專利名稱：耐去應力退火特性和低溫接頭韌性優(yōu)異的高強度鋼板的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及即使在焊接后實施長時間的去應力退火(stress-reliefarmealing 以下稱“SR處理”)時，強度降低也很少，且焊接熱影響部(heat-affected zone，以下稱為 uWL")的低溫韌性(low temperaturetoughness)仍優(yōu)異的高強度鋼板。
背景技術：
近年來，在大型鋼制壓力容器(儲罐)的制造中，以削減成本為目的，面向海外儲 罐的組裝的現(xiàn)場化發(fā)展。歷來，鋼構件的切斷和彎曲加工、組裝(通過焊接進行組裝)、一部 分構件的SR處理(局部熱處理(local heattreatment))以及直至最終組裝一般都是在本 公司工廠進行，之后再將儲罐整體運輸?shù)浆F(xiàn)場。然而，由于考慮效率的現(xiàn)場施工化，導致作業(yè)內容正在發(fā)生如下變遷在本公司工 廠進行鋼構件的切斷和彎曲加工后，以構件單位運輸材料，在現(xiàn)場進行儲罐的組裝(通過 焊接進行組裝)，不是對一部分而是對容器整體進行SR處理。隨著這樣的變遷，從現(xiàn)場的焊接技術的問題和安全性的觀點出發(fā)，需要增加SR處 理的時間和次數(shù)。因此，就需要進行將合計要實施20 30小時左右的SR處理考慮在內的 材料設計。如果進行上述這種長時間的SR處理，則鋼中的碳化物凝集粗大化，由此導致強 度降低顯著這一問題被指出。于是，將控制軋制和控制冷卻加以組合的軋制法被稱為TMCP法，作為獲得在低碳 當量(low carbon equivalent)下又具有高強度、高韌性、高焊接性的鋼材(以下稱其為 “CMCP鋼”)的方法而被廣泛推進。而且，TMCP鋼其應用正在從以造船為中心的焊接結構物 用鋼板擴大到儲罐等的壓力容器用鋼板。使用這種TMCP鋼構筑壓力容器用等的情況下，即 使在進行上述這種長時間的SR處理時，鋼板強度也會大幅降低。為了應對這一事態(tài)，一般采用在SR處理前便達到高強度的方法，但為了在嚴酷的 SR處理條件下達到高強度，不得不大量含有合金元素，其結果是存在焊接結構物的HAZ韌 性(特別是低溫韌性)劣化的問題。作為極力降低因SR處理造成的強度降低的技術，例如在專利文獻1中提出有一種 “壓力容器用強韌鋼”，其基本含有0. 26 0. 75%的Cr和0. 45 0. 60%的Mo。該技術通 過添加Cr來抑制SR處理后的碳化物的粗大化，從而抑制SR處理后的強度降低。然而，在 這種鋼材中，因為Cr含量多，所以HAZ的低溫韌性降低這一問題仍未解決。另外在專利文獻2中也提出有一種“壓力容器用高強度強韌鋼”，其基本含有 0. 10 1.00%的Cr和0.45 0.60%的Mo。在該技術中，是通過Cr的添加來抑制因長時 間的SR處理造成Fe3C與粗大的M23C6反應。在該技術中，雖然設想在比較寬的范圍含有Cr， 但實際上Cr含量僅顯示為0. 29%以上，可充分預想到HAZ的低溫韌性降低。專利文獻1 特開昭57-116756號公報專利文獻2 特開昭57-120652號公報

發(fā)明內容
本發(fā)明鑒于上述情況而做，其目的在于，提供一種高強度鋼板，其即使在焊接后實 施長時間的去應力退火時，強度降低也很少(即耐去應力退火特性良好)，而且HAZ的低溫 韌性(以下在本發(fā)明中稱該特性為“低溫接頭韌性”)也良好。本發(fā)明的高強度鋼板，分別含有C :0. 10 0. 16% (質量％的意思。下同)、Si: 0. 05 0. 50%,Mn 1. 3 1. 9%, Al 0. 01 0. 05%, Ti 0. 005 0. 025%, Nb 0. 005 0. 025%, V 0. 005 0. 06%和Mo 0. 03 0. 10%，余量由鐵和不可避免的雜質構成，由下 式(1)規(guī)定的CP值為5. 40%以上，并且由下式(2)規(guī)定的碳當量Ceq為0.45%以下。CP 值=125 [Ti]+111 [Nb]+60 [V]+15 [Mo] ... (1)其中，[Ti]、[Nb]、[V]及[Mo]分別表示Ti、Nb、V和Mo的含量(質量％ )。Ceq = [C] + [Mn] /6+ ([Cr] + [Mo] + [V]) /5+ ([Cu] + [Ni]) /15 …(2)其中，[C]、[Mn]、[Cr]、[Mo]、[V]、[Cu]及[Ni]分別表示C、Mn、Cr、Mo、V、Cu 及 Ni 的含量(質量％)。另外，在本發(fā)明的高強度鋼板中，除上述基本元素以外，根據需要含有如下等元素 也有用(a)Cr 0. 30% 以下(不含 0%) ； (b)Cu 0. 以下(不含 0%)和 / 或Ni 0. 50% 以下(不含0%) ； (C)Ca :0. 0040%以下(不含0% )，根據所含有的成分的種類，鋼板的特
性得到進一步改善。根據本發(fā)明，通過控制鋼板的化學成分組成使上式(1)和式(2)表示的CP值和碳 當量Ceq滿足規(guī)定范圍，能夠抑制SR處理后的強度降低，并且低溫接頭特性也優(yōu)異，這樣的 高強度鋼板作為要進行嚴酷的SR處理的罐體(壓力容器)等的原材極其有用。


圖1是表示CP值與強度降低量Δ TS的關系的曲線圖。圖2是表示碳當量Ceq與HAZ韌性(νΕ_46)的關系的曲線圖。
具體實施例方式本發(fā)明者們以實現(xiàn)即使經過長時間的SR處理也不會招致強度降低，低溫接頭韌 性也良好的鋼材為目標，從各種角度進行了研究。其結果發(fā)現(xiàn)，在嚴密地控制了化學成分組 成的鋼板中，上述目的被完美地達成，從而完成了本發(fā)明。沿著本發(fā)明得以完成的原委，對 于本發(fā)明的構成及作用效果進行說明。本發(fā)明者們認為，SR處理造成的鋼板的強度降低，原因在于C的狀態(tài)變化。在鋼 板中，C作為固溶碳、微細碳化析出物或滲碳體(Fe3C)存在，雖然固溶碳和微細碳化析出物 有助于強度提高，但是因為滲碳體粗大，所以認為對強度的幫助很小。即，認為經SR處理導 致C向滲碳體中擴散，致使?jié)B碳體相的分率(以下僅稱為“滲碳體分率”)增加，C對于強度 的貢獻受損。在進行過通常的再加熱淬火、回火的鋼(以下稱為“QT”鋼)中，也存在借助SR處 理時的滲碳體粗大化(cementite coarsening)抑制來抑制強度降低的技術，但在這樣的技 術中，由于回火處理導致滲碳體分率達到臨界，因此滲碳體分率抑制技術不能適用。因此需 要以TMCP法實施制造，即，在鋼板軋制后，通過借助急冷進行的過冷卻使C保持固溶狀態(tài)，這能夠極力抑制滲碳體生成，至少抑制SR處理前的滲碳體分率。但是，現(xiàn)有的TMCP鋼即使 如此抑制滲碳體生成，卻仍存在經SR處理導致滲碳體分率大幅增加的傾向。因此，本發(fā)明者們設想，為了確保SR處理后的強度而利用C，抑制TMCP鋼在SR處 理時的滲碳體生成即可?；谶@一設想，就化學成分帶給SR處理后的強度的影響進一步進 行研究。其結果判明，即使是能夠確保低溫接頭韌性(low-temperature jointtoughness) 的低合金成分系，也能夠抑制高溫、長時間的SR處理中的滲碳體生成，如上述通過嚴密地 規(guī)定化學成分組成，能夠實現(xiàn)一種高強度鋼板，其能夠在SR處理后確保充分的強度，并且 也不會招致低溫接頭韌性的的降低。SR處理是以586 625°C的高溫進行20 30小時左右的熱處理，但是在這種嚴 酷的條件下，大部分的析出物固溶，C擴散到滲碳體中。然而，就Ti、Nb、V和Mo來說，即使 在SR處理時，也會形成例如TiC、Nb2C、V2C、Mo2C等組成的這種穩(wěn)定的析出物，由此抑制C的 控散，抑制滲碳體分率，這可借助綜合熱力學軟件(“Themo-Calc”，可以從CRC綜合研究所 購買)加以推測。因此，本發(fā)明者們判明，若利用上述Themo-Calc計算溫度上處于平衡狀態(tài)下的析 出物量，求得析出物形成比例(即碳的擴散抑制貢獻率)，再使之與非平衡的狀態(tài)吻合而進 行補正，則作為C的擴散參數(shù)確定為由下式(1)規(guī)定的CP值。而且，如果該CP值為5. 40% 以上，則C向滲碳體的擴散得到抑制。但是，若任意一種元素過剩地含有，則都會阻礙焊接 性，因此其自然存在上限(后述)。CP 值=125 [Ti]+111 [Nb]+60 [V]+15 [Mo] ...(1)其中，[Ti]、[Nb]、[V]及[Mo]分別表示Ti、Nb、V和Mo的含量(質量％ )。在本發(fā)明的鋼板中，為了良好地維持低溫接頭韌性，還需要由下式(2)規(guī)定的碳 當量Ceq在0. 45%以下。該碳當量Ceq是將有助地低溫接頭韌性的各元素的影響力換算成 碳量，在各種領域中被利用(ASTM規(guī)格)。本發(fā)明中以碳當量Ceq作為低溫接頭韌性的判斷 標準而加以利用。還有，在下式⑵中，除本發(fā)明的鋼材的基本成分(C、Mn、Mo和V)以外， 根據需要還被含有的Cr、Cu、Ni也作為一項含有，而對于Cr、Cu和Ni來說，只要含有它們 時也考慮其含量進行計算即可。 Ceq = [C] + [Mn] /6+ ([Cr] + [Mo] + [V]) /5+ ([Cu] + [Ni]) /15 …(2)其中，[C]、[Mn]、[Cr]、[Mo]、[V]、[Cu]及[Ni]分別表示C、Mn、Cr、Mo、V、Cu 及 Ni
的含量(質量％)。在本發(fā)明的鋼板中，通過使上式(1)所規(guī)定的CP值為5. 40%以上，并且使上式 ⑵所規(guī)定的碳當量Ceq為0. 45%以下，實施嚴酷的SR處理后的耐SR特性和低溫接頭韌 性良好，但所謂“嚴酷的SR處理”不只限于時間，還需要考慮與溫度的關系。在本發(fā)明中， 作于用于客觀地判斷嚴酷的SR處理的標準，設想為由下式(3)規(guī)定的P值為18.8以上的 條件。即，在本發(fā)明的鋼板中，在下式(3)所規(guī)定的P值為18.8以上的條件下進行SR處理 時，耐SR特性和低溫接頭韌性均良好。P 值=T(20+logt。) ...(3)其中，T :SR處理加熱溫度(K), t0 =SR處理加熱時間(小時)在本發(fā)明的高強度鋼板中，還需要將C、Si、Mn、Al、Ti、Nb、Mo和V等的基本成分調整到適當?shù)姆秶?。限定這些成分的范圍的理由如下。(C :0· 10 0. 16% )C在提高鋼板的淬火性，在SR處理后確保規(guī)定的強度上是重要的元素，但若其含 量過剩，則損害焊接性，因此需要在0. 16%以下。若從確保焊接性的觀點出發(fā)，則C含量越 少越為優(yōu)選，但是若低于0. 10%，則由于淬火性降低而不能確保SR處理后的強度。C含量 優(yōu)選的下限為0. 11%，優(yōu)選的上限為0. 13%。(Si :0· 05 0. 50% )Si在熔煉鋼時作為脫氧劑起作用，發(fā)揮著使強度上升的效果。為了有效地發(fā)揮 這一效果，需要使之含有0. 05 %以上。然而，若Si含量過剩，則焊接性降低，因此需要為 0. 50%以下。Si含量的優(yōu)選下限為0. 20%，優(yōu)選的上限為0. 40%。(Mn :1· 3 1. 9% )Mn是發(fā)揮提高鋼板的強度的效果的元素。為了有效地發(fā)揮這一效果，需要使Mn含 有1.3%以上。然而，若Mn含量過剩，則焊接性受損，因此以1.9%為上限。Mn含量的優(yōu)選 下限為1.45%，優(yōu)選上限為1.60%。(Al :0· 01 0. 05% )Al作為脫氧劑被添加，但低于0.01%時則發(fā)揮不出充分的效果，若過剩使之含 有而超過0.05%，則阻礙鋼板的潔凈性，因此以0.05%為上限。Al含量的優(yōu)選下限為 0. 015%。(Ti 0. 005 0. 025%, Nb 0. 005 0. 025% )Ti和Nb向滲碳體的固溶性(solid solubility)小，另外與C的親和性強。因此 通過形成上述這樣的析出物(碳化物)而發(fā)揮著抑制滲碳體分率的增加的效果，對鋼材在 SR處理后的強度確保是有效的元素。為了發(fā)揮這一效果，均需要含有0.005%以上。然而， 若這些元素含量過剩，則阻礙鋼板的焊接性，因此均需要在0.025%以下。還有，Ti含量的 優(yōu)選上限為0. 020%。另外Nb含量的優(yōu)選下限為0. 010%。(V 0. 005 0. 06%、Mo :0· 03 0. 10% )V和Mo與C的親和性強，但向滲碳體固溶。但通過與Nb的復合添加，其向滲碳體 的固溶性降低，形成V2C，Mo2C。這些析出物即使在SR處理時仍穩(wěn)定地存在，從而抑制滲碳體 分率的增加。為了發(fā)揮這一效果，需要使V含有0.005%以上，使Mo含有0.03%以上。然 而，若這上結元素含量過剩，則阻礙焊接性，因此需要V在0. 06%以下，Mo在0. 10%以下。 V含量的優(yōu)選下限為0. 020%，優(yōu)選上限為0. 050%。本發(fā)明的高強度鋼板中的基本成分如上述，余量是鐵和不可避免的雜質。還有，作 為不可避免的雜質，可列舉由鋼原料或其制造工序混入的P、S、N、0等。這些雜質之中，對 于P、S、N來說，因為均會使焊接性和SR處理后的韌性降低，所以P優(yōu)選抑制在0. 020%以 下，S優(yōu)選抑制在0. 01 %以下，N優(yōu)選抑制在0. 01 %以下。在本發(fā)明的鋼板中，根據需要含有如下等元素也有用(a)Cr :0.30%以下(不含 0% ) ； (b) Cu 0. 50% 以下(不含 0%)和 / 或Ni 0. 50% 以下(不含 0% ) ； (c) Ca 0. 0040% 以下(不含0%)，根據所含有的成分的種類，鋼板的特性得到進一步改善。含有這些元素 時的范圍設定理由如下。
Cr對抑制C的擴散是有效的元素，但若過剩含有，則阻礙焊接性，因此在0. 30%以 下。還有，用于發(fā)揮這一效果的優(yōu)選的Cr含量為0. 10%以上，低于此含量時，視為不可避免 的雜質。[Cu :0· 50% 以下(不含 0%)和 / 或 Ni :0.50% 以下(不含 0%)]這些元素是對提高鋼板的淬火性有效的元素，但即使過剩地含有上述效果也是 飽和，因此均優(yōu)選為0.50%以下。還有，為了發(fā)揮來自這些元素的效果，均優(yōu)選使之含有 0. 05%左右以上，但低于該含量時視為不可避免的雜質。[&:0.0040%以下(不含0%)]Ca通過夾雜物的控制，對于使鋼板的韌性提高是有效的元素，但若過剩地含有， 則上述效果飽和，因此為0. 0040%以下。還有，用于發(fā)揮這一效果的優(yōu)選的Ca含量為 0. 0005% 以上。本發(fā)明的高強度鋼板，如果化學成分組成、由上式(1)和式(2)所表示的CP值和 碳當量Ceq滿足規(guī)定范圍，則SR處理時的滲碳體生成得到抑制，由此使SR處理后的強度降 低受到抑制，并且能夠抑制低溫下的接頭韌性降低。TMCP法基本上是應用基于軋制的“奧氏體狀態(tài)的控制”和接著實施的“由所控制的 奧氏體發(fā)生的相變的控制”，但在本發(fā)明中因為將滲碳體分率的增加抑制利用于強度確保， 所以優(yōu)選在滲碳體不會析出的Ar3相變點以上進行軋制，通過軋制后的冷卻使C的擴散保 持在固溶狀態(tài)，最大限度地抑制滲碳體生成。用于制造本發(fā)明的鋼板所涉及的條件，除了上 述軋制溫度以外，遵循通常的TMCP即可。實施例以下，通過實施例更詳細地說明本發(fā)明，但下述實施例并沒有限定本發(fā)明的性質， 在能夠符合前、后述的宗旨的范圍也可以適當變更實施，這些均包含在本發(fā)明的技術范圍 內。在下述表1所示的各種化學成分組成中，將進行了轉爐熔煉、連續(xù)鋼錠造，在Ar3 相變點以上的溫度結束軋制，從該溫度進行加速冷卻(冷卻速度3 30°C /秒左右)，制 作各種鋼板。對于得到的各鋼板，以615°C實施23小時的SR處理(所述(3)式的P值為 18. 97)。還有在表1中，還顯示了各鋼種的Ar3相變點，但這些值基于下式⑷求得(式中， []表示各元素的含量(質量％ )，t表示板厚(成品厚mm))。Ar3 = 910-310 [C] -80 [Mn] -20 [Cu]-15 [Cr] -55 [Ni]-80 [Mo] +0. 35 (t_8) …(4)表1
*余量是鐵和不可避免的雜質。使用如上述這樣得到的各鋼板，根據下述的方法測定低溫接頭韌性(HAZ韌性)， 并且根據下述方法測定SR處理前后的抗拉強度TS，測定SR處理前、后的強度降低量 (Δ TS)。[(低溫接頭韌性(HAZ韌性)]對于SR處理后的各鋼板，以50kJ/cm的焊接線能量實施由焊條電弧焊進行的多層 堆焊，從各鋼板的t(t 板厚)/4部位(HAZ的寬度中央)，在相對于焊接線方向成直角的方 向提取ASTM A370-05的試驗片，評價HAZ韌性。依據ASTM A370-05,以-46°C進行擺錘沖 擊試驗，測定吸收能(vE_46)。這時針對各鋼板，就3個試驗片測定吸收能(vE_46)，求得其平 均值。然后vE_46的平均值為55J以上的評價為HAZ韌性優(yōu)異。(拉伸試驗)從SR處理前、后的各鋼板的t(t 板厚)/4部位，在相對于焊接線方向成直角的方 向提取 ASTM A370-05(0. 500-in. Round Spacimen)的試驗片，按 ASTM A370-05 的要領進行 拉伸試驗，測定抗拉強度(TS)。然后，根據SR處理前、后的抗拉強度的差測定強度降低量 (變量Δ TS)，該Δ TS低于30MPa，SR處理后的抗拉強度TS為550MPa以上的，判定為耐 SR特性良好。這些測定結果[SR處理后的抗拉強度TS(SR后TS)、強度降低量Δ TS、HAZ韌性 (vE_46)]與各鋼板的板厚一起顯示在下述表2中。表2
由這些結果能夠進行如下考察(還有，下述No.表示表2的實驗No. )。No. 8 18 滿足本發(fā)明規(guī)定的要件[化學成分、(1)式和(2)]，即使在嚴酷的SR處理后也能夠減小強 度降低量Δ TS，從而確保既定的抗拉強度TS，并且低溫接頭韌性(HAZ韌性)也良好。相對于此，No. 1 7不滿足本發(fā)明規(guī)定的某一要件，某種特性劣化。具體來說， No. 1、2、4 7其CP值不滿足本發(fā)明規(guī)定的范圍，由此導致強度降低量Δ TS變大，SR處理 后的抗拉強度TS降低。No. 3雖然CP值滿足本發(fā)明規(guī)定的范圍，強度降低量Δ TS小，但是碳當量Ceq超過 本發(fā)明規(guī)定的范圍，HAZ韌性劣化?；具@些數(shù)據，CP值和強度降低量Δ TS的關系顯示在圖1中，碳當量Ceq與HAZ 韌性(vE_46)的關系顯示在圖2中。由這些結果可知，為了減少強度降低量ΔTS，重要的是使 CP值處于5. 40 (% )以上，而為了確保良好的HAZ韌性，重要的是使碳當量處于0. 45(% ) 以下。
權利要求
一種去應力退火后的強度降低少且低溫接頭韌性優(yōu)異的高強度鋼板，其特征在于，以質量％計含有C0.10～0.16％、Si0.05～0.50％、Mn1.3～1.9％、Al0.01～0.05％、Ti0.005～0.025％、Nb0.005～0.025％、V0.005～0.06％和Mo0.03～0.10％，余量含有鐵和不可避免的雜質，由下式(1)規(guī)定的CP值為5.40％以上，并且由下式(2)規(guī)定的碳當量Ceq為0.45％以下，CP值＝125[Ti]+111[Nb]+60[V]+15[Mo]…(1)其中，[Ti]、[Nb]、[V]及[Mo]分別表示Ti、Nb、V和Mo的質量百分比含量，Ceq＝[C]+[Mn]/6+([Cr]+[Mo]+[V])/5+([Cu]+[Ni])/15…(2)其中，[C]、[Mn]、[Cr]、[Mo]、[V]、[Cu]及[Ni]分別表示C、Mn、Cr、Mo、V、Cu及Ni的質量百分比含量。
2.根據權利要求1所述的高強度鋼板，其特征在于，作為其他元素以質量％計還含有 Cr 0. 30%以下但不含0%。
3.根據權利要求1所述的高強度鋼板，其特征在于，作為其他元素以質量％計還含有 Cu 0. 50%以下但不含0%和/或Ni 0. 50%以下但不含0%。
4.根據權利要求1所述的高強度鋼板，其特征在于，作為其他元素以質量％計還含有 Ca 0. 0040 %以下但不含0 %。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高強度鋼板，其即使在焊接后實施長時間的去應力退火時，強度降低也很少，而且HAZ的低溫韌性也良好。本發(fā)明的高強度鋼板，適當調整化學成分組成，并且由下式(1)規(guī)定的CP值為5.40％以上，并且由下式(2)規(guī)定的碳當量Ceq為0.45％以下。CP值＝125[Ti]+111[Nb]+60[V]+15[Mo]…(1)其中，[Ti]、[Nb]、[V]及[Mo]分別表示Ti、Nb、V和Mo的含量(質量％)。Ceq＝[C]+[Mn]/6+([Cr]+[Mo]+[V]/5+)([Cu]+[Ni]/15)…(2)其中，[C]、[Mn]、[Cr]、[Mo]、[V]、[Cu]及[Ni]分別表示C、Mn、Cr、Mo、V、Cu及Ni的含量(質量％)。
文檔編號C22C38/58GK101932743SQ200980103849
公開日2010年12月29日 申請日期2009年3月16日 優(yōu)先權日2008年3月28日
發(fā)明者仮屋崎誠 申請人:株式會社神戶制鋼所