专利名称：厚钢板的制作方法
技术领域：
本发明涉及厚钢板，在该领域中所谓厚钢板，如JIS所定义的，一般指的是板厚为3.0mm以上的钢板。但本发明的厚钢板对于板厚为50mm以上这样的钢板来说，即使进行线能量为50kJ/mm以上的大线能量焊接，仍显示出良好的HAZ韧性，因此是优选适用于有这种厚度的钢板，但本发明的钢板的厚度并不限于50mm以上，也不排除适用于低于这一厚度的钢板。
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，不用说能够在小～中线能量的焊接中防止焊接热影响部的韧性劣化，即使在大线能量焊接中也能够防止焊接热影响部的韧性劣化。
实施例
以下，通过实施例更详细地说明本发明，但下述实施例并没有限定本发明的性质，在能够符合前后述的宗旨的范围内也可以适当变更实施，这些均包含在本发明的技术范围内。
[实施例1(关于HAZ韧性的提高的实施例)] 一边控制下述表3、4所示的条件(熔钢中的溶存氧量、Al、Ti、Ca的添加顺序、从Ti添加到Ca添加的时间t1、从Ca添加至浇铸的t2)，一边以真空熔炼炉(VIF150kg)熔炼下述表1、2所示的各种组成的钢，一边控制铸造时(1500～1400℃的温度范围)的冷却时间t3，一边冷却该熔钢，成为铸片(截面形状150mm×250mm)后进行热轧，成为板厚80mm的热轧板。还有，在表1中，REM以含有La为50％左右和含有Ce为25％左右的混合稀土金属的形态添加。另外表1中“-”表示未添加元素。另外在表3、4中，Al、Ti、(REM、Zr)和Ca的添加顺序为Al→Ti→(REM、Zr)→Ca时以“○”表示，为其以外的顺序时以“×”表示。另外，关于从Ca添加到浇铸开始的时间t2(分)，满足ta(分)＜t2(分)＜tb(分)的要件的以“○”表示，不满足的该要件的以“×”表示。
另外，在表3、4中，关于Ca添加量[Ca]的控制([Ca]一栏)，满足前述的A≤[Ca]≤B的关系的以“○”表示，不满足的以“×”表示。还有在[Ca]一栏中，不涉及上式的(即REM和Zr的任意一种均不含有的)以“-”表示。
表3
表4
对于以上述方式制造的各钢板，按下述的要领测定各种大小的氧化物(氧化物系夹杂物)的个数密度、HAZ的韧性。这些结果显示在表5、6中。
[以当量圆直径计低于2μm的氧化物的个数密度的测定] 从距各钢板的表面深t/4(t板厚)的位置(最具代表性的位置)切割下试验片(提取试验片使其轴心位置通过t/4位置)，使用Carl Zeiss公司制的场发射扫描式电子显微镜“SUPRA35(商品名)”(以下称为“FE-SEM”)，观察与轧制方向和板厚方向平行的截面，以观察倍率5000倍、观察视野0.0024μm2，观察处所20处的条件进行观察。然后通过图像分析，测定该视野中的各氧化物的面积，由该面积计算各氧化物的当量圆直径。还有，各氧化物满足上述的组成的情况通过EDX(能量色散型X射线检测仪)进行判别。然后，将当量圆直径小于2μm的氧化物的个数(N1)换算成每1mm2中的个数求得。
这时测定的氧化物之中，含有规定量的REM和Zr，除去氧的构成元素以质量％计满足10％＜Ti、5％＜Al＜20％、8＜Ca＜40％以外，还满足5％＜REM＜50％和5％＜Zr＜40％的至少一方的条件，并且满足10％＜REM+Zr＜70％以及Ti与Ca的含量比1＜Ti/Ca＜1.4的氧化物，将当量圆直径小于2μm的氧化物的个数换算成每1mm2中的个数求得的值表示为N3(使该N3值和含有规定量的REM和Zr，除去氧的构成元素以质量％计满足10％＜Ti、5％＜Al＜20％、5％＜Ca＜40％以外，还满足5％＜REM＜50％和5％＜Zr＜40％的至少一方的条件，但不满足10％＜REM+Zr＜70％或Ti与Ca的含量比1＜Ti/Ca＜1.4的条件的个数相加的值为N1)。但是，对于当量圆直径为0.2μm以下的氧化物来说，因为EDX的可靠性并不充分，所以从分析中除外。
[以当量圆直径计2μm以上的氧化物的个数密度的测定] 从距各钢板的表面深t/4(t板厚)的位置(最具代表性的位置)切割下试验片(提取试验片使其轴心位置通过t/4位置)，使用上述FE-SEM观察与轧制方向和板厚方向平行的截面，以观察倍率1000倍、观察视野0.06μm2，观察处所20处的条件进行观察。然后通过图像分析，测定该视野中的各氧化物的面积，由该面积计算各氧化物的当量圆直径。还有，各氧化物满足上述的组成的情况通过EDX(能量色散型X射线检测仪)进行判别。然后，将当量圆直径为2μm以上的氧化物的个数(N2)换算成每1mm2中的个数求得。
[HAZ韧性的评价] 从各钢板提取焊接接头用试验片，实施V坡口加工后，以线能量50kJ/mm实施气电焊。从这些试验片上提取摆锤冲击试验片(JIS Z 2201的4号试验片)，该试验片在距各钢板的表面深t/4(t板厚)的位置的熔合线(bond)邻域的HAZ加工有切口，在-40℃下进行摆锤冲击试验，测定吸收能(vE-40)。这时对于3个试验片测定吸收能(vE-40)，求得其平均值和最小值。然后，vE-40的平均值超过180J的，最小值超过120J的评价为HAZ韧性优异。
另外，在除了使线能量为60kJ/mm以外，其他均与上述同样的条件下实施气电焊，利用得到的试验片上，与上述同样地在-40℃下进行摆锤冲击试验。这时对于3个试验片测定吸收能(vE-40)，求得其平均值。然后，vE-40的平均值超过120J的评价为HAZ韧性优异。
表5
表6
由这些结果能够进行如下考察(还有，下述No.表示表1～6的钢No.)。No.1～30是满足本发明规定要件的例子，化学成分组成、氧化物的分散适当，可知能够得到HAZ(平均值和最小值)的良好的钢板。特别是含有规定量的REM和Zr，除去氧的构成元素以质量％计满足10％＜Ti、5％＜Al＜20％、8＜Ca＜40％以外，还满足5％＜REM＜50％和/或5％＜Zr＜40％，并且满足10％＜REM+Zr＜70％以及Ti与Ca的含量比1＜Ti/Ca＜1.4的氧化物，当量圆直径小于2μm的氧化物的个数(N3)为300个/mm2以上(No.6～8、14、15、22、23、25、26)，可知能够得到即使线能量为60kJ/mm时，HAZ韧性(平均值)仍良好的钢板。
相对于此，No.31～55是脱离本发明规定的某一要件的例子，可知吸收能(vE-40)的平均值和最小值的至少一项降低。
还有，对于No.1和No.31，分别调查由氧化物生成的晶内α和旧α的结晶方位时，能够确认No.1的(晶内α/γ)界面能低的特定的方位关系成立。
[实施例2(关于HAZ韧性和低温母材韧性的提高的实施例)] 一边控制下述表9、10所示的条件(熔钢中的溶存氧量、Al、Ti、REM和/或Zr、Ca的添加顺序、从Ti添加到Ca添加的时间t1、从Ca添加至浇铸的t2)，一边以真空熔炼炉(VIF150kg)熔炼下述表7、8所示的各种组成的钢，一边控制铸造时(1500～1400℃的温度范围)的冷却时间t3，一边冷却该熔钢，成为铸片(截面形状150mm×250mm)后进行热轧，成为板厚80mm的热轧板。还有，在表11和12所示的压下率和冷却停止温度通过改变板坯厚度进行调整，轧制后的冷却速度通过改变板厚和冷却水量进行调整。
在表7和8中，REM以含有La为50％左右和含有Ce为25％左右的混合稀土金属的形态添加。另外表1中“-”表示未添加元素。另外在表9、10中，Al、Ti、REM和/或Zr、和Ca的添加顺序为Al→Ti→REM和/或Zr→Ca时以“○”表示，为其以外的顺序时以“×”表示。另外，关于从Ca添加到浇铸开始的时间t2(分)，满足ta(分)＜t2(分)＜tb(分)的要件的以“○”表示，不满足该要件的以“×”表示。
对于以上述方式制造的各钢板，按下述的要领测定、评价各种大小的氧化物(氧化物系夹杂物)的个数密度、HAZ的韧性、钢的晶粒直径、MA量和低温母材韧性。这些结果显示在表9～12中。
还有，关于以当量圆直径计低于2μm的氧化物的个数密度(N1)的测定，以当量圆直径计2μm以上的氧化物的个数密度(N2)的测定，其进行与前述实施例1的情况相同。
[HAZ韧性的测定、评价] 从各钢板提取焊接接头用试验片，实施V坡口加工后，以线能量50kJ/mm实施气电焊。从这些试验片上提取摆锤冲击试验片(JIS Z 2201的4号试验片)，该试验片在距各钢板的表面深t/4(t板厚)的位置的熔合线(bond)邻域的HAZ加工有切口，在-40℃下进行摆锤冲击试验，测定吸收能(vE-40)，求得其平均值和最小值。然后，vE-40的平均值超过180J的，最小值超过120J的(即vE-40的平均值和最小值两方均优异的)评价为HAZ韧性优异。
[钢的晶粒直径的测定] 从距各钢板的表面深t/4(t板厚)的位置切割下试验片(提取试验片使其轴心位置通过t/4位置)，使用上述FE-SEM观察与轧制方向和板厚方向平行的截面，以观察倍率600倍、观察视野0.04mm2，观察处所5处的条件进行观察，以EBSD(电子背散射衍射Electron Back ScatterDiffraction Patterns)法进行分析，由此得到以结晶方位差为15°以上为境界的大角晶界映像。使用EBSD分析软件对该大角晶界映像进行图像分析，据此计算晶粒直径。
[MA的测定] 从距各钢板的表面深t/4(t板厚)的位置切割下试验片(提取试验片使其轴心位置通过t/4位置)，使用上述FE-SEM观察与轧制方向和板厚方向平行的截面，以观察倍率1000倍、观察视野0.06mm2，观察处所20处的条件进行观察。然后通过图像分析测定各视野中的各MA的面积分率，计算20个视野的平均值。
[低温母材韧性的测定、评价] (1)摆锤冲击吸收能(vE-40) 从距各钢板的表面深t/4(t板厚)的位置提取摆锤冲击试验片(JISZ 2201的4号试验片)，在-40℃下进行摆锤冲击试验，测定吸收能(vE-40)。这时对于3个试验片测定吸收能(vE-40)，求得其平均值。然后，vE-40的平均值在200J以上的评价为低温母材韧性优异。
(2)断裂转变温度(vTrs) 从距各钢板的表面深t/4(t板厚)的位置，提取JIS Z 2202(2006)规定的V切口试验片，以JIS Z 2242(2006)所规定的方法进行摆锤冲击试验，测定断裂转变温度(vTrs)。然后，vE-40的平均值在200J以上，且vTrs低于-65℃的评价为低温母材韧性更加优异。
表9
表10
＊No.100是在Al之前添加Ti。
表11
表12
由这些结果能够进行如下考察(还有，下述No.表示表7～12的钢No.)。No.61～82满足本发明规定要件(化学成分组成、氧化物的分散、钢的晶粒直径)，能够得到HAZ韧性(摆锤冲击吸收能的平均值和最小值)和低温母材韧性优异的钢板。此外也满足MA面积率的要件的No.79～82，可知具有优异的vTrs，低温母材韧性更为优异。
权利要求
1.一种厚钢板，其特征在于，以质量％计含有C0.03～0.12％、Si0.25％以下且含0％、Mn1.0～2.0％、P0.03％以下但不含0％、S0.015％以下但不含0％、Al0.005～0.05％、Ti0.010～0.080％、Ca0.0005～0.010％和N0.002～0.020％，并且，在除去氧的构成元素以质量％计为10％＜Ti、5％＜Al＜20％、5％＜Ca＜40％的氧化物中，当量圆直径小于2μm的所述氧化物每1mm2存在300个以上，并且当量圆直径为2μm以上的所述氧化物每1mm2存在100个以下。
2.一种厚钢板，其特征在于，以质量％计含有C0.03～0.12％、Si0.25％以下且含0％、Mn1.0～2.0％、P0.03％以下但不含0％、S0.015％以下但不含0％、Al0.005～0.05％、Ti0.010～0.080％、Ca0.0005～0.010％和N0.002～0.020％，并且，还含有REM0.0001～0.02％和/或Zr0.0001～0.02％，并且，在除去氧的构成元素以质量％计满足10％＜Ti、5％＜Al＜20％、5％＜Ca＜40％，同时还满足5％＜REM＜50％和5％＜Zr＜40％中的至少一个条件的氧化物中，当量圆直径小于2μm的所述氧化物每1mm2存在300个以上，并且当量圆直径为2μm以上的所述氧化物每1mm2存在100个以下。
3.根据权利要求2所述的厚钢板，其特征在于，对于除去氧的构成元素以质量％计满足10％＜Ti、5％＜Al＜20％、8％＜Ca＜40％，同时还满足5％＜REM＜50％和/或5％＜Zr＜40％，而且满足10％＜REM+Zr＜70％以及Ti与Ca的含量比为1＜Ti/Ca＜1.4的氧化物，测定其个数时，当量圆直径小于2μm的所述氧化物每1mm2存在300个以上。
4.根据权利要求2所述的厚钢板，其特征在于，在所述厚钢板中的金属组织中，由结晶方位差为15°以上的大角晶界包围的钢的晶粒的平均当量圆直径为30μm以下。
5.根据权利要求4所述的厚钢板，其特征在于，由岛状马氏体和奥氏体构成的混合组织MA为5.0面积％以下。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的厚钢板，其特征在于，除所述组成以外，以质量％计还含有如下(a)～(c)群中的至少1群
(a)Ni1.5％以下但不含0％、Cu1.5％以下但不含0％、Cr1.5％以下但不含0％和Mo1.5％以下但不含0％之中的1种以上的元素；
(b)Nb0.10％以下但不含0％和V0.1％以下但不含0％之中的1种以上的元素；
(c)B0.005％以下但不含0％。
全文摘要
提供一种即使在进行大线能量焊接时，不论HAZ韧性的平均值还是其最小值也都能够提高的厚钢板，此外提供一种低温母材韧性也优异的厚钢板。本发明的厚钢板，满足规定的化学成分组成，且除去氧的构成元素以质量％计为10％＜Ti、5％＜Al＜20％、5％＜Ca＜40％的氧化物，当量圆直径小于2μm的每1mm2存在300个以上，并且当量圆直径为2μm以上的每1mm2存在100个以下。
文档编号C22C38/14GK101760695SQ200910262269
公开日2010年6月30日 申请日期2009年12月22日 优先权日2008年12月22日
发明者名古秀德, 冈崎喜臣, 出浦哲史, 杉谷崇 申请人:株式会社神户制钢所