JP2000104140A

JP2000104140A - 酸素鋼

Info

Publication number: JP2000104140A
Application number: JP8389399A
Authority: JP
Inventors: Minoru Otaguchi; 稔太田口; Shuji Wanikawa; 周治鰐川; Yuji Muramatsu; 祐治村松; Kaneaki Tsuzaki; 兼彰津崎; Hisashi Nagai; 寿長井; Toru Hayashi; 透林
Original assignee: National Research Institute for Metals; Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp; National Research Institute for Metals
Priority date: 1998-07-27
Filing date: 1999-03-26
Publication date: 2000-04-11

Abstract

(57)【要約】【課題】合金元素をほとんど添加しないで、靱性、溶
接性に優れ、高強度な鋼材を提供する。【解決手段】直径０．２μｍ以下の酸化物が体積率で
０．５〜６０％の割合で分散されていることを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この出願の発明は、酸素鋼に
関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明
は、種々の添加元素を必要とすることのない、軽量で高
剛性の鋼に関するものである。

【０００２】

【従来の技術とその課題】従来、ＴＳ＝５９０ＭＰａ以
上の高強度材を製造する場合にはＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎ
ｂ、Ｃｕ、Ｎｉ等の添加元素をＰｃｍで０．２２ｍａｓ
ｓ％以上適宜添加し、焼入、焼き戻しあるいは制御圧延
制御冷却によって製造していた。しかし、このような方
法で得た鋼材は多種の希少な元素が必要であること、こ
れら元素を用いることでリサイクル性に欠けること、溶
接を行う場合には予熱処理が必要なこと、さらには溶接
により熱影響部が硬化する問題があった。また、鋼材断
面全体が均一な組織になりにくいため鋼材内部で材質の
分布があった。

【０００３】そこで、この出願の発明は、以上のとおり
の従来の問題点を解消し、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｎ
ｉ等の添加元素をほとんど添加しなくても、たとえば５
９０ＭＰＡ以上の強度、５％以上の均一伸びを有すると
ともに、優れた靱性を示し、予熱処理と熱影響部硬化の
問題を克服した優れた溶接性を示し、しかもリサイクル
性に優れた新しい鋼材を提供することを課題としてい
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上記
の課題を解決するものとして、第１には、直径０．２μ
ｍ以下の酸化物が体積率で０．５〜６０％の割合で分散
されている鋼材であることを特徴とする酸素鋼を提供す
る。また、この出願の発明は、第２には、母相である平
均フェライト粒径が５μｍ以下である前記酸素鋼を、第
３には、酸素量が０．０５ｍａｓｓ％以上である前記い
ずれかの酸素鋼を、さらには第４として、引張強さ（Ｍ
Ｐａ）×均一伸び（％）が４０００（ＭＰａ・％）以上
で、かつ絞り（％）が５０％以上である前記のいずれか
の酸素鋼をも提供する。

【０００５】そして、この出願の発明は、第５には、鉄
を主成分とする金属原料粉末をミリングし、次いで静水
圧加圧による塑性加工により固化させて直径０．２μｍ
以下の酸化物が体積率で０．５〜６０％の割合で分散さ
れている鋼材を製造することを特徴とする酸素鋼の製造
方法を提供する。さらに第６には、塑性加工が、平ロー
ル、溝ロール、押し出し、およびスウェージのうちの少
くとも１種のものである前記製造方法を、第７には、金
属原料粉末の酸素量が０．０５ｍａｓｓ％以上である製
造方法を、第８には、５００℃〜鉄の変態温度の範囲で
塑性加工する製造方法を、第９には、鉄を主成分とする
原料粉末で化学組成（ｍａｓｓ％）として、酸素：０．０５〜０．５炭素：０．０１以下クロム：０．１以下シリコン：０．１以下マンガン：０．５以下含有している製造方法を提供する。

【０００６】

【発明の実施の形態】この出願の発明は以上のとおりの
特徴を有するものであるが、以下にその実施の形態につ
いて説明する。まず、この出願の発明の鋼においては、
直径０．２μｍ以下の酸化物粒子を体積率で０．５〜６
０％分散されたものである。この際の酸化物粒子は、鋼
の母相組織を微細化する作用を奏するものであって、酸
化物の直径が小さいほどその効果は大きく、直径が０．
２μｍを超える場合には母相の結晶粒成長を抑制する効
果は小さくなる。また、酸化物の鋼組織における体積率
が０．５％以上でなければ母相組織を微細化する効果は
小さく、一方、逆に、体積率が６０％以上になると鋼の
延性および靱性が劣化することになる。

【０００７】このため、この発明の鋼においては、分散
させる酸化物粒子の大きさは、その直径が０．２μｍ以
下であって、鋼に占める分散酸化物の全体の体積率は
０．５〜６０％とする。この酸化物の分散にともなっ
て、鋼の母相は、フェライト組織であって、平均フェラ
イト粒径が５μｍ以下とされていることが鋼の特性にお
いて望ましいものとなる。

【０００８】以上のようなこの発明の酸素鋼において
は、従来のように、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｎｉ
等の添加元素を過大に添加する必要はなく、従来添加し
ていた元素のある種のものを全く添加することも必要と
していない。この発明の酸素鋼として、たとえば５９０
ＭＰａ以上、均一伸び５％以上の高強度鋼が得られるこ
とになる。

【０００９】分散した酸化物は窒化物あるいは炭化物と
比較して融点が高いため、溶接熱影響部で一部溶解せず
に残存し、熱影響部の母相組織の粗大化を防止する効果
がある。よって溶接熱影響部も優れた靱性を示す。な
お、十分な量の酸化物を析出させるためには酸素量は
０．０５ｍａｓｓ％以上必要である。酸化物の体積率の
増加にともない剛性率が上昇し、密度が低下することに
なる。このため、酸化物の体積率を大きくすることで、
より軽量の高強度鋼が提供されることになる。

【００１０】一般的に引張強さと均一のびは相反する性
質であり、引張強さが上昇すると均一のびは低下する。
しかし、この発明の鋼においては、強度とともに均一の
びも大きいという特徴を有し、前記のように、引張強さ
（ＭＰａ）×均一のみ（％）が４０００（ＭＰａ・％）
以上で、絞りが５０％以上という極めて顕著な特性をも
つものとしてある。

【００１１】鋼組織に分散される酸化物粒子は、製造時
の塑性加工において析出させることができる。原材料の
粉末の組成については、鋼の基本成分としてのＦｅ
（鉄）以外に、必要に応じて、わずかの他元素の添加で
よい。合金化元素はほとんど添加しなくてよい。たとえ
ば、この発明の鋼の組成元素については、ｍａｓｓ
（％）として、Ｏ（酸素）：０．５以下、Ｃ（炭素）：
０．０１以下、Ｃｒ（クロム）：０．１以下、Ｓｉ（シ
リコン）：０．１以下、Ｍｎ（マンガン）：０．５以
下、より具体的に例示すれば、Ｏ：０．２、Ｃ：０．０
０２、Ｃｒ：０．０５、Ｓｉ：０．０２、Ｍｎ：０．１
６（ｍａｓｓ％）を目安とすることができる。

【００１２】原料の鉄を主成分とする粉末は各種の方法
により得られるものであってよく、たとえばアトマイズ
法やＫＩＰ法（鋼の表面スケールを還元して粉末製造す
る方法）等により得られたものであってよい。析出分散
される酸化物は、その種類はたとえば鉄酸化物、Ｔｉ酸
化物、Ｃｒ酸化物、Ｓｉ酸化物である。

【００１３】そして、この発明の酸化物分散鋼について
その製造法を代表的なものとして例示すれば次のとおり
のものである。まず、たとえば上記組成の鉄粉原料をプ
ラネタリーボールミル等で、たとえば１０〜２０時間ミ
リング（室温、アルゴン雰囲気中）を行う。次いでミリ
ングされた原料鉄粉を真空封缶し、その後、５００〜８
００℃、たとえば好ましくは、７００℃（１．５時間保
持）にて減面率８０％以上の溝ロール圧延を施す。

【００１４】以上の代表例に限られることなしに、この
発明の製造法としては、鉄を主成分とする金属原料粉末
をミリングし、次いで静水圧加圧による塑性加工により
固化させて直径０．２μｍ以下の酸化物が体積率で０．
５〜６０％の割合で分散されている鋼材を製造すること
でよく、この場合の塑性加工は、平ロール、溝ロール、
押し出し、およびスウェージのうちの少くとも１種のも
のでよい。なかでも溝ロール加工が好ましい。金属原料
粉末の酸素量は０．０５ｍａｓｓ％以上であることが好
ましく、また、酸化物の析出分散のためには、５００℃
〜鉄の変態温度の範囲で塑性加工することが好ましい。

【００１５】０．０５ｍａｓｓ％以上への酸素量のコン
トロールは、各種の手段で可能とされるが、好ましい範
囲としての０．０５〜０．５ｍａｓｓ％とするには、た
とえば原料粉末を還元処理して所要の酸素量レベルにま
で含有量を減少させること等が考慮される。この場合の
還元処理には、水素中での焼鈍等があり、焼鈍の時間、
温度により最終的な酸素量のコントロールが可能とな
る。

【００１６】また、静水圧下での塑性加工に先立っての
ミリング処理については、回転ボールミル、プラネタリ
ーボールミル（遊星ボールミル）等の手段が採用され
る。一般的には、この発明においては、回転ボールミル
の場合には５０時間以上、プラネタリーボールミルの場
合には１０時間以上の、室温での処理が適当なものとし
て示される。

【００１７】そこで以下実施例を示し、さらに詳しくこ
の発明について説明する。

【００１８】

【実施例】（実施例）鉄以外の成分としてＣ／０．００
２、Ｍｎ／０．１６、Ｏ／０．２（各々、ｍａｓｓ％）
を含有するＫＩＰ法により得られた鉄粉を２０ｈプラネ
タリーミリングし、その後、Ｓ４５Ｃ製の外径４０φ内
径３０φの管材内に充填し、４８０℃で１５時間真空キ
ャンニングして炉冷した。７００℃に再加熱して１．５
ｈ保持後、８９％の減面率で溝ロール圧下を行った。

【００１９】表１は得られた鋼材（Ａ鋼）についての引
張試験の結果を示したものである。合金元素をほとんど
添加していないにもかかわらず、比較例以上の大きな強
度を有し、かつ均一伸びが７％と優れていることがわか
る。（比較例）Ｃ／０．０５５、Ｓｉ／０．２５、Ｍｎ／
１．５、Ｎｂ／０．０１０、Ｎｉ／０．１０、Ｃｕ／
０．１０ｍａｓｓ％の成分鋼を１１００℃×６００ｓ保
持後、３００℃×１２００ｓ保持し空冷してベイナイト
鋼とした。この比較試料（Ｂ鋼）を引張試験し、その結
果も表１に示した。

【００２０】

【表１】

【００２１】図１には、実施例と比較例の各々の鋼材に
ついての応力−歪み曲線を示した。引張強さ（ＭＰａ）
×均一のび（％）の値を示すと、この発明の実施例のも
の（Ａ鋼）においては５９２０（ＭＰａ・％）であり、
比較例のもの（Ｂ鋼）においては２９２４（ＭＰａ・
％）であることがわかる。実施例のものは比較例のもの
に対して、引張強さが１２０ＭＰａ高く、かつ、均一の
びが大きい。すなわち、実施例の鋼材は引張強さ、均一
のびバランスが比較例に対して明らかに優れていること
を示している。

【００２２】また、図２は、実施例のもののＴＥＭ写真
を示したものである。２０ｈｒプラネタリーミリング材
は酸化物が均一微細分散していることが確認された。ま
た、母相フェライト粒径は約０．５μｍと非常に微細で
ある。この組織は最終径φ１０全域にわたって均一に存
在した。なお、図３は、この発明の鋼材について、酸素
濃度に対して鋼全体の剛性率、平均密度および剛性率／
密度を示した図である。酸素濃度の増加にともないヤン
グ率はわずかに増加し、密度は減少する。これによりヤ
ング率／密度は増加する。ここで、ヤング率／密度は比
剛性を表している。すなわち、この値が大きければ軽い
材料で剛性が高いことを示す。剛性が高いということは
材料がたわみにくいことを意味している。このため鋼で
も軽くてたわみにくい材料を供給できる。なお、図３に
は比較としてＡｌおよびＴｉのヤング率／密度のデータ
を示している。これをみると、ＡｌやＴｉよりもこの発
明の酸素鋼が優れていることがわかる。

【００２３】従来のように合金化元素をほとんど添加し
なくとも、靱性に優れ、かつ予熱処理と熱影響部硬化の
問題を克服した優れた溶接性を示し、しかも高強度な鋼
材が提供されることが確認された。

【００２４】

【発明の効果】以上詳しく説明したとおり、この出願の
発明によって、従来のように合金化元素をほとんど添加
しなくとも、靱性に優れ、かつ予熱処理と熱影響部硬化
の問題を克服した優れた溶接性を示し、しかも高強度な
鋼材が提供される。合金元素をほとんど添加していない
ため、資源の節約、コスト低減が図られる他、リサイク
ル性も良好となる。

【００２５】また、この発明においては、より軽量の高
強度の鋼も提供されることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】応力−歪み曲線図である。

【図２】図面に代わる透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真
である。

【図３】酸素濃度に対してのヤング率、密度およびヤン
グ率／密度の関係を示した図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鰐川周治茨城県つくば市千現１丁目２番１号科学技術庁金属材料技術研究所内 (72)発明者村松祐治茨城県つくば市千現１丁目２番１号科学技術庁金属材料技術研究所内 (72)発明者津崎兼彰茨城県つくば市千現１丁目２番１号科学技術庁金属材料技術研究所内 (72)発明者長井寿茨城県つくば市千現１丁目２番１号科学技術庁金属材料技術研究所内 (72)発明者林透茨城県つくば市千現１丁目２番１号科学技術庁金属材料技術研究所内Ｆターム(参考） 4K018 AA25 AB01 BC12 CA23 CA32 CA38

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直径０．２μｍ以下の酸化物が体積率で
０．５〜６０％の割合で分散されている鋼材であること
を特徴とする酸素鋼。
【請求項２】母相である平均フェライト粒径が５μｍ
以下である請求項１の酸素鋼。
【請求項３】酸素量が０．０５ｍａｓｓ％以上である
請求項１または２の酸素鋼。
【請求項４】引張強さ（ＭＰａ）×均一延び（％）が
４０００（ＭＰａ・％）以上で、かつ絞り（％）が５０
％以上の請求項１ないし３のいずれかの酸素鋼。
【請求項５】鉄を主成分とする金属原料粉末をミリン
グし、次いで静水圧加圧による塑性加工により固化させ
て直径０．２μｍ以下の酸化物が体積率で０．５〜６０
％の割合で分散されている鋼材を製造することを特徴と
する酸素鋼の製造方法。
【請求項６】塑性加工が、平ロール、溝ロール、押し
出しおよびスウェージのうちの少くとも１種のものであ
る請求項５の製造方法。
【請求項７】金属原料粉末の酸素量が０．０５ｍａｓ
ｓ％以上である請求項５または６の製造方法。
【請求項８】５００℃〜鉄の変態温度の範囲で塑性加
工する請求項５ないし７のいずれかの製造方法。
【請求項９】鉄を主成分とする原料粉末で化学組成
（ｍａｓｓ％）として、酸素：０．０５〜０．５炭素：０．０１以下クロム：０．１以下シリコン：０．１以下マンガン：０．５以下含有している請求項５ないし８のいずれかの製造方法。