JPH10503808A - 冷間加工された高強度鋼構造部材 - Google Patents

冷間加工された高強度鋼構造部材

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Abstract

(57)【要約】 フェライト・パーライト・マイクロ組織を有する高強度鋼の素材を、圧延、据込み、鍛造または押出しによって冷間加工して、所望の幾何学的断面を有し、素材のそれと実質的に同等以上である機械的性質を有する高強度鋼製構造部材を製造する方法。

Description

【発明の詳細な説明】 冷間加工された高強度鋼構造部材 関連出願 本出願は、１９９０年１０月２４日付け出願の米国特許出願０７／６０２６７ ５号（米国特許第５０９４６９８号）の部分継続出願である１９９２年３月９日 付け出願の米国特許出願０７／８４８６４６号（米国特許第５２３６５２０号） の部分継続出願である１９９２年１２月１７日付け出願の米国特許出願０７／９ ９２１２３号（米国特許第５３３０５９４号）の部分継続出願である。 技術分野 本発明は高強度鋼構造部材を製造する方法に係り、さらに詳しく言えば高強度 鋼の素材が冷間加工されて所望の幾何学的断面を有する構造部材に成形され、該 部材の強度は素材と実質的に同等以上である。 発明の背景 鋼部品および構造部材の製造のために多数の方法が存在する。これらの方法に は冷間成形技術、例えば圧延、すえ込み、ヘディング（ｈｅａｄｉｎｇ）、押出 し加工など当業者に周知のものがある。すえ込み加工では、金属素材の一部また はすべての断面積が増加する。ヘディングは素材がワイヤ、ロッドまたはバー部 材である場合のすえ込み加工の特定形式である。ボルトの頭部はヘディング技術 を使用して作られることが多い。押出し加工において、金属素材は所望の断面形 状のダイ開口を通過せしめられ、所定長さの均一な断面形状体が得られる。圧延 は、素材をその全長に亙ってローラ間を繰返し通過せしめて所望形状にする。圧 延は、その全長に亙って均一断面形状を有する長い構造部材を製造する上で特に 適している。 高強度鋼構造部材を製造する周知の上述方法は、鋼素材を軟化させる焼鈍等に よって開始される。次に、焼鈍された鋼の素材は上述加工技術の一つを含む冷間 加工技術によって所望の幾何学的形状になされる。成形された構造部材は次に熱 処理（すなわち、オーステナイト化、焼入れ後に焼戻しを行うことによる硬化） を行って所望の高強度機械的性質を与えられる。得られた部材の鋼材料は焼戻し マルテンサイト・マイクロ組織を有する。この熱処理により得られた機械的性質 は一致しないことが多く、部材相互間で著しく変化する場合がある。さらに、焼 鈍および熱処理工程は、部材を加熱することに伴うエネルギ消費と必要な労力お よび処理費用のために、高強度鋼構造部材を製造する全工程の費用を著しく増大 させる。 高強度鋼構造部材を製造する別の方法では、初めに鋼素材をオーステナイト化 し、焼入れ焼戻しにより硬化させて、熱処理後の素材の機械的性質を、冷間加工 可能であるようになし、上述冷間加工技術の一つによって所望の幾何学的断面を 得る。この方法による完成部材の鋼材料もまた焼戻しマルテンサイト・マイクロ 組織を有する。この方法は部材相互間の強度差が小さいという点で明らかに前述 方法より有利であるが、熱処理工程の費用は高い。 高強度材料素材の冷間加工は公知である。本願発明者の出願に係る米国特許明 細書第３９０４４４５号には所定長の高強度鋼棒材をＵボルトに冷間成形する技 術が示されている。該特許は、鋼棒材の実質的に重量％で、炭素約０．５０〜０ ．５５％、マンガン約１．２０〜１．６５％、バナジウム約０．０３〜０．０５ ％、残部が実質的に鉄である鋼材料から成る所定長の鋼棒材が開示されている。 棒材を曲げることは、他の冷間加工技術、例えば据込み、押出し加工よりも厳し くない。この発明以前は、高強度素材を据込みまたは押出し加工などの技術によ って部品または構造部材に冷間成形することは、完成製品に亀裂または破損を生 じやすく、または少なくとも各工程間に焼鈍または応力除去工程を実施する一連 の冷間加工によって徐々に成形する必要があると考えられていた。亀裂または破 損は部材を損傷する。さらに、上述冷間成形および焼鈍工程を実施することは高 強度鋼構造部材の製造時間および費用を増大させる。 発明の概要 フェライト・パーライト・マイクロ組織を有し所望の高強度を有する鋼素材か ら高強度鋼構造部材を製造する方法として、素材が圧延、据込み、鍛造、押出し などの加工技術によって冷間加工されて所望の構造部材になされ、該構造部材の 機械的強度が素材の強度と実質的に同等以上であり、熱処理を必要とせずに所望 の高強度機械的性質を有するという方法は従来存在しなかった。 本明細書において、用語「素材」とは、通常の意味（すなわち、所望の幾何学 的断面を有する完成部材に成形されるべき金属片）で使用されている。素材は、 棒材、ワイヤ、バー材およびそれらの切断長さ材（幅または厚さに対比して長さ が大きいもの）等の金属片を含む。素材は、構造部材がその断面形状において少 なくとも１つのフランジを有する点で該構造部材と区別される。フランジとは、 厚さが断面形状の全外側寸法より小さく、該構造部材の耐荷重性を向上させる部 材である。 本発明は、フェライト・パーライト・マイクロ組織を有し、約１２０００ｐｓ ｉ以上の引張り強度と約９００００ｐｓｉ以上の降伏強度とを有し、重量比で炭 素約０．３０〜０．６５％、マンガン約０．３０〜２．５％、アルミニウム、ニ オブ（コロンビウム）、チタン、バナジウム、およびそれらの混合物から成る群 から得られた有効量最大約０．３５％の少なくとも１種の微粒化剤、および残部 としての鉄から成る高強度鋼材料の素材から高強度鋼構造部材を製造する方法に 係わる。 本発明の一観点によれば、例えば圧延、据込み、鍛造、押出し加工などの技術 を使用して上述素材を冷間加工し、所望の幾何学的斯面とフェライト・パーライ ト・マイクロ組織とを有する部材を得る高強度鋼構造部材を製造する方法が提供 され、得られた構造部材の機械的性質である引張り強度および降伏強度は素材と 実質的に同等以上である。 また、本発明によれば、前記技術による高強度鋼素材の冷間加工を含み、機械 的性質である引張り強度と降伏強度が素材と実質的に同等以上である高強度鋼構 造部材の製造方法が提供される。この方法によれば、靭性を向上させるための追 加の処理工程を要することなく、所望機械的性質てある引張り強度と降伏強度を 有する構造部材が製造される。或る種の部材については、その幾何学的断面形状 を少なくとも一部の理由として、鋼部材の機械的性質（例えば、引張り強度、降 伏強度、伸び率（％）、硬度、断面減少率（％）など）を向上、低下させる等の ために、約４５０°Ｆから約１２００°Ｆの温度範囲での応力除去を行う必要が あるだろう。 本発明の原理、目的、および効果は、以下の詳細な説明によってさらに明らか にされる。 発明の詳細な説明 本発明方法は、各種の高強度鋼構造部材を製造する上で有用である。詳細には 、均一断面形状を実質的に全長に亙って有する細長い高強度鋼構造部材を製造す る。例えばＯ、Ｌ、Ｃ、Ｚ、Ｉ、Ｔ、Ｗ、Ｕ、Ｖ字形を有する構造部材およびそ の他の部材の冷間成形技術を説明する。 構造部材が、少なくとも１つのフランジを含む均一断面形状の細長い部材であ る点で、素材と構造部材が区別される。フランジは、厚さが断面形状の全外側寸 法（すなわち、幅、高さその他の構造部材の外側寸法）より少ない部材である。 構造部材に高い耐荷重能力を与える該フランジによって構造部材と素材とが区別 される。換言すれば、フランジのある構造部材は同一組成材料でフランジのない 構造部材より高い耐荷重能力を有する。荷重としては、軸線方向すなわち端部荷 重、横断方向すなわち側方荷重、または他の種類の荷重があり得る。フランジは 、構造部材の他の部分に対して連続的または不連続的に一体に成形される。不連 続フランジとしては、Ｉ字形ビームの中央部分と上下部分、Ｌ字形トラスの一方 の脚と他方の脚がある。連続フランジの例としては、Ｏ字形構造部材の「うね部 分」すなわち局所部分がある。少なくとも１つのフランジを有する構造部材の例 としてＯ、Ｌ、Ｃ、Ｚ、Ｉ、Ｔ、Ｗ、ＵおよびＶ字形部材がある。 望ましい実施例において、本発明の高強度鋼構造部材製造方法は、フェライト ・マトリックス中の微細パーライトから成るマイクロ組織を有し、約１２０００ ０ｐｓｉ以上、望ましくは約１５００００ｐｓｉ以上の引張り強度と、約９００ ００ｐｓｉ以上、望ましくは約１３００００ｐｓｉ以上の降伏強度とを有する高 強度鋼素材を提供する工程を含む。通常、パーライト成分は微細であって光学的 に約１０００倍に拡大してもその薄片の分解はできない。一形態としては、素材 として使用される高強度鋼材料は、熱間減厚され冷間で引抜き加工されて前記機 械的性質である引張り強度と降伏強度を有している。 この素材を得るために使用される高強度鋼材料は、重量％で下記組成を有する 。 炭素 約０．３０〜約０．６５％ マンガン 約０．３０〜約２．５％ アルミニウム、ニオブ、チタン、バナジウムおよびその混合物から成 る群から得られた有効量最大約０．３５％の少なくとも１種の鉄微粒 化剤 鉄 残部 さらに望ましくは、高強度鋼材料は重量％で下記組成を有する。 炭素 約０．４０〜約０．５５％ マンガン 約０．３０〜約２．５％ アルミニウム、ニオブ、チタン、バナジウムおよびそれらの混合物か ら成る群から得られた有効量最大約０．２０％の少なくとも１種の鉄 微粒化剤 鉄 残部 さらに望ましくは、高強度鋼材料は重量％で下記の組成を有する。 炭素 約０．５０〜約０．５５％ マンガン 約１．２０〜約１．６５％ アルミニウム、ニオブ、チタン、バナジウムおよびその混合物から成 る群から得られた有効量約０．０３〜約０．２０％の少なくとも１種 の微粒化剤 鉄 残部 アルミニウム、ニオブ（コロンビウム）、チタン、バナジウムは微粒化剤とし て作用するが、バナジウムは微粒化剤として最も適している。また、前記組成材 は、本発明の実施に影響を与えない他の元素を含んでもよい。 前記組成、および機械的性質である前記引張り強度と降伏強度を有する素材は 、次いで環境温度すなわち室温から約３００°Ｆまでの間の温度（望ましくは環 境温度）で、据込み、鍛造または押出し加工などの技術で冷間加工されて所望の 幾何学的断面を有する部材になされ、該部材の機械的性質である引張り強度と降 伏強度は実質的に素材と同等以上である。成形された部材は、機械的性質である 前記引張り強度と降伏強度を有しており、望ましくは、例えば靭性を改善するた めの最終的応力除去工程のような追加の処理工程を要することなく生産される。 し かし或る幾何学的断面の場合および部材の適用例によっては、応力除去工程が必 要である。 引張り強度約１２００００ｐｓｉ以上、降伏強度約９００００ｐｓｉ以上の高 強度鋼材料素材は本発明方法の出発材料として使用されるが、周知の任意適宜の 方法で製造される。本発明者による米国特許第３９０４４４５号明細書はその１ つの方法を示しており、その全内容を本明細書に援用する。該明細書には、Ｕボ ルトなどのねじ締着部材を生産するに適した高強度鋼棒材の生産処理工程が示さ れている。開示された工程において、棒材はＡＳＴＭ Ｎｏ．５〜８の微粒化組 織を有している。開示された方法において、前述した範囲の組成を有する鋼が、 標準的な熱間減厚処理を受け、最終ゲージ寸法の１０％〜１５％になされる。高 温で減縮された棒材は迅速に空気冷却されるために個々の長さに切断される。そ の後、個々の棒材は最終的寸法に冷間で仕上げられる。最終工程は、機械的強度 特性を増加するための制御された応力除去工程である。この応力除去工程は棒材 を約５００〜８５０°Ｆで約１時間加熱するが、この工程は必ずしも必要ではな い。 以下の例は、米国特許明細書第３９０４４４５号に開示された方法によって高 強度鋼棒材から構造部材を製造する本発明の実施を示す。例 高強度１５５２鋼製Ｉ字形材が下記の重量組成を有する。 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 材料の中央部分の厚さは約０．１７７インチであり、頂部および底部フランジ の厚さは約０．１６インチである。全体の高さは２．６４インチで、全幅は各フ ランジの幅と同一で１．８２５インチである。０．１２５インチ半径のすみ肉で 中央部分すなわちウエブの各面と各フランジとが結合されていた。このＩ字形材 は長さ約３フィートであった。この引張り強度は１３３０００ｐｓｉ、降伏強度 は８９０００ｐｓｉであった。 Ｉ字形材は、テーパ付与されたダイを通じて室温で６５０００ポンドの力で押 出し加工され、仕上Ｉ字形構造部材になされた。冷間加工されたＩ字形材は幅１ ．８２５インチ、高さ２．６４インチであった。Ｉ字形材の中央部分の厚さは０ ．１６インチであり、１対の間隔をおかれた厚さ０．１５５インチの上下フラン ジの間に延在している。すなわち、各フランジの厚さ０．１５５インチは他の外 形寸法、すなわち幅１．８２５インチ、高さ２．６４インチより小である。半径 ０．１２５インチのすみ肉が中央部分すなわちウエブと上フランジまたは下フラ ンジとの接合部面に形成されている。この冷間加工されたＩ字形材は、試験の結 果、引張り強度１４２０００ｐｓｉ、降伏強度１１８０００ｐｓｉであった。 仕上げＩ字形材の引張り強度と降伏強度とは棒部材の当初強度より大であり、 従って、それ以上の強化処理の必要はない。完成した部材は棒部材が最初に有し た所望の機械的性質としての延性を有しており、靭性を高めるための追加の処理 工程は不要である。しかし、或る使用目的のためには、応力除去工程が必要であ ろう。 熱処理工程（オーステナイト化、焼入れ焼戻しによる硬化）を使用する従来の 方法に対比して本発明によれば、冷間加工後に所望の高強度の機械的性質を与え るために熱処理を行った場合の完成構造部材は狭い範囲内で整合する機械的性質 を有する。すなわち、本発明は狭い範囲内で高い強度水準を有する構造部材を確 実に生産可能である。 本発明の範囲は、明細書中に示した実例によって限定されるものではなく、請 求の範囲の定義に従う。
【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９６年８月８日 【補正内容】 明細書 冷間加工された高強度鋼構造部材 技術分野 本発明は高強度鋼構造部材を製造する方法に係り、さらに詳しく言えば高強度 鋼素材が冷間加工されて所望の幾何学的断面を有する構造部材に成形され、該部 材の強度は素材と実質的に同等以上である。 発明の背景 鋼部品および構造部材の製造のために多数の方法が存在する。これらの方法に は冷間成形技術、例えば圧延、すえ込み、ヘディング（ｈｅａｄｉｎｇ）、押出 し加工など当業者に周知のものがある。すえ込み加工では、金属素材の一部また はすべての断面積が増加する。ヘディングは素材がワイヤ、ロッドまたはバー部 材である場合のすえ込み加工の特定形式である。ボルトの頭部はヘディング技術 を使用して作られることが多い。押出し加工において、金属素材は所望の断面形 状のダイ開口を通過せしめられ、所定長さの均一断面形状体が得られる。圧延は 、素材をその全長に亙ってローラ間を繰返し通過せしめて所望形状にする。圧延 は、その全長に亙って均一断面形状を有する長い構造部材を製造する上で特に適 している。 高強度鋼構造部材を製造する周知の上述方法は、鋼素材を軟化させる焼鈍等に よって開始される。次に、焼鈍された鋼の素材は上述加工技術の一つを含む冷間 加工技術によって所望の幾何学的形状になされる。成形された構造部材は次に熱 処理（すなわち、オーステナイト化、焼入れ後に焼戻しを行うことによる硬化） を行って所望の高強度機械的性質を与えられる。得られた部材の鋼材料は焼戻し マルテンサイト・マイクロ組織を有する。この熱処理により得られた機械的性質 は一致しないことが多く、部材相互間で著しく変化する場合がある。さらに、焼 鈍および熱処理工程は、部材を加熱することに伴うエネルギ消費と必要な労力お よび処理費用のために、高強度鋼構造部材を製造する全工程の費用を著しく増大 させる。 高強度鋼構造部材を製造する別の方法では、初めに鋼素材をオーステナイト化 し、焼入れ焼戻しにより硬化させて、熱処理後の素材の機械的性質を、冷間加工 可能であるようになし、上述冷間加工技術の一つによって所望の幾何学的断面を 得る。この方法による完成部材の鋼材料もまた焼戻しマルテンサイト・マイクロ 組織を有する。この方法は部材相互間の強度差が小さいという点で明らかに前述 方法より有利であるが、熱処理工程の費用は高い。 高強度材料素材の冷間加工は公知である。本願発明者の出願に係る米国特許明 細書第３９０４４４５号には所定長の高強度鋼棒材をＵボルトに冷間成形する技 術が示されている。該特許は、鋼棒材の実質的に重量％で、炭素約０．５０〜０ ．５５％、マンガン約１．２０〜１．６５％、バナジウム約０．０３〜０．０５ ％、残部が実質的に鉄である鋼材料から成る所定長の鋼棒材が開示されている。 棒材を曲げることは、他の冷間加工技術、例えば据込み、押出し加工よりも厳し くない。この発明以前は、高強度素材を据込みまたは押出し加工などの技術によ って部品または構造部材に冷間成形することは、完成製品に亀裂または破損を生 じやすく、または少なくとも各工程間に焼鈍または応力除去工程を実施する一連 の冷間加工によって徐々に成形する必要があると考えられていた。亀裂または破 損は部材を損傷する。さらに、上述冷間成形および焼鈍工程を実施することは高 強度鋼構造部材の製造時間および費用を増大させる。 発明の概要 Ｗ．Ｔ．ランクフォード他著「鋼の製造、成形、処理」の第９０１〜９０９頁 に、１２３２℃（２２５０°Ｆ）に加熱した素材を圧延してフランジ付きのビー ムを製造することが記載されている。 ＰＣＴ出願ＷＯ９４／１３８４２には、引張り強度８００Ｎ／ｍｍ2以上、降 伏強度６００Ｎ／ｍｍ2以上で、組成が炭素０．３〜０．６５％、マンガン０． ３〜２．５％、アルムニウム、ニッケル、チタンまたはバナジウム０．０３〜０ ．３５％、残部が鉄である高強度鋼材料製素材から部品を成形する方法が示され ている。 本発明によれば、フェライト・パーライト・マイクロ組織を有し所望の高強度 特性を有する鋼素材から高強度鋼構造部材を製造する方法が提供される。該方法 によれば、素材が圧延、据込み、鍛造、押出しなどの加工技術によって冷間加工 されて所望の構造部材になされ、該構造部材の機械的強度が当初素材の強度と実 質的に同等以上であり、好適には、熱処理を必要とせずに所望の高強度機械的性 質を有する。 本明細書において、用語「素材」とは、通常の意味（すなわち、所望の幾何学 的断面を有する完成部材に成形されるべき金属片）で使用されている。素材は、 棒材、ワイヤ、バー材およびそれらの切断長さ材（幅または厚さに対比して長さ が大きいもの）等の金属片を含む。素材は、構造部材がその断面形状において少 なくとも１つのフランジを有する点で該構造部材と区別される。フランジとは、 厚さが断面形状の全外側寸法より小さく、該構造部材の耐荷重性を向上させる部 材である。 本発明は、フェライト・パーライト・マイクロ組織を有し、約８００Ｎ／ｍｍ2 （１２０００ｐｓｉ）以上の引張り強度と約６００Ｎ／ｍｍ2（９００００ｐｓ ｉ）以上の降伏強度とを有し、重量比で炭素約０．３０〜０．６５％、マンガン 約０．３０〜２．５％、アルミニウム、ニオブ（コロンビウム）、チタン、バナ ジウム、およびそれらの混合物から成る群から得られた有効量最大約０．３５％ の少なくとも１種の微粒化剤、および残部としての鉄から成る高強度鋼材料の素 材から高強度鋼構造部材を製造する方法に係わる。 本発明の一観点によれば、例えば圧延、据込み、鍛造、押出し加工などの技術 を使用して上述素材を冷間加工し、所望の幾何学的断面とフェライト・パーライ ト・マイクロ組織とを有する部材を得る高強度鋼構造部材を製造する方法が提供 され、得られた構造部材の機械的性質である引張り強度および降伏強度は素材と 実質的に同等以上である。 また、本発明によれば、前記技術による高強度鋼素材の冷間加工を含み、機械 的性質である引張り強度と降伏強度が素材と実質的に同等以上である高強度鋼構 造部材の製造方法が提供される。この方法によれば、靭性を向上させるための追 加の処理工程を要することなく、所望機械的性質てある引張り強度と降伏強度を 有する構造部材が製造される。或る種の部材については、その幾何学的断面形状 を少なくとも一部の理由として、鋼部材の機械的性質（例えば、引張り強度、降 伏強度、伸び率（％）、硬度、断面減少率（％）など）を向上、低下させる等の ために、約２３０℃（４５０°Ｆ）から約６５０℃（１２００°Ｆ）の温度範囲 での応力除去を行う必要があるだろう。 本発明の原理、目的、および効果は、以下の詳細な説明によってさらに明らか にされる。 発明の詳細な説明 本発明方法は、各種の高強度鋼構造部材を製造する上で有用である。詳細には 、均一な断面形状を実質的に全長に亙って有する細長い高強度鋼構造部材を製造 する。例えばＯ、Ｌ、Ｃ、Ｚ、Ｉ、Ｔ、Ｗ、Ｕ、Ｖ字形を有する構造部材および その他の部材の冷間成形技術を説明する。 構造部材が、少なくとも１つのフランジを含む均一断面形状の細長い部材であ る点で、素材と構造部材が区別される。フランジは、厚さが断面形状の全外側寸 法（すなわち、幅、高さその他の構造部材の外側寸法）より少ない部材である。 構造部材に高い耐荷重能力を与える該フランジによって構造部材と素材とが区別 される。換言すれば、フランジのある構造部材は同一組成材料でフランジのない 構造部材より高い耐荷重能力を有する。荷重としては、軸線方向すなわち端部荷 重、横断方向すなわち側方荷重、または他の種類の荷重があり得る。フランジは 、構造部材の他の部分に対して連続的または不連続的に一体に成形される。不連 続フランジとしては、Ｉ字形ビームの中央部分と上下部分、Ｌ字形トラスの一方 の脚と他方の脚がある。連続フランジの例としては、Ｏ字形構造部材の「うね部 分」すなわち局所部分がある。少なくとも１つのフランジを有する構造部材の例 としてＯ、Ｌ、Ｃ、Ｚ、Ｉ、Ｔ、Ｗ、ＵおよびＶ字形部材がある。 望ましい実施例において、本発明の高強度鋼構造部材製造方法は、フェライト ・マトリックス中の微細パーライトから成るマイクロ組織を有し、約８００Ｎ／ ｍｍ2（１２００００ｐｓｉ）以上、望ましくは約１０００Ｎ／ｍｍ2（１５００ ００ｐｓｉ）以上の引張り強度と、約６００Ｎ／ｍｍ2（９００００ｐｓｉ）以 上、望ましくは約９００Ｎ／ｍｍ2（１３００００ｐｓｉ）以上の降伏強度とを 有する高強度鋼素材を提供する工程を含む。通常、パーライト成分は微細であっ て光学的に約１０００倍に拡大してもその薄片の分解はできない。一形態とし ては、素材として使用される高強度鋼材料は、熱間減厚され冷間で引抜き加工さ れて前記機械的性質である引張り強度と降伏強度を有している。 この素材を得るために使用される高強度鋼材料は、重量％で下記組成を有する 。 炭素 約０．３０〜約０．６５％ マンガン 約０．３０〜約２．５％ アルミニウム、ニオブ、チタン、バナジウムおよびその混合物から成 る群から得られた有効量最大約０．３５％の少なくとも１種の鉄微粒 化剤 鉄 残部 さらに望ましくは、高強度鋼材料は重量％で下記組成を有する。 炭素 約０．４０〜約０．５５％ マンガン 約０．３０〜約２．５％ アルミニウム、ニオブ、チタン、バナジウムおよびそれらの混合物か ら成る群から得られた有効量最大約０．２０％の少なくとも１種の鉄 微粒化剤 鉄 残部 さらに望ましくは、高強度鋼材料は重量％で下記の組成を有する。 炭素 約０．５０〜約０．５５％ マンガン 約１．２０〜約１．６５％ アルミニウム、ニオブ、チタン、バナジウムおよびその混合物から成 る群から得られた有効量約０．０３〜約０．２０％の少なくとも１種 の微粒化剤 鉄 残部 アルミニウム、ニオブ（コロンビウム）、チタン、バナジウムは微粒化剤とし て作用するが、バナジウムは微粒化剤として最も適している。また、前記組成材 は、本発明の実施に影響を与えない他の元素を含んでもよい。 前記組成、および機械的性質である前記引張り強度と降伏強度を有する素材は 、次いで環境温度すなわち室温から約１５０℃（３００°Ｆ）までの間の温度（ 望ましくは環境温度）で、据込み、鍛造または押出し加工などの技術で冷間加工 さ れて所望の幾何学的断面を有する部材になされ、該部材の機械的性質である引張 り強度と降伏強度は実質的に素材と同等以上である。成形された部材は、機械的 性質である前記引張り強度と降伏強度を有しており、望ましくは、例えば靭性を 改善するための最終的応力除去工程のような追加の処理工程を要することなく生 産される。しかし或る幾何学的断面の場合および部材の適用例によっては、応力 除去工程が必要である。 引張り強度約８００Ｎ／ｍｍ2（１２００００ｐｓｉ）以上、降伏強度約６０ ０Ｎ／ｍｍ2（９００００ｐｓｉ）以上の高強度鋼材料素材は本発明方法の出発 材料として使用されるが、周知の任意適宜の方法で製造される。本発明者による 米国特許第３９０４４４５号明細書はその１つの方法を示しており、その全内容 を本明細書に援用する。該明細書には、Ｕボルトなどのねじ締着部材を生産する に適した高強度鋼棒材の生産処理工程が示されている。開示された工程において 、棒材はＡＳＴＭ Ｎｏ．５〜８の微粒化組織を有している。開示された方法に おいて、前述した範囲の組成を有する鋼が、標準的な熱間減厚処理を受け、最終 ゲージ寸法の１０％〜１５％になされる。高温で減縮された棒材は迅速に空気冷 却されるために個々の長さに切断される。その後、個々の棒材は最終的寸法に冷 間で仕上げられる。最終工程は、機械的強度特性を増加するための制御された応 力除去工程である。この応力除去工程は棒材を約２６０〜４５０℃（５００〜８ ５０°Ｆ）で約１時間加熱するが、この工程は必ずしも必要ではない。 以下の例は、米国特許明細書第３９０４４４５号に開示された方法によって高 強度鋼棒材から構造部材を製造する本発明の実施を示す。例 高強度鋼製Ｉ字形材が下記の重量組成を有する。 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 材料の中央部分の厚さは約０．４５０ｃｍ（０．１７７インチ）であり、頂部 および底部フランジの厚さは約０．４０６ｃｍ（０．１６インチ）である。全体 の高さは６．７１ｃｍ（２．６４インチ）、全幅は各フランジの幅と同一で４． ６３６ｃｍ（１．８２５インチ）である。０．３１８ｃｍ（０．１２５インチ） 半径のすみ肉で中央部分すなわちウエブの各面と各フランジとが結合されていた 。このＩ字形材は長さ約０．９ｍ（３フィート）であった。この引張り強度は９ １１Ｎ／ｍｍ2（１３３０００ｐｓｉ）、降伏強度は６１０Ｎ／ｍｍ2 （８９０ ００ｐｓｉ）であった。 Ｉ字形材は、テーパ付与されたダイを通じて室温で２９０ＫＮ（６５０００ポ ンド）の力で押出し加工され、仕上Ｉ字形構造部材になされた。冷間加工された Ｉ字形材は幅４．６３６ｃｍ（１．８２５インチ）、高さ６．７１ｃｍ（２．６ ４インチ）であった。Ｉ字形材の中央部分の厚さは０．４１ｃｍ（０．１６イン チ）であり、１対の間隔をおかれた厚さ０．３９４ｃｍ（０．１５５インチ）の 上下フランジの間に延在している。すなわち、各フランジの厚さ０．３９４ｃｍ （０．１５５インチ）は他の外形寸法、すなわち幅４．６３６ｃｍ（１．８２５ インチ）、高さ６．７１ｃｍ（２．６４インチ）より小である。半径０．３１８ ｃｍ（０．１２５インチ）のすみ肉が中央部分すなわちウエブと上フランジまた は下フランジとの接合部面に形成されている。この冷間加工されたＩ字形材は、 試験の結果、引張り強度９７３Ｎ／ｍｍ2（１４２０００ｐｓｉ）、降伏強度８ ０８Ｎ／ｍｍ2（１１８０００ｐｓｉ）であった。 仕上げＩ字形材の引張り強度と降伏強度とは棒部材の当初強度より大であり、 従って、それ以上の強化処理の必要はない。完成した部材は棒部材が最初に有し た所望の機械的性質としての延性を有しており、靭性を高めるための追加の処理 工程は不要である。しかし、或る使用目的のためには、応力除去工程が必要であ ろう。 熱処理工程（オーステナイト化、焼入れ焼戻しによる硬化）を使用する従来の 方法に対比して本発明によれば、冷間加工後に所望の高強度の機械的性質を与え るために熱処理を行った場合の完成構造部材は狭い範囲内で整合する機械的性質 を有する。すなわち、本発明は狭い範囲内で高い強度水準を有する構造部材を確 実に生産可能である。 本発明の範囲は、明細書中に示した実例によって限定されるものではなく、請 求の範囲の定義に従う。 請求の範囲 １． 特定の均一断面形状を有する高強度鋼構造部材を製造する方法にして、 高強度鋼材料素材を準備し、該素材を圧延して均一断面形状を有する構造部材を 得る工程を含み、該均一断面形状は、該断面形状の全外周縁よりも厚さの小さい 少なくとも１つのフランジを含み、該少なくとも１つのフランジが構造部材の荷 重負担能力を増大させる、該方法において、 高強度鋼材料素材がフェライト・パーライト・マイクロ組織を有し、引張り強 度が少なくとも８００Ｎ／ｍｍ2（１２００００ｐｓｉ）、降伏強度が少なくと も６００Ｎ／ｍｍ2（９００００ｐｓｉ）であり、重量％で 炭素 ０．０３〜０．６５％ マンガン ０．３０〜２．５％ アルミニウム、ニオブ、チタン、バナジウムおよびそれらの混合物から成 る群から得られた有効量０．０３〜０．３５％の少なくとも１種の微粒化 剤 鉄 残部 であり、該素材は、据込み、鍛造または押出しによって択一的に形成され、構造 部材の引張り強度と降伏強度とを含む機械的性質が実質的に素材の機械的性質と 同等以上であることを特徴とする方法。 ２． 請求項１に記載の方法にして、前記機械的性質を有する構造部材が靭性 を改善するための追加の処理工程を要することなく製造されることを特徴とする 方法。 ３． 請求項１または請求項２に記載の方法にして、前記高強度鋼材料が、素 材を製造するために、予め熱間減厚加工および冷間引抜き加工を受けていること を特徴とする方法。 ４． 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の方法にして、前記高 強度鋼材料から成る素材が、少なくとも１０００Ｎ／ｍｍ2（１５００００ｐｓ ｉ）の引張り強度と少なくとも９００Ｎ／ｍｍ2（１３００００ｐｓｉ）の降伏 強度とを有することを特徴とする方法。 ５． 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の方法にして、前記高強度 鋼材料が重量％で 炭素 約０．４０〜０．５５％ マンガン 約０．３０〜２．５％ アルミニウム、ニオブ、チタン、バナジウムおよびその混合物から成る群 から選ばれた有効量０．０３〜０．２０％の少なくとも１種の微粒化剤 鉄 残部 であることを特徴とする方法。 ６． 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の方法にして、前記高 強度鋼材料が重量％で 炭素 約０．５０〜０．５５％ マンガン 約１．２０〜１．６５％ アルミニウム、ニオブ、チタン、バナジウムおよびそれらの混合物から成 る群から選択された有効量０．０３〜０．２０％の少なくとも１種の微粒 化剤 鉄 残部 であることを特徴とする方法。 ７． 請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の方法にして、前記冷 間加工が環境温度から１５０℃（３００°Ｆ）までの温度範囲内で実施されるこ とを特徴とする方法。 ８． 請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の方法にして、前記機 械的性質を有する構造部材がその物理的性質を改善するために２３０℃（４５０ °Ｆ）と６５０℃（１２００°Ｆ）の温度範囲内で応力除去を受けることを特徴 とする方法。 ９． 請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の方法にして、前記均 一断面形状がＯ、Ｌ、Ｃ、Ｚ、Ｉ、Ｔ、Ｕ、Ｖ、Ｗ字形から成る群から選択され ることを特徴とする方法。
───────────────────────────────────────────────────── 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，Ｍ Ｃ，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，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １． 特定の均一な断面形状を有する高強度鋼構造部材を製造する方法にして 、フェライト・パーライト・マイクロ組織を有し、引張り強度が少なくとも約１ ２００００ｐｓｉ、降伏強度が少なくとも約９００００ｐｓｉであり、重量％で 炭素 約０．３０〜０．６５％ マンガン 約０．３０〜２．５％ アルミニウム、ニオブ、チタン、バナジウムおよびそれらの混合物から成 る群から選ばれた有効量最大約０．３５％の少なくとも１種の微粒化剤 鉄 残部 である高強度鋼の素材を準備し、 該素材を圧延、据込み、鍛造または押出しによって冷間加工して均一断面を有 する構造部材を得る、各工程を含み、該均一断面は断面形状の全外周よりも小さ い厚さを有する少なくとも１つのフランジを含み、該少なくとも１つのフランジ は該構造部材の荷重負担能力を増大させるものであり、該構造部材の引張り強度 と降伏強度とを含む機械的性質は実質的に素材の機械的性質と同等以上であるこ とを特徴とする方法。 ２． 請求項１に記載の方法にして、前記機械的性質を有する構造部材が、靭 性を改善するための追加の処理工程を要することなく製造されることを特徴とす る方法。 ３． 請求項１に記載の方法にして、前記高強度鋼材料が、素材を製造するた めに、予め熱間減厚加工および冷間引抜き加工を受けていることを特徴とする方 法。 ４． 請求項１に記載の方法にして、前記高強度鋼材料から成る素材が、少な くとも約１５００００ｐｓｉの引張り強度と少なくとも約１３００００ｐｓｉの 降伏強度とを有することを特徴とする方法。 ５． 請求項１に記載の方法にして、前記高強度鋼材料が重量％で 炭素 約０．４０〜０．５５％ マンガン 約０．３０〜２．５％ アルミニウム、ニオブ、チタン、バナジウムおよびそれらの混合物から成 る群から選ばれた有効量最大約０．２０％の少なくとも１種の微粒化剤 鉄 残部 あることを特徴とする方法。 ６． 請求項１に記載の方法にして、前記高強度鋼材料が重量％で 炭素 約０．５０〜０．５５％ マンガン 約１．２０〜１．６５％ アルミニウム、ニオブ、チタン、バナジウムおよびそれらの混合物から成 る群から選ばれた有効量約０．０３〜０．２０％の少なくとも１種の微粒 化剤 鉄 残部 あることを特徴とする方法。 ７． 請求項１に記載の方法にして、前記冷間加工が約３００°Ｆ未満の環境 温度で行われることを特徴とする方法。 ８． 請求項１に記載の方法にして、前記機械的性質を有する構造部材が物理 的性質を変更するため温度範囲約４５０°Ｆ〜約１２００°Ｆで応力除去を受け ることを特徴とする方法。 ９． 請求項１に記載の方法にして、前記均一断面形状が、Ｏ、Ｌ、Ｃ、Ｚ、 Ｉ、Ｔ、Ｕ、ＶおよびＷ字形からなる群から選択されることを特徴とする方法。 １０．特定の均一断面形状を有する高強度鋼構造部材を製造する方法にして、 フェライト・パーライト・マイクロ組織を有して引張り強度が少なくとも約１２ ００００ｐｓｉ、降伏強度が少なくとも約９００００ｐｓｉであり、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、ニオブ、チタン、バナジウムおよびそれらの混合物から成 る群から選ばれた有効量最大約０．２０％の少なくとも１種の微粒化剤 鉄 残部 である高強度鋼材料を予め熱間減厚し冷間引抜き加工して前記強度を有する素材 として準備し、 該素材を環境温度で圧延、据込みまたは押出しによって冷間加工して均一断面 を有する構造部材を得る、各工程を含み、 該均一断面は断面形状の全外周より少ない厚さを有する少なくとも１つのフラ ンジを含み、該少なくとも１つのフランジは該構造部材の荷重負担能力を高める ものであり、 該均一断面はＯ、Ｌ、Ｃ、Ｚ、Ｉ、Ｔ、Ｕ、ＶおよびＷ字形からなる群から選 択され、 該構造部材の機械的性質である引張り強度と降伏強度は実質的に素材の機械的 性質と同等以上であることを特徴とする方法。 １１． 請求項１０に記載の方法にして、高強度鋼の素材の引張り強度が少な くとも約１５００００ｐｓｉ、降伏強度が少なくとも約１３００００ｐｓｉであ ることを特徴とする方法。
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