(57)【要約】【課題】  溶接条件に制約されることなく溶接熱影響部の靭性および強度を優れたものとすることのできる厚鋼板を提供する。【解決手段】  本発明の厚鋼板は、Ｃ：０．０４５〜０．１０％、Ｓｉ：０．８％以下（０％を含まない）、Ｍｎ：１．０〜２．０％、Ａｌ：０．０２〜０．０４％、Ｔｉ：０．００５〜０．０６％、Ｂ：０．０００５〜０．００５０％を夫々含有すると共に、固溶Ｂの含有量が０．０００３〜０．００３０％であり、残部がＦｅおよび不可避不純物からなるものである。【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．０４５〜０．１０％（「質量％」の意味。以下同じ）、Ｓｉ：０．８％以下（０％を含まない）、Ｍｎ：１．０〜２．０％、Ａｌ：０．０２〜０．０４％、Ｔｉ：０．００５〜０．０５％、Ｂ：０．０００５〜０．００５％を夫々含有すると共に、固溶Ｂの含有量が０．０００３〜０．００３％であり、残部がＦｅおよび不可避不純物からなるものであることを特徴とする溶接熱影響部の靭性および強度に優れた厚鋼板。
【請求項２】
更に他の元素として、Ｃｕ：１．５％以下（０％を含まない）および／またはＮｉ：１．５％以下（０％を含まない）を含有するものである請求項１に記載の厚鋼板。
【請求項３】
更に他の元素として、Ｃｒ：０．５％以下（０％を含まない）を含有するものである請求項１または２に記載の厚鋼板。
【請求項４】
更に他の元素として、Ｍｏ：１．０％以下（０％を含まない）を含有するものである請求項１〜３のいずれかに記載の厚鋼板。
【請求項５】
更に他の元素として、Ｚｒ：０．０５％以下（０％を含まない）を含有するものである請求項１〜４にいずれかに記載の厚鋼板。
【請求項６】
更に他の元素として、Ｃａ、Ｍｇおよび希土類元素の１種以上：合計で０．００５％以下（０％を含まない）を含有するものである請求項１〜５のいずれかに記載の厚鋼板。
【請求項７】
ベイナイト組織分率が７０体積％以上である請求項１〜６のいずれかに記載の厚鋼板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築物、橋梁、船舶および海洋構造物などの大型構造物に使用される厚鋼板であって、殊に４９０〜５９０ＭＰａの強度を有し、溶接したときにおける熱影響部（以下、「ＨＡＺ」と称することがある）での靭性および強度を改善した厚鋼板（高張力鋼板）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
建築物、橋梁、船舶および海洋構造物などの大型構造物に使用される厚さ４０〜１００ｍｍ程度の溶接用厚鋼板に要求される特性は、近年益々厳しくなっており、鋼板自体の靭性は勿論のこと、溶接したときにおけるＨＡＺでの靭性も良好であることが求められている。その一方で、溶接作業効率を高めるには、例えば、エレクトロスラグ溶接、エレクトロガスアーク溶接法やフラックス−銅バッキング溶接法などに代表される大入熱溶接法の採用が望まれている。
【０００３】
ところで、鋼板の強度を確保する技術として加速冷却を施すことも知られており、こうした加速冷却技術の開発によって、鋼板の低成分化が進み、ＨＡＺ靭性を改善した鋼板も様々提案されている。
【０００４】
しかしながら、加速冷却によって強度を確保した鋼板に大入熱溶接を施した場合には、溶接金属との界面（以下、「ボンド部」と称する）から数ｍｍ離れた領域で軟化が生じることがあり、幅広い溶接条件（入熱条件）で所望の継手強度を確保することが困難な状況である。ＨＡＺでの軟化を抑制するためには、焼入性が確保できるような合金設計を実行する必要があるが、そうすると低入熱溶接時の硬化が著しくなって靭性が確保できないという事態を招くことになる。
【０００５】
これまでにもＨＡＺの特性を改善した技術が様々提案されているが、母材強度が４９０〜５９０ＭＰａの鋼板では、Ｂ化合物を活用して組織制御を行うことが主流になっている。例えば、特許文献１では、トータルＢ含有量と酸不溶性Ｂ量を制御することによって、フェライト生成核を導入し、溶接部における組織の微細化を図ることによって、ＨＡＺ靭性を改善する技術が提案されている。
【０００６】
この技術では、ＢＮの生成によってフェライト・パーライト組織の微細化制御を図るものであるが、こうした制御だけでは１００ｋＪ／ｍｍ程度の大入熱溶接においては、ＨＡＺでの強度が不足することになる。
【０００７】
一方、母材強度が５９０ＭＰａを超える鋼板では、固溶Ｂを活用した技術も知られている。例えば、特許文献２では、固溶Ｂを一定の割合で含有させることによって焼入性を増加させ、５９０ＭＰａを超える強度と７５％以下の降伏比（ＹＲ）を確保する技術が提案されている。この技術では、溶接施工において予熱不要とするものであるが、強度クラスが高く（高Ｃｒ鋼）、且つＣ含有量が０．０２〜０．０４％の低Ｃ域のものであるので、Ｆｅ23（ＣＢ）6などの炭硼化物の析出量が低下し、固溶Ｂ量を確保し易いものである。しかしながら、高Ｃｒ低C鋼を母材強度が４９０〜５９０ＭＰａの鋼板に適用すると、溶接の靭性が低下しやすい傾向がある。
【０００８】
また、特許文献３には、酸化物系介在物の組成およびサイズを適切に制御すると共に、Ｔｉ，ＢおよびＮの添加バランスを制御してＢを固溶状態で残存させ、ＨＡＺでの粗大フェライトの発生を抑制し、ＨＡＺ靭性を改善する技術が提案されている。
【０００９】
しかしながらこの技術では、上記添加バランスを確保するのための脱酸工程が複雑になると共に、酸化物系介在物を含有しているので靭性（吸収エネルギー）の低下が避けられないという問題がある。
【特許文献１】特公昭５５−３１８２０号公報  特許請求の範囲等
【特許文献２】特開２０００−２１９９３４号公報  特許請求の範囲等
【特許文献３】特開２００１−２２６７３９号公報  特許請求の範囲等
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、溶接条件に制約されることなく溶接熱影響部の靭性および強度を優れたものとすることのできる厚鋼板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決することのできた本発明の厚鋼板とは、Ｃ：０．０４５〜０．１０％（「質量％」の意味。以下同じ）、Ｓｉ：０．８％以下（０％を含まない）、Ｍｎ：１．０〜２．０％、Ａｌ：０．０２〜０．０４％、Ｔｉ：０．００５〜０．０６％、Ｂ：０．０００５〜０．００５０％を夫々含有すると共に、固溶Ｂの含有量が０．０００３〜０．００３％であり、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる点に要旨を有するものである。
【００１２】
本発明の厚鋼板においては、必要に応じて、更に他の元素として、（ａ）Ｃｕ：１．５％以下（０％を含まない）および／またはＮｉ：１．５％以下（０％を含まない）、（ｂ）Ｃｒ：０．５％以下（０％を含まない）、（ｃ）Ｍｏ：１．０％以下（０％を含まない）、（ｄ）Ｚｒ：０．０５％以下（０％を含まない）、（ｅ）Ｃａ、Ｍｇおよび希土類元素の１種以上：合計で０．００５％以下（０％を含まない）、等を含有させることも有用であり、含有させる成分に応じて本発明の鋼材の特性が更に改善される。また本発明の厚鋼板においては、ベイナイト組織分率が７０％以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は以上のように構成されており、溶接条件に制約されることなく溶接熱影響部の靭性および強度を優れたものとすることのできる厚鋼板が実現でき、この鋼板は、小〜中入熱溶接に限らず、大入熱溶接する際にも好適に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明者らは、上記目的を達成するために様々な角度から検討した。その結果、合金設計（化学成分組成）と熱間圧延条件を適正化することによって、鋼板中の固溶Ｂを一定量確保すれば、ＨＡＺにおける靭性および強度を確保できることを見出し、本発明を完成した。
【００１５】
本発明の鋼板は、必須成分として、Ｃ：０．０４５〜０．１０％、Ｓｉ：０．８％以下（０％を含まない）、Ｍｎ：１．０〜２．０％、Ａｌ：０．０２〜０．０４％、Ｔｉ：０．００５〜０．０６％、Ｂ：０．０００５〜０．００５０％を夫々含有すると共に、固溶Ｂの含有量が０．０００３〜０．００３％のものであるが、これらの成分の範囲限定理由は次の通りである。
【００１６】
Ｃ：０．０４５〜０．１０％
Ｃは、ＨＡＺの強度を確保するために欠くことのできない元素であり、この効果を有効に発揮させるには、０．０４５％以上含有させる必要があり、好ましくは０．０５％以上含有させるのがよい。しかしながら、Ｃ含有量量が０．１０％を超えるとＨＡＺの硬化が著しくなり、靭性の劣化を招くため０．１０％以下に抑える必要がある。好ましくは０．０９％以下とすることが推奨される。
【００１７】
Ｓｉ：０．８％以下（０％を含まない）
Ｓｉは、ＨＡＺの強度を確保するために有効な元素であるが、過剰に含有されるとＭ−Ａが生成して靭性が却って劣化するので、０．８％以下とする必要がある。Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．６％である。また、上記効果はその含有量が増加するにつれて増加するが、この効果を有効に発揮させるためには、０．１％以上含有させることが好ましい。
【００１８】
Ｍｎ：１．０〜２．０％
Ｍｎは、ＨＡＺの強度および靭性を確保する上で有効な元素である。こうした効果を有効に発揮させるには、１．０％以上含有させる必要があり、好ましくは１．２％以上含有させるのがよい。しかしながら、Ｍｎ含有量が過剰になると硬化が著しくなり、ＨＡＺの靭性が却って低下するので、２．０％以下に抑える必要がある。好ましくは１．８％以下とするのがよい。
【００１９】
Ａｌ：０．０１〜０．０５％
Ａｌは、脱酸元素として必須であり、そのためには０．０１％以上含有させる必要があり、好ましくは０．０２％以上含有させるのがよい。しかし、Ａｌを過剰に含有させるとＨＡＺにおけるＭ−Ａの生成を助長して靭性が却って劣化するので０．０５％以下とすべきであり、好ましくは０．０４％以下とするのがよい。
【００２０】
Ｔｉ：０．００５〜０．０５％
Ｔｉは、ＴｉＮを形成して固溶Ｎを低減すると共に、溶接時の加熱によって生成するオーステナイト粒の粗大化を抑制してＨＡＺ靭性の改善に有効な元素である。こうした作用を有効に発揮させるには、０．００５％以上含有させる必要があり、好ましくは０．００８％以上含有させるのがよい。しかしながら、Ｔｉ含有量が過剰になるとＴｉＮが粗大化し析出物個数が減少するためＨAＺ靭性を却って劣化させるので、０．０５％以下に抑えるべきである。好ましくは０．０３％以下とするのがよい。
【００２１】
Ｂ：０．０００５〜０．００５％
Ｂは、ＨＡＺにおけるポリゴナルフェライト生成を抑制し、ＨＡＺ靭性および強度を確保するのに有効な元素である。こうした効果を発揮させためには、Ｂ含有量は０．０００５％以上含有させる必要がある。しかしながら、Ｂ含有量が過剰になるとＨＡＺの硬化が著しくなってＨＡＺ靭性が却って低下するので、０．００５％以下とする必要がある。尚、Ｂ含有量好ましい下限は０．０００８％であり、好ましい上限は０．００４％である。
【００２２】
固溶Ｂ：０．０００３〜０．００３％
固溶Ｂは、ポリゴナルフェライト生成を抑制し、ＨＡＺ靭性および強度を確保するのに重要な成分であり、こうした効果を発揮させるためにはは固溶Ｂの含有量は０．０００３％以上確保する必要がある。しかしながら、固溶Ｂの含有量が過剰になるとＨＡＺの硬化が著しくなってＨＡＺ靭性が却って低下するので、０．００３％以下とする必要がある。尚、固溶Ｂ含有量の好ましい下限は０．０００５％であり、好ましい上限は０．００５％である。
【００２３】
本発明の鋼材は、上記元素を必須成分として含有するものであり、残部はＦｅおよび不可避不純物（例えば、Ｓｎ，Ａｓ，Ｓｂなど）であるが、更に他の元素として、（ａ）Ｃｕ：１．５％以下（０％を含まない）および／またはＮｉ：１．５％以下（０％を含まない）、（ｂ）Ｃｒ：０．５％以下（０％を含まない）、（ｃ）Ｍｏ：１．０％以下（０％を含まない）、（ｄ）Ｚｒ：０．０５％以下（０％を含まない）、（ｅ）Ｃａ、Ｍｇおよび希土類元素の１種以上：合計で０．００５％以下（０％を含まない）、等を含有させることも有用であり、含有させる成分に応じて本発明の鋼材の特性が更に改善される。これらの元素を含有させるときの範囲限定理由は、下記の通りである。
【００２４】
Ｃｕ：１．５％以下（０％を含まない）および／またはＮｉ：１．５％以下（０％を含まない）
ＣｕおよびＮｉはＨＡＺ靭性を損なうことなく強度を確保するのに有効な元素である。こうした効果はその含有量が増加するにつれて増大するが、あまり過剰になるとＨＡＺの靭性を劣化させるので、いずれも１．５％以下とすることが好ましく、より好ましくは１．０％以下とするのがよい。
【００２５】
Ｃｒ：０．５％以下（０％を含まない）
Ｃｒは、母材強度を高めるのに有効な元素であるが、フェライト変態を促進させる元素であるので、その含有量が過剰になると大入熱ＨＡＺ靭性が劣化するので、０．５％以下とすべきである。尚、上記効果を発揮させるためのより好ましい含有量（下限）は０．２％であり、より好ましい上限は０．４％程度である。
【００２６】
Ｍｏ：１．０％以下（０％を含まない）
Ｍｏは、焼入性を高めＨＡＺの強度を確保するのに有効な元素であるが、Ｍｏ含有量が過剰になって１．０％を超えるとＨＡＺの硬化が著しくなってＨＡＺ靭性が却って低下することになる。尚、上記効果を発揮させるためのより好ましい含有量（下限）は０．０５％であり、より好ましい上限は０．５％程度である。
【００２７】
Ｚｒ：０．０５％以下（０％を含まない）
Ｚｒは、Ｔｉと同様に窒化物を形成して、ＨＡＺにおけるオーステナイト粒の粗大化を抑制するのに有効な元素であるが、Ｚｒ含有量が過剰になって０．０５％を超えると窒化物が却って粗大化して個数が減少し、ＨＡＺ靭性が却って低下することになる。尚、上記効果を発揮させるためのより好ましい含有量（下限）は０．００５％であり、より好ましい上限は０．０３％程度である。
【００２８】
Ｃａ、Ｍｇおよび希土類元素の１種以上：合計で０．００５％以下（０％を含まない）
Ｃａ、Ｍｇおよび希土類元素は、介在物の形状の異方性を低減させる作用を発揮し、ＨＡＺ靭性の改善に有効な元素である。こうした作用はその含有量が増加する程増大するが、過剰に含有されると介在物の粗大化を招きＨＡＺ靭性が却って劣化するので、合計で０．００５％以下含有させることが好ましく、より好ましくは０．００４％以下とするのがよい。尚、本発明で含有されることのある希土類元素とは、周期律表第３族に属するスカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）およびランタノイド系列希土類元素（原子番号５７〜７１）のいずれも含む趣旨である。
【００２９】
本発明の厚鋼板においては、ベイナイト組織分率が７０％以上であることが好ましい。こうしたベイナイト主体の組織にすることによって、溶接熱影響を受けた逆変態後の組織が微細になり、固溶Ｂの効果とあわせてＨＡＺの硬さが改善できる。尚、本発明の厚鋼板における組織をベイナイト主体にするためには、圧延終了後、２００℃までを加速冷却すればよい。
【００３０】
本発明の厚鋼板においては、所定量の固溶Ｂを確保することも重要になるのであるが、こうした固溶Ｂは製造条件を制御することによって確保することができる。具体的には、所定量のＢを含有する鋼板に対して、熱間圧延終了温度を８５０〜９００℃程度とし、２００℃以下の温度まで加速冷却を行うようにすればよい。こうした製造条件とすることによって冷却時において、Ｂの化合物析出を抑制しつつ所定量の固溶Ｂを確保することができる。また通常の焼入れ・焼戻し工程を採用すると、焼戻し時にＢは析出するので、上記冷却の後は冷却ままとし、その後熱処理は施さない。
【００３１】
尚、本発明の厚鋼板は、厚さ４０〜１００ｍｍ程度のものを想定したものであり、本発明ではこうした厚鋼板を対象としたときにその効果が有効に発揮されるが、対象とする鋼板の厚さはこれに限らず、２０ｍｍ程度のものであってもよい。
【実施例】
【００３２】
以下、本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更して実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
【００３３】
下記表１、２に示す化学成分組成の各種Ａｌキルド鋼板を製造し、５０ｍｍまで熱間圧延し、種々の冷却速度となるように水量を調整して加速冷却を行った。
【００３４】
【表１】
2005139506.tif 000002
【００３５】
【表２】
2005139506.tif 000003
【００３６】
得られた各厚鋼板について、ｔ／４部（ｔ：板厚）を光学顕微鏡で写真撮影し（倍率：４００倍）、得られた画像を解析することによってベイナイト分率を測定すると共に、引張試験（ＪＩＳ  Z２２４１）を行って母材の引張強度ＴＳを測定した。
【００３７】
一方、エレクトロスラグ溶接によって入熱８００ｋＪ／ｃｍの１パス大入熱溶接を実施し、ＨＡＺ部についてボンド（溶融線）から１ｍｍピッチで２０ｍｍまでビッカース硬さを測定し、その最低値を軟化部とした。またｔ／４部について、Ｖノッチシャルピー試験に供し、−２０℃での吸収エネルギーｖＥ-20を測定して靭性を評価した。このｖＥ-20値が高いほど靭性の良好な鋼板と評価できる。鋼板の各特性（引張強度ＴＳ、軟化部の硬さＨｖおよび吸収エネルギーｖＥ-20を、製造条件およびベイナイト分率と共に下記３に示す。尚、表３中の評価については、Ｈｖ＞１６０で且つｖＥ-20＞２００Ｊの場合を「○」、Ｈｖ、ｖＥ-20のいずれか一方でも外れた場合を「×」とした。
【００３８】
【表３】
2005139506.tif 000004
【００３９】
これらの結果から、次のように考察できる。まずＮｏ．１〜２２のものは、本発明で規定する要件を満足する例であり、母材強度（ＴＳ＞４９０ＭＰａ）、および軟化部の硬さ（Ｈｖ≧１６０）が高く、且つ溶接熱影響部の靭性が良好（ｖＥ-20＞２００Ｊ）な厚鋼板が得られていることが分かる。
【００４０】
これに対して、Ｎｏ．２３〜３８のものは、本発明で規定するのいずれかの要件を外れる例であり、いずれかの特性が劣化していることが分かる。