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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2025009818
(43)【公開日】2025-01-20
(54)【発明の名称】鋼板およびその製造方法
(51)【国際特許分類】
   C22C 38/00 20060101AFI20250109BHJP
   C22C 38/06 20060101ALI20250109BHJP
   C22C 38/58 20060101ALI20250109BHJP
   C21D 8/02 20060101ALI20250109BHJP
【FI】
C22C38/00 301A
C22C38/06
C22C38/58
C21D8/02 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2024063746
(22)【出願日】2024-04-11
(31)【優先権主張番号】P 2023111229
(32)【優先日】2023-07-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000001258
【氏名又は名称】JFEスチール株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100184859
【弁理士】
【氏名又は名称】磯村 哲朗
(74)【代理人】
【識別番号】100123386
【弁理士】
【氏名又は名称】熊坂 晃
(74)【代理人】
【識別番号】100196667
【弁理士】
【氏名又は名称】坂井 哲也
(74)【代理人】
【識別番号】100130834
【弁理士】
【氏名又は名称】森 和弘
(72)【発明者】
【氏名】高橋 秀幸
(72)【発明者】
【氏名】安藤 佳祐
(72)【発明者】
【氏名】大坪 浩文
【テーマコード(参考)】
4K032
【Fターム(参考)】
4K032AA01
4K032AA02
4K032AA04
4K032AA05
4K032AA08
4K032AA11
4K032AA12
4K032AA14
4K032AA15
4K032AA16
4K032AA17
4K032AA19
4K032AA21
4K032AA22
4K032AA23
4K032AA24
4K032AA26
4K032AA27
4K032AA29
4K032AA31
4K032AA35
4K032AA36
4K032AA37
4K032AA40
4K032BA01
4K032CA02
4K032CB01
4K032CB02
4K032CC02
4K032CC03
4K032CC04
4K032CD01
4K032CD02
4K032CD03
(57)【要約】      (修正有)
【課題】内質特性および機械的特性に優れた鋼板およびその製造方法の提供。
【解決手段】質量%で、C:0.03~0.18%、Si:0.03~0.70%、Mn:0.30~2.50%、P:0.030%以下、S:0.0200%以下、Al:0.001~0.100%、O:0.0100%以下およびN:0.0100%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、板厚中心を含む30mm厚の領域において、ポロシティの平均面積が4.0mm以下であり、ポロシティの面積の標準偏差が4.0mm以下であり、ポロシティ面積率が2.0%以下であり、引張強度が430MPa以上であり、シャルピー吸収エネルギーが-50℃において27J以上である、鋼板。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
質量%で、
C :0.03~0.18%、
Si:0.03~0.70%、
Mn:0.30~2.50%、
P :0.030%以下、
S :0.0200%以下、
Al:0.001~0.100%、
O :0.0100%以下および
N :0.0100%以下
を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、
板厚中心を含む30mm厚の領域において、
ポロシティの平均面積が4.0mm以下であり、
ポロシティの面積の標準偏差が4.0mm以下であり、かつ
ポロシティ面積率が2.0%以下であり、
引張強度が430MPa以上であり、
シャルピー吸収エネルギーが-50℃において27J以上である、鋼板。
【請求項2】
前記成分組成が、さらに、質量%で、
Cu:2.00%以下、
Ni:2.50%以下、
Cr:1.50%以下、
Mo:1.00%以下、
Nb:0.100%以下、
Ti:0.100%以下、
V :0.30%以下、
B :0.0100%以下、
W :0.50%以下、
Ca:0.0200%以下、
Mg:0.0200%以下、
Sn:0.0500%以下および
REM:0.0500%以下
からなる群より選択される1種または2種以上を含有する、請求項1に記載の鋼板。
【請求項3】
請求項1または2に記載の鋼板を製造する方法であって、スラブを1050℃以上1200℃以下に加熱し、その後、1パス以上の熱間圧延を施し、
前記熱間圧延において、
板厚中心温度が950℃以上1200℃以下であるパスでは、各パスにおける以下の式(1)で表されるXの積算値が1.0以上10.0以下を満たし、
板厚中心温度が800℃以上950℃未満であるパスでは、各パスにおける以下の式(1)で表されるXの積算値が3.0以上を満たす、鋼板の製造方法。
【数1】
ただし、式(1)において、
:各熱間圧延パスのロール入側の板厚(mm)であり、
:各熱間圧延パスのロール出側の板厚(mm)であり、
R:ロール半径(mm)であり、
mid:各熱間圧延パスのロール入側の板厚中心の絶対温度(K)であり、
sur:各熱間圧延パスのロール入側の板表面の絶対温度(K)であり、
A:以下の式(2)によって決定される定数である。
A=2851+2968C-1120C ・・・式(2)
式(2)において、C:炭素含有量(質量%)である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、内質特性に優れる鋼板およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、構造物の大型化に伴い使用される鋼板はそれらを支えるために厚肉化している。鋼板を製造するにあたり課題となるのが残存ポロシティである。ポロシティはスラブ製造時に溶鋼が凝固収縮することで不可避的に生成されることが知られている。このようなポロシティは圧延工程で閉鎖、圧着がなされるが、圧着せずに残存したポロシティは鋼板の機械的特性を著しく損ねるため、圧延工程での更なるポロシティの低減が求められている。特許文献1では、最終パス後の残存ポロシティ係数が0以下になる圧延の方法が提案されている。
特許文献2では、連続鋳造時のポロシティ体積を抑制した上で圧延形状比が0.5以上の圧延を行うことで残存ポロシティを低減する技術が提案されている。
特許文献3には、各温度での1パス当たりの圧下率を制御することで200μm以上のポロシティの個数を0.1個/mm以下にする技術が提案されている。
特許文献4では、鍛造を実施したスラブに圧下率が20%以上60%未満の圧延を行うことで、板厚中心におけるポロシティの個数を抑制する製造方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平3-44417号公報
【特許文献2】国際公開第2021/182618号
【特許文献3】国際公開第2018/216665号
【特許文献4】特開2014-189886号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
近年の構造物の大型化に対する要求を満足するためには鋼板の厚肉化がより一層求められており、これはスラブ厚が一定の場合、圧延工程での圧下量の減少が求められていることを意味している。総圧下量が減少すると圧延でのポロシティの閉鎖や圧着がなされにくくなるため、鋼板内部にポロシティが多く残存してしまう。これらの残存ポロシティは延性の低下を引き起こすだけでなく、構造物として脆性破壊や疲労破壊の起点となるため、圧延での更なる低減が求められている。特に、ポロシティの面積増加は断面欠損領域が増えるため鋼板の伸びや絞りの顕著な悪化をもたらす。また、ポロシティ面積のばらつきは脆性破壊や疲労破壊の起点となり得るポロシティが存在する確率を増加させ、脆性破壊や疲労破壊に対するリスクが上昇する。
【0005】
特許文献1、2に記載されている技術では、圧延形状比を用いて算出されるポロシティ係数が0になる圧延や圧延形状比が0.5以上のパスを含む圧延手法が提案されている。圧延形状比は板厚とロール径からなるパラメーターであり、この値を大きくするには製品厚を薄くするか1パス当たりの圧下量を大きくすることが求められる。そのため、製品厚を減じずに圧延形状比を大きくするには大径ロールもしくは耐荷重制限やトルク上限の高い圧延ロールの導入が必要になるという課題があった。
【0006】
特許文献3で提案されている技術では、1050℃以上における1パス当たりの平均圧下率が10%以上の圧延が要求されているが、圧延初期はスラブのロールへの噛み込みを安定的に実施する必要があることから所定の圧下率を確保することは困難である。
【0007】
特許文献4ではポロシティの低減のために鍛造を行うことが要求されているが、鍛造の実施は生産性や製造コストの観点から好ましくない。
【0008】
以上のように、鋼板の機械的特性の向上、さらには内質特性の向上のために、ポロシティの低減が希求されているものの、従来の技術は、鋼板のポロシティを低減する技術としては、まだ十分とは言えなかった。
【0009】
本発明は前記課題を解決し、内質特性および機械的特性に優れた鋼板およびその鋼板の製造方法を提供することを目的とする。
【0010】
ここで内質特性に優れるとは、JIS Z 2241(2011)に基づいた引張試験による絞りが35%以上であることを指す。
また、機械的特性に優れるとは、JIS Z 2241(2011)に基づいた引張試験による引張強度が430MPa以上であり、かつJIS Z 2242(2018)に基づいた-50℃でのシャルピー衝撃試験が27J以上であることを指す。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明は、前記課題を解決するために検討を行い、ポロシティの閉鎖や圧着をより効果的に生じさせ、内質特性に優れた鋼板を製造するための知見を得た。
【0012】
鋼板中に存在するポロシティは延性破壊では強度の低下、伸びの悪化をもたらし、脆性破壊や疲労破壊では破壊の起点になる。
【0013】
ポロシティを熱間圧延(以下、単に圧延とも記す。)で閉鎖させたり、圧着させたりするためには、ポロシティが存在する板厚中心でひずみを増加させることが重要である。しかしながら、圧延で得られる板厚方向のひずみ分布は表面が最も高く、板厚中心が最も低い。そのため、圧延条件を工夫することで板厚中心のひずみを増加させることが求められる。本発明者らは、圧延時のスラブ表面と板厚中心部の温度差を一定以上確保した上で圧延を実施することが効果的であることを知見した。以下に得られた知見の詳細について説明する。
【0014】
(1)板厚中心と表面との温度差から計算される特定のパラメーターを満足する圧延を実施することでポロシティがより低減することが知見された。
具体的には、熱間圧延において、各熱間圧延パスのロール入側板厚、ロール出側板厚、各熱間圧延パス前の板厚中心の絶対温度、板表面の絶対温度から計算される以下の式(1)の各パスにおけるXの積算値について、板厚中心温度が950℃以上1200℃以下であるパスでは、Xの積算値(以下、X1値とも記す。)が1.0以上10.0以下を満たし、板厚中心温度が800℃以上950℃未満であるパスでは、Xの積算値(以下、X2値とも記す。)が3.0以上を満たすようにする。これにより、ポロシティがより低減することが知見された。
【0015】
【数1】
ただし、式(1)において、
:各熱間圧延パスのロール入側の板厚(mm)であり、
:各熱間圧延パスのロール出側の板厚(mm)であり、
R:ロール半径(mm)であり、
mid:各熱間圧延パスロール入側の板厚中心の絶対温度(K)であり、
sur:各熱間圧延パスロール入側の板表面の絶対温度(K)であり、
A:以下の式(2)によって決定される定数である。
A=2851+2968C-1120C ・・・式(2)
式(2)において、C:炭素含有量(質量%)である。
【0016】
(2)上記のように、熱間圧延において、板厚中心温度が950℃以上1200℃以下であるパスでは、X1値が1.0以上を満たし、板厚中心温度が800℃以上950℃未満であるパスでは、X2値が3.0以上を満たすようにする。これにより、超音波探傷でエコー高さ25%以上のポロシティの平均面積が4.0mm以下であり、ポロシティ面積の標準偏差が4.0mm以下であり、ポロシティ面積率が2.0%以下である鋼板の製造が可能になることを見出した。
【0017】
板厚中心温度について、950℃以上1200℃以下の温度域は、スラブの変形抵抗が比較的低い領域であるため、より1パス当たりの圧下率を確保することができる。よって、X1値を1.0以上とすることで、効果的に板厚中心に導入されたひずみによってポロシティの低減が促進される。
また、800℃以上950℃未満の温度域は未再結晶温度域であり、X2値を3.0以上とする圧延を行うことで、結晶粒内に効果的にフェライト変態核を導入することができ、フェライト粒径を微細化することで機械的特性を担保することができる。
【0018】
本発明は以上の知見を踏まえて検討を重ねて完成されたものである。すなわち、本発明の要旨は次の通りである。
【0019】
[1]質量%で、
C :0.03~0.18%、
Si:0.03~0.70%、
Mn:0.30~2.50%、
P :0.030%以下、
S :0.0200%以下、
Al:0.001~0.100%、
O :0.0100%以下および
N :0.0100%以下
を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、
板厚中心を含む30mm厚の領域において、
ポロシティの平均面積が4.0mm以下であり、
ポロシティの面積の標準偏差が4.0mm以下であり、かつ
ポロシティ面積率が2.0%以下であり、
引張強度が430MPa以上であり、
シャルピー吸収エネルギーが-50℃において27J以上である、鋼板。
[2]前記成分組成が、さらに、質量%で、
Cu:2.00%以下、
Ni:2.50%以下、
Cr:1.50%以下、
Mo:1.00%以下、
Nb:0.100%以下、
Ti:0.100%以下、
V :0.30%以下、
B :0.0100%以下、
W :0.50%以下、
Ca:0.0200%以下、
Mg:0.0200%以下、
Sn:0.0500%以下および
REM:0.0500%以下
からなる群より選択される1種または2種以上を含有する、前記[1]に記載の鋼板。
[3]前記[1]または[2]に記載の鋼板を製造する方法であって、スラブを1050℃以上1200℃以下に加熱し、その後、1パス以上の熱間圧延を施し、
前記熱間圧延において、
板厚中心温度が950℃以上1200℃以下であるパスでは、各パスにおける以下の式(1)で表されるXの積算値が1.0以上10.0以下を満たし、
板厚中心温度が800℃以上950℃未満であるパスでは、各パスにおける以下の式(1)で表されるXの積算値が3.0以上を満たす、鋼板の製造方法。
【数2】
ただし、式(1)において、
:各熱間圧延パスのロール入側の板厚(mm)であり、
:各熱間圧延パスのロール出側の板厚(mm)であり、
R:ロール半径(mm)であり、
mid:各熱間圧延パスのロール入側の板厚中心の絶対温度(K)であり、
sur:各熱間圧延パスのロール入側の板表面の絶対温度(K)であり、
A:以下の式(2)によって決定される定数である。
A=2851+2968C-1120C ・・・式(2)
式(2)において、C:炭素含有量(質量%)である。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、内質特性および機械的特性に優れた鋼板およびその鋼板の製造方法が提供される。
【発明を実施するための形態】
【0021】
本発明の鋼板(厚鋼板)は、質量%で、C:0.03~0.18%、Si:0.03~0.70%、Mn:0.30~2.50%、P:0.030%以下、S:0.0200%以下、Al:0.001~0.100%、O:0.0100%以下およびN:0.0100%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、
板厚中心を含む30mm厚の領域において、超音波探傷で検出したポロシティについて、ポロシティの平均面積が4.0mm以下であり、かつポロシティの面積の標準偏差が4.0mm以下であり、ポロシティ面積率が2.0%以下であり、引張強度が430MPa以上であり、シャルピー吸収エネルギーが-50℃において27J以上である。
【0022】
以下に本発明の各構成要件の限定理由について説明する。
はじめに、本発明において鋼板およびスラブ(鋼片)の成分組成を上記範囲に限定する理由を説明する。なお、成分組成に関する「%」は、特に断らない限り「質量%」を意味するものとする。
【0023】
C:0.03~0.18%
Cは、鋼の強度を向上させる元素であり0.03%以上の含有を必要とする。
一方、C含有量が0.18%を超えると、溶接性や靭性が低下する。そのため、C含有量は0.03~0.18%とする。なお、C含有量は0.05%以上であることが好ましい。また、C含有量は0.17%以下であることが好ましい。
【0024】
Si:0.03~0.70%
Siは、不純物として鋼中に不可避的に含まれる元素であり、強度を上昇させる作用を有するため、0.03%以上の含有を必要とする。
しかし、Si含有量が0.70%を超えると、靭性が低下する。そのため、Si含有量は0.03~0.70%とする。なお、Si含有量は0.04%以上であることが好ましい。また、Si含有量は0.60%以下であることが好ましい。
【0025】
Mn:0.30~2.50%
Mnは、鋼の焼入れ性を向上させることで強度を向上させる元素であり、強度の観点からMnは0.30%以上含有する必要がある。
一方、Mn含有量が2.50%を超えると、靭性の低下が懸念される。そのため、Mn含有量は0.30~2.50%とする。なお、Mn含有量は0.50%以上であることが好ましい。また、Mn含有量は2.20%以下であることが好ましい。
【0026】
P:0.030%以下
Pは不純物として鋼中に不可避的に含まれる元素であり、鋼の靭性を劣化させる。よって、P含有量は0.030%以下とする。P含有量は0.025%以下であることが好ましい。
一方、Pは少ないほど好ましいため、P含有量の下限は特に限定されず、0%であってもよい。しかし、過度の低P化は精錬時間の増加やコストの上昇を招く。そのため、P含有量は0.001%以上であることが好ましい。
【0027】
S:0.0200%以下
Sは不純物として鋼中に不可避的に含まれる元素であり、鋼の靭性を低下させる。よって、S含有量は0.0200%以下とする。S含有量は0.0100%以下であることが好ましい。
一方、Sは少ないほど好ましいため、S含有量の下限は特に限定されず、0%であってもよい。しかし、過度の低S化は精錬時間の増加やコストの上昇を招く。そのため、S含有量は0.0001%以上であることが好ましい。
【0028】
Al:0.001~0.100%
Alは、脱酸に有効な元素である。また、Alは、窒化物を形成してオーステナイト粒径を小さくする効果を有する元素である。このような効果を得るため、Al含有量は0.001%以上とする。
一方、Al含有量が0.100%を超えると、鋼の清浄度が低下する。その結果、延性および靭性が低下する。そのため、Al含有量は0.001~0.100%とする。なお、Al含有量は0.005%以上であることが好ましい。また、Al含有量は0.080%以下であることが好ましい。
【0029】
O:0.0100%以下
Oは不純物として鋼中に不可避的に含まれる元素であり、鋼の延性および靭性を低下させる元素である。そのため、O含有量は0.0100%以下とする。
一方、Oは少ないほど好ましいため、O含有量の下限は特に限定されず、0%であってもよい。しかし、過度の低O化は精錬時間の増加やコストの上昇を招く。そのため、O含有量は0.0005%以上が好ましい。
【0030】
N:0.0100%以下
Nは不純物として鋼中に不可避的に含まれる元素であり、鋼の延性および靭性を低下させる元素である。そのため、N含有量は0.0100%以下とする。
一方、Nは少ないほど好ましいため、N含有量の下限は特に限定されず、0%であってもよい。しかし、過度の低N化は精錬時間の増加やコストの上昇を招く。そのため、N含有量は0.0005%以上が好ましい。
【0031】
以上、本発明の一実施形態に従う鋼板の基本成分組成について説明した。本発明の一実施形態に従う鋼板の成分組成における上記の元素以外の残部は、Feおよび不可避的不純物である。
また、強度や溶接性(溶接部の靱性や溶接作業性など)のさらなる向上の観点から、適宜、以下の任意添加元素の1種または2種以上を含有させることができる。
Cu:2.00%以下、Ni:2.50%以下、Cr:1.50%以下、Mo:1.00%以下、Nb:0.100%以下、Ti:0.100%以下、V:0.30%以下、B:0.0100%以下、W:0.50%以下、Ca:0.0200%以下、Mg:0.0200%以下、Sn:0.0500%以下、REM:0.0500%以下
【0032】
Cu:2.00%以下
Cuは、靭性を大きく劣化させることなく、鋼の強度を向上させる元素である。しかし、Cu含有量が2.00%を超えると、スケール直下に生成するCu濃化層に起因する熱間割れが問題となる。そのため、Cuを含有させる場合、Cu含有量は2.00%以下とすることが好ましい。Cu含有量は、より好ましくは1.50%以下である。
なお、Cu含有量は、好ましくは0.01%以上である。Cu含有量は、より好ましくは0.05%以上であり、さらに好ましくは0.10%以上である。
【0033】
Ni:2.50%以下
Niは、靭性を大きく劣化させることなく鋼板を高強度化することができる元素である。また、Niは、靭性を向上させる効果を有する元素でもある。しかし、Ni含有量が2.50%を超えると、製造コストの増加が問題となる。そのため、Niを含有させる場合、Ni含有量は2.50%以下とすることが好ましい。Ni含有量は、より好ましくは2.00%以下である。
なお、Ni含有量は、好ましくは0.01%以上である。Ni含有量は、より好ましくは0.05%以上であり、さらに好ましくは0.10%以上である。
【0034】
Cr:1.50%以下
Crは、鋼の焼入れ性を向上させることにより、鋼の強度を向上させる元素である。しかし、Cr含有量が1.50%を超えると、溶接性が低下する。そのため、Crを含有させる場合、Cr含有量は1.50%以下とすることが好ましい。
Cr含有量は、より好ましくは1.20%以下である。Cr含有量は、さらに好ましくは0.90%以下であり、さらにより好ましくは0.60%以下である。
なお、Cr含有量は、好ましくは0.01%以上である。Cr含有量は、より好ましくは0.05%以上であり、さらに好ましくは0.10%以上である。
【0035】
Mo:1.00%以下
Moは、鋼の焼入れ性を向上させることにより、鋼の強度を向上させる元素である。しかし、Mo含有量が1.00%を超えると、溶接性が低下する。そのため、Moを含有させる場合、Mo含有量は1.00%以下とすることが好ましい。Mo含有量は、より好ましくは0.80%以下である。
なお、Mo含有量は、好ましくは0.01%以上である。Mo含有量は、より好ましくは0.05%以上であり、さらに好ましくは0.10%以上である。
【0036】
Nb:0.100%以下
Nbは、固溶Nbや微細析出したNbCにより、オーステナイト組織にひずみが加わった際の再結晶を抑制する元素である。また、Nbは、未再結晶温度域を高温化する効果を有する元素でもある。しかし、Nb含有量が0.100%を超えると、溶接性が低下する。そのため、Nbを含有させる場合、Nb含有量は0.100%以下とすることが好ましい。Nb含有量は、より好ましくは0.075%以下、さらに好ましくは0.050%以下である。
なお、Nb含有量は、より好ましくは0.001%以上、さらに好ましくは0.005%以上である。
【0037】
Ti:0.100%以下
Tiは、TiNとして析出することで結晶粒界の移動をピン止めし、粒成長を抑制する効果を有する元素である。しかし、Ti含有量が0.100%を超えると、鋼の清浄度が低下する。その結果、延性および靭性が低下する。そのため、Tiを含有させる場合、Ti含有量は0.100%以下とすることが好ましい。Ti含有量は、より好ましくは0.080%以下である。Ti含有量は、さらに好ましくは0.060%以下であり、さらにより好ましくは0.050%以下である。
なお、Ti含有量は、より好ましくは0.001%以上である。Ti含有量は、より好ましくは0.005%以上であり、さらに好ましくは0.010%以上である。
【0038】
V:0.30%以下
Vは、鋼の焼入れ性の向上および炭窒化物の生成により、鋼の強度を向上させる元素である。しかし、V含有量が0.30%を超えると、溶接性が低下する。そのため、Vを含有させる場合、V含有量は0.30%以下とすることが好ましい。V含有量は、より好ましくは0.25%以下である。V含有量は、より好ましくは0.20%以下であり、さらに好ましくは0.15%以下である。
なお、V含有量は、好ましくは0.01%以上である。
【0039】
B:0.0100%以下
Bは、鋼の焼入れ性を向上させることにより、鋼の強度を向上させる元素である。しかし、B含有量が0.0100%を超えると、溶接性が低下する。そのため、Bを含有させる場合、B含有量は0.0100%以下とすることが好ましい。B含有量は、より好ましくは0.0070%以下である。
なお、B含有量は、好ましくは0.0001%以上である。B含有量は、より好ましくは0.0005%以上であり、さらに好ましくは0.0010%以上である。
【0040】
W:0.50%以下
Wは、鋼の焼入れ性を向上させることにより、鋼の強度を向上させる元素である。しかし、W含有量が0.50%を超えると、溶接性が低下する。そのため、Wを含有させる場合、W含有量は0.50%以下とすることが好ましい。W含有量は、より好ましくは0.40%以下である。
なお、W含有量は、好ましくは0.01%以上である。W含有量は、より好ましくは0.05%以上であり、さらに好ましくは0.10%以上である。
【0041】
Ca:0.0200%以下
Caは、高温での安定性が高い酸硫化物を形成することにより、溶接性を向上させる元素である。しかし、Ca含有量が0.0200%を超えると、鋼の清浄度が低下して鋼の靭性が低下する。そのため、Caを含有させる場合、Ca含有量は0.0200%以下とすることが好ましい。Ca含有量は、より好ましくは0.0180%以下である。Ca含有量は、さらに好ましくは0.0150%以下であり、さらにより好ましくは0.0120%以下である。
なお、Ca含有量は、好ましくは0.0001%以上である。Ca含有量は、より好ましくは0.0005%以上であり、さらに好ましくは0.0010%以上である。
【0042】
Mg:0.0200%以下
Mgは、高温での安定性が高い酸硫化物を形成することにより、溶接性を向上させる元素である。しかし、Mg含有量が0.0200%を超えると、Mgの添加効果が飽和して含有量に見合う効果が期待できず、経済的に不利となる。そのため、Mgを含有させる場合、Mg含有量は0.0200%以下とすることが好ましい。なお、Mg含有量は、好ましくは0.0001%以上である。Mg含有量は、より好ましくは0.0005%以上であり、さらに好ましくは0.0010%以上である。
また、Mg含有量は、より好ましくは0.0180%以下である。Mg含有量は、さらに好ましくは0.0150%以下であり、さらにより好ましくは0.0120%以下である。
【0043】
Sn:0.0500%以下
Snは鋼の耐食性を向上させる元素である。しかし、Sn含有量が0.0500%を超えると、鋼の伸びが低下する。そのため、Snを含有させる場合、Sn含有量は0.0500%以下とすることが好ましい。Sn含有量は、より好ましくは0.0450%以下である。Sn含有量は、さらに好ましくは0.0400%以下であり、さらにより好ましくは0.0300%以下である。
また、Sn含有量は、好ましくは0.0001%以上である。Sn含有量は、より好ましくは0.0005%以上であり、さらに好ましくは0.0010%以上である。
【0044】
REM:0.0500%以下
REM(希土類金属)は、高温での安定性が高い酸硫化物を形成することにより、溶接性を向上させる元素である。しかし、REM含有量が0.0500%を超えると、REMの添加効果が飽和して含有量に見合う効果が期待できず、経済的に不利となる。そのため、REMを含有させる場合、REM含有量は0.0500%以下とすることが好ましい。REM含有量は、より好ましくは0.0450%以下である。REM含有量は、さらに好ましくは0.0400%以下であり、さらにより好ましくは0.0300%以上である。
なお、REM含有量は、好ましくは0.0001%以上である。REM含有量は、より好ましくは0.0005%以上であり、さらに好ましくは0.0010%以上である。
【0045】
上記した任意添加成分に係る元素について、その含有量が各好適下限値未満の場合には、当該元素を不可避的不純物として扱うものとする。ここで不可避的不純物としては、Zn、Pb、As、Sb、Bi等が挙げられ、スクラップ等から混入する可能性がある。本発明の目的を阻害しない範囲であれば、これらの不純物の混入も許容される。
【0046】
本発明の鋼板は、板厚中心を含む30mm厚の領域(以下、板厚中心領域とのみ記すこともある。)において、超音波探傷で検出したポロシティの平均面積が4.0mm以下であり、かつポロシティの面積の標準偏差が4.0mm以下であり、ポロシティ面積率が2.0%以下である。
【0047】
ポロシティ面積率:2.0%以下
鋼板中に残存したポロシティは、延性の低下を引き起こすだけでなく構造物として避けるべき脆性破壊や疲労破壊の起点になる。板厚中心領域でのポロシティ面積率が2.0%を超えると破壊の起点となり得るポロシティの数が増加し、所望の絞りを得ることができない。よって、板厚中心領域でのポロシティ面積率は2.0%以下とする。好ましくは1.5%以下であり、より好ましくは1.0%以下である。
板厚中心領域でのポロシティ面積率は、極力低いことが好ましいものの、ポロシティを完全に閉鎖し、圧着させることは難しい。そのため、板厚中心領域でのポロシティ面積率は、好ましくは0.01%以上である。
【0048】
ポロシティの平均面積:4.0mm以下
鋼板中に含まれるポロシティは、上述の通り延性の低下や脆性破壊、疲労破壊を引き起こす原因となる。板厚中心領域でのポロシティの平均面積が4.0mmを超えると伸びの低下が顕著に表れる他、一層、脆性破壊の起点になりやすくなる。従って、ポロシティの平均面積は4.0mm以下とする。好ましくは3.5mm以下であり、より好ましくは3.0mm以下である。板厚中心領域でのポロシティの平均面積は、さらに好ましくは2.5mm以下であり、さらにより好ましくは2.0mm以下である。
板厚中心領域でのポロシティの平均面積は、極力低いことが好ましいものの、ポロシティを完全に閉鎖し、圧着させることは難しい。そのため、板厚中心領域でのポロシティの平均面積は、好ましくは、0.01mm以上である。
【0049】
ポロシティの面積の標準偏差:4.0mm以下
ポロシティサイズ(ポロシティの面積)が大きいほど延性は低下し、脆性破壊、疲労破壊が誘起される。そのため、ポロシティの面積の標準偏差を4.0mm以下にすることで、大きいサイズのポロシティを抑制し脆性破壊や疲労破壊の頻度を低減させることができる。ポロシティの面積の標準偏差は、好ましくは3.5mm以下であり、より好ましくは3.0mm以下である。板厚中心領域でのポロシティの面積の標準偏差は、さらに好ましくは2.5mm以下であり、さらにより好ましくは2.0mm以下である。
板厚中心領域でのポロシティの面積の標準偏差は、極力小さいことが好ましいものの、ポロシティを完全に閉鎖し、圧着させることは難しい。そのため、板厚中心領域でのポロシティの面積の標準偏差は、好ましくは、0.01mm以上である。
【0050】
ポロシティ面積率、ポロシティの平均面積、ポロシティの面積の標準偏差の算出方法
板厚中心領域のポロシティ面積率、サイズ(ポロシティの平均面積)、ポロシティ面積の標準偏差は、超音波探傷装置を用いて圧延方向に1000mm長さ、全幅にかけて板厚中心を含む30mm厚の領域(板厚中心から板表面両側に向けてそれぞれ15mmまでの領域)から採取した鋼板を探傷し、エコー高さが25%以上の領域をポロシティとして取り扱うことでポロシティ状態を可視化した。得られたスキャン像に対して画像解析を適用することで、ポロシティ(欠陥)の面積率、サイズ(ポロシティの平均面積)、ポロシティの面積の標準偏差の定量化を実施する。超音波探傷条件は3インチプローブを使用して周波数10MHz、焦点距離15mm厚、振動子径0.375インチ、探傷速度を100.0mm/s、探傷ピッチを0.1mmとする。
サイズ(ポロシティの平均面積)は、測定した総ポロシティ面積をポロシティの個数で割ることにより算出する。ポロシティは、ポロシティでない領域に外周が囲まれた1つの領域を1個として扱う。
また、ポロシティ面積の標準偏差は、各ポロシティの面積に基づいて算出する。
【0051】
板厚
前記鋼板の板厚は30~180mmが好ましい。鋼板の板厚は、より好ましくは40mm以上であり、さらに好ましくは50mm以上である。また、鋼板の板厚は、より好ましくは170mm以下であり、さらに好ましくは160mm以下である。
【0052】
次に本発明の一実施形態における鋼板の製造方法について説明する。
本発明の鋼板の製造方法では、スラブを1050℃以上1200℃以下に加熱し、その後、1パス以上の熱間圧延を施し、熱間圧延において、板厚中心温度が950℃以上1200℃以下であるパスでは、各パスにおける以下の式(1)で表されるXの積算値が1.0以上10.0以下を満たし、板厚中心温度が800℃以上950℃未満であるパスでは、各パスにおける以下の式(1)で表されるXの積算値が3.0以上を満たすようにする。
なお、本発明の鋼板の製造方法において特定する温度は、スラブまたは鋼板の表面の温度を指す。
【0053】
【数3】
ただし、式(1)において、
:各熱間圧延パスのロール入側の板厚(mm)であり、
:各熱間圧延パスのロール出側の板厚(mm)であり、
R:ロール半径(mm)であり、
mid:各熱間圧延パスのロール入側の板厚中心の絶対温度(K)であり、
sur:各熱間圧延パスのロール入側の板表面の絶対温度(K)であり、
A:以下の式(2)によって決定される定数である。
A=2851+2968C-1120C ・・・式(2)
式(2)において、C:炭素含有量(質量%)である。
【0054】
加熱温度:1050℃以上1200℃以下
熱間圧延に先だって、スラブ(鋼片)を1050℃以上1200℃以下の加熱温度まで加熱する。上記加熱温度が1050℃より低いと変形抵抗が増加し後述する熱間圧延の条件を満足することができず、十分なポロシティ低減効果が得られない。そのため、上記加熱温度は1050℃以上とし、好ましくは1070℃以上とする。
一方、上記加熱温度が1200℃より高いとオーステナイト粒が粗大になり強度、靭性の低下を引き起こす。そのため、上記加熱温度は1200℃以下とし、好ましくは1170℃以下とする。
【0055】
熱間圧延
加熱された前記鋼板を熱間圧延する。鋼板の板厚中心温度で下記の二段階に分けて圧延条件を制御する。
【0056】
【数4】
ここで、式(1)について、板厚中心温度が950℃以上1200℃以下であるパスでは、各パスにおけるXの積算値が1.0以上10.0以下である。
また、板厚中心温度が800℃以上950℃未満であるパスでは、各パスにおけるXの積算値が3.0以上である。
式(1)において、
:各熱間圧延パスのロール入側の板厚(mm)であり、
:各熱間圧延パスのロール出側の板厚(mm)であり、
R:ロール半径(mm)であり、
mid:各熱間圧延パスのロール入側の板厚中心の絶対温度(K)であり、
sur:各熱間圧延パスのロール入側の板表面の絶対温度(K)であり、
A:以下の式(2)によって決定される定数である。
A=2851+2968C-1120C ・・・式(2)
式(2)において、C:炭素含有量(質量%)である。
【0057】
上記圧延条件の限定理由を説明する。
【0058】
板厚中心温度950℃以上かつ1200℃以下のパスにおけるXの積算値(X1値):1.0以上10.0以下
初期オーステナイト粒径を整えるために950℃以上の再結晶温度域で圧延される。この温度域では鋼の変形抵抗が低くポロシティの閉鎖が進行しやすい。板厚中心温度が950℃以上1200℃以下であるパスの各パスにおける式(1)で表されるXの積算値(以下、X1値とも記す。)が1.0以上10.0以下を満足することで鋼板中のポロシティはより閉鎖が進行し、初期サイズの小さなポロシティは閉鎖後圧着に至る。圧着に至らないポロシティであっても閉鎖が進行することでポロシティの高さが減少し、より圧着しやすい形状へと変化する。X1値が10.0を超えると、950℃未満の未再結晶域での圧延が不十分となり、粗大なフェライト粒が生成され、強度、靭性ともに劣化する場合がある。そのため、950℃以上1200℃以下の温度域において、X1値は10.0が上限となる。X1値は、好ましくは8.0以下であり、より好ましくは7.5以下である。
一方、X1値が1.0未満であると、ポロシティの閉鎖、圧着が困難であり、鋼板中に粗大なポロシティが残存することにより、強度および靭性が劣化する場合がある。よって、X1値は1.0以上とする。X1値は、好ましくは1.2以上であり、より好ましくは1.4以上である。
ここで、各パスにおいて、板厚中心温度が950℃以上かつ1200℃以下であるとは、各パス前(各熱間圧延パスのロール入側)で板厚中心温度が950℃以上かつ1200℃以下であることを指す。
【0059】
板厚中心温度800℃以上950℃未満のパスにおけるXの積算値(X2値):3.0以上
この温度域は部分再結晶域や未再結晶域を含む温度域であり、圧延後の再結晶を抑制すると共に圧延によって導入されたひずみがフェライト変態時の変態核として機能することで鋼板の組織を微細化し、強度と靭性を確保することができる。950℃よりも温度が低く鋼の変形抵抗が高い。そのため、板厚中心温度800℃以上950℃未満のパスにおける式(1)で表されるXの積算値(以下、X2値とも記す。)は3.0以上とすることが必要となる。X2値は、好ましくは3.3以上であり、より好ましくは3.6以上である。
また、X2値は、10.0以下とすることが好ましく、7.0以下とすることがより好ましい。
ここで、各パスにおいて、板厚中心温度が800℃以上950℃未満であるとは、各パス前(各熱間圧延パスのロール入側)で板厚中心温度が800℃以上950℃未満であることを指す。
【0060】
板厚中心と表面の温度差の付与方法
板厚中心と表面の温度差が大きいほど式(1)のXは大きくなり、より効果的に板厚中心に圧延によるひずみを付与することができる。温度差を設ける方法としては空冷または水冷による強制冷却を行う手法があり、50℃以上の温度差があるとより効果的に板厚中心に付与される圧縮応力が増加し、その結果、鋼の変形抵抗を上回ることで欠陥の閉鎖に寄与することが期待される。上記温度差は、好ましくは100℃以上である。
上記以外の条件については限定されずに常法に従えばよい。例えば、圧延温度は700~1200℃とすることが好ましい。また、圧延工程終了後の冷却条件は特に限定されず、常法に従えばよい。例えば、0.1~30℃/sの範囲で冷却することが好ましい。
累積圧下率は、40~95%であることが好ましい。
熱間圧延におけるパス数は、10~30であることが好ましい。
各パスにおける圧下率は、3~50%であることが好ましい。
【0061】
また、本発明の鋼板の製造方法の熱間圧延では、板厚中心温度:950℃以上1200℃以下で複数回圧延を行った後に、温度が低下するまで待機し、板厚中心温度:800℃以上950℃未満で複数回圧延を行うことが好ましい。
板厚中心温度950℃以上かつ1200℃以下のパスでは、累積圧下率は、20~90%であることが好ましく、熱間圧延におけるパス数は、4~20であることが好ましく、各パスにおける圧下率は、3~35%であることが好ましい。
また、板厚中心温度800℃以上かつ950℃未満のパスでは、累積圧下率は、50~95%であることが好ましく、熱間圧延におけるパス数は、2~20であることが好ましく、各パスにおける圧下率は、3~35%であることが好ましい。
【0062】
なお、式(1)中、tは各熱間圧延パスのロール入側の板厚(mm)、tは各熱間圧延パスのロール出側の板厚(mm)である。
また、Rは、熱間圧延に用いる鋼板を挟持して圧延する一対の円柱状のロールそれぞれの円断面の半径(mm)のことを指す。
また、Tmidは各熱間圧延パスのロール入側(各熱間圧延パス前)の板厚中心の絶対温度(K)であり、Tsurは各熱間圧延パスのロール入側(各熱間圧延パス前)の板表面の絶対温度(K)である。
各熱間圧延パスのロール出側の板厚tは、圧下率から計算することができる。
また、Tsurは各圧延パス前で測定でき、Tmidはその測定結果に基づき計算することができる。
式(1)のXについては、製造時、最終的に得られる鋼板の厚みを考慮しつつ、Tsur、Tmid、圧下率を制御することで所望の値に調整することができる。
【0063】
以上、本発明について説明した。本発明は、鋼板の表面と板厚中心に温度差を設けて圧延を行うようにしたもので、板厚中心に効果的にひずみを導入することができ、ポロシティをより低減することが可能となる。また、板厚中心が高温となる温度域で圧延を行うことで、変形抵抗が低くなり、ポロシティを十分に閉鎖・圧着させることができて、鋼板中のポロシティの面積率、平均面積、サイズ標準偏差をより低減させ、優れた機械的特性も得られる。
このように、本発明の鋼板(厚鋼板)によれば、新しい圧延ロールなどの設備導入を必要とせず、かつ生産性を損ねることなく、内質特性および機械的特性を向上させることができる。
【実施例0064】
次に実施例に基づいて本発明を更に具体的に説明する。
表1に示す成分組成の鋼片を用いて、表2に示す製造条件で鋼板を製造した。圧延時のスラブ表面温度は放射温度計等で測定を実施した。また、スラブの板厚中心温度は、今回は表面温度を基に伝熱計算によって算出したが、熱電対を用いて直接測定することも可能である。
また、表2中、X1値、X2値は、以下の式(1)から得られる各パスのXの総和である。
【0065】
【数5】
ただし、式(1)において、
:各熱間圧延パスのロール入側の板厚(mm)であり、
:各熱間圧延パスのロール出側の板厚(mm)であり、
R:ロール半径(mm)であり、
mid:各熱間圧延パスのロール入側の板厚中心の絶対温度(K)であり、
sur:各熱間圧延パスのロール入側の板表面の絶対温度(K)であり、
A:以下の式(2)によって決定される定数である。
A=2851+2968C-1120C ・・・式(2)
式(2)において、C:炭素含有量(質量%)である。
【0066】
得られた各鋼板に関して板厚方向に引張試験を行い、内質特性を評価した。その結果を表2に併記する。引張試験では鋼板中で欠陥が多い傾向がある1/4幅位置で2本、幅中央より1本の引張試験片を採取し、評価を行った。引張試験片の形状はJIS Z 2241(2011)に準拠した。
絞りは、JIS Z 2241(2011)に基づいた引張試験により取得し、各値の最小値を代表値として絞りが35%以上の鋼種を圧延によって優れた内質特性を有していると評価した。
また、JIS Z 2241(2011)に基づいた引張試験により引張強度を測定した。
また、圧延方向にシャルピー衝撃試験片を採取し、JIS Z 2242(2018)に基づいたシャルピー衝撃試験により、各鋼板の靭性を評価した。
シャルピー衝撃試験では、引張試験同様、欠陥が多い傾向にある1/4幅位置で3本、幅中央より3本のシャルピー試験片を採取し、-50℃で試験を実施し、各値の最小値を代表値として採用した。シャルピー試験片の形状はJIS Z 2242に基づき、Vノッチを採用した。
引張試験において、引張強度430MPa以上、シャルピー衝撃試験において、27J以上を示した鋼板を機械的特性に優れていると評価した。
得られた結果を表2に併記する。
表2に示すように本開発例ではポロシティのサイズ(平均面積)、面積率、標準偏差を所望の範囲にまで低下させることで、優れた内質特性や機械的特性が得られていることを確認できた。一方、比較例の鋼板では、内質特性、機械的特性の少なくとも一方を満足できなかった。
【0067】
【表1】
【0068】
【表2】