JPH0159333B2

JPH0159333B2 -

Info

Publication number: JPH0159333B2
Application number: JP11661882A
Authority: JP
Inventors: Tomoo Tanaka; Noriaki Koshizuka
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1982-07-05
Filing date: 1982-07-05
Publication date: 1989-12-15
Also published as: JPS599122A

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は非調質高強度、高靭性鋼の製造方法
に関し、とくに機械構造用鋼として有用なこの種
の鋼の製造方法を提案しようとするものである。自動車、土木建設機械等の部品として広く用い
られている機械構造用の炭素鋼や合金鋼は、通
常、鍛造、圧延などの熱間加工後、焼ならしや焼
入れ焼もどし処理を行つて使用されるを例とし、
このような焼入れ焼もどし、焼ならしなどの調質
処理は、機械部品としての必要な強度靭性を確保
するため、従来不可欠とされて来た。最近、省エネルギーの観点からこれら熱処理工
程の省略が考えられ、上記したような使途にあつ
ても、熱間加工のままで使用できる非調質鋼の要
望が高まつている。しかし、非調質鋼の一般的な
欠点として靭性が不足するため、使用できる部分
が少なく、利用範囲は狭い。発明者らは、非調質材の低靭性を補うため種々
の検討を行つた。すなわち在来の焼入れ焼もどし処理は、強度が
高く微細な組織を生成させ、さらに炭（窒）化物
の微細分散を可能にし、鋼剤に強靭性を付与する
処理であつたのに対し、熱間加工のまま使用する
非調質鋼は、高温加熱、高温仕上による加工後の
冷却速度が遅いこともあり、組織が粗大であり、
強度・靭性ともに低いという欠点があつたのであ
る。発明者らは、Mn（またさらに必要によつては
Cr）母相強化、Ｖ（またさらに必要によつては
Nb）の析出硬化を図る合金組成と、熱間圧延条
件の最適な組合せとにより、調質処理材と同等以
上の強度を、より高靭性化にあわせて焼入れ焼も
どし処理なしに達成することできることを見い出
した。すなわちこの発明はMn、Ｖの適量添加（また
Cr、さらにはNbの適量添加）を行つた場合につ
いての圧延条件の最適化により、圧延のままで高
い強度および靭性が得られることの知見に基づく
ものである。さてＶや、Nbなどの鋼中添加により高温から
冷却中に析出する炭（窒）化物の析出硬化を利用
して強度上昇を図る試みは、非調質低炭素低合金
高張力鋼で利用されているから、ここに母相と整
合性を有した析出物の微細物が、強度増加と密接
に関係すると言われている。とは言え、Ｖ、Nb
を多量に添加すると靭性は逆に劣化するようにな
る。従つてこのような炭（窒）化物形成元素を、は
じめに述べた機械構造用の中炭素鋼にも含有させ
て非調質高強度高としての利用をもくろむこと
は、引張強度の点のみについてみると非常に容易
であるがその反面、従来使用されている調質材の
代替としての非調質材に適用するとすれば、靭性
が低いという欠点のために明らかに実際的でな
い。発明者らは機械構造用中炭素鋼に比較的多量の
Ｖを添加し、またMnもしくはさらにCr、ときに
はNbと複合添加した上で圧延加熱温度および圧
延温度をコントロールすることによる、強度の増
加および靭性の向上に及ぼす影響を調べた。その
結果を第１図に示すように、硬さの増加とともに
２mmＶノツチシヤルピー衝撃試験の破面遷移温度
（vTrs）が遊離に低温となることを見い出した。このような新たな試みによつて靭性が向上した
理由は次の通りである。圧延加熱温度を従来よりも低温とすることによ
り、オーステナイト粒の粗大化が防止され、さら
に圧延温度を低くすることにより、オーステナイ
ト粒の再結晶、成長が少なく、変態前のオーステ
ナイト粒が従来より微細となり、このような微細
オーステナイト粒から変態するフエライト＋パー
ライト粒も微細となるからであり、ここに微細フ
エライト＋パーライト組織は、粗大フエライト＋
パーライト組織にくらべて、靭性はよりすぐれて
いることは良く知られている事実である。かくして、この発明に従い、機械構造用中炭素
鋼に圧延加熱、圧延温度のコントロールを適用す
ることにより、Ｖの多量添加による粒内フエライ
トの形成の促進とMnもしくはさらにCr、そして
Nbの添加による変態点の低下のもとに、低温加
工効果の増大に由来した結晶粒の微細化が顕著に
もたらされて、強度増加にかかわらず著しく靭性
が向上することが確認されている。この発明の目的は、組成と圧延条件を最適にす
ることにより、強度の増加にかかわらず靭性の向
上が得られる鋼を提供することである。さて第２図に示すように、0.45％Ｃ、0.25％Si
において0.09％Ｖを含有する場合にMn量を変化
させると、衝撃値は増加するだけでなく、圧延条
件によつて衝撃値の増加量は相違し、とくに低温
加熱、低温仕上を行うことにより、衝撃値の増加
は大きく、しかも0.7％Mn以上で増加が著しいが
1.5％Mnでほぼ飽和する。しかも降伏応力は、高温加熱高温仕上の場合と
ほぼ等しい値を示し、0.45％Ｃの焼入れ焼もどし
処理材の降伏強さ（25mmφ；σ_ys50kgf/mm²）と
比較して十分な強度を有していて、焼入れ焼もど
し処理材の代替品として十分利用できることがわ
かる。また、第３図に示すように、0.06％Ｖにやや低
減した上でCrを添加しその量を変化してゆくと、
衝撃は増加する。高温加熱、高温仕上材では、衝撃の増加はわず
かであるが、低温加熱低温仕上材では、Cr量の
増加により衝撃値の増加は著しい。降伏応力の変化は少ないが、Ｖ含有量が少なく
てもCr＋Ｖの複合添加および低温加熱低温仕上
処理を施すことにより靭性の著しい増加が可能で
ある。この発明は、上記のような実験事実をもとに構
成されたものであり、この発明で得られる鋼は圧
延のままで使用し、従来の調質処理材と同等の強
度と靭性を有する。つぎに、この発明で鋼の成分について限定する
理由を述べる。Ｃは強度とくに表面硬さを得るために0.25％以
上必要であり、0.55％を越えると硬さが高くなり
すぎるため、Ｃは0.25〜0.55％の範囲内にする必
要がある。 Siは製鋼の脱酸剤および強度確保のため必要な
元素であり強度確保上0.10％以上必要であり、一
方0.60％を越えると靭性が劣化するためSiは0.10
〜0.60％の範囲内にする必要がある。 Mnは次にのべるＶとともにこの発明の主要成
分で強度および靭性向上のために不可欠であつ
て、0.70％未満では靭性の著しい向上が得られ
ず、2.5％を越えると靭性がかえつて劣化するた
め、0.7〜2.5％の範囲内にする必要がある。Ｖは強度・靭性確保のための主要成分であり、
0.05％以下では、調質材と代替するのに必要な強
度確保が困難である一方、0.15％を越えると強度
増加が著しく靭性も劣化するため、0.05〜0.15％
の範囲内にする必要がある。 Alは脱酸剤として添加するが、一方Alは鋼中
に金属Alとして残存するとＮと結合してAlNと
なり、結晶粒を微細化する。ここに0.005％より
少ないと結晶粒微細化作用は少なく、一方0.05％
より多いと逆に結晶粒の粗大化を促進するので、
Alは0.005〜0.05％の範囲内にする必要がある。Ｎは上記のAlならびに後でのべるNbと共存
し、結晶粒を微細化する作用を有する成分であ
り、0.0030％より少ないと微細化の作用が少な
く、一方0.0120％より多いと機械的特性がかえつ
て劣化するので、0.0030％〜0.0120％の範囲内に
する必要がある。Ｐは鋼の材質を脆化させる成分素であるため
0.020％以下にする必要がある。Ｓは靭性を劣化させるが、切削性を向上させる
のに役立つため、ある程度含有させることが好ま
しいが、靭性の点からＳは0.05％以下にする必要
がある。次にCrは母相の強化とともにＶと複合添加し
たと低温加熱圧延と組合せることにより比較的低
いＶ量のもとでも靭性向上に役立つ成分である
が、0.20％未満ではその効果が少なく、0.60％以
上ではコストアツプとなるため上限とした。さらにNbはオーステナイト粒の微細化のため
に添加することがのぞましい成分であり、さら
に、オーステナイト粒の再結晶を遅らせる効果を
も有していて、低温圧延の効果を顕著ならしめ
る。ここに0.005％未満では、その効果がなく、
また、0.03％超ではそれ以上添加しても炭窒化物
が固溶しないため添加量に相当する効果が期待で
きない。次に圧延加熱温度についてはオーステナイト粒
の微細化のため低いほど良いが圧延能率の点から
950℃を下限とした。オーステナイト粒粗大化温
度から上限を設定すべきであり、この発明に従う
鋼のAl、Ｎ含有量の組成範囲あるいはNb含有量
の範囲から1200℃を上限とした。また、変態のオーステナイト粒を可能なかぎり
微細化するため、加工されたオーステナイト粒の
再結晶および成長が遅い温度領域（900℃以下）
で少なくとも20％以上の加工を必要とする。20％
に満たぬ加工量では、逆に粗大化するため前記の
値を限界とした。以下実施例について説明をする。鋼１〜４はこの発明の成分範囲に適合する鋼で
あり、一方鋼５〜７は比較鋼であり、そして鋼８
は従来の焼入れ焼もどし処理を行つた鋼（50φ棒
鋼）である。

【表】本発明鋼１〜５は比較鋼６〜８にくらべて強
度、衝撃値ともに高く、強度靭性ともにすぐれて
いることがわかる。また、従来鋼９に比較しても
十分な性能を有している。なお同表中に記載の鋼はいずれも転炉−連鋳−
圧延の工程を経て作製したものである。いずれも
50mm直径の棒鋼で圧延のままである。

【図面の簡単な説明】

第１図はシヤルピー衝撃試験の破面遷移温度
（vTrs）とVickers（Hv）の関係を示すグラフ、
第２図は、Mn量と降伏強さ（σys）、衝撃値（U^E
＋20）との関係を示すグラフ、第３図はCr量と
降伏強さ（σ_ys）、衝撃値（U^E＋20）との関係を示
すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】１Ｃ：0.25〜0.55重量％ Si：0.10〜0.60重量％ Mn：0.70〜2.50重量％Ｖ：0.05〜0.15重量％ Al：0.005〜0.05重量％Ｎ：0.0030〜0.0120重量％Ｐ：0.02重量％以下Ｓ：0.05重量％以下を含有する組成になる中炭素鋼素材を熱間加工す
る際、 1200〜950℃の間の温度に加熱すること、 900℃以下にて少なくとも20％の熱間加工を施
すことの結合により、この熱間加工のまま使用に供する
鋼材を得ることを特徴とする、非調質高強度、高
靭性鋼の製造方法。２中炭素鋼素材が、Cr：0.20〜0.60重量％をも
含有する組成になる、特許請求の範囲１に記載し
た方法。３中炭素鋼素材が、Nb：0.005〜0.03重量％を
も含有する組成になる特許請求の範囲１又は２に
記載した方法。