JPS63118012A - 低降伏比高張力厚鋼板の製造法 - 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、低温靭性の優れた低降伏比高張力鋼板の製造
法、特に、ラインパイプ、圧力容器あるいは一般構造用
鋼として使用される高強度、高靭性の低降伏比高張力厚
鋼板の製造法に関するものである。

（発明の技術的背景） ラインパイプ用鋼板をはじめとする厚鋼板では高張力化
が著しく、それに伴い、降伏応力の増加によって、ｕＯ
プレス等曲げ加工が難しくなってきており、さらにスプ
リングバック、座屈等の問題から降伏比の高い高張力鋼
では製管時の精度を確保するのが困難になってきている
。さらに近年、海底パイプラインの施設が増加している
゛が、降伏比の高いパイプでは施設時に生ずる応力によ
って座屈する可能性が生じている。このような動向から
、低降伏比を有する厚鋼板の開発が望まれている。

（従来の技術と問題点） 従来より低降伏比鋼の製、造法に関しては種々検討がな
されており、例えば特開昭５９−２１１５３３号では熱
間圧延もしくは冷間圧延後、（α＋γ）二相共存域に加
熱後冷却してフェライトとマルテンサイトの複合組織に
することによって低降伏比鋼を得る方法が示されている
。また、特公昭５９−５２２０７号では低温γ域（５９
５０℃）で大圧下（累積圧下率にて３０〜９０％）を含
む熱間圧延によって鋼板を成形した後、まずオーステナ
イト相域に加熱後焼入れし、ざらに（α＋γ）二相域に
加熱後空冷することによってマルテンサイトとフェライ
トの微細な混合ａ織を得て低降伏比化する方法が示され
ている。

しかし、前者の如く、単に熱延材を（α＋γ）二相域に
加熱する方法ではフェライト、マルテンサイト両相とも
粗大化は避けられず、低降伏比鋼は得られるものの、寒
冷地での使用に耐え得るだけの低温靭性を付与させるこ
とは不可能である。

また後者の方法においても、組織の微細化によって比較
的良好な低温靭性が得られるものの、マルテンサイト相
が（α＋γ）域加熱時にほとんど完全に焼きもどされて
しまうことなどから十分に低降伏比化することが難しく
、降伏比７０％以下を達成することはできない、また１
回以上のクロス圧延を行う必要があるなどプロセスの複
雑化による製造コストの上昇と圧延能力の低下は避けら
れないものである。

（発明の目的） 本発明の目的は、こうした問題点を排除しつつ、より製
造効率の高い低温靭性の優れた低降伏比高張力厚鋼板の
製造法を提供せんとするものである。

本発明の別の目的は、微細な複合組織化によって良好な
低温靭性を確保しつつ、かつ７０％以下の低降伏比を有
する高張力厚鋼板の製造法を提供することである。

（問題点を解決するための手段） 本発明者らは、加工熱処理プロセスを用いて、低降伏比
鋼を製造する方法を種々検討した結果、次のような知見
を得た。

すなわち、鋼組成にＮｂ、　ＶおよびＴ１の１種または
２種以上を含有させることによりこれらの元素の炭窒化
物を析出させ、組織の微細化をはかるとともに、それに
続く熱処理期間中も析出物の４１集粗大化が起こらない
ように制御することにより低温靭性の確保がはかられ、
そしてこれらの総合的効果として降伏比７０％以下が実
現されることを知り、本発明を完成した。

ここに、本発明の要旨とするところは、重量％にて、 Ｃ：０．０２〜０．２０％、　　Ｓｉ：１．０％以下、
Ｍｎ：０．５〜２．０　　％、　　　ｓｏ＋．Ａｌ：ｏ
、Ｏｔ　　〜０．１　　％さらに Ｎｂ：０．０１〜０．１５％、Ｔｉ：０．ＯＬ〜０．１
５％およびシ：０．Ｏ］〜０．１５％のうち１種または
２種以上、ならびに所望により、 Ｃｒ：０．０５〜１．０％、Ｍｏ：０．０５〜１．０％
、Ｃｕ：０．１〜１．０％、Ｎｉ：０．１〜３．０％、
およびＢ：０．０Ｏ０５〜０．００２％のうち１種また
は２種以上、および／または ＣａおよびＲＥＭそれぞれ０．０１％以下のうち１種ま
たは２種以上含有し、 残部鉄および不可避不純物 からなる鋼に少なくとも９５０℃以下の累積圧下率が４
０％以上の熱間圧延を行い、該熱間圧延終了後、室温ま
たはＡｒ、変態点−５０℃以下の任意の温度から３°ｃ
７ｓ以上の加熱速度にてＡｃ１変態点〜Ａｃｚ変態点の
温度域に加熱後直くまたは５分以下の時間保持してから
冷却することを特徴とする低温靭性の優れた低降伏比高
張力厚鋼板の製造法である。

すなわち、本発明によれば、Ｎｂ、　ＶおよびＴｉを１
種以上含有する鋼に対して、９５０℃以下の低温Ｔ域に
て累積圧下率４０％以上の熱間圧延を行うことによ−７
，て、まず微細な炭窒化物を均一分散した微細なフェラ
イト組織を得る。ここで、９５０　・ｃ以下の温度域で
行う大圧下は微粒組織を１゛）ると同時に鋼中に微細な
歪誘起析出物を分散させる上で極めて重要な工程である
。こうした微細析出物は後の熱処理におけるオーステナ
イ１の核生成サイトとなり、微細γ粒を生成させるだけ
でなく、オーステナイト、フェライト両相の加熱中の粒
成長を著しく抑制する効果がある。また、熱間圧延後の
冷却速度は特に限定しないが、組織の微細化（細粒フェ
ライト−微細ヘイティ１−−マルテンサイト）という点
で冷却速度は大きい程望ましい。つまり、熱間圧延終了
後は、そのま−室温にまで冷却してもよい。しかし、そ
の熱延［才はＡｃ＋変！声点〜Ａｃ＋変態点の温度域に
まで再加熱されるため、室温にまで冷却しなくとも、Ａ
ｒ、変態点−５０℃以下にまで冷却すれば、その温度か
ら再加熱してもよい。

このように、引き続き組織の複合化のためにオーステナ
イト＋フエライトニ相共存温度域に加熱を行うが、この
際、最終製品の低温靭性を確保する上で特に重要なのが
加熱速度を３℃／Ｓ以上、好ましくはｌＯ℃／Ｓ以上に
することと、昇温後のＡｃ。

変態点〜Ａｃ３変態点の温度域における保持時間を５分
以下に制限することである。これらの熱処理条件の制約
は、α−Ｔ変態時の駆動力を大にし、微細なオーステナ
イトを析出させると同時に加熱中の微細析出物の凝集粗
大化を防いでオーステナイト−フェライト複合組織の粗
大化を抑制し、さらに析出強化能のσ友少による強度低
下を防止する。

つまり、本発明者にあっては、複合組織の微細化による
低温靭性の確保と析出強化の促進を図るべく、加熱速度
と保持時間を上述の如く制限するものである。ここで加
熱速度を３℃／Ｓ以上にする手段としてはガス炎による
加熱、赤外線加熱および誘導加熱等が考えられるが、温
度制御の正確さや経済性から判断して、厚鋼板に対して
は誘導加熱方式が最も望ましい。

さらに急速、短時間二用域加熱によって得られた微細な
フェライト−オーステナイト混合組織はその後の冷却に
よってマルテンサイトを含む微細複合相８ヨとなるが、
ここでも、Ｎｂ、　ＶおよびＴｉの添加は鋼の焼入性を
高め、マルテンサイト化を促進する土で重要な役割を持
つ、また、冷却前のオーステナイト率は冷却中のマルテ
ンサイト変態を容易にする上で体積率５〜５０％にコン
トロールすることが望ましい。

Ｃ：Ｃは強度確保のため０，０２％以上必要とし、−方
０．２０％を越えて含有させると、母材および溶接部の
靭性劣化を招くようになることからその含有量を０．０
２〜０．２０％と定めた。

Ｓｉ：　Ｓｉは鋼の脱酸剤として有効であり、また固溶
強化を通じて強度上昇に有効であるが、１．０％を越え
ると靭性および溶接性に悪影響を及ぼすことから上限を
１．０％とした。

Ｍｎ：　Ｍｎは鋼の強度並びに靭性を向上させ、また焼
入性を向上させることから低降伏比に有効な元素である
が、０．５％未満ではこうした効果が期待できず、また
２、０％を超えると溶接性を劣化させるため、その含有
量を０，５〜２．０％と定めた。

ｓｏｌ．Ａｌ：　ＡＱは鋼の脱酸および結晶粒の微細化
のために添加されるが、ｓｏｌ、ＡＱｆｔにて０．０１
％未満ではその効果が望めず、一方、ｓ　ｏ　Ｉ　、　
Ａ、Ｑ、ｆＪを０゜１％を超えて含有させると、非金属
介在物の蛍が急激に増加して鋼の靭性が劣化するように
なることからその含有量を０．０１〜０．１％と定めた
。

Ｎｂ、　ＶおよびＴｉ：　これらの元素は本発明におい
て特に重要な役割を持つ元素である。オーステナイト中
あるいはフェライト中に炭窒化物として析出し、鋼の強
度を向上させると同時に、所定の熱履歴によって生ずる
複合組織を微細化し、鋼の靭性を向上させる作用がある
が、各々０．０１％未満ではその効果が望めず、一方、
０．１５％を超えて含有すると、溶接部の靭性が劣化し
、母材の低降伏比化が得られなくなるので、その含有量
をそれぞれ０．０１〜０．１５％と定めた。本発明にあ
ってはそのうちの１種または２種以上が含有される。

Ｃｒ、　Ｍｏ、Ｃｕ、ＮｉおよびＢ：これらの元素は所
望添加元素で、強度、耐食性および焼入性をさらに改善
する必要があるときに所望により１種または２種以上添
加してもよい。これらの各元素の添加量は以下の理由に
より限定される。

Ｃｒ＋　Ｍｏ： これらの成分には鋼の強度および焼入性を向上させる作
用があるが、それぞれ０．０５％未満ではその効果が期
待できず、一方、それぞれ１．０％を超えると母材およ
び溶接部の靭性を劣化するようになることがらＣｒおよ
びＭｏいずれも０．０５〜１．０％に限定した。

Ｃｕ： Ｃｕには鋼の強度および焼入性、ならびに耐食性を向上
させる効果があるが、０．１％未満では効果が望めず、
また１、０％を超えて含有させるとスラブに熱間割れが
発生しやすくなるごとから、その含有量を０．１〜１゜
０％と定めた。

ＮＩ； Ｎｉには鋼の強度、靭性、焼入性ならびに耐食性を向上
させる効果があるが；０．１％未満では効果が望めず、
また３％を超えると母材および溶接部の靭性を劣化させ
るようになることから、その含有量を０．１〜３．０％
と定めた。

Ｂ： Ｂは強度増加に有効な元素であるが、その添加量が０．
０００５％未満では効果が望めず、０．００２％を超え
るとｌユ材および溶接部の靭性を劣化させるようになる
ことから、下限をｏ、ｏｏｏｓ％、上限を０．００２％
と定めた。

Ｃａ、　ＲＩＥＭ： これらの元素も所望添加元素であり、それらは介在物の
形態制御により、靭性および延性改善に効果があるが、
０．０１％を超えて含まれると逆に靭性を害するため上
限を０゜０１％とした。

Ｃ熱間圧延） ・９５０℃以下の累積圧下率： ９５０℃以下の温度域における圧下は■熱処理前のＭｉ
織の微細化および■歪誘起析出物の分散化乙こよって、
その後の熱処理によって得られる複合組織を微細化し、
靭性を向とさゼる効果がある。これらの効果は累（責圧
下率（板厚減少率）二二で４０９′Ｑ以上で有効である
。好ましくは累積圧Ｆ率は５０％以上である。

（熱処理） ・圧延後の加熱開始温度： 圧延後、再び加熱を行うにあたり、その開始温度がＡｒ
＝変態点−５０℃超では複合組織が得られず、低降伏比
化しないため、圧延後の加熱開始温度を＾ｒ３変態点−
５０℃以下と定めた。−旦室温に冷却したものは室温か
ら開始する。

・加熱速度： 熱処理時の加熱温度が３℃／Ｓ未満だと、加熱中にフェ
ライト粒が成長したり、逆変態によって生ずるオーステ
ナイ１−粒が粗大化し、本発明が目的とする微細な複合
Ｍｌ織が得られず、靭性が劣化するため加熱速度を３℃
／Ｓ以上と定めた。好ましくは１０℃／Ｓ以上である。

・加熱温度： 加熱温度がＡＣ３変停点を超えたり、ＡＣＩ変態点未満
の場合、複合Ｍ１織化セず低降伏比鋼が得られないため
、加熱温度をＡＣ１変態点以下、ＡＣ３変態点以下と定
めた。材質を安定化させる上ではＡｃ＋　＋　２０’ｃ
　−Ａｃｉ　−５０℃の温度域の加熱が望ましい。

保持時間： Ａｃ＋変態点からＡｃ３変態点間の温度域における保持
時間は５分を超えると鋼中の微細析出物が凝縮、粗大化
し、鋼板の強度が低下ばかりでなく、フェライト、オー
ステナイト両相の粗大化を招き、靭性が劣化するため、
５分以下と定めた。

次に、本発明をその実施例によってさらに具体的に説明
する。

（実施例） 第１表に示す化学成分組成の鋼片を第２表に示す軌間圧
延および熱処理にて板厚２０ｍｍの鋼板を製必した。熱
処理は誘導加熱装置を用い、比較例として電気炉加熱も
行った。

熱処理後の冷却条件としては、■加熱温度より放冷（第
２表中「放冷」と表示）、■加熱温度より５００℃まで
ｌＯ℃／Ｓで加連冷ｔＪＩ後、放冷（第２表中「加速冷
却」）および■加熱温度より水焼入れ（第２表中ｒＤＱ
Ｊと表示）の３１重を行った。

本発明にしたがって製造された鋼は低温靭性に優れ、し
かも７０ン６以下の低降伏比高張力鋼となっている。か
かる低降伏比高張力鋼１は従来前られることはなかった
。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％にて Ｃ：０．０２〜０．２０％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ
   ：０．５〜２．０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１〜０．１
   ％を含有し、さらに Ｎｂ：０．０１〜０．１５％、Ｔｉ：０．０１〜０．１
   ５％およびＶ：０．０１〜０．１５％のうち１種または
   ２種以上含有し、 残部鉄および不可避不純物 からなる鋼に少なくとも９５０℃以下の累積圧下率が４
   ０％以上の熱間圧延を行い、該熱間圧延の終了後、室温
   またはＡｒ＿３変態点−５０℃以下の任意の温度から３
   ℃／Ｓ以上の加熱速度にてＡｃ＿１変態点〜Ａｃ＿３変
   態点の温度域に加熱後直ぐまたは５分以下の時間保持し
   てから冷却することを特徴とする低温靭性の優れた低降
   伏比高張力厚鋼板の製造法。
2. （２）重量％にて、 Ｃ：０．０２〜０．２０％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ
   ：０．５〜２．０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１〜０．１
   ％さらに Ｎｂ：０．０１〜０．１５％、Ｔｉ：０．０１〜０．１
   ５％およびＶ０．０１〜０．１５％のうち１種または２
   種以上、ならびに Ｃｒ：０．０５〜１．０％、Ｍｏ：０．０５〜１．０％
   、Ｃｕ：０．１〜１．０％、Ｎｉ：０．１〜３．０％、
   およびＢ：０．０００５〜０．００２％のうち１種また
   は２種以上含有し、残部鉄および不可避不純物 からなる鋼に少なくとも９５０℃以下の累積圧下率が４
   ０％以上の熱間圧延を行い、該熱間圧延の終了後、室温
   またはＡｒ＿３変態点−５０℃以下の任意の温度から３
   ℃／Ｓ以上の加熱速度にてＡｃ＿１変態点〜Ａｃ＿３変
   態点の温度域に加熱後直ぐまたは５分以下の時間保持し
   てから冷却することを特徴とする低温靭性の優れた低降
   伏比高張力厚鋼板の製造法。
3. （３）重量％にて、 Ｃ：０．０２〜０．２０％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ
   ：０．５〜２．０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１〜０．１
   ％さらに Ｎｂ：０．０１〜０．１５％、Ｔｉ：０．０１〜０．１
   ５％およびＶ：０．０１〜０．１５％のうち１種または
   ２種以上、ならびに、 ＣａおよびＲＥＭそれぞれ０．０１％以下のうち１種ま
   たは２種以上含有し、 残部鉄および不可避不純物 からなる鋼に少なくとも９５０℃以下の累積圧下率が４
   ０％以上の熱間圧延を行い、該熱間圧延終了後、室温ま
   たはＡｒ＿３変態点−５０℃以下の任意の温度から３℃
   ／Ｓ以上の加熱速度にてＡｃ＿１変態点〜Ａｃ＿３変態
   点の温度域に加熱後直ぐまたは５分以下の時間保持して
   から冷却することを特徴とする低温靭性の優れた低降伏
   比高張力厚鋼板の製造法。
4. （４）重量％にて、 Ｃ：０．０２〜０．２０％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ
   ：０．５〜２．０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１〜０．１
   ％さらに Ｎｂ：０．０１〜０．１５％、Ｔｉ：０．０１〜０．１
   ５％およびＶ：０．０１〜０．１５％のうち１種または
   ２種以上、Ｃｒ：０．０５〜１．０％、Ｍｏ：０．０５
   〜１．０％、Ｃｕ：０．１〜１．０％、Ｎｉ：０．１〜
   ３．０％、およびＢ：０．０００５〜０．００２％のう
   ち１種または２種以上、 ならびに、 ＣａおよびＲＥＭそれぞれ０．０１％以下のうち１種ま
   たは２種以上含有し、 残部鉄および不可避不純物 からなる鋼に少なくとも９５０℃以下の累積圧下率が４
   ０％以上の熱間圧延を行い、該熱間圧延終了後、室温ま
   たはＡｒ、変態点−５０℃以下の任意の温度から３℃／
   Ｓ以上の加熱速度にてＡｃ＿１変態点〜Ａｃ＿３変態点
   の温度域に加熱後直ぐまたは５分以下の時間保持してか
   ら冷却することを特徴とする低温靭性の優れた低降伏比
   高張力厚鋼板の製造法。