JP3940301B2 - 耐曲げ性に優れるブラスト用耐候性高強度鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、強度、ブラスト後の加工性、耐候性が要求される鉄道用車両や陸上輸送、海上輸送用のコンテナ用鋼素材およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、コンテナには軽量・長寿命・耐候性を具備した材料が求められており、アルミを用いた素材が主流であった。しかし、価格が高い、強度が低いことから高強度且つ耐候性を有する鋼材が要望されている。これまでの耐候性鋼材は、ＪＩＳ Ｇ３１２５に示される引張強さ５０ｋｇｆ／ｍｍ2（４９０ＭＰａ）級である高耐候性圧延鋼材がある。これよりも高強度の鋼材として、特開平３−２３２１号公報において引張強さ６０ｋｇｆ／ｍｍ2以上で冷間加工性の良い耐候性熱延鋼板の製造方法が開示されている。
【０００３】
また、海上コンテナの使用実績増に伴い、使用環境が一層過酷になっており塗装コンテナでも局部腐食が進み長期間の使用に耐えない状況が増えている。これに対し、特開昭６３−７２８５３号公報において、高Ｐ鋼にＮｂ，Ｔｉ，Ｖ．Ｂを添加することで長寿命化が得られることが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、近年では、高強度且つ軽量化コンテナの要望は更に高まっており、降伏強度で７００ＭＰａ以上、かつ曲げ加工性が良好な超高強度耐候性鋼材が求められている。しかも、曲げ加工は、塗装時の塗料乗りや疲労特性・表面硬化性を狙い、ブラスト処理後に行われるため、鋼材に要求される強度・加工性共に非常に厳しい。要求強度が引張強度ではなく降伏強度であるのは、超高強度で軽量化を狙うため、板厚が薄くなっても剛性を保つ保証が必要となるためである。従って、特開平３−２３２１号公報で開示された成分や製造方法では仕様を満足できない。
【０００５】
また、高寿命を狙った特開昭６３−７２８５３号公報で提示された成分系では、耐候性寿命は確保できても、コンテナ製造に至るブラスト−曲げ加工で割れが発生するため、これも仕様を満足できなかった。
本発明は、これらの課題を解決して、降伏強度で７００ＭＰａ以上の超高強度を確保するとともに、ブラスト後の曲げ加工に耐え、且つ、耐候性を具備する鋼材およびその製造方法を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するための本発明の手段は、質量％としてＮｉ：０．２〜２．０％、Ｃｕ：０．２〜０．５％、Ｃｒ：０．２〜１．０％、Ｃ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｔｉ：０．０５２〜０．２％を含有し、かつ、Ｎｂ：０．０１〜０．０７％、Ｖ：０．０１〜０．０７％、Ｂ：０．０００５〜０．００５０％の１種又は２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする耐曲げ性に優れるブラスト用耐候性高強度鋼板である。
【０００７】
また、その製造方法は、質量％として、Ｎｉ：０．２〜２．０％、Ｃｕ：０．２〜０．５％、Ｃｒ：０．２〜１．０％、Ｃ：０．０５〜０．１％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｔｉ：０．０５２〜０．２％を含有し、かつ、Ｎｂ：０．０１〜０．０７％、Ｖ：０．０１〜０．０７％、Ｂ：０．０００５〜０．００５０％の１種又は２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼材を１２００℃以上で加熱した後、８５０℃〜９５０℃の温度範囲で圧延を終了させ、５００℃〜６５０℃で捲き取ることを特徴とする耐曲げ性に優れるブラスト用耐候性高強度鋼板の製造方法である。
以下に、本発明の鋼板および製造方法の限定理由について詳細に述べる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、上記課題の解決のために、多鋼種の鋼板製造方法について検討調査を行って、本発明に至ることができた。以下に、本発明について詳細に説明する。
一般に、耐候性鋼材は、大気中にさらされた初期の期間は普通鋼と変わらず同様の錆が発生する。しかし、その後耐候性鋼材の錆一部は緻密で母材に密着した錆となり、この錆が保護膜となって、環境による錆の進行を阻止するとされている。このような錆を作るにはＣｕ−Ｃｒ−Ｐを含ませることが有効であるとされている。
【０００９】
従来のように、引張強度が５０〜６０ｋｇｆ／ｍｍ２（４９０ＭＰａ〜５９０ＭＰａ）を対象とした材料である場合、この成分系によりコンテナ用の耐候性鋼材の適用が可能であった。
近年は、地球環境問題と相まって、燃費向上を目的とした自動車の軽量化が叫ばれており、陸上輸送・海上輸送に用いられるコンテナについても軽量化への要望は強い。従来以上の軽量化目的のために、鋼材の板厚狙い値は薄くなり、剛性確保のために降伏強度で７００ＭＰａ以上が要求されるようになってきた。
また、コンテナの製造はデスケ・塗装乗りを良くするために、鋼板上にショット球、サンド、グリッドなどを投射する、ブラストにより鋼材表面に凹凸を付ける。この工程により表面が硬くなるため、その後の曲げ成型で曲げ割れが起こりやすくなる。とくに、降伏強度７００ＭＰａを越える材料では割れ感受性が顕著であり、添加元素の選定の影響が大きくなる。
【００１０】
以上のように降伏強度が７００ＭＰａを越えるような鋼材において、ブラスト材での曲げ加工に耐えられる耐候性鋼材を製造するには、
▲１▼鋼材強度の向上
▲２▼曲げ加工特性の確保
▲３▼耐候性の確保
を同時に満足させる必要がある。
このような耐候性を有する高強度鋼材の製造にＰを多用すると様々な問題が発生する。
まず製造工程で２００ｍｍから３００ｍｍのスラブを鋳造する際に、Ｐは中心偏析を起こしやすく、凝固最終部分となる板厚中心部分に濃化する。Ｐが濃化した部分は脆化割れを起こしやすい。さらに高強度鋼材自体、割れ感受性が高いために、Ｐ添加耐候性高強度鋼板は、スラブ割れが多発するものとなり、歩留まりは非常に低くなる。
【００１１】
また、鋼板ができてもＰ添加により材質特性は脆いため、加工性は悪い。一般的に、高強度鋼材になるほど伸びは低くなるため、Ｐ添加材の加工性は更に低く、しかも今回の対象はショットブラスト後に曲げ加工を行うため、曲げ割れを起こしやすい。
さらに、コンテナを溶接により組み立てる場合も溶接割れを起こしやすい。
従来鋼で耐候性元素として活用されていたＣｕ−Ｃｒ−Ｐの特性を詳細に調査した結果、高強度鋼材においてＰは前記▲２▼への悪影響が強く活用できないことが判明した。本発明者らは、図２に示す９０゜プレス曲げ試験で、ポンチ先端のＲを変化させて、Ｐ量と曲げ割れ発生条件を調査した。同時にＰ添加と腐食減量の関係を調査して、図３に示した。Ｐが増加するにつれて腐食減量が減少して耐候性が向上するものの、Ｐの増加によって曲げ割れ限界となる曲げＲが大きくなり、鋼板の曲げ加工性が厳しくなることが明らかである。
従って、曲げ加工性を確保するためには、Ｐを使わずに耐候性を確保する方法を検討する必要がある。Ｃｕ、Ｃｒについては曲げ加工性への悪影響は小さいが、これらの量だけを増やしても、耐候性の確保は難しい。また、ブラスト後の曲げ加工にも耐えることはできない。
【００１２】
そこで、様々な実験を繰り返した結果、
Ｐに替わる耐候性の確保は、Ｎｉの活用で可能であること、曲げ加工特性の確保は、低Ｃ化により加工性の向上を図ると共に、Ｐの添加を極力減らし、かつ曲げ特性に悪影響を及ぼすＭｎＳの生成を減らすために、Ｓを極力減少させること、強度調整はＴｉ，Ｎｂ，Ｖ，Ｂの１種又は２種以上の組み合わせによる析出効果の活用で補うことにより、目的を達成できることを見出した。
図１には、腐食減量に及ぼすＮｉの効果をＰ量の効果と比較して示す。Ｎｉの増加と共に腐食減量は減少し、Ｐ添加の場合と同様な効果が得られることを見出した。
【００１３】
また、ＮｉはＰと異なり、スラブ鋳造時に偏析する事はなくスラブ割れの心配はなく歩留まりも良好である。また、加工性、溶接性においての問題も生じないため、ショットブラスト後の曲げ加工や、溶接割れの心配もなく、耐曲げ性に優れるブラスト用耐候性鋼材高強度鋼板の製造には非常に適した元素である。耐候性に関しては、Ｃｕ，Ｃｒとの併用によって効果を発揮する。
本発明者らは、これらの条件を基準にして実験の繰り返しを重ね、本発明に至った。
本発明の添加元素の限定理由について、以下に詳細に記す。
【００１４】
Ｃ：
Ｃは強度を高める元素として、活用される。固溶強化としての活用の他、ＴｉやＮｂと炭化物を作り、析出強化としても活用できる。しかし、多用すると加工性を低下させる。鋼材強度が高くなる程、加工性が低下するため、Ｃ量は低い方がよい。下限を０．０５％としたのは、これより低いと降伏強度７００ＭＰａ以上の確保が難しくなるためである。また、０．１５％以下にしたのは、曲げ加工による割れを防止するためである。
Ｓｉ：
Ｓｉは鋼板表面でファイアライト（２ＦｅＯ・ＳｉＯ2）となり最表面に微細なＦｅ2Ｏ3を残存させ赤スケールを発生させやすい元素である。赤スケールが鋼板表面にできると、まだら模様となり、ユーザーから敬遠される。これを防止するために、Ｓｉ含有量は、０．５％を上限とした。
【００１５】
Ｍｎ：
Ｍｎは、鋼材の強度上昇に必要な元素である。０．５％より少ないと、高強度鋼材の製造が難しい。また、２．０％を越えて添加すると加工性を保つことが難しくなるため、０．５〜２．０％の範囲とした。
Ｐ：
Ｐは、強度上昇に有効且つ耐候性向上に有益な元素であり、従来から耐候性鋼材に活用されてきた。しかし、降伏強度が７００ＭＰａを越えるような超高強度鋼材の製造においては、鋼材製造時にスラブ脆化の起因となり、溶接性も劣化する。また、曲げ加工性も悪くなるため、極力添加しない方が良く、上限を０．０２％とした。
【００１６】
Ｓ：
Ｓは、Ｍｎと硫化物ＭｎＳを形成する。この硫化物は変形しやすく、圧延によって伸張し鋼材中に存在する。ＭｎＳは鋼材の曲げ性、加工性を劣化させる。とくに高強度鋼材では、割れ感受性を高めるため、できるだけ減らした方がよく、商業的に達成可能な限界として上限を０．００５％とした。
Ｎｉ：
Ｎｉは、強度を高めると共に耐候性を高め、脆化防止にも有効な元素である。とくに塩分の作用が大きい環境下における耐候性に有効である。上述のように高強度鋼材では、耐候性に有効なＰが加工性に顕著な悪影響を示すため、活用できない。Ｎｉはその代替元素として活用可能であり、Ｐのようにスラブ割れや鋼材の加工性を劣化させる事がない。耐候性の特徴を有効に活用するためには、０．２％以上の添加が必要である。反面、Ｎｉは高価な金属であり、２．０％を越えても効果は変わらなくなるため、上限を２．０％とした。
コンテナは、海送・陸送共に使用され、海では海水の塩分、陸では寒冷地でまかれる溶雪塩による塩分の影響を受けるため、Ｎｉは耐候性に重要な元素である。
塩以外の環境下においては、下記Ｃｕ，Ｃｒ元素が効果を発揮するため、耐候性には併用の添加が有効である。
【００１７】
Ｃｕ：
Ｃｕは耐候性向上に重要で安定錆の形成に有効な元素である。腐食環境への効果として０．２％以上は必要であるが、０．５％を越えると表面疵を起こしやすくなるため、０．２〜０．５％とした。
Ｃｒ：
Ｃｒも耐候性向上に重要で安定錆の形成に有効な元素である。腐食環境への効果として０．２％以上が必要である。しかし、１．０％を越えても効果は変わらなくなるため、０．２〜１．０％とした。
降伏強度が７００ＭＰａを越える鋼材を製造するためには、析出強度の活用が有効である。以下の析出効果を活用可能な４元素については、強度不足分を補うものであり、１種又は２種以上の利用で目的を達することができる。
【００１８】
Ｔｉ：
Ｔｉは、Ｃ、Ｎと炭化物、窒化物を形成し、鋼材の強度を向上させる。０．０３％以上の添加で効果が発現し、０．２％以上添加しても効果は変わらなくなる。
Ｎｂ：
ＮｂもＣ、Ｎと炭化物、窒化物を形成し、鋼材の強度を向上させる。０．０１％以上の添加で効果が発現し、０．０７％以上添加しても効果は変わらなくなる。
【００１９】
Ｖ：
ＶもＣ、Ｎと炭化物、窒化物を形成し、鋼材の強度を向上させる。０．０１％以上の添加で効果が発現し、０．０７％以上添加しても効果は変わらなくなる。
Ｂ：
Ｂは、炭化物、窒化物を形成するとともに、焼き入れ性の向上にも有効で強度向上に有効な元素である。０．０００５以上の添加で効果が発現し、０．００５０％以上添加しても効果は変わらない。
【００２０】
次に、製造条件の限定理由について述べる。
加熱温度を１２００℃以上にしたのは、Ｔｉ，Ｎｂ，Ｖ，Ｂの析出効果を活用するため、スラブ段階で炭化物・窒化物を固溶させることにより、鋼板製造時に微細な析出物を生成させて析出効果を充分活用できるようにするためである。
圧延仕上げ温度は、析出物を微細にするためには、８５０℃以上が必要であるが、９５０℃を越えると、結晶粒の粗大化・スケール疵が発生しやすくなるなどの問題があり、温度範囲を８５０℃〜９５０℃とした。
【００２１】
捲き取り温度は、析出物のサイズに影響を及ぼし、析出効果の度合いが異なってくる。高温で捲き取ると、析出物が成長し、大きくなりすぎて強度効果が小さくなる。また、低すぎると析出物生成が不十分になって強度上昇が望めない。このため、強度上昇が望める適度な温度規制範囲を、５００℃〜６５０℃とした。
製造においては、高圧デスケやバーヒーターの活用、粗圧延後のバー接合材を圧延する熱延連続化の活用も何ら問題はなく、これらの設備を用いることで、温度工程能力を向上させつつ、スケール疵発生防止や歩留まり向上を図ることができる。
【００２２】
【実施例】
表１に示す様々な成分の鋼番１〜１２を出鋼した後、表２に示す圧延条件で鋼材を製造し、サンプルを採取し、表面にショットブラスト処理を行った後、特性を評価した。
評価は引張試験により、降伏強度、引張強度、全伸びを測定した。
また、曲げ角度９０゜、先端のＲが３ｍｍであるポンチを用いて、曲げ加工を行い、曲げ部の割れの有り無しを調べた。
【００２３】
溶接性は、アーク溶接後の溶接部割れの有り無しで判断した。
耐候性は、塩水噴霧処理を行った後に、湿潤−乾燥を繰り返す腐食促進試験を行い、試験前のサンプル重量と試験後に錆を取り除いた後のサンプル重量を測定し、腐食減量を求めた。比較として市販の４９０ＭＰａ級コルテンのデータを基準として、腐食減量がこれより多い場合を×、同等以下の場合を○として評価した。
【００２４】
また、表面状況は、圧延後の鋼材の表面を観察して評価した。
試験番号１〜１２番の圧延条件はいずれも本発明条件内で実施した。試験番号７は、Ｎｉ量が少なく、耐候性が悪かった。８番は、耐候性は良好であるが、Ｐが多量であるため、溶接性、曲げ加工で割れが生じた。９番は、Ｓｉが多いため、１０番はＣｕが多すぎたため、表面にヘゲや模様が生じ、表面状態が悪かった。１１番は、Ｃ，Ｍｎが高すぎたため、曲げ加工・溶接性が悪かった。１２番は、Ｓ量が高いため、曲げ試験で割れが生じた。
【００２５】
試験番号１３〜１７は、本発明範囲である鋼番２を用いて圧延条件を変えた。１３番は、加熱温度が低すぎたため、析出強化を利用できず、目標とする降伏強度７００ＭＰａを越えることが出来なかった。１４番は、圧延温度が高いため、表面状態が悪かった。また、１５番は、圧延温度が低いために析出物の微細化による強化が起こらず、目的の強度が得られなかった。１６番は、捲き取り温度が高いため鋼材の軟質化が起こり、やはり目的の強度を得られなかった。１７番は、捲き取り温度が低すぎたため、強度は上昇したが、硬化層が増加して、曲げ加工後に割れが発生した。
【００２６】
本発明である成分範囲、圧延条件を満足した１番から６番は、いずれの特性も満足し、良好な評価結果となった。
さらに、本発明１８番から２０番は、熱間圧延に際して粗圧延後に粗バーを高圧デスケによる表面スケールのデスケーリング、さらにバーヒーターによる粗バー加熱、粗バーの接合を行う熱延連続化を活用した例である。いずれも、本発明による材料特性値を満足しており、さらに各工程活用による効果を有している。１８番は、バーヒーターを活用したが、仕上げ圧延前の粗バーの温度が高温・均一になるため析出制御が均一に起こり、材料内の材質バラツキが減少し、このクラスでは通常６％程度ある伸びのバラツキが３．８％に減少した。また１９番は、高圧デスケおよび熱延連続化を活用した例である。高圧デスケにより、鋼材表面状況は格段に向上した。また、熱延連続化によりコイル端部の形状が良好となり、通常では９５％程度である材料歩留まりが、９７％まで向上した。さらに、２０番は、バーヒーターおよび熱延連続化を活用した例である。伸びバラツキは３．２％に低下し、かつ材料歩留まりも９８％まで向上した。
【表１】
【表２】
【００２７】
【発明の効果】
本発明による鋼材は、高強度でありながら曲げ加工性および耐候性を同時に具備している。この鋼材を用いることにより、コンテナ等耐候性を有する鋼材の軽量化を図ることが出来、また、耐候性を具備しているので寿命が長い。従って、軽量化による環境への配慮、長寿命による経済性の効果を享受できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 腐食減量に及ぼすＮｉ量およびＰ量の効果を示した図である。
【図２】 プレス曲げ試験の概略を示した図である。
【図３】 腐食減量および曲げＲに及ぼすＰの影響を示した図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、強度、ブラスト後の加工性、耐候性が要求される鉄道用車両や陸上輸送、海上輸送用のコンテナ用鋼素材およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、コンテナには軽量・長寿命・耐候性を具備した材料が求められており、アルミを用いた素材が主流であった。しかし、価格が高い、強度が低いことから高強度且つ耐候性を有する鋼材が要望されている。これまでの耐候性鋼材は、ＪＩＳ Ｇ３１２５に示される引張強さ５０ｋｇｆ／ｍｍ2（４９０ＭＰａ）級である高耐候性圧延鋼材がある。これよりも高強度の鋼材として、特開平３−２３２１号公報において引張強さ６０ｋｇｆ／ｍｍ2以上で冷間加工性の良い耐候性熱延鋼板の製造方法が開示されている。
【０００３】
また、海上コンテナの使用実績増に伴い、使用環境が一層過酷になっており塗装コンテナでも局部腐食が進み長期間の使用に耐えない状況が増えている。これに対し、特開昭６３−７２８５３号公報において、高Ｐ鋼にＮｂ，Ｔｉ，Ｖ．Ｂを添加することで長寿命化が得られることが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、近年では、高強度且つ軽量化コンテナの要望は更に高まっており、降伏強度で７００ＭＰａ以上、かつ曲げ加工性が良好な超高強度耐候性鋼材が求められている。しかも、曲げ加工は、塗装時の塗料乗りや疲労特性・表面硬化性を狙い、ブラスト処理後に行われるため、鋼材に要求される強度・加工性共に非常に厳しい。要求強度が引張強度ではなく降伏強度であるのは、超高強度で軽量化を狙うため、板厚が薄くなっても剛性を保つ保証が必要となるためである。従って、特開平３−２３２１号公報で開示された成分や製造方法では仕様を満足できない。
【０００５】
また、高寿命を狙った特開昭６３−７２８５３号公報で提示された成分系では、耐候性寿命は確保できても、コンテナ製造に至るブラスト−曲げ加工で割れが発生するため、これも仕様を満足できなかった。
本発明は、これらの課題を解決して、降伏強度で７００ＭＰａ以上の超高強度を確保するとともに、ブラスト後の曲げ加工に耐え、且つ、耐候性を具備する鋼材およびその製造方法を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するための本発明の手段は、質量％としてＮｉ：０．２〜２．０％、Ｃｕ：０．２〜０．５％、Ｃｒ：０．２〜１．０％、Ｃ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｔｉ：０．０５２〜０．２％を含有し、かつ、Ｎｂ：０．０１〜０．０７％、Ｖ：０．０１〜０．０７％、Ｂ：０．０００５〜０．００５０％の１種又は２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする耐曲げ性に優れるブラスト用耐候性高強度鋼板である。
【０００７】
また、その製造方法は、質量％として、Ｎｉ：０．２〜２．０％、Ｃｕ：０．２〜０．５％、Ｃｒ：０．２〜１．０％、Ｃ：０．０５〜０．１％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｔｉ：０．０５２〜０．２％を含有し、かつ、Ｎｂ：０．０１〜０．０７％、Ｖ：０．０１〜０．０７％、Ｂ：０．０００５〜０．００５０％の１種又は２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼材を１２００℃以上で加熱した後、８５０℃〜９５０℃の温度範囲で圧延を終了させ、５００℃〜６５０℃で捲き取ることを特徴とする耐曲げ性に優れるブラスト用耐候性高強度鋼板の製造方法である。
以下に、本発明の鋼板および製造方法の限定理由について詳細に述べる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、上記課題の解決のために、多鋼種の鋼板製造方法について検討調査を行って、本発明に至ることができた。以下に、本発明について詳細に説明する。
一般に、耐候性鋼材は、大気中にさらされた初期の期間は普通鋼と変わらず同様の錆が発生する。しかし、その後耐候性鋼材の錆一部は緻密で母材に密着した錆となり、この錆が保護膜となって、環境による錆の進行を阻止するとされている。このような錆を作るにはＣｕ−Ｃｒ−Ｐを含ませることが有効であるとされている。
【０００９】
従来のように、引張強度が５０〜６０ｋｇｆ／ｍｍ２（４９０ＭＰａ〜５９０ＭＰａ）を対象とした材料である場合、この成分系によりコンテナ用の耐候性鋼材の適用が可能であった。
近年は、地球環境問題と相まって、燃費向上を目的とした自動車の軽量化が叫ばれており、陸上輸送・海上輸送に用いられるコンテナについても軽量化への要望は強い。従来以上の軽量化目的のために、鋼材の板厚狙い値は薄くなり、剛性確保のために降伏強度で７００ＭＰａ以上が要求されるようになってきた。
また、コンテナの製造はデスケ・塗装乗りを良くするために、鋼板上にショット球、サンド、グリッドなどを投射する、ブラストにより鋼材表面に凹凸を付ける。この工程により表面が硬くなるため、その後の曲げ成型で曲げ割れが起こりやすくなる。とくに、降伏強度７００ＭＰａを越える材料では割れ感受性が顕著であり、添加元素の選定の影響が大きくなる。
【００１０】
以上のように降伏強度が７００ＭＰａを越えるような鋼材において、ブラスト材での曲げ加工に耐えられる耐候性鋼材を製造するには、
▲１▼鋼材強度の向上
▲２▼曲げ加工特性の確保
▲３▼耐候性の確保
を同時に満足させる必要がある。
このような耐候性を有する高強度鋼材の製造にＰを多用すると様々な問題が発生する。
まず製造工程で２００ｍｍから３００ｍｍのスラブを鋳造する際に、Ｐは中心偏析を起こしやすく、凝固最終部分となる板厚中心部分に濃化する。Ｐが濃化した部分は脆化割れを起こしやすい。さらに高強度鋼材自体、割れ感受性が高いために、Ｐ添加耐候性高強度鋼板は、スラブ割れが多発するものとなり、歩留まりは非常に低くなる。
【００１１】
また、鋼板ができてもＰ添加により材質特性は脆いため、加工性は悪い。一般的に、高強度鋼材になるほど伸びは低くなるため、Ｐ添加材の加工性は更に低く、しかも今回の対象はショットブラスト後に曲げ加工を行うため、曲げ割れを起こしやすい。
さらに、コンテナを溶接により組み立てる場合も溶接割れを起こしやすい。
従来鋼で耐候性元素として活用されていたＣｕ−Ｃｒ−Ｐの特性を詳細に調査した結果、高強度鋼材においてＰは前記▲２▼への悪影響が強く活用できないことが判明した。本発明者らは、図２に示す９０゜プレス曲げ試験で、ポンチ先端のＲを変化させて、Ｐ量と曲げ割れ発生条件を調査した。同時にＰ添加と腐食減量の関係を調査して、図３に示した。Ｐが増加するにつれて腐食減量が減少して耐候性が向上するものの、Ｐの増加によって曲げ割れ限界となる曲げＲが大きくなり、鋼板の曲げ加工性が厳しくなることが明らかである。
従って、曲げ加工性を確保するためには、Ｐを使わずに耐候性を確保する方法を検討する必要がある。Ｃｕ、Ｃｒについては曲げ加工性への悪影響は小さいが、これらの量だけを増やしても、耐候性の確保は難しい。また、ブラスト後の曲げ加工にも耐えることはできない。
【００１２】
そこで、様々な実験を繰り返した結果、
Ｐに替わる耐候性の確保は、Ｎｉの活用で可能であること、曲げ加工特性の確保は、低Ｃ化により加工性の向上を図ると共に、Ｐの添加を極力減らし、かつ曲げ特性に悪影響を及ぼすＭｎＳの生成を減らすために、Ｓを極力減少させること、強度調整はＴｉ，Ｎｂ，Ｖ，Ｂの１種又は２種以上の組み合わせによる析出効果の活用で補うことにより、目的を達成できることを見出した。
図１には、腐食減量に及ぼすＮｉの効果をＰ量の効果と比較して示す。Ｎｉの増加と共に腐食減量は減少し、Ｐ添加の場合と同様な効果が得られることを見出した。
【００１３】
また、ＮｉはＰと異なり、スラブ鋳造時に偏析する事はなくスラブ割れの心配はなく歩留まりも良好である。また、加工性、溶接性においての問題も生じないため、ショットブラスト後の曲げ加工や、溶接割れの心配もなく、耐曲げ性に優れるブラスト用耐候性鋼材高強度鋼板の製造には非常に適した元素である。耐候性に関しては、Ｃｕ，Ｃｒとの併用によって効果を発揮する。
本発明者らは、これらの条件を基準にして実験の繰り返しを重ね、本発明に至った。
本発明の添加元素の限定理由について、以下に詳細に記す。
【００１４】
Ｃ：
Ｃは強度を高める元素として、活用される。固溶強化としての活用の他、ＴｉやＮｂと炭化物を作り、析出強化としても活用できる。しかし、多用すると加工性を低下させる。鋼材強度が高くなる程、加工性が低下するため、Ｃ量は低い方がよい。下限を０．０５％としたのは、これより低いと降伏強度７００ＭＰａ以上の確保が難しくなるためである。また、０．１５％以下にしたのは、曲げ加工による割れを防止するためである。
Ｓｉ：
Ｓｉは鋼板表面でファイアライト（２ＦｅＯ・ＳｉＯ2）となり最表面に微細なＦｅ2Ｏ3を残存させ赤スケールを発生させやすい元素である。赤スケールが鋼板表面にできると、まだら模様となり、ユーザーから敬遠される。これを防止するために、Ｓｉ含有量は、０．５％を上限とした。
【００１５】
Ｍｎ：
Ｍｎは、鋼材の強度上昇に必要な元素である。０．５％より少ないと、高強度鋼材の製造が難しい。また、２．０％を越えて添加すると加工性を保つことが難しくなるため、０．５〜２．０％の範囲とした。
Ｐ：
Ｐは、強度上昇に有効且つ耐候性向上に有益な元素であり、従来から耐候性鋼材に活用されてきた。しかし、降伏強度が７００ＭＰａを越えるような超高強度鋼材の製造においては、鋼材製造時にスラブ脆化の起因となり、溶接性も劣化する。また、曲げ加工性も悪くなるため、極力添加しない方が良く、上限を０．０２％とした。
【００１６】
Ｓ：
Ｓは、Ｍｎと硫化物ＭｎＳを形成する。この硫化物は変形しやすく、圧延によって伸張し鋼材中に存在する。ＭｎＳは鋼材の曲げ性、加工性を劣化させる。とくに高強度鋼材では、割れ感受性を高めるため、できるだけ減らした方がよく、商業的に達成可能な限界として上限を０．００５％とした。
Ｎｉ：
Ｎｉは、強度を高めると共に耐候性を高め、脆化防止にも有効な元素である。とくに塩分の作用が大きい環境下における耐候性に有効である。上述のように高強度鋼材では、耐候性に有効なＰが加工性に顕著な悪影響を示すため、活用できない。Ｎｉはその代替元素として活用可能であり、Ｐのようにスラブ割れや鋼材の加工性を劣化させる事がない。耐候性の特徴を有効に活用するためには、０．２％以上の添加が必要である。反面、Ｎｉは高価な金属であり、２．０％を越えても効果は変わらなくなるため、上限を２．０％とした。
コンテナは、海送・陸送共に使用され、海では海水の塩分、陸では寒冷地でまかれる溶雪塩による塩分の影響を受けるため、Ｎｉは耐候性に重要な元素である。
塩以外の環境下においては、下記Ｃｕ，Ｃｒ元素が効果を発揮するため、耐候性には併用の添加が有効である。
【００１７】
Ｃｕ：
Ｃｕは耐候性向上に重要で安定錆の形成に有効な元素である。腐食環境への効果として０．２％以上は必要であるが、０．５％を越えると表面疵を起こしやすくなるため、０．２〜０．５％とした。
Ｃｒ：
Ｃｒも耐候性向上に重要で安定錆の形成に有効な元素である。腐食環境への効果として０．２％以上が必要である。しかし、１．０％を越えても効果は変わらなくなるため、０．２〜１．０％とした。
降伏強度が７００ＭＰａを越える鋼材を製造するためには、析出強度の活用が有効である。以下の析出効果を活用可能な４元素については、強度不足分を補うものであり、１種又は２種以上の利用で目的を達することができる。
【００１８】
Ｔｉ：
Ｔｉは、Ｃ、Ｎと炭化物、窒化物を形成し、鋼材の強度を向上させる。０．０３％以上の添加で効果が発現し、０．２％以上添加しても効果は変わらなくなる。
Ｎｂ：
ＮｂもＣ、Ｎと炭化物、窒化物を形成し、鋼材の強度を向上させる。０．０１％以上の添加で効果が発現し、０．０７％以上添加しても効果は変わらなくなる。
【００１９】
Ｖ：
ＶもＣ、Ｎと炭化物、窒化物を形成し、鋼材の強度を向上させる。０．０１％以上の添加で効果が発現し、０．０７％以上添加しても効果は変わらなくなる。
Ｂ：
Ｂは、炭化物、窒化物を形成するとともに、焼き入れ性の向上にも有効で強度向上に有効な元素である。０．０００５以上の添加で効果が発現し、０．００５０％以上添加しても効果は変わらない。
【００２０】
次に、製造条件の限定理由について述べる。
加熱温度を１２００℃以上にしたのは、Ｔｉ，Ｎｂ，Ｖ，Ｂの析出効果を活用するため、スラブ段階で炭化物・窒化物を固溶させることにより、鋼板製造時に微細な析出物を生成させて析出効果を充分活用できるようにするためである。
圧延仕上げ温度は、析出物を微細にするためには、８５０℃以上が必要であるが、９５０℃を越えると、結晶粒の粗大化・スケール疵が発生しやすくなるなどの問題があり、温度範囲を８５０℃〜９５０℃とした。
【００２１】
捲き取り温度は、析出物のサイズに影響を及ぼし、析出効果の度合いが異なってくる。高温で捲き取ると、析出物が成長し、大きくなりすぎて強度効果が小さくなる。また、低すぎると析出物生成が不十分になって強度上昇が望めない。このため、強度上昇が望める適度な温度規制範囲を、５００℃〜６５０℃とした。
製造においては、高圧デスケやバーヒーターの活用、粗圧延後のバー接合材を圧延する熱延連続化の活用も何ら問題はなく、これらの設備を用いることで、温度工程能力を向上させつつ、スケール疵発生防止や歩留まり向上を図ることができる。
【００２２】
【実施例】
表１に示す様々な成分の鋼番１〜１２を出鋼した後、表２に示す圧延条件で鋼材を製造し、サンプルを採取し、表面にショットブラスト処理を行った後、特性を評価した。
評価は引張試験により、降伏強度、引張強度、全伸びを測定した。
また、曲げ角度９０゜、先端のＲが３ｍｍであるポンチを用いて、曲げ加工を行い、曲げ部の割れの有り無しを調べた。
【００２３】
溶接性は、アーク溶接後の溶接部割れの有り無しで判断した。
耐候性は、塩水噴霧処理を行った後に、湿潤−乾燥を繰り返す腐食促進試験を行い、試験前のサンプル重量と試験後に錆を取り除いた後のサンプル重量を測定し、腐食減量を求めた。比較として市販の４９０ＭＰａ級コルテンのデータを基準として、腐食減量がこれより多い場合を×、同等以下の場合を○として評価した。
【００２４】
また、表面状況は、圧延後の鋼材の表面を観察して評価した。
試験番号１〜１２番の圧延条件はいずれも本発明条件内で実施した。試験番号７は、Ｎｉ量が少なく、耐候性が悪かった。８番は、耐候性は良好であるが、Ｐが多量であるため、溶接性、曲げ加工で割れが生じた。９番は、Ｓｉが多いため、１０番はＣｕが多すぎたため、表面にヘゲや模様が生じ、表面状態が悪かった。１１番は、Ｃ，Ｍｎが高すぎたため、曲げ加工・溶接性が悪かった。１２番は、Ｓ量が高いため、曲げ試験で割れが生じた。
【００２５】
試験番号１３〜１７は、本発明範囲である鋼番２を用いて圧延条件を変えた。１３番は、加熱温度が低すぎたため、析出強化を利用できず、目標とする降伏強度７００ＭＰａを越えることが出来なかった。１４番は、圧延温度が高いため、表面状態が悪かった。また、１５番は、圧延温度が低いために析出物の微細化による強化が起こらず、目的の強度が得られなかった。１６番は、捲き取り温度が高いため鋼材の軟質化が起こり、やはり目的の強度を得られなかった。１７番は、捲き取り温度が低すぎたため、強度は上昇したが、硬化層が増加して、曲げ加工後に割れが発生した。
【００２６】
本発明である成分範囲、圧延条件を満足した１番から６番は、いずれの特性も満足し、良好な評価結果となった。
さらに、本発明１８番から２０番は、熱間圧延に際して粗圧延後に粗バーを高圧デスケによる表面スケールのデスケーリング、さらにバーヒーターによる粗バー加熱、粗バーの接合を行う熱延連続化を活用した例である。いずれも、本発明による材料特性値を満足しており、さらに各工程活用による効果を有している。１８番は、バーヒーターを活用したが、仕上げ圧延前の粗バーの温度が高温・均一になるため析出制御が均一に起こり、材料内の材質バラツキが減少し、このクラスでは通常６％程度ある伸びのバラツキが３．８％に減少した。また１９番は、高圧デスケおよび熱延連続化を活用した例である。高圧デスケにより、鋼材表面状況は格段に向上した。また、熱延連続化によりコイル端部の形状が良好となり、通常では９５％程度である材料歩留まりが、９７％まで向上した。さらに、２０番は、バーヒーターおよび熱延連続化を活用した例である。伸びバラツキは３．２％に低下し、かつ材料歩留まりも９８％まで向上した。
【表１】
【発明の効果】
本発明による鋼材は、高強度でありながら曲げ加工性および耐候性を同時に具備している。この鋼材を用いることにより、コンテナ等耐候性を有する鋼材の軽量化を図ることが出来、また、耐候性を具備しているので寿命が長い。従って、軽量化による環境への配慮、長寿命による経済性の効果を享受できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 腐食減量に及ぼすＮｉ量およびＰ量の効果を示した図である。
【図２】 プレス曲げ試験の概略を示した図である。
【図３】 腐食減量および曲げＲに及ぼすＰの影響を示した図である。
Claims (2)
- 質量％として、
Ｃ：０．０５〜０．１５％、
Ｓｉ：０．５％以下、
Ｍｎ：０．５〜２．０％、
Ｐ：０．０２％以下、
Ｓ：０．００５％以下、
Ｎｉ：０．２〜２．０％、
Ｃｕ：０．２〜０．５％、
Ｃｒ：０．２〜１．０％、
Ｔｉ：０．０５２〜０．２％を含有し、かつ、
Ｎｂ：０．０１〜０．０７％、
Ｖ：０．０１〜０．０７％、
Ｂ：０．０００５〜０．００５０％の１種又は２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする耐曲げ性に優れるブラスト用耐候性高強度鋼板。 - 質量％として、
Ｃ：０．０５〜０．１５％、
Ｓｉ：０．５％以下、
Ｍｎ：０．５〜２．０％、
Ｐ：０．０２％以下、
Ｓ：０．００５％以下、
Ｎｉ：０．２〜２．０％、
Ｃｕ：０．２〜０．５％、
Ｃｒ：０．２〜１．０％、
Ｔｉ：０．０５２〜０．２％を含有し、かつ、
Ｎｂ：０．０１〜０．０７％、
Ｖ：０．０１〜０．０７％、
Ｂ：０．０００５〜０．００５０％の１種又は２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼材を１２００℃以上で加熱した後、８５０℃〜９５０℃の温度範囲で圧延を終了させ、５００℃〜６５０℃で捲き取ることを特徴とする耐曲げ性に優れるブラスト用耐候性高強度鋼板の製造方法。
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