JP2020012173A - Steel material - Google Patents

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JP2020012173A JP2018136279A JP2018136279A JP2020012173A JP 2020012173 A JP2020012173 A JP 2020012173A JP 2018136279 A JP2018136279 A JP 2018136279A JP 2018136279 A JP2018136279 A JP 2018136279A JP 2020012173 A JP2020012173 A JP 2020012173A
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藤原 知哉
Tomoya Fujiwara
知哉 藤原
ひとみ 西畑
Hitomi Nishihata
ひとみ 西畑
顕吾 畑
Kengo Hata
顕吾 畑
夏実 大浦
Natsumi Oura
夏実 大浦
河野 佳織
Yoshiori Kono
佳織 河野
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Abstract

To provide a steel material having ultra-fine structure excellent in strength, ductility and toughness.SOLUTION: There is provided a steel material having a chemical composition of, by mass%, C:0.001 to 0.9%, Si:0.01 to 2.5%, Mn:0.01 to 6.0%, P:0.10% or less, S:0.030% or less, Al:0.001 to 2.5%, N:0.010% or less, Ni:0 to 10.0%, Cu:0 to 1.5%, Cr:0 to 5.0%, Ti:0 to 0.5%, Nb:0 to 0.5%, V:0 to 0.5%, Mo:0 to 1.5%, W:0 to 0.8%, B:0 to 0.005%, Co:0 to 0.5%, Ca:0 to 0.01%, Mg:0 to 0.01%, REM:0 to 0.01%, and the balance:Fe with impurities, and Ceq of 0.10 to 1.00, a metallic structure containing, by vol%, 95.0% or more of martensite, old austenite grain diameter of 5.0 μm or less and the number of packets in the old austenite grain of 3.0 or less.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、鋼材に係り、特に、超微細組織を有する鋼材に関する。   The present invention relates to a steel material, and particularly to a steel material having an ultrafine structure.

鋼の組織が微細になるほど、強度、延性および靱性のいずれもが向上することが知られている。そのため、これまでに、超微細組織を有する鋼を得るための研究が数多くなされてきた。   It is known that as the steel structure becomes finer, all of the strength, ductility and toughness are improved. Therefore, many studies have been made to obtain a steel having an ultrafine structure.

例えば、特許文献1には、旧オーステナイト粒の平均粒径が12μm以下かつ最大粒径が平均粒径の4倍以下である機械構造用部品が開示されている。また、特許文献2には、マルテンサイトのパケットの平均径またはマルテンサイトを生成する前の旧オーステナイト粒の平均径が5μm以下であるマルテンサイトを主体とした組織からなる、加工性に富んだ微細粒マルテンサイト鋼材が開示されている。さらに、特許文献3には、Cuを0.5〜5質量%含み、かつ、平均粒径が0.5〜5μmである再結晶粒のオーステナイト組織から成る含Cu鋼が開示されている。   For example, Patent Literature 1 discloses a mechanical structural component in which the prior austenite grains have an average grain size of 12 μm or less and the maximum grain size is four times or less the average grain size. Further, Patent Document 2 discloses a finely-processable fine structure composed mainly of martensite in which the average diameter of a packet of martensite or the average diameter of old austenite grains before forming martensite is 5 μm or less. A grain martensitic steel is disclosed. Further, Patent Document 3 discloses a Cu-containing steel containing Cu in an amount of 0.5 to 5% by mass and having an austenite structure of recrystallized grains having an average particle size of 0.5 to 5 μm.

特開2006−52459号公報JP 2006-52459 A 特開平2−310338号公報JP-A-2-310338 特開2006−9098号公報JP 2006-9098 A

特許文献1では、微細なベイナイト組織および/または微細なマルテンサイト組織を含有する鋼材を素材として、昇温速度400℃/s以上かつ到達温度1000℃以下の高周波加熱を施すこととしている。   In Patent Literature 1, high-frequency heating at a heating rate of 400 ° C./s or more and a reaching temperature of 1000 ° C. or less is performed using a steel material containing a fine bainite structure and / or a fine martensite structure as a raw material.

また、特許文献2では、低温相組織に塑性加工を加えながら温度を上げて変態点を超えさせる処理を施すこととしている。さらに、特許文献3では、Cuを0.5〜5質量%含む鋼に対し、Ar変態点以上980℃以下の温度域において、累積ひずみ2以上でかつひずみ速度1/sec以上の高速累積変形加工を行うこととしている。 In addition, in Patent Document 2, a process of increasing the temperature to exceed the transformation point while performing plastic working on the low-temperature phase structure is performed. Further, in Patent Document 3, high-speed cumulative deformation with a cumulative strain of 2 or more and a strain rate of 1 / sec or more in a temperature range from the Ar 3 transformation point to 980 ° C. for steel containing 0.5 to 5% by mass of Cu. Processing is to be performed.

しかしながら、本発明者らのその後の研究開発の結果、これらの従来技術では、超微細な組織が得られたとしても、強度、延性および靱性等の特性が優れない場合があることを見出した。従来の技術においては、超微細組織を有する鋼を得る上で、改良の余地が残されている。   However, as a result of the subsequent research and development of the present inventors, it has been found that, even if an ultrafine structure is obtained, properties such as strength, ductility, and toughness may not be excellent in these conventional techniques. In the prior art, there is room for improvement in obtaining a steel having an ultrafine structure.

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、強度、延性および靱性に優れた超微細組織を有する鋼材を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and has as its object to provide a steel material having an ultrafine structure having excellent strength, ductility, and toughness.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、下記の鋼材を要旨とする。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and has the following steel materials.

(1)化学組成が、質量%で、
C:0.001〜0.9%、
Si:0.01〜2.5%、
Mn:0.01〜6.0%、
P:0.10%以下、
S:0.030%以下、
Al:0.001〜2.5%、
N:0.010%以下、
Ni:0〜10.0%、
Cu:0〜1.5%、
Cr:0〜5.0%、
Ti:0〜0.5%、
Nb:0〜0.5%、
V:0〜0.5%、
Mo:0〜1.5%、
W:0〜0.8%、
B:0〜0.005%、
Co:0〜0.5%、
Ca:0〜0.01%、
Mg:0〜0.01%、
REM:0〜0.01%、
残部:Feおよび不純物であり、
下記(i)式で定義されるCeqが0.10〜1.00であり、
金属組織が、体積%で、95.0%以上のマルテンサイトを含み、
旧オーステナイト粒径が5.0μm以下であり、かつ、
旧オーステナイト粒内のパケットの数が3.0以下である、
鋼材。
Ceq=C+1/24Si+1/6Mn+1/40Ni+1/5Cr+1/4Mo+1/14V ・・・(i)
但し、式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表す。
(1) The chemical composition is expressed in mass%
C: 0.001 to 0.9%,
Si: 0.01 to 2.5%,
Mn: 0.01 to 6.0%,
P: 0.10% or less,
S: 0.030% or less,
Al: 0.001 to 2.5%,
N: 0.010% or less,
Ni: 0 to 10.0%,
Cu: 0 to 1.5%,
Cr: 0 to 5.0%,
Ti: 0 to 0.5%,
Nb: 0 to 0.5%,
V: 0 to 0.5%,
Mo: 0 to 1.5%,
W: 0 to 0.8%,
B: 0 to 0.005%,
Co: 0 to 0.5%,
Ca: 0 to 0.01%,
Mg: 0 to 0.01%,
REM: 0-0.01%,
The balance: Fe and impurities,
Ceq defined by the following formula (i) is 0.10 to 1.00,
The metal structure comprises, by volume%, 95.0% or more of martensite;
The prior austenite particle size is 5.0 μm or less, and
The number of packets in the old austenite grains is 3.0 or less,
Steel.
Ceq = C + 1 / 24Si + / Mn + / 40Ni + / Cr + / Mo + / 14V (i)
However, each element symbol in the formula represents the content (% by mass) of each element contained in the steel.

(2)前記化学組成が、質量%で、
Ni:0.01〜10.0%、
Cu:0.01〜1.5%、および、
Cr:0.01〜5.0%、
から選択される1種以上を含有する、
上記(1)に記載の鋼材。
(2) The chemical composition is represented by mass%
Ni: 0.01 to 10.0%,
Cu: 0.01 to 1.5%, and
Cr: 0.01 to 5.0%,
Containing at least one member selected from the group consisting of:
The steel material according to the above (1).

(3)前記化学組成が、質量%で、
Ti:0.003〜0.5%、
Nb:0.003〜0.5%、
V:0.005〜0.5%、
Mo:0.01〜1.5%、
W:0.005〜0.8%、
B:0.0001〜0.005%、および、
Co:0.01〜0.5%、
から選択される1種以上を含有する、
上記(1)または(2)に記載の鋼材。
(3) the chemical composition is expressed in mass%;
Ti: 0.003 to 0.5%,
Nb: 0.003 to 0.5%,
V: 0.005 to 0.5%,
Mo: 0.01-1.5%,
W: 0.005 to 0.8%,
B: 0.0001 to 0.005%, and
Co: 0.01-0.5%,
Containing at least one member selected from the group consisting of:
The steel material according to the above (1) or (2).

(4)前記化学組成が、質量%で、
Ca:0.0001〜0.01%、
Mg:0.0001〜0.01%、および
REM:0.0001〜0.01%、
から選択される1種以上を含有する、
上記(1)から(3)までのいずれかに記載の鋼材。
(4) The chemical composition is represented by mass%,
Ca: 0.0001-0.01%,
Mg: 0.0001-0.01%, and REM: 0.0001-0.01%,
Containing at least one member selected from the group consisting of:
The steel material according to any one of the above (1) to (3).

本発明によれば、平均結晶粒径が5.0μm以下の超微細組織を有し、強度、延性および靱性に優れる鋼材を得ることが可能になる。   According to the present invention, it is possible to obtain a steel material having an ultrafine structure having an average crystal grain size of 5.0 μm or less and having excellent strength, ductility, and toughness.

本発明者らは、超微細組織を有し、かつ、強度、延性および靱性に優れる鋼材を製造するための方法について鋭意検討を行った結果、以下の知見を得るに至った。   The present inventors have conducted intensive studies on a method for producing a steel material having an ultrafine structure and having excellent strength, ductility, and toughness, and as a result, have obtained the following knowledge.

(a)鋼素材を超急速加熱し、一気にオーステナイト単相域まで加熱することで超微細なオーステナイト粒が得られる。   (A) Ultra-fine austenite grains can be obtained by heating a steel material to ultra-rapid heating at once to the austenite single phase region.

(b)超急速加熱を行う前の鋼素材の組織の違いによって、加熱後の微細度合が大きく変わる。鋼素材には、金属組織中にオーステナイトの核生成サイトが多数存在する鋼を用いる必要がある。具体的には、加工されたマルテンサイト(冷間圧延されたマルテンサイト)からなる鋼を素材として用いる。   (B) The degree of fineness after heating changes greatly depending on the difference in the structure of the steel material before ultra-rapid heating. As the steel material, it is necessary to use steel in which a number of austenite nucleation sites exist in the metal structure. Specifically, steel made of processed martensite (cold-rolled martensite) is used as a material.

(c)生成した超微細オーステナイト粒は、高温状態では粒界の移動により粗大な粒に成長しやすい。そのため、超急速加熱後は直ちに急冷することによって、超微細組織を維持したまま室温まで冷却する。   (C) The generated ultrafine austenite grains tend to grow into coarse grains due to the movement of grain boundaries in a high temperature state. Therefore, immediately after the ultra-rapid heating, the material is rapidly cooled to a room temperature while maintaining the ultrafine structure.

(d)鋼素材に加工されたマルテンサイトを用いることによって、旧オーステナイト粒内のパケット数を低減することが可能になる。旧オーステナイト粒径を微細化すると、降伏応力が上がり、引張強さとの比である降伏比が大きくなり伸びが減少する傾向にあるが、パケットの数を減らすことによって、降伏応力を下げ、伸びを改善することができる。   (D) By using martensite processed into a steel material, it becomes possible to reduce the number of packets in old austenite grains. When the austenite grain size is reduced, the yield stress increases, the yield ratio, which is the ratio to the tensile strength, increases, and the elongation tends to decrease.However, by reducing the number of packets, the yield stress decreases, and the elongation decreases. Can be improved.

(e)超微細オーステナイト粒の成長粗大化を防止するため、変態温度を低くすることも有効である。粒界の移動は原子の拡散によるものであるため、温度を下げて拡散速度を小さくすれば、微細な粒のまま維持することが可能になる。   (E) It is also effective to lower the transformation temperature in order to prevent the growth and coarsening of the ultrafine austenite grains. Since the movement of the grain boundary is caused by the diffusion of atoms, if the temperature is lowered and the diffusion speed is reduced, fine grains can be maintained.

(f)Mn等の含有量を調整することによって、鋼素材の変態温度を低下させることが可能になる。   (F) By adjusting the content of Mn or the like, the transformation temperature of the steel material can be lowered.

本発明は、上記の知見を基礎としてなされたものである。以下、本発明の各要件について詳しく説明する。   The present invention has been made based on the above findings. Hereinafter, each requirement of the present invention will be described in detail.

(A)化学組成
各元素の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「%」は、「質量%」を意味する。
(A) Chemical composition The reasons for limiting each element are as follows. In the following description, “%” for the content means “% by mass”.

C:0.001〜0.9%
Cは鋼材の強度を向上させる元素である。C含有量は鋼材の要求される特性に応じて選定され、0.001%以上とする必要がある。一方、C含有量が0.9%を超えると、強度と延性または強度と靭性とのアンバランスが生じる。そのため、C含有量は0.001〜0.9%とする。C含有量は0.01%以上であるのが好ましい。また、C含有量は0.3%未満であるのが好ましく、0.2%以下であるのがより好ましい。
C: 0.001 to 0.9%
C is an element that improves the strength of the steel material. The C content is selected according to the required properties of the steel material, and needs to be 0.001% or more. On the other hand, when the C content exceeds 0.9%, an imbalance between strength and ductility or strength and toughness occurs. Therefore, the C content is set to 0.001 to 0.9%. The C content is preferably 0.01% or more. Further, the C content is preferably less than 0.3%, more preferably 0.2% or less.

Si:0.01〜2.5%
Siはフェライト相へ分配される元素であって、超微細オーステナイト組織の成長粗大化を抑制するには脱酸のために含有させる必要がある。一方、Si含有量が2.5%を超えると、熱間加工性が劣化して圧延時に割れやすくなる。そのため、Si含有量は0.01〜2.5%とする。Si含有量は0.05%以上であるのが好ましく、0.10%以上であるのがより好ましい。また、Si含有量は、2.0%以下であるのが好ましく、1.5%以下であるのがより好ましく、1.0%以下であるのがさらに好ましい。
Si: 0.01 to 2.5%
Si is an element distributed to the ferrite phase, and must be contained for deoxidation in order to suppress the coarse growth of the ultrafine austenite structure. On the other hand, when the Si content exceeds 2.5%, the hot workability is deteriorated, and the steel tends to crack during rolling. Therefore, the Si content is set to 0.01 to 2.5%. The Si content is preferably at least 0.05%, more preferably at least 0.10%. Further, the Si content is preferably 2.0% or less, more preferably 1.5% or less, and further preferably 1.0% or less.

Mn:0.01〜6.0%
MnはA変態点を低下させてオーステナイト生成温度域を低くしてオーステナイト相の成長粗大化速度を遅くするのに有効であり、かつMnはオーステナイト相へ分配される元素である。また、残留オーステナイトを活用したい場合には有効な元素となる。超微細オーステナイト組織の成長粗大化を抑制するには、Mnを0.01%以上含有させる必要がある。一方、Mn含有量が6.0%を超えると、粒成長の抑制効果が飽和してくる。そのため、Mn含有量は0.01〜6.0%とする。Mn含有量は0.10%以上であるのが好ましく、0.50%以上であるのがより好ましい。また、Mn含有量は3.0%以下であるのが好ましく、2.0%以下であるのがより好ましい。
Mn: 0.01-6.0%
Mn is effective to slow the growth coarsening rate of the austenite phase to lower the austenite-forming temperature range by lowering the A 1 transformation point, and Mn is an element which is distributed to the austenite phase. In addition, it is an effective element when it is desired to use retained austenite. In order to suppress the growth coarseness of the ultrafine austenite structure, Mn must be contained at 0.01% or more. On the other hand, when the Mn content exceeds 6.0%, the effect of suppressing grain growth becomes saturated. Therefore, the Mn content is set to 0.01 to 6.0%. The Mn content is preferably at least 0.10%, more preferably at least 0.50%. Further, the Mn content is preferably at most 3.0%, more preferably at most 2.0%.

P:0.10%以下
Pは、一般に不純物として含有される元素であるが、固溶強化により強度を高める効果を有する元素でもある。したがって、Pを積極的に含有させてもよい。しかし、Pは偏析し易い元素であり、その含有量が0.10%を超えると、粒界偏析に起因する成形性および靭性の低下が顕著となる。したがって、P含有量は0.10%以下とする。P含有量は0.050%以下であるのが好ましく、0.030%以下であるのがより好ましく、0.020%以下であるのがさらに好ましい。P含有量の下限は特に規定する必要はないが、上記の効果を得たい場合には、0.001%以上とすることが好ましい。
P: 0.10% or less P is an element generally contained as an impurity, but is also an element having an effect of increasing strength by solid solution strengthening. Therefore, P may be positively contained. However, P is an element that easily segregates, and if its content exceeds 0.10%, the reduction in formability and toughness due to grain boundary segregation becomes significant. Therefore, the P content is set to 0.10% or less. The P content is preferably 0.050% or less, more preferably 0.030% or less, and still more preferably 0.020% or less. The lower limit of the P content need not be particularly defined, but is preferably 0.001% or more when the above effects are desired.

S:0.030%以下
Sは、不純物として含有される元素であり、鋼中に硫化物系介在物を形成して鋼板の成形性を低下させる。S含有量が0.030%を超えると、成形性の低下が著しくなる。したがって、S含有量は0.030%以下とする。S含有量は0.010%以下であるのが好ましく、0.005%以下であるのがより好ましく、0.001%以下であるのがさらに好ましい。S含有量の下限は特に規定する必要はないが、精錬コストの上昇を抑制する観点からは0.0001%以上とすることが好ましい。
S: 0.030% or less S is an element contained as an impurity, and forms sulfide-based inclusions in steel to lower the formability of the steel sheet. If the S content exceeds 0.030%, the moldability is significantly reduced. Therefore, the S content is set to 0.030% or less. The S content is preferably 0.010% or less, more preferably 0.005% or less, and even more preferably 0.001% or less. The lower limit of the S content is not particularly limited, but is preferably 0.0001% or more from the viewpoint of suppressing an increase in refining cost.

Al:0.001〜2.5%
Alはフェライト相へ分配される元素であって、超微細オーステナイト組織の成長粗大化を抑制するには脱酸のために含有させる必要がある。一方、Al含有量が2.5%を超えると、熱間加工性が劣化して圧延時に割れやすくなる。そのため、Al含有量は0.001〜2.5%とする。Al含有量は0.005%以上であるのが好ましい。また、Al含有量は0.50%以下であるのが好ましく、0.10%以下であるのがより好ましく、0.05%以下であるのがさらに好ましい。
Al: 0.001 to 2.5%
Al is an element distributed to the ferrite phase, and it is necessary to contain Al for deoxidation in order to suppress the coarse growth of the ultrafine austenite structure. On the other hand, if the Al content exceeds 2.5%, the hot workability is deteriorated, and cracking is likely to occur during rolling. Therefore, the Al content is set to 0.001 to 2.5%. The Al content is preferably at least 0.005%. Further, the Al content is preferably at most 0.50%, more preferably at most 0.10%, even more preferably at most 0.05%.

N:0.010%以下
Nは、不純物として含有される元素であり、鋼板の成形性を低下させる作用を有する。N含有量が0.010%を超えると、成形性の低下が著しくなる。したがって、N含有量は0.010%以下とする。N含有量は0.0080%以下であるのが好ましく、0.0070%以下であるのがより好ましい。N含有量の下限は特に規定する必要はないが、後述するようにTi、NbおよびVの1種以上を含有させて鋼組織の微細化を図る場合を考慮すると、炭窒化物の析出を促進させるためにN含有量は、0.0010%以上とすることが好ましく、0.0020%以上とすることがより好ましい。
N: 0.010% or less N is an element contained as an impurity and has an effect of reducing the formability of a steel sheet. When the N content exceeds 0.010%, the moldability is significantly reduced. Therefore, the N content is set to 0.010% or less. The N content is preferably 0.0080% or less, and more preferably 0.0070% or less. The lower limit of the N content does not need to be particularly defined. However, considering the case where one or more of Ti, Nb and V are contained as described below to achieve a finer steel structure, the precipitation of carbonitride is promoted. For this purpose, the N content is preferably at least 0.0010%, more preferably at least 0.0020%.

本発明の製造方法に供される鋼には、上記の元素に加えてさらに、下記に示す量のNi、Cu、Cr、Ti、Nb、V、Mo、W、B、Co、Ca、MgおよびREMから選択される1種以上の元素を含有させてもよい。   In the steel subjected to the production method of the present invention, in addition to the above elements, the following amounts of Ni, Cu, Cr, Ti, Nb, V, Mo, W, B, Co, Ca, Mg, and One or more elements selected from REM may be contained.

Ni:0〜10.0%
NiはA変態点を低下させてオーステナイト生成温度域を低くすることによって、オーステナイト相の成長粗大化速度を低下させるのに有効な元素である。また、Niはオーステナイト相へ分配される元素である。そのため必要に応じてNiを含有させてもよい。しかしながら、Ni含有量が10.0%を超えると、粒成長の抑制効果が飽和してくる。したがって、Ni含有量は10.0%以下とする。Ni含有量は5.0%以下であるのが好ましく、2.0%以下であるのがより好ましい。上記の効果を得るためには、Ni含有量は0.01%以上であるのが好ましく、0.1%以上であるのがより好ましい。
Ni: 0 to 10.0%
Ni is by lowering the austenite formation temperature range by lowering the A 1 transformation point is an element effective in reducing the growth coarsening rate of the austenite phase. Ni is an element distributed to the austenite phase. Therefore, Ni may be contained as necessary. However, when the Ni content exceeds 10.0%, the effect of suppressing grain growth becomes saturated. Therefore, the Ni content is set to 10.0% or less. The Ni content is preferably at most 5.0%, more preferably at most 2.0%. In order to obtain the above effects, the Ni content is preferably at least 0.01%, more preferably at least 0.1%.

Cu:0〜1.5%
CuはA変態点を低下させてオーステナイト生成温度域を低くすることによって、オーステナイト相の成長粗大化速度を低下させるのに有効な元素である。また、Cuはオーステナイト相へ分配される元素である。そのため必要に応じてCuを含有させてもよい。しかしながら、Cu含有量が1.5%を超えると、加工性が劣化して圧延時に割れやすくなる。したがって、Cu含有量は1.5%以下とする。Cu含有量は0.5%未満であるのが好ましい。上記の効果を得るためには、Cu含有量は0.01%以上であるのが好ましく、0.1%以上であるのがより好ましい。
Cu: 0 to 1.5%
Cu is by lowering the austenite formation temperature range by lowering the A 1 transformation point is an element effective in reducing the growth coarsening rate of the austenite phase. Cu is an element distributed to the austenite phase. Therefore, Cu may be contained as necessary. However, when the Cu content exceeds 1.5%, the workability is deteriorated and the material tends to crack during rolling. Therefore, the Cu content is set to 1.5% or less. Preferably, the Cu content is less than 0.5%. In order to obtain the above effects, the Cu content is preferably at least 0.01%, more preferably at least 0.1%.

Cr:0〜5.0%
Crはオーステナイト相へ分配される元素であり、超微細オーステナイト組織の成長粗大化を抑制するのに有効な元素である。そのため必要に応じてCrを含有させてもよい。しかしながら、Cr含有量が5.0%を超えると、強度と延性または強度と靱性とのアンバランスが生じる。したがって、Cr含有量は5.0%以下とする。Cr含有量は3.0%以下であるのが好ましい。上記の効果を得るためには、Cr含有量は0.01%以上であるのが好ましい。
Cr: 0 to 5.0%
Cr is an element distributed to the austenite phase, and is an effective element for suppressing the coarse growth of the ultrafine austenite structure. Therefore, Cr may be contained as necessary. However, if the Cr content exceeds 5.0%, an imbalance between strength and ductility or strength and toughness occurs. Therefore, the Cr content is set to 5.0% or less. The Cr content is preferably 3.0% or less. In order to obtain the above effects, the Cr content is preferably at least 0.01%.

Ti:0〜0.5%
Tiはフェライト相へ分配され、かつ、拡散の遅い元素であり、超微細オーステナイト組織の成長粗大化を抑制するのに有効な元素である。そのため必要に応じてTiを含有させてもよい。しかしながら、Ti含有量が0.5%を超えると、鋼が脆化してくる。したがって、Ti含有量は0.5%以下とする。Ti含有量は0.05%以下であるのが好ましい。上記の効果を得るためには、Ti含有量は0.003%以上であるのが好ましく、0.005%以上であるのがより好ましい。
Ti: 0 to 0.5%
Ti is an element that is distributed to the ferrite phase and has a slow diffusion, and is an effective element for suppressing the coarse growth of the ultrafine austenite structure. Therefore, you may make it contain Ti as needed. However, if the Ti content exceeds 0.5%, the steel becomes brittle. Therefore, the Ti content is set to 0.5% or less. The Ti content is preferably 0.05% or less. In order to obtain the above effects, the Ti content is preferably at least 0.003%, more preferably at least 0.005%.

Nb:0〜0.5%
Nbはフェライト相へ分配され、かつ、拡散の遅い元素であり、超微細オーステナイト組織の成長粗大化を抑制するのに有効な元素である。そのため必要に応じてNbを含有させてもよい。しかしながら、Nb含有量が0.5%を超えると、鋼が脆化してくる。したがって、Nb含有量は0.5%以下とする。Nb含有量は0.05%以下であるのが好ましい。上記の効果を得るためには、Nb含有量は0.003%以上であるのが好ましく、0.005%以上であるのがより好ましい。
Nb: 0 to 0.5%
Nb is an element that is distributed to the ferrite phase and has a slow diffusion, and is an effective element for suppressing the coarse growth of the ultrafine austenite structure. Therefore, Nb may be contained as needed. However, if the Nb content exceeds 0.5%, the steel becomes brittle. Therefore, the Nb content is set to 0.5% or less. The Nb content is preferably at most 0.05%. In order to obtain the above effects, the Nb content is preferably 0.003% or more, and more preferably 0.005% or more.

V:0〜0.5%
Vはフェライト相へ分配される元素であり、超微細オーステナイト組織の成長粗大化を抑制するのに有効な元素である。そのため必要に応じてVを含有させてもよい。しかしながら、V含有量が0.5%を超えると、鋼が脆化してくる。したがって、V含有量は0.5%以下とする。V含有量は0.1%以下であるのが好ましい。上記の効果を得るためには、V含有量は0.005%以上であるのが好ましく、0.01%以上であるのがより好ましい。
V: 0 to 0.5%
V is an element distributed to the ferrite phase, and is an effective element for suppressing the coarse growth of the ultrafine austenite structure. Therefore, V may be contained as necessary. However, if the V content exceeds 0.5%, the steel becomes brittle. Therefore, the V content is set to 0.5% or less. V content is preferably 0.1% or less. In order to obtain the above effects, the V content is preferably 0.005% or more, and more preferably 0.01% or more.

Mo:0〜1.5%
Moはフェライト相へ分配され、かつ、拡散の遅い元素であり、超微細オーステナイト組織の成長粗大化を抑制するのに有効な元素である。そのため必要に応じてMoを含有させてもよい。しかしながら、Mo含有量が1.5%を超えると、粒成長の抑制効果が飽和してくる。したがって、Mo含有量は1.5%以下とする。Mo含有量は1.0%以下であるのが好ましい。上記の効果を得るためには、Mo含有量は0.01%以上であるのが好ましく、0.03%以上であるのがより好ましい。
Mo: 0 to 1.5%
Mo is an element which is distributed to the ferrite phase and has a slow diffusion, and is an effective element for suppressing the coarse growth of the ultrafine austenite structure. Therefore, Mo may be contained as necessary. However, when the Mo content exceeds 1.5%, the effect of suppressing grain growth becomes saturated. Therefore, the Mo content is set to 1.5% or less. The Mo content is preferably 1.0% or less. In order to obtain the above effects, the Mo content is preferably at least 0.01%, more preferably at least 0.03%.

W:0〜0.8%
Wはフェライト相へ分配され、かつ、拡散の遅い元素であり、超微細オーステナイト組織の成長粗大化を抑制するのに有効な元素である。そのため必要に応じてWを含有させてもよい。しかしながら、W含有量が0.8%を超えると、粒成長の抑制効果が飽和してくる。したがって、W含有量は0.8%以下とする。W含有量は0.5%以下であるのが好ましい。上記の効果を得るためには、W含有量は0.005%以上であるのが好ましく、0.01%以上であるのがより好ましい。
W: 0-0.8%
W is an element that is distributed to the ferrite phase and has a slow diffusion, and is an effective element for suppressing the coarse growth of the ultrafine austenite structure. Therefore, W may be contained as necessary. However, when the W content exceeds 0.8%, the effect of suppressing grain growth becomes saturated. Therefore, the W content is set to 0.8% or less. The W content is preferably 0.5% or less. In order to obtain the above effects, the W content is preferably 0.005% or more, more preferably 0.01% or more.

B:0〜0.005%
Bは焼入れ性が向上する元素で、マルテンサイトを含む組織を得るには有効な元素である。そのため必要に応じてBを含有させてもよい。しかしながら、B含有量が0.005%を超えると、靱性が悪化する。したがって、B含有量は0.005%以下とする。B含有量は0.003%以下であるのが好ましい。上記の効果を得るためには、B含有量は0.0001%以上であるのが好ましい。
B: 0 to 0.005%
B is an element that improves hardenability and is an effective element for obtaining a structure containing martensite. Therefore, B may be contained as necessary. However, if the B content exceeds 0.005%, toughness deteriorates. Therefore, the B content is set to 0.005% or less. The B content is preferably 0.003% or less. In order to obtain the above effects, the B content is preferably 0.0001% or more.

Co:0〜0.5%
Coはフェライト相へ分配される元素であり、超微細オーステナイト組織の成長粗大化を抑制するのに有効な元素である。そのため必要に応じてCoを含有させてもよい。しかしながら、Co含有量が0.5%を超えると、粒成長の抑制効果が飽和してくる。したがって、Co含有量は0.5%以下とする。Co含有量は0.3%以下であるのが好ましい。上記の効果を得るためには、Co含有量は0.01%以上であるのが好ましく、0.1%以上であるのがより好ましい。
Co: 0-0.5%
Co is an element distributed to the ferrite phase, and is an effective element for suppressing the coarse growth of the ultrafine austenite structure. Therefore, you may make it contain Co as needed. However, if the Co content exceeds 0.5%, the effect of suppressing grain growth becomes saturated. Therefore, the Co content is set to 0.5% or less. The Co content is preferably 0.3% or less. In order to obtain the above effects, the Co content is preferably at least 0.01%, more preferably at least 0.1%.

Ca:0〜0.01%
Mg:0〜0.01%
REM:0〜0.01%
Ca、MgおよびREMは、オーステナイト粒成長を抑制するピン留め効果を有し、オーステナイト粒を微細化する効果を有する。そのため必要に応じてこれらの元素から選択される1種以上を含有させてもよい。しかしながら、これらの元素の含有量がそれぞれ0.01%を超えると、脆化して加工性が劣化する。したがって、各元素ともその含有量を0.01%以下とする。また、2種以上を複合的に含有させる場合、その合計含有量は0.03%であってもよい。上記の効果を得るためには、Ca、MgおよびREMから選択される1種以上を0.0001%以上含有させるのが好ましい。
Ca: 0 to 0.01%
Mg: 0 to 0.01%
REM: 0-0.01%
Ca, Mg, and REM have a pinning effect of suppressing austenite grain growth and have an effect of making austenite grains fine. Therefore, if necessary, one or more selected from these elements may be contained. However, when the content of each of these elements exceeds 0.01%, embrittlement occurs and workability deteriorates. Therefore, the content of each element is set to 0.01% or less. In the case where two or more kinds are combined, the total content may be 0.03%. In order to obtain the above effects, it is preferable that at least one selected from Ca, Mg, and REM be contained in an amount of 0.0001% or more.

ここで、REMは、Sc、Yおよびランタノイドの合計17元素を指し、前記REMの含有量はこれらの元素の合計含有量を意味する。   Here, REM indicates a total of 17 elements of Sc, Y and lanthanoid, and the content of REM means the total content of these elements.

本発明の製造方法に供される鋼の化学組成において、残部はFeおよび不純物である。   In the chemical composition of the steel subjected to the production method of the present invention, the balance is Fe and impurities.

なお「不純物」とは、鋼材を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。   Note that “impurities” are components that are mixed due to various factors in the ore, scrap, and other raw materials and the manufacturing process when steel products are industrially manufactured, and are acceptable as long as they do not adversely affect the present invention. Means things.

Ceq:0.10〜1.00
Ceqは炭素当量を意味し、下記(i)式で定義される。Ceqが0.10未満では、焼き入れを施してもマルテンサイト組織が得られない。一方、Ceqが1.00を超えると、靭性および延性が悪化するだけでなく、溶接を行う場合には溶接性および溶接部特性が劣化する。したがって、Ceqは0.10〜1.00とする。Ceqは0.20以上であるのが好ましく、0.30以上であるのがより好ましい。
Ceq=C+1/24Si+1/6Mn+1/40Ni+1/5Cr+1/4Mo+1/14V ・・・(i)
但し、式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表す。
Ceq: 0.10-1.00
Ceq means carbon equivalent and is defined by the following formula (i). When Ceq is less than 0.10, a martensite structure cannot be obtained even when quenching is performed. On the other hand, when Ceq exceeds 1.00, not only the toughness and ductility are deteriorated, but also when welding is performed, the weldability and the properties of the welded portion are deteriorated. Therefore, Ceq is set to 0.10 to 1.00. Ceq is preferably 0.20 or more, and more preferably 0.30 or more.
Ceq = C + 1 / 24Si + / Mn + / 40Ni + / Cr + / Mo + / 14V (i)
However, each element symbol in the formula represents the content (% by mass) of each element contained in the steel.

(B)鋼材の金属組織
本発明に係る鋼材の金属組織は、マルテンサイトが主体である。具体的には、マルテンサイトの体積率が95.0%以上である金属組織を有する。鋼材中には、ベイナイト、フェライト、パーライト、残留オーステナイト、焼戻しマルテンサイト等の組織が混在する場合もあるが、これらの組織は合計体積率で5.0%以下であれば許容される。
(B) Metal Structure of Steel Material The metal structure of the steel material according to the present invention is mainly composed of martensite. Specifically, it has a metal structure in which the volume fraction of martensite is 95.0% or more. In the steel material, structures such as bainite, ferrite, pearlite, retained austenite, and tempered martensite may be mixed, but these structures are permissible if the total volume ratio is 5.0% or less.

マルテンサイトの体積率が95.0%未満であると、強度が不十分となる。特にフェライト組織が混在する場合には、微細なフェライトが生成し、オーステナイト粒界が消滅し、微細なオーステナイト粒が得られない。   If the volume fraction of martensite is less than 95.0%, the strength becomes insufficient. In particular, when a ferrite structure is mixed, fine ferrite is generated, austenite grain boundaries disappear, and fine austenite grains cannot be obtained.

また、鋼材中に含まれるマルテンサイト組織の旧オーステナイト粒径は、5.0μm以下とする。鋼材の機械的性質は結晶粒径の微細化とともに向上し、特に、旧オーステナイト粒径が5.0μm以下になると、強度、延性、靭性のバランスが良好になる。なお、ここでいう「旧オーステナイト粒径」は、旧オーステナイト粒の平均粒径を意味する。   Further, the prior austenite grain size of the martensite structure contained in the steel material is 5.0 μm or less. The mechanical properties of the steel material improve with the refinement of the crystal grain size. In particular, when the prior austenite grain size is 5.0 μm or less, the balance between strength, ductility and toughness is improved. Here, the “old austenite grain size” means the average grain size of the old austenite grains.

上述のように、組織を超微細化すると、降伏応力が上昇する傾向にあるが、降伏比の極端な上昇は好ましくない。しかしながら、旧オーステナイト粒内のパケット数を低減することによって、降伏応力を低減することが可能になる。そのため、旧オーステナイト粒内のパケットの数は3.0以下とする。   As described above, when the structure is made ultrafine, the yield stress tends to increase, but an extreme increase in the yield ratio is not preferable. However, it is possible to reduce the yield stress by reducing the number of packets in the prior austenite grains. Therefore, the number of packets in the old austenite grains is set to 3.0 or less.

なお、マルテンサイトの体積率、旧オーステナイト粒径ならびに旧オーステナイト粒内のパケット数およびパケット径は以下の方法により測定する。   The volume fraction of martensite, the prior austenite grain size, the number of packets in the prior austenite grains and the packet diameter are measured by the following methods.

まず、鋼材の圧延方向および板厚方向に平行な断面が観察面となるように、試料を採取する。そして、当該観察面を鏡面研磨し、ナイタール腐食液で腐食した後、走査電子顕微鏡(SEM)を用いて組織観察を行う。   First, a sample is collected so that a cross section parallel to the rolling direction and the thickness direction of the steel material becomes the observation surface. Then, after the observation surface is mirror-polished and corroded with a nital etchant, the structure is observed using a scanning electron microscope (SEM).

上記観察面の板厚1/4深さ位置において、1000倍で300μm×300μmの範囲を撮影する。得られたミクロ組織写真を白黒の二値化処理を施してから画像解析を行い、パーライト、ベイナイトおよびフェライトを特定し、JIS G 0551(2013)規格に定める、「鋼−結晶粒度の顕微鏡試験方法」に基づく方法を用いて、それらの面積率の合計量を求める。   An image of 300 μm × 300 μm is taken at a magnification of 1000 times at a depth of 1/4 of the thickness of the observation surface. The obtained microstructure photograph was subjected to a black-and-white binarization process and then subjected to image analysis to specify pearlite, bainite and ferrite, and to determine the “microstructure test method of steel-grain size” specified in JIS G 0551 (2013) standard. Is used to determine the total amount of those area ratios.

さらに、上記の組織の面積率から体積率への換算は、線分法により行う。当該線分法は、例えば、Robert T. DeHoff、Frederik N. Rhines共編(Quantitative Microscopy、1968年)に記載される手法に基づく。   Further, the conversion from the area ratio of the tissue to the volume ratio is performed by a line segment method. The line segment method is based on, for example, a method described in Robert T. DeHoff and Frederik N. Rhines, edited by Quantitative Microscopy (1968).

残留オーステナイトは、SEMではマルテンサイトとの区別が困難であるが、X線回折法によって残留オーステナイトの体積率の測定を行うことができる。そして、上記の方法によって得られたパーライト、ベイナイト、フェライトおよび残留オーステナイトの合計体積率を、100%から差し引くことによって、マルテンサイトの体積率を求める。   Although it is difficult for SEM to distinguish retained austenite from martensite, the volume fraction of retained austenite can be measured by X-ray diffraction. Then, the volume ratio of martensite is determined by subtracting the total volume ratio of pearlite, bainite, ferrite, and retained austenite obtained by the above method from 100%.

そして、さらに腐食後の上記試験片を用いて、EBSDによる結晶方位の測定および解析を行う。これにより、旧オーステナイト粒径ならびに旧オーステナイト粒内のパケット数およびパケット径を測定する。ここで、パケットとは、マルテンサイト組織のうち特定の配列をしたラスの集団であり、パケット内は平行なラスの集団からなる。   Then, the crystal orientation is measured and analyzed by EBSD using the corroded test piece. Thereby, the old austenite grain size, the number of packets in the old austenite grains, and the packet diameter are measured. Here, the packet is a group of laths having a specific arrangement in the martensite organization, and the inside of the packet is a group of parallel laths.

(C)製造方法
本発明に係る鋼材は、上述の化学組成を有し、所定の金属組織を有する鋼素材に対して、超急速加熱した後、直ちに冷却を開始する熱処理を施すことによって製造することが可能である。各条件について、以下に詳しく説明する。
(C) Manufacturing Method The steel material according to the present invention is manufactured by subjecting a steel material having the above-described chemical composition and having a predetermined metal structure to a heat treatment of super-rapid heating and immediately starting cooling. It is possible. Each condition will be described in detail below.

<鋼素材>
熱処理を施す前の鋼素材としては、冷間加工されたマルテンサイトを主体とする金属組織を有するものを用いる。その理由は以下のとおりである。
<Steel material>
As a steel material before heat treatment, a steel material having a metal structure mainly composed of cold-worked martensite is used. The reason is as follows.

加熱時に微細なオーステナイトの結晶粒を多数分散させるためには、金属組織中に予め多数のオーステナイトの核生成サイトを得ておく必要がある。核生成サイトとなり得るのは、初期組織の結晶粒界、炭化物等の析出物と素地の結晶粒との界面などである。マルテンサイト組織は、旧オーステナイト粒の中にパケット、ブロック、ラス等の下部組織を有し、それらの境界も核生成サイトとなり得る。したがって、マルテンサイト組織は、フェライト/パーライト組織等と比較して、オーステナイトの核生成サイトが多い。   In order to disperse a large number of fine austenite crystal grains during heating, it is necessary to obtain a large number of austenite nucleation sites in the metal structure in advance. The nucleation sites can be at the grain boundaries of the initial structure, at the interface between the precipitates such as carbides and the base crystal grains. The martensite structure has substructures such as packets, blocks, and laths in the prior austenite grains, and their boundaries can also be nucleation sites. Therefore, the martensite structure has more austenite nucleation sites than the ferrite / pearlite structure and the like.

また、マルテンサイト組織に冷間加工を施すと、結晶粒がより微細になるため、さらに核生成サイトが増加し、金属組織中に細かく分散した状態となる。そのため、冷間加工されたマルテンサイトを鋼素材として用いれば微細な組織が得られる。   Further, when cold working is performed on the martensite structure, the crystal grains become finer, so that the number of nucleation sites further increases, and the martensite structure is finely dispersed in the metal structure. Therefore, a fine structure can be obtained by using cold-worked martensite as a steel material.

マルテンサイトを加熱する場合には、フェライトがオーステナイトに変態するのに先立ち、マルテンサイトに固溶していたCが炭化物として析出する。炭化物もオーステナイトと同じく金属組織内の結晶界面等に優先的に析出する。前述のように析出した炭化物と素地組織との界面も有効な核生成サイトであることから、冷間加工されたマルテンサイト組織を出発組織とし、加熱過程で微細な炭化物が多数形成する過程を経てからオーステナイト変態が開始するように加熱することで、より多くの核生成サイトを得ることができる。   When martensite is heated, C dissolved in martensite precipitates as carbide before the ferrite is transformed into austenite. Similarly to austenite, carbides are preferentially precipitated at a crystal interface or the like in a metal structure. Since the interface between the precipitated carbide and the base structure is also an effective nucleation site as described above, the cold-processed martensite structure is used as the starting structure, and through the process of forming many fine carbides during the heating process. By heating so that austenite transformation starts from, more nucleation sites can be obtained.

ここで、「冷間加工されたマルテンサイトを主体」とする組織とは、オースフォームドマルテンサイトもしくは冷間加工されたマルテンサイト、またはそれらの合計の体積率が95.0%以上である金属組織を意味する。鋼素材中には、ベイナイト、フェライト、パーライト、残留オーステナイト等の組織が混在する場合もあるが、これらの組織は合計体積率で5.0%以下であれば許容される。   Here, the “structure mainly composed of cold-worked martensite” refers to ausformed martensite or cold-worked martensite, or a metal having a total volume ratio of 95.0% or more. Means organization. In the steel material, structures such as bainite, ferrite, pearlite, and retained austenite may be mixed, but these structures are permissible as long as the total volume ratio is 5.0% or less.

なお、鋼素材の製造方法については、金属組織が冷間加工されたマルテンサイトを主体とするものである限り特に制限はなく、一般的な方法を用いればよい。また、マルテンサイト主体の鋼素材に冷間加工を施す方法についても特に制限はなく、例えば、冷間圧延を行う場合、冷間加工度が20%以上となる条件とすることが望ましい。   The method of producing the steel material is not particularly limited as long as the metal structure is mainly composed of cold-worked martensite, and a general method may be used. Also, there is no particular limitation on a method of performing cold working on a martensite-based steel material. For example, in the case of performing cold rolling, it is desirable that the cold working degree be 20% or more.

<昇温工程>
前述の化学組成および金属組織を有する鋼素材を、まず500℃/s以上の平均昇温速度でAc点以上の温度域まで加熱する。Ac点以上のオーステナイト単相域まで加熱することで、均一な組織を得ることができる。加熱温度の上限については特に制限はないが、Ac点を大きく超えて加熱すると粒成長の速度が大きくなり粗大なオーステナイト粒に成長してしまう。したがって、加熱温度はAc点+150℃以下とすることが望ましい。
<Heating process>
First, a steel material having the above-described chemical composition and metal structure is heated to a temperature range of three or more Ac at an average heating rate of 500 ° C./s or more. By heating to an austenite single phase region of three or more Ac, a uniform structure can be obtained. The upper limit of the heating temperature is not particularly limited. However, if the heating temperature greatly exceeds the Ac 3 point, the rate of grain growth increases, and coarse austenite grains grow. Therefore, the heating temperature is desirably set to three points of Ac + 150 ° C.

また、本発明の好適態様によれば、フェライトからオーステナイトに変態する際に生成するオーステナイト粒が成長粗大化してしまわないように、超急速加熱することが重要である。そのため、Ac点以上の温度域までの平均昇温速度は、500℃/s以上とする。平均昇温速度は1000℃/s以上であるのが望ましい。平均昇温速度の上限については特に制限はないが、実用的な範囲として20000℃/s以下であることが望ましい。 Further, according to a preferred embodiment of the present invention, it is important to perform ultra-rapid heating so that austenite grains generated when ferrite is transformed into austenite are not grown and coarsened. Therefore, the average heating rate up to the temperature range of three or more Ac is 500 ° C./s or more. The average heating rate is desirably 1000 ° C./s or more. The upper limit of the average heating rate is not particularly limited, but is preferably 20,000 ° C./s or less as a practical range.

なお、本発明において、Ac点は以下の方法により求める。同一の化学組成および金属組織を有する複数の試験片を用意し、所定の加熱速度で、種々の温度まで加熱後、保持時間を1s以内として、前記加熱温度から70℃まで1000℃/sの平均冷却速度で冷却する。そして、その後の試験片の硬度が、最高焼き入れ硬さとなる試験片に適用した加熱温度をAc点とする。また、Ac点は加熱時の熱膨張測定から求めても同様の結果が得られる。 In the present invention, Ac 3 points are determined by the following method. A plurality of test pieces having the same chemical composition and metal structure are prepared, and after heating to various temperatures at a predetermined heating rate, the holding time is set to within 1 s, and the average of 1000 ° C./s from the heating temperature to 70 ° C. Cool at the cooling rate. Then, the heating temperature applied to the test piece in which the hardness of the subsequent test piece becomes the highest quenching hardness is defined as three points Ac. The same result can be obtained when the Ac 3 points are obtained from the measurement of thermal expansion during heating.

<保持工程>
上記の条件で加熱した後、2s以内に冷却を開始する。Ac点以上の温度域での保持時間が2sを超えると、保持中にオーステナイトの粒成長が起こり、微細な粒が得られなくなるためである。上記保持時間は1s以下であるのが望ましい。
<Holding process>
After heating under the above conditions, cooling is started within 2 seconds. If the holding time in the temperature range of Ac 3 points or more exceeds 2 s, austenite grain growth occurs during holding, and fine grains cannot be obtained. The holding time is desirably 1 s or less.

<冷却工程>
冷却工程では、Ac点以上の温度域から300℃までの平均冷却速度が100℃/s以上となるように、300℃以下の温度まで冷却する。冷却速度が100℃/s未満では、再結晶が始まり、冷却後の鋼材の組織にマルテンサイト以外の組織が多く形成され、マルテンサイト主体の組織とならないため、100℃/s以上とする。
<Cooling process>
In the cooling step, cooling is performed to a temperature of 300 ° C. or less so that the average cooling rate from the temperature range of three or more Ac to 300 ° C. is 100 ° C./s or more. If the cooling rate is less than 100 ° C./s, recrystallization starts, a lot of structures other than martensite are formed in the structure of the steel material after cooling, and the structure does not become mainly martensite.

なお、冷却途中での再結晶を極力抑制するためには、上記昇温工程から上記冷却工程の間において、鋼素材が500℃以上の温度域に保持される時間を5s以内にすることが望ましい。   In order to suppress recrystallization during cooling as much as possible, it is desirable that the time during which the steel material is kept in a temperature range of 500 ° C. or more between the above-mentioned heating step and the above-mentioned cooling step be within 5 s. .

以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

表1に示す化学組成を有する180kgの鋼塊を高周波真空溶解炉にて溶製し、熱間鍛造により30mm厚さの鋼片にした。得られたスラブについて、熱間圧延試験機によって熱間圧延を施し、厚さ2mmの熱延鋼とした。その後、表2に示す試験番号1〜12および14〜23については、1℃/sの加熱速度で1000℃まで加熱し1h保持したのち、室温まで急冷し、マルテンサイト組織とした。さらに、試験番号1〜18、21、23および24については、上記熱延鋼に対して冷間圧延試験機にて冷間圧延を施し、厚さ1mmの冷延鋼とした。これにより、表2に示す金属組織を有する冷延鋼または熱延鋼を作製し、鋼素材(試験番号1〜24)とした。   A 180-kg steel ingot having the chemical composition shown in Table 1 was melted in a high-frequency vacuum melting furnace, and hot-forged into a slab having a thickness of 30 mm. The obtained slab was subjected to hot rolling by a hot rolling tester to obtain a hot-rolled steel having a thickness of 2 mm. Thereafter, Test Nos. 1 to 12 and 14 to 23 shown in Table 2 were heated to 1000 ° C. at a heating rate of 1 ° C./s, held for 1 hour, and then rapidly cooled to room temperature to obtain a martensitic structure. Further, for test numbers 1 to 18, 21, 23 and 24, the hot-rolled steel was cold-rolled by a cold-rolling test machine to obtain a cold-rolled steel having a thickness of 1 mm. Thus, a cold-rolled steel or a hot-rolled steel having a metal structure shown in Table 2 was produced, and was used as a steel material (test numbers 1 to 24).

Figure 2020012173
Figure 2020012173

Figure 2020012173
Figure 2020012173

得られた鋼素材から、幅10mm、長さ50mm、および厚さ1mmの試験片を採取した。採取した各試験片に対して、表2に示す条件に従って熱処理を実施した。加熱は通電加熱により行い、通電加熱の電源遮断後、直ちに冷却水を噴射して室温まで冷却した。なお、表2には、各素材のAc点を併せて示す。熱処理前後の各試験片について組織観察に供した。 Test pieces having a width of 10 mm, a length of 50 mm, and a thickness of 1 mm were collected from the obtained steel material. A heat treatment was performed on each of the collected test pieces in accordance with the conditions shown in Table 2. Heating was carried out by electric heating, and immediately after the power supply of the electric heating was cut off, cooling water was injected to cool to room temperature. Table 2 also shows three Ac points of each material. Each test piece before and after the heat treatment was subjected to structure observation.

熱処理前後の試験片の金属組織は、以下の方法により測定した。   The metal structure of the test piece before and after the heat treatment was measured by the following method.

まず、熱処理前後の試験片から、圧延方向および板厚方向に平行な断面が観察面となるように、観察用試料を採取した。そして、当該観察面を鏡面研磨し、ナイタール腐食液で腐食した後、SEMを用いて組織観察を行った。   First, an observation sample was collected from the test piece before and after the heat treatment such that a cross section parallel to the rolling direction and the plate thickness direction was an observation surface. Then, the observation surface was mirror-polished and corroded with a nital etching solution, and then the structure was observed using an SEM.

上記観察面の板厚1/4深さ位置において、1000倍で130μm×130μmの範囲を撮影した。得られたミクロ組織写真を白黒の二値化処理を施してから画像解析を行い、パーライト、ベイナイトおよびフェライトを特定し、JIS G 0551(2013)に基づきそれぞれの面積率を求め、線分法によりそれぞれの体積率に換算した。   An image of 130 μm × 130 μm was photographed at a magnification of 1000 at a depth of 1 / of the thickness of the observation surface. The obtained microstructure photograph is subjected to black and white binarization processing and then image analysis is performed to identify pearlite, bainite, and ferrite, determine the area ratio of each based on JIS G 0551 (2013), and use the line segmentation method. Each volume ratio was converted.

また、残留オーステナイトの体積率は、X線回折法によって測定した。そして、上記の方法によって得られたパーライト、ベイナイト、フェライトおよび残留オーステナイトの合計体積率を、100%から差し引くことによって、マルテンサイトの体積率を求めた。   The volume fraction of retained austenite was measured by an X-ray diffraction method. Then, the volume ratio of martensite was determined by subtracting the total volume ratio of pearlite, bainite, ferrite and retained austenite obtained by the above method from 100%.

また、さらに腐食後の上記試験片を用いて、EBSDによる結晶方位の測定および解析を行った。これにより、旧オーステナイト粒径、ならびに旧オーステナイト粒内のパケット数およびパケット径を測定した。これらの結果を表3に示す。   Further, the crystal orientation was measured and analyzed by EBSD using the corroded test piece. Thus, the prior austenite grain size, the number of packets in the old austenite grains, and the packet diameter were measured. Table 3 shows the results.

Figure 2020012173
Figure 2020012173

表1〜3を参照して、本発明で規定される条件を全て満足する方法で製造された試験番号1〜12は、マルテンサイトを主体とするとともに超微細組織を有しかつパケット数が3.0以下となった。   Referring to Tables 1 to 3, Test Nos. 1 to 12 manufactured by a method satisfying all the conditions specified in the present invention are mainly composed of martensite, have an ultrafine structure, and have a packet number of 3 0.0 or less.

一方、試験番号13は、熱処理前の鋼素材の金属組織がフェライト/パーライトを主体とするものであったため、平均結晶粒径が5.0μmを超え、超微細組織を得ることができず、さらにパケット数も3.0を超えた。また、試験番号14は、加熱温度がAc点を下回ったため、マルテンサイトを主体とする金属組織を得ることができなかった。そして、試験番号15は、昇温速度が低いため、平均結晶粒径が粗大になった。 On the other hand, in Test No. 13, since the metal structure of the steel material before the heat treatment was mainly composed of ferrite / pearlite, the average crystal grain size exceeded 5.0 μm, and an ultrafine structure could not be obtained. The number of packets also exceeded 3.0. In Test No. 14, since the heating temperature was lower than the Ac 3 point, a metal structure mainly composed of martensite could not be obtained. In Test No. 15, the average crystal grain size was coarse because the temperature rising rate was low.

試験番号16は、保持時間が長すぎたため、平均結晶粒径が粗大になった。また、試験番号17は、冷却速度が低いため、マルテンサイトを主体とする金属組織を得ることができなかった。さらに、試験番号18は、冷却停止温度が高すぎたため、マルテンサイトを主体とする金属組織を得ることができなかった。そして、試験番号19は、鋼素材が熱延鋼であったため、平均結晶粒径5.0μm以下になったものの、3.0パケット数が3.0を超える結果となった。   In Test No. 16, the average crystal grain size became coarse because the retention time was too long. In Test No. 17, since the cooling rate was low, a metal structure mainly composed of martensite could not be obtained. Further, in Test No. 18, the metal structure mainly composed of martensite could not be obtained because the cooling stop temperature was too high. In Test No. 19, since the steel material was hot-rolled steel, the average crystal grain size was 5.0 μm or less, but the result was that the number of 3.0 packets exceeded 3.0.

試験番号20〜23は、MnまたはCの含有量が過剰であり、Ceqの値が高い例である。その結果、試験番号20〜22では、最終組織の残留オーステナイトが多くなり、マルテンサイト主体の組織とならなかった。また、試験番号23では、C含有量が高すぎるため、冷間圧延の際に割れが生じて素材を製造することができなかった。さらに、試験番号24はCeqの値が低く焼き入れ性が低いため、フェライトおよびパーライト主体の組織となった。   Test Nos. 20 to 23 are examples in which the content of Mn or C is excessive and the value of Ceq is high. As a result, in Test Nos. 20 to 22, the retained austenite in the final structure was increased, and the structure was not martensite-based. Further, in Test No. 23, since the C content was too high, cracks occurred during cold rolling, and the material could not be produced. Further, Test No. 24 had a structure mainly composed of ferrite and pearlite because of low Ceq value and low hardenability.

本発明によれば、平均結晶粒径が5.0μm以下の超微細組織を有し、強度、延性および靱性に優れる鋼材を得ることが可能になる。   According to the present invention, it is possible to obtain a steel material having an ultrafine structure having an average crystal grain size of 5.0 μm or less and having excellent strength, ductility, and toughness.

Claims (4)

化学組成が、質量%で、
C:0.001〜0.9%、
Si:0.01〜2.5%、
Mn:0.01〜6.0%、
P:0.10%以下、
S:0.030%以下、
Al:0.001〜2.5%、
N:0.010%以下、
Ni:0〜10.0%、
Cu:0〜1.5%、
Cr:0〜5.0%、
Ti:0〜0.5%、
Nb:0〜0.5%、
V:0〜0.5%、
Mo:0〜1.5%、
W:0〜0.8%、
B:0〜0.005%、
Co:0〜0.5%、
Ca:0〜0.01%、
Mg:0〜0.01%、
REM:0〜0.01%、
残部:Feおよび不純物であり、
下記(i)式で定義されるCeqが0.10〜1.00であり、
金属組織が、体積%で、95.0%以上のマルテンサイトを含み、
旧オーステナイト粒径が5.0μm以下であり、かつ、
旧オーステナイト粒内のパケットの数が3.0以下である、
鋼材。
Ceq=C+1/24Si+1/6Mn+1/40Ni+1/5Cr+1/4Mo+1/14V ・・・(i)
但し、式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表す。
Chemical composition in mass%
C: 0.001 to 0.9%,
Si: 0.01 to 2.5%,
Mn: 0.01 to 6.0%,
P: 0.10% or less,
S: 0.030% or less,
Al: 0.001 to 2.5%,
N: 0.010% or less,
Ni: 0 to 10.0%,
Cu: 0 to 1.5%,
Cr: 0 to 5.0%,
Ti: 0 to 0.5%,
Nb: 0 to 0.5%,
V: 0 to 0.5%,
Mo: 0 to 1.5%,
W: 0 to 0.8%,
B: 0 to 0.005%,
Co: 0 to 0.5%,
Ca: 0 to 0.01%,
Mg: 0 to 0.01%,
REM: 0-0.01%,
The balance: Fe and impurities,
Ceq defined by the following formula (i) is 0.10 to 1.00,
The metal structure comprises, by volume%, 95.0% or more of martensite;
The prior austenite particle size is 5.0 μm or less, and
The number of packets in the old austenite grains is 3.0 or less,
Steel.
Ceq = C + 1 / 24Si + / Mn + / 40Ni + / Cr + / Mo + / 14V (i)
However, each element symbol in the formula represents the content (% by mass) of each element contained in the steel.
前記化学組成が、質量%で、
Ni:0.01〜10.0%、
Cu:0.01〜1.5%、および、
Cr:0.01〜5.0%、
から選択される1種以上を含有する、
請求項1に記載の鋼材。
The chemical composition is expressed in mass%;
Ni: 0.01 to 10.0%,
Cu: 0.01 to 1.5%, and
Cr: 0.01 to 5.0%,
Containing at least one member selected from the group consisting of:
The steel material according to claim 1.
前記化学組成が、質量%で、
Ti:0.003〜0.5%、
Nb:0.003〜0.5%、
V:0.005〜0.5%、
Mo:0.01〜1.5%、
W:0.005〜0.8%、
B:0.0001〜0.005%、および、
Co:0.01〜0.5%、
から選択される1種以上を含有する、
請求項1または請求項2に記載の鋼材。
The chemical composition is expressed in mass%;
Ti: 0.003 to 0.5%,
Nb: 0.003 to 0.5%,
V: 0.005 to 0.5%,
Mo: 0.01-1.5%,
W: 0.005 to 0.8%,
B: 0.0001 to 0.005%, and
Co: 0.01-0.5%,
Containing at least one member selected from the group consisting of:
The steel material according to claim 1 or 2.
前記化学組成が、質量%で、
Ca:0.0001〜0.01%、
Mg:0.0001〜0.01%、および
REM:0.0001〜0.01%、
から選択される1種以上を含有する、
請求項1から請求項3までのいずれかに記載の鋼材。
The chemical composition is expressed in mass%;
Ca: 0.0001-0.01%,
Mg: 0.0001-0.01%, and REM: 0.0001-0.01%,
Containing at least one member selected from the group consisting of:
The steel material according to any one of claims 1 to 3.
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