JPH02197521A - 低降伏比高張力鋼板の製造方法 - 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） 本発明は低降伏比高張力鋼板の製造に係り、更に詳しく
は、建築構造用鋼板において降伏比７５％以下の加速冷
却型５０キロ級鋼板の製造に適する方法に関する。

（従来の技術及び解決しようとする課Ｍ）従来の建築構
造用５０キロ級鋼板は、薄肉材については圧延のまま、
厚肉材については規準処理により製造されているが、Ｃ
ｅｑ（炭素当量）が高いので、溶接に際しては低温割れ
防止のために予熱を必要とし、また、溶接継手靭性を確
保するために、入熱量を制限するなど、溶接施工に際し
て問題があった。

一方、鋼板の溶接性、溶接継手靭性を改善する方法とし
て、制御圧延後の冷却過程において鋼板を水冷すること
により、強度及び靭性を向上することが可能な加速冷却
法が開発され、この方法によりＣｅｑの低減を図った鋼
板を製造することが可能となり、主として船体構造用鋼
板に適用されている。

上記の低Ｃｅｑの加速冷却型５０キロ級鋼板は、溶接性
及び溶接継手靭性に優れるものの、建築構造用への適用
に際しては、耐震設計上の安全性確保のために要求され
る降伏比（Ｙ　Ｒ）が８０％以上と高く、建築設計サイ
ドからの要求値ＹＲ７５％以下を満足せず、適用が困難
であるという問題があった。

本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになさ
れたものであって、建築構造用鋼板に適し、降伏比７５
％以下の加速冷却型５０キロ級鋼板を製造する方法を提
供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） か）る課題を解決するため、本発明者らは、加速冷却型
５０キロ級鋼板において低Ｃｅｑで且つ降伏比の低減を
図る方策について種々検討した。その結果、以下に説明
するように、各種基礎実験（１）〜（３）のちとに新た
な諸知見を得るに至った。

（１）　　まず、０．１３％Ｇ−０．３５％５ｉ−１゜
２５％Ｍｎ鋼をベースに、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｎｂをそ
れぞれ添加した鋼を１１５０”ｃにスラブ加熱した後、
圧延仕上り温度８５０℃で６０＋ｕ＋ｔをメインにして
６０〜１００ｍｍｔに仕上げた後、冷却速度０．４〜１
０℃／ｓｅｃで４５０’Ｃまで加速冷却した場合の降伏
比（Ｙ　Ｒ）と引張強さ（ＴＳ）の関係を調べた。その
結果、第１図に示すように。

（ｉ）ＹＲは板厚によらずＴＳに関係し、ＴＳの増加に
つれて、ＹＲはリニアに増大すること、（ｉｉ）ＴＲは
冷却速度の増大に伴い、増大すること、 （ｉｉｉ）同一のＴＳで比較した場合、Ｃｒ、　Ｎｂ、
Ｔｉをそれぞれ添加したもののＹＲは５１−Ｍｎ系と何
等変わらず、Ｃｕ、Ｎｉを添加したもののＹＲは５１−
Ｍｎ系よりも高いこと。

等が判明した。

（２）　　０．１３％Ｃ−０，３５％５ｉ−１，２５％
Ｍｎ鋼をベースに、同一〇ｅｑでのＭｎとＣとの比率Ｍ
（＝Ｍｎ／Ｃ）を６〜１２に変えた鋼を１１５０℃にス
ラブ加熱した後、圧延仕上り温度８５０℃で６０ｍｍｔ
に仕上げた後、冷却速度８℃／ｓｅｃで４５０℃まで加
速冷却した場合のＹＲと比率Ｍとの関係を調べた。その
結果、第２図に示すように、引張強度レベルがほぼ同じ
であっても比率Ｍの減少に伴い、ＹＲは減少することが
判明した。

上記実験結果（１）と（２）より、ＹＲはｆ（ＴＳ、Ｍ
　ｎ　／　Ｃ１合金元素量）なる関数、すなわち、Ｙ　
Ｒ＝｛０．９５Ｘ　Ｔ　Ｓ　＋１．３Ｘ（Ｍ−９，６）
＋６．３Ｘ（Ｃｕ％＋Ｎｉ％）　＋　１８｝≦７５　　
・−−−−−■で関係付けられる。

（３）次に、ＹＲが含有合金成分とＴＳレベルに関係が
あることから、所望のＴＳを得るための成分及び製造条
件の影響を調査した。その結果は、以下の（ｉ）〜（ｉ
ｉｉ）のとおりである。

（ｉ）０．１３％Ｇ−０．３５％５ｉ−１．２５％Ｍ　
ｎ　＠をベースに、Ｃ，Ｍｎ含有量を変化させたもの及
びＴｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｃｒを添加したものを供試
材として、１１５０℃にスラブ加熱した後、圧延仕上り
温度を８５０℃にして６０ｍｍｔに圧延完了後、８℃／
ｓｅｅの冷却速度で４５０℃まで冷却させた。ＴＳと含
有成分の関係を回帰分析した結果、ＴＳは下式で示され
るＣＥ式で直線的に関係づけられることが判明した。

ＣＥ＝Ｃ％＋Ｓｉ％／７．０＋Ｍｎ％／６．８＋（Ｃｕ
％＋Ｎ　ｉ％）／２３．２＋Ｃｒ％／９．０＋４．６Ｘ
ｓｏｌＮｂ％　−−■（ｉｉ）更に、０．１３％Ｃ−０
，３５％５ｉ−１゜２５％Ｍｎ鋼について１１５０℃に
スラブ加熱した後、圧延仕上り温度を８５０℃にして６
０ｎ＋ｍｔに圧延完了後、１．５〜ｂ で冷却し、合わせて５０，１００＋ａｍ材についても６
０ｍｍｔ材と同一水量で加速冷却を行い、ＴＳ及びＹＲ
と冷却速度の関係を調べた。

その結果は、第３図に示すように、ＴＳは板厚によらず
、冷却速度に関係し、冷却速度の増加に伴い、ＴＳは変
態強化により上昇し、ＹＲも増加することが判明した。

（ｉｉｉ）また、前記（ｉｉ）に用いた成分系にて圧延
仕上り温度（ＦＲＴ）をＡｒ３変態点〜９００℃、冷却
停止温度（Ｆ　ＣＴ）を４５０〜５５０℃に変化させた
場合、前述の（ｉ）と同様、ＹＲはＴＳに応じて一義的
に変化し、同一のＴＳで比較した場合、上記温度範囲で
はＦＲＴ、ＦＣＴによる影響は無視できることも判明し
た。

これら（ｉ）〜（ｉｉｉ）より、第３図に示す如＜、Ｔ
Ｓはｆ（ＣＥ、ＣＲ）なる関数、すなわち、Ｔｓ＝（９
３ｘｃＥ＋２４）＋ΔＴＳ　　……［２］但し、ＡＴＳ
＝−５，８Ｘ１０″″２（８−ＣＲ）”−７，６Ｘ１０
″″１（８−ＣＲ） （ΔＴＳ　：　ＣＲ８℃／ｓｅｃを基準にした場合のＣ
ＲによるＴＳの変化量） ＣＥ＝Ｃ％＋Ｓｉ％／７．Ｏ＋Ｍｎ％／６．８＋（Ｃｕ
％＋Ｎｉ％）／２３．２＋Ｃｒ％／９．０＋４，６ｘｓ
ｏＩＮ　ｂ％　　　　　　　　　・・・・・・■で関係
づけられることが明らかになった。

近年、ビルの超高層化により、耐震設計の面から降伏後
の塑性変形能力の大なることが要求され、具体的には、
降伏比（Ｙ　Ｒ）が７５％以下が要求されている。

したがって、低Ｃａｑで且つ降伏比７５％以下にするに
は、変態強化が図れる加速冷却法を基本製造法として、
所望の引張強さに応じて、先に示した０式の降伏比が７
５％以下を満足するように、０〜０式により合金成分と
その含有量及び冷却速度を制御することにより、達成で
きることを見い出し、ここに本発明をなしたものである
。

すなわち、本発明に係る低降伏比高張力鋼板の製造方法
は、Ｃ：０．０５〜０．２０％、Ｓｉ：０．０５〜０．
６０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％及びｏｌＡｌ：０．０
０５〜０．１０％を含有し、必要に応じて更に、Ｔｉ：
０．００５〜０．０３０％、Ｃｕ≦０．５０％、Ｎｉ≦
１．０％、Ｃｒ≦０．５０％及びＮｂＳ２゜０３０％の
うちの１種又は２種以上を含有し、残部がＦｅ及び不可
避的不純物よりなる鋼をＡ　ｒ　２変態点〜９５０℃の
温度範囲で熱間圧延を終了し。

その後４００〜５５０℃の温度範囲まで冷却する方法に
おいて、所望の引張強さに応じて前記式［１］〜［３］
を満足するように合金成分含有量及び冷却速度を制御す
ることにより、降伏比を７５％以下にすることを特徴と
するものである。

以下に本発明を更に詳細に説明する。

（作用） まず、本発明における化学成分の限定理由を説明する。

Ｃ： Ｃは強度上昇に寄与する元素であり、０．０５％未満で
は強度を確保することが困難であり、また０、２０％を
超えて多量に含有すると鋼の靭性及び溶接性を劣化させ
る。したがって、Ｃ含有量は０．０５〜０．２０％の範
囲とする。

Ｓｉ： Ｓｉは脱酸のために必須の元素であるが、０．０５％未
満では脱酸効果が少なく、また０、６０％を超えて多量
に含有すると溶接性を劣化される。

したがって、Ｓｉ含有量は０．０５〜０．６０％の範囲
とする。

Ｍｎ： Ｍｎは鋼の強度及び靭性を確保するために必要な元素で
あるが、０．５％未満ではこのような効果が少なく、ま
た２、０％を超えて多量に含有すると溶接性を劣化させ
、且つ靭性も劣化する。したがって、Ｍｎ含有量は０．
５〜２．０％の範囲とする。

５ｏｌＡΩ： ＡＱは脱酸に必要な元素であり、通常用いられる範囲で
、ｏｌＡｌ含有量を０．００５〜０．１０％とした。

以上の成分を必須成分とするが、要求される謂の特性に
応じて、以下の元素の１種又は２種以上を適量で含有さ
せることができる。

Ｔｊ： Ｔｉはオーステナイト粒の粗大化を防止するために有効
であり、本発明法の如く加速冷却型厚肉鋼板の製造にお
いて仕上げ圧延後空冷される場合には極めて有効な元素
である。しかし、０．００５％未満ではこのような効果
を発揮することができず、また０、０３０％を超えて多
量に含有すると溶接継手靭性を劣化させる。したがって
、Ｔｉ含有量は０．００５〜０．０３０％の範囲とする
。

Ｃｕ： Ｃｕは強度上昇に有効な元素であるが、０．５０％を超
えて多量に含有すると熱間加工時に表面割れが発生し、
溶接性を劣化させる。したがって、Ｃｕ含有量は０．５
０％以下とする。なお、含有量が０．０１％以下ではこ
の効果が期待し難い。

Ｎｉ： Ｎｉは鋼の焼入れ性及び靭性向上に有効な元素であるが
、１．０％を超えて多量に含有させてもその効果は飽和
し、経済的にも無駄である。したがって、Ｎｊ含有量は
１．０％以下とする。なお。

含有量が０．０１％以下ではこの効果が期待し難い。

Ｃｒ： Ｃｒは鋼の焼入れ性及び耐食性向上に有効な元素である
が、０．５０％を超えると溶接性が劣化する。したがっ
て、Ｃｒ含有量は０．５０％以下とする。なお、含有量
が０．０５％以下では焼入れ性が悪くなる。

Ｎｂ； Ｎｂは析出硬化及び変態強化による強度上昇並びに結晶
粒の微細、化による靭性の向上を図ることができ、した
がって、炭素当量（Ｃｅｑ）を低減でき、特に、厚肉鋼
板の溶接性及び溶接継手靭性の改善に必要な元素である
。しかし、ｏ、ｏ　ｏ　ｓ％未満ではこのような効果を
発揮できず、また０、０３０％を超えて多量に含有する
と溶接継手靭性を劣化させる。よって、Ｎｂ含有量は０
．００５〜０゜３０％の範囲とする。

次に、本発明法における圧延条件及び冷却条件について
説明する。

上述の含有成分及び含有量の鋼の熱間圧延は。

Ａｒ、変態点〜９５０℃の温度において仕上圧延を行う
。仕上温度がＡｒ、変態点未満の場合は音響異方性が大
きく、また９５０℃を超えるとオーステナイトが粗粒と
なり、焼入れ性が増大し、降伏比が高く、靭性も劣化す
る。

また、冷却停止温度は、４００℃未満では水素欠陥によ
る超音波欠陥を生じ、また５５０℃を超えると変態強化
による強度上昇量が少なくなる。

よって、冷却停止温度は４００〜５５０℃の温度範囲と
する。

なお、本発明において上述の関数［１］〜［３］を用い
る理由は、既述のとおりである。

次に本発明の実施例を示す。

（実施例） 第１表に示す化学成分を有する供試鋼を、第２表に示す
条件にて圧延及び加速冷却した。

得られた鋼板の機械的性質を第２表に示す。

第２表より、以下の如く考察される。

Ｎα１〜Ｎα２は、５１−Ｍｎ系のＡ鋼において冷却速
度を変化させた例であり、いずれも本発明例である。冷
却速度の増大により、変態強化による引張強さの上昇が
認められ、降伏比も上昇するが、いずれも７５％以下を
満足している。

Ｎａ　３〜Ｎａ　４はほぼ同一のＣｅｑ（炭素当量）で
比率Ｍ（＝Ｍｎ／Ｃ）を変えた例であり、Ｎα３は本発
明例、Ｎα４は比較例である。いずれも引張強さはほぼ
同一レベルであるが、比率Ｍの低い本発明例Ｎα３の方
が降伏点が低く、降伏比が７５％以下を満足するが、比
率Ｍの高い比較例Ｎα４の降伏比は７９％と高い。

Ｎα５〜＆７はＣｅｑ（炭素当量）及びＣＥパラメータ
（０式）を変えた例であり、Ｎα５〜Ｎα６は本発明例
、Ｎα７は比較例である。ＣＥが０．３６〜０．３７％
の本発明例Ｎα５〜Ｎα６は降伏比が６９〜７２％と低
く、且つ５０　ｋｇｆ　／　ａｍ”以上の引張強さを有
するが、比較例Ｎα７は降伏比が６４％と低いものの、
引張強さが５０ｋｇｆ／ｍｍ”を下回っている。

Ｎα８は圧延仕上り温度をＡｒ、変態点（７８０℃）以
上とした本発明例であり、Ｎα９はＡｒ、変態点未満の
２相域圧延を施した比較例である。本発明例Ｎα８は初
析フェライトとベイナイトの混合組織を有し、変態強化
により高い引張強さと低降伏比が得られているが、比較
例Ｎα９は２相域圧延により微細で且つ加工歪を有する
フェライト主体の組織であり、５０　ｋｇｆ　／　ａｒ
ｍ”以上の引張強さを有するものの、降伏点が高く、降
伏比も７９％と高い。

降伏比は、鋼の含有合金成分及び引張強さに関係し、ミ
クロ組織上からはフェライトと第２相の組成及び発生割
合に関係が深い。したがって、含有合金成分と冷却速度
の制御により、７５％以下という低降伏比を達成し得る
ことがわかる。

【以下余白１ （発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、降伏比が７５％
以下で、且つ圧延まま或いは規準処理で製造される従来
材に比べて炭素当量を大幅に低減でき、溶接性及び溶接
継手靭性（ＨＡＺ靭性）の優れた引張強さ５０　ｋｇｆ
　／　ｉ＋ａ＋”以上の鋼板の製造が可能であり、その
工業上の価値は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は降伏比（ＹＲ）と引張強さ（σＢ）の関係を示
す図、第２図は引張強さ及び降伏比と比率Ｍ（＝Ｍｎ／
Ｃ）の関係を示す図、第３図は引張強さ及び降伏比と含
有成分及び冷却速度（ＣＲ）の関係を示す図である。 特許出願人　　　株式会社神戸製鋼所 代理人弁理士　　中　　村　　　尚 ｃｓ　（ＫｔＰ／ｓｓす 第 図 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で（以下、同じ）、Ｃ：０．０５〜０．２
   ０％、Ｓｉ：０．０５〜０．６０％、Ｍｎ：０．５〜２
   ．０％及びｏｌＡｌ：０．００５〜０．１０％を含有し
   、残部がＦｅ及び不可避的不純物よりなる鋼をＡｒ＿３
   変態点〜９５０℃の温度範囲で熱間圧延を終了し、その
   後４００〜５５０℃の温度範囲まで冷却する方法におい
   て、所望の引張強さに応じて下式［１］〜［３］を満足
   するように合金成分含有量及び冷却速度を制御すること
   により、降伏比を７５％以下にすることを特徴とする低
   降伏比高張力鋼板の製造方法。 ＹＲ＝｛０．９５×ＴＳ＋１．３×（Ｍ−９．６）＋６
   ．３×（Ｃｕ％＋Ｎｉ％）＋１８｝≦７５……［１］Ｔ
   Ｓ＝（９３×ＣＥ＋２４）＋ΔＴＳ……［２］但し、Δ
   ＴＳ＝−５．８×１０＾−＾２（８−ＣＲ）＾２−７．
   ６×１０＾−＾１（８−ＣＲ） ＣＥ＝Ｃ％＋Ｓｉ％／７．０＋Ｍｎ／６．８＋（Ｃｕ％
   ＋Ｎｉ％）／２３．２＋Ｃｒ％／９．０＋４．６×ｓｏ
   ｌＮｂ％…［３］ここで、 ＹＲ：降伏比（％） Ｍ：Ｍｎ／Ｃ ＣＲ：平均冷却速度（℃／ｓｅｃ） ＴＳ：引張強さ（ｋｇｆ／ｍｍ＾２） ΔＴＳ：平均冷却速度８℃／ｓｅｃを基準にした場合の
   各平均冷却速度による 引張強さの変化量（ｋｇｆ／ｍｍ＾２）
2. （２）前記鋼が更に、Ｔｉ：０．００５〜０．０３０％
   、Ｃｕ≦０．５０％、Ｎｉ≦１．０％、Ｃｒ≦０．５０
   ％及びＮｂ≦０．０３０％のうちの１種又は２種以上を
   含有している請求項１に記載の方法。