脆性裂紋傳播停止特性優(yōu)良的高強(qiáng)度厚鋼板及其制造方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供脆性裂紋傳播停止特性優(yōu)良的高強(qiáng)度厚鋼板及其制造方法。一種厚鋼板，其含有特定含量的C、Si、Mn、Al、P、S、N，并且Ceq(＝C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(V+Mo+Cr)/5)為0.34％以上且0.49％以下，根據(jù)需要含有選自Nb、Ti、Cu、Ni、Cr、Mo、V、Ca、B、REM中的一種或兩種以上，具有與鋼板表面平行的面中的(211)面X射線強(qiáng)度比為1.0以上的織構(gòu)的區(qū)域存在于包括板厚中心部在內(nèi)的板厚的1/3部以上，板厚的中央部的貝氏體百分率為80％以上，并且板厚的1/4位置的夏比斷口轉(zhuǎn)變溫度為-40℃以下。在進(jìn)行熱軋中的板厚中央部的溫度在(Ar3點+60)℃以下且Ar3點以上的溫度范圍內(nèi)的累積軋制率為50％以上的軋制后，以4.0℃/秒以上的冷卻速度冷卻至450℃以下。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及用于船舶、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)物的、適合作為板厚超過50mm的厚鋼板的、脆性裂紋傳播停止特性(brittle crackarrestability)優(yōu)良的高強(qiáng)度厚鋼板(high strength steel plate)及其制造方法。
技術(shù)介紹
對于船舶、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，對于所使用的鋼材，要求使用溫度下的靭性(toughness)、脆性裂紋傳播停止特性。 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(outerplate of ship’ s hull),最近,隨著船體的大型化,高強(qiáng)度厚壁化進(jìn)一步發(fā)展,一般而言,鋼板的脆性裂紋傳播停止特性具有越是高強(qiáng)度或越是厚壁材料越變差的傾向，因此，對脆性裂紋傳播停止特性的要求也進(jìn)一步提高。作為使鋼材的脆性裂紋傳播停止特性提高的方法，一直以來已知有增加Ni含量的方法，在液化天然氣(LiquefiedNatural Gas)的儲罐中，以商業(yè)規(guī)模使用9% Ni鋼。但是，Ni量的增加不得不使成本大幅上升，因此，難以應(yīng)用于LNG儲罐以外的用途。另一方面，對于沒有達(dá)到LNG這樣的極低溫(cryogenic temperature)的、用于船舶或管線的、板厚小于50mm的比較薄的鋼材，可以通過TMCP(Thermo_Mechanical ControlProcess，熱機(jī)械控制工藝)法實現(xiàn)細(xì)粒化而使低溫靭性提高，從而賦予優(yōu)良的脆性裂紋傳播停止特性。另外，在專利文獻(xiàn)I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提高而將表層部的組織超微細(xì)化(ultrafine-grained)的鋼材。專利文獻(xiàn)I記載的脆性裂紋傳播停止特性優(yōu)良的鋼材的特征在于，著眼于脆性裂紋傳播時產(chǎn)生在鋼材表層部的剪切唇(塑性變形區(qū)域shear-lips)對脆性裂紋傳播停止特性的提高有效，使剪切唇部分的晶粒微細(xì)化，從而吸收傳播的脆性裂紋所具有的傳播能量。作為制造方法，記載了如下方法:通過熱軋后的控制冷卻將表層部分冷卻至Ar3相變點(Ar3temperature)以下,然后,停止控制冷卻，將表層部分再加熱至相變點以上，反復(fù)進(jìn)行I次以上上述工序，在此期間對鋼材實施軋制，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(bainitestructure)。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提高，鋼材的兩表面部由具有50%以上鐵素體組織的層構(gòu)成，所述鐵素體組織具有圓等效粒徑(average grain diameterequivalent to a circle)為 5 μ m 以下、長徑比(aspect ratio of the grains)為 2 以上的鐵素體晶粒，并且重要的是抑制鐵素體粒徑的偏差，作為抑制偏差的方法，將精軋中的每I個道次的最大軋制率(rolling reduction ratio)設(shè)定為12%以下,從而抑制局部的再結(jié)晶現(xiàn)象。但是，專利文獻(xiàn)1、2中記載的脆性裂紋傳播停止特性優(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、并且在再加熱中實施加工而得到特定的組織，在實際生產(chǎn)規(guī)模下不易控制，特別是對于板厚超過50mm的厚壁材料而言，是對軋制、冷卻設(shè)備的負(fù)荷大的工藝。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提高的TMCP延伸技術(shù)。具體而言，在板厚為30~40mm時，無需進(jìn)行鋼板表層的冷卻以及再加熱等復(fù)雜的溫度控制，通過下述條件使脆性裂紋傳播停止特性提高:(a)確保微細(xì)的鐵素體晶粒的軋制條件、(b)在鋼材板厚的5%以上的部分中生成微細(xì)鐵素體組織的軋制條件、(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(軋制)引入的位錯(dislocation)再配置而形成亞晶粒的軋制條件、(d)抑制形成的微細(xì)鐵素體晶粒和微細(xì)亞晶粒粒的粗大化的冷卻條件。另外，還已知在控制軋制中對相變后的鐵素體施加軋制而使織構(gòu)發(fā)達(dá)、由此使脆性裂紋傳播停止特性提高的方法。通過在鋼材的斷裂面上沿著與板面平行的方向產(chǎn)生裂口而緩和脆性裂紋前 端的應(yīng)力來提高對脆性斷裂的阻力。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(X-ray diffraction intensity according to (110) plane)為 2 以上、并且使圓等效直徑(average grain diameter equivalent to a circle) 20 μ m 以上的粗大晶粒為 10% 以下，由此使耐脆性斷裂特性提高。在專利文獻(xiàn)5中公開了一種作為接縫部的脆性裂紋傳播停止特性優(yōu)良的焊接結(jié)構(gòu)用鋼的鋼板，其特征在于，在板厚內(nèi)部的軋制面上的(100)面的X射線面強(qiáng)度比為1.5以上，并且記載了通過由該織構(gòu)發(fā)達(dá)所產(chǎn)生的應(yīng)力負(fù)荷方向與裂紋傳播方向的角度偏差而使脆性裂紋傳播停止特性優(yōu)良。另外，專利文獻(xiàn)6~9中記載了通過對控制軋制中的平均軋制率進(jìn)行規(guī)定而在板厚方向的各部(板厚的1/4部、板厚中央部等)中使織構(gòu)發(fā)達(dá)的、脆性裂紋傳播停止特性優(yōu)良的焊接結(jié)構(gòu)用鋼的制造方法。
技術(shù)實現(xiàn)思路
專利技術(shù)所要解決的問題近來,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。井上等；厚手造船用鋼(二 B It石長大脆性爸裂伝播挙動(厚壁造船用鋼的長大脆性裂紋傳播特性)、日本船舶海洋工學(xué)會講演論文集第3號、2006、pp359-362對板厚65mm的鋼板的脆性裂紋傳播停止特性進(jìn)行了評價，并且報道了在母材的大型脆性裂紋傳播停止試驗中脆性裂紋沒有停止的結(jié)果另外，在供試材料的ESSO 試驗(ESSO test compliant with the guideline forbrittle crack arrest design (2009, CLASS NK))中，顯示出在-10°C 的使用溫度下的 Kca 的值小于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。從制造條件、公開的實驗數(shù)據(jù)來看，上述專利文獻(xiàn)I~5中記載的脆性裂紋傳播停止特性優(yōu)良的鋼板以約50mm的板厚為主要對象，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證。另外，專利文獻(xiàn)6~9中，為了使板厚中央部的織構(gòu)發(fā)達(dá)，需要在軋制時將每I個道次的軋制率設(shè)定得較高，因此，在制造條件、鋼板尺寸等方面產(chǎn)生各種制約，要求對其進(jìn)行改善。因此，本專利技術(shù)的目的在于提供即使對于板厚超過50mm的厚鋼板而言，也能夠通過優(yōu)化軋制條件而控制板厚方向上的織構(gòu)的工業(yè)上極其簡易的工藝來穩(wěn)定地制本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種高強(qiáng)度厚鋼板，其特征在于，在包括板厚中心部在內(nèi)的板厚總厚度的1/3以上的區(qū)域中，具有與鋼板表面平行的面中的(211)面X射線強(qiáng)度比為1.0以上的織構(gòu)，板厚的中央部的貝氏體百分率為80％以上，并且板厚的1/4位置的夏比斷口轉(zhuǎn)變溫度為?40℃以下。

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】2011.12.27 JP 2011-2855671.一種高強(qiáng)度厚鋼板，其特征在于，在包括板厚中心部在內(nèi)的板厚總厚度的1/3以上的區(qū)域中，具有與鋼板表面平行的面中的(211)面X射線強(qiáng)度比為1.0以上的織構(gòu)，板厚的中央部的貝氏體百分率為80%以上，并且板厚的1/4位置的夏比斷口轉(zhuǎn)變溫度為_40°C以下。2.如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度厚鋼板，其特征在于，鋼的化學(xué)成分以質(zhì)量％計為，C:0.03 ~0.20%,Si:0.03 ~0.50%,Mn:0.50 ~2.20%,P:0.030% 以下、S:0.010% 以下、Al:0.005~0.08%,N:0.0045%以下，并且由下述(I)式表示的碳當(dāng)量(Ceq)為0.34%以上且0.49%以下，余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，Ceq = C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(V+Mo+Cr)/5 (I) 其中，各兀素符號表不各成分的質(zhì)量％含量。3.如權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)度厚...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：長谷和邦，竹內(nèi)佳子，西村公宏，三田尾真司，
申請(專利權(quán))人：杰富意鋼鐵株式會社，
類型：發(fā)明
國別省市：日本;JP