(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板厚変動厚鋼板すなわちテーパプレートあるいは差厚プレート等の板内の板厚が異なっている厚鋼板に、焼入れしたのち焼戻しを施す、板内で板厚が変動する板厚変動調質厚鋼板の製造方法において、焼入れしたのち、焼戻し温度を、（Ａc1変態点−50℃）〜Ａc1変態点の温度範囲とし、この温度範囲の雰囲気中に該厚鋼板を装入し、その最厚肉部の保持時間を、該最厚肉部の中心部が（雰囲気温度−10℃）に到達した時間から30min 以内とする焼戻しを施すこととし、該板厚変動厚鋼板の最厚肉部と最薄肉部の最適焼戻し条件を焼戻し温度および保持時間でそれぞれ求め、ついでこれら焼戻し温度と保持時間から下記（１）式で定義されるＰ値を計算し、最適Ｐ値をそれぞれ、Ｐａ（最厚肉部）、Ｐｕ（最薄肉部）とし、かつ、最厚肉部と最薄肉部の前記最適焼戻し条件での昇温曲線から決定される両部の昇温時間差を、同一焼戻し温度条件下での最厚肉部と最薄肉部の保持時間差Ｄとし、これらＰａ、ＰｕおよびＤから、下記（２）、（３）式を同時に満足するように、前記焼戻し温度および前記最厚肉部の保持時間を決定することを特徴とする板厚変動調質厚鋼板の製造方法。
記
Ｐ  ＝（Ｔ＋273 ）×（20＋log ｔa ）×10-3          …（１）
Ｐａ＝（Ｔ＋273 ）×（20＋log ｔaa）×10-3          …（２）
Ｐｕ＝（Ｔ＋273 ）×（20＋log （ｔaa＋Ｄ））×10-3  …（３）
ここに、Ｔ：焼戻し温度（℃）、
ｔa ：保持時間（hr）、
ｔaa：最厚肉部の保持時間（hr）
Ｄ  ：最厚肉部と最薄肉部の保持時間差（hr）
【請求項２】
前記厚鋼板が、重量％で、
Ｃ：0.03〜0.20％、
Si：0.05〜0.50％、
Mn：0.30〜2.50％、
Al：0.01〜0.10％、
Ｎ：0.007 ％以下
を含み、さらに、
Cu：0.05〜1.30％、
Ni：0.10〜10.0％、
Cr：0.05〜1.50％、
Mo：0.03〜0.50％、
Ｖ：0.01〜0.15％、
Ｂ：0.0003〜0.0020％
のうちから選ばれた１種または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ことを特徴とする請求項１記載の板厚変動調質厚鋼板の製造方法。
【請求項３】
前記厚鋼板が、重量％で、
Ｃ：0.03〜0.20％、
Si：0.05〜0.50％、
Mn：0.30〜2.50％、
Al：0.01〜0.10％、
Ｎ：0.007 ％以下
を含み、さらに、
Cu：0.05〜1.30％、
Ni：0.10〜10.0％、
Cr：0.05〜1.50％、
Mo：0.03〜0.50％、
Ｖ：0.01〜0.15％、
Ｂ：0.0003〜0.0020％
の群、
Nb：0.005 〜0.06％、
Ti：0.005 〜0.06％
の群および、
Ca ：0.0010〜0.0040％、
REM ：0.001 〜0.020 ％
の群のうちの少なくとも２群から選ばれた、各群１種または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ことを特徴とする請求項１または２記載の板厚変動調質厚鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、橋梁・造船に用いられるテーパープレート、差厚プレート等の板内で板厚が異なる板厚変動鋼板の製造方法に関し、とくに、焼入れ焼戻しを施す板厚変動調質厚鋼板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
板内で板厚が変動する板厚変動厚鋼板は、最近、橋梁・造船で使用されている。
このような板厚変動鋼板は、従来の同厚材と同じように熱処理炉に装入し、一定時間保持したのち、薄肉部と厚肉部を均一な温度としたのち水冷あるいは放冷する方法により製造されていた。しかし、このような方法では、薄肉部と厚肉部で冷却速度に差が生じ、薄肉部では冷却速度が大きく、また厚肉部では冷却速度が小さいため、薄肉部と厚肉部で組織差が生じ、同一条件の焼戻しを実施すると、薄肉部と厚肉部で機械的性質の相違、とくに強度差が生じてしまう。また、例えば、焼戻し条件を厚肉部の最適条件に合わせると、薄肉部は最適焼戻し条件から外れることになり、依然として鋼板内の強度差が残ることになる。また、強度を均一にするために焼戻し条件を選択すると、鋼板の所定強度を下回る場合もあり、板厚変動鋼板において、強度差のない鋼板を得ることは難しい問題であった。
【０００３】
板厚変動鋼板の製造方法として、例えば特開平１−２２５７２０号公報には、誘導加熱装置を用い、その入力制御を鋼板の板厚に応じて行い、板厚に応じた加熱を施し、板厚の変動にかかわらず任意の機械的性質を有する板厚変動鋼板が得られる板厚変動鋼板の熱処理方法が提案されている。また、特開昭６１−２８４５２４  号公報には、熱間圧延後、加速冷却設備を用いて、鋼板の所望強度分布に応じ鋼板の冷却速度を調整する異形非調質高張力鋼板の製造方法が提案されている。
【０００４】
しかしながら、いずれの方法も既存の設備のみでは実施できず、特殊な設備の設置が必須であり、すぐには実施できないという問題を残している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記問題点を有利に解決し、引張強さ５７０ＭＰａ以上を有し、しかも、焼入れ焼戻しを施した後に、板厚による強度差の少ない板厚変動調質厚鋼板の製造方法を提供することを目的にする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、板厚変動厚鋼板すなわちテーパプレートあるいは差厚プレート等の板内の板厚が異なっている厚鋼板に、焼入れしたのち焼戻しを施す、板厚変動調質厚鋼板の製造方法において、焼入れしたのち、焼戻し温度を、（Ａc1変態点−50℃）〜Ａc1変態点の温度範囲とし、この温度範囲の雰囲気中に該厚鋼板を装入し、その最厚肉部の保持時間を、該最厚肉部の中心部が（雰囲気温度−10℃）に到達した時間から30min 以内とする焼戻しを施すことを特徴とする板厚変動調質厚鋼板の製造方法である。
【０００７】
また、本発明では、該板厚変動厚鋼板の最厚肉部と、最薄肉部の最適焼戻し条件を焼戻し温度および保持時間でそれぞれ求め、ついでこれら焼戻し温度と保持時間から次（１）式
Ｐ  ＝（Ｔ＋273 ）×（20＋log ｔa ）×10-3          …（１）
（ここに、Ｔ：焼戻し温度（℃）、ｔa ：保持時間（hr））で定義されるＰ値を計算し、最適Ｐ値をそれぞれ、Ｐａ（最厚肉部）、Ｐｕ（最薄肉部）とし、かつ、最厚肉部と最薄肉部の前記最適焼戻し条件での昇温曲線から決定される両部の昇温時間差を、同一焼戻し温度条件下での最厚肉部と最薄肉部の保持時間差Ｄとし、これらＰａ、ＰｕおよびＤから、次（２）、（３）式
Ｐａ＝（Ｔ＋273 ）×（20＋log ｔaa）×10-3          …（２）
Ｐｕ＝（Ｔ＋273 ）×（20＋log （ｔaa＋Ｄ））×10-3  …（３）
（ここに、ｔaa：最厚肉部の保持時間（hr）、Ｄ：最厚肉部と最薄肉部の保持時間差（hr））を同時に満足するように、前記焼戻し温度および前記最厚肉部の保持時間を決定することも特徴とする。
【０００８】
また、本発明では、前記厚鋼板が、重量％で、Ｃ：０．０３〜０．２０％、Ｓｉ：０．０５〜０．５０％、Ｍｎ：０．３０〜２．５０％、Ａｌ：０．０１〜０．１０％、Ｎ：０．００７  ％以下を含み、さらに、Ｃｕ：０．０５〜１．３０％、Ｎｉ：０．１０〜１０．０％、Ｃｒ：０．０５〜１．５０％、Ｍｏ：０．０３〜０．５０％、Ｖ：０．０１〜０．１５％、Ｂ：０．０００３〜０．００２０％のうちから選ばれた１種または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厚鋼板であることが好ましい。
【０００９】
また、本発明では、前記厚鋼板が、重量％で、Ｃ：0.03〜0.20％、Si：0.05〜0.50％、Mn：0.30〜2.50％、Al：0.01〜0.10％、Ｎ：0.007 ％以下を含み、さらに、Cu：0.05〜1.30％、Ni：0.10〜10.0％、Cr：0.05〜1.50％、Mo：0.03〜0.50％、Ｖ：0.01〜0.15％、Ｂ：0.0003〜0.0020％の群、Nb：0.005 〜0.06％、Ti：0.005 〜0.06％の群および、Ca：0.0010〜0.0040％、REM ：0.001 〜0.020 ％の群のうちの少なくとも２群から選ばれた、各群１種または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厚鋼板であることが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の板厚変動厚鋼板とは、テーパープレートあるいは差厚プレート等の板内の板厚が異なっている厚鋼板をいう。本発明では、板厚の変動は鋼板の長手方向あるいは幅方向に板厚が一定勾配で変動している場合は勿論、不均一な変化であっても問題はない。
【００１１】
本発明の板厚変動厚鋼板は、スラブを熱間圧延により、所定の形状の板厚変動厚鋼板とする。熱間圧延条件はとくに限定しないが、熱間圧延のためのスラブ加熱温度は、１０００〜１３００℃が好ましい。スラブ加熱温度が１０００℃未満では、添加合金元素の均一固溶が達成できない。また、スラブ加熱温度が１３００℃を超えると、オーステナイト結晶粒が粗大化し、その後の圧延によっても細粒化せず、鋼材の靱性が劣化する。
【００１２】
本発明の板厚変動厚鋼板は、熱間圧延後、直接あるいは再加熱後、焼入れする。焼入れ温度は、Ａｃ３変態点以上であれば、とくに問題はないが、好ましくは  ８００〜１０００℃の範囲とするのがよい。  ８００℃未満では、十分な焼入れ強度を得にくい。また、１０００℃を超えると、結晶粒が粗大化し、靱性が劣化する。なお、より好ましくは  ８５０〜９５０  ℃である。
【００１３】
また、熱間圧延後、直接焼入れする場合に、鋼板温度が上記Ａｃ３変態点未満の場合には、Ａｃ３変態点以上に再加熱してもよい。
本発明の板厚変動厚鋼板は、焼入れ後焼戻しを施される。
焼戻し温度は、（Ａｃ１変態点−５０℃）〜Ａｃ１変態点の温度範囲とし、該最厚肉部の保持時間は、該厚鋼板の最厚部の中心部が（雰囲気温度−１０℃）に到達した時間から３０ｍｉｎ  以内とする。
【００１４】
焼戻し温度が（Ａｃ１変態点−５０℃）未満では、厚肉部と薄肉部の強度差が大きく、またＡｃ１変態点を超えると、強度が急激に低下する。このため、焼戻し温度は、（Ａｃ１変態点−５０℃）〜Ａｃ１変態点の温度範囲とした。
また、本発明では、厚鋼板を上記温度の雰囲気中に装入し、短時間、すなわち、最厚部の保持時間で３０ｍｉｎ  以内の焼戻しを施す。３０ｍｉｎ  を超える長時間では、強度低下が著しくなる。
【００１５】
焼戻し温度は、上記した温度範囲の中で、さらに、最適温度を次のように決定する。
各板厚のうち、最厚肉部（厚部）と、最薄肉部（薄部）各々について、所定の強度を得るための最適焼戻し条件の温度、保持時間を求め、次（１）式で決まる最適Ｐ値を決定する。
【００１６】
Ｐ  ＝（Ｔ＋273 ）×（20＋log ｔa ）×10-3        ……（１）
ここに、Ｔ：焼戻し温度（℃）、ｔa ：保持時間（hr）
ついで、厚部の最適Ｐ値をＰａ、薄部の最適Ｐ値をＰｕ、厚部の保持時間をｔaa、図２に示すような昇温曲線から求められる厚部と薄部の保持時間の差をＤとすれば、各部の最適焼戻しを得るための板厚変動厚鋼板の焼戻し条件温度Ｔ、厚部の保持時間ｔaaは、次式
Ｐａ＝（Ｔ＋273 ）×（20＋log ｔaa）×10-3          …（２）
Ｐｕ＝（Ｔ＋273 ）×（20＋log （ｔaa＋Ｄ））×10-3  …（３）
で表される。これは、厚部に比べ、薄部では、温度Ｔに保持される時間がＤだけ長いことによる。Ｄは厚部と薄部の昇温時間差に等しい。本発明では、このＤが、薄部と厚部ごとの前記最適焼戻し条件での昇温曲線から既知である厚部の昇温時間と薄部の昇温時間の差に等しいものとする。したがって（２）、（３）式を連立方程式として解くことにより、薄部および厚部の双方に共通した最適焼戻し条件となるＴ、ｔaaを求めることができる。
【００１７】
すなわち、薄・厚両部の双方に共通の最適焼戻し温度は、図１に示すように、厚部の最適焼戻しパラメータＰa と薄部の最適焼戻しパラメータＰu を、焼戻し温度と保持時間の関係でプロットし、厚部と薄部それぞれの最適焼戻し条件での昇温曲線から決定される昇温時間差に等しいものとした両部の保持時間差Ｄとなる焼戻し温度を求めることにより容易に決定できる。
本発明では、焼戻し温度を（Ａc1変態点−50℃）〜Ａc1変態点の温度範囲でかつ（２）、（３）式を満足する温度とし、かつ保持時間を30min 以内で、（２）、（３）式を満足する保持時間とする。
【００１８】
これにより、厚部および薄部ともに、所定の強度および靱性を有する最適焼戻し条件を満足し、しかも優れた靱性を有する板厚変動厚鋼板とすることができる。
本発明の厚鋼板は、焼入れ焼戻しののち、引張強さが５７０ＭＰａ以上を有するのが好ましい。
【００１９】
つぎに、厚鋼板の組成の限定理由を説明する。
Ｃ：０．０３〜０．２０％
Ｃは、焼入れ性を増加する元素であり、強度確保の目的で添加する。このためには、０．０３％以上を必要とするが、０．２０％を超えると靱性および溶接性が劣化する。このようなことから、Ｃは０．０３〜０．２０の範囲とした。
【００２０】
Ｓｉ：０．０５〜０．５０％
Ｓｉは、脱酸を促進し、さらに強度を増加する効果を有する。この効果は、０．０５％以上の添加で認められるが、０．５０％を超えると靱性が劣化する。このため、Ｓｉは０．０５〜０．５０％の範囲とした。
Ｍｎ：０．３０〜２．５０％
Ｍｎは、靱性を損なうことなく強度を増加させる効果を有している。０．３０％未満では、強度の増加は少なく、しかし、２．５０％を超えると加工性が劣化する。このため、Ｍｎは０．３０〜２．５０％の範囲とした。
【００２１】
Ａｌ：０．０１〜０．１０％
Ａｌは、脱酸剤として添加されるが、さらに結晶粒を微細化する効果も有している。結晶粒の微細化のためには、０．０１％以上の添加が必要である。しかし、０．１０％を超えると酸化物系介在物量が増加して靱性を劣化させる。このため、Ａｌは０．０１〜０．１０％の範囲とした。
【００２２】
Ｎ：０．００７  ％以下
Ｎは、Ａｌと結合して、加熱時の結晶粒の粗大化を防止する。しかし、多量に含有すると溶接熱影響部の靱性を劣化させる。このため、Ｎは０．００７  ％以下とした。
Ｃｕ：０．０５〜１．３０％、Ｎｉ：０．１０〜１０．０％、Ｃｒ：０．０５〜１．５０％、Ｍｏ：０．０３〜０．５０％、Ｖ：０．０１〜０．１５％、Ｂ：０．０００３〜０．００２０％のうちから選ばれた１種または２種以上
Ｃｕは、鋼中に固溶あるいは析出して強度を増加する。固溶強化により強度を増加させるためには、０．０５％以上の添加が必要である。また、析出強化により強度を増加させるためには、０．５０％以上の添加が必要である。しかし、１．３  ％を超えると、効果が飽和するのに加えて、熱間加工性が劣化する。このため、Ｃｕは０．０５〜１．３０％の範囲とした。
【００２３】
Ｎｉは、強度を増加し、さらに靱性を向上させる。このためには、０．１０％以上の添加を必要するが、１０．０％を超えると経済的に高価となる。このようなことからＮｉは０．１０〜１０．０％の範囲とした。
Ｃｒは、焼入れ性を向上させ、強度を増加させる。このためには、０．０５％以上の添加を必要とするが、１．５０％を超えると溶接性の劣化を招く。このようなことからＣｒは０．０５〜１．５０％の範囲とした。
【００２４】
Ｍｏは、焼入れ性を向上させ、焼戻し軟化抵抗を高め、強度を増加させる。このためには、０．０３％以上の添加を必要とするが、０．５０％を超えると、溶接性を劣化させ、しかも高価となる。このようなことからＭｏは０．０３〜０．５０％の範囲とした。Ｖは、窒化物あるいは炭化物を形成し、析出強化により強度を増加させる。このためには、０．０１％以上の添加が必要であるが、０．１５％を超えると靱性を劣化させる。このようなことからＶは０．０１〜０．１５％の範囲とした。
【００２５】
Ｂは、微量の添加で焼入れ性を向上させ、強度を増加させる。このためには、0.0003％以上の添加が必要であるが、0.0020％を超えると靱性を劣化させる。このようなことからＢは0.0003〜0.0020％の範囲とした。
さらに、Cu：0.05〜1.30％、Ni：0.10〜10.0％、Cr：0.05〜1.50％、Mo：0.03〜0.50％、Ｖ：0.01〜0.15％、Ｂ：0.0003〜0.0020％の群、Nb：0.005 〜0.06％、Ti：0.005 〜0.06％の群、および、Ca：0.0010〜0.0040％、REM ：0.001 〜0.020 ％の群の各群のなかの少なくとも２群から選ばれた、各群１種または２種以上を含有してもよい。
【００２６】
Ｎｂ：０．００５  〜０．０６％、Ｔｉ：０．００５  〜０．０６％のうちから選ばれた１種または２種  Ｎｂは、窒化物を形成し、オーステナイト粒の粗大化を抑制し、あるいは熱間圧延時の結晶粒微細化、焼戻し時の析出強化に寄与する元素である。このような効果を得るためには、０．００５  ％以上の添加が必要であるが、０．０６％を超えると溶接部の靱性を劣化させる。このようなことからＮｂは０．００５  〜０．０６％の範囲とした。
【００２７】
Tiは、Nbと同様窒化物を形成し、オーステナイト粒の粗大化を抑制する。このためには0.005 ％以上の添加を必要とするが、0.06％を超えると、靱性が劣化する。このようなことからTiは0.005 〜0.06％の範囲とした。
Ca：0.0010〜0.0040％、REM ：0.001 〜0.020 ％のうちから選ばれた１種または２種
Caは、球状の硫化物を形成し、靱性を向上させる効果を有する。このためには、0.0010％以上の添加が必要であるが、0.0040％を超えると酸化物系介在物の増大を招き、靱性が劣化する。このようなことからCaは0.0010〜0.0040％の範囲とした。
【００２８】
ＲＥＭ  は、Ｃａと同様に硫化物を球状化させ、靱性を向上させる。この効果を得るためには、０．００１  ％以上の添加を必要とするが、０．０２０  ％を超えると、介在物量が増大し、靱性を劣化させる。このようなことからＲＥＭ  は０．００１  〜０．０２０  ％の範囲とした。
本発明では、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなる。不可避的不純物は、Ｐ：  ０．０２５％以下、Ｓ：  ０．０１５％以下まで許容できる。
【００２９】
【実施例】
（実施例１）
表１に示す組成の鋼を転炉で溶製し、連続鋳造により  ２６０ｍｍ厚のスラブとした。該スラブを厚板圧延により、図３に示す形状のテーパープレートとした。
最厚肉部（厚部）は７５ｍｍ厚、最薄肉部（薄部）は５５ｍｍ厚である。このテーパプレートを  ９３０℃に加熱後、水冷した。
【００３０】
焼入れ後、厚部および薄部それぞれで最適焼戻し条件を求め、最適Ｐ値を（１）式から計算し、表２に示す。
【００３１】
【表１】
0003603479.tif 000002
【００３２】
【表２】
0003603479.tif 000003
【００３３】
表２に示すような厚部と薄部の昇温時間差から厚部と薄部の保持時間の差Ｄを求めた。この場合Ｄ値は34min となる。このテーパープレートの厚部、薄部の最適焼戻しＰ値は、次式でかける。
18.2 ＝（Ｔ＋273 ）×（20＋log t aa）×10-3          …（２Ａ）
18.9 ＝（Ｔ＋273 ）×（20＋log （t aa＋Ｄ））×10-3  …（３Ａ）
となる。（２Ａ）、（３Ａ）式を図示すると図４となる。ここで、Ｄ＝34min となるＴ（焼戻し温度）を求めると、Ｔ＝680 ℃が得られる。
【００３４】
上記焼入れのままテーパープレートを焼戻し温度６８０  ℃で、厚部の保持時間８  ｍｉｎ  （在炉１２８ｍｉｎ）で焼戻したときの、各部の強度を表３に示す。
【００３５】
【表３】
0003603479.tif 000004
【００３６】
表３から、厚部と薄部の強度差は、１０ＭＰａ  以内と非常に小さくなっている。
比較例として、実施例と同一のテーパープレートを同じ焼入れ条件で焼入れしたのち、厚部の最適焼戻し条件、６４０  ℃×１７５ｍｉｎ（在炉）で焼戻した例を表３に併記した。この比較例では、当然ながら、薄部の強度が高すぎ、厚部と薄部の強度差が７０ＭＰａ  以上ある。
【００３７】
（実施例２）
表４に示す組成の鋼を転炉で溶製し、連続鋳造により 215mm厚のスラブとし、厚板圧延により所定の形状のテーパープレートとした。
このテーパプレートを焼入れしたのち、厚部および薄部それぞれで最適焼戻し条件を求め、最適Ｐ値を（１）式から計算し、ついで、前記最適焼戻し条件での厚部と薄部それぞれの昇温曲線から決定した厚部と薄部の昇温時間差に等しいものとして保持時間の差Ｄを求め、最適Ｐ値と、Ｄ値から（２）、（３）式を用い、焼戻し温度を求め、その焼戻し温度でテーパープレートを焼戻した。焼戻し後の強度を調査し表５に示す。
【００３８】
【表４】
0003603479.tif 000005
【００３９】
【表５】
0003603479.tif 000006
【００４０】
本発明の範囲の組成と、本発明の範囲の焼戻し温度であれば、引張強さ５７０ＭＰａ以上を満足している。そして、各部の強度差も小さく均一な強度を有するテーパープレートとなっている。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、板厚が板内で変動する板厚変動厚鋼板の強度が、板厚の相違にもかかわらず板内で均一とすることが可能となり、設計上の自由度が増加し、また均一な強度を有する板厚変動厚鋼板を用いることにより、建築物あるいは構造物の安全性が向上する等、産業上多大の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｐａ、Ｐｕ値となる焼戻し温度と保持時間の関係を示す模式的関係図である。
【図２】板厚変動厚鋼板の厚肉部（厚部）、薄肉部（薄部）の焼戻し時昇温曲線を示す模式図である。
【図３】テーパープレートの寸法形状を示す断面図である。
【図４】Ｐａ、Ｐｕ値となる焼戻し温度と保持時間の関係を示すグラフである。
【図１】
0003603479.tif 000007
【図２】
0003603479.tif 000008
【図３】
0003603479.tif 000009
【図４】
0003603479.tif 000010