(57)【要約】【課題】強度・靭性バランスが極めて優れた５７０Ｎ／ｍｍ2以上の引張強度を有する高張力鋼板の製造が可能となる。【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０２〜０．１８％、Ｓｉ：０．０５〜０．６％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ａｌ：０．００５〜０．１％、Ｎ：０．０００５〜０．００８％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、残部：Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼を鋳造後、Ａｒ3変態点以下に冷却することなく、あるいはＡｃ3変態点以上に再加熱し、所定の板厚に熱間圧延した後、引続きＡｒ3変態点以上から直接焼入れ、あるいは加速冷却によって４００℃以下の温度まで冷却し、この後、圧延機および直接焼入れ装置もしくは加速冷却装置と同一の製造ライン上に直結して設置された加熱装置を用いて、焼戻し開始温度から４６０℃までの板厚中心部の平均昇温速度を１℃／ｓ未満で、かつ４６０℃以上Ａｃ1変態点以下の所定の焼戻し温度までの板厚中心部の平均昇温速度を１℃／ｓ以上として、板厚中心部の最高到達温度を５２０℃以上に焼戻す。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．０２〜０．１８％、
Ｓｉ：０．０５〜０．６％、
Ｍｎ：０．５〜２．０％、
Ａｌ：０．００５〜０．１％、
Ｎ：０．０００５〜０．００８％、
Ｐ：０．０３％以下、
Ｓ：０．０３％以下、
残部：Ｆｅおよび不可避的不純物
からなる鋼を鋳造後、Ａｒ3変態点以下に冷却することなく、あるいはＡｃ3変態点以上に再加熱し、所定の板厚に熱間圧延した後、引続きＡｒ3変態点以上から直接焼入れ、あるいは加速冷却によって４００℃以下の温度まで冷却し、この後、圧延機および直接焼入れ装置もしくは加速冷却装置と同一の製造ライン上に直結して設置された加熱装置を用いて、焼戻し開始温度から４６０℃までの板厚中心部の平均昇温速度を１℃／ｓ未満で、かつ４６０℃以上Ａｃ1変態点以下の所定の焼戻し温度までの板厚中心部の平均昇温速度を１℃／ｓ以上として、板厚中心部の最高到達温度を５２０℃以上に焼戻すことを特徴とする、高張力鋼板の製造方法。
【請求項２】
質量％で、さらにＣｕ：２％以下、Ｎｉ：４％以下、Ｃｒ：１％以下、Ｍｏ：１％以下の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に記載の高張力鋼板の製造方法。
【請求項３】
質量％で、さらにＮｂ：０．０５％以下、Ｖ：０．５％以下、Ｔｉ：０．０３％以下の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に記載の高張力鋼板の製造方法。
【請求項４】
質量％で、さらにＢ：０．００３％以下、Ｃａ：０．０１％以下、ＲＥＭ：０．０１５％以下、Ｍｇ：０．０１％以下の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から３の何れか１つに記載の高張力鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高張力鋼板の製造方法、特に、焼戻し時における板厚中心の昇温速度を規定することによって、従来材よりも強度・靭性バランスに優れた高張力鋼板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、海洋構造物等の鋼構造の大型化やラインパイプの敷設コストの削減等の要求に対応するため、より強靭な鋼の開発が求められている。引張強度が約５７０Ｎ／ｍｍ2以上の鋼は、焼入れによりマルテンサイトもしくはベイナイト変態を生じさせ、そのままでは靭性が劣っているため、その後の焼戻しによって過飽和固溶炭素の炭化物としての析出等を生じさせることによって、主として靭性の改善を図って実用に供される例が多い。
【０００３】
従来、このような焼入れ・焼戻し鋼板は、例えば、特公昭５５−４９１３１号公報（特許文献１）等に記載されているように、圧延後そのまま直接焼入れを行い、その後、焼戻すことによって製造されてきた。
【０００４】
しかし、この技術における焼戻し処理の工程は、加熱および保持に多大な時間を要するために、焼入れの製造ラインとは別のラインで行わざるを得ず、このため、別ラインまでの鋼板の搬送等に冶金的には必ずしも必要でない時間を消費してしまうことから、生産性・製造費用の観点で改善の余地があった。
【０００５】
このような問題点を解決するために、特許第３０１５９２３号公報（特許文献２）、特許第３０１５９２４号公報（特許文献３）等に記載されているように、焼戻し処理を急速短時間とすることによって、焼戻し処理を焼入れ処理と同一の製造ライン上で行うことを可能とし、焼入れ・焼戻し鋼板の生産性を著しく高め、生産性・製造費用を改善すると共に、更に、材質の観点からも従来の焼入れ・焼戻し鋼板よりも強靭な高強度鋼の製造を可能とする発明がなされた。
【０００６】
【特許文献１】特公昭５５−４９１３１号公報
【特許文献２】特許第３０１５９２３号公報
【特許文献３】特許第３０１５９２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記特許文献２、特許文献３等に記載されている急速短時間焼戻し材も、寒冷地で使用される場合のような非常に厳しい靭性要求には対応できないという問題があり、より強靭な高強度鋼の製造方法が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、上述した従来技術における上記問題点を克服すべく、特に、焼戻し時における板厚中心部の昇温速度を規定することによって、従来材よりも強度・靭性バランスに優れた高張力鋼板の製造方法を提供するものであり、下記を特徴とするものである。
【０００９】
請求項１記載の発明は、質量％で、Ｃ：０．０２〜０．１８％、Ｓｉ：０．０５〜０．６％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ａｌ：０．００５〜０．１％、Ｎ：０．０００５〜０．００８％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、残部：Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼を鋳造後、Ａｒ3変態点以下に冷却することなく、あるいはＡｃ3変態点以上に再加熱し、所定の板厚に熱間圧延した後、引続きＡｒ3変態点以上から直接焼入れ、あるいは加速冷却によって４００℃以下の温度まで冷却し、この後、圧延機および直接焼入れ装置もしくは加速冷却装置と同一の製造ライン上に直結して設置された加熱装置を用いて、焼戻し開始温度から４６０℃までの板厚中心部の平均昇温速度を１℃／ｓ未満で、かつ４６０℃以上Ａｃ1変態点以下の所定の焼戻し温度までの板厚中心部の平均昇温速度を１℃／ｓ以上として、板厚中心部の最高到達温度を５２０℃以上に焼戻すことに特徴を有するものである。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の発明において、質量％で、さらにＣｕ：２％以下、Ｎｉ：４％以下、Ｃｒ：１％以下、Ｍｏ：１％以下の１種または２種以上を含有することに特徴を有するものである。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、質量％で、さらにＮｂ：０．０５％以下、Ｖ：０．５％以下、Ｔｉ：０．０３％以下の１種または２種以上を含有することに特徴を有するものである。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１から３の何れか１つに記載の発明において、質量％で、さらにＢ：０．００３％以下、Ｃａ：０．０１％以下、ＲＥＭ：０．０１５％以下、Ｍｇ：０．０１％以下の１種または２種以上を含有することに特徴を有するものである。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、強度・靭性バランスが極めて優れた５７０Ｎ／ｍｍ2以上の引張強度を有する高張力鋼板の製造が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
先ず、この発明における成分の限定理由について述べる。なお、化学成分組成割合を示す％は、何れも質量％である。
【００１５】
（Ｃ：０．０２〜０．１８％）
Ｃは、強度を確保するために含有するが、０．０２％未満ではその効果が不十分であり、一方、０．１８％を超えると母材および溶接熱影響部の靭性が劣化するとともに、溶接性が著しく劣化する。従って、Ｃ含有量を０．０２〜０．１８％に限定する。
【００１６】
（Ｓｉ：０．０５〜０．６％）
Ｓｉは、製鋼段階の脱酸材および強度向上元素として含有するが、０．０５％未満ではその効果が不十分であり、一方、０．６％を超えると母材および溶接熱影響部の靭性が劣化するとともに、溶接性が著しく劣化する。従って、Ｓｉ含有量を０．０５〜０．６％に限定する。
【００１７】
（Ｍｎ：０．５〜２．０％）
Ｍｎは、強度を確保するために含有するが、０．５％未満ではその効果が不十分であり、一方、２．０％を超えると溶接熱影響部の靭性が劣化するとともに、溶接性が著しく劣化する。従って、Ｍｎ含有量を０．５〜２．０％に限定する。
【００１８】
（Ａｌ：０．００５〜０．１％）
Ａｌは、脱酸のために添加するが、０．００５％未満の場合にはその効果が十分でなく、一方、０．１％を超えて含有すると、鋼板の表面疵が発生し易くなる。従って、Ａｌ含有量を０．００５〜０．１％に限定する。
【００１９】
（Ｎ：０．０００５〜０．００８％）
Ｎは、Ｔｉなどと窒化物を形成することによって組織を微細化し、母材ならびに溶接熱影響部の靭性を向上させる効果を有するために添加する。しかしながら、０．０００５％未満の添加では組織の微細化効果が充分にもたらされず、一方、０．００８％を超える添加は固溶Ｎ量が増加するために母材および溶接熱影響部の靭性を損なう。従って、Ｎ含有量を０．０００５〜０．００８％に限定する。
【００２０】
（Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下）
Ｐ、Ｓはいずれも不純物元素であり、０．０３％を超えると健全な母材および溶接継手を得ることができなくなる。従って、Ｐ、Ｓ含有量を０．０３％以下に限定する。
【００２１】
この発明では、所望の特性に応じてさらに以下の成分を含有することができる。
【００２２】
（Ｃｕ：２％以下）
Ｃｕは、固溶強化および析出強化により強度を上昇させる作用を有している。しかしながら、Ｃｕ含有量が２％を超えると、母材の靭性が劣化する。従って、Ｃｕを添加する場合には、その含有量を２％以下に限定する。
【００２３】
（Ｎｉ：４％以下）
Ｎｉは、靭性および焼入れ性を向上する作用を有している。しかしながら、Ｎｉ含有量が４％を超えると、経済性が劣る。従って、Ｎｉを添加する場合には、その含有量を４％以下に限定する。
【００２４】
（Ｃｒ：１％以下）
Ｃｒは、強度及び靭性を向上する作用を有している。しかしながら、Ｃｒ含有量が１％を超えると、溶接性が劣化する。従って、Ｃｒを添加する場合には、その含有量を１％以下に限定する。
【００２５】
（Ｍｏ：１％以下）
Ｍｏは、焼入れ性および強度を向上する作用を有している。しかしながら、Ｍｏ含有量が１％を超えると、経済性が劣る。従って、Ｍｏを添加する場合には、その含有量を１％以下に限定する。
【００２６】
（Ｎｂ：０．０５％以下）
Ｎｂは、マイクロアロイング元素として強度を向上させるために添加する。しかしながら、０．０５％を超えると溶接熱影響部の靭性を劣化させる。従って、Ｎｂを添加する場合には、その含有量を０．０５％以下に限定する。
【００２７】
（Ｖ：０．５％以下）
Ｖは、マイクロアロイング元素として強度を向上させるために添加する。しかしながら、０．５％を超えると溶接熱影響部の靭性を著しく劣化させる。従って、Ｖを添加する場合には、その含有量を０．５％以下に限定する。
【００２８】
（Ｔｉ：０．０３％以下）
Ｔｉは、圧延加熱時あるいは溶接時にＴｉＮを生成し、オーステナイト粒の成長を抑制し、母材ならびに溶接熱影響部の靭性を向上させる。しかしながら、その含有量が０．０３％を超えると溶接熱影響部の靭性を劣化させる。従って、Ｔｉを添加する場合には、その含有量を０．０３％以下に限定する。
【００２９】
（Ｂ：０．００３％以下）
Ｂは、焼入れ性を向上する作用を有している。しかしながら、０．００３％を超えると、靭性を劣化させる。従って、Ｂを添加する場合には、その含有量を０．００３％以下に限定する。
【００３０】
（Ｃａ：０．０１％以下）
Ｃａは、硫化物系介在物の形態制御に不可欠な元素である。しかしながら、０．０１％を超える添加は、清浄度の低下を招く。従って、Ｃａを添加する場合には、その含有量を０．０１％以下に限定する。
【００３１】
（ＲＥＭ：０．０１５％以下）
ＲＥＭは、鋼中でＲＥＭ（Ｏ、Ｓ）として硫化物を生成することによって結晶粒界の固溶Ｓ量を低減して耐ＳＲ割れ特性を改善する。しかしながら、０．０１５％を超える添加は、清浄度の低下を招く。従って、ＲＥＭを添加する場合には、その添加量を０．０１５％以下に限定する。
【００３２】
（Ｍｇ：０．０１％以下）
Ｍｇは、溶銑脱硫材として使用する場合がある。しかしながら、０．０１％を超える添加は、清浄度の低下を招く。従って、Ｍｇを添加する場合には、その添加量を０．０１％以下に限定する。
【００３３】
次に、この発明における製造条件の限定理由について述べる。
【００３４】
（鋳造条件）
この発明は、いかなる鋳造条件で製造された鋼材についても有効であるので、特に鋳造条件を特定する必要はない。
【００３５】
（圧延条件）
鋳片をＡｒ3変態点以下に冷却することなく、そのまま熱間圧延を開始しても、一度冷却した鋳片をＡｃ3変態点以上に再加熱した後に熱間圧延を開始してもよい。これは、この温度域で圧延を開始すれば、この発明の有効性は失われないためである。なお、この発明においては、Ａｃ3変態点以上で圧延を終了すれば、その他の圧延条件に関して特に規定するものではない。これは、Ａｒ3変態点以上の温度の圧延であれば、再結晶域で圧延を行っても未再結晶域で圧延を行っても、この発明の有効性は発揮されるためである。
【００３６】
（直接焼入れあるいは加速冷却）
熱間圧延終了後、母材強度および母材靭性を確保するため、Ａｒ3変態点以上の温度から４００℃以下まで強制冷却を施すことが必要である。鋼板の温度が４００℃以下になるまで冷却する理由は、オーステナイトからマルテンサイトもしくはベイナイトへの変態を完了させ、母材を強化するためである。このときの冷却速度は、１℃／ｓ以上とするのが好ましい。
【００３７】
（焼戻し装置の設置方法）
焼戻しは、圧延機および直接焼入れ装置もしくは加速冷却装置と同一の製造ライン上に直結して設置された加熱装置を用いて行うものとした。これは、直結化によって圧延・焼入れ処理から焼戻し処理までに要する時間を短くすることが可能となり、生産性の向上がもたらされるためである。
【００３８】
（焼戻し条件）
焼入れ時には自動焼戻しによって若干の炭化物の生成が生じる。この状態にある焼入れ材を昇温した場合、鋼板の温度が４６０℃までは自動焼戻しによって生じた炭化物が溶解し、４６０℃を超えると旧オーステナイト粒界やラス境界から炭化物の核生成・成長が生じ、更に鋼板の温度が５２０℃を超えると、粒内から炭化物の核生成・成長が生じるようになることが本発明者等による研究から明らかとされた。この知見を基に、５２０℃以上の焼戻し処理を行う場合には、焼戻し温度から４６０℃までの板厚中心部の平均昇温速度を１℃／ｓ未満と低速にすることで、焼入れ時に自動焼戻しによって生じた炭化物を充分に溶解させる時間を与え、更に、４６０℃以上Ａｃ1変態点以下の所定の焼戻し温度までの板厚中心部の平均昇温速度を１℃／ｓ以上と高速にすることで、旧オーステナイト粒界やラス境界からの炭化物の核生成・成長をなるべく抑制し、５２０℃以上で生じる粒内からの炭化物の核生成・成長を促進させると、炭化物の極めて微細な分散析出状態が得られ、焼入れ・焼戻し材の極めて優れた強靭化がもたらされることが実験的に検証された。なお、４６０℃以上、焼戻し温度までの板厚中心部の平均昇温速度は、望ましくは２℃／ｓ以上である。
【００３９】
以上より、焼戻し開始温度から４６０℃までの板厚中心部の平均昇温速度を１℃／ｓ未満で、かつ４６０℃以上Ａｃ1変態点以下の所定の焼戻し温度までの板厚中心部の平均昇温速度を１℃／ｓ以上とし、かつ板厚中心部の最高到達温度を５２０℃以上に焼戻すこととした。
【００４０】
なお、この発明における鋼板の温度は、板厚中心部での温度であり、表面実測温度からの計算により管理される。
【００４１】
この発明は、転炉法・電気炉法等で溶製されたいかなる鋼や、連続鋳造・造塊法等で製造されたいかなるスラブについても有効であるので、特に鋼の溶製方法やスラブの製造方法を特定する必要は無い。
【００４２】
焼戻し時の加熱方式は、誘導加熱、通電加熱、赤外線輻射過熱、雰囲気加熱等、所要の昇温速度が達成される方式でよい。
【００４３】
焼戻し時における平均昇温速度の規定は、板厚中心部にて行ったが、板厚中心部近傍はほぼ同様の温度履歴となるため、板厚中心部のみに限定されるものではない。
【００４４】
また、焼戻し時の昇温過程は、所定の平均昇温速度さえ得られれば、この発明は有効であるので、直線的な温度履歴を取っても、途中温度で滞留するような温度履歴を取っても構わない。
【００４５】
焼戻し温度における保持時間は、生産性・製造費用や析出物の粗大化に起因する靭性の劣化を防止すべく、６０ｓ以下とすることが望ましい。
【００４６】
焼戻し後の冷却速度については、冷却中における析出物の粗大化に起因する靭性の劣化、または焼戻し不足による靭性の劣化を防止すべく、焼戻し温度〜２００℃までにおける板厚中心部の平均冷却速度を０．０５℃／ｓ以上２０℃／ｓ以下とすることが望ましい。
【実施例】
【００４７】
次に、この発明の有効性を実施例によってさらに説明する。
【００４８】
表１に示す化学成分の鋼Ａ〜Ｌを溶製してスラブに鋳造し、加熱炉で加熱後、圧延を行った。圧延後、引続き直接焼入れし、次いで、直列に設置した２台のソノレイド型誘導加熱装置を用いて、焼戻し開始から４６０℃までは１台目の誘導加熱装置にて、４６０℃から所定の焼戻し温度までは２台目の誘導加熱装置にて連続的に焼戻し処理を行った。また、板厚中心部の平均昇温速度は、鋼板の通板速度によって管理した。なお、焼戻し温度にて保持する場合には、鋼板を往復させて加熱することによって、±５℃の範囲内で保持を行った。また、加熱後の冷却は空冷とした。表１に、ＰCM、Ａｃ1、Ａｃ3、Ａｒ3の値を合わせて示し、表外に、Ａｃ1、Ａｃ3、Ａｒ3の算出式を示す。
【００４９】
以上の鋼板製造条件を表２に示す。同じく表２に、これらの製造条件で製造した鋼板の引張強度および板厚中心部の脆性・延性破面遷移温度（vTrs）を示す。引張強度は、全厚引張試験片により測定し、靭性は、板厚中心部より採取した試験片を用いたシャルピー衝撃試験によって得られるvTrsで評価した。
【００５０】
材料特性の目標は、鋼Ａ〜Ｆに関しては、引張強度：５７０ＭＰａ以上、vTrs：−５０℃以下、鋼Ｇ〜Ｌに関しては、引張強度：７８０ＭＰａ以上、vTrs：−４０℃以下とした。
【００５１】
【表１】
2005232562.tif 000002
【００５２】
【表２】
2005232562.tif 000003
【００５３】
表２から明らかなように、本発明法により製造した鋼板Ｎｏ．１〜１２（本発明例）の引張強度、板厚中心部vTrsは、何れも、目標値を満足している。
【００５４】
これに対して、比較鋼板Ｎｏ．１３〜２４（比較例）は、引張強度、板厚中心部vTrsの内、少なくとも一つが上記目標範囲を外れている。以下、これらの比較例を個別に説明する。
【００５５】
加熱温度が本発明範囲から外れている鋼板Ｎｏ．１３は、引張強度および板厚中心部vTrsが何れも目標値に達していない。
【００５６】
直接焼入れ開始温度が本発明範囲から外れている鋼板Ｎｏ．１４は、引張強度および板厚中心部vTrsが何れも目標値に達していない。
【００５７】
直接焼入れ停止温度が本発明範囲から外れている鋼板Ｎｏ．１５は、引張強度および板厚中心部vTrsが何れも目標値に達していない。
【００５８】
焼戻し開始〜４６０℃までの平均昇温速度が本発明範囲から外れている鋼板Ｎｏ．１６、１７、１８、１９は、何れも板厚中心部vTrsが目標値に達していない。
【００５９】
４６０℃〜焼戻し温度までの平均昇温速度が本発明範囲から外れている鋼板Ｎｏ．２０、２１、２２、２３、２４は、何れも板厚中心部vTrsが目標値に達していない。