JPH01195242A

JPH01195242A - 厚さ方向に均一に低温靭性にすぐれる厚肉高張力鋼板の製造方法

Info

Publication number: JPH01195242A
Application number: JP24032787A
Authority: JP
Inventors: Kensaburo Takizawa; 瀧澤　謙三郎; Haruo Kaji; 梶　晴男; Nobutsugu Takashima; 高嶋　修嗣; Hisayoshi Jinno; 神野　久喜
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1987-09-24
Filing date: 1987-09-24
Publication date: 1989-08-07

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】皮果上旦科ユ分亘本発明は、厚さ方向に均一に低温靭性にすぐれ、低温用
海洋構造物や一般構造物に好適に用いることができる厚
肉高張力鋼板の製造方法に関する。

獲米■及歪鋼構造物が大型化するにつれて、材質への要求が一段と
厳しさを増しつつあり、既に、靭性を付与した厚肉鋼板
を製造する方法が種々提案されている。

例えば、特開昭６１−１７４３２８号公報には、鋼片の
加熱及び抽出に際して、その表面温度と厚さ方向中央部
との間に温度差があるままの状態で抽出し、これを９２
０℃以下の温度で圧延する厚肉鋼板の製造方法が提案さ
れている。また、特開昭６１−７６６１６号公報には、
鋼片を熱間圧延した後、強制冷却し、次いで、この鋼板
の表面温度が再びＡｒ３〜１１００℃の温度になるまで
加熱した後、仕上圧延し、次いで、所定の冷却速度にて
強制冷却して、靭性にすぐれる厚鋼板を製造する方法が
提案されている。

しかし、これらの方法によれば、いずれも、鋼板が厚肉
化するほど、靭性が厚さ方向に不均一となり、厚さ方向
に均一に高い靭性を有する鋼板を製造することが困難で
ある。

元日が解ンしようとする間　、つ本発明者らは、厚肉高張力鋼板の製造における上記した
問題を解決するために鋭意研究した結果、熱間圧延後の
熱処理条件を最適に制御すると共に、焼入れ処理後の顕
微鏡組織を所定の組織とすることによって、厚さ方向、
特に、表層部と中心部との間に均一に高靭性を有する厚
肉高張力鋼板を得ることができることを見出して、本発
明に至ったものである。

従って、本発明は、厚さ方向に均一に低温靭性にすぐれ
る厚肉高張力鋼板の製造方法を提供することを目的とす
る。

。　占を”′するための本発明による厚さ方向に均一で、低温靭性にすぐれる厚
肉高張力鋼板の製造方法は、重量％で（ａ）Ｃ　　　０
．０２〜０．２２％、Ｓｉ０．０５〜０．６０％、Ｍｎ　　０．５０〜２．５０％、Ｓ　　　０．０２５％以下、ＡＩ　０．０１〜０．０８０％、及びＮ　　　０．００８０％以下を含有し、更に、（ｂ）Ｃ
ｕ　　０．０５〜１．０％、Ｎｉ０．１０〜４．０％、Ｃｒ　　０．０５〜１．５％、Ｍｏ０．０３〜０．７０％、Ｖ　　　０．０１０〜０．１０％、Ｎｂ０．００５〜０．０３０％、Ｂ　　　０．０００５〜０．００２０％、Ｃａ　　０．
０００５〜０．００３０％、よりなる群から選ばれる少
なくとも１種の元素を含有し、残部鉄及び不可避的不純物よりなる鋼を、熱間加工にて
板厚３０ｍｍ以上に圧延した後、一次処理として、直接
焼入れ、又は圧延後、空冷し、再加熱し、焼きならし処
理し、若しくは焼入れ処理し、次いで、二次処理として、（Ａｃ、変態点−３０）℃以上で、（
ＡＣ！変態点＋１５０）’Ｃ以下の範囲の温度で加熱し
、ここに、板厚をｔ（ｍｍ）とするとき、その保定時間
Ｔ（分）を０．１ｔ−０，０５ｔ≦Ｔ≦０．１ｔ＋０．０５ｔの範
囲として、抽出し、二次処理の再加熱において、オース
テナイト化しなかったフェライト及びベイナイトの混合
組織を、鋼板断面の１／２を中心として、表面側及び裏
面側にそれぞれ板厚の１２．５％の範囲において単位面
積当り１０〜６０％生成させるように、８００〜５００
℃範囲の温度の冷却速度を２〜ｂ制冷却して焼入れし、次いで、三次処理として、Ａｃ、変態点以下の温度に加熱して、
焼戻しすることを特徴とする特先ず、本発明の方法における鋼の化学成分について説明
する。

Ｃは、焼入れ性及び強度を確保するために必要な元素で
あって、０．０２％以上を添加することが必要である。

添加量が０．０２％よりも少ないときは、所要の強度を
有する鋼板を得ることができない。しかし、その添加量
が０．２２％を越えるときは、母材靭性、溶接性及びＨ
ＡＺ靭性が劣化するので、添加量は０．２２％を上限と
する。

Ｓｉは、鋼の脱酸と強度の確保のために必要な元素であ
って、このためには少なくとも０．０５％の添加を必要
とする。しかし、０．６０％を越えて過多に添加すると
きは、靭性及びＨＡＺ靭性を劣化させるので、添加量は
０．６０％以下とする。

Ｍｎは、靭性を損なうことなしに、強度を上昇させるた
めに有効であり、このためには、少なくとも０．０５％
の添加が必要である。しかし、２．５％を越える過多量
を添加するときは、焼入れ硬化が著しくし、その結果、
靭性及び溶接性の劣化を招く。

Ｓは、母材及びＨＡＺの衝撃吸収エネルギーを高めるの
で、その含有量は、本発明においては、０、０２５％以
下とする。

Ａｌは、脱酸のために、少なくとも０．０１０％の添加
を要するが、過多に添加するときは、ＡＩ酸化物系非金
属介在物が生成しゃすくなり、靭性を著しく劣化させる
ので、添加量はｏ、ｏｓｏ％以下とする。

Ｎは、ＡＩと結合して、Ａ７！Ｎとなり、鋼片加熱時の
結晶粒の粗大化を防止する効果を有する。

しかし、Ｂを含有する鋼種の場合は、Ｎは、Ｂと結合し
て、焼入れ性の向上に有効な固溶Ｂ量を減少させて、焼
入れ効果を減する。また、多量に含有させるときは、Ｈ
ＡＺ靭性を劣化させる。従って、本発明においては、Ｎ
含有量を０．００８０％以下とする。

本発明においては、鋼は、上記した元素に加えて、更に
、Ｃｕ　　０．０５〜１．０％、Ｎｉ０．１０〜４．０％、Ｃｒ　　　０．０５〜１．５％、Ｍｏ　　　０．０３〜０．７０％、Ｖ　　　　０．０１０〜ｏ、ｉｏ％、Ｎｂ　　　０．００５〜０．０３０％、Ｂ　　　　０．
０００５〜０．００２０％、Ｃａ　　　０．０００５〜
０．００３０％、よりなる群から選ばれる少なくとも１
種の元素を含有する。

Ｃｕは、固溶強化及び析出強化に有効である。

この効果を有効に得るには０．０５％以上を添加するこ
とが好ましい。しかし、添加量が１６０％を越えるとき
は、熱間加工性を劣化させる。

Ｎｉは、靭性を顕著に改善する効果を有し、特に、板厚
が厚くなるにつれて、焼入れ性の向上と板厚中心部の靭
性の改善への効果が大きい。これらの効果を有効に得る
ためには、０．１θ％以上を添加する必要があるが、反
面、Ｎｉは高価な元素であるので、本発明においては、
主として経済性の点から、添加量は４．０％を上限とす
る。

Ｃｒは、焼入れ性を高めるのに有効であり、このために
０．０５％以上の添加を必要とする。しかし、１．５０
％を越えて過多に添加するときは、焼入れ硬化が著しく
、また、溶接性の劣化を招く。

ＭＯも、焼入れ性を高め、焼戻し軟化抵抗を高め、更に
、焼戻し脆化感受性を低めるのに有効である。特に、Ｍ
ｏは、第二次の焼入れによる強度及び靭性の向上を確保
するために有効である。これらの効果を有効に得るため
に、０．０３％以上の添加を必要とする。しかし、０．
７０％を越えて過多に添加しても、効果が飽和し、経済
性の点からも好ましくないので、添加量の上限は０．７
０％とする。

■は、析出硬化による強度上昇に有効な元素である。こ
の効果を有効に発現させるためには、０゜０１％以上の
範囲で添加することが必要である。

しかし、０．１０％を越える過多量の添加は、溶接性及
び靭性を劣化させる。

Ｎｂは、鋼片の熱間加工前の加熱時のオーステナイト粒
の粗大化を防止し、また、圧延時の細粒効果、焼戻し処
理時の析出強化等に有効な元素である。これら効果を有
効に得るためには、本発明においては、０．００５％以
上を添加することが必要である。しかし、過多に添加す
るときは、強度の上昇が過大となり、母材靭性及びＨＡ
Ｚ靭性を劣化させるので、添加量は０．０３０％以下の
範囲とする。

Ｂは、微量の添加によって焼入れ性を向上させる効果を
有し、本発明においてはｏ、　ｏ　ｏ　ｏ　ｓ％以上を
添加することが好ましい。しかし、過多に添加するとき
は、Ｂ化合物を多量に生成し、焼入れ性の低下及び靭性
の劣化を招くので、添加量は、０．００２０％以下とす
る。

Ｃａは、ＭｎＳを球状化させ、衝撃吸収エネルギーを向
上させるほか、間接的に水素による鋼材の欠陥を軽減す
る。特に、本発明におけるような厚肉鋼板において上記
効果は顕著である。この効果を有効に発現させるために
は、本発明においては、０．　ＯＯＯ５〜０．ＯＯ３０
％の範囲で添加する。

次に、本発明の方法における製造条件について説明する
。

本発明によれば、上記した化学成分を有する鋼を熱間加
工にて板厚３０鶴以上に圧延した後、一次処理、二次処
理及び三次処理としての熱処理を順次に行なって、板厚
中心部にオーステナイト化しなかったフェライト及びベ
イナイトの混合組織を機能的に生成させることによって
、厚さ方向に均一に靭性にすぐれる高張力厚肉鋼板を製
造することができる。

本発明においては、熱間加工による圧延鋼板の板厚は、
３０龍以上に規定される。板厚が３０１量よりも薄い場
合は、通常、鋼板の表層部と中心部との間に靭性の不均
一性は生じないが、板厚が３０ｍ１以上の場合には、厚
さが増すにつれて、熱間圧延による結晶の微細化や焼入
れ性の不足等が生じて、厚さ方向に靭性の不均一が生じ
る。本発明は、この靭性の不均一の改善を目的とするか
らである。

本発明の方法によれば、上記のような熱間加工による鋼
圧延の後、直ちに、一次処理として、（イ）常温まで強
制冷却して直接焼入れするか、又は（ロ）空冷し、Ａｃ
３変態点以上の温度に再加熱し、抽出し、放冷して、常
温まで冷却して焼きならしするか、又は（ハ）空冷し、
Ａｃ３変態点以上の温度に再加熱し、抽出し、直ちに常
温まで強制冷却して焼入れするか、これら三つの熱処理
のいずれかを行なう。

この一次処理である直接焼入れ、又は焼きならし若しく
は焼入れは、合金元素を固溶させ、所定の強度及び高靭
性を得ると共に、結晶粒の均一微細化を達成を得るため
に必要とされる前処理である。しかし、鋼種によっては
、前処理を行なわずして、高靭性及び板厚方向に均一な
材質を得ることもできる。

二次処理は、上記一次処理としての熱処理終了後、（Ａ
ｃ３変態点−３０）℃以上で、（Ａｃ、変態点＋１５０
）℃以下の範囲の温度に再び加熱し、ここに、板厚をｔ
（ｍ）とするとき、その保定時間Ｔ（分）を０．１ｔ−０，０５ｔ≦Ｔ≦０．１ｔ＋０．０５ｔの範
囲として、抽出し、二次処理の再加熱において、オース
テナイト化しなかったフェライト及びベイナイトの混合
組織を、鋼板断面の１／２を中心として、表面側及び裏
面側にそれぞれ板厚の１２．５％の範囲において単位面
積当り１０〜６０％生成させるように、８００〜５００
℃範囲の温度の冷却速度を２〜ｂ制冷却して、焼入れ処理するものである。

この二次処理において、焼入れ温度が（Ａｃ３変態点−
３０）℃よりも低いときは、板厚中心部において所定の
強度を得るためのマルテンサイトや、下部ベイナイトを
焼入れによって生成させることができず、他方、（Ａｃ
、変態点＋１５０）、℃を越えるときは、靭性の確保が
困難となる。

この焼入れの保定時間は、本発明によれば、鋼板が焼入
れ温度に到達した後のオーステナイト粒の均−化及び熱
処理操業の安定性を確保するために、前記式に従って、
板厚に応じて、定められる。

更に、この二次処理において、焼入れの強制冷却時に８
００〜５００℃の範囲の冷却速度は、それが２℃／秒よ
りも遅いときは、熱処理操業を実際に行なうことが困難
であり、１０°Ｃ／秒を越えるときは、強度確保に必要
なマルテンサイト及び下部ベイナイト組織の発現が不均
一となって、目的とする材質の均一性を達成することが
できない。

本発明の方法においては、上記の第二次の焼入れの再加
熱でオーステナイト化しなかったフェライト及びベイナ
イトの混合組織を鋼板断面の１／２を中心として、表面
側及び裏面側にそれぞれ板厚の１２．５％の範囲におい
て生成させることが必要である。この理由は、上記範囲
が板厚表層部に比較して、靭性の劣化が著しいので、こ
の範囲において靭性の改善を図るためである。

更に、本発明の方法においては、第二次の焼入れの再加
熱でオーステナイト化しなかったフェライト及びベイナ
イトの混合組織の量を１０〜６０％の範囲とすることが
必要である。上記フェライト及びベイナイトの混合組織
は、ベイナイトを主体とするＭｉ織であって、靭性にす
ぐれている。このオーステナイト化しなかったフェライ
ト及びベイナイトの混合組織が１０％よりも少ないとき
は、強度を確保することができるが、靭性に劣り、他方
、６０％を越えるときは、強度の低下を招くので、第二
次の焼入れの再加熱でオーステナイト化しなかったフェ
ライト及びベイナイトの混合組織を単位面積当り１０〜
６０％生成させる。

以上のようにして焼入れした鋼は、次いで、厚さ方向に
均一な強度と靭性を付与するために、Ａｃ、変態点以下
の温度に加熱して焼戻しする。ここに、焼戻し温度は、
最もすぐれた材質を得るために、好ましくは６９０℃以
下である。

発明の効果以上のように、本発明の方法によれば、所定の化学成分
を有せしめた鋼を熱間加工にて所定の板厚を有する厚肉
鋼板に仕上げた後、所定の条件にて一次、二次及び三次
の熱処理を順次に施し、特に、焼入れ処理後の顕微鏡組
織を所定の組織に調整して、厚さ方向の中心部の靭性を
改善することによって、表層部と中心部との間に靭性の
差が殆どない均一な厚肉鋼板を得ることができる。

大流■ 以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこ
れら実施例により何ら限定されるものではない。

実施例１第１表に供試鋼の化学成分、それらのＣｅｑ及びＡｃ３
変態点を示す。これらの供試鋼を厚さ４５ｍ以上の鋼板
に仕上げた後、直ちに直接焼入れ、又は焼きならし、又
は焼入れを行ない、更に、焼入れ焼戻し、又は焼戻しを
行なって得た鋼板の引張特性及び衝撃特性、及び第二次
の焼入れの再加熱にてオーステナイト化しなかったフェ
ライト及びベイナイトの混合組織の量を示す。鋼番号１
．３．５．７．９．１１及び１３は、本発明による実施
例を示し、鋼番号２．４．６．８．１０及び１２は、比
較例を示す。

第２表に示す結果から明らかなように、衝撃試験におけ
る破面遷移温度ｖＴｒｓは、比較鋼の場合には、表層部
と中心部とでは１０℃以上の差があり、中心部が劣化し
ている。しかし、本発明の方法によれば、その差は僅か
であって、中心部も靭性にすぐれている。また、本発明
の方法によれば、第二次の焼入れの再加熱でオーステナ
イト化しなかったフェライト及びベイナイトの混合組織
が１５〜４５％の範囲で生成しており、比較法における
０％に対して、靭性への寄与が明らかである。

第１図は、鋼番号Ｆに熱処理を施した場合の第二次焼入
れの再加熱でオーステナイト化しなかったフェライト及
びベイナイトの混合組織と引張強さ及び衝撃試験におけ
る破面遷移温度ｖＴｒｓとの関係を示し、二次焼入れの
再加熱でオーステナイト化しなかったフェライト及びベ
イナイトの混合組織が１０％近傍から靭性が急激に改善
され、６０％近傍を越えるとき、靭性は一層改善される
ものの、強度低下が著しいことが示される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、再加熱時のＡｃ、変態における第二次焼入れ
の再加熱でオーステナイト化しなかったフェライト及び
ベイナイトの混合組織と、引張強さ及び衝撃試験におけ
る破面遷移温度ｖＴｒｓとの関係を示すグラフである。第１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量％で（ａ）Ｃ０．０２〜０．２２％、Ｓｉ０．０５〜０．６０％、Ｍｎ０．５０〜２．５０％、Ｓ０．０２５％以下、Ａｌ０．０１〜０．０８０％、及びＮ０．００８０％以下を含有し、更に、（ｂ）Ｃｕ０．０５〜１．０％、Ｎｉ０．１０〜４．０％、Ｃｒ０．０５〜１．５％、Ｍｏ０．０３〜０．７０％、Ｖ０．０１０〜０．１０％、Ｎｂ０．００５〜０．０３０％、Ｂ０．０００５〜０．００２０％、Ｃａ０．０００５〜０．００３０％、よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含有し
、残部鉄及び不可避的不純物よりなる鋼を、熱間加工にて
板厚３０ｍｍ以上に圧延した後、一次処理として、直接
焼入れ処理し、又は圧延後、空冷し、再加熱し、焼きな
らし処理し、若しくは焼入れ処理し、次いで、二次処理として、（Ａｃ＿３変態点−３０）℃以上で、
（Ａｃ＿３変態点＋１５０）℃以下の範囲の温度で加熱
し、ここに、板厚をｔ（ｍｍ）とするとき、その保定時
間Ｔ（分）を０．１ｔ−０．０５ｔ≦Ｔ≦０．１ｔ＋０．０５ｔの範
囲として、抽出し、二次処理の再加熱において、オース
テナイト化しなかつたフェライト及びベイナイトの混合
組織を、鋼板断面の１／２を中心として、表面側及び裏
面側にそれぞれ板厚の１２．５％の範囲において単位面
積当り１０〜６０％生成させるように、８００〜５００
℃範囲の温度の冷却速度を２〜１０℃／秒として、常温
まで強制冷却して焼入れし、次いで、三次処理として、
Ａｃ＿１変態点以下の温度に加熱して、焼戻しすること
を特徴とする厚さ方向に均一に低温靭性にすぐれる厚肉
高張力鋼板の製造方法。