JP2706133B2

JP2706133B2 - 低降伏比高靱性高張力鋼板の製造方法

Info

Publication number: JP2706133B2
Application number: JP1089729A
Authority: JP
Inventors: 尚隆出来; 智也小関; 虔一天野
Original assignee: 川崎製鉄株式会社
Priority date: 1989-04-11
Filing date: 1989-04-11
Publication date: 1998-01-28
Anticipated expiration: 2013-01-28
Also published as: JPH02270913A

Description

【発明の詳細な説明】＜産業上の利用分野＞本発明は直接焼入れのままで用いる厚鋼板の製造方法
に係り、特に橋梁，建築，水圧鉄管および圧力容器など
に適した低降伏比高靱性高張力鋼板の製造方法に関する
ものである。

＜従来の技術＞鋼材を熱間圧延後、直ちに焼入れる直接焼入れ法は、
省エネルギー，省プロセス法として、近年実用化が進め
られている。

直接焼入れ−焼もどし（以下DQ−Ｔ）法により製造し
た鋼材は、通常の再加熱焼入れ−焼もどし（以下RQ−
Ｔ）法により製造した鋼材に比べて、オーステナイト中
に十分添加元素が固溶し、かつ焼入れ性が向上すること
により高強度が得られやすいことが知られている。

また、一方、従来のHT80の大部分およびHT60の一部で
は、極微量で焼入れ性を大幅に向上させる元素であるＢ
が添加される。焼入れ性に有効なＢは、焼入れ時に析出
物となっていない所謂固溶Ｂ（以下B）であり、焼入れ
性はB＝３〜5ppmで最高となることが、例えば、「鉄と
鋼」vol.59（1973）P212,「鉄と鋼」vol.62（1976）P31
0等で公知である。

しかし、一般にDQ−Ｔ鋼板はRQ−Ｔ鋼板に比べて粗大
オーステナイト粒であり靱性が劣るため、特開昭61−48
517号公報や特開昭63−235430号公報にみられるよう
に、低温域圧延の適用でオーステナイト粒を細粒化し、
靱性改善をはかる工夫がなされている。

また、一般に、焼入れまま鋼板では板厚方向の強度の
均質性が劣り、また靱性も低いため、600℃程度の焼も
どし処理を行い所望する強度，靱性バランスの鋼板を得
るのが常法である。しかし、焼もどし処理後のHT80キロ
級高張力鋼板の降伏比は一般に90％を超える高い値とな
り、鋼構造物の安全性，疲労特性の点で問題がある。こ
の問題を解決する試みとして、焼もどし工程を省いて焼
入れままでの低降伏比を利用することも考えられてはい
るが、単なる焼入れまま鋼板では靱性が低く、未だ実用
に供し得る鋼板は製造されていない。

＜発明が解決しようとする課題＞本発明は、低コストな成分系で直接焼入れのままで用
いることのできる引張強さが80kgf/mm²以上、降伏比が9
0％以下で、かつ靱性に優れた低降伏比高靱性高張力鋼
板の製造方法を提供することを目的とするものである。

＜課題を解決するための手段＞本発明は、重量％にて、C:0.01〜0.25％,Si:0.05〜0.
25％,Mn:0.50〜2.50％,Ni:0.40〜3.00％,Mo:0.05〜0.80
％,Al:0.01〜0.10％,B:0.0003〜0.0015％,N:0.0040％以
下を基本成分とし、さらに必要に応じてNb:0.01〜0.05
％,Cr:0.20〜1.00％,Cu:0.10〜1.00％,V:0.01〜0.10％,
Ti:0.005〜0.030％,Ca:0.0020〜0.0080％,REM:0.0020〜
0.0100％の１種又は２種以上を含有し、残部Feおよび不
可避的不純物からなる鋼を1000〜1200℃に加熱後、熱間
圧延において930℃から850℃の温度範囲て累積圧下率40
〜80％の圧延を施し、直ちにマルテンサイト変態開始温
度（Ms点）以下300℃以上の温度まで急冷後、空冷する
ことを特徴とする低降伏比高靱性高張力鋼板の製造方法
である。

＜作用＞本発明者らは、未再結晶オーステナイト域での適切な
圧延およひ圧延仕上げ温度によるマルテンサイトの高強
度高靱性化とＢの焼入れ性向上効果の有効利用などにつ
いて詳細に検討し、本発明に至った。

以下にまず化学成分の限定理由を述べる。

Ｃは、マルテンサイトの強化に最も有効な成分である
が、0.01％未満では所望する強度が得られず、一方0.25
％を超えるとマルテンサイトが脆弱化して靱性劣化を招
くため、0.01〜0.25％の範囲とする。

Siは、脱酸剤としての作用の他に強化元素としての役
割を持ち、Siが0.05％未満ではそれらの効果は得られ
ず、一方その量が0.25％を超えると鋼板および溶接部の
靱性劣化が生じてくるため、0.05〜0.25％の範囲とす
る。

Mnは、強度確保のために0.50％以上必要であるが、2.
50％を超えると溶接性や加工性を劣化させるので、0.50
〜2.50％の範囲とする。

Niは、焼入れ性の向上とマルテンサイト主体組織鋼で
の靱性確保のために0.40％以上必要であるが、経済性が
低下することから0.40〜3.00％の範囲にする。

Moは、焼入れ性向上および整粒効果の点から必要であ
り、その効果を得るには0.05％以上必要である。しか
し、0.80％を超えるとその効果が飽和し、また経済性が
低下することから0.05〜0.80％の範囲とする。

Alは、脱酸剤として必要であるが、0.01％未満では脱
酸効果は少なく、一方0.10％を超えると鋼板および溶接
部の靱性を著しく劣化させるため、0.01〜0.10％の範囲
とする。

Ｂは、極微量で鋼板の焼入れ性を高めるので極めて重
要な成分である。しかし、その添加量が0.0003％未満の
場合にはＢによる焼入れ性向上効果は期待できず、一方
0.0015％を超えるとその効果は飽和し、かつＢ析出物が
形成し易くなり焼入れ性向上効果に有効な固溶Ｂ量を減
少させるため、0.0003〜0.0015％の範囲とする。

Ｎは、Ｂ窒化物を形成してＢの焼入れ性向上効果を低
減するだけでなく、鋼板および溶接部の靱性劣化を招く
ことから可能な限り低減することが好ましく、現在の製
造技術，経済性およびＢを介した焼入れ性向上効果か
ら、その上限を0.0040％とする。

Ｐは、鋼板および溶接部の靱性を劣化させ、また焼も
どし脆化を助長するため、0.015％以下とするのが望ま
しい。

Ｓは、母材の延靱性を劣化させるため0.005％以下と
するのが望ましい。さらに、上記成分に加えて、鋼板お
よび溶接部の強度，靱性の改善を目的とし、下記成分を
１種又は２種以上添加できる。

Nbは、炭窒化物を形成し、オーステナイト粒の成長を
抑制し粒の微細化を容易にすると共に、未再結晶域を拡
大させ、圧延歪の蓄積を容易にし、また焼もどし軟化抵
抗をあげるため鋼板の強度確保に有効であるが、その効
果を得るためには0.01％以上必要である。しかし、0.05
％を超えると溶接部の靱性が劣化するため0.01〜0.05％
の範囲とする。

Crは、鋼板および溶接部の強度上昇に有効であるが、
その効果を得るためには0.20％以上必要である。しか
し、1.00％を超えると溶接性の低下およひSR割れ感受性
を高めるため、0.20〜1.00％の範囲とする。

Cuは、鋼板の強度上昇に有効であるが、その効果を得
るためには0.10％以上必要である。しかし、1.00％を超
えると熱間加工性や溶接性が低下するため、0.10〜1.00
％の範囲とする。

Ｖは、溶接熱影響部の軟化度軽減のため必要である
が、0.01％未満ではその効果はほとんど得られず、一方
0.10％を超えると熱影響部の靱性を劣化させるため、0.
01〜0.10％の範囲とする。

Tiは、強度上昇と溶接部靱性の改善に効果を有すると
共に、Ｎ固定により間接的にＢの焼入れ性を安定して向
上させるが、0.005％未満ではその効果はほとんど得ら
れず、一方0.030％超えると靱性を低下させるので0.005
〜0.030％の範囲とする。

Caは、硫化物の形態制御による異方性の軽減のため0.
0020％以上必要であるが、0.0080％を超えると清浄度が
低下するため、0.0020〜0.008％の範囲とする。

REMは、溶接部靱性向上のため0.0020％以上必要であ
るが、0.0100％を超えると介在物が多量に生成し清浄度
が低下するため、0.0020〜0.0100％の範囲とする。

次に、圧延条件の限定理由について述べる。スラブ加
熱温度は、添加元素が十分固溶するために1000℃以上が
必要であり、また1200℃を超えるとオーステナイト粒が
粗大化し、その後の圧延によっても細粒化が十分になさ
れず靱性劣化の要因となるので1000〜1200℃に限定す
る。本発明では、加工歪の導入をはかり、かつ細粒化に
よる高強度，高靱性を図ることがその技術的特徴であ
り、加工歪の効果的導入のため、930℃以下の未再結晶
オーステナイト域での圧延が必要であり、また圧延仕上
げ温度を850℃未満とした場合、オーステナイト粒界お
よび変形帯に固溶Ｂが十分拡散できず、またBNの析出が
促進されて焼入れ性が低下するため、圧延仕上げ温度の
下限を850℃とする。

また、930℃から850℃の温度範囲での累積圧下率が、
40％未満では上記高強度，高靱性化が十分でなくその下
限を40％とする。また、上限は特に限定されるものでは
ないが、圧延効率の低下や圧延機への過負荷の考慮から
その上限を80％とする。

熱間圧延後直ちに焼入れする。焼入れは、鋼板をマル
テンサイト主体組織とするため急冷する。

焼入れの急冷は、途中で停止する。冷却停止温度は鋼
板をマルテンサイト主体組織とするためにはMs点以下と
し、さらに水素による遅れ破壊防止の考慮から300℃以
上とする必要がある。この急冷の途中停止により、それ
以後の空冷で鋼板中の水素が拡散し鋼板外へ抜け耐遅れ
破壊性能が向上する。そのため焼もどし工程の省略が可
能になる。

次に、本発明の基礎になった実験結果を説明する。本
発明成分の範囲である0.07％Ｃ−0.18％Si−0.83％Mn−
0.99％Ni−0.50％Mo−0.052％Al−0.0009％Ｂ鋼を用
い、930℃から850℃までの圧延条件を種々に変化させた
直接焼入れ鋼板（板厚40mm）の機械的性質と累積圧下率
の関係を第１図に示す。

この図から本発明法の範囲である累積圧下率40％以上
において、強度，靱性ともに良好な値を有することがわ
かる。

＜実施例＞真空溶解法で、表１に示す各成分鋼塊を溶製し、表２
に示す熱間圧延条件で板厚15mm,40mmおよび55mm鋼板と
し、直ちに焼入れを行った。これら各種鋼板から衝撃試
験片と丸棒引張試験片を採取し、材質特性の調査を行っ
た。得られた結果を表３−1,表３−２に示す。

本発明範囲成分鋼A,B,C,D,EおよびＦは、本発明法の
圧延により80kgf/mm²以上の引張強さを有し、vTrsも−7
0℃以下の良好な靱性を有している。比較鋼ＫはＢ無添
加系であり、焼入れ性が低く、所望する強度を満足でき
ないことがわかる。本発明鋼G,H,IおよびＪは、第１請
求範囲成分系にNb,V,Cu,Cr,Ti,CaおよびREMを添加した
ものであり、一層の高強度化高靱性化が達成されること
がわかる。

なおこれら供試鋼のMs点は400℃から470℃の間にあっ
た。

＜発明の効果＞本発明は、経済的な製造プロセスである直接焼入れプ
ロセスにより引張強さ80kgf/mm²以上、90％以下の低降
伏比で、従来鋼より優れた強度，靱性を有する鋼板の製
造を可能としたものであり、しかも焼もどし工程をも省
略したもので、その産業上の効果は顕著なものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、板厚40mm直接焼入れ鋼板の機械的性質と累積
圧下率（930℃−850℃）の関係を示したグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭63−190117（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−48517（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−3834（ＪＰ，Ａ) 特開平２−236223（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％にて、C:0.01〜0.25％,Si:0.05〜0.
25％,Mn:0.50〜2.50％,Ni:0.40〜3.00％,Mo:0.05〜0.80
％,Al:0.01〜0.10％,B:0.0003〜0.0015％,N:0.0040％以
下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる鋼を
1000〜1200℃に加熱後、熱間圧延において930℃から850
℃の温度範囲で累積圧下率40〜80％の圧延を施し、直ち
にマルテンサイト変態開始温度（Ms点）以下300℃以上
の温度まで急冷後、空冷することを特徴とする低降伏比
高靱性高張力鋼板の製造方法。
【請求項２】重量％にて、C:0.01〜0.25％,Si:0.05〜0.
25％,Mn:0.50〜2.50％,Ni:0.40〜3.00％,Mo:0.05〜0.80
％,Al:0.01〜0.10％,B:0.0003〜0.0015％,N:0.0040％以
下を基本成分とし、さらに、Nb:0.01〜0.05％,Cr:0.20
〜1.00％,Cu:0.10〜1.00％,V:0.01〜0.10％,Ti:0.005〜
0.030％,Ca:0.0020〜0.0080％,REM:0.0020〜0.0100％の
１種又は２種以上を含有し、残部Feおよび不可避的不純
物からなる鋼を1000〜1200℃に加熱後、熱間圧延におい
て930℃から850℃の温度範囲で累積圧下率40〜80％の圧
延を施し、直ちにマルテンサイト変態開始温度（Ms点）
以下300℃以上の温度まで急冷後、空冷することを特徴
とする低降伏比高靱性高張力鋼板の製造方法。