(57)【要約】【課題】スケールをメカニカルデスケーリングにより除去することが必要な鋼板として好適な、引張強度６００ＭＰａ以上の高張力鋼材およびその製造方法を提供する。【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０２〜０．２５％、Ｓｉ：０．８０％以下、Ｍｎ：０．３０〜２．５０％、Ｐ、Ｓ、Ａｌ：０．１５０％以下、必要に応じて、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｂ、Ｃａ、ＲＥＭ、Ｍｇの１種または２種以上、を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、熱間圧延後の誘導加熱により、スケール／地鉄界面剥離率が３０％以上である鋼材。上記組成を有する鋼を加熱後、熱間圧延し、熱間圧延の仕上圧延後または仕上圧延後の冷却過程終了後、誘導加熱装置により、１回の加熱の鋼板表面昇温量が５０℃以上かつその加熱による鋼板表面平均加熱速度が１０〜３００℃／ｓとなる誘導加熱を鋼板表面温度が６００℃以下から鋼板表面最高到達温度の上限を７５０℃として、１回以上行う。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０２〜０．２５％、Ｓｉ：０．８０％以下、Ｍｎ：０．３０〜２．５０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ａｌ：０．１５０％以下を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、熱間圧延後の誘導加熱により、スケール／地鉄界面剥離率が３０％以上であることを特徴とする、メカニカルデスケーリング性に優れた引張強度６００ＭＰａ以上の高張力鋼材。
【請求項２】
鋼組成に、更に、Ｃｕ：０．０１〜２．００％、Ｎｉ：０．０１〜２．５０％、Ｃｒ：０．０１〜２．００％、Ｍｏ：０．０１〜２．００％、Ｗ：０．０１〜２．００％、Ｖ：０．００３〜０．５００％、Ｎｂ：０．００１〜０．２００％、Ｔｉ：０．００５〜０．２００％、Ｂ：０．０００５〜０．００５０％、Ｃａ：０．０００１〜０．００６０％、ＲＥＭ：０．０００１〜０．０２００％、Ｍｇ：０．０００１〜０．００６０％の１種または２種以上を含む請求項１に記載のメカニカルデスケーリング性に優れた引張強度６００ＭＰａ以上の高張力鋼材。
【請求項３】
請求項１または２記載の組成を有する鋼を加熱後、熱間圧延し、熱間圧延の仕上圧延後または仕上圧延後の冷却過程終了後、誘導加熱装置により、１回の加熱の鋼板表面昇温量が５０℃以上かつその加熱による鋼板表面平均加熱速度が８０〜３００℃／ｓとなる誘導加熱を鋼板表面温度が６００℃以下から鋼板表面最高到達温度の上限を７５０℃として、１回以上行うことを特徴とするメカニカルデスケーリング性に優れた引張強度６００ＭＰａ以上の高張力鋼材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、造船、土木、建築、橋梁、建設機械などの鋼構造物や、鋼管、鍍金鋼板等に用い、塗装や鍍金等の前処理として鋼板表面に生成したスケールをメカニカルデスケーリングにより除去することが必要な鋼板として好適な、引張強度６００ＭＰａ以上の高張力鋼材およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼板表面に生成したスケールを機械的に除去するため、様々なメカニカルデスケーリング方法が開発されており、例えば研削材を鋼板表面に投射するショットブラストや鋼材に曲げ歪みを加えるベンディング等が挙げられる。
【０００３】
鋼板表面からのスケールの剥離を良好にし、メカニカルデスケーリング性を向上させる方法として特許文献１〜４の方法が開示されている。特許文献１は、メカニカルデスケ−リング用鋼線材及びそのデスケ−リング方法に関し、スケール中にＦｅＯを３０％以上含有させることでメカニカルデスケーリングを良好にすることが記載されている。
【０００４】
特許文献２は、メカニカルデスケ−リング性に優れた鋼線材およびその製造方法に関し、熱延後の巻取り速度を３℃／ｓｅｃ以上と規定することで良好なメカニカルデスケーリング性の得られることが記載されている。
【０００５】
特許文献３は、メカニカルデスケ−リング性に優れた熱延鋼板の製造方法に関し、仕上温度、巻取り速度、巻取り時間を適切に制御することで良好なメカニカルデスケーリング性の得られることが記載されている。
【０００６】
特許文献４は剥離性に優れたミルスケ−ルを有する鋼帯の製造法に関し、巻取り温度を５００℃以下とすることで良好なメカニカルデスケーリング性の得られることが記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、本発明が対象とする引張強度６００ＭＰａ以上の高張力鋼材の場合、メカニカルデスケーリング法としてベンディングを用いるとメカニカルデスケーリングに必要な歪みを加える際の変形抵抗が大きくなるため、生産負荷が増加し、メカニカルデスケーリング法としてショットブラストを用いる場合には、鋼板の引張強度が高いため研削材投射時の地鉄変形量が小さくなりスケール除去性が低下する傾向にある。
【０００８】
しかしながら、特許文献１は線材が対象で、放冷時の冷却速度が遅いためＦｅＯからＦｅ３Ｏ４への変態が進行する５７０℃以下の温度域での滞留時間が長い厚鋼板に適用しても十分な効果は得られない。特許文献２〜４は、熱延鋼板が対象で、圧延後のコイル巻取り条件を適切にすることで良好なメカニカルデスケーリング性を達成しているため、薄鋼板以外には適用不可能で、いずれの特許文献によっても引張強度６００ＭＰａ以上の高張力鋼材のメカニカルデスケーリング性を向上させることはできない。
【０００９】
そこで本発明は、メカニカルデスケーリング性に優れる引張強度６００ＭＰａ以上の高張力鋼材およびそ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】
【００１０】
発明者等は上記問題点を解決するため、良好なメカニカルデスケーリング性を得るためには、メカニカルデスケーリングの前に、スケールと地鉄を剥離させておくことが重要であるとの観点から、その方法について鋭意検討し、鋼板表面を加熱した際に発生するスケールと地鉄界面間の熱応力を利用することおよび熱応力を最大化する加熱方法として誘導加熱を利用すること着想した。
【００１１】
すなわち、鋼板のスケール中にみられる組織は、ＦｅＯ、  Ｆｅ３Ｏ４、  Ｆｅ２Ｏ３が主であるが、いずれの組織も地鉄と線膨張係数が異なるため（非特許文献１、２）、地鉄と同じ温度に加熱してもスケールと地鉄の間には膨張量の違いに起因した熱応力が発生する。
【００１２】
更に、鋼板表面の加熱に誘導加熱を用いると、誘導加熱による加熱量（温度上昇分）は加熱対象組織の導電性が良いほど大きくなることから、導電性の異なるスケールと地鉄間で加熱量に差が生じ、熱応力が非常に大きくなってスケールの地鉄からの剥離が促進される。スケール中に見られるいずれの組織も地鉄より導電性が低い。
【００１３】
本発明は、上記着想を基にさらに鋼組成の観点から検討を加えて構成されたもので、すなわち、本発明は、
１．質量％で、Ｃ：０．０２〜０．２５％、Ｓｉ：０．８０％以下、Ｍｎ：０．３０〜２．５０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ａｌ：０．１５０％以下を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、熱間圧延後の誘導加熱により、スケール／地鉄界面剥離率が３０％以上であることを特徴とする、メカニカルデスケーリング性に優れた引張強度６００ＭＰａ以上の高張力鋼材。
２．鋼組成に、更に、Ｃｕ：０．０１〜２．００％、Ｎｉ：０．０１〜２．５０％、Ｃｒ：０．０１〜２．００％、Ｍｏ：０．０１〜２．００％、Ｗ：０．０１〜２．００％、Ｖ：０．００３〜０．５００％、Ｎｂ：０．００１〜０．２００％、Ｔｉ：０．００５〜０．２００％、Ｂ：０．０００５〜０．００５０％、Ｃａ：０．０００１〜０．００６０％、ＲＥＭ：０．０００１〜０．０２００％、Ｍｇ：０．０００１〜０．００６０％の１種または２種以上を含む１に記載のメカニカルデスケーリング性に優れた引張強度６００ＭＰａ以上の高張力鋼材。
３．１または２記載の組成を有する鋼を加熱後、熱間圧延し、熱間圧延の仕上圧延後または仕上圧延後の冷却過程終了後、誘導加熱装置により、１回の加熱の鋼板表面昇温量が５０℃以上かつその加熱による鋼板表面平均加熱速度が８０〜３００℃／ｓとなる誘導加熱を鋼板表面温度が６００℃以下から鋼板表面最高到達温度の上限を７５０℃として、１回以上行うことを特徴とするメカニカルデスケーリング性に優れた引張強度６００ＭＰａ以上の高張力鋼材の製造方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、メカニカルデスケーリング性に優れた引張強度６００ＭＰａ以上の高張力鋼材およびその製造方法が得られ、産業上極めて有用である。本発明は、厚鋼板、熱延鋼板、条鋼、形鋼等の熱間圧延鋼材の製造に幅広く適用できる。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００１６】
＜鋼組成＞
％は全て質量％を意味する。
【００１７】
Ｃ：０．０２〜０．２５％
Ｃは、鋼の強度を向上させる元素であり、本発明では引張強度（ＴＳ）：６００ＭＰａ以上を確保するために、０．０２％以上の含有を必要とする。しかし、０．２５％を超えてＣを過剰に含有すると溶接性が低下する。このため、Ｃは０．０２〜０．２５％の範囲に限定した。
【００１８】
Ｓｉ：０．８０％以下
Ｓｉは強度上昇あるいは脱酸材として添加されるので好ましくは０．１５％以上の添加が必要であるが、０．８０％を超えて含有するとスケールと地鉄の界面に生成するＦｅ２ＳｉＯ４（ファイアライト）によるスケール密着性の向上が顕著となるためメカニカルデスケーリング性が劣化する。このため、Ｓｉは０．８０％以下に限定した。
【００１９】
Ｍｎ：０．３０〜２．５０％
Ｍｎは、鋼の焼入れ性の向上を介して強度を向上させる元素であるが、過剰に添加すると溶接性を著しく低下させる。このため、Ｍｎは０．３０〜２．５０％の範囲に限定した。
【００２０】
Ｐ：０．０３０％以下
Ｐは、不純物として鋼中に不可避的に含有される元素であり、鋼の靭性を低下させるため、できるだけ低減することが望ましい。特に０．０３０％を超える含有は、著しく靭性を低下させるため、Ｐは０．０３０％以下に限定した。
【００２１】
Ｓ：０．０１０％以下
Ｓは、不純物として鋼中に不可避的に含有される元素であり、鋼の靭性や板厚方向引張試験における絞りを低下させるため、できるだけ低減することが望ましい。特に０．０１０％を超える含有は、上記した特性の低下が著しくなるため、Ｓは０．０１０％以下に限定した。
【００２２】
Ａｌ：０．１５０％以下
Ａｌは、脱酸材として作用する元素であり、溶鋼の脱酸プロセスにおいて、脱酸材としてもっとも汎用的に使用される元素であり、０．００１％以上含有することが望ましい。一方、０．１５０％を超える含有は、粗大な炭化物を形成して、鋼板母材の延性を著しく低下させる。このため、Ａｌは０．１５０％以下に限定した。
【００２３】
本発明に係る高張力鋼板は、上記組成の残余を残部Ｆｅ及び不可避的不純物として基本組成とするが、強度、靭性の調整を目的として、さらにＣｕ：０．０１〜２．００％、Ｎｉ：０．０１〜２．５０％、Ｃｒ：０．０１〜２．００％、Ｍｏ：０．０１〜２．００％、Ｗ：０．０１〜２．００％、Ｖ：０．００３〜０．５００％、Ｎｂ：０．００１〜０．２００％、Ｔｉ：０．００５〜０．２００％、Ｂ：０．０００５〜０．００５０％、Ｃａ：０．０００１〜０．００６０％、ＲＥＭ：０．０００１０〜０．０２００％、Ｍｇ：０．０００１〜０．００６０％のうちの１種または２種以上を含有できる。
【００２４】
Ｃｕ：０．０１〜２．００％
Ｃｕは、靭性を低下させずに強度を向上させるのに有効な元素であり、このような効果を得るには０．０１％以上の含有が必要である。一方、２．００％を超える含有は、熱間圧延時に表面疵を多発させる。このため、Ｃｕは０．０１〜２．００％に限定することが好ましい。
【００２５】
Ｎｉ：０．０１％〜２．５０％
Ｎｉは、靭性を低下させずに強度を向上させるのに有効な元素であり、このような効果を得るには０．０１％以上の含有が必要である。一方、２．５０％を超える含有は、効果が飽和して含有量に見合う効果が期待できずに経済的に不利となる。このため、Ｎｉは０．０１％〜２．５０％に限定することが好ましい。
【００２６】
Ｃｒ：０．０１〜２．００％
Ｃｒは、強度を向上させるのに有効な元素であり、このような効果を得るには０．０１％以上の含有が必要である。一方、２．００％を超える含有は、溶接性を低下させる。このため、Ｃｒは０．０１〜２．００％に限定することが好ましい。
【００２７】
Ｍｏ：０．０１〜２．００％
Ｍｏは、強度を向上させるのに有効な元素であり、このような効果を得るには０．０１％以上の含有が必要である。一方、２．００％を超える含有は、靭性を著しく低下させる。このため、Ｍｏは０．０１〜２．００％の範囲とする。
【００２８】
Ｗ：０．０１〜２．００％
Ｗは、強度を向上させるのに有効な元素であり、このような効果を得るには０．０１％以上の含有が必要である。一方、２．００％を超える含有は、溶接性を著しく低下させる。このため、Ｗは０．０１〜２．００％の範囲とする。
【００２９】
Ｖ：０．００３〜０．５００％
Ｖは、母材の強度と靭性を向上させる元素であり、０．００３％以上の添加で効果を発揮する。しかし、０．５００％を超えると靭性の低下を招くため、上限を０．５００％とした。
【００３０】
Ｎｂ：０．００１〜０．２００％
Ｎｂは、母材の強度と靭性を向上させる元素であり、０．００１％以上の添加で効果を発揮する。しかし、０．２００％を超えると靭性の低下を招くため、上限を０．２００％とした。
【００３１】
Ｔｉ：０．００５〜０．２００％
Ｔｉは、析出強化により鋼板の強度を向上させるとともに、固溶Ｎを固定し、溶接熱影響部靭性を改善するために有効な元素であり、このような効果を得るためには０．００５％以上の含有を必要とする。一方、０．２００％を超えて過剰に含有すると、溶接熱影響部靭性が低下する。このため、Ｔｉは０．００５〜０．２００％の範囲に限定することが好ましい。
【００３２】
Ｂ：０．０００５〜０．００５０％
Ｂは、極微量の含有で焼入れ性を向上させ、それにより鋼板の強度を向上させるのに有効な元素であり、このような効果を得るには０．０００５％以上の含有を必要とする。一方、０．００５０％を超えて含有すると、溶接性が低下する。このため、Ｂは０．０００５〜０．００５０％の範囲に限定する。
【００３３】
Ｃａ：０．０００１〜０．００６０％
Ｃａは、Ｓを固定することによってＭｎＳの生成を抑制して、板厚方向の絞り特性を改善し、また、溶接熱影響部靭性を改善する効果を有する。このような効果を得るためには、０．０００１％以上の含有を必要とする。一方、０．００６０％を超える過剰の含有は、母材靭性を低下させる。このため、Ｃａは０．０００１〜０．００６０％の範囲とする。
【００３４】
ＲＥＭ：０．０００１〜０．０２００％
ＲＥＭは、Ｓを固定することによってＭｎＳの生成を抑制して、板厚方向の絞り特性を改善する、また、溶接熱影響部靭性を改善する効果を有する。このような効果を得るためには、０．０００１％以上の含有を必要とする。一方、０．０２００％を超える過剰の含有は、母材靭性を低下させる。このため、ＲＥＭは０．０００１〜０．０２００％の範囲に限定する。
【００３５】
Ｍｇ：０．０００１〜０．００６０％
Ｍｇは、溶接熱影響部においてオーステナイト粒の成長を抑制し、溶接熱影響部靭性の改善に有効な元素である。このような効果を得るには０．０００１％以上の含有が必要である。一方、０．００６０％を超える含有は、効果が飽和して含有量に見合う効果が期待できずに経済的に不利となる。このため、Ｍｇは０．０００１〜０．００６０％に限定することが好ましい。
＜スケール／地鉄界面剥離率＞
スケール／地鉄界面剥離率は３０％以上とする。メカニカルデスケーリング前において鋼板表面におけるスケール／地鉄界面剥離率が３０％より小さいと良好なメカニカルデスケーリング性が得られない。そのため、誘導加熱後におけるスケール／地鉄界面剥離率を３０％以上とする。スケール／地鉄界面剥離率は、実施例において説明する方法により測定した値とする。
＜製造方法＞
本発明は上記成分組成の鋼を加熱後、熱間圧延し所望の板厚とした鋼板を引張強度（ＴＳ）：６００ＭＰａ以上となるように必要に応じて適宜熱処理し、その後、誘導加熱装置により誘導加熱を行う。熱処理方法は特に規定しない。
【００３６】
誘導加熱による一回の鋼板表面昇温量：５０℃以上
誘導加熱による鋼板表面昇温量（温度増加分）が５０℃以下の場合には、スケールと地鉄の間に発生する熱応力が小さいため、スケールの十分な剥離が起きない。よって、誘導加熱による鋼板表面昇温量を５０℃以上とする。
【００３７】
鋼板表面平均加熱速度：８０〜３００℃／ｓ
鋼板表面平均加熱速度が８０℃／ｓ未満の場合、誘導加熱により優先的に加熱された地鉄からスケールへの熱伝達により、スケールと地鉄の間に十分な温度差が付かない。一方、鋼板表面平均加熱速度が３００℃／ｓ超えの場合、熱応力により発生する鋼板の反りが非常に大きくなる。よって、鋼板表面平均加熱速度を８０〜３００℃／ｓとする。
【００３８】
誘導加熱を開始する温度：６００℃以下
６００℃以下の温度では、ＦｅＯ、  Ｆｅ３Ｏ４、  Ｆｅ２Ｏ３いずれのスケール組織も塑性変形能を有していない（非特許文献３）。そのため、塑性変形による熱応力の緩和が起こらないため、誘導加熱による熱応力の付与が効率的に行える。よって誘導加熱を開始する温度を６００℃以下とする。
【００３９】
誘導加熱による鋼板表面最高到達温度：７５０℃以下
誘導加熱による鋼板表面最高到達温度を７５０℃超えとすると、誘導加熱時にスケールの剥離が生じても、剥離により生じた地鉄表面部分に密着性の高い薄スケールが再生成してしまうため、かえってメカニカルデスケーリング性が劣化してしまう。そのため、誘導加熱による鋼板表面最高到達温度を７５０℃以下とする。本発明では、誘導加熱の回数を特に規定しないが、複数回行う場合は、各回毎および複数回の加熱後において鋼板表面最高到達温度：７５０℃以下とする。
【００４０】
また、誘導加熱は、鋼板の強度が引張強度（ＴＳ）：６００ＭＰａ以上となるように、保持時間や回数を適宜調整する。
【００４１】
本発明に係る高張力鋼材の断面形状は特に規定しない。厚板、形鋼、条鋼とすることが可能である。
【実施例】
【００４２】
表１に評価に用いた鋼の組成を示す。
【００４３】
メカニカルデスケーリング性は、形状：１０〜３５ｍｍｔ  ×  ２５ｍＬ  ×  ２ｍＷの板の１／４Ｌ、  １／２Ｌ、  ３／４Ｌ位置の１／４Ｗ、  １／２Ｗ、  ３／４Ｗ位置から２５ｍｍＬ  ×  ２５ｍｍＷのサンプルを採取し、以下の条件でショットブラストを行った際の残スケール面積率で評価した。
【００４４】
ショットブラスト方式：高圧エア式
噴射圧：６ＭＰａ
衝突角：９０°
噴射時間：３秒
噴射ノズル〜鋼板表面間距離：１００ｍｍ
研削材硬さ（ＨＲＣ）：４６
研削材形状：球
研削材径：１ｍｍ
残スケール面積率は、ショットブラスト後のサンプルの元板Ｌ方向中心位置を元板Ｗ方向に平行に切断し、樹脂埋め後板表面を倍率５００倍で光顕写真を３枚ずつ撮影し評価した。
【００４５】
スケール／地鉄界面剥離率は、ショットブラストサンプルのＬ方向隣接箇所から５ｍｍＬ  ×  ２５ｍｍＷのサンプルを採取し、Ｗ方向に平行な面を樹脂に埋込スケール断面組織を倍率５００倍で光顕写真を３枚ずつ撮影し評価した。スケール／地鉄界面剥離率はスケールが完全に剥がれ落ちており板表面上にスケールが存在しない領域と、板表面上にスケールは存在するが断面観察においてスケールと地鉄の界面に沿った割れが進展し剥離している領域を合わせた面積率を用いた。
【００４６】
表２に評価に用いたサンプルの加熱条件と、ショットブラスト後の残スケール面積率を示す。なお、ショットブラスト後の残スケール面積率の合格基準を１０％以下とした。
ここで、複数回の誘導加熱をおこなった供試材については複数回の加熱の中で表面平均加熱速度が最も大きくなったときの表面昇温量、表面平均加熱速度のみを示す。
製造条件が本発明の範囲を満足するＮｏ．１〜１３は、残スケール発生率が非常に低く、良好なメカニカルデスケーリング性を有している。
【００４７】
一方、Ｎｏ．１４〜１８は製造条件のうち何れか一つ以上が本発明の範囲外となっている比較例である。Ｎｏ．１４はＳｉ量が１．３５％と本発明の鋼組成範囲よりも高いＳｉ濃度を有するため、Ｎｏ．１５は表面平均加熱速度が１８℃／ｓと小さいため、Ｎｏ．１６は表面最高到達温度が７９５℃と高いため、Ｎｏ．１７は規定の誘導加熱を開始する温度が６４０℃と高いため、Ｎｏ．１８は表面昇温量が３２℃と小さいため、スケール／地鉄界面剥離が少なく、その結果残スケール率が高くメカニカルデスケーリング性が悪い。
【００４８】
【表１】
2013127101.tif 000002
【００４９】
【表２】
2013127101.tif 000003
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５０】
【特許文献１】特開２００７−７０７２８号公報
【特許文献２】特開２００３−２２６９３７号公報
【特許文献３】特開平０６−３９４１５号公報
【特許文献４】特開昭６３−２１９５３０号公報
【非特許文献】
【００５１】
【非特許文献１】「鉄鋼便覧第６巻」、日本鉄鋼協会、（１９８２）
【非特許文献２】「最新酸化物便覧」、サムソノフ、（１９７８）
【非特許文献３】「鋼材表面特性に及ぼすスケール性状の影響」、日本鉄鋼協会、（２００５）