JPH01275719A - 高強度高靭性を有する厚鋼板の製造法 - Google Patents

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】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、強度、靭性及び溶接性が共に優れた厚鋼板
を安定にかつコスト安く製造する方法に関するものであ
る。

〈従来技術とその課題〉 これまで、造船、海洋構造物、建築物、橋梁等に使用さ
れる厚鋼板は焼ならし処理によって強度付与がなされて
きており、そのため強度確保を目的として多量の合金元
素の添加がなされるのが普通であった。従って、かかる
高強度厚鋼板ではどうしても炭素当量が高くなりがちで
あり、溶接施工の点で問題があった。

そこで、近年、溶接性改善のために合金元素の添加量を
極力抑え、所謂“加速冷却法”によって高強度を確保す
る厚鋼板製造技術が開発され、造船鋼板や海洋構造物鋼
板等の分野を中心に普及されつつある。この“加速冷却
法”とは、熱間圧延の際に比較的低温域で鋼に加工度を
与えて圧延を終了し、その後速い冷却速度で冷却して鋼
材組織を細粒の低温変態組織層する方法であり、「焼な
らしと同等以上の結晶粒細粒化」と「炭素当量の低い鋼
の高張力化」とを可能とするものである。

例えば、特公昭６２−１３０２１６号公報にみられるｒ
Ｔｉ添加鋼に低温のオーステナイト未再結晶域で熱間圧
延を施した後、これを直ちに冷却速度＝１℃／ｓｅｃ以
上で加速冷却することによって高靭性・高強度の厚鋼板
を製造する方法」や、特公昭６２−１６４８２０号公報
に記載された「鋼片を熱間圧延した後、直ちに炭素当量
をも考慮した所定の水量密度で加速冷却して極厚綱板を
得る方法」等がそれである。

ところで、前記“加速冷却法”を適用する場合でも、少
量ではあるが゛圧延−加速冷却°による強化作用を高め
るためにＮｂ、　　Ｖ、　Ｔｉ等の析出型合金元素が添
加されるのが普通であり、これらの元素の強化作用は加
熱時に再固溶した量にほぼ比例するとされていて、溶接
性を考慮した上で目的強度に応じた合金元素添加量の調
整がなされている。

ところが、本発明者の検討によると、これまで行われて
きた“加速冷却法”による厚鋼板の製造手段では、理論
上、鋼片加熱時に再固溶する前記析出型強化元素量に見
合うだけの強化作用が達成されておらず、コスト的にも
溶接性を考慮した場合にも“加速冷却法”適用による利
益を十分に享受していないのではないかとの認識を持つ
に至ったのである。

〈課題を解決するための手段〉 本発明者は、上述のような観点から、“加速冷却法”に
より高強度・高靭性熱延厚鋼板を製造する場合、添加す
る析出型合金元素の作用を最大限に引き出して該合金元
素のより少ない添加量の下で所望特性を効果的に付与す
ることを目指し、まず前記合金元素の挙動について研究
を行ったところ、「従来の“加速冷却法”による熱延厚
鋼板製造手段では、肺炎窒化物や■炭窒化物等の圧延歪
による析出ノーズたる１０００〜８５０℃の温度域での
冷却速度が圧延途中であるために遅く、折角鋼片の加熱
時に再固溶したＮｂ、　　Ｖ、　Ｔｉ等の半分以上がこ
の時点で析出してしまって、加速冷却の際に鋼板強化に
有効に作用する固溶Ｎｂ、固溶■又は固溶Ｔｉｌの減少
を招いている」ことが明らかとなった。

そこで、本発明者は、この事実を踏まえて強度及び靭性
の高い熱延厚鋼板の効果的な製造手段を見出すべく更に
研究を続けた結果、次に示すような知見を得るに至った
のである。

即ち、これまで実施されてきた“加速冷却法”による熱
延厚鋼板の製造では、前述したように、粗圧延後であっ
て仕上圧延にかかる前の９５０〜９００℃前後の温度域
を圧延温度調整のために空冷（通常、冷却速度は０．１
℃／ｓｅｃ以下となる）していたため、固溶Ｎｂが炭窒
化ニオブ（以降、ＮｂＣＮで示す）として殆んど析出し
てしまって強制冷却開始前には固溶Ｎｂ残量が非常に少
ない状態となり、また結晶粒（特にフェライト粒）の粗
大化も起きるために強度及び靭性の十分な改善効果が得
られながった（なお、■或いはＴｉ等の析出型元素が存
在する場合もＮｂと同様な挙動を示すが、ここではこれ
らの元素の挙動もＮｂに代表させて説明する）。これに
対して、前記仕上圧延にかかる前の温度領域を０．５℃
／ｓｅｃ以上の冷却速度で急速冷却すると、この時点に
おけるＮｂＣＮの析出が抑制され、固溶Ｎｂは仕上圧延
時に微細なＮｂＣＮとして析出することとなり、この微
細なＮｂＣＮの析出とこれに伴うフェライトの微細化に
よって高い靭性が得られるようになると同時に、一部の
固溶Ｎｂによる強制冷却時の焼入性向上効果によって高
い強度も達成され、少ない析出型合金元素の添加量でも
って十分に満足できる高強度・高靭性熱延厚鋼板が安定
して得られるようになる。

この発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、 ｒｃ：０．０５〜０．１５％（以降、成分割合を表わす
％は重量％とする）。

Ｓｉ　：　０．ＯＯ１〜０．５％、　　Ｍｎ　：　０．
８〜２％。

ｓｏｌ、　Ａｉ’　：　０．００１〜０．０６％、　Ｎ
ｂ　：　０．００５〜０．１％。

Ｎ　：　０．００２〜０．０１％ を含有するか、或いは更に Ｖ　：　０．００５〜０．１％、　　Ｔｉ　：　０．０
０５〜０．１％。

Ｃｕ　：　０．０３〜０．５％、　　Ｎｉ　：　０．０
３〜０．５％。

Ｃｒ　：　０．０３〜０．５％、　　Ｂ　：　０．００
０３〜０．００２０％の１種以上をも含み、残部が実質
的にＦｅから成る綱片に粗圧延と仕上圧延とを施した後
強制冷却して厚鋼板を製造するに際し、粗圧延を終了し
て仕上圧延にかかる間の１０００〜８５０℃の温度領域
において、その少なくとも７０℃以上にわたる温度範囲
を０．５℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で急速冷却して炭窒
化ニオブ、゛炭窒化バナジウム、炭化チタン等の析出を
抑制し、これにより仕上圧延後に実施する強制冷却前で
の固溶Ｎｂ、固溶■、固溶Ｔｉの量を確保して強制冷却
による強化作用を高め、高強度高靭性の厚鋼板を安定に
コスト安く製造し得るようにした点」 に特徴を有するものである。

このように、本発明は、鋼板に添加された少量の析出型
の元素Ｎｂ、　　Ｖ、　Ｔｉ等を有効に活用して該合金
元素による強化作用が十分に発揮されるようにしたもの
であるが、その結果、少ない合金元素の添加で所望の強
靭性が得られるので溶接性の面でも有利な結果がもたら
される。つまり、従来よりも少ないＮｂ、　　Ｖ等の量
で所望鋼板を製造することができるため、溶接時に溶接
金属や熱影響部へのこれらの元素の悪影容が回避される
のである。

従って、造船、海洋構造物、建築、橋梁、ラインパイプ
等、極めて広い分野に使い易い鋼材を供給することが可
能となる。

次に、この発明の方法において、厚鋼板の製造条件を上
記の通りに限定した理由を説明する。

く条件の限定理由〉 八）素材鋼片の成分組成 （ａｌ　　Ｃ Ｃ成分には鋼板の強度を向上させる作用があるが、その
含有量が０．０５％未満では所望の強度を確保すること
ができず、一方、０．１５％を超えて含有させると溶接
性が劣化するようになることから、Ｃ含有量は０．０５
〜０．１５％と定めた。

（ｂｌ　　５ｉ Ｓｉは鋼溶製時の脱酸剤として使用される元素であるこ
とから０．００１％以上の含有は避けられず、一方、そ
の含有量が０．５％を超えると溶接性が劣化するように
なることから、Ｓｉ含有量を０．００１〜０．５％と限
定した。

（ｃ）　　Ｍｎ Ｍｎ成分は、鋼板の強度向上作用に加え、圧延を通じて
鋼板の靭性を改善する作用を有しているが、その含有量
が０．８％未満では前記作用による所望の効果が得られ
ず、一方、２％を超えて含有させると、溶接熱影響部が
硬化して溶接性が低下するようになることから、Ｍｎ含
有量は０．８〜２％と定めた。

（ｄｌ　　ｓｏｌ、　ＡＩ ＡＮは強力な脱酸作用を有しているのでＳｉと同様に鋼
溶製時の脱酸剤として使用されるが、そのため０．００
１％以上の含有は避けられず、一方、その含有量が０６
０６％を超えると＾ＩｌＮを形成してＮｂＣＮの生成量
を少なくし、所望の強度及び靭性の確保を阻害するよう
になることから、Ａｌ含有量をｓｏｌ。

Ａ１１分として０．００１〜０．０６％に限定した。

（ｅ）　　Ｎｂ Ｎｂ成分は、圧延時、Ｃ成分と共に微細なＮｂＣＮを析
出してＴ−α変態で生成するフェライト粒を微細化し、
これによって鋼板の靭性を向上させる作用を発揮する上
、Ｎｂ自体でもって固溶時に焼入性を高め強制冷却効果
を増進する作用を示すが、その含有量が０．００５％未
満では前記作用による所望の効果が得られず、一方、０
．１％を超えて含有させると逆に靭性が低下するように
なることから、Ｎｂ含有量は０．００５〜０．１％と定
めた。

（ｆ）　　Ｎ 鋼中のＮ含有量が０．００２％未満であると鋼片再加熱
時に粒成長が顕著となって製品の靭性が悪化し、一方、
０．０１％を超えてＮが含有されていると時効効果や固
溶Ｎ自身の悪影響によってやはり靭性低下を招く。従っ
て、Ｎ含有量が０．００２〜０．０１％の範囲で本発明
の最大効果を引き出すことができる。

（ｇ）　　ｖ、及びＴｉ ■及びＴｉはＮｂとほぼ同様な作用を有しているので（
但し、何れも効果の点でＮｂはどに顕著性はない）、強
靭性の更なる改善が必要な場合に何れか１種又は両者の
添加がなされるが、何れもその添加量が０．００５％未
満では所望の焼入性向上やフェライト微細化等の効果を
確保することができず、一方、何れの場合も０．１％を
超えて含有させると逆に靭性の低下を招くことから、■
の場合もＴｉの場合もその含有量を０．００５〜０．１
％と限定した。

（ｈｌ　　Ｃｕ、及びＮｉ Ｃｕ及びＮｉは、何れもＨＡＺ（溶接熱影響部）の硬化
性及び靭性に悪影響を及ぼすことなしに母材の強度及び
靭性を向上させるのに有用であるため、必要に応じて何
れか１種又は両者の添加がなされるが、何れもその添加
量が０．０３％未満では所望の強靭性向上効果を得るこ
とができず、一方、Ｃｕ含有量が０．５％を超えると熱
間圧延中にクラックが発生し易くなり、またＮｉは経済
性の観点から０．５％を超えて含有させるのが得策でな
いことから、Ｃｕの場合もＮｉの場合もその含有量を０
．０３〜０．５％と限定した。なお、Ｃｕの添加は鋼板
の耐食性改善の観点からも有効である。

（１）　　Ｃｒ Ｃｒは、鋼板の母材強度と溶接継平部強度を向上する作
用に加えて、Ｃｕと同様に耐食性改善作用をも有してい
るので必要により添加される成分であるが、その場合の
含有量が０．０３％未満では上記作用による所望の効果
が得られず、一方、０．５％を超えて含有させると溶接
性及び溶接継平部靭性に悪影響が生じることから、Ｃｒ
を添加する場合の含有量は０．０３〜０．５％以下と限
定した。

１　　Ｂ Ｂは鋼の強度と大入熱溶接時の溶接熱影響部靭性を向上
させる作用を存しているので必要に応じて添加される成
分であるが、その含有量が０．０００３％未満では前記
作用による所望の効果が得られず、一方、０．００２０
％を超えて含有させると溶接性に悪影響を及ぼすように
なることから、Ｂを添加する場合の含有量は０．０００
３〜０．００２０％と定めた。

Ｂ）粗圧延と仕上圧延間の冷却条件 前述した通り、この種の鋼においては１０００〜８５０
℃の温度領域で炭窒化ニオブ、炭窒化バナジウム、炭化
チタン等の析出速度が最も速い。

そこで、この温度領域を急速冷却すれば、これら炭窒化
物の析出を抑制して仕上圧延後の強制冷却前の固溶Ｎｂ
、固溶■、固溶Ｔｉ等の量を増加させることができ、強
制冷却の効果が高まる。しかし、１０００〜８５０℃の
広い温度域を急速冷却することは現実味の薄い作業であ
るが、発明者は、この温度領域のうち７０℃以上の温度
範囲を急速冷却するだけで該急速冷却による前記作用の
殆んどを引き出すことができ、所望の強度・靭性向上効
果が確保できることを見出したのである。そして、この
場合、十分な効果を得るためには急速冷却時の冷却速度
を０．５℃／ｓｅｃ以上としなければならないことも確
認された。

従って、粗圧延を終えて仕上圧延にかかる間において、
１０００〜８５０℃の温度領域の少なくとも７０℃以上
にわたる温度範囲を冷却速度：０．５’Ｃ／ｓｅｃ以上
で急速冷却することと定めた。

続いて、本発明の効果を、実施例により比較例と対比し
ながら具体的に説明する。

〈実施例〉 通常の溶解・鋳造法によりそれぞれ第１表に示される成
分組成の鋳塊Ａ−Ｇ（何れも断面寸法が２５０ｕ＋Ｘ　
２１００ｇｍ）を製造し、次いでこれらの鋳塊を第２表
に示される条件で粗圧延した後、仕上圧延までの間の特
定温度域を同じく第２表に示される条件で冷却し、引き
続いて、同じく第２表に示される条件にて仕上圧延と強
制冷却を行うことによって熱延厚鋼板を製造した。

次に、得られた各熱延厚鋼板から試験片を切り出し、強
度評価のための引張試験と靭性評価のためのシャルピー
衝撃試験を行ったが、この試験結果を第２表に併せて示
す。

第２表に示される結果からも明らかなように、本発明で
規定される通りに製造された熱延厚鋼板は何れも十分な
高強度と高靭性を兼備するのに対して、製造条件（粗圧
延と仕上圧延間の冷却条件）が本発明での規定から外れ
た熱延厚鋼板（従来法に相当する条件で製造された熱延
厚鋼板）は、強度及び靭性のうちの少なくとも一方が劣
ってしまうことが分かる。

〈効果の総括〉 以上に説明した如く、この発明によれば、合金元素の添
加量少なく高強度と高靭性とを兼備した熱延厚鋼板を安
定に低コストで製造することができ、更に、得られる厚
鋼板は溶接施工上も優れた特性を示すことから、造船、
海洋構造物、建築。

橋梁、ラインパイプ等に係る極めて広い分野の厳しい要
求にも十分に応え得る鋼材の供給が可能となるなど、産
業上極めて有用な効果がもたらされる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 重量割合にて Ｃ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：０．００１〜０．５
   ％、Ｍｎ：０．８〜２％、ｓｏｌ、Ａｌ：０．００１〜
   ０．０６％、Ｎｂ：０．００５〜０．１％、Ｎ：０．０
   ０２〜０．０１％を含有するか、或いは更に Ｖ：０．００５〜０．１％、Ｔｉ：０．００５〜０．１
   ％、Ｃｕ：０．０３〜０．５％、Ｎｉ：０．０３〜０．
   ５％、Ｃｒ：０．０３〜０．５％、Ｂ：０．０００３〜
   ０．００２０％の１種以上をも含み、残部が実質的にＦ
   ｅから成る鋼片に粗圧延と仕上圧延とを施した後強制冷
   却して厚鋼板を製造するに際し、粗圧延を終了して仕上
   圧延にかかる間の１０００〜８５０℃の温度領域におい
   て、その少なくとも７０℃以上にわたる温度範囲を０．
   ５℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で急速冷却することを特徴
   とする、高強度高靭性厚鋼板の製造方法。