JPH07242943A - 急速焼戻しによる高張力鋼の製造方法 - Google Patents

急速焼戻しによる高張力鋼の製造方法

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JPH07242943A
JPH07242943A JP3615594A JP3615594A JPH07242943A JP H07242943 A JPH07242943 A JP H07242943A JP 3615594 A JP3615594 A JP 3615594A JP 3615594 A JP3615594 A JP 3615594A JP H07242943 A JPH07242943 A JP H07242943A
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steel
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toughness
strength
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JP3615594A
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Rikio Chijiiwa
力雄 千々岩
Hiroshi Tamehiro
博 為広
Seiji Isoda
征司 磯田
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は靭性の優れた高張力鋼の高能率な製
造方法に関するものである。 【構成】 相当量のTiを添加した鋼を圧延後の850
℃以上の温度からただちに常温まで水冷し、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、その
後、鋼板のスケールを排除して、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−150℃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、空冷及び水冷により常温まで冷却することを
特徴とする急速焼戻しによる高張力鋼板の製造方法。本
発明により製造した鋼は靭性が良好で、高張力を兼ね備
えており、大型の建築物等への適用が可能である。

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で、高能率
な焼戻し処理により靭性が良好な高張力鋼板の製造方法
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
高張力鋼の殆どは焼入れ、焼戻し処理により製造されて
いた。このような製造法では、高い強度は得られるが、
強度が高くなるほど靭性が悪くなる欠点を有していた。
また、製造コストが高く、製造に要する時間も長いた
め、生産性が悪い等の問題点を含んでいた。このため、
従来の熱処理法を補う方法として、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。
【0003】しかしながら、このような技術では、焼戻
し工程が従来の方法であるため、強度と靭性の両特性を
確保するため、高価な合金元素(Ni,Mo等)を添加
する必要があった。また、生産性が悪く、製造コストの
増加は避けられなかった(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挿入して、
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、昇温と保持をあわ
せた時間が長くなっていた)。
【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靭性が良好な高張力鋼板の
製造技術を提供するものである。本発明により製造した
鋼は靭性が良好で、高張力を兼ね備えており、大型の建
築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、重量比
で、C:0.06〜0.20%、Si:1.0%以下、M
n:1.0〜1.8%、P:0.020%以下、S:
0.010%以下、Al:0.05%以下、Ti:0.
02〜0.05%、N:0.006%以下、及びNi:
1%以下、Mo:0.5%以下、Cu:0.5%以下、
Cr:0.5%以下、B:0.003%以下の一種また
は二種以上を添加し、残部がFe及び不可避的不純物か
らなる鋼を1150〜1250℃の温度で加熱し、圧延
後の850℃以上の温度からただちに常温まで水冷し、
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、その後、鋼板のスケールを排除して、800〜10
00℃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−150℃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、空冷及び水冷により常温まで冷却す
る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。強度が580N/mm2 以上の靭性が良好な高張力鋼
の製造法は再加熱の焼入れ、焼戻し処理で製造する方法
が一般的である。また、焼入れを圧延直後に行う直接焼
入れる方法(DQ)が使用される場合もある。しかしな
がら、このような方法では、強度の増加と共に靭性は劣
化する傾向であった。
【0007】本発明では、強度増加と靭性劣化の原因に
ついて研究し、鋼成分中に相当量のTiを添加した鋼を
1150〜1250℃に加熱し、圧延後の850℃以上
の温度から水冷して焼入れ、その後、焼戻しを急速に行
うことにより高強度化と良好な靭性が達成できることを
見いだしたもので、その現象を以下に述べる。
【0008】従来の焼戻し工程で生じる一般的な冶金現
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
生成、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。マルテンサイトから排出したセメン
タイトとベイナイト中のセメンタイトが粗大化する。
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。
【0009】このため、高強度化と良好な靭性の両特性
を向上させるには、との冶金現象を促進し、,
の冶金現象を抑制することが重要である。本発明者らは
鋭意検討した結果、急速加熱のテンパー処理によりの
冶金現象を起こさせることを見いだした。また、の冶
金現象のうち、TiとNの原子当量以上のTiの添加に
より目的を達することを見いだした。すなわち、0.0
2〜0.05%のTiを添加した鋼を1150〜125
0℃に加熱してTiN以外のTi(この温度ではTiN
は固溶しない)を固溶化し、圧延後水冷することにより
Tiの固溶状態の常温まで持ちこし、急速加熱の焼戻し
により微細なTiCとして析出させる方法である。
【0010】この方法によれば、TiCが極微細に析出
するため、強度向上効果が大きく、靭性も劣化しない。
従来の焼戻し法では、TiC,NbC,V4 3 等の効
果はすべて強度は向上させるが、靭性は劣化する傾向で
あった。特に、TiCは強度向上効果も大きいが、靭性
の劣化が極めて大きいことが知られていた。また、圧延
後の850℃以上の温度から水冷する理由は、これより
低い温度から水冷するとフェライトの変態がはじまり、
強度が低下するためである。
【0011】さらに、急速焼戻し法は、圧延後の水冷に
よりマルテンサイト、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−150
℃〜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、常温まで空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0.3℃/秒の昇
温速度の急速加熱をする場合、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所定の
温度で保持しない方法では、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、
同一熱処理鋼板内での材質変動が大きくなり、実用には
適さない。
【0013】また、熱処理炉の温度を焼戻し温度(A1
点−150℃〜A1 点+50℃以下)より大幅に高い8
00〜1000℃に保持する理由は、800℃未満では
昇温速度が遅く(昇温速度は熱処理炉の保持温度が高い
ほど速くなる)、結果として高温にさらされる時間が長
くなり、セメンタイト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、1
000℃超では、板厚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、鋼板表面の温度(到達温度:焼戻
し温度)をA1 点−150℃〜A1点+50℃以下の範
囲とする理由はA1 点−150℃未満の温度では、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℃超の温度では、セメンタイ
トの粗大化が顕著となり、強度が低下するだけでなく、
靭性も劣化するためである。次に、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空冷〜水冷す
る理由は、上述の理由と同じで、昇温速度を速くして
も、保持をすることにより急激にセメンタイトが粗大化
するためである。
【0015】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。本発明法での焼戻し処理に要する
時間は従来法に対し格段に短くなる。すなわち、処理時
間は板厚により異なるが、従来法の1/3〜1/5程度
の時間で処理ができるため経済的に大きなメリットであ
る。本発明鋼は従来にない短時間の焼戻し処理で、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。
【0016】鋼の個々の成分規制範囲について述べる前
に、本発明で最も重要な元素であるTi量の制限範囲に
ついて述べる。溶鋼中に添加されたTiはその凝固冷却
後にかなりの量は固溶状態であるが、一部はTiCやT
iNとして析出する。このため次工程でTiN以外のT
iを一旦固溶させる必要があり、鋼の加熱温度は115
0℃以上が必須である。この場合、1150℃以上の温
度で固溶できるTi量はN量により差がでるが(TiN
はこの温度では、殆ど固溶しない)約0.02%程度で
ある。
【0017】加熱温度をあげることにより固溶するTi
量は増加するが1250℃でも、0.03%程度であ
る。加熱温度をあげることによりさらに多くのTiの固
溶が可能であるが、1250℃超の温度では、オーステ
ナイト粒の粗大化が著しく、靭性を劣化させる要因とな
るため、加熱温度は1250℃が上限の温度である。ま
た、1150℃、1250℃の加熱温度条件ともに、T
iNとして使用されるTi量が0.02%程度となるた
め、適正なTi量は0.02〜0.05%である。すな
わち、0.02%未満のTi量ではTiC生成による強
度向上は期待できず、0.05%超では、添加したTi
が固溶できず、有効に活用できないためである。
【0018】次に、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、
0.06%未満では十分な強度が得られないため、下限
を0.06%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。Mnは強度、靭性を確
保するため不可欠な元素であり、1.0%以上の添加が
有効である。しかしながら、1.8%以上では溶接性を
害するため上限を1.8%とした。
【0019】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でやすくなるため上
限を0.05%とした。Nは多すぎるとBの焼入れ性向
上効果を失い、スラブ鋳造時の表面割れがでやすくなる
ため、上限を0.006%とした。
【0020】次に、選択元素であるNi,Mo,Cu,
Cr,Bを添加する理由を述べる。Ni,Mo,Cr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、それぞれの上
限をNi:1%以下、Mo:0.5%以下、Cr:0.
5%以下とした。
【0021】また、Cuの0.5%以下の添加はNiや
Crと同様に、焼入れ性を向上させ、強度や靭性を確保
するため重要であるが、0.5%超では、通常、Cuク
ラスターを生成して強度を向上させるが、本発明の製造
法では析出硬化が起きず、これ以上の添加は効果がな
い。このため、上限を0.5%とした。Bは焼入れ性を
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、0.003%を上限とした。
【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(TS)と靭性(vTrs)の関係を
示す。
【0023】
【表1】
【0024】
【表2】
【0025】表1,図1に示すように発明鋼は高強度
(TS≧644N/mm2 )で、良好な靭性(vTrs≦
−65℃)を示し、強度特性と靭性のバランスが良好で
ある。これに対し、比較鋼11では、焼入れ焼戻し法は
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。比較鋼12
では、焼入れ焼戻し法は発明鋼と同じであるが、Mnが
低すぎるため強度は良好であるが、靭性が不十分であ
る。比較鋼13では、焼入れ焼戻し法は発明鋼と同じで
あるが、Cが低すぎるため、靭性は良好であるが、強度
が不十分である。
【0026】比較鋼14では、焼入れ焼戻し法は発明鋼
と同じであるが、Cが高すぎるため、強度、靭性とも不
十分である。比較鋼15では、焼入れ焼戻し法は発明鋼
と同じであるが、強度向上のためNbやVが相当量添加
されているが、その効果が少なく、強度が不十分で、靭
性も不十分である。比較鋼16〜18では、鋼成分は発
明鋼と同じであるが、製造法が発明鋼と異なるため、い
ずれも強度は良好であるが、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な焼戻し
処理により靭性が良好な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、靭性の関係を示す図
表。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量比で、 C :0.06〜0.20%、 Si:1.0%以下、 Mn:1.0〜1.8%、 P :0.020%以下、 S :0.010%以下、 Al:0.05%以下、 Ti:0.02〜0.05%、 N :0.006%以下、 更にNi:1%以下、Mo:0.5%以下、Cu:0.
    5%以下、Cr:0.5%以下、B:0.003%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1150〜
    1250℃の温度で加熱し、圧延を850℃以上で終了
    し、圧延後850℃以上の温度からただちに常温まで水
    冷し、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、その後、鋼板のスケールを排除して、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−15
    0℃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、空冷及び水冷により常温まで
    冷却する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。
JP3615594A 1994-03-07 1994-03-07 急速焼戻しによる高張力鋼の製造方法 Withdrawn JPH07242943A (ja)

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