钢构件及其制造方法_2

文档序号:8460376阅读:来源:国知局
7] [(a)组织由回火贝氏体和回火马氏体的至少一种构成,且(b)邻接的2个结晶的 取向差(结晶取向差)为15°以上的大角度晶界所包围的晶粒的平均当量圆直径为20ym 以下]
[0058] 上述回火贝氏体和回火马氏体是微细的组织,特别是对于确保极厚材的板厚中央 部的强度和韧性是有效的组织。对于本发明的钢构件而言,组织是回火贝氏体和回火马氏 体的至少一种,作为其他的组织,实质上不包含多边铁素体、残留奥氏体、珠光体等。所述多 边铁素体存在时,晶粒尺寸粗大的上贝氏体组织成为主体,不能确保良好的韧性。
[0059]使板厚中央部的组织如上所述,为回火贝氏体和回火马氏体的至少一种,从而能 够实现组织的微细化,但在本发明中,为了通过组织的确实的微细化而得到高韧性,使板厚 中央部的组织(即,回火贝氏体和回火马氏体的至少一种)的大角度晶界尺寸为20ym以 下。
[0060] 回火贝氏体和回火马氏体的组织的情况下,一般来说,邻接的2个结晶的取向差 (结晶取向差)为15°以上的所谓大角度晶界因为邻接的2个结晶取向差大,所以脆性断 裂的进展被弯曲,脆性断裂的断面单位变小,有助于韧性提高。在本发明中,为了增加每个 固定区域中所占的大角度晶界、使韧性充分提高,如上所述,使大角度晶界尺寸(上述大角 度晶界所包围的晶粒的平均当量圆直径)为20ym以下。该大角度晶界尺寸如后述的实施 例所示,能够使用EBSP(ElectronBackScatteringPattern)法测定。该大角度晶界尺寸 优选为15ym以下,更优选为13ym以下。大角度晶界尺寸的下限,在制造上大体为10ym 左右。
[0061] [(c)晶界碳化物的最大直径为0. 8ym以下,且(d)晶界碳化物的分率在1. 0面 积%以上]
[0062] 本发明的钢构件如上所述,会受到PWHT(特别是长时间的PWHT,此外还是高温长 时间的PWHT)。构成钢构件的Cr-Mo钢若受到PWHT,则一般会生成M23C6的晶界碳化物。若 该PWHT的条件为高温、长时间这样的严酷条件,则上述晶界碳化物粗大化而容易成为断裂 的起点,招致韧性劣化。在本发明中,在钢构件的板厚中央部,通过使晶界碳化物的最大直 径为0. 8ym以下,确保优异的韧性。该晶界碳化物的最大直径优选为0. 6ym以下,更优选 为0.5ym以下。还有,上述晶界碳化物的最大直径的下限在本发明所规定的成分组成和制 造条件的范围内,大体为0. 2ym左右。
[0063] 另外,若晶界碳化物量过少,则钢构件的强度确保变困难。因此,晶界碳化物的分 率(如后述的实施例所示,晶界碳化物在板厚中央部的全部组织中所占的比例)为1. 〇面 积%以上。该晶界碳化物的分率优选为2.0面积%以上。还有,晶界碳化物的分率会伴随C 量的增加而增加,但若C量增加,则碳化物变得粗大,容易招致韧性的降低。因此从韧性确 保的观点出发,按照下述所示规定C量上限,在该C量的范围内,晶界碳化物的分率的上限 为5. 0面积%左右。
[0064] 在本发明中,虽然需要按照上述方式控制板厚中央部的组织,但是对于其他的部 位(例如板厚表层部等)的组织没有特别限定。还有,相对于板厚中央部处于表层侧的部 分,因为一般来说淬火时的冷却速度比板厚中央部大,所以容易得到比板厚中央部微细的 组织,强度、韧性均有比板厚中央部更良好的倾向。
[0065] 在板厚中央部,为了得到上述(a)和(b)的微细的组织,作为化学成分,特别是需 要使其含有后述量的B,通过作为游离B(固溶B)使之存在而提高淬火性。因此,为了确保 游离B,重要的是添加后述量的A1,将容易与B结合而形成BN的N作为A1N固定(该A1N 在淬火时抑制旧奥氏体(Y)晶粒的粗大化,在用于得到微细的组织方面有用。)。此外作 为制造条件,如之后详述那样,重要的是适当地控制淬火时的加热温度和加热保持时间。
[0066] 另外为了达成如上述(c)和(d)这样的晶界碳化物的尺寸、分率,需要控制C量、 Cr量。
[0067] 此外,为了抑制回火脆化敏感性而确保韧性,需要控制Si等的含量。
[0068] 以下,首先对于确保这些组织和特性所需要的钢构件的(化学)成分组成进行说 明。
[0069] [C:0? 12%以上且0? 18%以下]
[0070] C是在厚钢板的淬火时,用于在冷却速度小的板厚中央部仍可得到回火贝氏体和 回火马氏体的至少一种所需要的元素。另外,也是用于确保晶界碳化物,得到充分的母材强 度所需要的元素。为了充分发挥这些效果,使C量为0. 12%以上。C量优选为0. 13%以上, 更优选为〇. 15 %以上。但是若C量过剩,则长时间的PWHT后,招致晶界碳化物的粗大化, 韧性劣化。另外,钢板的焊接时容易产生焊接裂纹。因此C量为0.18%以下。C量优选为 0. 17%以下,更优选为0. 16%以下。
[0071] [Si:0? 50%以上且0? 80%以下]
[0072] Si对于提高钢构件的母材强度(即,板厚中央部的强度)是有效的元素。另外也 是作为脱氧材使用的元素。为了发挥这些效果,Si量为0.50%以上。Si量优选为0.55% 以上,更优选为〇. 60%以上。但是,若Si含量变得过剩,则回火脆化敏感性高,韧性劣化,因 此为0.80%以下。Si量优选为0.75%以下,更优选为0.70%以下。
[0073][Mn:0? 40 % 以上且 0? 70 % 以下]
[0074]Mn使奥氏体稳定化,使相变温度低温化,从而使淬火性提高,得到微细的组织,其 结果是,在确保强度和韧性上是有效的元素。为了发挥这样的效果,使Mn含有0.40%以上。 Mn量优选为0. 45 %以上,更优选为0. 48 %以上。但是若过剩地含有Mn,则回火脆化敏感性 高,韧性劣化。因此,使Mn量的上限为0.70%。Mn量优选为0.65%以下,更优选为0.60% 以下。
[0075][P:0.015% 以下(不含 0% )]
[0076] 作为不可避免的杂质的P,对母材和焊接部的韧性造成不良影响,并且特别是在 钢构件的晶界偏析,招致晶界裂纹,使韧性劣化。以不招致这些问题的方式,将P量抑制在 0.015%以下。P量优选为0.010%以下。
[0077] [S:0? 005% 以下(不含0% )]
[0078]S形成MnS,是容易在钢板的焊接时招致焊接裂纹的元素。因此优选S尽可能少的 方法,S含量抑制在0. 005%以下,优选抑制在0. 003%以下。
[0079] [A1 :0? 040 % 以上且 0? 080 % 以下]
[0080]A1如上所述,在本发明中是非常重要的元素,淬火时将N作为A1N固定,是利用 游离B确保淬火性所需要的元素。另外,A1N抑制淬火时的旧Y晶粒的粗大化,在用于得 到微细的组织方面有用。此外A1也是脱氧所需要的元素。为了发挥这些效果,使A1量为 0.040%以上。A1量优选为0.045%以上,更优选为0.050%以上。另一方面,若A1量变得 过剩,则氧化铝系的粗大的夹杂物形成,韧性降低。因此A1量为0.080%以下。A1量优选 为0. 075%以下,更优选为0. 071%以下。
[0081] [Cu:0? 05%以上且0? 40%以下、以及Ni:0? 05%以上且0? 40%以下]
[0082]Cu和Ni不会严重损害韧性,而在提高强度方面是有效的元素。为了充分地发挥 该效果,使Cu含有0.05%以上(优选为0. 10%以上,更优选为0. 11 %以上,进一步优选为 0.20%以上),并且使Ni含有0.05%以上(优选为0. 10%以上,更优选为0. 15%以上,进 一步优选为〇. 16%以上)。但是,因为这些元素的大量添加招致成本上升,所以Cu、Ni各自 的含量的上限为0.40%以下。Cu量更优选为0.37%以下,进一步优选为0.30%以下。另 外Ni量更优选为0. 38%以下,进一步优选为0. 30%以下。
[0083][Cr:1. 25% 以上且 1. 50% 以下]
[0084]Cr抑制PWHT造成的碳化物的粗大化,在确保钢构件的韧性上是有效的元素。另 外,对于中、高温域的强度的确保,还有耐腐蚀性的提高也是有效的元素。为了发挥这些效 果,使Cr含有1.25%以上。Cr量优选为1.35%以上,更优选为1.39%以上。另一方面,若 使Cr过剩地含有,则回火脆化敏感性高,PWHT后容易发生晶界断裂,给韧性带来不良影响。 另外,过剩的Cr招致加工性、焊接性的降低,还招致制造成本的上升。因此,Cr量为1. 50% 以下。Cr量优选为1.45 %以下,更优选为1.40 %以下。
[0085][Mo:0?45 % 以上且0?65 % 以下]
[0086]Mo提高淬火性,并且对抑制回火脆化有效的元
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