专利名称：焊接应变少的钢板的制作方法
技术领域：
本发明涉及船舶、建筑结构物、桥梁等所使用的钢板在焊接时发生的焊接应变少的钢板。
背景技术：
对于船舶、建筑结构物、桥梁等中的钢板进行焊接时，在板厚例如为IOmm以上的厚的区域，由于板厚方向的温差，而在板厚方向发生不均匀的横向收缩变形，引起被称为角变形的焊接应变。若这样的焊接应变在例如船舶等的外板发生，则成为外板向内侧歪曲的状态(在船舶领域一般称为“瘦马”)，特别在外观上不为优选。
所谓焊接应变，根本上是因塑性变形而产生的，塑性变形需要伴随可动位错的移动，因此一直以来提出的方法是，通过导入用于防止可动位错的移动的障碍物来抑制焊接应变，作为所述障碍物，例如可列举例如固溶元素、析出物(碳化物等)、贝氏体和马氏体等高位错密度组织或结晶晶界。
作为降低钢板的焊接应变的技术，例如可列举日本 特开2006-2211号、日本特开 2006-2198号。这些先行技术中均提出，导入贝氏体组织、马氏体组织这样的高位错密度组织，并且使组织微细化，由此使结晶晶界增加，此外还通过确保Nb、Mo、V、W、Ta的元素的固溶量来降低焊接应变。
但是，确保固溶元素或使析出物形成的方法中存在的问题是，由于合金元素的添加招致钢材的成本上升。另外，在导入贝氏体组织和马氏体组织的方法中，需要进行强冷却或添加提高淬火性的合金元素，在强冷却时，会产生冷后的形状不良这样的问题，另外在大量添加合金元素时，钢材成本上升，因此不优选。 发明内容
本发明的目的在于，提供一种能够降低焊接应变发生的钢板，其不会因合金元素的添加造成成本上升，以及不会发生因强冷却造成的形状不良。
能够达成上述课题的本发明的钢板，含有C :0. 03 O. 2% (质量％的意思，下同)、Si 0. 05 O. 40 %、Mn 0. 5 1. 80 %、Al :0· 005 O.1 %、N :0. 001 O. 01 %、P : O. 001 O. 050%、S :0. 001 O. 050%，余量是铁和不可避免的杂质，微观组织含有加工铁素体25面积％以上，余量组织为多边铁素体、珠光体、贝氏体和马氏体，贝氏体和马氏体的合计为10面积％以下。
本发明的钢板，优选由下式(I)表示的Ar3点为760°C以上、低于840°C。
Ar3 点(V)= 910-310 X [C] -80 X [Mn] -20 X [Cu]-15 X [Cr]-55 X [Ni]-80 X [MO]…⑴
(式中，[]表示各元素的含量(质量％))
本发明的钢板，还优选根据需要，含有如下元素(a)从由Nb :0. 05%以下和Ti O. 050%以下所构成的组中选出的至少一种；(b)Mo 0. 50%以下；(c)从由Cr :0. 50 %以下、Cu :0. 5%以下和N1:0. 50%以下所构成的组中选出的至少一种；(d)从由V :0. 100%以下和B :0. 0030%以下所构成的组中选出的至少一种。
根据本发明，微观组织含有加工铁素体25面积％以上，因此能够提供焊接应变被降低的钢板
图1 (a)是马氏体组织的TEM观察像，图1 (b)是加工铁素体组织的TEM观察像。
图2是关于后述的实施例的钢种a,表不加工铁素体面积率和角变形量Θ的关系的曲线图。
图3是关于后述的实施例(No. 2和No. 11)，表不组织鉴定的步骤的图。
图4是表示后述的实施例中测量角变形量时的试验片形状和角变形量的计测的要领的图。
具体实施方式
本发明者们研究的结果发现，作为防止构成焊接应变的原因的位错的移动的障碍物，如果将低温轧制铁素体而得到的加工铁素体确保在规定以上，则能够降低焊接应变，并且如果使余量组织为多边铁素体和珠光体主体的组织，则不会发生由合金元素的添加带来的成本上升和强冷却造成的形状不良，从而完成了本发明。
图2是使用后述的实施例的钢种a，显示加工铁素体的面积率与表示角变形的程度的角变形量Θ的关系的曲线图。根据图2可知，通过确保加工铁素体在规定以上，能够显著降低角变形量。
所谓加工铁素体,就是通过轧制从奥氏体相变的铁素体而生成的、导入有高密度的位错的铁素体组织。图1中显示马氏体组织和加工铁素体组织的TEM观察像。如图1(a) 所示，马氏体组织中的位错以板条状均匀地分布。另一方面，图1(b)所示的加工铁素体中的位错成为互相交织的网状。因为马氏体组织中的位错均匀地分布，所以容易移动，但加工铁素体中的位错互相交织，因此难以移动，作为防止使塑性变形推进的位错的移动的障碍物，加工铁素体一方的效果被认为更高。另外，在使组织微细化而增加结晶晶界，以结晶晶界作为障碍物发挥作用的方法中，例如厚钢板的铁素体组织的微细化中，结晶晶界的间隔最多不过数P m左右。另一方面，加工铁素体中的网状位错之间的间隔为10 1 μ m级,为闻密度，因此与使组织微细化的技术相比较，也认为其作为所述障碍物的效果高。为了有效地发挥这样的加工铁素体的效果，全部组织中的加工铁素体的比例定为25面积％以上。加工铁素体的比例的下限优选为30面积％以上，更优选为35面积％以上。另一方面，若加工铁素体的比例过多，则招致延伸率的降低。因此，加工铁素体的比例的上限优选为80面积％ 以下，更优选为75面积％以下，进一步优选为70面积％以下。
在本发明的组织中,加工铁素体组织以外的余量组织为多边铁素体和珠光体。如果使余量为多边铁素体和珠光体，则不需要过剩地添加合金元素，因此不会招致钢材的成本的上升，另外能够使轧制后的冷却为空气冷却等冷却速度慢的冷却(例如10°C /秒以下)，因此也不会发生因强冷却造成的冷却后的形状不良这样的问题。余量的多边铁素体和珠光体的比例，优选合计为20面积％以上，更优选为25面积％以上，进一步优选为30面积％以上。另一方面，若多边铁素体和珠光体的比例过剩，则不能确保具有抑制焊接应变的效果的加工铁素体，因此优选合计为75面积％以下，更优选为70面积％以下，进一步优选为65面积％以下。
多边铁素体的面积率优选为17面积％以上，更优选为22面积％以上，进一步优选为27面积％以上。另一方面，多边铁素体的面积率的上限优选为72面积％以下，更优选为 66面积％以下，进一步优选为60面积％以下。
珠光体的面积率优选为3面积％以上，更优选为4面积％以上，进一步优选为5面积％以上。另一方面，珠光体的面积率的上限优选为20面积％以下，更优选为17面积％以下，进一步优选为15面积％以下。
如上述，加工铁素体组织以外的余量组织为多边铁素体和珠光体，但除这些组织以外，也允许在不妨碍本发明的作用效果的范围内含有不可避免地形成的贝氏体、马氏体。 不可避免地形成的组织的比例的合计 优选为10面积％以下，更优选为8面积％以下，进一步优选为7面积％以下。
其次，以下说明本发明的钢板的化学成分。
C :0.03 O. 2%
C是用于确保钢板的强度的重要元素，因此为O. 03%以上。C量优选为O. 05%以上，更优选为O. 08%以上。另一方面，若C量过剩，则韧性降低，因此为O. 2%以下。C量优选为O. 18%以下，更优选为O. 16%以下。
S1:0· 05 O. 40%
Si是脱氧元素，并且具有通过固溶强化而使强度提高的作用。因此Si量定为 O. 05%以上。Si量优选为O. 10%以上，更优选为O. 15%以上，另一方面，若Si量过剩，则焊接性降低。因此将Si量定为O. 40%以下。Si量优选为O. 35%以下，更优选为O. 30%以下。
Mn :0.5 1. 80%
Mn在提闻钢板的洋火性、提闻强度和朝性上是有效的兀素。因此Mn量定为O. 5% 以上。Mn量优选为O. 60%以上，更优选为O. 70%以上。另一方面，若Mn量过剩，则焊接部的韧性降低。因此将Mn定为1. 80%以下。Mn量优选为1. 70%以下，更优选为1. 60%以下。
Al :0· 005 O. 1%
Al是具有脱氧作用的元素，因此为O. 005%以上。Al量优选为O. 008%以上，更优选为0.015%以上。另一方面，若Al量过剩，则招致韧性的恶化和晶粒的粗大化。因此Al 量定为O. 1%以下。Al量优选为O. 080%以下，更优选为O. 060%以下。
N :0. 001 O. 01%
N形成氮化物，从而是有助于提高焊接热影响部的韧性的元素。因此N量定为 O. 001%以上。N量优选为O. 0020%以上，更优选为O. 0030%以上。另一方面，若N量过剩， 则固溶量增大，由此导致母材的韧性劣化。因此N量定为O. 01%以下。N量优选为O. 0080% 以下，更优选为O. 0070%以下。
P :0. 001 O. 050%
P是不可避免被含有的元素，通常含有O. 001%左右。但是P是使韧性和焊接性劣化的元素，优选尽可能降低。因此P量定为O. 050%以下。P量优选为O. 030%以下，更优选为O. 020%以下。
S :0. 001 O. 050%
S与P同样是在钢中不可避免被含有的元素，通常含有O. 001%左右。但是，S是使韧性和焊接性劣化的元素，优选尽可能降低。因此S量定为O. 050%以下。S量优选为 O. 020%以下，更优选为O. 010%以下。
本发明的钢板的基本成分如上述，余量实质上是铁。但是，当然允许含有因原料、 物资、制造设备等的状况而混入的不可避免的杂质。此外，本发明的钢板也可以根据需要含有以下的任意元素。
Nb :0· 05% 以下和 / 或 T1:0· 050% 以下
Nb和Ti均形成碳氮化物而使晶粒微细化，从而在提高母材韧性上是有效的元素。 为了有效地发挥这样的效果，优选Nb量和Ti量均为O. 005%以上，更优选为O. 010%以上。 另一方面，若这些元素过剩，则母材韧性反而劣化。因此优选Nb量为O. 05%以下，Ti量为 O. 050%以下，更优选Nb量和Ti量均为O. 040%以下，进一步优选为O. 030%以下。
Mo :0.50% 以下
Mo是具有提高母材强度这一作用的元素。因此优选Mo量为O. 03%以上，更优选为O. 05%以上。另一方面，若Mo过剩，则焊接性劣化。因此Mo量优选为O. 50%以下，更优选为O. 30%以下，进一步优选为O. 20%以下。
从Cr :0. 50%以下、Cu :0. 5%以下和N1:0. 50%以下所构成的组中选出的一种以上
Cr、Ci^PNi均是具有提高钢板的耐腐蚀性这一作用的元素。因此均优选为O. 03% 以上，更优选为O. 10%以上。另一方面，若这些元素过剩，则焊接性劣化。因此Cr和Ni均优选为O. 50%以下，Cu优选为O. 5%以下。Cr量更优选为O. 30%以下，进一步优选为O. 20% 以下。Ni量更优选为O. 40%以下，进一步优选为O. 35%以下。Cu量更优选为O. 40%以下， 进一步优选为O. 30%以下。
V :0· 100% 以下和 / 或 B :0.0030% 以下
V和B均抑制大线能量焊接时的焊接热影响部的软化，是具有使韧性提高这一作用的元素。因此V量优选为O. 003%以上，更优选为O. 010%以上。B量优选为O. 0003%以上，更优选为O. 0010%以上。另一方面，若V和B过剩，则母材韧性劣化。因此V量优选为 O. 100%以下，更优选为O. 080%以下，进一步优选为O. 060%以下。B量优选为O. 0030%以下，更优选为O. 0020%以下，进一步优选为O. 0015%以下。
在本发明的钢板中，为了确保加工铁素体为25面积％以上，特别有效的是，在表I 所示的每个强度等级，使Ar3点比以往高而进行成分设计，而且针对轧制结束温度，使Ar3点与轧制结束温度的差比以往大(例如终轧温度为Ar3点-80°C以下，优选为Ar3点_85°C以下)，以高压率进行铁素体+奥氏体二相域轧制。终轧温度优选为Ar3点-110°C以上(更优选为Ar3A-KKTC以上)。如此能够提高钢板的平坦度。表I是作为本发明钢板的适用对象的日本海事协会规格的一部分摘录。另外，本发明的Ar3点是由下式(I)求得的温度。 还有，钢板不含下式(I)所规定的元素时，其含量作为O质量％计算即可。
Ar3 点(V)= 910-310 X [C] -80 X [Mn]-20 X [Cu]-15 X [Cr]-55 X [Ni]-80 X [MO]…⑴
(式中，[]表示各元素的含量(质量％))
表I
权利要求
1.一种钢板，其特征在于，以质量％计含有 C 0. 03 O. 2%,S1:0. 05 O. 40%,Mn :0. 5 1. 80%,Al 0. 005 O. 1%、N :0. 001 O. 01%,P 0. 001 O. 050%、以及 S :0. 001 O. 050%，余量是铁和不可避免的杂质，微观组织含有25面积％以上的加工铁素体，余量组织为多边铁素体、珠光体、贝氏体和马氏体，贝氏体和马氏体的合计为10面积％以下。
2.根据权利要求1所述的钢板，其特征在于，由下式(I)表示的Ar3点为760°C以上且不到840 °C,Ar3 点(V)= 910-310 X [C] -80 X [Mn] -20 X [Cu]-15 X [Cr]-55 X [Ni]-80 X [Mo] ...(I)式中，[]表示各元素的质量百分比含量。
3.根据权利要求1所述的钢板，其特征在于，还含有从由Nb:0. 05 %以下和Ti O. 050%以下所构成的组中选出的至少一种。
4.根据权利要求1所述的钢板，其特征在于，还含有Mo:0. 50%以下。
5.根据权利要求1所述的钢板，其特征在于，还含有从由Cr:0. 50%以下、Cu :0. 5%以下和N1:0. 50%以下所构成的组中选出的至少一种。
6.根据权利要求1所述的钢板，其特征在于，还含有从由V:0. 100%以下和B: O. 0030%以下所构成组选出的至少一种。
全文摘要
本发明的焊接应变少的钢板，其中，含有C0.03～0.2％(质量％的意思，下同)、Si0.05～0.40％、Mn0.5～1.80％、Al0.005～0.1％、N0.001～0.01％、P0.001～0.050％、S0.001～0.050％，余量是铁和不可避免的杂质，微观组织含有加工铁素体25面积％以上，余量组织为多边铁素体和珠光体，以及合计为10面积％以下(含0％)的贝氏体和/或马氏体。根据这样的构成，不会发生因合金元素的添加造成的成本上升，和由强冷却造成的形状不良，能够降低焊接应变的发生。
文档编号C22C38/04GK103014484SQ20111029161
公开日2013年4月3日 申请日期2011年9月26日 优先权日2011年9月26日
发明者今村弘树, 山本伸一 申请人:株式会社神户制钢所