JPS58141328A - 高強度高靭性鋼の製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、焼戻しマルテンサイトとベーナイトが共存す
る高強度高靭性鋼を、ベーナイト変態を加速しながら製
造する方法に関するもので、本明細書において本発明法
を〃引上げオーステンパー法“と名ずけることにする。

熱処理鋼としてオーステンパー処理された鋼と焼入れ焼
戻し処理された鋼がよく知られている。

両者を比較すると、前者は靭性に富むが、オーステンパ
ー処理でベーナイトを生成させるさいに、処理温度が高
い場合は後者に比べて著しく軟質となり、硬質化を意図
して処理温度を低下させる場合は保持時間が著しく増大
して製造性がわるくなるという制約を受ける。他方、後
者は、高強度材を得やすいが、靭性が前者に劣る。

本発明はこの両者の欠点の解消を目的としてなされたも
ので、両者の欠点をあい補いながら両者の長所を具備し
、かつ製造性よく高強度高靭性鋼全製造する方法を提供
するものである。すなわち本発明は、炭素を０．４０〜
１．１（ｌの範囲で含有する中高炭素鋼を素材とし、こ
れをこの鋼のＡ３変態点〜Ａ、変態点＋１５０Ｃの温度
域に保持してオーステナイト化処理し、このオーステナ
イト域からこの鋼のＭｓ点〜Ｍ、。チ点の温度域に適冷
オーステナイトが存在するように焼入したあと少なくと
も１０容積−以上の未変態オーステナイトが存在してい
る時間内にこの温度域から３００〜５５０Ｃの温度域に
再加熱し、この再加熱温度域において適冷オーステナイ
トのベーナイトへの変態と初晶マルテンサイトの焼戻し
を行なわせることによって、ベーナイト変態を加速させ
ながら短縮した時間のもとて焼戻しマルテンサイトとベ
ーナイトの混合組織からなる高強度高靭性鋼を得る方法
を提供するものである。本発明の引上げオーステンパー
法は、ベーナイト変態が加速されるので、特に帯鋼や線
材の連続ラインに適用する場合に有利である。しかし、
半製品や成形品など゛の単品生産にも勿論適用できる。

処理段階を説明するための基本図であり、図示のように
、本性は、 段階Ｉ・・・温度ＴＩ、保持時間ｔ。

段階■・・・温度Ｔ２、保持時間ｔ。

段階■・・・温度Ｔ１、保持時間ｔ。

０５段階の処理からなる。

まず、段階■は材料のオーステナイト化のための処理で
あり、ＴｌはＡ、〜Ａ、＋１５ｏｃの温度範囲である。

Ｔ、ｖｃ上限（Ａｓ＋　１５０　ｃ）を設はタノハ、こ
れを超える温度になるとオーステナイト粒が粗大化して
成品の靭性を低下させる原因となるからである。ｔｌは
加熱方法や材料寸法によって適切な時間に定められ、未
溶解炭化物が１０％以下となるに要する時間、例えば０
．５〜１５分であれば、はぼ均一なオーステナイト化が
達成される。

段階■は、段階■からＴ２温［ｖｃ保持され友媒体中に
材料を浸漬して焼入れする処理である。

この焼入れのための媒体（冷媒）としては、塩浴、オイ
ル浴、非鉄金属または合金浴、その他の公知の浴を使用
する。Ｔ２温度はＭ８〜Ｍ１の温度域、すなわち、その
温度で９ｏｎ（容積比）未満のマルテンサイトが生成す
る温度域であ抄、通常のＭｆ点以下までの焼入れ温度と
は異な、る。マルテンサイト変態は無拡散変態であるの
で、その生成量は焼入れ温度には支配されるがその温度
での保持時間ｔ２１ｃはほとんど影響されない。しかし
、冷媒の種類や材料寸法によってこのＴ、温度に材料が
完全に冷却されるまでの時間には若干の差が現われる。

したがって、このｔ２時間は目標とするＴ、温ｆｉｃ材
料温度が達するに必要な時間であればよいが、長すき゛
てはいけない。すなわち、この温度（Ｍｅ〜Ｍｅｅｋ）
への焼入によって１０容積チ以上の適冷オーステナイト
が存在するようにするのであるが、この適冷オーステナ
イトが下部ベーナイトに変態を終了させてはならない。

つまり、この冷媒浴への保持時間ｔ２は、１０容積−以
上、好ましくハ４０容積−以上の未変態オーステナイト
が存在している時間とすることが必要である。

この段階■での処理によって生成する初晶マルテンサイ
トの量は６０％以下とすることがより好ましい。

段階ＩＩＴＨ１段階■からＭ８以上（７）　３００〜５
５０　ｔｅｌ’の温［Ｔａに材料を再加熱する処理であ
る。この加熱托温度に保持された加熱炉または浴を使用
する。この段階■において、段階■で１成した初晶マル
テンサイト変態戻されると共に、未変態オーステナイト
はベーナイトに変態する。したがって、このＴ３温度で
の保持時間ｔ３は、ベーナイト変態が終了する時間以上
とすることが必要である。もし、このｔｓ？体積割合で
５−以上の未変態オーステナイトが存在するような時間
で打切ると、その大半は二次生成マルテンサイトとなり
延性および靭性を大きく害することになるので、このよ
うな状態は避ける必要がある。段階■の処理が終了して
から室温まで、冷却させるさい、ベーナイト変態が終了
していれば、水中急冷と徐冷のどちらでもよく、両者に
材質の差は実質上あられれない。しかし、Ｔ、）　３５
０　Ｃの場合は、３５０Ｃまでは冷速１０ｆ／ｓｅｅ以
下の徐冷を行なうのがよく、これ以上の急冷は避ける必
要がある。

このような３段階処理からなる本発明法を実施すると、
従来のオーステンパー処理に比べて、焼入れストレンジ
ングとも言うべき、ベーナイト変態の加速化を行なわせ
ることができる。以下にこれを試験例ｖｃ工って説明す
る。

表１の化学成分の冷延焼鈍板を供試材とし、Ｔ、　＝　
８５０　Ｃ，１ｔ、　＝　１２分：　Ｔ、＝　１２０１
：’、　ｔ２＝　１分：Ｔ３＝変量、ｔ３＝変量とした
場合のベーナイト変態開始点（Ｂθ）とベーナイト変態
終了点（Ｂｆ）を熱膨張計（Ｆｏｒｍａｓｔｅｒ　Ｆ　
ｌによって求め、その結果を第２図のＴ、Ｔ、１０図に
おいて破線で示した。また、この供試材のオーステンパ
ー処理（’ｒ１＝８ｓｏｃ、　ｔ、＝１２分からＭｓ点
以上の温度に急冷し恒温保持）の恒温変態（Ｂθ）（Ｂ
ｆ）を第２図に実線で示した。、、１．。

第２図の結果から明らかなように、本発明法に従う引上
げオーステンパー処理を行なった場合のＢ８、Ｂｆはオ
ーステンパー処理（Ｂθ）、（Ｂｆ）工す大巾に左方（
短時間）に移動する。この理由は、段階■の処理を行な
ったことによるマルテンサイト生成に伴う適冷オーステ
ナイトのストレッシングの影＠ｔＣＺるものと考えられ
る。このベイナイト変態の加速によって、従来のオース
テンパー処理では望み得なかった高速熱処理が可能とな
り、段階Ｉ、　ＩＩ、■を全て連続的に鋼板（帯）ま九
は線材を通過させる連続処理ラインが好適に行ない得る
。

しかも、本発明法による場合に、オーステンパー処理鋼
に比べて、焼戻しマルテンサイトが存在するベーナイト
との混合組織が得られるから、高強度特性が靭性と共に
発現され得る。以下に試験例によってこれを示ア。

前記表１の化学成分値の鋼の冷延焼鈍板（板厚２．０　
鶴）を供試材とし、段階Ｉ［ソルトバスでＴ１：８５０
Ｃ，ｔ、＝１２分の一定とし、段階■と段階■の温度（
’ｈとＴｓ　）　ｔ”変量としくただし、”２とｔ３は
それぞれ３．５分および２分の一定条件）、段階■はオ
イルバス、段階■はソルトパスによって処理した場合の
ビッカース硬度とシャルピー衝撃値（Ｕノツチ２　Ｉｍ
　）を測定し、その結果を第５図に総括して示した。な
お、第３図において、曲線ａはＴ３＝　３００　Ｃ，曲
ｄｂはＴ、＝　５５０　Ｃ，曲線ＣはＴ、＝５００Ｃで
あり、各曲線ａ、ｂ、ｃにおける記号は、◎印はＴ、　
＝　Ｔ、、目印はＴ２＝＝１８０１：ｌ’、◇印はＴ、
＝１５０１：：、○印はＴ、＝１２０Ｃ１Δ印はＴ、＝
４０Ｃ１印ｒｉＴ２＝１Ｏｒ’ｆ−示シティる。まＣの
オイルパスに焼入れし１０分保持し、次いで、☆１ｒｉ
４００　ＣＸ　３０分、☆２　ｒｉ３５０　ＣＸ　Ｔ５
０分、☆５　ｕ　５ｏｏ　ＣＸ　Ｓｏ分、☆４　ｒｉ２
５０　ｃＸ　５０分の焼戻し処理をしたものである。

第５図の結果から次のことが明らかである。まず第１に
、ベーナイト変態を終了させることが良好な靭性を得る
上で基本的な条件となり、Ｔ、＝１０１：’、　Ｔ、）
　１５０　Ｃ（曲線Ｃの◎印、目印）では未変態オース
テナイトが多くベーナイト変態が終了していないので、
二次生成のマルテンサイトが生じて靭性が低下する。ま
た、この曲線Ｃに見られるように、Ｔ２＝１５０Ｃ付近
で衝撃値が極大を示す。これはＴ２の焼入温度が低くな
るにつれて適冷オーステナイト量が低下し、ベーナイト
変態の生成量が減少したことを示（、ている。次に、Ｔ
、＝　３５０　Ｃ％Ｔ３＝５００Ｃの場合はベーナイト
変態は終了し、初晶マルテンサイトと上部ベーナイトと
の混合組織となっており、この場合、ベーナイト生成量
が１０％以上あれば、曲線ｄの焼入れ焼戻し材に比べて
、硬度（ひいては強度）と靭性特性は極めて良好である
。なお、この硬度−靭性特性図から、初晶マルテンサイ
ト量は６０チ以下とすること、すなわちＴ２〉１５０　
Ｃ（第２図のＭ点参照）ｖｃするのが望ましいことがわ
かる。

第４図は、Ｔ、とｔ、を変えた場合の特性変化を調べた
もので、　Ｔ、　＝　１５０　Ｃ（ＭＢ２．１　）の場
合において、ＡｎＴ３＝５５０Ｃ％　Ｂｒ１Ｔ、＝３０
Ｏｒ、Ｏ＃−１Ｔ３＝　２８００としたときのｔ３と硬
度−衝撃値の関係を示したものである。第４図から明ら
かなようにｓ　Ｔ１１温度が低くなるほど、良好な靭性
を得るための適正な処理時間（破線）は長時間化する。

本発明の特徴の１つであるベーナイト変態加速化による
短時間処理の利点を損なわないようにするｖｃはｓ　ｔ
３が１０分以下程度とすることが望ましいが、この友め
には、第４図よりＴ、はｓａａ　０以上とすることが必
要であることがわかる。しがし、Ｔ、）　５５０　Ｃで
は必要以上に焼戻しが進行して軟質化するので、段階■
のＴ、は３００〜５５０ｃが好適である。

本発明法が適用される鋼種は、０．４０〜１．１０　％
の炭素量の中高炭素鋼が好ましい。本発明法は高強度鋼
（ＴＳ　＞　ｔｏｏ＃／ｇｓｆ、Ｈｖ）　５２０　）　
ｌ得る場合に適用するのが有益であり、したがって、通
常のオーステンパー処理や焼入□°れ焼戻し処理に適用
される鋼種と本質的に相違するものではないが、適冷オ
ーステナイトのベーナイト変態を利用してさらに靭性を
高めるものである関係上、オーステナイトの安定化度が
成る程度高いものでなければ本発明の適用による効果は
十分に発揮できない。

すなわち、恒温変態図におけるその材料のＳ曲線の鼻（
ｎｏｓｅ　）と湾（ｂａｙ　ｌが長時間側（右）に存在
している程、本発明法に適する材料であると言える。も
し、湾の位置が短時間であると焼入れ浴で恒温変態が進
行して適冷オーステナイト量が減少することになる。こ
のようなことから、Ｃ〉０．４０％が満足される成分系
においてオーステナイトの安定化を図ることが望ましい
。−万、Ｃ１５１、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ等の添加元素
量は、Ｍｅ点が常温以上となる成分系の場合に適用可能
であるが、Ｃは１．ｔｏ％を超える場合１／Ｃは本発明
法を適用しても靭性の向上効果ｔｆｉ認められなくなる
。

実施例 表２１Ｃ示した化学成分値の鋼を第１図の処理パターン
で処理し、その組織構成と機械的性質ｆ調べ表３および
表４の結果を得た。ただし、表３ｒｉ表２の鋼（１）に
ついての結果であり、表４＃：を表２の鋼（２）の結果
である。

表　２　（重量係） 表３および表４の結果から明らかなように、本発明に従
う５段階の処理を行なうことによって、強度と靭性がと
もに優れた高強度高靭性鋼が得られる。なお、本発明法
に従う場合、初晶マルテンサイトが９０−以下において
、二次マルテンサイトが生成しない焼戻しマルテンサイ
トとベーナイトの混合訊織となっている。強度を重視し
たい場合は、この混合組織中のマルテンサイト量を増量
すればよく、これは、Ｔ２温度、Ｔ、温度、ｔ８時間を
調整することｖｃ工って行ない得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従う処理段階を示すパターン図、第２
図は本発明の引上げオーステンパー法と従来のオーステ
ンパー法を比較した恒温変態図、第３図に本発明法を実
施した場合のピンカース硬度と衝撃値の関係図、第４図
は本発明法のｔ３時間と衝撃値および硬さとの関係図で
ある。 出願人　　日新製鋼株式会社 ＋（分） １ 第３　図 ビッカ　ス酸度

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）炭素ｔ−０，４０〜１．１０　％　（７）範囲で
   含有ｆる中高炭素鋼を当該鋼のＡ、変態点〜Ａ、変態点
   ＋１５０ｃの温度域に保持してオーステナイト化処理し
   、このオーステナイト域から当該鋼のＭｓ点〜ＭＫ４点
   の温度域に適冷オーステナイトが存在するように焼入し
   たあと少なくとも１ｏ容積チ以上の未変態オーステナイ
   トを保持したままでこの温度域がら３００〜５５０Ｃの
   温度域に再加熱し、この再加熱温度域において適冷オー
   ステナイトのベーナイトへの変態と初晶マルテンサイト
   の焼戻しを行なわせることからなる高強度高靭性鋼の製
   法。
2. （２）鋼が帯状または線状の形状を有し全処理が連続ラ
   インで実施される特許請求の範囲第１項記載の製法。
3. （３）再加熱温度域に保持する時間は未変態オーステナ
   イトの９５容積−以上がベーナイトに変態するに要する
   時間である特許請求の範囲第１項または第２項記載の製
   法。