(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ ：０．０３〜０．２％（質量％の意味。以下、同じ。），
Ｓｉ：０．５％以下 （０％を含まない），
Ｍｎ：１．８％以下 （０％を含まない），
Ａｌ：０．０１〜０．１％，
Ｎ ：０．０１％以下（０％を含まない），
Ｔｉ：０．０２％以下 （０％を含まない）を含有し、
残部：Ｆｅ及び不可避不純物である鋼板であって、
ミクロ組織がフェライト組織及びパーライト組織より構成され、
板の両表面部、中心部及び該両者間の中間部の五層に分けたとき、
両表面部は板厚の各５％以上に亘って、円平均粒径：５μｍ以下、アスペクト比：２〜４のフェライト粒を有するフェライト組織を５０％以上有する層で構成され、
中間部は板厚の各２０％以上に亘って、円相当平均粒径：６．５μｍ以下、アスペクト比：２以下のフェライト粒を有する層で構成されているものであることを特徴とするアレスト特性および脆性亀裂発生特性に優れた鋼板。
【請求項２】
更に、Ｎｂ：０．０３％以下 （０％を含まない），及びＶ ：０．０５％以下 （０％を含まない）よりなる群から選択される少なくとも一種を含有する請求項１に記載の鋼板。
【請求項３】
更に、Ｂ ：０．００２％以下（０％を含まない）を含有する請求項１または２に記載の鋼板。
【請求項４】
更に、Ｃｕ：０．５％以下（０％を含まない），及びＮｉ：０．５％以下（０％を含まない）よりなる群から選択される少なくとも一種を含有する請求項１〜３のいずれかに記載の鋼板。
【請求項５】
更に、Ｃｒ：０．１％以下（０％を含まない），及びＭｏ：０．１％以下（０％を含まない）よりなる群から選択される少なくとも一種を含有する請求項１〜４のいずれかに記載の鋼板。
【請求項６】
更に、Ｃａ：０．０１％以下（０％を含まない），及びＺｒ：０．０１％以下（０％を含まない）よりなる群から選択される少なくとも一種を含有する請求項１〜５のいずれか
に記載の鋼板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アレスト特性（脆性亀裂伝播停止特性）および脆性亀裂発生特性に優れた鋼板に関する。本発明によれば、構造物の安全性を確保するために重要な性能の一つであるアレスト特性に優れており、しかも鋼板自体の脆性破壊亀裂発生特性にも優れた鋼板を、Ｎｉ等の高価な元素を多量に添加することなく安価に提供することができるので極めて有用である。
【０００２】
【従来の技術】
鋼板のアレスト特性を高めるには、フェライト結晶粒の微細化が有効であることは良く知られている。
【０００３】
例えば▲１▼特開昭６１−２３５５３４号公報には、鋼板両表面より板厚中心方向に板厚の１／８以上の距離にわたって平均粒径５μｍ以下の結晶粒径を有するフェライト結晶粒が面積率にして５０％以上存在するアレスト特性に優れた厚鋼板が開示されている。上記公報によれば、「結晶粒の微細化はアレスト特性の向上に極めて有効である。しかし、通常の厚鋼板の製造法ではその微細化に限界があり、特殊な方法で板厚方向全厚にわたって微細化を図ることは工業的には可能であるが、エネルギー面からみて極めて不利である。」という事情に鑑み、更に鋭意検討した結果、「実際にアレスト特性の向上に大きな効果を示すのは、板厚中心部の結晶粒の微細化よりもむしろ板厚表層部の結晶粒の微細化である」という知見に基づき、上記要件を特定したものと思料される。
【０００４】
ところが、上記公報に記載の如く鋼板表層部の微細フェライト組織を制御することによってアレスト特性の改善効果は見られるものの、板厚中心部の組織がばらつくことによって鋼板自体の脆性亀裂発生特性に関しては鋼板間でバラツキが大きく、構造部材として使用するには不具合である。
【０００５】
尚、上記公報では、微細フェライト組織の粒組織まで特に特定している訳ではないが、「加工されたフェライトがそのまま最終組織まで残留すると靭性が劣化する」旨記載されていることから、当該公報では、特に表層部の等軸フェライトの微細化を図っているものと考えられる。ここで、等軸フェライトとは、アスペクト比（長径／短径の比）≒１のフェライト粒、即ち、圧延によって圧延方向に伸展していないフェライト粒を意味する。
【０００６】
その他の公知の結晶粒微細化技術として、例えば▲２▼特開平２−３０１５４０号公報には、平均結晶粒径が５μｍ以下の等方的フェライト粒を主体とした組織からなる微細粒フェライト鋼材が、また、▲３▼特開平８−２９５９８２号公報には、鋼板の全厚にわたって平均フェライト粒径が３μｍ以下である鋼板が夫々開示されている。
【０００７】
ところが、その後の検討結果により、等軸フェライト粒組織からなる微細フェライト組織主体の鋼板は、脆性亀裂発生特性に対しては優れた特性を示すものの、アスペクト比の大きな加工フェライト粒組織からなる微細フェライト組織主体の鋼板に比べ、アレスト特性の点で劣ることが分かった。
【０００８】
そこで、かかる知見に基づき、▲４▼特開平６−２０７２４１号公報には、平均フェライト粒径3μｍ以下の組織が７０％以上存在し、隣接する結晶粒同士で結晶方位の等しい粒から構成されるコロニーのアスペクト比が４以上である表層組織が板厚の５％以上存在し、且つ（１００）面のＸ線強度比が１．５以上を有する組織から構成される複層組織よりなる鋼板が開示されている。これは、鋼板内部の集合組織により脆性亀裂を母材側に誘導し、母材部に反れた亀裂を表裏層部の改質組織により脆性破壊を伝播停止させようというものであり、アレスト特性を向上し得る結晶粒径と集合組織について検討した結果、「フェライトを超細粒化すると共に、フェライトへ与えた加工により発達させた集合組織をそのまま残留させる」ことが有効であるという知見に基づき、完成されたものである。
【０００９】
しかしながら、上記公報では、アスペクト比の大きなフェライト組織を利用しているため、アレスト特性の向上には有効であるものの、板厚中心部の組織がばらつくことによって、鋼板自体の脆性亀裂発生特性に関しては鋼板間でバラツキが大きく、構造部材として使用するには不具合である。
【００１０】
この様に、微細フェライト結晶粒からなる集合組織コロニーを利用して鋼板のアレスト特性を向上させる技術はこれまで種々提案されているものの、いずれもアレスト特性の向上を図ることのみに終始しており、アレスト特性の向上に加え、鋼板自体の脆性亀裂発生特性を更に向上させることまでは全く考慮されていなかった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事情に着目してなされたものであり、その目的は、アレスト特性に加え、鋼板自体の脆性亀裂発生特性に優れた鋼板を提供するとにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し得た本発明に係るアレスト特性及び脆性亀裂発生特性に優れた鋼板とは、ミクロ組織が実質的にフェライト組織及びパーライト組織より構成されている鋼板であって、板の両表面部、中心部及び該両者間の中間部の五層に分けたとき、
（１）両表面部は板厚の各５％以上に亘って、円相当粒径：５μｍ以下、アスペクト比：２〜４のフェライト粒を有するフェライト組織を５０％以上有する層で構成され、
（２）中間部は板厚の各２０％以上に亘って、円相当平均粒径：６．５μｍ以下、アスペクト比：２以下のフェライト粒を有する層で構成されているものであるところに要旨を有するものである。
【００１３】
本発明において、鋼中の化学成分は、質量％で（以下、同じ）
Ｃ  ：０．０３〜０．２％，
Ｓｉ：０．５％以下  （０％を含まない），
Ｍｎ：１．８％以下  （０％を含まない），
Ａｌ：０．０１〜０．１％，
Ｎ  ：０．０１％以下（０％を含まない）
残部：Ｆｅ及び不可避不純物であることが推奨される。更に、
(i)Ｔｉ：０．０２％以下  （０％を含まない），
Ｎｂ：０．０３％以下  （０％を含まない），
Ｖ  ：０．０５％以下  （０％を含まない），
Ｂ  ：０．００２％以下（０％を含まない），及び
よりなる群から選択される少なくとも一種を含有したり、
(ii)Ｃｕ：０．５％以下（０％を含まない），及び
Ｎｉ：０．５％以下（０％を含まない）
よりなる群から選択される少なくとも一種を含有したり、
(iii)Ｃｒ：０．１％以下（０％を含まない），及び
Ｍｏ：０．１％以下（０％を含まない）
よりなる群から選択される少なくとも一種したり、
(iv)Ｃａ：０．０１％以下（０％を含まない），及び
Ｚｒ：０．０１％以下（０％を含まない）
よりなる群から選択される少なくとも一種を含有するものは本発明の好ましい態様である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、「鋼板のアレスト特性を高めるべく提案されているこれまでの鋼板は、アレスト特性の向上には有効であるものの、脆性亀裂発生特性の向上についてはあまり考慮されていなかった」という現状に基づき、アレスト特性及び脆性亀裂発生特性の双方に優れた鋼板を提供すべく検討した。その際、本発明者らは特に、「鋼板のフェライト組織を制御すること」によって上記課題を解決させるべく鋭意研究を重ねた結果、鋼板表層部の組織を制御することによってアレスト特性の改善を図ると共に、鋼板内部の組織を微細に制御すれば、低温条件下での脆性亀裂発生を抑制することが可能となり、万一、脆性破壊亀裂が発生したとしてもその伝播を抑制し得ることを突止め、本発明を完成したのである。
【００１５】
以下、本発明を構成する各要件について詳述する。
【００１６】
上述した通り、本発明に係るアレスト特性および脆性亀裂発生特性に優れた鋼板は、ミクロ組織が実質的にフェライト組織及びパーライト組織より構成されている鋼板であって、板表面から板厚方向に向けて、板の両表面部には夫々、アスペクト比の大きな加工フェライト粒を積極的に形成させることによりアレスト特性を高めると共に、中間部には、均一な微細フェライト粒組織を形成させることにより脆性亀裂発生特性を向上させるものであり、この様に鋼板の両表面部、及び中間部を制御することにより、「脆性亀裂発生特性」と「アレスト特性（脆性亀裂伝播停止特性）」の両方を満足することに成功したのである。そして、本発明の要件を特定することにより、低温条件下での脆性破壊の起点となる脆性亀裂発生を抑制し、万一脆性亀裂が発生した場合においても該亀裂伝播を有効に停止させるのに優れた性能を発揮し得る鋼板を提供できたのである。この様に当該組織がアレスト特性及び脆性亀裂発生特性に及ぼす影響について調べ、両者に対して優れた性能を発揮し得る組織を特定したものは従来知られておらず、本発明者らによって始めて見出された知見であり、この点に本発明の技術的意義が存在する。
【００１７】
以下、本発明鋼板を詳細に説明する。
【００１８】
まず、本発明鋼板は、ミクロ組織が実質的にフェライト組織及びパーライト組織より構成されている鋼板であって、板の両表面部、中心部及びその中間部の五層に分けたとき、（１）両表面部は板厚の各５％以上に亘って、円相当粒径：５μｍ以下、アスペクト比：２〜４のフェライト粒を有するフェライト組織を５０％以上有する層で構成されていることが必要である。
【００１９】
この様に本発明では、実現が困難な微細等軸フェライトに代わって、一般に加工フェライトと呼ばれる圧延方向に伸展した組織を鋼板表層部に積極的に形成させており、これにより、鋼板のアレスト特性のみならず、脆性亀裂発生特性との両立を図ったものである。尚、本発明における加工フェライトは、円相当粒径：５μｍ以下の面積、アスペクト比：２〜４のフェライト粒を有するフェライト組織を５０％以上有する層が、板厚方向に少なくとも５％以上存在することが必要である。ここで、「円相当粒径」とは該当する組織における個々のフェライト粒に着目し、その面積が等しくなるように想定したときの円の直径を求めたものであり、これを平均したものが「円相当平均粒径」である。尚、以下の記載では、上記「円相当平均粒径」を単に平均粒径と略記する場合がある。
【００２０】
前述した通り、鋼板のアレスト特性を高めるためには、鋼板表層部に微細な加工フェライト粒からなる集合組織コロニーが有効であることは従来より知られている。ところが、従来の鋼板はいずれも集合組織コロニーを特定したものであり、本発明の如く個々のフェライト粒について特定したものではなく；また、従来例はいずれもアレスト特性の向上を図ることのみに終始しており、本発明の如く、アレスト特性の向上に加え、更に脆性亀裂発生特性も高めることまで意図したものではなかった点で両者は明らかに相違する。そして本発明では、「アレスト特性」と「脆性亀裂発生特性」という特性を両方満足させるために、加工フェライト粒に関する上記要件を特定したのであり、特に、「アレスト特性向上の観点からすればアスペクト比は大きい程好ましいが、脆性亀裂発生特性との両立を考慮すれば、その上限を特定する必要がある」という知見に基づき、その上限を４以下に制限した次第である。好ましくは、円相当平均粒径：４μｍ以下の面積、アスペクト比：２．５以上、３．５以下のフェライト粒を有するフェライト組織を７０％以上有する層が、板厚方向に１０％以上、１５％以下存在することが推奨される。
【００２１】
更に本発明鋼板では、鋼板の表裏表層部に、上記の加工フェライト粒を有するフェライト組織が形成されていると共に、（２）表裏表層部に引続く中間部は板厚の各２０％以上に亘って、円相当平均粒径：６．５μｍ以下、アスペクト比：２以下のフェライト粒を有する層が存在することが必要であり、これにより、脆性亀裂発生特性を高めたところに最重要ポイントが存在する。即ち、本発明ではアレスト特性の向上に加え、脆性亀裂発生特性を高めることも主目的として掲げており、これらの両目的を達成すべく、鋼板の表層部のみならず鋼板中間部のミクロ組織をも制御したところに最大の特徴を有する。これに対し、従来技術に掲げた前記▲１▼〜▲４▼の鋼板は、いずれもアレスト特性の向上を主目的とするものであり、脆性亀裂発生特性の向上には留意していないため、鋼板の組織制御にしても、鋼板表層部のフェライト組織を制御することのみにとどまり、板厚中間部のミクロ組織については脆性亀裂発生特性との関係では全く留意していなかった。その結果、従来の鋼板では板厚中間部の組織が鋼板毎に異なるため、ＣＯＤ試験を行った際に得られる脆性亀裂発生特性値のバラツキが大きく、構造部材として使用するには不適切であるという問題を抱えていた。本発明は、かかる不具合を克服すべく、鋼板の表層部のみならず板厚中間部のミクロ組織も適切に制御することにより、従来では達成が困難であった「−８０℃でのアレスト特性：６００ｋｇ／ｍｍ2/3以上」という極めて優れたアレスト特性を発揮すると共に、脆性亀裂発生特性も優れた鋼板を提供することができたのであり、これにより、低温条件下での脆性破壊の起点となる脆性亀裂発生を抑制し、万一脆性亀裂が発生した場合においても該亀裂伝播を有効に停止させるのに優れた性能を発揮し得る鋼板を提供できた点に技術的意義を有するものである。
【００２２】
本発明鋼板の板厚中間部のミクロ組織には、鋼板の表層部に存在するアスペクト比の大きな（アスペクト比２〜４）加工フェライト粒とは異なり、アスペクト比の小さな（アスペクト比２以下）フェライト粒が存在している。しかも、その円相当平均粒径は６．５μｍと、鋼板の表層部に存在する加工フェライト粒の平均粒径（５μｍ以下）と若干大きいものであり、この様な特定のミクロ組織とすることによって始めて所望の脆性亀裂発生特性を発揮し得たのである。脆性亀裂発生特性を高めるためにはアスペクト比は小さい方が良く、かかる観点からアスペクト比の上限を２以下に制御した。一方、その円相当平均粒径が６．５μｍを超えると、脆性破壊発生特性は結晶粒径の微細化と共に向上することが知られており、その結晶粒径が５μｍ以下になると著しく向上する。換言すれば、結晶粒径が大きくなるに従い、脆性亀裂発生特性は低下することから、その上限を６．５μｍに特定した。好ましくは５μｍ以下である。
【００２３】
尚、本発明における上記要件の特定理由を一層明らかにするため、図１〜図５に、これらの各要件が、二重引張試験によるアレスト特性（−８０℃でのアレスト特性）または脆性亀裂発生特性に及ぼす影響について調べた結果をグラフ化して示す。これらのデータは、後記する実施例より抽出したものであり、いずれも表１（後記する）の鋼種Ａ、試験板厚５０ｍｍを用いて調べた例である。また、これらの実施では、脆性亀裂発生特性の指標としてＣＯＤ試験（Crack Opening Displacement：亀裂塑性開口変位試験）を実施し、−８０℃での脆性破壊発生限界値（ｍｍ）を算出した。
【００２４】
まず、図１は、鋼板表層部の加工フェライト層厚がアレスト特性に及ぼす影響を示すグラフである。図１より、アスペクト比：２．０以上および円相当平均粒径：５．０μｍ以下の面積を有する加工フェライト粒（図中、○及び△）を有する組織が鋼板の５％以上存在するときには、−８０℃でのアレスト特性が目標値の６００ｋｇｆ／ｍｍ3/2を超えており、アレスト特性に極めて優れていることが分かる。尚、アスペクト比が４．１〜４．７と本発明の要件を超える加工フェライト粒（図中、■）であっても、当該組織が鋼板の５％以上（この場合は１．５ｍｍ以上）存在するときには、−８０℃でのアレスト特性が目標値を超えているが、もう一方の要求特性である脆性亀裂発生特性が低下する（後記する実施例を参照）ため、本発明では、かかる場合を排除している。
【００２５】
次に、図２は、鋼板表層部の平均フェライト粒径がアレスト特性に及ぼす影響を示すグラフである（表層の加工フェライト層厚３．０〜３．５ｍｍ，加工フェライト粒のアスペクト比２．２〜２．７）。図２より、鋼板表層部の平均フェライト粒径が５．０μｍ以下の場合、いずれもアレスト特性が目標値を超えていることが分かる。
【００２６】
図３は、鋼板表層部のフェライト層（３．０〜３．５ｍｍ）に占める加工フェライト粒の割合がアレスト特性に及ぼす影響について示すグラフである。図３より、所定の加工フェライト粒（アスペクト比２．０〜４．０，円相当平均粒径５．０μｍ以下）を有するフェライト組織が５０％以上存在する場合には、いずれも優れたアレスト特性を有することが分かる。
【００２７】
また、図４は、鋼板中間部のフェライト層におけるフェライト粒径及びアスペクト比が脆性亀裂発生特性に及ぼす影響を示すグラフである。図４より、鋼板中間部のアスペクト比が１．０〜２．０で、且つ平均粒径が６．５μｍの場合は、いずれも優れた脆性亀裂発生特性を発揮することが分かる。
【００２８】
更に図５は、板厚中間部のフェライト層厚さの割合が脆性亀裂発生特性に及ぼす影響について示すグラフである。尚、当該鋼板中間部のフェライト組織は平均粒径５．５〜６．５μｍの細粒フェライト粒で構成されている。図５より、板厚の２０％以上にわたって上記細粒フェライト層が存在する場合は、脆性亀裂発生特性に優れていることが分かる。
【００２９】
尚、本発明鋼板は鋼板表層部および中間部が夫々、上記層で構成されているところに最重要ポイントがあり、板厚中央部の組織については、実質的にフェライト組織およびパーライト組織で構成されていること以外は特に限定されないが、一層優れた特性を発揮させるには、平均フェライト粒径１０μｍ以下且つアスペクト比２以下の組織に制御することが推奨される。
【００３０】
次に、本発明鋼板の鋼中化学成分について説明する。上述した通り、本発明の鋼板は、板の両表面部及び中間部の五層に分けたとき、アスペクト比の異なるフェライト粒からなる所定フェライト組織を有する層が存在するところに最重要ポイントが存在するものであって、鋼中の化学成分については特に限定されず、本発明の作用を損なわない範囲で適宜設定されるが、好ましい化学成分は以下の通りである。
【００３１】
Ｃ：０．０３〜０．２％
Ｃは、必要強度を確保するためには０．０３％以上添加することが好ましい。より好ましくは０．０５％以上である。但し、過度の添加は溶接性および母材靭性を劣化させることから、その上限を０．２％にすることが好ましい。より好ましくは０．１７％以下である。
【００３２】
Ｓｉ：０．５％以下（０％を含まない）
Ｓｉは、母材の強度上昇および溶鋼の脱酸材として有用な元素であり、その為には０．０５％以上添加することが好ましい。但し、過度の添加は溶接性および母材靭性を劣化させるので、その上限を０．５％とすることが好ましい。より好ましくは０．４５％以下である。
【００３３】
Ｍｎ：１．８％以下（０％を含まない）
Ｍｎは、母材の強度上昇元素として有用であり、その為には０．５％以上添加することが好ましい。より好ましくは０．７％以上である。但し、過度の添加は溶接性および母材靭性を劣化させるので、その上限を１．８％以下にすることが好ましい。より好ましくは１．６％以下である。
【００３４】
Ａｌ：０．０１〜０．１％
Ａｌは、脱酸剤として有用であるのみならず、窒化物を形成して母材組織の細粒化作用を有するが、０．０１％未満ではこの様な作用を有効に発揮することができない。より好ましくは０．０１５％以上である。但し、０．１％を超えて添加すると母材靭性が劣化するため、その上限を０．１％とすることが好ましい。より好ましくは０．０５％以下である。
【００３５】
Ｎ：０．０１％以下（０％を含まない）
Ｎは、上記Ａｌ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｖなどの添加元素と窒化物を形成し、母材組織の細粒化作用を有する。この様な作用を有効に発揮させるには０．００１％以上添加することが好ましい。但し、０．０１％を超えて過剰に添加すると固溶Ｎの増大を招き、特に溶接部の靭性が劣化するのでその上限を０．０１％とすることが好ましい。
【００３６】
本発明鋼板では、上記元素を必須成分として含有し、残部：Ｆｅ及び不可避不純物であることが好ましいが、更に種々の特性付与を目指して、下記元素を積極的に添加することが推奨される。
【００３７】
Ｔｉ：０．０２％以下，Ｎｂ：０．０３％以下，Ｖ：０．０５％以下，及びＢ：０．００２％以下よりなる群から選択される少なくとも一種（いずれの元素も０％を含まない）
これらの元素は、鋼片加熱時のオーステナイト粒粗大化抑制作用、圧延終了後のフェライト変態核生成促進作用、またはオーステナイト粒再結晶抑制効果を通じてフェライト結晶粒の微細化効果を有する元素である。具体的には、Ｔｉは窒化物の形成によって上記作用が得られるが、この様な作用を有効に発揮させるためには０．００４％以上添加することが好ましい。但し、０．０２％を超えて過剰に添加しても母材靭性を劣化させるため、その上限を０．０２％以下にすることが好ましい。
【００３８】
また、Ｎｂは炭窒化物の形成により、圧延中のオーステナイト粒粗大化作用および再結晶抑制作用を発揮し、圧延終了後のフェライト粒微細化に有効な元素であるが、この様な作用を有効に発揮させるためには、０．００２％以上添加することが好ましい。但し、０．０３％を超えて過剰に添加すると溶接性が劣化するため、その上限を０．０３％にすることが好ましい。
【００３９】
Ｖは、Ｎｂと同様、炭窒化物の形成により、圧延中のオーステナイト粒粗大化および再結晶抑制作用を発揮し、圧延終了後のフェライト粒微細化に有効な元素である。この様な作用を有効に発揮させるには０．００２％以上添加することが好ましい。但し、０．０５％を超えて過剰に添加すると溶接性が劣化するため、その上限を０．０３％とすることが好ましい。
【００４０】
Ｂは、溶接熱影響部（ＨＡＺ）の靭性を向上させるのに有効な元素であり、この様な作用を有効に発揮させるためには０．０００２％以上の添加が好ましい。但し、０．００２％を超えて添加すると、焼入れ性が増加し、母材の低温靭性劣化を招くことから、その上限を０．００２％とすることが好ましい。
【００４１】
Ｃｕ：０．５％以下及びＮｉ：０．５％以下よりなる群から選択される少なくとも一種（いずれの元素も０％を含まない）
これらの元素は、いずれもオーステナイト結晶粒の微細化および低温靭性の向上に寄与する元素である。
【００４２】
具体的には、Ｃｕは、結晶粒の微細化に有効な元素であり、この様な作用を有効に発揮させるためには、０．２％以上添加することが好ましい。但し、多量に添加すると母材の溶接性を劣化させるので、その上限を０．５％とすることが好ましい。
【００４３】
Ｎｉは、低温靭性の向上に有効な元素であるが、高価なため、その上限を０．５％とすることが好ましい。
【００４４】
これらの元素は単独で使用しても良いし、或いは併用しても構わないが、Ｃｕを単独添加すると熱間割れが発生する可能性があることから、Ｎｉも同時に添加し、熱間割れを防止することが好ましい。
【００４５】
Ｃｒ：０．１％以下及びＭｏ：０．１％以下よりなる群から選択される少なくとも一種（いずれの元素も０％を含まない）
Ｃｒ及びＭｏは、いずれも炭窒化物を析出させ、強度上昇に寄与する元素であり、この様な作用を有効に発揮させるためには、いずれの元素も０．０３％以上添加することが好ましい。但し、過度の添加は溶接性および母材靭性を劣化させるため、その上限を０．１％とすることが好ましい。
【００４６】
Ｃａ：０．０１％以下及びＺｒ：０．０１％以下よりなる群から選択される少なくとも一種（いずれの元素も０％を含まない）
これらの元素は鋼中の介在物形態を球状化させることによって母材の靭性を高める作用を有する。
【００４７】
このうちＣａは、鋼中介在物の形態を球状化させることにより、母材の靭性を改善する効果を有する。この様な作用を有効に発揮させるためには０．０００５％以上添加することが好ましい。但し、過剰の添加は逆に母材の靭性を劣化させるため、その上限を０．０１％とすることが好ましい。
【００４８】
Ｚｒは、Ｃａと同様、鋼中介在物の形態を球状化させることによって母材の靭性を改善する作用を有する。この様な作用を有効に発揮させるためには、０．００３％以上添加することが好ましい。但し、過剰の添加は逆に母材の靭性を劣化させるため、その上限を０．０１％とすることが好ましい。
【００４９】
次に、本発明の鋼板を製造する方法について説明する。上述した通り、本発明鋼板は、ミクロ組織が実質的にフェライト組織及びパーライト組織よりなる鋼板であって、板の両表面部及、両中間部及び中央部の五層に分けたとき、アスペクト比の異なるフェライト粒からなるフェライト組織を有する層が存在するものである。かかる五層構造を形成させるためには、基本的に、細粒化温度域（Ａｒ3変態点〜Ａｒ3変態点＋６０℃）での圧延工程と、設定した温度域での圧延工程という、二段階の圧延工程を施すことが推奨される。まず、第一段階の圧延では、鋼板表層部から板厚の５％以上の範囲が細粒フェライト組織となる様に細粒化温度域において圧延を施し、次いで、第二段階の圧延では、表層部から板厚５％以上の位置をＡｒ3変態点以下且つそれに引続く板厚中心方向に板厚の２０％以上の範囲の温度が細粒化温度域となる様に温度制御することにより、表層部に加工フェライト、それに引続く中間部に細粒フェライトを形成させることができる。好ましくは、第一段階の圧延工程において、鋼板表層部から板厚方向５％以上の厚みに相当する領域を、Ａｒ3変態点〜Ａｒ3＋６０℃の温度範囲で累積圧下率３５％以上の圧延を施した後、強制冷却または自然放冷により鋼板表層部からの板厚方向５％以上の厚みに相当する部分をＡｒ3変態点以下に、そしてそれに引続く板厚の２０％以上の部分をＡｒ3変態点〜Ａｒ3＋６０℃の温度範囲に制御した後、第二段階の圧延工程において、累積圧下率４４％以上の圧延を施す方法である。
【００５０】
以下実施例に基づいて本発明を詳述する。ただし、下記実施例は本発明を制限するものではなく、前・後記の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施することは全て本発明の技術範囲に包含される。
【００５１】
【実施例】
表１に記載の鋼種Ａ〜Ｉを用い、表２及び表４に示す条件で加熱し、二段階に分けて圧延した後、冷却することにより、表３及び表５に記載の組織を有する鋼板を製造した。尚、表２及び表４に記載の「圧延パターン１」とは、板厚表層部から板厚５％までの厚みに相当する部分を細粒化温度域（Ａｒ3〜Ａｒ3＋６０℃）の温度範囲に制御して第一段階の圧延を行った後、強制冷却によって板厚表層部から板厚５％までの厚みに相当する部分をＡｒ3点以下且つそれに引続く板厚の２０％以上の厚みに相当する部分を細粒化温度域に温度制御した後、第二段階の圧延を行ったものである。また、「圧延パターン２」は、上記圧延パターン１において、第一段階の圧延後、自然放冷したこと以外は圧延パターン１と同じ圧延を行ったものである。これらの圧延パターンを夫々図６に示す。
これらの圧延パターンを夫々図６に示す。
【００５２】
この様にして得られた種々の鋼板につき、脆性亀裂発生特性の指標としてＣＯＤ試験を実施し、−８０℃での脆性破壊発生限界値（ｍｍ）を算出すると共に、−８０℃におけるアレスト特性（脆性亀裂伝播停止特性）を、ＷＥＳに規定される温度勾配型二重引張試験により測定した。
【００５３】
これらの結果を表３及び５に併記する。
【００５４】
【表１】
0004173601.tif 000002
【００５５】
【表２】
0004173601.tif 000003
【００５６】
【表３】
0004173601.tif 000004
【００５７】
【表４】
0004173601.tif 000005
【００５８】
【表５】
0004173601.tif 000006
【００５９】
表３のＮｏ．１〜２５は、いずれも本発明の要件を満足する本発明例であり、−８０℃におけるアレスト特性が目標値の６００ｋｇ／ｍｍ2/3を超えると共に、脆性亀裂発生特性も目標値の０．２ｍｍを超えており、両特性に優れていることが分かる。
【００６０】
これに対し、本発明の要件のいずれかを満足しない表５のＮｏ．２６〜４６は、−８０℃におけるアレスト特性または脆性亀裂発生特性のいずれか一方若しくは双方が目標レベルに達しておらず、両特性を満足することができないことが分かる。
【００６１】
【発明の効果】
本発明は以上の様に構成されており、実現が困難な微細等軸フェライト粒ではなく、容易に実現可能な加工フェライト粒を鋼板の表層部に存在させると共に、鋼板の中間組織を均一且つ微細なフェライト組織に制御することにより、アレスト特性に優れると共に、低温での脆性亀裂発生特性の確保が困難な板厚５０ｍｍを超える厚鋼板においても鋼板自体の脆性亀裂発生特性を低減することができた。本発明鋼板によれば、脆性破壊の起点となる脆性亀裂発生を抑制し、万一脆性亀裂が発生した場合においても、その亀裂伝播を停止させることが可能な鋼板を、高価な合金元素を添加することなく提供することができた点で極めて意義深い。本発明では、−８０℃におけるアレスト特性は６００ｋｇ／ｍｍ2/3を超え、且つ脆性亀裂発生特性の指標であるＣＯＤ特性も０．２ｍｍを超えており、アレスト特性および脆性亀裂発生特性の双方に極めて優れた鋼板が得られるため、構造物の安全性向上が図れるなど、産業上利用可能性は極めて高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、鋼板表層部の加工フェライト層厚とアレスト特性との関係を示すグラフである。
【図２】図２は、鋼板表層部の平均フェライト粒径とアレスト特性の関係を示すグラフである。
【図３】図３は、鋼板表層部における加工フェライト粒の割合とアレスト特性との関係を示すグラフである。
【図４】図４は、鋼板中間部の細粒フェライト層におけるフェライト平均粒径と脆性亀裂発生特性との関係を示すグラフである。
【図５】図５は、鋼板中間部の細粒フェライト層が板厚に占める割合と脆性亀裂発生特性との関係を示すグラフである。
【図６】図６は、実施例に用いた圧延パターンの概略を示すグラフである。
【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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【図６】
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