JPH04143216A

JPH04143216A - 低降伏比高曲げ剛性構造用鋼板とその製造方法

Info

Publication number: JPH04143216A
Application number: JP26863990A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Ishikawa; 忠石川; Yuji Nomiyama; 野見山　裕治; Hiroshi Yoshikawa; 宏吉川; Toshiaki Haji; 土師　利昭
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-10-05
Filing date: 1990-10-05
Publication date: 1992-05-18
Anticipated expiration: 2012-01-29
Also published as: JP2577130B2

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、低い降伏比と優れた伸び特性を確保しつつ、
圧延方向に直角な方向（以下Ｃ方向と称す）の曲げ剛性
を飛躍的に向上せしめた構造用鋼板とその製造方法に関
するものである。

〈従来の技術〉一般に鋼板の剛性は、形状が一定ならばヤング率に比例
する。従って、特定方向の剛性向上が求められる使用場
所に、Ｃ方向高ヤング率鋼板のＣ方向と該特定方向を揃
えて用いれば、板厚の増大や、形状の変更を行うことな
しに構造物の剛性を高めることが可能である。

しかしながら、従来鋼においては、単結晶や電磁鋼板の
ような特殊な例を除くとヤング率はほぼ２１．０００ｋ
ｇｆ／ｍ謹２程度で一定と考えられ、特に注目すべき材
質特性とは見なされていなかった。

しかし近年、特定方向の剛性に着目すれば、製造法によ
ってＣ方向のヤング率を２４，０００ｋｇｆ１０ｎ”程
度に高めた鋼材が得られることが判明した。

一方、高ヤング率鋼に関する提案は、例えば特公昭５８
−１４８４９号公報に、高ヤング率鋼材の製造法が開示
されている。ここに開示された高ヤング率鋼材は、化学
成分を規定した綱を二相域圧延し、圧延仕上げ後３００
°Ｃまでの冷却速度を制御し、次いで７００°Ｃ以下の
温度で焼き戻すことにより、Ｃ方向のヤング率を約１０
％程度高め得ることが示されている。

また、特公昭６２−４４４８号公報には、Ｃを０．０３
重量％未満とした鋼を、Ａｒ、意思下６００℃以上の温
度範囲での圧下率を規定し、４５０°Ｃ以上７２０°Ｃ
以下で巻取ることでＣ方向のヤング率を最高２４．３０
０ｋｇｆ／■１まで高め得る方法が提案されている。

つまり、これらの方法は２相域あるいはフェライト域で
の圧延加工により圧延集合組織を発達させ、鋼板特定方
向のヤング率を向上させることを特徴とするものである
。

〈発明が解決しようとする課題〉しかしながら、前記した提案はいずれも寞用時に次に述
べるような問題点を内在しており、それぞれに改善が待
たれている。

即ち、特公昭５８−１４８４９号公報の提案では、ヤン
グ率を向上させるための製造法として集合組織の形成を
著しく促進させる圧延法（α−γ二相域大圧下圧延）が
適用されているが、母材靭性の確保が難しく、そのため
保証温度は０°Ｃであり、更に降伏比（降伏点／引張強
度）が高く、かつ伸びが十分に確保されておらず、近年
、さらなる安全性確保の点から構造物の重要部材が具備
することを求められている「低い降伏比と優れた伸び特
性Ｊの要望を満たさないものである。

また、特公昭６２−４４４８号公報による提案は、Ｃ５
０，０３％の成分限定を必須条件としており、実質的に
は極軟鋼の製造方法に関するものであり、構造用鋼の要
求強度を満たすことはできない。

そこで、本発明は、特に曲げ荷重のかかる部材の曲げ剛
性を支配する鋼板表層部のヤング率を向上させつつ、地
震等による構造物の崩壊時に、変形によって構造物の被
害を最小限にとどめるために、必要な特性である降伏比
や伸び特性を鋼板中心部の組織により確保できる鋼板と
その製造方法の提供をＲ題とするものである。

〈課題を解決するための手段〉本発明は上記課題を達成するために、（１）それぞれ板厚の４〜１０％を占める上下各表層部
が占積率で５０％以上の加工フェライトを有するヤング
率の高い組織から成り、その他の内層部が加工フェライ
トが存在しない通常の組織からなる事を特徴とする低降
伏比高曲げ剛性構造用鋼板を第１の手段とし、（２）構造用鋼をＡｒ３点以上の温度から０．４°Ｃ／
秒以上の冷却速度で冷却し、それぞれ板厚の４〜１０％
を占める上下各表層部をＡｒ、点未満の温度にすると共
に、その他の内層部をＡｒ３点以上の温度として圧延を
行う事を特徴とする低降伏比高曲げ剛性構造用鋼板の製
造方法を第２の手段とする。

本発明が対象とする構造用鋼は、例えば前記した特公昭
５８−１４８４９号公報に記載され、決起するように、
通常の溶接構造用鋼が所要の材質を得るために、従来か
ら５業分野での活用で確認されている作用・効果の関係
を基に定めている添加元素の種類と量を同様に使用して
同等の作用と効果が得・られる。従って、これ等を含む
鋼を本発明は対象鋼とするものである。

これ等の各成分元素とその添加理由と量を以下に示す。

Ｃは、鋼の強度を向上する有効な成分として添加するも
のであるが、０．２０％を鰯える過剰な含を量では、二
相填圧延時の変形抵抗を増して圧延を困難にするばかり
か、溶接部に島状マルテンサイトを析出し、鋼の靭性を
著しく劣化させるので、０．２０％以下に規制している
。

Ｓｉは溶鋼の脱酸元素として必要であり、また強度増加
元素として有用であるが、ｌ、０％を超えて過剰に添加
すると、鯛の加工性を低下させ、溶接部の靭性を劣化さ
せる。また、０．０１％未満では脱酸効果が不十分なた
め、添加量を０．０１〜１．０％に規制している。

Ｍｎも脱酸成分元素として必要であり、０．３％未満で
は鋼の清浄度を低下し、加工性を害する。また鋼材の強
度を向上する成分として０．３％以上の添加が必要であ
る。しかし、Ｍｎは変３１！温度を下げるので、過剰の
添加により二相域圧延温度が下がりすぎ、変形抵抗の上
昇をきたすので、２．０％を上限としている。

４＋及びＮは、ＡＩ窒化物による鋼の微細化の他、圧延
過程での固溶、析出により、鯛の結晶方位の整合及び再
結晶に有効な働きをさせるために添加する。しかし、添
加量が少ないときにはその効果がなく、過剰の場合には
綱の靭性を劣化させるので、ＡＩ　：　０．００１〜０
．２０％、Ｎ　：　０．０２０％以下に限定している。

以上が、本発明が対象とする綱の基本成分であるが、母
材強度の上昇あるいは、継手靭性の向上の目的のため、
要求される性質に応じて、合金元素を添加する場合は、
該添加により変態温度を下げ過ぎると、２相域での変形
抵抗が増して圧延が困難になるので、合金の添加量とし
ては、Ｎｉ　ＣｒＭｏ、Ｃｕ、Ｗ、Ｃｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔ
ｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｉｆ、希土類元素、Ｙ、Ｃａ。

Ｍｇ、　Ｔｅ、　Ｓｅ、　Ｂを１種類以上添加してよい
が、添加量は合計で４．５％以内に規制している。

この様にして製造された鋼片の加熱温度は、オーステナ
イトの粗大化防止から１２５０°Ｃを上限としている。

また、それ自体公知の制御冷却及びまたはテンパー処理
を行うことは、本発明鋼板の特性に障害な〈実施出来る
ので、その使用に制限はない。

また、鋼板の板厚の１０％を超え、上下各表層部合計で
板厚の２０％を超える部分に、加工フェライトを占積率
５０％以上有するヤング率の高い集合組織を発達させる
と、鋼板のヤング率は向上するものの、優れた伸び特性
や低降伏比は得られない。

また、鋼板の板厚の４％未満、上下各表層部合計で板厚
の８％未満の部分に上記集合組織を発達させても、本発
明の課題を達成するのに必要なりフグ率は得られない。

従って本発明は、上下各表層の厚みを各々板厚の４％以
上１０％以下に規制するものである。

このため、本発明は、板厚の４〜１０％に各々該当する
鋼板上下各表層部の温度をＡｒ、点未満の温度に低下さ
せ、その他の内層部はＡｒ３点以上の温度にして圧延を
行うため、構造用鋼をＡｒ３点以上の温度から０．４°
Ｃ／秒以上の冷却速度で冷却することを定めた。これに
より、表層部のヤング率は向上し、その他の内層部は優
れた降伏比および伸び特性を維持している。

く作用〉従来の方法でヤング率を向上させるには、鋼板全体をＡ
ｒ、意思下で加工する必要があった。

この場合、ヤング率は向上するものの、靭性、伸び特性
が劣化してしまい、且つ近年建築分野で要求されている
低降伏比を具備させることができず、建築用構造材料と
して使用できなかった。

本発明者等は、前記課題を達成するために、下記の化学
成分を有する一般的な構造用鋼を用いて種々実験検討を
繰り返した。

Ｃ：０．１０〜０．１５％　　Ｓｉ　：　０．１５〜０
９２５％Ｍｎ　：　０．８〜１．６％　　ＡＩ　：　０
．０１〜０．０５％Ｎ　：　０．００２０〜０．００５
０％結果を図１〜図４に示す。

図１は、鋼材に曲げモーメントが作用した時の板厚内部
に発生する応力を模式的に示したものである。

内層部の応力は表層部の応力より小さいため、応力の高
い表層部のみが高ヤング率を保持すれば鋼板中に生ずる
歪みの最大値はｊｌｉｉｌＦｉ全体にわたりヤング率が
向上した鋼板の歪み最大値と同しレヘルを維持出来るの
で、曲げ応力が作用した場合の鋼板全体の剛性も向上す
る。

そこで、種々高剛性表層部の厚みを変化させて曲げ剛性
（曲げ応力が部材に作用する場合の部材としての剛性）
の実験を実施したところ、図２を得た。この図から本発
明者等は、要求される高剛性の保証には表層部のヤング
率で対応することが望ましいことを見出した。

そこでヤング率の支配要因の探索実験を重ねた結果図３
を得た。

この図から本発明者等は、加工フェライトを占積率で５
０％以上存する集合組織があれば、所要ヤング率が確保
出来ることを知見した。

これ等の知見を基に本発明者等は更に所要表層厚みの確
認実験を重ねた結果、表層部のヤング率を内層部のヤン
グ率より１０％向上させると、表層部の厚みを片側それ
ぞれ板厚の４％維持すると必要な高剛性の保証が可能で
あり、表層部のヤング率を内層部のヤング率より２０％
向上させると、表層部の厚みを片側それぞれ板厚の８％
維持すると必要な高剛性の保証が可能なことがわかった
。

図４は、高ヤング率を有する表層部の厚み（片側）と、
引張試験での降伏比、破断までの伸びを示す。図により
、高剛性表層部が板厚の１０％以下であれば、降伏比、
破断までの伸びとも十分建築用構造用鋼として要求され
るレベルのそれぞれ８０％以下、３６％以上にあること
を知見した。

本発明は以上の各知見を基に、曲げ剛性の保証に高剛性
表層部の厚みを確保し、内層部まで高剛性に必要な集合
組織を発達させないことにより、鋼板全体の低降伏比、
および破断までの伸びを保証し、これ等の層別特性を複
合化した構造用鋼板を確立して本発明の課題を達成した
のである。

〈実施例〉（１）　　供試鋼本発明の鋼成分は、前記した一般的な構造用鋼の元素と
添加量であれば、何れの組合せでも良いが、構造用鋼の
分野で強度レベルが異なる代表的な実施例の化学成分を
比較例と共に表１に示す。

表１に示す供試鋼は調香１．２が４０キロ級鋼、調香３
〜６が５０キロ級鋼、調香７が６０キロ級鋼である。又
、供試鋼は必要に応じてＶ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｕ。

Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ等の合金元素を添加している。

（２）製造条件及び材質結果製造条件及び得られた材質を表２に示す。

Ｎｏ、Ａ１−Ａ１４の本発明例は、Ｃ方向の曲げ剛性は
１０％〜１６％の向上が得られて、十分目標を満足し、
且つ降伏比、及び伸び特性の優れた構造用鋼板が得られ
た。

これに対し、Ｎｏ、　８１−８１４の比較例はそれぞれ
に問題があり、前記要望を満たす構造用鋼板が得られな
かった。

即ち、高剛性表層部が１０％以上であるＮｏ、　Ｂｌ〜
Ｂ５の比較例は、降伏比、伸びともに所要の域に到達し
なかった。

また表層部のヤング率が１０％以下であるＮｏ、Ｂ６゜
Ｂ７の比較例及び表層部の厚みが４％未満のＮｏ、Ｂ８
゜Ｂ９の比較例は、曲げ剛性が不良で、計画した用途に
は使用できなかった。

〈発明の効果〉本発明は、高ヤング率を発揮する集合組織を有する表層
部と、該集合組織がない内層部を構成比を限定して組合
せ、その特定方向の曲げ剛性が１０％程度以上と高く、
且つ降伏比、伸びの優れた構造用鋼板を実現したもので
、５業分野を中心に産業界にもたらす効果は掻めて大き
い。

【図面の簡単な説明】

図１は鋼材に曲げモーメントが作用した時の板厚内部に
発生する応力を模式的に示す。図２は高剛性表層部厚みと鋼板の曲げ剛性の関係を示す
。図３は、加工フェライトの占積率とヤング率の関係を示
す。図４は、高剛性表層部の厚み（片ｇりと引張試験での降
伏比、破断伸びを示す。特許出願人　新日本製鐵株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

（１）それぞれ板厚の４〜１０％を占める上下各表層部
が占積率で５０％以上の加工フェライトを有するヤング
率の高い組織から成り、その他の内層部が加工フェライ
トが存在しない通常の組織からなる事を特徴とする低降
伏比高曲げ剛性構造用鋼板。
（２）構造用鋼をＡｒ＿３点以上の温度から０．４℃／
秒以上の冷却速度で冷却し、それぞれ板厚の４〜１０％
を占める上下各表層部をＡｒ＿３点未満の温度にすると
共に、その他の内層部をＡｒ＿３点以上の温度として圧
延を行う事を特徴とする低降伏比高曲げ剛性構造用鋼板
の製造方法。