(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中間の厚さまで熱間圧延した、Ｃ含有量：０．０１質量％以上０．２質量％以下、Ｓｉ含有量：０．６質量％以下、Ｍｎ含有量：０．３質量％以上１．８質量％以下、Ａｌ含有量：０．００５質量％以上０．１質量％以下、残部Fe及び不可避的な不純物からなる鋼スラブを所定の厚さの鋼板に製造するに際して、下記工程からなることを特徴とする鋼板の製造方法。
（ａ）前記鋼スラブを、水量密度：１０００リットル／ｍ2・min以上で水冷し、かつ、前記鋼スラブ厚さ方向の平均温度がＡｅ３点＋３０℃以下７００℃以上の温度範囲で冷却を停止する温度調整工程と、（ｂ）前記冷却した鋼スラブを、前記温度調製工程を経た後直ちに開始する圧延であって、鋼板板厚方向の平均温度がＡｅ３点＋３０℃以下６８０℃以上で圧延を終了して鋼板とする仕上圧延工程と、（ｃ）前記仕上圧延後の鋼板を、水量密度：１０００リットル／ｍ2・min以上で冷却する制御冷却工程。
【請求項２】
前記（ａ）の工程を、粗圧延機と仕上圧延機との間において強制冷却により行うことを特徴とする請求項１に記載の鋼板の製造方法。
【請求項３】
前記（ｃ）の工程の制御冷却を、鋼板板厚方向の平均温度で６５０℃以下４００℃以上で停止することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の鋼板の製造方法。
【請求項４】
前記（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の工程を経た鋼板を、更に常温近傍まで空冷した後、７００℃以下の温度で焼戻すことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の鋼板の製造方法。
【請求項５】
前記（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の工程を経た鋼板を、更に直ちに７００℃以下の温度で焼戻すことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、板厚方向の硬度分布が均一な高強度の鋼板を、高い生産性で安定して製造する方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
鋼材の強度、靭性を向上させる方法として、熱間圧延工程における圧延温度をオーステナイトの未再結晶域の低温側に制御し、さらに、仕上圧延終了後、目的とする強度に応じて制御冷却を施すことは、制御圧延技術、制御冷却技術としてよく知られている。
【０００３】
通常の制御圧延（ＣＲ）においては、圧延温度及び仕上圧延温度を低温側にするために、粗圧延と仕上圧延との間に温度調整工程を設けるのが一般的である。この場合、温度調整は、空冷する方法、又は、その間で圧延中の鋼スラブを強制冷却して温度調整時間を短縮する方法が知られている。例えば、特開昭４９−１２０８５５号公報では、２台の圧延機を有した熱間圧延ラインにおいて、材料を第２圧延機で圧延を開始する際に、材料の温度を調整するため、仕上圧延前に被圧延材を強制冷却する方法が開示されている。
【０００４】
この発明においては、強制冷却の冷却条件自体に関しては記載がされていないものの、この工程における冷却能が大きすぎると、当該中間材の板厚中心部と鋼板表層部との間に大きな温度差が生じ、これに基づく組織の不均一が生ずるため、一般的にはシャワー冷却程度の緩冷却によって行われる。
【０００５】
従って、温度調整の際の冷却速度は、冷却を行う中間材の板厚にもよるが、通常２（℃／ｓ）以下であり、前記発明では、最大で４．２（℃／ｓ）であることが実施例に示されている。このため、温度調整を行う際の中間材の板厚にも依存するが、温度調整工程には通常２〜１０分程度の時間を要し、鋼板製造の生産能率を阻害する要因の一つとなっている。
【０００６】
一方、仕上圧延後に制御冷却を行うことにより、好ましい組織を得て鋼板の強度を上昇させることができる。この場合、制御冷却による高強度化は、その強度上昇分に見合ってＣ量や合金添加量を少なく抑えることができるため、溶接性向上の観点、さらには、省コスト、省エネルギーの観点から望ましい。しかしながら、この工程においても、冷却速度を高めるにつれて、板厚中心部に比べて鋼板表面部の冷却速度が極めて大きくなるため、鋼板表面近傍にマルテンサイト組織等の硬質組織を生じ、板厚方向に極めて大きな硬度分布を有した鋼板を回避し得ないという問題がある。
【０００７】
この、板厚方向の硬度分布を均一にする方法として、圧延仕上温度を低温にして鋼板表面近傍の組織を微細化するとともに、多くの変形帯を導入してフェライト核生成サイトを十分に確保して、表面近傍の相対的な焼入性を低下させ、制御冷却時に鋼板表面近傍に焼きが入るのを抑える方法が知られている（例えば、製鉄研究誌、第３０９号（１９８２）、１８〜３４頁）。しかしながら、鋼板表面近傍のオーステナイト粒径を微細にしても、鋼の成分や制御冷却の冷却速度によっては、なお、焼きが入り、表面近傍の硬化を回避できないのが実情である。
【０００８】
また、特許第１７６１５８４号公報においては、熱間圧延を終了した後の制御冷却の開始温度（鋼板表面温度）を変態温度以下として、鋼板表面近傍のみに一部オーステナイトからフエライトへの変態を生じさせ、鋼板表面に焼きが入るのを抑える方法が開示されている。
【０００９】
しかしながら、この発明では、仕上圧延終了後制御冷却開始前までに、フェライト変態を生じさせるための待機時間が必要となり、生産性を低下させるおそれがある。また、実操業においては、制御冷却開始温度が最終製品の組織形態に直接影響を及ぼすため、製品ロット毎に組織形態のバラツキが生じやすい。従って、鋼板の機械的性質等の力学特性のバラツキも拡大されることとなり、製造安定性の観点から必ずしも最良の方法とはいえない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明においては、これらの従来技術の課題の解決を図るため、第１に仕上圧延前の温度調整時間を大幅に短縮して鋼板の生産性を高めること、第２に板厚方向の硬度分布を均一とする高強度の鋼板の製造方法を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
すなわち、第１の発明は、中間の厚さまで熱間圧延した、Ｃ含有量：０．０１質量％以上０．２質量％以下、Ｓｉ含有量：０．６質量％以下、Ｍｎ含有量：０．３質量％以上１．８質量％以下、Ａｌ含有量：０．００５質量％以上０．１質量％以下、残部Fe及び不可避的な不純物からなる鋼スラブを所定の厚さの鋼板に製造するに際して、下記工程からなることを特徴とする鋼板の製造方法である。（ａ）前記鋼スラブを、水量密度：１０００リットル／ｍ2・min以上で水冷し、かつ、前記鋼スラブ厚さ方向の平均温度がＡｅ３点＋３０℃以下７００℃以上の温度範囲で冷却を停止する温度調整工程と、（ｂ）前記冷却した鋼スラブを、前記温度調製工程を経た後直ちに開始する圧延であって、鋼板板厚方向の平均温度がＡｅ３点＋３０℃以下６８０℃以上で圧延を終了して鋼板とする仕上圧延工程と、（ｃ）前記仕上圧延後の鋼板を、水量密度：１０００リットル／ｍ2・min以上で冷却する制御冷却工程。
【００１２】
この発明により、鋼板の高強度化と板厚方向の硬度分布の均一化を同時に達成することができるとともに、温度調整時間の短縮による生産性の向上、材質のバラツキの軽減による操業安定性、さらには、合金元素の含有量の少ない鋼の採用による溶接性の向上、低コスト化を図ることができる。
【００１３】
第２の発明は、前記（ａ）の温度調整工程を、粗圧延機と仕上圧延機との間に設置した強制冷却により行うことを特徴とする鋼板の製造方法である。
この発明により、鋼板の生産性をより向上することができる。
【００１４】
第３の発明は、前記（ｃ）の工程の制御冷却を、鋼板板厚方向の平均温度で６５０℃以下４００℃以上で停止することを特徴とする鋼板の製造方法である。本発明により、制御冷却した鋼板中の残存する歪み又は残留応力を軽減することができ、制御冷却した鋼板の形状性の向上に寄与する。
【００１５】
第４の発明は、前記（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の工程を経た鋼板を、更に常温近傍まで空冷した後、７００℃以下の温度で焼戻すことを特徴とする鋼板の製造方法である。
この発明により、鋼板の残留応力を更に軽減することができる。
【００１６】
第５の発明は、前記（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の工程を経た鋼板を、更に直ちに７００℃以下の温度で焼戻すことを特徴とする鋼板の製造方法である。
この発明により、鋼板の残留応力を更に軽減することができるとともに、鋼板の生産性の向上、熱処理に際してのエネルギコストの低減を図ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
制御圧延における温度調整工程は、上述したように、温度調整を行う際の中間の厚さまで圧延した鋼スラブの板厚にもよるが、通常２〜１０分程度の時間を要している。この温度調整工程を短縮するために、冷却能の高い装置を用いて強力な水冷、例えば水量密度：１０００リットル／ｍ2 ・ｍｉｎ以上の水冷を行うと、板厚方向の温度分布が拡大し、それに基づいて板厚方向の組織が不均一になりやすい。
【００１８】
また、仕上圧延後の制御冷却においても、上述したように、制御冷却開始前の組織が板厚方向に均一であっても、大きな高強度化を可能とする強力な水冷、例えば水量密度：１０００リットル／ｍ2 ・ｍｉｎ以上の冷却を行うと、鋼板表面近傍の冷却速度が極めて速くなる結果、表面近傍にマルテンサイト主体の組織が形成されやすくなる。一方、鋼板の板厚中心部では、フェライトを主体としたフェライト−パーライト組織又はフェライト−ベイナイト組織となるため、板厚方向の硬度分布が極めて大きい鋼板となる問題がある。
【００１９】
そこで本発明者らは、制御圧延法による鋼板製造プロセスについて、生産性の向上の観点から圧延中の温度調整に要する時間の短縮及び仕上圧延後の制御冷却による材質の作り分け技術について鋭意検討を行なった。その結果、板厚方向の硬度分布を小さく抑えたままで、生産性を向上させる方法の発明を完成するに至った。
【００２０】
すなわち本発明者らは、仕上圧延後の制御冷却開始前の鋼板の組織を、その後の制御冷却にともなう板厚方向の冷却速度差によって生ずる硬度差を打ち消すように、あらかじめ板厚方向に傾斜した組織分布を形成しておくことで、板厚方向に均一な硬度分布を有する鋼板を製造できることを見出した。
【００２１】
これには、中間の厚さまで圧延した鋼スラブの温度調整工程における冷却速度と冷却停止温度を制御することにより実現できる。従来は、強力な水冷を行うと板厚方向の組織の不均一性を助長していた温度調整工程を逆手に取り、あえて、中間の厚さまで圧延した鋼スラブに板厚方向に傾斜した組織分布を持たせ、仕上圧延後の制御冷却によって、板厚方向に均一な組織を得るとともに、最終的な板厚方向の硬度分布も均一にするものである。またこれにより、同時に、仕上圧延前の温度調整時間の短縮も可能となる。
【００２２】
すなわち、本発明を冶金的に説明すれば、次のようになる。
中間の厚さまで圧延した鋼スラブを高冷却速度で冷却すると、表層部近傍のみにベイナイト（マルテンサイト）主体の組織が形成され、その後の復熱でオーステナイト＋フェライトの２相領域に維持されるとこの部分は焼き戻された状態となる。
【００２３】
次の仕上圧延で加工を受けた後、再び高冷却速度で冷却されるが、表層近傍部分は焼戻しベイナイト（マルテンサイト）が維持されているため、組織変化は起こらない。一方、鋼板の内部は基本的にオーステナイトの状態で加工を受けその後冷却されるため、制御冷却による組織変化を享受して硬度が上昇する。こうして、板厚方向に均一な硬度分布を有する鋼板を得ることができる。
この方法により、同時に、仕上圧延前の温度調整時間の短縮も可能となる。
【００２４】
本発明における製造条件を以下に説明する。
まず、鋼スラブを加熱した後、温度調整を行う中間の厚さまで粗圧延を行う。粗圧延は、通常の制御圧延の場合と同様に行う。例えば、「制御圧延・制御冷却、圧延による材質創製の流れ」（小指軍夫著、（社）日本鉄鋼協会監修、地人書館（１９９７））、第２５頁にも記載されている例をとれば、９２０℃以上の温度域で、仕上圧延において必要な合計の累積圧下率が確保できるような所定の厚さまで行う。
【００２５】
ここで、仕上圧延において必要な合計の累積圧下率は次式で求められる。
合計の累積圧下率＝
（仕上圧延開始厚−仕上圧延終了厚）／（仕上圧延開始厚）ｘ１００（％）
従って例えば、鋼板の厚さ２０（ｍｍ）、必要な合計の累積圧下率を８０％とすると、仕上圧延開始厚は１００（ｍｍ）となる。
【００２６】
次の温度調整工程は、中間の厚さまで粗圧延を行った鋼スラブに対し、水量密度：１０００リットル／ｍ2 ・ｍｉｎ以上で冷却を行い、鋼スラブの平均温度でＡｅ３点＋３０℃以下７００℃以上で冷却を停止する。
【００２７】
水冷による冷却能は、一般には水量密度に依存し、それによって鋼板の厚さ方向の温度分布、さらには、組織も変化する。特に、水量密度が１０００リットル／ｍ2 ・ｍｉｎより小さい場合には、鋼板表面に蒸気膜が形成され、鋼板の冷却速度は鋼板中の熱伝導に律速されない。従って、水量密度の変動により冷却能が直接に変動し、綱板の組織、ひいては材質のバラツキの原因となる。
【００２８】
一方、水量密度が１０００リットル／ｍ2 ・ｍｉｎ以上の高水量密度の場合には、冷却は鋼板中の熱伝導に律速されるため、冷却能の水量密度依存性は小さくなる。このため、水量密度の変動にともなう組織の変化が抑えられる結果、得られる鋼板の機械的性質の安定性、冷却速度の制御性の容易等により操業安定性が著しく向上する。本発明においては、温度調整工程において、中間厚さの鋼スラブの冷却が熱伝導律速の冷却条件、即ち、１０００リットル／ｍ2 ・ｍｉｎ以上の水量密度での冷却を行う。
【００２９】
温度調整工程の冷却は、鋼スラブの平均温度でＡｅ３点＋３０℃以下７００℃以上で停止する必要がある。停止温度が７００℃を下回ると、次の工程である仕上圧延における圧延温度が低くなりすぎて、圧延負荷が過大となる。また、停止温度がＡｅ３点＋３０℃を超えると、その後の復熱により中間材の表面近傍における逆変態オーステナイト量が多くなる。
【００３０】
仕上圧延後の制御冷却においてその冷却速度が大きい場合に、鋼板表面近傍に焼きが入ったマルテンサイト組織が生じ、本発明が目的とする板厚方向の均一な硬度分布を得ることができなくなる。従って、温度調整工程における冷却停止温度は、中間材である鋼スラブの平均温度でＡｅ３点＋３０℃以下７００℃以上に規制する。
【００３１】
ここで、熱伝導律速の冷却条件における鋼スラブの平均温度Ｔ（℃）は次式で表せる。従って、実際の操業においては、この鋼スラブの平均温度がＡｅ３点＋３０℃以下７００℃以上となるような冷却時間：△ｔを選択する。
Ｔ＝ＴRS−（２ｑ／ρ・Ｃｐ・Ｈ）ｘ△ｔ
ＴRS：冷却の開始温度      （℃）
ｑ  ：熱流束              （Ｊ／ｍ2 ・ｓ）
ρ  ：鋼スラブの密度      （ｋｇ／ｍ3 ）
Ｃｐ：鋼スラブの比熱      （Ｊ／ｋｇ・℃）
Ｈ  ：鋼スラブの板厚      （ｍｍ）
△ｔ：冷却時間            （ｓ）
【００３２】
なお、Ａｅ３点とは、鋼の平衡状態におけるγ単相域とγ＋α二相域の境界温度をいう。基本的には鋼の成分によって定まるが、平衡状態のＡ３温度であり、例えば、Ｔｈｅｒｍｏｃａｌｃなどの計算熱力学ソフトウェアを用いて求めることができる。またここで、Ａｅ３点を制御因子としたのは、Ａｒ３点は鋼板が受けた加工量や冷却速度で変化するものであり、中間材の冷却のように板厚方向に連続して冷却速度が変化するような場合には制御因子としては適さないことによるからである。
【００３３】
また、この温度調整工程のために用いる冷却装置は、粗圧延機と仕上圧延機が別々に設置されている場合には、粗圧延機と仕上圧延機の中間に設置することによって、圧延する材料の流れが一方向となるため、物流の単純化及び生産能率の一層の向上を図ることができる。
【００３４】
次の工程である仕上圧延は、中間の厚さまで圧延した鋼スラブを、（イ）温度調整工程を経た後直ちに、（ロ）表面近傍が復熱する途中、（ハ）表面近傍が十分に復熱した後、のいずれにおいて開始しても基本的に差し支えない。仕上圧延は、前述した所定の累積圧下率、例えば、仕上圧延で合計６０〜８０％の累積圧下率を加え、所定の製品板厚に仕上げる。
【００３５】
また、仕上圧延は、鋼板の平均温度で、Ａｅ３点＋３０℃以下６８０℃以上で終了する必要がある。圧延温度が６８０℃を下回ると圧延負荷が過大となる好ましくなく、一方Ａｅ３点＋３０℃を超えると、鋼板表層近傍において逆変態オーステナイト量が多くなるため、その後の制御冷却工程で表層近傍に焼きが入り板厚方向の硬度の分布が大きくなる。
【００３６】
最後に、制御冷却を行う。制御冷却は、水量密度：１０００リットル／ｍ2 ・ｍｉｎ以上で連続的に、又は断続的に行う。制御冷却を水量密度：１０００リットル／ｍ2 ・ｍｉｎ以上とした理由は、温度調整工程における冷却と同様に、冷却が鋼板中の熱伝導律速となる水量密度範囲を採用することで、高強度化を達成しつつ冷却能の水量密度依存性を小さくして、組織の変動を抑え、操業の安定性を図ることを目的とするためである。
【００３７】
なお、制御冷却によって、鋼板内に冷却熱応力に起因した残留応力が発生する場合がある。これに対しては、制御冷却の停止温度を６５０℃以下４００℃以上とすることによって、冷却停止後の復熱による焼戻しの効果、いわゆるセルフテンパリング効果を制御冷却後の鋼板に与え、鋼板中の残存した残留歪み、又は残留応力を軽減させることができる。この場合、冷却停止温度が６５０℃を超えると、制御冷却による強度上昇効果が減少し、また、４００℃を下回ると、残留応力を軽減する効果が小さい。
【００３８】
また、制御冷却により鋼板内に発生した残留応力を更に軽減するためには、制御冷却した鋼板を７００℃以下の温度において焼き戻し処理を行うことも効果的である。焼戻し温度が７００℃を超える高温では、残留応力の改善の効果は大きいものの強度低下が大きく、本発明の高強度鋼板の製造には適さない。なお、この場合において、制御冷却を６５０℃以下４００℃以上の温度で停止した後、常温近傍まで空冷してから焼き戻し処理を行う方法、あるいは制御冷却を停止した鋼板を直ちに焼き戻し処理を行う方法（直接焼き戻し）のいずれも残留応力の軽減には効果が認められる。
【００３９】
本発明は、鋼の化学成分として一般的な低炭素低合金鋼の範囲の鋼であれば、問題なく適用できる。すなわち、鋼の合金元素含有量によって、変態点（Ａｅ３点、Ａｒ３点）が変化しても、本発明の効果が広く得られる。なお、ここでいう低炭素低合金鋼とは下記の成分範囲を有する鋼をいう（以下、％は重量百分率を表す。）。
【００４０】
Ｃ含有量は、０．０１％以上０．２％以下とする。Ｃは鋼板の強化に必要不可欠な元素であるため、０．０１％より少ないと十分な強化が得られない。また、本発明により製造した鋼板は、溶接構造物に使用されることが多いため、溶接性の点から、Ｃ量は０．２％以下が望ましい。
【００４１】
Ｓｉ含有量は、０．６％以下とする。Ｓｉは、本来、脱酸元素であるが、鋼板の強化元素としての作用も認められる。但し、０．６％を超えると延性が低下するばかりでなく、溶接性も低下する。
【００４２】
Ｍｎ含有量は、０．３％以上１．８％以下とする。Ｍｎは鋼板の強化元素であるが、一方多量に含有すると鋼板の溶接性を損なうため、この範囲が望ましい。
【００４３】
Ａｌ含有量は、０．００５％以上０．１％以下とする。Ａｌは脱酸元素であるとともに、鋼中のＮと結合してＡｌＮを形成し、圧延加熱時の結晶粒の調整等の効果がある。脱酸効果を得るためには０．００５％以上が必要であり、一方０．１％を超えると、鋼の清浄性を損ない、スラブ製造段階での疵の発生を助長する。
【００４４】
この他、強度、靭性あるいは高温強度向上の確保等を目的として、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｂ、Ｃａ、ＲＥＭ等の元素を含有することができる。
【００４５】
Ｐｃｍは０．３０％以下とする。本発明は引張強さで４００〜７８０ＭＰａ級の溶接構造用鋼板として適用されることを想定している。従って、強度水準に応じた溶接割れ感受性を備えている必要がある。Ｐｃｍが０．３％を超えると、溶接性が劣化し、溶接割れ防止予熱温度が実施工で採用できないような高温度となるため、その上限を０．３０％とする。
なお、Ｐｃｍは次式で表される。
Ｐｃｍ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０
＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５Ｂ
【００４６】
また、Ｐ、Ｓ、Ｎ、Ｏ等の不純物元素は、鋼中に不可避的に含有される範囲内の量であれば問題ない。
【００４７】
【実施例】
以下に、本発明の方法で製造した鋼板の実施例について述べる。供試鋼の化学成分を図３として示す表１に示す。なお、各鋼のＡｅ３点を熱力学計算により求めた結果を、表１の併せて示す。
（実施例１）
表１中の鋼Ｄの化学成分を有する厚さ２２０（ｍｍ）の連続鋳造スラブを用いて、以下に述べる、従来方法（Ａ）と本発明方法（Ｂ）により、板厚４０（ｍｍ）の鋼板を製造した。
【００４８】
従来方法（Ａ）
スラブ加熱温度：１１５０℃、
粗圧延条件    ：粗圧延終了温度１０５０℃で１００（ｍｍ）に圧延、
温度調整条件  ：シャワー冷却（水量密度：１００リットル／ｍ2 ・ｍｉｎ）                    により平均温度８００℃で冷却を停止、
仕上圧延条件  ：仕上圧延温度７５０℃で板厚４０（ｍｍ）に圧延、
制御冷却条件  ：水量密度：２０００リットル／ｍ2 ・ｍｉｎで５００℃にて                    冷却を停止しその後空冷。
【００４９】
本発明方法（Ｂ）
スラブ加熱温度：１１５０℃、
粗圧延条件    ：粗圧延終了温度１０５０℃で１００（ｍｍ）に圧延、
温度調整条件  ：スリットノズル方式（水量密度：２０００リットル／ｍ2 ・ｍｉｎにより平均温度８００℃で冷却を停止、
仕上圧延条件  ：仕上圧延温度７５０℃で板厚４０（ｍｍ）に圧延、
制御冷却条件  ：水量密度：２０００リットル／ｍ2 ・ｍｉｎで５００℃にて                    冷却を停止しその後空冷。
【００５０】
図１に、従来方法（Ａ）及び本発明方法（Ｂ）により製造した鋼板の、板厚方向の硬度分布を示す。ここで硬さの測定は、荷重９８Ｎの微小ビッカース硬度計を用いて行った。従来方法（Ａ）で製造した鋼板では、表面近傍に著しい硬化層が認められるのに対し、本発明方法（Ｂ）で製造した鋼板では、このような表面近傍の硬化した領域が認めらず、均一な硬度分布を示している。
【００５１】
なお、従来方法（Ａ）では、温度調整に６分弱の時間を要し、加熱炉から抽出後仕上圧延終了までに、合計１０分強の時間を要した。一方、本発明方法（Ｂ）では、温度調整に要した時間はわずか３０秒であり、温度調整開始後仕上圧延開始までの時間は２分弱、加熱炉抽出後から仕上圧延終了まで要した時間は６分弱であった。従って、本発明方法を用いた場合は、温度調整工程の時間短縮による圧延生産能率の向上、鋼板の高強度化及び板厚方向の硬度分布の均一化が達成された。
【００５２】
（実施例２）
表１中の鋼Ｄを用い、粗圧延機と仕上圧延機との中間に設置した強制冷却装置を用いた温度調整工程において、水量密度を５００、１２００、１８００、２４００リットル／ｍ2 ・ｍｉｎと変化させて冷却を行い、鋼スラブの平均温度で８００℃で冷却を停止した。他の条件については、（実施例１）に示した本発明方法（Ｂ）の条件と同一である。
【００５３】
図２に板厚方向の硬度分布の測定結果を示す。水量密度５００リットル／ｍ2 ・ｍｉｎで温度調整を行った鋼板は、鋼板表層部近傍に明瞭な硬化領域が認められるのに対し、本発明例である水量密度が１２００、１８００、２４００リットル／ｍ2 ・ｍｉｎで冷却を行った場合は、いずれも表面近傍の硬化領域の生成が抑えられている。従って、温度調整工程において、鋼スラブの冷却についての水量密度が１０００リットル／ｍ2 ・ｍｉｎ以上になると、硬化領域の発生を防止できることが判明した。
【００５４】
（実施例３）
表１中の鋼Ｄを用いて、鋼スラブを１１５０℃に加熱後、中間材の厚さ６２．５（ｍｍ）又は１００（ｍｍ）まで粗圧延した後、粗圧延機と仕上圧延機との中間に設置した、シャワー式の強制冷却装置、又はスリットノズル式の強制冷却装置を用いて温度調整を行い、その後各々板厚２５（ｍｍ）又は４０（ｍｍ）に圧延し、最終の制御冷却を実施した。
【００５５】
図４として示す表２に、中間材に対する温度調整条件、中間材からの仕上圧延条件及び圧延後の加速冷却条件を示す。併せて、これらの鋼板について、板厚中心部と鋼板表面近傍部（鋼板板厚方向の深さ１／２０の表層位置）のビッカース硬さも示す。なお、いくつかの鋼板については、表２中に示した条件で焼戻処理を行った。
【００５６】
本発明例である板番２５−１〜２５−８（板厚２５ｍｍ）の場合は、板厚中心部の硬さはおよそＨｖ１７０以上、かつ板厚中心部と鋼板表層近傍部の硬度差は、△Ｈｖ１５以内であり、高強度化と板厚方向の硬度分布の均一化の双方が達成されている。
【００５７】
一方、板番２５−９は、温度調整に際しての水量密度は適正であったものの温度調整停止温度がＡｒ３点を超えた例であり、また、板番２５−１０は、温度調整を従来のシャワー冷却で行い、仕上圧延後に２０００リットル／ｍ2 ・ｍｉｎの水量密度で制御冷却した例である。これらの鋼板は、いずれも、板厚中心部と鋼板表層近傍部で約６０以上の大きな硬度差が生じている。
【００５８】
また、板番２５−１１は、温度調整条件は適正であるが制御冷却の冷却停止温度が高い例、板番２５−１２は、温度調整を従来のシャワーで行い仕上圧延終了後空冷を行ったいわゆる通常の制御圧延材の例である。これらの鋼板は、板厚中心部と鋼板表層近傍部の硬度差は小さいものの、鋼板の硬さ自体が小さく、高強度化が図られていない。
【００５９】
同様に、本発明の範囲内における適正な条件にて製造した板番４０−１、４０−２（板厚４０ｍｍ）においても、板厚中心部の硬度は１６０以上、板厚中心部と鋼板表層近傍部の高度差は△Ｈｖ１５以下である。これに対し、温度調整停止温度が高温であった板番４０−３、温度調整に冷却能の小さいシャワー冷却を用いた板番４０−４は、板厚中心部の硬度は本発明材と同程度であるが、板厚中心部と鋼板表層近傍部の硬度差が△Ｈｖ約８０と極めて大きな硬度差を生じている。なお、仕上圧延後の制御冷却停止温度が高温であった板番４０−５は、板厚中心部と鋼板表層近傍部の硬度差は小さいものの、鋼板の硬度自体が小さく高強度化は図られていない。
【００６０】
（実施例４）
表１に示した鋼Ａ、Ｂ、Ｃの組成を有する２２０（ｍｍ）厚の鋼スラブを、１１５０℃に加熱後、１００（ｍｍ）まで粗圧延し、板厚４０（ｍｍ）の鋼板を製造した。図５として示す表３に示す条件で温度調整、仕上圧延を行い、仕上圧延終了後水量密度：２０００リットル／ｍ2 ・ｍｉｎで制御冷却を行った後、表３に示す温度で制御冷却を停止した。その後、いくつかの鋼板に対しては、表３に示した条件で焼き戻し処理を行った。実施例１〜３と同様に、板厚中心部と鋼板表面近傍部（鋼板板厚方向の深さ１／２０の表層位置）のビッカース硬さを測定した。
【００６１】
本発明の範囲内における適正な条件にて製造した板番Ａ−１〜Ａ−４、Ｂ−１〜Ｂ−３、Ｃ−１、Ｃ−２は、いずれも、板厚中心部と鋼板表層近傍部の硬度差は△Ｈｖ１５以内であり、板厚方向の硬度分布の小さい鋼板である。なお、板番Ａ−４、Ｂ−１は、５００℃および５５０℃において制御冷却を終了した後、直ちに６００℃にて焼戻しを行った例（表３で示す焼戻し条件２）であるが、焼戻しをしなかった発明例であるＡ−１と比較して、十分な硬度と均一な硬度分布を有している。
【００６２】
なお、制御冷却終了後鋼板を常温付近まで空冷した後、再加熱して焼戻しを行う焼戻し条件１の場合（板番Ａ−２、Ａ−３）と比較すると、制御冷却終了後直ちに焼戻しを行う焼戻し条件２（板番Ａ−４）の例では、鋼板表層部の硬度は同程度であるが、生産に要する時間は大幅に短縮される。
【００６３】
本発明の効果は、Ｃ、Ｍｎ含有量の少ない鋼Ｃにおいても十分に認められる。適正な温度調整条件、制御冷却条件で製造した場合には（板番Ｃ−１、Ｃ−２）、Ｃ、Ｍｎ含有量の高い鋼Ｂを用いて本発明の範囲外の条件で製造した板番Ｂ−６よりも、高強度かつ均一な硬度分布が得られる、すなわち、本発明によれば、合金元素含有量が少なくても、板厚方向の硬度分布を均一に維持したままで、高強度を達成することができ、溶接性の向上はもとより、省合金化、低コスト化を図ることができる。
【００６４】
一方、温度調整を従来のシャワー冷却で行い冷却速度が小さい板番Ａ−６、Ｂ−５、Ｃ−４や、温度調整時の水量密度は十分であるが温度調整停止温度がＡｅ３点＋３０℃を上回る板番Ａ−５、Ｂ−４、Ｃ−３では、板厚中心部と鋼板表層近傍部で△Ｈｖ５０以上の大きな硬度差が生じている。また、制御冷却停止温度が高く、冷却速度が十分でない板番Ａ−７、Ｂ−６は、板厚方向の硬度差は小さいものの、硬度の絶対値が低く、高強度化が達成されていない。
【００６５】
【発明の効果】
本発明は、仕上圧延終了後制御冷却を行った場合に、高強度化を達成するような強力な水冷によって制御冷却を行うと、板厚方向の冷却速度の差によって生じていた鋼板表層部近傍の硬化部分を解消するものである。このため、この表層部近傍の硬化を抑えるべく、圧延の中間の段階であらかじめ板厚方向に傾斜のある組織分布を形成しておくものである。かかる組織分布は、基本的には、仕上圧延前の中間材における温度調整段階において、水量密度の高い強力な水冷により図られる。
【００６６】
この方法により、鋼板の高強度化と板厚方向の硬度分布の均一化を同時に達成できるとともに、温度調整時間の大幅な短縮による生産性の向上、材質のバラツキの軽減による安定した操業性、さらには、合金元素の含有量の少ない鋼の採用による溶接性の向上、低コスト化を達成したものである。また、本発明では、主として厚板圧延を前提としたが、本発明の考え方は、形鋼圧延、ホットストリップ圧延においても実施できるものであり、その工業的価値は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】鋼Ｄにおいて、従来方法（Ａ）及び本発明方法（Ｂ）により製造した鋼板の、板厚方向の硬度分布を示す示す図である。
【図２】鋼Ｄの温度調整工程において、中間材の冷却における水量密度と板厚方向の硬度分布を示す図である。
【図３】実施例に示した供試鋼の化学成分を表１として示す図である。
【図４】実施例３に示す供試鋼の製造条件（中間材に対する温度調整条件、中間材からの仕上圧延条件及び圧延後の加速冷却条件）及び供試鋼板の板厚中心部と鋼板表面近傍（鋼板板厚方向の深さ１／２０の表層位置）のビッカース硬さを表２として示す図である。
【図５】実施例４に示す供試鋼の製造条件（中間材に対する温度調整条件、中間材からの仕上圧延条件及び圧延後の加速冷却条件）及び供試鋼板の板厚中心部と鋼板表面近傍（鋼板板厚方向の深さ１／２０の表層位置）のビッカース硬さを表３として示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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