专利名称：：耐去应力退火特性和低温接头韧性优异的高强度钢板的制作方法
技术领域：
：本发明涉及即使在焊接后实施长时间的去应力退火(stress—reliefannealing:以下称"SR处理")时，强度降低也很少，且焊接热影响部(以下称为"HAZ")的低温韧性仍优异的高强度钢板。
背景技术：
：近年来，在大型钢制压力容器(罐体)的制造中，以削减成本为目的，面向海外容器的组装的现场化被推进。历来，钢构件的切断和弯曲加工、组装(通过焊接组装)、一部分构件的SR处理(局部热处理)以及直至最终组装一般都是在本公司工厂进行，之后再将容器整体运输到现场。然而，由于考虑效率的现场施工化，导致作业内容正在变迁为在本公司工厂进行钢构件的切断和弯曲加工后，以构件单位运输材料，在现场进行容器的组装(通过焊接组装)，不是对一部分而是对容器整体进行SR处理。随着这样的变迁，从现场的焊接技术的问题和安全性的观点出发，需要增加SR处理的时间和次数，从而需要进行将合计要实施2030小时左右的SR处理考虑在内的材料设计。如果上述这种长时间的SR处理，则钢中的碳化物凝集粗大化，由此导致经度降低显著这一问题被指出。于是，将控制轧制和控制冷却加以组合的轧制法被称为TMCP(Thermo—MechanicalControlProcess)法，作为获得在低碳当量下同时具有高强度、高韧性、高焊接性的钢材(以下称其为"CMCP钢")的方法而被广泛推进。而且，TMCP钢从以造船为中心的焊接结构物用钢板到罐体等的压力容器用钢板及其应用正在被扩大。而使用这种TMCP钢构筑压力容器用等的情况下，在进行上述这种长时间的SR处理，钢板强度也会大幅降低。为了应对这一事态，一般采用在SR处理前便达到高强度的方法，但为了在严酷的SR处理条件下达到高强度，而不得不大量含有合金元素，其结果是存在焊接结构物的HAZ韧性(特别是低温韧性)劣化的问题。作为极力降低因SR处理造成的强度降低的技术，例如在特开昭57—116756号中提出有一种"压力容器用强韧钢"，其基本含有0.260.75%的Cr和0.450.60%的Mo。该技术通过添加Cr来抑制SR处理后的碳化物的粗大化，从而抑制SR处理后的强度降低。然而，在这种钢材中，因为Cr含量多，所以HAZ的低温韧性降低这一问题仍未解决。另外在特开昭57—120652号中还提出有一种"压力容器用高强度强韧钢"，其基本含有0.101.00%的Cr和0.450.60%的Mo。在该技术中，是通过Cr的添加来抑制因长时间的SR处理造成Fe3C与粗大的1^23(36反应。在该技术中，虽然设想在比较宽的范围含有Cr，但实际上Cr含量仅显示为0.29%以上，HAZ的低温韧性降低可以充分预想。
发明内容本发明鉴于上述情况而做，其目的在于，提供一种高强度钢板，其即使在焊接后实施长时间的去应力退火时，强度降低也很少(即耐去应力退火特性良好)，而且HAZ的低温韧性(以下在本发明中称该特性为"低温接头韧性")也良好。能够解决上述课题的所谓本发明的高强度钢板，分别含有C:0.100.16%(质量°/。的意思。下同)、Si:0.050.50%、Mn:1.31.9%、Al:0.010.05%、Ti:0.0050.025%、Nb:0.0050.025%、V:0.0050.06%、Cr:0.050.25。/。及N:0.00300.01%，余量由铁和不可避免的杂质构成，由下式(1)规定的DE值为0.0340%以上，并且由下式(2)规定的碳当量Ceq为0.45。/。以下，使未再结晶域的轧制下的压下率为10%以上来进行制造。DE值二[Ti]+[Nb]+0.3[V]+0.0075[Cr]…(l)其中，[Ti]、[Nb]、[V]及[Cr]分别表示Ti、Nb、V和Cr的含量(质量％)。Ceq=[C]+[Mn]/6+([Cr]+[Mo]+[V])/5+([Cu]+[Ni])/15…(2)其中，[C]、[Mn]、[Cr]、[Mo]、[V]、[Cu]及[Ni]分别表示C、Mn、Cr、Mo、V、Cu及Ni的含量(质量％)。另外，在本发明的高强度钢板中，除上述基本元素以外，根据需要含有如下等元素也有用Cu:0.040.50%、Ni:0.040,50%、Ca:0.00050.0040%,根据所含有的成分的种类，钢板的特性得到进一步改善。根据本发明，通过使由上式(1)和式(2)表示的DE值和碳当量C叫满足规定范围而控制钢板的化学成分组成，能够将SR处理后的位错密度p确保在规定的值以上，能够抑制SR处理后的强度降低，并且低温接头特性也优异，这样的高强度钢板作为要进行严酷的SR处理的罐体(压力容器)等的原材极其有用。图1是表示DE值和位错消失速度常数k的关系的曲线图。图2是表示碳当量Ceq与HAZ韧性(vE—46)的关系的曲线图。具体实施例方式本发明者们以实现即使经过长时间的SR处理也不会招致强度降低，低温接头韧性也良好的钢材为目标，从各种角度进行了研究。其结果发现，在严密地控制了化学成分组成的钢板中，能够将SR处理后的位错密度p确保在规定的值以上(2.5X1014/m2以上)，上述目的便被完美地达成，从而完成了本发明。沿着本发明得以完成的原委，对于本发明的构成及作用效果进行说明。本发明者们认为，SR处理造成的钢板的强度降低，原因在于伴随位错密度p的降低的位错强化量的损失。所谓该"位错强化"，是"在处于不同的滑动面上的位错间的直接性的相互作用下位错被钉扎"成为基本的强化机构。即，位错密度越大，越会相互成为障碍，越会被强化。虽然在SR处理后位错密度p越大量残存就越会成为高强度，但是在进行通常的再加热淬火、回火的钢(以下称为"QT(Quench—Temper)钢")中，通过淬火处理，在SR处理前位错便餐大体消失，另外在现有的TMCP钢中，即使在SR处理前为高位错密度，通过实施严酷的SR处理，钢板中的大部分的位错也将消失。因此，本发明者们设相，为了确保SR处理后的强度而利用位错，为此尽可能不使TMCP钢中的位错消失即可。基于这一设想，就位错密度和化学成分带给SR处理后的强度的影响进一步进行研究。其结果判明，即使是能够确保低温接头韧性的低合金成分系，利用析出物也能够控制高温、长时间的SR处理中的位错消失，通过采用上述构成，能够实现在SR处理后能够确保充分的强度，并且也不会招致低温接头韧性降低的高强度钢板。SR处理以586625。C的高温进行2030小时左右的热处理，但是在这种严酷的条件下，大量的析出物固溶。然而，就Ti、Nb、V和Cr来说，借助综合热力学软件("Themo—Calc"，可以从CRC综合研究所购买)推测其会形成例如TiC、NbC、VC、Cr2C等这样组成的稳定的析出物。因此，本发明者们判明，若利用上述Themo—Calc计算温度上平衡状态下的析出物量，再使之与非平衡的状态吻合而进行补正，则作为析出物残存而对位错消失抑制有效的元素量，是由下式(1)规定的DE值为0.0340%以上的量。更优选DE值为0.0370%以上。但是，若任何一种元素过剩含有，则都会阻碍焊接性，因此其存在上限(后述)。DE值[Ti]+[Nb]+0.3[V]+0.0075[Cr]…(l)其中，[Ti]、[Nb]、[V]及[Cr]分别表示Ti、Nb、V和Cr的含量(质量％)。在本发明的钢板中，为了良好地维持低温接头韧性，还需要由下式(2)规定的碳当量Ceq在0.45%以下。该碳当量C叫是将有助地低温接头韧性的各元素的影响力换算成碳量，在各种领域中被利用(ASTM规格)。本发明中以碳当量C叫作为低温接头韧性的判断标准而加以利用。还有，除本发明的钢材的基本成分(C、Mn、Cr和V)以外，根据需要还被含有的Cu和Ni也作为一项包含在下式(2)中，在含有Cu和Ni时也考虑该量进行计算即可(关于Mo后述)。C叫-[C]+[Mn]/6+([Cr]+[Mo]+[V])/5+([Cu]+[Ni])/15...(2)其中，[C]、[Mn]、[Cr]、[Mo]、[V]、[Cn]及[Ni]分别表示C、Mn、Cr、Mo、V、Cu及Ni的含量(质量％)。本发明的钢板，通过使上式(1)规定的DE值在0.340。/。以上，并且使上式(2)所规定的碳当量Ceq在0.45。/。以下，则在实施了严酷的SR处理后的耐SR特性和低温接头韧性良好，但是所谓"严酷的SR处理"不仅限于其时间，而且还需要考虑与温度的关系。在本发明中，作于用于客观地判断严酷的SR处理的标准，设想的条件是由下式(3)规定的P值为18.8以上。g卩，本发明的钢板，在下式(3)所规定的P值为18.8以上的条件下进行SR处理时，耐SR特性和低温接头韧性均良好。P值二T(20+logtQ)…(3)其中，T:SR处理加热温度(K)，tG:SR处理加热时间(小时)在本发明的高强度钢板中，还需要将C、Si、Mn、Al、Ti、Nb、V、Cr及N等的基本成分调整到适当的范围。限定这些成分的范围的理由如下。(C:0.100,16%)C在提高钢板的淬火性，在SR处理后确保规定的强度上是重要的元素，但若其含量过剩，则损害焊接性，因此需要在0.16%以下。若从确保焊接性的观点出发，则C含量越少越为优选，但是若低于0.10%，贝(j由于淬火性降低而不能确保SR处理后的强度。C含量优选的下限为0.11%，优选的上限为0.13%。(Si:0.050.50%)Si在熔炼钢时作为脱氧剂起作用，发挥着使强度上升的效果。为了有效地发挥这一效果，需要使之含有0.05%以上。然而，若Si含量过剩，则焊接性降低，因此需要为0.50%以下。Si含量的优选下限为0.20%，优选的上限为0.40%。(Mn:1.31.9%)Mn是发挥提高钢板的强度的效果的元素。为了有效地发挥这一效果，需要使Mn含有1.3。/。以上。然而，若Mn含量过剩，则焊接性受损，因此以1.9%为上限。Mn含量的优选下限为1.40%，优选上限为1.60%。(Al:0.010.05o/o)Al作为脱氧剂被添加，但低于0.01%时则发挥不出充分的效果，若过剩使之含有而超过0.05%，则阻碍钢板的洁净性，因此以0.05%为上限。Al含量的优选下限为0.015%，优选上限为0.03%。(Ti:0.0050.025%)Ti如前述，通过形成析出物而发挥抑制位错消失的效果，是对钢材的SR处理后的强度确保有效的元素。为了发挥这一效果，需要使之含有0.005%以上。然而，若Ti过剩地被含有，则阻碍钢板的焊接性，因此以0.025%为上限。Ti含量的优选上限为0.020%。(Nb:0.0050.025%)Nb不仅在淬火性的提高以及进一步强化未再结晶轧制带来的位错导入效果(后述)上有用，而且在本发明的钢板中，通过在SR处理中使V和Cr与Nb复合添加，发挥在SR处理中作为各自的碳化物残存的效果，有助于抑制位错消失。为了发挥这一效果，需要使Nb含有0.005%以上。然而，若Nb过剩地含有，则阻碍钢板的焊接性，因此以0.025%为上限。Nb含量的优选下限为0.010%。(V:0.0050.06%、Cr:0.050.25%)V和Cr本来向渗碳体的固溶性高，但通过与Nb的复合添加，固溶性降低，形成VC，Cr2C。这些析出物即使在SR处理时仍稳定存在。为了发挥这一效果，需要使V含有0.005。/。以上，使Cr含有0.05。/。以上。然而，若这上结元素含量过剩，则阻碍焊接性，因此需要V在0.06%以下，Cr在0.25%以下。V含量的优选下限为0.020%，优选上限为0.040%。另夕卜，Cr含量的优选下限为0.10%。(N:0細00.01%)N在焊接接头的热影响部(HAZ)与Ti一起形成析出物，是在通过钉扎而抑制组织粗大化上有效的元素。为了发挥这一效果，需要使之含有0.0030%以上。然而，若N的含量过剩而超过0.01。/。，则阻碍焊接性。本发明的高强度钢板中的基本成分如上述，余量是铁和不可避免的杂质。还有，作为不可避免的杂质，可列举由钢原料或其制造工序混入的P、S、O等。这些杂质之中，关于P和S均会使焊接性和SR处理后的韧性降低，因此P优选抑制在0.020。/。以下，S优选抑制在0.01。/。以下。还有，本发明的钢板，虽然是积极地不含Mo，但含有Mo截止到0.02%的情况作为不可避免的杂质对待。在本发明的钢板中，根据需要含有如下等元素也有用(a)Cu:0.040.50。/。禾口/或Ni:0.040.50%，(b)Ca:0扁50.0040%，根据所含有的成分的种类，钢板的特性得到进一步改善。含有这些元素时的范围设定理由如下。(Cu:0.040.50。/。和/或Ni:0.040.500/o)这些元素是对提高钢板的SR处理后的强度有效的元素，但过剩地使之含有低温接头韧性会降低，因此均优选为0.50%以下。还有，为了发挥来自这些元素的效果，均优选使之含有0.04%左右以上，但不满该含量时视为不可避免的杂质。(Ca:0.00050細0%)Ca是在通过夹杂物的控制而使钢板的韧性提高上有效的元素，但若过剩地含有，则使钢板的韧性降低，因此可以为0.0040%以下。还有，用于发挥这一效果的优选的Ca含量为0.0005%以上。本发明的高强度钢板，如果化学成分组成、由上式(1)和式(2)所表示的DE值和碳当量Ceq满足规定范围，则SR处理时的位错的消失得到抑制，规定量的位错残存，由此SR处理后的强度降低将受到抑制。为了达成这一效果，在SR处理后，需要确保2.5X1014(/m2=m/m3)以上的位错密度p。为了提高位错密度p达到能够在SR处理后确保这一位错密度p的程度，需要不在由于再结晶而导致位错消失的再结晶温度域，而是在不会发生再结晶，位错不会消失的未再结晶温度域进行轧。另外为了通过这样的轧制而提高位错密度p达到能够在SR处理后确保上述位错密度p的程度，需要使未再结晶域的轧制中的压下率[总压下率=(轧制前述的板厚差)/(轧制前的板厚)X100(%)]为10%以上。TMCP法基本上是应用利用轧制的"奥氏体状态的控制"，以及继而实施的"从所控制的奥氏体的相变的控制"，但在本发明中，因为是将位错密度利用于强度确保上，所以有效地利用上述TMCP法，在其途中通过未再结晶温度域下的轧制而导入位错，并在通过轧制后的控制冷却而直至变相后仍使该位错持续。关于上述制造工序以外的部分，遵循通常的TMCP法即可，但在进行再加热淬火、回火的QT钢中，在再加热的阶段位错消失，将不能在SR处理后确保上述这样的位错密度p。实施例以下，通过实施例更详细地说明本发明，但下述实施例并没有限定本发明的性质，在能够符合前、后述的宗旨的范围也可以适当变更实施，这些均包含在本发明的技术范围内。在下述表l所示的各种化学成分组成中，将进行了转炉熔炼、连续铸造的钢锭边在此途中进行包含未再结晶域(Ar3相变点900'C)的轧制的轧制，边从Ar3相变点以上的温度加速冷却(冷却速度330。C/秒)，制作各种钢板。对于得到的各钢板，以615t:实施23小时的SR处理(所述(3)式的P值为18,97)。还有在表1中，还显示了各钢种的Ar3相变点，但这些值是基于下式(4)而求得的(式中，[]表示各元素的含量(质量％)，t表示板厚(mm))。Ar3=910—310[C]—80[Mn]—20[Cu]—15[Cr]—55[Ni]—80[Mo]+0.35(t—8)…(4)表1<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>使用如上述这样得到的各钢板，根据下述的方法测定低温接头韧性(HAZ韧性)和抗拉强度(SR处理后的抗拉强度TS)。另外，对于SR处理后的各钢板，根据下述的方法测定位错密度p，并且测定位错消失速度常数k。(低温接头韧性(HAZ韧性))对于SR处理后的各钢板，以50kJ/cm的焊接输入热量实施由气体保护金属极电弧焊进行的多层堆焊，从各钢板的t(t:板厚)/4部位(HAZ的宽度中央)，在相对于焊接线方向成直角的方向提取ASTMA370-05的试验片，评价HAZ韧性。依据ASTMA370-05，以一46。C进行摆锤冲击试验，测定吸收能(vE-46)。这时针对各钢板，对于3个试验片测定吸收能(vE—46)，求得其平均值。然后vE—46的平均值为55J以上的评价为HAZ韧性优异。(拉伸试验)从SR处理后的各钢板的t(t:板厚)/4部位，在相对于焊接线方向成直角的方向提取ASTMA370-05(0.500-in.RoundSpacimen)的试验片，按ASTMA370-05的要领进行拉伸试验，测定抗拉强度(TS)。然后，抗拉强度(TS)在550MPa以上的判定为SR特性良好。(位错密度测定)针对SR处理后的各钢板的t(t:板厚)/4部位，基于下述的装置、条件有(5)式，计算位错密度p。(装置)X射线衍射装置"RAD-RU300"(理学电气社制)(测定条件)革巴Co(Ka)靶输出功率40kV—200mA狭缝发散r、散射1°、接收0.15mm测定范围(20):30130°视野(测定面积)88mm2p=14.4s2/b2…(5)其中，b(常数)0.25xl0力，s:根据Hall法计算的值(位错消失速度常数k的测定)意思是以一定温度对位错密度p的材料只进行时间、热处理时的位错密度的减少速度(dp/dt,由下式(6)求得。这时，称k为位错消失速度常数，该值越小位错越难以消失(即，位错的消失抑制效果高)。在本发明中，为了比较位错的消失抑制效果，对于各钢板计算位错消失速度常数k。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>(6)这些测定结果[位错密度p、位错消失速度常数k、SR处理后的抗拉强度TS(SR后TS)、HAZ韧性(vE.46)]与各钢板的板厚和未再结晶域总压下率一起显示在下述表2中。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>由这些结果能够进行如下考察(还有，下述No.表示表2的实验No.)。No.514满足本发明规定的要件[化学成分、(1)式和(2)式所规定的值的范围和位错密度p]，即使在严酷的SR处理后仍能够确保规定的抗拉强度TS,并且低温接头韧性(HAZ韧性)也良好。相对于此，N0.14不满足本发明规定的某一要件，某种特性劣化。具体来说，No.l3其DE值不满足本发明规定的范围，由此导致位错消失速度常数k为大值。No.4虽然DE值满足本发明规定的范围，位错消失速度常数k也为小值，但是碳当量Ceq超过本发明规定的范围，HAZ韧性劣化。基本这些数据，DE值和位错消失速度常数k的关系显示在图1中，碳当量C叫与HAZ韧性(vE—46)的关系显示在图2中。可知为了使位错密度p维持得高，重要的是使DE处于0.0340(%)以上，而为了确保良好的HAZ韧性，重要的是使碳当量C叫处于0.45(%)以下。权利要求1.一种高强度钢板，其特征在于，以质量％计含有C0.10～0.16％、Si0.05～0.50％、Mn1.3～1.9％、Al0.01～0.05％、Ti0.005～0.025％、Nb0.005～0.025％、V0.005～0.06％、Cr0.05～0.25％及N0.0030～0.01％，余量是铁和不可避免的杂质，所述高强度钢板被制造成由下式(1)规定的DE值为0.0340％以上，并且由下式(2)规定的碳当量Ceq为0.45％以下，未再结晶区域的轧制的压下率为10％以上，DE值＝[Ti]+[Nb]+0.3[V]+0.0075[Cr]…(1)其中，[Ti]、[Nb]、[V]及[Cr]分别表示Ti、Nb、V和Cr的质量百分比含量，Ceq＝[C]+[Mn]/6+([Cr]+[Mo]+[V])/5+([Cu]+[Ni])/15…(2)其中，[C]、[Mn]、[Cr]、[Mo]、[V]、[Cu]及[Ni]分别表示C、Mn、Cr、Mo、V、Cu及Ni的质量百分比含量。2.根据权利要求1所述的高强度钢板，其特征在于，以质量％计还含有Cu:0.040.50%。3.根据权利要求1所述的高强度钢板，其特征在于，以质量％计还含有Ni:0.040.50%。4.根据权利要求1所述的高强度钢板，其特征在于，以质量％计还含有Ca:0.00050.0040%。5.根据权利要求1所述的高强度钢板，其特征在于，所述DE值为0.0370%以上。全文摘要本发明的高强度钢板，适当调整化学成分组成，并且由下式(1)规定的DE值为0.0340％以上，并且由下式(2)规定的碳当量Ceq为0.45％以下。DE值＝[Ti]+[Nb]+0.3[V]+0.0075[Cr]…(1)，其中，[Ti]、[Nb]、[V]及[Cr]分别表示Ti、Nb、V和Cr的含量(质量％)。Ceq＝[C]+[Mn]/6+([Cr]+[Mo]+[V]/5+)([Cu]+[Ni]/15)…(2)，其中，[C]、[Mn]、[Cr]、[Mo]、[V]、[Cu]及[Ni]分别表示C、Mn、Cr、Mo、V、Cu及Ni的含量(质量％)。提供一种高强度钢板，其即使在焊接后实施长时间的去应力退火时，强度降低也很少，而且HAZ的低温韧性也良好。文档编号C22C38/38GK101545073SQ20091000410公开日2009年9月30日申请日期2009年2月12日优先权日2008年3月28日发明者仮屋崎诚,学泉申请人:株式会社神户制钢所