厚鋼板及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及適合作為用于船舶、海洋結構物、建筑、鋼管領域等各種鋼結構物、特 別是應用于大線能量焊接的厚鋼板及其制造方法。
【背景技術】
[0002] 在船舶、海洋結構物、建筑、鋼管等領域中使用的鋼結構物一般通過焊接接合而精 加工為期望形狀的結構物。因此，從確保安全性的觀點出發，這些結構物除了要確保作為使 用的鋼材的基礎的母材特性、即強度、韌性、伸長率以外還要求焊接部的特性、主要是接頭 強度、接頭韌性也優良。
[0003] 此外，近年來，上述船舶、鋼結構物趨于大型化，因此所使用的鋼材也期望高強度 化、厚壁化，另一方面，抑制由鋼材重量的大幅增加引起的供應成本增加這樣的觀點也受到 關注。因此，逐漸變得采用所應用的鋼板的強度、板厚不會變得過大這樣的設計，并且在焊 接施工中應用埋弧焊、氣電焊、電渣焊等高效率、大線能量的焊接方法，以期整體的制造成 本的合理化。具體而言，以應用上述大線能量焊接為前提，預計強度和板厚并沒有那么過大 的、作為強度級別以拉伸強度計達到約550~750N/mm 2級別、板厚為50mm以下的鋼板的應用 會擴大。
[0004] 通常，出于提高鋼板的特性、削減合金元素以及省略熱處理等目的，上述強度級 另Ij、板厚的厚鋼板通過組合控制乳制和加速冷卻的所謂的TMCP技術來制造。TMCP技術能夠 確保高冷卻速度，因此具有能夠以相對較低成分確保母材強度這樣的優點。另一方面，與鋼 板內部相比鋼板的表面被驟冷，因此有時與鋼板內部相比鋼板表面附近的硬度變高，板厚 方向的硬度分布產生變動。另外，有時加速冷卻并非在鋼板整個面上均勻，擔心對鋼板內的 材質均勻性、具體而言為鋼板的拉伸特性帶來影響。
[0005] 為了解決上述問題，以往以來，作為TMCP技術的一環，提出了各種解決方法，例如 在專利文獻1中公開了如下所述的方法:加速冷卻時，將冷卻速度控制為3~12°C/秒這樣比 較低的冷卻速度，由此抑制表面相對于板厚中心部的硬度升高。另外，在專利文獻2中公開 了如下所述的板厚方向的材質差異小的鋼板的制造方法:在冷卻過程中，在鐵素體析出的 溫度范圍內進行待機，由此使鋼板的組織為鐵素體與貝氏體的雙相組織，降低了表層與板 厚中心部的硬度的差異。此外，從著眼于鋼板表面的氧化皮性狀和鋼板的加速冷卻時的冷 卻速度的觀點出發，在專利文獻3、4中公開了如下所述的方法:在臨冷卻前進行去氧化皮， 從而降低因氧化皮性狀引起的冷卻不均，改善鋼板形狀。這些技術均可被解釋為在確保材 質均勻性的同時能夠實現由使晶粒微細化帶來的高韌化的技術。
[0006] 另一方面，如上所述，在鋼板的焊接施工中傾向于應用施工效率高的大線能量焊 接。然而，在由大線能量焊接形成的焊接熱影響部(也稱為HAZ[Heat Affected Zone])中， 會同時發生由上述各種控制乳制、加速冷卻工藝帶來的晶粒微細化效果消失而引起的接頭 韌性的降低、因接頭軟化區域的形成引起的接頭強度的降低，要求一并解決上述問題的對 策。
[0007] 作為其中尤其廣為人知的對策，存在有通過使焊接中在高溫范圍內比較穩定的 TiN微細分散在鋼中來抑制奧氏體晶粒的粗大化的技術、如專利文獻5中所記載那樣通過在 鋼中添加適量的Ti、B來彌補接頭低溫韌性的降低的方法。
[0008] 此外，公開了如專利文獻6中所記載那樣通過優化鋼中的Nb添加量來謀求兼顧鋼 板的高強度化和接頭特性、特別是HAZ韌性的方法。但是，以專利文獻5、6為代表的大線能量 焊接對策方法對鋼板材質的均質性帶來的影響還沒有得到驗證。
[0009] 現有技術文獻 [0010]專利文獻
[0011]專利文獻1:日本特公平7-116504號公報 [0012] 專利文獻2:日本專利第3911834號公報
[0013]專利文獻3:日本特開平9-57327號公報 [00M] 專利文獻4:日本專利第3796133號公報
[0015] 專利文獻5:日本特開2005-2476號公報
[0016] 專利文獻6:日本特開2011-074448號公報
【發明內容】
[0017] 發明所要解決的問題
[0018] 本發明是鑒于上述現狀而開發的，一同提供板厚為50mm以下的厚鋼板及其有利的 制造方法，該厚鋼板具備大線能量焊接接頭部所要求的各特性，并且通過減小鋼板的板厚 方向和板寬方向的硬度的變動而使得鋼板的材質、特別是其全厚度拉伸特性提高。
[0019] 用于解決問題的方法
[0020] 為了解決上述課題，本發明是在對作為大線能量焊接對策的成分設計進行了優化 的基礎上，對用于使鋼板內的材質均質性提高的制造條件進行了研究，并且針對為了滿足 規定的均質性而應具備的材質閾值進行了大量實驗和研究后得到的。即本發明為：
[0021] 1. 一種大線能量焊接特性和材質均質性優良的厚鋼板，其特征在于，具有以質 量％ 計含有c:0.030 ~0.080%、Si:0.01~0.10%、Mn:1.20~2.40%、P:0.008%WT、S: 0.0005~0.0040 %、A1:0.005~0.080 %、Nb:0.003~0.040 %、Ti:0.003~0.040 %、N: 0.0030~0.0100%、B:0.0003~0.0030%、余量由Fe和不可避免的雜質構成的成分組成，并 且，板厚方向與板寬方向上各自的維氏硬度(HV)的變動幅度：AHV為30以下。
[0022] 2.如1所述的大線能量焊接特性和材質均質性優良的厚鋼板，其特征在于，以質 量％計還含有Cu:1.00% 以下、Ni :1.00% 以下、Cr :1.00% 以下、Mo:0.50% 以下、V:0.10% 以下中的一種或兩種以上。
[0023] 3.如1或2所述的大線能量焊接特性和材質均質性優良的厚鋼板，其特征在于，以 質量％計還含有Ca:0.0005~0.0050%、Zr :0.001~0.020%、REM:0.001 ~0.020% 中的一 種或兩種以上。
[0024] 4.-種大線能量焊接特性和材質均質性優良的厚鋼板的制造方法，該厚鋼板的板 厚方向與板寬方向上各自的維氏硬度(HV)的變動幅度：AHV為30以下，所述制造方法的特 征在于，將1~3中任一項所述的成分組成的鋼原材加熱至1000~1300°C后，進行熱乳，通過 在鋼板表面處的噴射流的沖擊壓為IMPa以上的條件下使噴射流沖擊鋼板表面來進行去氧 化皮，然后，立即以鋼板的平均冷卻速度為10°c/秒以上、鋼板的平均冷卻停止溫度為200~ 600°C的條件進行加速冷卻。
[0025] 5.如4所述的厚鋼板的制造方法，其特征在于，加速冷卻停止后，在Acl相變點以下 進行回火。
[0026]發明效果
[0027] 根據本發明，可以得到材質均質性和大線能量焊接接頭特性兩者優良的厚鋼板及 其制造方法，產業上極其有用。
【具體實施方式】
[0028] 以下，對本發明的限定條件進行說明。需要說明的是，化學成分中的％均為質 量％。
[0029] C:0.030 ~0.080%
[0030] C是提高鋼材的強度的元素，為了確保作為結構用鋼所需的強度，需要添加 0.030%以上。另一方面，大于0.080%時，在大線能量焊接HAZ中容易生成島狀馬氏體，因此 上限設定為〇. 080%。優選為0.040~0.070%的范圍。
[0031] Si:0.01 ~0.10%
[0032] Si是作為熔煉鋼熔煉時的脫氧劑而添加的元素，需要添加0.01%以上。但是，大于 0.10%時，在大線能量焊接HAZ中生成島狀馬氏體，容易招致韌性的降低。因此，Si設定為 0.01~0.10%的范圍。
[0033] Mn :1.20~2.40 %
[0034] Mn與C同樣是提高鋼板母材的強度的元素，為了確保作為結構用鋼所需的強度，需 要添加1.20%以上。并且與其它合金成分相比廉價，因此主動地添加是有效的。但是，大于 2.40 %時，淬透性變得過度，母材韌性降低，并且有損焊接性。因此，Mn量設定為1.20~ 2.40%。優選為1.50%~2.20%的范圍。
[0035] Ρ:〇·〇〇8% 以下
[0036] P是作為雜質在鋼中含有的元素之一。但是，為了降低鋼板母材和大線能量HAZ部 的韌性，設定為0.008%以下。在考慮原材料熔煉時的經濟性方面，優選在可能的范圍內降 低。
[0037] S:0.0005 ~0.0040%
[0038] S與P同樣是作為雜質在鋼中含有的元素之一。與P不同，在以MnS、CaS、REM_S等硫 化物的方式存在的情況下，成為鐵素體的生成核，表現出使大線能量HAZ部韌性提高的效 果。該效果在添加0.0005 %以上時是有效的。另一方面，過量添加會招致生成大量硫化物， 使得母材韌性降低。因此，S量設定為0.0005~0.0040 %的范圍。
[0039] Α1:0·005 ~0.080%
[0040] Al是為