JP2008075107A - 高強度・高靭性鋼の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】引張強度７８０ＭＰａ以上の、造船等の溶接鋼構造物に好適な強度・靭性バランスに優れた高強度・高靭性鋼の製造方法を提供する。
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０１〜０．２０％、Ｓｉ：０．０１〜０．８０％、Ｍｎ：０．２０〜２．５０％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．００７０％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００４〜０．１００％、必要に応じてＴｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂ、Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭの１種または２種以上、残部Ｆｅおよび不可避的不純物の鋼に、圧延終了温度をＡｒ３以上とする熱間圧延を施し、ついで、Ａｒ３以上の温度域から、４００℃以下へ焼入れ後、Ａｃ１〜Ａｃ１＋１００℃、好ましくはＡｃ１＋４０℃〜Ａｃ１＋１００℃に再加熱する際、再加熱温度までの加熱速度を１℃／ｓ以上で前記温度域での滞留時間が９０秒以内である熱処理を、好ましくは、焼入れ時の冷却停止から１８０ｓ以内で開始する。
【選択図】なし
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０１〜０．２０％、Ｓｉ：０．０１〜０．８０％、Ｍｎ：０．２０〜２．５０％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．００７０％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００４〜０．１００％、必要に応じてＴｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂ、Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭの１種または２種以上、残部Ｆｅおよび不可避的不純物の鋼に、圧延終了温度をＡｒ３以上とする熱間圧延を施し、ついで、Ａｒ３以上の温度域から、４００℃以下へ焼入れ後、Ａｃ１〜Ａｃ１＋１００℃、好ましくはＡｃ１＋４０℃〜Ａｃ１＋１００℃に再加熱する際、再加熱温度までの加熱速度を１℃／ｓ以上で前記温度域での滞留時間が９０秒以内である熱処理を、好ましくは、焼入れ時の冷却停止から１８０ｓ以内で開始する。
【選択図】なし
Description
本発明は、強度−靭性バランスに優れた高強度・高靭性鋼の製造方法に関し、特に、造
船、海洋構造物、建設機械、建築、橋梁、タンク、鋼管、水圧鉄管などの溶接鋼構造物に利用する厚鋼板の製造方法として好適なものに関する。
船、海洋構造物、建設機械、建築、橋梁、タンク、鋼管、水圧鉄管などの溶接鋼構造物に利用する厚鋼板の製造方法として好適なものに関する。
一般に、鋼板の強度が増加すると、靭性は低下する傾向にある。特に、引張強さが５９０ＭＰａ以上の高強度鋼板において、良好な低温靭性を備えるのは困難である。そこで、引張強さ５９０ＭＰａ以上の高強度厚鋼板について高強度で低温靭性を確保するための多くの検討がなされてきた。
例えば、特許文献１に開示されているように６０〜７０キロクラスの高強度鋼において直接焼入れ−短時間焼戻しによって細粒のγ相から微細なフェライトやベイナイトあるいはマルテンサイトの混合組織を得ることで強靭化を達成している。
また、特許文献２に開示されている９０キロ以上の高強度鋼ではＮｂとＭｎ量を制限して焼入れ−焼戻し処理にて良好な強靭性を確保している。これらのいずれもＮｂの析出強化能とＮｂの析出による靭性の劣化をバランスさせるために圧延からの焼入れとＡｃ１以下の温度での焼戻し処理を工夫している。
一方、特許文献３には、焼入れ後の焼戻しにおける加熱速度を大きくし、圧延や焼入れで得られた転位を確保しながらＡｃ１以下の温度で焼戻しを行い、強靭化を達成することが提案されている。
特公昭６１−６０８９１号公報
特開平２−２０９４２２号公報
特公平７−７４３８０号公報
上述したように、従来技術では、焼入れ処理やＡｃ１以下の温度での焼戻し処理における条件を制御し、所定の強度〜靭性を確保することが検討されているが、Ｎｂ等の強化能を抑制しながら靭性を確保するため、得られる強度，靭性には一定の限界が生じ、引張強度１２００ＭＰａを超える場合において、強度・靭性バランスを調整することは困難であった。
本発明は、上記従来技術の問題を解決し、引張強さ７８０ＭＰａ以上の高強度を有し、かつ従来レベルをはるかに上回る強度−靭性バランスを有する高強度・高靭性鋼の製造方法を提案することを目的とする。
本発明者等は、上記問題点を解決するため、焼戻し過程での特性に着目して鋭意検討した結果、高強度鋼における焼戻し過程において、マルテンサイト組織、あるいはマルテンサイトとベイナイトの混合組織が焼戻されて、回復と、主として炭化物の析出が起こる場合、強度を損なわずに析出物の量や大きさを制限することには限界があり、組織自体を微細組織とすることが有効であることを見出した。
すなわち、焼戻し温度として、強度が低下したり、逆変態したオ〜ステナイトにＣが濃化して冷却後に生成する島状マルテンサイトにより、高靭化は不可能であると考えられていたＡｃ１を超える温度への再加熱を検討し、その結果、特定の温度、加熱速度、２相域への滞留時間を制御することで、焼入れ時の組織が微細に分割され、強度を維持したままで高靭化が可能であることを見出した。
本発明は、逆変態組織にＣが濃化する時間を与えない場合、冷却時に旧γ粒の結晶方位と異なる微細マルテンサイト組織あるいは下部ベイナイト組織が得られることを利用し、強度を損なわずに、破面単位を細かくすることで従来にない高強度、且つ高靭性を達成した。
すなわち、本発明の要旨はつぎのとおりである。
１． 質量％で、Ｃ：０．０１〜０．２０％、
Ｓｉ：０．０１〜０．８０％、
Ｍｎ：０．２０〜２．５０％、
Ｐ：０．０２０％以下、
Ｓ：０．００７０％以下、
ｓｏｌ．Ａｌ：０．００４〜０．１００％
、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼素材を、圧延終了温度をＡｒ３以上の温度域とする熱間圧延を施し、ついで、Ａｒ３以上の温度域から、４００℃以下へ焼入れ後、Ａｃ１〜Ａｃ１＋１００℃の温度域へ再加熱処理し、該再加熱処理は、再加熱温度までの加熱速度が１℃／ｓ以上でかつＡｃ１〜Ａｃ１＋１００℃の温度域での滞留時間が９０秒以内で行うことを特徴とする高強度・高靭性鋼の製造方法。
２．鋼組成に、更に、質量％で、
Ｔｉ：０．００５〜０．２０％
Ｃｕ：０．０１〜２．０％
Ｎｉ：０．０１〜９．０％
Ｃｒ：０．０１〜２．０％
Ｍｏ：０．０１〜２．０％
Ｎｂ：０．００３〜０．１％
Ｖ：０．００３〜０．５％
Ｂ：０．０００５〜０．００４０％
Ｃａ：０．０００１〜０．００６０％
Ｍｇ：０．０００１〜０．００６０％
ＲＥＭ：０．０００１〜０．０２００％
の１種または２種以上を含有することを特徴とする１に記載の高強度・高靭性鋼の製造方法。
３．焼入れ温度が４００℃以下で、再加熱温度がＡｃ１＋４０℃〜Ａｃ１＋１００℃であることを特徴とする１または２記載の高強度・高靭性鋼の製造方法。
４．焼入れ温度が４００℃以下で、再加熱温度がＡｃ１〜Ａｃ１＋１００℃で、再加熱する際の加熱速度が５℃／ｓ以上であることを特徴とする１または２記載の高強度・高靭性鋼の製造方法。
５．焼入れ停止温度が４００℃以下で、再加熱温度がＡｃ１＋４０℃〜Ａｃ１＋１００℃で、再加熱温度までの加熱速度が５℃／ｓ以上であることを特徴とする１または２記載の高強度・高靭性鋼の製造方法。
６．焼入れ後に行う熱処理は、加熱保持後、少なくともＡｃ１変態点から６００℃以下までの温度域を加速冷却することを特徴とする１乃至５の何れか一つに記載の高強度・高靭性鋼の製造方法。
７．加速冷却後、更に焼戻しを行うことを特徴とする６記載の高強度・高靭性鋼の製造方法。
８．焼入れ時の冷却停止から、再加熱を開始するまでを１８０ｓ以内で連続して行うことを特徴とする１乃至７の何れか一つに記載の高強度・高靭性鋼の製造方法。
すなわち、本発明の要旨はつぎのとおりである。
１． 質量％で、Ｃ：０．０１〜０．２０％、
Ｓｉ：０．０１〜０．８０％、
Ｍｎ：０．２０〜２．５０％、
Ｐ：０．０２０％以下、
Ｓ：０．００７０％以下、
ｓｏｌ．Ａｌ：０．００４〜０．１００％
、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼素材を、圧延終了温度をＡｒ３以上の温度域とする熱間圧延を施し、ついで、Ａｒ３以上の温度域から、４００℃以下へ焼入れ後、Ａｃ１〜Ａｃ１＋１００℃の温度域へ再加熱処理し、該再加熱処理は、再加熱温度までの加熱速度が１℃／ｓ以上でかつＡｃ１〜Ａｃ１＋１００℃の温度域での滞留時間が９０秒以内で行うことを特徴とする高強度・高靭性鋼の製造方法。
２．鋼組成に、更に、質量％で、
Ｔｉ：０．００５〜０．２０％
Ｃｕ：０．０１〜２．０％
Ｎｉ：０．０１〜９．０％
Ｃｒ：０．０１〜２．０％
Ｍｏ：０．０１〜２．０％
Ｎｂ：０．００３〜０．１％
Ｖ：０．００３〜０．５％
Ｂ：０．０００５〜０．００４０％
Ｃａ：０．０００１〜０．００６０％
Ｍｇ：０．０００１〜０．００６０％
ＲＥＭ：０．０００１〜０．０２００％
の１種または２種以上を含有することを特徴とする１に記載の高強度・高靭性鋼の製造方法。
３．焼入れ温度が４００℃以下で、再加熱温度がＡｃ１＋４０℃〜Ａｃ１＋１００℃であることを特徴とする１または２記載の高強度・高靭性鋼の製造方法。
４．焼入れ温度が４００℃以下で、再加熱温度がＡｃ１〜Ａｃ１＋１００℃で、再加熱する際の加熱速度が５℃／ｓ以上であることを特徴とする１または２記載の高強度・高靭性鋼の製造方法。
５．焼入れ停止温度が４００℃以下で、再加熱温度がＡｃ１＋４０℃〜Ａｃ１＋１００℃で、再加熱温度までの加熱速度が５℃／ｓ以上であることを特徴とする１または２記載の高強度・高靭性鋼の製造方法。
６．焼入れ後に行う熱処理は、加熱保持後、少なくともＡｃ１変態点から６００℃以下までの温度域を加速冷却することを特徴とする１乃至５の何れか一つに記載の高強度・高靭性鋼の製造方法。
７．加速冷却後、更に焼戻しを行うことを特徴とする６記載の高強度・高靭性鋼の製造方法。
８．焼入れ時の冷却停止から、再加熱を開始するまでを１８０ｓ以内で連続して行うことを特徴とする１乃至７の何れか一つに記載の高強度・高靭性鋼の製造方法。
本発明によれば、焼戻しをＡｃ１を超える温度で行い、加熱速度、温度、滞留時間の制御によって強度低下を最小限にとどめるとともに、逆変態組織による破面単位の微細分割を可能にしたことで、引張強さ５９０ＭＰａ以上の高強度と破面遷移温度ｖＴｒｓが−４０℃以下の高靭性の、強度−靭性バランスに優れた高強度・高靭性鋼が得られ、産業上極めて有用である。
以下、本発明を詳細に説明する。成分組成における％は質量％とする。
［成分組成］
Ｃ：０．０１〜０．２０％
Ｃは鋼板の強度を確保するため、少なくとも０．０１％は必要であり０．２０％を越えて添加すると著しく溶接性を低下させるため、０．０１％以上、０．２０％以下（以下、０．０１〜０．２０％）とする。
［成分組成］
Ｃ：０．０１〜０．２０％
Ｃは鋼板の強度を確保するため、少なくとも０．０１％は必要であり０．２０％を越えて添加すると著しく溶接性を低下させるため、０．０１％以上、０．２０％以下（以下、０．０１〜０．２０％）とする。
Ｓｉ：０．０１〜０．８０％
Ｓｉは脱酸に必要な元素であるが、０．０１％未満ではその効果は少なく、０．８０％を越えて添加すると溶接性および母材靭性を著しく低下させるため、０．０１〜０．８０％とする。
Ｓｉは脱酸に必要な元素であるが、０．０１％未満ではその効果は少なく、０．８０％を越えて添加すると溶接性および母材靭性を著しく低下させるため、０．０１〜０．８０％とする。
Ｍｎ：０．２０〜２．５０％
ＭｎはＣと同様に鋼板の強度を確保するために必要であるが、過剰に添加すると溶接性を損なうため、０．２０〜２．５０％とする。
ＭｎはＣと同様に鋼板の強度を確保するために必要であるが、過剰に添加すると溶接性を損なうため、０．２０〜２．５０％とする。
Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．００７０％以下
Ｐ、Ｓは不純物として鋼中に不可避的に含有される元素であり、鋼母材や、溶接熱影響部の靭性を劣化させるため、経済性を考慮して可能な範囲で低減する事が好ましく、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．００７０％以下とする。
Ｐ、Ｓは不純物として鋼中に不可避的に含有される元素であり、鋼母材や、溶接熱影響部の靭性を劣化させるため、経済性を考慮して可能な範囲で低減する事が好ましく、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．００７０％以下とする。
Ａｌ：０．００４〜０．１０％以下
Ａｌは脱酸元素であり、０．００４％未満ではその効果は十分ではなく、過剰に添加すると靭性の劣化をもたらすため、０．００４〜０．１０％以下とする。
Ａｌは脱酸元素であり、０．００４％未満ではその効果は十分ではなく、過剰に添加すると靭性の劣化をもたらすため、０．００４〜０．１０％以下とする。
本発明の基本成分組成は以上であるが、更に所望の特性を向上させる場合、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂ、Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭの１種または２種以上を選択元素として添加する。
Ｔｉ：０．００５〜０．２０％
Ｔｉは母材の靭性確保や溶接熱影響部での靭性を確保するのに有効であり、０．００５％以上でその効果を発揮し、０．２０％を超えて添加すると靭性の著しい低下をもたらすため、添加する場合は、０．００５〜０．２０％とする。
Ｔｉは母材の靭性確保や溶接熱影響部での靭性を確保するのに有効であり、０．００５％以上でその効果を発揮し、０．２０％を超えて添加すると靭性の著しい低下をもたらすため、添加する場合は、０．００５〜０．２０％とする。
Ｃｕ：０．０１〜２．０％
Ｃｕは強度を増加させることが可能で、０．０１％以上でその効果を発揮し、２．０％を超えて添加すると熱間脆性により鋼板表面の性状を劣化するため、添加する場合は、０．０１〜２．０％とする。
Ｃｕは強度を増加させることが可能で、０．０１％以上でその効果を発揮し、２．０％を超えて添加すると熱間脆性により鋼板表面の性状を劣化するため、添加する場合は、０．０１〜２．０％とする。
Ｎｉ：０．０１〜９．０％
Ｎｉは母材の強度を増加させつつ靭性も向上させることが可能で０．０１％以上で効果を発揮し、９．０％以上では効果が飽和し経済的に不利であるため、添加する場合は、０．０１〜９．０％とする。
Ｎｉは母材の強度を増加させつつ靭性も向上させることが可能で０．０１％以上で効果を発揮し、９．０％以上では効果が飽和し経済的に不利であるため、添加する場合は、０．０１〜９．０％とする。
Ｃｒ：０．０１〜２．０％、Ｍｏ：０．０１〜２．０％
Ｃｒ，Ｍｏはいずれも強度を増加させるのに有効であり、０．０１％以上でその効果を発揮し、それぞれ２．０％を超えて添加すると著しく靭性を劣化させるため、添加する場合は、それぞれ０．０１〜２．０％とする。
Ｃｒ，Ｍｏはいずれも強度を増加させるのに有効であり、０．０１％以上でその効果を発揮し、それぞれ２．０％を超えて添加すると著しく靭性を劣化させるため、添加する場合は、それぞれ０．０１〜２．０％とする。
Ｎｂ：０．００３〜０．１％、Ｖ：０．００３〜０．５％
Ｎｂ、Ｖは母材の強度と靭性を向上させるのに有効であり、０．００３％以上の添加で効果を発揮する。しかし、それぞれ０．１％，０．５％を超えると靭性の低下を招くおそれがあるため、添加する場合は、Ｎｂ：０．００３〜０．１％、Ｖ：０．００３〜０．５％とする。
Ｎｂ、Ｖは母材の強度と靭性を向上させるのに有効であり、０．００３％以上の添加で効果を発揮する。しかし、それぞれ０．１％，０．５％を超えると靭性の低下を招くおそれがあるため、添加する場合は、Ｎｂ：０．００３〜０．１％、Ｖ：０．００３〜０．５％とする。
Ｂ：０．０００５〜０．００４０％
Ｂは焼入れ性の向上によって強度を増加させる。この効果は０．０００５％以上で顕著になり０．００４０％を越えて添加しても効果は飽和するため、添加する場合は、０．０００５〜０．００４０％とする。
Ｂは焼入れ性の向上によって強度を増加させる。この効果は０．０００５％以上で顕著になり０．００４０％を越えて添加しても効果は飽和するため、添加する場合は、０．０００５〜０．００４０％とする。
Ｃａ：０．０００１〜０．００６０％、Ｍｇ：０．０００１〜０．００６０％、ＲＥＭ：０．０００１〜０．０２００％
Ｃａ，Ｍｇ、ＲＥＭは鋼中のＳを固定して鋼板の靭性を向上させる働きがあり、０．０００１％以上の添加で効果がある。しかし、それぞれ０．００６０％、０．００６０％、０．０２００％を超えて添加すると鋼中の介在物量が増加し靭性をかえって劣化させるため、添加する場合は、Ｃａ：０．０００１〜０．００６０％、Ｍｇ：０．０００１〜０．００６０％、ＲＥＭ：０．０００１〜０．０２００％とする。
Ｃａ，Ｍｇ、ＲＥＭは鋼中のＳを固定して鋼板の靭性を向上させる働きがあり、０．０００１％以上の添加で効果がある。しかし、それぞれ０．００６０％、０．００６０％、０．０２００％を超えて添加すると鋼中の介在物量が増加し靭性をかえって劣化させるため、添加する場合は、Ｃａ：０．０００１〜０．００６０％、Ｍｇ：０．０００１〜０．００６０％、ＲＥＭ：０．０００１〜０．０２００％とする。
上記した成分以外の残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物からなる。
［製造条件］
上記した組成を有する溶鋼を、転炉、電気炉等の溶製手段で常法により溶製し、連続鋳造法または造塊〜分塊法等で常法によりスラブ等の鋼素材とすることが好ましい。なお、
溶製方法、鋳造法については上記した方法に限定されるものではない。その後、所望の形状に圧延後、直接焼入れ焼戻しを行う。
上記した組成を有する溶鋼を、転炉、電気炉等の溶製手段で常法により溶製し、連続鋳造法または造塊〜分塊法等で常法によりスラブ等の鋼素材とすることが好ましい。なお、
溶製方法、鋳造法については上記した方法に限定されるものではない。その後、所望の形状に圧延後、直接焼入れ焼戻しを行う。
１．圧延
圧延は、スラブ等の鋼素材を、所望の形状とするために行い、終了温度は、微細な焼入れ組織とするため、Ａｒ３変態点（以下、Ａｒ３）以上の温度域とする。
圧延は、スラブ等の鋼素材を、所望の形状とするために行い、終了温度は、微細な焼入れ組織とするため、Ａｒ３変態点（以下、Ａｒ３）以上の温度域とする。
２．焼入れ
焼入れ後の組織をマルテンサイト主体の組織とするために、圧延後Ａｒ３以上の温度から４００℃以下、好ましくは３００℃以下の温度に焼入れる。Ａｒ３以下の温度から焼入れるとフェライトが一部に析出するために再加熱熱処理時に強度低下が大きくなり所定の強度が得られなくなる。
焼入れ後の組織をマルテンサイト主体の組織とするために、圧延後Ａｒ３以上の温度から４００℃以下、好ましくは３００℃以下の温度に焼入れる。Ａｒ３以下の温度から焼入れるとフェライトが一部に析出するために再加熱熱処理時に強度低下が大きくなり所定の強度が得られなくなる。
３．焼戻し
焼戻し処理は、逆変態により、焼入れ後の組織を、旧オ〜ステナイト（γ）粒の結晶方位と異なる微細マルテンサイト組織あるいは下部ベイナイト組織とし、破面単位を微細分割し、靭性を向上させるため、Ａｃ１〜Ａｃ１＋１００℃の温度域に加熱する。Ａｃ１＋４０℃〜Ａｃ１＋１００℃に加熱した場合に最も組織の微細化が図られ、靭性が向上する。
焼戻し処理は、逆変態により、焼入れ後の組織を、旧オ〜ステナイト（γ）粒の結晶方位と異なる微細マルテンサイト組織あるいは下部ベイナイト組織とし、破面単位を微細分割し、靭性を向上させるため、Ａｃ１〜Ａｃ１＋１００℃の温度域に加熱する。Ａｃ１＋４０℃〜Ａｃ１＋１００℃に加熱した場合に最も組織の微細化が図られ、靭性が向上する。
当該温度域に加熱されると、旧オ〜ステナイト（γ）粒は、圧延時のオ〜ステナイト（γ）粒径が微細でかつ焼戻し時に再変態オ〜ステナイト（γ）が微細に析出することにより微細分割される。
マルテンサイト主体の組織をもつ鋼は、旧オ〜ステナイト（γ）粒径を細かくすることにより高靭性が得られ、旧オ〜ステナイト（γ）粒径が３０μｍを超えていると破壊の破面単位が大きくなって靭性の低下に繋がり、微細化されると向上する。
当該温度域での滞留時間は、９０ｓを超えると、強度低下が生じるため、９０ｓ以内とする。
また、当該温度域までの加熱速度は、１℃／ｓ未満の場合、所定の加熱温度に到達するまでに転位の消滅や回復により著しく強度が低下し、また、逆変態組織にＣが濃化して靭性が劣化するため、１℃／ｓ以上とする。
５℃／ｓ以上とすると、さらに強度低下が抑制されるとともに組織の微細化が促進され、強度・靭性バランスがより向上して好ましい。尚、加熱速度は、再加熱開始から終了までの平均加熱速度とする。
上記のように、加熱速度、２相域での加熱温度、２相域の滞留時間の組合せを厳密にコントロールすることで、強度の低下を抑制しつつ、組織の微細化を通して高靭化が図られる。
本発明で、２相域での加熱温度は、鋼材の表面と中心部の平均温度とする。鋼材全体がＡｃ１〜Ａｃ１＋１００℃に加熱されず、鋼材中央部が一部４００℃以上Ａｃ１未満に焼戻される場合でも、焼入れ速度の遅い中心部の焼戻しマルテンサイトは高靭性であることや鋼材の靭性にとっては表面近傍の靭性が重要であることから本発明の効果は得られる。従って、本発明においては必ずしも鋼材全体を均一にＡｃ１〜Ａｃ１＋１００℃に加熱する必要はない。
Ａｃ１を超える熱処理の冷却過程において、少なくともＡｃ１から６００℃以下の温度域を空冷以上の冷却速度で加速冷却を実施しても、同等の性能が得られる。
加速冷却を実施した場合に生成する硬質相による靭性劣化を抑制するために、必要に応じて更にＡｃ１以下の温度で焼戻しを実施しても良い。
焼入れ後に行うＡｃ１以上の温度に加熱する熱処理（焼戻し）は、焼入れ後に室温まで冷却した後、再加熱しても効果はあるが、好ましくは４００℃以下に冷却後、冷却停止から１８０ｓ以内に連続して再加熱処理を開始すると、転位密度の確保や析出物の粗大化防止の点から高強度・高靭性を得ることが容易で好ましい。
１８０ｓを超えると転位の開放により強度の低下が起こり、また、Ｃの拡散によってセメンタイトなどの炭化物の成長が起こるので、破壊の起点が粗大化し靭性が低下する傾向がある。
尚、焼入れ、焼戻しにおいて、Ａｒ３、Ａｃ１は下記の式を利用して求めることできる。但し、各式において、各元素は添加量：質量％を示す。
Ａｒ３＝９１０−２７３Ｃ−７４Ｍｎ−５６Ｎｉ−１６Ｃｒ−９Ｍｏ−５Ｃｕ
Ａｃ１＝７５１−２６．６Ｃ＋１７．６Ｓｉ−１１．６Ｍｎ−１６９Ａｌ−２３Ｃｕ−
２３Ｎｉ＋２４．１Ｃｒ＋２２．５Ｍｏ＋２３３Ｎｂ−３９．７Ｖ−５．７Ｔｉ−８９５Ｂ
本発明は厚板、形鋼、棒鋼など種々の形状の鋼製品に適用可能である。「厚板」とは、板厚６ｍｍ以上の鋼板を指すものとする。
Ａｒ３＝９１０−２７３Ｃ−７４Ｍｎ−５６Ｎｉ−１６Ｃｒ−９Ｍｏ−５Ｃｕ
Ａｃ１＝７５１−２６．６Ｃ＋１７．６Ｓｉ−１１．６Ｍｎ−１６９Ａｌ−２３Ｃｕ−
２３Ｎｉ＋２４．１Ｃｒ＋２２．５Ｍｏ＋２３３Ｎｂ−３９．７Ｖ−５．７Ｔｉ−８９５Ｂ
本発明は厚板、形鋼、棒鋼など種々の形状の鋼製品に適用可能である。「厚板」とは、板厚６ｍｍ以上の鋼板を指すものとする。
表１に示す組成の溶鋼を転炉で溶製し、連続鋳造法で２５０ｍｍ厚のスラブ（鋼素材）とし、表２に示す熱間圧延条件により１２〜５０ｍｍ厚の鋼板を作製した。表１において、鋼記号Ｘ、Ｙ、Ｚの供試鋼は成分組成のいずれかが本発明範囲外となっている。
得られた厚鋼板について、板厚方向１／４の位置から６φのミクロ引張試験片を採取して、ＪＩＳ Ｚ ２２４１（１９９８）の規定に準拠して引張試験を実施し、引張強さＴＳおよび０．２％耐力ＹＳを求めた。
また、板厚方向１／４の位置からＪＩＳ Ｚ ２２０２（１９９８）の規定に準拠して、Ｖノッチ標準寸法のシャルピ−衝撃試験片を採取して、ＪＩＳ Ｚ ２２４２（１９９８）の規定に準拠して衝撃試験を実施し、破面遷移温度ｖＴｒｓを求めた。
更に、板厚方向１／４の位置から組織観察用試験片を採取し、走査型電子顕微鏡により２相域加熱部の平均旧オ−ステナイト（γ）粒径を線分法にて測定した。
表３にこれらの試験結果を示す。引張強度ＴＳ：７８０ＭＰａ以上、降伏強度ＹＳ：６５０ＭＰａ以上および靭性（ｖＴｒｓ）：−４０℃以下を本発明例とした。
成分組成、製造条件の規定のいずれかが本発明範囲外となった鋼板Ｎｏ．４，８，９，１４〜１８，２８〜３０は、本発明例鋼板Ｎｏ．１〜３、５〜７、Ｎｏ．１０〜１３、Ｎｏ．１９〜２７と比較して引張強度ＴＳ、降伏強度ＹＳおよび靭性の少なくとも一つの特性が劣る。
Ｎｏ．２、３，５，７，１４，１５，１８は、それぞれ、同じ鋼記号Ｂの鋼を用いて、焼戻し温度を変化させた実施例で、いずれもＡｃ１〜Ａｃ１＋１００℃の温度域での滞留時間が９０秒以内となっている。
焼戻し温度をＡｃ1〜Ａｃ1＋１００℃の加熱範囲とするとｖＴｒｓとして−４０℃以下が得られ、特にＡｃ1＋４０〜Ａｃ1＋１００℃の範囲では優れた靭性でｖＴｒｓ≦−６０を満足している。当該温度領域では、旧γ粒が10μｍ未満となっており、微細化により靭性向上の図られることが認められる。
また、Ｎｏ．３，９，１０，１１，１２，１３は、それぞれ、同じ鋼記号Ｂの鋼を用いて、焼戻しの加熱速度を変化させた実施例で、いずれもＡｃ１〜Ａｃ１＋１００℃の温度域での滞留時間は９０秒以内となっている。
加熱速度が１℃／ｓ以上の加熱でｖＴｒｓ≦−４０℃を満足し、さらに、加熱速度５℃／ｓ以上のＮｏ．３，１２，１３ではｖＴｒｓ≦−６０℃を満足している。これらの靭性向上は、旧γ粒の微細化に対応するもので、特に５℃／ｓ以上とした場合には１０μｍ以下の旧γ粒径が得られている。
Claims (8)
- 質量％で、Ｃ：０．０１〜０．２０％、
Ｓｉ：０．０１〜０．８０％、
Ｍｎ：０．２０〜２．５０％、
Ｐ：０．０２０％以下、
Ｓ：０．００７０％以下、
ｓｏｌ．Ａｌ：０．００４〜０．１００％
、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼素材を、圧延終了温度をＡｒ３以上の温度域とする熱間圧延を施し、ついで、Ａｒ３以上の温度域から、４００℃以下へ焼入れ後、Ａｃ１〜Ａｃ１＋１００℃の温度域へ再加熱処理し、該再加熱処理は、再加熱温度までの加熱速度が１℃／ｓ以上でかつＡｃ１〜Ａｃ１＋１００℃の温度域での滞留時間が９０秒以内で行うことを特徴とする高強度・高靭性鋼の製造方法。 - 鋼組成に、更に、質量％で、
Ｔｉ：０．００５〜０．２０％
Ｃｕ：０．０１〜２．０％
Ｎｉ：０．０１〜９．０％
Ｃｒ：０．０１〜２．０％
Ｍｏ：０．０１〜２．０％
Ｎｂ：０．００３〜０．１％
Ｖ：０．００３〜０．５％
Ｂ：０．０００５〜０．００４０％
Ｃａ：０．０００１〜０．００６０％
Ｍｇ：０．０００１〜０．００６０％
ＲＥＭ：０．０００１〜０．０２００％
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に記載の高強度・高靭性鋼の製造方法。 - 焼入れ温度が４００℃以下で、再加熱温度がＡｃ１＋４０℃〜Ａｃ１＋１００℃であることを特徴とする請求項１または２記載の高強度・高靭性鋼の製造方法。
- 焼入れ温度が４００℃以下で、再加熱温度がＡｃ１〜Ａｃ１＋１００℃で、再加熱する際の加熱速度が５℃／ｓ以上であることを特徴とする請求項１または２記載の高強度・高靭性鋼の製造方法。
- 焼入れ停止温度が４００℃以下で、再加熱温度がＡｃ１＋４０℃〜Ａｃ１＋１００℃で、再加熱温度までの加熱速度が５℃／ｓ以上であることを特徴とする請求項１または２記載の高強度・高靭性鋼の製造方法。
- 焼入れ後に行う熱処理は、加熱保持後、少なくともＡｃ１から６００℃以下までの温度域を加速冷却することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一つに記載の高強度・高靭性鋼の製造方法。
- 加速冷却後、更に焼戻しを行うことを特徴とする請求項６記載の高強度・高靭性鋼の製造方法。
- 焼入れ時の冷却停止から、再加熱を開始するまでを１８０ｓ以内で連続して行うことを特徴とする請求項１乃至７の何れか一つに記載の高強度・高靭性鋼の製造方法。
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