JPH0813031A - 低温靱性と耐溶接割性に優れた鋼板の製造方法 - Google Patents

低温靱性と耐溶接割性に優れた鋼板の製造方法

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JPH0813031A
JPH0813031A JP14273494A JP14273494A JPH0813031A JP H0813031 A JPH0813031 A JP H0813031A JP 14273494 A JP14273494 A JP 14273494A JP 14273494 A JP14273494 A JP 14273494A JP H0813031 A JPH0813031 A JP H0813031A
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JP
Japan
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less
temperature
cooling
toughness
weight
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Application number
JP14273494A
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English (en)
Inventor
Tomoya Fujiwara
知哉 藤原
Hideji Okaguchi
秀治 岡口
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】引張強度が、590MPa以上で、溶接性と低
温靭性に優れた板厚40mm以上の調質型高張力厚肉鋼
板を安定に得る好適な製造方法。 【構成】重量%で、C:0.01〜0.15、Si:
0.005〜0.5、Mn:0.6〜2.0、Nb:
0.01〜0.07、Ti:0.005〜0.03およ
びsol.Al:0.005〜0.08を含有し、さら
にCu:0〜2.0、Ni:0〜1.0、Cr:0〜
1.0、Mo:0〜1.50、V:0〜0.10および
B:0〜0.0020の1種以上を含み、残部がFeお
よび不可避不純物で、その中のNは0.006以下で、 PCM=C+1/30・Si+1/20・Mn+1/2
0・Cu+1/60・Ni+1/20・Cr+1/15
・Mo+1/10・V+5B……………(a) a式のPCMが0.18未満の素材鋼を1000〜12
50℃に加熱し、未再結晶γ域での累積圧下率が50%
以上の熱間圧延し、300℃以下まで加速冷却し、Ac
点以下で100〜4000秒保持する焼戻処理を行
う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、引張強度が 590MPa
以上の性能を有し、溶接性と低温靱性に優れた鋼板に係
わり、特に、上記特性を有する板厚40mm以上の調質型高
張力厚肉鋼板を安定して得るのに好適な製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、船舶、海洋構造物、橋梁、タンク
などの溶接構造物に使用される厚鋼板では、強度確保を
目的として多くの合金元素が添加されてきた。したがっ
て、このような高強度鋼板では炭素当量が高くなりがち
であり、その溶接性が問題である。特に溶接後の低温割
れを防止するためには、溶接前に適切な温度で予熱する
ことが必要となり、溶接施工の低コスト化を進める上で
の障害となっている。
【0003】一方、溶接性を高めるために合金元素添加
量を低めた鋼では、焼入処理によっても完全な焼入組織
が得られず、十分な靱性が得られない。
【0004】溶接性と靱性を改善することを目的とした
590MPa 級高張力鋼の製造方法が、特開昭64−42526
号、特開平1−96329 号、特開平1−149923号、特開平
1−156424号、特開平1−219122号および特開平2−20
5627号の各公報に開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記の特開昭64−4252
6 号および特開平1−156424号の各公報に示されている
方法では、靱性の優れた鋼板が得られるが、Si含有量が
高いため溶接熱影響部(HAZ)靱性の確保に問題があ
り、このため低Si化する必要がある。
【0006】特開平1−96329 号公報に示されている方
法では、γの再結晶域で累積圧下率40%以上の熱間圧延
を行い、微細な再結晶γからベイナイト組織を得ること
が可能であるが、格子欠陥の少ない再結晶γからの変態
ではγ粒内での核生成が期待できず、靱性向上に必要な
微細なベイナイトとフェライトの混合組織が得られな
い。
【0007】特開平1−149923号公報に示されている方
法でも、γの再結晶抑制効果の高いNbを添加していない
ため、再結晶γからの変態となり、靱性向上に必要な微
細なベイナイトとフェライトの混合組織を得ることがで
きない。
【0008】特開平1−219122号公報に示されている方
法では、熱間圧延後の冷却速度を制御してフェライト主
体の組織とするため、強度確保のためにはベイナイトと
フェライトの混合組織の場合よりも高い炭素当量を必要
とし、溶接性および低温靱性の劣化が避けられない。
【0009】特開平2−205627号公報に示されている方
法では、強度維持をB添加に依存しているため、強圧下
圧延においては焼入性の低下が著しく、圧下率30%未満
の熱間圧延にとどめる必要があり、十分な組織微細化に
よる靱性の向上が期待できない。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記
(1)〜(3) の鋼板の製造方法にある。
【0011】(1)重量%で、C:0.01〜0.15%、Si: 0.
005〜0.05%、Mn: 0.6〜2.0 %、Nb:0.01〜0.07%、T
i: 0.005〜0.03%およびsol.Al: 0.005〜0.08%を含
有し、さらにCu:0〜2.0 %、Ni:0〜1.0 %、Cr:0
〜1.0 %、Mo:0〜1.50%、V:0〜0.10%およびB:
0〜0.0020%の1種以上を含み、残部がFeおよび不可避
不純物からなり、不純物中のNは 0.006%以下、かつ下
記式(a) で表される溶接割れ感受性組成PCM (%) が0.
18未満である素材鋼を、下記〜の工程で処理するこ
とを特徴とする低温靱性と耐溶接割れ性に優れた鋼板の
製造方法(以下、第1の方法という)。
【0012】1000〜1250℃に加熱して、未再結晶γ域
での累積圧下率を50%以上とする熱間圧延工程 次いで 300℃以下まで加速冷却する工程 その後Ac1点以下の温度で 100〜4000s (秒)の時間
保持する焼戻処理を行う工程 PCM=C+1/30・Si+1/20・Mn+1/20・Cu+1/60・Ni+1/20・Cr+1/15・Mo +1/10・V+5B ・・・・・・・・・・・・(a) ただし、元素記号はそれぞれの元素の含有量(重量%)
を示す。
【0013】(2)上記(1) の成分の素材鋼を、下記〜
の工程で処理することを特徴とする低温靱性と耐溶接
割れ性に優れた鋼板の製造方法(以下、第2の方法とい
う)。
【0014】1000〜1250℃に加熱して、未再結晶γ域
での累積圧下率を50%以上とする熱間圧延工程 次いで 580〜450 ℃の温度域まで加速冷却する工程 その冷却停止温度で 100〜4000s (秒)の時間等温保
持する工程 その後温間状態まで冷却する工程 その後必要に応じてAc1点以下の温度で焼戻処理を行
う工程 (3)上記(1) の成分の素材鋼を、下記〜の工程で処
理することを特徴とする低温靱性と耐溶接割れ性に優れ
た鋼板の製造方法(以下、第3の方法という)。
【0015】1000〜1250℃に加熱して、未再結晶γ域
での累積圧下率を50%以上とする熱間圧延工程 次いで 580〜450 ℃の温度域まで加速冷却する工程 その冷却停止温度から 100〜4000s (秒)の時間の範
囲内で、1℃/s 以下の冷却速度で緩冷却する工程 引き続き更に温間状態まで冷却する工程 その後必要に応じてAc1点以下の温度で焼戻処理を行
う工程 上記の各素材鋼において、Cu、Ni、Cr、Mo、VおよびB
はいずれも無添加でもよい。積極的に含有させる場合の
下限は、Cuで0.05%、Niで0.05%、Crで0.05%、Moで0.
05%、Vで0.01%およびBで0.0005%とするのが望まし
い。
【0016】上記の「温間状態」とは 100〜300 ℃程度
の範囲の温度状態をいう。
【0017】本発明者等は、前述のような課題を解決す
る観点から、溶接性と靱性の優れた590 MPa 級鋼板の
製造方法について研究を重ねた結果、合金元素含有量を
制限したNb添加低Si鋼にγの未再結晶温度域で最適な圧
延を施し、炭化物および炭窒化物の分散を有する微細な
ベイナイトとフェライトの混合組織とすることによっ
て、溶接性と靱性に優れた 590MPa 級予熱フリー鋼板
を安定に製造することが初めて可能であるという知見を
得た。
【0018】
【作用】以下に、本発明方法を前記のように限定した理
由について、実験結果等に基づいて詳述する。まず、本
発明方法の対象となる素材鋼の化学組成の限定理由を説
明する。%は重量%を意味する。
【0019】C:0.01〜0.15% Cは強度上昇に有効な元素であり、その効果を得るため
には0.01%以上のC含有量が必要である。しかし、靱性
の確保および耐溶接割れ性低下の防止の観点から、その
上限は0.15%とする必要がある。
【0020】Si: 0.005〜0.05% Siは脱酸に有効な元素であり、その効果を得るためには
0.005%以上のSi含有量が必要である。しかし、Si含有
量が0.05%を超えるとHAZの低温靱性を低下させるた
め、その上限は0.05%とした。
【0021】Mn: 0.6〜2.0 % Mnは強度上昇に有効な元素であり、その効果を得るため
にはMn含有量は 0.6%以上とする必要がある。しかし、
Mn含有量が2.0 %を超えると靱性が劣化するため、その
上限は 2.0%とした。
【0022】Nb:0.01〜0.07% Nbは結晶粒の微細化に有効な元素であり、その効果を得
るためには、0.01%以上のNb含有量が必要である。しか
し、Nb含有量が0.07%を超えると靱性が劣化するため、
その上限は0.07%とした。
【0023】Ti: 0.005〜0.03% Tiは結晶粒の微細化に有効な元素であり、その効果を得
るためにはTi含有量は0.005 %以上とする必要がある。
しかし、Ti含有量が0.03%を超えると靱性が劣化するた
め、その上限は0.03%とした。
【0024】sol.Al: 0.005〜0.08% Alは脱酸および結晶粒の微細化にも有効な元素である。
その効果を得るためにはsol.Al含有量は0.005 %以上と
する必要がある。しかし、sol.Al含有量が0.08%を超え
て過量になると鋼に有害な介在物を生成するので、その
上限は0.08%とする必要がある。
【0025】N: 0.006%以下 Nは不可避的に含まれる不純物元素である。N含有量が
0.006%を超えて過量になるとHAZの靱性を損なうの
で、その上限は 0.006%とした。この範囲であれば、Al
窒化物を生成し、結晶粒の微細化に有効に寄与する。
【0026】上記の成分の素材鋼は、加えてさらに次の
Cu、Ni、Cr、Mo、VおよびBの1種以上を含むことがで
きる。
【0027】Cu:上限2.0 % Cuは無添加でもよいが、強度上昇に有効な元素である。
積極的にこの効果を得たい場合、Cu含有量は0.05%以上
とするのが望ましい。しかし、Cu含有量が 2.0%を超え
ると靱性を低下させるため、その上限は 2.0%とした。
【0028】Ni:上限1.0 % Niは無添加でもよいが、低温靱性を改善するのに有効な
元素である。積極的にこの効果を得たい場合、Ni含有量
は0.05%以上とするのが望ましい。しかし、Ni含有量が
1.0%を超えても、コストアップに見合うだけの強度上
昇と靱性改善が得られないため、その上限は 1.0%とし
た。
【0029】Cr:上限1.0 % Crは無添加でもよいが、強度上昇に有効な元素である。
積極的にこの効果を得たい場合、Cr含有量は0.05%以上
とするのが望ましい。しかし、Cr含有量が 1.0%を超え
ると靱性を低下させるため、その上限は 1.0%とした。
【0030】Mo:上限1.50% Moは無添加でもよいが、強度上昇に有効な元素である。
積極的にこの効果を得たい場合、Mo含有量は0.05%以上
とするのが望ましい。しかし、Mo含有量が1.50%を超え
ると靱性を低下させるため、その上限は1.50%とした。
【0031】V:上限0.10% Vは無添加でもよいが、強度上昇に有効な元素である。
積極的にこの効果を得たい場合、V含有量は0.01%以上
とするのが望ましい。しかし、V含有量が0.10%を超え
ると靱性を低下させるため、その上限は0.10%とした。
【0032】B:上限0.0020% Bは無添加でもよいが、焼入れ性向上とそれに伴う強度
の上昇に有効な元素である。積極的にこの効果を得たい
場合、B含有量の下限は0.0005%とするのが望ましい。
しかし、B含有量が0.0020%を超えると靱性を低下させ
るため、その上限は0.0020%とした。
【0033】上記の素材鋼は、さらに下記式(a) で表さ
れる溶接割れ感受性組成PCM (%)が0.18未満のもので
なければならない。
【0034】 PCM=C+1/30・Si+1/20・Mn+1/20・Cu+1/60・Ni+1/20・Cr+1/15・Mo +1/10・V+5B ・・・・・・・・・・・・(a) ただし、元素記号はそれぞれの元素の含有量(重量%)
を示す。
【0035】このPCMが0.18以上になると、40mmを超え
る厚肉鋼板において予熱なしで溶接した際の溶接後の割
れを防止することができない。
【0036】次に、熱間圧延および熱処理条件の限定理
由について説明する。本発明方法において最も肝要なの
は、熱間圧延によって導入された加工歪を保存したγか
ら、粒界および粒内における核生成によって、微細なベ
イナイトとフェライトとの混合組織を生成させることで
ある。
【0037】本発明の第1〜第3の方法のいずれにおい
ても、素材鋼を1000〜1250℃に加熱し、未再結晶γ域で
の累積圧下率を50%以上とする熱間圧延を行う。
【0038】素材鋼の加熱温度の上限は、加熱時のオー
ステナイト結晶粒の粗大化を防止するため1250℃とし、
一方、下限は熱間圧延中の結晶粒の微細化および熱間圧
延後の析出強化に有効なNbを固溶させるため1000℃とし
た。
【0039】圧下条件については、γの未再結晶温度域
での累積圧下率を50%未満として熱間圧延を完了する
と、微細結晶組織を得ることができない。このため、熱
間圧延によりベイナイト組織の微細化を図るためには、
γの未再結晶域での累積圧下率を50%以上とする熱間圧
延を行う必要がある。
【0040】本発明の第1の方法では上記の熱間圧延
後、直ちに 300℃以下まで加速冷却した後、Ac1点以下
の温度で 100〜4000s (秒)の時間保持する焼戻処理を
行う。
【0041】熱間圧延後、組織の微細化および微細なベ
イナイトとフェライトの混合組織をバランスよく得るた
めに、直ちに 300℃以下まで加速冷却する。このときの
望ましい冷却速度は10℃/s以上である。また、望まし
い冷却停止温度は 250℃である。冷却の方法は、スプレ
ー法、ローラークエンチ法などを用いるのがよい。
【0042】上記のように連続して 300℃以下の温度ま
で冷却した場合には、強度確保に重要な炭化物を析出さ
せ、さらに加速冷却によって導入された変態歪を除去す
るために、冷却後、Ac1点以下の温度で焼戻処理を行う
必要がある。強度と靱性とのバランスに支障が生じない
ようにするための望ましい焼戻温度は 450℃以上であ
る。
【0043】焼戻処理の保持時間が100s未満では炭化物
が十分に析出しない。一方、 4000sを超えると析出炭化
物が粗大化する。よって、焼戻処理の保持時間は 100s
以上4000s 以下とした。
【0044】上記焼戻し後は、水冷により冷却速度10℃
/s 以上で 100℃程度まで冷却するのが望ましい。
【0045】本発明の第2の方法では第1の方法と同じ
条件で熱間圧延した後、直ちに 580℃〜450 ℃の温度域
まで加速冷却した後、その冷却停止温度で 100〜4000s
の時間等温保持した後、温間状態の温度になるまで冷却
し、さらに必要に応じてAc1点以下の温度で焼戻処理を
行う。
【0046】熱間圧延した後、組織の微細化および微細
なベイナイトとフェライトの混合組織をさらにバランス
よく得るために、直ちに 580〜450 ℃の温度域まで加速
冷却する。冷却停止温度が 580℃を超えると、ベイナイ
ト中に微細な炭化物を十分に析出させることができな
い。一方、450 ℃未満では、微細な炭化物は析出するが
ベイナイト組織そのものを微細にすることができない。
【0047】このときの望ましい冷却速度は10℃/s以
上である。冷却の方法は、スプレー法、ローラークエン
チ法などを用いるのがよい。
【0048】冷却停止温度での保持時間が 100s未満で
は、炭化物が十分に析出しない。一方、4000s を超える
と析出炭化物が粗大化する。このため、加速冷却後の保
持時間は 100s以上4000s 以下とした。
【0049】上記等温保持後、続いて温間状態の温度
(約 100〜300 ℃)になるまで冷却する。この場合の冷
却は、水冷により冷却速度10℃/s 以上で 250℃程度ま
で冷却するのが望ましい。この後次に述べる焼戻処理を
実施しない場合は、さらに室温まで放冷して製品とす
る。
【0050】上記で温間温度または室温まで冷却した
後、必要ならばさらにAc1点以下の温度で焼戻処理を行
う。この焼戻処理は、冷却によって導入された歪を除去
し、かつ炭化物を微細に析出させることによって、強度
と靱性のバランスをさらに改善する必要がある場合に実
施すればよい。この焼戻処理を実施する場合の温度は、
上記の効果を得るためにAc1点以下に限定する必要があ
り、望ましいのは 450℃以上である。焼戻処理の望まし
い保持時間は2000s である。焼戻し後は水冷により冷却
速度10℃/s 以上で 100℃程度まで冷却するのがよい。
【0051】本発明の第3の方法では、第1および第2
の方法と同じ条件で熱間圧延し、上記の第2の方法に従
って加速冷却を施した後、次いでその冷却停止温度から
100s〜4000s の冷却時間の範囲内で、1℃/s以下の冷
却速度で緩冷却し、続いてさらに温間状態の温度になる
まで冷却する。この後焼戻処理を実施しない場合は、さ
らに室温まで放冷して製品とする。その後第2の方法と
同様に、必要ならばさらにAc1点以下の温度で焼戻処理
を行う。
【0052】緩冷却条件では、冷却時間が100s未満では
炭化物が十分析出せず、一方 4000sを超えると析出炭化
物が粗大化する。冷却速度が1℃/sを超えると緩冷却
の効果が得られなくなる。
【0053】上記の緩冷却後、さらに温間状態の温度
(約 100〜300 ℃)になるまで冷却を施す。この冷却に
より、微細な炭化物が析出した微細なベイナイトとフェ
ライトとの混合組織をバランスよく得ることが可能であ
る。この場合の条件および焼戻処理を実施しない場合の
この後の処理は、前述の本発明の第2の方法と同様にす
ればよい。
【0054】その後、必要に応じて焼戻処理を施すが、
その効果、望ましい条件および方法は前述の本発明の第
2の方法の場合と同じである。
【0055】
【実施例】表1に示す化学組成の鋼を常法により溶製、
鋳造し、得られた素材鋼片を表2に示す製造条件に従い
加工熱処理を行って、板厚が40〜65mmの範囲の供試鋼板
を製造した。これらの鋼板の板厚の 1/4部から試験片を
採取し、母材の引張試験と2mmVノッチシャルピー衝撃
試験および予熱なしでの溶接後のHAZの2mmVノッチ
シャルピー衝撃試験と斜めY形溶接割れ試験を行った。
これらの結果を表3に示す。
【0056】
【表1】
【0057】
【表2】
【0058】
【表3】
【0059】表3に示すように、本発明方法に従って製
造された母材鋼板では、引張強度で590 MPa 以上の強
度と、−80℃でのシャルピー衝撃試験において 215J以
上の吸収エネルギーが得られる。また、HAZでは−40
℃でのシャルピー衝撃試験において 200J以上の吸収エ
ネルギーが得られる。予熱なしの斜めY形溶接割れ試験
においては割れは発生しなかった。
【0060】
【発明の効果】本発明方法によれば、引張強さが590 M
Pa 以上で、かつ低温靱性の良好な高張力鋼板を製造す
ることができる。この鋼板では、溶接前の予熱を省略し
ても割れは発生しない。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重量%で、C:0.01〜0.15%、Si: 0.005
    〜0.05%、Mn: 0.6〜2.0 %、Nb:0.01〜0.07%、Ti:
    0.005〜0.03%およびsol.Al: 0.005〜0.08%を含有
    し、さらにCu:0〜2.0 %、Ni:0〜1.0 %、Cr:0〜
    1.0 %、Mo:0〜1.50%、V:0〜0.10%およびB:0
    〜0.0020%の1種以上を含み、残部がFeおよび不可避不
    純物からなり、不純物中のNは 0.006%以下、かつ下記
    式(a) で表される溶接割れ感受性組成PCM (%) が0.18
    未満である素材鋼を、1000〜1250℃に加熱して、未再結
    晶γ域での累積圧下率を50%以上とする熱間圧延を行
    い、次いで 300℃以下まで加速冷却した後、Ac1点以下
    の温度で100s以上 4000s以下の時間保持する焼戻処理を
    行うことを特徴とする低温靱性と耐溶接割れ性に優れた
    鋼板の製造方法。 PCM=C+1/30・Si+1/20・Mn+1/20・Cu+1/60・Ni+1/20・Cr+1/15・Mo +1/10・V+5B ・・・・・・・・・・・・(a) ただし、元素記号はそれぞれの元素の含有量(重量%)
    を示す。
  2. 【請求項2】重量%で、C:0.01〜0.15%、Si: 0.005
    〜0.05%、Mn: 0.6〜2.0 %、Nb:0.01〜0.07%、Ti:
    0.005〜0.03%およびsol.Al: 0.005〜0.08%を含有
    し、さらにCu:0〜2.0 %、Ni:0〜1.0 %、Cr:0〜
    1.0 %、Mo:0〜1.50%、V:0〜0.10%およびB:0
    〜0.0020%の1種以上を含み、残部がFeおよび不可避不
    純物からなり、不純物中のNは 0.006%以下、かつ下記
    式(a) で表される溶接割れ感受性組成PCM (%) が0.18
    未満である素材鋼を、1000〜1250℃に加熱して、未再結
    晶γ域での累積圧下率を50%以上とする熱間圧延を行
    い、次いで 580℃以下450 ℃以上の温度域まで加速冷却
    した後、その冷却停止温度で100s以上 4000s以下の時間
    等温保持の後、温間状態まで冷却し、その後必要に応じ
    てAc1点以下の温度で焼戻処理を行うことを特徴とする
    低温靱性と耐溶接割れ性に優れた鋼板の製造方法。 PCM=C+1/30・Si+1/20・Mn+1/20・Cu+1/60・Ni+1/20・Cr+1/15・Mo +1/10・V+5B ・・・・・・・・・・・・(a) ただし、元素記号はそれぞれの元素の含有量(重量%)
    を示す。
  3. 【請求項3】重量%で、C:0.01〜0.15%、Si: 0.005
    〜0.05%、Mn: 0.6〜2.0 %、Nb:0.01〜0.07%、Ti:
    0.005〜0.03%およびsol.Al: 0.005〜0.08%を含有
    し、さらにCu:0〜2.0 %、Ni:0〜1.0 %、Cr:0〜
    1.0 %、Mo:0〜1.50%、V:0〜0.10%およびB:0
    〜0.0020%の1種以上を含み、残部がFeおよび不可避不
    純物からなり、不純物中のNは 0.006%以下、かつ下記
    式(a) で表される溶接割れ感受性組成PCM (%) が0.18
    未満である素材鋼を、1000〜1250℃に加熱して、未再結
    晶γ域での累積圧下率を50%以上とする熱間圧延を行
    い、次いで 580℃以下450 ℃以上の温度域まで加速冷却
    した後、その冷却停止温度から100s以上4000s 以下の時
    間の範囲内で1℃/s以下の冷却速度で緩冷却した後、
    引き続き更に温間状態まで冷却し、その後必要に応じて
    Ac1点以下の温度で焼戻処理を行うことを特徴とする低
    温靱性と耐溶接割れ性に優れた鋼板の製造方法。 PCM=C+1/30・Si+1/20・Mn+1/20・Cu+1/60・Ni+1/20・Cr+1/15・Mo +1/10・V+5B ・・・・・・・・・・・・(a) ただし、元素記号はそれぞれの元素の含有量(重量%)
    を示す。
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