JP2601539B2

JP2601539B2 - 超音波異方性の少ない低降伏比高強度・高靭性鋼板の製造法

Info

Publication number: JP2601539B2
Application number: JP1018691A
Authority: JP
Inventors: 修嗣高嶋; 隆司下畑; 清岩井; 光明柴田; 充池田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1989-01-27
Filing date: 1989-01-27
Publication date: 1997-04-16
Anticipated expiration: 2012-04-16
Also published as: JPH02197522A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、超音波異方性の少ない低降伏比高強度・高
靱性鋼板の製造法に関し、特に高層ビル用鋼材として鋼
構造の耐震安全性を向上できる高張力鋼板の製造法に関
するものである。

（従来の技術及び解決しようとする課題）現在、高張力鋼板の主要な製造法であるTMCP（Thermo
Mechanical Control Process）は、制御圧延と制御冷
却を組合わせた技術であって、強度と靱性を共に付与す
ることが可能である。

例えば、特開昭54-71714号公報に示されているよう
に、鋼を加熱し、未再結晶温度域で30％以上の圧延を行
った後、Ar₃変態点以上の温度から３℃/sec以上の冷却
速度で500℃以上650℃以下の温度域まで冷却する方法が
あり、優れた強度、靱性が得られている。

しかし、この方法では、優れた靱性を得るために熱間
圧延を比較的低温である未再結晶温度域で行う制御圧延
が必須要件となっており、かゝる制御圧延を行って製造
した鋼は、超音波斜角探傷において、探傷方向によって
は著しく感度が低下し（以下、この現象を「超音波異方
性」という）、探傷が困難となることから、鋼溶接部の
健全性が検査できないという欠点を有している。

また、低温域の圧延を施した鋼は、一般に降伏比｛YR
＝（降伏強さ／引張強さ）×100（％）｝が高く、これ
ら鋼を用いた骨組み部材の塑性変形能が小さくなること
から、高層ビルなど耐震安全性が強く要望される鋼構造
部材としては不適当である。

一方、低温域の圧延を行わない場合、すなわち、オー
ステナイトの未再結晶温度域では圧延を行わない場合
は、超音波異方性の軽減及び低降伏比化に有効である
が、圧延による細粒化効果がなくなり、靱性の低下とい
う新たな問題が発生する。

本発明は、上記従来技術の欠点を解消し、従来の制御
圧延・制御冷却鋼の優れた強度、靱性を維持しつつ、超
音波異方性を軽減乃至解消し且つ低降伏比化を可能にす
る高張力鋼板の製造方法を提供することを目的とするも
のである。

（課題を解決するための手段）前記目的を達成するため、本発明者は、鋭意研究を重
ねた結果、適正な成分調整と共に、オーステナイトの再
結晶温度域での適切な条件による制御圧延と圧延後の制
御冷却を組合わせることにより、超音波異方性が少な
く、皆無にすることができ、しかも降伏比の低い高強度
・高靱性鋼が得られることを見い出し、本発明をなした
ものである。

すなわち、本発明は、C:0.10〜0.18％、Si:0.05〜0.5
0％、Mn:0.7〜1.8％、Ti:0.05〜0.020％、Al:0.005〜0.
1％及びN:0.002〜0.006％を含有すると共に、Cu:0.3％
以下、Ni:0.3％以下、Cr:0.2％以下、Mo:0.1％以下、N
b:0.01％以下、V:0.01％以下に規制し、かつ、炭素当量
Ceq（＝Ｃ＋Si/24＋Mn/6＋Ni/40＋Cr/5＋Mo/4＋V/14）
（％）が0.40％以下であり、残部がFe及び不可避的不純
物よりなる鋼スラブを950〜1150℃の範囲に加熱し、オ
ーステナイトの再結晶域で全圧下率60％以上を確保し、
且つ該再結晶温度域で圧延を終了した後、鋼板の温度が
Ar₃変態点温度以上から２〜20℃/sec範囲の冷却温度で4
50〜600℃の温度範囲まで冷却し、フェライトとベイナ
イトとの混合組織とすることを特徴とする超音波異方性
の少ない低降伏比高強度・高靱性鋼板の製造法を要旨と
するものである。

以下に本発明を更に詳細に説明する。

（作用）まず、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: Ｃは最も安価な元素で強度上昇に有効な元素である
が、過多に添加すると溶接性が著しく低下するため、上
限を0.18％とする。しかし、Ｃ量が0.10％未満になると
強度不足が生じ、それを補うため、後述する高価な合金
元素（Cu、Ni、Cr、Moなど）の添加が必要となるが、こ
れら合金元素の添加を過多に行うと降伏比の増加を招く
ので好ましくない。この降伏比の増加を抑え、目標強度
（引張強さで50kgf/mm²以上）を確保するために、最
低、0.10％のＣ量の添加が必要である。したがって、Ｃ
量は0.10〜0.18％の範囲とする。

Si: Siは脱酸のために0.05％以上の添加が必要であるが、
0.50％を超えて過多に添加すると溶接性並びにHAZ（溶
接熱影響部）の靱性が低下するため、Si量は0.05〜0.50
％の範囲とする。

Mn量： Mnは強度と靱性を共に高める元素として有効である。
その効果を発揮するためには0.7％以上の添加が必要で
ある。しかし、1.8％を超えると溶接性及びHAZの靱性が
著しく低下するので好ましくない。したがって、Mn量は
0.7〜1.8％の範囲とする。

Cu、Ni、Cr、Mo: これら合金元素は、高価であり、しかも降伏比を上昇
させるため、その添加をできるだけ避けるのが望まし
い。しかし、厚肉鋼板で板厚中心部の強度低下を抑制す
る作用があるので、微量添加する場合がある。その場
合、降伏比が著しく増加しない上限値は、それぞれCuは
0.3％、Niは0.3％、Crは0.2％、Moは0.1％である。した
がって、Cu量は0.3％以下、Ni量は0.3％以下、Cr量は0.
2％以下、Mo量は0.1％以下に規制する。

Nb: Nbは強度、靱性を共に向上させる元素として知られて
いるが、熱間圧延後、加速冷却を行った場合、焼入性向
上元素であるNbを添加した鋼は、第２相組織のベイナイ
ト量が増加し、しかも軟質のフェライトが生成しにく
い。その結果、降伏比が上昇するため、その含有を制限
する意味から、Nb量は0.01％以下と厳しく規制する。

V: Ｖも強度、靱性を共に向上させる元素であるが、圧延
後、鋼中にバナジウムの炭・窒化物が析出し、降伏比を
上昇させるため、Ｖ量は0.01％以下と厳しく規制する。

Ti: Tiは本発明では重要な元素であり、スラブ加熱時に鋼
中で微細なTiNとして存在し、加熱オーステナイト粒の
粗大化を防止する効果がある。後述するように、適正な
再結晶温度域圧延と微細なTiN生成との複合効果によ
り、低温域の圧延を施さなくても良好な靱性を確保する
ことが可能である。この効果を発揮させるためには、0.
005％以上の添加が必要である。しかし、0.020％を超え
て過多に添加してもその効果が飽和する。したがって、
Ti量は0.005〜0.020％の範囲とする。

Al: Alは脱酸のために少なくとも0.005％の添加が必要で
あるが、0.1％を超えて過多に添加すると非金属介在物
が増加し、靱性が低下するため、Al量は0.1％以下とす
る。

N: ＮはTiと結びついてTiNを生成し、加熱時のオーステ
ナイト粒粗大化の防止に有効である。その効果を発揮す
るためには0.002％以上の含有が必要であるが、0.006％
を超えて過多に添加すると溶接継手部の靱性が劣化する
ため、Ｎ量は0.006％以下とする。

炭素当量Ceq: 但し、これらの元素は、上記含有量範囲において、以
下に定義される炭素当量Ceqが所定量以下になるように
含有させる必要がある。

すなわち、炭素当量Ceq（％）は、Ceq＝Ｃ＋Si/24＋M
n/6＋Ni/40＋Cr/5＋Mo/4＋V/14と定義され、Ceqが0.40
％を超えると、適正な加熱、圧延、冷却条件で製造して
もミクロ組織がベイナイト単相となり、靱性の低下及び
降伏比の著しい増加を招くため好ましくない。したがっ
て、Ceqは0.40％以下とする。

次に、本発明における上記成分組成の鋼の加熱、圧
延、冷却条件について説明する。

加熱温度：本発明では、降伏比の上昇を招く低温の未再結晶温度
域圧延を行なわないため、加熱時のオーステナイト粒の
粗大化防止の観点から、できるだけ低い加熱温度が望ま
しいが、圧延中の温度降下を考慮して950〜1150℃とす
る。

圧延：本発明で再結晶温度域圧延を行うのは、オーステナイ
ト粒を微細な再結晶オーステナイト粒にするためであ
り、第１図に示すように、圧下率が大きいほど細粒化
し、靱性が向上する傾向にあり、安定して良好な靱性を
確保するためには再結晶温度域の圧下率を60％以上とす
る。

また、再結晶温度域圧延においては、第２図に示すよ
うに、仕上温度が上昇すると低降伏比化及び超音波異方
性の低減を図ることができる。図示の場合、降伏比YRを
75％以下、超音波屈折角度差θ_L-Cを１以下にするには
仕上温度を820℃以上、更には850℃以上にするのが望ま
しいことからもわかるように、仕上温度は再結晶温度域
の温度とする。

加速冷却：上記条件による熱間圧延後、冷却するが、冷却開始ま
での時間が短く高温ほど望ましい。

特に冷却開始温度がAr₃変態点より低くくなると、冷
却による強度上昇効果が小さくなるため、冷却開始の下
限温度をAr₃変態点とする。

また、冷却速度は、第３図に示すように、降伏比の点
から適正な範囲が存在している。すなわち、20℃/secを
超える強冷却を行うと、ミクロ組織がベイナイト単相と
なり、降伏比を下げるのに有効な軟質フェライトが生成
しなくなり、降伏比が著しく上昇し、また２℃/secより
も遅い冷却速度では強度上昇効果が得られない。したが
って、冷却速度は２〜20℃/secの範囲とする。

更に、冷却停止温度は450〜600℃に規制する。これ
は、450℃未満では島状マルテンサイトが生成し、靱性
が著しく劣化するためであり、また、600℃を超える
と、強度上昇効果が小さくなるためである。

以上の条件により、従来の製造法において必然的に発
生する超音波異方性の存在及び高降伏比化という欠点を
解消することができる。すなわち、適正に成分調整され
た鋼に適切な再結晶温度域圧延とその後の制御冷却を組
合わせて適用して、鋼のミクロ組織を軟質フェライトと
微細なベイナイト混合組織に制御することにより、超音
波異方性が小さく、しかも降伏比の低い高強度・高靱性
鋼板を製造できる。

次に本発明の実施例を示す。

（実施例）第１表に示す化学成分を有する鋼につき、第２表に示
す条件で加熱、圧延、冷却し、同表に示す板厚の鋼板を
製造した。

得られた鋼板の機械的性質及び超音波異方性を調べた
結果を第２表に併記する。

なお、第１表において、記号Ａ〜Ｄの各鋼は本発明範
囲の化学成分を有する鋼である。また記号Ｅ〜Ｈの各鋼
は本発明範囲外の化学成分を有する鋼であり、Ｅ鋼はNb
添加量が多く、Ｆ鋼はCu、Ni、Mo量が多く、Ｇ鋼は炭素
当量Ceqが高く、Ｈ鋼はTiが添加されていない例であ
る。

また、第２表において、鋼記号A1、A2は、第１表の鋼
Ａに対して異なる製造条件を適用したことを意味してお
り、鋼記号B1、B2……についても同様である。

第２表より明らかなように、本発明鋼A1、B1、C1、D1
は、いずれも適正な化学成分で且つ適切な制御圧延、制
御冷却条件下で製造したものであるので、引張強さは50
kgf/mm²以上であり、降伏比は71〜73％と安定して低
く、靱性も高い値が得られ、しかも超音波異方性も極め
て小さく、実際に超音波探傷において問題とならないレ
ベルであり、皆無にすることもできる。

一方、比較鋼A2は、仕上温度が低いため降伏比が高
い。比較鋼B2は、加熱温度が高いため細粒化が不充分で
あり、靱性（vTrs）も劣化している。比較鋼C2は、冷却
速度が大きいため軟質フェライトの生成がなくなること
から、降伏比が高く、靱性も低くなっている。比較鋼D2
は、制御冷却を行なわない例で、強度は50kgf/mm²未満
と低い。

また比較鋼Ｅは、Nbを過多に添加しているため、降伏
比が高く、超音波異方性も大きくなっている。比較鋼Ｆ
は、Cu、Ni、Moが過多に添加されているため降伏比が高
い。比較鋼Ｇは、Ceqが高く、軟質フェライトが生成し
難いため、高い降伏比を示す。比較鋼Ｈは、Tiが添加さ
れていないため、微細な再結晶オーステナイト粒が得ら
れないことから、靱性が劣化している。

（発明の効果）以上詳述したように、本発明によれば、従来の制御圧
延、制御冷却鋼の優れた強度、靱性を維持しつつ、超音
波異方性を軽減乃至解消し且つ低降伏比化を可能にする
ことができる。

【図面の簡単な説明】第１図は再結晶温度域圧延時の全悪化率と靱性（vTrs）
の関係を示す図、第２図は圧延仕上温度と降伏比（YR）及び超音波屈折角
度差（θ_L-C）（超音波異法性）の関係を示す図、第３図は冷却速度と引張強さ（TS）及び降伏比（YR）の
関係を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者池田充兵庫県加古川市平岡町二俣1009 神鋼二俣社宅Ｂ３―405 (56)参考文献特開平１−159320（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−235431（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−179020（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で（以下、同じ）、C:0.10〜0.18
％、Si:0.05〜0.50％、Mn:0.7〜1.8％、Ti:0.05〜0.020
％、Al:0.005〜0.1％及びN:0.002〜0.006％を含有する
と共に、Cu:0.3％以下、Ni:0.3％以下、Cr:0.2％以下、
Mo:0.1％以下、Nb:0.01％以下、V:0.01％以下に規制
し、かつ、炭素当量Ceq（＝Ｃ＋Si/24＋Mn/6＋Ni/40＋C
r/5＋Mo/4＋V/14）（％）が0.40％以下であり、残部がF
e及び不可避的不純物よりなる鋼スラブを950〜1150℃の
範囲に加熱し、オーステナイトの再結晶域で全圧下率60
％以上を確保し、且つ該再結晶温度域で圧延を終了した
後、鋼板の温度がAr₃変態点温度以上から２〜20℃/sec
範囲の冷却速度で450〜600℃の温度範囲まで冷却し、フ
ェライトとベイナイトとの混合組織とすることを特徴と
する超音波異方性の少ない低降伏比高強度・高靱性鋼板
の製造方法。