JPH07228919A - 構造用素材の熱処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱処理コストの増大を回避しつつ、構造用素
材の強度を向上させ且つその降伏比及び延性を改善させ
る熱処理方法を提供する。 【構成】 構造用素材に対して焼入れを施した後、その
素材に対して施す焼戻しの条件として、少なくとも延性
改善が容易な高温側の焼戻しを含む複数回の処理を繰り
返す条件を採用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、構造用素材の熱処理方
法に関し、更に詳しくは、炭素鋼若しくは低合金鋼、又
はそれら鋼の成分に相当する成分の鋳鋼よりなる構造用
素材に対して焼入れを施し、且つ、その焼入れ後の素材
に対して焼戻しを施すことにより、前記素材の強度を向
上させ、且つ、前記素材の降伏比（即ち、降伏点／引張
強さ）及び延性（具体的には、伸びや絞り等）を改善さ
せる構造用素材の熱処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】前記構造用素材に対し、適宜組合せの焼
入れ・焼戻しからなる熱処理を施すことにより、前記素
材の強度を向上させた上、その降伏比の低減（例えば、
０．８以下に低減させる）、及び、延性の向上（例え
ば、延性の指標の一つである伸びを２０％以上に向上さ
せる）を実現させることができれば、その構造用素材
は、適宜強度が確保される上、変形能に優れ、且つ、粘
り強くなり、所望の性質が得られるので、前記熱処理が
施された構造用素材を用いてなる構築物は、強度面で満
足できるばかりか、降伏比が高く延性が低い構造用素材
を用いてなる構築物に比して、地震時等の異常時におい
ても、破壊にまで至ることが少なくなる。そこで、前記
構造用素材に対して、その降伏比の低減及び延性の向上
を、前記強度向上に加えて実現するための熱処理条件が
追求されている。ところで、前記熱処理の一環としての
焼入れを、例えば、オーステナイト単相域に加熱して急
冷する通常の焼入れを行った後、オーステナイト相とフ
ェライト相との二相域に再加熱して急冷する二相域焼入
れを行うという条件で、複合的に実施した場合、前記強
度向上に加えて前記降伏比の低減が一応のレベルで実現
されるが、前記両焼入れを行ったままの素材では、前記
所望の性質の一部、具体的には、前記延性が不十分にな
るという問題があった。そこで、前記延性の増大のため
に、前記素材の強度向上及び降伏比低減を図った後にお
ける焼戻し処理をいかなる条件で実施するかが極めて重
要なポイントとなる。ところで、前記焼入れ後の焼戻し
の実施に際し、その焼戻し温度を比較的高温にとった場
合（この焼戻し温度を、本明細書では高温側焼戻し温度
という）、前記延性の向上は認められるものの、引張強
さが低下し且つ降伏点が低下しないので、前記降伏比が
増大してしまうという難点があった。一方、前記焼戻し
温度を比較的低温にとった場合（この焼戻し温度を、本
明細書では低温側焼戻し温度という）、引張強さの低下
が少なくて降伏点の増加も少なく、前記降伏比が低くな
ってこの点では好ましいが、前記延性の向上という観点
からは満足できない結果となる。このような事情を総合
判断して、従来は、前記降伏比を低減しつつ前記延性を
向上させるための熱処理条件として、前記焼戻し温度
を、前記降伏比の低減に有効な低温側焼戻し温度に設定
しつつ、その温度条件での焼戻し時間を十分に長くとっ
て、前記延性の向上を図る、という条件を採用するよう
にしていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の熱処理方法によれば、前記低温側焼戻し温度
での長時間保持に起因して、熱処理コストが非常に嵩む
ようになる、という問題があった。本発明は、このよう
な実情に着目してなされたものであり、上記熱処理コス
トの増大を回避しつつ、前記構造用素材の強度を向上さ
せ且つその降伏比及び延性を改善させ得る熱処理方法を
提供することを目的としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る構造用素材
の熱処理方法（以下、本発明方法という）は、炭素鋼若
しくは低合金鋼、又はそれら鋼の成分に相当する成分の
鋳鋼よりなる構造用素材に対して焼入れを施し、且つ、
その焼入れ後の素材に対して焼戻しを施すことにより、
前記素材の強度を向上させ、且つ、前記素材の降伏比及
び延性を改善させる構造用素材の熱処理方法であって、
前記焼戻しの条件として、少なくとも前記延性の改善が
容易な高温側の焼戻しを含む複数回の処理を繰り返す条
件を採用することを第１の特徴として備えている。

【０００５】また、第１の特徴に加えて、前記複数回の
処理における焼戻し温度を、少なくとも最初の処理で
は、前記延性の改善が容易な高温側焼戻し温度の範囲内
に設定し、且つ、後続する処理では、先より後が高くな
い温度に設定して、少なくとも最後の焼戻し温度を前記
降伏比の低減が容易な低温側焼戻し温度の範囲内まで降
温させることを第２の特徴として備えている。

【０００６】更に、第１の特徴又は第２の特徴に加え
て、オーステナイト単相域に加熱して急冷する通常の焼
入れと、オーステナイト相及びフェライト相の二相域に
加熱して急冷する二相域焼入れとをその記載順に行っ
て、前記複数回の焼戻しに先立つ焼入れを行うことを第
３の特徴として備えている。

【０００７】

【作用】第１の特徴を備えた本発明方法によれば、前記
延性改善が容易な高温側の焼戻しが少なくとも１回は行
われるので、その高温側の焼戻しによって、前記素材の
延性が短時間で向上してその延性が改善されるようにな
る。しかも、前記複数回の処理が繰り返し行われるの
で、その繰り返し過程で、即ち、焼戻し温度保持後の冷
却過程で、前記素材は、降伏比低減が期待される低温側
焼戻し温度域に或る程度維持されるようになり、その低
温側焼戻し温度域での維持による焼戻し（即ち、低温側
の焼戻し）に基づいて、前記素材の降伏比が短時間で低
減して改善されるようになる。

【０００８】

【発明の効果】従って、第１の特徴を備えた本発明方法
によれば、前記焼戻しに先立つ焼入れによって、前記素
材の強度が従来通り向上するようになることは勿論、前
記複数回の焼戻しによって、前記素材の降伏比及び延性
が短時間で改善されて、本発明の目的が達成されるよう
になる。即ち、前記焼入れによる強度向上が従来通りに
実現されることに加えて、前記焼入れ後に行われる焼戻
しとして、長時間であるが故にコスト高となる従来の焼
戻しに替えて、上述した短時間の焼戻しを採用すること
により、従来よりも熱処理コストを抑えつつ、前記降伏
比及び延性を有効に改善させることができ、もって、本
発明の目的が達成されるようになる。

【０００９】また、第２の特徴を備えた本発明方法によ
れば、少なくとも最初の処理が延性改善が容易な高温側
焼戻し温度での焼戻しとされるので、最初の焼戻し又は
それに続く何回かの焼戻しによって、前記延性の向上が
短時間で確実に行われる。しかも、後続する処理では焼
入れ温度が先より後が高くない温度に設定されて、少な
くとも最後の処理が降伏比低減が容易な低温側焼戻し温
度での焼戻しとされるので、最後の焼戻し又はそれに先
立つ何回かの焼戻しによって、前記降伏比の低減が短時
間で確実に行われる。従って、第２の特徴を備えた本発
明方法によれば、上述した第１の特徴を備えた本発明方
法による作用・効果が一層確実なものとなる。

【００１０】更に、第３の特徴を備えた本発明方法によ
れば、前記複数回の焼戻しに先立つ焼入れが、前記通常
の焼入れと前記二相域焼入れとの組合せからなり、前記
降伏比の低減に有効な複合的な焼入れであるので、その
焼入れの実施によって、上述した第１の特徴又は第２の
特徴を備えた本発明方法による作用・効果が一層確実な
ものとなる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００１２】本発明方法による作用・効果を実証する実
験を、以下の要領で実施した。テストピースの寸法形状
は、外径：８００ｍｍ、肉厚：１００ｍｍ、長さ：１０
００ｍｍの管状素材であり、テストピースの化学成分
は、Ｃ：０．１％（重量％、以下同じ）、Ｓｉ：０．３
％、Ｍｎ：１．１％、Ｎｉ：０．５％、Ｍｏ：０．３
％、Ｃｒ：０．１％である。

【００１３】前記テストピースに対し、従来の熱処理、
本発明に係る熱処理、比較例の熱処理を夫々施した。

【００１４】従来の熱処理条件としては、図２に示すよ
うに、９３０℃（オーステナイト単相域）に加熱して水
冷する単相域焼入れと、８００℃（オーステナイト単相
域及びフェライト相の二相域）に加熱して水冷する二相
域焼入れとを、その記載順に行った後、降伏比低減が容
易な低温側焼戻し温度（具体的には、５５０℃）に加熱
した上で延性回復を図るべく長時間（具体的には、３０
時間）保持する焼戻しを行う、という熱処理条件を採用
した。

【００１５】これに対し、本発明に係る熱処理条件とし
ては、図１に示すように、９３０℃（オーステナイト単
相域）に加熱して水冷する単相域焼入れと、８００℃
（オーステナイト単相域及びフェライト相の二相域）に
加熱して水冷する二相域焼入れとを、その記載順に行っ
た後（この焼入れ条件は従来と同じ）、少なくとも延性
改善が容易な高温側の焼戻しを含む複数回の処理を繰り
返す一連の焼戻し、具体的には、延性改善が容易な高温
側焼戻し温度（具体的には、６００℃）で短時間（具体
的には、３時間）保持する最初の処理と、その処理に後
続して、降伏比低減が容易な低温側焼戻し温度（具体的
には、５５０℃）で短時間（具体的には、３時間）保持
する処理との組合せからなる一連の焼戻しを行う、とい
う熱処理条件を採用した。

【００１６】また、これらと比較する熱処理条件として
は、図３に示すように、９３０℃（オーステナイト単相
域）に加熱して水冷する単相域焼入れと、８００℃（オ
ーステナイト単相域及びフェライト相の二相域）に加熱
して水冷する二相域焼入れとを、その記載順に行った後
（これら焼入れ条件も、従来及び本発明と同じ）、延性
改善が容易な高温側の焼戻し、具体的には、延性改善が
容易な高温側焼戻し温度（具体的には、６００℃）で比
較的短時間（具体的には、５時間）保持する焼戻しを行
う、という熱処理条件を採用した。

【００１７】これら複数種の熱処理を個別のテストピー
スに施した後、各テストピースの機械的性質を夫々調査
した。その結果を表１に一覧する。

【００１８】

【表１】

【００１９】これらの結果から、本発明方法による場
合、従来方法に比して十分に短時間の処理でありながら
も、従来方法に匹敵する降伏比及び延性（具体的には、
伸び）の改善が行われていることが分かり、本発明方法
による前記作用・効果が実証された。尚、比較例におい
ては、降伏比及び延性のいずれもが満足できない結果と
なっている。

【００２０】次に、別実施例について説明する。上述の
実施例は、焼入れ後の焼戻しが２回だけ繰り返されるも
のであったが、３回以上繰り返される場合も、上述の実
施例と同等、又は、それ以上の効果がある。そして、３
回以上繰り返される焼戻しの温度は、先よりも後を常に
低温にするという必要性は必ずしもなく、先よりも後が
高くない温度に設定して（即ち、先と後とが一部同じで
もよい）、少なくとも最後が前記低温側焼戻し温度とな
るように設定すればよい。

【００２１】また、本発明方法の適用が可能な素材とし
ては、上述の実施例で使用した化学成分よりなる素材以
外の適宜素材、具体的には、炭素鋼若しくは低合金鋼、
又はそれら鋼の成分に相当する成分の鋳鋼よりなる素材
から適宜選択された素材が挙げられる。

【００２２】また、上述の実施例は、前記複数回の焼戻
しに先立つ焼入れとして、オーステナイト単相域に加熱
して急冷する通常の焼入れと、オーステナイト相及びフ
ェライト相の二相域に加熱して急冷する二相域焼入れと
をその記載順に実行する複合的な焼入れを行うものであ
ったが、本発明方法における前記複数回の焼戻しに先立
つ焼入れとして、前記複合的な焼入れ以外の各種焼入れ
を行う場合、例えば、低温からオーステナイト相の単相
域に加熱して急冷する通常の焼入れのみを行う場合、低
温からオーステナイト相とフェライト相との二相域に加
熱して急冷する二相域焼入れのみを行う場合、熱間加工
時や鋳造時等における熱間域からの直接焼入れ（前記二
相域焼入れを含む）を行う場合等、各種焼入れを行う場
合においても、本発明方法は有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の熱処理条件を示す説明図

【図２】従来の熱処理条件を示す説明図

【図３】比較例の熱処理条件を示す説明図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭素鋼若しくは低合金鋼、又はそれら鋼
   の成分に相当する成分の鋳鋼よりなる構造用素材に対し
   て焼入れを施し、且つ、その焼入れ後の素材に対して焼
   戻しを施すことにより、前記素材の強度を向上させ、且
   つ、前記素材の降伏比及び延性を改善させる構造用素材
   の熱処理方法であって、 前記焼戻しの条件として、少なくとも前記延性の改善が
   容易な高温側の焼戻しを含む複数回の処理を繰り返す条
   件を採用する構造用素材の熱処理方法。
2. 【請求項２】 前記複数回の処理における焼戻し温度
   を、少なくとも最初の処理では、前記延性の改善が容易
   な高温側焼戻し温度の範囲内に設定し、且つ、後続する
   処理では、先より後が高くない温度に設定して、少なく
   とも最後の焼戻し温度を前記降伏比の低減が容易な低温
   側焼戻し温度の範囲内まで降温させる請求項１記載の構
   造用素材の熱処理方法。
3. 【請求項３】 オーステナイト単相域に加熱して急冷す
   る通常の焼入れと、オーステナイト相及びフェライト相
   の二相域に加熱して急冷する二相域焼入れとをその記載
   順に行って、前記複数回の焼戻しに先立つ焼入れを行う
   請求項１又請求項２記載の構造用素材の熱処理方法。