專利名稱：焊接應變少的鋼板的制作方法
技術領域：
本發明涉及船舶、建筑結構物、橋梁等所使用的鋼板在焊接時發生的焊接應變少的鋼板。
背景技術：
對于船舶、建筑結構物、橋梁等中的鋼板進行焊接時，在板厚例如為IOmm以上的厚的區域，由于板厚方向的溫差，而在板厚方向發生不均勻的橫向收縮變形，引起被稱為角變形的焊接應變。若這樣的焊接應變在例如船舶等的外板發生，則成為外板向內側歪曲的狀態(在船舶領域一般稱為“瘦馬”)，特別在外觀上不為優選。
所謂焊接應變，根本上是因塑性變形而產生的，塑性變形需要伴隨可動位錯的移動，因此一直以來提出的方法是，通過導入用于防止可動位錯的移動的障礙物來抑制焊接應變，作為所述障礙物，例如可列舉例如固溶元素、析出物(碳化物等)、貝氏體和馬氏體等高位錯密度組織或結晶晶界。
作為降低鋼板的焊接應變的技術，例如可列舉日本 特開2006-2211號、日本特開 2006-2198號。這些先行技術中均提出，導入貝氏體組織、馬氏體組織這樣的高位錯密度組織，并且使組織微細化，由此使結晶晶界增加，此外還通過確保Nb、Mo、V、W、Ta的元素的固溶量來降低焊接應變。
但是，確保固溶元素或使析出物形成的方法中存在的問題是，由于合金元素的添加招致鋼材的成本上升。另外，在導入貝氏體組織和馬氏體組織的方法中，需要進行強冷卻或添加提高淬火性的合金元素，在強冷卻時，會產生冷后的形狀不良這樣的問題，另外在大量添加合金元素時，鋼材成本上升，因此不優選。 發明內容
本發明的目的在于，提供一種能夠降低焊接應變發生的鋼板，其不會因合金元素的添加造成成本上升，以及不會發生因強冷卻造成的形狀不良。
能夠達成上述課題的本發明的鋼板，含有C :0. 03 O. 2% (質量％的意思，下同)、Si 0. 05 O. 40 %、Mn 0. 5 1. 80 %、Al :0· 005 O.1 %、N :0. 001 O. 01 %、P : O. 001 O. 050%、S :0. 001 O. 050%，余量是鐵和不可避免的雜質，微觀組織含有加工鐵素體25面積％以上，余量組織為多邊鐵素體、珠光體、貝氏體和馬氏體，貝氏體和馬氏體的合計為10面積％以下。
本發明的鋼板，優選由下式(I)表示的Ar3點為760°C以上、低于840°C。
Ar3 點(V)= 910-310 X [C] -80 X [Mn] -20 X [Cu]-15 X [Cr]-55 X [Ni]-80 X [MO]…⑴
(式中，[]表示各元素的含量(質量％))
本發明的鋼板，還優選根據需要，含有如下元素(a)從由Nb :0. 05%以下和Ti O. 050%以下所構成的組中選出的至少一種；(b)Mo 0. 50%以下；(c)從由Cr :0. 50 %以下、Cu :0. 5%以下和N1:0. 50%以下所構成的組中選出的至少一種；(d)從由V :0. 100%以下和B :0. 0030%以下所構成的組中選出的至少一種。
根據本發明，微觀組織含有加工鐵素體25面積％以上，因此能夠提供焊接應變被降低的鋼板
圖1 (a)是馬氏體組織的TEM觀察像，圖1 (b)是加工鐵素體組織的TEM觀察像。
圖2是關于后述的實施例的鋼種a,表不加工鐵素體面積率和角變形量Θ的關系的曲線圖。
圖3是關于后述的實施例(No. 2和No. 11)，表不組織鑒定的步驟的圖。
圖4是表示后述的實施例中測量角變形量時的試驗片形狀和角變形量的計測的要領的圖。
具體實施方式
本發明者們研究的結果發現，作為防止構成焊接應變的原因的位錯的移動的障礙物，如果將低溫軋制鐵素體而得到的加工鐵素體確保在規定以上，則能夠降低焊接應變，并且如果使余量組織為多邊鐵素體和珠光體主體的組織，則不會發生由合金元素的添加帶來的成本上升和強冷卻造成的形狀不良，從而完成了本發明。
圖2是使用后述的實施例的鋼種a，顯示加工鐵素體的面積率與表示角變形的程度的角變形量Θ的關系的曲線圖。根據圖2可知，通過確保加工鐵素體在規定以上，能夠顯著降低角變形量。
所謂加工鐵素體,就是通過軋制從奧氏體相變的鐵素體而生成的、導入有高密度的位錯的鐵素體組織。圖1中顯示馬氏體組織和加工鐵素體組織的TEM觀察像。如圖1(a) 所示，馬氏體組織中的位錯以板條狀均勻地分布。另一方面，圖1(b)所示的加工鐵素體中的位錯成為互相交織的網狀。因為馬氏體組織中的位錯均勻地分布，所以容易移動，但加工鐵素體中的位錯互相交織，因此難以移動，作為防止使塑性變形推進的位錯的移動的障礙物，加工鐵素體一方的效果被認為更高。另外，在使組織微細化而增加結晶晶界，以結晶晶界作為障礙物發揮作用的方法中，例如厚鋼板的鐵素體組織的微細化中，結晶晶界的間隔最多不過數P m左右。另一方面，加工鐵素體中的網狀位錯之間的間隔為10 1 μ m級,為聞密度，因此與使組織微細化的技術相比較，也認為其作為所述障礙物的效果高。為了有效地發揮這樣的加工鐵素體的效果，全部組織中的加工鐵素體的比例定為25面積％以上。加工鐵素體的比例的下限優選為30面積％以上，更優選為35面積％以上。另一方面，若加工鐵素體的比例過多，則招致延伸率的降低。因此，加工鐵素體的比例的上限優選為80面積％ 以下，更優選為75面積％以下，進一步優選為70面積％以下。
在本發明的組織中,加工鐵素體組織以外的余量組織為多邊鐵素體和珠光體。如果使余量為多邊鐵素體和珠光體，則不需要過剩地添加合金元素，因此不會招致鋼材的成本的上升，另外能夠使軋制后的冷卻為空氣冷卻等冷卻速度慢的冷卻(例如10°C /秒以下)，因此也不會發生因強冷卻造成的冷卻后的形狀不良這樣的問題。余量的多邊鐵素體和珠光體的比例，優選合計為20面積％以上，更優選為25面積％以上，進一步優選為30面積％以上。另一方面，若多邊鐵素體和珠光體的比例過剩，則不能確保具有抑制焊接應變的效果的加工鐵素體，因此優選合計為75面積％以下，更優選為70面積％以下，進一步優選為65面積％以下。
多邊鐵素體的面積率優選為17面積％以上，更優選為22面積％以上，進一步優選為27面積％以上。另一方面，多邊鐵素體的面積率的上限優選為72面積％以下，更優選為 66面積％以下，進一步優選為60面積％以下。
珠光體的面積率優選為3面積％以上，更優選為4面積％以上，進一步優選為5面積％以上。另一方面，珠光體的面積率的上限優選為20面積％以下，更優選為17面積％以下，進一步優選為15面積％以下。
如上述，加工鐵素體組織以外的余量組織為多邊鐵素體和珠光體，但除這些組織以外，也允許在不妨礙本發明的作用效果的范圍內含有不可避免地形成的貝氏體、馬氏體。 不可避免地形成的組織的比例的合計 優選為10面積％以下，更優選為8面積％以下，進一步優選為7面積％以下。
其次，以下說明本發明的鋼板的化學成分。
C :0.03 O. 2%
C是用于確保鋼板的強度的重要元素，因此為O. 03%以上。C量優選為O. 05%以上，更優選為O. 08%以上。另一方面，若C量過剩，則韌性降低，因此為O. 2%以下。C量優選為O. 18%以下，更優選為O. 16%以下。
S1:0· 05 O. 40%
Si是脫氧元素，并且具有通過固溶強化而使強度提高的作用。因此Si量定為 O. 05%以上。Si量優選為O. 10%以上，更優選為O. 15%以上，另一方面，若Si量過剩，則焊接性降低。因此將Si量定為O. 40%以下。Si量優選為O. 35%以下，更優選為O. 30%以下。
Mn :0.5 1. 80%
Mn在提聞鋼板的洋火性、提聞強度和朝性上是有效的兀素。因此Mn量定為O. 5% 以上。Mn量優選為O. 60%以上，更優選為O. 70%以上。另一方面，若Mn量過剩，則焊接部的韌性降低。因此將Mn定為1. 80%以下。Mn量優選為1. 70%以下，更優選為1. 60%以下。
Al :0· 005 O. 1%
Al是具有脫氧作用的元素，因此為O. 005%以上。Al量優選為O. 008%以上，更優選為0.015%以上。另一方面，若Al量過剩，則招致韌性的惡化和晶粒的粗大化。因此Al 量定為O. 1%以下。Al量優選為O. 080%以下，更優選為O. 060%以下。
N :0. 001 O. 01%
N形成氮化物，從而是有助于提高焊接熱影響部的韌性的元素。因此N量定為 O. 001%以上。N量優選為O. 0020%以上，更優選為O. 0030%以上。另一方面，若N量過剩， 則固溶量增大，由此導致母材的韌性劣化。因此N量定為O. 01%以下。N量優選為O. 0080% 以下，更優選為O. 0070%以下。
P :0. 001 O. 050%
P是不可避免被含有的元素，通常含有O. 001%左右。但是P是使韌性和焊接性劣化的元素，優選盡可能降低。因此P量定為O. 050%以下。P量優選為O. 030%以下，更優選為O. 020%以下。
S :0. 001 O. 050%
S與P同樣是在鋼中不可避免被含有的元素，通常含有O. 001%左右。但是，S是使韌性和焊接性劣化的元素，優選盡可能降低。因此S量定為O. 050%以下。S量優選為 O. 020%以下，更優選為O. 010%以下。
本發明的鋼板的基本成分如上述，余量實質上是鐵。但是，當然允許含有因原料、 物資、制造設備等的狀況而混入的不可避免的雜質。此外，本發明的鋼板也可以根據需要含有以下的任意元素。
Nb :0· 05% 以下和 / 或 T1:0· 050% 以下
Nb和Ti均形成碳氮化物而使晶粒微細化，從而在提高母材韌性上是有效的元素。 為了有效地發揮這樣的效果，優選Nb量和Ti量均為O. 005%以上，更優選為O. 010%以上。 另一方面，若這些元素過剩，則母材韌性反而劣化。因此優選Nb量為O. 05%以下，Ti量為 O. 050%以下，更優選Nb量和Ti量均為O. 040%以下，進一步優選為O. 030%以下。
Mo :0.50% 以下
Mo是具有提高母材強度這一作用的元素。因此優選Mo量為O. 03%以上，更優選為O. 05%以上。另一方面，若Mo過剩，則焊接性劣化。因此Mo量優選為O. 50%以下，更優選為O. 30%以下，進一步優選為O. 20%以下。
從Cr :0. 50%以下、Cu :0. 5%以下和N1:0. 50%以下所構成的組中選出的一種以上
Cr、Ci^PNi均是具有提高鋼板的耐腐蝕性這一作用的元素。因此均優選為O. 03% 以上，更優選為O. 10%以上。另一方面，若這些元素過剩，則焊接性劣化。因此Cr和Ni均優選為O. 50%以下，Cu優選為O. 5%以下。Cr量更優選為O. 30%以下，進一步優選為O. 20% 以下。Ni量更優選為O. 40%以下，進一步優選為O. 35%以下。Cu量更優選為O. 40%以下， 進一步優選為O. 30%以下。
V :0· 100% 以下和 / 或 B :0.0030% 以下
V和B均抑制大線能量焊接時的焊接熱影響部的軟化，是具有使韌性提高這一作用的元素。因此V量優選為O. 003%以上，更優選為O. 010%以上。B量優選為O. 0003%以上，更優選為O. 0010%以上。另一方面，若V和B過剩，則母材韌性劣化。因此V量優選為 O. 100%以下，更優選為O. 080%以下，進一步優選為O. 060%以下。B量優選為O. 0030%以下，更優選為O. 0020%以下，進一步優選為O. 0015%以下。
在本發明的鋼板中，為了確保加工鐵素體為25面積％以上，特別有效的是，在表I 所示的每個強度等級，使Ar3點比以往高而進行成分設計，而且針對軋制結束溫度，使Ar3點與軋制結束溫度的差比以往大(例如終軋溫度為Ar3點-80°C以下，優選為Ar3點_85°C以下)，以高壓率進行鐵素體+奧氏體二相域軋制。終軋溫度優選為Ar3點-110°C以上(更優選為Ar3A-KKTC以上)。如此能夠提高鋼板的平坦度。表I是作為本發明鋼板的適用對象的日本海事協會規格的一部分摘錄。另外，本發明的Ar3點是由下式(I)求得的溫度。 還有，鋼板不含下式(I)所規定的元素時，其含量作為O質量％計算即可。
Ar3 點(V)= 910-310 X [C] -80 X [Mn]-20 X [Cu]-15 X [Cr]-55 X [Ni]-80 X [MO]…⑴
(式中，[]表示各元素的含量(質量％))
表I
權利要求
1.一種鋼板，其特征在于，以質量％計含有 C 0. 03 O. 2%,S1:0. 05 O. 40%,Mn :0. 5 1. 80%,Al 0. 005 O. 1%、N :0. 001 O. 01%,P 0. 001 O. 050%、以及 S :0. 001 O. 050%，余量是鐵和不可避免的雜質，微觀組織含有25面積％以上的加工鐵素體，余量組織為多邊鐵素體、珠光體、貝氏體和馬氏體，貝氏體和馬氏體的合計為10面積％以下。
2.根據權利要求1所述的鋼板，其特征在于，由下式(I)表示的Ar3點為760°C以上且不到840 °C,Ar3 點(V)= 910-310 X [C] -80 X [Mn] -20 X [Cu]-15 X [Cr]-55 X [Ni]-80 X [Mo] ...(I)式中，[]表示各元素的質量百分比含量。
3.根據權利要求1所述的鋼板，其特征在于，還含有從由Nb:0. 05 %以下和Ti O. 050%以下所構成的組中選出的至少一種。
4.根據權利要求1所述的鋼板，其特征在于，還含有Mo:0. 50%以下。
5.根據權利要求1所述的鋼板，其特征在于，還含有從由Cr:0. 50%以下、Cu :0. 5%以下和N1:0. 50%以下所構成的組中選出的至少一種。
6.根據權利要求1所述的鋼板，其特征在于，還含有從由V:0. 100%以下和B: O. 0030%以下所構成組選出的至少一種。
全文摘要
本發明的焊接應變少的鋼板，其中，含有C0.03～0.2％(質量％的意思，下同)、Si0.05～0.40％、Mn0.5～1.80％、Al0.005～0.1％、N0.001～0.01％、P0.001～0.050％、S0.001～0.050％，余量是鐵和不可避免的雜質，微觀組織含有加工鐵素體25面積％以上，余量組織為多邊鐵素體和珠光體，以及合計為10面積％以下(含0％)的貝氏體和/或馬氏體。根據這樣的構成，不會發生因合金元素的添加造成的成本上升，和由強冷卻造成的形狀不良，能夠降低焊接應變的發生。
文檔編號C22C38/04GK103014484SQ20111029161
公開日2013年4月3日 申請日期2011年9月26日 優先權日2011年9月26日
發明者今村弘樹, 山本伸一 申請人:株式會社神戶制鋼所