JPS6366368B2

JPS6366368B2 -

Info

Publication number: JPS6366368B2
Application number: JP58033958A
Authority: JP
Inventors: Nozomi Komatsubara; Seiichi Watanabe
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1983-03-02
Filing date: 1983-03-02
Publication date: 1988-12-20
Also published as: JPS59159932A

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、強度が高く、しかも優れた靭性を
も有する高張力鋼板を、低コストで能率良く製造
する方法に関するものである。近年、世界の経済事情は益々複雑化の兆しをみ
せてきており、これにともなつて各種建造物や機
械装置等の溶接構造物にも大型化や使用環境の広
範囲化が目立つようになつてきた。そして、これ
らに対処すべく、高張力鋼板の需要も増加の一途
をたどつてきている。ところで、これらの高張力鋼板には、当然のこ
とながら強靭性、溶接性、経済性等に優れている
ことが要求されており、その製造方法としては、
前記特性をできるだけ十分に備えたものが得られ
るように、制御圧延法と焼入れ焼戻し法が広く利
用されている。しかし、前記制御圧延法には、それによつて得
られる鋼板強度の向上に限界があることや、圧延
に時間がかかりすぎて生産性の低下を招く等の問
題があり、また焼入れ焼戻し法には、再加熱焼入
れ処理を必要とするために経済性が低下するとい
う不都合な問題を抱えていた。このようなことから、最近に至つて、一旦冷却
することなく直ちに焼入れし、焼戻しを行うとい
う直接焼入れ焼戻し法も実施されるようになつて
きており、経済性を低下させることなく強度を増
大させることができるということから大きな注目
を集めるようになつてきた。例えば、Nbを0.005〜0.016％含有させた構造用
合金鋼では直接焼入れ焼戻し法の効果が顕著に現
われるので、通常の焼入れ焼戻しに比べて大幅な
強度向上を実現できることが知られているが、こ
れは、通常の焼入れ焼戻し法に比べて直焼入れ法
は加熱温度が高く、従つてNb（Ｃ、Ｎ）等の炭窒
化物を固溶させることが容易であつてオーステナ
イト状態での固浴Nb量を増大させることができ、
それ故、焼入れ後の焼戻し処理時にNbC或いは
Nb（Ｃ、Ｎ）の析出量が増加して強度を向上させ
るからである。しかしながら、実際操業をふまえた本発明者等
の長期にわたる実験、検討の結果、前記直接焼入
れ焼戻し法にも、得られる鋼板に強度ムラができ
るのを回避できないばかりか、期待するほどの靭
性を確保できないという問題点が存在するとの認
識を得るに至つたのである。即ち、直接焼入れを行う場合、通常の鋼中には比較
的多量のＮが含有されていることもあつて、存
在するNbCやNb（Ｃ、Ｎ）を十分に固溶させ
ようとして高温に加熱すると、鋼中のAlNも
同時に分解し、固溶Ｎ量が増大する。従つて、
低温度域での圧延中に、或いは圧延終中後直接
焼入れを行うまでの間にNb（Ｃ、Ｎ）等の析出
が起つてしまい、固溶Nb量が減少するために、
焼戻し時のNbCの析出量が減少して十分な強
度上昇を得ることができない、一方、このように低温度域での圧延中、或い
は圧延終了後直接焼入れを行うまでの間にNb
（Ｃ、Ｎ）やAl等の析出が始まると、これがフ
エライトの核生成を促進して焼入れ性を低下さ
せるという現象をも引き起し、これによつて強
度及び靭性が低下するので、より多くの合金元
素を添加してこれを補う必要がある、さらに、Nb（Ｃ、Ｎ）等を完全に固浴させる
ために高温に加熱した場合、オーステナイト結
晶粒が粗大化してしまつてその後の熱間圧延に
よつてもこれを十分に微細化することが難かし
くなるので、通常の焼入れ焼戻しを行つた場合
に比べて結晶粒が粗大となり、この点からも靭
性劣化を来たす、等の不都合が見出されたのである。本発明者等は、従来の直接焼入れ焼戻し法にみ
られる上述のような問題点を解決して、強度並び
に靭性ともに優れている高張力鋼板を、コスト安
く高能率で製造する方法を見付け出すべく、特に
高温加熱を必要とする原因になると考えられる鋼
中Ｎに着目して詳細な研究を行つた結果、 (a) 鋼中のＮはAlと結びついてAlNを形成する
が、AlNが多すぎると圧延中や圧延終了後焼
入れを行うまでの間にこれが析出して、前記の
ようにフエライトの核生成を促進し、靭性劣化
を招く。そこで、Ｎ量を下げると、圧延中や、
圧延終了後焼入れを行うまでの間のAlNを析
出しないで、焼戻し時にはじめてAlNを析出
するようになるので、それほど靭性を劣化する
ことなく強度向上を図れること、 (b) しかしながら、単純にＮ量を下げるとオース
テナイト粒の粗粒化を招き、靭性改善の妨げと
なるが、鋼中に微量のTiを添加すると、これ
が微細なTiNを生成させて高温加熱時のオー
ステナイト結晶粒の粗大化を防止し、鋼の靭性
を大幅に向上する。しかしこの場合、Tiの添
加量が従来の一般的なTi添加鋼のように0.01％
を越えるようなことがある。低Ｎ鋼であるが故
に、過剰なTiが焼戻し時にTiCとして析出して
鋼材の靭性を著しく劣化させるので、Tiの添
加量を特に微量に制限することが重要であるこ
と、 (c) このように、低Ｎ化し、微量のTiを添加し
た鋼にさらに適当量のNbを添加したものを熱
間圧延し、直接焼入れ焼戻しすると、鋼材組織
中にはAlNのほかにNb（Ｃ、Ｎ）等もが析出さ
れることとなり、鋼材強度がさらに向上するこ
と、この場合、NbCやNb（Ｃ、Ｎ）はTi（Ｃ、
Ｎ）よりも低温度で鋼中に固溶するので、加熱
温度を適当に選択すれば、微量のTiNのみが
析出してオーステナイト粒の粗大化を阻止し、
焼戻し時にはじめてNbCやNb（Ｃ、Ｎ）の析
出が起つて鋼材強度が更に向上することとな
る。 (d) 総じて、低Ｎ鋼に微量のTiを添加し、さら
に適量のNbをも含有させた鋼を熱間圧延して
直接焼入れ焼戻しを施せば、Ti添加によつて
加熱時のオーステナイト結晶粒の粗大化が防止
されるとともに、熱間圧延によつてオーステナ
イト結晶粒の微細化がなされ、さらに特定温度
以上で圧延を終了するとオーステナイトの再結
晶が促進して加工歪による焼入れ性の低下も防
止される上、焼戻し時のNbCやNb（Ｃ、Ｎ）
の析出で強度がより向上して、強度、靭性バラ
ンスの極めて優れた高張力鋼板が得られるこ
と、以上(a)〜(d)に示される如き知見を得るに至つた
のである。次に、この発明の方法において、対象とする鋼
の成分組成、及びその他の鋼板製造条件を上述の
ように数値限定した理由を説明する。 (A) 化学成分量ＣＣ成分には、鋼板の焼入れ性と強度とを確
保する作用があるが、その含有量が0.03％未
満では前記作用に所望の効果が得られず、他
方0.20％を越えて含有させると溶接性を劣化
することとなるので、その含有量を0.03〜
0.20％と定めた。 Si Si成分には、鋼の脱酸作用と強度確保作用
とがあるが、その含有量が0.03％未満では前
記作用に所望の効果が得られず、他方0.50％
を越えて含有させると靭性を劣化するように
なることから、その含有量を0.03〜0.50％と
定めた。 Mn Mn成分には、銅の焼入れ性を向上する作
用があり、所望の焼入れ性を確保するために
は0.60％以上の添加が必要である。一方、
1.80％を越え含有させると、鋼の溶接性と靭
性とを劣化させることとなるので、その含有
量を0.60〜1.80％と定めた。 Ti成分の微量添加は、TiNを形成せしめ
るためのものであるが、TiNは1250℃程度
に過熱しても容易には溶解せず、オーステナ
イト結晶粒界を釘付けにしてオーステナイト
結晶粒の粗大化を防止する作用がある。しか
しながら、その含有量が0.003％未満では前
記作用に所望の効果を得ることができず、他
方0.010％を越えて含有させると、固溶Tiが
増加し、焼戻し時にTiCとして析出して靭性
を著しく劣化させるために、その含有量を
0.003〜0.010％と定めた。 Nb Nb成分には、直接焼入れ時の焼入れ性を
高めるとともに、焼戻し時に２次析出して鋼
板の強度を向上する作用があるが、その含有
量が0.01％未満では前記作用に所望の効果を
得ることができず、他方0.10％を越えて含有
させると靭性を著しく劣化させることとなる
ので、その含有量を0.01〜0.10％と定めた。 sol.Al sol.Al成分は、直接焼入れ焼戻しにおいて
はオーステナイト結晶粒の微細化というより
も、むしろ鋼中に存在する固溶ＮをAlNと
して固定して靭性を向上させるために重要な
成分であるが、その含有量が0.002％未満で
は満足できる効果を得ることができず、他方
0.100％を越えて含有させると鋼の靭性を劣
化させることとなるので、その含有量を
0.002〜0.100％と定めた。ＮＮ成分には、Tiと結合してTiNを生成す
ることによりオーステナイト結晶粒の粗大化
を防止するという重要な作用があり、また
AlやNbと結合して焼戻し後の鋼板の強度を
向上させる作用もあるが、その含有量が
0.0020％未満では前記作用に所望の効果を得
ることができず、他方0.0040％を越えて含有
させると、圧延中、或いは圧延終了後直接焼
入れを行うまでの間にNb（Ｃ、Ｎ）やAlN等
を析出して鋼の焼入れ性を低下し、強度及び
靭性を劣化することとなる上、このように
Nb（Ｃ、Ｎ）が析出すると固浴Nb量が減少
し、焼戻し時のNbCの析出量を少なくして
強度を更に低下することとなるので、その含
有量を0.0020〜0.0040％と定めた。 Cr Cr成分には、鋼の焼入れ性と強度を確保
する作用があるので必要により含有せしめら
れるものであるが、その含有量が0.05％未満
では前記作用に所望の効果が得られず、他方
0.75％を越えて含有させると靭性を劣化する
ようになることから、その含有量を0.05〜
0.75％と定めた。 Ni Ni成分には、鋼の焼入れ性を確保し、特
に低温靭性を向上する作用があるので必要に
より添加されるものであるが、その含有量が
0.05％未満では前記作用に所望の効果が得ら
れず、他方1.50％を越えて含有させると経済
的に不利となることから、その含有量を0.05
〜1.50％と定めた。 Mo Mo成分には、鋼の焼入れ性を増大させ、
かつ焼戻し軟化抵抗を高める作用があるので
必要により添加されるものであるが、その含
有量が0.05％末満では前記作用に所望の効果
を得ることができず、他方0.50％を越えて含
有させると溶接性を著しく劣化させるので、
その含有量を0.05〜0.50％と定めた。ＶＶ成分には、鋼の強度を高める作用がある
ので、より高強度の鋼板を必要とする場合に
添加含有せしめられるものであるが、その含
有量が0.01％未満では前記作用の所望の効果
を得ることができず、他方0.10％を越えて含
有させると靭性の劣化を招くようになること
から、その含有量を0.01〜0.10％と定めた。ＢＢ成分には、微量添加で鋼の焼入れ性を大
幅に向上する作用があるので、鋼板の強度及
び靭性をより向上する必要がある場合に添加
含有せしめられるものであるが、その含有量
が0.0020％を越えると粗大なM₂₃（Ｃ、Ｂ）₆が
生成されて鋼の靭性を劣化するようになるこ
とから、0.0020％以下にその含有量を限定し
た。なお、この発明においては、Ｎ量を
0.0020〜0.0040％と限定しているので、Ｂの
添加量を0.0010％以下にすることが望まし
い。 Cu Cu成分には、鋼の焼入れ性と強度を向上
する作用があるが、その含有量が0.05％未満
では前記作用に所望の効果を得ることができ
ず、他方0.50％を越えて含有させると熱間脆
性を示すようになることから、その含有量を
0.05〜0.50％と定めた。 (B) 加熱温度熱間圧延に際して、その加熱温度が1050℃未
満ではNbC等の難溶性炭化物等を十分に固溶
させることができず、他方1250℃を越える加熱
温度とするとTiNが粗大化してオーステナイ
ト粒の成長を抑止できなくなることから、加熱
温度を1050〜1250℃と定めた。 (C) 圧延仕上温度圧延仕上温度が900℃未満になると、加工さ
れたオーステナイトの再結晶が抑制されて加工
歪が残留することとなる。加工歪が残留する
と、フエライト或いはベイナイトの生成が促進
され、焼入れ性を低下させるので、鋼板の強度
及び靭性の劣化を来たすこととなる。従つて、
加工されたオーステナイトの再結晶を促進し、
加工歪の残留を防ぐため、圧延仕上温度を900
℃以上と定めた。 (D) 圧延後の焼入れ温度圧延終了後、Ar₃変態点以上の温度から焼入
れ

【表】

【表】 (注) ＊印は、本発明範囲から外れていることを示
すものである。

【表】

【表】＊印は、本発明の条件から外れていることを示すも
のである。
を行うのは、圧延後直ちに焼入れして焼入れ効
果を増幅し、十分な強度と靭性を得るためであ
り、前記温度未満では焼入れ効果を得ることが
できないためである。 (E) 焼戻し処理 Ac₁変態点以下で焼戻し処理を施すのは、鋼
板組織中にNbC等を析出させて、その強度と
靭性をより向上するためである。次いで、この発明を実施例により比較例と対
比しながら説明する。実施例まず、常法によつて第１表に示される成分組成
を有し、厚さ：100mmの鋼片Ａ〜Ｕを製造した。
次に、これを1150℃に加熱後熱間圧延を行い、圧
延仕上温度：930℃にて板厚：30mmの鋼板とし、
そのまま該温度から直接水焼入れした後、更に
630℃で焼戻しを施した。一方、これとは別に、第１表に示した鋼種Ａ〜
Ｏの、厚さ：100mmの鋼片を1150℃に加熱後熱間
圧延し、仕上温度：830℃で板厚：30mmの鋼板と
してから、そのまま該温度より直接水焼入れした
後、更に630℃で焼戻すという従来の低温仕上圧
延を行つた鋼板をも用意した。そして、これらの各鋼板の板厚中心部から、
JIS4号の２mmＶノツチシヤルピー試験片と、8.5
mmφで平行部長さ：50mmの丸棒引張り試験片を圧
延方向にそれぞれ採取し、その機械的性質を調査
した。その結果を、処理条件とともに第２表に示
した。第２表に示される結果からも、本発明の範囲内
の成分組成を有する鋼を直接焼入れ焼戻しすれ
ば、強度が高く、しかも靭性の良好な鋼板を製造
できることが明らかであり、一方、仕上圧延温度
が830℃と低くしたものは、本発明方法で得られ
た鋼板に比して強度、靭性ともに劣つており、良
好な強度・靭性バランスを達成できないことがわ
かる。また、比較鋼（従来鋼）を本発明の処理条件ど
おりに直接焼入れ焼戻ししても、得られる鋼板の
靭性が良好とはならず、やはり強度・靭性バラン
スの満足できる鋼板を得られないことが明白であ
る。上述のように、含Nb高張力鋼において、含有
Ｎ量を制御するとともに微量のTiを添加したも
のに、特定条件の圧延と直接焼入れ焼戻し処理を
施して高張力鋼板を製造するというこの発明によ
れば、強度・靭性ともに優れ、しかも溶接割れ感
受性の低い製品を、高価な添加合金元素を多量に
使用することなく、簡単な工程で得ることがで
き、橋梁、圧力容器、ペンストツク、各種タンク
等の溶接構造物の安全性を高め、低価格化を達成
することが可能となるなど、工業上有用な効果が
もたらされるのである。

Claims

【特許請求の範囲】１Ｃ：0.03〜0.20％、 Si：0.03〜0.50％、 Mn：0.60〜1.80％、 Ti：0.003〜0.010％、 Nb：0.01〜0.10％、 sol.Al：0.002〜0.100％、Ｎ：0.0020〜0.0040％、を含有し、 Fe及び不可避不純物：残り、から成る成分組成（以上重量％）の鋼を、1050〜
1250℃の温度域に加熱し、続いて900℃以上の温
度域で熱間圧延を施して所定の寸法の鋼板に仕上
げた後、Ar₃変態点以上の温度から直接焼入れを
行い、引続いてAc₁変態点以下の温度で焼戻すこ
とを特徴とする、強度及び靭性の優れた高張力鋼
板の製造方法。２Ｃ：0.03〜0.20％、 Si：0.03〜0.50％、 Mn：0.60〜1.80％、 Ti：0.003〜0.010％、 Nb：0.01〜0.10％、 sol.Al：0.002〜0.100％、Ｎ：0.0020〜0.0040％、を含有するとともに、さらに、 Cr：0.05〜0.75％、 Ni：0.05〜1.50％、 Mo：0.05〜0.50％、Ｖ：0.01〜0.10％、Ｂ：0.0020％以下、 Cu：0.05〜0.50％、のうちの１種以上をも含み、 Fe及び不可避不純物：残り、から成る成分組成（以上重量％）の鋼を、1050〜
1250℃の温度域に加熱し、続いて900℃以上の温
度域で熱間圧延を施して所定の寸法の鋼板に仕上
げた後、Ar₃変態点以上の温度から直接焼入れを
行い、引続いてAc₁変態点以下の温度で焼戻すこ
とを特徴とする、強度及び靭性の優れた高張力鋼
板の製造方法。