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JP2023049316A - Steel material having excellent fatigue crack propagation resistance and method for manufacturing the same - Google Patents

Steel material having excellent fatigue crack propagation resistance and method for manufacturing the same Download PDF

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JP2023049316A JP2021158982A JP2021158982A JP2023049316A JP 2023049316 A JP2023049316 A JP 2023049316A JP 2021158982 A JP2021158982 A JP 2021158982A JP 2021158982 A JP2021158982 A JP 2021158982A JP 2023049316 A JP2023049316 A JP 2023049316A
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  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Abstract

To provide a steel material having excellent fatigue crack propagation resistance obtained by a simple manufacturing method without complicated heat treatment.SOLUTION: There is provided a method for manufacturing a steel material in which a steel raw material having a chemical composition comprising, by mass%, 0.02 to 0.40% of C, 0.010 to 0.500% of Si, 0.05 to 2.00% of Mn, 0.050% or less of P, 0.050% or less of S, 0.100% or less of Al, 0.1000% or less of N and the balance Fe with inevitable impurities is heated to an Ac3 point or higher, reheat quenching treatment is applied and cooling is stopped at 100 to 450°C, wherein a metallic structure of the steel material is any one of structures of a bainite structure, a martensite structure and a mixed structure of a bainite structure and a martensite structure or a ferrite structure having an area ratio of 50% or less is present in these metallic structures and further one or more kinds of carbide, nitride and carbonitride precipitates are present and thus a steel material having excellent fatigue crack propagation resistance and excellent mechanical characteristics can be easily manufactured.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、耐疲労き裂伝播特性に優れた鋼材およびその製造方法に関する。より詳しくは、船舶、海洋構造物、橋梁、建設機械、建築物、タンクなど各種溶接構造物に用いられ、繰返し荷重を受けた場合でも耐疲労き裂伝播特性が向上する鋼材およびその製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a steel material excellent in fatigue crack propagation resistance and a method for producing the same. More specifically, it relates to steel materials that are used for various welded structures such as ships, offshore structures, bridges, construction machinery, buildings, and tanks, and that have improved fatigue crack propagation resistance even when subjected to repeated loads, and a method for manufacturing the same. .

近年、船舶、海洋構造物、橋梁、建設機械、建築物、タンクなどの構造物においては、設計の合理化や鋼材重量の低減、薄肉化や溶接の省力化を目的として高強度鋼材が適用される事例が多くなってきている。加えてそれら鋼材においては、靭性や延性のみならず溶接性や構造安全性を確保するため耐疲労特性に優れていることが要求されている。 In recent years, in structures such as ships, offshore structures, bridges, construction machinery, buildings, and tanks, high-strength steel is applied for the purpose of rationalization of design, reduction of steel weight, thinning, and labor saving of welding. Cases are increasing. In addition, these steel materials are required to have excellent fatigue resistance in order to ensure not only toughness and ductility but also weldability and structural safety.

溶接構造物において、疲労破壊は、溶接止端部から疲労き裂が発生し、鋼材中を伝播して破壊するケースが多い。これは、溶接止端部がその形状的要因から応力集中部となりやすいこと、加えて溶接後に引張の残留応力が生じることなどに起因するとされている。 In welded structures, there are many cases where fatigue cracks start from the weld toe, propagate through the steel material, and break. It is said that this is because the weld toe tends to become a stress concentration part due to its shape factor, and in addition, tensile residual stress is generated after welding.

このため、溶接止端部からのき裂発生を抑制させる手段として、付加溶接を施すなどして形状を改善し応力集中を低減させる技術、ピーニングなどで圧縮の残留応力を導入する技術などが広く知られている。 For this reason, as a means to suppress the occurrence of cracks from the weld toe, techniques such as adding welding to improve the shape and reduce stress concentration, and techniques such as peening to introduce compressive residual stress are widely used. Are known.

しかしながら、多数存在する溶接止端部にこのような処理を工業的規模で施すことは、不可能に近く、コストの面でも現実的とは言いがたい。そこで、仮に疲労き裂が発生したとしてもその後の鋼材中の伝播速度を低減させることで疲労寿命を延命させることが重要であるとの認識のもと、鋼材自身の疲労き裂伝播特性を向上させることが産業界から強く要望されている。 However, it is almost impossible to apply such a treatment to many weld toes on an industrial scale, and it is difficult to say that it is realistic in terms of cost. Therefore, even if a fatigue crack occurs, it is important to extend the fatigue life by reducing the subsequent propagation speed in the steel material. There is a strong demand from industry to

ここで、特許文献1には、鋼の化学組成が、質量%でC:0.05~0.30%、Si:0.03~0.35%、Cr:0.05~2.0%、P:0.03%以下、S:0.003%以下、Al:0.1%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋳片または鋼片を、熱間圧延後、再加熱して焼入れ処理後、Ac1変態点+10℃~790℃の2相域温度範囲に再加熱し、平均冷却速度5~60℃/sで焼入れ後、400~650℃で10分以上保持して焼戻しすることを特徴とする、金属組織がビッカース硬さで85以上130以下のフェライト相と、面積分率15~85%のビッカース硬さで340以上440以下の焼戻しマルテンサイト相の混合組織である、表面残留応力の絶対値が150N/mm2以下の耐疲労き裂伝播特性に優れた鋼材の製造方法が開示されている。 Here, in Patent Document 1, the chemical composition of steel is C: 0.05 to 0.30%, Si: 0.03 to 0.35%, Cr: 0.05 to 2.0% in mass% , P: 0.03% or less, S: 0.003% or less, Al: 0.1% or less, and the balance being Fe and unavoidable impurities. After heating and quenching, reheat to a two-phase region temperature range of Ac 1 transformation point +10°C to 790°C, quench at an average cooling rate of 5 to 60°C/s, and hold at 400 to 650°C for 10 minutes or more. A mixed structure of a ferrite phase with a Vickers hardness of 85 to 130 and a tempered martensite phase with a Vickers hardness of 15 to 85% and a tempered martensite phase with an area fraction of 15 to 85%. A certain method for producing a steel material having an absolute value of surface residual stress of 150 N/mm 2 or less and having excellent fatigue crack propagation resistance is disclosed.

また、特許文献2には、C:0.04~0.3%、Si:0.01~2%、Mn:0.1~3%、Al:0.001~0.1%、N:0.001~0.01%、P:0.02%以下、S:0.01%以下を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、軟質相と該軟質相を網目状に囲む硬質第二相からなる二相組織を有し、該軟質相と硬質第二相とが、(1)軟質相がフェライト、焼戻しベイナイト、焼戻しマルテンサイトの1種または2種以上から構成され、かつ平均ビッカース硬さが150以下であること、(2)硬質第二相がベイナイト、マルテンサイト、焼戻しベイナイト、焼戻しマルテンサイトの1種または2種以上から構成され、かつ平均ビッカース硬さが250以上であること、(3)特定式で示される硬質第二相の粒界占有率が0.5以下であること、の条件をすべて満足した耐疲労き裂伝播特性に優れた厚鋼材が開示されている。 Further, in Patent Document 2, C: 0.04 to 0.3%, Si: 0.01 to 2%, Mn: 0.1 to 3%, Al: 0.001 to 0.1%, N: 0.001 to 0.01%, P: 0.02% or less, S: 0.01% or less, the balance being iron and unavoidable impurities, a soft phase and a hard network surrounding the soft phase It has a two-phase structure consisting of a second phase, and the soft phase and the hard second phase are: (1) the soft phase is composed of one or more of ferrite, tempered bainite, and tempered martensite, and an average (2) The hard secondary phase is composed of one or more of bainite, martensite, tempered bainite, and tempered martensite, and the average Vickers hardness is 250 or more. and (3) that the grain boundary occupancy of the hard second phase represented by the specific formula is 0.5 or less. .

また、特許文献3には、鋼組成が質量%でC:0.05~0.30%、Si:0.03~0.35%、Cr:0.05~2.0%、P:0.03%以下、S:0.003%以下、Al:0.1%以下、残部がFe及び不可避的不純物で、板厚方向および板長さ方向のいずれにおいても金属組織の80%以上が、ビッカース硬さで130以下、アスペクト比で2.5以下のフェライト相と、面積分率が15~85%のビッカース硬さで340以上、アスペクト比で2.5以下の焼戻しマルテンサイト相の混合組織からなる、材質の異方性が小さく、耐疲労き裂伝播特性に優れた鋼材が開示されている。 In addition, in Patent Document 3, the steel composition in mass% is C: 0.05 to 0.30%, Si: 0.03 to 0.35%, Cr: 0.05 to 2.0%, P: 0 .03% or less, S: 0.003% or less, Al: 0.1% or less, the balance being Fe and unavoidable impurities, and 80% or more of the metal structure in both the plate thickness direction and the plate length direction, A mixed structure of a ferrite phase with a Vickers hardness of 130 or less and an aspect ratio of 2.5 or less and a tempered martensite phase with an area fraction of 15 to 85% and a Vickers hardness of 340 or more and an aspect ratio of 2.5 or less A steel material having small anisotropy of the material and excellent fatigue crack propagation resistance is disclosed.

また、特許文献4には、質量%で、C:0.03~0.30%、Si:0.01~0.5%、Mn:0.3~2.0%、sol.Al:0.001~0.1%、を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなる鋼板であって、その組織が硬質部と軟質部とからなり、この2つの部分の組織に占める割合およびビッカース硬さでの平均硬さが特定式を満たす鋼板が開示されている。 Further, in Patent Document 4, in terms of % by mass, C: 0.03 to 0.30%, Si: 0.01 to 0.5%, Mn: 0.3 to 2.0%, sol. A steel sheet containing Al: 0.001 to 0.1%, the balance being Fe and unavoidable impurities, the structure of which consists of a hard portion and a soft portion, and the ratio of these two portions to the structure and a steel sheet whose average Vickers hardness satisfies a specific formula.

さらに、特許文献5には、質量%で、C:0.02~0.16%、Si:0.05~0.5%、Al:0.005~0.060%を含有し、さらに、Mn:0.1~2.5%、Cu:0.1~2.0%、Ni:0.1~6.0%の中から選ばれる1種または2種以上を2Mn+Cu+Niの値が3.5~6.0%となるように含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる鋼で、平均直径0.1~0.5μmの残留オーステナイトを体積率で5~20%含むことを特徴とする疲労き裂伝播特性および靭性に優れた厚鋼板が開示されている。 Furthermore, in Patent Document 5, C: 0.02 to 0.16%, Si: 0.05 to 0.5%, Al: 0.005 to 0.060% by mass%, and further, Mn: 0.1 to 2.5%, Cu: 0.1 to 2.0%, Ni: 0.1 to 6.0% One or more selected from 2. The value of Mn + Cu + Ni is 3. A steel containing 5 to 6.0%, the balance being Fe and unavoidable impurities, characterized by containing 5 to 20% by volume of retained austenite with an average diameter of 0.1 to 0.5 μm. A steel plate having excellent fatigue crack propagation properties and toughness is disclosed.

特許第4924047号公報Japanese Patent No. 4924047 特許第3785392号公報Japanese Patent No. 3785392 特許第4998708号公報Japanese Patent No. 4998708 特開2002-121640号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-121640 特許第4497009号公報Japanese Patent No. 4497009

しかしながら、上記特許文献1~5に係る製造技術には、以下に示す問題点があった。 However, the manufacturing techniques according to Patent Documents 1 to 5 have the following problems.

特許文献1の製造方法は、熱間圧延後、再加熱して焼入れ処理後、Ac1変態点+10℃~790℃の二相域温度範囲に再加熱して平均冷却速度5~60℃/sで焼入れ後、400~650℃で10分以上保持して焼戻しして製造されるが、製造方法が煩雑である。 In the manufacturing method of Patent Document 1, after hot rolling, reheating and quenching treatment, reheating to a two-phase region temperature range of Ac 1 transformation point + 10 ° C. to 790 ° C. and an average cooling rate of 5 to 60 ° C./s After quenching at 400 to 650° C. for 10 minutes or more, the steel is tempered, but the manufacturing method is complicated.

特許文献2は、熱間圧延前の鋼片に加熱温度が1200~1350℃、該温度範囲での保持時間が2~100hの拡散熱処理を施した後、加熱温度がAc3変態点~1250℃で、圧延後にAr3変態点以上から400℃以下まで5~100℃/sで加速冷却する熱間圧延を施し、さらに加熱温度が(Ac1変態点+30℃)~(Ac3変態点-10℃)で、かつ、400℃以下まで5~100℃/sで加速冷却する二相域熱処理を施すことを特徴とするが、拡散熱処理や二相域熱処理等の製造方法が煩雑である。 In Patent Document 2, a steel slab before hot rolling is subjected to diffusion heat treatment at a heating temperature of 1200 to 1350 ° C. for a holding time in the temperature range of 2 to 100 h, and then the heating temperature is from the Ac 3 transformation point to 1250 ° C. Then, after rolling, hot rolling is performed with accelerated cooling at 5 to 100 ° C./s from the Ar 3 transformation point or higher to 400 ° C. or lower, and the heating temperature is (Ac 1 transformation point + 30 ° C.) to (Ac 3 transformation point - 10 ° C.) and accelerated cooling at 5 to 100° C./s to 400° C. or less.

特許文献3は、鋼を1200~1300℃で25~60時間保持する溶体化熱処理を施した後空冷し、1000~1200℃に再加熱後、圧延終了温度をAr3変態点以上となる熱間圧延を行い空冷後、Ac3変態点以上に再加熱保持後、空冷を行い、さらにAc1変態点+10℃~Ac3変態点-10℃の二相域温度に再加熱し、その後5℃/s以上の平均冷却速度で焼入れし、400℃~650℃で焼戻すことを特徴とするが、溶体化熱処理や二相域熱処理等の製造方法が煩雑である。 In Patent Document 3, the steel is subjected to solution heat treatment at 1200 to 1300 ° C. for 25 to 60 hours, then air-cooled, reheated to 1000 to 1200 ° C., and the hot rolling end temperature is the Ar transformation point or higher. After rolling and air cooling, after reheating to the Ac 3 transformation point or higher, air cooling is performed, and further reheated to a two-phase region temperature of Ac 1 transformation point + 10 ° C. to Ac 3 transformation point - 10 ° C., then 5 ° C./ It is characterized by quenching at an average cooling rate of s or more and tempering at 400°C to 650°C.

特許文献4は、fA・HA-fB・HB≧-3500の関係式を提案している。ここで、fAとfBは、それぞれ硬質部と軟質部が組織に占める%単位での割合、HAとHBは、それぞれ硬質部と軟質部のビッカース硬さの平均値を示している。しかし、fA・HA-fB・HBと疲労き裂伝播速度は、線形関係でなく、指標としては不明確である。 Patent Document 4 proposes a relational expression of fA·HA−fB·HB≧−3500. Here, fA and fB indicate the ratio of the hard portion and the soft portion in the structure in units of %, and HA and HB indicate the average values of the Vickers hardness of the hard portion and the soft portion, respectively. However, fA.HA-fB.HB and the fatigue crack propagation speed are not in a linear relationship, and the index is unclear.

さらに、特許文献5は、鋼を熱間圧延後、直接焼入れあるいは再加熱焼入れを施し、さらに引き続いて650℃以上、Ac3点未満の温度に加熱して冷却する2相域熱処理を行うことを特徴とするが、2相域熱処理等の製造方法が煩雑である。 Furthermore, Patent Document 5 discloses that after hot rolling the steel, it is directly quenched or reheated and quenched, followed by two-phase region heat treatment in which it is heated to a temperature of 650 ° C. or higher and less than Ac 3 point and cooled. It is characterized by a complicated production method such as two-phase region heat treatment.

そこで、本発明は、上記した従来技術の問題を解決し、煩雑な熱処理がなく、簡便な製造方法で製造できる耐疲労き裂伝播特性に優れた鋼材を提供することを目的とする。ここで、「鋼材」とは、鋼板、棒鋼、条鋼などを含むが、以下、「鋼板」を主体に説明する。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems of the prior art, and to provide a steel material excellent in fatigue crack propagation resistance that can be manufactured by a simple manufacturing method without complicated heat treatment. Here, the term "steel material" includes steel plates, steel bars, bar steels, etc., but the "steel materials" will be mainly described below.

本発明者らは、上記課題を解決すべく以下の実験を行い、検討を重ねた。 The present inventors conducted the following experiments and repeated studies in order to solve the above problems.

[疲労き裂伝播速度]
実験には3種類の供試鋼(A、B、C)を用いた。その化学組成を表1に示す。
[Fatigue crack propagation rate]
Three types of test steel (A, B, C) were used for the experiment. Its chemical composition is shown in Table 1.

Figure 2023049316000002
Figure 2023049316000002

供試鋼Aは、鋼組成が0.12%C-0.31%Si-1.36%Mn-0.011%P-0.005%S-0.01%Ni-0.05%Cr-0.015%Ti-0.051%Al-0.0045%Nである鋼板(板厚25mm)を用い、その鋼板を900℃に再加熱し、焼入れ処理を行い、200℃のところで冷却を停止した。その後、12mmに両面減厚したCT試験片で応力拡大係数範囲〔ΔK〕と疲労き裂伝播速度〔da/dN〕の関係を調べた。供試鋼Bは、軟質相/硬質相分散鋼(0.15%C-0.25%Si-1.51%Mn-0.009%P-0.005%S-0.07%Cr-0.038%Al-0.0025%Nを有する鋼塊を950℃以上1250℃以下に加熱後、Ar3点以上で累積圧下率50%以上の圧延を行いAr3点-60℃から730℃以上の温度域から10℃/s以上30℃/s未満の冷却速度で加速冷却を開始後、650℃以下500℃以上まで冷却して出来た鋼材)を用い、供試鋼Cは、従来鋼(0.13%C-0.33%Si-1.45%Mn-0.009%P-0.008%S-0.05%Cr-0.012Ti-0.048%Al-0.0039%Nを有する鋼塊を950℃以上1250℃以下に加熱後、900℃以上で累積圧下率50%以上の圧延を行いAr3点からAr3点-100℃の温度域から加速冷却を開始後700℃以下、500℃以上まで冷却して出来た鋼材)を用いた。 Test steel A has a steel composition of 0.12% C-0.31% Si-1.36% Mn-0.011% P-0.005% S-0.01% Ni-0.05% Cr -0.015% Ti-0.051% Al-0.0045% N steel plate (plate thickness 25 mm) is used, the steel plate is reheated to 900 ° C., quenched, and cooled at 200 ° C. stopped. After that, the relationship between the stress intensity factor range [ΔK] and the fatigue crack propagation speed [da/dN] was investigated using a CT test piece with the thickness reduced to 12 mm on both sides. Test steel B is a soft phase/hard phase dispersed steel (0.15% C-0.25% Si-1.51% Mn-0.009% P-0.005% S-0.07% Cr- A steel ingot containing 0.038% Al-0.0025% N is heated to 950° C. or higher and 1250° C. or lower, and then rolled at an Ar 3 point or higher with a cumulative rolling reduction of 50% or higher, and the Ar 3 point is -60° C. to 730° C. After starting accelerated cooling from the above temperature range at a cooling rate of 10°C/s or more and less than 30°C/s, the steel material was cooled to 650°C or less and 500°C or more), and test steel C was a conventional steel. (0.13%C-0.33%Si-1.45%Mn-0.009%P-0.008%S-0.05%Cr-0.012Ti-0.048%Al-0.0039 %N after heating to 950°C or higher and 1250°C or lower, rolling at 900°C or higher with a cumulative rolling reduction of 50% or higher, and starting accelerated cooling from the Ar 3 point to the Ar 3 point - 100°C. A steel material made by cooling to 700° C. or lower and 500° C. or higher) was used.

その結果を図1に示す。図1中の□(図中では「白枠黒塗りつぶし」で表示)は、供試鋼Aのデータであり、△は、供試鋼Bのデータで、○は、供試鋼Cである。また、図中の実線は、供試鋼Cのような一般的な従来鋼における応力拡大係数範囲〔ΔK〕に対する疲労き裂伝播速度〔da/dN〕のレベルであり、ΔK=15MPa・m1/2のとき3.50×10-8m/cycleと、ΔK=25MPa・m1/2のとき1.70×10-7m/cycleを結んだ直線である。その下にある点線は、供試鋼Cの疲労き裂伝播速度レベルの1/2レベルであり、ΔK=15MPa・m1/2のとき1.75×10-8m/cycleと、ΔK=25MPa・m1/2のとき8.50×10-8m/cycleを結んだ直線である。その下にある1点鎖線は、供試鋼Cの疲労き裂伝播速度レベルの1/5レベルであり、ΔK=15MPa・m1/2のとき7.00×10-9m/cycleと、ΔK=25MPa・m1/2のとき3.40×10-8m/cycleを結んだ直線である。この実験結果から、供試鋼Bは、供試鋼Cの疲労き裂伝播速度レベルの1/2程度であるのに対し、供試鋼Aの疲労き裂伝播速度レベルは、供試鋼Cの1/5程度であり、耐疲労き裂伝播特性に最も優れていることが確認された。 The results are shown in FIG. In FIG. 1, □ (indicated by “white frame filled in black” in the figure) is the data of the test steel A, Δ is the data of the test steel B, and ◯ is the test steel C. In addition, the solid line in the figure is the level of the fatigue crack propagation rate [da/dN] with respect to the stress intensity factor range [ΔK] in general conventional steel such as test steel C, where ΔK = 15 MPa·m 1 A straight line connecting 3.50×10 −8 m/cycle at /2 and 1.70×10 −7 m/cycle at ΔK=25 MPa·m 1/2 . The dotted line below it is the 1/2 level of the fatigue crack propagation rate level of test steel C, 1.75 × 10 -8 m/cycle when ΔK = 15 MPa m 1/2 , and ΔK = It is a straight line connecting 8.50×10 −8 m/cycle at 25 MPa·m 1/2 . The one-dot chain line below it is the 1/5 level of the fatigue crack propagation speed level of test steel C, and when ΔK = 15 MPa m 1/2, 7.00 × 10 -9 m / cycle, It is a straight line connecting 3.40×10 −8 m/cycle when ΔK=25 MPa·m 1/2 . From this experimental result, the fatigue crack propagation rate level of test steel B is about half that of test steel C, whereas the fatigue crack propagation rate level of test steel A is about half that of test steel C. , and it was confirmed that the fatigue crack propagation resistance was the best.

次に、上記の供試鋼Aの鋼板の1/2厚さから薄膜試料を作成し、TEM(透過型電子顕微鏡)(倍率:10000倍)で金属組織観察を行った。その結果の一例を図2に示す。図2では、1視野(3.8μm2)中に、28個の炭化物からなる析出物が認められた。同様の観察を視野間隔50μmで10視野行った結果、6視野中(10視野中の60%相当)で1個以上の炭化物、窒化物または炭窒化物からなる析出物が確認された。 Next, a thin film sample was prepared from a half thickness of the steel plate of test steel A, and metallographic observation was performed with a TEM (transmission electron microscope) (magnification: 10,000 times). An example of the result is shown in FIG. In FIG. 2, 28 carbide precipitates were observed in one field of view (3.8 μm 2 ). As a result of performing the same observation in 10 fields with a field interval of 50 μm, precipitates composed of one or more carbides, nitrides or carbonitrides were confirmed in 6 fields (equivalent to 60% of the 10 fields).

なお、金属組織の観察は、鋼材(鋼板)の板厚中央部(板厚1/2の位置)で採取した試験片を研磨し腐食(ナイタールエッチング)して、走査型電子顕微鏡(SEM)(倍率:500倍)で組織観察を行い、撮像して画像解析装置を用いて、金属組織を判定した。その結果、上記供試鋼Aにおいて、観察された金属組織は、ベイナイト組織であった。また、上記供試鋼Bは、フェライトマトリクス中に塊状のパーライト、塊状のベイナイトが生成した組織であった。さらに、上記供試鋼Cは、フェライトマトリクス中にバンド状のパーライトが生成した組織であった。 In addition, observation of the metal structure is performed by polishing and corroding (nital etching) a test piece taken at the center of the thickness of the steel (steel plate) (1/2 of the thickness) and using a scanning electron microscope (SEM). (Magnification: 500 times), the structure was observed, an image was taken, and the metal structure was determined using an image analyzer. As a result, the metal structure observed in the above test steel A was a bainite structure. Moreover, the above test steel B had a structure in which massive pearlite and massive bainite were generated in the ferrite matrix. Further, the sample steel C had a structure in which band-like pearlite was generated in the ferrite matrix.

以上のような実験結果から、特定の組成を有する鋼材であって、その金属組織が、ベイナイト組織であり、さらに、炭化物、窒化物および炭窒化物の析出物のうち1種以上が存在する鋼材とすることで疲労き裂伝播特性が大幅に向上することを知見した。 From the above experimental results, the steel material has a specific composition, the metal structure is a bainite structure, and the steel material contains one or more kinds of precipitates of carbides, nitrides, and carbonitrides. It has been found that the fatigue crack propagation characteristics are greatly improved by

また、同様に、マルテンサイト組織、あるいはベイナイト組織とマルテンサイト組織との混合組織であれば、さらには、それらの組織内にフェライト組織が存在している場合であっても、そのフェライト組織が面積率で50%以下である場合の組織であって、さらに、炭化物、窒化物および炭窒化物の析出物のうち1種以上が存在する鋼材において、同様に疲労き裂伝播速度の低下が認められた。 Similarly, in the case of a martensite structure, a mixed structure of a bainite structure and a martensite structure, and even if a ferrite structure exists in those structures, the ferrite structure has an area A reduction in the fatigue crack propagation rate is similarly observed in a steel material having a structure in which the ratio is 50% or less and in which one or more kinds of precipitates of carbides, nitrides and carbonitrides are present. rice field.

本発明は、かかる知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものであり、本発明の要旨は、次のとおりである。
〔1〕質量%で、C:0.02~0.40%、Si:0.010~0.500%、Mn:0.05~2.00%、P:0.050%以下、S:0.050%以下、Al:0.100%以下、N:0.1000%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる化学組成を有する鋼材であって、該鋼材の金属組織が、ベイナイト組織、マルテンサイト組織またはベイナイト組織とマルテンサイト組織の混合組織のうちのいずれかの組織であり、さらに、炭化物、窒化物および炭窒化物の析出物のうち1種以上が存在することを特徴とする耐疲労き裂伝播特性に優れた鋼材。
〔2〕〔1〕において、前記化学組成に加えて、さらに、質量%で、Cu:0.01~2.00%、Ni:0.01~5.00%、Cr:0.01~3.00%、Mo:0.01~1.00%、Nb:0.001~0.100%、V:0.001~0.100%、Ti:0.001~0.100%、B:0.0001~0.0100%、REM:0.001~0.100%のうちから選ばれた1種以上を含有することを特徴とする請求項1に記載の耐疲労き裂伝播特性に優れた鋼材。
〔3〕〔1〕または〔2〕において、前記各金属組織と面積率50%以下のフェライト組織が存在していることを特徴とする耐疲労き裂伝播特性に優れた鋼材。
〔4〕〔1〕ないし〔3〕のいずれか一つにおいて、前記鋼材の板厚が、5~100mmであることを特徴とする耐疲労き裂伝播特性に優れた鋼材。
〔5〕〔1〕ないし〔4〕のいずれか一つにおいて、前記析出物の個数が、前記鋼材の板厚中央部で、1~100個/3.8μm2であることを特徴とする耐疲労き裂伝播特性に優れた鋼材。
〔6〕〔1〕ないし〔5〕のいずれか一つにおいて、前記鋼材の疲労き裂伝播試験における応力拡大係数範囲〔ΔK〕が20MPa・m1/2である場合に、疲労き裂伝播速度〔da/dN〕が、4.26×10-8m/cycle以下であることを特徴とする耐疲労き裂伝播特性に優れた鋼材。
〔7〕〔1〕ないし〔6〕のいずれか一つに記載の鋼材の製造方法であって、質量%で、C:0.02~0.40%、Si:0.010~0.500%、Mn:0.05~2.00%、P:0.050%以下、S:0.050%以下、N:0.1000%以下、Al:0.100%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる化学組成を有する鋼素材を、Ac3点以上に加熱し、再加熱焼入れ処理を施し、100~450℃で冷却を停止することを特徴とする耐疲労き裂伝播特性に優れた鋼材の製造方法。
〔8〕〔7〕において、前記鋼素材の化学組成に加えて、さらに、質量%で、Cu:0.01~2.00%、Ni:0.01~5.00%、Cr:0.01~3.00%、Mo:0.01~1.00%、Nb:0.001~0.100%、V:0.001~0.100%、Ti:0.001~0.100%、B:0.0001~0.0100%、REM:0.001~0.100%のうちから選ばれた1種以上を含有することを特徴とする耐疲労き裂伝播特性に優れた鋼材の製造方法。
〔9〕〔7〕または〔8〕において、前記再加熱焼入れ処理が、冷却速度:5~275℃/sで行うことを特徴とする耐疲労き裂伝播特性に優れた鋼材の製造方法。
The present invention was completed based on these findings and further studies, and the gist of the present invention is as follows.
[1] In mass %, C: 0.02 to 0.40%, Si: 0.010 to 0.500%, Mn: 0.05 to 2.00%, P: 0.050% or less, S: A steel material having a chemical composition containing 0.050% or less, Al: 0.100% or less, N: 0.1000% or less, and the balance being Fe and inevitable impurities, wherein the metal structure of the steel material is a bainite structure. , a martensite structure or a mixed structure of a bainite structure and a martensite structure, and further, one or more kinds of precipitates of carbides, nitrides and carbonitrides are present. Steel material with excellent fatigue crack propagation resistance.
[2] In [1], in addition to the chemical composition, Cu: 0.01 to 2.00%, Ni: 0.01 to 5.00%, Cr: 0.01 to 3, in mass % .00%, Mo: 0.01 to 1.00%, Nb: 0.001 to 0.100%, V: 0.001 to 0.100%, Ti: 0.001 to 0.100%, B: 0.0001 to 0.0100%, REM: excellent in fatigue crack propagation resistance according to claim 1, characterized by containing one or more selected from 0.001 to 0.100% steel material.
[3] In [1] or [2], a steel material having excellent fatigue crack propagation resistance, characterized in that each metal structure and a ferrite structure having an area ratio of 50% or less are present.
[4] In any one of [1] to [3], the steel material having excellent fatigue crack propagation resistance is characterized in that the thickness of the steel material is 5 to 100 mm.
[5] In any one of [1] to [4], the number of precipitates is 1 to 100/3.8 μm 2 at the thickness center of the steel material. Steel material with excellent fatigue crack propagation properties.
[6] In any one of [1] to [5], when the stress intensity factor range [ΔK] in the fatigue crack propagation test of the steel material is 20 MPa m 1/2 , the fatigue crack propagation rate A steel material having excellent fatigue crack propagation resistance, wherein [da/dN] is 4.26×10 −8 m/cycle or less.
[7] The method for manufacturing the steel material according to any one of [1] to [6], wherein, in mass%, C: 0.02 to 0.40%, Si: 0.010 to 0.500 %, Mn: 0.05 to 2.00%, P: 0.050% or less, S: 0.050% or less, N: 0.1000% or less, Al: 0.100% or less, the balance being Fe and A steel material with a chemical composition consisting of unavoidable impurities is heated to Ac 3 point or higher, subjected to reheating and quenching, and cooling is stopped at 100 to 450 ° C. Excellent fatigue crack propagation resistance. method of manufacturing steel.
[8] In [7], in addition to the chemical composition of the steel material, further, by mass%, Cu: 0.01 to 2.00%, Ni: 0.01 to 5.00%, Cr: 0.01% to 2.00%. 01-3.00%, Mo: 0.01-1.00%, Nb: 0.001-0.100%, V: 0.001-0.100%, Ti: 0.001-0.100% , B: 0.0001 to 0.0100%, and REM: 0.001 to 0.100%. Production method.
[9] In [7] or [8], the reheating and quenching treatment is performed at a cooling rate of 5 to 275° C./s.

本発明によれば、簡便な製造方法で耐疲労き裂伝播特性に優れた鋼材が製造可能であり、産業上格段の効果を有する。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to manufacture a steel material excellent in fatigue crack propagation resistance by a simple manufacturing method, and it has a remarkable industrial effect.

本発明鋼材と従来鋼材の耐疲労き裂伝播特性試験結果を示す相関図である。FIG. 2 is a correlation diagram showing fatigue crack propagation resistance test results of the steel material of the present invention and a conventional steel material. 本発明鋼材の金属組織観察における撮像写真である。It is a photograph taken in the observation of the metal structure of the steel material of the present invention.

以下、本発明に係る実施形態について具体的に説明する。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be specifically described.

[鋼材の基本化学組成]
次に、本発明に係る鋼材の基本化学組成について、説明する。なお、以下、化学組成における「%」は、「質量%」であることを意味する。
[Basic chemical composition of steel]
Next, the basic chemical composition of the steel material according to the present invention will be explained. In addition, hereinafter, "%" in the chemical composition means "% by mass".

[C:0.02~0.40%]
Cは、強度確保のために0.02%以上の添加が必要である。しかし、0.40%以上の添加は、溶接性を阻害する。したがって、0.02~0.40%の範囲に限定した。好ましくは、0.02~0.35%である。より好ましくは、0.02~0.33%である。さらに好ましくは、0.02~0.30%である。
[C: 0.02 to 0.40%]
C needs to be added in an amount of 0.02% or more to ensure strength. However, addition of 0.40% or more impairs weldability. Therefore, the range is limited to 0.02 to 0.40%. Preferably, it is 0.02 to 0.35%. More preferably, it is 0.02 to 0.33%. More preferably, it is 0.02 to 0.30%.

[Si:0.010~0.500%]
Siは、脱酸剤として有効であるとともに高強度化のためには0.010%以上必要であるが、0.500%を越えて添加すると溶接性、靭性を劣化させる。したがって、0.010~0.500%の範囲に限定した。好ましくは、0.050~0.450%である。より好ましくは、0.050~0.430%である。さらに好ましくは0.050~0.400%である。
[Si: 0.010 to 0.500%]
Si is effective as a deoxidizing agent and needs to be 0.010% or more for high strength, but if added in excess of 0.500%, it deteriorates weldability and toughness. Therefore, the range is limited to 0.010 to 0.500%. Preferably, it is 0.050 to 0.450%. More preferably, it is 0.050 to 0.430%. More preferably 0.050 to 0.400%.

[Mn:0.05~2.00%]
Mnは、安価に焼入れ性の増加を通じて強度を高めるだけでなく、靭性向上の観点から0.05%以上必要であるが、2.00%を越えると溶接性の劣化に繋がる。したがって、0.05~2.00%の範囲に限定した。好ましくは、0.05~1.90%である。より好ましくは、0.05~1.85%である。さらに好ましくは、0.05~1.80%である。
[Mn: 0.05 to 2.00%]
Mn is required to be 0.05% or more from the viewpoint of not only increasing strength by increasing hardenability at a low cost, but also improving toughness. Therefore, it is limited to the range of 0.05 to 2.00%. Preferably, it is 0.05 to 1.90%. More preferably, it is 0.05 to 1.85%. More preferably, it is 0.05 to 1.80%.

[P:0.050%以下]
Pは、不純物で靭性を劣化させるため、その含有量は少ないほど良く、製造コスト上、0.050%以下の範囲に限定する。好ましくは、0.040%以下である。より好ましくは、0.030%以下である。さらに好ましくは、0.020%以下である。
[P: 0.050% or less]
P is an impurity and degrades the toughness, so the smaller the content, the better, and the range is limited to 0.050% or less from the viewpoint of manufacturing costs. Preferably, it is 0.040% or less. More preferably, it is 0.030% or less. More preferably, it is 0.020% or less.

[S:0.050%以下]
Sは、不純物で靭性を劣化させるため、その含有量は少ないほど良く、製造コスト上、0.050%以下の範囲に限定する。好ましくは、0.040%以下である。より好ましくは、0.030%以下である。さらに好ましくは、0.020%以下である。
[S: 0.050% or less]
Since S is an impurity and deteriorates the toughness, the smaller the content, the better. Preferably, it is 0.040% or less. More preferably, it is 0.030% or less. More preferably, it is 0.020% or less.

[Al:0.100%以下]
Alは、脱酸剤として作用し、高張力鋼の溶鋼脱酸プロセスにおいてもっとも汎用的に使われる。また、鋼中のNをAlNとして固定し母材の靭性向上に寄与する。一方、0.100%を超える添加は、母材の靭性が低下するとともに、溶接時に溶接金属部に混入して靭性を劣化させる。このためAlは、0.100%以下に限定する。好ましくは、0.080%以下である。より好ましくは、0.070%以下である。さらに好ましくは、0.060%以下である。
[Al: 0.100% or less]
Al acts as a deoxidizing agent and is most commonly used in the molten steel deoxidizing process for high strength steel. In addition, N in the steel is fixed as AlN, contributing to improvement of the toughness of the base material. On the other hand, addition of more than 0.100% lowers the toughness of the base material, and also mixes in the weld metal portion during welding to deteriorate the toughness. Therefore, Al is limited to 0.100% or less. Preferably, it is 0.080% or less. More preferably, it is 0.070% or less. More preferably, it is 0.060% or less.

[N:0.1000%以下]
Nは、固溶状態では延性、靭性に悪影響を及ぼすために好ましくないが、V、AlやTiと結びついてオーステナイト粒微細化や析出強化に有効に働くため、微量であれば機械的特性向上に有効である。しかし、過剰に含有すると固溶Nが増加し延性や靱性に悪影響を及ぼす可能性があるので、Nは、0.1000%以下の範囲に限定する。好ましくは、0.0900%以下である。より好ましくは、0.0800%以下である。さらに好ましくは、0.0700%以下である。
[N: 0.1000% or less]
N is not preferable because it adversely affects ductility and toughness in a solid solution state. It is valid. However, if it is contained excessively, solid solution N may increase and adversely affect ductility and toughness, so N is limited to a range of 0.1000% or less. Preferably, it is 0.0900% or less. More preferably, it is 0.0800% or less. More preferably, it is 0.0700% or less.

[鋼材の任意的選択化学組成]
上述した化学組成が本発明の鋼材の基本化学組成であり、本発明では、この基本化学組成に加えてさらに、任意的選択化学組成として、必要に応じて、強度、靭性や溶接性等の調整、耐候性の付与などを目的として、Cu:0.01~2.00%、Ni:0.01~5.00%、Cr:0.01~3.00%、Mo:0.01~1.00%、Nb:0.001~0.100%、V:0.001~0.100%、Ti:0.001~0.100%、B:0.0001~0.0100%、REM:0.001~0.100%のうちから選ばれた1種以上を選択して含有することができる。
[Optional chemical composition of steel]
The chemical composition described above is the basic chemical composition of the steel material of the present invention, and in the present invention, in addition to this basic chemical composition, as an optional chemical composition, strength, toughness, weldability, etc. can be adjusted as necessary. , For the purpose of imparting weather resistance, etc., Cu: 0.01 to 2.00%, Ni: 0.01 to 5.00%, Cr: 0.01 to 3.00%, Mo: 0.01 to 1 .00%, Nb: 0.001 to 0.100%, V: 0.001 to 0.100%, Ti: 0.001 to 0.100%, B: 0.0001 to 0.0100%, REM: One or more selected from 0.001 to 0.100% can be selected and contained.

[Cu:0.01~2.00%]
Cuは、固溶による強度上昇効果をもたらすとともに耐候性を向上させる。このため下限を0.01%とするのが好ましい。しかし、その含有量が2.00%を超えると、溶接性を損なうとともに鋼材製造時に疵が生じやすくなる。従って、含有する場合は、0.01~2.00%とするのが好ましい。より好ましくは、0.01~1.50%である。さらに好ましくは、
0.01~1.00%である。
[Cu: 0.01 to 2.00%]
Cu brings about the effect of increasing the strength by solid solution and improves the weather resistance. Therefore, it is preferable to set the lower limit to 0.01%. However, if the content exceeds 2.00%, the weldability is impaired and flaws are likely to occur during steel production. Therefore, when it is contained, it is preferably 0.01 to 2.00%. More preferably, it is 0.01 to 1.50%. More preferably,
0.01 to 1.00%.

[Ni:0.01~5.00%]
Niは、低温靭性を向上させるとともに耐候性やCuを添加した場合に生ずる熱間脆性の改善に有効である。このため下限を0.01%とするのが好ましい。しかし、その含有量が5.00%を超えると溶接性を阻害する上、コスト上昇に繋がる。従って、含有する場合は、0.01~5.00%とするのが好ましい。より好ましくは、0.01~4.00%である。さらに好ましくは、0.01~3.00%である。
[Ni: 0.01 to 5.00%]
Ni improves low-temperature toughness and is effective in improving weather resistance and hot brittleness that occurs when Cu is added. Therefore, it is preferable to set the lower limit to 0.01%. However, if the content exceeds 5.00%, it impairs weldability and leads to an increase in cost. Therefore, when it is contained, it is preferably 0.01 to 5.00%. More preferably, it is 0.01 to 4.00%. More preferably, it is 0.01 to 3.00%.

[Cr:0.01~3.00%]
Crは、耐候性や強度を向上させる。このため0.01%を添加の下限とするのが好ましい。しかし、その含有量が3.00%を超えると溶接性および靭性を損なう。従って、含有する場合は、0.01~3.00%とするのが好ましい。より好ましくは、0.01~2.50%である。さらに好ましくは、0.01~2.00%である。
[Cr: 0.01 to 3.00%]
Cr improves weather resistance and strength. Therefore, it is preferable to set the lower limit of addition to 0.01%. However, if its content exceeds 3.00%, it impairs weldability and toughness. Therefore, when it is contained, it is preferably 0.01 to 3.00%. More preferably, it is 0.01 to 2.50%. More preferably, it is 0.01 to 2.00%.

[Mo:0.01~1.00%]
Moは、強度を上昇させるために0.01%以上含有してもよい。しかし、その含有量が1.00%を超えると、溶接性および靭性の劣化が生じる。従って、含有する場合は、0.01~1.00%とするのが好ましい。より好ましくは、0.01~0.90%である。さらに好ましくは、0.01~0.80%である。
[Mo: 0.01 to 1.00%]
Mo may be contained in an amount of 0.01% or more to increase strength. However, when its content exceeds 1.00%, deterioration of weldability and toughness occurs. Therefore, when it is contained, it is preferably 0.01 to 1.00%. More preferably, it is 0.01 to 0.90%. More preferably, it is 0.01 to 0.80%.

[Nb:0.001~0.100%]
Nbは、圧延時のオーステナイト再結晶を抑制し細粒化を図ると同時に、析出により高強度化をもたらす働きを有するため0.001%以上含有してもよい。しかし、0.100%を超えて含有すると靭性が劣化する。従って、含有する場合は、0.001~0.100%とするのが好ましい。より好ましくは0.001~0.090%である。さらに好ましくは、0.001~0.080%である。
[Nb: 0.001 to 0.100%]
Nb suppresses recrystallization of austenite during rolling to achieve grain refinement, and at the same time, has the function of increasing strength by precipitation, so it may be contained in an amount of 0.001% or more. However, if the content exceeds 0.100%, the toughness deteriorates. Therefore, when it is contained, it is preferably 0.001 to 0.100%. More preferably 0.001 to 0.090%. More preferably, it is 0.001 to 0.080%.

[V:0.001~0.100%]
VもNbと同様、析出により高強度化をもたらす働きを有するため0.001%以上含有してもよい。しかし、0.100%を超えて含有すると、溶接性および靭性の低下を招く。従って、含有する場合は、0.001~0.100%とするのが好ましい。より好ましくは、0.001~0.090%である。さらに好ましくは、0.001~0.080%である。
[V: 0.001 to 0.100%]
Like Nb, V also has a function of increasing the strength by precipitation, so it may be contained in an amount of 0.001% or more. However, when the content exceeds 0.100%, the weldability and toughness are lowered. Therefore, when it is contained, it is preferably 0.001 to 0.100%. More preferably, it is 0.001 to 0.090%. More preferably, it is 0.001 to 0.080%.

[Ti:0.001~0.100%]
Tiは、強度上昇と溶接部靭性を改善するために0.001%以上含有してもよい。しかし、その含有量が0.100%を超えるとコスト上昇を招く傾向にある。従って、含有する場合は、0.001~0.100%とするのが好ましい。より好ましくは、0.001~0.090%である。さらに好ましくは、0.001~0.080%である。
[Ti: 0.001 to 0.100%]
Ti may be contained in an amount of 0.001% or more in order to increase the strength and improve the toughness of the weld zone. However, when the content exceeds 0.100%, there is a tendency for the cost to increase. Therefore, when it is contained, it is preferably 0.001 to 0.100%. More preferably, it is 0.001 to 0.090%. More preferably, it is 0.001 to 0.080%.

[B:0.0001~0.0100%]
Bは、焼入れ性を高め強度上昇に寄与するために0.0001%以上含有してもよい。しかし、0.0100%を超えて含有すると溶接性を害する。従って、含有する場合は、0.0001~0.0100%とするのが好ましい。より好ましくは、0.0001~0.0090%である。さらに好ましくは、0.0001~0.0080%である。
[B: 0.0001 to 0.0100%]
B may be contained in an amount of 0.0001% or more in order to improve hardenability and contribute to an increase in strength. However, if the content exceeds 0.0100%, the weldability is impaired. Therefore, when it is contained, it is preferably 0.0001 to 0.0100%. More preferably, it is 0.0001 to 0.0090%. More preferably, it is 0.0001 to 0.0080%.

[REM:0.001~0.100%]
REMは、Sc、Y、La、Ceなどの希土類元素をいう。微量添加の際は、HAZ靭性の向上に寄与するため0.001%以上含有してもよい。しかし、0.100%を超えて含有すると溶接性を害する。従って、REMを含有する場合には、0.001~0.100%とするのが好ましい。より好ましくは、0.001~0.090%である。さらに好ましくは、0.001~0.080%である。
[REM: 0.001 to 0.100%]
REM refers to rare earth elements such as Sc, Y, La and Ce. When added in a small amount, it may be contained in an amount of 0.001% or more because it contributes to the improvement of HAZ toughness. However, if the content exceeds 0.100%, the weldability is impaired. Therefore, when REM is contained, it is preferably 0.001 to 0.100%. More preferably, it is 0.001 to 0.090%. More preferably, it is 0.001 to 0.080%.

[残部化学組成]
上記した化学組成以外の残部化学組成は、Feおよび不可避的不純物からなる。この不可避的不純物元素としては、O(酸素)、Sn、Sb、As、Pb、Bi、Ca、Mgなどが例示でき、合計0.10%以下であれば許容できる。また、前述の基本化学組成および任意的選択化学組成を満足する限り、これら以外の不可避的不純物元素が含有されることを妨げるものではなく、そのような実施態様も本発明の技術的範囲に含まれる。
[Residual chemical composition]
The balance chemical composition other than the chemical composition described above consists of Fe and unavoidable impurities. Examples of the unavoidable impurity elements include O (oxygen), Sn, Sb, As, Pb, Bi, Ca, Mg, etc., and a total content of 0.10% or less is acceptable. In addition, as long as the basic chemical composition and optional chemical composition described above are satisfied, it does not prevent the inclusion of unavoidable impurity elements other than these, and such embodiments are also included in the technical scope of the present invention. be

[鋼材の金属組織]
本発明では、前述の化学組成を有する鋼材を、後述する製造方法により得ることができる。得られた鋼材の板厚中央部の金属組織は、その化学組成が異なることで、また、鋼材の板厚に応じて冷却速度を変化することで、焼入れ処理などの熱処理条件によって、次のような金属組織を有することが分かった。その組織とは、ベイナイト組織、マルテンサイト組織またはベイナイト組織とマルテンサイト組織の混合組織のうちのいずれかの組織であり、また、それらの金属組織の組織内に、面積率50%以下のフェライト組織が存在している場合もある。すなわち、以下の金属組織を有するものである。
(a)ベイナイト組織
(b)マルテンサイト組織
(c)ベイナイト組織およびマルテンサイト組織の混合組織
(d)面積率50%以下のフェライト組織とベイナイト組織
(e)面積率50%以下のフェライト組織とマルテンサイト組織
(f)面積率50%以下のフェライト組織、ベイナイト組織およびマルテンサイト組織の混合組織
なお、これらの金属組織は、前述したように、走査型電子顕微鏡(SEM)(倍率:500倍)を用いた組織観察によって判定することができる。
[Metal structure of steel]
In the present invention, the steel material having the chemical composition described above can be obtained by the manufacturing method described below. The metal structure in the central part of the plate thickness of the obtained steel has a different chemical composition, and by changing the cooling rate according to the plate thickness of the steel material, depending on the heat treatment conditions such as quenching treatment, as follows. It was found to have a fine metallographic structure. The structure is any one of a bainite structure, a martensite structure, or a mixed structure of a bainite structure and a martensite structure, and a ferrite structure with an area ratio of 50% or less is included in the structure of the metal structure. may exist. That is, it has the following metallographic structure.
(a) Bainite structure (b) Martensite structure (c) Mixed structure of bainite structure and martensite structure (d) Ferrite structure with an area ratio of 50% or less and bainite structure (e) Ferrite structure with an area ratio of 50% or less and marten Site structure (f) Mixed structure of ferrite structure, bainite structure and martensite structure with an area ratio of 50% or less Incidentally, as described above, these metal structures were observed with a scanning electron microscope (SEM) (magnification: 500 times). It can be determined by observing the tissue used.

上述の各組織は、前述したように、化学組成、冷却速度、焼入れ処理などの熱処理条件などを調整して得ることができる。 Each of the above structures can be obtained by adjusting the chemical composition, cooling rate, heat treatment conditions such as quenching, etc., as described above.

具体的には、冷却速度が大きく(50℃/s以上)冷却停止温度が低い(150℃以下)と、マルテンサイト組織になり易く、冷却速度が小さく(30℃/s以下)冷却停止温度が高い(100℃から450℃)と、ベイナイト組織になり易い。冷却速度がさらに小さい(5℃/s以下)と、ベイナイト組織またはマルテンサイト組織、あるいはベイナイト組織とマルテンサイト組織のマトリクス中にフェライト組織が混入するようになる。すなわち上記の熱処理により前述の(a)~(f)の組織を得ることができる。 Specifically, when the cooling rate is high (50 ° C./s or higher) and the cooling stop temperature is low (150 ° C. or lower), the martensitic structure is likely to occur, and the cooling rate is low (30 ° C./s or lower) and the cooling stop temperature is low. If the temperature is high (100° C. to 450° C.), it tends to form a bainite structure. If the cooling rate is even lower (5° C./s or less), the ferrite structure will be mixed in the matrix of the bainite structure, the martensite structure, or the bainite structure and the martensite structure. That is, the above-described structures (a) to (f) can be obtained by the above heat treatment.

[金属組織中の析出物]
前述のTEMによる金属組織観察において、金属組織中に炭化物、窒化物および炭窒化物の析出物のうちの1種以上が存在することが重要であることが分かった。具体的には、金属組織観察において、析出物の個数が、鋼材の板厚中央部で、1~100個/3.8μm2であることにより、耐疲労き裂伝播特性に優れた鋼材が得られる。すなわち、鋼材の板厚中央部での金属組織観察において、1つの測定視野が3.8μm2であって、その視野を50μm間隔で10視野観察し、それらの各視野のどこかに(1視野以上に)上記析出物の個数が1~100個/3.8μm2であることが好ましい。
[Precipitates in metal structure]
In the above metallographic observation by TEM, it was found that it is important that one or more of carbide, nitride and carbonitride precipitates are present in the metallographic structure. Specifically, when the number of precipitates is 1 to 100/3.8 μm 2 at the central portion of the thickness of the steel material in metallographic observation, a steel material with excellent fatigue crack propagation resistance can be obtained. be done. That is, when observing the metallographic structure at the center of the sheet thickness of steel, one measurement field of view is 3.8 μm 2 , and 10 fields of view are observed at intervals of 50 µm. (above) It is preferable that the number of the precipitates is 1 to 100/3.8 μm 2 .

上記の析出物とは、鋼材の基本化学組成中のFe、Si、Mn、Alなどの炭化物、窒化物または炭窒化物、さらに、任意的選択化学組成であるCr、Mo、Nb、V、Tiなどの炭化物や窒化物または炭窒化物である。これらの金属組織中の析出物は、図2に示した例のように、大小の微粒子状に点在しており、そのサイズは、約10~500nmである。 The above precipitates include carbides, nitrides or carbonitrides such as Fe, Si, Mn, Al, etc. in the basic chemical composition of the steel material, and optionally selected chemical compositions of Cr, Mo, Nb, V, Ti Such as carbides and nitrides or carbonitrides. Precipitates in these metal textures are scattered in the form of fine particles of various sizes, and their sizes are about 10 to 500 nm, as in the example shown in FIG.

なお、これらの析出物は、鋼材(鋼板)の板厚中央部から1mmの薄片を切り出し、切り出した薄片を両面から研磨して50μm厚に減厚後、ディスクパンチで3mmφに打ち抜き、ディスクを電解研磨法により薄片化し、メタノールで洗浄後、ろ紙上で乾燥してTEM用観察試料とし、TEM観察(観察視野:3.8μm2、倍率:10000倍)することにより観察される。さらに付属のエネルギー分散型X線分光器(EDX)分析により炭化物、窒化物、炭窒化物の同定を行った。これにより析出物が、炭化物、窒化物、炭窒化物の析出物であるかを判定することができる。ここで、炭化物、窒化物、炭窒化物を同定する方法としては、エネルギー分散型X線分光器(EDX)分析などが挙げられ、この方法によると、炭化物では、FeとCのピークが現れ、窒化物では、FeとNのピークが現れ、炭窒化物ではFeとCとNのピークが現れる。 In addition, these precipitates are obtained by cutting a 1 mm thin piece from the central part of the plate thickness of the steel material (steel plate), polishing the cut thin piece from both sides to reduce the thickness to 50 μm, punching it with a disk punch to 3 mmφ, and electrolyzing the disk. It is sliced by a polishing method, washed with methanol, dried on filter paper to obtain a sample for TEM observation, and observed by TEM observation (observation field: 3.8 μm 2 , magnification: 10000 times). Furthermore, carbides, nitrides, and carbonitrides were identified by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) analysis. This makes it possible to determine whether the precipitates are carbide, nitride, or carbonitride precipitates. Here, methods for identifying carbides, nitrides, and carbonitrides include energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) analysis, etc. According to this method, carbides have peaks of Fe and C, Fe and N peaks appear in nitrides, and Fe, C and N peaks appear in carbonitrides.

[鋼材の製造方法]
本発明に係る鋼材の製造方法は、前述の組成となるように調整した鋼素材を、Ac3点以上に加熱し、再加熱焼入れ処理を施し、100~450℃で冷却を停止することを特徴とする。ここで、温度は、鋼材(鋼板)の板厚中央部の温度とした。これにより、鋼材の板厚中央部の組織は、板厚に応じて冷却速度を調整し、前述した金属組織および金属組織内に析出物が得られる。そして、このような金属組織を有する鋼材の場合に、後述するように耐疲労き裂伝播特性が向上することが確認された。このような効果は、鋼材(鋼板)の板厚が、5~100mmの範囲で確認している。
[Manufacturing method of steel]
The steel manufacturing method according to the present invention is characterized by heating the steel material adjusted to have the above-mentioned composition to Ac 3 point or higher, performing reheating and quenching, and stopping cooling at 100 to 450 ° C. and Here, the temperature is the temperature at the center of the plate thickness of the steel material (steel plate). As a result, the cooling rate is adjusted according to the thickness of the steel material at the central portion of the plate thickness, and the aforementioned metallographic structure and precipitates are obtained in the metallographic structure. It was also confirmed that the steel material having such a metal structure has improved fatigue crack propagation resistance as described later. Such an effect has been confirmed when the plate thickness of the steel material (steel plate) is in the range of 5 to 100 mm.

さらに、本発明の鋼材の製造方法における個々の工程について詳しく説明する。 Further, individual steps in the steel manufacturing method of the present invention will be described in detail.

[Ac3点以上の加熱]
鋼材の金属組織を完全オーステナイト化するために、Ac3点(オーステナイト変態温度)以上に加熱する。この加熱を再加熱ともいい、この温度を再加熱温度ともいう。Ac3点に満たない加熱は、加熱前組織が残存し強度低下が生じる。このAc3点は、鋼材の組成%によって次式(1)にて計算できる。
Ac3=937.2-436.5×C+56×Si-19.7×Mn-16.3×Cu-26.6×Ni-4.9×Cr+38.1×Mo+124.8×V+136.3×Ti-19.1×Nb+198.4×Al+3315×B ・・・・ (1)
なお、含有されていない場合は0とする。
[Heating at Ac 3 or more]
In order to completely austenite the metal structure of the steel material, it is heated to the Ac 3 point (austenite transformation temperature) or higher. This heating is also called reheating, and this temperature is also called reheating temperature. Heating below the Ac 3 point causes the structure before heating to remain and the strength to decrease. This Ac 3 point can be calculated by the following formula (1) depending on the composition % of the steel material.
Ac 3 =937.2-436.5*C+56*Si-19.7*Mn-16.3*Cu-26.6*Ni-4.9*Cr+38.1*Mo+124.8*V+136.3*Ti -19.1 x Nb + 198.4 x Al + 3315 x B (1)
In addition, it is set to 0 when it is not contained.

[焼入れ処理]
鋼材の板厚中央部における金属組織を、前述したベイナイト組織、マルテンサイト組織またはベイナイト組織とマルテンサイト組織の混合組織とするために、焼入れ処理を施す。これらの組織は、板厚に応じて水冷時の冷却速度が変化することと化学組成の調整により適宜得られる。フェライト組織が析出していなくても、あるいは、その析出が面積率で50%以下であれば、後述する所望の機械的特性は得られるが、フェライト組織が面積率で50%を上回る場合には、その特性は得られない。
[Quenching treatment]
A quenching treatment is performed in order to make the metal structure at the central portion of the plate thickness of the steel material the above-described bainite structure, martensite structure, or mixed structure of bainite structure and martensite structure. These structures can be appropriately obtained by changing the cooling rate during water cooling according to the plate thickness and by adjusting the chemical composition. Even if the ferrite structure is not precipitated, or if the precipitation is 50% or less in area ratio, the desired mechanical properties described later can be obtained, but if the ferrite structure exceeds 50% in area ratio , the property is not obtained.

具体的な焼入れ処理とは、加熱された鋼材に噴流水で制御冷却し、冷却速度が5~275℃/s以下、好ましくは、5~260℃/sで冷却することが好ましい。冷却速度を275℃/s以下としたのは、マルテンサイト組織、ベイナイト組織を得るための理由からである。 Specifically, the quenching treatment is to control-cool the heated steel material with jet water at a cooling rate of 5 to 275° C./s or less, preferably 5 to 260° C./s. The reason why the cooling rate is set to 275° C./s or less is to obtain a martensite structure and a bainite structure.

また、焼入れ処理方法としては、ラボ実験の場合にはAr3点以上から噴流水冷却などにより制御冷却を行った。実機スケールの場合は、噴流水冷却やラミナー冷却などで冷却することにより所望の金属(ミクロ)組織が得られる。 As for the quenching treatment method, in the case of laboratory experiments, controlled cooling was performed by jet water cooling or the like from Ar 3 points or higher. In the case of an actual machine scale, a desired metal (micro) structure can be obtained by cooling by jet water cooling, laminar cooling, or the like.

[冷却停止温度]
上記焼入れ処理を行い、冷却される過程において、100~450℃で冷却を停止することにより、ベイナイト組織またはマルテンサイト組織、あるいはベイナイト組織とマルテンサイト組織の混合組織になり、前述した炭化物、窒化物または炭窒化物である析出物が発現する。
[Cooling stop temperature]
By stopping cooling at 100 to 450° C. in the process of performing the quenching treatment and cooling, it becomes a bainite structure, a martensite structure, or a mixed structure of a bainite structure and a martensite structure, and the carbides and nitrides described above. Alternatively, precipitates that are carbonitrides appear.

上記の冷却を停止する温度である冷却停止温度が100℃以上でないと炭化物、窒化物および炭窒化物のうちのいずれかが析出せず、450℃を超えると強度低下が生ずる。したがって、冷却停止温度は、100~450℃が好ましい。より好ましくは、150~450℃である。この範囲の温度に制御するには、制御冷却等のTMCP技術などによる。制御冷却は、実機の場合には、噴流冷却やラミナー冷却等を実施し、100℃~450℃で水冷停止することにより行われる。ラボ冷却の場合には、噴流冷却などにより制御冷却し150~450℃で水冷停止することにより得られる。冷却停止温度が150℃~450℃では、ベイナイト組織が得られやすい。冷却停止温度が150℃未満では、マルテンサイト組織が得られやすい。 If the cooling stop temperature, which is the temperature at which the cooling is stopped, is not 100°C or higher, none of the carbides, nitrides and carbonitrides will precipitate, and if it exceeds 450°C, the strength will decrease. Therefore, the cooling stop temperature is preferably 100 to 450°C. More preferably, it is 150 to 450°C. To control the temperature within this range, TMCP technology such as controlled cooling is used. Control cooling is performed by jet cooling, laminar cooling, or the like in the case of an actual machine, and water cooling is stopped at 100°C to 450°C. In the case of laboratory cooling, it is obtained by controlling cooling by jet cooling or the like and stopping water cooling at 150 to 450°C. A bainite structure is likely to be obtained when the cooling stop temperature is 150°C to 450°C. If the cooling stop temperature is less than 150°C, a martensite structure is likely to be obtained.

[耐疲労き裂伝播特性]
鋼材の耐疲労き裂伝播特性は、ASTM E647の規格に準拠した疲労き裂伝播試験により、応力拡大係数範囲〔ΔK〕と疲労き裂伝播速度〔da/dN〕を求めて評価している。この応力拡大係数範囲〔ΔK〕とは、ΔK=Kmax-Kminであり、応力拡大係数の最大値と最小値の差を表している。また、疲労き裂伝播速度〔da/dN〕は、応力波形で1サイクルのときの疲労き裂進展量[m/cycle]であり、特にΔKの中間領域(およそΔK=約10MPa・m1/2からΔK=約70MPa・m1/2)においては、パリス則と呼ばれるda/dN=CΔKm(C、mは定数)という線形の関係式が成立する。
[Fatigue crack propagation resistance]
The fatigue crack propagation resistance of the steel material is evaluated by obtaining the stress intensity factor range [ΔK] and the fatigue crack propagation speed [da/dN] by a fatigue crack propagation test conforming to the standard of ASTM E647. This stress intensity factor range [ΔK] is ΔK=Kmax−Kmin, and represents the difference between the maximum and minimum values of the stress intensity factor. In addition, the fatigue crack propagation rate [da/dN] is the amount of fatigue crack growth [m/cycle] in one cycle of the stress waveform, especially in the middle region of ΔK (approximately ΔK = about 10 MPa m 1 / 2 to ΔK=approximately 70 MPa·m 1/2 ), a linear relational expression da/dN=CΔK m (where C and m are constants), which is called the Paris' rule, holds.

ここで、本発明において、耐疲労き裂伝播特性に優れた鋼材としては、応力拡大係数範囲〔ΔK〕が20MPa・m1/2である場合に、疲労き裂伝播速度が4.26×10-8m/cycle以下となるものをいう。 Here, in the present invention, as a steel material excellent in fatigue crack propagation resistance, when the stress intensity factor range [ΔK] is 20 MPa m 1/2 , the fatigue crack propagation speed is 4.26 × 10 -8 m/cycle or less.

[鋼材の機械的特性]
本発明の鋼材の機械的特性の目標値は、引張試験における降伏応力〔YS〕≧400MPa、引張強さ〔TS〕≧500MPa、シャルピー衝撃試験における試験温度:0℃における吸収エネルギー〔V0〕≧27J、耐疲労き裂伝播試験における応力拡大係数範囲〔ΔK〕が20MPa・m1/2の時の疲労き裂伝播速度〔da/dN〕≦4.26×10-8[m/cycle]とした。
[Mechanical properties of steel]
The target values for the mechanical properties of the steel material of the present invention are: yield stress [YS] ≥ 400 MPa, tensile strength [TS] ≥ 500 MPa in a tensile test, test temperature in a Charpy impact test: absorbed energy [ V E 0 ] at 0 ° C. ≥ 27 J, fatigue crack propagation speed [da/dN] ≤ 4.26 × 10 -8 [m/cycle] when the stress intensity factor range [ΔK] in the fatigue crack propagation test is 20 MPa m 1/2 and

表2に示すA~Zの鋼組成を有する26種類の鋼を用意し、表3に示す試験片(板No.1~32)を、それぞれ表3に示す製造条件(Ac3点以上に加熱し、焼入れ処理し、冷却の過程で冷却を停止)により処理した。 Twenty-six types of steel having the steel compositions A to Z shown in Table 2 were prepared, and the test pieces (plate Nos. 1 to 32) shown in Table 3 were heated under the manufacturing conditions shown in Table 3 (Ac 3 points or more). and quenched, and the cooling was stopped during the cooling process).

Figure 2023049316000003
Figure 2023049316000003

Figure 2023049316000004
Figure 2023049316000004

上記の処理をした鋼材(鋼板)の板厚中央部から1mmの薄片を切り出し、切り出した薄片を両面から研磨して50μm厚に減厚後、ディスクパンチで3mmφに打ち抜き、ディスクを電解研磨法により薄変化し、メタノールで洗浄後、ろ紙上で乾燥してTEM用観察試料とし、TEM観察(視野:3.8μm2、倍率:10000倍)を50μmピッチで10視野行った。さらに、付属のエネルギー分散型X線分光器(EDX)分析により炭化物、窒化物、炭窒化物の同定を行った。得られた観察結果を表4に示す。本発明例となる試験片はいずれも、その金属組織中に析出物が1種以上存在していたが、比較例の試験片・板No.24、27~29、32では、析出物が全く確認できなかった。 A thin piece of 1 mm is cut out from the central part of the plate thickness of the steel material (steel plate) treated as described above, and the cut thin piece is polished from both sides to reduce the thickness to 50 μm. After washing with methanol, the sample was dried on filter paper to obtain a sample for TEM observation, and TEM observation (field of view: 3.8 μm 2 , magnification: 10,000×) was performed for 10 fields of view at a pitch of 50 μm. Furthermore, carbides, nitrides, and carbonitrides were identified by attached energy dispersive X-ray spectrometer (EDX) analysis. Table 4 shows the observation results obtained. All of the test pieces of the present invention contained one or more kinds of precipitates in the metallographic structure. In 24, 27 to 29, 32, no precipitate was observed.

Figure 2023049316000005
Figure 2023049316000005

次に、引張試験は、ASTM-F(6φ×24GL)丸棒試験片を板厚中央、圧延直角方向から採取し試験に供した。シャルピー衝撃試験は、フルサイズの試験片を板厚中央、圧延方向から3本採取し、試験温度0℃で試験に供した。疲労き裂伝播速度は、板厚12mmに両面減厚したCT試験片をR比0.1、正弦波、10Hzで疲労き裂伝播試験を行った。この時のYS[MPa]、TS[MPa]、V0[J]、ΔK=20MPa・m1/2の時の疲労き裂伝播速度〔da/dN〕[m/cycle]を表4に示す。ミクロ観察は、板厚1/2位置でナイタールエッチングしてSEM(倍率500倍)にて行った。TEM観察は、上述のように板厚1/2位置から薄膜を採取し採取し観察・撮影(視野:3.8μm2、倍率:10000倍)した。 Next, in the tensile test, an ASTM-F (6φ×24GL) round bar test piece was sampled from the center of the plate thickness and perpendicular to the rolling direction and subjected to the test. In the Charpy impact test, three full-size test pieces were sampled from the center of the plate thickness in the rolling direction and subjected to the test at a test temperature of 0°C. For the fatigue crack propagation speed, a fatigue crack propagation test was performed on a CT test piece with a thickness of 12 mm on both sides, with an R ratio of 0.1, a sine wave, and 10 Hz. YS [MPa], TS [MPa], V E 0 [J], and fatigue crack propagation speed [da/dN] [m/cycle] at ΔK = 20 MPa·m 1/2 at this time are shown in Table 4. show. Microscopic observation was performed by nital etching at a position of 1/2 of the plate thickness and using SEM (magnification: 500 times). For the TEM observation, a thin film was sampled from a half-thickness position as described above, and then observed and photographed (field of view: 3.8 μm 2 , magnification: 10,000 times).

[鋼材の機械的特性]
得られた試験片から、JIS Z 2241、2242の規定に準拠して、引張試験片(平行部径6mmφ)およびシャルピー衝撃試験片(Vノッチ)を採取し、引張試験、衝撃試験を実施した。
[Mechanical properties of steel]
A tensile test piece (parallel portion diameter 6 mmφ) and a Charpy impact test piece (V notch) were taken from the obtained test pieces in accordance with JIS Z 2241 and 2242, and tensile tests and impact tests were performed.

引張試験は、降伏点が出る場合には上降伏点、降伏点が出ない場合は0.2%耐力として得られた値を試験片のYSとし、応力ひずみ曲線で最大の値を引張応力として得られた値をTSとした。 In the tensile test, the value obtained as the upper yield point when the yield point appears, and the value obtained as 0.2% yield strength when the yield point does not appear is the YS of the test piece, and the maximum value in the stress-strain curve is taken as the tensile stress. The obtained value was taken as TS.

また、シャルピー衝撃試験は、各3本実施し、試験温度:0℃における吸収エネルギーV0を求め、その平均値を試験片の値とした。 Also, the Charpy impact test was performed three times each, the absorbed energy V E 0 at the test temperature of 0° C. was determined, and the average value was taken as the value of the test piece.

得られた結果を表5に示す。 Table 5 shows the results obtained.

Figure 2023049316000006
Figure 2023049316000006

本発明で規定する鋼材化学組成を有し、本発明で規定する鋼材の製造方法で作成した試験片の板No.1~22は、YSが400MPa以上、TSが500MPa以上、V0が27J以上、ΔK=20MPa・m1/2の時の疲労き裂伝播速度〔da/dN〕が4.26×10-8[m/cycle]以下であり、耐疲労き裂伝播速度に優れた鋼板が得られた。また、この時、表4に示すように金属組織観察の析出物が1種以上存在していた。また、金属組織は、表3に示すように、ベイナイト組織、マルテンサイト組織またはベイナイト組織とマルテンサイト組織の混合組織のうちのいずれかの組織か、あるいは、これらの金属組織内に、面積率で50%以下のフェライト組織が存在している組織であった。 Plate No. of the test piece having the chemical composition of the steel specified in the present invention and prepared by the method for manufacturing the steel specified in the present invention. 1 to 22, when YS is 400 MPa or more, TS is 500 MPa or more, V E 0 is 27 J or more, and ΔK = 20 MPa·m 1/2 , the fatigue crack propagation speed [da/dN] is 4.26 × 10 - 8 [m/cycle] or less, and a steel sheet having an excellent fatigue crack propagation rate was obtained. Moreover, at this time, as shown in Table 4, one or more kinds of precipitates were present in metallographic observation. In addition, as shown in Table 3, the metal structure is either a bainite structure, a martensite structure, or a mixed structure of a bainite structure and a martensite structure. The structure had a ferrite structure of 50% or less.

しかしながら、板No.23の鋼板は、Cが本発明の規定値を上回るため、シャルピー衝撃試験値が27Jを下回った。板No.24の鋼板は、C、Si、Mnが本発明の規定値を下回るため、金属組織観察で10視野のいずれの視野にも炭化物等の析出物が認められず、YS、TSが本発明の目標値を下回り、シャルピー衝撃試験値が本発明の目標値を下回り、ΔK=20MPa・m1/2の時の疲労き裂伝播速度が4.26×10-8[m/cycle]を上回り、耐疲労き裂伝播特性が劣っていた。板No.25の鋼板は、P、S、N、Alが本発明の規定値を上回るため、シャルピー衝撃試験値が本発明の目標値を下回った。板No.26の鋼板は、Si、Mnが本発明の規定値を上回るため、シャルピー衝撃試験値が本発明の目標値を下回った。板No.27の鋼板は、再加熱温度が本発明のAc3点を下回ったため、金属組織が面積率で80%フェライト組織+20%パーライト組織であり、金属組織観察で10視野のいずれの視野にも炭化物等の析出物が認められなかった。この結果、YS、TSが本発明の目標値を下回った。板No.28の鋼板は、冷却停止温度が本発明の規定値を下回ったため、金属組織観察で10視野のいずれの視野にも炭化物等の析出物が認められず、シャルピー衝撃試験値が本発明の目標値を下回り、ΔK=20MPa・m1/2の時の疲労き裂伝播速度が4.26×10-8[m/cycle]を上回り、耐疲労き裂伝播特性が劣っていた。板No.29の鋼板は、加熱温度が本発明のAc3点を下回るため、金属組織が85%フェライト組織+15%パーライト組織となり、金属組織観察で10視野のいずれの視野にも炭化物等の析出物が認められなかった。この結果、YS、TSが本発明の目標値を下回った。板No.30の鋼板は、冷却停止温度が本発明の規定値を上回ったため、金属組織が82%フェライト組織+18%パーライト組織となり、YS、TSが本発明の目標値を下回った。板No.31の鋼板も同様に、冷却停止温度が本発明の規定値を上回ったため、金属組織が81%フェライト組織+19%パーライト組織となり、YS、TSが本発明の目標値を下回った。板No.32の鋼板は、冷却停止温度が本発明の規定値を下回ったため、金属組織観察で10視野のいずれの視野にも炭化物等の析出物が認められず、シャルピー衝撃試験値が本発明の目標値を下回り、ΔK=20MPa・m1/2の時の疲労き裂伝播速度が4.26×10-8[m/cycle]を上回り、耐疲労き裂伝播特性が劣っていた。 However, board no. Steel plate No. 23 had a Charpy impact test value lower than 27 J because C exceeded the specified value of the present invention. Board No. In the steel sheet No. 24, C, Si, and Mn are below the specified values of the present invention, so precipitates such as carbides are not observed in any of the 10 fields of view in metallographic observation, and YS and TS are the targets of the present invention. value, the Charpy impact test value is below the target value of the present invention, the fatigue crack propagation speed at ΔK = 20 MPa m 1/2 exceeds 4.26 × 10 -8 [m/cycle], The fatigue crack propagation properties were inferior. Board No. The steel sheet No. 25 had P, S, N, and Al exceeding the specified values of the present invention, so the Charpy impact test values were below the target values of the present invention. Board No. The steel sheet No. 26 had a Charpy impact test value lower than the target value of the present invention because Si and Mn exceeded the specified values of the present invention. Board No. No. 27 steel plate had a reheating temperature lower than the Ac 3 point of the present invention, so the metal structure had an area ratio of 80% ferrite structure + 20% pearlite structure. No precipitate was observed. As a result, YS and TS fell below the target values of the present invention. Board No. For the steel sheet No. 28, the cooling stop temperature was below the specified value of the present invention, so precipitates such as carbides were not observed in any of the 10 fields of view in metallographic observation, and the Charpy impact test value was the target value of the present invention. and the fatigue crack propagation speed at ΔK=20 MPa·m 1/2 exceeded 4.26×10 −8 [m/cycle], indicating poor fatigue crack propagation resistance. Board No. The steel sheet No. 29 has a heating temperature lower than the Ac 3 point of the present invention, so the metal structure is 85% ferrite structure + 15% pearlite structure, and precipitates such as carbides are observed in all of the 10 fields of view in the metal structure observation. I couldn't. As a result, YS and TS fell below the target values of the present invention. Board No. In the steel sheet No. 30, the cooling stop temperature exceeded the specified value of the present invention, so the metal structure was 82% ferrite structure + 18% pearlite structure, and YS and TS were below the target values of the present invention. Board No. Similarly, the steel sheet No. 31 also had a cooling stop temperature exceeding the specified value of the present invention, so the metal structure was 81% ferrite structure + 19% pearlite structure, and YS and TS were below the target values of the present invention. Board No. For the steel sheet No. 32, the cooling stop temperature was below the specified value of the present invention, so precipitates such as carbides were not observed in any of the 10 fields of view in metallographic observation, and the Charpy impact test value was the target value of the present invention. and the fatigue crack propagation speed at ΔK=20 MPa·m 1/2 exceeded 4.26×10 −8 [m/cycle], indicating poor fatigue crack propagation resistance.

Claims (9)

質量%で、C:0.02~0.40%、Si:0.010~0.500%、Mn:0.05~2.00%、P:0.050%以下、S:0.050%以下、Al:0.100%以下、N:0.1000%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる化学組成を有する鋼材であって、該鋼材の金属組織が、ベイナイト組織、マルテンサイト組織またはベイナイト組織とマルテンサイト組織の混合組織のうちのいずれかの組織であり、さらに、炭化物、窒化物および炭窒化物の析出物のうち1種以上が存在することを特徴とする耐疲労き裂伝播特性に優れた鋼材。 % by mass, C: 0.02 to 0.40%, Si: 0.010 to 0.500%, Mn: 0.05 to 2.00%, P: 0.050% or less, S: 0.050 % or less, Al: 0.100% or less, N: 0.1000% or less, and the balance being Fe and inevitable impurities, the metal structure of the steel material having a bainite structure and martensite A fatigue resistant crack characterized in that it is either a structure or a mixed structure of a bainite structure and a martensite structure, and further includes one or more kinds of precipitates of carbides, nitrides and carbonitrides. Steel material with excellent crack propagation characteristics. 前記化学組成に加えて、さらに、質量%で、Cu:0.01~2.00%、Ni:0.01~5.00%、Cr:0.01~3.00%、Mo:0.01~1.00%、Nb:0.001~0.100%、V:0.001~0.100%、Ti:0.001~0.100%、B:0.0001~0.0100%、REM:0.001~0.100%のうちから選ばれた1種以上を含有することを特徴とする請求項1に記載の耐疲労き裂伝播特性に優れた鋼材。 In addition to the chemical composition described above, Cu: 0.01 to 2.00%, Ni: 0.01 to 5.00%, Cr: 0.01 to 3.00%, Mo: 0.01% to 2.00%, and Mo: 0.01% to 2.00% by mass. 01-1.00%, Nb: 0.001-0.100%, V: 0.001-0.100%, Ti: 0.001-0.100%, B: 0.0001-0.0100% , and REM: 0.001 to 0.100%. 前記各金属組織と面積率50%以下のフェライト組織が存在していることを特徴とする請求項1または2に記載の耐疲労き裂伝播特性に優れた鋼材。 3. The steel material having excellent fatigue crack propagation resistance according to claim 1 or 2, wherein a ferrite structure having an area ratio of 50% or less is present with each metal structure. 前記鋼材の板厚が、5~100mmであることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載の耐疲労き裂伝播特性に優れた鋼材。 The steel material having excellent fatigue crack propagation resistance according to any one of claims 1 to 3, wherein the steel material has a plate thickness of 5 to 100 mm. 前記析出物の個数が、前記鋼材の板厚中央部で、1~100個/3.8μm2であることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一項に記載の耐疲労き裂伝播特性に優れた鋼材。 The fatigue crack propagation resistance crack propagation according to any one of claims 1 to 4, wherein the number of precipitates is 1 to 100/3.8 µm 2 at the center of the plate thickness of the steel material. Steel with excellent properties. 前記鋼材の疲労き裂伝播試験における応力拡大係数範囲〔ΔK〕が20MPa・m1/2である場合に、疲労き裂伝播速度〔da/dN〕が、4.26×10-8m/cycle以下であることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか一項に記載の耐疲労き裂伝播特性に優れた鋼材。 When the stress intensity factor range [ΔK] in the fatigue crack propagation test of the steel material is 20 MPa m 1/2 , the fatigue crack propagation speed [da/dN] is 4.26 × 10 -8 m/cycle The steel material having excellent fatigue crack propagation resistance according to any one of claims 1 to 5, characterized by: 質量%で、C:0.02~0.40%、Si:0.010~0.500%、Mn:0.05~2.00%、P:0.050%以下、S:0.050%以下、Al:0.100%以下、N:0.1000%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる化学組成を有する鋼素材を、Ac3点以上に加熱し、再加熱焼入れ処理を施し、100~450℃で冷却を停止することを特徴とする請求項1ないし6のいずれか一項に記載の耐疲労き裂伝播特性に優れた鋼材の製造方法。 % by mass, C: 0.02 to 0.40%, Si: 0.010 to 0.500%, Mn: 0.05 to 2.00%, P: 0.050% or less, S: 0.050 % or less, Al: 0.100% or less, N: 0.1000 % or less, and the balance is Fe and unavoidable impurities. The method for producing a steel material excellent in fatigue crack propagation resistance according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the cooling is stopped at 100 to 450°C. 前記鋼素材の化学組成に加えて、さらに、質量%で、Cu:0.01~2.00%、Ni:0.01~5.00%、Cr:0.01~3.00%、Mo:0.01~1.00%、Nb:0.001~0.100%、V:0.001~0.100%、Ti:0.001~0.100%、B:0.0001~0.0100%、REM:0.001~0.100%のうちから選ばれた1種以上を含有することを特徴とする請求項7に記載の耐疲労き裂伝播特性に優れた鋼材の製造方法。 In addition to the chemical composition of the steel material, in mass%, Cu: 0.01 to 2.00%, Ni: 0.01 to 5.00%, Cr: 0.01 to 3.00%, Mo : 0.01-1.00%, Nb: 0.001-0.100%, V: 0.001-0.100%, Ti: 0.001-0.100%, B: 0.0001-0 0100%, and REM: 0.001 to 0.100%. The method for manufacturing a steel material excellent in fatigue crack propagation resistance according to claim 7, characterized by containing one or more selected from 0.001 to 0.100%. . 前記再加熱焼入れ処理が、冷却速度:5~275℃/sで行うことを特徴とする請求項7または8に記載の耐疲労き裂伝播特性に優れた鋼材の製造方法。 9. The method for manufacturing a steel material excellent in fatigue crack propagation resistance according to claim 7 or 8, wherein the reheating and quenching treatment is performed at a cooling rate of 5 to 275° C./s.
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