JP4474967B2 - 冷間加工による靭性劣化の小さい低降伏比高張力鋼板の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、地震によって大きな塑性変形を受けるような構造物や冷間加工によって鋼管など成形する際の素材用鋼板に利用される、引張強さ５５０ＭＰａ以上、降伏比８０％以下であり、地震による塑性変形後または冷間加工後の靭性に優れた高張力鋼板を安価かつ簡便に製造する方法に関する。このような鋼材は、海洋構造物、橋梁、造船、建築、ラインパイプ、建産機械などに用いることができるが、特に耐震性を必要とする建築用鋼材として有効である。
近年、建築構造物などでは地震時の安全性確保の観点から優れた耐震性を有する鋼板が要求されている。また、降伏比の低い鋼板ほど耐震性に優れることが明らかとされており、建築用鋼材などでは、降伏比が８０％以下の鋼材を使用することが義務付けられている。また、地震によって大きな塑性変形を受けるような溶接構造物に使用される鋼板は、塑性歪による靭性劣化が少ないことも必要である。さらに、近年、鋼板をプレス加工により鋼管柱に成形し、建築構造物に使用する事例も増加しており、このような鋼管柱では、加工後に優れた耐震性や靭性を有することが求められている。しかし、冷間加工によって鋼管柱に成形する場合には、加工硬化による靭性劣化が問題となり、冷間加工後の靭性の優れる鋼板が要求されている。
このような要求を満足すべく、数多くの技術が提案されており、耐震性を確保するための低降伏比鋼材が、以下の特許文献１〜６などに提案されている。
特許文献１では、スラブ加熱温度を低温化し、さらに未再結晶温度域での圧下率を３０％以上と規定することにより靭性を改善し、冷却速度、冷却停止温度を制御することにより、高強度、低降伏比、高靭性を両立させている。しかし、この手法では、スラブの低温加熱により、変形抵抗が高く圧延装置に負荷をかけることや仕上温度が低いため、厳密な温度管理が必要となり、安定製造が困難である。
特許文献２では、熱間圧延終了後の加速冷却速度を１℃／ｓｅｃ以上に制御し、７５０〜６００℃まで冷却することにより低降伏比高強度鋼を製造している。しかし、冷却停止温度が６００℃以上で高強度を得ようとする場合、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｏなどの高価な元素を多量に添加する必要があり、その結果、大幅に製造コストが増加する。
特許文献３では、熱間圧延終了後の加速冷却時の冷却速度を１〜５℃／ｓｅｃに制御することにより、高強度と低降伏比を両立している。しかし、このような１〜５℃／ｓｅｃという遅い冷却速度では、高強度確保のためにＣｕ、Ｎｉ、Ｍｏなどの高価な元素を多量に添加する必要があり、その結果、大幅に製造コストが増加する。
特許文献４では、熱間圧延終了後の加速冷却速度または、再加熱焼入れ時の冷却速度を５℃／ｓｅｃ以上に制御し、さらに焼戻し時の昇温速度を制御することにより、低降伏比を達成している。しかし、焼戻し時の昇温速度制御は、実製造上厳密な温度管理、時間管理が必要であり、安定製造が困難である。
特許文献５では、低降伏比を確保するために、二相域熱処理を実施している。しかし、二相域熱処理は、低降伏比を安定に確保できる手法であるものの、オフラインでの熱処理回数の増加による製造コストの上昇や製造工期の長期化などが問題である。
特許文献６では、熱間圧延終了後の加速冷却速時の冷却速度を０．３〜３℃／ｓｅｃに制御することにより高強度、低降伏比を確保しようとするものであるが、このような遅い冷却速度では、高強度確保のために多量の合金元素添加が必須となり、その結果、大幅に製造コストが増加する。
以上のように、上記特許文献１〜６は、低降伏比を確保するための手法が提案されており、耐震性は考慮されているものの、塑性変形後や冷間加工後の靭性劣化を抑制する対応が採られていない。
特開平５−３２０７５２号公報
特開平６−３４０９２４号公報
特開平９−３５９６号公報
特開平９−３５９５号公報
特開平１０―３０６３１６号公報
特開２００１−２２６７３７号公報
本発明は、上述のような高価な合金元素添加や厳密な製造条件管理、さらには、オフライン二相域熱処理を必要とせずに、安価かつ簡便に冷間加工後の靭性劣化の小さい低降伏比高張力鋼板を製造する方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を行った結果、Ｔｉ含有量／Ｎ含有量の値およびＮｂ含有量／Ｔｉ含有量の値がそれぞれ一定以上、具体的にはＴｉ含有量／Ｎ含有量≧１．５かつＮｂ含有量／Ｔｉ含有量≧０．７を満たす場合に、冷間加工後の靭性劣化度が小さくなること、および、熱間圧延後の冷却速度には、炭素当量に応じて、強度を確保するための最小値と低降伏比を確保するための最大値が存在し、冷却速度をその最小値以上最大値以下に制御することで、鋼板の板厚にかかわらず低降伏比および高強度を実現できることを見出した。
本発明は、このような知見に基づいて完成されたものであり、以下の（１）〜（４）を提供する。
（１）質量％で、Ｃ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：０．０５〜０．５％、Ｍｎ：０．６〜２％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ａｌ：０．１％以下、Ｔｉ：０．００５〜０．０３％、Ｎｂ：０．００５〜０．０３％、Ｎ：０．００６％以下を含有し、以下の（１）式で示される炭素当量Ｃｅｑが０．３〜０．４％であり、かつ、以下の（２）式および（３）式を満たし、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼を、１０５０〜１２５０℃の範囲に加熱後、圧延終了温度が表面で８００〜９５０℃となるように熱間圧延を施した後、以下の（４）式を満足する冷却速度で室温〜６００℃まで加速冷却を行うことを特徴とする、引張強さ５５０ＭＰａ以上、降伏比８０％以下の冷間加工による靭性劣化の小さい低降伏比高張力鋼板の製造方法。
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｓｉ／２４＋Ｍｎ／６＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４ ・・・（１）
ただし、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ：各元素の含有量（質量％）
Ｔｉ／Ｎ≧１．５ ・・・（２）
ただし、Ｔｉ、Ｎ：各元素の含有量（質量％）
Ｎｂ／Ｔｉ≧０．７ ・・・（３）
ただし、Ｎｂ、Ｔｉ：各元素の含有量（質量％）
５９−１４０×Ｃｅｑ≦ｖ≦６８−１４０×Ｃｅｑ ・・・（４）
ただし、Ｃｅｑは（１）式で示される炭素当量、ｖは冷却速度（℃／ｓｅｃ）
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｓｉ／２４＋Ｍｎ／６＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４ ・・・（１）
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（２）質量％で、Ｃ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：０．０５〜０．５％、Ｍｎ：０．６〜２％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ａｌ：０．１％以下、Ｔｉ：０．００５〜０．０３％、Ｎｂ：０．００５〜０．０３％、Ｎ：０．００６％以下を含有し、さらにＣｕ：０．１〜１％、Ｎｉ：０．１〜２％、Ｃｒ：０．０５〜１％、Ｍｏ：０．０５〜１％、Ｖ：０．００５〜０．１％、Ｂ：０．０００５〜０．００２％の１種または２種以上を含有し、以下の（１）式で示される炭素当量Ｃｅｑが０．３〜０．４％であり、かつ、以下の（２）式および（３）式を満たし、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼を、１０５０〜１２５０℃の範囲に加熱後、圧延終了温度が表面で８００〜９５０℃となるように熱間圧延を施した後、以下の（４）式を満足する冷却速度で室温〜６００℃まで加速冷却を行うことを特徴とする、引張強さ５５０ＭＰａ以上、降伏比８０％以下の冷間加工による靭性劣化の小さい低降伏比高張力鋼板の製造方法。
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｓｉ／２４＋Ｍｎ／６＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４ ・・・（１）
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（３）質量％で、Ｃ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：０．０５〜０．５％、Ｍｎ：０．６〜２％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ａｌ：０．１％以下、Ｔｉ：０．００５〜０．０３％、Ｎｂ：０．００５〜０．０３％、Ｎ：０．００６％以下を含有し、以下の（１）式で示される炭素当量Ｃｅｑが０．３〜０．４％であり、かつ、以下の（２）式および（３）式を満たし、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼を、１０５０〜１２５０℃の範囲に加熱後、圧延終了温度が表面で８００〜９５０℃となるように熱間圧延を施した後、以下の（４）式を満足する冷却速度で室温〜６００℃まで加速冷却を行い、２００℃〜Ａｃ１点以下で焼戻すことを特徴とする、引張強さ５５０ＭＰａ以上、降伏比８０％以下の冷間加工による靭性劣化の小さい低降伏比高張力鋼板の製造方法。
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｓｉ／２４＋Ｍｎ／６＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４ ・・・（１）
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ただし、Ｃｅｑは（1）式で示される炭素当量、ｖは冷却速度（℃／ｓｅｃ）
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（４）質量％で、Ｃ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：０．０５〜０．５％、Ｍｎ：０．６〜２％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ａｌ：０．１％以下、Ｔｉ：０．００５〜０．０３％、Ｎｂ：０．００５〜０．０３％、Ｎ：０．００６％以下を含有し、さらにＣｕ：０．１〜１％、Ｎｉ：０．１〜２％、Ｃｒ：０．０５〜１％、Ｍｏ：０．０５〜１％、Ｖ：０．００５〜０．１％、Ｂ：０．０００５〜０．００２％の１種または２種以上を含有し、以下の（１）式で示される炭素当量Ｃｅｑが０．３〜０．４％であり、かつ、以下の（２）式および（３）式を満たし、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼を、１０５０〜１２５０℃の範囲に加熱後、圧延終了温度が表面で８００〜９５０℃となるように熱間圧延を施した後、以下の（４）式を満足する冷却速度で室温〜６００℃まで加速冷却を行い、２００℃〜Ａｃ１点以下で焼戻すことを特徴とする、引張強さ５５０ＭＰａ以上、降伏比８０％以下の冷間加工による靭性劣化の小さい低降伏比高張力鋼板の製造方法。
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｓｉ／２４＋Ｍｎ／６＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４ ・・・（１）
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ただし、Ｎｂ、Ｔｉ：各元素の含有量（質量％）
５９−１４０×Ｃｅｑ≦ｖ≦６８−１４０×Ｃｅｑ ・・・（４）
ただし、Ｃｅｑは（1）式で示される炭素当量、ｖは冷却速度（℃／ｓｅｃ）
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｓｉ／２４＋Ｍｎ／６＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４ ・・・（１）
ただし、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ：各元素の含有量（質量％）
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ただし、Ｔｉ、Ｎ：各元素の含有量（質量％）
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ただし、Ｎｂ、Ｔｉ：各元素の含有量（質量％）
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ただし、Ｃｅｑは（1）式で示される炭素当量、ｖは冷却速度（℃／ｓｅｃ）
本発明によれば、Ｔｉ、ＮおよびＮｂの含有量および冷却速度を所定範囲に制御することにより、安価かつ簡便に冷間加工後の靭性劣化の小さい低降伏比高張力鋼板を得ることができる。
以下、本発明について、鋼板の成分組成および製造条件に分けて具体的に説明する。
[成分組成]
本発明では、鋼の成分組成を、質量％で、Ｃ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：０．０５〜０．５％、Ｍｎ：０．６〜２％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ａｌ：０．１％以下、Ｔｉ：０．００５〜０．０３％、Ｎｂ：０．００５〜０．０３％、Ｎ：０．００６％以下を含有し、以下の（１）式で示される炭素当量Ｃｅｑが０．３〜０．４％であり、かつ、以下の（２）式および（３）式を満たし、残部がＦｅおよび不可避不純物からなるものとする。さらに、Ｃｕ：０．１〜１％、Ｎｉ：０．１〜２％、Ｃｒ：０．０５〜１％、Ｍｏ：０．０５〜１％、Ｖ：０．００５〜０．１％、Ｂ：０．０００５〜０．００２％の１種または２種以上を必要に応じて含有させてもよい。
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｓｉ／２４＋Ｍｎ／６＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４ ・・・（１）
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Ｔｉ／Ｎ≧１．５ ・・・（２）
ただし、Ｔｉ、Ｎ：各元素の含有量（質量％）
Ｎｂ／Ｔｉ≧０．７ ・・・（３）
ただし、Ｎｂ、Ｔｉ：各元素の含有量（質量％）
以下、これらについて説明する。
[成分組成]
本発明では、鋼の成分組成を、質量％で、Ｃ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：０．０５〜０．５％、Ｍｎ：０．６〜２％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ａｌ：０．１％以下、Ｔｉ：０．００５〜０．０３％、Ｎｂ：０．００５〜０．０３％、Ｎ：０．００６％以下を含有し、以下の（１）式で示される炭素当量Ｃｅｑが０．３〜０．４％であり、かつ、以下の（２）式および（３）式を満たし、残部がＦｅおよび不可避不純物からなるものとする。さらに、Ｃｕ：０．１〜１％、Ｎｉ：０．１〜２％、Ｃｒ：０．０５〜１％、Ｍｏ：０．０５〜１％、Ｖ：０．００５〜０．１％、Ｂ：０．０００５〜０．００２％の１種または２種以上を必要に応じて含有させてもよい。
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｓｉ／２４＋Ｍｎ／６＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４ ・・・（１）
ただし、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ：各元素の含有量（質量％）
Ｔｉ／Ｎ≧１．５ ・・・（２）
ただし、Ｔｉ、Ｎ：各元素の含有量（質量％）
Ｎｂ／Ｔｉ≧０．７ ・・・（３）
ただし、Ｎｂ、Ｔｉ：各元素の含有量（質量％）
以下、これらについて説明する。
Ｃ：０．０５〜０．１５％
Ｃは、鋼の強度を増加させる元素であり、引張強度５５０ＭＰａ以上確保するためには、０．０５％以上が必要である。しかし，過剰に添加すると低温溶接割れ感受性が増大する。このため、Ｃ含有量を０．０５〜０．１５％の範囲とする。
Ｃは、鋼の強度を増加させる元素であり、引張強度５５０ＭＰａ以上確保するためには、０．０５％以上が必要である。しかし，過剰に添加すると低温溶接割れ感受性が増大する。このため、Ｃ含有量を０．０５〜０．１５％の範囲とする。
Ｓｉ：０．０５〜０．５％
Ｓｉは、脱酸元素として作用し、製鋼上０．０５％以上の含有が必要であるが、０．５％を超えて含有すると母材靭性が低下する。このため、Ｓｉ含有量を０．０５〜０．５％の範囲とする。
Ｓｉは、脱酸元素として作用し、製鋼上０．０５％以上の含有が必要であるが、０．５％を超えて含有すると母材靭性が低下する。このため、Ｓｉ含有量を０．０５〜０．５％の範囲とする。
Ｍｎ：０．６〜２％
Ｍｎは鋼の焼入れ性を増加し強度を向上させる元素であり、この効果を確保するために０．６％以上含有することを必要とする。一方、２％を超えて含有すると、溶接性が著しく劣化する。このため、Ｍｎ含有量を０．６〜２％の範囲とする。
Ｍｎは鋼の焼入れ性を増加し強度を向上させる元素であり、この効果を確保するために０．６％以上含有することを必要とする。一方、２％を超えて含有すると、溶接性が著しく劣化する。このため、Ｍｎ含有量を０．６〜２％の範囲とする。
Ｐ：０．０２％以下
Ｐは、不純物として鋼中に不可避的に含有される元素であり、鋼の靭性を劣化させるためにできるだけ低減することが望ましい。特に、０．０２％を越えると、著しく靭性が劣化する。このため、Ｐ含有量を０．０２％以下とする。
Ｐは、不純物として鋼中に不可避的に含有される元素であり、鋼の靭性を劣化させるためにできるだけ低減することが望ましい。特に、０．０２％を越えると、著しく靭性が劣化する。このため、Ｐ含有量を０．０２％以下とする。
Ｓ：０．００５％以下
Ｓは、不純物として鋼中に不可避的に含有される元素であり、鋼の靭性や板厚方向引張試験における絞りを劣化させるためできるだけ低減することが望ましい。特に、０．００５％を越えると、上記特性が著しく劣化する。このため、Ｓ含有量を０．００５％以下とする。
Ｓは、不純物として鋼中に不可避的に含有される元素であり、鋼の靭性や板厚方向引張試験における絞りを劣化させるためできるだけ低減することが望ましい。特に、０．００５％を越えると、上記特性が著しく劣化する。このため、Ｓ含有量を０．００５％以下とする。
Ａｌ：０．１％以下
Ａｌは、脱酸材として作用し、溶鋼の脱酸プロセス上もっとも汎用的に使われる。しかし、０．１％を越えると、粗大な酸化物を形成して、母材の延性が著しく劣化する。このため、Ａｌ含有量を０．１％以下とする。
Ａｌは、脱酸材として作用し、溶鋼の脱酸プロセス上もっとも汎用的に使われる。しかし、０．１％を越えると、粗大な酸化物を形成して、母材の延性が著しく劣化する。このため、Ａｌ含有量を０．１％以下とする。
Ｔｉ：０．００５〜０．０３％
Ｔｉは、ＴｉＮとしてＮを固定することにより、固溶Ｎを低減させ、冷間加工後の靭性劣化を抑制する効果を有する。この効果を発揮するためには、０．００５％以上必要である。しかし、０．０３％を越えて添加すると靭性が劣化する。このため、Ｔｉ含有量を０．００５〜０．０３％の範囲とする。
Ｔｉは、ＴｉＮとしてＮを固定することにより、固溶Ｎを低減させ、冷間加工後の靭性劣化を抑制する効果を有する。この効果を発揮するためには、０．００５％以上必要である。しかし、０．０３％を越えて添加すると靭性が劣化する。このため、Ｔｉ含有量を０．００５〜０．０３％の範囲とする。
Ｎｂ：０．００５〜０．０３％
Ｎｂは、Ｔｉと同様に炭窒化物としてＮを固定することにより、固溶Ｎを低減させ、冷間加工後の靭性劣化を抑制する効果を有する。この効果を発揮するためには、０．００５％以上必要である。しかし、０．０３％を越えて添加すると、靭性が劣化する。このため、Ｎｂ含有量を０．００５〜０．０３％の範囲とする。
Ｎｂは、Ｔｉと同様に炭窒化物としてＮを固定することにより、固溶Ｎを低減させ、冷間加工後の靭性劣化を抑制する効果を有する。この効果を発揮するためには、０．００５％以上必要である。しかし、０．０３％を越えて添加すると、靭性が劣化する。このため、Ｎｂ含有量を０．００５〜０．０３％の範囲とする。
Ｎ：０．００６％以下
Ｎは、固溶Ｎとして存在することにより、冷間加工後の靭性を劣化させる。本発明においては、ＮをＴｉやＮｂで窒化物、炭窒化物として固定することによって、固溶Ｎを減少させることにより、冷間加工後の靭性劣化を抑制している。しかし、０．００６％を越えて添加すると、ＴｉおよびＮｂを添加したとしても冷間加工後の靭性が劣化する。このため、Ｎ含有量を０．００６％以下とする。
Ｎは、固溶Ｎとして存在することにより、冷間加工後の靭性を劣化させる。本発明においては、ＮをＴｉやＮｂで窒化物、炭窒化物として固定することによって、固溶Ｎを減少させることにより、冷間加工後の靭性劣化を抑制している。しかし、０．００６％を越えて添加すると、ＴｉおよびＮｂを添加したとしても冷間加工後の靭性が劣化する。このため、Ｎ含有量を０．００６％以下とする。
Ｃｕ：０．１〜１％
Ｃｕは、靭性を劣化させずに強度を上昇させるのに有効な元素であり、必要に応じて添加することができる。しかし、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、１％を越えて添加すると、熱間圧延時に表面疵が多発する。このため、Ｃｕを添加する場合には、その含有量を０．１〜１％の範囲とする。
Ｃｕは、靭性を劣化させずに強度を上昇させるのに有効な元素であり、必要に応じて添加することができる。しかし、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、１％を越えて添加すると、熱間圧延時に表面疵が多発する。このため、Ｃｕを添加する場合には、その含有量を０．１〜１％の範囲とする。
Ｎｉ：０．１〜２％
Ｎｉは、靭性を劣化させずに強度を上昇させるのに有効な元素であり、必要に応じて添加することができる。しかし、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％を越えて添加すると、合金コストが上昇する。このため、Ｎｉを添加する場合には、その含有量を０．１〜２％の範囲とする。
Ｎｉは、靭性を劣化させずに強度を上昇させるのに有効な元素であり、必要に応じて添加することができる。しかし、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％を越えて添加すると、合金コストが上昇する。このため、Ｎｉを添加する場合には、その含有量を０．１〜２％の範囲とする。
Ｃｒ：０．０５〜１％
Ｃｒは、合金コストを著しく上昇させることなく強度を上昇させるのに有効な元素であり、必要に応じて添加することができる。しかし、その効果を発揮するためには０．０５％以上の添加が必要であり、一方、１％を越えて添加すると、溶接性が劣化する。このため、Ｃｒを添加する場合には、その含有量を０．０５〜１％の範囲とする。
Ｃｒは、合金コストを著しく上昇させることなく強度を上昇させるのに有効な元素であり、必要に応じて添加することができる。しかし、その効果を発揮するためには０．０５％以上の添加が必要であり、一方、１％を越えて添加すると、溶接性が劣化する。このため、Ｃｒを添加する場合には、その含有量を０．０５〜１％の範囲とする。
Ｍｏ：０．０５〜１％
Ｍｏは、焼入れ性を増加させ、強度を上昇させるのに有効な元素であり、必要に応じて添加することができる。しかし、その効果を発揮するためには０．０５％以上の添加が必要であり、一方、１％を越えて添加すると、溶接性が劣化する。このため、Ｍｏを添加する場合には、その含有量を０．０５〜１％の範囲とする。
Ｍｏは、焼入れ性を増加させ、強度を上昇させるのに有効な元素であり、必要に応じて添加することができる。しかし、その効果を発揮するためには０．０５％以上の添加が必要であり、一方、１％を越えて添加すると、溶接性が劣化する。このため、Ｍｏを添加する場合には、その含有量を０．０５〜１％の範囲とする。
Ｖ：０．００５〜０．１％
Ｖは、析出強化により強度を上昇させるのに有効な元素であり、必要に応じて添加することができる。しかし、その効果を発揮するためには、０．００５％以上必要であり、一方、０．１％を越えて添加すると、溶接性が劣化する。このため、Ｖを添加する場合には、その含有量を０．００５〜０．１％の範囲とする。
Ｖは、析出強化により強度を上昇させるのに有効な元素であり、必要に応じて添加することができる。しかし、その効果を発揮するためには、０．００５％以上必要であり、一方、０．１％を越えて添加すると、溶接性が劣化する。このため、Ｖを添加する場合には、その含有量を０．００５〜０．１％の範囲とする。
Ｂ：０．０００５〜０．００２％
Ｂは、極微量の添加で焼入れ性を増加させ、強度を上昇させるのに有効な元素であり、必要に応じて添加することができる。しかし、その効果を発揮するためには、０．０００５％以上必要であり、一方、０．００２％を越えて添加すると、溶接性が劣化する。このため、Ｂを添加する場合には、その含有量を０．０００５〜０．００２％の範囲とする。
Ｂは、極微量の添加で焼入れ性を増加させ、強度を上昇させるのに有効な元素であり、必要に応じて添加することができる。しかし、その効果を発揮するためには、０．０００５％以上必要であり、一方、０．００２％を越えて添加すると、溶接性が劣化する。このため、Ｂを添加する場合には、その含有量を０．０００５〜０．００２％の範囲とする。
炭素当量Ｃｅｑ：０．３〜０．４％
炭素当量Ｃｅｑは、溶接構造物として必要不可欠である溶接継手の強度を確保するために０．３％以上必要である。しかし、０．４％を越えて添加すると、溶接性が劣化する。このため、Ｃｅｑを０．３〜０．４％の範囲とする。
炭素当量Ｃｅｑは、溶接構造物として必要不可欠である溶接継手の強度を確保するために０．３％以上必要である。しかし、０．４％を越えて添加すると、溶接性が劣化する。このため、Ｃｅｑを０．３〜０．４％の範囲とする。
Ｔｉ／Ｎ≧１．５ …（２）
Ｎｂ／Ｔｉ≧０．７ …（３）
上記式（２）および（３）を満足することは、冷間加工後の靭性を確保するために必要である。図１にＴｉ／Ｎの値およびＮｂ／Ｔｉの値と１５％の引張予歪を与えた鋼材の冷間加工後の靭性劣化度ΔｖＴｓ（℃）との関係を示す。図１では、横軸をＮｂ／Ｔｉとしている。Ｔｉ／Ｎが１．５を下回る場合、何れのＮｂ／Ｔｉ値においても靭性劣化度は４０℃以上と大きく、さらにＴｉ／Ｎが１．５以上において、Ｎｂ／Ｔｉが０．７を下回る場合には、靭性劣化度は４０℃以上と大きいことがわかる。一方、Ｔｉ／Ｎ≧１．５かつＮｂ／Ｔｉ≧０．７の場合においてのみ、靭性劣化度が４０℃以下となっていることがわかる。以上より、Ｔｉ／Ｎ≧１．５、かつ、Ｎｂ／Ｔｉ≧０．７とする。これにより、冷間加工後の靭性劣化度を小さくすることができる。
Ｎｂ／Ｔｉ≧０．７ …（３）
上記式（２）および（３）を満足することは、冷間加工後の靭性を確保するために必要である。図１にＴｉ／Ｎの値およびＮｂ／Ｔｉの値と１５％の引張予歪を与えた鋼材の冷間加工後の靭性劣化度ΔｖＴｓ（℃）との関係を示す。図１では、横軸をＮｂ／Ｔｉとしている。Ｔｉ／Ｎが１．５を下回る場合、何れのＮｂ／Ｔｉ値においても靭性劣化度は４０℃以上と大きく、さらにＴｉ／Ｎが１．５以上において、Ｎｂ／Ｔｉが０．７を下回る場合には、靭性劣化度は４０℃以上と大きいことがわかる。一方、Ｔｉ／Ｎ≧１．５かつＮｂ／Ｔｉ≧０．７の場合においてのみ、靭性劣化度が４０℃以下となっていることがわかる。以上より、Ｔｉ／Ｎ≧１．５、かつ、Ｎｂ／Ｔｉ≧０．７とする。これにより、冷間加工後の靭性劣化度を小さくすることができる。
[製造条件]
本発明においては、上述のように鋼組成、炭素当量、Ｔｉ／Ｎの値およびＮｂ／Ｔｉの値を適切に制御した上で、その鋼を１０５０〜１２５０℃の範囲に加熱後、圧延終了温度が表面で８００〜９５０℃となるように熱間圧延を施した後、以下の（４）式を満足する冷却速度ｖ（℃／ｓｅｃ）で室温〜６００℃まで加速冷却を行う。加速冷却後に、２００℃〜Ａｃ１点以下で焼戻してもよい。
５９−１４０×Ｃｅｑ≦ｖ≦６８−１４０×Ｃｅｑ ・・・（４）
本発明においては、上述のように鋼組成、炭素当量、Ｔｉ／Ｎの値およびＮｂ／Ｔｉの値を適切に制御した上で、その鋼を１０５０〜１２５０℃の範囲に加熱後、圧延終了温度が表面で８００〜９５０℃となるように熱間圧延を施した後、以下の（４）式を満足する冷却速度ｖ（℃／ｓｅｃ）で室温〜６００℃まで加速冷却を行う。加速冷却後に、２００℃〜Ａｃ１点以下で焼戻してもよい。
５９−１４０×Ｃｅｑ≦ｖ≦６８−１４０×Ｃｅｑ ・・・（４）
加熱温度：１０５０〜１２５０℃
加熱温度は、１０５０℃以下では変形抵抗が大きくなり、圧延装置に負荷をかける。また、１２５０℃を越えると、熱間加工時に表面疵が多発する。そのため、加熱温度は１０５０〜１２５０℃とする。
加熱温度は、１０５０℃以下では変形抵抗が大きくなり、圧延装置に負荷をかける。また、１２５０℃を越えると、熱間加工時に表面疵が多発する。そのため、加熱温度は１０５０〜１２５０℃とする。
熱間圧延終了温度：８００〜９５０℃
熱間圧延終了温度は、８００℃以下では組織がフェライト化して強度が確保できず、９５０℃を越えると粒径が粗大化して靭性が劣化する。そのため、熱間圧延終了温度は、８００〜９５０℃とする。
熱間圧延終了温度は、８００℃以下では組織がフェライト化して強度が確保できず、９５０℃を越えると粒径が粗大化して靭性が劣化する。そのため、熱間圧延終了温度は、８００〜９５０℃とする。
冷却速度ｖ（℃／ｓｅｃ）：５９−１４０×Ｃｅｑ≦ｖ≦６８−１４０×Ｃｅｑ …（４）
冷却速度は、それぞれのＣｅｑにおいて、強度を確保するための最低値と低降伏比を確保するための最大値が存在する。図２にそれぞれのＣｅｑにおける最適冷却速度範囲を示す。冷却速度ｖ（℃／ｓｅｃ）が５９−１４０×Ｃｅｑ未満の場合、強度確保が出来ず、また、冷却速度ｖ（℃／ｓｅｃ）が６８−１４０×Ｃｅｑより大きい場合、低降伏比を確保することが出来ないことがわかる。以上より、冷却速度ｖ（℃／ｓｅｃ）は５９−１４０×Ｃｅｑ≦ｖ≦６８−１４０×Ｃｅｑとする。これにより、板厚にかかわらず低降伏比および高強度を実現できる。
冷却速度は、それぞれのＣｅｑにおいて、強度を確保するための最低値と低降伏比を確保するための最大値が存在する。図２にそれぞれのＣｅｑにおける最適冷却速度範囲を示す。冷却速度ｖ（℃／ｓｅｃ）が５９−１４０×Ｃｅｑ未満の場合、強度確保が出来ず、また、冷却速度ｖ（℃／ｓｅｃ）が６８−１４０×Ｃｅｑより大きい場合、低降伏比を確保することが出来ないことがわかる。以上より、冷却速度ｖ（℃／ｓｅｃ）は５９−１４０×Ｃｅｑ≦ｖ≦６８−１４０×Ｃｅｑとする。これにより、板厚にかかわらず低降伏比および高強度を実現できる。
なお、本発明における加速冷却は、冷却速度を制御する必要があり、冷却速度制御法としては、水量密度を調整する方法や、強冷却と空冷を複数回繰り返す方法、強冷却と弱冷却を繰り返す方法など何れの方法を用いても、本発明の効果を損なうことはない。
ただし、加速冷却後の鋼板の冷却歪や残留応力を軽減するためには、１．５ｔｏｎ／ｍ２／ｍｉｎ．以上の水量密度の強冷却と空冷を複数回繰り返すことにより平均冷却速度を制御する方法が最も望ましい。
冷却停止温度：室温〜６００℃
冷却停止温度が６００℃を越える場合には、強度が低下する。そのため、冷却停止温度を６００℃以下とした。
冷却停止温度が６００℃を越える場合には、強度が低下する。そのため、冷却停止温度を６００℃以下とした。
焼戻し温度：２００℃〜Ａｃ１点以下
焼戻し熱処理は、水冷による鋼板内の残留応力を軽減するために実施する。２００℃を下回る温度では、残留応力軽減効果が得られず、Ａｃ１点を越えると強度などの材質が著しく変化する。そのため、２００℃〜Ａｃ１点以下とした。
焼戻し熱処理は、水冷による鋼板内の残留応力を軽減するために実施する。２００℃を下回る温度では、残留応力軽減効果が得られず、Ａｃ１点を越えると強度などの材質が著しく変化する。そのため、２００℃〜Ａｃ１点以下とした。
以下、本発明の実施例について説明する。
表１に示した成分組成を有する鋼を溶製しスラブとした後、表２に示した条件で鋼板とした。ここでは、冷却速度は、１．５ｔｏｎ／ｍ２／ｍｉｎ．以上の水量密度の強冷却と空冷を複数回繰り返すことにより制御した。具体的には、表２に示す各冷却速度となるように、冷却ＯＮ時間とＯＦＦ時間とを設定した。機械的性質として、降伏点または０．２％耐力（ＭＰａ）、引張強度（ＭＰａ）、降伏比ＹＲ（％）、シャルピー衝撃特性ｖＴｓ（℃）、１５％予歪付与後のシャルピー衝撃特性を測定した。引張試験は、板厚４０ｍｍ以下については、ＪＩＳ Ｚ ２２０１ ５号試験片で実施し、板厚４０ｍｍ越えについては、１／４板厚位置から採取したＪＩＳ Ｚ ２２０１ ５号試験片で評価を実施した。シャルピー衝撃試験については、何れの板厚においても１／４ｔ位置から採取したＪＩＳ Ｚ ２２０２ ２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃試験片で実施した。これらの機械的特性の測定結果も併せて表２に示す。
表１に示した成分組成を有する鋼を溶製しスラブとした後、表２に示した条件で鋼板とした。ここでは、冷却速度は、１．５ｔｏｎ／ｍ２／ｍｉｎ．以上の水量密度の強冷却と空冷を複数回繰り返すことにより制御した。具体的には、表２に示す各冷却速度となるように、冷却ＯＮ時間とＯＦＦ時間とを設定した。機械的性質として、降伏点または０．２％耐力（ＭＰａ）、引張強度（ＭＰａ）、降伏比ＹＲ（％）、シャルピー衝撃特性ｖＴｓ（℃）、１５％予歪付与後のシャルピー衝撃特性を測定した。引張試験は、板厚４０ｍｍ以下については、ＪＩＳ Ｚ ２２０１ ５号試験片で実施し、板厚４０ｍｍ越えについては、１／４板厚位置から採取したＪＩＳ Ｚ ２２０１ ５号試験片で評価を実施した。シャルピー衝撃試験については、何れの板厚においても１／４ｔ位置から採取したＪＩＳ Ｚ ２２０２ ２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃試験片で実施した。これらの機械的特性の測定結果も併せて表２に示す。
本発明例であるＮｏ．２、５、６、８、１１〜１３、１７、１９、２３〜２６、２９、３０は、引張強度が５５０ＭＰａ以上、降伏比ＹＲが８０％以下を満足しつつ、冷間加工後の靭性劣化度が３０℃以下と小さいことが確認された。一方、比較例であるＮｏ．１、３、４、７、９、１０、１４、１５、１６、１８、２０、２１、２２、２７、２８、３３、３５、３６、４８、５４は、冷却速度が範囲外であるか、冷却停止温度が範囲外であるため、強度不足であるかまたは降伏比が８０％を越えている。また、比較例であるＮｏ．３１〜３６は、炭素当量が０．３０％以下であるため、引張強度が不足している。比較例であるＮｏ．３７〜５４は、Ｔｉ／Ｎ≧１．５およびＮｂ／Ｔｉ≧０．７の条件を満足していないため、靭性劣化度が３５℃以上と大きいことが確認できる。
本発明は、安価かつ簡便に冷間加工後の靭性劣化の小さい低降伏比高張力鋼板を得ることができるので、耐震性を要する建築用鋼材として好適であり、工業的価値が高い。
Claims (4)
- 質量％で、
Ｃ：０．０５〜０．１５％、
Ｓｉ：０．０５〜０．５％、
Ｍｎ：０．６〜２％、
Ｐ：０．０２％以下、
Ｓ：０．００５％以下、
Ａｌ：０．１％以下、
Ｔｉ：０．００５〜０．０３％、
Ｎｂ：０．００５〜０．０３％、
Ｎ：０．００６％以下
を含有し、以下の（１）式で示される炭素当量Ｃｅｑが０．３〜０．４％であり、かつ、以下の（２）式および（３）式を満たし、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼を、１０５０〜１２５０℃の範囲に加熱後、圧延終了温度が表面で８００〜９５０℃となるように熱間圧延を施した後、以下の（４）式を満足する冷却速度で室温〜６００℃まで加速冷却を行うことを特徴とする、引張強さ５５０ＭＰａ以上、降伏比８０％以下の冷間加工による靭性劣化の小さい低降伏比高張力鋼板の製造方法。
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｓｉ／２４＋Ｍｎ／６＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４ ・・・（１）
ただし、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ：各元素の含有量（質量％）
Ｔｉ／Ｎ≧１．５ ・・・（２）
ただし、Ｔｉ、Ｎ：各元素の含有量（質量％）
Ｎｂ／Ｔｉ≧０．７ ・・・（３）
ただし、Ｎｂ、Ｔｉ：各元素の含有量（質量％）
５９−１４０×Ｃｅｑ≦ｖ≦６８−１４０×Ｃｅｑ ・・・（４）
ただし、Ｃｅｑは（１）式で示される炭素当量、ｖは冷却速度（℃／ｓｅｃ） - 質量％で、
Ｃ：０．０５〜０．１５％、
Ｓｉ：０．０５〜０．５％、
Ｍｎ：０．６〜２％、
Ｐ：０．０２％以下、
Ｓ：０．００５％以下、
Ａｌ：０．１％以下、
Ｔｉ：０．００５〜０．０３％、
Ｎｂ：０．００５〜０．０３％、
Ｎ：０．００６％以下
を含有し、さらに
Ｃｕ：０．１〜１％、
Ｎｉ：０．１〜２％、
Ｃｒ：０．０５〜１％、
Ｍｏ：０．０５〜１％、
Ｖ：０．００５〜０．１％、
Ｂ：０．０００５〜０．００２％
の１種または２種以上を含有し、以下の（１）式で示される炭素当量Ｃｅｑが０．３〜０．４％であり、かつ、以下の（２）式および（３）式を満たし、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼を、１０５０〜１２５０℃の範囲に加熱後、圧延終了温度が表面で８００〜９５０℃となるように熱間圧延を施した後、以下の（４）式を満足する冷却速度で室温〜６００℃まで加速冷却を行うことを特徴とする、引張強さ５５０ＭＰａ以上、降伏比８０％以下の冷間加工による靭性劣化の小さい低降伏比高張力鋼板の製造方法。
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｓｉ／２４＋Ｍｎ／６＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４ ・・・（１）
ただし、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ：各元素の含有量（質量％）
Ｔｉ／Ｎ≧１．５ ・・・（２）
ただし、Ｔｉ、Ｎ：各元素の含有量（質量％）
Ｎｂ／Ｔｉ≧０．７ ・・・（３）
ただし、Ｎｂ、Ｔｉ：各元素の含有量（質量％）
５９−１４０×Ｃｅｑ≦ｖ≦６８−１４０×Ｃｅｑ ・・・（４）
ただし、Ｃｅｑは（１）式で示される炭素当量、ｖは冷却速度（℃／ｓｅｃ） - 質量％で、
Ｃ：０．０５〜０．１５％、
Ｓｉ：０．０５〜０．５％、
Ｍｎ：０．６〜２％、
Ｐ：０．０２％以下、
Ｓ：０．００５％以下、
Ａｌ：０．１％以下、
Ｔｉ：０．００５〜０．０３％、
Ｎｂ：０．００５〜０．０３％、
Ｎ：０．００６％以下
を含有し、以下の（１）式で示される炭素当量Ｃｅｑが０．３〜０．４％であり、かつ、以下の（２）式および（３）式を満たし、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼を、１０５０〜１２５０℃の範囲に加熱後、圧延終了温度が表面で８００〜９５０℃となるように熱間圧延を施した後、以下の（４）式を満足する冷却速度で室温〜６００℃まで加速冷却を行い、２００℃〜Ａｃ１点以下で焼戻すことを特徴とする、引張強さ５５０ＭＰａ以上、降伏比８０％以下の冷間加工による靭性劣化の小さい低降伏比高張力鋼板の製造方法。
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｓｉ／２４＋Ｍｎ／６＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４ ・・・（１）
ただし、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ：各元素の含有量（質量％）
Ｔｉ／Ｎ≧１．５ ・・・（２）
ただし、Ｔｉ、Ｎ：各元素の含有量（質量％）
Ｎｂ／Ｔｉ≧０．７ ・・・（３）
ただし、Ｎｂ、Ｔｉ：各元素の含有量（質量％）
５９−１４０×Ｃｅｑ≦ｖ≦６８−１４０×Ｃｅｑ ・・・（４）
ただし、Ｃｅｑは（１）式で示される炭素当量、ｖは冷却速度（℃／ｓｅｃ） - 質量％で、
Ｃ：０．０５〜０．１５％、
Ｓｉ：０．０５〜０．５％、
Ｍｎ：０．６〜２％、
Ｐ：０．０２％以下、
Ｓ：０．００５％以下、
Ａｌ：０．１％以下、
Ｔｉ：０．００５〜０．０３％、
Ｎｂ：０．００５〜０．０３％、
Ｎ：０．００６％以下
を含有し、さらに
Ｃｕ：０．１〜１％、
Ｎｉ：０．１〜２％、
Ｃｒ：０．０５〜１％、
Ｍｏ：０．０５〜１％、
Ｖ：０．００５〜０．１％、
Ｂ：０．０００５〜０．００２％
の１種または２種以上を含有し、以下の（１）式で示される炭素当量Ｃｅｑが０．３〜０．４％であり、かつ、以下の（２）式および（３）式を満たし、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼を、１０５０〜１２５０℃の範囲に加熱後、圧延終了温度が表面で８００〜９５０℃となるように熱間圧延を施した後、以下の（４）式を満足する冷却速度で室温〜６００℃まで加速冷却を行い、２００℃〜Ａｃ１点以下で焼戻すことを特徴とする、引張強さ５５０ＭＰａ以上、降伏比８０％以下の冷間加工による靭性劣化の小さい低降伏比高張力鋼板の製造方法。
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｓｉ／２４＋Ｍｎ／６＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４ ・・・（１）
ただし、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ：各元素の含有量（質量％）
Ｔｉ／Ｎ≧１．５ ・・・（２）
ただし、Ｔｉ、Ｎ：各元素の含有量（質量％）
Ｎｂ／Ｔｉ≧０．７ ・・・（３）
ただし、Ｎｂ、Ｔｉ：各元素の含有量（質量％）
５９−１４０×Ｃｅｑ≦ｖ≦６８−１４０×Ｃｅｑ ・・・（４）
ただし、Ｃｅｑは（１）式で示される炭素当量、ｖは冷却速度（℃／ｓｅｃ）
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