JPH07118739A - 急速焼戻しによる低降伏比高張力鋼板の製造方法 - Google Patents

急速焼戻しによる低降伏比高張力鋼板の製造方法

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JPH07118739A
JPH07118739A JP26657793A JP26657793A JPH07118739A JP H07118739 A JPH07118739 A JP H07118739A JP 26657793 A JP26657793 A JP 26657793A JP 26657793 A JP26657793 A JP 26657793A JP H07118739 A JPH07118739 A JP H07118739A
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less
steel
temperature
steel plate
tempering
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JP26657793A
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Rikio Chijiiwa
力雄 千々岩
Hiroshi Tamehiro
博 為広
Seiji Isoda
征司 磯田
Motohiro Osada
元宏 長田
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は工業的に可能な高能率の焼戻し処理
により低降伏比の高張力鋼板の製造技術を提供するもの
である。 【構成】 NbやVを添加せず、CuやMo添加量を制
限して添加した鋼を圧延し、再加熱で720〜840℃
に加熱し、この温度よりただちに焼入れして、ミクロ組
織をマルテンサイト・フェライト主体にした鋼板を表面
のスケールを排除して、800〜1000℃に加熱した
熱処理炉に挿入し、0.3℃/秒以上の昇温速度で加熱
し、表面温度がA1 点−150℃以上、A1 点+50℃
以下の所定の温度に到達した後、ただちに炉外へ出し、
空冷〜水冷を行うことにより、低降伏比の高張力鋼板を
製造することができる。これにより、本発明法で製造し
た鋼板は耐震性が必要な大型の建築構造物への適用が可
能となった。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は圧延後の再加熱で鋼板の
温度を720〜840℃に昇温し、この温度から焼入れ
した鋼板を急速加熱の急速焼戻しにより低降伏比(低Y
R)の高張力鋼板を製造する技術に関するもので、この
方法で製造される鋼板は耐震性が要求される建築物等へ
の適用が期待される。
【0002】
【従来の技術】従来、引張強度が590N/mm2 以上の低
YR鋼の殆どは700〜850℃のオーステナイト
(γ)−フェライト(α)の2相共存域からの水冷後、
焼戻しする方法が用いられていた。例えば、特開平3−
207814にその記述があるが、この方法では、γ−
αの2相共存域で保持することにより炭素(C)のαか
らγへの濃化を促進してCを殆ど含まないαとCが濃化
したγを生成させ、水冷後に柔らかい部分と固い部分の
2相を混在させて低YR化を図っていた。しかしなが
ら、この技術では、焼戻し処理は従来と同じ方法である
ため、低YR化に限界があり、大きな問題点であった。
【0003】また、従来の焼戻し処理法は鋼板を所定の
温度に保持した炉内に長時間保持する必要があり、処理
時間が長く、製造コストの面でも問題であった。また、
特開昭58−19439では、急速加熱法が開示されて
いるが、この方法はパイプの誘導加熱法であり、厚鋼板
への適用は難しい。厚鋼板の場合、誘導加熱法は、実際
に製造される厚鋼板の厚みや幅の種類が極めて多いため
加熱用のコイルが多数必要で、コストや温度精度から、
工業的に実用化は無理な課題であった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は従来無理とさ
れていた高張力化と低YR化を同時に達成する鋼板の製
造技術に関するものである。本発明により製造した鋼は
低YRと高張力を兼ね備えており、耐震性が要求される
ような大型の建築物への採用に適している。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、重量%
でC:0.04〜0.20%、Si:1%以下、Mn:
0.5〜2.0%、P:0.020%以下、S:0.0
10%以下、Al:0.05%以下、Mo:0.5%以
下、B:0.003%以下、Ti:0.02%以下、
N:0.006%以下及び、Ni:1%以下、Cu:
0.5%以下、Cr:0.5%以下、の一種または二種
以上を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる
鋼を圧延し、鋼板を再加熱で720〜840℃の温度範
囲に加熱して、この温度からただちに常温まで水冷して
焼入れを行い、ミクロ組織を主としてマルテンサイト・
フェライトの混合組織とした後、表面のスケールを排除
した後、800〜1000℃に加熱した熱処理炉に挿入
し、0.3℃/秒以上の昇温速度で加熱して、表面温度
がA1 点−150℃以上、A1 点+50℃以下の所定の
温度に到達した後、ただちに炉外へ出し、空冷〜水冷を
行うことを特徴とする靭性の優れた低降伏比高張力鋼板
の製造方法である。
【0006】本発明の基本となる考え方を以下に述べ
る。前述したように低YR鋼を製造する技術としてはγ
−αの2相共存域から水冷し、その後、焼戻しを行う方
法が一般的である。2相共存域からの水冷によりCを殆
ど含まないフェライト相とCを過飽和に含んだマルテン
サイト相が生成される。降伏強度(YS,YP)は主に
フェライト相の強度に依存し、引張り強さ(TS)は主
にマルテンサイト相の強度や分率に依存することが知ら
れている。YRはTSに対するYS(YP)の割合であ
るため、2相共存域からの水冷は低YR鋼製造のため、
最も適した方法と考えられていた。
【0007】しかしながら、従来の方法では、その後の
焼戻し処理により前述の効果の多くが失われ、低YR化
の限界があった。焼戻し工程で生じる主な冶金現象は
固溶炭素原子がセメンタイトとして排出、微細なFe
炭化物が粗大化、固溶炭素原子がFe以外の金属元素
との炭化物として析出、変態時に生じたミクロ組織中
の多数の転位が消滅あるいは著しく減少の3点が知られ
ている。これらの現象は焼戻し温度が高いほど促進され
る。このうち、Nb,V,Cu等の析出硬化により強度
向上を図る鋼では、析出硬化を促進するため、550℃
以上の焼戻し温度が必須であった。また、析出硬化元素
を使用しない鋼でも、焼戻しの温度により強度の変化が
穏やかな550℃以上の条件での焼戻しが大部分であっ
た。
【0008】しかしながら、焼戻し温度が高いと、マル
テンサイトやベイナイトのラスセメンタイト及びその他
の炭化物が粗大化し、強度に寄与する転位も減少する。
しかも、焼戻し温度が高いほどYSの低下よりTSの低
下が大きくなるため、YRが増加することになる。一
方、焼戻し温度が低いと過剰な炭素の固溶状態(一部マ
ルテンサイトを含む)が解消されないため、靭性が回復
しない。従って、従来の焼戻し処理は必然的に焼戻し温
度範囲が定められ、比較的高い温度でかなりの時間保持
する方法が一般的で低YR化にとって限界があった。
【0009】本発明者らの研究によれば、過剰な炭素の
固溶状態をなくし、且つ炭化物の粗大化を抑制する方法
により、従来の方法では到達できなかった低YR化を図
ることができることを見いだした。すなわち、焼戻しで
YRを増加させるNbやVの析出硬化元素は無添加で、
さらに、CuやMo量はCu−クラスター、Mo−クラ
スターとして析出硬化しない量に制限する必要がある。
このように限定した成分の鋼を圧延し、その後、再加熱
で720〜840℃の温度範囲に加熱し、この温度から
ただちに常温まで水冷して、ミクロ組織を主としてマル
テンサイト・フェライトの混合組織とした鋼板を、鋼板
の表面のスケールを排除した後、800〜1000℃に
加熱した熱処理炉に挿入し、0.3℃/秒以上の昇温速
度で加熱して、表面温度がA1 点−150℃以上A1
+50℃以下の所定の温度に到達した後、ただちに炉外
へ出し、空冷〜水冷して、靭性の優れた低降伏比高張力
鋼板を製造する方法である。
【0010】まず、熱処理炉で鋼板を加熱する場合、鋼
板の温度は鋼板表裏面のスケールの影響が大きい。特に
本発明のように熱処理温度よりかなり高温の800〜1
000℃に保持された熱処理炉に鋼板を挿入し、熱処理
炉温度よりかなり低い温度(A1 点−150℃〜A1
+50℃以下)に加熱し、所定の温度に到達後ただちに
炉外へ出し空冷〜水冷する方法ではスケールの付着状態
により鋼板の到達温度が大きく左右される。すなわち、
同一鋼板内で、スケールの付着状態に差があると、熱処
理(到達)温度が異なり、鋼板内の材質の変動が大きく
なり実用には適さない。
【0011】また、熱処理の昇温速度は速いほど好まし
いが、このためには、熱処理炉の温度が高いほど速くな
る。しかしながら、熱処理炉の温度が高くなると鋼板の
表面と中心及び幅方向の中心と端の到達温度の差が大き
くなり材質に影響する。すなわち、熱処理炉の温度を8
00〜1000℃に保持する理由は、800℃未満で
は、昇温速度が遅く初期の目的を達しないため、100
0℃超では板厚の中心温度と表面温度の差や鋼板の端と
の温度差が100℃を超え、均一な材質が得られないた
めである。
【0012】さらに、加熱温度(熱処理による鋼板表面
の到達温度)をA1 点−150℃以上、A1 点+50℃
以下の範囲とする理由はA1 点−150℃以下の温度で
は過剰な炭素の固溶状態がなくならないため、靭性が回
復しないためであり、A1 点+50℃以上の温度では炭
化物が粗大化し、強度が低下するだけでなく、靭性も劣
化するためである。つぎに、所定の温度に達した後、保
持をしないでただちに炉外へ出して空冷〜水冷(材質上
は水冷が好ましい)する理由は、炭化物を粗大化させず
にTSの低下を抑えて靭性の確保とともに、YRを増加
させないためである。
【0013】すなわち、従来の考えでは、過剰な炭素の
固溶状態の解消は焼戻し温度とその時間の積算効果とさ
れていたが、これとは全く異なり、焼戻し温度の絶対値
が支配的であることをつきとめ、炭化物の粗大化は従来
通りの積算効果である事実を明らかにし、その最適な方
法が急速加熱後、空冷〜水冷する方法であることを見い
だした。本発明鋼は焼戻し時に大きな板内温度差(〜≦
100℃)を生じるが、上述のメカニズムのため、板内
の強度の変化は少なく、実用的にも十分均質なレベルを
得ることができる。
【0014】また、従来法では達することができなかっ
た低YR高張力鋼が得られるが、生産性の点からも大き
なメリットが生じる。すなわち、本発明法での焼戻し処
理時間は従来法に比較して約1/3程度に短縮でき、経
済的に大きなメリットである。本発明鋼は従来にない短
時間の焼戻し処理で、低YRの高張力鋼の製造を可能と
するものであるが、製造法とともに鋼成分が重要であ
り、以下これについて述べる。
【0015】Cは強度を確保するため、重要な元素であ
り、0.04%未満では十分な強度が得られないため下
限を0.04%とした。また、0.2%を超えると溶接
性を劣化させるので上限を0.2%とした。Siは脱酸
上、鋼に含まれる元素であるが、多く添加すると溶接性
が劣化するため上限を1%とした。Mnは強度、靭性を
確保するため不可欠な元素であり、0.5%以上の添加
が有効である。しかしながら、2.0%以上では溶接性
を害するため上限を2.0%とした。
【0016】本発明鋼において不純物であるP,Sをそ
れぞれ0.020%、0.010%以下とした。理由は
母材靭性や溶接性を劣化させないためである。Alは一
般に脱酸上鋼に含まれる元素であるが、0.05%を超
えるとスラブ鋳造時の表面割れが出やすくなるため上限
を0.05%とした。MoはMnとともに、本発明鋼で
は重要な元素であるが、0.5%を超えて添加しても強
度向上効果は少なく、溶接性も害するため、0.5%を
上限とした。Bは焼入れ時に、オーステナイトからフェ
ライトの変態を抑制し焼入れ性を向上させる効果があ
る。しかしながら、過度の添加はかえって焼入れ性を阻
害するため、上限を0.003%とした。
【0017】TiはTiNを生成して、スラブ加熱時の
オーステナイト粒の粗大化を抑制したり、Nを固定して
Bの効果を発揮させる等の効果がある。しかしながら、
過度の添加はTiCを生成して靭性を著しく阻害するた
め、上限を0.02%とした。Nは多すぎるとBの効果
を失い、スラブ鋳造時の表面割れが出やすくなるため
0.006%以下とする。つぎに、Ni,Cu,Crを
添加する理由を述べる。これらの元素の添加はいずれも
鋼の焼入れ性を向上させ、強度や靭性を確保するため重
要な元素であるが、過度の添加は鋼の靭性や溶接性、溶
接部の靭性を害するため、それぞれその上限をNi1%
以下、Cu0.5%以下、Cr0.5%とした。
【0018】
【実施例】表1に発明鋼と比較鋼の化学成分及び鋼板の
製造条件、母材の機械的特性を示す。
【0019】
【表1】
【0020】
【表2】
【0021】発明鋼の強度(TS)は600〜840N/
mm2 で、YRは74%以下と低く、vTrsも−67℃
以下の良好な値である。従って、本発明鋼は耐震性が問
題となる建築物への適用に最適であり、その他の構造物
への適用も可能である。これに対し比較鋼11では、鋼
板の製造法は発明鋼と同じであるが、鋼成分のMn量が
多すぎるため、強度は良好であるが、YRが高く、靭性
も不十分である。同様に、比較鋼12では、鋼板の製造
法は発明鋼と同じであるが、鋼成分のMn量が少ないた
め、TSが低く、靭性も不十分な値である。比較鋼13
では、鋼板の製造法は発明鋼と同じであるが、鋼成分の
C量が少ないため、TSが低く、靭性も不十分な値であ
る。
【0022】比較鋼14では、鋼板の製造法は発明鋼と
同じであるが、鋼成分のC量が多すぎるため、靭性が不
十分な値である。比較鋼15では、鋼板の製造法は発明
鋼と同じであるが、鋼成分にNbやVを添加している
が、強度が不十分な値である。比較鋼16では、鋼成分
は発明鋼と同じであるが、圧延後の水冷開始温度が高す
ぎるため、YRが高い。比較鋼17では、鋼成分は発明
鋼と同じであるが、圧延後の水冷開始温度が低すぎるた
め、強度が不十分な値である。比較鋼18では、鋼成分
は発明鋼と同じで、圧延後の水冷開始温度も発明鋼と同
じであるが、従来の焼戻し処理のため、YRが高い。
【0023】
【発明の効果】本発明は工業的に可能な高能率の焼戻し
処理により低降伏比の高張力鋼板の製造技術を提供する
ものである。本発明により製造した鋼は低降伏比と高張
力を兼ね備えており、大型の建築構造物等への適用が可
能である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長田 元宏 君津市君津1番地 新日本製鐵株式会社君 津製鐵所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、 C :0.04〜0.20%、 Si:1%以下、 Mn:0.5〜2.0%、 P :0.020%以下、 S :0.010%以下、 Al:0.05%以下、 Mo:0.5%以下、 B :0.003%以下、 Ti:0.02%以下、 N :0.006%以下 及び、 Ni:1%以下、 Cu:0.5%以下、 Cr:0.5%以下、 の一種または二種以上、 残部がFe及び不可避的不純物からなる鋼を圧延し、鋼
    板を再加熱で720〜840℃の温度範囲に加熱して、
    この温度からただちに常温まで水冷して焼入れを行い、
    ミクロ組織を主としてマルテンサイト・フェライトの混
    合組織とした後、表面のスケールを排除した後、800
    〜1000℃に加熱した熱処理炉に挿入し、0.3℃/
    秒以上の昇温速度で加熱して、表面温度がA1 点−15
    0℃以上、A1 点+50℃以下の所定の温度に到達した
    後、ただちに炉外へ出し、空冷〜水冷を行うことを特徴
    とする靭性の優れた低降伏比高張力鋼板の製造方法。
JP26657793A 1993-10-25 1993-10-25 急速焼戻しによる低降伏比高張力鋼板の製造方法 Withdrawn JPH07118739A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102965594A (zh) * 2012-11-07 2013-03-13 韶关市新世科壳型铸造有限公司 采用低合金钢制作超低温钢的方法
CN102965593A (zh) * 2012-11-07 2013-03-13 韶关市新世科壳型铸造有限公司 用低合金钢制作超低温钢的热处理方法
CN112375978A (zh) * 2020-10-30 2021-02-19 舞阳钢铁有限责任公司 一种建筑用钢及其生产方法

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