JPS6337166B2 - - Google Patents

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JPS6337166B2
JPS6337166B2 JP58052174A JP5217483A JPS6337166B2 JP S6337166 B2 JPS6337166 B2 JP S6337166B2 JP 58052174 A JP58052174 A JP 58052174A JP 5217483 A JP5217483 A JP 5217483A JP S6337166 B2 JPS6337166 B2 JP S6337166B2
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JP
Japan
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cooling
steel
present
rolling
bainite
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JP58052174A
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JPS59177325A (ja
Inventor
Giichi Matsumura
Hiroshi Yada
Seishiro Kato
Masayuki Matsuda
Nobuhiko Matsuzu
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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Publication of JPS59177325A publication Critical patent/JPS59177325A/ja
Publication of JPS6337166B2 publication Critical patent/JPS6337166B2/ja
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/18Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
    • C21D1/19Hardening; Quenching with or without subsequent tempering by interrupted quenching
    • C21D1/20Isothermal quenching, e.g. bainitic hardening

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Sheet Steel (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は熱延ままで高強度鋼板を提供しようと
するもので、特に薄手材で簡単な曲げ加工等が加
えられる強度が高い材料、例えば自動車用の補強
材、産業機械の部品等に好適な材料を製造する方
法に関するものである。 従来、熱延ままの60〜70Kg/mm2級高強度鋼板と
しては材質および製造コストの面よりフエライト
+パーライト組織をベースとしTi、Nb等を添加
した析出強化鋼が、また80Kg/mm2超はCr、Mo等
を添加したベイナイト鋼が提供されてきた。とこ
ろでベイナイト組織は特殊成分を含まない炭素鋼
でも原理的には製造可能と考えられていたが、そ
の成分範囲はCを多量に添加したものしか知られ
ておらず、溶接には適さない。溶接して使用する
ためには炭素当量が低い必要があるが、低Cでベ
イナイト組織を得るにはCr、Mo、Ti、B等の特
殊成分の添加が必須となり、またベイナイト変態
域での恒温保定が必要となるなどコスト的に問題
があつた。 本発明はかかる問題点を解決し、低炭素普通鋼
成分でベイナイト組織を得ようとするものであ
り、これにより低コストで高強度鋼板を製造する
ことに成功したものである。 即ち、本発明は実質的に特殊元素を含まず、
C:0.08〜0.2%、Mn:0.7〜1.8%を含有する通
常の炭素鋼を、Ac3点以上に加熱し、Ar3+50℃
以上で熱間圧延終了後、Ar3点以上から80℃/s
以上の冷却速度で急冷し、かつ該冷却をベイナイ
ト変態域で停止した後、緩冷却する事を特徴とす
る高強度熱延ベイナイト鋼板の製造方法を要旨と
するものである。 以下、本発明を詳細に説明する。 本発明のプロセスの概要を第1図に示した。本
発明の出発材のようなC、Mn含有量の少い低炭
素普通鋼では従来の特殊成分を添加するベイナイ
ト鋼に比しベイナイト変態の開始曲線B′1、終了
曲線B′2が短時間側に移行し、それぞれB1,B2
なる。このために圧延後の鋼板がこの温度域に到
達しさえすれば恒温保定をしなくとも空冷の冷却
速度でベイナイト変態は完了する。ところが、成
分の低下は同時にフエライト変態の開始線も短時
間側に移行するので鋼板の圧延後の冷却(第1図
C1)は急速に行なう必要がある。しかしながら
フエライト変態の開始線は高温側にも移行するの
で冷却速度としては実現可能な範囲に納める事が
できる。 本発明にあつては、上記成分範囲の鋼片を、
Ac3点以上かつ、通常使用される鋼片加熱炉によ
つて加熱可能な、1300℃以下の温度域に加熱する
か或いは、連続鋳造プロセスにおいて凝固後、圧
延工程へ直送され、Ac3点以上の温度域にある鋳
片を、Ar3+50℃を超える温度域で圧延した後、
フエライト変態が始まるAr3点以上の温度域か
ら、フエライト変態を通過しないような、通常80
℃/s以上で、工業的には200℃/s程度までの
冷却速度で急冷する。そして、この急冷を、第1
図に示すA1点からMs点までの間、即ち300〜500
℃の温度域で、必要とする製品の強度水準に応じ
て設定される温度で冷却を停止し、その後の緩冷
却(第1図におけるC2)が、ベイナイト変態域、
即ち、第1図における変態開始線B1、変態終了
線B2間を通過するようにする。ここで、材料の
加熱温度を1300℃以下としたのは、加熱温度が高
いと、初期オーステナイト粒が粗くなり、熱間加
工後のオーステナイト粒径も粗くなる傾向あり、
その結果、製品の延性・靭性を損なうからであ
る。この様な処理を行うと第2図に示す如く冷却
停止温度に応じた引張強度が得られるのである。
第2図はC0.15%、Mn0.98%、その他脱酸剤とし
てAl、Si、不純物としてP、S、N、O等を含
有した30mm厚さの鋼片を1100℃に加熱し870℃で
2mmに圧延した後、冷却速度100℃/sで急冷し、
種々の停止温度で冷却を停止した後、空冷せしめ
た時の引張特性(JIS 13号Bによる引張試験)を
示したものである。従つて本発明によれば低炭素
普通鋼でもつて急冷条件と冷却停止条件のの選択
により恒温保定をせずに60〜85Kg/mm2等の所望の
引張強度を得る事ができ、C、Mn量によつては
100Kg/mm2の強度のものすら得られる。 以下、本発明の構成要件の限定理由について説
明する。 本発明に適用すべき鋼の化学組成のうち、Cに
ついては実限可能な冷却速度によつて下限が決
る。すなわち冷却80℃/sにおいてフエライト変
態を開始させないためにはCは0.08%以上の添加
が必要である。またC量は多い程フエライト変態
が遅れて該組織を得るには都合が良いが、0.2%
を超えるとベイナイト変態の終了が遅れ、熱延後
の恒温保持が必要となり、プロセスを複雑化する
とともに成品の加工性、溶接性を劣化させるので
上限を0.2%とした。 MnもCと同様の理由により、本発明プロセス
に適当な範囲として上記C量の下で0.7〜1.8%に
限定する。 その他の成分としては特に添加を必要としない
が、Al、Si等は脱酸剤として通常含まれる量は
本発明に影響を与えない。但し1%以下のSi添加
は強度―延性バランスを向上させる事が知られて
おり、高延性を必要とする場合は1%までの添加
をしても良い。Cr、Mo、Ti、B等の特殊成分は
ベイナイト組織の生成を容易にするが、安価に成
品を提供する上で不利となるので添加は好ましく
ない。但し添加によつて本発明の効果を減ずるも
のでは無い。 この様な組成を有する鋼片はまず、その鋼の
Ac3点(通常800〜900℃)以上に加熱して完全に
オーステナイト化しなければならない。圧延開始
時にフエライトが存在すると圧延により加工組織
を生じ延性を著しく損な。また圧延終了冷却開始
時にフエライトが存在するとその部分はベイナイ
ト化しないかりでなく、オーステナイト部のフエ
ライト変態を促進する可能性もあり全面ベイナイ
ト組織を得るには冷却前にフエライトを存在させ
てはならない。また冷片を加熱する方法ばかりで
なく、高温鋳片のホツトチヤージや直接圧延も適
用できるのは言うまでもない。 鋼片の加熱後圧延を行なうが、その理由は所望
の成品板厚を得る事とオーステナイト組織の微細
化である。オーステナイトが微細である程、成品
の靭性が良くなる事は知られているが、本発明は
圧延後の冷却速度の点から厚手成品の製造には不
向きであるから靭性は重要な特性ではない。従つ
て圧下量については何も限定するものではない。 圧延温度は前記の如くオーステナイト温度域で
なくてはならないが、Ar3点(通常750〜850℃)
+50℃から冷却を開始すると、冷却速度によつて
は一部フエライト変態が起こつてしまう。さらに
ベイナイト変態を容易にするには冷却前オーステ
ナイト結晶粒は大きい方が良く、この観点から圧
延温度は高い方が望ましい。かかる理由から、圧
延温度域をAr3+50℃超に限定した。 圧延後の急冷は次の条件で行なう。冷却中にフ
エライト生成を抑制するために冷却曲線C1が第
1図のFs線と交叉しない様な冷却速度で冷却す
る。本発明の成分範囲鋼に対しては80℃/s以上
の冷却速度が必要である。 これにつづく冷却停止の条件は成品に要求され
る強度によつて異なる。ベイナイト組織の強度は
オーステナイトよりベイナイトに変態する時の変
態温度に強く依存し、成分には大きくは依存しな
い事が知られている。すなわち第2図の如く冷却
停止温度を600〜300℃の間で変える事により60〜
80Kg/mm2の強度を作り分けられる。 大きな冷却速度を得るためには水量密度の大き
な冷却設備を必要とするが、鋼板の圧延設備に付
随する熱伝達係数が500Kcal/m2・h・℃程度の
最近の冷却設備によれば板厚が6mm以下であれば
80℃/sの冷却速度を得るのは不可能ではない。
例えば連続熱延により本発明を実施する時は水冷
ゾーンの水量密度を最大とし鋼板を通過させ、鋼
板の温度が所定の温度に達する位置以降の水冷ゾ
ーンでは注水を停止すればよい。停止温度の精度
を上げるには水冷ゾーンの途中で鋼板温度が測定
できる事が望ましい。 冷却停止後は緩冷却(第1図C2)が必要であ
る。この理由は冷却停止後の鋼板を断熱保持する
と変態時の発熱のためと思われるが成品強度が不
安定となりバラツキが増大するからである。成分
量の多い従来型ベイナイト鋼ではこの効果は小さ
く冷却停止後の緩冷却を必要としなかつたが、本
発明の低成分鋼では緩冷を行なう必要があり、こ
れを有効とするためには1℃/s以上の冷却速度
により冷却する事が望ましい。 鋼板の板厚が例えば0.7mmの様に極端に薄くな
ると、冷却停止後の冷速が空冷状態でも大きくな
りこれも成品強度の安定性を損なう原因となる。
安定製造のためには該冷却を20℃/s以下の緩冷
とする事が望ましい。 以上の説明で明らかな様に通常の熱延板ならば
圧延後の急冷を停止しさえすればその後特別な方
法を講ずる事なく空冷で本発明を実施する事が可
能である。これは空冷時の冷却速度(t=3mmで
10℃/s前後)であつてもベイナイト変態が終了
し得る成分組成を設定しているからであり、本発
明の重要なポイントである。但し鋼板厚みが極端
に薄い場合に本発明を適用するためには冷却停止
後の保温あるいは加熱の手段が必要である。 本発明を実施するに当り、鋼板の冷却速度を80
℃/sとするには強力な冷却設備と薄手板厚の組
合せが必然となる。従つて鋼板の製造方法として
はホツトストリツプミルによる連続熱延が最も適
しているが、鋼板以外の鋼材製造の場合にはそれ
ぞれ適した方法が考えられよう。 実施例 以下実施例について説明する。 表1に示す各成分組成の鋼を表2に示す条件で
ホツトストリツプミルにより圧延・冷却を行なつ
た。但し表2の急冷停止温度は捲取温度からの推
定である。その結果得られた成品特性を表3に示
す。
【表】
【表】
【表】 番号〜は本発明範囲内の実施例であり、そ
れぞれ冷却停止温度(〜CT)に応じた強度を示
しており、成分Aのみで59.3〜80.8Kg/mm2の範囲
が得られている。またベイナイト鋼は伸びの値は
やゝ劣るものの穴拡げ性が優れている。鋼Aは加
工性向上のためにCa添加を行なつており、良好
な穴拡げ性はこれにもよるが、Ca処理をしてい
ない鋼B()でも良い値を示す。また、ベイナ
イト組織は降伏比が低くこの点も加工性にとつて
は都合が良い。 鋼AにおけるCa添加の効果は、前記加工性の
向上の他、特に連続熱間圧延材において、介在物
の特性を変化させ製品材質の方向差(異方性)を
小くする点にある。例えば、介在物がMnSであ
る場合、Ca添加によつてMnSにおけるSは、Ca
(O、S)(oxysulfide)となる。相対的にMnSの
方が延性に富み、材質に方向性を付与することに
なる。これに比し、Ca(O、S)は延性に乏しく
材質に方向性を付与する程度が微弱である。 かる理由から、0.1%以下の範囲でCaを添加す
ることがある。 比較例は冷却速度が不足しているために100
%ベイナイト組織とはならずフエライトが生成し
たために強度が低い。比較例はFTが低いため
に圧延中および冷却中にフエライト多量に生成し
ているが、このフエライトは結晶粒が微細なため
に、伸びや穴拡げ性は良好である。しかしと同
様な強度レベルの穴拡げ性はより良くベイナ
イト組織の優位性は明らかである。比較例は成
分が本発明範囲外であつて冷却速度が要件を満た
してもベイナイト生成はわずかでしかない。この
理由は第1図のFs線が左上方へ移動するからで
ある。 本発明により60〜100Kg/mm2級の熱延高張力鋼
を低コストで製造する事が可能になつた。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のプロセスを説明するCCT概
念図、第2図は0.15C―0.48Si―0.98Mn鋼を1100
℃より急冷し300〜600℃の温度域で冷却停止した
時の鋼板の引張特性を示す図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 実質的に特殊元素を含まず、重量で、C:
    0.08〜0.2%、Mn:0.7〜1.8%を含有する通常の
    炭素鋼を、Ac3点以上かつ、1300℃以下の温度域
    に加熱された鋼片或いは、連続鋳造プロセスにお
    いて鋼が凝固後圧延工程へ直送されAc3点以上の
    温度域にある鋳片を、Ar3+50℃を超える温度域
    で圧延した後、Ar3点以上から80℃/s以上の冷
    却速度で急冷しかつ、該冷却をベイナイト変態域
    で停止した後、緩冷却することを特徴とする高強
    度熱延ベイナイト鋼板の製造方法。 2 緩冷却の冷却速度を1〜20℃/sとする特許
    請求の範囲第1項記載の方法。
JP5217483A 1983-03-28 1983-03-28 高強度熱延ベイナイト鋼板の製造方法 Granted JPS59177325A (ja)

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