JP4210010B2 - 高靱性高張力鋼の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、引張強度が５７０ＭＰａ級以上で、靭性保証温度が−４０℃以下の優れた低温靭性が母材、溶接部ともに要求される構造物全般に供される構造物用鋼に関するもので、例えば、低温貯槽タンク、低温圧力容器、海洋構造物、船舶、橋梁、ラインパイプ等の溶接構造物に用いることができる。また、鋼の形態は特に問わないが、構造部材として用いられ、低温靭性が要求される鋼板、特に厚板、鋼管素材、あるいは形鋼で有用である。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、引張強度が５７０Ｍｐａ級以上の高強度鋼においては、再加熱焼入れ・焼戻し処理により製造されることが主流となっている。再加熱焼入れ・焼戻し処理材において、靱性を確保するためには、焼入れ組織を制御するとともに、加熱オーステナイト（γ）粒径を微細化する必要があり、そのためには、再加熱焼入れの加熱温度（焼入れ温度あるいはオーステナイト化温度）を制限する必要がある。しかし、焼入れ温度を低下させることは、強化に有効な元素の十分な固溶が望めなくなり、そのための強度低下や未固溶炭化物による靱性劣化等を招く恐れがあり、強度と靱性とをともに高めることは容易でない。
【０００３】
また、再加熱焼入れ・焼戻し処理の場合、特に厚手材においては、焼入れにおける表層と内部との冷却速度の違いから、表層部と内部とで焼入れ組織が大きく異なり、その結果として、材質も表層部と内部とで大きく異なる問題もある。すなわち、表層部の組織を強度・靱性面から最適な下部ベイナイト（ＢL ）あるいは下部ベイナイトとマルテンサイト（Ｍ）との混合組織となる化学組成とした場合には、冷却速度の小さい板厚中心部の組織が靱性に好ましくない上部ベイナイト（ＢU ）となり、板厚中心部の強度・靱性確保が困難となる一方、板厚中心部の組織改善のために合金元素を添加すると、冷却速度の大きい表層部の焼入性が過剰となり、マルテンサイト単相組織となってしまうため、表層部の靱性向上が不十分となってしまい、表層〜板厚中心部までの材質を安定的に向上させることが困難である。
【０００４】
上記再加熱焼入れ・焼戻し処理における問題点を克服する一つの方策として、加工熱処理を用いた技術が開示されている。例えば、特公昭６３−５８９０６号公報においては、表層部の焼入性が過剰となるような条件において、加工熱処理（直接焼入れ・焼戻し）によって鋼板を製造するに際して、制御圧延によって表層部を伸長オーステナイト粒とすることで、マルテンサイト単相組織となる表層部の靱性改善を図っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
加工熱処理によって、再加熱焼入れ・焼戻し処理材に比べて優れた強度・靱性の調質高張力鋼の製造が可能となったが、さらに広い範囲の化学組成範囲、板厚範囲において、板厚方向の材質変動が少なく、かつ、その材質達成レベルが従来鋼からさらに改善された高張力鋼を製造するためには、加工熱処理をベースとした新たな製造法が求められる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題解決のための手段を種々実験的に検討し、その結果、焼入れ組織が上部ベイナイト、下部ベイナイト、マルテンサイトの如何によらず、各々の化学組成において、最適な強度・靱性を達成するための製造方法を知見するに至った。その要旨とするところは以下の通りである。
（１）質量％で、Ｃ：０．０１〜０．２％、Ｓｉ：０．０１〜１％、Ｍｎ：０．１〜３％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．００１〜０．１％、Ｎｉ：０．３〜１０％、Ｔｉ：０．００３〜０．１％、Ｗ：０．５〜４％、Ｎ：０．００２〜０．０１％を含有し、Ｎｂ：０．００５〜０．５％、Ｔａ：０．０２〜１％、Ｍｏ：０．１〜２％、Ｂ：０．０００２〜０．００５％の１種または２種以上を、さらに含有し、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる鋼片を、Ａｃ3 変態点〜１２００℃に加熱し、平均オーステナイト粒径を２０〜１００μｍとした上で、開始温度が９００℃以下、終了温度が６５０℃以上で、累積圧下率が３０〜９５％の熱間圧延を行い、引き続き、６００℃以上から開始し、５００℃以下で終了する冷却速度が１〜１００℃／ｓの加速冷却を行うことを特徴とする，高靱性高張力鋼の製造方法。
【０００７】
（２）鋼片が、質量％で、Ｃｕ：０．０５〜１．５％、Ｃｒ：０．０５〜２．０％、Ｖ：０．０１〜０．５％、Ｚｒ：０．００５〜０．１％の１種または２種以上を、さらに含有することを特徴とする、前記（１）に記載の高靱性高張力鋼の製造方法。
（３）鋼片が、質量％で、Ｙ：０．００１〜０．１％、Ｃａ：０．０００５〜０．０１％、Ｍｇ：０．０００１〜０．０１％、ＲＥＭ：０．００５〜０．１％の１種または２種以上を、さらに含有することを特徴とする、前記（１）または（２）に記載の高靱性高張力鋼の製造方法。
【０００８】
（４）加速冷却後に、４００℃以上、Ａｃ1 変態点未満の温度で焼き戻すことを特徴とする、前記（１）〜（３）のいずれかに記載の高靱性高張力鋼の製造方法。
（５）熱間圧延に先立って、１１５０〜１３００℃で２〜４８ｈ保持する溶体化処理を施すことを特徴とする、前記（１）〜（４）のいずれかに記載の高靱性高張力鋼の製造方法にある。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
まず、本発明において、上記のような化学組成に限定した理由を述べる。
Ｃは、鋼の強度を向上させる有効な成分として含有するもので、０．０１％未満では構造用鋼に必要な強度の確保が困難であるが、０．２％を超える過剰の含有は母材及び溶接部の靭性や耐溶接割れ性を低下させるので、０．０１〜０．２％の範囲とした。
次に、Ｓｉは、脱酸元素として、また、母材の強度確保に有効な元素であるが、０．０１％未満の含有では脱酸が不十分となり、また強度確保に不利である。逆に１％を超える過剰の含有は粗大な酸化物を形成して延性や靭性の劣化を招く。そこで、Ｓｉの範囲は０．０１〜１％とした。
【００１０】
また、Ｍｎは、母材の強度、靭性の確保に必要な元素であり、最低限０．１％以上含有する必要があるが、過剰に含有すると、硬質相の生成や粒界脆化等により母材靱性や溶接部の靭性、さらに溶接割れ性など劣化させるため、材質上許容できる範囲で上限を３％とした。
Ｐ，Ｓは、不純物元素で、延性、靭性を劣化させる元素であり、極力低減することが好ましいが、材質劣化が大きくなく、許容できる量として、Ｐの上限を０．０２％、Ｓの上限を０．０１％に限定する。
【００１１】
Ａｌは、脱酸、オーステナイト粒径の細粒化等に有効な元素であるが、効果を発揮するためには０．００１％以上含有する必要がある。一方、０．１％を超えて過剰に含有すると、粗大な酸化物を形成して延性を極端に劣化させるため、０．００１％〜０．１％の範囲に限定する必要がある。
Ｎｉは、靱性確保のために最も有効な元素であり、効果を発揮させるためには０．３％以上含有させる必要がある。含有量が多くなると強度、靭性は向上するが、１０％を超えて添加しても効果が飽和する一方で、溶接性の劣化を招くため、上限を１０％とする。
【００１２】
Ｔｉは、析出強化により母材強度向上に寄与するとともに、高温でも安定なＴｉＮの形成により加熱オーステナイト粒径微細化にも有効な元素であり、加工熱処理を基本とする本発明においては必須の元素である。効果を発揮するためには０．００３％以上の含有が必要である。一方、０．１％を超えると、粗大な析出物、介在物を形成して靭性や延性を劣化させるため、上限を０．１％とする。
Ｗは、Ｍｏと同様の効果を有する元素であり、効果を発揮でき、かつ材質劣化を生じない範囲として、０．５〜４％の範囲に限定する。
Ｎは、ＡｌやＴｉと結びついてオーステナイト粒微細化に有効に働くため、微量であれば機械的性質向上寄与する。また、工業的に鋼中のＮを完全に除去することは不可能であり、必要以上に低減することは製造工程に過大な負荷をかけるため好ましくない。そのため、工業的に制御が可能で、製造工程への負荷が許容できる範囲として下限を０．００２％とする。過剰に含有すると、固溶Ｎが増加し、延性や靭性に悪影響を及ぼす可能性があるため、許容できる範囲として上限を０．０１％とする。
【００１３】
以上が本発明の鋼材の基本成分の限定理由であるが、確実に加工熱処理の効果を発揮させるためには、オーステナイトの再結晶抑制に有効なＮｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｂの１種または２種以上をさらに含有させる必要がある。各々の元素の添加範囲は以下のように限定する。
Ｎｂは、オーステナイト相中に固溶及び析出状態で、オーステナイトの再結晶を抑制するために、また、変態時あるいは焼戻し時にＮｂ（Ｃ，Ｎ）を形成することで強度の向上に有効な元素であるが、過剰の含有では析出脆化により靭性が劣化する。従って、靭性の劣化を招かずに、効果を発揮できる範囲として、０．００５〜０．５０％の範囲に限定する。
【００１４】
Ｔａも、Ｎｂと同一の機構によりオーステナイトの再結晶抑制、強化に有効な元素である。その効果は質量％で比較してＮｂよりも若干弱く、効果を発揮するためには０．０２％以上の含有が必要である。一方、１％を超えると、析出脆化や粗大な析出物、介在物による靭性劣化を生じるため、上限を１％とする。
Ｍｏは焼入れ性向上、強度向上、耐焼戻し脆化、耐ＳＲ脆化に有効な元素でもあるが、Ｎｂと類似のオーステナイトの再結晶抑制に有効な元素である。その効果を発揮するためには、０．１％以上の添加が必要であり、一方、２％を超える添加では逆に靱性、溶接性が劣化するため、０．１〜２％に限定する。
【００１５】
Ｂは、固溶状態でオーステナイト粒界に偏析することで、微量で焼入れ性を高めることが可能な元素であるが、粒界に偏析した状態では、オーステナイトの再結晶抑制にも有効である。焼入性、再結晶抑制に効果を発揮するためには０．０００２％以上の添加が必要であるが、一方、０．００５％を超える過剰の添加では、ＢＮ，Ｆｅ23（Ｃ，Ｂ）6等の粗大な析出物を生じて、靱性が劣化するため、０．０００２〜０．００５％に限定する。
【００１６】
さらに本発明においては、強度・靭性の調整のために、必要に応じて、Ｃｕ，Ｃｒ，Ｖ，Ｚｒの１種または２種以上を含有することができる。
Ｃｕは、ほぼＮｉと同様の効果を有するが、１．５％超では熱間加工性に問題を生じるため、効果を発揮し、かつ熱間加工性等の問題を生じない範囲として、本発明においては、０．０１〜１．５％の範囲に限定する。
Ｃｒは、焼入れ性向上，析出強化により母材の強度向上に有効な元素であるが、明瞭な効果を生じるためには０．０５％以上必要であり、一方、２％を超えて添加すると、靭性及び溶接性が劣化する傾向を有するため、０．０５〜２％の範囲とする。
【００１７】
ＶはＶＮを形成して強度向上に有効な元素であるが、過剰の含有では析出脆化により靭性が劣化する。従って、靭性の大きな劣化を招かずに、効果を発揮できる範囲として、０．０１〜０．５％の範囲に限定する。
Ｚｒも窒化物を形成する元素であり、Ｖと同様の効果を有するが、その効果を発揮するためには０．００５％以上の含有が必要である。一方、０．１％を超えると、粗大な析出物、介在物を形成して靭性や延性を劣化させるため、０．００５〜０．１％の範囲に限定する。
【００１８】
また、さらに、延性の向上、継手靭性の向上のために、必要に応じて、Ｙ，Ｃａ，Ｍｇ，ＲＥＭの１種または２種以上を含有することができる。
Ｙ，Ｃａ，Ｍｇ，ＲＥＭはいずれも硫化物の熱間圧延中の展伸を抑制して延性特性向上に有効である。酸化物を微細化させて継手靭性の向上にも有効に働く。その効果を発揮するための下限の含有量は、Ｙは０．００１％、Ｃａは０．０００５％、Ｍｇは０．０００１％、ＲＥＭは０．００５％である。一方、過剰に含有すると、硫化物や酸化物の粗大化を生じ、延性、靭性の劣化を招くため、上限を各々Ｙ，ＲＥＭは０．１％、Ｃａ，Ｍｇは０．０１％とする。
【００１９】
本発明においては、上記理由により化学組成を限定した上で、加工熱処理を基本とした製造方法を規定する必要がある。以下、製造方法に関わる本発明の内容を詳細に説明する。
加工熱処理により調質高張力鋼を製造する場合、オーステナイト未再結晶域で制御圧延を施すことにより、強度・靱性の向上が図られるが，その最適化のためには、単に未再結晶域圧延条件だけを規定するだけでは不十分であり、加熱条件、オーステナイトの再結晶域での圧延条件、さらには加速冷却条件、必要に応じては焼戻し条件等を総合的に勘案する必要がある。
まず、最も重要な点は、未再結晶域圧延に入る前の加熱オーステナイト粒あるいは再結晶オーステナイトの粒径を一定以上に微細化することが必須となる。粗大なオーステナイトを未再結晶域圧延により扁平化するだけでは強度・靱性の向上程度は制限される。
【００２０】
本発明においては、詳細な実験の結果に基づき、制御圧延に入る前の規定として、「鋼片を、Ａｃ3 変態点〜１２００℃に加熱し、平均オーステナイト粒径を２０〜１００μｍ」とする。後述の開始温度が９００℃以下の未再結晶域圧延に入る前のオーステナイト粒径を２０〜１００μｍとするのは、該オーステナイト粒径が１００μｍ超では、後の製造工程を工夫しても得られる強度・靱性が十分でないためである。該オーステナイト粒径は微細であればあるほど、好ましいが、２０μｍ未満としても効果が飽和するのと、加熱段階あるいは再結晶域圧延によって、工業的に２０μｍ未満とすることは困難であるため、本発明では下限を２０μｍとする。
【００２１】
該オーステナイト粒径を得る方法は問わない。すなわち、化学組成、加熱条件の調整によって加熱オーステナイト粒径が本発明範囲内であれば、鋼片を加熱後、直接未再結晶域圧延に入っても構わないし、あるいは、加熱オーステナイト粒径が粗大な場合には、オーステナイトの再結晶域での圧延を加えてオーステナイト粒径を調整することも可能である。さらに、加熱段階ですでにオーステナイト粒径が本発明範囲を満足している場合でも、未再結晶域圧延に入る前の平均オーステナイトが１００μｍを超えない限りは、板厚調整等の目的で、再結晶域圧延を行うことも問題ない。なお、該オーステナイトは等軸のオーステナイトを基本とはするが、例えば、化学組成によっては、該オーステナイトを得るための圧延が一部未再結晶域に入って伸長粒となっても、平均粒径で２０〜１００μｍが満足され、また、開始温度が９００℃以下の未再結晶域圧延の条件が本発明の要件を満足していれば構わない。
【００２２】
なお、本発明においては、鋼片の加熱温度をＡｃ3 変態点〜１２００℃に限定するが、これは、加熱温度がＡｃ3 変態点未満であると、溶体化が不十分となって、添加元素の効果が十分発揮できなくなるためと、組織、材質の不均一性が大きくなるためであり、１２００℃超であると、加熱オーステナイト粒径が極端に粗大となって、再結晶域圧延を行ってもオーステナイト粒径を十分微細化できないためと、鋼片の表面性状が悪化するためである。
加熱段階での、あるいは再結晶域圧延後の、平均オーステナイト粒径を２０〜１００μｍとした鋼に、引き続き、「開始温度が９００℃以下、終了温度が６５０℃以上で、累積圧下率が３０〜９５％の熱間圧延」を行って、オーステナイトを伸長粒とし、またオーステナイトに加工歪を導入する。
【００２３】
圧延開始温度を９００℃以下に限定したのは、累積圧下の全てを本発明の化学組成範囲において確実に未再結晶域圧延に割り当てるためである。９００℃超では、化学組成によっては部分再結晶域となる場合もあり、十分な割合の未再結晶オーステナイトが得られず、靱性の向上が不十分となる。一方、終了温度を６５０℃以上に限定したのは、終了温度が６５０℃未満であると、化学組成によっては圧延中あるいは圧延終了後、加速冷却前に変態が開始してしまう可能性があるためである。加速冷却前に変態が生じると、強度・靭性に好ましくない粗大なフェライトや粗大な上部ベイナイト組織となる可能性が大である。
【００２４】
開始温度が９００℃以下、６５０℃以上のオーステナイトの未再結晶域圧延は累積圧下率を３０％〜９５％とする必要がある。累積圧下率が３０％未満であるとオーステナイトの扁平化と加工歪の導入が不十分で、未再結晶域圧延による強度・靭性向上効果が不十分となる。一方、累積圧下率は大きければ大きいほど、強度・靭性は向上する傾向にはあるが、その程度は９５％超では飽和傾向がある。また、９５％を超える圧延は圧延機への負荷が過大となったり、圧延時間が長くなって、圧延終了温度を確保できない等の問題も生じる可能性があるため、本発明では累積圧下率の上限を９５％とする。
【００２５】
上記、９００℃以下でのオーステナイトへの加工は、オーステナイトの未再結晶域であるため、加工の効果は累積的となる。従って、圧延の効果は累積圧下率で評価できる。すなわち、本発明の圧延温度範囲と累積圧下率範囲内であれば、個々の圧延パスの温度や圧下率の組み合わせ、さらにはパス間隔等、は如何様でも構わない。
なお、本発明によれば、シャルピー衝撃試験の破面遷移温度（ｖＴrs）で−４０℃以下の良好な靱性が確実に得られるが、さらに、ｖＴrsが−１００℃以下のような極めて高い靱性を達成するためには、加熱段階での、あるいは再結晶域圧延後の、平均オーステナイト粒径を、２０〜５０μｍとし、未再結晶域圧延としては、開始温度を９００℃以下、終了温度を６５０℃以上、累積圧下率を５０〜９５％とすることがより好ましい。
【００２６】
熱間圧延終了後、引き続いて、加速冷却をする必要がある。すなわち、加速冷却することで、微細なベイナイトあるいはマルテンサイト組織、さらには両者の混合組織とすることが可能となる。ここで言うところの微細なベイナイトとは、ブロック，パケット，ラス等の組織単位が微細でかつ島状マルテンサイトや炭化物のサイズが微細なベイナイトを意味し、必ずしも厳密な意味での下部ベイナイトである必要はない。これは、本発明では変態前のオーステナイト粒径とその形態を規定している故である。
【００２７】
加速冷却条件は「６００℃以上から開始し、５００℃以下で終了する冷却速度が１〜１００℃／ｓの加速冷却」とする。加速冷却を６００℃以上から開始するのは、加速冷却の開始が６００℃未満であると、加速冷却前に変態が開始してしまう可能性があるためである。加速冷却前に変態が生じると、強度・靭性に好ましくない粗大なフェライトや上部ベイナイト組織となる可能性が大である。一方、加速冷却の終了温度が５００℃超であると、主たる変態が終了する前に加速冷却が終了して、同様に粗大な組織が出現する恐れがある。該冷却終了温度が５００℃以下であれば、本発明で目的としている強度・靭性に好ましい組織形態とすることが可能である。加速冷却における冷却速度は１〜１００℃／ｓに限定する。加速冷却中の粗大組織の出現抑制のためには最低限１℃／ｓでの冷却は必要である。冷却速度は大きい方が好ましいが、１００℃／ｓ超では効果が飽和するため、冷却速度の上限は１００℃／ｓとする。
【００２８】
以上が、本発明の製造方法に関する基本要件であるが、本発明においては、鋼板の残留応力の除去、強度調整等の目的で加速冷却後に焼戻しを施すことが可能である。焼戻しを施す場合は、焼戻し温度は４００℃以上、Ａｃ1 変態点未満に限定する。これは、焼戻し温度が４００℃未満であると、焼戻しの効果が十分でなく、一方、Ａｃ1 変態点以上では、加熱時に逆変態オーステナイトが生成し、該オーステナイトが焼戻しの冷却段階で焼入れままのマルテンサイトに変態して、靭性を大きく劣化させるためである。なお、焼戻しの保持時間や冷却条件については、材質への影響は加熱温度に比べて非常に小さく、現実的な条件範囲では特に規定する必要はないが、組織の粗大化抑制のためには、保持時間は４８ｈ以下、冷却条件としては放冷以上の冷却速度の冷却方法がより好ましい。
【００２９】
また、さらに、本発明においては、必要に応じて、熱間圧延に先立って、１１５０〜１３００℃で２〜４８ｈ保持する溶体化処理を施すことが可能である。溶体化処理はミクロ偏析を軽減し、析出物の分布を安定化する効果により、耐水素脆化特性、さらなる靭性向上が要求される場合に特に有効である。
溶体化処理を施す場合は、加熱温度は１１５０〜１３００℃の範囲とするが、これは、１１５０℃未満では、元素の拡散が工業的に可能な保持時間内では不十分なためであり、１３００℃超では析出物の粗大化が顕著となり、その後の熱間圧延段階では微細化されず、靭性に悪影響を及ぼすためと、表面が過度に酸化されて鋼板の表面状態が劣化するためである。その際の保持時間を２〜４８ｈとするのは、該加熱温度範囲で溶体化の効果が他の特性への悪影響なしに発揮されるために最適であるためで、２ｈ未満では加熱温度が低温の場合に元素の拡散が不十分であり、逆に４８ｈ超では加熱温度が高い場合に析出物の粗大化が避けられない可能性が生じる。なお、溶体化処理後の冷却条件は問わないが、溶体化処理の目的から、空冷以下の冷却速度で冷却する方が好ましい。
【００３０】
【実施例】
以上が、本発明の要件についての説明であるが、さらに、実施例に基づいて本発明の効果を示す。
表１に示す化学組成の供試鋼を用いて、表２および表３に示す製造条件で鋼板を製造した。製造した鋼板の、機械的性質（引張特性、２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃特性）の測定結果も合わせて表２および表３に示す。
引張特性は圧延方向に直角な方向（Ｃ方向）の板厚中心部から丸棒引張試験片を採取して測定した。靱性評価は２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃試験における破面遷移温度（ｖＴrs）で評価したが、試験片は引張特性と同様、Ｃ方向板厚中心部から採取した。
【００３１】
【表１】
【００３２】
【表２】
【００３３】
【表３】
【００３４】
表２および表３のうちの鋼材番号Ａ１〜Ａ３は、本発明の化学組成を有する鋼片番号１〜３を用いて、本発明の製造方法により製造した鋼板であり、いずれも良好な強度、靱性とが同時に達成されていることが明らかである。なお、Ａ４〜Ａ１５は参考例である。
一方、同様に表２および表３の結果から、本発明の範囲を逸脱している鋼材番号Ｂ１〜Ｂ６の鋼板は本発明により製造された鋼材番号Ａ１〜Ａ３およびＡ４〜Ａ１５の参考例の鋼板に比べて、強度、靱性のどちらかあるいは両方が大幅に劣っていることが明らかである。
鋼材番号Ｂ１〜Ｂ３は化学組成が本発明を満足していないために、製造方法は本発明を満足しているものの、十分な特性を達成できなかった例である。
【００３５】
すなわち、鋼材番号Ｂ１は、Ｃ量が過剰なため、製造方法は本発明を満足しているにもかかわらず、靭性が本発明に比べて大幅に劣る。
鋼材番号Ｂ２は、オーステナイトの再結晶抑制のために必要な元素が必要量添加されていないため、オーステナイト粒の扁平化、オーステナイトへの歪導入が不十分なため、靭性が本発明による鋼に比べて十分でない。
鋼材番号Ｂ３は、Ｐの含有量が過剰なために、靭性が大幅に劣化している。
一方、鋼材番号Ｂ４〜Ｂ６は、化学組成は本発明を満足しているが、製造法が本発明の範囲を逸脱しているために、本発明により製造したものに比べて特性が劣っている例である。
【００３６】
すなわち、鋼材番号Ｂ４は、９００℃以下の圧延、すなわち、オーステナイトの未再結晶域圧延に入る前のオーステナイト粒径が過大であるために、未再結晶域圧延以降の条件は本発明を満足しているものの、靭性が劣る。
鋼材番号Ｂ５は、未再結晶域圧延の累積圧下率が過小であるために、オーステナイト粒の扁平化、オーステナイトへの歪導入が不十分なため、靭性が本発明による鋼に比べて十分でない。
鋼材番号Ｂ６は、熱間圧延後に加速冷却されていないために、靭性に好ましくない粗大な上部ベイナイト組織が生成して靭性が顕著に劣化する。強度も化学組成の割に低めとなっている。
以上の実施例からも、本発明によれば、強度と靱性とがともに良好な鋼の製造が可能であることが明白である。
【００３７】
【発明の効果】
本発明により、引張強度が５７０ＭＰａ級以上で、靭性保証温度が−４０℃以下の優れた低温靭性を有する鋼の製造が可能となる。その結果、低温貯槽タンク、低温圧力容器、海洋構造物、船舶、橋梁、ラインパイプ等へ、安全性に極めて優れた構造材料を提供することが可能となり、産業上の効果は極めて大きい。
【発明の属する技術分野】
本発明は、引張強度が５７０ＭＰａ級以上で、靭性保証温度が−４０℃以下の優れた低温靭性が母材、溶接部ともに要求される構造物全般に供される構造物用鋼に関するもので、例えば、低温貯槽タンク、低温圧力容器、海洋構造物、船舶、橋梁、ラインパイプ等の溶接構造物に用いることができる。また、鋼の形態は特に問わないが、構造部材として用いられ、低温靭性が要求される鋼板、特に厚板、鋼管素材、あるいは形鋼で有用である。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、引張強度が５７０Ｍｐａ級以上の高強度鋼においては、再加熱焼入れ・焼戻し処理により製造されることが主流となっている。再加熱焼入れ・焼戻し処理材において、靱性を確保するためには、焼入れ組織を制御するとともに、加熱オーステナイト（γ）粒径を微細化する必要があり、そのためには、再加熱焼入れの加熱温度（焼入れ温度あるいはオーステナイト化温度）を制限する必要がある。しかし、焼入れ温度を低下させることは、強化に有効な元素の十分な固溶が望めなくなり、そのための強度低下や未固溶炭化物による靱性劣化等を招く恐れがあり、強度と靱性とをともに高めることは容易でない。
【０００３】
また、再加熱焼入れ・焼戻し処理の場合、特に厚手材においては、焼入れにおける表層と内部との冷却速度の違いから、表層部と内部とで焼入れ組織が大きく異なり、その結果として、材質も表層部と内部とで大きく異なる問題もある。すなわち、表層部の組織を強度・靱性面から最適な下部ベイナイト（ＢL ）あるいは下部ベイナイトとマルテンサイト（Ｍ）との混合組織となる化学組成とした場合には、冷却速度の小さい板厚中心部の組織が靱性に好ましくない上部ベイナイト（ＢU ）となり、板厚中心部の強度・靱性確保が困難となる一方、板厚中心部の組織改善のために合金元素を添加すると、冷却速度の大きい表層部の焼入性が過剰となり、マルテンサイト単相組織となってしまうため、表層部の靱性向上が不十分となってしまい、表層〜板厚中心部までの材質を安定的に向上させることが困難である。
【０００４】
上記再加熱焼入れ・焼戻し処理における問題点を克服する一つの方策として、加工熱処理を用いた技術が開示されている。例えば、特公昭６３−５８９０６号公報においては、表層部の焼入性が過剰となるような条件において、加工熱処理（直接焼入れ・焼戻し）によって鋼板を製造するに際して、制御圧延によって表層部を伸長オーステナイト粒とすることで、マルテンサイト単相組織となる表層部の靱性改善を図っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
加工熱処理によって、再加熱焼入れ・焼戻し処理材に比べて優れた強度・靱性の調質高張力鋼の製造が可能となったが、さらに広い範囲の化学組成範囲、板厚範囲において、板厚方向の材質変動が少なく、かつ、その材質達成レベルが従来鋼からさらに改善された高張力鋼を製造するためには、加工熱処理をベースとした新たな製造法が求められる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題解決のための手段を種々実験的に検討し、その結果、焼入れ組織が上部ベイナイト、下部ベイナイト、マルテンサイトの如何によらず、各々の化学組成において、最適な強度・靱性を達成するための製造方法を知見するに至った。その要旨とするところは以下の通りである。
（１）質量％で、Ｃ：０．０１〜０．２％、Ｓｉ：０．０１〜１％、Ｍｎ：０．１〜３％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．００１〜０．１％、Ｎｉ：０．３〜１０％、Ｔｉ：０．００３〜０．１％、Ｗ：０．５〜４％、Ｎ：０．００２〜０．０１％を含有し、Ｎｂ：０．００５〜０．５％、Ｔａ：０．０２〜１％、Ｍｏ：０．１〜２％、Ｂ：０．０００２〜０．００５％の１種または２種以上を、さらに含有し、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる鋼片を、Ａｃ3 変態点〜１２００℃に加熱し、平均オーステナイト粒径を２０〜１００μｍとした上で、開始温度が９００℃以下、終了温度が６５０℃以上で、累積圧下率が３０〜９５％の熱間圧延を行い、引き続き、６００℃以上から開始し、５００℃以下で終了する冷却速度が１〜１００℃／ｓの加速冷却を行うことを特徴とする，高靱性高張力鋼の製造方法。
【０００７】
（２）鋼片が、質量％で、Ｃｕ：０．０５〜１．５％、Ｃｒ：０．０５〜２．０％、Ｖ：０．０１〜０．５％、Ｚｒ：０．００５〜０．１％の１種または２種以上を、さらに含有することを特徴とする、前記（１）に記載の高靱性高張力鋼の製造方法。
（３）鋼片が、質量％で、Ｙ：０．００１〜０．１％、Ｃａ：０．０００５〜０．０１％、Ｍｇ：０．０００１〜０．０１％、ＲＥＭ：０．００５〜０．１％の１種または２種以上を、さらに含有することを特徴とする、前記（１）または（２）に記載の高靱性高張力鋼の製造方法。
【０００８】
（４）加速冷却後に、４００℃以上、Ａｃ1 変態点未満の温度で焼き戻すことを特徴とする、前記（１）〜（３）のいずれかに記載の高靱性高張力鋼の製造方法。
（５）熱間圧延に先立って、１１５０〜１３００℃で２〜４８ｈ保持する溶体化処理を施すことを特徴とする、前記（１）〜（４）のいずれかに記載の高靱性高張力鋼の製造方法にある。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
まず、本発明において、上記のような化学組成に限定した理由を述べる。
Ｃは、鋼の強度を向上させる有効な成分として含有するもので、０．０１％未満では構造用鋼に必要な強度の確保が困難であるが、０．２％を超える過剰の含有は母材及び溶接部の靭性や耐溶接割れ性を低下させるので、０．０１〜０．２％の範囲とした。
次に、Ｓｉは、脱酸元素として、また、母材の強度確保に有効な元素であるが、０．０１％未満の含有では脱酸が不十分となり、また強度確保に不利である。逆に１％を超える過剰の含有は粗大な酸化物を形成して延性や靭性の劣化を招く。そこで、Ｓｉの範囲は０．０１〜１％とした。
【００１０】
また、Ｍｎは、母材の強度、靭性の確保に必要な元素であり、最低限０．１％以上含有する必要があるが、過剰に含有すると、硬質相の生成や粒界脆化等により母材靱性や溶接部の靭性、さらに溶接割れ性など劣化させるため、材質上許容できる範囲で上限を３％とした。
Ｐ，Ｓは、不純物元素で、延性、靭性を劣化させる元素であり、極力低減することが好ましいが、材質劣化が大きくなく、許容できる量として、Ｐの上限を０．０２％、Ｓの上限を０．０１％に限定する。
【００１１】
Ａｌは、脱酸、オーステナイト粒径の細粒化等に有効な元素であるが、効果を発揮するためには０．００１％以上含有する必要がある。一方、０．１％を超えて過剰に含有すると、粗大な酸化物を形成して延性を極端に劣化させるため、０．００１％〜０．１％の範囲に限定する必要がある。
Ｎｉは、靱性確保のために最も有効な元素であり、効果を発揮させるためには０．３％以上含有させる必要がある。含有量が多くなると強度、靭性は向上するが、１０％を超えて添加しても効果が飽和する一方で、溶接性の劣化を招くため、上限を１０％とする。
【００１２】
Ｔｉは、析出強化により母材強度向上に寄与するとともに、高温でも安定なＴｉＮの形成により加熱オーステナイト粒径微細化にも有効な元素であり、加工熱処理を基本とする本発明においては必須の元素である。効果を発揮するためには０．００３％以上の含有が必要である。一方、０．１％を超えると、粗大な析出物、介在物を形成して靭性や延性を劣化させるため、上限を０．１％とする。
Ｗは、Ｍｏと同様の効果を有する元素であり、効果を発揮でき、かつ材質劣化を生じない範囲として、０．５〜４％の範囲に限定する。
Ｎは、ＡｌやＴｉと結びついてオーステナイト粒微細化に有効に働くため、微量であれば機械的性質向上寄与する。また、工業的に鋼中のＮを完全に除去することは不可能であり、必要以上に低減することは製造工程に過大な負荷をかけるため好ましくない。そのため、工業的に制御が可能で、製造工程への負荷が許容できる範囲として下限を０．００２％とする。過剰に含有すると、固溶Ｎが増加し、延性や靭性に悪影響を及ぼす可能性があるため、許容できる範囲として上限を０．０１％とする。
【００１３】
以上が本発明の鋼材の基本成分の限定理由であるが、確実に加工熱処理の効果を発揮させるためには、オーステナイトの再結晶抑制に有効なＮｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｂの１種または２種以上をさらに含有させる必要がある。各々の元素の添加範囲は以下のように限定する。
Ｎｂは、オーステナイト相中に固溶及び析出状態で、オーステナイトの再結晶を抑制するために、また、変態時あるいは焼戻し時にＮｂ（Ｃ，Ｎ）を形成することで強度の向上に有効な元素であるが、過剰の含有では析出脆化により靭性が劣化する。従って、靭性の劣化を招かずに、効果を発揮できる範囲として、０．００５〜０．５０％の範囲に限定する。
【００１４】
Ｔａも、Ｎｂと同一の機構によりオーステナイトの再結晶抑制、強化に有効な元素である。その効果は質量％で比較してＮｂよりも若干弱く、効果を発揮するためには０．０２％以上の含有が必要である。一方、１％を超えると、析出脆化や粗大な析出物、介在物による靭性劣化を生じるため、上限を１％とする。
Ｍｏは焼入れ性向上、強度向上、耐焼戻し脆化、耐ＳＲ脆化に有効な元素でもあるが、Ｎｂと類似のオーステナイトの再結晶抑制に有効な元素である。その効果を発揮するためには、０．１％以上の添加が必要であり、一方、２％を超える添加では逆に靱性、溶接性が劣化するため、０．１〜２％に限定する。
【００１５】
Ｂは、固溶状態でオーステナイト粒界に偏析することで、微量で焼入れ性を高めることが可能な元素であるが、粒界に偏析した状態では、オーステナイトの再結晶抑制にも有効である。焼入性、再結晶抑制に効果を発揮するためには０．０００２％以上の添加が必要であるが、一方、０．００５％を超える過剰の添加では、ＢＮ，Ｆｅ23（Ｃ，Ｂ）6等の粗大な析出物を生じて、靱性が劣化するため、０．０００２〜０．００５％に限定する。
【００１６】
さらに本発明においては、強度・靭性の調整のために、必要に応じて、Ｃｕ，Ｃｒ，Ｖ，Ｚｒの１種または２種以上を含有することができる。
Ｃｕは、ほぼＮｉと同様の効果を有するが、１．５％超では熱間加工性に問題を生じるため、効果を発揮し、かつ熱間加工性等の問題を生じない範囲として、本発明においては、０．０１〜１．５％の範囲に限定する。
Ｃｒは、焼入れ性向上，析出強化により母材の強度向上に有効な元素であるが、明瞭な効果を生じるためには０．０５％以上必要であり、一方、２％を超えて添加すると、靭性及び溶接性が劣化する傾向を有するため、０．０５〜２％の範囲とする。
【００１７】
ＶはＶＮを形成して強度向上に有効な元素であるが、過剰の含有では析出脆化により靭性が劣化する。従って、靭性の大きな劣化を招かずに、効果を発揮できる範囲として、０．０１〜０．５％の範囲に限定する。
Ｚｒも窒化物を形成する元素であり、Ｖと同様の効果を有するが、その効果を発揮するためには０．００５％以上の含有が必要である。一方、０．１％を超えると、粗大な析出物、介在物を形成して靭性や延性を劣化させるため、０．００５〜０．１％の範囲に限定する。
【００１８】
また、さらに、延性の向上、継手靭性の向上のために、必要に応じて、Ｙ，Ｃａ，Ｍｇ，ＲＥＭの１種または２種以上を含有することができる。
Ｙ，Ｃａ，Ｍｇ，ＲＥＭはいずれも硫化物の熱間圧延中の展伸を抑制して延性特性向上に有効である。酸化物を微細化させて継手靭性の向上にも有効に働く。その効果を発揮するための下限の含有量は、Ｙは０．００１％、Ｃａは０．０００５％、Ｍｇは０．０００１％、ＲＥＭは０．００５％である。一方、過剰に含有すると、硫化物や酸化物の粗大化を生じ、延性、靭性の劣化を招くため、上限を各々Ｙ，ＲＥＭは０．１％、Ｃａ，Ｍｇは０．０１％とする。
【００１９】
本発明においては、上記理由により化学組成を限定した上で、加工熱処理を基本とした製造方法を規定する必要がある。以下、製造方法に関わる本発明の内容を詳細に説明する。
加工熱処理により調質高張力鋼を製造する場合、オーステナイト未再結晶域で制御圧延を施すことにより、強度・靱性の向上が図られるが，その最適化のためには、単に未再結晶域圧延条件だけを規定するだけでは不十分であり、加熱条件、オーステナイトの再結晶域での圧延条件、さらには加速冷却条件、必要に応じては焼戻し条件等を総合的に勘案する必要がある。
まず、最も重要な点は、未再結晶域圧延に入る前の加熱オーステナイト粒あるいは再結晶オーステナイトの粒径を一定以上に微細化することが必須となる。粗大なオーステナイトを未再結晶域圧延により扁平化するだけでは強度・靱性の向上程度は制限される。
【００２０】
本発明においては、詳細な実験の結果に基づき、制御圧延に入る前の規定として、「鋼片を、Ａｃ3 変態点〜１２００℃に加熱し、平均オーステナイト粒径を２０〜１００μｍ」とする。後述の開始温度が９００℃以下の未再結晶域圧延に入る前のオーステナイト粒径を２０〜１００μｍとするのは、該オーステナイト粒径が１００μｍ超では、後の製造工程を工夫しても得られる強度・靱性が十分でないためである。該オーステナイト粒径は微細であればあるほど、好ましいが、２０μｍ未満としても効果が飽和するのと、加熱段階あるいは再結晶域圧延によって、工業的に２０μｍ未満とすることは困難であるため、本発明では下限を２０μｍとする。
【００２１】
該オーステナイト粒径を得る方法は問わない。すなわち、化学組成、加熱条件の調整によって加熱オーステナイト粒径が本発明範囲内であれば、鋼片を加熱後、直接未再結晶域圧延に入っても構わないし、あるいは、加熱オーステナイト粒径が粗大な場合には、オーステナイトの再結晶域での圧延を加えてオーステナイト粒径を調整することも可能である。さらに、加熱段階ですでにオーステナイト粒径が本発明範囲を満足している場合でも、未再結晶域圧延に入る前の平均オーステナイトが１００μｍを超えない限りは、板厚調整等の目的で、再結晶域圧延を行うことも問題ない。なお、該オーステナイトは等軸のオーステナイトを基本とはするが、例えば、化学組成によっては、該オーステナイトを得るための圧延が一部未再結晶域に入って伸長粒となっても、平均粒径で２０〜１００μｍが満足され、また、開始温度が９００℃以下の未再結晶域圧延の条件が本発明の要件を満足していれば構わない。
【００２２】
なお、本発明においては、鋼片の加熱温度をＡｃ3 変態点〜１２００℃に限定するが、これは、加熱温度がＡｃ3 変態点未満であると、溶体化が不十分となって、添加元素の効果が十分発揮できなくなるためと、組織、材質の不均一性が大きくなるためであり、１２００℃超であると、加熱オーステナイト粒径が極端に粗大となって、再結晶域圧延を行ってもオーステナイト粒径を十分微細化できないためと、鋼片の表面性状が悪化するためである。
加熱段階での、あるいは再結晶域圧延後の、平均オーステナイト粒径を２０〜１００μｍとした鋼に、引き続き、「開始温度が９００℃以下、終了温度が６５０℃以上で、累積圧下率が３０〜９５％の熱間圧延」を行って、オーステナイトを伸長粒とし、またオーステナイトに加工歪を導入する。
【００２３】
圧延開始温度を９００℃以下に限定したのは、累積圧下の全てを本発明の化学組成範囲において確実に未再結晶域圧延に割り当てるためである。９００℃超では、化学組成によっては部分再結晶域となる場合もあり、十分な割合の未再結晶オーステナイトが得られず、靱性の向上が不十分となる。一方、終了温度を６５０℃以上に限定したのは、終了温度が６５０℃未満であると、化学組成によっては圧延中あるいは圧延終了後、加速冷却前に変態が開始してしまう可能性があるためである。加速冷却前に変態が生じると、強度・靭性に好ましくない粗大なフェライトや粗大な上部ベイナイト組織となる可能性が大である。
【００２４】
開始温度が９００℃以下、６５０℃以上のオーステナイトの未再結晶域圧延は累積圧下率を３０％〜９５％とする必要がある。累積圧下率が３０％未満であるとオーステナイトの扁平化と加工歪の導入が不十分で、未再結晶域圧延による強度・靭性向上効果が不十分となる。一方、累積圧下率は大きければ大きいほど、強度・靭性は向上する傾向にはあるが、その程度は９５％超では飽和傾向がある。また、９５％を超える圧延は圧延機への負荷が過大となったり、圧延時間が長くなって、圧延終了温度を確保できない等の問題も生じる可能性があるため、本発明では累積圧下率の上限を９５％とする。
【００２５】
上記、９００℃以下でのオーステナイトへの加工は、オーステナイトの未再結晶域であるため、加工の効果は累積的となる。従って、圧延の効果は累積圧下率で評価できる。すなわち、本発明の圧延温度範囲と累積圧下率範囲内であれば、個々の圧延パスの温度や圧下率の組み合わせ、さらにはパス間隔等、は如何様でも構わない。
なお、本発明によれば、シャルピー衝撃試験の破面遷移温度（ｖＴrs）で−４０℃以下の良好な靱性が確実に得られるが、さらに、ｖＴrsが−１００℃以下のような極めて高い靱性を達成するためには、加熱段階での、あるいは再結晶域圧延後の、平均オーステナイト粒径を、２０〜５０μｍとし、未再結晶域圧延としては、開始温度を９００℃以下、終了温度を６５０℃以上、累積圧下率を５０〜９５％とすることがより好ましい。
【００２６】
熱間圧延終了後、引き続いて、加速冷却をする必要がある。すなわち、加速冷却することで、微細なベイナイトあるいはマルテンサイト組織、さらには両者の混合組織とすることが可能となる。ここで言うところの微細なベイナイトとは、ブロック，パケット，ラス等の組織単位が微細でかつ島状マルテンサイトや炭化物のサイズが微細なベイナイトを意味し、必ずしも厳密な意味での下部ベイナイトである必要はない。これは、本発明では変態前のオーステナイト粒径とその形態を規定している故である。
【００２７】
加速冷却条件は「６００℃以上から開始し、５００℃以下で終了する冷却速度が１〜１００℃／ｓの加速冷却」とする。加速冷却を６００℃以上から開始するのは、加速冷却の開始が６００℃未満であると、加速冷却前に変態が開始してしまう可能性があるためである。加速冷却前に変態が生じると、強度・靭性に好ましくない粗大なフェライトや上部ベイナイト組織となる可能性が大である。一方、加速冷却の終了温度が５００℃超であると、主たる変態が終了する前に加速冷却が終了して、同様に粗大な組織が出現する恐れがある。該冷却終了温度が５００℃以下であれば、本発明で目的としている強度・靭性に好ましい組織形態とすることが可能である。加速冷却における冷却速度は１〜１００℃／ｓに限定する。加速冷却中の粗大組織の出現抑制のためには最低限１℃／ｓでの冷却は必要である。冷却速度は大きい方が好ましいが、１００℃／ｓ超では効果が飽和するため、冷却速度の上限は１００℃／ｓとする。
【００２８】
以上が、本発明の製造方法に関する基本要件であるが、本発明においては、鋼板の残留応力の除去、強度調整等の目的で加速冷却後に焼戻しを施すことが可能である。焼戻しを施す場合は、焼戻し温度は４００℃以上、Ａｃ1 変態点未満に限定する。これは、焼戻し温度が４００℃未満であると、焼戻しの効果が十分でなく、一方、Ａｃ1 変態点以上では、加熱時に逆変態オーステナイトが生成し、該オーステナイトが焼戻しの冷却段階で焼入れままのマルテンサイトに変態して、靭性を大きく劣化させるためである。なお、焼戻しの保持時間や冷却条件については、材質への影響は加熱温度に比べて非常に小さく、現実的な条件範囲では特に規定する必要はないが、組織の粗大化抑制のためには、保持時間は４８ｈ以下、冷却条件としては放冷以上の冷却速度の冷却方法がより好ましい。
【００２９】
また、さらに、本発明においては、必要に応じて、熱間圧延に先立って、１１５０〜１３００℃で２〜４８ｈ保持する溶体化処理を施すことが可能である。溶体化処理はミクロ偏析を軽減し、析出物の分布を安定化する効果により、耐水素脆化特性、さらなる靭性向上が要求される場合に特に有効である。
溶体化処理を施す場合は、加熱温度は１１５０〜１３００℃の範囲とするが、これは、１１５０℃未満では、元素の拡散が工業的に可能な保持時間内では不十分なためであり、１３００℃超では析出物の粗大化が顕著となり、その後の熱間圧延段階では微細化されず、靭性に悪影響を及ぼすためと、表面が過度に酸化されて鋼板の表面状態が劣化するためである。その際の保持時間を２〜４８ｈとするのは、該加熱温度範囲で溶体化の効果が他の特性への悪影響なしに発揮されるために最適であるためで、２ｈ未満では加熱温度が低温の場合に元素の拡散が不十分であり、逆に４８ｈ超では加熱温度が高い場合に析出物の粗大化が避けられない可能性が生じる。なお、溶体化処理後の冷却条件は問わないが、溶体化処理の目的から、空冷以下の冷却速度で冷却する方が好ましい。
【００３０】
【実施例】
以上が、本発明の要件についての説明であるが、さらに、実施例に基づいて本発明の効果を示す。
表１に示す化学組成の供試鋼を用いて、表２および表３に示す製造条件で鋼板を製造した。製造した鋼板の、機械的性質（引張特性、２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃特性）の測定結果も合わせて表２および表３に示す。
引張特性は圧延方向に直角な方向（Ｃ方向）の板厚中心部から丸棒引張試験片を採取して測定した。靱性評価は２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃試験における破面遷移温度（ｖＴrs）で評価したが、試験片は引張特性と同様、Ｃ方向板厚中心部から採取した。
【００３１】
【表１】
【表２】
【表３】
表２および表３のうちの鋼材番号Ａ１〜Ａ３は、本発明の化学組成を有する鋼片番号１〜３を用いて、本発明の製造方法により製造した鋼板であり、いずれも良好な強度、靱性とが同時に達成されていることが明らかである。なお、Ａ４〜Ａ１５は参考例である。
一方、同様に表２および表３の結果から、本発明の範囲を逸脱している鋼材番号Ｂ１〜Ｂ６の鋼板は本発明により製造された鋼材番号Ａ１〜Ａ３およびＡ４〜Ａ１５の参考例の鋼板に比べて、強度、靱性のどちらかあるいは両方が大幅に劣っていることが明らかである。
鋼材番号Ｂ１〜Ｂ３は化学組成が本発明を満足していないために、製造方法は本発明を満足しているものの、十分な特性を達成できなかった例である。
【００３５】
すなわち、鋼材番号Ｂ１は、Ｃ量が過剰なため、製造方法は本発明を満足しているにもかかわらず、靭性が本発明に比べて大幅に劣る。
鋼材番号Ｂ２は、オーステナイトの再結晶抑制のために必要な元素が必要量添加されていないため、オーステナイト粒の扁平化、オーステナイトへの歪導入が不十分なため、靭性が本発明による鋼に比べて十分でない。
鋼材番号Ｂ３は、Ｐの含有量が過剰なために、靭性が大幅に劣化している。
一方、鋼材番号Ｂ４〜Ｂ６は、化学組成は本発明を満足しているが、製造法が本発明の範囲を逸脱しているために、本発明により製造したものに比べて特性が劣っている例である。
【００３６】
すなわち、鋼材番号Ｂ４は、９００℃以下の圧延、すなわち、オーステナイトの未再結晶域圧延に入る前のオーステナイト粒径が過大であるために、未再結晶域圧延以降の条件は本発明を満足しているものの、靭性が劣る。
鋼材番号Ｂ５は、未再結晶域圧延の累積圧下率が過小であるために、オーステナイト粒の扁平化、オーステナイトへの歪導入が不十分なため、靭性が本発明による鋼に比べて十分でない。
鋼材番号Ｂ６は、熱間圧延後に加速冷却されていないために、靭性に好ましくない粗大な上部ベイナイト組織が生成して靭性が顕著に劣化する。強度も化学組成の割に低めとなっている。
以上の実施例からも、本発明によれば、強度と靱性とがともに良好な鋼の製造が可能であることが明白である。
【００３７】
【発明の効果】
本発明により、引張強度が５７０ＭＰａ級以上で、靭性保証温度が−４０℃以下の優れた低温靭性を有する鋼の製造が可能となる。その結果、低温貯槽タンク、低温圧力容器、海洋構造物、船舶、橋梁、ラインパイプ等へ、安全性に極めて優れた構造材料を提供することが可能となり、産業上の効果は極めて大きい。
Claims (5)
- 質量％で、
Ｃ ：０．０１〜０．２％、
Ｓｉ：０．０１〜１％、
Ｍｎ：０．１〜３％、
Ｐ ：０．０２％以下、
Ｓ ：０．０１％以下、
Ａｌ：０．００１〜０．１％、
Ｎｉ：０．３〜１０％、
Ｔｉ：０．００３〜０．１％、
Ｗ ：０．５〜４％、
Ｎ ：０．００２〜０．０１％を含有し、
Ｎｂ：０．００５〜０．５％、
Ｔａ：０．０２〜１％、
Ｍｏ：０．１〜２％、
Ｂ ：０．０００２〜０．００５％の１種または２種以上を、さらに含有し、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる鋼片を、Ａｃ3 変態点〜１２００℃に加熱し、平均オーステナイト粒径を２０〜１００μｍとした上で、開始温度が９００℃以下、終了温度が６５０℃以上で、累積圧下率が３０〜９５％の熱間圧延を行い、引き続き、６００℃以上から開始し、５００℃以下で終了する冷却速度が１〜１００℃／ｓの加速冷却を行うことを特徴とする、高靱性高張力鋼の製造方法。 - 鋼片が、質量％で、
Ｃｕ：０．０５〜１．５％、
Ｃｒ：０．０５〜２．０％、
Ｖ ：０．０１〜０．５％、
Ｚｒ：０．００５〜０．１％の１種または２種以上を、さらに含有することを特徴とする、請求項１に記載の高靱性高張力鋼の製造方法。 - 鋼片が、質量％で、
Ｙ ：０．００１〜０．１％、
Ｃａ：０．０００５〜０．０１％、
Ｍｇ：０．０００１〜０．０１％、
ＲＥＭ：０．００５〜０．１％の１種または２種以上を、さらに含有することを特徴とする、請求項１または２に記載の高靱性高張力鋼の製造方法。 - 加速冷却後に、４００℃以上、Ａｃ1 変態点未満の温度で焼き戻すことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の高靱性高張力鋼の製造方法。
- 熱間圧延に先立って、１１５０〜１３００℃で２〜４８ｈ保持する溶体化処理を施すことを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の高靱性高張力鋼の製造方法。
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