(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、Ｃ：０．０８〜０．１８％と、Ｓｉ：０．０５〜０．５％と、Ｍｎ：０．８〜１．８％と、Ａｌ：０．０１〜０．１％とを含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、かつ炭素当量：Ｃｅｑ≦０．３６％である鋼板を製造する方法において、
該鋼を１０５０〜１２００℃に加熱し、次いでＡｒ3 点〜９００℃での圧下率が４０％以上となるように熱間圧延を行う工程と、熱間圧延された鋼板を（Ａｒ3 点−５０）℃以上８２０℃以下の鋼板表面温度域から（Ａｒ3点−２００）℃以下の鋼板表面温度域まで１２℃／秒以上の鋼板平均冷却速度で冷却した後、一旦冷却を中断し、鋼板表面温度を６５０℃以上に復熱させる工程と、
鋼板表面温度が６５０℃以上に復熱された鋼板を、再び５００〜６５０℃（ただし５００℃を除く）の鋼板平均温度域まで１２℃／秒以上の鋼板平均冷却速度で冷却する工程と、
を備えたことを特徴とする、板厚方向材質差の小さい高張力鋼板の製造方法。
但し、炭素当量：Ｃｅｑ＝Ｃ％＋Ｍｎ％／６＋（Ｃｕ％＋Ｎｉ％）／１５＋（Ｃｒ％＋Ｍｏ％＋Ｖ％）／５
【請求項２】
鋼成分として、重量％でさらに、Ｎｂ：０．００５〜０．０２％を含有することを特徴とする、請求項１に記載の板厚方向材質差の小さい高張力鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、船舶、海洋構造物、貯蔵タンク等の構造物の分野で使用される厚鋼板、特に板厚方向材質差の小さい高張力鋼板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、板厚約１０ｍｍ以上の厚鋼板の高強度化や高靭性化等の特性の向上や合金元素の削減、熱処理の省略を目的として、制御圧延と制御冷却を組み合わせたＴＭＣＰ技術が使用されている。
【０００３】
しかし、制御冷却時に、その効果を最大限活用しようとして、冷却速度を速くすると、圧延まま材および焼きならし材に比べて、板厚方向に材質の不均一を生じてしまうという問題がある。すなわち、冷却速度が速くなるにしたがい、板厚中心部の冷却速度に比較して、表面近傍の冷却速度が著しく速くなり、板厚中心部に比べて表面の強度が著しく上昇したり、延性が低下したりするという差を生じてしまう。
この現象は板厚が厚くなるほど顕著になるため、厚物材において制御圧延と、高冷却速度の制御冷却を併用するのが難しいという問題を生じる。例えば、特開平４−２２４６２３号公報では、厚物材に制御冷却を適用するにあたり、冷却速度を３〜１２℃／秒という比較的低冷却速度に制御することにより、板厚中心部に対する表面の硬度上昇を抑える技術が開示されている。しかし、この技術は、比較的合金添加量が多い場合に適用されるものであり、Ｃｅｑが０．３６以下の低合金成分系に対しては適用し難い。
【０００４】
一方、高冷却速度の効果を活かしつつ、板厚方向の強度差を小さくする低降伏比建築用耐震鋼材の製造技術が特開平３−１８８２１６号公報に開示されている。この技術は、冷却を一旦中断し、表面に生成した硬質のべイナイト相を、表面をＡｃ1 〜Ａｃ3 の温度範囲に復熱させることにより、部分的に軟質のフェライト相に変態させた後、再び冷却を開始する、表面硬度の上昇を抑制する技術である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平３−１８８２１６号公報の技術は、建築用低ＹＲ鋼板等、合金元素を豊富に用い焼入れ性が高い鋼材を対象とし、低ＹＲ化を目的とした製造技術であり、本発明が目的とする合金元素の使用を抑えて（Ｃｅｑ≦０．３６％）安価で大量に用いられる、船舶、海洋構造物、貯蔵タンク等用鋼板の製造技術とは異なる技術である。
上記のように、本発明が目的とする船舶、海洋構造物、貯蔵タンク等用鋼板に対する高冷却速度の制御冷却適用時の板厚方向材質均一化技術は、未だ開発されていないのが実情である。
本発明の目的は、船舶、海洋構造物、貯蔵タンク等に大量に用いられる合金成分量の少ない安価な低合金成分系の鋼板において、特性向上のため高冷却速度の制御冷却による製造を行うにあたり、板厚方向の材質が均一になるような高張力鋼板の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明は以下に示す手段を用いている。
（１）本発明の方法は、重量％で、Ｃ：０．０８〜０．１８％と、Ｓｉ：０．０５〜０．５％と、Ｍｎ：０．８〜１．８％と、Ａｌ：０．０１〜０．１％とを含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、かつ炭素当量：Ｃｅｑ≦０．３６％である鋼板を製造する方法において、
該鋼を１０５０〜１２００℃に加熱し、次いでＡｒ3 点〜９００℃での圧下率が４０％以上となるように熱間圧延を行う工程と、熱間圧延された鋼板を（Ａｒ3 点−５０）℃以上８２０℃以下の鋼板表面温度域から（Ａｒ3点−２００）℃以下の鋼板表面温度域まで１２℃／秒以上の鋼板平均冷却速度で冷却した後、一旦冷却を中断し、鋼板表面温度を６５０℃以上に復熱させる工程と、
鋼板表面温度が６５０℃以上に復熱された鋼板を、再び５００〜６５０℃（ただし５００℃を除く）の鋼板平均温度域まで１２℃／秒以上の鋼板平均冷却速度で冷却する工程と、
を備えたことを特徴とする、板厚方向材質差の小さい高張力鋼板の製造方法である。
【０００７】
但し、炭素当量：Ｃｅｑ＝Ｃ％＋Ｍｎ％／６＋（Ｃｕ％＋Ｎｉ％）／１５＋（Ｃｒ％＋Ｍｏ％＋Ｖ％）／５
（２）本発明の方法は、鋼成分として、重量％でさらに、Ｎｂ：０．００５〜０．０２％を含有することを特徴とする、上記（１）に記載の板厚方向材質差の小さい高張力鋼板の製造方法である。なお、本発明においては特にことわりのない限り、温度は鋼板板厚方向の平均温度をさす。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく、冷却中に生成するべイナイト組織を硬質なものとならないようにする冷却条件を調査した。その結果、表層に生成したべイナイト相は、冷却を一旦中断した後にフェライト相に逆変態しなくても、復熱によるテンパー効果によりある程度軟化すること、さらに、冷却の最終停止温度を制御することにより軟化を一層促進できることを見出した。一方、復熱温度を高くしたり、冷却中断時間を長くしたり、また冷却停止温度を高くすることは、高冷却速度時の強度上昇効果等の特性向上効果を減少させてしまうことから、極端な条件の選択はできない。
以上の知見に基づき、本発明者らは、炭素当量：Ｃｅｑ≦０．３６％の低合金成分系の鋼板の熱間圧延条件、及び冷却中断、復熱工程を含む冷却条件を一定範囲内に制御するようにして、上記の相反する要求を双方とも最大限満足する製造条件を確立することにより、板厚方向材質差の小さい高張力鋼板の製造方法を見出し、本発明を完成させた。
【０００９】
すなわち、本発明は、鋼組成及び製造条件を下記範囲に限定することにより、船舶、海洋構造物、貯蔵タンク等に大量に用いられる合金成分量の少ない安価な低合金成分系の鋼板において、特性向上のため高冷却速度の制御冷却による製造を行うにあたり、板厚方向の材質が均一になるような高張力鋼板の製造方法を提供することができる。
【００１０】
以下に本発明の成分添加理由、成分限定理由、及び製造条件の限定理由について、説明する。
（１）成分組成範囲
Ｃ：０．０８〜０．１８％
Ｃは、鋼の強度を確保する元素であるが、０．０８％未満の場合は、強度の確保が困難となる。Ｃが多量の場合は、一般に鋼の靭性や溶接性を低下させるが、０．１８％を越えると溶接部の硬度が著しく上昇し溶接低温割れ感受性を高くし、また制御冷却時の表面硬度の著しい上昇を招く。以上より、Ｃ量は０．０８〜０．１８％である。
Ｓｉ：０．０５〜０．５％
Ｓｉは、母材の強度維持・予備脱酸のために添加するが、その効果は０．０５％未満では発揮されない。一方、溶接性の観点から０．５％が上限である。よって、Ｓｉ量は０．０５〜０．５％である。
Ｍｎ：０．８〜１．８％
Ｍｎは、ＦｅＳの生成抑制ならびに鋼板の強度・靭性向上のために０．８％以上添加する。しかし、多量の添加は鋼の焼き入れ性の増加をもたらし、溶接硬化層の出現により割れ感受性が高くなること、また制御冷却時の表面硬度の著しい上昇を招くことから、上限は１．８％である。よって、Ｍｎ量は０．８〜１．８％である。
Ａｌ：０．０１〜０．１％
Ａｌは、脱酸のために添加するが、０．０１％未満ではその効果が発揮されない。一方、多量に添加するとアルミナクラスタが形成され易くなるので、上限は０．１％である。よって、Ａｌ量は０．０１〜０．１％である。
本発明では、上記化学成分以外に、必要に応じてＴｉ、Ｎｂのうちの１種または２種を添加することができる。
【００１１】
Ｔｉ：０．００５〜０．０２％
Ｔｉは、溶接加熱時のＴｉＮ析出によるオーステナイト粒の粗大化防止に効果があり大入熱溶接時のＨＡＺ（溶接熱影響部）靭性の向上をもたらす。その効果は、０．００５％未満では発揮されない。また、多量の添加はＴｉＣの過剰な生成による靭性の劣化や、さらに大入熱溶接時のＨＡＺ靭性の劣化を招くので、上限は０．０２％である。よって、Ｔｉ量は０．００５〜０．０２％である。
【００１２】
Ｎｂ：０．００５〜０．０２％
Ｎｂは、オーステナイト域での再結晶を抑制し未再結晶温度域を拡大するために添加する。０．００５％未満では、その効果は発揮されない。一方、多量の添加は島状マルテンサイトの生成を促し、溶接性を著しく劣化させるので、上限は０．０２％である。よって、Ｎｂ量は０．００５〜０．０２％である。
以上の化学成分の範囲限定に加えて、溶接性向上、経済性、および制御冷却時の表面硬化抑制の観点から、炭素当量：Ｃｅｑを０．３６％以下に限定する。
【００１３】
但し、炭素当量：Ｃｅｑ＝Ｃ％＋Ｍｎ％／６＋（Ｃｕ％＋Ｎｉ％）／１５＋（Ｃｒ％＋Ｍｏ％＋Ｖ％）／５
【００１４】
上記の成分組成範囲に調整することにより、船舶、海洋構造物、貯蔵タンク等に大量に用いられる合金成分量の少ない安価な低合金成分系の鋼板において、特性向上のため高冷却速度の制御冷却による製造を行うにあたり、板厚方向材質差の小さい高張力鋼板を得ることが可能になる。
【００１５】
このような特性の鋼板は、以下の製造方法により製造することができる。
（２）鋼板製造工程
（製造方法）
上記の成分組成範囲に調整した鋼を溶製し、連続鋳造で得られた鋼スラブを１０５０〜１２００℃に加熱し、次いでＡｒ3 点〜９００℃での圧下率が４０％以上となるように熱間圧延を行う。引き続き、（Ａｒ3 点−５０℃）以上の鋼板表面温度域から（Ａｒ3 点−２００）℃以下の鋼板表面温度域まで、１２℃／秒以上の鋼板平均冷却速度で冷却した後、一旦冷却を中断し、鋼板表面温度を６５０℃以上に復熱させ、再び５００〜６５０℃の鋼材平均温度域まで、１２℃／秒以上の鋼板平均冷却速度で冷却する。
ａ．スラブ加熱温度：１０５０〜１２００℃
スラブ加熱温度については、オーステナイト結晶粒の粗大化を抑制するためには１２００℃以下とする必要がある。一方、能率向上の観点からは高い方が好ましく、またＮｂを添加した場合には効果を発揮させるために固溶させる必要があるために、下限は１０５０℃である。よって、スラブ加熱温度は１０５０〜１２００℃である。
ｂ．Ａｒ3 点〜９００℃での圧下率：４０％以上
強度・靭性確保の観点から、Ａｒ3 点〜９００℃での累積圧下率は４０％以上である。
【００１６】
ｃ．冷却開始温度：（Ａｒ3 点−５０）℃以上
冷却開始温度がＡｒ3 点を大きく下回ると冷却の効果が低下するので、下限はＡｒ3 点−５０℃である。よって、冷却の開始温度は鋼板表面温度で（Ａｒ3 点−５０）℃以上である。
ｄ．冷却速度（冷却中断時の冷却速度）：１２℃／秒以上
冷却速度は、速い方が好ましく、厚肉鋼板において板厚方向全体にその効果を行き渡らせるためには、鋼板平均冷却速度が１２℃／秒以上が必要である。よって、冷却速度は鋼板平均冷却速度で１２℃／秒以上である。
ｅ．冷却方法；冷却中断時表面温度：（Ａｒ3 点−２００）℃以下、表面復熱温度：６５０℃以上、冷却停止温度：５００〜６５０℃
冷却方法であるが、表面の硬化を抑制しつつ高強度化効果を最大限に活用するために下記の方法である。
【００１７】
まず、冷却を一旦中断するまでの温度は、表面温度が（Ａｒ3 点−２００）℃以下とする必要がある。これは、冷却速度が１２℃／秒以上の場合、表面温度をこの温度に達するまで冷却しなければ、板厚全体に対する初期の冷却効果が不十分となり、冷却再開後にいかに高冷却速度で冷却を行っても、高強度化が達成されないからである。
【００１８】
次に、一旦冷却を中断する目的は、表面に生成したべイナイト相をテンパー効果により軟化させるためである。この場合復熱温度が６５０℃未満では、軟化が起こらない。
【００１９】
最後に、冷却停止温度であるが、冷却効果を発揮させるためには、６５０℃以下とする必要がある。一方、冷却停止温度が低くなると、強度確保は容易になるが、表面の硬度も上昇し、５００℃未満になると表面硬度が著しく上昇する。ここで、図１に示すように、この冷却最終停止温度に関しては、冷却を一旦中断することを前提としており、冷却を一旦中断しなかった場合には、冷却最終停止温度を強度確保できる範囲で高温化しても、表面を軟化させる効果は小さい。
よって、冷却方法は、鋼板表面温度が（Ａｒ3 点−２００）℃以下で一旦冷却を中断し、鋼板表面温度が６５０℃以上に復熱した後、再び冷却を開始し、鋼板平均温度が５００〜６５０℃まで冷却することである。
以下に本発明の実施例を挙げ、本発明の効果を立証する。
【００２０】
【実施例】
供試鋼の化学成分を表１に示す（Ａ，Ｂ，Ｅ：本発明鋼、Ｃ，Ｄ：参考鋼、Ｆ：比較鋼）。表１にはＣｅｑとＡｒ3 点温度も示している。比較鋼ＦはＣｅｑが本発明範囲外である。
製造条件（圧延、冷却条件）を表２に、その製造条件により得られた鋼板の特性（表面と板厚中心部のビッカース硬度差、引張試験及びシャルピー衝撃試験結果）を表３に示す（Ｎｏ．１〜７，１４：本発明例、Ｎｏ．８〜１３，２１〜２４：参考例、Ｎｏ．１５〜２０，２５〜２７：比較例）。
【００２１】
本発明例Ｎｏ．１〜７，１４は、いずれも表面と板厚中心部の硬度差が５〜２５Ｈｖ程度と小さく、かつ５００ＭＰａ級の強度（ＴＳ）を満足し、靭性（ｖＴｒｓ）も良好である。
一方、比較例Ｎｏ．１５と参考例２１は、冷却を中断しなかったため、表面と板厚中心部で著しい硬度差が生じている。また、比較例Ｎｏ．１９は最終冷却停止温度が低過ぎたため、参考例Ｎｏ．２３と比較例２５は、冷却中断後の表面復熱温度が低かったため、比較例Ｎｏ．２６と２７はＣｅｑが高い化学成分の比較鋼Ｆを用いているため、表面と板厚中心部で著しい硬度差が生じている。
【００２２】
比較例Ｎｏ．１６，１７，１８，２０と参考例２２，２４の表面と板厚中心部の硬度差は、本発明例と同程度に小さいが、比較例Ｎｏ．１６は、オーステナイト未再結晶温度域での圧下率が足りないため、強度と靭性が劣っている。比較例Ｎｏ．１７は、冷却中断前の冷却速度が低かったため、比較例Ｎｏ．１８は冷却中断後の冷却速度が低かったため、比較例Ｎｏ．２０は冷却開始温度が低すぎたため、参考例Ｎｏ．２４は最終冷却停止温度が高過ぎたため、強度不足が生じている。また、参考例Ｎｏ．２２は、冷却を中断するタイミングが早すぎて、冷却中断前の冷却が有効に作用しなかったため、強度不足が生じている。
【００２３】
【表１】
0003951428.tif 000002
【００２４】
【表２】
0003951428.tif 000003
【００２５】
【表３】
0003951428.tif 000004
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、溶接性、経済性を考慮した、Ｃｅｑが低く（０．３６％以下）、かつ合金の添加量が少ない鋼板においても、制御圧延と冷却方法を制御した高冷却速度の冷却を行うことにより、板厚方向材質差の小さい高張力鋼板の製造を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る、冷却一旦中断と最終冷却停止温度の、表面と板厚中心部の硬度差に及ぼす影響を示す図。
【図１】
0003951428.tif 000005