JPWO2015182596A1 - 熱処理鋼材及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
質量%で、
C:0.05%〜0.30%、
Mn:2.0%〜10.0%、
Cr:0.01%〜1.00%、
Ti:0.010%〜0.100%、
B:0.0010%〜0.0100%、
Si:0.08%以下、
P:0.050%以下、
S:0.0500%以下、
N:0.0100%以下、
Ni:0.0%〜2.0%、
Cu:0.0%〜1.0%、
Mo:0.0%〜1.0%、
V:0.0%〜1.0%、
Al:0.00%〜1.00%、
Nb:0.00%〜1.00%、
残部:Fe及び不純物、
で表される化学組成を有し、
C含有量(質量%)を[C]、Mn含有量(質量%)を[Mn]と表したとき、(式1)が成り立ち、
マルテンサイト:90体積%以上、
で表されるミクロ組織を有し、
マルテンサイト中の転位密度が9.0×1015m−2以上であり、
引張強度が1.800GPa以上であることを特徴とする熱処理鋼材。
4612×[C]+102×[Mn]+605≧1800 ・・・(式1)
前記化学組成において、
Ni:0.1%〜2.0%、
Cu:0.1%〜1.0%、
Mo:0.1%〜1.0%、
V:0.1%〜1.0%、
Al:0.01%〜1.00%、若しくは
Nb:0.01%〜1.00%、
又はこれらの任意の組み合わせが満たされることを特徴とする(1)に記載の熱処理鋼材。
鋼板を10℃/s以上の平均昇温速度でAc3点以上(Ac3点+200℃)以下の温度域に加熱する工程と、
次いで、前記鋼板を前記温度域からMs点まで上部臨界冷却速度以上の速度で冷却する工程と、
次いで、前記鋼板をMs点から100℃まで50℃/s以上の平均冷却速度で冷却する工程と、
を有し、
前記鋼板は、
質量%で、
C:0.05%〜0.30%、
Mn:2.0%〜10.0%、
Cr:0.01%〜1.00%、
Ti:0.010%〜0.100%、
B:0.0010%〜0.0100%、
Si:0.08%以下、
P:0.050%以下、
S:0.0500%以下、
N:0.0100%以下、
Ni:0.0%〜2.0%、
Cu:0.0%〜1.0%、
Mo:0.0%〜1.0%、
V:0.0%〜1.0%、
Al:0.00%〜1.00%、
Nb:0.00%〜1.00%、
残部:Fe及び不純物、
で表される化学組成を有し、
C含有量(質量%)を[C]、Mn含有量(質量%)を[Mn]と表したとき、(式1)が成り立つことを特徴とする熱処理鋼材の製造方法。
4612×[C]+102×[Mn]+605≧1800 ・・・(式1)
前記化学組成において、
Ni:0.1%〜2.0%、
Cu:0.1%〜1.0%、
Mo:0.1%〜1.0%、
V:0.1%〜1.0%、
Al:0.01%〜1.00%、若しくは
Nb:0.01%〜1.00%、
又はこれらの任意の組み合わせが満たされることを特徴とする(3)に記載の熱処理鋼材の製造方法。
前記鋼板をAc3点以上(Ac3点+200℃)以下の温度域に加熱してから前記鋼板の温度がMs点に達するまでの間に成形を行う工程を有することを特徴とする(3)又は(4)に記載の熱処理鋼材の製造方法。
4612×[C]+102×[Mn]+605≧1800 ・・・(式1)
Cは、熱処理用の鋼板の焼入れ性を高め、熱処理鋼材の強度を向上させる元素である。C含有量が0.05%未満では、熱処理鋼材の強度が十分なものとならない。従って、C含有量は0.05%以上とする。C含有量は、好ましくは0.08%以上である。一方、C含有量が0.30%超では、熱処理鋼材の強度が高くなり過ぎて、靱性及び溶接性の劣化が著しくなる。従って、C含有量は0.30%以下とする。C含有量は、好ましくは0.28%以下であり、更に好ましくは0.25%以下である。
Mnは、熱処理用の鋼板の焼入れ性を高める元素である。Mnは、固溶強化に加えて、熱処理鋼材を製造する際のマルテンサイト変態時に多量の転位の導入を促すことによって、マルテンサイトを強化する。すなわち、Mnは転位強化を促す作用を有する。Mnは、転位の導入を介してマルテンサイト変態後の旧オーステナイト粒内の下部組織を微細にして、マルテンサイトを強化する。すなわち、Mnは、結晶粒微細化強化を促す作用も有する。従って、Mnは特に重要な元素である。C含有量が0.05%〜0.30%の場合、Mn含有量が2.0%未満では、上記作用による効果が十分に得られず、熱処理鋼材の強度が十分なものとならない。従って、Mn含有量は2.0%以上とする。Mn含有量は、好ましくは2.5%以上であり、更に好ましくは3.6%以上である。一方、Mn含有量が10.0%超では、熱処理鋼材の強度が高くなり過ぎて、靱性及び耐水素脆性の劣化が著しくなる。従って、Mn含有量は10.0%以下とする。Mn含有量は、好ましくは9.0%以下である。マルテンサイトを主組織とする熱処理鋼材におけるMnの強化能は約100MPa/質量%であり、これは、フェライトを主組織とする鋼材におけるMnの強化能(約40MPa/質量%)の2.5倍程度である。
Crは、熱処理用の鋼板の焼入れ性を高め、熱処理鋼材の強度を安定して確保することを可能にする元素である。Cr含有量が0.01%未満では、上記作用による効果が十分には得られないことがある。従って、Cr含有量は0.01%以上とする。Cr含有量は、好ましくは0.02%以上である。一方、Cr含有量が1.00%超では、Crが熱処理用の鋼板中の炭化物に濃化して、焼入れ性が低下する。これは、Crの濃化に伴って、炭化物が安定化し、焼入れのための加熱の際に炭化物の固溶が遅延するためである。従って、Cr含有量は1.00%以下とする。Cr含有量は、好ましくは0.80%以下である。
Tiは、熱処理鋼材の靱性を大きく向上させる作用を有する。すなわち、Tiは、焼入れのためのAc3点以上の温度での熱処理の際に、再結晶を抑制し、更に微細な炭化物を形成してオーステナイトの粒成長を抑制する。粒成長の抑制により、細かいオーステナイト粒が得られ、靱性が大きく向上する。Tiは、熱処理用の鋼板中のNと優先的に結合することで、BNの析出によりBが消費されることを抑制するという作用も有する。後述のように、Bは焼入れ性を向上する作用を有するため、Bの消費の抑制により、Bによる焼入れ性の向上の効果を確実に得ることができる。Ti含有量が0.010%未満では、上記作用による効果が十分には得られないことがある。従って、Ti含有量は0.010%以上とする。Ti含有量は、好ましくは0.015%以上である。一方、Ti含有量が0.100%超では、TiCの析出量が増加してCが消費されるため、熱処理鋼材に十分な強度が得られないことがある。従って、Ti含有量は0.100%以下とする。Ti含有量は、好ましくは0.080%以下である。
Bは、熱処理用の鋼板の焼入れ性を著しく高める作用を有する非常に重要な元素である。Bは粒界に偏析することで、粒界を強化して靱性を高める作用も有する。Bは、熱処理用の鋼板の加熱の際にオーステナイトの粒成長を抑制して靱性を向上する作用も有する。B含有量が0.0010%未満では、上記作用による効果が十分には得られないことがある。従って、B含有量は0.0010%以上とする。B含有量は、好ましくは0.0012%以上である。一方、B含有量が0.0100%超では、粗大な化合物が多く析出し、熱処理鋼材の靱性が劣化する。従って、B含有量は0.0100%以下とする。B含有量は、好ましくは0.0080%以下である。
Siは、必須元素ではなく、例えば鋼中に不純物として含有される。Si含有量が高いほど、オーステナイト変態が生じる温度が高くなる。この温度が高いほど、焼入れのための加熱に要するコストが上昇したり、加熱不足に伴う焼入れ不足が生じやすくなったりする。更に、Si含有量が高いほど、熱処理用の鋼板のぬれ性及び合金化処理性が低下するため、溶融めっき処理及び合金化処理の安定性が低下する。このため、Si含有量は低ければ低いほどよい。特にSi含有量が0.08%超で、オーステナイト変態が生じる温度が著しく高くなる。従って、Si含有量は0.08%以下とする。Si含有量は、好ましくは0.05%以下である。
Pは、必須元素ではなく、例えば鋼中に不純物として含有される。Pは、熱処理鋼材の靱性を劣化させる。このため、P含有量は低ければ低いほどよい。特にP含有量が0.050%超で、靱性の低下が顕著となる。従って、P含有量は0.050%以下とする。P含有量は、好ましくは0.005%以下である。P含有量を0.001%未満まで低下させるためには相当なコストを要し、0.001%未満まで低下させるためには更に莫大なコストを要することがある。従って、P含有量を0.001%未満まで低下させなくてもよい。
Sは、必須元素ではなく、例えば鋼中に不純物として含有される。Sは、熱処理鋼材の靱性を劣化させる。このため、S含有量は低ければ低いほどよい。特にS含有量が0.0500%超で、靱性の低下が顕著となる。従って、S含有量は0.0500%以下とする。S含有量は、好ましくは0.0300%以下である。S含有量を0.0002%未満まで低下させるためには相当なコストを要し、0.0002%未満まで低下させるためには更に莫大なコストを要することがある。従って、S含有量を0.0002%未満まで低下させなくてもよい。
Nは、必須元素ではなく、例えば鋼中に不純物として含有される。Nは、粗大な窒化物の形成に寄与し、熱処理鋼材の局部変形能及び靭性を劣化させる。このため、N含有量は低ければ低いほどよい。特にN含有量が0.0100%超で、局部変形能及び靱性の低下が顕著となる。従って、N含有量は0.0100%以下とする。N含有量を0.0008%未満まで低下させるためには相当なコストを要する。従って、N含有量を0.0008%未満まで低下させなくてもよい。N含有量を0.0002%未満まで低下させるためには更に莫大なコストを要することがある。
Ni、Cu、Mo、V、Al及びNbは、熱処理用の鋼板の焼入れ性を高め、熱処理鋼材の強度を安定して確保することを可能にする元素である。従って、これらの元素からなる群から選択された1種又は任意の組み合わせが含有されていてもよい。しかし、Ni含有量が2.0%超では、上記作用による効果が飽和し、徒にコストが上昇するだけである。従って、Ni含有量は2.0%以下とする。Cu含有量が1.0%超では、上記作用による効果が飽和し、徒にコストが上昇するだけである。従って、Cu含有量は1.0%以下とする。Mo含有量が1.0%超では、上記作用による効果が飽和し、徒にコストが上昇するだけである。従って、Mo含有量は1.0%以下とする。V含有量が1.0%超では、上記作用による効果が飽和し、徒にコストが上昇するだけである。従って、V含有量は1.0%以下とする。Al含有量が1.00%超では、上記作用による効果が飽和し、徒にコストが上昇するだけである。従って、Al含有量は1.00%以下とする。Nb含有量が1.00%超では、上記作用による効果が飽和し、徒にコストが上昇するだけである。従って、Nb含有量は1.00%以下とする。上記作用による効果を確実に得るために、Ni含有量、Cu含有量、Mo含有量及びV含有量は、いずれも好ましくは0.1%以上であり、Al含有量及びNb含有量は、いずれも好ましくは0.01%以上である。つまり、「Ni:0.1%〜2.0%」、「Cu:0.1%〜1.0%」、「Mo:0.1%〜1.0%」、「V:0.1%〜1.0%」、「Al:0.01%〜1.00%」、若しくは「Nb:0.01%〜1.00%」、又はこれらの任意の組み合わせが満たされることが好ましい。
4612×[C]+102×[Mn]+605≧1800 ・・・(式1)
Metallurgica, 1(1953), 22」及び「G. K. Williamson and R. E. Smallman: Philosophical Magazine, 8(1956), 34」等に記載されている。具体的には、体心立方結晶構造の{200}面、{211}面及び{220}面の各回折スペクトルのピークフィッティングを行い、各ピーク位置(θ)及び半価幅(β)からβ×cosθ/λを横軸に、sinθ/λを縦軸にプロットする。そのプロットから得られる傾きが局所ひずみεに対応し、Williamson, Smallmanらが提案した下記の(式2)から、転位密度ρ(m−2)が求まる。ここで、bはバーガーズベクトルの大きさ(nm)を示す。
ρ=14.4×ε2/b2 ・・・(式2)
鋼板を10℃/s以上の平均昇温速度でAc3点以上(Ac3点+200℃)以下の温度域に加熱する工程と、
次いで、前記鋼板を前記温度域からMs点まで上部臨界冷却速度以上の速度で冷却する工程と、
次いで、前記鋼板をMs点から100℃まで50℃/s以上の平均冷却速度で冷却する工程と、
を有する熱処理鋼材の製造方法であって、
前記鋼板は、
質量%で、
C:0.05%〜0.30%、
Mn:2.0%〜10.0%、
Cr:0.01%〜1.00%、
Ti:0.010%〜0.100%、
B:0.0010%〜0.0100%、
Si:0.08%以下、
P:0.050%以下、
S:0.0500%以下、
N:0.0100%以下、
Ni:0.0%〜2.0%、
Cu:0.0%〜1.0%、
Mo:0.0%〜1.0%、
V:0.0%〜1.0%、
Al:0.00%〜1.00%、
Nb:0.00%〜1.00%、
残部:Fe及び不純物、
で表される化学組成を有し、
C含有量(質量%)を[C]、Mn含有量(質量%)を[Mn]と表したとき、(式1)が成り立ち、
前記熱処理鋼材は、
マルテンサイト:90体積%以上、
で表されるミクロ組織を有し、
前記熱処理鋼材のマルテンサイト中の転位密度が9.0×10 15 m -2 以上であり、
前記熱処理鋼材の引張強度が1.800GPa以上であることを特徴とする熱処理鋼材の製造方法。
4612×[C]+102×[Mn]+605≧1800 ・・・(式1)
Claims (5)
- 質量%で、
C:0.05%〜0.30%、
Mn:2.0%〜10.0%、
Cr:0.01%〜1.00%、
Ti:0.010%〜0.100%、
B:0.0010%〜0.0100%、
Si:0.08%以下、
P:0.050%以下、
S:0.0500%以下、
N:0.0100%以下、
Ni:0.0%〜2.0%、
Cu:0.0%〜1.0%、
Mo:0.0%〜1.0%、
V:0.0%〜1.0%、
Al:0.00%〜1.00%、
Nb:0.00%〜1.00%、
残部:Fe及び不純物、
で表される化学組成を有し、
C含有量(質量%)を[C]、Mn含有量(質量%)を[Mn]と表したとき、(式1)が成り立ち、
マルテンサイト:90体積%以上、
で表されるミクロ組織を有し、
マルテンサイト中の転位密度が9.0×1015m−2以上であり、
引張強度が1.800GPa以上であることを特徴とする熱処理鋼材。
4612×[C]+102×[Mn]+605≧1800 ・・・(式1) - 前記化学組成において、
Ni:0.1%〜2.0%、
Cu:0.1%〜1.0%、
Mo:0.1%〜1.0%、
V:0.1%〜1.0%、
Al:0.01%〜1.00%、若しくは
Nb:0.01%〜1.00%、
又はこれらの任意の組み合わせが満たされることを特徴とする請求項1に記載の熱処理鋼材。 - 鋼板を10℃/s以上の平均昇温速度でAc3点以上(Ac3点+200℃)以下の温度域に加熱する工程と、
次いで、前記鋼板を前記温度域からMs点まで上部臨界冷却速度以上の速度で冷却する工程と、
次いで、前記鋼板をMs点から100℃まで50℃/s以上の平均冷却速度で冷却する工程と、
を有し、
前記鋼板は、
質量%で、
C:0.05%〜0.30%、
Mn:2.0%〜10.0%、
Cr:0.01%〜1.00%、
Ti:0.010%〜0.100%、
B:0.0010%〜0.0100%、
Si:0.08%以下、
P:0.050%以下、
S:0.0500%以下、
N:0.0100%以下、
Ni:0.0%〜2.0%、
Cu:0.0%〜1.0%、
Mo:0.0%〜1.0%、
V:0.0%〜1.0%、
Al:0.00%〜1.00%、
Nb:0.00%〜1.00%、
残部:Fe及び不純物、
で表される化学組成を有し、
C含有量(質量%)を[C]、Mn含有量(質量%)を[Mn]と表したとき、(式1)が成り立つことを特徴とする熱処理鋼材の製造方法。
4612×[C]+102×[Mn]+605≧1800 ・・・(式1) - 前記化学組成において、
Ni:0.1%〜2.0%、
Cu:0.1%〜1.0%、
Mo:0.1%〜1.0%、
V:0.1%〜1.0%、
Al:0.01%〜1.00%、若しくは
Nb:0.01%〜1.00%、
又はこれらの任意の組み合わせが満たされることを特徴とする請求項3に記載の熱処理鋼材の製造方法。 - 前記鋼板をAc3点以上(Ac3点+200℃)以下の温度域に加熱してから前記鋼板の温度がMs点に達するまでの間に成形を行う工程を有することを特徴とする請求項3又は4に記載の熱処理鋼材の製造方法。
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