JP3707317B2

JP3707317B2 - Ｔｉ含有溶接構造用高張力厚鋼板の製造方法

Info

Publication number: JP3707317B2
Application number: JP29309299A
Authority: JP
Inventors: 紀文堀
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1999-10-15
Filing date: 1999-10-15
Publication date: 2005-10-19
Anticipated expiration: 2019-10-15
Also published as: JP2001115210A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Tiを含有する高張力鋼板の製造方法に係り、特に、圧延後の焼入れ焼もどしの熱処理（調質処理）を施すことなく、降伏強さ590N/mm^２以上、引張強さ690N/mm^２以上の材質特性を達成するための溶接構造用高張力鋼板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
引張強さ690N/mm^２以上を超えるような高張力鋼を製造する一般的な方法として、熱間圧延後に再加熱して焼入れ焼もどしの熱処理（調質処理）を施す調質型が知られている。また、熱間圧延ままの非調質型の製造方法として、例えば特公昭62-1457 号公報には、２相域で熱間制御圧延して 600〜700 ℃の低温で熱間圧延を終了する方法が、また、特開平6-93332 号公報には、圧延後の加速冷却によりベイナイト組織にする方法が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記開示技術のうち、調質型の鋼板は、非調質型に比して、製造コストが高いうえ、製造のリードタイムが長く、経済的に不利である。
一方、非調質型の場合には、特公昭62-1457 号公報のように、熱間圧延終了温度が600 ℃〜700 ℃と低いと、鋼板の良好な平坦度形状を確保することが難しくなるという製造上の問題があった。また、特開平6-93332 号公報の方法では、冷却中に等温保持もしくは、冷却速度を遅くする必要があるため、工業的に実施することが難しかった。
このように、従来の非調質型高張力鋼板の製造方法では、経済的で安定した機械特性を得ることができず、いずれの方法とも工業的に採用するには適していない。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、590N/mm^２以上の降伏強さと690N/mm^２以上の引張強さを有する高張力鋼板を安定して、経済的に製造するための技術を提供することにある。
また、本発明の目的は、かかる高張力鋼板を溶接性を損なわない成分系（例えば Pcm ≦0.24) で製造することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、上記課題解決に向けて鋭意研究した結果、Ａr_３変態点以上の温度で熱間圧延を終了し、加速冷却により微細なベイナイト組織としたうえ、冷却後の再加熱によりTiの炭化物等の析出強化作用を利用することにより、引張強さ、降伏強さとも目標値を満たし、鋼板の平坦度も良好になることを知見し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
すなわち、本発明は、Ｃ：0.04〜0.15％、Si：0.1〜1.0％、Mn：1.4〜2.0％、Nb：0.02〜0.08％、Ti：0.10〜0.20％を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなる組成の鋼を1100〜1300℃に加熱し、Ａr₃変態点以上の温度で圧延を終了し、引き続き10℃/sec以上の速度で、650〜350℃の温度まで冷却し、冷却後再加熱し、400〜700℃に保持して焼もどすことにより、微細なベイナイト組織にTiＣを析出させて、降伏強さ590Ｎ/mm²以上、引張強さ690Ｎ/mm²以上の特性を得るTi含有溶接構造用高張力厚鋼板の製造方法である。
【０００７】
また、上記発明において、鋼組成がさらに、Cu：1.0 ％以下、Ni：1.0 ％以下、Mo：1.0 ％以下、Ｖ：0.10％以下、Ｂ：0.01％以下から選ばれるいずれか１種または２種以上を含有する組成とすることが好ましい。
さらに、上記各発明において、鋼組成がさらに、Ca：0.01％以下、 REM：0.10％以下から選ばれるいずれか１種または２種を含有する組成とすることが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明において、成分組成および製造条件を上記範囲に限定した理由について説明する。
Ｃ：0.04〜0.15％
Ｃは、強度上昇に有用な元素であり、目標とする強度を得るためには少なくとも0.04％は必要であるが、0.15％を超えると溶接性を損なう。よって、Ｃ量は0.04〜0.15％の範囲とする。
【０００９】
Si：0.1 〜1.0 ％
Siは、鋼の脱酸に必要であるほか、強度の上昇に有効な元素である。これらの効果を発揮させるためには、0.1 ％以上添加する必要があるが、過度に添加すると、溶接熱影響部の靱性を損ない溶接性にも有害となるので、0.1 〜1.0 ％の範囲で添加する。
【００１０】
Mn：1.4 〜2.0 ％
Mnは、強度上昇に有用な元素であり、1.4 ％以上の添加が必要であるが、過度に添加すると、溶接熱影響部の靱性を損なう。よって、2.0 ％を上限として添加する。
【００１１】
Nb：0.02〜0.08％
Nbは、結晶粒を細粒化し、強度上昇に寄与する元素である。これらの効果を発揮させるためには、0.02％以上の添加が必要であるが、Nb量が0.08％を超えると、靱性が劣化するので、0.02〜0.08％の範囲で添加する。
【００１２】
Ti：0.10〜0.20％
Tiは、本発明において特に重要な役割をもつ元素であり、0.10 ％未満では必要量のTiＣが形成されず、十分な降伏強さが得られない。Tiを0.20％を超えて添加しても、飽和してさらなる効果が得られず経済的に不利になるので、0.10〜0.20％の範囲で添加する。
【００１３】
以上述べた基本成分に加えて、さらなる特性向上のために、Cu：1.0 ％以下、Ni：1.0 ％以下、Mo：1.0 ％以下、Ｖ：0.10％以下、Ｂ：0.01％以下の群、Ca：0.01％以下、REM ：0.10％以下の群のいずれか少なくとも１群から選ばれる１種以上の元素を添加することができる。
Cu：1.0 ％以下
Cuは、強度上昇に有効な元素であるが、過量の添加は、熱間脆性を生じさせ、鋼板の表面性状を劣化させるため、上限を1.0 ％とする。
【００１４】
Ni：1.0 ％以下
Niは、強度上昇に有効な元素であるが、高価であり、経済性の観点から上限を1.0 ％とする。
【００１５】
Mo：1.0 ％以下
Moは、強度上昇に有効な元素であるが、高価であり、経済性の観点から上限を1.0 ％とする。
【００１６】
Ｖ：0.10％以下
Ｖは、強度上昇に有効な元素であるが、過量の添加は、母材と溶接熱影響部の靱性を劣化させるので、上限を0.10％とする。
【００１７】
Ｂ：0.01％以下
Ｂは、焼入れ性の向上によりベイナイトを生成させるのに有利な元素であるが、過量の添加は、靱性を劣化させるので、上限を0.01％とする。
【００１８】
Ca：0.01％以下
Caは、MnＳの形態制御を行い、靱性の向上に寄与するが、過量の添加は鋼の清浄度を悪くし、内部欠陥の原因となるので、上限を0.01％とする。
【００１９】
REM ：0.10％以下
REM （希土類元素）は、Caと同様に、MnＳの形態制御を行い、靱性の向上に寄与するが、過量の添加は、鋼の清浄度を悪くし、内部欠陥の原因となるので、上限を0.10％とする。
【００２０】
次に本発明における、製造条件について述べる。
鋼片の加熱温度は、高強度を得るために、添加Tiが加熱中に十分に固溶する必要があるので、1100℃以上の温度が必要である。しかし、1300℃を超えて加熱すると、オーステナイト粒径が粗大化し、強度、靱性ともに劣化するので、加熱温度は1100〜1300℃の範囲に限定する。
熱間圧延は、オーステナイト域で圧延を終了し、その後の加速冷却により、ベイナイト組織とし、高強度を得るために、Ａr_３変態点以上で圧延を終了させることが必要である。このときに、鋼板は良好な平坦度形状となる。
熱間圧延後、10℃/sec以上の速度で、650 〜350 ℃の温度まで冷却する。ベイナイト組織を得るためには、650 ℃以下の温度まで10℃／sec 以上の速度で冷却する必要があるが、この速度での冷却の停止温度が350 ℃以下になると、歪みが大きくなり鋼板の平坦度が低下する。
【００２１】
焼戻しは、TiＣ等の析出強化による、降伏強さの上昇のために必須の熱処理工程であるが、温度が400 ℃未満では、析出量が少なく、十分な強度上昇効果が得られない。また、温度が700 ℃を超えると、ベイナイト組織が軟化し、所定の引張強さが得られなくなる。また、その保持時間が60秒に満たないと析出量が不十分となる。よって、析出強化を目的とする焼戻しの条件は400 〜700 ℃の温度に60秒以上保持するものとする。
【００２２】
【実施例】
表１に示す成分組成の鋼スラブを、表２に示す条件で熱間圧延および焼もどし処理して、板厚１４ｍｍの鋼板とし、引張特性を調べた。ここで、引張試験片は圧延直角方向に採取した。また、荷重−歪み曲線で降伏点が現れないときには、0.2 ％耐力により降伏強さを求めた。その結果を表２に併せて示す。
No. １〜３および６〜８は発明例であり、No. ４、５は比較例である。目標とするTS≧690N/mm^２については、No. １〜８の全てで満足しているが、YS（又はYP）≧590N/mm^２は、焼もどし処理やTi添加量が条件を満たしていない比較例では達成されていない。
【００２３】
図１には、No. １と類似した成分系について、焼戻し温度と焼もどしによる降伏強度（YS又はYP）の増加量（＝焼もどし後のYS又はYP−焼もどし前のYS又はYP）との関係を示したものである。これから、焼戻し温度が400 ℃未満では、強度の上昇が十分に得られないことが分かる。
同様に、No. １と類似した成分系について、熱間圧延終了温度（仕上がり温度）と製造工程の過程における強度との関係を調べ、図２および図３の結果が得られた。図２は、熱間圧延−冷却ままの強度を示し、図３は、熱間圧延−冷却に続き、焼もどしを行った後の強度を示している。これらの図から、圧延−冷却したままではYS（又はYP）≧590N/mm^２が安定して得られていないが、冷却に次いで焼もどしを付加した工程によれば、TS≧690N/mm^２かつYS（又はYP）≧590N/mm^２という目標特性を十分満足した高張力鋼板を安定して製造することができることがわかる。発明例におけるこのような安定した強度は、微細なベイナイト組織とTiＣの析出との複合効果によるものであることを組織観察でも確認できた。
なお、これら発明法によって製造した鋼板は、いずれも良好な平坦度を示した。
【００２４】
【表１】

【００２５】
【表２】

【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ベイナイト変態による組織強化とTiＣ等による析出強化を併用して、高強度を得るようにしたので、良好な平坦度形状とともに、590N/mm^２以上の降伏強度と690N/mm^２以上の引張強さの両特性を安定して得ることが可能になる。したがって、本発明によれば、高品質な溶接構造用高張力鋼板を、低コストで製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】焼もどしによる降伏強度の増加量と焼もどし温度との関係を示すグラフである。
【図２】圧延後冷却ままの機械特性と熱間圧延終了温度との関係を示すグラフである。
【図３】焼もどし処理後の機械特性と熱間圧延終了温度との関係を示すグラフである。

Claims

Ｃ：0.04〜0.15％、Si：0.1〜1.0％、Mn：1.4〜2.0％、Nb：0.02〜0.08％、Ti：0.10〜0.20％を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなる組成の鋼を1100〜1300℃に加熱し、Ａr₃変態点以上の温度で圧延を終了し、引き続き10℃/sec以上の速度で、650〜350℃の温度まで冷却し、冷却後再加熱し、400〜700℃に保持して焼もどすことを特徴とする、降伏強さ590Ｎ/mm²以上、引張強さ690Ｎ/mm²以上のTi含有溶接構造用高張力厚鋼板の製造方法。
請求項１において、鋼組成がさらに、Cu：1.0％以下、Ni：1.0％以下、Mo：1.0％以下、Ｖ：0.10％以下、Ｂ：0.01％以下から選ばれるいずれか１種または２種以上を含有する組成になることを特徴とする、降伏強さ590Ｎ/mm²以上、引張強さ690Ｎ/mm²以上のTi含有溶接構造用高張力厚鋼板の製造方法。
請求項１または２において、鋼組成がさらに、Ca：0.01％以下、REM：0.10％以下から選ばれるいずれか１種または２種を含有する組成になることを特徴とする、降伏強さ590Ｎ/mm²以上、引張強さ690Ｎ/mm²以上のTi含有溶接構造用高張力厚鋼板の製造方法。