JP2003160834A - 溶接性に優れた高張力鋼板 - 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）に優れた５９０ＭＰａ以上７８０ＭＰａ未満の高張
力鋼板を提供する。 【解決手段】 特定の化学組成を有し、且つ、 ２．４％≦ＫＰ≦４．５％ を満足すると共に、（１）平均結晶粒径が１０μｍ以下
および／または（２）粒径：１０〜２５０ｎｍのＮａＣ
ｌ型炭・窒化物が１×１０⁴個／ｍｍ²以上存在するもの
である。但し、 ＫＰ（％）＝［Ｍｎ］＋１．５×［Ｃｒ］＋２×［Ｍ
ｏ］ 《式中、［ ］は各元素の含有量（質量％）を意味す
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、建築構造物や橋梁
などの大型構造物に好適に用いられ、引張強さが５９０
ＭＰａ以上７８０ＭＰａ未満程度の高張力鋼板（以下、
単に「５９０ＭＰａ級鋼板」と称すことがある）に関す
るものであり、殊に溶接性（大入熱ＨＡＺ靭性および耐
溶接割れ性）に優れた高張力鋼板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】上記大型構造物に用いられている５９０
ＭＰａ級鋼板では、母材強度の確保という観点から合金
成分を多量に添加しているので、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、
予熱工程を省略しても溶接割れが生じない程度の耐溶接
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。こうした観点から、例えば特開平１
０‐６８０４５号公報には、このＰｃｍを０．２０％以
下に制限することによって耐溶接割れ性を改善すること
が開示されている。 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》。

【０００４】一方、同じ５９０ＭＰａ級鋼板において、
大入熱溶接時にＨＡＺ靭性が劣化するという問題がある
ことが指摘されている。こうした事態は、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ＨＡ
Ｚ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とによって生じるとされてい
る。こうしたこの問題は厚物、薄物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物では
溶接時の予熱フリーを達成できたが、冷却速度が遅い厚
物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
い厚物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級鋼板の厚物では、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】また、厚物、薄物いずれにおいても、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ＨＡ
Ｚ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】

【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）に優れた５９０Ｍ
Ｐａ以上７８０ＭＰａ未満の高張力鋼板を提供すること
にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し得た本
発明に係る溶接性に優れた高張力鋼板とは、Ｃ：０．０
１０〜０．０６％，Ｍｎ：０．５〜２．５％，Ｃｒ：
０．１〜２．０％，Ｍｏ：１．５％以下（０％を含
む），Ｖ：０．１％以下（０％を含む），Ｎｂ：０．１
％以下（０％を含む），Ｔｉ：０．００５〜０．０３
％，Ｂ：０．０００６〜０．００５％，Ｎ：０．００２
〜０．０１％を満たす鋼からなり、 ２．４％≦ＫＰ≦４．５％ を満足すると共に、（１）平均結晶粒径が１０μｍ以下
および／または（２）粒径：１０〜２５０ｎｍのＮａＣ
ｌ型炭・窒化物が１×１０⁴個／ｍｍ²以上存在するもの
である点に要旨を有するものである。但し、 ＫＰ（％）＝［Ｍｎ］＋１．５×［Ｃｒ］＋２×［Ｍ
ｏ］ 《式中、［ ］は各元素の含有量（質量％）を意味す
る。》 本発明の高張力鋼板は、ＫＶ≦０．１２（％）を満足す
るものであることが好ましく、こうした要件を満足させ
ることによって、大入熱ＨＡＺ靭性を更に改善すること
ができる。但し、 ＫＶ（％）＝［Ｖ］＋［Ｎｂ］ 《式中、［ ］は各元素の含有量（質量％）を意味す
る。》。

【００１１】本発明の高張力鋼板においては、上記基本
成分の他は実質的に鉄からなるものであるが、必要によ
って、（ａ）Ｎｉ：５％以下（０％を含まない）、
（ｂ）Ｃｕ：３％以下（０％を含まない）、（ｃ）Ｃ
ａ：０．００５％以下（０％を含まない）、（ｄ）Ｍ
ｇ：０．００５％以下（０％を含まない）、希土類元
素：０．０２％以下（０％を含まない）およびＺｒ：
０．０５％以下（０％を含まない）よりなる群から選ば
れる１種以上、（ｅ）Ｓｉ：１％以下（０％を含まな
い）および／またはＡｌ：０．２％以下（０％を含まな
い）等を含有させることも有効であり、含有される成分
の種類に応じて高張力鋼板の特性が更に改善される。ま
た本発明の高張力鋼板は、肉厚が８０ｍｍ以上のもので
も良好な溶接性と母材強度を有するものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明者らが検討したところによ
れば、４９０ＭＰａ級の鋼板では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、５９０ＭＰａ級鋼板ではＰｃｍによる成分制
御を行ったとしても、特に厚物において両特性の満足を
図ることは困難であることが判明した。

【００１３】また、一般に、大入熱溶接時に上部ベイナ
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級の鋼板で
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、これは高強度化・厚肉化とは相反すること
であり、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。

【００１４】そこで、本発明では成分設計に当たり、こ
れまで耐溶接割れ性の指標とされてきたＰｃｍおよび大
入熱ＨＡＺ靭性確保の指標とされてきたＣｅｑではな
く、全く別のパラメーターにより耐溶接割れ性および大
入熱ＨＡＺ靭性を制御できないか鋭意検討した。その結
果、鋼組織を考慮した上記各式で表されるＫＰおよびＫ
Ｖを用い、さらにＣ量を極低減化し、Ｂを添加すること
により良好な耐溶接割れ性、大入熱ＨＡＺ靭性と母材強
度を達成できることを見出し、その技術的意義が認めら
れたので先に出願している（特願２００１−１５４５１
２号）。

【００１５】本発明者らは、上記のような高張力鋼板を
実現した後も、その特性の更なる改善を目指して更に検
討を重ねた。その結果、上記ＫＰ値を適切な範囲に制御
すると共に、（１）平均結晶粒径が１０μｍ以下、およ
び（２）粒径：１０〜２５０ｎｍのＮａＣｌ型炭・窒化
物が１×１０⁴個／ｍｍ²以上存在する等の要件のうち少
なくともいずれかの要件を満足させれば、その特性が更
に改善されることを見出し、本発明を完成するに至っ
た。

【００１６】まず、本発明において耐溶接割れ性および
大入熱ＨＡＺ靭性を改善する原理について説明する。上
記の通り、本発明では、Ｃを極低Ｃに制限した上で、焼
入れ性向上元素であるＭｎおよびＣｒ、場合によっては
さらにＭｏを積極的に添加し、該焼入れ向上元素の含有
量によって定められるＫＰ値を適切に制御し、必要によ
って、大入熱ＨＡＺ靭性低下元素であるＶおよびＮｂの
添加をＢとの関係で規定したＫＶ値を適切に制御するも
のである。これらの成分を適切に添加することにより、
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度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ことになる（実線から
破線へ移動）。

【００１７】従来では、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上部ベイナイトを
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変態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
しめたのである。

【００１８】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上部ベイナ
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変態ベイナイトが生
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靭性を確保できたので
ある。

【００１９】上記の観点から本発明では、ＫＰ値（［Ｍ
ｎ］＋１．５×［Ｃｒ］＋２×［Ｍｏ］）を２．４〜
４．５％の範囲とする必要がある。このＫＰ値が２．４
％未満になると、上記効果を有効に発揮させることがで
きず、５９０ＭＰａ以上の母材強度を達成することがで
きなくなる。一方、ＫＰ値が４．５％を超えると、大入
熱ＨＡＺ靭性が低下することになる。尚、ＫＰ値の好ま
しい下限は２．５％である。また、ＫＰ値の好ましい上
限は４．３％であり、より好ましくは４．０％、更に好
ましくは３．５％である。

【００２０】本発明の高張力鋼板では、（１）平均結晶
粒径が１０μｍ以下、および（２）粒径：１０〜２５０
ｎｍのＮａＣｌ型炭・窒化物が１×１０⁴個／ｍｍ²以上
存在する等の要件のうち少なくともいずれかの要件を満
足させることによって、その特性が更に改善されるもの
となるが、これらの要件を規定することによる作用は次
の通りである。

【００２１】本発明の成分系（後述する）では、組織の
平均結晶粒径を１０μｍ以下に微細化することによっ
て、より高い母材靭性を得ることができる。即ち、組織
の平均結晶粒径が１０μｍを超えると、母材靭性が低下
することになる。この平均結晶粒径は、好ましくは４μ
ｍ以下とするのが良い。

【００２２】結晶粒径を微細化する手段については様々
あり、特に限定するものではないが、例えば焼入れ熱処
理時の加熱温度や圧延終了温度（ＦＲＴ）を下げたるこ
とが有効な手段として挙げられる。また、焼入れ処理を
複数回繰り返すことにことも有効である。具体的には、
ＦＲＴを８５０℃以下とした上で、焼入れ熱処理時の加
熱温度をＡ_c3点〜９４０℃とし、必要によりこの焼入れ
処理を複数回繰り返す方法が挙げられる。但し、圧延後
の熱処理を省略した非調質鋼であっても、こうした組織
を得ることができる。尚、本発明における結晶粒径は、
後記実施例に示す如く、ＥＢＳＰ（Electron Backscatt
er Diffraction Pattern）を用いた方法により決定す
る。

【００２３】一方、粒径：１０〜２５０ｎｍのＮａＣｌ
型炭・窒化物が１×１０⁴個／ｍｍ²以上存在させる（析
出させる）ことによって、大入熱溶接時のγ粒粗大化を
抑制し、大入熱ＨＡＺ靭性を向上させることができる。
本発明で対象とする炭・窒化物は炭化物、窒化物および
炭窒化物のいずれをも含むが（本発明ではこれを「炭・
窒化物」と称している）、ＴｉＮを主体とするものとな
る。またこの炭・窒化物の粒径を１０〜２５０ｎｍとし
たのは、１０ｎｍ未満にするためにはＴｉ含有量を０．
００５％未満とする必要があり（後述するＴｉ含有量参
照）、また２５０ｎｍを超えると、その効果（析出効
果）が十分に達成されなくなる。更に、この炭・窒化物
はＮａＣｌ型のものに限定したが、これは高温でも安定
であるため、γ粒成長時にピンニングサイトとして作用
するという理由からである。

【００２４】上記のような炭・窒化物はその効果を発揮
させるためには、１×１０⁴個／ｍｍ²以上存在させる必
要があるが、好ましくは５×１０⁴個／ｍｍ²以上存在さ
せるのが良い。また、この炭・窒化物の存在個数の上限
については、特に限定されるものではないが、ＨＡＺの
γ粒径（〜１００μｍ程度）という観点からして１×１
０⁵個／ｍｍ²程度であることが好ましい。

【００２５】炭・窒化物を上記のように析出させる手段
については様々あり、特に限定するものではないが、例
えば（Ａ）ＴｉとＮの成分バランスを最適化する、
（Ｂ）溶製凝固時のスラブ厚みを薄くする（例えば、３
００ｍｍ以下）、（Ｃ）水冷等によって溶製凝固時の冷
却速度を大きくする等が有効な手段として挙げられる。

【００２６】本発明の高張力鋼板においては、ＫＶ値
（［Ｖ］＋［Ｎｂ］）を０．１２％以下に制御すること
も有効である。即ち、ＶおよびＮｂは大入熱ＨＡＺ靭性
を低下させる元素であるので、これらの元素によって規
定されるＫＶ値を適切な範囲に制御することによって、
大入熱ＨＡＺ靭性を改善できるのである。こうした観点
からすれば、ＶおよびＮｂは、後述する必要含有量の範
囲内でできるだけ低く設定することが推奨され、より好
ましくは０．０６％以下、更に好ましくは０．０４％以
下とするのが良い。

【００２７】本発明の高張力鋼板において、上記の効果
を発揮させるためにはその化学成分組成も適切に調整す
る必要があるが、本発明鋼板における基本成分である
Ｃ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔｉ，ＢおよびＮ等
の範囲限定理由は次の通りである。

【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靭性を改善するために
重要な元素である。こうした効果を発揮させるために
は、少なくとも０．０１０％以上含有させる必要がある
が、０．０６％を超えると高冷却速度側で低温変態ベイ
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。Ｃ
含有量の好ましい下限は０．０２０％であり、より好ま
しくは０．０２５％以上とするのが良く、好ましい上限
は０．０５０％であり、より好ましくは０．０４５％以
下とするのが良い。

【００２９】Ｍｎ：０．５〜２．５％ Ｍｎは焼入れ性を改善する作用を有し、高冷却速度乃至
低冷却速度で低温変態ベイナイトを生成しやすくする。
Ｍｎ含有量が０．５％未満であると、所望の焼入れ性改
善作用が発揮されず、母材強度が不足する。しかしなが
ら、Ｍｎ含有量が過剰になって２．５％を超えると、Ｈ
ＡＺ部の耐溶接割れ性が劣化することになる。Ｍｎ含有
量の好ましい下限は１．０％であり、より好ましくは
１．２５％以上とするのが良く、好ましい上限は２．０
％であり、より好ましくは１．６％以下とするのが良
い。

【００３０】Ｃｒ：０．１〜２．０％ ＣｒはＭｎと同様に、焼入れ性を改善する作用を有し、
高冷却速度乃至低冷却速度で低温変態ベイナイトを生成
しやすくする。Ｃｒ含有量が０．１％未満であると、所
望の焼入れ性改善作用が発揮されず、母材強度が不足す
る。しかしながら、Ｃｒ含有量が過剰になって２．０％
を超えると、ＨＡＺ部の耐溶接割れ性が劣化することに
なる。Ｃｒ含有量の好ましい下限は０．５％であり、よ
り好ましくは０．６％以上とするのが良く、好ましい上
限は１．５％であり、より好ましくは１．２％以下とす
るのが良い。

【００３１】Ｍｏ：１．５％以下（０％を含む） Ｍｏは上記ＭｎおよびＣｒと同様に焼入れ性を改善する
作用を有し、高冷却速度乃至低冷却速度で低温変態ベイ
ナイトを生成しやすくするが、過剰に含有されるとＨＡ
Ｚ部の耐溶接割れ性が劣化するので、１．５％を上限と
して含有しても良い。Ｍｏ含有量の好ましい上限は１．
０％であり、より好ましくは０．５％以下とするのが良
い。

【００３２】Ｖ：０．１％以下（０％を含む） 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。但し、０．１％を超えて含有させる
と大入熱ＨＡＺ靭性が低下する。Ｖ含有量の好ましい上
限は０．０６％であり、より好ましくは０．０４％以下
とするのが良い。

【００３３】Ｎｂ：０．１％以下（０％を含む） 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。但し、Ｎｂの添加量が０．１％を超えると
大入熱ＨＡＺ靭性が低下する。Ｎｂ含有量の好ましい上
限は０．０６％であり、より好ましくは０．０４％以下
とするのが良い。

【００３４】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ＨＡ
Ｚ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。こうした効果を発揮させるためには、Ｔｉ
は０．００５％以上含有させる必要があるが、Ｔｉ含有
量が０．０３％を超えると逆にＨＡＺ靭性が低下するこ
とになる。Ｔｉ含有量の好ましい下限は０．００７％で
あり、好ましい上限は０．０２％程度である。

【００３５】Ｂ：０．０００６〜０．００５％ Ｂは焼入れ性改善元素で、低冷却速度で低温変態ベイナ
イトを生成しやすくすると共に、小入熱溶接時における
ＨＡＺ部の耐溶接割れ性と母材強度確保を両立させる上
で有用な元素である。Ｂ含有量が０．０００６％未満で
は焼入れ性改善効果が期待できず、母材強度が不足して
しまう。好ましくは０．０００７％以上、さらに好まし
くは０.００１％以上である。但し、Ｂ含有量が０．０
０５％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。好ましくは０．００３％以下とするのが良
い。

【００３６】Ｎ：０．００２〜０．０１％ Ｎは上記の通り、Ｔｉ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。但
し、Ｎは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０．０１
％を超えるとその作用が顕著になる。好ましくは０．０
０８％以下である。また、Ｎ含有量が０．００２％未満
ではＴｉ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。

【００３７】本発明の高張力鋼板においては、上記基本
成分の他(残部)は実質的に鉄からなるものであるが、こ
れら以外にも微量成分を含み得るものであり、こうした
高張力鋼板も本発明の範囲に含まれるものである。上記
微量成分としては不純物、特にＰ，Ｓ等の不可避不純物
が挙げられ、これらは本発明の効果を損なわない程度で
許容される。こうした観点から、不可避不純物としての
Ｐ，ＳはＰ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％以下に夫
々抑制することが好ましい。

【００３８】また本発明の高度張力鋼板には、必要によ
ってＮｉ，Ｃｕ，Ｃａ，Ｍｇ，希土類元素，Ｚｒ，Ｓ
ｉ，Ａｌ等を含有させることも有効であり、含有される
成分の種類に応じて高張力鋼板の特性が更に改善され
る。必要によって含有される元素の範囲限定理由は下記
の通りである。

【００３９】Ｎｉ：５％以下（０％を含まない） Ｎｉは母材靭性向上に有用な元素であるが、５％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５％とすることが好ましい。より好ましくは３％
以下、更に好ましくは２％以下にするのが良い。

【００４０】Ｃｕ：３％以下（０％を含まない） 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。但
し、３％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３％とすることが好ましい。より好
ましくは２％以下、更に好ましくは１．２％以下にする
のが良い。

【００４１】Ｃａ：０．００５％以下（０％を含まな
い） ＣａはＭｎＳを球状化して、介在物の異方性を低減する
効果を有する元素である。こうした効果を発揮させるた
めには０．０００５％以上添加することが好ましい。よ
り好ましくは０．００１％以上である。但し、０．００
５％を超えて過剰に含有させると母材靭性が低下するの
で、その上限を０．００５％とすることが好ましい。よ
り好ましくは０．００４％以下とするのが良い。

【００４２】Ｍｇ：０．００５％以下（０％を含まな
い）、希土類元素：０．０２％以下（０％を含まない）
およびＺｒ：０．０５％以下（０％を含まない）よりな
る群から選ばれる１種以上 Ｍｇ、希土類元素（ＲＥＭ）およびＺｒは、ＨＡＺ靭性
を向上させるのに有用な元素である。しかしながら、過
剰に含有されると却ってＨＡＺ靭性が劣化するので、Ｍ
ｇで０．００５％以下、ＲＥＭで０．０２％以下、Ｚｒ
で０．０５％以下とするのが良い。より好ましくは、Ｍ
ｇ：０．００３％以下、ＲＥＭ：０．０１％以下、Ｚ
ｒ：０．０３％以下とするのが良い。尚、本発明で含有
されることのあるＲＥＭは、周期律表３族に属するスカ
ンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）およびランタノ
イド系列希土類元素（原子番号５７〜７１）の元素のい
ずれをも用いることができる。

【００４３】Ｓｉ：１％以下（０％を含まない）および
／またはＡｌ：０．２％以下（０％を含まない） ＳｉおよびＡｌは脱酸剤として有用な元素である。また
ＡｌはＮを固定して、固溶Ｂを増加させることにより、
Ｂに基づく焼入れ性を向上する作用をも発揮する。これ
らの効果は、その含有量が増加するにつれて増大する
が、Ｓｉで１％、Ａｌで０．２％を超えて過剰に含有さ
れると母材靭性（Ｓｉでは母材靭性と溶接性）が低下す
る。より好ましくはＳｉで０．６％以下、Ａｌで０．１
％以下、更に好ましくはＳｉで０．３％以下、Ａｌで
０．０５％以下とするのが良い。

【００４４】本発明の高張力鋼板を製造するには、
（１）平均結晶粒径が１０μｍ以下、（２）粒径：１０
〜２５０ｎｍのＮａＣｌ型炭・窒化物が１×１０⁴個／
ｍｍ²以上、を満足させるための製造条件を考慮する他
は、上記化学組成を満足する鋼を用い、通常用いられる
高張力鋼板の製造工程、および条件（温度、時間など）
を適宜採用すれば良い。そして、本発明の高張力鋼板で
は、肉厚が８０ｍｍ以上のものでも良好な溶接性と母材
強度を有するものとなるが、肉厚が８０ｍｍ未満のもの
であってもこうした特性が得られるのは勿論である。

【００４５】以下、本発明を実施例によって更に詳細に
説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のもの
ではなく、前・後記の趣旨に徴して設計変更することは
いずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。

【００４６】

【実施例】実施例１ 下記表１に示す化学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、下記表２に示す条件で熱間圧
延および熱処理を行って、所定の板厚からなる高張力鋼
板を製造した。尚、「熱処理条件２」の熱処理は、「熱
処理条件１」の熱処理の後に行った。また、実験Ｎｏ．
１２のものについては、熱処理条件１を２回実施した。

【００４７】

【表１】

【００４８】

【表２】

【００４９】このようにして得られた各鋼板について、
下記の要領で平均結晶粒径、析出物のサイズおよび個数
を測定すると共に、母材特性［強度および靭性（ｖＥ
_-60）］を評価した。また本発明で基準とする母材レベ
ル（５９０ＭＰａ≦引張強さ＜７８０ＭＰａ、ｖＥ_-60
≧４７Ｊ）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大入熱ＨＡＺ靭性）を評価した。

【００５０】［平均結晶粒径］ＥＢＳＰを用いて方位解
析を行い、傾角が１０°以上の境界を結晶粒界として、
結晶粒径を決定した。このとき測定位置は各鋼板の板厚
１／４部位、測定領域：７０μ角、測定ステップ：０．
２μｍ間隔とし、測定方位の信頼性を示すコンフィデン
ス・インデックス（Confidence Index）が０．１以下の
測定点は測定対象から削除した。また、結晶粒径が０．
５μｍ以下の結晶については測定ノイズと判断し、平均
結晶粒径計算の対象から外した。更に、測定領域の端に
掛かる結晶粒についても、平均結晶粒径計算の対象から
外した。尚、本発明鋼板の主体組織はベイナイトである
が、フェライト、パーライト、マルテンサイトを含む組
織においても上記の方法により結晶粒径を決定できる。

【００５１】［析出物のサイズ、個数］抽出レプリカ法
によって析出物（ＮａＣｌ型の炭・窒化物）を抽出後、
透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）観察によって、サイズおよ
び個数を測定した。尚、ＮａＣｌ型の炭・窒化物の測定
に当たっては、ＴＥＭ観察によりその形状が略四角形状
として見えるものは、ＮａＣｌ型の炭・窒化物として判
断し、略四角形状でないものについてはＸ線分析により
その析出物に含まれる元素を調査し、例えばＴｉとＮが
分析されれば該析出物はＴｉＮと判断し、化合物の型か
ら該析出物がＮａＣｌ型か否か判断した（他の化合物に
ついても同様である）。このとき、観察倍率４万倍で測
定範囲２μｍ角の領域をｎ＝１０で撮影し、画像解析装
置によって、粒径１０〜２５０ｎｍの個数をカウントし
た。

【００５２】［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０．２％耐力
および引張強さを測定した。５９０ＭＰａ≦引張強さ＜
７８０ＭＰａを合格とした。また、引張試験の際に、降
伏比についても測定した。 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_-60）を得た。ｖＥ_-60≧４７Ｊ
を合格とした。

【００５３】［溶接性試験］ ＨＡＺ靭性：入熱８０〜１２０ｋＪ/ｍｍ（エレクト
ロスラグ溶接法）で溶接を行い、図２に示す部位からＪ
ＩＳ４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≧１５Ｊ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。

【００５４】これらの試験結果を、平均結晶粒径および
析出物個数と共に、下記表３に示すが、本発明で規定す
る要件を満足するもの（Ｎｏ．１，２，４〜６，９，１
０，１２〜１８，２８〜３７）では、母材特性および溶
接性のいずれにも優れていることが分かる。これに対し
て、本発明で規定する要件のいずれかを欠くもの（Ｎ
ｏ．３，７，８，１１，１９〜２７）では、耐溶接割れ
性、大入熱ＨＡＺ靭性、母材特性（強度，靭性）の少な
くともいずれかが低下していることが分かる。

【００５５】

【表３】

【００５６】

【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（耐溶接割れ性および大入熱ＨＡＺ靭性）に優れ
た、５９０ＭＰａ以上７８０ＭＰａ未満の鋼板を提供す
ることができた。本発明によれば板厚が８０ｍｍ以上の
厚物であっても、上記の特性を備えた高張力鋼板を提供
できる。

【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】エレクトロスラグ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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡崎 喜臣 神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会 社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 武田 裕之 神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会 社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内

Claims (10)

【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），Ｍｎ：０．５〜２．５％，Ｃｒ：
   ０．１〜２．０％，Ｍｏ：１．５％以下（０％を含
   む），Ｖ ：０．１％以下（０％を含む），Ｎｂ：０．
   １％以下（０％を含む），Ｔｉ：０．００５〜０．０３
   ％，Ｂ ：０．０００６〜０．００５％，Ｎ ：０．０
   ０２〜０．０１％を満たす鋼からなり、 ２．４％≦ＫＰ≦４．５％ を満足すると共に、平均結晶粒径が１０μｍ以下である
   ことを特徴とする溶接性に優れた高張力鋼板。但し、 ＫＰ（％）＝［Ｍｎ］＋１．５×［Ｃｒ］＋２×［Ｍ
   ｏ］ 《式中、［ ］は各元素の含有量（質量％）を意味す
   る。》
2. 【請求項２】Ｃ ：０．０１０〜０．０６％，Ｍｎ：
   ０．５〜２．５％，Ｃｒ：０．１〜２．０％，Ｍｏ：
   １．５％以下（０％を含む），Ｖ ：０．１％以下（０
   ％を含む），Ｎｂ：０．１％以下（０％を含む），Ｔ
   ｉ：０．００５〜０．０３％，Ｂ ：０．０００６〜
   ０．００５％，Ｎ ：０．００２〜０．０１％を満たす
   鋼からなり、 ２．４％≦ＫＰ≦４．５％ を満足すると共に、粒径：１０〜２５０ｎｍのＮａＣｌ
   型炭・窒化物が１×１０ ⁴個／ｍｍ²以上存在するもので
   あることを特徴とする溶接性に優れた高張力鋼板。但
   し、 ＫＰ（％）＝［Ｍｎ］＋１．５×［Ｃｒ］＋２×［Ｍ
   ｏ］ 《式中、［ ］は各元素の含有量（質量％）を意味す
   る。》
3. 【請求項３】Ｃ ：０．０１０〜０．０６％，Ｍｎ：
   ０．５〜２．５％，Ｃｒ：０．１〜２．０％，Ｍｏ：
   １．５％以下（０％を含む），Ｖ ：０．１％以下（０
   ％を含む），Ｎｂ：０．１％以下（０％を含む），Ｔ
   ｉ：０．００５〜０．０３％，Ｂ ：０．０００６〜
   ０．００５％，Ｎ ：０．００２〜０．０１％を満たす
   鋼からなり、 ２．４％≦ＫＰ≦４．５％ を満足すると共に、平均結晶粒径が１０μｍ以下であ
   り、且つ粒径：１０〜２５０ｎｍのＮａＣｌ型炭・窒化
   物が１×１０⁴個／ｍｍ²以上存在するものであることを
   ことを特徴とする溶接性に優れた高張力鋼板。但し、 ＫＰ（％）＝［Ｍｎ］＋１．５×［Ｃｒ］＋２×［Ｍ
   ｏ］ 《式中、［ ］は各元素の含有量（質量％）を意味す
   る。》
4. 【請求項４】 ＫＶ≦０．１２（％）を満足するもので
   ある請求項１〜３のいずれかに記載の高張力鋼板。但
   し、 ＫＶ（％）＝［Ｖ］＋［Ｎｂ］ 《式中、［ ］は各元素の含有量（質量％）を意味す
   る。》
5. 【請求項５】 更にＮｉ：５％以下（０％を含まない）
   を含有するものである請求項１〜４のいずれかに記載の
   高張力鋼板。
6. 【請求項６】 更にＣｕ：３％以下（０％を含まない）
   を含有するものである請求項１〜５のいずれかに記載の
   高張力鋼板。
7. 【請求項７】 更にＣａ：０．００５％以下（０％を含
   まない）を含有するものである請求項１〜６のいずれか
   に記載の高張力鋼板。
8. 【請求項８】 更にＭｇ：０．００５％以下（０％を含
   まない）、希土類元素：０．０２％以下（０％を含まな
   い）およびＺｒ：０．０５％以下（０％を含まない）よ
   りなる群から選ばれる１種以上を含有するものである請
   求項１〜７のいずれかに記載の高張力鋼板。
9. 【請求項９】 更にＳｉ：１％以下（０％を含まない）
   および／またはＡｌ：０．２％以下（０％を含まない）
   を含有するものである請求項１〜８のいずれかに記載の
   高張力鋼板。
10. 【請求項１０】 肉厚が８０ｍｍ以上である請求項１〜
    ９のいずれかに記載の高張力鋼板。