JPH0277521A - 板厚方向の均質性に優れた溶接用超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〉 本発明は直接焼入れ焼戻し処理による厚鋼板の製造方法
に係り、特に板ｊ７方向の均質性と溶接性に優れ、かつ
異方性の少ない引張強さ１００ｋｇｆ／ｍｊ級の超高張
力高靭性鋼板の製造方法に関するものである。

〈従来の技ｊ４ｔ　＞ 近年、ペンストック、圧力容器や海洋構造物等の大型化
、高性能化に対応し、使用鋼板も引張強さ１００ｋｇｆ
／ｍｊ級の超高張力を有する厚内鋼板の適用が検討され
るようになっている。

これまで、この種の超高張力鋼の製造にあたっては熱間
圧延後の再加熱、焼入れ焼戻し処理が適用されており、
厚鋼板の中心部の強度・靭性を満足させるため添加合金
元素量を多くせざるを得なかった。そのため、焼入れ時
の冷却速度が早い表層部近傍では、過剰焼入れとなり靭
性が低下し、板厚方向の不均質が問題となっていた。

この問題を解決すべく、再加熱焼入れ処理を２回以上繰
り返したり、Ｎｂ添加を行ってオーステナイト粒を細粒
化させる方法などがとられていた。

しかし近年、熱間圧延後室温まで空冷することなく直ち
に焼入れを行い、その後焼戻し処理を施す直接焼入れ焼
戻し処理法が開発され、この方法を利用した板厚方向の
均質なｔｌ！ｌ板製造法について、いくつか提案がなさ
れている。

例えば、特開昭６１−５６２６８号公報においては溶体
化処理後のスラブを用い、熱間圧延時の９３０〜８００
゛Ｃの低温域で累積圧下率４０％以上の熱間圧延を施し
、続いて直接焼入れ焼戻し処理し、表層部近傍を焼戻し
マルテンサイト組繊、中心部を焼戻しマルテンサイトと
下部ベイナイト混合組織としだ鋼板とする方法が開示さ
れている。また、特開昭６２−１９６３２６号公報にお
いてはＴＩ添加によりＢの焼入性向上効果を６１保し、
さらに９００℃以下の低温域（オーステナイト粒の未再
結晶領域）で軽圧下を加えることにより表層部近傍のみ
に加工歪を蓄積し、焼入性を中心部と同程度に低下させ
る方法が開示されている。

しかし、前者においては溶体化処理が必須でありコスト
的に不利であり、また両者とも低温域圧延のみに着目し
ているため、このうち前者では鋼板の異方性が大きくな
り、また後者では安定製造と生産性に不利となることが
予想される。さらに、溶接部の軟化や衝撃特性について
の配慮もなく完成された技術とは言い難い。

〈発明が解決しようとする課題〉 本発明の目的は、直接焼入れ焼戻し処理による経済的な
鋼板製造に当たり、高強度でしかも板厚方向の均質性が
優れ、かつ異方性が少ないことに加えて溶接部の軟化が
少なく高靭性をＭ（ｉｌｆｌ、、た鋼板の製造方法を提
供することにある。

〈課題を解決するための手段〉 本発明は、Ｃ：０．０５〜０．１６師ｔ％、　Ｓｉ　：
　０．０５〜０．２０ｗｔ％、　Ｍｎ　：　０．６０〜
１．５０ｗｔ％、　Ｃｒ　：　０．３０〜０．８０ｗｔ
％、　Ｍｏ　：　０．２０〜０．８０ｗＬ％、　Ｎ！　
：０．８０〜３．００ｗｔ％。

Ｖ　：　　０．０３０〜０．１００　ＩＩＬ％、　Ａｌ
−０，０１０〜０．０８０１１ｔ％、　Ｂ　：０．００
０５〜０．００２５ｗＬ％、　Ｎ　：　０．００４０ｗ
ｔ％以下を含有し、さらに必要に応じてＣｕ　：　　１
．ＯｗＬ％以下、　Ｎｂ　：　０．０５０ｗｔ％以下、
　Ｃａ　：　０．０１００ｗｔ％以下の１種又は２種以
上を含み、下記の式で定義される炭素当量ごｅｑ、が０
．５２〜０．６０％であり、残部Ｆｅ及び不可避的不純
物からなる鋼を、１０５０〜１２００℃に加熱・均熱後
、１０００〜９００℃の温度範囲で累積圧下率が５０％
以上の熱間圧延を施し、引き続き９００℃未満８１０℃
以上の温度範囲にて、１バス当たりの圧下率が１０％未
満の軽圧下圧延により累積圧下率を１０〜３０％とした
後、直ちに焼入れし、その後へＣ１点以下の温度で焼戻
すことを特徴とする板厚方向の均質性に優れた溶接用超
高張力鋼板の製造方法である。

記 Ｃｅｑ、　　＝　Ｃ＋Ｍｎ／　６　＋Ｓｉ／２４＋Ｎｉ
／４０＋Ｃｒ１５＋ｉｏ／　４　＋　Ｖ　／１４　（％
）〈作　用〉 以下に本発明における鋼組成および圧延条件の限定理由
を述べる。

Ｃは、所望の強度を得るため０．０８ｗｔ％以上必要で
あるが、０．１６ｗｔ％を超えると母材および溶接部の
靭性が劣化するため０．０８〜０．１６ｗｔ％の範囲と
する。

Ｓｉは、製鋼時の脱酸剤として、また固溶強化による強
度確保のため必要であるが、第１図に示すように溶接部
のボンド靭性に及ぼすＳｉの影響は顕著であり、溶接部
の高靭性を確保するためその添加量範囲を０．０５〜０
．２０ｉ１ｔ％とする。

なお、第１図はＯ，１１ｗｔ％Ｃ０，９０ｗｔ％Ｍｎ−
１，５０４％Ｎｉ−０，５０ｗｔ％Ｃｒ−０，５０ｗｔ
％Ｍｏ−０，０６５ｗｔ％■−Ｂ系でＳｉ添加量を変化
させ、サブマージドアーク溶接部（入熱量：５０ｋＪ／
ｃｍ）の衝撃特性を調べたものである。

Ｍｎは、焼入性を向上させ強度を確保するために０．６
（１ｍｔ％以上必要であるが、１．５０ｍｔ％を超える
と鋼板及び溶接部の靭性が劣化するため０．６０〜１．
５０ｗｔ％の範囲とする。

Ｃｒは、焼入性を向上させ強度上昇に効果があり０．４
０ｗｔ％以上必要であるが、０．８０ｗｔ％を超えると
溶接性の低下およびＳＲ割れ感受性が高まるため０．４
０＝０．８０ｗｔ％の範囲とする。

Ｍｏは、焼入性を向上しまた焼戻し軟化抵抗や耐ＳＲ割
れ性向上に効果があり０．３０ｗｔ％以上必要であるが
、０．８０ｗｔ％を超えると溶接性や靭性が劣化し、ま
た経済的にも不利となるため０．３０〜０．８０ｗＬ％
の範囲とする。

■は、焼入性を向上しかつ焼戻し軟化抵抗を増大させる
元素であり強度確保の点から０．０３０ｗｔ％以上必要
であるが、０．１００ｗｔ％を超えると溶接部の靭性が
劣化するため０．０３０〜０．１００　ｗｔ％の範囲と
する。

Ｎｉは、鋼板および溶接部の強度、靭性の向上に効果が
あり０．６０ｗＬ％以上必要であるが、３．００　ｗｔ
％を超えるとその効果が飽和し、また経済的にも不利と
なることから０．６０〜３　、００ｗ　ｔ％の範囲とす
る。

ＡＩは、脱酸作用があり０．０１０ｗｔ％以上必要であ
るが、０．０８０ｗｔ％を超えると鋼板および溶接部の
靭性が劣化するため、０．０１０〜０．０８０　ｗＬ％
の範囲とする。

Ｂは、微量で焼入性を向上させ強度、靭性の確保に有効
であり０．０００５ｗｔ％以上必要であるが、０．００
２５ｗｔ％を超えると鋼板および溶接部の靭性を劣化さ
せるためｏ、ｏｏｏｓ〜０．００２５ｗｔ％の範囲とす
る。

Ｎは、圧延中にＢと結合しＢＮを析出してＢの焼入性向
上効果を低減させるのでＯ，００４０ｗｔ％以下にする
必要がある。

さらに上記成分に加えて鋼板および溶接部の軟化防止お
よび靭性の改善を目的とし、以下の成分を１種又は２種
以上添加できる。

Ｃｕは、鋼板の強度上昇に効果があるが、多過ぎると熱
間加工性および溶接性が低下するためその上限を１．０
ｗｔ％とする。

Ｎｂは、強度を上昇しまたオーステナイト粒を微細にし
て靭性改善に効果があるが、多過ぎると溶接部の靭性が
著しく劣化するためその上限を０．０５０　ｗｔ％とす
る。

Ｃａは、硫化物の形態制御（球状化）効果をもち異方性
の改善に効果をもつが、多過ぎると清浄度が低下し靭性
は劣化するためその上限を０．０１００ｗｔ％とする。

さらに、溶接部の軟化防止および靭性確保のため、Ｃｅ
ｑ、　＝　Ｃ＋Ｍｎ／　６　＋Ｓｉ／２４＋Ｎｉ／４０
＋Ｃｒ１５　＋Ｍｏ／　４　＋　Ｖ　／１４　（％）で
表される炭素当量Ｃｅｑ、を０．５２〜０．６０％の範
囲になるように、これら各種添加元素を量的に勘案しな
ければならない。

これは０．５２％未満では溶接部の軟化が大きいため継
手強度が不足し、また０、６０％を超えると溶接部の硬
さが上昇し溶接割れ感受性を高めるためである。

次に加熱、圧延条件の限定理由について述べる。

上記の組成鋼を連続鋳造法あるいは造塊法でスラブ鋼塊
とし、１０５０〜１２００℃に加熱、均熱後、熱間圧延
を行う、ここで加速温度の限定理由は以下の通りである
。すなわち、１０５０℃未満では後述する熱間圧延が困
難となり、また１２００℃を超えるとオーステナイト粒
の成長、粗大化が著しく、その解消（粒の微細化）のた
めには圧延バス数の増加が必要となり、生産性が阻害さ
れ好ましくない。

次に、１０００〜９００℃の温度範囲での高温再結晶域
での圧延は、圧延−再結晶の繰り返しによるオーステナ
イト粒の等方的微細化に非常に有効である。しかし、累
積圧下率が５０％未満ではその効果が十分でなく、その
後の圧延で混粒、伸展オーステナイト粒となり鋼板の異
方性が生じやすくなるため、５０％以上の累積圧下率が
必要である。第２図は０．１１ｗｔ％ＣＯ，９０ｗｔ％
Ｍｎ−０，１２−む％５ｉ−１，５０４％Ｎｉ　−０，
５０Ｈｔ％Ｃｒ　　Ｏ，５０ｗｔ％Ｍｏ　−０，０６５
ｗｔ％Ｖ−Ｂ系の鋼を用い、１０００〜９００℃の温度
域での圧下量のみを変化させた場合のり、Ｃ方向の特性
の相違について調べた結果である０図から、累積圧下率
を５０％以上とすることにより、異方性（Ｌ。

Ｃ方向による材質変化）は軽減されることがわかる。

さらに、９００℃未満８１０℃以上の低温域における圧
延条件の限定理由は以下の通りである。すなわち、１バ
スあたりの圧下率を１０％以下とした軽圧下圧延で、中
心部に比べ表層部近傍がより一層微細に展伸されたオー
ステナイト粒となり、そのため表層部の焼入性は抑制さ
れる。しかし、この時の累積圧下率が１０％未満では効
果は少なく、また３０％を超えると変形帯がはいりすぎ
て焼入性が低下しすぎ、Ｂによる焼入性効果が期待でき
なくなり、中心部の強度靭性が不良となり異方性も顕著
となってくるため累積圧下率は１０〜３０％の範囲とす
ることが必要である。

さらに、この圧延効果をより有効に発渾する温度域は９
００℃未満８１０　℃以上である。すなわち、９００℃
以上の高温では再結晶領域であるためオーステナイト粒
の微細展伸化が期待できず、かつ焼入れ過剰となる。ま
た、８１０”Ｃ未満では焼入性が低下しすぎ表層部近傍
及び中心部とも所望の強度。

靭性が確保できなくなってしまう。

以上の熱間圧延後、直ちに焼入れを行い所定の性能を具
備させる。なお、前述の圧延条件、焼入れ処理により鋼
板のミク０組織は表層部近傍、中心部ともマルテンサイ
ト＋下部ベイナイト混合組機であり、オーステナイト粒
形状は中心部が微細。

展伸粒となり、表層部近傍は中心部のそれより一層展伸
されかつ変形帯も多く導入されたものとなる。

その後、板厚方向のより一層の均質化と高靭性化を主目
的としＡｃ１点以下の焼戻し処理を行う必要がある。

以上の本発明の骨子を喚言すれば以下の如（である、す
なわち溶接継手部の軟化防止と高靭性の確保に留意した
成分系を用い、板厚方向の各位置でマルテンサイト＋下
部ベイナイト混合組織となるよう圧延条件を設定する。

すなわち、高温域での圧下率を十分確保し微細整粒オー
ステナイト粒を得、さらに低温域で軽圧下圧延を施し、
表層部近傍の焼入性を抑制し板厚方向の均質性を確保す
る。

本発明の鋼は転炉あるいは電気炉で溶製し、連続鋳造法
あるいは造塊法でスラブ又は鋼塊としたのち分塊圧延あ
るいはそのまま厚板圧延により鋼板とすることができる
。

〈実施例〉 表１に示す各組成の５トン鋼塊を造塊法で溶製し、表２
に示す各製造条件で５０〜７５ｒ１ｍ厚鋼板を製造した
後、その機械的性質を調査した。

得られた結果を表３に示す０表３から本発明範囲の圧延
条件の適用で異方性の少ない均質性の優れた超高張力鋼
板が安定して製造可能であることがわかる。しかし、添
加合金量が少ない場合（Ａ綱）は強度が不足し、また多
い場合（Ｅ鋼）は表層下の靭性確保が困難となることが
わかる。加えて表４に示すように溶接継手部の硬さ測定
結果からＡ鋼は溶接部の軟化、またＥ鋼は溶接部の硬さ
が高く溶接割れが懸念されるのに対し、本発明成分鋼Ｂ
、Ｃ，Ｄは溶接部の最高硬さもＨＴ−８０鋼並みであり
、十分な溶接性を有していることがわかる。

〈発明の効果〉 本発明によりペンストンク、圧力容器や海洋構造物用鋼
として、ＨＴ−８０キロ鋼と同等の溶接性を有し板厚方
向の均質性に優れた超高張力鋼板が安価に提供できるこ
とになりその意義は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は溶接部の衝撃特性に及ぼすＳｉ添加量の影響を
示すグラフ、第２図は鋼材の異方性に及ぼす高温域での
圧下量の影響を示すグラフである。 特許出願人　　　川崎製鉄株式会社 第１図 Ｓｉ含有量（ｉｎｔ％） 第２図 累積圧下率（％）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｃ：０．０５〜０．１６ｗｔ％、Ｓｉ：０．０５〜
   ０．２０ｗｔ％、Ｍｎ：０．６０〜１．５０ｗｔ％、Ｃ
   ｒ：０．３０〜０．８０ｗｔ％、Ｍｏ：０．２０〜０．
   ８０ｗｔ％、Ｎｉ：０．８０〜３．００ｗｔ％、Ｖ：０
   ．０３０〜０．１００ｗｔ％、Ａｌ：０．０１０〜０．
   ０８０ｗｔ％、Ｂ：０．０００５〜０．００２５ｗｔ％
   、Ｎ：０．００４０ｗｔ％以下を含有し、下記の式で定
   義される炭素当量Ｃｅｑ．が０．５２〜０．６０％であ
   り、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる鋼を、１０５
   ０〜１２００℃に加熱・均熱後、１０００〜９００℃の
   温度範囲で累積圧下率が５０％以上の熱間圧延を施し、
   引き続き９００℃未満８１０℃以上の温度範囲にて、１
   バス当たりの圧下率が１０％未満の軽圧下圧延により累
   積圧下率を１０〜３０％とした後、直ちに焼入れし、そ
   の後Ａｃ＿１点以下の温度で焼戻すことを特徴とする板
   厚方向の均質性に優れた溶接用超高張力鋼板の製造方法
   。 記 Ｃｅｑ．＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｓｉ／２４＋Ｎｉ／４０＋Ｃ
   ｒ／５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４（％） ２、Ｃ：０．０５〜０．１６ｗｔ％、Ｓｉ：０．０５〜
   ０．２０ｗｔ％、Ｍｎ：０．６０〜１．５０ｗｔ％、Ｃ
   ｒ：０．３０〜０．８０ｗｔ％、Ｍｏ：０．２０〜０．
   ８０ｗｔ％、Ｎｉ：０．８０〜３．００ｗｔ％、Ｖ：０
   ．０３０〜０．１００ｗｔ％、Ｍ：０．０１０〜０．０
   ８０ｗｔ％、Ｂ：０．０００５〜０．００２５ｗｔ％、
   Ｎ：０．００４０ｗｔ％以下を含有し、さらにＣｕ：１
   ．０ｗｔ％以下、Ｎｂ：０．０５０ｗｔ％以下、Ｃａ：
   ０．０１００ｗｔ％以下の１種又は２種以上を含み、下
   記の式で定義される炭素当量Ｃｅｑ．が０．５２〜０．
   ６０％であり、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる鋼
   を、１０５０〜１２００℃に加熱・均熱後、１０００〜
   ９００℃の温度範囲で累積圧下率が５０％以上の熱間圧
   延を施し、引き続き９００℃未満８１０℃以上の温度範
   囲にて、１バス当たりの圧下率が１０％未満の軽圧下圧
   延により累積圧下率を１０〜３０％とした後、直ちに焼
   入れし、その後Ａｃ＿１点以下の温度で焼戻すことを特
   徴とする板厚方向の均質性に優れた溶接用超高張力鋼板
   の製造方法。 記 Ｃｅｑ．＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｓｉ／２４＋Ｎｉ／４０＋Ｃ
   ｒ／５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４（％）