JPH0941077A - 亀裂伝播停止特性に優れた高張力鋼板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】不測の原因により脆性破壊が発生しても、亀裂
伝播を阻止することによりその影響を一定範囲に制限す
ることを保証し得る、大型鋼構造物の使用に好適なＴＳ
７８０ＭＰａ以上の高張力鋼板およびその製造方法の提
供。 【解決手段】Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｎ
ｂ、Ｂ、Ｔｉを特定した鋼板上下面のそれぞれ板厚５％
以上に相当する表層部が平均粒径１０μｍ以下の旧オー
ステナイト粒径をもつマルテンサイト組織またはマルテ
ンサイト・ベイナイト混合組織からなる鋼板の圧延を中
断し、上下面表面温度を３５０℃以上でＡｒ₃ 点より２
５℃以上低い温度まで水冷し、途中停止した後、表層部
ではオーステナイト未再結晶領域に、同時に鋼板中心部
ではオーステナイト再結晶領域にある状態で累積圧下率
５０％以上の圧延を行い、復熱終了後焼入れ焼戻る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、海洋構造物、タン
ク、ペンストックなどの大型鋼構造物に使用される低温
靱性に優れた、とくに低温での亀裂伝播停止特性に優れ
た高張力鋼板、およびその鋼板を高い生産性のもとに製
造する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】海洋構造物、タンク、ペンストックなど
の大型鋼構造物に使用される高張力鋼板は、高度の安全
性を確保するために優れた低温靱性が要求される。近年
では、小型のシャルピ−試験などによって得られる低温
靱性のほかに、不測の事態を考慮して、たとえ不可抗力
により亀裂が発生してもそれが大きく伝播しないことを
保証する亀裂伝播停止特性も併せて要求されることが多
い。低温靱性および亀裂伝播停止特性を向上させる手段
として、従来よりＮｉ含有量を増加させる方法が知られ
ている。しかし、Ｎｉ量の増加は合金コストの上昇を伴
うので、Ｎｉ量を増加させずに低温靱性、とりわけ亀裂
伝播停止特性を向上させる方法が要望されてきた。

【０００３】特開平５−２７１７６０号公報には、Ｎｉ
量を増加させることなく低温靱性を向上させる方法が開
示されている。ここでは、圧延の途中で鋼片を一旦冷却
し、表層部をＡｒ₃ 点以下に冷却した後、Ａｃ₃ 点以上
に復熱させ未再結晶域で圧延を再開する方法が提案され
ている。この方法は、圧延中の鋼板を急速に冷却し表面
と中心部の温度差に起因する変形抵抗の差により板厚中
心に多くの加工歪を加え、変態によって生じるフェライ
ト粒径を微細化しようとするものである。ここで開示す
る方法が対象とする鋼は、引張強さ（ＴＳ：Tensile St
rength）５００ＭＰａを主体とする低強度レベルの鋼で
あり、組織もフェライト・パ−ライトに限定される。

【０００４】亀裂伝播停止特性の向上を目的とする方法
は、特開平５−２７１７５７号公報に開示されている。
この方法は、圧延途中で表層部をＡｒ₁ 点以下に冷却し
フェライトを充分生成した後、圧下を施し、その後復熱
する間にフェライト中の転位を再配列させ表層部の組織
を微細化しようとするものである。表層部のフェライト
粒を微細化して靱性を向上すると、中心部で脆性破壊が
生じても表層部では脆性破壊とならず、延性破壊とな
る。表層部の延性破壊のうちでも、表層部においてせん
断破壊した部分をシアリップという。シアリップは、延
性破面を呈するだけでなく、大きな塑性変形域を持ち、
鋼板表面に対して一定の角度をなす。シアリップが発生
すると、亀裂伝播に要するエネルギ−は高くなり、板厚
全体の亀裂伝播停止特性は向上する。しかし、この方法
もシアリップの大きさ、すなわち深さがある程度以上大
きくないと亀裂伝播停止特性に実質的に影響を及ぼすま
でに至らないし、対象とする鋼も強度レベルの低いフェ
ライト・パ−ライト組織に限られる。本発明が対象とす
る７８０〜９５０ＭＰａ級高張力鋼では、脆性破面中に
肉眼で容易に観察しうるほどの大きさの明瞭なせん断破
壊、すなわちシアリップを伴うことは稀である。

【０００５】さらに、本発明が対象とする高強度レベル
の高張力鋼では、表層部は焼入れに際して焼きが入りす
ぎ、靱性が低下する問題がある。表層部は焼入れ冷却速
度が大きいため焼入れによって得られる組織がマルテン
サイト一相となり、混合組織の効果により分断されない
ので、旧オ−ステナイト粒径が微細でなければ、実質的
に粗大な組織となるからである。このため後記するＥＳ
ＳＯ試験を行うと、表層部で脆性破壊が先行して、鋼板
の亀裂伝播停止特性は表層部により劣化する事態が生じ
る。ただし、表面は３方向の応力の拘束を受けないので
脆性破壊を先行させることはなく、実際はその少し内側
が亀裂伝播停止特性を劣化させることになる。

【０００６】以下において、「表面」とは鋼板の文字通
り表面をいい、「表層部」とは鋼板の表面および内部を
含んだ一定範囲を指すものとする。また、「表面温度」
というとき、外部から測定した表面温度を指すものとす
る。

【０００７】また、鋼片の熱間圧延において冷却して表
層部と中心部に温度差をつけ、冷却中断後、復熱する過
程で行う圧延を二次圧延といい、当該冷却前の圧延を一
次圧延という。両者を区別せず、それぞれを、単に、圧
延というときもある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は現有の設備を
用い、かつ高価な合金元素を使用することなく、優れた
低温靱性および亀裂伝播停止特性をもつ７８０〜９５０
ＭＰａ級高張力鋼板およびその製造方法を提供すること
を課題としてなされたものである。本発明の具体的な目
的は従来の技術では達成困難であった下記〜の特性
を兼備する高張力鋼板を提供することにある。

【０００９】７８０ＭＰａ以上の引張強さ（ＴＳ）、 ２ｍｍＶノッチシャルピ−試験（ＪＩＳ Ｚ ２２４
２）での−８０℃における吸収エネルギ−２００Ｊ以
上、 後記するＥＳＳＯ試験における破壊靱性値Ｋｃａ＝６
５６ｋｇｆ／ｍｍ^1.5 となる温度が−７０℃以下。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、ＴＳレベ
ル７８０〜９５０ＭＰａ級の高張力鋼板の板厚方向の組
織を変化させて、低温靱性、とくに低温での亀裂伝播停
止特性を向上させる検討をおこなった。その結果、以下
の組織を有する鋼板およびその組織を与える圧延および
熱処理方法が目的を達成することを確認した。

【００１１】ここに、本発明はつぎに示す鋼板およびそ
の鋼板を製造する製造方法を要旨とする。（図１参照） （１）重量％で、Ｃ：０．０２〜０．１５％、Ｓｉ：
０．３０％以下、Ｍｎ：０．４〜１．５％、Ｃｕ：１．
４％以下、Ｎｉ：０．５０〜６．０％、Ｃｒ：０．８％
以下、Ｍｏ：０．８％以下、Ｎｂ：０．０５％以下、
Ｖ：０．０８％以下、Ｂ：０．００２５％以下、Ｔｉ：
０．０３％以下、ｓｏｌＡｌ：０．００１〜０．０８％
およびＮ：０．００６％以下を含み、残部がＦｅおよび
不可避的不純物からなる組成を有する鋼板であって、該
鋼板上下面のそれぞれ板厚５％以上に相当する表層部
が、平均粒径１０μｍ以下の旧オ−ステナイト粒をもつ
マルテンサイト組織、またはマルテンサイトとベイナイ
トの混合組織から構成されることを特徴とする低温での
亀裂伝播停止特性に優れた高張力鋼板。

【００１２】（２）前記（１）に記載する範囲の組成を
有する鋼片の熱間圧延において、一次圧延後、表面温度
９５０℃以上から、平均冷却速度１５℃／ｓ以上にて冷
却し、表面温度がＡｒ₃ 点より２５℃以上低い温度でか
つ３５０℃以上の温度範囲に至った後、冷却を中断し、
外部の熱源によってまたは鋼片内部の熱によって表面温
度がＡｃ₁ とＡｃ₃ の中間温度以上に復熱させる過程
で、冷却停止から復熱終了までの間に累積圧下率５０％
以上の二次圧延を行い、鋼板表層部に対してはオ−ステ
ナイト未再結晶域の温度範囲にて、同時にまた板厚の中
心から上下にそれぞれ２０％以上の範囲に相当する鋼板
中心部に対してはオ−ステナイト再結晶領域の温度範囲
にて圧下を付与し所定の板厚の鋼板とした後、焼入れ
し、Ａｃ₁ 点以下で焼戻すことを特徴とする低温での亀
裂伝播停止特性に優れた高張力鋼板の製造方法。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に上記発明に係る鋼板の組
成、組織および圧延熱処理条件等に分けて説明する。

【００１４】１．鋼板の組成（以下、「％」は重量％を
意味する。） Ｃ：０．０２〜０．１５％ Ｃは強度上昇に有効な元素であり、そのためには０．０
２％以上が必要である。しかし、０．１５％を超えて含
有すると靱性および溶接性が劣化するので上限を０．１
５％とする。

【００１５】Ｓｉ：０．３０％以下 Ｓｉは脱酸に有効な元素であるが、０．３０％を超えて
含有すると溶接熱影響部の靱性が劣化するだけでなく、
加工性も劣化するので上限を０．３０％とする。鋼板の
性能上、含有量は０でもよいが、Ｓｉを０にすると脱酸
時にＡｌの損失が大きくなるので、通常はＳｉを添加し
て脱酸をおこなった後残存する程度のＳｉ含有量、例え
ば０．０１％程度が下限として好ましい。

【００１６】Ｍｎ：０．４〜１．５％ Ｍｎは強度上昇に有効な元素であり、そのためには０．
４％以上が必要である。しかし、１．５％を超えると靱
性が劣化し、またＡｒ₃ 点等の変態点が低下して本発明
で必要とする圧延が低温になり変形抵抗が増加するの
で、上限を１．５％とする。

【００１７】Ｃｕ：１．４％以下 Ｃｕは強度上昇に有効な元素であるが、１．４％を超え
ると靱性が劣化するので、上限を１．４％とする。Ｃｕ
は添加しなくてよいが添加する場合は０．２％以上とす
ることが好ましい。０．２％以上含有しないと効果が明
瞭に現れないからである。

【００１８】Ｎｉ：０．５０〜６．０％ Ｎｉは脆性亀裂の伝播停止特性および低温靱性を改善す
るので０．５０％以上は含有しなければならない。ま
た、Ｃｕ添加に起因する鋼材表面の割れを防止する効果
があるので、Ｃｕ含有量の半分以上を含有することが望
ましい。しかし、６．０％を超えてもコストアップに見
合うだけの強度上昇と靱性改善が得られないため上限を
６．０％とする。

【００１９】Ｃｒ：０．８％以下 Ｃｒは無添加でもよい。強度確保のために添加する場合
は０．３〜０．７％とすることが望ましい。０．８％を
超えると靱性が劣化するとともに、Ａｒ₃ 点等の変態点
が低下して低温での圧延が必要となり、変形抵抗上昇に
伴い圧延能率が低下するので上限を０．８％とする。

【００２０】Ｍｏ：０．８％以下 Ｍｏは無添加でもよい。強度確保のために添加する場合
は０．３〜０．８％とすることが望ましい。０．８％を
超えると靱性が劣化するとともに、変態点が低下し低温
での圧延が必要となるので上限を０．８％とする。

【００２１】Ｎｂ：０．０５％以下 Ｎｂは無添加でもよい。しかし結晶粒の微細化に有効な
元素であり、そのためには、０．００５％以上は必要で
ある。０．０５％を超えると靱性が劣化するばかりかオ
−ステナイト再結晶温度域を著しく制限するので、望ま
しい含有量は０．００５〜０．０５％である。

【００２２】Ｖ：０．０８％以下 Ｖは無添加でもよい。しかし、強度確保のためには、
０．０１〜０．０６％程度を含有することが好ましい。
０．０１％以上含有しないと強度が明瞭に向上しないか
らであり、０．０６％以下が好ましいのは極めて優れた
靱性を確保するためである。０．０８％以下とする理由
は０．０８％を超えると靱性が劣化するためである。

【００２３】Ｂ：０．００２５％以下 Ｂは無添加でもよい。しかし、強度確保のためには０．
０００３〜０．００２０％を含有することが望ましい。
０．０００３％含有しないと効果が発揮されないからで
あり、０．００２０％以下が望ましいのは極めて優れた
靱性を確保するためである。０．００２５％以下とする
のは、それを超えると靱性が劣化するからである。

【００２４】Ｔｉ：０．０３％以下 Ｔｉは無添加でもよい。しかし、Ｔｉはスラブ加熱時の
結晶粒の微細化に有効な元素であり、添加する場合は
０．００５％以上含有することが望ましい。また、Ｎｂ
を添加した場合にはＮｂによって助長される連続鋳造ス
ラブ表面のヒビワレを抑制するのに微量Ｔｉが有効であ
り、０．００５％以上でこのような効果を発揮する。
０．０３％を超えると靱性が大きく劣化するので上限を
０．０３％とする。

【００２５】ｓｏｌＡｌ：０．００１〜０．０８％ Ａｌは脱酸剤として有効な元素であり、０．００１％以
上含有しないと凝固時にピンホ−ルを発生するので、ｓ
ｏｌＡｌとして０．００１％以上とする。しかし、ｓｏ
ｌＡｌとして０．０８％を超えると靱性が劣化するので
上限を０．０８％とする。

【００２６】Ｎ：０．００６％以下 Ｎは不純物として鋼に混入する以上は添加しない。しか
し、０．００６％を超えると溶接部の靱性が劣化するの
で０．００６％以下の含有量とする。

【００２７】２．組織 本発明に係る鋼板の特徴は上下面表層部におけるつぎの
組織にある。

【００２８】平均的に微細な旧オ−ステナイト粒（具
体的には１０μｍ以下。測定方法は後記する。） マルテンサイト組織またはマルテンサイトとベイナイ
トの混合組織 焼入れによって生成する表層部の組織はマルテンサイト
組織またはマルテンサイトとベイナイトの混合組織でな
ければならない。これらの組織でないと高強度を確保で
きないからである。マルテンサイトまたはベイナイトは
旧オ−ステナイト粒界を保存したまま変態するので、旧
オ−ステナイト粒径は靱性に直ちに影響する。マルテン
サイト組織またはマルテンサイトとベイナイトの混合組
織の場合、これら組織毎の大きさに加えて、これらの粒
界も実質的に組織を分断するからである。さらに、圧延
加工歪を残した偏平形状のオ−ステナイトから焼入れる
ため焼入性が低下して靱性に好適なマルテンサイトおよ
びベイナイト混合組織が生じる領域が表面近くまで拡大
する。また、たとえ表面近くの表層部がマルテンサイト
一相の組織となっても、組織は実質的に微細になる。偏
平形状の粒は、粒界面積の粒内体積に対する比率が高く
なり、粒界から発生するマルテンサイトの核発生密度が
向上し、その分、粒内は微細に区分けされるからであ
る。ここで偏平形状とはオ−ステナイト粒が板厚方向に
圧下を受け、潰れた形状を指す。表層部の旧オ−ステナ
イト粒径は鋼板幅方向に垂直な断面内において、ランダ
ムな方向１５方向について各１ｍｍ長さ測定した平均値
である。

【００２９】この旧オ−ステナイト粒径が平均粒径で１
０μｍ以下となる表層部の板厚比率は片側５％以上、上
下面合わせて１０％以上なければならない。上下面それ
ぞれ５％未満では鋼板として充分な亀裂伝播停止特性が
得られないからである。また、この表層部の板厚比率は
片側２０％以下、上下面合わせて４０％以下であること
が望ましい。片側２０％を超え、上下面合わせて４０％
を超えると復熱しても板厚全体にわたって充分高温にな
らずオ−ステナイト化する比率が低下して、強度が低め
になるからである。

【００３０】ここで、鋼板中心部は、等方的な微細オ−
ステナイト粒から変態したマルテンサイトもしくはベイ
ナイトまたはこれらの混合組織からなる。良好な靱性を
有する高いＴＳレベルの高張力鋼が、通常、持つ組織で
ある。

【００３１】鋼板として試験した場合、表層部が上記し
た組織であれば、表層部で脆性破壊が先行することはな
く、むしろ低温で発生する鋼板中心部の脆性亀裂進展を
表層部が防止する役割を果たす。その結果、鋼板として
の亀裂伝播停止特性は向上する。このとき、表層部では
せん断破壊こそ生じないが、この温度条件でも中心部と
異なり、延性破面を呈する。すなわち、高ＴＳレベルの
高張力鋼ではたとえシアリップを生じなくても、表層部
の靱性を向上させれば、鋼板としての亀裂伝播停止特性
を向上させることができる。

【００３２】鋼板の上下面表層部において、平均粒径が
１０μｍ以下の場合、−８０℃程度の低温でも充分な靱
性を有し、亀裂伝播停止特性を向上させることができ
る。これらマルテンサイトまたはマルテンサイトとベイ
ナイトの混合組織は通常焼戻された状態で使用される
が、焼戻しを受けない状態の組織も本発明の範囲内に含
まれる。

【００３３】表層部においてこのような組織を持つ鋼板
は次に説明する圧延および熱処理方法によって製造する
ことができる。

【００３４】３．圧延および熱処理条件 鋼片加熱温度：鋼片加熱温度は、完全にオ−ステナイト
化することおよび後記する冷却後復熱中の圧延において
鋼板中心部の温度を再結晶領域とするために９５０℃以
上、望ましくは圧延能率向上のために１０００℃以上と
する。しかし、オ−ステナイト結晶粒の粗大化を防止す
るため１２５０℃を上限とするのが望ましい。

【００３５】圧延および冷却：加熱後、鋼片は一次圧延
に供され、その後鋼片は冷却される。冷却開始前の表面
温度は中心部と大きな差異はない。図１は鋼板製造中の
表面温度、表層部温度Ａ（表面から板厚の５％の厚さ位
置）および中心部の温度Ｂ（板厚中心位置）を示す図面
である。同図において、強制冷却開始温度は表面温度で
９５０℃以上から行わなければならない。このときの冷
却速度は、表層部と板厚中心部との温度差が充分つき板
厚中心部では高温に保たれるように表面での冷却速度で
１５℃／ｓ以上となる条件で冷却する必要がある。表面
温度９５０℃以上から、冷却速度１５℃／ｓ以上にて冷
却することにより、後記する復熱途中の二次圧延の際、
表層部では未再結晶域圧延であり同時に中心部では再結
晶域圧延となる状態が現出する。冷却速度が大きくなり
すぎ冷却が適切な温度域で停止しないことを避けるため
に、平均冷却速度は２５℃／ｓ以下が望ましい。これら
冷却速度は通常の制御冷却装置により制御できる範囲内
のものである。

【００３６】なお、表面温度は実測することができる
が、内部の温度分布は測定が容易でないので計算によっ
て推定した。

【００３７】冷却における表面温度：前記した冷却にお
ける表面温度は、Ａｒ₃ 点より２５℃以上低くかつ３５
０℃以上にする必要がある。この結果、表面のみならず
表面から板厚５％以上内側に入った位置においてもＡｒ
₃ 点以下に冷却され転位密度の高いマルテンサイトある
いはベイナイトが生成する。これら自体に対しても圧下
を加え、さらに転位密度を高くすると、復熱によりオ−
ステナイトに逆変態するとき極めて微細なオ−ステナイ
ト粒が得られる。

【００３８】この冷却により板厚中心部に効果的に圧下
をかけることが可能となる。本発明の組成範囲内の鋼の
場合、Ａｒ₃ 点は、フェライト変態開始温度ではなく、
ベイナイトまたはマルテンサイトの変態開始温度を意味
し、４５０〜５００℃付近の温度である。充分な量のベ
イナイトまたはマルテンサイトを生成させるには、Ａｒ
₃ 点より５０℃以上低い温度に冷却されることが望まし
い。Ａｒ₃ 点より５０℃以上低い温度に冷却することに
より、Ａｒ₃ 点以下に冷却される表層部は表面片側づつ
板厚の５％を超え、したがって合計１０％を超える。こ
の結果、微細な組織の範囲が広がり、かつ中心部への圧
下の効果が強化される。しかし、３５０℃より低温に冷
却すると鋼板中心部にも冷却の効果が及び、復熱が不十
分となるので３５０℃より低くすることは避けなければ
ならない。

【００３９】復熱中の圧延：図１に示すように、表面温
度をＡｒ₃ 点より２５℃以上低い温度に急冷し、途中で
その冷却を停止した後、外部の熱源によって加熱した
後、または鋼片内部の熱によって復熱中に二次圧延を行
う。外部の熱源による加熱は、あくまで補助的な加熱で
あり、中心部と表層部の温度の高低を逆転させるほどの
加熱は行わない。この加熱はガス加熱炉、高周波加熱装
置あるいは直接通電加熱装置等による加熱でよく、加熱
方法にはとくに制約はない。外部からの加熱は圧延ライ
ン上で行ってもよいし、またバイパスを設けてバイパス
を通過中に行ってもよい。急冷停止からＡｃ₁ とＡｃ₃
の中間温度以上に復熱する間に累積圧下率５０％以上の
二次圧延を行う。この二次圧延は、鋼板表層部に対して
はオ−ステナイト未再結晶域の温度範囲にあり、同時に
板厚中心から上下に２０％以上合計４０％以上に相当す
る鋼板中心部（図１に示す中心部）に対してはオ−ステ
ナイト再結晶領域の温度範囲となる状態で圧下を付与す
ることになる。表層部と中心部とで温度差があり、かつ
表層部は未再結晶温度域での圧延により加工歪が解消せ
ずに加工硬化しているので、圧下は板厚中心部に有効に
かかり、内部の再結晶したオ−ステナイト粒径を微細化
する。鋼板の表層部および中心部の温度分布は前記した
ように計算により推定可能である。

【００４０】ここで「未再結晶温度域」とは、圧延加工
後、つぎの圧延加工までの期間、およそ１５秒間、その
圧延で導入した転位密度が２５％以上残る温度域をい
う。「再結晶領域」とは、それを満たせない温度領域を
いうものとする。

【００４１】「板厚中心から上下に２０％以上合計４０
％以上の範囲に相当する鋼板中心部をオ−ステナイト再
結晶領域」としたのは、次の理由による。未再結晶状
態から焼入れると焼入性が低下して、マルテンサイトと
ベイナイトの混合組織等の機械的性質にとって好適な組
織が得られずに、強度および靱性が劣化する。具体的に
は粗大ベイナイト一相組織が生成するのを避けるためで
ある。鋼板としての低温靱性に与える影響が大きいの
は、板厚中心部であり、その部分に対して圧下を有効に
付与して組織微細化を通じて靱性を向上させる。鋼板と
しての性質を支配するのは鋼板中心部であり、板厚中心
から上下に２０％以上合計４０％以上の範囲をとらなけ
れば、その目的を達成することができない。また、板厚
中心から上下にそれぞれ４０％以下合計８０％以下であ
ることが望ましい。上下にそれぞれ４０％を超え、合計
８０％を超えると中心部への圧延圧下による細粒化効果
が明確でなくなり組織が粗大化して、中心部の靱性がや
や劣化するからである。

【００４２】表層部に対して未再結晶領域での圧下とし
たのは、次の理由による。表層部は未再結晶状態のた
め加工硬化状態が維持され板厚中心部に対して有効に圧
下が付与される。そのような配慮をしても圧下は表層
部に対して相対的により多く付与され、未再結晶領域で
圧延した結果、表層部のオ−ステナイト粒は圧下方向に
つぶされ偏平な形状となり、マルテンサイトまたはベイ
ナイトに変態した後もその粒界は保存される。その結
果、偏平形状のオ−ステナイトからマルテンサイトまた
はマルテンサイトとベイナイトの混合組織が生成する。
このような偏平形状のオ−ステナイトから変態する場合
の利点は前記した通りである。

【００４３】二次圧延の累積圧下率を５０％以上とする
のは、累積圧下率で５０％以上ないと前記した鋼板中心
部および表層部での効果が充分得られないからである。
この累積圧下率は大きなほどよい。

【００４４】板厚中心部の温度：上記した冷却における
中心部温度は、再結晶温度域にとどめる必要がある。そ
の理由は上記した通りである。中心部温度が再結晶領域
にとどまるように、冷却開始の表面温度、表面での冷却
速度および冷却停止表面温度を上記したように制限し
た。

【００４５】復熱後焼入れ前の表面温度：復熱した表面
温度は、強度確保の観点とオ−ステナイト粒を微細に保
つためにＡｃ₁ 点とＡｃ₃ 点のちょうど中間の温度以上
とする必要がある。それより低温では、表面から板厚５
％程度までの表層部では焼戻された組織が大部分となり
充分な量のオ−ステナイトが生じないからである。この
ため、焼入れによって充分な量のマルテンサイトまたは
ベイナイトを得ることができず、必要な強度が得られな
いからである。また、同時に、焼入れ前にフェライトと
オ−ステナイトの入り組んだ２相組織とならず、組織の
分断が有効にできないからである。

【００４６】復熱後の焼入れ：復熱後の焼入れに関して
は、７８０〜９５０ＭＰａ級の引張強さを確保するため
に急速冷却、例えば帯状ノズルから高圧水を噴射させる
などの冷却をしなければならない。鋼板中心部まで完全
に焼きを入れるためである。

【００４７】焼戻し：上記の処理に引き続いて通常、Ａ
ｃ₁ 点以下における焼戻しを施すが、用途によってはさ
ほど高い靱性を必要としない場合もあり、そのような用
途に対しては焼戻しを行わなくてもよい。

【００４８】鋼片加熱温度を９５０℃以上のできるだけ
９５０℃に近い温度に加熱して圧延を行い、冷却にいた
るまでの圧延をできるだけ低温側に移行させてオ−ステ
ナイト粒をできるだけ微細化して本発明による効果を一
層高める方法は本発明の範囲に含まれる。

【００４９】

【実施例】つぎに本発明の実施例について説明する。

【００５０】表１は本発明で定める組成範囲内の組成を
有する発明鋼５種およびその範囲外の比較鋼７種の組成
を示す一覧表である。表２はこれら鋼のＡｃ₁ 点および
Ａｃ₃ 点を示す一覧表である。これらの組成を有する鋼
を実験室的に溶製し、鋳造により得られた鋼片を種々の
圧延および熱処理条件に供し板厚５０および７８ｍｍの
鋼板とした。表３はこれらの圧延、冷却および熱処理条
件を示す一覧表である。また表４はこのような圧延およ
び冷却に伴う板厚中心部および表層部での熱履歴を示す
一覧表である。

【００５１】

【表１】

【００５２】

【表２】

【００５３】

【表３】

【００５４】

【表４】

【００５５】これら鋼板の表層部の組織は表面を含め
て、いずれもマルテンサイトを主体としベイナイトが混
入した組織であった。表層部、板厚１／４ｔおよび１／
２ｔ部（中心部）より試験片を採取して、引張試験、２
ｍｍＶノッチシャルピ−衝撃試験および亀裂伝播停止特
性を評価する温度勾配型ＥＳＳＯ試験をおこなった。板
厚１／４ｔの結果は、表層部と板厚中心部との中間より
もやや中心寄りの位置での性質を表す。図２は温度勾配
型ＥＳＳＯ試験の試験片および亀裂の概要を表した図面
である。本試験では、温度勾配をつけた大型の試験片に
一様応力を負荷し、試験片端部に強制的に発生させた亀
裂を試験片内部に突入させ、停止した地点の温度および
亀裂長さを求める。これらより破壊靱性値Ｋｃａを求め
ることができるが、温度勾配型ＥＳＳＯ試験ではＫｃａ
の一定の温度依存性を利用して少数の試験で広い温度範
囲のＫｃａを求めることができる。表５は、前記した表
３および表４に記載された製造方法により製造された鋼
板の表層部の旧オ−ステナイト粒径、１／４ｔおよび１
／２ｔ部の強度と靱性および亀裂伝播停止特性を示す一
覧表である。表５において、破壊靱性値Ｋｃａ＝６５６
ｋｇｆ／ｍｍ^1.5 となる温度を採用した理由は、Ｋｃａ
が６５６ｋｇｆ／ｍｍ^1.5 あれば亀裂の伝播を阻止でき
るからであり、この値を示す温度が低いほど亀裂伝播停
止特性は良好である。本発明例において、母材の引張り
強度７８０ＭＰａ以上、−８０℃でのシャルピ−衝撃試
験において２００Ｊ以上の吸収エネルギ−が得られるこ
とが分かる。また、ＥＳＳＯ試験において、本発明例は
Ｋｃａ＝６５６ｋｇｆ／ｍｍ^1.5となる温度がいずれも
−８０℃以下という優れた亀裂伝播停止性能が得られ、
比較例と歴然とした差異を生じている。この温度を５〜
１０℃低くするのにＮｉのみであれば約１％の添加を要
することを考慮すると、本発明の効果がいかに大きいか
知ることができる。

【００５６】

【表５】

【００５７】

【発明の効果】本発明に係る鋼板は前述の組成および組
織をもつことにより、引張り強さ７８０ＭＰａ以上で、
靱性も良好である。特に表層部においてきわだって組織
が微細であるために鋼板として亀裂伝播停止性能が高
い。本発明鋼を人口密集地のタンクあるいは寒冷域での
海洋構造物またはペンストックに用いることにより、不
測の原因により脆性破壊が発生してもその亀裂伝播を阻
止するができるので、大災害に至らぬよう一定の安全性
を保証することができる。本発明鋼は前述の方法によっ
て容易にかつ安価に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は鋼板製造中の表面温度、表層部温度およ
び中心部の温度を示す図面である。

【図２】図２は、温度勾配型ＥＳＳＯ試験の試験片およ
び亀裂の概要を表した図面である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量％で、Ｃ：０．０２〜０．１５％、Ｓ
   ｉ：０．３０％以下、Ｍｎ：０．４〜１．５％、Ｃｕ：
   １．４％以下、Ｎｉ：０．５０〜６．０％、Ｃｒ：０．
   ８％以下、Ｍｏ：０．８％以下、Ｎｂ：０．０５％以
   下、Ｖ：０．０８％以下、Ｂ：０．００２５％以下、Ｔ
   ｉ：０．０３％以下、ｓｏｌＡｌ：０．００１〜０．０
   ８％およびＮ：０．００６％以下を含み、残部がＦｅお
   よび不可避的不純物からなる組成を有する鋼板であっ
   て、該鋼板上下面のそれぞれ板厚５％以上に相当する表
   層部が、平均粒径１０μｍ以下の旧オ−ステナイト粒を
   もつマルテンサイト組織、またはマルテンサイトとベイ
   ナイトの混合組織から構成されることを特徴とする低温
   での亀裂伝播停止特性に優れた高張力鋼板。
2. 【請求項２】請求項１に記載する範囲の組成を有する鋼
   片の熱間圧延において、一次圧延後、表面温度９５０℃
   以上から、平均冷却速度１５℃／ｓ以上にて冷却し、表
   面温度がＡｒ₃ 点より２５℃以上低い温度でかつ３５０
   ℃以上の温度範囲に至った後、冷却を中断し、外部の熱
   源によってまたは鋼片内部の熱によって表面温度がＡｃ
   ₁ とＡｃ₃ の中間温度以上に復熱させる過程で、冷却停
   止から復熱終了までの間に累積圧下率５０％以上の二次
   圧延を行い、鋼板表層部に対してはオ−ステナイト未再
   結晶域の温度範囲にて、同時にまた板厚の中心から上下
   にそれぞれ２０％以上の範囲に相当する鋼板中心部に対
   してはオ−ステナイト再結晶領域の温度範囲にて圧下を
   付与し所定の板厚の鋼板とした後、焼入れし、Ａｃ₁ 点
   以下で焼戻すことを特徴とする低温での亀裂伝播停止特
   性に優れた高張力鋼板の製造方法。