JPH05112843A

JPH05112843A - 靱性の優れた７８０Ｎ／ｍｍ２級以上の低降伏比高張力鋼板

Info

Publication number: JPH05112843A
Application number: JP6740692A
Authority: JP
Inventors: Shingo Nomura; 伸吾野村; Kazuhiko Yano; 和彦矢野; Shigeo Okano; 重雄岡野
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1991-08-28
Filing date: 1992-03-25
Publication date: 1993-05-07

Abstract

(57)【要約】【目的】引張強さ780N/mm²級以上の調質高張力鋼板に
おいて、80％以下の低降伏比を有し、かつ靱性の優れた
高張力鋼板、さらに10％以上の大きな一様伸びを有する
鋼板を提供する。【構成】化学成分を制御し、最硬質相と最軟質相のビ
ッカース硬さの差を 220〜300 に限定している調質高張
力鋼板、さらに転位密度10¹⁰/cm²未満に限定している調
質高張力鋼板。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主として建築構造物に
使用される780N/mm²級の調質高張力鋼板に関し、詳しく
は、靱性の優れた780N/mm²級以上の低降伏比高張力鋼板
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】引張強さ590N/mm²級以上の調質高張力鋼
板は、タンク、橋梁、ペンストックなどに使用されてき
たが、焼入れ焼もどしによってマルテンサイトやベイナ
イトなどの高硬度のミクロ組織の生成を利用しているた
め、降伏比（降伏強さ／引張強さ）が通常90％以上と高
く、塑性変形能が十分でなく、大地震時に十分な安全性
を確保できないため、建築用としてはほとんど用いられ
なかった。

【０００３】近年、建築構造物に対しては高層化、大ス
パン化の要求が強まり従来の 490N/mm² 級鋼から、より
強度の高い590N/mm²級鋼を使用しようとする動きが強ま
り、降伏比を80％以下に低減した590N/mm²級鋼が要求さ
れるようになった。

【０００４】この要求を満足する鋼板として、Ac₃点以
上の温度からの再加熱焼入れ（Ｑ）〔あるいはAr₃点以
上の温度からの直接焼入れ（ＤＱ）〕と Ac₁点未満の温
度での焼きもどし（Ｔ）との組み合せからなる従来の熱
処理方法と異なり、この焼入れ、焼きもどしの二つの熱
処理の中間に、二相域温度（ Ac₁点以上 Ac₃点未満）か
らの焼入れ（Ｑ’）を施す新たな熱処理方法（Ｑ＋Ｑ’
＋ＴおよびＤＱ＋Ｑ’＋Ｔ法）が開発された。この方法
によれば、Ｑ’によって低硬度で延性に優れるフェライ
トが組織中に生成するため、低い降伏比が得られるので
ある。

【０００５】このような、熱処理によって得られる低降
伏比の590N/mm²級鋼板は、高層建築用として使用される
ようになった。そして、建築物のさらなる高層化にとも
なう溶接施工量の増大を防ぐ目的から、鋼板の板厚減少
を達成することのできる一層の高強度材の使用が検討さ
れている。すなわち、引張強さ780N/mm²級で低降伏比の
鋼板への開発要求が強まっている。

【０００６】しかしながら、前述のＱ＋Ｑ’＋Ｔ法によ
っても、780N/mm²級鋼板の場合にはその高い強度を確保
するためには、ベイナイトの硬度あるいは分率を590N/m
m²級鋼の場合よりも高めねばならないため、降伏比の低
減は容易でなく、また、塑性変形能の別の尺度である一
様伸びが小さいという問題があった。

【０００７】たとえば、材料とプロセス Vol.4、No.3(1
991)-553には、「低降伏比８０キロ級高張力鋼の開発」
として、Ｑ＋Ｑ’（Ｌと表示されている）＋Ｔ法による
開発例が報告されているが、降伏比は80.6％であり、ま
た、一様伸びは 7.8％であり、降伏比・一様伸びとも十
分なものではない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、引張強さ78
0N/mm²級以上の調質高張力鋼板において、80％以下の低
降伏比を有し、かつ靱性の優れた高張力鋼板を提供する
ことを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、引張強さ
780N/mm²級の高強度を確保しつつ、80％以下の低降伏比
を実現するために、ミクロ組織に関して鋭意研究を行っ
た。その結果、これらを実現する上では従来の低降伏比
590N/mm²級鋼板と同様、硬質のマルテンサイトやベイナ
イト組織の中に軟質のフェライト相を混在させることが
重要であるが、より高強度の780N/mm²級鋼板の場合に
は、これらの複合組織とするのみでは降伏比の十分な低
減が達成されず、各相の硬さの差をある値以上にするこ
とによって、初めて80％以下の低降伏比が780N/mm²級鋼
板において実現し得ること、さらに、この硬さの差があ
る値以上になると著しい靱性の劣化を生じるため、硬さ
の差に上限を設定する必要があることを見出したのであ
る。さらに、一様伸びの増加を達成するためには、転位
密度をある値以下とする必要があることを見出したので
ある。本発明者らは、上記の知見に基づいて本発明に至
ったものである。

【００１０】第１発明は、 C:0.05〜0.20％、 Si:0.05
〜0.50％、 Mn:0.30〜1.80％、Cr:0.05〜1.20％、 Mo:
0.05〜1.00％、Al:0.005〜0.10％、 V:0.005〜0.08％を
含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる化学成分
の鋼板で、最硬質相と最軟質相のビッカース硬さの差が
220〜300 である靱性の優れた780N/mm²級以上の低降伏
比高張力鋼板である。

【００１１】第２発明は、C:0.05〜0.20％、 Si:0.05〜
0.50％、 Mn:0.30〜1.80％、Cr: 0.05〜1.20％、 Mo:0.
05〜1.00％、Al:0.005〜0.10％、Nb:0.005〜0.050 ％を
含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる化学成分
の鋼板で、最硬質相と最軟質相のビッカース硬さの差が
220〜300 である靱性の優れた780N/mm²級以上の低降伏
比高張力鋼板である。

【００１２】第３発明は、C:0.05〜0.20％、 Si:0.05〜
0.50％、 Mn:0.30〜1.80％、Cr: 0.05〜1.20％、 Mo:0.
05〜1.00％、Al:0.005〜0.10％、 V:0.005〜0.08％、N
b:0.005〜0.050 ％を含有し、残部Feおよび不可避的不
純物からなる化学成分の鋼板で、最硬質相と最軟質相の
ビッカース硬さの差が 220〜300 である靱性の優れた78
0N/mm²級以上の低降伏比高張力鋼板である。

【００１３】第４発明は、鋼板の化学成分として、さら
に Cu:0.05〜1.20％、 Ni:0.10〜3.00％、B:0.0003〜0.
0020％、Ti:0.005〜0.020 ％、Ca:0.001〜0.010 ％の内
から選んだ１種または２種以上を含有する請求項１、２
または３記載の靱性の優れた780N/mm²級以上の低降伏比
高張力鋼板である。

【００１４】第５発明は、平均の転位密度が10¹⁰/cm²未
満である請求項１、２、３または４記載の靱性の優れた
780N/mm²級以上の低降伏比高張力鋼板である。

【００１５】

【作用】以下に、本発明をさらに詳細に説明する。ま
ず、Nbの含有量について説明する。Nbは結晶粒微細化作
用を有し、また、直接焼入れ・焼きもどしを行う場合に
は析出強化作用をもたらす元素である。その効果を得る
には、0.005 ％以上の添加が必要であるが、添加量が
0.020％を超えると溶接性、靱性を劣化させる傾向にあ
る。このため、添加量を0.020％以下に抑えていたが、
本発明者らの研究では、添加量が 0.050％までは、直接
焼入れによって強度が上昇するという知見を得ている。
すなわち、図１に示すように、特に１回目の熱処理が直
接焼入れの場合に強度上昇効果が大きい。このため、Nb
の含有量は0.020 ％以上の範囲も許容する。しかし、Nb
含有量が0.050 ％を超えると著しく溶接性、靱性を劣化
させるため、その上限は0.050 ％とする。したがって、
Nb含有量は 0.005〜0.050 ％の範囲とする。なお、図１
の供試鋼板の化学成分は、0.12％C-0.27％Si-1.05 ％Mn
-0.27 ％Cu-2.48 ％Ni-0.54 ％Cr-0.53 ％Mo-(Nb)-0.00
12％B-0.062 ％Alである。

【００１６】以下に、Nb以外の化学成分の限定理由につ
いて説明する。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り、含有量が0.05％未満では引張
強さ780N/mm²級の強度が得がたい。また、0.20％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0.05〜0.20％の範囲とする。

【００１７】Siは脱酸に必要な元素であるが、含有量が
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、靱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0.05〜0.50％の範
囲とする。

【００１８】Mnは焼入れ性を向上させ、板厚内部の強度
を確保するために必要な元素であるが、含有量が0.30％
未満ではこのような効果が十分に得られず、また、1.80
％を超えて過多に添加すると、溶接性、靱性を劣化させ
るので好ましくない。したがって、Mn含有量は0.30〜1.
80％の範囲とする。

【００１９】Crは焼入れ性向上に有効な元素であるが、
含有量が0.05％未満ではこのような効果が十分に発揮さ
れず、また、1.20％を超えて添加すると、溶接性を害す
る。したがって、Cr含有量は0.05〜1.20％の範囲とす
る。

【００２０】Moは焼入れ性を高め、焼きもどし軟化抵抗
を増す元素であるが、含有量が0.05％未満では十分な効
果が得られず、また、1.00％を超えて過剰に添加する
と、溶接性を劣化させ、コストアップにもなるので、Mo
含有量は0.05〜1.00％の範囲とする。

【００２１】V は少量の添加により、焼入れ性を増し、
焼きもどし軟化抵抗を高める元素であり、その効果を得
るためには、 0.005％以上の添加が必要であり、また、
0.08％を超えて添加すると溶接性を害する。したがっ
て、V 含有量は 0.005〜0.08％の範囲とする。

【００２２】Alは脱酸元素であり、含有量が 0.005％未
満ではそのような効果は少なく、また、0.10％を超えて
添加すると、靱性の劣化をもたらす。したがって、Al含
有量は 0.005〜0.10％の範囲とする。

【００２３】この他に、Cu、Ni、 B、Ti、Caなどを板
厚、目標靱性レベルに応じて１種または２種以上添加す
るものとする。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、含有量が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、1.20％
を超えて添加すると熱間加工性が劣化し鋼板表面に割れ
が生じやすい。したがって、Cu含有量は0.05〜1.20％の
範囲とする。

【００２４】Niは靱性を向上させる効果があるが、含有
量が0.10％未満ではその十分な効果が得られず、また、
3.00％を超えて添加するとスケール疵が発生しやすくな
り、また、コストアップにもなる。したがって、Ni含有
量は0.10〜3.00％の範囲とする。

【００２５】B は微量で焼入れ性の向上をもたらす元素
であるが、含有量が0.0003％未満ではその効果が得られ
ず、また、0.0020％を超えて添加すると靱性が劣化す
る。したがって、B 含有量は0.0003〜0.0020％の範囲と
する。

【００２６】Tiは脱酸作用、 Nの固定化による Bの焼入
れ性向上効果の促進作用を有するが、含有量が0.005 ％
未満ではこれらの効果が得られず、また、0.020 ％を超
えて添加すると介在物の増加により靱性が劣化する。し
たがって、Ti含有量は 0.005〜0.020 ％の範囲とする。

【００２７】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、含有量が0.001 ％未満では
その十分な効果が得られず、また、0.010 ％を超えて添
加すると介在物の増加により靱性が劣化する。したがっ
て、Ca含有量は 0.001〜0.010 ％の範囲とする。

【００２８】次に、最硬質相と最軟質相のビッカース硬
さの差の限定理由について説明する。本発明者らは、降
伏比に及ぼすミクロ組織の影響を詳細に調査するため、
種々の熱処理方法を適用することによって、ミクロ組織
の異なる鋼板を作製し、引張試験、シャルピ衝撃試験、
硬質相と軟質相の硬さ測定および転位密度調査を行っ
た。使用した鋼板の化学成分と熱処理条件を表１に示
す。これらの処理によって得られた鋼板の引張特性、シ
ャルピ衝撃試験結果による破面遷移温度vTrs、硬質相と
軟質相の硬さの差、転位密度を表２に示す。また、硬質
相と軟質相のビッカース硬さの差と降伏比との関係を図
２に、硬質相と軟質相のビッカース硬さの差と破面遷移
温度vTrsとの関係を図３に、転位密度と一様伸びとの関
係を図４に示す。なお、ビッカース硬さ測定時の荷重は
5gである。

【００２９】図２から明らかなように、最硬質相と最軟
質相のビッカース硬さの差が 220以上である場合のみ、
80％以下の低い降伏比が得られることがわかる。

【００３０】図３から明らかなように、最硬質相と最軟
質相のビッカース硬さの差が 300をを超えるとvTrsは−
40℃以上となり著しい靱性の劣化が生じることがわか
る。

【００３１】以上の理由により、最硬質相と最軟質相の
ビッカース硬さの差を 220〜300 と限定する。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【表２】

【００３４】なお、最硬質相と最軟質相のビッカース硬
さの差が 220以上である場合のみ、80％以下の低い降伏
比が得られる理由は次のように考えられる。すなわち、
硬さの差が大きいほど変形の初期段階で軟質相へ歪みが
集中し、硬質相に先行して軟質相が降伏するため、降伏
点が低下するのに対して、引張強さは各相の強度と分率
に応じた混合則に従い変化が少ないため、降伏点／引張
強さで定義される降伏比は低下するものと考えられる。

【００３５】また、最硬質相と最軟質相のビッカース硬
さの差が 300を超えると著しい靱性の劣化が生じる理由
は次のように考えられる。すなわち、マルテンサイトが
最硬質相として測定されるのであるが、硬さの差が小さ
い場合には、マルテンサイトは低 Cのため靱性の劣化は
少ないのに対して、硬さの差が大きい場合には、マルテ
ンサイトは Cの濃縮した、非常に硬くて脆い島状マルテ
ンサイトとなるため、靱性が著しく劣化するものと考え
られる。

【００３６】さらに本発明においては、10％以上の大き
な一様伸びを確保しようとする場合には、平均転位密度
を10¹⁰/cm²未満と限定する。その理由は以下のとおりで
ある。

【００３７】前述の表２に示す鋼板の平均転位密度と降
伏比との関係を図４に示す。図４から明らかなように、
平均転位密度が10¹⁰/cm²未満の場合に、10％以上の大き
な一様伸び得られるため、平均転位密度をこの範囲に限
定する。

【００３８】なお、転位密度が低い場合に、大きな一様
伸びが得られる理由は次のように考えられる。すなわ
ち、加工前の転位密度が低いと塑性変形させた場合に、
加工前から存在する転位どうしの絡み合いが少なく、変
形によって導入された自由転位の運動が妨げられないた
め加工硬化量が多くなり、一様伸びが大きくなるものと
考えられる。

【００３９】

【実施例】本発明に係わる靱性の優れた780N/mm²級以上
の低降伏比高張力鋼板の実施例について説明するが、本
発明は本実施例のみに限定されるものではない。供試鋼
板は表３に示す化学成分を有し、表４に示す最硬質相と
最軟質相のビッカース硬さおよび転位密度を有する板厚
30〜70mmの鋼板である。これらの鋼板から試験片を採取
し、母材の引張試験およびシャルピ衝撃試験を行った。
その結果を表４に併記する。

【００４０】表４から明らかなように、本発明による鋼
板Ａ〜Ｔは、いずれも780N/mm²級以上の引張強さと80％
未満の安定した低降伏比を有し、さらに良好な靱性を有
している。特に、転位密度が10¹⁰/cm²未満である鋼板Ｊ
〜ＲおよびＴは、10％以上の大きな一様伸びも合わせて
有している。

【００４１】これに対して、比較鋼板Ｕ〜Ｘは最硬質相
と最軟質相のビッカース硬さの差が本発明の限定範囲か
ら外れているため、降伏比が高すぎる、あるいは靱性が
不良であるといった問題を有している。

【００４２】

【表３】

【００４３】

【表４】

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の靱性の優
れた780N/mm²級以上の低降伏比高張力鋼板は、化学成分
を制御し、最硬質相と最軟質相のビッカース硬さの差を
220〜300 に限定しているため、780N/mm²級以上の引張
強さと80％未満の安定した低降伏比を有し、かつ良好な
靱性を有している。さらに、転位密度が10¹⁰/cm²未満の
場合は、10％以上の大きな一様伸びも合わせて有してい
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】強度に及ぼすNb含有量と熱処理条件との関係を
示す図である。

【図２】硬質相と軟質相のビッカース硬さの差と降伏比
との関係を示す図である。

【図３】硬質相と軟質相のビッカース硬さの差と破面遷
移温度vTrsとの関係を示す図である。

【図４】転位密度と一様伸びとの関係を図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】 C:0.05〜0.20％、 Si:0.05〜0.50％、 M
n:0.30〜1.80％、Cr: 0.05〜1.20％、 Mo:0.05〜1.00
％、Al:0.005〜0.10％、 V:0.005〜0.08％を含有し、残
部Feおよび不可避的不純物からなる化学成分の鋼板で、
最硬質相と最軟質相のビッカース硬さの差が 220〜300
であることを特徴とする靱性の優れた780N/mm²級以上の
低降伏比高張力鋼板。
【請求項２】 C:0.05〜0.20％、 Si:0.05〜0.50％、 M
n:0.30〜1.80％、Cr: 0.05〜1.20％、 Mo:0.05〜1.00
％、Al:0.005〜0.10％、Nb:0.005〜0.050 ％を含有し、
残部Feおよび不可避的不純物からなる化学成分の鋼板
で、最硬質相と最軟質相のビッカース硬さの差が 220〜
300 であることを特徴とする靱性の優れた780N/mm²級以
上の低降伏比高張力鋼板。
【請求項３】 C:0.05〜0.20％、 Si:0.05〜0.50％、 M
n:0.30〜1.80％、Cr: 0.05〜1.20％、 Mo:0.05〜1.00
％、Al:0.005〜0.10％、 V:0.005〜0.08％、Nb:0.005〜
0.050 ％を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からな
る化学成分の鋼板で、最硬質相と最軟質相のビッカース
硬さの差が 220〜300 であることを特徴とする靱性の優
れた780N/mm²級以上の低降伏比高張力鋼板。
【請求項４】鋼板の化学成分として、さらに Cu:0.05
〜1.20％、 Ni:0.10〜3.00％、B:0.0003〜0.0020％、T
i:0.005〜0.020 ％、Ca:0.001〜0.010 ％の内から選ん
だ１種または２種以上を含有する請求項１、２または３
記載の靱性の優れた780N/mm²級以上の低降伏比高張力鋼
板。
【請求項５】平均の転位密度が10¹⁰/cm²未満である請
求項１、２、３または４記載の靱性の優れた780N/mm²級
以上の低降伏比高張力鋼板。