(57)【要約】  本発明は、炭素（Ｃ）を０．０２重量％〜０．１１重量％、シリコン（Ｓｉ）を０．１重量％〜０．５重量％、マンガン（Ｍｎ）を１．５重量％〜２．５重量％、アルミニウム（Ａｌ）を０．０１重量％〜０．０６重量％、ニッケル（Ｎｉ）を０．１重量％〜０．６重量％、チタン（Ｔｉ）を０．０１重量％〜０．０３重量％、ニオブ（Ｎｂ）を０．００５重量％〜０．０８重量％、クロム（Ｃｒ）を０．１重量％〜０．５重量％、リン（Ｐ）を０．０１重量％以下（０重量％は除く）、硫黄（Ｓ）を０．０１重量％以下（０重量％は除く）、ボロン（Ｂ）を５重量ｐｐｍ〜３０重量ｐｐｍ、窒素（Ｎ）を２０重量ｐｐｍ〜７０重量ｐｐｍ、カルシウム（Ｃａ）を５０重量ｐｐｍ以下（０重量ｐｐｍは除く）、スズ（Ｓｎ）を５重量ｐｐｍ〜５０重量ｐｐｍ含み、残りは鉄（Ｆｅ）及びその他の不可避不純物からなる低降伏比型高強度鋼材に関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
低降伏比型高強度鋼材であって、
炭素（Ｃ）を０．０２重量％〜０．１１重量％、シリコン（Ｓｉ）を０．１重量％〜０．５重量％、マンガン（Ｍｎ）を１．５重量％〜２．５重量％、アルミニウム（Ａｌ）を０．０１重量％〜０．０６重量％、ニッケル（Ｎｉ）を０．１重量％〜０．６重量％、チタン（Ｔｉ）を０．０１重量％〜０．０３重量％、ニオブ（Ｎｂ）を０．００５重量％〜０．０８重量％、クロム（Ｃｒ）を０．１重量％〜０．５重量％、リン（Ｐ）を０．０１重量％以下（０重量％は除く）、硫黄（Ｓ）を０．０１重量％以下、ボロン（Ｂ）を５重量ｐｐｍ〜３０重量ｐｐｍ、窒素（Ｎ）を２０重量ｐｐｍ〜７０重量ｐｐｍ、カルシウム（Ｃａ）を５０重量ｐｐｍ以下（０重量ｐｐｍは除く）、スズ（Ｓｎ）を５重量ｐｐｍ〜５０重量ｐｐｍ含み、残りは鉄（Ｆｅ）及びその他の不可避不純物からなることを特徴とする低降伏比型高強度鋼材。
【請求項２】
前記低降伏比型高強度鋼材は、０．１重量％〜０．５重量％の銅（Ｃｕ）、０．１５重量％〜０．３重量％のモリブデン（Ｍｏ）、及び０．００５重量％〜０．３重量％のバナジウム（Ｖ）のうちの一つ以上をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の低降伏比型高強度鋼材。
【請求項３】
前記低降伏比型高強度鋼材の微細組織は、ベイニティックフェライト及びグラニュラーベイナイトを主相として含み、Ｍ−Ａ（島状マルテンサイト）を二次相として含むことを特徴とする請求項１に記載の低降伏比型高強度鋼材。
【請求項４】
面積分率で、前記ベイニティックフェライトは８０％〜９５％であり、前記グラニュラーベイナイトは５％〜２０％であり、前記Ｍ−Ａは３％以下（０％を含む）であることを特徴とする請求項３に記載の低降伏比型高強度鋼材。
【請求項５】
前記低降伏比型高強度鋼材の（１００）結晶面と（１１１）結晶面との極点強度（ｐｏｌｅ  ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ：ＰＩｍａｘ．）の比であるＰＩｍａｘ．（１１１）／ＰＩｍａｘ．（１００）は、１．０以上１．８以下であることを特徴とする請求項１に記載の低降伏比型高強度鋼材。
（ここで、前記ＰＩｍａｘ．（１１１）は（１１１）結晶面の極点強度であり、前記ＰＩｍａｘ．（１００）は（１００）結晶面の極点強度である。）
【請求項６】
前記低降伏比型高強度鋼材は、降伏比が０．８５以下であり、引張強度が８００ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１に記載の低降伏比型高強度鋼材。
【請求項７】
前記低降伏比型高強度鋼材の厚さは、６０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の低降伏比型高強度鋼材。
【請求項８】
炭素（Ｃ）を０．０２重量％〜０．１１重量％、シリコン（Ｓｉ）を０．１重量％〜０．５重量％、マンガン（Ｍｎ）を１．５重量％〜２．５重量％、アルミニウム（Ａｌ）を０．０１重量％〜０．０６重量％、ニッケル（Ｎｉ）を０．１重量％〜０．６重量％、チタン（Ｔｉ）を０．０１重量％〜０．０３重量％、ニオブ（Ｎｂ）を０．００５重量％〜０．０８重量％、クロム（Ｃｒ）を０．１重量％〜０．５重量％、リン（Ｐ）を０．０１重量％以下（０重量％は除く）、硫黄（Ｓ）を０．０１重量％以下、ボロン（Ｂ）を５重量ｐｐｍ〜３０重量ｐｐｍ、窒素（Ｎ）を２０重量ｐｐｍ〜７０重量ｐｐｍ、カルシウム（Ｃａ）を５０重量ｐｐｍ以下（０重量ｐｐｍは除く）、スズ（Ｓｎ）を５重量ｐｐｍ〜５０重量ｐｐｍ含み、残りは鉄（Ｆｅ）及びその他の不可避不純物からなるスラブを１０５０℃〜１２５０℃に加熱する段階と、
前記加熱されたスラブを９５０℃〜１０５０℃で粗圧延してバー（Ｂａｒ）を得る段階と、
前記バー（Ｂａｒ）を仕上げ圧延温度７００℃〜９５０℃で熱間圧延して熱延鋼板を得る段階と、
前記熱延鋼板を２５℃／ｓ〜５０℃／ｓの冷却速度でＢｓ温度以下の冷却終了温度まで冷却する段階と、
を有することを特徴とする低降伏比型高強度鋼材の製造方法。
【請求項９】
前記スラブは、０．１重量％〜０．５重量％の銅（Ｃｕ）、０．１５重量％〜０．３重量％のモリブデン（Ｍｏ）、及び０．００５重量％〜０．３重量％のバナジウム（Ｖ）のうちの一つ以上をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の低降伏比型高強度鋼材の製造方法。
【請求項１０】
前記熱間圧延は、圧下率５０％〜８０％で行うことを特徴とする請求項８に記載の低降伏比型高強度鋼材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低降伏比型高強度鋼材及びその製造方法に関し、より詳しくは、低い降伏比及び高い引張強度を有し、建設用鋼材として好適に用いることができる低降伏比型高強度鋼材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、国内外のビルや橋梁などの構造物は、超高層化、長スパン化が進むにつれて、極厚・高強度鋼材の開発が求められている。高強度鋼を用いると、高い許容応力を有するため、建築及び橋梁構造を合理化、軽量化することができ、経済的な建設が可能であるのみならず、板厚を薄くすることができるため、切断や穿孔などの機械加工と溶接作業が容易になる。
【０００３】
一方、鋼材の強度を高くすると、引張強度と降伏強度との比である降伏比（降伏強度／引張強度）が上昇する場合が多いが、降伏比が上昇すると、塑性変形が起こる時点（降伏点）から破壊が起こる時点までの応力差が大きくないため、建築物が変形によってエネルギーを吸収して破壊を防止するのが困難になり、地震などの巨大な外力が作用したときに安全性を担保するのが困難であるという問題がある。したがって、構造用鋼材は高強度及び低降伏比をいずれも満たさなければならない。
【０００４】
一般に鋼材の降伏比は、鋼材の金属組織においてフェライト（ｆｅｒｒｉｔｅ）のような軟質相（ｓｏｆｔ  ｐｈａｓｅ）を主組織とし、ベイナイト（ｂａｉｎｉｔｅ）やマルテンサイト（ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ）などの硬質相（ｈａｒｄ  ｐｈａｓｅ）が適度に分散した組織を実現することにより低くすることが知られている。
【０００５】
このような軟質相ベースの微細組織に硬質相が適度に分散した組織を得るため、特許文献１には、フェライトとオーステナイト（ａｕｓｔｅｎｉｔｅ）の２相域（ｄｕａｌ  ｐｈａｓｅ  ｒｅｇｉｏｎ）で適切な焼き入れ（ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）と焼き戻し（ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ）とによって降伏比を低くする方法が開示されている。しかし、上記の方法は圧延製造工程以外に熱処理工程数が追加されるため、生産性の低下はもちろん製造単価の増加も不可避であるという問題がある。
【０００６】
したがって、生産性の低下と製造単価の上昇などの問題をすべて解決し、かつ超高強度及び低降伏比が確保される低降伏比型高強度鋼材及びその製造方法の開発が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭５５−９７４２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、低降伏比型高強度鋼材及びその製造方法を提供することにある。より詳細には、生産性の低下や製造単価の上昇なしに、超高強度及び低降伏比が確保された低降伏比型高強度鋼材及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による低降伏比型高強度鋼材は、炭素（Ｃ）を０．０２重量％〜０．１１重量％、シリコン（Ｓｉ）を０．１重量％〜０．５重量％、マンガン（Ｍｎ）を１．５重量％〜２．５重量％、アルミニウム（Ａｌ）を０．０１重量％〜０．０６重量％、ニッケル（Ｎｉ）を０．１重量％〜０．６重量％、チタン（Ｔｉ）を０．０１重量％〜０．０３重量％、ニオブ（Ｎｂ）を０．００５重量％〜０．０８重量％、クロム（Ｃｒ）を０．１重量％〜０．５重量％、リン（Ｐ）を０．０１重量％以下（０重量％は除く）、硫黄（Ｓ）を０．０１重量％以下（０重量％は除く）、ボロン（Ｂ）を５重量ｐｐｍ〜３０重量ｐｐｍ、窒素（Ｎ）を２０重量ｐｐｍ〜７０重量ｐｐｍ、カルシウム（Ｃａ）を５０重量ｐｐｍ以下（０重量ｐｐｍは除く）、スズ（Ｓｎ）を５重量ｐｐｍ〜５０重量ｐｐｍ含み、残りは鉄（Ｆｅ）及びその他の不可避不純物からなることを特徴とする。
【００１０】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による低降伏比型高強度鋼材の製造方法は、炭素（Ｃ）を０．０２重量％〜０．１１重量％、シリコン（Ｓｉ）を０．１重量％〜０．５重量％、マンガン（Ｍｎ）を１．５重量％〜２．５重量％、アルミニウム（Ａｌ）を０．０１重量％〜０．０６重量％、ニッケル（Ｎｉ）を０．１重量％〜０．６重量％、チタン（Ｔｉ）を０．０１重量％〜０．０３重量％、ニオブ（Ｎｂ）を０．００５重量％〜０．０８重量％、クロム（Ｃｒ）を０．１重量％〜０．５重量％、リン（Ｐ）を０．０１重量％以下（０重量％は除く）、硫黄（Ｓ）を０．０１重量％以下（０重量％は除く）、ボロン（Ｂ）を５重量ｐｐｍ〜３０重量ｐｐｍ、窒素（Ｎ）を２０重量ｐｐｍ〜７０重量ｐｐｍ、カルシウム（Ｃａ）を５０重量ｐｐｍ以下（０重量ｐｐｍは除く）、スズ（Ｓｎ）を５重量ｐｐｍ〜５０重量ｐｐｍ含み、残りは鉄（Ｆｅ）及びその他の不可避不純物からなるスラブを１０５０℃〜１２５０℃に加熱する段階と、前記加熱されたスラブを９５０℃〜１１５０℃で粗圧延してバー（Ｂａｒ）を得る段階と、前記バー（Ｂａｒ）を仕上げ圧延温度７００℃〜９５０℃で熱間圧延して熱延鋼板を得る段階と、前記熱延鋼板を２５℃／ｓ〜５０℃／ｓの冷却速度でＢｓ温度以下の冷却終了温度まで冷却する段階と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、生産性の低下や製造単価の上昇なしに超高強度及び低降伏比が確保された低降伏比型高強度鋼材及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下では、本発明の好ましい実施形態を説明する。しかし、本発明の実施形態は多様に変形実施することが可能であり、本発明の技術範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野における通常の知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。
【００１３】
以下、本発明の一実施形態による低降伏比型高強度鋼材について詳細に説明する。
【００１４】
本発明の一実施形態による低降伏比型高強度鋼材は、炭素（Ｃ）を０．０２重量％〜０．１１重量％、シリコン（Ｓｉ）を０．１重量％〜０．５重量％、マンガン（Ｍｎ）を１．５重量％〜２．５重量％、アルミニウム（Ａｌ）を０．０１重量％〜０．０６重量％、ニッケル（Ｎｉ）を０．１重量％〜０．６重量％、チタン（Ｔｉ）を０．０１重量％〜０．０３重量％、ニオブ（Ｎｂ）を０．００５重量％〜０．０８重量％、クロム（Ｃｒ）を０．１重量％〜０．５重量％、リン（Ｐ）を０．０１重量％以下（０重量％は除く）、硫黄（Ｓ）を０．０１重量％以下（０重量％は除く）、ボロン（Ｂ）を５重量ｐｐｍ〜３０重量ｐｐｍ、窒素（Ｎ）を２０重量ｐｐｍ〜７０重量ｐｐｍ、カルシウム（Ｃａ）を５０重量ｐｐｍ以下（０重量ｐｐｍは除く）、スズ（Ｓｎ）を５重量ｐｐｍ〜５０重量ｐｐｍ含み、残りは鉄（Ｆｅ）及びその他の不可避不純物からなる。
【００１５】
炭素（Ｃ）：０．０２重量％〜０．１１重量％
Ｃは、ベイナイト又はマルテンサイトを形成し、このベイナイト又はマルテンサイトの大きさ及び分率を決定する重要な元素である。
【００１６】
Ｃ含有量が０．１１重量％を超えると、低温靱性を低下させ、Ｃ含有量が０．０２重量％未満の場合、ベイナイト又はマルテンサイトの形成を妨げ、強度の低下をもたらす。したがって、Ｃ含有量は０．０２重量％〜０．１１重量％であることが好ましい。
【００１７】
一方、溶接用鋼構造物として用いられる板材の場合には、より良い溶接性のためにＣ含有量の上限を０．０８重量％とすることが好ましい。
【００１８】
シリコン（Ｓｉ）：０．１重量％〜０．５重量％
Ｓｉは、脱酸剤として用いられ、強度及び靱性を向上させる元素である。
【００１９】
Ｓｉ含有量が０．５重量％を超えると、低温靱性及び溶接性が低下するのみならず、板材の表面にスケールが厚く形成され、ガス切断性不良及びその他の表面クラックなどを誘発する可能性がある。これに対し、Ｓｉ含有量が０．１重量％未満の場合、脱酸効果が十分でない。したがって、Ｓｉ含有量は０．１重量％〜０．５重量％である。より好ましくは０．１５重量％〜０．３５重量％である。
【００２０】
マンガン（Ｍｎ）：１．５重量％〜２．５重量％
Ｍｎは、固溶強化によって強度を向上させる有用な元素であるため、１．５重量％以上添加される必要がある。しかし、Ｍｎ含有量が２．５重量％を超えると、過度な硬化能の増加によって溶接部の靱性が大きく低下する。したがって、Ｍｎの含有量は１．５重量％〜２．５重量％であることが好ましい。
【００２１】
アルミニウム（Ａｌ）：０．０１重量％〜０．０６重量％
Ａｌは、溶鋼を安価に脱酸することができ、また、フェライトを安定化する元素である。Ａｌ含有量が０．０１重量％未満の場合、上述の効果が十分でない。これに対し、Ａｌ含有量が０．０６重量％を超えると、連続鋳造時にノズル詰まりが発生する。したがって、Ａｌ含有量は０．０１重量％〜０．０６重量％であることが好ましい。
【００２２】
ニッケル（Ｎｉ）：０．１重量％〜０．６重量％
Ｎｉは、母材の強度と靱性を同時に向上させる元素である。上述の効果を十分に奏するためには０．１重量％以上添加することが好ましい。しかし、Ｎｉは高価な元素であるため、添加量が０．６重量％を超えると、経済性が低下し、また溶接性が低下する。したがって、Ｎｉ含有量は０．１重量％〜０．６重量％であることが好ましい。
【００２３】
チタン（Ｔｉ）：０．０１重量％〜０．０３重量％
Ｔｉは、再加熱時の結晶粒の成長を抑制し、低温靱性を大きく向上させるため、０．０１重量％以上添加することが好ましい。しかし、Ｔｉ含有量が０．０３重量％を超えると、連続鋳造ノズルの詰まりや中心部の晶出による低温靱性の減少などの問題を発生させる。したがって、Ｔｉ含有量は０．０１重量％〜０．０３重量％であることが好ましい。
【００２４】
ニオブ（Ｎｂ）：０．００５重量％〜０．０８重量％
Ｎｂは、ＴＭＣＰ鋼の製造において重要な元素であり、ＮｂＣ又はＮｂＣＮの形で析出し、母材及び溶接部の強度を大きく向上させる。また、高温に再加熱される時、固溶したＮｂはオーステナイトの再結晶及びフェライト又はベイナイトの変態を抑制して組織が微細化する効果を奏する。さらに、粗圧延後スラブが冷却される時、低い冷却速度でもベイナイトを形成させるのみならず、最終圧延後の冷却時にもオーステナイトの安定性を高め、低速の冷却でもマルテンサイトの生成を促進させる役割も果たす。
【００２５】
上述の効果を十分に得るためにはＮｂ含有量が０．００５重量％以上であることが好ましい。しかし、Ｎｂ含有量が０．０８重量％を超えると、鋼材のエッジに脆性クラックが発生する。したがって、Ｎｂ含有量は０．００５重量％〜０．０８重量％であることが好ましい。
【００２６】
クロム（Ｃｒ）：０．１重量％〜０．５重量％
Ｃｒは、強度を確保するために添加される元素であり、焼き入れ性を増加させる役割も果たす。上述の効果を十分に得るためには０．１重量％以上添加する必要がある。しかし、Ｃｒ含有量が０．５重量％を超えると、溶接部の硬度を過度に増加させ、靱性を阻害する。したがって、Ｃｒ含有量は０．１重量％〜０．５重量％であることが好ましい。
【００２７】
リン（Ｐ）：０．０１重量％以下
Ｐは、強度向上及び耐食性に有利な元素であるが、衝撃靱性を大きく阻害するため、できる限り低く維持するのがよい。したがって、その上限を０．０１重量％とすることが好ましい。
【００２８】
硫黄（Ｓ）：０．０１重量％以下
Ｓは、ＭｎＳなどを形成して衝撃靱性を大きく阻害する元素であるため、できる限り低く維持するのがよい。したがって、その上限を０．０１重量％とすることが好ましい。
【００２９】
ボロン（Ｂ）：５重量ｐｐｍ〜３０重量ｐｐｍ
Ｂは、非常に安価な添加元素であり、強力な硬化能を示し、粗圧延後の冷却において低速冷却でもベイナイトの形成に大きく寄与する有益な元素である。
【００３０】
少量の添加のみでも強度を大きく向上させることができるため、５重量ｐｐｍ以上添加する。しかし、Ｂ含有量が３０重量ｐｐｍを超えると、Ｆｅ２３（ＣＢ）６を形成し、逆に硬化能を低下させ、低温靱性も大きく低下させる。したがって、Ｂ含有量は５重量ｐｐｍ〜３０重量ｐｐｍであることが好ましい。
【００３１】
窒素（Ｎ）：２０重量ｐｐｍ〜７０重量ｐｐｍ
Ｎは、強度を増加させるが、靱性を大きく減少させるため、７０重量ｐｐｍ以下に制御することが好ましい。但し、Ｎ含有量を２０重量ｐｐｍ未満に制御することは製鋼負荷を増加させるため、Ｎ含有量の下限は２０重量ｐｐｍであることが好ましい。
【００３２】
カルシウム（Ｃａ）：５０重量ｐｐｍ以下（０重量ｐｐｍは除く）
Ｃａは、主にＭｎＳの非金属介在物を抑制し、低温靱性を向上させる元素として用いられる。しかし、Ｃａを過剰に添加すると、鋼中に含有された酸素と反応し、非金属介在物であるＣａＯを生成するため、その上限値は５０重量ｐｐｍであることが好ましい。
【００３３】
スズ（Ｓｎ）：５重量ｐｐｍ〜５０重量ｐｐｍ
Ｓｎは、耐食性を確保するのに有用な元素である。
【００３４】
耐食性確保の面で５ｐｐｍ以上添加することが好ましい。しかし、Ｓｎ含有量が５０ｐｐｍ重量％を超えると、耐食性向上に対する寄与効果よりも鋼材の表面に水泡のようにスケールが膨れたり割れたりする形の欠陥が多量に発生する。また、Ｓｎは鋼の強度を増加させるが、延伸率と低温衝撃靱性を低下させるため、その上限は５０重量ｐｐｍであることが好ましい。
【００３５】
本発明の低降伏比型高強度鋼材において、残りの成分は鉄（Ｆｅ）である。但し、通常の製造工程では原料又は周囲環境から意図しない不純物が不可避的に混入し、これを排除することはできない。これらの不純物は、当該技術分野における通常の知識を有する技術者であれば容易に理解されるものであるため、本明細書ではその全ての内容を詳細には説明しない。
【００３６】
本発明による有利な鋼組成を有する低降伏比型高強度鋼材は、上述した含有量範囲の合金元素を含むだけでも十分な効果が得られるが、０．１重量％〜０．５重量％の銅（Ｃｕ）、０．１５重量％〜０．３重量％のモリブデン（Ｍｏ）、及び０．００５重量％〜０．３重量％のバナジウム（Ｖ）のうちの一つ以上をさらに含むことにより鋼材の強度、靱性、溶接熱影響部の靱性、溶接性などの特性をより向上させることができる。
【００３７】
銅（Ｃｕ）：０．１重量％〜０．５重量％
Ｃｕは、母材の靱性低下を最小化させるとともに強度を高める元素である。上述の効果を十分に得るためには０．１重量％以上添加することが好ましい。しかし、Ｃｕ含有量が０．５重量％を超えると、製品の表面品質を大きく阻害する。したがって、Ｃｕ含有量は０．１重量％〜０．５重量％であることが好ましい。
【００３８】
モリブデン（Ｍｏ）：０．１５重量％〜０．３重量％
Ｍｏは、少量の添加のみでも硬化能を大きく向上させる効果があり、強度を大きく向上させるため、０．１５重量％以上添加する必要があるが、０．３重量％を超えて添加すると、溶接部の硬度を過度に増加させ、靱性を阻害する。したがって、Ｍｏ含有量は０．１５重量％〜０．３重量％であることが好ましい。
【００３９】
バナジウム（Ｖ）：０．００５重量％〜０．３重量％
Ｖは、他の微細合金に比べて固溶する温度が低く、溶接熱影響部に析出して強度の低下を防止する効果がある。上述の効果を十分に得るためには０．００５重量％以上添加することが好ましい。しかし、Ｖ含有量が０．３重量％を超えると、逆に靱性を低下させる。したがって、Ｖ含有量は０．００５重量％〜０．３重量％であることが好ましい。
【００４０】
また、本発明の低降伏比型高強度鋼材の微細組織は、ベイニティックフェライト及びグラニュラーベイナイトを主相として含み、Ｍ−Ａ（島状マルテンサイト）を二次相として含む。
【００４１】
ベイニティックフェライトは、初期オーステナイト結晶粒界を維持しながら粒内に多くの高傾角粒界を含んでいるため、結晶粒の微細化の効果による強度と衝撃靱性の向上に有用である。
【００４２】
グラニュラーベイナイトは、ベイニティックフェライトと同様に初期オーステナイト結晶粒を維持しているが、粒内又は粒界にＭ−Ａのような二次相が存在する。粒内に高傾角粒界が存在しておらず、衝撃靱性に多少不利な影響を及ぼすが、粒内転位のような低傾角粒界が多量に存在することにより強度は多少増加する。
【００４３】
ベイニティックフェライト及びグラニュラーベイナイトを主相として含むことにより低降伏比と高強度を確保することができる。
【００４４】
この際、面積分率で、ベイニティックフェライトは８０％〜９５％であり、グラニュラーベイナイトは５％〜２０％であり、Ｍ−Ａは３％以下（０％を含む）である。
【００４５】
ベイニティックフェライトの面積分率が８０％未満の場合、高い引張強度を確保するのが困難であり、９５％を超えると、降伏比が増加するという問題がある。
【００４６】
グラニュラーベイナイトの面積分率が５％未満の場合、引張強度のみならず降伏強度も増加して、低い降伏比を確保することができず、２０％を超えると、粗大な初期オーステナイト結晶粒を効果的に微細化させることができず、引張強度が劣る。
【００４７】
Ｍ−Ａのような二次相は、低降伏比の実現に有用な微細組織として３％以下の面積分率を有することが好ましい。Ｍ−Ａの面積分率が３％を超えると、降伏比は減少するが、相対的に外部応力に対するクラック（ｃｒａｃｋ）の起点として作用するため、引張強度を高く確保するのが困難になる。
【００４８】
一方、本発明による低降伏比型高強度鋼材は、ＰＩｍａｘ．（１１１）／ＰＩｍａｘ．（１００）が１．０以上１．８以下である。ＰＩｍａｘ．（１１１）はＸ線回折又は電子後方散乱回折などの方法で得られた（１１１）結晶面の極点強度（ｐｏｌｅ  ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ、ＰＩｍａｘ．）であり、ＰＩｍａｘ．（１００）は（１００）結晶面の極点強度である。
【００４９】
結晶面の極点強度は、本発明の一実施形態による低降伏比型高強度鋼材の最終微細組織によって決定される。ベイニティックフェライト及びグラニュラーベイナイトを主相とする場合、ベイニティックフェライトの分率が高いほどＰＩｍａｘ．（１１１）の値が大きくなり、グラニュラーベイナイトの分率が高いほどＰＩｍａｘ．（１００）の値が大きくなる。本実施形態による低降伏比型高強度鋼材の最終微細組織は、ベイニティックフェライトがグラニュラーベイナイトよりも面積分率が高くＰＩｍａｘ．（１１１）／ＰＩｍａｘ．（１００）が１．８以下の場合、低降伏比型高強度鋼材の製造が可能である。ＰＩｍａｘ．（１１１）／ＰＩｍａｘ．（１００）が１．８を超えると、低降伏比を満たすことができないため、その上限値を１．８以下とすることが好ましい。より好ましいＰＩｍａｘ．（１１１）／ＰＩｍａｘ．（１００）は１．６以下である。
【００５０】
ＰＩｍａｘ．（１１１）／ＰＩｍａｘ．（１００）が１．０未満の場合にはグラニュラーベイナイトの分率が２０％超と高くなり、高強度を確保するのが困難であるという問題がある。したがって、ＰＩｍａｘ．（１１１）／ＰＩｍａｘ．（１００）の下限値は１．０以上とすることが好ましく、より好ましい下限値は１．２以上である。
【００５１】
本発明による低降伏比型高強度鋼材は、降伏比が０．８５以下であり、引張強度８００ＭＰａ以上を確保することで、建設用鋼材などとして好適に用いることができる。
【００５２】
また、本発明による鋼材の厚さは６０ｍｍ以下である。
【００５３】
本発明による低降伏比型高強度鋼材は、高強度及び低降伏比を確保することができ、板厚を６０ｍｍ以下と薄くすることができるため、切断や穿孔などの機械加工と溶接作業が容易になる。したがって、鋼材の厚さは６０ｍｍ以下であることが好ましい。より好ましくは４０ｍｍ以下、さらに好ましくは３０ｍｍ以下である。
【００５４】
下限は特に限定する必要はないが、建設構造用鋼材として用いるためには１５ｍｍ以上であればよい。
【００５５】
以下、本発明の一実施形態による低降伏比型高強度鋼材の製造方法について詳細に説明する。
【００５６】
本発明の一実施形態による低降伏比型高強度鋼材の製造方法は、上述の合金組成を有するスラブを１０５０℃〜１２５０℃に加熱する段階と、加熱されたスラブを９５０℃〜１１５０℃で粗圧延してバー（Ｂａｒ）を得る段階と、バー（Ｂａｒ）を仕上げ圧延温度７００℃〜９５０℃で熱間圧延して熱延鋼板を得る段階と、熱延鋼板を２５℃／ｓ〜５０℃／ｓの冷却速度でＢｓ温度以下の冷却終了温度まで冷却する段階と、を有する。
【００５７】
＜スラブ加熱段階＞
上述の合金組成を有するスラブを１０５０℃〜１２５０℃に加熱する。
【００５８】
＜粗圧延段階＞
加熱されたスラブを９５０℃〜１０５０℃で粗圧延してバー（Ｂａｒ）を得る。
【００５９】
粗圧延温度が９５０℃未満の場合、再結晶が起こらない状態でオーステナイトが変形するため、粒子が粗大化し、１０５０℃を超えると、再結晶が起こると同時に粒子が成長し、同様に、オーステナイト粒子が粗大になる。
【００６０】
＜熱間圧延段階＞
バー（Ｂａｒ）を仕上げ圧延温度７００℃〜９５０℃で熱間圧延して熱延鋼板を得る。
【００６１】
仕上げ圧延温度が７００℃未満の場合、板材の温度が低く、圧延機に負荷が発生し、最終厚さまで圧延を行うことができず、９５０℃を超えると、圧延中に再結晶が起こる。
【００６２】
この際、熱間圧延の圧下率は５０％〜８０％であればよい。
【００６３】
仕上げ圧延の圧下率が５０％未満の場合、圧延中に素材に作用する荷重が増加して、設備事故の危険があり、８０％を超えると、圧延パス数が増加して、圧延終了温度まで最終厚さを確保することができない。
【００６４】
＜冷却段階＞
熱延鋼板を２５℃／ｓ〜５０℃／ｓの冷却速度でＢｓ温度以下の冷却終了温度まで冷却する。
【００６５】
熱延鋼板の冷却がＢｓ温度を超える温度で終了すると、ベイニティックフェライト及びグラニュラーベイナイトが十分に相変態することができず、強度を確保することができない。冷却速度の場合、板材の厚さによって物理的な制約があるが、２５℃／ｓ未満の冷却速度では軟質のフェライトが生成されることにより引張強度８００ＭＰａ以上を満たすのが困難である。また、５０℃／ｓを超える冷却速度では低温変態組織であるマルテンサイトが生成される確率が高くなるにつれ、引張強度のみならず降伏強度も増加し、降伏比０．８５以下を満たすのが困難である。
【実施例】
【００６６】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。但し、下記の実施例は本発明の一例を具体的に示すものに過ぎず、本発明の技術範囲を限定するものではない。
【００６７】
下記の表１に示す成分系を満たすスラブを１１６０℃に加熱し、１０００℃で粗圧延した後、表２に示す製造条件に合うように熱間圧延及び冷却して鋼材を得た。この鋼材の降伏強度、引張強度、降伏比、及び微細組織を測定して表３に示す。
【００６８】
また、鋼材の（１００）結晶面、（１１０）結晶面の極点強度を測定し、ＰＩｍａｘ．（１１１）／ＰＩｍａｘ．（１００）値を表３に示す。
【００６９】
降伏強度及び引張強度は万能引張実験機を用いて測定した。
【００７０】
微細組織は、鋼材を鏡面研磨して、化学的に腐食させた後、光学顕微鏡で観察した。
【００７１】
極点強度及び集合組織強度は、Ｘ線回折器及び電子後方散乱回折器を用いて測定した。
【００７２】
表１において各元素含有量の単位は重量％である。
【００７３】
【表１】
2019504199.tif 000002
【００７４】
【表２】
2019504199.tif 000003
【００７５】
【表３】
2019504199.tif 000004
【００７６】
上記の表３において、ＢＦはベイニティックフェライト、ＧＢはグラニュラーベイナイト、ＭＡは島状マルテンサイト、ＡＦはアシキュラーフェライト、Ｂはベイナイトを意味し、単位は面積％である。
【００７７】
本発明の合金組成及び製造条件を満たす発明例１〜９は、０．８５以下の低降伏比及び８００ＭＰａ以上の引張強度を確保することが分かる。
【００７８】
これに対し、比較例１〜３は、本発明の合金組成は満たしているが、製造条件を満たしておらず、低降伏比を確保することができなかったり引張強度が劣ったりすることが確認できる。
【００７９】
また、比較例４、７、及び８は、本発明の製造条件は満たしているが、合金組成を満たしておらず、低降伏比を確保することができないことが確認できる。
【００８０】
以上、実施例を参照しながら説明したが、当該技術分野に熟練した当業者であれば本発明の技術範囲から逸脱しない範囲内で本発明を多様に変形実施することができる。
【国際調査報告】
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2019504199.tif 000006
2019504199.tif 000007
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