JP2002146472A - 耐水素脆化割れ特性の優れた鋼材およびその製造法 - Google Patents
耐水素脆化割れ特性の優れた鋼材およびその製造法Info
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- JP2002146472A JP2002146472A JP2000341741A JP2000341741A JP2002146472A JP 2002146472 A JP2002146472 A JP 2002146472A JP 2000341741 A JP2000341741 A JP 2000341741A JP 2000341741 A JP2000341741 A JP 2000341741A JP 2002146472 A JP2002146472 A JP 2002146472A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 水素脆化割れ特性に極めて優れた鋼材を提供
する。 【解決手段】 C:0.1〜0.5%, Mn:0.2%以下, Mo:0.5〜2.
5%を含有し、かつＭｎ≧２０Ｓを満足するマルテンサイ
ト、下部ベイナイト組織を有する粒界強度に優れ、か
つ、耐水素脆化割れ特性が優れた鋼材であり、その製造
方法は上述の鋼を熱間加工し、直ちに、または一旦冷却
後オーステナイト温度域に再加熱後急冷し、その後Ａｃ
1 変態点以下の温度で焼戻す工程を採用する。
する。 【解決手段】 C:0.1〜0.5%, Mn:0.2%以下, Mo:0.5〜2.
5%を含有し、かつＭｎ≧２０Ｓを満足するマルテンサイ
ト、下部ベイナイト組織を有する粒界強度に優れ、か
つ、耐水素脆化割れ特性が優れた鋼材であり、その製造
方法は上述の鋼を熱間加工し、直ちに、または一旦冷却
後オーステナイト温度域に再加熱後急冷し、その後Ａｃ
1 変態点以下の温度で焼戻す工程を採用する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、耐水素脆化割れ特
性の優れた鋼材、特に、１２００ＭＰａ以上の引張強度
を有する高強度部材用鋼材に関するものである。
性の優れた鋼材、特に、１２００ＭＰａ以上の引張強度
を有する高強度部材用鋼材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】機械、自動車、橋、建物に数多く使用さ
れている高強度鋼は、例えば、ＪＩＳＧ ４１０４，Ｊ
ＩＳ Ｇ ４１０５に規定されているＳＣｒ，ＳＣＭ等
のＣ量が０．２０〜０．３５％の中炭素鋼を用いて焼入
れ・焼戻し処理をすることによって製造されている。し
かし、いずれの品種においても引張強度が１３００ＭＰ
ａを超えると遅れ破壊の危険性が高まることがよく知ら
れており、例えば、現在使用されている建築用鋼の強度
は１１５０ＭＰａ級が上限となっているのが現状であ
る。
れている高強度鋼は、例えば、ＪＩＳＧ ４１０４，Ｊ
ＩＳ Ｇ ４１０５に規定されているＳＣｒ，ＳＣＭ等
のＣ量が０．２０〜０．３５％の中炭素鋼を用いて焼入
れ・焼戻し処理をすることによって製造されている。し
かし、いずれの品種においても引張強度が１３００ＭＰ
ａを超えると遅れ破壊の危険性が高まることがよく知ら
れており、例えば、現在使用されている建築用鋼の強度
は１１５０ＭＰａ級が上限となっているのが現状であ
る。
【０００３】高強度鋼の遅れ破壊特性を向上させる従来
の知見として、例えば、特公平３−２４３７４４号公報
では、旧オーステナイト粒を微細化させること、組織を
ベイナイト化させることが有効であると提案している。
確かに、ベイナイト組織は遅れ破壊に対して有効である
が、ベイナイト化処理は製造コストが高くなるという問
題がある。旧オーステナイト粒の微細化に関しては、特
公昭６４−４５６６号公報や特公平３−２４３７４５号
公報でも提案されている。また、特公昭６１−６４８１
５号公報は、Ｃａを添加することを提案している。しか
しながら、いずれの提案も本発明者らの試験では、大幅
な耐水素脆化割れ特性の改善には至っていない。さら
に、特願平10-122582号で、水素トラップにより水素脆
化に有害な拡散性水素を減少させることにより遅れ破壊
特性を向上させる方法が提案されているが、水素が連続
的に侵入する条件では必ずしも有効な手段とは言えず、
材料としての水素脆化特性の向上が必要である。
の知見として、例えば、特公平３−２４３７４４号公報
では、旧オーステナイト粒を微細化させること、組織を
ベイナイト化させることが有効であると提案している。
確かに、ベイナイト組織は遅れ破壊に対して有効である
が、ベイナイト化処理は製造コストが高くなるという問
題がある。旧オーステナイト粒の微細化に関しては、特
公昭６４−４５６６号公報や特公平３−２４３７４５号
公報でも提案されている。また、特公昭６１−６４８１
５号公報は、Ｃａを添加することを提案している。しか
しながら、いずれの提案も本発明者らの試験では、大幅
な耐水素脆化割れ特性の改善には至っていない。さら
に、特願平10-122582号で、水素トラップにより水素脆
化に有害な拡散性水素を減少させることにより遅れ破壊
特性を向上させる方法が提案されているが、水素が連続
的に侵入する条件では必ずしも有効な手段とは言えず、
材料としての水素脆化特性の向上が必要である。
【０００４】以上のように、従来の技術では、耐水素脆
化割れ特性を抜本的に向上させた高強度鋼を製造するこ
とには限界があった。
化割れ特性を抜本的に向上させた高強度鋼を製造するこ
とには限界があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した実
情に鑑みてなされたものであって、耐水素脆化割れ特性
の良好な鋼材、特に、耐水素脆化割れ特性が良好で、且
つ強度が１２００ＭＰａ以上の高強度鋼材を実現すると
共に、その製造方法を提供することを目的とする。
情に鑑みてなされたものであって、耐水素脆化割れ特性
の良好な鋼材、特に、耐水素脆化割れ特性が良好で、且
つ強度が１２００ＭＰａ以上の高強度鋼材を実現すると
共に、その製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、まず焼入
れ・焼戻し処理によって製造した種々の強度レベルの鋼
材を用いて、鋼材の水素脆化割れ挙動を調べたところ、
粒界割れに起因して耐水素脆化割れ特性が大幅に低下す
ることが判明した。また、粒界割れを抑制するための粒
界強度を向上させるためには、従来検討されなかった極
低Mnと高Moのマルテンサイト、または下部ベイナイト組
織の生成により粒界強度を格段に高めることができるこ
とを知見した。
れ・焼戻し処理によって製造した種々の強度レベルの鋼
材を用いて、鋼材の水素脆化割れ挙動を調べたところ、
粒界割れに起因して耐水素脆化割れ特性が大幅に低下す
ることが判明した。また、粒界割れを抑制するための粒
界強度を向上させるためには、従来検討されなかった極
低Mnと高Moのマルテンサイト、または下部ベイナイト組
織の生成により粒界強度を格段に高めることができるこ
とを知見した。
【０００７】本発明は以上の知見に基づいてなされたも
のであって、その要旨とするところは、下記の通りであ
る。 （１）鋼中に成分として、質量%で、Ｃ：０．１〜０．
５％、Ｍｎ：０．２％以下、Ｍｏ：０．５〜２．５％を
含有し、かつＭｎ≧２０Ｓを満足するようにＳ含有量を
制限し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる低合
金鋼であり、その組織が焼戻したマルテンサイト、下部
ベイナイトまたはこれらの混合組織を主体とする組織を
有することを特徴とする耐水素脆化割れ特性の優れた高
強度鋼材。 （２）さらに、質量％で、Ｓｉ：２．０％以下、Ａｌ：
０．１％以下、Ｎ：０．０１％以下の１種または２種以
上を含有することを特徴とする上記（１）記載の耐水素
脆化割れ特性の優れた高強度鋼材。 （３）さらに、質量％で、Ｎｂ：０．２％以下、Ｔａ：
０．５％以下、およびＴｉ：０．０５％以下のうちの１
種または２種以上を含有することを特徴とする上記
（２）に記載の耐水素脆化割れ特性の優れた高強度鋼
材。 （４）さらに、質量％で、Ｃｒ：２％以下、Ｗ：２％以
下、Ｎｉ：５％以下、Ｃｕ：２％以下、Ｖ：１％以下、
およびＢ：０．０００３〜０．００５％のうちの１種ま
たは２種以上を含有することを特徴とする上記（２）ま
たは（３）の何れかに記載の耐水素脆化割れ特性の優れ
た高強度鋼材。 （５）さらに、質量％で、Ｍｇ：０．０００３〜０．０
１％、Ｚｒ：０．００１〜０．０１％、Ｃａ：０．００
１〜０．０１％、およびＲＥＭ：０．００１〜０．０１
％のうちの１種または２種以上を含有することを特徴と
する上記（２）から（４）の何れか１項に記載の耐水素
脆化割れ特性の優れた高強度鋼材。 （６）さらに、質量％で、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：
０．０１５％以下に規制することを特徴とする上記
（２）から（５）の何れか１項に記載の耐水素脆化割れ
特性の優れた高強度鋼材。 （７）さらに、前記組織中の旧オーステナイト粒径の平
均値が２０μm以下であることを特徴とする上記（２）
から（６）の何れか１項に記載の耐水素脆化割れ特性の
優れた高強度鋼材。 （８）質量％で、Ｃ ：０．１〜０．５％、Ｓｉ：２．
０％以下、Ｍｎ：０．２％以下、Ｍｏ：０．５〜２．５
％を含有し、かつＭｎ≧２０Ｓを満足するようにＳ含有
量を制限し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる
鋼を熱間加工し、直ちに、または一旦冷却後オーステナ
イト温度域に再加熱後急冷し、その後Ａｃ 1 変態点以下
の温度で焼き戻すことを特徴とする耐水素脆化割れ特性
の優れた高強度鋼材の製造法。 （９）前記熱間加工における後段の加工が未再結晶域温
度で３０％以上であり、その後直ちに急冷却し、次いで
Ａｃ1 変態点以下の温度で焼き戻すことを特徴とする上
記（８）に記載の耐水素脆化割れ特性の優れた高強度鋼
材の製造法。 （１０）さらに、質量％で、Ａｌ：０．１％以下、Ｎ：
０．０１％以下、Ｎｂ：０．２％以下、Ｔａ：０．５％
以下、Ｔｉ：０．０５％以下、Ｃｒ：２％以下、Ｗ：２
％以下、Ｎｉ：５％以下、Ｃｕ：２％以下、Ｖ：１％以
下、Ｂ：０．０００３〜０．００５％、Ｍｇ：０．００
０３〜０．０１％、Ｚｒ：０．００１〜０．０１％、Ｃ
ａ：０．００１〜０．０１％、およびＲＥＭ：０．００
１〜０．０１％のうちの１種または２種以上を含有する
ことを特徴とする請求項８または９記載の耐水素脆化割
れ特性の優れた高強度鋼材の製造方法。
のであって、その要旨とするところは、下記の通りであ
る。 （１）鋼中に成分として、質量%で、Ｃ：０．１〜０．
５％、Ｍｎ：０．２％以下、Ｍｏ：０．５〜２．５％を
含有し、かつＭｎ≧２０Ｓを満足するようにＳ含有量を
制限し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる低合
金鋼であり、その組織が焼戻したマルテンサイト、下部
ベイナイトまたはこれらの混合組織を主体とする組織を
有することを特徴とする耐水素脆化割れ特性の優れた高
強度鋼材。 （２）さらに、質量％で、Ｓｉ：２．０％以下、Ａｌ：
０．１％以下、Ｎ：０．０１％以下の１種または２種以
上を含有することを特徴とする上記（１）記載の耐水素
脆化割れ特性の優れた高強度鋼材。 （３）さらに、質量％で、Ｎｂ：０．２％以下、Ｔａ：
０．５％以下、およびＴｉ：０．０５％以下のうちの１
種または２種以上を含有することを特徴とする上記
（２）に記載の耐水素脆化割れ特性の優れた高強度鋼
材。 （４）さらに、質量％で、Ｃｒ：２％以下、Ｗ：２％以
下、Ｎｉ：５％以下、Ｃｕ：２％以下、Ｖ：１％以下、
およびＢ：０．０００３〜０．００５％のうちの１種ま
たは２種以上を含有することを特徴とする上記（２）ま
たは（３）の何れかに記載の耐水素脆化割れ特性の優れ
た高強度鋼材。 （５）さらに、質量％で、Ｍｇ：０．０００３〜０．０
１％、Ｚｒ：０．００１〜０．０１％、Ｃａ：０．００
１〜０．０１％、およびＲＥＭ：０．００１〜０．０１
％のうちの１種または２種以上を含有することを特徴と
する上記（２）から（４）の何れか１項に記載の耐水素
脆化割れ特性の優れた高強度鋼材。 （６）さらに、質量％で、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：
０．０１５％以下に規制することを特徴とする上記
（２）から（５）の何れか１項に記載の耐水素脆化割れ
特性の優れた高強度鋼材。 （７）さらに、前記組織中の旧オーステナイト粒径の平
均値が２０μm以下であることを特徴とする上記（２）
から（６）の何れか１項に記載の耐水素脆化割れ特性の
優れた高強度鋼材。 （８）質量％で、Ｃ ：０．１〜０．５％、Ｓｉ：２．
０％以下、Ｍｎ：０．２％以下、Ｍｏ：０．５〜２．５
％を含有し、かつＭｎ≧２０Ｓを満足するようにＳ含有
量を制限し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる
鋼を熱間加工し、直ちに、または一旦冷却後オーステナ
イト温度域に再加熱後急冷し、その後Ａｃ 1 変態点以下
の温度で焼き戻すことを特徴とする耐水素脆化割れ特性
の優れた高強度鋼材の製造法。 （９）前記熱間加工における後段の加工が未再結晶域温
度で３０％以上であり、その後直ちに急冷却し、次いで
Ａｃ1 変態点以下の温度で焼き戻すことを特徴とする上
記（８）に記載の耐水素脆化割れ特性の優れた高強度鋼
材の製造法。 （１０）さらに、質量％で、Ａｌ：０．１％以下、Ｎ：
０．０１％以下、Ｎｂ：０．２％以下、Ｔａ：０．５％
以下、Ｔｉ：０．０５％以下、Ｃｒ：２％以下、Ｗ：２
％以下、Ｎｉ：５％以下、Ｃｕ：２％以下、Ｖ：１％以
下、Ｂ：０．０００３〜０．００５％、Ｍｇ：０．００
０３〜０．０１％、Ｚｒ：０．００１〜０．０１％、Ｃ
ａ：０．００１〜０．０１％、およびＲＥＭ：０．００
１〜０．０１％のうちの１種または２種以上を含有する
ことを特徴とする請求項８または９記載の耐水素脆化割
れ特性の優れた高強度鋼材の製造方法。
【０００８】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て説明する。まず、本発明の対象とする鋼の成分の限定
理由について述べる。 Ｃ：Ｃは鋼材の強度を確保する上で必須の元素である
が、０．１％未満では所要の強度が得られず、一方、
０．５％を超えると靭性を劣化させると共に、耐水素脆
化割れ特性も劣化させるために、０．１〜０．５％の範
囲に制限した。また、固溶状態で粒界に偏析するCは粒
界強度を向上する。
て説明する。まず、本発明の対象とする鋼の成分の限定
理由について述べる。 Ｃ：Ｃは鋼材の強度を確保する上で必須の元素である
が、０．１％未満では所要の強度が得られず、一方、
０．５％を超えると靭性を劣化させると共に、耐水素脆
化割れ特性も劣化させるために、０．１〜０．５％の範
囲に制限した。また、固溶状態で粒界に偏析するCは粒
界強度を向上する。
【０００９】Ｍｎ：Ｍｎは粒界強度を最も低下する元素
で、鋼中に含有しない方が望ましいが、Sの無害化、製
鋼工程での混入のためにゼロにすることは困難である。
しかし、0.2%を超えて含有すると、他の元素含有量にか
かわらず粒界強度低下は防止できない。従って、0.2%以
下とした。粒界強度向上の観点からは少なければ少ない
程良いので、下限は特に設定しない。一方、粒界Sの無
害化のためにはＳ含有量の20倍程度のMn添加が必要であ
るので、極低Mn化のためにはS含有量の低減が必要であ
る。すなわち、Ｓは粒界に偏析して粒界割れを助長する
原因となるため、上記Ｍｎと結合させて無害化される必
要がある。しかし、Ｓ含有量がＭｎ含有量の２０倍を超
えるとこの効果が得られなくなるためＳ含有量がＭｎ含
有量の２０倍以下となるように規制する。なお、Ｓ含有
量の上限としては０．０１％が好ましい。
で、鋼中に含有しない方が望ましいが、Sの無害化、製
鋼工程での混入のためにゼロにすることは困難である。
しかし、0.2%を超えて含有すると、他の元素含有量にか
かわらず粒界強度低下は防止できない。従って、0.2%以
下とした。粒界強度向上の観点からは少なければ少ない
程良いので、下限は特に設定しない。一方、粒界Sの無
害化のためにはＳ含有量の20倍程度のMn添加が必要であ
るので、極低Mn化のためにはS含有量の低減が必要であ
る。すなわち、Ｓは粒界に偏析して粒界割れを助長する
原因となるため、上記Ｍｎと結合させて無害化される必
要がある。しかし、Ｓ含有量がＭｎ含有量の２０倍を超
えるとこの効果が得られなくなるためＳ含有量がＭｎ含
有量の２０倍以下となるように規制する。なお、Ｓ含有
量の上限としては０．０１％が好ましい。
【００１０】Mo：Moは粒界割れを抑制する元素である。
Mn含有量が0.3%以上と高い場合には、0.5〜1.0%でその
効果が飽和するが、本発明においてＭｎ含有量が0.2%以
下の極低Mn鋼の場合は、さらに高いMo量まで粒界割れ抑
制効果が高まる。0.5%未満の添加量では効果が十分でな
いために0.5%以上とした。上限は十分確認できていない
が、2.5%までは効果を確認できた。
Mn含有量が0.3%以上と高い場合には、0.5〜1.0%でその
効果が飽和するが、本発明においてＭｎ含有量が0.2%以
下の極低Mn鋼の場合は、さらに高いMo量まで粒界割れ抑
制効果が高まる。0.5%未満の添加量では効果が十分でな
いために0.5%以上とした。上限は十分確認できていない
が、2.5%までは効果を確認できた。
【００１１】このようなC, Mn, Moの含有範囲であるマ
ルテンサイト、下部ベイナイトまたはこれらの混合組織
である鋼は一般には高い耐水素脆化割れ特性を示すが、
さらに特性を向上させ、鋼として安定した特性を維持さ
せるために他の主要な添加元素、不純物元素について制
限する。Ｓｉ：Ｓｉも粒界強度を低下させる効果を有
し、特に２．０％を超えると悪影響が顕著になるために
２．０％以下に制限した。しかし、0.5%以下が望まし
い。
ルテンサイト、下部ベイナイトまたはこれらの混合組織
である鋼は一般には高い耐水素脆化割れ特性を示すが、
さらに特性を向上させ、鋼として安定した特性を維持さ
せるために他の主要な添加元素、不純物元素について制
限する。Ｓｉ：Ｓｉも粒界強度を低下させる効果を有
し、特に２．０％を超えると悪影響が顕著になるために
２．０％以下に制限した。しかし、0.5%以下が望まし
い。
【００１２】Ａｌ：Ａｌは脱酸および熱処理時において
ＡｌＮを形成することによりＮを固定する効果も有して
いるが、０．１％を超えて添加するとアルミナ介在物の
量が多くなり、破壊の起点になり水素脆化割れと共に低
温靭性も劣化させるので０．１％以下に限定した。 Ｎ：Ｎは、鋼中に通常20ppm程度以上含有してＡｌ、
Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉの窒化物を形成することによって旧オー
ステナイト粒を微細化、降伏強度を高める効果もある。
しかし、本発明においては固溶状態で存在するNは粒界
割れを促進するので、Nは窒化物として存在させる必要
がある。0.015%を超えて含有すると本発明において選択
元素として添加されるＴｉ，Ｎｂ，Ｔａなどの析出型元
素を添加しても全てを窒化物として固定することが困難
になるので、上限を0.015%とした。
ＡｌＮを形成することによりＮを固定する効果も有して
いるが、０．１％を超えて添加するとアルミナ介在物の
量が多くなり、破壊の起点になり水素脆化割れと共に低
温靭性も劣化させるので０．１％以下に限定した。 Ｎ：Ｎは、鋼中に通常20ppm程度以上含有してＡｌ、
Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉの窒化物を形成することによって旧オー
ステナイト粒を微細化、降伏強度を高める効果もある。
しかし、本発明においては固溶状態で存在するNは粒界
割れを促進するので、Nは窒化物として存在させる必要
がある。0.015%を超えて含有すると本発明において選択
元素として添加されるＴｉ，Ｎｂ，Ｔａなどの析出型元
素を添加しても全てを窒化物として固定することが困難
になるので、上限を0.015%とした。
【００１３】Ｔｉ：ＴｉはＡｌと同様に脱酸および熱処
理時においてＴｉＮを形成することによりＮを固定する
効果も有している０．０５％を超えて添加すると、粗大
なTiNが形成し、破壊の起点になるので、０．０５％以
下に限定した。 Nb, Ta：NbまたはTaは炭窒化物を形成し、旧オーステナ
イト粒径を微細にして水素脆化割れ特性を向上させる。
また、再結晶温度を低下させ未再結晶組織を得やすくす
る効果もある。しかし、多量に添加すると析出物が粗大
になり、効果が無くなるばかりでなく、破壊の起点にも
なるので、各々0.2%, 0.5%以下とした。
理時においてＴｉＮを形成することによりＮを固定する
効果も有している０．０５％を超えて添加すると、粗大
なTiNが形成し、破壊の起点になるので、０．０５％以
下に限定した。 Nb, Ta：NbまたはTaは炭窒化物を形成し、旧オーステナ
イト粒径を微細にして水素脆化割れ特性を向上させる。
また、再結晶温度を低下させ未再結晶組織を得やすくす
る効果もある。しかし、多量に添加すると析出物が粗大
になり、効果が無くなるばかりでなく、破壊の起点にも
なるので、各々0.2%, 0.5%以下とした。
【００１４】Cr：Crは焼入れ性を向上させるための元素
であるが、Mnよりは粒界強度低下の影響が小さいが、こ
の粒界強度低下を抑制するためにはできるだけ使用しな
いことが望ましい。しかし、鋼材サイズが大きく、鋼材
の高い焼入れ性が必要となる場合は、必要最小限添加す
る。その場合でも、2%を超えると悪影響が大きいので2%
以下とする。
であるが、Mnよりは粒界強度低下の影響が小さいが、こ
の粒界強度低下を抑制するためにはできるだけ使用しな
いことが望ましい。しかし、鋼材サイズが大きく、鋼材
の高い焼入れ性が必要となる場合は、必要最小限添加す
る。その場合でも、2%を超えると悪影響が大きいので2%
以下とする。
【００１５】W, Ni, Cu：W, Ni, Cuは焼入れ性を高め
て、マルテンサイト、下部ベイナイト組織を得やすくす
る。多量に添加すると、経済性が損なわれるので、各々
2%, 5%, 4%以下としたが、この値を多少超えても特性が
大幅に変化することはない。なお、Cuを添加すると、熱
間圧延時に割れが発生しやすくなるので、これを防止す
るためにはCuの1/2以上のNiを添加するとよい。
て、マルテンサイト、下部ベイナイト組織を得やすくす
る。多量に添加すると、経済性が損なわれるので、各々
2%, 5%, 4%以下としたが、この値を多少超えても特性が
大幅に変化することはない。なお、Cuを添加すると、熱
間圧延時に割れが発生しやすくなるので、これを防止す
るためにはCuの1/2以上のNiを添加するとよい。
【００１６】V：Vは焼戻し中に炭窒化物を形成して高強
度化する効果があると共に、水素のトラップサイトとな
って拡散性水素低減に効果を発揮する。連続的に長時間
水素侵入が起こる場合は、水素トラップの効果は無い
が、連続侵入時間が限られている場合、例えば、雨に濡
れた時に水素が侵入する場合などは、一定の効果が期待
できる。特に、鋼そのものの粒界強度が高まっているの
で、僅かの拡散性水素の減少も効果がある。1%以上の添
加では、鋼の製造性が低下するので1%以下とした。
度化する効果があると共に、水素のトラップサイトとな
って拡散性水素低減に効果を発揮する。連続的に長時間
水素侵入が起こる場合は、水素トラップの効果は無い
が、連続侵入時間が限られている場合、例えば、雨に濡
れた時に水素が侵入する場合などは、一定の効果が期待
できる。特に、鋼そのものの粒界強度が高まっているの
で、僅かの拡散性水素の減少も効果がある。1%以上の添
加では、鋼の製造性が低下するので1%以下とした。
【００１７】B：Bは微量添加で焼入れ性を飛躍的に高め
る。0.0003〜0.005%の添加でMnの1%に相当する焼入れ性
向上効果がある。従って、Bを添加することで、粒界強
度に有害なMn, Crを低減できる。0.0003%以下では十分
な効果がなく、0.005%以上添加するとB化物を形成して
粒界強度を低下するので、添加範囲は0.0003〜0.005%と
した。Bを添加する場合、固溶Nが存在するとBNを形成し
てしまい、焼入れ性に効果を発揮しないので、Al, Tiを
添加して固溶Nを窒化物として固定する必要がある。Bも
粒界強化元素であるが、固溶Cが存在する場合には影響
がない。
る。0.0003〜0.005%の添加でMnの1%に相当する焼入れ性
向上効果がある。従って、Bを添加することで、粒界強
度に有害なMn, Crを低減できる。0.0003%以下では十分
な効果がなく、0.005%以上添加するとB化物を形成して
粒界強度を低下するので、添加範囲は0.0003〜0.005%と
した。Bを添加する場合、固溶Nが存在するとBNを形成し
てしまい、焼入れ性に効果を発揮しないので、Al, Tiを
添加して固溶Nを窒化物として固定する必要がある。Bも
粒界強化元素であるが、固溶Cが存在する場合には影響
がない。
【００１８】以上が本発明の対象とする鋼の主要成分で
あるが、本発明においては、さらにこの鋼に、Mg, Zr,
Ca, REMを添加することができる。 Mg：Mgは脱硫効果を有すると共に、微細な酸化物とな
り、Tiの酸化物あるいは窒化物を微細に分散させる効果
がある。0.0003%以下ではこの効果は発揮されず、0.01%
を超えても効果が飽和するため、0.0003〜0.01%に限定
した。
あるが、本発明においては、さらにこの鋼に、Mg, Zr,
Ca, REMを添加することができる。 Mg：Mgは脱硫効果を有すると共に、微細な酸化物とな
り、Tiの酸化物あるいは窒化物を微細に分散させる効果
がある。0.0003%以下ではこの効果は発揮されず、0.01%
を超えても効果が飽和するため、0.0003〜0.01%に限定
した。
【００１９】Tiの酸化物を有効に微細化するためにTiと
共存させて添加することが非常に好ましい。 Zr：ZrはP化物を形成してPを無害化する効果を有する。
0.001%以下では効果が顕著でなく、0.01%以上添加する
と粗大な酸化物を生じるので、0.001〜0.01%に制限し
た。
共存させて添加することが非常に好ましい。 Zr：ZrはP化物を形成してPを無害化する効果を有する。
0.001%以下では効果が顕著でなく、0.01%以上添加する
と粗大な酸化物を生じるので、0.001〜0.01%に制限し
た。
【００２０】Ca, REM：Ca, REMは硫化物を形成してSの
悪影響を防止する。各々、0.001%以下では効果が顕著で
なく、0.01%を超えて含有すると粗大な酸化物が形成さ
れるので、0.001〜0.01%に制限した。Ｐについては特に
制限しないものの、遅れ破壊特性を向上させる観点か
ら、それぞれ０．０１５％以下が好ましい範囲である。
悪影響を防止する。各々、0.001%以下では効果が顕著で
なく、0.01%を超えて含有すると粗大な酸化物が形成さ
れるので、0.001〜0.01%に制限した。Ｐについては特に
制限しないものの、遅れ破壊特性を向上させる観点か
ら、それぞれ０．０１５％以下が好ましい範囲である。
【００２１】次に、組織の限定理由について述べる。本
発明鋼のような高強度鋼を得るためには、一般にマルテ
ンサイト組織、ベイナイト組織またはこれらの混合組織
が適用される。しかし、上部ベイナイトのように組織中
に軟らかい部分が存在すると、その部分から水素脆化割
れが起こるので、できるだけ均質な組織が望ましい。従
って、軟化部の無いマルテンサイト、下部ベイナイト組
織、または、これらの混合組織とした。このような組織
を得るためには、鋼の焼入れ性を高め、焼入れ時の冷却
速度を早くすることが肝要である。
発明鋼のような高強度鋼を得るためには、一般にマルテ
ンサイト組織、ベイナイト組織またはこれらの混合組織
が適用される。しかし、上部ベイナイトのように組織中
に軟らかい部分が存在すると、その部分から水素脆化割
れが起こるので、できるだけ均質な組織が望ましい。従
って、軟化部の無いマルテンサイト、下部ベイナイト組
織、または、これらの混合組織とした。このような組織
を得るためには、鋼の焼入れ性を高め、焼入れ時の冷却
速度を早くすることが肝要である。
【００２２】このような組織を得るためには、前述した
成分組成を含む鋼を、好ましくは未再結晶域で３０％以
上の加工を含む熱間加工後、直ちに、または一旦冷却し
てからオーステナイト温度域：Ａｒ3 点以上に再加熱後
急冷する焼入れを行う製造方法を採用することで、マル
テンサイト、下部ベイナイト組織を有する鋼材を得るこ
とができる。その後、Ａｃ1 変態点以下の温度で焼き戻
す。しかし、Ａｃ1 変態点を超えた高温度で焼き戻す
と、逆変態が起きて不均質な組織になるため焼き戻し温
度はＡｃ1 変態点以下とする。
成分組成を含む鋼を、好ましくは未再結晶域で３０％以
上の加工を含む熱間加工後、直ちに、または一旦冷却し
てからオーステナイト温度域：Ａｒ3 点以上に再加熱後
急冷する焼入れを行う製造方法を採用することで、マル
テンサイト、下部ベイナイト組織を有する鋼材を得るこ
とができる。その後、Ａｃ1 変態点以下の温度で焼き戻
す。しかし、Ａｃ1 変態点を超えた高温度で焼き戻す
と、逆変態が起きて不均質な組織になるため焼き戻し温
度はＡｃ1 変態点以下とする。
【００２３】焼入れ時のオーステナイト粒径（旧オース
テナイト粒）が細かい程、粒界割れが発生しにくいが、
特に20μm以下の細粒になると水素脆化割れ特性が向上
する。なお、上述した熱間圧延での未再結晶域での30%
以上加工は、偏平粒を得ることで、さらに水素脆化割れ
特性を向上させる効果がある。
テナイト粒）が細かい程、粒界割れが発生しにくいが、
特に20μm以下の細粒になると水素脆化割れ特性が向上
する。なお、上述した熱間圧延での未再結晶域での30%
以上加工は、偏平粒を得ることで、さらに水素脆化割れ
特性を向上させる効果がある。
【００２４】
【実施例】以下、実施例により本発明の効果をさらに具
体的に説明する。表１に示す化学組成を有する供試材を
表２に示すように熱間加工後直ちに、または再加熱後、
焼入れ、焼戻して焼き戻しマルテンサイト、焼戻し下部
ベイナイトの組織に調整した後、機械的性質、組織形
態、水素脆化割れ特性について評価した。
体的に説明する。表１に示す化学組成を有する供試材を
表２に示すように熱間加工後直ちに、または再加熱後、
焼入れ、焼戻して焼き戻しマルテンサイト、焼戻し下部
ベイナイトの組織に調整した後、機械的性質、組織形
態、水素脆化割れ特性について評価した。
【００２５】結果を表２に示す。水素脆化特性は、切欠
き付き丸棒試験片に電解水素チャージにより水素を添加
しながら引張強さの９０％に相当する荷重を負荷し、水
素脆化割れが起こらない限界チャージ電流すなわち、水
素脆化割れが起こる限界電流密度を求めた。電解溶液に
は、0.1g/lのチオシアン酸アンモニウムを添加した3%Na
Cl溶液を使用した。限界電流密度が高い方が、水素脆化
割れ特性が良いことを示している。
き付き丸棒試験片に電解水素チャージにより水素を添加
しながら引張強さの９０％に相当する荷重を負荷し、水
素脆化割れが起こらない限界チャージ電流すなわち、水
素脆化割れが起こる限界電流密度を求めた。電解溶液に
は、0.1g/lのチオシアン酸アンモニウムを添加した3%Na
Cl溶液を使用した。限界電流密度が高い方が、水素脆化
割れ特性が良いことを示している。
【００２６】
【表１】
【００２７】
【表２】
【００２８】
【発明の効果】本発明によると、水素脆化割れ特性に極
めて優れた鋼材が提供できる。
めて優れた鋼材が提供できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K032 AA01 AA02 AA05 AA08 AA11 AA12 AA14 AA15 AA16 AA19 AA20 AA21 AA22 AA23 AA24 AA27 AA31 AA32 AA33 AA35 AA36 AA37 AA39 AA40 CC04 CD06 CF01 CF03
Claims (10)
- 【請求項１】 鋼中に成分として、質量%で、Ｃ：０．
１〜０．５％、Ｍｎ：０．２％以下、Ｍｏ：０．５〜
２．５％を含有し、かつＭｎ≧２０Ｓを満足するように
Ｓ含有量を制限し、残部がＦｅおよび不可避的不純物か
らなる低合金鋼であり、その組織が焼戻したマルテンサ
イト、下部ベイナイトまたはこれらの混合組織を主体と
する組織を有することを特徴とする耐水素脆化割れ特性
の優れた高強度鋼材。 - 【請求項２】 さらに、質量％で、Ｓｉ：２．０％以
下、Ａｌ：０．１％以下、Ｎ ：０．０１％以下の１種
または２種以上を含有することを特徴とする請求項１記
載の耐水素脆化割れ特性の優れた高強度鋼材。 - 【請求項３】 さらに、質量％で、Ｎｂ：０．２％以
下、Ｔａ：０．５％以下、およびＴｉ：０．０５％以下
のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とす
る請求項２に記載の耐水素脆化割れ特性の優れた高強度
鋼材。 - 【請求項４】 さらに、質量％で、Ｃｒ：２％以下、
Ｗ：２％以下、Ｎｉ：５％以下、Ｃｕ：２％以下、Ｖ：
１％以下、およびＢ：０．０００３〜０．００５％のう
ちの１種または２種以上を含有することを特徴とする請
求項２または請求項３の何れかに記載の耐水素脆化割れ
特性の優れた高強度鋼材。 - 【請求項５】 さらに、質量％で、Ｍｇ：０．０００３
〜０．０１％、Ｚｒ：０．００１〜０．０１％、Ｃａ：
０．００１〜０．０１％、およびＲＥＭ：０．００１〜
０．０１％のうちの１種または２種以上を含有すること
を特徴とする請求項２から請求項４の何れか１項に記載
の耐水素脆化割れ特性の優れた高強度鋼材。 - 【請求項６】 さらに、質量％で、Ｐ：０．０１５％以
下に規制することを特徴とする請求項２から請求項５の
何れか１項に記載の耐水素脆化割れ特性の優れた高強度
鋼材。 - 【請求項７】 さらに、前記組織中の旧オーステナイト
粒径の平均値が２０μm以下であることを特徴とする請
求項２から請求項６の何れか１項に記載の耐水素脆化割
れ特性の優れた高強度鋼材。 - 【請求項８】 質量％で、Ｃ ：０．１〜０．５％、Ｓ
ｉ：２．０％以下、Ｍｎ：０．２％以下、Ｍｏ：０．５
〜２．５％を含有し、かつＭｎ≧２０Ｓを満足するよう
にＳ含有量を制限し、残部がＦｅおよび不可避的不純物
からなる鋼を熱間加工し、直ちに、または一旦冷却後オ
ーステナイト温度域に再加熱後急冷し、その後Ａｃ1 変
態点以下の温度で焼き戻すことを特徴とする耐水素脆化
割れ特性の優れた高強度鋼材の製造法。 - 【請求項９】 前記熱間加工における後段の加工が未再
結晶域温度で３０％以上であり、その後直ちに急冷却
し、次いでＡｃ1 変態点以下の温度で焼き戻すことを特
徴とする請求項８に記載の耐水素脆化割れ特性の優れた
高強度鋼材の製造法。 - 【請求項１０】 さらに、質量％で、Ａｌ：０．１％以
下、Ｎ：０．０１％以下、Ｎｂ：０．２％以下、Ｔａ：
０．５％以下、Ｔｉ：０．０５％以下、Ｃｒ：２％以
下、Ｗ：２％以下、Ｎｉ：５％以下、Ｃｕ：２％以下、
Ｖ：１％以下、Ｂ：０．０００３〜０．００５％、Ｍ
ｇ：０．０００３〜０．０１％、Ｚｒ：０．００１〜
０．０１％、Ｃａ：０．００１〜０．０１％、およびＲ
ＥＭ：０．００１〜０．０１％のうちの１種または２種
以上を含有することを特徴とする請求項８または９記載
の耐水素脆化割れ特性の優れた高強度鋼材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000341741A JP2002146472A (ja) | 2000-11-09 | 2000-11-09 | 耐水素脆化割れ特性の優れた鋼材およびその製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000341741A JP2002146472A (ja) | 2000-11-09 | 2000-11-09 | 耐水素脆化割れ特性の優れた鋼材およびその製造法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002146472A true JP2002146472A (ja) | 2002-05-22 |
Family
ID=18816437
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000341741A Withdrawn JP2002146472A (ja) | 2000-11-09 | 2000-11-09 | 耐水素脆化割れ特性の優れた鋼材およびその製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002146472A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3119918A1 (en) * | 2014-03-18 | 2017-01-25 | Innomaq 21, Sociedad Limitada | Extremely high conductivity low cost steel |
| US9573432B2 (en) | 2013-10-01 | 2017-02-21 | Hendrickson Usa, L.L.C. | Leaf spring and method of manufacture thereof having sections with different levels of through hardness |
| CN114908302A (zh) * | 2022-05-20 | 2022-08-16 | 钢铁研究总院有限公司 | 一种抗氢脆高强度弹簧钢及其热处理方法 |
-
2000
- 2000-11-09 JP JP2000341741A patent/JP2002146472A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9573432B2 (en) | 2013-10-01 | 2017-02-21 | Hendrickson Usa, L.L.C. | Leaf spring and method of manufacture thereof having sections with different levels of through hardness |
| US9890440B2 (en) | 2013-10-01 | 2018-02-13 | Hendrickson Usa, L.L.C. | Leaf spring and method of manufacture thereof having sections with different levels of through hardness |
| EP3119918A1 (en) * | 2014-03-18 | 2017-01-25 | Innomaq 21, Sociedad Limitada | Extremely high conductivity low cost steel |
| EP3119918B1 (en) * | 2014-03-18 | 2023-02-15 | Innomaq 21, Sociedad Limitada | Extremely high conductivity low cost steel |
| CN114908302A (zh) * | 2022-05-20 | 2022-08-16 | 钢铁研究总院有限公司 | 一种抗氢脆高强度弹簧钢及其热处理方法 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20080205 |