專利名稱：焊接熱影響部的韌性優(yōu)異的低屈服比高張力鋼材及其制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種主要被使用在建筑結(jié)構(gòu)物等的、顯示低屈服比的590MPa以上的高張力鋼材，特別是涉及改善了在熱能為30kJ/mm以上的焊接中受到熱影響的部位(以下稱為“焊接熱影響部”或“HAZ”)的韌性的鋼材及其制法。
背景技術(shù)：
主要被使用在建筑結(jié)構(gòu)物等的鋼材所要求的特性，近年來(lái)越發(fā)嚴(yán)格，特別是要求良好的韌性。這些鋼材一般多由焊接接合，特別是HAZ部在焊接時(shí)受到熱影響而有韌性容易劣化的問(wèn)題。該韌性劣化隨著焊接時(shí)的熱能變大而越發(fā)顯著，其原因被認(rèn)為是若焊接時(shí)的熱能變大，則HAZ的冷卻速度變緩，淬火性降低而粗大的島狀馬氏體生成。因此，為了改善HAZ的韌性，認(rèn)為可以極力抑制焊接時(shí)的熱能，在提高焊接作業(yè)效率的基礎(chǔ)上，希望采用例如所謂氣電焊法、電渣焊法及潛弧焊法等這種焊接熱能在30kJ/mm以上的高熱能焊接法。
抑制采用高熱能焊接法時(shí)的HAZ韌性劣化的鋼材，已經(jīng)提出有一些。例如在特公昭55-26164號(hào)公報(bào)中，提出有通過(guò)使微細(xì)的TiN在鋼材中分散再析出來(lái)抑制進(jìn)行高熱能焊接時(shí)在HAZ產(chǎn)生的奧氏體粒的粗大化，以抑制HAZ韌性劣化的鋼材。但是本發(fā)明者們研究后發(fā)現(xiàn)，若焊接金屬處在1400℃以上的高溫，則HAZ中特別是在接近焊接金屬的部位(以下稱為“熔合區(qū)”)中，由于在焊接時(shí)受到的熱，上述TiN固溶消失，不能夠充分地抑制HAZ韌性的劣化。
另外在特開(kāi)2003-213366號(hào)公報(bào)中，作為使母材的HAZ的韌性提高的技術(shù)，公開(kāi)有控制鋼材中所含的氧化物和氮化物的存在形態(tài)。在該文獻(xiàn)中公開(kāi)的是，通過(guò)組合使用Ti和Zr，使微細(xì)的氧化物和氮化物生成而提高母材和HAZ的韌性，另外為了使這樣的微細(xì)的氧化物和氮化物生成，在制造工序中順次添加Ti、Zr即可。但是本發(fā)明者們研究后發(fā)現(xiàn)，為了進(jìn)一步提高HAZ的韌性，雖然可以增加氧化物量，但是在上述特開(kāi)2003-213366號(hào)公報(bào)的技術(shù)中，若為了使氧化物量增加而大量添加Ti和Zr，則Ti和Zr等的碳化物形成，鋼材(母材)的韌性反而降低。
于是本發(fā)明者們?cè)谔亻_(kāi)2005-48265號(hào)公報(bào)中，率先提出了即使在焊接時(shí)受到高溫的熱影響的情況下HAZ的韌性也不會(huì)劣化的鋼材。此鋼材是使鋼材中分散La2O3-SiO2系氧化物和Ce2O3-SiO2系氧化物、La2O3-Ce2O3-SiO2系氧化物等的復(fù)合氧化物，因?yàn)樵搹?fù)合氧化物在鋼水中以液態(tài)存在，所以在鋼中微細(xì)分散，而且在焊接時(shí)即使受到熱影響也不會(huì)固溶消失，因此使HAZ韌性提高。在上述特開(kāi)2005-48265號(hào)公報(bào)中還公開(kāi)有，為了使上述復(fù)合氧化物生成，向調(diào)整了溶存氧量的鋼水添加La和Ce，接著添加Si即可的技術(shù)。另外在特開(kāi)2005-48265號(hào)公報(bào)中公開(kāi)有，通過(guò)使鋼材中含有Ti而在鋼材組織中使TiN析出，而進(jìn)一步提高HAZ的韌性，另外為了使這樣的TiN生成，向生成了上述復(fù)合氧化物的鋼水中添加Ti即可。
可是近年來(lái)，隨著建筑物的高層化、大跨度化，從使用現(xiàn)有的490MPa級(jí)鋼材到使用更高強(qiáng)度的590MPa級(jí)高張力鋼材的動(dòng)向增強(qiáng)。上述特開(kāi)2005-48265號(hào)公報(bào)的技術(shù)雖然致力于HAZ韌性的改善，但是未就具有建筑用高張力鋼材所要求的低屈服比(YR≤80％)的鋼材進(jìn)行研究。
另一方面，在專利第2901890號(hào)公報(bào)中，通過(guò)使微細(xì)的碳氮化物分散，并且將鐵素體確保在一定量以上，從而在抗拉強(qiáng)度590N/mm2以上的鋼板中實(shí)現(xiàn)了低屈服比。但是上述鋼板也很難說(shuō)在實(shí)施熱能30kJ/mm以上的焊接時(shí)的HAZ韌性必定優(yōu)異，仍希望能夠?qū)崿F(xiàn)低屈服比和HAZ韌性的兩種特性均優(yōu)異的鋼材。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述情況而進(jìn)行，其目的在于，提供一種在進(jìn)行熱能為30kJ/mm以上的焊接時(shí)的HAZ韌性優(yōu)異，并且在590MPa以上的高強(qiáng)度域中顯示80％以下的低屈服比的鋼材及其制法。
即，能夠解決上述課題的本第一發(fā)明的鋼材具有如下要旨含有C0.03～0.2％(“質(zhì)量％”的意思，以下同)、Si0.002～0.5％、Mn1.0～2.0％、及N0.003～0.01％，滿足P0.02％以下、S0.015％以下及Al0.01％以下，分別含有REM0.001～0.1％及Ca0.0003～0.005％的至少一個(gè)、和Zr0.001～0.05％，所述鋼材作為鋼中氧化物含有的是REM的氧化物和CaO的至少一個(gè)以及ZrO2，且所述鋼材的整個(gè)組織中所占的鐵素體分率為4～24％，余量是貝氏體組織和馬氏體組織的至少一種。
另外，能夠解決上述課題的本第二發(fā)明的鋼材具有如下要旨含有C0.03～0.12％(“質(zhì)量％”的意思，以下同)、Si0.02～0.5％、Mn1.4～1.8％、及N0.003～0.01％；滿足P0.02％以下、S0.015％以下及Al0.01％以下，分別含有REM0.001～0.1％及Ca0.0003～0.02％的至少一個(gè)、和Zr0.001～0.05％，所述鋼材作為鋼中氧化物含有的是REM的氧化物和CaO的至少一個(gè)以及ZrO2、且所述鋼材的整個(gè)組織中所占的島狀馬氏體的分率在1.1％以下，余量是貝氏體組織。
所述本第一及第二發(fā)明的鋼材，優(yōu)選在所述鋼材中作為鋼中氧化物含有的REM的氧化物和CaO在鋼中整個(gè)氧化物中所占的比例合計(jì)為5％以上，且所述鋼材中作為鋼中氧化物含有的ZrO2在鋼中整個(gè)氧化物中所占的比例為5％以上。
所述本第一及第二發(fā)明的鋼材，優(yōu)選還含有Ti0.005～0.08％，并且作為鋼中氧化物所述鋼材含有的是Ti2O3。這是由于通過(guò)含有Ti能夠使焊接熱影響部的韌性進(jìn)一步提高。如上述在鋼材含有Ti時(shí)，在所述鋼材中作為鋼中氧化物含有的Ti2O3在鋼中整個(gè)氧化物中所占的比例優(yōu)選在0.3％以上。
所述本第一發(fā)明的鋼材，優(yōu)選還含有從由如下元素構(gòu)成群中選擇的1種以上的元素Cu0.05～2％、Ni0.05～2％、Cr0.01～1.5％、Mo0.01～1％、Nb0.005～0.05％、V0.005～0.1％、及B0.0003～0.005％，通過(guò)含有這樣的元素能夠提高母材的強(qiáng)度。
所述本第二發(fā)明的鋼材，還含有從如下元素構(gòu)成群中選擇的1種以上的元素Cu0.05～2％、Ni0.05～3.5％、Cr0.01～3％、Mo0.01～1％、Nb0.005～0.25％、V0.005～0.1％、及B0.0003～0.005％。
本第一及第二發(fā)明的鋼材，如果向例如將溶存氧量調(diào)整到0.0020～0.010％的范圍的鋼水中，添加從REM及Ca所構(gòu)成的群中選擇的至少1種元素和Zr則能夠制造。上述鋼材特別在含有Ti時(shí)，優(yōu)選向溶存氧量調(diào)整到0.0020～0.010％的范圍的鋼水，添加從REM及Ca所構(gòu)成的群中選擇的至少1種元素和Zr和Ti。在此情況下，優(yōu)選在向調(diào)整了上述溶存氧量的鋼水中添加從REM及Ca所構(gòu)成的群中選擇的至少1種元素和Zr之前，先添加Ti。
根據(jù)本第一及第二發(fā)明，在高熱焊接中即使達(dá)到1400℃水平的高溫，在鋼材中也會(huì)有不會(huì)固溶消失的組成的氧化物分散在鋼材中，因此不限于小～中熱能焊接，即使在高熱能焊接中也能夠防止焊接熱影響部(HAZ)的韌性劣化。
再有在本第一發(fā)明中，通過(guò)作為在硬質(zhì)的貝氏體組織及/或馬氏體組織之中混合有適當(dāng)?shù)蔫F素體相的組織，能夠得到上述HAZ韌性不受損害，在590MPa以上的高強(qiáng)度域顯示80％以下的低屈服比的鋼材。
另外，在本第二發(fā)明中，通過(guò)作為島狀馬氏體的分率被控制的組織，能夠得到上述HAZ韌性不受損害，母材韌性也優(yōu)異的鋼材。


圖1是表示鐵素體分率與屈服比的關(guān)系的曲線圖。
圖2是表示鐵素體分率與抗拉強(qiáng)度(TS)的關(guān)系的曲線圖。
圖3是表示熱軋結(jié)束后的淬火開(kāi)始溫度與鐵素體分率的關(guān)系的曲線圖。
圖4是表示在二相域(附近)的熱處理溫度與鐵素體分率的關(guān)系的曲線圖。
圖5是表示島狀馬氏體的分率(MA分率)和vTrs(斷裂轉(zhuǎn)變溫度)的關(guān)系的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明者們，首先就為了提高HAZ的韌性，通過(guò)使鋼材中分散與上述特開(kāi)2005-48265號(hào)公報(bào)的氧化物為不同組成的氧化物而不能達(dá)成HAZ韌性的提高反復(fù)研究。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在鋼材中復(fù)合添加REM及/或Ca以及Zr，在該鋼材中所含的整個(gè)氧化物的組成中，如果鋼材中氧化物以含有REM的氧化物及/或CaO及ZrO2的方式進(jìn)行調(diào)整，則能夠提高焊接熱影響部的韌性，另外通過(guò)在這樣的成分系中再?gòu)?fù)合添加Ti，在所述鋼材所含的整個(gè)氧化物的組成中，如果鋼材中氧化物以含有Ti2O3的方式進(jìn)行調(diào)整，則焊接熱影響部的韌性進(jìn)一步提高。還指出，為了利用上述氧化物而不阻礙HAZ韌性的提高，并在590MPa以上的高強(qiáng)度鋼板中達(dá)成80％以下的低屈服比，而使硬質(zhì)的貝氏體組織及/或馬氏體組織之中適量存在軟質(zhì)的鐵素體相即可，從而完成本第一發(fā)明。另外指出，為了不阻礙上述氧化物帶來(lái)的HAZ韌性的提高而提高母材韌性，作為對(duì)島狀馬氏體的分率加以控制的組織即可，從而完成了本第二發(fā)明。以下詳述上述本發(fā)明。僅說(shuō)“本發(fā)明”時(shí)和沒(méi)有特別通知時(shí)，闡述的是本第一發(fā)明和本第二發(fā)明中共通的事項(xiàng)。
首先，本發(fā)明的鋼材，作為鋼中氧化物含有的是REM的氧化物及/或CaO和ZrO2。這樣，如果是含有REM的氧化物及/或CaO和ZrO2，則焊接時(shí)即使受到熱影響并處在1400℃水平的高溫，上述氧化物也不會(huì)固溶消失，因此在焊接時(shí)的HAZ中能夠防止奧氏體粒的粗大化，作為其結(jié)果，比起分別單獨(dú)添加REM、Ca和Zr而形成氧化物的情況，能夠進(jìn)一步改善HAZ的韌性。
而且如果組合上述氧化物或復(fù)合氧化物而使其在鋼材中含有，則能夠提高鋼材中所含的整個(gè)氧化物的絕對(duì)量，能夠防止成為鋼材(母材)的韌性劣化的原因的REM的硫化物和Ca的硫化物，或Zr碳化物的生成，其結(jié)果能夠抑制母材的韌性劣化并能夠提高HAZ的韌性。
本發(fā)明的鋼材，作為鋼中氧化物(a)含有REM的氧化物及/或CaO和ZrO2，或者(b)含有REM及/或Ca和Zr的復(fù)合氧化物，或者(c)含有REM的氧化物及/或CaO和ZrO2，并且含REM及/或Ca和Zr的復(fù)合氧化物。所謂含有REM及/或Ca和Zr的復(fù)合氧化物，可列舉例如含有REM和Zr的復(fù)合氧化物，含有Ca和Zr的復(fù)合氧化物，含有REM和Ca和Zr的復(fù)合氧化物等。
本發(fā)明的鋼材，除了上述的鋼中氧化物以外，優(yōu)選還含有Ti氧化物。因?yàn)橥ㄟ^(guò)含有Ti氧化物，能夠進(jìn)一步使鋼材中分散的氧化物量增大，所以能夠進(jìn)一步提高HAZ的韌性。
上述Ti氧化物也可以作為鋼材中單獨(dú)氧化物(Ti2O3)含有，例如也可以被包含于上述復(fù)合氧化物(即，含有REM和Zr的復(fù)合氧化物，含有Ca和Zr的復(fù)合氧化物，含有REM和Ca和Zr的復(fù)合氧化物)而作為復(fù)合氧化物含有。
上述鋼材優(yōu)選滿足在該鋼材中的整個(gè)氧化物的組成中，整個(gè)氧化物中所占的REM的氧化物和CaO的合計(jì)為5％以上，且整個(gè)氧化物中所占的ZrO2為5％以上。其理由是為了確保有助于HAZ的韌性提高的氧化物量。REM的氧化物和CaO的合計(jì)優(yōu)選為10％以上，更優(yōu)選為15％以上，進(jìn)一步優(yōu)選為20％以上。另一方面，ZrO2優(yōu)選為10％以上，更優(yōu)選為15％以上，進(jìn)一步優(yōu)選為20％以上。
上述鋼材含有Ti氧化物時(shí)，在該鋼材中的整個(gè)氧化物的組成中，整個(gè)氧化物中所占的Ti2O3優(yōu)選滿足0.3％以上。更優(yōu)選為1％以上，進(jìn)一步優(yōu)選為3％以上，特別優(yōu)選5％以上，最優(yōu)選為10％以上。
本發(fā)明的鋼材，優(yōu)選在該鋼材中的整個(gè)氧化物的組成中，整個(gè)氧化物中所占的REM的氧化物、CaO、ZrO2和Ti2O3的合計(jì)為55％以上。由于這些氧化物的合計(jì)低于55％時(shí)，有助于HAZ的韌性提高的氧化物量不足，不能充分地改善HAZ的韌性。更優(yōu)選為60％以上，進(jìn)一步優(yōu)選為65％以上。
還有，整個(gè)氧化物組成的其余部分沒(méi)有特別限定，例如可以是SiO2和Al2O3、MnO。優(yōu)選SiO2和Al2O3、MnO以外的“其他”的成分抑制在低于5％。
鋼材中所含的氧化物的組成，如果由例如EPMA(Electron Probe X-rayMicro Analyzer，電子探針X射線分析計(jì))觀察鋼材的截面，對(duì)觀察視野內(nèi)被確認(rèn)的夾雜物進(jìn)行定量分析則能夠測(cè)定。EPMA的觀察，例如加速電壓為20kV、試樣電率為0.01μA、觀察視野面積為1～5cm2，由特性X射線的色散對(duì)夾雜物的中央部的組成進(jìn)行定量分析。
作為分析對(duì)象的夾雜物的大小為最小直徑在0.2μm以上的，分析個(gè)數(shù)至少100個(gè)。
分析對(duì)象元素為Al、Mn、Si、Ti、Zr、Ca、La、Ce和O，采用已知物質(zhì)將各元素的X射線強(qiáng)度和元素濃度的關(guān)系作為預(yù)先檢量線求得，由作為分析對(duì)象的夾雜物得到的X射線強(qiáng)度和由所述檢量線對(duì)作為分析對(duì)象的夾雜物所含的元素濃度進(jìn)行定量，將氧含量為5％以上夾雜物作為氧化物。但是，從一個(gè)夾雜物觀測(cè)多個(gè)的元素時(shí)，從顯示這些元素在存在的X射線的強(qiáng)度的比換算成各元素的單獨(dú)氧化物而計(jì)算氧化物的組成。在本發(fā)明的鋼材中，如此將關(guān)于各個(gè)氧化物所得到的定量結(jié)果平均，將其作為氧化物的平均組成。
接著，說(shuō)明本發(fā)明的鋼材(母材)的成分組成。
本第一發(fā)明的鋼材，其特征在于，含有REM0.001～0.1％及/或Ca0.0003～0.005％，和Zr0.001～0.05％。本第二發(fā)明的鋼材，其特征在于，含有REM0.001～0.1％及/或Ca0.0003～0.02％，和Zr0.001～0.05％。
規(guī)定這一范圍的理由如下。
REM、Ca及Zr，在鋼材中形成REM的氧化物和CaO、ZrO2、或者復(fù)合氧化物，是有助于HAZ的韌性提高的元素。在本發(fā)明的鋼材中，REM和Ca可以分別單獨(dú)使用，也可以并用。
使REM含有時(shí)應(yīng)該在0.001％以上，優(yōu)選為0.006％以上，更優(yōu)選為0.010％以上。但是若過(guò)量添加，則REM的硫化物生成，母材的韌性劣化，因此應(yīng)該抑制在0.1％以下。優(yōu)選為0.09％以下，更優(yōu)選為0.08％以下。還有，在本發(fā)明中，所謂REM是含有鑭系元素(從La至Ln的15個(gè)元素)和Sc(鈧)和Y(釔)的意思，這些元素之中，優(yōu)選還含有從La、Ce及Y所構(gòu)成的群中選擇的至少1種元素，更優(yōu)選含有La及/或Ce。
使Ca含有時(shí)，應(yīng)該在0.0003％以上，優(yōu)選為0.0005％以上，更優(yōu)選在0.0008％以上。但是若過(guò)量添加，則粗大的Ca的硫化物生成，母材的韌性劣化。因此，在本第一發(fā)明中應(yīng)該抑制在0.005％以下，在本第二發(fā)明中應(yīng)該抑制在0.02％以下。在本第一發(fā)明中，優(yōu)選為0.004％以下，更優(yōu)選為0.003％以下。在本第二發(fā)明中，優(yōu)選為0.015％以下，更優(yōu)選為0.01％以下。
Zr應(yīng)該使之含有0.001％以上，優(yōu)選為0.003％以上，更優(yōu)選為0.005％以上。但是若過(guò)量添加，則粗大的Zr的碳化物生成，母材的韌性劣化，因此應(yīng)該抑制在0.05％以下。優(yōu)選為0.04％以下，更優(yōu)選為0.03％以下。
本發(fā)明的鋼材，除了含有REM及/或Ca和Zr以外，作為基本元素，在本第一發(fā)明中，還含有C0.03～0.2％、Si0.5％以下(不含0％)、Mn1.0～2.0％、及N0.01％以下(不含0％)，在本第二發(fā)明中，還含有C0.03～0.12％、Si0.5％以下(不含0％)、Mn1.4～1.8％、及N0.003～0.01％以下。規(guī)定這一范圍的理由如下。
C是用于確保鋼材(母材)的強(qiáng)度而不能欠缺的元素，為了發(fā)揮這一效果，需要使之含有0.03％以上。優(yōu)選為0.04％以上，更優(yōu)選為0.05％以上。但是，若使C過(guò)量含有，則焊接時(shí)在HAZ大量生成島狀馬氏體，不僅導(dǎo)致HAZ的韌性劣化，而且對(duì)焊接性也產(chǎn)生不良影響。因此，在本第一發(fā)明中，C需要抑制在0.2％以下，優(yōu)選在0.18％以下，更優(yōu)選在0.15％以下，在本第二發(fā)明中，C需要抑制在0.12％以下，優(yōu)選在0.11％以下，更優(yōu)選在0.10％以下。
Si具有脫氧作用，并用是有助于鋼材(母材)的強(qiáng)度提高的元素。為了有效地發(fā)揮這樣的效果，優(yōu)選使之含有0.02％以上，更優(yōu)選0.05％以上，進(jìn)一步優(yōu)選使之含有0.1％以上。但是若超過(guò)0.5％，則鋼材(母材)的焊接性和母材韌性劣化，因此需要將其抑制在0.5％以下。優(yōu)選為0.45％以下，更優(yōu)選抑制在0.4％以下。還有，要求HAZ的更高韌性時(shí)，優(yōu)選Si抑制在0.3％以下。更優(yōu)選為0.05％以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0.01％以下。但是若如此抑制Si含量，則雖然HAZ韌性提高，但是有強(qiáng)度降低的傾向，因此需要添加其他的強(qiáng)度增加元素。
在本第一發(fā)明中，Mn也與Si一樣是用于脫氧和強(qiáng)度確保所需的，為了確保作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的最低強(qiáng)度而使其為1.0％以上。優(yōu)選為1.2％以上，更優(yōu)選為1.3％以上。但是，若超過(guò)2.0％而使之過(guò)量含有，則因?yàn)镠AZ韌性劣化，所以Mn量為2.0％以下。優(yōu)選為1.8％以下，更優(yōu)選為1.6％以下。
在本第二發(fā)明中，Mn是有助于鋼材(母材)的強(qiáng)度提高的元素，為了有效地發(fā)揮這一效果，需要使之含有1.4％以上。優(yōu)選為1.45％以上，更優(yōu)選為1.50％以上。但是若超過(guò)1.8％而使之過(guò)量含有，則因?yàn)镠AZ韌性劣化，所以Mn量為1.8％以下。優(yōu)選為1.75％以下，更優(yōu)選為1.70％以下。
N是析出氮化物(例如ZrN和TiN等)的元素，該氮化物用于防止在焊接時(shí)在HAZ生成的奧氏體粒的粗大化而促進(jìn)鐵素體相變，有助于使HAZ的韌性提高。為了有效地發(fā)揮這一效果，在本第一發(fā)明中，優(yōu)選使之含有0.002％以上，更優(yōu)選為0.003％以上，在本第二發(fā)明中，優(yōu)選使之含有0.003％以上，更優(yōu)選為0.004％以上。N越多越能夠促進(jìn)奧氏體粒的微細(xì)化，對(duì)HAZ的韌性提高有效地發(fā)揮著作用。但是若超過(guò)0.01％，則固溶N量增大，母材的韌性劣化。因此N需要抑制在0.01％以下，優(yōu)選為0.009％以下，更優(yōu)選為0.008％以下。
本發(fā)明的鋼材除了含有上述元素以外，還滿足P0.02％以下(不含0％)、S0.015％以下(不含0％)及Al0.01％以下(不含0％)。規(guī)定這一范圍的理由如下。
P是容易偏析的元素，特別是在鋼材中的結(jié)晶晶界偏析而使韌性劣化。因此P需要抑制在0.02％以下，優(yōu)選為0.018％以下，更優(yōu)選為0.015％以下。
S與Mn結(jié)合生成硫化物(MnS)，是使母材的韌性和板厚方向的延展性劣化的有害元素。另外S與La和Ce結(jié)合生成LaS和CeS，阻礙氧化物的生成。因此，S應(yīng)該抑制在0.015％以下，優(yōu)選為0.012％以下，更優(yōu)選為0.008％以下，特別優(yōu)選為0.006％以下。
Al是脫氧力強(qiáng)的元素，若過(guò)量添加，則會(huì)還原氧化物而難以生成期望的氧化物。因此Al需要抑制在0.01％以下，優(yōu)選為0.0090％以下，更優(yōu)選為0.0080％以下。
本發(fā)明規(guī)定的含有元素如上述，余量是鐵和不可避免的雜質(zhì)，作為該不可避免的雜質(zhì)，可以允許由于原料、物資、制造設(shè)備等的狀況而被帶入的元素(例如Mg和As、Se等)的混入。另外，也可以積極地含有下述元素。
<Ti0.08％以下(不含0％)>
Ti在鋼材中生成Ti氧化物，是有助于HAZ的韌性提高的元素。為了有效地發(fā)揮這一效果，優(yōu)選使Ti含有0.005％以上，更優(yōu)選為0.007％以上，進(jìn)一步優(yōu)選為0.01％以上。但是若過(guò)量地添加，則氧化物過(guò)于大量生成，使鋼材(母材)的韌性劣化，因此應(yīng)該抑制在0.08％以下。優(yōu)選在0.07％以下，更優(yōu)選在0.06％以下。
在本發(fā)明的鋼材中，為了提高強(qiáng)度，含有從如下元素構(gòu)成的群中選擇的1種以上的元素也有效，Cu2％以下(不含0％)；Ni2％以下(不含0％)；Cr1.5％以下(不含0％)；Mo1％以下(不含0％)；Nb0.05％以下(不含0％)；V0.1％以下(不含0％)及B0.005％以下(不含0％).規(guī)定這一范圍的理由如下。
<Cu2％以下(不含0％)>
Cu是使鋼材固溶強(qiáng)化的元素，為了有效地發(fā)揮這一效果，優(yōu)選使之含有0.05％以上。更優(yōu)選為0.1％以上，進(jìn)一步優(yōu)選為0.2％以上。特別是若使之含有0.6％以上，則除了固溶強(qiáng)化之外，還發(fā)揮時(shí)效析出強(qiáng)化，能夠得到大幅的強(qiáng)度提高。但是若超過(guò)2％而使之含有，則鋼材(母材)的韌性降低，因此Cu可以抑制在2％以下。優(yōu)選為1.8％以下，更優(yōu)選為1.6％以下。
<Ni2％以下(不含0％)>
Ni是提高鋼材的強(qiáng)度，并且在使鋼材的韌性提高上有效地發(fā)揮作用的元素，為了發(fā)揮這樣的效果，優(yōu)選使之含有0.05％以上。更優(yōu)選為0.1％以上，進(jìn)一步優(yōu)選為0.2％以上。Ni越多越為優(yōu)選，但是因?yàn)槠錇榘嘿F的元素，所以從經(jīng)濟(jì)性的觀點(diǎn)出發(fā)，在本第一發(fā)明中優(yōu)選抑制在2％以下，在本第二發(fā)明中優(yōu)選抑制在3.5％以下。在本第一發(fā)明中，更優(yōu)選為1.8％以下，進(jìn)一步優(yōu)選為1.6％以下。在本第二發(fā)明中更優(yōu)選為3.3％以下，進(jìn)一步優(yōu)選為3％以下。
<Cr1.5％以下(不含0％)>
添加Cr為了提高強(qiáng)度，優(yōu)選使之含有0.01％以上。更優(yōu)選為0.02％以上，進(jìn)一步優(yōu)選為0.03％以上。但是若使之過(guò)量地含有，則焊接性劣化，因此Cr在本第一發(fā)明中優(yōu)選抑制在1.5％以下，在本第二發(fā)明中優(yōu)選抑制在3％以下。在本第一發(fā)明中更優(yōu)選為1.3％以下，進(jìn)一步優(yōu)選為1.1％以下。在本第二發(fā)明中更優(yōu)選為1.5％以下，進(jìn)一步優(yōu)選為1％以下。
<Mo1％以下(不含0％)>
添加Mo為了提高強(qiáng)度，優(yōu)選使之含有0.01％以上。更優(yōu)選為0.02％以上，進(jìn)一步優(yōu)選使之含有0.03％以上。但是若超過(guò)1％，則使焊接性惡化，因此優(yōu)選Mo為1％以下。更優(yōu)選為0.9％以下，推薦進(jìn)一步優(yōu)選抑制在0.8％以下。
<Nb0.05％以下(不含0％)>
添加Nb為了提高強(qiáng)度，優(yōu)選使之含有0.005％以上。在本第一發(fā)明中更優(yōu)選為0.007％以上，進(jìn)一步優(yōu)選為0.01％以上。在本第二發(fā)明中更優(yōu)選為0.01％以上，進(jìn)一步優(yōu)選為0.03％以上。但是，在本第一發(fā)明中，若超過(guò)0.05％，則碳化物(NbC)析出，母材韌性劣化，因此優(yōu)選Nb抑制在0.05％以下。更優(yōu)選為0.04％以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0.03％以下。另外，在本第二發(fā)明中，若超過(guò)0.25％，則碳化物(NbC)析出，母材韌性劣化，因此優(yōu)選Nb抑制在0.25％以下。更優(yōu)選為0.23％以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0.20以下。
<V0.1％以下(不含0％)>
添加V為了提高強(qiáng)度，優(yōu)選使之含有0.005％以上。更優(yōu)選為0.01％以上，進(jìn)一步優(yōu)選使之含有0.03％以上。但是若越過(guò)0.1％，則焊接性惡化，并且母材的韌性劣化，因此優(yōu)選V為0.1％以下。更優(yōu)選抑制在0.08％以下，進(jìn)一步優(yōu)選抑制在0.06％以下。
<B0.005％以下(不含0％)>
B提高鋼材強(qiáng)度，同時(shí)，在焊接時(shí)被加熱的HAZ冷卻的過(guò)程中與鋼中的N結(jié)合而析出BN，促進(jìn)來(lái)自?shī)W氏體粒內(nèi)的鐵素體相變。為了有效地發(fā)揮這樣的效果，優(yōu)選使之含有0.0003％以上的更優(yōu)選為0.0005％以上，進(jìn)一步優(yōu)選為0.0008％以上。但是若超過(guò)0.005％，則鋼材(母材)的韌性劣化，因此B優(yōu)選為0.005％以下。更優(yōu)選為0.004％以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0.003％以下。
接下來(lái)，就本發(fā)明的鋼材的組織進(jìn)行說(shuō)明。
在本第一發(fā)明中，為了使高強(qiáng)度和低屈服比并存，需要讓金屬組織成為在全組織中所占的鐵素體的分率為4～24％，余量為貝氏體組織及/或馬氏體組織。
圖1是表示鐵素體分率與屈服比的關(guān)系的曲線圖，是整理后述的實(shí)施例的結(jié)果，由此圖1可知，屈服比為了達(dá)成80％以下，需要讓鐵素體分率為4％以上。為了進(jìn)一步使屈服比降低，優(yōu)選鐵素體7％以上，更優(yōu)選為10％以上。
另一方面，圖2是表示鐵素體分率與抗拉強(qiáng)度(TS)的關(guān)系的曲線圖，是整理后述的實(shí)施例的結(jié)果，由此圖2可知，為了將抗拉強(qiáng)度確實(shí)地提高到590MPa以上，需要讓鐵素體分率為24％以下。為了進(jìn)一步提高抗拉強(qiáng)度，優(yōu)選鐵素體分率為22％以下，更優(yōu)選為20％以下。
還有，本第一發(fā)明所說(shuō)的“余量為貝氏體組織及/或馬氏體組織”，意思是含有貝氏體組織及/或馬氏體組織76～96％，除了該貝氏體組織及/或馬氏體組織和上述鐵素體以外，還含有在制造工序中不可避免形成的其他的組織(滲碳體、MA)。
在本第二發(fā)明中，為了確保優(yōu)異的母材韌性，需要讓金屬組織成為全部組織中所占的島狀馬氏體的分率為1.1％以下，且余量為貝氏體組織。一般制造厚的某種高強(qiáng)度鋼材時(shí)，是通過(guò)得到理論界限冷卻速度的淬火的方法(例如直接淬火)來(lái)使貝氏體組織生成，從而實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度化。
但是該情況下，生成上述貝氏體組織的同時(shí)還容易生成硬質(zhì)相的島狀馬氏體(Martensite-austensite constituent，以下稱為“MA”)，這成為破壞的起點(diǎn)，對(duì)母材韌性造成不良影響。圖5是表示島狀馬氏體的分率(MA分率)與vTrs(斷裂轉(zhuǎn)變溫度)的關(guān)系的曲線圖，是整理了后述的實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，由該圖5可知，為了得到vTrs-40℃以下和顯示出優(yōu)異的母材韌性的鋼材，需要將MA分率抑制在1.1％以下。更優(yōu)選上述MA分率為1.0％以下。
還有，本第二發(fā)明所說(shuō)的“余量為貝氏體組織”，意思是全部組織中所占的貝氏體組織為90％以上，除貝氏體組織以外，還含有制造工序中不可避免地形成的其他的組織(鐵素體、珠光體、MA)。
接下來(lái)，就制造本發(fā)明的鋼材時(shí)能夠優(yōu)選采用的制造方法加以說(shuō)明。
如上述，為了在鋼材中適量含有REM的氧化物及/或CaO和ZrO2，如后述的實(shí)施例所表明，可知對(duì)添加從REM及Ca所構(gòu)成的群中選擇的至少1種元素和Zr之前的溶存氧量進(jìn)行適當(dāng)?shù)乜刂疲聪蜻m當(dāng)?shù)乜刂屏巳艽嫜趿康匿撍袕?fù)合添加從REM和Ca所構(gòu)成的群中選擇的至少1種元素和Zr非常有效。如果由該方法制造，則即使REM和Ca、Zr的添加量多達(dá)一定程度，也能夠確保地使上述氧化物形成，作為結(jié)果是能夠防止REM的硫化物和Ca的硫化物或Zr的碳化物的生成。
這時(shí)若上述溶存氧量低于0.0020％，即使復(fù)合添加從REM和Ca所構(gòu)成的群中選擇的至少1種元素和Zr，因?yàn)檠鹾坎蛔悖匀圆荒艽_保有助于HAZ的韌性提高的氧化物量，而且不能形成氧化物的REM和Ca形成硫化物，或Zr形成碳化物，使母材的韌性劣化。復(fù)合添加上述元素之前的溶存氧量，優(yōu)選調(diào)整到0.0025％以上，更優(yōu)選為0.0030％以上。但是若溶存氧量超過(guò)0.010％，則因?yàn)殇撍械难趿窟^(guò)多，所以鋼水中的氧和上述元素的反應(yīng)劇烈，不僅熔煉作業(yè)上不為優(yōu)選，而且粗大的REM的氧化物、Ca的氧化物和ZrO2生成。因此溶存氧量應(yīng)該抑制在0.010％以下，優(yōu)選為0.008％以下，更優(yōu)選為0.007％以下。
可以復(fù)合添加從上述REM和Ca所構(gòu)成的群中選擇的至少1種元素和Zr之后，添加合金元素調(diào)整鋼材的成分。
還有，在向調(diào)整了上述溶存氧量的鋼水中添加上述元素時(shí)，復(fù)合添加從上述REM和Ca所構(gòu)成的群中選擇的至少1種元素和Zr即可，在復(fù)合添加例如REM和Ca時(shí)，(a)可以向調(diào)整了溶存氧量的鋼水中添加REM和Ca和Zr之后，再添加合金元素調(diào)整鋼材的成分，(b)也可以向調(diào)整了溶存氧量的鋼水中添加REM(或Ca)和Zr后，添加Ca(或REM)以外的合金元素調(diào)整鋼材的成分，接著添加Ca(或REM)。
向調(diào)整了上述溶存氧量的鋼水中復(fù)合添加從REM和Ca所構(gòu)成的群中選擇的至少1種元素和Zr的順序沒(méi)有特別限定，例如(a)可以在添加REM和Ca所構(gòu)成的群中選擇的至少1種元素后再添加Zr，(b)也可以在添加Zr后添加從REM和Ca所構(gòu)成的群中選擇的至少1種元素，(c)也可以同時(shí)復(fù)合添加從REM和Ca所構(gòu)成的群中選擇的至少1種元素和Zr。添加添加REM和Ca時(shí)，(d)也可以在添加REM(或Ca)后添加Zr，接著添加Ca(或REM)，(e)也可以同時(shí)復(fù)合添加REM和Ca和Zr。
本發(fā)明的鋼材含有Ti時(shí)，向調(diào)整了溶存氧量的鋼水中，復(fù)合添加從REM和Ca所構(gòu)成的群中選擇的至少1種元素和Zr后，(a)可以在進(jìn)行鋼材的成分調(diào)整時(shí)一并添加Ti，(b)也可以在鋼材的成分調(diào)整之后添加Ti。優(yōu)選向調(diào)整了溶存氧量的鋼水中添加從REM和Ca所構(gòu)成的群中選擇的至少1種元素和Ti和Zr。
該情況下，推薦向調(diào)整了溶存氧量的鋼水中添加從REM和Ca所構(gòu)成的群中選擇的至少1種元素和Zr之前添加Ti。如果向調(diào)整了溶存氧量的鋼水中添加Ti，則首先形成Ti2O3，但是因?yàn)門(mén)i2O3與鋼水的界面能小，所以形成的Ti2O3的尺寸微細(xì)。接著通過(guò)復(fù)合添加從REM和Ca所構(gòu)成的群中選擇的至少1種元素和Zr，因?yàn)镽EM的氧化物和CaO、ZrO2以上述Ti2O3為生成核成長(zhǎng)，所以結(jié)果粒子的個(gè)數(shù)增大，奧氏體粒的粗大化抑制效果變大。
可是，由轉(zhuǎn)爐和電爐一次精煉的鋼水中的溶存氧量通常超過(guò)0.010％。因此在本發(fā)明的制造方法中，復(fù)合添加從REM和Ca所構(gòu)成的群中選擇的至少1種元素和Zr之前，或添加Ti之前，需要將鋼水中的溶存氧量調(diào)整到上述范圍。作為調(diào)整溶存氧量的方法，可列舉例如使用RH式脫氣精煉裝置進(jìn)行真空C脫氧的方法，和添加Si、Mn、Ti和Al等的脫氧性元素的方法等，當(dāng)然也可以適當(dāng)組成這些方法來(lái)調(diào)整溶存氧量。另外，也可以使用鑄桶加式熱精煉裝置和簡(jiǎn)易式鋼水處理設(shè)備等取代RH式脫氣精煉裝置來(lái)調(diào)整溶存氧量。此情況下，因?yàn)橛烧婵誄脫氧不能調(diào)整溶存氧量，所以可以在溶存氧量的調(diào)整中采用添加Si等的脫氧性元素的方法。采用添加Si等的脫氧性元素的方法時(shí)，也可以在從轉(zhuǎn)爐向鑄桶澆包時(shí)添加脫氧性元素。
向鋼水中添加REM、Ca、Zr和Ti的方式?jīng)]有特別限定，例如作為REM，可以添加純La和Ce、純Y等或純Ca、純Zr、純Ti，再添加Fe-Si-La合金、Fe-Si-Ce合金、Fe-Si-Ca合金、Fe-Si-La-Ce合金、Fe-Ca合金、Ni-Ca合金等。另外，也可以向鋼水中添加混合稀土。所謂混合稀土是鈰族稀土類(lèi)元素的混合物，具體來(lái)說(shuō)就是含有Ce為40～50％左右，含有La為20～40％左右。但是，因?yàn)樵诨旌舷⊥林凶鳛殡s質(zhì)多含有Ca，所以混合稀土含有Ca時(shí)需要滿足本發(fā)明規(guī)定的范圍。
為了得到本第一發(fā)明的上述金屬組織，推薦使用滿足上述成分組成的鋼材，在制造過(guò)程中，在加熱、熱軋之后淬火，進(jìn)行在奧氏體-鐵素體二相域(以下僅稱為“二相域”)的熱處理(淬火)和回火處理。
圖3是表示淬火開(kāi)始溫度(圖3中特別是進(jìn)行直接淬火時(shí)的淬火開(kāi)始溫度)與鐵素體分率的關(guān)系的曲線圖，是整理了后述的實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由此圖3可知，為了確實(shí)地達(dá)成抗拉強(qiáng)度590MPa，并將鐵素體分率抑制在24％以下，可以將淬火開(kāi)始溫度作為鐵素體相變開(kāi)始溫度(Ar3)以上。
上述淬火除了在熱軋之后進(jìn)行淬火的直接淬火(DQ)以外，也可以使用熱軋材下線進(jìn)行淬火(RQ)。還有，在上述DQ處理時(shí)，由于不能返工，所以比起上述RQ處理的情況，上述淬火開(kāi)始溫度要求嚴(yán)格的溫度管理。
另外，為了使硬質(zhì)的貝氏體組織及/或馬氏體組織之中混有規(guī)定量的鐵素體相，有效的方法是進(jìn)行二相域的熱處理。圖4是表示在二相域(附近)的熱處理溫度和鐵素體分率的關(guān)系的曲線圖，是整理了后述的實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，由此圖4可知，為了達(dá)成屈服比80％以下，并確保鐵素體在4％以上，需要在Ac1以上Ac3以下進(jìn)行熱處理。還有，優(yōu)選在Ac1以上Ac3以下(二相域溫度)保持5分鐘以上。
可以在上述二相域加熱后進(jìn)行淬火(例如RQ)，其后以鐵素體相變開(kāi)始溫度(Ac1)以下的溫度進(jìn)行回火來(lái)調(diào)整鋼材的強(qiáng)度。
如此得到的本第一發(fā)明的鋼材，例如能夠作為橋梁和高層建筑物、船舶等的結(jié)構(gòu)物(特別是高層建筑物)的材料使用，不用說(shuō)小～中熱能焊接，即使在高熱能焊接中也能夠防止焊接熱影響部的韌性劣化，并且能夠?qū)崿F(xiàn)高強(qiáng)度和低屈服比的并存。
為了得到本第二發(fā)明的上述組織，推薦使用滿足上述成分組成的鋼材，從制造過(guò)程中的熱軋結(jié)束溫度(終軋結(jié)束溫度)到貝氏體相變結(jié)束溫度(Bf)以下、馬氏體相變開(kāi)始溫度(Ms)以上的溫度域，以6℃/s以上進(jìn)行冷卻。這樣通過(guò)進(jìn)行冷卻速度的控制直到Bf以下，能夠使組織以貝氏體為主體，另一方面，通過(guò)冷卻速度的控制直到Ms以上，能夠充分抑制未相變奧氏體變成硬質(zhì)相的MA。還有，所謂上述熱軋結(jié)束溫度(終軋溫度)，指的是后述的實(shí)施例所示的要領(lǐng)所要求的軋制結(jié)束時(shí)的t(板厚)/4部分的溫度。
作為進(jìn)行所述速度下的冷卻的方法，可列舉有直接淬火、加速冷卻等的方法，但是推薦采用能夠?qū)崿F(xiàn)理論界限冷卻速度的直接淬火法。
另外，如果熱軋時(shí)的終軋結(jié)束溫度(后述的實(shí)施例所示的要領(lǐng)所要求的軋制結(jié)束時(shí)的t(板厚)/4部分的溫度)被控制在800～900℃的范圍，則因?yàn)槟軌蚴垢邚?qiáng)度和高韌性并存而優(yōu)選。
如此得到的本第二發(fā)明的鋼材，例如能夠作為橋梁和高層建筑物、船舶等的結(jié)構(gòu)物(特別是高層建筑物)的材料使用，不用說(shuō)小～中熱能焊接，即使在高熱能焊接中也能夠防止焊接熱影響部的韌性劣化，并且能夠確保優(yōu)異的母材韌性。
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)施例并沒(méi)有限定本發(fā)明的性質(zhì)，在能夠適合前、后述宗旨的范圍也可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)刈兏鼇?lái)實(shí)施，這些均包含在本發(fā)明的技術(shù)范圍。
實(shí)施例1首先，說(shuō)明本第一發(fā)明的實(shí)施例。
用240噸轉(zhuǎn)爐將鐵水一次精煉后，從該轉(zhuǎn)爐向鑄桶澆包，一邊進(jìn)行成分調(diào)整和溫度調(diào)整一邊進(jìn)行二次精煉。這里，在鑄桶中以表1所示的脫氧方法調(diào)整至表1所示的溶存氧量。其后，按表1所示的順序添加元素。接著根據(jù)需要添加其余的合金元素，最終調(diào)整成下述表2所示的組成。還有，在二次精煉中使用RH式脫氣精煉裝置進(jìn)行脫H和脫S等。另外，表1中的鋼種No.16的溶存氧量“-”表示低于定量界限。
還有，在表1中，La以Fe-La合金的形態(tài)添加，Ce以Fe-Ce合金的形態(tài)添加，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，Ca以Ni-Ca合金或Ca-Si合金或Fe-Ca壓粉體的形態(tài)添加，Zr以Zr單體添加，Ti以Fe-Ti合金的形態(tài)添加。另外，表2中“-”表示沒(méi)有添加元素，“＜”(低于)的意思是沒(méi)有添加的元素卻被不可避免地含有，因此在低于定量界限的范圍被檢測(cè)到。
在表2中匯總了Ac1、Ac3和Ar3。該Ac1、Ac3和Ar3由下述方法測(cè)定。
<冷卻時(shí)鐵素體相變開(kāi)始溫度(Ar3)的測(cè)定方法>
將加工相變(Formaster)試驗(yàn)片加熱到1100℃保持10秒鐘后，以1000℃實(shí)施累積壓下率25％的加工，再以900℃實(shí)施累積壓下率25％的加工，其后從800℃以1℃/s的冷卻速度冷卻，將冷卻中體積開(kāi)始膨脹的溫度作為Ar3相變溫度而求得。
<加熱時(shí)鐵素體相變開(kāi)始溫度(Ac1)和加熱時(shí)鐵素體相變結(jié)束溫度(Ac3)的測(cè)定方法>
在將加工相變(Formaster)試驗(yàn)片以10℃/s的加熱速度從常溫加熱到1000℃的過(guò)程中，將體積開(kāi)始縮小的溫度作為Ac1相變溫度，再繼續(xù)加熱，將體積開(kāi)始膨脹的溫度作為Ac3相變溫度。
表1


表2


※余量鐵和不可避免的雜質(zhì)上述熔煉后，對(duì)連續(xù)鑄造得到的扁坯實(shí)施熱軋后，進(jìn)行直接淬火(DQ)或下線的淬火(RQ)。再加熱到奧氏體-鐵素體二相域或該二相域附近，接著在進(jìn)行淬火之后進(jìn)行回火，得到表3所增的板厚的鋼板。表3中顯示上述熱軋中(終止)軋制結(jié)束溫度“軋制結(jié)束時(shí)的t(板厚)/4部位的溫度”，淬火方法和淬火開(kāi)始溫度(淬火開(kāi)始時(shí)的t/4部位的溫度)，二相域(附近)的熱處理溫度(t/4部位的溫度)，和回火溫度(t/4部位的溫度)。
還有，表3所軋制結(jié)束時(shí)的t/4部位的溫度，根據(jù)下述(1)～(6)的要領(lǐng)求得。
(1)在過(guò)程控制計(jì)算機(jī)中，基于從加熱開(kāi)始到加熱結(jié)束的氣氛溫度、在爐時(shí)間，計(jì)算從鋼坯的表面到里面的板厚方向的任意位置的加熱溫度。
(2)使用上述計(jì)算出的加熱溫度，基于軋制中的軋制表和軋道間的冷卻方法(水冷或空冷)的數(shù)據(jù)，一邊采用適于差分法等計(jì)算的方法計(jì)算板厚方向的任意位置的軋制溫度，一邊實(shí)施軋制。
(3)鋼板表面溫度，采用設(shè)置于軋制線上的放射型溫度計(jì)實(shí)測(cè)(其中，在過(guò)程控制計(jì)算機(jī)中也實(shí)施計(jì)算)。
(4)將粗軋開(kāi)始時(shí)、粗軋結(jié)束時(shí)及終軋開(kāi)始時(shí)分別實(shí)測(cè)的鋼板表面溫度與過(guò)程控制計(jì)算機(jī)的計(jì)算溫度進(jìn)行對(duì)照。
(5)粗軋開(kāi)始時(shí)、粗軋結(jié)束時(shí)和終軋開(kāi)始時(shí)的計(jì)算溫度與上述實(shí)測(cè)溫度的差為±30℃以上時(shí)，按實(shí)測(cè)表面溫度與計(jì)算表面溫度一致的方式再進(jìn)行計(jì)算，作為過(guò)程控制計(jì)算機(jī)上的計(jì)算溫度。
(6)進(jìn)行上述計(jì)算溫度的修正時(shí)，求得t/4部位的終軋結(jié)束溫度。
另外，在二相域(附近)的熱處理溫度(t/4部位的溫度)是按下述(1)(2)的要領(lǐng)求得的。再有，淬火溫度(淬火開(kāi)始時(shí)的t/4部位的溫度)和回火溫度(t/4部位的溫度)也以同樣的方式求得。
(1)在過(guò)程控制計(jì)算機(jī)中，基于從加熱開(kāi)始到加熱結(jié)束的氣氛溫度、在爐時(shí)間，計(jì)算從鋼坯的表面到里面的板厚方向的任意位置的加熱溫度。
(2)由計(jì)算出的計(jì)算溫度求得t/4部位的溫度。
使用以上述方式得到的鋼板，分別按下述要領(lǐng)，實(shí)施拉伸試驗(yàn)、組織觀察、利用EPMA的夾雜物組成的調(diào)查，以及HAZ韌性的評(píng)價(jià)。
<拉伸試驗(yàn)>
從各鋼板的t(板厚)/4部位相對(duì)于軋制方向呈直角的方向提取JIS Z2201的4號(hào)試驗(yàn)片，按JIS Z 2241的要領(lǐng)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，測(cè)定抗拉強(qiáng)度(TS)。然后，TS在590MPa以上，YR在80％以下的評(píng)價(jià)為抗拉特性優(yōu)異。
<金屬組織的觀察>
鐵素體分率以下述方式測(cè)定。
(i)以能夠觀察到與軋制方向平行且相對(duì)于鋼板表面垂直的、包含鋼板表里面的板厚截面的方式，從上述鋼板提取試樣。
(ii)通過(guò)由濕式金剛砂研磨紙(#150～#1000)的研磨，或者具有與之同等的功能的研磨方法(使用了金剛石研磨漿(diamond slurry)等的研磨劑的研磨等)，進(jìn)行觀察面的鏡面精加工。
(iii)使用3％的硝酸乙醇溶液腐蝕研磨好的試樣，使鐵素體組織的結(jié)晶晶界出現(xiàn)。
(iv)在t(板厚)/4部位，以100倍或400倍的倍率對(duì)出現(xiàn)的組織拍攝照片(在本實(shí)施例中作為6cm×8cm的寫(xiě)真進(jìn)行拍攝)，將鐵素體組織著色成黑色。
接下來(lái)，將所述照片輸入圖像分析裝置(所述照片的區(qū)域100倍的情況相當(dāng)于600μm×800μm，400倍的情況相當(dāng)于150μm×200μm)。輸入到圖像分析在任何倍率的情況下，都以區(qū)域的合計(jì)為1mm×1mm以上的方式輸入(即，100倍時(shí)至少輸入上述照片至少6張，400時(shí)輸入上述照片至少35張)。
(v)在圖像分析裝置中，計(jì)算每幅照片黑色的面積率，將全部的照片的平均值作為鐵素體分率。
還有，在上述顯微觀察中，在任何的實(shí)施例中均確認(rèn)余量為貝氏體組織及/或馬氏體組織。
<夾雜物組成的調(diào)查>
從各鋼板的t(板厚)/4位置的橫截面切出試樣。使用島津制作所制“EPMA-8705(裝置名)”以600倍觀察切出的試樣表面，對(duì)于最大直徑為0.2μm以上的析出物進(jìn)行成分組成的定量分析。觀察條件加速電壓為20kV、試料電流為0.01μA、觀察視野面積為1～5cm2、分析個(gè)數(shù)為100個(gè)，通過(guò)特性X射線的色散對(duì)夾雜物的中央部的組成進(jìn)行定量分析。分析對(duì)象元素為Al、Mn、Si、Ti、Zr、Ca、La、Ce和O，采用已知物質(zhì)將各元素的電子射線強(qiáng)度和元素濃度的關(guān)系作為預(yù)先檢量線求得，接著，從所述析出物得到的電子射線強(qiáng)度和從所述檢量線定量此析出物的元素濃度。
得到的定量結(jié)果之中氧含量為5％以上的析出物為氧化物，平均了的為氧化物的平均組成。下述表4顯示整個(gè)氧化物的平均組成。還有，從一個(gè)夾雜物觀察多個(gè)元素時(shí)，由表示這些元素存在的X射線強(qiáng)度的比換算成單獨(dú)氧化物來(lái)計(jì)算氧化物的組成。
由EPMA觀察上述試樣表面的結(jié)果，被觀察的氧化物大半是含有REM及/或Ca和Zr的復(fù)合氧化物，或者還含有Ti的復(fù)合氧化物，但是作為單獨(dú)氧化物也生成有REM的氧化物、CaO、ZrO2、Ti2O3。
<HAZ韌性的評(píng)價(jià)>
接著，為了評(píng)價(jià)HAZ的韌性，以熱能為30～170kJ/mm進(jìn)行電渣焊，制作焊接接頭。然后使用在該焊接接頭的熔合區(qū)加入V切口的由JISZ2242(2006)規(guī)定的試驗(yàn)片，在0℃下進(jìn)行擺錘沖擊試驗(yàn)，測(cè)定吸收能(vE0)。求得每實(shí)施例No.之中提取的3個(gè)試驗(yàn)片的平均值，vE0為150J以上的評(píng)價(jià)為HAZ韌性優(yōu)異。
表3一并記錄測(cè)定結(jié)果。
表3


※1軋制結(jié)束溫度是考慮鋼板的加熱、軋制、途中水冷條件而由過(guò)程計(jì)算機(jī)算出的t/4部的溫度。
表4


由表1～4能夠進(jìn)行如下考察(還有，下述No.表示表3的實(shí)施例No.)。No.1～3、6～7、20～22是滿足本發(fā)明規(guī)定的要件的例子，因?yàn)樵阡摬闹泻蠷EM的氧化物及/或CaO和ZrO2，所以能夠得到焊接熱影響部的韌性良好的鋼材。另外，鐵素體分率也滿足本發(fā)明規(guī)定的必要條件，能夠使590MPa以上的強(qiáng)度和80％以下的屈服比并存。
另一方面，No.4、5、18、19、23～31均是在本發(fā)明必要條件之外的例。特別是No.23～30因?yàn)樵阡摬闹胁缓蠷EM的氧化物及/或CaO、和ZrO2中的任一個(gè)，所以焊接熱影響部的韌性差。
No.4、5、28、29因?yàn)殍F素體分率低于規(guī)定范圍，所以屈服比變高。
No.18、19、27因?yàn)殍F素體分率高于規(guī)定范圍，所以不能得到高強(qiáng)度。
No.23因?yàn)镸n不足，所以不能達(dá)成高強(qiáng)度。
No.31因?yàn)镸n和Al過(guò)量，溶存氧量也少，所以不能充分確保規(guī)定的氧化物，HAZ韌性差。
實(shí)施例2接下來(lái)就本第二發(fā)明的實(shí)施例加以說(shuō)明。
用240噸轉(zhuǎn)爐將鐵水一次精煉后，從該轉(zhuǎn)爐向鑄桶澆包，一邊進(jìn)行成分調(diào)整和溫度調(diào)整一邊進(jìn)行二次精煉。這里，在鑄桶中通過(guò)實(shí)施例1的表1所示的脫氧方法，調(diào)整至表1所示的溶存氧量。其后，按表1所示的順序添加元素。接著根據(jù)需要添加其余的合金元素，最終調(diào)整成表5所示的組成。還有，在二次精煉中使用RH式脫氣精煉裝置進(jìn)行脫H和脫S等。
表5中“-”表示沒(méi)有添加的元素，“低于”的意思是雖然沒(méi)有添加元素，但是其卻不可避免地含有，所以在低于定量界限的范圍被檢測(cè)到。另外，表5所示的Bf(貝氏體相變結(jié)束溫度)和Ms(馬氏體相變開(kāi)始溫度)是通過(guò)加工相變(Formaster)試驗(yàn)制成CCT曲線而分別求得。具體來(lái)說(shuō)，是將加工相變(Formaster)試驗(yàn)片加熱到1100℃保持10秒鐘后，以1000℃實(shí)施累積壓下率25％的加工，再以800℃實(shí)施累積壓下率25％的加工，其后在1～100℃之間使從700℃的冷卻速度變化7個(gè)階段，測(cè)定冷卻中的體積變化發(fā)生的溫度并求得相變溫度。再觀察冷卻后的組織，并且測(cè)定維氏硬度以鑒定最終組織。由這些結(jié)果制成CCT曲線，求得Bf、Ms。
表5


※余量是鐵和不可避免的雜質(zhì)。
用連續(xù)鑄機(jī)將成分調(diào)整后的鋼水鑄造成扁坯，其后實(shí)施熱軋，制作表6所示的板厚的鋼板。
表6顯示熱軋的終軋溫度(軋制結(jié)束時(shí)的t/4部位的溫度)，軋制結(jié)束后的冷卻速度，該冷卻速度下的冷卻停止溫度。
求得上述終軋結(jié)束時(shí)的t/4部位的溫度的方法與實(shí)施例1相同。
使用如上述這樣得到的鋼板，分別按下述要領(lǐng)實(shí)施拉伸試驗(yàn)、金屬組織的觀察、基于EPMA的夾雜物組成的調(diào)查、HAZ韌性及母材韌性的評(píng)價(jià)。
<拉伸試驗(yàn)>
從各鋼板的t(板厚)/4部位相對(duì)于軋制方向呈直角的方向提取JIS Z2201的4號(hào)試驗(yàn)片，按JIS Z 2241的要領(lǐng)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，測(cè)定抗拉強(qiáng)度(TS)。然后，TS在510MPa以上，YR在390MPa以上的評(píng)價(jià)為抗拉特性優(yōu)異。
<金屬組織的觀察>
島狀馬氏體的分率以如下方式測(cè)定。即，以能夠觀察到與軋制方向平行且相對(duì)于鋼板表面垂直的、包含鋼板表里面的板厚截面的方式，從上述鋼板提取試樣。對(duì)觀察面進(jìn)行鏡面研磨后，用レペラ-(LePera)腐蝕液進(jìn)行腐蝕。然后，用光學(xué)顯微鏡以400倍的倍率拍攝t(板厚)/4部位(1個(gè)視野大小60μm×80μm)，判斷主體的組織為貝氏體(B)或鐵素體(F)+珠光體(P)的基礎(chǔ)上，在主體組織為貝氏體的情況下，將所述照片輸入圖像分析裝置，進(jìn)行黑白圖像處理之后求得白色部分(MA)的面積率。該測(cè)定對(duì)于任意的12個(gè)以上的視野進(jìn)行，將其平均值作為MA分率。
<夾雜物組成的調(diào)查>
運(yùn)用與實(shí)施例1同樣的方法。表7顯示整個(gè)氧化物的平均組成。
<HAZ韌性的評(píng)價(jià)>
接著，為了評(píng)價(jià)HAZ的韌性，以熱能為40～60kJ/mm進(jìn)行氣電焊或潛弧焊，從以板厚方向的里面7mm為中心的板厚位置，提取由JISZ2242(2006)規(guī)定的V切口擺錘試驗(yàn)片3個(gè)。接著，使用該試驗(yàn)片在-40℃下進(jìn)行擺錘沖擊試驗(yàn)，測(cè)定吸收能(vE-40)，求得上述3個(gè)試驗(yàn)片的平均值。然后，vE-40為150J以上的評(píng)價(jià)為HAZ韌性優(yōu)異。
<母材韌性的評(píng)價(jià)>
從各鋼板的t/4部位提取由JIS Z 2202(2006)規(guī)定的V切口試驗(yàn)片，根據(jù)JISZ2242(2006)所規(guī)定的方法進(jìn)行擺錘沖擊試驗(yàn)，測(cè)定斷裂轉(zhuǎn)變溫度(vTrs)。然后，vTrs為-40℃以下的評(píng)價(jià)為母材韌性優(yōu)異[能夠穩(wěn)定確保船級(jí)E級(jí)鋼材規(guī)格值(-20℃下55J以上)]表6顯示這些測(cè)定結(jié)果。
表6


※1軋制結(jié)束溫度是考慮鋼板的加熱、軋制、途中水冷條件而由過(guò)程計(jì)算機(jī)算出的t/4部的溫度。
※2冷卻速度是從軋制結(jié)束溫度到冷卻停止溫度的平均值。
※3B貝氏體組織主體、F+P鐵素體珠光體組織主體
表7


從表1、5～7能夠做如下考察(還有，下述No.表示表5、7的鋼板No.)。No.1～3、5～9、13～19是滿足由本發(fā)明規(guī)定的必要條件的例子，因?yàn)殇摬闹泻蠷EM的氧化物及/或CaO和ZrO2，所以能夠得到焊接熱影響部的韌性良好的鋼材。另外，MA分率也滿足本發(fā)明規(guī)定的必要條件，母材韌性也優(yōu)異。
另一方面，No.4、10～12、20～28是偏離了本發(fā)明規(guī)定的某個(gè)必要條件的例子。特別是No.20～27因?yàn)殇摬闹胁缓琑EM的氧化物及/或CaO和ZrO2的任何一種，所以熔接熱影響部的韌性差。
No.10、11因?yàn)檫M(jìn)行推薦冷卻速度下的冷卻直到比Ms低的溫度域，所以MA過(guò)量生成，成為母材韌性劣的結(jié)果。
No.12因?yàn)闆](méi)有進(jìn)行推薦的冷卻速度下的冷卻，另外冷卻速度的控制也在比Bf高的溫度域結(jié)束，所以得不到貝氏體為主體的組織，抗拉強(qiáng)度差。
No.28因?yàn)镸n和Al過(guò)量，溶存氧量也少，所以不能充分確保規(guī)定的氧化物，HAZ韌性差。
權(quán)利要求
1.一種鋼材，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，含有C0.03～0.2％、Si0.02～0.5％、Mn；1.0～2.0％、及N0.002～0.01％，并滿足P0.02％以下、S0.015％以下、及Al0.01％以下，還分別含有REM0.001～0.1％及Ca0.0003～0.005％的至少一個(gè)、和Zr0.001～0.05％，所述鋼材含有REM的氧化物和CaO的至少一個(gè)、以及ZrO2作為鋼中氧化物，并且，所述鋼材的鐵素體占整個(gè)組織的分率為4～24％，余量是貝氏體組織和馬氏體組織的至少一種。
2.一種鋼材，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，含有C0.03～0.12％、Si0.002～0.5％、Mn1.4～1.8％、及N0.003～0.01％，并滿足P0.02％以下、S0.015％以下、及Al0.01％以下，還分別含有REM0.001～0.1％及Ca.0.0003～0.02％的至少一個(gè)、和Zr0.001～0.05％，所述鋼材含有REM的氧化物和CaO的至少一個(gè)、以及ZrO2作為鋼中氧化物，并且，所述鋼材的島狀馬氏體占整個(gè)組織的分率在1.1％以下，余量是貝氏體組織。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋼材，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，在所述鋼材中作為鋼中氧化物含有的REM的氧化物和CaO在鋼中整個(gè)氧化物中所占的比例合計(jì)為5％以上，且所述鋼材中作為鋼中氧化物含有的ZrO2在鋼中整個(gè)氧化物中所占的比例為5％以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋼材，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，所述鋼材還含有Ti0.005～0.08％，并且所述鋼材作為鋼中氧化物含有Ti2O3。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋼材，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，在所述鋼材中作為鋼中氧化物含有的Ti2O3在鋼中整個(gè)氧化物中所占的比例為0.3％以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼材，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，所述鋼材還含有從如下元素構(gòu)成的群中選擇的1種以上的元素Cu0.05～2％、Ni0.05～2％、Cr0.01～1.5％、Mo0.01～1％、Nb0.005～0.05％、V0.005～0.1％、及B0.0003～0.005％。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋼材，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，所述鋼材還含有從如下元素構(gòu)成的群中選擇的1種以上的元素Cu0.05～2％、Ni0.05～3.5％、Cr0.01～3％、Mo0.01～1％、Nb0.005～0.25％、V0.005～0.1％、及B0.0003～0.005％。
8.一種制造權(quán)利要求1或2所述的鋼材的方法，其特征在于，包括向?qū)⑷艽嫜趿空{(diào)整到以質(zhì)量％計(jì)為0.0020～0.010％的范圍的鋼水中添加從REM和Ca所構(gòu)成的群中選擇的至少1種元素和Zr的工序。
9.一種制造權(quán)利要求4所述的鋼材的方法，其特征在于，包括向?qū)⑷艽嫜趿空{(diào)整到以質(zhì)量％計(jì)為0.0020～0.010％的范圍的鋼水中添加從REM和Ca所構(gòu)成的群中選擇的至少1種元素和Ti和Zr的工序。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的鋼材的制造方法，其特征在于，在向上述調(diào)整了溶存氧量的鋼水中添加從REM和Ca所構(gòu)成的群中選擇的至少1種元素和Zr之前，先添加Ti。
全文摘要
本發(fā)明的焊接熱影響部的韌性優(yōu)異的低屈服比高張力鋼材，是一種含有C0.03～0.2％、Si0.5％以下、Mn1.0～2.0％、及N0.01％以下，滿足P0.02％以下、S0.015％以下及Al0.01％以下，分別含有REM0.001～0.1％及/或Ca0.0003～0.005％和Zr0.001～0.05％，余量由鐵和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的鋼材，測(cè)定該鋼材中所含的整個(gè)氧化物的組成時(shí)，含有REM的氧化物及/或CaO和ZrO
文檔編號(hào)C22C33/04GK101037757SQ200710084708
公開(kāi)日2007年9月19日 申請(qǐng)日期2007年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月16日
發(fā)明者今村弘樹(shù), 出浦哲史, 泉學(xué) 申請(qǐng)人:株式會(huì)社神戶制鋼所