JPH01176029A - 加速冷却法による低降伏比高張力鋼板の製造法 - 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］ 本発明は加速冷却法による低降伏比高張力鋼板の製造法
に関し、さらに詳しくは、降伏比７５〜９０％で７０　
Ｋｇｒ／ｍｍ’以上の引張り強さを有する厚鋼板を加速
冷却法により製造する方法に関する。

［従来技術］ 従来の７０　Ｋｇｆ／ｍｍ”級、８０　Ｋｇｆ／ｍｉｆ
級橋梁用厚鋼板は強制冷却することなく室温まで冷却し
た後、焼入れ、焼戻し処理によって製造されており、降
伏比は９５％程度であった。

近年、８５％まで降伏比を下げた鋼板を制御圧延、加速
冷却、焼入れ、焼戻し法により製造する方法が提案され
ているが（溶接学会論文集、Ｖｏｌ。

５．１９８５．Ｎｏ、３．Ｐ２Ｓ５）、降伏比８０％前
後の降伏比を有する厚鋼板の製造法は提案されていない
。

近年、溶接構造用高張力鋼板の進歩は著しく、引張強さ
１００　Ｋｇｆ／ｍｍ”級まで実用化されつつあるが、
橋梁関係では従来の７０　Ｋｇｆ／＋ｎｎ＋”。

８０　Ｋｇｆ／＋ｎｍ”板鋼は降伏比が高く、降伏後破
壊に至るまでの耐負荷が小さいため、隠れた安全性とい
う観点では不安材料があり、これまで８０Ｋｇｆ／ｍｍ
”扱高張力鋼のこの分野での使用は極端に制限されてい
た。そして、この分野においても軽量化の要求が大きく
、隠れた安全性を有する低降伏比の７０Ｋｇｆ／ｍｍ１
級以上の高張力鋼板の出現が望まれていた。

［発明が解決しようとする問題点コ 本発明は上記に説明した従来における低降伏比の高張力
鋼板の製造法の問題点に鑑み、本発明者が鋭意研究を行
った結果、例えば、橋梁等の溶接構造物の隠れた安全性
を高め、かつ、構造物の軽量化を実現させるための加速
冷却法による低降伏比高張力鋼板の製造法を開発したも
のであり、冷間圧延鋼板、熱間圧延鋼板の分野において
は鋼の降伏比を下げる方法は開発、実用化されており、
そして、これらの鋼板はフェライトと５〜３０％のマル
テンサイトおよび状況によってはベイナイトや残留オー
ステナイトを含む組織構成を有しており、このマルテン
サイトの存在が降伏比を下げる上で有効とされているが
、この方法では、低降伏比は得られるが橋梁材として具
備しなければならない低い遷移温度、高いアッパーシェ
ルフエネルギー、溶接部の硬度分布、靭性等において致
命的な欠点のあることがわかり、特に、靭性値劣化の原
因が軟質のフェライトと硬質のマルテンサイトが粗く分
散することにあることを見出だし、そして、Ｎｂを含有
させることと適切な加速冷却速度を採用することにより
、フェライトを加速冷却中に極めて微細に析出させ、か
つ、残部も微細なベイナイト＋マルテンサイト組織とし
た後、適当な条件で焼戻しを行なうことにより、所望の
低降伏比、高強度、高靭性かえられる加速冷却法による
低降伏比高張力鋼板の製造法を開発したのである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明に係る加速冷却法による低降伏比高張力鋼板の本
製造法は、 （１）　　Ｇ　０．０３〜０．２ｖｔ％、Ｓｉ０．０３
〜０．５ｗｔ％、Ｍｎ　０．４〜２Ｊｗｔ％、ＡＩ　０
．０１〜０．１ｗｔ％、Ｍｏ　０．１〜０．５ｖｔ％、
Ｎｂ　０．０１〜０．０５ｗｔ％、Ｎｉ　０．３〜１．
５ｗｔ％ を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼を、
未再結晶オーステナイト域での圧下率が３０％以上で、
かつ、仕上圧延終了温度がＡｒ、以上となるように熱間
圧延した後、直ちに、Ａｒ３以上の温度から、２〜４０
℃／ｓｅｃの冷却速度で７５０℃以下まで加速冷却し、
その後、３００〜７００℃の温度範囲で焼戻し処理を行
なうことを特徴とする加速冷却法による低降伏比高張力
鋼板の製造法を第１の発明とし、 （２）　　Ｇ　０．０３〜０．２ｗｔ％、Ｓｉ０．０３
〜０．５ｖｔ％、Ｍｎ　０．４〜２．３ｗｔ％、Ａｌ　
０．０１〜０．１ｗｔ％、Ｍｏ　０．１〜０．５ｗｔ％
、Ｎｂ　０．０１〜０．０５ｗｔ％、Ｎｉ　０．３〜１
．５ｗｔ％ を含有し、さらに、 Ｖ　０．０２〜０．１５ｗｔ％、Ｃｒ　ＯＪ　〜１．５
ｗｔ％、Ｃｕ　０．２〜１．３ｗｔ％、Ｂ　０．０００
３〜０．００３ｗｔ％、Ｔｉ　０．００５〜０．０３ｗ
ｔ％ の１種または２種以上 を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼を、
未再結晶オーステナイト域での圧下率が３０％以上で、
かつ、仕上圧延終了温度がＡｒ３以上となるように熱間
圧延した後、直ちに、Ａｒ３以上の温度から、２〜ｂ ７５０℃以下まで加速冷却し、その後、３００〜７００
℃の温度範囲で焼戻し処理を行なうことを特徴とする加
速冷却法による低降伏比高張力鋼板の製造法を第２の発
明とする２つの発明からなるものである。

本発明に係る加速冷却法による低降伏比高張力鋼板の製
造法について以下詳細に説明する。

先ず、本発明に係る加速冷却法による低降伏比高張力鋼
板の製造法（以下単に本発明製造法ということがある。

）において使用する鋼の含有成分および含有割合につい
て説明する。

Ｃは強度上昇に有効な元素であり、含有量が０゜０３ｖ
ｔ％未満では強度上昇効果は少なく、また、０．２ｗｔ
％を越えて含有されると溶接性を劣化する。

よって、Ｃ含有量は０．０３〜０．２ｗｔ％とする。

Ｓｉは組織制御に有効な元素であり、含有量が０．０３
ｗｔ％未満では組織制御効果が発揮できず、また、０．
５ｖｔ％を越えて含有されると靭性の劣化を招来する。

よって、Ｓｔ含有量は０．０３〜０．５ｗｔ％とする。

ＭｎはＳｉと同じく組織制御に有効な元素であり、含有
量が０．４ｗｔ％未満では組織制御の効果は少なく、ま
た、２Ｊｖｔ％を越えて含有されるとバンド状組織を生
成し、Ｃ方向、Ｚ方向の靭性の劣化を招来する。よって
、Ｍｎ含有量は０．４〜２．３ｗｔ％とする。

Ａｌは脱酸剤として必要な元素であり、含有量ｈ＜　０
．０１ｗｔ％未満では脱酸剤としての効果はなく、また
、０．１ｗｔ％を越えて含有されるとこの効果は飽和す
る。よって、ＡＩ含有量は０．０１〜０．１ｗｔ％とす
る。

Ｍｏはベイナイト組織の生成に有効で、かつ、靭性値向
上に有効な元素であり、含有量が０．１ｗｔ％未満では
これらの効果は少なく、また、０．５ｗｔ％を越えて含
有されるとこれらの効果は飽和してしまう。よって、Ｍ
ＯＣ含有量０．１〜０．５ｗｔ％とする。

Ｎｂはγ粒径を微細化し、未再結晶圧延領域の拡大が図
れ、かつ、ベイナイト組織の微細化および強度上昇に寄
与する元素であり、含有量が０．０１ｖｔ％未満ではこ
れらの効果を発揮することはできず、また、０．０５ｖ
ｔ％を越えて含有されると効果は飽和してしまう。よっ
て、Ｎｂ含有量は０．０１〜０．０５ｗｔ％とする。

Ｎｉは溶接性と靭性の向上に有効な元素であり、含有量
が０．３ｗｔ％未満ではこの効果は少なく、また、１．
５ｗｔ％を越えて含有されると効果は飽和する。よって
、Ｎｉ含有皇は０．３〜１．５ｖｔ％とする。

■はγ粒径を微細化し、ベイナイト組織の微細化、強度
上昇への寄与、さらに、析出強化による強度上昇への寄
与に有効な元素であり、含有量が０．０１ｗｔ％未満で
はこのような効果は少なく、また、Ｇ、１５ｖｔ％を越
えて含有されるとこれらの効果は飽和してしまう。よっ
て、■含有量は０．ＣＩ２〜Ｑ　、　Ｉ　５ｗｔ％とす
る。

Ｃｒは組織制御に有効で、かつ、強度上昇に寄与する元
素であり、含有量が　０．３ｗｔ％未満ではこのような
効果は少なく、また、１．５ｗｔ％を越えて含有される
と効果のそれ以上の上昇は望めない。

よって、Ｃｒ含有量は０．３〜１．５ｗｔ％とする。

Ｃｕは溶接性および靭性の向上に有効な元素であり、含
有量が０．２ｗｔ％未満ではこの効果は少なく、また、
１．３ｗｔ％を越えると効果は飽和する。

よって、Ｃｕ含有量は０．２〜１．３ｗｔ％とする。

Ｂは組織制御に有効で、かつ、強度上昇に寄与する元素
であり、含有量が０．０００３ｗｔ％未満ではこの効果
は少な（、また、０．００３ｗｔ％を越えると効果は飽
和する。よって、Ｂ含有量は０．０００３〜０．００３
ｗｔ％とする。

ＴｉはＮを固定し、かつ、Ｂの効果を有効に活用させる
のに寄与する元素であり、含有量が０．００５ｗｔ％未
満ではこのような効果は少なく、また、０．０３ｖｔ％
を越えて含有されるとこの効果は飽和してしまう。よっ
て、Ｔｉ含有量は０．００５〜０．０３ｗｔ％とする。

次に、本発明製造法における製法について説明する。

上記に説明した含有成分および含有割合の鋼の加熱温度
は９００〜１１５０℃とするのが良く、特に、低温域で
加熱した方がγ粒が微細となり、変態後に得られる組織
が微細となり、靭性向上に有効であり、従って、圧延機
の能力、仕上温度の確保の許容される範囲で低温に加熱
することが望ましい。

熱間加工条件は、γ粒の微細化、γ粒内への変形帯の導
入は、変態後の組織を微細化し、靭性向上に有効である
ことから、オーステナイトの未再結晶域で３０％以上の
加工が必要で、例えば、熱間圧延を行う。

冷却条件は、加速冷却開始温度をＡｒ３未満では、空冷
中に粗大な初析フェライトが析出、靭性が劣化し、従っ
て、加速冷却の開始も熱間圧延終了後、直ちに行うこと
が必要である。冷却速度が２℃／ＳｅＣ未満では初析フ
ェライトが多量に、かつ、粗大に析出するために、強度
、靭性共に低くなり、また、４０℃／ｓｅｃを越えると
１００％ベイナイト＋マルテンサイト組織となって、降
伏比が高くなり過ぎる。さらに、組織中に適量の初析フ
ェライトを析出させるための、適正冷却速度は鋼の含有
成分と含有割合に依存し、この適正性冷却速度の範囲は
、例えば、次式を用いて求めることができる。

・ボロン無含有鋼 −１７，５−０８ｇ＋１０．２＜１ｎＲ（℃／Ｓ）＜　
−１７，５ｃｅｇ＋１２．６ ・ホ冶ン含有鋼 −１７，５−Ｃｅｇ＋９．５＜　１ｎＲ（℃／ｓ）＜　
−１７，５ｃｅｇ＋１１．９ ただし、 Ｃｅｇ＝Ｃ＋Ｓｉ／２４＋Ｍｎ／６＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ
１５＋ＭＯ／４＋Ｖ／１４ また、停止温度が７５０℃を越える高い温度になると、
引張強さが低くなり、７０　Ｋｇｆ／ｍｍ’を下回るよ
うになる。第２図に冷却停止温度とＴＳ。

ＹＲの関係を示す。

焼戻し温度が３００℃未満では、特に、処理前の降伏比
の低い材料ではＹＲが７５％以下となり、所望の特性が
得られない。例えば、後記する第１表に示す鋼２を用い
て１０００℃の温度に加熱し、８５０℃以下の温度にお
ける圧下率５０％、仕上温度７８０℃、冷却速度１０℃
／ｓｅｃ、停止温度５５０℃で３０＋＋ｕ＋＋ｔの厚鋼
板を製造し、焼戻し温度を変えた時のＴＳ、ＹＲＳＹＰ
ＥＩの関係を第１図に示す。焼戻し温度が３００℃未満
ではＹＲは加速冷却のままのＹＲと殆ど違わない低い値
であるが、３００〜７００℃の温度範囲で目標とするＹ
Ｒ７５〜９０％の範囲に入っており、かつ、降伏点伸び
も生じている。しかしながら、この温度範囲では、加速
冷却ままのミクロ組織の一部を構成するマルテンサイト
やセルフテンバードマルテンサイト、下部ベイナイト等
、降伏比を下げ、かつ、強化に寄与する低温変態生成物
が焼戻され、明瞭なセメンタイトの析出が透過電子顕微
鏡観察の結果から認められる。従って、この現象はＴＳ
の低下、ＹＲの上昇をもたらすため、所望の強度、ＹＲ
を得るためには加速冷却ままで得られた機械的性質と焼
戻し温度に伴う機械的性質の関係を充分に把握しておく
ことが必要である。また、焼戻し温度が７００℃を越え
るとα＋７２相域にはいり、冷却条件、成分系によって
は、焼戻し後フェライト−マルテンサイト組織となり、
ＹＲの低下、ＴＳの上昇があり、また、成分系によって
は不変、もしくは、さらに、ＹＲの上昇、ＴＳの減少が
生じる等、個々の条件により変化の仕方が異なってくる
ため、現在の技術では工業生産には適さない。

よって、焼戻し温度３００〜７００℃の範囲では、成分
系によりやや変化傾向は異なるもののＴＳは大略△Ｔ　
Ｓ　（Ｋｇｆ／　＋＋ｕｎリー０　、３５　（Ｋｇｆ／
ｍｍ”）ｘＴ（焼戻し温度）に従って低下し、ＹＲは上
昇する。

従って、これを見込んだ機械的性質を加速冷却材の状態
で確保しておくことが必要である。

［実　施　例］ 本発明に係る加速冷却法による低降伏比高張力鋼板の製
造法の実施例を説明する。

実施例 第１表に示す含有成分および含有割合の鋼を通常の製法
により溶解、鋳造した鋼を９００℃から１１５０℃の間
の各種の加熱温度において１００ｍｍｔの＊（スラブ）
を加熱し、３０ｍｍｔ厚の鋼板に圧延し、仕上温度は８
００℃を目標にその温度近傍に仕上げた。いずれも９０
０℃以下の圧下率を５０％以上とした。熱間圧延終了後
第２表に示す条件で加速冷却した。その後必要に応じて
各種の温度で焼戻し処理を行った。焼戻し条件は１時間
保持後空冷した。

この第２表二各鋼種の機械的性質を示し、本発明製造法
により製造された鋼は、７５〜９０％の降伏比であり、
その他の機械的性質は比較例と同等かそれ以上であり、
優れていることがわかる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明に係る加速冷却法による低
降伏比高張力鋼板の製造法は上記の構成であるから、溶
接構造物の安全性が高く、引張強さ７０　Ｋｇｆ／＋ｎ
＋ｕ”以上であり、かつ、降伏比が７５〜９０％である
高張力鋼板を効果的に製造することかできる優れた製造
法である。

【図面の簡単な説明】

第１図は焼戻し温度とＴＳ、ＹＲＳＹＰＥＩの関係を示
す図、第２図は冷却停止温度とＴＳ、ＹＲの関係を示す
図である。 第１図 斤ルし１４ζ’ｃ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃ０．０３〜０．２ｗｔ％、Ｓｉ０．０３〜０．
   ５ｗｔ％、Ｍｎ０．４〜２．３ｗｔ％、Ａｌ０．０１〜
   ０．１ｗｔ％、Ｍｏ０．１〜０．５ｗｔ％、Ｎｂ０．０
   １〜０．０５ｗｔ％、Ｎｉ０．３〜１．５ｗｔ％ を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼を、
   未再結晶オーステナイト域での圧下率が３０％以上で、
   かつ、仕上圧延終了温度がＡｒ＿３以上となるように熱
   間圧延した後、直ちに、Ａｒ＿３以上の温度から、２〜
   ４０℃／ｓｅｃの冷却速度で７５０℃以下の温度まで加
   速冷却し、その後、３００〜７００℃の温度範囲で焼戻
   し処理を行なうことを特徴とする加速冷却法による低降
   伏比高張力鋼板の製造法。
2. （２）Ｃ０．０３〜０．２ｗｔ％、Ｓｉ０．０３〜０．
   ５ｗｔ％、Ｍｎ０．４〜２．３ｗｔ％、Ａｌ０．０１〜
   ０．１ｗｔ％、Ｍｏ０．１〜０．５ｗｔ％、Ｎｂ０．０
   １〜１．５ｗｔ％、Ｎｉ０．３〜１．５ｗｔ％ を含有し、さらに、 Ｖ０．０２〜０．１５ｗｔ％、Ｃｒ０．３〜０．０５ｗ
   ｔ％、Ｃｕ０．２〜１．３ｗｔ％、Ｂ０．０００３〜０
   ．００３ｗｔ％、Ｔｉ０．００５〜０．０３ｗｔ％ の１種または２種以上 を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼を、
   未再結晶オーステナイト域での圧下率が３０％以上で、
   かつ、仕上圧延終了温度がＡｒ＿３以上となるように熱
   間圧延した後、直ちに、Ａｒ＿３以上の温度から、２〜
   ４０℃／ｓｅｃの冷却速度で７５０℃以下まで加速冷却
   し、その後、３００〜７００℃の温度範囲で焼戻し処理
   を行なうことを特徴とする加速冷却法による低降伏比高
   張力鋼板の製造法。