JPH02209422A - 溶接性、靭性の優れた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、特に橋梁、ペンストック、海洋構造物などに
使用される引張強さ９０　ｋｇｆ／　ｍ＋ｏ２級以上の
高張力鋼板の溶接性、靭性を改善する技術に関する。

（従来の技術及び解決しようとする課題）橋梁、ペンス
トック、海洋構造物などは、近年、大型化する傾向にあ
り、それらに使用される鋼材を高強度化することによっ
て重量を軽減しようという動きがある。すなわち、従来
の引張強さ６０ｋｇｆ／ｍｍ　、　８０）ｃｇｆ／ｍｍ
２級鋼から、より高強度の９０　ｋｇｆ／　＋ｎ＋ｎ”
級鋼を使用しようという趨勢がある。

しかしながら、このような高張力鋼板は、その強度を確
保するためにＭｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ等の合金元素を多
量に添加する必要があり、その結果、炭素当量が高くな
って、耐溶接割れ性は高強度化するほど劣化するという
問題があった。

一方、高張力鋼板の溶接性を改善する技術として、次の
ような基本的な技術が知られている。すなわち、微量の
Ｎｂを添加し、熱間圧延後に直接焼入を行うと、焼もど
し時にＮｂ炭窒化物の析出強化があるため、所定の強度
を確保する上で、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ等の合金元素
量を低減することができ、溶接性の改善を可能とする技
術である（特公昭４４−９５６７号）。

しかしながら、このような析出強化を利用した鋼板は、
変態強化や細粒強化を利用した鋼板に比べ、強化に伴う
母材靭性の劣化量が大きいという問題があった。

この直接焼入焼もどし後のＮｂの析出強化を利用した技
術は、その後も幾つか提唱されているが（特開昭５９−
１００２１４号、同６１−１４７８１２号、同６１−３
８３３号など）、いずれも強化に伴う母材靭性の劣化の
問題を解決するものではなかった。

本発明は、か＼る事情に鑑みてなされたものであって、
引張強さ９０ｋｇｆ／ｍｍ２級以上にまで高強度化する
場合に、合金元素の増量による溶接性の劣化の問題や、
Ｎｂの析出強化を利用する際の母材靭性の劣化の問題を
解決し得る高張力鋼板の製造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） 前記目的を達成するため、本発明者らは、引張強さ９０
ｋｇｆ／ｍｍ”級以上の高張力鋼板の溶接性、母材靭性
を改善すべく鋭意研究を行った。

その結果、Ｎｂの析出強化を利用する場合にはＮｂ量を
ある範囲に制限し、併せてＭｎ量を低減することによっ
て、母材靭性の劣化を伴うことなく析出強化が生じるこ
とを見い出した。つまり、従来技術よりも添加するＮｂ
量、Ｍｎ量を低減して、直接焼入、焼もどしを行うこと
により、Ｎｂ炭窒化物の析出強化の分だけ合金元素量を
低減できるので溶接性を改善でき、また析出強化に伴う
母材靭性の劣化が少ないので、良好な母材靭性を確保で
きることを知見し、ここに本発明をなしたものである。

すなわち、本発明に係る溶接性、靭性の優れた引張強さ
９０ｋｇｆ／ｍｍ２級以上の高張力鋼板の製造方法は、
Ｃ：０．０７〜０．１５％、Ｓｉ：０．０５〜０．５０
％、Ｍｎ：０．１０−０．７５％、Ｎｉ：　１　、１〜
３．０％、Ｃｒ：０．２−１．２％、Ａｌ：０．２−１
゜０％、ＡＱ：０．００５〜０．１０％及びＮｂ：Ｏ，
ＯＯ５〜０．０２０％を含有し、必要に応じて更に、Ｃ
ｕ：０．０５−０．３０％及びＣａ：Ｏ，０Ｏ１〜０．
０１０％のうちの１種又は２種を含有し、残部がＦｅ及
び不可避的不純物よりなる鋼につき、１１５０℃超えの
温度に加熱し、９５０℃以下での圧下率４０％未満で、
圧延仕上温度８７ｏ℃以上で熱間圧延した後、オーステ
ナイト域の温度がら直接焼入し、引き続き５００　’Ｃ
Ｃ以上Ａｃ点点未満温度で焼もどす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について説明
する。

Ｃ： Ｃは高張力鋼板としての強度を確保するために必要な元
素であるが、０．０７％未満では引張強さ９０ｋｇｆ／
ｍｍ２以上を得るのが困難であり、また０、１５％を超
えて添加すると耐溶接割れ性を害するので好ましくない
。したがって、Ｃ含有量は０．０７〜０．１５％の範囲
とする。

Ｓｊ： Ｓｉは脱酸に必要な元素であるが、０．０５％未満では
この効果は少なく、また０、５０％を超えて過多に添加
すると溶接性、靭性を劣化させるので好ましくない。し
たがって、Ｓｉ含有量は０．００５〜０．５０％の範囲
とする。

Ｍｎ： Ｍｎは焼入性を向上させ、板厚内部の強度を確保するた
めに必要な元素であるが、０．１０％未満ではこのよう
な効果が十分に得られない。一方、Ｍｎの上限は母材靭
性確保の観点から０．７５％とする必要がある。

すなわち、第１図は、０．１１％Ｃ−０，２５％５ｉ−
１，９％Ｎｉ−０、６％Ｍｏ−〇、０１５％Ｎｂ−０，
０３０％ＡＱの基本成分系でＭｎ量を０．２〜１．５％
に変化させると同時にＣｒを０．２〜１゜２％に変化さ
せることによって鋼の焼入性を一定に保った上で、これ
を板厚５０ｍｍに熱間圧延し、直接焼入を行った後、引
張強さが９０〜１００ｋｇｆ／ｍｍ２となるように焼も
どし温度を調整した場合におけるＭｎ量とシャルビ吸収
エネルギー（母材靭性）の関係を示すが、この図より、
Ｍｎ量が０．７５％超になると母材靭性は著しく劣化す
ることがわかる。この原因はＭｎによる焼もどし脆化の
増大によるものと考えられる。

以上の理由から、Ｍｎ含有量は０．１０〜０．７５％の
範囲とする。

Ｎｉ： Ｎｉは焼入性を向上させ、また母材靭性を向上させる元
素であるが、１．１％未満では十分な効果が得られず、
また３、０％を超えて過多に添加するとスケール疵を発
生し易くなり、またコスト上昇をもたらすので好ましく
ない。したがって、Ｎｉ含有量は１．１〜３．０％の範
囲とする。

Ｃｒ： Ｃｒは焼入性向上に有効な元素であるが、０．２０％未
満ではその効果が十分に発揮されず、また１、２％を超
えて過多に添加すると溶接性を害するので好ましくない
。したがって、Ｃｒ含有量は０．２０〜１，２％の範囲
とする。

ＭＯ＝ ＭＯは焼入性を高め、焼もどし軟化抵抗を増す元素であ
るが、０．２％未満では十分な効果が得られず、また１
、０％を超えて過多に添加すると溶接性を害し、且つ高
価となるので好ましくない。

したがって、Ｍｏ含有量は０．２〜１．０％の範囲とす
る。

ＡＱ： ＡＱは脱酸元素であるが、０．０１％未満ではこのよう
な効果は少なく、また０、１０％を超えて過多に添加す
ると靭性の劣化をもたらすので好ましくない。したがっ
て、ＡＱ含有量は０．０１〜０．１０％の範囲とする。

Ｎｂ： Ｎｂは本発明の重要な要素となる元素であり、スラブ加
熱時にオーステナイト中に固溶し、圧延及び直接焼入後
も、その殆どは固溶した状態にあるが、焼もどしの際に
微細な炭窒化物として結晶中に整合析出し、結晶構造を
歪ませることによって強度上昇をもたらす効果がある。

このＮｂの効果は、０．００５％未満では十分に得られ
ない。

一方、Ｎｂの上限は母材靭性確保の観点から０．０２０
％とする必要がある。

すなわち、第２図は、０．１１％Ｃ−０，２５％５ｊ−
０，４％Ｍｎ−１，９％Ｎｉ−０，６％Ｃｒ〜０．６％
Ｍｏ−０，０３５％ＡＱの基本成分系で、Ｎｂ量をＯ−
０，０５０％の範囲で変化させた鋼を板厚５０ｍｍに熱
間圧延し、直接焼入を行った後、引張強さが９０〜１０
０　ｋｇｆ／ｍｍ”となるような温度で焼もどしを実施
した場合におけるＮｂ量とシャルビ吸収エネルギー（母
材靭性）の関係□を示すが、この図より、Ｎｂ量が０．
０２０％を超えると、著しく母材靭性が劣化することが
わかる。

以上の理由から、Ｎｂ含有量は０．００５〜０゜０２０
％の範囲とする。

なお、上記以外の化学成分としては、強度レベルや板厚
に応じて、焼入性向上元素であるＣｕや、介在物の形態
制御元素であるＣａを、必要に応じて適量添加すること
ができる。

Ｃｕ： Ｃｕは固溶強化、析出強化により強度上昇に有効な元素
であるが、０．０５％未満ではこのような効果を十分に
発揮することができず、また０゜３０％を超えて過多に
添加すると熱間加工性が劣化し、表面に割れを生じ易い
ので好ましくない。

したがって、Ｃｕ含有量は０．０５〜０．３０％の範囲
とする。

Ｃａ： Ｃａは非金属介在物の球状化作用を有し、異方性の低減
に有効であるが、０．００１％未満では十分な効果が得
られず、また０、０１０％を超えて過多に添加すると介
在物の増加により靭性が劣化するので好ましくない。し
たがって、Ｃａ含有量は０．００１〜０．０１０％の範
囲とする。

なお、本発明においては、従来技術とは異なり、■を含
有しないことが特徴の１つである。

すなわち、■は少量の添加により焼入性を増し、焼もど
し軟化抵抗を高める元素であり、Ｎｂの析出強化を利用
した高強度鋼においては、析出強化元素として用いるこ
とも提唱されている（前掲特開昭６１−１４７８１２号
）。しかしながら、本発明者らの検討によれば、Ｎｂと
■を複合添加した鋼を直接焼入焼もどし処理した場合に
は、析出強化作用は大きいものの、第３図に示すように
、Ｎｂ単独添加の場合に比べて母材靭性の劣化が著しい
ため、本発明においてはＶを含有させないこととする。

なお、第３図は、０．１１％Ｃ−０，２５％５ｉ−０，
４％Ｍｎ−１，９％Ｎｉ−０，６％Ｃｒ−０，６％Ｍｏ
−０，０１５％Ｎｂ−０，０３０％ＡＱの基本成分系で
、Ｖ量を０〜０．０３％の範囲で変化させて鋼を板厚５
０ｍｍに熱間圧延し、直接焼入を行った後、引張強さが
９ｏ〜１００ｋｇｆ／ｍｌｌ１ｚとなるような温度で焼
もどしを実施した場合におけるＶ量とシャルビ吸収エネ
ルギー（母材靭性）の関係を示したものである。

次に本発明における製造条件について説明する。

まず、焼入方法を直接焼入に限定する背景を説明する。

Ｎｂ添加鋼の場合、スラブ段階でＮｂは粗大な炭窒化物
として存在しているが、熱間圧延のためにスラブを１１
５０℃を超える高温に加熱することによってＮｂは固溶
し、熱間圧延及び直接焼入の過程ではＮｂの殆どが固溶
したままとなっている。

これを焼もどすと、固溶Ｎｂは微細な炭窒化物としてマ
ルテンサイトの結晶中に整合析出し、結晶構造を歪ませ
るため、鋼板の強度は上昇する（析出強化）。

これに対して、Ｎｂ添加鋼であっても圧延後に空冷する
と、その途中で固溶Ｎｂは粗大な炭窒化物として析出し
、この析出物は結晶構造と非整合であるために強化作用
を有せず、また焼もどしの段階では固溶Ｎｂが既に殆ど
析出してしまっているため、焼もどし時の析出強化も得
られない。

以上の如く、焼入方法を直接焼入に限定する理由は、圧
延直後まで多量に存在する固溶Ｎｂが粗大析出しないよ
うに急冷し、引き続き焼もどし時に微細Ｎｂ炭窒化物に
よる析出強化を利用するためである。なお、直接焼入は
オーステナイト域の温度から行うことは云うまでもない
。

スラブ加熱温度を１１５０℃超えに限定する理由は、ス
ラブ中に存在する粗大なＮｂ炭窒化物をオーステナイト
中に十分固溶させるためである。

次に、圧延条件として、９５０℃以下での圧下率を４０
％未満、圧延仕上温度を８７０℃以上と限定する理由は
、加工を受けたオーステナイトが十分に再結晶して、直
接焼入後も鋼板内に異方性が生じないようにするためで
ある。

また、焼もどし温度を５００℃以上Ａｃ１点未満とする
理由は、５００℃未満の焼もどしでは直接焼入時に発生
した鋼板内部の残留応力の解放が十分でなく、溶接構造
物として組立てられた後の耐脆性破壊特性に悪影響を与
え、またＡｃｍ点以上の焼もどしを行うと、組織が部分
的にオーステナイトに変態して、焼もどし後にマルテン
サイト組織が得られず、強度の著しい低下をもたらすた
めである。

次に本発明の実施例を示す。なお、本発明は本実施例の
みに限定されるものでないことは云うまでもなく、前述
の基礎実験例も実施例足り得る。

（実施例） 第１表に示す化学成分を有する鋼スラブを、第２表に示
す加熱条件、圧延条件にて種々の板厚に圧延し、第２表
に示す熱処理を施した後、引張試験及び衝撃試験並びに
斜めＹ型溶接割れ試験によって強度特性、溶接性を評価
した。それらの結果を第２表に併記する。

第２表より明らかなように、本発明による鋼板Ａ−Ｈは
いずれも９０ｋｇｆ／ｍｍ２以上の引張強さと、ｖＴｒ
ｓ≦−９０℃の良好な靭性を有し、圧延方向及び圧延直
角方向の靭性の差は小さい。また斜めＹ型溶接割れ試験
におけるルート割れ防止予熱温度は１００　ｋｇ　ｆ　
／　ｍｍ２級鋼板で１００℃であり、８０ｋｇｆ／ｍｍ
２級鋼板と同程度の優れた溶接性を有している。

これに対して、比較鋼重、Ｊ、にはＭｎ量が多すぎるた
め、比較鋼りはＮｂ量が多すぎるため、また比較鋼Ｍは
Ｎｂと共にＶが含有されているために、いずれもｖＴｒ
ｓは一６０℃程度であり、母材靭性は良好とは言えない
。

比較鋼Ｎは直接焼入ではなく再加熱焼入を行っているた
め、比較鋼Ｏはスラブ加熱温度が低すぎるために、いず
れも十分な強度が得られていない。

比較鋼Ｐ、Ｑは９５０℃以下での圧下率が大きすぎ、或
いは圧延仕上温度が低すぎるために、いずれも圧延方向
と圧延直角方向の靭性の差が大きい。

［以下余白］ （発明の効果） 以上詳述したように１本発明によれば、引張強さ９０　
ｋｇｆ／ｍｍ”級以上にまで高強度化しても、従来のよ
うに合金元素の増量による溶接性の劣化の問題や、Ｎｂ
の析出強化を利用する際の母材靭性の劣化の問題がなく
、優れた溶接性、靭性を備えた引張強さ９０ｋｇｆ／ｍ
ｍ２級以上の高張力鋼板を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は母材靭性に及ぼすＭｎ量の影響を示す図であり
、第２図は母材靭性に及ぼすＮｂ量の影響を示す図であ
り、第３図はＮｂ析出強化鋼の母材靭性に及ぼすＶ添加
の影響を示す図である。 特許出願人　　株式会社神戸製鋼所 代理人弁理士　中　　村　　　尚 （駆μリ　Ｑ９−ヨ４ （Ｗ−４ｇＮ〕　０９−３Ａ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で（以下、同じ）、Ｃ：０．０７〜０．１
   ５％、Ｓｉ：０．０５〜０．５０％、Ｍｎ：０．１０〜
   ０．７５％、Ｎｉ：１．１〜３．０％、Ｃｒ：０．２〜
   １．２％、Ｍｏ：０．２〜１．０％、Ａｌ：０．０１〜
   ０．１０％及びＮｂ：０．００５〜０．０２０％を含有
   し、残部がＦｅ及び不可避的不純物よりなる鋼につき、
   １１５０℃超えの温度に加熱し、９５０℃以下での圧下
   率４０％未満で、圧延仕上温度８７０℃以上で熱間圧延
   した後、オーステナイト域の温度から直接焼入し、引き
   続き５００℃以上Ａｃ＿１点未満の温度で焼もどすこと
   を特徴とする溶接性、靭性の優れた引張強さ９０ｋｇｆ
   ／ｍｍ＾２級以上の高張力鋼板の製造方法。
2. （２）前記鋼が更に、Ｃｕ：０．０５〜０．３０％及び
   Ｃａ：０．００１〜０．０１０％のうちの１種又は２種
   を含有している請求項１に記載の方法。