JP6327737B2 - マルテンサイト鋼及びその製造方法 - Google Patents
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Description
また、特許文献3はマルテンサイト組織鋼であるため、鋼の組織や機械的な特性で、本願のマルテンサイト鋼と類似性がある。しかし、成分の観点では、特許文献3の成分は0.05〜0.2%Cの範囲であるため、炭素濃度が低すぎて、引張強度TSとして1400MPaレベルに過ぎず、指標となる2000MPaレベルが得られないという問題がある。また、特許文献3の特性の観点として、高強度を高めると延性が劣化するという炭素鋼一般の性質が存在する。
更に、高強度のレベルを変化させたいという要求があった場合、C濃度を高めたり、低めたりすることで対処するのが容易であるが、Cを高めて強度を高めた場合、延性が落ち、Cを低めて延性を高めた場合、強度が落ちるという、相反する問題がある。
(1)製造される鋼の用途は、建造物や橋梁等の構造物、自動車の足回り鋼、機械用歯車等部品に使用されるもので、製造される鋼の形態は、高強度に優れた厚鋼板、形鋼、異形棒鋼、棒鋼及び鋼線等であること。
(2)鋼の組成は、安価なMn及びSiを添加した低C鋼を基準とし、MoやNi等の高価な合金元素の添加は不要であること。
(3)通常の製鋼所に設けられている既設の圧延設備のままで、特段の焼鈍処理を施さなくても組織の制御ができること。
(4)製造対象とする鋼の材料特性値に関しては、機械的性質として、引張試験におけるTE(全伸び)を13〜15%に維持した状態でC濃度を変化させ、TS(最大応力)を1800〜2160MPaに可変可能な強度-延性バランスを有すること。
また、優れた厚鋼板、形鋼、異形棒鋼、棒鋼及び鋼線等の鋼を製造するに当たって、例えば非特許文献1に記載されているような、高価な合金元素を添加することなく、低炭素鋼の化学成分組成を有する鋼を使用でき、低コストの高強度鋼が得られる。
本発明に係る高強度鋼における化学成分組成の範囲は以下の通りである(以下、成分の%はすべて質量%を示す)。
本高強度鋼の特性である400℃以上の低温域加工でマルテンサイトを生成させるためには、オーステナイトの高度な安定化が必要であり、それを確保するために、高いMn含有量が効果的作用を発揮する。
次に、本発明に係る高強度鋼のミクロ組織について説明する。
本発明に係る高強度鋼のミクロ組織は、主相がマルテンサイトであり、そのビッカース硬度がHV>400であり、マルテンサイトの硬度を有しているのが特徴である。このように高価な合金元素を添加しなければ達成できない高強度化が通常組成のまま達成できることが特徴である。かかるミクロ組織を有することは、所要の機械的特性値を満たすための必要条件の一つであり、そのためには上述した鋼の化学成分組成を満たすことを前提条件とするものである。
EBSP装置で測定したbcc構造の結晶方位マップから、方位差が10°以上となる境界を、ブロック粒界とする。そして、一つのブロック粒の円相当粒径をブロック粒径と定義し、その体積平均を平均粒径と定義する。
上記化学成分組成を有する鋼であって、かかる機械的特性値を備えた鋼は、これまで見当たらない。非調質とは、軟質化焼鈍や焼入れ焼戻し処理などの熱処理を省略して、伸線や鍛造などの加工効果により強度を付与した鋼製品をいう。非調質の鋼製品としては、例えば、初期断面からの減面率が10%以上である鋼製品とする。
次に、本発明の鋼を得るための供試材の製造方法を説明する。
[素材(0.1%C−2%Si−5%Mn鋼)の熱間塑性加工条件]
素材の熱間における塑性加工方式としては、工業的に行われている厚鋼板製造ラインにおける平ロール圧延、極厚鋼板製造ラインにおける鍛造、棒鋼又は鋼線材製造ラインにおける溝ロール圧延、及び条鋼又は形鋼製造ラインにおける形ロール圧延の内のいずれであってもよい。これらいずれかの加工方式により、素材に対して所望の塑性相当ひずみを与える。
図2は高強度鋼の調製方法を説明する流れ図である。実施例1、2と比較例1、2、3および4における本願発明に係る高強度鋼の調製方法を、図2の概略調製工程図に基づき以下、詳細に説明する。
まず、溶解用主原料として電解鉄、電解Mn及び金属Siを準備する(S100)。次に、高周波真空誘導溶解炉を用いて、溶解用主原料を溶製して、縦95mm×横95mm×高さ450mmの鋼塊に鋳造する(S102)。この鋳造した鋼塊を本発明の高強度鋼の素材とした。素材の化学成分組成を表1に示す。実施例1、2の炭素濃度は0.2、0.3mass%、比較例1〜4の炭素濃度は0.05、0.075、0.125、0.15mass%と変化させてあるが、シリカは1.96mass%、マンガンは5.02mass%で共通である。リン、硫黄、アルミニューム、酸素、窒素に関しても、実施例1、2と比較例1〜4で、共通の濃度としている。
本発明の高強度鋼の製造方法は、鋼の組成が安価なMn及びSiを添加した低C鋼を基準とし、MoやNi等の高価な合金元素の添加は不要であると共に、通常の製鋼所に設けられている既設の圧延設備のままで、特段の焼鈍処理を施さなくても組織の制御ができ、設備投資額が少なくて済むため、価格競争力の高い高強度鋼が製造できる。
Claims (2)
- 化学成分組成が、質量%で、C:0.20〜0.30%、Si:1.0〜3.5%、Mn:4.5〜5.5%、Al:0.001〜0.080%、P:0.030%以下、S:0.020%以下、N:0.010%以下であって、残部がFe及び不可避不純物からなり、
平均ブロック粒径が幅5.0μm以下であるマルテンサイトからなる微細ミクロ組織を有し、TE(全伸び)が13〜15%であり、TS(最大応力)が1800〜2160MPaであることを特徴とする高強度鋼。 - 化学成分組成が、質量%で、C :0.20〜0.30%、Si:1.0〜3.5%、Mn:4.5〜5.5%、Al:0.001〜0.080%、P:0.030%以下、S:0.020%以下、N:0.010%以下であって、残部がFe及び不可避不純物からなる鋼素材を、1200℃±25℃で均一に加熱後、1200℃〜750℃の温度域で連続鍛造により減面率88%以上の加工後、室温まで空冷し、圧延方向に対する直角方向断面における平均ブロック粒径が幅5.0μm以下であるマルテンサイトからなる微細ミクロ組織を有する鋼組織を得ることを特徴とする、TE(全伸び)が13〜15%であり、TS(最大応力)が1800〜2160MPaである、高強度鋼の製造方法。
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