JPH0320408A - 低温靭性に優れた高張力鋼材の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、低温靭性に優れた高張力鋼材の製造法に関す
る． （従来の技術） 例えば、水力発電所は電力需要の著しい増大に伴って発
電効率を向上させるために近年大型化される傾向にある
．これに伴い水力発電所のペンストック　（水圧鉄管）
に用いられる鋼材に対して要求される強度は上昇してお
り、これに対応するため、使用される鋼材も厚肉化・高
強度化が図られている． しかしながら、鋼製構造物である水圧鉄管には単に強度
のみならず、過酷な環境条件で使用されることから、靭
性とりわけ低温靭性も強く要求されている． すなわち、近年構造物の大型化に伴って、良好な熔接性
を具備しつつ、廉価であって、高強度および高靭性を有
する鋼材の要請が増加している．そこで、従来より上述
のような用途に使用される鋼材である極厚高張力鋼板の
低温靭性を改善する方法が種々提案されており、例えば
、Ｂの焼入性向上効果を最大限に利用するものとして、
鋼中にＢを含有させて鋼の高張力化を図る手段が種々提
案されている． 具体的には、（ｉ）特開昭５９−１６６６２０号公報、
特開昭５９−１６６６２１号公報には、ＡＱ−Ｂ一低Ｎ
系高靭性高張力鋼の製造法として、鋼材を高温加熱後に
直接焼入れと焼入れ焼戻し処理を組み合わせた手段が、
また （　ｉｉ　）特開昭４８−２８３１６号公報にはｒ　Ａ
．ｃ　３点以上の温度で焼入れを２回以上繰り返した後
で焼戻しを行うことにより強度と靭性とを極厚鋼板に付
与する方法」が、さらに （　ｉｉｉ　）日本国特許第１，１５１，０９５号、同
１，３３３，５６０号には調質型高張力鋼板の低温靭性
を改善する手段として「微量のＮｂを鋼片中に添加して
おき、熱間圧延条件をある条件下に制御する方法Ｊがそ
れぞれ開示されている． （発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、これらの方法によっては、極厚高張力！
！４板の強度および低温靭性を確実に所望の値に改善す
ることができない． 例えば、特開昭４８−２８３１６号公報に開示された方
法は、各々の熱処理温度についての言及がなされておら
ず、単に好ましい熱処理温度範囲として８８０〜９８０
℃を例示しているだけである．したがって、例えば９５
０℃という高温で２回繰り返し焼入れを行った場合には
２回目の焼入れ時にも結晶粒の粗大化が発生するため、
所望の低温靭性の改善を図ることができず、一方ＡＣ３
点直上という低温で２回繰り返し焼入れを行った場合に
はオーステナイト結晶粒・フエライト結晶粒の混粒組織
となり易く、やはり所望の低温靭性の改善を図ることが
できない。また、Ｎｂ添加の効果についても十分言及さ
れていない．つまり、特開昭４８−２８３１６号公報に
開示された方法では、鋼材の組戒や焼入れ温度といった
条件により靭性の改善効果が不足し充分な低温靭性が得
られない． また、日本国特許第１，１５１，０９５号、同１，３３
３．５６０号に開示された方法は薄板材では効果が期待
できるものの、極厚鋼板では圧延の制御効果が期待でき
ない． 以上、いずれの方法によっても極厚高張力鋼板の低温靭
性を改善することはできなかったのである． ここに、本発明の目的は、低温靭性に優れた高張力鋼材
、例えば極厚高張力鋼仮の製造法を提供することにある
． （課題を解決するための手段） 本発明者らは上記課題を解決し、さらに高い強度・靭性
を有する鋼材を製造するため種々検討を重ねた結果、鯛
の再結晶抑制効果、結晶粒微細化効果さらには焼入性向
上効果等を有するＮｂを添加した＆ｌｌ或の鋼材を、あ
る特定した熱処理条件で熱処理することにより、得られ
る鋼材の強度・靭性を著しく向上することができること
を知り、本発明を完成した． ここに本発明の要旨は、重量％で Ｃ　：　０．０５〜０．２０％、　　Ｓｌ：　０．０１
〜０．６０％、Ｍｎ：　０．５０〜２．００％、　　Ｐ
　＋　０．０２０％以下、Ｓ　：　０．０１０％以下、
　　Ｎｂ：０．００５〜０．０３０％、Ｂ　　：　　０
．０００５　〜０．００３０％、　ｓｏｌ．八Ｑ：０．
０１　〜ｏ．ｔｏ％、Ｎ　：　０．０Ｇ１〜ｏ．ｏｉｏ
％ 残部Ｆｅおよび不可避的不純物 からなる鋼＆ＩＩＩＩｉを有する鋼材を、９５０℃以上
１２００゜Ｃ以下の温度に加熱後、オーステナイト一相
域の温度で圧延を完了し、引き続き、Ａｒｓ点以上の温
度から４００℃以下の温度へ２゜Ｃ　／ｓｅｃ以上の鯛
材中心部冷却速度で加速冷却を行い、さらに、ＡＣ，点
以上（Ａｃｚ点＋２００℃）以下の温度域に加熱後焼入
れ処理する操作を１回または２回以上繰り返して行い、
その後、Ａｃ．点以下の温度で焼戻し処理を行うことを
特徴とする、低温靭性に優れた高張力鋼材の製造法であ
る． なお、上記の本発明において、前記洞材が、さらに Ｎｉ：　０．１　〜５．０％、　Ｃｒ：　０．１　〜１
．５％、Ｍｏ：　０．１　〜０．９％　　Ｃｕ：　０．
１　〜０．５％、Ｖ：　０．０１〜０．１０％、　Ｔ！
：　ｏ．ｏｏｓ　〜０．０３０％からなる群から選ばれ
た１種または２種以上の合金元素を含有してもよい． 本発明において、鋼材には、例えば水圧鉄管用材料とし
ゼ用いることができる極厚の鋼板が包含される．好まし
くは１００　ａｍ厚以上の高張力鋼板である． （作用〉 以下、本発明を作用効果とともに詳述する．なお、本明
細書において特にことわりがない限り「％」は「重量％
」を意味するものとする．本発明は、Ｎｂを含有し、あ
る特定した鋼組威を有する鋼材を、ある特定の温度域に
て加熱・圧延後、オンラインで焼入れを施した後、焼入
れ・焼戻し処理を行うことを特徴とする、低温靭性に優
れた高張力鋼材の製造法である。

まず、本発明において上述のように鋼組威を限定した理
由について説明する。

Ｃは、０．０５％未満であると充分な焼入れ強度を得に
くいために０．０５％以上とし、また０．２０％を超え
ると靭性・溶接性を損なうために０，２０％以下と制限
する． Ｓｔは、鋼材の強度を確保するという観点から製鋼上０
．０１％以上必要な元素であるが、０．６０％を超える
と鋼材の靭性を著しく低下させるために０．６０％以下
とする。

Ｍｎは、焼入性と強靭性とを共に確保するために０．５
０％以上添加する必要があるが、２．００％を超えｆ多
量に添加すると、Ｍｎのミクロ偏析あるいは伸展したＭ
ｉｓなどにより、機械的性質の異方性が極めて大きくな
り、高張力鋼材として適さなくなる．そこでＭｎ添加量
を０、５０％以上２．００゜％以下と制限する． ＰおよびＳは靭性を確保するためには有害な元素であり
少ないことが望ましいが、現在の製鋼技術上ゼロにする
ことは困難であるため、それぞれ上限を０．０２０％、
０．０１０％と制限する．Ｎｂは、本発明において重要
な元素である，　Ｎｂを０．００５％以上添加すること
により結晶粒の微細化が図られるために靭性の向上に有
効である。しかも、Ｂと共存する場合には、再結晶抑制
効果によって、Ｂを粒界に偏析させた状態に保ちやすい
ため、Ｂの焼入性向上効果を助長させることができる。

しかし、０．０３０％超添加すると、溶接継手部の靭性
の劣化をもたらすため、０．００５％以上０．０３０％
以下に制限する． なお、結晶粒微細化のためにＮｂを添加することは薄板
では行われているが、本発明のように極厚鋼板を対象に
する場合には例がない．それは制御圧延効果が期待しに
くいためであり、そのため本発明にあっては固溶Ｎｂの
微細析出による細粒化の促進を図っている． Ｂは、本発明において微量の添加で焼入れ性を著しく向
上させるため、極めて重要な元素であり、ｏ．ｏｏｏｓ
％以上の添加が必要であるが、０．　００３０％を超え
て添加すると靭性が著しく劣化するため、Ｂの添加量は
０．　０００５％以上０．００３０％以下と制限する。

ｓｏｌ．ＡＱは、Ｔ粒の微細化、固溶Ｎの固定およびＢ
処理を行う上で不可欠な元素であって、かかる効果を発
揮させるためには０．０１％以上の添加が必要となるが
、０。１０％を超えて添加すると靭性の低下をもたらす
ため０．０１％以上０．　１０％以下と制限する． Ｎは、ＡＱＮの生戒によりγ粒の微細化に寄与するため
、０．００１％以上添加することが必要であるが、０．
０１０％を超えて添加すると固溶Ｎが増大し靭性が劣化
する．よって０．００１％以上０．０１０％以下に制限
する。

以上の姐威を有する鋼材に後述する条件の熱処理を行う
ことにより、低温靭性に優れた洞材を得ることが可能と
なるが、さらにＮｉ，　Ｃｒ，　ＭｏＳＣｕ，Ｖ，Ｔｉ
からなる群から選ばれた．１種または２種以上を組合せ
て添加することにより一層の靭性向上または強度向上を
図ることが可能となる。

そこで以下これらの元素の添加量について説明する． 旧は、０．１％以上の添加により強度・靭性を向上させ
るために有効な元素であるが、多量に添加するとコスト
の上昇を招くため５．０％以下に制限する． Ｃｒは、０．１％以上の添加により焼入性を高めるため
靭性の向上に有効であるが、１．５％超添加すると靭性
が著しく劣化するため、０．１％以上１．５％以下と制
限する． Ｍｏは、０．１％以上の添加により強度の向上に有効で
あるが、０．９％を超えて添加すると靭性を損なうこと
となるため、０．１％以上０．９％以下に制限する． Ｃｕは０．１％以上の添加により強度上昇に有効な元素
であるが、０．５％超添加するとスケール発生により鋼
材の表面性状を著しく劣化する．したがって０．１％以
上０．５％以下と制限する．■は０．０１％以上添加す
ることにより強度上昇に有効であるが、０，１０％を超
えて添加することにより靭性の劣化をもたらす．そこで
０．０１％以上０．１０％以下に制限する． Ｔｆはｏ．ｏｏｓ％以上添加することにより丁ｉＮとし
て加熱時のＴ粒威長抑制に効果があり、またＮを固定す
ることによって、固？＄Ｂ量を増加させるためＢの焼入
性向上に有効であるが、０．０３０％を超えるとむしろ
靭性劣化をもらたすのでｏ．ｏｏｓ％以上０．０３０％
以下に制限する。

以上の組威を有する鋼材に対して、本発明は、（１）　
９５０℃以上１２００″Ｃ以下の温度に加熱する。

（２）オーステナイト一相域で圧延を完了する．（３）
　（２）に引き続きＡｒ．点以上の温度から４００℃以
下の温度へ２”Ｃ／ｓｅｅ以上の、鋼材の中心部におけ
る冷却速度で加速冷却する。

（４）　Ａｃ．点以上（Ａｃ３点＋２００℃）以下の温
度域に再加熱後焼入れ処理する操作を１回または２回以
上繰り返す． （５）　（４）の後にＡｃｎ点以下の温、度で焼戻しを
行う．という条件で鋼材の製造を行うのである。

以上の製造条件について以下に詳述する．まず加熱温度
は９５０℃以上とする．これは鋼中のＮｂ，　Ｂ等を固
溶させるのに必要なためであるが、１２００℃を超える
とＴ粒の粗大化が顕著となるため、上限をｌ２００゜Ｃ
に制限する． 次に圧延後の組織を完全な焼入組織とするために、Ｔ一
相域の温度で圧延を完了させ、このままの状態で加速冷
却を施し、変態がぼり完了する４００℃以下まで、急冷
する．これによって、引き続き実施する再加熱時に生或
するＴ粒を微細なものにできる． 本発明では、このオンライン焼入の際に低温Ｔ域で圧延
を施しても、前述したように、Ｎｂによって再結晶を抑
制しているため、Ｂが粒界に偏析した状態が保たれ、Ｂ
の焼入性向上効果を充分活用し得るのである． また、中心部の冷却速度を２゜Ｃ　／ｓｅｅ以上に制限
するのは、これより小さな値の冷却速度では、充分な焼
入れ効果が得られないためである．さらに、再加熱時の
Ｔ化温度の上限を（Ａｃ，点十２００）　’Ｃとするこ
とによって生成した微細なＴ粒の粗大化を防止すること
ができる． この加熱・焼入れ処理は１回であってもよいが、２回以
上繰り返すことにより、一層の結晶粒微細化を図ること
ができる。

そして、最後に焼戻し処理を行う。焼戻し処理は特別な
処理を必要とするものではなく、通常の焼戻し処理を行
えばよい。すなわち、上記の焼入れを行った鋼材をＡｃ
＋点以下の温度に、例えば５５０〜６５０″Ｃ程度に焼
戻しすればよい。

以上詳述してきたように、本発明にかかる方法により、
低温靭性に優れた高張力鋼材を確実に得ることが可能に
なる． なお、第１図に本発明にかかる低温靭性に優れた高張力
鋼材の製造法の熱サイクルを示す．さらに、本発明を実
施例を用いて詳述するが、これは本発明の例示であって
これにより本発明が不当に制限されるものではない。

実施例 第１表に示す組戒を有する綱片を第２表に示す条件にて
、圧延および熱処理を行って板厚が３０〜１００ｍｓ＋
の試料阻１ないし試料ＮｌＡｌｌを得た。

これらの試料について、引張試験を行って降伏点および
引張強さを測定するとともにシャルピー試験を行って遷
移温度を測定した。結果を第２表に示す。

（以下余白） 試料Ｎα１ないし試料Ｎα゜６は本発明にかかる方法に
より得た試料であるが、引張強度が大きく、遷移温度が
低く、低温靭性に優れた高張力鋼板が得られたことがわ
かる． これに対して試料Ｎ（Ｌ７ないし試料ｋｌｌは比較例の
試料である。

まず、試料Ｎａ７は、鋼材の加熱温度が本発明の範囲を
超えているため、γ粒の粗大化を防ぐことができず、靭
性の向上が図られないことがわかる．試料Ｎα８は、圧
延完了後に冷却を行なわなかったため、引き続いて行な
われる再加熱時におけるγ粒が微細化しなかったために
、やはり靭性の向上が図れなかったことがわかる． 試料Ｎａ９は、再加熱を行わなかったため、やはり靭性
の向上が図れなかったことがわかる。

試料徹１０は、再加熱温度がＡｃｓ　＋　２００゜Ｃよ
り高くなったため、靭性劣化が起っていることがわかる
． さらに、試料ＮＱＩＩは、用い゛た鋼材がＪｉｂを含ん
でいないため、靭性の改善がなされていないことがわか
る． （発明の効果〉 以上詳述したように、特定の鋼組成を有する鋼材をある
特定の温度域にて、加熱・圧延後、オンラインで焼入れ
を施した後、焼入れ・焼戻し処理を行う本発明にかかる
方法により、従来の極厚高張力鋼板に対して、良好な低
温靭性を有する極厚高張力鋼板を提供する方法が得られ
ることとなった。

近年高張力化・厚内化の要求が年々増大しているペンス
トック用鋼板をはしめとする、各種大型構造物に使用す
ることができる、低温靭性に優れた、極厚高張力鋼板の
製造法を提供する本発明の意義は著しい．

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかる低温靭性に優れた鋼材の製造
法の熱サイクルの一例を示すグラフである．

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で Ｃ：０．０５〜０．２０％、Ｓｉ：０．０１〜０．６０
   ％、Ｍｎ：０．５０〜２．００％、Ｐ：０．０２０％以
   下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｎｂ：０．００５〜０．０
   ３０％、Ｂ：０．０００５〜０．００３０％、ｓｏｌ．
   Ａｌ：０．０１〜０．１０％、Ｎ：０．００１〜０．０
   １０％ 残部Ｆｅおよび不可避的不純物 からなる鋼組成を有する鋼材を、９５０℃以上１２００
   ℃以下の温度に加熱後、オーステナイト一相域の温度で
   圧延を完了し、引き続き、Ａｒ＿３点以上の温度から４
   ００℃以下の温度へ２℃／ｓｅｃ以上の鋼材中心部冷却
   速度で加速冷却を行い、さらに、Ａｃ＿３点以上（Ａｃ
   ＿３点＋２００℃）以下の温度域に加熱後焼入れ処理す
   る操作を１回または２回以上繰り返して行い、その後、
   Ａｃ＿１点以下の温度で焼戻し処理を行うことを特徴と
   する、低温靭性に優れた高張力鋼材の製造法。
2. （２）前記鋼材が、さらに Ｎｉ：０．１〜５．０％、Ｃｒ：０．１〜１．５％、Ｍ
   ｏ：０．１〜０．９％、Ｃｕ：０．１〜０．５％、Ｖ：
   ０．０１〜０．１０％、Ｔｉ：０．００５〜０．０３０
   ％からなる群から選ばれた１種または２種以上の合金元
   素を含有することを特徴とする請求項（１）記載の方法
   。