JP5157257B2

JP5157257B2 - 低降伏比鋼板

Info

Publication number: JP5157257B2
Application number: JP2007142002A
Authority: JP
Inventors: 康宏室田; 伸夫鹿内
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2007-05-29
Filing date: 2007-05-29
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2027-05-29
Also published as: JP2008297570A

Description

本発明は、耐震性を必要とする建築構造物用として好適な、降伏比が７５％以下、引張り強さ４９０ＭＰａ以上の低降伏鋼板に関する。

近年、建築構造物などでは、地震時の安全性確保の観点から、優れた耐震性を有する鋼板が要求されている。また、降伏比の低い鋼板ほど耐震性に優れることが、従来の研究結果から明らかにされており、建築構造物には、降伏比が８０％以下の鋼材を使用することが義務付けられている。

しかし、耐震性をより改善するためには、降伏強度レベルを一定としつつ、降伏比をより低下させる必要がある。これまでにも降伏比７５％以下の鋼を製造する方法がいくつか提案されている。

特許文献１では、特定成分の鋼について熱間圧延仕上温度を規定し、鋼の成分と所望するＴＳから、板厚に応じた冷却水量密度を求めるなど冷却条件を厳密に管理した加速冷却を行いＹＲ７５％以下の加速冷却型５０キロ級低降伏比鋼を製造する方法が提案されている。

特許文献２では、Ｃ量と炭素当量を規定した鋼について９００℃以下での累積圧下率５０％以上熱間圧延を行い、板厚中心部のオーステナイト分率が９０％以下になるまで５℃／ｓ以上で冷却後、二相域まで再加熱する引張強度６０キロ以下の低降伏比鋼の製造方法が提案されている。

特許文献３では、Ｎｂ，Ｖなどの析出硬化元素を含有せず、Ｃｕ，Ｍｏなども析出硬化しない量に制限した特定成分の鋼を熱間圧延終了後、二相域でフェライトを生成した後に水冷し、その後、焼戻す際、予め高温に保持した加熱炉内に搬入して焼戻し処理を行う方法が提案されている。

また、特許文献４、５では、特定成分の鋼を熱間圧延終了後、予備冷却を行い、一旦冷却を停止し、ある一定割合のフェライトが生成するまで待機させ、その後、再度冷却するプロセスにより降伏強度の変動幅が小さい、引張強度４９０Ｎ／ｍｍ^２以上、降伏比７５％以下の低降伏比鋼を製造することが提案されている。
特開平５−３３９６３１号公報特開平６−２７１９３４号公報特開平７−９７６２６号公報特開２０００−８７１３７号公報特開２０００−８７１３８号公報

しかしながら、特許文献１〜５記載の低降伏比鋼は、いずれも熱間圧延後に水冷を施すことによって、主相がフェライト−ベイナイト組織で、軟質なフェライトと硬質なベイナイト相とすることにより、組織間の強度差をつけて、降伏比を低下させる方法である。このような方法では、熱間圧延後の水冷時に厳密な温度管理が必要で、容易なプロセスではない。

本発明は、上記したような従来技術の問題点を解決し、降伏比が７５％以下、ＴＳ４９０ＭＰａ以上の低降伏比鋼板を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記した目的を達成するために、低降伏比化に影響する要因について鋭意研究した。その結果、鋼材組成に、微量のＣｒを添加することにより、降伏比が低下することを見出した。

まず、本発明で基礎となった実験結果について説明する。Ｍａｓｓ％で０．１６％Ｃ−０．３５％Ｓｉ−０．０１５％Ｐ−０．００３％Ｓを基本成分として、Ｍｎ：０．６０〜１．５０％、Ｃｒ：０〜０．７０％含み、炭素当量Ｃｅｑ（＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｓｉ／２４＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４）を０．４２％と一定としたスラブに、熱間圧延を施して２０ｍｍ厚の厚鋼板とし、その後空冷した。

得られた鋼板について、ＪＩＳＺ２２０１の規定に準拠して、ＪＩＳ５号試験片を採取して引張試験を実施し、引張特性（引張強さ（以下、ＴＳ）、降伏強さ（以下、ＹＳ）、降伏比（以下、ＹＲ））を求め、Ｃｒ添加量との関係で整理した。

図１に結果を示す。Ｃｒ添加量が０．１％を超えると、ＴＳレベルが同等でありながら、降伏比が低下し、７５％以下となっている。Ｃｒを添加することにより、フェライト組織が軟質化し、その結果、同等強度レベルでありながら、ＹＳが低下したためと推察される。

本発明は、上記した知見に基づき、さらに検討を加えて、完成されたものである。すなわち、本発明の要旨は次のとおりである。
（１）ｍａｓｓ％で、Ｃ：０．１０〜０．１８％、Ｓｉ：０．０５〜０．５０％，Ｍｎ：０．６〜１．３％，Ｃｒ：０．１〜１．０％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ａｌ：０．１％以下、Ｎ：０．００６０％以下、０．３８≦Ｃｅｑ≦０．４３、残部Ｆｅおよび不可避的不純物の組成とフェライト−パーライトを主相とする金属組織を有することを特徴とする低降伏比鋼板。
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｓｉ／２４＋Ｍｎ／６＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４
但し、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ：各元素の含有量（ｍａｓｓ％）
（２）更に、Ｎｂ：０．００５〜０．０５％を含有することを特徴とする（１）に記載の低降伏比鋼板。
（３）更に、Ｔｉ：０．００５〜０．０５％を含有することを特徴とする（１）または（２）に記載の低降伏比鋼板。

本発明によれば、高価な合金元素の多量添加や、熱間圧延後の水冷など製造条件の厳密な管理を必要とせずに、降伏比が７５％以下、引張り強さ４９０ＭＰａ以上の低降伏鋼板を安価に製造でき、産業上格段の効果を奏でる。

本発明に係る低降伏比鋼板は、所定の組成と金属組織を有し、ＴＳ：４９０ＭＰａ以上、ＹＲ：７５％以下の低降伏比を有する。
［成分組成］以下、特にことわらない限り、％はｍａｓｓ％を意味する。

Ｃ：０．１０〜０．１８％
Ｃは、鋼の強度を増加させる元素であり、本発明でＴＳ：４９０ＭＰａ以上を確保するため、０．１０％以上とする。一方、０．１８％を超えてＣを含有すると母材靭性が劣化し、さらに、低温溶接割れ感受性を増大させる。このため、本発明ではＣは０．１０〜０．１８％の範囲に限定した。

Ｓｉ：０．０５〜０．５０％，
Ｓｉは、製鋼において脱酸剤として作用させる場合、０．０５％以上の含有を必要とする。一方、０．５０％を超えて含有すると母材靭性が低下する。このため，Ｓｉは０．０５〜０．５０％の範囲に限定した。なお、好ましくは０．１０〜０．４０％である。

Ｍｎ：０．６〜１．３％，
Ｍｎは固溶強化により、強度を向上させる元素である。このような効果を確保するためには、０．６％以上の含有を必要とする。一方、１．３％を超える含有は、溶接性を著しく低下させる。このため、本発明では、Ｍｎは０．６〜１．３％の範囲に限定した。

Ｃｒ：０．１〜１．０％
Ｃｒは、本発明では重要な元素であり、０．１％以上含有することにより、フェライト相を軟化させ、降伏比を低下させる。一方、１．０％を超える含有は、溶接性を著しく劣化させる。このため、本発明では、Ｃｒは０．１〜１．０％の範囲に限定した。

Ｐ：０．０２０％以下
Ｐは、不純物として鋼中に不可避的に含有される元素であり，鋼の靭性を劣化させるためにできるだけ低減することが望ましい．特に、０．０２０％を超えての含有は、著しく靭性を低下させるため、本発明ではＰは０．０２０％以下に限定した。

Ｓ：０．００５％以下
Ｓは、不純物として鋼中に不可避的に含有される元素であり、鋼の靭性や板厚方向引張試験における絞りを劣化させるため、できるだけ低減することが望ましい。特に、０．００５％を超えて含有すると、上記特性の劣化傾向が著しくなる。そのため、Ｓは０．００５％以下に限定した。

Ａｌ：０．１％以下
Ａｌは，溶鋼の脱酸プロセスにおいて、脱酸剤としてもっとも汎用的に使用される元素である。０．１％を超える含有は、粗大な酸化物を形成して、鋼母材の延性を著しく劣化させる。このため、Ａｌは０．１％以下に限定した。好ましくは、０．０２０〜０．０８０％である。

Ｎ：０．００６０％以下
Ｎは、固溶Ｎとして存在すると、歪時効後の母材靭性や溶接熱影響部靭性を低下させるため、０．００６０％以下に限定した。

０．３８≦Ｃｅｑ≦０．４３
本発明でＣｅｑは、Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｓｉ／２４＋Ｍｎ／６＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４（但し、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ：各元素の含有量（ｍａｓｓ％））で求め、建築用鋼としての機械的特性と溶接性を満たすため、０．３８≦Ｃｅｑ≦０．４３とする。

本発明に係る低降伏比鋼板は、上記した成分を基本成分とするが、更に特性を向上させる場合、Ｎｂ、Ｔｉを添加する。

Ｎｂ：０．００５〜０．０５％
Ｎｂは、析出強化により鋼板の強度を向上させる有効な元素であり、このような効果を得るためには、０．００５％以上の含有を必要とする。一方、０．０５％を超える含有は、溶接性を低下させる。このため、Ｎｂは添加する場合は、０．００５〜０．０５％の範囲に限定することが好ましい。

Ｔｉ：０．００５〜０．０５％
Ｔｉは、Ｎを固定し、溶接熱影響部靭性を改善するために有効な元素であり、このような効果を得るためには、０．００５％以上の含有を必要とする。一方、０．０５％を超えて含有すると、溶接熱影響部靭性が低下する。このため、Ｔｉは０．００５〜０．０５％の範囲に限定することが好ましい。上記した成分以外の残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物である。尚、不可避的不純物としては、Ｃｕ：０．１％以下、Ｎｉ：０．１％以下、Ｖ:０．１％以下、Ｂ：０．０００５％以下、Ｃａ：０．００５０％以下、ＲＥＭ：０．００５０％以下、Ｏ：０．０１％以下、Ｚｒ：０．０１％以下、Ｃｏ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｓｂは各０．０１％以下、も許容できる。

［金属組織］
本発明に係る低降伏比鋼板は、上記した組成を有し、板厚全域にわたって、フェライト−パーライトを主相とする金属組織を有する。主相とは、体積率で９０％以上有することを意味する。すなわち、フェライトとパーライトの両者の和が体積率で全体の９０％以上を占めている。

ＹＲ７５％以下の低降伏比鋼とするため、フェライト−パーライトを主相とする金属組織とする。

本発明に係る低降伏比鋼板は以下に述べる製造方法で製造可能である。上記した組成の溶鋼を、転炉などの常用の溶解炉で溶製し、連続鋳造法や、造塊−分塊法などの常用の方法で、スラブ（鋼素材）とする。次いで、熱間圧延し、所望の板厚とした後に、空冷する。

熱間圧延の加熱温度は、特に限定する必要はないが、１０５０〜１２５０℃の範囲の温度に加熱することが好ましい。加熱温度が１０５０℃未満では、変形抵抗が大きくなり、圧延機負荷が増大する。

一方、１２５０℃を超えると、熱間圧延時に表面疵が発生しやすくなるため、加熱温度は１０５０〜１２５０℃の範囲とするのが望ましい。

熱間圧延の終了温度は、鋼板の表面温度で８００〜９５０℃の範囲とする。圧延終了温度が８００℃未満では、所望の強度が確保できず、一方、９５０℃を超える温度では、厚鋼板の母材靭性が低下する。このため、熱間圧延の圧延終了温度は、鋼板の表面温度で８００〜９５０℃の範囲に限定した。好ましくは、８００〜９００℃とする。

熱間圧延後、空冷する。板厚が増加した場合などに限り、２．０℃／ｓ以下の冷却速度で加速冷却しても、本発明の目的組織であるフェライト−パーライト組織が得られさえすれば、本発明の効果を損なうものではない。ここで冷却速度とは、板厚１／４ｔ位置での８００〜５００℃の平均冷却速度とする。

表１に示した組成を有する鋼素材に熱間圧延を施して、種々の板厚の厚鋼板を製造し、引張試験を実施した。表２に熱間圧延条件と引張試験の結果を合わせて示す。

引張試験は、得られた厚鋼板から、ＪＩＳＺ２２０１の規定に準拠して、ＪＩＳ５号試験片を採取し、ＪＩＳＺ２２４１の規定に準拠して引張試験を実施し、引張特性（ＹＳ、ＴＳ、ＹＲ）を求めた。また、金属組織の観察を行った。

本発明例（Ｎｏ．１〜５）はいずれも、フェライト−パーライトを主相とする金属組織であり、ＴＳが４９０ＭＰａ以上、ＹＲが７５％以下の、低降伏比を有する非調質高張力厚鋼板で、一方、本発明の範囲を外れる比較例は、強度が不足しているか、降伏比が７５％を上回っている。

Ｃｒ添加量がＹＲ（％）に及ぼす影響を示す図。Ｃｒ添加量がＹＳ（ＭＰａ），ＴＳ（ＭＰａ）に及ぼす影響を示す図。

Claims

ｍａｓｓ％で、Ｃ：０．１０〜０．１８％、Ｓｉ：０．０５〜０．５０％，Ｍｎ：０．６〜１．３％，Ｃｒ：０．１〜１．０％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ａｌ：０．１％以下、Ｎ：０．００６０％以下、０．３８≦Ｃｅｑ≦０．４３、残部Ｆｅおよび不可避的不純物の組成とフェライト−パーライトを主相とする金属組織を有することを特徴とする低降伏比鋼板。
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｓｉ／２４＋Ｍｎ／６＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４
但し、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ：各元素の含有量（ｍａｓｓ％）
更に、Ｎｂ：０．００５〜０．０５％を含有することを特徴とする請求項１に記載の低降伏比鋼板。
更に、Ｔｉ：０．００５〜０．０５％を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の低降伏比鋼板。