JPH05230529A - 加工性および溶接性の良い高強度熱延鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、引張強さ９５０Ｎ／ｍｍ²以上の
建設機械用に適した加工性および溶接性の優れた高強度
熱延鋼板を的確に製造し得る新しい方法を提供する。 【構成】 Ｃ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：１．５０
％以下、Ｍｎ：０．７０〜２．５０％、Ｎｉ：０．２５
〜１．５％、Ｔｉ：０．１２〜０．３０％、Ｂ：０．０
００５〜０．００１５％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：
０．０１０％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１０％〜０．
１０％、Ｎ：０．００５０％以下を含み、かつＣ＋Ｓｉ
／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｎｉ／６０＋５Ｂ≦０．２７を満
足し、残部はＦｅおよび不可避的不純物より成る鋼スラ
ブを、加熱温度１２５０℃以上に加熱し、熱延仕上温度
Ａｒ₃変態点以上９５０℃以下で全仕上げ圧下率８０％
以上で熱間圧延し、８００℃から５００℃までの冷却速
度を３０℃／ｓｅｃ以上８０℃／ｓｅｃ以下で冷却し、
５００℃以下で巻取ることを特徴とする加工性および溶
接性の良い高強度熱延鋼板の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は加工性および溶接性の良
い高強度熱延鋼板の製造方法に係り、特に近時の建設機
械の軽量化に即応せしめ降伏点８９０Ｎ／ｍｍ²以上，
引張強さ９５０Ｎ／ｍｍ²以上の建設機械に好適な加工
性および溶接性の良い高強度熱延鋼板の製造方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年における建築物の高層化にともなっ
て、トラック・クレーン等の建設機械も大型化して高層
に高重量物を吊りあげられる機種が要求されるようにな
った。それにともないクレーンの自重を軽くする必要が
あり、強度の高い鋼板が必要とされるようになった。な
お、建設機械の製造工程では曲げ加工およびアーク溶接
が行われ、これらの施工性に優れた鋼板が要求される。

【０００３】従来建設機械に用いられる高強度熱延鋼板
として特公昭５５−４９１４７号公報、特開昭５９−２
２９４６４号公報（特公平３−６５４２５号公報）に示
されるものがある。

【０００４】特公昭５５−４９１４７号公報は、Ｃ：
０．０５％から０．２０％以下、Ｓｉ：１．５％以下、
Ｍｎ：０．３％から２．０％以下で、Ｔｉを０．０３％
から０．３０％添加した、熱延後の巻取温度を５５０℃
から７５０℃として冷間での曲げ加工性が良好であるこ
とを狙ったＴｉＣ析出強化型フェライト・パーライト鋼
板に関するものである。しかし、その引張強さはせいぜ
い８００Ｎ／ｍｍ²級以下のもので、近年要求されてい
る引張強さ９５０Ｎ／ｍｍ²以上は満足しない。

【０００５】特開昭５９−２２９４６４号公報（特公平
３−６５４２５号公報）はＣ：０．０５％から０．２０
％以下、Ｓｉ：１．２％以下、Ｍｎ：０．５％から２．
０％以下で、Ｔｉを０．０４％から０．２０％添加し
た、Ｔｉの析出形態を制限し、ベイナイト組織の量を制
限した鋼板の発明である。その引張強さは９５０Ｎ／ｍ
ｍ²級以下のものである。

【０００６】一方、１０００Ｎ／ｍｍ²級以上の高強度
熱延鋼板として、高磁束密度を有する高強度熱延鋼板の
製造方法として、特開昭６３−１６６９３１号公報に示
されているようなものがある。この発明は強度と磁束密
度とを同時に満足させるものであるが、建設機械に好適
な加工性および溶接性を同時に満足させるものではな
い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、降伏点８９
０Ｎ／ｍｍ²以上、引張強さ９５０Ｎ／ｍｍ²以上の建設
機械に好適な高強度熱延鋼板を的確に製造し得る新しい
方法を提供することを目的とする。建設機械用として
は、強度と靱性を満足する母材鋼板であること、曲げ加
工性が良好な鋼板であることおよび溶接性が良好である
ことが必要である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは次のとおりである。重量％でＣ：０．０５〜０．１
５％、Ｓｉ：１．５０％以下、Ｍｎ：０．７０〜２．５
０％、Ｎｉ：０．２５〜１．５％、Ｔｉ：０．１２〜
０．３０％、Ｂ：０．０００５〜０．００１５％、Ｐ：
０．０２０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、ｓｏｌ．Ａ
ｌ：０．０１０％〜０．１０％、Ｎ：０．００５０％以
下を含み、かつＣ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｎｉ／６
０＋５Ｂ≦０．２７を満足し、残部はＦｅおよび不可避
的不純物より成る鋼スラブを、加熱温度１２５０℃以上
に加熱し、熱延仕上温度Ａｒ₃変態点以上９５０℃以下
で全仕上げ圧下率８０％以上で熱間圧延し、８００℃か
ら５００℃までの冷却速度を３０℃／ｓｅｃ以上８０℃
／ｓｅｃ以下で冷却し、５００℃以下で巻取ることを特
徴とする加工性および溶接性の良い高強度熱延鋼板の製
造方法。

【０００９】以下、本発明の詳細について説明する。本
発明の目的の一つである強度と靱性を得るために種々実
験を行い次のような知見を得た。引張強さを向上させる
のにＴｉ添加は極めて有効な方法であるが、０．２０％
のＴｉ添加鋼で加熱温度１２８０℃の従来行われている
熱延条件では、引張強さが８００Ｎ／ｍｍ²程度しか得
られない。そこで、さらに強度をあげるための工夫が必
要であり、多くの実験の結果、Ｔｉ添加鋼に更に微量の
Ｂ添加と熱間圧延後の冷却速度を速くすることにより、
微細な組織が得られ、靱性の劣化を少なくして、引張強
さが９５０Ｎ／ｍｍ²以上が得られることを新たに見出
した。

【００１０】即ち、図１は引張強さに及ぼすＢ添加およ
び熱間圧延後の冷却速度の影響を示す。これによると、
Ｂ添加なしで、冷却速度を１７℃／ｓｅｃから７０℃／
ｓｅｃに高くしても引張強さの上昇は僅かで目的の強度
が得られない。しかし、Ｂ添加し、冷却速度を１７℃／
ｓｅｃから８０℃／ｓｅｃに高くすると引張強さの大幅
な上昇が得られ冷却速度を３０℃／ｓｅｃ以上で目的の
引張強さ９５０Ｎ／ｍｍ²以上が得られる。

【００１１】図２はシャルピー試験破面遷移温度に及ぼ
すＢ添加および熱間圧延後の冷却速度の影響を示す。こ
れによると、Ｂ添加なしで、冷却速度を１７℃／ｓｅｃ
から７０℃／ｓｅｃに高くすると破面遷移温度は改善さ
れ、Ｂ添加して冷却速度を１７℃／ｓｅｃから８０℃／
ｓｅｃに高くしても、破面遷移温度の劣化が僅かであ
る。このように、Ｂ添加と冷却速度を３０℃／ｓｅｃ以
上にすることにより強度と靱性が良好な鋼板が得られる
ことを明らかにした。さらに、破面遷移温度の改善には
結晶粒の微細化が有効であるので、ホットストリップミ
ルでの仕上げ圧延の総圧下率を８０％以上にすることも
必要なことである。

【００１２】本発明の二つ目の目的は曲げ加工性の向上
にある。この目的は、Ｔｉ添加によりＡ系の介在物とな
るＭｎＳをＴｉＳに置き換えてＣ系介在物とすることで
達成されている。

【００１３】本発明の三つ目の目的は溶接性が良好なこ
とである。即ち、溶接の作業性が良いこと、および溶接
継手の強度および靱性が良好なことが必要である。溶接
の作業性には、溶接前の予熱温度が低いことが望ましい
が、鋼板についている露を除去するため５０℃の予熱温
度が必要である。さらに、本発明の鋼板はホットストリ
ップミルで製造することを前提で考えているので、適用
板厚は９mm以下である。これを前提に考えると予熱温度
５０℃で溶接割れの発生を防止するための炭素 当量 Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｎｉ／６０＋５Ｂは０．
２７以下にすることが必要である。

【００１４】なお、溶接継手の強度は熱影響部の軟化に
より決る。そのため、溶接の入熱を下げて熱影響部の冷
却速度を速くする必要がある。熱影響部の冷却速度を速
くする観点からも、溶接予熱温度が低いことが有効であ
る。また、溶接継手の靱性が良好なことが必要である
が、これには溶接材料および溶接条件が大きく影響する
が、母材からの対策も必要である。即ち、Ｎｉを添加し
て溶接継手熱影響部の靱性向上を狙った。

【００１５】本発明における上記鋼成分の限定理由は次
の如くである。 Ｃ：Ｃは高い引張強さを得るために最も効果的な元素で
あって、この目的のために少なくとも０．０５％を必要
とする。しかし、Ｃの増加と共に加工性、靱性および溶
接割れ感受性が劣化するので、その上限を０．１５％と
し、０．０５〜０．１５％の範囲に限定した。

【００１６】Ｓｉ：Ｓｉは強化元素として有用である
が、鋼を経済的に製造するために１．５０％を上限とし
て添加することとした。

【００１７】Ｍｎ：Ｍｎも強度の向上には効果的な元素
であるが、溶接割れ感受性を劣化させる。そのため強化
元素として少なくとも０．７０％を必要とする。しか
し、２．５０％を越すと溶接割れ感受性の劣化が大とな
るので上限を２．５０％とし、０．７０〜２．５０％の
範囲に限定した。

【００１８】Ｎｉ：Ｎｉは溶接継手部の靱性向上に有効
な元素である。継手部シャルピーの破面遷移温度を０℃
以下にするためには、少なくとも０．２５％の添加が必
要である。Ｎｉの添加は多ければ多い程、溶接継手部の
靱性向上に有効であるが、経済性の観点から上限を１．
５％とした。

【００１９】Ｔｉ：Ｔｉは安価で、しかも少量の添加に
よってＣと結合してＴｉＣを形成し鋼を強化するので少
なくとも０．１２％を必要とする。Ｔｉが多くなると表
面疵の原因になるので上限を０．３０％とした。

【００２０】Ｂ：Ｂは熱間圧延終了後の冷却速度が３０
℃／ｓｅｃ以上の急冷下においてオーステナイトを安定
化させ、ベイナイト組織を得やすくする作用があるが、
０．０００５％未満では前記作用に所望の効果が得られ
ず、一方０．００１５％以上含有させてもその効果が飽
和し、さらに鋳片割れ等の表面疵が発生し易くなること
から、その含有量を０．０００５〜０．００１５％に限
定した。

【００２１】Ａｌ：Ａｌは脱酸上０．０１０％以上必要
であるが、０．１０％を越すと結晶粒の粗大化を来たし
強度を劣化させるので０．１０％以下に限定した。

【００２２】Ｐ，Ｓ：Ｐ，Ｓは、何れも不純物元素であ
って、鋼の延性や靱性を害するので少ないほど好ましい
ものでＰは０．０２０％以下、Ｓは０．０１０％以下に
する必要がある。

【００２３】Ｎ：Ｎは本発明でとくに添加したＢと結合
してＢＮを形成して、オーステナイトの安定に対し有効
に作用しなくなる。この防止策としてＴｉを添加するの
であるが、Ｎが多量にあるとＢＮを形成しその効果を減
少させてしまうので上限を０．００５０％に限定した。

【００２４】上記の化学成分の範囲で、Ｃ＋Ｓｉ／３０
＋Ｍｎ／２０＋Ｎｉ／６０＋５Ｂなる式で示す値を０．
２７以下に限定したのは、これを上まわると溶接時の予
熱温度が５０℃超となり、作業性を悪化させるためであ
る。

【００２５】熱延条件：スラブの加熱は一度冷片とした
もの、もしくは熱片のままのものも１２５０℃以上に加
熱する。通常１２５０℃〜１３５０℃の温度範囲に加熱
した後圧延する。加熱温度を１２５０℃以上としたのは
Ｔｉの固溶を促進するためであって１２５０℃未満の加
熱温度ではＴｉが十分固溶されないからである。上限は
特に限定しないが、スケールロスの防止、省エネルギー
の観点から１３５０℃を超す加熱は不必要である。

【００２６】上記１２５０℃以上に加熱したスラブを熱
間圧延し、その仕上温度をＡｒ₃変態点以上としたの
は、ＴｉＣの析出による強度確保と靱性劣化を防止する
ためであって、Ａｒ₃変態点未満の仕上圧延温度ではこ
の目的が達成されないからである。また、９５０℃を越
す仕上圧延温度では高温すぎて鋼板の結晶粒が粗大化
し、必要な靱性が得られない。

【００２７】また、仕上圧延時の全圧下率を８０％以上
としたのはこれを下まわるとオーステナイト結晶粒が大
きく、冷却後の組織も微細化されず、鋼板の靱性が確保
できないからである。

【００２８】冷却・巻取条件：熱間圧延終了してからの
冷却速度は成分とともに鋼板の組織制御に不可欠の条件
である。引張強さ９５０Ｎ／ｍｍ²以上の高強度熱延鋼
板を得るには固溶体強化だけでは無理で、析出強化ある
いは変態組織強化をも組あわせる必要があり、冷却制御
によって微細な組織を狙う。冷却制御はオーステナイト
相からフェライト相への変態領域である８００℃から５
００℃までの間の冷却速度で規定したもので、冷却速度
が３０℃／ｓｅｃを下まわると組織が粗大化して必要な
強度が得られない、また冷却速度が８０℃／ｓｅｃをこ
えるとマルテンサイト組織になり延性が劣化して使用目
的にあわない。

【００２９】巻取温度が高いと変態が完了しないうちに
巻き取られ、巻取後は徐冷されその間に変態するので結
晶粒が粗大化し、目的の強度を得られないので、５００
℃以下と限定した。かくの如き製造方法によって加工性
および溶接性の良好な高強度熱延鋼板を得ることが出来
る。

【００３０】

【実施例】表１に示される化学成分を持った鋼を転炉で
溶製し、連続鋳造により鋳片とした。化学成分について
みると、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ鋼は本発明の
成分条件を満足するものである。Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎ鋼は比
較のためのものである。表２に熱間圧延条件を、表３に
そのとき得られた鋼板の機械的性質および溶接性試験結
果が示されている。引張試験片およびシャルピー試験片
は鋼板より圧延方向に並行に採取し、広幅曲げ試験片は
圧延方向に直角に採取した。溶接継手試験は６０度のＶ
開先形状で入熱１０ＫＪ／ｃｍのＭＡＧ溶接を行い、溶
接ビードを削除して継手引張試験を行い、ボンド部の継
手シャルピー試験を行った。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【表２】

【００３３】

【表３】

【００３４】これによると、鋼板Ｎｏ．１〜１３は本発
明の製造条件を満足するものである。しかし、Ｎｏ．１
４は化学成分は満足しているが加熱温度が低くＴｉの溶
体化が十分行われず、強化に働くＴｉＣの量が十分でな
く目的の強度が得られていない。Ｎｏ．１５は化学成分
は満足しているが熱間圧延後の冷却速度が遅く結晶粒が
大きく目的の強度が得られていない。

【００３５】Ｎｏ．１６も化学成分は満足しているが巻
取温度が高く結晶粒が大きく目的の強度が得られていな
い。Ｎｏ．１７も化学成分は満足しているが圧延仕上げ
温度が高く結晶粒が大きく目的の靱性が得られていな
い。Ｎｏ．１８も化学成分は満足しているが圧延時の圧
下率が少なく結晶粒が大きく目的の靱性が得られていな
い。Ｎｏ．１９はＴｉの添加量が少ない比較鋼Ｋを用い
たため目的の強度が得られない。Ｎｏ．２０〜２２はＢ
が添加されてない比較鋼Ｌを用いたために、いずれも目
的の強度が得られていない。Ｎｏ．２３はＮｉの添加量
が少ない比較鋼Ｍを用いたため溶接継手部の靱性が悪
い。Ｎｏ．２４はＣ当量が高い比較鋼Ｎを用いたため溶
接時の予熱温度が高くなる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したような本発明によるとき
は、降伏点８９０Ｎ／ｍｍ²以上、引張強さ９５０Ｎ／
ｍｍ²以上を有し、かつ曲げ加工性、溶接性に優れた高
強度熱延鋼板を的確に製造し得るものであるから工業的
にその効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｔｉ添加鋼のＢ添加の有無および冷却速度と引
張強さとの関係を示したものである。

【図２】Ｔｉ添加鋼のＢ添加の有無および冷却速度とシ
ャルピー試験の破面遷移温度（ｖＴｒｓ）との関係を示
したものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｃ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：１．
   ５０％以下、Ｍｎ：０．７０〜２．５０％、Ｎｉ：０．
   ２５〜１．５％、Ｔｉ：０．１２〜０．３０％、Ｂ：
   ０．０００５〜０．００１５％、Ｐ：０．０２０％以
   下、Ｓ：０．０１０％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１０
   ％〜０．１０％、Ｎ：０．００５０％以下を含み、かつ
   Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｎｉ／６０＋５Ｂ≦０．
   ２７を満足し、残部はＦｅおよび不可避的不純物より成
   る鋼スラブを、加熱温度１２５０℃以上に加熱し、熱延
   仕上温度Ａｒ₃変態点以上９５０℃以下で全仕上げ圧下
   率８０％以上で熱間圧延し、８００℃から５００℃まで
   の冷却速度を３０℃／ｓｅｃ以上８０℃／ｓｅｃ以下で
   冷却し、５００℃以下で巻取ることを特徴とする加工性
   および溶接性の良い高強度熱延鋼板の製造方法。