JPH0717947B2 - 低降伏比高張力鋼板の製造方法 - Google Patents

低降伏比高張力鋼板の製造方法

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JPH0717947B2
JPH0717947B2 JP2003189A JP318990A JPH0717947B2 JP H0717947 B2 JPH0717947 B2 JP H0717947B2 JP 2003189 A JP2003189 A JP 2003189A JP 318990 A JP318990 A JP 318990A JP H0717947 B2 JPH0717947 B2 JP H0717947B2
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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は70kgf/mm2以上の引張強さを有する低降伏比高
張力鋼板の製造法に関するものである。
(従来の技術) 近年、建築用構造物に使用される鋼材(鋼板、鋼管ある
いは形鋼ほか)をはじめとする構造用鋼材において、耐
震性に優れた低降伏比高張力鋼板が要求されている。
このような要求に対応するための低降伏比高張力鋼の製
造法としては、例えば特開昭55−41927号公報あるいは
特開昭55−97425号公報記載の方法等が提案されてい
る。前者の方法は制御圧延・制御冷却法の組合せを利用
した方法であり、後者の方法はいわゆる調質処理(QT)
型によるものであるが、いずれの場合も60kgf/mm2級鋼
としては良好な低降伏比を有するが、70kgf/mm2以上の
高張力鋼、とりわけ80kgf/mm2級鋼としては十分な低降
伏比(降伏比80%以下)が得られないという問題点があ
った。
(発明が解決しようとする課題) 本発明の目的は、このような従来の問題点を解決し、最
適な成分並びに製造条件を明らかにすることにより、優
れた低降伏比を有する高張力鋼板(70kgf/mm2以上)の
製造方法を提供するにある。
(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下記の通りである。
(1)重量%で、 C :0.08〜0.18%、 Si:0.6%以下、 Mn:0.5〜1.6%、 Cr:0.4〜1.5%、 Mo:0.2〜0.5%、 Nb:0.005〜0.05%、 Ti:0.005〜0.03%、 B :0.0005〜0.003%、 Al:0.10%以下、 N :0.006%以下、 残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼片を1100〜12
50℃の温度に加熱後、800〜950℃の温度で圧延を終了し
た後、鋼板を空冷にて300℃以下の温度まで冷却し、そ
の後Ac1〜Ac3の温度に加熱後急冷し、400〜580℃の温度
で焼戻し後空冷することを特徴とする低降伏比高張力鋼
板の製造方法。
(2)重量%で、 C :0.08〜0.18%、 Si:0.6%以下、 Mn:0.5〜1.6%、 Cr:0.4〜1.5%、 Mo:0.2〜0.5%、 Nb:0.005〜0.05%、 Ti:0.005〜0.03%、 B :0.0005〜0.003%、 Al:0.10%以下、 N :0.006%以下とし、 これに Ni:1.0%以下、 Cu:1.0%以下、 V :0.1%以下、 Ca:0.001〜0.005% のいずれか1種、または2種以上をさらに含有し、残部
がFeおよび不可避的不純物からなる鋼片を1100〜1250℃
の温度に加熱後、800〜950℃の温度で圧延を終了した
後、鋼板を空冷にて300℃以下の温度まで冷却し、その
後Ac1〜Ac3の温度に加熱後急冷し、400〜580℃の温度で
焼戻し後空冷することを特徴とする低降伏比高張力鋼板
の製造方法。
(作用) 鋼材の降伏比は一般に強度が上昇するほど高くなること
が知られている。すなわち、強度が高くなればなるほ
ど、低降伏比化は困難となることから、優れた低降伏比
を有する高張力鋼板を得るためには、適正な成分・製造
条件を選択することが必須となる。
本発明においては、70kgf/mm2以上の高張力鋼板として
その母材強度・靱性を確保し、なおかつ低降伏比を達成
するための必要条件としての成分条件、製造条件を明ら
かにした。
本発明者らの研究によれば、優れた低降伏比を有する高
張力鋼板を実現するためには、そのミクロ組織を、均質
なアッパーベイナイト(ベイニティックフェライト)相
をベースとし、これに適切なサイズで微細分散した焼戻
しマルテンサイト相を含む混合組織とすることが必要で
ある。一般にマルテンサイト相を含む混合組織を得るた
めには、Ac1点〜Ac3点の温度から鋼材を焼入れ、焼戻す
ことが有効であることが知られているが、適切なサイ
ズ、分散状態を有するマルテンサイト相を得るために
は、焼入前組織を適正に制御することが不可欠である。
そのためには、鋼の化学成分と圧延条件の適正化が必須
であるとともに、焼戻温度にも注意を払う必要がある。
以下、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Ac1〜Ac3間の温度からの焼入処理において焼入性を
確保し、マルテンサイト相を得るために0.08%以上の添
加が必要である。しかしながら、Cの過度の添加は溶接
性の劣化をもたらすことから、その上限を0.18%とし
た。
Siは脱酸上鋼に含まれる元素であるが、その過剰添加は
溶接性、HAZ靱性を阻害する。従って、その上限を0.6%
とすることが必要である。
Mnは、強度、靱性並びに焼入性を確保する上で有用な元
素であり、0.5%以上の添加が必要である。しかしMn量
が多すぎると溶接性、HAZ靱性の劣化あるいは焼戻し脆
化を招くためその上限を1.6%とした。
Crは母材の強度を高める元素であり、0.4%以上の添加
が必要である。しかし、Cr量が1.5%を超えると溶接性
やHAZ靱性を劣化させるため、その上限を1.5%とした。
Moは母材の強度、靱性を共に向上させる元素であり、0.
2%以上添加しないとその効果がない。しかし、0.5%を
超えると溶接部靱性および溶接性の劣化を招き好ましく
ないため、上限を0.5%に限定した。
Nbは母材の強度・靱性の向上に有効な元素であり、特に
本発明においては未再結晶減圧延を活用し、圧延後空冷
ままで適正なサイズのマルテンサイト相を得るととも
に、母材の靱性を確保するために必須の元素である。そ
の量は0.005%以上が必要であるが、Nbの過量添加はHAZ
靱性を劣化させるため、その上限を0.05%とする必要が
ある。
Tiは加熱時のオーステナイト粒の粗大化を抑制し、母材
の靱性を確保する上で有用であり、その微量添加はHAZ
靱性の向上にも有効である。しかし、0.005%未満の添
加では効果がなく、また0.03%超の添加ではTiCの析出
硬化によりHAZ靱性の劣化を招くため、その添加量を0.0
05〜0.03%に限定した。
Bは焼入性を向上させ、母材の強度・靱性を確保する上
で重要な元素である。特に本発明においては、圧延後空
冷ままで適切なサイズのマルテンサイト相を含む均質な
アッパーベイナイト(ベイニティックフェライト)相を
得て強度を確保しておく必要がありBの添加は必須であ
る。Bは0.0005%未満の添加では効果がなく、また0.00
3%を超える添加は焼入性を著しく劣化させるため、そ
の添加量を0.0005〜0.003%に限定した。
Alは一般に脱酸上鋼に含まれる元素であるが、Siおよび
MnあるいはTiによっても脱酸は行なわれるので、本発明
ではAlについては下限を限定しない。しかし、Al量が多
くなると鋼の清浄度が悪くなり、HAZ靱性が劣化するの
で上限を0.10%とした。
Nは一般に不可避的不純物として鋼中に含まれるが、N
の過量添加はHAZ靱性の劣化を招くため、その上限を0.0
06%とした。
なお、P,Sは不可避的不純物として鋼中に含まれる。本
発明では、その量を特に限定しないが、これらは母材な
らびに溶接部の靱性を劣化させるため、その量は極力少
ない方が好ましく、それぞれ0.03%以下、0.01%以下と
することが望ましい。
本発明鋼板においては、さらに必要によりNi:1.0%以
下、Cu:1、0%以下、V:0.1%以下、Ca:0.001〜0.005%
のうちいずれか1種、または2種以上を含有させる。
これらの元素を含有させる主たる目的は本発明鋼板の特
徴を損なうことなく、強度、靱性の向上および製造板厚
の拡大を可能にするところにあり、その添加量は溶接性
およびHAZ靱性等の面から自ずと制限されるべき性質の
ものである。
NiはHAZの硬化性および靱性に悪影響を与えることなく
母材の強度、靱性を向上させる特性をもつが、1.0%を
超えるとHAZの硬化性および靱性上好ましくないため、
上限を1.0%とした。
CuとNiとほぼ同様の効果を持つとともに、耐食性、耐水
素誘起割れ特性にも効果がある。しかし、1.0%を超え
ると圧延中にCu−クラックが発生し製造が困難になる。
このため、上限を1.0%とした。
Vは微細な炭窒化物の形成による強度向上効果を奏する
が、0.1%を超える添加は靱性の劣化を引き起こすため
その上限を0.1%とした。
Caは硫化物の形態を制御し、シャルピー吸収エネルギー
を増加させ低温靱性を向上させるほか、耐水素誘起割れ
性の改善にも効果を発揮する。しかし、Ca量は0.001%
未満では実用上効果がなく、また、0.005%を超えるとC
aS,CaOが多量に生成して大型介在物となり、鋼の靱性の
みならず清浄度も害し、さらに溶接性にも悪影響を与え
るので、Ca添加量の範囲を0.001〜0.005%とした。
次に、以上の様な成分系を有する鋼板の製造法について
述べる。
まず、鋼片の加熱温度は1100〜1250℃とする必要があ
る。加熱温度が1100℃未満になると、Nbの固溶が不十分
となり、強度が確保できない。また、加熱温度の上限に
ついては、オーステナイトの粗大化を防止し母材靱性を
確保するために1250℃以下とすることが必要である。な
お、鋼片鋳造後Ar3点より低い温度に冷却後再加熱する
ことなく、すなわち鋼片鋳造後直ちにあるいは鋼片鋳造
後Ar3点以上の温度での保熱過程を経た後直ちに圧延を
行なってもよい。
次に、圧延終了温度は800〜950℃とする必要がある。圧
延を800℃未満で終了した場合オーステナイトが過度に
細粒化あるいは延伸化して焼入性が低下し、強度の確保
が出来ない。また、950℃を超える温度で圧延を終了し
た場合、オーステナイトの細粒化が不十分で母材靱性の
劣化を招く。さらに、圧延後の冷却に関しては空冷とす
ることが必須である。圧延後水冷(急冷)を施すマルテ
ンサイトあるいはローワーベイナイト組織が得られる
が、このような均一組織においては、炭化物が極めて微
細となる。本発明者らの研究によれば、このような微細
な炭化物を有する組織を前組織としてAc1〜Ac3温度から
の焼入れを行なうと、最終的に得られる組織におけるマ
ルテンサイトのサイズが十分に大きなものとならず、低
降伏比が得られなくなる。高強度でかつ低降伏比を有す
る鋼材を製造するためには、この圧延ままの、すなわち
Ac1〜Ac3温度からの焼入処理前の組織を、適切なサイズ
のマルテンサイト相を含むアッパーベイナイト(ベイニ
ティックフェライト)組織とすることが必要であり、そ
のためには圧延後空冷により300℃以下まで冷却するこ
とが必須となる。
次に、圧延後の熱処理方法を規定する理由を述べる。前
述の適正な前組織を有する鋼板を圧延によって得たの
ち、良好な低降伏比を得るためにAc1〜Ac3温度からの焼
入れとそれに引き続く焼戻しを行なう。Ac1〜Ac3温度か
らの焼入れの目的は、圧延によって得られたマルテンサ
イト相をγ相に逆変態させてCのより一層の濃縮を計
り、ベース組織であるアッパーベイナイト(ベイニティ
ックフェライト)とのより一層の強度差を付与すること
により、低降伏比を達成するためである。Ac1未満の温
度での加熱では逆変態が生じず、またAc3超の温度での
加熱では組織全体がγ化し、圧延で付与した前組織の利
点を生かせないことから、その加熱温度をAc1〜Ac3とし
た。なお、本処理においては、ベイナイト−マルテンサ
イト二相化を計ることから急冷(焼入)が必須となる。
このようにして得られた組織におけるマルテンサイトは
きわめて脆く低温靱性に関して問題があり、このため、
焼戻し処理を行なう。400℃未満では焼戻しが不十分で
あり、580℃超では強度の低下を生じる。このため、焼
戻し温度は400〜580℃とした。
なお、本発明は種々の鋼材に適用が可能であるが、主と
して引張強度70kgf/mm2以上、板厚80mm以下の厚鋼板並
びにこれらを板巻きして製造する鋼管用鋼板に適用する
のが好ましい。
(実施例) 次に本発明の実施例について説明する。
第1表に供試鋼の化学成分を、第1表(続き)に各鋼の
製造条件と機械的性質を示す。第1表、第1表(続き)
において、記号A〜Eは本発明例、F〜Gは比較例を示
す。本発明例A〜Eは70kgf/mm2以上の高強度を有する
とともに、80%以下の極めて良好な低降伏比を有する。
これに対して、比較例Fは圧延後直ちに水冷を行なって
いるため、Ac1〜Ac3温度からの焼入前の組織がマルテン
サイトないしはローワーベイナイトの均一組織を有して
おり、Ac1〜Ac3温度からの焼入れとそれに引き続く焼戻
し処理で得られる最終的な材質で80%以下の十分な低降
伏比が得られない。また、比較例GはNb,Bを含まないた
め圧延ままの組織にフェライトを含んでおり、強度が70
kgf/mm2未満と不良となっている。
(発明の効果) 以上、本発明を詳細に説明したが、本発明は優れた低降
伏比と70kgf/mm2以上の高強度を併せ持つ画期的な高張
力鋼板を製造する手段を提供するものである。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重量%で、 C :0.08〜0.18%、 Si:0.6%以下、 Mn:0.5〜1.6%、 Cr:0.4〜1.5%、 Mo:0.2〜0.5%、 Nb:0.005〜0.05%、 Ti:0.005〜0.03%、 B :0.0005〜0.003%、 Al:0.10%以下、 N :0.006%以下、 残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼片を1100〜12
    50℃の温度に加熱後、800〜950℃の温度で圧延を終了し
    た後、鋼板を空冷にて300℃以下の温度まで冷却し、そ
    の後Ac1〜Ac3の温度に加熱後急冷し、400〜580℃の温度
    で焼戻し後空冷することを特徴とする低降伏比高張力鋼
    板の製造方法。
  2. 【請求項2】重量%で、 C :0.08〜0.18%、 Si:0.6%以下、 Mn:0.5〜1.6%、 Cr:0.4〜1.5%、 Mo:0.2〜0.5%、 Nb:0.005〜0.05%、 Ti:0.005〜0.03%、 B :0.0005〜0.003%、 Al:0.10%以下、 N :0.006%以下とし、 これに Ni:1.0%以下、 Cu:1.0%以下、 V :0.1%以下、 Ca:0.001〜0.005% のいずれか1種、または2種以上をさらに含有し、残部
    がFeおよび不可避的不純物からなる鋼片を1100〜1250℃
    の温度に加熱後、800〜950℃の温度で圧延を終了した
    後、鋼板を空冷にて300℃以下の温度まで冷却し、その
    後Ac1〜Ac3の温度に加熱後急冷し、400〜580℃の温度で
    焼戻し後空冷することを特徴とする低降伏比高張力鋼板
    の製造方法。
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