厚钢板及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及适合作为用于船舶、海洋结构物、建筑、钢管领域等各种钢结构物、特 别是应用于大线能量焊接的厚钢板及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 在船舶、海洋结构物、建筑、钢管等领域中使用的钢结构物一般通过焊接接合而精 加工为期望形状的结构物。因此，从确保安全性的观点出发，这些结构物除了要确保作为使 用的钢材的基础的母材特性、即强度、韧性、伸长率以外还要求焊接部的特性、主要是接头 强度、接头韧性也优良。
[0003] 此外，近年来，上述船舶、钢结构物趋于大型化，因此所使用的钢材也期望高强度 化、厚壁化，另一方面，抑制由钢材重量的大幅增加引起的供应成本增加这样的观点也受到 关注。因此，逐渐变得采用所应用的钢板的强度、板厚不会变得过大这样的设计，并且在焊 接施工中应用埋弧焊、气电焊、电渣焊等高效率、大线能量的焊接方法，以期整体的制造成 本的合理化。具体而言，以应用上述大线能量焊接为前提，预计强度和板厚并没有那么过大 的、作为强度级别以拉伸强度计达到约550~750N/mm 2级别、板厚为50mm以下的钢板的应用 会扩大。
[0004] 通常，出于提高钢板的特性、削减合金元素以及省略热处理等目的，上述强度级 另Ij、板厚的厚钢板通过组合控制乳制和加速冷却的所谓的TMCP技术来制造。TMCP技术能够 确保高冷却速度，因此具有能够以相对较低成分确保母材强度这样的优点。另一方面，与钢 板内部相比钢板的表面被骤冷，因此有时与钢板内部相比钢板表面附近的硬度变高，板厚 方向的硬度分布产生变动。另外，有时加速冷却并非在钢板整个面上均匀，担心对钢板内的 材质均匀性、具体而言为钢板的拉伸特性带来影响。
[0005] 为了解决上述问题，以往以来，作为TMCP技术的一环，提出了各种解决方法，例如 在专利文献1中公开了如下所述的方法:加速冷却时，将冷却速度控制为3~12°C/秒这样比 较低的冷却速度，由此抑制表面相对于板厚中心部的硬度升高。另外，在专利文献2中公开 了如下所述的板厚方向的材质差异小的钢板的制造方法:在冷却过程中，在铁素体析出的 温度范围内进行待机，由此使钢板的组织为铁素体与贝氏体的双相组织，降低了表层与板 厚中心部的硬度的差异。此外，从着眼于钢板表面的氧化皮性状和钢板的加速冷却时的冷 却速度的观点出发，在专利文献3、4中公开了如下所述的方法:在临冷却前进行去氧化皮， 从而降低因氧化皮性状引起的冷却不均，改善钢板形状。这些技术均可被解释为在确保材 质均匀性的同时能够实现由使晶粒微细化带来的高韧化的技术。
[0006] 另一方面，如上所述，在钢板的焊接施工中倾向于应用施工效率高的大线能量焊 接。然而，在由大线能量焊接形成的焊接热影响部(也称为HAZ[Heat Affected Zone])中， 会同时发生由上述各种控制乳制、加速冷却工艺带来的晶粒微细化效果消失而引起的接头 韧性的降低、因接头软化区域的形成引起的接头强度的降低，要求一并解决上述问题的对 策。
[0007] 作为其中尤其广为人知的对策，存在有通过使焊接中在高温范围内比较稳定的 TiN微细分散在钢中来抑制奥氏体晶粒的粗大化的技术、如专利文献5中所记载那样通过在 钢中添加适量的Ti、B来弥补接头低温韧性的降低的方法。
[0008] 此外，公开了如专利文献6中所记载那样通过优化钢中的Nb添加量来谋求兼顾钢 板的高强度化和接头特性、特别是HAZ韧性的方法。但是，以专利文献5、6为代表的大线能量 焊接对策方法对钢板材质的均质性带来的影响还没有得到验证。
[0009] 现有技术文献 [0010]专利文献
[0011]专利文献1:日本特公平7-116504号公报 [0012] 专利文献2:日本专利第3911834号公报
[0013]专利文献3:日本特开平9-57327号公报 [00M] 专利文献4:日本专利第3796133号公报
[0015] 专利文献5:日本特开2005-2476号公报
[0016] 专利文献6:日本特开2011-074448号公报
【发明内容】
[0017] 发明所要解决的问题
[0018] 本发明是鉴于上述现状而开发的，一同提供板厚为50mm以下的厚钢板及其有利的 制造方法，该厚钢板具备大线能量焊接接头部所要求的各特性，并且通过减小钢板的板厚 方向和板宽方向的硬度的变动而使得钢板的材质、特别是其全厚度拉伸特性提高。
[0019] 用于解决问题的方法
[0020] 为了解决上述课题，本发明是在对作为大线能量焊接对策的成分设计进行了优化 的基础上，对用于使钢板内的材质均质性提高的制造条件进行了研究，并且针对为了满足 规定的均质性而应具备的材质阈值进行了大量实验和研究后得到的。即本发明为：
[0021] 1. 一种大线能量焊接特性和材质均质性优良的厚钢板，其特征在于，具有以质 量％ 计含有c:0.030 ~0.080%、Si:0.01~0.10%、Mn:1.20~2.40%、P:0.008%WT、S: 0.0005~0.0040 %、A1:0.005~0.080 %、Nb:0.003~0.040 %、Ti:0.003~0.040 %、N: 0.0030~0.0100%、B:0.0003~0.0030%、余量由Fe和不可避免的杂质构成的成分组成，并 且，板厚方向与板宽方向上各自的维氏硬度(HV)的变动幅度：AHV为30以下。
[0022] 2.如1所述的大线能量焊接特性和材质均质性优良的厚钢板，其特征在于，以质 量％计还含有Cu:1.00% 以下、Ni :1.00% 以下、Cr :1.00% 以下、Mo:0.50% 以下、V:0.10% 以下中的一种或两种以上。
[0023] 3.如1或2所述的大线能量焊接特性和材质均质性优良的厚钢板，其特征在于，以 质量％计还含有Ca:0.0005~0.0050%、Zr :0.001~0.020%、REM:0.001 ~0.020% 中的一 种或两种以上。
[0024] 4.-种大线能量焊接特性和材质均质性优良的厚钢板的制造方法，该厚钢板的板 厚方向与板宽方向上各自的维氏硬度(HV)的变动幅度：AHV为30以下，所述制造方法的特 征在于，将1~3中任一项所述的成分组成的钢原材加热至1000~1300°C后，进行热乳，通过 在钢板表面处的喷射流的冲击压为IMPa以上的条件下使喷射流冲击钢板表面来进行去氧 化皮，然后，立即以钢板的平均冷却速度为10°c/秒以上、钢板的平均冷却停止温度为200~ 600°C的条件进行加速冷却。
[0025] 5.如4所述的厚钢板的制造方法，其特征在于，加速冷却停止后，在Acl相变点以下 进行回火。
[0026]发明效果
[0027] 根据本发明，可以得到材质均质性和大线能量焊接接头特性两者优良的厚钢板及 其制造方法，产业上极其有用。
【具体实施方式】
[0028] 以下，对本发明的限定条件进行说明。需要说明的是，化学成分中的％均为质 量％。
[0029] C:0.030 ~0.080%
[0030] C是提高钢材的强度的元素，为了确保作为结构用钢所需的强度，需要添加 0.030%以上。另一方面，大于0.080%时，在大线能量焊接HAZ中容易生成岛状马氏体，因此 上限设定为〇. 080%。优选为0.040~0.070%的范围。
[0031] Si:0.01 ~0.10%
[0032] Si是作为熔炼钢熔炼时的脱氧剂而添加的元素，需要添加0.01%以上。但是，大于 0.10%时，在大线能量焊接HAZ中生成岛状马氏体，容易招致韧性的降低。因此，Si设定为 0.01~0.10%的范围。
[0033] Mn :1.20~2.40 %
[0034] Mn与C同样是提高钢板母材的强度的元素，为了确保作为结构用钢所需的强度，需 要添加1.20%以上。并且与其它合金成分相比廉价，因此主动地添加是有效的。但是，大于 2.40 %时，淬透性变得过度，母材韧性降低，并且有损焊接性。因此，Mn量设定为1.20~ 2.40%。优选为1.50%~2.20%的范围。
[0035] Ρ:〇·〇〇8% 以下
[0036] P是作为杂质在钢中含有的元素之一。但是，为了降低钢板母材和大线能量HAZ部 的韧性，设定为0.008%以下。在考虑原材料熔炼时的经济性方面，优选在可能的范围内降 低。
[0037] S:0.0005 ~0.0040%
[0038] S与P同样是作为杂质在钢中含有的元素之一。与P不同，在以MnS、CaS、REM_S等硫 化物的方式存在的情况下，成为铁素体的生成核，表现出使大线能量HAZ部韧性提高的效 果。该效果在添加0.0005 %以上时是有效的。另一方面，过量添加会招致生成大量硫化物， 使得母材韧性降低。因此，S量设定为0.0005~0.0040 %的范围。
[0039] Α1:0·005 ~0.080%
[0040] Al是为