JP6303866B2 - High-strength steel material and manufacturing method thereof - Google Patents

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本発明は、高強度鋼材およびその製造方法に係り、特に、耐遅れ破壊性に優れた1000MPa級〜1400MPa超級の高強度鋼材およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a high-strength steel material and a method for producing the same, and more particularly to a high-strength steel material having a delayed fracture resistance and a high-strength steel material having a strength of 1000 MPa to 1400 MPa and a method for producing the same.

近年、自動車等輸送機器の軽量化および安全性の向上、ならびに、建築物、道路、鉄道等の高架物の安全性の向上等の観点から、鉄鋼材料の高強度化および高寿命化がますます要求されている。一般に、鉄鋼材料の高強度化が図られると、延性および靭性が低下する傾向にあることから、そのバランスを改善することに主眼を置いた材料設計および組織制御が行われている。   In recent years, steel materials are becoming stronger and have a longer service life from the viewpoint of reducing the weight and safety of transportation equipment such as automobiles, and improving the safety of elevated structures such as buildings, roads, and railways. It is requested. In general, when the strength of a steel material is increased, ductility and toughness tend to decrease. Therefore, material design and structure control are performed with an emphasis on improving the balance.

鉄鋼材料の性質はミクロ組織の状態により大きく変化するため、化学組成およびプロセス条件を適切に選択することで、最適な組織設計を行うことができる。鉄鋼材料のミクロ組織を引張強度レベルで分類すると、フェライト組織で0.3〜0.8GPa、パーライト組織で0.8〜1.2GPa、ベイナイト組織で0.5〜1.6GPa、そして、マルテンサイト組織で0.6〜4.4GPaである。   Since the properties of steel materials vary greatly depending on the state of the microstructure, optimal structure design can be performed by appropriately selecting the chemical composition and process conditions. When the microstructure of steel materials is classified by the tensile strength level, the ferrite structure is 0.3 to 0.8 GPa, the pearlite structure is 0.8 to 1.2 GPa, the bainite structure is 0.5 to 1.6 GPa, and martensite. It is 0.6 to 4.4 GPa in the tissue.

鉄鋼材料の延性を向上させるため、これらの組織を複合化させた複相組織鋼が種々提案されている。フェライトとマルテンサイトとの二相組織を持つDP鋼、フェライト、ベイナイトおよび残留オーステナイトからなるTRIP鋼はその代表であり、良好な延性を示す。しかしながら、DP鋼およびTRIP鋼では、共に引張強度が1.2GPaを超える強度レベルを有するものは少ない。   In order to improve the ductility of steel materials, various multiphase steels in which these structures are combined have been proposed. Typical examples are DP steel having a two-phase structure of ferrite and martensite, and TRIP steel made of ferrite, bainite and retained austenite, and exhibits good ductility. However, there are few DP steels and TRIP steels both having a strength level with a tensile strength exceeding 1.2 GPa.

近年、Q&P(Quench & Partitioning)プロセスまたはQ−P−T(Q&P+tempering)プロセス等、強度と延性とを両立させる組織制御が提案されており、組成の最適化と合わせ2GPa級の鋼も提案されている(非特許文献1および2を参照。)。   In recent years, structure control that combines strength and ductility has been proposed, such as the Q & P (Quench & Partitioning) process or the QPT (Q & P + tempering) process, and 2GPa grade steel has also been proposed along with the optimization of the composition. (See Non-Patent Documents 1 and 2.)

また、特許文献1には、TSが1.8GPa以上で靭性に優れる焼入れ部材用鋼板が開示されている。さらに、特許文献2には、1.8〜2.3%のVを含有させ、VCを析出物として分散させることで1.8GPa級のTSを有し、曲げ加工性に優れた高強度熱延鋼板が開示されている。   Patent Document 1 discloses a steel sheet for a quenched member having a TS of 1.8 GPa or more and excellent toughness. Furthermore, Patent Document 2 contains 1.8 to 2.3% of V, and has a 1.8 GPa class TS by dispersing VC as a precipitate, and has a high strength heat excellent in bending workability. A rolled steel sheet is disclosed.

特開2007−302937号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2007-302937 特開2012−172237号公報JP 2012-172237 A

J. G. Speer, D. V. Edmonds, F. C. Riggo, D. K. Matlock, Curr. Opin. Solid State Mater. Sci. 8, p. 219 (2004)J. G. Speer, D. V. Edmonds, F. C. Riggo, D. K. Matlock, Curr. Opin. Solid State Mater. Sci. 8, p. 219 (2004) H. Y. Li, X. W. Lu, W. J. Li, X. J. Jin, Metall. Mater. Trans. 41A, p. 1284 (2010)H. Y. Li, X. W. Lu, W. J. Li, X. J. Jin, Metall. Mater. Trans. 41A, p. 1284 (2010)

非特許文献1および2に記載されるQ&PプロセスまたはQ−P−Tプロセス等によって製造される鋼は、伸びが10%以下にとどまるという問題がある。また、オーステナイト化熱処理後の冷却において、マルテンサイト変態の開始温度(Ms点)と終了温度(Mf点)との間で焼入れを行い、そのまま再昇温して所定の温度で保持するなど、熱処理プロセスが複雑である。   The steel manufactured by the Q & P process or the QPT process described in Non-Patent Documents 1 and 2 has a problem that the elongation remains at 10% or less. Further, in the cooling after the austenitizing heat treatment, a heat treatment is performed such that quenching is performed between the start temperature (Ms point) and the end temperature (Mf point) of the martensite transformation, and the temperature is again increased and maintained at a predetermined temperature. The process is complicated.

さらに、鉄鋼材料の高強度化に際して、克服すべき課題が遅れ破壊の問題である。鉄鋼材料は高強度化するほど遅れ破壊の危険性が高くなり、特に、炭素を多く含む材料では、耐遅れ破壊性の向上が強く求められている。しかしながら、特許文献1および2には、遅れ破壊の問題について一切考慮されていない。   Furthermore, a problem to be overcome in increasing the strength of steel materials is the problem of delayed fracture. The higher the strength of steel materials, the higher the risk of delayed fracture. In particular, for materials containing a large amount of carbon, improvement in delayed fracture resistance is strongly demanded. However, Patent Documents 1 and 2 do not consider the problem of delayed fracture at all.

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、高炭素鋼でありながら、耐遅れ破壊性に優れる高強度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-described problems, and an object of the present invention is to provide a high-strength steel material that is excellent in delayed fracture resistance while being a high-carbon steel.

本発明者らは、鋼材の高強度化と耐遅れ破壊性を両立させる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。   As a result of intensive studies on a method for achieving both high strength and delayed fracture resistance of the steel, the present inventors have obtained the following knowledge.

(a)高強度化のためには、炭素含有量を高める必要がある。   (A) In order to increase the strength, it is necessary to increase the carbon content.

(b)高強度化と耐遅れ破壊性とを両立させるためには、降伏強度および降伏比(降伏強度/最大引張強度)を高めることが有効である。   (B) In order to achieve both high strength and delayed fracture resistance, it is effective to increase the yield strength and the yield ratio (yield strength / maximum tensile strength).

(c)降伏強度の向上には、鋼の金属組織を下部ベイナイトまたはマルテンサイトの焼戻し組織とすることが有効である。   (C) In order to improve the yield strength, it is effective to make the steel metal structure a tempered structure of lower bainite or martensite.

(d)耐遅れ破壊性の改善には、下部ベイナイト組織またはマルテンサイト組織からなる初期組織に所定の焼戻し処理を施し、セメンタイトを球状化および微細化することが有効である。   (D) In order to improve delayed fracture resistance, it is effective to subject the initial structure composed of the lower bainite structure or the martensite structure to a predetermined tempering treatment to spheroidize and refine the cementite.

(e)球状化セメンタイトが微細分散した組織を実現するためには、初期組織における旧オーステナイト粒径が微細化されていることが望まれる。   (E) In order to realize a structure in which spheroidized cementite is finely dispersed, it is desirable that the prior austenite grain size in the initial structure be refined.

(f)高強度を維持しながら初期組織の旧オーステナイト粒径を微細化するには、MoとBとを複合的に含有させることが有効である。   (F) In order to refine the prior austenite grain size of the initial structure while maintaining high strength, it is effective to contain Mo and B in combination.

(g)MoおよびBはオーステナイト域で転位および結晶粒界の運動を抑制し、オーステナイト粒径の微細化に寄与する。これは、MoとBとによるホウ化物、または、Mo−Bの相互作用に起因する作用効果である。   (G) Mo and B suppress the movement of dislocations and grain boundaries in the austenite region, and contribute to refinement of the austenite grain size. This is an effect resulting from the boride of Mo and B or the interaction of Mo-B.

(h)MoおよびBは焼入れ性の向上にも有効である。オーステナイト粒を微細化すると、焼入れ性が低下するため、冷却中にフェライトが生成し、マルテンサイト組織またはベイナイト組織が得られ難くなる。しかしながら、鋼にMoとBとを複合的に含有させることにより焼入れ性が向上し、旧オーステナイト粒径を微細化しつつも、マルテンサイト組織またはベイナイト組織からなる初期組織を得ることが可能となる。   (H) Mo and B are also effective in improving hardenability. When the austenite grains are refined, the hardenability is lowered, so that ferrite is generated during cooling, and it becomes difficult to obtain a martensite structure or a bainite structure. However, the hardenability is improved by incorporating Mo and B in the steel in a composite manner, and an initial structure composed of a martensite structure or a bainite structure can be obtained while the prior austenite grain size is refined.

(i)上記の初期組織を有する鋼に対して焼戻し処理を施すことによって、旧オーステナイト粒径が微細であるとともに、球状化セメンタイトが微細分散した下部ベイナイトまたはマルテンサイトの焼戻し組織である金属組織を有する高強度鋼材を得ることができる。   (I) By performing a tempering treatment on the steel having the above initial structure, a metal structure that is a tempered structure of lower bainite or martensite in which the prior austenite grain size is fine and spheroidized cementite is finely dispersed is formed. A high strength steel material can be obtained.

本発明は、上記の知見を基礎としてなされたものであり、下記の高強度鋼材およびその製造方法を要旨とする。   The present invention has been made on the basis of the above-mentioned knowledge, and the gist thereof is the following high-strength steel material and a manufacturing method thereof.

(1)化学組成が、質量%で、
C:0.2%を超えて0.55%以下、
Si:0.1〜0.3%、
Mn:0.1〜0.3%、
Mo:1〜4%、
Ti:0.002〜0.008%、
Al:0.01〜0.2%、
B:0.001〜0.006%、
N:0.001〜0.015%、
V:0〜0.3%、
Nb:0〜0.05%、
残部:Feおよび不純物であり、
旧オーステナイト粒径3μm以下のマルテンサイトまたは下部ベイナイトのいずれかの焼戻し組織からなる金属組織を有し、
金属組織中に含まれるセメンタイトの球状化率が0.8以上であり、
引張強度が1000〜1450MPaである、高強度鋼材。
(1) The chemical composition is mass%,
C: more than 0.2% and 0.55% or less,
Si: 0.1 to 0.3%,
Mn: 0.1 to 0.3%,
Mo: 1-4%
Ti: 0.002 to 0.008%,
Al: 0.01-0.2%
B: 0.001 to 0.006%,
N: 0.001 to 0.015%,
V: 0 to 0.3%
Nb: 0 to 0.05%,
Balance: Fe and impurities,
Having a metal structure consisting of a tempered structure of either martensite or lower bainite with a prior austenite particle size of 3 μm or less,
The spheroidization rate of cementite contained in the metal structure is 0.8 or more,
A high-strength steel material having a tensile strength of 1000 to 1450 MPa.

(2)前記化学組成が、質量%で、
V:0.05〜0.3%、
Nb:0.01〜0.05%、
から選択される1種以上を含有する、上記(1)に記載の高強度鋼材。
(2) The chemical composition is mass%,
V: 0.05-0.3%
Nb: 0.01-0.05%
The high-strength steel material according to (1) above, which contains one or more selected from the above.

(3)上記(1)または(2)に記載の化学組成を有し、
フェライト、パーライト、セメンタイトおよび焼戻しマルテンサイトから選択される1種の単相組織または2種以上が混在する複相組織で構成され、フェライトまたは旧オーステナイト粒径が10μm以下である金属組織を有する鋼を、
800〜900℃の温度域まで加熱した後、10℃/s以上の冷却速度で250〜450℃の温度域まで冷却し、その温度で10〜100s保持し、その後、冷却する熱処理工程と、
該熱処理工程後に、400〜680℃の温度域で10min〜1h保持する焼戻し処理工程とを備える、高強度鋼材の製造方法。
(3) having the chemical composition described in (1) or (2) above,
A steel having a single-phase structure selected from ferrite, pearlite, cementite and tempered martensite or a multi-phase structure in which two or more types are mixed, and having a metal structure having a ferrite or prior austenite grain size of 10 μm or less. ,
After heating to a temperature range of 800 to 900 ° C., cooling to a temperature range of 250 to 450 ° C. at a cooling rate of 10 ° C./s or more, holding at that temperature for 10 to 100 s, and then cooling,
A method for producing a high-strength steel material, comprising a tempering treatment step of holding for 10 min to 1 h in a temperature range of 400 to 680 ° C. after the heat treatment step.

(4)上記(1)または(2)に記載の化学組成を有し、
フェライト、パーライト、セメンタイトおよび焼戻しマルテンサイトから選択される1種の単相組織または2種以上が混在する複相組織で構成され、フェライトまたは旧オーステナイト粒径が10μm以下である金属組織を有する鋼を、
500〜750℃の温度域において断面減少率が20%以上となるように温間加工を加えた後、800〜900℃の温度域まで加熱した後、10℃/s以上の冷却速度で250〜450℃の温度域まで冷却し、その温度で10〜100s保持し、その後、冷却する熱処理工程と、
該熱処理工程後に、400〜680℃の温度域で10min〜1h保持する焼戻し処理工程とを備える、高強度鋼材の製造方法。
(4) having the chemical composition described in (1) or (2) above,
A steel having a single-phase structure selected from ferrite, pearlite, cementite and tempered martensite or a multi-phase structure in which two or more types are mixed, and having a metal structure having a ferrite or prior austenite grain size of 10 μm or less. ,
After adding warm working so that the cross-sectional reduction rate is 20% or more in a temperature range of 500 to 750 ° C., heating to a temperature range of 800 to 900 ° C. and then cooling at a cooling rate of 10 ° C./s or more. A heat treatment step of cooling to a temperature range of 450 ° C., holding at that temperature for 10 to 100 s, and then cooling;
A method for producing a high-strength steel material, comprising a tempering treatment step of holding for 10 min to 1 h in a temperature range of 400 to 680 ° C. after the heat treatment step.

(5)上記(1)または(2)に記載の化学組成を有し、
フェライト、パーライト、セメンタイトおよび焼戻しマルテンサイトから選択される1種の単相組織または2種以上が混在する複相組織で構成され、フェライトまたは旧オーステナイト粒径が10μm以下である金属組織を有する鋼を、
断面減少率が20%以上となるように冷間加工を加えた後、800〜900℃の温度域まで加熱した後、10℃/s以上の冷却速度で250〜450℃の温度域まで冷却し、その温度で10〜100s保持し、その後、冷却する熱処理工程と、
該熱処理工程後に、400〜680℃の温度域で10min〜1h保持する焼戻し処理工程とを備える、高強度鋼材の製造方法。
(5) having the chemical composition described in (1) or (2) above,
A steel having a single-phase structure selected from ferrite, pearlite, cementite and tempered martensite or a multi-phase structure in which two or more types are mixed, and having a metal structure having a ferrite or prior austenite grain size of 10 μm or less. ,
After cold working so that the cross-sectional reduction rate is 20% or more, the steel is heated to a temperature range of 800 to 900 ° C, and then cooled to a temperature range of 250 to 450 ° C at a cooling rate of 10 ° C / s or more. , A heat treatment step of holding at that temperature for 10 to 100 s and then cooling,
A method for producing a high-strength steel material, comprising a tempering treatment step of holding for 10 min to 1 h in a temperature range of 400 to 680 ° C after the heat treatment step.

本発明によれば、本発明によれば、引張強度が1000〜1450MPaの高強度でありながら、良好な延性を有し、さらに耐遅れ破壊性に優れる高強度鋼材を得ることが可能となるので、材料の特性と安全性を飛躍的に高めることが可能となる。したがって、本発明に係る高強度鋼材は、自動車等輸送機器、建築部材、道路、鉄道等を支える構造材料として用いるのに好適である。   According to the present invention, according to the present invention, it is possible to obtain a high-strength steel material having good ductility and excellent delayed fracture resistance while having a high tensile strength of 1000 to 1450 MPa. It is possible to dramatically improve the properties and safety of the material. Therefore, the high-strength steel material according to the present invention is suitable for use as a structural material that supports transportation equipment such as automobiles, building members, roads, and railways.

以下、本発明の各要件について詳しく説明する。   Hereinafter, each requirement of the present invention will be described in detail.

1.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。
1. Chemical composition The reasons for limiting each element are as follows. In the following description, “%” for the content means “% by mass”.

C:0.2%を超えて0.55%以下
Cは、鉄鋼材料の強度を向上させる基本的な元素である。Cは焼戻しマルテンサイトまたは焼戻しベイナイト中の炭化物を微細に分散させ、高強度化に寄与する。加えて、伸びおよび局部延性の向上に寄与する。しかしながら、C含有量が0.2%以下では、上記作用による効果を得ることが困難である。したがって、Cは0.2%を超えて含有させる必要がある。一方、C含有量が0.55%を超えると、セメンタイトが粗大化し、延性および靭性が低下する。したがって、C含有量は0.55%以下とする。C含有量は0.25%以上であるのが望ましく、0.35%以上であるのがより望ましい。また、C含有量は0.5%以下であるのが望ましく、0.45%以下であるのがより望ましい。
C: More than 0.2% and 0.55% or less C is a basic element that improves the strength of the steel material. C finely disperses carbides in tempered martensite or tempered bainite, and contributes to high strength. In addition, it contributes to the improvement of elongation and local ductility. However, when the C content is 0.2% or less, it is difficult to obtain the effect by the above action. Therefore, C needs to be contained exceeding 0.2%. On the other hand, when the C content exceeds 0.55%, cementite is coarsened, and ductility and toughness are lowered. Therefore, the C content is 0.55% or less. The C content is desirably 0.25% or more, and more desirably 0.35% or more. Further, the C content is desirably 0.5% or less, and more desirably 0.45% or less.

Si:0.1〜0.3%
Siは、脱酸効果により鋼中の介在物を抑制し、遅れ破壊を防止する効果を有する元素である。しかしながら、Si含有量が0.1%未満では、上記の効果を得ることが困難である。したがって、Si含有量は0.1%以上とする。一方、Si含有量が0.3%を超えると、焼戻しマルテンサイトまたは焼戻しベイナイト組織中の旧オーステナイト粒界が弱化し、かえって遅れ破壊が起こりやすくなる。したがって、Si含有量は0.1〜0.3%とする。Si含有量は0.15%以上であるのが望ましく、0.25%以下であるのが望ましい。
Si: 0.1 to 0.3%
Si is an element that has the effect of suppressing inclusions in the steel by the deoxidation effect and preventing delayed fracture. However, if the Si content is less than 0.1%, it is difficult to obtain the above effects. Therefore, the Si content is 0.1% or more. On the other hand, if the Si content exceeds 0.3%, the prior austenite grain boundaries in the tempered martensite or tempered bainite structure weaken, and on the contrary, delayed fracture tends to occur. Therefore, the Si content is 0.1 to 0.3%. The Si content is desirably 0.15% or more, and desirably 0.25% or less.

Mn:0.1〜0.3%
Mnは、焼入れ性を向上させ、マルテンサイト相およびベイナイト相の生成を容易にする。しかしながら、Mn含有量が0.1%未満では、上記の効果を得ることが困難である。したがって、Mn含有量は0.1%以上とする。一方、Mn含有量が0.3%を超えると、炭化物の球状化が抑制され、耐遅れ破壊性が劣化する。したがって、Mn含有量は、0.1〜0.3%とする。Mn含有量は0.15%以上であるのが望ましく、0.25%以下であるのが望ましい。
Mn: 0.1 to 0.3%
Mn improves hardenability and facilitates the formation of martensite phase and bainite phase. However, if the Mn content is less than 0.1%, it is difficult to obtain the above effects. Therefore, the Mn content is 0.1% or more. On the other hand, if the Mn content exceeds 0.3%, the spheroidization of the carbide is suppressed and the delayed fracture resistance is deteriorated. Therefore, the Mn content is 0.1 to 0.3%. The Mn content is desirably 0.15% or more, and desirably 0.25% or less.

Mo:1〜4%
Moは、Bと複合的に含有させることにより、オーステナイト粒の微細化に寄与する元素である。しかしながら、Mo含有量が1%未満では、上記の効果を得ることが困難である。したがって、Mo含有量は1%以上とする。一方、Mo含有量が4%を超えると、旧オーステナイト粒界に粗大な炭化物が生成し、耐遅れ破壊性が低下する。したがって、Mo含有量は1〜4%とする。Mo含有量は1.5%以上であるのが望ましく、3.5%以下であるのが望ましい。
Mo: 1-4%
Mo is an element that contributes to the refinement of austenite grains by containing B in a composite manner. However, if the Mo content is less than 1%, it is difficult to obtain the above effects. Therefore, the Mo content is 1% or more. On the other hand, if the Mo content exceeds 4%, coarse carbides are generated at the prior austenite grain boundaries, and the delayed fracture resistance is lowered. Therefore, the Mo content is 1 to 4%. The Mo content is desirably 1.5% or more, and desirably 3.5% or less.

Ti:0.002〜0.008%
Tiは、TiC、TiN等の炭・窒化物を生成し、結晶粒の成長に対するピンニング効果により結晶粒の粗大化を抑制する効果を有する元素である。さらに、Tiは固溶Nを低減する効果を有する。後述のようにBを含有する鋼において、固溶Nが存在すると、BとNとが結合してBNを形成するため、Bを含有させることによる効果が発揮されない。したがって、TiはBの効果を間接的に発揮させるのに有効な元素である。しかしながら、Ti含有量が0.002%未満では、上記の効果を得ることが困難である。したがって、Ti含有量は0.002%以上とする。一方、Ti含有量が0.008%を超えると、粗大なTiNが生成し、耐遅れ破壊性が低下する。したがって、Ti含有量は0.002〜0.008%とする。Ti含有量は0.003%以上であるのが望ましく、0.006%以下であるのが望ましい。
Ti: 0.002 to 0.008%
Ti is an element that produces carbon / nitrides such as TiC and TiN, and has an effect of suppressing the coarsening of crystal grains by a pinning effect on the growth of crystal grains. Further, Ti has an effect of reducing the solute N. In the steel containing B as will be described later, if solid solution N is present, B and N are combined to form BN, so that the effect of containing B is not exhibited. Therefore, Ti is an effective element for indirectly exerting the effect of B. However, if the Ti content is less than 0.002%, it is difficult to obtain the above effects. Therefore, the Ti content is set to 0.002% or more. On the other hand, if the Ti content exceeds 0.008%, coarse TiN is generated and delayed fracture resistance is lowered. Therefore, the Ti content is set to 0.002 to 0.008%. The Ti content is desirably 0.003% or more, and desirably 0.006% or less.

Al:0.01〜0.2%
Alは、脱酸効果により鋼中の介在物を抑制し、遅れ破壊を防止する効果がある。しかしながら、Al含有量が0.01%未満では、上記の効果を得ることが困難である。一方、Al含有量が0.2%を超えると、酸化物および窒化物を粗大化し、かえって遅れ破壊が助長される。したがって、Al含有量は0.01〜0.2%とする。Al含有量は0.02%以上であるのが望ましく、0.1%以下であるのが望ましい。
Al: 0.01 to 0.2%
Al has the effect of suppressing inclusions in the steel due to the deoxidation effect and preventing delayed fracture. However, if the Al content is less than 0.01%, it is difficult to obtain the above effects. On the other hand, if the Al content exceeds 0.2%, the oxides and nitrides are coarsened, and on the contrary, delayed fracture is promoted. Therefore, the Al content is set to 0.01 to 0.2%. The Al content is desirably 0.02% or more, and desirably 0.1% or less.

B:0.001〜0.006%
Bは、Moと複合的に含有させることにより、焼入れ性を向上させ、マルテンサイト相およびベイナイト相の生成を容易にする元素である。しかしながら、B含有量が0.001%未満では、上記の効果を得ることが困難である。したがって、B含有量は0.001%以上とする。一方、B含有量が0.006%を超えると、旧オーステナイト粒界に粗大な炭化物が生成し、局部延性および耐遅れ破壊性が低下する。したがって、B含有量は0.001〜0.006%とする。B含有量は0.003%以上であるのが望ましく、0.005%以下であるのが望ましい。
B: 0.001 to 0.006%
B is an element that improves the hardenability and facilitates the formation of a martensite phase and a bainite phase by being compounded with Mo. However, if the B content is less than 0.001%, it is difficult to obtain the above effects. Therefore, the B content is 0.001% or more. On the other hand, if the B content exceeds 0.006%, coarse carbides are generated at the prior austenite grain boundaries, and the local ductility and delayed fracture resistance deteriorate. Therefore, the B content is 0.001 to 0.006%. The B content is desirably 0.003% or more and desirably 0.005% or less.

N:0.001〜0.015%
Nは、窒化物を生成することにより、オーステナイトおよびフェライトの粒成長を抑制し、遅れ破壊を抑制する効果を有する元素である。しかしながら、N含有量が0.001%未満では、上記の効果を得ることが困難である。一方、N含有量が0.015%を超えると窒化物が粗大化し、かえって遅れ破壊が助長される。したがって、N含有量は0.001〜0.015%とする。N含有量は0.002%以上であるのが望ましく、0.010%以下であるのが望ましい。
N: 0.001 to 0.015%
N is an element that has the effect of suppressing the growth of austenite and ferrite and suppressing delayed fracture by forming nitrides. However, when the N content is less than 0.001%, it is difficult to obtain the above effects. On the other hand, when the N content exceeds 0.015%, the nitride becomes coarse, and on the contrary, delayed fracture is promoted. Therefore, the N content is 0.001 to 0.015%. The N content is desirably 0.002% or more, and desirably 0.010% or less.

V:0〜0.3%
VはMoと同様、Bと複合的に含有させることにより、オーステナイト粒の微細化に寄与する元素である。したがって、必要に応じてVを含有させても良い。しかしながら、V含有量が0.3%を超えると、粗大なVCおよびVNが生成し、延性および耐遅れ破壊性が低下する。したがって、V含有量は、0〜0.3%とする。V含有量は0.25%以下であるのが望ましい。また、上記の効果を得たい場合は、V含有量を0.05%以上とすることが望ましい。
V: 0 to 0.3%
V, like Mo, is an element that contributes to the refinement of austenite grains by being combined with B. Therefore, you may contain V as needed. However, if the V content exceeds 0.3%, coarse VC and VN are produced, and ductility and delayed fracture resistance are lowered. Therefore, the V content is 0 to 0.3%. The V content is desirably 0.25% or less. Moreover, when obtaining said effect, it is desirable to make V content 0.05% or more.

Nb:0〜0.05%
NbはMoと同様、Bと複合的に含有させることにより、オーステナイト粒の微細化に寄与する元素である。したがって、必要に応じてNbを含有させても良い。しかしながら、Nb含有量が0.05%を超えると、粗大なNbCおよびNbNが生成し、延性および耐遅れ破壊性が低下する。したがって、Nb含有量は0〜0.05%とする。Nb含有量は0.04%以下であるのが望ましい。また、上記の効果を得たい場合は、Nb含有量を0.01%以上とすることが望ましく、0.015%以上とすることがより望ましい。
Nb: 0 to 0.05%
Nb, like Mo, is an element that contributes to the refinement of austenite grains by being combined with B. Therefore, you may contain Nb as needed. However, if the Nb content exceeds 0.05%, coarse NbC and NbN are generated, and ductility and delayed fracture resistance are lowered. Therefore, the Nb content is 0 to 0.05%. The Nb content is preferably 0.04% or less. In order to obtain the above effect, the Nb content is preferably 0.01% or more, and more preferably 0.015% or more.

P:0.02%以下
Pは、不純物として含有され、粒界を脆弱にし、遅れ破壊を招く。P含有量が0.02%を超えると耐遅れ破壊性の悪化が顕著となる。したがって、P含有量は0.02%以下とする。P含有量は0.015%以下であるのが望ましい。P含有量は少なければ少ないほど望ましいが、過剰な低減は著しいコスト上昇を招く。現実的な製造工程と製造コストとの観点から、P含有量は0.001%以上とすることが望ましい。
P: 0.02% or less P is contained as an impurity, weakens the grain boundary, and causes delayed fracture. When the P content exceeds 0.02%, the deterioration of delayed fracture resistance becomes significant. Therefore, the P content is 0.02% or less. The P content is desirably 0.015% or less. A lower P content is desirable, but excessive reduction leads to a significant cost increase. From the viewpoint of a realistic manufacturing process and manufacturing cost, the P content is preferably 0.001% or more.

S:0.005%以下
Sは、不純物として含有され、粒界を脆弱にし、遅れ破壊を招く。S含有量が0.005%を超えると耐遅れ破壊性の劣化が顕著となる。したがって、S含有量は0.005%以下とする。S含有量は0.004%以下であるのが望ましい。S含有量は少なければ少ないほど望ましいが、過剰な低減は著しいコスト上昇を招く。現実的な製造工程と製造コストとの観点から、S含有量は0.0005%以上とすることが望ましい。
S: 0.005% or less S is contained as an impurity, weakens the grain boundary, and causes delayed fracture. When the S content exceeds 0.005%, the delayed fracture resistance deteriorates significantly. Therefore, the S content is 0.005% or less. The S content is desirably 0.004% or less. The smaller the S content, the better. However, excessive reduction leads to a significant cost increase. From the viewpoint of a realistic manufacturing process and manufacturing cost, the S content is preferably 0.0005% or more.

本発明の高強度鋼材は、上記のCからSまでの元素と、残部Feおよび不純物とからなる化学組成を有する。   The high-strength steel material of the present invention has a chemical composition comprising the above-described elements from C to S, the balance Fe and impurities.

ここで「不純物」とは、鋼板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。   Here, “impurities” are components that are mixed due to various factors of raw materials such as ores and scraps and manufacturing processes when industrially manufacturing steel sheets, and are permitted within a range that does not adversely affect the present invention. Means something.

2.金属組織
組織:マルテンサイトまたは下部ベイナイトのいずれかの焼戻し組織
本発明に係る高強度鋼材は、1000〜1450MPaの引張強度を有しつつ、延性と耐遅れ破壊性とを向上させるため、マルテンサイトまたは下部ベイナイトのいずれかの焼戻し組織からなる金属組織を有するものとする。マルテンサイトまたは下部ベイナイトの焼戻し組織は、方位関係から他の組織(フェライト、パーライト、上部ベイナイト等)と容易に峻別することができる。通常、走査型電子顕微鏡または透過型電子顕微鏡を用いた観察によって、解析することができる。
2. Metallographic structure: Tempered structure of either martensite or lower bainite The high-strength steel material according to the present invention has a tensile strength of 1000 to 1450 MPa while improving ductility and delayed fracture resistance. It shall have a metal structure consisting of any tempered structure of the lower bainite. The tempered structure of martensite or lower bainite can be easily distinguished from other structures (ferrite, pearlite, upper bainite, etc.) from the orientation relationship. Usually, it can analyze by observation using a scanning electron microscope or a transmission electron microscope.

セメンタイトの球状化率:0.8以上
マルテンサイトまたは下部ベイナイトの焼戻し組織は、マルテンサイトまたは下部ベイナイトからなる初期組織に対して、後述の焼戻し処理を施すことによって得ることが可能である。そして、上記の焼戻し処理を行うことによって、球状のセメンタイトが分散した組織が得られる。セメンタイトの球状化率が0.8未満では、扁平化したセメンタイトの長径先端部に応力集中が起こりやすく、またその部分に水素が堆積しやすくなり、破壊の起点となりやすくなるため、耐遅れ破壊性が劣化する。したがって、金属組織中に含まれるセメンタイトの球状化率は0.8以上とする。
Cementite spheroidization ratio: 0.8 or more The tempered structure of martensite or lower bainite can be obtained by subjecting the initial structure composed of martensite or lower bainite to the tempering treatment described later. And the structure | tissue in which spherical cementite was disperse | distributed is obtained by performing said tempering process. If the spheroidization rate of cementite is less than 0.8, stress concentration tends to occur at the long-diameter tip of flattened cementite, and hydrogen tends to accumulate on that portion, which tends to be the starting point of fracture, so it is resistant to delayed fracture. Deteriorates. Therefore, the spheroidization rate of cementite contained in the metal structure is 0.8 or more.

上記の初期組織がマルテンサイト組織単相または下部ベイナイト組織単相である場合には、焼戻し処理後に均一な炭化物球状化組織が得られやすい。一方、ベイナイト中に硬質マルテンサイトが混在する場合がある。すなわち、下部ベイナイト組織は、オーステナイト化熱処理後、ベイナイト変態温度域まで冷却し、所定の保持時間を経て生成させる。その時、ベイナイト変態に伴い、組織中で炭素の再分配が生じ、炭素の高い領域で硬質のマルテンサイト組織が生成する場合がある。上記の組織を焼戻すと、生成するセメンタイトが粒界に板状析出し、球状化率が0.8未満になりやすくなり、耐遅れ破壊性に悪影響を及ぼすおそれがある。したがって、焼戻し処理前の初期組織は、マルテンサイト組織単相または下部ベイナイト組織単相であるのが好ましい。   When the initial structure is a martensite structure single phase or a lower bainite structure single phase, a uniform carbide spheroidized structure is easily obtained after tempering. On the other hand, hard martensite may be mixed in bainite. That is, the lower bainite structure is cooled to the bainite transformation temperature range after the austenitizing heat treatment, and is generated after a predetermined holding time. At that time, with the bainite transformation, carbon redistribution occurs in the structure, and a hard martensite structure may be formed in a high carbon region. When the above structure is tempered, the cementite to be produced precipitates in the form of a plate at the grain boundary, and the spheroidization rate tends to be less than 0.8, which may adversely affect delayed fracture resistance. Therefore, the initial structure before the tempering treatment is preferably a martensite structure single phase or a lower bainite structure single phase.

なお、本発明において「マルテンサイトまたは下部ベイナイトのいずれかの焼戻し組織からなる金属組織」は、セメンタイト、フェライト、オーステナイト等の組織が、合計で5%未満の範囲において含まれることを許容するものとする。   In the present invention, “a metal structure composed of a tempered structure of either martensite or lower bainite” allows the structure of cementite, ferrite, austenite, and the like to be included within a total range of less than 5%. To do.

旧オーステナイト結晶粒径:3μm以下
初期組織における旧オーステナイト粒径を3μm以下にすることによって、焼戻し後のマルテンサイトまたは下部ベイナイトの組織中の炭化物が球状化しやすくなる。なお、初期組織におけるマルテンサイトまたは下部ベイナイトの旧オーステナイト粒径は、焼戻し後においても変化することはない。したがって、初期組織における旧オーステナイト粒径を3μm以下にすることで、マルテンサイトまたは下部ベイナイトの焼戻し組織の旧オーステナイト結晶粒径も、3μm以下となる。
Prior austenite grain size: 3 μm or less By setting the prior austenite grain size in the initial structure to 3 μm or less, carbides in the structure of martensite or lower bainite after tempering are easily spheroidized. The prior austenite grain size of martensite or lower bainite in the initial structure does not change even after tempering. Therefore, by setting the prior austenite grain size in the initial structure to 3 μm or less, the prior austenite crystal grain size in the tempered structure of martensite or lower bainite also becomes 3 μm or less.

3.製造方法
本発明に係る高強度鋼材の製造方法について特に制限はないが、例えば、上記の化学組成を有する鋼に対して、以下に示す熱処理および焼戻し処理を施すことにより製造することができる。
3. Manufacturing method Although there is no restriction | limiting in particular about the manufacturing method of the high strength steel materials which concern on this invention, For example, it can manufacture by giving the heat processing and tempering process shown below with respect to steel which has said chemical composition.

3−1 熱処理前における鋼の金属組織
熱処理に供する鋼(以下、「熱処理用鋼」ともいう。)の金属組織は、フェライト、パーライト、セメンタイトおよび焼戻しマルテンサイトから選択される1種の単相組織または2種以上が混在する複相組織とすることが望ましい。その組織は細粒であるのが望ましく、フェライトとパーライトとの複合組織またはフェライトとセメンタイトとの複合組織の場合には、フェライト粒径は10μm以下に制御することが望ましい。また、焼戻しマルテンサイトの場合には、旧オーステナイト粒径を10μm以下とすることが望ましい。これらの結晶粒径は、5μm以下とすることがより望ましく、3μm以下とすることがさらに望ましい。上記の組織要件を満足する熱処理用鋼は熱間圧延、熱間鍛造、熱処理のいずれの工程で製造しても良い。
3-1 Metal structure of steel before heat treatment The metal structure of steel to be subjected to heat treatment (hereinafter also referred to as “heat-treating steel”) is a single-phase structure selected from ferrite, pearlite, cementite, and tempered martensite. Or it is desirable to set it as the multiphase structure in which 2 or more types are mixed. The structure is preferably fine-grained. In the case of a composite structure of ferrite and pearlite or a composite structure of ferrite and cementite, the ferrite particle diameter is preferably controlled to 10 μm or less. In the case of tempered martensite, it is desirable that the prior austenite grain size be 10 μm or less. The crystal grain size is more preferably 5 μm or less, and further preferably 3 μm or less. The steel for heat treatment that satisfies the above structural requirements may be produced by any process of hot rolling, hot forging, and heat treatment.

3−2 熱処理工程
上述のように、本発明においては、上記熱処理用鋼に対して、まず下記のステップを含む熱処理を施す。上記の金属組織を有する熱処理用鋼に対して、適切な条件における熱処理を施すことによってマルテンサイト組織単相または下部ベイナイト組織単相からなる初期組織を有する鋼を得ることができるようになる。熱処理工程における各ステップについて、以下に詳しく説明する。
3-2 Heat Treatment Step As described above, in the present invention, the heat treatment steel is first subjected to heat treatment including the following steps. By subjecting the heat-treating steel having the above metal structure to a heat treatment under appropriate conditions, it becomes possible to obtain a steel having an initial structure composed of a single martensite structure phase or a lower bainite structure single phase. Each step in the heat treatment process will be described in detail below.

a)加熱ステップ
本発明の熱処理工程においては、800〜900℃の温度域まで加熱する。組織をオーステナイト化するため、加熱温度は800℃以上とすることが望ましい。一方、加熱温度が900℃を超えると結晶粒が粗大化し延性および靭性に悪影響を及ぼす。したがって、加熱温度は800〜900℃の範囲にすることが望ましい。
a) Heating step In the heat treatment step of the present invention, heating is performed to a temperature range of 800 to 900 ° C. In order to austenize the structure, the heating temperature is desirably 800 ° C. or higher. On the other hand, when the heating temperature exceeds 900 ° C., the crystal grains become coarse and adversely affect ductility and toughness. Therefore, the heating temperature is desirably in the range of 800 to 900 ° C.

b)冷却ステップ
加熱後、10℃/s以上の冷却速度で250〜450℃の温度域まで冷却した後、冷却を停止する。冷却速度が10℃/s未満であると、フェライトが析出し、マルテンサイト組織単相または下部ベイナイト組織単相とならなくなるおそれがある。また、冷却停止温度が450℃を超えると、ベイナイトまたはマルテンサイトの変態温度範囲とはならないず、フェライトが析出する場合がある。一方、冷却停止温度が250℃未満ではセメンタイトの球状化が抑制されるおそれがある。
b) Cooling step After heating, cooling is performed to a temperature range of 250 to 450 ° C at a cooling rate of 10 ° C / s or more, and then cooling is stopped. If the cooling rate is less than 10 ° C./s, ferrite precipitates, and there is a possibility that the martensite structure single phase or the lower bainite structure single phase may not be obtained. On the other hand, when the cooling stop temperature exceeds 450 ° C., the transformation temperature range of bainite or martensite is not achieved, and ferrite may precipitate. On the other hand, when the cooling stop temperature is less than 250 ° C., spheroidization of cementite may be suppressed.

c)保持ステップ
上記冷却停止温度まで冷却させた後、その温度で10〜100s保持する。この保持時間内で、ベイナイトまたはマルテンサイト変態させるが、保持時間が10s未満だと、ベイナイト変態が完了せず、延性および靭性が劣化するおそれがある。一方、保持時間が100sを超えると炭化物が粗大化し靭性に悪影響を及ぼすおそれがある。
c) Holding step After cooling to the cooling stop temperature, the temperature is held for 10 to 100 s. Within this holding time, bainite or martensite transformation is performed, but if the holding time is less than 10 s, bainite transformation is not completed, and ductility and toughness may be deteriorated. On the other hand, if the holding time exceeds 100 s, the carbides may become coarse and adversely affect toughness.

3−3 焼戻し処理工程
上記の熱処理に続いて、焼戻し処理を施すことによって、初期組織を有する鋼から、マルテンサイトまたは下部ベイナイトの焼戻し組織を有する鋼が得られる。焼戻し処理工程においては、400〜680℃の温度域で10min〜1h保持する。焼戻し温度が400℃未満の場合にはセメンタイトが球状化せず、耐遅れ破壊特性に悪影響を及ぼすおそれがある。一方、680℃を超えると、オーステナイト相に逆変態する場合があり、下部ベイナイト組織またはマルテンサイト組織が崩れ、耐遅れ破壊特性に悪影響を及ぼすおそれがある。
3-3 Tempering step By performing a tempering treatment subsequent to the above heat treatment, a steel having a tempered structure of martensite or lower bainite is obtained from the steel having the initial structure. In the tempering process, the temperature is maintained at 400 to 680 ° C. for 10 min to 1 h. When the tempering temperature is less than 400 ° C., cementite does not spheroidize, which may adversely affect the delayed fracture resistance. On the other hand, when it exceeds 680 ° C., it may reversely transform into an austenite phase, and the lower bainite structure or martensite structure may collapse, which may adversely affect delayed fracture resistance.

また、焼戻し時間が10min未満であると、セメンタイトの球状化を十分に促進させることができなくなる。一方、焼戻し時間が1hを超えると、焼戻し軟化が進み、1000MPa以上の高強度が得られない場合がある。   Further, when the tempering time is less than 10 minutes, it becomes impossible to sufficiently promote spheroidization of cementite. On the other hand, if the tempering time exceeds 1 h, tempering softening proceeds and a high strength of 1000 MPa or more may not be obtained.

3−4 温間加工工程
上記の鋼に対して熱処理を行う前に温間加工を施すと、その後の熱処理で、オーステナイト結晶粒の微細化が起こりやすくなり、旧オーステナイト粒径の微細な下部ベイナイト組織からなる金属組織を有する鋼材を得るのが容易になる。温間加工を熱処理前に施す場合には、500〜750℃の温度域で、断面減少率が20%以上となるような条件で行うことが望ましい。温間加工温度が750℃を超える場合または断面減少率が20%未満の場合には、温間加工の効果が発揮されないおそれがある。一方、温間加工温度は低い方が望ましいが、現実的には500℃以上とすることが望ましく、600℃以上とすることがより望ましい。また、断面減少率は高ければ高い方が望ましいが、設備の性能上、上限は50%とすることが望ましい。なお、温間加工は、板圧延、穴型圧延、温間プレス等の一般的な工程により行うことができる。
3-4 Warm-working step If the above-mentioned steel is warm-worked before it is heat-treated, the subsequent heat-treatment tends to make the austenite crystal grains finer, and the lower austenite grain size fine lower bainite. It becomes easy to obtain a steel material having a metal structure composed of a structure. In the case where the warm working is performed before the heat treatment, it is desirable that the cross-section reduction rate is 20% or more in a temperature range of 500 to 750 ° C. When the warm working temperature exceeds 750 ° C. or when the cross-section reduction rate is less than 20%, the effect of warm working may not be exhibited. On the other hand, it is desirable that the warm working temperature is low, but in practice it is preferably 500 ° C. or higher, and more preferably 600 ° C. or higher. In addition, the higher the cross-sectional reduction rate, the higher is desirable, but the upper limit is desirably 50% in view of the performance of the equipment. The warm working can be performed by a general process such as plate rolling, hole rolling, warm pressing or the like.

3−5 冷間加工工程
上記の鋼に対して熱処理を行う前に冷間加工を施すと、その後の熱処理で、オーステナイト結晶粒の微細化が起こりやすくなり、旧オーステナイト粒径の微細な下部ベイナイト組織からなる金属組織を有する鋼材を得るのが容易になる。冷間加工を熱処理前に施す場合には、断面減少率が20%以上となるような条件で行うことが望ましい。断面減少率は高ければ高い方が望ましいが、設備の性能上、上限は50%とすることが望ましい。なお、冷間加工は、圧延、プレス、曲げ加工等の一般的な工程により行うことができる。
3-5 Cold working step When cold working is performed on the above steel before the heat treatment, the austenite crystal grains are likely to be refined by the subsequent heat treatment, and the lower austenite grain size of the lower austenite is fine. It becomes easy to obtain a steel material having a metal structure composed of a structure. In the case where the cold working is performed before the heat treatment, it is desirable to carry out under the condition that the cross-sectional reduction rate is 20% or more. The higher the cross-sectional reduction rate, the higher is desirable, but the upper limit is preferably 50% in view of the performance of the equipment. The cold working can be performed by a general process such as rolling, pressing, or bending.

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。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention more concretely, this invention is not limited to these Examples.

表1に示す化学組成を有する鋼を、150kgの溶鋼を真空溶製して鋳造した後、炉内温度1250℃で加熱し、950℃以上の温度で熱間鍛造を行い、さらにそれぞれ以下に示す処理を施すことで各熱処理用鋼を作製した。   After casting steel having the chemical composition shown in Table 1 by vacuum melting 150 kg of molten steel, the steel is heated at a furnace temperature of 1250 ° C., hot forged at a temperature of 950 ° C. or higher, and further shown below. The steel for heat treatment was produced by processing.

試験番号1〜8については、熱間鍛造後、空冷させ熱処理用鋼とした。試験番号9〜22については、熱間鍛造後に空冷させ、その後1050℃まで再加熱し、6パスの多パス圧延により熱間圧延を行い、920℃で総圧下率43%の仕上圧延を加えた後、空冷させ熱処理用鋼とした。試験番号23〜26については、熱間鍛造後に水冷させ、その後600℃で10minの焼き戻し処理を行い熱処理用鋼とした。   About test numbers 1-8, after hot forging, it was air-cooled and it was set as the steel for heat processing. Test numbers 9 to 22 were air-cooled after hot forging, then reheated to 1050 ° C., hot-rolled by 6-pass multi-pass rolling, and finished rolling with a total reduction of 43% at 920 ° C. Thereafter, it was air-cooled to obtain a steel for heat treatment. Test Nos. 23 to 26 were subjected to water cooling after hot forging, and then subjected to tempering treatment at 600 ° C. for 10 minutes to obtain heat-treating steel.

試験番号27〜29については、熱間鍛造後に水冷させ、その後600℃で10minの焼き戻し処理を行った。引き続き、600℃にて多パス圧延により総圧下率40%の温間圧延を行った後、空冷させ熱処理用鋼とした。試験番号30〜33については、熱間鍛造後に空冷させ、その後1250℃まで再加熱し、6パスの多パス圧延により熱間圧延を行い、920℃で総圧下率33%の仕上圧延を加えた後、空冷させて室温まで冷却した後、総圧下40%の冷間圧延を加え熱処理用鋼とした。   Test numbers 27 to 29 were water-cooled after hot forging, and then tempered at 600 ° C. for 10 minutes. Subsequently, after performing warm rolling with a total rolling reduction of 40% by multi-pass rolling at 600 ° C., the steel was air-cooled to obtain a heat-treating steel. Test Nos. 30 to 33 were air-cooled after hot forging, then reheated to 1250 ° C., hot-rolled by multi-pass rolling of 6 passes, and finished rolling with a total reduction ratio of 33% at 920 ° C. Then, after air cooling and cooling to room temperature, cold rolling with a total reduction of 40% was added to obtain a steel for heat treatment.

試験番号34については、熱間鍛造後に空冷させ、その後1050℃まで再加熱し、6パスの多パス圧延により熱間圧延を行い、920℃で総圧下率43%の仕上圧延を加えた後、空冷させて室温まで冷却した後、総圧下40%の冷間圧延を加え熱処理用鋼とした。試験番号35および36については、熱間鍛造後に空冷させ、その後1050℃まで再加熱し、6パスの多パス圧延により熱間圧延を行い、920℃で総圧下率43%の仕上圧延を加えた後、空冷させ、さらにその後、600℃にて多パス圧延により総圧下率30または40%の温間圧延を行った後、空冷させ熱処理用鋼とした。   For test number 34, air-cooled after hot forging, then reheated to 1050 ° C., hot-rolled by multi-pass rolling of 6 passes, and after finishing rolling with a total reduction of 43% at 920 ° C. After air cooling and cooling to room temperature, cold rolling with a total reduction of 40% was applied to obtain a heat-treating steel. Test numbers 35 and 36 were air-cooled after hot forging, then re-heated to 1050 ° C., hot-rolled by 6-pass multi-pass rolling, and finish-rolled at 920 ° C. with a total rolling reduction of 43%. Thereafter, it was air-cooled, and after that, it was warm-rolled at 600 ° C. by multi-pass rolling with a total rolling reduction of 30 or 40%, and then air-cooled to obtain a heat-treating steel.

試験番号37については、熱間鍛造後に水冷させ、その後600℃で10minの焼き戻し処理を行い、引き続き600℃にて多パス圧延により総圧下率40%の温間圧延を行った後、空冷させ熱処理用鋼とした。試験番号38については、熱間鍛造後に空冷させ、その後1050℃まで再加熱し、6パスの多パス圧延により熱間圧延を行い、920℃で総圧下率43%の仕上圧延を加えた後、空冷し室温まで冷却し、そのまま次工程であるオーステナイト化熱処理に供試した。   Test No. 37 was water-cooled after hot forging, then tempered at 600 ° C. for 10 min, subsequently subjected to warm rolling with multi-pass rolling at 600 ° C. with a total reduction of 40%, and then air-cooled. Steel for heat treatment was used. For test number 38, air-cooled after hot forging, then reheated to 1050 ° C., hot-rolled by multi-pass rolling of 6 passes, and after finishing rolling with a total reduction of 43% at 920 ° C. Air-cooled, cooled to room temperature, and used as it was for the next step, austenitizing heat treatment.

さらもその後、試験番号27〜29、35および36については、熱処理用鋼に30〜40%の温間加工を加え、試験番号30〜34については、熱処理用鋼に40%の冷間加工を加えた。   Further, for test numbers 27-29, 35, and 36, 30-40% warm processing was applied to the heat treatment steel, and for test numbers 30-34, 40% cold processing was applied to the heat treatment steel. added.

上記の熱処理用鋼からそれぞれ試験片を切り出した後、鏡面研磨した。その後、ナイタール腐食、またはピクリン酸腐食し、走査型電子顕微鏡(倍率3000倍)を用いて、各試料5視野について観察し、金属組織の同定および平均粒径の測定を行った。ここで平均粒径とは、ASTM−E112に準拠して求めたASTM公称粒径を意味する。なお、ASTM公称粒径は、平均粒切片を1.13倍することにより算出することができる。   Specimens were cut out from the above steel for heat treatment and then mirror polished. Thereafter, the steel was corroded with nital or picric acid, and was observed with respect to 5 visual fields of each sample using a scanning electron microscope (magnification 3000 times), and the metal structure was identified and the average particle diameter was measured. Here, the average particle size means the ASTM nominal particle size obtained in accordance with ASTM-E112. The ASTM nominal particle size can be calculated by multiplying the average particle section by 1.13.

上記の工程で得た熱処理用鋼の板厚は、いずれも2mmである。各熱処理用鋼に対して熱処理および焼戻し処理を施し、鋼材を製造した。前記熱処理は、加熱ステップ、冷却ステップおよび保持ステップを含むものである。各処理条件は表2に示すとおりである。その後、各鋼材の特性の評価を行った。特性の評価項目は、引張特性、靭性(シャルピー衝撃特性)および曲げ特性である。特性の評価方法について以下に説明する。   The plate | board thickness of the steel for heat processing obtained at said process is all 2 mm. Each steel for heat treatment was subjected to heat treatment and tempering treatment to produce a steel material. The heat treatment includes a heating step, a cooling step, and a holding step. Each processing condition is as shown in Table 2. Thereafter, the characteristics of each steel material were evaluated. Evaluation items of characteristics are tensile characteristics, toughness (Charpy impact characteristics) and bending characteristics. The characteristic evaluation method will be described below.

<引張特性>
JIS13号引張試験片を採取して引張試験を行うことにより、0.2%耐力(MPa)、最大引張応力(MPa)、降伏比、伸び(%)および幅絞り(%)の値を測定した。
<Tensile properties>
By taking a JIS No. 13 tensile test piece and conducting a tensile test, the values of 0.2% yield strength (MPa), maximum tensile stress (MPa), yield ratio, elongation (%), and width drawing (%) were measured. .

<耐遅れ破壊特性>
水素チャージ下の低荷重試験で評価した。水素チャージ条件は3%食塩水中でAg/AgCl電極に対して−1.2Vの分極とした。水素チャージ下で荷重を100MPaずつ変化させ、試験時間200h経過後の割れの発生を調査し、破断する最小付加応力と破断しない最大付加応力との平均を最小下限応力とした。その最小下限応力を大気中の引張強さで除した値を遅れ破壊強度比として耐遅れ破壊性の指標とした。試験片のサイズは、板厚2mm、ゲージ長25mm、ゲージ幅6mmの板状引張試験片である。
<Delayed fracture resistance>
Evaluation was performed in a low load test under hydrogen charge. The hydrogen charge condition was -1.2 V polarization with respect to the Ag / AgCl electrode in 3% saline. Under a hydrogen charge, the load was changed in increments of 100 MPa, the occurrence of cracks after a test time of 200 hours was investigated, and the average of the minimum additional stress that broke and the maximum additional stress that did not break was defined as the minimum lower limit stress. The value obtained by dividing the minimum lower limit stress by the tensile strength in the atmosphere was used as an index of delayed fracture resistance as the delayed fracture strength ratio. The size of the test piece is a plate-like tensile test piece having a plate thickness of 2 mm, a gauge length of 25 mm, and a gauge width of 6 mm.

局部延性および耐遅れ破壊特性の評価においては、それぞれ幅絞り値が10%以上であり、遅れ破壊強度比が0.8以上であるものを良好であると判断した。   In the evaluation of local ductility and delayed fracture resistance, it was judged that the width drawing value was 10% or more and the delayed fracture strength ratio was 0.8 or more, respectively.

表2から分かるように、比較例である試験番号1、5、9、13、16、19および23は、焼戻し処理を施していないため、鋼材の金属組織がマルテンサイトまたは下部ベイナイトの焼戻し組織とならず、耐遅れ破壊特性が劣る結果となった。試験番号2〜4、6〜8および24〜26は、旧オーステナイト粒径が粗粒であるためセメンタイト球状化率が0.8未満となり、その結果、耐遅れ破壊特性が悪かった。さらに、試験番号17および20は、製造方法が不適切であったことに起因してセメンタイト球状化率が0.8未満となり、その結果、耐遅れ破壊特性が悪かった。   As can be seen from Table 2, the test numbers 1, 5, 9, 13, 16, 19 and 23, which are comparative examples, are not tempered, so that the metal structure of the steel is martensite or the tempered structure of the lower bainite. As a result, the delayed fracture resistance was inferior. In Test Nos. 2 to 4, 6 to 8, and 24 to 26, since the prior austenite grain size was coarse, the cementite spheroidization ratio was less than 0.8, and as a result, the delayed fracture resistance was poor. Further, in Test Nos. 17 and 20, the cementite spheroidization ratio was less than 0.8 due to an inappropriate manufacturing method, and as a result, delayed fracture resistance was poor.

また、試験番号35は、SiおよびMoの含有量が規定の範囲から外れており、また旧オーステナイト粒径およびセメンタイト球状化率も本発明の規定を満足しないため、耐遅れ破壊特性が著しく劣る結果となった。試験番号36は、MnおよびMoの含有量が規定の範囲から外れており、旧オーステナイト粒径も本発明の規定を満足しないため、耐遅れ破壊特性が著しく劣る結果となった。さらに、試験番号37および38は、B含有量が規定の範囲から外れており、鋼材の金属組織がマルテンサイトまたは下部ベイナイトの焼戻し組織でないため、耐遅れ破壊特性が劣る結果となった。   In Test No. 35, the contents of Si and Mo are not within the prescribed ranges, and the prior austenite grain size and cementite spheroidization ratio do not satisfy the provisions of the present invention. It became. In Test No. 36, the contents of Mn and Mo were not within the prescribed ranges, and the prior austenite grain size did not satisfy the provisions of the present invention, so that the delayed fracture resistance was remarkably inferior. Furthermore, in the test numbers 37 and 38, the B content was out of the specified range, and the metal structure of the steel material was not a tempered structure of martensite or lower bainite.

一方、本発明例である試験番号10〜12、14、15、18、21、22および27〜34は、引張強度が1000〜1450MPa以上と高い。そして幅絞り値が10%以上を示し局部延性に優れ、さらに遅れ破壊強度比も0.8以上と耐遅れ破壊特性に優れる結果となった。   On the other hand, test numbers 10 to 12, 14, 15, 18, 21, 22, and 27 to 34, which are examples of the present invention, have a high tensile strength of 1000 to 1450 MPa or more. The width drawing value was 10% or more and the local ductility was excellent, and the delayed fracture strength ratio was 0.8 or more, which was excellent in delayed fracture resistance.

本発明によれば、本発明によれば、引張強度が1000〜1450MPaの高強度でありながら、良好な延性を有し、さらに耐遅れ破壊性に優れる高強度鋼材を得ることが可能となるので、材料の特性と安全性を飛躍的に高めることが可能となる。したがって、本発明に係る高強度鋼材は、自動車等輸送機器、建築部材、道路、鉄道等を支える構造材料として用いるのに好適である。   According to the present invention, according to the present invention, it is possible to obtain a high-strength steel material having good ductility and excellent delayed fracture resistance while having a high tensile strength of 1000 to 1450 MPa. It is possible to dramatically improve the properties and safety of the material. Therefore, the high-strength steel material according to the present invention is suitable for use as a structural material that supports transportation equipment such as automobiles, building members, roads, and railways.

Claims (5)

化学組成が、質量%で、
C:0.2%を超えて0.55%以下、
Si:0.1〜0.3%、
Mn:0.1〜0.3%、
Mo:1〜4%、
Ti:0.002〜0.008%、
Al:0.01〜0.2%、
B:0.001〜0.006%、
N:0.001〜0.015%、
V:0〜0.3%、
Nb:0〜0.05%、
残部:Feおよび不純物であり、
旧オーステナイト粒径3μm以下のマルテンサイトまたは下部ベイナイトのいずれかの焼戻し組織からなる金属組織を有し、
金属組織中に含まれるセメンタイトの球状化率が0.8以上であり、
引張強度が1000〜1450MPaである、高強度鋼材。
Chemical composition is mass%,
C: more than 0.2% and 0.55% or less,
Si: 0.1 to 0.3%,
Mn: 0.1 to 0.3%,
Mo: 1-4%
Ti: 0.002 to 0.008%,
Al: 0.01-0.2%
B: 0.001 to 0.006%,
N: 0.001 to 0.015%,
V: 0 to 0.3%
Nb: 0 to 0.05%,
Balance: Fe and impurities,
Having a metal structure consisting of a tempered structure of either martensite or lower bainite with a prior austenite particle size of 3 μm or less,
The spheroidization rate of cementite contained in the metal structure is 0.8 or more,
A high-strength steel material having a tensile strength of 1000 to 1450 MPa.
前記化学組成が、質量%で、
V:0.05〜0.3%、
Nb:0.01〜0.05%、
から選択される1種以上を含有する、請求項1に記載の高強度鋼材。
The chemical composition is mass%,
V: 0.05-0.3%
Nb: 0.01-0.05%
The high-strength steel material of Claim 1 containing 1 or more types selected from these.
請求項1または請求項2に記載の高強度鋼材を製造する方法であって、
請求項1または請求項2に記載の化学組成を有し、
フェライト、パーライト、セメンタイトおよび焼戻しマルテンサイトから選択される1種の単相組織または2種以上が混在する複相組織で構成され、フェライトまたは旧オーステナイト粒径が10μm以下である金属組織を有する鋼を、
800〜900℃の温度域まで加熱した後、10℃/s以上の冷却速度で250〜450℃の温度域まで冷却し、その温度で10〜100s保持し、その後、冷却する熱処理工程と、
該熱処理工程後に、400〜680℃の温度域で10min〜1h保持する焼戻し処理工程とを備える、高強度鋼材の製造方法。
A method for producing the high-strength steel material according to claim 1 or 2,
Having the chemical composition of claim 1 or claim 2,
A steel having a single-phase structure selected from ferrite, pearlite, cementite and tempered martensite or a multi-phase structure in which two or more types are mixed, and having a metal structure having a ferrite or prior austenite grain size of 10 μm or less. ,
After heating to a temperature range of 800 to 900 ° C., cooling to a temperature range of 250 to 450 ° C. at a cooling rate of 10 ° C./s or more, holding at that temperature for 10 to 100 s, and then cooling,
A method for producing a high-strength steel material, comprising a tempering treatment step of holding for 10 min to 1 h in a temperature range of 400 to 680 ° C after the heat treatment step.
請求項1または請求項2に記載の高強度鋼材を製造する方法であって、
請求項1または請求項2に記載の化学組成を有し、
フェライト、パーライト、セメンタイトおよび焼戻しマルテンサイトから選択される1種の単相組織または2種以上が混在する複相組織で構成され、フェライトまたは旧オーステナイト粒径が10μm以下である金属組織を有する鋼を、
500〜750℃の温度域において断面減少率が20%以上となるように温間加工を加えた後、800〜900℃の温度域まで加熱した後、10℃/s以上の冷却速度で250〜450℃の温度域まで冷却し、その温度で10〜100s保持し、その後、冷却する熱処理工程と、
該熱処理工程後に、400〜680℃の温度域で10min〜1h保持する焼戻し処理工程とを備える、高強度鋼材の製造方法。
A method for producing the high-strength steel material according to claim 1 or 2,
Having the chemical composition of claim 1 or claim 2,
A steel having a single-phase structure selected from ferrite, pearlite, cementite and tempered martensite or a multi-phase structure in which two or more types are mixed, and having a metal structure having a ferrite or prior austenite grain size of 10 μm or less. ,
After adding warm working so that the cross-sectional reduction rate is 20% or more in a temperature range of 500 to 750 ° C., heating to a temperature range of 800 to 900 ° C. and then cooling at a cooling rate of 10 ° C./s or more. A heat treatment step of cooling to a temperature range of 450 ° C., holding at that temperature for 10 to 100 s, and then cooling;
A method for producing a high-strength steel material, comprising a tempering treatment step of holding for 10 min to 1 h in a temperature range of 400 to 680 ° C. after the heat treatment step.
請求項1または請求項2に記載の高強度鋼材を製造する方法であって、
請求項1または請求項2に記載の化学組成を有し、
フェライト、パーライト、セメンタイトおよび焼戻しマルテンサイトから選択される1種の単相組織または2種以上が混在する複相組織で構成され、フェライトまたは旧オーステナイト粒径が10μm以下である金属組織を有する鋼を、
断面減少率が20%以上となるように冷間加工を加えた後、800〜900℃の温度域まで加熱した後、10℃/s以上の冷却速度で250〜450℃の温度域まで冷却し、その温度で10〜100s保持し、その後、冷却する熱処理工程と、
該熱処理工程後に、400〜680℃の温度域で10min〜1h保持する焼戻し処理工程とを備える、高強度鋼材の製造方法。
A method for producing the high-strength steel material according to claim 1 or 2,
Having the chemical composition of claim 1 or claim 2,
A steel having a single-phase structure selected from ferrite, pearlite, cementite and tempered martensite or a multi-phase structure in which two or more types are mixed, and having a metal structure having a ferrite or prior austenite grain size of 10 μm or less. ,
After cold working so that the cross-sectional reduction rate is 20% or more, the steel is heated to a temperature range of 800 to 900 ° C, and then cooled to a temperature range of 250 to 450 ° C at a cooling rate of 10 ° C / s or more. , A heat treatment step of holding at that temperature for 10 to 100 s and then cooling,
A method for producing a high-strength steel material, comprising a tempering treatment step of holding for 10 min to 1 h in a temperature range of 400 to 680 ° C after the heat treatment step.
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