JPH0774381B2 - 中強度鋼材の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の目的） この発明は、構造用鋼として、建築用材、橋梁用材、管
用材などの幅広い用途をもつ、時効処理後に高降伏点
化、高靭性化をもたらす中強度鋼の経済性にも優れる製
造方法に関するものである。

（従来の技術） これまで、降伏点40〜50kgf/mm²級の中強度鋼は、分塊
あるいは連鋳により製造されたスラブを、熱間圧延して
所定の板厚の鋼板として常温まで放冷し、さらに、再加
熱を行なって焼ならしを施し製造されてきた。この方法
の問題点としては、焼ならしをAc₃点以上の温度に再加
熱するために、圧延のままの鋼材にくらべて、靱性は向
上するものの降伏強度及び引張強さの低下を招き、さら
には、Ac₃点以上の高温まで加熱するためエネルギーを
多く必要とするなどの問題があった。

また、特開昭56−25924号公報には、低温用アルミキル
ド鋼の製造方法が開示されている。これはNbを含まない
組成のアルミキルド鋼を用いて、Ac₃点以上の未再結晶
温度域の加工を含む熱間加工を行なった後、常温まで急
冷し、Ac₁点以下の温度で焼戻しする方法、或いは上記
熱間加工後、大気放冷により常温まで冷却する方法、さ
らには、上記大気放冷後、Ac₁点以下の温度で焼戻しす
る方法などである。しかしながらこの方法は、鋼組成に
おいてNbなどの硬化元素の添加を抑制しているため、中
強度鋼としては強度が不足するという問題がある。

（発明が解決しようとする課題） この発明は、前記した従来技術の問題点、すなわち、調
質による降伏強度、引張強度の低下をなくし、かつ、調
質時の熱エネルギーコストを低減する時効処理により高
降伏点化、高靭性化をもたらす中強度鋼を製造すること
にある。

（課題を解決するための手段） この発明はの要旨は以下の通りである。

1.C:0.10wt％以上、0.17wt％以下、 Si:0.10wt％以上、0.60wt％以下、 Mn:0.80wt％以上、1.60wt％以下、 V:0.005wt％以上、0.050wt％以下、 Nb:0.010wt％以上、0.050wt％以下 及び Al:0.05wt％以下 を含有し、残部は実質的にFeよりなる組成の鋼スラブ
を、1000℃以上1200℃以下の温度範囲で加熱し、オース
テナイト未再結晶域以上の温度で、累積圧下率30％以上
の制御圧延を行なった後、常温まで空冷することからな
り、その後の成形加工を経て400℃〜600℃の温度範囲で
加熱する時効処理に供して高降伏点化、高靱性化をもた
らすことを特徴とする中強度鋼材の製造方法。

2.C:0.10wt％以上、0.17wt％以下、 Si:0.10wt％以上、0.60wt％以下、 Mn:0.80wt％以上、1.60wt％以下、 V:0.005wt％以上、0.050wt％以下、 Nb:0.010wt％以上、0.050wt％以下 及び Al:0.05wt％以下 含み、かつ、 Cr:0.5wt％以下、 Ni:0.5wt％未満、 Ti:0.03wt％以下及び Cu:0.3wt％以下 のうちから選んだ１種または２種以上を含有し、残部は
実質的にFeよりなる組成の鋼スラブを、1000℃以上1200
℃以下の温度範囲で加熱し、オーステナイト未再結晶域
以上の温度で、累積圧下率30％以上の制御圧延を行なっ
た後、常温まで空冷することからなり、その後の成形加
工を経て400℃〜600℃の温度範囲で加熱する時効処理に
供して高降伏点化、高靱性化をもたらすことを特徴とす
る中強度鋼材の製造方法。

ここで、不純物成分のＰ及びＳはそれぞれ0.020wt％以
下、0.015wt％以下とすることが好ましい。

（作 用） この発明は、制御圧延により結晶粒度を細かくするとと
もに、析出物を分散固溶させて常温まで空冷し、しかる
後、Ac₁点以下の400℃から600℃の温度範囲で加熱する
時効処理を施すことにより、炭窒化物の微細析出物を析
出させフェライトを強化することにより高降伏点化、高
靭性化が達成され、中強度鋼材が得られることを見出し
たものである。

以下にこの発明の鋼組成における化学成分範囲、及び製
造条件の限定理由について順に述べる。

C:強度及び靱性の付与を目的とするが、0.10wt％未満で
それらの効果が得られないため下限を0.10wt％とする。
一方0.17wt％を超えると溶接性及び靱性が劣化するとい
う問題がある。したがって、上限を0.17wt％とする。

Si:脱酸剤としての役割に加えて、強度と靱性に作用す
る成分であるが、0.10wt％未満ではそれらの効果が得ら
れず、逆に0.60wt％を超えると靱性が劣化する。したが
って、下限を0.10wt％、上限を0.60wt％とする。

Mn:強度及び靱性の付与に不可欠な元素であり、高靱性
化のためには0.80wt％を必要とするが、1.60wt％を超え
ると逆に靱性が劣化し、加えて溶接性も劣化する。した
がって、下限を0.80wt％、上限を1.60wt％とする。

V:鋼を強化し、溶接性の劣化を低減するために重要な元
素であり、0.005wt％を必要とするが、0.05wt％を超え
ると靱性が劣化するので下限を0.005wt％、上限を0.05w
t％とする。

Nb:結晶粒の微細化に有用な元素であり、このために0.0
10wt％を必要とするが、0.050wt％を超えると溶接性が
劣化する。したがって、下限を0.010wt％、上限を0.050
wt％とする。

Al:脱酸剤として有効な元素であり、また、鋼中のＮと
結合してAlNを形成することによりオーステナイトを微
細化し、靱性を向上させるのに有効であるが、過剰に添
加すると逆に靱性が劣化する。したがって、そのうれい
のない0.05wt％を上限とする。

Cr,Ni,Ti,Cu:強度向上に有効な同効成分であるが、靱
性、溶接性などに悪影響を及ぼすうれいのない量とし
て、それぞれ、Crを0.5wt％以下、Niを0.5wt％未満、Ti
を0.03wt％以下、Cuを0.3wt％以下とする。なお、これ
らのCr,Ni,Ti,Cuは、それぞれ上記範囲内で複合添加す
ることもよい。

なお、P,Sについては特に限定しないが靱性、溶接性の
劣化防止の観点から、Ｐを0.020wt％以下、Ｓは0.015wt
％以下とすることが好ましい。

つぎに製造条件の限定理由について述べる。

スラブの加熱温度を1000℃以上1200℃以下としたのは、
分塊または連鋳スラブを製造した際に析出している合金
成分の炭窒化物を再固溶させるためで、1000℃以下では
十分に固溶せずに後々まで残存して鋼材の靱性を害する
ためであり、また、1200℃以上になるとオーステナイト
粒が粗大化して靱性の劣化を招くためである。

つづいて、オーステナイト未再結晶域以上の温度での圧
延を累積圧下率30％以上としたことは、オーステナイト
を微細化することにより靱性の向上をはかるためであ
る。

すなわち、累積圧下率30％未満では、オーステナイト再
結晶域で圧延する場合は、オーステナイトの十分な微細
化が行なわれず、また、オーステナイト再結晶域からオ
ーステナイト未再結晶域での圧延、およびオーステナイ
ト未再結晶域での圧延の場合は、オーステナイト粒内に
変形帯を導入することができず、このためオーステナイ
ト粒の分割による微細化が行なわれず、したがってオー
ステナイトの微細化による靱性の向上は得られなくな
る。

圧延後の常温までの空冷は圧延ままでは低降伏点とする
ためである。

さらに、400℃から600℃の温度範囲での時効処理は、こ
れを行なうことにより、フェライト中に数Å程度の炭窒
化物が析出し、これがフェライトを強化することにな
り、高降伏点化が得られるということによるものであ
る。

以下に実験例をもとに説明を加える。

転炉で溶製し、連鋳で鋳造した表１に示す３種類の化学
組成を有する鋼スラブを、表２に示す圧延条件で圧延し
た後常温まで空冷し、400℃から930℃までの温度で加熱
した試験片について、引張特性、衝撃特性、ミクロ組織
などを調査した。

なお、表２は1200℃に加熱したスラブを均熱炉から抽出
し、直ちに圧延を開始したのち、途中で圧延を中止し、
980℃から830℃の温度まで冷却する温度調整を行い、し
かる後830℃より圧延を再開して仕上温度795℃で制御圧
延を終了したことを示すものである。

また、加熱処理は、加熱炉をあらかじめ目的とする加熱
温度に10分間保持した後試験片を操入し、試験片が加熱
温度になってから５分保持後空冷したものであり、試験
片は、第１図に示すように敷板の上に乗せて加熱したも
のであり、加熱温度は試験片温度を測定した。

調査結果を第２図および第３図に示す。

第２図の引張特性を見ると、この発明の適合鋼は圧延ま
まの状態にくらべて加熱温度の上昇に伴って降伏点は上
昇し、500℃を最高にして、これを超えると低下傾向を
示しているが700℃までは圧延ままより高い値を示して
いる。また、第３図の靱性を見ると、加熱温度600℃ま
では−60℃におけるシャルピー吸収エネルギーvE−60、
破面遷移温度vTrsともに殆んど変化が見られず高靱性を
示しているが700℃になると急激に低下している。

したがって、高降伏点、高靭性を得るための加熱温度は
Ac₁点以下の400℃から600℃の間がよい。

また、ミクロ組織の観察結果によると、フェライトとパ
ーライトから成る微細組織を呈しており、フェライト中
に数Å程度の析出物が見られる。すなわち、加熱処理に
より上記析出物がフェライト中に析出し、フェライトを
強化し、降伏点を上昇させることになる。

なお、圧延ままでは低降伏点であり、加熱よる時効後に
高降伏点化する現象を有効に利用して、成形加工を加工
が容易な圧延後の低降伏点の時に行い、加工後に加熱す
る時効処理を行って高降伏点を得るという用途に有利に
適用できる。

（実施例） 転炉で溶製し、連鋳で鋳造した表３に示す化学組成を有
する13種類の鋼スラブと、前記した表１に示した３種類
の鋼スラブを用い、圧延および調質を行ない、引張特
性、衝撃特性を調査した。

圧延は表１および表２に示す全ての鋼について、オース
テナイト再結晶域から未再結晶域にかけて行ない、鋼記
号Ｂ鋼についてはオーステナイト再結晶域のみの圧延、
および未再結晶域のみの圧延を行なった。これらの圧延
条件を表４に示す。

なお、表４はそれぞれの温度に加熱したスラブを均熱炉
から抽出し、直ちに圧延を開始したのち、途中で圧延を
中止し、それぞれの温調開始温度から温調終了温度まで
冷却する温度調整を行い、しかる後圧延を再開しそれぞ
れの仕上温度で圧延を終了したことを示す。

また、時効処理は前記した方法と同じ方法で、時効処理
の加熱温度を500℃、保持時間を35minの同一条件で行な
った。引張特性、衝撃特性の調査結果を表５に示す。

表５から明らかなように、この発明の適合例は、圧延が
オーステナイト再結晶域の場合（試料番号17）、オース
テナイト再結晶域から未再結晶域の場合（試料番号2,3,
7〜16）、オーステナイト未再結晶域の場合（試料番号1
8）のいずれの場合も、降伏点46.8kgf/mm²以上、vE−60
14.2kgf・ｍ以上、vTrs−59℃以下と、高降伏点化、高
靱性化していることを示している。

（発明の効果） この発明によれば、圧延後では低降伏点であり、その後
Ac₁点以下の低い温度で時効処理を行うことにより、経
済性にすぐれた高降伏点高靭性の中強度鋼が得られ広く
構造用鋼として利用できるもので、圧延ままでは低降伏
点であることを利用して、成形加工が容易な圧延後に成
形加工を行い、その後時効処理により高降伏点を得ると
いうような用途に有利に適用できる。

【図面の簡単な説明】 第１図は、加熱処理を行なう際の試験片の調整状況を示
す斜視図、 第２図は、加熱温度と引張特性の関係を示す線図、 第３図は、加熱温度と衝撃特性の関係を示す線図であ
る。 １……敷板 ２……引張試験片 ３……シャルピー試験片 ４……熱電対

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−104427（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−20719（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−61321（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】C:0.10wt％以上、0.17wt％以下、 Si:0.10wt％以上、0.60wt％以下、 Mn:0.80wt％以上、1.60wt％以下、 V:0.005wt％以上、0.050wt％以下、 Nb:0.010wt％以上、0.050wt％以下 及び Al:0.05wt％以下 を含有し、残部は実質的にFeよりなる組成の鋼スラブ
   を、1000℃以上1200℃以下の温度範囲で加熱し、オース
   テナイト未再結晶域以上の温度で、累積圧下率30％以上
   の制御圧延を行なった後、常温まで空冷することからな
   り、その後の成形加工を経て400℃〜600℃の温度範囲で
   加熱する時効処理に供して高降伏点化、高靱性化をもた
   らすことを特徴とする中強度鋼材の製造方法。
2. 【請求項２】C:0.10wt％以上、0.17wt％以下、 Si:0.10wt％以上、0.60wt％以下、 Mn:0.80wt％以上、1.60wt％以下、 V:0.005wt％以上、0.050wt％以下、 Nb:0.010wt％以上、0.050wt％以下 及び Al:0.05wt％以下 を含み、かつ、 Cr:0.5wt％以下、 Ni:0.5wt％未満、 Ti:0.03wt％以下及び Cu:03wt％以下 のうちから選んだ１種または２種以上を含有し、残部は
   実質的にFeよりなる組成の鋼スラブを、1000℃以上1200
   ℃以下の温度範囲で加熱し、オーステナイト未再結晶域
   以上の温度で、累積圧下率30％以上の制御圧延を行なっ
   た後、常温まで空冷することからなり、その後の成形加
   工を経て400℃〜600℃の温度範囲で加熱する時効処理に
   供して高降伏点化、高靱性化をもたらすことを特徴とす
   る中強度鋼材の製造方法。