JPH0663026B2

JPH0663026B2 - 直接焼入れ工程による高強度高じん性ボロン添加厚鋼板の製造法

Info

Publication number: JPH0663026B2
Application number: JP27801885A
Authority: JP
Inventors: 誠今中; 久栄寺嶋; 千晃志賀
Original assignee: 川崎製鉄株式会社
Priority date: 1985-12-12
Filing date: 1985-12-12
Publication date: 1994-08-17
Anticipated expiration: 2009-08-17
Also published as: JPS62139815A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）熱間圧延後の冷却過程で焼入れし、その後焼きもどしを
施す直接焼入れ・焼戻し工程によって強度およびじん性
の優れた厚鋼板を得ることに関連した開発研究の成果に
基づくこの明細書の技術内容は、いわゆる調質厚鋼板の
製造に係わる技術分野に位置する。

優れた強度，じん性を備えた厚鋼板を製造する方法とし
ては一般に圧延後、再び加熱して焼入れ，焼戻しを行う
調質熱処理が行われて来たが、この製造工程に対し、工
程の省略、あるいは連続化を目的に、スラブ加熱に適用
した熱エネルギーをそのまま圧延後の焼入れにも利用す
ることは有用である。

この直接焼入れ，焼戻し工程（DQ-T）においては、従来
の再加熱焼入れ，焼戻し工程（RHQ-T）に比べて、上記
の工程上のメリット以外にも、加熱温度が高くその冷却
過程で焼入れすることから、焼入れ時には鋼の合金成分
が十分固溶し、オーステナイトも均質であるため焼入れ
性が向上するという利点が一般的には言われている。

しかしこの固溶元素量の増加による利点は、圧延終了時
に合金元素が過飽和に固溶した状態が持続しているうち
に焼入れするためにもたらされたものであって、非平衡
な状態を利用したものである。したがってDQ-T工程にお
いては圧延終了から焼入れまでの時間がその鋼の材質に
大きく影響する。

それ故、実際の製造工程においては同一鋼板内において
も焼入れ装置に入る時間的な「ずれ」のために材質のば
らつきの原因となり、この点DQ-T工程利用上の重要事項
である。

（従来の技術）この問題の解決策として特公昭58-3011号公報において
は、圧延終了から焼入れまでの時間を限定するが、強度
レベル60kgf/mm²以上の調質高張力鋼においては、ボロ
ンを有効に利用し、焼入れ性を確保することが不可欠の
条件であるにもかかわらず、この検討は加えられていな
い。

また、発明者らが以前提案した特願昭59-133085号明細
書（特公平５−３３２８６号公報所載）においては、こ
のボロンの挙動に着目した対策であるが、このためにＡ
ｌ，Ｂ，Ｎ量に厳しい条件が加わっている。

この成分的な制約を緩和したDQ条件によって材質のばら
つきを、とくにボロン添加鋼において解決することにつ
いての従来技術は未だ提案されていない。

（発明が解決しようとする問題点）鋼の焼入れ性と密接に関係するDQ工程におけるボロンの
挙動については、ボロン添加鋼のＡｌ，ＢおよびＮ量が
著しく影響をもたらすことを発明者らは詳細な実験結果
に基づいて明らかにした。しかし、これによって求まる
成分量の制限はＡｌ量とＮ量およびＢ量とＮ量の積を非
常にせまい範囲内にするため非常に厳しいものであっ
た。

発明者らは、さらにボロンの挙動をDQ条件との関係から
調査した結果スラブ加熱温度および仕上温度を適切に選
択すればＡｌ×Ｎ，Ｂ×Ｎの値が非常に広い範囲におい
て、ボロンの有効利用が可能であることを見出した。

この知見の基づき、ボロン添加高張力鋼をDQ−Ｔ工程で
製造する場合のDQ条件を適正化し、Ｂを安定的に利用す
ることにより、DQ工程に由来した材質のばらつきを解決
することがこの発明の目的である。

（問題点を解決するための手段）上記の目的は次の事項を骨子とする手順により成就され
る。

1. Ｃ：0.04〜0.15wt%，Si：0.01〜0.30wt%，Mn：0.10
〜2.0wt%を含みかつ、Ａｌ：0.02〜0.15wt%,Ｂ：0.0003〜0.0030wt%,及びＮ：
0.0010〜0.0100wt%を、Ａｌ（wt%）×Ｎ（wt%）＞10^-4及び／又はＢ（wt%）×
Ｎ（wt%）＞2.5×10^-6において含有するボロン添加低合
金鋼を素材とし、 1180°〜1300℃の温度に加熱して熱間圧延し、850℃以
上で圧延を終了すること、この圧延終了後、圧延仕上温度に近い温度での保持又は
圧延終了に引続く冷却の過程にて、850℃以上の温度域
での１分間以上、６分間以内の時間経過をまって、300
℃以下の温度に急冷すること、その後焼戻しを施すことの結合を特徴とする、直接焼入れ工程による高強度高じ
ん性ボロン添加厚鋼板の製造法。

ここに圧延終了から焼入れに至までの間におけるボロン
の挙動と鋼の焼入れ効果との関係が以下のように解明さ
れたことがこの発明の完成を導いた基礎である。

（作用）さてボロン添加鋼の圧延終了から焼入れまでの時間設定
は、その間における鋼板内、特に鋼の焼入性のために不
可欠の成分であるボロンの変化を考慮して適切な条件を
設定する必要がある。

すなわちこの保持中には、ボロンは、オーステナイト粒界への固溶Ｂの拡散，偏析ボロン窒化物などの析出といった変化が考えられる。

この様なボロンの変化は圧延後の経過時間によって生ず
るために、鋼の焼入性もこの変化の程度によって異なる
と考えられる。特に、のボロン窒化物などの析出は鋼
の焼入性劣化に直結するため重要な変化である。

発明者らはボロン添加低合金鋼についてスラブ加熱温
度、圧延後保持温度を変化させ、圧延終了から焼入れま
での時間をパラメーターとして引張強さの変化を調べ
た。表１にこの実験のための鋼成分を示す。

DQ条件として、スラブ加熱温度1220℃、熱間圧延後の保持温度を900
℃とした場合（イ）、保持温度を850℃および800℃まで下げた場合（ロ），
（ハ）スラブ加熱温度を1150℃まで下げた場合（ニ）それぞ
れにつてDQを行い、ついで630℃40分間の条件で焼きも
どし処理をおこなった。圧延終了から焼入れまでの保持
時間に応じる引張り強さの変動推移を第１図にまとめて
示す。

何れのDQ条件でも、熱間圧延後１分以内にオーステナイ
ト粒は再結晶しその結果焼入れ性の向上がもたらされ
る。しかしその後の保持時間がさらに長くなるとDQ条件
によって異なった挙動をする。すなわち、スラブ加熱温
度が1220℃と高い場合には、保持時間が３分以上にわた
っても強度は低下せず安定して高強度が保持されるのに
反し、スラブ加熱温度を1150℃と低下させると、保持時
間が２分程度にて強度の急激な低下が認められる。同様
に保持温度が850℃から800℃まで低下すると、保持時間
による強度の低下が著しい。

以上の結果をもとにこの発明においてはＢの固溶効果を
得るためスラブ加熱温度を1180℃以上の温度、またオー
ステナイト粒の粗大化を抑制するため1300℃以下とし、
圧延仕上温度は圧延中のBN析出を抑制するため850℃以
上、また再結晶γ粒の粗大化を抑制し靱性を向上するた
めに950℃以下、そして圧延後の保持温度は圧延後のBN
の析出を抑制しγ粒の再結晶を生じさせるため850℃以
上に限定した。

スラブ加熱温度が1220℃のときと1150℃のときとにつ
き、ともに保持温度900℃、保持時間２分の場合におけ
るボロンの分布をフィッション・トラック・エッチング
法で調べた結果を第２図(a)(b)に示す。

これより明らかなように、スラブ加熱温度をこの発明の
範囲に設定することによって、圧延後の保持中における
ボロン析出が大幅に抑制されていることがわかる。この
ことは、ボロンを効果的に利用するため、固溶Ｂを確保
することにも通じる。しかしスラブ加熱温度を1180℃以
上としても圧延後の保持温度を850℃以上にしないとや
はり、ボロンの析出が生じ焼入性が低下する。すなわ
ち、この発明の範囲のスラブ加熱温度、および保持温度
を設定することによって、圧延後長時間にわたって固溶
Ｂを確保することが可能となり、Ｂの焼入効果が有効に
利用できる。

この発明においては、上記DQ条件にさらに、圧延終了後
焼入れまでの時間として１分以上６分以内に限定してい
るが、１分未満では圧延直後のオーステナイト粒再結晶
中においては、ボロンが十分オーステナイト粒界に偏析
できないために焼入性が低下するため、再結晶が完了
し、Ｂが粒界に偏析するための時間を与えるものであ
る。しかし、６分超の時間は生産能率が低下し、効果も
増加もしないので必要としない。焼入れはマルテンサイ
ト変態を完全に完了させ良好な焼入れ組織を得るために
300℃以下まで急冷する必要がある。

この発明においては、ボロンの利用が不可欠でありその
ためＢは0.0003wt%以上必要である。またAlは脱酸、細
粒効果を得るために0.02％以上必要である。

しかし、0.0030wt%をこえるＢの添加、0.15％をこえるA
lの添加は何れも効果の増強が認められず、さらに却っ
て溶接性を悪くするため上記値に上限を定めた。

またＮ量は母材靱性を害するため0.01wt%を超えること
は好ましくない、しかし0.001wt%未満にすることは製鋼
技術から困難である。

この発明は加熱温度を特定範囲の値にすることにより
（特願昭59-133085）号明細書における（Al，Ｎ）ある
いは（Ｂ・Ｎ）の値の制限を不要とし、先願に記載した
上記成分積の範囲をこの発明の範囲から除外した。すな
わち（Alwt%)×（Ｎwt%）＞10^-4および／または（Ｂwt
%）×（Ｎwt%）＞2.5×10^-6の範囲の場合に、この発明
を適用することによって効果的にDQ時にＢを利用でき
る。

一般にＢ添加が多用される鋼板の強度レベルは、７０Kg
f／mm²以上であり、この発明でも強度レベルを７０Kgf
／mm²以上にするためには以下に示すＣ，Ｓｉ，Ｍｎが
必須である。

Ｃは、焼入性と強度の確保のため不可欠な成分であり、
0.04wt%以上必要である。しかし、溶接性のために0.15w
t%以下とする必要がある。

Siは、脱酸と強度確保のため添加されるが0.01wt%未満
ではその効果が十分でなく、0.3wt%を越えると靱性が劣
化する。

Mnは、鋼の焼入性を確保するため0.1wt%以上添加する
が、靱性および溶接性に悪影響を及ぼさないよう2.0wt%
以下とした。

さらに、市販の７０Kgf／mm²以上鋼板には、機械的性質
のバランスをよくするためにＣｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，
Ｖ，Ｎｂ，Ｔｉなどの各元素が添加されている。この発
明でもＢの有効利用には何ら悪影響を及ぼさないので必
要とされる鋼板の性能に応じて各元素の１種又は２種以
上を以下にのべる望ましい範囲で添加できるものとす
る。

Cuは、これにより強度向上を期待するとき0.1wt%以上添
加するが、0.6wt%を越える添加は靱性、溶接性の点から
適当でない。

Niもまた、焼入性の確保と低温靱性の向上のために0.1w
t%以上添加しても良いが、3.0wt%を越える添加は経済性
から適当でない。

Crは、焼入性、耐酸化性と高温強度を向上させる元素で
あり、0.1wt%以上添加しても良いが、溶接性、母材靱性
を劣化させないよう0.7wt%以下とする。

Moは、焼入性を確保するため0.01wt%以上添加しても良
いが、溶接性およびコストの点から0.70wt%以下とす
る。

Ｖは、強度確保のため0.01wt%以上添加しても良いが、
母材靱性と溶接性のために0.10wt%以下とする必要があ
る。

Nbは、強度確保のため0.01〜2.0wt%添加できる。

Tiは、ＮをTiNとして固定する効果があり、かつ、強度
上昇のために、0.001wt%以上添加することができるが、
母材靱性のために0.1wt%を越える添加は不利である。

この発明は直接焼入れ後、十分な靱性レベルと強度を要
求範囲内に調整するため焼きもどし処理を行う。

（実施例）表２に示す組成の鋼を供試材として板厚100mmのブロッ
クを1250℃又は1150℃で１時間加熱し板厚30mmまで圧延
した。圧延仕上温度を900℃から800℃の間に変化させ、
圧延終了後、別に用意した圧延仕上温度と等しい温度に
設定した炉の中に入れて60秒あるいは360秒保持した。

その後800〜500℃の間を冷却速度10℃/sで150℃まで急
冷した。

次に焼きもどしは630℃,40minとした。

熱処理後シャルピー試験、引張試験を行った。その結果
を表３に示す。

この発明に従う場合（スラブ加熱温度、仕上温度）にお
いてのみ６分間圧延後保持を経た場合においても強度、
靱性が優れているが、残りの条件の場合は、６分保持し
た場合に、急激に強度が低下し、靱性も劣化した。

以上の実施例より明らかなようにこの発明法によってDQ
−Ｔ工程による高強度高靱性鋼の材質を高水準でかつ
「ばらつき」を最小限にして製造できることがわかる。

これは、圧延板のトップとボトムでの焼入れ装置に入る
時間的の「ずれ」による材質の「ばらつき」がなく高品
質の厚鋼板が製造可能であることを示すものである。

上述実施例は圧延仕上温度と等しい温度で１分以上の保
持を行う場合について述べたが、この保持は、それに加
えて、圧延終了後、焼入れのための急冷前における冷却
過程にて850℃に至までの間の経過時間を１分以上とす
ることによっても同等の効果が得られる。

（発明の効果）広範囲の成分のＢ添加鋼をDQ−Ｔ工程で製造する場合、
従来しばしば生じた強度靱性のばらつきがなく、それら
の水準の高い厚鋼板が安定的に得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は圧延終了後焼入れまでの時間に応じた引張強さ
の変動を示す比較グラフ、第２図(a),(b)はスラブ加熱温度が圧延後２分経過後の
ボロン分布変化に及ぼす影響を示す金属組織顕微鏡写真
である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃ：0.04〜0.15wt％，Ｓｉ：0.01〜0.30wt
％，Ｍｎ：0.10〜2.0wt％を含みかつ、Ａｌ：0.02〜0.15wt％，Ｂ：0.0003〜0.0030wt％，及び
Ｎ：0.0010〜0.0100wt％を、Ａｌ（wt％）×Ｎ（wt％）＞１０^-4及び／又はＢ（wt
％）×Ｎ（wt％）＞2.5×１０^-6 において含有するボロン添加低合金鋼を素材とし、 1180°〜1300°の温度に加熱して熱間圧延し、850℃以
上で圧延を終了すること、この圧延終了後、圧延仕上温度に近い温度での保持又は
圧延終了に引続く冷却の過程にて、850℃以上の温度域
での１分間以上、６分間以内の時間経過をまって、300
℃以下の温度に急冷すること、その後焼戻しを施すこと、の結合を特徴とする直接焼入れ工程による高強度高じん
性ボロン添加厚鋼板の製造法。