JPH0215122A - 溶接性の優れた高強度高靭性厚肉鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、溶接施工を受ける高強度高靭性厚肉鋼板の製
造技術に関する。

（従来の技術及び解決しようとする課題）大型構造物用
材料としては、高強度、高靭性で溶接性が良好な厚肉鋼
板が用いられるが、例えば、溶接性を良好とするために
低炭素当量の成分系でＣｕの時効析出硬化を利用した鋼
としてＡＳＴＭＡ７１０が知られている。この鋼は、１
．０〜１゜３％のＣｕを含有し、時効処理によってＣｕ
を析出させて高強度を得るものである。

しかし、」二記鋼の場合、板厚３５ｍｍ以」二の厚肉鋼
板にした場合には、従来の製造方法では優れた低温靭性
（破面遷移温度ｖＴｒｓで一８０’Ｃ以下）を確保する
ことは困難である。

一方、高強度高靭性を要求されるこの種の鋼板を製造す
る際に制御圧延及びその後に直接焼入を施す方法が提案
されている。しかし、このような方法を上記鋼に適用し
た場合、オーステナイＩ・低温域で大きな累積圧下を加
える必要がある。その結果、圧延仕上温度は８００　’
Ｃ以下という非常に低い温度となり、このため、圧延後
直ちに直接焼入れを行ったとしても、焼入れの効果が十
分に得られず、Ｃｕの時効析出硬化を利用しても引張強
さが７０ｋｇｆ／ｍｍ２以上の高強度を得ることは困難
である。しかも、鋼板の厚さの増大に伴って、強度確保
のため、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ等の合金元素を多量に添加し
なければならず、その結果、鋼の炭素当量が高くなって
、溶接性が著しく損なわれるという問題がある。例えば
、特開昭６０−５９０１８号では板厚は３０ｍｍ以下の
場合しか示されていない。

一ヒ記の理由により、これまでは、Ｃｕ析出硬化を利用
して、板厚３５ｍｍ以］二の溶接性の優れた高強度高靭
性鋼板を製造することは非常に困難であった。

もっとも、圧延仕上温度を８００°Ｃ以上の如く比較的
高くとり、圧延終了後に直接焼入れする方法（特開昭６
２−２５６９１５号、同６２−１４９８４５号）、或い
は再加熱焼入れする方法が試みられているが（特開昭６
１−１４．９４．３０号、同６２−１４９８４−５号）
、直接焼入の場合は板厚３５ｍｍ以上のときに強度、低
温靭性がバランスよく得られるかどうかに問題があり、
また再加熱によるゴス１−アップの問題がある。

本発明は、か）る状況のもとでなされたものであって、
低炭素当量の成分系でＣｕの析出硬化を利用し、更に低
温靭性を改善するために制御圧延を適用して、板厚３５
ｍｍ以上で、引張強さが７０ｋｇｆ／ｍｍ２以」−の高
強度を有し、板厚中央部での破面遷移温度が一８０’Ｃ
以下の高靭性を有し、しかも溶接性の優れた高強度高靭
性厚肉鋼板を得る方法を提供することを目的とするもの
である。

（課題を解決するための手段） 前記目的を達成するため、本発明者らは、制御圧延の効
果を高め、直接焼入時に変態強化を促進し、なお且つ焼
もどし時に析出硬化させる作用を有するＮｂに着目し、
これを有効に活用する方法について鋭意研究を行った。

その結果、化学成分を適切に調整すると共に、特に粗圧
延段階での圧延条件を適切にコン１−ロールすることに
より、上記の目的を達成でき、優れた溶接性を有する高
強度高靭性厚肉鋼板を製造できる方法を見い出したので
ある。具体的には、主として、 （１）溶接性を向上させるためにＣ量を０．０１〜０．
１０％に低減する、 （２）高強度化のためにＣｕを０．８〜１．５％含有さ
せ、かつ制御圧延の効果を高め、変態強化を促進し、更
に析出硬化作用を有するＮｂを０．０１０−０．０６０
％含有させる、 （３）粗圧延段階での特定の温度域で圧下を加えること
なく且つこの間を一定の冷却速度基」二で冷却するので
ある。

これらの知見に基づいて、更に種々の条件について実験
研究を重ね、ここに本発明をなすに至ったのである。

すなわち、本発明は、Ｃ：Ｏ，Ｏ」〜０．１０％、Ｓｉ
：０．１　ｏ−ｏ、５０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、
ＡＱ：０．０１−０．１０％、Ｃｕ：０．８−１．５％
、Ｎｂ：０．０１−０．０６％、Ｔｉ：Ｏ，ＯＯ５〜０
，０２０％及びＮ：０．０１５％以下を含有し、更に必
要に応じて、Ｎｉ：　３　、０％以下、Ｃｒ：　１　、
０％以下、Ｍｏ：０．５％以下、Ｖ：０．１％以下、１
３：Ｏ，ＯＯ３０％以下及びＣａ：０．００５０％以下
のうちの１種又は２種以上を含有し、残部が鉄及び不可
避的不純物からなる鋼につき、１０００〜１１５０℃の
温度範囲に加熱した後、熱間圧延を行うに際し、粗圧延
においてスラブ表面温度Ｔが次式９式％） を満たす間に圧下を加えることなく、且つこの間スラブ
表面の温度での冷却速度が１２℃／ｍｊｎ以上となるよ
うに冷却し、その後、仕上圧延において８００〜７００
°Ｃで６０％以上の圧下を加えて（Ａｒ３変態点−３０
℃）以上で圧延を完了し、直ちに直接焼入れを行い、更
に焼もどし処理を行うことを特徴とする板厚３５ｍｍ以
上で溶接性の優れた高強度高靭性厚肉鋼板の製造方法を
要しとするものである。

（作用） 以下に本発明を更に詳細に説明する。

まず、本発明における化学成分の限定理由は以下のとお
りである。

Ｃ： Ｃは強度上昇に有効な元素であり、そのためには０．０
１％以上が必要である。しかし、靭性の確保及び耐溶接
割れ性の低下防止の観点から」二限を０．１０％に規制
する必要がある。したがって、Ｃ量は０．０１〜０．１
０％の範囲とする。

Ｓコ　： Ｓｉは脱酸元素であり、０．１０％以上の添加が必要で
あるが、過度の添加は靭性を劣化させるために上限を０
．５０％とする。このため、Ｓ〕量は０．１０−０．５
０％の範囲とする。

Ｍｎ： Ｍ　ｒ＋は強度上昇に有効であり、そのためには０．５
％以上が必要であるが、２．０％を超えて添加すると靭
性が劣化する。したがって、Ｍｎ量は０．５〜２．０％
の範囲とする。

ＡＱ、： Ａｎは脱酸元素であり、０．０１％以上が必要であるが
、過度の添加は介在物を形成し、靭性を劣化させるため
、上限を０．１０％とする。したがって、Ａｆｌ量は０
．０１〜０．１０％の範囲とする。

Ｎｂ： Ｎｂは本発明のポイン１へとなる重要な元素である。す
なわち、Ｎｂは固溶状態で、オーステナイＩ・の再結晶
を抑制し、制御圧延の効果を高め、直接焼入による変態
強化を向」ニさせ、且つ焼もどし時に析出して強度及び
靭性の向上に寄与する元素である。このような効果は０
．０１％以上で発揮されるが、０．０６％を超えると溶
接部の靭性が劣化するので、好ましくない。したがって
、Ｎｂ量０．０１〜０．０６％の範囲とする。

Ｔｉ　： Ｔｉは難溶性の炭窒化物を形成し、スラブ加熱時又は溶
接時のオーステナイト粒の成長を抑制するため、母材及
び溶接時の靭性を向上させる効果を有する元素である。

また、鋼中のＣ，Ｎを固定することにより、固溶Ｎｂが
炭・窒化物として析出することを抑制する効果もある。

そのためには０．００５％以上が必要であるが、０．０
２０％を超えて添加すると粗大な介在物を形成し、靭性
を劣化させる。したがって、Ｔｌ量は０．００５〜０．
０２０％の範囲とする。

Ｎ： Ｎは０．０１．５％を超えて添加すると、母材及び溶接
部の靭性を著しく劣化させるので、Ｎ量は０．０１５％
以下とする。

Ｃｕ： Ｃｕは固溶強化、析出強化或いは焼入性向上による変態
強化に有効な元素である。これらの効果を発揮させるた
めには０．８％以上の添加が必要である。しかし、過度
の添加は靭性を低下させるため、上限を１．５％とする
。したがって、Ｃｕ量は０．８〜１．５％の範囲とする
。

以上の各元素を必須成分とするが、必要に応じて、以下
に示すＮ１、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｂ及びＣａのうちの１種
又は２種以上を適量で添加することができる。

Ｎ１は低温靭性を改善する効果があるが、高価であり、
経済性の観点から３．０％以下とする。

また、主として高強度化の目的でＣｒを１．０％以下、
Ｍｏを０．５％以下、■を０．１−％以下、Ｂを０．０
０３０％以下で添加することができる。また靭性改善の
目的でＣａを０．００５０％以下で添加することができ
る。なお、これらの元素は上限を超えて過度に添加する
と靭性或いは更に溶接性を劣化させるので好ましくない
。

次に本発明における鋳塊加熱、熱間圧延条件の限定理由
について述べる。

鋳塊加熱温度は、オースナナ４１〜粒の粗大化による靭
性劣化を防ぐために１１５０℃以下にする必要がある。

しかし、１０００℃未満では強度及び靭性の向上に有効
に作用する固溶Ｎｂの確保が困難であるので好ましくな
い。

」１記温度範囲に加熱された鋳塊を熱間圧延するに際し
ては、粗圧延及び仕上圧延での条件をコントロールする
必要がある。

すなわち、まず、粗圧延の途中段階においては、スラブ
表面温度Ｔが次式 ％式％） を満たす範囲で圧下を行うことなく、且つこの間を１２
℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で冷却する必要がある。これ
は本発明の最も重要な点である。上記の如く本発明で限
定した温度範囲はオーステティ１−中でＮｂが最も析出
し易い温度であり、この間の圧延はＮｂの析出を著しく
助長する。したがって、この間を圧延することなく、し
かも通常よりも速い冷却速度で冷却することにより、熱
間圧延中のＮｂの析出を極力抑制することができる。こ
の結果、オーステナイト低温域での制御圧延の効果が向
上し、靭性改善が図られると共に、直接焼入れ時の変態
強化の促進、更に焼もどしによるＮｂの析出強化量の増
大が可能となる。更に、この方法によると、この温度域
でのオーステナイト粒の成長を抑制でき、靭性改善の効
果が増大する。

例えば、第１図は、０．０４％Ｃ−０，２５％５ｉ−１
，４％Ｍｎ−０，８％Ｃｕ−０，４％Ｎｊ−０．２％Ｍ
ｏ−０，０４５％Ｎｂ−０．０１０％Ｔ］−０．００４
５％Ｎ−０，０３５％ＡＱからなる組成の鋼について、
粗圧延中断温度範囲での冷却速度（横軸）が強度及び靭
性（縦軸）に及ぼす影響を示したものである。なお、仕
上圧延は８００〜７００°Ｃでの圧下率６５％とし、焼
入れ後、６００°Ｃで焼もどした。同図において、強度
は冷却速度の」１昇と共に上昇し、１２°Ｃ／ｍｉｎ以
上で飽和する傾向を示している。一方、靭性は冷却速度
の」−昇と共に緩やかに向上している。よって、この間
の冷却速度は１２℃／ｍｊｎ以上とする必要があること
がわかる。なお、この間の冷却速度は、好ましくは１５
℃／ｍｉｎとすることにより、より安定して高強度を得
ることができる。

更に、仕」二圧延においては、靭性を向」ニさせるため
に８００〜７００℃のオーステナイト低温域で６０％以
」−の圧下を行う。この温度域は、オーステナイトの未
再結晶温度域であり、この間の圧下はオーステナイト中
に加工歪を付与し、変態後の組織の微細化を促進し、強
度及び靭性を向上させるのである。そのため、少なくと
も６０％の圧下が必要である。また、仕上圧延終了温度
は、その後の直接焼入の効果を充分に発揮させるため、
（Ａｒ３変態点−３０°Ｃ）以上とする必要がある。

圧延後、鋼板は直ちに直接焼入される。これは固溶Ｎｂ
の焼入性向上による変態強化の作用を最大限に発揮させ
るためである。更にこの鋼板には焼もどし処理が施され
るが、これは変態後に固溶状態で存在するＮｂを析出さ
せて高強度を得るためである。

次に本発明の実施例を示す。

（実施例） 第１表に示す化学成分を有する供試鋼を常法により溶製
、鋳造し、得られた鋳塊を第２表に示す温度に加熱した
後、同表に示す条件にて、粗圧延及び仕上圧延を行い、
直ちに焼入れし、更に６００℃の焼もどしを施した。

得られた鋼板について機械的性質（降伏強さＹＳ、引張
強さＴＳ、板厚中央部での破面遷移温度）を調べた。そ
の結果を第２表に併記する。

第２表より明らかなように、本発明例であるＮａ１（鋼
Ａｌ）、ＮＯ，７（鋼Ｂ）、Ｎａ　１１　（鋼Ｆ）、Ｎ
［１１２（鋼Ｇ）、Ｎα１３（鋼Ｈ）はいずれも引張強
さが７０ｋｇｆ／ｍｍ”以上あり、しかも板厚中央部で
の破面遷移温度ｖＴｒｓが一８０℃以下となり、優れた
強度靭性バランスを有していることがわかる。勿論。

化学成分、特にＣ量が低いので、溶接性に優れている。

一方、本発明例と同一化学成分を有する鋼であっても、
加熱及び圧延条件が本発明範囲外であるもの、すなわち
、Ｎａ　２　（ｍ　Ａ　）−Ｎｏ　６　（鋼Ａ）では強
度が７０　ｋｇｆ　／　ｍｍ２に達していないか、或い
は板厚中央部での破面遷移温度が一８０℃より高くなっ
ている。

また、本発明の化学成分範囲から外れた成分を有する鋼
Ｃ−Ｅに関する比較例Ｎα８（ｆｉｃ）、Ｎａ　９（鋼
Ｄ）、Ｎα１０（鋼Ｅ）では、加熱及び圧延条件か本発
明で定めた条件範囲内であっても、引張強さが７０　ｋ
ｇｆ　／　ｍｍ２以下であるか、或いは更に破面遷移温
度が一８０’Ｃ以上であり、目標とした特性が得られて
いない。

［以下余白］ 。呻 （発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、適切に化学成分
を調整した鋼に、粗圧延段階で特定温度域において圧延
を中断してこの間を通常よりも速い冷却速度で冷却し、
更に特定の条件にて仕上圧延し、直ちに焼入れし、更に
焼もどしを施すので、引張強さ７０　ｋｇｆ　／　ｍｍ
２以上、破面遷移温度−８０℃以下で強度−靭性バラン
スに優れ、且つ溶接性の優れた高強度高靭性厚肉鋼板を
製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は引張強さと、板厚中央部での破面遷移温度に及
ぼす粗圧延中断時の冷却速度の影響を示す図である。 特許出願人　　株式会社神戸製鋼所 代理人弁理士　中　　村　　　尚

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で（以下、同じ）、Ｃ：０．０１〜０．１
   ０％、Ｓｉ：０．１０〜０．５０％、Ｍｎ：０．５〜２
   ．０％、Ａｌ：０．０１〜０．１０％、Ｃｕ：０．８〜
   １．５％、Ｎｂ：０．０１〜０．０６％、Ｔｉ：０．０
   ０５〜０．０２０％及びＮ：０．０１５％以下を含有し
   、残部が鉄及び不可避的不純物からなる鋼につき、１０
   ００〜１１５０℃の温度範囲に加熱した後、熱間圧延を
   行うに際し、粗圧延においてスラブ表面温度Ｔが次式 ９００℃≦Ｔ＋ｔ≦１０００℃（ｔ：スラブ厚）を満た
   す間に圧下を加えることなく、且つこの間スラブ表面の
   温度での冷却速度が１２℃／ｍｉｎ以上となるように冷
   却し、その後、仕上圧延において８００〜７００℃で６
   ０％以上の圧下を加えて（Ａｒ＿３変態点−３０℃）以
   上で圧延を完了し、直ちに直接焼入れを行い、更に焼も
   どし処理を行うことを特徴とする板厚３５ｍｍ以上で溶
   接性の優れた高強度高靭性厚肉鋼板の製造方法。
2. （２）前記鋼が、Ｎｉ：３．０％以下、Ｃｒ：１．０％
   以下、Ｍｏ：０．５％以下、Ｖ：０．１％以下、Ｂ：０
   ．００３０％以下及びＣａ：０．００５０％以下のうち
   の１種又は２種以上を含有しているものである請求項１
   に記載の方法。