JPH04165015A - 板厚中央部の靱性の優れた厚肉高強度鋼板の製造方法 - 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、板厚中央部の靭性の優れた厚肉高強度鋼板の
製造方法に関し、さらに詳しくは、溶接性を良好にする
ためＣｕの析出強化を利用することによりＣ量を低減し
、板厚５０ｍｍ以上で、引張強さが６０ｋｇｆ／＋ｗａ
＋”以上、板厚中央部の靭性がシャルビ衝撃試験で破面
遷移温度（ｖＴ、、）が−８０℃以下を満足する板厚中
央部の靭性の優れた厚肉高強度鋼板の製造方法に関する
ものである。

（従来の技術） 従来から高強度で溶接性が良好な鋼板として、Ｃｕ析出
強化型高張力鋼が知られており、米国特許第３６９２５
１４号およびＡＳＴＭ規格Ａ７１０にその例をみること
ができる。

しかし、近年構造物の大型化と使用環境の過酷化に伴い
、使用鋼材に要求される特性も厳しくなってきた。

この要求に応えるべく、つぎのような技術が提案されて
いる。

例えば、制御圧延、直接焼入れ、時効処理を組み合わせ
ることにより溶接性および靭性の改善を図った製造方法
（特開昭６２−２５６９１５号、特開昭６２−５４０１
９号）などがある。

（発明が解決しようとする課Ｂ） しかし、上記特開昭６２−２５６９１５号および特開昭
６２−５４０１９号で提案している製造方法では、板厚
５０■−以上の厚内鋼板の板厚中央部において、ｖ　Ｔ
　ｒ　ｉ≦−８０℃を満足させることは難しい、すなわ
ち、板厚５０＋ｍｍ未満の鋼板を圧延する場合と同じよ
うに、綱片表面温度が９００℃超えの圧延と９００℃以
下の圧延に単に振り分ける２段階の制御圧延では、厚肉
綱板の板厚中央部のオーステナイト粒は十分に細粒にな
らず、冷却後の組織が上部ベイナイト組織となり靭性の
確保は困難である。

厚肉鋼板の場合、トータル圧下量が十分にとれないため
、高靭性を得るためには、特に制御圧延において圧延温
度域とその圧延温度域での圧下配分を適切にすることが
必要である。また、従来、制御圧延は綱片の表面温度で
管理されているが、鋼片厚やｌＡ調時の冷却のしかたに
よって、綱片表面温度が同じであっても鋼片厚中央部の
温度は異なってくる。したがって、板厚中央部の靭性を
確保するためには、制御圧延に際して、鋼片厚中央部の
温度で管理すべきである。

本発明は、こうした観点で、厚肉綱板の板厚中央部にお
いて、Ｖ　Ｔ　ｒ　ｓ≦−８０℃を確保し、かつ、引張
強さが６０ｋｇｆ／ｍｓ＋”以上とするための製造方法
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） 本発明は、上記に説明した靭性の優れた厚肉高強度鋼板
の製造方法の問題点に鑑み、本発明者らがＣｕ析出強化
を利用し、特に加熱条件、圧延温度域、圧下条件を適切
に制御することによって板厚中央部の靭性の優れた厚肉
高強度鋼板の製造が可能であるという知見を得て完成さ
れたもので、その第１発明は、Ｃ：０．０１〜０．１０
％、Ｓｉ：０．０５〜０．５０％、Ｍｎ：Ｏ，１１１−
２，０％、Ｓ：０．００５％以下、Ａｌ：０．００５〜
０．１０％、Ｃｕ：０．７〜２．０％、Ｎｉ：０．５〜
３．５％、Ｎｂ：０．０１〜０．１０％、Ｔｉ：０．０
０５〜０．０２０％、Ｎ：０．００３０〜０．００８０
％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物から成る綱片
を、９００〜１０５０℃の温度範囲に加熱後、鋼片厚中
央部の温度が９００℃超えで圧下率１０〜５０％の圧延
を行い、その後水冷または空冷し、鋼片厚中央部の温度
が８００〜９００℃で圧下率２０％以上の圧延を行い、
さらに水冷または空冷後、鋼片厚中央部の温度が（＾ｒ
＋＋３０）　℃以上８００℃未満で圧下率３０％以上の
圧延を行い、圧延終了後、２℃／ｓｅｃ以上の冷却速度
で４００℃以下の温度まで冷却を行い、さらに、５５０
℃〜＾ｃ１　の温度範囲で析出強化処理を行う板厚中央
部の靭性の優れた厚肉高強度鋼板の製造方法である。

第２発明は、Ｃ：０．０１〜０．１０％、Ｓｉ　：０．
０５〜０．５０％、Ｍｎ：０．８〜２．０％、Ｓ：０．
００５％以下、Ａｌ：０．００５〜０．１０％、Ｃｕ：
０．７〜２．０％、Ｎｉ：０．５〜３．５％、Ｎｂ：０
．０１〜０．１０％、Ｔｉ：０．００５〜０．０２０％
、Ｎ：０．００３０〜０．００８０％を含有し、さらに
、Ｃｒ：０．０１〜０．５０％、Ｍｏ：０．０１〜０．
５０％、Ｖ：０．００５〜０．１０％、Ｃａ：０．００
０５〜ｏ、ｏｏｓｏ％、ＲＥＭ：０．００５〜０．０５
０％の内から１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅお
よび不可避不純物から成る鋼片を、９００〜１０５０℃
の温度範囲に加熱後、鋼片厚中央部の温度が９００℃超
えで圧下率１０〜５０％の圧延を行い、その後水冷また
は空冷し、鋼片厚中央部の温度が８００〜９００℃で圧
下率２０％以上の圧延を行い、さらに水冷または空冷後
、鋼片厚中央部の温度が（＾ｒ２＋３０）　℃以上８ｏ
ｏ’ｃ未満で圧下率３０％以上の圧延を行い、圧延終了
後、２℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で４００℃以下の温度
まで冷却を行い、さらに、５５０℃−Ａｃ＋の温度範囲
で析出強化処理を行う板厚中央部の靭性の優れた厚肉高
強度鋼板の製造方法である。

（作用） 以下に、本発明における化学成分の限定理由について説
明する。

Ｃは、溶接性を害するため低い方が望ましく、また、圧
延前の綱片加熱時に低温の加熱温度においてもＮｂの固
溶量を多くするために、上限を０．１０％とした。しか
し、強度確保のためには０．０１％以上が必要である。

したがって、Ｃ量は０．０１〜０．１０％の範囲とする
。

Ｓｔは、鋼の脱酸と強化に有用な元素であり、０゜０５
％以上の添加が必要であるが、過度の添加は溶接性およ
び靭性を劣化させるたあ上限を０．５０％とする。この
ため、Ｓｉ量は０．０５〜０．５０％の範囲とする。

Ｍｎは、強度上昇に有効であり、そのためには０゜８％
以上の添加が必要であるが、２．０％を超えて添加する
と溶接性が劣化する。したがって、Ｍｎ量は０．８〜２
．０％の範囲とする。

Ｓは、ＭｎＳ介在物の生成により、シャルビ吸収エネル
ギを低下させる元素であるため、Ｓｉは０゜００５％以
下とする。

Ａｌは、脱酸元素であり、０．００５％以上の添加が必
要であるが、過度の添加は介在物を形成し、靭性を劣化
させるために上限を０．１０％とする。したがって、Ａ
ｌ量はｏ、ｏｏｓ〜０．１０％の範囲とする。

Ｃｕは、本発明の特徴とする元素で、圧延冷却後の析出
強化処理による析出強化作用を活用することにより、低
Ｃ化、低炭素当量化を可能とし、溶接性の向上をもたら
す貴重な元素である。この析出強化作用を有効に得るに
は、０．７％以上の添加が必要である。しかし、多量の
添加は靭性を低下させるため、上限を２．０％とする。

したがって、Ｃｕ量は０．７〜２．０％の範囲とする。

Ｎｉは、Ｃｕ析出強化型鋼板において、Ｃｕ添加に起因
する熱間圧延時の割れを防止するため、０．５％以上必
要である。また、Ｎｉの添加により靭性の向上効果があ
が、高価な元素であるため、上限を３゜５％とする。し
たがって、Ｎｉ量は０．５〜３．５％の範囲とする。

Ｎｂは、圧延時の結晶粒微細化による靭性向上効果およ
び圧延冷却後の析出強化処理による析出強化効果を示す
元素であり、これらの効果を有効に発揮させるためには
、０，０１％以上の添加が必要である。しかし、０．１
０％を超える添加は靭性を損なうため、Ｎｂ量は０．０
１〜０．１０％の範囲とする。

丁’ｒは、強い窒化物形成元素であり、ＴｉＮの微細析
出による結晶粒微細化効果をもたらし、靭性の向上ムこ
有用である。この効果を得るには、０．００５％以上の
添加が必要であるが、多量に添加すると靭性が劣化する
ため、上限を０．０２０％とする。したがって、Ｔｉ量
は０．００５〜０．０２０％の範囲とするＮは、Ｔｉと
ともにＴｉＮの微細析出による低温靭性の改善に効果が
あり、このためには、０．００３０％以上の添加が必要
である。しかしながら、過度の添加は靭性を劣化させる
ため、上限を０．００８０％に抑える必要がある。した
がって、Ｎ量はｏ、ｏｏａｏ〜０．００８０％の範囲と
する。

以上の各成分のほか、本発明においては、必要に応じて
Ｃｒ、　Ｍｏ、ν、Ｃａ、　ＲＥＭの内から１種または
２種以上を添加することができる。

Ｃｒは、強度上昇に有効な元素であり、この効果を有効
に発揮させるためには、０．０１％以上の添加が必要で
あるが、多量の添加は溶接性を害するため、上限を０．
５０％とする。したがって、Ｃｒ量は０゜０１〜０．５
０％の範囲とする。

Ｍｏは、強度上昇に有効な元素であり、この効果を有効
に発揮させるためには、０．０１％以上の添加が必要で
あるが、多量の添加は溶接性を害するため、上限を０．
５０％とする。したがって、Ｍｏ量は０゜０１〜０．５
０％の範囲とする。

Ｖは、強度上昇に有効な元素であり、この効果を有効に
発揮させるためには、ｏ、ｏｏｓ％以上の添加が必要で
あるが、多量の添加は溶接性、靭性を低下させるため、
上限を０．１０％とする。したがって、Ｖ量は０．００
５〜０．１０％　＋７）範囲トスル。

Ｃａは、介在物形態制御元素であり、靭性改善、板厚方
向の延性改善に効果があり、この効果を発揮させるため
には、０．０００５％以上の添加が必要である。しかし
、０．００５０％を超えて添加しても、その効果の向上
は望めない。したがって、Ｃａ量は０゜０００５〜ｏ、
ｏｏｓｏ％の範囲とする。

ＲＥＭは、介在物形態制御Ｂ元素であり、靭性改善、板
厚方向の延性改善に効果があり、この効果を発揮させる
ためには、０．００５％以上の添加が必要である。しか
し、０．０５０％を趙えて添加しても、その効果の向上
は望めない。したがって、ＩｉＥ？Ｉ　′Ｉは０．００
５〜０．０５０％の範囲とする。

つぎに、圧延条件の限定理由について述べる。

鋼片加熱温度については、加熱時のオーステナイト結晶
粒の粗大化を防止するため、低温の方が望ましく、特に
、厚肉綱板の圧延ではトータル圧下量が少なく圧延によ
る結晶粒の細粒化には限度があるため、鋼片加熱時にす
てに細粒オーステナイトにしておくという考えから、加
熱温度の上限を１０５０℃とする。一方、圧延中の結晶
粒の微細化および圧延後の析出強化に有効なＮｂを固溶
させるため、加熱温度の下限を９００℃とする。

圧延温度域、圧下条件の適切化が本発明の大きな特徴で
あり、特に、圧延温度域の振り分けを３段階に分けてい
ることである。従来の２段階の圧延法では、第一段めの
圧延は加熱炉からの抽出直後に行われる再結晶域の圧延
であり、第二段めの圧延は未再結晶域で行われる圧延で
ある。

一般に、板厚が５０１未満の鋼板の場合、加熱炉からの
抽出直後の９００℃超えの再結晶域の第一段めの圧延と
８００℃未満の未再結晶低温域の第二段めの圧延で十分
な靭性が得られるが、厚肉高強度鋼板の場合、トータル
圧下量が十分にとれないため、９００℃超えと８００℃
未満で圧延したのみではオーステナイト粒が微細化せず
、良好な靭性は得られない。そこで、本発明者らが鋭意
研究を行った結果、板厚中央部の靭性を向上させるため
には、この２段階の圧延に加えて鋼片厚中央部の温度が
８００〜９００℃の温度域で圧下することが極めて重要
であることを見出した。

第１図に、板厚７５−一の厚肉鋼板の板厚中央部のＶ　
Ｔ　ｒ　ｓに及ぼす第二段め圧延開始時の鋼片厚中央部
の温度の影響を示す、第１図に示すように、第二段め圧
延は鋼片厚中央部の温度が８００〜９００℃の温度域で
行うことが重要であり、この温度域で圧下を加えること
によりオーステナイト粒が微細化し、厚肉高強度鋼板の
高靭性の確保が可能となる。

鋼片厚中央部が９００℃超えの加熱炉からの抽出直後の
第一段めの圧延は、再結晶によりオーステナイト粒を細
粒化させ、次段階の８００〜９００℃の圧延でのオース
テナイト粒の微細化をより一層効果的にするためのもの
である。また、鋼片厚中央部が９００℃超えの温度のと
き、圧延中に鋼片表面近傍は約１００℃低い８００〜９
００℃の温度となるため、鋼板表面近傍の靭性を確保す
るためにもこの第一段めの圧延は効果的である。この効
果を得るためには圧下率１０％以上の圧延が必要である
。−方、厚肉鋼板の場合、トータル圧下量が多くとれな
いため、この９００℃超えの温度域で圧下を多くとりす
ぎると、より重要な第二段めの圧延で圧下が十分にとれ
なくなるため圧下率の上限を５０％とする。

鋼片厚中央部の温度が８００〜９００℃での、第二段め
の圧延は、前述のように重要で、９００℃趙えての第一
段めの圧延で十分細粒にならなかったオーステナイト粒
をより微細にするものであり、圧下率は２０％以上が必
要である。

第三段めの圧延は、鋼片厚中央部の温度が８００℃未満
のフェライト変態核生成サイト導入のための未再結晶域
圧延である。この圧延は歪みの蓄積のためにはオーステ
ナイトのより低温域の圧延が効果的であるが、低温にな
りすぎると鋼片表面近傍の温度がＡｒ３より低くなりす
ぎ、鋼片表面近傍の初析フェライトが加工され、鋼板表
面近傍の靭性が劣化するという問題がある。そこで、鋼
片表面近傍の温度がＡｒｚより低くなりすぎないように
、鋼片厚中央部の温度を（Ａｒｓ＋３０）　℃以上とす
る、圧下率については、フェライト変態の核生成サイト
を効果的に導入するため、３０％以上が必要である。こ
こで、Ａｒｓは次式で与えられる。各合金元素は含有量
（％）で、ｔは板厚（ｉｎ）で表す。

Ａｒｓ　（℃）＝９１０−３１０Ｃ−８０Ｍｎ−２０Ｃ
ｕ−１５Ｃｒ−５５Ｎｉ−８０Ｍ。

＋０．３５（ｔ−８） このようにして、この３段階の圧延をすることによって
、トータル圧下量のとれない厚肉高強度鋼板の板厚中央
部において、はじめて、オーステナイト粒の微細化と効
果的な歪みの導入が可能となる。

また、鋼片厚中央部の温度が９００″Ｃ超え、８００〜
９００′Ｃ２（Ａｒｘ＋３０）　℃以上８００℃未満の
３段階で圧延するとき、つぎの段階の圧延温度まで冷却
する方法は空冷でもよいが、水冷の方が好ましい。この
理由は、水冷の方が鋼片表面と鋼片厚中央部との温度差
が大きくなり鋼片表面近傍が硬くなるため、鋼片厚中央
部へ圧下がよく伝わるためである。さらに、水冷の方が
全圧延時間が短縮され生産性も向上するという長所があ
る。

圧延後の冷却は、組織を細粒化し、Ｃｕ、　Ｎｂをでき
るだけ固溶させたままの状態で、冷却後の析出強化処理
で、析出強化作用を発揮できるように、２℃／ｓｅ（以
上の冷却速度で４００℃以下の温度まで冷却する必要が
ある。こうした、加熱、圧延、冷却条件の組み合わせに
より、厚肉鋼板の板厚中央部においてもベイナイト単相
組織ではなく、フェライトを含有する組織とすることが
でき、高靭性の確保が可能となる。

さらに、冷却後の析出強化処理はＣｕの析出およびＮｂ
炭窒化物の析出による強化を図るために行うものであり
、この効果を得るためには、５５０℃〜Ａｃ＋　の温度
範囲で行う必要がある。５５０℃未満ではＣｕおよびＮ
ｂ炭窒化物の析出に長時間を要し、−方、Ａｃｔ　を超
える温度ではＣｕおよびＮｂ炭窒化物の析出物が粗大化
し十分な析出強化が得られない。

このため、析出強化処理温度は５５０℃−Ａｃｔの温度
範囲とする。なお、Ａｃｔ　は次式で与えられる。

各合金元素は含有量（％）で表す。

Ａｃｔ　（℃）＝７２３−１４Ｍｎ＋２２Ｓｉ−１４，
４Ｎｉ＋２３．３Ｃｒ（実施例） 以下に、本発明の実施例について説明する。

供試鋼板は第１表に示す化学成分を有する鋼を常法によ
り溶製、鋳造し、得られた綱片を第２表に示す製造条件
にしたがい、加熱、圧延、冷却および析出強化処理を行
ったものである。これらの鋼板から試験片を採取し、引
張試験および２ｍｍＶノツチシャルビ衝撃試験を行った
。その結果を第２表に併記する。

第１表には本発明法および比較例の化学成分を、第２表
には板厚、製造条件および機械的性質をそれぞれ示す。

（以下余白） 第２表の本発明法によるＮ０１１．４．９．１０は何れ
も、引張強さは６０ｋｇｆ／ｍｓ”以上の値を示し、ま
た、−８０℃でのシャルビ吸収エネルギは１９ｋｇｆ　
。

園以上、遷移温度（ｖＴ、、、）は−８５℃以下で極め
て良い値を示している。

これに対して、比較例Ｎｏ、２．５は加熱温度が高めに
外れているため、強度は高いものの、靭性は良くない、
比較例Ｎｏ、３．６は第二段めの圧延温度域が高いため
、靭性が良くない、また、比較例Ｎ。

、７は第二段めの圧延温度域が低いため、靭性がよくな
い、比較例Ｎｏ、８は第三段めの圧延温度域が高いため
、靭性が良くない。比較例Ｎｏ、１１はＣｕ量が低いた
め強度が低く、比較例Ｎｏ、１２はＣ量が高いため、強
度は高いが靭性が良くない、なお、比較例Ｎｏ、６は第
一段めと第二段めの圧延を連続して行った２段階圧延で
、Ｎｏ、７．８は第二段めと第三段めの圧延を連続して
行った２段階圧延である。

以上の実施例の結果からも明らかなように、本発明に係
わる板厚中央部の靭性の優れた厚肉畜強度鋼板の製造方
法は、高強度で低温靭性に優れた厚肉鋼板の製造に最も
相応しいものである。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明はＣｕの析出強化を利用し
、特に、加熱条件、圧延温度域、圧下条件を適切に制御
しているため、板厚５０＋ｕ＋以上の厚肉鋼板で、引張
強さが６０ｋｇｆ／ｍｓ”以上で、かつ、板厚中央部の
靭性ｖ　Ｔ　ｒ　ｓが一８０℃以下を満足することがで
きるという優れた効果を有するものである４

【図面の簡単な説明】

第１図は、板厚７５−の厚肉鋼板の板厚中央部のＶ　Ｔ
　ｒ　＊に及ぼす第二段め圧延開始時の鋼片厚中央部の
温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　　金丸　章−

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃ：０．０１〜０．１０％、Ｓｉ：０．０５〜０
   ．５０％、Ｍｎ：０．８〜２．０％、Ｓ：０．００５％
   以下、Ａｌ：０．００５〜０．１０％、Ｃｕ：０．７〜
   ２．０％、Ｎｉ：０．５〜３．５％、Ｎｂ：０．０１〜
   ０．１０％、Ｔｉ：０．００５〜０．０２０％、Ｎ：０
   ．００３０〜０．００８０％を含有し、残部Ｆｅおよび
   不可避不純物から成る鋼片を、９００〜１０５０℃の温
   度範囲に加熱後、鋼片厚中央部の温度が９００℃超えで
   圧下率１０〜５０％の圧延を行い、その後水冷または空
   冷し、鋼片厚中央部の温度が８００〜９００℃で圧下率
   ２０％以上の圧延を行い、さらに水冷または空冷後、鋼
   片厚中央部の温度が（Ａｒ＿３＋３０）℃以上８００℃
   未満で圧下率３０％以上の圧延を行い、圧延終了後、２
   ℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で４００℃以下の温度まで冷
   却を行い、さらに、５５０℃〜Ａｃ＿１の温度範囲で析
   出強化処理を行うことを特徴とする板厚中央部の靭性の
   優れた厚肉高強度鋼板の製造方法。
2. （２）Ｃ：０．０１〜０．１０％、Ｓｉ：０．０５〜０
   ．５０％、Ｍｎ：０．８〜２．０％、Ｓ：０．００５％
   以下、Ａｌ：０．００５〜０．１０％、Ｃｕ：０．７〜
   ２．０％、Ｎｉ：０．５〜３．５％、Ｎｂ：０．０１〜
   ０．１０％、Ｔｉ：０．００５〜０．０２０％、Ｎ：０
   ．００３０〜０．００８０％を含有し、さらに、Ｃｒ：
   ０．０１〜０．５０％、Ｍｏ：０．０１〜０．５０％、
   Ｖ：０．００５〜０．１０％、Ｃａ：０．０００５〜０
   ．００５０％、ＲＥＭ：０．００５〜０．０５０％の内
   から１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可
   避不純物から成る鋼片を、９００〜１０５０℃の温度範
   囲に加熱後、鋼片厚中央部の温度が９００℃超えで圧下
   率１０〜５０％の圧延を行い、その後水冷または空冷し
   、鋼片厚中央部の温度が８００〜９００℃で圧下率２０
   ％以上の圧延を行い、さらに水冷または空冷後、鋼片厚
   中央部の温度が（Ａｒ＿３＋３０）℃以上８００℃未満
   で圧下率３０％以上の圧延を行い、圧延終了後、２℃／
   ｓｅｃ以上の冷却速度で４００℃以下の温度まで冷却を
   行い、さらに、５５０℃〜Ａｃ＿１の温度範囲で析出強
   化処理を行うことを特徴とする板厚中央部の靭性の優れ
   た厚肉高強度鋼板の製造方法。