JPH11286722A - 鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 板厚方向の硬度分布が小さい高強度の鋼板
を、高い生産能率で安定して製造する方法を提供するこ
とを課題とする。 【解決手段】 中間の厚さまで熱間圧延した鋼スラブを
所定の厚さの鋼板に製造するに際して、下記工程からな
ることを特徴とする鋼板の製造方法である。 （ａ）前記鋼スラブを、水量密度：１０００リットル／
ｍ2・ｍｉｎ以上で水冷し、かつ、前記鋼スラブの平均
温度がＡｅ３点＋３０℃以下７００℃以上の温度範囲で
冷却を停止する温度調整工程と、（ｂ）前記冷却した鋼
スラブを、鋼板の平均温度がＡｅ３点＋３０℃以下６８
０℃以上で圧延を終了して鋼板とする仕上圧延工程と、
（ｃ）前記仕上圧延後の鋼板を、水量密度：１０００リ
ットル／ｍ2・ｍｉｎ以上で冷却する制御冷却工程。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、板厚方向の硬度分
布が均一な高強度の鋼板を、高い生産性で安定して製造
する方法に関する。

【０００２】

【従来技術】鋼材の強度、靭性を向上させる方法とし
て、熱間圧延工程における圧延温度をオーステナイトの
未再結晶域の低温側に制御し、さらに、仕上圧延終了
後、目的とする強度に応じて制御冷却を施すことは、制
御圧延技術、制御冷却技術としてよく知られている。

【０００３】通常の制御圧延（ＣＲ）においては、圧延
温度及び仕上圧延温度を低温側にするために、粗圧延と
仕上圧延との間に温度調整工程を設けるのが一般的であ
る。この場合、温度調整は、空冷する方法、又は、その
間で圧延中の鋼スラブを強制冷却して温度調整時間を短
縮する方法が知られている。例えば、特開昭４９−１２
０８５５号公報では、２台の圧延機を有した熱間圧延ラ
インにおいて、材料を第２圧延機で圧延を開始する際
に、材料の温度を調整するため、仕上圧延前に被圧延材
を強制冷却する方法が開示されている。

【０００４】この発明においては、強制冷却の冷却条件
自体に関しては記載がされていないものの、この工程に
おける冷却能が大きすぎると、当該中間材の板厚中心部
と鋼板表層部との間に大きな温度差が生じ、これに基づ
く組織の不均一が生ずるため、一般的にはシャワー冷却
程度の緩冷却によって行われる。

【０００５】従って、温度調整の際の冷却速度は、冷却
を行う中間材の板厚にもよるが、通常２（℃／ｓ）以下
であり、前記発明では、最大で４．２（℃／ｓ）である
ことが実施例に示されている。このため、温度調整を行
う際の中間材の板厚にも依存するが、温度調整工程には
通常２〜１０分程度の時間を要し、鋼板製造の生産能率
を阻害する要因の一つとなっている。

【０００６】一方、仕上圧延後に制御冷却を行うことに
より、好ましい組織を得て鋼板の強度を上昇させること
ができる。この場合、制御冷却による高強度化は、その
強度上昇分に見合ってＣ量や合金添加量を少なく抑える
ことができるため、溶接性向上の観点、さらには、省コ
スト、省エネルギーの観点から望ましい。しかしなが
ら、この工程においても、冷却速度を高めるにつれて、
板厚中心部に比べて鋼板表面部の冷却速度が極めて大き
くなるため、鋼板表面近傍にマルテンサイト組織等の硬
質組織を生じ、板厚方向に極めて大きな硬度分布を有し
た鋼板を回避し得ないという問題がある。

【０００７】この、板厚方向の硬度分布を均一にする方
法として、圧延仕上温度を低温にして鋼板表面近傍の組
織を微細化するとともに、多くの変形帯を導入してフェ
ライト核生成サイトを十分に確保して、表面近傍の相対
的な焼入性を低下させ、制御冷却時に鋼板表面近傍に焼
きが入るのを抑える方法が知られている（例えば、製鉄
研究誌、第３０９号（１９８２）、１８〜３４頁）。し
かしながら、鋼板表面近傍のオーステナイト粒径を微細
にしても、鋼の成分や制御冷却の冷却速度によっては、
なお、焼きが入り、表面近傍の硬化を回避できないのが
実情である。

【０００８】また、特許第１７６１５８４号公報におい
ては、熱間圧延を終了した後の制御冷却の開始温度（鋼
板表面温度）を変態温度以下として、鋼板表面近傍のみ
に一部オーステナイトからフエライトへの変態を生じさ
せ、鋼板表面に焼きが入るのを抑える方法が開示されて
いる。

【０００９】しかしながら、この発明では、仕上圧延終
了後制御冷却開始前までに、フェライト変態を生じさせ
るための待機時間が必要となり、生産性を低下させるお
それがある。また、実操業においては、制御冷却開始温
度が最終製品の組織形態に直接影響を及ぼすため、製品
ロット毎に組織形態のバラツキが生じやすい。従って、
鋼板の機械的性質等の力学特性のバラツキも拡大される
こととなり、製造安定性の観点から必ずしも最良の方法
とはいえない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明においては、こ
れらの従来技術の課題の解決を図るため、第１に仕上圧
延前の温度調整時間を大幅に短縮して鋼板の生産性を高
めること、第２に板厚方向の硬度分布を均一とする高強
度の鋼板の製造方法を提供することを課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】すなわち、第１の発明
は、中間の厚さまで熱間圧延した鋼スラブを所定の厚さ
の鋼板に製造するに際して、下記工程からなることを特
徴とする鋼板の製造方法である。 （ａ）前記鋼スラブを、水量密度：１０００リットル／
ｍ² ・ｍｉｎ以上で水冷し、かつ、前記鋼スラブの平均
温度がＡｅ３点＋３０℃以下７００℃以上の温度範囲で
冷却を停止する温度調整工程と、（ｂ）前記冷却した鋼
スラブを、鋼板の平均温度がＡｅ３点＋３０℃以下６８
０℃以上で圧延を終了して鋼板とする仕上圧延工程と、
（ｃ）前記仕上圧延後の鋼板を、水量密度：１０００リ
ットル／ｍ² ・ｍｉｎ以上で冷却する制御冷却工程。

【００１２】この発明により、鋼板の高強度化と板厚方
向の硬度分布の均一化を同時に達成することができると
ともに、温度調整時間の短縮による生産性の向上、材質
のバラツキの軽減による操業安定性、さらには、合金元
素の含有量の少ない鋼の採用による溶接性の向上、低コ
スト化を図ることができる。

【００１３】第２の発明は、前記（ａ）の温度調整工程
を、粗圧延機と仕上圧延機との間に設置した強制冷却に
より行うことを特徴とする鋼板の製造方法である。この
発明により、鋼板の生産性をより向上することができ
る。

【００１４】第３の発明は、前記（ｃ）の工程の制御冷
却を、鋼板の平均温度で６５０℃以下４００℃以上で停
止することを特徴とする鋼板の製造方法である。本発明
により、制御冷却した鋼板中の残存する歪み又は残留応
力を軽減することができ、制御冷却した鋼板の形状性の
向上に寄与する。

【００１５】第４の発明は、前記（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）の工程を経た鋼板を、更に常温近傍まで空冷した
後、７００℃以下の温度で焼戻すことを特徴とする鋼板
の製造方法である。この発明により、鋼板の残留応力を
更に軽減することができる。

【００１６】第５の発明は、前記（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）の工程を経た鋼板を、更に直ちに７００℃以下の
温度で焼戻すことを特徴とする鋼板の製造方法である。
この発明により、鋼板の残留応力を更に軽減することが
できるとともに、鋼板の生産性の向上、熱処理に際して
のエネルギコストの低減を図ることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】制御圧延における温度調整工程
は、上述したように、温度調整を行う際の中間の厚さま
で圧延した鋼スラブの板厚にもよるが、通常２〜１０分
程度の時間を要している。この温度調整工程を短縮する
ために、冷却能の高い装置を用いて強力な水冷、例えば
水量密度：１０００リットル／ｍ² ・ｍｉｎ以上の水冷
を行うと、板厚方向の温度分布が拡大し、それに基づい
て板厚方向の組織が不均一になりやすい。

【００１８】また、仕上圧延後の制御冷却においても、
上述したように、制御冷却開始前の組織が板厚方向に均
一であっても、大きな高強度化を可能とする強力な水
冷、例えば水量密度：１０００リットル／ｍ² ・ｍｉｎ
以上の冷却を行うと、鋼板表面近傍の冷却速度が極めて
速くなる結果、表面近傍にマルテンサイト主体の組織が
形成されやすくなる。一方、鋼板の板厚中心部では、フ
ェライトを主体としたフェライト−パーライト組織又は
フェライト−ベイナイト組織となるため、板厚方向の硬
度分布が極めて大きい鋼板となる問題がある。

【００１９】そこで本発明者らは、制御圧延法による鋼
板製造プロセスについて、生産性の向上の観点から圧延
中の温度調整に要する時間の短縮及び仕上圧延後の制御
冷却による材質の作り分け技術について鋭意検討を行な
った。その結果、板厚方向の硬度分布を小さく抑えたま
まで、生産性を向上させる方法の発明を完成するに至っ
た。

【００２０】すなわち本発明者らは、仕上圧延後の制御
冷却開始前の鋼板の組織を、その後の制御冷却にともな
う板厚方向の冷却速度差によって生ずる硬度差を打ち消
すように、あらかじめ板厚方向に傾斜した組織分布を形
成しておくことで、板厚方向に均一な硬度分布を有する
鋼板を製造できることを見出した。

【００２１】これには、中間の厚さまで圧延した鋼スラ
ブの温度調整工程における冷却速度と冷却停止温度を制
御することにより実現できる。従来は、強力な水冷を行
うと板厚方向の組織の不均一性を助長していた温度調整
工程を逆手に取り、あえて、中間の厚さまで圧延した鋼
スラブに板厚方向に傾斜した組織分布を持たせ、仕上圧
延後の制御冷却によって、板厚方向に均一な組織を得る
とともに、最終的な板厚方向の硬度分布も均一にするも
のである。またこれにより、同時に、仕上圧延前の温度
調整時間の短縮も可能となる。

【００２２】すなわち、本発明を冶金的に説明すれば、
次のようになる。中間の厚さまで圧延した鋼スラブを高
冷却速度で冷却すると、表層部近傍のみにベイナイト
（マルテンサイト）主体の組織が形成され、その後の復
熱でオーステナイト＋フェライトの２相領域に維持され
るとこの部分は焼き戻された状態となる。

【００２３】次の仕上圧延で加工を受けた後、再び高冷
却速度で冷却されるが、表層近傍部分は焼戻しベイナイ
ト（マルテンサイト）が維持されているため、組織変化
は起こらない。一方、鋼板の内部は基本的にオーステナ
イトの状態で加工を受けその後冷却されるため、制御冷
却による組織変化を享受して硬度が上昇する。こうし
て、板厚方向に均一な硬度分布を有する鋼板を得ること
ができる。この方法により、同時に、仕上圧延前の温度
調整時間の短縮も可能となる。

【００２４】本発明における製造条件を以下に説明す
る。まず、鋼スラブを加熱した後、温度調整を行う中間
の厚さまで粗圧延を行う。粗圧延は、通常の制御圧延の
場合と同様に行う。例えば、「制御圧延・制御冷却、圧
延による材質創製の流れ」（小指軍夫著、（社）日本鉄
鋼協会監修、地人書館（１９９７））、第２５頁にも記
載されている例をとれば、９２０℃以上の温度域で、仕
上圧延において必要な合計の累積圧下率が確保できるよ
うな所定の厚さまで行う。

【００２５】ここで、仕上圧延において必要な合計の累
積圧下率は次式で求められる。 合計の累積圧下率＝（仕上圧延開始厚−仕上圧延終了
厚）／（仕上圧延開始厚）ｘ１００（％） 従って例えば、鋼板の厚さ２０（ｍｍ）、必要な合計の
累積圧下率を８０％とすると、仕上圧延開始厚は１００
（ｍｍ）となる。

【００２６】次の温度調整工程は、中間の厚さまで粗圧
延を行った鋼スラブに対し、水量密度：１０００リット
ル／ｍ² ・ｍｉｎ以上で冷却を行い、鋼スラブの平均温
度でＡｅ３点＋３０℃以下７００℃以上で冷却を停止す
る。

【００２７】水冷による冷却能は、一般には水量密度に
依存し、それによって鋼板の厚さ方向の温度分布、さら
には、組織も変化する。特に、水量密度が１０００リッ
トル／ｍ² ・ｍｉｎより小さい場合には、鋼板表面に蒸
気膜が形成され、鋼板の冷却速度は鋼板中の熱伝導に律
速されない。従って、水量密度の変動により冷却能が直
接に変動し、綱板の組織、ひいては材質のバラツキの原
因となる。

【００２８】一方、水量密度が１０００リットル／ｍ²
・ｍｉｎ以上の高水量密度の場合には、冷却は鋼板中の
熱伝導に律速されるため、冷却能の水量密度依存性は小
さくなる。このため、水量密度の変動にともなう組織の
変化が抑えられる結果、得られる鋼板の機械的性質の安
定性、冷却速度の制御性の容易等により操業安定性が著
しく向上する。本発明においては、温度調整工程におい
て、中間厚さの鋼スラブの冷却が熱伝導律速の冷却条
件、即ち、１０００リットル／ｍ² ・ｍｉｎ以上の水量
密度での冷却を行う。

【００２９】温度調整工程の冷却は、鋼スラブの平均温
度でＡｅ３点＋３０℃以下７００℃以上で停止する必要
がある。停止温度が７００℃を下回ると、次の工程であ
る仕上圧延における圧延温度が低くなりすぎて、圧延負
荷が過大となる。また、停止温度がＡｅ３点＋３０℃を
超えると、その後の復熱により中間材の表面近傍におけ
る逆変態オーステナイト量が多くなる。

【００３０】仕上圧延後の制御冷却においてその冷却速
度が大きい場合に、鋼板表面近傍に焼きが入ったマルテ
ンサイト組織が生じ、本発明が目的とする板厚方向の均
一な硬度分布を得ることができなくなる。従って、温度
調整工程における冷却停止温度は、中間材である鋼スラ
ブの平均温度でＡｅ３点＋３０℃以下７００℃以上に規
制する。

【００３１】ここで、熱伝導律速の冷却条件における鋼
スラブの平均温度Ｔ（℃）は次式で表せる。従って、実
際の操業においては、この鋼スラブの平均温度がＡｅ３
点＋３０℃以下７００℃以上となるような冷却時間：△
ｔを選択する。 Ｔ＝ＴRS−（２ｑ／ρ・Ｃｐ・Ｈ）ｘ△ｔ ＴRS：冷却の開始温度 （℃） ｑ ：熱流束 （Ｊ／ｍ² ・ｓ） ρ ：鋼スラブの密度 （ｋｇ／ｍ³ ） Ｃｐ：鋼スラブの比熱 （Ｊ／ｋｇ・℃） Ｈ ：鋼スラブの板厚 （ｍｍ） △ｔ：冷却時間 （ｓ）

【００３２】なお、Ａｅ３点とは、鋼の平衡状態におけ
るγ単相域とγ＋α二相域の境界温度をいう。基本的に
は鋼の成分によって定まるが、平衡状態のＡ３温度であ
り、例えば、Ｔｈｅｒｍｏｃａｌｃなどの計算熱力学ソ
フトウェアを用いて求めることができる。またここで、
Ａｅ３点を制御因子としたのは、Ａｒ３点は鋼板が受け
た加工量や冷却速度で変化するものであり、中間材の冷
却のように板厚方向に連続して冷却速度が変化するよう
な場合には制御因子としては適さないことによるからで
ある。

【００３３】また、この温度調整工程のために用いる冷
却装置は、粗圧延機と仕上圧延機が別々に設置されてい
る場合には、粗圧延機と仕上圧延機の中間に設置するこ
とによって、圧延する材料の流れが一方向となるため、
物流の単純化及び生産能率の一層の向上を図ることがで
きる。

【００３４】次の工程である仕上圧延は、中間の厚さま
で圧延した鋼スラブを、（イ）温度調整工程を経た後直
ちに、（ロ）表面近傍が復熱する途中、（ハ）表面近傍
が十分に復熱した後、のいずれにおいて開始しても基本
的に差し支えない。仕上圧延は、前述した所定の累積圧
下率、例えば、仕上圧延で合計６０〜８０％の累積圧下
率を加え、所定の製品板厚に仕上げる。

【００３５】また、仕上圧延は、鋼板の平均温度で、Ａ
ｅ３点＋３０℃以下６８０℃以上で終了する必要があ
る。圧延温度が６８０℃を下回ると圧延負荷が過大とな
る好ましくなく、一方Ａｅ３点＋３０℃を超えると、鋼
板表層近傍において逆変態オーステナイト量が多くなる
ため、その後の制御冷却工程で表層近傍に焼きが入り板
厚方向の硬度の分布が大きくなる。

【００３６】最後に、制御冷却を行う。制御冷却は、水
量密度：１０００リットル／ｍ² ・ｍｉｎ以上で連続的
に、又は断続的に行う。制御冷却を水量密度：１０００
リットル／ｍ² ・ｍｉｎ以上とした理由は、温度調整工
程における冷却と同様に、冷却が鋼板中の熱伝導律速と
なる水量密度範囲を採用することで、高強度化を達成し
つつ冷却能の水量密度依存性を小さくして、組織の変動
を抑え、操業の安定性を図ることを目的とするためであ
る。

【００３７】なお、制御冷却によって、鋼板内に冷却熱
応力に起因した残留応力が発生する場合がある。これに
対しては、制御冷却の停止温度を６５０℃以下４００℃
以上とすることによって、冷却停止後の復熱による焼戻
しの効果、いわゆるセルフテンパリング効果を制御冷却
後の鋼板に与え、鋼板中の残存した残留歪み、又は残留
応力を軽減させることができる。この場合、冷却停止温
度が６５０℃を超えると、制御冷却による強度上昇効果
が減少し、また、４００℃を下回ると、残留応力を軽減
する効果が小さい。

【００３８】また、制御冷却により鋼板内に発生した残
留応力を更に軽減するためには、制御冷却した鋼板を７
００℃以下の温度において焼き戻し処理を行うことも効
果的である。焼戻し温度が７００℃を超える高温では、
残留応力の改善の効果は大きいものの強度低下が大き
く、本発明の高強度鋼板の製造には適さない。なお、こ
の場合において、制御冷却を６５０℃以下４００℃以上
の温度で停止した後、常温近傍まで空冷してから焼き戻
し処理を行う方法、あるいは制御冷却を停止した鋼板を
直ちに焼き戻し処理を行う方法（直接焼き戻し）のいず
れも残留応力の軽減には効果が認められる。

【００３９】本発明は、鋼の化学成分として一般的な低
炭素低合金鋼の範囲の鋼であれば、問題なく適用でき
る。すなわち、鋼の合金元素含有量によって、変態点
（Ａｅ３点、Ａｒ３点）が変化しても、本発明の効果が
広く得られる。なお、ここでいう低炭素低合金鋼とは下
記の成分範囲を有する鋼をいう（以下、％は重量百分率
を表す。）。

【００４０】Ｃ含有量は、０．０１％以上０．２％以下
とする。Ｃは鋼板の強化に必要不可欠な元素であるた
め、０．０１％より少ないと十分な強化が得られない。
また、本発明により製造した鋼板は、溶接構造物に使用
されることが多いため、溶接性の点から、Ｃ量は０．２
％以下が望ましい。

【００４１】Ｓｉ含有量は、０．６％以下とする。Ｓｉ
は、本来、脱酸元素であるが、鋼板の強化元素としての
作用も認められる。但し、０．６％を超えると延性が低
下するばかりでなく、溶接性も低下する。

【００４２】Ｍｎ含有量は、０．３％以上１．８％以下
とする。Ｍｎは鋼板の強化元素であるが、一方多量に含
有すると鋼板の溶接性を損なうため、この範囲が望まし
い。

【００４３】Ａｌ含有量は、０．００５％以上０．１％
以下とする。Ａｌは脱酸元素であるとともに、鋼中のＮ
と結合してＡｌＮを形成し、圧延加熱時の結晶粒の調整
等の効果がある。脱酸効果を得るためには０．００５％
以上が必要であり、一方０．１％を超えると、鋼の清浄
性を損ない、スラブ製造段階での疵の発生を助長する。

【００４４】この他、強度、靭性あるいは高温強度向上
の確保等を目的として、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｖ、
Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｂ、Ｃａ、ＲＥＭ等の元素を含有す
ることができる。

【００４５】Ｐｃｍは０．３０％以下とする。本発明は
引張強さで４００〜７８０ＭＰａ級の溶接構造用鋼板と
して適用されることを想定している。従って、強度水準
に応じた溶接割れ感受性を備えている必要がある。Ｐｃ
ｍが０．３％を超えると、溶接性が劣化し、溶接割れ防
止予熱温度が実施工で採用できないような高温度となる
ため、その上限を０．３０％とする。なお、Ｐｃｍは次
式で表される。 Ｐｃｍ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎ
ｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５Ｂ

【００４６】また、Ｐ、Ｓ、Ｎ、Ｏ等の不純物元素は、
鋼中に不可避的に含有される範囲内の量であれば問題な
い。

【００４７】

【実施例】以下に、本発明の方法で製造した鋼板の実施
例について述べる。供試鋼の化学成分を図３として示す
表１に示す。なお、各鋼のＡｅ３点を熱力学計算により
求めた結果を、表１の併せて示す。 （実施例１）表１中の鋼Ｄの化学成分を有する厚さ２２
０（ｍｍ）の連続鋳造スラブを用いて、以下に述べる、
従来方法（Ａ）と本発明方法（Ｂ）により、板厚４０
（ｍｍ）の鋼板を製造した。

【００４８】従来方法（Ａ） スラブ加熱温度：１１５０℃、 粗圧延条件 ：粗圧延終了温度１０５０℃で１００
（ｍｍ）に圧延、 温度調整条件 ：シャワー冷却（水量密度：１００リッ
トル／ｍ² ・ｍｉｎ） により平均
温度８００℃で冷却を停止、 仕上圧延条件 ：仕上圧延温度７５０℃で板厚４０（ｍ
ｍ）に圧延、 制御冷却条件 ：水量密度：２０００リットル／ｍ² ・
ｍｉｎで５００℃にて 冷却を停止
しその後空冷。

【００４９】本発明方法（Ｂ） スラブ加熱温度：１１５０℃、 粗圧延条件 ：粗圧延終了温度１０５０℃で１００
（ｍｍ）に圧延、 温度調整条件 ：スリットノズル方式（水量密度：２０
００リットル／ｍ²・ｍｉｎにより平均温度８００℃で
冷却を停止、 仕上圧延条件 ：仕上圧延温度７５０℃で板厚４０（ｍ
ｍ）に圧延、 制御冷却条件 ：水量密度：２０００リットル／ｍ² ・
ｍｉｎで５００℃にて 冷却を停止
しその後空冷。

【００５０】図１に、従来方法（Ａ）及び本発明方法
（Ｂ）により製造した鋼板の、板厚方向の硬度分布を示
す。ここで硬さの測定は、荷重９８Ｎの微小ビッカース
硬度計を用いて行った。従来方法（Ａ）で製造した鋼板
では、表面近傍に著しい硬化層が認められるのに対し、
本発明方法（Ｂ）で製造した鋼板では、このような表面
近傍の硬化した領域が認めらず、均一な硬度分布を示し
ている。

【００５１】なお、従来方法（Ａ）では、温度調整に６
分弱の時間を要し、加熱炉から抽出後仕上圧延終了まで
に、合計１０分強の時間を要した。一方、本発明方法
（Ｂ）では、温度調整に要した時間はわずか３０秒であ
り、温度調整開始後仕上圧延開始までの時間は２分弱、
加熱炉抽出後から仕上圧延終了まで要した時間は６分弱
であった。従って、本発明方法を用いた場合は、温度調
整工程の時間短縮による圧延生産能率の向上、鋼板の高
強度化及び板厚方向の硬度分布の均一化が達成された。

【００５２】（実施例２）表１中の鋼Ｄを用い、粗圧延
機と仕上圧延機との中間に設置した強制冷却装置を用い
た温度調整工程において、水量密度を５００、１２０
０、１８００、２４００リットル／ｍ² ・ｍｉｎと変化
させて冷却を行い、鋼スラブの平均温度で８００℃で冷
却を停止した。他の条件については、（実施例１）に示
した本発明方法（Ｂ）の条件と同一である。

【００５３】図２に板厚方向の硬度分布の測定結果を示
す。水量密度５００リットル／ｍ²・ｍｉｎで温度調整
を行った鋼板は、鋼板表層部近傍に明瞭な硬化領域が認
められるのに対し、本発明例である水量密度が１２０
０、１８００、２４００リットル／ｍ² ・ｍｉｎで冷却
を行った場合は、いずれも表面近傍の硬化領域の生成が
抑えられている。従って、温度調整工程において、鋼ス
ラブの冷却についての水量密度が１０００リットル／ｍ
² ・ｍｉｎ以上になると、硬化領域の発生を防止できる
ことが判明した。

【００５４】（実施例３）表１中の鋼Ｄを用いて、鋼ス
ラブを１１５０℃に加熱後、中間材の厚さ６２．５（ｍ
ｍ）又は１００（ｍｍ）まで粗圧延した後、粗圧延機と
仕上圧延機との中間に設置した、シャワー式の強制冷却
装置、又はスリットノズル式の強制冷却装置を用いて温
度調整を行い、その後各々板厚２５（ｍｍ）又は４０
（ｍｍ）に圧延し、最終の制御冷却を実施した。

【００５５】図４として示す表２に、中間材に対する温
度調整条件、中間材からの仕上圧延条件及び圧延後の加
速冷却条件を示す。併せて、これらの鋼板について、板
厚中心部と鋼板表面近傍部（鋼板板厚方向の深さ１／２
０の表層位置）のビッカース硬さも示す。なお、いくつ
かの鋼板については、表２中に示した条件で焼戻処理を
行った。

【００５６】本発明例である板番２５−１〜２５−８
（板厚２５ｍｍ）の場合は、板厚中心部の硬さはおよそ
Ｈｖ１７０以上、かつ板厚中心部と鋼板表層近傍部の硬
度差は、△Ｈｖ１５以内であり、高強度化と板厚方向の
硬度分布の均一化の双方が達成されている。

【００５７】一方、板番２５−９は、温度調整に際して
の水量密度は適正であったものの温度調整停止温度がＡ
ｒ３点を超えた例であり、また、板番２５−１０は、温
度調整を従来のシャワー冷却で行い、仕上圧延後に２０
００リットル／ｍ² ・ｍｉｎの水量密度で制御冷却した
例である。これらの鋼板は、いずれも、板厚中心部と鋼
板表層近傍部で約６０以上の大きな硬度差が生じてい
る。

【００５８】また、板番２５−１１は、温度調整条件は
適正であるが制御冷却の冷却停止温度が高い例、板番２
５−１２は、温度調整を従来のシャワーで行い仕上圧延
終了後空冷を行ったいわゆる通常の制御圧延材の例であ
る。これらの鋼板は、板厚中心部と鋼板表層近傍部の硬
度差は小さいものの、鋼板の硬さ自体が小さく、高強度
化が図られていない。

【００５９】同様に、本発明の範囲内における適正な条
件にて製造した板番４０−１、４０−２（板厚４０ｍ
ｍ）においても、板厚中心部の硬度は１６０以上、板厚
中心部と鋼板表層近傍部の高度差は△Ｈｖ１５以下であ
る。これに対し、温度調整停止温度が高温であった板番
４０−３、温度調整に冷却能の小さいシャワー冷却を用
いた板番４０−４は、板厚中心部の硬度は本発明材と同
程度であるが、板厚中心部と鋼板表層近傍部の硬度差が
△Ｈｖ約８０と極めて大きな硬度差を生じている。な
お、仕上圧延後の制御冷却停止温度が高温であった板番
４０−５は、板厚中心部と鋼板表層近傍部の硬度差は小
さいものの、鋼板の硬度自体が小さく高強度化は図られ
ていない。

【００６０】（実施例４）表１に示した鋼Ａ、Ｂ、Ｃの
組成を有する２２０（ｍｍ）厚の鋼スラブを、１１５０
℃に加熱後、１００（ｍｍ）まで粗圧延し、板厚４０
（ｍｍ）の鋼板を製造した。図５として示す表３に示す
条件で温度調整、仕上圧延を行い、仕上圧延終了後水量
密度：２０００リットル／ｍ² ・ｍｉｎで制御冷却を行
った後、表３に示す温度で制御冷却を停止した。その
後、いくつかの鋼板に対しては、表３に示した条件で焼
き戻し処理を行った。実施例１〜３と同様に、板厚中心
部と鋼板表面近傍部（鋼板板厚方向の深さ１／２０の表
層位置）のビッカース硬さを測定した。

【００６１】本発明の範囲内における適正な条件にて製
造した板番Ａ−１〜Ａ−４、Ｂ−１〜Ｂ−３、Ｃ−１、
Ｃ−２は、いずれも、板厚中心部と鋼板表層近傍部の硬
度差は△Ｈｖ１５以内であり、板厚方向の硬度分布の小
さい鋼板である。なお、板番Ａ−４、Ｂ−１は、５００
℃および５５０℃において制御冷却を終了した後、直ち
に６００℃にて焼戻しを行った例（表３で示す焼戻し条
件２）であるが、焼戻しをしなかった発明例であるＡ−
１と比較して、十分な硬度と均一な硬度分布を有してい
る。

【００６２】なお、制御冷却終了後鋼板を常温付近まで
空冷した後、再加熱して焼戻しを行う焼戻し条件１の場
合（板番Ａ−２、Ａ−３）と比較すると、制御冷却終了
後直ちに焼戻しを行う焼戻し条件２（板番Ａ−４）の例
では、鋼板表層部の硬度は同程度であるが、生産に要す
る時間は大幅に短縮される。

【００６３】本発明の効果は、Ｃ、Ｍｎ含有量の少ない
鋼Ｃにおいても十分に認められる。適正な温度調整条
件、制御冷却条件で製造した場合には（板番Ｃ−１、Ｃ
−２）、Ｃ、Ｍｎ含有量の高い鋼Ｂを用いて本発明の範
囲外の条件で製造した板番Ｂ−６よりも、高強度かつ均
一な硬度分布が得られる、すなわち、本発明によれば、
合金元素含有量が少なくても、板厚方向の硬度分布を均
一に維持したままで、高強度を達成することができ、溶
接性の向上はもとより、省合金化、低コスト化を図るこ
とができる。

【００６４】一方、温度調整を従来のシャワー冷却で行
い冷却速度が小さい板番Ａ−６、Ｂ−５、Ｃ−４や、温
度調整時の水量密度は十分であるが温度調整停止温度が
Ａｅ３点＋３０℃を上回る板番Ａ−５、Ｂ−４、Ｃ−３
では、板厚中心部と鋼板表層近傍部で△Ｈｖ５０以上の
大きな硬度差が生じている。また、制御冷却停止温度が
高く、冷却速度が十分でない板番Ａ−７、Ｂ−６は、板
厚方向の硬度差は小さいものの、硬度の絶対値が低く、
高強度化が達成されていない。

【００６５】

【発明の効果】本発明は、仕上圧延終了後制御冷却を行
った場合に、高強度化を達成するような強力な水冷によ
って制御冷却を行うと、板厚方向の冷却速度の差によっ
て生じていた鋼板表層部近傍の硬化部分を解消するもの
である。このため、この表層部近傍の硬化を抑えるべ
く、圧延の中間の段階であらかじめ板厚方向に傾斜のあ
る組織分布を形成しておくものである。かかる組織分布
は、基本的には、仕上圧延前の中間材における温度調整
段階において、水量密度の高い強力な水冷により図られ
る。

【００６６】この方法により、鋼板の高強度化と板厚方
向の硬度分布の均一化を同時に達成できるとともに、温
度調整時間の大幅な短縮による生産性の向上、材質のバ
ラツキの軽減による安定した操業性、さらには、合金元
素の含有量の少ない鋼の採用による溶接性の向上、低コ
スト化を達成したものである。また、本発明では、主と
して厚板圧延を前提としたが、本発明の考え方は、形鋼
圧延、ホットストリップ圧延においても実施できるもの
であり、その工業的価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋼Ｄにおいて、従来方法（Ａ）及び本発明方法
（Ｂ）により製造した鋼板の、板厚方向の硬度分布を示
す示す図である。

【図２】鋼Ｄの温度調整工程において、中間材の冷却に
おける水量密度と板厚方向の硬度分布を示す図である。

【図３】実施例に示した供試鋼の化学成分を表１として
示す図である。

【図４】実施例３に示す供試鋼の製造条件（中間材に対
する温度調整条件、中間材からの仕上圧延条件及び圧延
後の加速冷却条件）及び供試鋼板の板厚中心部と鋼板表
面近傍（鋼板板厚方向の深さ１／２０の表層位置）のビ
ッカース硬さを表２として示す図である。

【図５】実施例４に示す供試鋼の製造条件（中間材に対
する温度調整条件、中間材からの仕上圧延条件及び圧延
後の加速冷却条件）及び供試鋼板の板厚中心部と鋼板表
面近傍（鋼板板厚方向の深さ１／２０の表層位置）のビ
ッカース硬さを表３として示す図である。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｃ２１Ｄ 11/00 １０１ Ｃ２１Ｄ 11/00 １０１ (72)発明者 上岡 悟史 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 阿部 隆 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中間の厚さまで熱間圧延した鋼スラブを
   所定の厚さの鋼板に製造するに際して、下記工程からな
   ることを特徴とする鋼板の製造方法。 （ａ）前記鋼スラブを、水量密度：１０００リットル／
   ｍ² ・ｍｉｎ以上で水冷し、かつ、前記鋼スラブの平均
   温度がＡｅ３点＋３０℃以下７００℃以上の温度範囲で
   冷却を停止する温度調整工程と、（ｂ）前記冷却した鋼
   スラブを、鋼板の平均温度がＡｅ３点＋３０℃以下６８
   ０℃以上で圧延を終了して鋼板とする仕上圧延工程と、
   （ｃ）前記仕上圧延後の鋼板を、水量密度：１０００リ
   ットル／ｍ² ・ｍｉｎ以上で冷却する制御冷却工程。
2. 【請求項２】 前記（ａ）の工程を、粗圧延機と仕上圧
   延機との間において強制冷却により行うことを特徴とす
   る請求項１に記載の鋼板の製造方法。
3. 【請求項３】 前記（ｃ）の工程の制御冷却を、鋼板の
   平均温度で６５０℃以下４００℃以上で停止することを
   特徴とする請求項１又は請求項２に記載の鋼板の製造方
   法。
4. 【請求項４】 前記（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の工程を経
   た鋼板を、更に常温近傍まで空冷した後、７００℃以下
   の温度で焼戻すことを特徴とする請求項１から３のいず
   れかに記載の鋼板の製造方法。
5. 【請求項５】 前記（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の工程を経
   た鋼板を、更に直ちに７００℃以下の温度で焼戻すこと
   を特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の鋼板の
   製造方法。