JPH01301819A - 音響異方性の少ない低降伏比非調質鋼の製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は低降伏比非調質鋼の製造方法に関するものであ
る。

［従来の技術］ 近年、建築構造物の大型化に伴い、経済性、安全性等の
面から高張力鋼の需要は芒実な増加を示している。建築
構造物に使用される鋼材には高強度化とともに厚肉化が
要求されている。しかも耐震設計を行なうために塑性変
形能力の優れた低降伏比鋼（例えば降伏比ニア０％以下
）が要求されている。

従来高張力鋼板は調質処理（いわゆるＱＴ。

ＤＱＴ）によって製造されてきているが、調質高張力鋼
は降伏比が約９０％と高く、降伏後の塑性変形能力が小
さいため建築構造物には適用しにくいという欠点があっ
た。

これに対して特公昭５ｇ　−１０４４２号公報によれば
、ｌ０００〜１３００℃に加熱し、少なくとも９８０℃
以下Ａ　ｒ　３の温度範囲で減面率３０％以上加工して
フェライト相として、５〜６０％析出後に４００℃以下
まで急冷してフェライト・マルテンサイトの２相層状組
織となす冷間加工性の優れた鋼板の製造法が開示されて
いる。

また熱処理を施さないいわゆる非調質で高張力化を図る
製造方法として、制御圧延・制御冷却を組合せた方法が
あり、調質鋼に比較して降伏比を低くすることが可能と
なる。特開昭５９−２１１５２８号公報によれば、９０
０〜１２００℃に加熱し、９００℃〜Ａ　ｒ　３の間で
３０％以上の累積圧下を施し、その後空冷し水冷開始温
度をＡｒ　　−２０℃〜Ａ　ｒ　３８０℃、水冷停止温
度を３５０〜６５０℃とした低降伏比非調質鋼の製造方
法が開示されている。

［発明が解決しようとする課ｆｆｉコ 最近の高層建築ビルの建設ラッシュが引きがねとなり、
高層建築構造物用鋼として高張力鋼を採用する動きが活
発化しているが、以下に述べる問題点が顕在化しつつあ
る。

特公昭５８−１０４４２号公報では板厚が１６ｎ＋ｍ以
下を対象としており、この場合速い冷却速度が得られる
ので組織をマルテンサイトにさせることは容易である。

しかしながら、近年、建築構造物の大型化に伴い高強度
化とともに厚肉比が強く要求されており、板厚が厚くな
った場合板厚中心部での実質的な冷却速度が遅くなるた
め、板厚方向全体にわたってマルテンサイト組織が得ら
れない。

また建築用構造物用鋼として使用される場合には、溶接
して用いる場合が多く、とくに最近では溶接施工能率向
上の面から予熱温度の低減や大入熱溶接が実施されてい
る。このため予熱温度が低くても溶接硬化性の小さい鋼
材が求められている。

さらに建築構造物の安全性の面から溶接時の継手強度の
低下を抑制する必要がある。継手強度の低下は溶接継手
部での実質的な降伏比を上昇させるため、耐震設計上好
ましくないからである。

フェライト・マルテンサイト組織を有する鋼板では、マ
ルテンサイトは溶接時の熱影響により焼戻マルテンサイ
トとなり、継手強度の低下が顕著となる。

継手強度の低下を防止するためには特公昭５８−１０４
４２号公報に開示されているように焼戻処　。

理を行なうことが有効であるが、引張強度が低下し降伏
比は７３％以上と高くなる。

また特開昭５９−２１１５２８号公報は、組織をフェラ
イト−パーライト−ベイナイトとすることにより低降伏
比を達成させるものである。しかしながら、調質処理を
行なわないで鋼を製造する場合、板厚が３０關以上とな
ると板厚中心部の冷却速度が遅くなり、フェライトやパ
ーライト等の組織が多く生成し、所定の強度を満足しな
いという問題点が生じた。

さらにその後の研究により、水冷停止温度が強度に及ぼ
す影響が大きいことがわかり、特開昭５９−２１１５２
８号公報で開示されている３５０〜６００℃の温度範囲
で水冷停止した場合、強度、降伏比のばらつきが大きく
なるという問題が生じた。

とくに強度、降伏比のばらつきは、構造物全体の塑性変
形能力を著しく低下させることが最近の研究によりわか
ってきており、強度、降伏比のばらつきを低減する必要
が生じている。

さて建築構造物の木型化に伴い、安全性の面から溶接欠
陥を見落とすことは絶対に許されず、現在溶接欠陥の検
出は超音波探傷によって行なわれている。しかし鋼板そ
のものの音響異方性、すなわち斜角ＵＳＴによる鋼板の
圧延方向と平行な方向と直角な方向の屈折角度の差が大
きい場合には、超音波探傷によって溶接欠陥を正確に検
出できないという問題点がある。

以上述べたように本発明が解決しようとする問題点は高
強度で溶・接性が良く、溶接時の継手軟化が少なく、か
つ音響異方性が少ない低降伏比高張力鋼を得ることによ
って解消されるものであり、高強度で溶接性が良くかつ
音響異方性の少ない建築構造物に適した低降伏比非調質
鋼を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明はＣ：　０．０１〜０．２０％、　　Ｓｉ：０．
６％以下。

Ｍｎ：　０．５〜２．２％、　　Ａｆｉ　：０．００１
〜０．１％、　Ｎｂ　：０．００３〜０．０３０％、　
Ｔｉ：　０．００５〜０．０２０％、Ｎ：ｏ、ｏｏｅ％
以下もしくはこれにＣｕ：１．０％以下。

Ｎｉ：１．０％以下、　Ｍｏ　：１．０％以下、　　Ｃ
ａ　：０．００５０％以下の１種または２種以上を含有
させ、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる鋼片を１１
６０〜１２５０℃の温度に加熱し、９００℃以下の累積
圧下量が３０％以上かつ仕上温度がＡ　ｒ　ａ　＋　ｔ
ｏｏ℃以下Ａ　ｒ　ｓ以上となるように圧延を行なった
後、鋼板をＡｒ　　−２０℃〜Ａｒ３−１００℃まで空
冷し、続いてこの温度から水量密度Ｑ、５ｒｄ／ｒｒｆ
・分量上で冷却し鋼板温度が４００〜５５０℃の間で冷
却停止することを特徴とする音響異方性の少ない低降伏
比非調質鋼の製造方法に関する。

以下本発明について説明する。

本発明者らの研究によれば、低降伏比でかつ高張力化を
はかる方法として鋼板のミクロ組織を軟らかいフェライ
ト相と硬い相（ベイナイトあるいはマルテンサイト）の
２相混合組織とすることが有効であると考えられる。

そこで、フェライト相と溶接時の熱影響による強度低下
の少ないベイナイトを混合させ、非調質により低降伏比
でかつ高張力化が可能な条件を種々検討した。この結果
フェライト−ベイナイトの混合組織の場合、降伏比はフ
ェライト相の分率とフェライト粒径によって支配されて
いることが判明した。すなわち６０〜８０％のフェライ
ト分率を有しフェライト粒径を大きくすることにより、
いっそうの低降伏比化が可能であることを見出した。

そしてフェライト粒径を大きくするための最適な加熱温
度と圧延仕上温度について鋭意研究した結果、とくに加
熱温度の影響が最も大きく、Ｔｉ含有鋼では加熱温度が
１１６０℃以上となるとオーステナイト粒が大きくなり
、途中の圧延によってもオーステナイト粒径はそれほど
微細化されず、変態後のフェライト粒を大きくでき低降
伏比化が可能であることを見出した。

ただし１２５０℃を超えるとオーステナイト粒が著しく
粗大混粒化し、変態後の組織が粗大なベイナイトとなり
、必要とするフェライト分率が得られず、降伏比が上昇
するとともに鋼の靭性が著しく劣化する。すなわち加熱
温度を高温の狭い温度範囲に限定することにより、低降
伏比鋼の製造が可能となった。

またＡｒ３近傍のγ／α２相域圧相合圧延った場合には
、加工フェライトが生成し降伏比を著しく上昇させるば
かりでな（、集合組織の生成により音響異方性が大きく
なることも判明した。

つぎにフェライト分率とフェライト粒径の増加によって
低降伏比化を進めた場合、所定の強度が得られにくくな
るという問題点が新らたに生じたために、溶接性を損な
わずに低降伏比を保ち、かつ高強度が得られる方法につ
いて検討を行なった。

この結果、適量のＮｂを添加しＮｂの析出硬化を利用す
ることが有効であることを見出した。

Ｎｂの析出硬化を利用するためには少なくとも０．００
３％以上のＮｂ添加が必要であり、０．０３％を超えて
添加するとＮｂの炭窒化物が粗大化し溶接継手部の靭性
が劣化する。

さらに０．００３％〜０．０３％の範囲で加熱温度を限
定することにより、Ｎｂの析出硬化を最大限に利用でき
ることを見出した。すなわち、Ｎｂｆｆ１が０．００３
％〜０．０３％の範囲テハ、１１６（１’ｃ以上の温度
に加熱することによりＮｂが十分溶体化するため、降伏
強度はあまり変化しないが引張強度が飛躍的に上昇する
。この結果、板厚が厚い場合でも溶接性を損なわずに高
強度でかつ低降伏化が可能となる。

このようにして溶接性に優れ、音響異方性の少ない低降
伏比非調質鋼を発明するに至ったのである。

以下に本発明における加熱圧延冷却条件の限定理由につ
いて説明する。

加熱温度を１１６０〜１２５０℃に限定したのは、強度
を上昇させるためのＮｂの溶体化に必要な温度であり、
Ｔｉ含有鋼の加熱オーステナイト粒を大きくすることに
よりフェライト粒径の粗大化をはかるためである。１２
５０℃は加熱時のオーステナイト粒が極端に粗大化しな
い上限温度であって、加熱温度がこれを超えるとオース
テナイト粒が組人混粒化し、変態後の組織が粗大なベイ
ナイトとなり、必要とするフェライト分率が得られず、
降伏比が上昇するとともに鋼の靭性が著しく劣化する。

一方加熱温度が低すぎるとＮｂの溶体化が十分に進まず
、十分な強度が満足できないとともにオーステナイト粒
が太き（ならず、変態後のフェライト粒径も細かいので
降伏比が低下しない。このために下限を１１６０℃とす
る必要がある。できれば加熱温度は１２００〜１２５０
℃が望ましい。

上述のような条件で加熱したスラブを、９００℃以下の
未再結晶域での累積圧下量を３０％以上とし、仕上温度
がＡ　ｒ　ａ　＋１００℃以下Ａ　ｒ　ａ　＋　２（１
℃以上となるように圧延する。これは未再結晶域での圧
延を行なうことによってオーステナイト粒の延伸化を図
り、フェライトの生成を容易にするとともに、強度、靭
性、降伏比のバランスをとるためである。

仕上温度の下限をＡ　ｒ　ａとしたのは、Ａ　ｒ　ｓ近
傍のγ／α２相域圧相合圧延った場合には、加工フェラ
イトが生成し降伏比を著しく上昇させるばかりでなく、
集合組織の生成により音響異方性が大きくなるためであ
る。とくにＮｂを０．０２％以上添加する場合には仕上
温度の下限はＡ　ｒ　３＋　２０℃が望ましい。

一方、仕上温度がＡ　ｒ　ａ　＋　１００℃以上となる
とオーステナイト粒の延伸化が期待できずフェライトの
生成が遅くなり、強度、靭性、降伏比のバランスが劣化
する。このために上限をＡ　ｒ　ａ　＋　１００℃とす
る必要がある。

次に圧延後の冷却条件であるが、これは圧延終了後空冷
し鋼板温度がＡｒ　　−２０℃〜Ａｒ３−１００℃の間
から水量密度が０．５ｎ？／ｒｄ・分量上で冷却し、鋼
板温度が４００〜５５０℃の間で冷却停止する必要があ
る。

この理由は適量の粗大な初析フェライトを析出せしめた
後、炭素が濃縮された未変態オーステナイトを比較的速
い冷却速度で冷却することによって、最終組織をフェラ
イト−ベイナイトの２相混合組織とするためである。組
織をフェライト−ベイナイトとするために水量密度が０
゜５ｒｒ？／ｒｒ？・分量上で冷却する必要がある。

冷却開始温度の下限をＡｒａ　　１００℃としたのは、
これ以下の温度であるとフェライトの析出量が８０％以
上と多くなり、またパーライト変態も開始するのでベイ
ナイト組織が得られにくくなり、強度が低下するためで
ある。

また、上限をＡ　ｒ　ｓ　−２０℃としたのは、これ以
上の温度であるとフェライトの析出量が６０％未満と少
なくなり降伏強度が低くならず、低降伏比鋼が得られな
いからである。

冷却停止温度を４００〜５５０℃としたのは４００℃以
下となると降伏点が現れなくなるとともに、靭性が劣化
するためである。また上限を５５０℃としたのはこれ以
上の温度であると引張強度が低下し、降伏比が上昇する
ためである。そして水冷停止温度を４００〜５００℃の
温度範囲に限定することにより、強度、降伏比のばらつ
きが著しく低減できる。

次に成分範囲の限定理由について説明する。

Ｃは母材の強度を確保するために必要であるが、多量に
含有させると靭性あるいは溶接性を損なうために適量の
添加が必要となる。このような観点からＣは０．０１〜
０．２％とした。

Ｓｔは脱酸上、鋼に必然的に含まれる元素であるが、Ｓ
ｔはＨＡＺ靭性及び溶接性上好ましくない元素であるた
め、その上限を０．６％とした。

Ｍｎは強度靭性を同時に向上せしめる極めて重要な元素
であり、０．５％以上は必要であるが、多量に添加する
と溶接性、母材及びＨＡＺの靭性劣化を招くためその上
限を２．２％とした。

Ａｆｉは脱酸上必然的に含有される元素であるが、０．
０１％未満では脱酸が不十分となり、母材靭性が劣化す
るため下限を０．００１％とした。一方、０，１％を超
えると鋼の清浄度及びＨＡＺ靭性が劣化するため上限を
０．１％とした。

Ｎｂは析出硬化に有効であるが、その効果を発揮させる
ためには少なくとも０．００３％以上の添加が必要であ
り、０．０３％を超えると靭性の劣化を招き好ましくな
いため、上限を０．０３％とした。

Ｔｉは溶接継手部の靭性向上に有効であるが、その効果
を発揮させるためには少なくとも０．００５％以上の添
加が必要であり、０．０２０％を超えると溶接性の劣化
を招き好ましくないため、上限を０．０２０％とした。

Ｎは溶鋼中に不可避的に混入し、鋼の靭性を劣化させる
ために、その上限をｏ、ｏｏｅ％とした。

本発明においては、さらに必要によりＮ１　：０．１〜
１．０％、　Ｍｏ　：　１．０％以下、　Ｃｕ　：１．
０％以下、　Ｃａ　：　０．００３％以下の１種または
２種以上を含有させる。

これらの元素を含有させる主たる目的は本発明鋼の特徴
を損なうことなく、強度、靭性の向上及び製造板厚の拡
大を可能にするところにあり、その添加量は溶接性及び
ＨＡＺ靭性等の面から自ずと制限されるべき性質のもの
である。

ＮｌはＨＡＺの硬化性及び靭性に悪影響を与えることな
く母材の強度、靭性を向上させる特性をもつが、１５０
％を超えるとＨＡＺの硬化性及び靭性上好ましくないた
め、上限を１．０％とした。

Ｍｏは母材の強度、靭性を共に向上させる元素であるが
、１．０％を超えると溶接部靭性及び溶接性の劣化を招
き好ましくないため、上限を１．０％とした。

ＣｕはＮｉとほぼ同様の効果を持つと共に、耐食性、耐
水素誘起割れ特性にも効果がある。しかし、１．０％を
超えると圧延中にＣｕ　−クラックが発生し製造が困難
になる。このため、上限を１，０％とした。

ＣａはＭｎ’Ｓを球状化させシャルピー吸収エネルギー
衝撃値を向上させる他、圧延によって延伸化したＭｎＳ
と水素による内部欠陥の発生を防止する。添加量が多く
なるとＣａ系の酸化物が大量に生成して大型介在物とな
り、鋼の靭性のみならず清浄度を害しまた溶接性に悪影
響を及ぼす。このため上限を０．００５０％とした。

本発明鋼は不純物としてＳおよびＰを含有するが、通常
Ｓは０．０１％以下、Ｐは０．０１％以下であり、低い
ほど母材、溶接部靭性は向上する。本発明においてＳは
０．０１％以下、Ｐは０．０１％以下が望ましい。

［実　施　例］ 第１表に供試鋼の化学成分と第２表に製造条件および材
質特性を示す。

第１表において鋼Ａ、　　Ｂ、　Ｄ、　Ｆ、　Ｇ、　Ｈ
はＴ　Ｓ　５０ｋｇ／−クラス、鋼Ｃ，Ｄ、ＥはＴ　Ｓ
　６０ｋｇ／ａ＋ｊクラスを目標にしたものである。

本発明に従って製造した鋼板はいずれも降伏比７０％以
下を達成しており、かつ所定の音響異方性、強度および
低温靭性を満足している。

これに対して比較鋼Ｃ２は冷却開始温度が高く組織がフ
ェライト−ベイナイトとなっていないために降伏比が高
い。Ｂ２は冷却停止温度が高いために十分な強度が得ら
れていない。Ｂ３は加熱温度が高すぎるために降伏比が
上昇し、鋼の靭性も著しく劣化する。Ｇ３は仕上温度が
Ａ　ｒ　ａ以下であるために降伏比が上昇し、音響異方
性も大きい。

Ｂ２は仕上温度が高すぎるために降伏比が上昇し、鋼の
靭性も著しく劣化する。Ｅ２は加熱温度が低いために十
分な強度が満足できず、降伏比も上昇する。Ａ２は９０
０℃以下の圧下率が低いために降伏比が上昇し、鋼の靭
性も著しく劣化する。Ｆ３は冷却水量密度が低いために
十分な強度が満足できず、降伏比も上昇する。Ａ３は冷
却停止温度が低いために降伏点が現れず靭性が劣化する
。Ｇ２は冷却開始温度が低いために強度が低下し降伏比
も上昇する。

［発明の効果］ 本発明により音響異方性の少ない低降伏比非調質鋼は、
高層建築構造物等の安全性を高めるとともに、溶接施工
能率を著しく向上させることができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｃ：０．０１〜０．２０％（重量％、以下同じ）、 Ｓｉ：０．６％以下、 Ｍｎ：０．５〜２．２％、 Ａｌ：０．００１〜０．１％、 Ｎｂ：０．００３〜０．０３０％、 Ｔｉ：０．００５〜０．０２０％、 Ｎ：０．００６％以下、 残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる鋼片を１１６０〜
   １２５０℃の温度に加熱し、９００℃以下の累積圧下量
   が３０％以上かつ仕上温度がＡｒ＿３＋１００℃以下Ａ
   ｒ＿３以上となるように圧延を行なった後、鋼板をＡｒ
   ＿３−２０℃〜Ａｒ＿３−１００℃まで空冷し、続いて
   この温度から水量密度０．５ｍ＾３／ｍ＾２・分以上で
   冷却し、鋼板温度が４００〜５５０℃の間で冷却停止す
   ることを特徴とする音響異方性の少ない低降伏比非調質
   鋼の製造方法。 ２、Ｃ：０．０１〜０．２０％、 Ｓｉ：０．６％以下、 Ｍｎ：０．５〜２．２％、 Ａｌ：０．００１〜０．１％、 Ｎｂ：０．００３〜０．０３０％、 Ｔｉ：０．００５〜０．０２０％、 Ｎ：０．００６％以下、 Ｍｏ：１．０％以下、 Ｃａ：０．００５０％以下のいずれか１種、 残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる鋼片を用いる請求
   項１記載の音響異方性の少ない低降伏比非調質鋼の製造
   方法。 ３、Ｃ：０．０１〜０．２０％、 Ｓｉ：０、６％以下、 Ｍｎ：０．５〜２．２％、 Ａｌ：０．００１〜０．１％、 Ｎｂ：０．００３〜０．０３０％、 Ｔｉ：０．００５〜０．０２０％、 Ｎ：０．００６％以下、 Ｃｕ：１．０％以下、 Ｎｉ：１．０％以下またはＭｏ：１．０％以下、 Ｃａ：０．００５０％以下の２種、 残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる鋼片を用いる請求
   項１記載の音響異方性の少ない低降伏比非調質鋼の製造
   方法。 ４、Ｃ：０．０１〜０．２０％、 Ｓｉ：０．６％以下、 Ｍｎ：０．５〜２．２％、 Ａｌ：０．００１〜０．１％、 Ｎｂ：０．００３〜０．０３０％、 Ｔｉ：０．００５〜０．０２０％、 Ｎ：０．００６％以下、 Ｃｕ：１．０％以下、 Ｎｉ：１．０％以下、 Ｍｏ：１．０％以下、 またはＣａ：０．００５０％以下の３種、 残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる鋼片を用いる請求
   項１記載の音響異方性の少ない低降伏比非調質鋼の製造
   方法。