脆性裂紋傳播停止特性優(yōu)良的結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度厚鋼板及其制造方法
【專利摘要】一種厚鋼板，鋼組成具有以質(zhì)量％計(jì)C：0.03～0.20％、Si：0.1％以下、Mn：0.5～2.2％、P、S、Nb：0.005～0.05％、Ti：0.005～0.03％、Al：0.005～0.08％、N：0.0075％以下、根據(jù)需要含有Cu、Ni、Cr、Mo、V、B、Ca、REM中的一種或兩種以上、余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的組成，且顯微組織是以加工后的鐵素體作為主體的組織，板厚(t)的1/2+6mm部的夏比斷口轉(zhuǎn)變溫度為－40℃以下。將上述組成的鋼原材(slab)加熱至1000～1200℃的溫度，進(jìn)行板厚中央部在奧氏體再結(jié)晶溫度范圍內(nèi)的累積軋制率為30％以上的軋制后，以15℃/秒以下的冷卻速度進(jìn)行第一冷卻直到板厚中央部的溫度達(dá)到Ar3點(diǎn)以下，進(jìn)行累積軋制率40％以上的軋制后，以4℃/秒以上的冷卻速度實(shí)施第二冷卻至600℃以下，根據(jù)需要進(jìn)行Ac1點(diǎn)以下的回火(temper)。
【專利說明】脆性裂紋傳播停止特性優(yōu)良的結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度厚鋼板及其制 造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及脆性裂紋傳播停止特性（brittle crack arrestability)優(yōu)良的高強(qiáng) 度厚鋼板（high-strength thick steel plate)及其制造方法，特別是涉及適用于使用板 厚50mm以上的鋼板的船舶、海洋結(jié)構(gòu)物、低溫貯藏罐、建筑/ 土木結(jié)構(gòu)物等大型結(jié)構(gòu)物的高 強(qiáng)度厚鋼板及其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 對(duì)于船舶、海洋結(jié)構(gòu)物、低溫貯藏罐、建筑/ 土木結(jié)構(gòu)物等大型結(jié)構(gòu)物而言，脆性 斷裂（brittle fracture)所帶來的事故對(duì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境產(chǎn)生的影響很大，因此通常要求提高 安全性。對(duì)于所使用的鋼材，要求其使用溫度下的靭性、脆性裂紋傳播停止特性（brittle crack arrestability)〇
[0003] 集裝箱船、散裝貨輪等船舶在其結(jié)構(gòu)上將高強(qiáng)度的厚壁材料用于船體外板（outer plate of ship's hull)。最近，隨著船體的大型化，正在進(jìn)一步發(fā)展高強(qiáng)度厚壁化。通常， 鋼板的脆性裂紋傳播停止特性（brittle crack arrestability)具有越是高強(qiáng)度或越是厚 壁材料越變差的傾向，因此，對(duì)脆性裂紋傳播停止特性（brittle crack arrestability)的 要求也進(jìn)一步提高。
[0004] 作為使鋼材的脆性裂紋傳播停止特性（brittle crack arrestability)提高的方 法，一直以來已知有增加 Ni含量的方法，在液化天然氣（Liquefied Natural Gas) (LNG)的 儲(chǔ)罐中，以商業(yè)規(guī)模使用9% Ni鋼。
[0005] 但是，Ni量的增加迫使成本大幅上升，因此，難以應(yīng)用于LNG儲(chǔ)罐以外的用途。
[0006] 另一方面，對(duì)于沒有達(dá)到LNG這樣的極低溫（ultra low temperature)的、用于船 舶或管線的板厚小于50mm的鋼材，可以通過TMCP (THERMO-MECHANICAL CONTROL PROCESS, 熱機(jī)械控制工藝）法實(shí)現(xiàn)細(xì)?；沟蜏仂z性提高，從而賦予優(yōu)良的脆性裂紋傳播停止特 性（brittle crack arrestability)〇
[0007] 另外，在專利文獻(xiàn)1中提出了為了在不使合金成本上升的前提下使脆性裂紋傳播 停止特性（brittle crack arrestability)提高而將表層部的組織超微細(xì)化（ultra fine crystallization)的鋼材。
[0008] 專利文獻(xiàn)1記載的脆性裂紋傳播停止特性（brittle crack arrestability)優(yōu) 良的鋼材的特征在于，著眼于脆性裂紋傳播時(shí)在鋼材表層部產(chǎn)生的剪切唇（塑性變形區(qū)域 shear-lips)(塑性變形區(qū)域）對(duì)脆性裂紋傳播停止特性（brittle crack arrestability) 的提高有效，使剪切唇（塑性變形區(qū)域shear-lips)部分的晶粒微細(xì)化，從而吸收傳播的脆 性裂紋所具有的傳播能量。
[0009] 作為制造方法，記載了如下方法：通過熱乳后的控制冷卻（controlled cooling) 將表層部分冷卻至Ar3相變點(diǎn)（transformation point)以下，然后，停止控制冷卻 (controlled cooling)，將表層部分再加熱（recuperate)至相變點(diǎn)（transformation point)以上，反復(fù)進(jìn)行1次以上上述工序，在此期間對(duì)鋼材實(shí)施軋制，由此使其反復(fù)發(fā)生相 變或加工再結(jié)晶，在表層部分生成超微細(xì)的鐵素體組織（ferrite structure)或貝氏體組 織（bainite structure)〇
[0010] 另外,專利文獻(xiàn)2中記載了如下內(nèi)容：在以鐵素體-珠光體（pearlite)作為主體 顯微組織的鋼材中，為了使脆性裂紋傳播停止特性（brittle crack arrestability)提高， 重要的是鋼材的兩表面部由具有50%以上鐵素體組織（ferrite structure)的層構(gòu)成，所 述鐵素體組織具有圓等效粒徑（circle-equivalent average grain size)為5μηι以下， 長(zhǎng)徑比（aspect ratio of the grains)為2以上的鐵素體晶粒，并且抑制鐵素體粒徑的偏 差，作為抑制偏差的方法，將精乳中的每1個(gè)道次的最大乳制率（rolling reduction)設(shè)定 為12%以下，從而抑制局部的再結(jié)晶現(xiàn)象。
[0011] 但是，專利文獻(xiàn)1、2中記載的脆性裂紋傳播停止特性（brittle crack arrestability)優(yōu)良的鋼材是通過僅將鋼材表層部先冷卻后再進(jìn)行再加熱（recuperate)、 并且在再加熱（recuperate)中實(shí)施加工而得到特定的組織，在實(shí)際生產(chǎn)規(guī)模下不易控制， 特別是對(duì)于板厚超過50_的厚壁材料而言，是對(duì)軋制、冷卻設(shè)備的負(fù)荷大的工藝。
[0012] 另一方面，專利文獻(xiàn)3中記載了不僅著眼于鐵素體晶粒的微細(xì)化、而且著眼于 形成在鐵素體晶粒內(nèi)的亞晶粒（subgrain)而使脆性裂紋傳播停止特性（brittle crack arrestability)提高的 TMCP(THERMO-MECHANICAL CONTROL PROCESS)延伸技術(shù)。
[0013] 具體而言，在板厚為30?40mm時(shí)，無需進(jìn)行鋼板表層的冷卻以及再加熱 (recuperate)等復(fù)雜的溫度控制，通過下述條件使脆性裂紋傳播停止特性（brittle crack arrestability)提高：(a)確保微細(xì)的鐵素體晶粒的乳制條件、（b)在鋼材板厚的5%以上 的部分中生成微細(xì)鐵素體組織（ferrite structure)的乳制條件、（c)在微細(xì)鐵素體中使 織構(gòu)（texture)發(fā)達(dá)并且利用熱能將通過加工（乳制）引入的位錯(cuò)（dislocation)再配 置而形成亞晶粒（subgrain)的軋制條件、（d)抑制形成的微細(xì)鐵素體晶粒和微細(xì)亞晶粒 (subgrain)的粗大化的冷卻條件。
[0014] 另外，還已知在控制軋制中對(duì)相變后的鐵素體施加軋制而使織構(gòu)（texture)發(fā) 達(dá)、由此使脆性裂紋傳播停止特性（brittle crack arrestability)提高的方法。通過在 鋼材的斷裂面上沿著與板面平行的方向產(chǎn)生裂口（separation)而緩和脆性裂紋前端的應(yīng) 力來提高對(duì)脆性斷裂（brittle fracture)的阻力。
[0015] 例如，專利文獻(xiàn)4中記載了如下內(nèi)容：通過控制軋制使（110)面X射線強(qiáng)度比 為 2 以上、并且使圓等效直徑（diameter equivalent to a circle in the crystal grains) 20 μ m以上的粗大晶粒為10%以下，由此使耐脆性斷裂（brittle fracture)特性 提1?。
[0016] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) [0017] 專利文獻(xiàn)
[0018] 專利文獻(xiàn)1 :日本特公平7-100814號(hào)公報(bào)
[0019] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開2002-256375號(hào)公報(bào)
[0020] 專利文獻(xiàn)3 :日本特許第3467767號(hào)公報(bào)
[0021] 專利文獻(xiàn)4 :日本特許第3548349號(hào)公報(bào)
[0022] 非專利文獻(xiàn)
[0023] 非專利文獻(xiàn)I :井上等；厚手造船用鋼3長(zhǎng)大脆性t裂伝播挙動(dòng)（厚壁 造船用鋼的長(zhǎng)大脆性裂紋傳播特性）、日本船舶海洋工學(xué)會(huì)講演論文集第3期、2006、 pp359_362。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0024] 發(fā)明所要解決的問題
[0025] 近來，在超過 6000TEU (Twenty-foot Equivalent Unit，二十英尺當(dāng)量單位）的大 型集裝箱船中，使用板厚超過50mm的厚鋼板，非專利文獻(xiàn)1對(duì)板厚65mm的鋼板的脆性裂紋 傳播停止特性（brittle crack arrestability)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，并且報(bào)道了在母材的大型脆 性裂紋傳播停止試驗(yàn)中脆性裂紋沒有停止的結(jié)果。
[0026] 另外，在供試材料的 ESSO 試驗(yàn)（ESSO TEST COMPLIANT WITH WES 3003)中，顯示 出在一KTC的使用溫度下的Kca的值（以下，記為Kca( - KTC ))小于3000N/mm3/2的結(jié) 果，在應(yīng)用板厚超過50mm的鋼板的船體結(jié)構(gòu)的情況下，暗示出確保安全性成為課題。
[0027] 從制造條件、公開的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，上述專利文獻(xiàn)1?4中記載的脆性裂紋傳播停 止特性（brittle crack arrestability)優(yōu)良的鋼板以約50mm的板厚為主要對(duì)象，在應(yīng)用 于超過50mm的厚壁材料的情況下，不清楚能否得到規(guī)定的特性，關(guān)于船體結(jié)構(gòu)所需的板厚 方向的裂紋傳播的特性完全沒有得到驗(yàn)證。
[0028] 因此，本發(fā)明的目的在于，提供通過優(yōu)化軋制條件來控制板厚方向的織構(gòu) (texture)的工業(yè)上極其簡(jiǎn)易的工藝能夠穩(wěn)定制造的脆性裂紋傳播停止特性（brittle crack arrestability)優(yōu)良的板厚50mm以上的高強(qiáng)度厚鋼板（high-strength thick steel plate)及其制造方法。
[0029] 用于解決問題的方法
[0030] 本發(fā)明人為了實(shí)現(xiàn)上述課題反復(fù)進(jìn)行了深入的研究，關(guān)于厚壁鋼板中具有優(yōu)良的 裂紋傳播停止特的高強(qiáng)度厚鋼板（high-strength thick steel plate)以及穩(wěn)定得到該鋼 板的制造方法得到以下的見解。
[0031] 1.在板厚50mm以上的厚鋼板中為了提高脆性裂紋傳播停止特性（brittle crack arrestability),提高板厚中央部的勒性是有效的，在板厚（t)的l/2+6mm部的夏比斷口轉(zhuǎn) 變溫度為一 40°C以下的情況下得到特別良好的結(jié)果。
[0032] 2.為了實(shí)現(xiàn)上述靭性值，特定的化學(xué)成分、特別是降低作為雜質(zhì)元素的Si和P是 有效的。
[0033] 3.與化學(xué)成分一樣，乳制條件也很重要，通過在規(guī)定板厚中央部的溫度的特定的 熱軋條件下進(jìn)行軋制，可以使顯微組織成為以加工后的鐵素體作為主體的組織，結(jié)果進(jìn)一 步實(shí)現(xiàn)韌性提高。
[0034] 本發(fā)明是對(duì)所得見解進(jìn)行進(jìn)一步研究而完成的，即，本發(fā)明為：
[0035] 1. 一種脆性裂紋傳播停止特性（brittle crack arrestability)優(yōu)良的結(jié)構(gòu)用 (for structural use)高強(qiáng)度厚鋼板（high-strength thick steel plate)，其特征在于， 鋼組成具有以質(zhì)量％計(jì) C :0· 03 ?(λ 20%、Si :0· 1% 以下、Mn :0· 5 ?2· 2%、P :0· 008% 以下、S :0· 01% 以下、Nb :0· 005 ?（λ 05%、Ti :0· 005 ?（λ 03%、Al :0· 005 ?（λ 08%、N : 0. 0075%以下、余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的組成，且顯微組織是以加工后的鐵素體 作為主體的組織，板厚（t)的l/2+6mm部的夏比斷口轉(zhuǎn)變溫度為一 40°C以下。
[0036] 2.如1所述的脆性裂紋傳播停止特性（brittle crack arrestability)優(yōu)良的 結(jié)構(gòu)用（for structural use)高強(qiáng)度厚鋼板（high-strength thick steel plate)，其特 征在于，鋼組成以質(zhì)量％計(jì)進(jìn)一步含有Cu :0. 01?0. 5%、Ni :0. 01?I. 0%、Cr :0. 01? 0.5%、Mo:0.01?(X5%、V:(X001?(Xl%、B:(X 003%#T、Ca:(X 005%#T、REM:(X01% 以下中的一種或兩種以上。
[0037] 3.如1或2所述的脆性裂紋傳播停止特性（brittle crack arrestability)優(yōu)良 的結(jié)構(gòu)用（for structural use)高強(qiáng)度厚鋼板（high-strength thick steel plate)，其 特征在于，作為顯微組織中的第二相，具有珠光體、貝氏體、馬氏體、島狀馬氏體（M)以及 從奧氏體相變后未受到加工的鐵素體中的一種或兩種以上。
[0038] 4.如1?3中任一項(xiàng)所述的脆性裂紋傳播停止特性（brittle crack arrestability)優(yōu)良的結(jié)構(gòu)用（for structural use)高強(qiáng)度厚鋼板（high-strength thick steel plate),其特征在于，板厚超過50mm。
[0039] 5. 一種脆性裂紋傳播停止特性（brittle crack arrestability)優(yōu)良的結(jié)構(gòu)用 (for structural use)高強(qiáng)度厚鋼板（high-strength thick steel plate)的制造方法， 其特征在于，將具有I或2所述的組成的鋼原材（slab)加熱至1000?1200°C的溫度，進(jìn)行 板厚中央部在奧氏體再結(jié)晶溫度范圍內(nèi)的累積軋制率為30%以上的軋制后，以15°C/秒以 下的冷卻速度進(jìn)行第一冷卻直到板厚中央部的溫度達(dá)到Ar 3點(diǎn)以下，進(jìn)行板厚中央部的溫 度在Ar3點(diǎn)以下的溫度范圍內(nèi)的累積軋制率為40%以上的軋制后，以4°C /秒以上的冷卻 速度實(shí)施第二冷卻至600°C以下。
[0040] 6.如5所述的脆性裂紋傳播停止特性（brittle crack arrestability)優(yōu)良的結(jié) 構(gòu)用（for structural use)高強(qiáng)度厚鋼板（high-strength thick steel plate)的制造 方法，其特征在于，在上述第二冷卻后，進(jìn)一步回火至Ac1點(diǎn)以下的溫度。
[0041] 發(fā)明效果
[0042] 根據(jù)本發(fā)明，得到在板厚方向上織構(gòu)（texture)得到適當(dāng)?shù)乜刂?、脆性裂紋傳播 停止特性（brittle crack arrestability)優(yōu)良的高強(qiáng)度厚壁鋼板，應(yīng)用于板厚50mm以 上、優(yōu)選板厚超過50mm、更優(yōu)選板厚55mm以上、進(jìn)一步優(yōu)選板厚60mm以上的鋼板時(shí)，相比 于現(xiàn)有技術(shù)的鋼發(fā)揮出更顯著的優(yōu)越性，因此是有效的。例如，在造船領(lǐng)域，在大型集裝箱 船、散裝貨輪的強(qiáng)力甲板部結(jié)構(gòu)中，通過應(yīng)用于艙口邊緣圍板或甲板部件，有助于提高船舶 的安全性等，在產(chǎn)業(yè)上極為有用。

【具體實(shí)施方式】
[0043] 本發(fā)明中，對(duì)1.母材靭性、2.化學(xué)成分、3.顯微組織進(jìn)行了規(guī)定。
[0044] 1.母材靭性
[0045] 為了抑制裂紋的發(fā)展，具有板厚中央部的母材靭性良好的特性成為重要的要素。 本發(fā)明的鋼板中對(duì)板厚（t)的l/2+6mm部的夏比斷口轉(zhuǎn)變溫度進(jìn)行了規(guī)定。
[0046] 對(duì)于板厚50mm以上的厚壁材料而言，為了得到出于確保結(jié)構(gòu)安全性的考慮而作 為目標(biāo)的Kca (- KTC )彡6000N/mm3/2的脆性裂紋傳播停止特性，將板厚（t)的l/2+6mm 部的夏比斷口轉(zhuǎn)變溫度規(guī)定為一 40°C以下。
[0047] 在此，板厚（t)的l/2+6mm部的夏比斷口轉(zhuǎn)變溫度是指，對(duì)將夏比沖擊試驗(yàn)片的中 心位置從板厚1/2部（即，板厚中央部）錯(cuò)開6_而采集的夏比沖擊試驗(yàn)片實(shí)施沖擊試驗(yàn) 時(shí)的斷口轉(zhuǎn)變溫度。
[0048] 將夏比沖擊試驗(yàn)片的中心位置從板厚1/2部錯(cuò)開6mm的原因在于為了避開中心偏 析部的影響。全尺寸的夏比沖擊試驗(yàn)片的斷面為IOmm見方（不包括切口部），因此，在如上 所述錯(cuò)開的情況下，夏比沖擊試驗(yàn)片從板厚1/2部偏離1mm。由此，能夠評(píng)價(jià)鋼板內(nèi)部的韌 性而不被中心偏析的影響所干擾。
[0049] 上述靭性是在適當(dāng)選擇制造條件的情況下得到的。以下，對(duì)本發(fā)明中的鋼的化學(xué) 成分、顯微組織以及優(yōu)選的制造條件進(jìn)行說明。
[0050] 2.化學(xué)成分
[0051] 說明中，％為質(zhì)量％。
[0052] C :0.03 ?0.20%
[0053] C是提高鋼強(qiáng)度的元素，本發(fā)明中，為了確保期望的強(qiáng)度，需要含有0.03%以上， 但超過0. 20%時(shí)，不僅焊接性變差，而且對(duì)靭性也有不良影響。因此，將C規(guī)定為0. 03? 0.20%的范圍。另外，優(yōu)選為0.05?0.15%。
[0054] Si :0.1 % 以下
[0055] Si作為脫氧元素并且作為鋼的強(qiáng)化元素是有效的，但含量過多時(shí)，具有靭性極端 變差的缺點(diǎn)。因此，為了防止鋼板中央部的靭性降低，將其含量設(shè)為〇. 1 %以下。
[0056] Mn :0.5 ?2. 2%
[0057] Mn作為強(qiáng)化元素而含有。少于0.5%時(shí)，其效果不充分，超過2. 2%時(shí)，焊接性變 差，鋼材成本也上升，因此，設(shè)定為〇. 5?2. 2%。
[0058] P :0.008% 以下
[0059] P為鋼中的不可避免的雜質(zhì)。P量的增加導(dǎo)致靭性變差，因此，為了良好地保持鋼 板中央部的靭性，需要將其上限設(shè)為P :〇. 008%以下。
[0060] S :0.01 % 以下
[0061] S與P同樣地為鋼中的不可避免的雜質(zhì)。超過0.01%時(shí)，靭性變差，因此，優(yōu)選為 0. 01%以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0. 005%以下。
[0062] Nb :0· 005 ?0· 05%
[0063] Nb以NbC的形式在鐵素體相變時(shí)或再加熱時(shí)析出，有助于高強(qiáng)度化。另外，在奧氏 體區(qū)的軋制中，具有使未再結(jié)晶區(qū)擴(kuò)大的效果，有助于鐵素體的細(xì)粒化，因此，對(duì)靭性的改 善也有效。為了得到其效果，需要含有〇. 005%以上，但含有超過0. 05%時(shí)，粗大的NbC析 出，反而導(dǎo)致靭性的降低，因此，設(shè)定為0. 005?0. 05%。
[0064] Ti :0· 005 ?0· 03%
[0065] Ti通過微量含有而形成氮化物、碳化物或碳氮化物，具有使晶粒微細(xì)化而提高母 材靭性的效果。其效果通過含有0. 005%以上而得到，但含有超過0. 03%時(shí)會(huì)使母材以及 焊接熱影響部的靭性降低，因此，設(shè)定為〇. 005?0. 03%。
[0066] Al :0· 005 ?0· 08%
[0067] Al作為脫氧劑起作用，為此需要含有0. 005%以上，但含有超過0. 08%時(shí)，會(huì)使靭 性降低，并且在進(jìn)行焊接時(shí)使焊接金屬部的靭性降低。因此，Al設(shè)定為0. 005?0. 08%。 另外，優(yōu)選為0. 02?0. 04%。
[0068] N :0.0075% 以下
[0069] N與鋼中的Al結(jié)合，調(diào)節(jié)軋制加工時(shí)的結(jié)晶粒徑而使鋼強(qiáng)化，但超過0. 0075%時(shí)， 靭性變差，因此，設(shè)定為〇. 0075%以下。
[0070] 以上為本發(fā)明的基本成分組成，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)，但為了進(jìn)一步提高 特性，可以含有Cu、Ni、Cr、Mo、V、B、Ca、REM中的一種或兩種以上。
[0071] Cu、Ni、Cr、Mo
[0072] Cu、Ni、Cr、Mo均為提高鋼的淬透性的元素。直接有助于軋制后的強(qiáng)度提高，并 且可以為了提高靭性、高溫強(qiáng)度或耐候性等功能而含有，但過度含有時(shí)會(huì)使靭性、焊接性變 差，因此，在含有的情況下，優(yōu)選將上限分別設(shè)定為Cu :0. 5%、Ni :1. 0%、Cr :0. 5%、Mo : 0. 5 %。另一方面，含量低于0. 01 %時(shí)，不會(huì)顯不其效果，因此，在含有的情況下，均優(yōu)選設(shè)定 為0.01 %以上的含量。
[0073] V :0.001 ?0.1%
[0074] V是通過以V(CN)的形式析出強(qiáng)化而使鋼的強(qiáng)度提高的元素，可以含有0. 001% 以上，但含有超過〇. 1 %時(shí)，使靭性降低。因此，在含有V的情況下，優(yōu)選設(shè)定為0.001? 0· 1%。
[0075] B :0.003% 以下
[0076] B作為以微量提高鋼的淬透性的元素可以含有。但是，含有超過0.003%時(shí)，會(huì)使 焊接部的靭性降低，因此，在含有的情況下，優(yōu)選設(shè)定為0.003%以下的含量。
[0077] Ca :0· 005% 以下、REM :0· 01% 以下
[0078] Ca、REM使焊接熱影響部的組織微細(xì)化而提高韌性，并且即使含有也不會(huì)損害本發(fā) 明的效果，因此，可以根據(jù)需要含有。但是，過度含有時(shí)，會(huì)形成粗大的夾雜物而使母材的靭 性變差，因此，在含有的情況下，含量的上限分別優(yōu)選Ca為0. 005%、REM為0. 01%。
[0079] 需要說明的是，為了確保作為結(jié)構(gòu)用（for structural use)鋼的焊接性，由下式 表示的碳當(dāng)量（Ceq)優(yōu)選為0.45%以下。
[0080] Ceq = C+Mn/6+Cu/15+Ni/15+Cr/5+Mo/5+V/5
[0081] (右邊的各元素符號(hào)表示該元素的含量（質(zhì)量％ ))
[0082] 3.顯微組織
[0083] 靭性除了受到化學(xué)成分的較大影響之外，還受到顯微組織的較大影響。本發(fā)明的 鋼板中，作為勒性優(yōu)良的組織，特別是以在鐵素體組織（ferrite structure)中進(jìn)行加工而 扁平的組織、即加工后的鐵素體（以下，也僅稱為加工鐵素體）作為主體，由此，使板厚方向 的組織細(xì)?；瑥亩鴮?shí)現(xiàn)靭性的提高。
[0084] 僅通過加工后的鐵素體強(qiáng)度不足的情況下，根據(jù)期望的強(qiáng)度水平，使珠光體、貝氏 體、馬氏體、島狀馬氏體（M)中的一種或兩種以上作為第二相分散，由此可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)強(qiáng) 度和韌性。
[0085] 本發(fā)明中，以加工后的鐵素體作為主體的組織是指加工后的鐵素體的面積百分率 為50 %以上的組織。余量為選自珠光體、貝氏體、馬氏體、島狀馬氏體（MA)、以及由奧氏體 相變后未受到加工的鐵素體中的一種或兩種以上。
[0086] 4.制造條件
[0087] 作為本發(fā)明的厚鋼板的制造條件，對(duì)鋼坯加熱溫度、熱軋中的奧氏體再結(jié)晶溫度 范圍內(nèi)的累積軋制率、從奧氏體再結(jié)晶溫度范圍內(nèi)的軋制后至Ar 3點(diǎn)以下的冷卻速度、Ar3 點(diǎn)以下的累積軋制率以及冷卻速度、冷卻停止溫度以及回火（temper)溫度進(jìn)行了規(guī)定。在 以下的說明中，溫度（°C)設(shè)定為鋼板的板厚中央部（l/2t部（t為板厚））的溫度。鋼板的 板厚中央部的溫度由板厚、表面溫度以及冷卻條件等根據(jù)模擬計(jì)算等求得。例如，使用差分 法，通過計(jì)算板厚方向的溫度分布，求出鋼板的板厚中央部的溫度。
[0088] 對(duì)于近來的集裝箱船、散裝貨輪等船體外板（outer plate of ship' s hull)中 使用的板厚為50mm以上的厚壁材料而言，為了確保結(jié)構(gòu)安全性，需要得到一 10°C下的Kca 值即Kca( - KTC )為6000N/mm3/2以上的脆性裂紋傳播停止性能。首先，將上述組成的鋼 水使用轉(zhuǎn)爐等進(jìn)行熔煉，通過連鑄等制成鋼原材（slab)(鋼坯）。接著，將所得到的鋼原材 (slab)加熱至1000?1200°C的溫度后，進(jìn)行熱軋。
[0089] 加熱溫度低于KKKTC時(shí)，奧氏體再結(jié)晶溫度范圍內(nèi)的軋制時(shí)間不足，另外，超過 1200°C時(shí)，奧氏體晶粒變粗大，不僅導(dǎo)致靭性的降低，而且氧化損失變得顯著，成品率降 低，因此，加熱溫度設(shè)定為1000?1200°C。從靭性的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選的加熱溫度的范圍為 1000 ?1150°C，更優(yōu)選為 1000 ?1050°C。
[0090] 熱軋首先進(jìn)行將板厚中央部的溫度在奧氏體再結(jié)晶溫度范圍內(nèi)的累積軋制率設(shè) 定為30%以上的軋制。累積軋制率低于30%時(shí)，奧氏體的細(xì)?；怀浞?，靭性不會(huì)提高。
[0091] 在奧氏體再結(jié)晶溫度范圍內(nèi)軋制后，實(shí)施第一冷卻直到板厚中央部的溫度為Ar3 點(diǎn)以下。在此，過度急冷時(shí)，不能得到充分地進(jìn)行再結(jié)晶的時(shí)間，因此，將直到Ar3點(diǎn)以下的 冷卻速度設(shè)定為15°C/秒以下。本發(fā)明中，用下式求出Ar 3A (°C)。
[0092] Ar3 (°C ) = 910 - 273C - 74Mn - 57Ni - 16Cr - 9Mo - 5Cu
[0093] 式中各元素符號(hào)為鋼中含量（質(zhì)量％)，不含有時(shí)為0。
[0094] 通過實(shí)施該第一冷卻，可以在不使通過上述板厚的中央部的溫度在奧氏體再結(jié)晶 溫度范圍內(nèi)的軋制得到的細(xì)粒化后的奧氏體變粗大的情況下，實(shí)施之后的板厚中央部的溫 度在Ar3點(diǎn)以下的溫度范圍內(nèi)的軋制，因此也有助于最終得到的組織的細(xì)?；?。
[0095] 接著，進(jìn)行板厚中央部的溫度在Ar3點(diǎn)以下的溫度范圍內(nèi)累積軋制率40%以上的 軋制。該溫度范圍內(nèi)的累積軋制率不為40%以上時(shí)，組織不能充分地細(xì)?；?，靭性變差。 [0096] 需要說明的是，為了提高裂紋傳播特性，與未再結(jié)晶區(qū)軋制相比在Ar3點(diǎn)以下的溫 度范圍內(nèi)的軋制的效果更大，因此，需要盡可能使有效的軋制在該溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。因此， 本發(fā)明中，沒有進(jìn)行未再結(jié)晶區(qū)軋制。
[0097] 對(duì)軋制結(jié)束后的鋼板以4°C /秒以上的冷卻速度實(shí)施第二冷卻直到600°C以下。冷 卻速度小于4°C /秒時(shí)，組織變粗大，靭性降低。另外，冷卻停止溫度高于600°C時(shí)，即使在 冷卻停止后再結(jié)晶也會(huì)進(jìn)行，無法得到期望的織構(gòu)（texture)，因此，冷卻停止溫度設(shè)定為 600°C以下。
[0098] 對(duì)于冷卻結(jié)束后的鋼板，也可以實(shí)施回火（temper)處理。通過實(shí)施回火 (temper)，可以進(jìn)一步提高鋼板的靭性。為了不損害通過軋制、冷卻得到的組織，回火 (temper)溫度在Ac 1點(diǎn)以下進(jìn)行。本發(fā)明中，用下式求出Ac1點(diǎn)（°C )。
[0099] Ac1 點(diǎn)=75 1 - 26. 6C + 17. 6Si - 11. 6Mn - 169A1 - 23Cu - 23Ν?+24. lCr+22. 5Mo+233Nb - 39. 7V - 5. 7Ti - 895B
[0100] 式中各元素符號(hào)為鋼中含量（質(zhì)量％ )，不含有時(shí)為0。
[0101] 實(shí)施例
[0102] 將表1所示的各組成的鋼水（鋼符號(hào)A?P)使用轉(zhuǎn)爐進(jìn)行熔煉，通過連鑄法制成 鋼原材（slab)(鋼述厚度280mm)，期間夾入第一冷卻熱乳至板厚50?80mm，然后進(jìn)行第二 冷卻，得到No. 1?22的供試鋼。表2中示出了熱軋條件和冷卻條件。
[0103]

【權(quán)利要求】
1. 一種脆性裂紋傳播停止特性優(yōu)良的結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度厚鋼板，其特征在于，鋼組成具有 以質(zhì)量％計(jì)(：：0? 03 ?0? 20%、Si :0? 1% 以下、Mn :0? 5 ?2. 2%、P :0? 008% 以下、S :0? 01% 以下、Nb :0? 005 ?0? 05%、Ti :0? 005 ?0? 03%、A1 :0? 005 ?0? 08%、N :0? 0075% 以下、余 量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的組成，顯微組織是以加工后的鐵素體作為主體的組織，板 厚⑴的l/2+6mm部的夏比斷口轉(zhuǎn)變溫度為一40°C以下。
2. 如權(quán)利要求1所述的脆性裂紋傳播停止特性優(yōu)良的結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度厚鋼板，其特征在 于，鋼組成以質(zhì)量％計(jì)還含有Cu :0? 01?0? 5%、Ni :0? 01?1. 0%、Cr :0? 01?0? 5%、Mo : 0? 01 ?0? 5%、V :0? 001 ?0? 1%、B :0? 003% 以下、Ca :0? 005% 以下、REM :0? 01% 以下中的 一種或兩種以上。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的脆性裂紋傳播停止特性優(yōu)良的結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度厚鋼板，其特 征在于，作為顯微組織中的第二相，具有珠光體、貝氏體、馬氏體、島狀馬氏體（MA)以及從 奧氏體相變后未受到加工的鐵素體中的一種或兩種以上。
4. 如權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述的脆性裂紋傳播停止特性優(yōu)良的結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度厚鋼 板，其特征在于，板厚超過50mm。
5. -種脆性裂紋傳播停止特性優(yōu)良的結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度厚鋼板的制造方法，其特征在于， 將具有權(quán)利要求1或2所述的組成的鋼原材加熱至1000?1200°C的溫度，進(jìn)行板厚中央部 在奧氏體再結(jié)晶溫度范圍內(nèi)的累積軋制率為30%以上的軋制后，以15°C /秒以下的冷卻速 度進(jìn)行第一冷卻直到板厚中央部的溫度達(dá)到Ar3點(diǎn)以下，進(jìn)行板厚中央部的溫度在Ar3點(diǎn)以 下的溫度范圍內(nèi)累積軋制率為40%以上的軋制后，以4°C /秒以上的冷卻速度實(shí)施第二冷 卻至600°C以下。
6. 如權(quán)利要求5所述的脆性裂紋傳播停止特性優(yōu)良的結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度厚鋼板的制造方 法，其特征在于，在所述第二冷卻后，進(jìn)一步回火至ACl點(diǎn)以下的溫度。
【文檔編號(hào)】C22C38/14GK104334762SQ201380026675
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2013年5月17日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月21日
【發(fā)明者】竹內(nèi)佳子, 長(zhǎng)谷和邦, 三田尾真司 申請(qǐng)人:杰富意鋼鐵株式會(huì)社