JP6729265B2 - 低合金鋼 - Google Patents
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C:0.01%以下と、
Si:0.05〜1.0%およびAl:0.01〜0.10%の両方またはいずれか一方と、
P:0.025%以下、
S:0.010%以下、
O:0.005%以下、
N:0.008%以下、
Ni:0〜5.0%、
Mo:0〜5.0%、
Mn:0〜1.0%、
B:0〜0.003%、
Cr:0〜5.0%、
V:0〜5.0%、
W:0〜5.0%、
Nb:0〜0.1%、
Ti:0〜0.1%、
Zr:0〜0.2%、
Hf:0〜0.2%、
Ta:0〜0.2%、
Cu:0〜3.0%、
Co:0〜3.0%、
Ca:0〜0.01%、
Mg:0〜0.01%、
REM:0〜0.50%と、
残部:Feおよび不純物とである化学組成を有し、
下記(1)式から求められるFn1が0.5以上であり、
下記(2)式から求められるFn2が0.5以上である、
低合金鋼。
Fn1 = Ni+0.5Mo+V+0.25W+Co (質量%)(1)
Fn2 = Ni+0.5Mo+V+0.25W+Co (固溶分の質量%)(2)
ただし、(1)式中の各元素記号は、低合金鋼中に含まれる各元素の含有量(質量%)を意味し、(2)式中の各元素記号は、低合金鋼中に固溶状態で存在する各元素の含有量(質量%)を意味する。
Ni:0.1〜5.0%、
Mo:0.1〜5.0%、
Mn:0.1〜1.0%、
B:0.0003〜0.003%、
Cr:0.01〜5.0%、
V:0.01〜5.0%、
W:0.01〜5.0%、
Nb:0.001〜0.1%、
Ti:0.001〜0.1%、
Zr:0.001〜0.2%、
Hf:0.001〜0.2%、
Ta:0.001〜0.2%、
Cu:0.1〜3.0%、
Co:0.1〜3.0%、
Ca:0.0001〜0.01%、
Mg:0.0001〜0.01%および
REM:0.0001〜0.50%から選択される一種以上を含有する、
上記〔1〕の低合金鋼。
上記〔1〕または〔2〕の低合金鋼。
本発明に係る低合金鋼は、下記の化学組成を有する。各元素の含有量の範囲および限定理由を説明する。各元素の含有量の%は、「質量%」を意味する。
Cは、固溶強化により鋼の強度を高めるのに有効であるが、0.01%を超えて含有させると、母相のフェライト地に固溶しきれなくなり、焼鈍時に粗大な炭化物を形成し、耐水素脆化特性を低下させる。この観点から、Cの含有量は0.01%以下とする。C含有量は、低ければ低いほど望ましい。
Al:0.01〜0.10%の両方またはいずれか一方
SiおよびAlは、鋼の脱酸に有効な元素であり、両方またはいずれか一方を含有させる。脱酸効果を得るためには、Siは0.05%以上、Alは0.01%以上含有させる。一方、いずれの元素も過剰に含有させてもその効果が飽和するので、Siの含有量の上限は1.0%、Alの含有量の上限は0.10%とする。上記の効果を得るためには、Si含有量の下限は0.1%とするのが好ましく、Al含有量の下限は0.015%とするのが好ましい。
Pは、鋼中に不純物として存在する元素である。Pは、粒界に偏析し、耐水素脆化特性を低下させる元素であるため、その含有量は0.025%以下とする必要がある。Pの含有量はできるだけ少ない方が望ましい。
Sは、鋼中に不純物として存在する元素である。SもPと同様に粒界に偏析し,耐水素脆化特性を低下させる元素であるため、その含有量は0.01%以下とする必要がある。Sの含有量はできるだけ少ない方が望ましい。
O(酸素)は,鋼中に不純物として存在する元素である。その含有量が0.005%を超えると、粗大な酸化物を形成し、靭性等の機械的特性を低下させる。従って、O(酸素)は0.005%以下とする。O(酸素)の含有量はできるだけ低い方が望ましい。その上限は望ましくは0.004%、さらに望ましくは0.003%である。
N(窒素)は、鋼中に不純物として存在する元素である。その含有量が0.008%を超えると、粗大な窒化物を形成し、靭性等の機械的特性を低下させる。従って、N(窒素)は0.008%以下とする。N(窒素)の含有量はできるだけ低い方が望ましい。その上限は望ましくは0.006%、さらに望ましくは0.005%である。
Mo:0〜5.0%
NiおよびMoは、本発明において重要な元素であり、母相のフェライト地に固溶することにより、耐水素脆化特性を向上させる。よって、NiおよびMoの両方または一方を含有させてもよい。しかし、過剰に含有させてもその効果は飽和するため、NiおよびMoそれぞれの含有量の上限を5.0%とする。上記の効果を得るためには、Ni含有量の下限は0.1%とするのが好ましく、Mo含有量の下限は0.1%とするのが好ましい。また、Fn1およびFn2の規定を満足する必要があるが、これらの規定については後段で説明する。
Mnは、固溶強化の効果を有するので、含有させてもよい。ただし、過剰に含有させても効果が飽和するので、含有させる場合の上限を1.0%とする。上記の効果を得るためには、0.1%以上含有させるのが好ましい。
Bは、Cと同様に鋼の強度を高めるのに有効であるので、含有させてもよい。ただし、0.003%を超えて含有させてもその効果は飽和するため、含有させる場合の上限を0.003%とする。上記の効果を得るためには、0.0003%以上含有させるのが好ましい。
V:0〜5.0%
W:0〜5.0%
Nb:0〜0.1%
Ti:0〜0.1%
Zr:0〜0.2%
Hf:0〜0.2%
Ta:0〜0.2%
Cr、V、W、Nb、Ti、Zr、HfおよびTa(以下、これらの元素を「第1群元素」ともいう。)は、フェライト生成元素であり、かつ固溶強化能を有する。また、Nb、Ti、Zr、HfおよびTaは、炭窒化物の生成能が強く、焼鈍時に微細な炭窒化物を形成し、固溶Cや固溶Nを低減する効果を有する。VおよびWについては、前述のNiおよびMoと同様の耐水素脆化特性の改善効果も有する。このため、これらの元素の一種以上を含有させてもよい。ただし、それぞれの元素の含有量が過剰な場合には効果が飽和するので、これらの元素を含有させる場合には、Crは5.0%以下、Vは5.0%以下、Wは5.0%以下、Nbは0.1%以下、Tiは0.1%以下、Zrは0.2%以下、Hfは0.2%以下、Taは0.2%以下とする。また、上記の効果を得るためには、Crは0.1%以上、Vは0.01%以上、Wは0.01%以上、Nbは0.001%以上、Tiは0.001%以上、Zrは0.001%以上、Hfは0.001%以上、Taは0.001%以上含有させるのが好ましい。
Co:0〜3.0%
CuおよびCoは、いずれも鋼の固溶強化に有効である。Coについては、前述のNiおよびMoと同様の耐水素脆化特性の改善効果も有する。このため、これらの元素の両方またはいずれか一方を含有させてもよい。ただし、過剰に含有させてもその効果は飽和するので、いずれの元素もその上限を3.0%とする。また、上記の効果を得るためには、いずれの元素も0.1%以上含有させるのが好ましい。
Mg:0〜0.01%
REM:0〜0.50%
Ca、MgおよびREMは、鋼中のSと結合して硫化物を形成し、介在物の形状を改善して靭性等の機械的特性を改善するので、含有させてもよい。過剰に含有させてもこの効果は飽和するため、CaおよびMgの上限は、0.01%、REMの上限は0.50%とする。上記の効果を得るためには、いずれの元素も0.0001%以上含有させるのが好ましい。
Fn1 = Ni+0.5Mo+V+0.25W+Co (質量%)(1)
Fn2 = Ni+0.5Mo+V+0.25W+Co (固溶分の質量%)(2)
ただし、(1)式中の各元素記号は、低合金鋼中に含まれる各元素の含有量(質量%)を意味し、(2)式中の各元素記号は、低合金鋼中に固溶状態で存在する各元素の含有量(質量%)を意味する。
本発明鋼は、体積率で99%以上がフェライトである、フェライト単相組織を対象とする。フェライト以外の組織については、特に制約がないが、炭窒化物は、水素脆化の起点および進展経路として働く。このため、炭窒化物量は、0.10%以下とするのが好ましい。
本発明鋼は、通常の方法で溶製(溶解および鋳造)し、熱間鍛造し、必要に応じてさらに熱間圧延することにより製造することができる。しかし、熱間鍛造および熱間圧延においては、それぞれの冷却過程で鋼材中に炭窒化物が析出する。また、通常、鋼材に対して実施される調質熱処理、いわゆる焼入れ/焼戻し熱処理においては、焼戻し時の冷却過程で炭窒化物が析出する。その結果、Ni等の固溶量を十分に確保できなくなり、Fn2を0.5以上にすることができなくなる。このため、本発明鋼の製造においては、熱間での加工プロセスの後に所定の焼鈍処理(加熱、均熱、冷却)を行うことが重要である。
炭窒化物の析出量は、下記の手順により求めた。
試験材(焼鈍材)の中心部から、直径が1〜10mmで長さが50mmの寸法の炭窒化物抽出分析用丸棒試験片を採取した。この試験片を陽極電解してマトリックスを溶解させ、炭窒化物のみを抽出し、抽出された残渣を用いてICP(高周波誘導結合プラズマ)発光分析を行い、残渣中のFe、Ni、Mo、Coおよび第1群元素のそれぞれの含有量を測定する。このそれぞれの元素の含有量を、陽極電解によるマトリックス溶解前後での試験片の質量差(つまり、試験片の溶解量)で除して、マトリックス中に炭窒化物として析出しているFe、Ni、Mo、Coおよび第1群元素の含有量(質量%)を算出する。厳密には、この方法では炭窒化物中のCおよびNの質量を測定できないが、炭窒化物中のCおよびNの含有量は最大でも原子比で50%(Ti(C,N)のように、第1群元素と{C+N}が原子比で1:1)であることと、CおよびNの原子量はFe、Ni、Mo、Co、第1群元素に比べ小さいことから、この方法で炭窒化物の析出量を大まかに測定できる。
試験材(焼鈍材)および試験材(冷間圧延材)の板厚中心部から平行部の幅2mm×厚さ2mm、もしくは幅2mm×厚さ1mmの板状引張試験片を採取し、水溶液中での陰極チャージ下での低ひずみ速度引張試験により、耐水素脆化特性を評価した。溶液には常温の3%NaCl+3g/Lチオシアン酸アンモニウム水溶液を用いて、飽和カロメル電極に対して−1.2(V)で陰極水素チャージを行いつつ引張試験を行った。ひずみ速度は3×10−4(s−1)とした。陰極チャージ下の破断伸びを測定し、これを大気中で測定した破断伸びで除して、相対破断伸び(%)を算出した。相対破断伸びが大きい材料ほど、耐水素脆化特性に優れる。本実施形態においては、相対破断伸びが50%以上の試材を耐水素脆化特性に優れると判断した。
試験材(焼鈍材)および試験材(冷間圧延材)から試験部の厚さが1〜2mm、試験部の幅が6mmの板状引張試験片を採取し、JIS Z 2241:2011に従って引張試験を行い、TS(引張強さ)を求めた。
Claims (3)
- 質量%で、
C:0.01%以下と、
Si:0.05〜1.0%およびAl:0.01〜0.10%の両方またはいずれか一方と、
P:0.025%以下、
S:0.010%以下、
O:0.005%以下、
N:0.008%以下、
Ni:0〜5.0%、
Mo:0〜5.0%、
Mn:0〜1.0%、
B:0〜0.003%、
Cr:0〜5.0%、
V:0〜5.0%、
W:0〜5.0%、
Nb:0〜0.1%、
Ti:0〜0.1%、
Zr:0〜0.2%、
Hf:0〜0.2%、
Ta:0〜0.2%、
Cu:0〜3.0%、
Co:0〜3.0%、
Ca:0〜0.01%、
Mg:0〜0.01%、
REM:0〜0.50%と、
残部:Feおよび不純物とである化学組成を有し、
下記(1)式から求められるFn1が0.5以上であり、
下記(2)式から求められるFn2が0.5以上であり、
体積率で、99%以上がフェライトである金属組織を有する、
低合金鋼。
Fn1 = Ni+0.5Mo+V+0.25W+Co (質量%)(1)
Fn2 = Ni+0.5Mo+V+0.25W+Co (固溶分の質量%)(2)
ただし、(1)式中の各元素記号は、低合金鋼中に含まれる各元素の含有量(質量%)を意味し、(2)式中の各元素記号は、低合金鋼中に固溶状態で存在する各元素の含有量(質量%)を意味する。 - 質量%で、
Ni:0.1〜5.0%、
Mo:0.1〜5.0%、
Mn:0.1〜1.0%、
B:0.0003〜0.003%、
Cr:0.01〜5.0%、
V:0.01〜5.0%、
W:0.01〜5.0%、
Nb:0.001〜0.1%、
Ti:0.001〜0.1%、
Zr:0.001〜0.2%、
Hf:0.001〜0.2%、
Ta:0.001〜0.2%、
Cu:0.1〜3.0%、
Co:0.1〜3.0%、
Ca:0.0001〜0.01%、
Mg:0.0001〜0.01%および
REM:0.0001〜0.50%から選択される一種以上を含有する、
請求項1に記載の低合金鋼。 - 炭窒化物量が0.10質量%以下である、
請求項1または2に記載の低合金鋼。
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JP2016198789A JP6729265B2 (ja) | 2016-10-07 | 2016-10-07 | 低合金鋼 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2016198789A Active JP6729265B2 (ja) | 2016-10-07 | 2016-10-07 | 低合金鋼 |
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JP (1) | JP6729265B2 (ja) |
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JP7234544B2 (ja) * | 2018-09-07 | 2023-03-08 | 日本製鉄株式会社 | 水素脆化特性評価方法 |
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- 2016-10-07 JP JP2016198789A patent/JP6729265B2/ja active Active
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