專利名稱：：厚鋼板的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及適合建筑、海洋結構物、管線管、造船、土木、建筑機械等領域的厚鋼板，特別是涉及低屈強比且高韌性的厚鋼板。
背景技術：
：近年來，在各種焊接結構用鋼材中，除了高強度、高韌性以外，從抗震性的觀點出發(fā)，還要求降低由屈服應力YS與抗拉強度TS的比表示的屈強比YR(YR=YS/TS)。一般來說，已知通過使鋼材的金屬組織成為在鐵素體這樣的軟質相中適度分散有貝氏體和馬氏體等的硬質相，可以實現(xiàn)鋼材的屈強比降低化。作為得到上述這樣的在軟質相中適度分散有硬質相的組織的制造方法，例如在專利文獻l中，已知有一種熱處理方法，其是在淬火(Q)與回火(T)的中間，實施從鐵素體和奧氏體的二相域的淬火(Q')的方法。另外在專利文獻2中，作為不增加制造工序的方法，公開有一種方法，其是在Ar3相變點溫度以上結束軋制后，推遲加速冷卻的開始直至鋼材的溫度達到鐵素體生成的Ar3根變點溫度以下。另一方面，在專利文獻3中提出有一種方法，其不進行專利文獻l、專利文獻2公開的這種復雜的熱處理，作為達成低屈強比的技術，其是形成鐵素體、貝氏體和島狀馬氏體三相組織。專利文獻1特開昭55—97425號公報專利文獻2特開昭55—41927號公報專利文獻3特開2005—23423號公報然而，在至今為止所提出的技術中，對高加工度(D/t<10，D:鋼管直徑mm，t:板厚)有所要求的板厚40mm以上的圓形鋼管加工等之中，使極低屈強比(YR<70%)和高韌性(vTrs<—20°C)并立很困難。
發(fā)明內容本發(fā)明鑒于這樣的情況而做，其目的在于，提供一種發(fā)揮著低屈強比且高韌性的特性的厚鋼板。能夠解決上述課題的本發(fā)明的所謂低屈強比高韌性厚鋼板，是分別含有如下元素的鋼板C:0.030.15%("質量％"的意思，涉及化學成分下同)、Si:1.0%以下(不含0%)、Mn:1.02.0%、P:0.015%以下(不含0%)、S:0.010%以下(不含0%)、Al:0.0050細％、Ti:0.0080.030%、N:0.00200.010%和O:0.010%以下(不含0%)，其具有如下幾點要旨在t/4(t:板厚)位置的顯微組織中，由鐵素體和貝氏體的混合組織構成，并且在貝氏體中分散有島狀馬氏體，且鐵素體的平均粒徑為1050pm，并且存在于貝氏體中的島狀馬氏體的分率相對于總面積為120面積％。在本發(fā)明的厚鋼板中，根據(jù)需要，作為其他元素再含有如下等也有用(a)Cu:2%以下(不含0%)、Ni:2%以下(不含0%)和Cr:2%以下(不含0%)之中的l種以上；(b)MO:0.5%以下(不含0%);(C)Nb:0.050%以下(不含0%)、B:0扁0%以下(不含0%)和V:0.1°/。以下(不含0%)之中的1種以上；(d)Mg:0.005%以下(不含0%);(e)Ca:0.0035%以下(不含0%)、(f)Zr:0.1%以下(不含0%)和/或Hf:0.05%以下(不含0%);(g)Co:2.5%以下(不含0%)和/或W:2.5%以下(不含0%);(h)稀土類元素0.010%以下(不含0%)，根據(jù)所含有的成分，鋼板的特性得到改善。根據(jù)本發(fā)明，通過適當調整鋼材的化學成分組成，并且使其顯微組織成為鐵素體和貝氏體的混合組織，在貝氏體中分散有島狀馬氏體，且將鐵素體的平均粒徑和存在于貝氏體中的島狀馬氏體的分率調整到適當?shù)姆秶?，能夠實現(xiàn)發(fā)揮出低屈強比而且高韌性的特性的厚鋼板。這種厚鋼板作為建筑、海洋結構物、管線管、造船、土木、建筑機械等的焊接結構物的原材極其有用。圖1是表示實驗No.2所得到的鋼板的顯微組織的圖紙代用顯微鏡照片。具體實施例方式本發(fā)明者們，以使低屈強比和母材韌性這樣相反的特性的并立化為目標，就最佳的組織形態(tài)反復銳意研究。其結果發(fā)現(xiàn)如下事項低屈強比需要硬質相和軟質相，在母材韌性的確保中，通過適度控制軟質相的尺寸和硬質相的硬度、尺寸而能夠達成。在歷來的鐵素體，馬氏體鋼中，硬質馬氏體使韌性劣化。另一方面，在鐵素體《貝氏體鋼中，貝氏體的硬度不充分，從而得不到低屈強比。作為最佳組織形態(tài)是鐵素體、貝氏體和島狀馬氏體(MA)的三相組織。另外還發(fā)現(xiàn)，如現(xiàn)有技術，因為MA在鋼組織中不規(guī)則存在，所以不能實現(xiàn)良好的屈強比—韌性平衡，而MA在貝氏體中分散存在的方法則使屈強比一韌性平衡更優(yōu)異。發(fā)明者們就用于使MA存在于貝氏體中的成分和制造方法進行了銳意的研究，其結果是完成了本發(fā)明。本發(fā)明的鋼板，在t/4(t:板厚)位置的顯微組織中，是鐵素體和貝氏體的混合組織，優(yōu)選該組織的鐵素體分率為1090面積％左右。若鐵素體分率低于10面積％，則屈服應力YS變得過高，屈強比變大，若超過90面積％，則不能確?？估瓘姸萒S在490MPa以上。在本發(fā)明的鋼板中，還需要上述鐵素體的平均粒徑為105(Him。該鐵素體的平均粒徑低于10pm時，屈服應力YS變得過高，若超過50pm，則母材韌性劣化。在本發(fā)明的厚鋼板中，作為顯微組織上的特征，是在貝氏體中分散存在有MA，但還需要貝氏體中存在的MA的分率相對于總面積為120面積％。MA的分率低于1面積％時，屈服應力YS變得過高，若超過20面積％，則母材韌性劣化。在本發(fā)明的厚鋼板中，還需要適當調整其化學成分組成，但各成分的范圍限定理由如下。C是用于確保鋼板的強度所需要的元素，另外為了確保MA也需要使之含有0.03%以上。然而，若過剩使C含有，則韌性反而降低。因此，其上限需要為0.15%。還有，C含量的優(yōu)選下限為0.04%(更優(yōu)選為0.05%)，優(yōu)選上限為0.09%(更優(yōu)選為0.08%)。[Si:1.0%以下(不含0%)]Si在用于確保鋼板的強度上是有效的元素，另外也是MA生成所需要的元素。然而，若過剩含有Si，則韌性反而降低。因此，其上限為1.0%。還有，Si含量的優(yōu)選下限為0.m，優(yōu)選上限為0.7%(更優(yōu)選為0.5%)。Mn在使淬火性提高而確保鋼板強度上是有效的元素，為了發(fā)揮這樣的效果，需要使Mn含量1.0n/。以上。然而，若過剩含有Mn，則母材韌性劣化，因此使上限為2.0%。還有，Mn含量的優(yōu)選下限為1.3%,優(yōu)選上限為1.8%。P是不可避免地混入的雜質，因為會對母材和HAZ的韌性造成不良影響，所以優(yōu)選盡可能少。從這一觀點出發(fā)，P可以抑制在0.015。/。以下。P含量的優(yōu)選下限為0.01%。s與鋼板中的合金元素化合而形成各種夾雜物，是對鋼板的延性和韌性起有害作用的雜質，因此優(yōu)選盡可能少?？紤]到實用鋼的純凈度的程度而可以將其上限抑制在0.01%。還有，s是鋼中不可避免地被含有的雜質，使其含量為0%在工業(yè)生產(chǎn)上很困難。[Al:0.0050,060%]Al是作為脫氧劑有效的元素，而且還發(fā)揮著通過使鋼板的顯微組織微細化而帶來的母材韌性提高效果。為了發(fā)揮這樣的效果，Al含量需要為0.005%以上。但是，若Al過剩含有，則使母材韌性劣化。由此，使其上限為0.060%。還有，Al含量的優(yōu)選下限為0.01%(更優(yōu)選為0.02%以上)，優(yōu)選上限為0.04。％。Ti使TiN分散在鋼中，有著防止軋制前加熱時的奧氏體晶粒(y晶粒)的粗大化的效果。為了發(fā)揮這樣的效果，需要使Ti含有0.008。/。以上。但是，若Ti含量過剩，則母材和HAZ的韌性劣化，因此為0.030%以下。o作為不可避免的雜質含有，但在鋼中作為氧化物存在。然而，若其含量超過0.010%，則粗大的氧化物生成，母材韌性、HAZ韌性劣化。因此，使O含量的上限為0.010%。O含量的優(yōu)選上限為0.005%(更優(yōu)選為0.003%)。在本發(fā)明的鋼板中，上述成分以外由鐵和不可避免的雜質(例如Sb、Se、Te等)構成，但也能夠含有不阻礙其特性的程度的微量成分(允許成分)，這樣的鋼板也包含在本發(fā)明的范圍中。另外根據(jù)需要，含有以下的元素也有效。使這些成分含有時的范圍限定理由如下。Cu、Ni和Cr均是提高淬火性，對于使鋼板的強度提高有效的元素，根據(jù)需要含有。但是，若這些元素的含量過剩，則母材韌性反而降低，因此均為2%以下(更優(yōu)選為1%以下)。用于發(fā)揮上述效果的優(yōu)選下限均為0.20%(更優(yōu)選為0.40%)。Mo使淬火性提高，在鋼板的強度確保上是有效的元素，為了防止回火脆性而適宜利用。這樣的效果隨著其含量的增加而增大，但是若Mo含量變得過剩，則母材和HAZ的韌性劣化，因此優(yōu)選為0.5%以下。更優(yōu)選為0.30%以下。Nb、B和V發(fā)揮著使淬火性提高，使母材強度提高的效果，因此根據(jù)需要添加。另外也有提高回火軟化阻抗的效果。但是，若Nb大量被含有，則碳化物的生成變多，母材和HAZ的韌性劣化，因此為0.050%以下(更優(yōu)選為0.04%以下，進一步優(yōu)選0.03%以下)。另外若B大量被含有，則母材韌性劣化，因此為0.0030%以下(更優(yōu)選為0.020%以下，0.015%以下)。為了有效地發(fā)揮上述效果，優(yōu)選使V含有0.01%以上，但是若大量含有，則母材和HAZ的韌性劣化，因此為0.1%以下(更優(yōu)選為0.05%以下)。Ca控制硫化物的形態(tài)，是有助于HAZ韌性的提高的元素。但是，過剩地使之含有而超過0.0035%,HAZ韌性反而劣化。還有，Ca含量的優(yōu)選上限為0.020%，更優(yōu)選為0.0015%。/或Hf:0.05%以下(不含0%)]Zr和Hf和Ti一樣，與N形成氮化物，使焊接時的HAZ的奧氏體晶粒微細化，是對HAZ韌性改善有效的元素。但是，若過剩使之含有，則HAZ韌性反而降低。因此，含有這些元素時，Zr為0.1%以下，Hf為0.05%以下。Co和W使淬火性提高，具有提高母材強度的效果，因此根據(jù)需要含有。但，若過剩地含有，則HAZ韌性劣化，因此上限均為2.5%。[稀土類元素0.010%以下(不含0%)]REM使鋼材中不可避免地混入的夾雜物(氧化物和硫化物等)的形狀微細化、球狀化，從而是有助于HAZ的韌性提高的元素，根據(jù)需要含有。這一效果隨著其含量增加而增大，但是，若REM的含量過剩，則夾雜物粗大化，HAZ韌性劣化，因此優(yōu)選抑制在0.010%以下。還有，在本發(fā)明中，所謂REM是含有鑭系元素(從La到Ln的15種元素)和Sc(鈧)與Y(釔)的意思。當制造本發(fā)明的厚鋼板時，以如下方式進行即可用通常的熔煉法熔8煉滿足上述化學成分量的鋼，將該鋼液冷卻而成為板坯后，例如加熱至950130(TC的范圍后進行熱軋，使Ar3變態(tài)點+10(TCAr3變態(tài)點+15(TC的溫度范圍的壓下率為10%以上，使終軋溫度為80070(TC后，使冷卻開始在從終軋溫度一50'C以內開始加速冷卻，以55(TC/秒的平均冷卻速度水冷至40015(TC后進行空冷。這一方法中的各條件的范圍設定理由如下。從一下子全部使鋼板的組織奧氏體化這一觀點出發(fā)，需要為950'C以上，但是若加熱溫度超過1300'C，則奧氏體粗大化，在后面的工序中難以得到規(guī)定的組織。通過使該溫度范圍的壓下率為10%以上，能夠使鐵素體的粒徑微細化。脫離這一溫度范圍，壓下率低于10%時，會使鐵素體的粒徑粗大化。還有，在本發(fā)明中所謂"Ar3變態(tài)點"，由下式(1)求得。Ar產(chǎn)910—230x[C]+25x[Si]—74x[Mn]—56x[Cu]—16X[Ni]—9X[Cr]—5X[Mo]—1620X[Nb]…(1)其中，[C]、[Si]、[Mn]、[Cu]、[Ni]、[Cr]、[Mo]和[Nb]分別表示C、Si、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo及Nb的含有量(質量％)。若終軋溫度超過800'C，鐵素體粒徑粗大化，若低于700°C，則鐵素體粒徑低于10)im，屈服應力YS變得過高。[冷卻開始溫度從終軋溫度一50"C以內]若軋制后的冷卻開始溫度比終軋溫度一5(TC低，則會招致鐵素體的粗大。加速冷卻時的平均冷卻速度低于5x:/秒時，招致鐵素體晶粒的粗大化，若超過5(TC/秒，則鐵素體量不足。另外，之所以使冷卻停止溫度為400150°C，是為了使MA以規(guī)定量生成。還有上述所述的溫度以鋼板表面的位置的溫度進行管理。另外，本發(fā)9明的鋼板假定為厚鋼板，這時的板厚約為40mm以上，對于上限沒有特別限定，但通常為100mm以下。在本發(fā)明中，如上述通過規(guī)定化學成分組成和特定區(qū)域中的組織，能夠實現(xiàn)韌性(母材韌性)優(yōu)異的低屈強比厚鋼板，但這種厚多板其焊接熱影響部(以下表示為"HAZ")的韌性也基本良好。即，本發(fā)明的厚鋼板，適用為建筑、海洋結構物、管線管、造船、土木、建筑機械等領域的焊接結構物，雖然也要求焊接時的HAZ的韌性良好，不過這樣的HAZ韌性也良好。實施例以下，通過實施例更詳細地說明本發(fā)明，但下述實施例沒有限定本發(fā)明的性質，在能夠符合前述述的宗旨的范圍內也可以適當加以變更實施，這些均包含在本發(fā)明的技術的范圍內。實驗例1通過通常的熔煉法，熔煉下述表13中顯示的化學成分組成的各種鋼液，冷卻該鋼液而成為板坯后，以下述表4、5所示的條件進行熱軋和冷卻，得到各種鋼板(厚度50mm)。還有，在下述表l、3中，REM以含有La為50%左右和含有Ce為25%左右的混合稀土的形態(tài)添加。還有，下述表13中"一"表示沒有添加元素。<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>表3<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>表4<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>表5<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>對于得到的各鋼板，以下述的方法測定母材組織(鐵素體粒徑、MA分率)、機械的特性(母材的抗拉特性、母材的沖擊特性)，并且對于HAZ韌性也進行評價。測定結果顯示在下述表6、7中。對于從各鋼板的t/4部(t:板厚)的位置提取的2cm邊的試驗片進行鏡面研究，用硝酸乙醇腐蝕液(2%硝酸一乙醇溶液)刻蝕后，利用光學顯微鏡觀察組織(倍率100倍n=10)，基于JISG0552規(guī)定的比較法的手法測定鐵素體粒徑(平均值)。在各鋼板的t/4部(t:板厚)的位置，對經(jīng)過鏡面研磨的試驗片進行^《，一(LePra)腐蝕，通過光學顯微鏡觀察組織，以倍率1000倍，n=10拍攝50pm的區(qū)域，利用圖像分析裝置(MediaCybernetics制Image-ProPlus),特定存在于貝氏體組織中的MA，測定其面積率(平均值)。[母材的抗拉特性的評價]從各鋼板的t/4部(t:板厚)的位置提取JIS4號試驗片，遵循JISZ2241進行拉伸試驗，由此測定屈服應力YS(屈服點YP)和抗拉強度TS，計算屈強比YR。母材的沖擊特性(韌性)，是進行V切口擺錘沖擊試驗，根據(jù)過渡曲線求得vTrs(脆性斷裂轉變溫度)。從t/4部(t:板厚)的位置提取JIS4號試驗片，遵循JISZ2242實施試驗，這時關于各溫度(最低4溫度以上)的測定，以n-3實施試驗。描繪脆性斷裂轉變過渡使之通過3點中脆性斷裂率最高的點，計算脆性斷裂率50%的溫度作為脆性斷裂轉變溫度vTrs(畫線使vTrs成為最高溫度側)。[HAZ韌性試驗]作為模擬進行潛弧焊(2kJ/mm)時的熱循環(huán)的HAZ韌性評價法，以加熱溫度140(TC保持5秒，其后冷卻為80050(TC的冷卻時間(Tc):25秒的熱循環(huán)，對各供試鋼板進行熱處理后，測定溫度一4(TC的擺錘吸收能(V切口)。還有，作為試驗片使用的是，從板厚t/4部(t:板厚)的位置提取的尺寸10mmX10mmX55mm的棒狀，在中央部單面形成深2mm的V切口。這時V擺錘沖擊值(vE-40)為50J以上為合格。表6組織母才;f特性實驗No.鐵素體粒徑(Hm)MA分率(面積%)屈強點YP(MP抗拉強度TS(MP屈強比YR(%)母材韌性vTrsa)HAZ韌性vE—w0)1252.139859467-361272282.038658566-341303252.139959567-36〗274302.238359964-311255231.841559370-391276301.739159366-321277282.538059464-331278302.836359561-301279302.836359561-3012710282.539661964-3311911252.539160265-3612412302.539562763-31m13252.542665665-3611014282.540162764-33in15282.538760464-3312416202.541460968-4112217252.139859467-3612718282.038658566-3413019252.139959567-3612720302.238359964-3112521282.139159366-3412722302.138559365-311271表7<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>由這些結果可知，實驗No.l22是滿足本發(fā)明規(guī)定的要件的例子，能夠得到母材、HAZ韌性均良好的低屈強比厚鋼板。相對于此，在實驗No.2356中，是脫離本發(fā)明規(guī)定的某一要件的例子，可知無法獲得某種特性。還有，實驗No.2得到的鋼板的顯微組織顯示在圖1(圖紙代用顯微鏡照片)中(發(fā)白的部分表示MA)。權利要求1.一種厚鋼板，其特征在于，以質量％計含有C0.03～0.15％、Si1.0％以下但不含0％、Mn1.0～2.0％、P0.015％以下但不含0％、S0.010％以下但不含0％、Al0.005～0.060％、Ti0.008～0.030％、N0.0020～0.010％和O0.010％以下但不含0％，并且，在t/4位置的顯微組織中，由鐵素體和貝氏體的混合組織構成，并且在貝氏體中分散有島狀馬氏體，且鐵素體的平均粒徑為10～50μm，并且存在于貝氏體中的島狀馬氏體的分率相對于總面積為1～20面積％，其中，t是鋼板的板厚。2.根據(jù)權利要求1所述的厚鋼板，其特征在于，除了所述組成以外，還含有以下的(a)(h)群中的至少l群(a)Cu:2%以下但不含0%、Ni:2%以下但不含0%和Cr:2%以下但不含0%之中的l種以上；(b)Mo:0.5%以下但不含0%;(c)Nb:0.050%以下但不含0%、B:0.0030%以下但不含0%和V:0.1%以下但不含0%之中的1種以上；(d)Mg:0.005%以下但不含0%;(e)Ca:0.0035%以下但不含0%、(f)Zr:0.1。/。以下但不含0。/。和/或Hf:0.05%以下但不含0°/。；(g)Co:2.5。/。以下但不含0。/。和/或W:2.5%以下但不含0%;(h)稀土類元素0.010%以下但不含0°/0。全文摘要提供一種發(fā)揮著低屈強比且高韌性的特性的厚鋼板。是分別含有如下元素的鋼板C0.03～0.15％(“質量％”的意思，涉及化學成分下同)、Si1.0％以下(不含0％)、Mn1.0～2.0％、P0.015％以下(不含0％)、S0.010％以下(不含0％)、Al0.005～0.060％、Ti0.008～0.030％、N0.0020～0.010％和O0.010％以下(不含0％)，在t/4(t板厚)位置的顯微組織中，由鐵素體和貝氏體的混合組織構成，并且在貝氏體中分散有島狀馬氏體，且鐵素體的平均粒徑為10～50μm，并且存在于貝氏體中的島狀馬氏體的分率相對于總面積為1～20面積％。文檔編號C22C38/14GK101665887SQ20091017139公開日2010年3月10日申請日期2009年8月31日優(yōu)先權日2008年9月3日發(fā)明者岡崎喜臣,高岡宏行申請人:株式會社神戶制鋼所