JP3489243B2

JP3489243B2 - フェライト・ベイナイト二相鋼

Info

Publication number: JP3489243B2
Application number: JP02798695A
Authority: JP
Inventors: 登誉田; 隆弘櫛田; 英昭幸; 秀治岡口; 和茂有持
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-02-16
Filing date: 1995-02-16
Publication date: 2004-01-19
Anticipated expiration: 2019-01-19
Also published as: JPH08225882A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、船舶、海洋構造
物、橋梁、建築物、タンク、自動車などで繰返し荷重下
で使用されるのに適する、疲労亀裂進展抵抗性に優れた
構造用鋼に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】船舶、海洋構造物、橋梁、建築物、タン
クあるいは自動車などで使用される鋼材には、強度、靭
性等の各種の機械的性質が優れていること、溶接性に優
れていることが要求される。特に機械的性質の中で疲労
特性は構造物の強度設計上極めて重要である。

【０００３】このような特性要求から、同じ引張り強度
でも疲労強度または疲労限度比を上げるため金属組織を
検討した例として、特開平 4−276016号公報記載の発明
がある。これは、ＰおよびＣｕを添加した鋼を、フェラ
イトとベイナイトからなる組織としフェライト部分の硬
さを 120ＨＶ以上とすれば、加工性にすぐれ、疲労限が
向上した鋼が得られることを提示している。また、特開
平 4−329848号公報には、Ｓｉ量、Ｐ量、Ｍｎ量、およ
びＣｒ量を管理し、フェライトと第二相（パーライト、
ベイナイト、マルテンサイトおよび残留オーステナイト
等）からなる熱延鋼材にて、第二相の硬さを 200〜 600
ＨＶ、体積率を 5〜10％とし、フェライトの硬さを第二
相の量からきまるある硬さに制御すれば、疲労限度比が
向上することが示されている。

【０００４】疲労限度あるいは疲労限度比は、通常は回
転曲げ、薄板の場合は平面曲げ、の疲労試験によるＳ−
Ｎ曲線から求められる。その試験片は特定の場合を除い
て、最も応力の加わる部分は可能な限り平滑にされる。
一般に疲労破壊する過程は、応力集中部での亀裂の発
生、およびその後の疲労亀裂の進展、と大きくは２つの
過程に区分できるが、このような試験法による疲労限度
や疲労限度比の値では、発生と進展過程の優劣を明確に
することはできない。

【０００５】溶接構造物では、応力集中部としての溶接
止端部が多数存在しており、疲労亀裂の発生を完全に防
止することは技術的に不可能に近く、また、経済的にも
得策ではない。すなわち、亀裂がすでに存在している状
態からの亀裂進展寿命を大幅延長させる必要があり、そ
のためには、亀裂の進展速度をできるだけ遅くすること
が重要になってくる。

【０００６】設計時の対処として、応力が集中しないよ
う荷重を分散させ、強度的に充分な余裕を取り、例え亀
裂が発生しても、致命的な破壊に至ることのないように
することは可能である。しかし、強度上充分な余裕を持
たせることは、経済的上の制約があり、できれば鋼材自
身の疲労亀裂進展を遅くすること、すなわち亀裂進展抵
抗性を増すことが望ましい。ところが、この材料の疲労
亀裂進展抵抗性を向上させる技術については、従来あま
り検討されていなかった。

【０００７】特開平4-337026号公報では、疲労強度と疲
労亀裂伝播抵抗の共にすぐれた高強度熱延鋼板の製造方
法として、ＰおよびＣｕの含有量を管理し、フェライト
結晶粒径を5 〜25μm 、第二相の体積分率が10〜30％の
二相組織とすることを提示している。ただし、この公報
で言う疲労亀裂伝播抵抗とは、後述の疲労亀裂の進展に
おける下限界応力拡大係数範囲（ΔＫ_th）のことであ
り、疲労亀裂が進展する下限の応力拡大係数値を高める
効果はあるが、疲労亀裂進展速度を遅くすることについ
ては効果のある方法ではない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、溶接
構造物等の耐疲労破壊性能を向上させるため、溶接部等
に内在する亀裂が繰り返し応力を受けて進展することに
対する抵抗性の大きい鋼、なかでも引張り強さが55kgf
／mm²以上の疲労亀裂進展抵抗性に優れた鋼を提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前述のように、疲労破壊
する過程は応力集中部での亀裂の発生、およびその後の
疲労亀裂の進展、と大きくは２つの過程に区分できる。
すでに疲労亀裂が発生した状態において、亀裂の進展を
破壊力学的に取り扱うと、繰り返し応力の応力比（Ｒ＝
σ_min ／σ_max ：１サイクル中の最大応力と最小応力の
比）が一定の場合、疲労亀裂進展速度（ｄａ／ｄＮ：繰
り返し荷重１サイクル当たりの亀裂進展量）と応力拡大
係数範囲（ΔＫ＝Ｋ_max −Ｋ_min ：１サイクル中の応力
拡大係数Ｋの最大値と最小値の差）との間には、両対数
表示にて図１に示すような関係がある。

【００１０】この図で、Ｉと示したΔＫが小さい領域で
は、亀裂があっても進展速度は小さく、ある下限値ΔＫ
_thにおいてｄａ／ｄＮは急激に小さくなり、亀裂の進展
は事実上認められなくなる。このΔＫ_thを下限界応力拡
大係数範囲と言い、これ以下の応力であれば、亀裂が存
在した状態であっても進展はない。IIと示したところ
は、亀裂先端のすべり面分離が支配的機構となって亀裂
が進展する領域である。この領域で形成されるストライ
エーションは、典型的な疲労破壊の破面として観察され
る。このIIの領域では、パリス則として知られる下記
式ｄａ／ｄＮ＝Ｃ・（ΔＫ）^m ・・・・・が成立する。ここで、Ｃおよびｍは材料、環境、応力比
などに依存する定数である。

【００１１】III と示した領域では、通常の引張り応力
による破壊、すなわちへき開や粒界割れ、あるいは微小
空孔の合体のような微視的な金属組織的様相を示す静的
な破壊に近く、亀裂進展速度は著しく加速される。

【００１２】先述の特開平 4−337026号公報に示された
発明は、上記のＩの領域でのΔＫ_thを高くしようとする
ものであり、疲労限度比の向上には有効であろう。しか
し、図１のIIの領域における亀裂の進展を遅くすること
に対しては効果がなく、この領域での亀裂進展を遅くす
るには、パリス則の前記式で示される定数Ｃやｍを小
さくして、ｄａ／ｄＮを低くする必要がある。

【００１３】本発明者らは、先に湿潤硫化水素環境で疲
労亀裂進展特性に優れる鋼の製造方法を発明したが（特
開平 5−132715号公報参照）、その開発を進める際に、
金属組織が湿潤硫化水素環境以外の一般の疲労亀裂進展
にも、大きく影響することを知った。そこで、図１のII
の領域における疲労亀裂進展速度ｄａ／ｄＮにおよぼす
材料の影響に関し、種々検討をおこなった。

【００１４】強度 55kgf／mm² 以上の鋼を対象とし、鋼
成分を、重量％にてＣ：0.07〜0.22％、Ｓｉ：0.17〜0.
68％、Ｍｎ：0.26〜2.27％、Ａｌ： 0.008〜 0.125％の
範囲で、他にＮｂまたはＴｉを含む鋼のスラブを用い、
ベイナイト相を生じるような条件も含めて熱間圧延した
後、強度、靭性および顕微鏡組織等を調べた。次いで目
標とする強度、靭性の得られた鋼について、疲労亀裂進
展試験をおこなった。

【００１５】疲労亀裂進展試験は、ＡＳＴＭ規格Ｅ 647
にしたがって実施し、図２に示すＣＴ試験片を用い、室
温大気中にて、負荷条件は応力比（最大応力に対する最
小応力の比）を 0.1、繰り返し速度を25Ｈｚとした。得
られた結果については図１と同様、横軸に応力拡大係数
範囲ΔＫの対数、縦軸に疲労亀裂進展速度ｄａ／ｄＮの
対数をとり、プロットしてみると図３が得られた。図中
の同じ印の点は同じ鋼によるものである。

【００１６】この図から、同じ鋼による結果はほぼ１本
の直線で近似でき、それらの直線はいずれも傾きがほぼ
等しく、前出のパリス則の式の指数ｍは鋼が異っても
等しいと見なせる。したがって、成分や製造条件によっ
てパリス則の式の定数Ｃが変化し、疲労亀裂進展速度
ｄａ／ｄＮが変ることがわかる。この試験に供した各鋼
の金属組織は、それぞれフェライト相のもの、ベイナイ
ト相のもの、およびフェライト・ベイナイト二相のもの
であった。そこで、金属組織とこの定数Ｃとその組織の
関係を調べてみると、図４に示すようにフェライトとベ
イナイトの二相が複合した組織の場合、パリス則の式
の定数Ｃが大幅に小さくなることがわかった。

【００１７】さらに詳細調査をおこなった結果、フェラ
イトとベイナイトの二相組織とした上で、フェライト相
部分の比率、フェライト相の硬さ、およびフェライト相
とベイナイト相の境界の数（密度）、等を特定範囲に規
制することがパリス則の式の定数Ｃを安定して小さく
するのに重要であることがわかった。定数Ｃを小さくす
れば、同じ繰り返し応力拡大係数範囲に対する亀裂進展
速度を遅くできる。すなわち、疲労亀裂の進展に対する
抵抗性を増した鋼を提供できるのである。

【００１８】本発明はこのような知見に基づいてなさ
れたものであり、その要旨は、『重量％としてＣ： 0.08
〜 0.2 ％、Ｓｉ： 0.44 〜 0.6 ％、Ｍｎ： 0.3 〜 2.0 ％、
Ａｌ： 0.01 〜 0.1 ％、Ｎｂ： 0.1 ％以下、Ｔｉ： 0.1 ％
以下、Ｃｕ： 1.0 ％以下およびＣｒ： 2.0 ％以下を含有
し、残部が不可避不純物とＦｅからなり、断面の鋼組織
がフェライトとベイナイトであって、フェライト相は面
積率で38％以上52％以下で、そのフェライト相部分の硬
さが80ＨＶ0.02〜150 ＨＶ0.02であり、かつフェライト
相とベイナイト相の境界が断面内の任意の場所に引いた
直線上において50〜300 ヶ所／mmの密度で存在すること
を特徴とする、疲労亀裂進展抵抗性に優れた引張り強さ
が55kgf／mm^２以上のフェライト・ベイナイト二相鋼』
にある。

【００１９】前記二相鋼は『上記化学組成の鋼スラブ
を、９５０〜Ａｒ _３点の温度範囲で累積圧下率を３０
％以上として圧延し、次いで、Ａｒ _３点近傍の温度範
囲から 400 〜 600 ℃の温度範囲まで強制冷却し、その温
度範囲で保持後冷却したもの』であることが望ましい。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明鋼の組織の限定理由につい
て以下に説明する。

【００２１】(1) フェライト相部分の面積率前出の図３を得た時に用いた各鋼により、圧延条件の変
更やさらには圧延後の熱処理もおこなってフェライト相
部分の分率を変え、得られた鋼について引張り試験、衝
撃試験、顕微鏡組織観察をおこなった。フェライト相硬
さが 150ＨＶ0.02を十分下まわり、相境界密度が 150ヶ
所／mm程度である鋼について、ＡＳＴＭ規格Ｅ 647にし
たがって、図２のＣＴ試験片を用い、室温の大気中に
て、負荷条件は応力比（最大応力に対する最小応力の
比） 0.1 、繰り返し速度25Ｈｚとして疲労亀裂進展試
験を実施した。

【００２２】得られた結果からパリス則の式の定数Ｃ
を求め、フェライト相部分の分率との関係を調査した。
その結果を図５に示す。この図５から、フェライト相ま
たはベイナイト相単一の場合（図４参照）に比し、フェ
ライト・ベイナイト二相になって明らかに亀裂進展に対
する抵抗性が増したと判断できる定数Ｃが10^-9を下回る
結果が得られるのは、フェライト相部分の分率の範囲が
38〜52％の場合であることがわかる。

【００２３】そこで、本発明の鋼は、フェライト相の分
率の範囲が38〜52％であることに限定する。さらにこの
図において示されるように、定数Ｃが最も小さくなる領
域、すなわちフェライト部分の分率で40〜48％の範囲が
より望ましい。

【００２４】(2) フェライト相部分の硬さ本発明では、フェライト・ベイナイト二相組織のフェラ
イト相部分の硬さを 150ＨＶ0.02以下に限定する。これ
は、本発明鋼のき疲労裂進展抵抗性が増すのは、硬いベ
イナイト相と軟らかいフェライト相が隣接して共存した
複合組織であるという理由からである。

【００２５】亀裂発生部から疲労亀裂が進展する様相を
考えると、同じ大きさの応力拡大係数のもとでは、亀裂
の開口方向に対し垂直方向に働く応力が最も効果的に亀
裂を推進させるであろう。そして、硬さが均一な組織で
あれば、亀裂の経路は屈曲することなく、常に応力に垂
直な方向に進展して行くはずである。しかし、二相組織
の場合の疲労亀裂は、疲労強度が相対的に低い軟らかい
フェライト相を連結するかたちで進展する。この場合、
フェライト相部分を進展する亀裂が硬いベイナイト相に
突き当ると、亀裂の先端は硬い相に沿って微視的に屈曲
させられる。亀裂の方向が屈曲すると、亀裂先端の応力
状態が変り、亀裂推進力が低下してしまって、進行速度
が遅くなる。これが図４に示したフェライトやベイナイ
ト単相の場合よりも、二相の場合が疲労亀裂進展の抵抗
性が大きい理由である。

【００２６】二相組織の場合、二つの相のそれぞれの硬
さとその比率により、鋼としての強度はきまる。そし
て、同じ強度なら、単相組織よりも二相組織の方が疲労
亀裂進展抵抗が大きい。二相といっても硬い相の部分と
軟らかい相の部分の比率が、適当な範囲に入っていなけ
れば効果がないことは、前記の (1)項に述べた通りであ
る。ただし、好ましい比率であったとしても、それらの
相の硬さの間にある程度以上の差がなければ亀裂先端の
屈曲は生じず、亀裂進展速度を遅くする効果は得られな
い。

【００２７】このようなフェライト相とベイナイト相の
間の硬さの差を、充分有効な大きさにすることは、その
比率が本発明で規制する範囲にあれば、フェライト相部
分の硬さを 150ＨＶ0.02以下に限定することによって実
現できる。これは、フェライト・ベイナイト二相鋼にお
いて、ベイナイト相の硬さは鋼の引張り強度が決ればフ
ェライト相の硬さとその比率から一義的に決り、本発明
においては、鋼強度（引張り強さ）の目標を55 kgf／mm
² 以上とするからである。この場合のフェライト相部分
の硬さの下限はその強度目標を考慮すれば、80ＨＶ0.02
程度までである。したがって、フェライト相の硬さを80
ＨＶ0.02〜150 ＨＶ0.02とした。 (3) 相境界密度疲労亀裂進展抵抗を大きくする金属組織的要因として、
フェライト相の分率およびフェライト相部分の硬さを規
制したが、これらの他に、フェライト相とベイナイト相
の境界の存在密度が重要である。境界の存在密度の表示
方法はいくつかあるが、本発明においては、鋼材断面の
金属組織の光学顕微鏡観察における存在密度で規定する
ことする。すなわち、顕微鏡観察の際、断面内の任意の
位置に引いた直線と交叉するフェライト相とベイナイト
相の境界の数を勘定し、相境界が該直線と接する状態の
場合は、 1／2 ヶ所とする。

【００２８】製造条件により相境界の存在密度を変えた
例を後述の実施例３にて示すが、その図７からわかるよ
うに、相境界の存在密度のある範囲にて、前出のパリス
則の式の定数Ｃが最も小さくなる領域が存在する。い
いかえれば、フェライト相とベイナイト相の比率が前記
の範囲にあっても、相境界密度が適性範囲になければ定
数Ｃは小さくならない。この範囲は50〜 300ヶ所／mmで
ある。このような適性範囲が生じる理由は、次のように
考えられる。相境界の存在密度が50ヶ所／mm未満の場
合、フェライト相が連続して存在する状態が多くなり、
フェライト相だけで直線状に亀裂が進展し、フェライト
単相の状態に近くなって亀裂進展抵抗性が向上しないた
めである。一方、相境界密度が 300ヶ所／mmを越える
と、第二相による疲労亀裂の屈曲が小さくなってしま
い、結果として直線状亀裂と同等になって、亀裂進展抵
抗性の向上効果が消失してしまう。

【００２９】以上の理由から、フェライト相とベイナイ
ト相の境界の密度を、鋼断面の任意の位置に引いた直線
と交叉する相境界の数が50〜 300ヶ所／mmであることと
規制する。なお、亀裂進展抵抗性が最も大きくなる範囲
を考えれば、相境界の密度は75〜200ヶ所/mmが望まし
い。

【００３０】次に本発明鋼の化学成分および製造条件
を説明する。

【００３１】 (4) Ｃ強度の確保および適量のベイナイト組織の相を生成させ
るために、含有量を管理する必要がある。含有量が0.08
％未満では、ベイナイト量が不十分で、亀裂進展の抵抗
性を増すことができない。一方含有量が0.20％をこえる
と、溶接が困難となり、構造用鋼としての使用領域が著
しく限定される。そこで、Ｃ含有量は、0.08〜0.20％と
した。望ましい含有量は0.09〜0.15％である。

【００３２】 (5) ＳｉＳｉは脱酸および強度上昇の目的で添加する。0.44％未
満の含有ではその効果がなく、0.6％をこえると靭性の
劣化や、表面性状の悪化を来すので、その含有範囲は0.
44〜 0.6％とした。

【００３３】 (6) Ｍｎ構造用鋼としての強度の保証や安定したベイナイト相の
生成に必要で、 0.3％未満では効果がなく、 2.0％をこ
えると溶接性や靭性が劣化し、構造用鋼としての使用領
域が著しく限定される。安定して良好な性能の得られる
範囲は、 0.5 〜 1.8 ％である。

【００３４】 (7) ＡｌＡｌは脱酸の目的で、製鋼時に添加する。含有量が0.01
％未満では脱酸不十分で圧延前の鋼塊に内部欠陥が増加
し、 0.1％をこえると靭性が劣化する。したがってＡｌ
含有量は 0.01 〜 0.1 ％とした。なお、ある程度以上添加
しても効果が飽和してくるので、望ましい含有量は0.01
〜0.05％である。

【００３５】 (8) ＴｉおよびＮｂこれらの元素は添加しなくてもよいが、析出硬化を利用
して強度を上げたり、圧延条件や熱処理条件と組合せて
オーステナイト粒径を制御するために、必要により添加
する。添加する場合、多すぎると鋼の靭性を劣化させる
ので、その含有量はどちらも 0.1％以下とした。また、
添加する場合、その効果を充分に発揮させるには、どち
らも0.01〜0.05％の範囲の含有が望ましい。

【００３６】 (9) ＣｕおよびＣｒこれらの元素は、本発明鋼の成分としては特に添加しな
くてもよいが、鋼材が腐食環境下で使用される可能性が
ある場合に、必要に応じて添加し耐腐食性を向上させる
ことができる。その場合の含有量はＣｕでは 1.0％以
下、Ｃｒでは 2.0％以下である。この上限をこえると、
Ｃｕでは熱間圧延時の割れ、Ｃｒでは溶接性の劣化を来
す。

【００３７】 (10) Ｐ、ＳおよびＮいずれも靭性を劣化させる不純物元素であり、少なけれ
ば少ないほどよい。本発明の鋼では、目立った影響をお
よぼさない限界として、ＰおよびＳの含有量は0.02％以
下、Ｎの含有量は0.01％以下とした。

【００３８】(11) 製造条件フェライト相の分率、フェライト相部の硬さ、フェライ
ト相とベイナイト相の境界の密度等の金属組織的要因
が、前記に定めた範囲内に入るための条件を、溶接構造
用圧延鋼材に相当する鋼を例として以下に説明する。

【００３９】所定の化学組成の鋼スラブを加熱し、Ａｒ
₃ 点を充分上回る温度にて所要厚さに仕上げる。次いで
Ａｒ₃ 点近傍の温度範囲から 400〜 600℃の温度範囲ま
で強制冷却し、その温度範囲で保持後冷却する。なお、
フェライト相とベイナイト相の境界の密度を本発明の定
める範囲に入れるには、 950℃以下Ａｒ₃ 点以上の温度
範囲で累積圧下率を30％以上にすることが望ましい。

【００４０】また、所要の板厚に圧延された鋼板を用
い、Ａｒ₃ 点を充分こえる温度に加熱後、上記と同じ条
件にて熱処理してもよい。ただしこの場合、相境界の密
度を本発明の定める範囲内に入れるため、ＴｉやＮｂを
含有させておくことが望ましい。

【００４１】

【実施例】（実施例１）化学成分を表１に示す鋼スラブを用い、 950℃以下の圧
下率が35％となるよう厚さ15mmの板に仕上げ温度 810℃
として圧延した後、 795℃から冷却速度15℃／ｓで 400
〜 450℃まで強制冷却し、その温度で約60ｓ間保持後放
冷した。得られた鋼から試験片を採取し、光学顕微鏡組
織観察、引張り試験、および前述の図２のＣＴ試験片に
よりＡＳＴＭ規格Ｅ 647にしたがって疲労亀裂進展試験
をおこなった。結果を表２に示す。

【００４２】

【表１】

【表２】これからわかるように、フェライト相分率、フェライト
相とベイナイト相の境界の密度およびフェライト相の硬
さが、本発明で定める範囲にはいっている鋼１、２、お
よび４の、パリス則の式の定数Ｃは、比較鋼５、６、
７および８よりも小さく、疲労亀裂進展の抵抗性が大き
い。

【００４３】（実施例２）フェライト相の硬さの影響を知るため、Ｃ含有量を0.08
〜0.15％、Ｓｉ含有量を0.20〜0.51％の範囲で変えた、
Ｍｎ含有量 1.0％でＴｉおよびＮｂをそれぞれ約0.02％
含有する鋼を用い、オーステナイト化温度および時間を
変えて、冷却開始温度をほぼＡｒ₃ 点とし 420〜 470℃
まで15℃／ｓで強制冷却し、60ｓ保持して放冷の熱処理
を行なった。ここで、Ａｒ₃ 点は分析成分により次の
式を用いて計算で求めた。

【００４４】Ａｒ₃ （℃）＝ 910− 310×Ｃ（％）−80
×Ｍｎ（％）−20×Ｃｕ（％）−15×Ｃｒ（％）・・・
・・得られた鋼板のフェライト相の分率は40〜46％であり、
フェライト相部分の硬さは75〜175 ＨＶ0.02、相境界密
度は70〜 160ヶ所／mmであった。これらの鋼から試験片
を取り、前述の疲労亀裂進展試験をおこない定数Ｃを求
めた。

【００４５】この結果によるフェライト相の硬さに対す
るパリス則の式の定数Ｃの変化を図６に示すが、硬さ
150ＨＶ0.02を境に、これより低いフェライト相硬さで
は、疲労亀裂進展抵抗性が大幅に向上していることがわ
かる。

【００４６】（実施例３）Ｃ：0.10％、Ｓｉ：0.51％、
Ｍｎ：0.99％、Ｎｂ： 0.032％、Ａｌ： 0.022％の鋼
（Ａｒ₃ ＝ 800℃）を用い、 950℃から 820℃までの温
度域における累積圧下率を種々変えた熱間圧延の後、 8
00℃から15℃／ｓで410 〜 440℃の温度範囲まで強制冷
却し、その温度で60ｓ保持し放冷した。得られた鋼のフ
ェライト相の分率は42〜48％で、フェライト相部分の硬
さは 120〜 130ＨＶ0.02であって、相境界密度は20〜 3
70ヶ所／mmと変化していた。これらの鋼から試験片を切
出して前述の疲労亀裂進展試験をおこない、前記式の
定数Ｃを求めた。

【００４７】これらの試験結果から、相境界密度に対す
る定数Ｃの変化について図７が得られた。これからわか
るように、本発明の定めるフェライト相とベイナイト相
の境界密度の範囲である鋼は、定数Ｃが小さく疲労亀裂
進展抵抗性が大きい。

【００４８】

【発明の効果】本発明の鋼は、疲労亀裂進展に対する抵
抗性が大きく、船舶、海洋構造物、橋梁、建築物、タン
ク、自動車等の繰り返し荷重下で使用される鋼構造物に
これを適用することによって、その安全性が高まり、構
造物の寿命の延長、さらにまた鋼材使用量の削減が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】疲労亀裂進展速度と応力拡大係数範囲との関係
を模式的に示した図である。

【図２】疲労亀裂伝播試験に用いた試験片の形状を示す
図である。

【図３】実際の鋼について疲労亀裂進展速度と応力拡大
係数範囲との関係を試験した結果を示す図である。

【図４】疲労亀裂進展速度に関係するパリス則の定数Ｃ
におよぼす、鋼の組織の影響を示す図である。

【図５】疲労亀裂進展速度に関係するパリス則の定数Ｃ
と、フェライト・ベイナイト二相鋼のフェライト相の分
率との関係を示す図である。

【図６】疲労亀裂進展速度に関係するパリス則の定数Ｃ
と、フェライト・ベイナイト二相鋼のフェライト相部分
の硬さとの関係を示す図である。

【図７】疲労亀裂進展速度に関係するパリス則の定数Ｃ
と、フェライト・ベイナイト二相鋼の相境界密度との関
係を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者幸英昭大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内 (72)発明者岡口秀治大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内 (72)発明者有持和茂大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内 (56)参考文献特開平６−322477（ＪＰ，Ａ) 特開平７−11383（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％としてＣ：0.08〜 0.2％、Ｓｉ：0.
44〜 0.6％、Ｍｎ： 0.3〜 2.0％、Ａｌ：0.01〜 0.1
％、Ｎｂ： 0.1％以下、Ｔｉ： 0.1％以下、Ｃｕ： 1.0
％以下およびＣｒ： 2.0％以下を含有し、残部が不可避
不純物とＦｅからなり、断面の鋼組織がフェライトとベ
イナイトであって、フェライト相は面積率で38％以上52
％以下で、そのフェライト相部分の硬さが80ＨＶ0.02〜
150 ＨＶ0.02であり、かつフェライト相とベイナイト相
の境界が断面内の任意の場所に引いた直線上において50
〜300 ヶ所／mmの密度で存在することを特徴とする、疲
労亀裂進展抵抗性に優れた引張り強さが55kgf／mm^２以
上のフェライト・ベイナイト二相鋼。
【請求項２】重量％としてＣ：0.08〜 0.2％、Ｓｉ：0.
44〜 0.6％、Ｍｎ： 0.3〜 2.0％、Ａｌ：0.01〜 0.1
％、Ｎｂ： 0.1％以下、Ｔｉ： 0.1％以下、Ｃｕ： 1.0
％以下およびＣｒ： 2.0％以下を含有し、残部が不可避
不純物とＦｅからなる鋼スラブを、９５０〜Ａｒ_３点
の温度範囲で累積圧下率を３０％以上として圧延し、次
いで、Ａｒ_３点近傍の温度範囲から 400〜 600℃の温
度範囲まで強制冷却し、その温度範囲で保持後冷却し
た、断面の鋼組織がフェライトとベイナイトであって、
フェライト相は面積率で38％以上52％以下で、そのフェ
ライト相部分の硬さが80ＨＶ0.02〜150 ＨＶ0.02であ
り、かつフェライト相とベイナイト相の境界が断面内の
任意の場所に引いた直線上において50〜300 ヶ所／mmの
密度で存在することを特徴とする、疲労亀裂進展抵抗性
に優れた引張り強さが55kgf／mm^２以上のフェライト・
ベイナイト二相鋼。