JPH05271770A - 細粒厚鋼板の製造法 - Google Patents

細粒厚鋼板の製造法

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JPH05271770A
JPH05271770A JP4066422A JP6642292A JPH05271770A JP H05271770 A JPH05271770 A JP H05271770A JP 4066422 A JP4066422 A JP 4066422A JP 6642292 A JP6642292 A JP 6642292A JP H05271770 A JPH05271770 A JP H05271770A
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忠 石川
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、細粒高靭性構造用の厚鋼板を経済
的にかつ生産性よく製造する方法に関するものである。 【構成】 凝固後Ac3 以上に加熱した構造用鋼の鋳片
をAr3 点温度以上で終了する圧延中に、1パス当りの
圧下量が真歪で0.2以上で板厚中心部が再結晶終了温
度〜再結晶終了温度+150℃の温度域で30%以上圧
延されるようにスラブ厚t(mm)と平均冷却速度V(℃/
秒)との間の関係がV>(18/t)0.5を満足する冷
却を実施し、更に未再結晶域にてV>(18/t)0.5
を満足する冷却を行ないながら圧延を実施する。 【効果】 母材の靭性が優れた鋼板を安定して経済的に
製造する技術を確立する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、細粒高靭性構造用の厚
鋼板を経済的にかつ生産性よく製造する方法に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】近年、鋼材の強度、靭性、加工性等の諸
特性はその組織が微細化するほど向上することが一般的
な事実として広く知られ、鋼材の低温での靭性を向上さ
せるには結晶粒微細化がきわめて有効で各種分野で検討
がなされている。例えば、制御圧延の例として、フェラ
イト粒径を微細化する技術として特開昭59−4732
3号公報の提案がある。しかしこの圧延方法は低温で加
熱し、未再結晶域で大きな加工を加える方法である。ま
た従来から鋼材の細粒化には特開昭58−19431号
公報に開示されているように、NiやNb等の合金を使
用している。
【0003】また、加工熱処理技術による細粒化技術と
して、材料とプロセス,6(1990).p1796に
記載のように加工と熱処理を組み合わせてフェライト粒
径を3μm程度に細粒化する技術がある。更に、変態前
のオーステナイトを細粒化する方法として特開平2−3
0151号公報記載の方法がある。この方法は塑性加工
を加えつつ変態点を超えさせる技術で、到達オーステナ
イト粒径は5μmである。
【0004】また、鉄鋼の結晶粒超微細化部会報告書
(1991,3)に記載のようにSCM435材、オー
ステナイト系ステンレス鋼等において冷間加工を付与し
たマルテンサイトAc3 変態点直上に逆変態させて、オ
ーステナイトを超細粒化する方法が提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た提案は実用時に次に述べるような問題を内在してお
り、改善が待たれている。特開昭59−47323号公
報の提案のように低温で加熱し、未再結晶域での加工量
を大きくし、かつ制御冷却を必須とし、圧延後の急冷に
より微細なフェライト及びマルテンサイトとする方法
は、他のスラブの加熱温度と対象のスラブの加熱温度が
異なるため、この前後で加熱操業条件を調整する時間が
必要となる。また、加熱効率の大幅な低下が避けられ
ず、更には未再結晶域での加工量を大きくするため、制
御圧延時の温度待ち時間が極めて長くなり、圧延効率の
低下、再加熱、及び制御冷却に伴うコスト上昇を招き、
生産性の向上を追求している現状における問題が多い。
【0006】特開昭58−19431号公報に開示され
ているように、NiやNb等の合金の添加は、鋼材の製
造コストを引き上げるばかりでなく、多量の使用は鋼材
の溶接性の劣化を招き、溶接部の所定の特性を満足でき
ないことになる。
【0007】また、加工熱処理技術を駆使して細粒化す
る技術として、材料とプロセス,6(1990).p1
796や特開平2−30151号公報記載の方法では、
加工と熱処理を組み合わせる必要があるので、鋼板の製
造時の生産性の低下ばかりでなく、圧延機等の加工設備
近傍に熱処理ができる設備が必要で、設備面からも膨大
なコスト上昇を招く。
【0008】冷間加工しその後γに逆変態させる技術も
きわめて強力な冷間圧延機が必要になり、鋼板製造設備
面からも大幅なコスト上昇を招く。本発明はこれらの問
題点を伴わずに、鋼材を細粒化させ母材の靭性を改善し
た鋼材を生産性良く、経済的に効率よく製造する方法を
提供することを課題とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を達成
するために、凝固後Ac3 以上に加熱した構造用鋼の鋳
片をAr3 点温度以上で終了する圧延中に、1パス当り
の圧下量が真歪で0.2以上で板厚中心部が再結晶終了
温度〜再結晶終了温度+150℃の温度域で30%以上
圧延されるようにスラブ厚t(mm)と平均冷却速度V
(℃/秒)との間の関係がV>(18/t)0.5 を満足
する冷却を実施し、更に未再結晶域にてV>(18/
t)0.5 を満足する冷却を行ないながら圧延を実施する
ことを第1の手段とする。
【0010】更に本発明は上記手段1の圧延終了後に5
℃/秒以上の冷却速度で650℃以下の温度に加速冷却
を行なうことを第2の手段とし、上記手段1の圧延終了
後引き続き焼入れ焼戻し処理を行なうことを第3の手段
とする。
【0011】本発明が対象とする構造用鋼は、例えば、
前記した特公昭58−14849号公報に記載され、次
記するように、通常の溶接構造用鋼が所要の材質を得る
ために、従来から当業分野での活用で確認されている作
用・効果の関係を基に定めている添加元素の種類と量を
同様に使用して、同等の作用と効果が得られる。従っ
て、これ等を含む鋼を本発明は対象鋼とするものであ
る。
【0012】これ等の各成分元素につきその添加理由と
量を以下に示す。Cは鋼の強度を向上させるために有効
な成分として添加するものであるが、0.20%を超え
る過剰な含有量では、島状マルテンサイトを析出し、H
AZ靭性を著しく劣化させるので0.20%以下に規制
する Siは溶鋼の脱酸元素と強度増加元素として添加する
が、0.01%未満では脱酸効果が不十分であり、1.
0%を超えて添加すると、HAZの靭性が低下するた
め、添加量は0.01〜1.0%に規制する。
【0013】Mnも脱酸成分元素として必要であり、
0.3%未満では鋼の清浄度を低下して加工性を害す
る。また鋼材の強度を向上する成分として0.3%以上
の添加が必要である。しかし、Mnは過剰の添加により
溶接性を著しく劣化する。そのため2.0%を上限とす
る。
【0014】AlはAl窒化物により鋼の結晶粒径が微
細化できるので必要である。しかし添加量が少ないとそ
の効果がなく、過剰の場合には鋼中の酸素との結合によ
り酸化物系の介在物を形成して鋼の清浄度を低下させる
ため、添加量は0.001〜0.20%に規制する。
【0015】Nは不可避的に含有される元素であるが、
過剰の添加は島状マルテンサイトの生成を促進するた
め、0.020%を上限とする。Pはミクロ偏析による
HAZの靭性と耐割れ性の劣化を防ぐため、0.015
%を上限としている。Sは粗大なA系介在物を形成して
母材の靭性、異方性(圧延方向とそれに直角方向の物性
の差)の悪化を防止するため、0.005%を上限とし
て規定する。本発明が対象とする構造用鋼の基本成分は
以上である。これを基本に母材強度の上昇或いは、継手
靭性の向上を目的として、要求される性質に応じて合金
元素を添加する場合は、添加し過ぎると、溶接性の確保
が困難になる。そこで合金の添加量としては、Ni,C
r,Mo,Cu,W,P,Co,V,Nb,Ti,Z
r,Ta,Hf,希土類元素,Y,Ca,Mg,Te,
Se,Bの1種類以上を添加できるが合計で4.5%以
内に規制している。
【0016】本発明における鋳片の加熱温度はオーステ
ナイトの粗大化防止のため1200℃を上限とし、下限
温度は圧延の作業を考慮すると900℃以上が望まし
い。またNb元素を含む鋼材は、Nbを完全固溶させる
ために1100℃以上の加熱が必要となる。また、圧延
の終了温度をAr3 点温度未満にするとオーステナイト
から変態したフェライトが加工されて表層部の靭性が劣
化するので、本発明における圧延終了温度はAr3 点温
度以上とした。
【0017】
【作用】本発明者等は、前記従来技術が有する問題を解
決すると共に、本発明の課題を達成するため、一般的な
構造用鋼を代表する供試鋼として実施例の表1に示す鋼
種2を用いて種々実験検討を繰り返した。
【0018】生産性良く、経済的に強度及び母材靭性を
向上する方法を確立するために、圧延中の冷却速度が
0.4℃〜0.5℃/秒と認識されている通常の圧延に
おける鋳片厚みと冷却速度の関係を調査した。その結
果、従来の圧延技術では全く活用されていない被圧延材
の厚みに対応した冷却速度の実態が判明した。その実態
を図1に曲線Aで示す。
【0019】本発明者等は、多量な合金元素の添加、温
度調整のための滞留・待機、更には低温域での再加熱圧
延等を用いることなく、従来技術で得られていたと同等
又はそれ以上の母材靭性を有する構造用鋼板の製造方法
を確立するため、次の3点から実験を重ねた。
【0020】鋳片を圧延開始から再結晶終了温度まで
の高温域で冷却することによる鋳片滞留時間の減少及び
再結晶域での圧下率、1パス当りの歪量と鋼板の結晶粒
の微細化及び粒成長の抑制効果の関係。 鋳片を再結晶後からAr3 点温度に至るまでの未再結
晶域で冷却しながら圧延して変態前のオーステナイトに
蓄積した歪みと変態フェライト粒径の関係。 との組み合わせと母材靭性の関係。
【0021】よく知られているように被加工鋼材の温度
履歴と加工量が変化すれば再結晶が終了する温度は変化
する。従って図示した再結晶終了温度及びこれに対応す
る圧延材の板厚は一例である。
【0022】本発明者等は、板厚中心部の温度に着目
し、再結晶域での圧下温度と再結晶完了後のオーステナ
イト粒径の関係を調査した。その結果を図2に示す。同
図より再結晶終了温度〜再結晶終了温度+150℃の範
囲が、再結晶後のオーステナイト粒径の細粒化に有効で
あることがわかった。
【0023】更に前記再結晶最適温度範囲での圧下率と
1パス当りの歪量との影響を調査した結果をそれぞれ図
3,4に示す。図3,4により圧下量は30%以上、1
パス当りの歪量が真歪で0.2以上になると再結晶した
オーステナイト粒径が細粒化することが判明した。
【0024】この実験検討で、母材靭性としてのシャル
ピー衝撃試験でのvTrsが−110℃を示した鋼材の
再結晶終了から圧延終了までの各厚み別冷却速度をそれ
ぞれ図1に曲線Bで示す。
【0025】この曲線は、鋳片の厚みをtとすると(1
8/t)0.5 で近似できることが判明した。これにより
圧延中に被圧延材が圧延により厚みが変化しても、冷却
速度V(℃/秒)が(18/t)0.5 以上を維持すると
本発明の課題が達成できることが判明した。図5に冷却
条件t×V2 〔mm・(℃/秒)2 〕と圧延後の鋼板の母
材靭性の関係を示す。
【0026】図5の製造条件は次の通りである。 加熱温度:1050℃ 仕上温度: 0℃ 鋳片厚 : 150mm 製品厚 : 25mm 鋼種 :表1の2 再結晶終了温度〜再結晶終了温度+150℃での圧下率
=35% 1パス当りの真歪量>0.2
【0027】以上により得た構造用鋼板の強度を加速冷
却により向上するには、圧延終了後に水、水蒸気、気水
混合体等の何れかの冷却剤を使用して、冷却速度5℃/
秒以上、冷却停止温度650℃以下の加速冷却を行なえ
ば良く、また、以上により得た本発明の構造用鋼板を上
記圧延後、焼入れ焼戻しを行なうと本発明の効果を損な
うことなく強度、靭性を向上できることが判明した。本
発明は以上の知見を基になされたものである。
【0028】
【実施例】本発明の供試鋼の成分は、前記した一般的な
構造用鋼の元素と添加量であれば何れの組み合わせでも
良いが、強度レベルが異なる代表的な構造用鋼として本
実施例に用いた鋼の化学成分を表1に、製造条件を表2
に、その時使用した圧延パススケジュールと圧延中の冷
却条件を表3に、得られた材質を表4に従来例を併記し
て示す。
【0029】
【表1】
【0030】
【表2】
【0031】
【表3】
【0032】
【表4】
【0033】
【表5】
【0034】
【表6】
【0035】
【表7】
【0036】
【表8】
【0037】表1に示す供試鋼の鋼種1〜3は40キロ
級鋼、鋼種4〜7は50キロ級鋼、鋼種8〜10は60
キロ級鋼である。それぞれには必要に応じ合金元素を添
加している。表2に示す通り、鋼種1〜10を使用した
本発明例のNo.A1〜A10は優れた所要の強度を有
し、靭性もvTrsで−100〜−130℃と良好な値
であった。また、指定パス冷却とゾーン冷却の何れも優
れた母材特性を有する鋼板を生産性、経済性良く製造す
ることができた。
【0038】これに対し、No.B1〜B10の比較例は
何れも本発明に示す製造条件を満足しておらずそれぞれ
に問題がある。すなわち再結晶終了温度〜再結晶終了温
度+150℃での圧下率が30%に満たない比較例のN
o.B9は、それぞれ同じ供試鋼を用いて製造した本発
明例のNo.A9に比べ母材靭性が劣化していた。
【0039】圧延中に冷却がない比較例のNo.B1,B
3,B4,B6,B7,B8,B9はそれぞれ同じ供試
鋼を用いて製造した本発明例のNo.A1,A3,A4,
A6,A7,A8,A9に比べ母材靭性が劣化してい
た。再結晶域での圧延中の真歪量が0.2を超えていな
い比較例のNo.B2,B5はそれぞれ同じ供試鋼を用い
て製造した本発明例のNo.A2,A5に比べ母材靭性が
劣化していた。また、Nb添加鋼で加熱温度が985℃
と低い比較例No.B10は靭性は優れているものの強度
が所要の強度に達しなかった。
【0040】
【発明の効果】本発明は以上の説明から明らかな通り、
前記の手段により発生する前記の作用を活用することに
より、母材靭性が優れた構造用鋼板を高い生産性のもと
に円滑に安定して経済的に製造する技術を確立したもの
で、本発明の利用分野にもたらす効果、及び関係する分
野への波及効果はきわめて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】圧延中の鋳片厚みと該厚み板厚方向の平均冷却
速度の関係を示す図表である。
【図2】再結晶域での圧延温度域と再結晶完了後の平均
γ粒径の関係を示す図表である。
【図3】再結晶域での圧下率と再結晶完了後の平均γ粒
径の関係を示す図表である。
【図4】1パス当りの真歪量と再結晶完了後の平均γ粒
径の関係を示す図表である。
【図5】冷却条件と母材靭性の関係を示す図表である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉川 宏 大分市大字西ノ洲1番地 新日本製鐵株式 会社大分製鐵所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 凝固後Ac3 以上に加熱した構造用鋼の
    鋳片をAr3 点温度以上で終了する圧延中に、1パス当
    りの圧下量が真歪で0.2以上で板厚中心部が再結晶終
    了温度〜再結晶終了温度+150℃の温度域で30%以
    上圧延されるように、スラブ厚t(mm)と平均冷却速度V
    (℃/秒)との間の関係がV>(18/t)0.5 を満足
    する冷却を実施し、更に未再結晶域にてV>(18/
    t)0.5を満足する冷却を行ないながら圧延を実施する
    ことを特徴とする細粒厚鋼板の製造法。
  2. 【請求項2】 圧延終了後、冷却速度5℃/秒以上、冷
    却停止温度650℃以下の温度に加速冷却を行なうこと
    を特徴とする請求項1に記載の細粒厚鋼板の製造法。
  3. 【請求項3】 圧延終了後、続き焼入れ焼戻し処理を行
    なうことを特徴とする請求項1に記載の細粒厚鋼板の製
    造法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006320923A (ja) * 2005-05-18 2006-11-30 Jfe Steel Kk 低温靱性に優れた厚鋼板の製造方法
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CN102671941A (zh) * 2012-06-11 2012-09-19 南京钢铁股份有限公司 一种双机架中厚板轧机薄规格管线钢的生产工艺
CN102688884A (zh) * 2012-06-11 2012-09-26 南京钢铁股份有限公司 2800mm双机架中厚板轧机极限规格钢板轧制工艺

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