BE1020801A3 - Acier excellent en termes de tenacite du metal de base et de la zone affectee par la chaleur de soudage et procede de fabrication dudit acier. - Google Patents
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Description
« Acier excellent en termes de ténacité du métal de base et de la zone affectée par la chaleur de soudage et procédé de fabrication dudit acier »
CONTEXTE DE L’INVENTION
1. Domaine de l'invention
La présente invention concerne l'acier utilisé pour des structures soudées telles que des ponts, des immeubles de grande hauteur, des navires et similaires, et concerne une technologie améliorant la ténacité du métal de base et la ténacité d'une position recevant un effet thermique lors du soudage à température élevée (qui pourra être dénommée ci après "zone affectée par la chaleur de soudage" ou "ZAC".
2. Description de l'art apparenté
Associé à une augmentation de la taille des structures soudées, le soudage d'épaisses plaques d'acier d’une épaisseur de plaque de 50 mm ou plus est inévitable. Par conséquent, d'un point de vue de l'amélioration de l'efficacité du travail de soudage, le soudage à apport de chaleur élevé de 50 kj/mm ou plus est orienté. Cependant, dans le soudage à apport de chaleur élevé, il y un problème dû au fait que la structure de la ZAC (en particulier à proximité de la section soudée en dehors de la ZAC) est rendue plus grossière et la ténacité de la portion est susceptible d'être détériorée parce que la ZAC est graduellement refroidie après avoir été chauffée à une région d'austénite d'une température élevée. C'est un problème qu'il faut résoudre pour obtenir une telle ténacité dans la ZAC (qui pourra être dénommée ci-après "ténacité ZAC".
Un certain nombre de technologies permettant d'empêcher la détérioration de la ténacité ZAC lors du soudage à apport de chaleur élevé ont été proposées jusqu'ici. Comme exemples représentatifs de ces technologies, de l'acier est proposé dans les littératures brevets 1-4 par exemple dans lesquels le grossissement des grains d'austénite se produisant dans la ZAC lors du soudage à apport de chaleur élevé est supprimé et la détérioration de la ténacité ZAC est inhibée par précipitation de façon dispersée de TiN fin dans l'acier. Cependant, selon ces technologies, il y a un problème en ce que, quand la température du métal fondu lors de soudage s'élève à 1400° C ou plus, dans la position notamment à proximité du métal fondu (section soudée) en dehors de la ZAC, ledit TiN est mis en solution solide et disparaît en raison de la chaleur reçue lors du soudage, et la détérioration de la ténacité ZAC ne peut être suffisamment empêchée.
Dans la littérature brevet 5, il est également proposé une technologie dans laquelle en optimisant la densité numérique du TiN fin ayant une taille de grain de 0,01 -0,1 pm, la génération de TiN grossier dont la taille de grain dépasse 0,1 pm est supprimée et la ténacité ZAC est améliorée. Cependant, on a constaté que, même quand la densité numérique du TiN fin est optimisée, il n'est pas possible d'obtenir une ténacité ZAC suffisante.
D'autre part, le présent demandeur a proposé (littérature brevet 6 par exemple) une technologie dans laquelle la ténacité ZAC dans une large plage d'apport de chaleur est obtenue par le fait que le Nb est contenu positivement dans des inclusions à base de TiN présentes dans l'acier pour le soudage et un rapport Ti/Nb est contrôlé afin que le nombre des inclusions ayant une taille de grain de 0,01 -0,25 pm soit de 1,0 x 104 ou plus par 1 mm2. Cependant, même avec cette technologie, il est inévitable que le TiN soit mis en solution solide et disparaisse en raison de la chaleur reçue lors du soudage, et il y a des cas où la ténacité ZAC s'est détériorée.
En attendant, l'acier utilisé pour une structure soudée est également tenu d'être excellent en termes de ténacité de l'acier même (ténacité du métal de base), qui est la propriété fondamentale, en plus de la ténacité ZAC. Par conséquent, une épaisse plaque d'acier dans laquelle la ténacité du métal de base et la ténacité ZAC sont améliorées a été proposée par le présent demandeur dans la littérature brevet 7. Selon cette technologie, une épaisse plaque d’acier excellente en termes de ténacité du métal de base et de ténacité ZAC est fournie en contrôlant la densité numérique selon la taille du Ti contenu dans le nitrure inclus dans la plaque d'acier et en contrôlant de manière appropriée le rapport de section du martensite en forme d'îlot. Cependant, le procédé n'est pas nécessairement hautement précis parce que la densité numérique de chaque taille est mesurée par observation au microscope et une variation de propriété peut être provoquée.
[Littérature sur l'art antérieur] [Littérature brevet] [Littérature brevet 1] Publication de demande de brevet japonais examinée n° S55-26164 [Littérature brevet 2] Publication de demande de brevet japonais non examinée n° S2003-166017 [Littérature brevet 3] Publication de demande de brevet japonais non examinée n° S2003-213366 [Littérature brevet 4] Publication de demande de brevet japonais non examinée n° S2001 -20031 [Littérature brevet 5] Publication de demande de brevet japonais non examinée n° S2001 -98340 [Littérature brevet 6] Publication de demande de brevet japonais non examinée n° S2004-218010 [Littérature brevet 7] Publication de demande de brevet japonais non examinée n° S2010-95781
RÉSUMÉ DE L'INVENTION
La présente invention a été développée au vu de ces circonstances, et son but est de fournir de l'acier excellent en termes tant de ténacité du métal de base que de ténacité ZAC et un procédé pour fabriquer ledit acier.
De l'acier excellent en termes de ténacité du métal de base et d'une zone affectée par la chaleur de soudage en rapport avec la présente invention qui pourrait atteindre le but est de l'acier dont la composition comprend C: 0,03-0,16 % (signifie % en masse, ci-après la même chose pour ce qui est des compositions), Si: 0,25 % ou moins (y compris 0 %), Mn: 1 -2,0 %, P: 0,03 % ou moins (non compris 0 %), S: 0,015 % ou moins (non compris 0 %), Al: 0,05 % ou moins (non compris 0 %), Ti: 0,010-0,08 %, Ca: 0,0005-0,010 % et N: 0,0020-0,020 %, le solde comprenant du fer et d'inévitables impuretés.
Il est également caractérisé en ce qu'une quantité de Ti incluse dans l'acier en tant qu'inclusions contenant du Ti dépassant 2,0 pm par rapport à une quantité totale de Ti Q incluse dans l'acier est de 0,010 % ou moins (non compris 0 %), et un rapport R/Q d'une valeur R obtenue en déduisant une quantité de Ti incluse dans l'acier en tant qu'inclusions contenant du Ti dépassant 0,1 pm de la quantité totale de Ti Q incluse dans l'acier est de 0,30-0,70.
Dans la présente invention, les inclusions contenant du Ti signifient des précipités comprenant au moins Ti, et signifie des inclusions comprenant du Ti tel que du nitrure contenant du Ti tel que TiN, du nitrure composite dans lequel une partie de Ti (approximativement 50 % ou moins en termes de rapport atomique) est substituée par d'autres éléments formant nitrure (Nb, Zr, V et similaire par exemple, oxyde contenant Ti et similaire. De plus, l'oxyde contenant du Ti comprend également de l'oxyde composite dans lequel une partie du Ti (approximativement 50 % ou moins en termes de rapport atomique) est substituée par d'autres éléments formant oxyde (Si, Mn, Al, Ca, Zr, REM et similaire par exemple) pour ne pas mentionner l'oxyde de Ti (T1O2 par exemple).
L'acier peut en outre comprendre, comme autres éléments, (a) un ou plusieurs éléments sélectionnés dans un groupe consistant en Ni: 1,5 % ou moins (non compris 0 %), Cu: 1,5% ou moins (non compris 0 %), Cr: 1,5 % ou moins (non compris 0 %) et Mo: 1,5 % ou moins (non compris 0 %), (b) Nb: 0,10 % ou moins (non compris 0 %) et/ou V: 0,1 % ou moins (non compris 0 %), (c) B: 0,005 % ou moins (non compris 0 %), (d) Zr: 0,02 % ou moins (non compris 0 %) et/ou REM: 0,02 % ou moins (non compris 0 %), et similaire.
L'acier peut être fabriqué en fondant l'acier afin que Ti, N et Si satisfassent à une expression (1) ci-dessous et en coulant ensuite l'acier fondu après que le nombre d'inclusions contenant AI2O3 (plus spécifiquement, les inclusions comprenant Al203 à 80 % en masse ou plus) incluses dans l'acier a été contrôlé à 10 unités ou moins (y compris zéro unité) par 1 mm2 par séparation par flottation d'inclusions incluses dans l'acier fondu. Dans l'expression (1) ci-dessous, [ ] exprime un contenu (% en masse) de chaque élément dans l'acier.
[Ti]x[N]<(1 x10'5)/[Si] ...(1)
Cependant, quand Si=0 % en masse, l'acier est fondu afin que Ti et Ni satisfassent à une expression (2) ci-dessous.
[Ti]x[N] <1x10‘3 ...(2)
Selon la présente invention, en ce qui concerne les inclusions contenant Ti dans l’acier, au lieu de contrôler la densité numérique de chaque taille par observation au microscope comme cela se faisait dans l'art antérieur, la quantité de Ti incluse dans l'acier en tant qu'inclusions grossières contenant du Ti dont la taille dépasse 2 pm par rapport à la quantité totale de Ti Q incluse dans l'acier est réduite autant que possible, la quantité de Ti incluse dans l'acier en tant qu'inclusions contenant du Ti dont la taille dépasse 0,1 pm est quantifiée par un
procédé d'extraction électrolytique, un rapport R/Q d'une valeur R obtenue en déduisant la quantité de Ti de la quantité totale de Ti Q à la quantité totale de Ti Q incluse dans l'acier est contrôlé de manière appropriée, et par conséquent l'amélioration de la ténacité du métal de base et de la ZAC peut être réalisée de manière plus précise. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La fig. 1 est un dessin schématique expliquant le concept de la quantité totale de Ti Q (la quantité totale de Ti incluse dans l'acier en tant qu'inclusions contenant du Ti dont la taille dépasse 2,0 pm, la quantité de Ti incluse dans l'acier en tant qu'inclusions contenant du Ti dont la taille dépasse 0,1 pm et 2,0 pm ou moins, et la quantité R de Ti en solution solide (comprenant la quantité de Ti dans l'acier en tant qu'inclusions contenant du Ti dont la taille est de 0,1 pm ou moins) stipulée dans la présente invention.
La fig. 2 est un graphique montrant la relation entre la valeur de [Ti]x[N]x[Si] (valeur Z) et la ténacité ZAC.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DES FORMES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉES
Afin d'améliorer tant la ténacité du métal de base que la ténacité ZAC de l'acier, considérant que, selon le procédé de contrôle de la densité numérique selon la taille d'inclusions contenant du Ti déterminée par observation au microscope comme cela se faisait dans l'art antérieur, la zone du champ de vision ne faisant qu'approximativement 300 mm2 au maximum, la précision était par conséquent faible et il y avait variation de propriété, les présents inventeurs ont effectué des investigations pour fournir un procédé alternatif plus précis. À l'époque, l'idée s'est fait jour de faire bon usage d'un procédé pour cribler la quantité totale de Ti dans l'acier selon la taille et quantifier la quantité de Ti de chaque taille (densité volumique) en combinant l'extraction électrolytique et la séparation par filtration par de multiples filtres à membrane (qui peuvent être simplement dénommés ci-après filtres) ayant une ouverture (maille) différente, et des investigations ont été menées sur ce point.
il en résulte que l’on a constaté ce qui suit et la présente invention a été achevée.
(1) Sous réserve que Ti étant passé à travers un filtre à mailles de 0,1 pm après extraction électrolytique avec une solution électrolytique prédéterminée soit désigné comme Ti en solution solide, la quantité de Ti en solution solide exerce un grand effet sur l'amélioration de la ténacité du métal de base et de la ténacité ZAC de l'acier.
(2) Une propriété désirée ne peut pas être exercée à moins que la quantité de Ti en solution solide soit contrôlée tout en préservant l'équilibre avec la quantité totale de Ti incluse dans l'acier (plus spécifiquement un rapport de la quantité de Ti en solution solide à la quantité totale de Ti) au lieu d'être contrôlée comme une valeur absolue.
(3) De plus, pour exercer effectivement la propriété désirée, ne contrôler simplement que le rapport de la quantité de Ti en solution solide ne suffit pas, et il est également important de contrôler de manière appropriée la quantité de Ti incluse dans des inclusions contenant du Ti dont la taille dépasse 2 pm qui ne passe pas à travers le filtre (reste sur le filtre) ayant des mailles de 0,2 pm.
(4) Par conséquent, pour améliorer la ténacité du métal de base et la ténacité ZAC de l'acier, il est extrêmement important de contrôler de manière appropriée le rapport de la quantité de Ti en solution solide à la quantité totale de Ti calculée par le procédé décrit ci-dessus et la quantité de Ti incluse dans l'acier en tant d'inclusions contenant du Ti dont la taille dépasse 2,0 pm.
Dans la présente description, la quantité totale de Ti incluse dans l'échantillon est désignée par S et la quantité de Ti qui passe à travers le filtre à mailles de 0,1 pm (qui est dénommé Ti en solution solide dans la présente invention) après extraction électrolytique (dont le détail sera décrit ci-dessous) est désignés par R. La quantité totale de Ti Q est une valeur quantifiée par spectrométrie d'émission atomique ICP après que l'extraction électrolytique a été effectuée. La quantité R de Ti en solution solide signifie la quantité de Ti qui passe à travers le filtre lors de la filtration en utilisant un filtre à mailles de 0,1 pm après extraction électrolytique. Le filtre aux mailles les plus petites vendu sur le marché est un filtre ayant une taille de maille de 0,1 pm et le Ti passant à travers le filtre ayant le diamètre minimal a été considéré comme étant du "Ti en solution solide" dans la présente invention même s'il était présent dans des inclusions contenant du Ti.
En outre, en ce qui concerne la quantité R de Ti en solution solide déterminée comme décrit ci-dessus, la quantité de Ti en solution solide n'est pas mesurée directement mais est calculée indirectement en quantifiant la quantité de Ti incluse dans des inclusions contenant du Ti dont la taille dépasse 0,1 pm qui ne passent pas à travers le filtre (restent sur le filtre) à mailles de 0,1 pm après extraction électrolytique par spectrométrie d'émission atomique ICP, et en la déduisant de la quantité totale de Ti Q incluse dans l'acier. Cela est dû au fait qu'une analyse quantitative directe de la quantité de Ti en solution solide est difficile.
Dans la présente description, des "inclusions contenant du Ti dépassant 2,0 pm" signifient qu'elles ne passent pas à travers le filtre (restent sur le filtre) quand elles sont filtrées en utilisant le filtre à mailles de 2,0 pm après que l'extraction électrolytique a été effectuée. Dans le passé, on savait que des inclusions grossières contenant du Ti exerçaient un effet nuisible sur la ténacité ZAC et similaire, mais, d'après le résultat des investigations par les présents inventeurs, il a été constaté que la quantité d'inclusions grossières contenant du Ti dont la taille dépasse 2,0 pm séparées par le procédé décrit ci-dessus exerçait un effet particulièrement nuisible sur la ténacité du métal de base et la ténacité ZAC en particulier en dehors des inclusions grossières contenant du Ti, et par conséquent, on en est arrivé à contrôler de manière appropriée la quantité de ces inclusions grossières contenant du Ti.
En premier, la quantité totale de Ti dans l'acier de la présente invention sera décrite. Selon l'invention, l'acier est fondu par le procédé d'extraction électrolytique, le résidu extrait obtenu après extraction électrolytique est filtré par un filtre à membrane à mailles de 0,1 pm qui est la plus petite maille vendue sur le marché, le résidu extrait obtenu par filtration est fondu avec le filtre et la quantité de Ti est mesurée par le procédé de spectrométrie d'émission atomique ICP. Selon ce procédé, comme le montre la fig. 1, la quantité totale de Ti Q incluse dans l'acier est exprimée comme la quantité totale de la quantité de Ti incluse dans l'acier en tant qu'inclusions contenant du Ti dont la taille dépasse 0,1 pm ne passant pas à travers le filtre et la quantité de Ti en solution solide comprenant la quantité de Ti incluse dans les inclusions contenant du Ti passant à travers le filtre.
D'après les investigations par les présents inventeurs, il a également été constaté que la ténacité du métal de base et la ténacité ZAC de l'acier pouvaient être améliorées en ajustant le rapport R/Q de la valeur R obtenue en déduisant la quantité de Ti incluse dans l'acier en tant qu'inclusions contenant du Ti dont la taille dépassait 0,1 pm de la quantité totale de Ti Q à la quantité totale de Ti Q incluse dans l'acier dans la plage de 0,30 - 0,70. Ce fait a été vérifié dans l’exemple de la présente description.
C'est-à-dire que l'acier de type N montré dans le tableau 1 et l'acier de type d montré dans le tableau 2 de l'exemple sont des aciers qui sont en général les mêmes en termes de composition componentielle et sont en général les mêmes en termes de quantité de Ti incluse dans l'acier en tant qu'inclusions grossières contenant du Ti dépassant 2,0 pm. Cependant, la ténacité du métal de base et la ténacité ZAC de l'acier de type d ont été détériorées, tandis que la ténacité du métal de base et la ténacité ZAC de l'acier de type N ont été améliorées. De manière similaire, bien que l'acier de type E montré dans le tableau 1 ci-dessous et l'acier de type b montré dans le tableau 2 ci-dessous sont aussi en général les mêmes en termes de composition componentielle et de quantité de Ti décrite ci-dessus, la ténacité du métal de base et la ténacité ZAC de l'acier de type b ont été détériorées, tandis que la ténacité du métal de base et la ténacité ZAC de l'acier de type E ont été améliorées.
Il ressort de l'investigation concernant la raison que le rapport de la quantité de Ti en solution solide à la quantité de Ti ajoutée (la quantité totale de Ti incluse dans l'acier) était élevé dans l'acier de type d, le rapport de la quantité de Ti en solution solide à la quantité de Ti ajoutée était bas dans l'acier de type b, et on a supposé que cette quantité de Ti en solution solide avait grandement contribué à l'amélioration de la ténacité du métal de base et de la ténacité ZAC.
Après d'autres investigations reflétant ces résultats, on a constaté que le rapport R/Q de la quantité de Ti en solution solide à la quantité totale de Ti Q incluse dans l'acier exerçait un effet sur la ténacité du métal de base et la ténacité ZAC.
Cependant, on a également constaté que, l'effet d'amélioration de la ténacité du métal de base et de la ténacité ZAC n'était pas suffisant en contrôlant simplement le rapport R/Q de la quantité de Ti en solution solide à la quantité totale de Ti incluse dans l'acier dans une plage appropriée.
À la suite d'autres investigations par les présents inventeurs, on a également constaté que la quantité de Ti incluse dans l'acier en tant qu'inclusions contenant du Ti dont la taille dépassait 2,0 pm par rapport aux les inclusions contenant du Ti dont la taille dépassait 0,1 pm exerçait également un effet sur la ténacité du métal de base et la ténacité ZAC. Ce fait a également été vérifié dans l'exemple décrit ci-dessous. Par exemple, l'acier de type L montré dans le tableau 1 et l'acier de types a, e montré dans le tableau 2 de l'exemple sont des aciers ayant une composition componentielle qui est généralement la même et les rapports R/Q de tous sont contrôlés dans la plage de 0,30 -0,70. Cependant, dans l'acier de types a, e, comme la quantité de Ti incluse dans des inclusions grossières contenant du Ti dont la taille dépasse 2,0 pm est grande, tant la ténacité du métal de base que la ténacité ZAC ont été détériorées. D'autre part, dans l'acier de type L, comme la quantité de Ti incluse dans des inclusions grossières contenant du Ti dont la taille dépasse 2,0 pm est réduite à la plage stipulée dans la présente invention, tant la ténacité du métal de base que la ténacité ZAC sont excellentes.
Il est entendu que tant la ténacité du métal de base que la ténacité ZAC peuvent être améliorées quand la quantité de Ti incluse dans l'acier en tant qu'inclusions grossières contenant du Ti dont la taille dépasse 2,0 pm est donc réduite. On considère que la raison en est la suivante, bien que ses détails ne soit pas clairs. Afin d'améliorer la ténacité ZAC, une miniaturisation de la taille de grain y antérieure par des inclusions contenant du Ti fin (précipité de TiN par exemple) est effectuée, et une grande quantité de Ti est requise pour cela. Cependant, quand le Ti inclus dans l'acier est présent en tant qu’inclusions grossières contenant du Ti dont la taille dépasse 2,0 pm, on considère que le nombre d'inclusions fines contenant du Ti (précipité de TiN par exemple) est insuffisant et, non seulement la miniaturisation de la taille de grain y antérieure ne peut être réalisée mais tant la ténacité du métal de base que la ténacité ZAC sont également détériorées, les inclusions grossières contenant du Ti devenant elles-mêmes les points de départ de fracture.
La présente invention sera décrite concrètement ci- dessous.
<Le rapport R/Q de la valeur R obtenue en déduisant la quantité de Ti incluse dans l'acier en tant qu’inclusions contenant du Ti dont la taille dépasse 0,1 pm de la quantité totale de Ti Q à la quantité totale de Ti Q incluse dans l'acier doit être de 0,30 - 0,70>
Dans la présente invention, le rapport de la quantité de Ti en solution solide à la quantité totale de Ti incluse dans l'acier (peut être dénommé ci-après rapport Ti en solution solide) doit être de 0,30-0,70. Quand le rapport Ti en solution solide est inférieur à 0,30, comme la croissance Ostwald des particules de TiN devient manifeste lors du traitement thermique et du soudage, le nitrure contenant du Ti est susceptible de grossir et la quantité de formation de nitrure contenant du
Ti fin ayant pour effet d'améliorer la ténacité du métal de base et la ténacité ZAC ne peut être obtenue. Par conséquent, comme la structure du métal ne peut pas être miniaturisée lors du soudage, la ténacité du métal de base et la ténacité ZAC sont détériorées. En conséquence, le rapport Ti en solution solide doit être de 0,30 ou plus, de préférence de 0,35 ou plus, et mieux encore de 0,40 ou plus. Cependant, quand le rapport de Ti en solution solide dépasse 0,70 et devient en excès, la quantité de Ti en solution solide devient excessivement grande et par conséquent la structure de transformation formée par le joint de grain y antérieur est grossie, et la ténacité du métal de base et la ténacité ZAC sont détériorées. En conséquence, le rapport de Ti en solution solide doit être de 0,70 ou moins, de préférence de 0,65 ou moins et mieux encore de 0,60 ou moins.
Le rapport de Ti en solution solide peut être exprimé par le rapport R/Q de la valeur R obtenue en déduisant la quantité de Ti incluse dans l'acier en tant qu'inclusions contenant du Ti dont la taille dépasse 0,1 pm de la quantité totale de Ti Q à la quantité totale de Ti Q incluse dans l'acier (voir fig. 1). C'est-à-dire que la valeur R signifie la quantité totale de la quantité de Ti effectivement en solution solide dans l'acier et la quantité de Ti incluse dans des inclusions superfines qui sont passées à travers le filtre ayant des mailles de 0,1 pm, et dans la présente invention, la quantité de Ti incluse dans les inclusions superfines est considérée comme du Ti en solution solide.
<De la quantité de Ti incluse dans l'acier en tant qu'inclusions grossières contenant du Ti dont la taille dépasse 2,0 pm>
Selon la présente invention, la quantité de Ti incluse dans l'acier en tant qu'inclusions grossières contenant du Ti dont la taille dépasse 2,0 pm doit être de 0,010% ou moins (non compris 0%). Quand cette quantité de Ti dépasse 0,010%, les inclusions grossières contenant du Ti qui deviennent des points de départ de fracture augmentent, ce qui devient une cause de la détérioration de la ténacité du métal de base et de la ténacité ZAC. La quantité de Ti est de préférence aussi petite que possible, de préférence de 0,0080 % ou moins et mieux encore de 0,0050 % ou moins.
La quantité de Ti incluse dans l'acier en tant qu'inclusions contenant du Ti dépassant 2,0 pm signifie la quantité de Ti incluse dans les inclusions contenant du Ti extraites de l'acier par le procédé d'extraction électrolytique et ne passant pas à travers le filtre à mailles de 2,0 pm. Les inclusions contenant du Ti incluent toutes les inclusions contenant du Ti et sont censées inclure du nitrure incluant du Ti, de l'oxyde incluant du Ti, du carbure incluant du Ti ou un composé composite de ceux-ci et similaire. Selon la présente invention, comme le résidu extrait par le procédé d'extraction électrolytique est fondu et que la quantité de Ti est mesurée par le procédé de spectrométrie d'émission atomique ICP comme décrit ci-dessous, la quantité totale de la quantité de Ti peut être mesurée pour ce qui est des inclusions de toutes compositions incluses dans l'acier en tant qu'inclusions contenant du Ti dont la taille dépasse 2,0 pm. De plus, quand le total de la quantité de Ti incluse dans des inclusions grossières dont la taille dépasse 2,0 pm est de 0,010 % ou moins sur la base de l'acier, la ténacité du métal de base et la ténacité ZAC peuvent être améliorées.
De plus, les inclusions grossières contenant du Ti extraites de l'acier sont celles dont la taille dépasse 2,0 pm. La raison est que, dans des inclusions contenant du Ti dont la taille était de 2,0 pm ou moins, l’effet de la ténacité due à la différence de quantité de Ti a rarement été observé.
Comme décrit ci-dessus, l'acier de la présente invention est caractérisé en ce que la quantité de Ti incluse dans l'acier en tant qu'inclusions contenant du Ti dont la taille dépasse 2,0 pm doit être de 0,010 % ou moins et le rapport de Ti en solution solide (rapport R/Q) doit être de 0,30-0,70.
La composition componentielle de l'acier de la présente invention sera ensuite décrite.
[C: 0,03-0,16 %] C est un élément indispensable pour obtenir la résistance et la résistance ne peut être obtenue quand la quantité de C est inférieure à 0,03 %. En conséquence, la quantité de C doit être de 0,03 % ou plus, de préférence de 0,04 % ou plus et mieux encore de 0,05 % ou plus. Cependant, quand la quantité de C devient excessivement élevée, beaucoup de martensite (MA) dure en forme d'îlot est formée et la ténacité du métal de base et la ténacité ZAC sont détériorées. En conséquence, la quantité de C devrait être réduite à 0,16 % ou moins, de préférence à 0,12 % ou moins et mieux encore à 0,10 % ou moins.
[Si: 0,25 % ou moins (y compris 0 %)]
Bien que Si soit un élément utile pour obtenir la résistance par durcissement par solution solide, quand la quantité de Si devient excessivement élevée, beaucoup de martensite (MA) dure en forme d'îlot est formée, des inclusions grossières contenant du Ti sont formées, et la ténacité du métal de base et la ténacité ZAC sont détériorées. En conséquence, la quantité de Si doit être de 0,25 % ou moins, de préférence de 0,2 % ou moins, mieux encore de 0,1 % ou moins et encore mieux de 0,08 % ou moins. La quantité de Si doit être de préférence de 0,01 % ou plus, mieux encore de 0,02 % ou plus et encore mieux de 0,03 % ou plus.
[Mn: 1 -2,0 %]
Mn est un élément utile pour obtenir la résistance et devrait être contenu à raison de 1 % ou plus. La quantité de Mn doit être de préférence de 1,2 % ou plus, et mieux encore de 1,4 % ou plus. Cependant, quand Mn est contenu en quantité excessivement élevée dépassant 2,0 %, la résistance augmente excessivement, et la ténacité du métal de base et la ténacité ZAC sont détériorées. En conséquence, la quantité de Mn doit être de 2,0 % ou moins, de préférence de 1,8 % ou moins et mieux encore de 1,7 % ou moins.
[P: 0,03 % ou moins (non compris 0 %)] P est un élément d'impureté inévitable, il est susceptible de causer des fractures intragranulaires, il exerce un effet nuisible tant sur la ténacité du métal de base que sur la ténacité ZAC, et il est par conséquent préférable que la teneur en P soit aussi petite que possible. En conséquence, la quantité de P devrait être réduite à 0,03 % ou moins, de préférence à 0,02 % ou moins et mieux encore à 0,01 % ou moins. Cependant, il est difficile industriellement d'amener la quantité de P dans l'acier à 0 % et P est normalement contenu à raison d'approximativement 0,003 %.
[S: 0,015 % ou moins (non compris 0 %)] S est un élément d'impureté inévitable, il détériore la ténacité du métal de base par fracture intergranulaire due à la ségrégation intergranulaire et au sulfure grossier, et par conséquent, il est préférable que la teneur en S soit aussi petite que possible. En conséquence, la quantité de S devrait être réduite à 0,015 % ou moins, de préférence à 0,010 % ou moins, mieux encore à 0,008 % ou moins et encore mieux à 0,005 % ou moins. Cependant, il est difficile industriellement d'amener la quantité de S dans l'acier à 0 % et S est normalement contenu à raison d'approximativement 0,0001 %.
[Al: 0,05 % ou moins (non compris 0 %)]
Bien que Al agisse comme un agent désoxydant, Al est un élément qui forme des inclusions contenant Al203 dans l'acier, il devient une cause de la formation d'inclusions grossières contenant du Ti et il détériore la ténacité du métal de base et la ténacité ZAC quand il est contenu en quantité excessivement élevée. En conséquence, la quantité de Al devrait être réduite à 0,05 % ou moins, de préférence à 0,040 % ou moins et mieux encore à 0,030 % ou moins. La limite inférieure de la quantité de Al est de 0,0003 % par exemple.
[Ti: 0,010-0,08 %]
Ti est un élément réagissant avec N pour former du nitrure, miniaturisant la structure du métal et améliorant la ténacité du métal de base. En conséquence, Ti devrait être contenu à concurrence de 0,01 % ou plus, de préférence de 0,012 % ou plus et mieux encore de 0,015 % ou plus. Cependant, quand la quantité de Ti devient excessivement élevée, de nombreuses inclusions grossières contenant du Ti sont formées et la ténacité du métal de base et la ténacité ZAC sont détériorées. En conséquence, la quantité de Ti doit être de 0,08 % ou moins, de préférence de 0,07 % ou moins, mieux encore de 0,06 % ou moins et encore mieux de 0,05 % ou moins.
[Ca: 0,0005-0,010%]
Ca est un élément empêchant la cristallisation d'inclusions grossières contenant du Ti et améliorant la ténacité du métal de base et la ténacité ZAC. En conséquence, Ca devrait être contenu à concurrence de 0,0005 % ou plus, de préférence de 0,0008 %ou plus et mieux encore de 0,001 % ou plus. Cependant, quand la quantité de Ca devient excessivement élevée, de l'oxyde contenant du Ca grossier est formé et la ténacité du métal de base est détériorée. En conséquence, la quantité de Ca doit être de 0,010 % ou moins, de préférence de 0,008 % ou moins et mieux encore de 0,006 % ou moins.
[N: 0,0020-0,020 %] N est un élément formant du nitrure contenant du Ti, empêchant le grossissement de grain d'austénite par un effet d'ancrage pour miniaturiser la structure et améliorant la ténacité du métal de base et la ténacité ZAC. En outre, le nitrure contenant du Ti a également une action de promotion de la transformation ferritique intragranulaire et contribue à miniaturiser la structure pour améliorer la ténacité du métal de base et la ténacité ZAC. Afin d'exercer ces actions, la quantité de N doit être de 0,0020 % ou plus, de préférence de 0,0030 % ou plus et mieux encore de 0,0040 % ou plus. Cependant, quand la quantité de N devient excessivement élevée, la quantité de N en solution solide augmente, un vieillissement après déformation est provoqué et la ténacité du métal de base et la ténacité ZAC sont détériorées. En conséquence, la quantité de N doit être de 0,020 % ou moins, de préférence de 0,018 % ou moins et mieux encore de 0,016 % ou moins.
La composition componentielle fondamentale de l'acier de la présente invention est telle que décrite ci-dessus, et le solde consiste en fer et inévitables impuretés. Le mélange d'éléments incorporés en raison des situations des matières brutes, matières, installations de production et similaire (Sn, As, Pb et similaire par exemple) est admis comme impuretés inévitables. En outre, il est également efficace de contenir positivement les éléments décrits ci-dessous, et la propriété de l'acier est encore améliorée en fonction du type de composition.
[Un ou plusieurs éléments sélectionnés dans un groupe consistant en Ni: 1,5 % ou moins (non compris 0 %), Cu: 1,5% ou moins (non compris 0 %), Cr: 1,5 % ou moins (non compris 0 %) et Mo: 1,5 % ou moins (non compris 0%)]
Ni, Cu, Cr et Mo sont tous des éléments agissant efficacement pour accroître la résistance de l'acier et cet effet est accru quand la teneur en ces éléments est accrue. Cependant, pour exercer efficacement cet effet, il est préférable que la teneur en un quelconque de ces éléments soit de 0,05 % ou plus. La teneur en un quelconque des éléments Ni, Cu, Cr et Mo doit de préférence être de 0,10 % ou plus. Cependant, quand la teneur en ces éléments devient excessivement élevée, la résistance augmente excessivement, et la ténacité du métal de base et la ténacité ZAC sont détériorées de manière négative. En conséquence, la teneur en un quelconque de ces éléments doit être réduite de préférence à 1,5 % ou moins. Ni, Cu, Cr et Mo doivent être de préférence de 1,2 % ou moins, et mieux encore de 1 % ou moins.
[Nb: 0,10 % ou moins (non compris 0 %) et/ou V: 0,1 % ou moins (non compris 0 %)]
Nb et V sont des éléments précipitant en carbonitrure, réduisant le grossissement du grain d'austénite et améliorant ainsi la ténacité du métal de base. Afin d'exercer ces effets de manière efficace, Nb doit être contenu de préférence à concurrence de 0,002 % ou plus, mieux encore de 0,005 % ou plus, et encore mieux de 0,010 % ou plus. Cependant, quand la quantité de Nb devient excessivement élevée, le carbonitrure est rendu plus grossier et la ténacité du métal de base est détériorée de manière négative. En conséquence, la quantité de Nb doit être de 0,10% ou moins, de préférence de 0,08% ou moins, mieux encore de 0,06 % ou moins et encore mieux de 0,04 % ou moins. En outre, V doit être contenu de préférence à occurrence de 0,002 % ou plus, et mieux encore de 0,005 % ou plus. Cependant, quand la quantité de V devient excessivement élevée, le carbonitrure grossier est précipité et la ténacité du métal de base est détériorée de manière négative. En conséquence, la quantité de V doit de préférence être de 0,1 % ou moins et mieux encore de 0,08 % ou moins.
[B: [B: 0,005 % ou moins (non compris 0 %)] B est un élément efficace pour réduire la formation de ferrite grossière au joint de grain et améliorer la ténacité du métal de base et la ténacité ZAC. Bien que ces effets soient accrus quand la teneur en B est accrue, afin d'exercer ces effets de manière efficace, il est préférable qu'il soit contenu à concurrence de 0,0005 % ou plus. La quantité de B doit être de préférence de 0,0010% ou plus, et mieux encore de 0,0013 % ou plus. Cependant, quand la quantité de B devient excessivement élevée, BN est précipité sur le joint de grain austénitique et la ténacité du métal de base et la ténacité ZAC sont détériorées. En conséquence, la quantité de B doit être de préférence de 0,005 % ou moins, mieux encore de 0,004 % ou moins et encore mieux de 0,003 % ou moins.
[Zr: 0,02 % ou moins (non compris 0 %) et/ou REM: 0,02 % ou moins (non compris 0 %)]
Zr et REM (élément de terre rare) sont des éléments contribuant à la miniaturisation d’oxydes et à l'amélioration de la ténacité ZAC. Bien que ces effets soient accrus quand la teneur en ces éléments est accrue, afin d'exercer ces effets de manière efficace, il est préférable qu'ils soient contenu à concurrence de 0,0001 % ou plus. Zr et REM doivent tous les deux être contenus de préférence à concurrence de 0,0005 % ou plus. Cependant, quand leur quantité est excessivement élevée, l'oxyde devient grossier et détériore la ténacité du métal de base et la ténacité ZAC, et il est par conséquent préférable de les réduire tous les deux à 0,02 % ou moins. La quantité de Zr et REM doit être de préférence de 0,018 % ou moins et mieux encore de 0,015 % ou moins.
En outre, dans la présente invention, REM est censé inclure les lanthanides (15 éléments de La à Lu) plus Sc (scandium) et Y (yttrium). De ces éléments, il est préférable qu'il contienne au moins un élément sélectionné dans le groupe consistant en La, Ce et Y, et il est davantage préférable qu'il contienne La et/ou Ce.
Un procédé de production de l'acier de la présente invention sera ensuite décrit. Comme décrit ci-dessus, afin de réduire la quantité de Ti incluse dans l'acier en tant qu'inclusions grossières contenant du Ti dont la taille dépasse 2,0 pm à une quantité prédéterminée ou moins et de contrôler le rapport de Ti en solution solide dans l'acier dans une plage prédéterminée, l'acier peut être fondu afin que Ti, N et Si satisfassent à l'expression (1) ci-dessous et est ensuite coulé après que le nombre d'inclusions contenant Al203 incluses dans l'acier a été contrôlé à 10 unités ou moins (y compris 0 unité) par 1 mm2 par séparation par flottation d'inclusions incluses dans l'acier fondu. Dans l'expression (1) ci-dessous, [ ] exprime un contenu (% en masse) de chaque élément dans l'acier.
[Ti]x[N] <(1x10'5)/[Si] ...(I)
Cependant, quand Si=0 % en masse, l'acier est fondu afin que Ti et Ni satisfassent à l'expression (2) ci-dessous.
[Ti]x[N] <1x10'3 ...(2)
Les raisons pour stipuler chaque exigence sont décrites ci- dessous.
<Solde Ti, N et Si>
Lors de la fusion de l'acier, la composition devrait être ajustée afin de Ti, N et Si satisfassent à l'expression (1) ci-dessous. Dans l'expression (1) ci-dessous, [Ti]x[N] à gauche exprime un produit de Ti et N à solubilité admissible, et on savait que des inclusions grossières contenant du Ti dont la taille dépasse 2,0 pm étaient formées en coulée quand cette valeur dépassait une valeur constante. En outre, à la suite des investigations des présents inventeurs, on savait que le produit à solubilité admissible était affecté par la quantité de Si dans l'acier. C'est-à-dire qu'on a constaté que la valeur de [Ti]x[N] variait en fonction de la concentration de Si dans l'acier, et que la valeur de [Ti]x[N] diminuait et la formation d'inclusions grossières contenant du Ti était réduite quand la quantité de Si augmentait. En conséquence, afin de contrôler de manière appropriée la quantité de Ti incluse en tant qu'inclusions grossières contenant du Ti et le rapport de Ti en solution solide, il faut ajuster la composition afin que les quantités de Ti, N et Si dans l'acier satisfassent au rapport de l'expression (1) ci-dessous. L'expression (1) ci-dessous est une expression établie par les présents inventeurs après avoir procédé à diverses expériences. L'expression (1) ci-dessous peut être modifiée en l'expression (1a) ci-dessous, et la composition peut être ajustée de manière à satisfaire à l'expression (1a). Quand la valeur sur le côté gauche de l'expression (1a) ci-dessous est désignée comme valeur Z, la valeur Z doit de préférence être de 5x10'6 ou moins, et mieux encore de 1x10‘6 ou moins.
[Ti]x[N] <(1x10'5)/[Si] ...(1) [Ti]x[N]x[Si] <(1x10‘6) ...(1a)
En outre, quand Si n'est pas ajouté et que la teneur en Si de l'acier est de 0 % en masse dans l'acier de fusion, l'acier peut être fondu afin que Ti et N satisfassent à l'expression (2) ci-dessous. L'expression (2) ci-dessous est calculée en substituant Si = 0,01 % en masse (la valeur limite la plus basse de Si dans l'exemple décrit ci-dessous) dans l'expression (1 ) ci-dessus.
[Ti]x[N] <1x10'3 ...(2) <Séparation par flottation d'inclusions >
Après fusion, il faut couler l'acier après que le nombre d'inclusions contenant AI2O3 incluses dans l'acier a été contrôlé à 10 unités ou moins (y compris zéro unité) par 1 mm2 par séparation par flottation d'inclusions incluses dans l'acier fondu. Dans la présente invention, des inclusions contenant AI2O3 signifie les inclusions contenant
Al203 à concurrence de 80 % en masse ou plus. Bien que les inclusions contenant du Ti sont connues pour être cristallisées avec de l'oxyde tel que AI2O3 et similaire et sont en général des nuclei, dans l'acier à la composition componentielle telle que stipulée dans la présente invention, on considère que des inclusions contenant du Ti sont formées avec des inclusions contenant Al203 qui sont les nuclei de cristallisation. En général, on l'appelle nucléation hétérogène. En conséquence, quand la densité numérique d'inclusions contenant Al203 dans l'acier fondu est réduite, la quantité de Ti incluse dans l'acier en tant qu'inclusions contenant du Ti dont la taille dépasse 2,0 pm peut être réduite et le rapport de Ti en solution solide peut être contrôlé dans une plage appropriée.
La densité numérique des inclusions contenant Al203 doit être de 10 unités ou moins (y compris zéro unité) par 1 mm2 dans la zone du champ de vision. Quand la densité numérique dépasse 10 unités/mm2, les inclusions contenant du Ti sont rendues plus grossières, la quantité de Ti en solution solide ne peut être obtenue, le rapport de Ti en solution solide devient inférieur à 0,3 et la ténacité du métal de base et la ténacité ZAC sont détériorées. La densité numérique doit de préférence être de 8,0 unités par mm2 ou moins et mieux encore de 6,0 unités/mm2 ou moins.
La densité numérique des inclusions contenant Al203 peut être ajustée par séparation par flottation des inclusions (principalement des inclusions à base d'oxyde) incluses dans l'acier fondu de l'acier fondu. Comme procédé de séparation par flottation d'inclusions, il est préférable de floculer et d'amalgamer l'oxyde en utilisant un appareil d'affinage par brassage de gaz tel qu'un LF (four poche) et similaire par exemple et un appareil d'affinage à dégazage sous vide de type reflux tel que RH (Ruhrstahl Hausen) et similaire et de promouvoir la séparation par flottation d'oxyde contenant Al203. Quand l'appareil d'affinage à dégazage de type RH est utilisé et que le débit de gaz de reflux est de 100-200 Nm3/h, le temps après l'ajout de Al à l'acier fondu jusqu'à l'arrêt du reflux (temps de reflux) doit de préférence être de 5 min ou plus, et mieux encore de 10 min ou plus par exemple. Il est préférable d'allonger le temps de reflux parce que la densité numérique des inclusions contenant Al203 peut ainsi être réduite, mais, comme la productivité est détériorée, la limite supérieure est approximativement de 90 min.
Après séparation par flottation d'inclusions incluses dans l'acier fondu, l'acier peut être coulé et laminé à chaud (ainsi que laminé à froid si nécessaire) selon un procédé normal. Plus spécifiquement, le laminage peut être effectué pendant 600 s ou moins du temps de refroidissement à 1400-1500° C en coulée, à 1050-1200° C x 2-5 h des conditions de chauffage avant laminage et à 750° C ou au-dessus de la température finale de laminage, et le refroidissement après achèvement du laminage peut être effectué à 2-15° C/s de taux de refroidissement moyen et à 300-500° C de la température d'arrêt de refroidissement.
La forme de l'acier de la présente invention n'est pas particulièrement limitée et l'acier peut être utilisé comme une épaisse plaque d'acier par exemple. Comme défini dans JIS, l'épaisse plaque d'acier signifie une plaque ayant une épaisseur de 3,0 mm ou plus en général. L'épaisse plaque d'acier peut être utilisée comme matériau pour les structures telles que des ponts, des bâtiments de grande hauteur, des navires et similaires par exemple et elle est excellente en termes de ténacité du métal de base et de ténacité ZAC non seulement dans le soudage à apport de chaleur faible à moyen mais aussi dans le soudage à apport de chaleur élevé. L'acier de la présente invention présente une excellente ténacité ZAC même quand un soudage à apport de chaleur élevé de 50 kJ/mm ou plus de l’apport calorique est effectué pour une plaque d'acier ayant une épaisseur de 50 mm ou plus par exemple, par conséquent, un aspect préférentiel s'applique à une plaque d'acier de cette épaisseur mais l'application n'est pas limitée à la plaque d'acier d'une épaisseur de 50 mm ou plus et l'application à une plaque d'acier d'une épaisseur moindre n'est pas exclue.
Bien que l'invention soit expliquée ci-dessous en se référant spécifiquement à des exemples, la présente invention n'est pas limitée aux exemples ci-dessous, et il est évident que la présente invention peut aussi être mise en oeuvre avec des modifications ajoutées de manière appropriée dans le cadre adaptable aux buts décrits ci-dessus et ci-dessous, et elles sont à inclure dans la portée technique de la présente invention.
[Exemples] L'acier ayant la composition componentielle montrée dans le tableau 1 et le tableau 2 ci-dessous (le solde étant du fer et les inévitables impuretés) a été fondu, coulé en une brame (la section transversale était de 150 m x 250 mm) après séparation par flottation d'inclusions incluses dans l'acier fondu de l'acier fondu, a ensuite été laminé à chaud et une plaque d'acier laminée à chaud d'une épaisseur de 80 mm a été obtenue.
En ce qui concerne le laminage à chaud, le laminage a été effectué pendant 600 s ou moins du temps de refroidissement à 1400-1500° C en coulée, à 1100° C x 3 h de conditions de chauffage avant laminage et à 780° C ou au-dessus de la température finale de laminage, et après laminage, le refroidissement à 450° C a été effectué à la cadence 6° C/s du taux de refroidissement moyen et à 450° C de la température d'arrêt de refroidissement.
Dans le tableau 1, REM a été ajouté sous la forme d'un mischmétal contenant du La à concurrence d'approximativement 50 % et du Ce à concurrence d'approximativement de 25 %. De plus, dans le tableau 1 et le tableau 2 ci-dessous, l'élément n'est pas contenu.
Sur la base de la quantité de Ti, de la quantité de N et la quantité de Si montrées dans le tableau 1 et le tableau 2 ci-dessous, la valeur de [Ti]x[N]x[Si] (valeur Z) a été calculée et le résultat est repris dans le tableau 3. En outre, en ce qui concerne l’acier de type A dans le tableau 1 ci-dessous, la valeur de [Ti]x[N] a été calculée et le résultat du calcul est repris dans la colonne de la valeur Z. En outre, dans le tableau 3 ci-dessous, "αΕ-Β" signifie Μαχ10'6".
Les inclusions incluses dans l'acier fondu ont été séparées par flottation de l'acier fondu, le débit de gaz de reflux dans RH étant de 100-200 Nm3/h et le temps après ajout de Al jusqu'à l'arrêt du gaz de reflux (temps de reflux) étant varié. Le temps de reflux est repris dans le tableau 3 ci-dessous. En outre, les n° 29 et n° 31 dans le tableau 3 ci-dessous sont des exemples dans lesquels l'acier a été coulé sans séparation par flottation des inclusions incluses dans l'acier fondu de l'acier fondu.
Après séparation des inclusions de l'acier fondu par flottation et avant coulée, la densité numérique des inclusions contenant AI2O3 dans l'acier fondu a été examinée par la procédure décrite ci-dessous.
[Densité numérique d'inclusions contenant Al203] L'acier fondu a été prélevé dans un panier de coulée continue en utilisant un échantillonneur en forme de godet (approximativement 35 mm de diamètre intérieur x approximativement 50 mm de hauteur) et a été solidifié par refroidissement à air. L'acier obtenu par solidification a été sorti de l'échantillonneur en forme de godet, a été coupé au niveau d'un plan horizontal à un endroit à approximativement 10 mm du fond de l'échantillon, la surface coupée a été polie et a constitué l'échantillon pour observer les inclusions. L'échantillon pour observer les inclusions a été observé en utilisant un ΕΡΜΑ (microsonde électronique; "JXA- 8500F" fabriqué par JEOL Ltd.), le nombre de particules dont le diamètre équivalent cercle était de 0,2 pm ou plus a été mesuré, et la composition componentielle de la particule a été analysée quantitativement. Les conditions d'observation ont été: 20 kV de la tension d'accélération, 0,01 μΑ du courant d’échantillonnage, 1-5 cm2 autour de la partie centrale de la surface polie du champ de vision et 100 unités ou plus du nombre de particules à analyser, et la composition componentielle de la particule a été analysée semi quantitativement en utilisant un détecteur de rayons X caractéristiques de type à dispersion d'énergie (EDS). Les éléments objets de l'analyse ont été Al, Mn, Si, Ti, Zr, Ca, La, Ce et O, la concentration détectée de tous les éléments a été convertie en oxyde et a été normalisée et la concentration de Al203 a ensuite été obtenue. De toutes les inclusions détectées, celles contenant AI2O3 à raison de 80 % en masse ou plus ont été considérées comme des inclusions contenant Al203. Le nombre d'inclusions contenant Al203a été converti en unités par 1 mm2 et la densité numérique a été obtenue. La densité numérique des inclusions contenant Al203 est reprise dans le tableau 3 ci-dessous.
Ensuite, les éléments suivants ont été mesurés par les procédures décrites ci-dessous pour la plaque d'acier laminée à chaud fabriquée comme décrit ci-dessus.
(a) La quantité de Ti incluse dans l'acier en tant qu'inclusions grossières contenant du Ti dont la taille dépasse 2,0 pm par rapport à la quantité totale de Ti incluse dans l'acier.
(b) Le rapport R/Q de la valeur obtenue en déduisant la quantité de Ti incluse dans l'acier en tant qu'inclusions contenant du Ti dont la taille dépasse 0,1 pm de la quantité totale de Ti Q à la quantité totale de Ti Q incluse dans l'acier (rapport de Ti en t solution solide) (c) Ténacité du métal de base (d) Ténacité ZAC quand le métal de base est soudé Ces résultats sont repris dans le tableau 3 ci-dessous.
[(a) Quantité de Ti incluse dans l'acier en tant qu'inclusions grossières contenant du Ti dont la taille dépasse 2,0 pm par rapport à la quantité totale de Ti incluse dans l'acier]
Un spécimen (15 mm de profondeur x 15 mm de largeur x 5 mm de longueur) a été découpé dans chaque plaque d'acier laminée à chaud de telle manière que l'axe passe par la position en profondeur t/4 (t étant l'épaisseur de la plaque) par rapport à la surface de la plaque d'acier laminée à chaud et a été soumis à une extraction électrolytique avec un courant électrique de 500 A/m2 ou moins à température ambiante avec l'électrolyte qui était une solution de 2% triéthanolamine-1% chlorure de tétramethylammonium-méthanol. Après l'extraction électrolytique, le résidu extrait a été filtré en utilisant un filtre à membrane à mailles de 2,0 pm.
Puis, le résidu extrait resté sur le filtre lors de la filtration (inclusions dont la taille dépassait 2,0 pm) a été placé dans un creuset en platine avec le filtre, a été chauffé par un brûleur à gaz et a été incinéré. Ensuite, un flux d'alkali (mélange de carbonate de sodium et de tétraborate de sodium) a été ajouté, le résidu extrait a de nouveau été chauffé par le brûleur à gaz et a été fondu. Puis, de l'acide hydrochlorique 18 % vol. a été ajouté, la fusion a été amenée dans un état de solution, a ensuite été placée dans une fiole jaugée dans laquelle on a ajouté de l'eau pure pour obtenir 50 ml de liquide d'analyse. La concentration de Ti dans le liquide d'analyse a été mesurée par le procédé de spectrométrie d'émission atomique ICP et la quantité de Ti incluse dans l'acier en tant qu'inclusions contenant du Ti dont la taille dépassait 2,0 pm a été mesurée. Le résultat de la mesure est repris dans le tableau 3 ci-dessous.
En outre, de manière générale, comme les inclusions sont plus grossières, le nombre d'inclusions restant dans l'acier est moindre, par conséquent lors de l'observation d'un échantillon poli avec un microscope, ce qui est une méthode ordinaire pour examiner des inclusions, il a été difficile de se rendre compte de la quantité de Ti présent en tant qu'inclusions grossières. Cependant, selon le présent procédé d'analyse dans lequel extraction électrolytique et filtration par un filtre à membrane sont combinées, la quantité totale de Ti incluse dans l'acier et incluse dans des inclusions dont la taille dépasse 2,0 pm peut être mesurée, par conséquent l’erreur de mesure est faible et une mesure précise peut être obtenue.
[(b) Rapport R/Q (Rapport de Ti en solution solide)]
Au lieu de filtrer en utilisant un filtre à membrane à mailles de 2,0 μιη comme ci-dessus en (a), la filtration a été effectuée en utilisant un filtre à membrane à mailles de 0,1 μιτι, et la quantité de Ti incluse dans l'acier en tant qu'inclusions contenant du Ti dont la taille dépassait 0,1 μιτι a été mesurée.
En outre, à un endroit à proximité des spécimens découpés dans des plaques d’acier laminées à chaud dans (a) ci-dessus, des spécimens de la même dimension ont été découpés séparément, tous les spécimens ont été fondus selon JIS G 1258-1 "procédé de dissolution dans des acides et du disulfate de potassium en fusion", la concentration de Ti dans la solution a été mesurée par le procédé de spectrométrie d'émission atomique ICP, et la quantité totale de Ti Q incluse dans l'acier a été mesurée.
Puis, la valeur R obtenue en soustrayant la quantité de Ti incluse dans l'acier en tant qu'inclusions contenant du Ti dont la taille dépassait 1,0 pm de la quantité totale de Ti Q a été obtenue. C'est l'équivalent de la quantité de Ti en solution solide. Le rapport R/Q de la valeur R à la quantité totale de Ti Q incluse dans l'acier a été obtenu. Le rapport R/Q obtenu est repris dans le tableau 3 ci-dessous.
[(c) Ténacité du métal de base] À l'endroit en profondeur t/4 (t étant l'épaisseur de la plaque) par rapport à la surface de chaque plaque d'acier laminée à chaud, un spécimen pour test de flexion par choc sur éprouvette entaillée de Charpy (spécimen n° 4 de JIS Z 2201) été pris dans la direction de laminage, le test de flexion par choc sur éprouvette entaillée de Charpy a été effectué à 60° C sur la base de JIS Z 2242, et l'énergie absorbée (vE.6o) a été mesurée. À ce stade, l'énergie absorbée (νΕ_6ο) a été mesurée pour trois spécimens, et la valeur minimale pour ces spécimens a été obtenue. Ceux avec 100 J ou plus de la valeur minimale de νΕ-βο ont été considérés comme excellents en termes de ténacité du métal de base.
[(d Ténacité ZAC quand le métal de base est soudé] À l'endroit en profondeur t/4 (t étant l'épaisseur de la plaque) par rapport à la surface de chaque plaque d'acier laminée à chaud, un spécimen pour test de flexion par choc sur éprouvette entaillée de Charpy (spécimen n° 4 de JIS Z 2201) été pris dans la direction de laminage, un test de cycle thermique simulant le soudage à apport de chaleur élevé a été effectué, et la ténacité ZAC lors du soudage de la plaque d'acier (métal de base) laminée à chaud a été évaluée. À ce stade, lors du test de cycle thermique, le spécimen a été chauffé à 1400° C, a été maintenu pendant 60 s, a ensuite été refroidi dans la plage de température de 800-500° C pendant 500 s, et un cycle thermique équivalant à 55 kJ en termes d'apport calorique lors du soudage a été donné. Le test de flexion par choc sur éprouvette entaillée de Charpy a été effectué à -40° C sur la base de JIS Z 2242, et l'énergie absorbée (vE.40) a été mesurée. À ce stade, l'énergie absorbée (vE.40) a été mesurée pour trois spécimens, et la valeur minimale pour ces spécimens a été obtenue. Ceux avec 100 J ou plus de la valeur minimale de vE.4o ont été considérés comme excellents en termes de ténacité ZAC.
En outre, sur la fig. 2, le rapport entre la valeur de [Ti]x[N]x[Si] (valeur Z) et la ténacité ZAC est montrée dans un graphique. Sur la fig. 2, les résultats des exemples (n° 1 -25) de l'invention repris dans le tableau 3 ci-dessous sont représentés par 0 et les résultats de ceux dont la valeur Z s'écartait de la plage recommandée par la présente invention (n° 26, 28, 30, 31) parmi les exemples comparatifs sont représentés par . D'après la fig. 2, on sait qu'il y a corrélation entre la valeur Z et la ténacité ZAC, et la ténacité ZAC peut être améliorée en réduisant la valeur Z à 1.0E-05 (1,0x10'5) ou moins ou, quand l'acier ne contient pas Si (acier de type A dans le tableau 1), en réduisant la valeur Z à 1.0E-03 (1,0x10'3) ou moins.
D'après le tableau 1 au tableau 3 ci-dessous, l'étude suivante est possible. On sait que les n° 1-25 sont les exemples satisfaisant aux exigences stipulées dans la présente invention, la composition componentielle a été ajustée de manière appropriée, la quantité de Ti incluse dans l'acier en tant qu'inclusions grossières contenant du Ti a été réduite à 0,010% ou moins, du Ti en quantité appropriée a été mis en solution solide dans l'acier et, par conséquent, une plaque d'acier excellente en termes de ténacité du métal de base et ténacité ZAC a été obtenue.
D'autre part, les n° 26 - 46 sont les exemples s'écartant de l'une quelconque des exigences stipulées dans la présente invention et sont inférieurs en termes soit de ténacité du métal de base soit de ténacité ZAC. Les détails les concernant sont décrits ci-dessous.
Le n° 26 et le n° 30 sont les exemples dans lesquels [Ti]x[N]x[Si] dépasse 1,0x10'5, la quantité de Ti incluse dans l'acier en tant qu'inclusions contenant du Ti dont la taille dépasse 2,0 pm est excessivement élevée et, par conséquent, la ténacité du métal de base et la ténacité ZAC ont été détériorées. Le n° 27 et le n° 29 sont les exemples dans lesquels le rapport R/Q s'écarte de la plage prédéterminée, et la quantité de Ti en solution solide dans l'acier est excessivement élevée. En conséquence, la ténacité du métal de base et la ténacité ZAC ont été détériorées. Le n° 28 et le n° 31 sont les exemples dans lesquels [Ti]x[N]x[Si] dépasse 1,0x10'5, la quantité de Ti incluse dans l'acier en tant qu'inclusions contenant du Ti dont la taille dépasse 2,0 pm est excessivement élevée, la quantité de Ti en solution solide dans l'acier est excessivement basse et, par conséquent, le rapport R/Q est inférieur à la plage prédéterminée. En conséquence, la ténacité du métal de base et la ténacité ZAC ont été détériorées.
Les n° 32 - 49, 41 - 44 sont tous des exemples ne satisfaisant pas à la composition componentielle stipulée dans la présente invention. Dans le n° 32, la teneur en C de la plaque d'acier dépasse la plage stipulée dans la présente invention, et la ténacité du métal de base et la ténacité ZAC ont été détériorées. La détérioration de la ténacité du métal de base et de la ténacité ZAC est considérée comme étant due à l'augmentation de la formation de martensite (MA) dure en forme d'îlot. Dans le n° 33, la teneur en Si de la plaque d'acier dépasse la plage stipulée dans la présente invention, et la ténacité du métal de base et la ténacité ZAC ont été détériorées. La détérioration de la ténacité du métal de base et de la ténacité ZAC est considérée comme étant due à l'augmentation de la formation de martensite (MA) dure en forme d'îlot. Dans le n° 34, la teneur en Mn de la plaque d'acier dépasse la plage stipulée dans la présente invention, la résistance de la plaque d'acier a été trop accrue et, par conséquent, la ténacité du métal de base et la ténacité ZAC ont été détériorées.
Dans le n° 35, la teneur en P de la plaque d'acier dépasse la plage stipulée dans la présente invention, et la ténacité du métal de base et la ténacité ZAC ont été détériorées. Dans le n° 36, la teneur en S de la plaque d'acier dépasse la plage stipulée dans la présente invention, la ténacité ZAC est excellente mais la ténacité du métal de base a été détériorée. Dans le n° 37, la teneur en Al de la plaque d'acier dépasse la plage stipulée dans la présente invention, et la ténacité du métal de base et la ténacité ZAC ont été détériorées. Dans le n° 38, la teneur en Ti de la plaque d'acier n'a pas atteint la plage stipulée dans la présente invention, et bien que la ténacité ZAC soit excellente mais la ténacité du métal de base a été détériorée. Dans le n° 39, la teneur en Ti de la plaque d'acier dépasse la plage stipulée dans la présente invention, et la ténacité du métal de base et la ténacité ZAC ont été détériorées.
Le n° 40 est un exemple de référence, la teneur en Nb ajouté comme élément sélectif dépasse la plage stipulée dans la présente invention, et la ténacité du métal de base a été détériorée.
Dans le n° 41, la teneur en Ca de la plaque d'acier n'a pas atteint la plage stipulée dans la présente invention, et la ténacité du métal de base et la ténacité ZAC ont été détériorées. Dans le n° 42, la teneur en Ca de la plaque d'acier dépasse la plage stipulée dans la présente invention, et la ténacité du métal de base et la ténacité ZAC ont été détériorées. Dans le n° 43, la teneur en N de la plaque d'acier n'a pas atteint la plage stipulée dans la présente invention, et la ténacité du métal de base et la ténacité ZAC ont été détériorées. Le n° 44 est l'exemple dans lequel la teneur en N de la plaque d'acier dépasse la plage stipulée dans la présente invention, le rapport R/Q n'a pas atteint la plage prédéterminée et la quantité de Ti en solution solide dans l'acier est trop petite. En conséquence, la ténacité du métal de base et la ténacité ZAC ont été détériorées.
Le n° 45 et le n° 46 sont des exemples de référence, la teneur en Ni ou Cu ajouté comme élément sélectif dépasse la plage stipulée dans la présente invention et la ténacité du métal de base et la ténacité ZAC ont été détériorées.
En outre, dans les n° 28, 29, 31 and 41, comme le temps après l'ajout de Al jusqu'à l'arrêt du gaz de reflux (temps de reflux) dans RH est trop court, les inclusions incluses dans l'acier fondu ne sont pas suffisamment séparées par flottation de l'acier fondu. En conséquence, la ténacité du métal de base et la ténacité ZAC ont été détériorées.
[Tableau 1]
Claims (3)
1. Acier excellent en termes de ténacité du métal de base et d'une zone affectée par la chaleur de soudage dont la composition d'acier comprend: C: 0,03-0,16% (signifie % en masse, ci-après la même chose pour ce qui est des compositions); Si: 0,25 % ou moins (y compris 0 %); Mn: 1 - 2,0 %; P: 0,03 % ou moins (non compris 0 %); S: 0,015 % ou moins (non compris 0 %); Al: 0,05 % ou moins (non compris 0 %); Ti: 0,010 - 0,08 %; Ca: 0,0005-0,010%; et N: 0,0020 - 0,020 %; le solde comprenant du fer et d'inévitables impuretés, dans lequel une quantité de Ti incluse dans l'acier en tant qu'inclusions contenant du Ti dépassant 2,0 pm est de 0,010 % ou moins (non compris 0 %), et R/Q est de 0,30 - 0,70, c'est-à-dire un rapport de R à Q dans lequel Q est une quantité totale de Ti dans l'acier et R est une valeur obtenue en déduisant une quantité de Ti incluse dans l'acier en tant inclusions contenant du Ti dépassant 0,1 pm de la valeur Q.
3. Acier selon la revendication 1 dont la composition d'acier comprend en outre au moins un groupe parmi les groupes (a) à (d) ci-dessous comme autres éléments, (a) un ou plusieurs éléments sélectionnés dans un groupe consistant en Ni: 1,5 % ou moins (non compris 0 %), Cu: 1,5 % ou moins (non compris 0 %), Cr: 1,5 % ou moins (non compris 0 %) et Mo: 1,5 % ou moins (non compris 0 %), (b) un ou plusieurs éléments sélectionnés dans un groupe consistant Nb: 0,10 % ou moins (non compris 0 %) et/ V: 0,1 % ou moins (non compris 0 %), (c) B: 0,005 % ou moins (non compris 0 %), (d) un ou plusieurs éléments sélectionnés dans un groupe consistant Zr: 0,02 % ou moins (non compris 0 %) et/ou REM: 0,02 % ou moins (non compris 0 %).
3. Procédé de fabrication de l'acier excellent en termes de ténacité du métal de base et d'une zone affectée par la chaleur de soudage selon la revendication 1 ou la revendication 2, comprenant les étapes consistant à: fondre l'acier afin que Ti, N et Si satisfassent à une expression (1) ci-dessous, à condition de, quand Si = 0 % en masse, fondre l'acier afin que Ti et Ni satisfassent à une expression (2) ci-dessous: et ensuite couler l'acier fondu après que le nombre d'inclusions contenant Al203 incluses dans l'acier a été contrôlé à 10 unités ou moins (y compris zéro unité) par 1 mm2 par séparation par flottation d'inclusions incluses dans l'acier fondu.
dans laquelle [ ] exprime une teneur (% en masse) en chaque élément de l'acier.
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