JP2920849B2 - 低温靱性に優れ、ヤング率の高い高強度構造用鋼板の製造法 - Google Patents
低温靱性に優れ、ヤング率の高い高強度構造用鋼板の製造法Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、低温靱性に優れ、且つ
圧延方向に直角な方向(以下C方向と称す)のヤング率
を飛躍的に向上させた高強度構造用鋼板を効率よく経済
的に製造する方法に関するものである。
圧延方向に直角な方向(以下C方向と称す)のヤング率
を飛躍的に向上させた高強度構造用鋼板を効率よく経済
的に製造する方法に関するものである。
【0002】
【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。
ヤング率に比例する。
【0003】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 で一定と考えられていたため、特に注目すべき
材質特性とは見られていなかった。
うな特殊な例を除くとヤング率はほぼ21000kgf
/mm2 で一定と考えられていたため、特に注目すべき
材質特性とは見られていなかった。
【0004】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方向のヤング率を適用することが
検討されている。
が求められ、これにC方向のヤング率を適用することが
検討されている。
【0005】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。
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。
【0006】一方、高ヤング率鋼に関する提案は種々あ
り、その何れもが二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。
り、その何れもが二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。
【0007】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の製造法は、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℃以下の温度で焼き戻すこと
により、C方向のヤング率を約10%程度高めうるとさ
れている。
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の製造法は、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℃以下の温度で焼き戻すこと
により、C方向のヤング率を約10%程度高めうるとさ
れている。
【0008】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7
20℃以下で巻取ることにより、C方向のヤング率を最
高24300kgf/mm2 まで高める方法が記載され
ている。
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7
20℃以下で巻取ることにより、C方向のヤング率を最
高24300kgf/mm2 まで高める方法が記載され
ている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た方法は何れも実用時に次に述べる様な問題点を有して
おり、それぞれに改善が待たれている。
た方法は何れも実用時に次に述べる様な問題点を有して
おり、それぞれに改善が待たれている。
【0010】まずヤング率に関しては、特公昭58−1
4849号公報の方法では、ヤング率を向上させるため
集合組織の形成を著しく促進させる圧延法(α−γ二相
域大圧下圧延)が適用されているが、母材靱性の確保が
困難で、そのため保証温度は0℃であり、一段と厳しい
安全性確保の視点から、近年構造物の重要部材に求めら
れている−60℃以下の低温靱性を満たさない。更に、
近年造船メーカーが進めている運行燃費の低減から、船
体の軽量化に対応して、板厚を減肉しても必要な強度と
剛性が得られる鋼板としての要望を満たさない。
4849号公報の方法では、ヤング率を向上させるため
集合組織の形成を著しく促進させる圧延法(α−γ二相
域大圧下圧延)が適用されているが、母材靱性の確保が
困難で、そのため保証温度は0℃であり、一段と厳しい
安全性確保の視点から、近年構造物の重要部材に求めら
れている−60℃以下の低温靱性を満たさない。更に、
近年造船メーカーが進めている運行燃費の低減から、船
体の軽量化に対応して、板厚を減肉しても必要な強度と
剛性が得られる鋼板としての要望を満たさない。
【0011】また、特公昭62−4448号公報による
方法はC≦0.03%の成分限定を必須としており、T
S30kgf/mm2 以下の鋼板を対象とする製造方法
に関するものであり、本発明が対象としている構造用鋼
TS40kgf/mm2 以上の強度を満たさない。
方法はC≦0.03%の成分限定を必須としており、T
S30kgf/mm2 以下の鋼板を対象とする製造方法
に関するものであり、本発明が対象としている構造用鋼
TS40kgf/mm2 以上の強度を満たさない。
【0012】本発明は従来技術の問題点を解消し、効率
よく、経済的に高強度で低温靱性に優れたヤング率の高
い構造用鋼板を製造する方法を確立する。
よく、経済的に高強度で低温靱性に優れたヤング率の高
い構造用鋼板を製造する方法を確立する。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、温度が
Ar3 点以上1250℃以下の構造用鋼鋼片を再結晶終
了温度以下Ar3 点以上で圧下率≧20%の熱間圧延を
行い、直ちに5℃/秒以上で冷却し、Ar3 点未満で圧
下率≧50%の二相域圧延し焼入れ後、1℃/秒以上の
昇温速度で700℃以下の温度域で1秒以上600秒以
下の焼き戻し処理を行うことを特徴とする低温靱性に優
れ、ヤング率の高い構造用鋼板の製造法である。
Ar3 点以上1250℃以下の構造用鋼鋼片を再結晶終
了温度以下Ar3 点以上で圧下率≧20%の熱間圧延を
行い、直ちに5℃/秒以上で冷却し、Ar3 点未満で圧
下率≧50%の二相域圧延し焼入れ後、1℃/秒以上の
昇温速度で700℃以下の温度域で1秒以上600秒以
下の焼き戻し処理を行うことを特徴とする低温靱性に優
れ、ヤング率の高い構造用鋼板の製造法である。
【0014】
【作用】本発明は、例えば特公昭58−14849号公
報に記載されるように、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該分野で使用されている添加
元素の種類と量を同様に使用して同等の作用と効果が得
られる。従って、これ等を含む鋼を対象とする。
報に記載されるように、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該分野で使用されている添加
元素の種類と量を同様に使用して同等の作用と効果が得
られる。従って、これ等を含む鋼を対象とする。
【0015】各成分元素につきその添加理由と量を以下
に示す。
に示す。
【0016】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
量では二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
の靱性を著しく劣化させるので、0.20%以下に規制
する。
添加するものであるが、0.20%を超える過剰な含有
量では二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
の靱性を著しく劣化させるので、0.20%以下に規制
する。
【0017】Siは溶鋼の脱酸元素であり、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、溶接部の靱性を劣化さ
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%に規制する。
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、溶接部の靱性を劣化さ
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%に規制する。
【0018】Mnも脱酸成分元素であり、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%以上添加する。しか
し、Mnは変態温度を下げるので、過剰の添加により二
相域で圧延するためには温度を下げるのが良く、変形抵
抗の上昇をきたすので、2.0%を上限とする。
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%以上添加する。しか
し、Mnは変態温度を下げるので、過剰の添加により二
相域で圧延するためには温度を下げるのが良く、変形抵
抗の上昇をきたすので、2.0%を上限とする。
【0019】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靱性を劣化させるので、Al:0.
001〜0.20%、N:0.020%以下に限定す
る。
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靱性を劣化させるので、Al:0.
001〜0.20%、N:0.020%以下に限定す
る。
【0020】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靱性の向上の目
的のため、要求される性質に応じて合金元素を添加す
る。この場合は、変態温度を下げすぎると二相域での変
形抵抗が増し、圧延が困難になるので、Ni、Cr、M
o、Cu、W、P、Co、V、Nb、Ti、Zr、T
a、Hf、希土類元素、Y、Ca、Mg、Te、Se、
Bを1種類以上添加してよいが、合金の添加量としては
合計で4.5%以内に規制するのが好ましい。
であるが、母材強度の上昇あるいは継手靱性の向上の目
的のため、要求される性質に応じて合金元素を添加す
る。この場合は、変態温度を下げすぎると二相域での変
形抵抗が増し、圧延が困難になるので、Ni、Cr、M
o、Cu、W、P、Co、V、Nb、Ti、Zr、T
a、Hf、希土類元素、Y、Ca、Mg、Te、Se、
Bを1種類以上添加してよいが、合金の添加量としては
合計で4.5%以内に規制するのが好ましい。
【0021】この様にして製造された鋼片の加熱温度
は、通常のこの種鋼片の加熱条件、即ち圧延中の温度低
下による圧延の作業性を配慮して900℃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
限とする。
は、通常のこの種鋼片の加熱条件、即ち圧延中の温度低
下による圧延の作業性を配慮して900℃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
限とする。
【0022】又、再結晶終了温度以下且つAr3 点以上
での圧下率が20%未満では良好な低温靱性が得られな
いため、再結晶終了温度以下且つAr3 点以上での圧下
率≧20%とした。
での圧下率が20%未満では良好な低温靱性が得られな
いため、再結晶終了温度以下且つAr3 点以上での圧下
率≧20%とした。
【0023】又、Ar3 点未満での圧下率が50%未満
では、ヤング率の向上が10%未満であるので、Ar3
点未満の圧下率≧50%とした。
では、ヤング率の向上が10%未満であるので、Ar3
点未満の圧下率≧50%とした。
【0024】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。
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。
【0025】 C :0.05〜0.15% Si:0.15〜
0.25% Mn:0.8〜1.6% Al:0.01〜
0.05% N :0.0020〜0.0050%
0.25% Mn:0.8〜1.6% Al:0.01〜
0.05% N :0.0020〜0.0050%
【0026】その結果、図1〜図4を得た。図1は、未
再結晶域での圧下量が25%、二相域での圧下量が50
%の場合の途中制御冷却速度とvTrsで表わす低温靱
性の関係を示す。
再結晶域での圧下量が25%、二相域での圧下量が50
%の場合の途中制御冷却速度とvTrsで表わす低温靱
性の関係を示す。
【0027】図に示すように、途中制御冷却速度が5℃
/秒以上になると−60℃以下での靱性可能なレベルに
靱性が改善されることを知見した。
/秒以上になると−60℃以下での靱性可能なレベルに
靱性が改善されることを知見した。
【0028】これは高温での滞留時間が短くなるために
フェライト粒、またはオーステナイト粒の粒成長が抑制
されるために靱性が向上するものと考えられる。
フェライト粒、またはオーステナイト粒の粒成長が抑制
されるために靱性が向上するものと考えられる。
【0029】図2は、図1で示した圧延条件で製造した
鋼を昇温速度2℃/秒、保定時間450秒で種々の温度
で焼き戻し処理を行い、焼戻温度とC方向のヤング率の
向上代(従来鋼の21,000kgf/mm2 レベルに
対して)との関係を示したものである。
鋼を昇温速度2℃/秒、保定時間450秒で種々の温度
で焼き戻し処理を行い、焼戻温度とC方向のヤング率の
向上代(従来鋼の21,000kgf/mm2 レベルに
対して)との関係を示したものである。
【0030】本発明者等は、この図からヤング率が改善
される適切な焼戻温度範囲があることを知見した。
される適切な焼戻温度範囲があることを知見した。
【0031】これはα+γ域あるいはα域の圧延時に圧
延方向と直角の方向に{211}〈111〉を主方位と
する結晶粒が形成され、更に該方位を主方位としない結
晶粒がフェライトの再結晶温度以上の焼戻し過程におい
て、{211}〈111〉を主方位とする結晶粒に置換
される結果と思われる。
延方向と直角の方向に{211}〈111〉を主方位と
する結晶粒が形成され、更に該方位を主方位としない結
晶粒がフェライトの再結晶温度以上の焼戻し過程におい
て、{211}〈111〉を主方位とする結晶粒に置換
される結果と思われる。
【0032】また、700℃以上の焼戻し処理を行う
と、ヤング率の向上はもはや望めないことを知得した。
と、ヤング率の向上はもはや望めないことを知得した。
【0033】これは、特定且つ少数の結晶粒が、他の結
晶粒を合体し、成長していく過程で{211}〈11
1〉を主方位とする結晶粒が消滅し、全体の結晶方位が
ランダム化するためと思われる。
晶粒を合体し、成長していく過程で{211}〈11
1〉を主方位とする結晶粒が消滅し、全体の結晶方位が
ランダム化するためと思われる。
【0034】また、図3は、図1で示した圧延条件で製
造した鋼を焼戻温度650℃、昇温速度2℃/秒で焼き
戻しを行った際の焼き戻し温度での保定時間とC方向の
ヤング率の向上代(従来鋼の21,000kgf/mm
2 レベルに対して)との関係を示したものである。
造した鋼を焼戻温度650℃、昇温速度2℃/秒で焼き
戻しを行った際の焼き戻し温度での保定時間とC方向の
ヤング率の向上代(従来鋼の21,000kgf/mm
2 レベルに対して)との関係を示したものである。
【0035】本発明者等はこの図から、焼き戻し温度で
の保定時間が1秒以上600秒以下であるとC方向のヤ
ング率の向上代(従来鋼の21,000kgf/mm2
レベルに対して)が、20%以上となることを知得し
た。
の保定時間が1秒以上600秒以下であるとC方向のヤ
ング率の向上代(従来鋼の21,000kgf/mm2
レベルに対して)が、20%以上となることを知得し
た。
【0036】また、図4は、図1で示した圧延条件で製
造した鋼を焼戻温度650℃、保定時間450秒で焼戻
しを行った際の焼戻温度までの昇温速度とC方向のヤン
グ率の向上代(従来鋼の21,000kgf/mm2 レ
ベルに対して)との関係を示したものである。
造した鋼を焼戻温度650℃、保定時間450秒で焼戻
しを行った際の焼戻温度までの昇温速度とC方向のヤン
グ率の向上代(従来鋼の21,000kgf/mm2 レ
ベルに対して)との関係を示したものである。
【0037】本発明者等はこの図から、焼戻温度での保
定時間は1℃/秒以上とすることが、前記した圧延方向
と直角の方向{211}〈111〉方向を持った集合組
織を形成し、ヤング率を高めることを知得した。
定時間は1℃/秒以上とすることが、前記した圧延方向
と直角の方向{211}〈111〉方向を持った集合組
織を形成し、ヤング率を高めることを知得した。
【0038】
【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、実施
例に用いた化学成分を表1に共に示す。
添加量であれば何れの組合せでも良いのであるが、実施
例に用いた化学成分を表1に共に示す。
【0039】これは構造用鋼の分野で強度レベルが異な
る代表的な例の化学成分でもある。
る代表的な例の化学成分でもある。
【0040】(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。
【0041】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。又、供試鋼は必要に応じてV、Nb、N
i、Ti、Cu、Cr、Mo等の合金元素を添加してい
る。
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。又、供試鋼は必要に応じてV、Nb、N
i、Ti、Cu、Cr、Mo等の合金元素を添加してい
る。
【0042】No.A1〜A14の本発明例は、何れも
低温靱性、ヤング率の各特性が優れた構造用鋼板が得ら
れた。
低温靱性、ヤング率の各特性が優れた構造用鋼板が得ら
れた。
【0043】即ち、低温靱性は−61℃〜−110℃と
優れ、C方向のヤング率はA1〜A7と同じ鋼種を用い
て焼き戻しを行わなかった比較例のB11、B12〜B
15のヤング率と対比して明らかなごとく、向上代で
8.2〜13.5%向上し、従来の21,000kgf
/mm2 レベルに対し、19.9%以上の向上を示し、
本発明の課題を十分達成した構造用鋼板が得られた。
優れ、C方向のヤング率はA1〜A7と同じ鋼種を用い
て焼き戻しを行わなかった比較例のB11、B12〜B
15のヤング率と対比して明らかなごとく、向上代で
8.2〜13.5%向上し、従来の21,000kgf
/mm2 レベルに対し、19.9%以上の向上を示し、
本発明の課題を十分達成した構造用鋼板が得られた。
【0044】これ等に対し、比較例のNo.B1〜B2
2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。
2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。
【0045】即ち、Ar3 点以下の二相域圧下率が50
%未満の比較例No.B1、B5、B16は、ヤング率
の向上が所要の域に到達しなかった。
%未満の比較例No.B1、B5、B16は、ヤング率
の向上が所要の域に到達しなかった。
【0046】加熱温度が1300℃と高い比較例のN
o.B2、B17、再結晶域での圧下率が20%未満の
比較例No.B4、B19〜B22は共に靱性が不良で
計画した用途に使用できなかった。
o.B2、B17、再結晶域での圧下率が20%未満の
比較例No.B4、B19〜B22は共に靱性が不良で
計画した用途に使用できなかった。
【0047】途中冷却を行わなかったもの、及び途中冷
却の冷却速度が5℃/秒未満の比較例No.B18靱性
は−60℃レベルに達しなかった。
却の冷却速度が5℃/秒未満の比較例No.B18靱性
は−60℃レベルに達しなかった。
【0048】また、焼戻し時の昇温速度が1℃/秒未満
のB6、B7、B11では同じ成分の本発明例A3に対
してヤング率の向上代が小さかった。
のB6、B7、B11では同じ成分の本発明例A3に対
してヤング率の向上代が小さかった。
【0049】焼戻温度が700℃を超えているB2、B
6、B12はC方向のヤング率の向上代が小さかった。
6、B12はC方向のヤング率の向上代が小さかった。
【0050】焼戻し時の保定時間が条件に合致しないB
8、B9、B11でもC方向のヤング率の向上代が小さ
かった。
8、B9、B11でもC方向のヤング率の向上代が小さ
かった。
【0051】
【表1】
【0052】
【表2】
【0053】
【表3】
【0054】
【発明の効果】本発明は、低温靱性に優れ、高強度で且
つ特定方向の剛性(ヤング率)が20%程度以上と高い
構造用鋼板を、極めて高い生産性の下で円滑に安定して
製造することを可能としたもので、当該分野を中心に、
産業界にもたらす経済的効果は極めて大きい。
つ特定方向の剛性(ヤング率)が20%程度以上と高い
構造用鋼板を、極めて高い生産性の下で円滑に安定して
製造することを可能としたもので、当該分野を中心に、
産業界にもたらす経済的効果は極めて大きい。
【図1】途中制御冷却速度とvTrsで表示した低温靱
性の関係を示す図である。
性の関係を示す図である。
【図2】焼戻温度とC方向のヤング率の向上代の関係を
示す図である。
示す図である。
【図3】焼戻温度での保定時間とC方向のヤング率の向
上代の関係を示す図である。
上代の関係を示す図である。
【図4】焼戻温度までの昇温速度とC方向のヤング率の
向上代の関係を示す図である。
向上代の関係を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉川 宏 大分県大分市大字西ノ洲1 新日本製鐵 株式会社 大分製鐵所内 (56)参考文献 特開 昭57−2837(JP,A) 特開 平4−136120(JP,A) 特開 平4−154910(JP,A) 特開 平4−141519(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C21D 8/02 B21B 3/00
Claims (1)
- 【請求項1】 温度がAr3 点以上1250℃以下の構
造用鋼鋼片を再結晶終了温度以下Ar3 点以上で圧下率
≧20%の熱間圧延を行い、直ちに5℃/秒以上で冷却
し、Ar3 点未満で圧下率≧50%の二相域圧延し焼入
れ後、1℃/秒以上の昇温速度で700℃以下の温度域
で1秒以上600秒以下の焼き戻し処理を行うことを特
徴とする低温靱性に優れ、ヤング率の高い構造用鋼板の
製造法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8109191A JP2920849B2 (ja) | 1991-03-22 | 1991-03-22 | 低温靱性に優れ、ヤング率の高い高強度構造用鋼板の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8109191A JP2920849B2 (ja) | 1991-03-22 | 1991-03-22 | 低温靱性に優れ、ヤング率の高い高強度構造用鋼板の製造法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04293720A JPH04293720A (ja) | 1992-10-19 |
JP2920849B2 true JP2920849B2 (ja) | 1999-07-19 |
Family
ID=13736720
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8109191A Expired - Lifetime JP2920849B2 (ja) | 1991-03-22 | 1991-03-22 | 低温靱性に優れ、ヤング率の高い高強度構造用鋼板の製造法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2920849B2 (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5462808A (en) * | 1993-09-03 | 1995-10-31 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Highly rigid composite material and process for its manufacture |
-
1991
- 1991-03-22 JP JP8109191A patent/JP2920849B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH04293720A (ja) | 1992-10-19 |
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