(57)【要約】【課題】  大きな角変形量が得られると同時に、目標とする角変形量を安定して得ることができる鋼板の線状加熱方法を提供する。【解決手段】  線状加熱時の鋼板表面最高到達温度をＴms（℃）、鋼板裏面最高到達温度をＴmr（℃）としたとき、Ｔms：６００〜１０００℃、Ｔmr：３００〜６００℃、Ｔms−Ｔmr≧２００℃であって、温度Ｔ（℃）での降伏応力［Ｎ／ｍｍ2］をＹＳ（Ｔ）としたとき、［ＹＳ（Ｔmr）−ＹＳ（Ｔms）］／（Ｔms−Ｔmr）≧０．７［Ｎ／ｍｍ2・℃］となるようにＴms、Ｔmrを選択して線状加熱を行い、その後鋼板表面を冷却し、冷却終了時の鋼板表面温度をＴfs、鋼板裏面温度をＴfrとしたとき、Ｔfs：２００〜４００℃、Ｔfr−Ｔfs≧５０℃となるように冷却を行うことを特徴とする鋼板の線状加熱方法。【選択図】  図１
2006051534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
線状加熱時の鋼板表面最高到達温度をＴms（℃）、鋼板裏面最高到達温度をＴmr（℃）としたとき、
Ｔms：６００〜１０００℃、Ｔmr：３００〜６００℃、Ｔms−Ｔmr≧２００℃
であって、温度Ｔ（℃）での降伏応力［Ｎ／ｍｍ2］をＹＳ（Ｔ）としたとき、
［ＹＳ（Ｔmr）−ＹＳ（Ｔms）］／（Ｔms−Ｔmr）≧０．７［Ｎ／ｍｍ2・℃］
となるようにＴms、Ｔmrを選択して線状加熱を行い、その後鋼板表面を冷却し、冷却終了時の鋼板表面温度をＴfs、鋼板裏面温度をＴfrとしたとき、
Ｔfs：２００〜４００℃、Ｔfr−Ｔfs≧５０℃
となるように冷却を行うことを特徴とする鋼板の線状加熱方法。
【請求項２】
前記鋼板として、質量％で、
Ｃ：０．０５〜０．２０％、Ｓｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｎ：０．６〜２．０％、Ｐ≦０．０２５％、Ｓ≦０．０１０％、Ａｌ：０．００５〜０．１０％、Ｎ：０．００１０〜０．００８０％であり、
Ｎｂ：０．００３〜０．０５０％、Ｍｏ：０．０５〜０．５０％、Ｖ：０．００５〜０．１０％、Ｗ：０．０５〜０．５０％、Ｔａ：０．０５〜０．５０％のうち１種以上を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる鋼板を用いることを特徴とする請求項１に記載の鋼板の線状加熱方法。
【請求項３】
前記鋼板はさらに、質量％で、
Ｃｕ：０．０５〜１．５％、Ｎｉ：０．０５〜３．５％、Ｃｒ：０．０５〜１．０％、Ｔｉ：０．００５〜０．１０％、Ｂ：０．０００２〜０．００３０％、Ｃａ：０．０００３〜０．００５０％、ＲＥＭ：０．０００５〜０．００６０％の１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項２に記載の鋼板の線状加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼板を線状加熱して所定の形状に変形させる線状加熱方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
平らな鋼板を変形させて最終目的形状の鋼板を製造する場合、ガスバーナーなどを用いて鋼板を線状加熱し、所定の形状に変形させる線状加熱方法が知られている。ブレス加工、機械的加工と比較し、線状加熱方法は高価な加工設備を必要としないため、現在でも多く使用されている。
【０００３】
鋼板を加熱したときに熱膨脹により塑性変形が生じた場合、これが冷却後室温に戻っても残留すると鋼板が変形する。温度上昇により生じた熱応力がその温度における鋼板の降伏強度より大きい場合、塑性変形を起こす。ある部分における熱応力は、他の部分からの拘束により生じるが、もし加熱部分がまわりから拘束を受けない場合は、自由熱膨脹となり熱応力は発生しない。すなわち塑性変形は生じない。逆に、まわりからの拘束が大きい場合それだけ大きい塑性変形が導入されることにより、最終変形量は大きくなる。線状加熱の場合、溶接と比較すると、バーナーで比較的ゆっくりと加熱されるため、熱が加熱部分以外にもかなり広く伝わってゆく。すなわち、加熱部分から見て、拘束する部分もまた、かなりの温度上昇を伴うのが普通である。そのため、より大きい変形を得るためには、まわりの拘束を大きくする、すなわち温度が上昇しても降伏強度があまり低くならない鋼材を使用することが効果的である。
【０００４】
特許文献１に記載の線状加熱方法においては、室温から６００℃までの温度範囲で温度上昇に伴う降伏強度の低下が少ない鋼板を使用している。温度が上昇しても降伏強度があまり低くならないので、拘束する部分の温度が上昇しても最高温度部分を十分に拘束することができ、大きな変形を得ることができるからである。特許文献１ではさらに、加熱を行う側の鋼板表面最高温度を６００℃以上として鋼板内部の温度勾配を大きくし、水冷を行うことで温度勾配を大きくして塑性歪みを導入させ、表面温度２００℃以下で水冷を停止する。これにより、鋼板を線状加熱するときに生じる角変形を大きくすることができるとしている。温度上昇に伴う降伏強度の低下が少ない鋼板とするため、Ｎｂ及びＭｏを含有する成分とし、熱間圧延時の加熱温度を１１００℃以上としてＮｂとＭｏの固溶量を十分に確保して線状加熱の熱履歴中の析出強化を可能とし、圧延の下限温度を８５０℃として圧延中の析出を抑制している。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１０３８２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の方法を用いることにより、線状加熱における角変形を大きくすることが可能となった。しかし、線状加熱による角変形量が一定せず、場合によっては十分な変形量が得られないときがあり、安定的に作業時間を短縮させることが困難であった。
【０００７】
本発明は、大きな角変形量が得られると同時に、目標とする角変形量を安定して得ることができる鋼板の線状加熱方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
特許文献１に記載の線状加熱方法においては、室温から６００℃までの温度範囲で温度上昇に伴う降伏強度の低下が少ない鋼板を使用し、加熱及び冷却後の鋼板表面温度を所定の温度範囲に制御することによって曲げ変形量を高めていた。しかし、加熱及び冷却後の鋼板表面温度範囲を規定するのみでは安定した角変形量を得ることができないことが分かった。鋼板の高温強度は鋼板材質毎に変化するため、及び表裏面間の温度差が十分に確保されない場合があるためである。
【０００９】
これに対し、加熱後の表裏面間の降伏強度温度勾配を所定の値以上とし、併せて鋼板の表裏面間の温度差を規定してはじめて、常に安定した角変形量が得られることが分かった。
【００１０】
本発明は上記知見に基づいてなされたものであり、即ち、その要旨とするところは以下のとおりである。
（１）線状加熱時の鋼板表面最高到達温度をＴms（℃）、鋼板裏面最高到達温度をＴmr（℃）としたとき、
Ｔms：６００〜１０００℃、Ｔmr：３００〜６００℃、Ｔms−Ｔmr≧２００℃
であって、温度Ｔ（℃）での降伏応力［Ｎ／ｍｍ2］をＹＳ（Ｔ）としたとき、
［ＹＳ（Ｔmr）−ＹＳ（Ｔms）］／（Ｔms−Ｔmr）≧０．７［Ｎ／ｍｍ2・℃］
となるようにＴms、Ｔmrを選択して線状加熱を行い、その後鋼板表面を冷却し、冷却終了時の鋼板表面温度をＴfs、鋼板裏面温度をＴfrとしたとき、
Ｔfs：２００〜４００℃、Ｔfr−Ｔfs≧５０℃
となるように冷却を行うことを特徴とする鋼板の線状加熱方法。
（２）鋼板として、質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２０％、Ｓｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｎ：０．６〜２．０％、Ｐ≦０．０２５％、Ｓ≦０．０１０％、Ａｌ：０．００５〜０．１０％、Ｎ：０．００１０〜０．００８０％であり、Ｎｂ：０．００３〜０．０５０％、Ｍｏ：０．０５〜０．５０％、Ｖ：０．００５〜０．１０％、Ｗ：０．０５〜０．５０％、Ｔａ：０．０５〜０．５０％のうち１種以上を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる鋼板を用いることを特徴とする上記（１）に記載の鋼板の線状加熱方法。
（３）鋼板はさらに、質量％で、Ｃｕ：０．０５〜１．５％、Ｎｉ：０．０５〜３．５％、Ｃｒ：０．０５〜１．０％、Ｔｉ：０．００５〜０．１０％、Ｂ：０．０００２〜０．００３０％、Ｃａ：０．０００３〜０．００５０％、ＲＥＭ：０．０００５〜０．００６０％の１種又は２種以上を含有することを特徴とする上記（２）に記載の鋼板の線状加熱方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の鋼板の線状加熱方法においては、加熱時の鋼板表裏面間の降伏強度温度勾配を所定以上の値とし、併せて冷却後の表裏面間温度差を所定以上の値とすることにより、常に大きな角変形量を得ることができ、目標とする角変形量を安定して得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明において、鋼板の表面側とは、線状加熱で加熱を行う側をいう。また、鋼板の裏面側とは、前記表面側と反対の側をいう。図１に示すように、鋼板１の表面側からバーナー２等で加熱を行い、加熱位置を加熱方向４の方向に順次移動して線状に加熱する。バーナー２による加熱の後に加熱部位に冷却水ノズル３を用いて冷却水を供給することによって冷却を行う。バーナー２と冷却水ノズル３との間隔を一定に保持するように冷却水ノズル３も順次移動する。その結果、図２に示すように鋼板が角変形する。図２に示すδが角変形量である。
【００１３】
線状加熱方法において鋼板を加熱したときに、最高温度に到達した鋼板表面側において圧縮塑性歪が生じ、その後の水冷によって表面側を収縮させたときに生じる引張応力によって、角変形を起こすことができる。
【００１４】
角変形量を大きくするためには、第１に、加熱時の圧縮塑性歪をできるだけ大きくする必要がある。そのためには、加熱時の鋼板表裏面の降伏強度差を大きくすることが有効である。加熱時における裏面側の降伏強度を高く保つことにより、表面側を有効に拘束することができる。同時に加熱時における表面側の降伏強度を下げることにより、裏面側による拘束と相俟って、表面側に圧縮塑性歪を生じさせることができる。
【００１５】
角変形量を大きくするためには、第２に、加熱後の冷却時に表裏面の温度分布を逆転させて、表面側の引張応力を高める必要がある。
【００１６】
以上の第１、第２の要件を具備することにより、線状加熱において安定して大きな角変形量を確保することが可能となる。以下、順次説明を行う。
【００１７】
まず、第１のポイントである、加熱時の鋼板表裏面の降伏強度差を大きくする点について詳細に説明する。
【００１８】
本発明においては、加熱時の鋼板表裏面の降伏強度差を大きくする手段として、加熱時の鋼板表裏面間の降伏強度温度勾配を大きくするとともに、鋼板表裏面間の温度差を所定の値に確保する。これにより、結果として加熱時の鋼板表裏面間の降伏強度差を大きくすることができる。
【００１９】
線状加熱時の鋼板表面最高到達温度をＴms（℃）、鋼板裏面最高到達温度をＴmr（℃）とする。本発明において具体的には、Ｔms：６００〜１０００℃、Ｔmr：３００〜６００℃、Ｔms−Ｔmr≧２００℃とすると同時に、温度Ｔ（℃）での降伏応力［Ｎ／ｍｍ2］をＹＳ（Ｔ）としたとき、
［ＹＳ（Ｔmr）−ＹＳ（Ｔms）］／（Ｔms−Ｔmr）≧０．７［Ｎ／ｍｍ2・℃］
となるようにＴms、Ｔmrを選択する。上記式の左辺を、以後「加熱時表裏面降伏強度温度勾配Ｇ」と呼ぶ。
【００２０】
Ｔms：６００〜１０００℃、Ｔmr：３００〜６００℃、Ｔms−Ｔmr≧２００℃とし、加熱時表裏面降伏強度温度勾配Ｇを種々変更したときの角変形量δの実績を図３に示す。図３から明らかなように、加熱時表裏面降伏強度勾配Ｇを０．７Ｎ／ｍｍ2・℃以上とすることによって角変形量δの値が大きくなっている。即ち本発明においては、加熱時表裏面降伏強度勾配Ｇを０．７Ｎ／ｍｍ2・℃以上とし、併せて加熱時の表裏面温度差を２００℃以上とすることにより、表裏面間に大きな降伏強度差を生じさせることができる。その結果、鋼板の表面側が熱膨張しようとしたときに、裏面側に十分な拘束力が生まれるので表面側が十分に膨張できず、表面側に圧縮塑性歪が生成することとなる。
【００２１】
鋼板表面最高到達温度Ｔmsが６００℃未満では鋼板が十分な剛性を有しているため、ほとんど変形が生じない。加熱時表裏面降伏強度温度勾配Ｇを０．７以上とするためにも、Ｔmsを６００℃以上とすることが必要となる。一方、Ｔmsが１０００℃を超えると、その後の水冷によって表面側に過度の焼きが入り、延性、靭性が低下してしまう。そこで本発明においては、鋼板表面最高到達温度Ｔmsを６００〜１０００℃とする。
【００２２】
一方、鋼板裏面最高到達温度Ｔmrが３００℃未満である場合には、角変形がほとんど生じない。またＴmrが６００℃を超えると、表裏面の温度分布が均一に成りすぎて、表裏面温度差を２００℃以上確保することが困難となる。加熱時表裏面降伏強度温度勾配Ｇを０．７以上とするためにも、Ｔmrを６００℃以下とすることが必要となる。そこで本発明においては、鋼板裏面最高到達温度Ｔmrを３００〜６００℃とする。
【００２３】
本発明の線状加熱方法において、加熱時表裏面降伏強度温度勾配Ｇを０．７以上とするためには、まず降伏強度の温度依存性が大きい鋼材を選択することが重要である。具体的には、Ｔmrの温度範囲である３００〜６００℃の温度領域において降伏強度の高い鋼材を選択する。このような特質を有する好適な鋼成分については後述する。
【００２４】
次に、使用する鋼材の降伏強度の温度依存性についてデータを採取しておく。採取したデータに基づき、Ｔms：６００〜１０００℃、Ｔmr：３００〜６００℃かつＴms−Ｔmr≧２００℃の範囲内において、
［ＹＳ（Ｔmr）−ＹＳ（Ｔms）］／（Ｔms−Ｔmr）≧０．７［Ｎ／ｍｍ2・℃］
となるようなＴms、Ｔmrを選択する。
【００２５】
上記のようにして選択した鋼材を用い、選択したＴms、Ｔmrを実現するように線状加熱を行うことにより、加熱した鋼板表面に十分な圧縮塑性歪を生成させることが可能となる。
【００２６】
次に、第２のポイントである、加熱後の冷却時に表裏面の温度分布を逆転させて、表面側の引張応力を高める点について詳細に説明する。
【００２７】
本発明において、冷却終了時の鋼板表面温度をＴfs、鋼板裏面温度をＴfrとする。そして、Ｔfs：２００〜４００℃、Ｔfr−Ｔfs≧５０℃となるように冷却を行う。表裏面の温度分布を逆転させ、Ｔfr−Ｔfs≧５０℃とすることにより、表面側の引張応力を十分に高めることができ、角変形量を安定して大きな値とすることが可能となる。
【００２８】
Ｔfsを２００℃以上とするのは、２００℃未満では表面側のみならず裏面側の温度も低下してしまい、十分な角変形量が得られないからである。Ｔfsを４００℃以下とするのは、４００℃を超えると温度分布の逆転が不十分であるために、角変形量も小さくなってしまうからである。なお、加熱時の鋼板裏面最高到達温度Ｔmrが３００℃以上であることも、Ｔfr−Ｔfs≧５０℃を実現する上で重要なポイントとなっている。
【００２９】
本発明の線状加熱方法においては、加熱終了後鋼板表面を水冷し、Ｔfs：２００〜４００℃において水冷を終了することにより、Ｔfr−Ｔfs≧５０℃を実現することができる。
【００３０】
次に、本発明の線状加熱方法において使用する鋼板であって、降伏強度の温度依存性が高い鋼板として好適な成分組成について説明する。
【００３１】
Ｃは、ベイナイトまたはマルテンサイト組織化および強度確保のために添加し、その効果の限界から下限を０．０５％とし、また母材靭性への悪影響、溶接性の劣化、高炭素島状マルテンサイトの生成による溶接継手靭性の劣化を防止するために０．２０％を上限とした。
【００３２】
Ｓｉは、脱酸上必要な元素であり、更に強度を高める上で有効な元素であるので０．０５％を下限とし、溶接性、溶接継手靭性の劣化を防止するために１．０％を上限とした。
【００３３】
Ｍｎは、ベイナイトまたはマルテンサイト組織化および強度と靭性を確保のために０．６％を下限として添加し、多量の添加は焼入れ性を増加させ硬化組織を生成させ、また溶接性を劣化させるので２．０％を上限とする。
【００３４】
Ａｌは、脱酸上必要な元素であるので０．００５％を下限とし、多量の添加は鋼の清浄度を損なうので０．１０％を上限とした。
【００３５】
Ｎは、Ａｌと結合し、鋼材の結晶粒を微細化し、靭性を高めるのに有効な０．００１０％を下限とし、多量に添加すると鋼材の靭性を損なうので０．００８０％を上限とした。
【００３６】
不純物であるＰおよびＳは、それぞれ母材および溶接継手靭性を所望のレベルに維持するため、Ｐ≦０．０２５％、Ｓ≦０．０１０％とした。
【００３７】
更に、上記元素に加え、Ｎｂ，Ｍｏ，Ｖ，Ｗ，Ｔａの１種以上を含有させ、これら元素による固溶強化を有効活用することにより、３００〜６００℃の温度領域において降伏強度が高く、降伏強度の温度依存性が高い鋼板を得ることができる。その各添加元素の添加理由を説明する。
【００３８】
Ｎｂは、ベイナイトまたはマルテンサイト組織化、組織微細化、固溶強化により常温及び中温域の降伏強度を高めるのに有効な元素であるので、０．００３％を下限とし、多量の添加は溶接継手靭性を損なうので上限を０．０５０％とした。
【００３９】
Ｍｏ，Ｖ，Ｗ，Ｔａは、ベイナイトまたはマルテンサイト組織化、固溶強化により常温及び中温域の降伏強度を高めるのに有効な元素であるので、Ｍｏ，Ｗ，Ｔａについては０．０５％、Ｖについては０．００５％をそれぞれ下限とし、多量の添加は溶接性、溶接継手靭性を損なうので上限をＭｏ，Ｗ，Ｔａについて０．５０％、Ｖについては０．１０％をそれぞれ上限とした。
【００４０】
本発明は更に、上記元素に加え、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｂ，Ｃａ，ＲＥＭの１種または２種以上を含有することができる。その各添加元素の添加理由を説明する。
【００４１】
Ｃｕ及びＣｒは、ベイナイトまたはマルテンサイト組織化とともに強度を高めるのに有効な元素であるので、０．０５％をそれぞれ下限とし、多量の添加は溶接継手靭性を損なうので、Ｃｕについては１．５％、Ｃｒについては１．０％を上限とした。
【００４２】
Ｎｉは、靭性を損なうことなくベイナイトまたはマルテンサイト組織化するのに有効な元素であるが一方で高価な元素であるので、経済性の点から０．０５〜３．５％の範囲で添加する。
【００４３】
Ｔｉは、溶接熱影響部の靭性確保に有効な元素であるため０．００５％を下限とし、更に過剰な添加による靭性の劣化を防止するために０．１０％を上限とする。
【００４４】
Ｂは、ベイナイトまたはマルテンサイト組織化とともに鋼材の強度を高め、かつ溶接熱影響部の結晶粒微細化に有効な元素であるが過剰な添加は靭性を劣化させるので０．０００２〜０．００３０％の範囲に限定した。
【００４５】
Ｃａは、硫化物の形態制御に有効な元素であるが多量の添加は鋼の清浄度を損なうので０．０００３〜０．００５０％の範囲に限定した。また、ＲＥＭは、溶接熱影響部の組織を微細化し、靭性を高めるのに有効な元素であるが、多量の添加は鋼の清浄度を損なうので０．０００５〜０．００６０％の範囲に限定した。
【００４６】
以上のような成分を含有する鋼板を用いて線状加熱を行うことにより、特に３００〜６００℃の温度域で高い降伏強度を実現することができるので、加熱時表裏面降伏強度温度勾配Ｇが０．７以上となるようなＴmsとＴmrの組み合わせを見いだすことができる。その結果として表裏面間の降伏強度差を高い値とすることが可能となる。
【実施例】
【００４７】
表１に示す成分を有する鋼片から鋼板を製造し、図１に示す要領で本発明の線状加熱方法を適用した。角変形量δの算出方法は図２に示すとおりである。表２に鋼板母材の板厚、機械的性質、線状加熱条件、角変形量、加熱部の靭性を示す。Ｎｏ．１〜８が本発明例、Ｎｏ．９〜１６が比較例である。線状加熱試験の要領を表３に示す。
【００４８】
【表１】
2006051534.tif 000003
【００４９】
【表２】
2006051534.tif 000004
【００５０】
【表３】
2006051534.tif 000005
【００５１】
表２から明らかなように、本発明例Ｎｏ．１〜８は、成分および線状加熱時の温度における強度が所定の条件を満たしているために、線状加熱による角変形量は３×１０-2radian以上と極めて大きくなっている。
【００５２】
一方、比較例Ｎｏ．９〜１６は、鋼板成分、中高温強度、加熱条件のいずれかが所定の範囲から逸脱しているために、角変形量が小さくなっている。
【００５３】
比較例Ｎｏ．９は、加熱時の表面最高到達温度Ｔmsが本発明下限の６００℃より低かったため、鋼板が十分な剛性を有し、圧縮塑性歪を十分に与えることができなかった。Ｎｏ．９は同時に、加熱時の裏面最高到達温度Ｔmrが低かったことに起因し、冷却終了時の鋼板裏面温度Ｔfrも低く、そのために表裏面温度差が不十分であった。このため、角変形量が小さかった。
【００５４】
比較例Ｎｏ．１０、１２は、ＴmsとＴmrの選択が適切でなかったために加熱時表裏面降伏強度温度勾配Ｇが０．７未満となってしまい、角変形量が小さかった。比較例Ｎｏ．１１はＴmsとＴmrの差が２００℃未満であったため、角変形量が小さかった。
【００５５】
比較例Ｎｏ．１３は冷却終了時の鋼板表面温度Ｔfsが低すぎ、Ｎｏ．１４はＴfsが高すぎ、結果として両方とも表裏面温度差が５０℃未満となり、角変形量が小さかった。
【００５６】
比較例Ｎｏ．１５はＴms、Ｔmrがともに高すぎ、結果として加熱時表裏面降伏強度温度勾配Ｇが０．７未満となってしまい、角変形量が小さかった。
【００５７】
Ｎｏ．１６は鋼板の成分組成として低Ｃ、低Ｍｎであったために中高温の降伏強度を十分に高めることができず、そのために加熱時表裏面降伏強度温度勾配Ｇを０．７以上とすることのできるＴmsとＴmrの組み合わせを見つけることができず、角変形量が小さかった。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】線状加熱方法の要領を示す図である。
【図２】角変形量δの算出方法を示す図である。
【図３】加熱時表裏面降伏強度温度勾配と角変形量δの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５９】
１  鋼板
２  バーナー
３  冷却水ノズル
４  加熱方向
【図１】
2006051534.tif 000006
【図２】
2006051534.tif 000007
【図３】
2006051534.tif 000008