JP7350705B2 - 伸び特性と耐食性に優れた低強度の厚鋼板 - Google Patents

Description

本発明は、伸び特性と耐食性に優れた低強度の厚鋼板に関する。

船舶のバラストタンクは、積荷状態などの変化に応じて海水の注入と排出を行うため、用いられる鋼材は、海水の浸漬と、塩分を含む湿潤大気への曝露と、の繰り返しという極めて厳しい腐食環境にさらされる。バラストタンクの腐食損傷が生じた場合、穴あきによる沈没、原油や化学物質などの積荷の海洋流出などを招く虞があるため、鋼材には何らかの防食手段を施す必要があり、その手段の一つとして防食塗装がある。しかし、防食塗装は、塗装劣化に伴う塗装塗り直しが必要であることから、メンテナンスコストがかかり、また環境負荷も高くなる。近年、持続的社会の実現のために、環境負荷低減が重要なファクターの１つとなっている。そのため、メンテナンスコストは勿論、環境負荷を低減する観点から、鋼材の耐食性向上が必要となる。耐食性向上を目的とした船舶用鋼材が、例えば特許文献１および特許文献２に開示されている。

特開２０１５－１５１５７１号公報 特開２０１０－１２６７６５号公報

内航船の場合、その船体構造から、例えば引張強度（ＴＳ）が５２０ＭＰａ以下の低強度材、いわゆる軟鋼が適用される場合が多い。一方、耐食性を向上させる手段として、耐食性向上元素となる合金元素を添加することが通常である。しかし、合金元素を添加すると、一般的に強度が上昇するため、耐食性と低強度との両立が困難になる。

また、近年、持続的社会実現の一環として低炭素化社会の実現も重要視されている。鋼板加工性を向上させることができれば、現場における部品成形等の作業時間の低減につながり、最終的に省エネ化ないしＣＯ_２排出量削減に貢献することができる。そこで、所定の鋼板加工性（すなわち、破断伸びＥＬの向上）を確保することも必要である。さらに、船舶などが物体に衝突した場合、部材が塑性変形し、亀裂が生じるとメンテナンス負荷が増大するため、低炭素化社会の実現の観点からは望ましくない。そこで、外力付与時に均一変形させる観点から、所定の均一伸び特性（ｕＥＬ）も必要となる。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、優れた耐食性と、低強度および高い伸び特性と、を両立させた厚鋼板を提供することにある。

本発明の態様１は、
Ｃ ：０．０１質量％以上、０．３０質量％以下、
Ｓｉ：０．０１質量％以上、２．０質量％以下、
Ｍｎ：０．８５質量％以上、２．００質量％以下、
Ｐ ：０質量％超、０．０１５質量％以下、
Ｓ ：０質量％超、０．００５質量％以下、
Ａｌ：０．００５質量％以上、０．１０質量％以下、
Ｃｒ：０．０１質量％以上、０．５質量％以下、
Ｔｉ：０．００５質量％以上、０．２０質量％以下、
Ｃａ：０．０００１質量％以上、０．００５質量％以下、
Ｎ ：０．０００１質量％以上、０．０１０質量％以下、および
Ｃｕ＋Ｎｉ：０．５０質量％以上、０．８５質量％以下
を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなり、
金属組織が、全金属組織に対する面積率で７０％以上のフェライトを含み、残部がパーライト、ベイナイトおよびマルテンサイトよりなる群から選ばれる１種以上からなり、
フェライト粒径が、３μｍ以上４０μｍ以下であり、
日本海事協会の船級規則Ｋ編材料（２０１９年度版）に準拠した標点間距離が２００ｍｍのＮＫ－Ｕ１号の試験片を用いて引張試験したときに、引張強度が４００ＭＰａ以上５２０ＭＰａ以下、破断伸びが１６％以上、かつ均一伸びが１３．５％以上である、伸び特性と耐食性に優れた低強度の厚鋼板である。

本発明の態様２は、
複合サイクル試験１６８日後の塗装スクラッチ部の平均腐食深さが０．６００ｍｍ以下である、態様１に記載の厚鋼板である。

本発明の態様３は、
Ｂ ：０．０００１質量％以上、０．０１０質量％以下、
Ｖ ：０．０１質量％以上、０．５０質量％以下、および
Ｎｂ：０．００１質量％以上、０．５０質量％以下
よりなる群から選ばれる１種以上を更に含有する、態様１または態様２に記載の厚鋼板である。

本発明の態様４は、
Ｃｏ ：０．００５質量％以上、０．２０質量％以下、
ＲＥＭ：０．００５質量％以上、０．２０質量％以下、
Ｚｒ ：０．００５質量％以上、０．２０質量％以下、および
Ｍｇ ：０．０００１質量％以上、０．００５質量％以下
よりなる群から選ばれる１種以上を更に含有する、態様１～３のいずれかに記載の厚鋼板である。

本発明の態様５は、
態様１～４のいずれかに記載の成分組成を満たす鋼を１１００℃以上に加熱する工程と、
圧延温度を１１００℃以下および再結晶圧下率を８０％以上にし、下記式（１）を満たすように熱間圧延を行う工程と、
空冷する工程と、を含む、態様１～４のいずれかに記載の厚鋼板の製造方法である。
０．０８ＦＲＴ＋０．１Ｔｏｍ－０．５ε_Ｔ＋１０≧６９ ・・・（１）
ただし、
ＦＲＴ：仕上げ圧延完了温度（℃）
Ｔｏｍ：最終パス～最終１パス前の圧延パス間時間（秒）
ε_Ｔ ：鋼板の表面、ｔ／４位置およびｔ／２位置（ｔ：板厚）の各位置おける累積歪みの合計値であり、下記式（２）式で算出される。なお、各位置における累積歪みは下記式（３）で算出される。また、各パスの歪みは下記式（４）で算出される。
ε_Ｔ＝ε_ｙｔ（表面）＋ε_ｙｔ（ｔ／４）＋ε_ｙｔ（ｔ／２） ・・・（２）
ε_ｙｔ＝ε_ｙ１＋ε_ｙ２＋ε_ｙ３＋・・・＋ε_ｙｎ ・・・（３）
ε_ｙｉ＝Ｃ×（２ｙ／ｈ）^２＋１．１５×ｌｎ（Ｈ／ｈ） ・・・（４）
式（２）～（４）において、
ε_ｙ：板厚方向ｙ位置における相当塑性ひずみ、
ε_ｙｉ：ｉパス目の板厚方向ｙ位置における相当塑性ひずみ、
ｙ：板厚中心からの距離（ｍｍ）、ｈ：出側板厚（ｍｍ）、Ｈ：入側板厚（ｍｍ）、
Ｃ＝Ｂ_１×（Ｈ／２Ｒ）^Ｂ２×ｒ_ｅ ^２・・・（５）
式（５）において、
Ｂ_１＝０．１８３８１＋０．３４４３５μ＋１．４０８６×μ^２
Ｂ_２＝０．０７６６６９－２．０５６６μ＋２．１１２８×μ^２
ただし、μ：摩擦係数、Ｒ：ロール半径（ｍｍ）、ｒ_ｅ：圧下率

本発明によれば、優れた耐食性と、低強度および高い伸び特性と、を両立させた厚鋼板を提供することができる。

図１は、実施例に係る腐食試験片を示す模式図である。 図２は、実施例に係る腐食試験方法を説明するための図である。 図３は、実施例に係る腐食深さの測定位置を説明するための模式図である。 図４は、式（１）左辺と引張強度との関係を示すグラフである。 図５は、式（１）左辺と均一伸びとの関係を示すグラフである。

本発明者らは、優れた耐食性を確保するため、Ｃｕ、ＮｉおよびＣｒを一定量含有させることを前提に、低強度と優れた伸び特性を実現すべく鋭意研究を行った。その結果、所定の化学成分組成を有する鋼を、推奨される条件で製造することで、所定の化学成分組成を有するとともに、全金属組織に対する面積率で７０％以上のフェライトを含み、残部がパーライト、ベイナイトおよびマルテンサイトよりなる群から選ばれる１種以上からなり、フェライト粒径が３μｍ以上４０μｍ以下であり、引張強度が４００ＭＰａ以上５２０ＭＰａ以下、破断伸びが１６％以上、かつ均一伸びが１３．５％以上である、伸び特性と耐食性に優れた低強度の厚鋼板が得られることを見出した。

１．化学成分組成
以下に本発明の実施形態に係る厚鋼板の化学成分組成について説明する。まず、基本となる元素である、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｃａ、Ｎ、ＣｕおよびＮｉについて説明し、さらに選択的に添加してよい元素について説明する。

［Ｃ：０．０１質量％以上、０．３０質量％以下］
Ｃは、材料の強度確保のために必要な元素である。Ｃが過剰に含有すると、強度上昇により低強度を得られなくなる。一方、Ｃ量を減少させすぎると、構造部材としての最低強度、即ち概ね４００ＭＰａ程度を得ることが困難になる。そのため、Ｃ含有量は、０．０１質量％以上、０．３０質量％以下とした。なお、上記最低強度は、使用する鋼材の肉厚によって変化する。Ｃ含有量は、好ましくは０．０５質量％以上であり、より好ましくは０．１０質量％以上である。また、Ｃ含有量は、好ましくは０．２０質量％以下であり、より好ましくは０．１５質量％以下である。

［Ｓｉ：０．０１質量％以上、２．０質量％以下］
Ｓｉは、脱酸と強度確保のために必要な元素である。Ｓｉは、フェライトに固溶することにより、強度を上昇させるが、Ｓｉ含有量が２．０質量％を超えると強度上昇により低強度を得られなくなる。一方、Ｓｉ含有量が０．０１質量％未満であると、構造部材としての最低強度を確保できない。そのため、Ｓｉ含有量は、０．０１質量％以上、２．０質量％以下とした。Ｓｉ含有量は、好ましくは１．００質量％以下であり、より好ましくは０．５０質量％以下であり、さらに好ましくは０．３０質量％以下である。また、Ｓｉ含有量は、好ましくは０．１０質量％以上であり、より好ましくは０．１５質量％以上である。

［Ｍｎ：０．８５質量％以上、２．００質量％以下］
ＭｎもＳｉと同様に脱酸および強度確保のために必要であり、０．８５質量％未満であると構造部材としての最低強度を確保できない。しかし、Ｍｎを過剰に含有させると強度上昇により低強度を得られなくなる。そのため、Ｍｎ含有量は、０．８５質量％以上、２．００質量％以下とした。Ｍｎ含有量は、好ましくは０．９０質量％以上であり、より好ましくは０．９５質量％以上である。また、Ｍｎ含有量は、好ましくは１．２０質量％以下であり、より好ましくは１．１０質量％以下である。

［Ｐ：０質量％超、０．０１５質量％以下］
Ｐは、Ｓｉと同様に固溶強化量が大きい元素であり、低強度を狙う本発明では、含有量は少ないほうが良い。また、靭性、溶接性も劣化されるため、Ｐ含有量の許容される上限を０．０１５質量％までとした。

［Ｓ：０質量％超、０．００５質量％以下］
Ｓは、含有量が増大すると延性を低下させる元素であることから、含有量を抑制することが好ましく、Ｓ含有量の許容される上限は０．００５質量％までである。

［Ａｌ：０．００５質量％以上、０．１０質量％以下］
Ａｌは、緻密な酸化被膜を形成し、耐食性を向上させる元素である。一方、Ａｌは、ＳｉやＰよりも固溶強化量は小さいものの、強度上昇に寄与する元素である。そのため、Ａｌ添加量は、０．００５質量％以上、０．１０質量％以下とした。Ａｌ含有量は、好ましくは０．０３０質量％以上であり、より好ましくは０．０４５質量％以上である。また、Ａｌ含有量は、好ましくは０．０９０質量％以下であり、より好ましくは０．０８０質量％以下である。

［Ｃｕ＋Ｎｉ：０．５０質量％以上、０．８５質量％以下］
ＣｕおよびＮｉは、耐食性向上に有効な元素である。ＣｕおよびＮｉは、いずれも防食塗膜下で発生する腐食反応を抑制する作用を有しており、塗膜下腐食による塗膜膨れを抑制する効果を有する元素である。また、ＣｕおよびＮｉは、塗膜欠陥部において、鋼材が腐食を受けた場合に生成錆を緻密化する作用も有しており、塗膜傷部の腐食進展を抑制する効果を発現するのに有効な元素である。これらの効果を発揮させるためには、ＣｕおよびＮｉの合計含有量を０．５０質量％以上とすることが必要であるが、過剰に含有させると軟鋼の強度クラスを逸脱することから、０．８５質量％以下とする必要がある。耐食性確保の観点から、ＣｕおよびＮｉの合計含有量は、好ましくは０．５５質量％以上であり、より好ましい下限は０．６０質量％以上である。また、強度上昇の観点から、ＣｕおよびＮｉの合計含有量は、好ましくは０．８０質量％以下であり、より好ましくは０．７５質量％以下である。また、Ｃｕ含有量は、好ましくは０．２０質量％以上、より好ましくは０．２５質量％以上である。また、Ｃｕ含有量は、好ましくは０．３５質量％以下、より好ましくは０．３３質量％以下である。Ｎｉ含有量は、好ましくは０．３０質量％以上、より好ましくは０．３２質量％以上である。また、Ｎｉ含有量は、好ましくは０．４０質量％以下、より好ましくは０．３７質量％以下である。

［Ｃｒ：０．０１質量％以上、０．５質量％以下］
Ｃｒは、耐食性向上に有効な元素である。Ｃｒは、塗膜下ｐＨを好適値に調整し、プライマー消耗を抑制する作用を有しており、さらに塗膜傷部の腐食進展を抑制する効果を発現するのに有効な元素である。また、適量のＣｒは靭性を向上させるのに有効であり、バラストタンク素材として必要な機械特性を得るためにも必要な元素である。これらの効果を発揮させるためには、Ｃｒは０．０１質量％以上含有させることが必要である。しかし、Ｃｒを過剰に含有させると界面ｐＨを低下させすぎてしまい、Ｆｅの流出を促進させ、耐食性悪化の要因となる。そのため、Ｃｒ含有量は、０．５質量％以下とする必要がある。Ｃｒ含有量は、好ましくは０．３質量％以下であり、好ましくは０．０５質量％以上である。

［Ｔｉ：０．００５質量％以上、０．２０質量％以下］
Ｔｉは、耐食性向上に有効な元素である。Ｔｉは、塩化物腐食環境において生成する錆びを緻密化する作用を有しており、塗膜傷部における腐食進展を抑制する元素である。こうした効果を発揮させるために、Ｔｉは、０．００５質量％以上含有させる。しかしながら、Ｔｉ含有量が過剰になるとＴｉ炭窒化物が過剰に析出し、強度を上昇させてしまうことから、上限は０．２０質量％とする。Ｔｉ含有量は、好ましくは０．００８質量％以上であり、より好ましくは０．０１０質量％以上である。Ｔｉ含有量は、好ましくは０．１５質量％以下であり、より好ましくは０．１０質量％以下である。

［Ｃａ：０．０００１質量％以上、０．００５質量％以下］
Ｃａは、耐食性向上に有効な元素である。ＣａはｐＨ緩衝作用により、ＦｅやＣｒの加水分解によるｐＨ低下を緩和する作用を有しており、ｐＨ低下による腐食促進を抑制するのに効果的である。こうした作用は、Ｃａを０．０００１質量％以上含有させることによって有効に発揮される。しかしながら、０．００５質量％を超えてＣａを過剰に含有させると伸び特性を劣化させることになる。そのため、Ｃａ含有量は、０．０００１質量％以上、０．００５質量％以下とする。Ｃａ含有量は、好ましくは０．０００５質量％以上であり、より好ましくは０．００１０質量％以上である。Ｃａ含有量は、好ましくは０．００４質量％以下であり、より好ましくは０．００３質量％以下である。

［Ｎ：０．０００１質量％以上、０．０１０質量％以下］
Ｎは、Ｆｅに固溶すると引張強度を上昇させる元素であるため、含有量を抑制することが好ましく、Ｎ含有量は０．０１０質量％以下、好ましくは０．００７５質量％以下、より好ましくは０．００７０質量％以下である。一方、Ｎは、ＴｉＮ形成によりＨＡＺ靭性向上に寄与する元素である。該効果を発揮させる観点から、Ｎ含有量は０．０００１質量％以上、好ましくは０．００１０質量％以上、より好ましくは０．００２０質量％以上である。

［残部］
残部は、Ｆｅおよび不可避不純物である。不可避不純物としては、原料、資材、製造設備等の状況によって持ち込まれる微量元素（例えば、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓｎなど）の混入が許容される。なお、例えば、ＰおよびＳのように、通常、含有量が少ないほど好ましく、従って不可避不純物であるが、その組成範囲について上記のように別途規定している元素がある。このため、本明細書において、残部を構成する「不可避不純物」という場合は、別途その組成範囲が規定されている元素を除いた概念である。

本発明の実施形態に係る厚鋼板の特性を維持できる限り、任意のその他の元素を更に含んでよい。そのように選択的に含有させることができるその他の元素を以下に例示する。

［Ｂ：０．０００１質量％以上、０．０１０質量％以下、Ｖ：０．０１質量％以上、０．５０質量％以下、およびＮｂ：０．００１質量％以上、０．５０質量％以下よりなる群から選ばれる１種以上］
Ｂ、ＶおよびＮｂは、いずれも機械特性の向上に有効な元素であるが、含有量の増大により強度を向上させてしまうため、含有量を抑制することが好ましい。そのため、Ｂ、ＶおよびＮｂを含有させる場合、Ｂの上限は０．０１０質量％、Ｖの上限は０．５０質量％、Ｎｂの上限は０．５０質量％とすることが好ましい。一方、Ｂの少量添加は溶接部特性を改善する効果があるため、Ｂは０．０００１質量％以上含有させることが好ましい。ＶおよびＮｂは少量添加により靭性を改善するため、Ｖは０．０１質量％以上、Ｎｂは０．００１質量％以上含有させることが好ましい。これらの元素のより好ましい下限は、Ｂについては０．０００３質量％、Ｖについては０．０２質量％、Ｎｂについては０．００５質量％である。より好ましい上限は、Ｂについては０．００９０質量％、Ｖについては０．４５質量％、Ｎｂについては０．４５質量％である。

［Ｃｏ：０．００５質量％以上、０．２０質量％以下、ＲＥＭ：０．００５質量％以上、０．２０質量％以下、Ｚｒ：０．００５質量％以上、０．２０質量％以下、およびＭｇ：０．０００１質量％以上、０．００５質量％以下よりなる群から選ばれる１種以上］
Ｃｏは、耐食性向上に有効な元素である。Ｃｏは、塩化物腐食環境において生成する錆びを緻密化する作用を有しており、塗膜傷部における腐食進展を抑制する元素である。こうした効果を発揮させるために、Ｃｏは、０．００５質量％以上含有させることが好ましい。しかし、Ｃｏ含有量が過剰になると溶接性や熱間加工性が劣化するため、Ｃｏ含有量は、０．２０質量％以下とすることが好ましい。Ｃｏを含有させるときのより好ましい下限は０．０２質量％であり、より好ましい上限は０．１５質量％である。

Ｚｒは、耐食性向上に有効な元素である。Ｚｒは、Ｔｉと同様に、塩化物腐食環境において生成する錆びを緻密化する作用を有しており、塗膜傷部における腐食進展を抑制する元素である。こうした効果を発揮させるために、Ｚｒは、０．００５質量％以上含有させることが好ましい。しかし、Ｚｒ含有量が過剰になると溶接性や熱間加工性が劣化するため、Ｚｒ含有量は０．２０質量％以下とすることが好ましい。Ｚｒを含有させるときのより好ましい下限は０．００８質量％であり、より好ましい上限は０．１５質量％である。

Ｍｇは、耐食性向上に有効な元素である。Ｍｇは、Ｃａと同様に、ｐＨ低下を緩和する作用を有しており、ｐＨ低下による腐食促進を抑制する効果を発揮して、塗膜膨れを抑制するのに効果的である。こうした作用は０．０００１質量％以上含有させることによって有効に発揮され、Ｃｏが共存する場合に特に有効である。しかしながら、０．００５質量％を超えて過剰に含有させると加工性と溶接性とを劣化させることになるため好ましくない。Ｍｇを含有させるときの好ましい下限は０．０００５質量％であり、より好ましい上限は０．００４質量％である。

ＲＥＭ（Ｒａｒｅ Ｅａｒｔｈ Ｍｅｔａｌ）は、使用環境において、鋼材の表面近傍のｐＨ低下を抑制する作用を有しており、耐食性を更に向上させるのに有効な元素である。この作用はこれら元素が腐食溶解して水素イオンと反応することで発揮される。こうした作用を有効に発揮させるために、ＲＥＭは、０．００５質量％以上含有させることが好ましい。しかし、ＲＥＭ含有量が過剰になると溶接性や熱間加工性を劣化させるので、ＲＥＭを含有させる場合は、０．２０質量％以下とすることが好ましい。ＲＥＭを含有させるときのより好ましい下限は０．００８質量％であり、より好ましい上限は０．１５質量％である。本発明の実施形態に用いられるＲＥＭとしては、Ｓｃ、Ｙ、ランタノイド等が挙げられる。

２．金属組織
以下に本発明の実施形態に係る厚鋼板の金属組織について説明する。

［フェライト：７０面積％以上］
本発明の実施形態に係る厚鋼板は、全金属組織に対する面積率で７０％以上のフェライトを含み、残部がパーライト、ベイナイトおよびマルテンサイトよりなる群から選ばれる１種以上からなる。また、本発明では、後述するように、熱間圧延条件を適切に制御することにより、フェライトを十分に確保することができる。フェライトを７０面積％以上含むことにより、所望の低強度および高い伸び特性を得ることができる。フェライトの面積率は、好ましくは７５％以上である。フェライトの面積率は、軟鋼レベルの最低強度確保の観点から、好ましくは９５％以下、より好ましくは９２％以下である。

［フェライト粒径：３μｍ以上４０μｍ以下］
本発明の実施形態に係る厚鋼板は、過度な強度上昇を抑制するため、フェライト粒径は３μｍ以上、好ましくは５μｍ以上である。一方、最低限度の強度を確保するため、フェライト粒径は４０μｍ以下、好ましくは３５μｍ以下、より好ましくは３０μｍ以下である。

３．特性
本発明の実施形態に係る厚鋼板は、耐食性が優れていると共に、低強度および高い伸び特性を有している。本発明の実施形態に係る厚鋼板のこれらの特性について以下に詳述する。

［引張強度（ＴＳ）：４００ＭＰａ以上、５２０ＭＰａ以下］
内航船に使用される場合、その船体構造から、低強度材（いわゆる軟鋼）が適用される場合が多い。そのため、引張強度は、日本海事協会の船級規則Ｋ編材料（２０１９年度版）に準拠した標点間距離が２００ｍｍのＮＫ－Ｕ１号の試験片を用いて引張試験したときに、４００ＭＰａ以上、５２０ＭＰａ以下である。引張強度は、好ましくは４１０ＭＰａ以上、より好ましくは４２０ＭＰａ以上、好ましくは５１０ＭＰａ以下、より好ましくは５００ＭＰａ以下である。

［破断伸び（ＥＬ）：１６％以上］
破断伸び（すなわち、鋼板加工性）は、日本海事協会の船級規則Ｋ編材料（２０１９年度版）に準拠した標点間距離が２００ｍｍのＮＫ－Ｕ１号の試験片を用いて引張試験したときに、１６％以上である。これにより、現場における部品成形等の作業時間を低減させることができる。破断伸びは、好ましくは１８％以上、より好ましくは２０％以上、更により好ましくは２２％以上である。一方、破断伸びの上限は、特に限定されないが、上記の化学成分組成および後述する製造方法を鑑みれば、４５％程度である。

［均一伸び（ｕＥＬ）：１３．５％以上］
均一伸び（すなわち、均一変形性能）は、日本海事協会の船級規則Ｋ編材料（２０１９年度版）に準拠した標点間距離が２００ｍｍのＮＫ－Ｕ１号の試験片を用いて引張試験したときに、１３．５％以上である。これにより、船舶などが物体に衝突した場合のメンテナンス負荷を低減させることができる。均一伸びは、好ましくは１４．０％以上、より好ましくは１４．５％以上、更により好ましくは１５．０％以上である。一方、均一伸びの上限は、特に限定されないが、上記の化学成分組成および後述する製造方法を鑑みれば、３０％程度である。

［耐食性：複合サイクル試験（ＣＣＴ）１６８日後の塗装スクラッチ部の平均腐食深さが０．６００ｍｍ以下］
ある一定以上の腐食深さが形成されると、該腐食部のｐＨが低下、腐食深さが進展し、船舶などが物体に衝突した場合のメンテナンス負荷が増大するため、０．６００ｍｍより腐食深さを進行させないことが好ましい。本発明の実施形態では、複合サイクル試験（ＣＣＴ）１６８日後の塗装スクラッチ部の平均腐食深さが、好ましくは０．６００ｍｍ以下、より好ましくは０．５５０ｍｍ以下、更により好ましくは０．５００ｍｍ以下である。なお、本実施形態では、上記化学成分組成を満たすことにより、平均腐食深さが０．６００ｍｍ以下、すなわち耐食性に優れた厚鋼板を得ることができる。

４．製造方法
次に本発明の実施形態に係る厚鋼板の製造方法について説明する。
本発明者らは、上記の化学成分組成を有する鋼に、後述する所定の条件で熱間圧延を施し、その後空冷することにより、上述の所望の金属組織を有し、その結果、上述の所望の特性を有する厚鋼板を得ること見出した。以下にその詳細を説明する。なお、本発明は厚鋼板に関するものであり、該分野において厚鋼板とは、一般に板厚が３．０ｍｍ以上であるものを指す。本発明で対象とする厚鋼板の板厚は、好ましくは６．０ｍｍ以上である。

（製鋼）
製鋼方法は、特に限定されず、一般的な製鋼手段を採用すればよい。

（熱間圧延前の加熱）
熱間圧延前の加熱条件は、特に限定されないが、後述の熱間圧延を所定の温度域で実施できるように、例えば、１１００℃以上に加熱することが好ましい。

（熱間圧延）
熱間圧延は、圧延温度を１１００℃以下および再結晶圧下率を８０％以上にし、下記式（１）を満たすように熱間圧延を行う。再結晶温度領域は、鋼種により変動する。本実施形態で対象とする鋼種の場合、再結晶温度領域は８５０℃以上である。そのため、本実施形態に係る再結晶圧下率は、８５０℃以上の圧延（仕上げ圧延を含む）における累積圧下率を意味する。なお、本実施形態では、上記「圧延温度」および後述の「仕上げ圧延完了温度」は、鋼板の表面における温度を意味する。また、本明細書では、「圧延温度」という場合は、粗圧延と仕上げ圧延とを合わせた全圧延における圧延温度を意味する。また、「仕上げ圧延完了温度」という場合は、仕上げ圧延の最終パス完了時における圧延温度を意味する。また、下記式（２）における「ε_ｙｔ（表面）」は、鋼板の両面のうち片面のみの表面における累積歪みを意味する。同様に、下記式（２）における「ε_ｙｔ（ｔ／４）」は、鋼板の表裏面からそれぞれｔ／４位置のうち、片面側のｔ／４位置のみの位置における累積歪みを意味する。また、下記式（５）におけるロール半径Ｒは、仕上げ圧延機のロール半径であり、仕上げ圧延機が多重式圧延機の場合、圧延材と接触するロール（すなわち、ワークロール）の半径を意味する。

０．０８ＦＲＴ＋０．１Ｔｏｍ－０．５ε_Ｔ＋１０≧６９ ・・・（１）
ただし、
ＦＲＴ（Finish Rolling Temperature）：仕上げ圧延完了温度（℃）
Ｔｏｍ：最終パス～最終１パス前の圧延パス間時間（秒）
ε_Ｔ ：鋼板の表面、ｔ／４位置およびｔ／２位置（ｔ：板厚）の各位置における累積歪みの合計値（以下、「合計累積歪」という。）であり、下記式（２）で算出される。なお、各位置における累積歪みは、下記式（３）で算出される。また、各パスの歪みは下記式（４）で算出される。なお、下記式（４）は、吉田 博，「ホットストリップミルにおける温度、圧延負荷、金属学的諸特性の連成解析」，Journal of the JSTP，vol.38，no.437（1997-6）に記載されている算出式を参照した。
ε_Ｔ＝ε_ｙｔ（表面）＋ε_ｙｔ（ｔ／４）＋ε_ｙｔ（ｔ／２） ・・・（２）
ε_ｙｔ＝ε_ｙ１＋ε_ｙ２＋ε_ｙ３＋・・・＋ε_ｙｎ ・・・（３）
ε_ｙｉ＝Ｃ×（２ｙ／ｈ）^２＋１．１５×ｌｎ（Ｈ／ｈ） ・・・（４）
式（２）～（４）において、
ε_ｙ：板厚方向ｙ位置における相当塑性ひずみ、
ε_ｙｉ：ｉパス目の板厚方向ｙ位置における相当塑性ひずみ、
ｙ：板厚中心からの距離(ｍｍ)、ｈ：出側板厚（ｍｍ）、Ｈ：入側板厚（ｍｍ）、
Ｃ＝Ｂ_１×（Ｈ／２Ｒ）^Ｂ２×ｒ_ｅ ^２・・・（５）
式（５）において、
Ｂ_１＝０．１８３８１＋０．３４４３５μ＋１．４０８６×μ^２
Ｂ_２＝０．０７６６６９－２．０５６６μ＋２．１１２８×μ^２
ただし、μ：摩擦係数、Ｒ：ロール半径（ｍｍ）、ｒ_ｅ：圧下率

圧延温度を１１００℃以下にすることにより、フェライト粒径微細化による強度上昇を抑制することができる。圧延温度は、好ましくは１０５０℃以下、より好ましくは１０００℃以下にする。圧延温度の下限は、強度上昇抑制の観点から、７５０℃以上が好ましく、７８０℃以上がより好ましい。再結晶圧下率を８０％以上にすることにより、粒径粗大化による過度な強度低下を抑制することができる。再結晶圧下率は、好ましくは８５％以上、より好ましくは９０％以上にする。再結晶圧下率は、結晶粒径微細化抑制の観点から、９９％以下が好ましい。

次に、上記式（１）について説明する。高い均一伸び特性を確保するためには、加工歪の少ないフェライト組織を含有させる必要がある。鋼の熱間圧延中には、圧延により加工歪が導入される一方、回復、再結晶、変態により、加工歪が減少する。加工歪導入と歪減少に関する各種製造条件について、本発明者らが研究・調査を重ねた結果、本発明者らは、仕上げ圧延完了温度（ＦＲＴ）と、最終圧延パス間時間（すなわち、最終パス～最終１パス前の圧延パス間時間、Ｔｏｍ）と、合計累積歪（ε_Ｔ）と、の影響が特に大きいことを見出した。各パラメータについて以下に詳細に説明する。

仕上げ圧延完了温度（ＦＲＴ）は、回復、再結晶により減少する加工歪と関係するパラメータである。ＦＲＴが高いほど回復、再結晶するための駆動力が大きく、加工歪が減少する。よって、加工歪の少ないフェライト組織を得る観点から、ＦＲＴは高いほうが好ましい。仕上げ圧延完了温度は、例えば１１００℃～７５０℃の範囲内とすることが挙げられる。

最終圧延パス間時間（Ｔｏｍ）は、最終パスの１パス前の圧延終了後から、最終パスの圧延開始までの時間である。最終圧延パス間時間は、回復、再結晶による加工歪の減少、およびフェライト生成温度域での加工歪導入と関連するパラメータである。Ｔｏｍが大きいほど、回復、再結晶するための時間が長くなり、蓄積される加工歪量が減少する。よって、加工歪の少ないフェライト組織を得る観点から、Ｔｏｍは大きいほうが好ましい。最終圧延パス間時間は、例えば５秒～１２０秒の範囲内とすることが挙げられる。

合計累積歪（ε_Ｔ）は、熱間圧延により導入される加工歪量を表すパラメータである。熱間圧延中に導入された加工歪は、変態により緩和されるものの、変態後の組織に残存すると考えられる。つまり、変態後のフェライトに残存する歪みは、熱間圧延中に導入される累積歪みの影響を受け、累積歪みが大きいほどフェライトに導入される歪みが多く残存し、均一伸び特性を劣化させると考えられる。よって、加工歪の少ないフェライト組織を得る観点から、合計累積歪は小さいほうが好ましい。合計累積歪は、例えば１．０～３０の範囲内とすることが挙げられる。

以上説明したように、熱間圧延中により導入される「合計累積歪」と、「ＦＲＴ」と、「Ｔｏｍ」と、により、熱間圧延後に残存する加工歪みは変化する。そのため、本発明者らは、さらに種々検討したうえで、これらをパラメータとした式（１）左辺を見出した。そして、本発明者らは、式（１）左辺が６９を下回ると、低強度（すなわち、５２０ＭＰａ以下）かつ高い伸び特性（すなわち、ＥＬ≧１６％、ｕＥＬ≧１３．５％）を満足することが難しくなることを見出した。よって、式（１）左辺値を６９以上とする。式（１）左辺値は、好ましくは７５以上、より好ましくは８０以上である。上記特性を確保する観点から、式（１）左辺値の上限は特に限定されないが、本発明の実施形態に係る製造条件等を鑑みれば、上限はおおよそ１００程度となる。

（冷却）
上記熱間圧延後に、いわゆる水冷等の急冷却は実施せず、空冷で室温まで冷却する。水冷等を実施すると、ベイナイト、マルテンサイト、島状マルテンサイト（ＭＡ：Martensite-Austenite constituent）等の硬質組織が生成され、強度が高まるためである。また、ＭＡ等の硬質組織が鋼中に分散すると伸び特性が劣化するため、空冷で変態させ、所望のフェライト分率を確保する。さらに、冷却速度が大きい水冷等を実施すると、過冷度が大きくなり、細粒化されてしまう。空冷することにより、細粒化を抑制し、強度上昇を抑制することができる。

（１）供試材の作製方法
転炉溶製により、表１に記載の化学成分組成を有する鋼片を製造した。その後、熱間圧延前に１０００以上１２３０℃以下に加熱し、表２に記載の条件で熱間圧延および冷却を実施し、表２に記載の板厚の鋼板を製造した。なお、圧延温度は、１１００℃以下とした。また、本実施形態では、表２に記載の式（１）の導出において、摩擦係数μは「０．５５」とした。圧下率ｒ_ｅは計算を簡易的にするために、厚板製品の製造において平均的な値となる「０．３」を用いればよい。また、表１および表２、ならびに後述する表３および表４において、下線を付した数値は、本発明の実施形態の範囲から外れていることを示している。ただし、「－」については、本発明の実施形態の範囲から外れていても下線を付していないことに留意されたい。

（２）組織観察
表１および表２のＮｏ．１およびＮｏ．６～Ｎｏ．８について、以下のようにして組織観察を行った。観察面が鋼板表面と平行になるように、かつ観察位置がｔ／４位置（ｔ：板厚）になるように、鋼板から試験片を切り出し、ナイタール腐食した後、１００倍～４００倍で光学顕微鏡観察した。光学顕微鏡の各１０視野（視野面積：１５０μｍ×２００μｍ）について、フェライトの面積率を画像解析ソフト（Image-J）で解析して、各サンプルについてフェライト面積率の平均値を算出した。このようにして、各サンプルのフェライト面積率を算出した。
フェライト粒径は、４００倍の光学顕微鏡画像１視野（視野面積：１５０μｍ×２００μｍ）に２５μｍ間隔の格子を作成し、１つの直線が横切るフェライト粒の個数を求め、当該直線の視野内の長さを当該個数で除して、当該直線におけるフェライト１個当たりの粒径を求めた。そして、他の直線においても同様にフェライト１個当たりの粒径を求めて、これらの平均値を算出し、この平均値をフェライト粒径とした。
Ｎｏ．１、６、７および８のフェライト面積率は、それぞれ８０％、８２％、８４％および８３％であり、本発明の実施形態に係る要件を満足していた。また、Ｎｏ．１、６、７および８のフェライト粒径は、それぞれ７μｍ、２２μｍ、１６μｍおよび１４μｍであり、本発明の実施形態に係る要件を満足していた。なお、残部組織は、Ｎｏ．１、６、７および８の全てでパーライトであった。

（３）引張試験方法
引張試験の試験片は、長手方向（引張方向）が圧延方向に直交するように圧延材から採取した。試験片形状は、日本海事協会の船級規則Ｋ編材料（２０１９年度版）に準拠したＮＫ－Ｕ１号とし、標点間距離（ＧＬ）を２００ｍｍとし、全厚形状であるため、表２に記載の板厚で実施した。降伏点（ＹＰ：Yield Point）は、上降伏点を採用したが、上降伏が現れない場合、０．２％耐力を降伏点とした。引張試験条件は、ＮＫ船級規格Ｋ編に準拠して実施した。具体的には、降伏点到達前では、引張速度２０Ｎ／ｍｍ^２とし、降伏点到達後では、歪速度を３０ＰＬ％／分とした。また、均一伸びは、応力ひずみ線図において最高加重までの伸びで算出した。引張強度（ＴＳ）が４００ＭＰａ以上５２０ＭＰａ以下、破断伸び（ＥＬ）が１６％以上、かつ均一伸び（ｕＥＬ）が１３．５％以上のサンプルを合格とした。試験結果は、表３に示した。なお、表３には降伏強度（ＹＳ）も記載した。

（４）腐食試験方法（ＣＣＴ条件）
腐食試験片は、図１に示すように、５ｔ×９０Ｗ×１２０Ｌ（ｍｍ）の鋼材表面にＺｎリッチペイントを１５μｍ塗布し、その上に変性エポキシ樹脂１６０μｍを塗布・養生し、さらに変性エポキシ樹脂１６０μｍを塗布・養生し、合計膜厚３３５μｍの塗装を施した。塗装した試験片の中央部に、プラスチックカッターを用いて人工的に塗膜キズ部（すなわち、塗装スクラッチ部）を付与し、試験片外周をマスキングテープで多い、評価面積を８０ｃｍ^２に調整した。

腐食試験は、バラストタンク内を模擬したラボ評価試験として以下の通り実施した。実船のバラストタンク上甲板裏の環境を模擬するために、図２に示すように、まず「３５℃±１℃の人工海水を２時間噴霧後、６０℃±１℃、４５％～５５％ＲＨで４時間乾燥し、その後５０℃±１℃で２時間、９５％ＲＨより高い相対湿度で保持するサイクル」を７日間行った（以下、この７日間のサイクルを「第１サイクル」という）。その後、「３５℃±１℃で２時間、９５％ＲＨより高い相対湿度で保持し、６０℃±１℃、４５％～５５％ＲＨで４時間乾燥し、その後５０℃±１℃で２時間、９５％ＲＨより高い相対湿度で保持するサイクル」を７日間行った（以下、この７日間のサイクルを「第２サイクル」という）。第１サイクルと第２サイクルとを交互に１６８日間実施した。試験片は、鉛直方向から１５°～２５°傾けて設置した。人工海水噴霧量は、１．５±０．５ｍＬ／８０ｃｍ^２／ｈとなるように試験機を調整した。

開発鋼（表１のＮｏ．Ｂ）および従来鋼（表１のＮｏ．Ａ）のそれぞれ５枚（計１０枚）の上記試験片を準備した。その後、上記腐食試験を実施し、塗膜除去後の腐食深さをスクラッチ端部から１０ｍｍ間隔で６点測定した（図３参照）。６点の平均値をそれぞれの試験片の腐食深さとし、５枚の平均値を算出し、腐食深さを算出した。腐食深さが０．６００ｍｍ以下のサンプルを合格とした。算出結果は、表４に示した。

上記組織観察結果と、表３および表４の結果と、を考察する。
実施例Ｎｏ．１およびＮｏ．６～８は、本発明の実施形態に係る化学成分組成の要件および製造条件を満足していたため、所望の金属組織を得られ、引張強度（ＴＳ）および伸び特性（ＥＬ、ｕＥＬ）が良好であった。また、実施例Ｎｏ．２～５は、本発明の実施形態に係る化学成分組成の要件および製造条件を満足していたため、実施例Ｎｏ．１およびＮｏ．６～８と同様に所望の金属組織が得られていたと考えられ、その結果、引張強度（ＴＳ）および伸び特性（ＥＬ、ｕＥＬ）が良好であった。また、実施例Ｎｏ．１～Ｎｏ．８は、Ｃｕ＋ＮｉおよびＣｒが所定量含まれているため、耐食性にも優れていると考えられる。このことを実証するために、上述したように、Ｎｏ．ＡおよびＮｏ．Ｂを用いた腐食試験も行った。その結果、実施例Ｎｏ．１～Ｎｏ．８と同様に本発明の実施形態に係る化学成分組成の要件を満足している実施例Ｎｏ．Ｂは、耐食性が良好であることを確認した。

一方、比較例Ｎｏ．９～Ｎｏ．１１は、式（１）を満足しなかったため、引張強度（ＴＳ）と均一伸び（ｕＥＬ）が劣っていた。また、破断伸びは満足していたものの、実施例と比較すると値が低くなっていた。式（１）を満足しなかった理由として、Ｎｏ．９はＦＲＴが比較的低く、Ｔｏｍが低く、かつ累積歪みεＴが大きかったため、および、Ｎｏ．１０、Ｎｏ．１１は、ＦＲＴが比較的低く、累積歪みεＴが比較的大きかったためと考えられる。図４は、式（１）左辺と引張強度との関係を示したグラフである。図５は、式（１）左辺と均一伸びとの関係を示したグラフである。図４および図５を参照すると、式（１）左辺が６９以上になることにより、引張強度が低下し、均一伸びが向上することが分かる。また、比較例Ｎｏ．Ａは、本発明の実施形態に係る化学成分組成の要件を満足しなかったため、腐食深さが０．６００ｍｍを超えており、耐食性に劣っていた。

本発明の厚鋼板は、造船、海洋構造物、橋梁等、塗装耐食性や現場施工性の向上(すなわち、伸び特性の向上)が要求される分野に広く適用でき、特に限定されるものではないが、船体バラストタンクの上甲板等の船舶用厚鋼板が、具体的な適用先として挙げられる。

Claims (5)

1. Ｃ ：０．０１質量％以上、０．３０質量％以下、
   Ｓｉ：０．０１質量％以上、２．０質量％以下、
   Ｍｎ：０．８５質量％以上、２．００質量％以下、
   Ｐ ：０質量％超、０．０１５質量％以下、
   Ｓ ：０質量％超、０．００５質量％以下、
   Ａｌ：０．００５質量％以上、０．１０質量％以下、
   Ｃｒ：０．０１質量％以上、０．５質量％以下、
   Ｔｉ：０．００５質量％以上、０．２０質量％以下、
   Ｃａ：０．０００１質量％以上、０．００５質量％以下、
   Ｎ ：０．０００１質量％以上、０．０１０質量％以下、および
   Ｃｕ＋Ｎｉ：０．５０質量％以上、０．８５質量％以下
   を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなり、
   金属組織が、全金属組織に対する面積率で７０％以上のフェライトを含み、残部がパーライト、ベイナイトおよびマルテンサイトよりなる群から選ばれる１種以上からなり、
   フェライト粒径が、３μｍ以上４０μｍ以下であり、
   日本海事協会の船級規則Ｋ編材料（２０１９年度版）に準拠した標点間距離が２００ｍｍのＮＫ－Ｕ１号の試験片を用いて引張試験したときに、引張強度が４００ＭＰａ以上５２０ＭＰａ以下、破断伸びが１６％以上、かつ均一伸びが１３．５％以上である、伸び特性と耐食性に優れた低強度の厚鋼板。
2. 複合サイクル試験１６８日後の塗装スクラッチ部の平均腐食深さが、０．６００ｍｍ以下である、請求項１に記載の厚鋼板。
3. Ｂ ：０．０００１質量％以上、０．０１０質量％以下、
   Ｖ ：０．０１質量％以上、０．５０質量％以下、および
   Ｎｂ：０．００１質量％以上、０．５０質量％以下
   よりなる群から選ばれる１種以上を更に含有する、請求項１または請求項２に記載の厚鋼板。
4. Ｃｏ ：０．００５質量％以上、０．２０質量％以下、
   ＲＥＭ：０．００５質量％以上、０．２０質量％以下、
   Ｚｒ ：０．００５質量％以上、０．２０質量％以下、および
   Ｍｇ ：０．０００１質量％以上、０．００５質量％以下
   よりなる群から選ばれる１種以上を更に含有する、請求項１～３のいずれか１項に記載の厚鋼板。
5. 請求項１～４のいずれか１項に記載の成分組成を満たす鋼を１１００℃以上に加熱する工程と、
   圧延温度を１１００℃以下および再結晶圧下率を８０％以上にし、下記式（１）を満たすように熱間圧延を行う工程と、
   空冷する工程と、を含む、請求項１～４のいずれか１項に記載の厚鋼板の製造方法。
   ０．０８ＦＲＴ＋０．１Ｔｏｍ－０．５ε_Ｔ＋１０≧６９ ・・・（１）
   ただし、
   ＦＲＴ：仕上げ圧延完了温度（℃）
   Ｔｏｍ：最終パス～最終１パス前の圧延パス間時間（秒）
   ε_Ｔ ：鋼板の表面、ｔ／４位置およびｔ／２位置（ｔ：板厚）の各位置おける累積歪みの合計値であり、下記式（２）式で算出される。なお、各位置における累積歪みは下記式（３）で算出される。また、各パスの歪みは下記式（４）で算出される。
   ε_Ｔ＝ε_ｙｔ（表面）＋ε_ｙｔ（ｔ／４）＋ε_ｙｔ（ｔ／２） ・・・（２）
   ε_ｙｔ＝ε_ｙ１＋ε_ｙ２＋ε_ｙ３＋・・・＋ε_ｙｎ ・・・（３）
   ε_ｙｉ＝Ｃ×（２ｙ／ｈ）^２＋１．１５×ｌｎ（Ｈ／ｈ） ・・・（４）
   式（２）～（４）において、
   ε_ｙ：板厚方向ｙ位置における相当塑性ひずみ、
   ε_ｙｉ：ｉパス目の板厚方向ｙ位置における相当塑性ひずみ、
   ｙ：板厚中心からの距離（ｍｍ）、ｈ：出側板厚（ｍｍ）、Ｈ：入側板厚（ｍｍ）、
   Ｃ＝Ｂ_１×（Ｈ／２Ｒ）^Ｂ２×ｒ_ｅ ^２・・・（５）
   式（５）において、
   Ｂ_１＝０．１８３８１＋０．３４４３５μ＋１．４０８６×μ^２
   Ｂ_２＝０．０７６６６９－２．０５６６μ＋２．１１２８×μ^２
   ただし、μ：摩擦係数、Ｒ：ロール半径（ｍｍ）、ｒ_ｅ：圧下率