JP3180944B2 - 建築・橋梁用テーパプレートの製造方法 - Google Patents

建築・橋梁用テーパプレートの製造方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、建築物・橋梁に好
適な長手方向に板厚が連続して変化する厚鋼板、テーパ
プレートの製造方法に関し、特に、鋼板内の強度差が少
なく、かつ条切り後の曲がり、反りの発生の少ない引張
強さ490MPa以上で、長手方向に10mm以上の厚部厚と薄部
厚の差を有するテーパプレートの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、厚鋼板の形状は、幅方向およ
び長手方向にいずれも均等であるのが一般的である。し
かし、長手方向に板厚が連続的に変化する厚鋼板(テー
パプレート)は、素材重量の軽減、溶接工数の削減に大
きな効果を有する場合がある。したがって、このような
テーパプレートの製造については、例えば、特公昭50−
36826 号公報、特公昭60−124 号公報および特開平5−
49361 号公報に示されるように多くの提案がある。これ
ら提案は、テーパプレートをいかに寸法精度高く製造す
るかを目的にしたものである。しかし、寸法精度に加
え、鋼板の材質特性および材質の均一性が満足されない
と、実用に耐えられない。
【0003】最近は、鋼板に対する品質要求が厳格化
し、とくに高張力化の要求や溶接性の向上要求が強くな
っている。このような要求に対し、制御圧延や制御冷却
といったTMCP法が採用されている。この方法は、オ
ーステナイト未再結晶域や(γ+α)2相域における強
加工とそれに続くγ→α変態により、フェライト結晶粒
の微細化をはかり、さらに必要に応じて制御冷却を行っ
てさらに高強度化、高靱性化を図ろうとするものであ
る。しかし、この方法をテーパプレートに応用すると、
温度管理が極めて困難になり、材質変動が大きくなる。
【0004】また、制御圧延においても、オーステナイ
ト未再結晶域+2相域圧延のような低温における強加工
を行うと、たしかに強度、靱性は向上するが、テーパプ
レートのような肉厚が異なるときは、薄部と厚部の鋼板
温度の温度差が大きくなりすぎ、強度の相異が大きくな
るという問題を残していた。このような材質の不均一を
なくし、均質なテーパプレートを製造するために、いく
つかの提案がなされている。
【0005】例えば、特開昭62−166013号公報には、均
一な材質を得るために、冷却前の長手方向の温度を実測
し、この実測値に基づいて、各点の最適冷却条件を演算
し、板厚に応じて冷却時の通板速度を修正するテーパプ
レートの冷却方法が示されている。また、特開平7−68
309 号公報には、冷却開始は同時に行い、冷却装置を出
る時期を変えるテーパプレートの冷却方法が、あるいは
冷却は順次開始しながら、冷却終了を同時に行うテーパ
プレートの冷却方法が示されている。いずれも、加速冷
却を行った際に、鋼板内の材質のバラつきを少なくしよ
うとする提案である。
【0006】しかしながら、上記のような加速冷却を用
いて、特にテーパ量の大きい、長手方向に10mm以上の
部厚と薄部厚の差を有するテーパプレートを製造する際
に、鋼板内の冷却ムラが品質に大きな影響を及ぼすので
ある。このような冷却ムラは、冷却後の鋼板内に残留応
力を発生させ、これにより、鋼板を条切りした際に横曲
がりや反りを発生させる。一度曲がりや反りが発生する
と、これを矯正するために膨大な手間がかかる。例え
ば、橋梁用あるいは建築用に素材メーカーから購入した
大板は、加工メーカーにおいて条切り切断され、梁のフ
ランジ部やBox 柱として溶接組立される。このような工
程における条切り切断で横曲がりや反りが発生すると、
矯正のため、溶接組立ラインの自動化、連続化が困難と
なるという問題があった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
を有利に解決し、均一な強度および条切り時の横曲が
り、反りの発生の少ない引張強さが490MPa以上で、か
つ、長手方向の厚部厚と薄部厚の差(テーパ量が10mm
以上を有する建築・橋梁用テーパプレートの製造方法を
提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、Nb含有量
の異なる鋼板の強度に及ぼす圧延仕上温度の影響を調査
し、次のような知見を得た。すなわち、Nb含有量がある
値以上になると、図1に示すように、強度が仕上温度に
ほとんど影響を受けない領域(仕上温度がAr3点以上の
領域)があるという知見を得た。この理由は詳細には不
明であるが、熱間圧延時に導入された歪の回復挙動に相
異があるものと思われる。テーパプレートにおけるよう
な板厚が異なり、圧延仕上温度が相異する場合に、強度
が仕上温度に影響を受けない領域があることは、強度差
のないテーパプレートを得るうえでは最適の条件である
という認識から、上記知見をもとに本発明を構成した。
【0009】すなわち、本発明は、重量%で、C:0.05
〜0.20%、Si:0.05〜0.50%、Mn:0.30〜2.0 %、Nb:
0.015 〜0.06%、Al:0.01〜0.10%、N:0.007 %以
下、を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる
鋼スラブを加熱したのち、板厚が長手方向にテーパ状に
変化する熱間圧延を施す際に、圧延仕上温度を 900℃以
下Ar3点以上とすることを特徴とする引張強さ490MPa以
上で、厚部厚と薄部厚の差が10mm以上を有する建築・橋
梁用テーパプレートの製造方法である。
【0010】また、前記鋼スラブが、さらに重量%で、
Cu:0.05〜1.0 %、Ni:0.05〜1.0%およびV:0.02〜
0.10%のうちから選ばれた1種又は2種以上を含有する
ことが好ましく、また、前記鋼スラブが、さらに重量%
で、Ti:0.005 〜0.050 %を含有することが好ましい。
また、前記鋼スラブは、さらに重量%で、Ca:0.0005〜
0.0040%および REM:0.001 〜0.020 %のうちから選ば
れた1種又は2種を含有してもよい。
【0011】
【発明の実施の形態】まず、化学組成の限定について述
べる。 C:0.05〜0.20wt% Cは、強度を確保するために必要な元素であり、そのた
めには0.05wt%以上を添加する必要がある。一方添加量
が0.20wt%を超えると母材靱性およびHAZ靱性が劣化
するので、上限を0.20wt%以下とする。
【0012】Si:0.05〜0.50wt% Siは、脱酸剤として作用するとともに強度を向上する有
効な元素であるため、0.05wt%以上添加するが、0.50wt
%を超える添加は母材靱性およびHAZ靱性の劣化を招
くので、上限を0.50wt%とする。 Mn:0.30〜2.0 wt% Mnは靱性を損なうことなく強度を向上させるのに有効で
あり、そのためには0.30wt%以上の添加が必要である
が、2.0 wt%を超える添加は加工性を劣化させるため、
上限を 2.0wt%とする。
【0013】Nb:0.015 〜0.06wt% Nbは、スラブ加熱時のオーステナイト粒の粗大化を防止
し、さらにオーステナイト未再結晶域を増大させ、圧延
時の粒細粒化を容易にさせるのに有効で、さらに、圧延
仕上温度の変動による強度の変化を少なくする効果も有
し、本発明において重要な元素である。このためには
0.015wt%以上の添加が必要となる。一方、0.06wt%を
超える添加はHAZ靱性を劣化させるため、上限を0.06
wt%とする。なお、好ましくは 0.020〜0.040 wt%の範
囲である。
【0014】Al:0.01〜0.10wt% Alは、脱酸剤として作用するほかに、Nと結合しAlN と
してオーステナイト粒を微細化する。このため少なくと
も0.01wt%以上の添加を必要とするが、0.10wt%を超え
て添加すると酸化物系介在物が多量に生成し、靱性が大
幅に低下するので、上限を0.10wt%とする。
【0015】N:0.007 wt%以下 Nは、AlやTiと結合して、AlN やTiN となり、鋳片加熱
時および溶接時の結晶粒粗大化を防止する効果がある
が、Nを多量に含有するとHAZ靱性を劣化させるの
で、上限を 0.007wt%とした。望ましくは、0.0040wt%
以下である。 Cu:0.05〜1.0 wt%、Ni:0.05〜1.0 wt%およびV:0.
02〜0.10wt%のうちから選ばれた1種又は2種以上 Cuは、強度の増加に寄与する元素であり、固溶強化又は
析出強化により鋼の強度を増加させる。固溶強化は、0.
05wt%以上の添加で効果を示すが、析出硬化による強度
増加を顕著に得ようとする場合には 0.5wt%以上の添加
を必要とする。しかし、 1.0wt%を超えて添加しても、
その効果は添加量に見合う効果を期待できないため、
1.0wt%を上限とした。
【0016】NiはCuと同様、鋼中に固溶して強度を増加
する元素であり、さらに靱性を大幅に改善する効果もあ
わせて有している。その効果を得るには0.05wt%以上の
添加が必要である。しかし 1.0wt%を超えて添加しても
効果が飽和するため、経済性も考慮して上限を 1.0wt%
とする。Vは、強度上昇に有効な元素であり、その効果
を発揮させるためには0.02wt%以上の添加を必要とする
が、0.10wt%を超える添加は溶接性およびHAZ靱性を
劣化させるため、上限を0.10wt%とする。
【0017】Ti:0.005 〜0.050 wt% TiはNと結合してTiN を形成し、スラブ加熱時のオース
テナイト粒の粗粒化防止やHAZ靱性の向上に有効な元
素であり、この効果を発揮させるには0.005 wt%以上の
添加を必要とするが、過度に添加するとHAZ靱性が劣
化するので、0.050 wt%以下とする。
【0018】Ca:0.0005〜0.0040wt%および REM:0.00
1 〜0.020 wt%のうちから選ばれた1種又は2種 Caは、球状の硫化物を形成し靱性を向上させるが、この
ためには0.0005wt%以上の添加が必要であるが、0.0040
wt%を超える添加は介在物量が増加して靱性がかえって
劣化するため、0.0040wt%を上限とする。
【0019】REMは、Caと同様、高融点の球状硫化物を
形成し靱性を向上させるが、このためには 0.001wt%以
上の添加を必要とする。しかし、 0.020wt%を超える添
加は、酸化物系の介在物の増大を招きかえって靱性を劣
化させるため、 0.020wt%を上限とする。REM は、Y、
La、Ce等の単独でも、またそれらの混合したものいずれ
も好適である。
【0020】P、Sは、不可避的不純物として靱性を劣
化させるため、できるだけ低減する。望ましくは、Pは
0.015wt%以下、Sは 0.005wt%以下である。次に、圧
延条件の限定理由について説明する。 スラブ加熱温度:1000〜1300℃ 加熱温度が1000℃未満では添加成分が十分に固溶しな
い。一方1300℃を超えるとオーステナイト粒が粗大化し
てその後の圧延によっても細粒化が進まず靱性が劣化す
る。このため、スラブ加熱温度は1000〜1300℃の範囲が
望ましい。
【0021】加熱後、熱間圧延を行う。熱間圧延では長
手方向に板厚の異なるテーパを付与する。テーパプレー
トにおける長手方向の板厚の変化は、鋼板をかみ込んだ
のち、あらかじめ設定したパスごとにロール開度を変化
させることにより達成できる。パスごとの圧下量につい
ては特に限定しない。本発明はテーパプレートの厚部厚
と薄部厚の差(テーパ量が鋼板内で10mm以上あるとき
にとくに有効である。
【0022】なお、テーパの付与は、鋼板温度が再結晶
領域にあるときから行うことが望ましい。 圧延仕上温度: 900℃以下Ar3点以上 仕上温度がAr3点未満では、強度のバラつきが大きくな
り、また 900℃を超えると強度靱性が劣化するため、仕
上温度はAr3点以上 900℃以下とする。
【0023】熱間圧延終了後は空冷とする。本発明では
とくに、加速冷却等の冷却を必要としない。
【0024】
【実施例】表1に示す化学組成を有する鋼スラブA,B
を加熱し熱間圧延を行い、表2に示す仕上温度で圧延を
終了し、表2中に示す寸法のテーパ量(厚部厚と薄部厚
の差)20mmおよび15mmのテーパプレートを製造した。本
発明例はNo. 3およびNo. 6であり、従来例No. 1、N
o. 4は2相域仕上圧延を行ったもので、従来例No.
2、No. 5は未再結晶域圧延を行ったのち、 550℃まで
加速冷却を施したものである。
【0025】テーパプレートの厚部、薄部について機械
的特性を調査し表2に示す。
【0026】
【表1】
【0027】
【表2】
【0028】本発明例のNo. 3、No. 6〜No. 11及び従
来例で加速冷却を用いたNo. 2、No. 5は、いずれも厚
部、薄部の強度差がTS<20MPa 、YS<30MPa と少な
いが、従来例で仕上温度がAr3以下となっているNo.
1、No. 4は厚部、薄部の強度差がTS≧30MPa 、YS
≧50MPa と大きい。また、Nb=0.010 %のNo. 11では、
強度差がTSで25MPa 、YSで39MPa とやや大きい値と
なる。
【0029】次にこれらのテーパプレートを、幅 400〜
600mm まで条切りした際の横曲がりや反りの発生割合を
図2に示す。本発明例(No. 3)では従来例(No. 2)
に比較し、横曲がりや反りの発生する割合が大幅に減少
しており、従来例のNo. 1と比較しても同等以下となっ
ている。また、本発明例のNo. 6〜No. 11は、横曲が
り、反りの発生は少なかった。
【0030】
【発明の効果】本発明によれば、厚部、薄部の強度差が
少なく、条切り後の横曲がりや反り発生の少ない引張強
さ490MPa以上でかつ厚部厚と薄部厚の差(テーパ量
10mm以上の建築・橋梁用テーパプレートを製造すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】引張強さ、降伏強さに及ぼす圧延仕上温度の影
響を示すグラフである。
【図2】条切り切断の条件および横曲がり量、反り量の
定義(a) と、条切り後の横曲がり、反りの発生割合を示
すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B21B 1/38 B21B 3/00 C21D 8/00 C22C 38/12 C22C 38/16

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、 C:0.05〜0.20%、 Si:0.05〜0.50%、 Mn:0.30〜2.0 %、 Nb:0.015 〜0.06%、 Al:0.01〜0.10%、 N:0.007 %以下、 を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼ス
    ラブを加熱したのち、板厚が長手方向にテーパ状に変化
    する熱間圧延を施す際に、圧延仕上温度を 900℃以下A
    r3点以上とすることを特徴とする引張強さ490MPa以上
    で、厚部厚と薄部厚の差が10mm以上を有する建築・橋梁
    用テーパプレートの製造方法。
  2. 【請求項2】 前記鋼スラブが、さらに重量%で、Cu:
    0.05〜1.0 %、Ni:0.05〜1.0 %およびV:0.02〜0.10
    %のうちから選ばれた1種又は2種以上を含有すること
    を特徴とする請求項1記載の建築・橋梁用テーパプレー
    トの製造方法。
  3. 【請求項3】 前記鋼スラブが、さらに重量%で、Ti:
    0.005 〜0.050 %を含有することを特徴とする請求項1
    または2記載の建築・橋梁用テーパプレートの製造方
    法。
  4. 【請求項4】 前記鋼スラブが、さらに重量%で、Ca:
    0.0005〜0.0040%および REM:0.001 〜0.020 %のうち
    から選ばれた1種又は2種を含有することを特徴とする
    請求項1、2または3記載の建築・橋梁用テーパプレー
    トの製造方法。
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