JP3845696B2 - 超微細粒フェライト組織鋼の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、鋼製品に関し、さらに詳しくは、高強度で、高靱性で、かつ溶接性にも優れた、結晶粒径０．７μｍ以下で整粒のフェライト組織を主体とした鋼材の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその解決課題】
従来より、低炭素鋼においてフェライト結晶粒径の微細化を図ることが、鋼の強度を向上させ、かつ靱性を向上させる有力な手段であることが知られている。
【０００３】
そして、鋼の強度を２倍以上にするためには、フェライト結晶粒径０．７μｍ以下にする必要があることも知られている。しかしながら、従来では、０．７μｍ以下の超微細粒子フェライト結晶粒バルク材を得ることは非常に困難であった。
【０００４】
このような状況において、フェライトの粒径の微細化についての改善方法が案出されてきている。たとえば、日本金属学会誌、第５７巻第３号（１９９３）ｐ．２５４に示されているような回転するポットの中に剛体球と原料鋼粉末を入れて粉末を強加工し、固化成形する、CAMP-ISTJ, Vol.11(1998)p.1035 に示されているようなメカニカルミリング法、鋼を圧延して半分に切断し、これを重ねてさらに圧延することを繰り返す、繰り返し重ね接合圧延（ＡＲＢ）法や、METALLURJICAL AND MATERIALS TRANS ACTIONS A, Vol.29(1998)p.2237 に示されているようにＬ字型の型の中を鋼を通過させて意図的に剪断歪みを導入し組織を微細化するＥＣＡＰ法等が提案されている。
【０００５】
しかしながら、これらの手法は鋼の製造に時間がかかることや、あるいは大量生産が困難であるなどの問題があり、工業的規模での利用が難しいという問題があった。
【０００６】
そこで、この出願の発明は、上記のとおりの従来方法の問題点を解消し、強度並びに靱性に優れ、さらには溶接性も良好な、鋼全体が０．７μｍ以下の超微細フェライト粒からなる鋼材の新しい製造方法を提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第１には、フェライトが再結晶しない温度領域で全５０％以上の多パス圧延を行い、次いで２パス以内でフェライトが動的再結晶する温度領域で圧延する工程を含むことを特徴とする超微細粒フェライト組織鋼の製造方法を提供する。
【０００８】
また、この出願の発明は、第２には、微細な出発材料を得るための工程を追加し、先ず鋼を９００℃以上に加熱し、Ａｒ１点より高温にて３０％以上の多パス圧延を行い、その後に前記した全５０％以上の多パス圧延、及びこれに続く２パス以内の圧延を行うことを特徴とする超微細粒フェライト組織鋼の製造方法を提供する。
【０００９】
さらに、この出願の発明は、第３には、穴型圧延機を用いて、圧延中の試料断面形状が相似形以外の変形を伴う圧延を行うことを特徴とする超微細粒フェライト組織鋼の製造方法を提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
この出願の発明は上記のとおりの特徴を有するものであるが、以下にその実施の形態について説明する。
【００１１】
まず、この出願の第１の発明方法においては、鋼材をフェライトが再結晶しない温度領域で５０％以上の多パス圧延を行う。次いでフェライトが動的再結晶する温度領域に加熱し、１ないし２パスの圧延を行い、動的再結晶させる。これらの工程を含むことによって、鋼全体が０．７μｍ以下の整粒である超微細粒フェライト組織からなる鋼材を製造する。
【００１２】
フェライトが再結晶しない温度領域で５０％以上の多パス圧延を行うことの理由は、後工程での動的再結晶に必要な核の元を作り込んでおくためである。
この段階でより多くの再結晶核の元を創製することにより最終的に得られるフェライト粒径はより微細なものになる。この多パス圧延の段階で再結晶を起こした場合には、得られるフェライト粒径は混粒になりやすい。
【００１３】
このため、前工程としての多パス圧延では、鋼材を５７０℃以下のフェライトが再結晶しない温度領域で圧延することが欠かせない。より好ましい加熱温度の範囲は、５００〜５７０℃である。そして、多パス圧延では５０％以上の圧延とするが、より好ましくは８５％以上である。
【００１４】
また、この出願の発明において、後工程として、フェライトが動的再結晶する温度領域に加熱し、１〜２パスの圧延を行って加工組織を動的再結晶させることの理由は、１〜２パスの圧延で動的再結晶させることで、前記の再結晶の核から一度に再結晶を起こさせ超微細フェライト粒組織を創製するためである。
【００１５】
このとき、最終１〜２パスを高温にする加熱はできるだけ迅速に行う必要がある。そのため、高周波誘導加熱などの加熱方法を採用してもよいし、あるいは、圧延加工にともなう加工発熱を用いることができるが、加工発熱による方法を採用し、最終１〜２パスで加工発熱を利用するのが簡単で有効である。その理由は、最終１〜２パスの実質減面率を他のパスに対して増加させることにより大きな加工発熱が起こり動的再結晶が可能になるからである。
【００１６】
なお、フェライトの動的再結晶温度は、成分、加工量、ひずみ速度によって異なるが、動的再結晶のための核があらかじめ用意されている状態では５５０℃〜Ａｅの温度範囲である。
【００１７】
後工程としての、フェライトの動的再結晶温度領域での圧延は１ないし２パスとするが、これは２パスを超える圧延では組織が混粒になりやすいからである。また１ないし２パスでの圧延の圧下率については特に限定されることはない。
【００１８】
そして、この出願の以上のとおりの第１の発明の方法において、対象とする出発鋼材の結晶粒径は、微細であれば微細であるほど良い。そこで、あらかじめ出発鋼材を９００℃以上に加熱しオーステナイト化し、Ａｒ１点より高い温度範囲で３０％以上の多パス圧延を行うことが有効である。Ａｒ１点以上で加工を行うことにより、その後の冷却中の変態を通じてより微細なフェライト組織が得られる。
【００１９】
３０％未満の加工では、変態後の組織を微細化する効果はあまり大きくない。 また、この出願の発明では、前記の圧延には穴型圧延を用いることもできる。この場合には特に、穴形状を工夫することで最終的に得られる棒材の組織をより等軸化することが可能となる。その際、多パス圧延の穴形状については、特に、四角形、三角形等の穴形状が異なるパスを順次通すか、あるいは、穴形状は相似形であっても試料を回転させて圧延機に挿入することで、圧延中の試料断面形状が相似変形以外の変形を伴うように圧延することにより、Ｔ断面だけでなく、Ｌ断面の組織も等軸化することが可能である。ここで「穴形状は相似形であっても、試料を回転させて圧延機に挿入することで、圧縮中の試料断面形状が相似変形以外の変形を伴う」と言うことの意味は、例えば、正方形の穴に正方形の断面をもつ試料を通すとき、穴の辺の中央と試料の角を合わせ通すと、試料の断面は圧延中に一旦、八角形となり最終的に正方形となる加工態様をいい、穴と試料の角を相互に合わせる場合に、試料は相似形のまま圧縮変形するが、このような場合とは異なっている。また、ここで言う「Ｔ断面」とは棒の長手方向に対して垂直に切断した断面であり、「Ｌ断面」とは水平に切断した断面を言う。
【００２０】
この発明での圧延加工後の冷却は特に限定されないが、例えば１０℃／ｓ以上の比較的速い冷却速度で冷却することがフェライト粒の粗大化を防止する観点から望ましい。
【００２１】
また、この出願の発明における鋼材の種類については、厳密な限定はないが、たとえばその組成（重量％）が以下のものを好適なものとして例示することができる。
【００２２】
Ｃ：０．２５以下
Ｓｉ：０．１０〜１．００
Ｍｎ：０．５０〜２．００
Ｐ：０．０８以下
Ｓ：０．０１０以下
Ｎ：０．０１０以下
Ａｌ：０．０５０以下
Ｆｅ：残部
もちろん、原料や製造工程からの不可避的不純物の混入が許容されることは言うまでもない。
【００２３】
以下、実施例を示し、この出願の発明について、さらに詳しく説明する。
【００２４】
【実施例】
＜実施例１＞
化学組成（重量％）がＣ／０．１５、Ｓ／０．２８、Ｍｎ／１．４５、Ｐ／０．００５、Ｓ i／０．０００４、Ａｌ／０．０３１、Ｎ／０．００１６、Ｆｅ／残部であって、その形状が１１５φ×５００ｍｍの鋼材を９００℃に１ｈ加熱し、少なくとも加工開始前はオーステナイトである、オーステナイト域の７００〜７５０℃で９パス４６％溝ロール圧延し、次いでフェライト域の５００〜５７０℃で２０パス９０％の溝ロール圧延し、その後、加工発熱で圧延温度が６１０℃となる２パスの強加工溝ロール圧延（減面率５０％）を行い、その後水冷した。これによって、試料鋼材Ａ１を得た。
【００２５】
最終の２パス直前までは加工フェライト組織であったが、最終２パスで動的再結晶が起こり、超微細粒子フェライト結晶（粒径０．７μｍ以下）組織となった。得られた鋼材Ａ１の硬さは２４０（Ｈｖ）であった。図１は、この組織を例示した電子顕微鏡写真である。
【００２６】
このもののフェライト粒径は０．７μｍ以下であり、その硬さは２３０（Ｈｖ）であった。
＜比較例１＞
比較のために、実施例１において、最終２パス６１０℃溝ロール圧延（５０％）に加えて、さらに２パス６１０℃溝ロール圧延（減面率３２％）を行い、その後水冷し、試料鋼材Ｂを得た。
【００２７】
この鋼材Ｂのフェライト粒は、平均１．８μｍであって、その組織は、図２に示されたものであった。また、鋼材Ｂの硬さは１８０（Ｈｖ）であった。
【００２８】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によれば、フェライト粒径０．７μｍ以下の超微細粒子フェライト組織鋼を、温度制御された圧延によって容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の鋼材Ａ１の組織を例示した図面に代わる電子顕微鏡写真である。
【図２】比較例１の鋼材Ｂの組織を例示した図面に代わる電子顕微鏡写真である。
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、鋼製品に関し、さらに詳しくは、高強度で、高靱性で、かつ溶接性にも優れた、結晶粒径０．７μｍ以下で整粒のフェライト組織を主体とした鋼材の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその解決課題】
従来より、低炭素鋼においてフェライト結晶粒径の微細化を図ることが、鋼の強度を向上させ、かつ靱性を向上させる有力な手段であることが知られている。
【０００３】
そして、鋼の強度を２倍以上にするためには、フェライト結晶粒径０．７μｍ以下にする必要があることも知られている。しかしながら、従来では、０．７μｍ以下の超微細粒子フェライト結晶粒バルク材を得ることは非常に困難であった。
【０００４】
このような状況において、フェライトの粒径の微細化についての改善方法が案出されてきている。たとえば、日本金属学会誌、第５７巻第３号（１９９３）ｐ．２５４に示されているような回転するポットの中に剛体球と原料鋼粉末を入れて粉末を強加工し、固化成形する、CAMP-ISTJ, Vol.11(1998)p.1035 に示されているようなメカニカルミリング法、鋼を圧延して半分に切断し、これを重ねてさらに圧延することを繰り返す、繰り返し重ね接合圧延（ＡＲＢ）法や、METALLURJICAL AND MATERIALS TRANS ACTIONS A, Vol.29(1998)p.2237 に示されているようにＬ字型の型の中を鋼を通過させて意図的に剪断歪みを導入し組織を微細化するＥＣＡＰ法等が提案されている。
【０００５】
しかしながら、これらの手法は鋼の製造に時間がかかることや、あるいは大量生産が困難であるなどの問題があり、工業的規模での利用が難しいという問題があった。
【０００６】
そこで、この出願の発明は、上記のとおりの従来方法の問題点を解消し、強度並びに靱性に優れ、さらには溶接性も良好な、鋼全体が０．７μｍ以下の超微細フェライト粒からなる鋼材の新しい製造方法を提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第１には、フェライトが再結晶しない温度領域で全５０％以上の多パス圧延を行い、次いで２パス以内でフェライトが動的再結晶する温度領域で圧延する工程を含むことを特徴とする超微細粒フェライト組織鋼の製造方法を提供する。
【０００８】
また、この出願の発明は、第２には、微細な出発材料を得るための工程を追加し、先ず鋼を９００℃以上に加熱し、Ａｒ１点より高温にて３０％以上の多パス圧延を行い、その後に前記した全５０％以上の多パス圧延、及びこれに続く２パス以内の圧延を行うことを特徴とする超微細粒フェライト組織鋼の製造方法を提供する。
【０００９】
さらに、この出願の発明は、第３には、穴型圧延機を用いて、圧延中の試料断面形状が相似形以外の変形を伴う圧延を行うことを特徴とする超微細粒フェライト組織鋼の製造方法を提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
この出願の発明は上記のとおりの特徴を有するものであるが、以下にその実施の形態について説明する。
【００１１】
まず、この出願の第１の発明方法においては、鋼材をフェライトが再結晶しない温度領域で５０％以上の多パス圧延を行う。次いでフェライトが動的再結晶する温度領域に加熱し、１ないし２パスの圧延を行い、動的再結晶させる。これらの工程を含むことによって、鋼全体が０．７μｍ以下の整粒である超微細粒フェライト組織からなる鋼材を製造する。
【００１２】
フェライトが再結晶しない温度領域で５０％以上の多パス圧延を行うことの理由は、後工程での動的再結晶に必要な核の元を作り込んでおくためである。
この段階でより多くの再結晶核の元を創製することにより最終的に得られるフェライト粒径はより微細なものになる。この多パス圧延の段階で再結晶を起こした場合には、得られるフェライト粒径は混粒になりやすい。
【００１３】
このため、前工程としての多パス圧延では、鋼材を５７０℃以下のフェライトが再結晶しない温度領域で圧延することが欠かせない。より好ましい加熱温度の範囲は、５００〜５７０℃である。そして、多パス圧延では５０％以上の圧延とするが、より好ましくは８５％以上である。
【００１４】
また、この出願の発明において、後工程として、フェライトが動的再結晶する温度領域に加熱し、１〜２パスの圧延を行って加工組織を動的再結晶させることの理由は、１〜２パスの圧延で動的再結晶させることで、前記の再結晶の核から一度に再結晶を起こさせ超微細フェライト粒組織を創製するためである。
【００１５】
このとき、最終１〜２パスを高温にする加熱はできるだけ迅速に行う必要がある。そのため、高周波誘導加熱などの加熱方法を採用してもよいし、あるいは、圧延加工にともなう加工発熱を用いることができるが、加工発熱による方法を採用し、最終１〜２パスで加工発熱を利用するのが簡単で有効である。その理由は、最終１〜２パスの実質減面率を他のパスに対して増加させることにより大きな加工発熱が起こり動的再結晶が可能になるからである。
【００１６】
なお、フェライトの動的再結晶温度は、成分、加工量、ひずみ速度によって異なるが、動的再結晶のための核があらかじめ用意されている状態では５５０℃〜Ａｅの温度範囲である。
【００１７】
後工程としての、フェライトの動的再結晶温度領域での圧延は１ないし２パスとするが、これは２パスを超える圧延では組織が混粒になりやすいからである。また１ないし２パスでの圧延の圧下率については特に限定されることはない。
【００１８】
そして、この出願の以上のとおりの第１の発明の方法において、対象とする出発鋼材の結晶粒径は、微細であれば微細であるほど良い。そこで、あらかじめ出発鋼材を９００℃以上に加熱しオーステナイト化し、Ａｒ１点より高い温度範囲で３０％以上の多パス圧延を行うことが有効である。Ａｒ１点以上で加工を行うことにより、その後の冷却中の変態を通じてより微細なフェライト組織が得られる。
【００１９】
３０％未満の加工では、変態後の組織を微細化する効果はあまり大きくない。 また、この出願の発明では、前記の圧延には穴型圧延を用いることもできる。この場合には特に、穴形状を工夫することで最終的に得られる棒材の組織をより等軸化することが可能となる。その際、多パス圧延の穴形状については、特に、四角形、三角形等の穴形状が異なるパスを順次通すか、あるいは、穴形状は相似形であっても試料を回転させて圧延機に挿入することで、圧延中の試料断面形状が相似変形以外の変形を伴うように圧延することにより、Ｔ断面だけでなく、Ｌ断面の組織も等軸化することが可能である。ここで「穴形状は相似形であっても、試料を回転させて圧延機に挿入することで、圧縮中の試料断面形状が相似変形以外の変形を伴う」と言うことの意味は、例えば、正方形の穴に正方形の断面をもつ試料を通すとき、穴の辺の中央と試料の角を合わせ通すと、試料の断面は圧延中に一旦、八角形となり最終的に正方形となる加工態様をいい、穴と試料の角を相互に合わせる場合に、試料は相似形のまま圧縮変形するが、このような場合とは異なっている。また、ここで言う「Ｔ断面」とは棒の長手方向に対して垂直に切断した断面であり、「Ｌ断面」とは水平に切断した断面を言う。
【００２０】
この発明での圧延加工後の冷却は特に限定されないが、例えば１０℃／ｓ以上の比較的速い冷却速度で冷却することがフェライト粒の粗大化を防止する観点から望ましい。
【００２１】
また、この出願の発明における鋼材の種類については、厳密な限定はないが、たとえばその組成（重量％）が以下のものを好適なものとして例示することができる。
【００２２】
Ｃ：０．２５以下
Ｓｉ：０．１０〜１．００
Ｍｎ：０．５０〜２．００
Ｐ：０．０８以下
Ｓ：０．０１０以下
Ｎ：０．０１０以下
Ａｌ：０．０５０以下
Ｆｅ：残部
もちろん、原料や製造工程からの不可避的不純物の混入が許容されることは言うまでもない。
【００２３】
以下、実施例を示し、この出願の発明について、さらに詳しく説明する。
【００２４】
【実施例】
＜実施例１＞
化学組成（重量％）がＣ／０．１５、Ｓ／０．２８、Ｍｎ／１．４５、Ｐ／０．００５、Ｓ i／０．０００４、Ａｌ／０．０３１、Ｎ／０．００１６、Ｆｅ／残部であって、その形状が１１５φ×５００ｍｍの鋼材を９００℃に１ｈ加熱し、少なくとも加工開始前はオーステナイトである、オーステナイト域の７００〜７５０℃で９パス４６％溝ロール圧延し、次いでフェライト域の５００〜５７０℃で２０パス９０％の溝ロール圧延し、その後、加工発熱で圧延温度が６１０℃となる２パスの強加工溝ロール圧延（減面率５０％）を行い、その後水冷した。これによって、試料鋼材Ａ１を得た。
【００２５】
最終の２パス直前までは加工フェライト組織であったが、最終２パスで動的再結晶が起こり、超微細粒子フェライト結晶（粒径０．７μｍ以下）組織となった。得られた鋼材Ａ１の硬さは２４０（Ｈｖ）であった。図１は、この組織を例示した電子顕微鏡写真である。
【００２６】
このもののフェライト粒径は０．７μｍ以下であり、その硬さは２３０（Ｈｖ）であった。
＜比較例１＞
比較のために、実施例１において、最終２パス６１０℃溝ロール圧延（５０％）に加えて、さらに２パス６１０℃溝ロール圧延（減面率３２％）を行い、その後水冷し、試料鋼材Ｂを得た。
【００２７】
この鋼材Ｂのフェライト粒は、平均１．８μｍであって、その組織は、図２に示されたものであった。また、鋼材Ｂの硬さは１８０（Ｈｖ）であった。
【００２８】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によれば、フェライト粒径０．７μｍ以下の超微細粒子フェライト組織鋼を、温度制御された圧延によって容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の鋼材Ａ１の組織を例示した図面に代わる電子顕微鏡写真である。
【図２】比較例１の鋼材Ｂの組織を例示した図面に代わる電子顕微鏡写真である。
Claims (3)
- 下記の組成からなる鋼材をフェライトが再結晶しない温度領域で下記の組成からなる鋼材を溝ロールを用いて全減面率５０％以上の多パス圧延を行い、次いで２パス以内でフェライトが動的再結晶する温度領域で溝ロールを用いて圧延する工程を含むことを特徴とする結晶粒径０．７μｍ以下で整粒の超微細粒フェライト組織鋼の製造方法。
Ｃ：０．２５重量％以下
Ｓｉ：０．１０〜１．００重量％
Ｍｎ：０．５０〜２．００重量％
Ｐ：０．０８重量％以下
Ｓ：０．０１０重量％以下
Ｎ：０．０１０重量％以下
Ａｌ：０．０５０重量％以下
Ｆｅ：残部 - 下記の組成からなる鋼材を９００℃以上に加熱し、Ａｒ１点より高温にて３０％以上の多パス圧延を行い、次いでフェライトが再結晶しない温度領域で溝ロールを用いて全減面率５０％以上の多パス圧延を行い、次いで２パス以内でフェライトが動的再結晶する温度領域で溝ロールを用いて圧延する工程を含むことを特徴とする結晶粒径０．７μｍ以下で整粒の超微細粒フェライト組織鋼の製造方法。
Ｃ：０．２５重量％以下
Ｓｉ：０．１０〜１．００重量％
Ｍｎ：０．５０〜２．００重量％
Ｐ：０．０８重量％以下
Ｓ：０．０１０重量％以下
Ｎ：０．０１０重量％以下
Ａｌ：０．０５０重量％以下
Ｆｅ：残部 - 多パスの穴型圧延機を用いて、圧延中の試料断面形状が相似形以外の変形を伴う圧延を行うことを特徴とする請求項１または２の結晶粒径０．７μｍ以下で整粒の超微細粒フェライト組織鋼の製造方法。
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| JP2000049633A JP3845696B2 (ja) | 2000-02-25 | 2000-02-25 | 超微細粒フェライト組織鋼の製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001234239A JP2001234239A (ja) | 2001-08-28 |
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ID=18571540
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- 2000-02-25 JP JP2000049633A patent/JP3845696B2/ja not_active Expired - Lifetime
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