JPH0445224A - 降伏比の低い鋼材の製造方法 - 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） 本発明は降伏比の低い鋼材の製造方法に関するものであ
る。

（従来の技術） 近年造船、産業機械等の各分野にわたって、競争力向上
のため溶接施工の減少、曲げ加工性を代表として鋼材特
性の極限追求、溶接性の向上および鋼材コストの低減な
ど各種の要求が強まっている。このうち厚鋼板の曲げ加
工性改善のためには、８０％以下の低降伏比を有する厚
鋼板の開発が必要である。

また、建築、橋梁分野では構造物の安全性向上のために
降伏比の低下が望まれている。さらに、単に降伏比を低
下させるだけでなく、降伏棚を導入することにより、地
震時の構造部材のエネルギー吸収量が大幅に増加する。

このことから、降伏棚の導入も求められている。

最近造船用、ラインパイプ用等を中心として母材低温靭
性、溶接性改善をねらいとした鋼板圧延後の加速冷却技
術を用いた強度５０）ｃｇ　ｆ　／−以上の鋼板の開発
が盛んであるが、曲げ加工性の良好な降伏比の低い鋼材
の製造については検討されていない。

従来の制御圧延−制御冷却プロセスにおいては、低温靭
性向上のため熱間圧延で、できる限り細粒にするととも
に、オーステナイト−相域から加速冷却することが採用
されている。

しかしながらこの方法によると、フェライトの細粒化と
硬化および一部バーライトのベーナイト化によって降伏
点が上昇し、降伏比の上昇となって曲げ加工性が低下す
る問題かある。

本発明者等の一部は特開昭５９−２１１５２８号公報お
よび特願昭６２−５２８５６号、特願昭６２−５５４２
８号において、低降伏比非調質鋼の製法を提案した。こ
れは制御圧延−制御冷却プロセスを用いて降伏点を低下
させる方法について検討した結果、細粒フェライトで良
好な低温靭性を得ながら、かつ低降伏点で降伏比の低い
鋼材の製造方法を開発したことによる。

すなわち、９００〜１２００℃に加熱した後、Ａ　ｒ　
ｓ以上で３０％以上の累積圧下を行ない細粒化を図った
後、Ａｒ３以下まで空冷して軟らかい初析フェライトを
適切に析出せしめ、その後強制冷却を行なうと、軟らか
い初析フェライトと残部オーステナイトから得られるフ
ェライト−パーライトベーナイトの適切な混合により、
引張強さおよび低温靭性の低下なく、降伏点のみ低下す
ることを知見したものである。

（発明が解決しようとする課題） しかし、その後さらに低降伏比に対する要求が強まり、
先に提案した内容では、厳しい要求に対して不十分とな
ってきた。

さらに、単に降伏比を低下させるだけでなく、降伏棚を
導入することにより、地震時の構造部材のエネルギー吸
収量が大幅に増加する。このことから、降伏棚の導入も
求められているが、これを実現するための方法に関する
知見がない。

（課題を解決するための手段） このため引き続き降伏比を低下させるために、多数の実
験と詳細な検討を加えた結果、降伏比を低下させるため
には、鋼のミクロ組織をフェライトと第２相の炭化物の
２相混合組織にする。さらに降伏比を下げるためには、
降伏点を下げ、引張強さを高めることが重要である。

降伏点を下げるためにはフェライトの面積率を増加させ
、かつあまり細粒化しないこと、引張強さを高めるため
には、急冷で硬くなった第２相の炭化物（ベーナイト又
はマルテンサイト）を焼戻しにより、必要以上に軟化さ
せないことが重要であることを見出したのである。

さらに降伏棚については、２相域温度と水冷の間に軽圧
下を加えることにより、稼働転位が鋼中に導入され、こ
れが引張試験時に降伏棚の存在をもたらすことを知見し
たものである。

本発明はこのような知見に基づき、降伏比の低い鋼材の
製造を可能としたもので、その要旨とするところは、重
量％にて、ｃ　：　ｏ、ｏａ〜０，３０％、Ｓ　１　：
　０．０５〜０．６０％、Ｍｎ：０．５０〜２．５％、
Ａｇ：０．００５〜０．１％を含有した鋼を基本とし、
これに更に、Ｃｕ：２．０％以下、Ｎｉ：４．０％以下
、Ｃｒ：１．０％以下、Ｍｏ：０．５０％以下、Ｎｂ：
０．１０％以下、Ｖ　：　０．１０％以下、Ｔ１：０．
１５％以下、Ｂ　：０．００５％以下からなる強度改善
元素群から選ばれるＩＮ又は２種以上あるいはＣａ：０
．０１％以下を含有し、又は前記Ｃｕ＝Ｈの強度改善元
素群とＣａから選ばれる１種又は２種以上を含有し、残
部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼を、１０５０〜
１２５０℃に加熱し、熱間圧延後２５０℃以下まで急冷
し、ついでＡｃ　　＋２０℃〜Ａｃ１＋８０℃に再加熱
し、１％以上３０％以下の軽圧下を加え、引き続き水冷
した後２００〜６００℃の温度範囲で焼戻しすることを
特徴とする降伏比の低い鋼材の製造方法に関するもので
ある。

（作　　用） 本発明においては、加熱温度を高めにし、その後Ａｃ　
　−Ａｃ３変態点間で、低めの方に加熱し、そこから水
冷することによりフェライト面積率を大幅に増加させる
。

さらに焼戻し温度を低くすることで、第２相の部分を必
要以上に軟化させないことの相乗的効果により、降伏比
の低い鋼材の製造を可能にしたものである。

次に本発明における成分限定理由を述べる。

Ｃは強度確保のための０．０３％以上は必要であるが、
多くなると鋼の靭性および溶接性を害するので含を量は
０．３０％を上限とする。

Ｓｔは脱酸のため０．０５％以上は必要で添加されるが
、多くなると溶接性を損なうので含有量は０．６％以下
とする。

Ｍｌは安価に強度をあげる元素として有用であり、強度
確保のため０．５％以上は必要であるが多くなると溶接
性を損なうので含有量は２．５％以下とする。

Ａｎ）は脱酸のため０．００５％以上必要であるが、多
くなると鋼中介在物が多くなりすぎ、鋼の性質を悪化さ
せるため０．１％を上限とする。

本発明は以上の元素を基本成分として含有した鋼を、本
発明で限定する加熱−圧延−熱処理し、降伏比の低い鋼
材を確保するものであるが、鋼の要求特性によって以下
の強度改善元素群、介在物球状化元素を１種又は２種以
上添加することかできる。

Ｖ、Ｔｊ　、Ｎｂは析出強化により強度を上昇せしめる
元素であるが、量が多くなると靭性を害するため、Ｖ　
：　０．１０％、Ｔ　ｉ：ｏ、１５％、Ｎｂ：０．１０
％を上限とした。

Ｎｉ　、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏは固溶体強化により強度を上
昇せしめる元素であるが、量が多くなると靭性を害する
ため、Ｎｉ：４．０％、Ｃｕ：２．０％、Ｃｒ：１．０
％、Ｍｏ：０．５０％を上限とした。

Ｂは焼入れ性の向上により強度を上昇せしめる元素であ
るが、量が多くなると靭性を劣化させるので０．００５
％を上限とした。

Ｃａは介在物球状化に有用で添加されるが、多くなると
鋼中介在物を形成し、鋼の性質を悪化させるため含有量
は０．０１％を上限とする。

次に本発明の重要な要件である加熱、圧延、冷却条件に
ついて述べる。

加熱温度は加熱時のオーステナイト粒を必要以上に細粒
にしないように、１０５０℃を下限とする。

一方、あまり高くしても材質上の効果かなく、逆に省エ
ネ上不都合となるので１２５０℃を上限とする。

圧延については通常の熱間圧延を行う。

次に圧延後の加速冷却の冷却停止温度を２５０℃以下と
したのは、２５０℃を超える高温域で冷却停止し、その
後焼戻し熱処理すると、強度が若干低下すると同時に低
温靭性が低下するからである。

ここに加速冷却は、鋼板が均一に冷却されるよう水量密
度を０．３ｒｄ／ｄ・ｗｉｎ以上とすることが好ましい
。

次に再加熱温度をＡｃ　　＋２０℃以上Ａｃ１＋８０℃
以下にしたのは、この温度範囲に加熱することによりフ
ェライト面積率か大幅に向上するためである。すなわち
Ａｃ１直上ではまだ十分、変態が進まず、第２相の炭化
物の部分の硬化が不十分であるのに対し、Ａ　ｃ　１＋
　２０℃以上になると変態も十分進み、第２相の部分の
硬化も十分となる。

フェライト面積率はこのＡ　ｃ　１＋　２０℃より加熱
温度が高くなるに従い低下していく。そしてＡ　Ｃ１＋
　８０℃以下になると、本発明の目的とする低降伏比を
得るためのフェライト面積率が得られなくなるためこれ
を上限としている。

このように再加熱温度をＡｃ　　＋２０℃〜Ａ　ｃ　１
＋　８０℃とＡ　ｃ　　−Ａ　ｃ　ｓの温度領域の真ん
中より低温側を中心に限定しているのは、Ａｃｌに近い
側の加熱により、加熱時のフェライト・オーステナイト
の面積比でフェライト部分が大きくなり、この状態を次
に規定する急冷により凍結することで、フェライト面積
率を大きくし低降伏比を狙っている。

Ａｃ　　＋２０℃〜Ａ　ｃ　ｔ　＋　８０℃再加熱後の
水冷は、再加熱時にオーステナイト化したＣが濃化した
部分を焼入れ組織にすることで十分硬化させ、引張強さ
を高め低降伏比を得るためである。水冷条件としては急
冷し焼入組織が容易に得られる浸漬あるいはローラーク
エンチによる水冷でよい。

この冷却に先立って１％以上３０％以下の軽圧下を加え
る。再加熱温度であるＡ　Ｃ１＋　２０℃〜Ａ　Ｃｌ　
＋８０℃の２相域で軽圧下を加えることにより、稼働転
位が鋼中に導入され、これが引張試験時に降伏棚の存在
をもたらせる。２相域での圧下率として１％未満では降
伏棚が存在しないため下限を１％とし、また、３０％超
では、降伏比が上昇し、本発明の目的と反するため上限
を３０％とした。

さらに焼戻し温度については、フェライトと第２相の炭
化物の２相混合組織について、その前の水冷で十分硬化
した第２相部分をあまり高温で焼戻しすると軟化しすぎ
、これが引張強さの低下ひいては降伏比を上げるため、
上限を６００℃とする。

しかし焼戻し温度が低くて、２００℃未満になるとほと
んど焼戻しの効果がなくなり、靭性が低下するため焼戻
し温度の下限は２００℃とする。

本性の直接焼入焼戻しを行なう処理は熱間圧延、再加熱
、焼入れ焼戻し処理を行なうものに比べて、若干靭性は
低めであるが、より高強度が得られる。

（実　施　例） 第１表に供試材の化学成分を示し、第２表に加熱、圧延
、冷却条件と得られた鋼板の機械的性質を示す。

鋼Ａ、　Ｇ、　Ｈ，Ｉ、　Ｊ、　Ｋ、　Ｌ、　Ｍ、　Ｎ
、　Ｏ。

Ｐは５０ｋｇ　ｆ　／　＋ｏＪ級、鋼Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅ、
Ｆ、Ｑ。

Ｒ，Ｓ、Ｔ、ＵにＬ６０）ｃｇｆ／−級、■は８０ｋｇ
　ｆ　／　ｍ４級の強度をねらった成分系で、第２表に
示す如く鋼板Ｎ（ＬＡＩ、ＡＩ０．Ｂｌ、ＣＩ、ＤＩ、
Ｅｌ。

Ｆｌ、Ｇｌ、Ｈｌ、ＩＩ、Ｊｌ、Ｋｌ、Ｌ’ｌ。

Ｍｌ、Ｎｌ、０１．Ｐｉ、Ｑｌ、Ｒ１，Ｓｌ。

ＴＩ、Ｕｌ、Ｖｌは本発明実施例であり、それぞれ５０
ｋｇ　ｆ　／ａｔ　ｌ１１０ｋｇ　ｆ　／ｄ、　８０）
ｃｇ　ｆ　／ｄ級鋼として十分な強度と良好な低温靭性
を備え、本発明のねらいとする低降伏比（降伏比７０％
以下）を達成し、降伏棚を有している。

これに対し鋼板Ｎｏ、Ａ２は加熱温度が低すぎるため降
伏比か高くなっている。Ａ３は冷却停止温度が高すぎる
ため低温靭性が低下している。Ａ４は再加熱温度が低す
ぎるため、Ａ５は再加熱温度が高すぎるため降伏比か高
くなっている。Ａ６は焼戻し温度が高すぎるため降伏比
が高くなっている。

Ａ７は焼戻しを行っていないため低温靭性が低下してい
る。Ａ８は再加熱後の軽圧下がないため降伏棚が存在し
ない。Ａ９は再加熱後の圧下率が３５％と高いため降伏
比が高くなっている。Ｂ２は再加熱温度が高すぎるため
、Ｂ３は焼戻し温度が高すぎるため降伏比が高くなって
いる。

（発明の効果） 本発明は特別に高価な合金元素を使用することなく、か
つ圧延後再加熱処理を施すことなく、５０ｋｇｆ／−以
上の高強度を有し、曲げ加工性のよい降伏棚を有する降
伏比の低い鋼材を安価に製造可能としたもので、産業上
その効果の大きい発明である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、重量％にて、 Ｃ：０．０３〜０．３０％、 Ｓｉ：０．０５〜０．６０％、 Ｍｎ：０．５０〜２．５％、 Ａｌ：０．００５〜０．１％ 残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼を、１０５０
   〜１２５０℃に加熱し、熱間圧延後２５０℃以下まで急
   冷し、ついでＡｃ＿１＋２０℃〜Ａｃ＿１＋８０℃に再
   加熱し、１％以上３０％以下の軽圧下を加え、引き続き
   水冷した後２００〜６００℃の温度範囲で焼戻しするこ
   とを特徴とする降伏比の低い鋼材の製造方法。 ２、重量％にて、 Ｃｕ：２．０％以下、 Ｎｉ：４．０％以下、 Ｃｒ：１．０％以下、 Ｍｏ：０．５０％以下、 Ｎｂ：０．１０％以下、 Ｖ：０．１０％以下、 Ｔｉ：０．１５％以下、 Ｂ：０．００５％以下 からなる強度改善元素群の１種又は２種以上を含有する
   請求項１記載の降伏比の低い鋼材の製造方法。 ３、重量％にて、 Ｃａ：０．０１％以下 を含有する請求項１記載の降伏比の低い鋼材の製造方法
   。 ４、重量％にて、 Ｃｕ：２．０％以下、 Ｎｉ：４．０％以下、 Ｃｒ：１．０％以下、 Ｍｏ：０．５０％以下、 Ｎｂ：０．１０％以下、 Ｖ：０．１０％以下、 Ｔｉ：０．１５％以下、 Ｂ：０．００５％以下 からなる強度改善元素群 および Ｃａ：０．０１％以下 の１種又は２種以上を含有する請求項１記載の降伏比の
   低い鋼材の製造方法。