JPH1096042A - 表層部靭性の優れた高張力鋼板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】表層部靭性に優れた厚肉の高張力鋼板及びその
製造方法の提供。 【解決手段】（１）wt%で、C:0.02〜0.15%、Mn:0.4〜2%、
Ni:1〜6%、Mo:0.3〜2%、Nb:0.01〜0.05%、B:0.001〜0.005
%、任意元素を含み、、のT1、T2がT1≦T2を満たし、表層
位置が平均γ粒径20μm以下で、平均ハ゜ケット径15μm以下の
マルテンサイトとヘ゛イナイトの高張力鋼板。 Ｔ1(℃)=937-476(%C)+56(%Si)-19.7(%Mn)-16.3(%Cu)- 26.6(%Ni)-4.9(%Cr)+38.1(%Mo)+125(%V)+3315(%B)・・ Ｔ2(℃)=1127(%Nb)^0.5+754 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ （２）表層位置でRc以上となるように加熱し、8℃/秒以
上となるように200℃以下まで冷却し、Ac1以下で焼戻す
上記（１）と同じ組成の高張力鋼板の製造方法。 Ｒc(℃／秒)=5.5-2.5(%C)^0.5-0.2(%Ni)-0.4(%Mo)+0.55(%Si)+1.3(%V) ・・・

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高度の安全性が要
求される溶接鋼構造物、特に脆性亀裂伝播停止特性が要
求される溶接鋼構造物、たとえば極地や深海などの過酷
な自然環境にて使用される各種構造物、また、事故発生
時に市民生活に広範な影響が出るタンク等の構造物への
使用に好適な表層部靭性の優れた高張力鋼板及びその製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】石油危機を契機に、極地や深海などの過
酷な自然環境下においてもエネルギー資源の積極的な採
掘が行われるようになっている。近年では、その大きな
推定埋蔵量のために北極圏や亜北極圏などの氷海域にお
けるエネルギー資源開発が脚光を浴びている。

【０００３】このような各種の氷海構造物に使用される
鋼材には、とりわけ優れた低温での靱性が要求されてお
り、なかでも脆性亀裂伝播停止特性が重視される。

【０００４】また、こうしたエネルギーを大規模に貯蔵
するタンク類においても、破壊などの事故は極めて大き
な惨事に発展する危険性があるので、最高度の安全性が
要求される事情は同じである。

【０００５】鋼板の脆性亀裂伝播停止特性とは、応力集
中その他の原因により別の部位で発生した脆性亀裂がそ
の鋼板に伝播してきたとき、脆性亀裂の進行を鋼板が停
止させる性質をさす。この脆性亀裂伝播停止特性は脆性
亀裂の発生しやすさを表す脆性亀裂発生特性とは区別さ
れる。しかし、両者は密接な関係を有し、通常は脆性亀
裂伝播停止特性と発生特性とは正の相関関係にある。

【０００６】靭性というとき、脆性亀裂伝播停止特性と
発生特性の両方をさし、本明細書においてもとくにこと
わらないかぎり両者をとくに区別しない。

【０００７】また、脆性亀裂伝播停止特性は鋼板の板厚
全体の性能によって決まる性質である。焼入れ焼戻しを
施されて製造される厚肉の高張力鋼板の場合、中心部ま
で焼きを入れる成分設計がなされるため、後記するよう
に表層部では焼きが入りすぎ靭性が劣化する。このた
め、鋼板全体の脆性亀裂伝播停止特性は表層部の靭性に
よって制約され、表層部の靭性によって鋼板全体の脆性
亀裂伝播停止特性が決定される傾向がある。本発明が対
象とする高張力鋼は、まさにこのような厚鋼板なので、
以後の説明においては専ら板厚の表層部の靭性を問題と
する。

【０００８】厚肉の鋼板の焼入れにおいては、表層部と
中心部の冷却速度に大きな差を生じ、中心部の強度と靭
性を確保するために中心部の組織を適切なものにする成
分設計をすると、表層部では焼きが入りすぎて低温靭性
が中心部より著しく劣化することとなる。そのため、５
０ｍｍ厚を超える７８０ＭＰａ級以上の高張力鋼板の場
合、板厚全域にわたって優れた強度靭性バランスを有す
る鋼板を安定して得ることが困難となっている。

【０００９】この課題を解決するために、特開平２−１
４１５２８号公報にあるような２回焼入れ法が提案され
てきた。同方法では、最終焼入れ時に微細なオーステナ
イト（以下、γと記す）粒を得るために、Ｎｂ添加によ
ってγ粒の粗大化を抑制すると同時に事前に一旦焼入れ
処理を施して加熱前の組織の微細化を図っている。

【００１０】また、特開平２−１３３５２１号公報で
は、１回目の焼入れを圧延後の直接焼入れによって代替
し、再加熱焼入れの回数を減らしエネルギーコストの削
減を図っている。

【００１１】しかし、特開平２−１４１５２８号公報に
示された方法では、エネルギーコストが余計にかかるだ
けでなく、最終焼入れ段階の加熱方法も通常の方法をと
っているため、γ粒径は板厚方向にわたってほぼ一様に
微細になっているがその程度は上記課題を解決するには
不十分である。

【００１２】一方、特開平２−１３３５２１号公報に示
された方法においては、再加熱処理するためのエネルギ
ーコストは削減されるものの、上記の表層部の靭性劣化
を抜本的に解決するものではない。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、化学組成を
調整し、かつ焼入れ時の加熱速度を組成に見合った加熱
速度以上とすることにより表層部靭性を向上させた高張
力鋼板及びその製造方法を提供することを目的とする。
具体的には、下記の機械的性質を、表層位置及び板厚中
心部で達成することを目的とする。

【００１４】表層位置及び中心部の目標性能 1.引張強さ（ＴＳ）：７８０ＭＰａ以上 2.降伏強さ（ＹＳ）：６９０ＭＰａ以上 3.シャルピー試験破面遷移温度（vＴs）：−７０℃以下

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上述のよ
うな観点から、脆性亀裂伝播停止特性、すなわち表層部
靭性に優れた厚肉高張力鋼板の製造方法を提供すべく鋭
意研究を重ねた。その結果、化学組成の調整をし、焼入
れ前の加熱時に組成と見合った加熱速度以上として転位
密度の高いγを得る具体的な方法を見いだし本発明を完
成するにいたった。本発明の斬新な点は、焼入れ前のγ
を高密度の転位を含むγとすることにより、強化を図る
とともに表層部においても焼入れ組織を靭性に最適な微
細なマルテンサイトとベイナイトの混合組織にしたこと
にある。

【００１６】本発明は下記の組成及び組織を有する高張
力鋼板及びその製造方法を要旨とする。

【００１７】（１）重量％にて、Ｃ：０．０２〜０．１
５％、Ｓｉ：０．３％以下、Ｍｎ：０．４〜２％、Ｃ
ｕ：０〜０．６％、Ｎｉ：１〜６％、Ｃｒ：０〜０．８
％、Ｍｏ：０．３〜２％、Ｎｂ：０．０１〜０．０５
％、Ｖ：０〜０．０８％、Ｂ：０．００１〜０．００５
％、Ｔｉ：０〜０．０３％、sol.Ａｌ：０．０８％以下
及びＮ：０．００６％以下を含み、かつ、下記及び
式で示されるγ化温度Ｔ1及び転位安定温度Ｔ2が、Ｔ1
≦Ｔ2なる関係を満たし、残部がＦｅおよび不可避的不
純物からなる組成を有する鋼板であって、鋼板の表層位
置の組織は、平均γ粒径が２０μｍ以下で、かつ、平均
パケット径が１５μｍ以下のマルテンサイトとベイナイ
トとから構成されている表層部靭性の優れた高張力鋼
板。

【００１８】 Ｔ1(℃)=937-476(%C)+56(%Si)-19.7(%Mn)-16.3(%Cu)- 26.6(%Ni)-4.9(%Cr)+38.1(%Mo)+125(%V)+3315(%B)・・ Ｔ2(℃)=1127(%Nb)^0.5+754 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ （２）重量％にて、Ｃ：０．０２〜０．１５％、Ｓｉ：
０．３％以下、Ｍｎ：０．４〜２％、Ｃｕ：０〜０．６
％、Ｎｉ：１〜６％、Ｃｒ：０〜０．８％、Ｍｏ：０．
３〜２％、Ｎｂ：０．０１〜０．０５％、Ｖ：０〜０．
０８％、Ｂ：０．００１〜０．００５％、Ｔｉ：０〜
０．０３％、sol.Ａｌ：０．０８％以下及びＮ：０．０
０６％以下を含み、かつ、下記及び式で示されるγ
化温度Ｔ1 及び転位安定温度Ｔ2 が、Ｔ1≦Ｔ2なる関係
を満たし、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組
成を有する鋼板を、表層位置の加熱速度が下記式に示
す臨界加熱速度Ｒc 以上となるようにＡc₁点以上Ａc₃点
以下の間を加熱し、板厚中心部の温度がＡc₃点を超えた
後、表層位置での冷却速度が８℃／秒以上となるように
２００℃以下まで冷却し、その後Ａc₁点以下の温度で焼
戻す表層部靭性の優れた高張力鋼板の製造方法。

【００１９】 Ｔ1(℃)=937-476(%C)+56(%Si)-19.7(%Mn)-16.3(%Cu)- 26.6(%Ni)-4.9(%Cr)+38.1(%Mo)+125(%V)+3315(%B)・・ Ｔ2(℃)=1127(%Nb)^0.5+754 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ Ｒc(℃／秒)=5.5-2.5(%C)^0.5-0.2(%Ni)-0.4(%Mo)+ 0.55(%Si)+1.3(%V) ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 上記において、γ化温度Ｔ1とはその鋼板のγ化の傾向
を表す温度指標であり必ずしもＡc₁又はＡc₃に対応しな
い。また、転位安定温度Ｔ2とは転位が安定に存在する
ことができる温度指標である。ともに鋼板の化学組成か
ら上記の〜式に基づいて計算される。

【００２０】“表層位置”とは、板厚の１０％に相当す
る厚さだけ板厚表面から内部に入った位置をさす。か
つ、鋼板は板厚中心について対称なので両方の表面につ
いての表層位置とも本発明の表層位置である。

【００２１】“表層部”とは、少なくとも“板厚表面”
から“表層位置”までの範囲をさし、かつ、鋼板の両側
の面の表層部ともに本発明の表層部である。“少なくと
も”であるから、表層部は最低でも板厚表面から表層位
置までであり、通常はそれよりも内部の範囲までが表層
部となる。

【００２２】“平均パケット径”とは、マルテンサイト
及びベイナイト相において、ほぼ同一の結晶方位を有す
る一つのまとまった部分をさす。この平均パケット径は
光学顕微鏡視野内で容易に測定することができる。

【００２３】上記（２）において臨界加熱速度以上で加
熱される位置は、上記の表層位置である。冷却速度及び
冷却停止温度も表層位置における値である。

【００２４】つぎに本発明の技術的背景について説明す
る。本発明の技術的思想の新しい点はつぎの事項に集約
される。

【００２５】（ａ）高張力鋼板の組成を調整して、焼入
れ前にγ化する際、転位密度の高いγ粒を得る。すなわ
ち、組成によって決まるγ化温度Ｔ1及び転位安定温度
Ｔ2を下記式及び式のように決め、Ｔ1≦Ｔ2が満た
されるようにする。

【００２６】 Ｔ1(℃)=937-476(%C)+56(%Si)-19.7(%Mn)-16.3(%Cu)- 26.6(%Ni)-4.9(%Cr)+38.1(%Mo)+125(%V)+3315(%B)・・ Ｔ2(℃)=1127(%Nb)^0.5+754 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ここで、Ｔ1 は鋼板を加熱する際にフェライト（以下、
α）からγに逆変態する温度を意味し、この指標（温
度）が高いほど、逆変態する温度が高温側にある傾向を
意味する。一方、Ｔ2 は高密度の転位が残存していられ
る温度をあらわし、この指標（温度）が高いほど高密度
の転位がより高温まで安定に存在している傾向を示す。

【００２７】焼入れ前のγ化加熱のとき高密度の転位を
含む逆変態γができるためには、したがって、Ｔ1≦Ｔ2
でなければならない。高密度の転位を含む逆変態γが生
成すると、まず焼入れ冷却速度が大きい表層部において
もマルテンサイト単相になりにくくマルテンサイトとベ
イナイトの混合組織を生じやすくなり、しかもそのマル
テンサイトとベイナイトのそれぞれが微細なものとな
る。さらにγ粒界を構成することになる転位が高密度で
存在することから、結果的にγ粒は微細なものとなる。

【００２８】（ｂ）焼入れ前の加熱中、Ａc₁〜Ａc₃の温
度域を表層位置が下記式で示される臨界加熱速度Ｒc
以上で加熱される必要がある。上記した条件Ｔ1≦Ｔ2を
満たしても、Ａc₁〜Ａc₃の温度域をＲc 以上で加熱しな
いと、転位密度の高いγが生成しない。

【００２９】 Ｒc(℃／秒)=5.5-2.5(%C)^0.5-0.2(%Ni)-0.4(%Mo)+ 0.55(%Si)+1.3(%V) ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 加熱速度が鋼板の組成で決まる臨界加熱速度Ｒc 以上の
場合、生成するγは高密度の転位を含み、かつγ粒の核
発生密度は高いものとなり、結果的に焼入れ前のγ粒径
は微細なものとなる。

【００３０】本発明は上記の事項を主要な部分として、
他の事項も組み合わせて、実験により目標性能が達成さ
れることを確認することにより完成された。

【００３１】

【発明の実施の形態】つぎに、鋼の組成の限定理由につ
いて説明する。以下の説明において「％」は「重量％」
を表示するものとする。

【００３２】１．化学組成 Ｃ：０．０２〜０．１５％ Ｃはマルテンサイト及びベイナイトの強度上昇に極めて
有効な元素であり、また特に本発明においては、臨界加
熱速度を低速度側に拡大するのに有効な元素である。Ｃ
は炭化物を形成し、炭化物とフェライト界面にγを核発
生させる作用があるからである。こうした理由から、Ｃ
は０．０２％以上が必要である。しかし、０．１５％を
超えると鋼の靭性を劣化させるとともに、溶接低温割れ
を防止するのに必要な予熱温度を徒に上昇させてしまう
ので、上限は０．１５％とする。

【００３３】Ｓｉ：０．３％以下 Ｓｉは脱酸に有効な元素であり、Ｓｉで脱酸を行うこと
によりＡｌ脱酸時にＡｌの損失を小さくすることができ
るので、Ｓｉ脱酸を行うこととするが、鋼中にＳｉを留
めなくてもよい。Ｓｉは０．０５％以上含まれると鋼の
強化に有効に作用するので鋼中に留める場合には０．０
５％以上とすることが望ましい。一方、０．３％を超え
ると溶接熱影響部（以下、ＨＡＺ）の靭性を低下させる
ため上限を０．３％とする。

【００３４】Ｍｎ：０．４〜２％ Ｍｎは強度上昇に有効な元素であり、そのためには、
０．４％以上必要である。しかし、２％を超えると母材
及びＨＡＺの靭性が劣化するので、上限を２％とする。
強度を確保したうえで靭性を一層良好にするには、０．
６〜１．８％とするのが望ましい。

【００３５】Ｃｕ：０〜０．６％ Ｃｕは添加しなくてもよい。Ｃｕは強度上昇に有効なの
で特に高強度化を図る場合には添加する。しかし、０．
６％を超えると靱性を劣化させるので、添加する場合で
も０．６％以下とする。強度を向上させたうえで一層優
れた靱性を確保するには、０．１５〜０．４％とするこ
とが望ましい。

【００３６】Ｎｉ：１〜６％ Ｎｉは靭性を改善する効果があり、また、臨界加熱速度
を低速度側に拡大するのに有効な元素でもある。１％未
満ではこれら効果が十分ではないので、１％以上とす
る。一方、６％を超えると溶接施工能率が低下し、また
コストアップに見合うだけの靭性改善が得られないため
上限を６％とする。一層高い溶接施工能率を得るために
は４％以下とすることが望ましい。

【００３７】Ｃｒ：０〜０．８％ Ｃｒは無添加でも良い。しかし、焼入性を高め、かつ強
度上昇に有効なので、板厚の厚い場合又は高強度鋼とす
る場合には添加する。０．１５％未満では明確に強度が
向上しないので含ませる場合は０．１５％以上とするこ
とが望ましい。一方、０．８％を超えると靭性が劣化す
るため、上限を０．８％とする。強度を確保したうえで
一層良好な靭性を得るには０．３〜０．８％とすること
が望ましい。

【００３８】Ｍｏ：０．３〜２％ Ｍｏは焼入性を高め、焼戻軟化抵抗も増大させるので、
本発明が対象とする板厚が厚い高強度鋼の場合、必須で
ある。また、ＣやＮｉと同様に、臨界加熱速度を低速度
側に拡大する作用がある。０．３％未満では上記効果が
十分ではなく、一方、２％を超えると靭性が劣化するの
で、０．３〜２％とする。強度と焼入性を確保して一層
良好な靭性を得るには０．４〜１．２％とするのが望ま
しい。

【００３９】Ｎｂ：０．０１〜０．０５％ Ｎｂは高密度の転位を高温まで安定に保持するのに有効
な元素である。これはＮｂ炭窒化物が転位のうえに優先
的に析出して転位密度の移動を抑制して転位同士の合体
などを防止するからである。０．０１％未満ではこの効
果を十分得ることができず、一方、０．０５％を超える
と靭性が劣化するため、０．０１〜０．０５％とする。

【００４０】Ｖ：０〜０．０８％ Ｖは無添加でも良い。しかし強度上昇に有効なので高強
度鋼とする場合には添加する。０．０１％未満では十分
な強度上昇が得られないので含ませる場合には０．０１
％以上とすることが望ましい。一方、０．０８％を超え
ると靭性が劣化するので、０．０８％以下とする。強度
を確保したうえで良好な靭性を得るには０．０２〜０．
０６％程度含有させるのが望ましい。

【００４１】Ｂ：０．００１〜０．００５％ Ｂは、低Ｃの厚肉鋼板の中心部の組織をマルテンサイト
とベイナイトにするのに有効である。これは、鋼に含ま
れるＢのうち、Ｍ₂₃(ＣＢ)₆ やＢＮにならず固溶状態で
γ粒界に偏析するものがその効果を示すのである。さら
に本発明では、焼入性の増大に加えて、逆変態後のγの
再結晶を抑制する効果も確保する。この効果を得るため
には０．００１％以上が必要であるが、一方、０．００
５％を超えると靭性が劣化するため、０．００１〜０．
００５％とする。上記のγの再結晶抑制効果と一層良好
な靭性を確保するには０．００２〜０．００４％とする
ことが望ましい。

【００４２】Ｔｉ：０〜０．０３％ Ｔｉは添加しなくてもよい。しかし、Ｔｉは微量でＮを
ＴｉＮとして固定し結晶粒を微細化し、同時に焼入性お
よび高転位密度のγを維持させるのに必要な固溶Ｂ量を
確保する。０．００５％未満ではこの効果が十分得られ
ないので、含ませる場合には０．００５％以上とするこ
とが望ましい。また、本発明の必須元素であるＮｂによ
って助長される連続鋳造スラブ表面のヒビワレを抑制す
るのに０．００５％以上の微量Ｔｉが有効である。一
方、０．０３％を超えると靭性が劣化するため、上限を
０．０３％とする。

【００４３】sol.Ａｌ：０．０８％以下 sol.Ａｌは、脱酸に働いた量を超えるＡｌが鋼に残存し
たものである。本発明では、意図的にsol.Ａｌを残存さ
せても良いし、脱酸のみ行うだけでもよい。すなわち、
sol.Ａｌが実質的に０でもよい。ただし、板厚が厚いた
めに圧延の全圧下率[{(スラブ厚さ−製品板厚)／スラブ
厚さ}×１００(%)]を５０％以上とすることができず、
凝固時のピンホ−ルの圧着が期待できない場合には、ピ
ンホールの発生を抑えるために凝固後の鋼中のsol.Ａｌ
として０．００１％以上残存させることが望ましい。凝
固後の鋼中のsol.Ａｌが０．００１％未満では、凝固の
進行中に酸素と結合してピンホールの発生を防止するの
に必要なＡｌが不足する。一方、sol.Ａｌが０．０８％
を超えるとＨＡＺ及び母材の靭性が劣化するので０．０
８％以下とする。

【００４４】Ｎ：０．００６％以下 ０．００６％を超える過量のＮは、ＨＡＺの靭性を損な
うので、上限を０．００６％とする。一方、Ｎを極端に
低下させるには厳密な大気のシールドなどが必要であ
り、そのためのコスト上昇が避けらない。また、Ｎをあ
まり低くしすぎると強度が低下するという弊害が出る場
合があるので、０．００１５％程度以上とすることが望
ましい。

【００４５】不可避的不純物：不可避的不純物のうち、
Ｐは０．０１％以下とすることが望ましい。０．０１％
を超えると、凝固する際に生成する偏析部にＰのみなら
ずＣ、Ｍｎ、Ｓ等を濃縮させ、硬さを高くして靱性と溶
接性を劣化させる。

【００４６】また、Ｓは０．００７％以下とすることが
望ましい。０．００７％を超えると、偏析部に粗大なＭ
ｎＳを生成し、溶接低温割れの起点や水素性欠陥の起点
となる。その他の不純物は通常の精錬により得られるレ
ベルまで減少させる。

【００４７】Ｔ1及びＴ2：Ｔ1≦Ｔ2 前記したように、加熱によって高密度の転位を含む逆変
態γができるためには、Ｔ1≦Ｔ2でなければならない。
高密度の転位を含む逆変態γを生成させることが、本発
明の最も重要なポイントであり、その焼入れ後の組織に
及ぼす影響等は前記したとおりである。

【００４８】２．組織 本発明に係る鋼板の表層位置において、組織は平均パケ
ット径１５μｍ以下のマルテンサイトとベイナイトの混
合組織であり、かつγ粒径は２０μｍ以下でなければな
らない。

【００４９】マルテンサイトとベイナイトの混合組織と
することにより、かつ、マルテンサイトとベイナイトの
パケット径を平均１５μｍ以下とすることにより、組織
が効果的に分割され、結晶方位がほぼ揃った脆性破壊の
１単位が微細となり、一定距離脆性破壊が進む場合に散
逸されるエネルギーが大きくなり脆性破壊が生じにくく
なる。平均パケット径が１５μｍを超えると上記の効果
を十分得ることができない。平均パケット径は小さけれ
ば小さいほど好ましく、下限はとくに設けないが、本発
明の場合、５μｍ程度が限度である。

【００５０】また、この混合組織がマルテンサイトとベ
イナイトからなるものとするのは、他の混合組織では強
度が確保できないからである。表層位置でマルテンサイ
トとベイナイトの混合組織のとき、それより内部では当
然焼きが入りすぎることはなく、マルテンサイトとベイ
ナイトの混合組織となる。

【００５１】γ粒径が２０μｍを超えると粒径が大きい
こと自体が靭性を劣化させ、また、焼入れによってマル
テンサイト単相になりやすく、さらに靭性に悪影響を及
ぼすのでγ粒径は２０μｍ以下でなければならない。γ
粒径は微細なほど好ましくとくに下限は設けないが、本
発明の場合、８μｍ程度が限度である。

【００５２】平均γ粒径及び平均パケット径は光学顕微
鏡の視野中でランダムな方向の直線と粒界との交点の間
隔の平均値から求められる。

【００５３】３．焼入れ時の加熱 焼入れ時の加熱処理において鋼板の表層位置において、
前記式の臨界加熱速度Ｒc 以上で加熱される必要があ
る。この加熱速度以下では所望の高転位密度のγが得ら
れない。

【００５４】表層位置の加熱速度が上記臨界加熱速度Ｒ
c 以上の場合、高転位密度のγが生成し焼入れによって
微細なマルテンサイトと微細なベイナイトの混合組織と
なるばかりでなく、γ粒の核発生密度が高くなりγ粒径
は微細となる。また、高密度の転位自体がこの混合組織
を強化する。

【００５５】この加熱速度は大きいほど望ましい。本発
明の対象とする高張力鋼の臨界加熱速度Ｒc は３〜５℃
／秒であり、厚肉鋼板の場合、３〜５℃以上の急速な加
熱速度を得ることは通常の雰囲気加熱では不可能に近
い。しかし、高周波加熱装置又は直接通電加熱装置によ
る加熱を行うことによってこのような加熱速度を得るこ
とができる。とくに高周波加熱と通常の雰囲気加熱とを
組み合わせることは有効である。すなわち、Ａc₁点直下
まで通常の雰囲気加熱炉で加熱して鋼板内部まで十分に
均一な温度にしたあと、Ａc₁からＡc₃点の温度域を高周
波加熱する方法である。

【００５６】高周波加熱は通常は製造ラインを走行させ
ながら加熱する。走行加熱をおこなう場合、高周波加熱
装置は１段のみならず２段、或いは３段に分けて加熱し
た方が電源容量が大きくならないので望ましい。加熱コ
イルは厚鋼板の走行方向に垂直な厚鋼板断面にあわせた
内面形状のコイルを用いる。その場合、厚鋼板の板厚が
厚くなるほど効率よく加熱することができる。また、高
周波加熱の後、雰囲気加熱炉に導入して焼入れ前温度に
加熱しても良いし、そのまま高周波加熱により加熱して
も良い。しかし、Ａc₃点以上での加熱、保持処理もでき
る限り短くするのが望ましいので、高周波加熱を用いる
のが便利である。そのまま高周波加熱により焼入れ前温
度まで加熱する場合は、内部まで均熱することを考慮し
て高周波はエネルギーの浸透深さが深くなる低周波数を
用いるのが良い。

【００５７】中心部の加熱も急速であることが望ましい
が、表層部に比較して加熱速度を高めることが困難であ
り、かつ中心部の靱性はマルテンサイトとベイナイトの
混合組織とすることにより確保されるので、特に限定し
ない。

【００５８】焼入れのための加熱温度は板厚全体が完全
にγになるようにＡc₃点以上とする。しかし、γ中の高
密度の転位が完全に回復しないようにするためにも、加
熱温度は（Ａc₃点＋５０℃）以下とすることが望まし
い。また加熱温度での保持も同様の理由から短いほうが
望ましい。

【００５９】上記の表層位置の加熱速度又は板厚中心部
の温度は、熱電対をそれぞれの位置に溶接し、ステンレ
スパイプ等でシールドすることにより測定することがで
きる。つぎに述べる冷却速度も同様にして測定が可能で
ある。

【００６０】４．焼入れ 焼入れにおける冷却速度は、表層位置で８℃／秒以上と
する。この程度の冷却速度としなければ、板厚中心部で
焼きが入らず、鋼板全体として良好な強度靱性が得られ
ないからである。

【００６１】また、焼入れ途中、表層部と中心部とでは
温度差があり、表層位置の温度が２００℃より高いと
き、中心部ではまだ変態途中であり、その状態で焼入れ
を停止すると靱性に好ましくない組織が生成する。した
がって、焼入れ停止温度は表層位置で２００℃以下とす
る必要がある。

【００６２】焼入れ後、強度靱性のバランスを整えるた
めに、Ａc₁点以下の温度で焼戻を実施する。焼戻温度で
の保持時間は板厚２５ｍｍあたり１０分間以上とするの
が望ましい。

【００６３】

【実施例】つぎに実施例により本発明の効果を説明す
る。

【００６４】表１は実施例に用いた鋼板の化学組成を示
す。これらの化学組成の鋼を転炉で溶製後連続鋳造しス
ラブを製造し、厚板圧延によって板厚５０〜１００ｍｍ
の鋼板とした。

【００６５】

【表１】

【００６６】表２は連続鋳造スラブに対して行った圧延
条件及び圧延後の鋼板に施した熱処理条件を示す一覧表
である。

【００６７】

【表２】

【００６８】これらの鋼板の表層位置（板厚ｔ／１０
部）及び中心部より試験片を採取し、引張試験および２
ｍｍＶノッチシャルピー衝撃試験をおこなった。

【００６９】表３はこれらの試験結果を示す。表層位置
の組織は、ベイナイトの体積率に変動はあったが、本発
明例及び比較例のいずれもマルテンサイトとベイナイト
の混合組織であった。

【００７０】

【表３】

【００７１】比較例である試験番号８は、γ粒径は粗大
で、しかもＮｉを含まないために強度及び靭性が不足
し、また、試験番号９はＭｏを含まないためにやはり強
度と靭性が不足している。

【００７２】試験番号１０はＮｂを含まないために、
式におけるＴ2が低くなり、Ｔ1≦Ｔ2 の条件を満足する
ことができない。このためγ粒径及びマルテンサイトと
バイナイトのパッケト径が粗大となり、表層位置におい
てγ粒の転位密度が低くなり、その結果、表層位置の靭
性が劣化する。

【００７３】試験番号１１はＢを含まないため焼入性が
不足し中心部及び表層位置の両方の強度と靭性が劣化す
る。試験番号１２及び１３は低めのＣ量などの結果、
式のＴ1 が高くなりＴ1≦Ｔ2を満足できず、その結果、
組織が粗大となり表層位置の靭性は劣ったものになる。

【００７４】試験番号１４は加熱速度が小さいために、
組織が粗大化してしまい表層位置の靭性は低いものとな
る。試験番号１５は焼入れの冷却速度が遅いために焼き
が中心部のみならず表層位置においても入らず、組織も
粗大化し、両方の位置ともに強度及び靭性が劣化してい
る。

【００７５】これに対して本発明例ではいずれも母材の
部分では引張強さで７８０ＭＰａ以上、シャルピー衝撃
試験において−７０℃以下の遷移温度が得られる。

【００７６】以上説明したように、本発明に係わる鋼の
製造方法は上記の構成の通りであり、引張強さ７８０Ｍ
Ｐａ以上を具備し、表層位置において優れた靭性を有す
る高張力鋼板を製造することができる。

【００７７】

【発明の効果】本発明によれば、化学組成及び焼入れ時
の加熱速度を調整することにより、表層部の靭性が優れ
た高張力鋼板及びその製造方法の提供が可能である。本
発明に係る高張力鋼板は、安価かつ大量に生産でき、高
度の安全性が要求される大型溶接鋼構造物、たとえば各
種の海洋構造物やタンク等への使用に好適である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量％にて、 Ｃ：０．０２〜０．１５％、 Ｓｉ：０．３％以下、 Ｍｎ：０．４〜２％、 Ｃｕ：０〜０．６％、 Ｎｉ：１〜６％、 Ｃｒ：０〜０．８％、 Ｍｏ：０．３〜２％、 Ｎｂ：０．０１〜０．０５％、 Ｖ：０〜０．０８％、 Ｂ：０．００１〜０．００５％、 Ｔｉ：０〜０．０３％、 sol.Ａｌ：０．０８％以下、 Ｎ：０．００６％以下 を含み、かつ、下記及び式で示されるオーステナイ
   ト化温度Ｔ1 及び転位安定温度Ｔ2 が、Ｔ1≦Ｔ2なる関
   係を満たし、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる
   組成を有する鋼板であって、鋼板の表層位置の組織は、
   平均γ粒径が２０μｍ以下で、かつ、平均パケット径が
   １５μｍ以下のマルテンサイトとベイナイトとから構成
   されていることを特徴とする表層部靭性の優れた高張力
   鋼板。 Ｔ1(℃)=937-476(%C)+56(%Si)-19.7(%Mn)-16.3(%Cu)- 26.6(%Ni)-4.9(%Cr)+38.1(%Mo)+125(%V)+3315(%B)・・ Ｔ2(℃)=1127(%Nb)^0.5+754 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
2. 【請求項２】重量％にて、 Ｃ：０．０２〜０．１５％、 Ｓｉ：０．３％以下、 Ｍｎ：０．４〜２％、 Ｃｕ：０〜０．６％、 Ｎｉ：１〜６％、 Ｃｒ：０〜０．８％、 Ｍｏ：０．３〜２％、 Ｎｂ：０．０１〜０．０５％、 Ｖ：０〜０．０８％、 Ｂ：０．００１〜０．００５％、 Ｔｉ：０〜０．０３％、 sol.Ａｌ：０．０８％以下、 Ｎ：０．００６％以下 を含み、かつ、下記及び式で示されるオーステナイ
   ト化温度Ｔ1 及び転位安定温度Ｔ2 が、Ｔ1≦Ｔ2なる関
   係を満たし、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる
   組成を有する鋼板を、表層位置での加熱速度が下記式
   に示す臨界加熱速度Ｒc 以上となるようにＡc₁点以上Ａ
   c₃点以下の間を加熱し、板厚中心部の温度がＡc₃点を超
   えた後、表層位置での冷却速度が８℃／秒以上となるよ
   うに２００℃以下まで冷却し、その後Ａc₁点以下の温度
   で焼戻すことを特徴とする表層部靭性の優れた高張力鋼
   板の製造方法。 Ｔ1(℃)=937-476(%C)+56(%Si)-19.7(%Mn)-16.3(%Cu)- 26.6(%Ni)-4.9(%Cr)+38.1(%Mo)+125(%V)+3315(%B)・・ Ｔ2(℃)=1127(%Nb)^0.5+754 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ Ｒc(℃／秒)=5.5-2.5(%C)^0.5-0.2(%Ni)-0.4(%Mo)+ 0.55(%Si)+1.3(%V) ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・