[发明专利]高温强度和韧性优良的钢材及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及高温强度和韧性优良的钢材及其制造方法。

背景技术

从建筑物的超高层化、建筑设计技术的高度化等方面考虑，根据建设省综合计划进行了耐火设计的重新评价，于昭和62年3月制定了“新耐火设计法”。由此，重新评价了有关使火灾时的钢材的温度为350℃以下的耐火被覆的限制，可根据钢材的高温强度与建筑物的实际负荷的关系，选择适当的耐火被覆方法。因此，在能够确保满足600℃时的设计标准的高温强度的情况下，也就是说，通过使用600℃时的高温强度高的钢材，能够进行耐火被覆的简略化或削减。

为了对应这种动向，开发了耐火钢材，在钢材的600℃时的高温强度的强化机理即(1)铁素体晶体粒径的微细化、(2)由合金元素带来的固溶体强化、(3)由硬化相带来的分散强化、(4)由微细析出物带来的析出强化中，该耐火钢材主要利用了析出强化。

以往，提出了多种耐火钢材，该耐火材料中添加有有助于析出强化的元素即Mo、Ti、Nb等，通过碳化物、氮化物等来确保高温强度，但近年来，由大量添加Mo而造成的制造成本的上升、焊接性的下降成为问题。

对于这样的问题，提出了通过降低C及Mo和控制热轧的结束温度及卷取温度来谋求确保高温强度和改进韧性及焊接性的热轧钢带(例如参见日本特开平7-300618号公报)。

可是，这样的热轧钢带在卷取时使微细的Mo、Nb的碳化物析出，在没有利用固溶Nb这一点上考虑，高温强度不足，此外，由于含有Ti，不是抑制了氮化物向焊接热影响区(Heat Affected Zone，简称为HAZ)的析出的热轧钢带，因而HAZ的韧性有可能下降。

此外，提出了降低C及Mo、利用固溶Nb提高高温高度、减少固溶C及固溶N来确保冷加工的成形性的钢板及钢管(例如参见日本特开平10-176237号公报、日本特开2000-54061号公报、日本特开2000-282167号公报)。可是，这些钢板及钢管由于Ti/N高，因而析出粗大的TiN，特别是HAZ的韧性有可能下降。

此外，为了确保高温强度、韧性及焊接性，还提出了减少Mo、利用了Cu的固溶及析出的耐火钢材(例如参见日本特开2002-115022号公报)。此种耐火钢材不是利用固溶Nb提高高温强度，而是通过添加Nb使再结晶温度降低，使晶粒细化，此外利用Nb的析出强化。

再有，在以上例示的专利文献中提出的钢材都没有考虑到HAZ的再热脆化。所谓再热脆化是在再次将HAZ加热到高温时因析出碳化物、氮化物而脆化的高温脆化。

此外，对于主要作为高层建筑物的柱材使用的极厚H型钢，由于伴随着板厚尺寸的增大，其制造工序成为低压下量、低冷却速度，与薄钢材相比，更难于实施充分的加工热处理，在以往技术中，为了确保强度，需要大量添加合金元素，在这种情况下出现韧性下降和焊接性下降等并发的问题。

发明内容

本发明提供一种钢材及其制造方法，该钢材在只热轧的状态下、即在热轧后不进行冷轧、或淬火、回火等调质热处理的情况下，包含焊接热影响部的耐再热脆化特性的高温特性、及母材和HAZ的韧性优良，可作为耐火钢材或极厚H型钢使用。

本发明涉及钢材及其制造方法，该钢材限定了C及N的含量，添加适量的Nb，规定C和Nb的关系，利用固溶Nb的曳力效应(固溶的Nb在位错等晶格缺陷中浓化，成为缺陷及位错的移动的阻力，从而提高强度的现象)，提高高温强度，再有，将微细的Ti系氧化物用于晶界的钉扎和晶粒内相变的生成，抑制HAZ的粗大化，谋求由板厚造成的机械特性的变动少、耐再热脆化等高温特性的提高，进而，为了确保母材及HAZ的韧性，对添加Ti时的钢水中的溶解氧浓度进行调整，使Ti的微细的氧化物分散在钢中。

如此的本发明的要旨如下所述。

(1)一种高温特性和韧性优良的钢材，其特征在于，以质量％计含有C：0.001％以上且0.030％以下、Si：0.05％以上且0.50％以下、Mn：0.40％以上且2.00％以下、Nb：0.03％以上且0.50％以下、Ti：0.005％以上且低于0.040％、N：0.0008％以上且低于0.0050％，将P、S的含量限定为P：0.030％以下、S：0.020％以下，余量为Fe及不可避免的杂质；C和Nb的含量满足C-Nb/7.74≤0.004，以30～300个/mm²的密度具有粒径为0.05～10μm的Ti系氧化物。

(2)根据上述(1)所述的高温特性和韧性优良的钢材，其特征在于，以质量％计含有V：0.10％以下、Mo：低于0.10％中的1种或2种。