JP2510921B2 - 鋼材の熱間圧延組織制御方法 - Google Patents

鋼材の熱間圧延組織制御方法

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JP2510921B2
JP2510921B2 JP4037374A JP3737492A JP2510921B2 JP 2510921 B2 JP2510921 B2 JP 2510921B2 JP 4037374 A JP4037374 A JP 4037374A JP 3737492 A JP3737492 A JP 3737492A JP 2510921 B2 JP2510921 B2 JP 2510921B2
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泰光 尾上
崇史 藤田
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は結晶粒径の微細な厚鋼板
の製造法に関するものである。
【0002】
【従来の技術およびその課題】海洋構造物や橋梁等の構
造部材として使用される厚鋼板の材質は化学成分や熱処
理により決まる。最近では低温での圧延を主体とした制
御圧延法および圧延後に引続いて冷却を行う加速冷却法
により良好な強度、靭性を有する厚鋼板の製造が可能と
なってきた。こういった技術に特公昭49−7291号
公報、特公昭57−21007号公報、さらに特公昭5
9−14535号公報等がある。
【0003】一般的な制御圧延では、高温域においてオ
ーステナイトを圧延再結晶により微細化し、さらに低温
域においてオーステナイトを未再結晶状態のまま十分に
延伸せしめ、その後の変態過程で微細なフェライトを得
る方法がとられている。しかるに、高温域の圧延におい
ては、オーステナイト粒径は例え再結晶により微細化し
ても引続き生ずる粒成長により再び粗大化し、圧延再結
晶による微細化効果を十分に享受できないという欠点が
あった。また、オーステナイトを未再結晶状態で圧延す
る場合は、高温域の圧延終了後の長時間にわたる温度低
下待ち時間中にオーステナイトが粒成長してしまい、靭
性が劣化すると同時に生産性も著しく阻害されるという
欠点があった。制御圧延後に引続いて冷却をおこなう加
速冷却法の場合でもこれらの問題点は基本的に同じであ
る。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は上記のような従
来法の欠点を有利に排除しうる、鋼材の熱間圧延組織制
御方法であり、その要旨とする所は次の通りである。 (1)鋼材の熱間圧延において所定の金属組織を得るこ
とを目的として、圧延パス毎に前もって圧下率を設定
し、さらに圧延温度と圧下率の所定の関係式にしたがっ
て圧延温度を計算により求め、この圧延温度となるよう
に鋼材を加熱または冷却した後圧延することを1回以上
繰り返すことを特徴とする鋼材の熱間圧延組織制御方
法。 (2)鋼材の熱間圧延において所定の金属組織を得るこ
とを目的として、圧延パス間毎に前もって設定した圧延
温度となるように鋼材を加熱または冷却し、さらに圧延
温度と圧下率の所定の関係式にしたがって圧下率を計算
により求め、この圧下率で鋼材を圧延することを1回以
上繰り返すことを特徴とする鋼材の熱間圧延組織制御方
法にある。
【0005】本発明の対象となる鋼の成分系は特には定
める必要はない。以下に示すような通常の実用鋼の成分
系の範囲であれば本発明は有効である。Cは鋼材を強化
するために不可欠の元素であって、0.02%未満では
所要の高強度が得られにくく、また0.50%を越える
と溶接部の靭性が損なわれるため0.02%以上0.5
0%以下が望ましい。Siは脱酸を促進しかつ強度をあ
げることで効果的な元素であるので0.01%以上添加
することが望ましいが、添加しすぎると溶接性を劣化さ
せるため2.0%以下にとどめることが望ましい。Mn
は低温靭性を向上させる元素として有効であるので0.
3%以上添加することが望ましいが、3.5%以上添加
すると溶接割れを促進させるおそれがあるので、3.5
%以下にとどめることが望ましい。Nbは微量でオース
テナイトの圧延再結晶を抑制する元素で、未再結晶圧延
の強化に有効であるため、0.001%以上添加しても
良いが、過度の添加は溶接継手靭性を劣化させるため、
0.1%以下にとどめることが望ましい。Alは脱酸剤
として有効であるので0.002%以上添加しても良い
が、過量のAlは材質にとって有害な介在物を生成する
ため添加量は0.1%以下が望ましい。
【0006】Tiは微量の添加で結晶粒の微細化に有効
であるので、溶接部靭性を劣化させない程度の量を添加
しても良い。そのため添加量の上限は0.10%とする
ことが望ましい。Cu、Ni、Cr、Mo、Co、Wは
いずれも焼入れ性を向上させる元素として知られており
鋼の強度を上昇させることができるが、過度の添加は溶
接性を損なうことになるため、Cuは3.0%以下、N
iは10%以下、Crは10%以下、Moは3.5%以
下、Coは10%以下、Wは2%以下にとどめることが
望ましい。Vは析出効果により強度の上昇に有効である
が、過度の添加は靭性を損なうことになるため、上限を
0.10%とすることが望ましい。Bは焼入れ性を向上
させる元素として知られており本発明鋼に添加した場合
鋼の強度を上昇させることができるが、過度の添加はB
の析出物を増加させて靭性を損なうことになるため、上
限を0.0025%とすることが望ましい。RemとC
aはSの無害化に有効であるが、過度の添加は靭性を損
なうことになるため、上限をそれぞれ0.10%、0.
0030%とすることが望ましい。
【0007】次に本発明の根幹をなす技術思想について
述べる。従来、厚鋼板の靭性を向上させる加工方法とし
ては、オーステナイトの再結晶温度域における圧延で結
晶粒を再結晶により微細化し、引続き未再結晶温度域に
おける圧延において結晶粒を十分に延伸せしめ、そのま
まの状態で変態させることが有効とされてきた。しか
し、これまでの圧延法では、特開昭53−40620、
40621号公報、特開昭59−182916号公報、
特開昭60−56017号公報のように、圧延中に温度
制御をする方法はあったものの、圧延中の金属組織の逐
次変化に基づいて、圧延パス間時間、圧下率および圧延
温度を圧延パス毎に制御することがなかったために、高
温での圧延で再結晶した粒はパス間時間内の粒成長によ
り再び粗大化する場合が多い。さらに、再結晶温度域か
ら未再結晶温度域まで温度が低下する間の待ち時間中に
結晶粒が粒成長により粗大化する傾向があり、上記の圧
延法の効果を十分に享受することができなかった。
【0008】しかるに、本発明者らは、上記の限界を打
破することを可能とする新しい鋼材の熱間圧延組織の制
御方法を発明した。本発明者らは、通常の厚板圧延の圧
延パス間時間、圧下率および圧延温度と金属組織との関
係を詳細に調査した結果、通常の圧延パス間時間ちょう
どに圧延再結晶を完了させるための条件として圧延温度
と圧下率の関係が(1)式で表されることを見出だし
た。 Tfi =ff (Ri ,cj ) …(1) また、通常の圧延パス間時間内では再結晶が開始しない
(オーステナイトが未再結晶状態である)ための条件と
して圧延温度と圧下率の関係が(2)式で表されること
を見出だした。 Tsi =fs (Ri ,cj ) …(2) ただし(1)式、(2)式とも、 Tfi 、Tsi :iパス目の圧延温度(K)、 Ri :iパス目の圧延下率=(入側板厚−出側板厚)/
入側板厚、 cj :j番目の添加元素の添加量(重量%) ff 、fs :所定の関数。
【0009】すなわち、圧延再結晶による微細化を狙う
場合には、(1)式の圧延温度と圧下率の関係を満たす
圧延条件を選定することにより、オーステナイトは次パ
スの圧延直前に再結晶を完了する。これにより再結晶に
引続いて生ずる粒成長を完全に回避することができる。
一方、未再結晶圧延によるオーステナイトの延伸を狙う
場合には、(2)式の圧延温度と圧下率の関係を満たす
圧延条件を選定することにより、オーステナイトを完全
に未再結晶状態に保つことが可能となる。これにより、
従来のような長時間におよぶ温度低下待ちは不要とな
り、その間の粒成長の削除、さらには生産性の大幅な向
上も可能となる。
【0010】本発明は、鋳造後冷片にすることなく鋳片
を直接圧延する場合でも、鋳造後冷片としたものを再加
熱圧延する場合でも有効である。加熱温度も特に定める
必要はないが、通常はAc3点以上に加熱する。高温域
の圧延では、圧延再結晶によるオーステナイトの微細化
を狙うため、圧延パス毎に前もって圧下率を設定する場
合は上記(1)式の圧延温度と圧下率の関係式にしたが
って圧延温度を計算により求め、この圧延温度となるよ
うに鋼材を加熱または冷却し圧下する。さらにこのよう
な手法を繰り返しても良い。また、圧延パス間毎に前も
って設定した圧延温度となるように鋼材を加熱または冷
却する場合も、上記(1)式の圧延温度と圧下率の関係
式にしたがって圧下率を計算により求め、この圧下率で
鋼材を圧延する。さらにこのような手法を繰り返しても
良い。
【0011】また、引続きオーステナイトの未再結晶圧
延を狙う場合は、圧延パス毎に前もって圧下率を設定す
る場合は上記(2)式の圧延温度と圧下率の関係式にし
たがって圧延温度を計算により求め、圧延噛み込み時に
この圧延温度となるように鋼材を加熱または冷却する。
さらにこのような手法を繰り返しても良い。また、圧延
パス間毎に前もって設定した圧延温度となるように鋼材
を加熱または冷却する場合も、上記(2)式の圧延温度
と圧下率の関係式にしたがって圧下率を計算により求
め、この圧下率で鋼材を圧延する。さらにこのような手
法を繰り返しても良い。このような制御方法の手順を図
1、図2にまとめて示す。金属組織制御の面からは冷却
の手段を限定する必要はない。また本発明では、圧延終
了後に放冷、加速冷却、直接焼入れ・焼戻しなどのいず
れの手段を用いても有効である。
【0012】
【実施例】次に本発明の実施例を詳細に説明する。また
表1に示す成分の本発明鋼について、下記(3)式、
(4)式を元に設定した表2〜表4に示すような本発明
方法で制御した場合と、本発明法を適用しなかった場合
について、表5に示したオーステナイト結晶粒径、強
度、靭性となる。ただしオーステナイト結晶粒径は圧延
直後に焼入れることにより観察したもので、材質試験片
を採取した厚鋼板と同じ設定条件で圧延した厚鋼板から
試験片を採取した。通常の圧延パス間時間ちょうどに圧
延再結晶を完了させるための条件として圧延温度と圧下
率の関係式は例えば(3)式の不等式のようになる。 77500/(71.2+A×ln(−ln(1−R))+20≧T≧ 77500/(71.2+A×ln(−ln(1−R))−20 …(3)
【0013】また、通常の圧延パス間時間内では再結晶
が開始しない(オーステナイトが未再結晶状態である)
ための条件として圧延温度と圧下率の関係式は例えば
(4)式の不等式のようになる。 75500/(74.1+A×ln(−ln(1−R))+20≧T≧ 75500/(74.1+A×ln(−ln(1−R))−20 …(4) ただし(3)式、(4)式とも、
【0014】
【化1】A=7.96+〔24.9×(R−0.2)+
5.1〕×{(1−exp(K ×c ))+(1−e
xp(K ×c ))+(1−exp(K ×c ))
+…+(1−exp(Ki×ci))} ci:元素iの添加量(重量%)、Ki:元素iに関す
る係数 T:各圧延パスの圧延温度(K) R:各圧延パスの圧下率=(入側板厚−出側板厚)/入
側板厚。 Kiは例えば表6に示した値となる。表5より、明らか
に本発明の制御方法を適用して製造した鋼は優れた特性
を示し、本発明は有効である。
【0015】
【表1】
【0016】
【表2】
【0017】
【表3】
【0018】
【表4】
【0019】
【表5】
【0020】
【表6】
【0021】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の制御方法を
適用して製造することにより、極めて優れた高強度及び
高靭性鋼材を得ることを可能とした方法を提供すること
にある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る制御方法の手順を示す図。
【図2】本発明に係る他の制御方法の手順を示す図であ
る。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鋼材の熱間圧延において所定の金属組織
    を得ることを目的として、圧延パス毎に前もって圧下率
    を設定し、さらに圧延温度と圧下率の所定の関係式にし
    たがって圧延温度を計算により求め、圧延噛み込み時に
    この圧延温度となるように鋼材を加熱または冷却した後
    圧延することを1回以上繰り返すことを特徴とする鋼材
    の熱間圧延組織制御方法。
  2. 【請求項2】 鋼材の熱間圧延において所定の金属組織
    を得ることを目的として、圧延パス間毎に前もって設定
    した圧延温度となるように鋼材を加熱または冷却し、さ
    らに圧延温度と圧下率の所定の関係式にしたがって圧下
    率を計算により求め、この圧下率で鋼材を圧延すること
    を1回以上繰り返すことを特徴とする鋼材の熱間圧延組
    織制御方法。
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