JPH10502706A

JPH10502706A - 高強度鋼構造部材の温間加工

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Publication number: JPH10502706A
Application number: JP8505022A
Authority: JP
Inventors: エム．，ジュニアガラガー，ヒュー
Original assignee: コンソリデイティッドメタルプロダクツ，インコーポレイテッド
Priority date: 1994-07-15
Filing date: 1995-06-16
Publication date: 1998-03-10
Anticipated expiration: 2023-02-20
Also published as: DK0777752T3; AU2865395A; BR9508280A; JP4049809B2; DE69522228T2; MX9700410A; KR100386389B1; EP0777752A1; DE69522228D1; WO1996002675A1; ATE204341T1; PT777752E; CA2194067C; JP2007332464A; ES2160711T3; US5454888A; EP0777752B1; KR970704893A; AU697328B2; CA2194067A1

Abstract

(57)【要約】高強度鋼構造部材、および少なくとも約８００Ｎ／ｍｍ²（１２００００プサイ）の引張り強度および少なくとも約６００Ｎ／ｍｍ²（９００００プサイ）の降伏強度を有する高強度鋼材の素材を準備し、その素材の強度特性を実質的に保持するか高める状態で所望幾何形状の部材を作るように該素材を温間加工することで高強度鋼構造部材を作る方法が開示される。

Description

【発明の詳細な説明】高強度鋼構造部材の温間加工発明の分野本発明は高強度鋼構造部材を製造する方法に係わり、特に高強度鋼の素材をその高強度特性を保持したままで所望の幾何断面形状を有する構造部材に温間加工する方法に関する。発明の背景高強度鋼部品および構造部材はこれまではいずれも当該技術分野で周知の冷間鍛造または熱間鍛造の技術を用いて加工されてきた。鋼材の熱間鍛造または圧延においては、材料をまず約１０９３°Ｃ（２０００°Ｆ）以上に加熱する。このような熱間加工温度では、鋼材にかなりのスケールおよび脱炭が生じ得る。多数の応用例に関しては、スケールおよび脱炭の生じた表面を除去して最終部材または部品を得るようにしなければならず、既知の熱間加工技術は相当量の材料の浪費を生じている。更に、これらの技術はスケールを除去するために処理段階を増やさねばならないので費用が高くなり、また高温であるためにエネルギー消費が大きい。他方では、部品および構造部材を冷間加工するにも同様な欠点がある。部材または部品は室温またはそれに近い温度で加工されるので、再形成または加工段階にはかなり大きな力が必要とされる。このことは、順次に所望形状へと材料が加工される一連の冷間加工段階をしばしば必要とする。このことは型の摩耗、およびそれらの処理に関係する騒音を増大させる。更に、一連の加工段階にわたりかなりの程度に材料が加工されるならば、部材または部品の強度は高まり、それ故に連続する冷間加工作業の中間にて焼鈍して、内部応力を除去しなければならず、このことは時間およびそのような処理の経費を高める。上述の欠点を避けるために、材料から構造部材および部品を加工するのに中間的な温度での温間加工を用いることができ、これらの温度は材料の強度を低下させるのに十分で、これにより加工を容易になし、そのうえスケールや脱炭の生じる熱間加工温度より低い。このような１つの温間加工方法が米国特許第3557587 号に開示されている。相当数の他の特許は、「温間」温度で実施されて脱炭およびスケール発生の欠点を避け、および（または）所望の冶金学的および機械的な性質を鋼材に与える圧延および押出し段階を含む方法を開示している。米国特許第2767836 号、第 2767837号、第 2880855号、第 3076361号、第 3573999号および「鋼材の温間加工」ゴキュー氏他、日本金属学会の翻訳、１９８６年、第９巻、補填版、第177 〜181 頁を参照のこと。更に、温間加工または温間鍛造段階を含み、鋼材バー、ロッドまたはビットを曲げまたは鍛造して所望製品を形成する他の周知の方法もある。米国特許第2953 794 号、第 3720087号、第 3877281号、第 4312210号、第 4317355号、第460885 1 号および第 4805437号を参照のこと。上述の引例のいずれかが従来技術を適正に代表していること、またはこれらの引例が最も良い材料の引例であるとの説明はなされない。これまでは、素材を所望の形状に形成する温間加工段階を含んでいて、これにより構造部材の機械的特性が元々の素材の有するそれらの特性と実質的に同じかそれより高く保持されるような、また部材が増強処理段階を追加せずに作られて機械的強度特性を部材に与えるような、所望の高強度特性を有する鋼素材から高強度鋼構造部材を作る方法はなかった。発明の概要本発明の方法は、高強度鋼素材から広範な高強度鋼構造部材を作るのに有用である。特に、実質的に全長にわたって均一な横断面形状を有する細長い高強度鋼部材に有用である。例えば、Ｏ，Ｌ，Ｃ，Ｚ，Ｔ，Ｉ，Ｗ，Ｕ，Ｖ字形を有する構造部材および他の部材は、本明細書で開示する鍛造または加工処理によって形成することができる。本明細書で使用する「素材」なる用語は通常の意味、すなわち所望の幾何形状を有する最終部材となるように温間加工されるべき金属片という意味を有する。素材はワイヤー、ロッド、バーストックおよびその切片（すなわち幅または厚さに比例した長さの鋼片）のような金属片を含む。素材は、構造部材が横断面形状に含まれる少なくとも１つのフランジを有することで、構造部材とは異なる。このフランジは、横断面形状の全外径寸法よりも厚さが薄く、構造部材に対して増大した荷重支持能力を与える部材である。本発明は少なくとも約８００Ｎ／ｍｍ²（１２００００プサイ）の引張り強度および少なくとも約６００Ｎ／ｍｍ²（９００００プサイ）の降伏強度を有する高強度鋼材の素材から高強度鋼構造部材を作る方法に関する。１つの見地によれば、本発明により、所望の幾何形状を有する構造部材を形成するために素材を温間加工し、これにより引張り強度および降伏強度の機械的性質が素材と実質的に同じかそれより高い高強度鋼構造部材を高強度鋼材の素材から作る方法が提供される。本発明はまた、高強度鋼材の素材の温間加工を含み、これにより引張り強度および降伏強度の機械的性質が素材と実質的に同じかそれより高い高強度鋼構造部材を作る方法であって、引張り強度および降伏強度の所望の機械的性質を有する部材が更なる増強処理段階を必要とせずに作られるような高強度鋼構造部材を作る方法が提供される。本発明の原理、目的および利点は、以下の詳細な説明を参照して更に理解されるであろう。発明の詳細な説明本明細書では、構造部材は少なくとも１つのフランジを含む均一な横断面形状の細長い部材である点で、素材は構造部材と区別される。フランジは、横断面形状の全外径寸法（すなわち構造部材の幅、高さまたは外径）よりも厚さの薄い部材である。フランジは構造部材に対して増大した荷重支持能力を与えることで、構造部材を素材から区別する。換言すれば、フランジのある構造部材はそれと同じ材料組成および性質を有するフランジのない部材よりも大きな荷重支持能力を有する。荷重は、端部荷重として軸方向に、側部荷重または構造部材に加えられる他のいずれかの形式の荷重として横方向に作用される。フランジは構造部材の残りの部分に対して連続して、または不連続に一体形成される。不連続なフランジの例は、Ｉ形梁の中央部分に対する上下部分、またはＬ形トラスの一方の脚に対する他方の脚である。連続フランジの例は、Ｏ形構造部材の横断面形状のいずれかの弦（コード）すなわち部分である。少なくとも１つのフランジを有する構造部材の例は、Ｏ，Ｌ，Ｃ，Ｚ，Ｉ，Ｔ，Ｕ，ＶおよびＷ形の部材である。好ましい実施例において、高強度鋼構造部材を作る本発明の方法はフェライト −パーライト顕微鏡組織を有し、引張り強度が少なくとも約８００Ｎ／ｍｍ²（１２００００プサイ）、好ましくは少なくとも約１０００Ｎ／ｍｍ²（１５００００プサイ）、および降伏強度が少なくとも約６００Ｎ／ｍｍ²（９００００プサイ）、好ましくは少なくとも約８７０Ｎ／ｍｍ²（１３００００プサイ）有する高強度鋼材の素材を準備することを含む。１形態においては、素材として用いられる高強度鋼材は、上記引張り強度および降伏強度の機械的性質を有する素材を得るために熱間押し抜き（hot reducing）および冷間引抜きが行われた。高強度鋼材は以下の組成、すなわち重量％で炭素約０．３０〜約０．６５％マンガン約０．３０〜約２．５％アルミニウム、ニオビウム、チタンおよびバナジウム、およびそれらの混合物よりなる群から選ばれた少なくとも１つの鉄の結晶粒調質剤有効量約０．３５％まで鉄残部によって具現される。更に好ましい形態においては、高強度鋼材は以下の組成、すなわち重量％で炭素約０．４０〜約０．５５％マンガン約０．３０〜約２．５％アルミニウム、ニオビウム、チタンおよびバナジウム、およびそれらの混合物よりなる群から選ばれた少なくとも１つの鉄の微粒化材（ferrous grain refiner）有量約０．２０％まで鉄残部を有する。更に好ましい形態においては、高強度鋼材は以下の組成、すなわち重量％で炭素約０．５０〜約０．５５％マンガン約１．２０〜約１．６５％アルミニウム、ニオビウム、チタンおよびバナジウム、およびそれらの混合物よりなる群から選ばれた少なくとも１つの鉄の微粒化材有効量約０．０３〜約０．２０％鉄残部を有する。アルミニウム、ニオビウム（すなわちコロンビウム）、チタンおよびバナジウムは微粒化材として作用し、バナジウムは最も好ましい微粒化材である。更に、理解すべきは、本明細書に掲載し請求した組成は、本発明の実施に影響することのない他の元素を含み得るということである。上述で与えられた引張り強度および降伏強度の機械的性質を有する素材は、しかる後約１５０°Ｃ〜約６５０°Ｃ（約３００°Ｆ〜約１２００°Ｆ）で温間加工されて所望の幾何形状を有する構造部材を形成するようになされ、これにより構造部材の引張り強度および降伏強度の機械的性質は素材と実質的に同じかそれより高くなる。構造部材が加工される温度は用いられる鋼材の化学組成に関係する。上述にて与えられた引張り強度および降伏強度の機械的性質を有する加工された構造部材は、その温間加工に続けて他のいかなる増強処理段階も必要と線図に作られる。本発明の方法において開始片として用いられる少なくとも約８００Ｎ／ｍｍ² （１２００００プサイ）の引張り強度および少なくとも約６００Ｎ／ｍｍ²（９００００プサイ）の降伏強度を有する高強度鋼材の素材は、当該技術分野で周知のいずれかの適当な方法で作られる。そのような１つの方法が本発明の発明者に付与された米国特許第 3904445号に開示されており、その明細書の全てが参照することで本明細書に組み入れられる。この米国特許第 3904445号は、Ｕボルトを含むねじ固定具の製造に特に有用な形式の高強度鋼バーストック(bar stock)を作る処理シーケンスを開示している。記載された処理では、作られたバーストックはＡＳＴＭ規格Ｎｏ．５〜Ｎｏ．８の微細結晶粒の組織を有する。開示された処理では、或る開示範囲に合致する組成を有する鋼材は、最終ゲージで１０％〜１５％までの標準的な熱間押し抜き加工を受ける。この熱間押し抜きを行ったバーストックは、次ぎに急速空冷のために個別片に切断すなわち裁断される。しかる後、熱間押し抜きバーストックの個別片は最終ゲージにまで冷間仕上げ加工される。最終段階は、機械的強度特性を向上させるための制御された応力除去段階である。この応力除去段階はバーストックの切片を約２６０°Ｃ〜約４５５°Ｃ（約５００°Ｆ〜約８５０°Ｆ）の温度範囲で約１時間加熱するが、これはしてもしなくてもよい。したがって、応力除去を施され、または施されないこのようなバーストックが高強度鋼の開始素材を形成するのに用いられる。以下の例は、上述した米国特許第 3904445号に開示された方法により製造された高強度鋼バーストックから構造部材を作るための本発明の実際例を示す。例高強度１５５２鋼製のＩ形梁ストックは以下の組成、すなわち重量％で炭素０．５２％マンガン１．４３％燐０．００９％硫黄０．０１７％珪素０．２２％バナジウム０．０７５％クロム０．０５％モリブデン０．０１％鉄残部ストックの中央部分は４．５０ｍｍ（０．１７７インチ）の厚さを有し、上部および下部の各フランジは約４．０６ｍｍ（０．１６インチ）の厚さを有していた。Ｉ形梁ストックの全高は６７．１ｍｍ（２．６４インチ）で、全幅は各フランジと同じ幅、特に４６．３６ｍｍ（１．８２５インチ）であった。３．１８ｍｍ（０．１２５インチ）半径の隅肉結合により中央部分の各面は各フランジに対して結合された。このＩ形梁ストックは約３０．５ｃｍ（１フィート）の長さに裁断された。ストックは９１０Ｎ／ｍｍ²（１３３０００プサイ）の引張り強度および６１０Ｎ／ｍｍ²（８９０００プサイ）の降伏強度を有することを試験された。このＩ形梁ストックは４２５°Ｃ（８００°Ｆ）に加熱され、９１０ｋＮ（６５０００ポンド）の力でテーパーのあるダイを通して押し出されて、仕上げられたＩ形梁構造部材が温間加工された。この温間加工されたＩ形梁は４６．３６ｍｍ（１．８２５インチ）の全幅およびを有し、６７．１ｍｍ（２．６４インチ）の全高を有していた。Ｉ形梁の中央部分は約４．０６ｍｍ（０．１６インチ）の厚さで、一対の間隔を隔てた厚さ３．９４ｍｍ（０．１５５インチ）の上部および下部フランジの間を延在していた。それ故に、各フランジの厚さ（３．９４ｍｍ（０．１５５インチ））は梁の全外径寸法、すなわち幅（４６．３６ｍｍ（１．８２５インチ））または高さ（６７．１ｍｍ（２．６４インチ））より小さい。３．１８ｍｍ（０．１２５インチ）の半径の隅肉は中央部分すなわちウェブと上部および下部フランジとの間の接合部の各面に形成された。温間加工されたＩ形梁は９８０Ｎ／ｍｍ²（１４１６００プサイ）の引張り強度および約８１０Ｎ／ｍｍ²（１１７３００プサイ）の降伏強度を有することを試験された。仕上げられたＩ形梁の引張り強度および降伏強度の機械的性質はストックが元元有していた機械的性質よりも高く、それ故にその他の増強処理段階は不要であった。仕上げられた部材は、バーストックまたはビレットが元々有していた所望される延性の機械的性質を十分に有しており、それ故に靭性を向上させるための更なる処理の必要性は一般に省略できる。しかしながら、このＩ形梁の構造部材の或る種の用途に関しては、応力除去段階が必要となる。特に部材の所望される高強度の機械的性質を発生させるために冷間加工の後に熱処理が用いられる従来技術の方法に比較して、本発明により作られた仕上げられた構造部材は狭い特性範囲に合致する機械的性質を一貫して有するようである。したがって、本発明は狭い特性範囲に合致する高強度鋼構造部材を一貫して製造できるようである。したがって、本発明の他の特徴によれば、この方法は素材を構造部材に温間加工し、これにより引張り強度および降伏強度の機械的性質は素材の機械的性質に実質的に等しいかそれより高くなる。本発明の範囲は本明細書に与えられた例で制限されるものではなく、添付の請求の範囲によって制限されるのである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８【提出日】１９９６年８月７日【補正内容】明細書高強度鋼構造部材の温間加工発明の分野本発明は高強度鋼構造部材を製造する方法に係わり、特に高強度鋼の素材をその高強度特性を保持したままで所望の幾何断面形状を有する構造部材に温間加工する方法に関する。発明の背景高強度鋼部品および構造部材はこれまではいずれも当該技術分野で周知の冷間鍛造または熱間鍛造の技術を用いて加工されてきた。鋼材の熱間鍛造または圧延においては、材料をまず約１０９３°Ｃ（２０００°Ｆ）以上に加熱する。このような熱間加工温度では、鋼材にかなりのスケールおよび脱炭が生じ得る。多数の応用例に関しては、スケールおよび脱炭の生じた表面を除去して最終部材または部品を得るようにしなければならず、既知の熱間加工技術は相当量の材料の浪費を生じている。更に、これらの技術はスケールを除去するために処理段階を増やさねばならないので費用が高くなり、また高温であるためにエネルギー消費が大きい。他方では、部品および構造部材を冷間加工するにも同様な欠点がある。部材または部品は室温またはそれに近い温度で加工されるので、再形成または加工段階にはかなり大きな力が必要とされる。このことは、順次に所望形状へと材料が加工される一連の冷間加工段階をしばしば必要とする。このことは型の摩耗、およびそれらの処理に関係する騒音を増大させる。更に、一連の加工段階にわたりかなりの程度に材料が加工されるならば、部材または部品の強度は高まり、それ故に連続する冷間加工作業の中間にて焼鈍して、内部応力を除去しなければならず、このことは時間およびそのような処理の経費を高める。上述の欠点を避けるために、材料から構造部材および部品を加工するのに中間的な温度での温間加工を用いることができ、これらの温度は材料の強度を低下させるのに十分で、これにより加工を容易になし、そのうえスケールや脱炭の生じる熱間加工温度より低い。このような１つの温間加工方法が米国特許第3557587 号に開示されている。相当数の他の特許は、「温間」温度で実施されて脱炭およびスケール発生の欠点を避け、および（または）所望の冶金学的および機械的な性質を鋼材に与える圧延および押出し段階を含む方法を開示している。米国特許第2767836 号、第 2767837号、第 2880855号、第 3076361号、第 3573999号および「鋼材の温間加工」ゴキュー氏他、日本金属学会の翻訳、１９８６年、第９巻、補填版、第177〜181 頁を参照のこと。更に、温間加工または温間鍛造段階を含み、鋼材バー、ロッドまたはビットを曲げまたは鍛造して所望製品を形成する他の周知の方法もある。米国特許第2953 794 号、第 3720087号、第 3877281号、第 4312210号、第 4317355号、第 46088 51号および第 4805437号を参照のこと。上述の引例のいずれかが従来技術を適正に代表していること、またはこれらの引例が最も良い材料の引例であるとの説明はなされない。米国特許第 5094698号は、少なくとも約８００Ｎ／ｍｍ²の引張り強度および少なくとも約６００Ｎ／ｍｍ²の降伏強度を有する高強度鋼材の素材から高強度鋼部品を作る方法を記載している。この素材は所望幾何形状の部品を形成するために温間加工される。この部品の機械的性質は、更なる増強処理段階を行わなくても素材と実質的に同じである。この高強度鋼材は重量％で０．３０〜０．６５％の炭素、０．３０〜２．５０％のマンガン、０．３５％までのバナジウム、および残部の鉄を含んでなる。国際特許出願WO93/15233は、部品の機械的性質が素材の機械的性質よりも高い点で米国特許第 5094698号と相違する方法を開示している。国際特許出願WO95/02705（１９９５年１月２６日公開）は、鋼材が更にアルミニウムおよび（または）ニオビウムおよび（または）チタンを含む点で米国特許第 5094698号と相違する方法を開示している。これまでは、素材を所望の形状に形成する温間加工段階を含んでいて、これにより構造部材の機械的特性が元々の素材の有するそれらの特性と実質的に同じかそれより高く保持されるような、また部材が増強処理段階を追加せずに作られて機械的強度特性を部材に与えるような、所望の高強度特性を有する鋼素材から高強度鋼構造部材を作る方法はなかった。本発明は、少なくとも約８００Ｎ／ｍｍ²（１２００００プサイ）の引張り強度および少なくとも約６００Ｎ／ｍｍ²（９００００プサイ）の降伏強度を有する高強度鋼材の素材から高強度鋼構造部材を作る方法に関する。この方法は、所望の幾何形状を有する構造部材を形成するために素材を温間加工することを含み、これにより該部材の引張り強度および降伏強度が素材と実質的に同じかそれより高くなる。所望の引張り強度および降伏強度の機械的特性を有するこの部材は、更なる増強処理段階を必要とせずに製造される。発明の概要本発明の方法は、高強度鋼素材から広範な高強度鋼構造部材を作るのに有用である。特に、実質的に全長にわたって均一な横断面形状を有する細長い高強度鋼部材に有用である。例えば、Ｏ，Ｌ，Ｃ，Ｚ，Ｔ，Ｉ，Ｗ，Ｕ，Ｖ字形を有する構造部材および他の部材は、本明細書で開示する鍛造または加工処理によって形成することができる。本明細書で使用する「素材」なる用語は通常の意味、すなわち所望の幾何形状を有する最終部材となるように温間加工されるべき金属片という意味を有する。素材はワイヤー、ロッド、バーストックおよびその切片（すなわち幅または厚さに比例した長さの鋼片）のような金属片を含む。素材は、構造部材が横断面形状に含まれる少なくとも１つのフランジを有することで、構造部材とは異なる。このフランジは、横断面形状の全外径寸法よりも厚さが薄く、構造部材に対して増大した荷重支持能力を与える部材である。鋼材の高温加熱処理に微粒化材としてアルミニウム、ニオビウム、チタンおよびバナジウムを用いることは周知である。それ故に適当とされる訂正用語は「鉄の微粒化材」であり、本明細書ではこの用語が用いられる。本発明の原理、目的および利点は、以下の詳細な説明を参照して更に理解されるであろう。発明の詳細な説明本明細書では、構造部材は少なくとも１つのフランジを含む均一な横断面形状の細長い部材である点で、素材は構造部材と区別される。フランジは、横断面形状の全外径寸法（すなわち構造部材の幅、高さまたは外径）よりも厚さの薄い部材である。フランジは構造部材に対して増大した荷重支持能力を与えることで、構造部材を素材から区別する。換言すれば、フランジのある構造部材はそれと同じ材料組成および性質を有するフランジのない部材よりも大きな荷重支持能力を有する。荷重は、端部荷重として軸方向に、側部荷重または構造部材に加えられる他のいずれかの形式の荷重として横方向に作用される。フランジは構造部材の残りの部分に対して連続して、または不連続に一体形成される。不連続なフランジの例は、Ｉ形梁の中央部分に対する上下部分、またはＬ形トラスの一方の脚に対する他方の脚である。連続フランジの例は、Ｏ形構造部材の横断面形状のいずれかの弦（コード）すなわち部分である。少なくとも１つのフランジを有する構造部材の例は、Ｏ，Ｌ，Ｃ，Ｚ，Ｉ，Ｔ，Ｕ，ＶおよびＷ形の部材である。好ましい実施例において、高強度鋼構造部材を作る本発明の方法はフェライト −パーライト顕微鏡組織を有し、引張り強度が少なくとも約８００Ｎ／ｍｍ²（１２００００プサイ）、好ましくは少なくとも約１０００Ｎ／ｍｍ²（１５００００プサイ）、および降伏強度が少なくとも約６００Ｎ／ｍｍ²（９００００プサイ）、好ましくは少なくとも約８７０Ｎ／ｍｍ²（１３００００プサイ）有する高強度鋼材の素材を準備することを含む。１形態においては、素材として用いられる高強度鋼材は、上記引張り強度および降伏強度の機械的性質を有する素材を得るために熱間押し抜き（hot reducing）および冷間引抜きが行われた。この高強度鋼材は以下の組成、すなわち重量％で炭素約０．３０〜約０．６５％マンガン約０．３０〜約２．５％アルミニウム、ニオビウムおよびチタン、およびそれらの混合物よりなる群から単独で、またはバナジウムとともに選ばれた少なくとも１つの鉄の微粒化材有効量約０．３５％まで鉄残部を有して具現される。更に好ましい形態においては、高強度鋼材は以下の組成、すなわち重量％で炭素約０．４０〜約０．５５％マンガン約０．３０〜約２．５％アルミニウム、ニオビウムおよびチタン、およびそれらの混合物よりなる群から単独で、またはバナジウムとともに選ばれた少なくとも１つの鉄の微粒化材有効量約０．２０％まで鉄残部を有する。更に好ましい形態においては、高強度鋼材は以下の組成、すなわち重量％で炭素約０．５０〜約０．５５％マンガン約１．２０〜約１．６５％アルミニウム、ニオビウムおよびチタン、およびそれらの混合物よりなる群から単独で、またはバナジウムとともに選ばれた少なくとも１つの鉄の微粒化材有効量約０．０３％〜０．２０％鉄残部を有する。理解すべきは、本明細書で掲載し請求した組成は、本発明の実施に影響することのない他の元素を含み得るということである。上述で与えられた引張り強度および降伏強度の機械的性質を有する素材は、しかる後約１５０°Ｃ〜約６５０°Ｃ（約３００°Ｆ〜約１２００°Ｆ）で温間加工されて所望の幾何形状を有する構造部材を形成するようになされ、これにより構造部材の引張り強度および降伏強度の機械的性質は素材と実質的に同じかそれより高くなる。構造部材が加工される温度は用いられる鋼材の化学組成に関係する。上述にて与えられた引張り強度および降伏強度の機械的性質を有する加工された構造部材は、その温間加工に続けて他のいかなる増強処理段階も必要と線図に作られる。本発明の方法において開始片として用いられる少なくとも約８００Ｎ／ｍｍ² （１２００００プサイ）の引張り強度および少なくとも約６００Ｎ／ｍｍ²（９００００プサイ）の降伏強度を有する高強度鋼材の素材は、当該技術分野で周知のいずれかの適当な方法で作られる。そのような１つの方法が本発明の発明者に付与された米国特許第 3904445号に開示されており、その明細書の全てが参照することで本明細書に組み入れられる。この米国特許第 3904445号は、Ｕボルトを含むねじ固定具の製造に特に有用な形式の高強度鋼バーストック(bar stock)を作る処理シーケンスを開示している。記載された処理では、作られたバーストックはＡＳＴＭ規格Ｎｏ．５〜Ｎｏ．８の微細結晶粒の組織を有する。開示された処理では、或る開示範囲に合致する組成を有する鋼材は、最終ゲージで１０％〜１５％までの標準的な熱間押し抜き加工を受ける。この熱間押し抜きを行ったバーストックは、次ぎに急速空冷のために個別片に切断すなわち裁断される。しかる後、熱間押し抜きバーストックの個別片は最終ゲージにまで冷間仕上げ加工される。最終段階は、機械的強度特性を向上させるための制御された応力除去段階である。この応力除去段階はバーストックの切片を約２６０°Ｃ〜約４５５°Ｃ（約５００°Ｆ〜約８５０°Ｆ）の温度範囲で約１時間加熱するが、これはしてもしなくてもよい。したがって、応力除去を施され、または施されないこのようなバーストックが高強度鋼の開始素材を形成するのに用いられる。以下の例は、上述した米国特許第 3904445号に開示された方法により製造された高強度鋼バーストックから構造部材を作るための本発明の実際例を示す。例高強度１５５２鋼製のＩ形梁ストックは以下の組成、すなわち重量％で炭素０．５２％マンガン１．４３％燐０．００９％硫黄０．０１７％珪素０．２２％バナジウム０．０７５％クロム０．０５％モリブデン０．０１％鉄残部ストックの中央部分は４．５０ｍｍ（０．１７７インチ）の厚さを有し、上部および下部の各フランジは約４．０６ｍｍ（０．１６インチ）の厚さを有していた。Ｉ形梁ストックの全高は６７．１ｍｍ（２．６４インチ）で、全幅は各フランジと同じ幅、特に４６．３６ｍｍ（１．８２５インチ）であった。３．１８ｍｍ（０．１２５インチ）半径の隅肉結合により中央部分の各面は各フランジに対して結合された。このＩ形梁ストックは約３０．５ｃｍ（１フィート）の長さに裁断された。ストックは９１０Ｎ／ｍｍ²（１３３０００プサイ）の引張り強度および６１０Ｎ／ｍｍ²（８９０００プサイ）の降伏強度を有することを試験された。このＩ形梁ストックは４２５°Ｃ（８００°Ｆ）に加熱され、９１０ｋＮ（６５０００ポンド）の力でテーパーのあるダイを通して押し出されて、仕上げられたＩ形梁構造部材が温間加工された。この温間加工されたＩ形梁は４６．３６ｍｍ（１．８２５インチ）の全幅およびを有し、６７．１ｍｍ（２．６４インチ）の全高を有していた。Ｉ形梁の中央部分は約４．０６ｍｍ（０．１６インチ）の厚さで、一対の間隔を隔てた厚さ３．９４ｍｍ（０．１５５インチ）の上部および下部フランジの間を延在していた。それ故に、各フランジの厚さ（３．９４ｍｍ（０．１５５インチ））は梁の全外径寸法、すなわち幅（４６．３６ｍｍ（１．８２５インチ））または高さ（６７．１ｍｍ（２．６４インチ））より小さい。３．１８ｍｍ（０．１２５インチ）の半径の隅肉は中央部分すなわちウェブと上部および下部フランジとの間の接合部の各面に形成された。温間加工されたＩ形梁は９８０Ｎ／ｍｍ²（１４１６００プサイ）の引張り強度および約８１０Ｎ／ｍｍ²（１１７３００プサイ）の降伏強度を有することを試験された。仕上げられたＩ形梁の引張り強度および降伏強度の機械的性質はストックが元元有していた機械的性質よりも高く、それ故にその他の増強処理段階は不要であった。仕上げられた部材は、バーストックまたはビレットが元々有していた所望される延性の機械的性質を十分に有しており、それ故に靭性を向上させるための更なる処理の必要性は一般に省略できる。しかしながら、このＩ形梁の構造部材の或る種の用途に関しては、応力除去段階が必要となる。特に部材の所望される高強度の機械的性質を発生させるために冷間加工の後に熱処理が用いられる従来技術の方法に比較して、本発明により作られた仕上げられた構造部材は狭い特性範囲に合致する機械的性質を一貫して有するようである。したがって、本発明は狭い特性範囲に合致する高強度鋼構造部材を一貫して製造できるようである。したがって、本発明の他の特徴によれば、この方法は素材を構造部材に温間加工し、これにより引張り強度および降伏強度の機械的性質は素材の機械的性質に実質的に等しいかそれより高くなる。本発明の範囲は本明細書に与えられた例で制限されるものではなく、添付の請求の範囲によって制限されるのである。請求の範囲１．少なくとも約８００Ｎ／ｍｍ²（１２００００プサイ）の引張り強度および少なくとも約６００Ｎ／ｍｍ²（９００００プサイ）の降伏強度を有する高強度鋼材の素材を準備する段階と、素材を温間加工して物品を形成して、これにより物品の引張り強度および降伏強度の機械的性質が素材と実質的に同じか、それより高くなるようにする段階とを含み、高強度鋼材は、重量％で炭素約０．３０〜約０．６５％マンガン約０．３０〜約２．５％鉄残部の組成を有し、引張り強度および降伏強度の機械的性質を有する前記物品は更なる増強処理段階を必要とせずに作られる高強度鋼物品を作る方法であって、物品は均一な横断面形状を有する構造部材であり、前記均一な横断面形状は前記素材の形状と相違して、少なくとも１つのフランジを含み、該フランジは前記横断面形状の全周縁寸法よりも薄い厚さを有しており、前記少なくとも１つのフランジは前記構造部材に対して増大した荷重支持能力を与えること、およびこの鋼材は不可避成分としてアルミニウムおよび（または）ニオビウムおよび（または）チタンを単独で、またはチタンと混合して、０．０３％〜０．３５％の量につき含むことを特徴とする高強度鋼構造部材を作る方法。２．請求の範囲第１項に記載された方法であって、素材を準備するために、高強度鋼材が先行して熱間押し抜きおよび冷間引抜き加工を行われたことを特徴とする高強度鋼構造部材を作る方法。３．請求の範囲第１項または第２項に記載された方法であって、高強度鋼材の素材が少なくとも約１０００Ｎ／ｍｍ²（１５００００プサイ）の引張り強度、および少なくとも約９００Ｎ／ｍｍ²（１３００００プサイ）の降伏強度を有することを特徴とする高強度鋼構造部材を作る方法。４．請求の範囲第１項から第３項までのいずれか１項に記載された方法であって、高強度鋼材が重量％で炭素０．４０〜約０．５５％マンガン０．３０〜約２．５０％アルミニウムおよび（または）ニオビウムおよび（または）チタン、およびバナジウムとの混合物０．０３〜約０．２０％鉄残部の組成を有することを特徴とする高強度鋼構造部材を作る方法。５．請求の範囲第１項から第４項までのいずれか１項に記載された方法であって、高強度鋼材が重量％で炭素０．５０〜約０．５５％マンガン１．２０〜約１．６５％アルミニウムおよび（または）ニオビウムおよび（または）チタン、およびバナジウムとの混合物０．０３〜約０．２０％鉄残部の組成を有することを特徴とする高強度鋼構造部材を作る方法。６．請求の範囲第１項から第５項までのいずれか１項に記載された方法であって、温間加工が１５０°Ｃ〜６５０°Ｃ（３００°Ｆ〜１２００°Ｆ）の温度範囲で実施されることを特徴とする高強度鋼構造部材を作る方法。７．請求の範囲第１項から第６項までのいずれか１項に記載された方法であって、均一な横断面形状がＯ，Ｌ，Ｃ，Ｚ，Ｉ，Ｔ，Ｕ，ＶおよびＷ字形からなる群から選ばれることを特徴とする高強度鋼構造部材を作る方法。８．請求の範囲第１項から第７項までのいずれか１項に記載された方法であって、高強度鋼材の素材がパーライト顕微鏡組織を有することを特徴とする高強度鋼構造部材を作る方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ

Claims

【特許請求の範囲】１．高強度鋼構造部材を作る方法であって、少なくとも約８００Ｎ／ｍｍ²（１２００００プサイ）の引張り強度および少なくとも約６００Ｎ／ｍｍ²（９００００プサイ）の降伏強度を有する高強度鋼材の素材を準備する段階と、素材を温間加工して均一な横断面形状を有する構造部材を形成する段階であって、前記均一な横断面形状は前記素材の形状と相違して、少なくとも１つのフランジを含み、該フランジは前記横断面形状の全周縁寸法よりも薄い厚さを有しており、前記少なくとも１つのフランジは前記構造部材に対して増大した荷重支持能力を与え、これにより構造部材の引張り強度および降伏強度の機械的性質は素材の機械的性質と実質的に同じかそれより高くなるようにする温間加工段階とを含み、高強度鋼材は、重量％で炭素約０．３０〜約０．６５％マンガン約０．３０〜約２．５％アルミニウム、ニオビウム、チタンおよびバナジウム、およびそれらの混合物よりなる群から選ばれた少なくとも１つの鉄の微粒化材有効量約０．３５％まで鉄残部の組成を有しており、引張り強度および降伏強度の前記機械的性質を有する前記構造部材が更なる増強処理段階を必要とせずに製造されることを特徴とする高強度鋼構造部材を作る方法。２．請求の範囲第１項に記載された方法であって、少なくとも約８００Ｎ／ｍｍ²（１２００００プサイ）の引張り強度、および少なくとも約６００Ｎ／ｍｍ² （９００００プサイ）の降伏強度を有する素材を準備するために、高強度鋼材が先行して熱間押し抜きおよび冷間引抜き加工を行われたことを特徴とする高強度鋼構造部材を作る方法。３．請求の範囲第１項に記載された方法であって、高強度鋼材の素材が少なくとも約１０００Ｎ／ｍｍ²（１５００００プサイ）の引張り強度、および少なくとも約９００Ｎ／ｍｍ²（１３００００プサイ）の降伏強度を有することを特徴とする高強度鋼構造部材を作る方法。４．請求の範囲第１項に記載された方法であって、高強度鋼材が、重量％で炭素約０．４０〜約０．５５％マンガン約０．３０〜約２．５０％アルミニウム、ニオビウム、チタンおよびバナジウム、およびそれらの混合物よりなる群から選ばれた少なくとも１つの鉄の微粒化材有効量約０．２０％まで鉄残部の組成を有することを特徴とする高強度鋼構造部材を作る方法。５．請求の範囲第１項に記載された方法であって、高強度鋼材が、重量％で炭素約０．５０〜約０．５５％マンガン約１．２０〜約１．６５％アルミニウム、ニオビウム、チタンおよびバナジウム、およびそれらの混合物よりなる群から選ばれた少なくとも１つの鉄の微粒化材有効量約０．０３〜約０．２０％鉄残部の組成を有することを特徴とする高強度鋼構造部材を作る方法。６．請求の範囲第１項に記載された方法であって、前記温間加工が約１５０° Ｃ〜約６５０°Ｃ（約３００°Ｆ〜約１２００°Ｆ）で実施されることを特徴とする高強度鋼構造部材を作る方法。７．請求の範囲第１項に記載された方法であって、前記均一な横断面形状がＯ，Ｌ，Ｃ，Ｚ，Ｉ，Ｔ，Ｕ，ＶおよびＷ字形からなる群から選ばれたことを特徴とする高強度鋼構造部材を作る方法。８．高強度鋼構造部材を作る方法であって、パーライト顕微鏡組織を有し、少なくとも約８００Ｎ／ｍｍ²（１２００００プサイ）の引張り強度および少なくとも約６００Ｎ／ｍｍ²（９００００プサイ）の降伏強度を有し、重量％で炭素約０．３０〜約０．６５％マンガン約０．３０〜約２．５％アルミニウム、ニオビウム、チタンおよびバナジウム、およびそれらの混合物よりなる群から選ばれた少なくとも１つの鉄の微粒化材有効量約０.３５％まで鉄残部の組成を有している高強度鋼材の素材を準備する段階と、素材を温間加工して均一な横断面形状を有する構造部材を形成する段階であって、前記均一な横断面形状は前記素材の形状と相違して、少なくとも１つのフランジを含み、該フランジは前記横断面形状の全周縁寸法よりも薄い厚さを有しており、前記少なくとも１つのフランジは前記構造部材に対して増大した荷重支持能力を与え、これにより構造部材の引張り強度および降伏強度の機械的性質は素材の機械的性質と実質的に同じかそれより高くなるようにする温間加工段階とを含むことを特徴とする高強度鋼構造部材を作る方法。９．請求の範囲第８項に記載された方法であって、高強度鋼材が、重量％で炭素約０．５０〜約０．５５％マンガン約１．２０〜約１．６５％アルミニウム、ニオビウム、チタンおよびバナジウム、およびそれらの混合物よりなる群から選ばれた少なくとも１つの鉄の微粒化材有効量約０．０３〜約０．２０％鉄残部の組成を有することを特徴とする高強度鋼構造部材を作る方法。 10．請求の範囲第８項に記載された方法であって、前記均一な横断面形状がＯ，Ｌ，Ｃ，Ｚ，Ｉ，Ｔ，Ｕ，ＶおよびＷ字形からなる群から選ばれたことを特徴とする高強度鋼構造部材を作る方法。 11．高強度鋼構造部材を作る方法であって、少なくとも約１０００Ｎ／ｍｍ²（１５００００プサイ）の引張り強度、および少なくとも約９００Ｎ／ｍｍ²（１３００００プサイ）の降伏強度を有し、前記強度特性を有する素材を準備するために先行して熱間押し抜きおよび冷間引抜き加工を行われており、重量％で炭素約０．５０〜約０．５５％マンガン約１．２０〜約１．６５％アルミニウム、ニオビウム、チタンおよびバナジウム、およびそれらの混合物よりなる群から選ばれた少なくとも１つの鉄の微粒化材有効量約０．０３〜約０．２０％鉄残部の組成を有する高強度鋼材の素材を準備する段階と、約１５０°Ｃ〜約６５０°Ｃ（約３００°Ｆ〜約１２００°Ｆ）の温度範囲で素材を温間加工して均一な横断面形状を有する構造部材を形成する段階であって、前記均一な横断面形状は前記素材の形状と相違して、少なくとも１つのフランジを含み、該フランジは前記横断面形状の全周縁寸法よりも薄い厚さを有しており、前記少なくとも１つのフランジは前記構造部材に対して増大した荷重支持能力を与え、前記均一な横断面形状はＯ，Ｌ，Ｃ，Ｚ，Ｉ，Ｔ，Ｕ，ＶおよびＷ字形からなる群から選ばれており、これにより構造部材の引張り強度および降伏強度の機械的性質は素材の機械的性質と実質的に同じかそれより高くなるようにする温間加工段階とを含み、前記引張り強度および降伏強度の機械的性質を有する前記構造部材が更なる増強処理段階を必要とせずに製造されたことを特徴とする高強度鋼構造部材を作る方法。