JPH04308032A - 板厚方向の機械的特性差の小さい厚鋼板の製造方法 - Google Patents

板厚方向の機械的特性差の小さい厚鋼板の製造方法

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JPH04308032A
JPH04308032A JP7099091A JP7099091A JPH04308032A JP H04308032 A JPH04308032 A JP H04308032A JP 7099091 A JP7099091 A JP 7099091A JP 7099091 A JP7099091 A JP 7099091A JP H04308032 A JPH04308032 A JP H04308032A
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Fumimaru Kawabata
文丸 川端
Kenichi Amano
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、圧延後制御冷却のまま
で板厚方向の機械的特性差の小さい厚鋼板の製造方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】近年目覚ましい発展を続けている高層建
築物あるいは大型海洋構造物等の構造物に使用される鋼
板は、高強度、高靭性が要求され、しかも、厚さ40m
m以上の厚鋼板が使用されるようになっている。従来、
高強度、高靭性の鋼板を焼入れ、焼戻しで製造する場合
には、焼入れにより板厚方向の機械的特性が不均一であ
っても焼戻しによって比較的均一になり、あまり問題を
生じることはない。しかし、焼入れ焼戻しは、コスト高
という問題があるため、近年圧延後直ちに加速冷却する
製造方法が行われるようになってきている。しかし、加
速冷却した鋼板は、冷却ままで使用するので、板厚方向
の機械的特性が不均一であることが避けられないという
問題点があった。これに対し特開昭63−20410号
公報記載のように、徐々に注水量を増加する方法が開示
されているが、応答性などなお一層の改善が望まれてい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、加速冷却処
理による厚鋼板であって、板厚方向の機械的特性差の小
さい新規な厚鋼板の製造方法を提供することを目的とす
る。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明は、      C  :0.01〜0.2重量
%Si:0.01〜0.5重量% Mn:0.5〜2.5重量% 可溶性Al:0.005〜0.05重量%の基本成分に Nb:0.005〜0.05重量% V  :0.01〜0.1重量% Ti:0.005〜0.1重量% の1種又は2種以上を含有し、残部はFe及び不可避的
不純物より成るスラブを、950℃以下、Ar3 点以
上で30%以上の累積圧下を加えて圧延を終了し、その
後Ar3 点以上から、板厚の1/4t(tは全板厚を
示す)部を1〜25℃/sの冷却速度で冷却し、板厚1
/4t部の温度がAc1 点以上で冷却を停止し、放冷
することを特徴とする板厚方向の機械的特性差の小さい
厚鋼板の製造方法である。
【0005】上記方法において成分としてさらに、Ni
:1.5重量%以下 Cu:1.5重量%以下 Cr:1重量%以下 Mo:0.5重量%以下 B  :0.002重量%以下 REM:0.1重量%以下 Ca:0.01重量%以下 の1種又は2種以上を含有させると一層好適である。
【0006】
【作用】以下に本発明を完成するに至った実験、検討に
ついて説明する。本発明者らは、上記問題点を解決する
ため、まず加速冷却時の鋼板の熱履歴等を詳細に検討し
た。その結果、板厚方向の各部では図3に示すような熱
履歴を受けていることが判明した。
【0007】0.13%C−1.3%Mn−0.015
%Nb−0.010Ti鋼を、板厚80mmに熱間圧延
し、加速冷却したときの板厚方向の硬度分布例を図4に
示した。図4から板厚1/2t〜1/4t近傍の部分は
冷却速度差に起因してビッカース硬度Hvが表面側で上
昇していることがわかる。板厚1/4t近傍〜表面の部
分は、板厚1/2t〜1/4t近傍の部分に比較してビ
ッカース硬度の勾配が大きくなる。このように、板厚各
部の硬さが相異し、板厚方向の均一性が失われている。 本発明者らは特に板厚1/4t〜表面での硬さの上昇が
大きいことに注目した。
【0008】板厚方向表面近傍〜1/4t部の硬さを低
減させる目的で板厚各部の冷却をシミュレーションした
下記のような実験を行った。0.13%C−1.3%M
n−0.015%Nb−0.010%Ti鋼を用い、図
6に示すように、850℃にて圧延を終了し、その後3
0,10,2℃/sの冷却速度で冷却し、種々の冷却停
止温度で冷却を終了した際の、引張特性を求めた。その
結果を図5に示す。冷却停止温度がAc1 点(この鋼
の場合734℃)以上であれば、冷却速度差による強度
差を極めて小さくすることができることがわかる。この
ような比較的高温の冷却停止温度でも、加速冷却の効果
はあり、空冷材に比べて、強度は上昇しており、特にY
S(降伏応力)でその効果が大きい。図8に示すように
、850℃にて圧延を終了し、その後30,10℃/s
の冷却速度で加速冷却し、一旦300℃まで冷却し、直
ちに、種々の温度まで復熱させた場合の引張特性を図7
に示す。復熱温度が上昇するに伴い、強度は低下し、ま
た冷却速度差による強度差も小さくなっている。Ac1
 点を超えると、強度特性は、冷却速度によらず一定と
なることが注目され、また、400℃以下に冷却された
ことに起因する、強度上昇すなわち過冷による強度上昇
も解消される。
【0009】本発明者らは、板厚1/2t〜1/4t近
傍において、冷却速度の強度に及ぼす影響が少ないプロ
セスとして板厚1/4t〜1/2t部の冷却停止温度を
Ac1 点以上とすることに思い到ったのである。この
ような処理により、板厚1/4t近傍〜表面において、
加速冷却中に400℃以下に過冷され強度上昇量が考え
られる部分もAc1 点以上への復熱が可能となり、冷
却後の強度上昇が押えられ、板厚方向の強度の均一性が
得られる。
【0010】すなわち図1に示すような冷却熱履歴とす
るのがよく、その際の板厚方向の硬度分布の例を図2に
示す。図2は図4に示したものと同様の化学成分の鋼を
用いて図1に示すような冷却熱履歴で冷却を行った結果
である。このときの圧延仕上温度は850℃、冷却後の
復熱温度は750℃である。板厚1/2t〜1/4t近
傍ではビッカース硬度が一定となり、また板厚1/4t
〜表面では、加速冷却終了時の過冷温度に応じて、表面
側で硬度が上昇しているが、図3と比較して、板厚方向
の硬度差が小さくなっていることがわかる。
【0011】以下、本発明の限定理由を述べる。 C:C含有量は、構造用鋼として必要な強度を得るため
には0.01重量%以上添加する必要がある。一方、溶
接硬化性及び溶接割れ感受性を考慮して、その上限を0
.20重量%以下とする。 Si:Siは、脱酸の都合上0.01重量%以上必要で
ある。Siの添加量を増加させれば強度は上昇するが、
0.50重量%を超えると、母材の靭性を劣化させるた
めに上限を0.50重量%以下とする。
【0012】Mn:Mnは、母材に延性と強度を与える
ために、0.5重量%以上添加する必要がある。しかし
、その添加量が2.5重量%を超えると、溶接硬化性を
著しく上昇させるので、その上限を2.5重量%とする
。 可溶性Al:可溶性Alは、鋼の脱酸のために0.00
5重量%以上必要であるが、その添加量が0.050重
量%を超えると溶接部の靭性が著しく劣化するので、上
限を0.050重量%とする。
【0013】Nb,V,Ti:Nb,V,Tiは本発明
に重要な元素でいずれも析出硬化型の元素で、C等を上
げることなく強度を上昇させる。また、熱間圧延におい
て、未再結晶領域を拡大してオーステナイト中に変形帯
を導入し変態後のフェライト粒を小さくして靭性を向上
させる。Nb,V,Tiは、それぞれ0.005重量%
,0.01重量%,0.005重量%以下ではその効果
は得られず、0.05重量%,0.10重量%,0.1
0重量%を超えて添加すると、その効果が飽和するとと
もに、溶接部の靭性を劣化させるので、Nb,V,Ti
はそれぞれ、Nb:0.005〜0.05重量%,V:
0.01〜0.1重量%,Ti:0.005〜0.1重
量%とした。Nb,V,Tiは、1種の添加あるいは2
種以上の添加によりその効果が得られる。
【0014】更に高張力化あるいは、その他の目的のた
めに、Ni,Cu,Cr,Mo,B,REM,Caのう
ちから選ばれた1種又は2種以上を添加することができ
る。これらの元素を添加しても上記本発明の特徴は何も
失われることなく、上記諸元素の添加により高張力化あ
るいは下記の諸効果が達成される。上記成分の添加の目
的と添加量を限定する理由を説明する。
【0015】Ni:Niは、溶接熱影響部の硬化性及び
靭性に悪い影響を与えることなく鋼の強度と靭性を向上
させることができるために添加するが、コスト面よりそ
の上限を1.5重量%とする。 Cu:Cuは、Niと同じ作用効果を奏する他に耐食性
を向上させるが、1.5重量%を超えて添加すると熱間
脆性が生じやすくなるので、その上限を1.5重量%と
する。
【0016】Cr,Mo:Cr及びMoは焼入性の向上
と析出硬化とにより、母材の強度を高め、また母材の低
温靭性の向上を期待できる。しかし、各成分の上限値を
超える過剰の添加はHAZ靭性及び硬化性の観点から極
めて有害となるため、Cr,Moのそれぞれについて上
限を1.0重量%,0.5重量%とした。 B:Bは焼入性の向上により母材の強度及び靭性上昇が
期待されるが、0.002重量%を超える過剰の添加は
HAZの硬化性を招くため上限を0.002重量%とし
た。
【0017】Ca,REM:CaとREMはMnSの形
態制御とLC方向の靭性向上に効果があり、またREM
のオキシサルファイドは溶接部靭性向上に効果があるが
、それぞれ0.01重量%を超えるCa,0.1重量%
を超えるREMの添加は鋼の清浄度を悪くし内部欠陥の
原因となるのでそれぞれ上限を0.01重量%及び0.
1重量%とした。
【0018】次に圧延−冷却条件の限定条件について説
明する。加熱温度は、通常の厚板製造上の範囲内であれ
ば、本発明の効果を得ることができる。圧延仕上温度は
950℃以下Ar3 以上とする必要がある。950℃
を超える温度では、結晶粒が粗大化し靭性が劣化するた
めである。しかしながら、圧延仕上温度をAr3 点よ
りも低くすると析出したフェライトが圧延により加工歪
を受け、靭性及び延性の劣化を招き、また降状比も上昇
する。そのため、圧延仕上温度の下限はAr3 点とし
た。 また、この温度域での累積圧下率は30%以上を必要と
する。30%未満では、十分な細粒組織が得られないか
らである。すなわち950℃以下Ar3 点以上で、少
なくとも30%の累積圧下を加え圧延を終了する必要が
ある。上記圧延後、加速冷却を行うが、Ar3 点未満
からの加速冷却では、その効果が十分でないため、Ar
3 点以上から、加速冷却を開始する必要がある。また
、その加速冷却速度は、板厚1/4t部の冷却速度で1
℃未満では加速冷却の効果がなく、一方、本発明の対象
としている板厚の厚い(40mm以上)鋼板の場合、2
5℃/sを超える冷却速度を得ることは、設備費が高く
なるため、25℃/sを上限とした。冷却停止温度は本
発明の重要な規定条件であり、板厚1/4t部の冷却停
止温度をAc1 点以上とする。このことにより表面部
と中心部との強度差が解消できる。また板厚1/4t近
傍〜表面の部分の強度上昇は冷却速度差に加え400℃
以下の過冷によるが、これは、Ac1 点以上に復熱す
ることにより、大きく改善することができる。上記2つ
の加速冷却中の鋼板の温度分布は、内部の温度をAc1
 点以上の高温とすることにより、冷却終了後の鋼板表
面の復熱温度がAc1 点以上となる。
【0019】
【実施例】次に本発明の実施例について説明する。供試
材の化学組成を表1に、また製造条件及び得られた厚鋼
板の機械的特性を表2、表3に示す。番号1(実施例)
は、本発明の実施例であり、板厚位置による強度靭性差
が小さい。一方番号2(比較例)は復熱温度がAc1 
点より低いため番号1(実施例)に比べ強度は上昇する
ものの、板厚方向位置による強度差が大きい。番号3(
比較例)は、製造条件は本発明の範囲内であるものの、
化学組成が発明範囲外であるため、YP(降伏点),T
S(引張強度)とも低い。番号4(実施例)はNiとC
uを添加した実施例であり、低Cであるが強度が高く板
厚方向位置による強度差も小さい。番号5(比較例)は
同じ成分であるが、950℃以下Ar3 点以上の累積
圧下率が低いため、結晶粒が粗大であり靭性が劣化して
いる。番号6(実施例)はCaを添加した例であり、靭
性が向上している。一方番号7(比較例)は圧延終了温
度がAr3 点以下であるため靭性が劣化し、また復熱
温度が、Ac1 以下であるため、板厚位置による強度
差が大きい。番号8(実施例)はREMを添加した例で
あり、靭性が向上している。一方番号9(比較例)は、
圧延終了後空冷したものであるため、板厚位置による強
度差は小さいものの、絶対値が低く、また靭性も劣化し
ている。番号10(実施例)はCr,Mo,Bを添加し
た例であり、高強度でかつ板厚位置による強度差が小さ
い。
【0020】
【表1】
【0021】
【表2】
【0022】
【表3】
【0023】
【発明の効果】本発明によれば、板厚方向で機械的特性
差の少ない厚鋼板を低コストで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の板厚各位置での熱履歴を示すグラフで
ある。
【図2】本発明の板厚方向のビッカース硬度分布を示す
グラフである。
【図3】通常の加速冷却時の板厚各位置での熱履歴を示
すグラフである。
【図4】通常の加速冷却時の板厚方向のビッカース硬度
分布を示すグラフである。
【図5】加速冷却時の冷却停止温度の強度に及ぼす影響
を示すグラフである。
【図6】図5を得た温度パターンである。
【図7】加速冷却時の復熱温度の強度に及ぼす影響を示
すグラフである。
【図8】図7を得た温度パターンである。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  C  :0.01〜0.2重量%Si
    :0.01〜0.5重量% Mn:0.5〜2.5重量% 可溶性Al:0.005〜0.05重量%の基本成分に Nb:0.005〜0.05重量% V  :0.01〜0.1重量% Ti:0.005〜0.1重量% の1種又は2種以上を含有し、残部はFe及び不可避的
    不純物より成るスラブを、950℃以下、Ar3 点以
    上で30%以上の累積圧下を加えて圧延を終了し、その
    後Ar3 点以上から、板厚の1/4t部を1〜25℃
    /sの冷却速度で冷却し、該板厚1/4t部の温度がA
    c1 点以上で冷却を停止し、放冷することを特徴とす
    る板厚方向の機械的特性差の少ない厚鋼板の製造方法。
  2. 【請求項2】  成分としてさらに、 Ni:1.5重量%以下 Cu:1.5重量%以下 Cr:1重量%以下 Mo:0.5重量%以下 B  :0.002重量%以下 REM:0.1重量%以下 Ca:0.01重量%以下 の1種又は2種以上を含有することを特徴とする請求項
    1記載の板厚方向の機械的特性差の少ない厚鋼板の製造
    方法。
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