JP2000246301A - Ｐ添加高強度・高靱性低炭素鋼の製造方法 - Google Patents
Ｐ添加高強度・高靱性低炭素鋼の製造方法Info
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- JP2000246301A JP2000246301A JP5200799A JP5200799A JP2000246301A JP 2000246301 A JP2000246301 A JP 2000246301A JP 5200799 A JP5200799 A JP 5200799A JP 5200799 A JP5200799 A JP 5200799A JP 2000246301 A JP2000246301 A JP 2000246301A
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 Ｐ添加した低炭素鋼であって、高強度の高靱
性のものとする。 【解決手段】 ０．０４〜０．２ｍａｓｓ％のＰを含む
鋼材を４００℃以上Ａｃ３以下の強度域で穴型圧延を行
うことを特徴とするＰ添加高強度・高靱性低炭素鋼の製
造方法を提供する。
性のものとする。 【解決手段】 ０．０４〜０．２ｍａｓｓ％のＰを含む
鋼材を４００℃以上Ａｃ３以下の強度域で穴型圧延を行
うことを特徴とするＰ添加高強度・高靱性低炭素鋼の製
造方法を提供する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、Ｐ添加高
強度・高靱性低炭素鋼の製造方法に関するものである。
さらに詳しくは、この出願の発明は、Ｐ（リン）添加低
炭素鋼であって、しかも高強度・高靱性でもある新しい
炭素鋼とその製造方法に関するものである。
強度・高靱性低炭素鋼の製造方法に関するものである。
さらに詳しくは、この出願の発明は、Ｐ（リン）添加低
炭素鋼であって、しかも高強度・高靱性でもある新しい
炭素鋼とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】従来より、低炭素鋼において
は、Ｐ（リン）は低温靱性に悪影響を及ぼすことから精
錬プロセスでのＰ（リン）の除去には多大な精力が費や
されてきた。そしてこのＰの存在が許容されないこと
は、従来の精錬工程を簡略化することを難しくしてお
り、鋼材の再利用においても支障となっていた。
は、Ｐ（リン）は低温靱性に悪影響を及ぼすことから精
錬プロセスでのＰ（リン）の除去には多大な精力が費や
されてきた。そしてこのＰの存在が許容されないこと
は、従来の精錬工程を簡略化することを難しくしてお
り、鋼材の再利用においても支障となっていた。
【０００３】実際に、たとえば０．１ｍａｓｓ％のＰが
含有されている場合には、延性／脆性遷移温度が４０Ｋ
も増加することになる。このように炭素鋼においてはＰ
による脆化の問題があり、従来では、依然としてＰは除
去すべきものとして精錬工程の大きな負担要因となって
いた。一方、この出願の発明者らは、高強度鋼の開発を
目的としてフェライト粒を微細化することを検討してき
た。この過程において、フェライト粒径が微細になると
遷移温度が大幅に低下することから、Ｐの存在による脆
化の問題は結晶粒の微細化により克服されるのではない
かと考えた。また、仮に鋼材中のＰ量の増加が許容でき
れば、Ｐ混入に対処するための精錬工程を簡略化し、Ｐ
の固溶強化能を利用したエコマテリアル開発に繋がるは
ずである。また、Ｐはドラッグ効果で粒成長速度を低下
させ、加工硬化γからの相変態によるフェライト粒微細
化に有効であることが予想される。以上の観点から、微
細フェライト粒組織を対象としたＰ添加による組織創製
プロセス条件緩和および変態組織の強度上昇の可能性が
考えられるのである。
含有されている場合には、延性／脆性遷移温度が４０Ｋ
も増加することになる。このように炭素鋼においてはＰ
による脆化の問題があり、従来では、依然としてＰは除
去すべきものとして精錬工程の大きな負担要因となって
いた。一方、この出願の発明者らは、高強度鋼の開発を
目的としてフェライト粒を微細化することを検討してき
た。この過程において、フェライト粒径が微細になると
遷移温度が大幅に低下することから、Ｐの存在による脆
化の問題は結晶粒の微細化により克服されるのではない
かと考えた。また、仮に鋼材中のＰ量の増加が許容でき
れば、Ｐ混入に対処するための精錬工程を簡略化し、Ｐ
の固溶強化能を利用したエコマテリアル開発に繋がるは
ずである。また、Ｐはドラッグ効果で粒成長速度を低下
させ、加工硬化γからの相変態によるフェライト粒微細
化に有効であることが予想される。以上の観点から、微
細フェライト粒組織を対象としたＰ添加による組織創製
プロセス条件緩和および変態組織の強度上昇の可能性が
考えられるのである。
【０００４】しかし、フェライト粒の微細化とこのＰの
存在とをどのように制御するかは技術的に未踏の課題で
あった。
存在とをどのように制御するかは技術的に未踏の課題で
あった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】そこでこの出願の発明
は、以上のとおりの課題を解決するものとして、第１に
は、０．０４〜０．２ｍａｓｓ％のＰを含む鋼材を４０
０℃以上Ａｃ３以下の温度域で穴型圧延を行うことを特
徴とするＰ添加高強度・高靱性低炭素鋼の製造方法を提
供する。また、この出願の発明は、第２には、多パス溝
ロール圧延を行う前記の製造方法を、第３には、Ｃ断面
全面が、２μｍ以下の粒径のフェライト粒もしくはこの
フェライト粒と炭化物との組織を有する棒材を製造する
製造方法を、第４には、化学成分としてセメンタイトを
含む炭化物の体積率２０％以下のＣ（炭素）量を含む製
造方法を、第５には、化学成分として、主成分としての
Ｆｅと、不可避的不純物とともに、 Ｓｉ：０．８０ｍａｓｓ％以下 Ｍｎ：０．０５〜３．０ｍａｓｓ％以下 Ａｌ：０．１０ｍａｓｓ％以下 を含有する前記いずれかの製造方法を提供する。そし
て、この出願の発明は、第６には、０．０４〜０．２ｍ
ａｓｓ％のＰを含む低炭素鋼であって、３．５ｍｍ径、
２５ｍｍゲージ長さの丸棒での歪み速度０．５ｍｍ／ｍ
ｉｎでの室温引張試験による降伏点が５００ＭＰａ以上
で、強度が５５０ＭＰａ以上であることを特徴とするＰ
添加高強度・高靱性低炭素鋼を、第７には、０．０４〜
０．２ｍａｓｓ％Ｐを含む低炭素鋼であって、ＪＩＳ４
号Ｖ−notch 試験片による室温〜７８Ｋまでの温度域で
のシャルピー衝撃試験によるupper-shelf energyが２５
０Ｊ以上であることを特徴とするＰ添加高強度・高靱性
低炭素鋼を、第８には、Ｃ断面全面が、２μｍ以下の粒
径のフェライト粒もしくはこのフェライト粒と炭化物と
の組織を有する棒材である前記の炭素鋼を、第９には、
化学成分としてセメンタイトを含む炭化物の体積率２０
％以下のＣ（炭素）量を含む前記いずれかの炭素鋼を、
第１０には、化学成分として、主成分としてのＦｅと、
不可避的不純物とともに、 Ｓｉ：０．８０ｍａｓｓ％以下 Ｍｎ：０．０５〜３．０ｍａｓｓ％ Ａｌ：０．１０ｍａｓｓ％以下 を含有する前記いずれかの炭素鋼をも提供する。
は、以上のとおりの課題を解決するものとして、第１に
は、０．０４〜０．２ｍａｓｓ％のＰを含む鋼材を４０
０℃以上Ａｃ３以下の温度域で穴型圧延を行うことを特
徴とするＰ添加高強度・高靱性低炭素鋼の製造方法を提
供する。また、この出願の発明は、第２には、多パス溝
ロール圧延を行う前記の製造方法を、第３には、Ｃ断面
全面が、２μｍ以下の粒径のフェライト粒もしくはこの
フェライト粒と炭化物との組織を有する棒材を製造する
製造方法を、第４には、化学成分としてセメンタイトを
含む炭化物の体積率２０％以下のＣ（炭素）量を含む製
造方法を、第５には、化学成分として、主成分としての
Ｆｅと、不可避的不純物とともに、 Ｓｉ：０．８０ｍａｓｓ％以下 Ｍｎ：０．０５〜３．０ｍａｓｓ％以下 Ａｌ：０．１０ｍａｓｓ％以下 を含有する前記いずれかの製造方法を提供する。そし
て、この出願の発明は、第６には、０．０４〜０．２ｍ
ａｓｓ％のＰを含む低炭素鋼であって、３．５ｍｍ径、
２５ｍｍゲージ長さの丸棒での歪み速度０．５ｍｍ／ｍ
ｉｎでの室温引張試験による降伏点が５００ＭＰａ以上
で、強度が５５０ＭＰａ以上であることを特徴とするＰ
添加高強度・高靱性低炭素鋼を、第７には、０．０４〜
０．２ｍａｓｓ％Ｐを含む低炭素鋼であって、ＪＩＳ４
号Ｖ−notch 試験片による室温〜７８Ｋまでの温度域で
のシャルピー衝撃試験によるupper-shelf energyが２５
０Ｊ以上であることを特徴とするＰ添加高強度・高靱性
低炭素鋼を、第８には、Ｃ断面全面が、２μｍ以下の粒
径のフェライト粒もしくはこのフェライト粒と炭化物と
の組織を有する棒材である前記の炭素鋼を、第９には、
化学成分としてセメンタイトを含む炭化物の体積率２０
％以下のＣ（炭素）量を含む前記いずれかの炭素鋼を、
第１０には、化学成分として、主成分としてのＦｅと、
不可避的不純物とともに、 Ｓｉ：０．８０ｍａｓｓ％以下 Ｍｎ：０．０５〜３．０ｍａｓｓ％ Ａｌ：０．１０ｍａｓｓ％以下 を含有する前記いずれかの炭素鋼をも提供する。
【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、発明者によって、Ｐ添加
と穴型圧延、特に溝ロール圧延による温間加工を用いる
ことにより、低炭素鋼の細粒化を達成し、それにともな
う強度および靱性を増大できることが見出され、この知
見に基づいて完成されている。
の特徴を有するものであるが、発明者によって、Ｐ添加
と穴型圧延、特に溝ロール圧延による温間加工を用いる
ことにより、低炭素鋼の細粒化を達成し、それにともな
う強度および靱性を増大できることが見出され、この知
見に基づいて完成されている。
【０００７】たとえば具体的には、この出願の発明にお
いては、Ｐ添加効果と超微細化効果との相乗性として、
Ｐ添加による脆化を大幅に克服し、Ｐ添加による固溶強
化能を有効に発揮（たとえば降伏点で５１０ＭＰａ、強
度で３１０ＭＰａ上昇）している。
いては、Ｐ添加効果と超微細化効果との相乗性として、
Ｐ添加による脆化を大幅に克服し、Ｐ添加による固溶強
化能を有効に発揮（たとえば降伏点で５１０ＭＰａ、強
度で３１０ＭＰａ上昇）している。
【０００８】この発明のＰ添加高強度・高靱性低炭素鋼
の製造においては、Ｐは、０．０４〜０．２ｍａｓｓ％
含まれている鋼材を対象としている。ここで、Ｐ量は以
下の理由で規定している。通常、０．１ｍａｓｓ％あた
りのＰ添加により延性／脆性遷移温度が４０Ｋ増加する
がこの発明によりフェライト粒径が微細になると遷移温
度は大幅に低下するため、Ｐによる脆化の問題が結晶粒
微細化により克服される。ただ、ｖＴｒｓ＜−２０℃の
一般的な構造材の要件を考慮した場合、Ｐ量の上限を
０．２ｍａｓｓ％とするのが適当である。また、強度は
Ｐ量の増加とともに増加するため、有効な強度の上昇効
果を考慮することにより０．０４ｍａｓｓ％を適当な下
限としている。
の製造においては、Ｐは、０．０４〜０．２ｍａｓｓ％
含まれている鋼材を対象としている。ここで、Ｐ量は以
下の理由で規定している。通常、０．１ｍａｓｓ％あた
りのＰ添加により延性／脆性遷移温度が４０Ｋ増加する
がこの発明によりフェライト粒径が微細になると遷移温
度は大幅に低下するため、Ｐによる脆化の問題が結晶粒
微細化により克服される。ただ、ｖＴｒｓ＜−２０℃の
一般的な構造材の要件を考慮した場合、Ｐ量の上限を
０．２ｍａｓｓ％とするのが適当である。また、強度は
Ｐ量の増加とともに増加するため、有効な強度の上昇効
果を考慮することにより０．０４ｍａｓｓ％を適当な下
限としている。
【０００９】そして、この発明の方法では穴型圧延を行
うことにより、特にこの穴型圧延として多パス溝ロール
圧延を行うことにより高強度・高靱性低炭素鋼を実現し
ている。図１は、穴型圧延としての溝ロール圧延を多パ
スで行う場合を模式的に例示したものである。鋼材を順
次、細径ロールへ挿入し、減面する。この場合の穴型圧
延は、多方向から鋼材に加圧が加わることに大きな特徴
がある。
うことにより、特にこの穴型圧延として多パス溝ロール
圧延を行うことにより高強度・高靱性低炭素鋼を実現し
ている。図１は、穴型圧延としての溝ロール圧延を多パ
スで行う場合を模式的に例示したものである。鋼材を順
次、細径ロールへ挿入し、減面する。この場合の穴型圧
延は、多方向から鋼材に加圧が加わることに大きな特徴
がある。
【００１０】鋼材を４００℃以上Ａｃ３点以下の温度の
フェライト領域で温間溝ロール圧延することにより、た
とえば、Ｃ断面が２μｍ以下の微細等軸フェライト粒組
織となる鋼材が提供されることになる。たとえば、温間
加工により２μｍ以下のフェライト粒を得るために、２
μｍ以下の間隔で局所的に結晶格子を回転させてそれぞ
れの領域を別々の結晶方位を有するフェライト粒とす
る。
フェライト領域で温間溝ロール圧延することにより、た
とえば、Ｃ断面が２μｍ以下の微細等軸フェライト粒組
織となる鋼材が提供されることになる。たとえば、温間
加工により２μｍ以下のフェライト粒を得るために、２
μｍ以下の間隔で局所的に結晶格子を回転させてそれぞ
れの領域を別々の結晶方位を有するフェライト粒とす
る。
【００１１】溝ロール圧延により棒材を製造する利点
は、溝ロールが径の異なる多段谷状（たとえば面角度９
０°）ロールから成っており、１回のパスにおいて多軸
加工が付加されることに加え、連続パスにおいて材料を
たとえば９０°回転させ挿入することにより多軸効果を
更に高め、局所的格子回転が起こりやすくなり組織微細
化の工程が容易かつ簡略化されることである。
は、溝ロールが径の異なる多段谷状（たとえば面角度９
０°）ロールから成っており、１回のパスにおいて多軸
加工が付加されることに加え、連続パスにおいて材料を
たとえば９０°回転させ挿入することにより多軸効果を
更に高め、局所的格子回転が起こりやすくなり組織微細
化の工程が容易かつ簡略化されることである。
【００１２】多パス加工におけるワンパス当りの減面率
は５〜１５％とするのが適当である。その理由としては
これ以上の強圧下では発熱が大であり、またこれ以下で
は導入した転位が回復し、再結晶による組織の細粒化が
図れないからである。溝ロール圧延の温度を４００℃以
上Ａｃ３以下とする理由は、４００℃未満では加工中ま
たはパス間での転位再配列が困難であるために単に加工
フェライト組織となり、等軸化しないためである。ま
た、Ａｃ３以上では結晶粒の成長速度が速いために粗大
化が進行するためである。
は５〜１５％とするのが適当である。その理由としては
これ以上の強圧下では発熱が大であり、またこれ以下で
は導入した転位が回復し、再結晶による組織の細粒化が
図れないからである。溝ロール圧延の温度を４００℃以
上Ａｃ３以下とする理由は、４００℃未満では加工中ま
たはパス間での転位再配列が困難であるために単に加工
フェライト組織となり、等軸化しないためである。ま
た、Ａｃ３以上では結晶粒の成長速度が速いために粗大
化が進行するためである。
【００１３】なお、加工熱処理後の冷却方法は制限され
ることはない。もちろんこの発明の穴型圧延では、図１
のような上ロールと下ロールとによって四角形の溝穴が
形成されるものに限られることはない。上ロールと下ロ
ールとによって円形あるいは楕円形等の湾曲状の溝穴が
形成されるようにしてもよいし、下ロールを平板状と
し、下ロールと上ロールによって三角形の溝穴が形成さ
れるようにしたもの等であってよい。
ることはない。もちろんこの発明の穴型圧延では、図１
のような上ロールと下ロールとによって四角形の溝穴が
形成されるものに限られることはない。上ロールと下ロ
ールとによって円形あるいは楕円形等の湾曲状の溝穴が
形成されるようにしてもよいし、下ロールを平板状と
し、下ロールと上ロールによって三角形の溝穴が形成さ
れるようにしたもの等であってよい。
【００１４】この発明のＰ添加低炭素鋼の化学成分につ
いては、Ｆｅ（鉄）を主成分とし、不可避的不純物を含
有してもよく、また、Ｃ量についてセメンタイトを含む
炭化物の体積率で規定する。炭化物量０ｖｏｌ％から２
０ｖｏｌ％の範囲を適当とする。この理由は炭化物が２
０ｖｏｌ％を越えると靱性が著しく劣化するためであ
る。
いては、Ｆｅ（鉄）を主成分とし、不可避的不純物を含
有してもよく、また、Ｃ量についてセメンタイトを含む
炭化物の体積率で規定する。炭化物量０ｖｏｌ％から２
０ｖｏｌ％の範囲を適当とする。この理由は炭化物が２
０ｖｏｌ％を越えると靱性が著しく劣化するためであ
る。
【００１５】なお、Ｃ量においては、炭化物の体積％と
の間に、一般的にはＣ＝０．０７（ここでＣは、炭素の
重量％を：Ｖは、炭化物の体積％を示す）の関係がある
ことが考慮される。その他成分としてはたとえば、Ｓ
ｉ：０．８０ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：０．０５〜３．０
ｍａｓｓ％、Ａｌ：０．１０ｍａｓｓ％以下とするのが
適当である。
の間に、一般的にはＣ＝０．０７（ここでＣは、炭素の
重量％を：Ｖは、炭化物の体積％を示す）の関係がある
ことが考慮される。その他成分としてはたとえば、Ｓ
ｉ：０．８０ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：０．０５〜３．０
ｍａｓｓ％、Ａｌ：０．１０ｍａｓｓ％以下とするのが
適当である。
【００１６】Ｓｉ，Ｍｎは強度の点において好ましい元
素であるが、Ｃｅｑを増大させることから、Ｓｉについ
ては０．８ｍａｓｓ％以下に、Ｍｎは０．０５〜３．０
ｍａｓｓ％とするのが好ましい。Ａｌは脱酸材としての
混入があるが、量が多いと非金属介在物としてのアルミ
ナの体積が増え、脆性の原因となるため０．１０ｍａｓ
ｓ％以下とするのが好ましい。
素であるが、Ｃｅｑを増大させることから、Ｓｉについ
ては０．８ｍａｓｓ％以下に、Ｍｎは０．０５〜３．０
ｍａｓｓ％とするのが好ましい。Ａｌは脱酸材としての
混入があるが、量が多いと非金属介在物としてのアルミ
ナの体積が増え、脆性の原因となるため０．１０ｍａｓ
ｓ％以下とするのが好ましい。
【００１７】この出願の発明においては、通常では、
０．１ｍａｓｓ％あたりのＰ添加により延性／脆性遷移
温度が４０Ｋ増加するが前記方法によってフェライト粒
径が微細になると遷移温度は大幅に低下するため、Ｐに
よる脆化の問題が結晶粒微細化により克服される。さら
に、Ｐは安価であり、固溶強化能に優れ、Ｃｅｑを高め
ない。加えて鉄鋼材中の含有が許容されれば精錬工程を
簡略化し、エコマテリアルとしての開発に繋がる。ま
た、Ｐは積層欠陥エネルギーを下げ、焼鈍双晶密度を増
加させることおよび相界面に偏析してドラッグ効果で成
長速度を低下させることにより、加工硬化γからの相変
態によるフェライト粒微細化に有効である。
０．１ｍａｓｓ％あたりのＰ添加により延性／脆性遷移
温度が４０Ｋ増加するが前記方法によってフェライト粒
径が微細になると遷移温度は大幅に低下するため、Ｐに
よる脆化の問題が結晶粒微細化により克服される。さら
に、Ｐは安価であり、固溶強化能に優れ、Ｃｅｑを高め
ない。加えて鉄鋼材中の含有が許容されれば精錬工程を
簡略化し、エコマテリアルとしての開発に繋がる。ま
た、Ｐは積層欠陥エネルギーを下げ、焼鈍双晶密度を増
加させることおよび相界面に偏析してドラッグ効果で成
長速度を低下させることにより、加工硬化γからの相変
態によるフェライト粒微細化に有効である。
【００１８】そして、この出願の発明においては、Ｐ添
加高強度・高靱性低炭素鋼として、以下のとおりの顕著
な特性を持つものが提供される。 （Ｉ）０．０４〜０．２ｍａｓｓ％のＰを含む低炭素鋼
であって、３．５ｍｍ径、２５ｍｍゲージ長さの丸棒で
の歪み速度０．５ｍｍ／ｍｉｎでの室温引張試験による
降伏点が５００ＭＰａ以上で、強度が５５０ＭＰａ以上
であることを特徴とするＰ添加高強度・高靱性低炭素
鋼。 （II）０．０４〜０．２ｍａｓｓ％Ｐを含む低炭素鋼で
あって、ＪＩＳ４号Ｖ−notch 試験片による室温〜７８
Ｋまでの温度域でのシャルピー衝撃試験によるupper-sh
elf energyが２５０Ｊ以上であることを特徴とするＰ添
加高強度・高靱性低炭素鋼。 (III) ｖＴｒｓ＜−５０℃である前記のＰ添加高強度・
高靱性低炭素鋼。
加高強度・高靱性低炭素鋼として、以下のとおりの顕著
な特性を持つものが提供される。 （Ｉ）０．０４〜０．２ｍａｓｓ％のＰを含む低炭素鋼
であって、３．５ｍｍ径、２５ｍｍゲージ長さの丸棒で
の歪み速度０．５ｍｍ／ｍｉｎでの室温引張試験による
降伏点が５００ＭＰａ以上で、強度が５５０ＭＰａ以上
であることを特徴とするＰ添加高強度・高靱性低炭素
鋼。 （II）０．０４〜０．２ｍａｓｓ％Ｐを含む低炭素鋼で
あって、ＪＩＳ４号Ｖ−notch 試験片による室温〜７８
Ｋまでの温度域でのシャルピー衝撃試験によるupper-sh
elf energyが２５０Ｊ以上であることを特徴とするＰ添
加高強度・高靱性低炭素鋼。 (III) ｖＴｒｓ＜−５０℃である前記のＰ添加高強度・
高靱性低炭素鋼。
【００１９】なお、ｖＴｒｓ（Ｖ−notch Charpy Test
Transition Temperature）はこれ以上の温度で靱性が高
く、これ以下の温度で脆性破壊を起こすことを示すもの
で、材料の使用としてこの温度以上で可能であることを
示している。通常−２０℃以下のｖＴｒｓが得られれば
構造材料として使用可能であると考えられていることか
ら、この発明の炭素鋼はその要件を満たしている。
Transition Temperature）はこれ以上の温度で靱性が高
く、これ以下の温度で脆性破壊を起こすことを示すもの
で、材料の使用としてこの温度以上で可能であることを
示している。通常−２０℃以下のｖＴｒｓが得られれば
構造材料として使用可能であると考えられていることか
ら、この発明の炭素鋼はその要件を満たしている。
【００２０】そこで以下に実施例を示し、さらに詳しく
この出願の発明について説明する。
この出願の発明について説明する。
【００２１】
【実施例】（１）供試材はＦｅ−０．１５Ｃ−０．３Ｓ
ｉ−１．５Ｍｎの組成に０．１ｍａｓｓ％、０．０２ｍ
ａｓｓ％、０ｍａｓｓ％（比較材）のＰを添加した３種
類とした。Ｃ（炭素）は、上記のように０．１５重量％
であるとしているが、この割合は、炭化物２．１体積％
に相当し、ほぼ実測値と同じである。これら３種類につ
いて、各々を高周波溶解、熱延（１５２３Ｋ 加熱後、
２３％圧下）したものを３組用意した。このうちの２組
については、さらに９２３Ｋで溝ロール加工によりステ
ップ毎に加工し、１組のものは８５％に、もう１組は９
０％までの減面加工を施した後、直ちに水焼き入れを行
った。
ｉ−１．５Ｍｎの組成に０．１ｍａｓｓ％、０．０２ｍ
ａｓｓ％、０ｍａｓｓ％（比較材）のＰを添加した３種
類とした。Ｃ（炭素）は、上記のように０．１５重量％
であるとしているが、この割合は、炭化物２．１体積％
に相当し、ほぼ実測値と同じである。これら３種類につ
いて、各々を高周波溶解、熱延（１５２３Ｋ 加熱後、
２３％圧下）したものを３組用意した。このうちの２組
については、さらに９２３Ｋで溝ロール加工によりステ
ップ毎に加工し、１組のものは８５％に、もう１組は９
０％までの減面加工を施した後、直ちに水焼き入れを行
った。
【００２２】０．１ｍａｓｓ％Ｐ添加材で溝ロール加工
を行ったものが発明材である。０．１ｍａｓｓ％Ｐで熱
延を行ったもの、０．０２ｍａｓｓ％Ｐおよび０ｍａｓ
ｓ％Ｐ添加材で熱延または溝ロール加工を行ったものは
比較材とする。溝ロール加工は、図１の装置による多パ
ス加工とした。 （２）得られた発明材と比較材についてその組織を観察
し、また、特性を試験評価した。
を行ったものが発明材である。０．１ｍａｓｓ％Ｐで熱
延を行ったもの、０．０２ｍａｓｓ％Ｐおよび０ｍａｓ
ｓ％Ｐ添加材で熱延または溝ロール加工を行ったものは
比較材とする。溝ロール加工は、図１の装置による多パ
ス加工とした。 （２）得られた発明材と比較材についてその組織を観察
し、また、特性を試験評価した。
【００２３】試験は、平行部３．５ｍｍψ、２５ｍｍゲ
ージ長さの丸棒での伸び計を用いた歪み速度０．５ｍｍ
／ｍｉｎでの室温引張試験およびＪＩＳ４号Ｖ−notch
試験片を用いた室温〜７８Ｋまでの温度域でのシャルピ
ー衝撃試験を行った。図２は、減面率８５％で溝ロール
加工(Warm. Rolled)により超微細化した資料（一辺１２
ｍｍ角柱）のＣ断面を例示したＳＥＭ写真である。
ージ長さの丸棒での伸び計を用いた歪み速度０．５ｍｍ
／ｍｉｎでの室温引張試験およびＪＩＳ４号Ｖ−notch
試験片を用いた室温〜７８Ｋまでの温度域でのシャルピ
ー衝撃試験を行った。図２は、減面率８５％で溝ロール
加工(Warm. Rolled)により超微細化した資料（一辺１２
ｍｍ角柱）のＣ断面を例示したＳＥＭ写真である。
【００２４】０．１％Ｐを含有する発明材においては、
Ｃ断面に、平均粒径１μｍ以下の均一なフェライト等軸
微細粒の組織が得られていることがわかる。また、図３
は、減面率８５％で溝ロール加工(Warm. Rolled)により
超微細化した上記試料と、圧延材(Hot-Rolled)との対比
として引張試験の結果を示したものである。
Ｃ断面に、平均粒径１μｍ以下の均一なフェライト等軸
微細粒の組織が得られていることがわかる。また、図３
は、減面率８５％で溝ロール加工(Warm. Rolled)により
超微細化した上記試料と、圧延材(Hot-Rolled)との対比
として引張試験の結果を示したものである。
【００２５】溝ロール加工した場合と圧延材との比較と
して明らかな超微細化の効果により、０．１％Ｐ添加の
発明材は、降伏点で３００Ｐａ、強度で２００ＭＰａの
上昇が認められる。また、Ｐの添加効果として、同じく
溝ロール加工した０％Ｐのものに比べて降伏点について
はさらに９０ＭＰａの上昇が、強度ではさらに９５ＭＰ
ａの上昇が認められる。しかも均一伸びが維持されてい
る。超微細流域においてもＰ添加による強化が粗大粒域
とほぼ同等のレベルで確認されたことにより、Ｐ添加が
１μｍ以下の超微細領域においても固溶強化能を有効に
発揮することを検証することができた。
して明らかな超微細化の効果により、０．１％Ｐ添加の
発明材は、降伏点で３００Ｐａ、強度で２００ＭＰａの
上昇が認められる。また、Ｐの添加効果として、同じく
溝ロール加工した０％Ｐのものに比べて降伏点について
はさらに９０ＭＰａの上昇が、強度ではさらに９５ＭＰ
ａの上昇が認められる。しかも均一伸びが維持されてい
る。超微細流域においてもＰ添加による強化が粗大粒域
とほぼ同等のレベルで確認されたことにより、Ｐ添加が
１μｍ以下の超微細領域においても固溶強化能を有効に
発揮することを検証することができた。
【００２６】これにより、発明材（０．１％Ｐ添加、溝
ロール加工）の場合には、降伏点として６１０ＭＰａ、
強度として６９５ＭＰａの特性のＰ添加の低炭素鋼が得
られていることがわかる。図４は、減面率９０％で溝ロ
ール加工した試料について圧延材との対比として引張試
験の結果を示したものである。
ロール加工）の場合には、降伏点として６１０ＭＰａ、
強度として６９５ＭＰａの特性のＰ添加の低炭素鋼が得
られていることがわかる。図４は、減面率９０％で溝ロ
ール加工した試料について圧延材との対比として引張試
験の結果を示したものである。
【００２７】０．１％Ｐ添加の発明材は、超微細化の効
果により降伏点で４３０ＭＰａ、強度で２３０ＭＰａ上
昇し、Ｐの添加効果として、降伏点についてさらに１３
０ＭＰａが、強度についてさらに１１０ＭＰａ上昇して
いることがわかる。しかも均一伸びが維持されている。
０．１％Ｐ添加溝ロール加工した減面率９０％の低炭素
鋼として、降伏点７５０ＭＰａ、強度７８０ＭＰａの特
性のものが得られていることがわかる。 （３）Ｐ添加による問題点である脆性の克服については
図５の減面率８５％の場合のものに示されるように、粗
大粒で見られるＰ添加による著しい脆性が超微細化によ
り、延性−脆性遷移温度を低温側に大幅に（５０Ｋ以
上）シフトさせることで克服できることが確認された。
特に超微細粒になると０．１％Ｐを添加してもupper-sh
elf energyが２７０Ｊに保持され、実用材としても十分
な靱性が確保されることが注目される。
果により降伏点で４３０ＭＰａ、強度で２３０ＭＰａ上
昇し、Ｐの添加効果として、降伏点についてさらに１３
０ＭＰａが、強度についてさらに１１０ＭＰａ上昇して
いることがわかる。しかも均一伸びが維持されている。
０．１％Ｐ添加溝ロール加工した減面率９０％の低炭素
鋼として、降伏点７５０ＭＰａ、強度７８０ＭＰａの特
性のものが得られていることがわかる。 （３）Ｐ添加による問題点である脆性の克服については
図５の減面率８５％の場合のものに示されるように、粗
大粒で見られるＰ添加による著しい脆性が超微細化によ
り、延性−脆性遷移温度を低温側に大幅に（５０Ｋ以
上）シフトさせることで克服できることが確認された。
特に超微細粒になると０．１％Ｐを添加してもupper-sh
elf energyが２７０Ｊに保持され、実用材としても十分
な靱性が確保されることが注目される。
【００２８】
【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、フェライト結晶粒径の超微細化により、
Ｐの短所である脆性化が大幅に克服され、長所である固
溶強可能が有効に発揮される。Ｐ添加鋼のリサイクル性
を有効利用したエコマテリアルとしての開発の可能性が
示される。
発明によって、フェライト結晶粒径の超微細化により、
Ｐの短所である脆性化が大幅に克服され、長所である固
溶強可能が有効に発揮される。Ｐ添加鋼のリサイクル性
を有効利用したエコマテリアルとしての開発の可能性が
示される。
【図１】溝ロール加工のための加工方法とロール装置の
要部を例示した正面概要図である。
要部を例示した正面概要図である。
【図２】Ｃ断面の組織を例示したＳＥＭ写真である。
【図３】減面率８５％の溝ロール加工材と圧延材につい
て引張試験の結果を示した図である。
て引張試験の結果を示した図である。
【図４】減面率９０％の溝ロール加工材について引張試
験の結果を示した図である。
験の結果を示した図である。
【図５】シャルピー衝撃試験の結果を示した図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 花村 年裕 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 鳥塚 史郎 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 Ｆターム(参考） 4E002 AC12 BA01 BB02 CB01 4K032 AA01 AA16 AA17 AA27 AA31 BA02 CC01 CC02
Claims (10)
- 【請求項１】 ０．０４〜０．２ｍａｓｓ％のＰを含む
鋼材を４００℃以上Ａｃ３以下の温度域で穴型圧延を行
うことを特徴とするＰ添加高強度・高靱性低炭素鋼の製
造方法。 - 【請求項２】 多パス溝ロール圧延を行う請求項１の製
造方法。 - 【請求項３】 Ｃ断面全面が、２μｍ以下の粒径のフェ
ライト粒もしくはこのフェライト粒と炭化物との組織を
有する棒材を製造する請求項１または２の製造方法。 - 【請求項４】 化学成分としてセメンタイトを含む炭化
物の体積率２０％以下のＣ（炭素）量を含む請求項１な
いし３のいずれかの製造方法。 - 【請求項５】 化学成分として、主成分としてのＦｅ
と、不可避的不純物とともに、 Ｓｉ：０．８０ｍａｓｓ％以下 Ｍｎ：０．０５〜３．０ｍａｓｓ％以下 Ａｌ：０．１０ｍａｓｓ％以下 を含有する請求項１ないし４のいずれかの製造方法。 - 【請求項６】 ０．０４〜０．２ｍａｓｓ％のＰを含む
低炭素鋼であって、３．５ｍｍ径、２５ｍｍゲージ長さ
の丸棒での歪み速度０．５ｍｍ／ｍｉｎでの室温引張試
験による降伏点が５００ＭＰａ以上で、強度が５５０Ｍ
Ｐａ以上であることを特徴とするＰ添加高強度・高靱性
低炭素鋼。 - 【請求項７】 ０．０４〜０．２ｍａｓｓ％Ｐを含む低
炭素鋼であって、ＪＩＳ４号Ｖ−notch 試験片による室
温〜７８Ｋまでの温度域でのシャルピー衝撃試験による
upper-shelf energyが２５０Ｊ以上であることを特徴と
するＰ添加高強度・高靱性低炭素鋼。 - 【請求項８】 Ｃ断面全面が、２μｍ以下の粒径のフェ
ライト粒もしくはこのフェライト粒と炭化物との組織を
有する棒材である請求項６または７の炭素鋼。 - 【請求項９】 化学成分としてセメンタイトを含む炭化
物の体積率２０％以下のＣ（炭素）量を含む請求項６な
いし８のいずれかの炭素鋼。 - 【請求項１０】 化学成分として、主成分としてのＦｅ
と、不可避的不純物とともに、 Ｓｉ：０．８０ｍａｓｓ％以下 Ｍｎ：０．０５〜３．０ｍａｓｓ％ Ａｌ：０．１０ｍａｓｓ％以下 を含有する請求項６ないし９のいずれかの炭素鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5200799A JP4243667B2 (ja) | 1999-02-26 | 1999-02-26 | 高強度・高靱性低炭素鋼棒材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5200799A JP4243667B2 (ja) | 1999-02-26 | 1999-02-26 | 高強度・高靱性低炭素鋼棒材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000246301A true JP2000246301A (ja) | 2000-09-12 |
| JP4243667B2 JP4243667B2 (ja) | 2009-03-25 |
Family
ID=12902777
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5200799A Expired - Fee Related JP4243667B2 (ja) | 1999-02-26 | 1999-02-26 | 高強度・高靱性低炭素鋼棒材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4243667B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004035850A1 (ja) * | 2002-10-17 | 2004-04-29 | National Institute For Materials Science | 窒化層を有する超微細粒鋼 |
| CN103286130A (zh) * | 2012-03-01 | 2013-09-11 | 朝阳力宝重工集团有限公司 | 超纯合金线或棒材的半连轧用翅型孔及使用其的半连轧工艺 |
-
1999
- 1999-02-26 JP JP5200799A patent/JP4243667B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004035850A1 (ja) * | 2002-10-17 | 2004-04-29 | National Institute For Materials Science | 窒化層を有する超微細粒鋼 |
| CN100359033C (zh) * | 2002-10-17 | 2008-01-02 | 独立行政法人物质·材料研究机构 | 具有氮化层的超微细晶粒钢 |
| CN103286130A (zh) * | 2012-03-01 | 2013-09-11 | 朝阳力宝重工集团有限公司 | 超纯合金线或棒材的半连轧用翅型孔及使用其的半连轧工艺 |
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|---|---|
| JP4243667B2 (ja) | 2009-03-25 |
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