JPH06306463A - 靭性の優れた高張力鋼板の製造方法 - Google Patents

靭性の優れた高張力鋼板の製造方法

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JPH06306463A
JPH06306463A JP8994193A JP8994193A JPH06306463A JP H06306463 A JPH06306463 A JP H06306463A JP 8994193 A JP8994193 A JP 8994193A JP 8994193 A JP8994193 A JP 8994193A JP H06306463 A JPH06306463 A JP H06306463A
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JP
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cooling
rolling
toughness
steel
steel sheet
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JP8994193A
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English (en)
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Yuji Nomiyama
裕治 野見山
Tadashi Ishikawa
忠 石川
Hiroshi Takezawa
博 竹澤
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 構造用鋼片に対し、圧延とその後の冷却(含
む 焼き戻し)により靭性の優れた高張力鋼板を製造す
る。 【構成】 構造用鋼片を再結晶温度域で30%以上圧延
し、最終圧延パス終了後10秒以内に15℃/秒以上の
冷却速度で600℃以下の温度まで冷却を実施、または
冷却後焼き戻しを実施する。 【効果】 圧延中冷却、圧延後の冷却工程の技術条件を
限定的に組み合わせることにより、60kgf/mm2 以上の
構造用鋼板を強度、靭性を損なうことなく、再加熱、冷
却待ち等を省略した高い生産性のもとに円滑に安定して
製造することを可能としたので、生産性の向上、製造コ
ストの低減等に多大の効果をもたらす。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、靭性が優れた高張力鋼
板の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、鋼材の強度、靭性、加工性等の諸
特性はその組織が微細化するほど向上することが一般的
な事実として広く知られ、鋼材の低温での靭性を向上さ
せるには結晶粒微細化が極めて有効で各種分野で検討が
なされている。例えば、制御圧延の例として、フェライ
ト粒径を微細化する技術として特開昭59−47323
号公報の提案がある。しかしこの圧延方法は低温で加熱
し、未再結晶域で大きな加工を加える方法である。また
従来から鋼材の細粒化には特開昭58−19431号公
報に開示されているように、NiやNb等の合金を使用
している。
【0003】また、加工熱処理技術による細粒化技術と
して材料とプロセス,6(1990),p1796に記
載のように加工と熱処理を組み合わせてフェライト粒径
を3μm程度にする細粒化技術がある。さらに、変態前
のオーステナイトを細粒化する方法として特開平2−3
0151号公報記載の方法がある。この方法は塑性加工
を加えつつ変態点を超えさせる技術で、到達オーステナ
イト粒径は5μmである。
【0004】また、鉄鋼の結晶粒超微細化部会報告書
(1991,3)に記載のようにSCM435材、オー
ステナイト系ステンレス鋼等において冷間加工を付与し
たマルテンサイトをAc3 直上に逆変態させてオーステ
ナイトを超細粒化する方法が提案されている。圧延後速
やかに冷却し、熱間圧延した組織を制御する方法として
特公平4−11608号公報に提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た提案は実用時に次に述べるような問題を内在してお
り、改善が待たれている。特開昭59−47323号公
報の提案のように低温で加熱し、未再結晶域での加工量
を大きくし、かつ制御冷却を必須とし、圧延後の急冷に
より微細なフェライト及びマルテンサイトとする方法
は、他のスラブの加熱温度と対象のスラブの加熱温度が
異なるため、この前後で加熱操業条件を調整する時間が
必要となる。
【0006】また、加熱効率の大幅な低下が避けられ
ず、更には未再結晶域での加工量を大きくするため、制
御圧延時の温度待ち時間が極めて長くなり、圧延効率の
低下、再加熱、及び制御冷却に伴うコスト上昇を招き、
生産性の向上を追求している現状における問題が多い。
【0007】特開昭58−19431号公報に開示され
ているように、NiやNb等の合金の添加は、鋼材の製
造コストを引き上げるばかりでなく、多量の使用は鋼材
の溶接性の劣化を招き、溶接部の所定の特性を満足でき
ないことになる。また、加工熱処理技術を駆使して細粒
化する技術として、材料とプロセス,6(1990),
p1796や特開平2−30151号公報記載の方法で
は、加工と熱処理を組み合わせる必要があるので、鋼板
の製造時の生産性の低下ばかりでなく、圧延機近傍に熱
処理ができる設備が必要で、設備面からも膨大なコスト
上昇を招く。
【0008】冷間加工しその後γに逆変態させる技術も
極めて強力な冷間圧延機が必要になり、鋼板製造設備面
からも大幅なコスト上昇を招く。さらに、圧延直後に急
冷し材質を制御する特公平4−11608号公報記載の
方法ではパス間時間が極めて短い熱延コイル製造工程を
前提とし、加工したオーステナイトから累積歪が大きい
状態からフェライトと変態させるため、結果的に低温域
圧延が必須となり著しい生産性の劣化を招き、圧延形状
不良、板厚精度等の諸問題が存在する。本発明は上記の
各問題点を解消して生産性よく経済的に靭性の優れた高
張力鋼板を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】本発明の要旨は次の通り
である。
【0010】(1)重量%でC:≦0.18%、P:≦
0.040%、Si:≦0.55%、S:≦0.040
%、Mn:≦1.50%を含み、残部がFe及び不可避
的成分からなる鋼片を再結晶域で30%以上圧延し、最
終圧延パス終了後10秒以内に15℃/秒以上の冷却速
度で600℃以下の温度まで冷却する。
【0011】(2)重量%でCr:≦0.50%、T
i:≦0.10%、Ni:≦1.00%、Nb:≦0.
05%、Mo:≦0.50%、B:≦0.003%、
V:≦0.10%、Cu:≦1.00%の1種または2
種以上を含みC+Si/24+Mn/6+Ni/40+
Cr/5+Mo/4+V/14で示す炭素等量を0.4
4重量%以下とする。 (3)(1)の鋼板を冷却後、さらに焼き戻し処理をす
る。 (4)(2)の鋼板を冷却後、さらに焼き戻し処理をす
る。 本発明が対象とする構造用鋼は、鋼板成分の限定理由及
び炭素等量の限定の範囲は、本発明が前記のごとく既存
の溶接構造用鋼板の製造方法を改善することを目的とし
且つ本発明は全溶接構造用鋼板に適用して効果が得られ
ることから、溶接用鋼に所要の成分及び炭素等量を定め
たJIS G3106の定めの範囲とした。
【0012】尚、本発明が対象とする溶接構造用鋼材の
分野では、上記の他、必要に応じて大入熱溶接時のHA
Z靭性に有害な粒界フェライト、フェライトサイドプレ
ートの抑制及びBNの析出によるHAZの固溶Nの固定
等、HAZ靭性向上のためにBを添加している。しかし
多量の添加はFe23(CB)6 の析出による靭性低下及
びフリーBによるHAZの硬化性の増加を招くので、こ
れらを防止するためにB量は0.003%を上限として
いる。
【0013】さらに母材の強度の上昇、及び母材、H
AZの各靭性向上の目的で、Cu,Ni,Cr,Mo,
V,Nb,Tiの1種または2種以上、HAZの結晶
粒粗大化防止と母材の異方性の低減を目的としてRE
M,Ca,Mgの1種または2種以上を用い、現実は
とのいずれか一方またはとの両方を添加してい
る。しかしながら群のCuは母材の強度を高める割り
にHAZの硬さ上昇が少ないが、応力除去焼鈍によりH
AZの硬化性が増加するのでこの増大を防止するために
1.00%を上限としている。
【0014】またNiは母材の強度と靭性及びHAZ靭
性を同時に高めるために添加するが、焼入れ性の増加に
よりHAZにおける粒内変態フェライト(以下IFPと
称す)の形成が抑制されることがあるのでそれを防止す
るため1.00%の添加量を上限としている。さらにC
r,Mo,V,Nb,Tiは焼入れ性の向上と析出硬化
とにより母材強度を高め、母材の低温靭性を向上するた
め添加しているが、HAZ靭性及び硬化性への悪影響を
防止するため、それぞれの影響度に応じて0.50%、
0.50%、0.10%、0.05%、0.10%を各
々の上限としている。
【0015】また前記したの元素は酸化物、硫化物も
しくは酸硫化物を形成し、HAZの結晶粒粗大化、母材
の異方性の軽減を目的に添加されるが、IFPの生成核
となるMnSの形成が困難になる。これを防止するた
め、これ等の元素の1種または2種以上を混合添加する
場合も各々を単独添加する場合も各々の添加量は0.1
%を上限としている。以上の各合金元素は、本発明にお
いても必要に応じて同時に添加し同様の作用効果を得る
ことができる。
【0016】また、本発明が対象とする鋼は通常連続鋳
造方法で製造されるので、一般的には不可避的に溶鋼の
脱酸材としてAlが使用され、このAlは溶接構造用鋼
材の母材組織の細粒化、固溶窒素の固定等に兼用されて
おり、その添加量は通常は0.005%を上限とし、鋼
の清浄度の低下防止の観点から0.1%を上限としてい
る。本発明で製造する鋼板も同様に不可避的成分として
この範囲のAlを含有している。このようにして製造さ
れる鋼片の加熱温度は、通常のこの種鋼板の加熱条件、
即ち圧延中の温度低下の作業性を考慮して900℃以
上、オーステナイトの粗大化防止から1250℃以下で
あることが、一般的であるが圧延中に適正な組織制御を
行なえば加熱温度は特に限定しない。
【0017】この鋼板を加速冷却により高強度化するに
は、圧延終了後に水、水蒸気、気水混合体等の何れかの
冷却剤を使用して冷却する。その場合の冷却速度は図1
に示すように15℃/秒以下では60kgf/mm2 以下に低
下するばかりか、靭性がvTrsで−40℃以下に悪化
して不足するので15℃/秒超とする。
【0018】
【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を用いて、導入された転位の回復及びオーステナイ
トの再結晶挙動に関して種々実験検討を繰り返した。
【0019】オーステナイトの再結晶による細粒化挙動
について検討した。再結晶域での圧下量を変化させてオ
ーステナイト粒径について調査した結果を図2に示す。
焼入れ実験によりオーステナイト粒の再結晶挙動を調査
した結果、図2に示すように30%以上の再結晶域での
圧延が必要で、30%以上の圧下ではオーステナイト粒
径の絶対値が収斂することが判明した。こうして得られ
たオーステナイト粒を維持しつつ、フェライト変態核と
なる残留転位の密度を保持するためには、図3に示すよ
うに導入した転位が完全に回復しない10秒以内に冷却
開始することが必要である。
【0020】圧延終了後に短時間内に速やかに冷却する
ことにより、変態後のフェライト粒の粗大化を抑制する
とともに、圧延時に導入された転位が回復することなく
残留したまま変態するので微細なフェライトが生成し、
その結果、靭性が良好となると推定される。
【0021】
【実施例】
(1)供試鋼、(2)圧延,冷却,焼き戻し条件、
(3)材質を表1,表2に示す。
【0022】
【表1】
【0023】
【表2】
【0024】
【表3】
【0025】表1に示す供試鋼は鋼種1〜11が60kg
f/mm2 級鋼、鋼種12〜14が70kgf/mm2 級鋼であ
る。また供試鋼は必要に応じてV,Nb,Ni,Ti,
Cu,Cr,Mo等の合金元素を添加したものである。
【0026】鋼番1〜14は本発明例は何れも再加熱す
ることなく、冷却のための待ち時間も置かずに製造した
にもかかわらず目標とした所要の強度と靭性を十分に備
えた優れた溶接用鋼板が得られた。これに対し鋼番15
〜28の比較例はそれぞれに問題点があり、前記要望を
満たす溶接用構造用鋼板が得られなかった。
【0027】即ち、冷却停止温度が650℃を超えた鋼
種16,19は、強度が所要の域に到達しなかった。加
速冷却時の冷却速度が所定の値より低い鋼番17,23
〜28は同一鋼種の本発明例に比べ、靭性が良好でなか
った。再結晶域での圧下量が30%未満である鋼番1
5,18,20,22,23,26は同一鋼種の本発明
例に比べ、靭性が著しく劣化した。
【0028】
【発明の効果】本発明は、圧延中冷却、圧延後の冷却工
程の技術条件を限定的に組み合わせることにより、塑性
変形能の優れた80%以下の低降伏比を示す60kgf/mm
2 以上の構造用鋼板を強度、靭性を損なうことなく、再
加熱、冷却待ち等を省略した高い生産性のもとに円滑に
安定して製造することを可能としたので、生産性の向
上、製造コストの低減等に多大の効果をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【図1】冷却速度とTS(引張強度)とvTrsの関係
を示す図表である。
【図2】再結晶域での圧下量とオーステナイト粒径の関
係を示す図表である。
【図3】圧延終了後冷却開始までの時間と残留転位密度
の関係を示す図表である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で C :≦0.18% P :≦0.040% Si:≦0.55% S :≦0.040% Mn:≦1.50% 残部がFe及び不可避的成分からなる鋼片を再結晶温度
    域で30%以上圧延し、最終圧延パス終了後10秒以内
    に15℃/秒以上の冷却速度で600℃以下の温度まで
    冷却することを特徴とする靭性の優れた高張力鋼板の製
    造方法。
  2. 【請求項2】 重量%で Cr:≦0.50% Ti:≦0.10% Ni:≦1.00% Nb:≦0.05% Mo:≦0.50% B :≦0.003% V :≦0.10% Cu:≦1.00% の1種または2種以上を含みC+Si/24+Mn/6
    +Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14で示す炭
    素等量を0.44重量%以下とすることを特徴とする請
    求項1に記載の靭性の優れた高張力鋼板の製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項1の鋼板を冷却後、さらに焼き戻
    し処理をすることを特徴とする靭性の優れた高張力鋼板
    の製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項2の鋼板を冷却後、さらに焼き戻
    し処理をすることを特徴とする靭性の優れた高張力鋼板
    の製造方法。
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