JP3264956B2

JP3264956B2 - 厚肉鋼板の加速冷却型製造方法

Info

Publication number: JP3264956B2
Application number: JP31678091A
Authority: JP
Inventors: 孝則三宅
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1991-11-29
Filing date: 1991-11-29
Publication date: 2002-03-11
Anticipated expiration: 2017-03-11
Also published as: JPH05148543A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、板厚方向における材質
のばらつきが小さい５０Kgf/mm²級の厚肉鋼板を製造す
る加速冷却型製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】建築用鉄骨材（スキンプレートやダイヤ
フレーム等）に使用される，厚肉（板厚が４０〜１００
mm）で５０Kgf/mm²級の鋼板は、従来、焼きならし処理
によって製造されていたが、該焼きならし処理にて製造
した鋼板は、炭素当量が高く、しかも溶接時の低温割れ
防止の為に予熱を必要としたり、溶接継手の靭性保証の
為の入熱制限を必要とするといった問題があった。

【０００３】そこで、従来、造船用の降伏点が３２Kgf/
mm²や３６Kgf/mm²級の鋼を製造する技術として開発さ
れた低炭素当量で且つ高強度，高靭性の得られる加熱冷
却型製造方法が採用されていた。これは、熱間圧延され
た高温の厚肉鋼板を水冷にて設備能力最大の高冷却速度
で加速冷却する方法で、建築用で５０Kgf/mm²級の厚肉
鋼板の製造に適用された。

【０００４】しかしながら、厚肉鋼板の場合には、造船
用の板厚４０mm以下の薄肉鋼板と違い、高冷却速度で加
速冷却すると、板厚方向の表層付近と板厚中心部では水
冷時の冷却速度が大きく異なって、降伏点や引張強度等
が板厚方向でばらつくという問題があった。また、耐震
設計上の安全性確保の為に、降伏比を７５％或いは８０
％以下に抑えるようにとの建築設計側からの要求も多
く、製造時の条件として大きな制約を受けていた。

【０００５】これに対して、従来では、例えば特開平２
−２０５６２８号公報に記載されているように、フェラ
イト分率を制御するために、熱間圧延後に，炭素当量に
応じた冷却速度で４００〜５５０℃まで冷却する方法
や、特開昭６３−２０４１０号公報に記載されているよ
うに、冷却開始から終了まで水冷に使用される冷却水量
を動的に徐々に増加させる方法や、特開平２−８０５１
６号公報に記載されているように、圧延温度域及び累積
圧下率を指定して熱間圧延を行い、６０秒以上空冷した
後に毎秒１〜１０℃の冷却を行い４００〜５５０℃で冷
却を停止する方法等が提供されていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記第
１番目の製造方法では、冷却停止温度が４００〜５５０
℃と低いために残留応力が残り、条切り時に反りやキャ
ンバ（横曲がり）が発生するという問題がある。また、
前記第２番目に製造方法では、搬送される鋼板を停止し
て冷却操業をする必要があり、操業の能率低下を招くと
いう問題があった。

【０００７】さらに、前記第３番目の製造方法では、製
造された鋼板は音響異方性は少ないが、第１番目の製造
方法と同様に残留応力が残ると共に、降伏比の下げ率が
充分でないという問題がある。本発明は、上記の問題点
に着目してなされたもので、低降伏比で且つ板厚方向の
材質差の小さい板厚鋼板を提供する加速冷却型製造方法
を目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の板厚鋼板の加速冷却型製造方法は、Ｃ 0.0
5 〜0.20重量％, Ｓｉ 0.10 〜0.50重量％, Ｍｎ 0.5〜
2.0 重量％, Ｎｂ 0.005〜0.030 重量％, Ｔｉ 0.005〜
0.020 重量％を含有し、且つ、炭素当量が0.43重量％以
下からなり、残部がＦｅおよび不可避的不純物である鋼
を、所定温度に加熱後、800 〜950 ℃の温度域で仕上げ
圧延を終了させ、その後、強度を保証する箇所の冷却速
度を毎秒0.5 〜5.0 ℃として550 〜770 ℃（ただし、５
５０℃は除く）の温度域まで冷却して、鋼板表面から板
厚中心まで圧延だけの鋼板に比べ若干微細なフェライト
＋パーライト組織の鋼板を製造することを特徴としてい
る。ここで、上記炭素当量は、下記（１）式で求められ
る。炭素当量（％）＝Ｃ＋（Ｍｎ／６）＋（Ｓｉ／２４）＋（Ｎｉ／４０）＋（Ｃｒ／５）＋（Ｍｏ／４）＋（Ｖ／１４）・・・（１）

【０００９】前記鋼としては、さらに、溶接性等の特性
に悪影響を与えない範囲で、Ｃｕ≦0.3 重量％, Ｎｉ≦
1.0 重量％, Ｃｒ≦0.5 重量％, Ｍｏ≦0.6 重量％, 若
しくはＶ≦0.1 重量％のうちの１種又は２種以上を含有
している鋼であってもよい。

【００１０】

【作用】従来の加速冷却型製造方法では、設備能力最大
にして冷却していたため、後述する表３のＥ鋼に示され
るように、冷却が早い表層はベイナイト＋マルテンサイ
ト組織に，板厚方向１／４の位置ではフェライト＋ベイ
ナイト＋パーライト組織に、冷却が一番遅い板厚中央部
ではフェライト＋パーライト組織となり、表層と板厚中
央部では１０Kgf/mm²程度の降伏強度（ＹＰ）の差があ
った。これを改善する目的で、板厚方向の組織を均一な
フェライト＋パーライト（＋ベイナイト）にするため
に、加速冷却時の冷却速度を強度向上に寄与できる程度
の最低冷速側の緩冷却，即ち毎秒０．５〜５℃になるよ
うにして、板厚方向での冷却速度差を小さくした。

【００１１】なお、前記冷却速度は、目的の板厚強度を
保証する板厚方向の位置，例えば板厚方向１／４の位置
での冷却速度を示している。また、ミクロ組織上，冷却
停止温度の影響を受けにくい高温側を実験によって求め
た加工ＣＣＴから選んで、本発明では５５０℃〜７７０
℃（但し、５５０℃を除く）とした。また、圧延仕上が
り温度は、下げ過ぎると音響異方性が悪化し、降伏比が
上昇するため、８００〜９５０℃とした。なお、望まし
くは８００〜９００℃の範囲がより良好な結果が得られ
ることが実験により見出されている。

【００１２】また、前記冷却速度は、毎秒０．５℃より
遅くなると、鋼板の強度が充分に保証出来ないだけでな
く、特に鋼板下面側の冷却速度の制御が難しくなるた
め、下限値を毎秒０．５℃とした。望ましくは、冷却速
度を毎秒１．０℃以上にすると良好な結果が得られる。
但し、冷却速度が毎秒５．０℃を超えると鋼板の表面と
板厚方向中央部との温度差が大きくなりやすいため、本
発明では冷却速度の上限値を５．０℃／sec とした。

【００１３】本発明の場合、冷却速度が遅いために、加
工ＣＣＴの長時間側で且つ高温寄りを冷却カーブが通過
するので、表層近傍の降伏強度（ＹＰ），引張強度（Ｔ
Ｓ）は、低下して板厚方向中央部の強度に近づく。ま
た、表層部の降伏比（ＹＲ）も低下し、表層部と板厚方
向中央部との降伏比（ＹＲ）の差は３Kgf/mm²以下程度
まで下がり、特に板厚方向１／４の位置と板厚方向中央
部との降伏比（ＹＲ）の差は２Kgf/mm²以下に低減され
る。

【００１４】また、これは、冷却停止温度を５５０〜７
７０℃（但し、５５０℃を除く）と高くすることによ
り、さらに効果があり、残留応力も小さく抑えられる。
冷却停止温度が本発明のように高い場合であっても、圧
延のままの組織と比較して粒径が若干小さくなってい
る。また、本発明に基づいて製造された鋼板は、強度，
靭性上も厚肉建築用鋼板として要求される所定強度を満
足していることが実験により確認されている。

【００１５】また、冷却速度の板厚方向位置での変化の
影響は、フェライト粒径の変化として現れるが、やや高
温で冷却を停止することで変化が小さくなり、材質の板
厚方向のバラツキ低減が有効有効に行われる。本発明に
おける鋼の化学成分は、強度保証，靭性，溶接性を考慮
して上限値を限定し、主に建築用肉厚鋼板に適用できる
ものとしている。

【００１６】次に、鋼に含有される成分の限定理由を述
べる。Ｃは、構造用鋼として必要な強度を得るためには
０．０５重量％以上添加する必要があり、また、溶接硬
化性，及び溶接割れ感受性を考慮して、その上限を０．
２０重量％とした。Ｓｉは、脱酸の都合上０．１０重量
％以上必要である。また、Ｓｉの添加量を増加させれば
強度は上昇するが、０．５０重量％を超えると、母材の
靭性を劣化させるために上限を０．５０重量％以下とし
た。

【００１７】Ｍｎは、母材に延性と強度を与えるため
に、０．５重量％以上添加する必要があるが、その添加
量が２．０重量％を超えると、溶接硬化性を著しく上昇
させるために、その上限を２．０重量％とした。Ｎｂ，
Ｔｉは、本発明に重要な元素で、いずれも析出硬化型の
元素であって、Ｃ等を上げることなく強度を上昇させ
る。また、熱間圧延において、未再結晶領域を拡大して
オーステナイト中に変形帯を導入して変態後のフェライ
ト粒を小さくして靭性を向上させるものである。

【００１８】なお、Ｎｂ，Ｔｉは、０．００５重量％以
下では、上記効果は得られず、また、Ｎｂにおいて０．
０３０重量％，Ｔｉにおいては０．０２０重量％を超え
て添加するとその効果は飽和すると共に溶接部の靭性が
劣化する。このため、Ｎｂを０．００５〜０．０３０重
量％、Ｔｉを０．００５〜０．０２０重量％とすること
が必要である。また、Ｖについては、Ｎｂ，Ｔｉと同様
の効果があるが、過剰添加は溶接部の靭性を低下させ
る。したがって、Ｖを含有させる場合には、上限を０．
１重量％とすることが好ましい。

【００１９】さらに、高張力化あるいは、その他の目的
のために、Ｎｉ，Ｃｕ，Ｃｒ，若しくはＭｏのうちから
選択した１種若しくは２種以上を添加してもよい。これ
らの元素を添加しても上記本発明の特徴は何も失われる
ことなく、上記諸元素の添加によって、高張力化あるい
は下記の諸効果が達成される。上記成分の添加の目的と
添加量を限定する理由を説明する。

【００２０】Ｎｉは、溶接熱影響部の硬化性及び靭性に
悪い影響を与えることなく鋼の強度と靭性を向上させる
ことができるために添加するが、コスト面からその上限
を１．０重量％にした。Ｃｕは、Ｎｉと同じ作用効果を
奏する他に耐食性を向上させるが、０．３重量％を超え
て添加すると熱間脆性が生じ易くなるので、その上限を
０．３重量％とした。

【００２１】Ｃｒ，Ｍｏは、焼き入れ性の向上と析出硬
化とにより、母材の強度を高め、また母材の低温靭性の
向上を期待できる。しかし、各成分の上限値を超える過
剰の添加はＨＡＺ靭性及び硬化性の観点から極めて有害
となるため、Ｃｒ，Ｍｏの各上限値を夫々０．５重量
％．０．６重量％とした。

【００２２】

【実施例】本発明に実施例を図面，表に基づいて説明す
る。本実施例は、図１に示すように、加熱炉１にて加熱
された厚肉鋼板は、圧延工程２に搬送されて熱間圧延処
理をされる。このとき、仕上げ圧延終了時の鋼板の温度
が８００〜９５０℃になるように、加熱炉１からの払い
出し温度やパスラインの搬送速度等を制御する。図１中
鎖線は鋼板の搬送方向（パスライン）を示している。

【００２３】次に、仕上げ圧延が終了した鋼板は、加速
冷却工程に入り、冷却装置３中を搬送されている間に、
上下から水が噴出されて急冷される。このとき、搬送速
度や噴出する水の水量等を制御することで該鋼板の冷却
速度を毎秒０．５〜５．０℃に調整する。該搬送速度や
噴出させる水量等は、前もって実験等により求めた値を
使用する。

【００２４】そして、該鋼板の温度が、５５０℃を越え
且つ７７０℃以下の範囲になったところで水冷を停止す
る。前記のような加速冷却方法を、下記表１に示す化学
成分を含有する鋼，Ａ鋼〜Ｅ鋼について、夫々表２に示
すような条件のもとに実施した。ここで、各鋼の炭素当
量は０．４３重量％以下で製品としての鋼板の肉厚を８
０mmとしている。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】なお、Ｅ鋼は比較のために従来の製造条件
にて製造したものである。また、本実施例においては、
強度向上のためにＭｎ，Ｎｂを若干多めにしているが、
溶接性等に影響を及ぼさない範囲である。また、前記冷
却速度は強度を保証する箇所の冷却速度であり、その箇
所の冷却速度を制御している。本実施例の場合は、板厚
方向１／４の位置での板の強度を保証するものと仮定し
て該板厚方向１／４の位置での冷却速度を制御してい
る。

【００２８】前記条件における急速冷却処理をした際の
板厚方向の冷却速度を測定すると、図２に示すようにな
った。これから、分かるように、比較鋼であるＥ鋼では
冷却速度が表層と板厚方向中央部とでは大きな差がある
が、本発明に基づいて製造された鋼板では、表層と板厚
方向中央部と冷却速度に余り差が発生していないで、ほ
ぼフェライト＋パーライト主体の組織構成になっている
ことがわかる。

【００２９】また、製造された各鋼板の板厚方向各位置
での機械的性質（降伏強度（ＹＰ），引張強度（Ｔ
Ｓ））や組成を試験すると、下記表３に示されるような
結果が得られた。また、Ａ鋼，Ｂ鋼及び比較鋼であるＥ
鋼における機械的性質である降伏強度（ＹＰ），及び引
張強度（ＴＳ）を図示すると図３に示されるようにな
る。

【００３０】

【表３】

【００３１】なお、表３中の組織の表示で、Ｍはマルテ
ンサイト，Ｂはベイナイト，Ｐはパーライト，Ｆはフェ
ライトを夫々表している。これらに示されるように、本
発明の基づく鋼板の板厚方向の組織はほぼ均一になって
いることがわかる。また、本実施例で板の強度を保証す
ると仮定した板厚方向１／４と板厚中央部との降伏強度
（ＹＰ）の差も２〜３Kgf/mm²以内の変化に抑えられて
いる。

【００３２】また、降伏比（ＹＲ）についても、本実施
例で板の強度を保証すると仮定した板厚方向１／４，及
び板厚中央部において７５％以下にすることができた。
さらに、板厚方向の降伏強度（ＹＰ）のばらつきも低減
でき残留応力が１．５Kgf/mm²以下に抑えられているこ
とも確認できている。

【００３３】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の板厚
鋼板の加速冷却製造方法では、加速冷却時の冷却速度を
遅くし、且つ冷却停止温度を５５０〜７７０℃（但し、
５５０℃を除く）と高く設定することで、板厚方向の表
層から中央部までフェライト＋パーライトの均一の組織
が得られ、また、降伏点でも該表層と中央部とで３Kgf/
mm²以下といった材質のばらつきの小さい７５％以下の
低降伏比の５０Kgf/mm²級厚板鋼板の製造ができるとい
う効果がある。

【００３４】また、冷却時の冷却停止温度が高く、残留
応力が小さいので、条切り加工時のキャンバ，反りも従
来よりも低減できるという効果もある。さらに、板厚方
向の組織が均一になって音響異方性も従来の薄肉鋼板と
比較しても同レベルで通常要求される１．０２％以下を
満足している。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋼板に対する処理工程を示す概略構成図であ
る。

【図２】本実施例における板厚方向の各位置での水冷時
の冷却速度を示す図である。

【図３】本実施例における板厚方向の各位置での機械的
性質の変化を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C21D 8/00 - 8/10 C22C 38/00 - 38/60

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃ 0.05 〜0.20重量％, Ｓｉ 0.10 〜0.
50重量％, Ｍｎ 0.5〜2.0 重量％, Ｎｂ 0.005〜0.030
重量％, Ｔｉ 0.005〜0.020 重量％を含有し、且つ、炭
素当量が0.43重量％以下からなり、残部がＦｅおよび不
可避的不純物である鋼を、所定温度に加熱後、800 〜95
0 ℃の温度域で仕上げ圧延を終了させ、その後、強度を
保証する箇所の冷却速度を毎秒0.5 〜5.0 ℃として550
〜770℃（ただし、５５０℃は除く）の温度域まで冷却
することを特徴とする厚肉鋼板の加速冷却型製造方法。
【請求項２】前記鋼が、さらにＣｕ≦0.3 重量％, Ｎ
ｉ≦1.0 重量％, Ｃｒ≦0.5 重量％, Ｍｏ≦0.6 重量
％, 若しくはＶ≦0.1 重量％のうちの１種又は２種以上
を含有していることを特徴とする請求項１記載の厚肉鋼
板の加速冷却型製造方法。