疲劳特性优异的高强度钢材及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及板厚30mm~50mm的厚钢板，设及适于船舶、海洋结构物、桥梁、建筑 物、坦克等强烈要求结构安全性的焊接结构物的、疲劳龟裂产生和疲劳龟裂发展的抵抗性 优异的高强度钢材及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 船舶、海洋结构物、桥梁、坦克等结构物中使用的钢材，除强度、初性等机械性质、 焊接性优异W外，对于平时工作中的重复负荷、由风、地震等引起的重复震动，必须具有结 构物的结构安全性。
[0003] 对于重复负荷、重复震动，要求疲劳特性优异。尤其是，为了防止部件断裂运样的 最终的破坏，认为有效的是抑制钢材具有的疲劳龟裂的产生和发展。
[0004] 通常的焊接结构物的情况下，焊接缝边部容易成为应力集中部，由焊接所致的拉 伸残余应力也发挥作用，因此大多成为疲劳龟裂的产生源。作为其防止策略，已知对焊接缝 边部进行无焊条焊接（weldingwithoutweldingrod),或通过喷丸硬化而导入压缩残余 应力。 阳〇化]然而，焊接结构物具有大量的焊接缝边部，此外，在成本上也负担大。因此，运些方 法不适合W工业规模实施，焊接结构物的耐疲劳特性的提高大多通过所使用的钢材自身的 疲劳特性的提高来实现。
[0006] 非专利文献1讨论了用限制了成分的钢反复进行实验室规模的特殊热处理而制 造的2种钢材的疲劳龟裂传播行为。本文献中，详细地考察并描述了如下事项：对使硬质相 (维氏硬度：565，相的分率：36.4%，相的平均尺寸：149^111)在软质相（维氏硬度：148)中 均匀分散而成的钢材AW及W硬质相（维氏硬度：546,相的分率：39. 2% )将软质相（维氏 硬度：149)围成网眼状而成的钢材B的疲劳龟裂传播性进行了研究，其结果，钢材B的疲劳 龟裂传播速度大幅降低。
[0007] 专利文献1中记载了一种具有疲劳龟裂发展抑制效果的钢板，其特征在于，硬质 部的基体和分散于该基体的软质部构成金属组织，该2部分的硬度差W维氏硬度计为150 社。
[0008] 专利文献2中记载了一种疲劳强度优异的厚钢板，其特征在于，金属组织由包含 铁素体和硬质第二相的组织构成，且与钢板表面平行的截面组织中的上述硬质第二相的面 积分率为20~80%、维氏硬度为250~800、平均等效圆直径为10~200ym，且硬质第二 相间的最大间隔为500ymW下。
[0009] 专利文献3中记载了一种耐疲劳龟裂发展性优异的钢板，其特征在于，金属组织 W面积率计为60~85 %的贝氏体组织、合计为0~5 %的马氏体组织和珠光体组织，其余 部分为铁素体组织。
[0010] 现有技术文献
[0011] 专利文献
[0012] 专利文献I:日本专利第2962134号公报
[0013] 专利文献2 :日本专利第3860763号公报
[0014] 专利文献3 :日本专利第4466196号公报
[0015] 非专利文献
[0016]非专利文献 1 :比SUZUKIANDA. J.MCEVILY=MetalIurgicalTransactions A, VolumeIOA,P475 ~481，1979
【发明内容】
[0017] 然而，非专利文献I中记载的钢需要5阶段的热处理，为了W工业产品规模进行工 程生产而从成本、生产率的观点出发是不现实的。此外，与疲劳龟裂传播特性相反而延展性 下降，无法将运种钢应用于结构物。
[0018] 关于专利文献1、2,也在热社前后应用热处理，因此在工程生产上的效率性的方面 不优选。例如，在专利文献2中，为了提高厚壁材料的特性，实施扩散热处理-热社-2相域 热处理。
[0019] 专利文献3中，W板厚比较小的15mm板厚材料为对象，不对应于板厚30mmW上的 厚壁材料。为了确保厚壁材料的强度，需要添加C等的合金元素。然而，专利文献3中C量 最大为0.1%，有可能在厚壁化的情况下强度不足。
[0020] 此外，上述任一发明均谋求改善疲劳龟裂产生和疲劳龟裂发展中的任一者，没有 进行兼具两种特性的钢板的研究。疲劳龟裂产生的抑制通过增大疲劳强度，即增大母钢板 的屈服应力而提高。然而，越是高强度钢，在疲劳龟裂先端的应力集中越变大而助长疲劳龟 裂发展。
[0021] 因此，本发明设及板厚30mm~50mm的厚钢板，目的在于提供疲劳龟裂产生和疲劳 龟裂发展的抵抗性优异的钢材及其制造方法。
[0022] 本发明的发明人等为了达成上述课题而反复进行了深入研究，对于即使是板厚 30mm~50mm的厚钢板也具有优异的疲劳特性的高强度厚钢板，获得了W下见解。
[0023] 1.对于板厚大于30mm的厚钢板，为了同时提高耐疲劳龟裂产生和耐疲劳龟裂发 展性运两种特性，重要的是制成由主相的铁素体W及第2相的贝氏体和伪珠光体构成的混 合组织。运种组织可W通过在适当的条件范围进行制造而实现。本发明中，通过含有0.10% W上的C量，可W稳定地达成由第2相的面积分率增加所致的高强度化。
[0024] 2.进而，对于高强度厚壁材料，为了确保疲劳特性，利用化添加进行的硫化物控 制有效地发挥作用。化通过形成CaS而固定S，生成与MnS的复合夹杂物。MnS单独存在 时，在社制时被伸长，成为破坏的起点。然而，通过将CaS制成与MnS的复合夹杂物，从而微 细地分散于母相中，疲劳龟裂产生和疲劳龟裂发展的抵抗性提高。
[00巧]本发明是对上述见解进一步加W研究而作出的，其主旨如下。
[00%] [1] -种疲劳特性优异的高强度钢材，成分组成W质量％计含有C:0.10~ 0. 20%、Si:0. 50%W下、Mn:1. 0 ~2. 0%、P:0. 030%W下、S:0. 0005 ~0. 0040%、Sol.Al:0. 002~0. 07%、Ca:0. 0005~0. 0050%，其余部分由化和不可避免的杂质构成，金属 组织是主相的铁素体W及第2相的贝氏体和伪珠光体。
[0027] [2]如[1]所述的疲劳特性优异的高强度钢材，其特征在于，成分组成W质量％计 进一步含有选自Ti:0. 003~0. 03%、Nb:0. 005~0. 05 %中的一种或二种。
[0028] [3]如[1]或[2]所述的疲劳特性优异的高强度钢材，其特征在于，成分组成W质 量％计进一步含有选自Cr:〇. 1 ~0. 5%、Mo:0. 02 ~0. 3%、V:0.Ol~0. 08%、Cu:0. 1 ~ 0.6%、Ni:0. 1 ~0. 5% 中的一种W上。
[0029]W如山~W中任一项所述的疲劳特性优异的高强度钢材，其特征在于，成分 组成进一步含有0:0. 0040%W下，且满足下述式（1)。
[0030] 0 < (Ca-(0. 18+130XCa)X0)/1. 25/S《0.8? ? ? (1) 阳03U 其中，式（I)中的化、0、S表示各成分的含量（质量％ )。
[0032][引一种疲劳特性优异的高强度钢材的制造方法，其特征在于，将具有[1]~[4] 中任一项所述的成分组成的钢原材料加热至950~1250°C后，在A。点W上进行累积压下 率50%W上的社制，W5°C/秒W上的冷却速度从A。点-60°CW上的溫度区域加速冷却至 350°C~600°C的溫度区域。
[0033] [6]如[引所述的疲劳特性优异的高强度钢材的制造方法，其特征在于，上述冷却 速度是具有上述[1]~巧]中任一项所述的成分组成的钢原材料的CCT图中的冷却曲线处 于铁素体相变突出部时的冷却速度W下。
[0034] [7]如[引或[6]所述的疲劳特性优异的高强度钢材的制造方法，其特征在于，上 述加速冷却后，进一步WAci点W下的溫度进行回火处理。
[0035] 根据本发明，可得到耐疲劳龟裂产生和耐疲劳龟裂发展性优异的钢材及其制造方 法。例如，即使从应力集中部、焊接部等经年地产生疲劳龟裂，也可延缓其后的传播而提高 钢结构物的安全性，在产业上极其有用。
【附图说明】
[0036] 图1是表示钢原材料的CCT图（连续冷却相变图）的示意图。
【具体实施方式】
[0037] 对本发明的成分组成、制造条件和金属组织的规定详细地进行说明。
[0038] 1.关于成分组成
[0039]W下，对本发明的成分组成进行说明。另外，成分组成中的％全部设为质量％。
[0040] C:0.10 ~0.20%
[0041] 对于C，为了得到作为结构用钢所需的强度，需要0. 10%W上的含量。然而，若含 有量大于0.20%，则会损害焊接性，因此C量设为0.10~0.20%的范围。优选为0.10~ 0.18%的范围。更优选为0.11~0.17%的范围。
[0042]Si:0.50%W下
[0043]Si是作为脱氧元素有益的元素，通过含有0.01 %W上而发挥其效果。然而，若含 有量大于0. 50%，则母材和焊接热影响部的初性显著下降，并且焊接性显著下降。因此，Si 量设为0.50%W下。优选为0.05~0.40%的范围。
[0044] Mn: 1.0 ~2.0%
[0045] Mn是从确保母材强度的观点出发添加的。然而，含有量小于1. 0%时其效果不充 分。此外，若含有量大于2.0%，则过量地提高泽透性，使热影响部的初性显著下降。因此， Mn量设为I.O~2.0%的范围。优选为I.O~I.8%的范围。更优选为I.O~I.6%的范 围。
[0046]P:0.030%W下
[0047] P若含有量大于0.030%，则使母材和热影响部的初性显著下降。因此，P量设为 0.030%W下。优选为0.02%W下。
[0048] S:0. 0005 ~0. 0040%
[0049] 对于S，为了生成所需的CaS或MnS,需要0. 0005%W上，若含有量大于0. 0040%， 则使母材的初性变差。因此，S量设为0. 0005~0. 0040%的范围。优选