JP7337486B2 - 鋼材およびその製造方法 - Google Patents
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C:1.00%以下、
Si:3.00%以下、
Mn:0.2~7.0%、
P:0.10%以下、
S:0.030%以下、
Al:3.00%以下、
N:0.010%以下、
Ni:0~10.0%、
Cu:0~3.0%、
Cr:0~10.0%、
Ti:0~1.0%、
Nb:0~1.0%、
V:0~1.0%、
Mo:0~2.0%、
W:0~1.0%、
B:0~0.01%、
Co:0~1.0%、
Ca:0~0.01%、
Mg:0~0.01%、
REM:0~0.01%、
残部:Feおよび不純物であり、
下記(i)式で定義されるCeqが0.10~1.00であり、
金属組織が、体積%で、50%以上のフェライトおよび5%以上の残留オーステナイトを含み、かつ、
フェライト粒の内部に存在する残留オーステナイトの面積割合が、鋼材中の残留オーステナイトの総量に対して15%以上である、
鋼材。
Ceq=C+1/24Si+1/6Mn+1/40Ni+1/5Cr+1/4Mo+1/14V ・・・(i)
但し、式中の各元素記号は、鋼素材中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表す。
Ni:0.1~10.0%、
Cu:0.3~3.0%、および
Cr:0.1~10.0%、
から選択される1種以上を含有する、
上記(1)に記載の鋼材。
Ti:0.01~1.0%、
Nb:0.01~1.0%、
V:0.01~1.0%、
Mo:0.05~2.0%、
W:0.05~1.0%、
B:0.0003~0.01%、および
Co:0.05~1.0%、
から選択される1種以上を含有する、
上記(1)または(2)に記載の鋼材。
Ca:0.0001~0.01%、
Mg:0.0001~0.01%、および
REM:0.0001~0.01%、
から選択される1種以上を含有する、
上記(1)から(3)までのいずれかに記載の鋼材。
上記(1)から(4)までのいずれかに記載の鋼材。
上記(1)から(5)までのいずれかに記載の鋼材。
マルテンサイトまたはベイナイトを主体とする金属組織を有する鋼素材に対して、焼戻し工程および焼鈍工程を順に行い、
前記焼戻し工程において、550℃~Ac1点の範囲の温度域で60min以上保持し、
前記焼鈍工程において、500℃/s以上の平均昇温速度でAc3点~Ac3点+200℃の範囲の温度域まで加熱した後、5s以内に冷却を開始し、その温度域から500℃までの平均冷却速度が40℃/s以下となるように、300~500℃の温度まで冷却し、その後、300~500℃の温度域で30~500s保持した後、室温へ冷却する、
鋼材の製造方法。
上記(7)に記載の鋼材の製造方法。
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。
Cは鋼材の強度を向上させる元素である。C含有量は鋼材に要求される特性に応じて選定されるが、1.00%を超えるとMf点が低下しすぎて、加熱中に生じたオーステナイトの一部または全部が冷却中に変態せずに、必要量のマルテンサイトが得られず、十分な強度が得られなくなる。そのため、C含有量は1.00%以下とする。C含有量は0.50%以下であるのが好ましく、0.35%以下であるのがより好ましい。上記の効果を得るためには、C含有量は0.03%以上であるのが好ましい。
Siはフェライト相へ分配される元素であって、超微細オーステナイト組織の成長粗大化を抑制するには、脱酸のために通常含有される量より多く含有させる必要がある。しかしながら、その含有量が3.00%を超えると、熱間加工性が劣化して圧延時に割れやすくなる。そのため、Si含有量は3.00%以下とする。Si含有量は2.50%以下であるのが好ましい。上記の効果を得るためには、Si含有量は0.10%以上であるのが好ましく、0.30%以上であるのがより好ましい。
MnはA1変態点を低下させてオーステナイト生成温度域を低くすることによって、オーステナイト相の成長粗大化速度を低下させるのに有効な元素である。また、Mnはオーステナイト相へ分配される元素である。さらに、残留オーステナイトを活用したい場合には有効な元素となる。超微細オーステナイト組織の成長粗大化を抑制するためには、0.2%以上含有させる必要がある。一方、Mn含有量が7.0%を超えると、Mf点が低下しすぎて、加熱中に生じたオーステナイトの一部または全部が冷却中に変態せずに、必要量のマルテンサイトが得られず、十分な強度が得られなくなる。そのため、Mn含有量は0.2~7.0%とする。Mn含有量は5.0%以下であるのが好ましく、3.0%以下であるのがより好ましい。
Pは、一般に不純物として含有される元素であるが、固溶強化により強度を高める効果を有する元素でもある。したがって、Pを積極的に含有させてもよい。しかし、Pは偏析し易い元素であり、その含有量が0.10%を超えると、粒界偏析に起因する成形性および靭性の低下が顕著となる。したがって、P含有量は0.10%以下とする。P含有量は0.050%以下であるのが好ましく、0.030%以下であるのがより好ましく、0.020%以下であるのがさらに好ましい。P含有量の下限は特に規定する必要はないが、上記の効果を得たい場合には、0.001%以上とすることが好ましい。
Sは、不純物として含有される元素であり、鋼中に硫化物系介在物を形成して鋼板の成形性を低下させる。S含有量が0.030%を超えると、成形性の低下が著しくなる。したがって、S含有量は0.030%以下とする。S含有量は0.010%以下であるのが好ましく、0.005%以下であるのがより好ましく、0.001%以下であるのがさらに好ましい。S含有量の下限は特に規定する必要はないが、精錬コストの上昇を抑制する観点からは0.0001%以上とすることが好ましい。
Alはフェライト相へ分配される元素であって、超微細オーステナイト組織の成長粗大化を抑制するには、脱酸のために通常含有される量より多く含有させる必要がある。しかしながら、その含有量が3.00%を超えると、熱間加工性が劣化して圧延時に割れやすくなる。そのため、Al含有量は3.00%以下とする。Al含有量は2.50%以下であるのが好ましく、2.00%以下であるのがより好ましい。上記の効果を得るためには、Al含有量は0.01%以上であるのが好ましく、0.03%以上であるのがより好ましい。
Nは、不純物として含有される元素であり、鋼板の成形性を低下させる作用を有する。N含有量が0.010%を超えると、成形性の低下が著しくなる。したがって、N含有量は0.010%以下とする。N含有量は0.0080%以下であるのが好ましく、0.0070%以下であるのがより好ましい。N含有量の下限は特に規定する必要はないが、後述するようにTi、NbおよびVの1種以上を含有させて鋼組織の微細化を図る場合を考慮すると、炭窒化物の析出を促進させるためにN含有量は、0.0010%以上とすることが好ましく、0.0020%以上とすることがより好ましい。
NiはA1変態点を低下させてオーステナイト生成温度域を低くすることによって、オーステナイト相の成長粗大化速度を低下させるのに有効な元素である。また、Niはオーステナイト相へ分配される元素である。そのため必要に応じてNiを含有させてもよい。しかしながら、Ni含有量が10.0%を超えると、粒成長の抑制効果が飽和してくる。したがって、Ni含有量は10.0%以下とする。Ni含有量は5.0%以下であるのが好ましい。上記の効果を得るためには、Ni含有量は0.1%以上とするのが好ましい。
CuはA1変態点を低下させてオーステナイト生成温度域を低くすることによって、オーステナイト相の成長粗大化速度を低下させるのに有効な元素である。また、Cuはオーステナイト相へ分配される元素である。そのため必要に応じてCuを含有させてもよい。しかしながら、Cu含有量が3.0%を超えると、加工性が劣化して圧延時に割れやすくなる。したがって、Cu含有量は3.0%以下とする。Cu含有量は2.5%以下であるのが好ましい。上記の効果を得るためには、Cu含有量は0.3%以上とするのが好ましい。
Crはオーステナイト相へ分配される元素であり、超微細オーステナイト組織の成長粗大化を抑制するのに有効な元素である。そのため必要に応じてCrを含有させてもよい。しかしながら、Cr含有量が10.0%を超えると、強度と延性または強度と靱性とのアンバランスが生じる。したがって、Cr含有量は10.0%以下とする。Cr含有量は8.0%以下であるのが好ましい。上記の効果を得るためには、Cr含有量は0.1%以上とするのが好ましい。
Tiはフェライト相へ分配され、かつ、拡散の遅い元素であり、超微細オーステナイト組織の成長粗大化を抑制するのに有効な元素である。そのため必要に応じてTiを含有させてもよい。しかしながら、Ti含有量が1.0%を超えると、鋼が脆化してくる。したがって、Ti含有量は1.0%以下とする。Ti含有量は0.5%以下であるのが好ましい。上記の効果を得るためには、Ti含有量は0.01%以上とするのが好ましい。
Nbはフェライト相へ分配され、かつ、拡散の遅い元素であり、超微細オーステナイト組織の成長粗大化を抑制するのに有効な元素である。そのため必要に応じてNbを含有させてもよい。しかしながら、Nb含有量が1.0%を超えると、鋼が脆化してくる。したがって、Nb含有量は1.0%以下とする。Nb含有量は0.5%以下であるのが好ましい。上記の効果を得るためには、Nb含有量は0.01%以上とするのが好ましい。
Vはフェライト相へ分配される元素であり、超微細オーステナイト組織の成長粗大化を抑制するのに有効な元素である。そのため必要に応じてVを含有させてもよい。しかしながら、V含有量が1.0%を超えると、鋼が脆化してくる。したがって、V含有量は1.0%以下とする。V含有量は0.5%以下であるのが好ましい。上記の効果を得るためには、V含有量は0.01%以上とするのが好ましい。
Moはフェライト相へ分配され、かつ、拡散の遅い元素であり、超微細オーステナイト組織の成長粗大化を抑制するのに有効な元素である。そのため必要に応じてMoを含有させてもよい。しかしながら、Mo含有量が2.0%を超えると、粒成長の抑制効果が飽和してくる。したがって、Mo含有量は2.0%以下とする。Mo含有量は1.0%以下であるのが好ましい。上記の効果を得るためには、Mo含有量は0.05%以上とするのが好ましい。
Wはフェライト相へ分配され、かつ、拡散の遅い元素であり、超微細オーステナイト組織の成長粗大化を抑制するのに有効な元素である。そのため必要に応じてWを含有させてもよい。しかしながら、W含有量が1.0%を超えると、粒成長の抑制効果が飽和してくる。したがって、W含有量は1.0%以下とする。W含有量は0.5%以下であるのが好ましい。上記の効果を得るためには、W含有量は0.05%以上とするのが好ましい。
Bは焼入れ性が向上する元素で、マルテンサイトを含む組織を得るには有効な元素である。そのため必要に応じてBを含有させてもよい。しかしながら、B含有量が0.01%を超えると、靱性が悪化する。したがって、B含有量は0.01%以下とする。B含有量は0.005%以下であるのが好ましい。上記の効果を得るためには、B含有量は0.0003%以上とするのが好ましい。
Coはフェライト相へ分配される元素であり、超微細オーステナイト組織の成長粗大化を抑制するのに有効な元素である。そのため必要に応じてCoを含有させてもよい。しかしながら、Co含有量が1.0%を超えると、粒成長の抑制効果が飽和してくる。したがって、Co含有量は1.0%以下とする。Co含有量は0.5%以下であるのが好ましい。上記の効果を得るためには、Co含有量は0.05%以上とするのが好ましい。
Mg:0~0.01%
REM:0~0.01%
Ca、MgおよびREMは、オーステナイト粒成長を抑制するピン留め効果を有し、オーステナイト粒を微細化する効果を有する。そのため必要に応じてこれらの元素から選択される1種以上を含有させてもよい。しかしながら、これらの元素の含有量がそれぞれ0.01%を超えると、脆化して加工性が劣化する。したがって、各元素ともその含有量を0.01%以下とする。また、2種以上を複合的に含有させる場合、その合計含有量は0.03%であってもよい。上記の効果を得るためには、Ca、MgおよびREMから選択される1種以上を0.0001%以上含有させるのが好ましい。
Ceqは炭素当量を意味し、下記(i)式で定義される。Ceqが0.10未満では、鋼材の強度が十分に得られない。なお、本発明において、鋼の引張強さは、400MPa以上であることが好ましい。一方、Ceqが1.00を超えると、靭性および延性が悪化するだけでなく、溶接を行う場合には溶接性および溶接部特性が劣化する。したがって、Ceqは0.10~1.00とする。Ceqは0.20以上であるのが好ましく、0.30以上であるのがより好ましい。また、Ceqは0.90以下であるのが好ましい。
Ceq=C+1/24Si+1/6Mn+1/40Ni+1/5Cr+1/4Mo+1/14V ・・・(i)
但し、式中の各元素記号は、鋼素材中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表す。
本発明に係る鋼材の金属組織は、体積%で、50%以上のフェライトおよび5%以上の残留オーステナイトを含む。鋼材の金属組織は、さらに、5%以上のベイナイトを含むことが好ましい。それぞれの組織の限定理由について説明する。
フェライトは、軟質な組織であり、鋼の延性を向上する。そのため、フェライトの体積率を50%以上とする。フェライトは軟質な組織であるため、強度より延性を重視したい場合には、その体積率は60%以上であるのが好ましく、70%以上であるのがより好ましい。
残留オーステナイトは、TRIP効果により、鋼の延性を向上する組織である。そのため、残留オーステナイトの体積率を5%以上とする。なお、残留オーステナイトの体積率について、上限は特に設けないが、他の組織との関係から実質的に45%以下となる。また、残留オーステナイトの体積率が過剰であると、強度が低下するおそれがある。そのため、残留オーステナイトの体積率は40%以下であるのが好ましく、30%以下であるのがより好ましく、20%以下であるのがさらに好ましい。
ベイナイトは、硬質な組織であり、鋼の強度を向上するため、必要に応じて金属組織中に含まれていてもよい。上記の効果を得るためには、ベイナイトの体積率を5%以上とすることが好ましい。ベイナイトはフェライトに比べて硬質な組織であるため、延性より強度を重視したい場合には、その体積率は10%以上であるのが好ましく、15%以上であるのより好ましく、20%以上であるのがさらに好ましい。なお、ベイナイトの体積率について、上限は特に設けないが、他の組織との関係から実質的に45%以下となる。また、ベイナイト体積率は35%以下であるのが好ましく、30%以下であるのがより好ましい。
本発明に係る鋼材は、上述の化学組成を有し、所定の金属組織を有する鋼素材に対して、焼戻し工程および焼鈍工程を順に行うことによって製造することが可能である。各条件について、以下に詳しく説明する。
熱処理を施す前の鋼素材としては、マルテンサイトまたはベイナイトを主体とする金属組織を有するものを用いる。
上記の鋼素材に対して、550℃~Ac1点の範囲の温度域で60min以上保持する。このような条件で熱処理を行うことにより、上記の各組織の結晶粒内にセメンタイトが析出するとともに、セメンタイト中にMn等の元素が濃化する。この工程での保持温度が550℃未満であるかまたは保持時間が60min未満では、セメンタイトの析出およびセメンタイト中への元素の濃化が不十分となる。一方、保持温度がAc1点を超えると、オーステナイト変態が生じ、セメンタイトが析出しにくくなる。
上記の鋼素材に対して、焼鈍工程を行う。焼鈍工程は、さらに昇温工程、保持工程および冷却工程の3つに細分化することができる。それぞれの工程における条件について、以下に詳しく説明する。
前述の化学組成および金属組織を有する鋼素材を、まず500℃/s以上の平均昇温速度でAc3点~Ac3点+200℃の温度域まで加熱する。Ac3点以上のオーステナイト単相域まで加熱することで、均一な組織を得ることができる。一方、Ac3点+200℃を超えて加熱すると粒成長の速度が大きくなり粗大なオーステナイト粒に成長してしまう。
上記の条件で加熱した後、5s以内に冷却を開始する。Ac3点~Ac3点+200℃の温度域での保持時間が5sを超えると、保持中における元素の拡散が顕著になるためである。上記保持時間は3s以下であるのが望ましく、1s以下であるのがより望ましい。
冷却工程では、上記のAc3点~Ac3点+200℃の温度域から500℃までの平均冷却速度が40℃/s以下となるように、300~500℃の温度まで冷却する。このときの平均冷却速度を40℃/s以下とすることで、冷却中に変態が起こりオーステナイトからフェライトが生成する。その後、300~500℃の温度域で30~500s保持した後、室温へ冷却する。
さらに微細な組織を得たい場合には、上記の焼戻し工程の前、または上記の焼戻し工程と焼鈍工程との間に、冷間加工工程を行うことが望ましい。その理由は以下のとおりである。
Claims (4)
- 化学組成が、質量%で、
C:0.09~0.42%、
Si:2.50%以下、
Mn:0.31~3.34%、
P:0.050%以下、
S:0.005%以下、
Al:0.11%以下、
N:0.0049%以下、
Ni:0~0.114%、
Cu:0~0.06%、
Cr:0~1.01%、
Ti:0~0.015%、
Nb:0~0.065%、
V:0~0.5%、
Mo:0~0.718%、
W:0~0.113%、
B:0~0.005%、
Co:0~0.21%、
Ca:0~0.002%、
Mg:0~0.001%、
REM:0~0.001%、
残部:Feおよび不純物であり、
下記(i)式で定義されるCeqが0.36~0.85であり、
金属組織が、体積%で、50%以上のフェライトおよび5%以上の残留オーステナイトを含み、かつ、
フェライト粒の平均結晶粒径が5.0μm以下であり、
フェライト粒の内部に存在する残留オーステナイトの面積割合が、鋼材中の残留オーステナイトの総量に対して20%以上である、
鋼材。
Ceq=C+1/24Si+1/6Mn+1/40Ni+1/5Cr+1/4Mo+1/14V ・・・(i)
但し、式中の各元素記号は、鋼素材中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表す。 - 前記金属組織が、さらに、体積%で、5%以上のベイナイトを含む、
請求項1に記載の鋼材。 - 請求項1または請求項2に記載の鋼材の製造方法であって、
請求項1に記載の化学組成を有し、
マルテンサイトまたはベイナイトを主体とする金属組織を有する鋼素材に対して、焼戻し工程および焼鈍工程を順に行い、
前記焼戻し工程において、550℃~Ac1点の範囲の温度域で60min以上保持し、
前記焼鈍工程において、500℃/s以上の平均昇温速度でAc3点~Ac3点+200℃の範囲の温度域まで加熱した後、5s以内に冷却を開始し、その温度域から500℃までの平均冷却速度が40℃/s以下となるように、300~500℃の温度まで冷却し、その後、300~500℃の温度域で30~500s保持した後、室温へ冷却する、
鋼材の製造方法。 - 前記焼戻し工程の前、または前記焼戻し工程と前記焼鈍工程との間に、さらに冷間加工工程を行う、
請求項3に記載の鋼材の製造方法。
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A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
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C21 | Notice of transfer of a case for reconsideration by examiners before appeal proceedings |
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A912 | Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board |
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C211 | Notice of termination of reconsideration by examiners before appeal proceedings |
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C22 | Notice of designation (change) of administrative judge |
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A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
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