JP6206423B2 - High strength stainless steel plate excellent in low temperature toughness and method for producing the same - Google Patents
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- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Description
本発明は、高強度ステンレス厚鋼板およびその製造方法に係り、とくに低温靱性の向上に関する。 The present invention relates to a high-strength stainless steel plate and a method for producing the same, and more particularly to improvement of low-temperature toughness.
近年、原油等のエネルギー価格の高騰や、石油資源の枯渇といった問題から、従来、省みられなかったような深い深度の油田や、硫化水素等を含む厳しい腐食環境(いわゆるサワー環境)下の油田やガス田、さらには極北のような厳しい気象環境下の油田やガス田等の開発が盛んに行われている。このような環境下で使用される鋼材には、高強度で、かつ優れた耐食性(耐サワー性)、さらには、優れた低温靭性を兼ね備えることが要求されている。 In recent years, due to problems such as soaring energy prices such as crude oil and depletion of oil resources, oil fields with deeper depths that were not previously excluded, and oil fields under severe corrosive environments (so-called sour environments) including hydrogen sulfide, etc. Development of oil fields and gas fields under severe weather conditions such as those in the extreme north has been actively conducted. Steel materials used in such an environment are required to have high strength, excellent corrosion resistance (sour resistance), and excellent low temperature toughness.
従来から、炭酸ガスCO2、塩素イオンCl−等を含む腐食環境下の油田、ガス田では、鋼材としては、13%Crマルテンサイト系ステンレス鋼が多く使用されている。しかし、サワー環境下では、13%Crマルテンサイト系ステンレス鋼では耐食性が不足するため、最近ではC量を低減し、Cr量とNi量を増加させた二相ステンレス鋼の使用も拡大している。 Conventionally, 13% Cr martensitic stainless steel has been frequently used as a steel material in oil fields and gas fields under corrosive environments containing carbon dioxide CO 2 , chlorine ions Cl − and the like. However, under the sour environment, 13% Cr martensitic stainless steel has insufficient corrosion resistance, and recently, the use of duplex stainless steel with reduced C content and increased Cr content and Ni content has been expanded. .
例えば、特許文献1には、耐食性、耐硫化物応力腐食割れ性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼の製造方法が記載されている。特許文献1に記載された技術では、重量%で、C:0.005〜0.05%、Si:0.05〜0.5%、Mn:0.1〜1.0%、Cr:10〜15%、Ni:4.0〜9.0%、Cu:0.5〜3%、Mo:1.0〜3%、Al:0.005〜0.2%、N:0.005〜0.1%を含有し、Nieqを−10以上に調整した組成を有する鋼を、熱間加工し室温まで自然放冷したのち、Ac1点以上でかつオーステナイト分率が80%になる温度以下で熱処理を施し、さらにオーステナイト分率が60%になる温度以下で熱処理を行なう、としている。これにより、上記した組成と、焼戻しマルテンサイト相、マルテンサイト相、残留オーステナイト相からなり、焼戻しマルテンサイト相、マルテンサイト相の合計の分率が60〜90%で、残部が残留オーステナイト相である組織とを有し、湿潤炭酸ガス環境および湿潤硫化水素環境における耐食性と耐硫化物応力腐食割れ性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼(鋼板)が得られるとしている。
For example,
また、特許文献2には、耐食性に優れた油井用高強度ステンレス継目無鋼管の製造方法が記載されている。特許文献2に記載された技術では、mass%で、C:0.005〜0.05%、Si:0.05〜0.5%、Mn:0.2〜1.8%、Cr:15.5〜18%、Ni:1.5〜5%、Mo:1〜3.5%、V:0.02〜0.2%、N:0.01〜0.15%、O:0.006%以下を含有し、Cr+0.65Ni+0.6Mo+0.55Cu−20C≧19.5およびCr+Mo+0.3Si−43.5C−0.4Mn−Ni−0.3Cu−9N≧11.5を満足する組成を有する鋼管素材を加熱し、熱間加工により造管して、造管後、空冷以上の冷却速度で室温まで冷却して所定寸法の継目無鋼管とし、ついで該継目無鋼管を、850℃以上の温度に再加熱したのち、空冷以上の冷却速度で100℃以下まで冷却し、ついで700℃以下の温度に加熱する焼入れ−焼戻処理を施すとしている。これにより、体積率で10〜60%のフェライト相を含み残部がマルテンサイト相である組織を有し、降伏強さ:654MPa以上で、試験温度:−40℃でのシャルピー衝撃試験吸収エネルギーが50J以上の高靭性を有し、CO2やCl−を含む、230℃までの高温の厳しい腐食環境下においても充分な耐食性を有する、油井用高強度ステンレス鋼管が得られるとしている。
油井用継目無鋼管以外にも、最近では、UOE鋼管、電縫溶接鋼管、スパイラル鋼管等用、あるいは鋼構造物用として、高強度でかつ優れた耐食性を有する鋼板が要求され、しかも輸送の効率化、耐圧壊性の向上等の観点から鋼管用素材として、また構造物の大型化等の観点から構造物用素材として、厚肉大径の材料が要求されるようになっている。 In addition to seamless steel pipes for oil wells, recently, steel sheets with high strength and excellent corrosion resistance have been required for UOE steel pipes, ERW welded steel pipes, spiral steel pipes, etc., and steel structures. As a material for steel pipes from the standpoint of improving the pressure resistance and the fracture resistance, and as a material for the structure from the viewpoint of increasing the size of the structure, a thick and large diameter material is required.
しかしながら、特許文献1、2に記載された技術は、高々肉厚12.7mmまでの鋼材を対象としており、肉厚15mmを超えるような厚肉鋼材についての言及はない。しかも、最近では、油井が高深度化して、油井用として用いられる鋼材には厚肉鋼材が多用されるようになっている。肉厚が厚くなるにしたがい、通常の熱間加工方法では、所望の加工歪を肉厚中心部まで付与することが難しく、肉厚中心部の組織が粗大化する傾向となる。そのため、厚肉鋼材では、薄肉鋼材に比べて、肉厚中央部の低温靭性が低下しやすいという問題がある。しかも、肉厚が厚くなると、肉厚あたりの表面の影響が低下し、靭性に対する肉厚中央部の組織の影響が大きくなる。さらに加えて、最近では、厳しい気象環境下の油井も増加しており、油井用として用いられる鋼材には優れた低温靭性を保持することが求められている。しかしながら、特許文献1、2には、厚肉鋼材における、とくに低温靭性の向上についてまでの言及はない。
However, the techniques described in
本発明は、かかる従来技術の問題点を解決し、低温靭性に優れた高強度ステンレス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。なお、ここでいう「高強度」とは、降伏強さYS:600MPa以上である場合をいい、「低温靭性に優れた」とは、試験温度:−40℃でシャルピー試験の吸収エネルギーvE−40が100J以上である場合をいうものとする。また、ここでいう「厚鋼板」とは、鋼板板厚が15mm以上好ましくは50mm以下である場合をいうものとする。 The object of the present invention is to solve the problems of the prior art and to provide a high-strength stainless steel plate excellent in low-temperature toughness and a method for producing the same. Here, “high strength” refers to the case where the yield strength YS is 600 MPa or more, and “excellent in low temperature toughness” refers to the absorbed energy vE −40 of the Charpy test at a test temperature of −40 ° C. Shall be the case where is over 100J. Further, the term “thick steel plate” used herein refers to a case where the steel plate thickness is 15 mm or more, preferably 50 mm or less.
本発明者らは、上記した目的を達成するために、まず、マルテンサイト系ステンレス厚鋼板の低温靭性に及ぼす各種要因について鋭意研究した。その結果、ステンレス厚鋼板の低温靭性を向上させるためには、組織を、マルテンサイト相とフェライト相とに加えて、安定なオーステナイト相を適正量、含有させた組織とすることが有効であることに思い至った。 In order to achieve the above-mentioned object, the present inventors first conducted intensive research on various factors affecting the low temperature toughness of a martensitic stainless steel plate. As a result, in order to improve the low temperature toughness of the stainless steel plate, it is effective to make the structure contain an appropriate amount of a stable austenite phase in addition to the martensite phase and the ferrite phase. I came up with it.
そして、本発明者らの更なる研究により、オーステナイト相中のNi濃度と周囲のマルテンサイト相中のNi濃度との比、(CNi)γ/(CNi)Mが、オーステナイト相の安定度を制御していることを見出した。そして、加工熱処理を組み合わせて、(CNi)γ/(CNi)Mを適正範囲(1.15以上)に調整することにより、安定なオーステナイト相を所定量確保することができることを知見した。さらにまた、本発明者らは、ステンレス厚鋼板の低温靭性をさらに向上させるためには、フェライト相を微細化した組織とすることも必要であることを知見した。 As a result of further studies by the present inventors, the ratio of the Ni concentration in the austenite phase to the Ni concentration in the surrounding martensite phase, (C Ni ) γ / (C Ni ) M, is the stability of the austenite phase. I found out that it controls. Then, it was found that a predetermined amount of stable austenite phase can be secured by adjusting (C Ni ) γ / (C Ni ) M to an appropriate range (1.15 or more) by combining thermomechanical treatment. Furthermore, the present inventors have found that in order to further improve the low temperature toughness of the stainless steel plate, it is necessary to make the ferrite phase finer.
上記したような組織を得るためには、マルテンサイト系ステンレス鋼組成の素材を、フェライト相分率が高くなる高温(1100〜1350℃)に加熱したのち、熱間圧延を施し、厚鋼板とするにあたり、熱間圧延の前、あるいは熱間圧延の途中で、あるいは熱間圧延終了後に、加速冷却処理を施し、フェライト→オーステナイト変態を抑制した状態で組織を調整し、一旦、500℃以下に冷却したのち、さらに(フェライト+オーステナイト)の二相温度(550〜980℃の温度域の温度)に加熱し、冷却する熱処理を少なくとも1回施すことが、有効であることを見出した。 In order to obtain the structure as described above, the material of the martensitic stainless steel composition is heated to a high temperature (1100 to 1350 ° C) at which the ferrite phase fraction becomes high, and then hot-rolled to obtain a thick steel plate. Before the hot rolling, in the middle of the hot rolling, or after the hot rolling, an accelerated cooling treatment is performed to adjust the structure in a state where the ferrite → austenite transformation is suppressed, and the cooling is once performed to 500 ° C. or less. After that, it has been found that it is effective to further heat and cool at least once to a two-phase temperature (temperature in the temperature range of 550 to 980 ° C.) of (ferrite + austenite).
これにより、オーステナイト相にNiが濃化し、所定量のオーステナイト相を安定して確保でき、さらにまた、フェライト相中に粒状のマルテンサイト相が適正量、形成されてフェライト相が分断され細粒化された、組織を有する厚鋼板とすることができる、という知見を得た。 As a result, Ni is concentrated in the austenite phase, and a predetermined amount of austenite phase can be secured stably. In addition, an appropriate amount of granular martensite phase is formed in the ferrite phase, and the ferrite phase is divided and refined. The obtained knowledge that it can be set as the thick steel plate which has the structure | tissue was obtained.
本発明は、かかる知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。すなわち、本発明の要旨はつぎの通りである。
(1)質量%で、C :0.050%以下、Si:0.50%以下、Mn:0.20〜1.80%、Cr:15.5〜18.0%、Ni:1.5〜5.0%、Mo:1.0〜3.5%、V:0.02〜0.20%、Al:0.05%以下、N:0.01〜0.15%、O:0.006%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成と、体積率で、50%以上のマルテンサイト相と、3〜15%のオーステナイト相と、残部がフェライト相からなる組織を有し、かつ前記オーステナイト相中のNi濃度(CNi)γ(質量%)と前記マルテンサイト相中のNi濃度(CNi)M(質量%)との比、(CNi)γ/(CNi)Mが、1.15以上であることを特徴とする低温靭性に優れた高強度ステンレス厚鋼板。
(2)(1)において、前記組織が、前記フェライト相中に、前記マルテンサイト相の一部を粒径10μm以下の粒状で、フェライト粒100μm2あたり3.0個以上含む組織であることを特徴とする高強度ステンレス厚鋼板。
(3)(1)または(2)において、前記組成に加えてさらに、質量%で、Cu:3.5%以下を含む組成とすることを特徴とする高強度ステンレス厚鋼板。
(4)(1)ないし(3)のいずれかにおいて、前記組成に加えてさらに、質量%で、Nb:0.2%以下、Ti:0.3%以下、Zr:0.2%以下、W:3.0%以下のうちから選ばれた1種または2種以上を含む組成とすることを特徴とする高強度ステンレス厚鋼板。
(5)(1)ないし(4)のいずれかにおいて、前記組成に加えてさらに、質量%で、Ca:0.01%以下、REM:0.01%以下のうちから選ばれた1種または2種を含む組成とすることを特徴とする高強度ステンレス厚鋼板。
(6)鋼素材に、加熱工程と熱間圧延工程とを施し、所定板厚の厚鋼板とするにあたり、前記鋼素材を、質量%で、C:0.050%以下、Si:0.50%以下、Mn:0.20〜1.80%、Cr:15.5〜18.0%、Ni:1.5〜5.0%、Mo:1.0〜3.5%、V:0.02〜0.20%、Al:0.05%以下、N:0.01〜0.15%、O:0.006%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成の鋼素材とし、前記加熱工程が、前記鋼素材を加熱温度:1100〜1350℃に加熱する工程とし、前記熱間圧延工程を、熱間圧延を途中で中断し、板厚中心温度で900℃以上の温度から冷却を開始し、該冷却を開始した温度から少なくとも50℃以上で、かつ800℃以上となる冷却停止温度まで、板厚中心温度で2.0℃/s以上の平均冷却速度で冷却する加速冷却工程を施したのち、前記熱間圧延を再開し、前記所定板厚の厚鋼板とする工程とし、該熱間圧延工程後に、板厚中心温度で500℃以下の温度まで冷却し、しかるのちに550〜980℃の範囲の温度に加熱し、冷却する熱処理を少なくとも1回行う熱処理工程を施すことを特徴とする低温靭性に優れた高強度ステンレス厚鋼板の製造方法。
(7)(6)において、前記熱間圧延を途中で中断し、前記加速冷却工程を施すに際し、熱間圧延の途中の鋼板温度が、板厚中心温度が900℃未満となる場合には、板厚中心温度で900℃以上の温度に加熱する熱延中加熱処理を施し、しかるのちに前記加速冷却工程を施すことを特徴とする高強度ステンレス厚鋼板の製造方法。
(8)鋼素材に、加熱工程と熱間圧延工程とを施し、所定板厚の厚鋼板とするにあたり、前記鋼素材を、質量%で、C:0.050%以下、Si:0.50%以下、Mn:0.20〜1.80%、Cr:15.5〜18.0%、Ni:1.5〜5.0%、Mo:1.0〜3.5%、V:0.02〜0.20%、Al:0.05%以下、N:0.01〜0.15%、O:0.006%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成の鋼素材とし、前記加熱工程が、前記鋼素材を加熱温度:1100〜1350℃に加熱する工程とし、前記熱間圧延工程が、前記加熱工程を施された前記鋼素材に直ちに、冷却を開始し、該冷却を開始した温度を冷却開始温度とし、該冷却開始温度から少なくとも50℃以上で、かつ800℃以上となる冷却停止温度まで、板厚中心温度で2.0℃/s以上の平均冷却速度で冷却する加速冷却工程を施したのち、前記熱間圧延を施し、前記所定板厚の厚鋼板とする工程であり、該熱間圧延工程後に、板厚中心温度で500℃以下の温度まで冷却し、しかるのちに550〜980℃の範囲の温度に加熱し、冷却する熱処理を少なくとも1回行う熱処理工程を施すことを特徴とする高強度ステンレス厚鋼板の製造方法。
(9)鋼素材に、加熱工程と熱間圧延工程とを施し、所定板厚の厚鋼板とするにあたり、前記鋼素材を、質量%で、C:0.050%以下、Si:0.50%以下、Mn:0.20〜1.80%、Cr:15.5〜18.0%、Ni:1.5〜5.0%、Mo:1.0〜3.5%、V:0.02〜0.20%、Al:0.05%以下、N:0.01〜0.15%、O:0.006%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成の鋼素材とし、前記加熱工程が、前記鋼素材を加熱温度:1100〜1350℃に加熱する工程であり、該加熱工程を施したのち、前記熱間圧延工程を、圧延終了温度が900℃以上となる熱間圧延を施す工程とし、該熱間圧延工程終了後、厚鋼板の板厚中心温度で900℃以上の温度から冷却を開始し、該冷却を開始した温度から少なくとも50℃以上で、かつ800℃以上となる冷却停止温度まで、板厚中心温度で2.0℃/s以上の平均冷却速度で冷却する加速冷却工程を施し、該加速冷却工程終了後、さらに板厚中心温度で500℃以下の温度まで冷却し、しかるのちに550〜980℃の範囲の温度に加熱し、冷却する熱処理を少なくとも1回行う熱処理工程を施すことを特徴とする低温靭性に優れた高強度ステンレス厚鋼板の製造方法。
(10)(6)ないし(9)のいずれかにおいて、前記組成に加えてさらに、質量%で、Cu:3.5%以下を含む組成とすることを特徴とする高強度ステンレス厚鋼板の製造方法。
(11)(6)ないし(10)のいずれかにおいて、前記組成に加えてさらに、質量%で、Nb:0.2%以下、Ti:0.3%以下、Zr:0.2%以下、W:3.0%以下のうちから選ばれた1種または2種以上を含む組成とすることを特徴とする高強度ステンレス厚鋼板の製造方法。
(12)(6)ないし(11)のいずれかにおいて、前記組成に加えてさらに、質量%で、Ca:0.01%以下、REM:0.01%以下のうちから選ばれた1種または2種を含む組成とすることを特徴とする高強度ステンレス厚鋼板の製造方法。
The present invention has been completed based on such findings and further studies. That is, the gist of the present invention is as follows.
(1) By mass%, C: 0.050% or less, Si: 0.50% or less, Mn: 0.20 to 1.80%, Cr: 15.5 to 18.0%, Ni: 1.5 to 5.0%, Mo: 1.0 to 3.5%, V: 0.02 -0.20%, Al: 0.05% or less, N: 0.01-0.15%, O: 0.006% or less, the composition consisting of the balance Fe and unavoidable impurities, the martensite phase of 50% or more by volume, and 3 -15% of austenite phase and the balance being composed of ferrite phase, and Ni concentration (C Ni ) γ (mass%) in the austenite phase and Ni concentration (C Ni ) M in the martensite phase A high-strength stainless steel plate excellent in low-temperature toughness, characterized in that the ratio to (% by mass), (C Ni ) γ / (C Ni ) M, is 1.15 or more.
(2) In (1), the structure is a structure in which a part of the martensite phase is in a granular form having a particle size of 10 μm or less and includes 3.0 or more per 100 μm 2 of ferrite grains in the ferrite phase. High strength stainless steel plate.
(3) A high-strength stainless steel plate according to (1) or (2), characterized in that, in addition to the above composition, the composition further includes Cu: 3.5% or less by mass%.
(4) In any one of (1) to (3), in addition to the above-mentioned composition, in mass%, Nb: 0.2% or less, Ti: 0.3% or less, Zr: 0.2% or less, W: 3.0% or less A high-strength stainless steel plate having a composition containing one or more selected from among them.
(5) In any one of (1) to (4), in addition to the above composition, the composition further includes one or two selected from Ca: 0.01% or less and REM: 0.01% or less by mass%. A high-strength stainless steel plate having a composition.
(6) When the steel material is subjected to a heating step and a hot rolling step to obtain a thick steel plate having a predetermined plate thickness, the steel material is, in mass%, C: 0.050% or less, Si: 0.50% or less, Mn : 0.20 to 1.80%, Cr: 15.5 to 18.0%, Ni: 1.5 to 5.0%, Mo: 1.0 to 3.5%, V: 0.02 to 0.20%, Al: 0.05% or less, N: 0.01 to 0.15%, O: 0.006 %, And the remaining Fe and inevitable impurities are used as a steel material, and the heating step is a step of heating the steel material to a heating temperature of 1100 to 1350 ° C., and the hot rolling step is hot Rolling is interrupted in the middle, and cooling is started from a temperature of 900 ° C. or higher at the plate thickness central temperature, and the center of the plate thickness is reached from the temperature at which the cooling is started to a cooling stop temperature of at least 50 ° C. and 800 ° C. or higher. After performing an accelerated cooling step of cooling at an average cooling rate of 2.0 ° C./s or higher at a temperature, the hot rolling is resumed to obtain a thick steel plate having the predetermined plate thickness Then, after the hot rolling step, the steel sheet is cooled to a temperature of the plate thickness center temperature of 500 ° C. or lower, and then heated to a temperature in the range of 550 to 980 ° C., and then subjected to a heat treatment step of performing at least one heat treatment for cooling. A method for producing a high-strength stainless steel plate having excellent low-temperature toughness.
(7) In (6), the hot rolling is interrupted in the middle, and when the accelerated cooling step is performed, the steel plate temperature in the middle of hot rolling, when the plate thickness center temperature is less than 900 ° C, A method for producing a high-strength stainless steel plate, characterized by performing a heat treatment during hot rolling in which the steel sheet is heated to a temperature of 900 ° C. or more at a center thickness, and then performing the accelerated cooling step.
(8) When the steel material is subjected to a heating step and a hot rolling step to obtain a thick steel plate having a predetermined plate thickness, the steel material is, in mass%, C: 0.050% or less, Si: 0.50% or less, Mn : 0.20 to 1.80%, Cr: 15.5 to 18.0%, Ni: 1.5 to 5.0%, Mo: 1.0 to 3.5%, V: 0.02 to 0.20%, Al: 0.05% or less, N: 0.01 to 0.15%, O: 0.006 %, And the heating material is a step of heating the steel material to a heating temperature of 1100 to 1350 ° C., and the hot rolling step is the heating material. Immediately start cooling the steel material subjected to the process, the temperature at which the cooling is started as a cooling start temperature, from the cooling start temperature to a cooling stop temperature at least 50 ° C. and 800 ° C. or higher, After performing an accelerated cooling step of cooling at an average cooling rate of 2.0 ° C./s or more at the plate thickness center temperature, the hot rolling is performed, and the predetermined plate After the hot rolling step, the steel plate is cooled to a temperature not exceeding 500 ° C. at the center thickness, and then heated to a temperature in the range of 550 to 980 ° C. A method for producing a high-strength stainless steel plate, characterized by performing a heat treatment step performed once.
(9) When a steel material is subjected to a heating step and a hot rolling step to obtain a thick steel plate having a predetermined thickness, the steel material is mass%, C: 0.050% or less, Si: 0.50% or less, Mn : 0.20 to 1.80%, Cr: 15.5 to 18.0%, Ni: 1.5 to 5.0%, Mo: 1.0 to 3.5%, V: 0.02 to 0.20%, Al: 0.05% or less, N: 0.01 to 0.15%, O: 0.006 %, Including the balance Fe and inevitable impurities as a steel material, and the heating step is a step of heating the steel material to a heating temperature of 1100 to 1350 ° C., and after performing the heating step, The hot rolling step is a step of performing hot rolling at a rolling end temperature of 900 ° C. or higher, and after the hot rolling step, cooling is started from a temperature of 900 ° C. or higher at the plate thickness center temperature of the thick steel plate. From the temperature at which the cooling is started to the cooling stop temperature at least 50 ° C. and 800 ° C. or more, at an average cooling rate of 2.0 ° C./s or more at the plate thickness center temperature. After the completion of the accelerated cooling process, the sheet is further cooled to a temperature at a sheet thickness center temperature of 500 ° C. or lower, and then heated to a temperature in the range of 550 to 980 ° C. A method for producing a high-strength stainless steel plate excellent in low-temperature toughness, characterized by performing a heat treatment step performed once.
(10) The method for producing a high-strength stainless steel plate according to any one of (6) to (9), further comprising Cu: 3.5% or less by mass% in addition to the above composition.
(11) In any one of (6) to (10), in addition to the above composition, in terms of mass%, Nb: 0.2% or less, Ti: 0.3% or less, Zr: 0.2% or less, W: 3.0% or less A method for producing a high-strength stainless steel plate having a composition containing one or more selected from among them.
(12) In any one of (6) to (11), in addition to the above composition, the composition further includes one or two kinds selected from Ca: 0.01% or less and REM: 0.01% or less by mass%. A method for producing a high-strength stainless steel plate having a composition.
本発明によれば、低温靭性に優れた高強度ステンレス厚鋼板を、容易に製造でき、産業上格段の効果を奏する。また、本発明によれば、板厚中心部においても、容易に組織の微細化が図れるため、厚肉鋼板の低温靭性を容易に向上できるという効果もある。 According to the present invention, a high-strength stainless steel plate excellent in low-temperature toughness can be easily manufactured, and an industrially remarkable effect is achieved. In addition, according to the present invention, since the structure can be easily refined even in the center portion of the plate thickness, there is an effect that the low temperature toughness of the thick steel plate can be easily improved.
まず、本発明高強度厚鋼板の製造方法について説明する。 First, the manufacturing method of this invention high strength thick steel plate is demonstrated.
本発明では、鋼素材に、加熱工程と熱間圧延工程とを施し、所定板厚の厚鋼板とする。使用する鋼素材は、質量%で、C :0.050%以下、Si:0.50%以下、Mn:0.20〜1.80%、Cr:15.5〜18.0%、Ni:1.5〜5.0%、Mo:1.0〜3.5%、V:0.02〜0.20%、Al:0.05%以下、N:0.01〜0.15%、O:0.006%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成の鋼素材とする。 In the present invention, the steel material is subjected to a heating step and a hot rolling step to obtain a thick steel plate having a predetermined plate thickness. The steel materials used are mass%, C: 0.050% or less, Si: 0.50% or less, Mn: 0.20 to 1.80%, Cr: 15.5 to 18.0%, Ni: 1.5 to 5.0%, Mo: 1.0 to 3.5%, V: 0.02 to 0.20%, Al: 0.05% or less, N: 0.01 to 0.15%, O: 0.006% or less, and a steel material having a composition composed of the remaining Fe and inevitable impurities.
まず、使用する鋼素材の組成限定理由について説明する。以下、とくに断らないかぎり、質量%は単に%で記す。 First, the reasons for limiting the composition of the steel material used will be described. Hereinafter, unless otherwise specified, mass% is simply expressed as%.
C:0.050%以下
Cは、マルテンサイト系ステンレス鋼の強度に関係する重要な元素であり、本発明では所望の強度を確保するために0.005%以上含有することが望ましい。一方、0.050%を超えて含有すると、Ni含有による焼戻時の鋭敏化が増大する。耐食性の観点からはCは少ないほうが望ましい。このようなことから、Cは0.050%以下に限定した。なお、好ましくは0.030〜0.050%である。
C: 0.050% or less
C is an important element related to the strength of martensitic stainless steel. In the present invention, C is preferably contained in an amount of 0.005% or more in order to ensure a desired strength. On the other hand, if the content exceeds 0.050%, sensitization during tempering due to Ni inclusion increases. From the viewpoint of corrosion resistance, it is desirable that C is less. For these reasons, C is limited to 0.050% or less. In addition, Preferably it is 0.030 to 0.050%.
Si:0.50%以下
Siは、脱酸剤として作用する元素であり、このような効果を得るためには、0.05%以上含有することが望ましい。一方、0.50%を超える含有は、耐食性を低下させ、さらに熱間加工性をも低下させる。このため、Siは0.50%以下に限定した。なお、好ましくは0.10〜0.30%である。
Si: 0.50% or less
Si is an element that acts as a deoxidizer, and in order to obtain such an effect, it is desirable to contain 0.05% or more. On the other hand, if the content exceeds 0.50%, the corrosion resistance is lowered and the hot workability is also lowered. For this reason, Si was limited to 0.50% or less. In addition, Preferably it is 0.10 to 0.30%.
Mn:0.20〜1.80%
Mnは、強度を増加させる作用を有する元素であり、このような効果を得るためには0.20%以上の含有を必要とする。一方、1.80%を超えて含有すると、靭性に悪影響を及ぼす。このため、Mnは0.20〜1.80%に限定した。なお、好ましくは0.20〜1.00%である。
Mn: 0.20 to 1.80%
Mn is an element having an action of increasing the strength, and in order to obtain such an effect, it needs to be contained in an amount of 0.20% or more. On the other hand, if the content exceeds 1.80%, the toughness is adversely affected. For this reason, Mn was limited to 0.20 to 1.80%. In addition, Preferably it is 0.20 to 1.00%.
Cr:15.5〜18.0%
Crは、保護皮膜を形成し耐食性を向上させ、さらに固溶して鋼の強度を増加させる作用を有する元素である。このような効果を得るためには、15.5%以上の含有を必要とする。一方、18.0%を超えて多量に含有すると、熱間加工性が低下し、さらに強度が低下する。このため、Crは15.5〜18.0%に限定した。なお、好ましくは16.6〜18.0%である。
Cr: 15.5-18.0%
Cr is an element that has a function of forming a protective film to improve corrosion resistance and further increasing the strength of the steel by solid solution. In order to obtain such an effect, the content of 15.5% or more is required. On the other hand, if the content exceeds 18.0%, the hot workability is lowered and the strength is further lowered. For this reason, Cr was limited to 15.5-18.0%. In addition, Preferably it is 16.6 to 18.0%.
Ni:1.5〜5.0%
Niは、保護膜を強固にし、耐食性を高める作用を有する元素であり、さらに固溶して鋼の強度を増加させ、さらに靭性を向上させる元素でもある。このような効果を得るためには、1.5%以上の含有を必要とする。一方、5.0%を超えて含有すると、マルテンサイト相の安定性が低下し、強度が低下する。このため、Niは1.5〜5.0%に限定した。なお、好ましくは2.5〜4.5%である。
Ni: 1.5-5.0%
Ni is an element that has an action of strengthening the protective film and improving the corrosion resistance, and further increasing the strength of the steel by solid solution and further improving the toughness. In order to obtain such an effect, the content of 1.5% or more is required. On the other hand, if the content exceeds 5.0%, the stability of the martensite phase decreases and the strength decreases. For this reason, Ni was limited to 1.5 to 5.0%. In addition, Preferably it is 2.5 to 4.5%.
Mo:1.0〜3.5%
Moは、Cl−による孔食に対する抵抗性を増加させる元素である。このような効果を得るためには、1.0%以上含有する必要がある。一方、3.5%を超える多量の含有は、強度が低下するとともに、材料コストが高騰する。このため、Moは1.0〜3.5%に限定した。なお、好ましくは2.0〜3.5%である。
Mo: 1.0-3.5%
Mo is an element that increases resistance to pitting corrosion caused by Cl − . In order to acquire such an effect, it is necessary to contain 1.0% or more. On the other hand, if the content exceeds 3.5%, the strength decreases and the material cost increases. For this reason, Mo was limited to 1.0 to 3.5%. In addition, Preferably it is 2.0 to 3.5%.
V:0.02〜0.20%
Vは、強度を増加させるとともに、耐食性を改善する元素である。このような効果を得るためには、0.02%以上の含有を必要とする。一方、0.20%を超えて含有すると、靭性が低下する。このため、Vは0.02〜0.20%に限定した。なお、好ましくは0.02〜0.08%である。
V: 0.02 to 0.20%
V is an element that increases strength and improves corrosion resistance. In order to obtain such an effect, a content of 0.02% or more is required. On the other hand, if the content exceeds 0.20%, toughness decreases. For this reason, V was limited to 0.02 to 0.20%. In addition, Preferably it is 0.02 to 0.08%.
Al:0.05%以下
Alは、脱酸剤として作用する元素であり、このような効果を得るためには、0.002%以上含有することが望ましい。一方、0.05%を超えて含有すると、靭性に悪影響を及ぼす。このため、Alは0.05%以下に限定した。
Al: 0.05% or less
Al is an element that acts as a deoxidizer, and in order to obtain such an effect, it is desirable to contain 0.002% or more. On the other hand, if it exceeds 0.05%, the toughness is adversely affected. For this reason, Al was limited to 0.05% or less.
N:0.01〜0.15%
Nは、耐孔食性を著しく向上される元素であり、このような効果を得るためには0.01%以上の含有を必要とする。一方、0.15%を超えて含有すると、種々の窒化物を形成し靭性を低下させる。このため、Nは0.01〜0.15の範囲に限定した。なお、好ましくは0.02〜0.08%である。
N: 0.01-0.15%
N is an element that remarkably improves the pitting corrosion resistance. In order to obtain such an effect, N is required to be contained in an amount of 0.01% or more. On the other hand, if the content exceeds 0.15%, various nitrides are formed and the toughness is lowered. For this reason, N was limited to the range of 0.01 to 0.15. In addition, Preferably it is 0.02 to 0.08%.
O:0.006%以下
O(酸素)は、鋼中では酸化物として存在し、各種特性に悪影響を及ぼす。このため、できるだけ低減することが望ましい。とくに、Oが0.006%を超えて多量に含有すると、熱間加工性、靭性、耐食性の低下が著しくなる。このため、Oは0.006%以下に限定した。
O: 0.006% or less
O (oxygen) exists as an oxide in steel and adversely affects various properties. For this reason, it is desirable to reduce as much as possible. In particular, when O is contained in a large amount exceeding 0.006%, the hot workability, toughness and corrosion resistance are remarkably deteriorated. For this reason, O was limited to 0.006% or less.
上記した成分が基本の成分である、本発明では、基本の組成に加えてさらに、必要に応じて、選択元素として、Cu:3.5%以下、および/または、Nb:0.2%以下、Ti:0.3%以下、Zr:0.2%以下、W:3.0%以下のうちから選ばれた1種または2種以上、および/または、Ca:0.01%以下、REM:0.01%以下のうちから選ばれた1種または2種、を含有してもよい。 In the present invention in which the above-described components are basic components, in addition to the basic composition, if necessary, as an optional element, Cu: 3.5% or less and / or Nb: 0.2% or less, Ti: 0.3 %, Zr: 0.2% or less, W: 3.0% or less, and / or one selected from Ca: 0.01% or less, REM: 0.01% or less Or you may contain 2 types.
Cu:3.5%以下
Cuは、保護皮膜を強固にし、鋼中への水素の侵入を抑制して、耐硫化物応力腐食割れ性を高める。このような効果は0.5%以上の含有で顕著となる。一方、3.5%を超える含有は、CuSの粒界析出を招き、熱間加工性が低下する。このため、含有する場合には、Cuは3.5%以下に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.8〜1.2%である。
Cu: 3.5% or less
Cu strengthens the protective film and suppresses the penetration of hydrogen into the steel, improving the resistance to sulfide stress corrosion cracking. Such an effect becomes remarkable when the content is 0.5% or more. On the other hand, if the content exceeds 3.5%, CuS grain boundary precipitation occurs, and hot workability decreases. For this reason, when it contains, it is preferable to limit Cu to 3.5% or less. In addition, More preferably, it is 0.8 to 1.2%.
Nb:0.2%以下、Ti:0.3%以下、Zr:0.2%以下、W:3.0%以下のうちから選ばれた1種または2種以上
Nb、Ti、Zr、Wはいずれも、強度を増加させる元素であり、必要に応じて、選択して1種または2種以上含有できる。このような効果を得るためには、Nb:0.03%以上、Ti:0.03%以上、Zr:0.03%以上、W:0.2%以上含有することが望ましい。一方、Nb:0.2%、Ti:0.3%、Zr:0.2%、W:3.0%をそれぞれ超える含有は、靭性を低下させる。このため、含有する場合は、Nb:0.2%以下、Ti:0.3%以下、Zr:0.2%以下、W:3.0%以下に、それぞれ限定することが好ましい。
One or more selected from Nb: 0.2% or less, Ti: 0.3% or less, Zr: 0.2% or less, W: 3.0% or less
Nb, Ti, Zr, and W are all elements that increase the strength, and can be selected to contain one or more as required. In order to obtain such an effect, it is desirable to contain Nb: 0.03% or more, Ti: 0.03% or more, Zr: 0.03% or more, and W: 0.2% or more. On the other hand, inclusions exceeding Nb: 0.2%, Ti: 0.3%, Zr: 0.2%, and W: 3.0% respectively reduce toughness. For this reason, when it contains, it is preferable to limit to Nb: 0.2% or less, Ti: 0.3% or less, Zr: 0.2% or less, and W: 3.0% or less, respectively.
Ca:0.01%以下、REM:0.01%以下のうちから選ばれた1種または2種
Ca、REMはいずれも、硫化物系介在物を球状化する作用を有し、介在物周囲のマトリッククスの格子歪を小さくして、介在物系の水素トラップ能を低下させる効果を有する元素であり、必要に応じて、1種または2種を含有できる。このような効果を得るためには、Ca:0.0005%以上、REM:0.001%以上、含有することが望ましい。一方、Ca:0.01%、REM:0.01%をそれぞれ超えて含有すると、靭性が低下する。このため、含有する場合には、Ca:0.01%以下、REM:0.01%以下、に限定することが好ましい。
One or two selected from Ca: 0.01% or less, REM: 0.01% or less
Both Ca and REM are elements that have the effect of spheroidizing sulfide inclusions, reducing the lattice strain of the matrix surrounding the inclusions, and reducing the hydrogen trapping capacity of the inclusions. Yes, it can contain 1 type or 2 types as needed. In order to acquire such an effect, it is desirable to contain Ca: 0.0005% or more, REM: 0.001% or more. On the other hand, when it contains exceeding Ca: 0.01% and REM: 0.01%, toughness will fall. For this reason, when it contains, it is preferable to limit to Ca: 0.01% or less and REM: 0.01% or less.
上記した成分以外の残部は、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は、P:0.03%以下、S:0.005%以下が、許容できる。また、Bについても0.0010%以下であれば許容できる。 The balance other than the components described above consists of Fe and inevitable impurities. Inevitable impurities are P: 0.03% or less and S: 0.005% or less. Further, B is acceptable if it is 0.0010% or less.
上記した組成を有する鋼素材の製造方法はとくに限定する必要はない。転炉、電気炉等、常用の溶製炉を使用して、上記した組成の溶鋼を溶製し、連続鋳造法等の常用の鋳造方法で、スラブ等の鋳片としたものを鋼素材とすることが好ましい。なお、鋳片を熱間圧延して所定寸法のスラブ等の鋼片として鋼素材としてもよい。また、造塊−分塊圧延法で鋼片とし、鋼素材としてもなんら問題はない。 The method for producing a steel material having the above composition need not be particularly limited. Using a conventional melting furnace, such as a converter, electric furnace, etc., the molten steel having the composition described above is melted, and a cast material such as a slab is obtained as a steel material by a conventional casting method such as a continuous casting method. It is preferable to do. In addition, it is good also as a steel raw material as steel slabs, such as a slab of a predetermined dimension, hot-rolling a slab. Moreover, it is set as a steel slab by the ingot-making-slab rolling method, and there is no problem as a steel raw material.
本発明高強度ステンレス厚鋼板の製造方法で使用する設備として好適な、製造設備列の一例を図1に示す。厚鋼板の製造用設備としてしては、加熱装置1と、熱間圧延装置2と、冷却装置3と、熱処理装置4、加熱手段5が例示できる。なお、熱間圧延装置2は、図1(b)に示すように粗圧延装置2aと仕上圧延装置2bとに分けて配設してもよい。また、冷却装置3は、図1(a)に示すように加速冷却工程を施す時期に応じて、冷却装置3a、冷却装置3bと分けて配設してもよい。
FIG. 1 shows an example of a production equipment row suitable as equipment used in the method for producing a high-strength stainless steel plate of the present invention. Examples of equipment for manufacturing thick steel plates include a
本発明では、上記した組成を有する鋼素材(スラブ)Sを、加熱装置(加熱炉)1に装入し、加熱温度:1100〜1350℃に加熱する加熱工程を施す。 In the present invention, a steel material (slab) S having the above composition is charged into a heating device (heating furnace) 1 and heated to a heating temperature of 1100 to 1350 ° C.
加熱温度:1100〜1350℃
加熱温度が1100℃未満では、フェライト相が少なく、フェライト→オーステナイト変態を利用した、顕著な組織の微細化を達成することができない。また、加熱温度が1100℃未満では、変形抵抗が高くなりすぎて、その後の熱間加工が困難となる。一方、1350℃以上では、自重による変形が生じたり、成形(加工)による歪の蓄積が困難となる。このため、鋼素材の加熱温度は1100〜1350℃の範囲の温度に限定した。なお、変形抵抗が小さく加工がしやすいことや、冷却時に温度差を大きくとれるという観点から、好ましくは1150〜1300℃である。
Heating temperature: 1100-1350 ° C
When the heating temperature is less than 1100 ° C., the ferrite phase is small, and it is not possible to achieve remarkable microstructure refinement using the ferrite → austenite transformation. On the other hand, if the heating temperature is less than 1100 ° C., the deformation resistance becomes too high and subsequent hot working becomes difficult. On the other hand, at 1350 ° C. or higher, deformation due to its own weight occurs, or accumulation of strain due to molding (processing) becomes difficult. For this reason, the heating temperature of the steel material was limited to a temperature in the range of 1100 to 1350 ° C. Note that the temperature is preferably 1150 to 1300 ° C. from the viewpoint that the deformation resistance is small and processing is easy, and that the temperature difference can be increased during cooling.
なお、上記した組成範囲の鋼素材では、1200℃以上の温度域でフェライト単相となる。1100℃以上1200℃未満の温度域では、フェライトとオーステナイトの二相組織を呈するが、この温度域ではフェライトが大部分であるため、その後の加工(熱間圧延)で十分に組織の微細化が達成できる。 In the steel material having the composition range described above, a ferrite single phase is formed in a temperature range of 1200 ° C. or higher. In the temperature range from 1100 ° C to less than 1200 ° C, it exhibits a two-phase structure of ferrite and austenite, but in this temperature range, the ferrite is the majority, so the subsequent processing (hot rolling) can sufficiently refine the structure. Can be achieved.
加熱された鋼素材は、ついで、熱間圧延装置2で熱間圧延工程を施され、所定寸法の厚鋼板とされる。
The heated steel material is then subjected to a hot rolling process by the
本発明では、比較的低い圧下率でも所望の組織微細が可能であるため、熱間圧延の条件は、所定寸法の厚鋼板とすることができればよく、とくに限定する必要はないが、より組織の微細化のためには、累積で70%以上の圧下率とすることが好ましい。なお、本発明では、主として加速冷却と熱間圧延とを組み合わせて、組織の微細化を図るため、加速冷却工程の条件に対応して、熱間圧延の条件を調整する必要はある。 In the present invention, since a desired microstructure can be achieved even at a relatively low rolling reduction, the hot rolling condition is not particularly limited as long as it can be a thick steel plate having a predetermined dimension. For miniaturization, it is preferable to set the rolling reduction to be 70% or more cumulatively. In the present invention, it is necessary to adjust the hot rolling conditions according to the conditions of the accelerated cooling process in order to refine the structure mainly by combining accelerated cooling and hot rolling.
本発明では、熱間圧延工程は、熱間圧延を途中で中断し、冷却装置3(3a、3b)を用いて所定の加速冷却工程を施したのち、再び、熱間圧延装置2で熱間圧延を行い、所定板厚の厚鋼板とする工程とすることが好ましい。なお、加速冷却処理は、熱間圧延前に施しても、また熱間圧延終了後に施してもよいが、熱間圧延の途中で行うほうが、冷却効率、ひいては組織の微細化、さらには鋼板形状等の観点から好ましい。
In the present invention, in the hot rolling process, hot rolling is interrupted halfway, and after performing a predetermined accelerated cooling process using the cooling device 3 (3a, 3b), the
ここで、加速冷却工程は、板厚中心温度で900℃以上の温度から冷却を開始し、該冷却を開始した温度(冷却開始温度)から少なくとも50℃以上で、かつ800℃以上となる冷却停止温度まで、板厚中心温度で2.0℃/s以上の平均冷却速度で冷却する工程とする。 Here, the accelerated cooling process starts cooling from a temperature of 900 ° C. or higher at the plate thickness center temperature, and stops cooling at a temperature of 50 ° C. or higher and 800 ° C. or higher from the temperature at which the cooling started (cooling start temperature). It is set as the process cooled to the temperature by the average cooling rate of 2.0 degrees C / s or more by sheet thickness center temperature.
加速冷却の冷却開始温度:板厚中心温度で900℃以上の温度
ここでいう「冷却開始温度」とは、加速冷却を開始する時の鋼素材(鋼板、あるいは圧延途中の鋼板を含む)の温度である。本発明では、フェライト相ができるだけ多い状態で、熱間圧延を施し、組織の微細化を図ることを意図している。そのため、熱間圧延前の組織が、できるだけ多くの過冷却状態のフェライト相を含む組織となるように、加速冷却を行う。したがって、加速冷却の開始温度はできるだけ高い温度とすることが好ましい。このようなことから、本発明では、加速冷却の冷却開始温度は、板厚中心温度で900℃以上の温度に限定した。なお、好ましくは950℃以上である。
Cooling start temperature for accelerated cooling: Temperature at the center thickness of 900 ° C or higher “Cooling start temperature” here refers to the temperature of steel materials (including steel plates or steel plates in the middle of rolling) when accelerated cooling starts. It is. In the present invention, it is intended to refine the structure by hot rolling with as much ferrite phase as possible. Therefore, accelerated cooling is performed so that the structure before hot rolling becomes a structure containing as many supercooled ferrite phases as possible. Therefore, it is preferable that the start temperature of accelerated cooling be as high as possible. For this reason, in the present invention, the cooling start temperature of accelerated cooling is limited to a temperature of 900 ° C. or more at the plate thickness center temperature. In addition, Preferably it is 950 degreeC or more.
加速冷却の温度範囲:50℃以上
加速冷却の温度範囲、すなわち、冷却開始温度と冷却停止温度の温度差は、少なくとも50℃以上とする。加速冷却の温度範囲が50℃未満では、非平衡状態の相分率を高くできず、その後の加工による組織微細化効果が期待できなくなり、また、その後の冷却で組織の粗大化が進行するなどの悪影響や、その後の熱処理で粒状のフェライト相を、変態により所定量形成することができなくなり、また、各相への元素の分配を適正範囲に調整することが難しくなるなどの問題がある。このため、加速冷却の温度範囲を50℃以上に限定した。加速冷却の温度範囲が大きいほど、非平衡状態の相分率を高い状態に維持できる。なお、好ましくは100℃以上である。
Accelerated cooling temperature range: 50 ° C or higher The temperature range of accelerated cooling, that is, the temperature difference between the cooling start temperature and the cooling stop temperature is at least 50 ° C or higher. If the temperature range of accelerated cooling is less than 50 ° C, the phase fraction in the non-equilibrium state cannot be increased, the effect of refining the structure by subsequent processing cannot be expected, and the coarsening of the structure proceeds with subsequent cooling, etc. There is a problem in that a predetermined amount of a granular ferrite phase cannot be formed by transformation, and it becomes difficult to adjust the distribution of elements to each phase within an appropriate range. For this reason, the temperature range of accelerated cooling was limited to 50 ° C. or higher. The larger the temperature range of accelerated cooling, the higher the phase fraction in the non-equilibrium state can be maintained. In addition, Preferably it is 100 degreeC or more.
加速冷却の平均冷却速度:板厚中心温度で2.0℃/s以上
加速冷却の平均冷却速度は、板厚中心部で2.0℃/s以上とする。平均冷却速度が2.0℃/s未満では、非平衡状態の相分率を高く保持できなくなり、その後の加工による組織微細化効果が期待できなくなる。このため、加速冷却の平均冷却速度は2.0℃/s以上に限定した。平均冷却速度の上限は、冷却装置の能力により決定され、とくに限定する必要はないが、割れや曲り防止という観点から50℃/s以下とすることが好ましい。なお、好ましくは5〜20℃/sである。
Average cooling rate of accelerated cooling: 2.0 ° C./s or more at the plate thickness center temperature The average cooling rate of accelerated cooling is 2.0 ° C./s or more at the plate thickness center portion. When the average cooling rate is less than 2.0 ° C./s, the phase fraction in the non-equilibrium state cannot be kept high, and the effect of refining the structure by subsequent processing cannot be expected. For this reason, the average cooling rate of accelerated cooling was limited to 2.0 ° C./s or more. The upper limit of the average cooling rate is determined by the capacity of the cooling device and is not particularly limited, but is preferably 50 ° C./s or less from the viewpoint of preventing cracking and bending. In addition, Preferably it is 5-20 degrees C / s.
なお、板厚中心部の温度は、放射温度計により測定した表面温度から、伝熱計算によって求めるものとする。また、板厚中心部に熱電対を挿入して測定してもよいことはいうまでもない。 The temperature at the center of the plate thickness is determined by heat transfer calculation from the surface temperature measured with a radiation thermometer. Needless to say, measurement may be performed by inserting a thermocouple into the center of the plate thickness.
加速冷却の冷却停止温度:800℃以上
加速冷却の冷却停止温度は800℃以上とする。冷却停止温度が800℃未満では、合金元素の拡散が遅くなり、その後の熱間圧延による相変態(α→γ変態)が遅れ、所望の組織微細化効果が期待できなくなる。このため、加速冷却の冷却停止温度は800℃以上に限定した。なお、好ましくは1000℃以下である。
Cooling stop temperature for accelerated cooling: 800 ° C or higher The cooling stop temperature for accelerated cooling shall be 800 ° C or higher. When the cooling stop temperature is less than 800 ° C., the diffusion of the alloy elements is delayed, and the subsequent phase transformation (α → γ transformation) by hot rolling is delayed, and the desired structure refinement effect cannot be expected. For this reason, the cooling stop temperature of accelerated cooling is limited to 800 ° C. or higher. In addition, Preferably it is 1000 degrees C or less.
なお、熱間圧延を途中で中断して、加速冷却工程を施す際には、熱間圧延を中断した際の鋼板温度は、加速冷却の好ましい冷却開始温度である、板厚中心温度で900℃以上の温度とすることが好ましい。板厚中心温度で900℃未満となる場合には、加熱手段5で、板厚中心温度で900℃以上の温度に加熱する熱延中加熱処理を施し、しかるのちに加速冷却工程を施すことが好ましい。加速冷却工程前の鋼板温度が、900℃未満では、加速冷却前のフェライト相の組織分率が低くなりすぎて、所望の加速冷却効果が期待できなくなる。また、加速冷却後に、引き続き熱間圧延を行うことも可能である。 When hot rolling is interrupted halfway and the accelerated cooling process is performed, the steel plate temperature when hot rolling is interrupted is 900 ° C. at the center thickness of the plate thickness, which is a preferred cooling start temperature for accelerated cooling. The above temperature is preferable. When the sheet thickness center temperature is less than 900 ° C., the heating means 5 performs a heat treatment during hot rolling to heat the sheet thickness center temperature to 900 ° C. or higher, and then performs an accelerated cooling process. preferable. If the steel sheet temperature before the accelerated cooling step is less than 900 ° C., the structure fraction of the ferrite phase before accelerated cooling becomes too low, and the desired accelerated cooling effect cannot be expected. It is also possible to continue hot rolling after accelerated cooling.
鋼板温が板厚中心温度で900℃未満となる場合の急冷では、合金分配が少ないため、その後の熱処理により変態が進行せず、所望の組織を得ることが困難となる。 In the rapid cooling when the steel plate temperature is less than 900 ° C. at the plate thickness center temperature, alloy distribution is small, so that the transformation does not proceed by the subsequent heat treatment, and it becomes difficult to obtain a desired structure.
また、熱間圧延終了後に、加速冷却工程を施せば、熱間圧延時の組織を凍結でき、過冷却のフェライト相および一部のオーステナイトから変態したマルテンサイト相が形成され、その後の変態により組織の微細化が可能となるため、とくに熱間圧延の条件を限定する必要はないが、熱間圧延工程を、圧延終了温度が900℃以上となる熱間圧延を施す工程とすることが、組織のより微細化の観点から好ましい。圧延終了温度が900℃未満では、加速冷却前のフェライト相の組織分率が低く、所望の加速冷却効果が期待できなくなる。 Moreover, if an accelerated cooling process is performed after completion of hot rolling, the structure at the time of hot rolling can be frozen, and a martensite phase transformed from a supercooled ferrite phase and a part of austenite is formed. Therefore, it is not necessary to limit the conditions for hot rolling in particular, but the hot rolling process is a process for performing hot rolling with a rolling end temperature of 900 ° C. or higher. It is preferable from the viewpoint of further miniaturization. If the rolling end temperature is less than 900 ° C., the structure fraction of the ferrite phase before accelerated cooling is low, and a desired accelerated cooling effect cannot be expected.
また、熱間圧延工程を施す前に、すなわち加熱工程を施した後に、加速冷却工程を施すと、冷却開始温度が高く、大きな加速冷却効果が期待できる。しかし、被冷却材の肉厚が厚く、所望の冷却速度を確保するためには、大きな冷却能を有する冷却装置を必要とするという設備上の問題や、さらに、加速冷却工程後の熱間圧延の圧延効率が低下し、生産性が低下するという問題がある。 Further, when the accelerated cooling step is performed before the hot rolling step, that is, after the heating step, the cooling start temperature is high, and a large accelerated cooling effect can be expected. However, the thickness of the material to be cooled is thick, and in order to ensure a desired cooling rate, a facility problem that requires a cooling device having a large cooling capacity, and further hot rolling after the accelerated cooling process There is a problem that the rolling efficiency is reduced and the productivity is lowered.
上記した熱間圧延工程、あるいは加速冷却工程、を施したのち、本発明ではさらに、板厚中心温度で500℃以下の温度まで冷却する。 After performing the above-described hot rolling step or accelerated cooling step, the present invention further cools to a temperature of the plate thickness center temperature of 500 ° C. or lower.
上記した熱間圧延工程、あるいは加速冷却工程、を終了したのちの冷却速度は、とくに限定する必要はなく、板厚中心温度で500℃以下の温度(冷却停止温度)まで冷却できれば、放冷でも、あるいは急冷(水冷、ガス冷)でもよい。板厚中心温度で500℃以下の温度まで冷却することにより、一部のオーステナイト相がマルテンサイト相に変態し、その後の熱処理工程で、残留したオーステナイト相へのNiの拡散が促進され、オーステナイト相の安定化が図れる。なお、冷却停止温度が500℃を超える高温では、その後の加熱時にオーステナイト相の安定化が困難となる。このようなことから、熱間圧延工程、あるいは加速冷却工程を終了したのちの冷却における冷却停止温度は500℃以下に限定することが好ましい。 The cooling rate after finishing the above hot rolling process or accelerated cooling process is not particularly limited, and if it can be cooled to a temperature of the sheet thickness center temperature of 500 ° C. or less (cooling stop temperature), it can be allowed to cool. Alternatively, rapid cooling (water cooling, gas cooling) may be used. By cooling to a temperature of 500 ° C or less at the sheet thickness center temperature, a part of the austenite phase is transformed into the martensite phase, and in the subsequent heat treatment process, the diffusion of Ni into the remaining austenite phase is promoted, and the austenite phase Can be stabilized. Note that if the cooling stop temperature is higher than 500 ° C., it becomes difficult to stabilize the austenite phase during subsequent heating. For this reason, it is preferable that the cooling stop temperature in cooling after the hot rolling process or the accelerated cooling process is limited to 500 ° C. or less.
本発明では、上記した冷却を行ったのち、550〜980℃の範囲の温度に加熱し、冷却する熱処理を少なくとも1回行う熱処理工程を施す。 In the present invention, after the cooling described above, a heat treatment step is performed in which the heat treatment is performed at least once by heating to a temperature in the range of 550 to 980 ° C. and cooling.
この熱処理は、オーステナイト相中への、Ni等の合金元素の濃化を促進し、オーステナイト相を安定化し、その組織分率を高める目的で行う。この熱処理では、加熱時に、マルテンサイト相から変態によりオーステナイト相が形成される。そして、その後の冷却で、形成されたオーステナイト相の一部が残留し、それ以外はマルテンサイト相に変態する。また、加熱時にフェライト相からもオーステナイト相(粒状)が形成され、その後の冷却時に、一部がマルテンサイト相(粒状)に変態し、フェライト相中に粒状に分散する。この熱処理における加熱温度は、550〜980℃の範囲の温度とする。 This heat treatment is performed for the purpose of accelerating the concentration of alloy elements such as Ni in the austenite phase, stabilizing the austenite phase, and increasing its structural fraction. In this heat treatment, an austenite phase is formed by transformation from the martensite phase during heating. And by subsequent cooling, a part of formed austenite phase remains, and others transform into a martensite phase. Also, an austenite phase (granular) is formed from the ferrite phase during heating, and a part of the austenite phase (granular) is transformed into a martensite phase (granular) during the subsequent cooling, and is dispersed in the ferrite phase. The heating temperature in this heat treatment is set to a temperature in the range of 550 to 980 ° C.
熱処理工程における加熱温度:550〜980℃の範囲の温度
加熱温度が550℃未満では、非平衡フェライト相がオーステナイト相に変態することが少なく、また、合金元素の拡散が遅く、所望のオーステナイト相中への合金元素の濃化を促進できないため、所望量の安定したオーステナイト相を確保できなくなる。一方、980℃を超えて高温に加熱すると、形成されるオーステナイト相が多くなり、安定性が低下して、所望量のオーステナイト相を残留させることができなくなる。また、粗大なオーステナイト粒となり、靭性の低下を招く。このため、熱処理の加熱温度は550〜980℃の範囲の温度に限定した。
Heating temperature in the heat treatment process: Temperature in the range of 550 to 980 ° C When the heating temperature is lower than 550 ° C, the non-equilibrium ferrite phase rarely transforms into the austenite phase, and the diffusion of the alloy elements is slow and the desired austenite phase Since the concentration of the alloying element cannot be promoted, a desired amount of stable austenite phase cannot be secured. On the other hand, when heated to a high temperature exceeding 980 ° C., the austenite phase formed increases, the stability is lowered, and a desired amount of austenite phase cannot be left. Moreover, it becomes a coarse austenite grain and causes the fall of toughness. For this reason, the heating temperature of the heat treatment was limited to a temperature in the range of 550 to 980 ° C.
なお、加熱の条件については、到達温度(加熱温度)が上記した温度範囲であれば、加熱速度は特に限定する必要はないが、作業性の観点から、2℃/min以上とすることが望ましい。また、保持時間については到達温度(加熱温度)で3min以上とすることが望ましい。なお、保持時間の上限は、工程に問題がない程度の時間内であればとくに問題はないが、好ましくは180min以下である。 As for the heating conditions, if the ultimate temperature (heating temperature) is in the above-described temperature range, the heating rate is not particularly limited, but is preferably 2 ° C./min or more from the viewpoint of workability. . The holding time is preferably 3 min or more at the ultimate temperature (heating temperature). The upper limit of the holding time is not particularly limited as long as it is within a time that does not cause a problem in the process, but is preferably 180 min or less.
なお、この熱処理では、加熱保持後の冷却速度は、とくに限定する必要はなく、放冷でも、徐冷でも、あるいは急冷(水冷)でもよい。加熱温度が、上記した加熱温度範囲の高温側である場合には急冷(焼入れ)が、低温側では放冷とすることが、所望の組織を安定性して確保するという観点から、好ましい。 In this heat treatment, the cooling rate after heating and holding is not particularly limited, and may be allowed to cool, gradually cooled, or rapidly cooled (water cooled). Rapid heating (quenching) is preferable when the heating temperature is on the high temperature side of the above-described heating temperature range, and cooling is preferably performed on the low temperature side from the viewpoint of ensuring a desired structure stably.
この熱処理は、少なくとも1回、好ましくは複数回繰り返すことが好ましい。この熱処理を複数回繰り返すことにより、オーステナイト相の安定度が増し、変形時に安定なオーステナイト相量が増加し、低温靭性が向上する。例えば、第一段処理として、加熱温度:750〜950℃に加熱し保持した後に急冷(水冷)する処理と、第二段処理として、加熱温度:550〜680℃の範囲に加熱し放冷を行う処理としてもよい。これにより、オーステナイト相中へのNiの分配がより進み、安定したオーステナイト相を増加させることができる。なお、生産性の観点からは、4回程度までである。 This heat treatment is preferably repeated at least once, preferably a plurality of times. By repeating this heat treatment a plurality of times, the stability of the austenite phase is increased, the amount of stable austenite phase during deformation is increased, and the low temperature toughness is improved. For example, as the first stage treatment, the heating temperature is heated to 750 to 950 ° C. and held and then rapidly cooled (water cooling), and as the second stage treatment, the heating temperature is heated to a range of 550 to 680 ° C. and allowed to cool. Processing may be performed. Thereby, the distribution of Ni into the austenite phase further proceeds, and the stable austenite phase can be increased. From the viewpoint of productivity, it is up to about 4 times.
なお、この熱処理は、鋼板製造ライン内で、誘導加熱炉等の熱処理装置4、加熱手段5を用いて行っても、また、オフラインでバッチ炉等の熱処理装置4を用いて行ってもよい。また、熱処理後に、再度、熱間圧延を実施してもよい。また、鋼材や鋼帯をパイプ等に成形後に行ってもよい。
In addition, this heat processing may be performed using the
本発明で使用する厚鋼板の製造用設備としてしては、図1に示すように、加熱装置1と、熱間圧延装置2と、冷却装置3と、熱処理装置4、さらには加熱手段5が例示できる。つぎに、それら装置が具備すべき機能について説明する。
As equipment for manufacturing thick steel plates used in the present invention, as shown in FIG. 1, there are a
加熱装置1は、通常のスラブ等の鋼素材を所定温度に加熱できる加熱炉であればよく、とくに限定する必要はなく、常用の加熱装置(加熱炉)がいずれも適用できる。
The
また、熱間圧延装置2は、厚鋼板が圧延できる熱間圧延装置であればよく、常用の熱間圧延装置がいずれも適用できる。熱間圧延装置としては、粗圧延装置2aと仕上圧延装置2bと、2基に分けて配設しても、あるいは仕上圧延装置2bのみを1基、配設して、粗圧延と仕上圧延とを共用しても、なんら問題はない。
Moreover, the
また、冷却装置3は、流量制御が可能な水噴射、水スプレー、ガス噴射等の冷却手段を備え、熱間圧延中の厚鋼板、あるいは熱間圧延終了後の厚鋼板、あるいは熱間圧延前の鋼素材を、所定の冷却速度で冷却することができる装置とする。本発明で使用する冷却装置3は、ステンレス鋼組成の被冷却材(厚鋼板、鋼素材)を、板厚中心位置で、2.0℃/s以上の平均冷却速度を得ることができる冷却能を保持する冷却装置とすることが好ましい。なお、平均冷却速度の上限は、とくに限定する必要ないが、割れ、曲りを防止するという観点から、50℃/sとすることが好ましい。なお、冷却装置3は、板厚180mm以下の材料が冷却可能な装置であれば、とくに問題はない。 The cooling device 3 includes cooling means such as water injection, water spray, and gas injection that can control the flow rate, and is a thick steel plate during hot rolling, a thick steel plate after hot rolling, or before hot rolling. This steel material can be cooled at a predetermined cooling rate. The cooling device 3 used in the present invention has a cooling capacity capable of obtaining an average cooling rate of 2.0 ° C./s or more at the center position of the thickness of the material to be cooled (thick steel plate, steel material) having a stainless steel composition. It is preferable to use a cooling device. The upper limit of the average cooling rate is not particularly limited, but is preferably 50 ° C./s from the viewpoint of preventing cracking and bending. The cooling device 3 is not particularly problematic as long as it can cool a material having a thickness of 180 mm or less.
上記した冷却装置3は、熱間圧延途中、熱間圧延終了後、あるいは熱間圧延前に加速冷却工程を施すことが可能なように、熱間圧延装置2の上流側および/または下流側に配設することが好ましい。熱間圧延装置2を粗圧延装置2aと仕上圧延装置2bとの2基とした場合には、冷却効果を考慮して、図1(b)に示すように仕上圧延装置2bの上流側あるいは下流側に配設することがより好ましい。なお、冷却装置3の配設は、1基としてもよい。その場合は、所望の冷却条件に応じて、熱間圧延装置2と冷却装置3との間を繰り返し搬送することで対処可能である。
The cooling device 3 described above is provided upstream and / or downstream of the
熱処理装置4は、板厚50mm以下程度の厚鋼板を所定の加熱温度に加熱できる能力のある炉(装置)であればよく、非酸化性雰囲気の加熱が可能であれば、その加熱形式はとくに限定されない。また、設置場所は、オンライン、オフラインのどちらでも問題はない。
The
加熱手段5は、熱間圧延を中断して加速冷却を施す場合に、鋼板温度が低くなりすぎた際に鋼板を所定温度以上に加熱するために、使用する。そのため、その後の熱間圧延を行えるように、オンラインで、熱間圧延装置2との間を搬送可能に配設することが好ましい。加熱方法は、とくに限定することはなく、誘導加熱装置や直接加熱ガス炉等が例示できるが、誘導加熱装置とすることが生産性の観点から好ましい。
The heating means 5 is used to heat the steel sheet to a predetermined temperature or higher when the steel sheet temperature becomes too low when hot rolling is interrupted and accelerated cooling is performed. Therefore, it is preferable to arrange | position so that conveyance between the
上記した製造方法で得られる厚鋼板は、上記した組成と、体積率で、50%以上のマルテンサイト相と、3〜15%のオーステナイト相と、残部がフェライト相からなる組織を有し、かつオーステナイト相中のNi濃度(CNi)γ(質量%)とマルテンサイト相中のNi濃度(CNi)M(質量%)との比、(CNi)γ/(CNi)Mが、1.15以上で、あるいはさらに、フェライト相中に、マルテンサイト相の一部を粒径10μm以下の粒状で、フェライト粒100μm2あたり3.0個以上含む、低温靭性に優れた高強度ステンレス厚鋼板である。 The thick steel plate obtained by the above-described manufacturing method has the above-described composition and volume ratio, a martensite phase of 50% or more, an austenite phase of 3 to 15%, and a structure in which the balance is a ferrite phase, and The ratio of Ni concentration (C Ni ) γ (mass%) in the austenite phase to Ni concentration (C Ni ) M (mass%) in the martensite phase, (C Ni ) γ / (C Ni ) M is 1.15. As described above, or in addition, it is a high-strength stainless steel plate excellent in low-temperature toughness in which a part of the martensite phase is in a granular form having a particle size of 10 μm or less and 3.0 or more per 100 μm 2 of ferrite particles in the ferrite phase.
次に、本発明高強度ステンレス厚鋼板の組織限定理由について説明する。 Next, the reason for limiting the structure of the high strength stainless steel plate of the present invention will be described.
マルテンサイト相:体積率で50%以上
本発明厚鋼板では、体積率で50%以上のマルテンサイト相を主相とする。マルテンサイト相は、所望の高強度を確保するために重要な相で、体積率で50%未満では、強度が低下して、所望の高強度を確保できない。このため、マルテンサイト相は体積率で50%以上に限定した。なお、マルテンサイト相の一部は、フェライト粒内に粒状に分散し、組織の微細化に寄与する。
Martensite phase: 50% or more in volume ratio In the present steel plate, a martensite phase having a volume ratio of 50% or more is a main phase. The martensite phase is an important phase for securing a desired high strength. If the volume ratio is less than 50%, the strength is lowered and the desired high strength cannot be secured. For this reason, the martensite phase was limited to 50% or more by volume ratio. A part of the martensite phase is dispersed in the form of ferrite grains and contributes to the refinement of the structure.
オーステナイト相:体積率で3〜15%
オーステナイト相は靭性に富み、優れた低温靭性を確保するために分散させる。このような効果を得るためには、体積率で3%以上のオーステナイト相の含有を必要とする。一方、15%を超えて含有すると、強度が低下し、所望の高強度を確保できなくなる。このため、オーステナイト相は体積率で3〜15%の範囲に限定した。
Austenitic phase: 3-15% by volume
The austenite phase is rich in toughness and is dispersed to ensure excellent low temperature toughness. In order to obtain such an effect, it is necessary to contain 3% or more of an austenite phase by volume ratio. On the other hand, if the content exceeds 15%, the strength is lowered and the desired high strength cannot be ensured. For this reason, the austenite phase was limited to a range of 3 to 15% by volume ratio.
(CNi)γ/(CNi)M:1.15以上
オーステナイト相へのNi濃化は、オーステナイト相の安定化のために重要である。とくにマルテンサイト相中に形成させるオーステナイト相では、周囲のマルテンサイト相に比べてNiが濃化することにより、安定度が増加し、低温靭性が向上する。そのため、オーステナイト相中のNi濃度(CNi)γ(質量%)とマルテンサイト相中のNi濃度(CNi)M(質量%)との比、(CNi)γ/(CNi)M、を1.15以上に限定した。
(C Ni ) γ / (C Ni ) M : 1.15 or more Ni concentration in the austenite phase is important for the stabilization of the austenite phase. In particular, in the austenite phase formed in the martensite phase, Ni is concentrated as compared with the surrounding martensite phase, so that the stability is increased and the low temperature toughness is improved. Therefore, the ratio of the Ni concentration (C Ni ) γ (mass%) in the austenite phase and the Ni concentration (C Ni ) M (mass%) in the martensite phase, (C Ni ) γ / (C Ni ) M , Was limited to 1.15 or more.
なお、オーステナイト相、マルテンサイト相のNi濃度は、走査電子顕微鏡(SEM)、透過電子顕微鏡(TEM)に付設されたエネルギー分散型X線分光分析装置(EDS)や波長分散型X線分光分析装置(WDS)を用いて測定することができる。なお、オーステナイト相(粒)が1μm以下の場合には、TEM-EDSにより測定することが、測定時間や空間分解能の観点から好適である。 The Ni concentration of the austenite and martensite phases is determined by the energy dispersive X-ray spectrometer (EDS) and wavelength dispersive X-ray spectrometer attached to the scanning electron microscope (SEM) and transmission electron microscope (TEM). (WDS) can be used for measurement. When the austenite phase (grains) is 1 μm or less, it is preferable to measure by TEM-EDS from the viewpoint of measurement time and spatial resolution.
粒径10μm以下の粒状マルテンサイト粒:フェライト粒100μm2あたり3.0個以上
マルテンサイト相の一部は、フェライト相中に、粒状のマルテンサイト粒として分散させる。フェライト粒中に粒状のマルテンサイト粒を分散させることにより、フェライト粒が分断され、見掛けの微細化が達成されて、低温靭性が向上する。粒状のマルテンサイト粒のうち、フェライト粒を細粒化するという観点から、粒径が10μm以下の粒状マルテンサイト粒をフェライト粒100μm2あたり3.0個以上、分散させる。本発明では、粒径が10μm超える粒状マルテンサイト粒では、大きすぎてフェライト粒の分断による細粒化には寄与しないとし、粒径が10μm以下の粒状マルテンサイト粒に限定し、フェライト粒100μm2あたり3.0個以上、分散させるとした。粒径が10μm以下の粒状マルテンサイト粒の分散がフェライト粒100μm2あたり3.0個未満では、所望のフェライト相の細分化に寄与しない。なお、粒状マルテンサイト粒は、ほぼ楕円形状を呈することが多く、ここでいう「粒径」は長軸を指す。
Granular martensite particles having a particle size of 10 μm or less: 3.0 or more per 100 μm 2 of ferrite particles Part of the martensite phase is dispersed as granular martensite particles in the ferrite phase. By dispersing the granular martensite grains in the ferrite grains, the ferrite grains are divided, the apparent miniaturization is achieved, and the low temperature toughness is improved. From the viewpoint of refining ferrite grains among the granular martensite grains, 3.0 or more granular martensite grains having a particle diameter of 10 μm or less are dispersed per 100 μm 2 of ferrite grains. In the present invention, the particulate martensitic grains having a particle size of more than 10 [mu] m, and does not contribute to the grain refining of a ferrite grain of shed too large, the particle size is limited to granular martensite grains 10 [mu] m, the ferrite grains 100 [mu] m 2 It is assumed that 3.0 or more per unit are dispersed. When the dispersion of granular martensite grains having a particle size of 10 μm or less is less than 3.0 per 100 μm 2 of ferrite grains, it does not contribute to the desired subdivision of the ferrite phase. In addition, granular martensite grains often exhibit a substantially elliptical shape, and the “particle diameter” herein refers to the major axis.
本発明では、粒状のマルテンサイト粒の適正量を、上記した熱処理により、フェライト相中に分散させることができるため、熱間加工による歪付加が難しい板厚中央部の低温靭性を顕著に向上させることができる。 In the present invention, an appropriate amount of granular martensite grains can be dispersed in the ferrite phase by the above-described heat treatment, so that the low-temperature toughness of the central portion of the plate thickness, which is difficult to add strain by hot working, is remarkably improved. be able to.
以下、実施例に基づき、さらに本発明について説明する。 Hereinafter, based on an Example, this invention is demonstrated further.
表1に示す組成の溶鋼を、高周波真空溶解炉にて溶製し、鋳造して小型鋼塊(150キロ鋼塊)とした。得られた小型鋼塊を熱間圧延によりスラブ(肉厚150mm)とし鋼素材とした。得られた鋼素材には、ついで、加熱装置に装入し、加熱温度:1250℃に加熱する加熱工程を施したのち、表2に示す条件の熱間圧延工程、加速冷却工程を、種々の組み合わせで施し、表2に示す板厚の厚鋼板とし、一旦、500℃以下の温度に冷却したのち、表3に示す熱処理を行う熱処理工程を施した。 Molten steel having the composition shown in Table 1 was melted in a high-frequency vacuum melting furnace and cast into a small steel ingot (150 kg steel ingot). The obtained small steel ingot was made into a slab (wall thickness 150 mm) by hot rolling as a steel material. The obtained steel material was then charged into a heating device and subjected to a heating step of heating to a heating temperature of 1250 ° C., followed by various hot rolling steps and accelerated cooling steps with the conditions shown in Table 2. The combination was applied to obtain a thick steel plate having the thickness shown in Table 2, and after cooling to a temperature of 500 ° C. or less, a heat treatment step for performing the heat treatment shown in Table 3 was performed.
なお、圧延冷却プロセスとして加速冷却工程を、熱間圧延工程の途中で、熱間圧延を中断して行う熱間圧延途中加速冷却、熱間圧延工程前に加速冷却を行う熱間圧延前加速冷却、熱間圧延工程後に行う熱間圧延後加速冷却の3種とした。また、一部の厚鋼板では、熱間圧延を途中中断し、加熱手段で加熱する熱延中加熱処理を施し、ついで加速冷却を施した。 As the rolling cooling process, the accelerated cooling process is performed in the middle of the hot rolling process, the hot rolling is interrupted during the hot rolling, and the accelerated cooling is performed before the hot rolling process. Three types of accelerated cooling after hot rolling performed after the hot rolling step were used. Moreover, in some thick steel plates, hot rolling was interrupted in the middle, and the heat treatment during hot rolling which heated with a heating means was performed, and then accelerated cooling was performed.
なお、熱処理工程における熱処理は、保護雰囲気中で加熱炉を用いて少なくとも1回の熱処理を行った。一部の厚鋼板(No.7、No.8)では、熱処理を誘導加熱装置を用いて行った。なお、熱間圧延、加速冷却、熱処理における鋼板の板厚中心部温度は、板厚中心部に熱電対を挿入して測定した。 Note that the heat treatment in the heat treatment step was performed at least once using a heating furnace in a protective atmosphere. In some thick steel plates (No. 7, No. 8), heat treatment was performed using an induction heating device. In addition, the plate | board thickness center part temperature of the steel plate in hot rolling, accelerated cooling, and heat processing measured by inserting a thermocouple in the plate | board thickness center part.
得られた厚鋼板(熱処理板)から、試験片を採取し、組織観察、引張試験、衝撃試験を実施した。試験方法はつぎのとおりとした。
(1)組織観察
得られた厚鋼板(熱処理板)から、圧延方向に直交する断面(C断面)が観察面となるように組織観察用試験片を採取し、機械研磨および電解研磨を行い、走査型電子顕微鏡(SEM)(倍率:500〜5000倍)を用いて組織を観察した。板厚中央部の組織について、撮像して、得られた組織写真を用いて画像解析(画像処理)により、組織の種類、および各相の組織分率(体積%)を求めた。また、SEM(倍率:500倍)による観察では、フェライト相の組織分率を測定し、また、SEM(倍率:2000倍、5000倍)による観察では、フェライト中の長軸が10μm以下の粒状マルテンサイトの個数を測定し、フェライト100μm2中の個数に換算した。なお、粒状マルテンサイトの界面のうち、80%以上がフェライトとの界面である場合には、粒状マルテンサイトがフェライト粒の中に存在すると判断した。
From the obtained thick steel plate (heat-treated plate), a test piece was collected and subjected to a structure observation, a tensile test, and an impact test. The test method was as follows.
(1) Structure observation From the obtained thick steel plate (heat treated plate), a structure observation specimen was collected so that a cross section (C cross section) perpendicular to the rolling direction was an observation surface, and mechanical polishing and electrolytic polishing were performed. The structure | tissue was observed using the scanning electron microscope (SEM) (magnification: 500-5000 times). The tissue in the center of the plate thickness was imaged, and the type of tissue and the tissue fraction (volume%) of each phase were determined by image analysis (image processing) using the obtained tissue photograph. In addition, in the observation by SEM (magnification: 500 times), the structure fraction of the ferrite phase is measured, and in the observation by SEM (magnification: 2000 times, 5000 times), granular martensite whose major axis in ferrite is 10 μm or less. The number of sites was measured and converted to the number in 100 μm 2 of ferrite. In addition, when 80% or more of the interfaces of granular martensite are interfaces with ferrite, it was determined that granular martensite is present in the ferrite grains.
また、得られた厚鋼板(熱処理板)の1/2t部から、透過型電子顕微鏡(TEM)用試験片(薄膜用)を採取し、機械研磨および電解研磨を行って、透過型電子顕微鏡(TEM)観察用試験片とし、TEMによる組織観察を行った。TEM観察では、電子線回折を行ってオーステナイト粒を特定し、TEMに付設されたエネルギー分散型X線分光分析装置(EDS)により、オーステナイト中のNi濃度(CNi)γと、その周囲のマルテンサイトのNi濃度(CNi)Mを測定し、(CNi)γ/(CNi)Mを算出した。 In addition, a transmission electron microscope (TEM) test piece (for a thin film) was collected from a 1/2 ton portion of the obtained thick steel plate (heat-treated plate), subjected to mechanical polishing and electrolytic polishing, and a transmission electron microscope ( TEM) Observation specimen was used, and the structure was observed by TEM. In TEM observation, electron diffraction is performed to identify austenite grains, and by using an energy dispersive X-ray spectrometer (EDS) attached to the TEM, Ni concentration (C Ni ) γ in austenite and the surrounding martens The Ni concentration (C Ni ) M of the site was measured, and (C Ni ) γ / (C Ni ) M was calculated.
また、得られた厚鋼板(熱処理板)から、板厚中心部が測定面となるように、X線回折用試験片を採取し、機械研磨、電解研磨して、X線回折を行ない、オーステナイト相の体積分率Vγを算出した。なお、X線回折では、オーステナイト相(γ)の(220)面、フェライト相(α)の(211)面の回折X線積分強度を測定し、次式
Vγ=100/{1+(IαRγ/IγRα)}
(ここで、Iα:αの積分強度、
Iγ:γの積分強度、
Rα:αの結晶学的理論計算値、
Rγ:γの結晶学的理論計算値
を用いて換算した。なお、マルテンサイト相の分率はこれらの相以外の残部とした。
(2)引張試験
得られた厚鋼板(熱処理板)の板厚中心位置から、圧延方向に垂直な方向が引張方向となるように、丸棒引張試験片(平行部6mmφ×GL20mm)を採取し、JIS Z 2241の規定に準拠して引張試験を実施し、引張特性(降伏強さYS、引張強さTS)を求めた。なお、降伏強さYSは0.2%伸びでの強度とした。
(3)衝撃試験
得られた厚鋼板(熱処理板)の板厚中心位置から、圧延方向と直交する方向(C方向)が試験片長手方向となるように、Vノッチ試験片を採取し、JIS Z 2242の規定に準拠してシャルピー衝撃試験を実施した。試験温度は−40℃とし、吸収エネルギーvE−40(J)を求めた。なお、試験片は各3本とし、それらの平均値を当該厚鋼板の吸収エネルギーとした。
Further, from the obtained thick steel plate (heat treated plate), an X-ray diffraction test piece is collected so that the center of the plate thickness becomes the measurement surface, mechanically polished and electropolished, and subjected to X-ray diffraction to obtain austenite. The volume fraction V γ of the phase was calculated. In X-ray diffraction, the X-ray integrated intensities of diffraction on the (220) plane of the austenite phase (γ) and the (211) plane of the ferrite phase (α) are measured.
V γ = 100 / {1+ ( I α R γ / I γ R α)}
(Where I α : integrated intensity of α,
I γ : Integral intensity of γ,
R α : crystallographically calculated value of α,
R γ : Conversion was performed using a crystallographic theoretical calculation value of γ. The fraction of the martensite phase was the remainder other than these phases.
(2) Tensile test Take a round bar tensile test piece (parallel part 6mmφ × GL20mm) so that the direction perpendicular to the rolling direction is the tensile direction from the thickness center position of the obtained thick steel plate (heat treated plate). A tensile test was carried out in accordance with the provisions of JIS Z 2241 to determine tensile properties (yield strength YS, tensile strength TS). The yield strength YS was the strength at 0.2% elongation.
(3) Impact test A V-notch test piece was sampled from the plate thickness center position of the obtained thick steel plate (heat treated plate) so that the direction perpendicular to the rolling direction (C direction) was the test piece longitudinal direction, and JIS A Charpy impact test was performed in accordance with Z 2242. The test temperature was −40 ° C., and the absorbed energy vE −40 (J) was determined. The number of test pieces was three each, and the average value thereof was defined as the absorbed energy of the thick steel plate.
得られた結果を表4に示す。 Table 4 shows the obtained results.
本発明例はいずれも、肉厚:15mm超えの板厚中央部においても、YS:600MPa以上で、かつvE−40:100J以上と、高強度、高靭性を示す厚鋼板となっている。一方、本願の発明範囲を外れる比較例は、所望の高強度が得られていないか、所望の高靭性が得られていない。 In all of the examples of the present invention, even in the central portion of the thickness exceeding 15 mm, YS: 600 MPa or more and vE −40 : 100 J or more, a thick steel plate exhibiting high strength and high toughness. On the other hand, in the comparative examples that are outside the scope of the present invention, the desired high strength is not obtained or the desired high toughness is not obtained.
1 加熱装置(加熱炉)
2 熱間圧延装置
3 冷却装置
4 熱処理装置
5 加熱手段
1 Heating device (heating furnace)
2 Hot rolling device 3
Claims (11)
C :0.050%以下、 Si:0.50%以下、
Mn:0.20〜1.80%、 Cr:15.5〜18.0%、
Ni:1.5〜5.0%、 Mo:1.0〜3.5%、
V :0.02〜0.20%、 Al:0.05%以下、
N :0.01〜0.15%、 O :0.006%以下
を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成と、
体積率で、50%以上のマルテンサイト相と、3〜15%のオーステナイト相と、残部がフェライト相からなり、前記フェライト相中に、前記マルテンサイト相の一部を粒径10μm以下の粒状で、フェライト粒100μm 2 あたり3.0個以上含む組織を有し、かつ
前記オーステナイト相中のNi濃度(CNi)γ(質量%)と前記マルテンサイト相中のNi濃度(CNi)M(質量%)との比、(CNi)γ/(CNi)Mが、1.15以上である
ことを特徴とする低温靭性に優れた高強度ステンレス厚鋼板。 % By mass
C: 0.050% or less, Si: 0.50% or less,
Mn: 0.20-1.80%, Cr: 15.5-18.0%,
Ni: 1.5-5.0%, Mo: 1.0-3.5%,
V: 0.02 to 0.20%, Al: 0.05% or less,
N: 0.01 to 0.15%, O: 0.006% or less, the composition comprising the balance Fe and inevitable impurities,
By volume, more than 50% of martensite phase, 3% to 15% of the austenite phase, Ri Do balance being ferrite phase, the ferrite phase, some particle size 10μm or less granular the martensite phase And having a structure including 3.0 or more per 100 μm 2 of ferrite grains , and Ni concentration (C Ni ) γ (mass%) in the austenite phase and Ni concentration (C Ni ) M (mass%) in the martensite phase. ) And (C Ni ) γ / (C Ni ) M is 1.15 or more, a high-strength stainless steel plate excellent in low-temperature toughness.
前記鋼素材を、質量%で、
C :0.050%以下、 Si:0.50%以下、
Mn:0.20〜1.80%、 Cr:15.5〜18.0%、
Ni:1.5〜5.0%、 Mo:1.0〜3.5%、
V :0.02〜0.20%、 Al:0.05%以下、
N :0.01〜0.15%、 O :0.006%以下
を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成の鋼素材とし、
前記加熱工程が、前記鋼素材を加熱温度:1100〜1350℃に加熱する工程とし、
前記熱間圧延工程を、熱間圧延を途中で中断し、板厚中心温度で900℃以上の温度から冷却を開始し、該冷却を開始した温度から少なくとも50℃以上で、かつ800℃以上となる冷却停止温度まで、板厚中心温度で2.0℃/s以上の平均冷却速度で冷却する加速冷却工程を施したのち、前記熱間圧延を再開し、前記所定板厚の厚鋼板とする工程とし、
該熱間圧延工程後に、板厚中心温度で500℃以下の温度まで冷却し、しかるのちに550〜980℃の範囲の温度に加熱し、冷却する熱処理を少なくとも1回行う熱処理工程を施し、
体積率で、50%以上のマルテンサイト相と、3〜15%のオーステナイト相と、残部がフェライト相からなり、前記フェライト相中に、前記マルテンサイト相の一部を粒径10μm以下の粒状で、フェライト粒100μm 2 あたり3.0個以上含む組織を有し、かつ
前記オーステナイト相中のNi濃度(C Ni ) γ (質量%)と前記マルテンサイト相中のNi濃度(C Ni ) M (質量%)との比、(C Ni ) γ /(C Ni ) M が、1.15以上であるステンレス厚鋼板とする
ことを特徴とする低温靭性に優れた高強度ステンレス厚鋼板の製造方法。 The steel material is subjected to a heating process and a hot rolling process to obtain a thick steel plate with a predetermined thickness.
The steel material in mass%,
C: 0.050% or less, Si: 0.50% or less,
Mn: 0.20-1.80%, Cr: 15.5-18.0%,
Ni: 1.5-5.0%, Mo: 1.0-3.5%,
V: 0.02 to 0.20%, Al: 0.05% or less,
N: 0.01 to 0.15%, O: 0.006% or less, the steel material of the composition consisting of the balance Fe and inevitable impurities,
The heating step is a step of heating the steel material to a heating temperature: 1100 to 1350 ° C.,
The hot rolling step, the hot rolling is interrupted halfway, and cooling is started at a sheet thickness center temperature of 900 ° C. or higher, at least 50 ° C. from the temperature at which the cooling was started, and 800 ° C. or higher. After the accelerated cooling process of cooling at an average cooling rate of 2.0 ° C./s or more at the sheet thickness center temperature to the cooling stop temperature, the hot rolling is restarted to form a thick steel sheet having the predetermined sheet thickness. ,
After heat-rolling process, it cooled to a temperature below 500 ℃ at thickness center temperature, heated to a temperature in the range of five hundred and fifty to nine hundred and eighty ° C. to after accordingly, and facilities the heat treatment step of performing a heat treatment for cooling at least once,
By volume ratio, a martensite phase of 50% or more, an austenite phase of 3 to 15%, and the balance is composed of a ferrite phase. In the ferrite phase, a part of the martensite phase is granular with a particle size of 10 μm or less. And having a structure containing 3.0 or more per 100 μm 2 of ferrite grains , and
The ratio of the Ni concentration (C Ni ) γ (mass%) in the austenite phase and the Ni concentration (C Ni ) M (mass%) in the martensite phase , (C Ni ) γ / (C Ni ) M is A method for producing a high-strength stainless steel plate excellent in low-temperature toughness, characterized by being a stainless steel plate having a thickness of 1.15 or more .
前記鋼素材を、質量%で、
C :0.050%以下、 Si:0.50%以下、
Mn:0.20〜1.80%、 Cr:15.5〜18.0%、
Ni:1.5〜5.0%、 Mo:1.0〜3.5%、
V :0.02〜0.20%、 Al:0.05%以下、
N :0.01〜0.15%、 O :0.006%以下
を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成の鋼素材とし、
前記加熱工程が、前記鋼素材を加熱温度:1100〜1350℃に加熱する工程とし、
前記熱間圧延工程が、前記加熱工程を施された前記鋼素材に直ちに、冷却を開始し、該冷却を開始した温度を冷却開始温度とし、該冷却開始温度から少なくとも50℃以上で、かつ800℃以上となる冷却停止温度まで、板厚中心温度で2.0℃/s以上の平均冷却速度で冷却する加速冷却工程を施したのち、前記熱間圧延を施し、前記所定板厚の厚鋼板とする工程であり、
該熱間圧延工程後に、板厚中心温度で500℃以下の温度まで冷却し、しかるのちに550〜980℃の範囲の温度に加熱し、冷却する熱処理を少なくとも1回行う熱処理工程を施し、
体積率で、50%以上のマルテンサイト相と、3〜15%のオーステナイト相と、残部がフェライト相からなり、前記フェライト相中に、前記マルテンサイト相の一部を粒径10μm以下の粒状で、フェライト粒100μm 2 あたり3.0個以上含む組織を有し、かつ
前記オーステナイト相中のNi濃度(C Ni ) γ (質量%)と前記マルテンサイト相中のNi濃度(C Ni ) M (質量%)との比、(C Ni ) γ /(C Ni ) M が、1.15以上であるステンレス厚鋼板とする
ことを特徴とする低温靭性に優れた高強度ステンレス厚鋼板の製造方法。 The steel material is subjected to a heating process and a hot rolling process to obtain a thick steel plate with a predetermined thickness.
The steel material in mass%,
C: 0.050% or less, Si: 0.50% or less,
Mn: 0.20-1.80%, Cr: 15.5-18.0%,
Ni: 1.5-5.0%, Mo: 1.0-3.5%,
V: 0.02 to 0.20%, Al: 0.05% or less,
N: 0.01 to 0.15%, O: 0.006% or less, the steel material of the composition consisting of the balance Fe and inevitable impurities,
The heating step is a step of heating the steel material to a heating temperature: 1100 to 1350 ° C.,
The hot rolling step immediately starts cooling the steel material that has been subjected to the heating step, and the temperature at which the cooling is started is set as a cooling start temperature, is at least 50 ° C. from the cooling start temperature, and 800 After performing an accelerated cooling step of cooling at an average cooling rate of 2.0 ° C./s or higher at a sheet thickness center temperature to a cooling stop temperature that is equal to or higher than 0 ° C., the hot rolling is performed to obtain a thick steel plate having the predetermined plate thickness Process,
After heat-rolling process, it cooled to a temperature below 500 ℃ at thickness center temperature, heated to a temperature in the range of five hundred and fifty to nine hundred and eighty ° C. to after accordingly, and facilities the heat treatment step of performing a heat treatment for cooling at least once,
By volume ratio, a martensite phase of 50% or more, an austenite phase of 3 to 15%, and the balance is composed of a ferrite phase. In the ferrite phase, a part of the martensite phase is granular with a particle size of 10 μm or less. And having a structure containing 3.0 or more per 100 μm 2 of ferrite grains , and
The ratio of the Ni concentration (C Ni ) γ (mass%) in the austenite phase and the Ni concentration (C Ni ) M (mass%) in the martensite phase , (C Ni ) γ / (C Ni ) M is A method for producing a high-strength stainless steel plate excellent in low-temperature toughness , characterized by being a stainless steel plate having a thickness of 1.15 or more .
前記鋼素材を、質量%で、
C :0.050%以下、 Si:0.50%以下、
Mn:0.20〜1.80%、 Cr:15.5〜18.0%、
Ni:1.5〜5.0%、 Mo:1.0〜3.5%、
V :0.02〜0.20%、 Al:0.05%以下、
N :0.01〜0.15%、 O :0.006%以下
を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成の鋼素材とし、
前記加熱工程が、前記鋼素材を加熱温度:1100〜1350℃に加熱する工程であり、
該加熱工程を施したのち、前記熱間圧延工程を、圧延終了温度が900℃以上となる熱間圧延を施す工程とし、
該熱間圧延工程終了後、厚鋼板の板厚中心温度で900℃以上の温度から冷却を開始し、該冷却を開始した温度から少なくとも50℃以上で、かつ800℃以上となる冷却停止温度まで、板厚中心温度で2.0℃/s以上の平均冷却速度で冷却する加速冷却工程を施し、
該加速冷却工程終了後、さらに板厚中心温度で500℃以下の温度まで冷却し、しかるのちに550〜980℃の範囲の温度に加熱し、冷却する熱処理を少なくとも1回行う熱処理工程を施し、
体積率で、50%以上のマルテンサイト相と、3〜15%のオーステナイト相と、残部がフェライト相からなり、前記フェライト相中に、前記マルテンサイト相の一部を粒径10μm以下の粒状で、フェライト粒100μm 2 あたり3.0個以上含む組織を有し、かつ
前記オーステナイト相中のNi濃度(C Ni ) γ (質量%)と前記マルテンサイト相中のNi濃度(C Ni ) M (質量%)との比、(C Ni ) γ /(C Ni ) M が、1.15以上であるステンレス厚鋼板とする
ことを特徴とする低温靭性に優れた高強度ステンレス厚鋼板の製造方法。 The steel material is subjected to a heating process and a hot rolling process to obtain a thick steel plate with a predetermined thickness.
The steel material in mass%,
C: 0.050% or less, Si: 0.50% or less,
Mn: 0.20-1.80%, Cr: 15.5-18.0%,
Ni: 1.5-5.0%, Mo: 1.0-3.5%,
V: 0.02 to 0.20%, Al: 0.05% or less,
N: 0.01 to 0.15%, O: 0.006% or less, the steel material of the composition consisting of the balance Fe and inevitable impurities,
The heating step is a step of heating the steel material to a heating temperature: 1100 to 1350 ° C,
After performing the heating step, the hot rolling step is a step of performing hot rolling at a rolling end temperature of 900 ° C. or higher,
After completion of the hot rolling process, cooling is started from a temperature of 900 ° C. or higher at the plate thickness center temperature of the thick steel plate, and from the temperature at which the cooling is started to a cooling stop temperature of at least 50 ° C. and 800 ° C. or higher. , Subjected to an accelerated cooling process of cooling at an average cooling rate of 2.0 ° C./s or more at the plate thickness center temperature,
After the pressurized-speed cooling step is completed, further cooled to a temperature below 500 ℃ at thickness center temperature, heated to a temperature in the range of five hundred fifty to nine hundred and eighty ° C. to after accordingly, and facilities the heat treatment step of performing a heat treatment for cooling at least once ,
By volume ratio, a martensite phase of 50% or more, an austenite phase of 3 to 15%, and the balance is composed of a ferrite phase. In the ferrite phase, a part of the martensite phase is granular with a particle size of 10 μm or less. And having a structure containing 3.0 or more per 100 μm 2 of ferrite grains , and
The ratio of the Ni concentration (C Ni ) γ (mass%) in the austenite phase and the Ni concentration (C Ni ) M (mass%) in the martensite phase , (C Ni ) γ / (C Ni ) M is A method for producing a high-strength stainless steel plate excellent in low-temperature toughness, characterized by being a stainless steel plate having a thickness of 1.15 or more .
The composition according to any one of claims 5 to 10 , wherein the composition further comprises one or two selected from Ca: 0.01% or less and REM: 0.01% or less in mass% in addition to the composition. A method for producing a high-strength stainless steel plate according to claim 1.
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