JP2007520633A

JP2007520633A - 優れた低温じん性を有する高強度部品を製造するための鋼及び前記タイプの鋼の使用

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Publication number: JP2007520633A
Application number: JP2006551811A
Authority: JP
Inventors: アグネスバウク; ロルフジンツ
Original assignee: EDELSTAHLWERKE SUEDWESTFALEN GmbH; RUD Kettenfabrik Rieger und Dietz GmbH and Co KG
Current assignee: EDELSTAHLWERKE SUEDWESTFALEN GmbH; RUD Kettenfabrik Rieger und Dietz GmbH and Co KG
Priority date: 2004-02-05
Filing date: 2005-02-04
Publication date: 2007-07-26
Also published as: DE502004003457D1; CN1764734B; ATE359382T1; WO2005075693A1; BRPI0503588A; DK1561833T3; ES2286518T3; EP1561833A1; BRPI0503588B1; EP1561833B1; US20070107808A1; CN1764734A; ZA200507292B

Abstract

本発明は、低温であっても優れた延性破壊値Ｊ積分を有する、引張り力の高い鋼であって、そして、好ましくない条件及び非常に厳しい作業条件であっても前記の鋼から製造される構造部品の破壊の危険が最小限に減少される前記鋼に関する。本発明の鋼は（重量％で示す）、０．０８〜０．２５％Ｃ、０．１０〜０．３０％Ｓｉ、０．８０〜１．６０％Ｍｎ、＝０．０２０％Ｐ、＝０．０１５％Ｓ、Ｐ及びＳの合計＝０．０３０％であり、０．４０〜０．８０％Ｃｒ、０．３０〜０．５０％Ｍｏ、０．７０〜１．２０％Ｎｉ、０．０２０〜０．０６０％Ａｌ、０．００７〜０．０１８％Ｎ、＝０．１５％Ｖ、＝０．０７％Ｎｂ、Ｖ及びＮｂの合計＝０．０２０％であり、並びに残余物の鉄及び不可避の不純物を含む。本発明の鋼は、高引張力チェーンの製造に特に適している。

Description

発明の詳細な説明

本発明は、優れた低温じん性を有する高強度部品を製造するための鋼に関する。前記タイプの鋼は、例えば、荷重を締結及び固定するために必要な手段、例えば、停止手段又はクランピング手段用に使用される。前記鋼を、特に、溶接丸鋼チェーンを製造するための、熱間圧延棒鋼、圧延ワイヤー、又はブライト鋼（Ｂｌａｎｋｓｔａｈｌ）を成形するために加工する。

前記タイプの鋼への需要は、ＤＩＮ１７１１５に記載されている。更に、良好な変形性及び同等に溶接への良好な適合性に対して、実際に生じるストレスの結果として設定される用件を満たすために、鋼は優れた強度及びじん性性質を有していなくてはならない。

この目的のために公知であり、そして、ＤＩＮ１７１１５に指定されている高級鋼（Ｅｄｅｌｓｔａｈｌ）２３ＭｎＮｉＣｒＭｏ５３及び２３ＭｎＮｉＣｒＭｏ５４は、それぞれ以下（重量％で表示）、０．２０〜０．２６％Ｃ、≦０．２５％Ｓｉ、１．１０〜１．４０％Ｍｎ、それぞれ０．０２０％のＰ及びＳ、Ｐ及びＳ含有量合計は０．０３５％を超えない、必要な場合に０．０２０〜０．０５０％Ａｌ、０．０１４％までのＮ、及び０．４０〜０．６０Ｃｒを含む。０．２０〜０．３０％Ｍｏ及び０．７０〜０．９０％Ｎｉも鋼２３ＭｎＮｉＣｒＭｏ５２に加えられるのに対して、鋼２３ＭｎＮｉＣｒＭｏ５４は更に、０．５０〜０．６０％Ｍｏ及び０．９０〜１．１０％Ｎｉを含む。

シップの固定又は係留、あるいは、プラットホームの穴開け用のチェーンを製造するための鋼は、中国特許公報ＣＮ−１２８１９０６により公知である。ＷＰＩＮＤＥＸデータベースから入手可能である前記公報の要約は、公知の前記鋼が（以下、重量％で表示）、０．２５〜０．３５％Ｃ、０．１５〜０．３０％Ｓｉ、１．４５〜１．７５％Ｍｎ、０．９０〜１．４０％Ｃｒ、１．００〜１．２０％Ｎｉ、０．４５〜０．６５％Ｍｏ、０．０２〜０．０６％Ｎｂ、０．０２０〜０．０５％Ａｌ、０．０２０％までのＰ、０．１５％までのＳ、０．２０％までのＣｕ、０．０３％までのＳｎ、０．０１％までのＳｂ、０．０４％までのＡｓ、０．００５％までのＢ、０．００９％までのＮ、０．００２０％までのＯ、０．０００２％までのＨ、鉄（Ｆｅ）である残余物、及び炭素同位体が１．４より大きい不可避の不純物、を含むことを記載している。

公知の前記鋼は周囲温度での強度及びじん性に関する必要要件を満たしているが、特に、低温度でのじん性に関して問題があるということが実際的な知識によりこれまで示されてきた。

従って、本発明の目的は、低温でも優れたじん性を有する高強度鋼を提供することであって、それぞれの場合において、好ましくない、厳しい作業条件であっても前記鋼から製造される製品の破裂のリスクを最小限に減少することである。前記鋼の有利な使用も本明細書に記載される。

本発明によると、前記目的は、以下の組成（重量％で表示）：
Ｃ：０．０８〜０．２５％、
Ｓｉ：０．１０〜０．３０％、
Ｍｎ：０．８０〜１．６０％、
Ｐ：≦０．０２０％
Ｓ：≦０．０１５％
Ｐ及びＳ含有量合計≦０．０３０％であり、
Ｃｒ：０．４０〜０．８０％、
Ｍｏ：０．３０〜０．５０％、
Ｎｉ：０．７０〜１．２０％、
Ａｌ：０．０２０〜０．０６０％、
Ｎ：０．００７〜０．０１８％、
Ｖ：≦０．１５％、
Ｎｂ：≦０．０７％
Ｖ及びＮｂ含有量合計≧０．０２０％であり、鉄である残余物、及び不可避の不純物を含む、優れた低温度でのじん性を有する高強度製品を製造する本発明による鋼によって達成される。

本発明による鋼の場合、必要用件を最適に満たす性質プロファイルを達成する方法で、個々の合金組成を選択する。これは、Ｃｒ、Ｎｉ、及びＮの含有量（本発明によって決められている）、及び、Ｎｂ及びＶの最小限の含有量合計により達成される。本発明により決められている前記合金エレメントの含有範囲に従う場合には、特に高いじん性、良好な硬化、焼戻しの間の硬度の改良された保留、及び、極めて微細な粒組織が達成される。本発明による鋼は、冷間成形可能性が高く、そして、仕上げ加工された状態で高い強度も有する。本発明による鋼は、高いノッチ衝撃じん性及び低い破壊様相遷移温度によっても特徴づけられ、前記の低い破壊様相遷移温度は、先行技術により公知の鋼のぜい性破壊温度よりも実質的に低い温度においてのみぜい性破壊が生じる温度である。

０．０８〜０．２５重量％の範囲にあるＣ含有量によって、本発明による鋼の良好な低温抵抗が保障される。特に、Ｃ含有量が０．１６〜０．２３重量％の場合において、よい結果を得ることができる。

本発明による鋼の焼戻し際での良好な硬化及び硬度の保留は、０．３０〜０．５０重量％のＭｏ含有量の組み合わせと共に、０．４０〜０．８０重量％のＣｒ含有量の制限によって達成する。Ｃｒ含有量を０．４０〜０．６５重量％に、そして、Ｍｏ含有量を０．３５〜０．５０重量％に調節することにおいて、前記組み合わせ効果により達成される確実性の程度を高めることができる。

０．７０〜１．２０重量％、特に、０．７５〜１．００重量％のＮｉ含有量によって、特に、本発明による鋼において強調されるべきである良好な低温じん性がもたらされる。

０．０２０〜０．０６０重量％、特に、０．０２０〜０．０４５重量％のＡｌ含有量、及び、０．００７〜０．０１８重量％、特に、０．００７〜０．０１５重量％のＮ含有量によって、本発明による鋼における極めて微細な粒組織を導くことができる。

最終的に、Ｖ含有量を最大で０．１５重量％、及び、Ｎｂ含有量を最大で０．０７重量％に限定することに対して、本発明による鋼は、合計で少なくとも０．０２重量％のＮｂ及びＶを含むという事実によって、温度が上昇された場合であっても、所望の微細粒組織を達成する。驚くべきことに、本発明による鋼がバナジウムを含まない場合では、前記の効果が確実に生じるということがわかった。従って、好ましい構成では、本発明による鋼は、不可避の不純物を含むか、又は、Ｖを一切含むことがない。

焼戻し硬化処理中であっても、微細粒を維持する。従って、通常、本発明による仕上げ加工された鋼は、ＡＳＴＭ１０よりも細かいオーステナイト粒度を有する。本発明による鋼の組織の細度は、従って、ＤＩＮ１７１１５により必要とされるＡＳＴＭ５のオーステナイト粒度の公知の鋼よりも実質的に大きい。

従って、本発明は、低温であっても優れたじん性を有する鋼を提供する。その性質の有利な組み合わせによって、本発明の鋼より製造される部品の破壊リスクを、好ましくない、厳しい作業条件であっても減少する。

本発明による鋼を圧延鋼に加工することが好ましい。前記加工の目的は、各々の加工工程を介して、本発明による鋼の可能な限り最も微細な粒組織を保つことである。これは、加熱及び圧延の間で実施される加工工程だけではなく、部品成形の前後に実施される焼鈍処理も含む。本発明によると、粗い粒の成形を抑えるために、過熱の間に生じる拡散プロセスに関わらず高い圧延温度を避けることができるような方法で、加熱及び圧延の条件を選択する。追加変形間の温度も、細粒構造を維持する所望の構成の加熱変形の間の制御されたエネルギーの引き下げによって選択する。最終成形工程の直後の加速された熱の引き下げは、究極的に達成された構造状態の「凍結（Ｅｉｎｆｒｉｅｒｅｎｓ）」の意味において、硬度及びじん性を減少させることがある好ましくない降下プロセスを防ぐ。あるいは、各々の部品を成形するための鋼の冷間成形に望ましい熱間焼鈍された状態において、鋼の比較的低い材料の強度を得るために、長時間の加熱処理によって、サイズ及び分布に関する炭窒化物の望ましい析出状態を作る。

その特定の特質スペクトラムの結果、本発明の鋼は、その後の焼戻し硬化を伴う冷間成形による高強度部品の製造に適している。前記部品は、例えば、最も高い強度の分類に割り当てられる、荷重の持ち運び、引っ張り、持ち上げ、運搬、又は固定用の手段であることができる。一般用語「停止又はクランピング手段」として要約することのできる前記物品は、例えば、接着ポイント、フック、クリップ、アイレット、チェーン、ジョイント、キャッチエレメント、ロッカー、固定器（Ｓｔｒｅｂｅｎ）、スピンドル及びラチェットクランプ、並びに接着アイなどを含む。

優れた使用特性を有する構造エレメントの接続手段も、本発明の鋼でできていることができる。前記の構造エレメントは、例えば、ボルト、あるいは、接続又は力伝動エレメント（例えば、スクリュー、クランプ、ロッドなど）である。

本発明の鋼を適用する１つの分野が、チェーンの製造であること特に適している。本発明の組成の鋼でできているチェーンは、非常に低い温度であっても、破砕又は同程度の破損のリスクを生じることなく、重い荷重に確実に耐えることができる。最も厳しい要件であっても満たすことができる丸鋼チェーン、特に、溶接丸鋼チェーンは、従って、本発明の鋼でできていることができる。

通常、本発明の鋼でできている部品は、強度を少なくとも１２００ＭＰａ、特に、１５５０ＭＰａ、１６００ＭＰａ又は１６５０ＭＰａより大きい強度を有している。この関係において、強度少なくとも１５５０ＭＰａの場合、本発明の鋼でできている部品の破面遷移温度ＦＡＴＴは、通常、最大で−６０℃であることを強調しなければならない。前記の限界温度は、公知の鋼よりも極めて低い。

本発明の鋼から製造される部品の場合、通常、ノッチ衝撃作業値は４５Ｊより大きく、そして、個々の部品が−６０℃で１７０Ｎ／ｍｍより、特に、１８５Ｎ／ｍｍより大きい技術的亀裂開始じん性Ｊ_ＩＣを有していることも注目すべきことである。技術的亀裂開始じん性Ｊ_ＩＣは、鋼材料の延性破壊傾向の評価を可能にするＡＳＴＭ１８２０において定められた値である。

前記タイプの鋼から製造される部品が、通常、２８％以上の破断伸び（Ｂｒｕｃｈｄｅｈｎｕｎｇ）を示すという事実において、本発明の鋼のじん性が高いことを認めることができる。

実施態様を参照して、本発明をより詳しく以下に説明する。

以下の組成（重量％で表示する）：
０．１９％Ｃ、
０．２０％Ｓｉ、
１．３１％Ｍｎ、
０．００５％Ｐ、
０．０１０％Ｓ、
Ｐ含有＋Ｓ含有＝０．０１５％であり、
０．４５％Ｃｒ、
０．３７％Ｍｏ、
０．８８％Ｎｉ、
０．４００％Ａｌ、
０．００８％Ｎ、
０．０１％Ｖ、
０．０６％Ｎｂ、
（Ｖ含有＋Ｎｂ含有＝０．０７％）、
並びに、鉄（Ｆｅ）からなる残余物及び不可避の不純物を含む鋼を溶解し、そして、加工して圧延鋼を成形した。熱間圧延後に得られた製品の可能な限り微細な粒組織を保証するために、熱間圧延中の圧延温度を低い水準に保った。更に、熱成形によって生じた熱を消散させるために、圧延された製品の冷却を各々の圧延工程の間に実施した。熱間圧延パスを離れる際に生じ、そして、その後の加工工程中においても確実に保持される鋼の微細粒組織を凍結するために、得られた熱間圧延製品を熱間圧延の直後に急冷する。

その後の冷間成形の有益な強度を設定するために実施された熱間圧延及び長時間の熱処理の後に、圧延された鋼を成形し、チェーンが集められた場合には溶接することによって閉鎖するチェーンリンクを成形した。

前記の方法において製造されるチェーンは、ＡＳＴＭ１１の微細粒組織、強度１，２７０Ｎ／ｍｍ^２、及び−７０℃の前記強度で決定される破面遷移温度ＦＡＴＴを示した。これらのノッチ衝撃作業値は−６０℃試験温度で５５７Ｊであり、そして、破断伸びは２８％であった。

添付図面において、本発明の鋼の延性破壊値Ｊ積分の過程が、０．４の標準化された初期亀裂長さａ／ｗの−６０℃での亀裂進展ＲＥＷ上に、点線で示されている。安定した亀裂進展の技術的に相当する開始の際に、１８５Ｎ／ｍｍ^２の亀裂発生じん性Ｊ_ＩＣがあることを見ることができる。

Claims

低温での優れた硬度を有する高強度部品を製造するための鋼であって、以下の組成（重量％で表示）：
Ｃ：０．０８〜０．２５％、
Ｓｉ：０．１０〜０．３０％、
Ｍｎ：０．８０〜１．６０％、
Ｐ：≦０．０２０％、
Ｓ：≦０．０１５％、
Ｐ及びＳ含有量合計≦０．０３０％であり、
Ｃｒ：０．４０〜０．８０％、
Ｍｏ：０．３０〜０．５０％、
Ｎｉ：０．７０〜１．２０％、
Ａｌ：０．０２０〜０．０６０％、
Ｎ：０．００７〜０．０１８％、
Ｖ：≦０．１５％、
Ｎｂ：≦０．０７％、
Ｖ及びＮｂ含有量合計≧０．０２０％であり、並びに、鉄である残余物及び不可避の不純物を有する、前記鋼。
Ｃ含有量が、０．１６重量％〜０．２３重量％であることを特徴とする請求項１に記載の鋼。
Ｍｎ含有量が、１．００重量％〜１．３５重量％であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の鋼。
Ｃｒ含有量が、０．４０重量％〜０．６５重量％であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の鋼。
Ｍｏ含有量が、０．３５重量％〜０．５０重量％であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の鋼。
Ｎｉ含有量が、０．７５重量％〜１．００重量％であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の鋼。
Ａｌ含有量が、０．０２０重量％〜０．０４５重量％であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の鋼。
Ｎ含有量が、０．００７重量％〜０．０１５重量％であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の鋼。
ＡＳＴＭ１０よりも細かいオーステナイト粒度を有していることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の鋼。
冷間成形と共にそれに続く焼戻し硬化により高強度部品を製造する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の組成からなる鋼の使用。
前記部品が、荷重を運び、引張り、持ち上げ、運搬し、又は固定する手段であることを特徴とする、請求項１０に記載の使用。
前記部品が、構造物エレメントの接続用の手段であることを特徴とする、請求項１０に記載の使用。
前記部品がチェーンであることを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の使用。
前記チェーンが丸鋼チェーンであることを特徴とする、請求項１３に記載の使用。
前記チェーンを溶接することを特徴とする、請求項１３又は１４に記載の使用。
前記部品が、強度少なくとも１２００ＭＰａを有することを特徴とする、請求項１０〜１５のいずれか一項に記載の使用。
前記強度が、少なくとも１５５０ＭＰａであることを特徴とする、請求項１６に記載の使用。
前記強度が、少なくとも１６００ＭＰａ、特に、少なくとも１６５０Ｍｐａであることを特徴とする、請求項１６又は１７に記載の使用。
強度少なくとも１５５０ＭＰａで、前記部品の破面遷移温度（ＦＡＴＴ）が最大で−６０℃であることを特徴とする、請求項１０〜１８のいずれか一項に記載の使用。
ノッチ衝撃作業値が、４５Ｊよりも大きいことを特徴とする、請求項１０〜１９のいずれか一項に記載の使用。
前記部品の材料が、１７０Ｎ／ｍｍ^２より大きい技術的亀裂発生じん性Ｊ_ＩＣを有していることを特徴とする、請求項１０〜２０のいずれか一項に記載の使用。
前記技術的亀裂発生じん性Ｊ_ＩＣが、１８５Ｎ／ｍｍ^２より大きいことを特徴とする、請求項２１に記載の使用。
前記部品が、２８％より大きい破断伸びを有することを特徴とする、請求項１０〜２２のいずれか一項に記載の使用。