JP2003277829A - 高靭性高張力鋼材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ７８０MPa以上の高張力鋼材であって、多量
の合金元素を添加することなく、複雑な熱処理を行うこ
となくオンラインで製造可能な高靭性高張力鋼材、特に
一様伸びが大きく低降伏比を有する高靭性高張力鋼材の
製造方法を提供すること。 【解決手段】 質量％で、Ｃ：０．０５〜０．３％、Ｓ
ｉ：０．０１〜０．５％、Ｍｎ：０．２〜２．５％、
Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０５％以下を含有する鋼
を、９００℃以上、１２５０℃以下に加熱後、Ａｒ3点
以上で累積圧下率５０％以上の圧延を行い、直ちにＡｒ
3点以上の温度から６００℃以下までを冷却速度２０℃/
s以上で加速冷却し、一旦加速冷却を中断して鋼材表面
を（Ｍｓ点−１００）〜（Ｍｓ点＋２００）℃の温度域
まで復熱させた後、再び冷却速度２０℃/s以上で２００
℃以下まで加速冷却することを特徴とする引張強度が７
８０ＭＰａ以上の高靭性高張力鋼材の製造方法を用い
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、建設・産業機械
や、ペンストック、タンク、建築、橋梁などの構造物等
の材料として好適な、引張強度が７８０MPa以上の高靭
性高張力鋼材の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、建設・産業機械や橋梁、ペンスト
ック、建築物に代表される構造物の大型化に伴い、鋼材
重量の低減、薄肉化、溶接の省力化を目的として、これ
らの構造物に用いる主要鋼材には７８０MPaを超える高
張力鋼材が使われる場合が増加している。しかし、一般
に鋼材の高強度化に伴い靭性は劣化する傾向にある。こ
のため、これらの高張力鋼材は、靭性が劣化しないよう
に適切に合金添加した鋼材を複雑な製造工程を経て製造
されている。

【０００３】例えば、特開平１−１９５２４２号公報に
は、圧延終了後に直接焼入れ或いは空冷後に焼きならし
もしくは再加熱焼入れし、次いで二次処理として再加熱
焼入れ、三次処理として焼戻しを行う靭性に優れた鋼板
の製造方法が開示されている。

【０００４】また、特開平８−１３０３２号公報には
Ｃ：０．０２〜０．１０％、Ｓｉ：０．０４％以下、Ｍ
ｎ：０．６〜２．０％、Ｎｂ：０．００５〜０．０８
％、Ｔｉ：０．００５〜０．０３％、Ｃｕ：１．０〜
２．０％、Ｎｉ：０．５〜４．０％の範囲で調整した鋼
を加熱、圧延後に５８０℃〜３００℃まで加速冷却し、
その温度で１０〜１００秒の範囲内で等温保持した後に
室温まで冷却し、その後二次処理として再加熱焼入れを
1回以上実施し、さらに三次処理として時効処理を行う
低温靭性に優れた引張強度７８０MPa級鋼板の製造方法
が開示されている。

【０００５】しかし、上記の製造方法に従えば少なくと
も２回の熱処理をオフラインで行う必要があり、作業工
程が煩雑になるとともに製造コスト高となる欠点があ
る。また、特開平８−１３０３２号公報に記載の技術で
は、目標特性を得るためにＮｉ等の合金添加が必要であ
り、やはりコスト高となる欠点がある。

【０００６】一方で、特開平１０−２９８７０７号公報
にはＮｉ、Ｎｂ、Ｔｉを添加した鋼をオーステナイト未
再結晶域で圧延後に５００℃以下に焼入れし、必要に応
じて焼戻しを行うことで鋼組織をベイナイト/マルテン
サイトの混合組織とし、かつ旧オーステナイト粒のアス
ペクト比を３以上とする引張強度９００ＭＰａ以上の高
靭性高張力鋼およびその製造方法が開示されている。

【０００７】また、建築構造物においては耐震設計が適
用されており、使用鋼材には塑性変形能が高いこと、す
なわち、その尺度として降伏比が低いこと、一様伸びが
大きいことが要求される。同時に靭性に関しても優れて
いる必要がある。

【０００８】引張強度５９０ＭＰａ級で、一様伸びが大
きい低降伏比鋼材とするために、Ａｃ3点以上の温度か
らの再加熱焼入れ（ＲＱ）（もしくはＡｒ3点以上から
の直接焼入れ（ＤＱ））の後、Ａｃ1点以上Ａｃ3点未満
の二相域温度から焼入れ（Ｑ’）し、Ａｃ1点未満の温
度で焼戻す（Ｔ）と言う特殊な熱処理方法（ＲＱ−Ｑ’
−ＴあるいはＤＱ−Ｑ’−Ｔ）が行なわれている。この
熱処理を行なうことで、Ｑ’時に生成するフェライトに
より降伏比が低くなるとともに、一様伸びも向上し、良
好な靭性を得る事ができる。さらに高強度を有する鋼材
としては、例えば、特開平５−１１２８２４号公報に
は、化学成分を調整した鋼を圧延後に再加熱焼入れ或い
は直接焼入れした後、Ａｃ1点以上Ａｃ3点未満の温度域
で焼きならしを行い、４００℃以上Ａｃ1点未満の温度
域で焼戻すことを特徴とする一様伸びの大きい低降伏比
７８０ＭＰａ級鋼板の製造方法が開示されている。ま
た、特開平８−１７６６５９号公報には、Ｎｉ、Ｔｉ等
を含有した鋼を圧延後、５８０〜４００℃の温度域まで
加速冷却し、その温度域で２０〜１００Ｓの時間保持し
た後、２００℃以下に冷却し、次いで、Ａｃ1点以上Ａ
ｃ3点以下の温度域に加熱して焼入れ、４００℃以上Ａ
ｃ1点以下の温度で焼戻し処理を行うことを特徴とする
溶接性と低温靭性に優れた低降伏比７８０ＭＰａ級鋼板
の製造方法が開示されている。また、特開平８−２８３
８３６号公報には、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ等を含有した鋼を
圧延後に冷却し、次いで７４０〜８５０℃に再加熱して
焼入れた後、４００℃以上Ａｃ1点以下の温度で焼戻す
ことを特徴とする溶接性と音響異方性に優れた低降伏比
７８０ＭＰａ級鋼の製造方法が開示されている。また、
特開昭６３−２４０１２号公報には、成分調整した鋼を
圧延後に１０℃／Ｓ以上の冷却速度にて直接焼入れする
ことを特徴とする降伏比６５〜７５％、引張強度７０ｋ
ｇｆ／ｍｍ²以上の低降伏比高張力鋼板の製造方法が開
示されている。さらに、特開昭６３−１８０２０号公報
には、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｎｂ等で成分調整した鋼を圧延後３
〜４０℃／Ｓの冷却速度で加速冷却し、３００〜７００
℃の温度域で冷却停止することを特徴とする低降伏比高
張力鋼材の製造方法が開示されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平１０−
２９８７０７号公報に記載の技術はオンラインで製造可
能であるが、旧オーステナイト粒が展伸されるので、板
内に音響異方性を発生させる原因となり超音波探傷での
欠陥検出が困難になること、圧延方向と圧延直角方向で
靭性の差が生じること、等の問題がある。また、上述し
た従来技術と同様に、高価な元素の添加によりコスト高
となる欠点がある。

【００１０】また、特開平５−１１２８２４号公報、特
開平８−１７６６５９号公報、特開平８−２８３８３６
号公報に記載の技術は、先に述べた５９０ＭＰａ級低降
伏比鋼の製造方法であるＲＱ（ＤＱ）−Ｑ’−Ｔと実質
的に同じ方法であり、少なくとも２回以上のオフライン
熱処理が必須であることから、工程が複雑になりコスト
高となる欠点がある。また、特開平８−１７６６５９号
公報、特開平８−２８３８３６号公報に記載の技術で
は、所望の特性を得るためにＮｉ等の高価な元素を添加
する必要があり、やはりコスト高となる欠点がある。

【００１１】また、特開昭６３−２４０１２号公報及び
特開昭６３−１８０２０号公報に記載の技術はオンライ
ンで低降伏比高張力鋼を得る技術であるが、冷却停止温
度の低下に伴い降伏比を低下させると、靭性が劣化する
問題がある。

【００１２】以上のように、通常のオンライン熱処理の
みでは低降伏比と高靭性が両立する鋼材の製造は困難で
あり、また、所望の特性を得るためには特別な成分調整
が必要でありコスト高である。

【００１３】したがって本発明の目的は、このような従
来技術の課題を解決し、７８０MPa以上の高張力鋼材で
あって、多量の合金元素を添加することなく、複雑な熱
処理を行うことなくオンラインで製造可能な高靭性高張
力鋼材、特に一様伸びが大きく低降伏比を有する高靭性
高張力鋼材の製造方法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記の課題
を解決すべく実験と検討を重ねた結果、優れた強度と靭
性を得るためには組織をベイナイトとマルテンサイトの
混合組織とする必要があり、このような組織を得るため
の製造方法として、1回目の加速冷却でベイナイトを生
成させ、２回目の加速冷却でマルテンサイトを生成させ
る２段冷却が効果的であるという知見を得た。またこの
ような組織とすることで、高一様伸びと低降伏比が得ら
れることが分かった。

【００１５】本発明はこのような知見に基づきなされた
もので、その特徴は以下の通りである。

【００１６】（１）質量％で、Ｃ：０．０５〜０．３
％、Ｓｉ：０．０１〜０．５％、Ｍｎ：０．２〜２．５
％、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０５％以下を含有す
る鋼を、９００℃以上、１２５０℃以下に加熱後、Ａｒ
3点以上で累積圧下率５０％以上の圧延を行い、直ちに
Ａｒ3点以上の温度から６００℃以下までを冷却速度２
０℃/s以上で加速冷却し、一旦加速冷却を中断して鋼材
表面を（Ｍｓ点−１００）〜（Ｍｓ点＋２００）℃の温
度域まで復熱させた後、再び冷却速度２０℃/s以上で２
００℃以下まで加速冷却することを特徴とする引張強度
が７８０ＭＰａ以上の高靭性高張力鋼材の製造方法。

【００１７】（２）鋼がさらに、質量％で、Ｃｕ：２．
０％以下、Ｎｉ：５．０％以下、Ｃｒ：３．０％以下、
Ｍｏ：１．０％以下、Ｎｂ：０．１０％以下、Ｖ：０．
１０％以下、Ｔｉ：０．１０％以下、Ｂ：０．００５％
以下の中から選ばれる１種又は２種以上を含有すること
を特徴とする（１）に記載の引張強度が７８０ＭＰａ以
上の高靭性高張力鋼材の製造方法。

【００１８】（３）２００℃以下まで加速冷却し、次い
で６００℃以下で焼き戻すことを特徴とする、（１）ま
たは（２）に記載の引張強度で７８０ＭＰａ以上の高靭
性高張力鋼材の製造方法。

【００１９】

【発明の実施の形態】まず、本発明で用いる鋼材の化学
成分の限定理由を説明する。以下の説明において％で示
す単位は全て質量％である。

【００２０】Ｃ：０．０５〜０．３％とする。

【００２１】Ｃは強度確保のために０．０５％以上の添
加が必要である。しかし、０．３％を超える添加は延性
や靭性、溶接性の劣化を導く。したがって、０．０５％
以上、０．３％以下に限定する。好ましくは０．０５％
以上、０．２％以下とする。

【００２２】Ｓｉ：０．０１〜０．５％とする。

【００２３】Ｓｉは製鋼時の脱酸剤としての働きを有す
るとともに強度上昇に寄与するため０．０１％以上の添
加が必要である。しかし、０．５％を超えて添加すると
溶接部靭性を損なう恐れがある。したがって０．５％以
下に限定する。好ましくは０．０１％以上、０．３％以
下とする。

【００２４】Ｍｎ：０．２〜２．５％以下とする。

【００２５】Ｍｎは鋼の焼入れ性を高めて強度上昇に寄
与するため０．２％以上の添加が必要である。しかし、
２．５％を超えて添加すると鋳造時の中心偏析が生じや
すくなり、溶接性も劣化する。したがって、２．５％以
下に限定する。好ましくは０．２％以上、２．０％以下
とする。

【００２６】Ｐ：０．０５％以下とする。

【００２７】Ｐ含有量が０．０５％を超えると延性、靭
性が劣化し、溶接高温割れ感受性が高まる。このため、
その上限を０．０５％に限定する。

【００２８】Ｓ：０．０５％以下とする。

【００２９】Ｓ含有量が０．０５％を超えると延性、靭
性が劣化する。さらに、ＭｎＳ起因で水素により助長さ
れる遅れ破壊が生じやすくなる。このため、その上限を
０．０５％に限定する。

【００３０】以上を本発明の基本成分とするが、強度や
靭性等の調整を目的として、以下に示すＣｕ、Ｎｉ、Ｃ
ｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｂの元素のうち、１種また
は２種以上を添加しても良い。

【００３１】Ｃｕ：２．０％以下とする。

【００３２】Ｃｕは焼入れ性をより向上させるために必
要に応じて添加する。なお、Ｃｕ含有量が２．０％を超
えると熱間脆性を引き起こす恐れがあるため、２．０％
以下に限定する。好ましくは１．０％以下である。

【００３３】Ｎｉ：５．０％以下とする。

【００３４】Ｎｉは靭性と焼入れ性とをより向上させる
ために必要に応じて添加する。Ｎｉ含有量が５．０％を
超えるとコスト上昇を招く傾向にあるため、５．０％以
下に限定する。好ましくは３．０％以下である。

【００３５】Ｃｒ：３．０％以下とする。

【００３６】Ｃｒは低コストで焼入れを向上させるため
に必要に応じて添加する。なお、３．０％を超えると溶
接性および靭性を損なう恐れがあるため、３．０％以下
に限定する。好ましくは１．０％以下である。

【００３７】Ｍｏ：１．０％以下とする。

【００３８】Ｍｏは焼入れ性を向上させるために必要に
応じて添加する。なお、その含有量が１．０％を超える
と溶接性および靭性を損なう恐れがあるため、１．０％
以下に限定する。好ましくは０．５％以下である。

【００３９】Ｎｂ：０．１０％以下とする。

【００４０】Ｎｂは圧延時の再結晶を抑制する等、オー
ステナイト粒の微細化すなわち高靭性化に有効であり、
必要に応じて添加する。しかし、０．１０％を超えると
溶接性を損なう恐れがある。このため０．１０％以下に
限定する。好ましくは０．０５％以下である。

【００４１】Ｖ：０．１０％以下とする。

【００４２】Ｖは焼入れ性の増加を通じて鋼材強度を上
昇させるために、必要に応じて添加する。なお、その含
有量が０．１０％を超えると溶接性を損なう恐れがある
ため、０．１０％以下に限定する。

【００４３】Ｔｉ：０．１０％以下とする。

【００４４】Ｔｉはスラブ加熱時のオーステナイト粒の
成長を抑制し、靭性向上に寄与するために必要に応じて
添加する。しかし、０．１０％を超えて添加するとコス
ト上昇を招くとともに、靭性が劣化するため、０．１０
％以下に限定する。好ましくは０．０５％以下とする。

【００４５】Ｂ：０．００５％以下とする。

【００４６】Ｂはその微量添加によって焼入れ性を高め
るために必要に応じて添加する。なお、０．００５％を
超えた添加は溶接性に有害となる恐れがあるとともに、
焼入れ性の低下を招く恐れがあるため、０．００５％以
下に限定する。

【００４７】上記以外の残部は実質的にＦｅからなる。
「残部が実質的にＦeからなる」とは、本発明の作用効
果を無くさない限り、不可避不純物をはじめ、他の微量
元素を含有するものが本発明の範囲に含まれ得ることを
意味する。

【００４８】次に、本発明の高靭性高張力鋼材の製造方
法について説明する。

【００４９】本発明の製造方法は、上記組成の鋼を、９
００℃以上１２５０℃以下に加熱する工程と、加熱され
た鋼をＡｒ3点以上で累積圧下率５０％以上の圧延を行
う工程と、この圧延後直ちにＡｒ3点以上の温度から冷
却速度２０℃/s以上で加速冷却し、この加速冷却を６０
０℃以下で一旦中断して鋼材表面を（Ｍｓ点−１００）
〜（Ｍｓ点＋２００）℃の温度域まで復熱させた後、再
び冷却速度２０℃/s以上で２００℃以下まで加速冷却す
る工程とを備える。なお、上記温度は鋼材表面の温度と
する。上記の製造方法は、通常の鋼材の製造ラインを用
いてオンラインで製造が可能である。以下に各製造条件
の限定理由を説明する。

【００５０】加熱温度：９００℃以上１２５０℃以下と
する。

【００５１】圧延前の鋼の加熱温度を９００℃未満とす
るとその後の圧延温度や加速冷却開始温度（Ａｒ3点以
上）の確保が困難となる。一方、１２５０℃を超える加
熱温度とした場合、オーステナイト粒が粗大となり靭性
が劣化する。

【００５２】圧延時の圧下率：Ａｒ3点以上での累積圧
下率５０％とする。

【００５３】圧延によりオーステナイト粒を微細化させ
て靭性向上を図るとともに、下記の加速冷却における
ベイナイト変態の促進を図るために、Ａｒ3点以上の累
積圧下率が５０％以上の圧延を行う。Ａｒ3点以上の温
度であればオーステナイト再結晶域あるいはオーステナ
イト未再結晶域のどちらでも構わない。但し、オーステ
ナイト未再結晶域での過度の圧下は機械的特性に対して
方向性が生じることから、オーステナイト未再結晶域で
の累積圧下率は50%以下とすることが望ましい。なお、
Ａｒ3点は例えば、Ａｒ3(℃)＝910-310C-80Mn-20Cu-15C
r-55Ni-80Mo（但し、元素記号は鋼材中の各元素の質量
％での含有量を表す）で表される関係式により鋼材の成
分組成に基づいて導くことが出来る。

【００５４】加速冷却：Ａｒ3点以上の温度から６０
０℃以下まで冷却速度２０℃/s以上で加速冷却し、加速
冷却の前に一旦冷却を中断して鋼材表面を（Ｍｓ点−
１００）〜（Ｍｓ点＋２００）℃の温度域まで自然に復
熱させる。

【００５５】Ａｒ3点以上から６００℃以下まで冷却速
度２０℃/s以上で加速冷却することで低強度の原因とな
るフェライトの生成を避けることが出来る。さらに、一
旦冷却を中断して鋼材表面温度を（Ｍｓ点−１００）〜
（Ｍｓ点＋２００）℃の温度域まで復熱させる過程でオ
ーステナイトからベイナイトへの変態が開始する。通
常、加速冷却中断後に数秒〜数分程度放置することで復
熱させることができる。ここで、復熱温度上限をＭｓ点
＋２００℃としたのは、この温度を超える温度域では低
靭性の原因となる粗大な炭化物を有するベイナイトや低
強度の原因となるフェライトが生成されるためである。
また、復熱温度下限をＭｓ−１００℃としたのはこの温
度未満ではマルテンサイト主体の組織となり、高一様伸
び、高靭性、低降伏比を得ることが困難となるためであ
る。Ｍｓ点は例えば、Ｍｓ(℃)＝517-300C-33Mn-22Cr-1
7Ni-11Mo-11Si（但し、元素記号は鋼材中の各元素の質
量％での含有量を表す）で表される関係式により鋼材の
成分組成に基づいて導くことが出来る。

【００５６】加速冷却：冷却速度２０℃/s以上で２０
０℃以下まで加速冷却する。

【００５７】上記加速冷却で復熱した後、ベイナイト
変態が終了する前に再び冷却速度２０℃/s以上で２００
℃以下まで加速冷却することでベイナイト／マルテンサ
イトの混合組織を得る事ができ、鋼材の高強度化、低降
伏比化、高靭性化、一様伸びの増加が可能となる。ここ
で冷却速度２０℃/s以上で停止温度２００℃以下とする
のは未変態オーステナイトからマルテンサイト変態させ
るためである。

【００５８】上記の方法を用いれば、高一様伸びと低降
伏比を有する高強度高靭性の鋼材をオンラインで得るこ
とが出来るが、鋼材の形状不良軽減、強度と靭性の調整
などを目的として上記の製造工程に引き続いて焼戻しを
行うことができる。焼戻しを行う場合は、引張強度で７
８０MPa以上が得られ、降伏比の過度の上昇を抑制する
ために、６００℃以下で行なう必要がある。

【００５９】

【実施例】［実施例1］ 質量％で、Ｃ：０．１３％、
Ｓｉ：０．２９％、Ｍｎ：１．７２％、Ｐ：０．００９
％、Ｓ：０．００６％、Ｔｉ：０．０１２％、Ｂ：０．
００３％を含有し、Ａｒ3点：７３２℃、Ｍｓ点：４１
８℃である鋼を、１１００℃に加熱した後、Ａｒ3点以
上の温度域において累積圧下率７５％で圧延した後、８
２０℃（Ａｒ3点以上）から加速冷却を行って、板厚２
５mmの鋼板を製造した。冷却は２段冷却で行い、冷却速
度は６５℃/sとし、約２００〜７００℃で一旦冷却を中
断して種々の温度で復熱させた後、再び１００℃付近ま
で冷却した。また、冷却を中断せずに１００℃以下まで
冷却する、いわゆる直接焼入れ（ＤＱ）も実施した。こ
れらの鋼板について引張試験およびシャルピー衝撃試験
を実施した。

【００６０】引張試験は板厚１／２位置で圧延直角方向
に採取したJISZ2201 4号試験片にて行い、引張強度（Ｔ
Ｓ）と降伏強度（ＹＳ）を測定した。引張強度（ＴＳ）
で７８０MPa以上を本発明の高靭性高張力鋼に必要な強
度とした。

【００６１】シャルピー衝撃試験は板厚１／２位置で圧
延方向に採取したJISZ2202 Vノッチ試験片を用いて、試
験温度−４０℃で3本の試験片で行い、吸収エネルギー
の平均値（ｖＥ-40）を求め、ｖＥ-40が２７J以上のも
のを本発明の高靭性高張力鋼に必要な靭性を有する鋼材
とした。

【００６２】結果を図1に示す。縦軸に引張強度および
シャルピー衝撃試験における−４０℃の吸収エネルギ
ー、横軸に復熱温度を示した。鋼材のＭｓ点は４１８℃
であり、図1によれば、復熱なし（ＤＱ）ならびに復熱
温度がＭｓ点−１００℃に満たない場合は高強度を有す
ものの靭性に劣り、復熱温度の上昇につれて靭性は向上
し、−４０℃の吸収エネルギー（ｖＥ-40）が２７J以上
となることが分かった。一方で、−４０℃の吸収エネル
ギーの上昇と同時に強度は低下し、復熱温度がＭｓ点＋
２００℃を超えると引張強度（ＴＳ）が７８０MPa未満
となった。すなわち、復熱温度を本発明の範囲内として
冷却履歴を制御することで、靭性に優れた高強度材の製
造が可能であった。本発明の製造方法により得られた鋼
材は、ベイナイトとマルテンサイトの混合組織が観察さ
れた。

【００６３】［実施例２］ 表1に示す組成を有する鋼
Ｅを、１１００℃に加熱した後、Ａｒ3点以上の温度域
において累積圧下率７５％で圧延した後、約８００℃
（Ａｒ3点以上）から加速冷却を行って、板厚２５mmの
鋼板を製造した。冷却工程は、冷却速度を約６５℃/sと
し、２００〜７００℃で一旦冷却を中断して種々の温度
で復熱させた後、再び１００℃付近まで冷却して行なっ
た（以上の復熱工程を有する冷却工程を、以下二段冷却
と記載）。また、冷却を中断せずに約１００℃〜６００
℃まで冷却した後に空冷する、いわゆる通常の加速冷却
も実施した（以下、加速冷却と記載）。なお、上記温度
は鋼板表面の温度である。本発明の製造方法により得ら
れた鋼材では、ベイナイトとマルテンサイトの混合組織
が観察された。これらの鋼板について引張試験およびシ
ャルピー衝撃試験を実施した。

【００６４】引張試験は板厚１／２位置で圧延直角方向
に採取したJISZ2201 4号試験片にて行い、引張強度（Ｔ
Ｓ）と降伏強度（ＹＳ）、降伏比（ＹＲ）、一様伸び
（εｕ）を測定した。引張強度（ＴＳ）で７８０MPa以
上を有するものを高張力として評価した。また、降伏比
（ＹＲ）が７５％以下を低降伏比、一様伸び（εｕ）が
１０％以上を高一様伸びとして評価した。

【００６５】シャルピー衝撃試験は板厚１／２位置で圧
延方向に採取したJISZ2202 Vノッチ試験片を用いて、試
験温度−４０℃で３本の試験片で行い、吸収エネルギー
の平均値（ｖＥ-40）を求め、ｖＥ-40が２７J以上のも
のを本発明に必要な靭性を有する鋼材とした。

【００６６】

【表１】

【００６７】これらの結果を図２に示す。縦軸に引張強
度、降伏比、一様伸び、シャルピー衝撃試験における−
４０℃の吸収エネルギーを、横軸に二段冷却材の場合に
は復熱温度を、加速冷却材の場合には冷却停止温度を示
している。

【００６８】図２によれば、ほぼ同一の引張強度（Ｔ
Ｓ）レベルでも、二段冷却材は加速冷却材よりも降伏比
（ＹＲ）が低く、一様伸び（εｕ）が大きく、シャルピ
ー衝撃試験における−４０℃の吸収エネルギー（ｖＥ-4
0）が高いことが分かった。また、加速冷却材では冷却
停止温度の上昇に伴い、ＹＲ、εｕ、ｖＥ-40ともに増
加傾向であった。これに対し、二段冷却材では、復熱温
度の上昇に伴い、εｕ、ｖＥ-40が増加しつつＹＲが低
下し、本発明のベイナイトとマルテンサイトとの混合組
織に制御した鋼材では、一様伸びの増大、降伏比の低
下、高靭性化が同時に達成できたことが分かった。

【００６９】また、鋼ＥのＭｓ点は４２４℃であるが、
二段冷却材では、復熱温度が高くなるほどＹＲは低下、
εｕとｖＥ-40は増加するものの、Ｍｓ点＋２００℃以
上ではＴＳが７８０ＭＰａを下回った。一方、復熱温度
が低下するとＴＳとＹＲは増加し、εｕとｖＥ-40は低
下する。そして、復熱温度がＭｓ点−１００℃未満では
ＹＲは７５％を超え、ｖＥ-40は２７Ｊ未満となり、ε
ｕは１０％未満となり、加速冷却材と同一レベルとなっ
た。これは、復熱温度が下がるとマルテンサイト主体の
組織となるために、二段冷却材と加速冷却材とがほぼ同
一の特性を示すためである。

【００７０】以上の様に、本発明の製造方法を用いる
と、引張強度７８０ＭＰａ以上で、一様伸びが大きく低
降伏比である高靭性高張力鋼材が得られた。

【００７１】［実施例３］ 表1の組成を有する鋼（Ａ
〜Ｋ）を表２に示す条件で圧延、加速冷却を行い、板厚
１２〜５０mmのＮｏ．１〜２１の鋼板を製造した。Ｎ
ｏ．８、９、１０、１８の鋼板については冷却後に焼戻
しも行った。これらの鋼板に関して、実施例２と同様の
方法で引張試験（板厚２０ｍｍ未満の場合の試験片は６
ｍｍ径、ＧＬ＝２４ｍｍ）ならびにシャルピー衝撃試験
を行った。結果を表２に併せて示す。

【００７２】

【表２】

【００７３】化学成分が本発明の範囲内であり、本発明
の製造方法を用いたＮｏ．１〜１０の鋼板は、いずれも
引張強度が７８０MPa以上であり、かつＹＲが７５％以
下、εｕが１０％以上、−４０℃の吸収エネルギーが２
７J以上の一様伸びが大きく、低降伏比を有し、高い靭
性を有する高張力鋼材が得られた。

【００７４】これに対し、Ｎｏ．１１の鋼板は、化学成
分は本発明の範囲内であるが、Ａｒ3点以上での圧下率
が５０％に満たないため、製造方法が本発明の範囲外で
あり、復熱時のベイナイト変態が十分に進行せずに、降
伏比が高く、一様伸びと靭性も低かった。また同様に化
学成分は本発明の範囲内であるが、Ｎｏ．１２の鋼板は
冷却開始温度がＡｒ3点未満であり、Ｎｏ．１３の鋼板
は冷却速度が２０℃/s未満であり、Ｎｏ．１４の鋼板は
復熱温度がＭｓ点＋２００℃超であり、Ｎｏ．１７の鋼
板は冷却停止温度が２００℃超であることから、製造方
法が本発明の範囲外であり、引張強度が７８０MPa未満
の低強度であった。また、Ｎｏ．１５の鋼板も化学成分
は本発明の範囲内であるが、復熱温度がＭｓ点−１００
℃未満であるために製造方法が本発明の範囲外であり、
降伏比が高く、一様伸び、靭性が向上しなかった。ま
た、Ｎｏ．１６の鋼板も化学成分は本発明の範囲内であ
るが、復熱を設けずに４５０℃まで加速冷却を行ったた
め、製造方法が本発明の範囲外であり、降伏比が高く、
一様伸びと靭性も低かった。また、Ｎｏ．１８の鋼板も
化学成分は本発明の範囲内であるが、焼戻し温度が高く
製造方法が本発明の範囲外であり、ＹＲが著しく上昇し
ており、一様伸びも小さかった。さらに、化学成分が本
発明の範囲外であるＮｏ．１９、２０、２１の鋼板は、
本発明の製造方法を用いても高強度、高靭性、低降伏
比、高一様伸びは達成できなかった。

【００７５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、多
量の合金元素を添加することなく、また複雑な熱処理を
行うことなくオンラインで、一様伸びが大きく、低降伏
比を有する高靭性高張力鋼材を製造することができる。
このため、建設・産業機械や大型構造物に使用される高
強度鋼材を低コストで迅速に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】引張強度と靭性に及ぼす復熱温度の影響を示す
グラフである。

【図２】引張強度、降伏比、一様伸び、靭性に及ぼす復
熱温度(二段冷却材)と冷却停止温度(加速冷却材)の影響
を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２２Ｃ 38/58 Ｃ２２Ｃ 38/58 (72)発明者 三田尾 眞司 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 Ｆターム(参考） 4E002 AA07 AD01 AD04 BC05 BC07 BD07 BD09 CB01 CB08 4K032 AA02 AA04 AA05 AA11 AA12 AA14 AA15 AA16 AA17 AA19 AA22 AA23 AA24 AA27 AA29 AA31 AA35 AA36 BA01 CA01 CA02 CA03 CB02 CC02 CC03 CD03 CF01

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 質量％で、Ｃ：０．０５〜０．３％、Ｓ
   ｉ：０．０１〜０．５％、Ｍｎ：０．２〜２．５％、
   Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０５％以下を含有する鋼
   を、９００℃以上、１２５０℃以下に加熱後、Ａｒ3点
   以上で累積圧下率５０％以上の圧延を行い、直ちにＡｒ
   3点以上の温度から６００℃以下までを冷却速度２０℃/
   s以上で加速冷却し、一旦加速冷却を中断して鋼材表面
   を（Ｍｓ点−１００）〜（Ｍｓ点＋２００）℃の温度域
   まで復熱させた後、再び冷却速度２０℃/s以上で２００
   ℃以下まで加速冷却することを特徴とする引張強度が７
   ８０ＭＰａ以上の高靭性高張力鋼材の製造方法。
2. 【請求項２】 鋼がさらに、質量％で、Ｃｕ：２．０％
   以下、Ｎｉ：５．０％以下、Ｃｒ：３．０％以下、Ｍ
   ｏ：１．０％以下、Ｎｂ：０．１０％以下、Ｖ：０．１
   ０％以下、Ｔｉ：０．１０％以下、Ｂ：０．００５％以
   下の中から選ばれる１種又は２種以上を含有することを
   特徴とする請求項１に記載の引張強度が７８０ＭＰａ以
   上の高靭性高張力鋼材の製造方法。
3. 【請求項３】 ２００℃以下まで加速冷却し、次いで６
   ００℃以下で焼き戻すことを特徴とする、請求項１また
   は請求項２に記載の引張強度で７８０ＭＰａ以上の高靭
   性高張力鋼材の製造方法。