JPS647131B2 - - Google Patents

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JPS647131B2
JPS647131B2 JP19427984A JP19427984A JPS647131B2 JP S647131 B2 JPS647131 B2 JP S647131B2 JP 19427984 A JP19427984 A JP 19427984A JP 19427984 A JP19427984 A JP 19427984A JP S647131 B2 JPS647131 B2 JP S647131B2
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JP
Japan
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rolling
cooling
temperature
steel
strength
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JP19427984A
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JPS6173829A (ja
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Giichi Matsumura
Hiroshi Yada
Takeshi Terasawa
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Description

【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野] 本発明は熱延ままで極微細なベイナイト組織を
有する延性、靭性の優れた低コスト高張力熱延鋼
板、特に厚手鋼板の製造方法に関するもので、厚
手のパイプ材、構造用材、自動車用材の製造に適
する。 [従来の技術] 従来、熱延ままの高張力鋼板としてはフエライ
ト+パーライト組織をベースとした析出強化鋼を
制御圧延法により製造する方法が広く行われてい
る他、冷却中にベイナイトやマルテンサイト等低
温変態組織を生成させる強化法が種々知られてい
る。これらのうち、制御圧延法はNb等の添加元
素を固溶させるための高温スラブ加熱と組織微細
化のための低温圧延を行うので、圧延中に温度待
ちが生じ生産性が低い。組織微細化鋼は冷却中の
フエライト変態やパーライト変態を遅らせるため
に成分の増量や添加が行われるのが普通で、成分
コストの上昇を避けるのは困難である。また、厚
手の熱延高張力鋼がパイプ材として使用される時
に備えるべき特性の一つに耐水素誘起割れ
(HIC)性があるが、このためには成分をできる
だけ低くする必要がある。 成分コストを低く抑えた上で高張力鋼を得るに
は、圧延後の冷却を強化する方法と結晶粒を微細
化する方法とが考えられる。結晶粒の微細化は靭
性も同時に向上させるので強化法としては最も望
ましく、最近低炭素鋼で超微細フエライト組織を
得る方法(特開昭58―123823号公報)が示された
が、大きな圧延圧下率を必要とするので厚手鋼板
の製造には適していない。急冷による組織強化法
は薄手鋼板製造には適用できるが、厚手鋼板では
強度を高くできるものの延性、靭性を高くするの
は困難である。 [発明が解決しようとする問題点] 本発明は、低成分鋼を用い、延性、靭性が高く
しかも安価な鋼板、特に厚手熱延高張力鋼板を得
る方法を提供する事を目的とする。 [問題点を解決するための手段] 安価な高張力鋼板を得るには低成分鋼を圧延後
急冷する事が基本となるが、厚手材で延性、靭性
の劣化を防ぐには組織の微細化を同時に達成すれ
ば良い。本発明者らは炭素鋼に大圧下を与え圧延
誘起変態を生起させる事で超細粒フエライト組織
を得る方法(特開昭58―123823号公報)を示した
が、フエライト変態量を十分得る為にはフエライ
ト変態を抑制する様なNb等の元素の添加は好ま
しくなかつた。しかしながら、本発明者らはこの
様な特殊元素を含有する鋼でも圧延条件によつて
は僅かな量のフエライトが圧延中ないしは圧延直
後に生成する事を発見した。しかも、フエライト
の体積率は僅かであつても鋼材全体に広く存在す
るので、この状態から急冷を行うと変態組織がフ
エライトで分断された非常に微細な組織となる事
を見出だしたのである。この知見に基づき、本発
明者らは高延性、高靭性と高強度とを兼ね備えた
厚手の熱延鋼板を安価に製造する方法を構成する
事ができた。 すなわち、本発明の要旨は、重量で、C:0.05
〜0.2%、Si:0.01〜1.0%、Mn:0.5〜1.5%、か
つそれぞれが0.01〜0.2%の範囲のNb、V、Tiの
1種または2種以上を含み、残部Feおよび不可
避的不純物からなる鋼を、Ac3変態点以上の温度
域から冷却する過程において熱間圧延するに際
し、その最終段パスにおける圧延温度をAr3―50
℃〜Ar3+150℃の温度域とし、かつ最終段パス
における圧下率を30%以上90%以下とする圧延を
行つた後、20℃/s以上1000℃/s以下の冷却速
度で500℃以下の温度で冷却することを特徴とす
る超微細組織よりなる高張力鋼の製造方法、なら
びに、重量で、C:0.05〜0.2%、Si:0.01〜1.0
%、Mn:0.5〜1.5%、かつそれぞれが0.01〜0.2
%の範囲のNb、V、Tiの1種または2種以上を
含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる鋼
を、Ac3変態点以上の温度域から冷却する過程に
おいて熱間圧延するに際し、Ar3―50℃〜Ar3
150℃の温度域でその最終段パスを含む2パス以
上の圧延を、3秒以内でかつ累積圧下率が35%以
上90%以下になるように行つた後、20℃/s以上
1000℃/s以下の冷却速度で500℃以下の温度ま
で冷却することを特徴とする超微細組織よりなる
高張力鋼の製造方法である。 以下に本発明を構成要件毎に説明する。 (成分) Cは急冷により十分な量の高強度相を得るため
には0.05%(重量%)以上が必要であり、0.2%
を越えると圧延中のフエライト生成を困難にする
と共に溶接性や加工性も劣化する。そこで0.05〜
0.2%の範囲に限定した。 Siの添加は鋼板の強度―延性バランスを向上さ
せる事が知られており、また安価な元素であるか
ら本発明の目的のためには必須の元素である。但
し、その添加量が0.01%未満では強度―延性バラ
ンスを向上させる効果はなく、一方1.0%を超え
ると溶接性を損なう事があり、さらに鋼板の表面
性状を劣化させる可能性も出てくるので、0.01%
≦Si≦1.0%に限定した。 Mnは固溶強化と共に変態温度の低下により組
織微細化と焼入性向上の効果を持ち、強度―靭性
バランスを向上させる。但し、その効果は0.5%
未満の添加では明確に現われない。一方、添加量
が1.5%を超えると、圧延中のフエライト生成が
困難になり、組織微細化の程度は従来と同等とな
つてしまう。また、パイプ用素材としては耐水素
誘起割れ(HIC)性を有する必要があるが、その
ためにはMn量は低い程良い。そこで0.5%≦Mn
≦1.5%に限定した。 Nb、V、Tiは十分な量の低温変態高強度相
(大部分はベイナイト)を得る為に1種または2
種以上の添加が必要であり、本発明における効果
が現われるのはそれぞれ0.01%であり、またそれ
ぞれ0.2%を越えると加工中のフエライト変態を
抑制する。そこでそれぞれの限定範囲を0.01〜
0.2%とした。 上記した成分以外にも、低温変態高強度相を得
るという点から考えれば同等またはより高い効果
を示す元素(Cr、Mo等)もあるが、いずれも高
価であり、安価な製法を提供するという本発明の
目的から外れることになる。しかし、例えば溶接
部の材質が厳しく要求されるような場合等にはか
かる元素の添加もあり得る。 (加熱条件) 本発明においては炭窒化物形成元素であるTi、
Nb、Vはその一部が仕上圧延開始時に鋼中に固
溶している必要がある。従つて添加量が多いとき
は高温に加熱すべきであるが、通常の添加量では
低温加熱でも構わない。すなわち、添加元素のか
なりの程度まではスラブに固溶しなくとも本発明
の効果は失われない。そこでスラブ加熱温度に対
しては実質上の制限はないと考えられる。但し、
圧延時に粗大なフエライトが存在してはならない
ので、最低加熱温度は加熱変態温度であるAc3
以上である事は当然である。 (圧延条件) 本発明では、圧延によりフエライトを生成させ
ることを目的とするのでオーステナイトの再結
晶、未再結晶に無関係であり、その生成効果は冷
却変態温度であるAr3より150℃高い温度から現
われる。また、生成したフエライトは炭素鋼にお
いては冷却中に成長してしまうが、本発明鋼では
成長が遅いので圧延温度域はかなり低温側でもよ
い。しかし、Ar3より50℃以上低い温度では加工
フエライトによる材質劣化が現われるので、本発
明による有効圧延温度域をAr3―50℃〜Ar3+150
℃に限定する。 圧下率は最終パスで30%以上あれば効果は現わ
れるが、最終パスを含む2パス以上の圧延で3秒
以内に累計圧下率が35%以上あれば上記と同様の
効果が現われる。また、40%以上の圧下率の場合
は効果が顕著になる。1パスの圧下率は大なる
程、パス間の時間は短い程効果は大となるが、厚
手(例えば16mm)材では1パスの大圧下は困難で
多パスにならざるを得ない。この点から、本発明
の実施は連続熱間圧延が適当である。また、有効
温度域における全圧下率は60%以上が必要である
が、これはオーステナイトが再結晶するときはオ
ーステナイトの微細化による粒界の増加、未再結
晶のときは有効歪みの累積により加工誘起変態を
助けるものと考えられる。 圧下率は大きいほどフエライト量は増加する。
フエライト量の増加に伴い鋼の強度は低下する
が、強度に対する延性・靭性のバランスは向上す
るので、フエライト量が100%になつてもその材
質は従来材を凌駕する。従つて、冶金学的な観点
からの圧下率の上限はない。しかしながら、実際
には通常の圧延スタンドを使用する限り圧延荷重
による制限はあるし、摩擦による噛み込み角の限
界により制限を受けるので、圧下率の上限は90%
とする。 (冷却条件) 鋼板は、圧延終了直後で微細なフエライト粒を
多数含むオーステナイト相となつているが、これ
を20℃/s未満の冷速で冷却しても低成分鋼であ
るために変態高強度相の量が十分でなく、5μ以
上の通常サイズのフエライトが生成してしまう。
組織は微細なまま十分ベイナイト化を起こさせる
には20℃/s以上の冷速とせねばならない。一
方、従来の含Nb鋼では20℃/sを越える急冷を
施すと粗大なベイナイトが生成し靭性を損なうの
で望ましくないとされているが、本発明では変態
前のオーステナイトが微細フエライトで分断され
ているために、冷速は大なる程材質向上をもたら
す。冷速は50℃/s以上である事が望ましい。 冷却速度が大きくなるとマルテンサイトやベイ
ナイト等の低温変態生成物が現れ、これらは従
来、延性を劣化すると言われてきた。しかしなが
ら、組成が十分に微細であるなら焼入れままマル
テンサイトや上部ベイナイトであつても使用に耐
える延性・靭性を示すことが新たに発見された。
従つて、冷却速度を可能な限り大きくしても延性
を損なわずに強度の上昇が図れるので、冶金学的
な観点からの冷却速度の上限はない。しかしなが
ら、水冷によつて鋼材を冷却するときは1000℃/
sの冷却速度が限界である。従つて、冷却速度の
上限を1000℃/sとする。 冷却停止温度は低い程高強度となるが、耐HIC
性の一つの指標である拡散性水素量が増加するの
で、これを低下させたいときは、400℃以上で冷
却を停止すれば良い。但し500℃を超える温度で
冷却を停止すると高強度化が不十分なので、冷却
停止温度を500℃以下に限定した。 [実施例 1] 表1に示す成分の鋼を表2に示す条件で連続熱
延を行つた。 熱延はすべてスラブ加熱温度1250℃で、バー厚
は60mm、板厚は12.6mmである。圧延スケジユール
Aは通常の圧延で、最終2パスの累積圧下率が
32.6%、スケジユールBは本発明の用件を満たす
大圧下圧延で、最終2パスの累積圧下率が47%、
パス間時間1.8秒である。表2に於いて、試番
〜、〜は通常の圧下スケジユール、試番
、は圧延後の冷却速度が低く、強度に対する
靭性レベルは従来並である。試番、、、
は本発明による大圧下圧延+急冷の組合わせによ
るもので、冷却を強化するほど強度が上昇するの
は当然としても、水圧下圧延を行うと冷却により
靭性も向上している。第1図に表2中の耐力と衝
撃吸収エネルギーを示すが、本発明の優位性は明
らかである。なお、第1図中の数字は表2の試番
に対応する。 第2図aには試番(通常圧下+急冷)の組
織、同図bには試番(大圧下+急冷)の組織を
夫々示すが、大圧下圧延により冷却後のベイナイ
ト組織が非常に微細化していることがわかる。 (同図の写真の倍率は200倍である。)
【表】
【表】
【表】 [実施例 2] 表3に示す成分の鋼を供試材とした。鋼aは比
較材でNb、V、Ti等の特殊元素を含まずSi量も
低いもの、鋼bも比較材で低C―高Mnの高靭性
型X―6Sである。鋼c、d、eは本発明の用件
を満たす成分のもので、それぞれTi添加材、Nb
―Ti添加材、Nb―V添加材である。 圧延条件と圧延材の機械的特性値および
NACE条件(ASTM規格の人工海水を酢酸でPH
=3.0に調整したものにH2Sガスを通して飽和さ
せた試験溶液中に鋼片を96時間浸漬)での水素誘
起割れ率(CAR)を表4に示す。圧延条件につ
いては、表4中に示した項目以外は実施例1のス
ケジユールBと同様である。 表4に示す中で、試番は特殊元素を含まない
ので加工によつて生成したフエライトが成長する
ことと、冷却により生成するベイナイトが粗大で
あるために靭性は不良である。試番は低C―高
Mn成分で低温靭性は非常に良いが、Mnが1.82%
と高いためにNACE条件下における水素割れが
発生している。試番、1は成分は本発明の要
件を満たすが、それぞれ捲取温度、仕上温度が高
過ぎるために前者はベイナイト化が不十分、後者
はベイナイトが粗大なものとなり、いずれも靭性
が従来材並である。その他の試番、、は本
発明方法によるもので、高強度と共に非常に良好
な靭性を示し、しかも水素誘起割れを起こさな
い。本実施例におけるスラブ加熱温度は試番を
除き1100℃を低いので、特殊元素による析出硬化
の程度は小さく、強度レベルはTS60Kg/mm2級ど
まりである。ただし、低温加熱であつても特殊元
素によるベイナイト生成傾向はあるので、急冷の
効果は十分発揮されている。
【表】
【表】 [実施例 3] 表5に示す成分のスラブを1050℃に加熱し、厚
さ40mmまで粗圧延を行つた後表6の条件で仕上げ
圧延を行つた。この圧延は最終バス圧下率の効果
を明らかにするもので、試番は最終パス(第6
パス)圧下率が13.5%、最終パスを含めた2パス
(第5、6パス)の合計圧下率が30.8%で本発明
の要件を満たさない。また試番は最終パス(第
6パス)の圧下率を30.8%と通常より大きくし、
前パスの影響を小さくするために第5パスを空パ
スとしたものである。尚、最終圧延速度は両方と
も200mpmであつた。材質は試番が従来の強冷
却材に相当する強度と伸びであるのに対し、試番
は優れた強度―延性バランスを示している。
【表】
【表】

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 重量で、C:0.05〜0.2%、 Si:0.01〜1.0%、 Mn:0.5〜1.5%、 かつそれぞれが0.01〜0.2%の範囲のNb、V、Ti
    の1種または2種以上を含み、残部Feおよび不
    可避的不純物からなる鋼を、Ac3変態点以上の温
    度域から冷却する過程において熱間圧延するに際
    し、その最終段パスにおける圧延温度をAr3―50
    ℃〜Ar3+150℃の温度域とし、かつ最終段パス
    における圧下率を30%以上90%以下とする圧延を
    行つた後、20℃/s以上1000℃/s以下の冷却速
    度で500℃以下の温度まで冷却することを特徴と
    する超微細組織よりなる高張力鋼の製造方法。 2 圧下率を40%以上とする特許請求の範囲第1
    項記載の方法。 3 冷却速度を50℃/s以上とする特許請求の範
    囲第1項記載の方法。 4 重量で、C:0.05〜0.2%、 Si:0.01〜1.0%、 Mn:0.5〜1.5%、 かつそれぞれが0.01〜0.2%の範囲のNb、V、
    Tiの1種または2種以上を含み、残部Feおよび
    不可避的不純物からなる鋼を、Ac3変態点以上の
    温度域から冷却する過程において熱間圧延するに
    際し、Ar3―50℃〜Ar3+150℃の温度域でその最
    終段パスを含む2パス以上の圧延を、3秒以内で
    かつ累積圧下率が35%以上90%以下になるように
    行つた後、20℃/s以上1000℃/s以下の冷却速
    度で500℃以下の温度まで冷却することを特徴と
    する超微細組織よりなる高張力鋼の製造方法。 5 圧下率を40%以上とする特許請求の範囲第4
    項記載の方法。 6 冷却速度を50℃/s以上とする特許請求の範
    囲第4項記載の方法。
JP19427984A 1984-09-17 1984-09-17 超微細組織よりなる高張力鋼の製造方法 Granted JPS6173829A (ja)

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JPS57145965A (en) * 1981-03-04 1982-09-09 Kobe Steel Ltd High strength hot rolled steel plate and its manufacture
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