JP2012229455A - 強度、延性及び衝撃エネルギー吸収能に優れた高強度鋼材並びにその製造方法 - Google Patents
強度、延性及び衝撃エネルギー吸収能に優れた高強度鋼材並びにその製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】
本発明は、建造物や橋梁等の構造物、自動車の足回り鋼材、機械用歯車等部品に使用される鋼材として、高強度かつ高延性で、エネルギー吸収能に優れた厚鋼板、形鋼、異形棒鋼、棒鋼及び鋼線等の鋼材を製造するため、安価なMn及びSiを添加した低C鋼を素材とし、短時間圧延処理により、γ/α生成比率を制御した2相組織鋼材を提供することにより解決するものである。
【選択図】図3
Description
本発明に係る高強度鋼材における化学成分組成の範囲は以下の通りである(以下、成分の%はすべて質量%を示す)。
本願発明品の製造方法の製造工程中で、最も特徴的な条件である累積塑性相当ひずみ2.0以上の塑性加工においては、ひずみ導入による転位増殖により95体積%以上を占める微細なラスマルテンサイト中のCを新たに生成されるオーステナイト(γ)中に高速で排出することにより、主相をフェライト、第二相をオーステナイトとするために、高いMn含有量が効果的作用を発揮する。
これらの作用効果を十分に発揮させるためには、Mn含有量を4.5%以上とすることが望ましい。一方、Mnが高濃度になると、鋼材の低温靭性を劣化させること、及び過度に高濃度になると凝固時の鋼中Mnの偏析が過大となり材料内部の均一性を害する。また、素材の調製工程における熱間加工工程において表面割れが発生し易くなる。よって、上限を5.5%とする。
次に、本発明に係る高強度鋼材のミクロ組織について説明する。
本発明に係る高強度鋼材のミクロ組織は、主相がフェライトであり、第2相がオーステナイト(γR)からなる2相組織であり、その際、オーステナイト(γR)の分率が30体積%以上を占めることである。第2相にはオーステナイト(γR)の他には、実質的にポリゴナルフェライト、準ポリゴナルフェライト、ベイナイト、ベイニティックフェライト、焼戻しマルテンサイト、パーライト及びセメンタイトの内のいずれをも含んでいない組織である。実質的に含んでいないとは、倍率10000倍のSEM及びTEMによる観察でもその存在が確認されないことを意味する。かかるミクロ組織を有することは、所要の機械的特性値を満たすための必要条件の一つであり、そのためには上述した鋼の化学成分組成を満たすことを前提条件とするものである。
上記化学成分組成を有する鋼材であって、かかる機械的特性値を備えた鋼材は、これまで見当たらないのである。
次に、本発明の鋼材を得るための好ましい製造方法を説明する。
(1)素材(0.1%C−2%Si−5%Mn鋼)の熱間塑性加工条件について
上記で得られた素材の熱間における塑性加工方式としては、工業的に行われている厚鋼板製造ラインにおける平ロール圧延、極厚鋼板製造ラインにおける鍛造、棒鋼又は鋼線材製造ラインにおける溝ロール圧延、及び条鋼又は形鋼製造ラインにおける形ロール圧延の内のいずれであってもよい。これらいずれかの加工方式により、素材に対して所要の塑性相当ひずみを与える。
この製造方法は、上記(1)項で得られた95体積%以上を占めるラスマルテンサイトの主相と5体積%未満の残留オーステナイトの第2相とからなる鋼材料に、675〜750℃の範囲内において、累積塑性相当ひずみが1.5以上の塑性加工を施す。この方法は、フェライト/オーステナイトの2相領域の最適温度で大ひずみを加えることにより、材料中の元素の拡散速度を大きく高める効果が発揮され、同時に比較的低温における大ひずみによる動的再結晶による超微細化により、オーステナイト体積分率の高いフェライト/オーステナイト組織が形成される。この際、高温域で付加された圧延により、圧延に平行した面における伸長したフェライト粒のアスペクト比が4.5以上かつオーステナイトのアスペクト比が9.0以上となることが特徴である。
(1)実施例1の第1試験工程:素材を熱間鍛造
鋼塊(真空溶解した後、真空鋳造し、得られた縦95mm×横95mm×高さ450mmの鋼塊)の一部を素材とした。化学成分組成は表1に示したものであり、0.10%C−2%Si−5%Mn系の炭素鋼である。
熱間鍛造で得られた38mm角の棒材を、温間溝ロール圧延により、17.5mm角の棒鋼とした。圧延条件は、材料を675℃で1時間加熱保持した後、圧延を3パスした後に675℃で5分間保持し(第1工程)、また圧延を3パスした後に675℃で5分間保持し(第2工程)、更に圧延を3パスした後に、材料全体を直線状に矯正するための矯正ロールを行なって、17.5mm角の棒鋼に仕上げた。かくしてこの間の温間溝ロール圧延における累積塑性相当ひずみは2.06であり、圧延の温度は675〜705℃の範囲内であった。この溝ロール圧延後、空冷した。圧延終了時の温度は705℃であった。
上記温間温度域における溝ロール圧延により得られた棒鋼のミクロ組織は、図2に示すEBSDマップ像の通りである。棒鋼の軸芯部における像である。図2は、L方向断面におけるEBSDマップ像であり、70%のフェライトと30%の残留オーステナイトとからなる2相組織を示している。
一方、L方向断面でのフェライト粒は図2に示した通り圧延方向に伸展している。
図3に、実施例1の鋼材の応力−ひずみ曲線を示す。なお、引張試験は、L方向の丸棒引張試験片(試験部分の平行部直径が3.5mmφ、長さが24.5mm)で行った。
引張試験結果によれば、引張強さ(TS)=1,255MPa、伸び(El)=34.8%であり、引張強さ(TS)×伸び(El)=43,674MPa・%と優れていた。また、絞り(RA)は68.0%と優れていた。
Claims (2)
- 化学成分組成が、質量%で、
C :0.05〜0.20%、
Si:1.0〜3.5、
Mn:4.5〜5.5%、
Al:0.001〜0.080%
P:0.030%以下、
S:0.020%以下、
N:0.010%以下
Nb:0.01〜0.050%以下
であって、残部がFe及び不可避不純物からなり、
ミクロ組織として、主相がフェライトであり第2相が30体積%以上を占めるオーステナイトからなる2相組織であり、
前記ミクロ組織の主相フェライトの長径が4.5μm以下、短径が1.0μm以下、アスペクト比が4.5以上であり、第2相オーステナイトの長径が4.5μm以下、短径が0.5μm以下、アスペクト比が9.0以上であり、圧延方向に平行な断面において、前記主相フェライトの長軸平均結晶粒径が4.5μm以下、短軸平均結晶粒径が1.0μm以下、アスペクト比が4.5以上、前記第2相オーステナイト長軸平均結晶粒径が4.5μm以下、短軸平均結晶粒径が0.5μm以下、アスペクト比が9.0以上であり、
機械的性質として、引張強さ(TS)が1200MPa以上で、伸び(El)が30%以上であって、且つ引張強さと伸びとの積(TS×El)が40000MPa・%以上であることを特徴とする強度、延性及びエネルギー吸収能に優れた高強度鋼材。 - 強度、延性及びエネルギー吸収能に優れた高強度鋼材の製造方法であって、
請求項1に記載の化学成分組成の鋼の素材を、
1200℃に均一加熱し、鍛造により減面率88%以上の減面率の加工を施した後、室温まで空冷し、更に、660〜690℃の温度範囲で80%以上の減面率の加工を行い、空冷しすることにより、請求項1に記載の2相ミクロ組織となすことを特徴とする強度、延性及びエネルギー吸収能に優れた高強度鋼材の製造方法。
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