JP5447702B2

JP5447702B2 - 直接焼入れ型薄肉厚鋼板の製造方法

Info

Publication number: JP5447702B2
Application number: JP2013023109A
Authority: JP
Inventors: 健次大井; 謙次林; 彰英長尾; 伸夫鹿内
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2007-03-05
Filing date: 2013-02-08
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2028-03-03
Also published as: JP2013139056A; JP2008248383A; JP5911164B2

Description

本発明は通過型冷却装置を用いた薄肉厚鋼板の製造方法に関し、特に直接焼入れで鋼板長手方向の材料特性の均質性に優れた、板長さの長い薄肉厚鋼板の製造が可能な方法に関する。

引張強さ６００ＭＰａ以上の高張力鋼の製造方法として、焼入れ−焼戻し処理による製造が一般的に用いられる。従来は熱間圧延により所定の板厚に圧延した後、常温まで冷却された鋼板を再加熱し、焼入れを行っていたが、近年では熱間圧延後、直ちに焼入れを行う直接焼入れ−焼戻しプロセスが用いられている。

しかしながら、直接焼入れ−焼戻しプロセスは通過型冷却装置によるオンライン熱処理であるがゆえに板厚が薄い場合や板長が大きい場合、鋼板の先端と尾端で大きな焼入れ開始温度差が生じる。

すなわち、焼入れ冷却において圧延速度が遅い場合や鋼板の板長が数十ｍにおよぶ場合、鋼板を全て同時に冷却を開始することは困難で、鋼板の搬送速度と板長によって鋼板の先端と尾端で冷却開始までの時間差が発生するため、その結果、冷却開始の温度差が発生する。

焼入れ時の冷却開始温度はミクロ組織に影響を与え、鋼板の長手方向で均質な材質を得ることが困難である。材質の変動幅が所定の範囲に入るように板厚に応じて板長を制限したり、再加熱焼入れ−焼戻しプロセスで製造することは、製造効率を低下させたり、製造コストを上昇させ、望ましくない。そのため、材質のばらつきを軽減する種々の方法が提案されている。

例えば、特許文献１は、冷却速度の制御により材質の変化が少ない鋼材を製造することを提案し、鋼板の板厚方向や鋼材間での均質性を向上させることが記載されている。しかしながら、特許文献１記載の発明では冷却開始温度や圧延の仕上げ温度が変化した場合には材質変化を抑制することはできない。

また、特許文献２では鋼材の四周部の温度低下を事前の冷却方法にて抑制し、材料の全体が均一な温度の状態で圧延することが記載されている、圧延仕上げ温度は一定にできるものの、その後の冷却開始温度については板長の先尾端で差が出るために焼入れ材および加速冷却材での適用は均質性を高めることができない問題がある。

さらに特許文献３に開示の技術は鋼材間のばらつきを抑えるためには有効であるが、同一鋼板内での板長方向の材質を均質にすることには十分でない。

以上のように従来開示されている技術においては鋼板の長手方向の温度変化を制御できないために、冷却の際の冷却開始温度が一定に保てないため、材質のばらつきが大きくなる。

特開平９−３１０１１７号公報特開平３−１７３７１６号公報特許第３７８４２６５号公報

上述したように、通過型焼入れ装置を用いた直接焼入れ−焼戻しプロセスでは鋼板長手方向で冷却開始温度差を無くすことが困難で、強度および靭性が大きくばらつき、鋼板の板厚や板長を制限するか、再加熱焼き入れ−焼戻しプロセスにて高コスト製造を余儀なくされていた。

そこで、本発明は直接焼入れ−焼戻しプロセスで、鋼板の先端部と尾端部で引張強度（ＴＳ）が±２５ＭＰａ、靱性の指標である延性−脆性破面遷移温度（ｖＴｒｓ）が±１０℃と、鋼板の長手方向での強度および靭性の均質性に優れる直接焼入れ型薄肉厚鋼板およびその製造方法を提供することを目的とする。直接焼入れ型とは直接焼入れ後、焼戻しを行って製造するものを指す。

本発明者等は上記課題の解決手段として、熱間圧延機近傍の下流側に冷却領域の短い冷却装置を配して、その後の焼入れ前に適切な温度勾配を鋼板長手方向に付与することを想到し、実機操業においても、鋼板長手方向に安定した材質が得られことを知見した。

本発明は得られた知見を基に更に検討を加えてなされたもので、すなわち、本発明は、
１．可逆式熱間圧延機の下流側に第１の通過型冷却装置と第２の通過型冷却装置を順に配置する圧延ー冷却装置を用いた、以下の工程を備えた直接焼入れ型薄肉厚鋼板の製造方法。
（１）仕上げ圧延後の鋼板を、第２の通過型冷却装置で冷却する前に第１の通過型冷却装置で前記鋼板の長手方向に温度勾配を付与する工程。
（２）前記鋼板を、第２の通過型冷却装置を一定速度で、通板して焼入れする工程。
２．第１の通過型冷却装置で、冷却する際、搬送速度および／または注水量を変化させることによって、冷却後の鋼板先端と尾端の温度差ΔＴを（１）式を満足するように冷却することを特徴とする１記載の直接焼入れ型薄肉厚鋼板の製造方法。
１５Ｌ／（ｈｖ）≦ΔＴ≦５５Ｌ／（ｈｖ）・・・・（１）
但し、ｈ：板厚（ｍｍ）、Ｌ：長さ（ｍ）、ｖ：第２の通過型冷却装置への進入速度（ｍ／ｓ）
３．前記工程２で第２の通過型冷却装置で焼入れする際、鋼板の先端部および尾端部での冷却開始温度がＡｒ３点以上または二相域温度となるように、前記工程１で前記鋼板長手方向の先端部の温度と尾端部の温度を調整することを特徴とする１または２記載の直接焼入れ型薄肉厚鋼板の製造方法。
４．前記工程２で第２の通過型冷却装置で焼入れする際、鋼板の先端部と尾端部での冷却開始温度の差が５０℃以内となるように、前記工程１で前記鋼板長手方向の先端部の温度と尾端部の温度を調整することを特徴とする１乃至３のいずれか一つに記載の直接焼入れ型薄肉厚鋼板の製造方法。
５．前記鋼板の成分組成が、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．２０％、Ｓｉ：０．０１〜０．８０％、Ｍｎ：０．５０〜２．５０％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．００７０％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００４〜０．１００％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成であることを特徴とする１乃至４のいずれか一つに記載の直接焼入れ型薄肉厚鋼板の製造方法。
６．更に、成分組成として、鋼組成に、更に、Ｔｉ：０．００５−０．２０％、Ｃｕ：０．０１−２．０％、Ｎｉ：０．０１−４．０％、Ｃｒ：０．０１−２．０％、Ｍｏ：０．０１−２．０％、Ｎｂ：０．００３−０．１％、Ｖ：０．００３−０．５％、Ｗ：０．００３−０．７％、Ｂ：０．０００５−０．００４０％、Ｃａ：０．０００１−０．００６０％、Ｍｇ：０．０００１−０．００６０％、ＲＥＭ：０．０００１−０．０２００％の１種または２種以上を含有することを特徴とする５記載の直接焼入れ型薄肉厚鋼板の製造方法。

なお、本発明で圧延仕上げ温度、冷却開始温度、冷却停止温度などの鋼板温度は、特に断わらない限り、放射温度計で鋼板表面の温度を測定して得られた温度を言う。

また、本発明において、先端部と先端とは、互いに区別することなく、いずれも鋼板の進行方向の先端近傍であって、製品に用いられる定常部の先端を含む領域を指すものとする。同様に、尾端部と尾端とは、互いに区別することなく、いずれも鋼板の進行方向の後端近傍であって、製品に用いられる定常部の後端を含む領域を指すものとする。

本発明によれば板厚６ｍｍ〜２５ｍｍで板長２０ｍ〜５０ｍの鋼板の通過型焼入れ装置を用いた直接焼入れ処理で、焼き入れ時の冷却開始温度を鋼板の長手方向で一定にすることが可能となり、鋼板の長手方向の均質性に優れる高強度・高靭性鋼が得られ、産業上極めて有用である。

圧延ー冷却設備の一例を示す模式図。本発明に係る圧延ー冷却方法を説明する模式図。本発明に係る圧延ー冷却方法における鋼板長手方向の温度差を説明する模式図。本発明で第１通過型冷却装置として好適な水切り性に優れた冷却装置で（ａ）は水切りロールを用いず、冷却水噴射ノズルで冷却水を鋼板上に滞留させる形式，（ｂ）は冷却水噴射ノズルと水切りロールを併用して冷却水を鋼板上に滞留させる形式，（ｃ）は冷却水噴射ノズルを用いず、水切りロールで冷却水を鋼板上に滞留させる形式。熱間圧延鋼板の空冷時の冷却速度を示す図。

本発明は、仕上げ圧延後の鋼板を、通過型の直接焼入れ装置で冷却する際、冷却開始温度が、鋼板尾端側で先端側より降下することを、直接焼入れ装置に鋼板を搬入する前に、鋼板の尾端側の温度を降下分だけ補償することによって解決することを特徴とする。
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。

図１は、本発明を適用する圧延ー冷却設備における圧延機、冷却装置の配置を模式的に示し、図において１２は加熱炉、９は圧延機、１０は圧延機９の下流側に配置した第１の通過型冷却装置で、（１０）内は圧延機９の上流側に配置した場合、１１は第２の通過型冷却装置を示す。尚、圧延機９の加熱炉１２側を圧延機９の上流側、第２通過型冷却装置１１側を下流側と称す。

厚鋼板（図示しない）は、加熱炉１２で圧延のために加熱され、仕上げ圧延後、第１通過型冷却装置１０で、鋼板長手方向に適切な温度勾配が付与される。

仕上げ圧延終了後の鋼板は、焼入れのため、第２通過型水冷装置１１に搬送されるが、鋼板長手方向で冷却開始温度が略同一となるように、予め、第１通過型冷却装置１０を通過する際、鋼板長手方向に適切な温度勾配を付与される。

図２は、本発明に係る鋼板の製造方法における圧延ー冷却方法を説明する模式図で、Ｐ１〜Ｐ４はパスを指し、Ｐ３が最終（仕上げ）パス、Ｐ２が最終パスＰ３の直前のパス、Ｐ１がＰ２の直前のパス、Ｐ４は仕上げ圧延後、または仕上げ圧延、水冷後の鋼板を圧延機９を通過させるための空パスを示す。

ａは圧延機９による圧延作業、ｂ１、ｂ２は第１通過型冷却装置１０による水冷作業、ｃは第２通過型冷却装置１１による水冷作業を示す。図においても、鋼板は図示しない。

図２（ａ）は圧延機９の下流側に第１通過型冷却装置１０、第２通過型冷却装置１１を順に配置し、仕上げ圧延後の鋼板を順次通過させて冷却する場合（Ｃａｓｅ１），図２（ｂ）は圧延機９の上流側に第１通過型冷却装置１０、圧延機９の下流側に第２通過型冷却装置１１を配置し、仕上げ圧延（Ｐ３）後の鋼板は、空パス（Ｐ４）で第１通過型冷却装置１０で冷却後、空パス（Ｐ４）で圧延機９を通過して第２通過型冷却装置１１で冷却される場合（Ｃａｓｅ２），図２（ｃ）は圧延機９の下流側に通過型冷却装置（本説明では第１の通過型冷却装置１０）を配置し、一端、冷却させた後、逆送しつつ前記通過型冷却装置で冷却する場合（Ｃａｓｅ３）を示す。

図３は、図２に示すＣａｓｅ１〜３における鋼板長手方向の温度分布を模式的に示す。図において、矢印の方向に鋼板は進行するものとし、説明では、鋼板の進行方向側を鋼板の先端部、反対方向を鋼板の尾端部と称する。以後、図２，３を適宜、参照しつつ、本発明を説明する。

Ｃａｓｅ１の場合、鋼板は最終パスＰ３で、所定の板厚とされた後、第１通過型冷却装置１０で水冷ｂ１された後、第２通過型冷却装置１１で水冷ｃされ、所望の性能が付与される。

水冷ｂ１は、第２通過型冷却装置１１で水冷ｃされる際、冷却開始温度が鋼板長手方向で略同一となるように、鋼板長手方向において尾端部を先端部よりΔＴだけ高温となる温度勾配を付与する。

第２通過型冷却装置１１で水冷ｃを施す際、鋼板は一定速度で第２通過型冷却装置１１内に進入させ、冷却停止温度を鋼板長手方向で略同一とする。

Ｃａｓｅ２の場合、鋼板は圧延機９により，最終パスＰ３で、所定の板厚とされた後、第１通過型冷却装置１０で水冷ｂ１された後、空パスＰ４で圧延機９を通過し、第２通過型冷却装置１１で水冷ｃされ、所望の性能が付与される。

水冷ｂ１は、第２通過型冷却装置１１で水冷ｃされる際、冷却開始温度が鋼板長手方向で略同一となるように、鋼板長手方向において尾端部を先端部よりΔＴだけ高温とする。第２通過型冷却装置１１で水冷ｃを施す際、鋼板は一定速度で第２通過型冷却装置１１内に進入させ、冷却停止温度を鋼板長手方向で略同一とする。

尚、Ｃａｓｅ１，２では、鋼板を第１通過型冷却装置１０を加速しつつ通過させることにより鋼板長手方向において尾端部を先端部よりΔＴだけ高温とすることが可能である。

Ｃａｓｅ３の場合、鋼板は最終パスＰ３で、所定の板厚とされた後、第１通過型冷却装置１０で水冷ｂ１後、再び、第１通過型冷却装置１０を逆送しつつ水冷ｂ２される。

水冷ｂ１は、鋼板長手方向において先端部を尾端部よりΔＴだけ高温とする。水冷ｂ１を行う場合、鋼板は、第１通過型冷却装置１０を減速しつつ通過させることにより先端部を尾端部よりΔＴだけ高温とすることが可能である。

逆送しつつ水冷ｂ２される場合は、前記尾端部が先端部となり、前記先端部が尾端部となることより冷却開始温度が鋼板長手方向で略同一となる。

逆送しつつ第１通過型冷却装置１０で水冷ｂ２を施す際、鋼板は一定速度で第１通過型冷却装置１０内に進入させ、冷却停止温度を鋼板長手方向で略同一とする。逆送とは、圧延機９の下流側から上流側に鋼板を搬送する場合を指す。

Ｃａｓｅ１〜３において、鋼板長手方向の尾端部と先端部に付与する温度差ΔＴは、第２通過型冷却装置１１または逆送して行う第１通過型冷却装置１０によるその後の冷却において、鋼板尾端部での冷却開始温度が、先端部と同じ温度となるように付与する。

なお、図３に示すように、温度勾配を鋼板の長手方向で直線的に変化させることが好ましいが、温度勾配を鋼板の長手方向で階段状に変化させてもよい。

ここで、図５の実線は、熱間圧延した鋼板の温度が７００℃、８５０℃、１０００℃における板厚と鋼板が空冷によって冷える時の冷却速度の関係を伝熱計算で求めた一例を示したものである。実線がその計算結果である。板厚が薄いほど熱容量が小さいので、また鋼板温度が高いほど輻射放熱が多くなるので、冷却速度は高くなる。

冷却速度は、搬送の形態や雰囲気によって多少異なるが、例えば、板厚が３０ｍｍで鋼板表面温度が８００℃の場合の冷却速度は、０．８℃／ｓ程度となる。

一般に、第１の通過型冷却装置で冷却した後、第２の通過型冷却装置や、再び第１の冷却設備で引続き冷却する時の加速冷却や焼入れの開始温度は７００℃以上であるので、冷却速度は図５における１５／ｈ（℃／ｍｍ）の破線以上である。

一方、加速冷却や焼入れの開始温度は１０００℃を超えることはほとんどないので、冷却速度は同様に５５／ｈ（℃／ｍｍ）の破線以下である。
従って、加速冷却や焼入れ開始温度が７００℃以上１０００℃以下の場合、冷却速度は１５／ｈ以上５５／ｈ以下の範囲にあることから長手方向に付与する温度勾配の先尾端の温度差ΔＴは、
１５Ｌ／（ｈｖ）≦ΔＴ≦５５Ｌ／（ｈｖ）（１）
の関係を満足させることが好ましい。但し、ｈ（ｍｍ）：鋼板の板厚、Ｌ（ｍ）：鋼板の長さ、ｖ（ｍ／ｓ）：第１通過型冷却設備で鋼板長手方向に温度勾配を付与した後、続いて行う冷却設備に進入するときの鋼板の搬送速度。

一例として、鋼板の製品の長さがＬ＝３０ｍ、搬送速度がｖ＝１ｍ／ｓである場合、先端と尾端では冷却開始がＬ／ｖ＝３０ｓ違うので、尾端部は先端部によりも３０ｓ間分余計に空冷される。

板厚がｈ＝３０ｍｍの場合は鋼板表面温度が８００℃での冷却速度は、０．８℃／ｓ程度となるので、尾端部は先端部よりも０．８×Ｌ／ｖ＝２４℃低くなる。よって、先端を３４℃冷やし、尾端を１０℃冷やせば、尾端が先端より温度が２４℃高い温度差がつくので、冷却開始温度がほぼ一定となる。

尚、第１または第３通過型冷却装置として、冷却領域以外の鋼板搬送方向に冷却水が流れ出さない水切り性に優れた冷却装置を使用することが好ましい。

図４（ａ），（ｂ），（ｃ）は、水切り性に優れた冷却装置の一例を示し、図において１は冷却槽、２は鋼板４上に滞留した冷却水、３は上方冷却水噴射ノズル、４は鋼板、５は搬送ロール、６は下部冷却水ノズル、７は冷却領域、１３は棒状冷却水、８は水切りロールを示す。

（ａ）は、冷却槽１にとりつけた上方冷却水噴射ノズル３から棒状冷却水１３を対向するように噴出させ、鋼板４上に冷却水２を滞留させる冷却装置、（ｂ）は水切りロール８と搬送ロール５を鋼板４を挟んで対向させ、一方向から棒状冷却水１３を噴出し、水切りロール８でせき止める冷却装置、（ｃ）は水切りロール８と搬送ロール５を２対とし、ロール対間において、鋼板４上に冷却水２を滞留させる冷却装置を示す。尚、せき止め効果を得るため、棒状冷却水１３は４ｍ^３／ｍ^２ｍｉｎ以上の水量密度とすることが好ましい。

第１通過型冷却装置（ｃａｓｅ３の通過型冷却装置の場合も含む）で冷却領域の搬送方向の距離は０．４ｍ〜４ｍとするのが好ましい。０．４ｍ未満では鋼板を冷却するために冷却領域への滞留時間を長く取る必要があり、鋼板全体を通過させるのに時間がかかりすぎ、十分な温度勾配をつけるのが困難となる。

一方、４ｍを超えると冷却領域での冷却の均一性を持たせるのが困難であるのと、板長の短い鋼板では十分な温度勾配を付与することが困難であるために４ｍ以下に制限する。

尚、図４（ａ），（ｂ），（ｃ）における冷却領域７を鋼板の黒塗り部で示す。また、冷却領域は、冷却槽やノズルの数を増減させたり、または、図４（ａ），（ｂ），（ｃ）を一つの冷却装置ユニットとしてその数を増減させたりして適宜設定することが可能である。

第１通過型冷却装置で温度勾配を付与するには、冷却領域での鋼板の通過速度を制御するのが、制御の応答性に優れるので好ましい。第１通過型冷却装置の注水量などの冷却設備能力を制御してもよく、通過速度と冷却能力の両方を用いてもよい。

第２通過型冷却装置は、所要の冷却能力を持ち均一冷却できるものであればよく特に限定しない。

冷却開始温度は、所望する特性に応じて、Ａｒ_３点以上、二相域温度を適宜選定する。

これは、オーステナイト相を含む温度域から焼入れあるいは加速冷却によりマルテンサイトやベイナイトなどの変態相を生成し所望の強度を確保する上で、焼入れや加速冷却の冷却開始温度は、Ａｒ_３変態点以上あるいは二相域温度というオーステナイト相が存在する温度域でなければならないからであるが、具体的な冷却開始温度は、所望の強度に応じて適宜選択すればよい。

なお、焼入れした鋼板は、焼戻しすることが好ましい。焼戻しは常法により実施すればよく、たとえば、オフラインの雰囲気炉、あるいは、オンラインの誘導加熱装置などを使用することができ、焼戻し温度は、オーステナイト相が生成しない温度域であるＡｃ₁変態点以下の温度であることが好ましい。

本発明で、第１通過型冷却装置で鋼板長手方向に温度勾配を付与した後、第２通過型冷却装置での冷却開始温度、冷却停止温度のいずれもが鋼板の長手方向におけるその最大値と最小値の差が５０℃以下とするのが好ましい。

上記の温度差が５０℃を越えると、先端と尾端の強度差や靭性の差が大きくなる。より好ましくは３０℃以下とする。尚、Ｃａｓｅ３では、第１通過型冷却装置１０による冷却ｂ２で、焼入れを実施する。

本発明に係る冷却方法は、焼入れ焼戻しに適した組成の鋼板であれば適用可能であるが、以下に述べる、直接焼入れを前提とした成分組成が好ましい。成分組成における％は質量％とする。

Ｃ：０．０１−０．２０％
Ｃは鋼板の強度を確保するため、少なくとも０．０１％は必要であり０．２０％を越えて添加すると著しく溶接性を低下させるため、０．０１％以上、０．２０％以下（以下、０．０１−０．２０％）とする。

Ｓｉ：０．０１−０．８０％
Ｓｉは脱酸に必要な元素であるが、０．０１％未満ではその効果は少なく、０．８０％を越えて添加すると溶接性および母材靭性を著しく低下させるため、０．０１−０．８０％とする。

Ｍｎ：０．５−２．５０％
ＭｎはＣと同様に鋼板の強度を確保するために必要であり、過剰に添加すると溶接性を損なうため、０．５−２．５０％とする。

Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．００７０％以下
Ｐ、Ｓは不純物として鋼中に不可避的に含有される元素であり、鋼母材や、溶接熱影響部の靭性を劣化させるため、経済性を考慮して可能な範囲で低減する事が好ましく、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．００７０％以下とする。

Ａｌ：０．００４−０．１０％以下
Ａｌは脱酸元素であり、０．００４％未満ではその効果は十分ではなく、過剰に添加すると靭性の劣化をもたらすため、０．００４−０．１０％以下とする。

本発明の好ましい基本成分組成は以上であるが、更に所望の特性を向上させる場合、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｂ、Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭの１種または２種以上を選択元素として添加する。

Ｔｉ：０．００５−０．２０％
Ｔｉは母材の靭性確保や溶接熱影響部での靭性確保の観点から所定の範囲が良好であるが、０．２０％を超えて添加すると靭性の著しい低下をもたらすため、添加する場合は、０．００５−０．２０％とする。

Ｃｕ：０．０１−２．０％
Ｃｕは強度を増加させるための元素で０．０１％以上でその効果を発揮し、２．０％を超えて添加すると熱間脆性により鋼板表面の性状を劣化するため、添加する場合は、０．０１−２．０％とする。

Ｎｉ：０．０１−４．０％
Ｎｉは母材の強度を増加させつつ靭性も向上させることが可能で０．０１％以上で効果を発揮し、４．０％以上では効果が飽和し経済的に不利であるため、添加する場合は、０．０１−４．０％とする。

Ｃｒ：０．０１−２．０％、Ｍｏ：０．０１−２．０％
Ｃｒ，Ｍｏはいずれも強度を増加するのに有効であり、０．０１％以上でその効果を発揮し、それぞれ２．０％を越えて添加すると著しく靭性を劣化させるため、添加する場合は、それぞれ０．０１−２．０％とする。

Ｎｂ：０．００３−０．１％、Ｖ：０．００３−０．５％
Ｎｂ、Ｖは母材の強度と靭性を向上させる元素であり、０．００３％以上の添加で効果を発揮する。またそれぞれ０．１％，０．５％を越えるとかえって靭性の低下を招くおそれがあるため、添加する場合は、Ｎｂ：０．００３−０．１％、Ｖ：０．００３−０．５％とする。

Ｗ：０．００３−０．７％
Ｗは強度および耐食性を向上させる元素であり０．００３％未満では効果はなく、０．７％を超えると溶接熱影響部靭性を劣化させるおそれがある。よって、添加する場合は、０．００３−０．７％とする。

Ｂ：０．０００５−０．００４０％
Ｂは焼入れ性の向上によって強度を増加させる事ができる。この効果は０．０００５％以上で顕著になり０．００４０％を越えて添加しても効果は飽和するため、添加する場合は、０．０００５−０．００４０％とする。

Ｃａ：０．０００１−０．００６０％、Ｍｇ：０．０００１−０．００６０％、ＲＥＭ：０．０００１−０．０２００％
Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭは鋼中のＳを固定して鋼板の靭性を向上させる働きがあり、０．０００１％以上の添加で効果がある。しかし、それぞれ０．００６０％、０．００６０％、０．０２００％を越えて添加すると鋼中の介在物量が増加し靭性をかえって劣化させるため、添加する場合は、Ｃａ：０．０００１−０．００６０％、Ｍｇ：０．０００１−０．００６０％、ＲＥＭ：０．０００１−０．０２００％とする。

上記した成分以外の残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物からなる。鋼板とする場合は、上記組成を有する溶鋼を、転炉、電気炉等の溶製手段で常法により溶製し、連続鋳造法または造塊−分塊法等で常法によりスラブ等の鋼素材とすることが好ましい。なお、溶製方法、鋳造法については上記した方法に限定されるものではない。
本発明が対象とする薄肉厚鋼板は、建機用として好適な、寸法が板厚６ｍｍ〜２５ｍｍで板長２０ｍ〜５０ｍ、機械的性能は、引張強度が６００ＭＰａ以上、鋼板の先端部と尾端部で引張強度の差が±２５ＭＰａ、延性―脆性破面遷移温度（靭性）（ｖＴｒｓ）の差が±１０℃の範囲内のものである。

板厚６ｍｍ未満では、空冷速度が大きいために、圧延温度・冷却開始温度・停止温度のすべてをそれぞれ均一にすることができない。また、板厚２５ｍｍ以上では、空冷時の冷却速度が小さいため、本発明の温度勾配制御法を用いなくても鋼板の先端と尾端の温度差が小さい。鋼板の板長については、２０ｍ未満では、必要な製品の長さが取れないことがある場合や、生産性に劣り、また、本発明の温度勾配制御法を用いなくても、鋼板の先端と尾端の温度差が小さい。また、鋼板の板長が５０ｍを超える場合には、圧延や冷却に時間がかかり鋼板の尾端の温度低下が大きく、鋼板の先端と尾端の温度差が大きく、本発明による温度勾配制御法によっても、鋼板の先端と尾端の温度差を縮めることが困難となる。

鋼板の先端部と尾端部の引張強度の差が±２５ＭＰａを外れる場合や延性―脆性破面遷移温度の差が±１０℃を外れる場合には、鋼板全体の引張強度や靭性を目標範囲（材料規格）の範囲に制御できる確率が低下し、鋼板の合格率が低下するとともに、鋼板内の加工性などが不均一となる。また、必要以上に圧延仕上げ温度や冷却停止温度などの製造条件を制約するので生産性を阻害する。

本発明に係る製造方法で厚鋼板を製造し、鋼板全長における機械的性質（強度、靭性）を調査した。図１に示す圧延ー冷却設備において、第１通過型冷却装置は、２つの水切りロール間１ｍを冷却領域とする冷却設備（図４（Ｃ））を使用し、第２通過型冷却装置としては、直接焼入れ設備を使用した。

本実施例では板厚２５０ｍｍ断面スラブから種々の熱間圧延条件を用いて板厚６〜２５ｍｍの厚鋼板を製造し、得られた厚鋼板の最先端および最後端からそれぞれ５００ｍｍ近傍の位置において、全厚の引張試験片を採取して、ＪＩＳＺ２２４１（１９９８）の規定に準拠して引張試験を実施し、引張強さＴＳを求めた。

また、同様に、板厚方向１／２の位置からＪＩＳＺ２２０２（１９９８）の規定に準拠して、Ｖノッチ標準寸法のシャルピー衝撃試験片を採取して、ＪＩＳＺ２２４２（１９９８）の規定に準拠して衝撃試験を実施し、延性−脆性破面遷移温度ｖＴｒｓを求めた。但し、板厚１１ｍｍｔ以下についてはハーフサイズのシャルピー試験片にてｖＴｒｓを求めた。

表１に供試鋼の成分組成を、表２、３に製造条件および得られた鋼板の強度、靭性を示す。本発明例（Ｎｏ．１〜２６）は、先端と尾端のＴＳ差が２５ＭＰａ以内で均一となり、靭性差（ｖＴｒｓ差）も±１０℃以内と良好であった。一方、比較例（Ｎｏ．２７〜３９）は、先端と尾端のＴＳ差、および／または靭性差が大きく均一な鋼板が得られなかった。

１冷却槽
２滞留した冷却水
３上方冷却水噴射ノズル
４鋼板
５搬送ロール
６下部冷却水ノズル
７冷却領域
８水切りロール
９圧延機
１０第１通過型冷却装置
１１第２通過型冷却装置
１２加熱炉
１３棒状冷却水

Claims

可逆式熱間圧延機の下流側に第１の通過型冷却装置と第２の通過型冷却装置を順に配置する圧延ー冷却装置を用いた、以下の工程を備えた直接焼入れ型薄肉厚鋼板の製造方法。
１．仕上げ圧延後の鋼板を、第２の通過型冷却装置で冷却する前に第１の通過型冷却装置で前記鋼板の長手方向に温度勾配を付与する工程。
２．前記鋼板を、第２の通過型冷却装置を一定速度で、通板して焼入れする工程。
第１の通過型冷却装置で、冷却する際、搬送速度および／または注水量を変化させることによって、冷却後の鋼板先端と尾端の温度差ΔＴを（１）式を満足するように冷却することを特徴とする請求項１記載の直接焼入れ型薄肉厚鋼板の製造方法。
１５Ｌ／（ｈｖ）≦ΔＴ≦５５Ｌ／（ｈｖ）・・・・（１）
但し、ｈ：板厚（ｍｍ）、Ｌ：長さ（ｍ）、ｖ：第２の通過型冷却装置への進入速度（ｍ／ｓ）
前記工程２で第２の通過型冷却装置で焼入れする際、鋼板の先端部および尾端部での冷却開始温度がＡｒ_３点以上または二相域温度となるように、前記工程１で前記鋼板長手方向の先端部の温度と尾端部の温度を調整することを特徴とする請求項１または２記載の直接焼入れ型薄肉厚鋼板の製造方法。
前記工程２で第２の通過型冷却装置で焼入れする際、鋼板の先端部と尾端部での冷却開始温度の差が５０℃以内となるように、前記工程１で前記鋼板長手方向の先端部の温度と尾端部の温度を調整することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の直接焼入れ型薄肉厚鋼板の製造方法。
前記鋼板の成分組成が、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．２０％、Ｓｉ：０．０１〜０．８０％、Ｍｎ：０．５０〜２．５０％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．００７０％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００４〜０．１００％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載の直接焼入れ型薄肉厚鋼板の製造方法。
更に、成分組成として、鋼組成に、更に、Ｔｉ：０．００５−０．２０％、Ｃｕ：０．０１−２．０％、Ｎｉ：０．０１−４．０％、Ｃｒ：０．０１−２．０％、Ｍｏ：０．０１−２．０％、Ｎｂ：０．００３−０．１％、Ｖ：０．００３−０．５％、Ｗ：０．００３−０．７％、Ｂ：０．０００５−０．００４０％、Ｃａ：０．０００１−０．００６０％、Ｍｇ：０．０００１−０．００６０％、ＲＥＭ：０．０００１−０．０２００％の１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項５記載の直接焼入れ型薄肉厚鋼板の製造方法。