JP3432713B2 - 強度と靭性に優れた構造用厚鋼板 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、強度と靭性に優れ
た構造用厚鋼板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】構造用厚鋼板にはその母材の基本的特性
として強度と靭性が要求される。近年、構造物の大型化
に伴い構造用厚鋼板の高強度化が進んでいるが、高強度
化は靭性を低下させる場合が多い。一方で、構造物の安
全性に対する要求も厳格化しており、従来以上に高強度
と高靭性を兼ね備えた構造用厚鋼板への要求が高まりつ
つある。強度と靭性を両立し得る冶金的因子として従来
から知られている手段が、ミクロ組織の細粒化とＮｉの
多量添加である。Ｎｉの多量添加は経済性を著しく損な
うため、ミクロ組織を細粒化するべく、これまでに制御
圧延・制御冷却技術あるいは多段熱処理技術に関する多
くの研究開発が行われてきた。

【０００３】これら制御圧延・制御冷却、あるいは多段
熱処理の技術思想と異なる細粒化の思想として、粒内変
態を利用するものがあり、特開平４−２７９２４８号公
報には粒子径が０．１〜３．０μｍの範囲内にあるＴｉ
を含む酸化物と該酸化物とＴｉＮ、ＭｎＳの複合析出物
粒子の合計が４０〜３００個／ｍｍ² を含有する鋳片に
鋳造し、ＭｎＳ、ＴｉＮ、ＶＮの複合析出によるオース
テナイト粒内からの粒内フェライトの生成によりミクロ
組織を細粒化せしめる技術が開示されている。

【０００４】また、母材のミクロ組織の細粒化とは異な
るが、溶接熱影響部のオーステナイト粒の粗大化を抑制
する技術として、特開平９−１５７７８７号公報には、
粒子径が０．０１〜０．２０μｍのＭｇ含有酸化物を１
平方ｍｍあたり４．０×１０ ⁴ 〜１．０×１０⁵ 個含
み、かつ、粒子径が０．２０〜５．０μｍのＴｉ含有酸
化物とＭｎＳとからなる複合体を１平方ｍｍあたり２０
０〜４００個含むことで、超大入熱溶接時の溶接熱影響
部のオーステナイト粒の成長を抑制する技術が開示され
ている。

【０００５】制御圧延・制御冷却技術については、例え
ば板厚２５ｍｍ程度であればフェライト粒径にて１５μ
ｍ程度までの細粒化が可能であり広く実用化されてきた
が、更なる細粒化が求められるのみならず、従来から圧
延温度が制限されることによる生産性低下の問題が未解
決となっている。さらには厚手材（特にその板厚中心
部）においては十分な加工歪および冷却速度の確保が困
難であることから、例えば板厚５０ｍｍ程度の板厚中心
部においてはフェライト粒径にて３０μｍ程度までしか
細粒化できないため制御圧延・制御冷却の適用板厚には
限界があった。

【０００６】多段熱処理を行うことは厚手材でも多少細
粒化の効果が得られるが、生産性を大幅に損なうため現
実的な手段とはなり得ない。特開平４−２７９２４８号
公報に開示されている技術の適用は、粒内変態に先立つ
オーステナイト粒の細粒化効果が小さいため、本課題で
ある高強度と高靭性を兼ね備えた厚鋼板は得られない。

【０００７】特開平９−１５７７８７号公報は、オース
テナイト粒が２７０μｍ以上と極度に粗大化する超大入
熱溶接時の溶接熱影響部に限ったオーステナイト粒粗大
化抑制に関する技術であり、母材のミクロ組織の細粒化
に関する記述はない。

【０００８】すなわち、従来材に比較し大幅な高強度化
と高靭性化を同時に実現した厚鋼板を、安価に安定して
供給し得る従来技術はなく、厚鋼板のミクロ組織を安価
に安定して細粒化し得る技術を開発する必要がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、構造用鋼として使用される高強度と高靭性
を兼ね備えた厚鋼板を安価に安定して提供することにあ
る。本発明において目標とする高強度と高靭性のレベル
は、例えば、従来鋼に比較し、降伏強さあるいは０．２
％耐力で５０ＭＰａ以上の強度上昇と同時に、延性脆性
遷移温度が２０℃以上低下するような靭性を有するもの
である。

【００１０】

【発明を解決するための手段】本発明は、以上の課題を
解決するためになされたものであって、その要旨は、 (1) 、粒子径が０．００５〜０．１μｍのＭｇＯを１平
方ｍｍあたり１．０×１０⁵ 〜１．０×１０⁷ 個含み、
粒径が３〜１５μｍのフェライト組織からなることを特
徴とする強度と靭性に優れた構造用厚鋼板。

【００１１】(2) 、粒子径が０．００５〜０．１μｍの
ＭｇＯを１平方ｍｍあたり１．０×１０⁵ 〜１．０×１
０⁷ 個含み、旧オーステナイト粒径が１５〜７５μｍの
ベイナイトあるいはマルテンサイト組織からなることを
特徴とする強度と靭性に優れた構造用厚鋼板。

【００１２】(3) 、粒子径が０．００５〜０．１μｍの
ＭｇＯを核として、その周辺にＴｉＮを有する、大きさ
が０．０５〜０．５μｍのＭｇＯ−ＴｉＮ複合析出物
を、１平方ｍｍあたり１．０×１０⁵ 〜１．０×１０⁷
個含み、粒径が２〜１０μｍのフェライト組織からなる
ことを特徴とする強度と靭性に優れた構造用厚鋼板。

【００１３】(4) 、粒子径が０．００５〜０．１μｍの
ＭｇＯを核として、その周辺にＴｉＮを有する、大きさ
が０．０５〜０．５μｍのＭｇＯ−ＴｉＮ複合析出物
を、１平方ｍｍあたり１．０×１０⁵ 〜１．０×１０⁷
個含み、旧オーステナイト粒径が１０〜５０μｍのベイ
ナイトあるいはマルテンサイト組織からなることを特徴
とする強度と靭性に優れた構造用厚鋼板。

【００１４】(5) 、重量％にて、 Ｃ ：０．０３〜０．２５％ Ｓｉ：０．０１〜０．５０％ Ｍｎ：０．０５〜２．００％ Ｍｇ：０．０００２〜０．００５０％ Ｏ ：０．０００５〜０．００８０％ Ａｌ：０．０１％以下 を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなる鋼
であることを特徴とする(1) または(2) に記載の強度と
靭性に優れた構造用厚鋼板。

【００１５】(6) 、重量％にて、 Ｃ ：０．０３〜０．２５％ Ｓｉ：０．０１〜０．５０％ Ｍｎ：０．０５〜２．００％ Ｍｇ：０．０００２〜０．００５０％ Ｏ ：０．０００５〜０．００８０％ Ｔｉ：０．００５〜０．０２５％ Ｎ ：０．００２０〜０．００８０％ Ａｌ：０．０１％以下 を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなる鋼
であることを特徴とする(3) または(4) に記載の強度と
靭性に優れた構造用厚鋼板。

【００１６】(7) 、前記した(5) または(6) の鋼に、更
に母材強度靭性向上元素として、重量％にて、 Ｃｕ：０．０５〜１．５０％ Ｎｉ：０．０５〜２．００％ Ｃｒ：０．０２〜１．００％ Ｍｏ：０．０２〜１．００％ Ｎｂ：０．００５〜０．０５％ Ｖ ：０．００５〜０．１０％ Ｂ ：０．０００４〜０．００４０％ よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含有
し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなる鋼である
ことを特徴とする(1) または(2) または(3) または(4)
に記載の強度と靭性に優れた構造用厚鋼板に関するもの
である。

【００１７】なお、ＭｇＯおよびＭｇＯ−ＴｉＮ複合析
出物のサイズおよび個数は、例えば鋼板から抽出レプリ
カを採取し、透過型電子顕微鏡で測定すればよい。ま
た、本発明でいうところの「構造用厚鋼板」とは、例え
ば、ＪＩＳＧ３１０１「一般構造用圧延鋼材」、ＪＩＳ
Ｇ３１０６「溶接構造用圧延鋼材」、ＪＩＳＧ３１１５
「圧力容器用鋼板」、及びＪＩＳＧ３１２８「溶接構造
用高降伏点鋼板」に相当するものである。

【００１８】以下、本発明を詳細に説明する。本発明者
らは上記の課題に対し、鋼板のミクロ組織の細粒化の手
法につき検討した結果、従来の細粒化技術をそのまま適
用しても、ミクロ組織の細粒化は限られたものであった
ため、さらに抜本的にミクロ組織を細粒化する必要があ
ると考えた。

【００１９】すなわち、スラブ段階でのミクロ組織を
細粒化した上で、加熱、圧延、冷却または熱処理時の
昇温、降温時のフェライトからオーステナイトへ、ある
いはオーステナイトからフェライトへの変態時に、変態
した結晶粒の成長を抑制するというおよびの手法を
同時に実現することを試みるべく詳細な調査・研究を行
った。その結果、溶鋼中にＭｇＯを多量に微細分散させ
ることで、、の効果が両方連続して得られ、鋼板の
ミクロ組織の細粒化が可能となることを新規に知見し本
発明をなしたものである。

【００２０】まず、スラブ段階でのミクロ組織の細粒
化につき述べる。本発明者らは、スラブ段階でのミクロ
組織を細粒化する手段として、溶鋼からのデルタフェラ
イトの核生成を促進し凝固組織を細粒化することを考
え、ＭｇＯ、ＴｉＯ、ＣａＯ、Ａｌ₂ Ｏ₃ 等の多くの種
類の酸化物につき溶鋼からのデルタフェライトの核生成
能力を調査した。その結果、ＭｇＯがデルタフェライト
の核生成能力に優れることを新規に知見するに至った。

【００２１】次に、ＭｇＯによる凝固組織の細粒化の効
果を図１、図２に示す。図１は実施例の表１中の鋼番Ｂ
１、Ｂ２、および表２中の鋼番Ｈ１の成分を有する鋼を
用いて、表３中の番号５、６および表４中の番号２９に
示した製造方法により製造した鋼板につき、スラブの凝
固組織の平均粒径、スラブのフェライト組織の平均粒
径、鋼板のフェライト組織の平均粒径を調べたものであ
る。スラブの凝固組織の粒径は、スラブの厚み方向中心
部にてＥＰＭＡ分析装置と画像処理装置を用いて凝固組
織の平均粒径を求めた。スラブのフェライト粒径は、ス
ラブの厚み方向中心部にて硝酸アルコール溶液を用いて
スラブのフェライト粒界を現出させ、顕微鏡と画像処理
装置を用いてフェライト粒の平均粒径を求めた。鋼板の
フェライト粒径は、鋼板の板厚方向中心部にて硝酸アル
コール溶液を用いて鋼板のフェライト粒界を現出させ、
顕微鏡と画像処理装置を用いてフェライト粒の平均粒径
を求めた。

【００２２】図２は実施例の表１中の鋼番Ｅ１、Ｅ２、
および表２中の鋼番Ｋ１の成分を有する鋼を用いて、表
３中の番号１９、２０および表４中の番号４３に示した
製造方法により製造した鋼板につき、スラブの厚み方向
中心部の凝固組織の平均粒径、スラブの厚み方向中心部
のベイナイト組織の旧オーステナイト粒径、鋼板の厚み
方向中心部のマルテンサイト組織の旧オーステナイト粒
径を調べたものである。凝固組織の粒径は、図１と同様
にＥＰＭＡ分析装置と画像処理装置を用いて凝固組織の
平均粒径を求めた。スラブおよび鋼板の旧オーステナイ
ト粒径は、ピクリン酸アルコール溶液を用いてスラブお
よび鋼板の旧オーステナイト粒界を現出させ、顕微鏡と
画像処理装置を用いて旧オーステナイト粒の平均粒径を
求めた。

【００２３】溶鋼中に粒子径が０．１μｍ以下の微細な
ＭｇＯを１平方ｍｍあたり１．０×１０⁵ 個以上分散さ
せることで凝固組織の粒径を８００μｍ程度とすること
ができ、従来のＭｇＯを含まないスラブの凝固組織に比
較し１／２以下のサイズにまで微細化できることがわか
った。

【００２４】このように多量のＭｇＯを溶鋼中に微細分
散させるのは容易なことではなかったが、本発明者らは
種々の検討を重ねた結果、Ｍｇ添加量、溶鋼Ｏ濃度など
を制御することにより、粒子径が０．１μｍ以下の微細
なＭｇＯを１平方ｍｍあたり１．０×１０⁵ 個以上微細
に分散させ得ることに成功した。さらに、溶鋼中にＭｇ
Ｏを多量に微細分散させることにより、上述の凝固組織
の細粒化に加えて、スラブの凝固組織内のミクロ組織に
ついても細粒化できることがわかった。

【００２５】図１、図２にスラブのミクロ組織の平均粒
径を併せて示したが、溶鋼中に粒子径が０．１μｍ以下
の微細なＭｇＯを１平方ｍｍあたり１．０×１０⁵ 個以
上分散させることで図１に示すようにフェライト組織を
主体としたスラブについてはフェライト粒を平均粒径に
て７０μｍ程度とすることができ、従来のＭｇＯを含ま
ないスラブのフェライト粒の平均粒径１５０μｍに比較
し１／２以下のサイズにまで細粒化できることがわかっ
た。また、図２に示すようにベイナイト組織を主体とし
たスラブについても、旧オーステナイト粒を平均粒径に
て２４０μｍとすることができ、従来のＭｇＯを含まな
いスラブの旧オーステナイト粒の平均粒径６００μｍに
比較し顕著に細粒化できることがわかった。

【００２６】このスラブのミクロ組織の細粒化は、凝固
後のデルタフェライトから変態したオーステナイト粒の
成長を多量に微細分散したＭｇＯ粒子がピンニングして
いることにより起こることがわかった。

【００２７】すなわち、ＭｇＯを溶鋼中に多量に微細分
散させることで、溶鋼からのデルタフェライトの核生成
を促進し凝固組織を微細化する効果、さらに、凝固後の
冷却時のオーステナイト粒の成長を抑制する効果の２つ
の効果が両方連続して得られる。これにより、微細なミ
クロ組織を有するスラブが得られる。

【００２８】次に、加熱、圧延、冷却、または熱処理
時の昇温、降温時のフェライトからオーステナイトへ、
あるいはオーステナイトからフェライトへの変態時に、
変態した結晶粒の成長を抑制する技術につき述べる。

【００２９】この結晶粒の成長抑制にも、鋼中に多量に
微細分散したＭｇＯ粒子が有効に作用することがわかっ
た。図１、図２に鋼板のミクロ組織の平均粒径を併せて
示したが、溶鋼中に粒子径０．１μｍ以下のＭｇＯを１
平方ｍｍあたり１．０×１０ ⁵ 個以上分散させること
で、図１に示すようにフェライト組織を主体とした鋼板
についてはフェライト粒を平均粒径にて１３μｍとする
ことができ、従来のＭｇＯを含まない鋼板のフェライト
粒の平均粒径５２μｍに比較し顕著に細粒化できること
がわかった。また、図２に示すようにマルテンサイト組
織を主体とした鋼についても、旧オーステナイト粒を平
均粒径にて２８μｍとすることができ、従来のＭｇＯを
含まない鋼板の旧オーステナイト粒の平均粒径６８μｍ
に比較し顕著に細粒化できることがわかった。

【００３０】さらに加えて、ＴｉおよびＮを鋼中に適量
添加することで、凝固後の冷却中およびスラブ加熱時に
ＭｇＯを核にしてＴｉＮが析出するため、ＭｇＯ単体が
微細分散する場合に比較し、よりオーステナイト粒のピ
ンニング効果が高くなり細粒化できることがわかった。
図１、図２にはＭｇＯ−ＴｉＮ複合析出物を含む鋼につ
いても併せて示したが、ＴｉＮを複合析出させることで
ＭｇＯ単独の鋼に比較し、図１に示すようにフェライト
組織を主体とした鋼板についてはフェライト粒を平均粒
径にて１３μｍから８μｍへ、また、図２に示すように
マルテンサイト組織を主体とした鋼についても、旧オー
ステナイト粒を平均粒径にて２８μｍから２２μｍへと
細粒化できることがわかった。

【００３１】従来、厚手材（特にその板厚中心部）にお
いて十分な加工歪および冷却速度の確保が困難であるこ
とから制御圧延・制御冷却の適用板厚には限界があった
が、特に板厚中心部で本発明のＭｇＯまたはＭｇＯ−Ｔ
ｉＮ複合析出物が存在し、かつミクロ組織が本発明のミ
クロ組織を有していると、適用板厚が拡大でき構造用鋼
板の板厚中心部での強度と靭性を大幅に改善できること
を見出した。

【００３２】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を記
す。なお、本発明ではＭｇＯの粒子径を０．００５〜
０．１μｍに限定する。その理由は０．００５μｍ未満
ではデルタフェライトの核生成能力が小さくなり、逆に
０．１μｍ超では平均的に粒子を分散し、粒子数を確保
することが困難となるからである。

【００３３】粒子径が０．００５〜０．１μｍのＭｇＯ
の個数は、１平方ｍｍあたり１．０×１０⁵ 〜１．０×
１０⁷ 個に限定する。その理由はＭｇＯの個数が１．０
×１０⁵ 個未満では凝固組織の細粒化効果および結晶粒
成長のピンニング力が小さくなり、逆に１．０×１０⁷
個超ではＭｇＯの粒子径が０．００５μｍ未満となりデ
ルタフェライトの核生成能力が小さくなるからである。

【００３４】また、ＭｇＯ−ＴｉＮ複合析出物のサイズ
は０．０５〜０．５μｍが好適である。０．０５μｍ未
満ではピンニング力が小さく、逆に０．５μｍ超では平
均的に粒子を分散し、粒子数を確保することが困難とな
る。

【００３５】また、本発明ではフェライト組織を主体と
する鋼板については、フェライト粒の平均粒径を、Ｔｉ
Ｎを複合析出させない場合には３〜１５μｍ、ＴｉＮを
複合析出させる場合には２〜１０μｍに限定する。安定
して細粒化できるフェライト粒の平均粒径の下限が３あ
るいは２μｍであり、フェライト粒の平均粒径が１５あ
るいは１０μｍまでのサイズにおいて本発明の効果が顕
著に得られる。

【００３６】ベイナイト、あるいはマルテンサイト組織
を主体とする鋼板については、その旧オーステナイト粒
の平均粒径をＴｉＮを複合析出させない場合には１５〜
７５μｍ、ＴｉＮを複合析出させる場合には１０〜５０
μｍに限定する。安定して細粒化できる旧オーステナイ
ト粒の平均粒径の下限が１５あるいは１０μｍであり、
旧オーステナイト粒の平均粒径が７５あるいは５０μｍ
までのサイズにおいて本発明の効果が顕著に得られる。

【００３７】次に、本発明における、成分及び製造条件
の限定によりもたらされる作用を以下に述べる。先ず、
本発明における成分限定理由を述べるが、成分量の％表
示は特に断らない限りｗｔ％である。Ｃは母材強度の上
昇に有効な元素であるが、０．０３％未満ではこの効果
が得られないので０．０３％を下限値とし、０．２５％
を超える添加は靭性を低下させるため、その上限値を
０．２５％とする。

【００３８】Ｓｉは母材強度の上昇に有効な元素である
が、０．０１％未満ではこの効果が得られないので０．
０１％を下限値とし、０．５０％を超える添加は靭性を
低下させるため、その上限を０．５０％とする。

【００３９】Ｍｎは母材強度の上昇に有効な元素である
が、０．０５％未満ではこの効果が得られないので０．
０５％を下限値とし、２．００％を超える添加は靭性を
低下させるため、その上限を２．００％とする。

【００４０】ＭｇはＭｇＯ生成に必須の元素であるが、
０．０００２％未満では凝固組織の細粒化に必要なＭｇ
Ｏ粒子を十分に得ることができず、０．００５０％を超
えて添加すると粗大なＭｇＯが生成して靭性を低下させ
る。従って、Ｍｇ添加量の範囲を０．０００２〜０．０
０５０％とした。さらに、ＭｇＯを微細でほぼ均一に分
散するには、０．００１０〜０．００４０％とすること
が望ましい。

【００４１】ＯはＭｇＯ生成に必須の元素であるが、
０．０００５％未満では凝固組織の細粒化に必要なＭｇ
Ｏ粒子を十分に得ることができず、０．００８０％を超
えて添加すると粗大なＭｇＯが生成して靭性を低下させ
る。従って、Ｏ添加量の範囲を０．０００５〜０．００
８０％とした。さらに、ＭｇＯを微細でほぼ均一に分散
するには、０．００１５〜０．００４０％とすることが
望ましい。

【００４２】ＴｉはＴｉＮ生成に必須の元素であるが、
０．００５％未満ではＭｇＯ−ＴｉＮ複合析出物におけ
るＴｉＮ生成量が不十分であり鋼板のミクロ組織が十分
に細粒化せず、０．０２５％を超えて添加するとＭｇＯ
−ＴｉＮ複合析出物中に粗大なＴｉＮが生成するために
靭性を低下させる。従って、Ｔｉ添加量の範囲を０．０
０５〜０．０２５％とした。さらに、ＴｉＮを微細分散
させ鋼板のミクロ組織を十分に細粒化させるためには、
０．０１５％以下とすることが望ましい。

【００４３】ＮはＴｉＮ生成に必要な元素であるが、
０．００２０％未満ではＭｇＯ−ＴｉＮ複合析出物にお
けるＴｉＮ生成量が不十分であり鋼板のミクロ組織が十
分に細粒化せず、０．００８０％を超えて添加するとＭ
ｇＯ−ＴｉＮ複合析出物中に粗大なＴｉＮが生成するた
めに靭性を低下させる。従って、Ｎ添加量の範囲を０．
００２０〜０．００８０％とした。また、ＴｉＣ析出に
よる靭性低下を抑制するために、Ｔｉ／Ｎ比を３．４以
下とすることが望ましい。さらに、ＴｉＮを微細分散さ
せ鋼板のミクロ組織を十分に細粒化させるためには０．
００６０％以下とすることが望ましい。

【００４４】また、Ａｌを０．０１％を超えて添加する
と、アルミナ主体の酸化物が増加し、ＭｇＯの生成が抑
制される。従って、Ａｌを０．０１％以下とする必要が
ある。Ａｌの下限値は特に限定されるものではないが、
経済的には０．０００１％が好ましい。さらに、ＭｇＯ
を微細分散するにはＡｌを０．００５％以下とすること
が望ましい。

【００４５】本発明では、上記元素に加えて、母材の強
度靭性を向上するために、 Ｃｕ：０．０５〜１．５０％ Ｎｉ：０．０５〜２．００％ Ｃｒ：０．０２〜１．００％ Ｍｏ：０．０２〜１．００％ Ｎｂ：０．００５〜０．０５％ Ｖ ：０．００５〜０．１０％ Ｂ ：０．０００４〜０．００４０％ よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含有す
ることができる。

【００４６】前記した含有元素のうちＣｕは母材強度の
上昇に有効な元素であるが、０．０５％未満ではその効
果が得られないので０．０５％を下限値とし、１．５０
％を超える添加は母材靭性の低下を招くため、その上限
を１．５０％とする。

【００４７】Ｎｉは母材強度と母材靭性を共に高めると
共に、Ｃｕ添加による鋼の熱間割れを防止し得るが、そ
の効果を得るためには０．０５％以上の添加が必要であ
り、多量添加は経済性を損なうため、その上限を２．０
０％とする。

【００４８】Ｃｒは焼入れ性を高める効果、焼戻し軟化
抵抗を高める効果（強度向上効果）を有するが、その効
果を得るためには０．０２％以上の添加が必要であり、
多量添加は経済性や母材靭性を損なうため、その上限を
１．００％とする。

【００４９】Ｍｏは焼入れ性を高める効果、焼戻し軟化
抵抗を高める効果（強度向上効果）を有するが、その効
果を得るためには０．０２％以上の添加が必要であり、
多量添加は経済性や母材靭性を損なうため、その上限を
１．００％とする。

【００５０】Ｎｂは母材強度の上昇および細粒化による
母材靭性改善に有効な元素であるが、０．００５％未満
ではこれらの効果が得られないので下限値を０．００５
％とし、多量添加は経済性を損なうため、その上限を
０．０５％とする。

【００５１】Ｖは母材強度を向上させる効果を有する
が、その効果を得るには０．００５％以上の添加が必要
であり、一方、多量添加は経済性や母材靭性を損なうた
め、その上限を０．１０％とする。

【００５２】Ｂは焼入れ性を高めることで母材強度の上
昇に有効な元素であるが、その効果を得るためには０．
０００４％以上の添加が必要であり、多量添加は靭性を
低下させるため、その上限を０．００４０％とする。

【００５３】溶鋼からスラブの製造方法は、溶鋼を上述
した範囲内のＭｇ量、Ｏ量に規制した上で凝固させスラ
ブとする。これにより、粒子径が０．００５〜０．１μ
ｍのＭｇＯを１平方ｍｍあたり１．０×１０⁵ 〜１．０
×１０⁷ 個含むスラブが得られる。スラブから鋼板への
製造方法は、鋼板に必要とされる機械的性質に応じて安
価な製造法を適宜選定すれば良い。

【００５４】

【実施例】以下に、本発明の実施例を示す。転炉により
鋼を溶製し、連続鋳造により厚さ２４５ｍｍのスラブを
製造した。表１、表２に鋼材の化学成分を示す。母材の
強度・靭性は鋼中成分に大きく依存するので、本発明の
効果を確認するために、ほぼ同一の化学成分でＭｇ、
Ｏ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎのみを変化させた鋼を溶製して比較
した。例えば、鋼番Ａ１と鋼番Ａ２は、Ｍｇ、Ｏ、Ａｌ
添加量以外の成分についてはほぼ同一である。

【００５５】表１は請求項１、２に関するＴｉＮを含ま
ない化学成分であり、表２は請求項３、４に関するＴｉ
Ｎを含む化学成分である。また、表１、表２中には、請
求項５あるいは請求項６に関する選択元素群を含まない
化学成分であるか、請求項７に関する選択元素群を含む
化学成分であるかを明記した。

【００５６】表３、表４に表１および表２の成分を有す
るスラブを用いて製造した鋼板につき、請求項との対
応、板厚と製造方法、鋼板のＭｇＯあるいはＭｇＯ−Ｔ
ｉＮ複合析出物の個数、主たるミクロ組織とその粒径、
および機械的性質として降伏強さと靭性を示す。

【００５７】請求項との対応については、ＭｇＯおよび
ＭｇＯ−ＴｉＮ複合析出物の分布およびミクロ組織に関
する請求項との対応と、選択元素に関する請求項との対
応を示す。

【００５８】スラブから鋼板への製造方法については、
表３、表４に示すとおり、普通圧延（Ｎ１、Ｎ２）、制
御圧延・制御冷却（Ｍ１、Ｍ２）、焼入れ・焼戻し（Ｏ
１、Ｏ２、Ｑ１、Ｑ２）、直接焼入れ・焼戻し（Ｐ１、
Ｐ２、Ｒ１、Ｒ２）のいずれかの方法により、板厚２５
〜１００ｍｍの鋼板を製造した。母材の強度と靭性に
は、板厚および製造条件も大きな影響を及ぼすため、本
発明の効果を明白にするため同一の板厚および製造条件
により製造した発明鋼と比較鋼を対比させた。各製造方
法の詳細条件については表３、表４の注１）に示した。

【００５９】ＭｇＯ、およびＭｇＯ−ＴｉＮ複合析出物
の個数は、鋼板の板厚中心部から採取した抽出レプリカ
を透過型電子顕微鏡を用いて測定したものである。観察
されたＭｇＯ、およびＭｇＯ−ＴｉＮ複合析出物のサイ
ズは、ＭｇＯについては０．００５〜０．１μｍであ
り、ＭｇＯ−ＴｉＮ複合析出物については、０．００５
〜０．１μｍのＭｇＯを核として含む０．０５〜０．５
μｍのサイズであった。

【００６０】鋼板のミクロ組織の同定については、鋼板
板厚中心部につき、硝酸アルコール溶液を用いて鋼のミ
クロ組織を現出させ、面積分率で５０％以上を占める組
織を主たるミクロ組織とした。主たるミクロ組織の粒径
測定法については、主たるミクロ組織がフェライト組織
の場合には、硝酸アルコール溶液を用いて鋼のフェライ
ト粒を現出させ、顕微鏡と画像処理装置を用いてその平
均粒径を求めた。主たるミクロ組織がベイナイトまたは
マルテンサイト組織の場合には、ピクリン酸アルコール
溶液を用いて鋼の旧オーステナイト粒を現出させ、顕微
鏡と画像処理装置を用いてその平均粒径を求めた。

【００６１】強度、靭性は鋼板の板厚中心部のＣ方向に
て調査した。降伏強さは下降伏点あるいは下降伏点が明
瞭でない場合は０．２％耐力の値とした。靭性は延性脆
性遷移温度（ｖＴｒｓ）の値である。

【００６２】表３中の番号１〜８に示すとおり、粒子径
が０．００５〜０．１μｍのＭｇＯを１平方ｍｍあたり
１．０×１０⁵ 〜１．０×１０⁷ 個含み、平均粒径が３
〜１５μｍのフェライトを主体としたミクロ組織からな
る本発明鋼は、従来鋼に比較し降伏強さあるいは０．２
％耐力で５０ＭＰａ以上の高強度を有すると同時に延性
脆性遷移温度（ｖＴｒｓ）が２０℃以上低下する高靭性
を兼ね備える。

【００６３】表３中の番号９〜２４に示すとおり、粒子
径が０．００５〜０．１μｍのＭｇＯを１平方ｍｍあた
り１．０×１０⁵ 〜１．０×１０⁷ 個含み、旧オーステ
ナイト粒の平均粒径が１５〜７５μｍのベイナイトある
いはマルテンサイトを主体としたミクロ組織からなる本
発明鋼は、従来鋼に比較し降伏強さあるいは０．２％耐
力で５０ＭＰａ以上の高強度を有すると同時に延性脆性
遷移温度（ｖＴｒｓ）が２０℃以上低下する高靭性を兼
ね備える。

【００６４】表４中の番号２５〜３２に示すとおり、粒
子径が０．００５〜０．１μｍのＭｇＯを核として、そ
の周辺にＴｉＮを有する、粒子径が０．０５〜０．５μ
ｍのＭｇＯ−ＴｉＮ複合析出物を、１平方ｍｍあたり
１．０×１０⁵ 〜１．０×１０ ⁷ 個含み、平均粒径が２
〜１０μｍのフェライトを主体としたミクロ組織からな
る本発明鋼は、従来鋼に比較し降伏強さあるいは０．２
％耐力で５０ＭＰａ以上の高強度を有すると同時に延性
脆性遷移温度（ｖＴｒｓ）が２０℃以上低下する高靭性
を兼ね備える。

【００６５】表４中の番号３３〜４８に示すとおり、粒
子径が０．００５〜０．１μｍのＭｇＯを核として、そ
の周辺にＴｉＮを有する、粒子径が０．０５〜０．５μ
ｍのＭｇＯ−ＴｉＮ複合析出物を、１平方ｍｍあたり
１．０×１０⁵ 〜１．０×１０ ⁷ 個含み、旧オーステナ
イト粒の平均粒径が１０〜５０μｍであるベイナイトあ
るいはマルテンサイトを主体としたミクロ組織からなる
本発明鋼は、従来鋼に比較し降伏強さあるいは０．２％
耐力で５０ＭＰａ以上の高強度を有すると同時に延性脆
性遷移温度（ｖＴｒｓ）が２０℃以上低下する高靭性を
兼ね備える。

【００６６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、高
強度と高靭性を兼ね備えた構造用厚鋼板を安価に、安定
して供給することが可能となるため、産業上極めて有用
なものである。

【００６７】

【表１】

【００６８】

【表２】（表１のつづき）

【００６９】

【表３】

【００７０】

【表４】（表３のつづき）

【００７１】表３及び表４の注１）、注２）、注３）、
注４）につき示す。 注１）鋼板の製造方法 Ｍ１（制御圧延・制御冷却、25mm）：1150℃加熱−830
℃以上で100 mmまで圧延後、25mmまで830 〜750 ℃で圧
延し、120 秒以内に水冷開始し300 ℃以下まで水冷。 Ｍ２（制御圧延・制御冷却、50mm）：1150℃加熱−830
℃以上で150 mmまで圧延後、50mmまで830 〜750 ℃で圧
延し、120 秒以内に水冷開始し300 ℃以下まで水冷。 Ｎ１（普通圧延、75mm）：1100℃加熱−940 〜900 ℃で
75mmまで圧延終了し、室温まで空冷。 Ｎ２（普通圧延、100 mm）：1100℃加熱−960 〜920 ℃
で100 mmまで圧延終了し、室温まで空冷。 Ｏ１（普通圧延、焼入れ・焼戻し、25mm）：1200℃加熱
−880 〜850 ℃で25mmまで圧延終了し、室温まで空冷。
920 ℃にて１時間保持後水冷。530 ℃にて１時間焼戻
し。 Ｏ２（普通圧延、焼入れ・焼戻し、50mm）：1200℃加熱
−900 〜870 ℃で50mmまで圧延終了し、室温まで空冷。
920 ℃にて１時間保持後水冷。530 ℃にて１時間焼戻
し。 Ｐ１（直接焼入れ・焼戻し、75mm）：1150℃加熱−960
〜930 ℃で75mmまで圧延終了後、120 秒以内に水冷開始
し室温まで水冷。600 ℃にて１時間焼戻し。 Ｐ２（直接焼入れ・焼戻し、100mm ）：1150℃加熱−98
0 〜960 ℃で100mmまで圧延終了後、120 秒以内に水冷
開始し室温まで水冷。600 ℃にて１時間焼戻し。 Ｑ１（普通圧延、焼入れ・焼戻し、25mm）：1150℃加熱
−850 〜820 ℃で25mmまで圧延終了し、室温まで空冷。
880 ℃にて１時間保持後水冷。580 ℃にて１時間焼戻
し。 Ｑ２（普通圧延、焼入れ・焼戻し、50mm）：1150℃加熱
−870 〜840 ℃で50mmまで圧延終了し、室温まで空冷。
880 ℃にて１時間保持後水冷。580 ℃にて１時間焼戻
し。 Ｒ１（直接焼入れ・焼戻し、75mm）：1100℃加熱−850
〜830 ℃で75mmまで圧延終了後、120 秒以内に水冷開始
し室温まで水冷。530 ℃にて１時間焼戻し。 Ｒ２（直接焼入れ・焼戻し、100 mm）：1100℃加熱−87
0 〜850 ℃で100mmまで圧延終了後、120 秒以内に水冷
開始し室温まで水冷。530 ℃にて１時間焼戻し。 （注）水冷時の水量密度は0.9 〜1.1 m³／m²．min であ
る。

【００７２】注２）ＭｇＯ個数の測定方法 ＭｇＯおよびＭｇＯ−ＴｉＮ複合析出物のサイズおよび
個数は、鋼板の板厚中心部から抽出レプリカを採取し、
透過型電子顕微鏡でサイズおよび個数を測定した。尚、
観察されたＭｇＯ、およびＭｇＯ−ＴｉＮ複合析出物の
サイズは、ＭｇＯについては0.005 〜0.１μm であり、
ＭｇＯ−ＴｉＮ複合析出物については、0.005 〜0.１μ
m のＭｇＯを核として含む0.05〜0.５μm のサイズであ
った。

【００７３】注３）主たるミクロ組織の決定法 硝酸アルコール溶液を用いて鋼の板厚中心部のミクロ組
織を現出させ、面積分率で５０％以上を占める組織を主
たるミクロ組織とした。

【００７４】注４）主たるミクロ組織の平均粒径の測定
方法 主たるミクロ組織がフェライトの場合 硝酸アルコール溶液を用いて鋼板の板厚中心部のフェラ
イト粒界を現出させ、顕微鏡と画像処理装置を用いてフ
ェライト粒の平均粒径を求めた。 主たるミクロ組織がベイナイトおよびマルテンサイトの
場合 ピクリン酸アルコール溶液を用いて鋼板の板厚中心部の
旧オーステナイト粒界を現出させ、顕微鏡と画像処理装
置を用いて旧オーステナイト粒の平均粒径を求めた。

【図面の簡単な説明】

【図１】スラブの凝固組織とそのフェライト粒径および
鋼板のフェライト組織の粒径に及ぼす、ＭｇＯ、および
ＭｇＯ−ＴｉＮ複合析出物の影響を示した図である。

【図２】スラブの凝固組織とそのベイナイト組織の旧オ
ーステナイト粒径および鋼板のマルテンサイト組織の旧
オーステナイト粒径に及ぼす、ＭｇＯ、およびＭｇＯ−
ＴｉＮ複合析出物の影響を示した図である。

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粒子径が０．００５〜０．１μｍのＭｇ
   Ｏを１平方ｍｍあたり１．０×１０⁵ 〜１．０×１０⁷
   個含み、粒径が３〜１５μｍのフェライト組織からなる
   ことを特徴とする強度と靭性に優れた構造用厚鋼板。
2. 【請求項２】 粒子径が０．００５〜０．１μｍのＭｇ
   Ｏを１平方ｍｍあたり１．０×１０⁵ 〜１．０×１０⁷
   個含み、旧オーステナイト粒径が１５〜７５μｍのベイ
   ナイトあるいはマルテンサイト組織からなることを特徴
   とする強度と靭性に優れた構造用厚鋼板。
3. 【請求項３】 粒子径が０．００５〜０．１μｍのＭｇ
   Ｏを核として、その周辺にＴｉＮを有する、大きさが
   ０．０５〜０．５μｍのＭｇＯ−ＴｉＮ複合析出物を、
   １平方ｍｍあたり１．０×１０⁵ 〜１．０×１０⁷ 個含
   み、粒径が２〜１０μｍのフェライト組織からなること
   を特徴とする強度と靭性に優れた構造用厚鋼板。
4. 【請求項４】 粒子径が０．００５〜０．１μｍのＭｇ
   Ｏを核として、その周辺にＴｉＮを有する、大きさが
   ０．０５〜０．５μｍのＭｇＯ−ＴｉＮ複合析出物を、
   １平方ｍｍあたり１．０×１０⁵ 〜１．０×１０⁷ 個含
   み、旧オーステナイト粒径が１０〜５０μｍのベイナイ
   トあるいはマルテンサイト組織からなることを特徴とす
   る強度と靭性に優れた構造用厚鋼板。
5. 【請求項５】 重量％にて、 Ｃ ：０．０３〜０．２５％ Ｓｉ：０．０１〜０．５０％ Ｍｎ：０．０５〜２．００％ Ｍｇ：０．０００２〜０．００５０％ Ｏ ：０．０００５〜０．００８０％ Ａｌ：０．０１％以下 を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなる鋼
   であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載
   の強度と靭性に優れた構造用厚鋼板。
6. 【請求項６】 重量％にて、 Ｃ ：０．０３〜０．２５％ Ｓｉ：０．０１〜０．５０％ Ｍｎ：０．０５〜２．００％ Ｍｇ：０．０００２〜０．００５０％ Ｏ ：０．０００５〜０．００８０％ Ｔｉ：０．００５〜０．０２５％ Ｎ ：０．００２０〜０．００８０％ Ａｌ：０．０１％以下 を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなる鋼
   であることを特徴とする請求項３または請求項４に記載
   の強度と靭性に優れた構造用厚鋼板。
7. 【請求項７】 請求項５または請求項６の鋼に、更に母
   材強度靭性向上元素として、重量％にて、 Ｃｕ：０．０５〜１．５０％ Ｎｉ：０．０５〜２．００％ Ｃｒ：０．０２〜１．００％ Ｍｏ：０．０２〜１．００％ Ｎｂ：０．００５〜０．０５％ Ｖ ：０．００５〜０．１０％ Ｂ ：０．０００４〜０．００４０％ よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含有
   し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなる鋼である
   ことを特徴とする、請求項１または請求項２または請求
   項３または請求項４に記載の強度と靭性に優れた構造用
   厚鋼板。