JP3576017B2 - 耐衝撃貫通特性に優れた鋼の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は耐衝撃貫通特性に優れた鋼の製造方法に関し、耐衝撃貫通特性の向上とともに、溶接性や曲げ加工性などの向上を図るようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼板に要求される特性の一つに耐衝撃貫通特性があり、このような特性を得るため鋼板の化学組成を調整するとともに、強度を上げるために時効などの熱処理を施すことが行われている。
【０００３】
従来、この耐衝撃貫通特性を必要とする部材を製作する場合には、まず鋼板を得るため、溶製鋳造してスラブとした後、必要な板厚に熱間圧延を施して冷却する。その後、バッチ熱処理が可能な大きさに切断し、必要な曲げ加工などを施し、これに時効などの熱処理を施して製品としている。
【０００４】
また、大型部材などの場合には、必要な曲げ加工などが施された後、時効などの熱処理が施された部材同志を溶接して製作されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来の高張力鋼やマルエージ鋼板のうち、実使用でおくれ破壊が問題とならない引張強さ１２００ＭＰａ 以下の鋼板の貫通限界エネルギは普通鋼であるＪＩＳ ＳＳ４００の貫通限界エネルギ（貫通限界速度におけるエネルギ）に対して１．５倍（貫通限界エネルギ比が１．５）以下であり、さらなる向上が望まれている。
【０００６】
また、従来の鋼板は、バッチ熱処理が必要なため最大の供給サイズが熱処理炉の大きさ以下に制限されるという問題がある。
【０００７】
さらに、従来の鋼板同志の溶接の際、予熱なしで施工しようとするためには、オーステナイト系の高価な溶材が必要になるという問題がある。
【０００８】
また、従来の鋼板は時効などの熱処理後の曲げ加工性が悪く、曲げ半径が板厚ｔの４倍（４ｔ）と大きく、加工が制限されるという問題がある。
【０００９】
この発明はかかる従来技術の有する課題に鑑みてなされたもので、耐衝撃貫通特性の向上とともに、溶接性や曲げ加工性などの向上を図ることができる耐衝撃貫通特性に優れた鋼の製造方法を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
耐衝撃貫通特性を評価するため、小型衝撃試験装置を用い、プロジェクタイルによる打ち抜き試験を軟鋼から高強度鋼までの幅広い材料に対して行ったところ、引張強さが高いだけでは耐衝撃貫通特性の向上を図ることができなかった。
【００１１】
そこで、材料の変形、硬さ分布、ミクロ組織等の調査を行うとともに貫通限界エネルギという概念を新たに導入してこれを打ち抜き試験で計測することにより、材料の具備すべき条件を子細に検討した結果、引張強さをある一定以上の範囲とし、かつ降伏比（耐力／引張強さ）を低くすることにより、貫通限界エネルギを高めることが可能であることを見出だし、この発明を完成させたものである。
【００１２】
なお、貫通限界エネルギとは、打ち抜き試験でプロジェクタイルの速度を変え、貫通が生じない最大速度におけるプロジェクタイルの運動エネルギをいう。
【００１５】
ここで、貫通限界エネルギ比とは、ＪＩＳ ＳＳ４００の貫通限界エネルギを基準として、同一条件での打ち抜き試験から求めた貫通限界エネルギを比で表した値であり、打ち抜き試験条件、例えばプロジェクタイルの形状、硬さなどによって得られる貫通限界エネルギの絶対値が変化することから、かかる比を用いることで耐衝撃貫通特性の評価を一般化するものである。
【００１６】
すなわち、上記従来技術が有する課題を解決するため、この発明の請求項１記載の耐衝撃貫通特性に優れた鋼の製造方法は、耐衝撃貫通特性に優れた鋼を製造するに際し、室温でオーステナイト相を安定としない熱間圧延された鋼に対して、Ａc3変態点以上に加熱後３５０℃以下の温度に水冷することを熱処理１とし、このＡc3変態点とＡc1変態点の間の温度に加熱後３５０℃以下の温度に水冷することを熱処理２とするとき、前記熱処理１を行った後、前記熱処理１もしくは前記熱処理２の単独あるいは組み合わせを少なくとも１回以上行って前記熱処理２で完了し焼き戻ししないことを特徴とするものである。
【００１７】
この耐衝撃貫通特性に優れた鋼の製造方法によれば、室温でオーステナイト相を安定としない熱間圧延された鋼に対して、Ａc3変態点以上に加熱後３５０℃以下の温度に水冷することを熱処理１とし、このＡc3変態点とＡc1変態点の間の温度に加熱後３５０℃以下の温度に水冷することを熱処理２とするとき、室温でオーステナイト相を安定としない鋼に対し熱処理１を行った後、前記熱処理１もしくは前記熱処理２の単独あるいは熱処理１，２の組み合わせを少なくとも１回以上行って最終熱処理として前記熱処理２で完了し焼き戻ししないようにしており、室温においてオーステナイト相を安定としない熱間圧延された鋼であっても引張強さが９８２ＭＰa 以上１７００ＭＰa 以下で、降伏比が８０％以下であるとともに、ＪＩＳ ＳＳ４００の貫通限界エネルギに対する比である貫通限界エネルギ比が２．０以上である鋼製プロジェクタイルの打ち抜き試験による貫通などの耐衝撃貫通特性に優れた鋼を熱間圧延工程などで製造することができるようになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の耐衝撃貫通特性に優れた鋼の製造方法の一実施の形態について詳細に説明する。
【００１９】
ここでいう耐衝撃貫通特性に優れた鋼は、Ａ c3 変態点以上に加熱後３５０℃以下の温度に水冷することを熱処理１とし、このＡ c3 変態点とＡ c1 変態点の間の温度に加熱後３５０℃以下の温度に水冷することを熱処理２とするとき、前記熱処理１を行った後、前記熱処理１もしくは前記熱処理２の単独あるいは組み合わせを少なくとも１回以上行って前記熱処理２で完了し焼き戻ししない熱間圧延材で、引張強さが９８２ＭＰa 以上１７００ＭＰa 以下で、降伏比が８０％以下であるとともに、ＪＩＳ ＳＳ４００の貫通限界エネルギに対する比である貫通限界エネルギ比が２．０以上であるものである。
【００２０】
この耐衝撃貫通特性に優れた鋼は、耐衝撃貫通特性を評価するため小型衝撃試験装置を用いてプロジェクタイルによる打ち抜き試験を軟鋼（引張強さ：４００ＭＰａ 級）から高強度鋼（引張強さ：２０００ＭＰａ 級マルエージ鋼）までの幅広い材料に対して実施した結果から得られたものである。
【００２１】
この試験結果から、軟鋼から高強度鋼までの幅広い材料について、引張強さＴＳが高いだけでは耐衝撃貫通特性の向上を図ることができなかった。
【００２２】
そこで、試験後の材料の変形、硬さ分布、ミクロ組織等の調査を行うとともに貫通限界エネルギという概念を新たに導入してこれを打ち抜き試験で計測することにより、材料の具備すべき条件を子細に検討した結果、引張強さをある一定以上の範囲とし、かつ降伏比（耐力／引張強さ）を低くすることにより、貫通限界エネルギを高めることが可能であることを見出だした。
【００２３】
その結果から具体的な特性としてＡ c3 変態点以上に加熱後３５０℃以下の温度に水冷することを熱処理１とし、このＡ c3 変態点とＡ c1 変態点の間の温度に加熱後３５０℃以下の温度に水冷することを熱処理２とするとき、前記熱処理１を行った後、前記熱処理１もしくは前記熱処理２の単独あるいは組み合わせを少なくとも１回以上行って前記熱処理２で完了し焼き戻ししない熱間圧延材で、引張強さＴＳが９８２ＭＰa 以上１７００ＭＰa 以下で、降伏比（耐力／引張強さ）ＹＲが８０％以下であるとともに、ＪＩＳ ＳＳ４００の貫通限界エネルギに対する比（貫通限界エネルギ比）が２．０以上のものがここでいう鋼製プロジェクタイルの打ち抜き試験による貫通などの耐衝撃貫通特性に優れた鋼である。
【００２４】
耐衝撃貫通特性を評価するため行った小型衝撃試験装置を用いたプロジェクタイルによる打ち抜き試験では、多くの試料についてプロジェクタイルの速度をパラメータとして試験を行い、貫通が生じない最大速度におけるエネルギを貫通限界エネルギとして求めたが、その代表的なものを、表１および図１に示す。
【００２５】
ここには、基準とする基準鋼（普通鋼：４００ＭＰａ 級）から比較鋼１〜比較鋼（高強度鋼：２０００ＭＰａ 級マルエージ鋼）３までの４種類の鋼とこの発明にかかる実施例１の鋼との貫通限界エネルギを、基準鋼のＪＩＳ ＳＳ４００の貫通限界エネルギに対する比（貫通限界エネルギ比）として示してある。
【００２６】
この耐衝撃貫通特性に優れた鋼では、引張強さは９８２ＭＰa 未満では、十分な鋼製プロジェクタイルの打ち抜き試験による貫通などの耐衝撃貫通特性が得られず、１７００ＭＰa を越える場合には使用環境によっておくれ破壊の問題が生じる。また、降伏比（耐力／引張強さ）ＹＲが８０％より高い場合には、貫通限界エネルギが小さくなることから上記の範囲の値が必要となる。
【００２７】
なお、降伏比ＹＲの下限値は何等限定するものでないが、製造上自ずから限界があり、通常６０％程度が下限と考えられる。
【００２８】
また、この耐衝撃貫通特性に優れた鋼では、基準鋼としたＪＩＳ ＳＳ４００の貫通限界エネルギに対する比（貫通限界エネルギ比）を２．０以上としているが、この値が２．０未満では従来の鋼板に対する優位性が顕著とならないからである。
【００２９】
ここでは、耐衝撃貫通特性を貫通限界エネルギ比で表わしているが、貫通限界エネルギは実験条件によって絶対値が異なり、一般化して比較することができないため、基準鋼であるＪＩＳ ＳＳ４００の実験で得られた貫通限界エネルギを１．０（基準）として、同一条件で求めた他の比較例１〜３の鋼および本願の実施例１の鋼の貫通限界エネルギを比で示してある。
【００３０】
この打ち抜き試験には、その質量：ｍが約１３ｇ、材料がＳＮＣＭ４３９（ＪＩＳ Ｇ４１０３）のプロジェクタイルを用い、試料の板厚を７ｍｍとした。
【００３１】
そして、プロジェクタイルの貫通限界速度をｖとしたとき、貫通限界エネルギＥを次式で求めた。
Ｅ＝１／２・ｍ・ｖ２
【００３２】
したがって、貫通限界エネルギ比は次のように表わすことができる。
貫通限界エネルギ比＝Ｅ／Ｅｓｓ４００
【００３３】
【表１】
【００３４】
このような鋼によれば、耐衝撃貫通特性が貫通限界エネルギ比で２．０以上となり、従来の耐衝撃貫通特性に比べ向上することができる。
【００３５】
次に、このような耐衝撃貫通特性に優れた鋼の製造方法について具体的に説明する。
【００３６】
この耐衝撃貫通特性に優れた鋼の製造方法では、室温でオーステナイト相を安定としない熱間圧延された鋼に対して、加熱温度などの熱処理条件を変えた２つの熱処理１，２を組み合わせて行うことで、引張強さが９８２ＭＰa 以上１７００ＭＰa 以下で、降伏比が８０％以下であるとともに、基準鋼のＪＩＳ ＳＳ４００の貫通限界エネルギに対する比である貫通限界エネルギ比が２．０以上である鋼製プロジェクタイルの打ち抜き試験による貫通などの耐衝撃貫通特性に優れた鋼を製造するものである。
【００３７】
すなわち、室温でオーステナイト相を安定としない鋼に対して、Ａｃ３変態点以上に加熱後３５０℃以下の温度に水冷することを熱処理１とし、さらにＡｃ３変態点とＡｃ１変態点の間の温度に加熱後３５０℃以下の温度に水冷することを熱処理２とするとき、最初に熱処理１を行った後、熱処理１もしくは熱処理２の単独（熱処理１または熱処理２）あるいは組み合わせ（熱処理１および熱処理２）を少なくとも１回以上行って最終熱処理（単独の場合または組み合わせの場合の最後の熱処理）が熱処理２となるようにして熱処理を完了するものである。
【００３８】
鋼は、高強度を得るために焼入れ性を安定かつ十分とする熱処理が最初に必要である。
【００３９】
そこで、最初の熱処理として熱処理１を行ってＡｃ３変態点以上に加熱することで、強度上昇の弊害となる未変態オーステナイトの生成を極小化する。
【００４０】
この熱処理１の後は、未変態オーステナイトを故意に残す熱処理２を行ってＡｃ３変態点とＡｃ１変態点の間の温度に加熱後３５０℃以下の温度に水冷するようにしても焼入れ性は大きく劣化せず、強度を高めたままマルテンサイトのような微細硬化組織を分散させて降伏比を低下することが可能となる。
【００４１】
また、熱処理１の後に熱処理１と熱処理２を組み合わせて複数回実施しても効果は失われないが、最終の熱処理は熱処理２である必要がある。
【００４２】
これは、熱処理１では降伏比が８０％以下あるいは貫通限界エネルギ比が２．０以上にならないからである。
【００４３】
このような耐衝撃貫通特性に優れた鋼の製造に必要なＡｃ３変態点とＡｃ１変態点は熱膨張曲線から実測しても良く、また、鋼中の含有成分の重量％（Ｃ、Ｓｉ 、Ｍｎ 、など）を代入して次式（１），（２）を用いて計算しても良い。
【００４４】
【００４５】
したがって、例えば、熱間圧延を経て加熱温度を８９０℃（Ａｃ３＝８７９ ℃）とした加熱を行った後１００℃以下に水冷する熱処理１を行い、さらに加熱温度を７８０℃（Ａｃ１＝７１６ ℃）とした加熱を行った後１００℃以下に水冷する熱処理２を行うことで、必要な板厚の鋼材を通常の厚板製造工程で製造することができる。
【００４６】
これにより、従来のバッチ熱処理を行う場合に比べ熱処理炉の制限がなく、最大の大きさが幅約２ｍ、長さ約１２ｍのものを製造供給することが可能となり、大型部材製作時の溶接コストの削減を図ることができる。
【００４７】
【実施例】
以下、この発明の耐衝撃貫通特性に優れた鋼の製造方法の一実施例について説明するが、まず、耐衝撃貫通特性に優れた鋼についての参考例を説明する。
なお、この発明はこれら実施例に何等限定されるものではない。
【００４８】
この耐衝撃貫通特性に優れた鋼として表２に示す化学組成（実施例）で、熱間圧延を経て８９０℃での焼入れを行った後、さらに７８０℃での２次焼入れを行って幅２ｍ、長さ１２ｍ、板厚７ｍｍの参考例の本鋼を製造した。
【００４９】
本鋼の主な機械的性質を測定したところ、表３に示すように、耐力：ＹＳが６９６ＭＰa 、引張強さ：ＴＳが１００４ＭＰa 、降伏比：ＹＲが６９．３％などであり、本鋼として必要な引張強さ：ＴＳおよび降伏比：ＹＲを満足するとともに、機械的性質についても満足できるものであることを確認した。
【００５０】
さらに、本鋼について、耐衝撃貫通特性を評価するため、基準鋼であるＳＳ４００と同一の条件で打ち抜き試験を行い貫通が生じない最大速度を求めて貫通限界エネルギを求め、貫通限界エネルギ比を算出したところ３．０であり、本鋼として必要な値を大幅に越え、耐衝撃貫通特性に優れていることが確認できた。
【００５１】
【表２】
【００５２】
【表３】
【００５３】
また、本鋼の曲げ試験を行ったところ、実際の加工を模擬したプラズマ切断のままの試験片であっても板厚の１．５倍（１．５ｔ）の内側半径での１８０度の曲げ加工が可能であり、例えば従来のマルエージ鋼の推奨曲げ半径が４ｔであるのに比べ、本鋼の曲げ加工性が優れていることが確認できた。
【００５４】
さらに、本鋼の溶接性について、化学組成のＰcm（溶接割れ感受性）が０．２５と低く、板厚が７ｍｍ程度ならば共金系溶材を用いた場合でも予熱なしで溶接することが可能であり、継手引張試験においても十分な強度を確保することができることおよび継手部の耐衝撃貫通特性も十分確保できることを確認した。
【００５５】
また、本鋼は熱処理における２次焼き入れが７８０℃からの急冷であるため、線状加熱の温度を焼き入れ温度の８９０℃から２次焼き入れ温度よりわずかに低い７５０℃までに制御することで、組織の変化を抑えて線状加熱による作業が可能となった。
【００５６】
次に、この発明の耐衝撃貫通特性に優れた鋼の製造方法の実施例について、比較例とともに説明する。
【００５７】
上記参考例と同様に鋼として表２に示す化学組成のものを用い、表４に示す加熱温度および水冷温度条件の熱処理１および熱処理２を組み合わせて表５に示す３種類の本願発明の実施例１〜３の鋼と熱処理条件が異なる５種類の比較例１〜５の鋼を作成した。
【００５８】
こうして得られた実施例１〜３の鋼と比較例１〜５の鋼についてその機械的特性を調査するとともに、耐衝撃貫通特性を評価するため、基準鋼であるＳＳ４００と同一の条件で打ち抜き試験を行い貫通が生じない最大速度を求めて貫通限界エネルギを求め、貫通限界エネルギ比を算出し、その結果を表６に示してある。
【００５９】
表６から明らかなように、この発明の製造方法による実施例１〜３の鋼では、いずれも本願発明の鋼として必要な引張強さ：ＴＳおよび降伏比：ＹＲを満足するとともに、機械的性質についても満足できるものであることを確認した。
【００６０】
さらに、この発明の製造方法による実施例１〜３の鋼では、いずれも本願発明の鋼として必要な貫通限界エネルギ比を大幅に越え、耐衝撃貫通特性に優れていることが確認できた。
【００６１】
【表４】
【００６２】
【表５】
【００６３】
【表６】
【００６５】
【発明の効果】
以上、一実施の形態とともに具体的に説明したように、この発明の請求項１記載の耐衝撃貫通特性に優れた鋼の製造方法によれば、室温でオーステナイト相を安定としない熱間圧延された鋼に対して、Ａc3変態点以上に加熱後３５０℃以下の温度に水冷することを熱処理１とし、このＡc3変態点とＡc1変態点の間の温度に加熱後３５０℃以下の温度に水冷することを熱処理２とするとき、室温でオーステナイト相を安定としない鋼に対し熱処理１を行った後、前記熱処理１もしくは前記熱処理２の単独あるいは熱処理１，２の組み合わせを少なくとも１回以上行って最終熱処理として前記熱処理２で完了し焼き戻ししないようにしたので、室温においてオーステナイト相を安定としない鋼であっても引張強さが９８２ＭＰa 以上１７００ＭＰa 以下で、降伏比が８０％以下であるとともに、ＪＩＳ ＳＳ４００の貫通限界エネルギに対する比である貫通限界エネルギ比が２．０以上である鋼製プロジェクタイルの打ち抜き試験による貫通などの耐衝撃貫通特性に優れた鋼を熱間圧延工程などで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の耐衝撃貫通特性に優れた鋼の製造方法の一実施例にかかり、製造された鋼の引張強さと降伏比と貫通限界エネルギ比を基準鋼および比較例とともに示すグラフである。
【符号の説明】
ＴＳ 引張強さ
ＹＲ 降伏比
【発明の属する技術分野】
この発明は耐衝撃貫通特性に優れた鋼の製造方法に関し、耐衝撃貫通特性の向上とともに、溶接性や曲げ加工性などの向上を図るようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼板に要求される特性の一つに耐衝撃貫通特性があり、このような特性を得るため鋼板の化学組成を調整するとともに、強度を上げるために時効などの熱処理を施すことが行われている。
【０００３】
従来、この耐衝撃貫通特性を必要とする部材を製作する場合には、まず鋼板を得るため、溶製鋳造してスラブとした後、必要な板厚に熱間圧延を施して冷却する。その後、バッチ熱処理が可能な大きさに切断し、必要な曲げ加工などを施し、これに時効などの熱処理を施して製品としている。
【０００４】
また、大型部材などの場合には、必要な曲げ加工などが施された後、時効などの熱処理が施された部材同志を溶接して製作されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来の高張力鋼やマルエージ鋼板のうち、実使用でおくれ破壊が問題とならない引張強さ１２００ＭＰａ 以下の鋼板の貫通限界エネルギは普通鋼であるＪＩＳ ＳＳ４００の貫通限界エネルギ（貫通限界速度におけるエネルギ）に対して１．５倍（貫通限界エネルギ比が１．５）以下であり、さらなる向上が望まれている。
【０００６】
また、従来の鋼板は、バッチ熱処理が必要なため最大の供給サイズが熱処理炉の大きさ以下に制限されるという問題がある。
【０００７】
さらに、従来の鋼板同志の溶接の際、予熱なしで施工しようとするためには、オーステナイト系の高価な溶材が必要になるという問題がある。
【０００８】
また、従来の鋼板は時効などの熱処理後の曲げ加工性が悪く、曲げ半径が板厚ｔの４倍（４ｔ）と大きく、加工が制限されるという問題がある。
【０００９】
この発明はかかる従来技術の有する課題に鑑みてなされたもので、耐衝撃貫通特性の向上とともに、溶接性や曲げ加工性などの向上を図ることができる耐衝撃貫通特性に優れた鋼の製造方法を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
耐衝撃貫通特性を評価するため、小型衝撃試験装置を用い、プロジェクタイルによる打ち抜き試験を軟鋼から高強度鋼までの幅広い材料に対して行ったところ、引張強さが高いだけでは耐衝撃貫通特性の向上を図ることができなかった。
【００１１】
そこで、材料の変形、硬さ分布、ミクロ組織等の調査を行うとともに貫通限界エネルギという概念を新たに導入してこれを打ち抜き試験で計測することにより、材料の具備すべき条件を子細に検討した結果、引張強さをある一定以上の範囲とし、かつ降伏比（耐力／引張強さ）を低くすることにより、貫通限界エネルギを高めることが可能であることを見出だし、この発明を完成させたものである。
【００１２】
なお、貫通限界エネルギとは、打ち抜き試験でプロジェクタイルの速度を変え、貫通が生じない最大速度におけるプロジェクタイルの運動エネルギをいう。
【００１５】
ここで、貫通限界エネルギ比とは、ＪＩＳ ＳＳ４００の貫通限界エネルギを基準として、同一条件での打ち抜き試験から求めた貫通限界エネルギを比で表した値であり、打ち抜き試験条件、例えばプロジェクタイルの形状、硬さなどによって得られる貫通限界エネルギの絶対値が変化することから、かかる比を用いることで耐衝撃貫通特性の評価を一般化するものである。
【００１６】
すなわち、上記従来技術が有する課題を解決するため、この発明の請求項１記載の耐衝撃貫通特性に優れた鋼の製造方法は、耐衝撃貫通特性に優れた鋼を製造するに際し、室温でオーステナイト相を安定としない熱間圧延された鋼に対して、Ａc3変態点以上に加熱後３５０℃以下の温度に水冷することを熱処理１とし、このＡc3変態点とＡc1変態点の間の温度に加熱後３５０℃以下の温度に水冷することを熱処理２とするとき、前記熱処理１を行った後、前記熱処理１もしくは前記熱処理２の単独あるいは組み合わせを少なくとも１回以上行って前記熱処理２で完了し焼き戻ししないことを特徴とするものである。
【００１７】
この耐衝撃貫通特性に優れた鋼の製造方法によれば、室温でオーステナイト相を安定としない熱間圧延された鋼に対して、Ａc3変態点以上に加熱後３５０℃以下の温度に水冷することを熱処理１とし、このＡc3変態点とＡc1変態点の間の温度に加熱後３５０℃以下の温度に水冷することを熱処理２とするとき、室温でオーステナイト相を安定としない鋼に対し熱処理１を行った後、前記熱処理１もしくは前記熱処理２の単独あるいは熱処理１，２の組み合わせを少なくとも１回以上行って最終熱処理として前記熱処理２で完了し焼き戻ししないようにしており、室温においてオーステナイト相を安定としない熱間圧延された鋼であっても引張強さが９８２ＭＰa 以上１７００ＭＰa 以下で、降伏比が８０％以下であるとともに、ＪＩＳ ＳＳ４００の貫通限界エネルギに対する比である貫通限界エネルギ比が２．０以上である鋼製プロジェクタイルの打ち抜き試験による貫通などの耐衝撃貫通特性に優れた鋼を熱間圧延工程などで製造することができるようになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の耐衝撃貫通特性に優れた鋼の製造方法の一実施の形態について詳細に説明する。
【００１９】
ここでいう耐衝撃貫通特性に優れた鋼は、Ａ c3 変態点以上に加熱後３５０℃以下の温度に水冷することを熱処理１とし、このＡ c3 変態点とＡ c1 変態点の間の温度に加熱後３５０℃以下の温度に水冷することを熱処理２とするとき、前記熱処理１を行った後、前記熱処理１もしくは前記熱処理２の単独あるいは組み合わせを少なくとも１回以上行って前記熱処理２で完了し焼き戻ししない熱間圧延材で、引張強さが９８２ＭＰa 以上１７００ＭＰa 以下で、降伏比が８０％以下であるとともに、ＪＩＳ ＳＳ４００の貫通限界エネルギに対する比である貫通限界エネルギ比が２．０以上であるものである。
【００２０】
この耐衝撃貫通特性に優れた鋼は、耐衝撃貫通特性を評価するため小型衝撃試験装置を用いてプロジェクタイルによる打ち抜き試験を軟鋼（引張強さ：４００ＭＰａ 級）から高強度鋼（引張強さ：２０００ＭＰａ 級マルエージ鋼）までの幅広い材料に対して実施した結果から得られたものである。
【００２１】
この試験結果から、軟鋼から高強度鋼までの幅広い材料について、引張強さＴＳが高いだけでは耐衝撃貫通特性の向上を図ることができなかった。
【００２２】
そこで、試験後の材料の変形、硬さ分布、ミクロ組織等の調査を行うとともに貫通限界エネルギという概念を新たに導入してこれを打ち抜き試験で計測することにより、材料の具備すべき条件を子細に検討した結果、引張強さをある一定以上の範囲とし、かつ降伏比（耐力／引張強さ）を低くすることにより、貫通限界エネルギを高めることが可能であることを見出だした。
【００２３】
その結果から具体的な特性としてＡ c3 変態点以上に加熱後３５０℃以下の温度に水冷することを熱処理１とし、このＡ c3 変態点とＡ c1 変態点の間の温度に加熱後３５０℃以下の温度に水冷することを熱処理２とするとき、前記熱処理１を行った後、前記熱処理１もしくは前記熱処理２の単独あるいは組み合わせを少なくとも１回以上行って前記熱処理２で完了し焼き戻ししない熱間圧延材で、引張強さＴＳが９８２ＭＰa 以上１７００ＭＰa 以下で、降伏比（耐力／引張強さ）ＹＲが８０％以下であるとともに、ＪＩＳ ＳＳ４００の貫通限界エネルギに対する比（貫通限界エネルギ比）が２．０以上のものがここでいう鋼製プロジェクタイルの打ち抜き試験による貫通などの耐衝撃貫通特性に優れた鋼である。
【００２４】
耐衝撃貫通特性を評価するため行った小型衝撃試験装置を用いたプロジェクタイルによる打ち抜き試験では、多くの試料についてプロジェクタイルの速度をパラメータとして試験を行い、貫通が生じない最大速度におけるエネルギを貫通限界エネルギとして求めたが、その代表的なものを、表１および図１に示す。
【００２５】
ここには、基準とする基準鋼（普通鋼：４００ＭＰａ 級）から比較鋼１〜比較鋼（高強度鋼：２０００ＭＰａ 級マルエージ鋼）３までの４種類の鋼とこの発明にかかる実施例１の鋼との貫通限界エネルギを、基準鋼のＪＩＳ ＳＳ４００の貫通限界エネルギに対する比（貫通限界エネルギ比）として示してある。
【００２６】
この耐衝撃貫通特性に優れた鋼では、引張強さは９８２ＭＰa 未満では、十分な鋼製プロジェクタイルの打ち抜き試験による貫通などの耐衝撃貫通特性が得られず、１７００ＭＰa を越える場合には使用環境によっておくれ破壊の問題が生じる。また、降伏比（耐力／引張強さ）ＹＲが８０％より高い場合には、貫通限界エネルギが小さくなることから上記の範囲の値が必要となる。
【００２７】
なお、降伏比ＹＲの下限値は何等限定するものでないが、製造上自ずから限界があり、通常６０％程度が下限と考えられる。
【００２８】
また、この耐衝撃貫通特性に優れた鋼では、基準鋼としたＪＩＳ ＳＳ４００の貫通限界エネルギに対する比（貫通限界エネルギ比）を２．０以上としているが、この値が２．０未満では従来の鋼板に対する優位性が顕著とならないからである。
【００２９】
ここでは、耐衝撃貫通特性を貫通限界エネルギ比で表わしているが、貫通限界エネルギは実験条件によって絶対値が異なり、一般化して比較することができないため、基準鋼であるＪＩＳ ＳＳ４００の実験で得られた貫通限界エネルギを１．０（基準）として、同一条件で求めた他の比較例１〜３の鋼および本願の実施例１の鋼の貫通限界エネルギを比で示してある。
【００３０】
この打ち抜き試験には、その質量：ｍが約１３ｇ、材料がＳＮＣＭ４３９（ＪＩＳ Ｇ４１０３）のプロジェクタイルを用い、試料の板厚を７ｍｍとした。
【００３１】
そして、プロジェクタイルの貫通限界速度をｖとしたとき、貫通限界エネルギＥを次式で求めた。
Ｅ＝１／２・ｍ・ｖ２
【００３２】
したがって、貫通限界エネルギ比は次のように表わすことができる。
貫通限界エネルギ比＝Ｅ／Ｅｓｓ４００
【００３３】
【表１】
このような鋼によれば、耐衝撃貫通特性が貫通限界エネルギ比で２．０以上となり、従来の耐衝撃貫通特性に比べ向上することができる。
【００３５】
次に、このような耐衝撃貫通特性に優れた鋼の製造方法について具体的に説明する。
【００３６】
この耐衝撃貫通特性に優れた鋼の製造方法では、室温でオーステナイト相を安定としない熱間圧延された鋼に対して、加熱温度などの熱処理条件を変えた２つの熱処理１，２を組み合わせて行うことで、引張強さが９８２ＭＰa 以上１７００ＭＰa 以下で、降伏比が８０％以下であるとともに、基準鋼のＪＩＳ ＳＳ４００の貫通限界エネルギに対する比である貫通限界エネルギ比が２．０以上である鋼製プロジェクタイルの打ち抜き試験による貫通などの耐衝撃貫通特性に優れた鋼を製造するものである。
【００３７】
すなわち、室温でオーステナイト相を安定としない鋼に対して、Ａｃ３変態点以上に加熱後３５０℃以下の温度に水冷することを熱処理１とし、さらにＡｃ３変態点とＡｃ１変態点の間の温度に加熱後３５０℃以下の温度に水冷することを熱処理２とするとき、最初に熱処理１を行った後、熱処理１もしくは熱処理２の単独（熱処理１または熱処理２）あるいは組み合わせ（熱処理１および熱処理２）を少なくとも１回以上行って最終熱処理（単独の場合または組み合わせの場合の最後の熱処理）が熱処理２となるようにして熱処理を完了するものである。
【００３８】
鋼は、高強度を得るために焼入れ性を安定かつ十分とする熱処理が最初に必要である。
【００３９】
そこで、最初の熱処理として熱処理１を行ってＡｃ３変態点以上に加熱することで、強度上昇の弊害となる未変態オーステナイトの生成を極小化する。
【００４０】
この熱処理１の後は、未変態オーステナイトを故意に残す熱処理２を行ってＡｃ３変態点とＡｃ１変態点の間の温度に加熱後３５０℃以下の温度に水冷するようにしても焼入れ性は大きく劣化せず、強度を高めたままマルテンサイトのような微細硬化組織を分散させて降伏比を低下することが可能となる。
【００４１】
また、熱処理１の後に熱処理１と熱処理２を組み合わせて複数回実施しても効果は失われないが、最終の熱処理は熱処理２である必要がある。
【００４２】
これは、熱処理１では降伏比が８０％以下あるいは貫通限界エネルギ比が２．０以上にならないからである。
【００４３】
このような耐衝撃貫通特性に優れた鋼の製造に必要なＡｃ３変態点とＡｃ１変態点は熱膨張曲線から実測しても良く、また、鋼中の含有成分の重量％（Ｃ、Ｓｉ 、Ｍｎ 、など）を代入して次式（１），（２）を用いて計算しても良い。
【００４４】
したがって、例えば、熱間圧延を経て加熱温度を８９０℃（Ａｃ３＝８７９ ℃）とした加熱を行った後１００℃以下に水冷する熱処理１を行い、さらに加熱温度を７８０℃（Ａｃ１＝７１６ ℃）とした加熱を行った後１００℃以下に水冷する熱処理２を行うことで、必要な板厚の鋼材を通常の厚板製造工程で製造することができる。
【００４６】
これにより、従来のバッチ熱処理を行う場合に比べ熱処理炉の制限がなく、最大の大きさが幅約２ｍ、長さ約１２ｍのものを製造供給することが可能となり、大型部材製作時の溶接コストの削減を図ることができる。
【００４７】
【実施例】
以下、この発明の耐衝撃貫通特性に優れた鋼の製造方法の一実施例について説明するが、まず、耐衝撃貫通特性に優れた鋼についての参考例を説明する。
なお、この発明はこれら実施例に何等限定されるものではない。
【００４８】
この耐衝撃貫通特性に優れた鋼として表２に示す化学組成（実施例）で、熱間圧延を経て８９０℃での焼入れを行った後、さらに７８０℃での２次焼入れを行って幅２ｍ、長さ１２ｍ、板厚７ｍｍの参考例の本鋼を製造した。
【００４９】
本鋼の主な機械的性質を測定したところ、表３に示すように、耐力：ＹＳが６９６ＭＰa 、引張強さ：ＴＳが１００４ＭＰa 、降伏比：ＹＲが６９．３％などであり、本鋼として必要な引張強さ：ＴＳおよび降伏比：ＹＲを満足するとともに、機械的性質についても満足できるものであることを確認した。
【００５０】
さらに、本鋼について、耐衝撃貫通特性を評価するため、基準鋼であるＳＳ４００と同一の条件で打ち抜き試験を行い貫通が生じない最大速度を求めて貫通限界エネルギを求め、貫通限界エネルギ比を算出したところ３．０であり、本鋼として必要な値を大幅に越え、耐衝撃貫通特性に優れていることが確認できた。
【００５１】
【表２】
【表３】
また、本鋼の曲げ試験を行ったところ、実際の加工を模擬したプラズマ切断のままの試験片であっても板厚の１．５倍（１．５ｔ）の内側半径での１８０度の曲げ加工が可能であり、例えば従来のマルエージ鋼の推奨曲げ半径が４ｔであるのに比べ、本鋼の曲げ加工性が優れていることが確認できた。
【００５４】
さらに、本鋼の溶接性について、化学組成のＰcm（溶接割れ感受性）が０．２５と低く、板厚が７ｍｍ程度ならば共金系溶材を用いた場合でも予熱なしで溶接することが可能であり、継手引張試験においても十分な強度を確保することができることおよび継手部の耐衝撃貫通特性も十分確保できることを確認した。
【００５５】
また、本鋼は熱処理における２次焼き入れが７８０℃からの急冷であるため、線状加熱の温度を焼き入れ温度の８９０℃から２次焼き入れ温度よりわずかに低い７５０℃までに制御することで、組織の変化を抑えて線状加熱による作業が可能となった。
【００５６】
次に、この発明の耐衝撃貫通特性に優れた鋼の製造方法の実施例について、比較例とともに説明する。
【００５７】
上記参考例と同様に鋼として表２に示す化学組成のものを用い、表４に示す加熱温度および水冷温度条件の熱処理１および熱処理２を組み合わせて表５に示す３種類の本願発明の実施例１〜３の鋼と熱処理条件が異なる５種類の比較例１〜５の鋼を作成した。
【００５８】
こうして得られた実施例１〜３の鋼と比較例１〜５の鋼についてその機械的特性を調査するとともに、耐衝撃貫通特性を評価するため、基準鋼であるＳＳ４００と同一の条件で打ち抜き試験を行い貫通が生じない最大速度を求めて貫通限界エネルギを求め、貫通限界エネルギ比を算出し、その結果を表６に示してある。
【００５９】
表６から明らかなように、この発明の製造方法による実施例１〜３の鋼では、いずれも本願発明の鋼として必要な引張強さ：ＴＳおよび降伏比：ＹＲを満足するとともに、機械的性質についても満足できるものであることを確認した。
【００６０】
さらに、この発明の製造方法による実施例１〜３の鋼では、いずれも本願発明の鋼として必要な貫通限界エネルギ比を大幅に越え、耐衝撃貫通特性に優れていることが確認できた。
【００６１】
【表４】
【表５】
【表６】
【発明の効果】
以上、一実施の形態とともに具体的に説明したように、この発明の請求項１記載の耐衝撃貫通特性に優れた鋼の製造方法によれば、室温でオーステナイト相を安定としない熱間圧延された鋼に対して、Ａc3変態点以上に加熱後３５０℃以下の温度に水冷することを熱処理１とし、このＡc3変態点とＡc1変態点の間の温度に加熱後３５０℃以下の温度に水冷することを熱処理２とするとき、室温でオーステナイト相を安定としない鋼に対し熱処理１を行った後、前記熱処理１もしくは前記熱処理２の単独あるいは熱処理１，２の組み合わせを少なくとも１回以上行って最終熱処理として前記熱処理２で完了し焼き戻ししないようにしたので、室温においてオーステナイト相を安定としない鋼であっても引張強さが９８２ＭＰa 以上１７００ＭＰa 以下で、降伏比が８０％以下であるとともに、ＪＩＳ ＳＳ４００の貫通限界エネルギに対する比である貫通限界エネルギ比が２．０以上である鋼製プロジェクタイルの打ち抜き試験による貫通などの耐衝撃貫通特性に優れた鋼を熱間圧延工程などで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の耐衝撃貫通特性に優れた鋼の製造方法の一実施例にかかり、製造された鋼の引張強さと降伏比と貫通限界エネルギ比を基準鋼および比較例とともに示すグラフである。
【符号の説明】
ＴＳ 引張強さ
ＹＲ 降伏比
Claims (1)
- 耐衝撃貫通特性に優れた鋼を製造するに際し、室温でオーステナイト相を安定としない熱間圧延された鋼に対して、Ａc3変態点以上に加熱後３５０℃以下の温度に水冷することを熱処理１とし、このＡc3変態点とＡc1変態点の間の温度に加熱後３５０℃以下の温度に水冷することを熱処理２とするとき、前記熱処理１を行った後、前記熱処理１もしくは前記熱処理２の単独あるいは組み合わせを少なくとも１回以上行って前記熱処理２で完了し焼き戻ししないことを特徴とする耐衝撃貫通特性に優れた鋼の製造方法。
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