JP4645461B2 - 耐延性亀裂発生特性と耐疲労亀裂伝播特性に優れた高強度鋼材およびその製造方法 - Google Patents
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Description
1.質量%で、C:0.03〜0.30%、Si:0.01〜0.50%、Mn:0.5〜2.0%、P:0.05%以下、S:0.02%以下、残部Fe及び不可避的不純物の鋼で、金属組織が、最大サイズが0.5μm以下のラス内炭化物もしくは窒化物または炭窒化物が存在する、ベイナイトもしくはマルテンサイトまたはそれらの混合組織で、前記金属組織中には粒径:50μm以下4μm以上のフェライトが面積分率:10%以上40%以下で存在することを特徴とする耐延性亀裂発生特性と耐疲労亀裂伝播特性に優れた引張強度550MPa以上の高強度鋼材。
2.更に、質量%でCu:1.0%以下、Ni:2.0%以下、Cr:1.0%以下、Mo:1.0%以下、Nb:0.1%以下、V:0.1%以下、Ti:0.1%以下、B:0.005%以下の一種または二種以上を含有する1に記載の耐延性亀裂発生特性と耐疲労亀裂伝播特性に優れた引張強度550MPa以上の高強度鋼材。
3.1または2に記載の成分の鋼を、1000℃以上、1300℃以下に加熱し、Ar3点以上で累積圧下率50%以上の圧延を行い、Ar3点からAr3−200℃の温度範囲を冷却速度4℃/s未満で5s以上、300s以下に冷却後、Ms点以下までを5℃/s以上の冷却速度で直接焼入れし、その後1℃/s以上の昇温速度でAc1点未満まで再加熱することを特徴とする耐延性亀裂発生特性と耐疲労亀裂伝播特性に優れた引張強度550MPa以上の高強度鋼材の製造方法。
[化学成分]以下の説明での%は全て質量%である。
C:0.03〜0.30%
Cは強度確保のために0.03%以上の添加が必要である。しかし、0.30%超えの添加は溶接性を阻害する。したがって0.03%以上0.30%以下に限定する。好ましくは0.05%以上0.25%以下とする。
Siは脱酸剤として有効であるとともに高強度化のためには0.01%以上必要であるが、0.50%を越えて添加すると溶接性、靭性を劣化させる。従って0.01%以上0.50%以下に限定する。好ましくは0.05%以上0.40%以下とする。
Mnは安価に焼入れ性の増加を通じて強度を高めるだけでなく靭性向上の観点から0.5%以上必要であるが、2.0%を越えると溶接性が劣化する。従って0.5%以上2.0%以下に限定する。好ましくは0.5%以上1.8%以下とする。
Pは鋼の靭性を劣化させるため、その含有量はできるだけ低いことが望ましい。このため上限を0.05%とした。好ましくは0.03%以下とする。
Sは多量に添加すると鋼の靭性を低下させるため極力低減するのが望ましい。このため、上限を0.02%とした。好ましくは0.01%以下とする。
Cuは固溶による強度上昇効果をもたらすとともに耐候性を向上させる。しかし、その含有量が1.0%を超えると溶接性を損なうとともに鋼材製造時に疵が生じやすくなる。従って、添加する場合はその上限を1.0%とする。好ましくは0.05%以上0.5%以下とする。
Niは低温靭性を向上させるとともに耐候性やCuを添加した場合に生ずる熱間脆性の改善に有効である。しかし、その添加量が2.0%を超えると溶接性を阻害する上、コストが上昇する。従って、添加する場合はその上限を2.0%とする。好ましくは0.05%以上1.0%以下とする。
Crは耐候性や強度を向上させる。しかし、その含有量が1.0%を超えると溶接性および靭性を損なう。従って、添加する場合は上限を1.0%とする。好ましくは0.05%以上0.5%以下とする。
Moは強度を上昇させる。しかし、その含有量が1.0%を超えると溶接性および靭性の劣化が生じる。従って、添加する場合はその上限を1.0%とする。好ましくは0.05%以上0.5%以下とする。
Nbは圧延時のオーステナイト再結晶を抑制し細粒化を図ると同時に、析出を通じた高強度化をもたらす働きを有する。しかし、0.1%以上添加すると靭性が劣化する。従って添加する場合は0.1%以下に限定する。好ましくは0.01%以上0.05%以下とする。
VもNbと同様、析出により高強度化をもたらす働きを有する。しかし、0.1%超えの添加は溶接性および靭性の低下を招く。従って添加する場合は0.1%以下に限定する。好ましくは0.01%以上0.07%以下とする。
Tiは強度上昇と溶接部靭性を改善する。しかし、その含有量が0.1%を超えるとコスト上昇を招く傾向にある。従って添加する場合は上限を0.1%とする。好ましくは0.01%以上0.05%以下とする。
Bは焼入れ性を高め強度上昇に寄与する。しかし、0.005%を超えて添加すると溶接性を害する。従って上限を0.005%とする。好ましくは0.0005%以上0.003%以下とする。
本発明に係る耐疲労亀裂伝播特性および耐延性亀裂発生特性に優れた高強度鋼材は金属組織が、ベイナイトもしくはマルテンサイトまたはそれらの混合組織であって、当該金属組織中に粒径:50μm以下4μm以上のフェライトが面積分率:10%以上40%以下で存在し、且つ最大サイズが0.5μm以下のラス内炭化物もしくは窒化物または炭窒化物が存在することを特徴とする。
ベイナイトもしくはマルテンサイトまたはそれらの混合組織とすることにより高強度化が達成され、さらに、それらの組織中にフェライトを生成させることで、疲労亀裂進展速度はフェライトとの界面で局所的な低下を見せるようになり耐疲労亀裂伝播特性が向上する。
上記規定のフェライトを備えたベイナイトもしくはマルテンサイトまたはそれらの混合組織中に最大サイズで0.5μm以下の微細な炭化物もしくは窒化物または炭窒化物を生成させることで、高い耐疲労亀裂伝播特性を維持しつつ、耐延性亀裂発生特性と靭性が向上する。最大径ラス内に炭化物もしくは窒化物または炭窒化物が存在しない場合やそれらが最大サイズで0.5μmを超える場合、耐延性亀裂発生特性や靭性が低下する。なお、炭化物もしくは窒化物または炭窒化物サイズは楕円形を仮定した時の長軸方向の全長を言う。
加熱温度を1000℃未満にするとその後の圧延温度が確保できない。また、1300℃を超える温度にすると鋼の結晶粒が粗大化するので靭性の確保が困難となる。
Ar3点以上で累積圧下率50%以上の圧延を行うことにより旧オーステナイト粒を微細化させて靭性を向上させるとともに、この後に続く冷却過程でのフェライト生成を促進する。Ar3点未満の圧延ではフェライトが過度に生成し、累積圧下率が50%未満では旧オーステナイト粒の微細化が達成されない。
冷却中にフェライトを生成させる手段として、Ar3〜Ar3−200℃の温度範囲で冷却速度4℃/s未満となる工程を5s以上設ける。温度がAr3点を超える場合あるいはAr3点−200℃を下回る場合にはフェライトが生成しない。
本構成は、上記冷却過程後でフェライト変態が完了しないうちに、残りの未変態オーステナイトをベイナイト、マルテンサイト、あるいはそれらの混合組織とし、かつ、それらのラス中に微細な炭化物、窒化物、あるいは炭窒化物を生成させるため規定する。
Claims (3)
- 質量%で、C:0.03〜0.30%、Si:0.01〜0.50%、Mn:0.5〜2.0%、P:0.05%以下、S:0.02%以下、残部Fe及び不可避的不純物の鋼で、金属組織が、最大サイズが0.5μm以下のラス内炭化物もしくは窒化物または炭窒化物が存在する、ベイナイトもしくはマルテンサイトまたはそれらの混合組織で、前記金属組織中には粒径:50μm以下4μm以上のフェライトが面積分率:10%以上40%以下で存在することを特徴とする耐延性亀裂発生特性と耐疲労亀裂伝播特性に優れた引張強度550MPa以上の高強度鋼材。
- 更に、質量%でCu:1.0%以下、Ni:2.0%以下、Cr:1.0%以下、Mo:1.0%以下、Nb:0.1%以下、V:0.1%以下、Ti:0.1%以下、B:0.005%以下の一種または二種以上を含有する請求項1に記載の耐延性亀裂発生特性と耐疲労亀裂伝播特性に優れた引張強度550MPa以上の高強度鋼材。
- 請求項1または2に記載の成分の鋼を、1000℃以上、1300℃以下に加熱し、Ar3点以上で累積圧下率50%以上の圧延を行い、Ar3点からAr3−200℃の温度範囲を冷却速度4℃/s未満で5s以上、300s以下に冷却後、Ms点以下までを5℃/s以上の冷却速度で直接焼入れし、その後1℃/s以上の昇温速度でAc1点未満まで再加熱することを特徴とする耐延性亀裂発生特性と耐疲労亀裂伝播特性に優れた引張強度550MPa以上の高強度鋼材の製造方法。
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