(57)【要約】      （修正有）【課題】安価かつ簡便に低降伏比高張力鋼を製造する方法を提供する。【解決手段】質量％で、C：0.05〜0.18%、Si：0.05〜0.5%，Mn：0.6〜2.0%，  P：0.02%以下、S：0.005%以下、Al：0.1%以下、必要に応じてCu：0.1〜1.0%、Ni：0.1〜2.0%、Cr：0.05〜1.0%、Mo：0.05〜1.0%、B：0.0005〜0.002%、Nb：0.005〜0.05%、Ti：0.005〜0.05%、  V：0.005〜0.1%の1種または2種以上を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、式(1)で示される炭素当量Ceqが0.30〜0.45%の鋼を1000〜1250℃の範囲に加熱後、圧延終了温度が鋼板表面で800〜950℃となるように熱間圧延した後に、板厚中心部で550〜650℃となるまで冷却し、ついで4〜20s空冷保持後、再び500℃以下まで冷却し、更に必要に応じて５００℃以下まで冷却後、200〜Ac1（℃）の温度範囲で焼戻す。      Ceq=C+Si/24+Mn/6+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14      （1）              ここで，C，Si,Mn，Ni，Cr，Mo，V：各元素の含有量（質量%）【選択図】  図１
2006249468.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、C：0.05〜0.18%
Si：0.05〜0.5%，
Mn：0.6〜2.0%，
P：0.02%以下
S：0.005%以下
Al：0.1%以下
を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、式(1)で示される炭素当量Ceqが0.3〜0.45%の鋼を1000〜1250℃の範囲に加熱後、圧延終了温度が鋼板表面で800〜950℃となるように熱間圧延した後に、板厚中心部で550〜650℃となるまで冷却し、ついで4〜20s空冷保持後、再び500℃以下まで冷却をすることを特徴とする板厚40mm以下、降伏比80%以下の高張力鋼の製造方法。
Ceq=C+Si/24+Mn/6+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14      （1）
ここで，C，Si,Mn，Ni，Cr，Mo，V：各元素の含有量（質量%）
【請求項２】
鋼成分として、更に
Cu：0.1〜1.0%
Ni：0.1〜2.0%
Cr：0.05〜1.0%
Mo：0.05〜1.0%
B：0.0005〜0.002%
Nb：0.005〜0.05%
Ti：0.005〜0.05%
V：0.005〜0.1%
の1種または2種以上含有することを特徴とする請求項１記載の、板厚40mm以下、降伏比80%以下の高張力鋼の製造方法。
【請求項３】
５００℃以下まで冷却後、200〜Ac1（℃）の温度範囲で焼戻すことを特徴とする請求項１または２記載の板厚40mm以下、降伏比80%以下の高張力鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海洋構造物、橋梁、造船、ラインパイプ、建産機械、主に耐震性を必要とする建築用鋼材として使用される非調質高張力鋼の製造方法に関し、特に板厚４０ｍｍ以下で降伏比80%以下となるものの製造方法として好適なものに関する。  
【背景技術】
【０００２】
近年、建築構造物などでは地震時の安全性確保の観点から優れた耐震性を有する鋼板が要求されている。また、降伏比の低い鋼板ほど耐震性に優れることが明らかとされており、建築用鋼材などでは、降伏比が80%以下の鋼材を使用することが義務付けられている。さらに、地震発生時に最も塑性変形能が要求される梁材などに使用される部材は、より低降伏比であることが望ましい。
【０００３】
耐震性を確保するための低降伏比鋼材に関しては、特許文献1〜9などが提案されている。
特許文献1には、スラブ加熱温度を低温化し、さらに未再結晶温度域での圧下率を30%以上と規定することにより靭性を改善し、冷却速度、冷却停止温度を制御することにより、高強度、低降伏比、高靭性を両立させることが記載されている。
【０００４】
しかし、特許文献１記載の方法では、スラブの低温加熱により、変形抵抗が高く圧延装置に負荷をかけることや仕上温度が低いため、厳密な温度管理が必要となり、安定製造が困難である。
【０００５】
特許文献2には、加速冷却時の冷却速度を、水量密度を変化させることにより制御し、異なる板厚においてもほぼ同一の冷却速度で冷却することができ、板厚によらず同一の強度、降伏比を得ることが可能となる技術が記載されている。
【０００６】
しかし、特許文献２記載の方法では、板厚40mm以下の薄物材を水量密度を減少させて低冷却速度で冷却する場合、鋼板全面に渡って均一冷却をすることは困難であり、冷却歪が大きくなる。
【０００７】
特許文献3には、熱間圧延終了後の加速冷却速度を1℃/s以上に制御し、750〜600℃まで冷却することにより低降伏比高強度鋼を製造することが記載されている。しかし、冷却停止温度が600℃以上で高強度を得ようとする場合、Cu、Ni、Moなどの高価な元素を多量に添加する必要があり、その結果、大幅に製造コストが増加する。
【０００８】
特許文献4には、熱間圧延終了後の加速冷却時の冷却速度を1〜5℃/sに制御することにより、高強度と低YRを両立させることが記載されている。しかし、1〜5℃/sの遅い冷却速度では、高強度確保のためにCu、Ni、Moなどの高価な元素を多量に添加する必要があり、その結果、大幅に製造コストが増加する。
【０００９】
特許文献5には、熱間圧延終了後の加速冷却速度または、再加熱焼入れ時の冷却速度を5℃/s以上に制御し、さらに焼戻し時の昇温速度を制御することにより、低降伏比を達成することが記載されている。しかし、焼戻し時の昇温速度制御は、実製造上厳密な温度管理、時間管理が必要であり、安定製造が困難である。
【００１０】
特許文献6には、低降伏比を確保するために、二相域熱処理を実施することが記載されている。しかし、二相域熱処理は、低降伏比を安定に確保できる手法であるものの、オフラインでの熱処理回数の増加により、製造コストが上昇し、製造工期が長期化する。
【００１１】
特許文献7には、熱間圧延終了後の加速冷却時の冷却速度を0.3〜3℃/sに制御することにより高強度、低降伏比を確保することが記載されている。しかし、このような遅い冷却速度では、高強度確保のために多量の合金元素添加が必須となり、その結果、大幅に製造コストが増加する。
【００１２】
特許文献8や特許文献9には、圧延後、予備冷却を実施し所定の温度になり次第、空冷し、その後再度冷却することにより、低降伏比を達成することが記載されている。予備冷却後の空冷時間を予備冷却停止温度と変態点をパラメータとする式で管理するが、実質的に空冷時間が非常に長くなり、その結果、生産性が低下する。
【００１３】
特に、板厚40mm以下の薄物材に特許文献8や特許文献9に記載されている技術を適用すると、空冷時間が非常に長い場合、鋼板上下面に温度差が若干存在するだけでも鋼板に歪が発生し、平坦な鋼板が製造できない。
【特許文献１】特開平5-320752号公報
【特許文献２】特開平5-339631号公報
【特許文献３】特開平6-340924号公報
【特許文献４】特開平9-3596号公報
【特許文献５】特開平9-3595号公報
【特許文献６】特開平10-306316号公報
【特許文献７】特開2001-226737号公報
【特許文献８】特開2000-256736号公報
【特許文献９】特開2000-87138号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上述したように、特許文献１から９に記載された技術は高価な合金元素添加や厳密な製造条件管理、さらには、オフライン二相域熱処理や焼戻し熱処理を必要とし、大量に使用される厚鋼板の製造方法としては必ずしも妥当な方法ではなかった。
【００１５】
そこで、本発明は、安価かつ簡便に低降伏比高張力鋼を製造する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】
【００１６】
本発明の課題は以下の手段により達成される。
１．質量％で、C：0.05〜0.18%
Si：0.05〜0.5%，
Mn：0.6〜2.0%，
P：0.02%以下
S：0.005%以下
Al：0.1%以下
を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、式(1)で示される炭素当量Ceqが0.3〜0.45%の鋼を1000〜1250℃の範囲に加熱後、圧延終了温度が鋼板表面で800〜950℃となるように熱間圧延した後に、板厚中心部で550〜650℃となるまで冷却し、ついで4〜20s空冷保持後、再び500℃以下まで冷却をすることを特徴とする板厚40mm以下、降伏比80%以下の高張力鋼の製造方法。
【００１７】
Ceq=C+Si/24+Mn/6+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14      （1）
ここで，C，Si,Mn，Ni，Cr，Mo，V：各元素の含有量（質量%）
２．鋼成分として、更に
Cu：0.1〜1.0%
Ni：0.1〜2.0%
Cr：0.05〜1.0%
Mo：0.05〜1.0%
B：0.0005〜0.002%
Nb：0.005〜0.05%
Ti：0.005〜0.05%
V：0.005〜0.1%
の1種または2種以上含有することを特徴とする１記載の、板厚40mm以下、降伏比80%以下の高張力鋼の製造方法。
３．５００℃以下まで冷却後、200〜Ac1（℃）の温度範囲で焼戻すことを特徴とする１または２記載の板厚40mm以下、降伏比80%以下の高張力鋼の製造方法。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、安価かつ簡便に薄物で低降伏比の高張力鋼を製造することが可能となり、産業上極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明では成分組成と製造条件を規定する。
【００２０】
［成分組成］ ％は全て質量％とする。
【００２１】
C：0.05〜0.18%
Cは、鋼の強度を増加させる元素であり、一般的に使用される鋼板の引張強度である490ＭPa以上確保するためには、0.05%以上が必要である．しかし，過剰に添加すると低温溶接割れ感受性を増大させる。そのため，0.05〜0.18%の範囲に限定する。
【００２２】
Si：0.05〜0.5%
Siは、脱酸元素として作用し、製鋼上0.05%以上の含有が必要であるが、0.5%を超えて含有すると母材靭性が低下する。このため，0.05〜0.5%の範囲に限定する。
【００２３】
Mn：0.6〜2.0%
Mnは、鋼の焼入れ性を増加し強度を向上させる元素であり、この効果を確保するために0.6%以上の含有を必要とする。一方，2.0%を超えての含有は、溶接性を著しく劣化させる。このため，0.6〜2.0%の範囲に限定する。
【００２４】
P：0.02%以下
Ｐは、不純物として鋼中に不可避的に含有される元素であり，鋼の靭性を劣化させるためにできるだけ低減することが望ましい。特に、0.02%を越えての含有は、著しく靭性を劣化する。そのため、Pは0.02%以下に限定する。
【００２５】
S：0.005%以下
Sは、不純物として鋼中に不可避的に含有される元素であり、鋼の靭性や板厚方向引張試験における絞りを劣化させるためできるだけ低減することが望ましい。特に、0.005%を越えての含有は、上記特性を著しく劣化する。そのため、Ｓは0.005%以下に限定する。
【００２６】
Al：0.1%以下
Alは，脱酸材として作用し，溶鋼の脱酸プロセス上もっとも汎用的に使われる。0.1%を越えての含有は、粗大な酸化物を形成して、母材の延性を著しく劣化させる。そのため、Alは0.1%以下に限定する。
【００２７】
Ceq：0.3〜0.42%
Ceqは、溶接構造物として必要不可欠である溶接継手の強度を確保するために0.3%以上必要である。しかし、0.42%以上とすると、溶接性を劣化させる。そのため、Ceqは0.3〜0.42%とする。但し、  Ceq=C+Si/24+Mn/6+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14  ここで， C，Si,Mn，Ni，Cr，Mo，V：各元素の含有量（質量%）とする。
【００２８】
以上が本発明の基本成分組成であるが、更に特性を向上させる場合、Cu，Ni，Cr，Mo，B，Ti，Nb，Vの一種または二種以上を添加することができる。
Cu：0.1〜1.0%
Cuは、靭性を劣化させずに強度を上昇させるのに有効な元素であり、その効果を発揮するためには0.1%以上の添加が必要である。しかし、1.0%以上の添加により、熱間圧延時に表面疵が多発する。そのため、添加する場合は、Cuは0.1〜1.0%とする。
【００２９】
Ni：0.1〜2.0%
Niは、靭性を劣化させずに強度を上昇させるのに有効な元素であり、その効果を発揮するためには0.1%以上の添加が必要である。しかし、2.0%以上の添加により、合金コストが上昇する。そのため、添加する場合は、Niは、0.1〜2.0%とする。
【００３０】
Cr：0.05〜1.0%
Crは、合金コストを著しく上昇させることなく強度を上昇させるのに有効な元素であり、その効果を発揮するためには0.05%以上の添加が必要である。しかし、1.0%以上の添加により、溶接性が劣化する。そのため、添加する場合は、Crは、0.05〜1.0%とする。
【００３１】
Mo：0.05〜1.0%
Moは、焼入れ性を増加させ、強度を上昇させるのに有効な元素であり、その効果を発揮するためには0.05%以上の添加が必要である。しかし、1.0%以上の添加により、溶接性が劣化する。そのため、添加する場合は、Moは、0.05〜1.0%とする。
【００３２】
B：0.0005〜0.002%
Bは、極微量の添加で焼入れ性を増加させ、強度を上昇させるのに有効な元素であり、その効果を発揮するためには0.005%以上必要である。しかし、0.002%以上の添加は溶接性を劣化させる。そのため、添加する場合は、Bは0.0005〜0.0020%とする。
【００３３】
Nb：0.005〜0.05%
Nbは、析出強化により強度を上昇されるのに有効な元素であり、その効果を発揮するためには、0.005%以上必要である。しかし、0.05%以上の添加により、溶接性が劣化する。そのため、添加する場合は、Ｎｂは0.005〜0.05%とする。
Ti：0.005〜0.05%
Tiは、母材および溶接継手部の靭性向上に有効な元素であり、その効果を発揮するためには0.005%以上必要である。しかし、0.05%以上の添加により、溶接性が劣化する。そのため、添加する場合は、Tiは0.005〜0.05%とする。
【００３４】
V：0.005〜0.1%
Vは、析出強化により強度を上昇させるのに有効な元素であり、その効果を発揮するためには、0.005%以上必要である。しかし、0.1%以上の添加により、溶接性が劣化する。そのため、添加する場合は、Vは0.005〜0.1%とする。
［製造条件］
加熱温度：1000〜1250℃
スラブの加熱温度は、1000℃以下では変形抵抗が大きくなり、圧延装置に負荷をかける。また、1250℃以上では、熱間加工時に表面疵が多発する。そのため、スラブの加熱温度は1000〜1250℃とする。
【００３５】
熱間圧延終了温度：800〜950℃
熱間圧延終了温度は、800℃以下では強度が確保できず、950℃以上では靭性が劣化する。そのため、熱間圧延終了温度は、800〜950℃とする。尚、温度は、鋼板表面での温度とする。
【００３６】
冷却条件
冷却は鋼板の板厚中心部で550〜650℃となるまで冷却後（一次冷却後）、該温度域で4〜20s空冷保持し、その後500℃以下まで再び冷却（二次冷却）し、低YR化を達成する。
【００３７】
板厚中心部を550〜650℃に冷却することにより、過冷却オーステナイトの状態が得られ、この状態から空冷保持することによりフェライト生成を促進することが可能となる。
【００３８】
該温度域で、4ｓ以上空冷保持することによりフェライト分率が20％以上となり低降伏比が得られる。一方、20ｓを超えて空冷保持するとフェライト分率が60％以上となり引張強さが低下し降伏比が上昇する。そのため550〜650℃に冷却し、4〜20s間空冷保持する。
【００３９】
図1に一次冷却停止温度と引張特性の関係を示す。供試鋼は化学成分として0.08C-0.25Si-1.35Mn-0.018P-0.002S-0.20Ni-0.20Cu（数字は質量％）を有する鋼で、1150℃に加熱後、鋼板表面温度が850℃になったところで圧延を終了し、板厚25mmとした後に、板厚中心部で500〜700℃の温度範囲まで加速冷却し、10s空冷保持後、再び400℃まで加速冷却した。
【００４０】
得られた鋼板よりJIS Z2201 5号試験片を採取し、一次冷却停止温度と引張特性の関係を調査した（一次冷却停止温度とは、圧延完了直後の冷却停止温度のことを指し、本試験は500〜700℃で実施した。）。その結果、一次冷却停止温度を550〜650℃とすることにより低YR化が達成されることを確認した。
【００４１】
一次冷却停止温度が550〜650℃の場合に低YR化が達成される理由は、この温度域に停止した場合、適切なフェライト分率のミクロ組織が得られるためである。550℃以下まで冷却した場合および650℃以上で冷却を停止した場合には、フェライト分率が20％未満となるため低YR化が達成されない。
【００４２】
図２に、一次冷却停止後の空冷保持時間（空冷時間）と引張特性の関係を調査した結果を示す。図１の供試鋼と同成分を有する鋼を1150℃に加熱後、鋼板の表面温度で850℃で圧延を終了し、板厚20mmとした後に、板厚中心部で600℃まで加速冷却（一次冷却）し、該温度域で0〜30s空冷保持後、再び400℃まで加速冷却（二次冷却）した。
【００４３】
得られた鋼板よりJIS Z2201 5号試験片を採取し、空冷保持時間（空冷時間）と引張特性の関係を調査した。その結果、空冷保持時間（空冷時間）を4〜20sとすることにより低YR化が達成されることを確認した。
【００４４】
これは、上記の通り、空冷保持時間（空冷時間）を4〜20sとすることにより適切なフェライト分率のミクロ組織が得られるためである。
【００４５】
図3に二次冷却停止温度と引張特性の関係を調査した。図１、２の供試鋼と同成分を有する鋼を1150℃に加熱後、表面温度で850℃で圧延を終了し、板厚32mmとした後に、板厚中心部で600℃まで加速冷却（一次冷却）し、15s空冷保持後、再び300〜550℃まで冷却した（二次冷却）。
【００４６】
得られた鋼板よりJIS Z2201 5号試験片を採取し、二次冷却停止温度と引張特性の関係を調査した。二次冷却停止温度は、空冷保持後2回目の冷却の停止温度で、本試験は300〜550℃で実施した。その結果、二次冷却停止温度を500℃以下とすることにより、低YR化が達成されることを確認した。
【００４７】
したがって、本発明では、冷却条件は、550〜650℃となるまで冷却後（一次冷却後）、4〜20s空冷保持し、再び500℃以下まで冷却することとする（二次冷却）。尚、以上の説明において、一次冷却、二次冷却を加速冷却としたが、本発明では、適切なフェライト分率のミクロ組織が得られるように冷却速度は適宜選択することができる。
【００４８】
焼戻し温度：200℃〜Ac1
焼戻し熱処理は、水冷による鋼板内の残留応力を軽減するために実施する。200℃を下回る温度では、残留応力軽減効果が得られず、Ac1点以上では強度などの材質が著しく変化する。そのため、200℃〜Ac1とする。
【実施例】
【００４９】
表1に示した化学成分を有する鋼を、表2に示した条件で種々の板厚（４０ｍｍ以下）の鋼板に製造した。供試鋼の成分組成はいずれも本発明範囲内とし、製造条件を広範囲に変化させて、鋼板を製造した。表2に引張特性も合わせて示す。引張試験は、JIS Z2201 5号試験片で実施した。
【００５０】
本開発鋼は、いずれもYRが80%以下を満足し、一方、比較鋼は、一次冷却停止温度、空冷保持時間、または、二次冷却停止温度の少なくとも一つが本発明範囲外であるため降伏比が80%を上回っている。
【００５１】
【表１】
2006249468.tif 000003
【００５２】
【表２】
2006249468.tif 000004
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】引張特性におよぼす一次冷却停止温度の影響を示す図で、（ａ）はＹＲ（％）におよぼす一次冷却停止温度の影響、（ｂ）はＹＳ，ＴＳ（ＭＰａ）に及ぼす一次冷却停止温度の影響を示す図。
【図２】引張特性におよぼす空冷保持時間（空冷時間）の影響を示す図で、（ａ）はＹＲ（％）におよぼす空冷保持時間（空冷時間）の影響、（ｂ）はＹＳ，ＴＳ（ＭＰａ）に及ぼす空冷保持時間（空冷時間）の影響を示す図。
【図３】引張特性におよぼす二次冷却停止温度の影響を示す図で、（ａ）はＹＲ（％）におよぼす二次冷却停止温度の影響、（ｂ）はＹＳ，ＴＳ（ＭＰａ）に及ぼす二次冷却停止温度の影響を示す図。
【図１】
2006249468.tif 000005
【図２】
2006249468.tif 000006
【図３】
2006249468.tif 000007