专利名称：高张力钢板及其制造方法
技术领域：
本发明涉及适合用于建筑结构物和桥梁等大型结构物，抗拉强度为570MPa以上的高张力钢板(以下有称为“570MPa级钢板”的情况。)及其制造方法，特别是涉及具有焊接性(HAZ韧性和耐焊接裂纹性)和稳定的母材性能的高张力钢板及其制造方法。
背景技术：
为了在高张力钢板中确保优异的焊接性，历来采取的是降低C量的成分设计，关于抗拉强度，是通过添加合金元素加以确保。本发明者们至今为止公开有专利文献1、2等技术，公开了焊接性(HAZ韧性、耐焊接裂纹性等)和母材强度优异的钢板。专利文献1、2是在将C量降低至0. 06%左右以下的成分系中，添加Mo、Nb、V这样容易形成碳化物的元素，这些成分组成能够发挥出优异的焊接性和母材性能(抗拉强度和韧性)，但在母材性能的偏差这一点上仍有改善的余地。另外，作为提高HAZ韧性和母材韧性的技术，例如可列举专利文献3 6。在专利文献3中公开，将分散有含有0、S的一种或两种的夹杂物的钢材加热到Ac3点以上、1350°C 以下，在未再结晶温度区域进行累积压下率40 90%的热轧后，以1 60°C /sec的冷却速度冷却至600°C以下，由此使母材韧性和超大线能量焊接HAZ韧性提高。专利文献3并未着眼于降低了 C量的成分系的母材性能的偏差，另外在焊接性中也没有对于耐焊接裂纹性进行研究。在专利文献4中公开有一种技术，是在抗拉强度780MPa以上的钢板中，在使C量为0. 080%以下，添加有合金成分的成分系下，加热至Ac3 1350°C左右后，在800°C以下、 使累积压下率为50%以上而进行热轧，在0. 05 50°C /s左右进行冷却。在专利文献4中， 母材强度的稳定性不充分，另外母轧温度比较低，为700 720V，因此适用于570MPa级钢板在成本的点上存在问题。在专利文献5中公开有一种技术，其是将把C量控制为低于0. 04%、添加有合金成分的钢材加热至1020°C以上、1300°C以下，使1020°C以下、超过920°C的累积压下率低于 60%，使920°C以下、超过Ar3点的累积压下率为50%以上、90%以下而进行轧制，形成冷却速度1°C /秒以上的加速冷却，在低于550°C、30(TC以上的温度范围停止加速冷却，其后放冷。但是，专利文献5中母材韧性的稳定性不充分。在专利文献6中公开有一种材质偏差少且焊接性优异的高强度钢材的制造方法， 其是在将C量进一步降低为0. 02mass%以下的成分系中，加热至Ac3 1350°C的温度后， 实施从800°C至650°C的温度区域下的压下率为20%以上的热轧，其后冷却。但是在专利文献6中，HAZ韧性不充分，在适用于大线能量焊接中存在问题。专利文献1日本专利第3863413号公报专利文献2日本专利第4220871号公报专利文献3特开2003-49237号公报专利文献4日本专利第43547M号公报
专利文献5特开2008-261012号公报专利文献6日本专利第3500838号公报
发明内容
本发明的目的在于，提供一种高张力钢板，其能够达成焊接性(HAZ韧性和耐焊接裂纹性)和稳定的母材性能(抗拉强度和韧性)。解决上述课题的本发明的高张力钢板，其中，含有C 0. 01 0. 06%(质量％的意思。以下，关于化学成分组成均同。)、Mn:1.25 2.5%、Cr:0. 1 2. 0%, Mo 0. 01 1. 5%, V 0. 040% 以下(含 0% )、Nb 0. 001 0. 030%, B 0. 0006 0. 005%,Ti 0. 005 0. 05%,N 0. 002 0. 010%、Si :0.5% 以下(不含 0%)、A1 :0. 07% 以下(不含0% )、P :0.02%以下(不含0% )、S :0.01%以下(不含0% )，余量是铁和不可避免的杂质，由下式⑴、(2)表示的KP和KV分别满足2. 4彡KP彡4. 5和KV彡0. 060， 并且钢组织的90面积％以上为贝氏体，余量是由马氏体和奥氏体构成的混合组织(MA)、铁素体、准多边铁素体，贝氏体组织的平均晶粒直径为5 20 μ m，旧奥氏体晶粒的平均长宽比为5.0以上。KP = [Mn] +1. 5 X [Cr] +2 X [Mo]…(1)KV = [V]+ [Nb] — (2)(其中，□表示各元素的含量(质量％)。)本发明的高张力钢板，也可以根据需要以如下方式含有(a)Cu :2.0%以下(不含 0% ) ； (b)Ni :5.0%以下(不含0% ) ； (c)含有从&、Ca、Mg和REM之中选择的1种以上， Ca、Mg和REM的合计含量为0. 010%以下(不含0% )，^ 量0. 020%以下(不含0% )。另外，本发明中也包括一种高张力钢板的制造方法，是制造上述任意一种高张力钢板的方法，其中，在加热至Ac3 1300°C而进行热轧时，使加热温度为T(°C )时，以 T/20-8(% )以上的压下率实施未再结晶域轧制，在所述轧制后，以0. 5 50°C /s的冷却速度进行冷却。根据本发明，适当控制化学成分，并且适当控制制造条件(特别是在进行热轧时， 以加热温度所对应的压下率实施未再结晶域轧制)，因此能够适当调整贝氏体组织分率、形态和旧奥氏体晶粒的平均长宽比，能够达成焊接性(HAZ韧性和耐焊接裂纹性)和稳定的母材性能(抗拉强度和韧性)。
具体实施例方式本发明者们为了在具有优异的焊接性的钢板中，不降低生产率而得到母材性能稳定化的钢板进行了研究，其结果发现，在适当控制化学成分组成的基础上，在制造条件中， 还特别进行根据热轧的加热温度而适当控制未再结晶域的压下率的轧制即可。首先，以下对于本发明的高张力钢板的化学成分进行说明。C :0.01 0.06%C使焊接时的HAZ部的耐焊接裂纹性和母材强度并立，并且在用于改善大线能量 HAZ韧性上是重要的元素。若C超过0. 06%，则不会在高冷却速度侧成为低温相变贝氏体， 而是使马氏体生成，耐焊接裂纹性和大线能量HAZ韧性得不到改善。另外C低于0. 01 %时，得不到需要的最小限度的母材强度。因此C量定为0.01 0.06%。C量的下限优选为 0. 020%，更优选为0. OM%。C量的上限优选为0. 050%以下，更优选为0. 045%以下。Mn :1.25 2. 5%Mn具有改善淬火性的作用，并且使贝氏体块微细化，发挥着改善母材韧性的效果。 若Mn量低于1.25%，则期望的淬火性改善作用得不到发挥，母材强度不足。另一方面，若 Mn量超过2. 5%而变得过剩，则使HAZ部的耐焊接裂纹性劣化。因此将Mn量定为1. 25 2.5%。Mn量的下限优选为1.35%，更优选为1.45% (特别优选为1.50%)。Mn量的上限优选为2.3%，更优选为2.0%。Cr :0.1 2.0%Cr在本发明中是重要的元素，不仅改善淬火性，而且具有稳定地确保来自B的淬火性的改善效果的作用。另外，还发挥着达成贝氏体块的微细化，改善母材韧性的效果。Cr 量低于0. 1 %时，这些效果得不到有效地发挥，另一方面，若Cr量超过2. 0%而变得过剩，则 HAZ部的耐焊接裂纹性劣化。因此将Cr量定为0. 1 2. 0%。Cr量的下限优选为0. 20%， 更优选为0.40% (特别优选为0.50% )。Cr量的上限优选为1.5%，更优选为1.4%。Mo :0.01 1.5%Mo通过Mo、Nb和B的复合效果，具有改善淬火性的作用。为了有效地发挥这样的效果，Mo量需要使之含有0. 01%以上。另一方面，若Mo超过1. 5%而变得过剩，则HAZ的耐焊接裂纹性劣化。因此Mo量定为0. 01 1. 5%。Mo量的下限优选为0. 10%，更优选为 0. 13%。Mo量的上限优选为1.3%，更优选为1.0%。2. 4 彡 KP 彡 4. 5，KP = [Mn]+1. 5 X [Cr] +2 X [Mo]在本发明中，不仅要分别控制上述的Mn、Cr、Mo的含量，而且控制根据这些元素的含量决定的KP也很重要。KP的值低于2. 4时，不能充分发挥上述的淬火性改善效果，容易生成准多边铁素体和铁素体，不能得到570MPa以上的母材强度。另一方面，若KP的值变大而超过4. 5，则大线能量HAZ韧性降低。因此KP定为2. 4以上、4. 5以下。KP的下限优选为 2. 6，更优选为2. 8。KP的上限优选为4. 3，更优选为4. 0。V 0. 040% 以下(含 0% )，Nb :0. 001 0. 030%V是通过少量的添加便具有提高淬火性和回火软化阻抗的作用的元素。为了有效地发挥这样的作用，V量优选为0.01%以上，更优选为0.02%以上。Nb也是通过少量的添加便可提高淬火性，有助于母材强度提高的元素，因此Nb量定为0. 001 %以上。Nb量的下限优选为0. 005%,更优选为0. 006%。另一方面，若V量和Nb量变得过剩，则大线能量HAZ韧性降低。因此V量定为0.040%以下，Nb量定为0.030%以下。V量的上限优选为0.035%， 更优选为0. 030%。Nb量的上限优选为0. 025%，更优选为0. 022%。KV 彡 0. 060，KV = [V]+ [Nb]在本发明中，上述V和Nb不仅要控制各自的含量，而且控制根据这些元素的含量而决定的KV的值也很重要。如上述，若这些元素变得过剩，则使大线能量HAZ韧性降低。因此KV定为0. 060以下。KV优选为0. 055以下，更优选为0. 040以下。B :0· 0006 0. 005%B是具有改善淬火性的作用的元素，其发挥的作用是，低冷却速度下容易生成贝氏体，并且通过使C极低，同时添加适量的Mn、Cr、M0，可提高小线能量焊接时的HAZ部的焊接裂纹性和母材强度。为了有效地发挥这样的作用，将B量定为0.0006%以上。B量的下限优选为0. 0008%,更优选为0. 0010%。另一方面，若B量变得过剩，则淬火性反而降低，母材韧性和焊接性不足。因此，B量定为0.005%以下。B量的上限优选为0.004%，更优选为 0.003%，进一步优选为0.0015% (特别优选0.0012% )。关于B，特别是在添加Nb和V的成分系中，精确地控制B量很重要。特别是已知通过复合添加Nb和B，钢材的再结晶温度上升。即，在复合添加Nb和B时，发现在比较高的温度区域能够实施未再结晶域轧制这样的效果，但本发明者们发现，Nb和B的复合添加对于韧性(特别是HAZ韧性)造成很大的不良影响。从这一观点出发，Nb量和B量的合计优选为 0. 005 0. 033%，更优选为 0. 010 0. 030%。Ti :0· 005 0. 05%Ti与N形成氮化物，使大线能量焊接时的HAZ部的奥氏体晶粒微细化，在有助于 HAZ韧性改善这一点上有用。因此将Ti量定为0.005%以上。Ti量的下限优选为0.008%， 更优选为0.010%。另一方面，若Ti量变得过剩，HAZ韧性反而降低。因此Ti量定为0. 05% 以下。Ti量的上限优选为0. 040%以下，更优选为0. 030%以下。N :0· 002 0. 010%N如上述，与N形成氮化物，使大线能量焊接时的HAZ部的奥氏体晶粒微细化，在有助于HAZ韧性改善这一点上有用。为了有效地发挥这样的作用，N量定为0.002%以上。 N量的下限优选为0. 0030%,更优选为0. 0035%。但是，N与B结合而使固溶B减少，阻碍 B的淬火性提高作用，也有使母材的韧性和大线能量HAZ韧性降低的作用，若N的含量超过 0.010%，其该作用变得显著。因此N量为0.010%以下。N量的上限优选为0.0090%，更优选为 0. 0080% οSi :0.5% 以下(不含 0% )Si是作为脱氧剂有用的元素，但若含有超过0. 5%，则焊接性和母材韧性降低。因此Si量为0. 5%以下。Si量的上限优选为0. 40%以下，更优选为0. 35%以下。Al :0· 07 % 以下(不含 0 % )Al是脱氧元素，并且固溶N而确保固溶B，是基于B提高淬火性提高作用的元素， 但若含有超过0.07%，则母材韧性降低。因此Al量为0.07%以下。Al量的上限优选为 0. 060%，更优选为0. 040%以下。P :0.02% 以下(不含 0% )，S :0.01% 以下(不含 0% )P和S是给韧性带来不良影响的有害的杂质元素，因此P量抑制在0.02%以下，S 量抑制在0.01%以下。P量的上限优选为0.015%，更优选为0.010%，S量的上限优选为 0. 007%，更优选为 0. 005% O本发明的钢板的基本成分如上所述，余量实质上是铁。但是，当然也允许含有由于原料、物资、制造设备等的状况而混入的不可避免的杂质。另外，本发明的钢板也可以根据需要含有以下的元素。Cu :2.0% 以下(不含 0% )Cu通过固溶强化和析出强化使母材强度提高，并且是具有淬火性提高作用的元素。为了有效地发挥这样的效果，Cu量优选含有0.10%以上，更优选为0.20%以上。另一方面，若Cu量变得过剩，则大线能量HAZ韧性降低。因此Cu量优选为2.0%以下。Cu量的
6上限更优选为1. 5%，进一步优选为0. 5%。Ni以下(不含 0% )Ni在母材韧性提高上是有用的元素。为了有效地发挥这样的效果，Ni量优选为 0. 10%以上，更优选为0. 20%以上。另一方面，若Ni量变得过剩，则容易发生氧化皮瑕疵， 因此Ni量优选为5.0%以下。Ni量的上限更优选为4%以下，进一步优选为3%以下。含有从&、Ca、Mg和REM之中选择的1种以上，Ca、Mg和REM的合计含量为0. 010% 以下(不含0% )，^ 量ο. 020%以下(不含)Zr、Ca、Mg和REM均具有使夹杂物微细化的作用，因此是有助于母材韧性的稳定化和HAZ韧性的提高的元素。为了有效地发挥这样的效果，Ca、Mg和REM优选合计含有 0. 0005%以上，更优选为0. 0010%以上。另外，&量优选为0. 002%以上，更优选为0. 005% 以上。另一方面，若其含量变得过剩，则夹杂物粗大化，由此导致HAZ韧性劣化。因此Ca、 Mg和REM的含量优选为合计0. 010%以下，更优选为0. 008%以下，进一步优选为0. 005% 以下。另外ττ量优选为0. 020%以下，更优选为0. 015%以下，进一步优选为0. 010%以下。 还有，在本发明中，REM属于元素周期表3族的钪( )、钇(Y)和镧系稀土类元素(原子编号57 71)的元素均能够使用。接着，以下对于本发明的高张力钢板的组织进行说明。本发明的高张力钢板的组织，90面积％以上是贝氏体，余量是马氏体和奥氏体构成的混合组织(MA)、铁素体、准多边铁素体。通过使贝氏体分率为90面积％以上，可以确保母材的抗拉强度。贝氏体分率优选为95面积％以上，更优选为97%以上，特别优选为 100%。还有，上述专利文献3是以铁素体的微细化为前提的技术，在组织上与本发明不同。所述贝氏体组织的平均晶粒直径为5 20 μ m。若所述贝氏体的平均晶粒直径低于5 μ m，则贝氏体成为粒状，强度和韧性降低。另一方面，若贝氏体平均晶粒直径变得粗大而超过20 μ m,则母材韧性不稳定。贝氏体组织的平均晶粒直径优选为8 16 μ m。另外在本发明中，旧奥氏体晶粒的平均长宽比为5. 0以上。旧奥氏体晶粒的平均长宽比在本发明中是重要的要件，通过在5.0以上，能够稳定确保母材韧性，即能够将母材韧性确保在规定水平以上，并且抑制偏差。旧奥氏体晶粒的平均长宽比优选为6.0以上，更优选为6. 2以上。该平均长宽比的上限没有特别限定，但通常为10左右。本发明的高张力钢板能够稳定确保母材强度和母材韧性。关于母材强度，在遵循例如后述的实施例所述的要领进行测量拉伸试验中，优选为570MPa以上。关于母材韧性， 在遵循例如后述的实施例所述的要领进行测量摆锤冲击试验中，对3个试验片测量的摆锤吸收能(vE_5)的平均值和最低值均优选为200J以上。另外使用本发明的高张力钢板进行焊接时，能够得到良好的焊接性。例如进行线能量15kJ/mm的焊接时的HAZ韧性，优选在-5°C下的摆锤吸收能(vE_5)为80J以上，更优选为100J以上(特别优选150J以上)。另外关于耐焊接裂纹性，优选在例如后述的实施例中测量的，截面裂纹率为0的焊缝根部裂纹防止预热温度为25°C以下，更优选为0°C以下。本发明的钢板的板厚，例如为6mm以上(优选为15mm以上，更优选为20mm以上)、 IOOmm以下左右。为了得到上述的本发明的高张力钢板，在遵循通常的熔炼方法熔炼调整了化学成分组成的钢，铸造而成为板坯后进行热轧，得到规定的板厚的钢板这样的厚钢板的通常的制造工序中，特别需要的是，在加热至Ac3 1300°C而进行热轧时，以热轧的加热温度 T(°C)所对应的压下率实施未再结晶域轧制，将轧制后的冷却速度控制在规定范围。另外， 也优选使终轧温度为比较高的温度。在加热至Ac3 1300°C而进行热轧时，若使热轧的加热温度为T(°C )，则在本发明中，以Τ/20_8(%)以上的压下率进行未再结晶域轧制很重要。在本发明中，所谓未再结晶域，意思是在该温度区域，对于奥氏体粒径100士 10 μ m的钢板试验片，以应变速度10/秒、 相当应变0. 2的条件施加压下，10秒后冻结组织时(例如水冷等)，20体积％以下为再结晶晶粒的温度区域。还有，该温度区域根据钢板的化学组成发生变动，因此在实施热轧前，对于与各钢板有着相同化学组成的试验片进行上述操作，预先确认再结晶温度区域即可。若未再结晶域轧制下的压下率低于Τ/20_8(% )，则不能确保上述的旧奥氏体晶粒的长宽比在5.0以上，其结果是不能确保稳定的母材韧性。未再结晶域轧制下的优选压下率为40%以上。另一方面，若该压下率变得过大，则铁素体相变发生，因此优选上限为 60%。另外，轧制后的冷却速度为0. 5 50°C /秒。若冷却速度低于0. 50C /秒，则不能确保贝氏体分率，母材强度不充分。另一方面，若冷却速度超过50°C /秒，则强度过剩，母材韧性不稳定。冷却速度优选为2. 0 40°C /秒。在本发明的制造方法中，还优选将终轧温度设定得高。上述的专利文献1、4终轧温度比较低，若终轧温度为低温，则生产率降低，并且使旧奥氏体晶粒蓄积应变，因此容易生成铁素体，母材强度降低，另外也容易发生偏差。因此，优选终轧温度为750°C以上，更优选为770°C以上。尽可能在未结晶温度区域结束轧制，终轧温度的上限没有特别限定，另外根据化学成分组成也有所不同，但大致为800°C以下。实施例以下，列举实施例更具体地说明本发明。本发明不受以下实施例限制，在能够符合前后述的宗旨的范围内当然也可以适当加以变更实施，这些均包含在本发明的技术范围内。遵循通常的熔炼法熔炼表1、2所示的化学组成的Al镇静钢，铸造而成为板坯后， 以表3、4所示的条件进行热轧，制造高张力钢板(板厚50mm)。还有，表1中的REM使用的是含有La为25%左右、Ce为25%左右的混合稀土。表1
权利要求
1.一种高张力钢板，其特征在于，以质量％计含有C :0. 01 0.06%、Mn :1. 25 2. 5%,Cr 0. 1 2. 0%,Mo :0. 01 1. 5%,V :0. 040% 以下且含 0%、Nb :0. 001 0. 030%, B 0. 0006 0. 005%,Ti :0. 005 0. 05%,N :0. 002 0. 010%,Si :0. 5% 以下但不含 0%、 Al 0. 07%以下但不含0%、P :0. 02%以下但不含0%、S :0. 01 %以下但不含0%，余量是铁和不可避免的杂质，由下式(1)、(2)表示的KP和KV分别满足2. 4彡KP彡4. 5和KV彡0. 060，并且，钢组织的90面积％以上为贝氏体，组织的余量是由马氏体和奥氏体构成的混合组织即MA组织、铁素体、准多边铁素体，贝氏体组织的平均晶粒直径为5 20 μ m，旧奥氏体晶粒的平均长宽比为5. 0以上，KP= [Mn]+1. 5X [Cr]+2X [Mo]... (1)KV = [V]+ [Nb] — (2)其中，[]表示各元素的质量百分比含量。
2.根据权利要求1所述的高张力钢板，其特征在于，所述高张力钢板作为其他元素，以质量％计还含有从以下(A) (D)中选出的至少一组(A)Cu :2. 0%以下但不含0% ；(B)Ni:5. 0%以下但不含0% ；(C)从Ca、Mg和REM之中选择的1种以上，合计含量为0.010%以下但不含0% ；(D)Zr 0. 020%以下但不含0%。
3.一种高张力钢板的制造方法，其特征在于，是制造权利要求1或2所述的高张力钢板的方法，其中，在加热至Ac3 1300°C而进行热轧时，设加热温度为T(°C )时，以 T/20-8(% )以上的压下率实施未再结晶域轧制，在所述轧制后以0. 5 50°C /s的冷却速度进行冷却。
全文摘要
本发明目的在于提供一种能够达成焊接性和稳定的母材性能的高张力钢板。本发明的高张力钢板，其特征在于，含有C0.01～0.06质量％，还含有Mn、Cr、Mo、V、Nb、B、Ti、N、Si、Al、P、S，并且由下式(1)、(2)表示的KP和KV分别满足2.4≤KP≤4.5和KV≤0.060，钢组织的90面积％以上为贝氏体，余量是由马氏体和奥氏体构成的混合组织(MA)、铁素体、准多边铁素体，贝氏体组织的平均晶粒直径为5～20μm，旧奥氏体晶粒的平均长宽比为5.0以上。KP＝[Mn]+1.5×[Cr]+2×[Mo]…(1)KV＝[V]+[Nb]…(2)。
文档编号C22C38/32GK102260825SQ201110145090
公开日2011年11月30日 申请日期2011年5月24日 优先权日2010年5月27日
发明者冈崎喜臣, 名古秀德 申请人:株式会社神户制钢所