JPH08120339A - 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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JPH08120339A
JPH08120339A JP28400994A JP28400994A JPH08120339A JP H08120339 A JPH08120339 A JP H08120339A JP 28400994 A JP28400994 A JP 28400994A JP 28400994 A JP28400994 A JP 28400994A JP H08120339 A JPH08120339 A JP H08120339A
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JP
Japan
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less
steel plate
steel sheet
strength
tempering
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JP28400994A
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English (en)
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Rikio Chijiiwa
力雄 千々岩
Yuzuru Yoshida
譲 吉田
Naoki Doi
直己 土井
Riyousuke Saigo
良介 雑喉
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高能率の焼戻し処理により高靱性の高張力鋼
板を製造する。 【構成】 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、N
i:1%以下、Cu: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および不可避的不
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の表裏面のス
ケールを排除し、四周端に耐火塗料を上面の端部から 1
00〜 200mmの範囲と端面に塗布し乾燥させる。その鋼板
を 800〜1000℃に加熱した熱処理炉で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+50
℃以下の所定の温度に到達した後ただちに炉外へ出し、
空冷または水冷する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は急速焼戻しによる高靱性
の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
の鋼の殆どは焼入れ、焼戻し処理により製造されてい
た。一般に焼入れ焼戻し処理は強度と靱性を確保する手
段として有効とされている。焼入れにより、ミクロ組織
として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と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。また、焼戻し工程で
生じる主な冶金現象としては、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。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の焼戻し法は、5
50〜680℃に保持し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おきる。このため、、の
冶金現象で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っていた。従って、
焼入れで高強度化しても、焼戻し条件が過剰なため急激
な強度低下や靱性の劣化が起きていた。また、この様な
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。
【0004】このため、従来の熱処理法の欠点を補う方
法として、例えば特開昭59−142898号公報に記
載のように、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。しかしながら、これでは材質は多少
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かった。
【0005】また、特願平4−50890号明細書に
は、この問題を急速焼戻し法で解決することが記載され
ている。しかしこの方法では、急速焼戻し時に鋼板端部
の過加熱は避けられず、鋼板全体の安定した材質が得ら
れ難い大きな欠点を有していた。
【0006】すなわち、従来の焼戻し法は鋼板全体の材
質の変動は少ないが、高強度化や高靱性化に不利であ
り、急速焼戻し法は高強度化や高靱性化には有利である
が、鋼板全体の材質の変動が大きいという問題点を含ん
でいた。
【0007】本発明は、高能率な焼戻し処理により高靱
性の高張力鋼板を製造することを可能とする。
【0008】
【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およ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の表裏面のスケールを
排除したのち、鋼板の先端、後端、左端、および右端の
四周端に耐火塗料を上面の端部から100〜200mm
の範囲と端面に塗布し乾燥させ、その鋼板を800〜1
000℃に加熱した熱処理炉に挿入し、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、空冷または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。
【0009】
【作用】過剰な炭素の固溶状態をなくし、且つ炭化物の
粗大化を抑制すれば、従来の方法では到達できなかった
強度、靱性を得ることができる。すなわち、鋼板端部の
過加熱を防止しながら急速加熱で所定の温度まで昇温
し、保持しないで空冷または水冷すればよい。この様な
方法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
や巾の種類が極めて多いため、工業的な実用化はコスト
や温度精度確保の問題から無理と考えられていた。
【0010】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を大きく受け、特に8
00〜1000℃の熱処理炉でA1 点−200℃以上A
1 点+50℃以下の範囲に加熱して保持時間を取らない
場合には、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。さらに、鋼板
位置による到達温度の差を少なくするため、鋼板中央部
に比べ過加熱となり易い鋼板端部の加熱時の熱遮蔽が重
要である。このため、本発明では耐火塗料を塗布するこ
とにした。耐火塗料の塗布は板厚により異なるが、端部
より100〜200mmの範囲の塗布で過加熱を防止で
きる。
【0011】図1は900℃に加熱した熱処理炉に鋼板
を挿入し、600℃の急速焼戻しを行った場合の板厚2
0mmの鋼板の端部に耐火塗料を塗布した例と塗布しな
い例の鋼板各部における板厚中心の温度分布を示す。耐
火塗料を塗布すると、鋼板端部の25mm位置でも温度
は690℃であったが、塗布しないと780℃に達して
いた。また、鋼板内部では端部から離れるに従い温度が
低下する傾向があるが、耐火塗料の塗布有り、無しの差
は認められる。安定した材質を得るためには、耐火塗料
を塗布しない場合は50〜100mm程度の端部の切り
捨てが必要であるが、本発明法により製造した鋼板では
切り捨ては不要である。これは耐火塗料が炉内で加熱中
に膨張し、熱を遮るためである。
【0012】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
物が粗大化し、転移が喪失するため強度や靱性が劣化
し、1000℃超では耐火塗料の効果が失われて鋼板位
置による到達温度の差が100℃を超えるためである。
【0013】鋼板表面の加熱到達温度をA1 点−200
℃以上A1 点+50℃以下とする理由は、A1 点−20
0℃未満の温度では過剰な炭素の固溶状態がなくなら
ず、靱性が回復しないためであり、A1 点+50℃超の
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、靱性も劣化するためである。
【0014】つぎに、所定の温度に達した後、保持しな
いでただちに炉外へ出して空冷または水冷する理由は、
炭化物を粗大化させずに強度や靱性を確保するためであ
る。
【0015】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
トがある。本発明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、鋼成分が重
要であり、以下これについて述べる。
【0016】鋼の個々の成分範囲について述べる前に、
急速焼戻しに適した成分系の考え方を述べる。急速焼戻
し法を前提とした場合、これに適する成分系は、鋼成
分に析出硬化元素を添加しないこと、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ことの2
条件とも満たすことが必要である。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
析出硬化元素を添加してもその効果が期待できないため
である。については、マルテンサイトは急速焼戻しで
十分に分解されてセメンタイトとなり、靱性が改善され
るためである。逆に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し、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、靱性が改善できない。す
なわち、本発明は焼入れ時に靱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、強度や靱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靱性を向上させるものである。
【0017】つぎに、個々の合金元素の制限範囲につい
て述べる。
【0018】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。
【0019】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。
【0020】Mnは強度、靱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%超では溶接性を害するため上限を2.
0%とした。
【0021】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、母材靱性や溶接性
を劣化させないためである。
【0022】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
出やすくなるため上限を0.05%とした。
【0023】MoはMnとともに重要な元素であるが、
0.5%を超えて添加すると溶接性を害するため0.5
%を上限とした。
【0024】Bは焼入れ時にオーステナイトからフェラ
イトへの変態を抑制し、焼入れ性を向上させる効果があ
る。しかしながら、過渡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。
【0025】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
渡の添加はTiCを生成して靱性を著しく阻害するた
め、上限を0.02%とした。
【0026】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やすくなるため、上限を0.006
%以下とした。
【0027】Ni、Cu、Crの添加はいずれも鋼の焼
入れ性を向上させ、強度や靱性を確保するため重要であ
るが、過渡の添加は鋼の靱性や溶接性、溶接部の靱性を
害するため、それぞれの上限をNi1%以下、Cu0.
5%以下、Cr0.5%以下とした。
【0028】
【実施例】表1に鋼板の化学成分、表2に鋼板の製造条
件、表3に鋼板の機械的特性を示す。また、図2に製造
した鋼板の代表例について端部(端より25mm位置)
の硬さ分布を示す。
【0029】
【表1】
【0030】
【表2】
【0031】
【表3】
【0032】表3に示す様に実施例による鋼板の強度や
靱性は極めて良好であり、引張強度で640〜740N
/mm2 を示し、−40℃のシャルピー値も240Jを
超える値で、強度・靱性バランスが良好である。
【0033】これに対し、比較例11は、焼戻し法は本
発明によったが、鋼成分のMnが低過ぎ、強度は良好で
あったが靱性が不十分であった。
【0034】同様に、比較例12は、焼戻し法は本発明
によったが、鋼成分のMnが高く、強度は十分満足でき
たが靱性は不十分であった。
【0035】比較例13は、Cが低すぎるため、焼戻し
法は本発明によったにもかかわらず、強度は満足してい
たが靱性が不十分であった。
【0036】比較例14は、Cが高すぎるため、焼戻し
法は本発明によったにもかかわらず、強度は満足してい
たが靱性が不十分であった。
【0037】比較例15は、Bが添加されていないた
め、焼戻し法は本発明によったにもかかわらず、強度は
満足していたが靱性が不十分であった。
【0038】比較例16は、Moが添加されていないた
め、焼戻し法は本発明によったにもかかわらず、強度は
満足していたが靱性が不十分であった。
【0039】比較例17、18は、鋼成分は本発明によ
り、焼戻し法も端部の耐火塗料塗布以外は本発明によっ
たため、代表位置の強度・靱性は良好であった。しかし
ながら、図2に示す様に、鋼板端部の硬さ分布で、表面
に近い部分で硬さが急激に低下しており、硬さから換算
した引張強度も代表位置に比較して80〜100N/m
2 も低いため、実用上問題となる。
【0040】
【発明の効果】本発明は、工業的に可能な高能率の焼戻
し処理により高靱性の高張力鋼板を製造できる。本発明
法により製造した鋼板は高靱性と高張力を兼ね備えてお
り、大型の溶接構造物等への使用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】鋼板急速焼戻し時の鋼板端部からの距離と鋼板
温度との関係を示す図である。
【図2】実施例において製造した鋼板の代表例について
端部の硬さ分布を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 雑喉 良介 東京都千代田区大手町2−6−3 新日本 製鐵株式会社内

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を含有し、残
    部がFeおよ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
    織とした鋼板の表裏面のスケールを排除したのち、鋼板
    の先端、後端、左端、および右端の四周端に耐火塗料を
    上面の端部から100〜200mmの範囲と端面に塗布
    し乾燥させ、その鋼板を800〜1000℃に加熱した
    熱処理炉に挿入し、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、空冷
    または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。
JP28400994A 1994-10-25 1994-10-25 急速焼戻しによる高張力鋼板の製造方法 Pending JPH08120339A (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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