JPS6132371B2

JPS6132371B2 -

Info

Publication number: JPS6132371B2
Application number: JP9647978A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Suzuki; Takeshi Miki; Yutaka Tsuchida
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1978-08-08
Filing date: 1978-08-08
Publication date: 1986-07-26
Also published as: JPS5524932A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は強度、靭性がすぐれ、鋼材表面と内部
との性質差の少ない高張力鋼を安価に製造する方
法にかゝわるものである。従来、強靭鋼は、主として、焼入焼戻処理によ
り製造されて来た。この焼入焼戻処理は、合金元
素を出来るだけ少くして、強靭な鋼を製造する方
法として、広く活用されているものである。しか
し、省エネルギーあるいは工程省略を考えると
き、焼入焼戻あるいは焼戻処理が省略出来ないか
という発想がある。事実、特定の化学成分を有する鋼、例えば、
FAMA鋼のように、低炭素ベイナイト鋼といわ
れる鋼は熱間圧延のまゝ、あるいは焼準のまゝ
で、強靭な性質を有する鋼である。また、低炭素
からなる鋼においては、焼入処理のみで、必ずし
も焼戻処理を必要とせずして強靭な性質を有する
鋼も開発されている。この１例が、特公昭51−
24967号に示されているものである。しかし、こ
の鋼は、焼入れのときの冷却速度によつて、鋼の
性質が著しく異なる。したがつて、この種の鋼の
直径80mmの棒鋼を、900℃から水中に焼入れると
直径方向の各位置で、性質が著しく異なる。一般に、低炭素ベイナイト鋼といわれている鋼
は、概して巾広い冷却速度範囲において、主とし
てヘイナイト組織になる特徴を有する。したがつ
て、かなりの厚肉鋼材でも、表面近くと中心部附
近の組織が同じベイナイト組織になりやすい。し
かし、ベイナイトの生成温度が高いために、ベイ
ナイトが生成した後の冷却速度差、すなわち、生
成したベイナイトが比較的高温にさらされる時間
差によつて、顕微鏡組織的に同じベイナイトであ
つても、強度、靭性が異なる。これが、低炭素ベ
イナイト鋼を製造するとき肉厚方向の性質差が生
ずる原因である。この種の鋼において、焼入れたまゝの鋼材肉厚
方向の性質を一様にするためには、鋼材肉厚方向
の冷却速度差が出来るだけ効率よく小さくするこ
とが必要である。そのためには、鋼中の熱の伝導
速度にみあうような、鋼材表面からの放熱速度を
調節することが有効である。本発明者らは、この
ような観点から、焼入れ状態における低炭素ベイ
ナイト鋼の肉厚方向の性質差を解消する方法につ
いて種々検討を行なつた結果、オーステナイト状
態から、焼入れのまゝで使用出来るベイナイト鋼
において、鋼材の肉厚および必要とする強靭性に
応じた適性成分の鋼をオーステナイト状態から、
60℃以上の温水中又は沸騰水中（以下単に温水中
と略す）で冷却することによつてかかる問題を一
挙に解決できることを見出した。なお、鋼の熱処理の冷媒に、温水を用いる考え
は、古くからある。例えば、特公昭45−8536号に
示されるように、熱間圧延部材をコイル状に捲取
り、コイル状になつた約600〜1100℃の線材を約
70〜100℃の温水槽内で冷却する熱処理は公知で
あり、しかし、これは、鋼線の鉛パテンテイング
あるいは空気パテンテイングを代替する熱処理方
法であつて、その目的は、鋼線を微細パーライト
（＋フエライト）組織にすることである。ところが、前記鉛パテンテイングあるいは空気
パテンテイング代替の温水冷却では、冷却により
ベイナイト組織が生成すると伸線性が悪くなるた
め、ベイナイト組織の発生を極力抑制する方向で
冷却速度の制禦が行なわれるのが普通である。し
たがつて前記の鉛パテンテイングあるいは空気パ
テンテイング代替の温水冷却では、ベイナイト組
織を積極的に生成せしめることなどは到底考えら
れていなかつたものである。すなわち、本発明は、0.01〜0.2％Ｃ、0.1〜0.8
％Si、0.5〜2.5％Mn、0.005〜0.05％Al、残部鉄
および不純物からなる鋼、又はこれにさらに、２
％以下のCr、0.5％以下のCu、２％以下のNi、
0.6％以下のMo、0.005〜0.05％Ti、0.01〜0.07％
Nb、0.01〜0.1％Ｖ、0.0001〜0.005％Ｂの１種又
は２種以上を添加し残部鉄および不純物からなる
鋼をオーステナイト状態から、60℃以上の温水中
で冷却することを特徴とする引張強さ80kgf/mm²
以上の低炭素ベイナイト強靭鋼の製造法である。以下、詳細に本発明法について説明する。まず、本発明においては、引張強さ80kgf/mm²
以上の低炭素ベイナイト強靭鋼を対象とするもの
である。すなわち、引張強さ80kgf/mm²以上の強
靭鋼は、従来、主として、焼入焼戻処理により製
造されているが、本発明においては、焼戻処理を
省略してかかる強靭鋼を得ることを目的としてい
るので、本発明における低炭素ベイナイト強靭鋼
も引張強さが80kgf/mm²以上のものに限定したも
のである。次に対象とする鋼の成分限定理由について述べ
ると、Ｃが0.01％未満では、ベイナイト組織をう
るに、Mn、Cr、Mo等の添加量が多くなり、コス
ト高になるだけで、メリツトが少ない、しかし、
0.2％超では、溶接性および靭性が劣化する。 Siは、溶鋼の脱酸に必要な元素であつて、十分
な脱酸効果を得るには0.1％以上必要である。し
かし、0.8％超になると、鋼の靭性を害する。 Mnは、Ｃを低くしたことによる鋼の強度低下
を補なう強化元素であつて、0.5％未満ではベイ
ナイト組織になりにくい。しかし、2.5％超にな
ると硬くなりすぎ、靭性がなくなる。 Alは、溶鋼の脱酸および細粒化に必要な元素
であつて、これらの効果を得るには、0.005％以
上必要であるが、0.05％超では靭性が劣化する。 Crは、肉厚の大きさによつて、２％以下添加
することにより、鋼材中心部まで、ベイナイト組
織にすることが出来る。しかし、２％超では、溶
接性および靭性が劣化する。 Cuは、靭性をあまり阻害することなく、強度
を高めるに有効な元素である。しかし、0.5％超
では、熱間加工が困難になる。 Niは、鋼の低温靭性を高めるに有効な元素で
あり、低温靭性の要求値に応じ、２％以下を添加
する。しかし、高価な元素であり、こゝにいう強
靭鋼においては、２％超を必要としない。 Moは、低炭素鋼におけるベイナイト生成冷却
速度域を拡げるので、極厚肉鋼材において、必要
な元素である。しかし、これは、Niより高価な
元素であつて、こゝにいう強靭鋼では、0.6％以
下を添加する。さらに、Mn、Cr、Ni、Mo等の元素を出来るだ
け低減するために、Ti、Nb、Ｖによる析出硬化
および結晶微細化効果を利用して、強靭性を附与
する。そのために、Tiは、0.005％以上必要であ
るが、0.05％超では、かえつて、靭性が劣化す
る。Nbは、0.01％以上必要であるが、0.07％超で
は、靭性が劣化する。Ｖは、0.01％以上必要であ
るが、0.1％超になると靭性が劣化する。そし
て、これらは、それぞれの範囲において、１種以
上添加する。Ｂは、もつとも安価に、ベイナイト生成冷却速
度域を拡げることの出来る元素である。そのため
には、0.0001％以上必要であるが、0.005％超で
は、靭性が劣化する。以上、説明した化学成分からなる鋼を、オース
トナイト状態から60℃以上の温水中で冷却するこ
とを本発明の最大の特徴とするものである。こゝで、冷媒として、60℃以上の温水を用いる
のは、上記した化学成分からなる鋼材の肉厚方向
の性質差を少なく、かつ、合金元素を最小限にし
て、強靭なベイナイト組織を得るためである。す
なわち、常温の水を用いたのでは、鋼材表面と中
心との冷却速度差が大きく、鋼材内外の性質差が
大きくなる。一方、自然放冷では、鋼材内外の性
質差は小さくなるが、強靭性をうるためには、
Mn、Cr、Ni、Moなど添加元素量を多くしなけれ
ばならない。60℃以上の温水を用いることによつ
て、鋼材表面からの放熱速度が、鋼中の熱の伝導
速度と見合うようになる結果効果的に、鋼材肉厚
方向の性質差を小さくすることが出来る。ここで水温の下限を60℃としたのは次の実験に
よる。第１表に示すような化学成分を有する直径60mm
φ、120mmφの棒鋼を、900℃から、各種温度の温
水中に冷却し、表面部と中心部との、硬度差（△
Hv）を測定した。その結果を第１図に示す。

【表】第１図からわかるように、Ａ、Ｂ両鋼種とも、
冷媒温水の温度が、60℃以上では、被熱処理棒鋼
の表面と中心部とのビツカース硬度差（△Hv）
がなくなる。すなわち、本発明は、被熱処理鋼材の肉厚方向
の性質差を小さくするために、60℃以上の温水を
用いるのであり、しかも、前記の鋼線（特公昭45
−8536号）においては生成してはならないベイナ
イト組織にするものであつて、前記公知技術とは
全く異なるものである。以下実施例により、本発明の効果を具体的に説
明する。第２表に示す化学成分を有する棒鋼を、900℃
から沸騰水中におよび15℃の水中に焼入れし、表
面部と中心部とのビツカース硬度差（△Hv）、2/
３Ｒ位置の引張強さ（σ_B）および０℃における２
mmＶノツチシヤルピー値（vEo）を測定した。そ
の結果を第２表の右方欄に示す。なお同表におい
てＣ〜Ｍの鋼は成分的に本発明の範囲にあるも
の、またＮ、Ｏ、Ｐの鋼はその範囲外にあるもの
である。同表にみられる通り、化学成分が本発明の範囲
にあり、かつ沸騰水、即ち60℃以上の温水中に焼
入れた、本発明になる鋼は引張強さ81kg/mm²以
上、シヤルピー値（vEo）６Kg−ｍ以上、しかも
棒鋼の表面部と中心部のビツカース硬さの差（△
Hv）は10以下である。

【表】これに対し、成分範囲が本発明外にあるＮ、
Ｏ、Ｐ鋼を沸騰水に焼入れたものや、成分は本発
明の範囲内にあるが、焼入れ水の温度を15℃とし
た場合、Ｅ、Ｆ、Ｉ、Ｌ各鋼の機械的性質（第２
表（）内の値）をみると、いずれも靭性が２Kg
−ｍ以下と小さいか、又は表面部と中心部のビツ
カース硬さの差が50以上と大きいかであつて、従
つて本発明法の優位性は明らかである。以上、述べたごとく、本発明法は、特殊な装置
あるいは薬品により冷却することなく、低炭素ベ
イナイト鋼の強靭性を十分に発揮し、かつ、肉厚
方向の性質差をなくするものである。さらに、本
発明法によつて、従来の低炭素ベイナイト鋼よ
り、高い炭素量のものも、ベイナイト組織に出
来、それだけ、Mn、Cr等の元素を低減出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、各種温度の温水で冷却したＡ、Ｂ鋼
の表面部と中心部とのビツカース硬さの差を示す
図である。

Claims

【特許請求の範囲】１ 0.01〜0.2％Ｃ、0.1〜0.8％Si、0.5〜2.5％
Mn、0.005〜0.05％Al、残部鉄および不純物から
なる鋼をオーステナイト状態から60℃以上の温水
中で冷却することを特徴とする引張強さ80kgf/
mm²以上の低炭素ベイナイト強靭鋼の製造法。２ 0.01〜0.2％Ｃ、0.1〜0.8％Si、0.5〜2.5％
Mn、0.005〜0.05％Alにさらに２％以下のCr、
0.5％以下のCu、２％以下のNi、0.6％以下の
Mo、0.005〜0.05％Ti、0.01〜0.07％Nb、0.01〜
0.1％Ｖ、0.0001〜0.005％Ｂを１種又は２種以上
添加し、残部鉄および不純物からなる鋼を、オー
ステナイト状態から60℃以上の温水中で冷却する
ことを特徴とする引張強さ80kgf/mm²以上の低炭
素ベイナイト強靭鋼の製造法。