專利名稱：Haz韌性優異的高強度厚鋼板的制作方法
技術領域：
本發明涉及適合用于建筑結構物和橋梁等的大型結構物，抗拉強度在570MPa以上的高強度厚鋼板(以下有稱為“570MPa級厚鋼板”的情況。)，特別是涉及焊接熱影響部(HAZ)的韌性優異的高強度厚鋼板。
背景技術：
在建筑、造船、橋梁等領域中使用的厚鋼板，通過焊接接合構件，因此必須確保焊接熱影響部(HAZ :Heat Affect Zone)的韌性。近年來，隨著焊接結構物的大型化，抗拉強度570MPa等級的高強度厚鋼板的應用廣泛，但以強度改善為目的的合金元素添加，一般反而會對HAZ韌性造成不良影，因此需要以高水準使HAZ韌性和鋼板強度(母材強度)并立的技木。特別是以少量的添加就能夠大幅改善強度的Nb、V等的所謂的微合金元素，在成 本效益這一點上優異，從而期待將這些微合金元素最大限度活用的手段。在570MPa級厚鋼板中，作為在確保高強度的同時又確保HAZ韌性技術，至少為止提出有各種各樣。例如，在專利文獻I 3提出的技術是，在使C含量保持在極低水平的基礎上，通過控制碳當量Ceq等的成分參數，確保微細貝氏體組織，使強度和HAZ韌性并立。在這些技術中，雖然抗拉強度高，但作為強度的指標之ー的O. 2%屈服強度說不上充分。另外上述技術之中，在專利文獻1、3中，含有高價的Mo作為添加成分，存在來自成本方面缺點。另外，在專利文獻2的技術中，雖然Mo不是必須成分，但顯示出高的0.2%屈服強度的實施例大量含有高價的Cu，或HAZ韌性的水平低。S卩，強度(特別是O. 2%屈服強度)和HAZ韌性未必說得上并立。另ー方面，在專利文獻4中提出一種技術，其是通過使Mg、Ca、REM的I種或2種以上，和含有0、s的一方或雙方粒子(夾雜物)分散，以確保HAZ韌性。但是，在該技術中，為了以規定的形態得到氧化物和硫化物的粒子，需要特別照顧到上述元素的添加法，存在招致制造成本的上升的問題。專利文獻5在將C含量控制在低于O. 04%的基礎上，通過適當控制制造條件而確保高強度。但是，關于HAZ韌性，設想的線能量水平并不高，為10kJ/mm。另外，由于以高價的Mo作為必須成分含有，所以在成本這一點上存在問題。在專利文獻6中提出有一種技術，其通過在軋制后的冷卻時進行再加熱，使微細析出物析出，從而進行強度改善。但是，在該技術中，需要冷卻時的中途停止和再加熱這樣復雜的エ序。另外，沒有提及HAZ韌性的改善。在專利文獻7中，是通過使Ti氮化物適當分散，從而實現高HAZ韌性。但是，為了確保良好的母材韌性，母材強度只能達到抗拉強度，可以預想大概只能確保在低達550MPa以下的水平。在專利文獻8中公開,通過限定回火條件,抗拉強度為60kgf/mm2級(590MPa級)，兼備脆性龜裂傳播停止特性、低溫韌性。但是，對于HAZ韌性的改善并示考慮。在專利文獻9中提出，通過控制島狀馬氏體的形態，屈服強度達到650MPa，從而確保大線能量HAZ韌性。但是，為了得到規定的島狀馬氏體的形態，要進行冷卻途中的再加熱，存在招致制造成本的増大的問題。先行技術文獻專利文獻專利文獻I特開2004-300567號公報專利文獻2特開2002-47532號公報專利文獻3特開2003-160833號公報專利文獻4特開2003-49237號公報專利文獻5特開2008-261012號公報
專利文獻6特開2005-133163號公報專利文獻7特開2010-95781號公報專利文獻8特開平7-258788號公報專利文獻9特開2008-308736號公報

發明內容
本發明其目的在于，提供一種高強度厚鋼板，其既能夠確保抗拉強度在570MPa以上的高強度，又能夠實現優異的HAZ韌性。解決了上述課題的本發明的高張カ鋼板，其特征在于，分別含有C :0. 01 O. 10%(質量1^的意思。以下、涉及化學成分組成均同。)、Si :0. 50%以下(不含0%)、Mn :1.0
2.0%, P 0. 030% 以下(不含 0% )、S :0· 015% 以下(不含 0% )、Al :0· 005 O. 070%,Nb :0. 003 O. 030%,Ti :0. 005 O. 05%,N 0. 0020 O. 010%,B :0. 0006 O. 0050%,Ca :0. 0005 O. 008%，余量是鐵和不可避免的雜質，由下式(I)求得的KV為O. 060以下，并且鋼組織的90面積％以上為貝氏體，并且，在距離I. 7nm以內具有其他Nb原子或C原子的Nb原子或C原子，與該其他Nb原子或C原子一起形成的合計5個原子以上的集合體，通過三維原子探針場離子顯微鏡進行測量時，所述集合體以I. OX IO22個/m3以上的個數密度存在。KV = [V]+ [Nb]··· (I)(其中，[V]和[Nb]分別表示V和Nb的含量(質量％)。)本發明的高張カ鋼板，根據需要，再含有如下等元素也有用(a)從Ni :2.0%以下(不含0% )、Cu :1.80%以下(不含0% )、Cr :2.0%以下(不含0% )和Mo :1.5%以下(不含0% )構成的群中選擇的I種以上；(b)V :0. 040%以下(不含0% ) ; (c) Zr 0. 020%以下(不含0%)和/或REM:0. 020%以下(不含0%)，根據所含有的成分的種類，厚鋼材的特性得到進ー步改善。根據本發明，通過適當控制化學成分以及組織，規定通過三維原子探針場離子顯微鏡測量的規定的原子的集合體的平均密度，能夠實現HAZ韌性優異的高強度厚鋼板，這樣的厚鋼板作為建筑結構物和橋梁等大型結構物的原材極其有用。


圖I是表示測量Nb團簇的個數密度的步驟的第一概念圖。圖2是表示測量Nb團簇的個數密度的步驟的第二概念圖。
圖3是表示測量Nb團簇的個數密度的步驟的第三概念圖。圖4是表示測量Nb團簇的個數密度的步驟的第四概念圖。
具體實施例方式本發明者們，從作用過程的觀點，調查作為微合金元素的Nb添加帶來的強度提高作用，和對HAZ韌性產生的不利影響。其結果發現，微合金元素，在HAZ大部分以固溶狀態存在，使在HAZ生成的貝氏體組織粗大化，從而使韌性降低，相對于此，其在母材中發揮著如下兩方面作用以固溶狀態存在而使淬火性提高，抑制鐵素體生成的作用；以及與C原子一起形成極微細的原子集合體，從而對于位錯移動起到阻礙的作用，由此帶來強度提高。本發明者們基于上述的認識，發現通過規定微合金元素的總量，確保HAZ韌性，并且以三維原子探針場離子顯微鏡研究對于母材強度確保有效的微細團簇的形態，能夠使HAZ韌性和母材強度并立，從而完成了本發明。上述三維原子探針場離子顯微鏡(3D Atom Probe Field Ion MicroScope,以下僅簡稱為“3DAP”)，就是把場離子顯微鏡(FM)安裝在飛行時間質譜儀上。其是ー種局部分析裝置，能夠利用這樣的結構，以場離子顯微鏡觀察金屬表面的各個原子，通過飛行時間質譜分析，鑒定這些原子。另外，3DAP因為可以同時分析從試料中釋放的原子的種類和位置，所以在原子的集合體的結構分析上是非常有效的機構。因此，被應用于磁記錄膜和電子器件或鋼材的組織分析等上。例如，在特開2008-240151號公報中報告了ー個實例，即以3DAP調查Nb和/或Ti的碳氮化物的形態。在3DAP中，利用的是被稱為場蒸發的高電場下的試料原子直接離子化現象。若將用于使試料原子發生場蒸發所需要的高電壓外加在試料上，則原子從試料表面被離子化，其穿過探孔到達檢測器。該檢測器是位置敏感探測器，通過測量各個離子到達檢測器的飛行時間，能夠同時決定各個離子的質譜分析(作為原子種類的元素的鑒定)及其檢測出的位置(原子結構位置)。因此，由于3DAP能夠同時測量試料前端的原子的位置和原子種類， 所以具有能夠三維地再構成并觀察試料前端的原子結構的特征。另外，場蒸發從試料的前端面順序發生，因此能夠根據原子能級的分解能，調查原子從試料前端向深度方向的分布。在本發明中判明，作為利用上述這樣的3DAP，通過該3DAP測量的原子的集合體，在距離I. 7nm以內具有其他Nb原子或C原子的Nb原子或C原子，與該其他Nb原子或C原子一起形成的合計5個原子以上的集合體(以下，將這樣的集合體稱為“Nb團簇”)的個數，如果以1.0X 1022個/m3以上的個數密度存在，則成為位錯移動的障礙，從而能夠有助于強度提高。上述Nb團簇的平均密度優選為3. O X IO22個/m3以上，更優選為5. O X IO22個/m3以上。若Nb團簇的平均密度低于I. O X IO22個/m3，則強度(抗拉強度和/或0.2%屈服強度)的水平降低。還有，為了如上述這樣確保團簇的平均密度，只要在熔煉和軋制エ序中，確保以固溶狀態存在的Nb，并且適當控制回火條件即可(后述)。接著，以下對于本發明的高強度厚鋼板的組織進行說明。本發明的高強度厚鋼板的組織，90面積％以上是貝氏體。通過使貝氏體分率為90面積％以上，可以確保母材的抗拉強度。貝氏體分率優選為95面積％以上、更優選為97面積％以上，特別優選為100面積％。作為貝氏體組織以外的組織，也可以部分含有由馬氏體和奧氏體構成的混合組織(MA組織)、鐵素體、準多邊鐵素體等。
為了得到上述這樣的本發明的高強度厚鋼板，需要對于適當調整了化學成分組成的鋼(后述)，在熔煉時使用Mn和Si等進行脫氧，由此使溶存氧量達到O. 01%以下之后，按Al — Ti的順序添加Al、Ti，再使鑄造時的1500 1450°C的冷卻時間為60秒以上。在熔煉エ序至軋制エ序中，為了確保以固溶狀態存在的Nb，需要降低在這些エ序中生成的比較大的尺寸的Nb碳氮化物(碳化物、氮化物和碳氮化物)。對于Nb碳氮化物的生成抑制，有效的手段是，利用鋳造后生成的Ti碳氮化物固定C和N。若Al添加前的溶存氧量超過O. 01 %，則使Ti氧化物生成，不能確保充分的Ti碳氮化物。另外，若在Al之前添加Ti，則同樣生成Ti氧化物，不能確保Ti碳氮化物。若鑄造時的冷卻時間(1500 1450°C的冷卻時間)低于60秒，冷卻過程生成的Ti碳氮化物減少。還有，若鑄造時的冷卻時間(1500 1450°C的冷卻時間)變長，則在鑄造過程生成粗大的二次夾雜物，對韌性造成不良影響，因此鑄造時的冷卻時間優選為300秒以下。接著，需要在軋制前使加熱溫度在1200°C以下，將加熱時間控制在2時間以上，使終軋溫度(FRT)為710°C以上，并且以冷卻速度0. 50C /秒以上進行軋制后的冷卻。
另外，因為Ti碳氮化物也在加熱階段生成，所以通過適當設定加熱條件，作為Ti碳氮化物被固定的C和N増加，容易確保固溶Nb。若加熱溫度高于1200°c，則在加熱階段生成的Ti碳氮化物量減少。另外，若加熱時間低于2小時，則Ti碳氮化物生成的時間不足。在固溶Nb被確保的基礎上，為了實現本發明中規定的貝氏體的形態和Nb團簇的形態，需要適當控制終軋溫度(FRT)及其后的冷卻條件。若FRT低于710°C，則鐵素體生成被促迸，貝氏體量不足。若軋制后的冷卻速度低于O. 5°C /秒，除了鐵素體生成同樣被促進以外,在冷卻中Nb碳化物也生成,有助于Nb團簇的生成的固溶Nb量減少，得不到規定的Nb團簇的形態。還有，軋制后的冷卻速度的上限沒有特別限定，但若冷卻速度過大，則鋼板的翹曲增加，制造明顯困難，因此優選控制在50°C /秒以下。可以以t/2位置(t:板厚)下的升溫速度O. 02 I. 2°C/秒，升溫軋制狀態材，以450 670°C實施10 20分鐘的回火處理。在確保固溶Nb的基礎上，為了實現Nb團簇的形態，需要適當控制回火條件。Nb團簇在回火的升溫過程中進行核生成，在回火溫度下的保持中生長。若升溫速度高于規定的值，則核生成的時間不足，不能確保Nb團簇的個數密度(平均密度)。另外，(a)若升溫速度低于規定的值、(b)回火溫度超過670°C、(c)回火時間超過20分鐘，則Nb團簇的生長過剩進行，不能確保Nb團簇的密度。若回火溫度低于450°C，或回火時間低于10分鐘，則Nb團簇的生長無法充分進行，仍然不能確保團簇的密度。還有，優選升溫速度為0.05°C /秒以上、0.5°C /秒以下。接下來，對于本發明的高強度厚鋼板的化學成分組成進行說明。在本發明中，適當調整其化學成分組成(C、Si、Mn、P、S、Al、Nb、Ti、N、B和Ca)也是重要的要件。這些成分的作用和范圍設定理由如下。[C :0. 01 O. 10% ]C在確保母材強度上是重要的元素。為了發揮這樣的效果，C含量需要為O. OI %以上。但是，若C含量過剩而超過O. 10%，則促進HAZ中硬質MA組織的生成，對韌性造成不良影響。C含量優選下限為O. 03%以上，優選上限為O. 08%以下(更優選為O. 05%以下)。[Si :0. 50% 以下(不含 0% )]Si是作為脫氧劑有用的元素。但是，若Si含量過剩而超過O. 50%，則促進HAZ的硬質MA組織的生成，帶給韌性不良影響。Si含量的優選上限為O. 35%以下(更優選為
0.20% 以下)。[Mn :1· O 2. 0% ]Mn改善淬火性，抑制鐵素體生成，是在確保強度上需要的元素。若Mn含量低于1.0%，則強度不足。另ー方面，若Mn含量超過2.0%而變得過剩，則招致HAZ的強度上升帶來的韌性降低。Mn含量的優選下限為I. I %以上(更優選為I. 2%以上)、優選上限為
1.8%以下(更優選為I. 6%以下)。[P :0.030% 以下(不含 0% )、S :0. 015% 以下(不含 0% )] P和S是構成晶界破壞的原因的雜質元素，若這些元素過剩，則HAZ韌性劣化，因此P含量需要抑制在O. 030%以下，S含量需要抑制在O. 015%以下。P含量優選為O. 02%以下(更優選為O. 01%以下)，S含量優選為O. 01%以下(更優選為O. 008%以下)。[Al :0· 005 O. 070% ]Al是脫氧元素有用元素。若Al含量低于O. 005%，則使Ti氧化物生成，成為Ti碳氮化物的減少導致固溶Nb和Nb團簇不足的原因，不能確保強度。另外若Al含量超過O. 070%而變得過剩，則母材韌性降低。Al含量的優選下限為O. 008%以上(更優選為O. 01 %以上)，優選上限為O. 05%以下(更優選為O. 04%以下)。[Nb :0· 003 O. 030% ]Nb以固溶狀態確保淬火性，并且形成Nb團簇，在提高強度上是有效的元素。為了發揮這樣的效果，需要Nb含量為O. 003%以上。但是，若Nb含量過剩，則招致HAZ組織的粗大化，帶來HAZ韌性的降低，因此需要為O. 030%以下。Nb含量的優選下限為O. 005%以上(更優選為O. 01%以上)、優選上限為O. 025%以下(更優選為O. 022%以下)。[Ti :0· 005 O. 05% ]Ti作為碳氮化物消耗C、N，是對于軋制后冷卻之前使固溶Nb增加有效的元素。另夕卜，其還發揮的效果是，與N形成氮化物，抑制焊接時的HAZ的奧氏體晶粒粗大化，改善HAZ韌性。為了有效地發揮這樣的效果，需要Ti含量為O. 005%以上。但是，若Ti含量過剩，則形成粗大的氮化物，帶來HAZ韌性的降低，因此需要在O. 05%以下。Ti含量的優選下限為O. 008%以上(更優選為O. 01%以上)、優選上限為O. 04%以下(更優選為O. 03%以下)。[N :0· 0020 O. 010% ]N形成Ti氮化物，是有助于HAZ韌性改善的元素。為了有效地發揮這樣的作用，N含量需要為O. 0020%以上。但是，若N含量過剩而超過O. 010%,則固溶N大量殘留，招致應變時效，帶來韌性降低。N含量的優選下限為O. 003%以上(更優選為O. 0035%以上)，優選上限為O. 008%以下(更優選為O. 007%以下)。[B :0· 0006 O. 0050% ]B在淬火性改善上是有效的元素，發揮著容易在低冷卻速度下生成貝氏體的作用。B含量低于O. 0006%時，在軋制后的冷卻時，鐵素體生成，不能確保強度。但是，若B含量變得過剩，則招致HAZ組織的粗大化，帶來HAZ韌性降低，因此需要在O. 0050%以下。B含量的優選下限為O. 001%以上(更優選為O. 0012%以上)、優選上限為O. 004%以下(更優選為O. 003%以下)。[Ca :0· 0005 O. 008% ]
Ca是脫氧元素，在使夾雜物微細化而使HAZ韌性提高上有效地發揮著作用。為了有效地發揮這樣的效果，需要Ca含量為O. 0005%以上。但是，若Ca含量過剩，則形成粗大氧化物，帶來HAZ韌性的降低，因此需要在O. 008%以下。Ca含量優選下限為O. 0008%以上(更優選為O. 001%以上)、優選上限為O. 004%以下(更優選為O. 003%以下)。本發明中規定的含有元素如上，余量是鐵和不可避免的雜質，作為該不可避免的雜質，能夠允許因原料、物資、制造設備等的狀況而摻雜的元素的混入。另外，本發明的厚鋼板，也可以根據需要含有以下的元素，根據所含有的元素的種類，厚鋼板的特性得到進ー步改善。[從Ni :2.0% 以下(不含 0% )、Cu :1. 80% 以下(不含 0% ) ,Cr :2.0% 以下(不含0% )和Mo 1. 5%以下(不含0% )構成的群中選擇的I種以上]NiXuXr和Mo均是對鋼材的高強度化有效的元素。但是，若過剩含有，則招致強度的過大上升，對HAZ韌性造成不良影響。另外，從成本的觀點出發，也優選以需要的最小 限度使之含有。從這ー觀點出發，優選Ni為2.0%以下、Cu為I. 80%以下、Cr為2.0%以下和Mo為I. 5%以下。更優選Ni為I. 8%以下、Cu為I. 5%以下、Cr為I. 5%以下和Mo為1.3%以下。還有，用于有效地發揮上述效果的優選下限為，Ni為O. 05%以上(更優選為O. I %以上、進ー步優選為O. 2%以上)、Cu為O. 05以上(更優選為O. I %以上、更に優選為O. 2%以上)、Cr為O. 05%以上(更優選為O. I %以上、進ー步優選為O. 4%以上)和Mo為O. 05%以上(更優選為O. I %以上、進ー步優選為O. 13%以上)。[V :0· 040 % 以下(不含 O % )]V作為碳氮化物析出，是有助于強度提高的元素。但是，若V含量過剩，則招致HAZ組織的粗大化，HAZ韌性降低。因此V含量優選為O. 040%以下。用于有效地發揮上述效果的V含量的優選下限為O. 002%以上，更優選為O. 01%以上，進ー步優選為O. 02%以上。V含量的更優選上限為O. 035%以下，進ー步優選為O. 03%以下。[Zr :0.020% 以下(不含 0% )和/或 REM :0· 020% 以下(不含 0% )]Zr和REM (稀土類元素)均是脫氧元素，在使夾雜物微細化，使HAZ韌性提高上有效地發揮著作用。但是，若其含量過剩，則形成粗大氧化物，帶來HAZ韌性的降低。因此Zr和REM的含量優選均為O. 020%以下，更優選均為O. 015%以下。用于有效地發揮上述的效果優選下限均為O. 0003%以上(更優選為O. 001%以上)。還有，在本發明中，REM使用屬于元素周期表3族的鈧(Sc)、釔(Y)和鑭系列稀土類元素(原子編號57 71)的任意ー種元素都可以。特別是優選使用La、Ce。在本發明的厚鋼板中，由下式(I)求得的KV需要滿足O. 060以下。
KV = [V]+ [Nb]··· (I)(其中，[V]和[Nb]分別表示V和Nb的含量(質量％)。)在本發明中，上述的V和Nb，不僅控制各自的含量很重要，而且控制由這些元素的含量決定的KV(用于確保HAZ韌性的參數)的值也很重要。這是由于，若這些元素過剩，則HAZ韌性降低。因此KV定為O. 060以下。KV優選為0.055以下，更優選為0.040以下。還有，在上式(I)中，根據需要含有的V也包含在式中，但不含V吋，[V]作為O計算即可。還有，在本發明的厚鋼板中，設定其板厚至少為6mm以上(優選為15mm以上，更優選為20mm以上)、IOOmm以下左右。
實施例以下，列舉實施例更具體地說明本發明。本發明不受以下的實施例限制，在能夠符合前述、后述的宗g的范圍當然也可以適當加以變更實施，這些均包含在本發明的技術的范圍內。使用真空熔爐(150kgVIF)，熔煉下述表1、2所示的化學成分組成的鋼材，進行鑄造而成為板坯后(制造條件參照后述表3、4)，進行熱軋制，制造各種高強度厚鋼板。表I、 2中的REM使用的是La含有25%左右、Ce含有50%左右的混合稀土。還有，軋制后冷卻時進行水冷時的冷卻停止溫度為室溫 200°C。
權利要求
1.ー種HAZ韌性優異的高強度厚鋼板，其特征在干，以質量％計含有C:0.01 O. 10%、Si :0· 50 % 以下但不含 O %、Mn :L O 2. O %、P :0· 030% 以下但不含 O %、S O.015% 以下但不含 0%、A1 0. 005 O. 070%,Nb 0. 003 O. 030%,Ti 0. 005 O. 05%,N 0. 0020 O. 010%,B 0. 0006 O. 0050%,Ca 0. 0005 O. 008%，余量是鐵和不可避免的雜質， 由下式⑴求得的KV在O. 060以下，并且鋼組織的90面積％以上為貝氏體， 并且，在距離I. 7nm以內具有其他Nb原子或C原子的Nb原子或C原子與該其他Nb原子或C原子一起形成合計5個原子以上的集合體，在通過三維原子探針場離子顯微鏡對該集合體進行測量時，所述集合體以I. OX IO22個/m3以上的個數密度存在， KV = [V]+ [Nb]... (I) 其中，[V]和[Nb]分別表示V和Nb的質量百分比含量。
2.根據權利要求I所述的高強度厚鋼板，其中，以質量％計還含有從以下(a) (c)的群中選出的至少一群 (a)從Ni:2. 0%以下但不含0%、Cu :1. 80%以下但不含0%、Cr :2. 0%以下但不含0%和Mo :1. 5%以下但不含0%構成的群中選出的I種以上的元素； (b)V0. 040%以下但不含0% ； (c)從Zr:0. 020%以下但不含0%和REM :0. 020%以下但不含0%中選出的ー種以上的元素。
全文摘要
本發明提供一種高強度厚鋼板，其既能夠確保抗拉強度在570MPa以上，又能夠實現優異的HAZ韌性。其滿足規定的化學成分組成，以下式(1)求體得的KV在0.060以下，并且鋼組織的90面積％以上為貝氏體，并且，在距離1.7nm以內具有其他Nb原子或C原子的Nb原子或C原子，與該其他Nb原子或C原子一起形成的合計5個原子以上的集合體，通過三維原子探針場離子顯微鏡進行測量，所述集合體以1.0×1022個/m3以上的個數密度存在。KV＝[V]+[Nb]…(1)(其中，[V]和[Nb]分別表示V和Nb的含量(質量％))。
文檔編號C22C38/58GK102676950SQ201210065770
公開日2012年9月19日 申請日期2012年3月13日 優先權日2011年3月16日
發明者今村弘樹, 伊庭野朗, 名古秀德, 山口徹雄, 長谷川夕起 申請人:株式會社神戶制鋼所