害，因此需要为0.010％以下。

[O：0.010％以下(不含0％)]

O作为不可避免的杂质含有，但在钢中作为氧化物存在。然而，若其含量超过0.010％，则粗大的氧化物生成，母材韧性、HAZ韧性劣化。因此，使O含量的上限为0.010％。O含量的优选上限为0.005％(更优选为0.003％)。

在本发明的钢板中，上述成分以外由铁和不可避免的杂质(例如Sb、Se、Te等)构成，但也能够含有不阻碍其特性的程度的微量成分(允许成分)，这样的钢板也包含在本发明的范围中。另外根据需要，含有以下的元素也有效。使这些成分含有时的范围限定理由如下。

[Cu：2％以下(不含0％)、Ni：2％以下(不含0％)和Cr：2％以下(不含0％)之中的1种以上]

Cu、Ni和Cr均是提高淬火性，对于使钢板的强度提高有效的元素，根据需要含有。但是，若这些元素的含量过剩，则母材韧性反而降低，因此均为2％以下(更优选为1％以下)。用于发挥上述效果的优选下限均为0.20％(更优选为0.40％)。

[Mo：0.5％以下(不含0％)]

Mo使淬火性提高，在钢板的强度确保上是有效的元素，为了防止回火脆性而适宜利用。这样的效果随着其含量的增加而增大，但是若Mo含量变得过剩，则母材和HAZ的韧性劣化，因此优选为0.5％以下。更优选为0.30％以下。

[Nb：0.050％以下(不含0％)、B：0.0030％以下(不含0％)和V：0.1％以下(不含0％)之中的1种以上]

Nb、B和V发挥着使淬火性提高，使母材强度提高的效果，因此根据需要添加。另外也有提高回火软化阻抗的效果。但是，若Nb大量被含有，则碳化物的生成变多，母材和HAZ的韧性劣化，因此为0.050％以下(更优选为0.04％以下，进一步优选0.03％以下)。另外若B大量被含有，则母材韧性劣化，因此为0.0030％以下(更优选为0.020％以下，0.015％以下)。为了有效地发挥上述效果，优选使V含有0.01％以上，但是若大量含有，则母材和HAZ的韧性劣化，因此为0.1％以下(更优选为0.05％以下)。

[Mg：0.005％以下(不含0％)]

Mg具有的效果是，其形成MgO，通过抑制HAZ中的奥氏体晶粒的粗大化而使HAZ韧性的提高，因此根据需要含有。但是，若Mg的含量过剩，则夹杂物粗大化，HAZ韧性劣化，因此为0.005％以下(更优选为0.0035％以下)。

[Ca：0.0035％以下(不含0％)]

Ca控制硫化物的形态，是有助于HAZ韧性的提高的元素。但是，过剩地使之含有而超过0.0035％，HAZ韧性反而劣化。还有，Ca含量的优选上限为0.020％，更优选为0.0015％。

[Zr：0.1％以下(不含0％)和/或Hf：0.05％以下(不含0％)]

Zr和Hf和Ti一样，与N形成氮化物，使焊接时的HAZ的奥氏体晶粒微细化，是对HAZ韧性改善有效的元素。但是，若过剩使之含有，则HAZ韧性反而降低。因此，含有这些元素时，Zr为0.1％以下，Hf为0.05％以下。

[Co：2.5％以下(不含0％)和/或W：2.5％以下(不含0％)]

Co和W使淬火性提高，具有提高母材强度的效果，因此根据需要含有。但，若过剩地含有，则HAZ韧性劣化，因此上限均为2.5％。

[稀土类元素：0.010％以下(不含0％)]

REM使钢材中不可避免地混入的夹杂物(氧化物和硫化物等)的形状微细化、球状化，从而是有助于HAZ的韧性提高的元素，根据需要含有。这一效果随着其含量增加而增大，但是，若REM的含量过剩，则夹杂物粗大化，HAZ韧性劣化，因此优选抑制在0.010％以下。还有，在本发明中，所谓REM是含有镧系元素(从La到Ln的15种元素)和Sc(钪)与Y(钇)的意思。

当制造本发明的厚钢板时，以如下方式进行即可：用通常的熔炼法熔炼满足上述化学成分量的钢，将该钢液冷却而成为板坯后，例如加热至950～1300℃的范围后进行热轧，使Ar₃变态点+100℃～Ar₃变态点+150℃的温度范围的压下率为10％以上，使终轧温度为800～700℃后，使冷却开始在从终轧温度-50℃以内开始加速冷却，以5～50℃/秒的平均冷却速度水冷至400～150℃后进行空冷。这一方法中的各条件的范围设定理由如下。

[加热温度：950～1300℃]

从一下子全部使钢板的组织奥氏体化这一观点出发，需要为950℃以上，但是若加热温度超过1300℃，则奥氏体粗大化，在后面的工序中难以得到规定的组织。

[Ar₃变态点+100℃～Ar₃变态点+150℃的温度范围的压下率：10％以上]

通过使该温度范围的压下率为10％以上，能够使铁素体的粒径微细化。脱离这一温度范围，压下率低于10％时，会使铁素体的粒径粗大化。还有，在本发明中所谓“Ar₃变态点”，由下式(1)求得。

Ar₃＝910-230×[C]+25×[Si]-74×[Mn]-56×[Cu]-16×[Ni]-9×[Cr]-5×[Mo]-1620×[Nb]...(1)

其中，[C]、[Si]、[Mn]、[Cu]、[Ni]、[Cr]、[Mo]和[Nb]分别表示C、Si、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo及Nb的含有量(质量％)。

[终轧温度：800～700℃]

若终轧温度超过800℃，铁素体粒径粗大化，若低于700℃，则铁素体粒径低于10μm，屈服应力YS变得过高。

[冷却开始温度：从终轧温度-50℃以内]

若轧制后的冷却开始温度比终轧温度-50℃低，则会招致铁素体的粗大。

[以5～50℃/秒的平均冷却速度加速冷却至400～150℃]

加速冷却时的平均冷却速度低于5℃/秒时，招致铁素体晶粒的粗大化，若超过50℃/秒，则铁素体量不足。另外，之所以使冷却停止温度为400～150℃，是为了使MA以规定量生成。

还有上述所述的温度以钢板表面的位置的温度进行管理。另外，本发明的钢板假定为厚钢板，这时的板厚约为40mm以上，对于上限没有特别限定，但通常为100mm以下。

在本发明中，如上述通过规定化学成分组成和特定区域中的组织，能够实现韧性(母材韧性)优异的低屈强比厚钢板，但这种厚多板其焊接热影响部(以下表示为“HAZ”)的韧性也基本良好。即，本发明的厚钢板，适用为建筑、海洋结构物、管线管、造船、土木、建筑机械等领域的焊接结构物，虽然也要求焊接时的HAZ的韧性良好，不过这样的HAZ韧性也良好。

【实施例】

以下，通过实施例更详细地说明本发明，但下述实施例没有限定本发明的性质，在能够符合前述述的宗旨的范围内也可以适当加以变更实施，这些均包含在本发明的技术的范围内。

实验例1

通过通常的熔炼法，熔炼下述表1～3中显示的化学成分组成的各种钢液，冷却该钢液而成为板坯后，以下述表4、5所示的条件进行热轧和冷却，得到各种钢板(厚度：50mm)。还有，在下述表1、3中，REM以含有La为50％左右和含有Ce为25％左右的混合稀土的形态添加。还有，下述表1～3中“-”表示没有添加元素。

【表4】

【表5】

对于得到的各钢板，以下述的方法测定母材组织(铁素体粒径、MA分率)、机械的特性(母材的抗拉特性、母材的冲击特性)，并且对于HAZ韧性也进行评价。测定结果显示在下述表6、7中。

[铁素体分率，铁素体粒径的测定]

对于从各钢板的t/4部(t：板厚)的位置提取的2cm边的试验片进行镜面研究，用硝酸乙醇腐蚀液(2％硝酸-乙醇溶液)刻蚀后，利用光学显微镜观察组织(倍率100倍：n＝10)，基于JIS G 0552规定的比较法的手法测定铁素体粒径(平均值)。

[MA分率的测定]

在各钢板的t/4部(t：板厚)的位置，对经过镜面研磨的试验片进行レペラ-(LePra)腐蚀，通过光学显微镜观察组织，以倍率1000倍，n＝10拍摄50μm的区域，利用图像分析装置(Media Cybernetics制：Image-ProPlus)，特定存在于贝氏体组织中的MA，测定其面积率(平均值)。

[母材的抗拉特性的评价]

从各钢板的t/4部(t：板厚)的位置提取JIS4号试验片，遵循JIS Z2241进行拉伸试验，由此测定屈服应力YS(屈服点YP)和抗拉强度TS，计算屈强比YR。

[母材的冲击特性(韧性)的评价]

母材的冲击特性(韧性)，是进行V切口摆锤冲击试验，根据过渡曲线求得vTrs(脆性断裂转变温度)。从t/4部(t：板厚)的位置提取JIS4号试验片，遵循JIS Z2242实施试验，这时关于各温度(最低4温度以上)的测定，以n＝3实施试验。描绘脆性断裂转变过渡使之通过3点中脆性断裂率最高的点，计算脆性断裂率50％的温度作为脆性断裂转变温度vTrs(画线使vTrs成为最高温度侧)。

[HAZ韧性试验]

作为模拟进行潜弧焊(2kJ/mm)时的热循环的HAZ韧性评价法，以加热温度：1400℃保持5秒，其后冷却为800～500℃的冷却时间(Tc)：25秒的热循环，对各供试钢板进行热处理后，测定温度-40℃的摆锤吸收能(V切口)。还有，作为试验片使用的是，从板厚t/4部(t：板厚)的位置提取的尺寸10mm×10mm×55mm的棒状，在中央部单面形成深2mm的V切口。这时V摆锤冲击值(vE_-40)为50J以上为合格。

【表6】

【表7】

由这些结果可知，实验No.1～22是满足本发明规定的要件的例子，能够得到母材、HAZ韧性均良好的低屈强比厚钢板。相对于此，在实验No.23～56中，是脱离本发明规定的某一要件的例子，可知无法获得某种特性。还有，实验No.2得到的钢板的显微组织显示在图1(图纸代用显微镜照片)中(发白的部分表示MA)。

Claims

1.一种厚钢板，其特征在于，以质量％计含有C：0.03～0.15％、Si：1.0％以下但不含0％、Mn：1.0～2.0％、P：0.015％以下但不含0％、S：0.010％以下但不含0％、Al：0.005～0.060％、Ti：0.008～0.030％、N：0.0020～0.010％和O：0.010％以下但不含0％，并且，在t/4位置的显微组织中，由铁素体和贝氏体的混合组织构成，并且在贝氏体中分散有岛状马氏体，且铁素体的平均粒径为10～50μm，并且存在于贝氏体中的岛状马氏体的分率相对于总面积为1～20面积％，其中，t是钢板的板厚，

其中，上述厚钢板的组织通过如下制造方法形成：将所述钢板加热至950～1300℃的范围后进行热轧，使Ar₃变态点+100℃～Ar₃变态点+150℃的温度范围的压下率为10％以上，使终轧温度为800～700℃后，开始冷却，在从终轧温度-50℃以内开始加速冷却，以5～50℃/秒的平均冷却速度水冷至400～150℃后进行空冷。

2.根据权利要求1所述的厚钢板，其特征在于，除了所述组成以外，还含有以下的(a)～(h)群中的至少1群：

(a)Cu：2％以下但不含0％、Ni：2％以下但不含0％和Cr：2％以下但不含0％之中的1种以上；

(b)Mo：0.5％以下但不含0％；

(c)Nb：0.050％以下但不含0％、B：0.0030％以下但不含0％和V：0.1％以下但不含0％之中的1种以上；

(d)Mg：0.005％以下但不含0％；

(e)Ca：0.0035％以下但不含0％、

(f)Zr：0.1％以下但不含0％和/或Hf：0.05％以下但不含0％；

(g)Co：2.5％以下但不含0％和/或W：2.5％以下但不含0％；

(h)稀土类元素：0.010％以下但不含0％。