(57)【要約】      （修正有）【課題】工業的に実用化可能な低温靱性に優れた厚鋼板の製造方法を提供する。【解決手段】熱間圧延素材スラブを1000〜1250℃に加熱した後熱間圧延を開始し、総圧下率90％以上の熱間圧延を行って、950℃〜Ar3-40℃で熱間圧延を終了した後、650℃〜室温の間の温度領域まで加速冷却することを特徴とする低温靭性に優れた厚鋼板の製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間圧延素材スラブを1000〜1250℃に加熱した後熱間圧延を開始し、総圧下率90％以上の熱間圧延を行って、950℃〜Ar3-40℃で熱間圧延を終了した後、650℃〜室温の間の温度領域まで加速冷却することを特徴とする低温靭性に優れた厚鋼板の製造方法。
【請求項２】
熱間圧延素材スラブが、接合予定面の黒皮を除去した２枚以上のスラブまたは鋼板を重ね合わせ、重ね合わせた界面に沿って前記スラブまたは鋼板の端部を溶接して組立てた極厚スラブであることを特徴とする請求項１記載の低温靭性に優れた厚鋼板の製造方法。
【請求項３】
さらに、熱間圧延における平均パス圧下率が１０％以上であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の低温靭性に優れた厚鋼板の製造方法。
【請求項４】
さらに、製品板厚の１．５倍以上の厚さから製品板厚までを、（１）式で表されるTr温度以下で、熱間圧延することを特徴とする請求項１または請求項２記載の低温靭性に優れた厚鋼板の製造方法。
Tr（℃）＝800＋1500ｘ mass% Ti＋7000 x mass% Nb      ・・・・・（１）
【請求項５】
熱間圧延において、さらに、圧延温度が９００℃以上での平均パス圧下率を１０％以上とする請求項４記載の低温靭性に優れた厚鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は造船、土木、建築、ラインパイプ、タンク、建設・産業機械等の分野で使用される低温靭性に優れた厚鋼板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
組織の微細化は、強度と低温靭性をともに向上させることができるため、従来より鉄鋼材料における最も理想的な組織制御法であると考えられてきた。組織の微細化の手法として工業的に広く用いられているのが ＴＭＣＰ（加工熱処理：Thermo-Mechanical Control Process）であり、例えばフェライト主体組織においてこれまでに平均粒径5μm程度までの微細化が比較的容易に達成されている。
【０００３】
低温靭性の更なる改善を目指し、近年微細化の極限を追求する研究開発が行われ、粒径を1μm前後まで超微細化する種々の手法が提案されている。組織の超微細化を実現するための技術として、
特許文献１、特許文献２や特許文献３では準安定オーステナイト域からフェライト+オーステナイト二相域にかけて圧下量の大きい加工を加えることにより、変態後に2μｍ前後以下の超微細フェライト粒+第二相組織を実現することが開示されている。
【０００４】
一方、特許文献４や特許文献５では変態を利用することなく、さらに低温のフェライト温度域で加工を行い、フェライトの連続再結晶を利用して2μｍ前後以下の超微細フェライト粒組織を得る技術である。
【特許文献１】特許第３５２５１８０号公報
【特許文献２】特開２００２−２２０６３３号公報
【特許文献３】特開２０００−９６１３７号公報
【特許文献４】特開２００３−２５３３２号公報
【特許文献５】特許第３３８３１４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した従来技術の基本的な特徴は、組織微細化の目的達成のために、材料の変形抵抗の大きい低温域で圧下量の大きい圧延を実施するところにある。低温域とはオーステナイト未再結晶域や（フェライト＋オーステナイト）２相温度域、フェライト温度域を指す。これは低温域での加工が母相中に新粒の核生成サイトを効果的に増やすことに着目したものである。
【０００６】
実際、前記した従来技術における特許文献の実施例を参照すると、加工温度は、特許文献１では600℃〜750℃、特許文献２では650℃〜750℃、特許文献３では750℃〜850℃、特許文献４では350℃〜750℃、特許文献５では500℃〜700℃となっており、通常ＴＭＣＰでとられる圧延仕上げ温度：750℃〜900℃と比較するとかなり低温であることがわかる。        
【０００７】
これに加え、従来技術ではこのような低温域で圧下量の大きい加工を実施することを予定している。
ところが、変形抵抗の大きい低温域で圧下量の大きい圧延を実施すると圧延機の荷重負担が大きくなるばかりでなく、圧延板のそりや曲がりの発生頻度の増大により矯正率が高くなり、製造能率が極端に低下するため、現状ではこれら先行技術は厚板製造技術として工業的に実用化されていない。本発明はこのような課題を解決し、工業的に実用化可能な低温靭性に優れた厚鋼板の製造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】
本発明は前記課題を解決するために、低温域で圧下量の大きい圧延をしなくても、微細組織を有する厚鋼板を得ることができる製造方法を見出したものである。発明者らは、再結晶オーステナイト域での絶対的な圧下量が大きいほど、圧延後の組織が微細化する事実に着目して本発明を着想したものである。再結晶オーステナイト域での絶対的な圧下量が大きいほど圧延後の組織が微細化するが、この事実をもとに微細組織を有する厚鋼板製造を目的として、大断面スラブを利用した例はこれまでに見当たらない。
【０００９】
すなわち、従来大断面スラブは、厚鋼板の中心部の健全性を確保する目的、あるいは、大単重材を製造する目的に利用されているだけで、板厚40mm前後以下の薄物材の組織微細化には利用されていない。
【００１０】
そこで、発明者らは、組織の微細化に及ぼす総圧下量の影響を鋭意検討した結果、熱間圧延素材スラブを1000〜1250℃に加熱した後圧延を開始し、総圧下率90％以上の圧延を行って950℃〜Ar3-40℃で圧延を終了した後、650℃〜室温の間の温度領域まで加速冷却すると、微細組織を有する低温靭性に優れた厚鋼板が得られることを見出し、本発明をなしたものである。
【００１１】
即ち、本発明の低温靭性に優れた厚鋼板の製造方法は、
（１）第一の発明は、熱間圧延素材スラブを1000〜1250℃に加熱した後熱間圧延を開始し、総圧下率90％以上の熱間圧延を行って、950℃〜Ar3-40℃で熱間圧延を終了した後、650℃〜室温の間の温度領域まで加速冷却することを特徴とする低温靭性に優れた厚鋼板の製造方法である。
【００１２】
（２）第二の発明は、熱間圧延素材スラブが、接合予定面の黒皮を除去した２枚以上のスラブまたは鋼板を重ね合わせ、重ね合わせた界面に沿って前記スラブまたは鋼板の端部を溶接して組立てた極厚スラブであることを特徴とする第一の発明に記載の低温靭性に優れた厚鋼板の製造方法である。
【００１３】
（３）第三の発明は、さらに、熱間圧延における平均パス圧下率が１０％以上であることを特徴とする第一の発明または第二の発明に記載の低温靭性に優れた厚鋼板の製造方法である。
【００１４】
（４）第四の発明は、さらに、製品板厚の１．５倍以上の厚さから製品板厚までを、（１）式で表されるTr温度以下で、熱間圧延することを特徴とする第一の発明または第二の発明に記載の低温靭性に優れた厚鋼板の製造方法である。
【００１５】
Tr（℃）＝800＋1500ｘ mass% Ti＋7000 x mass% Nb           （１）
（５）第五の発明は、熱間圧延において、さらに、圧延温度が９００℃以上での平均パス圧下率を１０％以上とする第四の発明に記載の低温靭性に優れた厚鋼板の製造方法である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、製造能率が低く圧延機への負荷が大きい低温大圧下圧延に頼ることなく、微細組織を有し低温靭性に優れた高性能厚鋼板を工業的に製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の厚鋼板の製造方法の限定理由について以下に具体的に説明する。
【００１８】
総圧下率：90％以上
本発明において最も重要な構成要件である。スラブから製品まで総圧下率90％以上の熱間圧延を行うと、特に温度制御のない圧延を行っても再結晶オーステナイト粒径が微細化し（典型的な場合で10μm前後未満）、加速冷却により微細組織を有する低温靭性に優れた厚鋼板を得ることができる。従って総圧下率を90％以上とする。
【００１９】
スラブ加熱温度：1250℃以下、1000℃以上
スラブ加熱温度を1250℃より高くすると、加熱オーステナイト粒径が粗大化し、再結晶オーステナイト粒径、ひいては変態後組織が粗大化するため、スラブ加熱温度を1250℃以下とする。また、スラブ加熱温度を1000℃未満とすると圧延前段から後段にかけて圧延荷重が高くなるためスラブ加熱温度を1000℃以上とする。
【００２０】
圧延仕上げ温度： 950℃以下、Ar3-40℃以上
圧延仕上げ温度が950℃よりも高い場合、再結晶オーステナイト粒径が粗大化して冷却後組織が粗大化するため、これを950℃以下とする。一方、圧延仕上げ温度をAr3-40℃未満とすると、圧延材の変形抵抗が大きくなる上、オーステナイトのおよそ50％が変態を終了し、圧延加工により伸長したフェライトが最終組織に残存し、セパレーション起因のシェルフエネルギーの低下をもたらす。従って圧延仕上げ温度はAr3-40℃以上とする。
【００２１】
加速冷却停止温度：650℃以下、室温以上
圧延終了後、組織微細化を目的として速やかに加速冷却を行うが、この冷却停止温度を650℃〜室温の間とする。目標とする強度を得るために、用いる鋼の化学成分に応じて650℃から室温の間で適切な冷却停止温度を選択する。ただし冷却停止温度を650℃以上とすると、未変態のオーステナイトから空冷で生ずる変態組織が粗大となり靭性に悪影響を及ぼすため、冷却停止温度は650℃以下とする。また本発明の主対象は低合金鋼であるため、室温までの加速冷却により変態は完了しており、冷却停止温度を室温未満にする必要はない。
【００２２】
複数スラブあるいは鋼板の組立について
初期厚さの大きなスラブは、２枚以上の同一化学成分スラブまたは鋼板を重ね合わせ、重ね合わせた界面に沿って端部、好ましくは四周を溶接して組立てることにより製造される。ここではこの組立スラブの製造方法について説明する。
【００２３】
まず接合予定面の黒皮を除去する。接合予定面に黒皮が残存すると金属的な結合を阻害し、靭性など機械的性質を劣化させる。また、接合予定面の中心線平均粗さが大きいと圧延後マイクロポロシティが残存する場合がある。従って中心線平均粗さを30μm以下とすることが望ましい。組立に関して、インサート金属等の母材と異なる材質の素材は用いない。
【００２４】
スラブまたは鋼板の重ね合わせ方としては、複合スラブの厚み中央部に素材スラブの厚み中央部が一致することは避け、接合界面を複合スラブの厚み中央部と一致させることが好ましい。すなわち、素材段階で比較的粗粒、かつセンターポロシティのあるスラブ中央部を、圧延による歪が加わりにくく、結晶粒が粗大化し易い複合スラブの厚み中央部とすることは好ましくない。一方、接合界面の結晶粒粗大化抑制現象が期待できる部分を複合スラブの厚み中央部とすれば、製品板厚方向の結晶粒径のばらつきを抑えることができる。
【００２５】
複合スラブを形成する際の重ね合わせ面の端部の溶接は、ＥＢ（電子ビーム）溶接、ＭＩＧ溶接、ＳＭＡＷ（手溶接）等を用いることができる。重ね合わせ面の端部を溶接した後、公知の適当な手段で界面に存在する空気を排除する。
【００２６】
この場合、空気圧が１Paを超えて残存すると、素材がCrやSi等の酸素との親和力の大きい元素を多く含む場合、強固な酸化皮膜を形成して接合を阻害する。一方、CrやSiの含有量が少なく酸化皮膜ができ難い場合に空気が残存すると、接合面の結晶粒粗大化現象を引き起こす場合がある。これは、空気中の酸素と素材中の炭素が反応して脱炭現象が起き、炭化物による結晶粒成長抑制効果が失われるためと考えられる。よって、空気圧を１Pa以下に排気するのが望ましい。
【００２７】
平均パス圧下率：10％以上
オーステナイトの再結晶域において平均パス圧下率が10％未満であると、部分的に再結晶を生ぜず、むしろ歪誘起の粒成長をもたらし、場合によっては靭性に悪影響をもたらすケースがある。本発明では圧延にあたって基本的に再結晶オーステナイト温度域での絶対圧下量を大きくすることが重要であるが、このように平均パス圧下率を10％以上とするとなおよい。また、オーステナイトの未再結晶域においても平均パス圧下率が10％以上であると累積歪の効果が大きくなって組織微細化への寄与が大きくなるためやはり平均パス圧下率10％以上が望ましい。
【００２８】
製品板厚の１．５倍以上の厚さから製品板厚までをＴｒ温度以下で熱間圧延すること
本発明は基本的に再結晶オーステナイト温度域での絶対圧下量を大きくすることにより再結晶オーステナイト粒径を微細化し、変態組織を微細化するものであるが、再結晶オーステナイト粒径を微細にした上で、未再結晶域圧延を行うと組織微細化効果がさらに顕著となるので望ましい。温度調整板厚（オーステナイト再結晶温度域でこの板厚まで圧延をした後、鋼板温度がその鋼の未再結晶オーステナイト温度域：Ｔｒ温度以下になるまで時間待ちをして温度調整を行う）が製品板厚の１．５倍未満であると未再結晶オーステナイト温度域加工による組織微細化、靭性向上効果が明瞭に現れないため、温度調整板厚を製品板厚の１．５倍以上とする、すなわち製品板圧の１．５倍以上の厚さから製品板圧までをＴｒ温度以下で熱間圧延することが望ましい。
【実施例１】
【００２９】
表1に示す化学成分を含有し、残部Ｆｅからなる鋼を連続鋳造して、厚さ310mm、260mm、215mmの3種類のスラブを得た。また厚さ620mm、520mm、430mmのスラブをそれぞれ厚さ310mm、260mm、215mmの元スラブを、前記した手法により2枚ずつ積み重ねて組立てることにより得た。初期厚の異なるこの6種類のスラブから、表２に示す種々の製造条件で各種厚鋼板を試作した。本実施例では圧延の平均パス圧下率は10％未満としている。
【００３０】
試作鋼板の板厚中心部から板幅方向にＪＩＳ４号丸棒引張試験片およびＶノッチシャルピー試験片を採取し、それぞれ引張試験、衝撃試験に供した。引張試験およびシャルピー衝撃試験の結果も製造条件と並べて表２に示した。
【００３１】
Ｎｏ．１から９までが比較例、Ｎｏ．１０から１８が発明例である。いずれも降伏強度(YS)レベルは400〜500MPa、引張強度(TS)レベルは500〜600MPaであった。
【００３２】
Ｎｏ．１〜４は、初期スラブ厚が215mmおよび260mmで製品厚までの総圧下率が90％未満となっており、靭性レベル（-40℃での吸収エネルギー：vE-40および延性-脆性破面遷移温度：vTrs）は従来ＴＭＣＰ鋼レベルである。
【００３３】
Ｎｏ．５〜７では総圧下率90％以上を満足しているものの、その他の製造条件を満足していないために靭性が劣化している。具体的には、Ｎｏ．５はスラブ加熱温度が1250℃を越えており、加熱オーステナイト粒径が粗粒化したことによって再結晶オーステナイト粒径、変態組織が粗大化し、延性-脆性破面遷移温度が上昇している。Ｎｏ．６では圧延仕上げ温度が950℃を越えているため、再結晶オーステナイト粒径が粗大化することにより変態組織が粗大化し、延性-脆性破面遷移温度が上昇している。Ｎｏ．７では圧延仕上げ温度が700℃とAr3-40℃を下回っており（本実施例の場合Ar3：765℃）、圧延加工により伸長したフェライトが最終組織に残存することでセパレーション起因のシェルフエネルギーの低下が認められる。
【００３４】
Ｎｏ．８では初期スラブ厚310mmと比較的厚いスラブを利用しているが、総圧下率が90％未満となっているため靭性レベルは従来ＴＭＣＰ鋼レベルである。Ｎｏ．９では総圧下率90％以上を満足しているものの、加速冷却停止温度が650℃を越えているため、未変態オーステナイトから空冷で生じた変態組織が粗大となり、延性-脆性破面遷移温度が上昇している。
【００３５】
Ｎｏ．１０から１８ではいずれもスラブ加熱温度、圧延仕上げ温度、総圧下量、加速冷却停止温度が適正であり、延性-脆性破面遷移温度が-80℃から-95℃、-40℃での吸収エネルギーが300Ｊ前後と従来ＴＭＣＰ鋼よりも優れたレベルにある。
【００３６】
【表１】
2006320923.tif 000002
【００３７】
【表２】
2006320923.tif 000003
【実施例２】
【００３８】
表１に示す化学成分を含有し、残部Ｆｅからなる鋼を連続鋳造して、310mm厚のスラブを得た。このスラブを1150℃に加熱した後、表３に示す種々の圧延条件で板厚20mmに仕上げ、その後600℃まで加速冷却することにより種々の厚鋼板を試作した。本供試鋼においてＴｒ温度は885℃であるので、未再結晶オーステナイト域圧延のための温度調整をする場合はこの温度未満とした。  引張試験およびシャルピー衝撃試験を実施例（１）の場合と同様に行い、その結果も圧延条件と並べて表３に示した。
【００３９】
Ｎｏ．１９から２５までいずれも発明例である。Ｎｏ．１９は実施例（１）のＮｏ．１２と同じである。平均パス圧下率は10％未満であるが、本供試鋼では靭性への悪影響を認められなかった。Ｎｏ．２０および２１は圧延における平均パス圧下率を10％以上としたものであり、良好な靭性を示している。
【００４０】
Ｎｏ．２２〜２４はオーステナイト再結晶域で温度調整厚さまで圧延した後、Ｔｒ温度未満のオーステナイト未再結晶域まで時間待ちを行い、その後仕上げ板厚の20mmまで仕上げ圧延を行ったものである。温度調整厚さが1.3ｔ（ｔ：仕上げ板厚：20mm）のＮｏ．２２の場合、温度調整を実施していないＮｏ．１９とほとんど同じ靭性であったのに対し、温度調整厚が1.5ｔ以上のＮｏ．２３および２４の場合、未再結晶オーステナイトでの圧下による変態組織微細化の効果が現れ、延性-脆性破面遷移温度が低下している。
【００４１】
平均パス圧下率を10％以上とし、さらに未再結晶オーステナイト域での圧下を行ったＮｏ．２５ではさらに靭性が向上している。このように、本実施例では延性-脆性破面遷移温度が-85℃から-100℃、-40℃での吸収エネルギーが300Ｊ前後と従来ＴＭＣＰ鋼よりも格段に優れたレベルにある。
【００４２】
なお実施例（１）および実施例（２）では引張強度が500〜600MPaとなる鋼成分を利用したが、本発明の本質は熱間圧延時の総圧下量を大きくすることによって組織を微細化することであり、化学成分、強度レベルを限定するものではない。
【００４３】
【表３】
2006320923.tif 000004
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明により、製造能率が低く圧延機への負荷が大きい低温大圧下圧延に頼ることなく、微細組織を有し低温靭性に優れた高性能厚鋼板を従来のＴＭＣＰ鋼板と同様工業的に製造することが可能となり、産業的に有益である。