JPS63266023A - 直接焼入れ法による引張強さ７０Ｋｇｆ／ｍｍ２以上，降伏比９０％以下の高靭性低降伏比高張力鋼板の製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は、直接焼入れ法による降伏比９０％以下の高
靭性低降伏比高張力鋼板の製造方法に関し、とくに鋼板
の変形能を増大させ、鋼構造物の安全性増加を目指して
高張力鋼の低降伏比化を図り、橋梁、建築、水圧鉄管お
よび圧力容器などへの有利な適用を成就しようとするも
のである。

一般に引張強さが４０　ｋｇ　ｆ　／　ｍｍ　”級の軟
鋼では、その、降伏比の値がおよそ６０〜７０％程度と
低いのに反し、鋼の引張強さを増大させるにつれて降伏
比は高くなる傾向にあり、近年使用量の増しつつある引
張強さ７０〜１１０　ｋｇｆ／ｍｍ２級の高張力鋼では
通常降伏比が９０％以上にも高くなるため、建造物の設
計上の要注意事項とされている。

降伏比は鋼板が降伏したのち破断にいたるまでの余裕を
示すものと考えられ、その値が低いほど変形能が大きく
、一様伸びおよび全伸びが大きいので鋼構造物の安全性
の点で有利であるのは明らかである。

また、鋼構造物の疲労特性向上の面からも低降伏比の高
張力鋼板の開発が要望される。

（従来の技術） 引張強さ７０〜１１０　ｋｇｆ／ｉｎ２　もの高張力鋼
を製造するには、その強度確保のために組織をマルテン
サイト主体とする必要があるが、焼入れままでは靭性が
低くかつ板厚方向の強度が不均一である。

従って、従来焼入れ後６００℃程度の温度で焼もどし処
理を施すことによって鋼板の靭性向上と板厚方向の強度
の均一化とが図られてきたわけであるが、この場合、鋼
板の降伏比は９０％を超える高い値となるのは避は難い
問題である。

この問題を解決する試みとして、焼もどし工程を省いて
焼入れままでの低降伏比を利用することも考えられては
いるが、前述の如く単なる焼入れまま鋼板では靭性が低
く、とくに板厚方向の強度が不均一となるために、未だ
実用に供しうる鋼板は製造されていない。

また、二相域焼入れ法によってマルテンサイト地にフェ
ライトを混合させた二相混合組織とすることによって降
伏比を低下させる試みが８０ｋｇｆ／ｍｍ２級高張力鋼
について報じられている（“低降伏比８０キロ級高張力
鋼およびその溶接部の基本特性”、溶接学会論文集、　
　３−３．１９８５　（参照））。しかし、この場合も
フェライトが軟かいため従来の焼入れ一焼もどし鋼板と
同程度の強度を得るには炭素当量を従来鋼より高める必
要があって、鋼構造物建造時に最も重要である鋼板の溶
接割れ感受性が増加する欠点は不可避である。

（発明が解決しようとする問題点） 従来の７０〜１１０　ｋｇｆ／ｍｍ”扱網の焼入れ一焼
もどし鋼と同等以下の炭素当量で、同等程度の強度をも
ち、しかも降伏比を９０％以下となし得る低降伏比高張
力鋼の製造を可能にすることにあわせて、従来の焼入れ
まま鋼において認められた板厚方向における強度分布差
を低減することが、この発明の目的とするところである
。

（問題点を解決するための手段） この発明は、 Ｃ：０．０４〜０．１４　ｗｔ％（以下単に％で示す）
、Ｓｔ　：　０．０３〜０．２０％、 Ｍｎ　：　０．６０＝１．４０％、 Ｃｒ　：　０．３０〜１．２０％、 Ｍｏ　：　０．３０〜１．２０％、 Ｖ　　：　０．０３〜０．１０％、 Ａｔ　：　０．０２〜０．０９％、 Ｂ　　：Ｏ，０Ｏ０３〜０．００３％およびＮ　　：０
．００４５％以下 を含有し、かつ次式 ％式％（） （式中の元素記号は合金成分含有量（χ））であらわさ
れる炭素当量Ｃｅｑ、が０．３８〜０．６５％である鋼
スラブを、１０００〜１２５０℃に加熱後、圧延仕上げ
温度が鋼板表面で７８０〜８５０″Ｃとなる熱間圧延を
施し、該圧延終了後１５０秒以内に焼入れを開始するこ
とからなる、直接焼入れ法による降伏比９０％以下の高
靭性低降伏比高張力鋼板の製造方法である。

この発明の発想の基礎は概ね次のとおりである。

１、未再結晶オーステナイトが主体となる低温度での圧
延仕上げ後、直接焼入れすることによってマルテンサイ
トを強化するとともにその際とくにＢの焼入性向上効果
を有効利用して、低炭素当量化する。

２、未再結晶オーステナイトが主体となる適切な圧延仕
上げ温度の選定によって板厚方向の強度変化を少なくす
る。

３、上記の直接焼入れままで高靭性となるために必要な
化学成分組成を見出し、それに基づいた成分設計を利用
する。

発明者らは多数の鋼を溶製し、そのスラブを９５０〜１
２５０℃の種々の温度に加熱後、９５０〜７５０℃の種
々の温度で圧延を終了させたのち、所定時間その温度に
保持したのち焼入れることによって、圧延仕上げ温度お
よび圧延終了後焼入れまでの時間が鋼板の強度および靭
性におよぼす影響について詳細に調べた。

その結果、再結晶オーステナイト温度域で圧延を終了し
て直接焼入れる場合には、圧延終了後焼入れまでの時間
が短時間および長時間いづれにおいても焼入れままでは
十分な靭性が得られず、良好な靭性を得るにはきわめて
狭い範囲の適正時間しか存在しないことが判明した。

一方、未再結晶オーステナイトが主体となる温度域で圧
延を終了してから焼入れる場合には、圧延終了後焼入れ
までの保持時間が変化しても、かなり長時間保持でも、
焼入れままで十分な靭性を有する低降伏比の鋼板が得ら
れた。

ここに未再結晶オーステナイト主体の圧延の場合、圧延
終了後焼入れまでの時間が変化しても安定して高強度、
高靭性が得られることに対しては、Ｂの挙動が大きく寄
与している。

つまりＢがオーステナイト粒界に存在するときに粒界エ
ネルギを下げて焼入性を向上させるが、圧延温度が低い
とオーステナイト粒界の移動速度が小さくＢの拡散速度
も小さいので、Ｂが安定してオーステナイト粒界に長時
間まで存在できる。

さらに、低温圧延の場合にはオーステナイト中に歪が導
入され、この歪がマルテンサイト中にもちきたされるの
で強度上昇効果をもつ。

その他、焼入れままで靭性が良好な理由の一つとして、
未再結晶オーステナイトは第１図の金属組織顕微鏡写真
に示す如く変形しており、その直径が小さいため、マル
テンサイトが微細化することが挙げられる。

一例として、次の化学成分（％）　、Ｃ１０，１０，５
ｉ１０，１４　、Ｍｎ１０．９４　、Ｎｉ１０．８５　
、Ｃｒ１０．５１　。

Ｍｏ１０．４６　、Ｖｌｏ、０５１　、Ａｊ！１０．０
４０、Ｂ１０．００１、Ｎ１０．００３５になる鋼スラ
ブについて、圧延仕上げ温度およびその後直接焼入れま
での時間を変化させて板厚５０ｆｆｌＩｎの鋼板を製造
し、これらが鋼板の強度および靭性におよぼす影響につ
いて調べた結果を第２図に示す。

同図から明らかなように、再結晶オーステナイト組織の
場合には、前述の如く圧延終了後直接焼入れまでの時間
による強度変化が大きく、低強度の場合には靭性が不良
であることが認められる。

一方、未再結晶オーステナイト主体の場合には、強度、
靭性の経時変化は１５０秒保持まで認められずいずれも
十分な値を示している。また降伏比も８５％以下と低い
。

第３図は、上記の鋼スラブを未再結晶オーステナイト域
主体で圧延し直接焼入れした鋼板の板厚方向の硬さ分布
を示したものであり、図中には同じ鋼スラブを用いて従
来の再加熱焼入れ法を施用した場合の焼入れまま材の硬
さ分布を併示した。

前者の場合には、板厚中心部の温度が高く鋼板表層部に
近づく程温度が低い状態にある圧延後の状態から直接焼
入れるために、板厚中心部の焼入性が高く、鋼板表層部
はど焼入性が劣化する。一方板厚中心部程焼入れ時の冷
却速度が遅い。従ってこれらが調和し図に示すような均
一な硬さく換言すれば強度）を有する。

（作　用） つぎに、各成分の限定理由を述べる。

旦は、マルテンサイトの強化に最も有効な成分であるが
、０．０４％未満では強化効果が小さく、強度を得るた
めには他の合金成分を多量に添加する必要が生じ好まし
くない。一方、０．１４％を超えるとマルテンサイトが
脆弱化して靭性の劣化を招く。

鉦は、脱酸剤としての作用の他に合金元素としての役割
を持ち、この発明においては炭化物の析出に影響を与え
るので極めて重要な成分である。

Ｓｉが０．０３％未満では脱酸剤としての効果は得られ
ず、一方その量が０．２０％を超えると低Ｓｔ化による
靭性の向上効果が期待できない。また第３図の結果は、
Ｓｉによって著しく影響されることも大きな特徴であっ
て、０．０３〜０．２％の範囲にすることが必要である
。

勘は、強度確保のために０．６０％以上必要であるが、
１．４０％を超えると溶接性や加工性を劣化させるので
０．６０〜１．４０％の範囲とする。

虹は、０．３０％未満では強度上昇効果に乏しく、一方
１．２０％を超えると直接焼入れ時に炭化物を析出し、
靭性劣化の一因となる。

たは、焼入れ性向上および整粒効果の点から必要であり
、その効果を得るには０．３％以上必要である。しかし
１．２％を超えるとその効果が減少するので経済性の面
から０．３〜１．２％に限定する。

１Ｍは、溶接熱影響部の軟化度軽減のために必要である
が、０．０３％未満ではその効果はほとんど得られず、
一方０．１０％を超えると熱影響部の靭性を劣化させて
好ましくないので０．０３〜０．１０％に限定する。

Ｍは、脱酸剤として必要であるが、０．０２％未満では
脱酸効果は少なく、一方０．０９％を超えると靭性を著
しく低下させる。したがって、その添加範囲を０．０２
〜０．０９％に限定する。

旦は、極く微量で鋼板の焼入れ性を高めるのできわめて
重要な成分である。とくにこの発明の鋼の開発の上で最
も重要な成分と云える。

しかし、その添加量が０．０００３％未満の場合にはＢ
による焼入れ性向上効果は期待できず、一方０．００３
％を超えるとＢ析出物を形成して焼入れ性向上に有効な
り量を減少させるだけでなく、Ｂ析出物自体も焼入れ性
を低下させるので好ましくない。

−Ｎ−は、ＢＮ等の窒化物を形成してＢの焼入れ性向上
効果を低減するだけでなく靭性劣化を招くことから可能
な限り低減することが好ましい。０．００４５％以下と
する場合には鋼板の靭性を損なうことなくＢを効果的に
作用せしめる。

次に、炭素当量蝕虹が０．３８％未満であると７０ｋｇ
ｆ　／　ｍｍ　”以上の引張強さと良好な靭性とを同時
に得ることは困難となり、また溶接熱影響部の軟化を生
じる。一方、Ｃｅｑ　、が０．６５％を超えると溶接割
れ感受性が増して割れ防止予熱温度が高くなり、溶接施
工能率の面から好ましくない。

以上必須成分について説明したが、この発明では、靭性
確保の目的で３．２０％以下の範囲においてＮｉを含有
させることができる。ここにＮｉ債を３．２０％以下に
限定したのは３．２０％を超えて多量に添加してもさら
なる靭性の向上効果は期待できず、むしろ経済性を損な
うことによる。

なおこの発明においては、■の代りに０．０１５〜０．
０５０％のＮｂを添加しても、またＮｂと■とを併用し
ても同等の効果が得られる。

さらに、エムうじ４独天９１支の変化による材質バラツ
キを避けて安定した材質の鋼板を製造するためにはスラ
ブ加熱温度を限定する必要がある。

この発明においては加熱温度が１２５０℃を超えるとオ
ーステナイト粒の粗大化によって強度は得られるものの
靭性が劣化する。一方、スラブ加熱温度が１０００℃未
満の場合にはオーステナイト粒は細粒化して強度低下が
生じ、それに伴なって靭性も劣化する。

従って、安定した強度と靭性を備えた鋼板を製造するた
めには、圧延前のスラブは１０００−１２５０℃の温度
範囲に加熱する必要がある。

圧延化上ザ１度も鋼板の材質に大きく影響する。

圧延仕上げ温度としては鋼板表面温度で７８０〜８５０
℃の範囲が適切である。

というのは圧延時の鋼板表層部と板厚中央部では大きな
温度差があり、例えば板厚１００脳の場合にその温度差
は６０℃程度と考えられる。従って、板厚各位置におい
て圧延仕上げ温度を上記範囲内に制御するためには鋼板
表面温度を７８０〜８５０℃にする必要がある。第４図
に圧延仕上げ温度が強度と靭性におよぼす影響を上記し
た鋼スラブを用いて検討した結果を示す。

また、この発明の鋼においては、焼入れ後４００℃以下
の低温域であればとくにＢを施してもその強度、靭性、
降伏比に大きな変化は生じないことも第５図に示すとお
りである。

（実施例） 表１は、この発明に従う化学組成を有する鋼塊と好適成
分範囲を逸脱した化学組成の鋼塊、計３鋼塊を溶製し、
スラブ加熱温度、圧延仕上げ温度。

圧延終了後から焼入れまでの時間を違えて板１￥５０胴
の鋼板を製造したのち、各鋼板に゛ついて板厚スおよび
２位置におけるＹ、Ｓ、、　Ｔ、Ｓ、および−６０℃で
２　ｔｒｍ　Ｖノツチシャルピー吸収エネルギを調べた
結果である。

化学組成、スラブ加熱温度、圧延仕上げ温度。

圧延終了後から焼入れまでの時間のいずれもがこの発明
の範囲内にある場合には板厚スおよび２位置いずれにお
いても良好な強度と靭性を有する低降伏比の高張力鋼板
が得られている。

一方、上記製造条件のいずれか一つが欠けると化学組成
が同一であっても強度およびｙ２（、位置における靭性
が低く、またかりに強度は得られても’Ａ　を位置にお
ける靭性が極めて低い。さらに製造条件がこの発明範囲
内であっても化学組成が範囲外の場合は、＋Ａもおよび
ｙましいずれの位置においても靭性は低かった。

（発明の効果） 引張強さ７０〜１１０　ｋｇｆ／ｍｍ”級の高張力鋼を
用いる橋梁、建築、海洋構造物、水圧鉄管および圧力容
器等の鋼構造物の安全性を高めることができるので、こ
れらの分野に広く適用することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、未再結晶オーステナイトの変形の様子を示し
た金属組織顕微鏡写真、 第２図は、鋼板の強度と靭性におよぼす圧延仕上げ温度
および圧延終了後直接焼入れまでの時間の影響を示した
グラフ、 第３図は、硬さの板厚方向分布を示す比較グラフ、 第４図は、鋼板の強度と靭性におよぼず圧延仕上げ温度
の影響を示すグラフ、 第５図は、鋼板の強度と靭性におよぼす焼もどし温度の
影響を示す参考グラフである。 第１図 ｘ改℃ 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｃ：０．０４〜０．１４ｗｔ％、 Ｓｉ：０．０３〜０．２０ｗｔ％、 Ｍｎ：０．６０〜１．４０ｗｔ％、 Ｃｒ：０．３０〜１．２０ｗｔ％、 Ｍｏ：０．３０〜１．２０ｗｔ％、 Ｖ：０．０３〜０．１０ｗｔ％、 Ａｌ：０．０２〜０．０９ｗｔ％、 Ｂ：０．０００３〜０．００３ｗｔ％およびＮ：０．０
   ０４５ｗｔ％以下 を含有し、かつ下記式であらわされる炭素当量Ｃｅｑが
   ０．３８〜０．６５ｗｔ％である鋼スラブを、１０００
   〜１２５０℃に加熱後、圧延仕上げ温度が鋼板表面で７
   ８０〜８５０℃となる熱間圧延を施し、該圧延終了後１
   ５０秒以内に焼入れを開始することを特徴とする、直接
   焼入れ法による降伏比９０％以下の高靭性低降伏比高張
   力鋼板の製造方法。 記 Ｃｅｑ．＝（Ｃ）＋１／２４（Ｓｉ）＋１／６（Ｍｎ）
   ＋１／５（Ｃｒ）＋１／４（Ｍｏ）＋１／４０（Ｎｉ）
   ＋１／１４（Ｖ） （式中の元素記号は合金成分含有量（ｗｔ％））