JPH06929B2 - 溶接性,低温靭性の優れた厚手高張力鋼板の製造方法 - Google Patents

溶接性,低温靭性の優れた厚手高張力鋼板の製造方法

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JPH06929B2
JPH06929B2 JP11442284A JP11442284A JPH06929B2 JP H06929 B2 JPH06929 B2 JP H06929B2 JP 11442284 A JP11442284 A JP 11442284A JP 11442284 A JP11442284 A JP 11442284A JP H06929 B2 JPH06929 B2 JP H06929B2
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    • C21METALLURGY OF IRON
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    • C21D8/00Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は溶接性、低温靭性に優れた厚手高張力鋼板の製
造方法に関するものである。
(従来技術) 近年、エネルギー開発が極地化,深海化しており、海洋
構造物は巨大化が著しく、また効率的なエネルギー輸送
のため砕氷タンカーなどの使用が必要とされる。そし
て、これらに使用される鋼材は板厚が厚くかつ非常に低
温靭性が優れたものが要求される。ところが板厚が増す
と板厚方向の材質差が増し、板厚中心部の機械的性質が
他の部分よりも劣る。とくに低温靭性の劣化が大きい。
一方、板厚中心部は拘束応力が最大となり破壊の起点と
なりやすいので、板厚中心部まで優れた低温靭性を有す
ることが必要である。
また、これらの巨大構造物に対する安全性確保は重要な
問題であり、溶接割れ性、溶接部継手靭性等の向上のた
めに炭素当量を低く抑えることが必要である。しかし
て、ラインパイプ材や造船材を対象として制御圧延後の
制御冷却による板厚方向材質改善が種々検討されてい
る。例えば提案されたものとして特開昭57-1690
19号が公知である。
特開昭57-169019号は板厚が50mm以下の薄手
の鋼材を対象とし、したがつて板厚方向の材質は比較的
均一であるが、靭性を高めるため、未再結晶域の累積圧
下率を増加させるものである。
(発明が解決しようとする問題点) しかるに、板厚が厚くなると板厚方向に材質差が大きく
なり、特に板厚中心部の靭性は著しく低下し、これを向
上させるのは困難であり、加えてこの劣化現象は未再結
晶域の累積圧下率だけでは説明することができず、50
mm以上の厚手鋼板の板厚中心部の靭性を向上させる手段
は明らかにされていなかつた。
(問題点を解決するための手段) 本発明は上記の如き問題点を有利に解決するため、厚手
高張力鋼板の板厚中部の靭性を向上させる製造方法の提
供を目的とする。
上記目的を達成するため本願発明は 重量比にて C:0.20%以下、Si:0.05〜0.60%、 Mn:0.50〜2.50%、Nb:0.001〜0.10%、 Al:0.005〜0.1% を基本成分として含有し、残部Fe及び不可避不純物か
らなる鋼を900〜1150℃の温度に加熱後、圧延温度Ar3
+100℃〜Ar3間で下記式で示す板厚中心部の局部変形
率が50%以上となる熱間圧延を施し、圧延後ただちに冷
却速度1℃/sec以上で350〜600℃まで冷却し、続いて空
冷することを特徴とする溶接性、低温靭性の優れた厚手
高張力鋼板の制御方法。
重量比にて C:0.20%以下、Si:0.05〜0.60%、 Mn:0.50〜2.50%、Nb:0.001〜0.10%、 Al:0.005〜0.1% を基本成分として含有し、 Cr:1.0%以下、Ni:4.0%以下、 Mo:1.0%以下、V:0.1%以下、 Ti:0.15%以下、Cu:2.0%以下、 からなる強度改善元素群のうち1種または2種以上含有
し、残部Fe及び不可避不純物からなる鋼を900〜1150
℃の温度に加熱後、圧延温度Ar3+100℃〜Ar3間で下
記式に示す板厚中心部の局部変形率が50%以上となる熱
間圧延を施し、圧延後ただちに冷却速度1℃/sec以上で
350〜600℃まで冷却し、続いて空冷することを特徴とす
る溶接性、低温靭性の優れた厚手高張力鋼板の製造方
法。
重量比にて C:0.20%以下、Si:0.05〜0.60%、 Mn:0.50〜2.50%以下、Nb:0.001〜0.10%、 Al:0.005〜0.1% を基本成分として含有し、さらに Ca:0.01%以下 を含有し、残部Fe及び不可避不純物からなる鋼を900
〜1150℃の温度に加熱後、圧延温度Ar3+100℃〜Ar3
間で下記式で示す板厚中心部の局部変形率が50%以上と
なる熱間圧延を施し、圧延後ただちに冷却速度1℃/sec
以上で350〜600℃まで冷却し、続いて空冷することを特
徴とする溶接性、低温靭性の優れた厚手高張力鋼板の製
造方法。
重量比にて C:0.20%以下、Si:0.05〜0.60%、 Mn:0.50〜2.50%、Nb:0.001〜0.10%、 Al:0.005〜0.1% を基本成分として含有し、さらに Cr:1.0%以下、Ni:4.0%以下、 Mo:1.0%以下、V:0.1%以下、 Ti:0.15%以下、Cu:2.0%以下、 からなる強度改善元素群の1種または2種以上と Ca:0.01%以下を含有し、 残部Fe及び不可避不純物からなる鋼を900〜1150
℃の温度に加熱後、圧延温度Ar3+100℃〜Ar3間で下記
式で示す板厚中心部の局部変形率が50%以上となる熱
間圧延を施し圧延後ただちに冷却速度1℃/sec以上で3
50〜600℃まで冷却し続いて空冷することを特徴と
する溶接性,低温靭性の優れた厚手高張力鋼板の製造方
法として構成したものである。
次に本発明における成分限定理由を述べる。
Cは安価に強度を上昇させる元素であるが、多量に添加
すると鋼の靭性および溶接性を害するので上限を0.20%
とした。
Siは鋼の脱酸のため0.05%以上必要であるが、多くなる
と溶接性を害するので上限を0.6%とする。
Mnは強度確保のため0.6%以上は必要であるが、多くな
ると溶接性,靭性の劣化を招くため上限を2.5%とす
る。
Nbはオーステナイト粒の粗大化防止と再結晶抑制効果お
よび強度上昇のため0.001%以上必要であるが、多くな
ると溶接性を阻害するために0.1%を上限とする。
Alは脱酸のため0.005%以上必要であるが、多くなると
靭性が著しく劣化するため0.1%を上限とする。
本発明は上記の基本成分の他に、要求される鋼の特性に
応じて次の元素を1種又は2以上選択的に添加すること
ができる。
Crは焼入性を向上させ強度上昇に有用な元素であるが、
多くなると靭性、溶接性を阻害するため1.0%以下とす
る。
Niは焼入性を向上させ強度上昇に有用な元素であるが、
高価な元素であるので4.0%以下とする。
Moは焼入性を向上させ強度上昇に有用な元素であるが、
多くなると靭性、溶接性を阻害するため1.0%以下とす
る。
Vは析出硬化による強度上昇に有用な元素であるが、多
くなると靭性、溶接性を阻害するため0.1%以下とす
る。
Tiは析出硬化による強度上昇に有用な元素であるが、多
くなると靭性、溶接性を阻害するため0.15%以下とす
る。
Cuは強度上昇に有用な元素であるが、多くなると熱間加
工の際割れを発生しかつ溶接性を害するため2.0%以下
とする。
Caは鋼中硫化物の形態制御によりZ方向の材質改善に有
効であるが、多くなると鋼中介在物が増し靭性,溶接性
を害するため0.01%以下とする。
次に加熱,圧延,冷却条件について限定理由を述べる。
加熱温度はオーステナイト粒の細粒化のため1150℃以下
の低温加熱が良いが、低くにすぎると析出硬化元素が固
溶しなくなるため900℃以上とするが、強度,靭性の
点からは950℃〜1050℃の範囲が最も好ましい。
熱間圧延はAr3+100℃〜Ar3間で行なう。これは圧延
温度が高すぎると細粒化が十分なされず、またAr3未満
の温度で圧延すると、その後の制御冷却時に十分焼きが
入らず所要の強度が得られないためである。
次に板厚中心部の局部変形率を50%以上とした理由に
ついて述べる。
未再結晶域圧延によるフエライト析出サイトの増加のた
めに、従来は未再結晶域のトータル圧下率の増加が重要
であるとされてきた。板厚が薄くしたがつて板厚方向に
比較的均質な場合には、これで板厚中心部の靭性が確保
できるが、本発明が対象とする50mm以上の厚手材で
は、板厚方向の不均一性が増し特に板厚中心部の靭性に
ついてはトータル圧下率同一でも差が生じ他の指標が必
要である。そこで種々実験の結果導入したのが局部変形
率の概念である。すなわち、各板厚位置でのフエライト
細粒化に必要な実施的なひずみを把握することが必要で
ある。
このため各板厚位置に同一スラブから加工した丸棒を埋
め込み、圧延後その変形を測定し板厚方向の変形挙動を
調べた。この丸棒の変形は板厚方向の圧縮応力によつて
変形を受けたものであり、この変形とvTrsの関係をプロ
ットすると、第1図に示すごとく良く対応しており、圧
縮変形を増加させることがフエライト析出サイトを増加
させ板厚中心部の靭性向上に有効である。従つて、板厚
中心部の靭性を増加させるためには、板厚中心部の局部
変形率を増加させる必要があり、第1図から板厚中心部
でvTrs−70℃の優れた低温靭性を得るためには50
%以上の局部変形率を必要とすることが分る。
次に1パスの圧延効果が板厚中心部にいかに及ぶかにつ
いて実験結果より第2図を得た。横軸はあるパスの形状
比,縦軸はその圧延によつて板厚全体の圧下率に対して
板厚中心部のある狭い領域が板厚方向の圧縮応力によつ
て変形する率の比をとつたものである。すなわち、縦軸
の意味は第3図に示すように で除したものである。
第2図の意味するところは 1パスの圧延による板厚中心部の変形率は形状比の
関数として整理可能であり、形状比0.8程度の圧延を施
すことにより全圧下率と板厚中心の局部変形率が等しく
なる。
高形状比の圧延をすることにより板厚中心部の圧縮
変形を増加させることができる。
図示するように形状比の水準によつて板厚中心部に及ぼ
す圧延効果が異なり、各パスの局部的な圧縮変形を考慮
する必要があり、第2図を回帰することにより f(Ai)=−0.9Ai2+1.96Ai (Ai<1.1) =1.07 (Ai
1.1) が得られる。
このf(Ai)を有効圧延係数と呼ぶ。
鋼板の圧延においては最終寸法までに複数回圧延するの
が常であり、そのトータル圧下率だけでなくf(Ai)を
加味した圧延条件で圧延することが必要である。
ここに本発明者等は実験の結果から各パスの有効圧延係
数を加味した。
で示される板厚中心部の局部変形率(%)の値が50%以
上となる未再結晶域圧延を施せば、板厚中心部にフエラ
イト析出サイトを増加させ、板厚中心部の靭性を一段と
向上させることができることを見い出したものである。
しかして前記板厚中心部の局部変形率が50%未満で
は、中心部の細粒化が不十分となつて低温靭性が悪い材
質となる。一方、板厚中心部以外の1/4t部や表面直下
などの変形率はもともと大きく、板厚中心部の変形率が
増せば板厚全体が優れた低温靭性を備えることとなる。
次に熱間圧延後の強制冷却の冷却速度を1℃/sec以上と
したのは、板厚中心部まで焼入れ組織とし、所定の強度
を確保するためであり、1℃/sec未満では焼入れできず
強度不足となる。
次に水冷停止温度の下限を350℃とするのは、強度の
上りすぎによる靭性の劣化を防ぐためであり、上限を6
00℃とするのは、これ以上では所定の強度が得られず
細粒化も不十分になるためである。
なお、前記冷却停止後の空冷は、空冷中のオートテンパ
ー効果により強度の上りすぎと靭性の劣化を防止するた
めである。
(実施例) 次に本発明の実施例と比較列を挙げる。
供試材の化学成分を第1表に示し、加熱,圧延,冷却条
件を第2表に、圧延スケジュールを第3表に示し、得ら
れた厚鋼板の機械的性質と低温靭性を第4表に示す。
以上の通り本発明法を適用して得た厚鋼板A1,A5,
B1,C1,D1,E1,F1,G1,H1,I1は、
いずれも板厚中心部の低温靭性が優れていることが分
る。これに対し比較例のA2,A6,B2,C2,G
2,H2鋼は、累積圧下率は高いが1/2t部局部変形率
が低いため、板厚中心部の細粒化が不十分であり、低温
靭性値レベルが劣る。A3は圧延終了温度が高すぎるた
め、A4,E2は加熱温度が高すぎるため、いずれも細
粒化が不十分で低温靭性値レベルが劣る。
又、F2,I2は水冷停止温度が本発明範囲を外れてい
るため低温靭性値レベルが劣る。D2は1/2t部局部変
形率、水冷停止温度がともに本発明範囲を外れているた
め低温靭性値レベルが劣る。
(発明の効果) 以上の如く、本発明は従来難点であつた板厚50mm以上の
厚鋼板の板厚中心部の低温靭性を飛躍的に高めることが
可能であり、かつ成分含有量の上限を適切に抑制し低炭
素当量としているので、溶接性も優れた高張力鋼板を有
利に提供できるようになしたもので産業上効果の大きい
発明である。
【図面の簡単な説明】
第1図は局部変形率とvTrsの関係を示す説明図。第2図
は1パスの圧延効果が板厚中心部にいかに及ぶかを示す
説明図。第3図は1/2t変形率、圧下率の求め方を示す
説明図。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重量比にて C :0.20%以下、 Si:0.05〜0.60%、 Mn:0.50〜2.50%、Nb:0.001〜0.10%、 Al:0.005〜0.1% を基本成分として含有し、残部Fe及び不可避不純物か
    らなる鋼を900〜1150℃の温度に加熱後、圧延温度Ar
    +100℃〜Ar間で下記式で示す板厚中心部の局部
    変形率が50%以上となる熱間圧延を施し、圧延後ただち
    に冷却速度1℃/sec以上で350〜600℃まで冷却し、続
    いて空冷することを特徴とする溶接性、低温靱性の優れ
    た厚手高張力鋼板の製造方法。
  2. 【請求項2】重量比にて C :0.20%以下、 Si:0.05〜0.60%、 Mn:0.50〜2.50%、Nb:0.001〜0.10%、 Al:0.005〜0.1% を基本成分として含有し、 Cr:1.0%以下、 Ni:4.0%以下、 Mo:1.0%以下、 V :0.1%以下、 Ti:0.15%以下、 Cu:2.0%以下、 からなる強度改善元素群のうち1種または2種以上含有
    し、残部Fe及び不可避不純物からなる鋼を900〜1150
    ℃の温度に加熱後、圧延温度Ar+100℃〜Ar
    で下記式で示す板厚中心部の局部変形率が50%以上とな
    る熱間圧延を施し、圧延後ただちに冷却速度1℃/sec
    以上で350〜600℃まで冷却し、続いて空冷することを特
    徴とする溶接性、低温靱性の優れた厚手高張力鋼板の製
    造方法。
  3. 【請求項3】重量比にて C :0.20%以下、 Si:0.05〜0.60%、 Mn:0.50〜2.50%、Nb:0.001〜0.10%、 Al:0.005〜0.1% を基本成分として含有し、さらに Ca:0.01%以下 を含有し、残部Fe及び不可避不純物からなる鋼を900
    〜1150℃の温度に加熱後、圧延温度Ar+100℃〜A
    間で下記式で示す板厚中心部の局部変形率が50%以
    上となる熱間圧延を施し、圧延後ただちに冷却速度1℃
    /sec以上で350〜600℃まで冷却し、続いて空冷するこ
    とを特徴とする溶接性、低温靱性の優れた厚手高張力鋼
    板の製造方法。
  4. 【請求項4】重量比にて C :0.20%以下、 Si:0.05〜0.60%、 Mn:0.50〜2.50%、Nb:0.001〜0.10%、 Al:0.005〜0.1% を基本成分として含有し、さらに Cr:1.0%以下、 Ni:4.0%以下、 Mo:1.0%以下、 V :0.1%以下、 Ti:0.15%以下、 Cu:2.0%以下、 からなる強度改善元素群の1種または2種以上と Ca:0.01%以下 を含有し、残部Fe及び不可避不純物からなる鋼を900
    〜1150℃の温度に加熱後、圧延温度Ar+100℃〜A
    間で下記式で示す板厚中心部の局部変形率が50%以
    上となる熱間圧延を施し、圧延後ただちに冷却速度1℃
    /sec以上で350〜600℃まで冷却し、続いて空冷するこ
    とを特徴とする溶接性、低温靱性の優れた厚手高張力鋼
    板の製造方法。
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