JPH04308034A - 高強度高靭性構造用鋼板の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高強度高靭性構造用鋼
板を生産性良く経済的に製造する方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、溶接性の改善のために鋼中に添加
する合金元素量を削減し、加速冷却法によって、高強度
並びに高靭性を有する構造用鋼板を製造する技術が開発
され、造船用あるいは海洋構造物用等の鋼板を中心に適
用されている。

【０００３】例えば、特公昭６２−１３０２１６号公報
に見られる「Ｔｉ添加鋼に低温のオーステナイト未再結
晶域で熱間圧延を施した後、これを直ちに冷却速度１℃
／秒以上で加速冷却して高強度・高靭性の厚鋼板を製造
する方法」や、特公昭６２−１６４８２０号公報に見ら
れる「鋼片を熱間圧延した後、直ちに炭素当量をも考慮
した所定の水量密度で加速冷却して極厚鋼板を得る方法
」等がある。

【０００４】ところで、前記「加速冷却法」を適用する
場合でも、少量ではあるが圧延−加速冷却による強化作
用を高めるためにＮｂ、Ｖ、Ｔｉ等の析出型合金元素が
添加されるのが普通で、これらの元素の強化作用は加熱
時に再固溶した前記合金元素量にほぼ比例するとされて
おり、溶接性への悪影響を考慮した上で目的強度に応じ
た合金元素の添加量の調整がなされている。

【０００５】この加速冷却法を更に改善する方法として
、圧延中にオ−ステナイト中に析出する量を制御して、
加速冷却時の析出制御による厚鋼板の高強度・高靭化方
法の提案が特開平１−２７５７１９号公報にある。 この方法は、圧延を終了して仕上圧延にかかる間の１０
００℃から８５０℃の間において、その少なくとも７０
℃以上にわたる温度範囲を０．５℃／秒以上の冷却速度
で冷却し、Ｎｂ炭窒化物やＶ炭窒化物等の圧延歪による
析出ノ−ズたる８５０℃〜１０００℃の温度域での析出
制御を行い、強度で約９ｋｇｆ／ｍｍ２　の上昇効果を
記載している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た各提案は実用時に次に述べる様な問題を内在しており
改善が待たれている。従来行われてれてきた加速冷却法
による厚鋼板の製造手段では、固溶していたＮｂやＶが
圧延中にオ−ステナイト中に析出し、析出強化時に必要
な析出が見られず、析出強化作用が達成されず、コスト
的にも加速冷却法適用による利益を十分に享受していな
い。

【０００７】また、上記加速冷却法を更に改善するとす
る特開平１−２７５７１９号公報記載の方法は、加速冷
却用水冷を粗圧延と仕上圧延間に限定している。このた
め粗圧延中に鋼板中に導入される圧延歪に誘起されて前
記合金元素が析出し、析出強化時に必要な析出が見られ
ず、析出による強化作用が十分に達成されていない。

【０００８】本発明はこれらの問題点、つまり、多量な
合金元素の添加、温度調整のための滞留・待機、更には
低温域での再加熱圧延等を行う事なく、従来技術で得ら
れていたと同等またはそれ以上の高強度高靭性を有する
構造用鋼板を生産性良く、経済的に効率よく製造する方
法を提供することを課題とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を達成
するために、凝固完了の後、１０００℃以上１２００℃
未満に加熱した構造用鋼の鋳片をＡｒ３　点温度以上で
終了する圧延において、該鋳片の圧延開始から再結晶を
終了する迄の間に、鋳片厚ｔ（ｍｍ）と冷却速度Ｖ（℃
／秒）がＶ＞（１８／ｔ）０．５　の関係を満足する冷
却を行い、かつ再結晶終了後からＡｒ３点温度迄の温度
域で圧下率５０％以上の未再結晶温度域圧延を行なうこ
とを特徴とする高強度高靭性構造用鋼板の製造方法を第
１の手段とし、

【００１０】圧延終了後、冷却速度５℃／秒以上、冷却
停止温度６５０℃以下の加速冷却を行う事を特徴とする
第１の手段に記載の方法を第２の手段とし、

【００１１
】圧延終了後、焼入れ、焼戻し処理を行う事を特徴とす
る第１の手段に記載の方法を第３の手段とするものであ
る。

【００１２】本発明が対象とする構造用鋼は、例えば、
特公昭５８−１４８４９号公報に記載され、次記するよ
うに、通常の溶接構造用鋼が所要の材質を得るために、
従来から当業分野での活用で確認されている作用・効果
の関係を基に定めている添加元素の種類と量を同様に使
用して同等の作用と効果が得られる。従ってこれ等を含
む構造用鋼を本発明は対象鋼とするものである。以下に
これ等の各成分元素につきその添加理由と量を示す。

【００１３】Ｃは鋼の強度を向上する有効な成分として
添加するものであるが、０．２０％を超える過剰な含有
量では、ＨＡＺに島状マルテンサイトを析出し、ＨＡＺ
靭性を著しく劣化させるので０．２０％以下に規制する
。

【００１４】Ｓｉは溶鋼の脱酸元素と強度増加元素とし
て添加するが、０．０１％未満では脱酸効果が不十分で
あり、１．０％を超えて添加すると、鋼の加工性が低下
し、ＨＡＺの靭性が低下するため、添加量は０．０１〜
１．０％に規制する。

【００１５】Ｍｎも脱酸成分元素として必要であり、０
．３％未満では鋼の清浄度を低下して加工性を害する。 また鋼材の強度を向上する成分として０．３％以上の添
加が必要である。しかし、Ｍｎは過剰の添加により溶接
性を著しく劣化させるので、２．０％を上限とする。

【００１６】Ａｌ及びＮはＡｌ窒化物により鋼の結晶粒
径が微細化出来るので必要である。しかし添加量が少な
いとその効果がなく、過剰の場合には鋼の靭性が劣化す
るので、Ａｌの添加量は０．００１〜０．２０％に規制
し、不可避的に含有されるＮは０．０２０％以下に限定
する。

【００１７】本発明が対象とする構造用鋼の基本成分は
以上である。これを基本に母材強度の上昇或いは継手靭
性の向上を目的として、要求される性質に応じて合金元
素を添加する場合は、添加し過ぎると溶接性の確保が困
難になる。そこで合金の添加量としては、Ｎｉ、Ｃｒ、
Ｍｏ、Ｃｕ、Ｗ，Ｐ，Ｃｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔ
ａ、Ｈｆ、希土類元素、Ｙ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｔｅ、Ｓｅ、
Ｂの１種類以上を合計で４．５％以内に規制している。

【００１８】また、圧延の終了温度は、鋼板で最も低温
となる鋼板の表面が、Ａｒ３　点温度未満になるとオー
ステナイト粒が粗大化して表面靭性が劣化するので、本
発明における圧延終了温度のＡｒ３　点温度以上は表面
温度を含んでいる。

【００１９】

【作用】本発明者等は、前記従来技術が有する問題を解
決すると共に、本発明の課題を達成するため、一般的な
構造用鋼を代表する供試鋼として実施例の表１に示す鋼
種２と９を用いて種々実験検討を繰り返した。

【００２０】この構造用鋼板のオーステナイト粒径は加
熱温度により変化する事が知られている。本発明者等は
上記構造用鋼鋳片の加熱温度を種々変えて上記構造用鋼
における加熱温度と結晶粒の粒径の関係を調査した結果
、鋳片の中心温度が１０００℃以上１２００℃未満であ
れば、添加Ｎｂは十分に固溶すると共に、図１に示す様
に結晶粒は１００μｍ以下となって粗大化が防止できる
事を知見した。

【００２１】次に本発明者等は、生産性良く、経済的に
強度及び母材靭性を向上する方法を探索するため、圧延
中の冷却速度が０．４〜０．５℃／秒と認識されている
通常の圧延における鋳片厚みと冷却速度の関係を調査し
た。その結果、従来の圧延技術では全く活用されていな
い被圧延材の厚みに対応した冷却速度の実態が判明した
。その実態を図２に曲線Ａで示す。

【００２２】本発明者等は上記の析出物の制御効果を享
受しつつ、多量な合金元素の添加、温度調整のための滞
留・待機、更には低温域での再加熱圧延等を行う事なく
、従来技術で得られていたと同等またはそれ以上の高強
度高靭性を有する構造用鋼板の製造方法を確立するため
、次の３点から実験検討を重ねた。

【００２３】■　　圧延中の鋳片を再結晶終了温度迄の
高温域で冷却する事による鋳片滞留時間の減少、再結晶
温度の高温化、析出強化用合金元素の固溶維持と鋼板の
結晶粒の粒成長の抑制と微細化の関係。 ■　　鋳片を再結晶後からＡｒ３　点温度に至るの未再
結晶域で強圧下して変態前のオーステナイトに蓄積した
歪みと変態フェライト粒径の関係。 ■　　■と■の組み合わせと母材の強度及び靭性の関係
。 図２の上部にこの３つの適用範囲を示す。良く知られて
いるように再結晶終了温度は被加工鋼材の履歴温度と履
歴加工量の関係から一定しない。従って図示した再結晶
終了温度に対応する圧延材の板厚は一例の位置を示す。

【００２４】この実験検討で、強度４７ｋｇｆ／ｍｍ２
　、母材靭性としてシャルピー衝撃試験でのｖＴｒｓ値
が−１１０℃を示した■の板厚別冷却速度を図２に曲線
Ｂで示す。この曲線は鋳片の厚みをｔとすると（１８／
ｔ）０．５　で近似出来る事が判明した。これを活用す
る事により、圧延中に被圧延材が圧延により厚みが変化
しても、冷却速度Ｖ（℃／秒）がＶ＞（１８／ｔ）０．
５　以上を維持すると本発明の課題が達成出来る事が判
明した。 図３に上記鋼種２、図４に上記鋼種９の冷却条件＝ｔ×
Ｖ２　〔ｍｍ・（℃／秒）２　と圧延後の鋼板の強度及
び１／２ｔ母材靭性の関係を示す。

【００２５】図３により、強度４７ｋｇｆ／ｍｍ２　、
靭性（ｖＴｒｓ値）−８５℃を示す従来の圧延方法で得
られた鋼種２の構造用鋼板が、上記■■の方法により大
幅に改善され、同一強度で靭性（ｖＴｒｓ値）は−１０
８℃に向上する事が判明した。

【００２６】また、図４により、強度６６ｋｇｆ／ｍｍ
２　、靭性（ｖＴｒｓ値）−９５℃を示す従来の圧延方
法で得られた鋼種９の構造用鋼板が、上記■■の方法に
より大幅に改善され、強度７３ｋｇｆ／ｍｍ２　、靭性
（ｖＴｒｓ値）−１２３℃に向上する事が判明した。

【００２７】また、再結晶終了温度以下で、５０％以上
の圧下を加えると図５に示す様に顕著に靭性が向上する
事が明らかになった。

【００２８】また、以上により得た構造用鋼板の強度を
向上するには、圧延終了後、水、水蒸気、気水混合体等
の何れかの冷却剤を用いて、冷却速度５℃／秒以上、冷
却停止温度６５０℃以下の加速冷却を行うと良い事が発
明した。また、以上により得た本発明の構造用鋼板を圧
延後、焼入れ焼戻しを行っても本発明の効果を損なう事
なく強度と靱性が向上する事を知見した。本発明は以上
の知見を基になされたものである。

【００２９】

【実施例】本発明の供試鋼の成分は、前記した一般的な
構造用鋼の元素と添加量であれば何れの組合せでも良い
が、強度レベルが異なる代表的な構造用鋼として本実施
例に用いた鋼の化学成分を表１に、製造条件を表２に、
使用した圧延パススケジュールと圧延中の冷却条件を表
３、得られた材質を表４に従来例と共に示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【表２】

【００３２】

【表３】

【００３３】

【表４】

【００３４】表１に示す供試鋼の鋼番１〜３は４０キロ
級鋼、鋼番４〜７は５０キロ級鋼、鋼番８〜１０は６０
キロ級鋼である。それぞれには必要に応じ合金元素を添
加している。表２に示す通り、Ｎｏ．Ａ１−１〜Ａ１０
−３の本発明例は、指定パス冷却とゾーン冷却の何れも
従来技術で得た母材の強度、靭性と同等またはそれ以上
を有する構造用鋼板を生産性、経済性良く製造する事が
出来た。

【００３５】これに対し、Ｎｏ．Ｂ１〜Ｂ１０の従来例
はそれぞれ所要の冷却速度と未再結晶域圧延が適用され
ていないので、強度、靭性、生産性、経済性に問題があ
り、前記課題を満たす構造用鋼板が得られなかった。そ
の他、加熱温度が１２００℃以上であったＢ１、Ｂ４は
母材靭性は−３０℃、−４０℃と低かった。また、加熱
温度が１０００℃未満のＢ１０は、６０ｋｇｆ／ｍｍ２
　成分であるのにかかわらず、Ｎｂが十分に固溶してお
らず強度が５７ｋｇｆ／ｍｍ２　しかなかった。Ｂ６、
Ｂ７は圧延後加速冷却をしているが、仕上温度が高く加
速冷却をしない本発明例のＡ６、Ａ７よりも靭性が劣っ
た。また、Ｎｂ元素を添加している従来例Ｂ８はＮｂ元
素を添加していない本発明例Ａ７よりも靭性が低く、Ｎ
ｂ元素を添加しないもので比較しても、圧延後に加速冷
却をしている従来例Ｂ２が該加速冷却をしていない本発
明例Ａ１より靭性が劣った。

【００３７】

【発明の効果】本発明は以上の説明から明らかな通り、
前記の手段により発生する前記の作用を活用するので、
成分削減によりコストを低減すると共に、溶接部の継手
靭性及び母材靭性を向上し、更に圧延後の加速冷却等の
省略が可能なまでに母材強度を高めた構造用鋼板を高い
生産性のもとに円滑に安定して経済的に製造する事を可
能としたもので、本発明の利用分野にもたらす効果、及
び関係する分野への波及効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】構造用鋼鋳片の加熱温度とオ−ステナイト粒径
の関係を示す。

【図２】圧延中の鋳片厚みと該厚み別板厚方向の平均冷
却速度の関係を示す。

【図３】本発明の冷却条件と１／２厚の強度、母材靭性
の関係を示す。

【図４】本発明の冷却条件と１／２厚の強度、母材靭性
の関係を示す。

【図５】再結晶終了後からＡｒ３　点温度迄の範囲にお
ける圧下率と１／２厚の母材靭性の関係を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　凝固完了の後、１０００℃以上１２０
   ０℃未満に加熱した構造用鋼の鋳片をＡｒ３　点温度以
   上で終了する圧延において、該鋳片の圧延開始から再結
   晶を終了する迄の間、鋳片厚ｔ（ｍｍ）と冷却速度Ｖ（
   ℃／秒）が、Ｖ＞（１８／ｔ）０．５　の関係を満足す
   る冷却を行い、再結晶終了後からＡｒ３点温度迄の温度
   域で圧下率５０％以上の未再結晶温度域圧延を行なうこ
   とを特徴とする高強度高靭性構造用鋼板の鋼板の製造方
   法。
2. 【請求項２】　　圧延終了後、冷却速度５℃／秒以上、
   冷却停止温度６５０℃以下の加速冷却を行う事を特徴と
   する請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】　　圧延終了後、続き焼入れ焼戻し処理を
   行う事を特徴とする請求項１に記載の方法。