JP2002266048A - 溶接性および均一伸びに優れた高張力厚鋼板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶接性（大入熱ＨＡＺ靭性および耐溶接割れ
性）および均一伸びに優れた５９０ＭＰａ級厚鋼板を提
供する。 【解決手段】 Ｃ：０．０１０〜０．０６％（質量％の
意味、以下同じ），Ｔｉ：０．００５〜０．０３％，
Ｎ：０．００２０〜０．０１０％を含有する鋼からな
り、光学顕微鏡により観察した鋼組織の９０体積％以上
がベイナイトであり、Ｘ線回折法により測定した残留γ
量が少なくとも１．０体積％であると共に、引張強さが
５９０ＭＰａ以上７８０ＭＰａ未満の高張力厚鋼板であ
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、溶接性（大入熱Ｈ
ＡＺ靭性および耐溶接割れ性）および均一伸びに優れた
５９０ＭＰａ以上７８０ＭＰａ未満の厚鋼板（以下、単
に「５９０ＭＰａ級厚鋼板」と称す）に関するものであ
る。本発明の高張力厚鋼板は、特に建築構造物や鋼構造
物に好適に用いられる。

【０００２】

【従来の技術】５９０ＭＰａ級鋼板では、母材強度の確
保という観点から合金成分を多量に添加するため、冷却
速度の速い小入熱溶接条件ではＨＡＺ（溶接熱影響部）
が硬化して溶接割れ（低温割れ）が生じやすく、かかる
溶接割れの防止を目的として、溶接施工時に７５℃程度
の予熱を行う必要がある。従って、この予熱工程を省略
できれば施工効率が大幅に向上し、且つコストダウンに
もつながるため、耐溶接割れ性に優れた５９０ＭＰａ級
鋼板の提供が切望されている。

【０００３】ところで、耐溶接割れ性の指標としては下
式で定義されるＰｃｍ（％）というパラメーターが一般
に用いられている。 Ｐｃｍ＝［Ｃ］＋［Ｓｉ］／３０＋［Ｍｎ］／２０＋
［Ｃｕ］／２０＋［Ｎｉ］／６０＋［Ｃｒ］／２０＋
［Ｍｏ］／１５＋［Ｖ］／１０＋５×［Ｂ］ 《式中、［ ］は各元素の含有量（質量％）を示す》 例えば、特開平１０−６８０４５号公報に、このＰｃｍ
を０．２０以下に制限することで耐溶接割れ性を改善す
ることが開示されている。

【０００４】一方、同じ５９０ＭＰａ級鋼板において、
大入熱溶接時にＨＡＺ靭性が劣化する問題がある。これ
は、入熱が大きくなるとＨＡＺ部の冷却速度が遅くな
り、それに伴いＨＡＺ部の焼入れ性が低下し、粗大な島
状マルテンサイトを生成することに基づく。この問題は
厚板、薄板いずれにおいても発生し、実際の溶接施工時
に入熱制限が行われ、溶接効率が悪かった。

【０００５】大入熱溶接時のＨＡＺ靭性の改善に当たっ
ては、上記特開平１０−６８０４５号公報の他、特開平
１０−１２１１９１号公報において、下式で表される炭
素当量（Ｃｅｑ）を０．３５〜０．４０と低く制限する
ことが開示されている。 Ｃｅｑ＝［Ｃ］＋［Ｍｎ］／６＋［Ｓｉ］／２４＋［Ｎ
ｉ］／４０＋［Ｃｒ］／５＋［Ｍｏ］／４＋［Ｖ］／１
４ 《式中、［ ］は各元素の含有量（質量％）を示す》。

【０００６】このように、従来はＰｃｍを低値に制御す
ることにより小入熱溶接時の耐溶接割れ性を改善した
り、あるいはＣｅｑを制御することにより大入熱ＨＡＺ
靭性を改善すると共に、合金成分の含有量制限に伴う母
材強度低下を、製造プロセスを改良するなどして補って
いた。これにより、５９０ＭＰａ級鋼板において、母材
製造時の焼入れにおける冷却速度が比較的速い薄板では
溶接時の予熱フリーを達成できたが、冷却速度が遅い厚
板では溶接時の予熱フリーと母材強度の両立を達成する
ことが困難であった。また、Ｃｕの析出を利用して母材
強度を確保する方法も開示されているが、冷却速度が遅
い厚板では充分な母材強度が得られなかった。

【０００７】このように、小入熱溶接においてＨＡＺ部
は高温に加熱された後の冷却速度が速いため、硬化して
溶接割れ（低温割れ）を起こしやすい。一方、母材は板
厚が厚くなるほど冷却速度が遅くなるため、圧延後の焼
入れ効果による強度確保が難しくなる。従って、５９０
ＭＰａ級厚鋼板では、小入熱溶接時の溶接割れを防止す
るため冷却速度が速くなっても硬くならないようにした
上で、鋼板製造時の冷却速度が遅く、焼入れ効果が得難
い場合であっても如何に強度を確保するかが重要課題と
なる。

【０００８】さらに、厚板、薄板のいずれにおいても、
大入熱溶接においては、ＨＡＺ部の冷却速度が遅くな
り、それに伴いＨＡＺ部の焼入れ性が低下し、粗大な島
状マルテンサイト組織を生成して靭性が低下するが、こ
のＨＡＺ靭性を改善するには、冷却速度が遅い場合であ
っても島状マルテンサイト組織の生成を如何なる方法で
抑制するかが重要課題となる。

【０００９】また、建築構造物や鋼構造物用の鋼板で
は、耐震性の観点から、高い均一伸びを有することが求
められるが、一般に引張強度が大きいほど均一伸びが低
下するといった傾向があり、高強度を維持しつつ均一伸
びを向上させる技術が要求されている。

【００１０】鋼板の高強度と高均一伸びを両立させる技
術としては、例えば、特開平９−３５９４号公報に、鋼
板をフェライト＋第二相型の複合組織とし、均一伸びを
確保すべくフェライト分率を特定の範囲とした上で、引
張強度を向上させるべく、第二相を硬質化することが提
案されている。しかしながら、この技術を５９０ＭＰａ
級厚鋼板に適用する場合には、Ｃ含有量を高くする必要
があり、その結果、耐溶接割れ性が低下する傾向にあっ
た。

【００１１】また、特開平８−２４６０４７号公報に
は、熱間圧延後の冷却速度を最適化することで鋼板の均
一伸びを向上させる技術が開示されているが、この技術
を５９０ＭＰａ級厚鋼板に適用しても、耐溶接割れ性と
均一伸びの両者を高いレベルで改善できるものではな
い。

【００１２】この他、薄鋼板においては、鋼中に残留γ
を生成させ、その応力誘起変態を利用して均一伸びの向
上を図ることが行われている。しかしながら、鋼中に残
留γを安定に生成させるためには、溶接性低下の原因と
なるＣやＡｌ，Ｓｉを多量に含有させる必要があり、高
いレベルでの溶接性が要求される厚鋼板に適用すること
は困難であった。

【００１３】

【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、溶接性（大
入熱ＨＡＺ靭性および耐溶接割れ性）および均一伸びに
優れた５９０ＭＰａ級厚鋼板を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成し得た本
発明の溶接性および均一伸びに優れた高張力厚鋼板と
は、Ｃ：０．０１０〜０．０６％（質量％の意味、以下
同じ），Ｔｉ：０．００５〜０．０３％，Ｎ：０．００
２０〜０．０１０％を含有する鋼からなり、光学顕微鏡
により観察した鋼組織の９０体積％以上がベイナイトで
あり、Ｘ線回折法により測定した残留γ量が少なくとも
１．０体積％であると共に、引張強さが５９０ＭＰａ以
上７８０ＭＰａ未満であるところに要旨を有するもので
ある。

【００１５】なお、上記厚鋼板においては、さらにＭ
ｎ：１．０〜３．０％，Ｃｒ：０．１〜２．０％，Ｍ
ｏ：１．５％以下（０％を含む）を含有し、且つ下式
（１）で表されるＫＰ値が２．４以上５．５以下である
ことが好ましい。 ＫＰ＝［Ｍｎ］＋１．５×［Ｃｒ］＋２×［Ｍｏ］ ・・・ （１） 《式中、［ ］は各元素の含有量（質量％）を意味す
る》。

【００１６】また、上記厚鋼板の内、さらにＳｉ：１％
以下および／またはＡｌ：０．２％以下を含有するも
の；さらにＮｉ：６％以下および／またはＣｕ：２．０
％以下を含有するもの；さらにＶ：０．１０％以下、Ｎ
ｂ：０．１０％以下、Ｂ：０．００８０％以下よりなる
群から選択される少なくとも一種を含有するもの；さら
にＺｒ：０．１０％以下を含有するもの；さらにＣａ：
０．００５０％以下および／またはＲＥＭ（希土類金
属）：０．０５％以下を含有するもの；さらにＰ：０．
０２０％以下およびＳ：０．０１０％以下に夫々抑えら
れているものは、本発明の目的を達成する上で好ましい
態様である。

【００１７】なお、本発明の高張力厚鋼板の化学組成
は、典型的には上記元素の他は残部Ｆｅおよび不可避不
純物からなるが、その他の化学成分についても、本発明
の効果を阻害しない範囲内で含有されていてもよい。

【００１８】

【発明の実施の形態】４９０ＭＰａ級鋼板においては、
上記のようなＰｃｍの制御によって耐溶接割れ性の改善
と母材強度の確保を両立することができたが、５９０Ｍ
Ｐａ級鋼板ではＰｃｍによる成分制御を行ったとして
も、特に厚板において両特性の満足を図ることは困難で
あった。

【００１９】また、一般に、大入熱溶接時に高温ベイナ
イトを生成させると島状マルテンサイトが生成し、鋼の
ＨＡＺ靭性が劣化するため、４９０ＭＰａ級鋼板では、
ＨＡＺにおいてフェライトを積極的に生成させるべく、
Ｃｅｑを制御して大入熱ＨＡＺ靭性の改善が試みられて
きたが、これは高強度の厚鋼板に適用できるものではな
く、５９０ＭＰａ級鋼板での大入熱ＨＡＺ靭性の改善と
厚肉化の両立を図ることも困難であった。

【００２０】ところで、鋼板の均一伸び向上を図るに
は、従来から薄鋼板で行われているように、鋼板中に残
留γを生成させ、その応力誘起変態を利用することが有
効である。しかし、残留γを安定に生成させつつ高強度
化を図るには、Ｃ，Ａｌ，Ｓｉといった元素を多量に添
加する必要があり、これがこの技術の厚鋼板への適用を
困難にしていた。こうした元素の多量添加は、上記のよ
うな鋼板の溶接性低下を引き起こすため、溶接性があま
り問題にされない薄鋼板では、この手段によって高強度
化と均一伸びの改善の両者を同時に達成することが可能
であったが、溶接性が極めて重要な厚鋼板においては、
むしろこれらの元素の添加を抑制することが好ましく、
溶接性を損なわずに高強度とした上で、残留γを生成さ
せることは極めて困難なのである。

【００２１】そこで、本出願人は、上記の従来技術とは
異なり、Ｃ量を極力低減化し、さらに組織の微細化に寄
与する元素の量を適切に制御することで良好な溶接性を
確保すると共に、鋼組織をベイナイト主体として高い母
材強度を確保しつつ、鋼中に残留γを生成させることで
均一伸びを改善し得ることを見出し、本発明を完成する
に至ったのである。

【００２２】本発明の高張力厚鋼板においては、上記の
通り、良好な溶接性を確保するために、母材強度の向上
に寄与するＣの含有量を極力低減化する。よって、高い
母材強度を確保するために鋼組織をベイナイト主体とす
るのである。具体的には、光学顕微鏡により観察した鋼
組織中のベイナイトの量が９０体積％以上、好ましくは
９５体積％以上、さらに好ましくは９８体積％以上でな
ければならない。

【００２３】なお、後述するように、ベイナイトと残留
γを光学顕微鏡で識別することは困難であるため、ここ
でいう「ベイナイト量」は、残留γを含めた量である。
従って、本発明で規定するベイナイト量と、後述する残
留γ量を足した値が１００％を超える場合もあり得る。
また、鋼組織の他の成分としては、フェライトやマルテ
ンサイトなどがある。

【００２４】本発明の高張力厚鋼板では、既述の通り、
鋼中に残留γを生成させ、この応力誘起変態を利用する
ことによって均一伸びの向上を図る。応力誘起変態によ
る均一伸びの向上効果を十分に確保するためには、Ｘ線
回折法により測定した残留γ量が少なくとも１．０体積
％以上、好ましくは１．５体積％以上、さらに好ましく
は２．０体積％以上でなければならない。

【００２５】残留γはベイナイトのラス境界に微細に生
成するものであり、ベイナイト量の測定の際に用いる光
学顕微鏡では識別できない。しかしながら、残留γは結
晶構造が面心立方構造であり、他方、ベイナイトやフェ
ライトなどは体心立方構造であることから、Ｘ線回折法
によって残留γ量を測定することが可能である。また、
残留γ量の上限については、多ければ多いほど好ましい
が、後述するようにＣ量を０．０６％以下と制限してい
るため、１０体積％程度が上限であると推定される。

【００２６】なお、本発明は、５９０ＭＰａ級の高張力
厚鋼板を対象とするものであるが、引張強さが７８０Ｍ
Ｐａ以上になると均一伸びが低下する傾向があるため、
引張強さの範囲を５９０ＭＰａ以上７８０ＭＰａ未満と
規定している。

【００２７】次に、本発明で規定する成分について説明
する。

【００２８】Ｃ：０．０１０〜０．０６％ Ｃは、溶接時におけるＨＡＺ部の耐溶接割れ性と母材強
度を両立させ、且つ大入熱ＨＡＺ靭性を改善し、さらに
残留γを生成させるために重要な元素である。Ｃが０．
０６％を超えると高冷却速度の際に低温ベイナイトでな
くマルテンサイトが生成するようになり、耐溶接割れ性
および大入熱ＨＡＺ靭性が改善されない。好ましくは
０．０５％以下である。なお、０．０１０％未満では必
要最小限の母材強度が得られない。好ましくは０．０２
％以上である。

【００２９】Ｔｉ：０．００５〜０．０３％ Ｔｉは、Ｎと窒化物を形成して大入熱溶接時におけるＨ
ＡＺ部のγ粒を微細化し、ＨＡＺ靭性改善に寄与する点
で有用である。ただし、Ｔｉの含有量が夫々０．０３％
を超えると逆にＨＡＺ靭性が低下する。好ましくは０．
０２０％以下である。なお、０．００５％未満では、大
入熱ＨＡＺ靭性改善の効果が十分でない。好ましくは
０．００８％以上である。

【００３０】Ｎ：０．００２０〜０．０１０％ Ｎは上記の通り、Ｔｉや、後述するＺｒと窒化物を形成
して大入熱溶接時におけるＨＡＺ靭性改善に寄与する点
で有用である。ただしＮは、後述するＢと結合して固溶
Ｂを減少させ、Ｂの焼入れ性向上作用を阻害し、母材の
靭性および大入熱ＨＡＺ靭性を低下させる作用も有して
おり、Ｎの含有量が０．０１０％を超えるとその作用が
顕著になる。好ましくは０．００８０％以下である。な
お、０．００２０％未満ではＴｉあるいはＺｒとの窒化
物形成による大入熱ＨＡＺ靭性改善の効果が十分でな
い。好ましくは０．００３０％以上である。

【００３１】さらに、本発明の高張力厚鋼板において
は、溶接性、すなわち耐溶接割れ性および大入熱ＨＡＺ
靭性のより一層の向上を図るべく、上記の如くＣを極低
Ｃに制限する他、以下に示す焼入れ向上元素を積極的に
添加し、大入熱ＨＡＺ靭性改善に寄与する元素の添加を
適切に制御するなどして、ベイナイトの連続冷却曲線
（図１のＣＣＴ線図を参照）が短時間側且つ低温側に移
動すると共に、フェライトのＣＣＴ線が長時間側に移動
するようにした（実線から破線へ移動）。

【００３２】従って、従来は、高冷却速度ではマルテン
サイト、低冷却速度ではフェライトまたは高温ベイナイ
トを生成するために、硬さの冷却速度感受性が大きく、
小入熱溶接時のＨＡＺ部の硬さ低減（耐溶接割れ性の改
善）と母材強度の確保が両立できず、予熱フリーの達成
が困難であったが、本発明によれば、高冷却速度、低冷
却速度のいずれにおいても低温ベイナイトを生成し、硬
さの冷却速度感受性が低下し、溶接時のＨＡＺ部の硬さ
低減（耐溶接割れ性の改善）と母材強度確保を両立なら
しめることができる。

【００３３】一方、大入熱溶接の場合、ＨＡＺの冷却速
度が遅くなるため、従来はフェライトまたは高温ベイナ
イトを生成し、それに伴い粗大且つ塊状の島状マルテン
サイト組織が生成してＨＡＺ靭性が劣化していたが、本
発明では、冷却速度が遅くても低温ベイナイトが生成す
るため塊状ではなくフィルム状のマルテンサイト組織に
なると同時に、極低Ｃであるため生成するマルテンサイ
ト組織が微細となり、ＨＡＺ靭性を確保できる。

【００３４】なお、上述した耐溶接割れ性と大入熱ＨＡ
Ｚ靭性の向上に対するアプローチについては既に出願を
済ませている（特願平１０−３３６２６８、特願平１１
−３５６６０６、特願２０００−１５３７１３）。これ
らの先願発明はいずれも、高張力鋼板の耐溶接割れ性と
大入熱ＨＡＺ靭性の向上を目的とするものであり、本願
発明は、これら溶接性の向上に加えて、均一伸びの向上
をも目的とする点で、これらの先願発明とは異なるもの
である。

【００３５】以下、溶接性の向上に寄与する成分につい
て説明する。

【００３６】 Ｍｎ：１．０〜３．０％ Ｃｒ：０．１〜２．０％ Ｍｏ：１．５％以下（０％を含む） これらの元素は焼入れ性を改善する作用を有し、高冷却
速度〜低冷却速度で低温ベイナイトを生成しやすくする
と共に、上記の通り、極低Ｃとし、好ましくはさらに所
定のＢ量を添加することにより小入熱溶接時におけるＨ
ＡＺ部の耐溶接割れ性と母材強度確保を両立させ、且つ
大入熱ＨＡＺ靭性を改善できる点で有用である。

【００３７】まず、ＭｎおよびＣｒの含有量は、夫々
１．０％以上、０．１％以上であることが好ましい。こ
れらの含有量に満たないと、厚みの大きな鋼板では、所
望の焼入れ性改善作用が発揮されず、母材強度向上効果
が十分に確保できない場合がある。より好ましくはＭ
ｎ：１．２％以上、Ｃｒ：０．５％以上である。ただ
し、Ｍｎ，ＣｒおよびＭｏの含有量が、夫々３．０％、
２．０％、１．５％を超えると母材の靭性が低下するた
め、その上限は夫々３．０％以下、２．０％以下、１．
５％以下であることが好ましい。より好ましくはＭｎ：
２．５％以下、Ｃｒ：１．５％以下、Ｍｏ：１．０％以
下である。

【００３８】さらに、これらＭｎ，Ｃｒ，Ｍｏで定めら
れるＫＰ値の範囲を制御することで、鋼の焼入れ性改善
作用により、冷却速度の遅い厚鋼板であっても、引張強
さ（母材強度）の確保がより容易となる（後述する）。
具体的には、ＫＰ値は２．４以上５．５以下であること
が好ましい。ＫＰ値が２．４未満では上記作用を有効に
発揮させることができない。より好ましくは２．６以上
である。ただし、ＫＰ値が５．５を超えると大入熱ＨＡ
Ｚ靭性が低下する。より好ましくは５．０以下である。

【００３９】Ｓｉ：１％以下 Ｓｉは脱酸剤であると共に、鋼中の残留γを安定化させ
る点で有用な元素であるが、１％を超えて添加すると溶
接性および母材靭性が低下するのでその上限を１％とす
ることが好ましい。より好ましくは０．５％以下であ
る。

【００４０】Ａｌ：０．２％以下 Ａｌは脱酸剤であると共に、鋼中の残留γを安定化させ
る他、鋼中に含有するＮを固定し、好ましく添加される
Ｂの固溶量を増加させることによりＢに基づく焼入れ性
向上作用を高める元素であるが、０．２％を超えて添加
すると母材の靭性が低下するので、その上限を０．２％
とすることが好ましい。より好ましくは０．２％未満、
さらに好ましくは０．１％以下である。

【００４１】Ｎｉ：６％以下 Ｎｉは母材靭性向上に有用な元素であるが、６％を超え
て添加するとスケール疵が発生しやすくなるため、その
上限を６％とすることが好ましい。より好ましくは４％
以下である。

【００４２】Ｃｕ：２．０％以下 Ｃｕは固溶強化および析出強化により母材強度を向上さ
せると共に、焼入れ性向上作用も有する元素である。た
だし、２．０％を超えて添加すると大入熱ＨＡＺ靭性が
低下するため、その上限を２．０％とすることが好まし
い。より好ましくは１．５％以下である。

【００４３】Ｖ：０．１０％以下 Ｖは少量の添加により焼入れ性および焼戻し軟化抵抗を
高める作用がある。ただし、０．１０％を超えて添加す
ると大入熱ＨＡＺ靭性が低下するので、その上限は０．
１０％とすることが好ましい。より好ましくは０．０７
％以下である。

【００４４】Ｎｂ：０．１０％以下 Ｎｂはγ粒径を微細化し、これにより変態後のベイナイ
トブロックサイズが微細化されるため母材靭性の向上に
寄与する。ただし、Ｎｂの添加量が０．１０％を超える
と大入熱ＨＡＺ靭性が低下するので、その上限は０．１
０％とすることが好ましい。より好ましくは０．０５％
以下である。

【００４５】Ｂ：０．００８０％以下 Ｂは焼入れ性改善元素で、低冷却速度で低温ベイナイト
を生成しやすくすると共に、上記の通り、極低Ｃとし、
同時に適量のＭｎ，Ｃｒ，Ｍｏを添加することにより小
入熱溶接時におけるＨＡＺ部の耐溶接割れ性と母材強度
向上を両立させることができる点で有用である。ただ
し、Ｂが０．００８０％を超えるとかえって焼入れ性が
低下し、母材強度が不足するので、その上限は０．００
８０％とすることが好ましい。より好ましくは０．００
６０％以下である。また、Ｂが０．０００６％未満では
焼入れ性改善効果が期待できず、母材強度が向上しない
場合があるため、０．０００６％以上添加することが好
ましい。より好ましくは０．００１０％以上である。

【００４６】Ｚｒ：０．１０％以下 ＺｒはＴｉと同様に、Ｎと窒化物を形成して大入熱溶接
時におけるＨＡＺ部のγ粒を微細化し、ＨＡＺ靭性改善
に寄与する点で有用である。ただし、Ｚｒの含有量が
０．１０％を超えると逆にＨＡＺ靭性が低下するため、
０．１０％以下であることが好ましい。より好ましくは
０．０７％以下である。

【００４７】Ｃａ ：０．００５０％以下 ＲＥＭ：０．０５％以下 ＣａおよびＲＥＭはＭｎＳを球状化するので、介在物の
異方性を低減する効果を有する元素である。このような
作用を発揮させるためにはＣａ：０．０００５％以上添
加することが好ましい。より好ましくは０．００１０％
以上である。ただし、Ｃａ：０．００５０％、ＲＥＭ：
０．０５％を超えて過剰に添加すると母材靭性が低下す
るのでその上限をＣａ：０．００５０％、ＲＥＭ：０．
０５％とすることが好ましい。より好ましくはＣａ：
０．００４０％以下、ＲＥＭ：０．０３％以下である。

【００４８】Ｐ：０．０２０％以下，Ｓ：０．０１０％
以下 ＰおよびＳは不純物元素である。よって夫々０．０２０
％以下、０．０１０％以下に抑えられていることが好ま
しい。

【００４９】次に、本発明の高張力厚鋼板の製造方法に
ついて説明する。本発明の高張力厚鋼板は、上記成分組
成を満足する鋼を用い、加熱、熱間圧延、および焼入れ
をすることにより得ることができる。ただし、極低Ｃ量
としているため、通常の焼入れ条件（熱間圧延後の冷却
条件）では残留γを生成することができない。本発明の
高張力厚鋼板を得るための好ましい一例を以下に示す。
なお、下記は本発明製造法の一例であり、該方法に限定
する趣旨ではない。

【００５０】９５０〜１２００℃で２時間以上加熱した
後、熱間圧延を行い、７００℃以上で圧延を完了し、そ
の後冷却する。その際の適切な冷却速度は鋼の組成、板
厚などとも関係し、一概には決められないが、後記実施
例に示すように、圧延終了後、５５０℃までを平均１℃
／秒以上、好ましくは２℃／秒以上、さらに好ましくは
４℃／秒以上であって、好ましくは１０℃／秒以下、さ
らに好ましくは５．５℃／秒以下で冷却し、ベイナイト
変態を終了させる。このような速度で冷却を行うことに
より、鋼中でのフェライト変態を抑制して、ベイナイト
量を上記範囲とすることができる。

【００５１】次いで、４００℃までを０．５℃／秒以上
２℃／秒以下、好ましくは０．６℃／秒以上１．５℃／
秒以下で冷却して残留γを生成させる。このような速度
で冷却するのは、ベイナイトのラス境界に存在するγ中
に、十分にＣを濃縮させてγを安定化させ、室温で残留
するγ量を上記の範囲とするためである。すなわち、上
記冷却速度が０．５℃／秒を下回ると、γが分解してし
まう。他方、冷却速度が２℃／秒を超えると、ベイナイ
トのラス境界のγ中に十分にＣが濃化せず、その後の冷
却過程でγがマルテンサイトに変態してしまい、残留γ
が得られない。その後空冷または水冷して本発明の高張
力厚鋼板が得られる。

【００５２】特にＫＰ値が上記範囲内にある場合は、焼
入れ性が良好であるため、上記熱間圧延後、５５０℃ま
での冷却速度をより低速度側とすることが可能であり、
具体的には、１℃／秒以上であればフェライト変態を抑
制してベイナイト量を上記範囲とすることができる。

【００５３】また、鋼中に残留γが上記の量で存在して
いなければならないため、こうして得られた本発明の高
張力厚鋼板を焼戻しする際には、残留γが分解しない程
度の低温で行う必要がある。

【００５４】このように本発明によれば、非常に高いレ
ベルの溶接性を有し、且つ所定量の残留γを含有するこ
とにより優れた均一伸びを有する５９０ＭＰａ級の高張
力厚鋼板を提供できる。

【００５５】

【実施例】以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べ
る。但し、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的範囲に包含される。

【００５６】表１および２に示す成分組成の鋼を通常の
溶製法により溶製し、スラブとした後、通常の加熱、熱
間圧延を行った後、表３および４に示す条件で冷却し、
所定の板厚からなる高張力厚鋼板を製造した。

【００５７】このようにして得られた各鋼板について、
下記の要領でベイナイト量、残留γ量、母材特性［引張
強さ、均一伸び、靭性（ｖＥ_-40）］を評価し、本発明
で基準とする母材レベル（５９０ＭＰａ≦引張強さ＜７
８０ＭＰａ、均一伸び≧１３％、ｖＥ_-40≧１００Ｊ）
をクリアしたものについては、さらに溶接性（耐溶接割
れ性およびＨＡＺ靭性）を評価した。

【００５８】［母材特性試験］引張試験：各鋼板の板
厚１／４部位からＪＩＳ４号試験片を採取し、引張試験
を行うことにより均一伸び、および引張強さを測定し
た。均一伸び≧１３％、５９０ＭＰａ≦引張強さ＜７８
０ＭＰａを合格とした。衝撃試験：各鋼板の板厚１／
４部位からＪＩＳ４号試験片を採取し、シャルピー衝撃
試験をおこなうことにより吸収エネルギー（ｖＥ_-40）
を得た。ｖＥ_-40≧１００Ｊを合格とした。

【００５９】［ベイナイト量］各鋼板の板厚１／４部位
を鏡面研磨した試験片を、２％硝酸−エタノール溶液
（ナイタール溶液）でエッチング後、該箇所について光
学顕微鏡を用いて４００倍で観察した。この観察視野５
視野について、画像解析を行い、鋼組織中のベイナイト
量（分率）を測定した。この際、フェライト以外のラス
状組織はベイナイトとみなした。

【００６０】［残留γ量］各鋼板の板厚１／４部位を５
０〜１００μｍ電解研磨した試験片についてＸ線回折測
定を行い、α−Ｆｅ（２００）面とγ−Ｆｅ（２００）
面のピーク強度比から残留γ量を求めた。

【００６１】［溶接性試験］ ＨＡＺ靭性：入熱１５ｋＪ/ｍｍ（板厚：２５〜５０
ｍｍ）、あるいは４０ｋＪ／ｍｍ（板厚：５０ｍｍ以
上）で溶接を行い（サブマージアーク溶接法）、図２に
示す部位からＪＩＳ４号試験片を採取してシャルピー衝
撃試験を行い、ボンド部の吸収エネルギー（ｖＥ_-20）
を求めた。ｖＥ_-20≧１００Ｊを合格とした。 耐溶接割れ性：ＪＩＳ Ｚ ３１５８に記載のｙ形溶
接割れ試験法に基づいて、入熱１．７ｋＪ／ｍｍで被覆
アーク溶接を行い、ルート割れ防止予熱温度を測定し
た。２５℃以下を合格とした。これらの結果を表３およ
び４に併記する。

【００６２】

【表１】

【００６３】

【表２】

【００６４】

【表３】

【００６５】

【表４】

【００６６】表３および表４から、次のように考察する
ことができる。まず、表２のＮｏ．２２〜３８の鋼板は
本発明の要件を満足する実施例であり、表４に示す通
り、いずれの鋼板も母材特性および溶接性に優れてい
る。

【００６７】これに対し、表１のＮｏ．３，４，１５，
１６，１８の各鋼板は本発明の要件を満足しない比較例
であり、以下に示す不具合を有している。

【００６８】Ｎｏ．３の鋼板は、Ｃ量が本発明の範囲を
超える例であり、耐溶接割れ性が低下した。また、Ｎ
ｏ．４の鋼板は、Ｃ量が本発明の範囲を下回る例であ
り、所望のベイナイト量が得られず、母材強度が低下し
た。

【００６９】Ｎｏ．１５の鋼板は、Ｔｉ量が本発明の範
囲を下回る例であり、大入熱ＨＡＺ靭性が低下した。ま
た、Ｎｏ．１６の鋼板は、Ｔｉ量が本発明の範囲を超え
る例であり、大入熱ＨＡＺ靭性が低下した。

【００７０】Ｎｏ．１８の鋼板は、Ｎ量が本発明の範囲
を超える例であり、大入熱ＨＡＺ靭性が低下した。

【００７１】また、表１のＮｏ．１，５〜１４，１７，
２０，２１、および表２のＮｏ．３９，４０の各鋼板
は、化学成分またはＫＰ値が一部本発明の好ましい範囲
を満足しない参考例である。

【００７２】このうち、Ｎｏ．５の鋼板は、ＫＰ値が本
発明の範囲を超える例であり、大入熱ＨＡＺ靭性が低下
した。

【００７３】Ｎｏ．６の鋼板は、Ｍｎ量が本発明の範囲
を下回る例であり、所望のベイナイト量が得られず、母
材強度が低下した。また、Ｎｏ．７の鋼板は、Ｍｎ量が
本発明の範囲を超える例であり、母材靭性が低下した。

【００７４】Ｎｏ．８の鋼板は、Ｃｒ量が本発明の範囲
を下回る例であり、所望のベイナイト量が得られず、母
材強度が低下した。また、Ｎｏ．９の鋼板は、Ｃｒ量が
本発明の範囲を超える例であり、母材靭性が低下した。

【００７５】しかしながら、Ｎｏ．６の鋼板と同様にＭ
ｎ量が本発明の範囲を下回るが、厚みがＮｏ．６に比べ
て薄い例であるＮｏ．４０の鋼板、およびＮｏ．８の鋼
板と同様にＣｒ量が本発明の範囲を下回るが、厚みがＮ
ｏ．８に比べて薄い例であるＮｏ．３９の鋼板では、い
ずれも母材特性および溶接性に優れており、これらの含
有量が本発明の好ましい範囲を満たさなくても、鋼板の
厚みによっては良好な特性のものが得られることが分か
る。

【００７６】Ｎｏ．１０の鋼板は、Ｍｏ量が本発明の範
囲を超える例であり、母材靭性が低下した。

【００７７】Ｖ，Ｎｂ，Ｃｕの量が本発明の範囲を超え
るＮｏ．１１〜１３の各鋼板では、大入熱ＨＡＺ靭性が
低下した。

【００７８】Ｃａ，ＲＥＭ，Ｚｒの量が本発明の範囲を
超えるＮｏ．１７，２０，２１の各鋼板では、母材靭性
が低下した。

【００７９】Ｂ量が本発明の範囲を超えるＮｏ．１４の
鋼板では、所望のベイナイト量が得られず、母材強度が
低下した。

【００８０】また、ＫＰ値が本発明の範囲を下回るＮ
ｏ．１の鋼板では、製造条件によっては、所望のベイナ
イト量が得られず母材強度が低下したり、残留γ量が少
なく、均一伸びが低いものが得られた。

【００８１】Ｎｏ．２の鋼板は、化学成分については本
発明の要件を満足する実施例である。この鋼板でも、Ｎ
ｏ．１の鋼板と同様、製造条件によっては、所望のベイ
ナイト量が得られず母材強度が低下したり、残留γ量が
少なく、均一伸びが低いものが得られるものの、ＫＰ値
も本発明の範囲を満足するため、Ｎｏ．１よりも広い製
造条件で、母材強度、均一伸びおよび溶接性の各特性を
兼ね備えたものが得られた。

【００８２】Ｎｏ．１９の鋼板も、化学成分については
本発明の範囲を満足するものであるが、製造条件によっ
ては母材強度が本発明の範囲を超えてしまい、均一伸び
が低下した。

【００８３】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されており、
溶接性を高いレベルで改善しつつ、残留γを生成させる
ことにより、均一伸びに優れた５９０ＭＰａ以上７８０
ＭＰａ未満の高張力厚鋼板を提供することができた。本
発明の高張力厚鋼板は、建築用途の中でも、特に高いレ
ベルの溶接性と均一伸びが要求される橋梁用途などにも
適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の成分設計の考え方を説明するための模
式的なＣＣＴ線図である。

【図２】サブマージアーク溶接時のボンド靭性の試験片
採取位置を示す概略説明図である。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｃ ：０．０１０〜０．０６％（質量％の
   意味、以下同じ），Ｔｉ：０．００５〜０．０３％，Ｎ
   ：０．００２０〜０．０１０％を含有する鋼からな
   り、光学顕微鏡により観察した鋼組織の９０体積％以上
   がベイナイトであり、Ｘ線回折法により測定した残留γ
   量が少なくとも１．０体積％であると共に、引張強さが
   ５９０ＭＰａ以上７８０ＭＰａ未満であることを特徴と
   する溶接性および均一伸びに優れた高張力厚鋼板。
2. 【請求項２】Ｍｎ：１．０〜３．０％，Ｃｒ：０．１〜
   ２．０％，Ｍｏ：１．５％以下（０％を含む）を含有
   し、且つ ２．４≦ＫＰ≦５．５ を満足するものである請求項１に記載の高張力厚鋼板。
   ただし、 ＫＰ＝［Ｍｎ］＋１．５×［Ｃｒ］＋２×［Ｍｏ］ 《式中、［ ］は各元素の含有量（質量％）を意味す
   る》。
3. 【請求項３】 Ｓｉ：１％以下および／またはＡｌ：
   ０．２％以下を含有するものである請求項１または２に
   記載の高張力厚鋼板。
4. 【請求項４】 Ｎｉ：６％以下および／またはＣｕ：
   ２．０％以下を含有するものである請求項１〜３のいず
   れかに記載の高張力厚鋼板。
5. 【請求項５】 Ｖ：０．１０％以下、Ｎｂ：０．１０％
   以下、Ｂ：０．００８０％以下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である請求項１〜４の
   いずれかに記載の高張力厚鋼板。
6. 【請求項６】 Ｚｒ：０．１０％以下を含有するもので
   ある請求項１〜５のいずれかに記載の高張力厚鋼板。
7. 【請求項７】 Ｃａ：０．００５０％以下および／また
   はＲＥＭ：０．０５％以下を含有するものである請求項
   １〜６のいずれかに記載の高張力厚鋼板。
8. 【請求項８】 Ｐ：０．０２０％以下およびＳ：０．０
   １０％以下に夫々抑えられている請求項１〜７のいずれ
   かに記載の高張力厚鋼板。