JPH0663028B2 - 圧延鋼製品の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は圧延鋼製品、殊に構造用鋼材、たとえば高張力
鋼材（Ｓｐａｎｎｓｔｈｌｅｎ）を製造する方法に関
する。

構造用鋼材（熱調質鋼材）、たとえば高張力鋼材に対し
ては機械的性質に関して高度の要求が課せられる。

高張力鋼材は土木建築においてプレストレスコンクリー
ト用の緊張材として、グラウンドアンカ（Erdanker）お
よびロツクアンカ（Felsanker）用のアンカ鋼材とし
て、吊橋の吊ケーブル、傾斜ロープ橋（Ｓｃｈｒｇｓ
ｅｉｌｂｒｃｋｅｎ）の傾斜ロープ、張線等のための
接続アンカとして使用される。これらの使用事例の一部
に関しては棒状の横断面を有する高張力鋼材を降伏点応
力（０．２％残留ひずみ）８００〜１０００N/mm²およ
び引張強度１１００〜１３００N/mm²級の強度で使用す
るのが有利である。寸法としては１２〜５０mm、殊に２
０〜４０mmの直径が使用される。このような高張力鋼材
は平滑表面を有する鋼材かまたはたとえばねじ山状に構
成された傾斜リブを備えた鋼材である。高張力鋼材のそ
の他の可能な構成は線材および平鋼材である。

高張力鋼材は静的強度値と共に、できるだけ高い弾性限
度および十分な変形性を有しなければならない。螺合可
能な高張力鋼材、すなわちねじ山固定部が設けられてい
るような高張力鋼材においては、さらに表面の高い耐摩
耗性ならびに耐食性が重要である。その他の重要な要件
は良好なリラクゼーシヨン性質ならびに十分に高い疲れ
限度である。約１２〜５０mmの直径を有する棒状高張力
鋼材は熱間圧延され、降伏点応力を高めるために引き続
き引伸しされ、次いで応力除去のために焼鈍される。こ
の方法によれば確かに前記規格による最低要件は満たす
ことができるが、しかしこの方法は鋼組成〔典型的分析
データ（重量％）：Ｃ０．７５、Si０．８０、Mn１．５
０、Ｐ０．０２０、Ｓ０．０２０、Ｖ０．２５〕に関し
ても、方法の実施に関しても極めて費用がかかり、かつ
高い製造コストを伴なう。この鋼材に対しては多数の製
造工程の他に残留水素および治金学的偏析が大きな問題
である。引伸しの間に起こる破壊ならびに遅延された破
壊に対する不利な結果およびこのような高張力鋼材が一
般に腐食されやすいことは公知である。ゆえに、生産量
を損う、工場内部での高い不良率（スクラツプ）はもう
１つの重要なコスト要因である。

西ドイツ国特許出願公開第３４３１００８号明細書から
は圧延鋼製品、殊に螺合可能な高張力鋼材等を製造する
方法であつて、０．５０〜０．８０重量％のＣ含量と、
０．２０〜０．６０重量％のSi含量と、０．３０〜０．
８０重量％のMn含量とを有する鋼に熱間圧延後に仕上ス
タンドの出口側における熱状態から冷媒、殊に水（原則
的に冷却ガスも挙げられる）を用いて表面焼入れを施
し、この場合、材料の周縁帯域を直接かつ完全にマルテ
ンサイトに変え、後続の冷却の間に、心帯域に残つた含
熱量により該マルテンサイト周縁帯域を中間過程の範囲
を越えないように焼鈍させる形式のものが公知である。

この方法によれば治金学的に表示し易くかつより廉価な
分析データを機械的損傷の危険を低減させかつねじ山を
設けるために適している耐摩耗性表面を備えた、耐食性
の高張力鋼を製造するための出発組成として使用するこ
とができる。さらに、この方法により得られた高張力鋼
材は高い降伏点応力および高い強度において多大な延性
ないしは靱性を、とりわけ低温時でも有し、また僅かな
リラクゼーションにおいて高い疲れ限度をも有する。

ルクセンブルク国特許出願公開第６５４１３号明細書か
ら公知の、未熱調質の鋼材を製造する方法では、冷却後
に冷間変形を実施し、引き続き焼鈍する。このような鋼
材では冷間変形の際に材料の破断を生ぜしめるマルテン
サイトの形の準安定相が出現しないので、これらの手段
を西ドイツ国特許出願公開第３４３１００８号明細書に
よる方法に転用することは上記明細書から推考すること
はできなかった。

本発明の課題は、単純で廉価な分析データから出発する
ことを可能としかつ構造用鋼材、殊に高張力鋼材に要求
される性質に高度にかつ確実に相応する性質を備えた製
品が単純かつ容易に得られるような、圧延鋼製品、殊に
高張力鋼材を製造する経済的方法を提供することであ
る。この課題は本発明により解決される。

本発明の対象は圧延鋼製品、殊に螺合可能な高張力鋼材
等を製造する方法であつて、０．５０〜０．８０重量％
のＣ−含量と、０．２０〜０．６０重量％のSi−含量
と、０．３０〜０．８０重量％のMn−含量とを有する鋼
に熱間圧延後に仕上スタンドの出口側における熱状態か
ら冷媒、殊に冷却後、たとえば水を用いて表面焼入れを
施し、この場合、材料の周縁帯域を直接かつ完全にマル
テンサイトに変え、後続の冷却の間に、心帯域に残つた
含熱量により該マルテンサイト周縁帯域を中間過程の範
囲を越えないように焼鈍させる形式のものにおいて、前
記冷却の後に冷間変形を行ない、引き続き焼鈍を行なう
ことを特徴とする、圧延鋼製品の製造法である。

本発明方法の有利な構成は請求の範囲第２項から第１１
項までの対象である。

本発明による方法を用いれば、熱間圧延しかつ表面焼入
れした後に得られた、焼鈍されたマルテンサイト外層を
備えた２層−鋼を冷間変形し、引き続き焼鈍する工程に
より構造用鋼材、殊に高張力鋼材に要求されるような卓
越した機械的特性と共に十分な変形性をも有する最終製
品が得られる。この結果は意外である。すなわち、熱間
圧延された材料に降伏点応力を高めるために引伸し−お
よび焼鈍処理を施すことは確かに自体公知である。しか
しこれらの材料には熱間圧延後に熱処理を施さない。熱
間圧延されて熱処理された材料（高張力鋼材）に冷間変
形を施し、引き続き降伏点応力を高めるために焼鈍を施
すことはこれまで知られていない。その理由は高張力鋼
材の場合、建築物の所要の安全性を保証するために、な
かんずく突発的な破壊を排除するためには高い変形性
（＝伸び仕事量）が否応なしに必要とされている点にあ
る。それ故に、既に熱間圧延後の熱処理によつて硬化さ
れた鋼に引き続き冷間変形を施すと、この場合には変形
性は高張力鋼材としての使用目的に対してもはや十分で
ないと考えざるをえないので変形性は相応に減少すると
いう先入感が生じた。しかし、本発明による方法は意外
にも高張力鋼材としての使用目的に対して十分な変形性
を有する最終製品を提供する。

本発明による方法において原料として使用される鋼組成
物（分析データ）は次の組成（重量％）を有すると有利
である：Ｃ ０．５０〜０．８０、Si ０．２５〜０．
６０、Mn ０．５０〜０．８０。さらに、これらの組成
物は鉄に対する添加物として０．８重量％までのクロ
ム、０．５重量％まで、特に０．４重量％の銅、０．１
５重量％までのバナジウム、約０．０６重量％までのニ
オブ、０．０３重量％までのリン、０．０３重量％まで
の硫黄、痕跡のチタンおよび／または痕跡のホウ素、お
よび／またはニッケルをクロムとニッケルの総和が０．
０８重量％まで、特に０．４重量％までであるような量
で含有することができ、その際これらの成分は個々にま
たは互いに組み合わされた状態で存在することができ
る。

原料は自体常用の方法でたとえばブロック鋳造法ならび
に連続鋳造法で製造することができる。水素を除去する
ための特殊な処理は一般に液相でも、固相でも必要でな
い。

半製品はたとえば小形圧延機または線材圧延機上で最終
横断面に圧延される。熱間圧延およびこれに続く管理さ
れた熱処理（表面焼入れ）は西ドイツ国特許出願公開第
３４３１００８号明細書に記載の方法実施および方法条
件により行なうと有利である。

仕上スタンドにおける最終圧延温度は、鋼の熱間変形性
の下限値でＡ₃を若干上回るように選択すると有利であ
る。最終圧延温度は好ましくは８６０〜１０６０℃、殊
に９５０〜１０００℃である。後続の冷却の間の焼鈍は
周縁帯域の表面温度が熱処理開始から２〜６秒の時間で
棒材直径に依存して約５００℃よりも高くない温度、特
に４００〜５００℃であるように行なうと有利である。

熱間圧延および管理された熱処理を行なつた後に、既に
約９００N/mm²の降伏点応力が達成され、引き続き冷間
変形が行なわれる。冷間変形としてはたとえばねじり加
工が挙げられる。しかしながら、引伸し加工のほうが有
利である。それというのも、得られた変形が断面全体に
わたり十分に均一であるからである。引伸しは原料の応
力−ひずみ曲線においてほぼ（１．０１〜１．２）×R_e
範囲、特に（１．０５〜１．１）×R_e範囲に相当する度
合で行なうのが有利である。ゆえに、引伸し度は０．３
〜２．０％、特に０．５〜１．５％であると有利であ
る。

引伸しは鋼処理において自体常用の形式で行なうことが
でき；１５mmよりも大きい直径（d_s１５mm）を有する
棒材は個々に引伸すのが有利であり、線材の場合には、
たとえば鉄筋の場合に行なわれているように連続的引伸
し過程を行なうことができる。

引伸しに続いて本発明による焼鈍工程を実施して、冷間
変形の際に生じた欠陥個所および転位を安定化する。こ
の焼鈍は３００〜４２０℃、殊に３３０〜４２０℃の範
囲で行なわれ、特に有利には３５０〜３８０℃の範囲で
行われる。最大温度における滞留時間は好ましくは５〜
６０秒、殊に約１０秒である。この焼鈍は常法でたとえ
ば熱加熱された炉中で、または導電性リードで電気的に
行なうことができ；この加熱は誘導効果により行なうと
有利である。それというのも、これによつて特に短かい
滞留時間が可能であるからである。

本発明による方法を用いれば極めて高いR_e／R_m比を有す
る構造用鋼材、殊に高張力鋼材を簡単かつ経済的に製造
することができ；そこで、たとえば時間がかかりかつ危
険を伴なう噴散処理工程も本発明による方法によれば必
要でない。本発明による方法により製造された製品はそ
の性質に基づき所定の使用目的に極めて好適であり；こ
れらの製品は使用目的に対して常用の形状を有すること
ができ、かつたとえば西ドイツ国特許出願公開第３４３
１００８号明細書に記載されているように平滑表面、適
当なねじ山、リブ等を備えた棒鋼材または線鋼材として
構成されていてよい。これらの製品は十分な変形性、高
いR_p0.01値（工業的弾性限度）、僅かなリラクゼーシヨ
ンおよび十分な伸びを有する。例１（西ドイツ国特許出
願公開第3431008号明細書による方法）と、例２（本発
明による方法）との比較が示すように、本発明による方
法により製造された製品は比較可能な破断点伸びにおい
て降伏点応力（R_e）、引張強度（R_m）およびリラクゼー
シヨン（Ｔ）の改善された値を有する。

次の実施例は本発明を詳細に説明するものであるが、本
発明はこれに制限されるものではない。

実施例 例１（比較例）： 次の組成（重量％）： Ｃ０．６８；Si０．３５；Mn０．６６；Ｐ０．０２１お
よびＳ０．０２５ を有する鋼をリブ付鋼（ねじ山付鋼）として圧延し、か
つ西ドイツ国特許出願公開第３４３１００８号明細書に
よる熱処理法を施した。次の値を得た： 降伏点応力（R_e）：９００N/mm² 引張強度（R_m）：１２００N/mm² 破断点伸び（A₁₀）１０．３％ リラクゼーシヨン（T₁₀₀₀）：４〜６％（１０００時
間；σ_i＝０．８×R_m） 例２（本発明による方法）： 例１により得られた鋼材を引き続き０．７％だけ引伸
し、その後に焼鈍を３５０℃で（約１０秒間）行なつ
た。次の値を得た： 降伏点応力（R_e）：１１００N/mm² 引張強度（R_m）：１２５０N/mm² 破断点伸び（A₁₀）：９．８％ リラクゼーシヨン（T₁₀₀₀）：＜２％（１０００時間：
σ＝０．８×Ｒ_m） 曲げ能力：５×d_s（１８０°まで、破壊なし）。

例２により得られた製品の耐食性は例１により製造され
た鋼材によつて示されるものと同程度に良好な値を有す
る。

本発明による方法は殊に次のことによりすぐれている；
すなわち廉価に入手できる原料および単純に実施するこ
とのできる工程（たとえば別個の熱調質工程を有しな
い）において、改善された材料性質、殊に改善された降
伏点応力、引張強度およびリラクゼーシヨンを有する製
品が得られることである。また、本発明により得られた
全製品は、これらの製品がいずれにせよ引伸し処理を成
功裏に克服しているので静的引張応力に関しては自動的
に検査されていることも有利である。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧延鋼製品を製造する方法であって、０．
   ５０〜０．８０重量％のＣ−含量と、０．２０〜０．６
   ０重量％のＳｉ−含量と、０．３０〜０．８０重量％の
   Ｍｎ−含量とを有する鋼に、熱間圧延後に仕上スタンド
   の出口側における熱状態から冷媒を用いて表面焼入れを
   施し、この場合、材料の周縁帯域を直接かつ完全にマル
   テンサイトに変え、後続の冷却の間に、心帯域に残った
   熱含量により該マルテンサイト周縁帯域を中間過程の範
   囲を越えないように焼鈍させる形式のものにおいて、前
   記冷却の後に冷間変形を行ない、引き続き焼鈍を行なう
   ことを特徴とする、圧延鋼製品の製造法。
2. 【請求項２】冷間変形として引伸しを行なう、請求の範
   囲第１項記載の方法。
3. 【請求項３】引伸し度が０．３〜２％である、請求の範
   囲第２項記載の方法。
4. 【請求項４】焼鈍を３００〜４２０℃の範囲内の温度で
   実施する、請求の範囲第１項から第３項までのいずれか
   １項記載の方法。
5. 【請求項５】温度が３５０〜３８０℃の範囲内にある、
   請求の範囲第４項記載の方法。
6. 【請求項６】焼鈍を最大温度において５〜６０秒の滞留
   時間で実施する、請求の範囲第１項から第５項までのい
   ずれか１項記載の方法。
7. 【請求項７】焼鈍を誘導効果により行なう、請求の範囲
   第６項記載の方法。
8. 【請求項８】仕上スタンドにおける最終圧延温度を、鋼
   の熱間変形性の下限値でＡ₃を若干上回るように選択す
   る、請求の範囲第１項から第７項までのいずれか１項記
   載の方法。
9. 【請求項９】最終圧延温度が８６０〜１０６０℃であ
   る、請求の範囲第１項から第８項までのいずれか１項記
   載の方法。
10. 【請求項10】マルテンサイト周縁帯域の焼鈍を、該周縁
    帯域の表面温度が熱処理開始から２〜６秒の時間で棒材
    直径に依存して約５００℃よりも高くない温度であるよ
    うに行なう、請求の範囲第１項から第９項までのいずれ
    か１項記載の方法。
11. 【請求項11】圧延鋼製品を製造する方法であって、０．
    ５０〜０．８０重量％のＣ−含量と、０．２０〜０．６
    ０重量％のＳｉ−含量と、０．３０〜０．８０重量％の
    Ｍｎ−含量とを有し、０．８重量％までのＣｒ、０．５
    重量％までのＣｕ、０．１５重量％までのＶ、０．０６
    重量％までのＮｂ、０．０３重量％までのＰ、０．０３
    重量％までのＳ、痕跡のＴｉおよび／または痕跡のＢ、
    および／またはＮｉを、クロムとニッケルの和が０．８
    重量％までであるような量で含有し、残りが鉄である鋼
    に、熱間圧延後、仕上スタンドの出口側における熱状態
    から冷媒を用いる表面焼入れを施し、この場合、材料の
    周縁帯域を直接かつ完全にマルテンサイトに変え、後続
    の冷却の間に、心帯域に残った熱含量により該マルテン
    サイト周縁帯域を中間過程の範囲を越えないように焼鈍
    させるものにおいて、前記冷却後に冷間変形を行ない、
    引き続き焼鈍を行なうことを特徴とする、圧延鋼製品の
    製造法。