JPS63190117A - 直接焼入れ法による引張強さ７０Ｋｇｆ／ｍｍ２以上，降伏比９０％以下の高靭性低降伏比極厚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） この発明は、直接焼入れ法による降伏比９０％以下の高
靭性低降伏比高張力鋼板の製造方法に関し、とくに鋼板
の変形能を増大させ、鋼構造物の安全性増加を目指して
高張力鋼の低降伏比化を図り、橋梁、建築、水圧鉄管お
よび圧力容器などへの有利な適用を成就しようとするも
のである。

一般に引張強さが４０ｋｇｆ／ｍｘｒ”級の軟鋼では、
その降伏比の値がおよそ６０〜７０％程度と低いのに反
し、鋼の引張強さを増大させるにつれて降伏比は高くな
る傾向にあり、近年使用量の増しつつある引張強さ７０
〜１１０　ｋｇｆ７ｗｍ”級の高張力鋼では通常降伏比
が９０％以上のように高くなるため、建造物の設計上の
要注意事項とされている。

降伏比は、鋼板が降伏したのち破断にいたるまでの余裕
を示すものと考えられ、その値が低いほど変形能が大き
く、一様伸びおよび全伸びが大きいので、鋼構造物の安
全性の点で有利であるのは明らかである。

また、鋼構造物の疲労特性向上の面からも低降伏比の高
張力鋼板の開発が要望される。

（従来の技術） 引張強さ７０〜１１０　ｋｇｆ／ｍ”もの高張力鋼を製
造するには、その強度確保のために組織をマルテンサイ
ト主体とする必要があるが、焼入れままでは靭性が低く
かつ板厚方向の強度が不均一である。

従って、従来焼入れ後６００°Ｃ程度の温度で焼もどし
処理を施すことによって鋼板の靭性向上と板厚方向の強
度の均一化が図られてきたわけであるが、この場合、鋼
板の降伏比は９０％を超える高い値となるのは避は難か
った。

この問題を解決する試みとして、焼もどし工程を省いて
焼入れままでの低降伏比を利用することも考えられては
いるが、前述の如く単なる焼入れまま鋼板では靭性が低
く、とくに板厚方向の強度不均一となるために、未だ実
用に供しうる鋼板は製造されていない。

また、二相域焼入れ法によってマルテンサイト地にフェ
ライトを混合させた二相混合組織とすることによって降
伏比を低下させる試みが８０ｋｇｆ／ｎ＋ｍ”扱高張力
鋼について報じられている（“低降伏比８０キロ級高張
力鋼およびその溶接部の基本特性″、溶接学会論文集、
　　３−３．１９８５　（参照））。しかし、この場合
もフェライトが軟かいため従来の焼入れ一焼もどし鋼板
と同程度の強度を得るには炭素当量を従来鋼より高める
必要があって、鋼構造物建造時に最も重要である鋼板の
溶接割れ感受性が増加する欠点は不可避である。

（発明が解決しようとする問題点） 従来の７０〜１１０　）ｃｇｆ／ｍｍ”扱網の焼入れ一
焼もどし鋼と同等以下の炭素当量で、同等程度の強度を
もち、しかも降伏比を９０％以下となし得る低降伏比高
張力鋼の製造を可能にすることにあわせて従来の焼入れ
まま鋼において認められた板厚方向の強度分布差をたと
え板厚７５ｍ以上の極厚鋼板においても低減することが
、この発明の目的とするところである。

（問題点を解決するための手段） この発明は Ｃ：　０．０５〜０．１３　ｗｔ％（以下単に％で示す
）、Ｓｉ　：　０．０５〜〜０．１９％、 Ｍｎ　：　０．７０〜１．３０％、 Ｃｒ　：　０．４０〜１．１０％、 Ｍｏ　：　０．４０〜１．１０％、 Ｖ　　：　０．０１〜０．１０　ｗｔ　％、Ａｌ　７０
．０１〜０．１０　ｗｔ％、Ｂ　　：０．０００５〜０
．００２％およびＮ　　：０．００４５％以下 を含有し、かつ下記式であらわされる炭素当量Ｃｅｑ。

が０．４２〜０．６５％である鋼スラブを、１０００〜
１１５０℃に加熱後、圧延仕上げ温度が鋼板表面で８８
０〜９６０℃となる熱間圧延を施し、該圧延終了後１０
〜６０秒の間に焼入れを開始することから成る、直接焼
入れ法による降伏比９０％以下の高靭性低降伏比高張力
鋼板の製造方法である。

この発明の発想の基礎は概ね次のとおりである。

１、再結晶オーステナイトが主体となる適切な圧延仕上
げ温度を選定することによって板厚方向の強度変化を少
な（する。

２、圧延終了後、焼入れ開始までの適切な時間範囲を選
定することによって、Ｂの焼入れ性向上効果を有効利用
する。

３、直接焼入れままで高靭性となる化学成分組成を見出
し、それに基づいて成分設計する。

発明者らは多数の鋼を溶製し、そのスラブを９５０〜１
２５０℃の種々の温度に加熱後、７５０〜９６０℃の種
々の温度で圧延を終了させた後、所定時間その温度に保
持したのち焼入れることによって、圧延仕上げ温度およ
び圧延終了後焼入れまでの時間が鋼板の強度および靭性
におよぼす影響について詳細に調べた。

その結果、未再結晶オーステナイトが主体となる温度域
で圧延を終了してから、焼入れる場合には、焼入れ温度
が低いため焼入れ性が低下し、極厚鋼板の板厚中心部に
おいて充分な強度が得られなかった。

一方、再結晶オーステナイト温度域で圧延を終了し、所
定の時間が経過した後、焼入れる場合は、焼入れままで
充分な靭性を有し、かつ板厚中心部まで充分な強度を有
する鋼板が得られた。

ここに高強度、高靭性が得られるのは、Ｂの挙動が大き
く寄与している。つまりＢはオーステナイト粒界に存在
する時に、粒界エネルギを下げて焼入れ性を向上させる
が、圧延終了後再結晶オーステナイト結晶粒の粒界にＢ
が存在する間に焼入れることによってＢの効果が効果的
に発揮されるのである。

この発明においては、このようなりの効果を最も有効に
活用するため、圧延終了後Ｂが粒界に存在する間すなわ
ち１０〜６０秒の間に焼入れを開始するようにしたとこ
ろに大きな特徴がある。

（作　用） つぎに、各成分の限定理由を述べる。

Ｓ−は、マルテンサイトの強化に最も有効な成分である
。０．０５％未満では強化効果が小さく、強度を得るた
めには他の合金成分を多量に添加する必要が生じ好まし
くない。一方、０．１３％を超えるとマルテンサイトが
脆弱化して靭性の劣化を招く。−針は、脱酸剤としての
作用の他に合金元素としての役割を持ち、この発明にお
いては炭化物の析出に影響を与えるので極めて重要な成
分である。

Ｓｉが０．０５％未満では脱酸剤としての効果は得られ
ず、一方その量が０．１９％を超えると低Ｓｉ化による
靭性向上効果が期待できない。

ハは、強度確保のために０．７０％以上必要であるが、
１．３０％を超えると溶接性や加工性を劣化させるので
０．７０〜１．３０％の範囲とする。

虹は、０．４０％未満では強度上昇効果に乏しく、一方
１．１０％を超えると直接焼入れ時に炭化物を析出し、
靭性劣化の一因となる。

ムは、焼入れ性向上および整粒効果の点から必要であり
、その効果を得るには０．４０％以上必要である。しか
し１．１０％を超えるとその効果が減少するので経済性
の点から０．４０〜１．１０％に限定する。

ｙ−は、焼戻し時に２次析出硬化により強度を上昇させ
る元素であるが、０．０１％未満では十分な効果が得ら
れず、０．１０％を超える添加は溶接性を害するので、
０．０１〜０，１０％の範囲に限定した。

」しは、脱酸およびＢ添加の効果を発揮させ、かつＮを
ＡＩＮとして固定する目的で添加するが、０．０１％よ
り少ないとその添加効果に乏しく、一方０．１０％を超
えると、悪影響を与えるので、０．０１〜０．１０％の
範囲に限定した。

しは、極く微量で鋼板の焼入れ性を高めるのできわめて
重要な成分である。とくにこの発明の鋼の開発の上で最
も重要な成分と云える。

しかし、その添加量が０．０００５％未満の場合にはＢ
による焼入れ性向上効果は期待できず、一方０．００２
％を超えるとＢ析出物を形成して焼入れ性向上に有効な
り量をかえって減少させ、またＢ析出物自体も焼入れ性
を低下させるので好ましくない。

Ｌは、ＢＮ等の窒化物を形成してＢの焼入れ性向上効果
を低減することおよび靭性の劣化を招くことから可能な
限り低減することが好ましい。０．００４５％以下とす
る場合には鋼板の靭性を損なうことなくＢを効果的に作
用せしめる。

次に下記（１）式 ％式％（） で示される炭素当ｉｌ印虹が０．４２％未満であると７
０ｋｇ　ｆ　／ｗａ　”以上の引張強さと良好な靭性を
同時に得ることは困難となり、また溶接熱影響部の軟化
を生ずる。一方、Ｃｅｑ、が０．６５％を超えると溶接
割れ感受性が増して割れ防止予熱温度が高くなり、溶接
施工能率の面から好ましくない。

以上必須成分について説明したが、この発明ではその他
靭性の向上や焼入性向上を目的としてＮｉを４％以下の
範囲で添加することができる。ここでＮｉの含有量を上
記範囲に限定した理由は４％を超えて添加しても得られ
る効果に比較してコストが高くなるからである。

またこの発明においては、Ｖの代りに０．０１５〜０．
０５０％のＮｂを添加しもしくはＮｂとν併用でも同様
の効果が得られる。

さらに、ｘ　−７’　ｕＡ”Ｗの変化による材質バラツ
キを避け、圧延時の鋼板表層部と中心部の温度差を小さ
くして、安定した材質の鋼板を製造するためにはスラブ
加熱温度を限定する必要がある。

この発明においては加熱温度が１１５０℃を超えるとオ
ーステナイト粒の粗大化によって強度は得られるものの
靭性が劣化する。一方、スラブ加熱温度が１０００°Ｃ
未満の場合にはオーステナイト粒は細粒化して強度の低
下が生じ、それに伴なって靭性も劣化する。

従って、安定した強度と靭性を備えた鋼板を製造するた
めには圧延前のスラブは１０００〜１１５０°Ｃの温度
範囲に加熱する必要がある。

圧延比よザ１皮も鋼板の材質に与える影響は太き（、圧
延仕上げ温度は鋼板表面温度で８８０〜９６０°Ｃとす
る必要がある。

というのは鋼板表面温度が８８０℃未満では、圧延終了
後再結晶が生じ難く、一方９６０°Ｃを超えると結晶粒
が粗大化し、靭性の劣化を招くからである。

ついで上記の如き仕上げ圧延後、焼入れ処理を施すわけ
であるが、焼入れ開始時間は、圧延終了後、１０〜６０
秒の間とする必要がある。というのは圧延終了後、再結
晶オーステナイト粒界にＢが移動するためには少なくと
も１０秒かかるので、１０秒未満で焼入れしても充分な
強度が得られず、一方６０秒を超えるとＢＮが析出する
ので焼入れ性が低下するからである。

また、この発明の鋼においては、焼入れ後４００°Ｃ以
下の低温域であればとくにｍ旦を施してもその強度、靭
性および降伏比に大きな変化は生じない。−例を第１図
に示す。

（実施例） 表１はこの発明に従う化学組成を有する鋼塊と好適成分
範囲を逸脱した化学組成の鋼塊、計３鋼塊を溶製し、ス
ラブ加熱温度、圧延仕上げ温度。

圧延終了後から焼入れまでの時間を違えて板厚１００腫
の鋼板を製造し、板厚２および２位置におけるＹ、Ｓ、
、　Ｔ、Ｓ、オヨび一６０°Ｃで（７）２ｍｍＶ／ッチ
シャルビー吸収エネルギを調べた結果である。

化学組成、スラブ加熱温度、圧延仕上げ温度。

圧延終了後から焼入れまでの時間のいずれもがこの発明
の範囲内にある場合には板厚２および％位置いずれにお
いても良好な強度と靭性を有する低降伏比の高張力鋼板
が得られた。

一方、上記製造条件のいずれか一つが欠けると化学組成
が同一であっても強度は低く、また＋Ａも位置における
靭性はきわめて低い。とくに製造条件がこの発明範囲内
であっても化学組成が範囲外の場合は、Ｖ、　ｔおよび
ＶＧ　ｔいずれの位置においても靭性は低かった。

（発明の効果） この発明は、従来の焼入れ一焼もどし法と同等ないしは
それ以下の炭素当量の組成で、同程度の強度を有しかつ
高靭性低降伏比の極厚高張力鋼板を容易に得ることがで
き、従来法と比較すると省工程、省エネルギーおよび添
加元素の削減などの面で有利なだけでなく、引張強さ７
０〜１１０　ｋｇｆ／ｌｒｍ”級の高張力鋼を用いる橋
梁、建築、海洋構造物。

水圧鉄管、圧力容器等の網構造物の安全性を高めること
ができるので、これらの分野に広く適用することが可能
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、鋼板の強度や靭性に及ぼす焼もどし温度の影
響を示したグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｃ：０．０５〜０．１３ｗｔ％、 Ｓｉ：０．０５〜０．１９ｗｔ％、 Ｍｎ：０．７０〜１．３０ｗｔ％、 Ｃｒ：０．４０〜１．１０ｗｔ％、 Ｍｏ：０．４０〜１．１０ｗｔ％、 Ｖ：０．０１〜０．１０ｗｔ％、 Ａｌ：０．０１〜０．１０ｗｔ％、 Ｂ：０．０００５〜０．００２ｗｔ％およびＮ：０．０
   ０４５ｗｔ％以下 を含有し、かつ下記式であらわされる炭素当量Ｃｅｑ．
   が０．４２〜０．６５ｗｔ％である鋼スラブを、１００
   ０〜１１５０℃に加熱後、圧延仕上げ温度が鋼板表面で
   ８８０〜９６０℃となる熱間圧延を施し、該圧延終了後
   １０〜６０秒の間に焼入れを開始することを特徴とする
   、直接焼入れ法による降伏比９０％以下の高靭性低降伏
   比高張力鋼板の製造方法。 記 Ｃｅｑ．＝（Ｃ）＋１／２４（Ｓｉ）＋１／６（Ｍｎ）
   ＋１／５（Ｃｒ）＋１／４（Ｍｏ）＋１／４０（Ｎｉ）
   ＋１／１４（Ｖ） （式中の元素記号は合金成分含有量〔ｗｔ％〕）