專利名稱：落錘沖擊性能和母材韌性優(yōu)異的高強(qiáng)度厚鋼板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及橋梁、高層建筑物、船舶和儲(chǔ)罐等的焊接結(jié)構(gòu)物適用的厚鋼板，特別是 涉及落錘沖擊性能和母材的韌性都優(yōu)異的厚鋼板。
背景技術(shù)：
作為淬火、回火所使用的厚鋼板(以下稱為“QT鋼板”)由于具有高強(qiáng)度、高韌性， 并且具有良好的焊接性，因此歷來(lái)能夠作為橋梁、高層建筑物、船舶和儲(chǔ)罐等的焊接結(jié)構(gòu)物 被廣泛使用。這樣的QT鋼板隨著近年來(lái)的焊接結(jié)構(gòu)物的大型化設(shè)計(jì)，有要求更高強(qiáng)度(例 如585MPa以上)的傾向。厚鋼板當(dāng)然要求作為母材(鋼板)的基本的韌性良好，而且還需要作為脆性破壞 性能的指標(biāo)的落錘沖擊性能也優(yōu)異。但是，隨著高強(qiáng)度化、厚壁化而存在難以滿足這些性能 的狀況。已知在如上的落錘沖擊性能和大角晶界直徑(結(jié)晶取向差為15°以上的大角晶 界所包圍的晶粒直徑)之間存在密切的相關(guān)關(guān)系，為了改善落錘沖擊性能，已知有效的是 實(shí)現(xiàn)大角晶界直徑的微細(xì)化。作為涉及大角晶界直徑的微細(xì)化的方法，最一般的是實(shí)現(xiàn)淬火時(shí)的奧氏體晶粒 (Y晶粒)的微細(xì)化。該方法是通過(guò)添加在高溫下也會(huì)生成碳氮化物的元素(例如Nb和 Ti等)，利用這些碳氮化物進(jìn)行釘扎，抑制加熱、保持時(shí)的Y晶粒成長(zhǎng)。在這種方法中，隨著Y晶粒的微細(xì)化，構(gòu)成破壞單位的相變后的板條束和板條塊 尺寸也變得細(xì)小，但是并不能實(shí)現(xiàn)微細(xì)化直至充分改善落錘沖擊性能的地步。作為涉及大角晶界直徑的微細(xì)化的其他方法，也考慮有通過(guò)提高淬火，即提高相 變的驅(qū)動(dòng)力，從而使相變后的板條束和板條塊的方法。但是，由于近年的大型結(jié)構(gòu)物的需求擴(kuò)大，導(dǎo)致所要求的板厚增加，為了在厚材料 中獲得淬火的微細(xì)組織而需要合金元素的大量的添加，而即使落錘沖擊性能變得良好，卻 有母材韌性反而降低的情況。作為使落錘沖擊性能良好的技術(shù)，例如還提出有日本特開(kāi)昭61-276920號(hào)這樣的 技術(shù)。在此技術(shù)中，是通過(guò)對(duì)具有既定的化學(xué)成分組成的高張力鋼板，以10°C /秒以上的冷 卻速度從Ar3 (Ar3-60°c )的溫度區(qū)域冷卻至400 200°C的任意的溫度，從而滿足上述 性能。該技術(shù)設(shè)定為板厚比較薄的情況，厚鋼板時(shí)確保10°C /秒以上的冷卻速度有困 難，應(yīng)用該技術(shù)，作為用于使厚鋼板的落錘沖擊性能和母材韌性良好的技術(shù)并不適用。由 此，實(shí)際情況是，期望一種僅僅控制合金元素的含量，就能夠確保良好的落錘沖擊性能和母 材韌性的厚鋼板的實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述情況而實(shí)施，其目的在于提供一種僅通過(guò)控制必要的合金元素的含量就能夠確保良好的落錘沖擊性能和母材韌性的厚鋼板。
能夠解決上述課題的本發(fā)明的厚鋼板，分別含有C :0. 1 0. 16% ( “質(zhì)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%，此外還含有Cr 0. 3%以下和V 0. 07%以下的至少一種，余量是鐵和 不可避免的雜質(zhì)，并且由下式(1)規(guī)定的F值滿足3. 20 < F值< 4. 50的關(guān)系，并且由2個(gè) 結(jié)晶的取向差為15°以上的大角晶界所包圍的晶粒的平均當(dāng)量圓直徑為4μπι以下的回火 貝氏體組織構(gòu)成。FiM.= 9. 4X [Mo]+8. IX [V]+4. 7X [Cr]... (1)其中，[Mo]、[V]和[Cr]分別表示Mo、V和Cr的含量(質(zhì)量％ )。在本發(fā)明中，所謂“平均當(dāng)量圓直徑”意思是，所述取向差為15°以上的大角晶界 所包圍的晶粒，換算成同一面積的圓時(shí)的直徑(當(dāng)量圓直徑)的平均值。將2個(gè)結(jié)晶的取 向差為15°以上的大角晶界所包圍的區(qū)域作為晶粒時(shí)的該晶粒的平均當(dāng)量圓直徑，以下簡(jiǎn) 稱為“大角晶界直徑”。在本發(fā)明的厚鋼板中，根據(jù)需要還含有(a)Cu :0. 35%以下、(b)Ni :0. 6%以下、 (C)Ca 0. 003%以下等也有用，通過(guò)含有這些元素，根據(jù)其種類將會(huì)進(jìn)一步改善厚鋼板的性 能。根據(jù)本發(fā)明，在由回火貝氏體構(gòu)成的鋼板中，通過(guò)既滿足上式(1)的關(guān)系，又適當(dāng) 地控制鋼板的化學(xué)成分組成，大角晶界直徑的微細(xì)化得以實(shí)現(xiàn)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)可確保良好 的落錘沖擊性能和母材韌性的厚鋼板。


圖1是表示F值和大角晶界直徑的關(guān)系的曲線圖。圖2是表示大角晶界直徑和無(wú)延性轉(zhuǎn)變溫度(NDT)的關(guān)系的曲線圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明者為了確保既定的強(qiáng)度、母材韌性，著眼于由回火貝氏體構(gòu)成的鋼板，就用 于使該鋼板的落錘沖擊性能和韌性良好的手段而從各種解雇進(jìn)行了研究。首先本發(fā)明者著 眼于B，其是在淬火前在奧氏本晶界容易以固溶狀態(tài)偏析的元素，結(jié)果可知其抑制來(lái)自晶界 的核生成，是使淬火性顯著增大的元素。然而，可知B作為Fe23(CB)6析出，僅添加B時(shí)，由 于析出導(dǎo)致淬火時(shí)的固溶B量減少，判明存在無(wú)法發(fā)揮適當(dāng)?shù)男Ч那闆r。即，認(rèn)為使該B 以固溶狀態(tài)存在對(duì)鋼材組織的微細(xì)化很重要，在使上述性能提高的方向發(fā)揮作用。因此本發(fā)明者對(duì)于通過(guò)使固溶B量增加，從而抑制來(lái)自晶界的晶粒生成，使淬火 性增加，以獲得微細(xì)組織的成分系進(jìn)行了廣泛且詳細(xì)地研究。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)了一種成分系，其 能夠?qū)崿F(xiàn)落錘沖擊性能和母材韌性優(yōu)異的585MPa以上的厚鋼板，從而完成了本發(fā)明。以 下，沿著本發(fā)明得以完成的經(jīng)緯，對(duì)于本發(fā)明的作用效果進(jìn)行說(shuō)明。在本發(fā)明中，需要適當(dāng)控制化學(xué)成分組成，并且根據(jù)Mo、V、Cr等元素含量由下式 (1)規(guī)定的F值需要滿足3. 20 < F值< 4. 50的關(guān)系。FiM.= 9. 4X [Mo]+8. IX [V]+4. 7X [Cr] ... (1)其中，[Mo]、[V]和[Cr]分別表示Mo、V和Cr的含量(質(zhì)量％ )。
Mo、V和Cr是碳化物生成能力強(qiáng)的元素，通過(guò)既定量含有這些元素，從而捕捉鋼中 的C，抑制B的析出，由此能夠使B的固溶量增加，最大限度地發(fā)揮來(lái)自B的微細(xì)化效果。從 這一觀點(diǎn)出發(fā)，需要由下式(1)規(guī)定的F值為3. 20以上。若上述碳化物生成元素的含量過(guò)剩，反而會(huì)使母材韌性降低。淬火時(shí)在晶內(nèi)生成 的滲碳體雖然被認(rèn)為對(duì)母材韌性的不良影響很少，但是若上述碳化物生成元素的含量過(guò) 剩，則認(rèn)為在回火時(shí)上述元素的碳化物被滲碳體替代時(shí)，這些碳化物在晶界上析出，因此成 為破壞的起點(diǎn)，使韌性的降低發(fā)生。因?yàn)檫@一狀況在上述F值超過(guò)4. 50時(shí)發(fā)生，所以上述 F值需要為4. 50以下。上式(1)由作為抑制B的析出的元素的Mo、V和Cr的項(xiàng)目規(guī)定。該式通過(guò)如下方 式求得設(shè)縱軸為大角晶界直徑，設(shè)橫軸為各元素的含量時(shí)，根據(jù)大角晶界直徑相對(duì)于各元 素 含量的減少量(即“傾斜”)，計(jì)算表示各元素的效果的系數(shù)。另外，規(guī)定上述F值的元素 之中，關(guān)于V和Cr相當(dāng)于等效元素，只要上式(1)所規(guī)定的F值處于既定的范圍內(nèi)，含有V 和Cr的至少任意一種即可達(dá)到本發(fā)明的效果。因此在上式(1)中，雖然根據(jù)需要而含有的 元素(V或Cr)都被含有，但是不含某一種元素時(shí)，則去掉該項(xiàng)目來(lái)計(jì)算F值，含有某一種元 素時(shí)，則根據(jù)上式(1)計(jì)算F值即可。通過(guò)將上式(1)所規(guī)定的F值控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，基本上可實(shí)現(xiàn)鋼材的組織微 細(xì)化，能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)異的落錘沖擊性能和母材韌性，但是對(duì)于關(guān)系到上式(1)各元素的含量 來(lái)說(shuō)，也要在適當(dāng)?shù)姆秶?。從這一觀點(diǎn)出發(fā)，各元素(Mo、V、Cr、B)的含量需要以下式方式調(diào)整。(Mo :0· 13 0. 3% )為了盡可能將所述F值確保在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含量過(guò)剩，則損害焊接性，因此需要為0.3%以下。還有，Mo含 量的優(yōu)選下限為0.2%左右。(Cr :0. 3% 以下和 / 或 V:0. 07% 以下)從與Mo含量的上限的關(guān)系出發(fā)，以Mo單獨(dú)滿足上述F值存在困難，因此作為與 Mo發(fā)揮著同樣的效果的元素而含有Cr和V。為了發(fā)揮上述的效果，至少含有任意一種而滿 足上述F值即可，但若均超過(guò)上述范圍而過(guò)剩地含有，則阻礙焊接性，因此如上所述需要將 其含量進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。還有，Cr含量的優(yōu)選范圍是0. 2 0. 3%左右，V含量的優(yōu)選范圍是 0. 015 0. 030%左右。(B :0· 0005 0. 002% )為了發(fā)揮來(lái)自B的淬火性增大效果，其含量至少需要確保在0.0005%以上。但 是，若B含量過(guò)剩，則阻礙焊接性，因此需要在0. 002%以下。還有，B含量的優(yōu)選上限為 0. 0015%左右。通過(guò)將上式(1)所規(guī)定的F值控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，基本上鋼板的組織微細(xì)化 得以實(shí)現(xiàn)，但是在這樣的鋼板中，還要2個(gè)結(jié)晶的取向差為15°以上的大角晶界所包圍的 晶粒的平均當(dāng)量圓直徑為4μπι以下。還有，所述“取向差(結(jié)晶取向差)”也稱為“偏角” 或“傾角”，為了測(cè)定取向差，如后述的實(shí)施例所示，采用EBSP法(電子背散射花樣分析法 Electron Backscattering Pattern)艮口可。接著，對(duì)于本發(fā)明的厚鋼板(母材)中的基本成分組成進(jìn)行說(shuō)明。本發(fā)明的厚鋼板，即使其化學(xué)成分組成由上式(1)規(guī)定的F值處于既定范圍內(nèi)，而各個(gè)化學(xué)成分(元素)的含量不在適當(dāng)范圍內(nèi)部，則仍不能達(dá)成優(yōu)異的機(jī)械的性能。因此，在本發(fā)明的厚鋼板中， 除了由適當(dāng)量的Mo、Cr和V規(guī)定的F值[上式(1)]被控制在既定的范圍內(nèi)以外，還需要各 個(gè)化學(xué)成分的量也處于下述這樣的適當(dāng)范圍內(nèi)。這些成分的范圍限定理由如下。(C :0· 1 0. 16% )C使鋼板的淬火性提高，在確保強(qiáng)度上是重要的元素，但是若其含量過(guò)剩，則損害 焊接性，因此需要在0. 16%以下。若從確保焊接性這一觀點(diǎn)出發(fā)，則C含量越少越優(yōu)選，但 是若低于0. 1%，則淬火性反而降低，將不能確保強(qiáng)度。C含量的優(yōu)選下限為0. 11%，優(yōu)選上 限為0. 14%。(Si :0· 05 0. 5% )Si在熔煉鋼時(shí)作為脫氧劑發(fā)揮作用，發(fā)揮使鋼的強(qiáng)度上升的效果。為了有效地發(fā) 揮這樣的效果，需要Si含量為0. 05%以上。但是，若Si含量過(guò)剩，則焊接性降低，因此需要 在0. 5%以下。還有，Si含量的優(yōu)選下限為0. 15%，優(yōu)選上限為0. 35%。(Mn :0· 9 1. 6% )Mn是發(fā)揮著提高鋼板的強(qiáng)度的效果的元素。為了有效地發(fā)揮這一效果，需要使Mn 含有0.9%以上。優(yōu)選為1.4%以上。但是，若Mn含量超過(guò)1.6%而地剩地含有，則焊接性 受損。(Al :0· 01 0. 06% )Al作為脫氧劑被添加，但是其含量低于0.01%時(shí)，發(fā)揮不出充分的效果，若超過(guò) 0. 06%而過(guò)剩地含有，則鋼板的潔凈性受到阻礙。Al含量?jī)?yōu)選的下限為0. 04%。本發(fā)明規(guī)定的含有元素如上所述，余量是鐵和不可避免的雜質(zhì)，作為該不可避免 的雜質(zhì)，能夠允許由于原料、物資、制造設(shè)備等的狀況而混進(jìn)的元素(例如P、S、N、Sn、As、Pb 等)的混入。這些雜質(zhì)之中，關(guān)于P、S、N優(yōu)選以如下方式抑制。另外在本發(fā)明的厚鋼板中， 根據(jù)需要還含有(a)Cu:0.35%以下、(b)Ni :0. 6%以下等也有用，通過(guò)含有這些元素，根據(jù) 其種類將會(huì)進(jìn)一步改善厚鋼板的性能。(P :0· 02% 以下)作為雜質(zhì)元素的P在晶界偏析，是引起回火脆化的元素，因此優(yōu)選其含量盡可能 地少。從確保母材韌性這一觀點(diǎn)出發(fā)，P含量?jī)?yōu)選抑制在0.02%以下，更優(yōu)選在0.01%以 下。但是，工業(yè)上使鋼中的P為0%有困難。(S :0· 01% 以下)S是與鋼板中的合金元素形成各種夾雜物的雜質(zhì)，其含量?jī)?yōu)選盡可能地少。從確保 延性、韌性的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選S含量抑制在0. 01 %以下，更優(yōu)選在0. 002%以下。但是，工業(yè) 上使鋼中的S為0%有困難。(N :0· 01% 以下)N若過(guò)剩地含有，則固溶N量增加，使母材、HAZ (焊接熱影響部)韌性劣化，因此優(yōu) 選N含量為0.01%以下，更優(yōu)選為0.06%以下。但是在工業(yè)上使N為0%有困難。(Cu :0· 35% 以下)Cu是對(duì)強(qiáng)度上升有效的元素，但是若其含量過(guò)剩，則熱加工時(shí)容易發(fā)生裂紋，另外 因?yàn)檫€有損焊接性，所以優(yōu)選在0.35%以下。還有，用于使來(lái)自Cu的效果得到有效發(fā)揮的優(yōu)選范圍是0. 10 0. 20%。(Ni :0· 6% 以下)
M在提高鋼板和韌性這兩方上是有效發(fā)揮作用的元素，但是若其含量過(guò)剩，則損 害焊接性，因此優(yōu)選為0. 6%以下。另外，Ni優(yōu)選在0. 3 0. 5%的范圍內(nèi)使之含有。(Ca :0· 003% 以下)Ca是利用夾雜物的控制而使鋼板的韌性提高上是有效的元素。但是右Ca含量過(guò) 剩，則鋼中夾雜物增加，損害鋼板的韌性和接頭性能，因此優(yōu)選為0. 003%以下。本發(fā)明的厚鋼板由回火貝氏體組織構(gòu)成，而通過(guò)以?shī)W氏體狀態(tài)進(jìn)行冷卻，成為過(guò) 冷狀態(tài)，能夠成為貝氏體組織。通過(guò)對(duì)其回火，能夠成為以回火貝氏體為主體的組織。為了制造本發(fā)明的厚鋼板，使用滿足上述成分組成的鋼液，遵循通常的條件(軋 制溫度、壓下率、淬火溫度、回火溫度)成為QT鋼板即可。這時(shí)，從進(jìn)一步抑制B的析出這 一觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選以880°C以上的溫度對(duì)鋼板進(jìn)行淬火。本發(fā)明涉及厚鋼板，在該領(lǐng)域中所謂厚鋼板，如JIS所定義的，一般是指板厚為 3. Omm以上的。但是，本發(fā)明中作為對(duì)象的厚鋼板的板厚，優(yōu)選為80mm以上，更優(yōu)選為90mm 以上。即，在本發(fā)明中，即使板厚大的鋼板，也顯示出良好的落錘沖擊性能和母材韌性。如 此得到的本發(fā)明的厚鋼板，能夠作為例如橋梁、高層建筑物、船舶和儲(chǔ)罐等的結(jié)構(gòu)物的材料 使用。實(shí)施例以下，通過(guò)實(shí)施例更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明，但下述實(shí)施沒(méi)有限定本發(fā)明的性質(zhì)，可以 在能夠符合前后述的宗旨的范圍內(nèi)適當(dāng)加以變更實(shí)施，這些均包含在本發(fā)明的技術(shù)范圍 內(nèi)。通過(guò)通常的熔煉法熔煉下述表1所示的組成的鋼，冷卻該鋼液而成為板坯(截面 形狀210mmX 150mm)后，加熱至1100°C進(jìn)行熱軋，成為板厚90mm的熱軋板，加熱至930°C 進(jìn)行淬火(Q)，加熱至650°C進(jìn)行回火⑴而制造厚鋼板(QT鋼板)。
權(quán)利要求
一種厚鋼板，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)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％，并且還含有Cr0.3％以下和V0.07％以下中的至少一種元素，余量含有鐵和不可避免的雜質(zhì)，并且，由下式(1)規(guī)定的F值滿足3.20≤F值≤4.50的關(guān)系，并且，所述厚鋼板的組織由2個(gè)結(jié)晶的取向差為15°以上的大角晶界所包圍的晶粒的平均當(dāng)量圓直徑為4μm以下的回火貝氏體組織構(gòu)成，抗拉強(qiáng)度為585MPa以上，F(xiàn)值＝9.4×[Mo]+8.1×[V]+4.7×[Cr] …(1)其中，[Mo]、[V]和[Cr]分別表示Mo、V和Cr的質(zhì)量百分比含量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的厚鋼板，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)還含有Cu0. 35%以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的厚鋼板，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)還含有Ni:0.6%以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的厚鋼板，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)還含有Ca0. 003%以下。
全文摘要
本發(fā)明的厚鋼板，分別含有C0.1～0.16％(“質(zhì)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％，此外還含有Cr0.3％以下和V0.07％以下的至少一種，余量由鐵和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，并且由下式(1)規(guī)定的F值滿足3.20≤F值≤4.50的關(guān)系，并且由2個(gè)結(jié)晶的取向差為15°以上的大角晶界所包圍的晶粒的平均當(dāng)量圓直徑為4μm以下的回火貝氏體組織構(gòu)成。F值＝9.4×[Mo]+8.1×[V]+4.7×[Cr]…(1)，其中，[Mo]、[V]和[Cr]分別表示Mo、V和Cr的含量(質(zhì)量％)。根據(jù)如此構(gòu)成，僅僅通過(guò)控制需要的合金元素的含量，就能夠確保良好的落錘沖擊性能和母材韌性。
文檔編號(hào)C22C38/12GK101967603SQ20101023981
公開(kāi)日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2010年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月27日
發(fā)明者康弘徹 申請(qǐng)人:株式會(huì)社神戶制鋼所