鋼板内の材質均一性に優れた高強度高靭性厚肉鋼板及びその製造方法
【課題】材質均一性に優れた高強度高靭性厚肉鋼板とその製造方法を提供する。
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０４〜０．１２％、Ｓｉ：０．０１〜０．５％、Ｍｎ：０．５〜２．５％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ式（１）で示す炭素当量Ｃｅｑが０．４９以下であり、金属組織がフェライトとベイナイトとマルテンサイトからなる組織であり、鋼板表層部分のマルテンサイトが体積分率で２０％以下であり、板厚方向の硬さのばらつきがビッカース硬さでΔＨＶ１００以下であることを特徴とする材質均一性に優れた高強度高靭性厚肉鋼板。
【数１】
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０４〜０．１２％、Ｓｉ：０．０１〜０．５％、Ｍｎ：０．５〜２．５％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ式（１）で示す炭素当量Ｃｅｑが０．４９以下であり、金属組織がフェライトとベイナイトとマルテンサイトからなる組織であり、鋼板表層部分のマルテンサイトが体積分率で２０％以下であり、板厚方向の硬さのばらつきがビッカース硬さでΔＨＶ１００以下であることを特徴とする材質均一性に優れた高強度高靭性厚肉鋼板。
【数１】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、造船、海洋構造物、建築、土木、建設産業用機械、ラインパイプ等の分野で使用される、鋼板内の材質均一性に優れた高強度高靭性厚肉鋼板とその製造方法に関するものである。本発明において厚肉鋼板とは板厚４０ｍｍ以上の鋼板を意味する。
【背景技術】
【０００２】
鋼構造物の大型化やコスト削減の観点から、より高強度や高靭性を有する鋼板の需要が高まっている。鋼板の特性向上や合金元素削減、熱処理省略を目的として、従来から、高強度鋼板は、制御圧延と制御冷却を組み合わせた、いわゆるＴＭＣＰ技術が適用されて製造されている。ＴＭＣＰ技術を用いて鋼材の高強度化を行うには、制御冷却時の冷却速度を大きくすること、および冷却を停止する温度を低くすることが有効である。しかしながら、高冷却速度で制御冷却した場合、鋼板表層部が急冷されるため、鋼板内部に比べて表層部の硬さが高くなり、板厚方向の硬さ分布にばらつきが生じる。また、この板厚方向の硬さ分布のばらつきは、冷却停止温度を低くすること、および板厚が厚くなるにしたがって大きくなる傾向がある。したがって、鋼板内の材質均一性を確保する観点で問題となる。
【０００３】
特許文献１には、制御冷却に際して、冷却速度を３〜１２℃／ｓという比較的低冷却速度に制御することにより、板厚中心部に対する表面の硬さ上昇を抑える方法が開示されている。特許文献２には、冷却過程で、フェライトが析出する温度域で待機を行うことにより、鋼板の組織をフェライトとベイナイトの２相組織とし、表層と板厚中心部の硬さの差を低減した、板厚方向に材質差の小さい鋼板の製造方法が開示されている。また、特許文献３、特許文献４には、圧延後、表層部がベイナイト変態を完了する前に表面を復熱させる高冷却速度の制御冷却を行った板厚方向に材質差の小さい鋼板の製造方法が開示されている。
【０００４】
一方、鋼板表面のスケール性状にむらがあると、冷却時にスケール厚さに応じてその下部の鋼板の冷却速度に違いを生じて、すなわち鋼板の部分部分で冷却停止温度にばらつきが生じて、スケール性状に対応して板幅方向に鋼板材質のばらつきが生じる。特許文献５、特許文献６には、冷却直前にデスケーリングを行うことにより、スケール性状による冷却むらを低減し、鋼板形状を改善する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平７−１１６５０４号公報
【特許文献２】特許第３９１１８３４号公報
【特許文献３】特許第３９５１４２８号公報
【特許文献４】特許第３９５１４２９号公報
【特許文献５】特開平９−５７３２７号公報
【特許文献６】特許第３７９６１３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の技術は、冷却停止温度が４００℃以上と比較的高いため、高強度化や合金元素の削減、制御圧延の簡略化等といった制御冷却の効果を十分に活用することができない。特許文献２の製造方法は、Ａｒ３変態点以下での冷却待機でフェライトを析出させるため強度が低下するとともに、冷却待機時間が必要なため製造効率が悪化する。特許文献３、特許文献４の製造方法は、鋼板の成分により変態挙動が異なると、復熱による十分な材質均質化の効果が得られない場合がある。また、高精度な冷却制御が必要なため、適用範囲が限られるとともに製造効率が悪化する。
【０００７】
また、特許文献５、特許文献６の方法は、デスケーリングにより鋼板の冷却むらを低減して鋼板形状を改善しているが、板厚方向の硬度分布に対する配慮はなされていない。
したがって、本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、鋼板の板厚方向および板幅方向の硬さのばらつきを低減し、鋼板内の材質均一性に優れた高強度鋼板とその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような課題を解決するための本発明の特徴は以下のとおりである。
【０００９】
第一の発明は、質量％で、Ｃ：０．０４〜０．１２％、Ｓｉ：０．０１〜０．５％、Ｍｎ：０．５〜２．５％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ式（１）で示す炭素当量Ｃｅｑが０．４９以下であり、金属組織がフェライトとベイナイトとマルテンサイトからなる組織であり、鋼板表層部分のマルテンサイトが体積分率で２０％以下であり、板厚方向の硬さのばらつきがビッカース硬さでΔＨＶ１００以下であることを特徴とする材質均一性に優れた高強度高靭性厚肉鋼板である。
【００１０】
【数１】
【００１１】
第二の発明は、更に、質量％で、Ｃｕ：１．０％以下、Ｎｉ：１．０％以下、Ｃｒ：１．０％以下、Ｍｏ：０．５％以下の中から選ばれる１種又は２種以上を含有することを特徴とする第一の発明に記載の材質均一性に優れた高強度高靭性厚肉鋼板である。
【００１２】
第三の発明は、更に、質量％で、Ｎｂ：０．００５〜０．０５％、Ｖ：０．００５〜０．１％、Ｔｉ：０．００５〜０．０５％の中から選ばれる１種又は２種以上を含有することを特徴とする第一または第二の発明に記載の材質均一性に優れた高強度高靭性厚肉鋼板である。
【００１３】
第四の発明は、更に、質量％で、Ｂ：０．０００３〜０．００３％を含有することを特徴とする第一乃至第三の発明の何れかに記載の材質均一性に優れた高強度高靭性厚肉鋼板である。
【００１４】
第五の発明は、更に、質量％で、Ｃａ：０．０００３〜０．００５％を含有することを特徴とする第一乃至第四の発明の何れかに記載の材質均一性に優れた高強度高靭性厚肉鋼板である。
【００１５】
第六の発明は、第一乃至第五の発明の何れかに記載の化学成分を有する鋼片を、９００℃以上１２００℃以下の温度に加熱し、圧延終了温度が、鋼板表面の温度で７００℃以上９００℃以下で熱間圧延した後、鋼板表面の温度が６５０℃以上の温度域から、鋼板表面の冷却速度が２０℃/s以上１００℃/s以下の速度で、鋼板表面の温度が４００℃以上６００℃以下の温度域まで下記式（２）を満たす条件で１段目の冷却を行い、ついで鋼板平均の冷却速度が４℃/s以上で、冷却後の鋼板平均の温度が４００℃以下となる２段目の冷却を行うことを特徴とする材質均一性に優れた高強度高靭性厚肉鋼板の製造方法である。
【００１６】
【数２】
【００１７】
第七の発明は、第一乃至第五の発明の何れかに記載の化学成分を有する鋼片を、９００℃以上１２００℃以下の温度に加熱し、圧延終了温度が鋼板表面の温度で７００℃以上９００℃以下で熱間圧延し、引き続き鋼板表面での噴射流の衝突圧が１ＭＰａ以上の条件でデスケーリングを行い、その後５秒以内に鋼板表面の温度が６５０℃以上の温度域から、鋼板表面の冷却速度が２０℃/s以上１００℃/s以下の速度で、鋼板表面の温度が４００℃以上６００℃以下の温度域まで下記式（２）を満たす条件で１段目の冷却を行い、ついで鋼板平均の冷却速度が４℃/s以上で、冷却後の鋼板平均の温度が４００℃以下となる２段目の冷却を行うことを特徴とする材質均一性に優れた高強度高靭性厚肉鋼板の製造方法である。
【００１８】
【数２】
【００１９】
第八の発明は、第六または第七の発明に記載の製造方法で製造された鋼片を、７００℃以下の温度で焼戻し熱処理することを特徴とする材質均一性に優れた高強度高靭性厚肉鋼板の製造方法である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の制御冷却技術およびデスケーリング技術により、低廉な化学成分でも鋼板内の材質均一性に優れ、かつ高強度高靱性の厚肉鋼材を供給できる。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に本発明の各構成要件の限定理由について説明する。
【００２２】
１．成分組成について
はじめに、本発明の鋼の成分組成を規定した理由を説明する。なお、成分％は、すべて質量％を意味する。
【００２３】
Ｃ：０．０４〜０．１２％
Ｃは０.０４％未満では十分な強度が確保できず、０.１２％を超えると厚肉高強度鋼材で板厚方向の硬度ばらつきが生じやすくなるため、また靭性を劣化させるため、Ｃ量は０．０４〜０．１２％の範囲とする。
【００２４】
Ｓｉ：０.０１〜０．５％
Ｓｉは脱酸に必要な元素であるが、０.０１％未満では脱酸効果が十分でなく、０．５％を超えると靭性や溶接性を劣化させるため、Ｓｉ量は０.０１〜０．５％の範囲とする。
【００２５】
Ｍｎ：０.５〜２．５％
Ｍｎは強度、靭性向上のために必要であるが、０．５％未満ではその効果が十分でなく、２．５％を超えると、厚肉高強度鋼材で、板厚方向の硬度ばらつきが生じやすくなるため、また溶接部の特性が劣化するため、Ｍｎ量は０．５〜２．５％の範囲とする。
【００２６】
以上が本発明の基本化学成分であり、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなるが、更に、鋼板の強度靱性を改善する場合、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏの１種又は２種以上を選択元素として含有してもよい。
【００２７】
Ｃｕ：１.０％以下
Ｃｕは靭性の改善と強度の上昇に有効な元素であるが、多く含有すると鋼板表面に割れが生じやすくなるため、Ｃｕを含有する場合、その量は１.０％以下とすることが好ましい。
【００２８】
Ｎｉ：１.０％以下
Ｎｉは靭性の改善と強度の上昇に有効な元素であるが、多く含有するとコストが著しく増大するため、Ｎｉを含有する場合、その量は１.０％以下とすることが好ましい。
【００２９】
Ｃｒ：１.０％以下
ＣｒはＭｎと同様に低Ｃでも十分な強度を得るために有効な元素であるが、多く含有すると溶接性を劣化させるため、Ｃｒを含有する場合、その量は１.０％以下とすることが好ましい。
【００３０】
Ｍｏ：０.５％以下
Ｍｏは靭性の改善と強度の上昇に有効な元素であるが、多く含有すると溶接性が劣化するため、Ｍｏを含有する場合、その量は０.５％以下とすることが好ましい。
【００３１】
さらに、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉの１種又は２種以上を選択元素として含有してもよい。
Ｎｂ、ＶおよびＴｉは、鋼板の強度および靭性を高めるために含有する選択元素であり、要求強度に応じて、１種または２種以上を含有してもよい。
【００３２】
Ｎｂ：０．００５〜０．０５％
Ｎｂは、０．００５％未満では効果が無く、０．０５％を超えると溶接部の靭性が劣化するので、Ｎｂを含有する場合、その量は０．００５〜０．０５％の範囲とするのが好ましい。さらに好適には、０．００５〜０．０３％の範囲である。
【００３３】
Ｖ：０．００５〜０．１％
Ｖは、０．００５％未満では効果が無く、０．１％を超えると溶接部の靭性が劣化するので、Ｖを含有する場合、その量は０．００５〜０．１％の範囲とするのが好ましい。さらに好適には、０．００５〜０．０５％の範囲である。
【００３４】
Ｔｉ：０．００５〜０．０５％
Ｔｉは、０．００５％未満では効果が無く、０．０５％を超えると溶接部の靭性が劣化するので、Ｔｉを含有する場合、その量は０．００５〜０．０５％の範囲とするのが好ましい。さらに好適には、０．００５〜０．０２％の範囲である。
【００３５】
さらに、Ｂおよび/またはＣａを選択元素として含有することができる。
【００３６】
Ｂ：０．０００３〜０．００３％
Ｂは強度を高めるのに有効な元素であるが、０．０００３％未満ではその効果が十分でなく、０．００３％を超えると溶接部の靱性を著しく劣化させるため、Ｂを含有する場合、その量は０．０００３〜０．００３％の範囲とするのが好ましい。さらに好適には、０．０００３〜０．００１５％の範囲である。
【００３７】
Ｃａ：０．０００３〜０．００５％
Ｃａは延靭性を高めるのに有効な元素であるが、０．０００３％未満ではその効果が十分でなく、０．００５％を超えると逆に延靭性を劣化させるため、Ｃａを含有する場合、その量は０．０００３〜０．００５％の範囲とするのが好ましい。さらに好適には、０．０００３〜０．００３％の範囲である。
【００３８】
炭素当量（Ｃｅｑ）：０．４９以下
炭素当量（Ｃｅｑ）は下記式（１）により求める。
炭素当量（Ｃｅｑ）が０．４９を超えると厚肉高強度鋼材で板厚方向の硬度ばらつきが生じやすくなるため、また溶接性を劣化させるため炭素当量（Ｃｅｑ）は０．４９以下とする。
【００３９】
【数１】
【００４０】
２．金属組織について
引張強さ４９０ＭＰａ以上の高強度化を図るために、金属組織は、フェライトとベイナイトとマルテンサイトからなる組織とする。特に、表層部分は、圧延後の冷却時に板厚中心部に比べて冷却速度が速いことから、マルテンサイトや島状マルテンサイト（ＭＡ）等の硬質相が生成し易く、表層硬さが上昇し、鋼板内の硬さのばらつきが増大して材質均一性が劣化する。表層硬さの上昇を抑制するため、表層部分のマルテンサイトが体積分率で２０％以下とする。
【００４１】
ここで、表層部分とは鋼板の表裏面からそれぞれ板厚の１０％の部分を指す。鋼板の冷却速度はその表面で最も速くなる。一方、鋼板の極表層は大気や燃焼雰囲気との反応で脱炭現象が生じる場合があり、軟化していることがある。このため、板厚方向鋼板内で最も硬度が高くなる部分は表面ではなく、表面から板厚の数％分、板厚方向の内部に入った部分である。
【００４２】
フェライトとベイナイトとマルテンサイトからなる組織に、パーライト、島状マルテンサイト、残留オーステナイトなどの異なる金属組織が１種または２種以上混在する場合は、強度低下や靭性劣化、表層硬さ上昇が起こるため、フェライトとベイナイトとマルテンサイト相以外の体積分率は少ない程良い。しかし、フェライトとベイナイトとマルテンサイト相以外の組織の体積分率が低い場合は影響が無視できるため、トータルの体積分率で１０％以下の他の金属組織、すなわちパーライト、島状マルテンサイト、残留オーステナイト等を１種または２種以上含有してもよい。
【００４３】
なお、ミクロ組織は、光学顕微鏡および走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察を行い、測定断面から、画像解析装置を用いて評価した。なお、ミクロ組織の組織分率は、面積分率から体積分率を求めた
３．硬さのばらつきについて
板厚方向の硬さのばらつきがビッカース硬さでΔＨＶ１００以下とする。鋼板の強度や伸び、成形性、耐ＨＩＣ性、耐ＳＳＣＣ性能などの観点から、鋼板内の硬さのばらつき抑制が要求される。板厚方向の硬さのばらつきがビッカース硬さでΔＨＶ１００を超えた場合は、上記特性に悪影響を及ぼす。例えば、鋼板表層部の硬さが鋼板内部に比べてΔＨＶ１００を超えて硬くなった場合は、成形後にスプリングバックが起こりやすくなったり、硫化水素に対する割れ感受性が高まったりする。
【００４４】
４．製造条件について
本発明に係る高強度高靱性鋼板は、以下に示す製造条件で製造することができる。
なお、本発明の特徴は、冷却工程を２段階に分けることである。すなわち、１段目の冷却で鋼板全体の高強度化を図りつつ、鋼板表層部において硬化を抑制したミクロ組織を造り込み、２段目の冷却においては専ら鋼板を高強度化高靭性化することを目的とする
４．１鋼片加熱温度：９００℃以上１２００℃以下
鋼片加熱温度が９００℃未満ではミクロ組織の均質化が不十分で必要な強度、靱性が得られず、１２００℃を超えると靭性が劣化するため、鋼片加熱温度は、９００℃以上１２００℃以下とする。なお、ここでの温度は加熱炉の炉内温度であり、鋼片はこの温度に中心部まで十分に加熱されるものとする。
【００４５】
４．２圧延終了温度：鋼板表面温度で７００℃以上９００℃以下
圧延終了温度は、鋼板表面温度で７００℃未満では、冷却の開始が遅れ十分な強度を得ることができなくなり、９００℃を超えるとミクロ組織が粗くなり靱性が劣化するため、圧延終了温度は、鋼板表面温度で７００℃以上９００℃以下とする。なお、鋼板の表面温度は放射温度計等で測定することができる。
【００４６】
４．３冷却１段目の冷却開始温度：鋼板表面温度で６５０℃以上
冷却開始温度は鋼板表面温度で６５０℃未満では、十分な強度が得られなくなるため、６５０℃以上とする。
【００４７】
４．４冷却１段目の冷却速度：鋼板表面の冷却速度が２０℃/s以上１００℃/s以下
高強度化を図りつつ、鋼板内の硬さのばらつきを低減し、材質均一性を向上させるためには、冷却速度を制御することが重要である。鋼板表面の冷却速度が２０℃/s未満では鋼板全体で十分な高強度が得られず、１００℃/sを超えると鋼板表層部分でマルテンサイト相の体積分率が増加して、表層硬さが著しく上昇するため、冷却速度は鋼板表面で２０℃/s以上１００℃/s以下とする。
【００４８】
４．５冷却１段目の冷却停止温度：鋼板表面の温度で４００℃以上６００℃以下
冷却停止温度は、鋼板表面温度で６５０℃以上の温度域から、４００℃以上６００℃以下の温度域まで２０℃/s以上１００℃/s以下の冷却速度で冷却することにより、鋼板表層部にフェライトとベイナイト相を生成させる。冷却停止温度を４００℃未満とすると、２段目の冷却の開始が遅れて冷却の効果が不十分となり、高強度高靭性が得られなくなる。一方、６００℃を超えるとフェライトとベイナイトの生成が十分ではなく、その状態で２段目の冷却を開始すると表層部分にマルテンサイト相の分率が増えてしまう。したがって、１段目の冷却停止温度は鋼板表面温度で４００℃以上６００℃以下とする。
【００４９】
４．６冷却１段目の制約条件
Ｔを１段目冷却の鋼板表面の冷却終了温度（℃）、Ｖを１段目冷却の鋼板表面の冷却速度（℃／ｓ）としたとき、下記式（２）を満たす条件とする。
【００５０】
【数３】
【００５１】
式（２）の右辺は、１段目冷却の６５０℃以下の温度範囲における冷却時間を意味する。すなわち、１段目冷却は６５０℃以下の温度範囲で２秒以上継続する必要があることを意味している。これは、鋼板表層部分の組織が必要以上に硬質とならないように、フェライトやベイナイト相が十分に生成するためには、２秒以上の時間を要するためである。
式（２）が満たされない場合は、鋼板表層部分に必要以上のマルテンサイトや島状マルテンサイト（ＭＡ）が生成し、表層部分の硬さ上昇が著しくなり、硬さのばらつきが大きくなるため、冷却１段目の制約条件として式（２）を満たす必要がある。
【００５２】
４．７冷却２段目の冷却速度：鋼板平均の冷却速度で４℃/s以上
鋼板平均の冷却速度で４℃/s未満であると強度上昇効果が十分得られなくなるため、冷却２段目の冷却速度は４℃/s以上とする。なお、鋼板の厚みが大きくなると、板厚方向中央部の冷却速度は鋼中の熱伝達律速となるため、板厚１００ｍｍの鋼板平均冷却速度の物理的限界は凡そ４℃/sである。また、この冷却条件を厚肉鋼板で得ようとする場合には、鋼板表面でその温度が２００℃以上の温度域において鋼板表面の冷却速度として１００℃/sを超える冷却を行う必要がある。
なお、鋼板平均の温度および冷却速度については、物理的に直接測定することはできないが、鋼板表面の温度変化を基にしたシミュレーション計算によりリアルタイムで求めることができる。
【００５３】
ここで鋼板平均の温度および冷却速度は、板厚方向の温度分布の平均値、その平均温度の変化量を時間で割ったものを意味する。
【００５４】
４．８冷却２段目の冷却停止温度：４００℃以下
冷却停止温度は、合金元素を削減し合理化した化学成分の鋼においては、鋼板の平均温度で４００℃を超える温度で冷却を停止すると十分な高強度化が得られないため、冷却停止温度は、鋼板の平均温度で４００℃以下とする。
【００５５】
４．９デスケーリング
さらに上記製造方法に加えて、制御冷却の直前に高衝突圧のデスケーリングを行うことが望ましい。圧延後の鋼板においては、圧延前および圧延中のデスケーリング等により幅方向にスケールの厚みにムラが生じることがある。また、スケール厚みが大きい場合には、部分的にスケールの剥離が生じることがある。圧延後の冷却の際に、スケール厚みにばらつきがあるとその厚みに応じて鋼板表面の冷却速度も変化してしまい、その冷却速度に応じて鋼板表面の硬度も変化してしまう。そこで、その対策として、デスケーリングによりスケール厚みを冷却速度に大きな差が生じない程度に薄くすることが考えられる。すなわち、制御冷却直前の鋼板のスケール厚みを測ることは事実上困難であるが、冷却後の鋼板のスケール厚みが３０μｍ以下となるように冷却直前にデスケーリングを行うことが望ましい。
【００５６】
本発明では、制御冷却の直前に鋼板表面での噴射流の衝突圧が１ＭＰａ以上でデスケーリングを行い、その後５秒以内に制御冷却を行うことが望ましい。
鋼板表面での噴射流の衝突圧が１ＭＰａ未満では、デスケーリングが不十分でスケールむらが生じる場合があり、表層硬さのばらつきが生じるため、噴射流の衝突圧は１ＭＰａ以上とする。デスケーリングは高圧水を用いて行うが、鋼板表面での噴射流の衝突圧が１ＭＰａ以上であれば、他の噴射流を用いても構わない。
【００５７】
デスケーリング後、５秒を超えてから制御冷却を開始する場合、スケールが成長するため、硬さのばらつきが大きくなる。特に、スケール厚さが３０μｍを超える場合、鋼板表層硬さのばらつきが顕著となる。デスケーリング後、５秒以内に制御冷却を開始すれば、スケールが成長して、厚さが３０μｍを超えることはないため、デスケーリングから制御冷却までの時間は５秒以内とする。
【００５８】
４．１０焼戻し熱処理
必要により焼戻し熱処理を行うことができる。焼戻し熱処理は、強度と靭性のバランスを調整するために行う。熱処理温度としては、７００℃を超えると強度の低下が著しくなるため、焼戻し熱処理温度は７００℃以下とする。
【実施例１】
【００５９】
表１に示す化学成分の鋼（鋼種Ａ〜Ｈ）を連続鋳造法により鋼片とし、これを用いて板厚６０ｍｍから８０ｍｍの厚鋼板（Ｎｏ.１〜１７）を製造した。
【００６０】
【表１】
【００６１】
鋼片を加熱後、熱間圧延により所定の板厚とした後直ちに、あるいは制御冷却直前に高衝突圧のデスケーリングを行った後、水冷型の制御冷却装置を用いて冷却を行った。各鋼板（Ｎｏ.１〜１７）の製造条件を表２に示す。
【００６２】
【表２】
【００６３】
得られた鋼板のミクロ組織およびスケール厚さを、光学顕微鏡および走査型電子顕微鏡により評価した。表裏面より板厚方向に板厚の５％分離れた位置について、それぞれ１０視野の断面組織写真を得て、画像解析装置を用いてマルテンサイトの面積分率から体積分率を求めた。また、表裏面の断面組織観察により、スケール厚さを測定し、それぞれ１０視野の平均値で評価した。
【００６４】
板厚方向硬度分布は、ビッカース硬度試験機を用いて、１ｍｍピッチで硬度を測定して求めた。引張強度は、板厚方向１／４部、圧延直角方向に丸棒引張試験片を採取し、評価を行った。また、靱性をシャルピー衝撃試験により評価した。シャルピー衝撃試験片はＪＩＳ４号試験片とし、板厚方向１／４部、圧延方向と同じ方向で試験片を採取し、評価した。
【００６５】
本発明範囲は、高強度鋼板として引張強度４９０ＭＰａ以上、−４０℃でのシャルピー衝撃試験値ｖＥ−４０℃が４７Ｊ以上、ミクロ組織はフェライトとベイナイトとマルテンサイトからなる組織で、鋼板表層部分のマルテンサイトの体積分率が２０％以下、スケール厚さは３０μｍ以下、板厚方向の硬さのばらつきはΔＨＶ１００以下とした。評価結果を表３に示す。
【００６６】
【表３】
【００６７】
Ｎｏ.１〜７は、化学成分および製造方法が本発明の範囲内の発明例である。いずれも、引張強度４９０ＭＰａ以上、−４０℃でのシャルピー衝撃試験値ｖＥ−４０℃は４７Ｊ以上、スケール厚さは３０μｍ以下、板厚方向の硬さのばらつきはΔＨＶ１００以下で、かつ鋼板表層部分のマルテンサイトの体積分率は２０％以下であった。
【００６８】
一方、Ｎｏ.８〜１０は、化学成分が本発明の範囲外の比較例である。Ｎｏ.８は、Ｃが、またＮｏ.９は、Ｍｎが、Ｎｏ．１０は、Ｃｅｑが本発明範囲を超えており、鋼板表層部分のマルテンサイト組織分率が２０％を超えてしまい、板厚方向の硬さのばらつきがΔＨＶ１００を超えている。
【００６９】
Ｎｏ.１１〜１７は、化学成分は本発明の範囲内であるが、製造方法が本発明の範囲外の比較例である。Ｎｏ.１１は、１段目冷却の冷却速度が本発明範囲外で、強度が低い。Ｎｏ.１２、１３、１５は１段目冷却の冷却条件が本発明範囲外で、鋼板表層部分のマルテンサイト組織分率が２０％を超えていたため、いずれも板厚方向の硬さのばらつきがΔＨＶ１００を超えている。Ｎｏ.１４は１段目冷却の停止温度が本発明範囲外で、２段目冷却の冷却効果を十分に得ることができず、強度が低い。Ｎｏ.１６と１７は、２段目冷却の冷却条件が本発明範囲外で、強度が低い。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、造船、海洋構造物、建築、土木、建設産業用機械、ラインパイプ等の分野で使用される、鋼板内の材質均一性に優れた高強度高靭性厚肉鋼板とその製造方法に関するものである。本発明において厚肉鋼板とは板厚４０ｍｍ以上の鋼板を意味する。
【背景技術】
【０００２】
鋼構造物の大型化やコスト削減の観点から、より高強度や高靭性を有する鋼板の需要が高まっている。鋼板の特性向上や合金元素削減、熱処理省略を目的として、従来から、高強度鋼板は、制御圧延と制御冷却を組み合わせた、いわゆるＴＭＣＰ技術が適用されて製造されている。ＴＭＣＰ技術を用いて鋼材の高強度化を行うには、制御冷却時の冷却速度を大きくすること、および冷却を停止する温度を低くすることが有効である。しかしながら、高冷却速度で制御冷却した場合、鋼板表層部が急冷されるため、鋼板内部に比べて表層部の硬さが高くなり、板厚方向の硬さ分布にばらつきが生じる。また、この板厚方向の硬さ分布のばらつきは、冷却停止温度を低くすること、および板厚が厚くなるにしたがって大きくなる傾向がある。したがって、鋼板内の材質均一性を確保する観点で問題となる。
【０００３】
特許文献１には、制御冷却に際して、冷却速度を３〜１２℃／ｓという比較的低冷却速度に制御することにより、板厚中心部に対する表面の硬さ上昇を抑える方法が開示されている。特許文献２には、冷却過程で、フェライトが析出する温度域で待機を行うことにより、鋼板の組織をフェライトとベイナイトの２相組織とし、表層と板厚中心部の硬さの差を低減した、板厚方向に材質差の小さい鋼板の製造方法が開示されている。また、特許文献３、特許文献４には、圧延後、表層部がベイナイト変態を完了する前に表面を復熱させる高冷却速度の制御冷却を行った板厚方向に材質差の小さい鋼板の製造方法が開示されている。
【０００４】
一方、鋼板表面のスケール性状にむらがあると、冷却時にスケール厚さに応じてその下部の鋼板の冷却速度に違いを生じて、すなわち鋼板の部分部分で冷却停止温度にばらつきが生じて、スケール性状に対応して板幅方向に鋼板材質のばらつきが生じる。特許文献５、特許文献６には、冷却直前にデスケーリングを行うことにより、スケール性状による冷却むらを低減し、鋼板形状を改善する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平７−１１６５０４号公報
【特許文献２】特許第３９１１８３４号公報
【特許文献３】特許第３９５１４２８号公報
【特許文献４】特許第３９５１４２９号公報
【特許文献５】特開平９−５７３２７号公報
【特許文献６】特許第３７９６１３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の技術は、冷却停止温度が４００℃以上と比較的高いため、高強度化や合金元素の削減、制御圧延の簡略化等といった制御冷却の効果を十分に活用することができない。特許文献２の製造方法は、Ａｒ３変態点以下での冷却待機でフェライトを析出させるため強度が低下するとともに、冷却待機時間が必要なため製造効率が悪化する。特許文献３、特許文献４の製造方法は、鋼板の成分により変態挙動が異なると、復熱による十分な材質均質化の効果が得られない場合がある。また、高精度な冷却制御が必要なため、適用範囲が限られるとともに製造効率が悪化する。
【０００７】
また、特許文献５、特許文献６の方法は、デスケーリングにより鋼板の冷却むらを低減して鋼板形状を改善しているが、板厚方向の硬度分布に対する配慮はなされていない。
したがって、本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、鋼板の板厚方向および板幅方向の硬さのばらつきを低減し、鋼板内の材質均一性に優れた高強度鋼板とその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような課題を解決するための本発明の特徴は以下のとおりである。
【０００９】
第一の発明は、質量％で、Ｃ：０．０４〜０．１２％、Ｓｉ：０．０１〜０．５％、Ｍｎ：０．５〜２．５％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ式（１）で示す炭素当量Ｃｅｑが０．４９以下であり、金属組織がフェライトとベイナイトとマルテンサイトからなる組織であり、鋼板表層部分のマルテンサイトが体積分率で２０％以下であり、板厚方向の硬さのばらつきがビッカース硬さでΔＨＶ１００以下であることを特徴とする材質均一性に優れた高強度高靭性厚肉鋼板である。
【００１０】
【数１】
【００１１】
第二の発明は、更に、質量％で、Ｃｕ：１．０％以下、Ｎｉ：１．０％以下、Ｃｒ：１．０％以下、Ｍｏ：０．５％以下の中から選ばれる１種又は２種以上を含有することを特徴とする第一の発明に記載の材質均一性に優れた高強度高靭性厚肉鋼板である。
【００１２】
第三の発明は、更に、質量％で、Ｎｂ：０．００５〜０．０５％、Ｖ：０．００５〜０．１％、Ｔｉ：０．００５〜０．０５％の中から選ばれる１種又は２種以上を含有することを特徴とする第一または第二の発明に記載の材質均一性に優れた高強度高靭性厚肉鋼板である。
【００１３】
第四の発明は、更に、質量％で、Ｂ：０．０００３〜０．００３％を含有することを特徴とする第一乃至第三の発明の何れかに記載の材質均一性に優れた高強度高靭性厚肉鋼板である。
【００１４】
第五の発明は、更に、質量％で、Ｃａ：０．０００３〜０．００５％を含有することを特徴とする第一乃至第四の発明の何れかに記載の材質均一性に優れた高強度高靭性厚肉鋼板である。
【００１５】
第六の発明は、第一乃至第五の発明の何れかに記載の化学成分を有する鋼片を、９００℃以上１２００℃以下の温度に加熱し、圧延終了温度が、鋼板表面の温度で７００℃以上９００℃以下で熱間圧延した後、鋼板表面の温度が６５０℃以上の温度域から、鋼板表面の冷却速度が２０℃/s以上１００℃/s以下の速度で、鋼板表面の温度が４００℃以上６００℃以下の温度域まで下記式（２）を満たす条件で１段目の冷却を行い、ついで鋼板平均の冷却速度が４℃/s以上で、冷却後の鋼板平均の温度が４００℃以下となる２段目の冷却を行うことを特徴とする材質均一性に優れた高強度高靭性厚肉鋼板の製造方法である。
【００１６】
【数２】
【００１７】
第七の発明は、第一乃至第五の発明の何れかに記載の化学成分を有する鋼片を、９００℃以上１２００℃以下の温度に加熱し、圧延終了温度が鋼板表面の温度で７００℃以上９００℃以下で熱間圧延し、引き続き鋼板表面での噴射流の衝突圧が１ＭＰａ以上の条件でデスケーリングを行い、その後５秒以内に鋼板表面の温度が６５０℃以上の温度域から、鋼板表面の冷却速度が２０℃/s以上１００℃/s以下の速度で、鋼板表面の温度が４００℃以上６００℃以下の温度域まで下記式（２）を満たす条件で１段目の冷却を行い、ついで鋼板平均の冷却速度が４℃/s以上で、冷却後の鋼板平均の温度が４００℃以下となる２段目の冷却を行うことを特徴とする材質均一性に優れた高強度高靭性厚肉鋼板の製造方法である。
【００１８】
【数２】
【００１９】
第八の発明は、第六または第七の発明に記載の製造方法で製造された鋼片を、７００℃以下の温度で焼戻し熱処理することを特徴とする材質均一性に優れた高強度高靭性厚肉鋼板の製造方法である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の制御冷却技術およびデスケーリング技術により、低廉な化学成分でも鋼板内の材質均一性に優れ、かつ高強度高靱性の厚肉鋼材を供給できる。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に本発明の各構成要件の限定理由について説明する。
【００２２】
１．成分組成について
はじめに、本発明の鋼の成分組成を規定した理由を説明する。なお、成分％は、すべて質量％を意味する。
【００２３】
Ｃ：０．０４〜０．１２％
Ｃは０.０４％未満では十分な強度が確保できず、０.１２％を超えると厚肉高強度鋼材で板厚方向の硬度ばらつきが生じやすくなるため、また靭性を劣化させるため、Ｃ量は０．０４〜０．１２％の範囲とする。
【００２４】
Ｓｉ：０.０１〜０．５％
Ｓｉは脱酸に必要な元素であるが、０.０１％未満では脱酸効果が十分でなく、０．５％を超えると靭性や溶接性を劣化させるため、Ｓｉ量は０.０１〜０．５％の範囲とする。
【００２５】
Ｍｎ：０.５〜２．５％
Ｍｎは強度、靭性向上のために必要であるが、０．５％未満ではその効果が十分でなく、２．５％を超えると、厚肉高強度鋼材で、板厚方向の硬度ばらつきが生じやすくなるため、また溶接部の特性が劣化するため、Ｍｎ量は０．５〜２．５％の範囲とする。
【００２６】
以上が本発明の基本化学成分であり、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなるが、更に、鋼板の強度靱性を改善する場合、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏの１種又は２種以上を選択元素として含有してもよい。
【００２７】
Ｃｕ：１.０％以下
Ｃｕは靭性の改善と強度の上昇に有効な元素であるが、多く含有すると鋼板表面に割れが生じやすくなるため、Ｃｕを含有する場合、その量は１.０％以下とすることが好ましい。
【００２８】
Ｎｉ：１.０％以下
Ｎｉは靭性の改善と強度の上昇に有効な元素であるが、多く含有するとコストが著しく増大するため、Ｎｉを含有する場合、その量は１.０％以下とすることが好ましい。
【００２９】
Ｃｒ：１.０％以下
ＣｒはＭｎと同様に低Ｃでも十分な強度を得るために有効な元素であるが、多く含有すると溶接性を劣化させるため、Ｃｒを含有する場合、その量は１.０％以下とすることが好ましい。
【００３０】
Ｍｏ：０.５％以下
Ｍｏは靭性の改善と強度の上昇に有効な元素であるが、多く含有すると溶接性が劣化するため、Ｍｏを含有する場合、その量は０.５％以下とすることが好ましい。
【００３１】
さらに、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉの１種又は２種以上を選択元素として含有してもよい。
Ｎｂ、ＶおよびＴｉは、鋼板の強度および靭性を高めるために含有する選択元素であり、要求強度に応じて、１種または２種以上を含有してもよい。
【００３２】
Ｎｂ：０．００５〜０．０５％
Ｎｂは、０．００５％未満では効果が無く、０．０５％を超えると溶接部の靭性が劣化するので、Ｎｂを含有する場合、その量は０．００５〜０．０５％の範囲とするのが好ましい。さらに好適には、０．００５〜０．０３％の範囲である。
【００３３】
Ｖ：０．００５〜０．１％
Ｖは、０．００５％未満では効果が無く、０．１％を超えると溶接部の靭性が劣化するので、Ｖを含有する場合、その量は０．００５〜０．１％の範囲とするのが好ましい。さらに好適には、０．００５〜０．０５％の範囲である。
【００３４】
Ｔｉ：０．００５〜０．０５％
Ｔｉは、０．００５％未満では効果が無く、０．０５％を超えると溶接部の靭性が劣化するので、Ｔｉを含有する場合、その量は０．００５〜０．０５％の範囲とするのが好ましい。さらに好適には、０．００５〜０．０２％の範囲である。
【００３５】
さらに、Ｂおよび/またはＣａを選択元素として含有することができる。
【００３６】
Ｂ：０．０００３〜０．００３％
Ｂは強度を高めるのに有効な元素であるが、０．０００３％未満ではその効果が十分でなく、０．００３％を超えると溶接部の靱性を著しく劣化させるため、Ｂを含有する場合、その量は０．０００３〜０．００３％の範囲とするのが好ましい。さらに好適には、０．０００３〜０．００１５％の範囲である。
【００３７】
Ｃａ：０．０００３〜０．００５％
Ｃａは延靭性を高めるのに有効な元素であるが、０．０００３％未満ではその効果が十分でなく、０．００５％を超えると逆に延靭性を劣化させるため、Ｃａを含有する場合、その量は０．０００３〜０．００５％の範囲とするのが好ましい。さらに好適には、０．０００３〜０．００３％の範囲である。
【００３８】
炭素当量（Ｃｅｑ）：０．４９以下
炭素当量（Ｃｅｑ）は下記式（１）により求める。
炭素当量（Ｃｅｑ）が０．４９を超えると厚肉高強度鋼材で板厚方向の硬度ばらつきが生じやすくなるため、また溶接性を劣化させるため炭素当量（Ｃｅｑ）は０．４９以下とする。
【００３９】
【数１】
【００４０】
２．金属組織について
引張強さ４９０ＭＰａ以上の高強度化を図るために、金属組織は、フェライトとベイナイトとマルテンサイトからなる組織とする。特に、表層部分は、圧延後の冷却時に板厚中心部に比べて冷却速度が速いことから、マルテンサイトや島状マルテンサイト（ＭＡ）等の硬質相が生成し易く、表層硬さが上昇し、鋼板内の硬さのばらつきが増大して材質均一性が劣化する。表層硬さの上昇を抑制するため、表層部分のマルテンサイトが体積分率で２０％以下とする。
【００４１】
ここで、表層部分とは鋼板の表裏面からそれぞれ板厚の１０％の部分を指す。鋼板の冷却速度はその表面で最も速くなる。一方、鋼板の極表層は大気や燃焼雰囲気との反応で脱炭現象が生じる場合があり、軟化していることがある。このため、板厚方向鋼板内で最も硬度が高くなる部分は表面ではなく、表面から板厚の数％分、板厚方向の内部に入った部分である。
【００４２】
フェライトとベイナイトとマルテンサイトからなる組織に、パーライト、島状マルテンサイト、残留オーステナイトなどの異なる金属組織が１種または２種以上混在する場合は、強度低下や靭性劣化、表層硬さ上昇が起こるため、フェライトとベイナイトとマルテンサイト相以外の体積分率は少ない程良い。しかし、フェライトとベイナイトとマルテンサイト相以外の組織の体積分率が低い場合は影響が無視できるため、トータルの体積分率で１０％以下の他の金属組織、すなわちパーライト、島状マルテンサイト、残留オーステナイト等を１種または２種以上含有してもよい。
【００４３】
なお、ミクロ組織は、光学顕微鏡および走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察を行い、測定断面から、画像解析装置を用いて評価した。なお、ミクロ組織の組織分率は、面積分率から体積分率を求めた
３．硬さのばらつきについて
板厚方向の硬さのばらつきがビッカース硬さでΔＨＶ１００以下とする。鋼板の強度や伸び、成形性、耐ＨＩＣ性、耐ＳＳＣＣ性能などの観点から、鋼板内の硬さのばらつき抑制が要求される。板厚方向の硬さのばらつきがビッカース硬さでΔＨＶ１００を超えた場合は、上記特性に悪影響を及ぼす。例えば、鋼板表層部の硬さが鋼板内部に比べてΔＨＶ１００を超えて硬くなった場合は、成形後にスプリングバックが起こりやすくなったり、硫化水素に対する割れ感受性が高まったりする。
【００４４】
４．製造条件について
本発明に係る高強度高靱性鋼板は、以下に示す製造条件で製造することができる。
なお、本発明の特徴は、冷却工程を２段階に分けることである。すなわち、１段目の冷却で鋼板全体の高強度化を図りつつ、鋼板表層部において硬化を抑制したミクロ組織を造り込み、２段目の冷却においては専ら鋼板を高強度化高靭性化することを目的とする
４．１鋼片加熱温度：９００℃以上１２００℃以下
鋼片加熱温度が９００℃未満ではミクロ組織の均質化が不十分で必要な強度、靱性が得られず、１２００℃を超えると靭性が劣化するため、鋼片加熱温度は、９００℃以上１２００℃以下とする。なお、ここでの温度は加熱炉の炉内温度であり、鋼片はこの温度に中心部まで十分に加熱されるものとする。
【００４５】
４．２圧延終了温度：鋼板表面温度で７００℃以上９００℃以下
圧延終了温度は、鋼板表面温度で７００℃未満では、冷却の開始が遅れ十分な強度を得ることができなくなり、９００℃を超えるとミクロ組織が粗くなり靱性が劣化するため、圧延終了温度は、鋼板表面温度で７００℃以上９００℃以下とする。なお、鋼板の表面温度は放射温度計等で測定することができる。
【００４６】
４．３冷却１段目の冷却開始温度：鋼板表面温度で６５０℃以上
冷却開始温度は鋼板表面温度で６５０℃未満では、十分な強度が得られなくなるため、６５０℃以上とする。
【００４７】
４．４冷却１段目の冷却速度：鋼板表面の冷却速度が２０℃/s以上１００℃/s以下
高強度化を図りつつ、鋼板内の硬さのばらつきを低減し、材質均一性を向上させるためには、冷却速度を制御することが重要である。鋼板表面の冷却速度が２０℃/s未満では鋼板全体で十分な高強度が得られず、１００℃/sを超えると鋼板表層部分でマルテンサイト相の体積分率が増加して、表層硬さが著しく上昇するため、冷却速度は鋼板表面で２０℃/s以上１００℃/s以下とする。
【００４８】
４．５冷却１段目の冷却停止温度：鋼板表面の温度で４００℃以上６００℃以下
冷却停止温度は、鋼板表面温度で６５０℃以上の温度域から、４００℃以上６００℃以下の温度域まで２０℃/s以上１００℃/s以下の冷却速度で冷却することにより、鋼板表層部にフェライトとベイナイト相を生成させる。冷却停止温度を４００℃未満とすると、２段目の冷却の開始が遅れて冷却の効果が不十分となり、高強度高靭性が得られなくなる。一方、６００℃を超えるとフェライトとベイナイトの生成が十分ではなく、その状態で２段目の冷却を開始すると表層部分にマルテンサイト相の分率が増えてしまう。したがって、１段目の冷却停止温度は鋼板表面温度で４００℃以上６００℃以下とする。
【００４９】
４．６冷却１段目の制約条件
Ｔを１段目冷却の鋼板表面の冷却終了温度（℃）、Ｖを１段目冷却の鋼板表面の冷却速度（℃／ｓ）としたとき、下記式（２）を満たす条件とする。
【００５０】
【数３】
【００５１】
式（２）の右辺は、１段目冷却の６５０℃以下の温度範囲における冷却時間を意味する。すなわち、１段目冷却は６５０℃以下の温度範囲で２秒以上継続する必要があることを意味している。これは、鋼板表層部分の組織が必要以上に硬質とならないように、フェライトやベイナイト相が十分に生成するためには、２秒以上の時間を要するためである。
式（２）が満たされない場合は、鋼板表層部分に必要以上のマルテンサイトや島状マルテンサイト（ＭＡ）が生成し、表層部分の硬さ上昇が著しくなり、硬さのばらつきが大きくなるため、冷却１段目の制約条件として式（２）を満たす必要がある。
【００５２】
４．７冷却２段目の冷却速度：鋼板平均の冷却速度で４℃/s以上
鋼板平均の冷却速度で４℃/s未満であると強度上昇効果が十分得られなくなるため、冷却２段目の冷却速度は４℃/s以上とする。なお、鋼板の厚みが大きくなると、板厚方向中央部の冷却速度は鋼中の熱伝達律速となるため、板厚１００ｍｍの鋼板平均冷却速度の物理的限界は凡そ４℃/sである。また、この冷却条件を厚肉鋼板で得ようとする場合には、鋼板表面でその温度が２００℃以上の温度域において鋼板表面の冷却速度として１００℃/sを超える冷却を行う必要がある。
なお、鋼板平均の温度および冷却速度については、物理的に直接測定することはできないが、鋼板表面の温度変化を基にしたシミュレーション計算によりリアルタイムで求めることができる。
【００５３】
ここで鋼板平均の温度および冷却速度は、板厚方向の温度分布の平均値、その平均温度の変化量を時間で割ったものを意味する。
【００５４】
４．８冷却２段目の冷却停止温度：４００℃以下
冷却停止温度は、合金元素を削減し合理化した化学成分の鋼においては、鋼板の平均温度で４００℃を超える温度で冷却を停止すると十分な高強度化が得られないため、冷却停止温度は、鋼板の平均温度で４００℃以下とする。
【００５５】
４．９デスケーリング
さらに上記製造方法に加えて、制御冷却の直前に高衝突圧のデスケーリングを行うことが望ましい。圧延後の鋼板においては、圧延前および圧延中のデスケーリング等により幅方向にスケールの厚みにムラが生じることがある。また、スケール厚みが大きい場合には、部分的にスケールの剥離が生じることがある。圧延後の冷却の際に、スケール厚みにばらつきがあるとその厚みに応じて鋼板表面の冷却速度も変化してしまい、その冷却速度に応じて鋼板表面の硬度も変化してしまう。そこで、その対策として、デスケーリングによりスケール厚みを冷却速度に大きな差が生じない程度に薄くすることが考えられる。すなわち、制御冷却直前の鋼板のスケール厚みを測ることは事実上困難であるが、冷却後の鋼板のスケール厚みが３０μｍ以下となるように冷却直前にデスケーリングを行うことが望ましい。
【００５６】
本発明では、制御冷却の直前に鋼板表面での噴射流の衝突圧が１ＭＰａ以上でデスケーリングを行い、その後５秒以内に制御冷却を行うことが望ましい。
鋼板表面での噴射流の衝突圧が１ＭＰａ未満では、デスケーリングが不十分でスケールむらが生じる場合があり、表層硬さのばらつきが生じるため、噴射流の衝突圧は１ＭＰａ以上とする。デスケーリングは高圧水を用いて行うが、鋼板表面での噴射流の衝突圧が１ＭＰａ以上であれば、他の噴射流を用いても構わない。
【００５７】
デスケーリング後、５秒を超えてから制御冷却を開始する場合、スケールが成長するため、硬さのばらつきが大きくなる。特に、スケール厚さが３０μｍを超える場合、鋼板表層硬さのばらつきが顕著となる。デスケーリング後、５秒以内に制御冷却を開始すれば、スケールが成長して、厚さが３０μｍを超えることはないため、デスケーリングから制御冷却までの時間は５秒以内とする。
【００５８】
４．１０焼戻し熱処理
必要により焼戻し熱処理を行うことができる。焼戻し熱処理は、強度と靭性のバランスを調整するために行う。熱処理温度としては、７００℃を超えると強度の低下が著しくなるため、焼戻し熱処理温度は７００℃以下とする。
【実施例１】
【００５９】
表１に示す化学成分の鋼（鋼種Ａ〜Ｈ）を連続鋳造法により鋼片とし、これを用いて板厚６０ｍｍから８０ｍｍの厚鋼板（Ｎｏ.１〜１７）を製造した。
【００６０】
【表１】
【００６１】
鋼片を加熱後、熱間圧延により所定の板厚とした後直ちに、あるいは制御冷却直前に高衝突圧のデスケーリングを行った後、水冷型の制御冷却装置を用いて冷却を行った。各鋼板（Ｎｏ.１〜１７）の製造条件を表２に示す。
【００６２】
【表２】
【００６３】
得られた鋼板のミクロ組織およびスケール厚さを、光学顕微鏡および走査型電子顕微鏡により評価した。表裏面より板厚方向に板厚の５％分離れた位置について、それぞれ１０視野の断面組織写真を得て、画像解析装置を用いてマルテンサイトの面積分率から体積分率を求めた。また、表裏面の断面組織観察により、スケール厚さを測定し、それぞれ１０視野の平均値で評価した。
【００６４】
板厚方向硬度分布は、ビッカース硬度試験機を用いて、１ｍｍピッチで硬度を測定して求めた。引張強度は、板厚方向１／４部、圧延直角方向に丸棒引張試験片を採取し、評価を行った。また、靱性をシャルピー衝撃試験により評価した。シャルピー衝撃試験片はＪＩＳ４号試験片とし、板厚方向１／４部、圧延方向と同じ方向で試験片を採取し、評価した。
【００６５】
本発明範囲は、高強度鋼板として引張強度４９０ＭＰａ以上、−４０℃でのシャルピー衝撃試験値ｖＥ−４０℃が４７Ｊ以上、ミクロ組織はフェライトとベイナイトとマルテンサイトからなる組織で、鋼板表層部分のマルテンサイトの体積分率が２０％以下、スケール厚さは３０μｍ以下、板厚方向の硬さのばらつきはΔＨＶ１００以下とした。評価結果を表３に示す。
【００６６】
【表３】
【００６７】
Ｎｏ.１〜７は、化学成分および製造方法が本発明の範囲内の発明例である。いずれも、引張強度４９０ＭＰａ以上、−４０℃でのシャルピー衝撃試験値ｖＥ−４０℃は４７Ｊ以上、スケール厚さは３０μｍ以下、板厚方向の硬さのばらつきはΔＨＶ１００以下で、かつ鋼板表層部分のマルテンサイトの体積分率は２０％以下であった。
【００６８】
一方、Ｎｏ.８〜１０は、化学成分が本発明の範囲外の比較例である。Ｎｏ.８は、Ｃが、またＮｏ.９は、Ｍｎが、Ｎｏ．１０は、Ｃｅｑが本発明範囲を超えており、鋼板表層部分のマルテンサイト組織分率が２０％を超えてしまい、板厚方向の硬さのばらつきがΔＨＶ１００を超えている。
【００６９】
Ｎｏ.１１〜１７は、化学成分は本発明の範囲内であるが、製造方法が本発明の範囲外の比較例である。Ｎｏ.１１は、１段目冷却の冷却速度が本発明範囲外で、強度が低い。Ｎｏ.１２、１３、１５は１段目冷却の冷却条件が本発明範囲外で、鋼板表層部分のマルテンサイト組織分率が２０％を超えていたため、いずれも板厚方向の硬さのばらつきがΔＨＶ１００を超えている。Ｎｏ.１４は１段目冷却の停止温度が本発明範囲外で、２段目冷却の冷却効果を十分に得ることができず、強度が低い。Ｎｏ.１６と１７は、２段目冷却の冷却条件が本発明範囲外で、強度が低い。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０４〜０．１２％、Ｓｉ：０．０１〜０．５％、Ｍｎ：０．５〜２．５％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ式（１）で示す炭素当量Ｃｅｑが０．４９以下であり、金属組織がフェライトとベイナイトとマルテンサイトからなる組織であり、鋼板表層部分のマルテンサイトが体積分率で２０％以下であり、板厚方向の硬さのばらつきがビッカース硬さでΔＨＶ１００以下であることを特徴とする材質均一性に優れた高強度高靭性厚肉鋼板。
【数１】
【請求項２】
更に、質量％で、Ｃｕ：１．０％以下、Ｎｉ：１．０％以下、Ｃｒ：１．０％以下、Ｍｏ：０．５％以下の中から選ばれる１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の材質均一性に優れた高強度高靭性厚肉鋼板。
【請求項３】
更に、質量％で、Ｎｂ：０．００５〜０．０５％、Ｖ：０．００５〜０．１％、Ｔｉ：０．００５〜０．０５％の中から選ばれる１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の材質均一性に優れた高強度高靭性厚肉鋼板。
【請求項４】
更に、質量％で、Ｂ：０．０００３〜０．００３％を含有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の材質均一性に優れた高強度高靭性厚肉鋼板。
【請求項５】
更に、質量％で、Ｃａ：０．０００３〜０．００５％を含有することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の材質均一性に優れた高強度高靭性厚肉鋼板。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載の化学成分を有する鋼片を、９００℃以上１２００℃以下の温度に加熱し、圧延終了温度が、鋼板表面の温度で７００℃以上９００℃以下で熱間圧延した後、鋼板表面の温度が６５０℃以上の温度域から、鋼板表面の冷却速度が２０℃/s以上１００℃/s以下の速度で、鋼板表面の温度が４００℃以上６００℃以下の温度域まで下記式（２）を満たす条件で１段目の冷却を行い、ついで鋼板平均の冷却速度が４℃/s以上で、冷却後の鋼板平均の温度が４００℃以下となる２段目の冷却を行うことを特徴とする材質均一性に優れた高強度高靭性厚肉鋼板の製造方法。
【数２】
【請求項７】
請求項１乃至５の何れか１項に記載の化学成分を有する鋼片を、９００℃以上１２００℃以下の温度に加熱し、圧延終了温度が鋼板表面の温度で７００℃以上９００℃以下で熱間圧延し、引き続き鋼板表面での噴射流の衝突圧が１ＭＰａ以上の条件でデスケーリングを行い、その後５秒以内に鋼板表面の温度が６５０℃以上の温度域から、鋼板表面の冷却速度が２０℃/s以上１００℃/s以下の速度で、鋼板表面の温度が４００℃以上６００℃以下の温度域まで下記式（２）を満たす条件で１段目の冷却を行い、ついで鋼板平均の冷却速度が４℃/s以上で、冷却後の鋼板平均の温度が４００℃以下となる２段目の冷却を行うことを特徴とする材質均一性に優れた高強度高靭性厚肉鋼板の製造方法。
【数２】
【請求項８】
請求鋼６または請求鋼７に記載の製造方法で製造された鋼板を、７００℃以下の温度で焼戻し熱処理することを特徴とする材質均一性に優れた高強度高靭性厚肉鋼板の製造方法。
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０４〜０．１２％、Ｓｉ：０．０１〜０．５％、Ｍｎ：０．５〜２．５％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ式（１）で示す炭素当量Ｃｅｑが０．４９以下であり、金属組織がフェライトとベイナイトとマルテンサイトからなる組織であり、鋼板表層部分のマルテンサイトが体積分率で２０％以下であり、板厚方向の硬さのばらつきがビッカース硬さでΔＨＶ１００以下であることを特徴とする材質均一性に優れた高強度高靭性厚肉鋼板。
【数１】
【請求項２】
更に、質量％で、Ｃｕ：１．０％以下、Ｎｉ：１．０％以下、Ｃｒ：１．０％以下、Ｍｏ：０．５％以下の中から選ばれる１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の材質均一性に優れた高強度高靭性厚肉鋼板。
【請求項３】
更に、質量％で、Ｎｂ：０．００５〜０．０５％、Ｖ：０．００５〜０．１％、Ｔｉ：０．００５〜０．０５％の中から選ばれる１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の材質均一性に優れた高強度高靭性厚肉鋼板。
【請求項４】
更に、質量％で、Ｂ：０．０００３〜０．００３％を含有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の材質均一性に優れた高強度高靭性厚肉鋼板。
【請求項５】
更に、質量％で、Ｃａ：０．０００３〜０．００５％を含有することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の材質均一性に優れた高強度高靭性厚肉鋼板。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載の化学成分を有する鋼片を、９００℃以上１２００℃以下の温度に加熱し、圧延終了温度が、鋼板表面の温度で７００℃以上９００℃以下で熱間圧延した後、鋼板表面の温度が６５０℃以上の温度域から、鋼板表面の冷却速度が２０℃/s以上１００℃/s以下の速度で、鋼板表面の温度が４００℃以上６００℃以下の温度域まで下記式（２）を満たす条件で１段目の冷却を行い、ついで鋼板平均の冷却速度が４℃/s以上で、冷却後の鋼板平均の温度が４００℃以下となる２段目の冷却を行うことを特徴とする材質均一性に優れた高強度高靭性厚肉鋼板の製造方法。
【数２】
【請求項７】
請求項１乃至５の何れか１項に記載の化学成分を有する鋼片を、９００℃以上１２００℃以下の温度に加熱し、圧延終了温度が鋼板表面の温度で７００℃以上９００℃以下で熱間圧延し、引き続き鋼板表面での噴射流の衝突圧が１ＭＰａ以上の条件でデスケーリングを行い、その後５秒以内に鋼板表面の温度が６５０℃以上の温度域から、鋼板表面の冷却速度が２０℃/s以上１００℃/s以下の速度で、鋼板表面の温度が４００℃以上６００℃以下の温度域まで下記式（２）を満たす条件で１段目の冷却を行い、ついで鋼板平均の冷却速度が４℃/s以上で、冷却後の鋼板平均の温度が４００℃以下となる２段目の冷却を行うことを特徴とする材質均一性に優れた高強度高靭性厚肉鋼板の製造方法。
【数２】
【請求項８】
請求鋼６または請求鋼７に記載の製造方法で製造された鋼板を、７００℃以下の温度で焼戻し熱処理することを特徴とする材質均一性に優れた高強度高靭性厚肉鋼板の製造方法。
【公開番号】特開２０１３−１１２８６５（Ｐ２０１３−１１２８６５Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６１０７９（Ｐ２０１１−２６１０７９）
【出願日】平成２３年１１月３０日（２０１１．１１．３０）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月３０日（２０１１．１１．３０）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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