JPH0236648B2

JPH0236648B2 - Kokyodokoenseikonoseiho

Info

Publication number: JPH0236648B2
Application number: JP11191983A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Shinoda; Hisao Imatomi; Koji Omosako
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1983-06-23
Filing date: 1983-06-23
Publication date: 1990-08-20
Anticipated expiration: 2003-06-23
Also published as: JPS605820A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、高い強度と優れた延性および靭性を
備える熱処理鋼を短時間の熱サイクル下で製造す
る方法に係り、より詳しくは、マルテンサイト、
ベイナイトおよび残留オーステナイトの３相共存
鋼を、ベイナイト変態を加速させる一方で残留オ
ーステナイトの安定化を図りながら製造する高強
度高延性鋼の製法に関するものであり、同一出願
人に係る先の特願昭57−21654号に提案した“引
上げオーステンパー法”の一層の改善に関するも
のである。従来より、熱処理鋼としてオーステンパー処理
された鋼と焼入れ焼戻し処理された鋼がよく知ら
れている。両者を比較すると、前者は一般的に靭
性に富むが、オーステンパー処理でベーナイトを
生成させるさいに、処理温度が高い場合は後者に
比べて著しく軟質となり、処理温度を低下させる
場合は保持時間が著しく増大して製造性がわるく
なるという制約を受ける。他方、後者は、高強度
材を得やすいが靭性が前者に劣る。このようなことから、先の先願昭57−21654号
において、処理時間を短縮しながら高い強度と優
れた靭性を得る方法として、本発明者らが引上げ
オーステンパー法と呼んだ新しい製法を提案し
た。本発明の目的は、この引上げオーステンパー法
を一層進展させることにあり、特に、先の引上げ
オーステンパー法では直接的には意図しなかつた
残留オーステナイトを積極的に安定化させること
にある。本発明者らのその後の追試研究による
と、残留オーステナイトを安定化させ、マルテン
サイト、ベイナイトおよび残留オーステナイトの
３相共存鋼とすることにより、引上げオーステン
パー法の特徴である処理時間の短縮を享受しなが
ら、刃物材やバネ材に要求される高い強度と高延
性（T.S150Kg／mm²、T.S×El1500）を満足す
る鋼が得られることが判明し、特にこの引上げオ
ーステンパー法を適用して残留オーステナイトを
もつ３相鋼を得る場合に、適切含量のSiがこの残
留オーステナイトの安定化に極めて有効に作用す
ることがわかつた。すなわち本発明は、鋼中元素のうち、Ｃが0.40
〜1.10重量％、Siが0.8〜2.7重量％の中高炭素鋼
を当該鋼のAc₃変態点〜Ac₃変態点＋150℃の温度
域に保持してオーステナイト化処理し、このオー
ステナイト域から当該鋼のMs点〜M₈₀%点の温
度域に焼入れし、ついで、少なくとも20容量％以
上の未変態オーステナイトを保持させた状態より
300℃〜450℃の温度域に再加熱し、この再加熱段
階においてマルテンサイトの焼戻しと未変態オー
ステナイトのベイナイト変態を行なわせると共
に、この再加熱温度域での保持時間を常温で安定
な残留オーステナイト量が少なくとも５容量％以
上となる時間内に規制して常温に冷却し、この保
持時間の規制によりベイナイト変態を中断するこ
とからなる高強度高延性鋼の製法を提供するもの
である。この本発明によると、熱処理時間（より
具体的には、再加熱温度での保持時間）を著しく
短縮させた状態で（例えば４分以内）、焼戻しマ
ルテンサイト、ベイナイトおよび残留オーステナ
イトの３相組織の高強度高延性鋼を得ることがで
きる。この３相組織の好ましい態様としては、焼
戻しマルテンサイトが10〜80容量％、残留オース
テナイトが５容量％以上、残部が実質的にベイナ
イトからなる組織であり、板厚１mmとした場合の
機械的特性がT.S150Kg／mm²、T.S×El1500を
満足するものである。以下に本発明法の詳細を説明する。第１図は本発明の引上げオーステンパー法の各
熱処理段階を説明するための基本図であり、図示
のように、本法は、段階…温度T₁、保持時間t₁ 段階…温度T₂、保持時間t₂ 段階…温度T₃、保持時間t₃ の３段階の処理からなる。まず、段階は材料のオーステナイト化のため
の処理であり、T₁はA₃〜A₃＋150℃の温度範囲
である。T₁に上限（A₃＋150℃）を設けたのは、
これを超える温度になるとオーステナイト粒が粗
大化して成品の靭性を低下させる原因となるから
である。t₁は加熱方法や材料寸法によつて適切な
時間に定められ、未溶解炭化物が10％以下となる
に要する時間、例えば0.5〜15分であれば、ほぼ
均一なオーステナイト化が達成される。段階は、段階からT₂温度に保持された媒
体中に材料を浸漬して焼入れする処理である。この焼入れのための媒体（冷媒）としては、塩
浴、オイル浴、非鉄金属または合金浴、その他の
公知の浴を使用する。T₂温度はMs〜M₈₀%の温
度域、すなわち、その温度で80％（容積比）未満
のマルテンサイトが生成する温度域であり、通常
のMf点以下までの焼入れ温度とは異なる。マル
テンサイト変態は無拡散変態であるので、その生
成量は焼入れ温度には支配されるがその温度での
保持時間t₂にはほとんど影響されない。しかし、
冷媒の種類や材料寸法によつてこのT₂温度に材
料が完全に冷却されるまでの時間には若干の差が
現われる。したがつて、このt₂時間は目標とする
T₂温度に材料温度が達するに必要な時間であれ
ばよいが、長すぎてはいけない。なぜなら、この
温度（Ms〜M₈₀%）への焼入によつて20容量％
以上の過冷オーステナイトが存在するようにする
のであるが、この過冷オーステナイトはT₂の温
度に長時間保持されると下部ベーナイトに変態し
てしまい、残留オーステナイトの確保が出来なく
なるからである。つまり、この冷媒浴への保持時
間t₂は、20容量％以上の未変態オーステナイトが
存在している時間とすることが必要である。段階は、段階からMs以上の300〜450℃の
温度T₃に材料を再加熱する処理である。この加
熱もこのT₃温度に保持された加熱炉または浴を
使用する。この段階では、段階で生成した初
晶マルテンサイトが焼戻されると共に、未変態オ
ーステナイトはベーナイトに変態する。しかし、
本発明ではこのT₃温度での保持時間t₃は、ベーナ
イト変態が終了する時間以前とすることが必要で
ある。このt₃を体積割合で５％以上の未変態オー
ステナイトが存在するような時間で打切ることに
本発明の１つの特徴がある。段階の処理が終了
してから室温まで冷却させるさい、この冷却の態
様としては、適当量のベーナイト変態が終了して
いれば、水中急冷と徐冷のどちらでもよく、両者
に材質の差は実質上あらわれない。このような３段階処理からなる本発明法を実施
すると、従来のオーステンパー処理に比べて、焼
入れストレツシングとも言うべき、ベーナイト変
態の加速化を行なわせることができる。そして、
適切量のSi含有によつて残留オーステナイトを安
定化させることができ、短時間処理でも延性が向
上した鋼を得ることができる。表１は、供試鋼の化学成分および変態特性点を
示す。供試鋼は、常法の熱間圧延を経て、板厚
1.0mmに仕上げた冷延鋼帯である。材質特性の評
価は、JIS13号Ｂ引張り試験片で求めたものであ
る。

【表】第２図は、供試鋼Ｄを、T₁＝880℃、t₁＝
20minにてオーステナイト化後、T₂＝204℃、t₂
＝1minとして、初晶マルテンサイトを約20％得
た後、T₃350℃として、t₃保持時間を変えた場合
の引上げオーステンパー処理材の引張試験特性
と、恒温保持温度を350℃とした通常のオーステ
ンパー処理材の特性とを比較して示す。引上げオーステンパー処理材では、伸びは30秒
〜２分の範囲で高く、極大値は１分にある。一
方、通常のオーステンパーでは、伸びは２分以下
では著しく低く、４分〜20分の範囲で高く８分で
極大値を示す。第３図は、このときの残留オーステナイト中の
Ｃ％を示すが、通常のオーステンパー処理では、
ベイナイト変態が遅いためにオーステナイトへの
Ｃ濃化が進まず、冷却過程で未変態オーステナイ
トより二次生成のマルテンサイト（α″）を生じ
やすい。このため不安定破壊を生じ伸びは極端に
低くなる。一方、引上げオーステンパーでは、ベ
イナイト変態が加速され、短時間にオーステナイ
トのＣ濃化が進む。また、通常のオーステンパー
よりも低いＣ％で（残留オーステナイト量がピー
クを示すときの残留オーステナイト中のＣ％は、
通常オーステンパーで1.2％、引上げオーステン
パーで1.0％）で残留オーステナイトが安定化す
る。これは、引上げオーステンパーでは組織が微
細であり、オーステナイト生成にともなうオース
テナイトへのＣ濃化が平均的に起こりやすいのに
対し、通常のオーステンパーでは組織（ベイナイ
トのラス）が粗くＣ濃化が不均質となるためと考
える。このように、引上げオーステンパーでは、初晶
マルテンサイトを生成させることにより、ベイナ
イト変態が短時間化し、かつ、残留オーステナイ
トが安定化されやすい。このような効果は、初晶
マルテンサイト量を増加されるほど、大きくな
る。しかし、初晶マルテンサイト量を80％以上に
すると、得られる残留オーステナイト量の絶対値
が少なくなるという問題がある。そこで、本発明
では、初晶マルテンサイト量を80％以内とするよ
う、焼入浴温度T₁はM₈₀%点以上とする。第４図は、表１のＡ〜Ｄの４種の鋼について、
前記同様の通常のオーステンパー処理（恒温保持
時間４〜20分）と前記同様の本発明の引上げオー
ステンパー処理（保持時間0.5〜２分）に供した
ときの機械的性質並びに残留オーステナイト量
（γ_R）を、Si含有量で整理したものである。この
第４図から明らかなように、T.Sは本発明による
引上げオーステンパー処法の方が著しく向上して
いるうえ、Si含有量が高くなるにつれて残留オー
ステナイト量が多くなり、延性が高くなることが
わかる。このように、Siは、安定な残留オーステ
ナイトを得るうえで有効な作用を供するが、Siが
0.8％未満では、残留オーステナイトの安定化が
不充分となり、目標とする特性が得られない。ま
た、Siを2.7％を超えて含有させても、非金属介
在物が増加しやすくなり表面肌や延・靭性の劣化
を生じやすいためSiは2.7％以下とするのがよい。一方、Ｃについては、Siとともに残留オーステ
ナイトの安定化を図るうえで重要な元素である
が、Ｃ；0.40％未満ではオーステナイトの安定化
度が低減し、安定な残留オーステナイトを得るこ
とが困難となる。他方、Ｃが1.10％を超えると、
残留オーステナイトによる延性向上効果が認めら
れにくくなる。なお、その他の通常の元素例えば
Mn、Ni、等の添加量は、Ms点が常温以上とな
る成分系の範囲において許容される。実施例前揚の表１に示した化学成分のＣ、ＤおよびＥ
鋼について、表２に表示の条件で熱処理し、得ら
れた鋼のその組織構成と引張試験特性を表２に併
記した。同表において、比較法と記したのは通常
のオーステンパー処理、発明法と記したのは引上
げオーステンパー処理を表わしている。 (1) No.１〜７は、鋼Ｃについて恒温処理温度
（T₃）を300℃とした場合である。比較法（No.１〜３）では、保持時間（t₃）が
４分未満では不安定破壊を示し、T.S×Elは
1500未満である。これに対して、発明法（No.４
〜７）では、保持時間（t₃）が４分未満でも、
T.S＞150Kg／mm²、T.S×El＞1500を示す。 (2) No.８〜11は鋼Ｄについて、恒温処理温度
（T₃）を350℃とした場合である。比較法のNo.８は、ベイナイト変態量が44％と
充分ではないため、二次生成のマルテンサイト
を33％生じ伸びが低い（ただし、保持時間
（t₃）を４分と長時間にすれば良好な延性を示
す）。これに対して、発明法（No.10〜11）では、
保持時間（t₃）が２分以下でも、良好な強度と
伸びを示す。 (3) No.12〜15は、恒温処理温度を400℃とした場
合である。比較法（No.12、13）は良好な伸びを示すが、
T.S＜150Kg／mm²となるのに対して、発明法
（No.13、14）はT.S＞150Kg／mm²、T.S×El＞
1500を示す。 (4) No.16は鋼Ｃを恒温処理温度を450℃として発
明法にて処理した結果を示す。T.S＞150Kg／
mm²でT.S×El＞1500を示す。 (5) No.17〜20は、鋼Ｅについて初晶（１次）マル
テンサイト量を変えた場合の結果である。初晶マルテンサイト量が75％以下（No.17〜
19）では、良好な強度と延性を示し、T.S×El
＞1500を満足するが、初晶マルテンサイト量を
85％（No.20）とした場合、残留オーステナイト
量が５％以下となり、T.S×El＜1500となる。なお、T.S×El値については、板厚1.0mmの焼
入・焼戻し処理鋼帯にあつては、T.S＝150〜
200Kg／mm²の強度を有するものは、JIS13号Ｂ試
験で800〜1100の範囲にあるのが通常である。

【表】

【表】【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従う熱処理段階を示すパター
ン図、第２図は恒温処理時間と機械的性質の関係
を通常のオーステンパー法と本発明による引上げ
オーステンパー法とを比較して示した図、第３図
は恒温処理時間と残留オーステナイトの組織成分
の関係を通常のオーステンパー法と本発明による
引上げオーステンパー法とを比較して示した図、
第４図は鋼中のSi含有量と機械的性質並びに残留
オーステナイト量（γ_R）との関係を通常のオース
テンパー法と本発明による引上げオーステンパー
法とを比較して示した図である。

Claims

【特許請求の範囲】１鋼中元素のうち、Ｃが0.40〜1.10重量％、Si
が0.8〜2.7重量％の中高炭素鋼を当該鋼のAc₃変
態点〜Ac₃変態点＋150℃の温度域に保持してオ
ーステナイト化処理し、このオーステナイト域か
ら当該鋼のMs点〜M₈₀%点の温度域に焼入れし、
ついで、少なくとも20容量％以上の未変態オース
テナイトを保持させた状態より300℃〜450℃の温
度域に再加熱し、この再加熱段階においてマルテ
ンサイトの焼戻しと未変態オーステナイトのベイ
ナイト変態を行なわせると共に、この再加熱温度
域での保持時間を常温で安定な残留オーステナイ
ト量が少なくとも５容量％以上となる時間内に規
制して常温に冷却し、この保持時間の規制により
ベイナイト変態を中断することからなる高強度高
延性鋼の製法。２常温に冷却された鋼は、焼もどしマルテンサ
イトが10〜80容量％、残留オーステナイトが５容
量％以上で、残余の大部分がベイナイトからなる
組織を有し、板厚１mmとした場合の機械的特性が
T.S150Kg／mm²、T.S×El1500である特許請求
の範囲第１項記載の製法。３再加熱温度域300℃〜450℃での保温時間が４
分以内である特許請求の範囲第１項または第２項
記載の製法。