JPH0133530B2

JPH0133530B2 -

Info

Publication number: JPH0133530B2
Application number: JP56026883A
Authority: JP
Inventors: Kazuaki Matsumoto; Yoshitaka Yamazaki; Koshiro Tsukada
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1981-02-27
Filing date: 1981-02-27
Publication date: 1989-07-13
Also published as: JPS57143429A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、溶接性に優れた50Kg／mm²以上の強度
を有する耐候性鋼の製造方法に関するものであ
り、熱間圧延終了後の鋼材をAr₃変態点以上から
500〜650℃までの温度範囲を４〜25℃／secの冷
却速度で加速冷却することにより鋼板が高強度化
する原理を利用するものである。更に詳しくは加
速冷却することによる高強度化分だけ合金成分特
に炭素量が低減可能となり、これによつて溶接性
に優れた高張力鋼の製造を可能とするものであつ
て、特に本発明では上記の如き加速冷却材の強度
とその組成、冷却速度の間に良い相関があること
を見出し、この関係を利用することにより溶接性
を備えた50Kg／mm²以上の強度を有しかつ耐候性を
も有する鋼を確実に（即ち、その組成に対応する
冷却速度或いは逆にこの加速冷却速度に対応する
組成を設定することにより）製造する方法を提供
することを目的とするものである。熱間圧延後の厚鋼板を加速冷却することにより
変態組織を制御し機械的性質を向上させる技術は
制御冷却と呼ばれ、制御圧延（Controlled
Rolling以下CRと略称する）と同時に一種の加工
熱処理であつたということができる。この制御冷
却は従来系統的な研究が少なかつたが、最近圧延
終了後に特定の温度域のみを加速冷却するいわゆ
るInterrupted Cooling法が注目されている。こ
の方法は圧延後の直接焼入法のように焼戻処理を
必要とせず一般の非調質鋼板への適用が可能であ
り、CRと組合せることにより高靭性を維持しつ
つより一層の高張力化が図られ、さらに溶接性を
はじめ各種の鋼材性能の向上も期待できる。しか
し、このような加速冷却法は既にホツトストリツ
プミルのランアウト冷却として操業的に実証され
ている技術ではあるものの、厚板圧延では実用化
に至つていないのが現状である。発明者らのグループは、この加速冷却法の研究
を積極的に推進してきており、その成果について
は既に数々の提案をしている。又、他社において
も低温靭性に係わるもの（例えば特公昭35−4111
号、特開昭51−59717号）、加工性に係わるもの
（例えば特開昭52−17319号）、不安定延性破壊に
係わるもの（例えば特開昭54−14321号）等が提
案されている。しかしながら、このような加速冷
却材の材質に関する提案がなされていても、溶接
性並びに耐候性に関するものは皆無である。その
理由は、一つには一般的な低合金鋼における加速
冷却の効果は、変態組織をフエライト＋パーライ
ト主体の組織からベーナイト＋フエライト組織に
変化させることにより強度上昇を図ると共に靭性
劣化の防止を図るものであり、一方溶接性の向上
はこの強度上昇を利用して合金成分も低減するこ
とによつて得られるものであるから、その効果が
一見間接的でありかつ当然であるかの如く見られ
るためである。従来の加速冷却法の最大の欠陥
は、データの蓄積及びその解析不足のため、この
技術が十分に利用されなかつたことにあると考え
られる。即ち、熱間圧延後引続いて加速冷却し溶
接性の優れた高張力鋼材を製造するに当り、その
目的とする具体的強度ならびに溶接性を具備した
鋼を製造するための製造条件（鋼の組成ならびに
加速冷却速度の決定）を如何に設定すべきかにつ
いては未だ解明されていない。そして、溶接性を
重視すると、その鋼の含有合金元素量、炭素当量
を低く抑え過ぎる傾向となり、たとい熱間圧延後
加速冷却を行つても目的とする強度が得られなか
つたり、またこれとは逆に強度レベルに注目して
成分設計をした場合所期の強度は得られるもの
の、溶接性については芳しくない結果が得られる
という問題があつた。併も、熱間圧延後引続き加
速冷却して製造する鋼材（主として鋼板）にあつ
ては、強度は組成と冷却速度の両方の要因で変化
するものであるから、ある冷却速度で冷却した場
合に強度が不足しても、更に大きな冷却速度で冷
却すれば目標とする強度レベルのものが得られる
可能性は残されている。しかし、採用し得る冷却
速度にも設備上或いは加速冷却材の歪の問題から
自ずと制約があり、結局目標とする溶接性、強
度、耐候性等性質を具備する鋼材を製造すること
は困難であつた。本発明は、熱間圧延後加速冷却して得られる鋼
材の強度がその組成と冷却速度の両方の要因によ
り定まるとする原理に基づきなされたもので、こ
れに溶接性に及ぼす各元素の影響をも考慮して、
ｙ型割れ試験で代表される溶接低温割れが生じ難
くかつ耐候性の優れた50Kg／mm²以上の強度（主と
して引張り強さ50〜60Kg／mm²）を有する鋼材の製
造方法に関するものである。その要旨とするとこ
ろは、C0.03〜0.20％、Si0.6％以下、Mn0.5〜2.5
％、Cr0.1〜2.0％、Cu0.1〜2.0％、sol.Al0.005〜
0.08％を基本組成とし、必要に応じてNb0.01〜
0.1％、V0.01〜0.15％、Ti0.01〜0.15％、Ni2.0％
以下、Mo2.0％以下の一種又は二種以上を含有し
残部は鉄及び不可避不純物からなり、しかもP_CM
0.22％以下（但し、 P_CM＝Ｃ＋Si／30＋Mn／20＋ Ni／60＋Cu／20＋Cr／20＋Mo／15＋Ｖ／15）で、かつOL
AC Ceq（％）１／93（34.6−0.36Ｖ）〔但し、 OLAC Ceq（％）＝Ｃ＋Mn／５＋Cu／29＋Ni／15.6 ＋Cr／7.4＋Mo／3.4＋Nb／0.97＋Ｖ／15、Ｖは冷却速度であり４〜25℃／sec〕の条件を満
足する鋼を、熱間圧延終了後Ar₃点以上の温度か
ら500〜650℃までの温度範囲を上記の冷却速度Ｖ
で加速冷却し、その後放冷することを特徴とする
溶接性を備えた50Kg／mm²以上の強度を有する耐候
性鋼の製造方法である。以下、本発明について詳細に説明する。先づ組成について説明すると、本発明において
Ｃの下限を0.03％としたのは、これ未満では目標
とする50Kg／mm²以上の強度が得られないからであ
り、上限を0.20％としたのはこれを超えると溶接
性を著しく損うためである。Siは固溶強化を通じ
て高強度化に有効であるが、多量の添加は溶接性
を損うので0.6％を上限とした。Mnは鋼に強度を
与えるために必要な元素であるが0.5％未満では
その効果が小さくなり、また2.5％を超えると溶
接性が著しく不良となるため0.5〜2.5％の範囲と
した。sol.Alについては鋼の脱酸には最低0.005％
を必要とするのでこれを下限とし、また0.08％を
超えるとこの効果が飽和するので0.08％を上限と
した。Cu、Crについてはこれらは耐食性及び強
度を向上させるために有効な元素であるが、0.1
％未満ではその効果が少ないので0.1％を下限と
し、溶接性及び経済性の点から上限を2.0％とし
た。Nb、Ｖ、Tiについてはこれらにいずれか一
つが0.01％以上固溶しないと強度、靭性に効果が
認められないためこれを下限とした。またこれら
はいずれも添加量が大となると溶接性を損うため
に上限を規制する必要があり、Nbは0.10％を超
えると溶接性を損うためこれを上限とし、Ｖ、
TiはNbと同一理由で0.15％を上限とした。Ni、
Moについては強度を向上させるために有効な元
素であるが、溶接性及び経済性の点から2.0％を
上限とした。しかして、鋼材の強度は、その組成により大き
く影響され、又その組成の強度への寄与の度合は
製造条件によつて大きく変動することは周知であ
るが、発明者らは今迄知られることの無かつた加
速冷却材における強度への組成物の影響について
Ｃ、Si、Mnをはじめ各種成分を広範囲に変化さ
せた実験室溶解鋼を用い、熱間圧延終了後Ar₃変
態点以上から500〜650℃の温度範囲までを10℃／
secの冷却速度で加速冷却する実験を繰返し、鋼
板強度への各合金成分の寄与を重回帰分析により
求めた。次に、上述の実験における加速冷却（熱間圧延
終了後Ar₃変態点以上から500〜650℃の温度範囲
までを10℃／secで冷却する）をした場合の各合
金成分の鋼板強度への寄与を重回帰分析により求
めた結果得られた関係式を次に示す。 TS（Kg／mm²）＝19＋93・OLAC Ceq ……(1) 上記(1)式中でOLACはOn―Line Accelerated
Coolingの略号であり、OLAC Ceqは加速冷却材
炭素当量式であつて次式で示される。 OLAC Ceq（％）＝Ｃ＋Mn／５＋Cu／29＋Ni／15.6 ＋Cr／7.4＋Mo／3.4＋Nb／0.97＋Ｖ／1.5 ……(2) 又、加速冷却材では冷却速度が重要な因子であ
り、強度への影響を調べるための第１表に示す
OLAC Ceqの異な３鋼種を用いて冷却速度を広
範囲に変化させる実験をした。

【表】その結果は第１図に示す通りOLAC Ceqとは
独立に加速冷却速度の上昇はTSを上昇させ、加
速冷却速度４〜25℃／secの範囲では１℃／sec当
りのTS上昇量は約0.36Kg／mm²であることが判明
した（第１図に示すΔTSとは、加速冷却材のTS
から同一圧延条件の熱間圧延のTSを差引いたも
の）。以上の結果から加速冷却材のTSはOLAC
Ceqと冷却速度（Ｖ℃／sec）を設定するならば、
次式から一義的に決定可能であることが分る。 TS＝19＋93・OLAC Ceq＋0.36（Ｖ−10） ……(3) この(3)式よりTS50Kg／mm²以上の高張力鋼板を
加速冷却により製造するにはOLAC Ceq及びＶ
が次式を満せば良いことが分る。 5019＋93・OLAC Ceq＋0.36（Ｖ−10） ……(4) 即ち、OLAC Ceq（34.6−0.36Ｖ）／93
……(5) さらに、溶接性については基本的には合金成分
が大きな因子であり、加速冷却材と熱間圧延まま
材とが同一成分ならば差は無いと考えられる。従
つて、低温割れ感受性組成P_CM値を用いて従来の
圧延まま材と同様に規制すれば良い。予熱温度50
℃にてｙ型割れ試験で代表される低温割れを防止
するためのP_CM値は、鋼板厚25mmで低水素系溶接
棒を用いた場合0.22以下であることが確認された
ため、これを溶接性可不の判断値とした。 P_CM0.22 ……(6) 但し、 P_CM＝Ｃ＋Si／30＋Mn／20＋Ni／60＋Cu／20＋Cr／20
＋Mo／15 ＋Ｖ／15 以上の説明によつて理解されるように、本発明
においては鋼材の組成が、単に各合金元素に規制
される含有量（例えばＣ：0.03〜0.20％）の上、
下限の範囲内にあればよいということではない。
即ち、その含有する各合金元素の量を上記(2)式代
入し、得られるOLAC Ceqがそのとき採用する
冷却速度Ｖとの関係(5)式を満足しなければ50O
Kg／mm²未満の強度しか得られないので、その組成
は少くとも(5)式を満足するように設定するように
設定しなければならない。しかし、各合金元素の
量を余り多く含有させると(6)式が満されなくな
る。従つて、熱間圧延後加速冷却する鋼板の組成
は上限を(6)式により又下限は(5)式により規制され
るといつても過言ではない。また両式の形から分
るようにその上限は兎も角下限は加速冷却速度の
影響を受け、速度を大きくとれば鋼材における各
合金元素の含有量は多少少な目でも(5)式が満足し
得る場合がある。次に、製造条件について説明すると、加速冷却
開始温度をAr₃点以上としたのは、Ar₃点より低
い温度から冷却を開始しても既にフエライトが生
成しはじめているため十分な変態組織改善効果が
期待出来ず、従つて強化が望めないからである。
又、冷却停止温度の上限を650℃としたのはこれ
より高い停止温度ではベーナイトが十分生成しな
い等変態組織改善効果が期待できず、強化が望め
ないためであり、下限を500℃としたものはこれ
より低い温度では鋼板の歪が大となり製造工程上
望ましくないからである。又、冷却速度の下限を
４℃／secとしたのはこれ以下では第１図に示す
如く十分な強化が期待できないためであり、その
上限を25℃／secとしたのは鋼板の歪が大となる
ためである。実施例第２表に示す組成の化学成分の供試鋼をいずれ
も250トン転炉により溶製した。鋼２〜５はP_MC
値が0.16〜0.18の範囲に、OLAC Ceq値が0.30〜
0.35の範囲にある。一方、鋼１はP_CM値が0.22以
下で、OLAC Ceq値が著しく低いものであり、
鋼６〜９はいずれも合金成分が高いためP_CM値が
0.22を超えたものである。第３表は製造条件と機械的性質・溶接性試験の
結果を示す。

【表】

【表】第２表、第３表から明らかなように、鋼１の如
き低OLAC Ceqの鋼では圧延ままは勿論のこと
熱間圧延後の加速冷却速度を25℃／sec近くまで
大きくしても（34.6−0.36Ｖ）／93値がOLAC
Ceq値を上回るため50Kg／mm²以上の強度とするこ
とができない。鋼２、鋼３では低冷却速度の場合
強度は50Kg／mm²を超えないけれども冷却速度を適
切に選ぶことにより（34.6−0.36V）／93値より
もOLAC Ceq値の方が大きくなるため強度が50
Kg／mm²を超えるようになる。しかし、鋼２―ホの
如く冷却速度、組成が適切であつても冷却停止温
度が680℃と高くなると強度は50Kg／mm²を下回り、
また鋼３―ヘの如く冷却開始温度が770℃とAr₃
点以下になつた場合にも矢張り強度不足となる。
また鋼９はイに示すように熱間圧延ままでは強度
が50Kg／mm²に達しないが、ロに示すように略９
℃／secの冷却速度で熱間圧延後加速冷却するこ
とにより所期の50Kg／mm²以上の強度を得ることは
できる。ただし50℃におけるｙ型割れ試験結果で
は割れを防止できない。次に、第３表に示した鋼板及び第１表における
鋼Ａ、鋼Ｂを熱間圧延後それぞれ略17℃／sec及
び13℃／secで加速冷却して得た所期の溶接性、
強度を有する鋼材について次の要領で耐候性試験
を行つた。 (1) 試験片寸法及び試験方法試験片寸法：５×100×150（mm）表面仕上精
度vvv 試験方法：大気暴露試験 (ii) 試験場所、設置方法及び試験期間試験場所：田園住宅地帯設置方法：南面した傾斜角度30゜の試験台に
絶縁碍子を介して取付ける。試験期間：1.5年経過後、取外し腐食減量を
調査した。 (iii) 試験結果

【表】上表に示す通り第３表１〜９の鋼のように
Cu、Crを共存させることが耐候性向上に有効
であることが分る。以上説明した如く、本発明によるときは溶接性
を備えしかも50Kg／mm²以上の強度を有する耐候性
鋼材を従来のように試行錯誤を繰返すことなく確
実に製造することを可能とするものであつて工業
上有意義な発明である。さらに付言すれば従来の
耐候性鋼はその目的のためにCr等の合金元素を
一定量以上含有させる必要があり、それに起因し
てｙ型割れ防止予熱温度として100℃以上とする
必要があつたのを、本発明によればこの予熱温度
を50℃とすることが可能になり、溶接施工上の制
約が大巾に軽減することにより溶接構造物への採
用が一段と推進される。

【図面の簡単な説明】

第１図は鋼の加速冷却速度とΔTSの関係を示
したグラフ図である。

Claims

【特許請求の範囲】１ C0.03〜0.20％、Si0.6％以下、Mn0.5〜2.5％、
Cr0.1〜2.0％、Cu0.1〜2.0％、solAl0.005〜0.08％
を含有し残部は鉄及び不可避不純物からなりしか
もP_CM0.22％以下（但し、P_CM＝Ｃ＋Si／30＋
Mn／20＋Ni／60＋Cu／20＋Cr／20＋Mo／15＋
Ｖ／15）で、かつOLAC Ceq（％）１／93（34.6
−0.36V）［但し、OLAC Ceq（％）＝Ｃ＋Mn／５
＋Cu／29＋Ni／15.6＋Cr／7.4＋Mo／3.4＋Nb／
0.97＋Ｖ／15、Ｖは冷却速度であり４〜25℃／
sec］の条件を満足する鋼を、熱間圧延終了後
Ar₃点以上の温度から500〜650℃までの温度範囲
を上記の冷却速度Ｖで加速冷却し、その後放冷す
ることを特徴とする溶接性を備えた50Kg／mm²以上
の強度を有する耐候性鋼の製造方法。２ C0.03〜0.20％、Si0.6％以下、Mn0.5〜2.5％、
Cr0.1〜2.0％、Cu0.1〜2.0％、solAl0.005〜0.08％
を基本組成とし、更にNb0.01〜0.1％、V0.01〜
0.15％、Ti0.01〜0.15％、Ni2.0％以下、Mo2.0％
以下の一種又は二種以上を含有し残部は鉄及び不
可避不純物からなりしかもP_CM0.22％以下（但
し、P_CM＝Ｃ＋Si／30＋Mn／20＋Ni／60＋Cu／
20＋Cr／20＋Mo／15＋Ｖ／15）で、かつOLAC
Ceq（％）１／93（34.6−0.36V）［但し、OLAC
Ceq（％）＝Ｃ＋Mn／５＋Cu／29＋Ni／15.6＋
Cr／7.4＋Mo／3.4＋Nb／0.97＋Ｖ／15、Ｖは冷
却速度であり４〜25℃／sec］の条件を満足する
鋼を、熱間圧延終了後Ar₃点以上の温度から500
〜650℃までの温度範囲を上記の冷却速度Ｖで加
速冷却し、その後放冷することを特徴とする溶接
性を備えた50Kg／mm²以上の強度を有する耐候性鋼
の製造方法。