JPS61163210A - 強度と靭性のすぐれたボロン含有低合金鋼の製造法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は微量のｈｔとＢとを含有し、焼入れ焼もどしを
施して使用する低合金鋼にすぐれた強度靭性を付与する
方法に関するものである。

（従来の技術、問題点） 海洋構造物用鋼材や寒冷地で使用されるパイプライン用
鋼材など高強度、高靭性が要求される鋼材は焼入れ焼戻
し処理して製造されることが多い。

これらの鋼材の熱処理方法としては、ガスまたは重油バ
ーナ一方式の炉加熱により加熱される場合の他、最近で
は誘導加熱により加熱する方法がある。誘導加熱方式の
場合はカロ熱速度が速いために結晶粒の微細化が図られ
靭性が向上するという効果がある一方、オーステナイト
粒径が細かくなるために焼入性が低下するという欠点も
あり、強度不足になることも多い。

焼入性を高めるには焼入れ加熱時の固溶Ｂを増せばよい
ことは特公昭５６−１３７７１号公報。

特公昭５７−３２６９４号公報などでよく知られており
、それを実現するためには適正量のｈｔを添加してＮを
入ＡＮとして固定し、ＢＮの生成を防げばよい。しかし
ながら、これまでの製造法は急速な加熱と冷却を施す製
造法ではないためＢの作用効果を最大限に発揮させたも
のでなく、得られる強度と靭性が不安定でかつ不満足な
ものであった。

（問題点を解決するための手段、作用）本発明者は靭性
に有害な粗大ＬＡＮの析出を防止するために鋼片を強制
冷却することが必須であることを見出し、熱間圧延工程
時にＮをＡ７Ｎとして固定するために素片の低温加熱（
１０００〜１１８０℃）を施して従来の問題点を解決し
たのである。ＡｔＮやＢＮの析出および分解挙動を速度
論的に詳細に検討した結果、上記の鋼片の冷却条件およ
び熱間加工時の加熱温度を規制するに加えて、加工仕上
温度を９５０℃以下にし、焼入れ処理における加熱速度
を２５℃／分以上にすることによってＢの焼入性向上効
果が一層高まり、オーステナイト粒が細かくても高焼入
性全確保できることを見い出した。

すなわち、本発明の要旨は、Ａ４：　０．０２〜０．１
５％、Ｂ　：　０．０００３〜０．００５０チを含有し
た低合金卸の鋼片冷却に際し鋼片の温度が少なくとも６
００℃に達するまでの平均冷却速朋が１０℃／分以上と
なる強制冷却を行い、続いて該鋼片を１０００〜１１８
０℃に加熱して９５０℃以下で加工を完了する熱間加工
を施した稜、２５℃／分以上の加熱速度で再加熱焼入れ
し、その後焼戻すことを特徴とする強度と靭性のすぐれ
たボロン含有低合金鋼の製造法である。

以下２本発明について詳細に説明する。

転炉や電気炉などの通常使用される溶解炉で溶製された
低合金鋼は不可避的不純物としてＮを含んでおり、通常
の焼入れ温度（８００〜９５０℃）゛ではＢがＮと結合
してＢＮとなり焼入性に有効な固溶Ｂが減少してしまう
。このＮの悪影響を防止するためにｈｔを添加する必要
がある。しかし、　　ｈｔとＮを含む鋼片を高温から徐
冷するとオーステナイト粒界にＩＬｔＮが網目状に析出
し、粗大化する。

粗大なＡｔＮは、例えば１２００℃以上の高温に再加熱
しない限り分解せず、鋼の靭性を著しく劣化させる。

本発明では後述するように鋼片の再加熱温度は１１８０
℃以下に抑える必要があるため、鋼片の状態で粗大々ん
ＡＮの析出を防止する必要があり。

そのためには鋼片冷却時の冷却速度を速めればよい。本
発明者は鋼片を１０℃／分で冷却すれば網目状の粗大＆
ｔＮが現われないことを確認した。すなわち慢片を１０
℃／分以上で強制冷却することは本発明の構成要件（１
）である。

この本発明の構成要件（１）に関して、鋼片を１０℃／
分以上の冷速で常温まで冷却する必要はない。

６００℃以下になるとＡｔＮが網目状に粗大析出するこ
とはなく、また脱水素の観点からは低い温度まで強制冷
却することは好ましくない。従って、鋼片の強制冷却の
最高温度を６００℃に限定した。

強制冷却を受けた鋼片は再加熱されて熱間加工を受ける
。１１．Ｂ、Ｈの挙動に着目すれば、高温で全量固溶し
ていた＆ｔ、Ｂ、Ｎは鋼片の強制冷却中および／または
再加熱の際の昇温中にＡｔＮおよびＢＮとして微細に析
出する。熱間加工のための加熱温度が高温（１１８０℃
超］になるとＡｔＮおよびＢＮは再び分解し、熱間加工
中および／または加工鋼板の冷却中にＩ’ｔＮの析出は
生じ難く、第４図（ａ’）に示すようにＢＮのみが粗大
析出する。このような粗大ＢＮは次工程の焼入れのだめ
の加熱温度では分解し難く、固溶Ｂが増えないので、Ｂ
による焼入性向上効果は小さくなる。一方、熱間加工の
ための加熱温度が１０００〜１１８０℃であればＢＮは
分解するがＡｔＮは完全には分解せず、Ｎがｈｔに固定
されて固溶Ｎが少くなるので、熱間加工中および／また
は加工鋼板の冷却中にＢＮの析出が生じ難く、第４図（
ｂ）に示すように固溶状態にあるＢを多く確保できる。

このように固溶Ｎが少く固溶Ｂが多い状態から次工程の
焼入れのための加熱を行うと、固溶Ｂの確保も容易とな
り焼入性が向上する。なお、熱間加工のための加熱温度
が１０００℃を下まわるとＢＨの分解が十分に起らない
ため次工程の焼入れ処理時でも固溶Ｂが少くなり、Ｂに
よる焼入性向上効果は小さい。すなわち熱間加工のため
の加熱温度を１０００〜１１８０℃に限定することは本
発明の構成要件（２）である。

本発明の構成要件（１）ｌ（２）を満たしていても、熱
間加工の完了温度が高いと加熱時に固溶していたＢはｋ
ｔＮで固定しきれないＮと再結合してＢＮになりやすい
。しかし１本発明者は、加工によってオーステナイト粒
の再結晶がくり返し起っているとＦＩＮの再析出を抑制
できることを見い出した。特に熱間加工の完了温度を９
５０℃以下に限定すると、析出するＢＮ＃を少くできる
のみ々らずオーステナイト粒の細粒化が進み、次工程の
焼入れ処理時の加熱オーステナイト粒も微細化し、鋼の
靭化に有効である。したがって熱間加工の完了温度を９
５０℃以下に限定することは本発明の構成要件（３）で
ある。

Ｂによる焼入性向上効果を最大限に発揮させるための＆
ｔ、Ｂ、Ｎの理想的ガ存在状態は、ＮはＡｔによって完
全に固定されてＡｔＮとなっておりｂ　Ｂは完全に固溶
していることである。一方、最も不都合な状態は、Ｂは
Ｎによって完全に固定されてＢＮと彦っており、　ｈｔ
がＮを固定していないことである。

本発明の構成要件（１）、　（２）　、　（ａ’）を満
たすものは、焼入れ処理前の熱間加工鋼板の状態を理想
的な状態に近づけるものであり、熱間加工のための加熱
温度として１１８０１：超のような通常の高温加熱を採
用した場合は最も不都合な状態に近づけていることにな
る。

焼入処理の加熱方式として電磁誘導加熱のような急速加
熱処理を行うことは加熱前のＢの存在状態を加熱後も近
似的に保持することであり、本発明の構成要件（１）　
、　（２）　、　（ａ）に加えて焼入れ処理時の加熱速
度を高めることはＢの焼入性向上効果を最大限に活用す
る方法である。実際、２５℃／分の加熱速度で加熱する
とＢＮの生成は起らず、高い焼入性が得られた。従って
、焼入れ処理時の加熱速度を２５℃／分以上に制限する
ことは本発明の構成要件（４）であり、この加熱速度は
１８０℃／分以下であることが好ましい。

上述の理由から、高温加熱した熱間加工鋼板を急速加熱
して焼入れる場合には、Ｂの存在状態は最も不都合な状
態にあるので、Ｂによる焼入性向上効果を期待できない
。一方、ガスや重油によるバーナ一方式の炉加熱のよう
に加熱速度が低い場合には、　＆ｔ、Ｂ、Ｎは加熱温度
における平衝状態に近づこうとする。すなわち理想状態
にあったものでは加熱時に固溶Ｂの一部はＢＮとして析
出するし、最も不都合な状態にあったものではＢＮの一
部が分解して固溶Ｂも確保できる。しかし工業的な炉加
熱においては前者の方が後者よりも固溶Ｂが多い。

特願昭５０−８８５２２号はこの点に着目したものであ
る、 以上のことから、本発明の構成要件（１）、　（２）　
、　（３）、（４）を満たすことがＢによる焼入性向上
効果を最大限に活用するために必要である。

次に成分限定の理由について述べる。固溶Ｂが０．００
０３％存在すると焼入性向上効果が顕著に認められるの
で下限を０．．０００３％とした。Ｂを過剰に入れすぎ
ると熱間脆性の原因となるので上限を０．００５０　％
とした。ＡｔはＮを固定するために必須の元素で、その
効果が現われるには０．０２％は必要であり、過剰のｈ
ｔは酸化物を形成して鋼の清浄度を著しく悪化させ、靭
性を劣化させるので上限を眠１５チとした。また、本発
明においては、Ｔｉ　、Ｚｒなどの窒化物形成元素もｈ
ｔと同じようにＮを固定しＢの作用を助けるので、　ｈ
ｔと共に補助的に含有することができる。

なお、転炉、電気炉など通常使用される溶解炉を用いて
溶製された鋼の成分として（］５１−Ｍｎ系の低合金鋼
に加えて、さらに選択成分としてＮｉ。

Ｏｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ等の強度、靭性向上
元素を一種またはそれ以上含有することができる。

（実施例〉 次に、本発明の実施例について説明する。

転炉により第１表に示す成分の鋼を溶製し、造塊５分塊
圧延、または連続鋳造した。分塊圧延後または連続鋳造
後の鋼片は中心温度が６００℃に達するまでを１０〜ｂ 冷却し、脱水素のため保熱炉に装入した。また一部の鋼
片は分塊圧延後放冷し、脱水素のため保熱炉に装入した
。放冷時の井御４＝冷却速度は３ｃ／分、６℃／分であ
った。

次にこれらの鋼片全９５０℃〜１２５０℃に刀日熱し、
板厚３８唾に圧延した。圧延後それぞれの鋼板をソルト
パスを利用して２５〜ｂ 加熱速度で、また比較列としてエレマ電気炉にょリ１５
℃／分の加熱速度で再加熱し、焼入れを行った。焼入れ
における冷却速度は板厚約１５０闘までの冷却速度を想
定し、８００〜５００℃間の平均冷却速度が１６〜１．
２℃／秒の範囲で冷却した。焼入れ後裔鋼板を６５０℃
で焼戻し、引張試駆および２ｍｍＶノツチシャルピー試
験を実施した。

上記各鋼板の製造条件の詳細を第２表に、焼戻し後の機
械的性質を第３表に示す。

第　　３　　表 第２表の条件のうち、鋼片を強制冷却し、低温加熱（１
０００〜１１８０℃）圧延した場合と、鋼片を放冷し、
高温加熱圧延した場合とで焼入速度が１６℃／秒（鋼Ａ
　Ｊ、Ｍ、Ａ、Ｂ　ｌの焼入ままの断面硬さ測定結果を
第１図に示す。

第１図から明らかなように、１２５０℃に加熱、圧延し
た鋼板を急速加熱および徐加熱し、焼入れだ場合の板厚
中央部の焼入れ硬さはそれぞれビッカース硬さ約２８０
および３０（１である。これに対して鋼片を強制冷却し
たのち１０００℃に加熱圧延した鋼板を急速加熱および
徐加熱して焼入れだ場合の板厚中央部の焼入れ硬さはそ
れぞれビッカース硬さ約３５０および３４０であり、圧
延時に低温加熱し、焼入れ時に急速加熱すると一番焼入
性が優れている。

第５図に１１００℃加熱圧延材を用いて焼入れ処理した
場合のＢの存在駄態全示す。加熱速度にかかわらすオー
ステナイト粒界に偏析した焼入性に有効なりが観察され
るが、ソルトバスで急速加熱した方がオーステナイト粒
が細か（、ＢＮの析出は認められない。一方、エレマ電
気炉で途方ｎ熱するとオーステナイト粒は粗（、ＢＮの
析出がわずかではあるが認められる。

続いて上記Ｊ、Ｍ、Ａ、Ｂと回−条件で再加熱まで行な
った犠片を１６〜２．９℃、７秒の冷却速度で焼入した
後６５０℃で焼戻し、引張試験を行った結果を第２図に
示す。

第２図から明らかなように、分塊圧延後放冷した鋼片を
１２５０℃に加熱圧延し、急速加熱（Ａ）および徐加熱
（Ｂ）により再加熱焼入した場合は低い強度しか示さな
いが、これに対して鋼片を強制冷却し、１１００℃で加
熱圧延を行った鋼板を再加熱焼入れする場合、途方１熱
して焼入れた場合（Ｍ）でもある程度の強度上昇が得ら
れるが、急速加熱して焼入れると（Ｊ）さらに高い強度
が得られる。

第３図は焼戻し後の板厚中心部の２ｍｍＶシャルピー試
験の結果を示すものである。鋼片を強制冷却後１１００
℃に加熱圧延し、急速加熱焼入れ。

焼戻しの場合（Ｊ）は焼入性向上効果とオーステナイト
粒の細粒化とによって破面遷移温度が著しく低温側に移
行し７、靭性向上効果が顕著でおる。

（発明の効果） このように、本発明は＆ｔＮの析出を制御し、焼入性に
有効な固溶Ｂを確保することによる焼入性の確保とオー
スブナイトの細粒化によって、すぐれた強度と靭性を有
する鋼材を製造する方法である。

なお、本発明は圧延鋼板について例示したが、押出し、
引き抜き、鍛造など一般的に用いられる熱間加工法によ
る鋼材にも適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１表に示す供試鋼の鋼片を実施列に従って処
理した厚板の焼入れままの仮浮断面の硬さ分布に及ばず
鋼片冷却速度、鋼片加熱温度、および再加熱時の７１１
１熱速度の影響を示す図。 第２，３図は上記厚板の焼入れ焼戻し後の板厚中心部の
強度および破面遷移温度に及ぼす鋼片冷却速度、鋼片加
熱速度、再加熱速度および焼入れ冷却速度の影響を示す
図、 第４図は造塊、分塊圧延後の鋼片の冷却速度および鋼片
の加熱温度が圧延後のＢの存在状態に及はす影響分示す
フィクショントラックエツチング法に基づく顕微鏡写真
で、同図（ａ）は鋼片を放冷後１２５０℃加熱圧延した
もの、同図（ｂ）は鋼片を強制冷却後１１００℃加熱圧
延したもの。 第５図は鋼片を強制冷却後１１００℃加熱圧延した鋼板
を再加熱焼入れした場合のＢの存在状態に及ばず影響を
示すフィクショントラックエツチング法に基づく顕微鏡
写真で、同図（ａ）はエレマ電気炉で徐加熱したもの、
同図（ｂ）はソルトバスで急速加熱したものである。 代理人　弁理士　　秋　　沢　　政　　光信２名 ネ反表面カ・もの鉗離　（ｗｚ） 才反湿づ８ｎｎ雀 （−”／＋”Ａ）ＣＴｊｋ＊ＩＥ　　（、”／すｇＸ）
ＩＪＪＪＩＺｚ。 （り。）　　ＳＪＩＡ 指令による手続補正書 昭和６０年５月８日 １、事件の表示 特願昭６０−１９４５号 ２、発明の名称 強度と有性のすぐれたボロン含有代金金鋼の製造法 ３、補正をする者 事件との関係　　出　願　人 住　所　東京都千代田区大手町２丁目６番３号名　称　
（６６５）新日本製鐵株式会社４、代理人 ５、補正命令の日付　　昭和６０年４月３０日（発送）
補　　正　　の　　内　　容 １、明細書第１８頁３行目Ｅ法に基づく」の次に「金属
組織の」を加入し、同頁９行目「ング法に基づく」の次
に「金属組織の」を加入する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ａｌ：０．０２〜０．１５％、Ｂ：０．０００３
   〜０．００５０％を含有した低合金鋼の鋼片冷却に際し
   鋼片の温度が少なくとも６００℃に達するまでの平均冷
   却速度が１０℃／分以上となる強制冷却を行い、続いて
   該鋼片を１０００〜１１８０℃に加熱して９５０℃以下
   で加工を完了する熱間加工を施した後、２５℃／分以上
   の加熱速度で再加熱焼入れし、その後焼戻すことを特徴
   とする強度と靭性のすぐれたボロン含有低合金鋼の製造
   法。