JPH05171263A

JPH05171263A - Ｂ添加鋼の２相域焼入れ方法

Info

Publication number: JPH05171263A
Application number: JP34094991A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Uchida; 清内田; Tomoya Koseki; 智也小関; Kenichi Amano; 虔一天野
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1991-12-24
Filing date: 1991-12-24
Publication date: 1993-07-09

Abstract

(57)【要約】【目的】高価な合金元素を添加することなく、低降伏
比を有する高張力鋼を安定して製造するためと、( α＋
γ）２相域焼入れにおいてＢの焼入れ性向上効果を効果
的に発揮させるための焼入れ方法を確立すること。【構成】Ｂ添加鋼の２相域焼入れに当り、Ｂ，Ti, Ｎ
の各含有量をTi：0.003 〜0.020 wt％、Ｎ≦0.0050wt
％、Ｂ：0.0005〜0.0025wt％とし、かつ下記の有効Ｂ量
(Bef) が0.0005wt％以上となるように調整し、熱可塑性
圧延後の焼入れを、Ａc₃±25℃の温度範囲に加熱したの
ち空冷速度以上の速さで冷却する方法にて行うこと。【数１】

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、焼入れ性を向上させ
るためにＢを添加した鋼についての焼入れ方法に関し、
特に建築用厚鋼板などとして用いられるＢ含有低降伏比
高張力鋼の製造に当って有利に採用される技術について
提案する。

【０００２】

【従来の技術】Ｂ添加鋼についてのＢの作用効果につい
てはよく研究されており、例えばオーステナイト単相域
からの焼入れ時における、焼入性向上効果などはよく知
られている。このことは、「鉄と鋼」第74年(1988) 第
５号 P910 〜917 および同第12号 P2337〜2344などでの
報告にも明らかであり、Ｂ添加による焼入性向上のメカ
ニズム、その効果を最大にするのに必要なＢ量、あるい
は熱処理条件等について多くの研究がなされてきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】最近、低降伏比高張力
鋼を製造するのに、２相域焼入れが有効であるとの研究
成果が特公昭55−50090 号公報などで発表されており、
Ｂ添加の相乗効果が期待されている。

【０００４】ところが、２相域焼入れにおけるＢ添加の
効果について本発明者らの研究によると、従来の単相オ
ーステナイトについての知見に基づいてＢ量を制御して
も、この２相域焼入れに限ってはＢの添加効果が期待し
たとおりに顕れないということが判った。この理由は、
前熱処理の１次焼入れ加熱時にオーステナイト結晶粒界
に偏析したＢが、加熱途上のα温度域でFe₂₃(CB)₆を析
出し、このFe₂₃(CB)₆が２相域温度で安定であることか
ら、焼入性の向上に有効なＢが少なくなるためと考えら
れる。

【０００５】すなわち、低降伏比高張力鋼を製造すると
きに、２相域焼入れをする場合、Ｂを添加して焼入性を
改善しようとする場合、従来のγ単相域からの焼入れに
関する知見では、Ｂの焼入れ性向上の効果を得ることが
できないという問題点のあることが明らかとなった。

【０００６】本発明の目的は、高価な合金元素を添加す
ることなく、低降伏比を有する高張力鋼を安定して製造
するためと、（α＋γ）２相域焼入れにおいてＢの焼入
性向上効果を効果的に発揮させるための焼入れ方法を確
立し提案するところにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】さて、本発明者らは、上
掲の目的を実現するべく、２相域焼入れの下でＢの焼入
性向上効果が得られる成分系および熱処理の方法につい
て鋭意研究した。その結果、鋼組成がＢとともにＮを含
有する場合、このＢ，Ｎ，Tiの各含有量ならびに前熱処
理の温度が、２相域焼入れ後の焼入性の向上に大きく影
響することを知見し、本発明を完成するに至った。

【０００８】すなわち本発明は、ＢとともにＮを含有す
る鋼の２相域焼入れに当たり、この鋼の組成のうちＢ，
Ｎ，Tiの各含有量につき、Ｂ： 0.0005 〜0.0025wt％Ｎ≦ 0.0050 wt％ Ti： 0.003〜0.020 wt％に調整すると共に、下記式；

【数２】から決まる有効Ｂ量(Bef) が 0.0005 wt％以上となるよ
うに調製し、熱間圧延後の焼入れを、Ac₃±25℃の温度
範囲に加熱したのち空冷速度以上の速さで冷却し、その
後、再び(Ac₁点) 〜(Ac₃点) の２相域温度まで加熱した
のち空冷速度以上の速さで冷却する方法にて行うことを
特徴とするＢ添加鋼の焼入れ方法を提案する。

【０００９】

【作用】本発明の焼入れ方法が適合するための鋼の成分
組成は、Ｃ，Si, Mn等の基本成分の他に、高張力鋼を得
るために必要な成分、例えばCu, Ni, Cr, Mo, Ｖあるい
はNb等を適宜に含有するものであってよく、このような
成分系の鋼につき、焼入れ性改善のために添加するＢ
が、他にＮおよびTiとともに含有する場合にはそのＢ，
Ｎ，Tiの各含有量は、以下の条件で含有するものでなけ
ればならない。

【００１０】Ｂ： 0.0005 〜0.0025wt％Ｂの焼入性向上効果を発揮させるには、少なくとも0.00
05％以上の添加が必要である。しかし、0.0025％以上に
添加しても焼入性向上の効果が飽和し、却って低温靱性
を低下させることになる。したがってＢ量は0.0005〜0.
0025wt％とした。

【００１１】Ｎ≦ 0.0050 wt％ＮはBNを形成し、Ｂの焼入性を低下するので皆無にする
ことが望ましい。しかしながら、微量のＮならば、この
ＮをTiで固定することにより、Ｎの弊害をまぬがれるこ
とができる。しかし、このＮ量が0.0050wt％以上になる
と、少なくとも0.017 wt％以上のTiが必要となり、この
ことは多量に生成するTiN により靱性の劣化を招く。し
たがって、Ｎは0.005 wt％以下に限定する。

【００１２】Ti： 0.003〜0.020 wt％Ｂの焼入性向上効果は、Ｎ量の増加とともに著しく低下
する。そのために、不可避的に含有するこのＮの影響を
除くためには、Tiを添加してＮの固定を図らねばならな
い。従って、不可避的に含有する0.0010wt％以上のＮ量
の場合には、このＮを固定するための、Tiは0.003 wt％
以上が必要である。一方、このＮが0.0050wt％では、0.
020 wt％以上のTiの添加が必要であるが、それを超えて
もＮ固定作用が飽和して無効となる。とくに、過剰のTi
添加は、炭化物析出により低温靱性を低下させるので、
0.020 wt％以下としなければならない。

【００１３】本発明の目的を実現するには、鋼の組成,
とりわけＢ，Ｎ，Tiの各組成が上述のように限定される
と同時に、それら各含有量は他との関係において、以下
のように関係の下での制限がある。すなわち、本発明に
おいて、下記式のように定義される有効Ｂ量(Bef) が
(1) 式を満足するように含有するものでなければならな
い。

【数３】

【００１４】本発明者らの研究によると、Ｂの焼入性向
上効果は、単にTi，Ｎ，Ｂの各含有量を適正範囲に調整
するだけで得られるものではなく、これら３元素の量か
ら決まる有効Ｂ量(Bef) も制限する必要がある。それ
は、２相域焼入れで良好な焼入性を得て低降伏比の高張
力鋼を製造するためには、上記有効Ｂ量(Bef) は、0.00
05wt％以上が必要である。

【００１５】次に、上述した成分系からなる鋼を通常の
造塊または連鋳法によりスラブとした後、このスラブを
熱間圧延して所定板厚の鋼板として、本発明に特有な次
のような熱処理を施すことが必要である。

【００１６】本発明におけるかかる熱処理は、図１に概
略を示すように、まずAc₃点±25℃の範囲内の温度に加
熱した後、空冷速度以上の速さで冷却する。その後、再
び(Ac₁点) 〜(Ac₃点) の２相域温度まで加熱した後、空
冷速度以上の速さで冷却することにより、この２相域焼
入れで所望のＢの効果を得ようとするものである。

【００１７】このような熱処理において、１次焼入れに
際し、 Ac₃点±25℃範囲の温度に加熱する理由は次のと
おりである。

【００１８】すなわち、図２は、表１に示されて成る組
成からなる板厚40mmの鋼板を、700〜1000℃の範囲の温
度に加熱して１次焼入れをした後、さらに800 ℃に加熱
して２次焼入れをし、その後550 ℃で焼もどし処理した
場合の１次焼入れ温度と引張特性の関係を示したもので
ある。この図から判るように、Y.S., T.S.は１次焼入温
度が850 ℃(Ac₃点) ±25℃の範囲内で高く、この範囲よ
り低くてもまた高くても低下する。また、１次焼入れ後
の冷却速度は、水冷(WQ)および空冷(AC)のいずれの冷却
においても、Ac₃±25℃範囲内でなれば高強度が得られ
るので、１次焼入温度はAc₃点を±25℃とすることが有
効である。

【００１９】

【表１】

【００２０】次に、２相域焼入れ条件であるが、成分お
よび１次焼入条件を前述のとおりにすれば、Ac₁ 〜Ac₃
点の２相域温度から空冷速度以上の速さで焼入れた場合
に、Ｂの焼入性向上効果を認めることができる。すなわ
ち、この２次焼入れ条件において、冷却速度を空冷速度
よりも速い速度にする理由は、例えば板厚100mm 程度の
厚肉材では空冷速度よりも遅い冷却になると焼入性が低
下し、２相域焼入れによるγ相の変態組織はマルテンサ
イトからフェライト＋ベイナイト組織となるため強度が
低下するので、空冷以上の冷却速度とするのである。

【００２１】また、二次焼入れ温度をAc₁ 〜Ac₃ の範囲
とする理由は、Ac₁ 点以下では焼きもどしにより高強度
が得られなくなること、一方Ac₃ 点以上のγ単相域から
の焼入れではマルテンサイトもしくはベイナイト組織と
なり高強度が得られるものの、Y.R.が高くなり、Y.R.≦
85％以下の低降伏比の鋼が得られない。従って、本発明
の熱処理において、T.S.≧60kgf/cm²、Y.R.≦85％を達
成するには、Ac₁〜Ac ₃ 点の温度範囲内の２相域から焼
入れることにより、軟質のフェライトと硬質相の複合組
織とすることで低降伏比高張力鋼の製造が可能となる。

【００２２】

【実施例】この実施例に用いた鋼（供試材）の化学成分
を表２に示す。供試材Ａ〜Ｅ鋼は、本発明方法に適合す
る成分組成を有する鋼で、Ｆ〜Ｉ鋼は本発明の条件から
外れる比較鋼である。なお、供試材のＥおよびＩ鋼は、
60kgf/mm²級鋼で、その他は80kgf/mm²級鋼である。

【００２３】これらの鋼を溶製鋳造してスラブとした
後、熱間圧延を施して冷却し、一次焼入れ処理、２相域
焼入れおよび焼きもどし処理を施し、機械的性質を調べ
た。その結果を表３に示す。この表３に示す結果から判
るように、比較例では80キロ級鋼（A6, A7, A8, A9,
Ｆ，Ｇ）の場合、T.S. : 72 〜77kgf/mm²しか得られ
ず、また60キロ級鋼（Ｉ）の場合、T.S. : 58kgf/mm²し
か得られない。

【００２４】

【表２】

【００２５】

【表３】

【００２６】また、鋼Ｈは、T.S.で82kgf/mm² が得られ
るものの、vTrsは−40℃と悪い。これに対し、本発明に
かかる方法では、２相域焼入れにおいてもＢの効果が十
分に発揮され、80キロ鋼の場合（A1〜A5, Ｂ〜Ｅ）もT.
S.で80kgf/mm² 以上を示すと共に60キロ鋼の場合
（Ｅ）、T.S.で60kgf/mm²以上の高い強度を得ることが
できる。

【００２７】

【発明の効果】かくして本発明の焼入れ方法によれば、
Ｂ添加鋼の焼入性の向上を発揮させることが困難であっ
た２相域焼入れ法においても、Ｂの効果を十分発揮させ
ることが可能となり、低降伏比高張力鋼の製造が安定し
てできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明焼入れ方法の概略説明図である。

【図２】１次焼入温度と引張強度（T.S., Y.S.) の関係
を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＢとともにＮを含有する鋼の２相域焼入
れに当たり、この鋼の組成のうちＢ，Ｎ，Tiの各含有量
につき、Ｂ： 0.0005 〜0.0025wt％Ｎ≦ 0.0050 wt％ Ti： 0.003〜0.020 wt％に調整すると共に、下記式から決まる有効Ｂ量(Bef) が
0.0005wt％以上となるように調製し、熱間圧延後の焼入れを、Ac₃±25℃の温度範囲に加熱し
たのち空冷速度以上の速さで冷却し、その後、再び(Ac₁
点) 〜(Ac₃点) の２相域温度まで加熱したのち空冷速度
以上の速さで冷却する方法にて行うことを特徴とするＢ
添加鋼の焼入れ方法。【数１】