JPH07100814B2 - 脆性亀裂伝播停止特性と低温靭性の優れた鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、−50℃レベル以上での使用時において400kg
f・mm^−3/2以上の優れた脆性亀裂伝播停止特性と、中心
部が−100℃を超える靭性を有する構造用鋼板の製造方
法に関するものである。

（従来の技術） 鋼板に発生する脆性亀裂は、通常、主亀裂が先行亀裂に
連結して伝播する。

この連結は結晶粒界のテアと呼ばれる延性破壊で形成さ
れるが、その時テアの延性破壊により亀裂の伝播エネル
ギーが吸収される。

この吸収能は、結晶粒径の微細化により上記延性破壊の
機会が増えて高まることにより亀裂の減速効果が向上
し、上記脆性亀裂伝播停止特性を向上する。

実際に脆性亀裂伝播停止特性の向上に大きく寄与するの
は、脆性亀裂伝播時には鋼板表層部に発生するシアリッ
プと称する塑性変形領域であり、このシアリップも結晶
粒の微細化で伝播する脆性亀裂が有する伝播エネルギー
の吸収能が増大する。

そこで効果的な結晶粒の微細化の試みが種々行われてい
る。

これを実現するため、例えば特開昭61−235534号公報
は、第１図（ａ）及び（ｄ）に示す如く温度がAc₃点以
上の鋳片表面から中心部への板厚の1/8以上の距離にわ
たってAr₃点以下に冷却し、該鋳片の厚み方向の温度差
につけたまま圧延を開始し、該圧延中又は圧延後に該鋳
片厚の全域をAc₃点以上に復熱することにより、ESSO試
験による−20℃における脆性亀裂伝播停止特性を表すＫ
caが、460〜960kg f・mm^−3/2程度の厚鋼板を製造する
方法を提案している。

しかし前記特開昭61−235534号公報のＫca値は−20℃で
の値であり、これを板厚効果の影響を受けない条件とし
て、板厚を一定にして−50℃でのＫca値に換算すると、
−50℃のＫca値は−20℃のＫca値の約1/2.5〜1/2.7とな
り、−50℃のＫca値は概ね170〜380kg f・mm^−3/2程度
となり、当分野で要望されているＫca値400kg f・mm
^−3/2以上を満たないのが実状である。

又、前記特開昭61−235534号公報の提案は、鋳片全域を
Ac₃点以上に復熱させるので復熱時間が長くなって生産
性が低下すると共に、Ar₃点以下に冷却される厚み範囲
が少なく、従ってオーステナイトからフェライトへの逆
変態及び再結晶が利用できる領域が狭く、結晶粒の微細
化、組織の微細化が不充分となり、シアリップ効果が充
分発揮されず、これらが実用上の妨げとなっている。

又溶接性に優れ、且つ良好な強度、靭性を有する厚鋼板
の製造方法としては、例えば、特公昭49−7291号公報に
記載の提案がある。

該提案は、冷却、加熱を繰り返して最終組織にいたる迄
の変態の回数を多くし、結晶粒の微細化をはかる方法で
あるが、単なる変態の回数の増加のみでは結晶粒の微細
化に限界があり、良好な脆性亀裂伝播停止特性及び良好
な靭性が得られず、更にこのような温度制御のみを繰り
返す工程を用いる製造方法は、経済性、生産性が共に悪
い。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は上記した従来技術の問題点を伴うことなく、鋼
板全体に及んで優れた脆性亀裂伝播停止特性を形成し、
その上表層部のみならず板厚中心部の靭性が特に優れた
構造用厚鋼板を生産性良く、経済的に製造する方法を提
供することを課題とするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は上記課題を達成するため、重量％で、C:0.01〜
0.30％、Ｓi：≦0.5％、Ｍn：≦2.0％、Ａl：≦0.1％、
N:0.001〜0.01％更に必要によりＣr：≦0.5％、Ｔi：≦
0.1％、Ｎi：≦1.0％、Ｎb:0.05％、Ｍo：≦0.5％、B:
≦0.0015％、V:≦0.1％、Ｃu：≦0.9％の１種又は２種
以上を含み、その他Ｆe及び不可避的成分からなる構造
用鋼材を該鋼材の鋼材厚の２〜33％に対応する上下各表
層部の領域をAr₃点以上の温度から冷却速度２℃/sec以
上で冷却を開始し、Ar₃点以下に冷却して該冷却を中止
して復熱させることを１回以上経由させる経過で、鋼材
の該表層部を冷却停止してから復熱が終了する迄の間に
仕上圧延を行い、該仕上圧延後の鋼板の上下表層部をAc
₃点未満又はAc₃点以上に或いはAc₃点とその上下温度域
に復熱する脆性亀裂伝播停止特性と低温靭性の優れた鋼
板の製造方法にある。

以下に上記した成分限定理由を説明する。

Ｃは鋼材の強化成分として添加し、溶接部の靭性劣化の
防止から上限を定めている。

Ｓiは脱酸と強度維持を目的に添加し、溶接性の劣化防
止から上限を定めている。

Ｍnは低温靭性の向上を目的に添加し、溶接割れの防止
から上限を定めている。

ＮはＡlと共に窒化物の生成による結晶粒の微細化を目
的として添加し、溶接部の靭性劣化の防止から上限を定
めている。

Ｃr,Ni,Mo,B,Cuは何れも焼入れ性を向上し、効果的な強
度上昇を目的として添加し、低温変態生成物の生成を抑
制し、フェライト面積率の減少を防止するため上限を定
めている。

Ｔi,Nbは結晶粒の微細化を目的として添加し、溶接部の
靭性圧下の防止から上限を定めている。

Ｖは析出強化を目的に添加し、経済性から上限を定めて
いる。

又本発明が対象とする構造用鋼材は、厚みが50〜400mm
連続鋳造のままの高温の鋼片、又はこの鋼片を一旦冷却
後再加熱した鋼片、更には連続鋳造後形状調整圧延又は
粗圧延等の圧延を行った厚みが10〜360mmの高温鋼板等
を指す。

（作用） 本発明者等は重量％で、C:0.01〜0.30％、Ｓi：≦0.5
％、Ｍn：≦0.2％、Ａl：≦0.1％、N:0.001〜0.01％更
に、必要によりＣr：≦0.5％、Ｔi：≦0.1％、Ｎi：≦
1.0％、Ｎb：≦0.05％、Ｍo：≦0.5％、B:≦0.0015％、
V:≦0.1％、Ｃu：≦0.9％の１種又は２種以上を含み、
その他Ｆe及び不可避的成分からなり、厚みを10〜360mm
にした構造用鋼材を用いて種々の仕上圧延の実験検討を
繰り返した。

その結果第１図（ａ），（ｂ）に示す如く該鋼材の鋼材
厚の２〜33％に対応する上下各表層部の領域を２℃／秒
以上の冷却速度でAr₃点以下迄冷却し、該鋼材の表層部
と中心部に温度差をつけたまま仕上圧延を開始して該仕
上圧延終了後、該鋼材の鋼材厚の２〜33％に対応する上
下各表層部の領域をAc₃点未満に復熱すると、該圧延が
昇温過程内の圧延のため、フェライトが充分に再結晶し
て結晶粒が微細化し、高靭化は勿論のこと更に脆性亀裂
伝播停止特性が向上することを知得した。

又、第１図（ａ），（ｃ）の如く、該鋼材の鋼材厚の２
〜33％に対応する上下各表層部の領域をAc₃点以上に復
熱すると、該圧延が逆変態過程内での圧延のため、フェ
ライトからオーステナイトへの逆変態で結晶粒が一段と
微細化し、高靭化のみならず脆性亀裂伝播停止特性が向
上することを知得した。

この時は、Ar₃点以下への冷却とAc₃以上への復熱による
逆変態を１回当たりの冷却条件、板厚、加熱温度を一定
にして１回以上の複数回行うと、第４図（ａ），（ｂ）
に示す如く、脆性亀裂伝播停止特性及びvＴrsは一段と
向上することを見出した。

又、この時の圧延は何れの場合も第２図に示すパターン
を辿り、その時の被圧延材は第３図に示す如く、該鋼材
の鋼材厚の２〜33％に対応する上下各表層部の領域と中
心部に温度差があり、結晶粒径も同様に該鋼材の鋼材厚
の２〜33％に対応する上下各表層部の領域と中心部に差
が生じている。

これをそのまま圧延加工すると、被圧延材は該鋼材の鋼
材厚の２〜33％に対応する上下各表層部の領域が大きな
変形抵抗で形成した板状抵抗体となり、変形抵抗の小さ
い中心部を該板状低抗体が強圧下する結果、該中心部に
極めて大きな歪みが蓄積され、変態後のフェライトは一
段と微細化し、中心部の靭性を向上すると共にセンター
ポロシティーを圧着することを見出した。

又表層部が細粒化する厚み範囲が、２％以上など実質的
な効果がなく、33％以上になると鋼材自体の顕熱がなく
なるために板厚中心部の温度が下がりすぎて靭性が劣化
してしまうことを見出した。

又、この時、ＴiとＮbを含まない鋼板は、５μｍ以下の
結晶粒径のフェライトが表層部の50％以上の面積率に達
し、ＴiとＮbを含む鋼板は３μｍ以下の結晶粒径のフェ
ライトが表層部の面積率50％以上に達し、共にＫca（−
50℃）が≧400kg f・mm^−3/2と安定した脆性亀裂伝播停
止特性を発揮することを見出した。

又、復熱過程における仕上圧延後にその時の温度で５〜
300秒保持すると、微細化した結晶の方位がランダム化
して脆性亀裂伝播停止特性が更に向上することを見出し
た。

更にこの仕上圧延を終了し復熱を経た鋼板は、この後40
℃／秒以下の冷却速度で650℃以下迄強制冷却すると、
母材強度と靭性が向上することを見出した。

これ等の知見を基に上記した課題を達成する本発明がな
されたものである。

（実 施 例） 1.供試鋼：表１に示す。

2.圧延条件：表２に示す。

3.冷却条件：表２に示す。

4.冷却停止条件：表２に示す。

5.復熱条件：表２に示す。

6.熱延後の制御冷却条件：表２に示す。

7.脆性亀裂伝播停止特性：表３に示す。

8.靭性、その他の特性：表３に示す。

尚、脆性亀裂伝播停止特性はESSO試験値（Ｋca）で、靭
性はシャルピー試験における破面遷移温度（vＴrs）
で、センターポロシティーの圧着はＺ方向引張試験によ
る絞り値（R_AZ）で評価した。

本発明例の鋼番Ａ−１〜Ａ−23は、Ｋca（−50℃）が40
5〜1200kg f・mm^−3/2と従来例に比較して格段に優れ、
鋼板の厚み方向中心、つまり1/2t部のvＴrsが−100〜−
160℃、1/2tのR_AZが72〜85％と優れた特性を示した。

一方比較例の鋼番Ｂ−１〜Ｂ−19は、Ｋca（−50℃）は
102〜385kg f・mm^−3/2と従来並みであり、1/2tvＴrsは
−50〜−90℃、1/2tのR_AZは43〜53％しか得られなかっ
た。

（発明の効果） 本発明は、１回以上の逆変態後の昇温中にフェライト再
結晶と並行して圧延するか、又は１回以上の逆変態後の
昇温中にフェライトの再結晶とフェライトからオーステ
ナイトへの略変態中に圧延を行うので、鋼板の全域に及
んで組織は微細化し、鋼板表層部のシアリップ効果が向
上し、課題の一つの脆性亀裂伝播停止特性がＫca（−50
℃）≧400kg f・mm^−3/2と優れ、更に鋼板厚み方向中心
部に効果的に強圧下が作用するので、課題の他の一つで
ある板厚中心部の靭性がvＴrs≦−100（℃）と優れ、し
かもこの鋼板の生産性、経済性は高く、この種の鋼板を
製造し、使用する分野にもたらす効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、本発明が規制する鋳片及び鋼板の厚み
方向の位置を示し、（ｂ），（ｃ）は、請求項1,2の本
発明例における上記位置と冷却・復熱温度の関係、
（ｄ）は、従来例（特開昭61−235534号公報例）におけ
る上記位置と冷却・復熱温度の関係の図表、第２図は本
発明の圧延パターン、第３図は本発明の圧延時の被圧延
材の上下表層部と中心部の温度関係を従来例と対比した
図表、第４図（ａ）は、逆変態回数と脆性亀裂伝播停止
特性の関係、（ｂ）は、逆変態回数と靭性（シャルピー
試験における破面遷移温度vＴrs）の関係の図表を示
す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量％で、 C:0.01〜0.30％ Ｓi：≦0.5％ Ｍn：≦2.0％ Ａl：≦0.1％ N:0.001〜0.01％ その他Ｆe及び不可避的成分からなる構造用鋼材を該鋼
   材の鋼材厚の２〜33％に対応する上下各表層部の領域を
   Ar₃点以上の温度から冷却速度２℃/sec以上で冷却を開
   始し、 Ar₃点以下に冷却して該冷却を停止して復熱させること
   を、１回以上経由させる経過で最後の冷却後の復熱が終
   了する迄の間に仕上圧延を行い、該仕上圧延終了後の鋼
   板の前記上下表層域をAc₃点未満に又はAc₃点以上に或い
   はAc₃点とその上下温度域に復熱することを特徴とする
   脆性亀裂伝播停止特性と低温靭性の優れた鋼板の製造方
   法。
2. 【請求項２】重量％で、 Ｃr：≦0.5％ Ｔi：≦0.1％ Ｎi：≦1.0％ Ｎb：≦0.05％ Ｍo：≦0.5％ B:≦0.0015％ V:≦0.1％ Ｃu：≦0.9％ の１種又は２種以上を含むことを特徴とする請求項１記
   載の脆性亀裂伝播停止特性と低温靭性の優れた鋼板の製
   造方法。
3. 【請求項３】仕上圧延終了後、鋼板温度を５〜300秒保
   持することを特徴とする請求項１又は２記載の脆性亀裂
   伝播停止特性と低温靭性の優れた鋼板の製造方法。
4. 【請求項４】復熱終了後の鋼板を40℃／秒以下の冷却速
   度で650℃以下迄冷却をすることを特徴とする請求項1,2
   又は３記載の脆性亀裂伝播停止特性と低温靭性の優れた
   鋼板の製造方法。