JPH0517287B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は溶接性と低温靭性の優れた非調質高張
力鋼の製造方法に係り、特に鋼板内の歪が少なく
低炭素当量の高張力鋼の製造方法に関する。 従来、溶接をともない低温靭性が要求される高
張力厚鋼板、例えば寒地向けラインパイプ用鋼
板、ブタン、プロパン向けタンクなどの圧力容器
鋼板、氷海域構造用鋼板等は焼入焼戻処理によつ
て製造されてきているが、熱処理費等の高騰によ
り製造費が高くなる欠点がある。また、熱処理を
施さない、いわゆる非調質で高張力化、高靭性化
をはかる製造方法としては制御圧延（以下CRと
称する）による方法があるが、CRの仕上げ温度
を下げると圧延能率が著しく低下するばかりか、
得られた鋼板のシヤルピー衝撃破面にセパレーシ
ヨンが発生し、需要家から嫌われ適用鋼種の拡大
が難しいという問題がある。 CRによる上記問題を改善した低温域までのCR
を必要としないで高張力化と高靭性化をはかる製
造方法として例えば特開昭57−134514の如き圧延
後の加速冷却を施す方法がある。Ｃ：0.10％、
Mn：1.4％、Nb：0.03％を含む鋼を圧延後、冷
却停止温度と冷却速度を変えて加速冷却を行い、
引張強さTS、降伏強度YS、破面遷移温度（以下
vTrsと称する）を調査し、その結果を第１図に
示した。第１図から明らかな如く、冷却速度が速
くなるにつれて引張強さは容易に上昇するが、一
方降伏強度は冷却速度が速くなるにつれて低下す
るため降伏強度不足のため焼ならし材もしくは焼
入焼戻材の代替鋼となり得る鋼種は極めて少な
い。 加速冷却による降伏強度低下の欠点を改善する
方法としては加速冷却後軽圧下を施す方法が考え
られる。しかし、この方法では冷却停止温度が
500℃未満であるため、加速冷却時間が長くなり、
鋼板内における冷却すらが生じやすく、更にベイ
ナイトやマルテンサイト変態にともなう発熱や熱
膨張量の差により鋼板に歪が生じやすくなる欠点
があり、また加速冷却時間が長いため生産性も低
下する欠点がある。 本発明の目的は上記従来技術の問題点を解決
し、鋼板内に歪が少なく溶接性と低温靭性の優れ
た高張力鋼を調質処理を施さずに生産性も向上し
安価に製造できる方法を提供するにある。 本発明のこの目的は、下記要旨の３発明によつ
て達成される。 第１発明の要旨とするところは次のとおりであ
る。すなわち、重量比で Ｃ： 0.005〜0.15％ Si：0.1〜0.5％ Mn：0.8〜2.0％ Nb：0.005〜0.1％ Al：0.005〜0.1％ Ｓ：0.008％以下 を含有し残部がFeおよび不可避的不純物より成
る鋼片をNbが0.005％以上固溶する温度まで加熱
する段階と、前記加熱鋼片を（Ar₃変態点＋150
℃）〜Ar₃変態点の温度域で少なくとも50％の圧
下率で圧延する段階と、前記熱延板を直ちに２〜
40℃／secの冷却速度で500℃以上まで加速冷却す
る段階と、前記冷却板を600〜200℃の温度域で
0.5％以上20％未満の圧下率で軽圧下する段階と、
前記軽圧下板を200℃以上の温度から空冷もしく
は徐冷する段階と、を有して成ることを特徴とす
る鋼板内の歪が少なく溶接性と低温靭性の優れた
非調質高張力鋼の製造方法である。 第２発明は第１発明と同一の基本成分を有し、
更にCr、Ni、Mo、Ｖ、Cuの中から選ばれた少
くとも１種を Cr、Ni、Mo、Cu：それぞれ0.5％以下 Ｖ：0.01〜0.10％ の範囲で含有し、残部がFeおよ不可避的不純物
より成る鋼片に対して、第１発明と同一の制御圧
延工程を有して成ることを特徴とする鋼板内の歪
が少く溶接性と低温靭性の優れた非調質高張力鋼
の製造方法である。 更に第３発明は、第２発明と同一組成の鋼成分
のほかに、Caもしくは希土類金属を Ca：0.002〜0.010％ 希土類金属：0.005〜0.010％ の範囲で含有し、残部がFeおよび不可避的不純
物より成る鋼片に対して、第１発明と同一の制御
圧延工程を有して成ることを特徴とする鋼板内の
歪が少く溶接性と低温靭性の優れた非調質高張力
鋼の製造方法である。 本発明者らは鋼板内の歪を少なくする目的で
種々の検討を行つた結果、加速冷却後の停止温度
を500℃以上にすれば冷却時間が短いので鋼板内
の冷却むらが少なく、更にベイナイト特にマルテ
ンサイトが生成しないために発熱や熱膨張量の差
が少なくなるので鋼板内の歪の発生が少なくなる
ことが明らかになつた。しかし第１図に示す如く
冷却停止温度を500℃以上とすると破面遷移温度
は向上するが、引張強さの上昇量が少ない欠点が
ある。 そこで、CRを施した後、直ちに加速冷却を施
し500℃以上で加速冷却を停止しても、引張強さ
が上昇し高張力が得られる方法について検討の結
果、500℃以上で加速冷却を停止し、その後600〜
200℃の温度域で圧下率0.5％以上20％未満の範囲
の軽圧下を施すことにより引張強さが著しく上昇
することを新規に知見した。この軽圧下を施すこ
とにより、引張強さのみならず降伏強度も上昇す
る利点があり、更にシヤルピー衝撃破面にはセパ
レーシヨンが発生しない特性があるが、一方この
軽圧下は靭性を劣化させるという欠点が生じ、低
温靭性を要求する鋼種には適用が難しいという問
題が明らかとなつた。 本発明者らは低温靭性を改善する方法について
種々調査した結果、限定量のNbを含有させ、こ
のNbの固溶状態としてCRを施し、その後直ちに
冷却停止温度が500℃以上の加速冷却を施し、そ
の後軽圧下を施しても靭性の劣化が少なく、引張
強さ、降伏強度が上昇することを新たに知見し本
発明を得ることができた。 次に本発明の基礎となつた実験について説明す
る。後記の実施例における第１表に組成を示した
Nbを含有する本発明鋼（〇印、A1鋼）とNbを
含有しない比較鋼（△印、B1鋼）を600℃まで加
速冷却し500℃において圧下率を変えて圧延し、
その引張強さ、降伏強度および破面遷移温度
（vTrs）との関係を調査し、その結果を第２図に
示した。第２図からNb含有鋼はNb非含有鋼に比
し、引張強さ、降伏強度に悪影響を及ぼすことな
くvTrsを大幅に改善できることがわかる。 更に圧延後の加速冷却を施すことによりどうし
ても避けられない冷却むらによる鋼板の歪を加速
冷却停止後の軽圧下により解消するにも有効であ
る。 すなわち、Nb含有鋼にCRを施し、直ちに加速
冷却をすることにより降伏強度とvTrsが向上し、
更に引続き冷却停止後に軽圧下を施すことによ
り、引張強さの上昇をはかることができるので、
加速冷却と軽圧下を適正に組合せることによつて
鋼板内の歪が少なく溶接性と低温靭性の優れた低
炭素当量高張力鋼を熱処理を施すことなく高い生
産性で安価に製造することができる。 次に本発明の成分組成を限定する理由を説明す
る。 Ｃ： Ｃは0.005％未満では鋼板の強度が低下し、ま
た溶接熱影響部（以下HAZと称する）の軟化が
大きくなり、一方0.15％を越えると母材の靭性が
劣化するとともに溶接部の硬化、耐割れ性の劣化
が著しくなるので、Ｃは0.005〜0.15％の範囲内
にする必要がある。 Si： Siは鋼精錬時に脱酸上必然的に含有される元素
であるが、0.1％未満では母材靭性が劣化し、一
方0.5％を越えると鋼の清浄度が劣化し靭性が低
下するので、Siは0.1〜0.5％の範囲内にする必要
がある。 Mn： Mnは0.8％未満では鋼板の強度および靭性が低
下し、更にHAZの軟化が大きくなり、一方2.0％
を越えるとHAZの靭性が劣化するので、Mnは
0.8〜2.0％の範囲内にする必要がある。 Nb： Nbはフエライトの細粒化に効果があるが、
0.005％未満ではその効果がなく、一方0.1％を越
えると溶接時に溶接金属に拡散し、溶接金属の靭
性を低下させるので、Nbは0.005〜0.1％の範囲内
に限定した。 Al： Alは鋼の脱酸上最低0.005％のAlを固溶するよ
う添加することが必要であり、一方0.08％を越え
るとHAZの靭性のみならず溶接金属の靭性も著
しく劣化するので、Alは0.005〜0.8％の範囲内に
する必要がある。 Ｓ： Ｓは0.008％を越えると、圧延と直角方向の吸
収エネルギーが著しく低下するので、Ｓは0.008
％以下に限定する必要がある。 以上が本発明において使用される鋼片の基本成
分であるが、更に必要により限定量のCr、Ni、
Mo、Ｖ、Cu、Ca、希土類金属の中から選ばれ
た少なくとも１種を添加含有させることができ、
それぞれの適正な含有によつて後述するように特
有な効果が付加される。これらの添加元素の限定
理由は次の如くである。 Cr： Crは鋼板の母材強度と継手部強度確保のため
に添加含有されるが、0.5％を越えると母材の靭
性ばかりか溶接部靭性も劣化するので、0.5％以
下にする必要がある。 Ni： NiはHAZの硬化性および靭性に悪い影響を与
えることなく母材の強度、靭性を向上させるが、
0.5％を越えて添加含有させると製造コストの上
昇を招き、また本発明の目的ならびに効果を達成
するのに必要ではないので、0.5％以下にする。 Mo： Mnは圧延時のγ粒を整粒となし、なおかつ微
細なベイナイトを生成するので強度、靭性を向上
させるが、この発明の目的を達成するには0.5％
を越えて添加含有させる必要はなく、それ以上は
製造コストの上昇を招くのでMoは0.5％以下に限
定する。 Ｖ： Ｖは鋼板の母材の強度と靭性向上、継手部強度
確保のため添加含有されるが、0.01％未満ではそ
の効果がなく、一方0.10％を越えると母材および
HAZの靭性を著しく劣化させるので、Ｖは0.01
〜0.10％の範囲内に限定する。 Cu： CuはNiとほぼ同様の効果があるだけでなく、
耐食性も向上させるが、0.5％を越えると熱間圧
延中にクラツクが発生しやすくなり、鋼板の表面
性状が劣化するので、Cuは0.5％以下にする必要
がある。 Ca： Caは0.002％未満ではMnSの形態制御に不十分
で鋼板の圧延と直角方向の靭性向上に有効でな
く、一方0.010％を越えると鋼の清浄度が悪くな
り内部欠陥の原因となるので、Caは0.002〜0.010
％の範囲内とした。 希土類金属（以下REMと称する）： REMは0.005％未満ではMnSの形態制御に不十
分で鋼板の圧延と直角方向の靭性向上に有効でな
く、一方0.010％を越えると鋼の清浄度が悪くな
り、またアーク溶接面でも不利であるので、
REMは0.005〜0.010％の範囲内とする必要があ
る。 次に本発明の製造条件を限定する理由を説明す
る。 これらの本発明の製造条件は鋼成分の異なる第
１発明、第２発明、第３発明のすべてについて共
通して適用することができる。 Nbが少なくとも0.005％固溶する温度まで加熱
した後、（Ar₃＋150℃）〜Ar₃の温度域で少くと
も50％以上の圧下率で圧延する理由は、固溶Nb
の未再結晶γ域の開始温度は未固溶Nbの上記開
始温度がAr₃＋70℃であるのに比べAr₃＋150℃と
高く、未再結晶γ域を拡大することができ、また
未再結晶γ域における圧下により、変形帯を有効
に生成することができ、これらはいずれもフエラ
イトの細粒化を促進させ靭性を高める効果がある
が、固溶Nbは0.005％未満では十分その効果を得
ることができないので、Nbが少なくとも0.005％
固溶する温度に加熱する必要がある。 Ar₃＋150℃からAr₃までの温度域において圧延
を施す理由は、上記固溶Nbの未再結晶γ域の開
始温度であるAr₃＋150℃から圧延を施すことに
よりフエライト核となる変形帯が生成され、一方
Ar₃より低い温度で圧延を施すとシヤルピー衝撃
破面にセパレーシヨンが生じるので圧延温度域は
（Ar₃＋150℃）〜Ar₃の範囲内にする必要がある。
上記温度域における圧延において圧下率が50％未
満では破面遷移温度を−40℃以下にすることがで
きないので、上記温度域における圧下率は少なく
とも50％にする必要がある。 この圧延板を直ちに２〜40℃／secの冷却速度
で500℃以上の温度域まで加速冷却を施す理由は、
γ→α変態後のフエライト粒の成長を抑え、靭性
を向上させること、パーライト組織となる変態域
をベイナイト組織に変態させることにより主とし
て降伏強度を上昇させることにあるが、冷却速度
が２℃／sec未満ではベイナイト組織の生成効果
がなく、一方40℃／secを越えると塊状のベイナ
イトやマルテンサイト組織が生成して著しく靭性
を劣化させるので冷却速度は２〜40℃／secの範
囲内にする必要がある。また、冷却停止温度は
500℃未満ではベイナイトやマルテンサイト組織
が多量生成するため降伏強度が著しく低下するこ
と、更に冷却時間が長くなるために冷却むらを生
じ、鋼板内に歪が発生しやすく、本発明の目的で
ある歪の少ない鋼板を得ることができないので、
冷却停止温度は500℃以上に限定した。 冷却停止後600℃以下から200℃以上の温度域に
おいて、0.5％以上20％未満の圧下率の軽圧下を
施す理由は、主として引張強さの上昇を目的とす
るものであり、600℃を越える温度域における軽
圧下では引張強さの上昇量が少なく、一方200℃
未満の温度で軽圧下を施すと水素の除去が十分で
きないため水素欠陥が起きるので軽圧下の温度域
は600〜200℃に限定した。 軽圧下の圧下率は第２図に示す如く0.5％未満
では引張強さの上昇効果がなく、一方20％以上で
はシヤルピー衝撃破面にセパレーシヨンが発生す
るので600〜200℃の温度域における軽圧下の圧下
率は0.5％以上20％未満の範囲内にする必要があ
る。 また、軽圧下板を200℃以上の温度から空冷も
しくは徐冷するのは、水素の除去を容易にし、水
素欠陥を防止するためである。 実施例 第１表に成分組成を示す供試鋼種を第２表に示
す加熱−圧延−冷却条件により処理し、その鋼板
の機械的性質等を調査し、同じく第２表に結果を
示した。 第２表において、供試材No.１〜10は本発明の成
分組成を有するA1鋼の鋼片について、種々の加
熱−圧延−冷却により製造したもので、No.１は圧
延後の加速冷却を施しておらず、No.２は加速冷却
後の軽圧下圧延を施しておらず、No.10はスラブの
加熱温度が低くNbが固溶していないためいずれ
も引張強さが60Kgｆ／mm²を満足していないことが
わかり、No.３は（Ar₃＋150℃）〜Ar₃の温度域で
の圧下率が50％未満であるため、破面遷移温度が
−40℃以上であり、No.７は冷却停止温度が500℃
未満であるため軽圧下を施しても鋼板の歪が完全
に除去されていない。No.８は徐冷開始温度が200
℃未満であるため含有H₂による割れが発生して
おり、No.９はAr₃点以下の（γ＋α）

【表】

【表】

【表】

【表】 ２相域で圧延したためセパレーシヨンが発生して
いるが、No.４、５、６は本発明のすべての構成要
件の範囲内において製造したため本発明の目標で
ある引張強さ60Kgｆ／mm²以上、破面遷移温度−40
℃以下の条件をいずれも満足している。 供試材No.11は製造条件においては本発明の限定
要件を満足しているが、他の１つの構成要件であ
る化学組成においてNbを含有していないため、
破面遷移温度が−40℃以上となつている。 供試材No.12、13は本発明の構成要件をすべて満
足しており、特に成分組成において、Ｖ、Cu、
Ni、Mo、Ca等を適正に含有しており、いずれも
本発明の目標とする特性を満足している。 供試材No.14は従来の製造方法である焼入・焼戻
処理による比較鋼の機械的性質を示しているが、
本発明鋼の炭素当量はこの焼入・焼戻処理をした
比較鋼より0.06〜0.07％も少ないことがわかる。 本発明は上記実施例からも明らかな如く、成分
を限定し、特に適量のNbを含有せしめ、Nbが
0.005％以上固溶する温度まで加熱し、（Ar₃＋150
℃）〜A₃の温度域で50％以上の制御圧延を行い、
500℃以上の温度まで加速冷却を行い、引続いて
600〜200℃の温度域で0.5％以上20％未満の軽圧
下を施し、その後空冷もしくは徐冷することによ
り、鋼板内に歪が少なく溶接性と低温靭性の優れ
た高張力鋼を非調質で安価にかつ安定して製造す
ることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は制御圧延後の加速冷却条件が引張特
性、シヤルピー衝撃特性におよぼす影響を示す線
図、第２図は制御圧延後加速冷却を行いその後
500℃において施した圧延の圧下率が引張特性、
シヤルピー衝撃特性におよぼす影響を示す線図で
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 重量比で Ｃ：0.005〜0.15％ Si：0.1〜0.5％ Mn：0.8〜2.0％ Nb：0.005〜0.1％ Al：0.005〜0.08％ Ｓ：0.008％以下 を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物より
   成る鋼片をNbが0.005％以上固溶する温度まで加
   熱する段階と、前記加熱鋼片を（Ar₃変態点＋
   150℃）〜Ar₃変態点の温度域で少なくとも50％
   の圧下率で圧延する段階と、前記熱延板を直ちに
   ２〜40℃／secの冷却速度で500℃以上まで加速冷
   却する段階と、前記冷却板を600〜200℃の温度域
   で0.5％以上20％未満の圧下率で軽圧下する段階
   と、前記軽圧下板を200℃以上の温度から空冷も
   しくは徐冷する段階と、を有して成ることを特徴
   とする鋼板内の歪が少なく溶接性と低温靭性の優
   れた非調質高張力鋼の製造方法。 ２ 重量比で Ｃ：0.005〜0.15％ Si：0.1〜0.5％ Mn：0.8〜2.0％ Nb：0.005〜0.1％ Al：0.005〜0.08％ Ｓ：0.008％以下 を含み、更にCr、Ni、Mo、Ｖ、Cuの中から選
   ばれた少くとも１種を Cr、Ni、Mo、Cu：それぞれ0.5％以下 Ｖ：0.01〜0.10％ の範囲で含有し、残部がFeおよび不可避的不純
   物より成る鋼片をNbが0.005％以上固溶する温度
   まで加熱する段階と、前記加熱鋼片を（Ar₃変態
   点＋150℃）〜Ar₃変態点の温度域で少くとも50
   ％の圧下率で圧延する段階と、前記熱延板を直ち
   に２〜40℃／secの冷却速度で500℃以上まで加速
   冷却する段階と、前記冷却板を600〜200℃の温度
   域で0.5％以上20％未満の圧下率で軽圧下する段
   階と、前記軽圧下板を200℃以上の温度から空冷
   もしくは徐冷する段階と、を有して成ることを特
   徴とする鋼板内の歪が少なく溶接性と低温靭性の
   優れた非調質高張力鋼の製造方法。 ３ 重量比で Ｃ：0.005〜0.15％ Si：0.1〜0.5％ Mn：0.8〜2.0％ Nb：0.005〜0.1％ Al：0.005〜0.08％ Ｓ：0.008％以下 を含み、更にCr、Ni、Mo、Ｖ、Cuの中から選
   ばれた少くとも１種を Cr、Ni、Mo、Cu：それぞれ0.5％以下 Ｖ：0.01〜0.10％ の範囲で含有し、更にその上にCaもしくは希土
   類金属を Ca：0.002〜0.010％ 希土類金属：0.005〜0.010％ の範囲で含有し、残部がFeおよび不可避的不純
   物より成る鋼片をNbが0.005％以上固溶する温度
   まで加熱する段階と、前記加熱鋼片を（Ar₃変態
   点＋150℃）〜Ar₃変態点の温度域で少なくとも
   50％の圧下率で圧延する段階と、前記熱延板を直
   ちに２〜40℃／secの冷却速度で500℃以上まで加
   速冷却する段階と、前記冷却板を600〜200℃の温
   度域で0.5％以上20％未満の圧下率で軽圧下する
   段階と、前記軽圧下板を200℃以上の温度から空
   冷もしくは徐冷する段階と、を有して成ることを
   特徴とする鋼板内の歪が少なく溶接性と低温靭性
   の優れた非調質高張力鋼の製造方法。