JP2000160279A - 耐衝撃貫通特性に優れた鋼およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐衝撃貫通特性の向上、溶接性や曲げ加工性
などの向上を図ることができる耐衝撃貫通特性に優れた
鋼およびその製造方法を提供すること。 【解決手段】 引張強さが８５０ＭＰa 以上１７００Ｍ
Ｐa 以下で、降伏比が８０％以下であるとともに、ＪＩ
Ｓ ＳＳ４００の貫通限界エネルギに対する比である貫
通限界エネルギ比が２．０以上である鋼とする。この鋼
は、室温でオーステナイト相を安定としない鋼に対し
て、Ａc3変態点以上に加熱後３５０℃以下の温度に水冷
することを熱処理１とし、このＡc3変態点とＡc1変態点
の間の温度に加熱後３５０℃以下の温度に水冷すること
を熱処理２とするとき、熱処理１を行った後、熱処理１
もしくは熱処理２の単独あるいは熱処理１，２の組み合
わせを少なくとも１回以上行って最終熱処理として熱処
理２で完了するようにして製造する。これにより、耐衝
撃貫通特性の向上を図ることができ、溶接性や曲げ加工
性などの向上を図ることができるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は耐衝撃貫通特性に
優れた鋼およびその製造方法に関し、耐衝撃貫通特性の
向上とともに、溶接性や曲げ加工性などの向上を図るよ
うにしたものである。

【０００２】

【従来の技術】鋼板に要求される特性の一つに耐衝撃貫
通特性があり、このような特性を得るため鋼板の化学組
成を調整するとともに、強度を上げるために時効などの
熱処理を施すことが行われている。

【０００３】従来、この耐衝撃貫通特性を必要とする部
材を製作する場合には、まず鋼板を得るため、溶製鋳造
してスラブとした後、必要な板厚に熱間圧延を施して冷
却する。その後、バッチ熱処理が可能な大きさに切断
し、必要な曲げ加工などを施し、これに時効などの熱処
理を施して製品としている。

【０００４】また、大型部材などの場合には、必要な曲
げ加工などが施された後、時効などの熱処理が施された
部材同志を溶接して製作されていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来の高張力鋼やマルエージ鋼板のうち、実使用でおく
れ破壊が問題とならない引張強さ１２００ＭＰa 以下の
鋼板の貫通限界エネルギは普通鋼であるＪＩＳ ＳＳ４
００の貫通限界エネルギ（貫通限界速度におけるエネル
ギ）に対して１．５倍（貫通限界エネルギ比が１．５）
以下であり、さらなる向上が望まれている。

【０００６】また、従来の鋼板は、バッチ熱処理が必要
なため最大の供給サイズが熱処理炉の大きさ以下に制限
されるという問題がある。

【０００７】さらに、従来の鋼板同志の溶接の際、予熱
なしで施工しようとするためには、オーステナイト系の
高価な溶材が必要になるという問題がある。

【０００８】また、従来の鋼板は時効などの熱処理後の
曲げ加工性が悪く、曲げ半径が板厚ｔの４倍（４ｔ）と
大きく、加工が制限されるという問題がある。

【０００９】この発明はかかる従来技術の有する課題に
鑑みてなされたもので、耐衝撃貫通特性の向上ととも
に、溶接性や曲げ加工性などの向上を図ることができる
耐衝撃貫通特性に優れた鋼およびその製造方法を提供し
ようとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】耐衝撃貫通特性を評価す
るため、小型衝撃試験装置を用い、プロジェクタイルに
よる打ち抜き試験を軟鋼から高強度鋼までの幅広い材料
に対して行ったところ、引張強さが高いだけでは耐衝撃
貫通特性の向上を図ることができなかった。

【００１１】そこで、材料の変形、硬さ分布、ミクロ組
織等の調査を行うとともに貫通限界エネルギという概念
を新たに導入してこれを打ち抜き試験で計測することに
より、材料の具備すべき条件を子細に検討した結果、引
張強さをある一定以上の範囲とし、かつ降伏比（耐力／
引張強さ）を低くすることにより、貫通限界エネルギを
高めることが可能であることを見出だし、この発明を完
成させたものである。

【００１２】なお、貫通限界エネルギとは、打ち抜き試
験でプロジェクタイルの速度を変え、貫通が生じない最
大速度におけるプロジェクタイルの運動エネルギをい
う。

【００１３】すなわち、上記従来技術が有する課題を解
決するため、この発明の請求項１記載の耐衝撃貫通特性
に優れた鋼は、引張強さが８５０ＭＰa 以上１７００Ｍ
Ｐa以下で、降伏比が８０％以下であるとともに、ＪＩ
Ｓ ＳＳ４００の貫通限界エネルギに対する比である貫
通限界エネルギ比が２．０以上であることを特徴とする
ものである。

【００１４】この耐衝撃貫通特性に優れた鋼によれば、
引張強さが８５０ＭＰa 以上１７００ＭＰa 以下で、降
伏比が８０％以下であるとともに、ＪＩＳ ＳＳ４００
の貫通限界エネルギに対する比である貫通限界エネルギ
比が２．０以上であることから、耐衝撃貫通特性の向上
を図ることができるとともに、溶接性や曲げ加工性など
の向上を図ることができる。

【００１５】ここで、貫通限界エネルギ比とは、ＪＩＳ
ＳＳ４００の貫通限界エネルギを基準として、同一条
件での打ち抜き試験から求めた貫通限界エネルギを比で
表した値であり、打ち抜き試験条件、例えばプロジェク
タイルの形状、硬さなどによって得られる貫通限界エネ
ルギの絶対値が変化することから、かかる比を用いるこ
とで耐衝撃貫通特性の評価を一般化するものである。

【００１６】また、この発明の請求項２記載の耐衝撃貫
通特性に優れた鋼の製造方法は、耐衝撃貫通特性に優れ
た鋼を製造するに際し、室温でオーステナイト相を安定
としない鋼に対して、Ａc3変態点以上に加熱後３５０℃
以下の温度に水冷することを熱処理１とし、このＡc3変
態点とＡc1変態点の間の温度に加熱後３５０℃以下の温
度に水冷することを熱処理２とするとき、前記熱処理１
を行った後、前記熱処理１もしくは前記熱処理２の単独
あるいは組み合わせを少なくとも１回以上行って前記熱
処理２で完了することを特徴とするものである。

【００１７】この耐衝撃貫通特性に優れた鋼の製造方法
によれば、室温でオーステナイト相を安定としない鋼に
対して、Ａc3変態点以上に加熱後３５０℃以下の温度に
水冷することを熱処理１とし、このＡc3変態点とＡc1変
態点の間の温度に加熱後３５０℃以下の温度に水冷する
ことを熱処理２とするとき、室温でオーステナイト相を
安定としない鋼に対し熱処理１を行った後、前記熱処理
１もしくは前記熱処理２の単独あるいは熱処理１，２の
組み合わせを少なくとも１回以上行って最終熱処理とし
て前記熱処理２で完了するようにしており、室温におい
てオーステナイト相を安定としない鋼であっても引張強
さが８５０ＭＰa 以上１７００ＭＰa 以下で、降伏比が
８０％以下であるとともに、ＪＩＳ ＳＳ４００の貫通
限界エネルギに対する比である貫通限界エネルギ比が
２．０以上である耐衝撃貫通特性に優れた鋼を製造する
ことができるようになる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、この発明の耐衝撃貫通特性
に優れた鋼の一実施の形態について詳細に説明する。

【００１９】この耐衝撃貫通特性に優れた鋼は、引張強
さが８５０ＭＰa 以上１７００ＭＰa 以下で、降伏比が
８０％以下であるとともに、ＪＩＳ ＳＳ４００の貫通
限界エネルギに対する比である貫通限界エネルギ比が
２．０以上であるものである。

【００２０】この耐衝撃貫通特性に優れた鋼は、耐衝撃
貫通特性を評価するため小型衝撃試験装置を用いてプロ
ジェクタイルによる打ち抜き試験を軟鋼（引張強さ：４
００ＭＰa 級）から高強度鋼（引張強さ：２０００ＭＰ
a 級マルエージ鋼）までの幅広い材料に対して実施した
結果から得られたものである。

【００２１】この試験結果から、軟鋼から高強度鋼まで
の幅広い材料について、引張強さＴＳが高いだけでは耐
衝撃貫通特性の向上を図ることができなかった。

【００２２】そこで、試験後の材料の変形、硬さ分布、
ミクロ組織等の調査を行うとともに貫通限界エネルギと
いう概念を新たに導入してこれを打ち抜き試験で計測す
ることにより、材料の具備すべき条件を子細に検討した
結果、引張強さをある一定以上の範囲とし、かつ降伏比
（耐力／引張強さ）を低くすることにより、貫通限界エ
ネルギを高めることが可能であることを見出だした。

【００２３】その結果から具体的な特性として引張強さ
ＴＳが８５０ＭＰa 以上１７００ＭＰa 以下で、降伏比
（耐力／引張強さ）ＹＲが８０％以下であるとともに、
ＪＩＳ ＳＳ４００の貫通限界エネルギに対する比（貫
通限界エネルギ比）が２．０以上のものがここでいう耐
衝撃貫通特性に優れた鋼である。

【００２４】耐衝撃貫通特性を評価するため行った小型
衝撃試験装置を用いたプロジェクタイルによる打ち抜き
試験では、多くの試料についてプロジェクタイルの速度
をパラメータとして試験を行い、貫通が生じない最大速
度におけるエネルギを貫通限界エネルギとして求めた
が、その代表的なものを、表１および図１に示す。

【００２５】ここには、基準とする基準鋼（普通鋼：４
００ＭＰa 級）から比較鋼１〜比較鋼（高強度鋼：２０
００ＭＰa 級マルエージ鋼）３までの４種類の鋼とこの
発明にかかる実施例１の鋼との貫通限界エネルギを、基
準鋼のＪＩＳ ＳＳ４００の貫通限界エネルギに対する
比（貫通限界エネルギ比）として示してある。

【００２６】この耐衝撃貫通特性に優れた鋼では、引張
強さは８５０ＭＰa 未満では、十分な耐衝撃貫通特性が
得られず、１７００ＭＰa を越える場合には使用環境に
よっておくれ破壊の問題が生じる。また、降伏比（耐力
／引張強さ）ＹＲが８０％より高い場合には、貫通限界
エネルギが小さくなることから上記の範囲の値が必要と
なる。

【００２７】なお、降伏比ＹＲの下限値は何等限定する
ものでないが、製造上自ずから限界があり、通常６０％
程度が下限と考えられる。

【００２８】また、この耐衝撃貫通特性に優れた鋼で
は、基準鋼としたＪＩＳ ＳＳ４００の貫通限界エネル
ギに対する比（貫通限界エネルギ比）を２．０以上とし
ているが、この値が２．０未満では従来の鋼板に対する
優位性が顕著とならないからである。

【００２９】ここでは、耐衝撃貫通特性を貫通限界エネ
ルギ比で表わしているが、貫通限界エネルギは実験条件
によって絶対値が異なり、一般化して比較することがで
きないため、基準鋼であるＪＩＳ ＳＳ４００の実験で
得られた貫通限界エネルギを１．０（基準）として、同
一条件で求めた他の比較例１〜３の鋼および本願の実施
例１の鋼の貫通限界エネルギを比で示してある。

【００３０】この打ち抜き試験には、その質量：ｍが約
１３ｇ、材料がＳＮＣＭ４３９（ＪＩＳ Ｇ４１０３）
のプロジェクタイルを用い、試料の板厚を７ｍｍとし
た。

【００３１】そして、プロジェクタイルの貫通限界速度
をｖとしたとき、貫通限界エネルギＥを次式で求めた。 Ｅ＝１／２・ｍ・ｖ²

【００３２】したがって、貫通限界エネルギ比は次のよ
うに表わすことができる。 貫通限界エネルギ比＝Ｅ／Ｅ_ss400

【００３３】

【表１】

【００３４】このような本発明鋼によれば、耐衝撃貫通
特性が貫通限界エネルギ比で２．０以上となり、従来の
耐衝撃貫通特性に比べ向上することができる。

【００３５】次に、このような耐衝撃貫通特性に優れた
鋼の製造方法について具体的に説明する。

【００３６】この耐衝撃貫通特性に優れた鋼の製造方法
では、室温でオーステナイト相を安定としない鋼に対し
て、加熱温度などの熱処理条件を変えた２つの熱処理
１，２を組み合わせて行うことで、引張強さが８５０Ｍ
Ｐa 以上１７００ＭＰa 以下で、降伏比が８０％以下で
あるとともに、基準鋼のＪＩＳ ＳＳ４００の貫通限界
エネルギに対する比である貫通限界エネルギ比が２．０
以上である耐衝撃貫通特性に優れた鋼を製造するもので
ある。

【００３７】すなわち、室温でオーステナイト相を安定
としない鋼に対して、Ａc3変態点以上に加熱後３５０℃
以下の温度に水冷することを熱処理１とし、さらにＡc3
変態点とＡc1変態点の間の温度に加熱後３５０℃以下の
温度に水冷することを熱処理２とするとき、最初に熱処
理１を行った後、熱処理１もしくは熱処理２の単独（熱
処理１または熱処理２）あるいは組み合わせ（熱処理１
および熱処理２）を少なくとも１回以上行って最終熱処
理（単独の場合または組み合わせの場合の最後の熱処
理）が熱処理２となるようにして熱処理を完了するもの
である。

【００３８】鋼は、高強度を得るために焼入れ性を安定
かつ十分とする熱処理が最初に必要である。

【００３９】そこで、最初の熱処理として熱処理１を行
ってＡc3変態点以上に加熱することで、強度上昇の弊害
となる未変態オーステナイトの生成を極小化する。

【００４０】この熱処理１の後は、未変態オーステナイ
トを故意に残す熱処理２を行ってＡc3変態点とＡc1変態
点の間の温度に加熱後３５０℃以下の温度に水冷するよ
うにしても焼入れ性は大きく劣化せず、強度を高めたま
まマルテンサイトのような微細硬化組織を分散させて降
伏比を低下することが可能となる。

【００４１】また、熱処理１の後に熱処理１と熱処理２
を組み合わせて複数回実施しても効果は失われないが、
最終の熱処理は熱処理２である必要がある。

【００４２】これは、熱処理１では降伏比が８０％以下
あるいは貫通限界エネルギ比が２．０以上にならないか
らである。

【００４３】このような耐衝撃貫通特性に優れた鋼の製
造に必要なＡc3変態点とＡc1変態点は熱膨張曲線から実
測しても良く、また、鋼中の含有成分の重量％（Ｃ、Ｓ
i 、Ｍn 、など）を代入して次式（１），（２）を用い
て計算しても良い。

【００４４】 ＴAc3 ＝937 −476.5 Ｃ＋56Ｓi −19.7Ｍn −16.3Ｃu −26.6Ｎi − 4.9Ｃr ＋38.1Ｍo ＋124.8 Ｖ＋136.3 Ｔi ＋35Ｚr −19Ｎb ＋198 Ａl ＋3315Ｂ ……（１） ＴAc1 ＝751 −26.6Ｃ＋17.6Ｓi −11.6Ｍn −22.9Ｃu −23.0Ｎi ＋24.1Ｃr ＋22.5Ｍo −39.7Ｖ− 5.7Ｔi ＋31.9Ｚr ＋ 233Ｎb ＋169 Ａl − 895Ｂ ……（２）

【００４５】したがって、例えば、熱間圧延を経て加熱
温度を８９０℃（Ａc3＝879 ℃）とした加熱を行った後
１００℃以下に水冷する熱処理１を行い、さらに加熱温
度を７８０℃（Ａc1＝716 ℃）とした加熱を行った後１
００℃以下に水冷する熱処理２を行うことで、必要な板
厚の鋼材を通常の厚板製造工程で製造することができ
る。

【００４６】これにより、従来のバッチ熱処理を行う場
合に比べ熱処理炉の制限がなく、最大の大きさが幅約２
ｍ、長さ約１２ｍのものを製造供給することが可能とな
り、大型部材製作時の溶接コストの削減を図ることがで
きる。

【００４７】

【実施例】以下、この発明の耐衝撃貫通特性に優れた鋼
の一実施例について説明するが、この発明はこれら実施
例に何等限定されるものではない。

【００４８】この発明の耐衝撃貫通特性に優れた鋼とし
て表２に示す化学組成（実施例）で、熱間圧延を経て８
９０℃での焼入れを行った後、さらに７８０℃での２次
焼入れを行って幅２ｍ、長さ１２ｍ、板厚７ｍｍの実施
例の鋼（本鋼）を製造した。

【００４９】この実施例（本鋼）の主な機械的性質を測
定したところ、表３に示すように、耐力：ＹＳが６９６
ＭＰa 、引張強さ：ＴＳが１００４ＭＰa 、降伏比：Ｙ
Ｒが６９．３％などであり、本願発明の鋼として必要な
引張強さ：ＴＳおよび降伏比：ＹＲを満足するととも
に、機械的性質についても満足できるものであることを
確認した。

【００５０】さらに、実施例（本鋼）について、耐衝撃
貫通特性を評価するため、基準鋼であるＳＳ４００と同
一の条件で打ち抜き試験を行い貫通が生じない最大速度
を求めて貫通限界エネルギを求め、貫通限界エネルギ比
を算出したところ３．０であり、本願発明の鋼として必
要な値を大幅に越え、耐衝撃貫通特性に優れていること
が確認できた。

【００５１】

【表２】

【００５２】

【表３】

【００５３】また、実施例（本鋼）の曲げ試験を行った
ところ、実際の加工を模擬したプラズマ切断のままの試
験片であっても板厚の１．５倍（１．５ｔ）の内側半径
での１８０度の曲げ加工が可能であり、例えば従来のマ
ルエージ鋼の推奨曲げ半径が４ｔであるのに比べ、実施
例（本鋼）の曲げ加工性が優れていることが確認でき
た。

【００５４】さらに、実施例（本鋼）の溶接性につい
て、化学組成のＰcm（溶接割れ感受性）が０．２５と低
く、板厚が７ｍｍ程度ならば共金系溶材を用いた場合で
も予熱なしで溶接することが可能であり、継手引張試験
においても十分な強度を確保することができることおよ
び継手部の耐衝撃貫通特性も十分確保できることを確認
した。

【００５５】また、実施例（本鋼）は熱処理における２
次焼き入れが７８０℃からの急冷であるため、線状加熱
の温度を焼き入れ温度の８９０℃から２次焼き入れ温度
よりわずかに低い７５０℃までに制御することで、組織
の変化を抑えて線状加熱による作業が可能となった。

【００５６】次に、この発明の耐衝撃貫通特性に優れた
鋼の製造方法の実施例について、比較例とともに説明す
る。

【００５７】上記実施例と同様に鋼として表２に示す化
学組成のものを用い、表４に示す加熱温度および水冷温
度条件の熱処理１および熱処理２を組み合わせて表５に
示す３種類の本願発明の実施例１〜３の鋼と熱処理条件
が異なる５種類の比較例１〜５の鋼を作成した。

【００５８】こうして得られた実施例１〜３の鋼と比較
例１〜５の鋼についてその機械的特性を調査するととも
に、耐衝撃貫通特性を評価するため、基準鋼であるＳＳ
４００と同一の条件で打ち抜き試験を行い貫通が生じな
い最大速度を求めて貫通限界エネルギを求め、貫通限界
エネルギ比を算出し、その結果を表６に示してある。

【００５９】表６から明らかなように、この発明の製造
方法による実施例１〜３の鋼では、いずれも本願発明の
鋼として必要な引張強さ：ＴＳおよび降伏比：ＹＲを満
足するとともに、機械的性質についても満足できるもの
であることを確認した。

【００６０】さらに、この発明の製造方法による実施例
１〜３の鋼では、いずれも本願発明の鋼として必要な貫
通限界エネルギ比を大幅に越え、耐衝撃貫通特性に優れ
ていることが確認できた。

【００６１】

【表４】

【００６２】

【表５】

【００６３】

【表６】

【００６４】

【発明の効果】以上、一実施の形態とともに具体的に説
明したように、この発明の耐衝撃貫通特性に優れた鋼に
よれば、引張強さが８５０ＭＰa 以上１７００ＭＰa 以
下で、降伏比が８０％以下であるとともに、ＪＩＳ Ｓ
Ｓ４００の貫通限界エネルギに対する比である貫通限界
エネルギ比が２．０以上であるので、耐衝撃貫通特性の
向上を図ることができるとともに、溶接性や曲げ加工性
などの向上を図ることができる。

【００６５】また、この発明の請求項２記載の耐衝撃貫
通特性に優れた鋼の製造方法によれば、室温でオーステ
ナイト相を安定としない鋼に対して、Ａc3変態点以上に
加熱後３５０℃以下の温度に水冷することを熱処理１と
し、このＡc3変態点とＡc1変態点の間の温度に加熱後３
５０℃以下の温度に水冷することを熱処理２とすると
き、室温でオーステナイト相を安定としない鋼に対し熱
処理１を行った後、前記熱処理１もしくは前記熱処理２
の単独あるいは熱処理１，２の組み合わせを少なくとも
１回以上行って最終熱処理として前記熱処理２で完了す
るようにしたので、室温においてオーステナイト相を安
定としない鋼であっても引張強さが８５０ＭＰa 以上１
７００ＭＰa 以下で、降伏比が８０％以下であるととも
に、ＪＩＳＳＳ４００の貫通限界エネルギに対する比で
ある貫通限界エネルギ比が２．０以上である耐衝撃貫通
特性に優れた鋼を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の耐衝撃貫通特性に優れた鋼の一実施
例の引張強さと降伏比と貫通限界エネルギ比を基準鋼お
よび比較例とともに示すグラフである。

【符号の説明】

ＴＳ 引張強さ ＹＲ 降伏比

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渋江 唯司 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川島 播磨重工業株式会社技術研究所内 (72)発明者 垣野内 勉 東京都江東区豊洲二丁目１番１号 石川島 播磨重工業株式会社東京第一工場内 (72)発明者 川端 文丸 岡山県倉敷市川崎通１丁目（番地なし） 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者 谷川 治 岡山県倉敷市川崎通１丁目（番地なし） 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者 内田 清 岡山県倉敷市川崎通１丁目（番地なし） 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者 工藤 純一 東京都千代田区内幸町２丁目２番３号 川 崎製鉄株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】引張強さが８５０ＭＰa 以上１７００ＭＰ
   a 以下で、降伏比が８０％以下であるとともに、ＪＩＳ
   ＳＳ４００の貫通限界エネルギに対する比である貫通
   限界エネルギ比が２．０以上であることを特徴とする耐
   衝撃貫通特性に優れた鋼。
2. 【請求項２】耐衝撃貫通特性に優れた鋼を製造するに際
   し、室温でオーステナイト相を安定としない鋼に対し
   て、Ａc3変態点以上に加熱後３５０℃以下の温度に水冷
   することを熱処理１とし、このＡc3変態点とＡc1変態点
   の間の温度に加熱後３５０℃以下の温度に水冷すること
   を熱処理２とするとき、前記熱処理１を行った後、前記
   熱処理１もしくは前記熱処理２の単独あるいは組み合わ
   せを少なくとも１回以上行って前記熱処理２で完了する
   ことを特徴とする耐衝撃貫通特性に優れた鋼の製造方
   法。