JP6536761B1 - 鋼板および鋼板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
これらの用途に適用される鋼板は、脆性破壊を抑制するために、万が一、脆性き裂が溶接継手箇所に発生した場合でも、脆性き裂を母材で停止させる脆性亀裂伝播停止特性(BCA:Brittle Crack Arrest;以下、「アレスト性」と称する場合がある。)が求められる。
近年、コンテナ船は、環境負荷低減、海上輸送の高効率化等を目的として、大型化が進んでいる。コンテナ船の大型化に伴い、コンテナ船の重要部材には、厚板鋼板が使用される。板厚が厚くなると、溶接継手に脆性亀裂が発生した場合、亀裂が船体を貫通する場合があることが判明している。
このように、より厳格化された規格を満足するような、従来の鋼板よりもアレスト性と継手CTOD特性がともに優れ、かつ高強度である鋼板は、未だ確立されていなかったのが実情である。
質量%で、
C :0.03%〜0.14%、
Si :0.01%〜0.50%、
Mn :1.20%〜2.50%、
P :0.030%以下、
S :0.020%以下、
Nb :0.003%〜0.050%、
Ti :0.003%〜0.050%、
Al :0.001%〜0.100%、
N :0.0010%〜0.0080%、
O :0.0050%以下、
Ca :0%〜0.0100%、
Mg :0%〜0.0100%、
REM:0%〜0.0100%、
Zr :0%〜0.0100%、
Te :0%〜0.0100%、
V :0%〜0.150%
Cu :0%〜1.00%、
Ni :0%〜2.00%、
Cr :0%〜1.00%、
Mo :0%〜0.50%、
B :0%〜0.0050%、並びに、
残部 :Fe及び不純物からなり、
下記式(1)で表される炭素当量Ceqが、0.30%〜0.55%であり、
板厚方向に沿った断面の、鋼板表面から板厚方向の1/4位置での金属組織が、面積分率で、フェライト相10.0%〜75.0%、ベイナイト相10.0%〜90.0%、パーライト相0%〜15.0%、及びマルテンサイト・オーステナイト混合相0%〜1.0%から構成され、フェライト相、ベイナイト相、パーライト相、及びマルテンサイト・オーステナイト混合相の面積分率の合計が100%であり、全相の電子線後方散乱回折法により測定される平均粒径(直径)が20μm以下であり、
前記板厚方向に沿った断面の、鋼板表面から板厚方向の1/4位置に含有する、円相当径(直径)が2μm以上である、酸化物、硫化物、及び酸硫化物の合計が50個/mm2以下であり、
前記板厚方向に沿った断面の、鋼板表面から板厚方向の1/4位置でのMn濃度(Mn(1/4))に対する、前記板厚方向に沿った断面の、鋼板表面から板厚方向の1/2位置でのMn濃度(Mn(1/2))の比(Mn(1/2)/Mn(1/4))が、0.90〜1.80である鋼板。
式(1) Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15
(ただし、式(1)中のC、Mn、Cr、Mo、V、Cu、およびNiは、鋼板に含まれる各元素の含有量(質量%)を表す。)
(1)に記載の鋼板を製造する方法であって、
溶存酸素量を50ppm以下に調整した溶鋼を、最終溶存酸素量が20ppm以下になるように脱酸元素を添加して脱酸処理を行う工程と、
前記脱酸処理を経た溶鋼を、1分あたり0.80トン〜5.00トンのスループットで連続鋳造し、前記連続鋳造するときの鋳片の中心固相率が0.5〜1.0の範囲であるとき、前記鋳片に対し、鋳造進行方向1mあたり1.0mm〜1.5mmの圧下勾配で、圧下量が1mm〜15mmとなる軽圧下を行い鋼片を得る工程と、
前記鋼片を950℃〜1150℃の温度域で加熱し、加熱後の鋼片に粗圧延を行った後、粗圧延後の鋼板に、鋼板の表面温度がAr3点−30℃〜再結晶温度Trexの温度域で、累積圧下率が50%〜75%の仕上圧延を行う工程と、
仕上圧延後の鋼板を、鋼板の板厚方向に沿った断面の、鋼板表面から板厚方向の1/4位置での温度が0℃〜600℃の温度域になるまで、前記1/4位置での平均冷却速度が1℃/秒〜20℃/秒で冷却する工程と、
を有する鋼板の製造方法。
さらに、冷却工程後の鋼板を、350℃〜650℃の温度域で焼戻しを行う工程を有する(2)に記載の鋼板の製造方法。
本発明者らは、このような要求に対し、鋭意検討を行った結果、ミクロ組織(組織形態、組織の粒径、介在物の量、及び中心偏析)を制御することで、より厳格化された規格にも満足し得る、優れたアレスト性と優れた継手CTOD特性とを併せ持ち、かつ、高強度である鋼板が得られることを見出し、本開示に係る鋼板を完成させた。また、本発明者らは、ミクロ組織(組織形態、組織の粒径、介在物の量、及び中心偏析)を制御するために、鋼板の製造方法についても詳細に検討した。その結果、溶鋼から鋼板に至るまでの過程(溶製、鋳造、及び製鋼)を、それぞれ制御することで、より厳格化された規格にも満足し得る、優れたアレスト性と優れた継手CTOD特性とを併せ持ち、かつ、高強度である鋼板が得られる製造方法を見出し、本開示に係る鋼板の製造方法を完成させるに至った。
本開示において、成分(元素)の含有量を示す「%」は、「質量%」を意味する。
本開示において、C(炭素)の含有量を、「C量」と表記することがある。他の元素の含有量についても同様に表記することがある。
本開示において、「工程」との用語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成されるのであれば、本用語に含まれる。
本開示に係る鋼板は、質量%で、
C :0.03%〜0.14%、Si:0.01%〜0.50%、Mn:1.20%〜2.50%、P :0.030%以下、S :0.020%以下、Nb:0.003%〜0.050%、Ti:0.003%〜0.050%、Al:0.001%〜0.100%、N :0.0010%〜0.0080%、O(酸素):0.0050%以下、Ca:0%〜0.0100%、Mg:0%〜0.0100%、REM:0%〜0.0100%、Zr:0%〜0.0100%、Te:0%〜0.0100%、V:0%〜0.150%、Cu:0%〜1.00%、Ni:0%〜2.00%、Cr:0%〜1.00%、Mo:0%〜0.50%、B:0%〜0.0050%、並びに、残部:Fe及び不純物からなる化学組成を有する。
以下の説明において、各元素の説明における「%」は「質量%」を意味する。
Cは、強度を確保するために必要な元素である。C量が0.03%未満では、必要とする鋼板(以下、「母材」とも称する)の強度を確保することができない。しかし、C量が0.14%を超えると、溶接性、及び要求される継手CTOD特性の確保が困難となる。そのため、C量は、0.03%〜0.14%とする。C量の好ましい下限は0.04%以上、より好ましくは0.05%以上である。C量の好ましい上限は0.12%以下、より好ましくは0.10%以下である。
Siは、脱酸元素であり、固溶強化に有効な元素である。Si量が0.01%未満では、Siを含有する効果が得られないため、Si量の下限は0.01%以上とする。一方、Si量が0.50%を超えると溶接性、及び要求される継手CTOD特性が劣位となる。そのため、Si量は、0.01%〜0.50%とする。Si量の好ましい下限は0.05%以上、より好ましくは0.10%以上である。Si量の好ましい上限は0.40%以下、より好ましくは0.30%以下である。
Mnは、母材の強度及び靭性を向上させる有効な元素であり、Mnの含有量は1.20%以上とする。一方、Mnを過剰に含有すると、継手靭性および溶接割れ性が劣位となるため2.50%を上限とする。そのため、Mn量は、1.20%〜2.50%とする。Mn量の好ましい下限は1.40%以上、より好ましくは1.60%以上である。Mn量の好ましい上限は2.20%以下、より好ましくは2.00%以下である。
Pは、不純物として鋼板に存在する。しかし、P量が過剰になると、継手CTOD特性および母材の靭性を低下させる。そのため、P量の上限を0.030%以下とする。P量の好ましい上限は0.020%以下、より好ましくは0.010%以下である。P量は少ないほど好ましいため下限は特に規定しない。ただし、製造コストの観点から、0.001%以上であってもよい。
Sは、不純物として鋼板に存在する。しかし、S量が過剰になると、継手CTOD特性が劣位となる。このためS量の上限を0.020%以下とする。S量の好ましい上限は0.015%以下、より好ましい上限は0.010%以下、さらに好ましい上限は0.005%以下、さらに好ましい上限は0.002%以下である。S量は少ないほど好ましいため下限は特に規定しない。ただし、製造コストの観点から、0.001%以上であってもよい。
Nbは、再結晶温度を抑制し、微量の添加により組織微細化に寄与し、母材強度確保に有効な元素である。一方、0.050%を超えてNbを含有させると、溶接部を硬化させて著しく靭性を劣化させ、継手CTOD特性が劣位となる。そのため、Nb量は、0.003%〜0.050%とする。Nb量の好ましい下限は0.006%以上、より好ましくは0.010%以上である。Nb量の好ましい上限は0.040%以下、より好ましくは0.030%以下である。
Tiは、微量の添加により母材と溶接部の組織微細化を通じて靭性向上に寄与する元素である。また、Tiは脱酸元素としても機能する。一方、Tiを過剰に添加すると溶接部を硬化させ著しく靭性を劣化させ、継手CTOD特性が劣位となる。そのため、Ti量は0.003%〜0.050%とする。Ti量の好ましい下限は0.006%以上、より好ましくは0.010%以上である。Ti量の好ましい上限は0.035%以下、より好ましくは0.020%以下である。
Alは、脱酸元素であるため、Al量は0.001%以上とする。一方、Alを過剰に添加すると鋼片の表面品位を損ない、靭性に有害な介在物を形成するため、Al量の上限は0.100%とする。そのため、Al量は0.001%〜0.100%とする。Al量の好ましい下限は0.010%以上、より好ましくは0.020%以上である。Al量の好ましい上限は0.060%以下、より好ましくは0.040%以下である。
Nは、Alと共に窒化物を形成し継手靭性を向上させるため、N量の下限を0.0010%以上とする。しかし、Nの含有量が過剰であると、固溶Nによる脆化および伸びの低下が生じるため、N量の上限を0.0080%以下とする。そのため、N量は0.0010%〜0.0080%とする。N量の好ましい下限は0.0015%以上、より好ましくは0.0020%以上である。N量の好ましい上限は0.0060%以下、より好ましくは0.0040%以下である。
O(酸素)は、酸化物を形成する。O量が0.0050%を超えると、酸化物が粗大化して継手CTOD特性および母材の靭性が低下するため、O量の上限は0.0050%以下とする。一方、Oは少ないほど好ましいため、下限は特に規定しない。ただし、Oを減らすには、例えば、RH真空脱ガス装置での還流作業が長時間となり現実的ではないため、O量の下限は0.0005%以上であってもよい。O量の好ましい下限は0.0007%以上であってもよく、0.0010%以上であってもよい。O量の好ましい上限は0.0040%以下、より好ましくは0.0030%以下である。
Caは、脱酸元素であり、硫化物を形成することで粗大な介在物の生成を抑制し、微細な酸化物を形成して、有害な介在物の生成を抑制する元素である。したがって、Caを含有させてもよい。しかしながら、Ca量が0.0100%を超えると、粗大な酸化物、硫化物、及び酸硫化物が形成され、継手CTOD特性が劣位となる。したがって、Ca量は0%〜0.0100%とする。Ca量の好ましい上限は0.0070%以下、より好ましくは0.0040%以下である。上記作用による効果をより確実に得るには、Ca量の下限は0.0001%以上とすることが好ましい。さらに好ましくは0.0010%以上、特に好ましくは0.0020%以上である。
Mgは、脱酸元素であり、硫化物を形成することで粗大な介在物の生成を抑制し、微細な酸化物を形成して、有害な介在物の生成を抑制する元素である。したがって、Mgを含有させてもよい。しかしながら、Mg量が0.0100%を超えると、粗大な酸化物、硫化物、及び酸硫化物が形成され、継手CTOD特性が劣位となる。したがって、Mg量は0%〜0.0100%とする。Mg量の好ましい上限は0.0070%以下、より好ましくは0.0040%以下である。上記作用による効果をより確実に得るには、Mg量の下限は0.0001%以上とすることが好ましい。さらに好ましくは0.0010%以上、特に好ましくは0.0020%以上である。
REMは、脱酸元素であり、硫化物を形成することで粗大な介在物の生成を抑制し、微細な酸化物を形成して、有害な介在物の生成を抑制する元素である。したがって、REMを含有させてもよい。しかしながら、REM量が0.0100%を超えると、粗大な酸化物、硫化物、及び酸硫化物が形成され、継手CTOD特性が劣位となる。したがって、REM量は0%〜0.0100%とする。REM量の好ましい上限は0.0070%以下、より好ましくは0.0040%以下である。上記作用による効果をより確実に得るには、REM量の下限は0.0001%以上とすることが好ましい。さらに好ましくは0.0010%以上、特に好ましくは0.0020%以上である。
ここで、「REM」とはSc、Y、及びランタノイドの合計17元素の総称である。REMとしては、合計17元素のうちの1種または2種以上の元素を含んでいればよい。REMの含有量はこれら元素の合計含有量を指す。
Zrは、微量の添加により母材と溶接部の組織微細化を通じて靭性向上に寄与する元素である。また、Zrは脱酸元素としても機能する。したがって、Zrを含有させてもよい。しかしながら、Zr量が0.0100%を超えると、溶接部を硬化させ、著しく靭性を劣化させ、継手CTOD特性が劣位となる。したがって、Zr量は0%〜0.0100%とする。Zr量の好ましい上限は0.0070%以下、より好ましくは0.0040%以下である。上記作用による効果をより確実に得るには、Zr量の下限は0.0001%以上とすることが好ましい。さらに好ましくは0.0010%以上、特に好ましくは0.0020%以上である。
Teは、細粒化により靭性の向上に寄与する元素である。したがって、Teを含有させてもよい。しかしながら、Te量が0.0100%を超えても、効果は飽和する。したがって、Te量は0%〜0.0100%とする。Te量の好ましい上限は0.0070%以下、より好ましくは0.0040%以下である。上記作用による効果をより確実に得るには、Te量の下限は0.0001%以上とすることが好ましい。さらに好ましくは0.0010%以上、特に好ましくは0.0020%以上である。
Vは、析出強化により母材の強度上昇に寄与する元素である。したがって、Vを含有させてもよい。しかしながら、V量が0.150%を超えると、継手靭性を損なう。したがって、V量は0%〜0.150%とする。V量の好ましい上限は0.080%以下、より好ましくは0.060%以下である。上記作用による効果をより確実に得るには、V量の下限は0.001%以上とすることが好ましい。さらに好ましくは0.010%以上、特に好ましくは0.020%以上である。
Cuは、焼入れ性を向上させ、母材の高強度化に有効な元素である。したがって、Cuを含有させてもよい。しかしながら、Cu量が1.00%を超えると、継手の硬さの上昇に伴う靭性の低下が著しくなる。したがって、Cu量は0%〜1.00%とする。Cu量の好ましい上限は0.80%以下、より好ましくは0.60%以下である。上記作用による効果をより確実に得るには、Cu量の下限は0.01%以上とすることが好ましい。さらに好ましくは0.05%以上、特に好ましくは0.10%以上である。
Niは、母材の強度確保および靭性向上に有効な元素である。したがって、Niを含有させてもよい。しかしながら、Ni量が2.00%を超えても、Niを含有する効果は飽和し、コストが上昇する。したがって、Ni量は0%〜2.00%とする。Ni量の好ましい上限は1.50%以下、より好ましくは1.00%以下である。上記作用による効果をより確実に得るには、Ni量の下限は0.01%以上とすることが好ましい。さらに好ましくは0.10%以上、特に好ましくは0.20%以上である。
Crは、焼入れ性を向上させ、母材の高強度化に有効な元素である。したがって、Crを含有させてもよい。しかしながら、Cr量が1.00%を超えると、継手の硬さの上昇に伴って靭性が低下する。したがって、Cr量は0%〜1.00%とする。Cr量の好ましい上限は0.80%以下、より好ましくは0.60%以下である。上記作用による効果をより確実に得るには、Cr量の下限は0.01%以上とすることが好ましい。さらに好ましくは0.05%以上、特に好ましくは0.10%以上である。
Moは、焼入れ性を向上させ、母材の高強度化に有効な元素である。したがって、Moを含有させてもよい。しかしながら、Mo量が0.50%を超えると、継手の硬さ上昇に伴って靭性が低下する。したがって、Mo量は0%〜0.50%とする。Mo量の好ましい上限は0.40%以下、より好ましくは0.30%以下である。上記作用による効果をより確実に得るには、Mo量の下限は0.01%以上とすることが好ましい。さらに好ましくは0.05%以上、特に好ましくは0.10%以上である。
Bは、微量添加により焼き入れ性を高め母材強度向上に寄与する元素である。したがって、Bを含有させてもよい。しかしながら、B量が0.0050%を超えると、継手CTOD特性が劣位となる。したがって、B量は0%〜0.0050%とする。B量の好ましい上限は0.0040%以下、より好ましくは0.0030%以下である。上記作用による効果をより確実に得るには、B量の下限は0.0001%以上とすることが好ましい。さらに好ましくは0.0005%以上、特に好ましくは0.0010%以上である。
残部はFeおよび不純物である。不純物とは、原材料に含まれる成分、または、製造の過程で混入する成分であって、意図的に鋼板に含有させたものではない成分を指す。
本開示に係る鋼板は、下記式(1)により求められる炭素当量Ceqが、0.30%〜0.55%である。
式(1) Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15
ただし、式(1)中のC、Mn、Cr、Mo、V、Cu、およびNiは、鋼板に含まれる各元素の含有量(質量%)を表す。
なお、含有量が0質量%の元素がある場合には、式(1)中の該当する元素の含有量として0質量%を代入して計算する。
なお、フェライト相、ベイナイト相、パーライト相、及びMA相の面積分率の合計は、100%である。
以下、本開示に係る鋼板のミクロ組織(組織形態、組織の平均粒径、介在物の量、及び中心偏析)の限定理由について説明する。
ここで、本開示において、板厚方向に沿った断面の鋼板表面から板厚方向の1/4位置は、1/4位置を中心として、2mm角の範囲を表す。
フェライト相は、母材の強度およびアレスト性に寄与する。面積分率が75.0%を超えると、母材の強度が劣位となる。一方、フェライト相の面積分率が10.0%未満であると、アレスト性が劣位となる。そのため、フェライト相の面積分率は、10.0%〜75.0%とする。フェライト相の面積分率の好ましい範囲は、20.0%〜50.0%である。
ベイナイト相は、主に母材の強度に寄与する。ベイナイト相の面積分率が10.0%未満であると、母材の強度が劣位となる。一方、ベイナイト相の面積分率が90.0%を超えると、アレスト性が劣位となる。そのため、ベイナイト相の面積分率は、10.0%〜90.0%とする。ベイナイト相の面積分率の好ましい範囲は、50.0%〜80.0%である。
パーライト相は、ミクロ組織中に含有してもよい。パーライト相の面積分率が過剰になると、母材の強度が劣位となる。そのため、パーライト相を含む場合、パーライト相の面積分率は15.0%以下とする。パーライト相の面積分率の好ましい上限は、10.0%以下である。なお、パーライト相は含有していなくてもよい。すなわち、パーライト相の下限値は0%である。
MA相は、継手CTOD特性を低下させる為、MA相の面積分率が過剰になると、継手CTOD特性が劣位となる。そのため、MA相を含む場合、MA相の面積分率は1.0%以下とする。MA相は少ないほど好ましいため下限は特に規定しない。なお、MA相は含んでいない場合があってもよい。
板厚1/4部の試料について、光学顕微鏡により、鋼板の圧延方向と垂直な方向の断面(いわゆるC方向断面)と、鋼板の幅方向と垂直な断面(いわゆるL方向断面)との金属組織を写真撮影して画像解析することによって求める。
具体的には、まず、鋼板の圧延方向と垂直な方向の断面(C方向断面)、及び鋼板の幅方向と垂直な方向の断面(L方向断面)の、鋼板表面から板厚方向の1/4位置であって、鋼板の幅方向端面から1/4位置から、L方向断面観察用試料およびC方向断面観察用試料を採取する。
次に、採取した試料をナイタールエッチングし、エッチング後に、光学顕微鏡を用いて、L方向断面(4視野)およびC方向断面(4視野)の合計で8視野を500倍で撮影する。そして、得られた組織写真に対し、画像解析ソフトにより二値化処理を行い、画像解析を行う。白色に見える相をフェライト相、黒色に見える相をパーライト相、灰色に見える相をベイナイト相、又はMA相(マルテンサイト・オーステナイト混合相)として、それぞれの面積率を求める。次に、ナイタールエッチングした部分をレペラエッチングし、ナイタールエッチングで灰色に見えた部分について画像解析を行い、白色に見えるものをMA相(マルテンサイト・オーステナイト混合相)とし面積率を求める。
そして、ナイタールエッチングして灰色に見えた面積率から、上記のMA相(マルテンサイト・オーステナイト混合相)の面積率を引いたものを、ベイナイト相の面積率とする。
フェライト相、ベイナイト相、パーライト相、及びMA相の全相の細粒化はアレスト性の向上に寄与する。これら全相の平均粒径(直径)が20μmを超えるとアレスト性が劣位となる。そのため、全相の平均粒径は20μm以下(好ましくは、15μm以下、より好ましくは10μm以下)とする。全相の平均粒径は小さいほどアレスト性の向上に優位となる。全相の平均粒径の下限値は特に限定されず、例えば、1μm以上が挙げられ、5μm以上が挙げられる。
EBSP法により、板厚1/4部の500μm×500μmの領域について、測定位置を1μmずつ動かしながら繰り返し測定する。
ここで、隣接粒との結晶方位差が15°以上の境界を結晶粒界と定義し、この結晶粒界に囲まれた円相当径(直径)の面積分率加重平均値を求め、これを平均粒径とする。
本開示に係る鋼板は、板厚方向に沿った断面の、鋼板表面から板厚方向の1/4位置に、円相当径が2μm以上である、酸化物、硫化物、及び酸硫化物のうちの少なくとも1種を含有している。そして、円相当径が2μm以上である、酸化物、硫化物、及び酸硫化物の含有量の合計は、個数密度として、50個/mm2以下である。
なお、酸硫化物は、酸化物と硫化物との複合物を表す。
これら、板厚1/4部に含まれる、酸化物、硫化物、及び酸硫化物は、介在物(以下、酸化物、硫化物、及び酸硫化物をまとめて、単に「介在物」と称する場合がある。)である。
以下、介在物の限定理由について説明する。
具体的には、鋼板の圧延方向と垂直な方向の断面(C方向断面)及び鋼板の幅方向と垂直な方向の断面(L方向断面)の、鋼板表面から板厚方向の1/4位置から試料を採取する。そして、鋼板の圧延方向と垂直な断面(いわゆるC方向断面)を研磨し観察する。また、鋼板の幅方向と垂直な断面(いわゆるL方向断面)を研磨し観察する。
SEM/WDX(波長分散型X線分析装置(WDX:Wavelength Dispersive X−ray Spectrometer)を備える走査型電子顕微鏡(日本電子社製、JXA−8530F)を用いて、上記介在物について、SEM/WDX解析による測定を行う。SEM/WDX解析は、加速電圧15kV、電流を89μA〜91μAとし、L方向断面およびC方向断面の合計で観察視野面積を180mm2〜200mm2とする。なお、L方向断面およびC方向断面のそれぞれの観察視野面積は、90mm2〜100mm2とする。
SEM/WDX解析は、まず、観察視野内に認められる円相当径(直径)が2μm以上の粒子を識別する。次に、WDXで各粒子の組成を分析し、下記定義にしたがって、酸化物、硫化物、及び酸硫化物を識別する。さらに、粒子のSEM粒子像を撮影し、画像解析によって各粒子の個数を数えることで、上記介在物の個数密度を求める。なお、介在物の解析は、SEMに付属のソフトを用いて、自動で連続的に測定してもよい。
すなわち、介在物として、本開示に係る鋼板に含有するFe以外の元素のすべてを解析対象の元素とし、分析対象ごとの質量%を算出する。分析対象すべての元素の合計は100質量%となる。このとき、O(酸素)の含有量が10質量%以上である介在物を酸化物、Sの含有量が3質量%以上である介在物を硫化物、O(酸素)の含有量が10質量%以上、かつ、Sの含有量が3質量%以上である介在物を酸硫化物とする。
本開示に係る鋼板は、中心偏析を表す指標として、以下の指標を採用する。
本開示に係る鋼板は、板厚方向に沿った断面の、鋼板表面から板厚方向の1/4位置でのMn濃度(Mn(1/4))に対する、板厚方向に沿った断面の、鋼板表面から板厚方向の1/2位置(以下、「板厚1/2部」と称する場合がある)でのMn濃度(Mn(1/2))の比(Mn(1/2)/Mn(1/4))が、0.90〜1.80である。
ここで、本開示において、板厚方向に沿った断面の鋼板表面から板厚方向の1/2位置は、1/2位置を中心として、2mm角の範囲を表す。また、板厚方向に沿った断面の鋼板表面から板厚方向の1/4位置は、1/4位置を中心として、2mm角の範囲を表す。
以下、中心偏析の限定理由について説明する。
Mnは連続鋳造時に中心偏析して、板厚中心部に脆化域を形成するため、継手CTOD特性に影響を及ぼす。そのため、板厚1/4部のMnの濃度(Mn(1/4))に対する板厚1/2部のMnの濃度(Mn(1/2))の比(Mn(1/2)/Mn(1/4))を0.90〜1.80とする。(Mn(1/2)/Mn(1/4))が1.80を超えると板厚中心部のMn濃度が濃くなりすぎるため、継手CTOD特性が低下する。Mn(1/2)/Mn(1/4)が0.90未満の鋼板を安定的に得ることは、現実的に難しい。Mn(1/2)/Mn(1/4)の好ましい範囲は、0.95〜1.70であり、より好ましい範囲は1.00〜1.60である。
まず、板厚1/4部から採取したMn濃度測定用試料および板厚1/2部から採取したMn濃度測定用試料を準備する。次に、それぞれの試料について、試料の2mm角の範囲を測定範囲として、電子プローブ微小分析器(EPMA:Electron Probe MicroAnalyser、測定条件;加速電圧:15kV、ビーム径:20μm、照射時間:20ms、および測定ピッチ:20μm)により、上記2mm角の測定範囲を測定したときのMnの濃度の最大値を測定する。そして、それぞれの試料から得られた最大濃度を、それぞれ、Mn(1/2)およびMn(1/4)として、Mn(1/2)/Mn(1/4)を算出する。それぞれの試料は、C方向断面及びL方向断面から採取し、C方向断面及びL方向断面について測定を行う。
ここで、本開示に係る鋼板の引張強さ(TS)は、JIS Z 2241(2011)の1B号引張試験片を用いて測定する。また、降伏応力(YP)はJIS Z2241(2011)の永久伸び0.2%時の永久伸び法の耐力を意味する。
アレスト靱性値Kca−10℃は、NK船級協会 鋼船規則検査要領 K編 付属書 K3.12.2−1.(2016年)の「温度勾配型ESSO試験及び温度勾配型二重引張試験に関する検査要領」に準拠して測定を行う。
開口変位δc−10℃は、BS7448規格(British Standard)Part1(1991)、及びBS7448規格(British Standard)Part2(1997)に準拠して測定を行う。具体的には、レ形開先の加工した鋼板突き合わせ部に、入熱量5kJ/mmでサブマージアーク溶接(SAW溶接)を実施し、溶接部のCTOD試験片の疲労ノッチが、レ形開先の垂直側の溶接線となるよう加工し、CTOD試験を−10℃として実施する。
溶存酸素量を50ppm以下に調整した溶鋼を、最終溶存酸素量が20ppm以下になるように脱酸元素を添加して脱酸処理を行う工程(脱酸処理工程)、
脱酸処理を経た溶鋼を、1分あたり0.80トン〜5.00トン(0.80ton/min〜5.00ton/min)のスループットで連続鋳造し、連続鋳造するときの鋳片の中心固相率が0.5〜1.0の範囲であるとき、鋳片に対し、鋳造進行方向1mあたり1mm〜1.5mm(1mm/m〜1.5mm/m)の圧下勾配で、圧下量が1mm〜15mmとなる軽圧下を行い、鋼片を得る工程(鋳造工程)、
鋼片を950℃〜1150℃の温度域で加熱し、加熱後の鋼片に粗圧延を行った後、粗圧延後の鋼板に、鋼板の表面温度がAr3点−30℃〜再結晶温度Trexの温度域で、累積圧下率が50%〜75%の仕上圧延を行う工程(圧延工程)、
仕上圧延後の鋼板を、鋼板の板厚方向に沿った断面の、鋼板表面から板厚方向の1/4位置での温度が0℃〜600℃の温度域になるまで、前記1/4位置での平均冷却速度が1℃/秒〜20℃/秒で冷却する工程(冷却工程)。
以下、各工程について説明する。
脱酸元素を添加する前の溶鋼中の溶存酸素量を所定の量になるように調整した後、脱酸元素を添加して、溶鋼中の最終溶存酸素量を所定の量以下に調整する。この工程によって、介在物の個数密度が調整される。この工程は、継手CTOD特性に影響を及ぼす。
脱酸元素添加後の溶鋼中の最終溶存酸素量は少ないほどよい。脱酸元素添加後の溶鋼中の最終溶存酸素量の上限としては、例えば、15ppm以下が好ましく、10ppm以下がより好ましい。脱酸元素添加後の溶鋼中の最終溶存酸素量の下限としては、特に限定されず、例えば、5ppm以上とすることがよい。
具体的には、脱酸元素を添加する前における溶存酸素量、及び脱酸元素添加後における最終溶存酸素量は、公知の起電力測定法によって求める(例えば、「起電力測定による転炉炉中溶鋼酸素の迅速分析」(井樋田ら、鉄と鋼、社団法人日本鉄鋼協会、1972年、第10号、P125〜P132)を参照。)。
脱酸処理を経た溶鋼を、所定のスループットで連続鋳造し、連続鋳造するときの鋳片の中心固相率が所定の範囲であるとき、所定の軽圧下を行って鋼片を得る工程である。この工程によって、介在物の個数密度が調整されるとともに、中心偏析が抑制される。この工程は、継手CTOD特性に影響を与える工程となる。
スループット(ton/min)=鋳造幅(mm)×鋳造厚(mm)×鋳造速度(mm/min)×溶鋼密度(ton/mm3)
ここで、溶鋼密度は、溶鋼の金属種によって決まるが、本開示では、溶鋼密度は、7.85×10−9(ton/mm3)とする。
また、中心固相率とは、鋳片厚み方向の中心部で、かつ、鋳片幅方向の溶融部分の固相率と定義できる。中心固相率は、伝熱・凝固計算によって求めることができる。伝熱・凝固計算としては、エンタルピー法、等価比熱法などが広く知られており、いずれの方法を用いてもよい。中心固相率は、簡易的には、下記式が知られており、下記式を用いて求めてもよい。
中心固相率=(溶鋼の液相線温度−鋼片の中心部温度)/(溶鋼の液相線温度−溶鋼の固相線温度)
次に、鋳造工程を経て得られた鋼片を所定の温度で加熱し、加熱後の鋼片に粗圧延を行う。そして、粗圧延後の鋼板に、鋼板の表面温度が所定の温度で、所定の累積圧下率となるように仕上圧延を行う。この工程は、鋼片の加熱により、オーステナイト粒を細粒化し、所定の仕上圧延により、オーステナイトに効率的に歪を蓄積して、ミクロ組織の細粒化に寄与する工程である。そして、この工程は、アレスト性に影響を及ぼす。
なお、加熱温度は、鋼片の全厚の平均温度を表す。
なお、仕上圧延の温度域は、鋼板の表面温度を表し、鋼板の表面温度がAr3点−30℃〜再結晶温度Trexに達してから圧延を開始する。
式(2) Ar3=910−310[C]+65[Si]−80[Mn]−20[Cu]
−55[Ni]−15[Cr]−80[Mo]
式(3) Trex=−91900[Nb*]2+9400[Nb*]+770
(ただし、式(3)中、[Nb*]は、下記式(4)で表される。式(4)中、Tは鋼片の加熱温度、単位は摂氏温度(℃)を表す。
式(4) Sol.Nb=(10(−6770/(T+273)+2.26))/(C+12/14×N)
また、[Nb]≧[Sol.Nb]の場合は、[Nb*]=[Sol.Nb]、
及び[Nb]<[Sol.Nb]の場合は、[Nb*]=[Nb]の関係を満たす。
なお、[Nb]は、Nb含有量(質量%)を表し、[Sol.Nb]は式(4)で求めたSol.Nb(固溶Nb)(質量%)を表す。)
仕上圧延の累積圧下率=((粗圧延後の板厚−仕上圧延後の板厚)/粗圧延後の板厚)×100
なお、粗圧延後の板厚は、仕上圧延を開始するときの板厚と同じである。
次に、仕上圧延を施した後の鋼板を、所定の冷却速度で、所定の温度になるまで冷却する。この条件での冷却により、ミクロ組織が細粒化されるとともに、組織形態(前述の全相の面積分率)が制御される。この工程は、アレスト性および強度に影響を及ぼす。
なお、冷却速度および冷却停止温度は、板厚1/4部における計算冷却速度および計算冷却停止温度である。また、冷却速度は、冷却開始から冷却停止までの平均冷却速度である。
鋼板の冷却後に、必要に応じて、350℃〜650℃(好ましくは450℃〜550℃)の温度域で焼戻して熱処理を行い、鋼板の強度と靭性を調整してもよい。焼き戻しを行う場合、焼戻しの温度が350℃以上であると、ひずみ除去による靭性改善効果が高まる。一方、焼戻しの温度が650℃以下とすると、強度低下を抑制することができる。
表1に鋼板の化学成分を示す。まず、表2に示す値となるように、脱酸元素添加前の溶存酸素量、及び脱酸元素添加後の溶鋼の最終溶存酸素量を調整し、鋼板の化学成分が表1に示す値となるように、溶鋼の化学成分を調整した。次に、調整後の溶鋼を、表2に示すスループット、圧下勾配、及び圧下量となるように、連続鋳造して鋼片を得た。その後、鋼片に対して、表2に示す加熱条件で加熱し、表2に示す仕上圧延条件および冷却条件で、仕上圧延及び冷却を行い、鋼板を得た。そして、得られた鋼板の一部について、表2に示す温度で焼き戻しを行った。得られた各鋼板の板厚を表3に示す。
さらに、前記板厚方向に沿った断面の、鋼板表面から板厚方向の1/4位置でのMn濃度(Mn(1/4))に対する、前記板厚方向に沿った断面の、鋼板表面から板厚方向の1/2位置でのMn濃度(Mn(1/2))の比(Mn(1/2)/Mn(1/4))を、既述の方法に従って測定した。
そして、鋼板の引張り強さ(TS)、降伏応力(YP)、温度勾配型ESSO試験における試験温度マイナス10℃での脆性亀裂伝播停止靭性値Kca(アレスト靱性値Kca−10℃)、及び溶接部の亀裂先端開口変位試験における試験温度マイナス10℃での開口変位δc(開口変位δc−10℃)を、既述の方法に従って測定した。
これら特性について測定した結果を表3に示す。
なお、冷却速度が1℃/秒未満の冷却は、冷却水等を用いない空冷による冷却である。
冷却水等を用いない空冷であるので、冷却停止温度欄も「−」として表記した。
詳細には、空冷での冷却の場合(冷却速度欄が「−」の場合)、冷却速度が1℃/秒未満の冷却で、鋼板は最終的には常温(室温:25℃)まで冷却される。このように、冷却欄は、冷却速度が1℃/秒以上であるもののみ、冷却停止温度欄に停止温度を表記している。
「平均粒径」は、フェライト相、ベイナイト相、パーライト相、及びマルテンサイト・オーステナイト混合相の全相の平均粒径(直径)を表す。
「2μm以上介在物個数」は、円相当径(直径)が2μm以上である、酸化物、硫化物、及び酸硫化物の合計の個数密度を表す。
「t/2Mn÷t/4Mn」は、板厚1/4部でのMn濃度(Mn(1/4))に対する、板厚1/2部でのMn濃度(Mn(1/2))の比(Mn(1/2)/Mn(1/4))を表す。
Claims (3)
- 質量%で、
C :0.03%〜0.14%、
Si :0.01%〜0.50%、
Mn :1.20%〜2.50%、
P :0.030%以下、
S :0.020%以下、
Nb :0.003%〜0.050%、
Ti :0.003%〜0.050%、
Al :0.001%〜0.100%、
N :0.0010%〜0.0080%、
O :0.0050%以下、
Ca :0%〜0.0100%、
Mg :0%〜0.0100%、
REM:0%〜0.0100%、
Zr :0%〜0.0100%、
Te :0%〜0.0100%、
V :0%〜0.150%
Cu :0%〜1.00%、
Ni :0%〜2.00%、
Cr :0%〜1.00%、
Mo :0%〜0.50%、
B :0%〜0.0050%、並びに、
残部 :Fe及び不純物からなり、
下記式(1)で表される炭素当量Ceqが、0.30%〜0.55%であり、
板厚方向に沿った断面の、鋼板表面から板厚方向の1/4位置での金属組織が、面積分率で、フェライト相10.0%〜75.0%、ベイナイト相10.0%〜90.0%、パーライト相0%〜15.0%、及びマルテンサイト・オーステナイト混合相0%〜1.0%から構成され、フェライト相、ベイナイト相、パーライト相、及びマルテンサイト・オーステナイト混合相の面積分率の合計が100%であり、全相の電子線後方散乱回折法により測定される平均粒径(直径)が20μm以下であり、
前記板厚方向に沿った断面の、鋼板表面から板厚方向の1/4位置に含有する、円相当径(直径)が2μm以上である、酸化物、硫化物、及び酸硫化物の合計が50個/mm2以下であり、
前記板厚方向に沿った断面の、鋼板表面から板厚方向の1/4位置でのMn濃度(Mn(1/4))に対する、前記板厚方向に沿った断面の、鋼板表面から板厚方向の1/2位置でのMn濃度(Mn(1/2))の比(Mn(1/2)/Mn(1/4))が、0.90〜1.80である鋼板。
式(1) Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15
(ただし、式(1)中のC、Mn、Cr、Mo、V、Cu、およびNiは、鋼板に含まれる各元素の含有量(質量%)を表す。) - 請求項1に記載の鋼板を製造する方法であって、
溶存酸素量を50ppm以下に調整した溶鋼を、最終溶存酸素量が20ppm以下になるように脱酸元素を添加して脱酸処理を行う工程と、
前記脱酸処理を経た溶鋼を、1分あたり0.80トン〜5.00トンのスループットで連続鋳造し、前記連続鋳造するときの鋳片の中心固相率が0.5〜1.0の範囲であるとき、前記鋳片に対し、鋳造進行方向1mあたり1.0mm〜1.5mmの圧下勾配で、圧下量が1mm〜15mmとなる軽圧下を行い鋼片を得る工程と、
前記鋼片を950℃〜1150℃の温度域で加熱し、加熱後の鋼片に粗圧延を行った後、粗圧延後の鋼板に、鋼板の表面温度がAr3点−30℃〜再結晶温度Trexの温度域で、累積圧下率が50%〜75%の仕上圧延を行う工程と、
仕上圧延後の鋼板を、鋼板の板厚方向に沿った断面の、鋼板表面から板厚方向の1/4位置での温度が0℃〜600℃の温度域になるまで、前記1/4位置での平均冷却速度が1℃/秒〜20℃/秒で冷却する工程と、
を有する鋼板の製造方法。 - さらに、冷却工程後の鋼板を、350℃〜650℃の温度域で焼戻しを行う工程を有する請求項2に記載の鋼板の製造方法。
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