JPH06271929A - 急速焼戻しによる高張力鋼板の製造方法 - Google Patents

急速焼戻しによる高張力鋼板の製造方法

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JPH06271929A
JPH06271929A JP5915393A JP5915393A JPH06271929A JP H06271929 A JPH06271929 A JP H06271929A JP 5915393 A JP5915393 A JP 5915393A JP 5915393 A JP5915393 A JP 5915393A JP H06271929 A JPH06271929 A JP H06271929A
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JP
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steel sheet
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steel
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strength
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JP5915393A
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Rikio Chijiiwa
力雄 千々岩
Hiroshi Tamehiro
博 為広
Toshiya Tsuruta
敏也 鶴田
Motohiro Osada
元宏 長田
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は工業的に可能な高能率の焼戻し処理
により高靭性の高張力鋼板の製造技術を提供するもので
ある。 【構成】 焼入れ後の鋼板を800〜1000℃に加熱
した熱処理炉に装入し、0.3℃/秒以上の昇温速度で
加熱し、表面温度がA1 点−200℃以上、A1点+5
0℃以下の所定の温度に到達した後、ただちに炉外へ出
し、5℃/秒以上の冷却速度で水冷を行うことにより、
高靭性で高張力な鋼板を製造することができる。これに
より、靭性が必要な高張力鋼を大型の構造物に適用する
ことが可能となった。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は工業的に可能な高能率な
焼戻し処理により高靭性の高張力鋼板の製造に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】従来、引張強度が580N/mm2 以上の鋼
の殆どは焼入れ、焼戻し処理により製造されていた。こ
のような製造法は製造コストが高く、且つ製造に要する
時間も長いため、生産性が悪い等の大きな問題点を含ん
でいた。このため、従来の熱処理法の欠点を補う方法と
して、圧延直後に水冷するいわゆるDQ法が使用されは
じめている。このような製造法としては、例えば特開昭
59−142898号公報等に技術の記載がある。
【0003】このような技術では、材質は多少改善され
るものの、焼戻し工程が従来の方法であるため、生産性
が悪く、製造コストの増加は避けられなくなった。従来
の焼戻し処理は550〜680℃程度に保持された熱処
理炉に鋼板を装入して、鋼板の温度が所定の温度に達し
てから20〜40分程度保持して、その後、空冷する方
法であった。このため、昇温時間は再加熱焼入れ時より
長くなり(昇温時間は温度が低い程長くなる傾向)生産
性を著しく害していた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は工業的に可能
な高能率な焼戻し処理により高靭性の高張力鋼板の製造
技術を提供するものである。本発明により製造した鋼は
高靭性と高張力を兼ね備えており、大型の溶接構造物等
への適用が可能である。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、重量%
で、C:0.04〜0.20%、Si:1%以下、M
n:0.5〜2.0%、P:0.020%以下、S:
0.010%以下、Al:0.05%以下、Mo:0.
5%以下、B:0.003%以下、Ti:0.02%以
下、N:0.006%以下、及び、Ni:1%以下、C
u:0.5%以下、Cr:0.5%以下の一種または二
種以上を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からな
る鋼を圧延直後に焼入れするか、圧延後常温まで空冷
し、再加熱、焼入れしてミクロ組織をマルテンサイト・
ベイナイトの混合組織とした鋼板を、鋼板の表面のスケ
ールを排除した後、鋼板を800〜1000℃に加熱し
た熱処理炉に装入し、0.3℃/秒以上の昇温速度で加
熱して、表面温度がA1 点−200℃以上、A1 点+5
0℃以下の所定の温度に到達した後、ただちに炉外へ出
し、2℃/秒以上の冷却速度で水冷を行うことを特徴と
する急速焼戻しによる高張力鋼板の製造方法である。
【0006】本発明の基本となる考え方を以下に述べ
る。一般に焼入れ焼戻し処理は強度と靭性を確保する手
段として有効とされている。焼入れによりミクロ組織は
炭素を過飽和に含んだマルテンサイトと高炭素の島状マ
ルテンサイトが含まれたベイナイト組織が生成する。こ
れらのミクロ組織中には変態により導入される転位も存
在して、強度が増加する。
【0007】また、焼戻し工程で生じる主な冶金現象
は、焼戻しの短時間側からマルテンサイト中の固溶炭
素原子がセメンタイトとして排出し、セメンタイトが粗
大化を始める、変態時に生じたミクロ組織中の多数の
転位が減少し、消滅する、ベイナイト中の高炭素の島
状マルテンサイトがセメンタイトとして排出する、固
溶炭素原子がFe以外の金属元素と炭化物として析出す
る等の現象が進行する。これらの現象は焼戻し温度が高
いほど、焼戻し時間が長いほど速く、焼戻し温度が低い
ほど、焼戻し時間が短いほど進行が遅れる。
【0008】従来の焼戻し法では、所定の温度に保持し
た熱処理炉に鋼板を装入して、鋼板の温度が所定の温度
に達して20〜40分保持するため、鋼板は高温にさら
される時間が長く上述した〜のすべての冶金現象が
起きる。このため、,の冶金現象で述べたセメンタ
イトが粗大化し、強度に寄与する転位も減少して強度の
低下が大きくなる。
【0009】すなわち、焼入れで高強度化しても、焼戻
しで急激な強度低下をきたし、靭性も劣化する傾向であ
る。強度の低下は析出硬化元素(Nb,V)を添加した
鋼では、の現象が起きるため少ない。従って、従来の
焼戻し法はNbやV等の析出硬化元素を添加した鋼で有
効であるが、析出硬化元素を添加しないで、固溶強化元
素(Mn,Ni,Cu,Cr,Mo)やB等を添加して
強度を向上させる高張力鋼には、過剰な焼戻し条件とな
り強度や靭性が損なわれていた。
【0010】本発明者らの研究によれば、過剰な炭素の
固溶状態をなくし、且つ炭化物の粗大化を抑制する方法
により、従来の方法では、到達できなかった強度、靭性
を得ることができることを見いだした。すなわち、急速
加熱で所定の温度まで昇温し、保持をとらずに水冷する
方法である。このような方法の一つは大径パイプの誘導
加熱法としてすでに使用されているが、厚鋼板の場合、
実際に製造される厚鋼板の厚みや幅の種類が極めて多い
ため、工業的な実用化はコストや温度精度の問題から無
理な課題と考えられていた。
【0011】本発明者らは、従来の焼戻し処理方法に変
わる最適な方法について検討し、以下の方法が最も適し
ていることを見いだした。すなわち、圧延直後に焼入れ
するか、圧延後常温まで空冷し、再加熱、焼入れしてミ
クロ組織をベイナイト・マルテンサイトの混合組織とし
た鋼板を、鋼板の表面のスケールを排除した後、鋼板を
800〜1000℃に加熱した熱処理炉に装入し、0.
3℃/秒以上の昇温速度で加熱して、表面温度がA1
−200℃以上、A1 点+50℃以下の所定の温度に到
達した後、ただちに炉外へ出し、2℃/秒以上の冷却速
度で水冷を行うことを特徴とする焼戻し方法である。
【0012】まず、熱処理炉で鋼板を加熱する場合、鋼
板の温度は鋼板表裏面のスケールの影響が大きく、特に
本発明のように800〜1000℃の熱処理炉でA1
−200℃以上、A1 点+50℃以下の範囲に加熱して
保持時間をとらない方法では、板内のスケールの付着状
態により鋼板の到達温度が大きく左右される。このた
め、同一熱処理鋼板内の材質の変動が大きくなり実用に
は適さない。
【0013】また、熱処理炉の温度を800〜1000
℃に保持する理由は、800℃未満では昇温速度が遅
く、炭化物の粗大化や転位が喪失するため強度や靭性が
劣化し初期の目的を達しない。また、1000℃超では
板厚の中心温度と表面温度の差や鋼板の端との温度差が
100℃を超え、鋼板部位で強度や靭性が大きく変化す
るためである。
【0014】さらに、鋼板表面の加熱温度(到達温度)
をA1 点−200℃以上、A1 点+50℃以下の範囲と
する理由は、A1 点−200℃以下の温度では過剰な炭
素の固溶状態がなくならないで、靭性が回復しないため
であり、A1 点+50℃以上の温度では、昇温速度は速
くても、炭化物が粗大化し、強度が低下するだけでな
く、靭性も劣化するためである。
【0015】つぎに、所定の温度に達した後、保持をし
ないでただちに炉外へ出して水冷する理由は、炭化物を
粗大化させずに強度や靭性を確保するためである。本発
明法によれば、生産性の点からも大きなメリットが生じ
る。すなわち、本発明法での焼戻し処理時間は従来法に
比較して短く板厚により、その時間は異なるが従来法に
比較して、1/3〜1/5程度の時間で処理できるため
経済的に大きなメリットである。
【0016】本発明鋼は従来にない短時間で、極めて良
好な材質の鋼板の製造を可能とするものであるが、製造
法と共に鋼成分が重要であり、以下これについて述べ
る。鋼の個々の成分規制範囲について述べる前に、前述
した本発明の急速焼戻しに適した成分系の考え方を述べ
る。
【0017】急速焼戻し法を前提とした場合、これに適
する成分系は(A)鋼成分に析出硬化元素を添加しな
い。(B)焼入れ時にミクロ組織がマルテンサイト化し
易い成分系とする。の2点とも満たすことが重要であ
る。(A)については、急速焼戻しでは析出硬化が不十
分となるため、NbやV等の析出して硬化させる元素を
添加しても、その効果が期待できないためである。
(B)については、マルテンサイトは急速焼戻しで十分
に分解されセメンタイトとなり、靭性が改善される。ま
た、マルテンサイト化し難い成分系では、焼入れ時に高
炭素の島状マルテンサイトを多く含んだベイナイトが生
成する。高炭素の島状マルテンサイトは急速焼戻しで
は、分解され難く、靭性は改善できない。すなわち、本
発明の特徴は焼入れ時に靭性に有害な島状マルテンサイ
トの生成を抑え、急速焼戻しでマルテンサイトを分解
し、強度や靭性に効果のある炭化物の粗大化や転位の減
少を少なくして強度や靭性を向上させるものである。
【0018】つぎに、個々の合金元素の制限範囲につい
て述べる。Cは強度を確保するため、重要な元素であ
り、0.04%未満では十分な強度が得られないため下
限を0.04%とした。また、0.2%を超えると溶接
性を劣化させるので上限を0.2%とした。Siは脱酸
上、鋼に含まれる元素であるが、多く添加すると溶接性
が劣化するため上限を1%とした。
【0019】Mnは強度、靭性を確保するため不可欠な
元素であり、0.5%以上の添加が有効である。しかし
ながら、2.0%以上では溶接性を害するため上限を
2.0%とした。本発明鋼において不純物であるP,S
をそれぞれ0.020%、0.010%以下とした。理
由は母材靭性や溶接性を劣化させないためである。Al
は一般に脱酸上鋼に含まれる元素であるが、0.05%
を超えるとスラブ鋳造時の表面割れが出易くなるため上
限を0.05%とした。
【0020】MoはMnとともに、本発明鋼では重要な
元素であるが、0.5%を超えて添加しても強度向上効
果は少なく、溶接性も害するため、0.5%を上限とし
た。Bは焼入れ時に、オーステナイトからフェライトの
変態を抑制し焼入れ性を向上させる効果がある。しかし
ながら、過度の添加はかえって焼入れ性を阻害するた
め、上限を0.003%とした。TiはTiNを生成し
て、スラブ加熱時のオーステナイト粒の粗大化を抑制し
たり、Nを固定してBの効果を発揮させる等の効果があ
る。しかしながら、過度の添加はTiCを生成して靭性
を著しく阻害するため、上限を0.02%とした。
【0021】Nは多すぎるとBの効果を失い、スラブ鋳
造時の表面割れが出易くなるため、上限を0.006%
以下とした。つぎに、Ni,Cu,Crを添加する理由
を述べる。これらの元素の添加はいずれも鋼の焼入れ性
を向上させ、強度や靭性を確保するため重要な元素であ
るが、過度の添加は鋼の靭性や溶接性、溶接部の靭性を
害するため、それぞれその上限をNi:1%以下、C
u:0.5%以下、Cr:0.5%とした。
【0022】
【実施例】表1に発明鋼と比較鋼の化学成分及び鋼板の
製造条件、母材の機械的特性を示す。また、図1に、発
明鋼と比較鋼の強度・靭性バランスの違いを示す。
【0023】
【表1】
【0024】
【表2】
【0025】表1及び図1に示すように発明鋼の強度や
靭性は極めて良好であり、引張強度で600〜800N/
mm2 を示し、−60℃のシャルピー値も250Jを超え
る値で、強度・靭性バランスが良好である。
【0026】これに対し、比較鋼11では、焼戻し法は
発明鋼と同じであるが、鋼成分のMnが高すぎるため、
強度は良好であるが、靭性が不十分である。同様に、比
較鋼12では、焼戻し法は発明鋼と同じであるが、鋼成
分のMnが低いため、強度は580N/mm2 を満足できる
が、靭性は不十分な値である。さらに、鋼13では、鋼
成分中に析出硬化元素であるNb,Vが含まれており、
焼戻し法は本発明鋼と同じであるにもかかわらず、強
度、靭性共に不十分である。鋼14では、Cが低すぎる
ため、焼戻し法は本発明鋼と同じであるにもかかわら
ず、強度、靭性共に不十分である。鋼15では、Cが高
すぎるため、焼戻し法は本発明鋼と同じであるにもかか
わらず、580N/mm2 を満足できるが、靭性が不十分で
ある。
【0027】
【発明の効果】本発明は工業的に可能な高能率の焼戻し
処理により高靭性の高張力鋼板の製造技術を提供するも
のである。本発明により製造した鋼は高靭性と高張力を
兼ね備えており、大型の溶接構造物等への適用が可能で
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明鋼と比較鋼の強度・靭性バランスの比較
を示す図表である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長田 元宏 君津市君津1番地 新日本製鐵株式会社君 津製鐵所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、 C :0.04〜0.20%、 Si:1%以下、 Mn:0.5〜2.0%、 P :0.020%以下、 S :0.010%以下、 Al:0.05%以下、 Mo:0.5%以下、 B :0.003%以下、 Ti:0.02%以下、 N :0.006%以下 及び Ni:1%以下、 Cu:0.5%以下、 Cr:0.5%以下、 の一種または二種以上 残部がFe及び不可避的不純物からなる鋼を圧延直後に
    焼入れするか、圧延後常温まで空冷し、再加熱、焼入れ
    してミクロ組織をマルテンサイト・ベイナイトの混合組
    織とした鋼板を、鋼板の表面のスケールを排除した後、
    鋼板を800〜1000℃に加熱した熱処理炉に装入
    し、0.3℃/秒以上の昇温速度で加熱して、表面温度
    がA1 点−200℃以上、A1 点+50℃以下の所定の
    温度に到達した後、ただちに炉外へ出し、2℃/秒以上
    の冷却速度で水冷を行うことを特徴とする急速焼戻しに
    よる高張力鋼板の製造方法。
JP5915393A 1993-03-18 1993-03-18 急速焼戻しによる高張力鋼板の製造方法 Withdrawn JPH06271929A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007084909A (ja) * 2005-09-26 2007-04-05 Daido Steel Co Ltd 高強度かつ高靱性で溶接可能な鋼とそれを使用した部材の製造方法
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