JPS6286125A

JPS6286125A - 高強度高靭性熱間圧延鋼材の製造方法

Info

Publication number: JPS6286125A
Application number: JP19226185A
Authority: JP
Inventors: Takehiko Oshiro; 大城　毅彦; Jiro Koarai; 小新井　治朗; Yuji Sawada; 澤田　裕治; Kazuma Gumi; 茱萸　一真; Mitsuru Moritaka; 森高　満; Yukio Wada; 和田　幸夫
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1985-08-30
Filing date: 1985-08-30
Publication date: 1987-04-20

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）本発明は高強度高靭性熱間圧延鋼材の製造方法に関し、
詳しくは、圧延後に再加熱し、焼入れ焼戻し処理するこ
とを要せずして、圧延後に直接焼入れを施すと共に、自
己焼戻しさせることによって、熱間圧延ままにて高強度
高靭性を有せしめた圧延鋼材、特に圧延棒鋼の製造方法
に関する。

（従来の技術）中炭素棒鋼及び中炭素低合金熱間圧延棒鋼は、機械構造
用鋼として軸頚、ボルト、ナツト類等の製造に広く用い
られている。これらの棒鋼は、従来、再加熱後、焼入れ
焼戻しする調質処理を施して製造されているが、近年、
省エネルギーや省工程のために、熱間圧延後の調質処理
を省略するために、熱間圧延後、直接焼入れして、熱間
圧延ままで高強度高靭性を有する棒鋼を製造する方法が
開発されている。

例えば、「鉄と鋼」第１３巻第７０号第２５６頁には、
圧延棒鋼の表面のみをＭｓ点以下に冷却し、表層部が焼
戻しマルテンサイト、中心部がフェライト・バーライ１
４１）！６である直接焼入れ圧延棒鋼を製造する方法が
記載されている。また、特開昭り９−８９７１６号公報
には、低炭素鋼又は低炭素低合金鋼を９００℃以上の仕
上温度から直接焼入れし、又はこの直接焼入れの後に、
４５０℃以下の温度で焼戻し処理して、耐遅れ破壊性に
すぐれた強靭鋼を製造する方法が記載されている。

（発明の目的）しかし、本発明者らは、非調質圧延棒鋼の製造について
鋭意研究した結果、上記した従来の方法とは異なり、圧
延後に所定の温度から所定の温度まで水冷して、直接焼
入れすると共に、この冷却終了後に内部保有熱によって
所定の条件下に自己焼戻しさせることによって、表層部
が焼戻しマルテンサイト、中心部が焼戻しマルテンサイ
ト、ベイナイト及び／又は過冷フェライト・パーライト
組織を有して、圧延ままで一層高強度高靭性を有する圧
延棒鋼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。従って、本発明は、再加熱して焼入れ
焼戻しする調質処理を要せずして、強度及び靭性が一層
改善された圧延鋼材、特に圧延棒鋼を製造する方法を提
供することを目的とする。

（発明の構成）本発明による高強度高靭性熱間圧延鋼材の製造方法は、
重量％でＣＯ，２０〜０．６０％、Ｓｉ０．１０〜０．３５％、Ｍｎ　　０．３０〜１．８０％、残部鉄及び不可避的不純物よりなる鋼片を熱間圧延終了
後、Ａ３〜Ａ：ｌ＋１５０℃の範囲の温度から、５０℃
以上であって、且つ、Ｍ８点以下の範囲の温度まで急冷
して、表面温度が１００〜６００℃の範囲となるように
内部保有熱を有せしめ、自己焼戻しさせて、表層部が焼
戻しマルテンサイト組織、中心部が焼戻しマルテンサイ
ト、ベイナイト及び／又は過冷フェライト・パーライト
組織を主たる組織として有せしめることを特徴とする。

先ず、本発明において用いる鋼における化学成分につい
て説明する。

Ｃは、得られる棒鋼に所要の強度を付与するために添加
される。添加量が０．２０％よりも少ないときは、焼入
れ棒鋼として所要の強度を得ることができない。特に、
好ましいＣの添加量は０．３０％以上である。しかし、
過多に添加するときは、鋼の靭性を低下させ、また、焼
き割れを生じさせるので、添加量の上限は０．６０％と
する。

Ｓｉは、脱酸剤として０．１０％以上を添加することが
必要であるが、０．３５％を越えて多量に添加しても、
脱酸効果が飽和するのみならず、経済的にも不利である
ので、添加量は０．１０〜０．３５％の範囲とする。

Ｍｎは、焼入れ性を向上させ、鋼の強度及び靭性を向上
させるために添加される。添加量が０．３０％よりも少
ないときは、焼入れ棒鋼として強度が不足する。特に、
本発明においては、Ｍｎは、０、５％を越える量にて添
加することが好ましい。

しかし、１，８０％を越えて過多に添加するときは、鋼
の靭性を低下させ、また、焼き割れを生じさせるので、
添加量の上限は１．８０％とする。

本発明においては、鋼には上記した元素に加えて、Ｃｒ
、Ｍｏ及びＢよりなる群から選ばれる少なくとも１種の
元素を添加してもよい。これらの元素も、いずれも焼入
れ性の向上に効果を有するが、過多に添加しても、この
効果力ｌ色和して、経済的に不利であるので、Ｃｒにつ
いては１．５０％以下、Ｍｏについては０，３０％以下
、またＢについては０．００５％以下の範囲で添加され
る。

本発明による高強度高靭性圧延鋼材の製造方法は、上記
したような化学成分を有する鋼片を熱間圧延終了後、Ａ
３乃至Ａ３＋１５０℃の範囲の温度から、５０℃以上で
あって、且つ、Ｍ８点以下の範囲の温度まで急冷した後
、自己焼戻しさせて、表層が焼戻しマルテンサイト組織
、中心部が焼入れ組織としての焼戻しマルテンサイト、
ベイナイト及び／又は過冷フェライト・パーライト組織
を主たる組織として有せしめるものである。

本発明の方法において、鋼片の熱間圧延は、通常の方法
によればよい。しかし、本発明の方法においては、この
熱間圧延終了後、Ａ３乃至Ａ３＋１５０℃の範囲の温度
から、５０℃以上であって、且つ、Ｍ３点以下の範囲の
温度まで急冷して、直接焼入れし、且つ、この直接焼入
れにおいては、冷却停止後、棒鋼の表面温度を１００〜
６００℃の範囲の温度とする内部保有熱を棒鋼が有する
ように、冷却を制御することが肝要である。

冷却開始温度がＡ、よりも低い場合は、初析フェライト
が発生して、均一なマルテンサイトｍ織を得ることがで
きない。また、冷却開始温度がＡ３＋１５０℃よりも高
い場合は、結晶粒が粗大化し、靭性が劣化する。他方、
冷却停止温度は、５０℃以上であって、且つ、Ｍ、以下
の温度の範囲である。前述したように、本発明の方法に
おいては、この直接焼入れの後、圧延棒鋼の有する内部
保有熱によって自己焼戻しさせることによって、棒鋼の
表層部に焼戻しマルテンサイト、中心部に焼戻しマルテ
ンサイト、ベイナイト及び／又は過冷フェライト・パー
ライト組織を有せしめるために、冷却停止温度は、冷却
後の棒鋼が内部保有熱にて自己焼戻しし得るように５０
℃以上であることが必要である。また、冷却停止温度の
上限は、直接焼入れによってマルテンサイト＆Ｉｌ！１
を得るために、Ｍ３点温度である。

更に、上記のように直接焼入れ後に、棒鋼が１００〜６
００℃の範囲の表面温度を有することが必要とされる理
由は次のとおりである。即ち、表面温度が１００℃より
も低いときは、焼き割れが発生すると共に、靭性が不足
することとなる。他方、６００℃よりも高い温度では、
中心部の組織がフェライト・パーライトとなって、焼入
れ棒鋼として使用することができないからである。

上記のような冷却条件の制御は、実操業においては、冷
却停止温度と組織との関係を実験によって求め、冷却に
用いる水量と水冷時間を選択することによって行なうこ
とができる。

（発明の効果）以上のようにして、本発明の方法によって得られる棒鋼
は、表層部が焼戻しマルテンサイト、中心部が焼戻しマ
ルテンサイト、ベイナイト及び／又は過冷フェライト・
バーライ）−を主要組織として有し、従って、再加熱、
焼入れ焼戻し処理を要せずして、圧延ままにて調質鋼と
同等又はそれ以上に高強度高靭性を有し、また、表層部
は焼戻しマルテンサイトｍ織を有するが、内部がフェラ
イト・パーライトＭｉｍである表面焼入れ棒鋼に比べて
、靭性に一層すぐれる。

（実施例）以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明は、
これら実施例によって何ら限定されるものではない。

実施例ＩＣＯ，４７％、ｓｉ　ｏ、２６％、及びＭｎ０５８４％、残部鉄及び不可避的不純物よりなる１５５龍角鋼片を９
６０°Ｃに加熱した後、径２５龍の棒鋼に熱間圧延し、
この後、第１表に示す冷却開始温度及び冷却停止温度に
て直接焼入れし、第１表に示す温度にて自己焼戻しさせ
た。尚、冷却条件は、冷却に用いた水量と水冷時間にて
示す。

鋼記号Ａ−Ｃは本発明による棒鋼であり、Ｄは直接焼入
れ開始温度が高く、且つ、自己焼戻し温度が高い比較例
である。また、比較例Ｅは通常の圧延棒鋼をオフライン
にて再加熱し、焼入れ焼戻し処理を施して得たものであ
り、ここに、焼入れ焼戻し条件は、８７０℃で３０分間
加熱した後、水焼入れし、この後、３５０〜６５０℃で
２時間加熱後、焼戻しした。

第２表にこのようにして得たそれぞれの棒鋼について、
そのＤ／２部（Ｄは棒鋼直径である。）の機械的性質と
共に、表層部、Ｄ／４部及びＤ／２部（中心部）におけ
る硬さと主要組織を示す。

本発明の方法による棒鋼は、表層部に焼戻しマルテンサ
イト、中心部に焼戻しマルテンサイト、ベイナイト又は
適冷フェライト・パーライトを主要組織として有し、中
心部まで焼入れされていることが明らかである。また、
従来鋼Ｅと同一強度で比較するとき、伸び、絞り、衝撃
値にすぐれている。この結果は、組織の微細化も寄与し
ているとみられる。他方、比較鋼りは、中心部まで焼入
れされていないので、本発明鋼に比べて靭性が劣ること
が明らかである。

実施例２ＣＯ，４５％、ＳｉＯ，２３％、ＭｎＯ，７３％、Ｃｒ０．１）％、残部鉄及び不可避的不純物よりなる１　５５１層角鋼片
を９００℃に加熱した後、径５０ｍｍの棒鋼に熱間圧延
し、この後、第１表に示す冷却開始温度及び冷却停止温
度にて直接焼入れし、自己焼戻しさせた。尚、冷却条件
は、冷却に用いた水量と水冷時間にて示す。

本発明鋼Ｆに対して、比較鋼Ｇは、通常の圧延棒鋼を再
加熱し、焼入れ焼戻し処理を施して得たものであり、こ
こに、焼入れ焼戻し条件は、８５０℃で５０分間加熱し
た後、水冷し、この後、４００℃で２時間加熱後、焼戻
しして得た棒鋼である。

第２表にこのようにして得たそれぞれの棒鋼について、
そのＤ／４部の機械的性質と共に、表層部、Ｄ／４部及
びＤ／２部（中心部）における硬さと主要Ｍｉ織を示す
。

本発明の方法による棒鋼は、前記実施例１による棒鋼と
同様の組織を有し、中心部まで焼入れされており、また
、同一強度の比較鋼Ｇに比較して、特に、衝撃値にすぐ
れている。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量％でＣ０．２０〜０．６０％、Ｓｉ０．１０〜０．３５％、Ｍｎ０．３０〜１．８０％、残部鉄及び不可避的不純物よりなる鋼片を熱間圧延終了
後、Ａ＿３〜Ａ＿３＋１５０℃の範囲の温度から、５０
℃以上であつて、且つ、Ｍ＿ｓ点以下の範囲の温度まで
急冷して、表面温度が１００〜６００℃の範囲となるよ
うに内部保有熱を有せしめ、自己焼戻しさせて、表層部
が焼戻しマルテンサイト組織、中心部が焼戻しマルテン
サイト、ベイナイト及び／又は過冷フェライト・パーラ
イト組織を主たる組織として有せしめることを特徴とす
る高強度高靭性熱間圧延鋼材の製造方法。
（２）重量％で（ａ）Ｃ０．２０〜０．６０％、Ｓｉ０．１０〜０．３５％、及びＭｎ０．３０〜１．８０％を含有すると共に、（ｂ）Ｃ
ｒ１．５０％以下、Ｍｏ０．３０％以下、及びＢ０．００５％以下よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含有し
、残部鉄及び不可避的不純物よりなる鋼片を熱間圧延終了
後、Ａ＿３〜Ａ＿３＋１５０℃の範囲の温度から、５０
℃以上であつて、且つ、Ｍ＿ｓ点以下の範囲の温度まで
急冷して、表面温度が１００〜６００℃の範囲となるよ
うに内部保有熱を有せしめ、自己焼戻しさせて、表層部
が焼戻しマルテンサイト組織、中心部が焼戻しマルテン
サイト、ベイナイト及び／又は過冷フェライト・パーラ
イト組織を主たる組織として有せしめることを特徴とす
る高強度高靭性熱間圧延鋼材の製造方法。