(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．０３〜０．２０％、
Ｓｉ：０．０３〜０．５０％、
Ｍｎ：０．８０〜２．２０％、
Ｐ：０．０２０％以下、
Ｓ：０．０００５〜０．００５０％以下、
Ａｌ：０．００５〜０．１００％、
Ｎｂ：０．０１０〜０．０２５％、
Ｔｉ：０．００３〜０．０２０％、
Ｎ：０．００２０〜０．００７０％、
残部はＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼スラブを１０００℃〜１２００℃に加熱したのち、板厚が長手方向にテーパ状に変化する熱間圧延を施す際に、鋼板表面温度９００℃以下での厚部累積圧下率３０％以上、厚部の平均パス圧下率７％以上、厚部の仕上げ温度（Ａｒ３点−５０℃）以上とし、その後厚部が５００℃以下まで加速冷却することを特徴とする、厚部の引張強さ５１０ＭＰａ以上、厚部６０ｍｍ以上の厚肉テーパプレートの製造方法。
【請求項２】
前記鋼スラブが、さらに質量％で、
Ｃｕ：０．０５〜１．００％、
Ｎｉ：０．０５〜１．００％ 、
Ｃｒ：０．０５〜０．５０％、
Ｍｏ：０．０５〜０．５０％、
Ｖ：０．０２〜０．１０％、
Ｂ：０．０００３〜０．００２５％、
のうちから選ばれた１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項１記載の引張強さ５１０ＭＰａ以上、厚部６０ｍｍ以上の厚肉テーパプレートの製造方法。
【請求項３】
前記鋼スラブが、さらに質量％で、
Ｃａ：０．０００５〜０．００５０％、
Ｍｇ：０．０００５〜０．００５０％、
Ｚｒ：０．００３０〜０．０２００％、
ＲＥＭ：０．００３０〜０．０２００％、
のうちから選ばれる１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の引張強さ５１０ＭＰａ以上、厚部６０ｍｍ以上の厚肉テーパプレートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、造船、建築、橋梁などに好適な、長手方向に板厚が連続して変化するテーパプレート（テーパ付き鋼板、ＬＰ鋼板とも言う）の製造方法に関し、引張強さ５１０ＭＰａ以上で長手方向の厚部の板厚が６０ｍｍ以上の、鋼板内の靭性のばらつきが小さい厚肉テーパプレートの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
厚鋼板の形状は、幅方向および長手方向にいずれも均一であるのが一般的である。しかし、長手方向に板厚を連続的に変化させると、素材質量の軽減、溶接工数の削減に大きな効果を有する場合がある。このような厚鋼板は、テーパプレート、テーパ付き鋼板、またはＬＰ鋼板などと呼ばれ、その製造方法について、特許文献１、特許文献２および特許文献３など多くの提案がある。これらの提案は、テーパプレートをいかに寸法精度高く製造するかを目的にしたものであるが、寸法精度に加え、鋼板の材質特性および材質の均一性が満足されないと、実用に耐えられない。
【０００３】
最近は、厚鋼板に対する品質要求が厳格化し、とくに高張力化の要求や溶接性の向上要求が強くなっている。このような要求に対し、制御圧延や制御冷却といったＴＭＣＰ法が採用されている。この方法は、オーステナイト未再結晶域や（オーステナイト＋フェライト）２相域における強加工とそれに続くオーステナイト→フェライト変態により、フェライト結晶粒の微細化をはかり、さらに必要に応じて冷却を行ってさらに高強度化、高靱性化を図ろうとするものである。
【０００４】
しかし、この方法をテーパプレートに応用すると、温度管理が極めて困難になり、材質変動が大きくなる。
【０００５】
特に、制御圧延が、オーステナイト未再結晶域圧延や（オーステナイト＋フェライト）２相域圧延のような低温における強加工の場合、テーパプレートのように板厚方向で肉厚が異なるときは、薄部と厚部の鋼板温度の温度差が大きくなりすぎ、強度の相異が大きくなるという問題を残していた。このような材質の不均一をなくし、均質なテーパプレートを製造するために、いくつかの提案がなされている。
【０００６】
例えば、特許文献４には、均一な材質を得るために、冷却前の長手方向の温度を実測し、この実測値に基づいて、各点の最適冷却条件を演算し、板厚に応じて冷却時の通板速度を修正するテーパプレートの冷却方法が示されている。特許文献５には、冷却開始は鋼板の薄部と厚部で同時に行い、冷却装置を出る時期を変えるテーパプレートの冷却方法が、あるいは冷却は鋼板長手方向に順次開始しながら、冷却終了を同時に行うテーパプレートの冷却方法が示されている。いずれも、加速冷却を行った際に、鋼板内の材質のバラつきを少なくしようとする提案である。
【０００７】
一方、鋼板の成分組成の工夫でこのような課題の解決を試みた例として、特許文献６がある。この技術では、Ｎｂ添加量を０．０１５％〜０．０６％と高めることで強度ばらつきを減らせることを開示している。
【０００８】
また、特許文献７では、Ｈｖ２０−５０  ＝−１１０＋４６０Ｃ＋４４Ｓｉ＋３９Ｍｎ−３１Ｃｕ−９Ｎｉ＋１１Ｃｒ＋２２Ｍｏ＋１８０Ｖ＋９６００Ｂ−２３０００Ｍｏ×Ｂで表されるＨｖ２０−５０値（板厚が２０ｍｍ及び５０ｍｍの鋼板の８００〜５００℃における空冷速度に相当する冷却速度で常温まで冷却した場合のＨｖ硬さの差）を１５以下にすれば、強度ばらつきを減らせることを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特公昭５０−３６８２６号公報
【特許文献２】特公昭６０−１２４号公報
【特許文献３】特公平５−４９３６１号公報
【特許文献４】特開昭６２−１６６０１３号公報
【特許文献５】特開平７−６８３０９号公報
【特許文献６】特許第３１８０９４４号公報
【特許文献７】特許第３９７２５５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、特性ばらつきの少ないテーパプレートを得るうえで、強度、靭性が板厚変化の影響を受けにくいことは、非常に重要な要件である。
【００１１】
しかしながら、近年において、造船向けにニーズが高まっている厚部が６０ｍｍ以上の厚肉テーパプレートの場合、板厚の変化による強度のばらつきに加えて、靭性のばらつきが大きくなるという問題があった。
【００１２】
本発明は、上記問題点を解決し、引張強さが５１０ＭＰａ以上で厚部が６０ｍｍ以上の、鋼板内の靭性のばらつきが小さい厚肉テーパプレート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】
【００１３】
本発明者らは、テーパプレートの場合における、板全長での靭性のばらつきについて鋭意検討し以下の知見を得た。
１  厚部に対して相対的にパス圧下率が大きくなる薄部で高靭性が確保できても、相対的にパス圧下率が小さくなる厚部において靭性が不安定になる。
２  ９００℃以下での制御圧延において、累積圧下率だけでなく、そのパス圧下率が板内靭性のばらつきに大きな影響を及ぼす。
３  ９００℃以下での制御圧延において、厚部の累積圧下率３０％以上、かつ厚部の平均パス圧下率を７％以上とすることで、薄部を含めた板全長にわたって靭性のばらつきが小さくなる。
【００１４】
本発明は上記知見をもとに更に検討を加えてなされたもので、すなわち、本発明は、
１． 質量％で、
Ｃ：０．０３〜０．２０％、
Ｓｉ：０．０３〜０．５０％、
Ｍｎ：０．８０〜２．２０％、
Ｐ：０．０２０％以下、
Ｓ：０．０００５〜０．００５０％以下、
Ａｌ：０．００５〜０．１００％、
Ｎｂ：０．０１０〜０．０２５％、
Ｔｉ：０．００３〜０．０２０％、
Ｎ：０．００２０〜０．００７０％、
残部はＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼スラブを１０００℃〜１２００℃に加熱したのち、板厚が長手方向にテーパ状に変化する熱間圧延を施す際に、鋼板表面温度９００℃以下での厚部累積圧下率３０％以上、平均パス圧下率７％以上、仕上げ温度（Ａｒ３点−５０℃）以上とし、その後５００℃以下まで加速冷却することを特徴とする、引張強さ５１０ＭＰａ以上、厚部６０ｍｍ以上の厚肉テーパプレートの製造方法。
２．前記鋼スラブが、さらに質量％で、
Ｃｕ：０．０５〜１．００％、
Ｎｉ：０．０５〜１．００％ 、
Ｃｒ：０．０５〜０．５０％、
Ｍｏ：０．０５〜０．５０％、
Ｖ：０．０２〜０．１０％、
Ｂ：０．０００３〜０．００２５％、
のうちから選ばれた１種又は２種以上を含有することを特徴とする１記載の引張強さ５１０ＭＰａ以上、厚部６０ｍｍ以上の厚肉テーパプレートの製造方法。
３．前記鋼スラブが、さらに質量％で、
Ｃａ：０．０００５〜０．００５０％、
Ｍｇ：０．０００５〜０．００５０％、
Ｚｒ：０．００３０〜０．０２００％、
ＲＥＭ：０．００３０〜０．０２００％、
のうちから選ばれる１種または２種以上を含有することを特徴とする１または２に記載の引張強さ５１０ＭＰａ以上、厚部６０ｍｍ以上の厚肉テーパプレートの製造方法。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、引張強さ５１０ＭＰａ以上で鋼板内の靭性のばらつきが小さい、厚部が６０ｍｍ以上のテーパプレートを製造することができ、産業上極めて有用である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明では成分組成、製造条件を規定する。
[成分組成]  説明において％は質量％とする。
Ｃ：０．０３〜０．２０％
Ｃは、構造用鋼として必要な強度を得るため０．０３％以上添加する。一方、０．２０％を超えて添加すると、母材靭性や溶接熱影響部靭性を低下させるので、０．０３％〜０．２０％とする。好ましくは０．０７〜０．１５％とする。
【００１７】
Ｓｉ：０．０３〜０．５０％
Ｓｉは、脱酸と強度を確保するため０．０３％以上添加する。０．５０％を超えて添加すると、母材靭性と溶接熱影響部靭性を低下させるので、０．５０％以下とする。
【００１８】
Ｍｎ：０．８０〜２．２０％
Ｍｎは、母材の強度を確保するために、０．８０％以上添加する。一方、２．２０％を超えると母材靭性や溶接熱影響部靭性を著しく劣化させるため、０．８０〜２．２０％、好ましくは１．２０〜２．００％とする。
【００１９】
Ｐ：０．０２０％以下
Ｐは、本発明では不可避的不純物で、０．０２０％を超えて含有すると、偏析により、特に板厚中央部において靭性が低下するため、０．０２０％以下とする。
【００２０】
Ｓ：０．０００５〜０．００５０％
Ｓは、本発明では不可避的不純物で、０．００５０％を超えて含有すると、母材の靭性を低下させるため、０．０００５〜０．００５０％とする。
【００２１】
Ａｌ：０．００５〜０．１００％
Ａｌは、鋼を脱酸するため０．００５％以上とする。一方、０．１００％を超えると母材の靭性を低下させ、溶接金属の靭性も低下させるので、０．００５〜０．１００％、好ましくは０．０１０〜０．０６０％とする。
【００２２】
Ｎｂ：０．０１０〜０．０２５％
Ｎｂは、母材の強度、靭性および溶接継手強度を確保するために有効であり、その効果を得るため０．０１０％以上必要であるが、０．０２５％を超えると母材および溶接熱影響部の靭性が低下するため、０．０１０〜０．０２５％とする。
【００２３】
Ｔｉ：０．００３〜０．０２０％
Ｔｉは、凝固時にＴｉＮを生成して析出し、溶接熱影響部でのオーステナイト粒の粗大化を抑制し、フェライト変態核となってフェライトを析出させ、靭性を向上させるため、０．００３％以上を添加する。一方、０．０２０％を超えると、ＴｉＮ粒子が粗大化し、靭性を低下させるようになるので、０．００３〜０．０２０％とする。
【００２４】
Ｎ：０．００２０〜０．００７０％
Ｎは、靭性向上に有効なＴｉＮを生成するため、０．００２０％以上とする。一方、０．００７０％を超えると、特に、溶接熱影響部のボンド部近傍のＴｉＮが溶解する領域において、固溶Ｎが増大してその靭性を劣化させるため、０．００２０〜０．００７０％とする。
【００２５】
以上が本発明の基本成分で残部はＦｅおよび不可避的不純物であり、十分な作用効果が得られるが、更に特性を向上させる場合、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｂ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｒ、ＲＥＭの一種または二種以上を含有させることが可能である。
【００２６】
Ｃｕ：０．０５〜１．００％
Ｃｕは、母材の高強度化に有効であり、その効果を得るため０．０５％以上含有することが好ましいが、１．００％を超えると熱間脆性を生じて、鋼板表面性状を悪化させるので、含有する場合は１．００％以下とすることが好ましい。
【００２７】
Ｎｉ：０．０５〜１．００％
Ｎｉは、母材を高靭性に保ちつつ、強度を上昇させるので、その効果を得るため０．０５％以上含有することが好ましい。一方、１．００％を超えるとその効果が飽和するため、含有する場合は０．０５〜１．００％とすることが好ましい。
【００２８】
Ｃｒ：０．０５〜０．５０％
Ｃｒは、母材の高強度化に有効であり、その効果を得るため０．０５％以上含有することが好ましいが、多量に添加すると靭性を劣化させるようになるので、含有する場合は０．５０％以下とすることが好ましい。
【００２９】
Ｍｏ：０．０５〜０．５０％
Ｍｏは、母材の高強度化に有効であり、その効果を得るため０．０５％以上含有することが好ましいが、多量に添加すると靭性を劣化させるようになるので、含有する場合は０．５０％以下とすることが好ましい。
【００３０】
Ｖ：０．０２〜０．１０％
Ｖは、母材の高強度化に有効であり、その効果を得るため０．０２％以上含有することが好ましいが、０．１０％を超えると靭性を低下させるようになるので、含有する場合は０．１０％以下とすることが好ましい。
【００３１】
Ｂ：０．０００３〜０．００２５％
Ｂは、鋼板製造時、固溶Ｂとして焼入れ性に寄与して母材強度を向上させるとともに、大入熱溶接をした際、溶接熱影響部でＢＮを生成して、固溶Ｎを低減し、また、フェライト変態核となりフェライトを生成して靭性を向上させるため、０．０００３％以上添加する。
【００３２】
一方、０．００２５％を超えると焼入れ性が増大して靭性が低下するため、含有する場合は０．０００３〜０．００２５％とする。
【００３３】
Ｃａ：０．０００５〜０．００５０％
Ｃａは、大入熱溶接した際、溶接熱影響部の靭性を良好たらしめるもので、ＣａＳ上にＭｎＳやＴｉＮ、ＢＮが析出し、フェライトの核生成頻度を高めることで溶接熱影響部の靭性を向上させる。その効果を得るため０．０００５％以上とする。一方、０．００５０％を超えると効果が飽和するため、含有する場合は０．０００５〜０．００５０％とする。
【００３４】
Ｍｇ：０．０００５〜０．００５０％
Ｍｇは、酸化物の分散による靱性改善効果を有する元素である。このような効果を発揮させるには少なくとも０．０００５％以上含有することが好ましいが、０．００５０％を超えて含有しても効果が飽和するので、含有する場合には０．００５０％以下とすることが好ましい。
【００３５】
Ｚｒ：０．００３０〜０．０２００％
Ｚｒは、酸化物の分散による靱性改善効果を有する元素である。このような効果を発揮させるには少なくとも０．００３０％以上含有することが好ましいが、０．０２００％を超えて含有しても効果が飽和するので、含有する場合には０．０２００％以下とすることが好ましい。
【００３６】
ＲＥＭ：０．００３０〜０．０２００％
ＲＥＭは、酸化物の分散による靱性改善効果を有する元素である。このような効果を発揮させるには少なくとも０．００３０％以上含有することが好ましいが、０．０２００％を超えて含有しても効果が飽和するので、含有する場合には０．０２００％以下とすることが好ましい。
【００３７】
[製造条件]
本発明に係るテーパプレートの素材となる鋼スラブは、上記した成分組成の鋼を、例えば、転炉、電気炉、真空溶解炉等の通常の製錬プロセスで溶製した後、連続鋳造法あるいは造塊−分塊圧延法等の常法を用いて製造することができ、特に制限はない。
【００３８】
本発明では、スラブ加熱温度、熱間圧延条件、冷却条件を以下のように規定する。
【００３９】
スラブ加熱温度：１０００〜１２００℃
スラブ加熱温度が１０００℃未満では添加成分が十分に固溶しない。一方１２００℃を超えるとオーステナイト粒が粗大化してその後の圧延によっても細粒化が進まず靱性が劣化する。このため、スラブ加熱温度は１０００〜１２００℃の範囲とする。
【００４０】
熱間圧延条件
鋼スラブを加熱した後、熱間圧延を行う。熱間圧延では長手方向に板厚の異なるテーパを付与する。テーパプレートにおける長手方向の板厚の変化は、鋼板をかみ込んだのち、あらかじめ設定したパスにおいてロール開度を変化させて熱間圧延することにより達成できる。以下の説明で温度℃は鋼板表面温度とする。
【００４１】
テーパプレートは相対的にパス圧下率が小さくなる厚部において靭性が不安定になる傾向があるが、９００℃以下での制御圧延において、厚部の累積圧下率３０％以上、かつ厚部の平均パス圧下率を７％以上とすることで、薄部を含めた板全長にわたって靭性のばらつきが小さくなる。
【００４２】
熱間圧延の仕上げ温度は、（Ａｒ３点−５０℃）未満の場合、加速冷却前のフェライト量が多くなって所定の強度・靭性が得られないため、（Ａｒ３点−５０℃）以上とする。なお本発明は、テーパプレートの厚部厚と薄部厚の差（テーパ量）が鋼板内で１０ｍｍ以上あるときに特に有効である。
【００４３】
冷却条件
熱間圧延終了後は加速冷却を行う。冷却停止温度が５００℃を超えると引張強さ５１０ＭＰａ以上の鋼板強度が得られないため、復熱後の鋼板表面温度で５００℃以下まで加速冷却を行う。
【００４４】
なお、熱間圧延条件、冷却条件を規定する鋼板表面温度は、例えば、放射温度計を用いて測定することができる。
【実施例】
【００４５】
表１に示す化学組成を有する鋼スラブを、表２に示す条件で熱間圧延を行い、厚部８０ｍｍ、薄部６０ｍｍ、テーパ量（厚部厚と薄部厚の差）２０ｍｍのテーパプレートを製造した。
【００４６】
テーパプレートの厚部と薄部それぞれの板厚（ｔ）の１／４位置より、平行部１４ｍｍφ×８５ｍｍ、標点間距離７０ｍｍの丸棒引張試験片を圧延方向と垂直方向に、２ｍｍＶノッチシャルピー試験片を圧延方向と平行方向に採取し、母材の強度と靭性（破面遷移温度ｖＴｒｓ（℃））を評価した。
【００４７】
目標性能を、ＹＳ：３９０ＭＰａ以上、ＴＳ：５１０ＭＰａ以上、ｖＴｒｓ：−６０℃以下、且つ厚部、薄部の靭性差（厚部のｖＴｒｓ（℃）−薄部のｖＴｒｓ（℃））をｖＴｒｓ≦１５℃とした。
テーパプレートの厚部、薄部の機械的性質と靭性を表２に示す。本発明例のＮｏ. １〜Ｎｏ.８は、いずれも所定の強度、靭性を満足し、かつ厚部、薄部の靭性差がｖＴｒｓ≦１５℃と小さい。一方、本発明で規定する成分、製造条件を外れた比較例のＮｏ．９〜１７は、ＹＳ：３９０ＭＰａ以上、ＴＳ：５１０ＭＰａ以上、ｖＴｒｓ：−６０℃以下のいずれかを満足できず、比較例のＮｏ．１３〜１５では厚部、薄部の靭性差も大きくなる結果であった。
【００４８】
【表１】
0005831196.tif 000002
【００４９】
【表２】
0005831196.tif 000003