JP6794478B2 - ナノ金属間化合物強化超高強度フェライト鋼およびその作製方法 - Google Patents
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Description
(1)ナノ金属間化合物強化超高強度フェライト鋼の化学組成によって構成される原材料を、順に、溶融、鋳造、およびロール鍛造する工程;
(2)固溶化処理を行い、次に室温まで冷却する工程;
(3)エージング処理を行い、次に室温まで冷却する工程
を含んでなる。
(1)ナノ金属間化合物強化超高強度フェライト鋼の化学組成によって構成される原材料を、順に、溶融、鋳造、およびロール鍛造する工程;
(2)固溶化処理を行い、次に室温まで冷却する工程;
(3)エージング処理を行い、次に室温まで冷却する工程
を含んでなる。
ナノ金属間化合物強化超高強度フェライト鋼の組成範囲に従って、本発明の鋼鉄NIS101〜108を精錬し、レファレンス鋼CS1およびCS2も、比較のために精錬した。表1の本発明の鋼鉄NIS101〜108ならびにレファレンス鋼CS1およびCS2の合金組成に従って、これらの材料を、アーク溶融炉で溶融し、鋳造した。作製されたインゴットを、1回ごとに5から10%の圧下率で圧延し、約70%の合計変形率を有する鋼板を得た。圧延鋼板を、900℃にて0.5時間固溶化させた。次に、鋼板を、アルゴン冷却によって室温まで冷却した。次に、鋼板を、550℃にて2時間エージングし、続いて、鋼板をAr冷却によって室温まで冷却した。そして、本発明の鋼鉄NIS101〜108ならびにレファレンス鋼CS1およびCS2を得た。
表1のNIS103の合金組成に従って、精錬および鋳造をアーク溶融炉で行った。作製されたインゴットを、1回ごとに5から10%の圧下率で圧延し、約70%の合計変形率を有する鋼板を得た。次に、圧延鋼板を、1200℃にて0.2時間固溶化させ、続いて水冷した。次に、それを550℃にて2時間エージングし、続いて、鋼板を風冷によって室温まで冷却した。そして、本発明の鋼鉄NIS103’を得た。
熱処理後に作製した上記のレファレンス鋼CS1およびCS2、ならびに本発明の鋼鉄NIS101〜108を、TEMで特性決定した。表1から、ナノ金属間化合物形成元素Alは、レファレンス鋼CS1には存在しない。レファレンス鋼CS2では、ナノ金属間化合物形成元素NiおよびAlの含有量は非常に少ない。TEMの結果から、レファレンス鋼CS1およびCS2では、金属間化合物が形成されていないことが示される。本発明の鋼鉄NIS101〜108では、均一に分散した微細サイズのナノ金属間化合物が大量に検出される。図1は、本発明の鋼鉄NIS103のマトリックス中のナノ金属間化合物のTEM写真を示しており、ここで、ナノ金属間化合物の平均サイズは、3nmで、均一に分布しており、平均粒子間距離は、2〜20nmであり、ナノ金属間化合物の量は、1立法ミクロンあたり10000個以上である。EDSにより、ナノ金属間化合物が、主としてNiおよびAlを含んでなることが確認される。従って、高濃度および均一分布である微細サイズナノ金属間化合物が、本発明のナノ金属間化合物強化超高強度フェライト鋼中に形成されていることが確認される。ナノ析出強化機構に従って、均一に分布した微細サイズナノ金属間化合物は、効果的に転位の移動を妨害することができ、それによってフェライト鋼の強度が大きく増加される。
レファレンス鋼CS1およびCS2、ならびに本発明の鋼鉄NIS101〜108の引張サンプルを、放電加工によって切り出した。室温引張試験を、MTS試験機で実施した。降伏強度、引張強度、減面率、および延伸率を表2に挙げる。図4は、本発明で作製された鋼鉄NIS103およびNIS107、ならびにレファレンス鋼CS1の引張応力‐歪曲線を示す。表2および図4から、同じ精錬および熱処理プロセス後、レファレンス鋼CS1およびCS2の降伏強度は、それぞれ、534MPaおよび466MPaであり、引張強度は、それぞれ、651MPaおよび663MPaであることが分かる。この結果は、公開されている文献と一致する。本発明の鋼鉄NIS101〜108の場合、降伏強度は、1200〜1800MPaであり、引張強度は、1400〜2000MPaである。レファレンス鋼CS1およびCS2と比較して、降伏強度および引張強度が大きく増加している。減面率は、30〜60%に維持され、および延伸率は、5〜20%に維持されて、高強度と高延性の良好な組み合わせが達成される。本発明は、ナノ金属間化合物、ナノクラスター、およびナノ炭化物の強化元素を調節すること、ならびに適切な熱処理プロセスにより、鋼鉄の強度を大きく増加させるものであることが分かる。
本発明の鋼鉄NIS103’の引張サンプルを、放電加工によって作製する。室温引張試験を、MTS試験機で実施する。測定した降伏強度は、1403MPaであり、引張強度は、1722MPaであり、減面率は、42%であり、延伸率は、9.1%である。
Claims (13)
- ナノ金属間化合物強化超高強度フェライト鋼であって、重量パーセントでの以下の化学組成:0〜0.2%のC、2〜15%のNi、0〜10%のMn、0.5〜6%のAl、0〜4%のCu、0〜12%のCr、0〜3%のMo、0〜3%のW、0〜0.5%のV、0〜0.5%のTi、0〜0.5%のNb、0〜1%のSi、0.0005〜0.05%のB、0.04%以下のP、0.04%以下のS、0.04%以下のN、0.05%以下のO、ならびに残部Feおよび不可避不純物からなり、
前記ナノ金属間化合物強化超高強度フェライト鋼のマトリックスがフェライトであり、かつ、前記マトリックス中にナノ金属間化合物が分布しており、
前記鋼は、降伏強度が1200〜1800MPaであり、引張強度が1400〜2000MPaであり、減面率が30%〜60%であり、かつ、延伸率が5〜20%であることを特徴とする、ナノ金属間化合物強化超高強度フェライト鋼。 - 前記ナノ金属間化合物が、NiAlである、請求項1に記載のナノ金属間化合物強化超高強度フェライト鋼。
- 前記ナノ金属間化合物の平均サイズが、3nmであり、平均粒子間距離が、2から20nmであり、前記ナノ金属間化合物の数が、1立方ミクロンあたり10000個以上である、請求項2に記載のナノ金属間化合物強化超高強度フェライト鋼。
- さらにナノクラスターを含んでなり、前記ナノクラスターの主構成元素は、Cuである、請求項1に記載のナノ金属間化合物強化超高強度フェライト鋼。
- さらにナノ炭化物(Mo,W)2Cを含んでなる、請求項1に記載のナノ金属間化合物強化超高強度フェライト鋼。
- 前記フェライトの平均結晶粒サイズが、1から20μmである、請求項1に記載のナノ金属間化合物強化超高強度フェライト鋼。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載のナノ金属間化合物強化超高強度フェライト鋼を製造する方法であって、
(1)前記ナノ金属間化合物強化超高強度フェライト鋼の化学組成によって構成される原材料を、順に、溶融、鋳造、およびロール鍛造する工程;
(2)800〜1300℃の範囲で固溶化処理を行い、次に室温まで冷却する工程;
(3)400〜600℃の範囲でエージング処理を行い、次に室温まで冷却する工程
を含んでなる、方法。 - 前記固溶化処理が、900℃で行われる、請求項7に記載の方法。
- 前記固溶化処理が、0.1から3時間行われる、請求項7または8に記載の方法。
- 前記固溶化処理が、0.5時間行われる、請求項9に記載の方法。
- 前記エージング処理が、550℃で行われる、請求項7に記載の方法。
- 前記エージング処理が、0.1から20時間行われる、請求項7または11に記載の方法。
- 前記エージング処理が、2時間行われる、請求項12に記載の方法。
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