JP2500019B2 - 溶接性の優れた５７０Ｎ／ｍｍ２級以上の低降伏比高張力鋼板 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主として建築構造物に
使用される570N/mm²級以上の調質高張力鋼板に関し、詳
しくは、溶接性の優れた570N/mm²級以上の低降伏比高張
力鋼板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】引張強さ570N/mm²級以上の調質高張力鋼
板は、タンク、橋梁、ペンストックなどに使用されてき
たが、焼入れ焼もどしによってマルテンサイトやベイナ
イトなどの高硬度のミクロ組織の生成を利用しているた
め、降伏比（降伏強さ／引張強さ）が通常90％以上と高
く、塑性変形能が十分でなく、大地震時に十分な安全性
を確保できないため、建築用としてはほとんど用いられ
なかった。

【０００３】近年、建築構造物に対しては高層化、大ス
パン化の要求が強まり従来の 490N/mm² 級鋼板から、よ
り強度の高い570N/mm²級以上の高張力鋼板を使用しよう
とする動きが強まり、降伏比を85％程度以下に低減した
高張力鋼板が要求されるようになった。

【０００４】この要求を満足する鋼板として、Ａc₃点以
上の温度からの再加熱焼入れ（Ｑ）〔あるいはＡr₃点以
上の温度からの直接焼入れ（ＤＱ）〕とＡc₁点未満の温
度での焼もどし（Ｔ）との組み合せからなる従来の熱処
理方法と異なり、この二つの熱処理の中間に、二相域温
度（Ａc₁点以上Ａc₃点未満）からの焼入れ（Ｑ’）を施
す新たな熱処理方法（Ｑ−Ｑ’−ＴおよびＤＱ−Ｑ’−
Ｔ法）が開発された。この方法によれば、Ｑ’によって
低硬度で延性に優れるフェライトが組織中に生成するた
め、低い降伏比が得られるのである。

【０００５】このような、熱処理によって得られる低降
伏比の570N/mm²級鋼板は、高層建築用として使用される
ようになったが、フェライトの生成を利用しているた
め、所定の強度を確保するためには従来の570N/mm²級鋼
板よりも炭素当量を高くする必要があり、溶接性がやや
劣るという問題があり、その改善が求められている。

【０００６】一方、建築物がさらに高層化するにともな
い、溶接施工量が増大するという問題が生じ、これを防
ぐ目的から、鋼板の板厚減少を達成するために、より高
強度鋼板の使用が検討されている。すなわち、引張強さ
780N/mm²級以上で低降伏比の鋼板への開発要求が強まっ
ている。

【０００７】しかしながら、前述のＱ−Ｑ’−Ｔ法によ
っても、780N/mm²級鋼板の場合には、高い強度と低降伏
比を確保するためには、フェライトを生成させると同時
に、マルテンサイトやベイナイトの硬度や分率を高めね
ばならないため、その炭素当量は従来型の780N/mm²級鋼
板よりも高める必要があり、溶接性が劣るという問題が
あった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、引張強さ57
0N/mm²級以上の調質高張力鋼板において、85％以下の低
い降伏比を確保すると同時に、従来のＱ−Ｔ法による高
降伏比型高張力鋼板と同等以上の溶接性の優れた570N/m
m²級以上の低降伏比高張力鋼板を提供することを目的と
するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、引張強さ
570N/mm²級以上の高強度を確保しつつ、85％以下の低降
伏比と良好な溶接性を確保するために、ミクロ組織に関
して鋭意研究を行った。その結果、これらを実現する上
では従来の低降伏比570N/mm²級鋼板と同様、硬質のマル
テンサイトやベイナイト組織の中に軟質のフェライト相
を混在させることは重要であるが、母材の平均 C量に比
べ Cの濃縮した高C マルテンサイトを生成させることに
より、低降伏比を維持したまま高強度化を達成できると
いう知見を得て本発明に至ったものである。

【００１０】この新しい知見を利用することにより、従
来のＱ−Ｑ’−Ｔ法による低降伏比高張力鋼板よりも低
い炭素当量の化学成分で所定の強度を確保することがで
きるため、溶接性を改善しうるのである。

【００１１】その第１発明は、C:0.05〜0.20％、 Si:0.
05〜0.50％、 Mn:0.30〜1.80％、Al:0.005〜0.10％を含
有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる鋼板で、 1
％以上の分率のフェライトと、母材の平均 C量に比べ C
量が５倍以上に濃縮した 3％以上の分率の高C マルテン
サイトを有する溶接性の優れた570N/mm²級以上の低降伏
比高張力鋼板である。

【００１２】第２発明は、化学成分として、さらに Cu:
0.05〜1.20％、 Ni:0.05〜3.00％、Cr: 0.05〜1.20％、
Mo:0.05〜1.00％、 V:0.005〜0.08％、Nb:0.005〜0.05
％、B:0.0003〜0.0025％、Ti:0.005〜0.025 ％、Ca:0.0
01〜0.010 ％の内から選んだ１種または２種以上を含有
する請求項１記載の溶接性の優れた570N/mm²級以上の低
降伏比高張力鋼板である。

【００１３】

【作用】以下に、本発明におけるミクロ組織の限定理由
について説明する。本発明者らは強度、降伏比に及ぼす
ミクロ組織の影響を詳細に調査するために、表１に示す
化学成分を有する鋼板を用い、いく種類かの熱処理を施
し、ミクロ組織の異なる鋼板を作製し、引張試験と各相
の硬さ測定を行った。熱処理としては、二相域熱処理で
あるＱ’を含むＱ−Ｑ’−Ｔ法、これを改良したＱ−Mo
difiedＱ’−Ｔ法である。熱処理条件を図１に示す。

【００１４】ここで、Ｑ：Ａc₃点以上の温度からの再加
熱焼入れ、 Ｑ’：二相域温度（Ａc₁点以上Ａc₃点未満）からの再加
熱焼入れ、 ModifiedＱ’：二相域温度に加熱後、所定の温度まで空
冷した後、焼入れ、 Ｔ：Ａc₁点未満の温度からの焼もどしである。 なお、ModifiedＱ’熱処理における焼入れ開始温度は 7
00〜280 ℃の範囲で変化させた。

【００１５】これらの熱処理によって得られた鋼板の引
張特性と各相の分率の測定結果を図２に示す。図から焼
入れ開始温度が 400〜700 ℃の範囲のＱ−ModifiedＱ’
−Ｔ法による鋼板では、Ｑ−Ｑ’−Ｔ法による鋼板より
も高い引張強さが得られていること、また、これらの鋼
板では 1％以上のフェライトと HV500以上の高硬度マル
テンサイトが 3％以上生成していることがわかる。さら
に、この高硬度マルテンサイト部分はＥＰＭＡによる C
量測定の結果、母材の平均 C量に比べて５倍以上 Cが濃
縮していることがわかった。

【００１６】したがって、本発明におけるミクロ組織中
のフェライト量は 1％以上、母材の平均 C量に比べ C量
が５倍以上に濃縮した高C マルテンサイトは 3％以上に
限定する。

【００１７】

【表１】

【００１８】なお、二相域熱処理における焼入れ開始温
度が 400℃以下で高C マルテンサイトの量が減少する原
因は、 Cの濃縮が進み過ぎた結果、島状マルテンサイト
が生成し、これは焼もどしによって分解しやすいためと
考えられる。

【００１９】以上の新知見を活用することにより、本発
明者らは570N/mm²級以上の低降伏比型高張力鋼板の溶接
性の改善を試みた。表２に示すように、従来のＱ−Ｑ’
−Ｔ法による低降伏比型570N/mm²級鋼板の炭素当量約0.
44％に対し、炭素当量を0.39％にまで低減した鋼に、Ｑ
−ModifiedＱ’−Ｔ法とＱ−Ｑ’−Ｔ法を適用した。そ
の機械的性質を表２に併記する。

【００２０】表２から明らかなように、Ｑ−Modified
Ｑ’−Ｔ法を適用した場合には、低い炭素当量であるに
もかかわらず十分な強度と低い降伏比が得られている。
これに対し、Ｑ−Ｑ’−Ｔ法を適用すると、炭素当量が
低いため、十分な強度が確保できなかった。

【００２１】これらの鋼板のミクロ組織のフェライト分
率と高C マルテンサイト分率の測定結果を表２に示して
いるが、本発明に規定する要件を満たす鋼板のみが低降
伏比と十分な強度を有することがわかる。

【００２２】

【表２】

【００２３】つぎに、本発明における化学成分の限定理
由について説明する。C は高張力鋼板としての強度を確
保するために必要な元素であり、含有量が0.05％未満で
は引張強さ570N/mm²級以上の強度が得がたい。また、0.
20％を超えて添加すると耐溶接割れ性を害するので好ま
しくない。したがって、C 含有量は0.05〜0.20％の範囲
とする。

【００２４】Siは脱酸に必要な元素であるが、含有量が
0.05％未満ではこの効果は少なく、また、0.50％を超え
て過多に添加すると、溶接性、靱性を劣化させるので好
ましくない。したがって、Si含有量は0.05〜0.50％の範
囲とする。

【００２５】Mnは焼入れ性を向上させ、板厚内部の強度
を確保するために必要な元素であるが、含有量が0.30％
未満ではこのような効果が十分に得られず、また、1.80
％を超えて過多に添加すると、溶接性、靱性を劣化させ
るので好ましくない。したがって、Mn含有量は0.30〜1.
80％の範囲とする。

【００２６】Alは脱酸元素であり、含有量が 0.005％未
満ではそのような効果は少なく、また、0.10％を超えて
添加すると、靱性の劣化をもたらす。したがって、Al含
有量は 0.005〜0.10％の範囲とする。

【００２７】この他に、Cu、Ni、Cr、Mo、V 、Nb、B 、
Ti、Caなどを板厚、目標靱性レベルに応じて１種または
２種以上添加するものとする。

【００２８】Cuは固溶強化、析出強化により強度上昇に
有効な元素であるが、含有量が0.05％未満ではこのよう
な効果を十分に発揮することができず、また、1.20％を
超えて添加すると熱間加工性が劣化し鋼板表面に割れが
生じやすい。したがって、Cu含有量は0.05〜1.20％の範
囲とする。

【００２９】Niは靱性を向上させる効果があるが、含有
量が0.05％未満ではその十分な効果が得られず、また、
3.00％を超えて添加するとスケール疵が発生しやすくな
り、またコストアップにもなる。したがって、Ni含有量
は0.05〜3.00％の範囲とする。

【００３０】Crは焼入れ性向上に有効な元素であるが、
含有量が0.05％未満ではこのような効果は十分に発揮さ
れず、また、1.20％を超えて添加すると溶接性を害す
る。したがって、Cr含有量は0.05〜1.20％の範囲とす
る。

【００３１】Moは焼入れ性を高め、焼もどし軟化抵抗を
増す元素であるが、含有量が0.05％未満では十分な効果
が得られず、また、1.00％を超えて過剰に添加すると、
溶接性を劣化させ、コストアップにもなる。したがっ
て、Mo含有量は0.05〜1.00％の範囲とする。

【００３２】V は少量の添加により、焼入れ性を増し、
焼もどし軟化抵抗を高める元素であり、その効果を得る
ためには、 0.005％以上の添加が必要であるが、0.08％
を超えて添加すると溶接性を害する。したがって、V 含
有量は 0.005〜0.08％の範囲とする。

【００３３】Nbは結晶粒微細化作用を有し、また直接焼
入れ・焼もどしを行う場合には析出強化作用をもたらす
元素である。その効果を得るためには、 0.005％以上の
添加が必要であり、また、0.05％を超えて添加すると溶
接性、靱性を劣化させる傾向にある。したがって、Nb含
有量は 0.005〜0.05％の範囲とする。

【００３４】B は微量で焼入れ性の向上をもたらす元素
であるが、含有量が0.0003％未満ではその効果が得られ
ず、また、0.0025％を超えて添加すると靱性が劣化す
る。したがって、B 含有量は0.0003〜0.0025％の範囲と
する。

【００３５】Tiは脱酸作用、 Nの固定化による Bの焼入
れ性向上効果の促進作用を有するが、含有量が 0.005％
未満ではこれらの効果が得られず、また、 0.025％を超
えて添加すると介在物の増加により靱性が劣化する。し
たがって、Ti含有量は 0.005〜0.025 ％の範囲とする。

【００３６】Caは非金属介在物の球状化作用を有し、異
方性の低減に有効であるが、含有量が0.001 ％未満では
その十分な効果が得られず、また、0.010 ％を超えて添
加すると介在物の増加により靱性が劣化する。したがっ
て、Ca含有量は 0.001〜0.010 ％の範囲とする。

【００３７】

【実施例】以下に、本発明に係わる溶接性の優れた570N
/mm²級以上の低降伏比高張力鋼板の実施例について説明
するが、本発明は本実施例のみに限定されるものではな
い。

【００３８】供試鋼板は表３に示す化学成分を有する鋼
片を、表４に示す板厚25〜80mmの鋼板に圧延した後、種
々の熱処理を施したものである。これらの鋼板から試験
片を採取し、母材の引張試験、ミクロ組織調査を行っ
た。その結果を表４に示す。

【００３９】表４から明らかなように、本発明の鋼板Ａ
〜Ｉは、いずれも570N/mm²級以上の引張強さと85％未満
の低降伏比を有している。

【００４０】これに対して、比較例の鋼板Ｊ〜Ｎはミク
ロ組織が本発明の限定条件を満足していないため、強度
が低すぎるか、降伏比が高すぎる。

【００４１】

【表３】

【００４２】

【表４】

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の溶接性の
優れた570N/mm²級以上の低降伏比高張力鋼板は、化学成
分を規制し、ミクロ組織中のフェライトを 1％以上と、
母材の平均 C量に比べ C量が５倍以上に濃縮した高C マ
ルテンサイトを 3％以上有しているため、本発明の鋼板
は良好な溶接性を有し、85％以下の低い降伏比を有する
570N/mm²級以上の高張力鋼板である。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱処理条件を示す図である。

【図２】熱処理後の引張試験結果と各相の分率を示す図
である。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−110423（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−110422（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−36724（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 C:0.05〜0.20％、 Si:0.05〜0.50％、 M
   n:0.30〜1.80％、Al:0.005〜0.10％を含有し、残部Feお
   よび不可避的不純物からなる鋼板で、 1％以上の分率の
   フェライトと、母材の平均 C量に比べ C量が５倍以上に
   濃縮した 3％以上の分率の高C マルテンサイトを有する
   ことを特徴とする溶接性の優れた570N/mm²級以上の低降
   伏比高張力鋼板。
2. 【請求項２】 化学成分として、さらに Cu:0.05〜1.20
   ％、 Ni:0.05〜3.00％、Cr: 0.05〜1.20％、 Mo:0.05〜
   1.00％、 V:0.005〜0.08％、Nb:0.005〜0.05％、B:0.00
   03〜0.0025％、Ti:0.005〜0.025 ％、Ca:0.001〜0.010
   ％の内から選んだ１種または２種以上を含有する請求項
   １記載の溶接性の優れた570N/mm²級以上の低降伏比高張
   力鋼板。