JP2000328177A

JP2000328177A - アレスト特性および延性破壊特性に優れた鋼板

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Publication number: JP2000328177A
Application number: JP14393499A
Authority: JP
Inventors: Toru Yamashita; 徹山下; Satoshi Takeshita; 智竹下; Shigeo Okano; 重雄岡野; Kenichi Oe; 憲一大江
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1999-05-24
Filing date: 1999-05-24
Publication date: 2000-11-28
Anticipated expiration: 2019-05-24
Also published as: JP4173603B2

Abstract

(57)【要約】【課題】アレスト特性のみならず延性破壊特性にも優
れた鋼板を提供する。【解決手段】ミクロ組織が実質的にフェライト組織、
パーライト組織及びベイナイト組織より構成されている
鋼板であって、板の両表面部及び中心部の三層に分けた
とき、両表面部は板厚の各５％以上に亘って、円相当粒
径：７μｍ以下の面積、アスペクト比：２〜４のフェラ
イト粒を有するフェライト組織を５０％以上有し、且つ
当該部分のベイナイト分率が５〜２５％以下である層で
構成され、中心部は板厚の５０％以上に亘って、円相当
平均粒径：４〜１０μｍ、アスペクト比：２以下のフェ
ライト粒を有し、当該部分のベイナイト分率が１０％以
下である層で構成されている鋼板である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アレスト特性（脆
性亀裂伝播停止特性）および延性破壊特性に優れた鋼板
に関する。本発明によれば、構造物の安全性を確保する
ために重要な性能の一つであるアレスト特性に優れてお
り、しかも常温時の破壊形態である延性破壊特性にも優
れた鋼板を、Ｎｉ等の高価な元素を多量に添加すること
なく安価に提供することができるので極めて有用であ
る。

【０００２】

【従来の技術】鋼板のアレスト特性を高めるには、フェ
ライト結晶粒の微細化が有効であることは良く知られて
いる。

【０００３】例えば特開昭６１−２３５５３４号公報
には、鋼板両表面より板厚中心方向に板厚の１／８以上
の距離にわたって平均粒径５μｍ以下の結晶粒径を有す
るフェライト結晶粒が面積率にして５０％以上存在する
アレスト特性に優れた厚鋼板が開示されている。上記公
報によれば、「結晶粒の微細化はアレスト特性の向上に
極めて有効である。しかし、通常の厚鋼板の製造法では
その微細化に限界があり、特殊な方法で板厚方向全厚に
わたって微細化を図ることは工業的には可能であるが、
エネルギー面からみて極めて不利である。」という事情
に鑑み、更に鋭意検討した結果、「実際にアレスト特性
の向上に大きな効果を示すのは、板厚中心部の結晶粒の
微細化よりもむしろ板厚表層部の結晶粒の微細化であ
る」という知見に基づき、上記要件を特定したものと思
料される。

【０００４】ところが、上記公報に記載の如く鋼板表層
部の微細フェライト組織を制御することによってアレス
ト特性の改善効果は見られるものの、板厚中心部の組織
がばらつくことによって、引張試験における伸び特性の
バラツキが大きいという問題を有することが分かった。

【０００５】尚、上記公報では、微細フェライト組織の
粒組織まで特に特定している訳ではないが、「加工され
たフェライトがそのまま最終組織まで残留すると靭性が
劣化する」旨記載されていることから、当該公報では、
特に表層部の等軸フェライトの微細化を図っているもの
と考えられる。ここで、等軸フェライトとは、アスペク
ト比（長径／短径の比）≒１のフェライト粒、即ち、圧
延によって圧延方向に伸展していないフェライト粒を意
味する。

【０００６】その他の公知の結晶粒微細化技術として、
例えば特開平２−３０１５４０号公報には、平均結晶
粒径が５μｍ以下の等方的フェライト粒を主体とした組
織からなる微細粒フェライト鋼材が、また、特開平８
−２９５９８２号公報には、鋼板の全厚にわたって平均
フェライト粒径が３μｍ以下である鋼板が夫々開示され
ている。

【０００７】ところが、その後の検討結果により、等軸
フェライト粒組織からなる微細フェライト組織主体の鋼
板は、アスペクト比の大きな加工フェライト粒組織から
なる微細フェライト組織主体の鋼板に比べ、アレスト特
性の点で劣ることが分かった。

【０００８】そこで、かかる知見に基づき、特開平６
−２０７２４１号公報には、平均フェライト粒径3μｍ
以下の組織が７０％以上存在し、隣接する結晶粒同士で
結晶方位の等しい粒から構成されるコロニーのアスペク
ト比が４以上である表層組織が板厚の５％以上存在し、
且つ（１００）面のＸ線強度比が１．５以上を有する組
織から構成される複層組織よりなる鋼板が開示されてい
る。これは、鋼板内部の集合組織により脆性亀裂を母材
側に誘導し、母材部に反れた亀裂を表裏層部の改質組織
により脆性破壊を伝播停止させようというものであり、
アレスト特性を向上し得る結晶粒径と集合組織について
検討した結果、「フェライトを超細粒化すると共に、フ
ェライトへ与えた加工により発達させた集合組織をその
まま残留させる」ことが有効であるという知見に基づ
き、完成されたものである。

【０００９】しかしながら、上記公報では、アスペクト
比の大きなフェライト組織を利用しているため、アレス
ト特性の向上には有効であるものの、鋼板の伸び特性が
劣化してしまうという欠点を抱えていることが分かっ
た。

【００１０】この様に、微細フェライト結晶粒からなる
集合組織コロニーを利用して鋼板のアレスト特性を向上
させる技術はこれまで種々提案されているものの、いず
れもアレスト特性の向上を図ることのみに終始してお
り、アレスト特性の向上に加え、延性破壊特性（伸び）
を更に向上させることまでは全く考慮されていなかっ
た。

【００１１】一方、硬質層であるベイナイト組織を活用
した方法も提案されている。例えば特開平３−１００４
６号公報には、ベイナイトのパケットの平均粒径或いは
ベイナイトを生成する前の旧オーステナイト粒の平均粒
径が５μｍ以下であるベイナイトを主体とした組織から
なる、加工性に富んだ超細粒ベイナイト鋼材が開示され
ている。しかしながら、上記鋼材は、硬質層であるベイ
ナイト主体の組織であるため、軟質層であるフェライト
組織を主体とする鋼材に比べ、常温時の伸び特性が大き
く劣化してしまう。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に着
目してなされたものであり、その目的は、アレスト特性
のみならず延性破壊特性にも優れた鋼板を提供すること
にある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し得た本
発明に係るアレスト特性および延性破壊特性に優れた鋼
板とは、ミクロ組織が実質的にフェライト組織、パーラ
イト組織及びベイナイト組織より構成されている鋼板で
あって、板の両表面部及び中心部の三層に分けたとき、
両表面部は板厚の各５％以上に亘って、円相当粒径：７
μｍ以下の面積、アスペクト比：２〜４のフェライト粒
を有するフェライト組織を５０％以上有し、且つ当該部
分のベイナイト分率が５〜２５％以下である層で構成さ
れ、中心部は板厚の５０％以上に亘って、円相当平均粒
径：４〜１０μｍ、アスペクト比：２以下のフェライト
粒を有し、当該部分のベイナイト分率が１０％以下であ
る層で構成されているものであるところに要旨を有す
る。

【００１４】本発明において、鋼中の化学成分は、質量
％で（以下、同じ）Ｃ：０．０３〜０．２％，Ｓｉ：
０．５％以下（０％を含まない），Ｍｎ：１．８％以
下（０％を含まない），Ａｌ：０．０１〜０．１％，
Ｎ：０．０１％以下（０％を含まない）残部：Ｆｅ及
び不可避不純物であることが推奨される。更に、Ｔｉ：０．０２％以下（０％を含まない），Ｎｂ：
０．０３％以下（０％を含まない），Ｖ：０．０５
％以下（０％を含まない），Ｂ：０．００２％以下
（０％を含まない），及びよりなる群から選択される少
なくとも一種を含有したり、Ｃｕ：０．５％以下（０％を含まない），及びＮｉ：
０．５％以下（０％を含まない）よりなる群から選択さ
れる少なくとも一種を含有したり、Ｃｒ：０．１％以下（０％を含まない），及びＭｏ：
０．１％以下（０％を含まない）よりなる群から選択さ
れる少なくとも一種したり、Ｃａ：０．０１％以下（０％を含まない），及びＺ
ｒ：０．０１％以下（０％を含まない）よりなる群から
選択される少なくとも一種を含有するものは本発明の好
ましい態様である。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明者らは、「鋼板のアレスト
特性を高めるべく提案されているこれまでの鋼板は、ア
レスト特性の向上には有効であるものの、延性破壊特性
の向上についてはあまり考慮されていなかった」という
現状に基づき、アレスト特性及び延性破壊特性の双方に
優れた鋼板を提供すべく検討した。その際、本発明者ら
は特に、「鋼板のフェライト組織及びベイナイト組織を
制御すること」によって上記課題を解決させるべく鋭意
研究を重ねてきた。その結果、鋼板表層部の組織を制御
することによってアレスト特性の改善を図ると共に、鋼
板内部の組織を微細に制御し、且つ当該表層部及び内部
のベイナイト分率を適切に制御すれば、鋼板内部の介在
物や溶接熱影響部より伸展してきた疲労亀裂を起点とし
た脆性破壊亀裂の伝播停止特性（アレスト特性）が向上
し、更に大型タンカー等の船舶の衝突時などにみられる
延性的な破壊に対しても衝突時のエネルギーを鋼板の延
性破壊による吸収によって被害を最小限に抑える効果が
発揮されることを突止め、本発明を完成したのである。

【００１６】以下、本発明を構成する各要件について詳
述する。

【００１７】上述した通り、本発明に係るアレスト特性
および延性破壊特性に優れた鋼板は、板表面から板厚方
向に向けて、アスペクト比の異なるフェライト粒からな
るフェライト・パーライト組織を有する層が三層存在し
ている鋼板であり、更に軟質相である当該フェライト・
パーライト組織中に硬質相であるベイナイト組織が適切
に分散したものである。このうち板の両表面部には夫
々、アスペクト比の大きな加工フェライト粒を積極的に
形成させると共に、ベイナイト組織を適切に分散させる
ことによりアレスト特性を高め；一方、鋼板の中央部は
均一な等軸フェライト粒組織に制御すると共に、ベイナ
イト組織を抑制することにより常温時の延性破壊に対し
て重要な伸び特性を向上させるものであり、この様に鋼
板の両表面部及び中央部を上記三層構造に制御すること
により、「アレスト特性」と「延性破壊特性」という相
反する特性を両方満足させることに始めて成功したので
ある。そして、本発明の要件を特定することにより、万
一脆性亀裂が発生したとしても該亀裂伝播を有効に停止
させることができ、更には、大型タンカー等の船舶の衝
突時に見られる延性的な破壊に対しても優れた性能を発
揮し得る鋼板を提供できたのである。この様に鋼板の表
層部のみならず中央部のフェライト・ベイナイト組織に
も着目し、当該組織がアレスト特性及び延性破壊特性に
及ぼす影響について調べ、両者の関係を明らかにしたも
のは従来知られておらず、本発明者らによって始めて見
出された知見であり、この点に本発明の技術的意義が存
在する。

【００１８】まず、本発明鋼板では、（１）ミクロ組織
が実質的にフェライト組織、パーライト組織及びベイナ
イト組織より構成されている鋼板であって、板の両表面
部及び中心部の三層に分けたとき、（１）板の両表面部
は板厚の各５％以上に亘って、円相当粒径：７μｍ以下
の面積、アスペクト比：２〜４のフェライト粒を有する
フェライト組織を５０％以上有し、且つ当該部分のベイ
ナイト分率が５〜２５％である層で構成されていること
が必要である。

【００１９】この様に本発明では、実現が困難な微細等
軸フェライトに代わって、一般に加工フェライトと呼ば
れる圧延方向に伸展した組織を鋼板表層部に積極的に形
成させると共に、軟質相であるフェライト・パーライト
組織中に硬質相であるベイナイト組織を適切に分散させ
ており、これにより、鋼板のアレスト特性を高めたもの
である。尚、本発明における加工フェライトは、円相当
粒径：７μｍ以下の面積、アスペクト比：２〜４のフェ
ライト粒を有するフェライト組織を５０％以上有する層
が、板厚方向に少なくとも５％以上存在することが必要
である。ここで、「円相当粒径」とは該当する組織にお
ける個々のフェライト粒に着目し、その面積が等しくな
るように想定したときの円の直径を求めたものであり、
これを平均したものが「円相当平均粒径」である。尚、
以下の記載では、上記「円相当平均粒径」を単に平均粒
径と略記する場合がある。

【００２０】前述した通り、鋼板のアレスト特性を高め
るためには、鋼板表層部に微細な加工フェライト粒から
なる集合組織コロニーが有効であることは従来より知ら
れている。ところが、従来の鋼板はいずれも集合組織コ
ロニーを特定したものであり、本発明の如く個々のフェ
ライト粒について特定したものではなく；また、従来例
はいずれもアレスト特性の向上を図ることのみに終始し
ており、本発明の如く、アレスト特性の向上に加え、更
に延性破壊特性も高めることまで意図したものではなか
った点で両者は明らかに相違する。そして本発明では、
「アレスト特性」と「伸び特性」という相反する特性を
両方満足させるために、加工フェライト粒に関する上記
要件を特定したのであり、特に、「アレスト特性向上の
観点からすればアスペクト比は大きい程好ましいが、伸
び特性との両立を考慮すれば、その上限を特定する必要
がある」という知見に基づき、その上限を４以下に制限
した次第である。好ましくは、円相当平均粒径：６μｍ
以下の面積（より好ましくは５μｍ以下の面積）、アス
ペクト比：２．５以上、３．５以下のフェライト粒を有
するフェライト組織を７０％以上有する層が、板厚方向
に１０％以上、１５％以下存在することが推奨される。

【００２１】更に本発明では、上記フェライト・パーラ
イト組織中にベイナイト組織を、５〜２５％以上分散さ
せることが必要であり、これにより、通常のフェライト
・パーライト組織を有する鋼板に比べ、アレスト特性が
著しく向上するのである。ベイナイト分散によるアレス
ト特性向上作用を有効に発揮させるには、フェライト・
パーライト組織中に５％以上分散させなければならず、
好ましくは１０％以上である。但し、その上限が２５％
を超えると、硬質層であるベイナイトの影響が大きくな
り、軟質層であるフェライトとの強度靭性バランスが崩
れ、その結果、脆性亀裂伝播停止特性（アレスト特性）
が低下する等の悪影響が見られるため、その上限を２５
％にした。好ましくは２０％以下である。

【００２２】更に本発明鋼板では、（２）板の中心部
は、板厚の５０％以上に亘って（即ち、板厚方向中心部
から表層部に向け、板厚の１／４以上の範囲に亘っ
て）、円相当平均粒径：４〜１０μｍの面積、アスペク
ト比：２以下のフェライト粒を有し、且つ当該部分のベ
イナイト分率が１０％以下である層が存在することが必
要であり、これにより、延性破壊特性を高めたところに
最重要ポイントが存在する。即ち、本発明ではアレスト
特性の向上に加え、延性破壊特性を高めることも主目的
として掲げており、これらの両目的を達成すべく、鋼板
の表層部のみならず鋼板中心部のミクロ組織をも制御し
たところに最大の特徴を有する。これに対し、従来技術
に掲げた前記〜の鋼板は、いずれもアレスト特性の
向上を目的とするものであり、延性破壊特性の向上には
留意していないため、鋼板の組織制御にしても、鋼板表
層部のフェライト組織を制御することのみにとどまり、
板厚中心部のミクロ組織については延性との関係では全
く留意していなかった。その結果、従来の鋼板では引張
試験を行ったときの伸び特性のバラツキが大きく、構造
部材として使用するには不適切であるという問題を抱え
ていた。本発明は、かかる不具合を克服すべく、鋼板の
表層部のみならず板厚中心部のミクロ組織も適切に制御
することにより、従来では達成が困難であった「−８０
℃でのアレスト特性：６００ｋｇｆ／ｍｍ^2/3以上」と
いう極めて優れたアレスト特性を発揮すると共に、伸び
特性も優れた鋼板を提供ることができたのであり、これ
により、万一脆性亀裂が発生したとしても該亀裂伝播を
有効に停止させることができ、更には、大型タンカー等
の船舶の衝突時に見られる延性的な破壊に対しても優れ
た性能を発揮し得る鋼板を提供することができた点に技
術的意義を有するものである。

【００２３】本発明鋼板の板厚中心部のミクロ組織に
は、鋼板の表層部に存在するアスペクト比の大きな（ア
スペクト比２〜４）加工フェライト粒とは異なり、アス
ペクト比の小さな（アスペクト比２以下）フェライト粒
が存在している。しかも、その円相当平均粒径は４〜１
０μｍと、鋼板の表層部に存在する加工フェライト粒の
粒径（７μｍ以下）と同程度若しくは大きいものであ
り、この様な特定のミクロ組織とすることによって始め
て所望の延性破壊特性を発揮し得たのである。延性破壊
特性を高めるためにはアスペクト比は小さい方が良く、
かかる観点からアスペクト比の上限を２以下に制御し
た。一方、その円相当平均粒径が４μｍ未満では、伸び
特性における重要な要素の一つである均一伸びは、結晶
粒径５μｍ以上の場合では結晶粒径依存性を殆ど示さず
ほぼ一定となるものの、結晶粒径５μｍ以下では粒径の
低下に伴って減少し始め、結晶粒径４μｍ以下ではその
低下が顕著になり、結果的に引張試験時の伸び量が低下
することから、その下限値を４μｍとした。好ましくは
５μｍ以上である。一方、円相当平均粒径が１０μｍを
超えると、均一伸びと並んで伸び特性の重要要素の一つ
である局部伸び（均一伸びの後に現れる伸び）は、結晶
粒径の増加に伴い低下するため、結果として引張試験時
の伸び量が低下することから、その上限を１０μｍに特
定した。好ましくは９μｍ以下である。

【００２４】そして、本発明では、上記フェライト・パ
ーライト組織中にベイナイト組織を１０％以下分散させ
ることが必要であり、これにより、所望の特性を一層有
効に発揮させることができるのである。硬質層であるベ
イナイトの割合が多くなると伸び特性が低下するため、
中央部の組織に対しては、ベイナイト分率はできる限り
低い方が好ましい。尚、１０％を超えて分散させると、
硬質層であるベイナイトの影響が大きくなり、強度靭性
バランスが低下するため、伸び特性が低下する等の悪影
響が生じるため、その上限を１０％とした。好ましくは
５％以下である。

【００２５】本発明における上記要件の特定理由を一層
明らかにするため、図１〜図７に、これらの各要件が、
二重引張試験によるアレスト特性（−８０℃でのアレス
ト特性）または引張試験時の伸び特性に及ぼす影響につ
いて調べた結果をグラフ化して示す。これらのデータ
は、後記する実施例より抽出したものであり、いずれも
表１（後記する）の鋼種Ａ、試験板厚３０ｍｍ，引張試
験片ＪＩＳ１Ｂ号（ＧＬ＝２００ｍｍ）を用いて調べ
た例である。

【００２６】まず、図１は、鋼板表層部の加工フェライ
ト層厚がアレスト特性に及ぼす影響を示すグラフである
（ベイナイト分率：約１０％）。図１及び図２より、ア
スペクト比：２〜４および円相当粒径：７μｍ以下の面
積を有する加工フェライト粒（図中、○及び△）を有す
る組織が鋼板の５％以上存在するときには、−８０℃で
のアレスト特性が目標値の６００ｋｇｆ／ｍｍ^3/2を超
えており、アレスト特性に極めて優れていることが分か
る。尚、当該組織が鋼板の５％以上（この場合は１．５
ｍｍ以上）存在する場合であっても、アスペクト比が
４．１〜４．７と本発明の要件を超える加工フェライト
粒（図中、■）が存在するときには、−８０℃でのアレ
スト特性が目標値を超えているが、もう一方の要求特性
である伸び特性が低下する（図示せず、後記する実施例
を参照）ため、本発明では、かかる場合を排除してい
る。

【００２７】次に、図２は、鋼板表層部の平均フェライ
ト粒径がアレスト特性に及ぼす影響を示すグラフである
（表層の加工フェライト層厚２〜２．５ｍｍ，加工フェ
ライト粒のアスペクト比２．３〜３．０，ベイナイト分
率約１０％）。図２より、鋼板表層部の平均フェライト
粒径が７．０μｍ以下の場合、いずれもアレスト特性が
目標値を超えていることが分かる。

【００２８】図３は、鋼板表層部のフェライト層（２〜
２．５ｍｍ）に占める加工フェライト粒の割合がアレス
ト特性に及ぼす影響について示すグラフである（ベイナ
イト分率約１０％）。図３より、所定の加工フェライト
粒（アスペクト比２〜４，円相当平均粒径５．３〜６．
２μｍ）を有するフェライト組織が５０％以上存在する
場合には、いずれも優れたアレスト特性を有することが
分かる。

【００２９】また、図４は、鋼板表層部における加工フ
ェライト層中のベイナイト分率がアレスト特性に及ぼす
影響を示すグラフである（加工フェライト層２〜２．５
μｍ，アスペクト比２．４〜３．０，円相当平均粒径
５．３〜６．１μｍ）。図４より、ベイナイト分率が５
〜２５％の場合は、いずれも優れたアレスト特性を発揮
することが分かる。

【００３０】また、図５は、鋼板表層部のアスペクト比
（平均粒径５．３〜６．０μｍ）が伸び特性に及ぼす影
響を示すグラフである。尚、当該鋼板中央部のフェライ
ト組織は、平均粒径６．０〜７．２μｍ，アスペクト比
１．３〜１．８のフェライト粒を有し、当該部分のベイ
ナイト分率が約５％である層で構成されている。図５よ
り、鋼板表層部のアスペクト比が２〜４の場合は、いず
れも優れた伸び特性を発揮することが分かる。尚、アス
ペクト比は２未満であっても良好な伸び特性を示すが、
もう一方の要求特性であるアレスト特性に悪影響を及ぼ
す（図示せず）ことから、本発明では、当該アスペクト
比を２〜４に特定した次第である。

【００３１】更に図６は、板厚中央部の平均フェライト
粒径が伸び特性に及ぼす影響について示すグラフであ
る。尚、当該鋼板表層部の組織は平均粒径４．１〜４．
７μｍ，アスペクト比２．３〜２．７のフェライト粒を
有するフェライト組織（ベイナイト分率５〜１０％，加
工フェライト層厚２．０〜２．５ｍｍ）で構成されてい
る。図６より、板厚中央部の平均フェライト粒径が４〜
１００μｍの場合は、伸びが目標値を超えており、伸び
特性に極めて優れていることが分かる。

【００３２】また、図７は、鋼板中央部におけるフェラ
イト層中のベイナイト分率が伸び特性に及ぼす影響を示
すグラフである［表層部：平均粒径４．２〜４．９μ
ｍ，アスペクト比２．１〜２．５，ベイナイト分率２５
％以下，加工フェライト層厚２．０〜２．５ｍｍ；中央
部：平均粒径６．５〜７．３μｍ，アスペクト比１．３
〜１．７）。図７より、ベイナイト分率が１０％以下の
場合は、いずれも優れた伸び特性を発揮することが分か
る。

【００３３】次に、本発明鋼板の鋼中化学成分について
説明する。上述した通り、本発明の鋼板は、板の両表面
部及び中心部の三層に分けたとき、アスペクト比の異な
るフェライト粒からなる所定フェライト組織を有し、且
つ当該部分に夫々、ベイナイトが適切に分散された層が
存在するところに最重要ポイントが存在するものであっ
て、鋼中の化学成分については特に限定されず、本発明
の作用を損なわない範囲で適宜設定されるが、好ましい
化学成分は以下の通りである。

【００３４】Ｃ：０．０３〜０．２％Ｃは、必要強度を確保するためには０．０３％以上添加
することが好ましい。より好ましくは０．０５％以上で
ある。但し、過度の添加は溶接性および母材靭性を劣化
させることから、その上限を０．２％にすることが好ま
しい。より好ましくは０．１７％以下である。

【００３５】Ｓｉ：０．５％以下（０％を含まない）Ｓｉは、母材の強度上昇および溶鋼の脱酸材として有用
な元素であり、その為には０．０５％以上添加すること
が好ましい。但し、過度の添加は溶接性および母材靭性
を劣化させるので、その上限を０．５％とすることが好
ましい。より好ましくは０．４５％以下である。

【００３６】Ｍｎ：１．８％以下（０％を含まない）Ｍｎは、母材の強度上昇元素として有用であり、その為
には０．５％以上添加することが好ましい。より好まし
くは０．７％以上である。但し、過度の添加は溶接性お
よび母材靭性を劣化させるので、その上限を１．８％以
下にすることが好ましい。より好ましくは１．６％以下
である。

【００３７】Ａｌ：０．０１〜０．１％Ａｌは、脱酸剤として有用であるのみならず、窒化物を
形成して母材組織の細粒化作用を有するが、０．０１％
未満ではこの様な作用を有効に発揮することができな
い。より好ましくは０．０１５％以上である。但し、
０．１％を超えて添加すると母材靭性が劣化するため、
その上限を０．１％とすることが好ましい。より好まし
くは０．０５％以下である。

【００３８】Ｎ：０．０１％以下（０％を含まない）Ｎは、上記Ａｌ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｖなどの添加元素と窒化
物を形成し、母材組織の細粒化作用を有する。この様な
作用を有効に発揮させるには０．００１％以上添加する
ことが好ましい。但し、０．０１％を超えて過剰に添加
すると固溶Ｎの増大を招き、特に溶接部の靭性が劣化す
るのでその上限を０．０１％とすることが好ましい。

【００３９】本発明鋼板では、上記元素を必須成分とし
て含有し、残部：Ｆｅ及び不可避不純物であることが好
ましいが、更に種々の特性付与を目指して、下記元素を
積極的に添加することが推奨される。

【００４０】Ｔｉ：０．０２％以下，Ｎｂ：０．０３％
以下，Ｖ：０．０５％以下，及びＢ：０．００２％以下
よりなる群から選択される少なくとも一種（いずれの元
素も０％を含まない）これらの元素は、鋼片加熱時のオーステナイト粒粗大化
抑制作用、圧延終了後のフェライト変態核生成促進作
用、またはオーステナイト粒再結晶抑制効果を通じてフ
ェライト結晶粒の微細化効果を有する元素である。具体
的には、Ｔｉは窒化物の形成によって上記作用が得られ
るが、この様な作用を有効に発揮させるためには０．０
０４％以上添加することが好ましい。但し、０．０２％
を超えて過剰に添加しても母材靭性を劣化させるため、
その上限を０．０２％以下にすることが好ましい。

【００４１】また、Ｎｂは炭窒化物の形成により、圧延
中のオーステナイト粒粗大化作用および再結晶抑制作用
を発揮し、圧延終了後のフェライト粒微細化に有効な元
素であるが、この様な作用を有効に発揮させるために
は、０．００２％以上添加することが好ましい。但し、
０．０３％を超えて過剰に添加すると溶接性が劣化する
ため、その上限を０．０３％にすることが好ましい。

【００４２】Ｖは、Ｎｂと同様、炭窒化物の形成によ
り、圧延中のオーステナイト粒粗大化および再結晶抑制
作用を発揮し、圧延終了後のフェライト粒微細化に有効
な元素である。この様な作用を有効に発揮させるには
０．００２％以上添加することが好ましい。但し、０．
０５％を超えて過剰に添加すると溶接性が劣化するた
め、その上限を０．０３％とすることが好ましい。

【００４３】Ｂは、溶接熱影響部（ＨＡＺ）の靭性を向
上させるのに有効な元素であり、この様な作用を有効に
発揮させるためには０．０００２％以上の添加が好まし
い。但し、０．００２％を超えて添加すると、焼入れ性
が増加し、母材の低温靭性劣化を招くことから、その上
限を０．００２％とすることが好ましい。

【００４４】Ｃｕ：０．５％以下及びＮｉ：０．５％以
下よりなる群から選択される少なくとも一種（いずれの
元素も０％を含まない）これらの元素は、いずれもオーステナイト結晶粒の微細
化および低温靭性の向上に寄与する元素である。

【００４５】具体的には、Ｃｕは、結晶粒の微細化に有
効な元素であり、この様な作用を有効に発揮させるため
には、０．２％以上添加することが好ましい。但し、多
量に添加すると母材の溶接性を劣化させるので、その上
限を０．５％とすることが好ましい。

【００４６】Ｎｉは、低温靭性の向上に有効な元素であ
るが、高価なため、その上限を０．５％とすることが好
ましい。

【００４７】これらの元素は単独で使用しても良いし、
或いは併用しても構わないが、Ｃｕを単独添加すると熱
間割れが発生する可能性があることから、Ｎｉも同時に
添加し、熱間割れを防止することが好ましい。

【００４８】Ｃｒ：０．１％以下及びＭｏ：０．１％以
下よりなる群から選択される少なくとも一種（いずれの
元素も０％を含まない）Ｃｒ及びＭｏは、いずれも炭窒化物を析出させ、強度上
昇に寄与する元素であり、この様な作用を有効に発揮さ
せるためには、いずれの元素も０．０３％以上添加する
ことが好ましい。但し、過度の添加は溶接性および母材
靭性を劣化させるため、その上限を０．１％とすること
が好ましい。

【００４９】Ｃａ：０．０１％以下及びＺｒ：０．０１
％以下よりなる群から選択される少なくとも一種（いず
れの元素も０％を含まない）これらの元素は鋼中の介在物形態を球状化させることに
よって母材の靭性を高める作用を有する。

【００５０】このうちＣａは、鋼中介在物の形態を球状
化させることにより、母材の靭性を改善する効果を有す
る。この様な作用を有効に発揮させるためには０．００
０５％以上添加することが好ましい。但し、過剰の添加
は逆に母材の靭性を劣化させるため、その上限を０．０
１％とすることが好ましい。

【００５１】Ｚｒは、Ｃａと同様、鋼中介在物の形態を
球状化させることによって母材の靭性を改善する作用を
有する。この様な作用を有効に発揮させるためには、
０．００３％以上添加することが好ましい。但し、過剰
の添加は逆に母材の靭性を劣化させるため、その上限を
０．０１％とすることが好ましい。

【００５２】次に、本発明の鋼板を製造する方法につい
て説明する。上述した通り、本発明鋼板は、ミクロ組織
が実質的にフェライト組織、パーライト組織及びベイナ
イト組織よりなる鋼板であって、板の両表面部及び中心
部の三層に分けたとき、アスペクト比の異なるフェライ
ト粒からなるフェライト組織を有し、当該各組織中にベ
イナイト組織が適切に分散された層が三層存在するもの
である。かかる三層構造を形成させるためには、基本的
に、細粒化温度域（Ａｒ₃変態点〜Ａｒ₃変態点＋６０
℃）での圧延工程と、設定した温度域での圧延工程とい
う、二段階の圧延工程を施すことが推奨される。まず、
第一段階の圧延では、鋼板表層部から板厚の５％以上の
範囲が細粒フェライト組織となる様に細粒化温度域にお
いて圧延を施しておき、次いで、第二段階の圧延では、
表層部から板厚５％以上の位置をＡｒ₃変態点以下且つ
板厚中心部の温度が細粒化温度域となる様に温度制御す
ることが推奨され、これにより、所望の構造を得ること
ができる。好ましくは、第一段階の圧延工程において、
鋼板表層部から板厚方向５％以上の厚みに相当する領域
を、Ａｒ₃変態点〜Ａｒ₃＋６０℃の温度範囲で累積圧下
率３５％以上の圧延を施し、強制冷却または自然放冷に
より鋼板表層部からの板厚方向５％以上の厚みに相当す
る部分をＡｒ₃変態点以下に、そして板厚の２５％（１
／４）より中心部をＡｒ₃変態点〜Ａｒ₃＋６０℃の温度
範囲に制御した後、第二段階の圧延工程において、累積
圧下率５０％以上の圧延を施してから８℃／ｓ以上の冷
却速度で冷却する方法である。

【００５３】以下実施例に基づいて本発明を詳述する。
ただし、下記実施例は本発明を制限するものではなく、
前・後記の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施することは
全て本発明の技術範囲に包含される。

【００５４】

【実施例】表１に記載の鋼種Ａ〜Ｉを用い、表２及び表
４に示す条件で加熱し、二段階に分けて圧延した後、冷
却することにより、表３及び表５に記載の組織を有する
鋼板を製造した。尚、表２及び表４に記載の「圧延パタ
ーン１」は、板厚表層部から板厚５％までの厚みに相当
する部分を細粒化温度域（Ａｒ₃〜Ａｒ₃＋６０℃）の温
度範囲に制御して第一段階の圧延を行った後、強制冷却
によって板厚表層部から板厚５％までの厚みに相当する
部分をＡｒ₃点以下且つ板厚１／４〜１／２の厚みに相
当する部分を細粒化温度域に温度制御した後、第二段階
の圧延を行ったものである。また、「圧延パターン２」
は、上記圧延パターン１において、第一段階の圧延後、
自然放冷したこと以外は圧延パターン１と同じ圧延を行
ったものである。これらの圧延パターンを夫々図８に示
す。

【００５５】この様にして得られた種々の鋼板につき、
引張試験片ＪＩＳ１Ｂ号を用いて引張試験を行い、伸
び特性を評価すると共に、−８０℃におけるアレスト特
性（脆性亀裂伝播停止特性）を、ＷＥＳに規定される温
度勾配型二重引張試験により測定した。

【００５６】これらの結果を表３及び５に併記する。

【００５７】

【表１】

【００５８】

【表２】

【００５９】

【表３】

【００６０】

【表４】

【００６１】

【表５】

【００６２】表３のＮｏ．１〜２５は、いずれも本発明
の要件を満足する本発明例であり、−８０℃におけるア
レスト特性が目標値の６００ｋｇｆ／ｍｍ^2/3を超える
と共に、伸び特性も目標値の２７％を超えており、両特
性に優れていることが分かる。

【００６３】これに対し、本発明の要件のいずれかを満
足しない表５のＮｏ．１〜２５は、−８０℃におけるア
レスト特性または伸び特性のいずれか一方若しくは双方
が目標レベルに達しておらず、両特性を満足することが
できないことが分かる。

【００６４】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、
鋼板の表層部には、実現が困難な等軸フェライト粒では
なく、容易に実現可能な加工フェライト粒を存在させ、
且つ当該部分にベイナイト組織を適切に分散させると共
に、鋼板の内部組織は均一且つ微細なフェライト組織
に制御し、且つ当該部分にもベイナイト組織を適切に分
散させることにより、万一脆性破壊亀裂が発生したとし
ても、その亀裂伝播を停止させる性能に優れるのみなら
ず、衝突時の延性破壊に対しても優れた延性特性を発揮
することによりその被害を最小限にとどめることが可能
な鋼板を、高価な合金元素を添加することなく提供する
ことができた点で極めて意義深い。本発明によれば、−
８０℃におけるアレスト特性は６００ｋｇｆ／ｍｍ^2/3
を超え、且つＪＩＳ１Ｂ号に記載の引張試験に準じて
測定した伸び特性も２７％を超えており、アレスト特性
および延性破壊特性の双法に極めて優れた鋼板が得られ
るため、構造物の安全性向上が図れるなど、産業上利用
可能性は極めて高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋼板表層部の加工フェライト層厚とアレスト特
性の関係を示すグラフである。

【図２】鋼板表層部の平均フェライト粒径とアレスト特
性の関係を示すグラフである。

【図３】鋼板表層部における加工フェライト粒の割合と
アレスト特性の関係を示すグラフである。

【図４】鋼板表層部における加工フェライト層中のベイ
ナイト分率とアレスト特性の関係を示すグラフである。

【図５】鋼板表層の等軸フェライト粒平均粒径と伸び特
性の関係を示すグラフである。

【図６】板厚中央部の平均フェライト粒径と伸び特性の
関係を示すグラフである。

【図７】鋼板中央部におけるフェライト層中のベイナイ
ト分率と伸び特性の関係を示すグラフである。

【図８】実施例に用いた圧延パターンの概略を示すグラ
フである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡野重雄兵庫県加古川市金沢町１番地株式会社神戸製鋼所加古川製鉄所内 (72)発明者大江憲一兵庫県加古川市金沢町１番地株式会社神戸製鋼所加古川製鉄所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ミクロ組織が実質的にフェライト組織、
パーライト組織及びベイナイト組織より構成されている
鋼板であって、板の両表面部及び中心部の三層に分けたとき、両表面部は板厚の各５％以上に亘って、円相当粒径：７
μｍ以下の面積、アスペクト比：２〜４のフェライト粒
を有するフェライト組織を５０％以上有し、且つ当該部
分のベイナイト分率が５〜２５％以下である層で構成さ
れ、中心部は板厚の５０％以上に亘って、円相当平均粒径：
４〜１０μｍ、アスペクト比：２以下のフェライト粒を
有し、当該部分のベイナイト分率が１０％以下である層
で構成されているものであることを特徴とするアレスト
特性および延性破壊特性に優れた鋼板。
【請求項２】鋼中の化学成分が、質量％で（以下、同
じ）Ｃ：０．０３〜０．２％，Ｓｉ：０．５％以下（０
％を含まない），Ｍｎ：１．８％以下（０％を含まな
い），Ａｌ：０．０１〜０．１％，Ｎ：０．０１％以
下（０％を含まない）残部：Ｆｅ及び不可避不純物であ
る請求項１に記載の鋼板。
【請求項３】更に、Ｔｉ：０．０２％以下（０％を含まない），Ｎｂ：
０．０３％以下（０％を含まない），Ｖ：０．０５
％以下（０％を含まない），及びＢ：０．００２％
以下（０％を含まない）よりなる群から選択される少な
くとも一種を含有する請求項２に記載の鋼板。
【請求項４】更に、Ｃｕ：０．５％以下（０％を含まない），及びＮｉ：
０．５％以下（０％を含まない）よりなる群から選択さ
れる少なくとも一種を含有する請求項２または３に記載
の鋼板。
【請求項５】更に、Ｃｒ：０．１％以下（０％を含まない），及びＭｏ：
０．１％以下（０％を含まない）よりなる群から選択さ
れる少なくとも一種を含有する請求項２〜４のいずれか
に記載の鋼板。
【請求項６】更に、Ｃａ：０．０１％以下（０％を含まない），及びＺｒ：
０．０１％以下（０％を含まない）よりなる群から選択
される少なくとも一種を含有する請求項２〜５のいずれ
かに記載の鋼板。