具有屈服強度670～870N/mm2及抗拉強度 780～940N/mm2的鋼板的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及作為在儲槽容器、建筑機械、海洋結構物、船舶用大型起重機及建筑物 等焊接結構物中使用的屈服強度為670?870N/mm2、抗拉強度為780?940N/mm2的高張 力鋼，在應力除去退火的實施前及實施后的兩種情況下母材的韌性及焊接熱影響部的CTOD 特性均優(yōu)異的鋼板。
[0002] 本申請基于2012年12月28日在日本申請的專利申請2012-287666號主張優(yōu)先 權，將其內容引用于此。
【背景技術】
[0003] 近年來，伴隨著儲槽容器、建筑機械、海洋結構物、船舶用大型起重機等焊接結構 物大型化，一直在進行能減輕焊接結構物的重量的高張力鋼的利用。為了確保這樣的焊接 結構物的安全性，最近，一直在使用斷裂力學的評價法來評價焊接結構物的耐斷裂特性，并 引入到設計中。具體而言，作為脆性斷裂的發(fā)生特性，通過日本焊接協(xié)會標準WESl 108等規(guī) 定的CTOD試驗（Crack Tip Opening Displacement test:裂紋頂端張開位移試驗），求出 被稱為CTOD值的裂紋張開位移量（以下簡稱為δ c)作為斷裂力學的參數(shù)，評價δ c能否 滿足設計基準，這樣的情況不斷增多。
[0004] 為了使材料的δ C提高，需要按照與以往不同的觀點進行材料的特性改善。以往， 作為材料的耐脆性斷裂性的評價方法，使用了夏比沖擊試驗。由夏比沖擊試驗求出的值表 示評價對象區(qū)域的平均韌性。但是，在CTOD試驗中，即使評價對象區(qū)域的平均韌性良好，如 果在評價對象區(qū)域中即便少量地存在脆弱的部位，則其存在被Sc反映出來。由于S c具 有這樣的性質，因此，特別是在焊接熱影響部那樣的鋼材的顯微組織不均一且復雜地變化 的區(qū)域中，為了得到高的S c值，需要盡量減少局部的脆化區(qū)域。
[0005] 而且，在大型焊接結構物的情況下，為了進一步減少斷裂發(fā)生的可能性，有時對焊 接部實施應力除去退火。所謂的應力除去退火是，以減輕由焊接產生的殘留應力為目的、將 焊接后的結構物的焊接部加熱到Acl相變點以下的溫度、接著進行緩冷的熱處理法。但是， 對抗拉強度為780N/mm 2以上的高張力鋼使用應力除去退火時，合金碳化物選擇性地向晶界 析出，通過該合金碳化物引起晶界脆化，應力除去退火的實施部位的韌性急劇降低。該現(xiàn)象 通常被稱為SR (Stress Relieving，應力消除）脆化。特別是在含有B且通過淬火回火制造 的高張力鋼的情況下，發(fā)生SR脆化的傾向強。在這樣的高張力鋼的情況下，不僅母材的脆 化顯著，使用該高張力鋼制作焊接接頭時得到的焊接熱影響部的脆化也顯著。
[0006] 因此，在使用這樣的高張力鋼制造的焊接結構物中，為了得到高的δ值而確保高 的安全性，需要開發(fā)出即使實施應力除去退火、也能較高地維持母材及熱影響部的韌性、并 且在焊接熱影響部中不會產生局部的脆化區(qū)域的高張力鋼。
[0007] 從上述的觀點出發(fā)，以往已經提出了幾種技術。例如，在專利文獻1中，示出了以 限制能引起SR脆化的C、Mn、P及Ni的添加量為特征的、對于應力除去退火的脆化敏感性低 的高韌性調質高張力鋼。但是，該發(fā)明以母材的韌性改善為目的而作出。關于本發(fā)明意圖 的焊接熱影響部的韌性的改善，在專利文獻1中絲毫沒有提及。
[0008] 在專利文獻 2 中公開了含有 C :0· 02 ?0· 20%、Si :0· 003 ?0· 15%、P :0· 0005 ? 0. 010%、Mn、Ni、Cr、Mo、V及B的具有高強度及高韌性的厚壁高張力鋼板的制造方法。該 發(fā)明的特征之一是，通過明確了在由于碳當量低從而淬火性低的化學成分中，作為用于確 保韌性的手段，低Si化有效的見解，確保了焊接性。其結果是，專利文獻2中記載的母材及 焊接熱影響部的夏比吸收能確實顯示出高的值。但是，關于本發(fā)明意圖的應力除去退火后 的韌性、特別是CTOD特性，絲毫沒有提及，其效果也完全不明確。
[0009] 專利文獻 3 涉及含有 C :0· 03 ?0· 30%、Si :0· 10 ?0· 40%、Ni :2· 50 ?4. 00%、 Mn、Cr、Mo、V 及 B、進而限制了 P :0.013% 以下、Sb :0.007% 以下、As :0.007% 以下及 Sn : 0.007%以下、回火脆性及分離極少的高韌性高張力鋼板。該發(fā)明的特征之一是，降低了以 往被認為對回火脆性有害的P、Sb、As及Sn等雜質元素。但是，專利文獻3中記載的發(fā)明以 提高母材的韌性為目的而作出，本發(fā)明意圖的焊接熱影響部的韌性在專利文獻3中沒有提 及。
[0010] 專利文獻4涉及含有(：：0.08?0.18%、51:0.50%以下、附 ：0.50?8.00%、〇&: 0· 0005?0· 0040%、Μη、Mo、V及B、進而限制了 S :0· 008%以下、應力除去退火裂紋（SR裂 紋）敏感性小且具有高韌性的80kgf/mm2級高張力鋼。該發(fā)明的主要特征是S的減少及Ca 的添加，通過該特征避免了焊接部的SR裂紋。但是，雖然上述特征確實對于焊接部的SR裂 紋是有效的，然而，關于上述特征對于SR脆化是否具有有效性，專利文獻4中絲毫沒有提 及。進而，關于焊接熱影響部的韌性的記載也未包含在專利文獻4中。
[0011] 專利文獻5公開了低溫韌性良好的75?200mm厚的調質高張力鋼的制造。具體而 言，專利文獻5公開了對含有C :0. 03?0. 20%、Si :0. 05?0. 50%、P :0. 010%以下、Ni : L 0?10. 0%、Μη、Β、以及選擇性地含有的Cu、Cr、及Mo、并且由涉及C、Si、Mn、Cu、Ni、Cr、 及Mo的含量的特定的計算式計算的數(shù)值滿足規(guī)定的范圍的鋼進行熱處理的方法。在該發(fā) 明中，確實能夠得到具有優(yōu)異的母材韌性的鋼。但是，關于本發(fā)明意圖的應力除去退火后的 特性及焊接熱影響部的韌性，在專利文獻5中沒有記載。
[0012] 在專利文獻6中記載了含有C :0. 18%以下、Si :0.70%以下、P :0.020%以下、Ni : 2. 0% 以下、Μη、以及根據需要含有的 Cu、Cr、Mo、V、Nb、Ti、&B、*$&C、Si、Mn、P、Cu、Ni、 Cr、Mo、Nb、Ti的含量的特定的計算式計算的數(shù)值為2. 0以下、焊接熱影響部的耐應力除去 退火脆化特性優(yōu)異的高張力鋼。專利文獻6中記載的發(fā)明的目的與本發(fā)明的目的相同，是 應力除去退火后的焊接熱影響部韌性的改善。但是，在專利文獻6中，實施例中所示的韌性 評價法僅為熱循環(huán)夏比試驗。進而，在專利文獻6中，以使熱循環(huán)夏比試驗中的轉變溫度 為一 35°C以下作為目的。熱循環(huán)夏比試驗是能評價焊接熱影響部的脆化的特定的顯微組織 的韌性的簡便的方法，但是，評價被稱為焊接接頭部的CTOD特性的、由復雜的顯微組織引 起的韌性是困難的。即使依照該發(fā)明，也難以說能制造能滿足本發(fā)明的目的的焊接熱影響 部CTOD特性的鋼。
[0013] 專利文獻7中公開了低溫韌性優(yōu)異的厚壁高張力鋼板的制造方法，其特征在于， 對于含有 C :0.03 ?0· 15%、Si :0.02 ?0.5%、Ni :0.05 ?3.0%、Mn、Cr、Mo、V及 B 的鋼 在加熱軋制工序中以特定的制造條件進行軋制及冷卻。該方法確實是用于改善厚壁材料的 母材韌性、特別是脆性裂紋傳播停止特性而有效的方法。但是，關于應力除去退火后的特性 及焊接熱影響部韌性，在專利文獻7中絲毫沒有提及。
[0014] 如上所述，在應力除去退火后焊接熱影響部的CTOD特性也良好的抗拉強度為 780?940N/mm 2的高張力鋼還未被開發(fā)出來。
[0015] 現(xiàn)有技術文獻
[0016] 專利文獻
[0017] 專利文獻1 :日本國特開昭54 - 96416號公報
[0018] 專利文獻2 :日本國特開昭58 - 31069號公報
[0019] 專利文獻3 :日本國特開昭59 - 140355號公報
[0020] 專利文獻4 :日本國特開昭60 - 221558號公報
[0021] 專利文獻5 :日本國特開平1 一 219121號公報
[0022] 專利文獻6 :日本國特開平2 - 270934號公報
[0023] 專利文獻7 :日本國特開平4 - 285119號公報
[0024] 非專利文獻
[0025] 非專利文獻1 :"調質鋼〇多層盛溶接熱影響部靱性^t Ni、Mn 〇影響"長 谷川俊永等、"鉄i鋼" Vol. 80 (1994) No. 6

【發(fā)明內容】

[0026] 發(fā)明要解決的課題
[0027] 本發(fā)明涉及提供以往難以制造的、應力除去退火后的CTOD特性優(yōu)異的屈服強度 為670?870N/mm 2、抗拉強度為780?940N/mm2的高張力鋼。特別是將提供在經常需要應 力除去退火的、以高張力鋼板作為材料的儲槽容器、建筑機械、海洋結構物、船舶用大型起 重機及建筑物等大型焊接結構物中、在焊接熱影響部不產生局部的脆化區(qū)域、且不會使應 力除去退火部位的韌性降低、能提高結構物的安全性的鋼板作為本發(fā)明的目的。
[0028] 本發(fā)明中的"母材"及"焊接熱影響部"分別是指通過將本發(fā)明的鋼板焊接而制成 的焊接接頭的母材及焊接熱影響部（有時簡稱為熱影響部或者HAZ)。應力除去退火前的母 材被視為與本發(fā)明的鋼板相同。
[0029] 用于解決課題的手段
[0030](母材的平均晶體粒徑與母材的SR脆化之間的關系）
[0031] 首先，發(fā)明人們在焊接熱影響部的韌性改善之前，對于母材的SR脆化（以下有時 簡稱為"脆化"）進行了研究。發(fā)明人們認為伴隨著晶體粒徑的粗大化、存在母材的SR脆化 變得顯著的傾向。因此，首先，研究了在抗拉強度為780Mpa級的高張力鋼中，表示母材的SR 脆化度的AvTrsBM([應力除去退火前的母材的夏比轉變溫度]一[應力除去退火后的母材 的夏比轉變溫度])與平均晶體粒徑之間的關系。
[0032] 夏比轉變溫度（轉變溫度）是表示材料的耐脆性斷裂性的指標，相當于通過在 JISZ2242 (2005年）中定義的"金屬材料的夏比沖擊試驗方法"得到的斷口轉變溫度（延性 斷口率成為50%的溫度）。在材料的轉變溫度低的情況下，判斷該材料的耐脆性斷裂性優(yōu) 異。通過求出應力除去退火前的材料的轉變溫度減去應力除去退火后的材料的轉變溫度而 得到的值即Δ vTrsBM，能評價應力除去退火對材料的耐脆性斷裂性產生的影響。Δ vTrsBMS (TC以下時，可判斷不存在因應力除去退火而導致轉變溫度上升，未發(fā)生母材的SR脆化。
[0033] 平均晶體粒徑按照如下所述定義。使用電子束背散射衍射圖案解析法（Electron Backscatter Diffraction method :EBSD法）進行晶體方位解析而判別晶體方位差，將被 晶體方位差為30°以上的晶界圍住的區(qū)域定義為晶粒，將上述晶粒的當量圓粒徑定義為晶 體粒徑，計算上述晶體粒徑的頻度分布時，累積頻度從小粒徑側開始成為90 %的上述晶體 粒徑為平均晶體粒徑。
[0034] Λ vTrsBM與平均晶體粒徑之間的關系的研究通過下述方法來進行。作為化學成 分，將含有 C :0· 10%、Si :0· 03%、Mn :0· 93%、P :0· 0030%、S :0· 0022%、Cu :0· 25%、Ni : I. 21%、Cr :0· 45%、Mo :0· 32%、V :0· 023%、A1 :0· 067%、N :0· 53%及 B :0· 0009%、剩余部 分包含F(xiàn)e及雜質的鋼坯加熱至1200°C，接著，通過熱軋制成板厚為75mm的鋼板。對該鋼板 實施加熱到900?1000°C后進行水冷的淬火處理、和加熱到620°C后進行水冷的回火處理。 然后，從進行了淬火處理及回火處理的鋼板的板厚中心部采集母材的沖擊試驗片及顯微組 織樣品，得到用于研究與平均晶體粒徑之間的關系的樣品。從板厚中心部采集樣 品的理由是：當發(fā)生SR脆化時，韌性降低最多的部位為板厚中心部。對該樣品實施夏比沖 擊試驗及EBSD分析，求出樣品的轉變溫度（相當于SR脆化前的母材的夏比轉變溫度）及 平均晶體粒徑。