JPS63223125A - 高靭性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】 （産業上の利用分野） 本発明は、熱間圧延後の高温の鋼板をそのまま焼入れす
る、いわゆる直接焼入れ法による高張力鋼板の製造方法
に関し、特に製品鋼板の細粒化と靭性向上を目的とする
改良された直接焼入れ法による高張力鋼板の製造方法に
関する。

（従来の技術とその問題点） 焼入れ・焼もどし型の高張力鋼板の製造方法として、直
接焼入れ法はすでに周知である。これはオーステナイト
粒の再結晶温度域あるいは未再結晶域にて熱間圧延を終
了した後、引き続いて焼入れ処理をする方法であり、通
常の再加熱焼入れ法に比し、焼入れのための再加熱処理
を要しないことから、省エネルギープロセスとして広く
実用化されつつある。

しかしながら、通常の直接焼入れ法には次のような問題
点がある。即ち、従来の再加熱焼入れ法によって得られ
る鋼板では、焼入れ組織のオーステナイト粒度番号がお
おむね８番以上の均一細粒鋼であるのに対し、直接焼入
れ法によって得られる鋼板では７番前後とやや粗粒であ
る。また、仕上圧延温度の変動によって、伸延ままの未
再結晶粒の形状であったり、混粒組織であったりと、大
きく組織の形態が変動する。オーステナイト粒の大きい
ことから、通常の再加熱焼入れ法のものに比較して低温
靭性に劣ると同時に、一定の＆ｌＩ織、性質を安定して
得ることが難しい。

結晶粒の細かな強靭鋼板を得るひとつの方法として、本
発明者は特公昭５８−４９０号公報に掲載されている方
法を提案した。この方法は、Ｎｂを必須合金成分とする
鋼を用い、１１００〜９５０℃での圧延の後圧延仕上温
度と同一の温度にて一定時間の均熱保持中間加熱を行い
、さらに６８０〜７３０℃の低温域で仕上圧延を行うと
いうものである。即ち、この方法は、中間加熱処理を行
うことにより加ニオーステナイトの再結晶を促し、結晶
粒の微細化を計ったものである。しかし、この方法では
、再加熱前の圧延温度が高く、又、再加熱後に再び圧延
を行うために均熱時間も長いことから、必ずしも十分な
結晶粒の微細均一化は達成されない。

本発明は、直接焼入れ法の省エネルギー効果を本質的に
失わず、しかも、通常の焼入れ法で得られる鋼板に匹敵
する低温靭性を有する６０ｋｇｆ／ｍ”〜８０ｋｇｆ／
＋ｕ＋”級の高張力鋼板を製造する方法の提供を目的と
する。

（問題点を解決するための手段） まず、強度、靭性、溶接性その他所型の基本的な性質を
得るために、素材として下記の組成のものを選ぶ、（組
成についての「％」は、重量％を意味する。） ｃ：ｏ、ｏｔ〜０．２０％、　　　Ｓｉ：０．０５〜０
．８％。

Ｍｎ：０．５０〜０．０１０　ｓｏｌ　ＡＱ：０．００
５〜０．０８％を必須成分として含有する鋼。

本発明の対象となる鋼は、上記の必須成分以外に合金元
素を含まないもの、即ち、残部がｒｅおよび不可避不純
物から成るもの、であってもよい。

しかし、鋼板に要求される性質に応じて、下記Ａ群およ
び／またはＢ群の成分を１種以上任意に含有させること
ができる。

Ａ群：　Ｃｕ：０．１〜０．８％、　　Ｃｒ：０．０７
〜２％。

Ｍｏ：０．０７〜２％、Ｎｌ：０．１〜５％。

Ｖ＋Ｎｂ、Ｔｉ＋Ｚｒ：　それぞれ　０．００８〜０．
１％。

Ｂ：０．０００４〜０．００３０％ Ｂ群：Ｃａ、希土類元素（特にＬａ、Ｃｅ）：それぞれ
０．００１　〜０．０１０　　％ 上記の組成の鋼片を１０００〜１３００℃に加熱し熱間
圧延を行うが、その熱間圧延の冷却過程のオーステナイ
トの未再結晶温度域で３０〜８０％の累積圧下を加える
。これをＡｒ、点板下の温度に下げることなく、急速再
加熱して９００〜１１００℃の間の温度に昇温し、望ま
しくは５分以内の短時間保持する。

そして、この温度から、焼入れし、次いで焼もどしを行
う。

上記の本発明の方法を模式的に示したのが第１図である
。

第１図において、■は１０００〜１３００℃における鋼
片の加熱工程である。この加熱は、一旦室温まで冷却さ
れた綱片の再加熱（ａ）が普通であるが、省エネルギー
の点から最近採用されつつある高温鋳片のホットチャー
ジ（ｂ）でもよい、■はオーステナイトの再結晶温度域
での圧延である。この圧延はあった方が望ましいが必須
ではない、■がオーステナイト未再結晶温度域での圧延
で、ここでの累積圧下率を３０〜８０％とすることが重
要である。

この圧延を終了した後は、Ａｒｓ点以下に冷却すること
なく、■の均熱処理を行う、この時、昇熱はたとえば誘
導加熱によってできるだけ急速に行う必要がある。■の
均熱処理は、前述のとおり９００〜１１００℃で望まし
くは５分以内の短時間とする。

次の焼入れ、焼もどしは一般的に採用されている方法で
よい、焼入れはたとえば上記■の均熱湯度からの水中投
入、高圧水による冷却等でよく、焼もどしは加熱炉で４
００〜７００℃に１〜６０分程度保持し、空冷又は水冷
すればよい、場合により、ガス加熱炉にかわり誘導加熱
炉でもよい。

（作用） 以下、本発明を構成する各要件について、その作用を詳
しく説明する。

まず、素材鋼の組成を特定した理由について述べる。

本発明方法によって製造するのは、高靭性６０〜８０　
ｋｇｆ／ａｍ”扱高張力鋼板である。これに要求される
基本的性質を得るために、Ｃ＋　ＳＬ　Ｍｎ＋　５ｏｌ
−ＡＱは必須の成分である。

Ｃは、強度調整元素としての基本成分であり、０．０１
％未満では強度不足を補うため、他の合金元素の多量添
加が必要となり経済的でない。０．２０％を超えると溶
接性を悪化させる。

Ｓｉは、脱酸成分として使用し、０．０５％以上含有さ
せてお（必要がある。しかし、０．８％を超えると低温
靭性を劣化させる。

Ｍｎは、Ｃとともに強度を上げ、靭性を向上させる重要
な成分である。　０．５０％未満ではこれらの効果が不
十分である。一方、２．５０％を超えると溶接が難しく
なる。

ＡＩは、脱酸のために使用され、結晶粒微細化にも寄与
する。　ｓｏｌ、ＡＱとしてｏ、ｏｏｓ％以上含有させ
ることが必要であるが、０．０８％を超える量になると
鋼の清浄度が損なわれる。

後に実施例として示すように、上記の基本成分だけでも
本発明方法によれば、優に６０ｋｇｆ／ｍ”を超える高
靭性鋼板が得られる。従って、素材鋼としては上記成分
の外、残部はＦｅと不可避不純物から成るものでもよい
、不可避不純物の代表的なものとして、Ｐ、Ｓ、Ｎがあ
る。これらは低いほど望ましいが、許容範囲としては、
Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｎ　：
　８０１）Ｉ）−以下である。　−製品鋼板を更に高級
化する必要がある時に選択的に添加される成分は、前記
Ａ群とＢ群に分けられる。

Ａ群の成分は、強度の調整を主目的とするものである。

Ｃｕは、強度とともに耐食性の向上にも寄与するが、そ
の効果が現れるのは０．１％以上である。　Ｃｍ含有量
が０．８％を超えると、熱間圧延時、溶接時の高温割れ
が問題になる。

Ｎｉは、０．１％以上の含有量で強度と靭性の向上に効
果がある。上限は、経済性と溶接材料選定の問題から、
５％とする。

ＣｒとＭｏは、いずれも焼入性の向上により強度を高め
るために有効な成分で、それぞれ０．０７％以上で効果
を発揮する。一方、それぞれ２％を超えると靭性低下と
溶接性の悪化が懸念される。

Ｖ、　Ｎｂ、ＴｉおよびＺｒは、焼もどし時に炭化物と
して二次析出し、焼もどし軟化抵抗を高める成分である
。さらに、本発明方法の実施に大きな影響を与えるオー
ステナイトの再結晶温度を高める成分である。それぞれ
ｏ、　ｏｏｓ％未満の含有量ではこれらの効果が少なく
、０．１％を超えると靭性を低下させる。なお、これら
を複合添加する場合は、合計量の上限を０．１５％に抑
えるのが望ましい。

Ｂは、焼入れ性を上げ、強度の向上に効果をもち、この
効果は０．０００４％（４ｐｐ■）以上で顕著となる。

０．００３０％（３０ｐｐｍ）を超えると、過剰Ｂとし
て存在し、溶接部の硬化が甚だしくなる。

Ｂ群の成分は、硫化物系介在物の形状調整に使用される
。即ち、Ｃａおよび希土類元素（通常はＬａ、Ｃｅの混
合物として添加）は、０．００１０％（１０ｐｐｅ＋）
以上の含有量で上記の介在物を球状化し、靭性、延性さ
らには耐食性を改善する。しかし、ｏ、ｏｉｏｏ％（１
０１００ｐｐを超えるとこれら成分の酸化物が多くなっ
て逆効果になる。

上述のごとき各成分の効果を考慮して、各群又は両群か
ら１種又は２種以上を選んで添加すればよい。

次に、圧延の条件とその作用効果を説明する。

圧延工程のスタートは、１０００〜１３００℃での鋼片
の加熱（第１図の１）である、この鋼片目体は連続鋳造
スラブでも分塊スラブでもよく、また、加熱炉への装入
は、前述のように熱鋼片のホットチャージでもよい、加
熱温度は、初期オーステナイト粒を細かくするためには
低い方が望ましいが、あまり低いと％ｆ、Ｎｂ、Ｔｉ、
Ｚｒ等を含む鋼の場合、それらの析出物の固溶が不十分
となり、−次圧延時の再結晶の抑制作用が低下し、ひい
ては製品の強度不足を招くからその下限を１０００℃と
する。一方、１３００℃を超える高温に加熱するとオー
ステナイト粒の過大成長が起こり、製品の性質に悪影響
を及ぼすだけでなくスケールロス等の経済的損失を招く
。

圧延は、必ずしも第１図の■、■の如く区分して行う必
要はない０重要なことは、■の未再結晶温度域で十分な
圧延が行われることである。ただし、再結晶時の粗大オ
ーステナイト粒はあらかじめ細粒化しておくと未再結晶
域圧延でミクロ的に均一な＆ＩＩ＊になり易いから、再
結晶温度域での圧下も多少とも実施するのが好ましい。

オーステナイトの再結晶温度は、鋼の組成によって相違
し、たとえばＮｂ　Ｏ，０４％を含む鋼ではおよそ９５
０℃、Ｔｉ　Ｏ，０８％を含む鋼ではおよそ９００℃、
その他の鋼では８５０〜８００℃である０本発明方法で
は、選択した素材鋼の組成によって決まる再結晶温度以
下で、累積で３０〜８０％の圧下を加える。この圧下量
は、次の短時間再加熱工程（第１図の■）でオーステナ
イトの急速な再結晶を生起させるために必要なものであ
る。累計圧下量３０％未満では、蓄えられる加工歪が不
足し、十分な再結晶が生じない、再結晶粒を細かくする
ためには加工量は多い程よいが、通常の素材鋼片の厚み
と製品厚みとの関係、その他の操業条件からみて、８０
％が上限となろう。

このような圧延が終了したら、圧延材の温度をＡｒ１点
以下に下げることなく、直ちに再加熱をおこなう、一旦
、Ａｒ３点以下に下げると、部分的にオーステナイト→
フェライト→オーステナイトの変態が生じ、均一な再結
晶粒が得られないからである。

再加熱は、１℃／　ｓｅｃ以上の速度で、できるだけ急
速に９００℃から１１００℃の間の所定温度まで昇温し
、ここで５分以内の短時間保持するのが望ましい、急速
な昇温が必要なのは、昇温途中での歪の回復や部分的な
再結晶を防ぐためである。理論的には加熱手段を問わな
いが、操業上は誘導加熱が実用的である。この再加熱の
保持温度は、前述したように綱の組成によって決まるオ
ーステナイトの再結晶温度以上でなければならない、多
数の実験結果によれば、９００℃より低い温度では再結
晶が著しく遅く、５分以内という短時間では１００％の
再結晶が生じない、なお、５分を超える保持時間になる
と、急激に再結晶オーステナイト粒の成長が起こること
、圧延のオンライン処理としては生産性を阻害すること
等の弊害があり、熱エネルギーの浪費にもなる。一方、
１１００℃を超える温度では、保持時間は短くてすむが
再結晶後の粒成長が余りにも早く、微細再結晶粒を得る
という目的が達せられない、保持時間の下限は、板厚全
体が均一温度になる必要上、処理される鋼板の厚みにも
よるが、およそ２０秒程度が目安となろう。

以上の一連の処理で微細なオーステナイト再結晶ＮＩｉ
襟とされた鋼板には、圧延ラインで直接焼入れ処理が施
される。焼き入れの方法自体は、高圧水による急冷ある
いは水中投入の如き周知の方法でよい。

さらに、焼もどしは、Ａｃ、意思下の温度で１〜６０分
程度保持するこれも周知の方法で差し支えない。

このようにして、本発明方法によれば、焼入れオーステ
ナイト粒がＪＩＳ粒度番号で８以上の均一な細粒組織を
もった高強度高靭性鋼板が得られる。

その理由は次のように考えられる。

通常の方法によって常温から再加熱して焼入れされた鋼
は、加熱温度がＡｃ３変態点直上（９００℃前後）であ
るためオーステナイト粒の粗大化は起こらず、焼入れ組
織は均一な細粒となる。一方、直接焼入れ鋼は、熱間圧
延のため１０００〜１３００℃に加熱されるため、オー
ステナイト粒が著しく粗大化する。この粗大オーステナ
イトを細粒化するには加工歪の付与と再結晶化の処理を
施せばよいのであるが、直接焼入れを行うためにはその
焼入れ開始温度を確保しなければならず、またオーステ
ナイト未再結晶温度域で圧延すると、集合組織によりり
、Ｔ方向の機械的性質に異方性が生じる等の理由から実
際にはオーステナイトの再結晶温度域である９００℃前
後で圧延を終了させている。この時に得られる再結晶オ
ーステナイト粒が、前記の再加熱法によってＡｃｓ点直
上（９００℃前後）に加熱されたオーステナイト粒より
も粗大で混粒化しているのが最終製品における靭性低下
の原因となる。

これに対して、本発明の方法では、未再結晶温度域で十
分に加工歪を与えた後に再結晶温度域で短時間加熱する
ことにより、焼入れ前の組織が細粒化され、かつ前記の
機械的性質の異方性の問題も解決される。その結果、焼
入れ、焼もどしを経た′最終製品鋼板の組織は均一微細
なものとなり、靭性の著しく改善されたものになる。

第２図は、本発明方法におけるオーステナイト未再結晶
温度域での圧下と再加熱の効果（オーステナイト粒微細
化の効果）を調べた実験結果である。

試験条件は次のとおりである。

供試材： Ｃ：０．１４％、Ｓｔ：０．１０％、Ｍｎ：１．１３％
、Ｐ：０．００７％。

Ｓ：０．００２％、Ｃｕ：０．２５％、Ｃｒ：０．８３
％、Ｍｏ：０．３５％。

Ｖ：０．０４％、ｓｏｌ、ＡＩ：０．０４％、Ｎ：０．
００３８％、残部Ｆｅの８０ｋｇｆ／ｍ”扱高張力鋼 試験片の作製： 直径８鶴、高さ１２鶴の円柱状素材を熱間圧延シュミレ
ータにより、１１５０℃で３０分間均熱した後１１００
℃テ２５％圧下し、引き続き１１５０〜８ｏｏ℃ノ種々
の温度で５０％の圧下を加えた。その後直ちに１１００
〜８００℃の各温度まで誘導加熱で急速加熱し、１分間
保持した後、水冷した。

このようにして作製した試験片を用いて、顕微鏡観察に
より結晶粒度を測定した。

第２図中の「未」は未再結晶オーステナイト粒、数字は
再結晶オーステナイト粒の粒度番号、であり、Ｏ内の数
字は本発明の目的に適う好ましい粒度である。この実験
結果をみれば、圧下を加える温度と再加熱の温度の双方
に適正な範囲があって、その範囲をはずれると再結晶が
起こらないか、起こっても粗大粒になってしまうことが
明瞭である。

（実施例） 高周波炉による１５０　ｋｇ溶解鋼（第１表Ａ−Ｇの７
鋼種）を用い、第２表に示すとおり加熱、圧延、再加熱
の条件を変えて試験片を作成し、焼入れオーステナイト
の状態と機械的性質を調べた。第２表中に表示していな
い条件は、下記のとおりである。

最終板厚　＝２０ｆｌ 焼入れ　　；均熱温度からの水焼入れ 焼もどし　＝６００℃×３０分、　空冷再加熱　　：誘
導加熱 第２表に示される機械的性質をみれば、本発明の実施例
に相当するＮｏ、１．４，５．８，９．１３〜１６では
、ＪＩＳオーステナイト粒度番号８〜１ｏの細粒組織を
もちＴＳ（引張強さ）　、ＹＳ（降伏点）が高いと同時
に低温靭性の著しく優れたものが得られている。

これに対して、たとえば従来の直接焼入れに相当するＮ
ｏ、５ではオーステナイト粒が粗大で靭性が劣る。未再
結晶温度域の圧下量が不足するもの（Ｎａ２．７）ある
いは再加熱の均熱時間が短かすぎるもの（Ｎｏ、　１０
．１１）又はその温度が低すぎるもの（Ｎｏ、　１２）
はいずれも伸延組織又は混粒組織のままとなっておりシ
ャルピー試験の破面遷移温度（ｖＴｒｓ）が劣ったもの
になっている。

又、通常の室温からの再抽熱焼人材は、阻３，６で示さ
れるが、Ｎｌｌと３、あるいはＮ１１４と６を比較する
と、本発明の実施例の方がむしろ焼入オーステナイト粒
が細かく、同等以上の低温靭性を示し、かつ、高強度と
なっていることがわかる。

（発明の効果） 先の実施例に示したとおり、本発明の方法によれば素材
となる鋼の組成を変えることにより、様々な強度レベル
の高靭性高張力鋼板を得ることができる。しかも、本発
明の方法は、通常の直接焼入れ法と実質的に同じ利点、
即ち常温から焼入れ温度まで再加熱する場合の熱エネル
ギーの損失がないという大きな長所を備えながら、再加
熱−焼入れの鋼板に匹敵する高靭性鋼板の製造を可能に
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法の原理を模式的に示すヒートパタ
ーン図、 第２図は、短時間再加熱前の加工温度と再加熱温度がオ
ーステナイトの再結晶に及ぼす影響を示す図、である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で、Ｃ：０．０１〜０．２０％、Ｓｉ：０
   ．０５〜０．８％、Ｍｎ：０．５０〜２．５０％、ｓｏ
   ｌ．Ａｌ：０．００５〜０．０８％を必須成分とする組
   成の鋼片を素材として、下記（イ）〜（ホ）の工程で加
   工・熱処理することを特徴とする高靭性高張力鋼板の製
   造方法。 （イ）鋼片を１０００〜１３００℃に加熱する工程、（
   ロ）加熱した鋼片を熱間圧延し、少なくともオーステナ
   イトの未再結晶温度域で３０〜８０％の累積圧下を加え
   る工程、 （ハ）熱間圧延終了後、Ａｒ＿３点以下に下げることな
   く急速再加熱して９００〜１１００℃の温度で短時間の
   均熱を行う工程、 （ニ）均熱温度から直接焼入れする工程、 （ホ）焼もどし工程。
2. （２）鋼片の組成が、前記必須成分に加えて残部がＦｅ
   と不可避不純物から成るものである特許請求の範囲第１
   項記載の製造方法。
3. （３）鋼片の組成が、前記必須成分に加えて、下記Ａ群
   および／またはＢ群の成分の１種以上を含有し、残部が
   Ｆｅと不可避不純物から成るものである特許請求の範囲
   第１項記載の製造方法。 Ａ群：Ｃｕ：０．１〜０．８％、Ｃｒ：０．０７〜２％
   、Ｍｏ：０．０７〜２％、Ｎｉ：０．１〜５％、Ｖ、Ｎ
   ｂ、Ｔｉ、Ｚｒ：それぞれ０．００８〜０．１％、Ｂ：
   ０．０００４〜０．００３０％ Ｂ群：Ｃａ、希土類元素（特にＬａ、Ｃｅ）：それぞれ
   ０．００１〜０．０１０％
4. （４）急速加熱が誘導加熱により１℃／秒以上の昇温速
   度で行われ、均熱時間が５分以内である特許請求の範囲
   第１項、第２項または第３項記載の製造方法。