专利名称：：焊接热影响部的韧性优异的高张力厚钢板的制作方法
技术领域：
：本发明涉及应用于桥梁、高层建筑物和船舶等的焊接结构物的钢板，尤其涉及高热能输入焊接后的焊接热影响部(以下仅称为"HAZ")的韧性优异的厚钢板。
背景技术：
：近年来，随着上述各种焊接结构物的大型化，板厚为50mm以上的厚钢板的焊接不可避免。因此，在一切领域中，以提高焊接施工效率和降低施工成本为目的，其状况是指向高热能输入焊接。然而，若进行高热能输入焊接，则HAZ被加热至高温的奥氏体区域之后又被徐冷，因此，在加热时奥氏体晶粒成长，引起来自从徐冷时的奥氏体晶界的晶界铁素体生成，HAZ的组织粗大化，从而存在这部分的韧性容易劣化的问题。由此，就期望一种即使实施高热能输入焊接，仍能够高水准保持HAZ的韧性(以下称为"HAZ韧性")的技术的确立。作为用于确保高热能输入焊接时的HAZ韧性所适用的代表性的技术，可列举利用以氧化物、硫化物或氮化物这样的夹杂物为起点的晶内相变促进的组织微细化技术。该技术在焊接结束后的冷却时，利用存在于晶内的夹杂物使微细的相变组织发达，抑制粗大的晶界铁素体生成，由此确保HAZ韧性。在这一技术之中，例如作为活用氧化物的技术，在专利文献l中提出有一种技术，其是通过控制O浓度和Ca浓度，微细地分散使MnS复合析出的含Ti氧化物，促进以其为核的晶内铁素体相变(即，抑制粗大的晶界铁素体生成)。另外，在专利文献2中公开有一种技术，其利用复合添加了Ti和Mg的系，通过使成为晶内铁素体核的含Ti氧化物与MnS的复合体生成，从而得到HAZ韧性优异的焊接用高张力钢。另外作为活用硫化物的技术，例如在专利文献3中提出有一种技术，其是通过使含有l49。/。的Ca的Mn硫化物分散，以促进晶内铁素体相变，从而得到HAZ韧性优异的焊接用高张力钢。此外，作为活用氮化物的技术，例如在专利文献4中提出有一种技术，其是将使TiN等复合析出的BN作为铁素体相变的核加以利用，以使HAZ韧性得到改善。为了使氧化物、硫化物、氮化物等的夹杂物作为晶内相变的核发挥作用，使直径大的方法有利，直径比较小的夹杂物不利于晶内相变。然而，在至今为止提出的技术中，作为晶内相变的核起作用的夹杂物还说不上已充分存在，实际情况是需要的HAZ韧性尚未获得。专利文献1特许第3155104号公报专利文献2特许第3256118号公报专利文献3特开2003-321728号公报专利文献4特开昭61-253344号公报
发明内容本发明着眼于上述这样的情况而进行，其目的在于，提供一种高张力厚钢板，其通过适当地调整化学成分组成，并且适当地控制氧化物、硫化物或氮化物等的夹杂物的形态和个数，即使在高热能输入焊接中也能够确保良好的HAZ韧性。能够达成上述目的的所谓本发明的高张力钢板是一种厚钢板，其具有如下要点含有C:0.030.12%("质量％"的意思。下同)、Si:0.40%以下(不含0%)、Mn:1.02.0%、P:0.03%以下(不含0%)、S:0.0010.025%、Al:0.05%以下(不含0%)、Ti:0駕0.腦、N:0.00400.030%和0:0.00050.010%，余量由铁和不可避免的杂质构成，其中，在表面具有大量凹凸的夹杂物中，凹部的最小曲率半径为0.12.0pm，以圆当量直径计由0.25nm的氧化物、硫化物和氮化物中的1种或2种以上构成的夹杂物，每lmr^的观察视野中存在IOO个以上。还有，上述所谓"圆当量直径"，是着眼于氧化物、硫化物或氮化物等的夹杂物的大小，求得假定与其面积相等的圆的直径。另外在本发明中作为对象的夹杂物，当然由氧化物、硫化物或氧化物的任意一种单体构成的夹杂物，也包括它们的2种以上复合析出的夹杂物。在本发明的高张力厚钢板中，优选满足下式(1)的关系，通过满足这一要件，能够容易地使上述这种形态的夹杂物分散。0.05《9X[O]/([S]+10X[N])《1.20…(1)其中，[O]、[S]和[N]分别表示O、S和N的含量(质量％)。在本发明的高张力厚钢板中，根据需要还含有如下等元素也有效(a)REM:0.00010.05%;(b)Zr:0.00010.05%;(c)Mg:0.00010.005%禾口/或Ca:0.00010.005%;(d)Cu:0.11.5%、Ni:0.11.5%、Cr:0.11.5%禾卩Mo:0.11,5%中的1种以上；(e)Nb:0.010.06%和/或V:0.010.1%;(f)B:0.0010.005%，通过含有这些元素，对应其种类，厚钢板的特性将得到进一步改善。根据本发明，通过将钢板的化学成分组成收纳在适当的范围内，并且适当地控制至少含有氧化物、硫化物或氮化物的夹杂物的形态及其个数，能够增大有助于晶内相变的夹杂物的个数，实现HAZ的韧性改善的高张力厚钢板能够实现。图1是用于说明测定夹杂物的个数密度NA的方法的替代附图的显微镜照片。具体实施方式一般来说，在以夹杂物为起点的晶内相变中，因为直径大的夹杂物的存在有利，所以直径比较小的夹杂物不利于晶内相变，得不到充分的HAZ韧性。本发明者们在这一设想之下，为了在高热能输入焊接中实现优异的HAZ韧性，对于氧化物、硫化物或氮化物等的夹杂物的形态与晶内相变的关系从各种角度进行了研究。其结果判明，通过在铸造时生成的氧化物、硫化物、氮化物这样的二次夹杂物的复合析出，在表面形成有大量凹凸的夹杂物之中，凹部的最小曲率半径为0.12.0^im，以圆当量直径计为0.25pm的夹杂物，作为晶内相变的起点有效地发挥着功能。而且还发现，如果以规定量存在的方式控制这些夹杂物，便能够实现发挥着优异的HAZ韧性的焊接用高张力厚为了使夹杂物的表面形成有上述这样的凹凸，有效的是利用在铸造时的凝固过程中氧化物、硫化物、氮化物等的夹杂物的表面复合析出的硫化物、氮化物这样的二次夹杂物，从这一观点出发，将铸造时凝固进行的14501500。C的温度范围的冷却时间控制为60300秒即可。g卩，通过在规定的时间内冷却上述温度范围，二次夹杂物的复合析出形态受到控制，凹凸被有效地形成。若冷却时间比60秒短，则不能确保充分的复合析出量，若比300秒长，则二次析出物以均匀覆盖氧化物、硫化物、氮化物的夹杂物的方式复合析出，从而无法得到凹凸。为了得到HAZ韧性优异的高张力厚钢板，需要使上述这种形态的夹杂物在钢中每lmm"的观察视野中存在IOO个(以下记述为"100/mm2")以上。本发明中作为对象的夹杂物的尺寸，以圆当量直径计为0,25拜，但是若该尺寸比0.2pm小，则需要的凹部无法充分地形成。另一方面，若超过5pm，则其成为脆性破坏的起点，反而使HAZ韧性降低。另外具有凹凸的夹杂物在钢中低于100/mm2或不存在时，则和不到充分的晶内相变组织，使HAZ韧性降低。关于具有上述这样凹部的夹杂物对晶内相变的促进发挥有效机能的理由还无法得到全面解释，但认为恐怕由于凹部的铁素体相变核生成能的降低所致。另外从这一观点出发，凹部的最小曲率半径规定为0.1,以上。然而，若凹部的最小曲率半径超过2.0,，则接近平滑的表面，凹部的效果减少。还有，所谓凹部的最小曲率半径，意思是由后述方法测定的形状参数，若该值大，则凹凸的形态趋于平坦。另外这样的凹部，其曲率半径越小越会促进铁素体相变，从这一理由出发，"最小"的曲率半径成为问题，因此在本发明中对于作为对象的夹杂物的凹部的最小曲率半径进行了规定。其次，对于本发明的钢板中的成分组成进行说明。如上述，本发明的钢板即使夹杂物的形态和个数满足上述的要件，但如果化学成分组成不在适当范围内，仍然不能达成HAZ的优异的韧性。因此，在本发明的厚钢板中，除了夹杂物的分布状况良好以外，还需要使各个化学成分的量处于如下所述的适当范围内。这些成分的范围限定理由如下。[C:0.030.12%]c是用于确保钢板的强度所不能欠缺的元素，为了发挥这一效果，需要含有0.03%以上，优选为0.04%以上。然而，若C含量超过0.12。/。，则焊接时在HAZ大量生成岛状马氏体相(MA相)，招致HAZ的韧性劣化。因此，C需要抑制在0.12。/。以下(优选在0.10%以下)。[Sh0.40%以下(不含0%)]Si是通过固溶强化来确保钢板的强度的有用的元素，但是若过剩地含有，则焊接时在HAZ大量生成岛状马氏体相(MA相)，招致HAZ的韧性劣化。从这一观点出发，Si含量需要抑制在0.40%以下，优选抑制在0.35%以下。[Mn:1.02.0o/o]Mn在确保钢板的强度上是有用的元素，为了有效地发挥这一效果，需要含有1.0%以上，优选为1.4%以上。但是，若过剩含有而超过2.0%，则HAZ的强度过度上升，韧性劣化，因此Mn含量为2.0。/。以下。优选为1.8%以下。[P:0.03%以下(不含0%)]作为杂质元素的P，易引起晶界破坏而对韧性造成不良好影响，因此其量优选尽可能地少。从确保韧性的观点出发，P含量需要抑制在0.03%以下，优选在0.02%以下。但是，工业上难以使钢中的P为0。/。。[S:0.0010.025%]s是硫化物的生成所必须的元素，特别是在铸造时的凝固过程中在氧化物、硫化物、氮化物等的夹杂物的表面作为硫化物复合析出，由此在形成夹杂物表面的凹凸上有效。若S含量比0.001%少，则得不到用于形成所需要的凹凸的充分的复合析出量，因此其下限为0.001%。另外，若s含量超过0.025%，则硫化物以均匀覆盖夹杂物表面的方式复合析出，凹部的曲率半径增大，因此无法获得晶内相变的促进效果。据此，S含量的上限为0.025%。还有，S含量的优选下限为0.002%，优选上限为0.020%。[Al:0.05%以下(不含0%)]Al作为脱氧元素有效，但是若其含量过剩，则形成粗大的氧化物系夹杂物，反而使HAZ韧性降低，因此其上限为0.050%。还有，Al含量的优选上限为0.040%。[Ti:0.0050.10%]Ti形成氮化物或氧化物，是有助于HAZ韧性提高的元素。为了有效地发挥这一效果，Ti需要含有0.005。/。以上，优选为0.010%以上。然而，若Ti含量过剩，则氮化物或氧化物变得粗大，使HAZ的韧性劣化，因此应该抑制在0.10°/。以下，优选在0.080%以下。[N:0.00400.030%]N是氮化物的生成所需要的元素，特别是在铸造时的凝固过程中在氧化物、硫化物、氮化物等的夹杂物的表面作为氮化物复合析出，由此形成夹杂物表面的凹凸上有效。若N含量比0.0040。/。少，则得不到用于形成必要的凹凸的充分的复合析出量，因此其下限为0.0040%。另夕卜，若N含量过剩而超过0.030%，则氮化物以均匀覆盖夹杂物表面的方式复合析出，凹部的曲率半径增大，因此无法获得晶内相变的促进效果。由此，N含量的上限需要为0.030%。还有，N含量的优选下限为0.0050%，优选上限为0.025%。O是氧化物的生成所需要的元素，若0含量比0.0005%小，则得不到充分量的氧化物，因此其下限为0.0005%。另外，若O含量过剩而超过0.010%，则由于氧化物的粗大化而招致HAZ韧性的降低，因此其上限为0.010%。还有，O含量优选的下限为0.001%，优选上限为0.008%。本发明规定的含有元素如上所述，余量是铁和不可避免的杂质，作为该不可避免的杂质，可以允许由于原料、物资、制造设备等的状态而搀杂的元素(例如Sn、As、Pb等)的混入。另外，如上述在化学成分组成的范围内满足下式(1)也有效。此外，根据需要，积极地含有下述各种元素也有效，通过含有这样的元素，对应其种类，厚钢板的特性将得到进一步地改善。(X05《9X/([S]+10X[N])《1.20…(1)其中，[O]、[S]和[N]分别表示O、S和N的含量(质量％)。上述(1)式的关系，作为对氧化物、硫化物及氮化物等的生成赋予影响的元素，选择了O、S禾BN，并是基于实验而求得的。若(9X/([S]+10X[N])的值(以下称为"Z值")比0.05小，则硫化物、氮化物以均匀覆盖夹杂物表面的方式复合析出，凹部的曲率半径增大，因此难以获得晶内相变的促进效果。另夕卜，若Z值超过1.20，则在氧化物、硫化物、氮化物等的夹杂物的表面，难以得到用于形成需要的凹凸的充分的硫化物、氮化物的复合析出。还有，Z值的更优选下限为0.20，更优选上限为1.0。[REM:0,00010.05%]REM(稀土类元素)是作为氧化物或硫化物析出，从而促进晶内相变的元素，若其含量比0.0001%少，则不能充分获得晶内相变的促进效果，因此优选下限为0.0001%。另外，若REM的优选含量过剩而超过0.05%,则由于氧化物或硫化物的粗大化而招致HAZ韧性的降低，因此优选上限为0.05%。REM更优选的下限为0.0005%,更优选的上限为0.04%。还有，在本发明中，所谓REM(稀土类元素)是含有镧系元素(从La至Ln的15种元素)和Sc(钪)及Y(钇)的意思。[Zr:0細10.05%]Zr是作为氧化物析出从而促进晶内相变的有效元素，为了发挥这一效果，优选含有0.0001%以上。然而，若Zr的含量超过0.05。/。，则由于氧化物的粗大化而招致HAZ韧性的降低，因此优选为0.05%以下。还有，Zr的更优选下限为0.0005%,更优选上限为0.04%。[Mg:0.00010.005。/o和/或Ca:0.00010.005%]Mg和Ca均是在氧化物的微细分散上有效的元素，若含量均比0.0001%少，则不能充分获得微细分散的效果，因此优选下限为0.0001%。另外，若含量均超过0.0050%，则由于氧化物的粗大化导致微细的分散效果降低，因此其上限均为0.0050%。还有，这些元素含量的更优选下限为0.0005%,更优选上限为0.0030%。[Cu:0.11.5%、Ni:0.11.5%、Cr:0.11.5%和Mo:0.11.5%中的l种以上]Cu、Ni、Cr和Mo均是对钢板(母材)的高强度化有效的元素，为了发挥这一效果，均优选含有0.1%以上。然而，若这些元素的含量过剩，则招致HAZ韧性的降低，因此均优选在1.5%以下。还有，这些元素的更优选的下限为0.2%，更优选的上限为1.2%。[Nb:0.010.06%禾口/或V:0.010.1%]Nb和V作为碳氮化物析出，抑制奥氏体晶粒粗大化，是改善HAZ韧性的元素。为了发挥这一效果，均优选含有0.01%以上。然而，若它们的含量过剩，则粗大的碳氮化物生成，招致HAZ韧性的降低，因此优选Nb为0.06。/。以下，优选V为0.1。/。以下。还有，更优选的下限Nb、V均为0.02%，更优选的上限Nb为0.05%，V为0.080/0。[B:0.0010.005%]B抑制晶界铁素体生成，是使HAZ韧性提高的元素，为了发挥该效果，优选含有0..001%以上。然而，若B含量过剩而超过0.005%，则会作为BN在奥氏体晶界析出，招致HAZ韧性降低，因此，优选在0.005%以下。还有，B含量的更优选下限为0.0015%，更优选的上限为0.004%。本发明涉及的是厚钢板，在该领域中所谓厚钢板，如JIS所定义的，一般是指板厚在3.0mm以上。但是，本发明的厚钢板的板厚优选为80mm以上。即，本发明的厚钢板，即使由板厚为80mm以上的这种钢板进行高热能输入焊接，仍显示出良好的HAZ韧性。但是，本发明的钢板的厚度并不限定在80mm以上，也不排出在50mm以上或低于此厚度的钢板上的应用。如此得到的本发明的厚钢板，例如能够作为桥梁、高层建筑物和船舶等的结构物的材料使用，当然不用说小中热能焊接，即使在高热能输入焊接中也能够防止焊接热影响部的韧性劣化。实施例以下，列举实施例更具体地说明本发明，但是本发明当然不受下述实施例限制，当然也可以在符合前后述宗旨的范围内适当加以变更实施，这些均包含在本发明的技术范围内。(实施例1)使用真空熔解炉(150kg)，一边熔炼下述表1、2所示的组成的钢，一边使铸造时的凝固过程进行的1450150(TC的冷却时间T(秒)变化，成为钢坯(截面形状200mmX250mm)后，加热到IIO(TC，使终轧温度为880"C，如此实施热轧，制造板厚80mm的厚钢板。下述表1中显示各厚钢板的化学成分组成、冷却时间T(秒)及Z值。还有，在表1、2中，REM以含有La为50%左右和含有Ce为25%左右的混合稀土合金的形态进行添加。另外，表l、2中"—"表示没有添加元素。表1实验化学成分组成*(质量％)<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>*余量铁和不可避免的杂质表2<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>*余量铁和不可避免的杂质200810080735.4转溢齿被11/15:K从得到的各厚钢板上提取焊接接头制作用试验片，按下述的要领实施各试验片的HAZ的摆锤冲击试验。首先，在各焊接接头制作用试验片上加工V坡口，以50kJ/mi^的热能输入实施气电焊，得到焊接接头。从这些焊接接头上，提取在焊接金属部附近的HAZ加工了切口的摆綞冲击试验片(JISZ2201的4号试验片)，评价HAZ韧性。然后，依据JISZ2242，在一40'C下进行摆锤冲击试验，测定吸收能(vE—4Q)。这时对于3个试验片测定吸收能(vE-4。)，求其平均值。然后，vE—4。的值超过180J的评价为HAZ韧性优异。摆锤冲击试验结束后，对于各厚钢板的试验片，釆用场放射扫描式电子显微镜(FE-SEM)["SUPRA35"(商品名)CarlZeiss社制]，观察(剖面观察)距断裂面26mm的试验片中央部的HAZ，按下述方法测定表面存在有大量凹凸的夹杂物中，凹部的最少曲率半径为0.12.(Him，圆当量直径0.25.0pm的氧化物、硫化物和氮化物的1种或2种以上所构成的夹杂物的个数密度(以下表述为"个/mm2")。(夹杂物的个数密度NA(个/mm2)的测定方法)(i)首先，将上述FE-SEM的观察倍率设定为5000倍，随机选择相当于0.0024mm2的面积的观察视野20个，拍摄各观察视野的图像。同时，对于各视野中所包含的各个夹杂物粒子实施EDX(能量色散X射线分析)，以10000倍的倍率拍摄构成元素中含有氧、氮和硫磺之中一种或两种以上的夹杂物粒子的图像。在得到的10000倍的图像中存在的氧化物、氮化物、硫化物等的夹杂物之中，选择表面形状有凹凸的，根据下述(ii)的顺序测定表面的凹部曲率半径。(ii)按图像中的夹杂物的轮廓，在夹杂物凹部的两侧的凸部引出公切线L,(图1)，得到2点切点(图中A、B)。接着，引出与前述公切线平等的凹部的切线L2，得到切点C，根据使用了"Image-ProPlus"(软件名MediaCybernetic公司制)的图像分析，描绘出通过这3个切点(A、B、C)的圆，将该圆的半径定义为夹杂物表面的凹部的曲率半径R。(iii)在各个夹杂物表面存在的凹部之中，选择由上述方法测定的最小曲率半径为0.12.0pm这样的夹杂物粒子，根据图像分析求得圆当量直径。以5000倍在20个视野的图像中统计其中圆当量直径为0.25.0|_im的夹杂物的个数，求得换算成观察视野lmm2的个数密度NA(个/mm2)如上述这样得到的个数密度1SU与各厚钢板的HAZ试验结果(vE—的值)一起显示在下述表3、4中。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>表4<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>根据这些结果能够进行如下考察。首先，在满足本发明规定的要件的厚钢板(表l、3的试验No.121)中，规定的形态的夹杂物的个数密度Na高，可知能够达成优异的HAZ韧性。相对于此，在欠缺本发明规定的任一要件的厚钢板(表2、4的试验No.2236)中，可知均得不到良好的HAZ韧性。具体地说，在试验No.2225中，作为优选要件的Z值[9X/([S]十10X[N])]或铸造时的凝固过程进行的1450150(TC的温度范围下的冷却时间T不在适当的范围内，因此具有规定的形态的夹杂物的个数密度Na低于100个/mm2，得不到良好的HAZ韧性。在试验No.26中，Si含量过剩，可预测硬质的MA组织增加，由此HAZ韧性降低。在试验No.27、28中，Al含量、O含量分别过剩，可预测粗大夹杂物增加，HAZ韧性降低。在试验No.2936中，因为某一元素的含量脱离适当范围，所以具有规定的形态的夹杂物的个数密度NA低于100个/mm2，HAZ韧性降低。权利要求1.一种焊接热影响部的韧性优异的高张力厚钢板，其特征在于，以质量％计含有C0.03～0.12％、Si0.40％以下但不含0％、Mn1.0～2.0％、P0.03％以下但不含0％、S0.001～0.025％、Al0.05％以下但不含0％、Ti0.005～0.10％、N0.0040～0.030％和O0.0005～0.010％，余量是铁和不可避免的杂质，并且，在表面具有大量凹凸的夹杂物中，凹部的最小曲率半径为0.1～2.0μm，由氧化物、硫化物和氮化物中的1种或2种以上构成，以圆当量直径计为0.2～5μm的夹杂物，在每1mm2的观察视野中存在100个以上。2.根据权利要求1所述的高张力厚钢板，其特征在于，满足下式(1)的关系，0.05《9X[O]/([S]+10X[N])《1.20…(1)其中，[O]、[S]和[N]分别表示O、S和N的质量百分比含量。3.根据权利要求1或2所述的高张力厚钢板，其特征在于，以质量X计还含有REM:0.00010.05%。4.根据权利要求1或2所述的高张力厚钢板，其特征在于，以质量X计还含有Zr:0細10.05%。5.根据权利要求1或2所述的高张力厚钢板，其特征在于，以质量X计还含有Mg:0.00010.005%禾口/或Ca:0.00010.005%。6.根据权利要求1或2所述的高张力厚钢板，其特征在于，以质量X计还含有Cu:0.11,5%、Ni:0.11,5%、Cr:0.11.5。/。和Mo:0.11.5%中的1种以上。7.根据权利要求1或2所述的高张力厚钢板，其特征在于，以质量X计还含有Nb:0.010.06%禾口/或V:0.010.1%。8.根据权利要求1或2所述的高张力厚钢板，其特征在于，以质量X计还含有B:0.0010.005%。全文摘要提供一种高张力厚钢板，其通过适当地调整化学成分组成，并且适当地控制氧化物、硫化物或氮化物等的夹杂物的形态和个数，即使在高热能输入焊接中也能够确保良好的HAZ韧性。本发明的高张力厚钢板，具有规定的化学成分组成，并且在表面具有大量凹凸的夹杂物之中，凹部的最小曲率半径为0.1～2.0μm，由氧化物、硫化物和氮化物的1种或2种以上构成，以圆当量直径计为0.2～5μm的夹杂物，每1mm<sup>2</sup>的观察视野中存在100个以上。文档编号C22C38/14GK101265552SQ20081008073公开日2008年9月17日申请日期2008年2月18日优先权日2007年3月12日发明者冈崎喜臣,出浦哲史,名古秀德,杉村朋子申请人:株式会社神户制钢所