专利名称：落锤冲击性能和母材韧性优异的高强度厚钢板的制作方法
技术领域：
本发明涉及桥梁、高层建筑物、船舶和储罐等的焊接结构物适用的厚钢板，特别是 涉及落锤冲击性能和母材的韧性都优异的厚钢板。
背景技术：
作为淬火、回火所使用的厚钢板(以下称为“QT钢板”)由于具有高强度、高韧性， 并且具有良好的焊接性，因此历来能够作为桥梁、高层建筑物、船舶和储罐等的焊接结构物 被广泛使用。这样的QT钢板随着近年来的焊接结构物的大型化设计，有要求更高强度(例 如585MPa以上)的倾向。厚钢板当然要求作为母材(钢板)的基本的韧性良好，而且还需要作为脆性破坏 性能的指标的落锤冲击性能也优异。但是，随着高强度化、厚壁化而存在难以满足这些性能 的状况。已知在如上的落锤冲击性能和大角晶界直径(结晶取向差为15°以上的大角晶 界所包围的晶粒直径)之间存在密切的相关关系，为了改善落锤冲击性能，已知有效的是 实现大角晶界直径的微细化。作为涉及大角晶界直径的微细化的方法，最一般的是实现淬火时的奥氏体晶粒 (Y晶粒)的微细化。该方法是通过添加在高温下也会生成碳氮化物的元素(例如Nb和 Ti等)，利用这些碳氮化物进行钉扎，抑制加热、保持时的Y晶粒成长。在这种方法中，随着Y晶粒的微细化，构成破坏单位的相变后的板条束和板条块 尺寸也变得细小，但是并不能实现微细化直至充分改善落锤冲击性能的地步。作为涉及大角晶界直径的微细化的其他方法，也考虑有通过提高淬火，即提高相 变的驱动力，从而使相变后的板条束和板条块的方法。但是，由于近年的大型结构物的需求扩大，导致所要求的板厚增加，为了在厚材料 中获得淬火的微细组织而需要合金元素的大量的添加，而即使落锤冲击性能变得良好，却 有母材韧性反而降低的情况。作为使落锤冲击性能良好的技术，例如还提出有日本特开昭61-276920号这样的 技术。在此技术中，是通过对具有既定的化学成分组成的高张力钢板，以10°C /秒以上的冷 却速度从Ar3 (Ar3-60°c )的温度区域冷却至400 200°C的任意的温度，从而满足上述 性能。该技术设定为板厚比较薄的情况，厚钢板时确保10°C /秒以上的冷却速度有困 难，应用该技术，作为用于使厚钢板的落锤冲击性能和母材韧性良好的技术并不适用。由 此，实际情况是，期望一种仅仅控制合金元素的含量，就能够确保良好的落锤冲击性能和母 材韧性的厚钢板的实现。
发明内容
本发明鉴于上述情况而实施，其目的在于提供一种仅通过控制必要的合金元素的含量就能够确保良好的落锤冲击性能和母材韧性的厚钢板。
能够解决上述课题的本发明的厚钢板，分别含有C :0. 1 0. 16% ( “质量％”的 意思。下同)、Si 0. 05 0. 5%,Mn 0. 9 1. 6%,Al 0. 01 0. 06%,Mo 0. 13 0. 3%, B 0. 0005 0. 002%，此外还含有Cr 0. 3%以下和V 0. 07%以下的至少一种，余量是铁和 不可避免的杂质，并且由下式(1)规定的F值满足3. 20 < F值< 4. 50的关系，并且由2个 结晶的取向差为15°以上的大角晶界所包围的晶粒的平均当量圆直径为4μπι以下的回火 贝氏体组织构成。FiM.= 9. 4X [Mo]+8. IX [V]+4. 7X [Cr]... (1)其中，[Mo]、[V]和[Cr]分别表示Mo、V和Cr的含量(质量％ )。在本发明中，所谓“平均当量圆直径”意思是，所述取向差为15°以上的大角晶界 所包围的晶粒，换算成同一面积的圆时的直径(当量圆直径)的平均值。将2个结晶的取 向差为15°以上的大角晶界所包围的区域作为晶粒时的该晶粒的平均当量圆直径，以下简 称为“大角晶界直径”。在本发明的厚钢板中，根据需要还含有(a)Cu :0. 35%以下、(b)Ni :0. 6%以下、 (C)Ca 0. 003%以下等也有用，通过含有这些元素，根据其种类将会进一步改善厚钢板的性 能。根据本发明，在由回火贝氏体构成的钢板中，通过既满足上式(1)的关系，又适当 地控制钢板的化学成分组成，大角晶界直径的微细化得以实现，因此能够实现可确保良好 的落锤冲击性能和母材韧性的厚钢板。
图1是表示F值和大角晶界直径的关系的曲线图。图2是表示大角晶界直径和无延性转变温度(NDT)的关系的曲线图。
具体实施例方式本发明者为了确保既定的强度、母材韧性，着眼于由回火贝氏体构成的钢板，就用 于使该钢板的落锤冲击性能和韧性良好的手段而从各种解雇进行了研究。首先本发明者着 眼于B，其是在淬火前在奥氏本晶界容易以固溶状态偏析的元素，结果可知其抑制来自晶界 的核生成，是使淬火性显著增大的元素。然而，可知B作为Fe23(CB)6析出，仅添加B时，由 于析出导致淬火时的固溶B量减少，判明存在无法发挥适当的效果的情况。即，认为使该B 以固溶状态存在对钢材组织的微细化很重要，在使上述性能提高的方向发挥作用。因此本发明者对于通过使固溶B量增加，从而抑制来自晶界的晶粒生成，使淬火 性增加，以获得微细组织的成分系进行了广泛且详细地研究。其结果发现了一种成分系，其 能够实现落锤冲击性能和母材韧性优异的585MPa以上的厚钢板，从而完成了本发明。以 下，沿着本发明得以完成的经纬，对于本发明的作用效果进行说明。在本发明中，需要适当控制化学成分组成，并且根据Mo、V、Cr等元素含量由下式 (1)规定的F值需要满足3. 20 < F值< 4. 50的关系。FiM.= 9. 4X [Mo]+8. IX [V]+4. 7X [Cr] ... (1)其中，[Mo]、[V]和[Cr]分别表示Mo、V和Cr的含量(质量％ )。
Mo、V和Cr是碳化物生成能力强的元素，通过既定量含有这些元素，从而捕捉钢中 的C，抑制B的析出，由此能够使B的固溶量增加，最大限度地发挥来自B的微细化效果。从 这一观点出发，需要由下式(1)规定的F值为3. 20以上。若上述碳化物生成元素的含量过剩，反而会使母材韧性降低。淬火时在晶内生成 的渗碳体虽然被认为对母材韧性的不良影响很少，但是若上述碳化物生成元素的含量过 剩，则认为在回火时上述元素的碳化物被渗碳体替代时，这些碳化物在晶界上析出，因此成 为破坏的起点，使韧性的降低发生。因为这一状况在上述F值超过4. 50时发生，所以上述 F值需要为4. 50以下。上式(1)由作为抑制B的析出的元素的Mo、V和Cr的项目规定。该式通过如下方 式求得设纵轴为大角晶界直径，设横轴为各元素的含量时，根据大角晶界直径相对于各元 素 含量的减少量(即“倾斜”)，计算表示各元素的效果的系数。另外，规定上述F值的元素 之中，关于V和Cr相当于等效元素，只要上式(1)所规定的F值处于既定的范围内，含有V 和Cr的至少任意一种即可达到本发明的效果。因此在上式(1)中，虽然根据需要而含有的 元素(V或Cr)都被含有，但是不含某一种元素时，则去掉该项目来计算F值，含有某一种元 素时，则根据上式(1)计算F值即可。通过将上式(1)所规定的F值控制在适当的范围内，基本上可实现钢材的组织微 细化，能够实现优异的落锤冲击性能和母材韧性，但是对于关系到上式(1)各元素的含量 来说，也要在适当的范围。从这一观点出发，各元素(Mo、V、Cr、B)的含量需要以下式方式调整。(Mo :0· 13 0. 3% )为了尽可能将所述F值确保在3. 20以上(S卩，用于抑制B的析出)，需要使Mo含 有0.13%以上。但是，若Mo含量过剩，则损害焊接性，因此需要为0.3%以下。还有，Mo含 量的优选下限为0.2%左右。(Cr :0. 3% 以下和 / 或 V:0. 07% 以下)从与Mo含量的上限的关系出发，以Mo单独满足上述F值存在困难，因此作为与 Mo发挥着同样的效果的元素而含有Cr和V。为了发挥上述的效果，至少含有任意一种而满 足上述F值即可，但若均超过上述范围而过剩地含有，则阻碍焊接性，因此如上所述需要将 其含量进行适当调整。还有，Cr含量的优选范围是0. 2 0. 3%左右，V含量的优选范围是 0. 015 0. 030%左右。(B :0· 0005 0. 002% )为了发挥来自B的淬火性增大效果，其含量至少需要确保在0.0005%以上。但 是，若B含量过剩，则阻碍焊接性，因此需要在0. 002%以下。还有，B含量的优选上限为 0. 0015%左右。通过将上式(1)所规定的F值控制在适当的范围内，基本上钢板的组织微细化 得以实现，但是在这样的钢板中，还要2个结晶的取向差为15°以上的大角晶界所包围的 晶粒的平均当量圆直径为4μπι以下。还有，所述“取向差(结晶取向差)”也称为“偏角” 或“倾角”，为了测定取向差，如后述的实施例所示，采用EBSP法(电子背散射花样分析法 Electron Backscattering Pattern)艮口可。接着，对于本发明的厚钢板(母材)中的基本成分组成进行说明。本发明的厚钢板，即使其化学成分组成由上式(1)规定的F值处于既定范围内，而各个化学成分(元素)的含量不在适当范围内部，则仍不能达成优异的机械的性能。因此，在本发明的厚钢板中， 除了由适当量的Mo、Cr和V规定的F值[上式(1)]被控制在既定的范围内以外，还需要各 个化学成分的量也处于下述这样的适当范围内。这些成分的范围限定理由如下。(C :0· 1 0. 16% )C使钢板的淬火性提高，在确保强度上是重要的元素，但是若其含量过剩，则损害 焊接性，因此需要在0. 16%以下。若从确保焊接性这一观点出发，则C含量越少越优选，但 是若低于0. 1%，则淬火性反而降低，将不能确保强度。C含量的优选下限为0. 11%，优选上 限为0. 14%。(Si :0· 05 0. 5% )Si在熔炼钢时作为脱氧剂发挥作用，发挥使钢的强度上升的效果。为了有效地发 挥这样的效果，需要Si含量为0. 05%以上。但是，若Si含量过剩，则焊接性降低，因此需要 在0. 5%以下。还有，Si含量的优选下限为0. 15%，优选上限为0. 35%。(Mn :0· 9 1. 6% )Mn是发挥着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0.9%以上。优选为1.4%以上。但是，若Mn含量超过1.6%而地剩地含有，则焊接性 受损。(Al :0· 01 0. 06% )Al作为脱氧剂被添加，但是其含量低于0.01%时，发挥不出充分的效果，若超过 0. 06%而过剩地含有，则钢板的洁净性受到阻碍。Al含量优选的下限为0. 04%。本发明规定的含有元素如上所述，余量是铁和不可避免的杂质，作为该不可避免 的杂质，能够允许由于原料、物资、制造设备等的状况而混进的元素(例如P、S、N、Sn、As、Pb 等)的混入。这些杂质之中，关于P、S、N优选以如下方式抑制。另外在本发明的厚钢板中， 根据需要还含有(a)Cu:0.35%以下、(b)Ni :0. 6%以下等也有用，通过含有这些元素，根据 其种类将会进一步改善厚钢板的性能。(P :0· 02% 以下)作为杂质元素的P在晶界偏析，是引起回火脆化的元素，因此优选其含量尽可能 地少。从确保母材韧性这一观点出发，P含量优选抑制在0.02%以下，更优选在0.01%以 下。但是，工业上使钢中的P为0%有困难。(S :0· 01% 以下)S是与钢板中的合金元素形成各种夹杂物的杂质，其含量优选尽可能地少。从确保 延性、韧性的观点出发，优选S含量抑制在0. 01 %以下，更优选在0. 002%以下。但是，工业 上使钢中的S为0%有困难。(N :0· 01% 以下)N若过剩地含有，则固溶N量增加，使母材、HAZ (焊接热影响部)韧性劣化，因此优 选N含量为0.01%以下，更优选为0.06%以下。但是在工业上使N为0%有困难。(Cu :0· 35% 以下)Cu是对强度上升有效的元素，但是若其含量过剩，则热加工时容易发生裂纹，另外 因为还有损焊接性，所以优选在0.35%以下。还有，用于使来自Cu的效果得到有效发挥的优选范围是0. 10 0. 20%。(Ni :0· 6% 以下)
M在提高钢板和韧性这两方上是有效发挥作用的元素，但是若其含量过剩，则损 害焊接性，因此优选为0. 6%以下。另外，Ni优选在0. 3 0. 5%的范围内使之含有。(Ca :0· 003% 以下)Ca是利用夹杂物的控制而使钢板的韧性提高上是有效的元素。但是右Ca含量过 剩，则钢中夹杂物增加，损害钢板的韧性和接头性能，因此优选为0. 003%以下。本发明的厚钢板由回火贝氏体组织构成，而通过以奥氏体状态进行冷却，成为过 冷状态，能够成为贝氏体组织。通过对其回火，能够成为以回火贝氏体为主体的组织。为了制造本发明的厚钢板，使用满足上述成分组成的钢液，遵循通常的条件(轧 制温度、压下率、淬火温度、回火温度)成为QT钢板即可。这时，从进一步抑制B的析出这 一观点出发，优选以880°C以上的温度对钢板进行淬火。本发明涉及厚钢板，在该领域中所谓厚钢板，如JIS所定义的，一般是指板厚为 3. Omm以上的。但是，本发明中作为对象的厚钢板的板厚，优选为80mm以上，更优选为90mm 以上。即，在本发明中，即使板厚大的钢板，也显示出良好的落锤冲击性能和母材韧性。如 此得到的本发明的厚钢板，能够作为例如桥梁、高层建筑物、船舶和储罐等的结构物的材料 使用。实施例以下，通过实施例更详细地说明本发明，但下述实施没有限定本发明的性质，可以 在能够符合前后述的宗旨的范围内适当加以变更实施，这些均包含在本发明的技术范围 内。通过通常的熔炼法熔炼下述表1所示的组成的钢，冷却该钢液而成为板坯(截面 形状210mmX 150mm)后，加热至1100°C进行热轧，成为板厚90mm的热轧板，加热至930°C 进行淬火(Q)，加热至650°C进行回火⑴而制造厚钢板(QT钢板)。
权利要求
一种厚钢板，其特征在于，以质量％计含有C0.1～0.16％、Si0.05～0.5％、Mn0.9～1.6％、Al0.01～0.06％、Mo0.13～0.3％、B0.0005～0.002％，并且还含有Cr0.3％以下和V0.07％以下中的至少一种元素，余量含有铁和不可避免的杂质，并且，由下式(1)规定的F值满足3.20≤F值≤4.50的关系，并且，所述厚钢板的组织由2个结晶的取向差为15°以上的大角晶界所包围的晶粒的平均当量圆直径为4μm以下的回火贝氏体组织构成，抗拉强度为585MPa以上，F值＝9.4×[Mo]+8.1×[V]+4.7×[Cr] …(1)其中，[Mo]、[V]和[Cr]分别表示Mo、V和Cr的质量百分比含量。
2.根据权利要求1所述的厚钢板，其特征在于，以质量％计还含有Cu0. 35%以下。
3.根据权利要求1所述的厚钢板，其特征在于，以质量％计还含有Ni:0.6%以下。
4.根据权利要求1所述的厚钢板，其特征在于，以质量％计还含有Ca0. 003%以下。
全文摘要
本发明的厚钢板，分别含有C0.1～0.16％(“质量％”的意思。下同)、Si0.05～0.5％、Mn0.9～1.6％、Al0.01～0.06％、Mo0.13～0.3％、B0.0005～0.002％，此外还含有Cr0.3％以下和V0.07％以下的至少一种，余量由铁和不可避免的杂质构成，并且由下式(1)规定的F值满足3.20≤F值≤4.50的关系，并且由2个结晶的取向差为15°以上的大角晶界所包围的晶粒的平均当量圆直径为4μm以下的回火贝氏体组织构成。F值＝9.4×[Mo]+8.1×[V]+4.7×[Cr]…(1)，其中，[Mo]、[V]和[Cr]分别表示Mo、V和Cr的含量(质量％)。根据如此构成，仅仅通过控制需要的合金元素的含量，就能够确保良好的落锤冲击性能和母材韧性。
文档编号C22C38/12GK101967603SQ20101023981
公开日2011年2月9日 申请日期2010年7月26日 优先权日2009年7月27日
发明者康弘彻 申请人:株式会社神户制钢所