JP2013501147A - 高靭性非調質圧延鋼材及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
Cは、圧延鋼材の強度を向上させることができる元素である。Cの含量が0.15重量%未満の場合は、熱間圧延後に圧延鋼材の引張強度を十分に確保することができない。これに反し、Cの含量が0.30重量%を超える場合は、フェライト及びパーライトの微細組織形成の傾向性が強くなるため、必要以上の強度を確保するようになって、靭性が悪くなる。したがって、上記Cの含量は0.15〜0.30重量%に限定することが好ましい。
Siの含量が0.1重量%未満の場合は、熱間圧延鋼材と最終製品に要求される強度水準に到達することができないという問題点がある。Siの含量が0.2重量%を超える場合は、冷間引抜及び鍛造工程中に加工硬化現象が急激に起こるため加工性が落ちる。したがって、上記Siの含量は0.1〜0.2重量%に限定することが好ましい。
Mnは、マトリックス内に置換型固溶体を形成する固溶強化元素であり、これにより、靭性を低下させず且つ強度を確保することができる有用な元素である。本発明では、通常の非調質鋼材に比べてMnの含量を高くすることを特徴とする。Mnの含量が1.8重量%未満の場合は、Mnの偏析による偏析帯の影響は殆どないが、固溶強化による強度確保及び靭性の効果は期待することが困難である。Mnの含量が3.0重量%を超える場合は、固溶強化の効果よりは、Mn偏析によって製品特性に有害な影響を及ぼす。
Pは、製造時に不可避に含有される元素であり、結晶粒界に偏析されて靭性を低下させる主要原因であるため、できる限り低く制御することが好ましい。理論上、Pの含量を0%に制限することが可能であるが、製造工程上、必然的に添加せざるを得ない。上限を管理することが重要であり、上記Pの含量の上限は0.035重量%に限定することが好ましい。
Sは、製造時に不可避に含有される元素であり、低融点元素に粒界偏析されて靭性を低下させ硫化物を形成させて、遅延破壊抵抗性及び応力弛緩特性に有害な影響を及ぼすため、できる限り低く制御することが好ましく、理論上、Sの含量を0%に制限することが可能であるが、製造工程上、必然的に添加せざるを得ない。上限を管理することが重要であり、上記Sの含量の上限は0.040重量%に限定することが好ましい。
上記温度範囲でビレットの加熱を行うことにより、オーステナイト単相を維持し、オーステナイト結晶粒の粗大化を防止することができ、残存する偏析、炭化物及び介在物を効果的に溶解することができる。ビレットの加熱温度がAe3+250℃を超える場合は、オーステナイト結晶粒が非常に粗大になって、冷却後に形成される最終微細組織が粗大化される傾向が強いため、高強度及び高靭性線材を獲得することができない。これに反し、ビレットの加熱温度がAe3+150℃未満の場合は、加熱による上記効果が得られない。
上記冷却速度は熱間圧延前の冷却段階において微細組織の変態を最小化する目的で制限したものである。熱間圧延前の冷却速度が5℃/s未満の場合は、生産性が減少し、空冷を維持するためには追加の装置が必要である。また、加熱時間を長時間維持した場合のように熱間圧延完了後に圧延鋼材の強度と靭性が低下することがある。これに反し、冷却速度が15℃/sを超える場合は、圧延前ビレットが有する変態の駆動力が増加して圧延中に新たな微細組織が出現する可能性が高くなり、圧延温度を低い温度に再設定しなければならないという深刻な問題をもたらすようになる。
Ae3+50℃〜Ae3+100℃の範囲で圧延する場合、圧延中に変形による微細組織の出現が抑制され、再結晶が発生せずサイジング圧延のみが可能である。圧延温度がAe3+50℃未満の場合は、圧延温度が動的再結晶温度に近接して本発明が意図しようとする微細組織を獲得することが困難であり、一般軟質のフェライトが確保される可能性が非常に高い。これに反し、圧延温度がAe3+100℃を超える場合は、冷却後再度加熱しなければならないという問題が発生する。
上記冷却速度は、Mn添加によってCの拡散が阻止され不完全パーライトが非常に効果的に生成されることができる冷却速度である。冷却速度が0.5℃/s未満の場合は、冷却速度が遅すぎて層状又は不完全パーライトが生成されず、球状化形態を有するセメンタイトが生成されて、強度が急激に減少するようになる。この場合、靭性が非常に高くなって、他の製品には効果的に適用することもできるが、本発明で意図しようとするものではない。しかしながら、冷却速度が1.5℃/sを超える場合は、Mn添加による硬化能向上によってフェライト/パーライト変態が遅延されて、マルテンサイト/ベイナイトのような低温組織が発生することがある。
Claims (13)
- 重量%で、C:0.15〜0.30%、Si:0.1〜0.2%、Mn:1.8〜3.0%、P:0.035%以下、S:0.040%以下、残部Fe及びその他の不可避な不純物を含み、微細組織はパーライトとフェライトから構成される、高靭性非調質圧延鋼材。
- 前記圧延鋼材の微細組織はパーライト40〜60%と残部フェライトから構成される、請求項1に記載の高靭性非調質圧延鋼材。
- 前記パーライトは厚さが150nm以下のセメンタイトを含む、請求項1に記載の高靭性非調質圧延鋼材。
- 前記パーライト内に含まれるセメンタイトの縦横比(幅:厚さ)が30:1以下である、請求項1に記載の高靭性非調質圧延鋼材。
- 前記パーライト内に含まれるセメンタイトは不連続的な形態を有する、請求項1に記載の高靭性非調質圧延鋼材。
- 前記パーライトは不完全パーライトである、請求項1に記載の高靭性非調質圧延鋼材。
- 前記圧延鋼材の引張強度は650〜750MPa、断面減少率(RA)は60〜70%である、請求項1に記載の高靭性非調質圧延鋼材。
- 請求項1から7のいずれか一項に記載の圧延鋼材を冷間伸線した伸線材であって、前記伸線材の引張強度は800〜900MPaである、高靭性非調質伸線材。
- 重量%で、C:0.15〜0.30%、Si:0.1〜0.2%、Mn:1.8〜3.0%、P:0.035%以下、S:0.040%以下、残部Fe及びその他の不可避な不純物を含むビレットをAe3+150℃〜Ae3+250℃の範囲で加熱する段階と、
前記加熱されたビレットをAe3+50℃〜Ae3+100℃の範囲まで1次冷却する段階と、
前記冷却されたビレットをAe3+50℃〜Ae3+100℃で圧延して圧延鋼材を製造する段階と、
前記圧延鋼材を600℃以下まで2次冷却する段階と、
を含む、高靭性非調質圧延鋼材の製造方法。 - 前記加熱段階において前記ビレットの加熱は30分〜1時間30分間行われる、請求項9に記載の高靭性非調質圧延鋼材の製造方法。
- 前記1次冷却段階において冷却速度は5〜15℃/sの範囲である、請求項9に記載の高靭性非調質圧延鋼材の製造方法。
- 前記2次冷却段階において冷却速度は0.5〜1.5℃/sの範囲である、請求項9に記載の高靭性非調質圧延鋼材の製造方法。
- 請求項9から12のいずれか一項に記載の圧延鋼材を冷間伸線する段階を含む、高靭性非調質伸線材の製造方法。
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