JP2002105589A - 低降伏比高張力鋼とその製造方法 - Google Patents

低降伏比高張力鋼とその製造方法

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JP2002105589A JP2000292994A JP2000292994A JP2002105589A JP 2002105589 A JP2002105589 A JP 2002105589A JP 2000292994 A JP2000292994 A JP 2000292994A JP 2000292994 A JP2000292994 A JP 2000292994A JP 2002105589 A JP2002105589 A JP 2002105589A
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Umi Kiyu
海 邱
Shiro Toritsuka
史郎 鳥塚
Yoshiaki Kawaguchi
喜昭 川口
Chiaki Shiga
千晃 志賀
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National Institute for Materials Science
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 一般溶接鋼として広く用いることができ、降
伏比および割れ感受性が低く、優れた切欠靭性と熱影響
部軟化抵抗を有する低降伏比高張力鋼と、その経済性に
優れた製造方法を提供する。 【解決手段】 重量％でＣ：０．１５以下，Ｓｉ：０．
６以下，Ｍｎ：２．０以下，Ｐ：０．０２以下，Ｓ：
０．００２以下，Ｎ：０．０６以下，Ａｌ：０．０１以
上０．０４以下，Ｎｂ：０．０６以下，Ｔｉ：０．０２
以下かつ溶接割れ感受性指数Ｐcmが０．２０以下で、残
部が鉄および不可避的不純物よりなる組成の鋼に、焼入
・焼戻し熱処理を施すことなく、圧延による加工熱処理
を施すことによって、１μｍ未満のフェライトコロニ
ー，１μｍ以上１０μｍ以下のフェライトおよびマルテ
ンサイトまたはベイナイトからなる３相複合組織を各相
の量比を調整しつつ形成して、引張強さが６８０ＭＰａ
以上、降伏比が０．５０以上０．８５以下の低降伏比高
張力鋼とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、低降伏比
高張力鋼とその製造方法に関するものである。さらに詳
しくは、この出願の発明は、一般溶接鋼として広く用い
ることができ、降伏比および割れ感受性が低く、優れた
切欠靭性と熱影響部軟化抵抗を有する低降伏比高張力鋼
と、その経済性に優れた製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】一般に、鋼材は、引張り強さ
が上昇するにつれてその降伏比が加速的に上昇し、６８
０ＭＰａ以上の鋼では降伏比が０.９８など、限りなく
１.０に近づく。これは構造物の破壊安全性にとって深
刻な問題であり、そのため、たとえば耐震性建築構造物
に用いるための低降伏比高の開発がつとに求められてき
た。
【０００３】そのため、従来より、６８０ＭＰａ級以上
の鋼にあっては、焼入れ・焼戻しを基本とする熱処理技
術と、複雑な合金元素の添加とによって、低降伏比鋼の
製造を可能にする提案がなされてきた。しかしながら、
これらの方法による鋼の降伏比の低下には限界があり、
経済性の点から見ても実用化が困難であった。
【０００４】そこで、この出願の発明は、以上の通りの
事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点を
解消し、一般溶接鋼として広く用いることができ、降伏
比および割れ感受性が低く、優れた切欠靭性と熱影響部
軟化抵抗を有する低降伏比高張力鋼と、経済性に優れた
その製造方法を提供することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】そこで、この出願の発明
は、上記の課題を解決するものとして、以下の通りの発
明を提供する。
【０００６】すなわち、まず第１には、この出願の発明
は、組成が重量％でＣ：０．１５以下，Ｓｉ：０．６以
下，Ｍｎ：２．０以下，Ｐ：０．０２以下，Ｓ：０．０
０２以下，Ｎ：０．０６以下，Ａｌ：０．０１以上０．
０４以下，Ｎｂ：０．０６以下，Ｔｉ：０．０２以下か
つ溶接割れ感受性指数Ｐcmが０．２０以下で、残部が鉄
および不可避的不純物であって、１μｍ未満のフェライ
トコロニー，１μｍ以上１０μｍ以下のフェライトおよ
びマルテンサイトまたはベイナイトの３相複合組織から
なり、引張強さが６８０ＭＰａ以上、降伏比が０．５０
以上０．８５以下であることを特徴とする低降伏比高張
力鋼を提供する。
【０００７】そして、第２には、この出願の発明は、上
記第１の発明について、重量％でＣｕ：０．４以下，Ｃ
ｒ：０．４以下，Ｎｉ：１以下，Ｍｏ：０．２以下，
Ｖ：０．１以下，Ｂ：０．００１以下の成分が添加さ
れ、溶接割れ感受性指数Ｐcmが０．２８以下であること
を特徴とする低降伏比高張力鋼を提供する。
【０００８】一方で、第３には、この出願の発明は、上
記第１の発明の低降伏比高張力鋼の製造方法であって、
重量％でＣ：０．１５以下，Ｓｉ：０．６以下，Ｍｎ：
２．０以下，Ｐ：０．０２以下，Ｓ：０．００２以下，
Ｎ：０．０６以下，Ａｌ：０．０１以上０．０４以下，
Ｎｂ：０．０６以下，Ｔｉ：０．０２以下かつ溶接割れ
感受性指数Ｐcmが０．２０以下で、残部が鉄および不可
避的不純物よりなる組成の鋼に、焼入・焼戻し熱処理を
施すことなく、圧延による加工熱処理を施すことによっ
て、１μｍ未満のフェライトコロニー，１μｍ以上１０
μｍ以下のフェライトおよびマルテンサイトまたはベイ
ナイトからなる３相複合組織を各相の量比を調整しつつ
形成することを特徴とする低降伏比高張力鋼の製造方法
を提供する。
【０００９】また、第４には、この出願の発明は、上記
第２の発明の低降伏比高張力鋼の製造方法であって、重
量％でＣ：０．１５以下，Ｓｉ：０．６以下，Ｍｎ：
２．０以下，Ｐ：０．０２以下，Ｓ：０．００２以下，
Ｎ：０．０６以下，Ａｌ：０．０１以上０．０４以下，
Ｎｂ：０．０６以下，Ｔｉ：０．０２以下，Ｃｕ：０．
４以下，Ｃｒ：０．４以下，Ｎｉ：１以下，Ｍｏ：０．
２以下，Ｖ：０．１以下，Ｂ：０．００１以下かつ溶接
割れ感受性指数Ｐcmが０．２８以下で、残部が鉄および
不可避的不純物よりなる組成の鋼に、焼入・焼戻し熱処
理を施すことなく、圧延による加工熱処理を施すことに
よって、１μｍ未満のフェライトコロニー，１μｍ以上
１０μｍ以下のフェライトおよびマルテンサイトまたは
ベイナイトからなる３相複合組織を各相の量比を調整し
つつ形成することを特徴とする低降伏比高張力鋼の製造
方法を提供する。
【００１０】さらに、第５には、この出願の発明は、上
記第３または第４の発明において、圧延による加工熱処
理後に、焼戻しを行なうことを特徴とする低降伏比高張
力鋼の製造方法をも提供する。
【００１１】
【発明の実施の形態】この出願の発明は、上記の通りの
特徴を持つものであるが、以下にその実施の形態につい
て説明する。
【００１２】まず、この出願の第1の発明が提供する低
降伏比高張力鋼は、組成が重量％でＣ：０．１５以下，
Ｓｉ：０．６以下，Ｍｎ：２．０以下，Ｐ：０．０２以
下，Ｓ：０．００２以下，Ｎ：０．０６以下，Ａｌ：
０．０１以上０．０４以下，Ｎｂ：０．０６以下，Ｔ
ｉ：０．０２以下かつ溶接割れ感受性指数Ｐcmが０．２
０以下で、残部が鉄および不可避的不純物であって、１
μｍ未満のフェライトコロニー，１μｍ以上１０μｍ以
下のフェライトおよびマルテンサイトまたはベイナイト
の３相複合組織からなり、引張強さが６８０ＭＰａ以
上、降伏比が０．５０以上０．８５以下であることを特
徴としている。
【００１３】上記に示したこの出願の発明の低降伏比高
張力鋼の組成は、軟鋼の組成を基準としており、最も一
般的で安価な軟鋼を出発鋼材をして用いることができ
る。ただし、溶接割れ感受性指数Ｐcmを０．２０以下と
して一部成分を制限することで、予熱なしでの溶接を可
能にしている。また、この出願の発明においては、特別
な元素の添加を必要とせずに、引張強さが６８０ＭＰａ
以上と高く、降伏比が０．５０以上０．８５以下と低
い、低降伏比高張力鋼を実現している。
【００１４】このような特性は、この出願の発明の低降
伏比高張力鋼の特徴でもある、３相複合組織によって実
現されている。この出願の発明の低降伏比高張力鋼の組
織は、上記のように、１μｍ未満のフェライトコロニ
ー，１μｍ以上１０μｍ以下のフェライト，およびマル
テンサイトまたはベイナイトからなる３相複合組織で構
成されており、そのうちの１μｍ未満のフェライト粒か
らなるコロニーがこれまでにない低降伏比を実現するも
のとして見出された。このことは従来知られておらず、
この出願の発明者らによってはじめて明らかにされたも
のである。
【００１５】この出願の発明の低降伏比高張力鋼におけ
るこのフェライトコロニーは、軟鋼におけるパーライト
コロニーと類似の機能を担っている。すなわち、鋼材の
低降伏比を実現するものである。さらにこのフェライト
コロニーは、マルテンサイトまたはベイナイトとの複合
効果によって、軟鋼の約２倍という高強度をも実現す
る。
【００１６】これによって、一般的で安価な軟鋼と同様
の組成でありながら、引張強さが６８０ＭＰａ以上、降
伏比が０．５０以上０．８５以下である低降伏比高張力
鋼が提供される。
【００１７】そして、この出願の第２の発明が提供する
低降伏比高張力鋼は、上記第１の発明について、重量％
でＣｕ：０．４以下，Ｃｒ：０．４以下，Ｎｉ：１以
下，Ｍｏ：０．２以下，Ｖ：０．１以下，Ｂ：０．００
１以下の成分が添加され、溶接割れ感受性指数Ｐcmが
０．２８以下であるようにしている。
【００１８】この出願の発明の低降伏比高張力鋼は、必
ずしも合金元素等の添加を必要とはしないが、用途に応
じた多様な特性を生み出すために、各種の元素を微量に
添加することもできる。たとえば、この低降伏比高張力
鋼を溶接鋼として用いる場合には、重量％でＣｕ：０．
４以下，Ｃｒ：０．４以下，Ｎｉ：１以下，Ｍｏ：０．
２以下，Ｖ：０．１以下，Ｂ：０．００１以下の成分を
添加できる。このような成分の添加により、溶接割れ感
受性指数Ｐcmが上昇して溶接性はやや劣るものの、溶接
部の切欠き靭性を大幅に向上することができる。ただ
し、溶接性を確保するために、上記の成分の添加は、溶
接割れ感受性指数Ｐcmが０．２８以下の範囲で行なうよ
うにする。
【００１９】この出願の第３および第４の発明が提供す
る低降伏比高張力鋼の製造方法は、上記第１および第２
の低降伏比高張力鋼の製造方法であって、前記した各々
の組成の鋼に、焼入・焼戻し熱処理を施すことなく、圧
延による加工熱処理を施すことによって、１μｍ未満の
フェライトコロニー，１μｍ以上１０μｍ以下のフェラ
イト，およびマルテンサイトまたはベイナイトからなる
３相複合組織を各相の量比を調整しつつ形成することを
特徴としている。
【００２０】圧延による加工熱処理は、鋼材の圧延ライ
ンにおいて、圧延温度と圧下組み合わせを、時間と冷却
（空冷または水冷）を利用して制御するものであり、一
般的な各種の鋼の製造方法によって実施することができ
る。たとえば、前記した組成範囲内の出発鋼材に対し
て、オーステナイト温度域で粗圧延を施し、次いで仕上
圧延を施すこと等ができる。具体的には、出発鋼材とし
てたとえば軟鋼を用い、その成分組成のわずかな違いに
よっても変化してくるが、たとえば９００℃程度に加熱
した後、７５０℃程度で粗圧延を施し、一旦時間調整で
６５０℃程度まで空冷した後、仕上圧延を行なうことな
どが例示される。
【００２１】これによって、出発鋼材の組成を、１μｍ
未満のフェライトコロニー，１μｍ以上１０μｍ以下の
フェライトおよびマルテンサイトまたはベイナイトから
なる３相複合組織とする。各相の量比は、おもに圧延温
度、圧下比および水冷条件によって調整可能であり、各
相の量比を調整することで、低降伏比高張力鋼降伏比を
０．５０以上０．８５以下という広範囲で調整すること
ができる。
【００２２】このような圧延の加工熱処理による製造方
法は、焼入・焼戻し熱処理を施すことがないため、簡便
かつ経済的である。
【００２３】これによって、引張強さが６８０ＭＰａ以
上、降伏比が０．５０以上０．８５以下の低降伏比高張
力鋼を得ることができる。
【００２４】この出願の第５の発明が提供する低降伏比
高張力鋼の製造方法は、上記発明の方法において、圧延
による加工熱処理後に、焼戻しを行なうことを特徴とし
ている。
【００２５】この出願の発明の方法において、焼戻し処
理は必ずしも必要ではないが、得られる低降伏比高張力
鋼の用途に応じて焼戻し処理を施すことも効果的であ
る。たとえば、この低降伏比高張力鋼を溶接鋼として用
いる場合には、低降伏比高張力鋼の製造時の圧延による
加工熱処理後に適切な焼戻し処理を行っておくことで、
溶接部の切欠き靭性および熱影響部軟化抵抗を高めるこ
とができる。焼戻し処理は、低降伏比高張力鋼の製造に
おける経済性をやや低下させるが、溶接部の特性を高め
るなど、用途によっては極めて有効な手段となりうる。
【００２６】以下、添付した図面に沿って実施例を示
し、この発明の実施の形態についてさらに詳しく説明す
る。
【００２７】
【実施例】供試鋼として表１に示す組成の鋼材Ａ〜Ｄを
用い、この出願の発明の低降伏比高張力鋼を製造した。
【００２８】
【表１】
【００２９】鋼材Ａは、一般的な軟鋼にＮｂとＴｉを添
加したものである。鋼材Ｂは、一般的な軟鋼と類似の組
成であり、鋼材ＡからＮｂとＴｉを除いたものである。
鋼材Ｃは、鋼材ＢのＣ（炭素）量のみを高めたものであ
り、鋼材Ｄは、さらにＮｉを微量に添加したものであ
る。
【００３０】鋼材Ａ〜Ｄに対し、表２に示す条件での圧
延および焼戻しを行なった。
【００３１】
【表２】
【００３２】鋼材Ａに対しては、Ｎｂを含有しているた
め加熱温度を高めに設定し、２つの異なる温度条件での
仕上圧延を施し、３相複合組織からなる鋼材Ａ１と、２
相からなる鋼材Ａ２を得た。鋼材Ｂ，Ｃ，Ｄに対して
は、最適と考えられる条件での加熱、圧延を施し、単相
組織の鋼材Ｂと、３相複合組織からなる鋼材Ｃ，Ｄを得
た。なお、鋼材Ｄには、圧延後に焼戻しを施した。
【００３３】処理後に得られた鋼材Ａ１〜Ｄについて、
その組織を光学顕微鏡で観察し、その結果も併せて表２
に示した。
【００３４】また、処理後の鋼材Ａ１〜Ｄについて引張
試験を行い、機械的特性を調べた。この結果を表３に示
した。さらに、鋼材Ａ１および鋼材Ｂについて、応力−
伸び特性を図１に、光学顕微鏡による観察像を図２にし
めした。鋼材Ａ１については、各組織の分布を模式的に
図３に示した。
【００３５】
【表３】
【００３６】表２および表３より、この出願の発明であ
る鋼材Ａ１，Ｃ，Ｄは、引張強さが６８０ＭＰａ以上
で、降伏比が０．５０以上０．８５以下であり、本願の
発明の趣旨に沿う優れた性質を有することが確認され
た。
【００３７】特に鋼材Ａ１については、引張強さ８５６
ＭＰａ、降伏比０．５５８と、優れた低降伏比高張力鋼
であることが示された。
【００３８】鋼材Ｃは、鋼材Ａ１と比較して、Ｎｂおよ
びＴｉの添加はないがＣ量が多いためにＰcm値が高くな
り、溶接性がやや劣るものの、ＮｂおよびＴｉの添加無
しに十分な低降伏比高張力特性を有することがわかっ
た。
【００３９】鋼材Ｄは、Ｎｉを微量添加し、焼戻しを施
しているため、母材の伸びと切欠き靭性に優れているこ
とが確認された。
【００４０】一方の、鋼材Ａ２は、圧延仕上温度が低す
ぎたために３相複合組織を形成できず、引張り強さは６
８０ＭＰａに達しているものの、降伏強さが高すぎて低
降伏比を示さなかった。
【００４１】また、鋼材Ｂも３相複合組織となっておら
ず、引張り強さが低く、この出願の目的を達していなか
った。
【００４２】もちろん、この発明は以上の例に限定され
るものではなく、細部については様々な態様が可能であ
ることは言うまでもない。
【００４３】
【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明によ
って、一般溶接鋼として広く用いることができ、降伏比
および割れ感受性が低く、優れた切欠靭性と熱影響部軟
化抵抗を有する低降伏比高張力鋼と、その経済性に優れ
た製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例における低降伏比高張力鋼試料（Ａ１）
および比較例試料（Ｂ）の応力−ひずみ特性を例示した
図である。
【図２】実施例における試料Ａ１および試料Ｂの組織を
観察した光学顕微鏡像を例示した図である。
【図３】実施例における試料Ａ１の組織観察により、各
組織の分布を模式的に示した図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 邱 海 茨城県つくば市千現１−２−１ 科学技術 庁金属材料技術研究所内 (72)発明者 鳥塚 史郎 茨城県つくば市千現１−２−１ 科学技術 庁金属材料技術研究所内 (72)発明者 川口 喜昭 茨城県つくば市千現１−２−１ 科学技術 庁金属材料技術研究所内 (72)発明者 志賀 千晃 茨城県つくば市千現１−２−１ 科学技術 庁金属材料技術研究所内 Ｆターム(参考） 4K032 AA01 AA02 AA04 AA05 AA11 AA14 AA16 AA19 AA21 AA22 AA23 AA27 AA29 AA31 AA35 AA36 CA01 CA02 CC02 CF00

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 組成が重量％でＣ：０．１５以下，Ｓ
    ｉ：０．６以下，Ｍｎ：２．０以下，Ｐ：０．０２以
    下，Ｓ：０．００２以下，Ｎ：０．０６以下，Ａｌ：
    ０．０１以上０．０４以下，Ｎｂ：０．０６以下，Ｔ
    ｉ：０．０２以下かつ溶接割れ感受性指数Ｐcmが０．２
    ０以下で、残部が鉄および不可避的不純物であって、１
    μｍ未満のフェライトコロニー，１μｍ以上１０μｍ以
    下のフェライトおよびマルテンサイトまたはベイナイト
    の３相複合組織からなり、引張強さが６８０ＭＰａ以
    上、降伏比が０．５０以上０．８５以下であることを特
    徴とする低降伏比高張力鋼。
  2. 【請求項２】 重量％でＣｕ：０．４以下，Ｃｒ：０．
    ４以下，Ｎｉ：１以下，Ｍｏ：０．２以下，Ｖ：０．１
    以下，Ｂ：０．００１以下の成分が添加され、溶接割れ
    感受性指数Ｐcmが０．２８以下であることを特徴とする
    請求項１記載の低降伏比高張力鋼。
  3. 【請求項３】 請求項１の低降伏比高張力鋼の製造方法
    であって、重量％でＣ：０．１５以下，Ｓｉ：０．６以
    下，Ｍｎ：２．０以下，Ｐ：０．０２以下，Ｓ：０．０
    ０２以下，Ｎ：０．０６以下，Ａｌ：０．０１以上０．
    ０４以下，Ｎｂ：０．０６以下，Ｔｉ：０．０２以下か
    つ溶接割れ感受性指数Ｐcmが０．２０以下で、残部が鉄
    および不可避的不純物よりなる組成の鋼に、焼入・焼戻
    し熱処理を施すことなく、圧延による加工熱処理を施す
    ことによって、１μｍ未満のフェライトコロニー，１μ
    ｍ以上１０μｍ以下のフェライトおよびマルテンサイト
    またはベイナイトからなる３相複合組織を各相の量比を
    調整しつつ形成することを特徴とする低降伏比高張力鋼
    の製造方法。
  4. 【請求項４】 請求項２の低降伏比高張力鋼の製造方法
    であって、重量％でＣ：０．１５以下，Ｓｉ：０．６以
    下，Ｍｎ：２．０以下，Ｐ：０．０２以下，Ｓ：０．０
    ０２以下，Ｎ：０．０６以下，Ａｌ：０．０１以上０．
    ０４以下，Ｎｂ：０．０６以下，Ｔｉ：０．０２以下，
    Ｃｕ：０．４以下，Ｃｒ：０．４以下，Ｎｉ：１以下，
    Ｍｏ：０．２以下，Ｖ：０．１以下，Ｂ：０．００１以
    下かつ溶接割れ感受性指数Ｐcmが０．２８以下で、残部
    が鉄および不可避的不純物よりなる組成の鋼に、焼入・
    焼戻し熱処理を施すことなく、圧延による加工熱処理を
    施すことによって、１μｍ未満のフェライトコロニー，
    １μｍ以上１０μｍ以下のフェライトおよびマルテンサ
    イトまたはベイナイトからなる３相複合組織を各相の量
    比を調整しつつ形成することを特徴とする低降伏比高張
    力鋼の製造方法。
  5. 【請求項５】 圧延による加工熱処理後に、焼戻しを行
    なうことを特徴とする請求項３または４記載の低降伏比
    高張力鋼の製造方法。
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