(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．２０％以下、
Ｓｉ：０．３５％以下、
Ｍｎ：１．７％以下、
Ａｌ：０．００５〜０．１０％
を含み、更に、
Ｃｒ、Ｍｏの１種または２種の合計で１．０％以下を含み、
更に、強度靭性の要求に応じて、
Ｃｕ：１．０％以下、
Ｎｉ：１．０％以下、
Ｖ：０．２％以下、
Ｎｂ：０．０５％以下、
Ｔｉ：０．０３％以下
を１種または２種以上を含み、残部Ｆｅおよび不純物からなり、同時に、
Ｃｅｑ（Ｚ）＝Ｃ＋Ｓｉ／３２＋Ｍｎ／４＋Ｃｕ／６＋Ｎｉ／１０＋Ｃｒ／３．５＋Ｍｏ／３．５＋Ｖ／２＋Ｎｂ／２≦０．５８
を満足する鋼材を、熱間圧延後、再加熱焼入処理を施すに際して、該再加熱による昇温後１２０分以内に加熱炉から出し、鋼板の表面と中心部との温度勾配を２℃／ｍｍ以下に維持し、９１０℃以上の焼入温度より焼入れ、焼入れままとする、あるいは、必要に応じて４５０〜６５０℃の温度範囲で焼戻し熱処理することを特徴とする、耐亜鉛めっきわれ特性に優れた７８０ＭＰａ級高張力鋼の製造方法。
【請求項２】
質量％で、
Ｃ：０．２０％以下、
Ｓｉ：０．３５％以下、
Ｍｎ：１．７％以下、
Ａｌ：０．００５〜０．１０％
を含み、更に、
Ｃｒ、Ｍｏの１種または２種の合計で１．０％以下を含み、
更に、強度靭性の要求に応じて、
Ｃｕ：１．０％以下、
Ｎｉ：１．０％以下、
Ｖ：０．２％以下、
Ｎｂ：０．０５％以下、
Ｔｉ：０．０３％以下
を１種または２種以上を含み、残部Ｆｅおよび不純物からなり、同時に、
Ｃｅｑ（Ｚ）＝Ｃ＋Ｓｉ／３２＋Ｍｎ／４＋Ｃｕ／６＋Ｎｉ／１０＋Ｃｒ／３．５＋Ｍｏ／３．５＋Ｖ／２＋Ｎｂ／２≦０．５８
を満足する鋼材を、９００℃以上で圧延した後、圧延後３分以内に、鋼板の表面と中心部との温度勾配を２℃／ｍｍ以下に維持し、７５０℃以上の温度領域から直接焼入れすることを特徴とする、耐亜鉛めっきわれ特性に優れた７８０ＭＰａ級高張力鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接後に溶融亜鉛めっきされる鋼構造物（鉄塔、橋梁、建築物等）に使用される鋼材の製造方法に関し、特に溶接部の耐溶融亜鉛めっきわれ特性に優れた７８０ＭＰａ級高張力鋼の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より鉄塔、橋梁、建築物等の鋼構造物は、耐食性の観点から溶融亜鉛めっきされることが多い。しかし、これらの構造物では、その部材を溶融亜鉛めっきする際に、主として溶接部にわれが発生する場合があり、構造物の安全上からその防止対策が求められている。
【０００３】
このわれは、液体金属脆化に基づく亜鉛めっきわれとして公知の現象であり、また、当該業界では鋼材の強度が高くなるほどわれが発生し易くなることも経験的に知られている。この亜鉛めっきわれを防止する対策として、これまでにいくつかの提案がなされている。
【０００４】
例えば、特開昭５９−５０１５７号公報では、鋼中のＳ量を０．０３０〜０．０６０％に規制することによる対策、特開昭６１−１３３３６３号公報、特開昭６１−２３１１４１号公報、特開昭６２−５０４４８号公報等では鋼材の合金元素量に特定の関係を満足させることによる対策が提案されている。
【０００５】
しかし、提案技術は鋼材強度としては、６０キロ級（５９０ＭＰａ級）高張力鋼までの鋼材を対象とするものであり、更に強度の高い鋼材に関しては、めっきわれを完全に防止する点で必ずしも充分でなく、特に８０キロ級（７８０ＭＰａ級）鋼においてはわれ防止技術は皆無に等しく、新たなる技術が求められている。
【０００６】
その後、特開平３−２２９８１７号公報では、圧延に際し圧延条件を狭い範囲に規制しその後直接焼入れすることで、８０キロ級（７８０ＭＰａ級）鋼を製造する方法が提案された。
【０００７】
しかし、この提案は限られた製造方法であると同時に圧延条件の範囲が狭く、板内、板厚方向の材質バラツキの大きい、非常に圧延効率の悪い製造方法であるという欠点を有する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記したとおり、溶接組立後に防錆を目的として、溶融亜鉛めっきされる鋼構造物においては、めっき時に溶接止端部に亜鉛脆化われが発生する場合があり、構造物の安全上からも防止対策の確立が望まれている。
【０００９】
この亜鉛脆化われは溶接止端部近傍の組織因子に基づく亜鉛脆化感受性の大小及び、当該部分に作用する溶接残留応力と、めっき時の熱応力に支配されるものと考えられている。
【００１０】
従来より、高強度鋼ほど合金元素含有量が高くなることは公知であり、これに伴う亜鉛脆化感受性の増大は必然である。また、われ支配要因である溶接残留応力は、溶接部を加熱することにより減少することがしられており、めっき工程においても同様の現象が起こることも確認されている。しかし、この溶接残留応力の大小は、母材の降伏強度に支配されるため、降伏強度の高い鋼ほど、めっき中に高い溶接残留応力が残存し、亜鉛脆化われは発生し易い。
【００１１】
以上述べた要因は、全てが８０キロ級（７８０ＭＰａ級）鋼については不利であり、８０キロ級（７８０ＭＰａ級）鋼の亜鉛脆化われを防止することは非常に困難であると考えられている。
【００１２】
本発明はこのような現状に鑑み、溶融亜鉛めっきわれを完全に防止し得る８０キロ級（７８０ＭＰａ級）鋼の圧延効率がよく、製造範囲の広い製造方法を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決すべくなされたもので、その要旨とするところは下記の通りである。
【００１４】
（１）質量％で、
Ｃ：０．２０％以下、
Ｓｉ：０．３５％以下、
Ｍｎ：１．７％以下、
Ａｌ：０．００５〜０．１０％
を含み、更に、
Ｃｒ、Ｍｏの１種または２種の合計で１．０％以下を含み、
更に、強度靭性の要求に応じて、
Ｃｕ：１．０％以下、
Ｎｉ：１．０％以下、
Ｖ：０．２％以下、
Ｎｂ：０．０５％以下、
Ｔｉ：０．０３％以下
を１種または２種以上を含み、残部Ｆｅおよび不純物からなり、同時に、
Ｃｅｑ（Ｚ）＝Ｃ＋Ｓｉ／３２＋Ｍｎ／４＋Ｃｕ／６＋Ｎｉ／１０＋Ｃｒ／３．５＋Ｍｏ／３．５＋Ｖ／２＋Ｎｂ／２≦０．５８
を満足する鋼材を、熱間圧延後、再加熱焼入処理を施すに際して、該再加熱による昇温後１２０分以内に加熱炉から出し、鋼板の表面と中心部との温度勾配を２℃／ｍｍ以下に維持し、９１０℃以上の焼入温度より焼入れ、焼入れままとする、あるいは、必要に応じて４５０〜６５０℃の温度範囲で焼戻し熱処理することを特徴とする、耐亜鉛めっきわれ特性に優れた７８０ＭＰａ級高張力鋼の製造方法。
【００１５】
（２）質量％で、
Ｃ：０．２０％以下、
Ｓｉ：０．３５％以下、
Ｍｎ：１．７％以下、
Ａｌ：０．００５〜０．１０％
を含み、更に、
Ｃｒ、Ｍｏの１種または２種の合計で１．０％以下を含み、
更に、強度靭性の要求に応じて、
Ｃｕ：１．０％以下、
Ｎｉ：１．０％以下、
Ｖ：０．２％以下、
Ｎｂ：０．０５％以下、
Ｔｉ：０．０３％以下
を１種または２種以上を含み、残部Ｆｅおよび不純物からなり、同時に、
Ｃｅｑ（Ｚ）＝Ｃ＋Ｓｉ／３２＋Ｍｎ／４＋Ｃｕ／６＋Ｎｉ／１０＋Ｃｒ／３．５＋Ｍｏ／３．５＋Ｖ／２＋Ｎｂ／２≦０．５８
を満足する鋼材を、９００℃以上で圧延した後、圧延後３分以内に、鋼板の表面と中心部との温度勾配を２℃／ｍｍ以下に維持し、７５０℃以上の温度領域から直接焼入れすることを特徴とする耐亜鉛めっきわれ特性に優れた７８０ＭＰａ級高張力鋼の製造方法。
【００１６】
本発明の限定要件は上記した通り、各種合金元素の個々の含有量と、これらの組み合わせによるＣｅｑ（Ｚ）％の制限、及び製造条件の限定にあり、本発明の効果はこれらの要件を全て満足して初めて発揮されるもので、いずれかの要件を満たさない時にはその効果は発揮されない。
【００１７】
まず、個々の合金元素含有量を前記範囲に限定した理由を述べる。
【００１８】
Ｃは、強度確保のために添加するが、０．２０％を超えると鋼材の靭性と溶接性を損なうばかりでなく、耐亜鉛めっきわれを著しく損なうので０．２０％を上限とした。
【００１９】
Ｓｉは、強度確保と脱酸のために添加するが、０．３５％を超えると靭性が劣化すると共に、めっき面の健全性を損なうので、これを上限とした。
【００２０】
Ｍｎは、強度確保のために添加するが、１．７％を超えて添加すると溶接性及び耐亜鉛めっきわれ性を著しく損なうので、これを上限とした。
【００２１】
Ｃｒ、Ｍｏは、微量の添加で焼入れ性を高め、強度確保のために極めて有効な元素である。しかし、１種または２種の合計で、１．０％を越えて添加すると、耐亜鉛めっきわわれ性を著しく損なうので、これを上限とした。
【００２２】
Ａｌは、通常脱酸元素として用いられている範囲である０．００５〜０．１００％に限定した。
【００２３】
Ｃｕ，Ｎｉ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔｉは、各々強度・靭性向上を目的として添加される元素であるが、上記限定範囲を越えて添加すると、溶接性及び耐亜鉛めっきわせ性が損なわれるのでこれを上限とした。
【００２４】
本発明では、上記したごとく、個々の元素添加量を制限すると共に、これらを組み合わせた総合的添加量が、特定の式を満足するときに初めてその効果を発揮するものであり、この点について以下に実験結果を持って説明する。
【００２５】
使用鋼材の化学組成を総合的添加量としてＣｅｑ（Ｚ）＝Ｃ＋Ｓｉ／３２＋Ｍｎ／４＋Ｃｕ／６＋Ｎｉ／１０＋Ｃｒ／３．５＋Ｍｏ／３．５＋Ｖ／２＋Ｎｂ／２≦０．５８からなる式で限定した理由であるが、該炭素当量式は、溶接熱影響部の亜鉛脆化に及ぼす各種合金元素の影響を定量化し成したもので、この値が低いほど前記した溶接始止端分近傍の組織要因に基づく亜鉛脆化が起こり難い。
【００２６】
従って、鋼材成分は母材強度を満足する範囲内で、Ｃｅｑ（Ｚ）値を低くすることが望ましい。
【００２７】
この新たなる知見を得た実験方法及び実験結果を図１、図２に示す。
【００２８】
図１において１は試験板、２は試験ビード、３は試験ビードに残留応力を付与するための拘束ビードである。
【００２９】
本実験は、拘束ビード３により、試験ビード２止端部に応力を付与した後、同試験片を亜鉛浴中に浸漬し、試験ビード止端部における亜鉛めっきわれ発生の有無により、鋼材の耐亜鉛めっきわれ性を評価するものである。
【００３０】
なお、亜鉛めっきわれは同一鋼材であれば付与する応力が高いほど発生しやすい。
【００３１】
本実験方法によれば、拘束ビード数５パスで試験ビード止端部近傍に、試験板の室温での降伏強度に相当する残留応力の付与が可能であるため、本実験での拘束ビード数はすべて５パスとした。
【００３２】
試験、拘束ビードの溶接条件は表１の通りである。
【００３３】
【表１】
0003793294.tif 000002
以上の条件下で、各種合金元素添加量の異なった鋼材により試験片を製作し、これを亜鉛浴中に浸漬した後、試験ビード止端部におけるわれ発生の有無を調査した。
【００３４】
実験結果をＣｅｑ（Ｚ）との関係で図２に示す。
【００３５】
図から明らかな通り、各種合金元素含有量が前記した限定成分範囲にあり、Ｃｅｑ（Ｚ）％が０．５８％以下であれば亜鉛めっきわれの発生を完全に防止できることが確認された。
【００３６】
次に、製造条件の限定理由について述べる。
【００３７】
以上述べた通り、亜鉛めっきわれ防止のためにはＣｅｑ（Ｚ）を０．５８％以下にすることが必要であるが、この条件を満たす鋼材は、従来の８０キロ級（７８０ＭＰａ級）鋼に比べ低成分鋼となるため、焼入れ処理による強度確保が必然となる。
【００３８】
本発明鋼では、通常の焼入れ、焼戻しだけでなく、焼戻し熱処理として、溶融亜鉛めっき時の加熱を利用した低温焼戻しにより、焼戻し熱処理が省略でき、より経済的な製造が可能となった。焼入れ温度は板内、板厚方向各部分が全てＡｒ３点以上となる９１０℃以上とし、また、加熱炉からは昇温後１２０分以内に取出し、さらに、焼入れ時の鋼材の表面と中心部との温度勾配を２℃／ｍｍ以内に維持することで、板内、板厚方向各部分の材質バラツキを小さく押さえることが可能となる。
【００３９】
次に、焼戻し温度としては、溶融亜鉛めっき時の加熱温度である４５０℃を下限とし、６５０℃超では強度が確保できないため、この温度を上限とする。
【００４０】
また、直接焼入れにより、再加熱の焼入れ熱処理が省略でき、より経済的であるが、直接焼入れ前の熱間圧延条件として、オーステナイト未再結晶域での圧下を行うと急激に圧延効率が低下するため、９００℃以上で圧延を終了する。また、圧延後３分以内に焼入れ、かつ、直接焼入れ時の鋼材の表面と中心部との温度勾配を２℃／ｍｍ以内に維持することで、板内、板厚方向各部分の材質バラツキを小さく押さえることが可能となる。さらに、焼入れ開始温度が７５０℃未満になると、強度を確保できないため、この値を下限とする。
【００４１】
本発明は主として、厚板、熱延鋼板についてであるが、山形鋼、Ｈ形鋼等の形鋼、線・棒鋼、鋼管等としても製造可能である。
【００４２】
【実施例】
以下実施例により本発明の効果を具体的に示す。
【００４３】
なお、耐亜鉛めっきわれ性は図１に示した試験方法によった。
【００４４】
表２に供試した鋼の組成、Ｃｅｑ（Ｚ）を，また、表３に製造条件、母材強度、靭性、及び耐亜鉛めっきわれ性評価試験結果をそれぞれ示す。
【００４５】
【表２】
0003793294.tif 000003
【００４６】
【表３】
0003793294.tif 000004
本発明鋼Ａ１〜Ａ４は、成分および圧延条件を全て満足しており、母材強度は８２２〜８５１ＭＰａ、靭性もｖＥ０で１７５Ｊ以上と良好であり、また、材質のバラツキも１０℃以下に抑えられ、さらに、全てＺｎめっきわれは発生しなかった（◎印）。
【００４７】
一方、比較例では、Ｂ１〜Ｂ５までは成分上は問題ないが、Ｂ１は直接焼入れが開始温度が低く、Ｂ２は圧延仕上げ〜焼入れ開始までの時間が３分を越えており、Ｂ３は温度勾配が２℃／ｍｍを越えている。また、Ｂ４は保持時間後１２０分を越え、Ｂ５は温度勾配が２℃／ｍｍを越え、Ｂ６はＣ％が多く、Ｂ７はＣｅｑ（Ｚ）が０．５８を越えている。この結果、Ｂ１は母材強度が６９３ＭＰａと低く、Ｂ２〜Ｂ５までは材質のバラツキが大きくなっており、Ｚｎめっきわれが発生する場合があった（○印）。Ｂ６とＢ７は靭性が低く、Ｚｎめっきわれが発生した。
【００４８】
本発明限定要件を満足する鋼は、構造用８０キロ級（７８０ＭＰａ級）鋼として充分な強度・靭性と優れた耐亜鉛めっきわれ性を有することが明らかである。
【００４９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、個々の合金元素添加量とこれらの総合的添加量を制限すると共に、製造条件を限定することにより、優れた耐亜鉛めっきわれ性を有する８０キロ級（７８０ＭＰａ級）高張力鋼の経済的な製造が可能である。
【００５０】
従って、本発明は産業上、大きな効果を有するものであるといえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  鋼材の亜鉛めっきわれ性評価の実験方法を示した図である。
【図２】  鋼材の亜鉛めっきわれ性評価の実験結果を示した図である。
【符号の説明】
１  試験板
２  試験ビード
３  拘束ビード
【図１】
0003793294.tif 000005
【図２】
0003793294.tif 000006