JP3520619B2

JP3520619B2 - 材質ばらつきの少ないベイナイト鋼材およびその製造方法

Info

Publication number: JP3520619B2
Application number: JP24174895A
Authority: JP
Inventors: 透林; 虔一天野; 光浩岡津; 健次大井; 文丸川端; 智也小関; 教次板倉; 裕樹太田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1994-09-20
Filing date: 1995-09-20
Publication date: 2004-04-19
Anticipated expiration: 2015-09-20
Also published as: JPH08144019A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、建築、海洋構造
物、パイプ、造船、貯槽、土木、建設機械等の分野で使
用される、厚みが30mm以上の厚鋼板、鋼帯、形鋼または
棒鋼などの鋼材、特に材質ばらつきの少ない鋼材の製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】厚鋼板に代表される肉厚の鋼材は、上記
のように、様々な分野で使用され、高強度化や高じん性
化などの特性の改善がはかられているが、近年では、こ
れらの特性が厚み方向において均一でありかつ鋼材間で
のばらつきも小さいことが、要求されている。

【０００３】例えば、「鉄と鋼第74年（1988）第６
号」の第11〜21頁には、建築物の高層化が進むにつれ、
巨大地震に対して建築物の変形により振動エネルギーを
吸収し倒壊を防ぐ設計がとられるようになってきたこと
が報告されている。具体的には、地震発生時に建築物の
骨組みを所定形状で崩壊させ、この骨組み材の塑性化に
よって建物の倒壊を防ぐものである。すなわち、地震発
生時に建築物の骨組みが、設計者の意図した挙動を示す
ことが前提になり、建築物の柱や梁などの鋼材の耐力比
を設計者が完全に把握していることが必要である。従っ
て、柱や梁などに用いる鋼板やＨ形鋼などの鋼材は均質
であることが不可欠であり、鋼材の強度ばらつきは大き
な問題となる。

【０００４】ここで、建築や造船などに供する鋼材には
高張力かつ高じん性が要求されるところから、この種の
鋼材は、制御圧延制御冷却法、いわゆるTMCP法に従って
製造されるのが通例である。しかし、このTMCP法によっ
て肉厚の鋼材を製造すると、冷却速度が厚み方向あるい
は各鋼材間で異なって組織が変化するため、得られた鋼
材の厚み方向あるいは各鋼材間で材質のばらつきが発生
するのである。材質のばらつきとしては、特に厚鋼板に
おいて厚み方向に現れるもののほか、Ｈ形鋼におけるウ
ェブおよびフランジ間での冷却が不均一になってウェブ
およびフランジ間に現れるもの、または各ロット間に現
れるもの等がある。

【０００５】そこで、特開平４−224623号公報では、Nb
を添加し、また圧延後の冷却速度を３℃／ｓ以上とする
とともに、冷却停止温度の上限を500 ℃とすることによ
り、板厚方向の組織をフェライトとベイナイトの混合し
た組織として、板厚中心部の強度を上昇して板厚方向の
硬度差を小さくすることが提案されている。しかしなが
ら、冷却速度を板厚中心部においても３℃／ｓ以上に厳
密に制御しなくてはならず、板厚方向に冷却速度分布が
生じると、直ちに材質のばらつきとなるため、その製造
を厳格に制御する必要があり、工業的規模での製造には
不向きであった。

【０００６】また、特開昭62−130215号公報には、Cuの
析出強化によって強度を確保する一方、熱間圧延後に0.
5 ℃／ｓ以上の冷却速度で300 〜700 ℃に冷却し、次い
で500 〜650 ℃の温度域に一定時間保持した後、室温ま
で冷却することにより、低温じん性を改善することが、
提案されている。しかし、この技術は、低温じん性の改
善を目指したものであり、上記した様々な形での材質の
ばらつきを抑えることによって、近年の構造用鋼などに
要求される、材質の均一性を満足することは難しい。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記の問
題を解消した、すなわち製造工程における制約のない、
厚み方向および鋼材間などでの材質ばらつきの少ない鋼
材の製造方法について提案することを、それぞれ目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】肉厚の鋼材、その典型例
である厚鋼板の材質ばらつきは、冷却工程における、鋼
板表面から中心部までの厚み方向冷却速度の大幅な変化
あるいは製造条件のばらつきによる冷却速度の変化か
ら、組織変動が発生することに起因している。この組織
変動を回避するには、広い冷却速度範囲で均質の組織を
得ることが肝要である。

【０００９】そこで、発明者らは、製造条件が変化して
も均質の組織を得る手法に関して、原点に立ち戻って検
討を重ねたところ、成分組成を新たに設計し直すことに
よって、冷却速度の変化にかかわらず厚み方向の組織を
一定とした、材質ばらつきの少ない鋼板が得られること
を知見するに至った。

【００１０】すなわち、組織を冷却速度に依存すること
なくベイナイト単相とするために、Ａr₃点を低下するM
n，Nbを適量添加するとともに、低い冷却速度でもフェ
ライトを析出させないために、旧オーステナイト粒界の
粒界エネルギーを低下するＢを添加し、さらに、Ｃ量を
制限することによってベイナイト中の炭化物析出を抑制
し、冷却速度が変化して炭化物の析出形態が変化するこ
とによる、強度変化を完全に排除する、成分組成を実現
したのである。この成分組成に従うことで、圧延条件や
冷却条件に影響されることなしに、通常の製造工程によ
って組織はベイナイト単相となり、従って強度やじん性
のばらつきを最小限に抑えられる。

【００１１】

【００１２】この発明は、 (1) Ｃ： 0.001 wt ％以上 0.030 wt ％未満、 Si ： 0.60wt ％
以下、 Mn ： 1.00 〜 3.00wt ％、 Nb ： 0.005 〜 0.20wt ％、
Ｂ： 0.0003 〜 0.0050wt ％および Al ： 0.100 wt ％以下を含
む組成になる鋼素材の熱間圧延に際し、 Ac ₃ 〜 1350 ℃の
温度に加熱後、 800 ℃以上のオーステナイト未再結晶温
度域にて圧延を終了し、その後冷却を行うことを特徴と
する材質ばらつきの少ないベイナイト鋼材の製造方法
（第１発明）、 (2) Ｃ： 0.001 wt ％以上 0.030 wt ％未満、 Si ： 0.60wt ％
以下、 Mn ： 1.00 〜 3.00wt ％、 Nb ： 0.005 〜 0.20wt ％、
Ｂ： 0.0003 〜 0.0050wt ％および Al ： 0.100 wt ％以下を含
む組成になる鋼素材の熱間圧延に際し、 Ac ₃ 〜 1350 ℃の
温度に加熱後、 800 ℃以上のオーステナイト未再結晶温
度域にて圧延を終了し、ついで冷却後に、 500 ℃以上 8
00 ℃未満の温度域に再加熱して保持する析出処理を行う
ことを特徴とする材質ばらつきの少ないベイナイト鋼材
の製造方法（第２発明）、 (3) Ｃ： 0.001 wt ％以上 0.030 wt ％未満、 Si ： 0.60wt ％
以下、 Mn ： 1.00 〜 3.00wt ％、 Nb ： 0.005 〜 0.20wt ％、
Ｂ： 0.0003 〜 0.0050wt ％および Al ： 0.100 wt ％以下を含
む組成になる鋼素材の熱間圧延に際し、 Ac ₃ 〜 1350 ℃の
温度に加熱後、 800 ℃以上のオーステナイト未再結晶温
度域にて圧延を終了し、ついで析出処理温度域である 5
00 ℃以上 800 ℃未満の所定温度まで 0.1 〜 80 ℃／ｓの冷
却速度で加速冷却したのち、 500 ℃以上 800 ℃未満の温
度域において 30 ｓ以上等温保持するかまたは当該温度域
内において１℃／ s 以下の冷却速度で 30 ｓ以上冷却する
析出処理を行い、その後冷却を行うことを特徴とする材
質ばらつきの少ないベイナイト鋼材の製造方法（第３発
明）、 (4) 第１発明、第２発明または第３発明において、鋼素
材が、さらに Cu ： 0.7 〜 2.0 wt ％を含有する組成になる
ベイナイト鋼材の製造方法（第４発明）、 (5) 第１発明、第２発明、第３発明または第４発明にお
いて、鋼素材が、さらに Ti ： 0.005 〜 0.20wt ％を含有す
る組成になるベイナイト鋼材の製造方法（第５発明）、 (6) 第１発明、第２発明、第３発明、第４発明または第
５発明において、鋼素材が、さらにＶ： 0.005 〜 0.20wt
％を含有する組成になるベイナイト鋼材の製造方法（第
６発明）、 (7) 第１発明、第２発明、第３発明、第４発明、第５発
明または第６発明において、鋼素材が、さらに Ni ： 2.0
wt ％以下、 Cr ： 0.5 wt ％以下、 Mo ： 0.5 wt ％以下、Ｗ：
0.5 wt ％以下および Zr ： 0.5 wt ％以下のうちから選んだ
１種または２種以上を含有する組成になるベイナイト鋼
材の製造方法（第７発明）、 (8) 第１発明、第２発明、第３発明、第４発明、第５発
明、第６発明または第７発明において、鋼素材が、さら
に REM および Ca のうちから選んだ少なくとも１種を 0.02
wt ％以下で含有する組成になるベイナイト鋼材の製造方
法（第８発明）である。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、この発明について、まず鋼
素材の各化学成分の限定理由について説明する。Ｃ： 0.001wt％以上0.030 wt％未満Ｃは、冷却速度に依存せずにベイナイト単相とするため
に、0.001 wt％以上は必要である。一方、0.030 wt％以
上では、ベイナイト組織内部あるいはラス境界に炭化物
が析出し、冷却速度が変化すると炭化物の析出形態が変
化するため、広い冷却速度範囲で一定の強度を得ること
が困難になる。ここで、この発明に従う成分系において
Ｃ量を変化した、厚さ80mmの厚鋼板について、それぞれ
厚み方向の硬さの最大値と最小値との差（硬さ変化）を
調査した。なお、Ｃ以外の成分組成は、Si：0.02wt％、
Mn：1.6 wt％、Nb：0.020 wt％、Ｂ：0.0018wt％および
Al：0.03wt％である。この調査結果を図１に示すよう
に、Ｃ量が0.001 wt％未満および0.030 wt％以上では、
硬さ変化がＨ_V ：20をこえて、強度のばらつきが顕著に
なることがわかる。従って、Ｃ含有量は、 0.001wt％以
上0.030 wt％未満に限定する。

【００１４】なお、Ｃについては、その上限を0.02wt％
にすることによって、均質な組織に加えて、優れた耐硫
化物応力腐食割れ性を得ることができる。すなわち、石
油や天然ガスのパイプ輸送やＬＰＧ貯蔵用タンク等で
は、原油や天然ガス中に硫化水素を含む場合が多く、こ
の硫化水素雰囲気で鋼板表面が腐食され、この腐食面か
ら鋼中に進入した原子状水素が鋼中に局部的に濃化する
ため、割れ感受性が高くなる。同時に、原油や天然ガス
の輸送時に、輸送パイプの周方向に発生する応力によっ
て、原子状水素の濃化域で応力腐食割れが発生し、鋼材
の破壊につながるのである。この硫化物環境における特
異な応力腐食割れ、いわゆる硫化物応力腐食割れを防止
することが重要になる。そして、Ｃ含有量を0.02wt％以
下に制限することによって、せん断変態に起因する、変
態ひずみを解消し、硫化物腐食環境下で鋼中に進入する
原子状水素の濃化を防ぎ、さらに強度上昇をCu析出強化
にて達成することによって、従来と同等あるいはそれ以
上の強度および低温靭性を有しつつ、高い硫化水素濃度
環境においても、極めて優れた耐硫化物応力腐食割れ性
を得ることができるのである。

【００１５】Si：0.60wt％以下 Siは、0.60wt％をこえると、溶接部靱性が劣化するため
0.60wt％以下の範囲に限定する。なお、脱酸および強度
確保のために0.02wt％以上添加することが好ましい。

【００１６】Mn：1.00〜3.00wt％ Mnは、ベイナイト単相、特にベイナイト組織の体積率を
90％以上にするためには1.0 wt％以上、好ましくは1.50
wt％以上は必要であるが、3.00wt％をこえる含有は、溶
接による硬化が著しく高まって溶接熱影響部（HAZ ）の
じん性を劣化するため、1.00〜3.00wt％の範囲とする。

【００１７】Nb：0.005 〜0.20wt％ Nbは、特にAr₃を下げ低冷却速度側までベイナイト生成
範囲を広げる効果があり、安定してベイナイト組織を得
るために必要である。さらに、析出強化に寄与し、また
じん性の向上にも有効である。これらの効果を期待する
には、0.005wt％以上は必要である。一方、0.20wt％を
こえると、じん性向上の効果は飽和し経済的に不利にな
るため、0.20wt％を上限とする。

【００１８】Ｂ：0.0003〜0.0050wt％Ｂは、ベイナイト単相とするために0.0003wt％以上は必
要であるが、0.0050wt％をこえると、BNが析出して溶接
性を劣化するため、0.0003〜0.0050wt％に限定する。

【００１９】Al：0.100 wt％以下 Alは、0.100 wt％をこえると、溶接性が損なわれるた
め、0.100 wt％以下とする。なお脱酸のため0.010 wt％
以上添加することが好ましい。

【００２０】この発明は、上記の基本組成に成分調整を
することによって、製造条件、特に冷却速度にほとんど
依存しないで、均質な組織、具体的には90％以上がベイ
ナイトの組織が得られるところに特徴がある。この特徴
は、図２に結果を示す実験から、明らかである。

【００２１】すなわち、この発明に従う成分に調整した
鋼（発明例）と、建築材料に用いられる在来の鋼（従来
例）とに関して、製造工程における冷却速度を、0.1 〜
50℃／ｓの間で種々に変化させて得た鋼板の引張り強さ
を調査した結果について、図２に示す。同図から、この
発明に従う成分に調整することによって、冷却速度に依
存しないで一定した強度が得られることがわかる。特
に、従来では予測できないほど広範囲の冷却速度におい
て、Y.S およびT.S 値のばらつきが少なくなる。これ
は、上述のとおり、Ｃ量の制限、そしてMnおよびNb、さ
らにはＢの適量添加が寄与するところである。従って、
厚鋼板の厚み方向で冷却速度が変化しても、冷却速度に
依存して強度が変化することがなく、厚み方向に材質ば
らつきの少ない厚鋼板が得られるのである。

【００２２】なお、発明例は、Ｃ：0.007 wt％、Si：0.
02wt％、Mn：1.55wt％、Nb：0.024wt％、Ｂ：0.0018wt
％およびAl：0.032 wt％を含み、残部鉄および不可避的
不純物になる成分組成になり、一方、従来例は、Ｃ：0.
14wt％、Si：0.4 wt％、Mn：1.31wt％、Al：0.024 wt
％、Nb：0.015 wt％、Ti：0.013 wt％であった。そし
て、同じ製造工程における、冷却速度を変化させて、厚
み：15mmの厚鋼板を多数製造して、それぞれの厚鋼板か
ら採取した試験片にて引張り強さを測定した。

【００２３】また、この発明においては、上記基本成分
に、所定の化学成分を添加することによって、強度やじ
ん性のレベルを自在に制御することができる。このと
き、既に獲得した均質な組織は、新たな成分の添加に影
響されることが少ないため、材質ばらつきの少ない高強
度および／または高じん性の厚鋼板が容易に得られるの
である。

【００２４】まず、強度向上をはかるために、析出強化
成分として、まずCu：0.7 〜2.0 wt％を、さらにはTi：
0.005 〜0.20wt％および／またはＶ：0.005 〜0.20wt％
を、添加することができる。なお、これらの析出強化成
分を添加した場合は、後述する析出強化処理を施すこと
により、さらなる強化が可能である。

【００２５】Cu：0.7 〜2.0 wt％ Cuは、析出強化および固溶強化をはかるために添加する
が、2.0 wt％をこえるとじん性が急激に劣化し、一方、
0.7 wt％未満では析出強化の効果が少ないため、0.7 〜
2.0 wt％とする。

【００２６】Ti：0.005 〜0.20wt％ Tiは、Ar₃を下げてベイナイト組織の形成に寄与する
上、TiN となって溶接部じん性を向上させかつ析出強化
をはかるために、 0.005wt％以上は必要であり、一方0.
20wt％を越えるとじん性が劣化するため、0.005 〜0.20
wt％の範囲とする。

【００２７】Ｖ：0.005 〜0.20wt％Ｖは、析出強化のために、0.005 wt％以上は添加する
が、0.20wt％をこえて添加しても、その効果が飽和する
ため、0.20wt％を上限とする。

【００２８】さらに、強度向上をはかるために、Ni：2.
0 wt％以下、Cr：0.5 wt％以下、Mo：0.5 wt％以下、
Ｗ：0.5 wt％以下およびZr：0.5 wt％以下のうちから選
んだ１種または２種以上を添加することができる。な
お、これらの成分は、微量でも効果があるため、下限に
ついては適宜設定することができる。

【００２９】Ni：2.0 wt％以下 Niは、強度および靭性を向上し、またCuを添加した場合
には圧延時のCu割れを防止するのに有効であるが、高価
である上、過剰に添加してもその効果が飽和するため、
2.0 wt％以下の範囲で添加する。なお、0.05wt％未満の
添加では上記の効果が不十分であるため添加量は0.05wt
％以上とすることが好ましい。

【００３０】Cr：0.5 wt％以下 Crは、強度を上昇する効果があるが、0.5 wt％をこえて
添加すると溶接部靱性が劣化するため、0.5 wt％以下の
範囲で添加する。なお、下限は0.05wt％とすることが好
ましい。

【００３１】Mo：0.5 wt％以下 Moは、常温および高温での強度を上昇する効果がある
が、0.5 wt％をこえると、溶接性が劣化するため、0.5
wt％以下の範囲で添加する。なお、下限は、0.05wt％未
満の添加では強度上昇効果が不十分であるため、0.05wt
％とすることが好ましい。

【００３２】Ｗ：0.5 wt％以下Ｗは、高温強度を上昇する効果があるが、高価である
上、0.5 wt％をこえると、じん性が劣化するため、0.5
wt％以下の範囲で添加する。なお、0.05wt％未満の添加
では強度上昇効果が不十分であるため、添加量は0.05wt
％以上とすることが好ましい。

【００３３】Zr：0.5 wt％以下 Zrは、強度を上昇する効果に加えて、例えば亜鉛めっき
を施した際の耐めっき割れ性を向上する効果があるが、
0.5 wt％をこえて添加すると溶接部靱性が劣化するた
め、0.5 wt％以下の範囲で添加する。なお、下限は0.05
wt％とすることが好ましい。

【００３４】また、HAZ のじん性向上をはかるために、
REMおよびCaのうちから選んだ少なくとも１種を0.02wt
％以下で添加することができる。REM はオキシサルファ
イドとなってオーステナイト粒の粒成長を抑制してHAZ
のじん性を向上するが、0.02wt％をこえて添加すると鋼
の清浄度を損なうため、0.02wt％以下とする。なお、0.
001 wt％未満の添加では上記HAZ 靱性向上効果が不十分
であるため、添加量は0.001 wt％以上とすることが好ま
しい。

【００３５】Caは、HAZ のじん性向上に有効である上、
鋼中硫化物の形態制御により板厚方向の材質改善にも有
効であるが、0.02wt％をこえて添加すると、非金属介在
物量を増大させ内部欠陥の原因となるため、0.02wt％以
下とする。なお0.0005wt％未満の添加では上記効果が不
十分であるため、添加量は0.0005wt％以上とすることが
好ましい。

【００３６】

【００３７】次に、上述した基本組成に成分調整した鋼
スラブを、 Ac₃〜1350℃の温度に加熱後、800 ℃以上の
温度で圧延を終了し、その後冷却を施す。

【００３８】すなわち、加熱温度は、Ac₃未満では完全
にオーステナイトとすることができずに均質化が不十分
となり、一方、1350℃をこえると表面酸化が激しくなる
ため、Ac₃〜1350℃の温度域に加熱することが好まし
い。そして、圧延仕上げ温度が800 ℃未満であると、圧
延能率が低下するため、800 ℃以上とすることが好まし
い。

【００３９】次に、圧延後の冷却は、従来のように厳密
に管理する必要はなく、空冷または加速冷却のいずれで
も可能であるが、0.5 〜80℃／ｓの範囲で行うことが好
ましい。なぜなら、80℃／ｓを越える冷却速度で冷却を
行うとベイナイト・ラス間隔が密になり強度が冷却速度
に依存して上昇し、一方 0.5℃／ｓ未満ではフェライト
が生成しベイナイト単相となりにくい。

【００４０】さらに、種々の処理工程を付加することに
よって、上記した添加成分の場合と同様に、強度やじん
性のレベルを自在に制御することができる。まず、 Ac₃
〜1350℃の温度に加熱後の圧延過程において、 800℃以
上のオーステナイト未再結晶温度域にて圧延を施すこと
によって、じん性の向上がはかれる。

【００４１】すなわち、オーステナイト未再結晶域での
圧延は、加工転位の導入によりベイナイト組織が微細化
し、じん性を向上する効果がある。ここで、図３に、未
再結晶域での圧下率と破面遷移温度との関係について調
べた結果を示すように、圧下率：30％以上でじん性の向
上効果が顕著になるため、30％以上が推奨される。な
お、図３に示した実験における仕上げ温度は900 ℃で、
実験に供した鋼板の成分組成は、Ｃ：0.007 wt％、Si：
0.02wt％、Mn：1.55wt％、Al：0.32wt％、Nb：0.024 wt
％およびＢ：0.0018wt％を含み、残部鉄および不可避的
不純物になる。一方、未再結晶域での圧下率の上限は特
に定めないが、圧延荷重の問題から95％以上圧下するこ
とは操業上不利となる場合がある。

【００４２】さらに、析出強化成分として、Cu：0.7 〜
2.0 wt％、さらにはTi：0.005 〜0.20wt％および／また
はＶ：0.005 〜0.20wt％を添加した場合は、圧延を終了
したのち、析出処理温度域である 500℃以上800 ℃未満
の所定温度まで 0.1〜80℃／ｓの冷却速度で加速冷却し
たのち、該所定温度において30ｓ以上等温保持するかま
たは当該温度域内において１℃／s 以下の冷却速度で30
ｓ以上冷却する析出処理を行うことが、強度の向上に有
効である。

【００４３】すなわち、圧延終了から析出処理温度まで
の冷却における速度が、0.1 ℃／ｓ未満では、ベイナイ
ト組織中にフェライトが生成し、一方、80℃／ｓをこえ
ると、ベイナイト・ラス間隔が密になり強度が冷却速度
に依存して上昇し、0.1 ℃／ｓ未満ではフェライトが生
成しベイナイト単相とならないため冷却速度は 0.1〜80
℃／ｓの範囲とする。

【００４４】次いで、この加速冷却後、500 ℃以上800
℃未満の温度範囲で30ｓ以上の等温保持または当該温度
域内において１℃／ｓ以下の冷却速度で30ｓ以上冷却す
る析出処理を行うことにより、Cu, Ti(CN)およびV(CN)
のいずれか１種または２種以上、さらにはNb(CN)を析出
させ、強度上昇が図れる。また、この析出処理により組
織の均一化がはかられ、板厚方向の材質ばらつきもさら
に軽減される。

【００４５】ここで、析出処理の温度が800 ℃以上で
は、析出成分が溶解したままで析出が起こりにくくな
り、従って十分な析出をはかるには800 ℃未満で析出処
理を行う必要がある。一方、500 ℃未満では析出反応が
起こりにくいため、温度範囲を500 ℃以上800 ℃未満と
した。また、保持時間を30ｓ以上としたのは、30ｓ未満
では十分な析出強化ができないためである。そして、当
該温度範囲内で１℃／ｓ以下の冷却速度で30ｓ以上保持
することによっても析出強化が得られ、１℃／ｓをこえ
た冷却速度では十分な析出強化が得られない。なお、十
分に析出強化をさせるためには、0.1 ℃／ｓ以下の冷却
速度が望ましい。

【００４６】また、上記の析出処理を、圧延に続く冷却
後に行うこともできる。すなわち、冷却後に、500 ℃以
上800 ℃未満の温度域に再加熱して保持すればよい。

【００４７】なお、鋼スラブのＣ含有量を0.02wt％以下
に制限して、上記した優れた耐硫化物応力腐食割れ性を
得る場合は、500 ℃以上800 ℃未満の温度域における保
持時間または冷却時間を、特に300 ｓ以上とすることが
好ましい。この析出処理によって、 950℃以下での圧延
ひずみを受け継いだベイナイト粒の面欠陥およびせん断
変態時に生成した面欠陥の解消が同時に進行するため、
硫化物腐食環境下で鋼中に進入した原子状水素の濃化は
防がれ、耐硫化物応力腐食割れ性が改善されるのであ
る。

【００４８】

【実施例】

実施例１表１に示す種々の成分組成に調整した鋼スラブを、1150
℃に加熱後、総圧下率が74％になる圧延を仕上げ温度：
800 ℃で終了し、その後加速冷却（冷却速度：７℃／
ｓ）を行って、厚さ80mmの厚鋼板を製造した。

【００４９】かくして得られた各厚鋼板について、引張
試験およびシャルピー試験を行って、その機械的性質を
調査するとともに、厚み方向の強度のばらつきを評価す
るため、鋼板断面の硬さを表面より２mmピッチにて測定
して板厚方向の硬さ分布を調査した。さらに、HAZ のじ
ん性を評価するため、鋼板を1350℃に加熱後800 ℃から
500 ℃まで300 ｓで冷却する熱サイクル（500 kJ／cmの
入熱量で溶接したときのHAZ の熱履歴に相当）を施して
から、シャルピー試験片を採取し、０℃でのシャルピー
吸収エネルギーを測定した。

【００５０】これらの各調査結果を、表２に示すよう
に、この発明に従う厚鋼板は、400 MPa 以上の引張強さ
を有しかつ組織が均一になるため、厚み方向の硬さのば
らつきが比較例に比べて極めて小さく、硬さの最大値と
最小値との差がＨ_vで20以内となることがわかる。な
お、ベイナイト組織の体積率は、400 倍で撮影した光学
顕微鏡写真より点算法により測定した。

【００５１】

【表１】

【００５２】

【表２】

【００５３】実施例２表３に示す種々の成分組成に調整した鋼スラブを、表４
に示す各条件に従う処理を施して、厚さ80mmの厚鋼板を
製造した。かくして得られた各厚鋼板について、実施例
１と同様に、引張試験およびシャルピー試験を行って機
械的性質を調査するとともに、厚み方向の強度のばらつ
きも調査した。

【００５４】これらの調査結果を、表４に示すように、
この発明に従う厚鋼板は、400 MPa以上の引張強さを有
しかつ組織が均一になるため、厚み方向の硬さのばらつ
きが比較例に比べて、極めて小さいことがわかる。ま
た、析出強化元素を添加し析出強化処理を施すことによ
って、表２に特性を示した析出強化元素を添加していな
い発明例に比較して、強度上昇が実現されることもわか
る。

【００５５】

【表３】

【００５６】

【表４】

【００５７】さらに、表５に示す成分組成の厚鋼板につ
いて、1150℃に加熱し800 ℃までに50％の圧延を施し、
550 ℃で40分間の再加熱析出処理を行った後空冷してか
ら、耐硫化物応力腐食割れ性を評価した。すなわち、厚
鋼板の厚み中心部域から図４(a) に示す試験片を採取
し、この試験片に図４(b) に示す装置にて応力を負荷
し、その後NACE液（５％NaCl＋0.5 ％CH₃COOH ＋飽和H₂
S ）中に720 時間浸漬した。負荷した応力は、引張試験
による同鋼板の0.5 ％耐力の40〜120 ％に相当し、720
時間の浸漬後に破断が発生しなかった負荷応力の0.5 ％
耐力に対する比によって、耐硫化物応力腐食割れ性を評
価した。なお、評価数値が大きいほど、耐硫化物応力腐
食割れ性が良好であることを示す。この評価結果を図５
に示すように、Ｃを0.02wt％以下に制限した鋼板は、耐
硫化物応力腐食割れ性にも優れることがわかる。

【００５８】

【表５】

【００５９】

【発明の効果】この発明の厚鋼板は、工業的規模での生
産における冷却工程で用いられる、いずれの冷却速度に
よっても、ベイナイト単相組織となる。従って、今後需
要増が予想される、厚み方向の材質ばらつきの極めて少
ない厚鋼板を、工業的に安定して供給できる。なお、こ
の発明は形鋼の分野にも有利に適合する。

【図面の簡単な説明】

【図１】厚鋼板におけるＣ含有量と強度のばらつきとの
関係を示す図である。

【図２】厚鋼板における冷却速度と強度との関係を示す
図である。

【図３】未再結晶域圧延の圧下率と得られた鋼板の破面
遷移温度との関係を示す図である。

【図４】耐硫化物応力腐食割れ性を評価する試験に用い
る試験片および試験装置を示す図である。

【図５】厚鋼板におけるＣ含有量と耐硫化物応力腐食割
れ性との関係を示す図である。

フロントページの続き (72)発明者大井健次岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし）川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者川端文丸岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし）川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者小関智也岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし）川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者板倉教次岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし）川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者太田裕樹岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし）川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (56)参考文献特開昭62−4826（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−100924（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C21D 8/02 C22C 38/00 - 38/60

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃ： 0.001 wt ％以上 0.030 wt ％未満、 Si ： 0.60wt ％以下、 Mn ： 1.00 〜 3.00wt ％、 Nb ： 0.005 〜 0.20wt ％、Ｂ： 0.0003 〜 0.0050wt ％および Al ： 0.100 wt ％以下を含む組成になる鋼素材の熱間圧延に際し、 Ac ₃ 〜 1350
℃の温度に加熱後、 800 ℃以上のオーステナイト未再結
晶温度域にて圧延を終了し、その後冷却を行うことを特
徴とする材質ばらつきの少ないベイナイト鋼材の製造方
法。
【請求項２】Ｃ： 0.001 wt ％以上 0.030 wt ％未満、 Si ： 0.60wt ％以下、 Mn ： 1.00 〜 3.00wt ％、 Nb ： 0.005 〜 0.20wt ％、Ｂ： 0.0003 〜 0.0050wt ％および Al ： 0.100 wt ％以下を含む組成になる鋼素材の熱間圧延に際し、 Ac ₃ 〜 1350
℃の温度に加熱後、 800 ℃以上のオーステナイト未再結
晶温度域にて圧延を終了し、ついで冷却後に、 500 ℃以
上 800 ℃未満の温度域に再加熱して保持する析出処理を
行うことを特徴とする材質ばらつきの少ないベイナイト
鋼材の製造方法。
【請求項３】Ｃ： 0.001 wt ％以上 0.030 wt ％未満、 Si ： 0.60wt ％以下、 Mn ： 1.00 〜 3.00wt ％、 Nb ： 0.005 〜 0.20wt ％、Ｂ： 0.0003 〜 0.0050wt ％および Al ： 0.100 wt ％以下を含む組成になる鋼素材の熱間圧延に際し、 Ac ₃ 〜 1350
℃の温度に加熱後、 800 ℃以上のオーステナイト未再結
晶温度域にて圧延を終了し、ついで析出処理温度域であ
る 500 ℃以上 800 ℃未満の所定温度まで 0.1 〜 80 ℃／ｓ
の冷却速度で加速冷却したのち、 500 ℃以上 800 ℃未満
の温度域において 30 ｓ以上等温保持するかまたは当該温
度域内において１℃／ s 以下の冷却速度で 30 ｓ以上冷却
する析出処理を行い、その後冷却を行うことを特徴とす
る材質ばらつきの少ないベイナイト鋼材の製造方法。
【請求項４】請求項１、２または３において、鋼素材
が、さらに Cu ： 0.7 〜 2.0 wt ％を含有する組成になるベイナイト鋼材の製造方法。
【請求項５】請求項１、２、３または４において、鋼素
材が、さらに Ti ： 0.005 〜 0.20wt ％を含有する組成になるベイナイト鋼材の製造方法。
【請求項６】請求項１、２、３、４または５において、
鋼素材が、さらにＶ： 0.005 〜 0.20wt ％を含有する組成になるベイナイト鋼材の製造方法。
【請求項７】請求項１、２、３、４、５または６におい
て、鋼素材が、さらに Ni ： 2.0 wt ％以下、 Cr ： 0.5 wt ％以下、 Mo ： 0.5 wt ％以下、Ｗ： 0.5 wt ％以下および Zr ： 0.5 wt ％以下のうちから選んだ１種または２種以上を含有する組成に
なるベイナイト鋼材の製造方法。
【請求項８】請求項１、２、３、４、５、６または７に
おいて、鋼素材が、さらに REM および Ca のうちから選ん
だ少なくとも１種を 0.02wt ％以下で含有する組成になる
ベイナイト鋼材の製造方法。