JPS61295320A - 引張強さ５８〜８５Ｋｇｆ／ｍｍ↑２の高強度鋼の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野ン 本発明は、厚鋼板の製造法に係り、特に溶接性にすぐれ
た一般用途の引張強さ５８〜８５　ｋｇｆ／ｊ１ｍ”の
高強度鋼の製造法に関する。

（従来の技術） 近年、鉄鋼構造物の大型化と高性能化が進み高強度鋼の
使用比率が増加している゛が、それらの溶接施工コスト
の上昇を防止する意味で溶接性の良好な高強度鋼が要求
される。又一方ではコンクリート、その低材料との競合
から出来るだけ経済性が要求される。

これらの要求に対して最近稽々の新しい製造法の開発が
行われ品質改善が行われている。例えば特開昭５９−１
３６４１９号公報や特開昭５９−１００２１４号公報に
示されるようにＮｂ　ｉ添加し、これを充分固溶せしめ
るように高温で加熱し、続いてこれを制御圧延し、次い
で直ちに、水冷して焼入れた後焼戻すことにより低炭素
当量の高張力鋼ヤ厚肉の高張力鋼の製造法など鋼片の加
熱時にＮｂの炭・窒化物を充分固溶するように加熱温度
を高くする方法が散見される。

（発明が解決しようとする問題点） しかるにこれらの従来法はそれぞれ高溶接、高強度の鋼
を製造することは可能であっても一旦固溶したＮｂの炎
室化物の殆んどが焼戻しの際に析出し靭性を害すること
と鋼片の加熱温度が高いため加熱時にオーステナイトの
粒成長が起シ、これが圧延後のオーステナイト粒度を大
きくして靭性を阻害するなどの欠点を有する。

（問題点を解決するための手段） そこで本発明者らは上記の既存技術の問題点を考慮し次
結果、特に鋼片の加熱工程でのＮｂによるオーステナイ
ト粒成長抑制やＢの焼入性有効利用のためのＮの固定お
よび水冷後の再加熱による焼戻し時のＮｂの析出による
脆化等を配慮した新規な製造手段によシ特性のすぐれた
鋼板の製造が可能であることを見出した。

即ち、鋼中のＮｂは常温では極く一部のＮｂと窒素、炭
素に結びついたＮｂの炭・窒化物として存在するが高温
状態、つまり１１００℃以上ではその殆んどが地鉄中に
固溶している。この固溶Ｎｂは圧延の際未再結晶域の上
限温度を上昇させ変態後のマルテンサイトやベイナイト
、フェライトの微細化を促進する次めの制御圧延を容易
にする効果がある。

この際鋼片を一旦常温附近迄冷却させた場合、鋼中のＮ
ｂはその殆んどが炭・窒化物として析出しているため、
再度加熱して圧延する場合とのＮｂ炭炭窒窒化物再び地
鉄中に溶解する必要があ夛、との九め実際には１１００
℃以上の加熱が行われる。しかしながら、この場合固溶
しｆｃＮｂは水冷後再加熱による焼戻しの際にその殆ん
どが析出し、強度を著るしく上昇させるが同時に析出歪
みによる脆化を伴う。

そこで本発明者らは、全Ｎｂ炭・窒化物が固溶する温度
よシ低（Ｎｂ炭・窒化物が全く固溶しない温度よシ高い
温度、つｔシ一部のＮｂ炭・窒化物が固溶し残部のＮｂ
炭・窒化物が残存してこの残存するＮｂ炭・窒化物がオ
ーステナイトの結晶粒の粗大化を防止することが可能と
なる状態に鋼片の加熱条件を設定し、このオーステナイ
トが細粒である状態から圧延を開始した所、圧延終了後
のオーステナイト粒度が極度に細かくなり、水冷後の鋼
板の焼入組織が細粒になる結果、靭性の向上が認められ
ることを見出した。またこの際、ＮｂによるＮの固定効
果によ５Ｂが有効に焼入れに作用することもわかった。

さらに又、その後引続き実施する再加熱による焼戻しの
際、焼入組織のテン・（−効果と同様に鋼片加熱時に一
部固溶したＮｂ炭・窒化物の析出による若干の析出硬化
が現れるが、この析出硬化に付随する靭性劣化を組織が
細粒であることによシ最小限に抑えられることも見出し
た。本発明はこれらの新規な知見に基いてなされたもの
である。

（発明の構成、作用） 即ち本発明は、以上の知見を得てなされたものであって
その要旨とするところは重量％で００．０３〜０．１４
％、ＳｉＯ，６％以下、　Ｍｎ　０．５〜１．６％、　
Ｎｂ０．ｏｏｓ〜０．０３％、８０．０００５〜０．０
０１５％。

Ｔｏｔａｌ　ＡｔＱ、　１％以下、　Ｔｏｔａｌ　Ｎ　
Ｏ，００１〜０．００６０％を含み、さらに必要によＦ
）　Ｃｒ　０．１〜０．６　％　１Ｍ。

Ｏ，５％以下、Ｎｉ１．Ｏ１以下、　Ｃｕ　０．５％以
下、Ｖ０．０１〜０．０５％、　Ｔｌ　Ｏ，００５〜０
．０４％、Ｃａ０．００２〜０．０１％のいずれか１種
以上を含有し、残部がＦ＠によび不可避的不純物よ構成
る鋼片を、Ｎｂの炭・窒化物が地鉄中に一部分固溶する
条件で加熱し、引続いて９５０℃以下水冷開始迄の温度
で少くとも３０％の圧下を伴う圧延を施し、圧延後可及
的早い時点で水冷を行い、４００℃以下迄水冷した後６
９０℃以下の温度で焼戻し処理を行うことを特徴とする
引張強さ５８〜８５１＃ｆ／ｕ２の高強度鋼の製造法に
ある。

以下に本発明の詳細な説明する。

先ず最初に本発明においては引張強さ５８〜８５に９ｆ
／１ｍ２の鋼を対象とするものであるがそのように限定
したのは引張強さが５８　ｋｉｌｌ／ｕ”未満の鋼は圧
延ままか或いは圧延後水冷を行っても水冷後の組織がフ
ェライトとパーライト若しくは極く少量の上部ベイナイ
トを含む組織であり化学成分もＳｔ−動系または他の合
金元素を含むことがあっても極く少量の添加量で充分で
あって本発明の主旨とは異なる。一方８５に９ｆ／ｎ”
超の引張強さを有する鋼は通常焼入焼戻し処理によって
製造するが焼入後の組織は一般的に下部ベイナイト又は
マルテンサイト若しくはそれらの混合組織であってこれ
らの硬化組織を得るためにはＮｂの炭・窒化物を利用し
た細粒オーステナイトを焼入れ時に出すことは好ましく
なく本発明の対象からは除外した。

次に本発明の対象とする鋼を構成する化学成分の限定理
由を説明する。最初にＣは強度確保上必要な元素である
が０．０３−未満の低い含有量では厚みが比較的小さい
場合でも本発明の対象とする鋼の強度の確保が出来ない
。０．１４％超の含有量では耐溶接割れ性の劣化、靭性
の劣化、溶接熱影響部の硬化が著るしく又、耐応力腐食
割れ性等の用途上必要な特性の劣化を招くことがある。

したがって０．０３〜０，１４％とする。

次に８１は通常の製鋼法では鋼中に多少含まれ同浴硬化
により強度上昇に寄与するが多音に添加すると靭性が劣
化し、０．６％超では特に溶接熱影響部の靭性も著るし
く劣化するため０．６％以下とし友。

次にＭｎは変態点を下げ焼入性を上げ強度の確保、靭性
の向上に有効であるが１．６％を超えると溶接時低温割
れの発生を助長する。また、０．５％未満では前述の強
度、靭性の確保に必要な効果が発揮出来ない。したがっ
て０．３〜１．６％とする。

さらにＮｂは前述の通り本発明の工程との関連で加熱時
のオーステナイト粒の粗大化防止効果と圧延に際しての
細粒化効果、水冷後の焼戻しの際の析出強化の主要元素
としての重要な役割シを果すが０．ｏｏｓｓ未清の少量
では前記の効果が少く、本発明の主旨にそわない。を九
〇、０３％を超えても上記効果に対する割合いは飽和し
、反面溶接熱影響部や溶着鋼の切欠靭性を低下させる要
因となる。

従って限定量は０．００５〜０．０３％である。

次にＢは高温での変態を抑制しベイナイト領域での変態
を行わしめる際にきわめて有用な元素であるが０．００
０５％未満ではその効果が少（，０００１５チ超では溶
接熱影響部の靭性を著るしく劣化させる。０．０００５
〜０．００１５優の適量ではＮｂとの共存で相乗効果を
発揮し靭性劣化を伴なわない焼入性向上効果を発揮する
。

ｋｌは鋼中の酸素と結びついて精錬、脱酸時Ａ１．２０
５として酸素を除去する他鋼中のＮと結びついてＡｔＮ
とし、組織の微細化に寄与するが、添加量がＴｏｔａｌ
Ａｔとして０．１％を超えると反って粒の粗大化と鋼中
のＡｔ２０３等の介在物の量の増大を招き靭性を阻害す
る。

一方Ｎは溶接熱影響部の切欠靭性を確保し、かつＢを添
加した場合のＢの焼入性を充分に発揮せしめるために上
限を０．０ｏ６０％とし、ま７’ｃ　Ｎｂと結びついて
析出強化を助長し、Ａｔ−？Ｔｉと結合してＡｔＮ−？
ＴｉＮとし溶接熱影響部の粒の粗大化を防止する意味で
効果があるがいずれもその効果を発揮する下限は０．０
０１％である。すなわちそれぞれの限定量を外れれ、は
前述の各々の効果は少くなる。

以上が基本的元素であるが、さらに本発明においては、
前記以外の元素としてＣｒ　、　Ｍｏ　ｒ　Ｎｉ　ｒＣ
ｕ　＃　Ｖ　ｒ　Ｔｌ　＊　Ｃ’　　のいずれか１種以
上を添加することによ）鋼材の断面厚みに応じて焼入性
を確保して強度を確保し、靭性を−そう向上せしめるこ
とが出来る。とれらのうち先ずＣｒ　、　Ｍｏは圧延後
水冷を行う際の焼入性の向上効果や炭化物の組成や形態
を改善する等の効果、Ｍｏは更に水冷後の焼戻しを行う
場合や強度が７０ｋｆｆ／ａ！以上の高強度鋼の溶接部
の応力除去焼鈍による脆化を防止する効果等の多くの効
果がある。しかしこれらの元素をあｉシ多量に添加する
ことは溶接性を損うことになりまた添加量の割合いには
効果が期待出来ないこともありである上限値が決定出来
るがＣｒは０．６％、　Ｍｏは０．５％がその限界であ
る。またＣｒの下限値０．１％は焼入性の期待可能な数
値つまシこれ未満の添加量では焼入性全向上することが
不可能である。

Ｎｉ　、　Ｃｕは固溶による地鉄の強度靭性の向上効果
があるがＮｉ１．０％超、Ｃｕ０．５％超では共に溶接
性阻害の点から限界外とした。

ＶはＮｂと共に炭・窒化物を形成して焼戻し時に析出す
ることにより強化が期待出来るものであって同一量のＮ
ｂよシはその効果が小さいが０．０１％以上からその効
果が認められる。しかし０．０５％を超えると母材およ
び溶接熱影響部の靭性を劣化させ、併せて耐溶接割れ性
をも劣化させる。したがって０．０１〜０．０５％をそ
の限定量とした。

ＴｉはＮを固定しＢを有効化させる九めＢ添加と併用し
て添加したシ、ＴＩＮとして溶接熱影響部の粒粗大化を
防止し靭性の劣化を防ぐため添加することがあるが０．
ｏｏｓチ未満ではそれらの効果はなくなり、０．０４％
を超えると本発明の対象とする強度の鋼でも母材靭性を
劣化させるので０．００５〜０．０４％に限定した。Ｃ
ａは硫化物の形態制御を行い、圧延方向と直角な方向の
切欠靭性を向上させる目的で添加することがあるが、そ
の場合ＯΩ０２チ未満ではその効果が充分でない場合が
あり、また０、０１％を超えると表面および内部の介在
物が増加しＵＳＴ検査での不良原因になることがある。

したがって限定量は０．００２〜０．０１％とした。

次に本発明における製造条件の限定についてその理由を
説明する。

先ず本発明においては前述の如き化学成分を有する鋼片
を用いるのであるが鋼片については鋳造ｔま或いは偏析
を拡散する目的又は断面厚みの減少を目的とした減厚圧
延を行い冷却したものでもよく特に指定しない。

次に鋼片の加熱はＮｂの炭・窒化物が部分的に地鉄、即
ちオーステナイト中に固溶する条件で行うものである。

その温度はＮｂの炭・窒化物が固溶を開始し、全ての炭
・窒化物が固溶し終らない温度がよく、はぼ１０００〜
１１００℃程度が良好であるが、特に望ましいのは１０
２０〜１０７０℃である。

この目的は圧延後水冷を行う際のオーステナイト粒度を
微細にするためであるが、本発明の規定する化学成分で
はＮｂの炭・窒化物が加熱時のオーステナイトの粗大化
を阻止するのに有効に働く。しかしながら高温つまり１
１００℃を超えるよつな温度或いは１０７０℃〜１１０
０℃の温度でも長時間の保定を行うと、Ｎｂの炭・窒化
物の殆んど全部がオーステナイト中に固溶してしまい、
その結果急激にその粒度の粗大化を招くことになる。一
方Ｎｂは、オーステナイト中に固溶すると熱間圧延の際
オーステナイトの再結晶を抑制する作用があり、特に圧
延の比較的低温域において再結晶阻止効果が強いため、
変形帯を有する伸長オーステナイトになり易く後の水冷
の際【焼入組織が微細化する結果となる。更に固溶した
Ｎｂは適冷の状態にあるからのちの焼戻しの際にＮｂの
炭・窒化物として改めて析出し析出の際の歪み硬化現象
として強度を上昇せしめる。更にＮｂは窒素と結合し窒
化物を形成しているから本発明の対象となる高張力鋼の
ようにＢを焼入れ性向上元素として使用する場合は、Ｂ
を窒素から保護しＢＮとなって焼入性効果が減少するの
を防止する。

本発明はこのようにＮｂの各種役割りを全て利用するも
ので従って鋼片の加熱の際の加熱条件を充分に制御する
必要を有する。

次に圧延の際の圧下’１９５０℃以下水冷開始迄の温度
で３０％以上の圧下率になるように規定したのは、前述
のように加熱の際に一部地鉄中に固溶したＮｂが部分的
に圧延の際の歪み誘起により析出し、これが再結晶を抑
制するため前述のように変形帯を多量に持つ伸長オース
テナイトとなって焼入後の組織を微細にするからである
が、この有効圧延温度の上限が９５０℃であり、伸長オ
ーステナイトを有効に生成せしめる圧下率の下限が３０
％である。つまりこの規定する温度を超える温度範囲で
規定する圧下率以下の圧延を行っても目的とする微細組
織は得られず、従って本発明の目的とする高強度鋼は得
られない。

一方温度域の下限を水冷開始温度迄としたのは本発明で
は圧延後直ちに水冷を行うことが望ましいからであって
、水冷の開始温度は化学成分や圧下量等によって異なる
ため本発明では規定しないがほぼ７００〜８６０℃の範
囲である。

圧延はこの水冷開始温度迄前迄行うのが望Ｉしいが、実
際は圧延機と水冷装置の間に距離があジ若干の時間がか
かる。しかしながら、少くとも圧延終了後６０秒以内に
は水冷を開始することが望ましく、これが本発明に云う
可及的早い時点での水冷開始を意味する。

次に４０・Ｏ℃以下迄水冷をするのは本発明に規定する
化学成分を有する鋼の水冷時における変態終了温度が４
００℃以下、特に４００〜４５０℃であって、この温度
以下の温度に迄水冷を施こすことによりベイナイトを主
体とする組織が得られるからであり、逆にこの温度より
高い温度で水冷を停止した場合、充分な硬化組織が得ら
れず焼戻しを行っても所定の強度の鋼が得られない。

水冷後の焼戻しは水冷が終了して直ちに行うか一旦常温
迄冷却後、行ってもよいが再加熱により６９０℃以下の
温度に加熱して行う。これは硬化組織の軟化とそれに付
随する高靭化および一部固溶したＮｂの炭・窒化物の析
出による強化を目的としたものである。ここで６９０Ｃ
以下と規定し九のは工場における生産時の管理限界上焼
戻し温度がＡｃ１点を部分的にでも超えないように余裕
をみて決めたものである。

次に本発明の効果全実流例により更に具体的に説明する
。

（実施例） 第１表に示す化学成分を有する鋼を溶製し、同表欄外に
示す鋳造条件で連続鋳造、又は普通造塊−分塊圧延１、
若しくは小型溶解炉の場合は造塊−鍛造を行い連続鋳造
の場合は鋳造まま、または減厚圧延後第２表に示す製造
条件に沿った製造を行い各種厚みの厚鋼板よりその厚み
方向の１７４の位置から引張試験片、シャルピー衝撃試
験片を採取しそれぞれ試験を行った。これらの試験結果
を第２表に併記して示す。

これらによると本発明による＆１〜ム１３の鋼はいずれ
も強度が本発明の目的とする強度を満足し切欠靭性も良
好で溶接性のすぐれた鋼が得られていることがわかる。

これに対し４１４〜Ａ１７は化学成分が本発明の規定値
より外れたも（の、ム１８〜４２１は化学成分が本発明
の規定に入っているものの本発明の規定する製造条件に
外れており、特にム１８はＮｂの炭窒化物が完全に固溶
する加熱条件、４１９はＮｂの炭窒化物が殆んど溶は残
っている条件での加熱のためいずれも強度並びに靭性が
劣る結果を示しておシ、本発明の効果による差が顕著に
示されている。

（発明の効果） 以上の実施例からみても明らかな如く本発明によれば従
来法により得られた鋼に比して靭性が良好で溶接性のす
ぐれた高強度鋼材を製造し得ることが可能となるもので
あ多産東上の効果は顕著なものがある。

手続補正書（自発） 昭和６１年３月６日 特許庁長官　宇　賀　道　部　殿 １、事件の表示 昭和６０年特許願第１３５９９５号 ２、発明の名称 引張強さ５８〜８５　Ｋｇｆ　／ｉａ”の高強度鋼の製
造方法３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 東京都千代田区大手町二丁目６番３号 （６６５）新日本製鐵株式會社 代表者　武　　１）　　　豊 ７、補正の内容

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 重量％にてＣ０．０３〜０．１４％、Ｓｉ０．６％以下
   、Ｍｎ０．５〜１．６％、Ｎｂ０．００５〜０．０３％
   、Ｂ０．０００５〜０．００１５％、ＴｏｔａｌＡｌ０
   ．１％以下、ＴｏｔａｌＮ０．００１〜０．００６０％
   を含み、さらに必要によりＣｒ０．１〜０．６％、Ｍｏ
   ０．５％以下、Ｎｉ１．０％以下、Ｃｕ０．５％以下、
   Ｖ０．０１〜０．０５％、Ｔｉ０．００５〜０．０４％
   、Ｃａ０．００２〜０．０１％のいずれか１種以上を含
   有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなる鋼片を
   、Ｎｂの炭・窒化物が地鉄中に一部分固溶する条件で加
   熱し、引続いて９５０℃以下水冷開始迄の温度で少くと
   も３０％の圧下を伴う圧延を施し、圧延後可及的早い時
   点で水冷を行い、４００℃以下の温度まで水冷した後６
   ９０℃以下の温度で焼戻し処理を行うことを特徴とする
   引張強さ５８〜８５ｋｇｆ／ｎｍ＾２の高強度鋼の製造
   方法。