JPH02166227A - 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Ａ、　Ｓ　Ｔ　ＭＡ７１０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、上記鋼の場合、板厚３５ｍｍ以上の厚肉鋼板に
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れを施す方法が提
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、オーステナイト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℃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／ｍｍ”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。 上記の理由により、これまでは、Ｃｕ析出硬化を利用し
て、板厚３５ｍｍ以上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ｓ　ｏ　ｏ　’ｃ以」二の如
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６２−２５６９１５号、同６１−１４９８４５号
）、或いは再加熱焼入れする方法（特開昭６１−１−４
９４．３０号、同６２−１４９８４５号）が試みられて
いるが、前者の場合は、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、また後者では再加熱によるニス１ヘアツブの問題が
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／ｍｍ”以上の高強
度を有し、板厚中央部での破面遷移温度が一８０℃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
肉銅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１本発明者らは、制御圧延の効
果を高め、直接焼入れ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、特に圧延
段階での圧延条件を適切にコント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）加熱段階でＮｂを十分に固溶させた後、圧延段階
で、まず、圧下を加えることなく一定の冷却速度以上で
冷却した後、圧延を行うのである。 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：０．０１〜０．１０％、Ｓｉ
：０．１０−０．５０％、Ｍｎ二０．５〜２．０％、八
Ω：０．０１〜０．１０％、Ｃｕ：　０　、８〜１．５
％、Ｎｂ：０．０１〜０．０６％、Ｔｉ：０．００５〜
０．０２０％及びＮ：Ｏ，Ｏ’１５％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二０．５％以下、Ｖ：０．１％以下、Ｂ：Ｏ
，０Ｏ３０％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、１１００℃以上でＮｂが十分に
固溶する温度範囲に加熱した後、直ちにスラブ表面温度
が８５０〜１０００℃の温度域まで圧下を加えることな
く２０°Ｃ／ｍｉｎ以上の冷却速度にて冷却し、その後
の圧延において６０％以上の圧下を加えて（Ａｒ３変態
点温度−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特
許５ｍｍ以上で溶接性の優れた高強度高靭性厚肉鋼板の
製造方法を要旨とするものである。 以下に本発明を更に詳細に説明する。 （作用） まず１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」Ｌの観点から上限を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。 Ｓｌ： 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ので上限を０．
５０％とする。このため、Ｓｉ量は０゜１０−０．５０
％の範囲とする。 Ｍｎ： Ｍｎ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。 Ａｌ： 八〇は脱酸元素であり、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、ΔΩ量は０．
０１〜０．１０％の範囲とする。 Ｎｂ： Ｎｂは本発明のポイントとなる重要な元素である。すな
わち、Ｎｂは固溶状態で、オーステナイトの再結晶を抑
制し、制御圧延の効果を高め、直接焼入れによる変態強
化を向上させ、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０．０
１％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、Ｎ
ｂ量は０．０１〜０．０６％の範囲とする。 Ｔｊ： Ｔ１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
び溶接部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　２　０％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、Ｔｉ量は０．０　０　５〜０。 ０２０％の範囲とする。 Ｎ　： Ｎは０．０　１　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、０　１
　５％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Ｎｉ．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。 Ｎｉ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　
０　３　０％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０．０　０　５　０％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。 スラブの加熱では、強度及び靭性の向上に有効に作用す
る固溶Ｎｂを確保することが必要である。 このためには、少なくとも１１００℃以上に加熱する必
要がある。 次に、熱間圧延を行うが、圧延条件を限定する理由は以
下のとおりである。 一般にＮｂは、固溶状態でオーステナイトの再結晶を抑
制するため、圧延により結晶粒の微細化を図ることがで
き、靭性改善に有効である。しかし、製品厚が３５ｍｍ
を超える厚物の板厚中央部では、圧延による圧下効果が
十分に及ばないため、結晶粒が微細化されにくく、Ｎｂ
添加によっても靭性改善を図ることは困難である。そこ
で、本発明では、厚物材で板厚中央部まで圧下効果を与
えるべく、圧延条件を限定した。 すなわち、上記加熱後、直ちにスラブ表面温度が８５０
〜１０ｏＯ℃となる温度域まで圧下を加えることなく２
０°Ｃ／ｍｉｎ以上の冷却速度にて冷却し、その後、圧
延を行うのである。これは、本発明の最も重要な点であ
る。 上記の如く、加熱後のスラブを直ちに冷却すると、スラ
ブ表面部と中心部で大きな温度差が生し、その結果、ス
ラブ表面部と中心部に変形抵抗の差が生じる。この状態
にて圧下を加えると、スラブ表面部と中心部での温度差
が小さい通常圧延のものに比べ、スラブ中心部への圧下
効果が大きくなる。したがって、特にＮｂを固溶した鋼
において、圧延しこよる細粒化が可能となり、靭性を向
上させることができるのである。 更にこの方法によると、加熱後のスラブを直ちに、通常
より速い冷却速度で冷却するため、冷却中のＮｂの析出
を抑制することができ、これにより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
大により強度を大幅に向上させることができる。 例えば、第１図は、基礎実験の結果の一例を示したもの
であり、０．０４％Ｃ−０，２５％Ｓｉ１．４％Ｍｎ−
〇、８％Ｃｕ−０．４％Ｎｉ　−０、２％Ｍｏ−０，０
４５％Ｎｂ−０．０１０％Ｔｉ−０，００４５％Ｎ−０
，０３５％ＡＤ、からなる組成の鋼しこついて、加熱後
直ちに２０　℃／　ｍｉｎの冷却速度で冷却を行った場
合における加熱後スラブの冷却停止温度が強度・靭性に
及ぼす影響を示した図である。なお、圧延完了温度は約
７５０℃、全圧下率は７ｏ％とし、焼入れ後、６００°
Ｃで焼もどした。 同図において、強度は冷却停止温度が低くなると共に上
昇し、靭性は冷却停止温度が低くなると共に向上する傾
向を示していることがわかる。 以上の基礎実験により、本発明の目的とする弓張強さ７
０ｋｇｆ／ｍｍ２以上、破面遷移温度−８０°Ｃ以下を
共に達成するためには、冷却停止温度を１０００°Ｃ以
下とする必要があることが判明した。 一方、冷却停止温度が低くなりすぎると、スラブ表面部
の変形抵抗が大きくなりすぎ、その後の圧延段階で所定
の鋼板形状を確保することが困難となる。これを防止す
るためには、冷却停止温度を８５０℃以上とする必要が
ある。 また、冷却停止後の圧延段階での圧下は、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。そのため、少なくとも６
０％の圧下が必要である。 また、仕上圧延終了温度は、その後の直接焼入れの効果
を十分に発揮させるために、（Ａｒ３変態点温度−３０
℃）以上とする必要がある。 圧延後、鋼板は直ちに直接焼入れされる。これは固溶Ｎ
ｂ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、冷却、粗圧延及び仕上圧延を
行い、直ちに焼入れし、更に６０℃の焼もどしを施した
。 得られた鋼板について板厚中央部での機械的性質（引張
強さＴＳ、破面遷移温度ｖ　Ｔ　ｒｓ）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Ｎα１（１
ｉ１Ａ）、Ｎｎ　６　（鋼Ｂ）、Ｎα」、０（鋼Ｆ）、
Ｎα１１（［Ｇ　）、Ｎα１２（鋼Ｈ）はいずれも引張
強さが７０ｋｇ　ｆ　／　ｍｍ２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、
プロセス条件（加熱、冷却、圧延条件）の少なくとも１
つが本発明範囲外である比較例、すなわち、Ｎｏ、　２
　（鋼Ａ）−Ｎｎ５（鋼Ａ）では強度が７０ｋｇｆ／ｍ
ｍ２に達しておらず、また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組成を有する鋼
Ｃ−Ｅに関する比較例ＮＯ，’ｙ　（鋼ｃ　）、Ｎα８
（鋼Ｄ）、Ｎｏ−９（鋼Ｅ）では、プロセス条件が本発
明で定めた条件範囲内であっても、引張強さが７０ｋｇ
ｆ／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】

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、適切な化学成分
を調整した鋼に、所定の温度に加熱したスラブを圧下を
加えることなく所定の温度域まで速い冷却速度で冷却し
、しかる後に特定の条件で圧延し、直ちに焼入れし、更
に焼もどしを施すので、板厚３５ｍｍ以上で、引張強さ
７０　ｋｇｆ　／　ｍｍ２以上の高強度を有し、破面遷
移温度−８０℃以下の高靭性を有し、強度−延性バラン
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図は加熱後スラブの冷却停止温度が強度、靭性に及
ぼす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、１１
   ００℃以上でＮｂが十分に固溶する温度範囲に加熱した
   後、直ちにスラブ表面温度が８５０〜１０００℃の温度
   域まで圧下を加えることなく２０℃／ｍｉｎ以上の冷却
   速度にて冷却し、その後の圧延において６０％以上の圧
   下を加えて（Ａｒ＿３変態点温度−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。