JPH03188216A - 板厚方向の強度差が小さい低降伏比厚肉高張力鋼板の製造法 - 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） 本発明は、板厚方向の強度差が小さい低降伏比厚肉高張
力鋼板の製造法に関し、特に高層ビル用鋼材として鋼構
造の耐震安全性を向上できる高張力鋼板の製造法に関す
るものである。

（従来の技術及び解決しようとする課題）現在、高張力
鋼板の主要な製造法であるＴＭＣＰ（Ｔｈｅｒｍｏ　Ｍ
ｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓ
）は、制御圧延と制御冷却を組合わせた技術であって、
強度と靭性を共に付与することが可能である。

例えば、特開昭５４−７１７１４号公報に示されている
ように、鋼を加熱し、未再結晶温度域で３０％以上の熱
間圧延を行った後、　Ａｒ、変態点以上の温度から３℃
／ｓｅｅ以上の冷却速度で５００℃以上６５０℃以下の
温度域まで冷却する方法があり、優れた強度、靭性が得
られている。

しかし、この方法では、優れた靭性を得るために熱間圧
延を比較的低温である未再結晶温度域で行う制御圧延が
必須要件となっており、かＮる制御圧延を行って製造し
た鋼は、一般に降伏比（ＹＲ＝（降伏強さ／引張強さ）
Ｘ１００（％））が高く、かＮる鋼を用いた骨組み部材
の塑性変形能が小さくなることから、高層ビルなど耐震
安全性が強く要望される鋼構造部材しては不適当である
。

一方、低温域の圧延を行わない場合、すなわち、オース
テナイトの未再結晶温度域では圧延を行わない場合は、
低降伏比化に有効であるが、圧延による細粒化効果がな
くなり、靭性が著しく低下すること、また、板厚５０ｍ
ｍ超えの厚肉材においては、圧延により鋼板表層部が細
粒化されていない場合に圧延後、制御冷却を施すと、鋼
板の表面と中心部の硬さに著しい差が生じ、板厚方向の
強度均一性が劣化する。

本発明は、上記従来技術の欠点を解消し、従来の制御圧
延・制御冷却鋼の優れた強度、靭性を維持しつつ、板厚
方向の強度差を低減し、且つ低降伏比化を可能にする厚
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１本発明者は、鋭意研究を重ね
た結果、適正な成分調整と共に、オーステナイトの再結
晶温度域での適切な条件による制御圧延と圧延後の制御
冷却を工夫することにより、板厚方向の強度さが小さく
、しかも降伏比の低い高強度・高靭性鋼が得られること
を見い出し１本発明をなしたものである。

すなわち、本発明は、Ｃ：０．１０〜０．１８％、ｓｉ
：ｏ、ｏ５〜０．５０％、Ｍｎ：０．７〜１．８％。

Ｔｉ：Ｏ，ＯＯ５〜０．０２０％、Ａｌ：０．００５〜
０．１％及びＮ：Ｏ，ＯＯ２〜０．００６％を含有する
と共に、Ｃｕ：　０　、３％以下、Ｎｉ：　０　、３％
以下。

Ｃｒ：　０　、２％以下、Ｍｏ：０．１％以下、　Ｎｂ
：０．０１５％以下、Ｖ：０．０１％以下に規制し、残
部がＦｅ及び不可避的不純物よりなる鋼スラブを９５０
〜１１５０℃の範囲に加熱し、オーステナイトの再結晶
域で全圧下率６０％以上を確保し、且つ該再結晶温度域
で熱間圧延を終了した後、鋼板の表面温度がＡｒ３変態
点温度以上から水量密度で０６　ｒｓ３／　（＋＋＋”
・ａｋｉｎ）以上の冷却を行い、表面温度が（Ａ　ｒｓ
　　１５０　）　℃以下になった時点で冷却を一旦中断
し、鋼板内部からの復熱により、表面温度がＡｃ、〜Ａ
　ｃ　３変態点温度に達した後に、再び水量密度０．６
ＩＩ３／（ｌ１２・１Ｉｉｎ）以上で冷却を開始し、鋼
板の板厚方向平均温度が３００〜５００℃の範囲まで冷
却することを特徴とする板厚方向の強度差が小さい低降
伏比厚肉高張力鋼板の製造法を要旨とするものである。

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は最も安価な元素で強度上昇に有効な元素であるが、
過多に添加すると溶接性が著しく低下するため、上限を
０．１８％とする。しかし、Ｃ量が０．１０％未満にな
ると強度不足が生・じ、それを補うために後述する高価
な合金元素（Ｃｕ、　Ｎｉ。

Ｃｒ、Ｍｏなど）の添加が必要となるが、これら合金元
素の添加を過多に行うと降伏比の増加を招くので好まし
くない。この降伏比の増加を抑え、目標強度（引張強さ
で５０ｋｇｆ／ａｍ”以上）を確保するために、最低、
０．１０％のＣ量の添加が必要である。したがって、Ｃ
量は０．１０〜０．１８％の範囲とする。

Ｓｉ： Ｓｉは脱酸のために０．０５％以上の添加が必要である
が、０．５０％を超えて過多に添加すると溶接性並びに
ＨＡＺ（溶接熱影響部）の靭性が低下するため、Ｓｉ量
は０．０５〜０．５０％の範囲とする。

Ｍｎ： Ｍｎは強度と靭性を共に高める元素として有効である。

その効果を発揮するためには０．７％以上の添加が必要
である。しかし、１．８％を超えると溶接性及びＨＡＺ
の靭性が著しく低下するので好ましくない。したがって
、Ｍｎ量は０．７〜１゜８％の範囲とする。

Ｔｉ： Ｔｉは本発明では重要な元素であり、スラブ加熱時に鋼
中で微細なＴｉＮとして存在し、加熱オーステナイト粒
の粗大化を防止する効果がある。

後述するように、適正な再結晶温度域圧延と微細なＴｉ
Ｎ生成との複合効果により、低温域の圧延を施さなくて
も良好な靭性を確保することが可能である。この効果を
発揮させるためには、０．００５％以上の添加が必要で
ある。しかし、０．０２０％を超えて過多に添加しても
その効果が飽和する。したがッテ、Ｔｉ量は０．００５
〜０．０２０％の範囲とする。

Ａｌ： Ａｌは脱酸のために少なくとも０．００５％の添加が必
要であるが、０．１％を超えて過多に添加すると非金属
介在物が増加し、靭性が低下するため好ましくない。し
たがって、Ａｌ量は０．００５〜０．１％の範囲とする
。

Ｎ： ＮはＴｉと結びついてＴｉＮを生成し、加熱時のオース
テナイト粒粗大化の防止に有効である。その効果を発揮
するためには０．００２％以上の含有が必要であるが、
０．００６％を超えて過多に添加すると溶接継手部の靭
性が劣化するため好ましくない。したがって、Ｎ量は０
．００２〜０．００６％の範囲とする。

本発明では、以上の元素を必須成分とするほか、以下の
元素はその含有量を規制する必要がある。

したがって、それら元素は含有していなくともよく、ま
た含有する場合（１種又は２種以上）には各許容限度以
下の量に規制する。

Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ： これら合金元素は、高価であり、しかも降伏比を上昇さ
せるため、その添加をできるだけ避けるのが望ましい。

しかし、厚肉鋼板で板厚中心部の強度低下を抑制する作
用があるので、微量添加する場合がある。その場合、降
伏比が著しく増加しない上限値は、それぞれＣｕは０．
３％、Ｎｉは０゜３％、Ｃｒは０．２％、ＭＯは０．１
％である。したがって、Ｃｕ量は０．３％以下、Ｎｉ量
は０．３％以下、Ｃｒ量は０．２％以下、ＭＯ量は０．
１％以下に規制する。

Ｎｂ： Ｎｂは強度、靭性を共に向上させる元素として知られて
いるが、熱間圧延後、制御冷却を行った場合、焼入性向
上元素であるＮｂを添加した鋼は、第２相組織のベイナ
イト量が増加し、しかも軟質のフェライトが生成しにく
い。その結果、降伏比が上昇するため、その含有を制限
する意味から。

Ｎｂ量は０．０１５％以下と厳しく規制する。

Ｖ　： ■も強度、靭性を共に向上させる元素であるが、圧延後
、鋼中にバナジウムの炭・窒化物が析出し、降伏比を上
昇させるため、Ｖ量は０．０１％以下と厳しく規制する
。

次に１本発明における上記成分組成の鋼の加熱、熱間圧
延及び冷却条件について説明する。

加熱温度： 本発明では、降伏比の上昇を招く低温の未再結晶温度域
圧延を行わないため、加熱時のオーステナイト粒の粗大
化防止の観点から、できるだけ低い加熱温度が望ましい
が、圧延中の温度降下を考慮して９５０〜１１５０℃と
する。

熱間圧延： 本発明で再結晶温度域圧延を行うのは、オーステナイト
粒を微細な再結晶オーステナイト粒にするためであり、
第１図に示すように、圧下率が大きいほど細粒化し、靭
性が向上する傾向にあるので、安定して良好な靭性を確
保するために、再結晶温度域の圧下率を６０％以上とす
る。

また、再結晶温度域圧延においては、第２図に示すよう
に、仕上温度が上昇すると降伏比を低減することができ
る。第２図の場合、降伏比ＹＲを７５％以下にするには
、仕上温度を８２０℃以上、更には８５０℃以上にする
のが望ましいことかられかるように、仕上温度は再結晶
温度域の温度とする６ 制御冷却： 上記条件による熱間圧延後、冷却するが、冷却開始まで
の時間が短く高温はど望ましい。

特に冷却開始温度がＡｒ、変態点より低くなると、冷却
による強度上昇効果が小さくなるため、冷却開始の下限
温度をＡｒ、変態点とする。

また、冷却方法については１本発明では板厚方向の強度
差を小さくする目的から、特に工夫している。

すなわち、板厚５０ｍ５を超える厚肉材の場合、通常行
われているような所定温度まで連続冷却を実施すると鋼
板の表層部と中心部で冷却速度が著しく異なり（第３図
（ａ）を参照）、得られるミクロ組織が表層部では硬質
ベイナイト主体に、また中心部では軟質フェライトが混
在したフェライト・ベイナイト組織になることから、第
４図の硬さ分布（ａ）に示すように表層部と中心部で著
しい硬さの差を生じる。本発明では、この点を改善する
ため、冷却開始後、表面温度が（Ａ　ｒ３１５０　）　
℃以下になった時点で冷却を一旦中断し、その後、鋼板
内部からの復熱により、表面温度がＡｃ１〜Ａｃ。

変態点温度になるまで保持し、再度、冷却を実施する（
第３図（ｂ）を参照）。この−旦冷却を中断する冶金的
目的は、１回目の冷却で生成した硬質ベイナイトのみを
含む鋼板表層部を再度、Ａｃ工〜Ａｃ、変態点温度に復
熱させることにより、軟質フェライトを生成させ、組織
をフェライトとベイナイト複合組織とし、表層部の硬さ
上昇を抑えることにある。この効果により、第４図の硬
さ分布（ｂ）に示すように、−旦冷却を中断したものは
板厚方向で均一な硬さ分布を有している。

冷却条件として、水量密度を０　、６　ｍ３／　（ｍ”
　・ｍ１ｎ）以上としたのは、板厚５０■蒙超えの厚肉
鋼板の板厚中心部の強度上昇を図るためであり、板厚中
心部のミクロ組織をフェライト・ベイナイト組織にする
のに最低必要な水量密度である。しかし、０゜６　ｒａ
３／　（ｍ”・ｍ１ｎ）未満の水量密度では、フェライ
ト・パーライト組織を主体に微量のベイナイトを含むミ
クロ組織となり、板厚中心部の強度が低下し。

本開発鋼の特徴である板厚方向の強度均一性が損なわれ
る。

冷却停止温度を鋼板の板厚方向平均温度で３００〜５０
０℃としたのは、５００℃を超えると板厚中心部の強度
が低下し、目標強度（引張強さ５０　ｋｇ　ｆ　／　ｍ
ｍ”以上）の確保が困難になるためであり、一方、３０
０℃未満になると、その後の脱水素処理が不充分となり
、鋼板中心部に水素性欠陥が発生するためである。

以上の条件により、従来の製造法において必然的に発生
する板厚方向の強度不均一性及び高降伏比化という欠点
を解消することができる。すなわち、適正に成分調整さ
れた鋼に適切な再結晶温度域圧延とその後に一旦冷却中
断という特殊な制御冷却を組合わせて適用して、鋼の板
厚方向のミクロ組織をフェライト・ベイナイト混合組織
に一様に分布させることにより、板厚方向の強度差が小
さく、シかも降伏比の低い厚肉高強度・高靭性鋼板を製
造できる。

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鋼につき、第２表に示す
条件で加熱、熱間圧延、冷却し、同表に示す板厚の鋼板
を製造した。

得られた鋼板の機械的性質及び板厚方向の均一性を調べ
た結果を第２表に併記する。

なお、第１表において、記号Ａ−Ｃの各鋼は本発明範囲
の化学成分を有する鋼である。また記号Ｄ−Ｆの各鋼は
本発明範囲外の化学成分を有する鋼であり、Ｄ綱はＮｂ
添加量が多く、Ｅ鋼はＣｕ、Ｎｉ、Ｍｏ量が多く、Ｅ鋼
はＴｉが添加されていない例である。

また、第２表において鋼記号Ａ１．Ａ２は第１表の鋼Ａ
に対して異なる製造条件を適用したことを意味しており
、鋼記号Ｂ１．Ｂ２・・・につぃても同様である。

第２表から明らかなように、本発明鋼Ａ１、Ｂ１、Ｃ１
はいずれも適正な化学成分で且つ適正な制御圧延、制御
冷却条件下で製造したものであるので、引張強さは５０
　ｋｇｆ／　ｍｖｓ”以上であり、降伏比（ＹＲ）は７
０〜７２％と安定して低く、靭性も良好であり、しかも
板厚方向の強度差も小さく均一性に優れている。

一方、比較鋼Ａ２は、−旦冷却中断を行っていないため
、表面と板厚中心部の硬さの差が大であり、板厚方向で
不均一である。

比較鋼Ｂ２は全圧下率が小さいため、靭性が劣化してい
る。

比較鋼Ｃ２は一旦冷却中断を行っていないこと、加えて
水量密度が小さく、しかも冷却停止温度も高いことから
、引張強さが５０ｋｇｆ／ａｍ”未満と低く、しかも板
厚方向の均一性も劣化している。

また比較鋼りは、Ｎｂを過多に添加しているため、降伏
比が高い。

比較鋼Ｅも、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｏが過多に添加されている
ため、降伏比が高い６ 比較鋼Ｆは、Ｔｉが添加されていないため、微細な再結
晶オーステナイト粒が得られないことから、靭性が劣化
している。

【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、従来の制御圧延
、制御冷却鋼の優れた強度、靭性を維持しつつ、板厚方
向の強度差が小さく且つ低降伏比化を可能にすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は再結晶温度域圧延時の全圧下率と靭性（ｖＴｒ
ｓ）の関係を示す図。 第２図は圧延仕上温度と降伏比（Ｙ　Ｒ）の関係を示す
図、 第３図（、）、（ｂ）は鋼板の制御冷却時における鋼板
表面部、板厚１／４を部、板厚中心部の温度履歴を示し
ており、第３図（ａ’）は通常の連続冷却の場合、（ｂ
）は−旦冷却中断を行った場合であり、第４図は板厚方
向の硬さ分布を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 重量％で（以下、同じ）、Ｃ：０．１０〜０．１８％、
   Ｓｉ：０．０５〜０．５０％、Ｍｎ：０．７〜１．８％
   、Ｔｉ：０．００５〜０．０２０％、Ａｌ：０．００５
   〜０．１％及びＮ：０．００２〜０．００６％を含有す
   ると共に、Ｃｕ：０．３％以下、Ｎｉ：０．３％以下、
   Ｃｒ：０．２％以下、Ｍｏ：０．１％以下、Ｎｂ：０．
   ０１５％以下、Ｖ：０．０１％以下に規制し、残部がＦ
   ｅ及び不可避的不純物よりなる鋼スラブを９５０〜１１
   ５０℃の範囲に加熱し、オーステナイトの再結晶域で全
   圧下率６０％以上を確保し、且つ該再結晶温度域で熱間
   圧延を終了した後、鋼板の表面温度がＡｒ＿３変態点温
   度以上から水量密度で０．６ｍ＾３／（ｍ＾２・ｍｉｎ
   ）以上の冷却を行い、表面温度が（Ａｒ＿３−１５０）
   ℃以下になった時点で冷却を一旦中断し、鋼板内部から
   の復熱により、表面温度がＡｃ＿１〜Ａｃ＿３変態点温
   度に達した後に、再び水量密度０．６ｍ＾３／（ｍ＾２
   ・ｍｉｎ）以上で冷却を開始し、鋼板の板厚方向平均温
   度が３００〜５００℃の範囲まで冷却することを特徴と
   する板厚方向の強度差が小さい低降伏比厚肉高張力鋼板
   の製造法。