JP2881846B2 - 高強度線材の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、機械的強度の高い線材を熱間圧延後の冷却
制御および時効処理により簡単な工程で製造する方法に
関する。

（従来の技術および課題） 構造用鉄鋼材料として用いられるもののうち多くのも
のは圧延のままの状態（非調質）で使われる。この場
合、降伏点または0.2％耐力は50kgf/mm²以下のものが一
般的であり、高強度のものでも80kgf/mm²未満である。
これは、合金元素や合金元素の添加量を増やしたりある
いは熱間圧延後の冷却速度を速めることにより圧延まま
の状態での引張強さを高めることができるにもかかわら
ず、耐力の増加量は次第に減少してくるからである。ま
た、耐力を増加させるために熱間圧延後に焼入れ焼戻し
による熱処理をしたりあるいは線引加工等による加工硬
化をすることにより、耐力の増加を得ることができる。

ところが、このような熱処理あるいは加工硬化により
耐力の増加は著しいが、延性は低下し、かつ加熱源、冷
却媒体、設備費、作業の煩雑化等により製造費が高コス
トになるという問題がある。

本発明は、このような問題点を解決するためになされ
たもので、所定の組成をもつ合金鋼を線材状に熱間圧延
し、熱間圧延後の冷却速度制御および時効処理により降
伏点または0.2％耐力が高くかつ溶接性および加工性の
良好な高強度線材を製造する方法を提供することを目的
とする。

（課題を解決するための手段） そのため、本発明の高強度線材の製造方法は、組成が
wt％で、 C :0.15〜0.30、 Si:0.10〜1.0、 Mn:1.0〜2.5、 Cr:0.10〜1.0、 Mo:0.1〜0.5、 V :0.05〜0.25、 残部が実質的にFeからなる合金鋼であって、この合金
鋼を熱間圧延した後、800〜600℃間を冷却時間50秒以内
で衝風冷却し、その後400℃以下に冷却した後、500〜65
0℃の温度で10分間以上時効処理することを特徴とす
る。

前述した高強度線材の合金鋼の組成を前記範囲に限定
した理由は次のとおりである。

C :0.15〜0.30％ Ｃは、強度を向上させるための元素で、0.15％未満に
すると強度不足となり、0.30％を超えると延性が低下し
難加工になるためである。

Si:0.10〜1.0％ Siは、脱酸に有効な元素であると共にフェライト地の
強化に役立ち、0.10％以上が必要であり1.0％を超える
と鋼の脆さを増しかつ結晶粒の粗大化を助成して延性等
の機械的性質が低下するためである。

Mn:1.0〜2.5％ Mnは、低廉な合金で強度向上に影響が大きい元素であ
り、1.0％以下では必要な強度が得られず2.5％を超える
と延性が低下するためである。

Cr:0.10〜1.0％ Crは、0.10％未満にすると強度が低下し、1.0％を超
えると強度が高過ぎて延性が不足するためである。

Mo:0.1〜0.5％ Moは時効処理時にMo₂C等の析出により２次硬化を高め
る元素で、0.1％未満であるとその効果が少なく、経済
的に高価であるので0.5％以下にした。

V :0.05〜0.25％ Ｖは熱間圧延後の鋼材の耐力を上げるために重要な元
素であり、0.05％未満であると耐力向上の効果が少な
く、経済的に高価なものなので0.25％以下とした。また
時効処理時にV₄C₃等の析出により２次硬化を高める要因
になる。

前記組成をもつ合金鋼を熱間圧延した後に800℃〜600
℃間の冷却する時間を50秒以内としたのは、この冷却速
度よりも遅いとフェライトの生成が多くなり強度低下が
生じるからである。また衝風冷却することにしたのは、
液体焼入れ等によると製造費が高コストになるためであ
る。

熱間圧延後400℃以下に冷却した後、第１図に示すよ
うに、時効処理することとしたのは、時効により一層の
耐力アップを図るためである。この場合、時効処理によ
りMo₂C、V₄C₃等が析出物し時効硬化される。時効処理の
所要時間は10分以上である。これにより、前記製造法に
より製造された高強度線材は、耐力が80kgf/mm²以上で
延性の高い線材が得られる。

引張強さ、耐力等の機械的強度を高める手段として
は、焼入れ焼戻しによる熱処理あるいは線引加工による
加工硬化による手法があるが、これらの手法により強度
を高める場合には、溶接すると溶接熱影響部で強度低下
が生じる欠点がある。本発明による高強度化方法による
と、溶接による強度低下がほとんど生じず、溶接性の優
れたものとなる。

（作用） 本発明は、比較的安価な合金元素（Ｃ、Si、Mn、Cr）
を用いて熱間圧延後、簡単な衝風冷却により引張強さを
確保し、かつその後の時効処理により析出効果を狙う合
金元素（Mo、Ｖ）を用いて耐力上昇を図るものである。

（実施例） 以下、本発明の実施例について説明する。

所定の構造用合金鋼の組成および熱処理条件を変える
ことによって、引張強さ、耐力、伸び等がどのように変
化するかを試験した。その試験条件および試験結果を以
下に示す。

（１）試験条件 試験例１ この試験例１では、実施例１、２、３、４と比較例
１、２、３、４の合金鋼の組成を変化させ、熱間圧延後
の冷却条件および時効処理条件を同一条件、つまり第１
図に示す条件に設定した。

まず2tアーク溶解炉で第１表に示す合金鋼を溶解し、
1tインゴットを鋳造し、このインゴットを153角の鋼片
に分塊圧延し、次いで1050〜1200℃に加熱し、直径10mm
の線材に熱間圧延した。その後、第１図に示すように、
温度800℃から600℃までの冷却時間を50秒以内になるよ
う衝風冷却した。

試験例２ この試験例２では、実施例１、２、３、４と比較例
５、６、７、８の合金鋼の組成を同一にし、熱間圧延後
の冷却条件および時効処理条件を異なる条件に設定し
た。

まず、2tアーク溶解炉で後述する第２表に示す組成を
もつ合金鋼を溶解し、1tインゴットを鋳造し、このイン
ゴットを153角の鋼片に分塊圧延し、1050〜1200℃に加
熱した後、直径10mmの線材に熱間圧延した。

次いで第２表に示される実施例１、２、３、４および
比較例５、６、７、８の熱間圧延後の800℃から600℃ま
での冷却条件を次のとおり規定した。

実施例１、２、３および４では、800℃から600℃間を
50秒以内に衝風冷却し、400℃以下に冷却後、500〜650
℃間の適切な温度で10分以上保持し時効処理した。

これに対し、比較例５では、800℃から600℃間を60で
衝風冷却し、400℃以下に冷却後、500〜650℃間の適切
な温度で10分以上保持し時効処理した。

比較例６は、800℃から600℃間を50秒以内に衝風冷却
し、400℃以下に冷却後、450℃で60分以上保持し時効処
理した。

比較例７は、800℃から600℃間を50秒以内に衝風冷却
し、400℃以下に冷却後、680℃で10分保持し時効処理し
た。

比較例８は、800℃から600℃間を50秒以内に衝風冷却
し、430℃に冷却後、500〜650間の温度で10分以上保持
し時効処理した。

（２）試験結果 前述した試験例１および試験例２によって得られた線
材について、引張試験および伸び試験を行なったとこ
ろ、その試験結果を第２図〜第４図に示す。

本発明の実施例１、２、３および４では、0.2％耐力:
80〜100kgf/mm²、引張強さ:90〜120kgf/mm²、耐力比
（0.2％耐力／引張強さ）:0.75〜0.90、伸び:10％以上
の結果が得られた。これより、実施例１、２、３および
４では、0.2％耐力、引張強さおよび加工容易性が優れ
ていることがわかる。

これに対し、比較例１はＣが0.32％の高い値であるこ
と等により伸び（延性）が10％未満となり難加工材にな
った。比較例２はMoが0.07％の少量であること等により
耐力が80kgf/mm²に未満となった。比較例３はCrが1.22
％の多量となり伸びが10％未満となり難加工のものとな
った。比較例４はＣが0.12％と低い値となり耐力が80kg
f/mm²以下となった。

また比較例５は800〜600℃間の冷却速度が60秒と遅い
冷却速度であったこと等により耐力が高められなかっ
た。比較例６は時効処理温度が450℃の低温であったこ
と等により充分な延性が得られなかった。比較例７は時
効処理温度がA₁変態点を超える680℃の高温であったこ
と等により充分な耐力および引張強さが得られなかっ
た。比較例８は熱間圧延後の充分に低温にならない430
℃に冷却後に時効処理したので強度が低下した。

前述の如く、比較例１〜８に対比し、実施例１、２、
３および４では、耐力、引張強さおよび伸び等の優れた
高強度線材が得られることが判明した。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の高強度線材の製造方法
によると、所定の組成をもつ合金鋼を熱圧延後の冷却速
度コントロールし、その後時効処理するようにしたの
で、焼入れ焼戻しや引抜き加工等を行なわなくとも、高
強度でかつ加工性が良好かつ溶接性の優れた高強度線材
を得ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の製造方法における熱処理工程を表わす
工程図、第２図は本発明の実施例と比較例の引張強さお
よび0.2％耐力を示すグラフ、第３図は本発明の実施例
と比較例の耐力比を示すグラフ、第４図は本発明の実施
例と比較例の伸びを表わすグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C21D 8/06,9/52 C22C 38/00,38/24

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】組成がwt％で C :0.15〜0.30、 Si:0.10〜1.0、 Mn:1.0〜2.5、 Cr:0.10〜1.0、 Mo:0.1〜0.5、 V :0.05〜0.25、 残部が実質的にFeからなる合金鋼であって、この合金鋼
   を熱間圧延した後、800〜600℃間を冷却時間50秒以内で
   衝風冷却し、その後400℃以下に冷却した後、500〜650
   ℃の温度で10分間以上時効処理することを特徴とする高
   強度線材の製造方法。