JPH05271865A - 加工性および溶接性の良い高強度熱延鋼板 - Google Patents

加工性および溶接性の良い高強度熱延鋼板

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JPH05271865A
JPH05271865A JP7467592A JP7467592A JPH05271865A JP H05271865 A JPH05271865 A JP H05271865A JP 7467592 A JP7467592 A JP 7467592A JP 7467592 A JP7467592 A JP 7467592A JP H05271865 A JPH05271865 A JP H05271865A
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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新しい
高強度熱延鋼板を提供する。 【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、必要に応じて
Cr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であって、微細TiCとしてのT
i含有量が0.10%以上で、かつフェライト結晶粒の
粒径が10μ以下であ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。

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9
50N/mm 2 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。
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号公報及び特開昭59−229464
号公報(特公平3−65425号)に示されるものがあ
る。
【0003】特公昭55−49147号公報は、C0.
05%から0.20%以下、Si1.5%以下、Mn
0.3%以上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8
00N/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。特開昭59
−229464号公報(特公平3−65425号)はC
0.05%から0.20%以下、Si1.2%以下、M
n0.5%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/mm2 級以下のものである。一方、10
00N/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6
3−166931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。
【0004】
【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
設機械に好適な新しい高強度熱延鋼板を提供することを
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。
【0005】
【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。 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:0.00
05〜0.0015%、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なる鋼であ
って、微細TiCとしてのTi含有量を0.10%以上
でかつフェライト結晶粒の粒径が10μ以下の加工性お
よび溶接性の良い高強度熱延鋼板。 2)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:0.00
05〜0.0015%、Cr:1.00%以下、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
的不純物よりなる鋼であって、微細TiCとしてのTi
含有量を0.10%以上でかつフェライト結晶粒の粒径
が10μ以下の加工性および溶接性の良い高強度熱延鋼
板にある。
【0006】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。降伏点および引張強さ
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/m
2 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る。多くの実験の結果、Ti添加
鋼の強度向上には微細TiCの量を増加させることが必
要であることが明らかになった。ここでいう微細TiC
とは有効Tiから酸溶解法分析で測定されるTiCの量
を除去した量をいい、(1)式で定義されたものであ
る。 微細TiC=有効Ti(eff〔Ti〕)−TiC(酸溶解法分析で測定) ・・・(1) 有効Ti(eff〔Ti〕)とはTotal Tiから
O,N,Sと結合したものを除いたもので(2)式で定
義されたものである。 eff〔Ti(%)〕=Total Ti(%)−3.4〔N(%)〕 −1.5〔O(%)〕−3.0〔S(%)〕 ・・・(2)
【0007】また、強度を高くし、同時に靱性を向上さ
せるのに微細TiCが析出した状態ではフェライト結晶
粒を微細化することが有効であることが明らかになっ
た。微細TiCの析出量を増加さすには、熱間圧延中の
TiCの析出をおさえ、熱間圧延後の冷却速度を速くし
て冷却中のTiCの粗大化を防ぐ必要がある。フェライ
ト結晶粒を超微細化するには、微量のB添加と熱間圧延
後の冷却速度を速くする必要がある。これにより、靱性
の劣化を少なくして、引張強さが950N/mm 2 以上
が得られることを新たに見出した。
【0008】0.10%C−0.30%Si−1.85
%Mn−0.30%Ni−0.0010%Bを含みP,
S,N,sol.Alは発明の範囲の鋼にTi添加量を
種々変えた鋼のスラブを用い、熱延条件を種々変えた鋼
板を製造した。これらの鋼板のTi as微細TiC量
およびフェライト結晶粒径と引張強さの関係を図1に示
す。これによると引張強さはTi as微細TiC量が
増加するにつれて高くなり、フェライト結晶粒径が小さ
くなるにつれて高くなっている。即ち、Ti as微細
TiC量を0.10%以上、平均フェライト結晶粒径1
0μ以下で、引張強さ950N/mm2 以上が得られて
いる。
【0009】図2はシャルピー衝撃試験破面遷移温度に
及ぼす微細TiC量およびフェライト結晶粒径の影響を
示す。これによると平均フェライト結晶粒径20μの鋼
板はTi as微細TiC量が増えて降伏点が高くなる
につれて急激にシャルピー衝撃試験破面遷移温度は高く
なりTi as微細TiC量が0.15%になると−1
0℃程度にまでなる。ところが、同じTi as微細T
iC量でも平均フェライト結晶粒径10μの鋼板ではシ
ャルピー衝撃試験破面遷移温度が−40℃まで低下す
る。このように、フェライト結晶粒径を10μ以下とい
う超微細粒にすることにより、微細TiCにより強度向
上させても実用可能な−20℃以下のシャルピー衝撃試
験破面遷移温度を得ることができる。また、強度および
靱性に対する微細TiCおよびフェライト結晶粒径の効
果はCrを添加してもC−Si−Mn−Ni−Ti−B
鋼と同様であり、更にCrの固溶強化により靱性を低下
させないで強度を向上さすことができる。
【0010】このような鋼板は、加熱・熱延条件をつぎ
のような範囲に制御することにより製造できる。即ち、
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(3)式に示されるTiCの溶体化温度(T
°K)以上に加熱する。 log10〔%Ti〕・〔%C〕=2.75−7000/T ・・・(3) 上記溶体化温度以上に加熱したスラブを熱間圧延し、そ
の仕上温度をAr3 変態点以上とする。また、950℃
を越す仕上圧延温度では高温すぎて鋼板のフェライト結
晶粒が粗大化し、必要な靱性が得られない。また、仕上
圧延時の全圧下率はオーステナイト結晶粒を小さくし、
冷却後のフェライト結晶粒も微細化するために80%以
上にすることが望ましい。
【0011】熱間圧延終了してからの冷却速度は成分と
ともに鋼板のフェライト結晶粒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
フエライト結晶粒微細化による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。この際、
B添加により組織微細化の効果が極めて大きい。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500℃までの間の冷却速度で規定し
たものである。冷却速度が30℃/sec〜80℃/s
ecであることが望ましい。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
変態するのでフェライト結晶粒が粗大化し、目的の強度
を得られないので、500℃以下とすることが好まし
い。
【0012】本発明の二つ目の目的は曲げ加工性の向上
にある。この目的にはTi添加によりA系介在物となる
MnSをTiSに置き換えてC系介在物にすることによ
り達成されている。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。
【0013】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、母材の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。
【0014】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。 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。 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。
【0015】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。 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。 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、微細
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0.001
5%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。
【0016】Al:Alは脱酸上0.010%以上必要
であるが、0.10%を越すとフェライト結晶粒の粗大
化を来たし強度を劣化させるので0.10%以下に限定
した。 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。 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。
【0017】Cr:CrはMnと同様に鋼を強靱化に有
効な元素である。鋼の強靱化には望ましくは0.1%以
上添加するのが望ましいが、1.0%を超えて含有させ
てもそれ以上の効果が得られないことから、その含有量
を1.0%以下とした。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℃を超えることになり、作業性
を悪化させるためである。
【0018】微細TiC:微細TiCの量は強度向上に
極めて有効であり、引張強さ950N/mm2 以上にす
るためには0.10%以上必要である。しかし、当然な
がらTi添加量を越えることはない。 フェライト結晶粒:フェライト結晶粒を細かくすること
は強度を高くし、同時に靱性を向上させるのに有効であ
る。この効果を得るには微細TiCが析出した状態では
フェライト結晶粒を10μ以下と超微細化することが必
要である。
【0019】
【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,I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に熱間圧延条件とTi
as微細TiCおよび鋼板のフェライト結晶粒径を示
している。これ以外の熱延条件は次ぎに示すように一定
にした。即ち、熱延仕上げ温度は870℃、仕上げ全圧
下率85%、巻取温度は室温とした。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。
【0020】これによると、鋼板No.1〜13は本発
明の化学成分、Ti as微細TiCおよび鋼板のフェ
ライト結晶粒径を満足するもので、目的の強度、曲げ加
工性、靱性および溶接性が得られている。しかし、N
o.14は化学成分は満足しているが加熱温度が低くT
iの溶体化が十分行われず、強化に働くTi as微細
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
却速度が遅くフェライト結晶粒が20μと大きく目的の
強度が得られていない。No.16も化学成分は満足し
ているがTi as微細TiCの量が0.09%と十分
でなく、フェライト結晶粒が20μと大きく目的の強度
が得られていない。No.17も化学成分は満足してい
るがフェライト結晶粒が20μと大きく靱性が悪い。N
o.18も化学成分は満足しているがフェライト結晶粒
が22μと大きく靱性が悪い。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はBが添加されてない比較鋼Lを用いた
ために、目的の強度が得られていない。No.21はN
i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.22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。
【0021】
【表1】
【0022】
【表2】
【0023】
【表3】
【0024】
【発明の効果】以上説明したような本発明は、降伏点8
90N/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
であるから建設機械用の高強度熱延鋼板として極めて有
用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】Ti,B添加鋼の引張強さに及ぼすTi as
微細TiSおよびフェライト結晶粒径の影響を示す図、
【図2】Ti,B添加鋼のシャルピー試験の破面遷移温
度(vTrs)に及ぼすTias微細TiSおよびフェ
ライト結晶粒径の影響を示す図である。

Claims (2)

    【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
    りなる鋼であって、微細TiCとしてのTi含有量を
    0.10%以上でかつフェライト結晶粒の粒径が10μ
    以下の加工性および溶接性の良い高強度熱延鋼板。
  2. 【請求項2】 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%、 Cr:1.00%以下、 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
    りなる鋼であって、微細TiCとしてのTi含有量を
    0.10%以上でかつフェライト結晶粒の粒径が10μ
    以下の加工性および溶接性の良い高強度熱延鋼板。
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