JPH02236218A - 鋼材のオンライン水素拡散除去方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、鋼材のオンライン水素拡散除去方法に関する
。

（従来の技術） 建築材、鉄骨、１１％ｌ梁、ペンストノクまたは圧力容
器等に用いられる、引張り強さ６０ｋｇｆ／ａｍ”以上
を有する高張力鋼は、化学成分を調整する方法、結晶粒
を微細化する方法または熱処理を施こす方法等により、
高強度化されて製造されてきたが、従来より、主として
圧延後に空冷または徐冷された後にさらにオフラインに
おいて焼入れおよび焼戻処理を行うことにより製造され
てきた。

一方、このオフラインにおける焼入れおよび焼戻し処理
を行うことは工不ルギー費低減等の観点から不利であり
、また近年、製造技術が進歩したことに伴い、前記オフ
ラインでの焼入れおよび焼戻し処理に比較して製品の性
能改善・エネルギー費低減を図ることができるという利
点を有する、オンラインで直接的に焼入れ処理を行う方
法が広く用いられるようになってきた．すなわち、第２
図にその熱サイクルを示すように、鋼材をオーステナイ
トー相域の温度（ＡＣ３点以上の温度）に力Ｏ熱した後
に仕上げ圧延を行い、その後に室温まで急冷することに
より直接的に、かつ短時間で焼入れ処理を行う方法であ
る。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このオンラインで直接的に焼入れ処理を
行う方法では、前述したように、鋼材をオーステナイト
ー相の温度域から室温まで急冷する方法であるため鋼材
が高温状態にある時間が極めて短くなることから、鋼材
中の水素除去が極めて困難になってしまう．したがって
、圧延後に空冷または徐冷された後にさらにオフライン
で焼入れ、焼戻し処理を行う従来の方法に比較して、鋼
材に水素性欠陥（水素詭性）が発生しやすいという問題
があった．なお、鋼材中には通常！ｐｐ−程度の水素が
存在し、これは高温加熱時に拡散除去されるのである． そこで、このオンラインで直接的に焼入れ処理を行う方
法では、焼入れ処理中に脱水素を行うことは事実上不可
能であるとの観点から、この上流工程で、例えば溶製段
階で鋼材に徹底した脱水素処理を行う必要があった。す
なわちＲＨ脱ガス処理を行う際の処理時間の増大を伴っ
たり、またスラブ段階において高温での均熱処理を行う
必要があるなど、生産性を低下させかつ製造コストを上
昇させるとともに、製品の品質を安定化させることがむ
すかしい等の問題が生していた． すなわち、簡易に、確実に、低コストで、さらには鋼材
の品質（強度、靭性）を低下させないで、オンラインで
鋼材中の水素を除去することができる手段は、これまで
存在しなかったのである。

ここに本発明の目的は、上記課題を解決することができ
る、鋼材のオンライン水素拡散除去方法を提供すること
にある。

本発明の別の目的は、例えば高張力鋼等を熱間圧延する
際にオンラインで０．５ｐｐｍ以下に水素低減を図る鋼
材のオンライン水素拡散除去方法を掟供することにある
。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは上記の課題を解決するため、まず従来のオ
ンラインで直接的に焼入れ処理を行う方法において用い
る、熔製段階等での徹底した脱水素処理が行われた鋼材
ではなく、焼入れ処理前に脱水素が行われていない鋼材
の焼入れ処理について詳細に検討した．その結果、 ■通常の場合、かかる鋼材には水素がｌρｐａ含有され
ている ■一般的に、鋼材にオーステナイトー相域からオンライ
ンで直接的に焼入れを行う場合、３００〜４００℃程度
の温度まで急冷を行うことにより、鋼材の＆ｌＩ織は略
全面がペイナイトまたはマルテンサイトといった低温変
態生成物からなる組織となり鋼材は所望の強度・硬度を
有するようになり、この段階で十分に焼入れ処理効果を
得ることができる。

すなわち、これ以下の温度域での冷却速度は前記焼入れ
処理効果にはあまり影響がなく、従来法のように室温ま
で急冷を行う必要はない という事実に着目した．そしてさらに、■前述したよう
に通常ｔｐｐ―以上含有されている鋼中の水素をオンラ
インで低減するという観点からは、水素拡散のための時
間をこの焼入れ処理中に充分に確保すること、すなわち
焼入れ処理効果にはあまり影響のない３００℃未満の温
度域では急冷を行うのではな《徐冷を行うことにより、
がなりの量の脱水素を行うことができ、鋼中の水素性欠
陥の防止に著しい効果があること という事実にさらに着目した． すなわち、以上■、■および■の事実に基いて、本発明
者らはさらに検討を重ねた結果、オンラインで直接的に
水素含有量が例えば１１＋１１一以上の鋼材を焼入処理
する際において、水冷停止温度を３００〜４００℃とし
、その後に空気中である特定の冷却速度で徐冷すること
によって、鋼材の性能を１員なうことなく鋼材中の水素
量を拡散・低減して、水素含有量が０．５ｐρ信以下の
鋼材を得ることができることを知見して、本発明を完成
した。

ここに本発明の要旨とするところは、水素含有量０．５
ｐｐ−超、一般にはｌ　ｐｐｍ以上の鋼材を、Ａｒｚ点
以上の温度域から３℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で３００
〜４００℃の温度域に冷却し、その後に１００℃／ｈｒ
以下の冷却速度で室温まで冷却することにより水素含有
量０．５ρρ一以下の鋼材を得ることを特徴とする鋼材
のオンライン水素拡散除去方法である。

（作用） 以下本発明を作用効果とともに詳述する．なお、本明細
書において、特にことわりがない限り「％」は「重量％
」を意味するものとする。

まず本発明において対象とする鋼材は、溶製段階または
スラブ段階における水素含有量の低減操作を必要としな
い。したがって、本発明において後述するＡｒ，点以上
の温度域からの冷却および３００〜４００℃の温度域か
らの徐冷を行う前の鋼材の水素含有量は一般には１　ｐ
１）Ｉｔ以上であるが、本発明の目的が水素含有量を０
．５ｐｐｍ以下にまで低減することであるから、水素除
去によって０．５ｐｐｍ以下とするのであれば出発時の
水素含有量は特に制限されない。出発鋼材の水素含量と
しては０．５ｐρ一以上あれば、本発明の方法を適用す
る意義はあろう。

また本発明で対象とする鋼種は、オンライン直接焼入れ
処理を行う鋼種に適用される。したがって、具体的には
、炭素鋼または添加元素の合計量が数％以下といった低
合金鋼が例示される．例えば、前述のような引張り強さ
６０ｋｇｆ／ａ＋ｍ”以上の高張力鋼である。

次に本発明にかかる熱サイクルを第１図に示す．第１図
において、ＲＨは加熱を、Ｒは仕上げ圧延を、さらにＡ
ｃＣは加速冷却（冷却速度が大きな冷却）をそれぞれ意
味する。

まず上記の鋼材をそのＡＣ，点以上の温度域に加熱する
．これは鋼材をオーステナイトー相のみからなる組織と
するために行うものであり、Ａｃ４点以上であれば何度
でもよいが、オーステナイト粒度の粗大化防止の観点か
ら、上限は１２００℃程度とすることが望ましい。しか
る後に、上記の鋼材をＡｒｚ点以上のオーステナイトー
相にて圧延を完了させる。

そしてこの後に前記鋼材を、３００〜４００℃の温度域
に、３℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で冷却する。冷却速度
が３℃／ｓｅｃ未満であると、十分な焼入れ効果を得る
ことができないからである。冷却速度には上限を設ける
必要はないが、焼割れ防止の観点からは、４０℃／ｓｅ
ｃ以下であることが望ましい。

またこの急冷により、鋼材を３００〜４００℃の温度範
囲に急冷する理由は、次の通りである．すなわち、４０
０℃を超える温度域にまでしか急冷しない場合には十分
な焼入れ処理効果を得ることができず、また３００℃未
満の温度域にまで急冷してしまうと、この後に十分な脱
水素を行うための時間を確保することができなくなって
しまうからである。

なおこのようにして急冷を行う場合には、従来の焼入れ
処理と全く同しように、水焼入れにより行うことが例示
される。

このようにして、３００〜４００℃の温度域に急冷され
た鋼材を、その後に１００℃／ｈｒ以下の冷却速度で室
温まで冷却する。冷却速度が１００℃／ｈｒ超であると
、鋼中水素が拡散して除去されるための時間を十分に確
保することができなくなってしまうからである。なお生
産性等の観点から望ましくはｌＯ〜５０℃／ｈｒ程度で
ある。なおかかる１００℃／ｈｒ以下の冷却速度での徐
冷は、空冷あるいは成品のパイリング徐冷により行うこ
とが例示される．このようにして、鋼中の水素含有量を
０．５ｐｐｍ以下に低減した鋼材を極めて容易に得るこ
とができる。

以上述べた本発明にかかる方法は、従来法のように焼入
れ後にさらに脱水素処理等を行う必要がなく、また溶製
段階において脱水素処理等を行う必要がないため、生産
性を著しく高め、簡易に、確実に、さらには低コストで
鋼材中の水素を除去することができる． さらに本発明を実施例とともに詳述するが、これはあく
までも本発明の例示であり、これにより本発明が不当に
制限されるものではない。

実施例 第１表に示す組成を有するスラブを１１５０゜Ｃに加熱
後に熱間圧延を行って９００℃で圧延を完了し、その後
第２表に示す条件で熱処理を行って、オンラインで焼入
れ処理した試料１１ｈｌないし試料隘４と圧延後空冷し
た試料Ｎａ５を得た。そして、その後に、これらの試料
について引張り試験およびシャルビー衝撃試験を行った
． 試験結果を第２表に併記する。

（以下余白） 第２表から明らかなように、本発明にかかる方法により
、綱中水素含有量を試料ぬ１においては１．１ｐｐｍか
ら０．３ｐｐｍへと、また試料ｔ２においては０．８ρ
ｐ靖力）らｏ．４ｐｐｍへとオンラインで低減すること
ができた。

またＹＳ．　ＴＳおよびｖＥｏともに従来法により得た
鋼材と同程度の性能であることもわかる。

したがって本発明にかかる方法により、鋼材の性能を劣
化させずに効率的に、すなわち従来法のように溶製段階
で徹底した脱ガス処理等を行わずに、オンラインで鋼中
の水素量を低減することができたことがわかる。

これに対して試料ＮＱ３ないし試料ｔ５は比較例の試料
である。

試料ｔ３および−４は、本発明にかかる方法のように３
００〜４００℃からの徐冷を行わずに、Ａｒ＝点以上の
温度域から常温まで高い冷却速度で冷却した従来法にか
かる方法により得た試料であるが、綱中水素量を低減で
きていないことがわかる。

さらに試料磁５は、Ａｒ３点からの冷却速度が３℃／ｓ
ｅｃ未満の場合であるが、ＹＳの劣化が著しいことから
も明らかなように十分な焼入れ効果を得られていないこ
とがわかる。

また得られた試料１１ｈｌないし試料寛５について、Ｏ ＪＩＳ　Ｇ８０１に規定されている超音波探傷検査を行
ったが、その結果を第２表中にｒＵｓＴ成績」として示
す。この結果からも明らかなように、本発明にかかる試
料−１および試料隘２は内部欠陥も少なく良好なＭｉ織
であることがわかる。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明により、 ■鋼材製造の際に必要である脱水素処理を、焼入れ時に
併せて行うことができる。したがって、設備費、エネル
ギー費を低減することが可能であるとともに、生産効率
を著しく高めることが可能となる． ■溶製段階等において従来行っていた脱水素処理に代え
て、焼入れ時にｊテうこととしたため、鋼中水素含有量
を安定的に低減できるため、製品の品質が安定する ■直接焼入れ処理型高張力鋼の水素含有量の管理がオン
ラインで容易に行なわれ、しかも熱間圧延と組合せて全
体をオンラインで行なうことができる という効果を得ることができた。

かかる効果を有する本発明の実用上の意義は、極めて著
しい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかる鋼材のオンライン水素拡散除
去方法の熱サイクルを表すグラフ；および 第２図は、従来法の焼入れ処理時の熱サイクルを表すグ
ラフである。 尾ｌ図 も２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）水素含有量０．５ｐｐｍ超の鋼材を、Ａｒ＿３点
   以上の温度域から３℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で３００
   〜４００℃の温度域に冷却し、その後に１００℃／ｈｒ
   以下の冷却速度で室温まで冷却することにより水素含有
   量０．５ｐｐｍ以下の鋼材を得ることを特徴とする鋼材
   のオンライン水素拡散除去方法。
2. （２）冷却に先立ってオンラインでＡｒ＿３点以上での
   熱間圧延を行う請求項１記載の方法。