JPH02301540A - 微細粒フェライト鋼材 - 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〉 この発明は、切断９曲げ、溶接、塑性加工等の　゛如き
加工処理が良好な、汎用性に富む微細粒フェライト鋼材
に関するものである。

〈従来技術とその課題〉 従来から“鋼材の緒特性（例えば加工性（切断特性１曲
げ特性、溶接性、塑性加工性等）、低温靭性。

耐食性、超塑性など）はその組織が微細になるほど向上
する」との事実が広く知られており、その認識のもとに
各種の技術をもって鋼の結晶粒を微細化したり粒成長を
抑制することが行われている。

そして、例えばＦｅ　　１３Ｊ８ｗｔχＣｒ　　８〜１
２ｗｔχＮｉのオーステナイト系ステンレス鋼を室温で
冷間加工することでオーステナイトをマルテンサイトに
加工誘起変態させた後安定オーステナイト域に加熱して
焼鈍し、マルテンサイトをオーステナイトに逆変態させ
ることによって、粒径：０．５μｍのオーステナイト結
晶組織を持つオーステナイト銅材が得られるとの報告〔
鉄と鋼、第７４年（１９８８年）第６号。

第１０５２〜１０５７頁〕や、低炭素鋼を変態点よりも
上のオーステナイト領域で強加工して微細フェライトを
誘起させた後、直ちに急冷することによって、１〜５０
％未満の割合で平均粒径５〜３ｕｗのフェライト結晶粒
を含むと共に残部がマルテンサイト又はベイナイトの焼
入れ組織から成る熱間圧延鋼材を得ようとの提案〔特公
昭６２−４２０２１号〕もなされた。

しかしながら、これらの既知技術をもってしても、“フ
ェライトを主体とした組織（５０％以上が）エライトで
ある＆ｉＩ織）の鋼”では実現できるフェライト粒径は
精々１０μｍを下回る程度でしかなく、粒径５μｍ以下
の等方フェライト粒から成る“フェライトａｍを主体と
した鋼材”は未だ知られてはいなかった。

そこで、本発明者等は、“フェライトｍ織を主体とした
鋼材”におけるフェライト結晶粒を更に微細化すること
による特性動向を究明すべく、粒径５μｍ以下の等方フ
ェライト粒から成る“フェライト組織を主体とした鋼材
”の実現を目指して様々な観点からの研究を重ねた。

く課題を解決するための手段〉 ここで、従来は存在することのなかった“粒径５鴻以下
の等方フェライト粒から成るフェライト組織を主体とし
た鋼材”の実現を目指した本発明者等が特に留意した点
は、［従来一般的に採用されていた組織微細化手段の如
く、既に存在しているオーステナイト粒を熱間加工によ
って幾ら加工したとしても、新たなオーステナイト粒が
熱間加工での再結晶によって生成される限りは高温和で
あるオーステナイトの微細化には限度があり、従ってこ
のオーステナイト粒から発生するフェライト粒を上記目
的レベルにまで微細化することも不可能である」との事
実である。即ち、等方フェライト結晶粒の大きさは結局
は熱間加工前のオーステナイト粒の大きさに依存してし
まうので、何らかの手段によって、加工を受ける前のオ
ーステナイト粒が徹底的に漱細な状態で生成するような
手当てを講じることしか“従来技術が包含していた鋼材
組［微細化の限界″を打破することができないとの観点
に立って研究を進めた訳である。

その結果、本発明者等は次に示す如き全く新規な知見を
得るに至った。即ち、 ｆａｌ　　鋼を熱間加工する場合、加工の前段階で通常
の熱間加工における如き熱履歴或いは加工履歴を経させ
、しかる後、−８鋼組織の少なくとも一部がフェライト
組織を呈するように温度管理等を行ってから、加工の最
終段階として塑性加工を加えながら温度を上げて変態点
を超えさせ、前記フェライト組織をオーステナイト組織
に逆変態させると、従来の制御圧延等では到底得られな
いような超微細オーステナイト組織が実現できる。

（ｂｌ　　また、逆変態によって生じる上記超微細オー
ステナイト＋ｆｆ！Ａ織は、上述のように、熱間加工が
・最終段階に至る前の加工途中において一旦逆変態のた
めの前組織（フェライトを主体とする組織）が得られる
ような温度条件下に鋼材を置き、続く加工の最終段階で
このフェライト組織に塑性加工を加えながら温度を上げ
て変態点を超えさせると言う処理を施せば実現されるが
、加工の最初の段階から逆変態によってオーステナイト
組織とするための前組織（フェライトを主体とする組織
）を準備しておき、まずこれに冷間温度域や温間温度域
での加工を加えた後、加工の最終段階で「塑性加工を加
えながら温度を上げて変態点を超えさせる」と言う処理
を施すことによっても実現される。

ｆｃ）　　上述のように、フェライト組織に塑性加工を
加えながら温度を上げて変態点を超えさせてオーステナ
イト組織へ逆変態させる場合、該逆変態を十分に完了さ
せるためには、塑性加工を加えながら実施する温度上昇
過程が終った後、完全な平衡状態におけるＡ１変態点、
即ちＡｓ２点の温度以上に一定時間保持する手段の採用
も有利である。

ｆｄ）　　このようにして得られた超微細粒オーステナ
イト組織の熱間加工鋼材は、その後、製品に目的とする
特性を付与すべ〈従来から適用されている各種冷却手段
（例えば放冷、徐冷、保熱、加速冷却、加工を加えなが
らの冷却、焼入、或いはそれらの組み合わせ等）の何れ
によって冷却しても従来技術では得られない均一で超微
細な変態組織となる。

（ｅ）シかも、このようにして得られる“等方フェライ
ト粒から成るフェライト組織を主体とした鋼材”の平均
フェライト粒径が５　ａｍ以下になると、鋼材の緒特性
が従来の知見からは予想されなかった程に大幅な向上を
見せる。

この発明は、上記知見等に基づいてなされたもので、［
従来存在しなかったところの、極めて優れた加工性を有
する平抱結晶粒径が５ｐｎ以下の等方的フェライト結晶
粒を主体とした組織からなる超微細粒フェライト鋼材を
実現した点Ｊに大きな特徴を有している。

なお、ここで言う「等方向フェライト結晶粒を主体とし
た組織」とはオーステナイトから変態生成する等方向な
フェライト結晶粒を指すものであり、パーライト、ベイ
ナイト、マルテンサイト等の非等方的フェライトとは区
別されるものである。

そして、等友釣フェライトは鋼材の最も一般的な組織で
あって、等友釣フェライトが５０％以上の鋼材の性質は
フェライト粒径に支配されることとなる。従って、ここ
での「主体とした」とは５０％以上であるとの意味であ
る。勿論、全てが上記フェライト結晶粒から成るものも
含まれることは言うまでもない。

また、本発明に係る鋼材の成分組成は、フェライトを主
体とする組織の得られるものであれば格別に制限される
ものではなく、純鉄は勿論、低炭素鋼から中炭素鋼のフ
ェライト・パーライト鋼を始めとする“フェライトを主
体とした組織のｗ４”となる成分組成、更にそれらに３
＆４ｔ％までのＳｔとＡｎ、　１８ｗｔ％までのＭｎ＋
　３０ｗＬ％までのＣｒ或いは必要に応じた量のＮｉや
Ｍｏを含む成分組成、また更にはこれらの合金鋼組成の
ものにＣａ、　　Ｖ、　Ｎｂ、　Ｔｉ、　Ｚｒ＋Ｗ、Ｔ
ａ等の１種以上の元素を添加した成分組成であっても良
いことは言うまでもない。勿論、目的に応じてＬａ、　
Ｃｅ等の希土類元素やＳ、　Ｐｂ、　Ｂｉ及びＳｅを始
めとする快削元素を添加した成分＆ｉｒｌ成も対象とな
るものである。

次に、本発明の鋼材において等方向フェライト結晶粒の
平均粒径を５ｐ以下とした理由、並びに本発明鋼材の製
造手段を説明する。

〈作用〉 鋼の機械的性質、特に伸びと絞り値は結晶粒径の微細化
と共に向上するが、結晶粒径が５μｍ以下になると予想
以上の大幅な向上効果が出現する。

特に、２μｍ以下になるとその向上効果は極めて顕著と
なる。このため、鋼材組織の５０％以上を占めて鋼材の
性質を支配するところの、本発明鋼材の等友釣フェライ
ト粒径を５μｍ以下と限定したが、できれば２Ｊ！１１
以下であることが好ましい。

ところで、本発明に係る鋼材は次のような製造手段によ
って実現される。即ち、素材鋼を少なくとも一部がフェ
ライトから成る組織状態としておき、これに塑性加工を
加えつつ変態点（Ａｃ＋点）以上の温度域に昇温するか
、この昇温に続いてＡｅ。

点板上の温度域に一定時間保持してフェライトから成る
組織の一部又は全部を一部オーステナイトに逆変態させ
て超微細オーステナイト粒を出現させ、その後冷却する
手段である。

上記逆変態時に加えられる塑性加工方法としては、既知
の板圧延機、シームレス鋼管の各種圧延。

機、穿孔機１条鋼・線材等のための孔型圧延機の他、周
知のハンマー、スェージャ−、ストレッチ・レデューサ
−、ストレッチャー、ねじり加工機。

押出し機、引抜機等を使用することで所要の温度域にて
所要加工度の加工が行える方法であれば何れをも採用す
ることができ、格別に制限されるものではない。

なお、該塑性加工の歪量は次の三つの作用を生起させる
点で重要である。一つは、フェライトを加工することに
より加工硬化したフェライトから非常に微細なオーステ
ナイトの結晶粒が加工により誘起されて生成する作用で
あり、二つ目は、フェライトがオーステナイトに変態す
る変態点にまで被加工材の温度を上昇させるための加工
発熱を発生する作用であり、三つ目は、生成した微細な
オーステナイトの結晶を加工硬化させて、その後のフェ
ライト生成に際して更に微細なフェライト粒を加工誘起
変態生成させる作用である。このような観点から、該塑
性加工の歪量は２０％以上、好ましくは５０％以上とす
るのが良い。

被加工鋼材の昇温温度は、フェライトがオーステナイト
に逆変態する温度、即ちＡｃ＋点以上にまで上昇するこ
とが必須である。勿論、Ａｃ、点板上の温度域であって
もその温度がＡｃ、１点未満であるとフェライトとオー
ステナイトの二相混合組織になるが、温度上昇させなが
ら塑性加工を加える方法によればＡｃ、点未満の温度域
であっても結晶粒は加工と再結晶によって十分に微細化
している。

しかしながら、「フェライトを加工すなことによリ、加
工硬化したフェライトから非常に微細なオーステナイト
の結晶粒が加工により誘起されて生成する」という特徴
的な作用・効果を十分に発揮させるためには、できれば
ＡＣ１点以上にまで昇温することが望ましい。もっとも
、製品によってはフェライトとオーステナイトとの二相
組織にする必要があるものもあり、このような製品に対
しては昇温温度をＡＣ１点未満の温度域で留めておくこ
とが必要であることは言うまでもない。

フェライト相からオーステナイト相へ逆変態させる際に
塑性加工を加えながら昇温するのは、先にも説明したよ
うに“フェライト域での加二１によるフェライト粒微細
化”、“加工硬化フェライト粒からの微細オーステナイ
ト粒の加工誘起生成”並びに“オーステナイト粒の加工
による微細化”、更には“加工硬化オーステナイト粒か
らの微細フェライト粒の歪誘起変態促進”を図るためで
ある。

次いで、本発明を実施例に基づいてより具体的に説明す
る。

〈実施例〉 実施例　ｌ まず、第１表に示した成分組成の鋼を誘導加熱真空溶解
炉で溶製した後、これに第２表に示す条件の処理を施し
、フェライトを主体とした組織から成る鋼材を試作した
。

なお、試験番号２については、予め２０＋ｕφに圧延し
た鋼棒を１７゜０龍に外削し、これを加熱後日スタンド
タンデムミルで５．５鶴φに圧延した後放冷した。この
ときの圧延終了温度は７ｏｏ℃であり、従ってタンデム
ミル圧延開始温度も７００℃であったが、高速圧延のた
めに圧延材の温度は圧延終了時点で変態点を超える９１
５℃まで上昇していた。

試験番号３乃至５では、３５１１φの鋼棒を３０．０鶴
φに外削したものを素材に用いた。そして、素材は９８
０〜１０００℃に加熱後、８パスの制御圧延を施して１
７ｍ中寸法とした。なお、圧延終了温度は７８０℃で、
圧延終了後は６００℃まで放冷してから高周波加熱で７
００℃まで昇温し、その温度からＩＯスタンドタンデム
ミル圧延によって５．５鶴φまで９０％の圧下を加えて
圧延した。

このとき、圧延材は高速・連続圧延による加工熱で温度
上昇し、圧延終了時点で９２０℃に達した。

この５．５鶴Φ圧延材を放冷したのが試験番号３で、５
．５龍φ圧延後水冷したのが試験番号４である。そして
、試験番号５は、前記試験番号４で得た材料を更に高周
波加熱で７００℃まで急速加熱した後、１０スタンドタ
ンデムミルにて２．Ｏ＋ｎφまで８７％の圧下率で圧鉦
しく圧延終了時の鋼材温度は９１０℃であった）、圧延
後気水噴霧冷却を施した例である。

このようにして得られた鋼材について、その組織を観察
すると共に、機械的性質を調査した結果を第２表に併せ
て示した。

第２表に示される結果からも次のことがＧ’ｆｌ　Ｅ’
ｌできる。

即ち、等友釣フェライトの平均粒径が５ｐｍ以下になる
と強度と延性が共に大幅に向上し、格段に優れた加工性
を示すようになる。特に、該粒径が２μｌ以下になると
上記向上効果が極めて大きく、１μＩ以下の超微細組織
では驚くべき延性値を示すことが分かる。

実施例　２ 第３表に示した成分組成を有する鋼Ａ乃至Ｅを誘導加熱
真空溶解炉で溶製した後、これに第４表に示す条件の処
理を施し、フェライトを主体とした組織から成る鋼材を
試作した。

なお、試験番号６及び８については、予め３５ｎφに圧
延した鋼棒を３０．０ｍｍφに外削し、これを加熱後８
スタンドタンデムミルで１７．Ｏ１ｍφに圧延してから
室温まで冷却した。このときの圧延能加熱温度は試験番
号６が９５０℃、試験番号８が８５０℃であり、圧延温
度はそれぞれ８９０℃及び７８０℃であった。そして、
圧延後の冷却は試験番号６が水冷、試験番号８が放冷と
された。

次に、得られた１７．Ｏｍｍφの圧延材を、試験番号６
では８５０℃に、試験番号８では７００℃にそれぞれ高
周波加熱にて昇温後、１０スタンドタンデムミルで５．
５ｆｉφまで９０％の圧下を加えて圧延した。この際の
圧延材の圧延終了温度は、試験番号６では９６０℃に、
試験番号８では９２０℃にまでそれぞれ変態点を超えて
上昇していた。なお、圧延後は試験番号６では水冷、試
験番号８では放冷で室温まで冷却した。

また、試験番号７は、上記試験番号６で得た５、５鶴φ
圧延材を更に８５０℃まで高周波加熱で急速加熱した後
、１０スタンドタンデムミルで２．Ｏｍｍφまで８７％
の圧延（圧延終了温度９５０℃）を施して水冷した例で
ある。

試験番号９は、上記試験番号８に従って５．５ｍφにま
で圧延後水冷した線材を同様に７００℃まで急速昇温し
た後２．Ｏｎ＋φまで圧延（圧延終了温度−９００℃）
し、圧延後直ちに噴霧冷却した例である。

試験番号１０及び１１は、試験番号８に従って５６５鶴
φまで圧延後室温まで強制風冷した線材を同様に７００
℃まで急速昇温した後、２．０鶴φまで圧延（圧延終了
温度９００℃）し、圧延後放冷した例である。

試験番号１２では、予め３５ｍφに圧延した素材を３０
鶴φに外削し、これを９５０℃に加熱後８スタンドタン
デムミルで１７．ＯＮ◆に圧延してから保温炉中にて６
００℃まで徐冷した。かくして得られた１７．０ｍφの
圧延材を７５０℃に高周波加熱にて昇温後、１０スタン
ドタンデムミルで５．５■１φまで９０％の圧下を加え
て圧延後放冷した。この圧延材の圧延終了温度は９６０
℃にまで変態点を超えて上昇していた。そして、５．５
　鳳＊φの圧延材は更に７５０℃まで高周波加熱で急速
加熱した後、１０スタンドタンデムミルで２．０龍φま
で８７％の圧延（圧延終了温度９６０℃）を施して放冷
した。

このようにして得られた鋼材について、その組織を観察
すると共に、機械的性質を調査した結果を第４表に併せ
て示した。

第４表に示される結果から次のことが確認できる。

即ち、鋼Ａを素材としたものでは等友釣フェライトの平
均粒径が２〜１μｌ、鋼Ｂを素材としたものでは等友釣
フェライトの平均粒径が０．５〜０．２Ｒとなっており
、共に従来の鋼では到底実現し得なかった超微細フェラ
イト組織が実現される。そして、その機械的性質は、綱
Ｂを素材とした試験番号８及び９に係るものは言うに及
ばず、極低Ｃ鋼である鋼Ａを素材とした試験番号６及び
７に係るものであっても、５０〜６０キロ級の強度と４
０％以上の伸びを持つ極めて優れたものであることが分
かる。

また、試験番号１０及び１１は高炭素の鋼であるにもか
かわらず、最後の圧延瘍放冷するだけで１００％の微細
等方フェライト粒と多量の極めて微細な球状炭化物とか
らなる組織が実現されており、フェライト粒径は２〜１
即となっている。そして、その性質は、高強度であるに
もかかわらず極めて高い延性値を持っている。

試験番号１２では、ＩＩｒｒｎ以下の微細な等友釣フェ
ライトのＵ織になっており、高い延性値を示している。

ところで、第４表には得られた鋼材の「海水中での腐食
速度」も示したが、従来の制御圧延で実現された微細組
織綱材（鋼Ｂを素材としたもの）では０．０８５１１１
１／年であったのに対し、試験番号８乃至１２で得られ
たものは何れも０．０１ｍ／年以下であって、組織微細
化による特性向上効果は単に加工性のみに止まらないこ
とが明らかである。

く効果の総括〉 以上に説明した如く、この発明によれば、従来技術では
実際上実現することが出来なかった超微細粒フェライト
鋼材を提供することができ、加工性を始めとしてこれま
でにない優れた緒特性を有する鋼材を安定供給すること
が可能となるなど、産業上極めて有用な効果がもたらさ
れる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　平均結晶粒径が５μｍ以下の等方的フェライト結晶粒
   を主体とした組織からなることを特徴とする、加工性に
   富んだ微細粒フェライト鋼材。