JP6578728B2 - 高強度熱延鋼板及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、建設機械、産業機械などの構造用部材に使用する高強度鋼板とその製造方法に関するもので、特に、高い降伏強度と引張強度、かつ、靭性及び溶接性に優れた高強度熱延鋼板とその製造方法に関するものである。

建設機械の一例であるクレーンのブームは、近年の建設対象物の高層化に伴い、より長尺化、大型化が進んでいる。そのため、ブーム自体の軽量化及び吊上げ運搬容量の拡大を図るために、素材となる鋼板に対し、より高い降伏強度と引張強度が求められている。

鋼板が高強度化することにより、部材板厚を薄肉化でき、軽量化が可能となる他、薄肉化せずに高強度鋼板を適用することで、吊上げ運搬容量を拡大することもできる。また、部材や部位ごとに板厚を最適化し、軽量化と吊上げ運搬容量の最適化を図ることも可能である。

このような方法を採用するにあたり、鋼板に求められる機械的特性は、第一に、降伏強度、引張強度、伸びといった機械的性質である。具体例として、引張強度が９８０ＭＰａ級の鋼板では、降伏強度が９６０ＭＰａ以上、引張強度が９８０ＭＰａ以上、全伸びが１２％以上などと規格されている。また、氷点下での使用環境も想定されるため、氷点下における高い靱性が求められる。

これまでは、高強度化のために、鋼板にＴｉやＮｂなどを多量に添加し、これの析出強化を活用していた。例えば、特許文献１〜３に記載の鋼板では、いずれも、Ｔｉの析出強化を活用するために、Ｔｉ添加量を多くしているが、析出強化を十分に活用するため、０．１２％以上のＴｉ添加と、Ｔｉの溶体化のため、１２５０℃以上のスラブの高温加熱が必須となっている。

しかし、多量のＴｉ添加と析出強化を活用した高強度鋼板では、低温での靱性に劣る場合があり、構造用部材としては適さない。また、スラブの高温加熱を必要とする場合、高温加熱に対応した加熱炉が限られる他、高温加熱する製造機会を特別に設ける必要があるなど、製造コスト増大の問題がある。

そこで、析出強化ではなく、組織強化を活用する高強度鋼板として、熱間圧延後、鋼板を再加熱し急冷する焼入れ処理（ＲＱ処理）を行い、それを焼戻すことで、靱性を改善する方法が採用される場合がある。また、圧延後、直ちに急冷（ＤＱ処理）することで、再加熱後の焼入れを省略する直接焼入れ方法が適用される場合もある。

例えば、特許文献４〜６に記載の鋼板は、ＲＱ処理鋼の例であり、成分組成とＲＱ処理条件を組み合わせることを特徴とする。特許文献７及び８は、ＤＱ処理鋼の例である。いずれも、成分組成と加熱−圧延−冷却-熱処理条件の組み合わせを特徴とし、多くの場合、焼入れ処理後、焼戻し処理が行われる。

なお、焼戻し処理が適用される場合、多くは、Ａc1点以下の温度で適用されるのが一般的であり、温度条件としては、特許文献５では５７０〜７２０℃、特許文献９では、６５０℃以下などと開示されている。

しかし、組織強化を活用する方法においても、特許文献４、７、及び、８に記載の鋼板では、強度が低く、建設機械用途として適さない。また、特許文献５に記載の鋼板では、通常、１回の焼入れ工程に対して２回の焼入れ工程を必要としており、工程が多いため製造コストが高いという問題がある。

さらに、特許文献６に記載の鋼板では、強度は十分ではあるものの、合金添加量が多く高コストである。さらに、溶接時の熱影響部の硬さと関係する、炭素等量（Ｃeq）、及び、溶接割れし易さの指標である、溶接割れ感受性組成（Ｐcm）が高く、部材製造時の溶接性に劣る問題がある。

特開平０７−１３８６３８号公報 特開平０５−２３０５２９号公報 特開平０５−２７１８６５号公報 特開平０６−１４５７８７号公報 特開平０６−３４６１４４号公報 特許第４１７４０４１号公報 特開平１０−１９５５３２号公報 特開２０００−３１９７２６号公報

本発明は、従来技術が抱える問題に鑑み、高い降伏強度（以下「ＹＰ」ということがある。）と引張強度（以下「ＴＳ」ということがある。）を有し、かつ、靱性及び溶接性に優れる高強度熱延鋼板とその製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決する手法について鋭意検討した。その結果、成分組成、及び、熱延条件と後熱処理条件を最適化すれば、ＹＰが９６０ＭＰａ以上、ＴＳが９８０ＭＰａ以上、かつ、−４０℃でのＶノッチシャルピー吸収エネルギー（以下「吸収エネルギー」ということがある。）が４７Ｊ以上で、溶接性に優れる高強度熱延鋼板を得ることができることを知見し、本発明を完成させた。

本発明の要旨は、以下のとおりである。

［１］成分組成が、質量％で、
Ｃ ：０．１２％超、０．２０％未満、
Ｓｉ：０．２５％以上、０．５０％以下、
Ｍｎ：０．５０％以上、１．２０％未満、
Ｐ ：０．０００５％以上、０．０２０％以下、
Ｓ ：０．０００５％以上、０．０１０％以下、
Ａｌ：０．０１％以上、０．０７％以下、
Ｎ ：０．０００５％以上、０．００６０％以下、
Ｎｂ：０．０１％以上、０．０４％以下、
Ｔｉ：０．００５％以上、０．０３０％以下、
Ｂ ：０．０００５％以上、０．００２％以下、
Ｃｕ：０．１０％以上、０．４０％以下、
Ｎｉ：０．１０％以上、０．４０％以下、
Ｃｒ：０．６０％超、１．２０％以下、
Ｍｏ：０．１０％以上、０．４０％以下、かつ、
残部：鉄及び不可避的不純物からなり、
ミクロ組織が、面積率で５０％以上の焼戻しマルテンサイトを含む組織とし、さらに、
下記（１）式、（２）式、及び、（３）式で定義する値が、それぞれ、
free−Ｔｉ：０．０００１％以上、
Ｃeq：０．５０％以上、０．６０％未満、及び、
Ｐcm：０．２５％以上、０．３０％以下
であり、
（i-1）降伏強度が９６０ＭＰａ以上で、引張強度が９８０ＭＰａ以上であり、
（i-2）−４０℃でのＶノッチシャルピー吸収エネルギーが４７Ｊ以上であり、かつ、
（i-3）板厚が３．５ｍｍ以上、１０ｍｍ以下である
ことを特徴とする高強度熱延鋼板。
free−Ｔｉ＝Ｔｉ−３．４１７×Ｎ ・・・（１）
Ｔｉ、及び、Ｎは、それぞれの元素の質量％
Ｃeq＝Ｃ＋Ｓｉ／２４＋Ｍｎ／６＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５
＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４ ・・・（２）
Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、及び、Ｖは、それぞれの元素の質量％
Ｐcm＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０
＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５Ｂ ・・・（３）
Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、及び、Ｂは、それぞれの元素の質量％

［２］前記成分組成が、さらに、質量％で、
Ｖ ：０．００１％以上、０．１０％以下、
Ｃａ：０．０００５％以上、０．００４０％以下、
Ｍｇ：０．０００５％以上、０．００４０％以下、
ＲＥＭ：０．０００５％以上、０．００４０％以下
の１種又は２種以上を含有する
ことを特徴とする前記［１］に記載の高強度熱延鋼板。

［３］前記［１］又は［２］に記載の高強度熱延鋼板を製造する製造方法であって、
（ii-1）前記［１］又は［２］に記載の成分組成のスラブを１１６０℃以上、１２４０℃未満に加熱し、
（ii-2）仕上げ圧延入側温度が９５０℃以上、１１００℃未満、かつ、仕上げ圧延出側温度が８８０℃以上、９４０℃未満となる熱間圧延を行い、
（ii-3）熱延鋼板を、５５０℃以上、６５０℃未満で、コイル状に巻き取り、２００℃以下まで冷却し、その後、
（ii-4）平板に成形し、所定の長さに切断し、次いで、
（ii-5）８８０℃以上、９４０℃未満に再加熱して焼入れし、
（ii-6）４００℃以上、５５０℃未満で焼戻す
ことを特徴とする高強度熱延鋼板の製造方法。

本発明によれば、降伏強度と引張強度が高く、かつ、溶接性及び靱性に優れる高強度熱延鋼板とその製造方法を提供することができる。

以下、本発明について説明する。

本発明の高強度熱延鋼板（以下「本発明鋼板」ということがある。）は、成分組成が、質量％で、
Ｃ ：０．１２％超、０．２０％未満、
Ｓｉ：０．２５％以上、０．５０％以下、
Ｍｎ：０．５０％以上、１．２０％未満、
Ｐ ：０．０００５％以上、０．０２０％以下、
Ｓ ：０．０００５％以上、０．０１０％以下、
Ａｌ：０．０１％以上、０．０７％以下、
Ｎ ：０．０００５％以上、０．００６０％以下、
Ｎｂ：０．０１％以上、０．０４％以下、
Ｔｉ：０．００５％以上、０．０３０％以下、
Ｂ ：０．０００５％以上、０．００２％以下、
Ｃｕ：０．１０％以上、０．４０％以下、
Ｎｉ：０．１０％以上、０．４０％以下、
Ｃｒ：０．６０％超、１．２０％以下、
Ｍｏ：０．１０％以上、０．４０％以下、かつ、
残部：鉄及び不可避的不純物からなり、
ミクロ組織が、面積率で５０％以上の焼戻しマルテンサイトを含む組織とし、さらに、
下記（１）式、（２）式、及び、（３）式で定義する値が、それぞれ、
free−Ｔｉ：０．０００１％以上、
Ｃeq：０．５０％以上、０．６０％未満、及び、
Ｐcm：０．２５％以上、０．３０％以下
であり、
（i-1）降伏強度が９６０ＭＰａ以上で、引張強度が９８０ＭＰａ以上であり、
（i-2）−４０℃でのＶノッチシャルピー吸収エネルギーが４７Ｊ以上であり、かつ、
（i-3）板厚が３．５ｍｍ以上、１０ｍｍ以下である
ことを特徴とする高強度熱延鋼板。
free−Ｔｉ＝Ｔｉ−３．４１７×Ｎ ・・・（１）
Ｔｉ、及び、Ｎは、それぞれの元素の質量％
Ｃeq＝Ｃ＋Ｓｉ／２４＋Ｍｎ／６＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５
＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４ ・・・（２）
Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、及び、Ｖは、それぞれの元素の質量％
Ｐcm＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０
＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５Ｂ ・・・（３）
Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、及び、Ｂは、それぞれの元素の質量％

また、本発明鋼板の成分組成は、さらに、質量％で、
Ｖ ：０．００１％以上、０．１０％以下、
Ｃａ：０．０００５％以上、０．００４０％以下、
Ｍｇ：０．０００５％以上、０．００４０％以下、
ＲＥＭ：０．０００５％以上、０．００４０％以下
の１種又は２種以上を含有する
ことを特徴とする。

本発明の高強度熱延鋼板の製造方法（以下「本発明方法」ということがある。）は、本発明鋼板を製造する製造方法であって、
（ii-1）本発明鋼板の成分組成のスラブを１１６０℃以上、１２４０℃未満に加熱し、
（ii-2）仕上げ圧延入側温度が９５０℃以上、１１００℃未満、かつ、仕上げ圧延出側温度が８８０℃以上、９４０℃未満となる熱間圧延を行い、
（ii-3）熱延鋼板を、５５０℃以上、６５０℃未満で、コイル状に巻き取り、２００℃以下まで冷却し、その後、
（ii-4）平板に成形し、所定の長さに切断し、次いで、
（ii-5）８８０℃以上、９４０℃未満に再加熱して焼入れし、
（ii-6）４００℃以上、５５０℃未満で焼戻す
ことを特徴とする。

まず、本発明鋼板の成分組成の限定理由、及び、上記（１）式、（２）式、及び（３）式で算出する数値の限定理由について説明する。なお、「％」は「質量％」を意味する。

［成分組成］
Ｃ：０．１２％超、０．２０％未満
Ｃは、鋼板の強度を確保する元素であり、焼入れ時の強度（硬さ）に最も寄与する元素である。０.１２％以下では、所要の強度が得られないので、Ｃは０．１２％超とする。好ましくは０．１３％以上である。一方、０．２０％以上では、強度が過大になるとともに延性が低下し、また、溶接性や靱性が劣化するので、Ｃは０．２０％未満とする。好ましくは０．１７％以下である。

Ｓｉ：０．２５％以上、０．５０％以下
Ｓｉは、脱酸材及び強化元素として、さらにアーク溶接時の溶接部形状改善に寄与する元素である。０．２５％未満では添加効果が十分に発現しないので、Ｓｉは０．２５％以上とする。好ましくは０．２８％以上である。一方、０．５０％を超えると、鋼板表面にＳｉスケール（欠陥）が多量に発生し、表面性状が低下するとともに、靱性が低下する懸念があるので、Ｓｉは０．５０％以下とする。好ましくは０．４５％以下である。

Ｍｎ：０．５０％以上、１．２０％未満
Ｍｎは、主として焼入れ性を高めるとともに、鋼板強度を高める元素である。０．５０％未満では、添加効果が十分に発現しないので、Ｍｎは０．５０％以上とする。好ましくは０．７０％以上である。一方、１．２０％以上では、靱性及び溶接性が劣化するので、Ｍｎは１．２０％未満とする。好ましくは１．１０％未満、より好ましくは１．０％未満である。

Ｐ：０．０００５％以上、０．０２０％以下
Ｐは、鋼板強度の向上に寄与する元素であるが、延性及び靱性を阻害する元素でもある。少ないほど好ましいが、０．０００５％未満に低減すると、製造コストが大幅に上昇するので、Ｐは０．０００５％以上とする。好ましくは０．００１０％以上である。一方、０．０２０％を超えると、延性及び靱性が著しく低下するので、Ｐは０．０２０％以下とする。好ましくは０．０１０％以下である。

Ｓ：０．０００５％以上、０．０１０％以下
Ｓは、ＭｎＳを生成して、延性、溶接性、靱性を阻害する元素である。少ないほど好ましいが、０．０００５％未満に低減すると、製造コストが大幅に上昇するので、Ｓは０．０００５％以上とする。好ましくは０．０００７％以上である。一方、０．０１０％を超えると、延性、溶接性、及び、靱性が著しく低下するので、Ｓは０．０１０％以下とする。好ましくは０．００４％以下である。

Ａｌ：０．０１％以上、０．０７％以下
Ａｌは、脱酸材として機能する元素である。０．０１％未満では、添加効果が十分に発現しないので、Ａｌは０．０１％以上とする。好ましくは０．０２％以上である。一方、０．０７％を超えると、靱性と溶接性が低下するので、Ａｌは０．０７％以下とする。好ましくは０．０４％以下である。

Ｎ：０．０００５％以上、０．００６０％以下
Ｎは、鋼中でＢＮを形成して固溶Ｂを低減し、焼入れ性を阻害する元素である。少ないほど好ましいが、０．０００５％未満に低減すると、製造コストが大幅に上昇するので、Ｎは０．０００５％以上とする。好ましくは０．００１０％以上である。一方、０．００６０％を超えると、焼入れ性が劣化するので、Ｎは０．００６０％以下とする。好ましくは０．００５０％以下である。

Ｎｂ：０．０１％以上、０．０４％以下
Ｎｂは、再結晶を抑制し、結晶粒粗大化を抑制する元素である。結晶粒の微細化は、降伏強度の向上及び靱性の向上に寄与する。０．０１％未満では、添加効果が十分に発現しないので、Ｎｂは０．０１％以上とする。好ましくは０．０１５％以上である。一方、０．０４％を超えると、靱性及び延性が低下するうえ、スラブ加熱時に全量が溶体化しない懸念があるので、Ｎｂは０．０４％以下とする。好ましくは０．０３５％以下である。

Ｔｉ：０．００５％以上、０．０３０％以下
Ｔｉは、Ｎｂと同様、再結晶を抑制し、結晶粒粗大化を抑制する元素である。また、高温でＴｉＮを形成してＮを固定し無害化し、ＢＮの析出を抑制して固溶Ｂの確保に寄与する元素である。０．００５％未満では、添加効果が十分に発現しないので、Ｔｉは０．００５％以上とする。好ましくは０．０１０％以上である。一方、０．０３０％を超えると、靱性、溶接性、及び、延性が低下するので、Ｔｉは０．０３０％以下とする。好ましくは０．０２５％以下である。

Ｂ：０．０００５％以上、０．００２％以下
Ｂは、焼入れ性を著しく高める元素である。０．０００５％未満では、添加効果が十分に発現しないので、Ｂは０．０００５％以上とする。好ましくは０．０００７％以上である。一方、０．００２％を超えると、添加効果が飽和し、また、靱性が低下するので、Ｂは０．００２％以下とする。好ましくは０．００１５％以下である。

Ｃｕ：０．１０％以上、０．４０％以下
Ｃｕは、焼入れ性を高めて強度の向上に寄与する元素である。０．１０％未満では、添加効果が十分に発現しないので、Ｃｕは０．１０％以上とする。好ましくは０．２０％以上である。一方、０．４０％を超えると、靱性や溶接性が低下し、さらに、高温割れの懸念が高くなるので、Ｃｕは０．４０％以下とする。好ましくは０．３０％以下である。

Ｎｉ：０．１０％以上、０．４０％以下
Ｎｉは、焼入れ性を高め強度の向上に寄与するとともに、靱性の向上や、Ｃｕによる粒界割れの抑制に寄与する元素である。０．１０％未満では、添加効果が十分に発現しないので、Ｎｉは０．１０％以上とする。好ましくは０．２０％以上である。一方、０．４０％を超えると、高価な元素であることから鋼板価格が上昇するので、Ｎｉは０．４０％以下とする。好ましくは０．３５％以下である。

Ｃｒ：０．６０％超、１．２０％以下
Ｃｒは、焼入れ性を高め強度の向上に寄与するとともに、Ｃｕ、Ｎｉとの複合添加で耐食性の向上に寄与する元素である。また、焼戻し時の軟化を遅滞する作用をなす元素でもある。０．６０％以下では、添加効果が十分に発現しないので、０．６０％超とする。好ましくは０．８０％以上である。一方、１．２０％を超えると、溶接性や靱性が低下するので、Ｃｒは１．２０％以下とする。好ましくは１．１０％以下である。

Ｍｏ：０．１０％以上、０．４０％以下
Ｍｏは、焼入れ性を高め強度の向上に寄与するとともに、焼戻し時の軟化を遅滞する作用をなす元素である。０．１０％未満では、添加効果が十分に発現しないので、Ｍｏは０．１０％以上とする。好ましくは０．１５％以上である。一方、０．４０％を超えると、高価な元素であることから鋼板価格が上昇するので、０．４０％以下とする。好ましくは０．３５％以下である。

本発明鋼板においては、鋼板の強度の向上に寄与するＶ、靱性の向上及び延性の低下の抑制に寄与するＣａ、Ｍｇ、及び、ＲＥＭの１種又は２種以上を含有してもよい。

Ｖ：０．００１％以上、０．１０％以下
Ｖは、析出強化により強度の向上に寄与する元素である。０．００１％未満では、添加効果が十分に発現しないので、Ｖは０．００１％以上とする。好ましくは０．００３％以上である。一方、０．１０％を超えると、溶接性及び靱性が低下するので、Ｖは０．１０％以下とする。好ましくは０．０８％以下である。

Ｃａ：０．０００５％以上、０．００４０％以下
Ｍｇ：０．０００５％以上、０．００４０％以下
ＲＥＭ：０．０００５％以上、０．００４０％以下
Ｃａ、Ｍｇ、及び、ＲＥＭは、非金属介在物を球状化して、靱性の向上及び延性の低下の抑制に寄与する元素である。Ｃａ、Ｍｇ、及び、ＲＥＭのいずれも、０．０００５％未満では、添加効果が十分に発現しないので、いずれの元素も、０．０００５％以上とする。好ましくは、いずれの元素も０．０００８％以上である。

一方、いずれの元素も、０．００４０％を超えると、介在物の粗大化と数の増加が顕著になり、靱性が低下するので、いずれの元素も０．００４０％以下とする。好ましくは、いずれの元素も０．００３５％以下である。

本発明鋼板の成分組成の残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。なお、本発明鋼板は、上記元素の他、鋼原料から不可避的に混入する、Ｓｎ、Ａｓ等を、本発明鋼板の特性を阻害しない範囲で、適宜の量を含有してもよい。

次に、本発明鋼板のミクロ組織と、組成特性及び機械特性を規定する指標について説明する。

［ミクロ組織］
ミクロ組織は、焼戻しマルテンサイトを主組織とする。即ち、ミクロ組織は、面積率で５０％以上の焼戻しマルテンサイトを含む組織とする。焼入れままのマルテンサイトが主組織であると、靱性に劣る懸念があり、また、ベイナイトやフェライトが主組織であると、強度が不足する懸念がある。それ故、ミクロ組織の主組織は、強度と靱性に優れる焼戻しマルテンサイトである必要がある。

本発明鋼板では、上記成分組成と後述の製造条件を満足することにより、面積率で５０％以上の焼戻しマルテンサイトを確保することができ、降伏強度９６０ＭＰａ以上、引張強度９８０ＭＰａ以上、及び、−４０℃でのＶノッチシャルピー吸収エネルギー４７Ｊ以上を実現することができる。

焼戻しマルテンサイトの面積率は、６０％以上が好ましく、より好ましくは７０％以上である。

［組成指標］
free−Ｔｉ：０．０００１％以上
下記（１）式で定義するfree−Ｔｉは、所要の機械特性（降伏強度、引張強度、吸収エネルギー）を得るうえで重要な指標であり、０．０００１％以上確保する必要がある。
free−Ｔｉ＝Ｔｉ−３．４１７×Ｎ ・・・・・（１）
Ｔｉ、及び、Ｎは、それぞれの元素の質量％

Ｔｉは、前述したように、高温でＴｉＮを形成してＮを固定し無害化し、ＢＮの析出を抑制し、固溶Ｂの確保に寄与する元素である。しかし、Ｔｉ量に対しＮ量が多いと、上記（１）式で計算されるfree−Ｔｉが０％以下となる。この場合、Ｎが完全に無害化しないので、Ｂの添加効果が十分に発現せず、焼入れ性が低下する。

そのため、Ｔｉ量及びＮ量を個別に規定するだけでなく、０．０００１％以上のfree−Ｔｉを確保できるように、Ｔｉ量及びＮ量を関係付けて規定する必要がある。なお、free−Ｔｉの上限は、Ｔｉ及びＮの組成から定まるので、特に限定しない。

Ｃeq：０．５０％以上、０．６０％未満
下記（２）式で定義するＣeqは、所要の機械特性（降伏強度、引張強度、吸収エネルギー）と、所要の靱性及び溶接性を両立させるために重要な指標であり、“０．５０％以上、０．６０％未満”とする必要がある。
Ｃeq＝Ｃ＋Ｓｉ／２４＋Ｍｎ／６＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５
＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４ ・・・（２）
Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、及び、Ｖは、それぞれの元素の質量％

Ｃeqは、炭素当量とも呼ばれ、溶接性の指標として知られている。Ｃeqが大きいほど、溶接時の熱影響部の硬化が大きくなり、溶接割れが起き易くなるので、Ｃeqは小さいほど好ましい。それ故、Ｃeqは０．６０％未満とする。好ましくは０．５９％以下である。

一方、Ｃeqが増加するほど、鋼板の強度が上昇する。本発明鋼板においては、ミクロ組織の主組織を焼戻しマルテンサイトとして、強度と靱性を両立させているが、焼戻しマルテンサイトは、焼入れままのマルテンサイトに比べ強度が低いので、焼戻し時の強度低下を見込んでＣeqを設定し、所要の降伏強度と引張強度を確保する必要がある。そのため、Ｃeqは０．５０％以上とする。好ましくは０．５１％以上である。

Ｐcm：０．２５％以上、０．３０％以下
下記（３）式で定義するＰcmは、Ｃeqと同じく、本発明鋼板において、所要の機械特性（降伏強度、引張強度、吸収エネルギー）と、靱性及び溶接性を両立させるために重要な指標であり、“０．２５％以上、０．３０％以下”とする必要がある。
Ｐcm＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０
＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５Ｂ ・・・（３）
Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、及び、Ｂは、それぞれの元素の質量％

Ｐcmは、溶接割れ感受性組成とも呼ばれ、溶接性の指標として知られている。Ｐcmが大きいほど、溶接部の割れ感受性が高まり、溶接性が低下するので、溶接施工時の板厚に応じた予熱条件が厳しくなる。それ故、Ｐcmは小さいほど好ましいので、０．３０％以下とする。好ましくは０．２９％以下である。

一方、Ｐcmは増加するほど、鋼板の強度が上昇するが、成分組成は、焼戻し時の強度低下を見込んだ成分組成である必要がある。そのため、Ｐcmは０．２５％以上とする必要がある。好ましくは０．２６％以上である。

［特性指標］
降伏強度（ＹＰ）：９６０ＭＰａ
引張強度（ＴＳ）：９８０ＭＰａ
降伏強度は９６０ＭＰａ以上とし、引張強度は９８０ＭＰａ以上とする。本発明鋼板では、上記成分組成と、後述する製造条件をともに満足することにより、降伏強度９６０ＭＰａ以上と引張強度９８０ＭＰａ以上を実現することができる。この強度レベルを確保することができれば、長尺化、大型化するクレーンのブームなどの、建設機械の部材に適した鋼板となり、部材板厚の薄肉化による軽量化や部材強度の向上による吊上げ運搬容量の拡大を図ることが可能となる。

なお、降伏強度については、引張試験において降伏点がある場合は、上降伏点の強度を降伏強度とし、降伏点がみられないラウンド型の応力−ひずみ曲線の場合は、０．２％耐力を降伏強度とする。

−４０℃でのＶノッチシャルピー吸収エネルギー：４７Ｊ以上
−４０℃でのＶノッチシャルピー吸収エネルギーを４７Ｊ以上とする。吸収エネルギーが大きいほど、脆性破壊に対する抵抗が高い。そして、脆性破壊が発生する否かの目安が、一般に、４７Ｊである。鋼部材が４７Ｊ以上の吸収エネルギーを備えていれば、鋼部材を使用する温度環境において、脆性破壊が発生し難い。

建設機械は、寒冷地での使用も想定されるので、本発明鋼板においては、−４０℃でのＶノッチシャルピー吸収エネルギーを４７Ｊ以上とする。−４０℃でのＶノッチシャルピー吸収エネルギー４７Ｊ以上は、上記成分組成と、後述する製造条件をともに満足することで実現することができる。

板厚：３．５ｍｍ以上、１０ｍｍ以下
本発明鋼板の板厚は、３．５ｍｍ以上、１０ｍｍ以下とする。板厚が３．５ｍｍ未満であると、建設機械の構造部材には不向きなので、板厚は３．５ｍｍ以上とする。一方、板厚が１０ｍｍを超えると、焼入れ・焼戻し効果が内部まで浸透しないので、板厚は１０ｍｍ以下とする。

次に、本発明方法について説明する。

本発明方法は、
（ii-1）本発明鋼板の成分組成のスラブを１１６０℃以上、１２４０℃未満に加熱し、
（ii-2）仕上げ圧延入側温度が９５０℃以上、１１００℃未満、かつ、仕上げ圧延出側温度が８８０℃以上、９４０℃未満となる熱間圧延を行い、
（ii-3）熱延鋼板を、５５０℃以上、６５０℃未満で、コイル状に巻き取り、２００℃以下まで冷却し、その後、
（ii-4）平板に成形し、所定の長さに切断し、次いで、
（ii-5）８８０℃以上、９４０℃未満に再加熱して焼入れ、
（ii-6）４００℃以上、５５０℃未満で焼戻す
ことを特徴とする。

以下、本発明方法の工程条件について説明する。

［熱延、巻取条件］
スラブ加熱温度：１１６０℃以上、１２４０℃未満
本発明鋼板の成分組成の溶鋼を、常法により鋳造し、熱間圧延に供する鋼片（スラブ）とする。この鋼片は、鋼塊を鍛造又は圧延したものでもよいが、生産性の点から、連続鋳造で製造したものが好ましい。また、鋼片を薄スラブキャスターなどで製造したものでもよい。

通常、鋼片は、鋳造後に冷却し、再度加熱して熱間圧延に供する。この場合、鋼片の加熱温度は、１１６０℃以上、１２４０℃未満とする。

加熱温度が１１６０℃未満であると、ＴｉやＮｂが十分に固溶せず、再結晶を抑制して結晶粒の粗大化を抑制する効果が発現しないので、加熱温度は１１６０℃以上とする。好ましくは１１６５℃以上である。

一方、鋼片を、１２４０℃以上に加熱すると、結晶粒径が粗大になって、強度が低下したり、スケール生成量が増加して歩留まりが低下し、また、加熱に必要な燃料コストが増大するので、加熱温度は１２４０℃未満とする。好ましくは、１２３０℃以下である。

仕上げ圧延入側温度：９５０℃以上、１１００℃未満
１１６０℃以上、１２４０℃未満に加熱した鋼片（スラブ）を粗圧延後、仕上げ圧延に供する。その際、仕上げ圧延入側温度は、９５０℃以上、１１００℃未満とする。仕上げ圧延入側温度は、後述する仕上げ圧延出側温度と同様に、低いほど、鋼板組織の結晶粒が微細になり、降伏強度や靱性の改善に効果があり、低いほど望ましいが、９５０℃未満であると、後述する仕上げ圧延出側温度が８８０℃未満となる懸念があるので、仕上げ圧延の入側温度は９５０℃以上とする。好ましくは９６０℃以上である。

なお、仕上げ圧延機の入側で待機している粗圧延後のスラブの温度は低下するので、温度低下を抑制するため、粗圧延後のスラブをカバーで覆うか、ＩＨなどで加熱したりして、仕上げ圧延入側温度を９５０℃以上に維持する。

仕上げ圧延入側温度が１１００℃以上であると、鋼板組織の結晶粒が微細化せず、降伏強度や靱性の改善に効果がないので、仕上げ圧延入側温度は１１００℃未満とする。好ましくは１０８０℃以下である。

なお、鋼板温度は、複数段の仕上げ圧延ロールを通過するたびに低下するが、温度の低下分を見込んで、粗圧延後のスラブを高温に加熱するか、又は、圧延時の加工発熱による温度上昇で相殺する。

仕上げ圧延出側温度：８８０℃以上、９４０℃未満
仕上げ圧延出側温度は、仕上げ圧延入側温度と同様に、低いほど、鋼板組織の結晶粒が微細になり、降伏強度や靱性の改善に効果があり、低いほど望ましいが、仕上げ圧延出側温度が８８０℃未満であると、仕上げ圧延時の圧下荷重が上昇して、圧延機の圧下荷重上限に達することがあり、特に、広幅の鋼板の圧延で問題となるので、仕上げ圧延出側温度は８８０℃以上とする。

また、仕上げ圧延出側温度が８８０℃未満であると、二相域圧延となり、圧延荷重の変動が懸念されることからも、仕上げ圧延出側温度は８８０℃以上とする。

一方、仕上げ圧延出側温度が９４０℃以上であると、結晶粒が粗大になり、降伏強度や靱性が低下するとともに、スケールの生成量が増大して表面性状が低下するので、仕上げ圧延出側温度は９４０℃未満とする。好ましくは９３５℃以下である。

巻取温度：５５０℃以上、６５０℃未満
仕上げ圧延で圧延した、８８０℃以上、９４０℃未満の鋼板を、ランナウトテーブルで冷却し、５５０℃以上、６５０℃未満でコイル状に巻き取る。巻取温度が５５０℃未満では、鋼板の強度が高くなりすぎて、次工程のレベラーで平板に成形する工程で、圧下力が過大になって、成形できなくなるので、巻取温度は５５０℃以上とする。

一方、巻取温度が６５０℃以上では、スケールの生成量が増大することに加え、巻取後に内部酸化が起き、表面性状が低下するので、巻取温度は６５０℃未満とする。好ましくは６４５℃以下である。

巻取後の冷却温度：２００℃以下
コイル状に巻き取った鋼板を２００℃以下まで冷却する。冷却温度が２００℃を超えると、変態が十分に完了しない懸念があるので、鋼板を２００℃以下に冷却し、変態を十分に完了させる。室温中に放置するなどの方法で２００℃以下まで冷却する。好ましくは１９０℃以下に冷却する。冷却速度は特に限定されない。

［冷却後の成形、熱処理条件］
２００℃以下に冷却した鋼板を、レベラーに通板して、通常の条件で平板に成形し、所定の長さに切断する。次いで、切断した鋼板に対し熱処理（焼入れ、焼戻し）を施す。

焼入れのための再加熱温度：８８０℃、９４０℃未満
切断した鋼板を８８０℃以上、９４０℃未満に再加熱して、焼入れを施す。再加熱温度が８８０℃未満では、鋼板組織がオーステナイトの単一組織とならないので、再加熱温度は８８０℃以上とする。

一方、再加熱温度が９４０℃以上であると、オーステナイトの結晶粒が粗大化し、靱性が低下するので、再加熱温度は９４０℃未満とする。好ましくは９３５℃以下である。

焼入れは、再加熱によって、鋼板温度が８８０℃以上、９４０℃未満に達した後、直ちに行うか、又は、生産性を著しく阻害しない範囲で、８８０℃以上、９４０℃未満に、所要の時間保持した後に行なう。

焼戻し温度：４００℃以上、５５０℃未満
焼入れした鋼板を、４００℃以上、５５０℃未満に再加熱して焼戻す。一般に、焼入れした鋼板を焼戻す場合、焼戻し温度の上昇とともに、降伏強度及び靱性が向上する。本発明鋼板においても同様で、４００℃以上の焼戻しで、目的の降伏強度及び靱性を確保できるので、焼戻し温度は４００℃以上とする。

一方、焼戻し温度が５５０℃以上になると、引張強度が低下するとともに、靱性が低下するので、焼戻し温度は５５０℃未満とする。好ましくは５４５℃以下である。

焼戻しは、再加熱によって鋼板温度が４００℃以上、５５０℃未満に達した後、直ちに行うか、又は、生産性を著しく阻害しない範囲で、４００℃以上、５５０℃未満に、所要の時間保持した後に行う。

以上説明したように、本発明方法により、降伏強度及び引張強度が高く、靱性及び溶接性に優れる本発明鋼板を製造することができる。本発明鋼板を、建設機械の構造部材などに適用すれば、建建設機械の軽量化を図ることができるし、また、例えば、大型クレーンのブームに適用すれば、ブーム自体の軽量化と、吊上げ運搬容量の拡大を図ることができる。

以下、本発明の高強度熱延鋼板及びその製造方法の実施例を挙げ、本発明をより具体的に説明するが、本発明は、もとより下記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で、適当に変更を加えて実施することが可能であり、それらは、いずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。

（実施例）
表１に示す成分組成を有する鋼を溶製し、表２に示す条件で熱間圧延と熱処理を行った。熱処理後、熱延鋼板の機械特性及び靱性を測定した。表３に測定結果を示す。

機械的特性は、降伏強度と引張強度、及び、全伸びを測定した。なお、試験片は、元厚ままで、板幅方向と平行の方向から、ＪＩＳ５号引張試験片を採取し、室温での引張試験に供した。

吸収エネルギーは、−４０℃でＶノッチシャルピー衝撃試験を行い、吸収エネルギーを測定した。なお、試験片は、き裂の進展方向が板幅方向と平行になるよう採取した。また、板厚が５ｍｍ及び１０ｍｍの鋼板は元厚ままで衝撃試験に供し、５ｍｍ超１０ｍｍ未満の鋼板は表裏面を均等に減厚研削して５ｍｍ厚さに加工した後、衝撃試験に供し、３．５ｍｍ以上５ｍｍ未満の鋼板は表裏面を均等に減厚研削して３．３ｍｍ厚さに加工した後、衝撃試験に供した。

また、吸収エネルギーの測定値は、板厚が１０ｍｍのものはそのまま用い、板厚が５ｍｍの測定値は、それを２倍して、１０ｍｍ厚さでの吸収エネルギー相当に換算し、板厚が３．３ｍｍの測定値は、それを３倍して、１０ｍｍ厚さでの吸収エネルギー相当に換算した。表３に示す測定結果は、１０ｍｍ厚さのもの、又は、１０ｍｍ厚さでの吸収エネルギーに換算したものである。

表１〜表３に示すように、成分組成及び製造条件が本発明の範囲内にある発明例（製造Ｎｏ．１、３、６、８、１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４）においては、降伏強度が９６０ＭＰａ以上、引張強度が９８０ＭＰａ以上、−４０℃でのシャルピー吸収エネルギーが４７Ｊ以上、さらに、ミクロ組織の主組織、即ち、５０％以上が焼戻しマルテンサイトであり、溶接性にも優れている。

一方、成分組成は本発明の範囲内であるが、製造条件が本発明の範囲外である比較例（製造Ｎｏ．２、４、５、７、９、１１、１３、１５、１７、１９、２１、２３、２５）においては、降伏強度、引張強度、吸収エネルギーの一つ又は二つ以上が本発明の範囲外である。さらに、製造Ｎｏ．５に示すように、表面性状が劣り、供用に値しないものがある。

製造Ｎｏ．２の比較例においては、スラブ加熱温度が本発明の範囲を下回り、また、製造Ｎｏ．２３の比較例においては、焼入れ温度と焼戻し温度が本発明の範囲を上回り、これらの比較例では、降伏強度が不足し、かつ、吸収エネルギーが不足している。

製造Ｎｏ．４の比較例においては、コイルの冷却終了温度が本発明の範囲を上回っている。この場合、靱性が不足している。

製造Ｎｏ．５の比較例においては、巻取温度が本発明の範囲を上回っている。この場合、表面性状が劣化し、供用に値しない。

製造Ｎｏ．７の比較例においては、焼入れ温度が本発明の範囲を上回り、また、製造Ｎｏ．９の比較例においては、スラブ加熱温度、仕上げ圧延入側温度、仕上げ圧延出側温度のいずれもが本発明の範囲を上回り、また、製造Ｎｏ．１７の比較例においては、仕上げ圧延入側温度が本発明の範囲を上回り、これらの比較例では、吸収エネルギーが不足している。

製造Ｎｏ．１１の比較例においては、焼入れ温度が本発明の範囲を下回り、降伏強度と引張強度が不足している。

製造Ｎｏ．１３の比較例においては、焼戻し温度が本発明の範囲を下回り、製造Ｎｏ．２１の比較例においては、仕上げ圧延出側温度が本発明の範囲を上回り、また、製造Ｎｏ．２５の比較例においては、焼戻し温度が本発明の範囲を上回り、これらの比較例では、降伏強度が不足している。

製造Ｎｏ．１５の比較例においては、仕上げ圧延入側温度と仕上げ圧延出側温度が本発明の範囲を下回っている。この場合、仕上げ圧延時の圧下荷重の上昇と圧延荷重変動のため圧延が困難であり、安定製造できない。

製造Ｎｏ．１９の比較例においては、スラブ加熱温度が本発明の範囲を下回り、かつ焼戻し温度が本発明の範囲を上回り、降伏強度、引張強度、吸収エネルギーのいずれもが不足している。

製造Ｎｏ．２６、２８〜３３、３５、３６の比較例は、成分組成が本発明の範囲外の鋼（表１中、鋼Ｎｏ．Ｍ〜Ｗ、参照）を用いた比較例である。これらは、製造条件が本発明の範囲を満たしていても、降伏強度、引張強度、吸収エネルギー、溶接性、焼戻しマルテンサイト分率の一つ又は二つ以上が本発明の範囲外である。

以上、発明例及び比較例より、本発明によれば、高い降伏強度及び引張強度を有し、かつ、靱性及び溶接性に優れた高強度熱延鋼板を提供できることが明らかである。

本発明によれば、降伏強度と引張強度が高く、かつ、靱性及び溶接性に優れた高強度熱延鋼板とその製造方法を提供することができる。本発明の高強度熱延鋼板を建設機械の構造部材などに適用すれば、建設機械の軽量化を図ることができる。例えば、大型クレーンのブームに適用すれば、ブーム自体の軽量化と、吊上げ運搬容量の拡大を図ることができ、作業効率が顕著に向上する。また、優れた溶接性により、部材製作コストの低減が可能となる。また、高い靱性により、低温環境で使用する場合の建設機械の信頼性が向上する。よって、本発明は、産業上の利用可能性が高いものである。

Claims (3)

1. 成分組成が、質量％で、
   Ｃ ：０．１２％超、０．２０％未満、
   Ｓｉ：０．２５％以上、０．５０％以下、
   Ｍｎ：０．５０％以上、１．２０％未満、
   Ｐ ：０．０００５％以上、０．０２０％以下、
   Ｓ ：０．０００５％以上、０．０１０％以下、
   Ａｌ：０．０１％以上、０．０７％以下、
   Ｎ ：０．０００５％以上、０．００６０％以下、
   Ｎｂ：０．０１％以上、０．０４％以下、
   Ｔｉ：０．００５％以上、０．０３０％以下、
   Ｂ ：０．０００５％以上、０．００２％以下、
   Ｃｕ：０．１０％以上、０．４０％以下、
   Ｎｉ：０．１０％以上、０．４０％以下、
   Ｃｒ：０．６０％超、１．２０％以下、
   Ｍｏ：０．１０％以上、０．４０％以下を含み、
   さらに
   Ｍｇ：０．０００５％以上、０．００４０％以下、および
   ＲＥＭ：０．０００５％以上、０．００４０％以下、
   の１種又は２種を含み、かつ、
   残部：鉄及び不可避的不純物からなり、
   ミクロ組織が、面積率で５０％以上の焼戻しマルテンサイトを含む組織とし、さらに、
   下記（１）式、（２）式、及び、（３）式で定義する値が、それぞれ、
   free−Ｔｉ：０．０００１％以上、
   Ｃeq：０．５０％以上、０．６０％未満、及び、
   Ｐcm：０．２５％以上、０．３０％以下
   であり、
   （i-1）降伏強度が９６０ＭＰａ以上で、引張強度が９８０ＭＰａ以上であり、
   （i-2）−４０℃でのＶノッチシャルピー吸収エネルギーが４７Ｊ以上であり、かつ、
   （i-3）板厚が３．５ｍｍ以上、１０ｍｍ以下である
   ことを特徴とする高強度熱延鋼板。
   free−Ｔｉ＝Ｔｉ−３．４１７×Ｎ ・・・（１）
   Ｔｉ、及び、Ｎは、それぞれの元素の質量％
   Ｃeq＝Ｃ＋Ｓｉ／２４＋Ｍｎ／６＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５
   ＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４ ・・・（２）
   Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、及び、Ｖは、それぞれの元素の質量％
   Ｐcm＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０
   ＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５Ｂ ・・・（３）
   Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、及び、Ｂは、それぞれの元素の質量％
   
2. 前記成分組成が、さらに、質量％で、
   Ｖ ：０．００１％以上、０．１０％以下、
   Ｃａ：０．０００５％以上、０．００４０％以下、
   の１種又は２種を含有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の高強度熱延鋼板。
   
3. 請求項１又は２に記載の高強度熱延鋼板を製造する製造方法であって、
   （ii-1）請求項１又は２に記載の成分組成のスラブを１１６０℃以上、１２４０℃未満に加熱し、
   （ii-2）仕上げ圧延入側温度が９５０℃以上、１１００℃未満、かつ、仕上げ圧延出側温度が８８０℃以上、９４０℃未満となる熱間圧延を行い、
   （ii-3）熱延鋼板を、５５０℃以上、６５０℃未満で、コイル状に巻き取り、２００℃以下まで冷却し、その後、
   （ii-4）平板に成形し、所定の長さに切断し、次いで、
   （ii-5）８８０℃以上、９４０℃未満に再加熱して焼入れし、
   （ii-6）４００℃以上、５５０℃未満で焼戻す
   ことを特徴とする高強度熱延鋼板の製造方法。