JPH06287637A

JPH06287637A - 溶接性が優れ音響異方性の小さい高張力鋼板の製造方法

Info

Publication number: JPH06287637A
Application number: JP7576493A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Yano; 和彦矢野; Kiyoshi Iwai; 清岩井; Shigeo Okano; 重雄岡野
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1993-04-01
Filing date: 1993-04-01
Publication date: 1994-10-11

Abstract

(57)【要約】【目的】 780N/mm²以上の引張強さ、 -60℃以下のvTr
s、1.02以下のＶ_L／Ｖ_Cを有する溶接性が優れ音響異方
性の小さい高張力鋼板の製造方法を提供する。【構成】 C:0.01〜0.09％、Si:0.05 〜0.50％、Mn:0.3
0 〜2.50％、Cu:0.70 〜2.00％、Ni:0.50 〜3.50％、M
o:0.01 〜0.60％、Nb:0.01 〜0.050 ％、Al:0.005〜0.1
0％、Ti:0.005〜0.025 ％、Ca:0.001〜0.010 ％を含有
しする鋼片を、1000〜1150℃の温度範囲に加熱後、930
℃以下の累積圧下率が50％以上の圧延を行い、 830〜90
0 ℃の温度範囲で熱間圧延を終了し、その後、10℃/s以
上の冷却速度で 400〜600 ℃の温度範囲まで加速冷却を
行い、加速冷却後 500℃以上Ａc₁点未満の温度で焼戻し
する。または、熱間圧延終了後、加速冷却に替えて、10
℃/s以上の冷却速度で 200℃以下の温度まで直接焼入れ
を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、橋梁、建築などの大型
構造物に使用される引張強さ780N/mm²級以上の高張力鋼
板の製造方法に関し、さらに詳しくは溶接性が優れ音響
異方性の小さい高張力鋼板の製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から高張力鋼板の溶接性の改善手段
として、Cuの析出強化を利用し炭素当量の低減を図る方
法が知られており、米国特許第3692514 号およびＡＳＴ
Ｍ規格Ａ７１０にその例を見ることができる。わが国で
も、この技術を改善したものとして、特公平2-47525 号
公報、特公昭62-5216 号公報、特開昭61-291920 号公報
などが公知である。

【０００３】これらの技術を適用した鋼板では、Cuの析
出強化に伴う靱性劣化を補うために、圧延終了温度を 8
00℃以下の低温とし、結晶粒の微細化を図っている。し
かし、このような低温圧延を行うと、集合組織の発達に
より超音波探傷時の圧延方向の音速（Ｖ_L) と圧延直角
方向の音速（Ｖ_C）との差が大きくなり、いわゆる音響
異方性が大きくなるため、溶接部の斜角探傷の際に欠陥
位置の正確な評価が行えないという問題が生じ、斜角探
傷を行わねばならない橋梁、建築などの分野へ、このよ
うな鋼板を適用することは事実上できなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、引張強さ78
0N/mm²級以上の高張力鋼板の製造において、Cuの析出強
化を利用して炭素当量の低減を図ることによって良好な
溶接性を確保するとともに、極端な低温圧延を避け、圧
延後の冷却速度を制御し、焼戻しすることによって音響
異方性および靱性劣化の問題を解決する溶接性が優れ音
響異方性の小さい高張力鋼板の製造方法を提供すること
を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、Cuの析出
強化を利用した引張強さ780N/mm²級以上の高張力鋼板の
製造において、音響異方性を改善するために低温圧延を
避け圧延終了温度を高めた場合の良好な靱性確保の手段
について、鋭意検討を行った結果、結晶粒微細化元素で
あるNbの適正量添加および硫化物の展伸を防ぐCaの添加
により、過度の低温圧延によらずとも十分な靱性を確保
することができるという知見を得て、本発明に至ったも
のである。

【０００６】その第１発明は、C:0.01〜0.09％、Si:0.0
5 〜0.50％、Mn:0.30 〜2.50％、Cu:0.70 〜2.00％、N
i:0.50 〜3.50％、Mo:0.01 〜0.60％、Nb:0.01 〜0.050
％、Al:0.005〜0.10％、Ti:0.005〜0.025 ％、Ca:0.00
1〜0.010 ％を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物
から成る鋼片を、1000〜1150℃の温度範囲に加熱後、93
0 ℃以下の累積圧下率が50％以上の圧延を行い、 830〜
900 ℃の温度範囲で熱間圧延を終了し、その後、10℃/s
以上の冷却速度で 400〜600 ℃の温度範囲まで加速冷却
を行い、加速冷却後 500℃以上Ａc₁点未満の温度で焼戻
しする溶接性が優れ音響異方性の小さい高張力鋼板の製
造方法である。

【０００７】第２発明は、熱間圧延終了後、10℃/s以上
の冷却速度で 200℃以下の温度まで直接焼入れを行い、
直接焼入れ後 500℃以上Ａc₁点未満の温度で焼戻しする
請求項１記載の溶接性が優れ音響異方性の小さい高張力
鋼板の製造方法である。

【０００８】第３発明は、さらに、化学成分として、C
r:0.01 〜1.20％、REM:0.005 〜0.05％のうち一種また
は二種を含有する請求項１または２記載の溶接性が優れ
音響異方性の小さい高張力鋼板の製造方法である。

【０００９】

【作用】以下に、本発明における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るが、含有量が0.01％未満で
は、引張強さ780N/mm²級以上の強度を得がたい。また、
0.09％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0.01〜0.09％の範
囲とする。

【００１０】Siは、鋼の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および靱性を劣化させ
るので好ましくない。このため、Si含有量は0.05〜0.50
％の範囲とする。

【００１１】Mnは、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、2.50％を超えて過多に添加すると溶
接性および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0.30〜2.50％の範囲とする。

【００１２】Cuは、本発明の特徴とする元素であり、圧
延冷却後の焼戻し時の析出強化作用を活用することによ
り、炭素当量の低減を可能とし、溶接性の向上をもたら
す貴重な元素である。この析出強化作用を有効に得るに
は、0.70％以上の添加が必要である。しかし、過剰の添
加は靱性および溶接性を害するため、上限を2.00％とす
る。したがって、Cu含有量は0.70〜2.00％の範囲とす
る。

【００１３】Niは、Cu析出強化型鋼板において、Cu添加
に起因する熱間圧延時の割れを防止する作用があり、そ
の効果を十分に発揮させるには、0.50％以上が必要であ
る。また、Niは靱性向上効果も有するが、高価な元素で
ありコストアップを防ぐために、上限を3.50％とする。
したがって、Ni含有量は0.50〜3.50％の範囲とする。

【００１４】Moは、強度上昇に有効な元素であるが、含
有量が0.01％未満では十分な効果が得られず、また、0.
60％を超えて過剰に添加すると溶接性を劣化させ、コス
トもアップする。したがって、Mo含有量は0.01〜0.60％
の範囲とする。

【００１５】Nbは、圧延時のオーステナイト未再結晶温
度域を拡大する作用により、微細なアシキュラーフェラ
イト組織を生成させ、良好な靱性を確保する効果、およ
び圧延冷却後の析出強化作用を有する元素であり、これ
らの効果を有効に発揮させるためには、0.01％以上の添
加が必要である。しかし、後述するように 0.050％を超
えて添加すると低温圧延した場合の集合組織の発達が著
しく、音響異方性を増加させるため、Nb含有量は0.01〜
0.050 ％の範囲とする。

【００１６】Alは、脱酸元素であり、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。

【００１７】Tiは、鋼片加熱時のオーステナイト結晶粒
の粗大化を防止し、TiN の微細析出による結晶粒微細化
効果をもたらし、靱性の向上に有用である。これらの効
果を得るには、0.005 ％以上の添加が必要であるが、多
量に添加すると靱性が劣化するため、Ti含有量は 0.005
〜0.020 ％の範囲とする。

【００１８】Caは、非金属介在物の球状化作用を有し、
靱性の向上、異方性の低減に有効であるが、含有量が
0.001％未満では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。

【００１９】以上の各成分のほかに、本発明において
は、板厚、目標強度、靱性レベルに応じてCr、REM のう
ち一種または二種を添加するものとする。

【００２０】Crは、強度上昇に有効な元素であるが、含
有量が0.01％未満ではその効果は十分に発揮されず、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0.01〜1.20％の範囲とする。

【００２１】REM は、介在物の形態制御効果があり、靱
性改善、板厚方向の延性改善に効果があり、このような
効果を発揮させるためには、0.005 ％以上の添加が必要
である。しかし、0.05％を超えて添加しても、さらなる
向上は望めない。したがって、REM 含有量は0.005 〜0.
05％の範囲とする。

【００２２】つぎに、本発明における製造条件の限定理
由について説明する。まず、鋼片加熱温度については、
加熱時のオーステナイト結晶粒の粗大化を防止するため
には、低温の方が望ましく、加熱温度の上限は1150℃と
する。一方、加熱温度が低すぎると、圧延中の結晶粒の
微細化および圧延後の析出強化に有効なNbを固溶させる
ことができないため、加熱温度の下限は1000℃とする。

【００２３】圧延温度域、圧下条件としては、Cuの析出
強化に伴う母材靱性の劣化を補うために、低温圧延を行
い結晶粒の微細化を達成することが不可欠である。しか
し、過度の低温圧延は集合組織の発達による音響異方性
の増加という問題を招くため、靱性および音響異方性を
両立できる適切な圧延条件および化学成分を選定するこ
とが重要である。

【００２４】このような観点から、靱性、音響異方性に
及ぼす化学成分および圧延終了温度の影響を調査した。
この場合、対象とする元素には、NbとCaを選定した。こ
れらを選定した理由は、Nbはオーステナイト粒の展伸、
高密度の転移や変形帯の導入をもたらし、集合組織の発
達を促進するからであり、Caは非金属介在物の球状化作
用を有し、靱性の向上、異方性の低減をもたらすからで
ある。

【００２５】表１に調査に使用した鋼の化学成分を示
す。ここでは、Nb添加量を0.03％と0.06％の二水準と
し、Caを添加したものと添加してないものを準備した。
これらの鋼を1050℃に加熱した後、圧延終了温度を 730
〜900 ℃の範囲に変化させて、板厚34mmに圧延し、その
後、冷却速度14℃/sで 450℃まで加速冷却を行い、 550
℃で焼戻しを行った。このようにして得られた鋼板の引
張特性、衝撃特性および音響異方性を図１に示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】図１から明らかなように、Nb、Caの添加量
や圧延終了温度にかかわらず、強度は一定であり、目標
の780N/mm²級以上を十分に満足しているが、靱性はNb量
の低減、Caの添加、あるいは圧延終了温度の低下によっ
て向上することがわかる。一方、音響異方性はNb量の低
減、圧延終了温度の上昇によって減少することがわか
る。ここで靱性の目標値をvTrs（破面遷移温度）で -60
℃以下とし、音響異方性の目標値を1.02（Ｖ_LとＶ_Cの
比）以下し、これらの目標を同時に満足するのは、ここ
では0.03％Nb−Ca添加鋼で、圧延終了温度は 830〜900
℃の範囲である。

【００２８】以上の調査結果をもとに、Caの添加を必須
とし、前述のNbおよびCaの含有量を限定し、また、圧延
終了温度は 830〜900 ℃の範囲に限定した。

【００２９】また、 930℃以下の累積圧下率を50％以上
とするのは、良好な靱性確保に必要な十分な結晶粒の微
細化を達成させるためである。

【００３０】熱間圧延終了後の加速冷却、直接焼入れの
冷却速度は、目標の780N/mm²級以上の強度を得るために
は、10℃/s以上が必要であり、このため、圧延終了後の
加速冷却、直接焼入れの冷却速度は10℃/s以上に限定す
る。

【００３１】圧延終了後の加速冷却においては、鋼板の
残留応力の低減、水素の放出促進のために加速冷却を停
止する場合は、そのような効果を十分に発揮させるため
に、加速冷却停止温度は 400℃以上とする必要があり、
一方、加速冷却停止温度が高すぎると、アシキュラーフ
ェライト組織を生成させ靱性の改善を図ることができな
い。したがって、加速冷却の停止温度は 400〜600 ℃の
範囲に限定する。

【００３２】これに対して、残留応力や水素の問題を別
の手段で解決し、冷却による強度上昇効果を最大限に活
用することを狙いとする直接焼入れでは、その効果を十
分に得るために、200℃以下の温度まで継続して冷却す
る。

【００３３】焼戻しについては、Cuの析出およびNbの炭
窒化物の析出による強化を図るために行うものである。
この温度が 500℃未満ではCuおよびNb炭窒化物の析出に
長時間を要し、工業的な処理が行えず、また、Ａc₁点を
超える温度ではオーステナイトへの逆変態を生じ、強度
の低下が著しくなる。したがって、焼戻し温度は 500℃
〜Ａc₁点の温度範囲とする。なお、Ａc₁点は次式で与え
られる。各合金元素は含有量（％）で表す。Ａc₁ (℃)=723-14Mn+22Si-14.4Ni+23.3Cr

【００３４】

【実施例】以下に、本発明の実施例について説明する。
供試鋼板は表２表に示す化学成分を有する鋼を常法によ
り溶製、鋳造し、得られた鋼片を表３に示す製造条件に
したがい、加熱、圧延、加速冷却または直接焼入れ、お
よび焼戻しを行ったものである。これらの鋼板から試験
片を採取し、引張試験、２mmＶノッチシャルピ衝撃試験
および音響異方性の調査を行った。その結果を表３に併
記する。

【００３５】表３から明らかなように、本発明法による
Ａ〜Ｉは、いずれも780N/mm²級以上の引張強さと、 -60
℃以下のvTrs（破面遷移温度）と、1.02以下のＶ_L／Ｖ
_Cを有している。

【００３６】これに対して、比較例ＪとＮは圧延終了温
度が低いため、ＫはNbが多いため、いずれもＶ_L／Ｖ_C
が1.02を超え音響異方性が大きい。比較例ＬはCaが添加
されていないため、vTrsが -49℃で靱性が悪い。比較例
Ｍは加熱温度が低いため、780N/mm²級以上の引張強さが
得られていない。

【００３７】以上のように、本発明法によれば、780N/m
m²級以上の引張強さと、 -60℃以下のvTrs（破面遷移温
度）と、1.02以下のＶ_L／Ｖ_Cを有する溶接性が優れ音
響異方性の小さい高張力鋼板を得ることができる。な
お、本発明は本実施例にのみ限定されるものではない。

【００３８】

【表２】

【００３９】

【表３】

【００４０】

【発明の効果】本発明は、Cuの析出強化を利用して炭素
当量を低減して良好な溶接性を確保し、極端な低温圧延
を避け、圧延後の冷却速度を制御し、焼戻しすることに
よって780N/mm²級以上の引張強さを有し、音響異方性と
靱性を改善した高張力鋼板の製造方法であって、本発明
法によれば、780N/mm²級以上の引張強さと、 -60℃以下
のvTrs（破面遷移温度）と、1.02以下のＶ_L／Ｖ_Cを有
する溶接性が優れ音響異方性の小さい高張力鋼板を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Nb−Ca量と圧延終了温度が引張特性、衝撃特性
および音響異方性に及ぼす影響を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】 C:0.01〜0.09％、Si:0.05 〜0.50％、M
n:0.30 〜2.50％、Cu:0.70 〜2.00％、Ni:0.50 〜3.50
％、Mo:0.01 〜0.60％、Nb:0.01 〜0.050 ％、Al:0.005
〜0.10％、Ti:0.005〜0.025 ％、Ca:0.001〜0.010 ％を
含有し、残部がFeおよび不可避的不純物から成る鋼片
を、1000〜1150℃の温度範囲に加熱後、930 ℃以下の累
積圧下率が50％以上の圧延を行い、 830〜900 ℃の温度
範囲で熱間圧延を終了し、その後、10℃/s以上の冷却速
度で 400〜600 ℃の温度範囲まで加速冷却を行い、加速
冷却後 500℃以上Ａc₁点未満の温度で焼戻しすることを
特徴とする溶接性が優れ音響異方性の小さい高張力鋼板
の製造方法。
【請求項２】熱間圧延終了後、10℃/s以上の冷却速度
で 200℃以下の温度まで直接焼入れを行い、直接焼入れ
後 500℃以上Ａc₁点未満の温度で焼戻しする請求項１記
載の溶接性が優れ音響異方性の小さい高張力鋼板の製造
方法。
【請求項３】さらに、化学成分として、Cr:0.01 〜1.
20％、REM:0.005 〜0.05％のうち一種または二種を含有
する請求項１または２記載の溶接性が優れ音響異方性の
小さい高張力鋼板の製造方法。