JPS63259053A - 高強度高靭性鋼丸棒材及び板材とその製造方法 - 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〕 本発明は高強度高靭性鋼及びその製造方法に関する。高
強度高靭性鋼は、特に丸棒の形状において、ボルト、鎖
１例えば鋤のような農業用具等の製造に用いることがで
きる。

〔従来の技術〕及び（発明が解決しようとする課題） 従来、上記用途のために製造されてきた高強度高靭性鋼
については、例えば、モリブデンのような比較的高価な
合金成分を比較的高濃度に含んでいること、及び／又は
、その製造において特別の熱処理を必要とすること、と
いう欠点を有している。前者の欠点は別にしても、この
ような鋼は、°遅れ表面クランク°’　　（ｄｅｌａｙ
ｅｄｓｕｒｆａｃｅ　ｃｒａｃｋｓ）を容易に成長、伝
播し、特に丸棒の場合に、遅れ表面クラックを成長、伝
播させやすい。

従って、本発明の目的は、上記の用途に使用できる新規
な鋼を提供することであり、またその製造方法を提供す
ることであり、これにより上記の欠点１問題点を解消又
は軽減することにある。

〔課題を解決するための手段） アル・ロールド状態（圧延まま状態）で遅れ表面クラン
ク（亀裂）の発生を実質的に抑制し、比較的安価な高強
度高靭性丸棒材及び板材であって、 Ｃ０．２１〜０．２８ Ｍｎ　　　０．８０〜１．８０ Ｃｒ　　　１．６０〜２．１０ Ｓｔ　　　≦０．３５ 八℃　　　　０．０２〜０．０５ Ｐ　　≦０．０２５ Ｓ　　≦０．０２５ Ｆｅ　　　残部 の重量％の組成を有し、 圧延に続く空冷処理において、空冷中、該鋼の変態温度
が十分に高く、変態完了後の十分な熱収縮を保証し、少
なくとも変態中に生じた熱膨張を相殺するような鋼組成
であることを特徴とする、本発明に係る高強度高靭性鋼
丸棒及び板材によフて、上記目的は達成される。

さらに、本発明は、上記の鋼の製造方法をも提供するも
のである。

〔作用〕及び〔実施例〕 遅れ表面クランクの主原因と考えられる、鋼表面におけ
る残留応力の増大は、上記の解決手段によって、阻止さ
れる。一方、上記用途に必要な、硬さ、靭性、引張り強
さといった特性は維持される。

このような鋼から製造される丸棒表面に生ずる残留応力
は、丸棒表面が変態し、マルテンサイト又はベイナイト
の円柱状の結晶が生成した後に続いて生ずる丸棒芯部の
体積の緯度化に、主として依存すると考えられる。この
変態、マルテンサイト又はベイナイト結晶生成の臨界的
時点より前には、高い残留応力は発生しない。

なぜならば、その残留応力の最大値は、表面の結晶構造
によって定まり、上記時点以前にはオーステナイトが残
存し、その結晶構造の降伏応力に等しく、そして、オー
ステナイトの場合には残留応力の最大値は極めて小さい
からである。

しかし、マルテンサイト又はベイナイトの円柱状結晶が
丸棒表面に生成されると、すぐに、マルテンサイト又は
ベイナイト構造の降伏応力が高いために、高い残留応力
が発生する。もし、上記時点に続く、丸棒芯部の体積の
総変化が正であれば、丸棒芯部の膨張によって、有害な
表面残留応力が生ずる。一方、丸棒芯部の体積の総変化
が負であれば、丸棒芯部の収縮によって、表面残留応力
は圧縮となり、有益である。

遅れ表面クラックに対する、空冷した丸棒鋼及び水焼入
れした丸棒鋼の表面残留応力の効果を第１図に示す。こ
の図は、出願人が実験により得た結果を表わす。第１図
かられかるように、高い引張り張力とクランク発生の間
には良い相関がある。

アズ・ロールド状態での残留応力を軽減すること、及び
最終熱処理後の製品の靭性及び強度が良好となることを
保証するためには、鋼中のクロム濃度を上記の組成範囲
に限定することが不可欠であることを、出願人は見出し
た。

表面残留応力（したがってクラック発生）とクロム濃度
との関係を第２図に示す。第２図は、本発明に係る鋼か
ら製造された、直径の異なる３種類の丸棒について、実
験により得た結果を示す。

第２図かられかるように、この鋼の残留応力のレベルは
、クロム濃度が増加するにつれ、急激に増加する。

一方、下記の表１．２に示すように、クロム濃度が２％
より低いとき、鋼のシャルビニ特性は極めて劣る。

表　　　１ 比較材Ｄ２　＋　Ｄｓ　（３２ｍｍ　　直径、丸棒、水
焼入れし、２ｏＯ℃ｘ　１　ｈ　ｒ　　ｍ　モトＬ／　
）及び従来材ＱＴ４の４Ｓ性表２ 比較材Ｄ２　＋　Ｄ　Ｓ及び従来材ＱＴａの組成この表
１，２から、前記のクロム濃度範囲よりクロム濃度が高
い場合には、遅れ表面クランクが発生すること、一方、
前記のクロム濃度範囲よりクロム濃度が低い場合には、
前記の用途に適した引張り特性、衝撃特性が、最終製品
の熱処理後に得られないことがわかる。

”本発明に係る鋼のクロム濃度は、同一の用途に用いら
れる従来の鋼のクロム濃度より低いことがわかる。しか
し、出願人は、他の成分（特にマンガン）の濃度を前記
の組成範囲内で、適切に選択することによって、要求さ
れる特性が増強されることを見出した。

さらに、コストの問題は別として、このようなりロム濃
度が低いことによる他の１つの利点は、類似の鋼種の熱
処理の間に通常必要とされる比較的高温まで本発明に係
る鋼を加熱する必要がないことである。

衝撃エネルギー値に対する鋼中の炭素濃度の効果を第３
図に示す。これは実験結果を表わしたものである。第３
図から、２０ｍｍφ丸棒の炭素濃度を０．２４％から０
．３１％へと増加すると、２０℃でのシャルピー値は６
０Ｊから２０Ｊへと減少することがわかる。

さらに、本発明に係る鋼の前記の組成は゛、鋼の物理特
性が下記の範囲内となるように選定、限定されたもので
ある。

硬さ　　　　　　　４７０〜５２ｏ（ビッカース）降伏
限度　　　　１２５０〜１３５０　（ＭＰａ）弓１弓長
り強さ　　　　１ｓｏｏ　〜１６ｓｏ　（ＭＰａ）シャ
ルピー靭性値（２０℃において） ３０〜６０（Ｊ） さらに、アズ・ロールド状態で遅れ表面クラックの発生
を実質的に抑制し、比較的安価な高強度高靭性丸棒材及
び板材鋼の製造方法であって、 該鋼の重量％の組成が、 Ｃ０．２１〜０．２８ Ｍｎ　　　０．８０〜１．８０ Ｃｒ　　　　　１．６０〜２．１０ Ｓｉ　　　≦０．３５ Ａｕ　　　　　０．０２〜０．０５ Ｐ　　　　≦１１１．０２５ Ｓ　　　　≦０．０２５ Ｆｅ　　　残部 であり、 圧延に続く空冷処理において、空冷中該鋼の変態温度が
十分に高く、変態完了後の十分な熱収縮を保証し、少な
くとも変態中に生じた熱膨張を相殺するような鋼組成で
あることを特徴とする高強度高靭性鋼丸棒材及び板材鋼
の製造方法 をも、本発明は提供する。

さらに、本発明に係る方法は、空冷された圧延材に後続
の熱処理を施す工程を含んでいる。

この後続の熱処理は、約９００℃のオーステナイト化温
度まで該圧延材を加熱し、続いて、水焼入れ又は油焼入
れ、若しくは、該圧延材が比較的薄い場合は空冷する工
程である。

また、本発明に係る方法は、上記熱処理゛を施した圧延
材又は前記の空冷した圧延材を約２２５℃の温度で、２
５ｍｍの厚さにつき１時間の焼もどし処理をする工程を
含むのが好ましい。

水焼入れ後、２５０℃ｘｌｈｒの焼もどしによって、最
適のシャルピー特性が得られることを出願人は見出した
。この場合に、２０℃におけるシャルピー値として４９
〜６４Ｊを得た。かなり低温におけるシャルピー試験に
おいてさえ、良好なシャルピー値（−１０℃において２
５〜５０Ｊ）を得た。

油焼入れした試料のシャルピー値はやや劣ることを出願
人は見出した。これは、Ｍｓ湿温度マルテンサイト変態
開始温度）付近での冷却速度が遅く、この冷却の間にベ
イナイトが生成されたためと考える。

本発明に係る鋼の製造方法の１つにおいては、以下、一
実施例によって説明するが、前記の組成範囲内で選択さ
れた組成の溶鋼を製造し、続いて凝固する。その後、約
１２５０℃に再加熱し、次いで希望する形状に型圧延又
は平圧延し、冷却する。このＷ！調製品約９００℃の温
度で、２５ｍｍの厚さにつき１時間再加熱し、その後、
水焼入れ又は油焼入れする。なお、水焼入れが好ましく
、材料が極めて薄いときは単に空冷でもよい。最適の靭
性を得るためには、その後、約２５０℃の温度で、　２
５ｍｍの厚さにつき１時間焼もどしして、前記の範囲内
の最適特性を有する製品を得る。しかし、これは最適の
工程である。出願人は、この工程がなくとも、靭性値が
前記の最適靭性値よりわずかに低いが、使用可能な製品
を製造できることを見出した。

完全な生産溶解を含む、さらなる実験において、９．１
８，２０．３２ｍｍφの丸棒を、本発明に係る鋼から圧
延して得た。この鋼の特性は、下記の表３に反映されて
いる。

表３ 種々の熱処理条件でのこれらの丸棒の表面残留応力を測
定し、クロム濃度４％の高いクロム濃度の鋼製の従来製
品の表面残留応力と発明製品のそれとを表４に比較して
示した。

表　　　４ 丸棒製品の最大表面残留応力 本履歴　：ＷＱｘ　　水焼入れ Ｔ２ＳＯツ　２５０℃で焼もどし Ｏｑ　　　−油焼入れ 空冷条件の本発明丸棒は、残留応力が小さいので、アズ
・ロールド２油焼入れ又は水焼入ね条件のものと同様、
クラックが発生しなかった。広範囲の光学的検査、浸透
染色検査、磁気蛍光粒子検査、金属組織観察を多数の丸
棒について行った。その結果、丸棒の先端部の圧延欠陥
に伴うクラックを除くと、これらの丸棒は無欠陥であっ
た。しかし、イン・ライン焼入れの２０＋ｎ＋ｎφ丸棒
にはクラックが発生した。

種々の熱処理条件での引張り特性をＡＳＴＭに準拠して
行った。その結果を表５に示す。

２００〜２５０℃で焼もどしした試料については、良好
な強度と延性を兼ね備えていることがわかる。

表　　　　５ 種々の熱処理条件における引張特性 家探準引張試験ではない。

他の特性も測定し、その結果を表６に示す。

表　　６ 〔発明の効果〕 本発明は、安価であるが、前記の用途に用いるのに十分
な高強度と高靭性を備えた鋼及びその製造方法を提供す
るものであり、本発明によって、本発明と同一の用途に
用いられてきた従来の鋼の、本明細書の冒頭で述べた、
問題点は克服され、又は少なくとも軽減される。

さらに、本発明に係る鋼については、特許請求の範囲に
記載された発明を逸脱することなしに、細部の種々の変
更が可能であることは疑う全知がない。

【図面の簡単な説明】

第１図は遅れ表面クランクに対する、空冷した丸棒鋼及
び水焼入れした丸棒鋼の表面残留応力の効果を示し、第
２図は表面残留応力とクロム濃度との関係を示し、第３
図は衝撃エネルギー値に対する鋼中の炭素濃度の効果を
示す。 第２図 鋼中のクロム濃度＜Ｘ） 第３図 歿索１１度ＩＳ灯するンヤルご一待ノヒの変更（２０ｍ
ｍψ′ＦＬ、棒） 炭拳濃度（ｘ） 手続補正書（方式） １．事件の表示 昭和６ｅ年特許願第１？１−ｌＡ？号 氏　名（名称）Ａ又コー１し　リミ〒−／　ト”４、代
理　人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　圧延ままの状態で遅れ表面クラックの発生を実質的
   に抑制し、比較的安価な高強度高靭性鋼丸棒材及び板材
   であって、 Ｃ　０．２１〜０．２８ Ｍｎ　０．８０〜１．８０ Ｃｒ　１．６０〜２．１０ Ｓｉ　≦０．３５ Ａｌ　０．０２〜０．０５ Ｐ　≦０．０２５ Ｓ　≦０．０２５ Ｆｅ　残部 の重量％の組成を有し、 圧延に続く空冷処理において、空冷中該鋼の変態温度が
   十分に高く、変態完了後の十分な熱収縮を保証し、少な
   くとも変態中に生じた熱膨張を相殺するような鋼組成で
   あることを特徴とする高強度高靭性鋼丸棒材及び板材。 ２　上記鋼の物理特性が、 ビッカース硬さ　４７０〜５２０ 降伏限度　１２５０〜１３５０ＭＰａ 引張り強さ　１５００〜１６５０ＭＰａ シャルピー靭性値　２０℃において　３０〜６０Ｊ の範囲内であるように鋼の組成が選択されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の高強度高靭性
   鋼丸棒材及び板材。 ３　圧延ままの状態で遅れ表面クラックの発生を実質的
   に抑制し、比較的安価な高強度高靭性丸棒材及び板材鋼
   の製造方法であって、 該鋼の重量％の組成が、 Ｃ　０．２１〜０．２８ Ｍｎ　０．８０〜１．８０ Ｃｒ　１．６０〜２．１０ Ｓｉ　≦０．３５ Ａｌ　０．０２〜０．０５ Ｐ　≦０．０２５ Ｓ　≦０．０２５ Ｆｅ　残部 であり、 圧延に続く空冷処理において、空冷中該鋼の変態温度が
   十分に高く、変態完了後の十分な熱収縮を保証し、少な
   くとも変態中に生じた熱膨張を相殺するような鋼組成で
   あることを特徴とする高強度高靭性丸棒材及び板材鋼の
   製造方法。 ４　空冷された、圧延ままの製品を約９００℃のオース
   テナイト化温度まで加熱し、続いて水焼入れ又は油焼入
   れ若しくは、該製品が比較的薄い場合は空冷する後続の
   熱処理を、空冷された、圧延ままの製品に対し施す工程
   を含んでいる特許請求の範囲第３項に記載の方法。 ５　熱処理した製品を約２２５℃の温度で２５ｍｍの厚
   さにつき１時間焼もどし処理する工程を含む特許請求の
   範囲第３項又は第４項に記載の方法。