JPS60152654A

JPS60152654A - 耐水素割れ特性にすぐれた高強度高延靭性鋼材の製造方法

Info

Publication number: JPS60152654A
Application number: JP905484A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Yuzutori; 柚鳥　登明; Masatoshi Sudo; 正俊須藤
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1984-01-20
Filing date: 1984-01-20
Publication date: 1985-08-10
Also published as: JPH048485B2

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】本発明は耐水素割れ特性にずくれた高強度高延靭性鋼材
及びその製造方法に関する。

低降伏比のプレス成形用鋼板として、ボリゴナルフエラ
イトと少里の塊状低温変態生成相とからなる複合Ｍ１織
を有する鋼材が既に知られているが、尚、材質的には耐
水素誘起割れ特１−目、［か、靭性や延性が十分ではな
い。

本発明者らは、耐水素割れ特性のめならず、延性、靭性
、延性・強度バランスにずくれ、また、プレス成形性等
にもずくれたＩａ　４４を得るべく鋭意研究した結果、
鋼組織を予め残留オーステナイトを含有していてもよい
マルテンサイト、ヘイナイト若しくはこれらの混合ｋｎ
　Ｈｌｉ、又はフェライトとマルテンサイト若しく目ヘ
イナイトの低温変態生成相からなる前組織とした後、所
定の条件に従って熱処理して、最終＆ｌｌ織として、平
均粒径１０メ１以下のポリゴナルフエライト相と、残部
がフェライＩ・相中に針状のマルテンサイト、ヘイナイ
ト又はこれらの混合組織からなる低温変態生成相が均一
に分散されてなる混合相とを有せしめることにより、上
記の特性を備えた鋼材を得ることができることを見出し
て本発明に至ったものである。

本発明による耐水素割れ特性にずくれた高強度高延靭性
鋼材は、重量％でＣＯ，０１〜０．５０％、Ｓｉ２．０％以下及びＭｎ　Ｏ，３〜３．０％を含有し、金属組織が平均粒径１０μ以下のポリゴナル
フエライＩ・相と、残部がフェライト相中に針状のマル
テンサイト、ベイナイト又はこれらの混合組織からなる
低温変態生成相が均一に分散されてなる混合相とからな
ることを特徴とする。

以下に本発明による鋼材におりる成分の限定理由につい
て説明する。

Ｃは、鋼が本発明の規定する金属組織を有するために０
．０１％以上を添加することが必要であるが、０．３０
％を越えるときは、針状のマルテンサイト及び／又はヘ
イナイトからなる低温変態生成相（以下、単に第２相と
いうことがある。）の延性が劣化するようになると共に
、得られる鋼材の溶接性も劣化し、更に、０．５０％を
越えるときは、目的とする所定の最終金属ｆｏｒｔ織を
得ることができない。従って、Ｃ含有量は０．０１〜０
．５０％、好ましくは０．０１〜０．３０％とする。

Ｓｉはフェライト相の強化元素として有効であるが、２
．０％を越えると変態温度を著しく高温側にずらせるの
で、上限を２．０％とする。

Ｍｎは鋼を強化すると共に、第２相の焼入れ性を確保し
、また、その形態を針状化するために０゜３％以上を添
加することが必要であるが、３．０％を越えて多量に添
加しても、その効果が飽和すると共に、溶接性が著しく
劣化するので、Ｍｎ含有量は０．３〜３．０％とする。

本発明によれば、鋼の金属組織を微細化し、また、これ
らの炭窒化物によって鋼の耐水素誘起割れ特性を高める
ために、Ｎｂ、、■及びＴｉから選ばれる少なくとも１
種の元素を更に添加することができる。上記の効果を有
効に発現させるためには、いずれの元素についても０．
００５％以上の添加を必要とするが、しかし、過多に添
加してもその効果が飽和し、また、経済的にも不利であ
るので、その」二限は、Ｎｂについては０．２％、■及
びＴｉについてはそれぞれ０．４％とする。

更に、本発明の鋼が含んでよい元素又は不可避的に含ま
れる元素について説明すれば、本発明鋼の用途に応じて
、Ｃｒｓ　Ｃｕ及び／又はＭＯをそれぞれ１．０％以下
、Ｎｉを６％以下、Ａｎ及び／又はＰをそれぞれ０．１
％以下、Ｂを０．０２％以下適宜に添加することもでき
る。また、溶銑予備処理等の方法によって、ＳをＯ，Ｏ
Ｏ５％以下、Ｐを０．０１０％以下とし、或いはＮを０
．００４％以下とすることや、またＣａやＣｅ等の希土
類元素を添加することによって、ＭｎＳ介在物の形状を
調整ごとも好ましい。

次に、本発明による鋼材の製造方法について説明する。

本発明による耐水素割れ特性にすぐれた高強度高延靭性
鋼材の製造方法は、上記したような化学組成を有する鋼
の組織を、マルテンサイト、ベイナイト若しくはこれら
の混合組織が主体である組織、又はフェライトとマルテ
ンサイト若しくはベイナイトの低温変態生成相との混合
＆、ｌＩ　Ｐａから２（る組織とした後、Ａｃ＋〜Ａｃ
：＋」１００°Ｃの温度域に加熱し、次いで、平均冷却
速度０．０１〜ｂ秒にて常温乃至５００°Ｃ以下の温度
まで冷却することを特徴とする。

先ず、本発明においてシ、）二、最終金属に、１１織に
おける第２相を微細な針状組織とするために、前記所定
の組成を有する鋼をＡｃｔ”Ａｃａ＋１００℃の温度域
に加熱する前に、そのｆａｌｌ織をマルテンサイト、低
炭素ベイナイト（即ち、針状フエラ−（１−）を含有し
ていてもよいヘイナイト若しくはこれらの混合組織が主
体であるＫ、■織、又は一部少尾の残留オーステナイト
を含有していてもよいマルテンサイト若しくはヘイナイ
トの低温変態生成相との混合ｍ織（以下、これらを単に
前３．１１織ということがある。）とする。即ち、通常
のフェライト・パーライト変態を阻止することが必要不
可欠であり、特に、前組織をフェライトと低温変態生成
相との混合に：■織とすることが、後述する理由から好
ましい。

−上記した前組織を得るためには、例えば、熱処理や圧
延後の調整冷却はか、種々の手段によることができるが
、熱間圧延後の調整冷却による方法が最終組織を微細化
する観点からも、経済的な観点からも有利である。しか
し、本発明においてはこれらに限定されるものではない
。尚、圧延後の調整冷却によって所要の前組織を得るに
は、その際の冷却速度を５℃／秒以上とすることが必要
である。これよりも小さい冷却速度では、通常のフェラ
イト・パーライト組織となるからである。

また、前組織を調整するに際して、旧オーステナイト粒
径を３０μ以下とすることによって、最終組織のボリゴ
ナルフエライトの平均粒径を１０μ以下とすることがで
きる。特に、旧オーステナイト粒径を５〜２０μに調整
することにより、ポリゴナルフエライトの平均粒径を２
〜５μに極微細化することもできる。尚、旧オーステナ
イト粒径を３５　ＩＩ以下に調整するには、造塊又は連
続鋳造により得られた鋼を熱間加工するに際して、オー
ステナイトの再結晶や粒成長の進行が著しく遅い温度域
、即ち、９８０℃以下であって、且つ、Ａ、３点以上の
温度範囲において減面率３０％以上で熱間加工すること
が必要である。熱間加工温度が９８０℃を越える温度で
あるときは、オーステナイトが再結晶や粒成長しやすく
、また、加工減面率が３０％よりも少ないときは、オー
ステナイト粒径を細粒化することができないからである
。

更に、ＩＯμ〜２０μの細粒を得るには、上記加工条件
に加えて、最終加］−パスを９００℃以下とする必要が
あり、５〜１０μの極細粒を得るためには、上記最終加
工を歪速度３００／秒以上とする必要がある。

次いで、本発明においては、このように前組織を調整し
た鋼をＡＣ１〜ＡＣ３＋１００℃の温度域に加熱した後
、所定の条件下に冷却して、所定の最終組織を得る。従
って、前組織を調整すると共に、この加熱冷却条件を適
切に選択することが、本発明による最ｖ！、組織を得る
ために重要である。

一部残留オーステナイトを含んでいてもよいマルテンサ
イトやベイナイトを含有する上記のような前組織をフェ
ライト・オーステナイト相又はオーステナイト相域直上
に加熱する場合の逆変態過程においては、変態初期に旧
オーステナイト粒内から針状オーステナイト粒子が生成
する。この粒子には、逆変態前又は逆変態過程における
フエライＩ・相及びオーステナイト相の両相間での溶質
元素の分配によって、Ｓ　Ｉ　％　Ｍ　ｎ　−、Ｃｒ等
の元素が著しく濃化し、以後、変態の進行に伴って、４
状オーステナイトは合体して塊状となり、また、オース
テナイト載置−に加熱の場合には、塊状オーステナイト
の成長によって鋼組織全体がオーステナイト相に変態す
る。この状態においても、上述の溶質元素の濃化は残存
し、容易に均質化しない。

従って、本発明においては、所定の前組織を有する鋼を
ＡＣ１〜ＡＣ３＋１００℃の温度域に加熱する。

次いで、このような組織杖態から、本発明に従０つて、０．０１〜ｂすることによって、Ｃ，Ｓ　ｉ、Ｍｎ、Ｃｒ等の濃度分
布の影響を受け、低濃度領域、なかでもオーステナイト
粒界や塊状オーステナイト相界面からボリゴナルフエラ
イトが変態する。次いで、残部領域ではフェライトと針
状オーステナイトとに分離し、最終的に針状オーステナ
イトが低温変態生成相を形成する。この針状オーステナ
イトにはＣ１Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ等の元素が著しく濃化さ
れているので、０．０１℃／秒の冷却速度においてもパ
ーライト変態を起こさないのである。

本発明においては、フェライト相と低温変態生成相の混
合組織を前組織とし、Ａ　Ｃｌ〜ＡＣ３温度域に加熱す
る場合は、上記したように、平均冷却速度が０．０１℃
／秒でも本発明による鋼材を得ることができる。しかし
、平均冷却速度が４０℃／秒を越えるときは、特に、マ
ルテンサイトやベイナイトを前組織として、ＡＣ２〜Ａ
Ｃ３＋１００℃の温度域に加熱した場合にポリゴナルフ
エライトが得られなくなる。従って、本発明の方法にお
いては、１Ａｃ＋”−Ａｃ＋　＋　１００℃の温度域への加熱後の
平均冷却速度を０．０１〜ｂ冷却停止温度は、低温変態生成相としてベイナイト、マ
ルテンサイト又はこれらの混合組織を得るために５００
℃以下常温までの温度であることが必要である。５００
℃よりも高い温度、特に６００℃よりも高い温度で冷却
を停止する場合は、パーライト変態が起こりやすくなる
がらである。

このようにして、本発明の方法によれば、所定の最終組
織を有する鋼材を得ることができるが、この最終組織の
ボリゴナルフェライトやフェライト地における固溶（Ｃ
＋Ｎ）量は著しく低く、通常、約２０ｐｐｍ以下である
。

尚、本発明においては、フェライトと低温変態生成相か
らなる前組織は、それ自体が低降伏比であって加工性も
よいので、前組織調整後に所要の形状に加工し、次いで
、本発明に従って加熱冷却することにより最終組織とし
てもよい。例えば、フェライトと低温変態生成相との混
合組織からなる前組織とした後にパイプ成形し、次いで
、本発２明に従って熱処理及び冷却を行なうのである。但し、か
かる場合において、前組織の冷間加工度が５０％を越え
るときは、熱処理中にマルテンサイトやヘイナイトの再
結晶が起こり、第２相の形態が変化することがあるので
、冷間加工度は５０％以下とすることが望ましい。

以上のように、本発明によれば、予め所定の前組織を有
せしめた鋼を所定の条件に従って熱処理して、最終組織
として、平均粒径１ｏμ以下のポリゴナルフエライト相
と、残部がフェライト相中に固溶炭素２０ｐｐｍ以下の
針状のマルテンサイト、ベイナイト又はこれらの混合組
織からなる低温変態生成相が均一に分散されてなる混合
相とからなる従来にない組織を有せしめたので、かがる
鋼材は耐水素誘起割れ特性にすぐれるのみならず、延性
、靭性、強度・延性バランスにすぐれ、更にプレス成形
性にもすぐれる。

実施例第１表に本発明で規定する化学組成を有する鋼１．２及
び３及びそのＡＣ３温度を示す。

３ｔｌｉｉｌｌを熱間圧延後、加速冷却して前組織をフェ
ライト相（４５％）と残部マルテンサイト相（４％の残
留オーステナイトを含有する。）の混合組織としたもの
をＩＲし、比較のために、鋼１を熱間圧延後、放冷して
前組織をフェライト・パーライト組織としたものをＩＣ
とする。同様に鋼２を熱間圧延後、加速冷却して前組織
をマルテンサイト主体の組織としたものを２Ｒとし、更
に、鋼３を熱間圧延後、加速冷却して前組織をフェライ
ト相（７５％）と残部マルテンサイト相（３％の残留オ
ーステナイトを含有する。）の混合組織としたものを３
Ｒとする。

これらｌＲ１ＩＣ，２Ｒ及び３ＲをそれぞれＡＣ１〜Ａ
Ｃ２温度域である８３０〜８６０℃、又はＡ　（１〜Ａ
ｃ＋＋１００℃域の９００℃に加熱した後、種々の冷却
速度にて常温まで冷却した。これらの最終組織と緒特性
とを第２表に示す。

また、本発明による鋼の代表的な例の組織の顕微鏡写真
を第１図Ａ及びＢに示す。倍率はＡ図が２７０倍、Ｂ図
が１７００倍であり、Ｂ図におい４て白い部分がボリゴナルフエライト、黒い部分が針状マ
ルテンサイトを示し、金属組織が平均粒径１０μ以下の
ポリゴナルフエライト相と、残部がフェライト相中に針
状の低温変態生成相が均一に分散されてなる混合相とか
ら形成されていることが認められる。

第２表において、鋼重号（１）、（２）、（３）、（７
）及び（８）は本発明鋼であり、これらの＆ＩＮ織は、
平均粒径５μのボリゴナルフエライトと、残部がフェラ
イトと針状マルテンサイトの混合組織（一部、残留オー
ステナイトを含有する。）からなる。それぞれの鋼につ
いて、最終組織における各相の存在分布を第２表に示す
。これらの鋼は強度・延性バランスにすぐれ、引張強さ
くｋｇ／＋＋ｍ”　）　Ｘ全伸び（％）が２０００（ｋ
＋ｒ／龍２　・％）を越えており、また、水素誘起割れ
特性もすぐれている。

これに対して、鋼重号（４）は加熱時にオーステナイト
化が進行しすぎたために、最終組織における第２相が塊
状であって、その結果、緒特性も悪い。

第１図Ｃに組織の顕微鏡写真（１７００倍）を示５ずが、黒い部分が塊状マルテンサイトである。鋼重号（
５）及び（６）は、その前組織が従来のフェライト・パ
ーライト組織であるので、加熱冷却条件は本発明の規定
する範囲内にあるが、低温変態生成相が塊状をなし、目
的とする組織か得られない。

第２図は本発明鋼を３００〜５００℃に加熱保持して焼
鈍したときの強度と絞りの変化を示す。

低温焼鈍の場合も、本発明の効果が糾持されることが明
らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ及びＢは本発明による鋼の組織の代表例の顕微
鏡写真、Ｃは比較例鋼の組織の顕微鏡写真を示し、第２
図は本発明鋼を焼鈍したときの機械的性質の変化を示す
グラフである。８

Claims

【特許請求の範囲】（１１重量％でＣＯ，０１〜０．５０％、Ｓｉ２．０％以下及びＭｎ　０．３〜３．０％を含有し、金属組織が平均粒径１０μ以下のポリゴナル
フエライト相と、残部がフェライト相中に針状のマルテ
ンサイト、ベイナイト又はこれらの混合組織からなる低
温変態生成相が均一に分散されてなる混合相とからなる
ことを特徴とする耐水素割れ特性にすぐれた高強度高延
靭性鋼材炭素鋼材。（２）重量％でＣＯ，０１〜０．５０％、Ｓｉ２．０％以下、Ｍｎ　Ｏ，３〜３．０％、及びＮｂＯ，００５〜０．２％、Ｔ　ｉ　Ｏ，ＯＯ５〜０．
４％及びＶｏ、００５〜０．４％から選ばれる少なくと
も１種、を含有し、金属組織が平均粒径１０μ以下のボリゴナル
フエライト相と、残部がフェライト相中に針状のマルテ
ンサイト、ベイナイト又はこれらの混合組織からなる低
温変態生成相が均一に分散されてなる混合相とからなる
ことを特徴とする耐水素割れ特性にすぐれた高強度高延
靭性鋼材炭素鋼材。（３）重量％でＣＯ，０１〜０．５０％、Ｓｉ２．０％以下及びＭｎ　０．３〜３．０％を含有する鋼の組織をマルテンサイト、ベイナイト若し
くはこれらの混合組織、又はフェライトとマルテンサイ
ト若しくはベイナイトの低温変態生成相との混合組織か
らなる前組織とした後、Ａ　（１〜ＡＣ３＋１００℃の
温度域に加熱し、次いで、平均冷却速度０．０１〜４０
℃／秒にて常温乃至５００℃の温度まで冷却することを
特徴とする耐水素割れ特性にすぐれた高強度高延靭性鋼
Ｈの製造方法。