JP4715156B2

JP4715156B2 - 板厚方向の均質性に優れた極厚高張力鋼板の製造方法

Info

Publication number: JP4715156B2
Application number: JP2004299756A
Authority: JP
Inventors: 清己荒木
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2004-10-14
Filing date: 2004-10-14
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2024-10-14
Also published as: JP2006111918A

Description

本発明は、板厚方向の均質性に優れた極厚高張力鋼板の製造方法に関し、詳しくは、連続鋳造スラブを素材としたものにおいて、センターポロシティーを消滅させるだけでなく中心偏析を効果的に低減し、加えて２回の焼入れ処理によって板厚方向の均質性を向上させた、極厚高張力鋼板の製造方法に関する。

極厚鋼板は、通常、造塊で鋳込んだ大型鋼塊を分塊圧延し、得られた分塊スラブを厚板圧延することによって製造されている。しかしながら、この製造プロセスでは、押湯部の濃厚偏析部や鋼塊底部の負偏析部を切り捨てなければならないため、歩留りが低いだけでなく、製造コストも高くなり、また、製造期間も長くなるという問題があった。

一方、連続鋳造スラブを素材に用いたプロセスでは、これらの懸念はないものの、極厚鋼板の製造においては、連続鋳造スラブの元厚さに起因し、製品に至るまでの圧下率が小さく、板厚中心位置における伸びおよび靭性に悪影響を及ぼすセンターポロシティーの残存や中心偏析帯の局部的な高濃化が問題となる。

この問題を解決するために、従来、連続鋳造スラブから極厚鋼板を製造する過程でセンターポロシティーを圧着し、また中心偏析部の特性を改善することを目的として、以下のような技術が提案されている。
（Ａ）圧延形状比で定義される数値を大きくすることにより、内質の良好な鋼板を製造する。（非特許文献１）
（Ｂ）連続鋳造機の出側でロールまたは平金敷による圧下を施すことによって、連続鋳造スラブのセンターポロシティーの閉鎖‐圧着を図る。（特許文献１，２）
（Ｃ）圧下率６７％以下（圧下比３以下）の条件で連続鋳造スラブから極厚鋼板を製造する厚板圧延に先立ち、連続鋳造スラブに鍛造を施し、センターポロシティーの圧着を図る。（特許文献３）
（Ｄ）全圧下率３５〜６７％の鍛造および厚板圧延により連続鋳造スラブから極厚鋼板を製造するにあたり、鍛造前にスラブ厚中心部を１２００℃以上の温度に２０ｈ以上保持し、鍛造の圧下率を１６％以上として、センターポロシティーの消滅に加え、中心偏析帯を軽減して耐焼戻し脆化特性の改善を図る。（特許文献４）
特開昭５５−１１４４０４号公報特開昭６１−２７３２０１号公報特許第３３３３６１９号公報特開２００２−１９４４３１号公報鉄と鋼、第６６年（１９８０）第２号第２０１〜２１０頁

しかしながら、上記Ａの技術では、内質の良好な鋼板を得るために必要な圧延形状比が実圧延の設備仕様により制約される範囲の上限を超えるため、実用性に乏しい。また、上記Ｂの技術では、厚板素材用連続鋳造機の設備改良にコストがかかり過ぎる。また、上記Ｃの技術では、センターポロシティーの消滅には有効であるものの、中心偏析帯の改善については十分とは言えなかった。また、上記Ｄの技術では、中心偏析帯を耐焼戻し脆化特性の改善が得られる程度までには軽減しうるが、極厚高張力鋼板（引張強さ５８８ＭＰａ以上の極厚鋼板）については板厚中心位置での伸びおよび靭性が不十分であり、板厚方向の均質性を向上させるまでには至っていない。

これらの点に鑑み、本発明は、比較的簡単な設備で、全圧下率が６７％以下（圧下比３以下）の条件で連続鋳造スラブのセンターポロシティーだけでなく、中心偏析を効果的に解消して、板厚中心位置での伸びおよび靭性の改善を達成した、板厚方向の均質性に優れた極厚高張力鋼板の製造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種々検討を行い、鍛造および厚板圧延における全圧下率を規定し、鍛造前の加熱条件を高温の長時間保持とし、鍛造の圧下率を規定し、さらに厚板圧延後に特定の条件で２回焼入れを行うことにより、センターポロシティーが解消されるだけでなく、中心偏析帯の飛躍的な特性改善が実現されて、板厚方向の均質性が向上することを見出し、本発明をなした。

すなわち、本発明は、連続鋳造スラブから極厚高張力鋼板を製造するにあたり、スラブ厚から製品厚への減厚を鍛造とその後の厚板圧延とにより行い、鍛造前に連続鋳造スラブを該スラブ厚中心温度が１２００℃以上に２０ｈ以上保持される条件で加熱し、鍛造の圧下率を１７％以上とし、厚板圧延は鍛造を含めた全圧下率が２３〜３５％の範囲となるように行い、厚板圧延後に焼入れ処理を２回繰り返し、その際２回目の焼入れ温度をＡｃ _３変態点以上でかつ１回目のそれよりも低くし、その後焼戻しすることを特徴とする板厚方向の均質性に優れ、かつ靭性に優れた極厚高張力鋼板の製造方法である。

ここで、鍛造の圧下率および全圧下率は次式で定義される。
鍛造の圧下率＝（１−鍛造後の厚み/スラブ厚）（×１００％）
全圧下率＝（１−厚板圧延後の板厚/スラブ厚）（×１００％）

本発明によれば、全圧下率が５０％以下の場合であっても、連続鋳造スラブを素材とする極厚鋼板のセンターポロシティーを完全に消滅でき、中心偏析帯を著しく改善でき、かつ結晶粒を微細化できて、板厚方向の均質性に優れた極厚高張力鋼板の生産が可能になるという効果を奏する。

本発明において、極厚高張力鋼板とは、引張強さ５８８ＭＰａ以上の極厚鋼板を指す。極厚鋼板とは、製品厚が１５０ｍｍを超える厚鋼板、あるいは製品厚が１５０ｍｍ以下の厚鋼板のうち全圧下率が５０％以下で製造されたものを指す。また、「板厚方向の均質性に優れた」とは、板厚中心位置での機械的特性が他の板厚位置（例えば１/４厚位置）の機械的特性と同等であることを指す。

本発明では、連続鋳造スラブを、鍛造に次いで厚板圧延を施して極厚鋼板の製品板厚を得る。鍛造前の加熱条件は、スラブ厚中心が１２００℃以上の温度に２０ｈ以上保持される条件とする。この条件が満たされないと、十分な中心偏析帯の改善効果が得られない。

通常、特殊な高合金鋼を除き、自由鍛造の加熱では、加熱炉から被鍛造材を搬出し、マニピュレーターでハンドリングする間の温度低下が大きいことから、１２００℃以上での加熱が行われるが、本発明では、その際のスラブ厚中心の保持時間を延長すること（この保持中、スラブ厚中心以外の温度は１２００℃未満に下がってもよい）によって、燃料ガスの使用量を抑え、比較的安価に中心偏析帯の濃厚化学成分の拡散を行うものである。なお、１２５０℃以上、３０ｈ以上が好ましい。

鍛造および厚板圧延による全圧下率は、次に述べる理由により、２３〜５０％とする。すなわち、全圧下率が５０％を超える場合は、厚板圧延のみでも中心偏析の幅狭化を含めた組織改善が十分なものとなり、あえて鍛造を併用する必要がないことに加え、板厚が薄くなって焼入れ時の冷却速度が速くなり、1回の焼入れ処理でも十分高靭性の鋼組織が得られるから、本発明の効果が顕現しない。一方、全圧下率が２３％未満の場合は、事実上、鍛造を付与しても連続鋳造スラブのセンターポロシティーは十分圧着されず、板厚中心位置の特性が確保できない。

鍛造の圧下率は１７％以上とする必要がある。これが１７％未満であると、センターポロシティーの圧着が不完全となり、厚板圧延後の極厚鋼板の板厚中心部にセンターポロシティーが残存し、板厚中心位置の特性を確保することは困難である。なお、鍛造の圧下率は、１７％以上５０％未満の範囲内で、製品の要求特性、圧延後の製品サイズ等の制限を考慮して適宜に定めることができるが、中心偏析帯の粉砕も含めた特性改善のためには、これをできる限り大きく、２０％以上とする方が望ましい。

さらに、本発明では、厚板圧延後の調質処理（焼入れ→焼戻し処理）において、焼入れ処理を２回繰り返し、その２回目の焼入れ温度を１回目のそれよりも低く設定する。通常、調質処理によって製造される高張力鋼板の焼入れ温度は、焼入れ加熱時のオーステナイト結晶粒を極力細かくして製品での靭性向上を図るため、鋼板の化学組成によって決まるＡｃ_３変態点＋（２０〜５０℃）程度の温度に設定されるが、本発明では、厚板圧延後の極厚鋼板は、鍛造時に高温長時間保持されているから、結晶粒が粗大化している。これを解消して、板厚方向に均質な極厚高張力鋼板を得るために２回焼入れ処理を行うが、２回目の焼入れ温度をＡｃ_３変態点以上でかつ１回目の焼入れ温度未満に設定することにより、さらなる細粒化を達成することができる。焼戻し条件については本発明では特段の限定はなく、通常の条件で行えばよい。

本発明に用いる連続鋳造スラブの組成は、引張強さ５８８ＭＰａ以上級の極厚鋼板に適合する組成であればよく、例えば、質量％で、Ｃ：０．０９〜０．１８％、Ｓｉ：０．１５〜０．６０％、Ｍｎ：１．００〜１．６０％、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．０１０％以下を含有し、あるいはさらに、Ｃｕ：０．５０％以下、Ｎｉ：１．５０％以下、Ｃｒ：１．２０％以下、Ｍｏ：０．６０％以下、Ｖ：０．１０％以下のうち１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成が好ましく用いうる。

引張強さ５８８ＭＰａ級の厚鋼板に適合する組成（質量％で、Ｃ：０．１４％、Ｓｉ：０．２５％、Ｍｎ：１．４５％、Ｐ：０．００１％、Ｓ：０．００１％、Ｃｕ：０．４０％、Ｎｉ：０．８０％、Ｃｒ：０．１５％、Ｍｏ：０．２５％、Ｖ：０．０４５％）になる溶鋼からスラブ厚３１０ｍｍの連続鋳造スラブを製造し、これを表１に示す各種条件の鍛造前加熱→鍛造→厚板圧延→調質工程により処理して極厚高張力鋼板となした。

かくして得られた鋼板全てについて、板幅中央部からサンプルを採取し、５６０℃×８ｈの試験片熱処理後、板厚中心位置および板厚１/４位置に対しＣ方向（板厚方向と圧延方向の双方に直角な方向）の引張試験（引張試験片：ＪＩＳＺ２２０１４号）およびシャルピー衝撃試験（シャルピー衝撃試験片：ＪＩＳＺ２２０２２ｍｍＶ１０×１０）を行った。また、鋼板については、ＪＩＳＧ０８０１に準拠した超音波探傷試験を行った。板厚中心位置サンプルの試験の結果を表２に示す。なお、板厚１/４位置サンプルの試験結果は表1のいずれの条件でも、ＹＳ：５６０ＭＰａ、ＴＳ：６７０ＭＰａ、Ｅｌ．：２２％、ｖＥ_０℃：１８０Ｊであった。

同表より、本発明例（Ｎｏ．３〜６）はいずれも、引張試験での伸び（Ｅｌ．）が２０％以上でかつシャルピー衝撃特性がｖＥ_０℃で１４５Ｊ以上と板厚１/４位置での試験結果と同等の良好な特性を示し、また、超音波探傷試験結果も良好であった。

これに対し、比較例をみると、板厚中心位置の加熱保持時間が不十分であったＮｏ．１，２、鍛造の圧下率が不十分であったＮｏ．７、加熱温度が不十分であったＮｏ．８、焼入れ処理回数が１回であったＮｏ．９，１０、および、２回の焼入れ温度が同じであったＮｏ．１１は、引張試験での伸び２０％以上を示す例があるものの、シャルピー衝撃特性はいずれもｖＥ_０℃で７７Ｊ以下と不十分なものであった。また、鍛造の圧下率、および全圧下率が不十分であったＮｏ．１２は、超音波探傷試験結果が不良で、ＴＳ、Ｅｌ．が低かった。

Claims

連続鋳造スラブから極厚高張力鋼板を製造するにあたり、スラブ厚から製品厚への減厚を鍛造とその後の厚板圧延とにより行い、鍛造前に連続鋳造スラブを該スラブ厚中心温度が１２００℃以上に２０ｈ以上保持される条件で加熱し、鍛造の圧下率を１７％以上とし、厚板圧延は鍛造を含めた全圧下率が２３〜３５％の範囲となるように行い、厚板圧延後に焼入れ処理を２回繰り返し、その際２回目の焼入れ温度をＡｃ _３変態点以上でかつ１回目のそれよりも低くし、その後焼戻しすることを特徴とする板厚方向の均質性に優れ、かつ靭性に優れた極厚高張力鋼板の製造方法。