(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板を加熱炉で加熱して、昇温途中で且つ鋼板表層温度が加熱炉の設定温度に達する前であって鋼板表層部が鋼板内部よりも高い温度で加熱炉から抽出する熱処理にあたり、熱伝導計算により、鋼板の板厚方向における各部の温度の時間変化を計算し、この温度の時間変化を時間区間に分割し、その時間区間における温度Ｔｉ（℃）と時間区間の長さｔｉ（ｈ）とから、下記式１および２によって発展型テンパリングパラメータλを計算し、実験により求めた発展型テンパリングパラメータλと硬さの関係から、鋼板の板厚方向における各部の硬さを予測し、該予測結果に基づいて前記加熱炉の熱処理条件を設定し、鋼板の板厚方向の硬さ分布を所望のものとする調質高張力鋼板の熱処理方法。
ただし、前記鋼板の板厚方向の硬さ分布における表層の硬さは、板厚１／２位置の硬さより高い。
λ＝log(10λ1  +10λ2  +・・・・)  ・・・・・式１
λi＝log(ti)−A/Ti+50            ・・・・・式２
ただし、Ａは鋼の成分で決まる定数である。
【請求項２】
前記熱処理条件は加熱炉の設定温度と鋼板の抽出温度である請求項１に記載の調質高張力鋼板の熱処理方法。
【請求項３】
前記鋼板の抽出温度は、鋼板を抽出する際の鋼板の板厚１／２位置における温度であり、
前記加熱炉の設定温度を、前記鋼板の抽出温度よりも高く設定する請求項２に記載の調質高張力鋼板の熱処理方法。
【請求項４】
熱処理された鋼板は、表層硬さＨＢＷ２２５以下および鋼板の板厚の１／４位置における引張強さが５５０ＭＰａ以上である請求項１〜３のいずれか一項に記載の調質高張力鋼板の熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、板厚方向の材質均一性に優れた調質高張力鋼板の熱処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
建築、橋梁、貯蔵タンク、圧力容器などの鉄鋼構造物の製造に用いられる鋼板は、強度と靭性が優れていることはもちろん、成形時の加工性や耐水素誘起割れ性に優れていることが要求される。鋼板表層部の硬さが高くなると加工性が低下し、耐水素誘起割れ性も低下する。このため鋼板表層部の硬さは、鋼板全体の強度を保つことができれば、低いほど好ましい。しかし、一般的に、調質鋼板では、熱処理後の冷却において、鋼板表面の冷却速度が鋼板の内部よりも速くなるため、鋼板表層部の硬さは鋼板内部の硬さよりも高くなる。
【０００３】
このため、調質鋼板において鋼板表層部の硬さの上昇を抑えて鋼板内部と同等程度の硬さとし、鋼板表層部と鋼板内部の硬さの差が少ない、板厚方向の材質が均一な鋼板とすることが、鋼板の強度と、加工性または耐水素誘起割れ性とを両立するために重要である。
【０００４】
鋼板表層部の硬さの上昇を抑える技術として、例えば、特許文献１では圧延後に加速冷却し、その後に誘導加熱することにより、表層部のみ軟化させる方法が提案されている。
【０００５】
また特許文献２には鋼板表層部の硬さが、鋼板中心部の硬さよりも１５ＨＶを超えて低い鋼板が開示され、その製造方法として圧延冷却後の鋼板表層部のみをＡｃ１変態点以上に加熱する方法が提案されている。さらに、鋼板表層部のみを加熱する具体的な方法として、鋼板を加熱炉にて加熱する際、加熱時間を十分長くとらずに表層部が内部よりも高い温度の状態で加熱炉から抽出する方法や、誘導加熱装置により鋼板の表層部を集中的に発熱させる方法、あるいは、鋼板の幅方向に列設したバーナの火炎により、鋼板の表面を加熱する方法等が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３６６６４５８号公報
【特許文献２】特開２０１１−１９５９６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の従来技術には以下のような問題がある。
【０００８】
引用文献１および２に開示される、誘導加熱により鋼板の表層部を集中的に発熱させる方法では、強力な誘導加熱装置を新たに設置する必要があり、設備コストがかかる。さらに、誘導加熱による加熱に時間がかかり、製造能率が低下してしまう。
【０００９】
引用文献２の図２に開示される、加熱バーナにより鋼板の表層部を加熱する方法でも、誘導加熱による方法と、同様に、強力な加熱バーナを多数、新たに設置する必要があり、設備コストがかかる。さらに、加熱バーナよる加熱に時間がかかり、製造能率が低下してしまう。
【００１０】
引用文献２に開示される（段落００５４）、鋼板を加熱炉にて加熱する際、加熱時間を十分長くとらずに表層部が内部よりも高い温度の状態で加熱炉から抽出する方法は、特に新たな設備を設ける必要がなく、簡便に行える方法であるが、加熱炉で加熱中の鋼板の表層と内部の温度差を利用するものであるので、鋼板内の温度分布、および、熱処理温度、時間が鋼板の特性に及ぼす影響について正確に予測することができなければ、所望の特性を備えた鋼板を安定して製造することができない。しかしながら、引用文献２には、このための具体的な方策について、なんら開示されていない。
【００１１】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、新たな設備を使用しない場合であっても、板厚方向の材質均一性に優れた調質高張力鋼板を安定して製造できる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
通常、焼入れ−焼戻しによって鋼板を製造する際には、焼入れした鋼板を、加熱して焼戻しを行って、鋼板全体が均一に所定の温度になってから、鋼板を加熱炉から取り出す（抽出する）。
【００１３】
焼入れ後の鋼板の硬さ分布は図１に示すように表層の硬さが高く、中央部の硬さが低い分布となっている。これは、表層の方が中央部よりも冷却速度が速く、より完全に焼きが入るためである。このような硬さ分布になっている鋼板を、上記のように、鋼板全体が均一な温度になるまで焼き戻すと、表層硬さは所定の硬さまで低下しているが、鋼板中央の硬さは低下しすぎ、鋼板全体の強度不足となる（図１中  高温焼戻し）、あるいは、鋼板全体の強度は十分であるが、表層硬さが所定の硬さ以下にまで低下しない（図１中  低温焼戻し）、などの問題がある。
【００１４】
そこで、本発明者らは上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、以下の知見を得た。
【００１５】
焼戻し処理において、昇温途中で加熱炉から鋼板を取り出すことによって、鋼板の表層部と内部とで温度差をつけることができる。これを利用すれば、表層部のみを高温で焼戻して表層硬さを所望の硬さ以下とし、鋼板内部の焼戻し温度を低くして、焼戻しによる強度低下を防止して鋼板全体の強度を確保できる。
【００１６】
このような方法によって板厚方向の材質均一性に優れた鋼板を安定して製造するためには鋼板の板厚方向各位置各部における昇温途中の温度を正確に予測すること、および、熱処理温度、時間が鋼板の特性に及ぼす影響について正確に予測することが必要である。
【００１７】
従来の熱処理では、鋼板全体を均一な温度にするために、目標の温度に到達してから、一定の時間保持する。このため、目標の温度と、その温度での保持時間のみでテンパリングパラメータ(焼戻しパラメータ)が決定される。
【００１８】
しかし、本発明は昇温途中で加熱炉から鋼板を取り出すため、従来の熱処理とは異なり、一定の温度で鋼板を保持する時間がない。このため、熱伝導計算による鋼板各部の温度の時間的変化と、連続昇温過程を考慮した発展型テンパリングパラメータとを組み合わせることが板厚方向の材質を予測するために必要である。
【００１９】
本発明は以上の知見に基づいて完成されたものであり、具体的には、本発明は以下の製造方法を提供する。
【００２０】
[1] 鋼板を加熱炉で加熱して、鋼板表層部が鋼板内部よりも高い温度で加熱炉から抽出する熱処理方法において、熱伝導計算により、鋼板の板厚方向における各部の温度の時間変化を計算し、この温度の時間変化を時間区間に分割し、その時間区間における温度Ti(℃)と時間区間の長さti(h)とから、下記式1および2によって発展型テンパリングパラメータλを計算し、この発展型テンパリングパラメータλと硬さの関係から、鋼板の板厚方向における各部の硬さを予測し、鋼板の板厚方向の硬さ分布を所望のものとする調質高張力鋼板の製造方法。
λ＝log(10λ1  +10λ2  +・・・・)  ・・・・・式１
λi＝log(ti)−A/Ti+50            ・・・・・式２ 
ただし、Ａは鋼成分で決まる定数である。
【００２１】
［２］  鋼板の板厚方向の硬さ分布が所望のものとなるように、熱処理炉の設定温度と鋼板の抽出温度とを設定する［１］に記載の調質高張力鋼板の製造方法。
【００２２】
なお、本発明の鋼板の製造方法は、熱処理工程において鋼板の表層と板厚中央に温度差を設けるものであるため、ある程度、厚い鋼板でなければ適用は難しい。このため本発明の製造方法は１０ｍｍ〜８０ｍｍの板厚の鋼板に好適に適用できる。また、本発明の鋼板の製造方法は、焼入れ−焼戻し以外にも、焼きならしなどにも適用可能である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の鋼板の製造方法を用いれば、鋼板の強度を確保しつつ表層硬さを低下させ、板厚方向の材質均一性に優れた鋼板を安定して製造することができる。この鋼板は曲げ加工性および耐水素誘起割れ性に優れる。また、本発明の製造方法は、既設の加熱炉を使用することができ、新たな設備を設ける必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】焼入れ−焼戻し鋼板の板厚方向硬さ分布を示す模式図である。
【図２】発展型テンパリングパラメータの計算方法を模式的に示す図である。
【図３】熱処理温度およびオフセット温度の設定方法を説明する図である。
【図４】焼入れままおよび焼戻し後の鋼板の板厚方向硬さ分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
【００２６】
鋼板の板厚方向における各部の硬さの予測
加熱炉中で鋼板を加熱する際の、鋼板の板厚方向における各部の温度の時間変化は、加熱炉中の雰囲気から鋼板への熱伝達−熱伝導方程式を数値的に解くことにより得られる。さらに、各部の温度の時間変化曲線を適当な短い時間区間（区間長さｔｉ）に区分し、その区間における温度Ｔｉを求める（区間の温度としては区間の平均温度、あるいは、区間の端部の温度などをとることができるが、区間を十分短くとれば、区間のいずれの温度でも十分な精度が得られる。このため区間内のいずれかの温度を適宜選択する）。
【００２７】
図２に表層と板厚１／２位置（１／２ｔ）における温度曲線の例と、１／２ｔにおける温度曲線を時間区間に分割した例を示す。分割した区間ｉの区間長さｔｉと、その区間における温度Ｔｉとから前記式２を用いて、この分割区間におけるテンパリングパラメータλｉを求める。そして前記式１を用いて、加熱炉中で鋼板が加熱されている全期間について、分割区間におけるテンパリングパラメータを加算し、発展型テンパリングパラメータλを求める。なお、式２における定数Ａは各鋼種について実験により求める。また、区間のテンパリングパラメータλｉは区間温度が低い場合は極めて小さくなるので、区間温度が抽出温度よりも十分低い（通常１００℃程度）温度範囲については、発展型テンパリングパラメータλの計算に加算しなくともよい。
【００２８】
焼入れ後の鋼板の板厚方向の硬さ分布は実測により求める。また、実験により、発展型テンパリングパラメータλと、発展型テンパリングパラメータλを得たときの熱処理条件と同じ条件で焼戻した後の硬さとの関係を実験により求める。鋼板の各部の発展型テンパリングパラメータλは、上記のように求まっているので、焼入れ後の鋼板の各部が所望の硬さとなる発展型テンパリングパラメータλを求め、このλを得たときの条件で焼戻した後の硬さを求めることができる。
【００２９】
熱処理炉設定温度および抽出温度の決定
上記の方法により、鋼板の各部の硬さを予測する。これにより、熱処理後の鋼板の厚み方向の硬さ分布が分かるので、所望の硬さ分布が得られるように、熱処理炉の設定温度および鋼板の抽出温度を決定する。
【００３０】
一般的に、鋼板の表層硬さと板厚の１／４位置（１／４ｔ）における引張強さとを要求されることが多い。このため、一例として、鋼板の表層硬さと１／４ｔにおける引張強さとを所望のものとするように、熱処理炉の設定温度および鋼板の抽出温度を決定する例について説明する。ここでは、熱処理炉の設定温度は熱処理炉の雰囲気温度とし、鋼板の抽出温度は、抽出する際の鋼板の１／２ｔの温度とする。なお、この抽出する際の鋼板の１／２ｔの温度をこれ以降、オフセット温度と呼ぶこととする（１／２ｔの温度は熱伝達−熱伝導計算による値である）。
【００３１】
まず、オフセット温度を仮に設定する。オフセット温度は、所望の引張強さ（１／４ｔにおける）が得られる通常の熱処理（鋼板の温度が均一になるまで保持する熱処理）における抽出時の１／２ｔにおける温度（通常熱処理では鋼板の温度が均一になるまで保持するため、熱処理炉の設定温度とほぼ同じ温度）と同じに設定する。
【００３２】
次に、熱処理炉の設定温度を設定する。熱処理炉の設定温度は通常の熱処理よりも高く設定する。熱処理炉の設定温度に応じ、図３に示すように、表層温度の時間変化が計算され、さらに表層温度の時間変化から、表層硬さの時間変化が計算される。また、同時に、同様の手順により１／４ｔにおける硬さの時間変化が計算される（１／４ｔ温度の時間変化は図示しない）。また、１／２ｔにおける温度の時間変化も計算される。１／２ｔにおける温度が、通常熱処理における抽出時の１／２ｔにおける温度に達した時点を、鋼板を熱処理炉から抽出するタイミングとする。
【００３３】
この抽出するタイミングにおける、表層硬さと１／４ｔにおける硬さが上記の計算から分かる。硬さは容易に引張り強さに換算できるので、これらの硬さが所望の範囲にあれば、上記の計算において設定したオフセット温度、熱処理炉の設定温度が、所望の特性が得られる設定である。
【００３４】
もし、これらの硬さが所望の範囲になければ、オフセット温度または熱処理炉の設定温度を設定し直して、計算をやり直し、所望の特性が得られるまで、計算を繰り返す。以上の手順により、所望の特性を有する鋼板を得るための、オフセット温度と熱処理炉の設定温度が決定される。なお、硬さから引張強さへの変換は、換算表（ＳＡＥ  Ｊ４１７など）によってもよいし、換算式を用いてもよい。
【実施例】
【００３５】
表１に示す成分組成を有する鋼板（厚み３５ｍｍ）を、９３０℃に加熱し、その後、水冷により焼入れた。
【００３６】
【表１】
0006533648.tif 000002
【００３７】
このように焼入れた鋼板を用い、焼入れままの鋼板の硬さ分布を測定した。また、この焼入れた鋼板を用い、種々の条件で焼戻しを行い、硬さを測定した。
【００３８】
このデータより、式２の定数Ａの値を定めた。また、発展型テンパリングパラメータλを用いて、硬さ分布の予測を行い、表層硬さがブリネル硬さで、ＨＢＷ２２５以下（ビッカース硬さ換算２３７ＨＶ以下）、１／４ｔの引張強さが５５０ＭＰａ以上となる熱処理条件として、熱処理炉の設定温度：７００℃、オフセット温度：６８０℃を設定した。この熱処理条件により、前記の焼入れた鋼板を用い、焼戻しをおこなった。この焼戻し後の鋼板の硬さ分布を測定し、１／４ｔにおける引張強さを測定した。硬さ測定および引張り特性は、以下の方法により測定した。
［硬さ測定］
鋼板の断面を鏡面となるまで研磨した後、鋼板表面から１ｍｍの位置から板厚方向に１ｍｍ間隔で、鋼板裏面から１ｍｍの位置まで、ビッカース硬さ（加重９８Ｎ）を測定した。
［引張り特性］
圧延方向に対して９０°方向（Ｃ方向）に丸棒引張試験片（平行部径６．０ｍｍ×標点間距離２５ｍｍ）を採取し、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１の規定に準拠してクロスヘッド速度１０ｍｍ／ｍｉｎで引張試験をおこない、引張強度（ＴＳ）を測定した。
【００３９】
図４に焼入れままの鋼板、および、本発明条件（設定温度：７００℃、オフセット温度：６８０℃）の焼戻し後の鋼板の、硬さの板厚方向分布を示す。図中には比較として、従来法（設定温度：６８０℃）で焼戻した鋼板の硬さ板厚方向分布も示す。従来法と比べ、本発明条件による焼戻しでは表面近傍の硬さが約３０ＨＶ低下しており、目標とするＨＢＷ２２５以下（ビッカース硬さ換算２３７ＨＶ以下）を満足していることが分かる。
【００４０】
表２には本実施例条件の焼戻し後（設定温度：７００℃、オフセット温度：６８０℃）の計算による硬さの予測値と実測値を示す。
【００４１】
【表２】
0006533648.tif 000003
【００４２】
計算値（予測）と実測値はよく一致している。本発明の方法により、従来法による焼戻しでは不可能であった、表層硬さＨＢＷ２２５以下および１／４ｔの引張強さが５５０ＭＰａ以上を両立する鋼板を製造することができた。
また、前記の焼戻し条件で、鋼板を２５枚焼戻したが、表層硬さ、１／４ｔの引張強さとも、前記の条件を２５枚の全てが満足した。本発明の方法によれば、安定して所望の特性が得られることが明らかである。
【図１】
0006533648.tif 000004
【図２】
0006533648.tif 000005
【図３】
0006533648.tif 000006
【図４】
0006533648.tif 000007