JP2004052063A - ７８０ＭＰａ級非調質厚鋼板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課 題】引張強さＴＳ：７８０ＭＰａ以上の高強度と、シャルピー衝撃試験における破面遷移温度ｖＴｒｓが−２０℃以下の高靱性を有する、７８０ＭＰａ級非調質高強度高靭性厚鋼板の製造方法を提案する。
【解決手段】Ｃ：０．０１〜０．０３％、Ｓｉ：０．０５〜０．５ ％、Ｍｎ：１．０ 〜３．０ ％、Ａｌ：０．０１〜０．０８％、Ｎｂ：０．０１〜０．０７％、Ｂ：０．０００３〜０．００５０％、Ｔｉ：０．００５ 〜０．０４０ ％を含有し、Ｃｅｑ が０．４０未満である組成を有する鋼素材を、１１００℃〜１３５０℃に加熱後、１０００〜 １２５０ ℃の温度域における累積圧下率を３０％以上、オーステナイト未再結晶域における累積圧下率を３０％以上、圧延終了温度をＡｒ３ 変態点以上とする熱間圧延を施し、平均で２０℃／ｓ以上の冷却速度で冷却する。
【選択図】 なし
【解決手段】Ｃ：０．０１〜０．０３％、Ｓｉ：０．０５〜０．５ ％、Ｍｎ：１．０ 〜３．０ ％、Ａｌ：０．０１〜０．０８％、Ｎｂ：０．０１〜０．０７％、Ｂ：０．０００３〜０．００５０％、Ｔｉ：０．００５ 〜０．０４０ ％を含有し、Ｃｅｑ が０．４０未満である組成を有する鋼素材を、１１００℃〜１３５０℃に加熱後、１０００〜 １２５０ ℃の温度域における累積圧下率を３０％以上、オーステナイト未再結晶域における累積圧下率を３０％以上、圧延終了温度をＡｒ３ 変態点以上とする熱間圧延を施し、平均で２０℃／ｓ以上の冷却速度で冷却する。
【選択図】 なし
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、非調質厚鋼板に係り、とくに、造船、建築、土木、産業機械等のの用途に用いて好適な高強度で高靱性の厚鋼板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、引張強さ（ＴＳ）７８０ＭＰａ級以上の厚鋼板は、高強度と高靱性をバランスよく確保するため、調質処理を施されて製造されていた。調質処理は、高強度で高靱性の優れた特性を有する製品を安定して製造できるという利点はあるが、調質処理を施された鋼板は、圧延ままの非調質鋼板と比較して、長い製造期間を要するとともに、製造コストが高くなるという問題がある。
【０００３】
このような問題に対し、例えば、特開平８−１８８８２３号公報にはＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂを適量添加した素材に２相域圧延を施す、ＴＳ：７８０ＭＰａ級の非調質厚鋼板の製造方法が提案されている。しかし、２相域で熱間圧延を行うとセパレーションが発生しやすくなり、シャルピー衝撃試験における吸収エネルギーが低下するという問題がある。
【０００４】
また、特開平１１−２６４０１７号公報には、極低Ｃおよび高Ｍｎとし、Ｃｕ、ＮｂおよびＢを適量含有させた鋼片を、１０００〜１３５０℃に加熱したのち、９５０ 〜１１００℃の温度域における累積圧下率が５０％以上で、かつ圧延終了温度が８００ ℃以上とする熱延を施し、圧延終了後、１℃／ｓ以上、３０℃／ｓ以下の冷却速度で冷却し、（Ａｒ３ 変態点−２０℃）以下５５０ ℃以上で冷却を停止する、非調質高張力鋼の製造方法が提案されている。しかし、特開平１１−２６４０１７号公報に記載された技術では、高価なＣｕを１．０ 〜２．０ ％含有することを必須の要件としており、鋼材コストの高騰を招くという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上記した従来技術の問題を有利に解決し、引張強さＴＳ：７８０ＭＰａ以上の高強度と、シャルピー衝撃試験における破面遷移温度ｖＴｒｓが−２０℃以下の高靱性を有する、７８０ＭＰａ級非調質高強度高靭性厚鋼板の安価な製造方法を提案することを目的とする。なお、この発明は、平均冷却速度：２０℃／ｓ以上の冷却が可能な、板厚が２０ｍｍ以下の鋼板を対象とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記した課題を解決するために、従来に比べコスト的に有利となる安価な製造方法について鋭意検討した。その結果、熱間圧延条件を適正化し、圧延終了後の加速冷却を平均冷却速度２０℃／ｓ以上の冷却とし、さらに合金元素の組合せを適正にし、低い合金元素含有量に調整した鋼素材を用いることにより引張強さ７８０ＭＰａ以上の高強度と、シャルピー衝撃試験における破面遷移温度ｖＴｒｓが−２０℃以下という高靭性とを兼ね備えた非調質厚鋼板を得ることができることを見出した。
【０００７】
この発明は、上記した知見に基づき、さらに検討を加えて、完成されたものである。すなわち、この発明の要旨は次のとおりである。
（１）質量％で、Ｃ：０．０１〜０．０３％、Ｓｉ：０．０５〜０．５ ％、Ｍｎ：１．０ 〜３．０ ％、
Ｐ：０．０２０ ％以下、Ｓ：０．００５０％以下、Ａｌ：０．０１〜０．０８％、Ｎｂ：０．０１〜０．０７％、
Ｂ：０．０００３〜０．００５０％、Ｔｉ：０．００５ 〜０．０４０ ％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、かつ次（１）式
Ｃｅｑ （％）＝Ｃ＋Ｓｉ／２４ ＋Ｍｎ／６ ………（１）
（ここで、Ｃｅｑ ：炭素当量（％）、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ：各合金元素の含有量（質量％））
で定義される炭素当量Ｃｅｑ が０．４０未満である組成を有する鋼素材を、１１００℃〜１３５０℃に加熱後、該鋼素材に、１０００〜 １２５０ ℃の温度域における累積圧下率を３０％以上、オーステナイト未再結晶域における累積圧下率を３０％以上、圧延終了温度をＡｒ３ 変態点以上とする熱間圧延を施したのち、平均で２０℃／ｓ以上の冷却速度で冷却することを特徴とする、７８０ＭＰａ以上の引張強さを有する非調質高強度高靱性厚鋼板の製造方法。
（２）（１）において、前記鋼素材が、前記組成に加えてさらに、質量％で、Ｃｕ：１．０ ％以下、Ｎｉ：１．０ ％以下、Ｃｒ：０．８ ％以下、Ｍｏ：０．５ ％以下、Ｖ：０．１ ％以下のうちの１種または２種以上、および／または、Ｃａ：０．００３０％以下、ＲＥＭ：０．０２％以下、Ｍｇ：０．０１０ ％以下のうちの１種または２種以上を含有し、かつ次（２）式
Ｃｅｑ （％）＝Ｃ＋Ｓｉ／２４ ＋Ｍｎ／６＋Ｎｉ／４０ ＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／４ ………（２）
（ここで、Ｃｅｑ ：炭素当量（％）、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ：各合金元素の含有量（質量％））
で定義される炭素当量Ｃｅｑ が０．４０未満である組成を有することを特徴とする非調質高強度高靱性厚鋼板の製造方法。
【０００８】
【発明の実施の形態】
まず、この発明で使用する鋼素材の組成限定理由について説明する。なお、以下、組成における質量％は単に％で記す。
Ｃ：０．０１〜０．０３％
Ｃは、鋼の強度を増加させる元素であり、構造用鋼として所定の強度を確保するためには、０．０１％以上の含有を必要とするが、０．０３％を超える含有は、母材、および溶接熱影響部の靱性を劣化させる。このため、Ｃは０．０１〜０．０３％の範囲に限定した。
【０００９】
Ｓｉ：０．０５〜０．５０％
Ｓｉは、脱酸剤として作用する元素であり、製鋼上少なくとも０．０５％の含有を必要とするが、０．５０％を超える含有は、母材の靱性を劣化させる。このため、Ｓｉは０．０５〜０．５０％の範囲に限定した。なお、好ましくは０．１０〜０．４０％である。
Ｍｎ：１．０ 〜３．０ ％
Ｍｎは、鋼の強度を増加させる元素であり、母材の引張強さを７８０ＭＰａ以上とするために、１．０ ％以上の含有を必要とするが、３．０ ％を超えると溶接熱影響部の靱性を劣化させる。このため、Ｍｎは、１．０ 〜３．０ ％の範囲に限定した。なお、好ましくは１．２ 〜１．７ ％である。
【００１０】
Ｐ：０．０２０ ％以下、Ｓ：０．００５０％以下
Ｐ、Ｓは、いずれも靱性に悪影響を及ぼす不純物元素であり、できるだけ低減することが好ましいが、Ｐ：０．０２０ ％、Ｓ：０．００５０％までは許容できるため、それぞれ上限とした。
Ａｌ：０．０１〜０．０８％
Ａｌは、脱酸剤として作用し、このためには０．０１％以上の含有を必要とするが、０．０８％を超えて含有すると、母材の靱性を低下させる。このため、Ａｌは０．０１〜０．０８％の範囲に限定した。なお、好ましくは０．０２〜０．０４％である。
【００１１】
Ｎｂ：０．０１〜０．０７％
Ｎｂは、鋼の組織をベイニティックフェライト組織とする作用を有し、このために０．０１％以上の含有を必要とする。一方、０．０７％を超えて含有すると、溶接熱影響部の靱性が劣化する。このため、Ｎｂは０．０１〜０．０７％の範囲に限定する。なお、好ましくは０．０２〜０．０５％である。
【００１２】
Ｂ：０．０００３〜０．００５０％
Ｂは、微量の添加によってγ粒界エネルギーを減少させてフェライトの核生成を抑制する作用を有する元素であり、この作用により鋼の組織をベイニティックフェライト組織とすることに有効に寄与する。このような効果は０．０００３％以上の含有で認められるが、０．０００５０ ％を超えて含有しても、効果が飽和する。このため、Ｂは０．０００３〜０．０００５０ ％の範囲に限定した。なお、この好ましくは、０．００１０〜０．００２５％である。
【００１３】
Ｔｉ：：０．００５ 〜０．０４０ ％
Ｔｉは、ＴｉＮ を形成して鋼中のＮを固定することによって、Ｂの効果を発揮させる元素である。また、Ｔｉは、オーステナイト粒成長を抑制して、組織を微細化する効果もある。これらの効果を発揮させるためには、０．００５ ％以上の含有を必要とするが、０．０４０ ％以上含有すると、逆に母材の靱性を劣化させる。このため、Ｔｉは０．００５ 〜０．０４０ ％の範囲に限定した。なお、好ましくは０．００８ 〜０．０１５ ％である。
【００１４】
この発明では、上記した基本組成に加えてさらに、必要に応じ、Ｃｕ：１．０ ％以下、Ｎｉ：１．０ ％以下、Ｃｒ：０．８ ％以下、Ｍｏ：０．５ ％以下、Ｖ：０．１ ％以下のうちの１種または２種以上、および／または、Ｃａ：０．００３０％以下、ＲＥＭ：０．０２％以下、Ｍｇ：０．０１０ ％以下のうちの１種または２種以上を含有することができる。
Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖは、いずれも、鋼の強度を増加させる元素であり、必要に応じ選択して１種または２種以上含有できる。このような効果はＣｕ：０．２ ％以上、Ｎｉ：０．２ ％以上、Ｃｒ：０．２ ％以上、Ｍｏ：０．０５％以上、Ｖ：０．０３％以上の含有で顕著となる。一方、Ｃｕ：１．０ ％を超えて含有すると、熱間脆性を誘起し、鋼板の表面性状を劣化させるため、Ｃｕは１．０ ％以下に限定することが好ましい。また、Ｎｉ：１．０ ％を超えて含有しても効果が飽和し含有量に見合う効果が期待できないため、Ｎｉは１．０ ％以下に限定することが好ましい。また、Ｃｒ：０．８ ％を超えて含有すると、溶接熱影響部の靱性を劣化させるため、Ｃｒは０．８ ％以下に限定することが好ましい。また、Ｍｏ：０．５ ％を超えて含有すると、靭性を劣化させるため、Ｍｏは０．５ ％以下に限定することが好ましい。また、Ｖ：０．１ ％を超えて含有すると、靭性が劣化するため、Ｖは０．１ ％以下に限定することが好ましい。
【００１５】
ＣａおよびＲＥＭ はＳの固定、Ｍｇは結晶粒の微細化を介して、いずれも母材靭性向上に有効に寄与する元素であり、必要に応じ１種または２種以上を選択して含有できる。このような効果はＣａ：０．００１０％以上、ＲＥＭ ：０．００１０％以上、Ｍｇ：０．０００５％以上の含有で顕著となる。一方、Ｃａ：０．００３０％を超えて含有しても、効果が飽和するため、Ｃａは０．００３０％以下に限定することが好ましい。また、ＲＥＭ ：０．０２％を超えて含有しても、効果が飽和するため、ＲＥＭ は０．０２％以下に限定することが好ましい。また、Ｍｇ：０．０１０ ％を超えて含有しても、効果が飽和するため、ＲＥＭ は０．０１０ ％以下に限定することが好ましい。
【００１６】
上記した成分以外の残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物である。不可避的不純物としては、Ｎ：０．００７０％以下が許容できる。Ｎ含有量が０．００７０％を超えると鋼材の靱性を劣化させるため、０．００７０％以下に抑制することが好ましい。
鋼素材の組成を、上記した組成に調整したうえで、本発明ではさらに次 （１） 式、次 （２） 式
Ｃｅｑ （％）＝Ｃ＋Ｓｉ／２４ ＋Ｍｎ／６ ………（１）
Ｃｅｑ （％）＝Ｃ＋Ｓｉ／２４ ＋Ｍｎ／６＋Ｎｉ／４０ ＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／４ ………（２）
（ここで、Ｃｅｑ ：炭素当量（％）、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ：各合金元素の含有量（質量％））
で定義される炭素当量Ｃｅｑ が０．４０未満を満足する組成とする。鋼素材のＣｅｑ を０．４０以上の組成とすると、平均で２０℃／ｓ以上の冷却速度で冷却した場合に、靱性が劣化する。なお、炭素当量Ｃｅｑ は、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖを含有しない場合には上記（１） 式を、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖのうちの１種以上を含有する場合には（２）式を、使用して計算する。（２）式を使用する場合に、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖのすべてを含有しないときは、含有しない元素は０として計算するものとする。
【００１７】
本発明で使用する鋼素材は、上記した組成の溶鋼を、転炉等の通常公知の溶製法で溶製し、ついで連続鋳造法等の通常公知の鋳造法で所定寸法の鋼素材 （スラブ）とすることが好ましい。
上記した組成を有する鋼素材は、ついで、加熱され熱間圧延を施されて厚鋼板とされる。熱間圧延のための鋼素材の加熱温度は、１１００〜１３５０℃の範囲とする。加熱温度が１１００℃未満では、その後の十分な再結晶域圧延ができなくなる。加熱温度が１３５０℃を超えると、オーステナイト粒が粗大化して靱性を劣化させるうえ、酸化ロスが顕著となり歩留が低下する。
【００１８】
加熱後、熱間圧延を行なうが、熱間圧延は、１０００〜 １２５０ ℃の温度域における累積圧下率を３０％以上、オーステナイト未再結晶域における累積圧下率を３０％以上、圧延終了温度をＡｒ３ 変態点以上とする。
本発明では、オーステナイト再結晶温度域である、１１００〜１２５０℃の温度域における累積圧下率が３０％以上の圧延を行い、オーステナイトを十分に再結晶させ結晶粒を微細化させる。１１００〜１２５０℃の温度域における累積圧下率が３０％未満では、圧下量が不足し十分なオーステナイト粒の微細化を達成できない。なお、１１００〜１２５０℃の温度域における累積圧下率は５０〜８０％とすることが好ましい。
【００１９】
ついで、オーステナイト未再結晶域（９５０ ℃未満の温度域）で累積圧下率が３０％以上の熱間圧延を行なう。オーステナイト未再結晶域における圧延では、オーステナイト結晶粒界の面積を幾何学的に増大させ、オーステナイト粒内に歪エネルギーを蓄積させることができる。これにより、オーステナイト粒界およびオーステナイト粒内からの変態を促進させることができ、靱性が向上する。オーステナイト未再結晶域で累積圧下率が３０％未満では、圧下量が不足し上記した効果が十分に期待できない。
【００２０】
上記した熱間圧延の圧延終了温度は、Ａｒ３ 変態点以上とする。圧延終了温度がＡｒ３ 変態点未満では軟質のフェライトが生成し所望の強度が確保できないうえ、フェライトを圧延することになりセパレイションが発生しシャルピー吸収エネルギーが低下する。
上記した条件で熱間圧延を行なったのち、加速冷却を施す。本発明では平均冷却速度で２０℃／ｓ以上の加速冷却を、冷却停止温度まで行う。なお、冷却停止温度は、好ましくはべイナイト変態終了温度以下、より好ましくは５５０ ℃以下である。熱間圧延後、平均２０℃／ｓ以上の加速冷却を施すことにより、組織がベイニティックフェライトとなり所望の高強度が得られる。一方、熱間圧延後の冷却速度が平均で２０℃／ｓ未満では、強度の低いフェライトやグラニュラーベイニティックフェライトが生成し、所望の高強度が得られない。なお、加速冷却は、平均冷却速度で２２℃〜５０℃／ｓとすることが好ましい。
【００２１】
上記した組成を有する鋼素材に上記した製造工程を施すことにより、組織がベイニティックフェライト相を主とした組織となり、引張強さ７８０ＭＰａ以上の高強度と、シャルピー衝撃試験における破面遷移温度ｖＴｒｓが−２０℃以下という高靭性とを兼ね備えた非調質厚鋼板を得ることができる。
【００２２】
【実施例】
表１に示す組成の鋼素材（スラブ）に、表２に示す条件で加熱および熱間圧延、熱間圧延後冷却を施し、板厚１５ｍｍの非調質厚鋼板を得た。
得られた厚鋼板について引張試験、衝撃試験を実施した。
（１）引張試験
各鋼板の圧延方向から、ＪＩＳ Ｚ ２２０１の規定に準拠して１Ａ号試験片を採取し、ＪＩＳ Ｚ ２２４１の規定に準拠して引張試験を実施し、母材の降伏強さＹＳ，引張強さＴＳ、伸びＥｌを求め、引張特性を評価した。
（２）衝撃試験
各鋼板の圧延方向の板厚１／２ Ｔ位置から、ＪＩＳ Ｚ ２２０２の規定に準拠してＶノッチ試験片を採取し、ＪＩＳ Ｚ ２２４２の規定に準拠してシャルピー衝撃試験を実施し、破面遷移温度ｖＴｒｓを求め、靭性を評価した。
【００２３】
得られた結果を表２に示す。
【００２４】
【表１】
【００２５】
【表２】
【００２６】
本発明例はいずれも、引張強さ７８０ＭＰａ以上の高強度と、ｖＴｒｓ：−２０℃以下の高靭性と、を有する高強度高靭性厚鋼板となっている。一方、本発明の範囲を外れる比較例は強度が不足しているか、靭性が劣化しており、高強度高靭性の厚鋼板が得られていない。
【００２７】
【発明の効果】
このように、本発明によれば、引張強さＴＳ：７８０ＭＰａ以上の高強度と、シャルピー衝撃試験における破面遷移温度ｖＴｒｓが−２０℃以下の高靱性を有する、７８０ＭＰａ級非調質高強度高靭性厚鋼板を、容易にかつ安価に製造でき、産業上格段の効果を奏する。
【発明の属する技術分野】
この発明は、非調質厚鋼板に係り、とくに、造船、建築、土木、産業機械等のの用途に用いて好適な高強度で高靱性の厚鋼板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、引張強さ（ＴＳ）７８０ＭＰａ級以上の厚鋼板は、高強度と高靱性をバランスよく確保するため、調質処理を施されて製造されていた。調質処理は、高強度で高靱性の優れた特性を有する製品を安定して製造できるという利点はあるが、調質処理を施された鋼板は、圧延ままの非調質鋼板と比較して、長い製造期間を要するとともに、製造コストが高くなるという問題がある。
【０００３】
このような問題に対し、例えば、特開平８−１８８８２３号公報にはＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂを適量添加した素材に２相域圧延を施す、ＴＳ：７８０ＭＰａ級の非調質厚鋼板の製造方法が提案されている。しかし、２相域で熱間圧延を行うとセパレーションが発生しやすくなり、シャルピー衝撃試験における吸収エネルギーが低下するという問題がある。
【０００４】
また、特開平１１−２６４０１７号公報には、極低Ｃおよび高Ｍｎとし、Ｃｕ、ＮｂおよびＢを適量含有させた鋼片を、１０００〜１３５０℃に加熱したのち、９５０ 〜１１００℃の温度域における累積圧下率が５０％以上で、かつ圧延終了温度が８００ ℃以上とする熱延を施し、圧延終了後、１℃／ｓ以上、３０℃／ｓ以下の冷却速度で冷却し、（Ａｒ３ 変態点−２０℃）以下５５０ ℃以上で冷却を停止する、非調質高張力鋼の製造方法が提案されている。しかし、特開平１１−２６４０１７号公報に記載された技術では、高価なＣｕを１．０ 〜２．０ ％含有することを必須の要件としており、鋼材コストの高騰を招くという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上記した従来技術の問題を有利に解決し、引張強さＴＳ：７８０ＭＰａ以上の高強度と、シャルピー衝撃試験における破面遷移温度ｖＴｒｓが−２０℃以下の高靱性を有する、７８０ＭＰａ級非調質高強度高靭性厚鋼板の安価な製造方法を提案することを目的とする。なお、この発明は、平均冷却速度：２０℃／ｓ以上の冷却が可能な、板厚が２０ｍｍ以下の鋼板を対象とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記した課題を解決するために、従来に比べコスト的に有利となる安価な製造方法について鋭意検討した。その結果、熱間圧延条件を適正化し、圧延終了後の加速冷却を平均冷却速度２０℃／ｓ以上の冷却とし、さらに合金元素の組合せを適正にし、低い合金元素含有量に調整した鋼素材を用いることにより引張強さ７８０ＭＰａ以上の高強度と、シャルピー衝撃試験における破面遷移温度ｖＴｒｓが−２０℃以下という高靭性とを兼ね備えた非調質厚鋼板を得ることができることを見出した。
【０００７】
この発明は、上記した知見に基づき、さらに検討を加えて、完成されたものである。すなわち、この発明の要旨は次のとおりである。
（１）質量％で、Ｃ：０．０１〜０．０３％、Ｓｉ：０．０５〜０．５ ％、Ｍｎ：１．０ 〜３．０ ％、
Ｐ：０．０２０ ％以下、Ｓ：０．００５０％以下、Ａｌ：０．０１〜０．０８％、Ｎｂ：０．０１〜０．０７％、
Ｂ：０．０００３〜０．００５０％、Ｔｉ：０．００５ 〜０．０４０ ％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、かつ次（１）式
Ｃｅｑ （％）＝Ｃ＋Ｓｉ／２４ ＋Ｍｎ／６ ………（１）
（ここで、Ｃｅｑ ：炭素当量（％）、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ：各合金元素の含有量（質量％））
で定義される炭素当量Ｃｅｑ が０．４０未満である組成を有する鋼素材を、１１００℃〜１３５０℃に加熱後、該鋼素材に、１０００〜 １２５０ ℃の温度域における累積圧下率を３０％以上、オーステナイト未再結晶域における累積圧下率を３０％以上、圧延終了温度をＡｒ３ 変態点以上とする熱間圧延を施したのち、平均で２０℃／ｓ以上の冷却速度で冷却することを特徴とする、７８０ＭＰａ以上の引張強さを有する非調質高強度高靱性厚鋼板の製造方法。
（２）（１）において、前記鋼素材が、前記組成に加えてさらに、質量％で、Ｃｕ：１．０ ％以下、Ｎｉ：１．０ ％以下、Ｃｒ：０．８ ％以下、Ｍｏ：０．５ ％以下、Ｖ：０．１ ％以下のうちの１種または２種以上、および／または、Ｃａ：０．００３０％以下、ＲＥＭ：０．０２％以下、Ｍｇ：０．０１０ ％以下のうちの１種または２種以上を含有し、かつ次（２）式
Ｃｅｑ （％）＝Ｃ＋Ｓｉ／２４ ＋Ｍｎ／６＋Ｎｉ／４０ ＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／４ ………（２）
（ここで、Ｃｅｑ ：炭素当量（％）、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ：各合金元素の含有量（質量％））
で定義される炭素当量Ｃｅｑ が０．４０未満である組成を有することを特徴とする非調質高強度高靱性厚鋼板の製造方法。
【０００８】
【発明の実施の形態】
まず、この発明で使用する鋼素材の組成限定理由について説明する。なお、以下、組成における質量％は単に％で記す。
Ｃ：０．０１〜０．０３％
Ｃは、鋼の強度を増加させる元素であり、構造用鋼として所定の強度を確保するためには、０．０１％以上の含有を必要とするが、０．０３％を超える含有は、母材、および溶接熱影響部の靱性を劣化させる。このため、Ｃは０．０１〜０．０３％の範囲に限定した。
【０００９】
Ｓｉ：０．０５〜０．５０％
Ｓｉは、脱酸剤として作用する元素であり、製鋼上少なくとも０．０５％の含有を必要とするが、０．５０％を超える含有は、母材の靱性を劣化させる。このため、Ｓｉは０．０５〜０．５０％の範囲に限定した。なお、好ましくは０．１０〜０．４０％である。
Ｍｎ：１．０ 〜３．０ ％
Ｍｎは、鋼の強度を増加させる元素であり、母材の引張強さを７８０ＭＰａ以上とするために、１．０ ％以上の含有を必要とするが、３．０ ％を超えると溶接熱影響部の靱性を劣化させる。このため、Ｍｎは、１．０ 〜３．０ ％の範囲に限定した。なお、好ましくは１．２ 〜１．７ ％である。
【００１０】
Ｐ：０．０２０ ％以下、Ｓ：０．００５０％以下
Ｐ、Ｓは、いずれも靱性に悪影響を及ぼす不純物元素であり、できるだけ低減することが好ましいが、Ｐ：０．０２０ ％、Ｓ：０．００５０％までは許容できるため、それぞれ上限とした。
Ａｌ：０．０１〜０．０８％
Ａｌは、脱酸剤として作用し、このためには０．０１％以上の含有を必要とするが、０．０８％を超えて含有すると、母材の靱性を低下させる。このため、Ａｌは０．０１〜０．０８％の範囲に限定した。なお、好ましくは０．０２〜０．０４％である。
【００１１】
Ｎｂ：０．０１〜０．０７％
Ｎｂは、鋼の組織をベイニティックフェライト組織とする作用を有し、このために０．０１％以上の含有を必要とする。一方、０．０７％を超えて含有すると、溶接熱影響部の靱性が劣化する。このため、Ｎｂは０．０１〜０．０７％の範囲に限定する。なお、好ましくは０．０２〜０．０５％である。
【００１２】
Ｂ：０．０００３〜０．００５０％
Ｂは、微量の添加によってγ粒界エネルギーを減少させてフェライトの核生成を抑制する作用を有する元素であり、この作用により鋼の組織をベイニティックフェライト組織とすることに有効に寄与する。このような効果は０．０００３％以上の含有で認められるが、０．０００５０ ％を超えて含有しても、効果が飽和する。このため、Ｂは０．０００３〜０．０００５０ ％の範囲に限定した。なお、この好ましくは、０．００１０〜０．００２５％である。
【００１３】
Ｔｉ：：０．００５ 〜０．０４０ ％
Ｔｉは、ＴｉＮ を形成して鋼中のＮを固定することによって、Ｂの効果を発揮させる元素である。また、Ｔｉは、オーステナイト粒成長を抑制して、組織を微細化する効果もある。これらの効果を発揮させるためには、０．００５ ％以上の含有を必要とするが、０．０４０ ％以上含有すると、逆に母材の靱性を劣化させる。このため、Ｔｉは０．００５ 〜０．０４０ ％の範囲に限定した。なお、好ましくは０．００８ 〜０．０１５ ％である。
【００１４】
この発明では、上記した基本組成に加えてさらに、必要に応じ、Ｃｕ：１．０ ％以下、Ｎｉ：１．０ ％以下、Ｃｒ：０．８ ％以下、Ｍｏ：０．５ ％以下、Ｖ：０．１ ％以下のうちの１種または２種以上、および／または、Ｃａ：０．００３０％以下、ＲＥＭ：０．０２％以下、Ｍｇ：０．０１０ ％以下のうちの１種または２種以上を含有することができる。
Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖは、いずれも、鋼の強度を増加させる元素であり、必要に応じ選択して１種または２種以上含有できる。このような効果はＣｕ：０．２ ％以上、Ｎｉ：０．２ ％以上、Ｃｒ：０．２ ％以上、Ｍｏ：０．０５％以上、Ｖ：０．０３％以上の含有で顕著となる。一方、Ｃｕ：１．０ ％を超えて含有すると、熱間脆性を誘起し、鋼板の表面性状を劣化させるため、Ｃｕは１．０ ％以下に限定することが好ましい。また、Ｎｉ：１．０ ％を超えて含有しても効果が飽和し含有量に見合う効果が期待できないため、Ｎｉは１．０ ％以下に限定することが好ましい。また、Ｃｒ：０．８ ％を超えて含有すると、溶接熱影響部の靱性を劣化させるため、Ｃｒは０．８ ％以下に限定することが好ましい。また、Ｍｏ：０．５ ％を超えて含有すると、靭性を劣化させるため、Ｍｏは０．５ ％以下に限定することが好ましい。また、Ｖ：０．１ ％を超えて含有すると、靭性が劣化するため、Ｖは０．１ ％以下に限定することが好ましい。
【００１５】
ＣａおよびＲＥＭ はＳの固定、Ｍｇは結晶粒の微細化を介して、いずれも母材靭性向上に有効に寄与する元素であり、必要に応じ１種または２種以上を選択して含有できる。このような効果はＣａ：０．００１０％以上、ＲＥＭ ：０．００１０％以上、Ｍｇ：０．０００５％以上の含有で顕著となる。一方、Ｃａ：０．００３０％を超えて含有しても、効果が飽和するため、Ｃａは０．００３０％以下に限定することが好ましい。また、ＲＥＭ ：０．０２％を超えて含有しても、効果が飽和するため、ＲＥＭ は０．０２％以下に限定することが好ましい。また、Ｍｇ：０．０１０ ％を超えて含有しても、効果が飽和するため、ＲＥＭ は０．０１０ ％以下に限定することが好ましい。
【００１６】
上記した成分以外の残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物である。不可避的不純物としては、Ｎ：０．００７０％以下が許容できる。Ｎ含有量が０．００７０％を超えると鋼材の靱性を劣化させるため、０．００７０％以下に抑制することが好ましい。
鋼素材の組成を、上記した組成に調整したうえで、本発明ではさらに次 （１） 式、次 （２） 式
Ｃｅｑ （％）＝Ｃ＋Ｓｉ／２４ ＋Ｍｎ／６ ………（１）
Ｃｅｑ （％）＝Ｃ＋Ｓｉ／２４ ＋Ｍｎ／６＋Ｎｉ／４０ ＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／４ ………（２）
（ここで、Ｃｅｑ ：炭素当量（％）、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ：各合金元素の含有量（質量％））
で定義される炭素当量Ｃｅｑ が０．４０未満を満足する組成とする。鋼素材のＣｅｑ を０．４０以上の組成とすると、平均で２０℃／ｓ以上の冷却速度で冷却した場合に、靱性が劣化する。なお、炭素当量Ｃｅｑ は、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖを含有しない場合には上記（１） 式を、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖのうちの１種以上を含有する場合には（２）式を、使用して計算する。（２）式を使用する場合に、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖのすべてを含有しないときは、含有しない元素は０として計算するものとする。
【００１７】
本発明で使用する鋼素材は、上記した組成の溶鋼を、転炉等の通常公知の溶製法で溶製し、ついで連続鋳造法等の通常公知の鋳造法で所定寸法の鋼素材 （スラブ）とすることが好ましい。
上記した組成を有する鋼素材は、ついで、加熱され熱間圧延を施されて厚鋼板とされる。熱間圧延のための鋼素材の加熱温度は、１１００〜１３５０℃の範囲とする。加熱温度が１１００℃未満では、その後の十分な再結晶域圧延ができなくなる。加熱温度が１３５０℃を超えると、オーステナイト粒が粗大化して靱性を劣化させるうえ、酸化ロスが顕著となり歩留が低下する。
【００１８】
加熱後、熱間圧延を行なうが、熱間圧延は、１０００〜 １２５０ ℃の温度域における累積圧下率を３０％以上、オーステナイト未再結晶域における累積圧下率を３０％以上、圧延終了温度をＡｒ３ 変態点以上とする。
本発明では、オーステナイト再結晶温度域である、１１００〜１２５０℃の温度域における累積圧下率が３０％以上の圧延を行い、オーステナイトを十分に再結晶させ結晶粒を微細化させる。１１００〜１２５０℃の温度域における累積圧下率が３０％未満では、圧下量が不足し十分なオーステナイト粒の微細化を達成できない。なお、１１００〜１２５０℃の温度域における累積圧下率は５０〜８０％とすることが好ましい。
【００１９】
ついで、オーステナイト未再結晶域（９５０ ℃未満の温度域）で累積圧下率が３０％以上の熱間圧延を行なう。オーステナイト未再結晶域における圧延では、オーステナイト結晶粒界の面積を幾何学的に増大させ、オーステナイト粒内に歪エネルギーを蓄積させることができる。これにより、オーステナイト粒界およびオーステナイト粒内からの変態を促進させることができ、靱性が向上する。オーステナイト未再結晶域で累積圧下率が３０％未満では、圧下量が不足し上記した効果が十分に期待できない。
【００２０】
上記した熱間圧延の圧延終了温度は、Ａｒ３ 変態点以上とする。圧延終了温度がＡｒ３ 変態点未満では軟質のフェライトが生成し所望の強度が確保できないうえ、フェライトを圧延することになりセパレイションが発生しシャルピー吸収エネルギーが低下する。
上記した条件で熱間圧延を行なったのち、加速冷却を施す。本発明では平均冷却速度で２０℃／ｓ以上の加速冷却を、冷却停止温度まで行う。なお、冷却停止温度は、好ましくはべイナイト変態終了温度以下、より好ましくは５５０ ℃以下である。熱間圧延後、平均２０℃／ｓ以上の加速冷却を施すことにより、組織がベイニティックフェライトとなり所望の高強度が得られる。一方、熱間圧延後の冷却速度が平均で２０℃／ｓ未満では、強度の低いフェライトやグラニュラーベイニティックフェライトが生成し、所望の高強度が得られない。なお、加速冷却は、平均冷却速度で２２℃〜５０℃／ｓとすることが好ましい。
【００２１】
上記した組成を有する鋼素材に上記した製造工程を施すことにより、組織がベイニティックフェライト相を主とした組織となり、引張強さ７８０ＭＰａ以上の高強度と、シャルピー衝撃試験における破面遷移温度ｖＴｒｓが−２０℃以下という高靭性とを兼ね備えた非調質厚鋼板を得ることができる。
【００２２】
【実施例】
表１に示す組成の鋼素材（スラブ）に、表２に示す条件で加熱および熱間圧延、熱間圧延後冷却を施し、板厚１５ｍｍの非調質厚鋼板を得た。
得られた厚鋼板について引張試験、衝撃試験を実施した。
（１）引張試験
各鋼板の圧延方向から、ＪＩＳ Ｚ ２２０１の規定に準拠して１Ａ号試験片を採取し、ＪＩＳ Ｚ ２２４１の規定に準拠して引張試験を実施し、母材の降伏強さＹＳ，引張強さＴＳ、伸びＥｌを求め、引張特性を評価した。
（２）衝撃試験
各鋼板の圧延方向の板厚１／２ Ｔ位置から、ＪＩＳ Ｚ ２２０２の規定に準拠してＶノッチ試験片を採取し、ＪＩＳ Ｚ ２２４２の規定に準拠してシャルピー衝撃試験を実施し、破面遷移温度ｖＴｒｓを求め、靭性を評価した。
【００２３】
得られた結果を表２に示す。
【００２４】
【表１】
【表２】
本発明例はいずれも、引張強さ７８０ＭＰａ以上の高強度と、ｖＴｒｓ：−２０℃以下の高靭性と、を有する高強度高靭性厚鋼板となっている。一方、本発明の範囲を外れる比較例は強度が不足しているか、靭性が劣化しており、高強度高靭性の厚鋼板が得られていない。
【００２７】
【発明の効果】
このように、本発明によれば、引張強さＴＳ：７８０ＭＰａ以上の高強度と、シャルピー衝撃試験における破面遷移温度ｖＴｒｓが−２０℃以下の高靱性を有する、７８０ＭＰａ級非調質高強度高靭性厚鋼板を、容易にかつ安価に製造でき、産業上格段の効果を奏する。
Claims (2)
- 質量％で
Ｃ：０．０１〜０．０３％、 Ｓｉ：０．０５〜０．５ ％、
Ｍｎ：１．０ 〜３．０ ％、 Ｐ：０．０２０ ％以下
Ｓ：０．００５０％以下、 Ａｌ：０．０１〜０．０８％、
Ｎｂ：０．０１〜０．０７％、 Ｂ：０．０００３〜０．００５０％、
Ｔｉ：０．００５ 〜０．０４０ ％
を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、かつ下記（１）式で定義される炭素当量Ｃｅｑ が０．４０未満である組成を有する鋼素材を、１１００℃〜１３５０℃に加熱後、該鋼素材に、１０００〜 １２５０ ℃の温度域における累積圧下率を３０％以上、オーステナイト未再結晶域における累積圧下率を３０％以上、圧延終了温度をＡｒ３ 変態点以上とする熱間圧延を施したのち、平均で２０℃／ｓ以上の冷却速度で冷却することを特徴とする、７８０ＭＰａ以上の引張強さを有する非調質高強度高靱性厚鋼板の製造方法。
記
Ｃｅｑ （％）＝Ｃ＋Ｓｉ／２４ ＋Ｍｎ／６ ………（１）
ここで、Ｃｅｑ ：炭素当量（％）
Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ：各合金元素の含有量（質量％） - 前記鋼素材が、前記組成に加えてさらに、質量％で、Ｃｕ：１．０ ％以下、Ｎｉ：１．０ ％以下、Ｃｒ：０．８ ％以下、Ｍｏ：０．５ ％以下、Ｖ：０．１ ％以下のうちの１種または２種以上、および／または、Ｃａ：０．００３０％以下、ＲＥＭ：０．０２％以下、Ｍｇ：０．０１０ ％以下のうちの１種または２種以上を含有し、かつ下記（２）式で定義される炭素当量Ｃｅｑ が０．４０未満である組成を有することを特徴とする請求項１に記載の非調質高強度高靱性厚鋼板の製造方法。
記
Ｃｅｑ （％）＝Ｃ＋Ｓｉ／２４ ＋Ｍｎ／６＋Ｎｉ／４０ ＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／４ ………（２）
ここで、Ｃｅｑ ：炭素当量（％）
Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ：各合金元素の含有量（質量％）
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