JPH0445227A - 低降伏比鋼材の製造法 - 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】 （産業上の利用分軒） 本発明は低降伏比鋼材の製造法に関するものである。

（従来の技術） 近年造船、産業機械等の各分野にわたって、競争力向上
のため溶接施工の減少、曲げ加工性を代表として鋼材特
性の極限追求、溶接性の向上および鋼材コストの低減な
ど各種の要求が強まっている。このうち厚鋼板の曲げ加
工性改善のためには、８０％以下の低降伏比を有する厚
鋼板の開発が必要である。

また、建築、橋梁分野では構造物の安全性向上のために
降伏比の低下が望まれている。さらに、単に降伏比を低
下させるだけでなく、降伏棚を導入することにより、地
震時の構造部材のエネルギー吸収量が大幅に増加する。

このことから、降伏棚の導入も求められている。

最近造船用、ラインパイプ用等を中心として母材低温靭
性、溶接性改善をねらいとした鋼板圧延後の加速冷却技
術を用いた強度５０ｋｇ　ｆ　／−以上の鋼板の開発が
盛んであるが、曲げ加工性の良好な低降伏比鋼材の製造
については検討されていない。

従来の制御圧延−制御冷却プロセスにおいては、低温靭
性向上のため熱間圧延で、できる限り細粒にするととも
に、オーステナイト−相域から加速冷却することが採用
されている。

しかしながらこの方法によると、フェライトの細粒化と
硬化および一部バーライトのベーナイト化によって降伏
点が上昇し、降伏比の上昇となって曲げ加工性が低下す
る問題がある。

本発明者等の一部は特開昭５９−２１１５２８号公報に
おいて、制御圧延−制御冷却プロセスを用いて降伏点を
低下させる方法について検討した結果、同じく細粒フェ
ライトで良好な低温靭性を得ながら、かつ低降伏点で低
降伏比を有する強度５０ｋｇ　ｆ　／　ｍ４以上の鋼板
の製造方法を開発した。

すなわち、９００〜１２００℃に加熱した後、Ａ　ｒ　
ａ以上で３０％以上の累積圧下を行ない細粒化を図った
後、Ａ　ｒ　ｓ以下まで空冷して軟らかい初析フェライ
トを適切に析出せしめ、その後強制冷却を行なうと、軟
らかい初析フェライトと残部オーステナイトから得られ
るフェライト−パーライト−ベーナイトの適切な混合に
より、引張強さおよび低温靭性の低下なく、降伏点のみ
低下することを知見したものである。

（発明が解決しようとする課題） しかし、その後のさらに低降伏比に対する要求に対し、
種々検討した結果、９００℃からＡ　ｒ　３の温度範囲
での３０％以上の累積圧下により、フェライトおよび第
２相の炭化物が必要以上に細粒化、微細化する。低降伏
比にするためには低降伏点で高引張強さである必要があ
る。そして降伏点はフェライト部分で、引張強さは第２
相の炭化物（特に高炭素の島状マルテンサイト）で決ま
る。

そのため必要以上にフェライトが細粒化すると高降伏点
となると同時に、第２相の炭化物の微細化で、焼戻しに
よる炭化物の分解が促進されるため低引張強さとなる。

その結果として高降伏比となる。さらに、単に降伏比を
低下させるだけでなく、降伏棚を導入することにより、
地震時の構造部材のエネルギー吸収量が大幅に増加する
。このことから、降伏棚の導入も求められているが、こ
れを実現するための方法に関する知見がない。

（課題を解決するための手段） このため引き続き降伏比を低下させるために、多数の実
験と詳細な検討を加えた結果、降伏比を低下させるため
には、鋼のミクロ組織をフエライトと第２相の炭化物の
２相混合組織にする。さらに降伏比を下げるためには、
降伏点を下げ、引張強さを高めることが重要である。

降伏点を下げるためにはフェライトの面積率を増加させ
、かつあまり細粒化しないこと、引張強さを高めるため
には、急冷で硬くなった第２相の炭化物（ベーナイト又
はマルテンサイト）を焼戻しにより、必要以上に軟化さ
せないことが重要であることを見出したのである。さら
に降伏棚については、２相域温度と水冷の間に軽圧下を
加えることにより、稼働転位が鋼中に導入され、これが
引張試験時に降伏棚の存在をもたらすことを知見したも
のである。

本発明はこのような要望を満たすべく、低降伏比を有す
る強度５０ｋｇ　ｆ　／−以上の鋼板の製造を可能とし
たものであり、その要旨とするところは、重量％にて、
Ｃ：　０．０３〜０．３０％、Ｓ　ｉ：０．０５〜０．
６０％、Ｍ　ｎ：　Ｏ’、　５０〜２．５％、Ａｎ　：
０．００５〜０．１％を含有した鋼を基本とし、これに
更に、Ｃｕ：２．０％以下、Ｎ　ｊ：４．０％以下、Ｃ
ｒ：１．０％以下、Ｍｏ：０．５０％以下、Ｎｂ：０．
１．０％以下、Ｖ　：　０．１０％以下、Ｔ１：０．１
５％以下からなる強度改善元素群から選ばれる１種又は
２種以上、あるいはＣａ：０．０１％以下を含有し、又
は前記Ｃｕ−Ｔｌの強度改善元素群とＣａから選ばれる
１種又は２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不
純物からなる鋼を、９００〜１２００℃に加熱し、熱間
圧延において９００℃を超える温度で圧延終了するか、
もしくは９００℃〜Ａｒ３間で圧延終了する場合９００
℃〜Ａ　ｒ　ｓ間では仕上板厚に対し３０％未満の累積
圧下率とし、引き続き空冷して鋼板表面温度がＡ　ｒ　
ｓ　　２０℃〜Ａｒ３８０”Ｃ：の温度範囲で１％以上
３０％以下の軽圧下を加え、すぐに水量密度０．３ｒｌ
／ｄ・分以上で冷却開始し、鋼板温度が２５０℃以下に
なるまで冷却し、その後焼戻し熱処理を行うことを特徴
とする低降伏比鋼材の製造法に関するものである。

（作　　用） 本発明は主として９００℃を超える温度で圧延を行ない
、９００℃以下の温度で圧延をする場合には、圧下量を
低く規制することによって、必要以上のフェライトの細
粒化および第２相の炭化物の微細化を抑さえると同時に
、水冷前に軽圧下を加えることにより降伏棚を有する低
降伏比鋼材の製造をねらったものである。

次に本発明における成分限定理由を述べる。

Ｃは強度確保のための０．０３％以上は必要であるが、
多くなると鋼の靭性および溶接性を害するので含有量は
０，３０％を上限とする。

Ｓｔは脱酸のため０．０５％以上は必要で添加されるが
、多くなると溶接性を損なうので含有量は０．６％以下
とする。

Ｍｎは安価に強度をあげる元素として有用であり、強度
確保のため０．５％以上は必要であるが多くなると溶接
性を損なうので含有量は２．５％以下とする。

Ａｌｌは脱酸のため０．００５％以上必要であるが、多
くなると鋼中介在物が多くなりすぎ、鋼の性質を悪化さ
せるため０．１％を上限とする。

本発明は以上の元素を基本成分として含有した鋼を、本
発明で限定する加熱−圧延−熱処理し、低降伏比を確保
するものであるが、鋼の要求特性によって以下の強度改
善元素群、介在物球状化元素を１種又は２種以上添加す
ることができる。

Ｖ、Ｔｊ　、Ｎｂは析出強化により強度を上昇せしめる
元素であるが、量が多くなると靭性を害するため、Ｖ：
Ｏ，１％、Ｔ　ｊ：０．１５％、Ｎｂ：０．１０％を上
限とした。

Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃ・ｒ、Ｍｏは固溶体強化により強度を上
昇せしめる元素であるが、量が多くなると靭性を害する
ため、Ｎ　ｉ二４．０％、Ｃｕ：２．０％、Ｃｒ：１．
０％、Ｍｏ：０．５０％を上限とした。

Ｃａは介在物球状化に有用で添加されるが、多くなると
鋼中介在物を形成し、鋼の性質を悪化させるため含有量
は０．０１％を上限とする。

次に本発明の重要な要件である加熱、圧延、冷却条件に
ついて述べる。

加熱温度はオーステナイト域で′十分加熱できる温度と
して下限を９００℃とした。一方温度が高すぎるとオー
ステナイト粒が大きくなりすぎ、鋼の性質を劣化させる
ので１２００℃を加熱温度の上限とする。

圧延については９００℃を超える圧延と９００℃以下で
の圧延に分けられるが、低降伏比鋼材が使用されるよう
な用途では、９００℃を超える温度での制御圧延による
靭性向上で十分であり、９００℃超での圧延完了が望ま
しい。

むしろ９００℃以下の制御圧延で累積圧下を３０％以上
にすると、必要以上のフェライトの細粒化と第２相の炭
化物の微細化により高降伏比となる。

そこで９００℃〜Ａ　ｒ　３間の累積圧下率は仕上板厚
に対して３０％以下とする。

次に水冷に先立って空冷を施すが、該空冷は圧延直後か
らＡｒ　　−２０℃〜Ａｒ３−８０℃の間のいずれかの
温度まで空冷することが好ましく、これによって軟らか
い初析フェライトの適量の析出を行なうものである。

加速冷却開始温度の上限をＡ　ｒ　ａ　−２０℃とした
のは降伏点を低くするためであり、下限をＡ　ｒ　３　
８０℃としたのは、これ以下の低い温度から冷却すると
加速冷却の効果がうすく引張強さが下がり、強度確保が
困難なためである。水量密度をり、３ｎｌ／ｄ・分以上
としたのは、これ以下では強度上昇が少ないためである
。

この冷却に先立って１％以上３０％以下の軽圧下を加え
る。加速冷却開始温度であるＡ　ｒ　３２０℃とＡｒａ
　　８０℃の２相域で軽圧下を加えることにより、稼働
転位が鋼中に導入され、これが引張試験時に降伏棚の存
在をもたらせる。２相域での圧下率として１％未満では
降伏棚が存在しないため下限を１％とし、また、３０％
超では降伏比が上昇し、本発明の目的と反するため上限
を３０％とした。

また加速冷却の冷却停止温度を２５０℃以下としたのは
、２５０℃を超える高温域で冷却停止し、その後焼戻し
熱処理を行なうと強度が若干低下すると同時に、低温靭
性が劣化するからである。ここで水冷停止温度を３５０
〜６００℃とする方法を採らずに、２５０℃以下まで水
冷し、その後焼戻し熱処理を行なう方法を採用したのは
、後者の方が前者に比べてより低温靭性が向上するから
である。

尚、焼戻し温度はＡ　ｃ　＋以下とする。

（実　施　例） 第１表に供試材の化学成分を示し、第２表に加熱、圧延
、冷却条件と得られた鋼板の機械的性質を示す。

鋼Ａ、　Ｇ、　Ｈ，Ｉ、　Ｊ、　Ｋ、　Ｌ、　Ｍ、　Ｎ
、　０゜Ｐは５０）ｃｇ　ｆ　／−級、鋼Ｂ、　　Ｃ，
Ｄ、　　Ｅ、　Ｆ、　Ｑ。

Ｒ，Ｓ、Ｔ、Ｕは６０）ｃｇ　ｆ　／−級の強度をねら
った成分系で、第２表に示す如く鋼板＆Ａ１．Ａ２゜Ｂ
ｌ、ＣＩ、ＤＩ、Ｅｌ、Ｆｌ、Ｇｌ、Ｈｌ。

１１、Ｊｌ、Ｋｌ、Ｌｌ、Ｍｌ、Ｎｌ、０１゜ＰＩ、Ｑ
ｌ、Ｒ１，Ｓｌ、ＴＩ、Ｕｌは本発明実施例であり、そ
れぞれ５０．６０ｋｇｆ／−扱銅として十分な強度と良
好な低温靭性を備え、本発明のねらいとする、７０％以
下の低降伏比を達成し、降伏棚を有する。

これに対し鋼板ＮＯ，Ａ３は加熱温度が高すぎるため低
温靭性が低下している。Ａ４は９００〜Ａ　ｒ　ａ間の
累積圧下か高すぎるためフェライトが細粒化しすぎて、
高降伏点のため高降伏比となっている。

Ａ５は冷却開始前の軽圧下がないため、降伏棚がない。

Ａ６は冷却開始前の軽圧下率が４０％と高いため、高降
伏比となっている。Ｂ２は強制冷却開始温度が高すぎた
例であり降伏比が高い。Ｂ３は強制冷却終了温度が低く
なりすぎた例であり強度が出すぎ低温靭性が低い。Ｃ２
は強制冷却開始温度が低すぎた例で強度が低く降伏比が
高い。Ｃ３は水量密度が低い例でありこのため強度が低
く降伏比が高くなっている。

（発明の効果） 本発明は特別に高価な合金元素を使用することなく、か
つ圧延後再加熱処理を施すことなく、５゜ｋｇ　ｆ　／
　ｍ４以上の高強度を有し、曲げ加工性のよい降伏棚を
有する低降伏比厚鋼板を制御圧延−制御冷却法で安価に
製造可能としたもので、産業上その効果の大きい発明で
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、重量％にて、 Ｃ：０．０３〜０．３０％、 Ｓｉ：０．０５〜０．６０％、 Ｍｎ：０．５０〜２．５％、 Ａｌ：０．００５〜０．１％ 残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼を、９００〜
   １２００℃に加熱し、熱間圧延において９００℃を超え
   る温度で圧延終了するか、もしくは９００℃〜Ａｒ＿３
   間で圧延終了する場合９００℃〜Ａｒ＿３間では仕上板
   厚に対し３０％未満の累積圧下率とし、引き続き空冷し
   て鋼板表面温度がＡｒ＿３−２０℃〜Ａｒ＿３−８０℃
   の温度範囲で１％以上３０％以下の軽圧下を加え、すぐ
   に水量密度０．３ｍ＾３／ｍ＾２・分以上で冷却開始し
   、鋼板温度が２５０℃以下になるまで冷却し、その後焼
   戻し熱処理を行うことを特徴とする低降伏比鋼材の製造
   法。 ２、重量％にて、 Ｃｕ：２．０％以下、 Ｎｉ：４．０％以下、 Ｃｒ：１．０％以下、 Ｍｏ：０．５０％以下、 Ｎｂ：０．１０％以下、 Ｖ：０．１０％以下、 Ｔｉ：０．１５％以下 からなる強度改善元素群の１種又は２種以上を含有する
   請求項１記載の低降伏比鋼材の製造法。 ３、重量％にて、 Ｃ：０．０３〜０．３０％、 Ｓｉ：０．０５〜０．６０％、 Ｍｎ：０．５０〜２．５％、 Ａｌ：０．００５〜０．１％ を含み、更に Ｃａ：０．０１％以下 を含有する請求項１記載の低降伏比鋼材の製造法。 ４、重量％にて、 Ｃｕ：２．０％以下、 Ｎｉ：４．０％以下、 Ｃｒ：１．０％以下、 Ｍｏ：０．５０％以下、 Ｎｂ：０．１０％以下、 Ｖ：０．１０％以下、 Ｔｉ：０．１５％以下 からなる強度改善元素群 および Ｃａ：０．０１％以下 の１種又は２種以上を含有する請求項１記載の低降伏比
   鋼材の製造法。