(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧延方向の降伏応力σＬと幅方向の降伏応力σＣとが下記（１）式の関係を満足することを特徴とする溶接時または曲面加工時における変形または加工のばらつきの小さい鋼板。
２×｜σＬ−σＣ｜／（σＬ＋σＣ）≦α      ……（１）
但し、αは必要な加工精度によって予め決まる値であり、鋼板の厚みが４０ｍｍ以下のときには０．０３であり、鋼板の厚みが４０ｍｍを超えるときには０．０５である。
【請求項２】
請求項１に記載の鋼板を製造するに当たり、圧延方向の降伏応力σＬと幅方向の降伏応力σＣとを比較してその値が小さい方向を矯正方向とし、この方向に沿ってローラレベラによって矯正することによって前記（１）式の関係を満足する様にすることを特徴とする溶接時または曲面加工時における変形または加工のばらつきの小さい鋼板の製造方法。
【請求項３】
下記（２）式の関係を満足する様にして矯正する請求項２に記載の製造方法。
ε＝｜σＬ−σＣ｜×ｂ                          ……（２）
但し、εは矯正中に鋼板表面に導入される塑性歪みの絶対値、ｂは鋼種によって決まる値を夫々示す。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接時や曲面加工時に生じる変形または加工のばらつきを極力低減することのできる鋼板、およびその様な鋼板を製造するための有用な方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
造船、建築、橋梁等の素材としての鋼板は、溶接や曲面加工が施されるが、こうした溶接や曲面加工が行われる設備では、人手を省いたり生産効率の向上を図るという観点から、自動化や合理化が進められている。こうした設備において、溶接や曲面加工を行なう際には、予め予想若しくは設定した変形量または加工量と実際の変形量または加工量に差異が生じると、人による手直しが必要となって生産性が著しく悪化し、自動化・合理化という所期の目的を達成することができなくなる。
【０００３】
例えば、鋼板を溶接した際には、溶接入熱によって板面内で縦収縮や横収縮、或いは面外への角変形等の変形が発生する。また、船の先後端部やタンク等で見られる曲面は、プレス等の機械的手段や熱的手段（例えば、線状加熱）によって加工されるが、こうした場合にも加工量が予想を外れることがある。
【０００４】
鋼板の溶接時の変形量や曲面加工時における加工量δは、鋼板特性βと溶接・加工条件γとからδ＝（β，γ）なる関係で決定されるとされている。そして、鋼板特性についてはＪＩＳ等の夫々の鋼板の規格や仕様により規定されている。しかしながら、従来では同一の規格の鋼板を同一の条件で溶接或は曲面加工しても、変形量若しくは加工量が異なって（即ち、ばらつきが生じて）、手入れが必要となるという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこうした状況の下でなされたものであって、その目的は、溶接時や曲面加工時における変形または加工ばらつきを極力低減し、その後の手入れを不要にした鋼板、およびその様な鋼板を製造する為の有用な方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成し得た本発明の鋼板とは、圧延方向の降伏応力σＬと幅方向の降伏応力σＣとが下記（１）式の関係を満足する点に要旨を有するものである。
２×｜σＬ−σＣ｜／（σＬ＋σＣ）≦α      ……（１）
但し、αは必要な加工精度によって予め決まる値であり、鋼板の厚みが４０ｍｍ以下のときには０．０３であり、鋼板の厚みが４０ｍｍを超えるときには０．０５である。
【０００９】
上記の様な本発明の鋼板を製造するに当たっては、圧延方向の降伏応力σＬと幅方向の降伏応力σＣとを比較してその値が小さい方向を矯正方向とし、この方向に沿ってローラレベラによって矯正することによって前記（１）式の関係を満足する様にすれば良い。
【００１０】
またこの製造方法においては、下記（２）式の関係を満足する様にして矯正することが好ましい。
ε＝｜σＬ−σＣ｜×ｂ                          ……（２）
但し、εは矯正中に鋼板表面に導入される塑性歪みの絶対値、ｂは鋼種によ
って決まる値を夫々示す。
【００１１】
【発明の実施の形態】
鋼板特性の中で降伏応力については、一般に夫々の鋼板の規格或は鋼板仕様に応じて、圧延された延べ板の板幅方向または板長さ方向のいずれか一方から採取したテストピース（試験片）による引張試験によって測定されて保証値とされる（例えば、炭素鋼や低合金鋼では、ＪＩＳ  Ｇ  ０３０３「鋼材の検査通則」）。
【００１２】
一般的に、鋼板のＬ方向、即ち圧延された延べ板の圧延方向から採取されたテストピースと、上記Ｃ方向から採取されたテストピースでは、引張試験による降伏応力に差異があることが知られている。尚、Ｌ方向から採取されたテストピ−スとは、その軸芯方向（長手方向）がＬ方向となる様に採取されたテストピースであり、Ｃ方向から採取されたテストピ−スとは、その軸芯方向がＣ方向となる様に採取されたテストピースのことである。
【００１３】
しかしながら、従来では、鋼板のＬ方向とＣ方向の降伏応力の関係については明らかにされているとはいえず、またそれらが溶接時や曲面加工時の変形量または加工量に及ぼす影響についても全く不明であった。
【００１４】
本発明者らは、（１）鋼板のＬ方向とＣ方向の降伏応力の関係や、（２）それらが溶接や曲面加工時の変形や加工に及ぼす影響等について、様々な角度から検討した。その結果、次の様な事実が明らかになった。尚、溶接時の場合を「変形」、曲面加工時の場合を「加工」と呼ぶのが一般的であるが、以下の説明では説明の便宜上、曲面加工時の加工量をも「変形量」と呼ぶことがある。また、本発明における変形とは、前述した縦収縮や横収縮（後記実施例２参照）、或は面外への角度変形をも含む趣旨である。
【００１５】
まず、採取された方向によって（Ｌ方向またはＣ方向）、テストピースでの引張試験結果の異なる鋼板を用いて曲面加工を行った場合に、曲げ方向をＬ方向としたときとＣ方向としたときとでは、変形量（加工量）に差異が生じることが分かった。こうした状態を図面によって説明する。
【００１６】
図１は、線状加熱による曲面加工を行なった場合の変形量を測定する状態を示す概略説明図である。図１に示す様に、長さ１ｍの鋼板１を用いその中央部で幅方向にそって線状加熱を行って曲面加工を行ない［図１（ａ）：曲げ方向は長さ方向］、採取された方向によって（Ｌ方向またはＣ方向）テストピースでの引張試験結果の異なる鋼板における変形量［図１（ｂ）］を測定した。
【００１７】
その結果（曲げ方向と変形量の関係）を、図２に示す。尚、図２における曲げ方向とは前述の如く長さ方向を意味し、例えば「曲げ方向がＣ方向」とは鋼板の長さ方向がＣ方向（従って、線状加熱方向はＬ方向）であることを意味する。
【００１８】
図２から明らかな様に、曲げ方向をＣ方向となる様にして曲面加工したときの方が、曲げ方向をＬ方向となる様にして曲面加工したときよりも変形量が大きくなっていることが分かる。この様な方向による差異は、溶接時の縦収縮、横収縮、角変形等についても生じることも分かった。
【００１９】
また、Ｃ方向から採取されたテストピースでの引張試験結果が同じ鋼板であっても、Ｌ方向から採取されたテストピースでの引張試験結果には鋼板毎に差異が認められ、且つ溶接方向や線状加熱による曲げ方向をＬ方向とした場合の変形量に差異が見られることも分かった。
【００２０】
図３は、Ｃ方向から採取されたテストピースの引張試験において降伏応力（Ｃ方向降伏応力）が４１０Ｎ／ｍｍ2である鋼板について、Ｌ方向から採取したテストピースの引張試験における降伏応力（Ｌ方向降伏応力）と、曲げ方向がＬ方向とした場合の変形量との関係を示したグラフである。この結果から明らかな様に、Ｃ方向降伏応力が一定の鋼板であっても、Ｌ方向降伏応力に差異が認められ、且つ曲げ方向をＬ方向とした場合の変形量に差異が見られることが分かる。
【００２１】
以上の事実から、溶接時や曲面加工時において問題となる変形ばらつき（または加工ばらつき）は、鋼板におけるＬ方向とＣ方向での降伏応力の差異が原因で生じることが明らかとなった。そこで本発明者らは、鋼板におけるＬ方向とＣ方向での降伏応力の差異をできるだけなくして均一化すれば、変形ばらつきの発生が防止できるとの着想の下で更に鋭意研究した。その結果、圧延方向（Ｌ方向）の降伏応力σＬと幅方向（Ｃ方向）の降伏応力σＣとが下記（１）式の関係を満足する様にすれば、上記目的が見事に達成されることを見出し、本発明を完成した。
２×｜σＬ−σＣ｜／（σＬ＋σＣ）≦α      ……（１）
但し、αは必要な加工精度によって予め決まる値。
【００２２】
尚、上記（１）式において、（σＬ−σＣ）の項を絶対値で表したのは、Ｌ方向の降伏応力σＬがＣ方向の降伏応力σＣよりも必ずしも大きな値となるとは限らず、その逆の場合も有り得るので（前記図３参照）、降伏応力の差として｜σＬ−σＣ｜を採用したものである。
【００２３】
上記（１）式におけるαは、溶接や曲面加工の実績から予め決定することも可能であるが、目標とする変形量をＦ、許容される変形または加工量からのずれ量をｄとしたとき、これらの比（ｄ／Ｆ）でαを表わすこともできる。この様にαを設定した場合には、変形ばらつきが全てσＬとσＣの差に起因するとして評価できるので、変形ばらつきがより高精度に評価されて確実に必要な精度が得られることになる。即ち、変形ばらつきの要因には、σＬとσＣ以外に加熱条件のばらつき等もあるが、それら他の要因による変形ばらつきを仮にσＬとσＣの差に起因するとしてσＬとσＣの差を厳密に決めることによって、仮に加熱条件等にばらつきがあったとしても、変形量を許容されるばらつきの範囲内に抑えることが可能となる。
【００２４】
例えば、船体に使用される厚みが４０ｍｍ以下の鋼板においては、目標とされる変形量（または加工量）が１００ｍｍであるとして、この加工量から許容されるずれ量が３ｍｍであり、こうしたずれ量は厚みが４０ｍｍ以下の鋼板一般に当てはまるものであるので、このときにはα＝０．０３と予め設定しておけば、殆どの溶接・曲面加工において十分な精度が確実に得られることになる。
【００２５】
一方、板厚が増大すると、溶接時や曲面加工時の入熱が大きくなるので、圧延方向の降伏応力σＬとそれと板面内で直交する方向の降伏応力σＣの差の影響がなくなるので、板厚が４０ｍｍを超える鋼板で必要となるαの値は、薄板の場合と比べて大きく設定でき、例えばα＝０．０５とすれば殆どの溶接・曲面加工において十分な精度が確実に得られることになる。
【００２６】
次に、本発明の製造方法について説明する。まず、前記Ｌ方向とＣ方向で採取されたテストピースでの引張試験で得られる降伏応力の差異は、熱間圧延時の温度と圧下量の微妙な差異によって生じるものと思われる。しかしながら、現状では、熱間圧延における温度や圧下量によって圧延後におけるＬ方向若しくはＣ方向の降伏応力を同時に制御する技術は皆無であり、従来の圧延法においては前記（１）式を満足する鋼板を得ることはできなかった。
【００２７】
本発明者らが、上記の様な鋼板を実現する方法について検討した結果、ローラレベラでの冷間矯正を活用すれば、上記（１）式を満足する鋼板が製造できたのである。本発明方法における製造原理は、次の通りである。
【００２８】
鋼板を冷間で矯正した際には、主に矯正方向に塑性歪みが導入される。その矯正方向に導入された塑性歪みにより、鋼板は加工硬化し、且つその上昇度合いは板面内での矯正方向によっても異なる。本発明者らは、こうした効果が、加工例として線状加熱による曲面加工への影響について調査した。その結果を図４に示す。
【００２９】
即ち、図４は、曲げ方向による変形量の違いに対して矯正が与える影響を示したグラフであるが、矯正前（矯正無し）の鋼板ではＬ方向とＣ方向では変形量に差異が見られるが、矯正後（矯正有り）の鋼板ではその差がほぼ無くなっていることが分かる。
【００３０】
本発明方法は、こうした性質を利用したものであり、具体的には、圧延方向の降伏応力σＬと幅方向の降伏応力σＣを比較してその値が小さい方向を矯正方向とし、この方向に沿ってローラレベラによって矯正して、σＬとσＣの差を制御することによっ溶接時や曲面加工時の変形のばらつきを解消するものである。
【００３１】
また、上記方法の矯正を行なうに当たっては、σＬとσＣの差に応じてその差を解消するだけの塑性歪みを導入すれば良い。具体的には、下記（２）式の関係を満足する様にして矯正すれば、σＬとσＣの差を確実に制御でき、その結果として変形ばらつきを防止することが可能となる。その際の矯正条件と導入される表面歪みの関係は、種々の文献（例えば、「矯正加工」、日本塑性加工学会編）に記載されている方法によって容易に算定できる。
ε＝｜σＬ−σＣ｜×ｂ                          ……（２）
但し、εは矯正中に鋼板表面に導入される塑性歪みの絶対値、ｂは鋼種によ
って決まる値を夫々示す。
【００３２】
例えば、係数ｂは鋼種に応じて引張試験等により測定される鋼板の加工硬化係数Ｈを基に求めることができる［下記（３）式］。
ｂ＝ｍ×１／Ｈ                                  ……（３）
ここで、係数ｍは種々の鋼板での矯正前後におけるσＬおよびσＣと加工硬化係数の測定結果から予め決めておけば良い。
【００３３】
例えば、低炭素鋼の場合、鋼種に応じて降伏応力の単位をｋｇｆ／ｍｍ2とすると、ｂ＝０．０１〜０．０２５程度の値となる。
【００３４】
尚、本発明で対象とする鋼板の種類については、特に限定するものではなく、例えば炭素鋼、低合金鋼、ボイラ用鋼、圧力容器用鋼、等各種の鋼板が挙げられる。
【００３５】
以下、本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に特徴して設計変更することはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００３６】
【実施例】
実施例１
本発明で規定する要件［前記（１）式］を満足する鋼板（本発明材）と満足しない鋼板（比較材）を準備し、これらの鋼板に対して同一の条件で線状加熱による曲面加工した場合の目標加工量からの変形ばらつき度合いを調査した。このときの、「対象材と加工要領」は下記の通りであり、各鋼板における前記（１）式の左辺［２×｜σＬ−σＣ｜／（σＬ＋σＣ）］の値は下記表１に示す通りである。尚、このときの線状加熱位置の状態を図５［図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）はＡ−Ｂ線矢視断面図］に示す。
【００３７】
0003709108.tif 000002
【００３８】
【表１】
0003709108.tif 000003
【００３９】
その結果を（曲がり量の目標値からのずれ量）、下記表２に示すが、比較材では許容量を超える目標加工量からの変形ばらつきが発生しているのに対し、本発明材では全てが許容範囲内に入っていることが分かる。
【００４０】
【表２】
0003709108.tif 000004
【００４１】
実施例２
Ｃ方向の降伏応力が同一の鋼板について、本発明による冷間矯正した鋼板（本発明材）と施さない鋼板（比較材）を準備し、これらの鋼板に対して溶接線を板長手方向（Ｌ方向）として板継ぎ溶接を行ない、設定した板収縮量からの収縮ばらつき度合いを調査した。このときの、「対象材と溶接要領」は下記の通りであり、矯正前の各鋼板における前記（１）式の左辺［２×｜σＬ−σＣ｜／（σＬ＋σＣ）］の値は下記表３に示す通りである。尚、このときの溶接位置の状態を図６に示す。
【００４２】
〈対象材と溶接要領〉
鋼板の種類  ：５００Ｎ／ｍｍ2級鋼板
鋼板サイズ  ：板厚１６ｍｍ、板幅２５００ｍｍ、板長さ２５００ｍｍ
溶接位置    ：図６
溶接条件    ：サブマージ溶接（電流４６０Ａ，電圧３２Ｖ，溶接速度０．４３ｍ／分、３パス
必要加工精度：設定収縮量＝５ｍｍ、許容収縮ばらつき＝０．５ｍｍ
【００４３】
【表３】
0003709108.tif 000005
【００４４】
表３のＮｏ．１〜３の鋼板のうち、本発明例については、Ｌ方向を矯正方向として下記表４に示す条件にて冷間矯正を適用し、比較材では矯正なしで溶接を実施した。
【００４５】
【表４】
0003709108.tif 000006
【００４６】
その結果を（収縮量の設定値からのずれ量）、下記表５に示すが、比較材では許容量を超える設定収縮量からの収縮ばらつきが発生しているのに対し、本発明材では全て許容範囲内に入っていることが分かる。
【００４７】
【表５】
0003709108.tif 000007
【００４８】
【発明の効果】
本発明は以上の様に構成されており、溶接時や曲面加工時における変形または加工ばらつきを極力低減し、その後の手入れを不要にした鋼板が実現できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】線状加熱による曲面加工を行なった場合の変形量を測定する状態を示す概略説明図である。
【図２】鋼板の曲げ方向と変形量の関係を示すグラフである。
【図３】Ｃ方向降伏応力が４１０Ｎ／ｍｍ2である鋼板について、Ｌ方向降伏応力と、曲げ方向がＬ方向とした場合の変形量との関係を示したグラフである。
【図４】曲げ方向による変形量の違いに対して矯正が与える影響を示したグラフである。
【図５】実施例１における線状加熱位置の状態を示す説明図である。
【図６】実施例２における溶接位置の状態を示す説明図である。
【図１】
0003709108.tif 000008
【図２】
0003709108.tif 000009
【図３】
0003709108.tif 000010
【図４】
0003709108.tif 000011
【図５】
0003709108.tif 000012
【図６】
0003709108.tif 000013