鋼矢板
【課題】降伏強度が４３０〜６００Ｎ／ｍｍ２で、かつ良好な靱性を有する鋼矢板の提供
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０４〜０．１９％、Ｓｉ：０．０１〜０．６０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｎｂ：０．０５１〜０．１０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜０．１０％およびＮ：０．０００５〜０．００９０％、ならびに、Ｃｕ：０．０１〜２．０％、Ｎｉ：０．０１〜３．０％、Ｃｒ：０．０１〜１．０％、Ｍｏ：０．０１〜１．０％、Ｖ：０．００１〜０．３０％、Ｔｉ：０．００１〜０．１０％およびＢ：０．０００１〜０．００５０％から選択される１種以上を含有し、残部はＦｅおよび不純物からなり、不純物としてのＰ、ＳおよびＯが、それぞれＰ：０．０４％以下、Ｓ：０．０４％以下およびＯ：０．００５％以下である化学組成を有し、降伏強度が４３０〜６００Ｎ／ｍｍ２である鋼材からなることを特徴とする鋼矢板。
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０４〜０．１９％、Ｓｉ：０．０１〜０．６０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｎｂ：０．０５１〜０．１０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜０．１０％およびＮ：０．０００５〜０．００９０％、ならびに、Ｃｕ：０．０１〜２．０％、Ｎｉ：０．０１〜３．０％、Ｃｒ：０．０１〜１．０％、Ｍｏ：０．０１〜１．０％、Ｖ：０．００１〜０．３０％、Ｔｉ：０．００１〜０．１０％およびＢ：０．０００１〜０．００５０％から選択される１種以上を含有し、残部はＦｅおよび不純物からなり、不純物としてのＰ、ＳおよびＯが、それぞれＰ：０．０４％以下、Ｓ：０．０４％以下およびＯ：０．００５％以下である化学組成を有し、降伏強度が４３０〜６００Ｎ／ｍｍ２である鋼材からなることを特徴とする鋼矢板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼矢板に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼矢板は、港湾、河川、土留（山留）などの工事において締切り材として用いられる鋼材である。鋼矢板には、ハット形、Ｕ形、組合せ形、直線形などの断面形状を有するものがある。また、鋼矢板を用いた構造形式には、自立式、タイロッド式、セル式などの様々な種類がある。
【０００３】
例えば、自立式は、鋼矢板の剛性と、鋼矢板が埋め込まれた地盤の抵抗力（水平方向の抵抗力）によって外力に抵抗する構造形式である。この方式は、地盤が良好で水深が小さい場合に適用される場合が多く、たとえば、護岸、岸壁、擁壁、土留めなどに用いられる。タイロッド式は、鋼矢板と、控え工をタイロッドまたはタイワイヤーで連結することで壁体を安定させる構造形式である。たとえば、護岸、岸壁、擁壁などに用いられる。
【０００４】
自立式の場合には、鋼矢板自体を支持する部材がなく、鋼矢板にしなりが生じるため、ヤング率を考慮した強度設計が必要となる。一方、タイロッド式の場合にはタイロッドによりしなりが抑制されるので、降伏強度を考慮した設計が必要となり、鋼矢板の高強度化が求められる。特に、タイロッド式の工法に用いる鋼矢板には、降伏強度が４３０Ｎ／ｍｍ２以上であることが必要とされる場合がある。
【０００５】
鋼矢板には、構造物としての安全性の観点から、良好な靱性と溶接性を兼ね備えていることが望まれる。しかし、鋼矢板は、やや複雑な断面形状を有しているため、その製造時の温度履歴に制約があり、一般には、ウェブの圧下を高温で終了させ、その後の加速冷却を実施しないことが求められている。このため、圧下後にミクロ組織が成長して、製品の結晶粒が粗大になるなど、靱性が低下しやすい。
【０００６】
従来から高強度鋼矢板に関する技術は多く開示されている。例えば、特許文献１には、高強度広幅鋼矢板に関する技術が開示されている。特許文献１で開示された技術によれば、降伏強度が３９０Ｎ/ｍｍ２以上の高強度鋼矢板が得られるとされている。また、特許文献２には、鋼矢板の製造方法に関する技術が開示されている。特許文献２で開示された技術によれば、ウェブの靭性に優れる鋼矢板が得られるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−３３２４１４号公報
【特許文献２】特開２００８−２２１３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１および特許文献２で開示された技術を用いても、４３０Ｎ／ｍｍ２以上の降伏強度と優れた靱性を有する鋼材を安定的に得ることが難しい。また、特許文献２で開示された技術では圧延中に水冷することが必要であるため、水冷による変形が生じて、製品形状は悪化する懸念がある。
【０００９】
本発明は、このような従来技術の問題を解決するため、一般に用いられる鋼矢板のサイズの中では最も厚い２７．６ｍｍよりも大きい厚さであっても、鋼材の降伏強度が４３０〜６００Ｎ／ｍｍ２である鋼矢板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
鋼矢板は、良好な寸法精度を確保することが優先される。このため、鋼材の強度および靱性を向上させるために、圧延時に比較的低温域での累積圧下率を大きく増加させたり、圧延中または圧延後に加速冷却を適用したりすることは難しい。また、鋼矢板の板厚が大きいほど良好な靱性を得ることが難しい傾向にある。
【００１１】
本発明者らは、鋼矢板のウェブの圧延を模擬した圧延条件、すなわち、圧延終了温度が９００℃以上で、かつ、圧延中または圧延後に加速冷却を適用しない条件で、板厚が２８ｍｍの鋼材を圧延しても、降伏強度が４３０〜６００Ｎ／ｍｍ２で、かつ良好な靱性が得られる条件を調査し、本発明を完成させた。
【００１２】
本発明は、下記の（Ａ）〜（Ｅ）の鋼矢板を要旨とする。
【００１３】
（Ａ）質量％で、Ｃ：０．０４〜０．１９％、Ｓｉ：０．０１〜０．６０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｎｂ：０．０５１〜０．１０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜０．１０％およびＮ：０．０００５〜０．００９０％、ならびに、Ｃｕ：０．０１〜２．０％、Ｎｉ：０．０１〜３．０％、Ｃｒ：０．０１〜１．０％、Ｍｏ：０．０１〜１．０％、Ｖ：０．００１〜０．３０％、Ｔｉ：０．００１〜０．１０％およびＢ：０．０００１〜０．００５０％から選択される１種以上を含有し、残部はＦｅおよび不純物からなり、不純物としてのＰ、ＳおよびＯが、それぞれＰ：０．０４％以下、Ｓ：０．０４％以下およびＯ：０．００５％以下である化学組成を有し、降伏強度が４３０〜６００Ｎ／ｍｍ２である鋼材からなることを特徴とする鋼矢板。
【００１４】
（Ｂ）化学組成が、下記の（１）式から求められるＰｎの値が０．２２以下を満足するものである上記（Ａ）の鋼矢板。
Ｐｎ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０−Ｎｂ／２＋５Ｂ・・・（１）
ただし、（１）式中の元素記号は各元素の鋼中含有量（質量％）を意味する。
【００１５】
（Ｃ）化学組成が、さらに、質量％で、Ｃａ：０．０１％以下およびＲＥＭ：０．０２％以下の一方または両方を含有するものである上記（Ａ）または（Ｂ）の鋼矢板。
【００１６】
（Ｄ）化学組成が、さらに、質量％で、Ｍｇ：０．０１％以下を含有するものである上記（Ａ）〜（Ｃ）のいずれかの鋼矢板。
【００１７】
（Ｅ）化学組成が、さらに、質量％で、Ｓｎ：０．５０％以下を含有するものである上記（Ａ）〜（Ｄ）のいずれかの鋼矢板。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の鋼矢板は、降伏強度が４３０〜６００Ｎ／ｍｍ２で、かつ良好な靱性を有するので、自立式またはタイロッド式の工法に用いる鋼矢板として好適である。本発明の鋼矢板は、特にタイロッド式矢板壁に用いる鋼矢板として好適である。本発明の鋼矢板は溶接性にも優れているため、溶接作業も容易に実施することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の各要件について詳しく説明する。なお、化学組成における各元素の含有量の「％」は「質量％」を意味する。
【００２０】
[１]鋼材の化学組成について
Ｃ：０．０４〜０．１９％
Ｃは、鋼の強度を高めるために必要な元素である。この効果を得るために、Ｃ含有量は０．０４％以上とする。しかし、Ｃの含有量が０．１９％を超えると、靱性が低下しやすくなり、また、溶接割れが起こりやすくなる。よって、Ｃ含有量は０．０４〜０．１９％とする。好ましい下限は０．０５％である。好ましい上限は０．１５％であり、より好ましい上限は０．１０％である。
【００２１】
Ｓｉ：０．０１〜０．６０％
Ｓｉは、脱酸作用を有する元素である。この効果を得るために、Ｓｉ含有量は０．０１％以上とする。しかし、Ｓｉの含有量が０．６０％を超えると、母材および溶接熱影響部の靱性が著しく悪化する。よって、Ｓｉ含有量は０．０１〜０．６０％とする。好ましい下限は０．０３％であり、より好ましい下限は０．０５％である。好ましい上限は０．４５％であり、より好ましい上限は０．２０％である。
【００２２】
Ｍｎ：０．５〜２．０％
Ｍｎは、鋼材の強度を高める作用を有する。この効果を得るために、Ｍｎ含有量は０．５％以上とする。しかし、その含有量が２．０％を超えると、溶接割れが起こりやすくなる。このため、Ｍｎの含有量は０．５〜２．０％とする。好ましい下限は１．０％であり、より好ましい下限は１．２％である。また、好ましい上限は１．７％、より好ましい上限は１．５％である。
【００２３】
Ｎｂ：０．０５１〜０．１０％
Ｎｂは、鋼材の強度を向上させる効果を有する。この効果を得るために、Ｎｂを０．０５１％以上含有させる。しかし、その含有量が０．１０％を超えると、母材と溶接熱影響部の靱性が悪化する。よって、Ｎｂを含有させる場合には、その含有量を０．０５１〜０．１０％とする。好ましい下限は０．０５５％である。好ましい上限は０．０８％であり、より好ましい上限は０．０７％である。
【００２４】
ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜０．１０％
Ａｌは、脱酸作用を有する元素である。この効果を得るために、ｓｏｌ．Ａｌ（「酸可溶Ａｌ」）として０．００１％以上含有させる。しかし、ｓｏｌ．Ａｌ含有量が０．１０％を超えると、溶接熱影響部の靱性が悪化する場合がある。よって、ｓｏｌ．Ａｌ含有量は０．００１〜０．１０％とする。好ましい下限は０．００３％である。好ましい上限は０．０５０％であり、より好ましい上限は０．０３０％である。
【００２５】
Ｎ：０．０００５〜０．００９０％
Ｎは、Ｔｉ、Ｂ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｖとともに析出物を形成し、母材および溶接熱影響部の靱性を改善するのに有効な元素である。これらの効果を得るために、Ｎを０．０００５％以上含有させる。しかし、その含有量が０．００９０％を超えると、母材および溶接熱影響部の靱性が悪化する。よって、Ｎ含有量は０．０００５〜０．００９０％とする。好ましい下限は０．００２％である。好ましい上限は０．００６％である。
【００２６】
本発明の鋼矢板は、上記の各元素を基本成分とし、さらに、強度、靱性を向上させるために、Ｃｕ：０．０１〜２．０％、Ｎｉ：０．０１〜３．０％、Ｃｒ：０．０１〜１．０％、Ｍｏ：０．０１〜１．０％、Ｖ：０．００１〜０．３０％、Ｔｉ：０．００１〜０．１０％およびＢ：０．０００１〜０．００５０％から選択される１種以上を含有する化学組成を有する。
【００２７】
Ｃｕ：０．０１〜２．０％
Ｃｕは、鋼材の強度を向上させるのに有効な元素である。この効果は、Ｃｕを０．０１％以上含有させた場合に得られる。しかし、Ｃｕ含有量が２．０％を超えると、鋼材の表面性状および靱性が悪化し、溶接割れが起こりやすくなる。よって、Ｃｕを含有させる場合の含有量は０．０１〜２．０％以下とする。好ましい下限は０．１％である。好ましい上限は０．５０％以下である。
【００２８】
Ｎｉ：０．０１〜３．０％
Ｎｉは、鋼材の強度および靱性を向上させるのに有効な元素である。この効果は、Ｎｉを０．０１％以上含有させた場合に得られる。しかし、Ｎｉ含有量が３．０％を超えると、鋼材の表面性状が悪化することがある。よって、Ｎｉを含有させる場合には、その含有量を０．０１〜３．０％とする。好ましい下限は０．１％である。好ましい上限は１．０％、より好ましい上限は０．５０％である。
【００２９】
Ｃｒ：０．０１〜１．０％
Ｃｒは、鋼材の強度を向上させるのに有効な元素である。この効果は、Ｃｒを０．０１％以上含有させた場合に得られる。しかし、Ｃｒ含有量が１．０％を超えると、溶接割れが起こりやすくなる。よって、Ｃｒを含有させる場合には、その含有量を０．０１〜１．０％とする。好ましい下限は０．１％である。好ましい上限は０．５０％である。
【００３０】
Ｍｏ：０．０１〜１．０％
Ｍｏは、鋼材の強度を向上させるのに有効な元素である。この効果は、Ｍｏを０．０１％以上含有させた場合に得られる。しかし、Ｍｏ含有量が１．０％を超えると、溶接割れが起こりやすくなる。よって、Ｍｏを含有させる場合には、その含有量を０．０１〜１．０％とする。好ましい下限は０．１％である。好ましい上限は０．５０％である。
【００３１】
Ｖ：０．００１〜０．３０％
Ｖは、鋼材の強度を向上させるのに有効な元素である。この効果は、Ｖを０．００１％以上含有させた場合に得られる。しかし、Ｖ含有量が０．３０％を超えると靱性が悪化するおそれがある。よって、Ｖを含有させる場合には、その含有量を０．００１〜０．３０％とする。好ましい下限は０．０１％であり、より好ましい下限は０．０４％である。好ましい上限は０．１５％である。
【００３２】
Ｔｉ：０．００１〜０．１０％
Ｔｉは、鋼材の強度を向上させるのに有効な元素であり、また、Ｎとともに析出物（ＴｉＮ）を形成し、溶接熱影響部の靱性を改善するのに有効な元素である。この効果は、Ｔｉを０．００１％以上含有させた場合に得られる。また、固溶Ｎ量を調整して、Ｂ（ボロン）の働きを制御する効果もある。しかし、その含有量が０．１０％を超えると、母材と溶接熱影響部の靱性が悪化する。よって、Ｔｉ含有量は０．００１〜０．１０％とする。好ましい下限は０．００５％である。好ましい上限は０．０２５％であり、より好ましい上限は０．０２０％であり、さらに好ましい上限は０．０１４％である。
【００３３】
Ｂ：０．０００１〜０．００５０％
Ｂは、鋼材の強度を向上させるのに有効な元素である。また、Ｎとともに析出物（ＢＮ）を形成し、母材、溶接熱影響部の靱性を改善する効果もある。これらの効果は、Ｂを０．０００１％以上含有させた場合に得られる。しかし、Ｂの含有量が０．００５０％を超えると、溶接割れが起こりやすくなる。よって、Ｂを含有させる場合には、その含有量を０．０００１〜０．００５０％とする。好ましい下限は０．０００５％である。好ましい上限は０．００２５％であり、より好ましい上限は０．００２０％である。
【００３４】
なお、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、ＴｉおよびＢから選択される２種以上を含有させる場合には、その合計含有量を３．０％以下とすることが好ましい。合計含有量は２．０％以下とするのがより好ましい。
【００３５】
本発明の鋼矢板は、上記の化学組成を有し、残部はＦｅおよび不純物からなるものである。不純物とは、鋼材を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料その他の要因により混入する成分を意味する。ただし、Ｐ、ＳおよびＯは、不純物としての含有量が高いと、鋼の特性を顕著に悪化させる可能性がある。よって、これらの元素については、その含有量を下記の範囲に制限する必要がある。
【００３６】
Ｐ：０．０４％以下
Ｐは、鋼材中に不純物として不可避的に存在し、靱性を悪化させる元素である。そのため、Ｐ含有量は０．０４％以下とする必要がある。好ましい上限は０．０２％である。より好ましい上限は０．０１２％である。
【００３７】
Ｓ：０．０４％以下
Ｓは、鋼材中に不純物として不可避的に存在し、靱性に有害な元素である。そのため、Ｓ含有量は０．０４％以下とする必要がある。好ましい上限は０．０１％であり、より好ましい上限は０．００７％であり、さらに好ましい上限は０．００４％である。
【００３８】
Ｏ：０．００５％以下
Ｏ（酸素）は、鋼材中に不純物として不可避的に存在し、母材靱性に悪影響を及ぼす元素である。そのため、Ｏ含有量は０．００５％以下とする必要がある。好ましい上限は０．００３％であり、より好ましい上限は０．００２％である。
【００３９】
なお、鋼材には、Ｆｅの一部に代えて、Ｃａ、ＲＥＭ、ＭｇおよびＳｎから選択される一種以上の元素を含有させてもよい。それぞれの元素を含有させる場合の含有量の範囲と限定理由は下記のとおりである。
Ｃａ：０．０１％以下
ＲＥＭ：０．０２％以下
ＣａおよびＲＥＭは、硫化物（特にＭｎＳ）の形態を制御し、靱性を向上させるのに有効な元素である。この効果を得るために、ＣａおよびＲＥＭの一方または両方を含有させてもよい。ただし、含有量が過剰な場合、ＣａおよびＲＥＭを含む介在物が粗大となる。粗大化した介在物がクラスター化すると、鋼の清浄度を害し、溶接性にも悪影響を及ぼすことがある。よって、Ｃａを含有させる場合には、その含有量は０．０１％以下とし、ＲＥＭを含有させる場合には、その含有量は０．０２％以下とする。上記の効果は、Ｃａは０．０００５％以上、ＲＥＭは０．００１％以上含有させた場合に顕著となる。Ｃａ含有量は、溶接性の観点から０．００６％以下にすることが好ましい。
【００４０】
なお、ＲＥＭは、Ｓｃ、Ｙおよびランタノイドの合計１７元素の総称であり、これらの元素から選択される１種以上を含有させることができる。ＲＥＭの含有量は上記元素の合計量を意味する。
【００４１】
Ｍｇ：０．０１％以下
Ｍｇは、微細に分散した酸化物を形成し、溶接熱影響部のオーステナイト粒径の粗大化を抑制して低温靭性を向上させる効果を発揮する。この効果を得るためにＭｇを含有させてもよい。ただし、Ｍｇ含有量が０．０１％を超えると、粗大な酸化物を生成して靭性を劣化させることがある。このため、Ｍｇを含有させる場合には、その含有量は０．０１％以下とする。上記の効果は、Ｍｇを０．０００５％以上含有させた場合に顕著となる。
【００４２】
Ｓｎ：０．５０％以下
Ｓｎは、Ｓｎ２＋となって溶解し、腐食を抑制する作用を有する。これは、Ｓｎ２＋が腐食促進作用を有するＦｅ３＋を速やかに還元するからである。Ｓｎはまた、鋼のアノード溶解反応を抑制し耐食性を向上させる作用も有する。これらの効果を得るためにＳｎを含有させてもよい。ただし、Ｓｎ含有量が０．５０％を超えると、これらの効果は飽和する。よって、Ｓｎを含有させる場合には、その含有量を０．５０％以下とする。上記の効果は、Ｓｎを０．０３％以上含有させた場合に顕著となる。好ましい下限は０．０５％である。好ましい上限は０．３０％である。
【００４３】
Ｐｎ：０．２２以下
鋼材中の各元素をそれぞれ規定するだけでは、鋼矢板のウェブの圧延を模擬した圧延条件（圧延終了温度が９００℃以上で、かつ、圧延中または圧延後に加速冷却を適用しない条件）で板厚が２８ｍｍの鋼材を圧延した場合に、降伏強度が４３０〜６００Ｎ／ｍｍ２で、かつ良好な靱性を有する鋼矢板を得ることができないことがある。そのため、本発明者らは、種々の化学組成を有する鋼材を上記の圧延条件で圧延する実験を数多く実施した結果、下記（１）式から求められるＰｎを０．２２以下にした場合に、機械的特性が安定することを見出した。Ｐｎは、０．１８以下とすることがより好ましく、０．１６以下とすることがさらに好ましく、０．１４以下とすることが一層好ましい。
Ｐｎ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０−Ｎｂ／２＋５Ｂ・・・（１）
ただし、（１）式中の元素記号は各元素の鋼中含有量（質量％）を意味する。
【００４４】
[２]製造条件について
上記[１]で説明した化学組成を有する鋼片または鋼塊を用いて、加熱、圧延を行うことで鋼矢板を製造することができる。各工程の好ましい条件を以下に示す。
【００４５】
圧延前の加熱温度は、鋼材の熱間圧延を容易に行うため、１０００℃以上とすることが好ましい。この温度で圧延前の加熱を行えば、炭窒化物の固溶が促進するなどの効果が得られ、強度および靱性が向上する。加熱温度は、１２００℃以上とするのがより好ましい。ただし、加熱温度が高すぎると、オーステナイト結晶粒が粗大化して靱性が劣化することがある。したがって、加熱温度は１３５０℃以下とするのが好ましい。
【００４６】
圧延は、９００℃以下の温度域における合計圧下率が１０％以下となる条件で行うことが好ましい。これにより、圧延荷重を小さくすることができ、良好な形状を確保することが容易になる。９００℃以下の温度域における合計圧下率は５％以下とするのがより好ましい。ここで、「９００℃以下の温度域における合計圧下率」とは、｛（９００℃に達した時点の厚さ）−（圧延仕上厚さ）｝／（９００℃に達した時点の厚さ）×１００（％）を意味する。
【００４７】
さらに、圧延仕上温度は、７００℃以上とすることが好ましい。これにより、良好な形状がより確実に得られる。好ましい下限は７５０℃であり、より好ましい下限は８００℃である。
【００４８】
上記各温度は、被圧延材の代表位置（例えば中央部）における表面温度を意味する。
【００４９】
圧延中、圧延後の加速冷却を適用することにより、強度および靱性を改善できる場合があるが、変形が懸念されるため加速冷却は特に必要とされない。ただし、本発明の実施において、圧延中の圧延設備の冷却水が鋼材にかかる場合もある。また、圧延後は放冷することが好ましいが、本発明の実施において、冷却床においてスプレー水が鋼材にかかる場合もある。これらの水による冷却による鋼矢板の特性への影響はほとんどない。
【実施例１】
【００５０】
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００５１】
表１に示す化学組成を有する厚さ１４０ｍｍの鋼片を、１２５０℃に加熱し、加熱後にその温度で１時間保持し、熱間圧延して、鋼板を作製した。熱間圧延において、圧延仕上温度を表２に示す。また、仕上板厚は２８ｍｍとし、圧延後は放冷した。この製造方法は実際の鋼矢板の製造を模擬したものである。
【００５２】
得られた各鋼板について、常温で引張試験およびシャルピー衝撃試験を行った。また、合わせて組織観察も行った。それぞれの試験は、下記の通りに行った。各試験結果を表２に記載した。
【００５３】
＜引張試験＞
板厚中央部から、試験片の軸が圧延方向に対して平行になるように採取した丸棒引張試験片（平行部の直径：８．５ｍｍ、標点距離：４２．５ｍｍ）を用いて、室温で引張試験を実施し、降伏強度（ＹＳ。０．２％耐力とした）、引張強度（ＴＳ）を求めた。ＹＳは４３０ＭＰａ以上であることを、ＴＳは５１０〜７５０ＭＰａであることを目標とする。
【００５４】
＜シャルピー衝撃試験＞
板厚中央部から、試験片の長辺が圧延方向に対して平行になるように採取したＶノッチ試験片（ＪＩＳ Ｚ ２２４２−２００５）を用いてシャルピー衝撃試験を実施し、ｖＥ０（０℃での吸収エネルギー。試験片３本の平均値）を求めた。ｖＥ０は１００Ｊ以上であることを目標とする。
【００５５】
＜組織観察＞
ミクロ組織観察は、圧延方向と板厚方向を含む面を鏡面研磨し、ナイタールで腐食して試料を作製し、光学顕微鏡を用いて、板厚方向中央部を倍率５００倍で５視野観察した。得られた組織については、画像処理により組織を解析した。
【００５６】
【表１】
【００５７】
【表２】
【００５８】
表２に示すように、試験Ｎｏ．１〜６および１０〜１３（いずれも本発明例）はいずれも、ＹＳが４３０ＭＰａ以上であり、ｖＥ０が１００Ｊ以上であり、フェライト面積率が８０％以上であった。本発明例のうち、Ｎｏ．６は、Ｐｎがやや高いため、ｖＥ０が１１４Ｊと、他の本発明例よりも低い水準にとどまった。また、Ｎｏ．９は、請求項１に係る化学組成を満足するが、（１）式から求められるＰｎを満足しない。このため、この鋼材からなる鋼矢板は、ＹＳが４３０ＭＰａ以上であるので、タイロッド式鋼矢壁に用いることができる。しかし、ｖＥ０が３７Ｊと低いので、低温度下での使用が難しい。この原因は、ミクロ組織中のフェライト面積率が低いためであると考えられる。
【００５９】
Ｎｂ量が本発明で規定される条件を満足しない試験Ｎｏ．７および８（いずれも比較例）は、ＹＳが４３０ＭＰａ未満であった。特に、Ｐｎが本発明で規定される条件を満足しない試験Ｎｏ．８は、ｖＥ０が４０Ｊと低くなった。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の鋼矢板は、降伏強度が４３０〜６００Ｎ／ｍｍ２で、かつ良好な靱性を有するので、自立式またはタイロッド式の工法に用いる鋼矢板として好適である。本発明の鋼矢板は、特にタイロッド式矢板壁に用いる鋼矢板として好適である。本発明の鋼矢板は溶接性にも優れているため、溶接作業も容易に実施することができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼矢板に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼矢板は、港湾、河川、土留（山留）などの工事において締切り材として用いられる鋼材である。鋼矢板には、ハット形、Ｕ形、組合せ形、直線形などの断面形状を有するものがある。また、鋼矢板を用いた構造形式には、自立式、タイロッド式、セル式などの様々な種類がある。
【０００３】
例えば、自立式は、鋼矢板の剛性と、鋼矢板が埋め込まれた地盤の抵抗力（水平方向の抵抗力）によって外力に抵抗する構造形式である。この方式は、地盤が良好で水深が小さい場合に適用される場合が多く、たとえば、護岸、岸壁、擁壁、土留めなどに用いられる。タイロッド式は、鋼矢板と、控え工をタイロッドまたはタイワイヤーで連結することで壁体を安定させる構造形式である。たとえば、護岸、岸壁、擁壁などに用いられる。
【０００４】
自立式の場合には、鋼矢板自体を支持する部材がなく、鋼矢板にしなりが生じるため、ヤング率を考慮した強度設計が必要となる。一方、タイロッド式の場合にはタイロッドによりしなりが抑制されるので、降伏強度を考慮した設計が必要となり、鋼矢板の高強度化が求められる。特に、タイロッド式の工法に用いる鋼矢板には、降伏強度が４３０Ｎ／ｍｍ２以上であることが必要とされる場合がある。
【０００５】
鋼矢板には、構造物としての安全性の観点から、良好な靱性と溶接性を兼ね備えていることが望まれる。しかし、鋼矢板は、やや複雑な断面形状を有しているため、その製造時の温度履歴に制約があり、一般には、ウェブの圧下を高温で終了させ、その後の加速冷却を実施しないことが求められている。このため、圧下後にミクロ組織が成長して、製品の結晶粒が粗大になるなど、靱性が低下しやすい。
【０００６】
従来から高強度鋼矢板に関する技術は多く開示されている。例えば、特許文献１には、高強度広幅鋼矢板に関する技術が開示されている。特許文献１で開示された技術によれば、降伏強度が３９０Ｎ/ｍｍ２以上の高強度鋼矢板が得られるとされている。また、特許文献２には、鋼矢板の製造方法に関する技術が開示されている。特許文献２で開示された技術によれば、ウェブの靭性に優れる鋼矢板が得られるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−３３２４１４号公報
【特許文献２】特開２００８−２２１３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１および特許文献２で開示された技術を用いても、４３０Ｎ／ｍｍ２以上の降伏強度と優れた靱性を有する鋼材を安定的に得ることが難しい。また、特許文献２で開示された技術では圧延中に水冷することが必要であるため、水冷による変形が生じて、製品形状は悪化する懸念がある。
【０００９】
本発明は、このような従来技術の問題を解決するため、一般に用いられる鋼矢板のサイズの中では最も厚い２７．６ｍｍよりも大きい厚さであっても、鋼材の降伏強度が４３０〜６００Ｎ／ｍｍ２である鋼矢板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
鋼矢板は、良好な寸法精度を確保することが優先される。このため、鋼材の強度および靱性を向上させるために、圧延時に比較的低温域での累積圧下率を大きく増加させたり、圧延中または圧延後に加速冷却を適用したりすることは難しい。また、鋼矢板の板厚が大きいほど良好な靱性を得ることが難しい傾向にある。
【００１１】
本発明者らは、鋼矢板のウェブの圧延を模擬した圧延条件、すなわち、圧延終了温度が９００℃以上で、かつ、圧延中または圧延後に加速冷却を適用しない条件で、板厚が２８ｍｍの鋼材を圧延しても、降伏強度が４３０〜６００Ｎ／ｍｍ２で、かつ良好な靱性が得られる条件を調査し、本発明を完成させた。
【００１２】
本発明は、下記の（Ａ）〜（Ｅ）の鋼矢板を要旨とする。
【００１３】
（Ａ）質量％で、Ｃ：０．０４〜０．１９％、Ｓｉ：０．０１〜０．６０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｎｂ：０．０５１〜０．１０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜０．１０％およびＮ：０．０００５〜０．００９０％、ならびに、Ｃｕ：０．０１〜２．０％、Ｎｉ：０．０１〜３．０％、Ｃｒ：０．０１〜１．０％、Ｍｏ：０．０１〜１．０％、Ｖ：０．００１〜０．３０％、Ｔｉ：０．００１〜０．１０％およびＢ：０．０００１〜０．００５０％から選択される１種以上を含有し、残部はＦｅおよび不純物からなり、不純物としてのＰ、ＳおよびＯが、それぞれＰ：０．０４％以下、Ｓ：０．０４％以下およびＯ：０．００５％以下である化学組成を有し、降伏強度が４３０〜６００Ｎ／ｍｍ２である鋼材からなることを特徴とする鋼矢板。
【００１４】
（Ｂ）化学組成が、下記の（１）式から求められるＰｎの値が０．２２以下を満足するものである上記（Ａ）の鋼矢板。
Ｐｎ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０−Ｎｂ／２＋５Ｂ・・・（１）
ただし、（１）式中の元素記号は各元素の鋼中含有量（質量％）を意味する。
【００１５】
（Ｃ）化学組成が、さらに、質量％で、Ｃａ：０．０１％以下およびＲＥＭ：０．０２％以下の一方または両方を含有するものである上記（Ａ）または（Ｂ）の鋼矢板。
【００１６】
（Ｄ）化学組成が、さらに、質量％で、Ｍｇ：０．０１％以下を含有するものである上記（Ａ）〜（Ｃ）のいずれかの鋼矢板。
【００１７】
（Ｅ）化学組成が、さらに、質量％で、Ｓｎ：０．５０％以下を含有するものである上記（Ａ）〜（Ｄ）のいずれかの鋼矢板。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の鋼矢板は、降伏強度が４３０〜６００Ｎ／ｍｍ２で、かつ良好な靱性を有するので、自立式またはタイロッド式の工法に用いる鋼矢板として好適である。本発明の鋼矢板は、特にタイロッド式矢板壁に用いる鋼矢板として好適である。本発明の鋼矢板は溶接性にも優れているため、溶接作業も容易に実施することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の各要件について詳しく説明する。なお、化学組成における各元素の含有量の「％」は「質量％」を意味する。
【００２０】
[１]鋼材の化学組成について
Ｃ：０．０４〜０．１９％
Ｃは、鋼の強度を高めるために必要な元素である。この効果を得るために、Ｃ含有量は０．０４％以上とする。しかし、Ｃの含有量が０．１９％を超えると、靱性が低下しやすくなり、また、溶接割れが起こりやすくなる。よって、Ｃ含有量は０．０４〜０．１９％とする。好ましい下限は０．０５％である。好ましい上限は０．１５％であり、より好ましい上限は０．１０％である。
【００２１】
Ｓｉ：０．０１〜０．６０％
Ｓｉは、脱酸作用を有する元素である。この効果を得るために、Ｓｉ含有量は０．０１％以上とする。しかし、Ｓｉの含有量が０．６０％を超えると、母材および溶接熱影響部の靱性が著しく悪化する。よって、Ｓｉ含有量は０．０１〜０．６０％とする。好ましい下限は０．０３％であり、より好ましい下限は０．０５％である。好ましい上限は０．４５％であり、より好ましい上限は０．２０％である。
【００２２】
Ｍｎ：０．５〜２．０％
Ｍｎは、鋼材の強度を高める作用を有する。この効果を得るために、Ｍｎ含有量は０．５％以上とする。しかし、その含有量が２．０％を超えると、溶接割れが起こりやすくなる。このため、Ｍｎの含有量は０．５〜２．０％とする。好ましい下限は１．０％であり、より好ましい下限は１．２％である。また、好ましい上限は１．７％、より好ましい上限は１．５％である。
【００２３】
Ｎｂ：０．０５１〜０．１０％
Ｎｂは、鋼材の強度を向上させる効果を有する。この効果を得るために、Ｎｂを０．０５１％以上含有させる。しかし、その含有量が０．１０％を超えると、母材と溶接熱影響部の靱性が悪化する。よって、Ｎｂを含有させる場合には、その含有量を０．０５１〜０．１０％とする。好ましい下限は０．０５５％である。好ましい上限は０．０８％であり、より好ましい上限は０．０７％である。
【００２４】
ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜０．１０％
Ａｌは、脱酸作用を有する元素である。この効果を得るために、ｓｏｌ．Ａｌ（「酸可溶Ａｌ」）として０．００１％以上含有させる。しかし、ｓｏｌ．Ａｌ含有量が０．１０％を超えると、溶接熱影響部の靱性が悪化する場合がある。よって、ｓｏｌ．Ａｌ含有量は０．００１〜０．１０％とする。好ましい下限は０．００３％である。好ましい上限は０．０５０％であり、より好ましい上限は０．０３０％である。
【００２５】
Ｎ：０．０００５〜０．００９０％
Ｎは、Ｔｉ、Ｂ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｖとともに析出物を形成し、母材および溶接熱影響部の靱性を改善するのに有効な元素である。これらの効果を得るために、Ｎを０．０００５％以上含有させる。しかし、その含有量が０．００９０％を超えると、母材および溶接熱影響部の靱性が悪化する。よって、Ｎ含有量は０．０００５〜０．００９０％とする。好ましい下限は０．００２％である。好ましい上限は０．００６％である。
【００２６】
本発明の鋼矢板は、上記の各元素を基本成分とし、さらに、強度、靱性を向上させるために、Ｃｕ：０．０１〜２．０％、Ｎｉ：０．０１〜３．０％、Ｃｒ：０．０１〜１．０％、Ｍｏ：０．０１〜１．０％、Ｖ：０．００１〜０．３０％、Ｔｉ：０．００１〜０．１０％およびＢ：０．０００１〜０．００５０％から選択される１種以上を含有する化学組成を有する。
【００２７】
Ｃｕ：０．０１〜２．０％
Ｃｕは、鋼材の強度を向上させるのに有効な元素である。この効果は、Ｃｕを０．０１％以上含有させた場合に得られる。しかし、Ｃｕ含有量が２．０％を超えると、鋼材の表面性状および靱性が悪化し、溶接割れが起こりやすくなる。よって、Ｃｕを含有させる場合の含有量は０．０１〜２．０％以下とする。好ましい下限は０．１％である。好ましい上限は０．５０％以下である。
【００２８】
Ｎｉ：０．０１〜３．０％
Ｎｉは、鋼材の強度および靱性を向上させるのに有効な元素である。この効果は、Ｎｉを０．０１％以上含有させた場合に得られる。しかし、Ｎｉ含有量が３．０％を超えると、鋼材の表面性状が悪化することがある。よって、Ｎｉを含有させる場合には、その含有量を０．０１〜３．０％とする。好ましい下限は０．１％である。好ましい上限は１．０％、より好ましい上限は０．５０％である。
【００２９】
Ｃｒ：０．０１〜１．０％
Ｃｒは、鋼材の強度を向上させるのに有効な元素である。この効果は、Ｃｒを０．０１％以上含有させた場合に得られる。しかし、Ｃｒ含有量が１．０％を超えると、溶接割れが起こりやすくなる。よって、Ｃｒを含有させる場合には、その含有量を０．０１〜１．０％とする。好ましい下限は０．１％である。好ましい上限は０．５０％である。
【００３０】
Ｍｏ：０．０１〜１．０％
Ｍｏは、鋼材の強度を向上させるのに有効な元素である。この効果は、Ｍｏを０．０１％以上含有させた場合に得られる。しかし、Ｍｏ含有量が１．０％を超えると、溶接割れが起こりやすくなる。よって、Ｍｏを含有させる場合には、その含有量を０．０１〜１．０％とする。好ましい下限は０．１％である。好ましい上限は０．５０％である。
【００３１】
Ｖ：０．００１〜０．３０％
Ｖは、鋼材の強度を向上させるのに有効な元素である。この効果は、Ｖを０．００１％以上含有させた場合に得られる。しかし、Ｖ含有量が０．３０％を超えると靱性が悪化するおそれがある。よって、Ｖを含有させる場合には、その含有量を０．００１〜０．３０％とする。好ましい下限は０．０１％であり、より好ましい下限は０．０４％である。好ましい上限は０．１５％である。
【００３２】
Ｔｉ：０．００１〜０．１０％
Ｔｉは、鋼材の強度を向上させるのに有効な元素であり、また、Ｎとともに析出物（ＴｉＮ）を形成し、溶接熱影響部の靱性を改善するのに有効な元素である。この効果は、Ｔｉを０．００１％以上含有させた場合に得られる。また、固溶Ｎ量を調整して、Ｂ（ボロン）の働きを制御する効果もある。しかし、その含有量が０．１０％を超えると、母材と溶接熱影響部の靱性が悪化する。よって、Ｔｉ含有量は０．００１〜０．１０％とする。好ましい下限は０．００５％である。好ましい上限は０．０２５％であり、より好ましい上限は０．０２０％であり、さらに好ましい上限は０．０１４％である。
【００３３】
Ｂ：０．０００１〜０．００５０％
Ｂは、鋼材の強度を向上させるのに有効な元素である。また、Ｎとともに析出物（ＢＮ）を形成し、母材、溶接熱影響部の靱性を改善する効果もある。これらの効果は、Ｂを０．０００１％以上含有させた場合に得られる。しかし、Ｂの含有量が０．００５０％を超えると、溶接割れが起こりやすくなる。よって、Ｂを含有させる場合には、その含有量を０．０００１〜０．００５０％とする。好ましい下限は０．０００５％である。好ましい上限は０．００２５％であり、より好ましい上限は０．００２０％である。
【００３４】
なお、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、ＴｉおよびＢから選択される２種以上を含有させる場合には、その合計含有量を３．０％以下とすることが好ましい。合計含有量は２．０％以下とするのがより好ましい。
【００３５】
本発明の鋼矢板は、上記の化学組成を有し、残部はＦｅおよび不純物からなるものである。不純物とは、鋼材を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料その他の要因により混入する成分を意味する。ただし、Ｐ、ＳおよびＯは、不純物としての含有量が高いと、鋼の特性を顕著に悪化させる可能性がある。よって、これらの元素については、その含有量を下記の範囲に制限する必要がある。
【００３６】
Ｐ：０．０４％以下
Ｐは、鋼材中に不純物として不可避的に存在し、靱性を悪化させる元素である。そのため、Ｐ含有量は０．０４％以下とする必要がある。好ましい上限は０．０２％である。より好ましい上限は０．０１２％である。
【００３７】
Ｓ：０．０４％以下
Ｓは、鋼材中に不純物として不可避的に存在し、靱性に有害な元素である。そのため、Ｓ含有量は０．０４％以下とする必要がある。好ましい上限は０．０１％であり、より好ましい上限は０．００７％であり、さらに好ましい上限は０．００４％である。
【００３８】
Ｏ：０．００５％以下
Ｏ（酸素）は、鋼材中に不純物として不可避的に存在し、母材靱性に悪影響を及ぼす元素である。そのため、Ｏ含有量は０．００５％以下とする必要がある。好ましい上限は０．００３％であり、より好ましい上限は０．００２％である。
【００３９】
なお、鋼材には、Ｆｅの一部に代えて、Ｃａ、ＲＥＭ、ＭｇおよびＳｎから選択される一種以上の元素を含有させてもよい。それぞれの元素を含有させる場合の含有量の範囲と限定理由は下記のとおりである。
Ｃａ：０．０１％以下
ＲＥＭ：０．０２％以下
ＣａおよびＲＥＭは、硫化物（特にＭｎＳ）の形態を制御し、靱性を向上させるのに有効な元素である。この効果を得るために、ＣａおよびＲＥＭの一方または両方を含有させてもよい。ただし、含有量が過剰な場合、ＣａおよびＲＥＭを含む介在物が粗大となる。粗大化した介在物がクラスター化すると、鋼の清浄度を害し、溶接性にも悪影響を及ぼすことがある。よって、Ｃａを含有させる場合には、その含有量は０．０１％以下とし、ＲＥＭを含有させる場合には、その含有量は０．０２％以下とする。上記の効果は、Ｃａは０．０００５％以上、ＲＥＭは０．００１％以上含有させた場合に顕著となる。Ｃａ含有量は、溶接性の観点から０．００６％以下にすることが好ましい。
【００４０】
なお、ＲＥＭは、Ｓｃ、Ｙおよびランタノイドの合計１７元素の総称であり、これらの元素から選択される１種以上を含有させることができる。ＲＥＭの含有量は上記元素の合計量を意味する。
【００４１】
Ｍｇ：０．０１％以下
Ｍｇは、微細に分散した酸化物を形成し、溶接熱影響部のオーステナイト粒径の粗大化を抑制して低温靭性を向上させる効果を発揮する。この効果を得るためにＭｇを含有させてもよい。ただし、Ｍｇ含有量が０．０１％を超えると、粗大な酸化物を生成して靭性を劣化させることがある。このため、Ｍｇを含有させる場合には、その含有量は０．０１％以下とする。上記の効果は、Ｍｇを０．０００５％以上含有させた場合に顕著となる。
【００４２】
Ｓｎ：０．５０％以下
Ｓｎは、Ｓｎ２＋となって溶解し、腐食を抑制する作用を有する。これは、Ｓｎ２＋が腐食促進作用を有するＦｅ３＋を速やかに還元するからである。Ｓｎはまた、鋼のアノード溶解反応を抑制し耐食性を向上させる作用も有する。これらの効果を得るためにＳｎを含有させてもよい。ただし、Ｓｎ含有量が０．５０％を超えると、これらの効果は飽和する。よって、Ｓｎを含有させる場合には、その含有量を０．５０％以下とする。上記の効果は、Ｓｎを０．０３％以上含有させた場合に顕著となる。好ましい下限は０．０５％である。好ましい上限は０．３０％である。
【００４３】
Ｐｎ：０．２２以下
鋼材中の各元素をそれぞれ規定するだけでは、鋼矢板のウェブの圧延を模擬した圧延条件（圧延終了温度が９００℃以上で、かつ、圧延中または圧延後に加速冷却を適用しない条件）で板厚が２８ｍｍの鋼材を圧延した場合に、降伏強度が４３０〜６００Ｎ／ｍｍ２で、かつ良好な靱性を有する鋼矢板を得ることができないことがある。そのため、本発明者らは、種々の化学組成を有する鋼材を上記の圧延条件で圧延する実験を数多く実施した結果、下記（１）式から求められるＰｎを０．２２以下にした場合に、機械的特性が安定することを見出した。Ｐｎは、０．１８以下とすることがより好ましく、０．１６以下とすることがさらに好ましく、０．１４以下とすることが一層好ましい。
Ｐｎ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０−Ｎｂ／２＋５Ｂ・・・（１）
ただし、（１）式中の元素記号は各元素の鋼中含有量（質量％）を意味する。
【００４４】
[２]製造条件について
上記[１]で説明した化学組成を有する鋼片または鋼塊を用いて、加熱、圧延を行うことで鋼矢板を製造することができる。各工程の好ましい条件を以下に示す。
【００４５】
圧延前の加熱温度は、鋼材の熱間圧延を容易に行うため、１０００℃以上とすることが好ましい。この温度で圧延前の加熱を行えば、炭窒化物の固溶が促進するなどの効果が得られ、強度および靱性が向上する。加熱温度は、１２００℃以上とするのがより好ましい。ただし、加熱温度が高すぎると、オーステナイト結晶粒が粗大化して靱性が劣化することがある。したがって、加熱温度は１３５０℃以下とするのが好ましい。
【００４６】
圧延は、９００℃以下の温度域における合計圧下率が１０％以下となる条件で行うことが好ましい。これにより、圧延荷重を小さくすることができ、良好な形状を確保することが容易になる。９００℃以下の温度域における合計圧下率は５％以下とするのがより好ましい。ここで、「９００℃以下の温度域における合計圧下率」とは、｛（９００℃に達した時点の厚さ）−（圧延仕上厚さ）｝／（９００℃に達した時点の厚さ）×１００（％）を意味する。
【００４７】
さらに、圧延仕上温度は、７００℃以上とすることが好ましい。これにより、良好な形状がより確実に得られる。好ましい下限は７５０℃であり、より好ましい下限は８００℃である。
【００４８】
上記各温度は、被圧延材の代表位置（例えば中央部）における表面温度を意味する。
【００４９】
圧延中、圧延後の加速冷却を適用することにより、強度および靱性を改善できる場合があるが、変形が懸念されるため加速冷却は特に必要とされない。ただし、本発明の実施において、圧延中の圧延設備の冷却水が鋼材にかかる場合もある。また、圧延後は放冷することが好ましいが、本発明の実施において、冷却床においてスプレー水が鋼材にかかる場合もある。これらの水による冷却による鋼矢板の特性への影響はほとんどない。
【実施例１】
【００５０】
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００５１】
表１に示す化学組成を有する厚さ１４０ｍｍの鋼片を、１２５０℃に加熱し、加熱後にその温度で１時間保持し、熱間圧延して、鋼板を作製した。熱間圧延において、圧延仕上温度を表２に示す。また、仕上板厚は２８ｍｍとし、圧延後は放冷した。この製造方法は実際の鋼矢板の製造を模擬したものである。
【００５２】
得られた各鋼板について、常温で引張試験およびシャルピー衝撃試験を行った。また、合わせて組織観察も行った。それぞれの試験は、下記の通りに行った。各試験結果を表２に記載した。
【００５３】
＜引張試験＞
板厚中央部から、試験片の軸が圧延方向に対して平行になるように採取した丸棒引張試験片（平行部の直径：８．５ｍｍ、標点距離：４２．５ｍｍ）を用いて、室温で引張試験を実施し、降伏強度（ＹＳ。０．２％耐力とした）、引張強度（ＴＳ）を求めた。ＹＳは４３０ＭＰａ以上であることを、ＴＳは５１０〜７５０ＭＰａであることを目標とする。
【００５４】
＜シャルピー衝撃試験＞
板厚中央部から、試験片の長辺が圧延方向に対して平行になるように採取したＶノッチ試験片（ＪＩＳ Ｚ ２２４２−２００５）を用いてシャルピー衝撃試験を実施し、ｖＥ０（０℃での吸収エネルギー。試験片３本の平均値）を求めた。ｖＥ０は１００Ｊ以上であることを目標とする。
【００５５】
＜組織観察＞
ミクロ組織観察は、圧延方向と板厚方向を含む面を鏡面研磨し、ナイタールで腐食して試料を作製し、光学顕微鏡を用いて、板厚方向中央部を倍率５００倍で５視野観察した。得られた組織については、画像処理により組織を解析した。
【００５６】
【表１】
【００５７】
【表２】
【００５８】
表２に示すように、試験Ｎｏ．１〜６および１０〜１３（いずれも本発明例）はいずれも、ＹＳが４３０ＭＰａ以上であり、ｖＥ０が１００Ｊ以上であり、フェライト面積率が８０％以上であった。本発明例のうち、Ｎｏ．６は、Ｐｎがやや高いため、ｖＥ０が１１４Ｊと、他の本発明例よりも低い水準にとどまった。また、Ｎｏ．９は、請求項１に係る化学組成を満足するが、（１）式から求められるＰｎを満足しない。このため、この鋼材からなる鋼矢板は、ＹＳが４３０ＭＰａ以上であるので、タイロッド式鋼矢壁に用いることができる。しかし、ｖＥ０が３７Ｊと低いので、低温度下での使用が難しい。この原因は、ミクロ組織中のフェライト面積率が低いためであると考えられる。
【００５９】
Ｎｂ量が本発明で規定される条件を満足しない試験Ｎｏ．７および８（いずれも比較例）は、ＹＳが４３０ＭＰａ未満であった。特に、Ｐｎが本発明で規定される条件を満足しない試験Ｎｏ．８は、ｖＥ０が４０Ｊと低くなった。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の鋼矢板は、降伏強度が４３０〜６００Ｎ／ｍｍ２で、かつ良好な靱性を有するので、自立式またはタイロッド式の工法に用いる鋼矢板として好適である。本発明の鋼矢板は、特にタイロッド式矢板壁に用いる鋼矢板として好適である。本発明の鋼矢板は溶接性にも優れているため、溶接作業も容易に実施することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０４〜０．１９％、Ｓｉ：０．０１〜０．６０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｎｂ：０．０５１〜０．１０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜０．１０％およびＮ：０．０００５〜０．００９０％、ならびに、
Ｃｕ：０．０１〜２．０％、Ｎｉ：０．０１〜３．０％、Ｃｒ：０．０１〜１．０％、Ｍｏ：０．０１〜１．０％、Ｖ：０．００１〜０．３０％、Ｔｉ：０．００１〜０．１０％およびＢ：０．０００１〜０．００５０％から選択される１種以上を含有し、残部はＦｅおよび不純物からなり、
不純物としてのＰ、ＳおよびＯが、それぞれＰ：０．０４％以下、Ｓ：０．０４％以下およびＯ：０．００５％以下である化学組成を有し、
降伏強度が４３０〜６００Ｎ／ｍｍ２である鋼材からなることを特徴とする鋼矢板。
【請求項２】
化学組成が、下記の（１）式から求められるＰｎの値が０．２２以下を満足するものであることを特徴とする請求項１に記載の鋼矢板。
Ｐｎ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０−Ｎｂ／２＋５Ｂ・・・（１）
ただし、（１）式中の元素記号は各元素の鋼中含有量（質量％）を意味する。
【請求項３】
化学組成が、さらに、質量％で、Ｃａ：０．０１％以下およびＲＥＭ：０．０２％以下の一方または両方を含有するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の鋼矢板。
【請求項４】
化学組成が、さらに、質量％で、Ｍｇ：０．０１％以下を含有するものであることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の鋼矢板。
【請求項５】
化学組成が、さらに、質量％で、Ｓｎ：０．５０％以下を含有するものであることを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の鋼矢板。
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０４〜０．１９％、Ｓｉ：０．０１〜０．６０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｎｂ：０．０５１〜０．１０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜０．１０％およびＮ：０．０００５〜０．００９０％、ならびに、
Ｃｕ：０．０１〜２．０％、Ｎｉ：０．０１〜３．０％、Ｃｒ：０．０１〜１．０％、Ｍｏ：０．０１〜１．０％、Ｖ：０．００１〜０．３０％、Ｔｉ：０．００１〜０．１０％およびＢ：０．０００１〜０．００５０％から選択される１種以上を含有し、残部はＦｅおよび不純物からなり、
不純物としてのＰ、ＳおよびＯが、それぞれＰ：０．０４％以下、Ｓ：０．０４％以下およびＯ：０．００５％以下である化学組成を有し、
降伏強度が４３０〜６００Ｎ／ｍｍ２である鋼材からなることを特徴とする鋼矢板。
【請求項２】
化学組成が、下記の（１）式から求められるＰｎの値が０．２２以下を満足するものであることを特徴とする請求項１に記載の鋼矢板。
Ｐｎ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０−Ｎｂ／２＋５Ｂ・・・（１）
ただし、（１）式中の元素記号は各元素の鋼中含有量（質量％）を意味する。
【請求項３】
化学組成が、さらに、質量％で、Ｃａ：０．０１％以下およびＲＥＭ：０．０２％以下の一方または両方を含有するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の鋼矢板。
【請求項４】
化学組成が、さらに、質量％で、Ｍｇ：０．０１％以下を含有するものであることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の鋼矢板。
【請求項５】
化学組成が、さらに、質量％で、Ｓｎ：０．５０％以下を含有するものであることを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の鋼矢板。
【公開番号】特開２０１２−２０１９０４（Ｐ２０１２−２０１９０４Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６５１１１（Ｐ２０１１−６５１１１）
【出願日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【Ｆターム（参考）】
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