JP3945238B2

JP3945238B2 - 鋼板の製造方法

Info

Publication number: JP3945238B2
Application number: JP2001379398A
Authority: JP
Inventors: 信行石川; 茂遠藤; 隆二村岡
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2000-12-28
Filing date: 2001-12-13
Publication date: 2007-07-18
Anticipated expiration: 2021-12-13
Also published as: JP2002256339A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機械構造用、建築土木用、及びラインパイプ用等に用いられる鋼板であって、剪断機で切断した際その切断面に割れが生じない、優れた耐切断割れ性を有する鋼板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱間圧延により所定の板厚に圧延された厚鋼板は、冷却床で冷却されてから採寸作業が行われ、採寸された厚鋼板は所定の寸法の幅及び長さに切断される。この切断は、剪断機による切断又はガス切断により行われる。通常、板厚が50mm程度よりも薄い厚鋼板は剪断機により切断され、それを越える場合にはガス切断が行われる。剪断機には、厚鋼板のトップ部及びボトム部を切断するクロップシャー、耳部を切断するサイドシャー、厚鋼板の幅方向を２分割するスリッター、長さ方向を所定の寸法に切断するエンドシャー等があり、これらの剪断機で構成される切断ラインを通過することにより、所定の寸法の厚鋼板に切断される。
【０００３】
剪断機による切断面の不良には、タレ、カエリ、機械割れ、切込み、段付き等があり、これらが発生した場合、そのままでは成品として使用できず、グラインダー研削等の手入れ若しくは再切断等が必要となり、歩留りの低下や製造コストの上昇を招く。これら切断面不良の対策として様々な提案がなされている。
【０００４】
例えば、鉄鋼便覧第3巻(1)圧延基礎・鋼板（日本鉄鋼協会編、第3版、285頁）には、これら切断面不良は剪断機の設備的な条件で決まる度合が大きいとして、剪断機の設備条件を適正値に管理することが提案されている。また、特開平6-190627号公報には、タレを少なくする方法として、切断線を含むクロップ部を予熱してから剪断機により切断する方法が提案されている。
【０００５】
しかし、機械構造用、建築土木用、及びラインパイプ用等に用いられる、引張強度が550MPa程度以上の高靭性高強度鋼板では、剪断機の設備条件を適正値に管理しても、発生頻度は少ないものの、切断面には板厚中心部に沿った割れ（以下、「切断割れ」と記す）が発生する場合がある。このようなシャー切断割れが発生すると、割れ部を除去する必要が生じるため、歩留りが低下する。更に、切断割れを防止するためには、ガス切断機を用いる必要があり、シャー切断に比べて大幅な生産性の低下を招いていた。
【０００６】
このような剪断機による切断割れの防止、即ち耐切断割れ性の改善を目的として、特開2000-309845号公報には、化学成分を規定した高靭性高強度厚鋼板が提案されている。この技術では、C含有量、S含有量、Pcm値を低く抑え、またCaを添加することにより、剪断機による切断性が大幅に改善されている。
【０００７】
一方、特開2000-119744号公報には、熱間圧延後の鋼板を高温の熱処理装置内に通過させながら脱水素処理する高強度鋼板の剪断時水素割れ防止方法が記載されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの従来技術には次の問題点がある。例えば、特開平6-190627号公報記載の技術では、剪断機により切断する前にクロップ部を予熱する必要があり、剪断作業の効率を低下させるという問題がある。また、特開2000-309845号公報記載の技術では、化学成分が限定されるため、幅広い用途の鋼材に適用することが困難であり、更に素材コストの上昇を招くという問題がある。そして、特開2000-119744号公報記載の技術では、550〜700℃の高温で脱水素処理するため強度低下及びＤＷＴＴ特性等の材質劣化を招いてしまう。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、熱間圧延後、加速冷却又は焼入れされる鋼板において、剪断機にて切断しても、その切断面に切断割れが発生しない、優れた耐切断割れ性を有する鋼板の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は次の発明により解決される。その発明は、熱間圧延後、加速冷却又は焼入れされて冷却停止温度が 220 ℃以上 500 ℃以下となる鋼板の製造方法であって、加速冷却又は焼入れ後、剪断機により切断するまでの間において鋼板温度が150℃以下に冷却される前に、200℃以上443 ℃以下の温度に再加熱することを特徴とする鋼板の製造方法である。
【００１１】
この発明は、剪断機による切断割れについて鋭意研究を行った結果、切断割れの原因となる拡散性水素に着目し、得られた知見に基づきなされたものである。それは、鋼中に存在する拡散性水素が、鋼中の各種の欠陥に固着されないようにするための熱処理方法を検討する中で得られた知見で、急冷の後、鋼板温度が所定の温度以下に低下する前に再加熱することにより、拡散性水素の各種の欠陥への固着を防止できるということである。
【００１２】
以下に本発明の構成要件とその限定理由について説明する。まず、本発明で対象とする鋼材は、熱間圧延後、加速冷却又は焼入れされる鋼板であるが、これは、加速冷却又は焼入れされた鋼板は、一般に強度が高く、剪断機により切断した場合、切断割れを生じる可能性が高いためである。
【００１３】
一般に、加速冷却又は焼入れされた鋼板は、冷却床等で冷却されるが、本発明では所定の温度まで冷却される前に再加熱を行う。これにより、鋼中の拡散性水素を除去しやすくする。再加熱は、鋼板温度が150℃以下に冷却される前に行う。その理由は、150℃以下に冷却されると、鋼中の拡散性水素が転位や点欠陥又は結晶粒界等の各種の欠陥に固着されるため、その後の加熱処理において除去されにくくなるためである。従って、本発明では、加速冷却又は焼入れの後、鋼板温度が150℃以下に冷却される前に再加熱を行う。
【００１４】
その後、200℃以上500℃未満の温度に再加熱することにより、拡散性水素を除去する。再加熱が200℃以上未満の温度では拡散性水素の除去が不十分であり、剪断機で切断した場合に切断割れを生じやすくなる。一方、再加熱が500℃以上の温度では拡散性水素は十分に除去されるため、シャー切断時に割れを生じることはなくなるが、焼戻しと言うよりむしろ焼きなましによる強度の低下量が大きくなりすぎ、十分な強度が得られない。従って、再加熱の温度を200℃以上500℃未満に規定する。
【００１５】
上記の発明に基づく再加熱方法の発明としては、再加熱する際、誘導加熱炉を用いることを特徴とする鋼板の製造方法とすることもできる。
【００１６】
この発明では、誘導加熱炉を用いることにより、拡散性水素が固着される前に迅速に加熱処理を行うことが可能となる。
【００１７】
さらにこれらの発明において、再加熱する際、圧延設備又は冷却設備の内１つ以上の設備と同一のライン上に加熱装置を設置して、再加熱することを特徴とする鋼板の製造方法とすることもできる。
【００１８】
この発明では、誘導加熱炉あるいはその他の加熱手段を、圧延設備又は冷却設備と同一ライン上に設置することにより、圧延、冷却終了後、迅速に再加熱処理を行うことができるので、圧延冷却後の鋼板温度の低下を防ぐことができる。その結果、拡散性水素の加熱除去を容易に行うことができ、剪断後の切断割れを大幅に低減することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
発明の実施に当たっては、転炉や電気炉、又はこれら精錬炉とRH真空脱ガス装置等の二次精錬炉との組み合せにより、溶製された溶鋼を普通造塊法や連続鋳造法により凝固させてスラブ鋳片を得る。その後、熱間圧延により鋼板に加工する。鋼板の熱処理条件が本発明を満たす限りにおいて、鋼板製造方法は、剪断機による切断性に影響を及ぼすものではなく、熱間圧延までの鋼板の製造方法は特に限定する必要はない。
【００２０】
前述のように、本発明で対象とする鋼材は、熱間圧延後、加速冷却又は焼入れされる鋼板であり、引張強度としては550MPa以上の鋼板に対応する。加速冷却又は焼入れ後の再加熱の手段としては、通常のガス燃焼炉等、冷却後に迅速に加熱することができれば、その方法は問わない。特に、誘導加熱炉は、急速加熱が可能であり、設備もコンパクトであることから、冷却設備に比較的近接して設置することが可能であり、冷却後の鋼板を迅速に加熱する上で好ましい。
【００２１】
このように、拡散性水素の加熱除去が容易となるメカニズムについては、研究の結果に基づき次のように考えられる。剪断機による切断は、冷間で鋼材を剪断変形させるため、切断面には残留応力が発生する。この残留応力は、高強度材ほど高い値となる。一般に鋼材には微量の水素が含有されており、残留応力の応力場により切断面に水素が集積することで、切断面に割れが生じる。このような鋼中の水素は、鋼材を加熱処理することで除去できるが、切断割れの原因となる水素は拡散性水素と呼ばれ、転位や点欠陥又は結晶粒界等の各種の欠陥に容易に固着される。
【００２２】
鋼中の水素は、一旦このような各種の欠陥に固着されると、通常の焼戻し程度の低温加熱では十分に除去できなくなる。そこでこの発明では、急冷後、鋼板温度が所定の温度以下に低下する前に再加熱することにより、拡散性水素の鋼中の欠陥への固着を防止している。次いで、再加熱においては、温度範囲を限定することにより、強度を低下させずに鋼中の水素を除去することができる。その結果、加速冷却又は焼入れされた鋼板においても、剪断機により切断した際に切断割れの発生しない鋼板を製造することが可能となる。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の実施例を示す。表１に供試鋼の化学成分を示す。これらの鋼は、転炉とRH真空脱ガス装置との組合せにより溶製し、連続鋳造法にてスラブ鋳片とした。この鋳片を熱間圧延にて板厚8〜50mmの鋼板に圧延後、水冷型の加速冷却設備を用いて冷却を行った。
【００２４】
【表１】

【００２５】
この時の圧延終了温度及び冷却停止温度を表２に示す。その後、ガス燃焼炉、誘導加熱炉、あるいは冷却設備と同一ライン上に設置した（インライン型）誘導加熱炉を用いて、再加熱を行った。図１はインライン型誘導加熱炉を用いる場合の設備配置の模式図である。圧延ライン１上に配置された熱間圧延機３で圧延された鋼板２が加速冷却装置４によって冷却された後、同一ライン１上に設置された誘導加熱炉５によって再加熱される。図中で６はホットレベラーであり、７は剪断機である。なお、誘導加熱炉５としては、急速加熱に適したソレノイド型誘導加熱装置を複数台直列に配置することが加熱効率の点で好ましい。また、ガス燃焼炉または同一ライン上に無い誘導加熱炉を用いる場合は、加速冷却後直ちに別ラインに設置された熱処理炉まで鋼板を搬送する。これらの再加熱条件を表２に併せて示す。ここで、加熱温度は、ガス燃焼炉の場合は炉内の設定温度、誘導加熱炉の場合は再加熱終了直後の鋼板表面温度である。また、加熱時間は、いずれの場合も、鋼板が加熱炉に装入されてから加熱を終了するまでの在炉時間である。
【００２６】
【表２】

【００２７】
再加熱後の鋼板は、鋼板温度が100℃以下まで冷却されてから、剪断機により各鋼板10箇所切断して、切断割れの試験を行った。試験では、鋼板切断端面を磁粉探傷により調査し、切断割れが認められた切断部（端面）の数を求めた。ここで、１つの端面内に複数の割れが確認できた場合でも、端面としては１つなので、切断割れの発生件数は１とした。また、引張強度は、全厚試験片を用いた引張試験により測定した。以上の試験、測定結果を表２に併せて示す。
【００２８】
本発明例であるNo.1〜14は、いずれも冷却後、鋼板温度が150℃以下となる前に200℃以上に再加熱されており、切断端面で割れの発生は認められず、耐切断割れ性に優れている。これに対して、比較例であるNo.15〜21は、冷却終了温度が高い鋼板であっても、再加熱前の温度では発明範囲外の150℃以下まで低下しており、さらにNo.17,20,21は再加熱温度も発明範囲より低く、切断端面で割れが発生し、耐切断割れ性が劣っている。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は、圧延後の鋼板の加速冷却又は焼入れの後、鋼板温度が所定の温度以下に低下する前に再加熱することにより、鋼中の欠陥に水素が固着することを防止し、鋼中の水素を十分に除去することを可能とする。従って、切断面に水素が集積することがなく、割れの発生を防止することができる。本発明により、剪断機で切断してもその切断面に切断割れが発生しない鋼板を安定して製造することが可能となり、その結果、歩留り向上、製造コスト削減等の工業上有益な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における設備配置の模式図である。
【符号の説明】
１圧延ライン
２鋼板
３熱間圧延機
４加速冷却装置
５インライン型誘導加熱装置
６ホットレベラー
７剪断機

Claims

熱間圧延後、加速冷却又は焼入れされて冷却停止温度が 220 ℃以上 500 ℃以下となる鋼板の製造方法であって、加速冷却又は焼入れ後、剪断機により切断するまでの間において鋼板温度が150℃以下に冷却される前に、200℃以上443 ℃以下の温度に再加熱することを特徴とする鋼板の製造方法。
再加熱する際、誘導加熱炉を用いることを特徴とする請求項１記載の鋼板の製造方法。
再加熱する際、圧延設備又は冷却設備の内１つ以上の設備と同一のライン上に加熱装置を設置して、再加熱することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の鋼板の製造方法。