JPH048485B2

JPH048485B2 -

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Publication number: JPH048485B2
Application number: JP59009054A
Authority: JP
Priority date: 1984-01-20
Filing date: 1984-01-20
Publication date: 1992-02-17
Also published as: JPS60152654A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は耐水素割れ特性にすぐれた高強度高延
靭性鋼材の製造方法に関する。低降伏比のプレス成形用鋼板として、ポリゴナ
ルフエライトと少量の塊状低温変態生成相とから
なる複合組織を有する鋼材が既に知られている
が、尚、材質的には耐水素誘起割れ特性ほか、靭
性や延性が十分ではない。本発明者らは、耐水素割れ特性のみならず、延
性、靭性、延性・強度バランスにすぐれ、また、
プレス成形性等にもすぐれた鋼材を得るべく鋭意
研究した結果、鋼組織を予め残留オーステナイト
を含有していてもよいマルテンサイト、ベイナイ
ト若しくはこれらの混合組織、又はフエライトと
マルテンサイト若しくはベイナイトの低温変態生
成相からなる前組織とした後、所定の条件に従つ
て熱処理して、最終組織として、平均粒径10μ以
下のポリゴナルフエライト相と、残部がフエライ
ト相中に針状のマルテンサイト、ベイナイト又は
これらの混合組織からなる低温変態生成相が均一
に分散されてなる混合相とを有せしめることによ
り、上記の特性を備えた鋼材を得ることができる
ことを見出して本発明に至つたものである。本発明による耐水素割れ特性にすぐれた高強度
高延靱性鋼材の製造方法は、重量％でＣ 0.01〜0.50％、 Si 2.0％以下、及び Mn 0.3〜3.0％を含有し、残部鉄及び不可避的不純物よりなる鋼
の組織をマルテンサイト、ベイナイト若しくはこ
れらの混合組織、又はフエライトとマルテンサイ
ト若しくはベイナイトの低温変態生成相との混合
組織からなる前組織とした後、A_C1〜A_C1＋100℃
の温度域に加熱し、次いで、平均冷却速度0.01
℃／秒から40℃／秒未満にて常温乃至500℃の温
度まで冷却して、平均粒径10μ以下のポリゴナル
フエライト相と、残部がフエライト相中に針状の
マルテンサイト、ベイナイト又はこれらの混合組
織からなる低温変態生成相が均一に分散されてな
る混合相とからなる金属組織を有せしめることを
特徴とする。以下、本発明による鋼材における成分の限定理
由について説明する。Ｃは、鋼が本発明の規定する金属組織を有する
ために0.01％以上を添加することが必要である
が、0.30％を越えるときは、針状のマルテンサイ
ト及び／又はベイナイトからなる低温変態生成相
（以下、単に第２相ということがある。）の延性が
劣化するようになると共に、得られる鋼材の溶接
性も劣化し、更に、0.50％を越えるときは、目的
とする所定の最終金属組織を得ることができな
い。従つて、Ｃ含有量は0.01〜0.50％、好ましく
は0.01〜0.30％とする。 Siはフエライト相の強化元素として有効である
が、2.0％を越えると変態温度を著しく高温側に
ずらせるので、上限を2.0％とする。 Mnは鋼を強化すると共に、第２相の焼入れ性
を確保し、また、その形態を針状化するために
0.3％以上を添加することが必要であるが、3.0％
を越えて多量に添加しても、その効果が飽和する
と共に、溶接性が著しく劣化するので、Mn含有
量は0.3〜3.0％とする。本発明によれば、鋼の金属組織を微細化し、ま
た、これらの炭窒化物によつて鋼の耐水素誘起割
れ特性を高めるために、Nb、Ｖ及びTiから選ば
れる少なくとも１種の元素を更に添加することが
できる。上記の効果を有効に発現させるために
は、いずれの元素についても0.005％以上の添加
を必要とするが、しかし、過多に添加してもその
効果が飽和し、また、経済的にも不利であるの
で、その上限は、Nbについては0.2％、Ｖ及びTi
についてはそれぞれ0.4％とする。本発明による鋼は、その用途に応じて、Cr、
Cu、Ni及び／又はＢを含有することができる。
これらの元素は強度の向上に有用であり、Crは
1.0％以下、Cuは1.0％以下、Niは６％以下、Ｂは
0.05％以下の範囲で用いられる。次に、本発明による鋼材の製造方法について説
明する。本発明による耐水素割れ特性にすぐれた高強度
高延靭性鋼材の製造方法は、上記したような化学
組成を有する鋼の組織を、マルテンサイト、ベイ
ナイト若しくはこれらの混合組織が主体である組
織、又はフエライトとマルテンサイト若しくはベ
イナイトの低温変態生成相との混合組織からなる
組織とした後、A_C1〜A_C3＋100℃の温度域に加熱
し、次いで、0.01℃／秒から40℃／秒未満の範囲
の平均冷却速度にて常温乃至500℃以下の温度ま
で冷却することを特徴とする。先ず、本発明においては、最終金属組織におけ
る第２相を微細な針状組織とするために、前記所
定の組成を有する鋼をA_C1〜A_C3＋100℃の温度域
に加熱する前に、その組織をマルテンサイト、低
炭素ベイナイト（即ち、針状フエライト）を含有
していてもよいベイナイト若しくはこれらの混合
組織が主体である組織、又は一部少量の残留オー
ステナイトを含有していてもよいマルテンサイト
若しくはベイナイトの低温変態生成相との混合組
織（以下、これらを単に前組織ということがあ
る。）とする。即ち、通常のフエライト・パーラ
イト変態を阻止することが必要不可欠であり、特
に、前組織をフエライトと低温変態生成相との混
合組織とすることが、後述する理由から好まし
い。上記した前組織を得るためには、例えば、熱処
理や圧延後の調整冷却ほか、種々の手段によるこ
とができるが、熱間圧延後の調整冷却による方法
が最終組織を微細化する観点からも、経済的な観
点からも有利である。しかし、本発明においては
これらの限定されるものではない。尚、圧延後の
調整冷却によつて所要の前組織を得るためには、
その際の冷却速度を５℃／秒以上とすることが必
要である。これよりも小さい冷却速度では、通常
のフエライト・パーライト組織となるからであ
る。また、前組織を調整するに際して、旧オーステ
ナイト粒径を30μ以下とすることによつて、最終
組織のポリゴナルフエライトの平均粒径を10μ以
下とすることができる。特に、旧オーステナイト
粒径を５〜20μに調整することにより、ポリゴナ
ルフエライトの平均粒径を２〜5μに極微細化す
ることもできる。尚、旧オーステナイト粒径を
35μ以下に調整するには、造塊又は連続鋳造によ
り得られた鋼を熱間加工するに際して、オーステ
ナイトの再結晶や粒成長の進行が著しく遅い温度
域、即ち、980℃以下であつて、且つ、A_r3点以
上の温度範囲において減面率30％以上で熱間加工
することが必要である。熱間加工温度が980℃を
越える温度であるときは、オーステナイトが再結
晶や粒成長しやすく、また、加工減面率が30％よ
りも少ないときは、オーステナイト粒径を細粒化
することができないからである。更に、10μ〜
20μの細粒を得るには、上記加工条件に加えて、
最終加工パスを900℃以下とする必要があり、５
〜10μの極細粒を得るためには、上記最終加工を
歪速度300／秒以上とする必要がある。次いで、本発明においては、このように前組織
を調整した鋼をA_C1〜A_C3＋100℃の温度域に加熱
した後、所定の条件下に冷却して、所定の最終組
織を得る。従つて、前組織を調整すると共に、こ
の加熱冷却条件を適切に選択することが、本発明
による最終組織を得るために重要である。一部残留オーステナイトを含んでいてもよいマ
ルテンサイトやベイナイトを含有する上記のよう
な前組織をフエライト・オーステナイト相又はオ
ーステナイト相域直上に加熱する場合の逆変態過
程においては、変態初期に旧オーステナイト粒内
から針状オーステナイト粒子が生成する。この粒
子には、逆変態前又は逆変態過程におけるフエラ
イト相及びオーステナイト相の両相間での溶質元
素の分配によつて、Si、Mn、Cr等の元素が著し
く濃化し、以後、変態の進行に伴つて、針状オー
ステナイトは合体して塊状となり、また、オース
テナイト域直上加熱の場合には、塊状オーステナ
イトの成長によつて鋼組織全体がオーステナイト
相に変態する。この状態においても、上述の溶質
元素の濃化は残存し、容易に均質化しない。従つ
て、本発明においては、所定の前組織を有する鋼
をA_C1〜A_C3＋100℃の温度域に加熱する。次いで、このような組織状態から、本発明に従
つて、0.01℃／秒から40℃／秒未満の範囲の平均
冷却速度で冷却することによつて、Ｃ、Si、Mn、
Cr等の濃度分布の影響を受け、低濃度領域、な
かでもオーステナイト粒界や塊状オーステナイト
相界面からポリゴナルフエライトが変態する。次
いで、残部領域ではフエライトと針状オーステナ
イトとに分離し、最終的に針状オーステナイトが
低温変態生成相を形成する。この針状オーステナ
イトにはＣ、Si、Mn、Cr等の元素が著しく濃化
されているので、0.01℃／秒の冷却速度において
もパーライト変態を起こさないのである。本発明においては、フエライト相と低温変態生
成相の混合組織を前組織とし、A_C1〜A_C3温度域
に加熱する場合は、上記したように、平均冷却速
度が0.01℃／秒でも本発明による鋼材を得ること
ができる。しかし、平均冷却速度が40℃／秒以上
のときは、特に、マルテンサイトやベイナイトを
前組織として、A_C1〜A_C3＋100℃の温度域に加熱
した場合にポリゴナルフエライトが得られなくな
る。従つて、本発明の方法においては、A_C1〜
A_C3＋100℃の温度域への加熱後の平均冷却速度
を0.01℃／秒から40℃／秒未満の範囲とする。冷却停止温度は、低温変態生成相としてベイナ
イト、マルテンサイト又はこれらの混合組織を得
るために500℃以下常温までの温度であることが
必要である。500℃よりも高い温度、特に600℃よ
りも高い温度で冷却を停止する場合は、パーライ
ト変態が起こりやすくなるからである。このようにして、本発明の方法によれば、所定
の最終組織を有する鋼材を得ることができるが、
この最終組織のポリゴナルフエライトやフエライ
ト地における固溶（Ｃ＋Ｎ）量は著しく低く、通
常、約20ppm以下である。尚、本発明においては、フエライトと低温変態
生成相からなる前組織は、それ自体が低降伏比で
あつて加工性もよいので、前組織調整後に所要の
形状に加工し、次いで、本発明に従つて加熱冷却
することにより最終組織としてもよい。例えば、
フエライトと低温変態生成相との混合組織からな
る前組織とした後にパイプ成形し、次いで、本発
明に従つて熱処理及び冷却を行なうのである。但
し、かかる場合において、前組織の冷間加工度が
50％を越えるときは、熱処理中にマルテンサイト
やベイナイトの再結晶が起こり、第２相の形態が
変化することがあるので、冷間加工度は50％以下
とすることが望ましい。以上のように、本発明によれば、予め所定の前
組織を有せしめた鋼を所定の条件に従つて熱処理
して、最終組織として、平均粒径10μ以下のポリ
ゴナルフエライト相と、残部がフエライト相中に
固溶炭素20ppm以下の針状のマルテンサイト、ベ
イナイト又はこれらの混合組織からなる低温変態
生成相が均一に分散されてなる混合相とからなる
従来にない組織を有せしめたので、かかる鋼材は
耐水素誘起割れ特性にすぐれるのみならず、延
性、靭性、強度・延性バランスにすぐれ、更にプ
レス成形性にもすぐれる。実施例第１表に本発明で規定する化学組成を有する鋼
１，２及び３及びそのA_C3温度を示す。鋼１を熱間圧延後、加速冷却して前組織をフエ
ライト相（45％）と残部マルテンサイト相（４％
の残留オーステナイトを含有する。）の混合組織
としたものを1Rとし、比較のために、鋼１を熱
間圧延後、放冷して前組織をフエライト・パーラ
イト組織としたものを１Ｃとする。同様に鋼２を
熱間圧延後、加速冷却して前組織をマルテンサイ
ト主体の組織としたものを２Ｒとし、更に、鋼３
を熱間圧延後、加速冷却して前組織をフエライト
相（75％）と残部マルテンサイト相（３％の残留
オーステナイトを含有する。）の混合組織とした
ものを３Ｒとする。これら１Ｒ，１Ｃ，２Ｒ及び３Ｒをそれぞれ
A_C1〜A_C3温度域である830〜860℃、又はA_C1〜
A_C3＋100℃域の900℃に加熱した後、種々の冷却
速度にて常温まで冷却した。これらの最終組織と
諸特性とを第２表に示す。また、本発明による鋼の代表的な例の組織の顕
微鏡写真を第１図Ａ及びＢに示す。倍率はＡ図が
270倍、Ｂ図が1700倍であり、Ｂ図において白い
部分がポリゴナルフエライト、黒い部分が針状マ
ルテンサイトを示し、金属組織が平均粒径10μ以
下のポリゴナルフエライト相と、残部がフエライ
ト相中に針状の低温変態生成相が均一に分散され
てなる混合相とから形成されていることが認めら
れる。第２表において、鋼番号(1)、(2)、(3)、(7)及び(8)
は本発明鋼であり、これらの組織は、平均粒径
5μのポリゴナルフエライトと、残部がフエライ
トと針状マルテンサイトの混合組織（一部、残留
オーステナイトを含有する。）からなる。それぞ
れの鋼について、最終組織における各相の存在分
布を第２表に示す。これらの鋼は強度・延性バラ
ンスにすぐれ、引張強さ（Kg／mm²）×全伸び（％）
が2000（Kg／mm²・％）を越えており、また、水素
誘起割れ特性もすぐれている。これに対して、鋼番号(4)は加熱時にオーステナ
イト化が進行しすぎたために、最終組織における
第２相が塊状であつて、その結果、諸特性も悪
い。第１図Ｃに組織の顕微鏡写真（1700倍）を示

【表】

【表】すが、黒い部分が塊状マルテンサイトである。鋼
番号(5)及び(6)は、その前組織が従来のフエライ
ト・パーライト組織であるので、加熱冷却条件は
本発明の規定する範囲内にあるが、低温変態生成
相が塊状をなし、目的とする組織が得られない。第２図は本発明鋼を300〜500℃に加熱保持して
焼鈍したときの強度と絞りの変化を示す。低温焼
鈍の場合も、本発明の効果が維持されることが明
らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ及びＢは本発明による鋼の組織の代表
例の顕微鏡写真、Ｃは比較例鋼の組織の顕微鏡写
真を示し、第２図は本発明鋼を焼鈍したときの機
械的性質の変化を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】１重量％でＣ 0.01〜0.50％、 Si 2.0％以下及び Mn 0.3〜3.0％を含有し、残部鉄及び不可避的不純物よりなる鋼
の組織をマルテンサイト、ベイナイト若しくはこ
れらの混合組織、又はフエライトとマルテンサイ
ト若しくはベイナイトの低温変態生成相との混合
組織からなる前組織とした後、A_C1〜A_C1＋100℃
の温度域に加熱し、次いで、平均冷却速度0.01
℃／秒から40℃／秒未満にて常温乃至500℃の温
度まで冷却して、平均粒径10μ以下のポリゴナル
フエライト相と、残部がフエライト相中に針状の
マルテンサイト、ベイナイト又はこれらの混合組
織からなる低温変態生成相が均一に分散されてな
る混合相とからなる金属組織を有せしめることを
特徴とする耐水素割れ特性にすぐれた高強度高延
靱性鋼材の製造方法。