JP2018506642A - 熱処理鋼材、耐久性に優れた超高強度成形品及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
Mn/Si≧5
Mo/P≧15
Mn/Si≧5
Mo/P≧15
Mn/Si≧5
Mo/P≧15
上記Cは、成形用鋼板において硬化能を高め、金型冷却または焼入れ熱処理後の強度を決定する最も重要な元素である。Cの含量が0.22%未満であると、1500Mpa以上の強度を確保することが困難であり、Cの含量が0.42%を超えると、強度が過度に高くなり、熱間プレス成形用鋼管を製造する際に溶接部の周りに応力が集中され、亀裂を引き起こす可能性が高くなるため、0.42%以下に限定することが好ましい。
上記Siは、成形用鋼板の硬化能を向上するよりは、成形用鋼管を製造する際にMnとともに溶接部の品質を決定する重要な元素である。Siの添加量が増加するほど、溶接部に酸化物が残存する可能性が高くなって、偏平や拡管時の性能を満たすことができないことがある。Siの含量が低いほど有利であるが、不純物として存在する最小量である0.05%以上に規制し、Siの含量が0.3%を超えると、溶接部の品質が不安定になる恐れがある。したがって、Si含量の上限値は0.3%に制限することが好ましく、0.10〜0.25%に限定することがより好ましい。
上記Mnは、Cとともに成形用鋼板の硬化能を向上させ、金型冷却または焼入れ熱処理後の強度を決定するにおいてCの次に重要な元素である。しかし、電気抵抗溶接法により成形用鋼管を製造する場合、鋼管の溶接品質はSiとMnの重量比に依存するため、Mnの含量が低くなると、溶接部における溶融体の流動性が増加して酸化物の排除が容易であるが、熱処理後の強度が減少するため、下限値を1.0%に規制し、逆にMnの含量が増加すると、強度の上昇には有利であるが、溶接部における溶融体の流動性が減少して酸化物が溶接部に残存する可能性が高くなり、熱処理後の曲げ性が低下する。したがって、その上限値は1.5%に限定することが好ましく、1.1〜1.4%に限定することがより好ましい。
上記Alは、脱酸剤の役割をする元素である。
上記Pは、不純物として不可避に含有される元素であって、成形後の強度に殆ど影響しない元素である。しかし、成形前の溶体化加熱工程または成形後の加熱工程でオーステナイト粒界に偏析されて曲げ性や疲労特性を低下させるため、本発明ではP含量の上限を0.01%に限定し、好ましくは0.008%未満に制御し、より好ましくは0.006%未満に制御する。
上記Sは、鋼中の不純物元素であって、Mnと結合して伸びた硫化物で存在する場合、鋼管を製造する際に溶接隣接部の表面から内側に形成されるメタルフローに沿って亀裂が生じやすいか、鋼板状態では冷却または焼入れ熱処理後の鋼板の靭性を劣化させる元素であるため、0.005%以下に制限することが好ましい。より好ましくは0.003%以下に制限し、さらに好ましくは0.002%以下に制限する。
上記Moは、Crとともに成形用鋼板の焼入れ性を向上させ、焼入れ強度の安定化に寄与する元素である。さらに、熱間圧延及び冷間圧延時の焼鈍工程、及び成形工程の加熱段階でオーステナイト温度域を低い温度側に拡大させ、鋼中のPの偏析を緩和させるのに効果的な元素である。
上記Tiは、成形工程の加熱過程または成形後の加熱工程で、TiN、TiCまたはTiMoC析出物によるオーステナイト結晶粒の成長を抑制する効果があり、また、他の側面では、鋼中のTiN析出が十分であると、オーステナイト組織の焼入れ性の向上に寄与する有効B量を増加させる効果を誘発し、金型冷却または焼入れ熱処理後の強度を安定して向上させるのに有効な元素である。
上記Crは、Mn、Cとともに成形用鋼板の硬化能を向上させ、金型冷却または焼入れ熱処理後の強度増加に寄与する重要な元素である。
上記Bは、成形用鋼板の硬化能の増加に非常に有用な元素であって、極微量を添加しても、金型冷却または焼入れ熱処理後の強度の増加に大きく寄与する。
上記Nは、不純物として不可避に含有される成分であって、連続鋳造工程中にAlNなどの析出を促進し、連鋳鋳片の角の亀裂を誘発する。これに対し、TiNなどの析出物を形成して拡散性水素の吸蔵源として作用することが知られており、析出量を適切に制御すると、耐水素遅れ割れ特性を改善することもできる。したがって、Nの含量の上限は0.01%に制限することが好ましく、0.07%未満に限定することがより好ましい。
上記Nbは、鋼の結晶粒の微細化に有効な元素である。
上記Cuは、鋼の耐食性の向上に寄与する元素である。また、Cuは、成形後の靭性の増加のために焼戻しを行う場合、過飽和された銅がε炭化物(epsilon carbide)として析出されながら時効硬化効果を発揮する元素である。
上記Niは、成形用鋼板の強度及び靭性の向上に有効であるだけでなく、焼入れ性を増加させる効果があり、Cuの単独添加時に引き起こされる赤熱脆性の感受性の低減に効果的である。
Ttempering(℃)=111*[C]−0.633
焼戻し温度(℃)=Ttempering(℃)±30[ここで、Ttempering(℃)=111*[C]−0.633]
下記表1の組成を有する鋼スラブを用いて熱間圧延を行うことで熱延鋼板を得た後、酸洗処理した。
下記表3の組成を有する鋼スラブを用いて熱間圧延を行った後、酸洗処理した。
Ttempering(℃)=111*[C]−0.633
焼戻し温度(℃)=Ttempering(℃)±30[ここで、Ttempering(℃)=111*[C]−0.633]
Claims (21)
- 重量%で、C:0.22〜0.42%、Si:0.05〜0.3%、Mn:1.0〜1.5%、Al:0.01〜0.1%、P:0.01%以下(0を含む)、S:0.005%以下、Mo:0.05〜0.3%、Ti:0.01〜0.1%、Cr:0.05〜0.5%、B:0.0005〜0.005%、N:0.01%以下、残部のFe、及びその他の不可避不純物を含み、前記MnとSiが下記関係式1を満たし、前記Mo/Pが下記関係式2を満たす、熱処理鋼材。
[関係式1]
Mn/Si≧5
[関係式2]
Mo/P≧15 - Nb:0.01〜0.07%、Cu:0.05〜1.0%、及びNi:0.05〜1.0%からなる群から選択される1種または2種以上をさらに含む、請求項1に記載の熱処理鋼材。
- フェライト及びパーライトを含む微細組織、またはフェライト、パーライト及びベイナイトを含む微細組織を有することを特徴とする、請求項1に記載の熱処理鋼材。
- 熱延鋼板、酸洗鋼板及び冷延鋼板からなる群から選択される1種の鋼板であることを特徴とする、請求項1に記載の熱処理鋼材。
- 鋼管であることを特徴とする、請求項1に記載の熱処理鋼材。
- 重量%で、C:0.22〜0.42%、Si:0.05〜0.3%、Mn:1.0〜1.5%、Al:0.01〜0.1%、P:0.01%以下(0を含む)、S:0.005%以下、Mo:0.05〜0.3%、Ti:0.01〜0.1%、Cr:0.05〜0.5%、B:0.0005〜0.005%、N:0.01%以下、残部のFe、及びその他の不可避不純物を含み、前記MnとSiが下記関係式1を満たし、前記Mo/Pが下記関係式2を満たす、熱処理鋼材を準備する段階と、
前記鋼材を成形して成形品を得る段階と、
前記成形品を焼戻し処理する段階と、を含む、耐久性に優れた超高強度成形品の製造方法。
[関係式1]
Mn/Si≧5
[関係式2]
Mo/P≧15 - 前記鋼材は、Nb:0.01〜0.07%、Cu:0.05〜1.0%、及びNi:0.05〜1.0%からなる群から選択される1種または2種以上をさらに含む、請求項6に記載の耐久性に優れた超高強度成形品の製造方法。
- 前記鋼材は、熱延鋼板、酸洗鋼板及び冷延鋼板からなる群から選択される1種の鋼板であることを特徴とする、請求項6に記載の耐久性に優れた超高強度成形品の製造方法。
- 前記鋼材は鋼管であることを特徴とする、請求項6に記載の耐久性に優れた超高強度成形品の製造方法。
- 前記成形品を得る段階は、鋼材を加熱した後、金型で熱間成形と冷却を同時に施すことで行われることを特徴とする、請求項6に記載の耐久性に優れた超高強度成形品の製造方法。
- 前記熱間成形前の加熱工程では、鋼材を850〜950℃の温度で加熱して100〜1000秒間維持し、また、前記熱間成形後の冷却工程では、マルテンサイト臨界冷却速度〜300℃/秒の冷却速度で200℃以下に冷却することを特徴とする、請求項10に記載の耐久性に優れた超高強度成形品の製造方法。
- 前記成形品を得る段階は、鋼材を加熱した後、熱間成形してから、冷却媒体を用いて冷却することで行われることを特徴とする、請求項6に記載の耐久性に優れた超高強度成形品の製造方法。
- 前記熱間成形前の加熱工程では、鋼材を850〜950℃の温度で加熱して100〜1000秒間維持し、また、前記熱間成形後の冷却工程では、マルテンサイト臨界冷却速度〜300℃/秒の冷却速度で200℃以下に冷却することを特徴とする、請求項12に記載の耐久性に優れた超高強度成形品の製造方法。
- 前記成形品を得る段階は、鋼材を冷間成形した後、オーステナイト域温度に加熱して維持してから、冷却媒体を用いて冷却することで行われることを特徴とする、請求項6に記載の耐久性に優れた超高強度成形品の製造方法。
- 前記成形品の加熱、維持及び冷却は、850〜950℃の温度範囲で加熱して100秒〜1000秒間維持した後、マルテンサイト臨界冷却速度〜300℃/秒の冷却速度で、200℃以下に冷却することを特徴とする、請求項14に記載の耐久性に優れた超高強度成形品の製造方法。
- 前記成形品の焼戻し処理は、下記関係式4を満たす焼戻し温度(Ttempering)で15〜60分間維持することで行われることを特徴とする、請求項6から12の何れか一項に記載の耐久性に優れた超高強度成形品の製造方法。
[関係式4]
焼戻し温度(℃)=Ttempering(℃)±30[ここで、Ttempering(℃)=111*[C]−0.633] - 重量%で、C:0.22〜0.42%、Si:0.05〜0.3%、Mn:1.0〜1.5%、Al:0.01〜0.1%、P:0.01%以下(0を含む)、S:0.005%以下、Mo:0.05〜0.3%、Ti:0.01〜0.1%、Cr:0.05〜0.5%、B:0.0005〜0.005%、N:0.01%以下、残部のFe、及びその他の不可避不純物を含み、前記MnとSiが下記関係式1を満たし、前記Mo/Pが下記関係式2を満たし、微細組織は、焼戻しマルテンサイト単相からなるか、または焼戻しマルテンサイト分率が90%以上であり、残りのフェライト、ベイナイト及び残留オーステナイトのうち1種または2種以上を含むものからなる、耐久性に優れた超高強度成形品。
[関係式1]
Mn/Si≧5
[関係式2]
Mo/P≧15 - Nb:0.01〜0.07%、Cu:0.05〜1.0%、及びNi:0.05〜1.0%からなる群から選択される1種または2種以上をさらに含む、請求項17に記載の耐久性に優れた超高強度成形品。
- 前記成形品の低サイクル疲労寿命は5,000サイクル以上(ここで、サイクル数は、±0.5%変形率付加条件下で破断に至るサイクル数を意味する)であることを特徴とする、請求項17に記載の耐久性に優れた超高強度成形品。
- 1500MPa以上の引張強度を有することを特徴とする、請求項17に記載の耐久性に優れた超高強度成形品。
- 0.7〜0.9の降伏比を有することを特徴とする、請求項17に記載の耐久性に優れた超高強度成形品。
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