JPS62500247A - 二元相鋼の制御された圧延法並びに棒、ワイヤ−、シ−ト及びその他形状物への適用 - 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】 二元相鋼の制御された圧延法並びに棒、ワイヤー、シート及びその細形状物への 適用 本出願は／９ｇ’１年ｇ月６日に出願された同時係属出願第６３ｇ、Ｏグ乙号の 一部係属出願でおる。

不発明はエネルギー省により授与された契約第ＤＥ−ＡＣＯ３−７６ＳＦＯＯθ りｇの下に政府の支持をもってなされた。政府は本発明に成る権利を有する。゛ 本発明は高強度、高延性及び優れた冷開成形性により特徴づけられる低炭素二元 相鋼の直接製造のための改良されたエネルギー効率のよい熱間圧延法に関する。

更に本発明はこれらの性質を利用して、媒体を用いて高炭素鋼にする既存の慣例 の別法として高強度のワイヤー、棒及びその他の形状物を製造することに関する 。本明細書中に使用するに元相鋼（ｄｕａｌ　−ｐｈａｓｅ　５ｔｅｅｌｓ）” という用語はフェライトマトリクス及びラスマルテンサイト、パイナイト及び／ 又は残留オーステナイトの如き分散された第二相からなる一部の鋼を云う。

靭性と優れた成形性を必要とする構造用途及び自動車用途の両者を満たす等級の 高強度鋼に対する要望が増大して来ている。しかしながら、主な難点はこれらの 用途に要望される性質は一般に通常のミクロ組織を有する鋼には適合しないこと である。それ故、いわゆる二元相鋼の導入は多くの興味を生じた。何となればミ クロ組織及び構造が複合物の原理を利用するように制御されるならば二元相鋼は 優れた性質を与えるからである。二元相鋼はフェライト及び靭性のラスマルテン サイト又はパイナイトの成分混合物を最適にすることにより性質を最適にするよ うに設計し得る。通常の高強度、低合金（ＨＳＬＡ）鋼と較べ、軟フェライトマ トリックス中の強情二相の混入は非常に望ましい機械的性質（すなわち低い収率 対引張強度比、高い初期歪硬化率、連続的な柔軟な挙動、最終引張強度、延性、 靭性及び冷開成形性の優れた組合せ）を有する複合物を生成する。かかる特徴は 二元相鋼を魅力的な材料、特に機械的挙動に於ける高性能が要求される用途の材 料とみなさせた。

しかしながら、二元相ミクロ組織を開発するのに従来知られている方法はそれ自 体実質的な量のエネルギーを消費する熱処理法及び機械処理法の両者を伴なった 。かかる処理法は例えば米国特許第３　、　ｌＩ２．３　、２！コ号、第３、！ ：；０２．！；／グ号、第グ、０乙７．７５６号、第ダ、０６ユ、７００号、第 グ、１５デ、２／ざ号、第７．’１０７．６ｇθ号、第グ、３７１．．１６／号 、第グ、グλ／、！；７３号、第４．３２ｓ、’７５／号及び英国特許第１．０ ９／、９’１２号に記載されている。望ましい繊維状の二元相構造を開発するた めの一層エネルギー効率のよい方法を開発する要求がひき続いである。

本発明の主目的は中間の焼鈍またはノ臂テンティング熱処理せずに予め定められ た条件下で必要な強度及び延性に二元相鋼組成物を冷間処理する工程からなる方 法を用いて高強度、高延性の鋼ワイヤ−、棒、その他形状物へと更に熱処理せず に冷開成形し得る鋼を製造することでめる。

従って、本発明の目的は超微細な繊維状のフェライト−マルテンサイト又はフェ ライト−パイナイトミクロ組織を特徴とする高強度、高延性の冷開成形性の鋼を 製造するためのエネルギー効率のよい方法を提供することにある。

例えば、高強度、高延性ワイヤーの通常の製造方法はパーライトの鋼をほぼ共析 組成でパテンティングすることによる。公知の方法により製造された通常の鋼ワ イヤーや棒よりも引張強度と疲労強度の一層優れた組合せと一層高い延性とを有 する鋼ワイヤー及び棒を、新しい設備投資または不必要な元素の微小合金化を伴 なわないで得るという要望がある。本発明は、パーライトの鋼をツクテンティン グしてワイヤーを得る通常の方法と対比して、比較的簡単な組成の合金を単一の 連続的な多通過（ｍｕｌ−ｔｉｐａｓｓ　）操作で、すなわち中間の焼鈍又は・ 母テンティング熱処理をせずにワイヤー又は棒に加工し得る方法を提供する。高 強度鋼ワイヤーの製造に於ける中間のパテ／ティング熱処理の省略は高強度鋼ワ イヤー、例えばタイヤコード製造コストを低減するであろう。

これらの目的及びその他の目的は、好ましい態様の以下の記載から明瞭となろう 。

本発明に従って製造される一つの好ましい製品は、以下に記載される二元相フェ ライト−ラスマルテンサイト（パイナイト）ミクロ組織により特徴づけられる鋼 組成物から製造される高強歴、高延性、低炭素鋼ワイヤー、棒又はその他形状物 である。この組成物は処理方法、例えば連続鋳造に応じてグランド毎に変化する かもしれないが、全ての場合組成物は特別のプラント要件を満たすように設定し 得る。

本発明を、棒及びワイヤーの製造を参照して説明出来る。所望の組成物から、オ ーステナイト（ｒ）からフェライト及びオーステナイト（α＋γ）への変形温度 を膨張測定の如き実験法または計算（例えば、Ｋ、Ｗ、アントリユース（Ａｎｄ ｒｅｗｓ　）、ＪＩＳ＋、、２θ、３（／り６５年７月）、７２７〜７２７頁） のいずれかにエリ定め得る。

冷却中の変形に関し、この温度はＡｒ、である。

有効な変形温度はγから（α＋γ）への遷移中に圧延が行なわれる処理条件に、 処理の熱及び摩擦のため、依存することが認められよう。しかしながら、有効な 変形は測定または計算された変形温度Ａｒ３よりも高いであろう。本発明に従っ て、仕上げブロックに於ける最終圧延は有効Ａｒｓ工りわずかに下であり、最終 棒は有効Ａｒｓのわずかに下から大気温度に急冷されるでおろう。かくして、最 終圧延及び急冷は、計算又は測定されたＡｒ３で行ない得る。何となればその温 度は有効Ａｒｓよりも低いからである。急冷はオーステナイトを炭素含有量がθ り重量％を越えるべきではないマルテンサイト又ハパイナイト、好マシくはラス マルテンサイトに転化せしめ、これからフェライト及びラスマルテンサイト（又 はパイナイト）の微小二元混合物を得ることが出来る。焼入れ硬化性及び急冷速 度に依存して、オーステナイトは急冷時にラスマルテンサイト又は・ぐイナイト に変形し得る。例えばワイヤー棒の最適冷開成形処理に関して、上記の処理は中 間のパテンティング熱処理なしに単一の多通過操作で鋼を所望の直径及び機械的 性質にひき続いて冷間引抜きさせ得ることを確実にする。同様の結果は板、シー ト又はその他形状物にろてはまる。かかる二元相鋼の迅速な歪硬化速度は通常の 鋼で得られるものよりも少ない冷間還元で高強度を与える。

本発明は中間の焼鈍、すなわち熱間圧延にひき続くが冷間引抜き工程に先立つ焼 鈍工程が省略されるという点で二元相鋼のパッチ製造用の先行技術の処理方法よ りも処理上の利１点を与える。処理工程の数を減少するのに加えて、本発明は処 理のエネルギーを保存し、これにより費用を低減する。本発明の方法は特に棒及 びワイヤーの製造に適用し得るが、その他の板及びシートの如き熱間圧延物品も 製造し得る。かくして製造された二元相鋼は冷間ヘッディング製品（ナツト及び ボルト）、プレストレスコンクリートワイヤー等の如き製品に冷間処理し得る。

別の利点は原料鋼が熱間圧延操作中棒状形状（又は用途に応じて他の形状）に成 形されるビレットであり得るという事実にある。加えて、棒の所望の断面領域を 所望の大きさ、形状に仕上げ得る。

これらの処理上の利点と共に、不発明の制御された圧延工程中に起こる微粒化に より最終製品の改良も得られる。この処理は鋼を最適ソーキング温度（これは通 常の鋼についての既存の慣例よりも低くあるべきであり、それ故燃料を節約する ）に加熱しオーステナイト再結晶温度の上、下で変形し、（α＋γ）領域中のＡ ３　温度よりもわずかに下で最終的に変形することからなる。本発明の詳細な説 明により限定する意図はないが明瞭にする目的で、第１図の温度帯域Ｔ２　にお ける変形中、オーステナイトの粒径は反覆再結晶により減小される。しかしなが ら、最終圧延に於いて、オーステナイトは充分再結晶されず、合金が（α＋γ） 範囲内で変形される時繊維状構造に伸長されるようになる。直接急冷時、マルテ ンサイト島がフェライトマトリックス中に多少方向性がなく配列された繊維であ る二元相構造が発展される。ワイヤー引抜き中、マルテンサイト粒子が球形より も繊維形態で存在する時、荷重移着が最も有効である。これは主として荷重移着 がマルテンサイト／フェライト界面に沿って作用する剪断にエリ生ずるからと思 われる。かくして、所定の容量率及び同数のマルテンサイト粒子については、一 層多くの界面領域が繊維構造に有用である。

従って、本発明によって製造された好ましい構造は、微粒化フェライトのマトリ ックス中の長さ方向のラスマルテンサイトの繊維状分布でろる。

添付図面に於いて、 第１図は本発明の奸才しい態様の処理工程を特徴づける時間対温度のプロットで ある。

第２図はワイヤー棒を製造するための棒ミルに適した本発明の制御された圧延操 作を示すブロック図である。

第３図は本発明に従って処理された二つの鋼組成物の引張強度対ワイヤー直径の プロットである。

概述すれば、本発明は高強度、高延性、低炭素の二元相鋼を製造することに関す る。炭素含有量は０．弘重量％以下である。不発明は特別の鋼組成物に限定され るものではないが、典型的には鋼は約θ０５〜θ３重素チの炭素、約０２〜３重 量％のケイ素及び／又は約０２〜２０重量％のマンガンを含む鉄を含有する。鋼 組成物は０〜θコ重量％の窒素を含有し得る。通常、ケイ素の量は少くとも約θ λチでおり、炭素含有量は約θ／チェり多くない。

更に、バナジウム、ニオブ、モリブデンの如き炭化物形成性元素が通常００５〜 ０７５重量％の量で添加し得る。

通常の鋼製造慣行により定められた適切な組成物は圧延工程の処理温度を定める 。第１図を参照して、鋼は温度Ｔ、に加熱される。Ｔ、は鋼の組成に若干依存す るが、一般にＴ、は約９５０℃〜／２０θ℃の範囲である。

組成物は鋼を実質的に、かつ完全にオーステナイト化するのに充分な時間上記温 度に保持される。低炭素のため、時間一温度を制御して脱炭素化を避ける。つい で生成組成物をオーステナイト再結晶化領域中の温度Ｔ２　で変形し、続いて有 効Ａｒｓ　Ｌり高い一層低い温度Ｔ、で非再結晶化領域（γ領域）中で変形する 。温度Ｔ２　でオーステナイト粒は連続的な変形及び再結晶化により出来るだけ 小さく微小化すべきである。この範囲の圧延された組成物の断面の全減少率は約 ５０チである。組成物は温度Ｔ、で変形され、ここでオーステナイト粒は伸ばさ れ粒内に変形帯を生じる。伸ばされたオーステナイト粒及び変形帯はオーステナ イト−フェライト変形の核形成座を与え、かくして微細なフェライト粒を得るこ とが出来る。この温度の圧延は通常行なわれ、これにエリ圧延された成分の断面 積が少くとも３０チだけ減少される。鋼の組成に依存して、Ｔ２及びＴ、の値は 一般にｇ００〜７０００℃の範囲にある。

ひき続いて、組成物の温度が有効Ａ、、Ｃり下に、すなわち（α＋γ）領域に低 下する際に、鋼は温度Ｔ４　で仕上げ熱間圧延される。温度Ｔ、は有効Ａｒｓよ りわずかに低い。前記の如り、Ａｒ、について計算又は測定された値は圧延榮件 のため有効Ａｒ３よりも低く、それ故温度Ｔ。

として計算又は測定されたＡｒ、値を用いることが満足で必る。仕上げ熱間圧延 が通常行なわれ、これにより圧延された成分の断面積が少くとも約３０チだけ再 度減少される。

ついで組成物を液体、好ましくは水中で有効Ａｒｓよりわずかに低い温度から大 気温度に急冷する。

最終急冷の際に、オーステナイトはマルテンサイトに変形し、延性フェライトマ トリックス中に分散された、炭素含量が０４Ｌ％以下のラスマルテンサイトの靭 性で強度のある第二相をもたらす。かかる複合物は更に熱処理をせずに約９９． ９％までの断面積の冷間減少を可能にするのに充分な冷開成形性を有している。

その他の方法に対し制御された圧延による上記の二元相鋼の開発の主たる利点は 、（ハ極めて微細な粒子を得ることが出来ること、＠一層望ましい構造（微細、 繊維状）を得ることが出来ること（３）一層高価な中間処理（例えば、熱処理） が省略出来ること、及び件）適切なラスマルテンサイト又はパイナイト相を保持 出来ることである。更に、制御された温度及び急冷につき通常の装置と区別して 有意な資本経費が必要とされないことから、不法は棒、バール、又は熱間ストリ ップミルを含め、既存の鋼ミーリング設備に容易に使用出来る。簡単な組成物、 例えば以下の実施例に示されるようなＦｅ／Ｍｎ／Ｃ，Ｆｅ／Ｓｉ／Ｃ又はＦｅ ／Ｓｉ／Ｍｎ／Ｃも処理し得る。

実施例／ 約θ乙インチ直径の棒に等しい断面積を有する鋼パールを第１図に示されるプロ フィルに従って処理した。鋼の組成はケイ素コ重量％、マンガン００３重量％、 炭素００ｇ重量％及び痕跡の不純物を含有する鉄でｂつだ。

まず棒を空冷しながら７１５０℃に２θ分加熱し、続いて７１００℃で圧延し、 断面積の５０％減少を得た（第１図の圧延工程／）。上記のパールを再び７００ ０℃で始めて熱間圧延して断面積を３０チだけ減少させた（第１図の圧延工程２ ）。オーステナイト−フェライト変形中、空冷を続けた。第三の３５チ減少を９ ５０℃、すなわちＡｒ３　Ｊ：りわずかに低い温度で行なった（第１図の圧延工 程３）。第三の減少を完結した後、棒を水で急冷し、棒はフェライト及び繊維状 ラスマルテンサイトの超微細混合物からなっていた。

実施例／で得た生成物を表面清浄し、被覆せず、潤滑処理し、ついで潤滑炭化タ ングステン及びダイヤモンドダイス中を通して０００９Ｓインチ直径に冷間引抜 きし、中間の焼鈍は行なわなかった。このワイヤーは０．０１０５インチの直径 で３９０　ｋｓｉ　（２６９０ＭＰａ　）の引張強度鋼がその他成分に加えてバ ナジウム０７重量％を含有した以外は実施例／を繰り返した。鋼棒を実施例−の 操作に従って直径００３フインチに冷間引抜きしたところその引張強度は３００ ｋｓｉ　Ｃ２０７０ＨＰａ　）であり、また直径００１０５インチに引抜きする とその引張強度は／１０３　ｋｓｉ　（２７ｑＯＭＰａ　）であった。ひき続い て冷間引抜きすることにエリ一層高い引張強度を得ることが出来る。またタイヤ コード製造で通常の歪緩和を有害な作用なしにこれらの実施例で行なうことが出 来る。

実施例グ 実施例／と同様の大きさを有するが不質的に鉄、７５重量％のマンガン及び０７ 重量％の炭素から成る組成を有する鋼パールを７０５０℃で２０分ソーキングし た。

ついで、これを熱間圧延し、その間空冷して断面積の５０％減少を得た。再びこ れを約ｇ００℃で熱間圧延し３０係の減少を得た。オーステナイトからのフェラ イト変形中空冷を続け、棒がＡｒ、よりわずかに低い温度（７２０℃）に達する 時第三の減少（３Ｓチ）を行ない、所望のフェライト−オーステナイト組成物を 得た。棒を直ちに急冷してフェライトマトリックス中ラスマルテンサイトからな る鋼棒を得た。ついでワイヤーをタイヤコードに適したものにするため、棒を直 径００１０５インチに冷間引抜きし、棒は３　ｇ　Ｏｋｓｉ　（２６，２０ＭＰ ａ　）の強度を有していた。

実施例Ｓ 第一図はブロック形態の好ましい製造法を示す。実施例グの鋼について、鋼を７ ０５０℃に加熱してオーステナイト化し得た。ついでこれを荒引きスタンドを通 すと約ｇ００℃（まだγ相にある）で２７−のパールに減少した。これを約７２ ０℃に冷却した。この温度は（ａ＋ｒ）領域である。更にり５鱈の棒に減小し急 冷すると、微小二元のフェライト及びラスマルテンサイト構造を生じた。かくし て形成された二元相棒をコイラー上で回収した。同様の方法が板、シート、スト リップ等に適用し実施例Ｓに記載のように人造された棒を冷間引抜きしてワイヤ ーにした。棒を引抜く時、その引張強度は第３図に示すように増大した。また実 施例３に記載のようにしてつくったワイヤーとの比較を第３図に示す。要求さｎ た機械的性質のワイヤー製品の範囲、例えばビーズ、タイヤコード、プレストレ スコンクリートワイヤー等カ単に冷間引抜きにより直接製造し得る。かくして、 特に初期急冷にひき続く熱処理を必要としないので、ワイヤー製造は本発明の好 ましい用途である。断面積の９７ｇチ程度の大巾減少が可能でアリ、またｑｏｏ 、ｏθθｐｓｉ以上の強度を得ることが出来る。

実施例７ 鋼棒につき前述した記載に従って処理される鋼板及びノートをつくることが出来 た。ついで二元相鋼板又はシートをついで冷間圧延して高強度鋼製品を得ること が出来た。その他の形状物が本発明の方法に従ってつくることが出来、優れた冷 開成形性は通常の鋼では実行不能な冷間処理を可能にし、また最終製品の強度及 び靭性を増大する。

浄書（内容に変更なし〕 ＦＩＧ、Ｉ Ｍｓ＝マルテンサイト ＦＩＧ、２ （ＭＰα） 手続補正書（方式） ％式％ ３、補正をする者 事件との関係　出願人 ５、補正命令の日付　昭和６１年１０月２１日７、補正の内容　別紙のとおり

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．鋼組成物を実質的に完全にオーステナイト化するのに充分な期間鋼組成物を 温度Ｔ１に加熱し、該組成物を温度Ｔ２でオーステナイト再結晶化領域内で熱間 圧延し、ついで温度Ｔ３で非再結晶化ｒ領域内で更に圧延することからなる、超 微細繊維状フエライトーラスマルテンサイト又はフエライトーバイナイトミクロ 組織で特徴づけられる高強度、高延性鋼の製造方法に於いて、 該組成物を（α十ｒ）領域内の有効遷移点Ａｒ３より低い温度である温度Ｔ４で 圧延し、ついで該組成物を大気温度に急冷してオーステナイトをラスマルテンサ イト又はバイナイトに転化する諸工程を含むことを特徴とする上記製造方法。
2. ２．成形製品への急冷にひき続いて該組成物の冷間変形工程を更に含む請求の範 囲第１項記載の方法。
3. ３．該製品がワイヤー、棒又はシートである請求の範囲第２項記載の方法。
4. ４．超微細繊維状フエライトーラスマルテンサイト又はフエライトーバイナイト ミクロ組織により特徴づけられ、請求の範囲第１項記載の方法によつて製造され た、本質的に約０．０５〜０．３重量％の炭素、約０．２〜３重量％のケイ素、 又は約０．２〜２重量％のマンガン及び０〜０．２重量％の窒素を含む鉄からな る高強度、高延性鋼組成物。