JPS5896817A - 高靭性を有する高張力熱間圧延鋼材の製造法 - Google Patents

高靭性を有する高張力熱間圧延鋼材の製造法

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JPS5896817A
JPS5896817A JP19652381A JP19652381A JPS5896817A JP S5896817 A JPS5896817 A JP S5896817A JP 19652381 A JP19652381 A JP 19652381A JP 19652381 A JP19652381 A JP 19652381A JP S5896817 A JPS5896817 A JP S5896817A
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Tamotsu Hashimoto
保 橋本
Yasuo Otani
大谷 泰夫
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment

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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】 この発明は、直接焼入−短時間焼戻しによる高靭性およ
び高強度を有する熱間圧延鋼材、すなわち高張力鋼板、
低温用鉄筋、およびH形鋼などの熱間圧延鋼材の製造法
に関するものである。
従来、鋼の強化法として直接焼入法が試みられており、
この方法は、主として鋼の強化に対しては、粗い結晶粒
径による焼入性の向上、固溶v1Nbなどの焼戻し時の
析出強化作用などの理由で非常に有効であるが、低温靭
性に問題があり、したがってこの直接焼入法によって強
化された鋼材は低温用途に対しては実用化されるまでに
到っていない。これは、これまでの直接焼入法が再加熱
・焼入工程の省略による熱エネルギ節減と、 Nbの高
い溶解度と、それにもとづく強化作用の増大にポイント
が置かれ、靭性が劣化するのは止むを得ないと見なされ
ていたことによるものである。したがって、この靭性劣
化なくして、直接焼入によυ鋼を強化できる方法があれ
ば、この方法は今日の省資源・省エネルギ化の中で最も
注目される方法ということができる。
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、−40
℃や一100℃の極低温において、著しく高い強度とす
ぐれた靭性とを兼ね備えた鋼材を直接焼入・焼戻し法を
利用して得べく研究を行なった結果、鋼を、C:0.0
2〜0.30%、Si:0.’7チ以下、 Mn: 0
.4〜1.8 %、  sol、AQ : 0.01〜
0.07%を含有し、さらに必要に応じて強度向上成分
および靭性向上成分として、Cu:0.50%以下、N
1:3%以下、cr:1’%以下、Mo:1%以下。
V:0.1%以下、 Nb: 0.1%以下、 Ti:
 0.1チ以下、 Zr: 0.1%以下、 La: 
0.01%以下、 Ce : 0.01係以下、Oa:
0.01−%以下、およびB:0.01%以下からなる
群のうちの1種または2種以上を含有し、残シがFeと
不可避不純物からなる組成(以上重量%、以下−の表示
はすべて重量%を意味する)を有するものに特定し、こ
の鋼に、950〜1150℃の温度範囲内の温度に加熱
した後、全断面減少率または全圧下率:60チ以上、9
00℃以上の温度における1パス当りの断面減少率また
は圧下率;10%以上、圧延仕上温度:950〜800
℃の条件で圧延を行ない、圧延終了後、その冷却途中に
おける直接焼入れとAc、変態点以下の温度での短時間
の焼戻しからなる熱処理を施すと、前記圧延工程前の加
熱によって初期7粒が細粒化し、また前記圧延工程によ
ってγ粒の異常成長が防止されると共に1粒の再結晶が
促進されるようになり、さらに前記熱処理によって細粒
のr相から細粒のフェライトと、ベイナイトあるいはマ
ルテンサイトの混合組織からなる細粒にして均一な焼入
れ焼戻し組織となることから、この結果得られた鋼材は
、極低温においても高強度と高靭性を保持したものとな
るという知見を得たのである。
この発明は、上記知見にもとづいてなされたものであっ
て、以下に鋼の成分組成および圧延・熱処理条件を上記
の通りに限定した理由を説明する。
(a)  鋼の成分組成 鋼材に所定の強度を付与するためにC成分を含有させる
が、その含有量が0.02%未満では所望の高強度を確
保することができず、一方0.30%を越えて含有させ
ると靭性低下をきだすようになることから、その含有量
を0.02〜0.30%と定めだ。また、Si成分には
脱酸作用があり、0.7%までの含有は許容されるが、
0.7%を越えて含有させると、靭性低下が著しくなる
ことから、その上限値をO,マチと定めた。Mn成分に
は、累地に固溶して、これを固溶強化し、かつ結晶粒を
微細化して強度および靭性を向上させる作用があるが、
その含有量が0.4%未満では前記作用に所望の効果が
得られず、一方1.8チを越えて含有させると、靭性お
よび溶接性が劣化するようになることから、その含有量
を0.4〜1.8%と定めた。さらにA、C成分にはす
ぐれた細粒化作用があるが、その含有量がs oL、A
1で0.01%未満では所望の細粒化をはかることがで
きず、一方同じ(sot、Aeで0.07チを越えた含
有になると、非金属介在物の量が急激に増加して鋼の靭
性が劣化するようになることから、その含有量を0.0
1〜0.07%と定めた。また、この発明の鋼において
は、上記の強度向上成分および靭性向上成分のうちの1
種または2種以上ををはかることができるが、いずれの
成分も上記の上限値を越えて含有−させると、靭性が低
下するようになることから、それぞれの上限値を上記の
値に定めた。
(b)  加熱温度 細粒化のだめの加熱において、その温度が950℃未満
では、均一にして微細なオーステナイト組織を形成する
ことができず、一方1150%を越えた温度になると、
粒成長が著しく、所望の細粒化をはかることは不可能と
なることから、その加熱温度範囲を950〜1150℃
と定めた。
(C)圧延条件 靭性のすぐれた直接焼入鋼を得るためには圧延条件の限
定は重要であり、断面減少率または圧下率で計算される
全加工度は60%以上にする必要があり、しかもこの全
加工度は大きければ大きいほど好ましい。すなわち、こ
の圧延によってオーステナイトの再結晶細粒化を促進さ
せるものであり、950〜8oo℃の仕上条件で再結晶
を完了するには少なくとも60%の加工度が必要なので
ある。また、同時に圧延が900℃以上の温度で行なわ
れる場合にはlパス当シの加工度を10%以上としなけ
ればなら々い。すなわち、一般に圧延の初期においては
、圧延鋼材の断面積が大きいために1パス当りの加工度
は10%以下になるのが普通である。また、一方で11
00〜1050℃以上の高温域では、1パス当りの加工
度が5〜8%程度であると歪誘起による異常粒成長が生
じ、不均一オーステナイト粒発生の原因となり好ましく
ないが、前記の温度以下の温度での圧延では、このよう
な現象は去じないとされていた。このように、これまで
の研究では、スラブあるいはビレットの加熱温度を12
00℃以上に高くすると、初期オーステナイト粒が大き
くなるという現象についてしか言及されていなかった。
しかしながら、この発明の方法における1150〜95
0℃の低温加熱でも初期オーステナイト粒が小さい場合
には、異常粒成長が1050℃以下の温度でも生ずると
いう知見を新たに得たのである。したがって、この異常
粒成長を防止するためには、lパス当りの加工度を10
%以上とし、極力大きくして再結晶細粒化を促進するこ
とが全体として好ましい圧延スケジュールになるのであ
る。
また、圧延仕上温度を950〜8oo℃に限定したのは
、その温度が950℃を越えると、再結晶オーステナイ
ト粒が容易に粗大化し、一方その温度が800℃未満で
はオーステナイトの再結晶が著しく遅延するという理由
にもとづくものである。しかも特徴的なことは、全加工
度と、900℃以上の温度での1パス当りの加工度と、
圧延仕上温度との限定3条件を満足する限りにおいては
、鋼の靭性の圧延歪速度感受性はきわめて鈍く、はとん
ど歪速度を制御する必要のないことが判明したことであ
る。むしろ高歪速度で発熱型の圧延はど靭性に対しては
好ましいようである。これは、従来のこの種のオーステ
ナイト再結晶の技術開発が、その後にオーステナイトリ
フエライト変態を伴なうフェライト+パーライト鋼に着
目してなされたものであり、この発明の方法におけるよ
うに圧延終了後、その冷却途中に直接焼入されるような
鋼材を対象としてなされたものではないものと考えられ
る。上記のように、この発明の方法では、圧延終了後、
その冷却途中においてAr3変態点以上の温度あるいは
その近傍の温度で直接焼入した鋼を、再び鋼のAc、変
態点以下の温度で焼戻し処理するが、この際、焼戻し処
理を短時間で行なうことが良好な靭性のままで高強度を
得る重要な特色の1つである。すなわち、この発明の焼
戻し処理を実施するに際しては、好ましくは誘導加熱の
ような手法で数分のオーダーで短時間昇温することが望
ましいが、設備的な制約により電気炉あるいはガス炉に
よる昇温になっても飢記の特色が消失するものではない
。また所定の焼戻し温度に昇熱した後の均熱時間は5分
以内に抑えるととが望ましい。
つぎに、この発明の方法を実施例により比較例と対比し
ながら説明する。
実施例 1 それぞれ第1表に示される成分組成および150H1X
150mgの断面寸法をもったビレットを用意し、この
ビレットを同じく第1表に示される温度に加熱した後、
同じくそれぞれ第1表に示される圧延条件にて圧延し、
圧延終了後、直ちに焼入れし、引続いて通常のガス炉を
用い、第1表に示される温度に5°分以内の均熱保持の
焼戻し処理を行なうことによって、直径:32朋φを有
する本発明棒鋼1〜3および比較棒鋼1〜6をそれぞれ
製造した。
なお、比較棒鋼1〜6は、加熱温度および圧延条件のう
ちのいずれかの条件がこの発明の範囲から外れた条件で
製造されたものであシ、該当条件に※印を付し、第1表
に表示した。
ついで、この結果得られた本発明棒鋼1〜13および比
較棒鋼1〜6について、引張試験および衝撃試験を行な
い、引張試験においては、引張強さくT、S、)、降伏
点(Y、 S、 )、および伸び(Et)を測定し、ま
た衝撃試験では破面遷移温度(vTs )、並びに−4
0℃と一1oo’cにおけるVノツチエネルギー値(v
E −40およびvB −100)をそれぞれ測定した
。これらの測定結果を第1表に合せて示した。
第1表に示されるように、製造条件のうちのいずれかの
条件がこの発明の範囲から外れた製造条件で製造された
比較棒鋼1〜6は、いずれも衝撃性質が悪く、特に−4
0℃や一100℃の極低温で高靭性を確保することがで
きないものであるのに対して、この発明の製造条件にし
たがって製造された本発明棒鋼1−13は、いずれも高
強度および高靭性を有し、特に−40℃や一100℃の
極低温においてもきわめてすぐれた靭性を示すことが明
らかである。
実施例 2 第2表に示される成分組成をもった150龍厚のスラブ
を用意し、このスラブを同じく第2表に示される加熱・
圧延条件にて板厚:19酊の厚板に熱間圧延し、ついで
前記厚板の冷却途中である800℃にて焼入れし、引続
いて用しく第2表に示される条件にて焼戻し処理を行な
うことによって本発貝厚板1〜4および比較厚板1〜6
をそれぞれ製造した。なお、以上の実施は、すべて実験
室的圧延および熱処理操作により行なった。また、第2
表の焼戻し処理における電気炉加熱は昇温に45分を要
する徐加熱で行ない、厚板中心部の温度が630℃に達
しだ後、保持時間を第2表に示される通り変化させた。
さらに同じく誘導加熱は2分間で焼戻し温度である63
0℃に昇温する急速加熱である。この結果得られた本発
明厚板1〜4および比較厚板1〜6の引張性質および衝
撃性質を実施例1におけると同様な条件で測定し、第2
表に合せて示した。
第2表に示されるように、比較厚板1〜4は、いずれも
厚板圧延条件(第2表で※印を付したもの)がこの発明
の範囲から外れた条件で製造されたものであり、本発明
厚板1に比して強度はややすぐれるものの衝撃性質が著
しく劣ったものになっている。また、本発明厚板1と比
較厚板5、および本発明厚板2と比較厚板6とは、焼戻
し処理における保持時間が異なるが、短時間焼戻しの本
発明厚板1,2は、比較厚板5,6に比して衝撃性質は
ほとんど遜色なく、高い強度をもつことが明らかである
。また、本発明厚板3,4も高強度および高靭性をもつ
ことが明らかである。
上述のように、この発明の方法によれば、低温加熱と1
パス当りの高加工度圧延、それに引き続く直接焼入と短
時間焼戻しにより、引張強さ:50〜1ookg/−の
高強度、並びに−40〜−100℃以下の低温でも十分
満足して使用することができる高靭性を有する棒鋼およ
び厚板、さらにH形鋼などの鋼材を、生産性良く製造す
ることができるのである。なお、短時間焼戻し処理を実
施するには、圧延ライン上にトンネル式の直接加熱炉ま
たは誘導加熱炉を併置する方法をとるのが好ましい。
出願人  住友金属工業株式会社 代理人  富  1) 和  夫

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)重量%で、C: 0.02〜0.30%、 Si
    :0.7チ以下、 Mn: 0,4〜1.8 %、  
    soL、A1 : 0.01〜0.07%を含有し、残
    りがFeと不可避不純物からなる組成を有する鋼を、9
    50〜1150℃の温度範囲内の温度に加熱した後、全
    断面減少率または全圧下率:60%以上、900℃以上
    の温度におけるlパス当シの断面減少率または圧下率:
    lOチ以上、圧延仕上温度:950〜800℃の条件で
    圧延を行ない、圧延終了後、その冷却途中において直接
    焼入れし、かつAc、変態点以下の温度で短時間の焼戻
    し処理を行なうことを特徴とする高靭性を有する高張力
    熱間圧延鋼材の製造法。
  2. (2)重量%で、C:0.02〜0.30チ、81:0
    .7係以下、 Mn: 0.4〜1.8%、  sot
    、fiJl : 0.01〜0.07%を含有し、さら
    にCr:1%以下、Cu:0.5%以下、Ni:3チ以
    下、l4鐘1%以下、■:0.1チ以下、  Nb: 
    0.1チ以下、Tl:0.1チ以下。 Zr:0.1%以下、’ La : 0.01%以下、
     Ce: 0.01チ以下、 Ca: 0.01 %以
    下、およびB : 0.01 %以下のうちの1種また
    は2種以上を含有し、残りがFeと不可避不純物からな
    る組成を有する鋼を、950〜1150℃の温度範囲内
    の温度に加熱した後、全断面減少率まだは全圧下率:6
    0チ以上、900℃以上の温度−における1パス当りの
    断面減少率まだは圧下率:104以上、圧延仕上温度:
    950〜800℃の条件で圧延を行ない、圧延終了後、
    その冷却途中において直接焼入れし、かつAc、変態点
    以下の温度で短時間の焼戻し処理を行なうことを特徴と
    する高靭性を有する高張力熱間圧延鋼材の製造法。
JP19652381A 1981-12-07 1981-12-07 高靭性を有する高張力熱間圧延鋼材の製造法 Granted JPS5896817A (ja)

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