母材韧性和haz韧性优异的高张力钢板的制作方法
【专利摘要】本发明的钢板，是抗拉强度为1100MPa以上的高强度钢板，母材韧性和HAZ韧性优异，耐磨耗性也优异。本发明的钢板，满足规定的钢中成分，由下式表示的Ceq(IIW)满足0.40以上、0.45以下的范围，钢中最大直径2μm以下的氧化物存在200个/mm2以上，组织含有马氏体组织29体积％以上，余量由贝氏体组织构成。Ceq(IIW)＝[C]+{1/6×[Mn]}+{1/5×([Cr]+[Mo]+[V])}+{1/15×([Cu]+[Ni])}。式中，[]意思是钢中元素的含量。
【专利说明】母材顿性和HAZ顿性优异的局张力钢板
【技术领域】
[0001]本发明涉及母材和焊接热影响部(HAZ)的韧性优异的抗拉强度IlOOMPa以上的高张力钢板。本发明的高张力钢板，适合作为用于建筑机械、工业机械等的用途的厚钢板使用。
【背景技术】
[0002]用于建筑机械和工业机械等的厚钢板，伴随着近年的轻量化的需求的增加，要求有更高强度的性能。对于用于上述用途的厚钢板，还要求有高韧性(母材韧性和HAZ韧性)，但一般来说，强度与韧性呈相反的倾向，随着达到高强度，韧性就会降低。
[0003]例如在日本?特开2009— 242832号中记述有一种高强度钢板的技术，其以抗拉强度(TS)计，一边维持980MPa以上的高强度，同是弯曲加工性也优异。在上述先行技术中，形成的成分系是，完全不添加用于高强度化而添加的、固溶强化能力高的Cu和Ni等元素，并且添加适量的Ti和Nb，由此使旧Y粒径更加微细，从而达成期望的目的。
[0004]但是，在上述先行技术中，因为没有适当地控制钢中成分，所以不能确保高HAZ韧性。另外，在上述先行技术中，虽然为了组织控制而添加Ti，但根据本
【发明者】的研究结果判明，在980MPa以上的高强度区域，由于Ti夹杂物的影响，导致母材韧性劣化。
[0005]此外，在建筑机械和工业机械等所使用的厚钢板中，除了高强度和韧性以外，优选还要求耐磨耗性优异。一般来说，厚钢板的耐磨耗性与硬度相关，在担心磨耗的厚钢板中需要提高硬度。为了确保更稳定的耐磨耗性，需要从厚钢板的表面到板厚内部(t/2邻域，t =厚度)，具有均匀的硬度(即，在厚钢板的表面和内部，具有同程度的硬度)。
【发明内容】
`
[0006]本发明鉴于上述情况而形成，其目的在于，提供一种即使是抗拉强度为IlOOMPa以上的高强度钢板，母材韧性和HAZ韧性也优异，优选耐磨耗性也优异的高张力钢板。
[0007]能够解决上述课题的本发明的钢板，⑴关于钢中成分，满足C:0.10~0.16%(质量％的意思。关于化学成分下同)、S1:0.2~0.5%、Mn:1~1.4%、P:0.03%以下、S:0.01% 以下、Al:0.010 ~0.08%, Cr:0.03 ~0.25%, Mo:0.25 ~0.4%、Nb:0.01 ~0.03%, B:0.0003 ~0.002%、N:0.006% 以下、REM:0.0005 ~0.0030%, Zr:0.0003 ~0.0020%，余量:铁和不可避免的杂质，下式所代表的Ceq(IIW)满足0.40以上、0.45以下的范围；(2)钢中最大直径2 μ m以下的氧化物存在200个/mm2以上；(3)组织含有马氏体组织29体积％以上，余量由贝氏体组织构成；(4)抗拉强度为IlOOMPa以上。
[0008]Ceq(IIff) = [C] + {1/6 X [Mn]} + {1/5 X ([Cr] + [Mo] + [V])} + {1/15 X ([Cu] + [Ni])}
[0009]式中，口意思是钢中元素的含量。
[0010]在本发明的上述钢中成分中，优选作为其他的元素，还含有N1:0.25%以下。
[0011]本发明的钢板，因为以上述方式构成，所以即使是抗拉强度为IlOOMPa以上的高强度钢板，母材韧性和HAZ韧性也优异，优选耐磨耗性也优异。【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是用于组织分率的测量的热膨胀曲线。
【具体实施方式】
[0013]本
【发明者】，为了解决上述课题而反复锐意研究。其结果发现，如果适当地控制钢中成分、碳当量Ceq(IIW)、组织和氧化物的个数密度，则达成期望的目的，完成了本发明。
[0014]在本说明书中，所谓“母材韧性和HAZ韧性优异”，意思是以后述的实施例所述的方法调查这些特性时，作为母材韧性满足vE,≥20J,并且，作为HAZ韧性满足VEtl≥100J。
[0015]在本说明书中，所谓“耐磨耗性优异”，意思是以后述的实施例所述的方法测量钢板的表面和内部(t/2、t=板厚，以下t是板厚的意思)的布氏硬度时，其硬度均为360以上。
[0016]在本说明书中，所谓厚钢板，意思是板厚为6_以上。
[0017]首先，对于本发明的钢中成分进行说明。
[0018]C:0.10 ~0.16%
[0019]C是用于确保母材(钢板)的强度和硬度所需要的不可欠缺的元素。为了使这样的作用有效地发挥，使C量的下限为0.10%。C量的优选的下限为0.12%。但是，若C量过剩，则HAZ韧性劣化，因此使C量的上限为0.16%。C量的优选的上限为0.15%。
[0020]S1:0.2 ~0.5%
[0021]Si具有脱氧作用，并且是对于母材的强度提高有效的元素。为了使这样的作用有效地发挥，使Si量的下限为0.2%。Si量的优选的下限是0.3%。但是，若Si量过剩，则焊接性劣化，因此使Si量的上限为0.5%。Si量的优选的上限是0.40%。
[0022]Μη:1~1.4%
[0023]Mn是对于母材的强度提高有效的元素，为了使这样的作用有效地发挥，使Mn量的下限为1%。Mn量的优选的下限为1.10%。但是，若Mn量过剩，则焊接性劣化，因此使Mn量的上限为1.4%。Mn量的优选的上限是1.3%以下。
[0024]P:0.03% 以下
[0025]P是在钢材中不可避免地包含的元素，若P量超过0.03%，则母材韧性劣化，因此使P量的上限为0.03%。P量以尽可能少为宜，P量的优选的上限是0.020%。
[0026]S:0.01% 以下
[0027]S是在钢材中不可避免地被包含的元素，若S量过多，则大量生成MnS，母材韧性劣化，因此使S量的上限为0.01 %。S量以尽可能少为宜，S量的优选的上限是0.004%。
[0028]Al:0.010 ~0.08%
[0029]Al是用于脱氧的元素，为了使这样的作用有效地发挥，使Al量的下限为0.010%。但是，若Al量超过0.08%，则钢板的清洁性受到阻碍，因此Al量的上限为0.08%。Al量的优选的上限是0.065%。
[0030]Cr:0.03 ~0.25%
[0031]Cr是对于母材的强度提高有效的元素，为了使这样的作用有效地发挥，使Cr量的下限为0.03%。Cr量的优选的下限是0.05%。另一方面，若Cr量超过0.25%，则焊接性劣化，因此使Cr量的上限为0.25%。Cr量的优选的上限是0.20%。
[0032]Mo:0.25 ~0.4%
[0033]Mo是对于母材的强度和硬度，特别是t/2位置的内部硬度的提高有效的元素。为了有效地发挥这样的作用，使Mo量的下限为0.25%。Mo量的优选的下限是0.28%。但是，若Mo量超过0.4%，则焊接性劣化，因此使Mo量的上限为0.4%。Mo量的优选的上限是0.35%。
[0034]Nb:0.01 ~0.03%
[0035]Nb是对于提高母材的强度和韧性有效的元素。为了有效地发挥这样的作用，使Nb量的下限为0.0I %。Nb量的优选的下限是0.015 %。但是，若Nb量超过0.03 %，则析出物粗大化，反而使母材韧性劣化，因此使Nb量的上限为0.03%。Nb量的优选的上限是0.025%。
[0036]B:0.0003 ~0.002%
[0037]B提高淬火性，是对于母材和焊接部(HAZ部)的强度提高有效的元素。为了有效地发挥这样的作用，使B量的下限为0.0003%。B量的优选的下限是0.0005%。但是，若B量过剩，则焊接性劣化，因此使B量的上限为0.002%。B量的优选的上限为0.0015%。
[0038]N:0.006% 以下
[0039]N是在钢材中不可避免地包含的元素，若N量过多，则由于固溶N的存在致使母材韧性劣化，因此使N量的上限为0.006%。N量以尽可能少为宜，N量的优选的上限是0.0050%。
[0040]REM:0.0005 ~0.0030%
[0041]REM(稀土类元素)是通过形成氧化物而使HAZ韧性提高的元素。为了使这样的作用有效地发挥，使REM量的下限为0.0005%。REM量的优选的下限是0.0010%，更优选为0.0015%。另一方面，若REM量过剩，则粗大夹杂物生成，HAZ韧性劣化，因此使REM量的上限为0.0030% ο REM量的优选的上限是0.0025% ο
[0042]在本发明中，所谓REM，意思是镧系元素(从La至Lu的15种元素)、Sc (钪)和Y。在本发明中，可以单独添加REM，也可以两种以上的REM并用。上述的REM量，单独含有REM时意思是单独的量，并用REM时意思是其合计量。还有，在后述的实施例中，以混合稀土金属(Ce含有50%左右，La含有30%左右)的形态添加REM。
[0043]Zr:0.0003 ~0.0020%
[0044]Zr是通过形成氧化物而使HAZ韧性提高的元素。为了使这样的作用有效地发挥，使Zr量的下限为0.0003%。Zr量的优选的下限是0.0005%。另一方面，若过剩地添加Zr，则粗大夹杂物生成，HAZ韧性劣化，因此使Zr量的上限为0.0020%。Zr量的优选的上限是0.015%。
[0045]本发明的高张力钢板，满足上述钢中成分，余量:是铁和不可避免的杂质。
[0046]Ceq(IIW):0.40 ~0.45%
[0047]在本发明中，如上述除了适当地控制钢中成分的含量以外，还需要将上式所表示的碳当量Ceq控制在规定范围。 如后述实施例所证实的，即使各钢中成分满足上述范围,若Ceq(IIff)脱离本发明规定的范围，则仍不能确保期望的特性。
[0048]详细地说，Ceq(IIff)是用于确保母材的强度、HAZ韧性和硬度所需要而不可欠缺的。为了使这样的作用有效地发挥，使Ceq(IIW)的下限为0.40%。Ceq(IIW)的优选的下限是0.41%。但是，若Ceq(IIW)过高，则HAZ韧性劣化，因此使Ceq(IIW)的上限为0.45%。
[0049]N1:0.25% 以下
[0050]Ni是对于母材的强度和韧性的提高有效的元素。Ni在本发明中选择性地添加。为了使这样的作用有效地发挥，优选使Ni量的下限为0.05%，更优选为0.10%。但是，若Ni量过剩，则焊接性劣化，因此优选使Ni量的上限为0.25%。更优选的上限是0.20%。
[0051]还有，本发明的高张力钢板不含Ti。如后述的实施例所证实的，这是由于，若添加Ti，则IlOOMPa以上的高强度区域的母材韧性和HAZ韧性降低。
[0052]其次，对于组织进行说明。
[0053]如上述这样，本发明的高张力钢板，由马氏体组织和贝氏体组织构成，并且，马氏体相对于全部组织(马氏体+贝氏体)的体积比率满足29%以上。如此通过成为马氏体和贝氏体的二相组织，能够确保IlOOMPa以上的高强度。
[0054]在本发明中，马氏体是用于确保母材的强度和母材的t/2位置的硬度(内部硬度)所需要的不可欠缺的组织，为了使上述作用有效地发挥，使马氏体的体积比率为29%以上。如后述实施例中证实的，若马氏体的比率少，则得不到期望的IlOOMPa以上的高强度，或即使能够得到上述高强度，内部硬度也会降低，耐磨耗性降低。马氏体的选移过比率是30%以上。
[0055]还有，在本发明的马氏体中，包含由淬火得到的淬火马氏体,和由淬火、回火得到的回火马氏体这两方。虽在之后详述，但本发明的钢板，可以在热轧后，经淬火(Q)制造[无回火(T)]，也可以在淬火(Q)后，经回火(T)制造，因此能够包含两方的形态。
[0056]在本发明中，马氏体的比率以上述方式控制即可，马氏体和贝氏体的大小关系没有特别限定。即，在本发明中， 可以主要存在马氏体(即，相对于全部组织，使马氏体为50体积％以上)，也可以主要存在贝氏体(即，相对于全部组织，使贝氏体为50体积％以上)。
[0057]在此，马氏体和贝氏体的分率，基于使用热加工再现试验装置所取得的热膨胀曲线和Ms点(Ms点的计算方法也后述。)测量。还有，如上述在马氏体中，虽然包含淬火马氏体和回火马氏体这两方，但即使进行回火，组织分率也不变。
[0058]接着，对于氧化物的个数密度进行说明。
[0059]在本发明中，需要钢中最大直径2μπι以下的氧化物存在200个/mm2以上，由此，会使HAZ韧性提高。
[0060]在此所谓氧化物，可列举含REM氧化物、含Zr氧化物、含REM和Zr双方的氧化物。这些氧化物也可以含有上述以外的元素，例如，可列举作为氧化物形成元素的Al、Si等。
[0061]具体来说，根据后述实施例所述的方法，需要最大直径2μπι以下的氧化物存在200个/mm2以上。在此所谓“最大直径”，意思是以后述的方法测量各氧化物的尺寸时，其最大的长度。之所以着眼于上述尺寸的氧化物，是由于如本发明这样，为了实现IlOOMPa以上的高强度区域的韧性(特别是HAZ韧性)的提高，适当地控制上述尺寸的氧化物的个数密度非常有效，这是本
【发明者】们基于大量的基础实验而判明的。
[0062]上述氧化物的个数密度越多，越可见韧性(特别是HAZ韧性)提高的倾向。优选的个数密度是230个/mm2以上。
[0063]以上，就赋予本发明以特征的钢中成分、Ceq、组织和氧化物的个数密度进行了说明。[0064]本发明的高张力钢板，优选耐磨耗性优异，为此，优选钢板的表面和内部的硬度以布氏硬度计均为360以上。现有的耐磨耗性钢板，通常，只由钢板表面的布氏硬度保证耐磨耗性，但这不能确保稳定的耐磨耗性。因此，在本发明中，从钢板表面到钢板内部，确保同等程度的高(均匀的)硬度，确实地保证稳定的耐磨耗性这一观点出发，优选布氏硬度均定为360以上。
[0065]还有，在本发明中，只要满足上述要件，在钢板的表面和内部，哪一方的硬度大都可以。即，钢板表面的硬度〉钢板内部的硬度、钢板表面的硬度〈钢板内部的硬度、钢板表面的硬度N钢板内部的硬度均可。
[0066]用于得到本发明的钢板的制造方法没有特别限定，能够使用满足本发明的成分组成的钢液，通过进行热轧、淬火(根据需要进行回火)而制造。特别是为了确保期望的组织和氧化物个数密度，例如，推荐按以下方式制造。
[0067]首先，对于1550°C~1700°C的钢液，添加Mn、Si和Al的脱氧元素。其添加顺序没有特别限定。其次，添加REM和Zr，优选在上述脱氧元素的添加后，搅拌10分钟以上，之后再添加REM和Zr。因为，上述脱氧元素容易生成粗大的氧化物，在此，若添加与上述脱氧元素相比氧化力强的REM和Zr，则REM和Zr还原粗大氧化物，使该氧化物进一步粗大化，期望的最大直径2μπι以下的微细的氧化物生成量减少。如果像上述这样，在添加脱氧元素之后进行10分钟以上搅拌，之后再添加REM和Zr，粗大氧化物量减少，能够确保期望的微细氧化物的个数密度。但是，若这时的搅拌时间过长，则损害生产率，因此优选大概在150分钟以下。
[0068]接着，添加REM和Zr，搅拌之后进行铸造。在此，从添加REM和Zr至铸造的搅拌时间优选控制在I分钟以上、30分钟以下。通过使上述搅拌时间为I分钟以上，能够使REM和Zr的添加时所生成的最大直径2μ m以下的氧化物均匀地分散在钢中。另外，通过使上述搅拌时间为30分钟以下，能够防止由于上述粗大氧化物的生成导致最大直径2μπι以下的氧化物个数降低。
[0069]为了制造本发明的厚钢板，使用满足上述成分组成的钢液，依据通常的条件(轧制温度、压下率)进行热轧即可。
[0070]接着进行淬火。在此，为了确保充分的淬火性，优选以880°C以上的温度对于钢板进行淬火。
[0071]本发明可以是上述这样的淬火钢板(Q钢板)，但也可以根据需要，为了减小残留应力，在淬火后进行回火。在此，为了一边确保期望的氧化物的个数密度，而且，一边确保恰当的组织，例如，优选以880°c以上的温度进行淬火，以500°C以下的温度进行回火。
[0072]【实施例】
[0073]以下，列举实施例更具体地说明本发明，但本发明不受下述实施例限制，在能够符合前、后述的宗旨的范围内也可以加以变更实施，这些均包含在本发明的技术范围内。
[0074]实施例1`[0075]使用满足表1的成分组成(钢种A~R)的钢液，进行热轧、淬火(对于一部分的试料还进行回火)，制造厚钢板(厚度20_)。
[0076]具体来说，使用真空熔化炉(150kg)，首先对于1550°C~1700°C的钢液，添加Mn、Si和Al后，进行20~40分钟搅拌。之后，添加REM和Zr，搅拌2~10分钟后，进行熔炼。熔炼后，冷却所得到的钢液，得到板还(截面形状:120mmX 180mm)。
[0077]其次，将上述板坯加热至1100°C而进行热轧，得到板厚20mm的热轧板。热轧的详细的条件如下。
[0078]加热温度:1100°C
[0079]最终温度后(仕上温後):900~1000°C
[0080]冷却方法:空冷
[0081]接着，如表2所示，加热至930°C后，进行淬火(Q)而制造厚钢板(Q钢板)。另外，对于一部分，如表2所示进行淬火后，加热到350°C进行回火(T)，制造厚钢板(QT钢板)。
[0082]对于如此得到的各钢板，评价以下的特性。
[0083](I)金属组织分率的测量
[0084]马氏体和贝氏体的各分率以如下方式测量。首先，从上述的各板坯上，采取直径8_、厚度12_的圆柱状试验片，使用热加工再现试验装置，调查连续冷却相变特性(热膨胀曲线)。详细地说，将上述试验片加热至930°C，以26°C /秒的平均冷却速度冷却至室温，测量试验片的热膨胀曲线。该平均冷却速度，是模拟板厚20_的t/2位置的平均冷却速度。
[0085]图1中显示如此得到的热膨胀曲线的结果。图1的横轴表示温度(V )，纵轴表示试验片的直径的膨胀量(_)。如图1所示，可见试验片因冷却造成的收缩，和奥氏体(Y)—铁素体(α)相变时，试验片的体积膨胀。在本实施例中，根据下式计算马氏体相变点(Ms点)，以图1所述的要领，测量马氏体分率(Ms点以后发生相变的部分)和贝氏体分率(已经相变完毕的部分)。在本实施 例中，如此测量的马氏体的分率在29%以上的为合格。
[0086]Ms = 550-361 X [C] -39 X [Mn] -20 X [Cr] -17 X [Ni]-5 X [Mo] +30 X [Al]
[0087]出处日本金属学会，『讲座.现代的金属学材料编第4卷铁钢材料』，丸善，2006，p.45
[0088](2)拉伸试验
[0089]从上述这样得到的各钢板，采取JISZ2201所规定的5号试验片(全厚度拉伸试验片)，以JISZ2201所规定的方法进行拉伸试验，测量TS (抗拉强度)和YP (屈服应力)。在本实施例中，TS在IlOOMPa以上的为高强度优异(合格)。
[0090](3)母材韧性的评价方法
[0091]从如上述这样得到的各钢板的t/4位置(t:板厚)，在C方向上采取JISZ2242所规定的2mmV切口试验片，以JISZ2242所规定的方法进行摆锤冲击试验，测量_70°C下的吸收能(vE_7CI)。在本实施例中，vE_70在20J以上的评价为母材韧性优异(合格)。
[0092](4) HAZ韧性的评价方法(再现HAZ的试验方法)
[0093]从如上述这样得到的各钢板提取热循环用试验片，为了模拟焊接时的HAZ，施加规定的热循环(加热至1350°C保持5sec后，对于800~500°C的温度范围进行7sec冷却)。从上述热循环后的试验片上，采取JISZ2242所规定的2mmV切口试验片，以JISZ2242所规定的方法进行摆锤冲击试验，测量0°C下的吸收能(VEtl)。在本实施例中，VEtl在100J以上的评价为HAZ韧性优异(合格)。
[0094](5)氧化物个数密度的测量方法
[0095]为了对于如上述这样得到的各钢板，测量板厚方向的任意的位置存在的氧化物，使用 FE-SEM(Field Emission type Scanning Electron Microscope ;场发射型扫描电子显微镜，观察倍率5000倍)，进行40个视野(计0.0172mm2)的调查。以带FE-SEM的EDS，测量各视野中存在的各个夹杂物粒子之中，最大直径2 μ m以下的各夹杂物粒子的中央部，在该夹杂物粒子的构成元素中，至少包含REM、Zr和O的判定为氧化物，测量其个数密度(平均值)。
[0096]还有，在测量时，以上述夹杂物粒子的最大直径为0.2 μ m以上的作为分析对象。最大直径低于0.2 μ m的夹杂物粒子，因为EDS测量的可靠性低，所以从分析对象中除外。
[0097]在本实施例中，如此测量的氧化物个数密度为200个/mm2以上的合格。
[0098](6)钢板的表面和内部的布氏硬度
[0099]依据JISZ2243，测量如上述这样得到的各钢板的表面和内部(t/2位置)的布氏硬度(均是与板厚方向平行的方向的硬度)。测量进行3次，计算其平均值。在本实施例中，如此得到的布氏硬度(平均值)，在表面和内部均为360以上的，评价为耐磨耗性优异(合格)。
[0100]这些结果记述在表2中。在表2中，N0.1和N0.2是使用相同钢种(表1的钢种A)的例子，N0.1是淬火钢板(Q钢板)，N0.2是淬火、回火钢板(QT钢板)。同样，N0.3和N0.4是使用相同钢种(表1的钢种B)的例子，N0.3是淬火钢板(Q钢板)，N0.4是淬火、回火钢板(QT钢板)。N0.2和N0.4的马氏体`意味着回火马氏体。
【权利要求】
1.一种钢板，其中，钢中成分以质量％计为，
C:0.10 ~0.16%,
Si:0.2 ~0.5%,
Mn:1 ~1.4%,
P:0.03% 以下、
S:0.01% 以下、
Al:0.010 ~0.08%,
Cr:0.03 ~0.25%,
Mo:0.25 ~0.4%、
Nb:0.01 ~0.03%,
B:0.0003 ~0.002%,
N:0.006% 以下、
REM:0.0005 ~0.0030%,
Zr:0.0003 ~0.0020%,` 余量:铁和不可避免的杂质， 由下式表示的Ceq(IIW)满足0.40以上、0.45以下的范围，钢中最大直径为2 μ m以下的氧化物存在200个/mm2以上，含有29体积％以上的马氏体组织，余量是贝氏体组织，抗拉强度为IlOOMPa以上，
Ceq(IIff) = [C] + {1/6X [Mn]}+ {1/5 X ([Cr]+ [Mo]+ [V])} + {1/15 X ([Cu]+ [Ni])} 式中，[]意思是钢中元素的含量。
2.根据权利要求1所述的钢板，其中，以质量％计含有N1:0.25%以下。
【文档编号】C22C38/32GK103510018SQ201310262969
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年6月27日 优先权日:2012年6月29日
【发明者】康弘彻 申请人:株式会社神户制钢所