JP3229107B2 - 一様伸びの優れた低降伏比高張力鋼板の製造方法 - Google Patents
一様伸びの優れた低降伏比高張力鋼板の製造方法Info
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Description
の優れた、引張強さが60〜80kgf/mm2 級の高張力鋼
板の製造方法に関するものである。
観点から、地震時を想定した変形に対しても建築物の崩
壊を招かないような設計がなされるようになってきてお
り、そのために、鋼板に必要な特性として、低降伏比
(降伏比=降伏強度/引張り強度)や高一様伸び特性が
求められてる。
と焼戻し熱処理の間にフェライト(α)+オーステナイ
ト(γ)二相域に加熱する中間熱処理を施す方法(以
降、QLT処理)に代表されるように、軟質相としての
αと硬質相としてのベイナイトあるいはマルテンサイト
を混在させることにより達成される。このような二相組
織鋼を得るための従来の技術は、一般的に複雑であり、
生産性の低下を生じやすい。即ち、上記のQLT処理で
は工程が増加するため、製造コストの増加及び生産性の
低下を招く。
て、熱間圧延後、直接焼入れする、いわゆるDQ工程に
おいて、圧延後、直ちに焼入れせずに、αが一定量生成
するまで放冷した後、焼入れて二相組織とする方法(以
降DLT処理)が挙げられる。しかし、この方法ではQ
LT処理に比べて中間熱処理は省略できるものの、圧延
から焼入れまでの待ち時間が長くなるため、生産性の低
下は避けられない。また、待ち時間が長いため板内の温
度不均一が生じやすく、そのため、材質の板内変動が大
きくなりがちである。加えて、QLT処理にせよDLT
処理にせよ、材質の安定、靭性の向上のために最後に施
す焼戻し処理も工程の増加、生産性の低下につながる。
さらに、組織中にαを生成させるため、高強度化が困難
であり、引張強さが60〜80kgf/mm2 級の高張力鋼を
製造するためには通常の製造法によるよりも合金元素の
含有量を高める必要があり、この点でも経済的に不利で
ある。
因の不明確さから低降伏比化に比べて向上が難しい。一
般的には鋼の強度が高くなるにつれて一様伸びは低下す
る傾向にあるため、高強度鋼ほど一様伸びの確保が困難
となる。低降伏比化と同じように、QLT処理等により
α相を生成させた二相組織とすることにより改善される
と考えられているが、このような方法では上記の低降伏
比化と同じ欠点を有することになり、本発明において対
象としているような引張強さ60kgf/mm2 以上の高強度
鋼に対してはその適用が制限される。
いて従来から提示されている一様伸びの改善方法として
は、例えば、特開平5−140644号公報に開示され
ているように、Moを含有する鋼をα−γ二相共存域に
再加熱して固溶C濃度を極端に低下させた上で、圧延を
加えることにより圧延方向の一様伸びを向上させる方法
がある。この方法によれば軟質のα相を比較的生産性を
阻害することなく生成できるが、加熱温度が通常の鋼片
加熱温度に比べて極端に低いため、加熱炉によっては操
業が難しい場合もあり、また均一加熱に時間を要した
り、溶体化が不十分となる恐れがある。また、材質の異
方性も生じやすいと考えられる。あるいは、降伏強度が
95kgf/mm2 以上の超高張力鋼において、特開平4−7
4846号公報に示されるような、時効析出強化による
一様伸びの向上方法が示されているが、強度が80kgf/
mm2 以下の鋼に対しては一般的な手段とは言い難い。以
上から、引張強さが60〜80kgf/mm2 級の高張力鋼板
の一様伸びの向上方法が確立されているとは言い難く、
生産性が高く、経済性に優れた、一様伸びの良好な低降
伏比高張力鋼板の製造技術の確立が望まれる。
の高張力鋼板を代表とする、低降伏比でかつ良好な一様
伸び特性を要求される厚鋼板の製造方法を提供すること
にある。さらに具体的には、引張強さが60〜80kgf/
mm2 級程度の低降伏比でかつ良好な一様伸び特性を有す
る高張力厚鋼板の生産性の高い製造方法を提供すること
にある。
理やDLT処理に代表される、軟らかいα相を生成させ
ることによる一様伸びの向上に替わる手段を検討した結
果、Cの存在状態により一様伸びは大幅に変化し得、ま
た、Cの状態を適正にすれば、生産性を阻害するプロセ
スによって軟質α相を生成させることは必須でないこと
を見い出し、本発明を確立した。
C:0.01〜0.20%、Si:0.20〜1.5
%、Mn:0.30〜2.5%、Al:0.005〜
0.1%、N:0.001〜0.01%を含有し、以下
の(1)式で示す炭素当量(Ceq.)が0.30〜0.6
0%で、残部Fe及び不可避不純物からなる鋼片をAc
3変態点以上、1150℃以下の温度に加熱し、オース
テナイトの再結晶域圧延に続く未再結晶域の圧延の累積
圧下率が30%以上の圧延を行った後、5℃/s以上の冷
却速度で600〜500℃の温度範囲まで第1の強制冷
却を行った後、1℃/s以下の冷却速度で冷却し、さらに
450〜400℃の温度範囲から5℃/s以上の冷却速度
で200℃以下まで第2の強制冷却を行うことを特徴と
する一様伸びの優れた低降伏比高張力鋼板の製造方法で
ある。Ceq.=C%+(Mn%/6) ………(1)
20%、Si:0.20〜1.5%、Mn:0.30〜
2.5%、Al:0.005〜0.1%、N:0.00
1〜0.01%を含有し、さらに、Cr:0.01〜
1.0%、Ni:0.01〜3.0%、Mo:0.01
〜1.0%、Cu:0.01〜1.5%、Ti:0.0
03〜0.10%、V:0.005〜0.20%、N
b:0.003〜0.05%、B:0.0003〜0.
0020%の1種または2種以上を含有し、以下の
(2)式で示す炭素当量(Ceq.)が0.30〜0.7
0%で、残部Fe及び不可避不純物からなる鋼片をAc
3 変態点以上、1150℃以下の温度に加熱し、オース
テナイトの再結晶域圧延に続く未再結晶域の圧延の累積
圧下率が30%以上の圧延を行った後、5℃/s以上の冷
却速度で600〜500℃の温度範囲まで第1の強制冷
却を行った後、1℃/s以下の冷却速度で冷却し、さらに
450〜400℃の温度範囲から5℃/s以上の冷却速度
で200℃以下まで第2の強制冷却を行うことを特徴と
する一様伸びの優れた低降伏比高張力鋼板の製造方法で
ある。 Ceq.=C%+(Mn%/6)+{(Cu%+Ni%)/15} +{(Cr%+Mo%+V%)/5} …………(2)
てのα相を生成させて一様伸びを向上させる方法では、
その製造方法は複雑な工程を通らざるを得ない。従っ
て、生産性が高く、簡便な製造方法とするためには、α
相を生成させずに一様伸びを向上させる方法の確立が必
要となる。本発明者らはこの観点から一様伸びの改善方
法の研究に取り組み、冷却変態において、初析αをほと
んど生成せずにベイナイト主体の変態を生じた場合でも
ベイナイト変態後の冷却条件を適正化してCの存在状態
を制御することにより良好な一様伸び特性を得ることが
可能であることを見い出した。
来のα+硬質相組織鋼での改善方法と同様にマトリクス
の一様伸び特性改善が必要である。そして、マトリクス
の一様伸び特性に対しては、Cの存在状態が複雑に影響
する。C量の低減等によって固溶C量を低減できれば一
様伸び特性は向上可能であるが、実用鋼では一定量以上
のCを含有することは不可避であり、また、ベイナイト
変態組織では変態温度が低くなるため、マトリクス中の
固溶Cを一様伸びの向上に有効な程度に低減することは
通常の製造方法におていは容易ではない。そこで固溶C
をセメンタイトとして析出させることが必要である。
あり、その析出形態によって一様伸びは大きく変化す
る。本発明者らがCの固溶、析出形態と一様伸び特性を
詳細に検討した結果、一様伸びを最も劣化させるのは、
マトリクス内にセメンタイトが微細に析出する場合であ
ることが判明した。即ち、マトリクス中に微細にセメン
タイトが析出するとマトリクスの変形能が極端に低下す
る。従って、このような析出形態を回避することにより
一様伸び特性を向上させることが可能となる。
450℃程度以下の低温での焼戻しあるいはこの温度域
に保持あるいは徐冷することにより顕著に生じるが、通
常の製造条件においては、ベイナイト変態する高強度鋼
ではこの温度域以上でのCの析出が抑制されるため、わ
ずかではあっても、マトリクス内のセメンタイトの微細
析出が生じていて一様伸びを劣化させる。そこで、この
セメンタイトの微細析出を回避して良好な一様伸びを得
るための最適な製造条件を検討した結果、冷却変態させ
る場合において、変態後、温度が比較的高い間にセメン
タイトを粒界に粗大に析出させて固溶Cを極力低減した
上で、マトリクス内で微細析出しやすい温度域を急冷す
ることにより一様伸び特性が改善する方法が好ましいと
の結論に至った。この方法では若干量の固溶Cが残存す
るが、マトリクス内にセメンタイトが微細に析出する場
合に比べて一様伸びへの悪影響は小さくなる。
において、靭性を劣化させる粗大な組織を形成せず、強
度確保に必要なベイナイト主体組織とする必要から60
0〜500℃の温度範囲までは5℃/s以上の冷却速度で
強制冷却する必要がある。強制冷却を600℃超の温度
で停止すると粗大組織の形成を抑制できず、また初析α
の量も増加するため、強度、靭性確保が困難となる。一
方、この強制冷却停止温度が500℃未満であると、引
き続き行う徐冷過程で、一様伸び特性に悪影響の大きい
微細セメンタイトの析出を抑制することが不十分となる
ため、γ域からの強制冷却を停止する温度は600〜5
00℃の温度範囲とする必要がある。
速度で徐冷することによって、強制冷却によって過飽和
に固溶しているCを粒界に粗大析出させて、一様伸び特
性に対する悪影響を除く。この徐冷によってもわずかに
はCは固溶Cとして残り、そのまま冷却して温度が低下
した状態ではマトリクス内に微細に析出する可能性が高
いため、微細セメンタイトの析出の恐れのある温度域は
さらに急冷する必要があるが、その強制冷却開始温度は
450〜400℃の温度範囲が適当である。
に十分な速度として5℃/s以上必要である。この低温で
の強制冷却は鋼板温度が200℃以下になるまで継続し
て行う必要があるが、200℃未満になればCの拡散速
度が顕著に小さくなり、セメンタイト析出の恐れがなく
なるため、200℃未満の強制冷却は必須ではない。た
だし、低温でも長時間保持されるような場合は微細析出
を生じる可能性があるため、200℃未満の温度域も放
冷程度の冷却速度で冷却することが好ましい。
ために最も重要な要件についての説明であるが、安定し
て一様伸び特性を向上させ、その他の材質特性も劣化さ
せないためには、上記の変態及び変態後の冷却に関わる
部分以外に、変態前の加熱、熱間圧延条件も併せて規制
すべきである。即ち、変態前のγが粗大であると、変態
後の組織も粗大となるため、強度低下や靭性劣化を生じ
る。また、一様伸び特性に対しても粗大組織よりも微細
組織の方が有利である。従って、変態後の組織の微細化
を目的として、加熱及び熱間圧延条件を以下のように限
定する必要がある。
0℃以下とする。加熱温度がAc3変態点未満である
と、溶体化が十分でなく、未変態のα組織が残存するた
め、強度確保が困難となり、また最終的な組織の不均一
性が大きくなるために靭性劣化の恐れも大きい。逆に、
加熱温度が1150℃を超えると、TiやNbを含有し
ていない鋼では加熱γ粒径が極端に粗大となり、その後
の熱間圧延によっても微細化が困難となるため、鋼の化
学成分によらず変態前のγ微細化を達成し、結果として
最終的な変態後の組織を微細化するためには加熱温度の
上限としては1150℃とする必要がある。
化した上で、熱間圧延を行うが、最終的な組織を微細化
するために、再結晶温度域での圧延に引き続き、未再結
晶温度域での圧延を行い、γを展伸させることによる変
態組織の微細化も図る必要があるが、その効果を明確に
発揮させるためには未再結晶温度域の圧下率は30%以
上とする必要がある。
るが、強度、延性、低温靭性等、所望の材質を確保する
ためには製造方法だけでなく、化学成分も適正範囲内と
する必要がある。以下に、本発明における化学成分の限
定理由を述べる。先ず、Cは鋼の強度を向上させる有効
な成分として添加するもので、0.01%未満では構造
用鋼に必要な強度の確保が困難であり、また、0.20
%を超える過剰の添加は一様伸び及び靭性、さらに耐溶
接割れ性等を著しく低下させるので0.01〜0.20
%の範囲とした。
の強度確保に有効な元素である。また、延性向上に有効
であるため0.20%以上添加させる必要がある。逆に
1.5%を超える過剰の添加は粗大な酸化物を形成して
延性や靭性劣化を招く。そこで、Siの範囲は0.20
〜1.5%とした。また、Mnは母材の強度、靭性の確
保に必要な元素であり、最低限0.30%以上添加する
必要があるが、溶接部の靭性、割れ性等材質上許容でき
る範囲で上限を2.5%とした。
素であり、効果を発揮するためには0.005%以上含
有する必要があるが、0.1%を超えて過剰に添加する
と、粗大な酸化物を形成して延性を極端に劣化させるた
め、0.005〜0.1%の範囲に限定する必要があ
る。NはAlやTiと結びついてγ粒微細化に有効に働
くが、強度、靭性向上に有効であるが、その効果が明確
になるためには0.001%以上含有させる必要があ
る。一方、過剰に添加すると固溶Nが増加して靭性や延
性に悪影響を及ぼす。許容できる範囲として上限を0.
01%とする。
の強度レベルに応じて母材強度の上昇の目的で、必要に
応じてCr,Ni,Mo,Cu,Ti,V,Nb,Bの
1種または2種以上を含有することができる。即ち、板
厚がそれほど大きくない引張強度が70kgf/mm2 程度以
下の鋼において基本成分で所望の強度を達成することも
可能であるが、板厚の大きい鋼あるいは引張強度が80
kgf/mm2 級の鋼の場合はCr,Ni,Mo,Cu,T
i,V,Nb,Bの1種または2種以上を適宜含有する
ことにより強度確保を計る必要がある。また、Ni,C
uは強度向上以外に靭性向上を目的としても添加する。
向上に有効な元素であるが、明瞭な効果を生じるために
は0.01%以上必要であり、一方、1.0%を超えて
添加すると、靭性が劣化する傾向を有するため、0.0
1〜1.0%の範囲とする。またNiは母材の強度と靭
性を同時に向上でき、非常に有効な元素であるが、効果
を発揮させるためには0.01%以上含有させる必要が
ある。含有量が多くなると強度、靭性は向上するが3.
0%を超えて添加しても効果が飽和するため、経済性を
考慮して、上限を3.0%とする。
るが、1.5%超の添加では熱間加工性に問題を生じる
ため、0.01〜1.5%の範囲に限定する。Tiは析
出強化により母材強度向上に寄与するとともに、TiN
の形成によりγ粒微細化にも有効な元素であるが、効果
を発揮できるためには0.003%以上の添加が必要で
ある。一方、0.10%を超えると、Alと同様、粗大
な酸化物を形成して靭性や延性を劣化させるため、上限
を0.10%とする。
より母材の強度向上に寄与するが、過剰の添加で延性や
靭性が劣化する。従って、延性、靭性の劣化を招かず
に、効果を発揮できる範囲として、Vは0.005〜
0.20%、Nbは0.003〜0.05%とする。B
は0.0003%以上のごく微量添加で鋼材の焼入れ性
を高めて強度上昇に非常に有効であるが、過剰に添加す
るとBNを形成して、逆に焼入れ性を落としたり、靭性
を大きく劣化させるため、上限を0.0020%とす
る。
鋼材の強度調整、材質確保のために、(1)式あるいは
(2)式で示される炭素当量を限定する必要がある。即
ち、本発明の方法では軟質なα相を生成させる必要はな
いが、この場合でも60kgf/mm2 級鋼としての強度を確
保するためにはCeq.を0.30%以上とする必要があ
る。一方、炭素当量を高めれば高強度化するが、C,S
i,Mnだけで強度を確保しようとする場合は、靭性及
び溶接性を損なわないために、(1)式の炭素当量を
0.60%以下とすべきである。また、Cr,Ni,M
o,Cu,Ti,V,Nb,Bも含めて強度調整する場
合はC,Si,Mnだけで強度確保する場合に比べて溶
接性や靭性の確保は容易となるため炭素当量の上限は
0.70%まで許容できる。
す。本発明の化学成分を有する鋼A〜鋼Gと、本発明の
化学成分範囲を逸脱している鋼H〜鋼Jにおいて表2に
示す製造条件により鋼板を製造し、機械的性質を調査し
た。板厚12mmの鋼板については板厚中心部より、それ
以外は板厚の1/4の位置より試験片を採取した。採取
方向のいずれも熱間圧延方向に平行な方向とした(L方
向)。機械試験結果も表2に示す。
本発明により製造したものであり、試験番号10〜15
(以降、比較法10〜15)は本発明のいずれかの要件
を満足していない。表2の機械的性質から明らかなよう
に、本発明による発明法1〜9はいずれも60kgf/mm2
以上の引張強度とほぼ80%以下の低降伏比と10%以
上の優れた一様伸びを有している。一方、本発明の要件
を満足していない比較法10は低温での急冷を行ってい
ないため、一様伸びが劣る。
した後、焼戻し処理を行った場合であるが、降伏比が高
い上に一様伸びも低い。比較法12は2回にわたる強制
冷却の温度域が適正範囲をはずれているため、やはり一
様伸びが劣る。比較法13は炭素当量が低いため、強度
が低い。この場合、変態温度が比較的高く、組織がα主
体の組織となり、高温でセメンタイト析出が生じるた
め、変態後の冷却を制御しても、強度が低い割に一様伸
びはあまり改善されない。比較法14はC量が過剰なた
め、一様伸びの改善が認められず、靭性も極端に劣化す
る。比較法15の場合は炭素当量が極端に高く、変態温
度が低くなるため、圧延後の冷却条件を制御してもCの
析出挙動が好ましい形態にならず、一様伸びが改善され
ない。以上の実施例から、本発明により優れた一様伸び
特性を有する低降伏比高張力鋼板を製造することが可能
であることが明らかである。
複雑な熱履歴により生産性を低下させることなく、低降
伏比かつ一様伸び特性の良好な厚鋼板を製造できる画期
的な方法であり、製造コストの低減、構造物としての安
全性の向上等、産業上の効果は極めて大きい。
Claims (2)
- 【請求項1】 重量%で、 C :0.01〜0.20%、 Si:0.20〜
1.5%、 Mn:0.30〜2.5%、 Al:0.005〜
0.1%、 N :0.001〜0.01% を含有し、以下の(1)式で示す炭素当量(Ceq.)が
0.30〜0.60%で、残部Fe及び不可避不純物か
らなる鋼片をAc3 変態点以上、1150℃以下の温度
に加熱し、オーステナイトの再結晶域圧延に続く未再結
晶域の圧延の累積圧下率が30%以上の圧延を行った
後、5℃/s以上の冷却速度で600〜500℃の温度範
囲まで第1の強制冷却を行った後、1℃/s以下の冷却速
度で冷却し、さらに450〜400℃の温度範囲から5
℃/s以上の冷却速度で200℃以下まで第2の強制冷却
を行うことを特徴とする一様伸びの優れた低降伏比高張
力鋼板の製造方法。 Ceq.=C%+(Mn%/6) ………(1) - 【請求項2】 重量%で、 C :0.01〜0.20%、 Si:0.20〜
1.5%、 Mn:0.30〜2.5%、 Al:0.005〜
0.1%、 N :0.001〜0.01% を含有し、さらに、 Cr:0.01〜1.0%、 Ni:0.01〜
3.0%、 Mo:0.01〜1.0%、 Cu:0.01〜
1.5%、 Ti:0.003〜0.10%、 V :0.005〜
0.20%、 Nb:0.003〜0.05%、 B :0.0003
〜0.0020% の1種または2種以上を含有し、以下の(2)式で示す
炭素当量(Ceq.)が0.30〜0.70%で、残部F
e及び不可避不純物からなる鋼片をAc3 変態点以上、
1150℃以下の温度に加熱し、オーステナイトの再結
晶域圧延に続く未再結晶域の圧延の累積圧下率が30%
以上の圧延を行った後、5℃/s以上の冷却速度で600
〜500℃の温度範囲まで第1の強制冷却を行った後、
1℃/s以下の冷却速度で冷却し、さらに450〜400
℃の温度範囲から5℃/s以上の冷却速度で200℃以下
まで第2の強制冷却を行うことを特徴とする一様伸びの
優れた低降伏比高張力鋼板の製造方法。 Ceq.=C%+(Mn%/6)+{(Cu%+Ni%)/15} +{(Cr%+Mo%+V%)/5} …………(2)
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JP02445794A JP3229107B2 (ja) | 1994-02-22 | 1994-02-22 | 一様伸びの優れた低降伏比高張力鋼板の製造方法 |
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JPH07233414A JPH07233414A (ja) | 1995-09-05 |
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