JPS63145717A - 低降伏比高張力鋼板の製造方法 - 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】 童！上皇五旦公互 本発明は、土木建築分野において、構造物の安全性確保
のために強く要望されている低降伏比高張力厚鋼板の製
造方法に関し、詳しくは、土木建築物の塑性変形能及び
耐破壊性能を向上させた降伏比が７５％以下であり、引
張強さが５８ｋｇｆ／ｌｌ１ｍ”以上の低降伏比高張力
複合組織厚鋼板の製造方法に関する。

従来生北玉 −Ｓに、降伏比の高い鋼は、伸びが小さく、土木建築構
造物に用いた場合は、地震等があったときに、伸びが局
部的に集中して、破断しやすいために、従来、上記した
用途での使用が避けられている。特に、５８　ｋｇｆ／
ｍｍ”扱高張力鋼であるＪＩＳ規格の５Ｍ５８鋼は、現
在、焼入れ焼戻しの調質処理を施して製造されているの
で、このような鋼は、そのｕｍが焼戻しベイナイト又は
マルテンサイトの単相組織からなるり、冶金学的にみて
、降伏比が高い。

一方、板厚の薄い熱延鋼板においては、フェライトとマ
ルテンサイトからなる複合組ｍＥが成形性のすぐれた低
降伏比高張力鋼板として実用化されている。この複合組
織鋼において、低降伏比が得られる理由は、圧延終了後
の冷却時にオーステナイトがフェライトに変態するに際
して、フェライト変態した残りのオーステナイトが焼入
れ性が高まり、オーステナイトがマルテンサイトに変態
し、この変態時に体積膨張して、周囲のフェライトに歪
を与えて可動転位を導入するので、初期の変形が容易に
なるためであるとみられる。

このように、厚さが例えば約４龍以下の熱延薄鋼板の場
合は、圧延後の冷却が速いために、マルテンサイトを含
む複合ｉｔｔ　ｈａ鋼を得るのが容易である。しかし、
現在、合金元素を添加し、焼入れ性を向上させたとして
も、熱延ＥｔＨにおいて、複合組織を得ることができる
板厚の限界は、精々約ｌＯ１までである。

また、従来の複合組織鋼は、すべて熱延ミルにて圧延さ
れたものであって、圧延パス間の時間が短いために、オ
ーステナイト粒が厚板ミルで圧延されたものよりも細粒
化しやすい。オーステナイト粒が細粒化するほど、複合
ｋＵ　ＨＪｉを得やすいので、低條伏比鋼の製造は、熱
延ミルにおいては容易である。

しかし、従来、板厚１０ｍｍ以上の厚鋼板においては、
マルテンサイトを含む低降伏比複合ｍ　織Ｍを厚板ミル
にて製造することは、極めて困難であって、不可能とさ
れている。

尤１プ」ｎ虹は也ｊ（Ｊ影■握司八 本発明は、厚板ミルにて複合組織厚鋼板を製造するため
に鋭意研究した結果、熱間圧延における鋼スラブの加熱
及び圧延条件を制御すると共に、圧延後の冷却条件を同
時に制御することによって、微■Ｉなマルテンサイトを
適量含有する低降伏比高張力厚鋼板を厚板ミルによって
圧延ままにて低廉に製造し得ることを見出して、本発明
に至ったものである。

問題点を解ンするための手 本発明による低降伏比高張力鋼板の製造方法は、重■％
で Ｃ０．０２〜０．１０％、 Ｓｉ０．０５〜０．６０％、 Ｍ’ｎ　　１．０〜２．０％、 Ｍｏ０．０４〜０．５０％、 Ｎｂ０．０１〜０．０５％、 Ａｌ　０．００５〜０．１０％、 残部鉄及び不可避的不純物よりなる鋼スラブを９００〜
１０００℃に加熱し、熱間圧延において、８５０℃以下
における累積圧下率を５０％以上とし、（Ａｒ３　４０
）℃乃至（Ａ、；　４０　）　”ｃの範囲の温度で圧延
を終了した後、直ちに５〜３０°Ｃ／秒の冷却速度にて
４００〜５５０°Ｃの間の温度まで冷却することを特徴
とする。

即ち、本発明の方法によれば、微細なフェライトを生成
させ、残るオーステナイトから微細なマルテンサイトに
変態させるために、スラブ加熱温度を９００〜１０００
℃の範囲の低温として、加熱時のオーステナイト粒を細
粒化し、熱間圧延において、８５０　’Ｃ以下での累積
圧下率を５０％以上として、（Ａｒ３４０）”ｃ乃至（
Ａｒ３−＋４０　）°Ｃの範囲の温度で圧延を終了する
ことによって、圧延効果を活用してオーステナイト粒の
細粒化及び変態後のフェライトの細粒化を図り、更に、
かかる圧延の終了後、パーライト変態を抑制するために
、５〜ｂ 〜４００°Ｃの範囲の温度まで加速冷却し、他方、この
圧延後の加速冷却時のマルテンサイト変態を効果的に促
進するために、鋼にＭｏ及びＮｂの微量を添加すること
によって、微細なマルテンサイトを適量含有し、引張強
さが５８ｋｇｆ／ｍｍ”以上、降伏比が７５％以下であ
る低降伏比高張力厚鋼板を１７板ミルによって圧延まま
にて低廉に製造することができる。

次に、本発明の方法において、鋼の化学成分を限定する
理由について説明する。

Ｃは、オーステナイトからフェライトへの変態時に、残
るオーステナイト相を加速冷却によってマルテンサイト
化するために必要な元素である。

従って、添加量が０．０２％よりも少ないときは、適正
な加速冷却によっても、マルテンサイトを生成させるこ
とが困難であり、他方、０．１０％を越えて添加すると
きは、加速冷却時にパーライト・やヘイナイトが生成し
、鋼板の低降伏比化に有効な微細なマルテンサイトを生
成させることが困難である。

Ｓｉは、鋼の脱酸及び強度の上昇のために添加される。

これらの効果を有効に得るためには、少なくとも０．０
５％を添加することが必要であるが、しかし、０．６０
％を越えるときは、溶接性を劣化させる。

Ｍｎは、オーステナイト・フェライト変態時に第２相を
マルテンサイト化すると共に、強度と靭性とを共に向上
させるのに必要な元素である。これらの効果を有効に得
るには、少なくとも１．０％の添加を必要とするが、し
かし、２．０％を越えて過多に添加するときは、溶接性
を劣化させる。

ＭＯは、微量の添加によって、Ｍｎと同様に第２相であ
るマルテンサイトを生成させるために有効な元素であり
、特に、厚鋼板において、圧延後の冷却速度を高めるこ
とができない場合に、微細なマルテンサイトを生成させ
るために必須の元素である。この効果を確保するために
は、少なくとも０．０４％の添加が必要であるが、しか
し、過多に添加するときは、溶接性の劣化や製造コスト
の上昇を招くこととなるので、添加量は０．５０％以下
とする。

Ｎｂは、ＭＯと同様に、第２相であるマルテンサイトを
生成させるのに有効な元素であり、更には、オーステナ
イト粒の細粒化を通じて靭性の向上にも効果を有する。

かかる効果を有効に得るには、少なくとも０．０１％の
添加を必要とするが、しかし、過多に添加するときは、
溶接性を劣化させるので、添加量の上限は０．０５％と
する。

Ａｌは、鋼の脱酸のために０．００５％以上を添加する
ことが必要であるが、過多に添加するときは、介在物が
増加し、靭性を低下させるので、添加量の上限を０．１
０％とする。

本発明においては、強度、靭性、大入熱溶接継手靭性、
溶接性、耐食性等を一層向上させるために、鋼は、上記
した元素に加えて、 ＣｕＱ、５Ｑ％％以下、 Ｎｉ１．０％以下、 Ｃｒ０．５０％以下、 Ｖ　　　０．１０％以下、 Ｔｉ’０．０３％以下、及び Ｂ　　Ｑ、００３％以下 よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含有す
ることができる。

Ｃｕは、強度及び耐食性を向上させるために、少なくと
も０．０５％以上が添加されるが、過多量の添加は熱間
圧延時に割れを発生させるので、添加量の上限は０．５
０％とする。

Ｎｉは、強度と靭性を共に向上させるために有効である
。この効果を有効に得るには０．０５％以上を添加する
こと必要である。しかし、Ｎｉは高価な元素であるので
、添加量は、主として経済的な観点から１．０％以下と
する。

Ｃｒは、前記Ｍｏと同様に、第２相であるマルテンサイ
トを生成させるために有効な元素であって、この効果を
有効に得るには０．０５％以上を添加すること必要であ
る。しかし、過多に添加するときは、溶接性を劣化させ
るので、添加量は０．５０％以下とする。

■は、強度を上昇させる効果を有し、０．０１％以上を
添加することが必要である。しかし、過多に添加すると
きは、溶接性を劣化させるので、添加量の上限は０．１
０％とする。

Ｔｉは、鋼中でＴｉＮとして存在し、大人熱溶接時の熱
影響部組織の粗大化を防止することによって、継手部の
靭性を向上させる。この効果を有効に得るには０．０５
５％以上を添加すること必要である。しかし、過多量の
添加は、却って靭性を損なうので、添加量の上限は０．
０３％とする。

また、Ｂは、微量の添加によって、焼入れ性を著しく向
上させ、強度を高めるために有効な元素であって、０．
０００３％以上が添加される。しかし、過多に添加する
場合は、溶接性の劣化を招くので、添加量の上限を０．
００３％とする。

更に、本発明においては、鋼は、上記元素に加えて、又
は上記元素とは別に、 ＲＥＭ　　０．０３０％以下、及び Ｃａ　　０．００４０％以下 よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含有す
ることができる。

これら元素は、いずれも鋼板の機械的性質の異方性の改
善と耐ラメラティア特性の向上に有効である。かかる効
果を有効にえるためには、ＲＥ　Ｍについてはｏ、ｏｏ
ｔ％以上、Ｃａについては０．０００４％以上が添加さ
れる。しかし、いずれの元素についても、その過多量を
添加するときは、鋼中の非金属介在物量を増大させ、靭
性を劣化させるので、その添加量の上限は、ＲＥＭにつ
いては０．０３０％、Ｃａについては０．００４０％と
する。

本発明の方法によれば、上記した化学組成を有する鋼ス
ラブを９００〜１０００℃に加熱し、熱間圧延において
８５０℃以下における累積圧下率を５０％以上とし、（
Ａｒａ−４０）’Ｃ乃至（Ａｒ。

＋４０）℃の範囲の温度で圧延を終了した後、直ちに５
〜ｂ ０℃の間の温度まで冷却することによって、所定の低降
伏比高張力鋼板を得る。

本発明の方法において、鋼スラブの加熱温度は、前述し
たように、オーステナイトからフェライト変態時に微細
なフェライトと微細なマルテンサイトとを生成させるた
めに重要な条件であって、スラブ加熱時の初期オーステ
ナイト粒を微細化するために、加熱温度を１０００℃と
することが必要である。加熱温度が１０００℃を越える
ときは、オーステナイト粒の粗大化が著しい。他方、圧
延時の温度低下を考慮して、力「熱湯度の下限は９００
℃とする。特に好ましい加熱温度は９５０〜１０００℃
の範囲である。

次いで、本発明によれば、熱間圧延において、８５０℃
以下の温度での累積圧下率を５０％以上として、未再結
晶領域での圧下を十分に行なって、オーステナイト粒の
微細化を達成する。累積圧下率が５０％以上であっても
、温度が８５０℃を越え、或いは累積圧下率が５０％に
満たない場合は、オーステナイト粒の微細化が不十分で
ある。

更に、熱間圧延において、仕上温度は、（Ａｒ＊−４０
）℃乃至（Ａｒ３＋　４０　）　℃の範囲の温度である
。仕上温度が（Ａｒ３−＋４０）℃よりも高い場合は、
オーステナイト粒の微細化が不十分である。

他方、仕上温度が（Ａｒｓ　　４０）　℃よりも低い場
合は、集合組織が著しく発達して、機械的性質の異方性
が大きくなる。

この熱間圧延後、本発明においては、冷却速度５〜３０
　ｃ　／秒にて直ちに加速冷却する。冷却速度が５℃／
秒よりも遅いときは、オーステナイトからフェライトへ
の変態時にマルテンサイトが生成し難＜、他方、３０℃
／秒よりも早い場合は、マルテンサイトの生成量が飽和
すると共に、鋼板内に大きい残留応力が発生しやすくな
るからである。

上記加速冷却における冷却停止温度は、５５０〜４００
℃の範囲の温度であり、このように、この範囲の温度ま
で加速冷却することによって、パーライト変態を抑制し
つつ、マルテンサイト変態を効果的に行なわせて、低降
伏比高張力鋼板を圧延ままにて得るためである。冷却停
止温度が５５０℃を越える場合は、オーステナイトから
フェライトへの変態に際して、未変態のオーステナイト
相にＣが拡散移動して、焼入れ性が高まるとしても、厚
鋼板の場合は、比較的高温に保持される時間が長くなる
ため、第２相であるマルテンサイトが生成し難くなる。

他方、冷却停止温度が低いほど、マルテンサイトは生成
しやくなるが、しかし、４００℃よりも低い場合は、著
しく靭性が低下すると共に、鋼板内に大きい残留応力が
発生し、これらを改善するためには、冷却の後に追加的
な工程として、再加熱焼戻しが必要となり、鋼板製造の
経済性及び生産性を著しく低下させる。

光班夏肱果 本発明の方法によれば、以上のように、所定の化学成分
を有する鋼スラブを熱間圧延し、加速冷却するに際して
、これらの工程に含まれる鋼スラブの加熱、圧延及び冷
却の条件を最適に選択し、組み合わせることによって、
厚板ミルによって、圧延ままにて、例えば板厚が６１以
上であって、微細なマルテンサイトを適量含有する引張
強さ５８　ｋｇｆ／ｍｍ２以上の複合組織低降伏比高張
力厚鋼板を低度に得ることができ、かかる鋼板は、例え
ば、高い安全性が要求される土木建築構造物に好適に用
いることができる。

叉薇■ 以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこ
れら実施例によって何ら制限されるものではない。

実施例 第１表に示す化学成分を有する鋼を第２表に示す加熱、
圧延及び冷却条件にて板厚３０龍の口仮に圧延した。得
られた鋼板の機械的性質を第２表に示す。第１表におい
て、鋼Ａ−Ｆは、本発明で規定する化学成分を有する鋼
であり、鋼Ｇ−Ｊは本発明で規定する範囲外の化学成分
を有する鋼である。

第２表において、鋼板ＡｔからＦｌは、それぞれ上記鋼
ＡからＦを用いて、本発明の方法に従って製造した鋼板
であって、引張強さ及び降伏比共に目標値である５　８
　ｋｇｆ／ｍｍ”以上及び７５％以下を満足している。

鋼板Ａ２からＦ２は比較鋼板である。即ち、鋼板Ａ２は
、スラブ加熱温度が１）５０℃であって、１０００℃を
越える、鋼板Ｂ２は、８５０℃以下での累積圧下率が２
０％であって、５０％に満たない、鋼板Ｃ２は、圧延仕
上温度が８５０℃であって、本発明で規定する温度より
も高い、鋼板Ｄ２は、冷却停止温度が６２０°Ｃであっ
て、５５０℃を越える、鋼板Ｅ２は、冷却速度が２℃／
秒であって、本発明で規定するよりも遅い、また、鋼板
Ｆ２は、圧延後の加速冷却を行なうことなく、空冷によ
る。

このように、比較鋼板は、いずれも、その製造条件が本
発明で規定する条件を満たしていないために、前述した
ような微細なマルテンサイトを含有した複合組織を得る
ことができず、目標とする引張強さ及び降伏比を得るこ
とができない。

また、比較綱板Ｇ−Ｊは、加熱、圧延及び冷却における
条件は、本発明で規定する条件は満たしているものの、
前述したように、鋼の化学成分が本発明で規定する範囲
をはずれるために、引張強さ及び降伏比共に目標値を満
足していない。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で Ｃ　０．０２〜０．１０％、 Ｓｉ　０．０５〜０．６０％、 Ｍｎ　１．０〜２．０％、 Ｍｏ　０．０４〜０．５０％、 Ｎｂ　０．０１〜０．０５％、 Ａｌ　０．００５〜０．１０％、 残部鉄及び不可避的不純物よりなる鋼スラブを９００〜
   １０００℃に加熱し、熱間圧延において、８５０℃以下
   における累積圧下率を５０％以上とし、（Ａｒ＿３−４
   ０）℃乃至（Ａｒ＿３＋４０）℃の範囲の温度で圧延を
   終了した後、直ちに５〜３０℃／秒の冷却速度にて４０
   ０〜５５０℃の間の温度まで冷却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. （２）重量％で （ａ）Ｃ　０．０２〜０．１０％、 Ｓｉ　０．０５〜０．６０％ Ｍｎ　１．０〜２．０％、 Ｍｏ　０．０４〜０．５０％、 Ｎｂ　０．０１〜０．０５％、及び Ａｌ　０．００５〜０．１０％を含み、更に、（ｂ）Ｃ
   ｕ　０．５０％％以下、 Ｎｉ　１．０％以下、 Ｃｒ　０．５０％以下、 Ｖ　０．１０％以下、 Ｔｉ　０．０３％以下、及び Ｂ　０．００３％以下 よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含み、 残部鉄及び不可避的不純物よりなる鋼スラブを９００〜
   １０００℃に加熱し、熱間圧延において、８５０℃以下
   における累積圧下率を５０％以上とし、（Ａｒ＿３−４
   ０）℃乃至（Ａｒ＿３＋４０）℃の範囲の温度で圧延を
   終了した後、直ちに５〜３０℃／秒の冷却速度にて４０
   ０〜５５０℃の間の温度まで冷却することを特徴とする
   低降伏比高張力鋼板の製造方法。
3. （３）重量％で （ａ）Ｃ　０．０２〜０．１０％、 Ｓｉ　０．０５〜０．６０％、 Ｍｎ　１．０〜２．０％、 Ｍｏ　０．０４〜０．５０％、 Ｎｂ　０．０１〜０．０５％、及び Ａｌ　０．００５〜０．１０％を含み、更に、（ｂ）Ｒ
   ＥＭ　０．０３０％以下、及び Ｃａ　０．００４０％以下 よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含み、 残部鉄及び不可避的不純物よりなる鋼スラブを９００〜
   １０００℃に加熱し、熱間圧延において、８５０℃以下
   における累積圧下率を５０％以上とし、（Ａｒ＿３−４
   ０）℃乃至（Ａｒ＿３＋４０）℃の範囲の温度で圧延を
   終了した後、直ちに５〜３０℃／秒の冷却速度にて４０
   ０〜５５０℃の間の温度まで冷却することを特徴とする
   低降伏比高張力鋼板の製造方法。
4. （４）重量％で （ａ）Ｃ　０．０２〜０．１０％、 Ｓｉ　０．０５〜０．６０％、 Ｍｎ　１．０〜２．０％、 Ｍｏ　０．０４〜０．５０％、 Ｎｂ　０．０１〜０．０５％、及び Ａｌ　０．００５〜０．１０％を含み、更に、（ｂ）Ｃ
   ｕ　０．５０％％以下、 Ｎｉ　１．０％以下、 Ｃｒ　０．５０％以下、 Ｖ　０．１０％以下、 Ｔｉ　０．０３％以下、及び Ｂ　０．００３％以下 よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素と、 （ｃ）ＲＥＭ　０．０３０％以下、及び Ｃａ　０．００４０％以下 よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素とを含み
   、 残部鉄及び不可避的不純物よりなる鋼スラブを　９００
   〜１０００℃に加熱し、熱間圧延におい　て、８５０℃
   以下における累積圧下率を５０％以上とし、（Ａｒ＿３
   −４０）℃乃至（Ａｒ＿３＋４０）℃の範囲の温度で圧
   延を終了した後、直ちに５〜３０℃／秒の冷却速度にて
   ４００〜５５０℃　の間の温度まで冷却することを特徴
   とする低降伏比高張力鋼板の製造方法。