[发明专利]高强度钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及在船舶(ship)或海上构筑物(marine structure)、管道钢管(line pipe)、压力容器(pressure vessel)等中使用的高强度钢(high-tensilestrength steels)及其制造方法，尤其涉及屈服应力(YS(yield stress))为460MPa以上、且不仅母材(base material)的强度(strength)和韧性(toughness)优良而且焊接部(weld zone)的韧性(CTOD(crack tip openingdisplacement)特性)也优良的高强度钢及其制造方法。

背景技术

在船舶或海上构筑物等中使用的钢，一般通过焊接接合(weldingjoint)而加工成所期望的形状的构造物等。为此，在这些钢中，从确保构造物等的安全性(safety)的观点出发，母材自身的强度和韧性优良是必备的，还要求焊接接头(weld joint)的焊接部(焊接金属(weld metal)和热影响部(heat-affected zone)的韧性也优良。

作为钢的韧性的评价基准(evaluation standards)，以往主要采用由夏比冲击试验(Charpy impact test)测得的吸收能量(absorbed energy)。但是，近年来，为了进一步提高可靠性(reliability)，多采用裂纹尖端张开位移试验(Crack Tip Opening Displacement Test，以下简记为“CTOD试验”)。该试验通过使韧性的评价部产生了预制疲劳裂纹(fatigue precrack)的试验片发生三点弯曲(three-point bending)并测定断裂前的裂纹底部(bottom of crack)的张开量(value of opening displacement)(塑性变形量(value of plastic deformation))来评价脆性断裂(brittle fracture)的发生阻力(occurrence resistance)。

但是，通常可对上述用途中使用的板厚较厚的钢实施多层焊接(multi-pass welding)，在这样的焊接中，由于热影响部承受复杂的热历史(thermal history)，因此存在容易产生局部脆化区域、尤其是熔合线部(bond)(焊接金属与母材的边界)和双相区域再热部(inter-criticallyreheated zone)(在焊接第一个循环中成为粗粒，在第二个循环中被加热成α和γ的双相区域的区域)的韧性大大降低的问题。这是由于，熔合线部被曝露在直逼熔点的高温下，从而使得奥氏体晶粒(austenite grain)粗大化，接着通过冷却容易相变为脆弱的上贝氏体组织(upper bainiticstructure)。此外，由于在熔合线部生成魏氏组织(Widmannstattenstructure)、岛状马氏体(island martensite，M-A constituent)之类的脆化组织(embrittlement structure)，因此韧性进一步降低。

作为应对上述问题的对策，例如，通过在钢中微细分散TiN来抑制奥氏体晶粒的粗大化的技术或利用铁素体相变核(nucleus of ferritetransformation)的技术已实用化。此外，在日本特公平03-053367号公报或日本特开昭60-184663号公报中公开了如下技术：通过与Ti一起复合添加稀土元素(REM(rare-earth metal)并使微细粒子分散在钢中，可抑制奥氏体晶粒生长，提高焊接部的韧性。除此之外，还提出了使Ti的氧化物(oxide)分散的技术、组合BN的铁素体生成能力和氧化物分散的技术、以及添加Ca或REM来控制硫化物(sulfide)的形态(shape)从而提高韧性的技术。

另一方面，上述双相区域再热部，即，在最初的焊接时曝露在直逼熔点的高温下的区域，也是通过后续焊接时的再加热而成为铁素体和奥氏体的双相区域的区域，其最脆的原因在于：通过第二道次以后的焊接时的再加热，碳富集在奥氏体区域，其在冷却过程中生成包含岛状马氏体的脆弱的贝氏体组织，使韧性降低。因此，作为其对策，公开了如下的技术：通过低C、低Si化来抑制岛状马氏体的生成，进而通过添加Cu来确保母材强度(例如参照日本特开平05-186823号公报)。