JP2567514B2 - ヤング率の高い構造用鋼板の製造方法 - Google Patents

ヤング率の高い構造用鋼板の製造方法

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JP2567514B2 JP2266089A JP26608990A JP2567514B2 JP 2567514 B2 JP2567514 B2 JP 2567514B2 JP 2266089 A JP2266089 A JP 2266089A JP 26608990 A JP26608990 A JP 26608990A JP 2567514 B2 JP2567514 B2 JP 2567514B2
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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、圧延方向に直角な方向(以下C方向と称
す)のヤング率の優れた表層部と、靭性の優れた内層部
を有する、複層材質を有する構造用鋼板の製造方法に関
するものである。
<従来の技術> 一般に鋼板の剛性は、形状が一定ならばヤング率に比
例する。
従来鋼においては、単結晶や電磁鋼板のような特殊な
例を除くとヤング率はほぼ21000kgf/mm2で一定と考えら
れ、特に注目すべき材質特性とは見なされていなかっ
た。
しかし近年、使用上の特定方向の剛性向上が求めら
れ、これにC方向高ヤング率鋼板のC方向を適用するこ
とが検討されている。
この方法によると、板厚の増大や、形状の変更を行う
ことなしに構造物の剛性を高めることが可能である。
一方、従来の高ヤング率鋼に関する提案は、2相域あ
るいはフェライト域での圧延加工により圧延集合組織を
発達させ、鋼板特定方向のヤング率を向上させるもので
ある。
例えば特公昭58−14849号公報に、高ヤング率鋼材の
製造法が開示されている。ここに開示された高ヤング率
鋼材は、化学成分を規定した鋼を二相域圧延し、圧延仕
上げ後300℃までの冷却速度を制御し、次いで700℃以下
の温度で焼戻すことにより、C方向のヤング率を約10%
程度高め得ることが示されている。
また、特公昭62−4448号公報には、Cを0.03重量%未
満とした鋼を、Ar3以下600℃以上の温度範囲での圧下率
を規定し、450℃以上720℃以下で巻取ることにより、最
高24300kgf/mm2までC方向のヤング率を高める方法が記
載されている。
<発明が解決しようとする課題> しかしながら、前記した提案は何れも実用時に次に述
べる様な問題点を内在しており、それぞれに改善が待た
れている。
即ち、特公昭58−14849号公報の提案による方法で
も、ヤング率の向上代は高々10%程度である。
ところが市場では近年、船体の軽量化に基づく鋼板の
減肉ニーズが高まっているが、C方向のヤング率の10%
程度の上昇では、板厚減少率は高々5%程度である。
また、特公昭62−4448号公報には、C≦0.03%の成分
限定を必須要件と記載しており、実質的には極軟鋼の製
造法に関するものであり、構造用鋼の要求強度を満たす
ことは不可能である。
本発明はこれらの問題点を解消すると共に、材質を複
層化した構造様鋼板の製造方法の提供を課題とするもの
である。
<課題を解決するための手段> 本発明は上記課題を達成するために、 (1) 構造用鋼々片をAr1点以上1250℃以下の温度範
囲から、平均冷却速度0.4℃/秒以上で冷却を開始し、
板厚の2〜20%に対応する上下各表層部の温度をAr1
以下とし、その他の内層部分の温度をAr1点〜Ar3点とし
て後、圧下率50%以上の圧延を行なうことを特徴とする
ヤング率の高い構造用鋼板の製造方法を第一の手段と
し、 (2) 構造用鋼々片をAr1点以上1250℃以下の温度範
囲から、平均冷却速度0.4℃/秒以上で冷却を開始し、
板厚の2〜20%に対応する上下各表層部の温度をAr1
以下とし、その他の内層部分の温度をAr1点〜Ar3点とし
て後、圧下率50%以上の圧延を行ない、引き続き5℃/
秒以上の冷却速度(表面)にて温度600℃以下まで制御
冷却することを特徴とするヤング率の高い構造用鋼板の
製造方法を第2の手段とし、 (3) 構造用鋼々片をAr1点以上1250℃以下の温度範
囲から、平均冷却速度0.4℃/秒以上で冷却を開始し、
板厚の2〜20%に対応する上下各表層部の温度をAr1
以下とし、その他の内層部分の温度をAr1点〜Ar3点とし
て後、圧下率50%以上の圧延を行なって後700℃以下の
温度で焼戻しを行なうことを特徴とするヤング率の高い
構造用鋼板の製造方法を第3の手段とし、 (4) 構造用鋼々片をAr1点以上1250℃以下の温度範
囲から、平均冷却速度0.4℃/秒以上で冷却を開始し、
板厚の2〜20%に対応する上下各表層部の温度をAr1
以下とし、その他の内層部分の温度をAr1点〜Ar3点とし
て後、圧下率50%以上の圧延を行ない、引き続き5℃/
秒以上の冷却速度(表面)にて600℃以下の温度まで制
御冷却した後700℃以下の温度で焼戻しを行なうことを
特徴とするヤング率の高い構造用鋼板の製造方法を第4
の手段とする。
本発明が対象とする構造用鋼は、例えば前記した特公
昭58−14849号公報に記載され、次記するように、通常
の溶接構造用鋼が所要の材質を得るために、従来から当
業分野での活用が確認されている作用・効果の関係を基
に定めている添加元素の種類と量を同様に要して同等の
作用と効果が得られる。従って、これ等を含む鋼を本発
明は対象鋼とするものである。
これ等の各成分元素とその添加理由と量を以下に示
す。
Cは、鋼の強度を向上する有効な成分として添加する
ものであるが、0.20%を超える過剰な含有量では、2相
域圧延時の変形抵抗を増して圧延を困難にするばかり
か、溶接部に島状マルテンサイトを析出し、鋼の靭性を
著しく劣化させるので、0.20%以下に規制している。
Siは溶鋼の脱酸元素として必要であり、また強度増加
元素として有用であるが、1.0%を超えて過剰に添加す
ると、鋼の加工性を低下させ、溶接部の靭性を劣化させ
る。また、0.01%未満では脱酸効果が不十分なため、添
加量を0.01〜1.0%に規制している。
Mnも脱酸成分元素として必要であり、0.3%未満では
鋼の清浄度を低下し、加工性を害する。また鋼材の強度
を向上する成分として0.3%以上の添加が必要である。
しかし、Mnは変態温度を下げるので、過剰の添加により
2相域圧延温度が下がりすぎ、変形抵抗の上昇をきたす
ので、2.0%を上限としている。
Al及びNは、Al窒化物による鋼の微細化の他、圧延過
程での固溶、析出により、鋼の結晶方位の整合及び再結
晶に有効な働きをさせるために添加する。しかし、添加
量が少ないときにはその効果がなく、過剰の場合には鋼
の靭性を劣化させるので、Al:0.001〜0.20%、N:0.020
%以下に限定している。
以上が、本発明が対象とする鋼の基本成分であるが、
母材強度の上昇あるいは、継手靭性の向上の目的のた
め、要求される性質に応じて、合金元素を添加する場合
は、変態温度を下げ過ぎると、2相域での変形抵抗が増
して圧延が困難になるので合金の添加量としては、Ni,C
r,Mo,Cu,W,P,Co,V,Nb,Ti,Zr,Ta,Hf,希土類元素,Y,Ca,M
g,Te,Se,Bを1種類以上添加してよいが、合計で4.5%以
内に規制している。
この様にして製造された鋼片の温度は、通常のこの種
の鋼片の加熱条件、及び極度の低温域圧延による靭性劣
化と圧延中の温度低下による圧延の初期の作業性を配慮
してAr1点を下限とし、上限はオーステナイトの粗大化
防止から1250℃を上限としている。
又、途中冷却時の冷却速度は、空冷材の冷却速度以上
の平均冷却速度として0.4℃/秒以上とした。
又、Ar1点未満で圧延される上下各表層部の厚みが板
厚の2%未満では、ヤングの向上が15%未満であるの
で、Ar1点未満で圧延される厚みが板厚の2%以上と
し、その厚みが板厚の20%以上では内層部もフェライト
域圧延になって靭性が著しく劣化する。従ってAr1点未
満で圧延される厚み範囲を2〜20%とした。
またAr3点未満での圧下率が50%未満では、ヤング率
の向上が15%に達しないので、Ar3点未満の圧下率は50
%以上とした。
更に、この鋼板を加速冷却するには、水、水蒸気、気
水混合体等の何れかの冷却剤を用い、表面冷却速度は5
℃/秒以上で、600℃以下の温度まで冷却すればよく、
冷却速度が5℃/秒未満或いは冷却停止温度が600℃超
では、加速冷却による所定の強度向上が得られない。
加えて、700℃以下の温度に焼戻すことで、靭性の改
善が可能となるが、700℃超の温度では結晶の方向性が
失われるので700℃以下とした。
<作用> 従来の方法ではヤング率を15%以上向上させるために
は、鋼板全体をAr1点以下で加工する必要があった。
この場合、ヤング率は向上するものの靭性が極端に低
下して構造材料として使用できないばかりでなく、変形
抵抗が増加して圧延能率の著しい低下が避けられなかっ
た。
本発明者等は、前記従来技術が有する課題を解消する
ために、下記の化学成分を有する一般的な構造用鋼を用
いて種々実験検討を繰り返した。
C:0.10〜0.15% Si:0.15〜0.25% Mn:0.8〜1.6% Al:0.01〜0.05% N:0.0020〜0.0050% 結果を第1図に示す。
第1図は、Ar1点未満となっている上下各表層部の厚
みが板厚に対する割合と、3点曲げ試験により得た鋼板
のヤング率の関係を鋼板の圧下率別に示したものであ
る。
この調査の結果、Ar1点未満で圧延される上下各層部
の厚みが板厚の2〜20%で、且つその他の内層部がAr1
点〜Ar3点温度域で50%以上の圧下率で圧延されると、
優れた靭性の下にC方向のヤング率が15%以上向上する
ことを知見した。
以上のことから、構造用鋼板は圧延開始前に水冷によ
り、圧延される鋼板厚みに対し、2〜20%の割合に対応
した上下各表層部をAr1点以下の温度とし、その他の内
層部をAr1点以上Ar3以下の温度域として圧延すると、Ar
1点以下で加工せずにすむため、生産性良くヤング率の
優れた表層部と低温靭性に優れた内層部からなる、材質
複層化構造用鋼板が得られることを見出した。
本発明は上記知見を基に成されたものである。
<実施例> (1) 供試鋼 本発明の鋼成分は、前記した一般的な構造用鋼の元素
と添加量であれば、何れの組合せでも良いのであるが、
表1に実施例に用いた化学成分を比較例のものと共に示
す。
これは、構造用鋼の分野で強度レベルが異なる代表的
な構造用鋼の化学成分である。
(2) 製造条件及び材質結果 製造条件及び得られた材質を表2に示す。
表1に示す供試鋼は鋼番1、2が40キロ級鋼、鋼番3
〜6が50キロ級鋼、鋼番7が60キロ級鋼である。また、
供試鋼は必要に応じてV,Nb,Ni,Ti,Cu,Ni,Cr,Mo等の合金
元素を添加している。
No.A1〜A7の本発明例は、何れも靭性を損なわず、生
産性良く製造できた。C方向のヤング率は従来の21000k
gf/mm2に対し、18.0%〜22.9%の向上が得られ、十分目
標を満足した構造用鋼板が得られた。
これに対し、比較例No.B1〜B8は、それぞれに問題が
あり、前記要望を満たす構造用鋼板が得られなかった。
即ち、Ar3点以下の2相域圧下率が50%未満の比較例N
o.B1は、ヤング率の向上が所要の域に到達しなかった。
加熱温度が1300℃と高い比較例No.B2、Ar1点未満で圧
延される上下各表層部の厚みが板厚の2%未満の比較例
No.B3,B4,B8、及び20%を超えた比較例No.B5,B6,B7はみ
な靭性が不良で、計画した用途には使用できなかった。
<発明の効果> 本発明は以上の説明から明らかな如く、圧延前の冷却
と2相域の圧延工程の技術的条件を限定的に組み合わせ
たので、C方向の剛性(ヤング率)が15%以上に向上し
た表層部と靭性の優れた内層部からなる材質複層化構造
用鋼板を、圧延後の焼戻し処理を省略した高い生産性の
もとに円滑に安定して製造することを可能としたもの
で、この種分野を中心に、産業界にもたらす効果は極め
て大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は、Ar1点未満となっている上下各表層部の厚み
が板厚に対する割合と、その時該各表層部外の内層部が
Ar1点〜Ar3点温度域で加えられた圧下率とヤング率の関
係を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 土師 利昭 大分県大分市大字西ノ洲1番地 新日本 製鐵株式会社大分製鐵所内 (56)参考文献 特開 昭60−56017(JP,A) 特開 昭64−57901(JP,A) 特開 平3−64413(JP,A) 特開 平3−215624(JP,A) 特開 昭63−50427(JP,A) 特開 昭57−149422(JP,A)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】構造用鋼々片をAr1点以上1250℃以下の温
    度範囲から、平均冷却速度0.4℃/秒以上で冷却を開始
    し、板厚の2〜20%に対応する上下各表層部の温度をAr
    1点以下とし、その他の内層部分の温度をAr1点〜Ar3
    として後、圧下率50%以上の圧延を行なうことを特徴と
    するヤング率の高い構造用鋼板の製造方法。
  2. 【請求項2】構造用鋼々片をAr1点以上1250℃以下の温
    度範囲から、平均冷却速度0.4℃/秒以上で冷却を開始
    し、板厚の2〜20%に対応する上下各表層部の温度をAr
    1点以下とし、その他の内層部分の温度をAr1点〜Ar3
    として後、圧下率50%以上の圧延を行ない、引き続き5
    ℃/秒以上の冷却速度(表面)にて温度600℃以下まで
    制御冷却することを特徴とするヤング率の高い構造用鋼
    板の製造方法。
  3. 【請求項3】構造用鋼々片をAr1点以上1250℃以下の温
    度範囲から、平均冷却速度0.4℃/秒以上で冷却を開始
    し、板厚の2〜20%に対応する上下各表層部の温度をAr
    1点以下とし、その他の内層部分の温度をAr1点〜Ar3
    として後、圧下率50%以上の圧延を行なって後700℃以
    下の温度で焼戻しを行なうことを特徴とするヤング率の
    高い構造用鋼板の製造方法。
  4. 【請求項4】構造用鋼々片をAr1点以上1250℃以下の温
    度範囲から、平均冷却速度0.4℃/秒以上で冷却を開始
    し、板厚の2〜20%に対応する上下各表層部の温度をAr
    1点以下とし、その他の内層部分の温度をAr1点〜Ar3
    として後、圧下率50%以上の圧延を行ない、引き続き5
    ℃/秒以上の冷却速度(表面)にて600℃以下の温度ま
    で制御冷却した後700℃以下の温度で焼戻しを行なうこ
    とを特徴とするヤング率の高い構造用鋼板の製造方法。
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JPS57149422A (en) * 1981-03-09 1982-09-16 Kobe Steel Ltd Manufacture of thick steel plate
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