JPH0670248B2

JPH0670248B2 - 板厚方向の均質性に優れた溶接用超高張力鋼板の製造方法

Info

Publication number: JPH0670248B2
Application number: JP22759888A
Authority: JP
Inventors: 智也小関; 純一工藤; 修三上田
Original assignee: 川崎製鉄株式会社
Priority date: 1988-09-13
Filing date: 1988-09-13
Publication date: 1994-09-07
Anticipated expiration: 2009-09-07
Also published as: JPH0277521A

Description

【発明の詳細な説明】＜産業上の利用分野＞本発明は直接焼入れ焼戻し処理による厚鋼板の製造方法
に係り、特に板厚方向の均質性と溶接性に優れ、かつ異
方性の少ない引張強さ100kgf/mm²級の超高張力高靭性鋼
板の製造方法に関するものである。

＜従来の技術＞近年、ペンストック，圧力容器や海洋構造物等の大型
化，高性能化に対応し、使用鋼板も引張強さ100kgf/mm²
級の超高張力を有する厚肉鋼板の適用が検討されるよう
になっている。

これまで、この種の超高張力鋼の製造にあたっては熱間
圧延後の再加熱，焼入れ焼戻し処理が適用されており、
厚鋼板の中心部に強度・靭性を満足させるため添加合金
元素量を多くせざるを得なかった。そのため、焼入れ時
の冷却速度が早い表層部近傍では過剰焼入れとなり靭性
がが低下し、板厚方向の不均質が問題となっていた。

この問題を解決すべく、再加熱焼入れ処理を２回以上繰
り返したり、Nb添加を行ってオーステナイト粒を細粒化
させる方法などがとられていた。

しかし近年、熱間圧延後室温まで空冷することなく直ち
に焼入れを行い、その後焼戻し処理を施す直接焼入れ焼
戻し処理法が開発され、この方法を利用した板厚方向の
均質な鋼板製造法について、いくつか提案がなされてい
る。

例えば、特開昭61-56268号公報においては溶体処理後の
スラブを用い、熱間圧延時の930〜800℃の低温域で累積
圧下率40％以上の熱間圧延を施し、続いて直接焼入れ焼
戻し処理し、表層部近傍を焼戻しマルテンサイト組織、
中心部を焼戻しマルテンサイトと下部ベイナイト混合組
織とした鋼板とする方法が開示されている。また、特開
昭62-196326号公報においてはTi添加によりＢの焼入性
向上効果を確保し、さらに900℃以下の低温域（オース
テナイト粒の未再結晶領域）で軽圧下を加えることによ
り表層部近傍のみに加工歪を蓄積し、焼入性を中心部と
同程度に低下させる方法が開示されている。

しかし、前者においては溶体化処理が必須でありコスト
的に不利であり、また両者とも低温減圧延のみに着目し
ているため、このうち前者では鋼板の異方性が大きくな
り、また後者では安定製造と生産性に不利になることを
予想される。さらに、溶接部の軟化や衝撃特性について
の配慮もなく完成された技術とは言い難い。

＜発明が解決しようとする課題＞本発明の目的は、直接焼入れ焼戻し処理による経済的な
鋼板製造に当たり、高強度でしかも板厚方向の均質性が
優れ、かつ異方性が少ないことに加えて溶接部の軟化が
少なく高靭性を具備した鋼板の製造方法を提供すること
にある。

＜課題を解決するための手段＞本発明は、C:0.05〜0.16wt％,Si:0.05〜0.20wt％,Mn:0.
60〜1.50wt％,Cr:0.30〜0.80wt％,Mo:0.20〜0.80wt％,N
i:0.80〜3.00wt％,V:0.030〜0.100wt％,Al:0.010〜0.08
0wt％,B:0.0005〜0.0025wt％,N:0.0040wt％以下を含有
し、さらに必要に応じてCu:1.0wt％以下,Nb:0.050wt％
以下,Ca:0.0100wt％以下の１種又は２種以上を含み、下
記の式で定義される炭素当量Ceq.が0.52〜0.60％であ
り、残部Fe及び不可避的不純物からなる鋼を、1050〜12
00℃に加熱・均熱後、1000〜900℃の温度範囲で類積圧
下率が50％以上の熱間圧延を施し、引き続き900℃未満8
10℃以上の温度範囲にて、１パス当たりの圧下率が10％
未満の軽圧下圧延により累積圧下率を10〜30％とした
後、直ちに焼入れし、その後Ac₁点以下の温度で焼戻す
ことを特徴とする板厚方向の均質性に優れた溶接用超高
張力鋼板の製造方法である。

Ceq.＝Ｃ＋Mn/6＋Si/24＋Ni/40＋Cr/5＋Mo/4＋V/14
（％）＜作用＞以下に本発明における鋼組成および圧延条件の限定理由
を述べる。

Ｃは、所望の強度を得るため0.08wt％以上必要である
が、0.16wt％を超えると母材および溶接部の靭性が劣化
するため0.08〜0.16wt％の範囲とする。

Siは、製鋼時の脱酸剤として、また固溶強化による強度
確保のため必要であるが、第１図に示すように溶接部の
ボンド靭性に及ぼすSiの影響は顕著であり、溶接部の高
靭性を確保するためその添加量範囲を0.05〜0.20wt％と
する。

なお、第１図は0.11wt％Ｃ−0.90wt％Mn−1.50wt％Ni−
0.50wt％Cr−0.50wt％Mo−0.065wt％Ｖ−Ｂ系でSi添加
量を変化させ、サブマージドアーク溶接部（入熱量:50k
J/cm）の衝撃特性を調べたものである。

Mnは、焼入性を向上させ強度を確保するために0.60wt％
以上必要であるが、1.50wt％を超えると鋼板及び溶接部
の靭性が劣化するため0.60〜1.50wt％の範囲とする。

Crは、焼入性を向上させ強度上昇に効果があり0.40wt％
以上必要であるが、0.80wt％を超えると溶接性の低下お
よびSR割れ感受性が高まるため0.40〜0.80wt％の範囲と
する。

Moは、焼入性を向上したまま焼戻し軟化抵抗や耐SR割れ
性向上に効果があり0.30wt％以上必要であるが、0.80wt
％を超えると溶接性や靭性が劣化し、また経済的にも不
利となるため0.30〜0.80wt％の範囲とする。

Ｖは、焼入性を向上しかつ焼戻し軟化抵抗を増大させる
元素であり強度確保の点から0.030wt％以上必要である
が、0.100wt％を超えると溶接部の靭性が劣化するため
0.030〜0.100wt％の範囲とする。

Niは、鋼板および溶接部の強度，靭性の向上に効果があ
り、0.60wt％以上必要であるが、3.00wt％を超えるとそ
の効果が飽和し、また経済的にも不利となることから0.
60〜3.00wt％の範囲とする。

Alは、脱酸作用があり0.010wt％以上必要であるが、0.0
80wt％を超えると鋼板および溶接部の靭性が劣化するた
め、0.010〜0.080wt％の範囲とする。

Ｂは、微量で焼入性を向上させ強度，靭性の確保に有効
であり0.0005wt％以上必要であるが、0.0025wt％を超え
ると鋼板および溶接部の靭性を劣化させるため0.0005〜
0.0025wt％の範囲とする。

Ｎは、圧延中にＢと結合しBNを析出してＢの焼入性向上
効果を低減させるので0.0040wt％以下にする必要があ
る。

さらに上記成分に加えて鋼板および溶接部の軟化防止お
よび靭性の改善を目的とし、以下の成分を１種又は２種
以上添加できる。

Cuは、鋼板の強度上昇に効果があるが、多過ぎると熱間
加工性および溶接性が低下するためその上限を1.0wt％
とする。

Nbは、強度を上昇しまたオーステナイト粒を微細にして
靭性改善に効果があるが、多過ぎると溶接部の靭性が著
しく劣化するためその上限を0.050wt％とする。

Caは、硫化物の形態制御（球状化）効果をもち異方性の
改善に効果をもつが、多過ぎると清浄度が低下し靭性は
劣化するためその上限を0.0100wt％とする。

さらに、溶接部の軟化防止および靭性確保のため、Ceq.
＝Ｃ＋Mn/6＋Si/24＋Ni/40＋Cr/5＋Mo/4＋V/14（％）で
表される炭素当量Ceq.を0.52〜0.60％の範囲になるよう
に、これら各種添加元素を量的に勘案しなければならな
い。これは0.52％未満では溶接部の軟化が大きいため継
手強度が不足し、また0.60％を超えると溶接部の硬さが
上昇し溶接割れ感受性を高めるためである。

次に加熱、圧延条件の限定理由について述べる。

上記の組成鋼を連続鋳造法あるいは造塊法でスラブ鋼塊
とし、1050〜1200℃に加熱，均熱後、熱間圧延を行う。
ここで加速温度の限定理由は以下の通りである。すなわ
ち、1050℃未満では後述する熱間圧延が困難となり、ま
た1200℃を超えるとオーステナイト粒の成長，粗大化が
著しく、その解消（粒の微細化）のためには圧延パス数
の増加が必要となり、生産性が阻害され好ましくない。

次に、1000〜900℃の温度範囲での高温再結晶域での圧
延は、圧延−再結晶の繰り返しによるオーステナイト粒
の等方的微細化に非常に有効である。しかし、累積圧下
率が50％未満ではその効果が十分でなく、その後の圧延
で混粒，伸展オーステナイト粒となり鋼板の異方性が生
じやすくなるため、50％以上の累積圧下率が必要であ
る。第２図は0.11wt％C-0.90wt％Mn-0.12wt％Si-1.50wt
％Ni-0.50wt％Cr-0.50wt％Mo-0.065wt％Ｖ−Ｂ系の鋼を
用い、1000〜900℃の温度域での圧下量のみを変化させ
た場合のL,C方向の特性の相違について調べた結果であ
る。図から、累積圧下率を50％以上とすることにより、
異方性（L,C方向による材質変化）は軽減されることが
わかる。

さらに、900℃未満810℃以上の低温域における圧延条件
の限定理由は以下の通りである。すなわち、１パスあた
りの圧下率を10％以下とした軽圧下圧延で、中心部に比
べ表層部近傍がより一層微細に展伸されたオーステナイ
ト粒となり、そのため表層部の焼入性は抑制される。し
かし、この時の累積圧下率が10％未満では効果は少な
く、また30％を超えると変形帯がはいりすぎて焼入性が
低下しすぎ、Ｂによる焼入性効果が期待できなくなり、
中心部の強度靭性が不良となり異方性も顕著となってく
るため累積圧下率は10〜30％の範囲とすることが必要で
ある。

さらに、この圧延効果をより有効に発揮する温度域は90
0℃未満810℃以上である。すなわち、900℃以上の高温
では再結晶領域であるためオーステナイト粒の微細展伸
化が期待できず、かつ焼入れ過剰となる。また、810℃
未満では焼入性が低下しすぎ表層部近傍及び中心部とも
所望の強度，靭性が確保できなくなってしまう。

以上の熱間圧延後、直ちに焼入れを行い所定の性能を具
備させる。なお、前述の圧延条件，焼入れ処理により鋼
板のミクロ組織は表層部近傍，中心部ともマルテンサイ
ト＋下部ベイナイト混合組織であり、オーステナイト粒
形状は中心部が微細，展伸粒となり、表層部近傍は中心
部のそれより一層展伸されかつ変形帯も多く導入された
ものとなる。

その後、板厚方向のより一層の均質化と高靭性化を主目
的としAc₁点以下の焼戻し処理を行う必要がある。

以上の本発明の骨子を換言すれば以下の如くである。す
なわち溶接継手部の軟化防止と高靭性の確保に留意した
成分系を用い、板厚方向の各位置でマルテンサイト＋下
部ベイナイト混合組織となるよう圧延条件を設定する。
すなわち、高温域での圧下率を十分確保し微細整粒オー
ステナイト粒を得、さらに低温域で軽圧下圧延を施し、
表層部近傍の焼入性を抑制し板厚方向の均質性を確保す
る。

本発明の鋼は転炉あるいは電気炉で溶製し、連続鋳造法
あるいは造塊法でスラブ又は鋼塊としたのち分塊圧延あ
るいはそのまま厚板圧延により鋼板とすることができ
る。

＜実施例＞表１に示す各組成の５トン鋼塊を造塊法で溶製し、表２
に示す各製造条件で50〜75mm厚鋼板を製造した後、その
機械的性質を調査した。

得られた結果を表３に示す。表３から本発明範囲の圧延
条件の適用で異方性の少ない均質性の優れた超高張力鋼
板が安定して製造可能であることがわかる。しかし、添
加合金量が少ない場合（Ａ鋼）は強度が不足し、また多
い場合（Ｅ綱）は表層下の靭性確保が困難となることが
わかる。加えて表４に示すように溶接継手部の硬さ測定
結果からＡ綱は溶接部の軟化、またＥ綱は溶接部の硬さ
が高く溶接割れが懸念されるのに対し、本発明成分綱B,
C,Dは溶接部の最高硬さもHT−80鋼並みであり、十分な
溶接性を有していることがわかる。

＜発明の効果＞本発明によりペンストック，圧力容器や海洋構造物用鋼
として、HT−80キロ鋼と同等の溶接性を有し板厚方向の
均質性に優れた超高張力鋼板が安価に提供できることに
なりその意義は大きい。

【図面の簡単な説明】第１図は溶接部の衝撃特性に及ぼすSi添加量の影響を示
すグラフ、第２図は鋼材の異方性に及ぼす高温域での圧
下量の影響を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】C:0.05〜0.16wt％,Si:0.05〜0.20wt％,Mn:
0.60〜1.50wt％,Cr:0.30〜0.80wt％,Mo:0.20〜0.80wt
％,Ni:0.80〜3.00wt％,V:0.030〜0.100wt％,Al:0.010〜
0.080wt％,B:0.0005〜0.0025wt％,N:0.0040wt％以下を
含有し、下記の式で定義される炭素当量Ceq.が0.52〜0.
60％であり、残部Fe及び不可避的不純物からなる鋼を、
1050〜1200℃に加熱・均熱後、1000〜900℃の温度範囲
で累積圧下率が50％以上の熱間圧延を施し、引き続き90
0℃未満810℃以上の温度範囲にて、１パス当たりの圧下
率が10％未満の軽圧下圧延により累積圧下率を10〜30％
とした後、直ちに焼入れし、その後Ac₁点以下の温度で
焼戻すことを特徴とする板厚方向の均質性に優れた溶接
用超高張力鋼板の製造方法。 Ceq.＝Ｃ＋Mn/6＋Si/24＋Ni/40＋Cr/5＋Mo/4＋V/14
（％）
【請求項２】C:0.05〜0.16wt％,Si:0.05〜0.20wt％,Mn:
0.60〜1.50wt％,Cr:0.30〜0.80wt％,Mo:0.20〜0.80wt
％,Ni:0.80〜3.00wt％,V:0.030〜0.100wt％,Al:0.010〜
0.080wt％,B:0.0005〜0.0025wt％,N:0.0040wt％以下を
含有し、さらにCu:1.0wt％以下,Nb:0.050wt％以下,Ca:
0.0100wt％以下の１種又は２種以上を含み、下記の式で
定義される炭素当量Ceq.が0.52〜0.60％であり、残部Fe
及び不可避的不純物からなる鋼を、1050〜1200℃に加熱
・均熱後、1000〜900℃の温度範囲で累積圧下率が50％
以上の熱間圧延を施し、引き続き900℃未満810℃以上の
温度範囲にて、１パス当たりの圧下率が10％未満の軽圧
下圧延により累積圧下率を10〜30％とした後、直ちに焼
入れし、その後Ac₁点以下の温度で焼戻すことを特徴と
する板厚方向の均質性に優れた溶接用超高張力鋼板の製
造方法。 Ceq.＝Ｃ＋Mn/6＋Si/24＋Ni/40＋Cr/5＋Mo/4＋V/14
（％）