JPH07116504B2 - 板厚方向の硬度差が小さい板厚５０ｍｍ以上の５０キロ級低降伏比厚肉高張力鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高張力鋼板の製造方法
に関し、さらに詳しくは、高層ビル等に使用する板厚方
向の硬度差が小さい板厚50mm以上の50キロ級低降伏比厚
肉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】現在、高張力鋼板の主要な製造方法であ
るＴＭＣＰ（Thermo-Mechanical Control Process ）は
制御圧延と制御冷却を組み合わせた技術であり、圧延ま
ま材や焼ならし材に比べて優れた強度、靱性および溶接
性を鋼板に付与することが可能である。

【０００３】しかし、建築用の厚肉高張力鋼板をＴＭＣ
Ｐで製造する場合、制御冷却時に板厚方向での焼入れ性
に差が生じ、圧延まま材および焼ならし材に比べて板厚
方向の硬度差が大きくなる傾向がある。

【０００４】これに対して、制御冷却時の冷却速度を15
℃/sec以上とし、冷却停止温度の下限を 500℃とするこ
とにより強度、靱性に優れ、板厚方向の硬度差を小さく
する製造方法が特開昭63-179020 号公報に開示されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法で
は、板厚が50mmを超える厚肉高張力鋼板を製造する場
合、板厚方向の硬度差が大きくなることが予想される。

【０００６】本発明は、上記の厚肉高張力鋼板における
板厚方向の硬度差を小さくするためになされたものであ
り、化学成分、加熱温度、圧延終了温度および制御冷却
時の冷却開始温度、冷却速度、冷却停止温度を限定する
ことによって、板厚方向の硬度差が小さい板厚50mm以上
の50キロ級低降伏比厚肉高張力鋼板の製造方法を提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、厚肉高張
力鋼板における板厚方向の硬度差を小さくする製造方法
について、種々研究を重ねた結果、化学成分を調整し、
加熱温度、圧延条件、冷却条件等を適切に制御すること
によって、板厚方向の硬度差が小さい50キロ級低降伏比
厚肉高張力鋼板の製造が可能であるという知見を得て本
発明に至ったものである。

【０００８】第１発明は、重量％で、C:0.05〜0.20％、
Si:0.05〜0.50％、 Mn:0.80〜2.0％、Al:0.01 〜0.10
％、Nb:0.005〜0.050 ％、Ti:0.005〜0.050 ％を含有
し、かつ、下記式で示すCeq.が0.40％以下を満足し、残
部Feおよび不可避不純物からなる鋼片を1100℃以上の温
度に加熱後、 850℃を超え 900℃までの温度範囲で圧延
を終了したのち、冷却開始温度を（圧延終了温度−50
℃）以上として、 3〜12℃/secの冷却速度で 500℃未満
で 400℃以上の温度範囲まで冷却する板厚方向の硬度差
が小さい板厚50mm以上の50キロ級低降伏比厚肉高張力鋼
板の製造方法である。 Ceq=C+Si/24+Mn/6+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14 （％）

【０００９】第２発明は、重量％で、
Ni:0.05〜1.0 ％、 Cr:0.05〜0.50％、 Mo:0.05〜0.
50％、V:0.01〜0.10％、B:0.0003〜0.0030％、 Ca:0.00
05〜0.0040％の内から選んだ一種または二種以上を含有
する請求項１記載の板厚方向の硬度差が小さい板厚50mm
以上の50キロ級低降伏比厚肉高張力鋼板の製造方法であ
る。

【００１０】

【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。

【００１１】C は、強度を高めるのに有効な元素である
が、0.05％未満では強度が不十分となり、一方、0.20％
を超えると溶接性が劣化する。したがって、 C添加量は
0.05〜0.20％の範囲とする。

【００１２】Siは、製鋼時の鋼の脱酸と鋼の強化に必要
な元素であり、そのためには、0.05％以上の添加が必要
である。しかし、0.50％を超えて過多に添加すると溶接
性が劣化する。したがって、Si添加量は0.05〜0.50％の
範囲とする。

【００１３】Mnは、強度確保のために少なくとも0.80％
の添加が必要であるが、 2.0％を超えて過多に添加する
と溶接性が劣化する。したがって、Mn添加量は0.80〜2.
0 ％の範囲とする。

【００１４】Alは、脱酸と結晶粒の微細化に有効な元素
であり、0.01％以上の添加が必要であるが、0.10％を超
える添加は溶接性を劣化させる。したがって、Al添加量
は0.01〜0.10％の範囲とする。

【００１５】Nbは、本発明の特徴とする元素の一つであ
り、50キロ級厚肉高張力鋼板の板厚方向の硬度差を小さ
くするために添加するものである。この元素は固溶状態
で鋼の焼入れ性を高め、ベイナイト変態の促進により硬
さの向上に有効に作用するものであるが、 0.005％未満
ではこの効果が少なく、一方、 0.050％を超えると溶接
性が劣化する。したがって、Nb添加量は 0.005〜0.050
％の範囲とする。

【００１６】Tiは、大入熱溶接熱影響部のオーステナイ
ト粒の微細化およびフェライトの生成促進により、溶接
熱影響部の靱性向上に有効な元素であるが、 0.005％未
満ではこの効果は少なく、一方、 0.050％を超えると溶
接性が劣化する。したがって、Ti添加量は 0.005〜0.05
0 ％の範囲とする。

【００１７】本発明では、上記化学成分以外に Ni、
Cr、Mo、V 、B 、Caの内から選んだ一種または二種以上
を添加することができる。

【００１８】

【００１９】Niは、母材の強度、靱性を向上させるのに
有効な元素であるが、0.05％未満ではこの効果が少な
く、一方、過多に添加すると高価な元素であるため、製
造コストの上昇を招く。したがって、Ni添加量は0.05〜
1.0 ％の範囲とする。

【００２０】Crは、焼入れ性を向上させ強度を高めるの
に有効な元素であり、この効果を得るためには0.05％以
上の添加が必要であるが、0.50％を超えて多量に添加す
ると溶接性を劣化させる。したがって、Cr添加量は0.05
〜0.50％の範囲とする。

【００２１】Moは、Crと同様の効果を有する元素であ
り、この効果を得るためには0.05％以上の添加が必要で
あるが、0.50％を超えて多量に添加すると溶接性を劣化
させるとともに製造コストの上昇を招く。したがって、
Mo添加量は0.05〜0.50％の範囲とする。

【００２２】Vは、強度を高めるのに有効な元素である
が、0.01％未満ではこの効果が少なく、一方、0.10％を
超えると溶接性が劣化する。したがって、V 添加量は0.
01〜0.10％の範囲とする。

【００２３】Bは、微量の添加により焼入れ性を向上さ
せ、強度を高めるのに有効な元素であるが、0.0003％未
満ではこの効果が少なく、一方、0.0030％を超えると溶
接性が劣化する。したがって、B 添加量は0.0003〜0.00
30％の範囲とする。

【００２４】Caは、介在物の形態制御による異方性の改
善および耐ラメラティア特性の向上に有効な元素である
が、0.0005％未満ではこの効果が少なく、一方、0.0040
％を超えると鋼中の非金属介在物量を増大させ内部欠陥
の原因となる。したがって、Ca添加量は0.0005〜0.0040
％の範囲とする。

【００２５】以上の化学成分の範囲限定に加えて、溶接
性向上のためにCeqを0.40％以下に限定する。

【００２６】つぎに、本発明の製造条件の限定理由につ
いて説明する。鋼片の加熱温度は、オーステナイト結晶
粒の粗大化を防止するためには、低温の方が望ましい。
しかし、強度確保に必要なNbを0.005 ％以上固溶させる
ためには、ある程度の加熱温度を確保しなければならな
い。したがって、本発明では、鋼片の加熱温度は、1100
℃以上に限定する。

【００２７】また、圧延終了温度は、耐震性の面から、
特に、高層建築用鋼材の重要な要求品質である降伏比
［（降伏点／引張強さ）×100 ％］の上昇を招かないた
めに、850℃超えとし、靱性確保の点から 900℃までと
する。この理由は、 850℃以下ではフェライト粒の微細
化により降伏点の上昇が引張強さの上昇を上回るためで
あり、 900℃超えではフェライト粒の微細化ガ十分でな
いためである。

【００２８】さらに、圧延終了後の冷却開始温度を（圧
延終了温度−50℃）以上とした理由は、これ未満の温度
では冷却効果が得られず強度の確保が困難となるためで
ある。また、冷却速度の下限を 3℃/secとした理由は、
Ceq を0.40％以下に限定する中で、板厚が50mm以上の厚
肉鋼板の板厚方向の組織をフェライトとベイナイトの混
合した組織に一様に分布させて、板厚中心部の強度上昇
を図るためである。一方、冷却速度の上限を12℃/secと
した理由は、冷却速度を高めると、板厚が50mm以上の厚
肉鋼板では表面部が過冷され、板厚中心部と表面部との
硬度差が大きくなり、本発明の目的である板厚方向の硬
度さを小さくすることが困難となるからである。

【００２９】つぎに、冷却停止温度の上限を 500℃未満
に限定した理由は、板厚が50mm以上の厚肉鋼板では、板
厚内部の冷却速度が遅くなり、 500℃以上では板厚中心
部では、フェライトが主体の組織となり、板厚方向の硬
度差が大きくなるためであり、一方、下限を 400℃以上
に限定した理由は、 400℃未満では鋼板に水素性欠陥が
発生しやすくなること、および鋼板内に大きな残留応力
が発生して形状不良を招くためである。

【００３０】

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、
本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではな
い。供試鋼板は表１および表２に示す化学成分を含有す
る鋼片を、表３に示す製造条件にしたがって、板厚50〜
100mm に仕上げたものである。これらの鋼板から試験片
を採取し引張試験、衝撃試験、板厚方向の硬度測定、溶
接最高硬さ試験および溶接継手衝撃試験を行った。その
結果を表４に示す。なお、溶接継手衝撃試験の溶接条件
は、ボックス柱の角継手を想定したサブマージアーク溶
接で、入熱は400kJ/cmである。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【表２】

【００３３】

【表３】

【００３４】

【表４】

【００３５】表１および表２に化学成分を、表３に製造
条件を、表４に試験結果を示す。表１および表２におい
て、鋼Ａ〜Ｅは本発明の化学成分範囲の鋼であり、鋼Ｆ
〜Ｈは比較法で、鋼ＦはNb、Tiが添加されていなく、Ce
q も高く、鋼ＧはNbが、鋼ＨはTiが添加されていない。
また、表３において、鋼Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ
１、Ｃ２、Ｄ１、Ｄ２、Ｅ１、Ｅ２は、表１および表２
の鋼Ａ〜Ｅに対して各々製造条件が異なることを意味す
る。

【００３６】表４から明らかなように、本発明法による
鋼Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１、Ｅ１、は、いずれも、引張
強さ50kgf/mm² 以上であり、降伏比は70〜74％と安定し
て低く、vTrsは低温側にあり靱性も良好であり、板厚方
向の硬度差もHV12〜27と安定して低く、優れた機械的性
質を有している。また、溶接最高硬さは低く、溶接継手
靱性も良好である。

【００３７】一方、比較法による鋼Ａ２は、冷却停止温
度が高いため板厚方向の硬度差が大きくなっている。比
較法による鋼Ｂ２は、冷却速度が大きいため、Ａ２と同
様に板厚方向の硬度差が大きくなっている。比較法によ
る鋼Ｃ２は、圧延終了温度が低いため降伏比が高くなっ
ている。比較法による鋼Ｄ２は、圧延終了温度が高いた
め靱性が低くなっている。比較法による鋼Ｅ２は、冷却
開始温度が 800℃と低いため引張強さが50kgf/mm² 未満
と強度不足が生じている。比較法による鋼Ｆは、圧延終
了後の冷却が空冷のため板厚方向の硬度差は小さくなっ
ているが、Ceq が高いため溶接最高硬さが高く、大入熱
サブマージアーク溶接継手部の靱性が低くなっている。
比較法による鋼Ｇは、Nbが添加されていないため引張強
さが低く、板厚方向の硬度差も大きくなっている。比較
法による鋼Ｈは、Tiが添加されていないため大入熱サブ
マージアーク溶接継手部の靱性が低くなっている

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、化学成
分、加熱温度、圧延終了温度および制御冷却時の冷却開
始温度、冷却速度、冷却停止温度を限定することによっ
て、板厚方向の硬度差が小さい厚肉高張力鋼板を製造す
るもので、本発明によれば板厚方向の硬度差が小さい板
厚50mm以上の50キロ級低降伏比厚肉高張力鋼板の製造が
可能である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量比％で、C:0.05〜0.20％、 Si:0.05
   〜0.50％、 Mn:0.80〜2.0 ％、Al:0.01 〜0.10％、Nb:
   0.005〜0.050 ％、Ti:0.005〜0.050 ％を含有し、か
   つ、下記式で示すCeq が0.40％以下を満足し、残部Feお
   よび不可避不純物からなる鋼片を1100℃以上の温度に加
   熱後、 850℃を超え 900℃までの温度範囲で圧延を終了
   したのち、冷却開始温度を（圧延終了温度−50℃）以上
   として、 3〜12℃/secの冷却速度で 500℃未満で 400℃
   以上の温度範囲まで冷却することを特徴とする板厚方向
   の硬度差が小さい板厚50mm以上の50キロ級低降伏比厚肉
   高張力鋼板の製造方法。 Ceq=C+Si/24+Mn/6+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14 （％）
2. 【請求項２】 重量比％で、 Ni:0.05〜1.0 ％、 Cr:0.
   05〜0.50％、 Mo:0.05〜0.50％、V:0.01〜0.10％、B:0.
   0003〜0.0030％、 Ca:0.0005〜0.0040％の内から選んだ
   一種または二種以上を含有することを特徴とする請求項
   １記載の板厚方向の硬度差が小さい板厚50mm以上の50キ
   ロ級低降伏比厚肉高張力鋼板の製造方法。