WO2016010144A1 - 鋼材およびその製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a steel material and a method for producing the same, and more particularly to a steel material having a tensile strength of 980 MPa or more and having excellent ductility and impact properties and a method for producing the same.
- the tensile strength of the steel material is 980 MPa or more, and the tensile strength (TS) and total elongation (EL ) And the product value (TS ⁇ EL) is preferably 16000 MPa ⁇ % or more.
- TS tensile strength
- EL total elongation
- TS ⁇ EL product value
- An object of the present invention is to provide a steel material having excellent ductility and impact properties while having a tensile strength of 980 MPa or more, and a method for producing the same.
- the present inventors have intensively studied to solve the above problems. As a result, the following knowledge was obtained.
- decarburized ferrite layer When the steel material is heated to a two-phase region of ferrite and austenite, the surface is decarburized to form a soft ferrite phase structure (hereinafter referred to as “decarburized ferrite layer”). And if decarburization becomes remarkable, a decarburized ferrite layer will be formed thickly on the surface of steel materials.
- the thickness of the decarburized ferrite layer is 5 ⁇ m or more, coarse ferrite is generated, and as a result, ductility and impact characteristics may be deteriorated.
- the present invention has been made on the basis of the above-mentioned knowledge, and the gist thereof is the following steel material and its manufacturing method.
- the chemical composition and the metal composition are appropriate, a tensile strength with a tensile strength of 980 MPa or more, and excellent ductility and impact properties can be obtained.
- Al 0.001% to 3.0%, N: 0.01% or less, V: 0% to 1.0%, Ti: 0% to 1.0%, Nb: 0% to 1.0%, Cr: 0% to 1.0%, Mo: 0% to 1.0%, Cu: 0% to 1.0%, Ni: 0% to 1.0%, Ca: 0% to 0.01%, Mg: 0% to 0.01%, REM: 0% to 0.01%, Zr: 0% to 0.01%, B: 0% to 0.01%, Bi: 0% to 0.01%, And remainder: having a chemical composition represented by Fe and impurities.
- the impurities include those contained in raw materials such as ore and scrap and those contained in the manufacturing process.
- C 0.050% to 0.35%
- C is an element that contributes to strength increase and ductility improvement.
- the C content is set to 0.1%. It is necessary to set it to 050% or more. However, when C is contained exceeding 0.35%, the impact characteristics deteriorate. For this reason, C content needs to be 0.35% or less, and it is preferable to set it as 0.25% or less.
- the C content is preferably 0.080% or more.
- Si 0.50% to 3.0% Si is an element that contributes to the improvement of ductility by increasing the strength and promoting the generation of austenite.
- the Si content needs to be 0.50% or more.
- Si content shall be 3.0% or less.
- Mn More than 3.0% and 7.5% or less Mn, like Si, is an element that contributes to the improvement of ductility by promoting the generation of austenite with increasing strength.
- TS ⁇ EL product
- Mn content needs to be 7.5% or less, and preferably 6.5% or less.
- the Mn content is preferably 4.0% or more.
- P 0.05% or less
- P is an element contained as an impurity, but may be positively contained because it is also an element contributing to an increase in strength. However, when P exceeds 0.05%, the weldability is remarkably deteriorated. Therefore, the P content is 0.05% or less.
- the P content is preferably 0.02% or less. When it is desired to obtain the above effect, the P content is preferably 0.005% or more.
- S 0.01% or less Since S is inevitably contained as an impurity, the lower the S content, the better. In particular, when the S content exceeds 0.01%, the weldability is remarkably deteriorated. For this reason, S content shall be 0.01% or less.
- the S content is preferably 0.005% or less, and more preferably 0.0015% or less.
- sol. Al 0.001% to 3.0%
- Al is an element having an action of deoxidizing steel. In order to make steel materials sound, sol. Al is contained in an amount of 0.001% or more. On the other hand, sol. If the Al content exceeds 3.0%, casting becomes extremely difficult. For this reason, sol. The Al content is 3.0% or less. sol. The Al content is preferably 0.010% or more, and preferably 1.2% or less. Note that sol. Al content means content of acid-soluble Al in steel materials.
- N 0.01% or less Since N is inevitably contained as an impurity, the lower the N content, the better. In particular, when the N content exceeds 0.01%, the aging resistance is remarkably deteriorated. For this reason, N content shall be 0.01% or less.
- the N content is preferably 0.006% or less, and more preferably 0.004% or less.
- V, Ti, Nb, Cr, Mo, Ni, Ca, Mg, REM, Zr, and Bi are not essential elements, but are appropriately limited to a predetermined amount in the steel material according to the present embodiment and the steel material used for manufacturing the steel material. It is an optional element that may be contained.
- V 0% to 1.0%
- V is an element that significantly increases the yield strength of the steel and prevents decarburization. Therefore, V may be contained. However, when V is contained exceeding 1.0%, hot working becomes extremely difficult. For this reason, V content shall be 1.0% or less.
- V content shall be 1.0% or less.
- the V content is more preferably 0.15% or more.
- V when V is contained in the steel material, it becomes easy to adjust the average value of the aspect ratio of bainite and martensite to 1.5 or more in the steel material.
- REM refers to a total of 17 elements of Sc, Y, and lanthanoid, and the content of REM means the total content of these elements.
- a lanthanoid it is industrially added in the form of misch metal.
- the decarburized ferrite layer is a structure composed of a soft ferrite phase formed by decarburizing the surface of a steel material during heat treatment. . Further, the decarburized ferrite layer is a structure including 90% or more of a ferrite phase having a columnar shape or a polygonal shape in an area ratio. In order to maintain excellent impact characteristics while having a high tensile strength of 980 MPa or more, it is necessary to suppress decarburization in the surface layer portion. If the thickness of the decarburized ferrite layer exceeds 5 ⁇ m, not only the fatigue characteristics of the steel material but also the impact characteristics are deteriorated. Therefore, the thickness of the decarburized ferrite layer is set to 5 ⁇ m or less.
- volume ratio of retained austenite 10% to 40%
- the volume ratio of retained austenite needs to be 10% or more in order to remarkably improve the ductility of the steel material while having a tensile strength of 980 MPa or more.
- the volume fraction of retained austenite exceeds 40%, the delayed fracture resistance is deteriorated. For this reason, the volume ratio of retained austenite is made 40% or less.
- the number density of cementite less than 2 pieces / ⁇ m 2
- the number density of cementite is preferably less than 2 pieces / ⁇ m 2 in order to significantly improve the impact characteristics.
- Average C concentration in retained austenite 0.60% or less
- the average C concentration in the retained austenite is preferably set to 0.60% or less in mass%. The lower the average C concentration in the retained austenite, the lower the better, so there is no particular lower limit.
- the steel material according to the embodiment of the present invention has a tensile strength of 980 MPa or more.
- the tensile strength of the steel material is preferably 1000 MPa or more.
- the outstanding ductility and impact characteristic can be acquired.
- ductility with a product of tensile strength and total elongation of 16000 MPa ⁇ % or more can be obtained.
- a 0.2% yield strength (yield strength) with a yield strength of 900 MPa or more can be obtained.
- Manufacturing method Although there is no restriction
- a steel material to be subjected to heat treatment for example, a metal having a total volume ratio of bainite and martensite of 90% or more and an average aspect ratio of bainite and martensite of 1.5 or more.
- the volume ratio of bainite and martensite is preferably 95% or more in total.
- the V content of the steel material is 0.05% to 1.0%, it is preferable that 70% or more of the V contained in the steel material is in solid solution.
- the volume ratio of bainite and martensite in the steel material is less than 90% in total, it is difficult to make the tensile strength of the steel material 980 MPa or more. Furthermore, there is a possibility that the volume ratio of retained austenite is lowered and ductility is deteriorated. Moreover, when the aspect ratio of bainite and martensite increases, cementite precipitates in parallel to the steel sheet surface, and decarburization is shielded. When the average aspect ratio of bainite and martensite is less than 1.5, the decarburization shielding is insufficient, and a decarburized ferrite layer is generated.
- the aspect ratio is a value obtained by dividing the major axis of each grain by the minor axis when observed from a section perpendicular to the rolling direction (hereinafter referred to as L section) with respect to the prior austenite grains of bainite and martensite. Further, an average value of aspect ratios obtained for all grains on the observation surface is adopted.
- V dissolved in V contained in the steel is less than 70%, the desired yield strength cannot be obtained after the heat treatment. Further, since the austenite growth during the heat treatment is delayed, the volume ratio of retained austenite may be lowered. Therefore, it is preferable that 70% or more of V contained in the steel material is dissolved.
- the solid solution amount of V can be measured, for example, by electrolytically extracting a steel material and then analyzing the residue using ICP-OES (Inductively-Coupled-Plasma-Optical-Emission-Spectrometry).
- the above steel material can be manufactured by hot rolling at a relatively low temperature, for example. Specifically, hot rolling is performed so that the finishing temperature is 800 ° C. or less and the final pass reduction ratio is 10% or more, and the average cooling rate of 20 ° C./s or more is 600 ° C. or less within 3 s after finishing rolling. Quench quickly to the temperature of. Such relatively low temperature hot rolling is generally avoided because non-recrystallized grains are formed.
- the steel material contains 0.05% or more of V, it is hot-rolled so that the finishing temperature is 950 ° C. or less and the reduction rate of the final pass is 10% or more, and within 3 s after finishing rolling And rapidly cooling to a temperature of 600 ° C.
- the average aspect ratio of bainite and martensite tends to be 1.5 or more.
- the steel material may be tempered.
- the steel material according to the present invention can be manufactured by subjecting the steel material to the following treatment. Each step will be described in detail below.
- a) Heating step First, the steel material is heated to a temperature of 670 ° C. or higher so that the average heating rate between 500 ° C. and 670 ° C. is 1 ° C./s to 5 ° C./s.
- Cementite has the effect of suppressing decarburization during heat treatment, but if coarse cementite remains in the steel material, the impact characteristics are significantly deteriorated. Therefore, control of the cementite particle size and the temperature between 500 ° C. and 670 ° C., which is easy to control the precipitation reaction, is extremely important.
- the average heating rate is preferably 0.2 ° C./s to 500 ° C./s.
- the productivity is lowered.
- the average heating rate exceeds 500 ° C./s, temperature control from 500 ° C. to 670 ° C. may be difficult due to overshoot or the like.
- the holding time is less than 60 s, the structure to be generated and the tensile strength are not stable, and it may be difficult to ensure a tensile strength of 980 MPa or more.
- the holding time exceeds 1200 s, internal oxidation becomes remarkable, impact characteristics are deteriorated, and a decarburized ferrite layer is easily generated.
- the holding time is preferably 120 s or more, and preferably 900 s or less.
- Cooling step After the heating and holding described above, cooling is performed to a temperature of 150 ° C. or lower so that the average cooling rate between the temperature range and 150 ° C. is 5 ° C./s to 500 ° C./s.
- the average cooling rate is less than 5 ° C./s, soft ferrite and pearlite are excessively produced, and it may be difficult to make the steel material have a tensile strength of 980 MPa or more.
- the average cooling rate exceeds 500 ° C./s, firing cracks are likely to occur.
- the average cooling rate is preferably 8 ° C./s or more, and preferably 100 ° C./s or less. If the average cooling rate up to 150 ° C. is 5 ° C./s to 500 ° C./s, the cooling rate below 150 ° C. may be the same as or different from the above range.
- C tends to be unevenly distributed in austenite in the temperature range from 350 ° C. to 150 ° C. during cooling. Therefore, in order to set the average C concentration in the retained austenite of the steel material to 0.60% or less, it is preferable to cool so that the residence time in the temperature range is 40 s or less.
- the steel material having the chemical composition shown in Table 1 and the metal structure shown in Table 2 was subjected to heat treatment under the conditions shown in Table 3.
- the steel material used was manufactured by hot working a slab melted in the laboratory under the conditions shown in Table 2. This steel material was cut into dimensions of 1.6 mm in thickness, 100 mm in width, and 200 mm in length, and heated, held and cooled according to the conditions in Table 3. A thermocouple was attached to the surface of the steel material, and the temperature was measured during the heat treatment.
- the average heating rate shown in Table 3 is a value between 500 ° C. and 670 ° C., and the holding time is the time held at that temperature after reaching the holding temperature.
- the average cooling rate is a value between the holding temperature and 150 ° C.
- the residence time is a residence time in the temperature range from 350 ° C. to 150 ° C. during cooling.
- the metal structure of the steel material before heat treatment As explained below, the metal structure of the steel material before heat treatment, the metal structure and mechanical properties of the steel material obtained by heat treatment were investigated by metal structure observation, X-ray diffraction measurement, tensile test, and Charpy impact test. .
- ⁇ Metal structure of steel material> The L section of the steel material was observed and photographed with an electron microscope, and the area ratio and aspect ratio of bainite and martensite were measured by analyzing a total area of 0.04 mm 2 . And since the structure
- the observation position was set to a position of about 1/4 of the plate thickness (a position of 1/4 t), avoiding the center segregation portion.
- the reason for avoiding the center segregation part is as follows.
- the center segregation part may have a locally different metal structure with respect to a typical metal structure of a steel material.
- the center segregation portion is a small region with respect to the entire plate thickness, and hardly affects the characteristics of the steel material. That is, it cannot be said that the metal structure of the central segregation part represents the metal structure of the steel material. Therefore, it is preferable to avoid the center segregation part in the identification of the metal structure.
- ⁇ Thickness of decarburized ferrite layer> The thickness of the decarburized ferrite layer was measured by observing and photographing the L cross section of the steel material with an electron microscope and analyzing the 1 mm region on the steel plate surface.
- ⁇ Cementite number density> Regarding the number density of cementite, the number density of cementite was measured by analyzing a total area of 2500 ⁇ m 2 .
- ⁇ Tensile test> A JIS No. 5 tensile test piece having a thickness of 1.6 mm was collected from each steel material, and subjected to a tensile test according to JIS Z 2241 (2011). TS (tensile strength), YS (yield strength, 0.2% proof stress) and EL (total elongation) was measured. The value of TS ⁇ EL was calculated from TS and EL.
- test numbers 2, 4, 9, 34 and 44 which are comparative examples, had an aspect ratio of bainite and martensite of the steel material of less than 1.5. The thickness exceeded 5 ⁇ m, and as a result, the impact characteristics were poor.
- Test Nos. 8 and 39 since the average cooling rate was low, barlite was generated excessively, and a tensile strength of 980 MPa or more was not obtained.
- Test No. 3 due to the high average heating rate in the heat treatment, the thickness of the decarburized ferrite layer was 5 ⁇ m or more, and as a result, the impact characteristics were poor.
- Test No. 11 was inferior in impact characteristics because the Si content was higher than the specified range.
- Test No. 14 had inferior impact characteristics because the C content was higher than the specified range.
- Test Nos. 13 and 32 since the holding temperature in the heat treatment was high, the volume ratio of retained austenite was low, and as a result, the ductility was poor.
- Test No. 17 since the holding time in the heat treatment was long, the thickness of the decarburized ferrite layer was 5 ⁇ m or more, and as a result, the impact characteristics were poor.
- Test Nos. 18 and 26 had a Mn content lower than the specified range, Test No. 24 had a C content lower than the specified range, and Test No. 29 had a Si content lower than the specified range. Not only was it bad, but a tensile strength of 980 MPa or higher was not obtained.
- Test No. 23 since the heating rate in the heat treatment was low, the volume ratio of the retained austenite was low, and as a result, the ductility was deteriorated and the impact characteristics were also poor.
- Test No. 31 since the holding time in the heat treatment was short, the structure to be generated and the tensile strength were not stable, and a tensile strength of 980 MPa or more was not obtained. In Test No.
- test numbers 1, 5 to 7, 10, 12, 15, 16, 19 to 22, 25, 27, 28, 30, 33, 35 to 38, 41, 42 and 45 to 47 which are examples of the present invention
- the product of the tensile strength and the total elongation (TS ⁇ EL) has an excellent ductility of 16000 MPa ⁇ % or more
- the impact value of the Charpy test at 0 ° C. is 30 J / cm 2. The impact characteristics were also good.
- the present invention can be used for, for example, an automobile-related industry, an energy-related industry, and an architecture-related industry.
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Abstract
Description
C:0.050%~0.35%、
Si:0.50%~3.0%、
Mn:3.0%を超えて7.5%以下、
P:0.05%以下、
S:0.01%以下、
sol.Al:0.001%~3.0%、
N:0.01%以下、
V:0%~1.0%、
Ti:0%~1.0%、
Nb:0%~1.0%、
Cr:0%~1.0%、
Mo:0%~1.0%、
Cu:0%~1.0%、
Ni:0%~1.0%、
Ca:0%~0.01%、
Mg:0%~0.01%、
REM:0%~0.01%、
Zr:0%~0.01%、
B:0%~0.01%、
Bi:0%~0.01%、かつ
残部:Feおよび不純物、
で表される化学組成を有し、
脱炭フェライト層の厚さが5μm以下であり、残留オーステナイトの体積率が10%~40%である金属組織を有し、
引張強度が980MPa以上であることを特徴とする鋼材。
V:0.05%~1.0%
が満たされることを特徴とする上記(1)又は(2)に記載の鋼材。
Ti:0.003%~1.0%、
Nb:0.003%~1.0%、
Cr:0.01%~1.0%、
Mo:0.01%~1.0%、
Cu:0.01%~1.0%、もしくは
Ni:0.01%~1.0%、
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上記(1)から(3)のいずれかに記載の鋼材。
Ca:0.0003%~0.01%、
Mg:0.0003%~0.01%、
REM:0.0003%~0.01%、
Zr:0.0003%~0.01%、
B:0.0003%~0.01%、もしくは
Bi:0.0003%~0.01%、
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上記(1)から(4)のいずれかに記載の鋼材。
C:0.050%~0.35%、
Si:0.50%~3.0%、
Mn:3.0%を超えて7.5%以下、
P:0.05%以下、
S:0.01%以下、
sol.Al:0.001%~3.0%、
N:0.01%以下、
V:0%~1.0%、
Ti:0%~1.0%、
Nb:0%~1.0%、
Cr:0%~1.0%、
Mo:0%~1.0%、
Cu:0%~1.0%、
Ni:0%~1.0%、
Ca:0%~0.01%、
Mg:0%~0.01%、
REM:0%~0.01%、
Zr:0%~0.01%、
B:0%~0.01%、
Bi:0%~0.01%、かつ
残部:Feおよび不純物で表される化学組成を有し、ベイナイトおよびマルテンサイトの体積率が合計で90%以上であり、かつ、ベイナイトおよびマルテンサイトのアスペクト比の平均値が1.5以上である金属組織を有する鋼素材を、500℃から670℃までの間の平均加熱速度が1℃/s~5℃/sとなるように670℃以上の温度まで加熱する工程と、
前記加熱した後に、670℃~780℃の温度域で60s~1200s保持する工程と、
前記保持した後に、前記温度域から150℃までの間の平均冷却速度が5℃/s~500℃/sとなるように150℃以下の温度まで冷却する工程とを備えることを特徴とする鋼材の製造方法。
V:0.05%~1.0%
が満たされ、
前記鋼素材中に含まれるVのうちの70%以上が固溶していることを特徴とする上記(7)に記載の鋼材の製造方法。
まず、本発明の実施形態に係る鋼材およびその製造に用いる鋼素材の化学組成について説明する。以下の説明において、鋼材およびその製造に用いられる鋼板に含まれる各元素の含有量の単位である「%」は、特に断りがない限り「質量%」を意味する。本実施形態に係る鋼材およびその製造に用いられる鋼素材は、C:0.050%~0.35%、Si:0.50%~3.0%、Mn:3.0%を超えて7.5%以下、P:0.05%以下、S:0.01%以下、sol.Al:0.001%~3.0%、N:0.01%以下、V:0%~1.0%、Ti:0%~1.0%、Nb:0%~1.0%、Cr:0%~1.0%、Mo:0%~1.0%、Cu:0%~1.0%、Ni:0%~1.0%、Ca:0%~0.01%、Mg:0%~0.01%、REM:0%~0.01%、Zr:0%~0.01%、B:0%~0.01%、Bi:0%~0.01%、かつ残部:Feおよび不純物で表される化学組成を有する。不純物としては、鉱石、スクラップ等の原材料に含まれるもの、製造工程において含まれるもの、が例示される。
Cは、強度上昇および延性向上に寄与する元素である。980MPa以上の引張強度を有し、さらに引張強度(TS)と全伸び(EL)との積(TS×EL)の値が16000MPa・%以上の鋼材を得るためには、C含有量を0.050%以上とする必要がある。しかし、0.35%を超えてCを含有させると、衝撃特性が劣化する。このため、C含有量は0.35%以下とする必要があり、0.25%以下とするのが好ましい。なお、1000MPa以上の引張強度を得るためには、C含有量は0.080%以上とすることが好ましい。
Siは、強度上昇とともに、オーステナイトの生成を促進させ、延性向上に寄与する元素である。積(TS×EL)の値を16000MPa・%以上にするためには、Si含有量を0.50%以上とする必要がある。しかし、3.0%を超えてSiを含有させると、衝撃特性が劣化する。このため、Si含有量は3.0%以下とする。なお、溶接性を向上させるためには、Si含有量は1.0%以上とすることが好ましい。
MnもSiと同様に、強度上昇とともに、オーステナイトの生成を促進させ、延性向上に寄与する元素である。鋼材の引張強度を980MPa以上とするとともに、積(TS×EL)の値を16000MPa・%以上にするためには、3.0%を超えてMnを含有させる必要がある。しかし、7.5%を超えてMnを含有させると、転炉における精錬、鋳造が著しく困難になる。このため、Mn含有量は7.5%以下とする必要があり、6.5%以下とするのが好ましい。なお、1000MPa以上の引張強度を得るためには、Mn含有量は4.0%以上とすることが好ましい。
Pは、不純物として含有される元素であるが、強度上昇に寄与する元素でもあるので、積極的に含有させても良い。しかし、0.05%を超えてPを含有させると、溶接性が著しく劣化する。このため、P含有量は0.05%以下とする。P含有量は、0.02%以下とするのが好ましい。上記の効果を得たい場合、P含有量は、0.005%以上とするのが好ましい。
Sは、不純物として不可避的に含有されるため、S含有量は低ければ低いほどよい。特にS含有量が0.01%を超えると、溶接性が著しく劣化する。このため、S含有量は0.01%以下とする。S含有量は0.005%以下とするのが好ましく、0.0015%以下とするのがより好ましい。
Alは、鋼を脱酸する作用を有する元素である。鋼材を健全化するためには、sol.Alは0.001%以上含有させる。一方、sol.Al含有量が3.0%を超えると、鋳造が著しく困難になる。このため、sol.Al含有量は3.0%以下とする。sol.Al含有量は0.010%以上であるのが好ましく、1.2%以下であるのが好ましい。なお、sol.Al含有量とは、鋼材中の酸可溶性Alの含有量を意味する。
Nは不純物として不可避的に含有されるため、N含有量は低ければ低いほどよい。特にN含有量が0.01%を超えると、耐時効性が著しく劣化する。このため、N含有量は0.01%以下とする。N含有量は0.006%以下であるのが好ましく、0.004%以下であるのがより好ましい。
Vは、鋼材の降伏強度を著しく高めるとともに、脱炭を防止する元素である。したがって、Vを含有させても良い。しかし、1.0%を超えてVを含有させると、熱間加工が著しく困難になる。このため、V含有量は1.0%以下とする。また、鋼材の降伏強度を900MPa以上にするためには、Vを0.05%以上含有させることが好ましい。なお、1100MPa以上の引張強度を得たい場合は、V含有量は0.15%以上とすることがさらに好ましい。また、鋼素材にVが含まれていると、鋼素材中において、ベイナイトおよびマルテンサイトのアスペクト比の平均値を1.5以上に調整しやすくなる。
Nb:0%~1.0%
Cr:0%~1.0%
Mo:0%~1.0%
Cu:0%~1.0%
Ni:0%~1.0%
これらの元素は、鋼材の強度を安定して確保するために効果のある元素である。したがって、上記の元素から選択される1種以上を含有させても良い。しかし、いずれも1.0%を超えて含有させると、熱間加工が困難になる。このため、各元素の含有量はそれぞれ1%以下とする必要がある。前記の効果を得たい場合は、Ti:0.003%以上、Nb:0.003%以上、Cr:0.01%以上、Mo:0.01%以上、Cu:0.01%以上、もしくはNi:0.01%以上、又はこれらの任意の組合せが満たされることが好ましい。なお、上記の元素のうちの2種以上を複合的に含有させる場合、その合計含有量は3%以下とすることが好ましい。
Mg:0%~0.01%
REM:0%~0.01%
Zr:0%~0.01%
B:0%~0.01%
Bi:0%~0.01%
これらの元素は、低温靭性を高める作用を有する元素である。したがって、上記の元素から選択される1種以上を含有させても良い。しかし、いずれも0.01%を超えて含有させると、表面性状が劣化する。このため、各元素の含有量はそれぞれ0.01%以下とする必要がある。前記の効果を得たい場合は、これらの元素から選択される1種以上の含有量を0.0003%以上とすることが好ましい。なお、上記の元素のうちの2種以上を複合的に含有させる場合、その合計含有量は0.05%以下とすることが好ましい。ここで、REMは、Sc、Yおよびランタノイドの合計17元素を指し、前記REMの含有量はこれらの元素の合計含有量を意味する。ランタノイドの場合、工業的にはミッシュメタルの形で添加される。
脱炭フェライト層の厚さ:5μm以下
上述のように、脱炭フェライト層とは、熱処理中に鋼材の表面が脱炭されることにより形成される、軟質なフェライト相からなる組織である。また、脱炭フェライト層は、柱状または多角形状を呈するフェライト相を面積率で90%以上含む組織である。980MPa以上という高い引張強度を有しつつも、優れた衝撃特性を維持するためには、表層部における脱炭を抑制する必要がある。脱炭フェライト層の厚さが5μmを超えると、鋼材の疲労特性だけでなく、衝撃特性も低下するため、脱炭フェライト層の厚さは5μm以下とする。
本発明の実施形態に係る鋼材においては、980MPa以上の引張強度を有しながら、鋼材の延性を著しく向上させるため、残留オーステナイトの体積率を10%以上とする必要がある。一方、残留オーステナイトの体積率が40%を超えると、耐遅れ破壊特性が劣化する。このため、残留オーステナイトの体積率は40%以下とする。
本発明の実施形態に係る鋼材においては、衝撃特性を著しく向上させるため、セメンタイトの個数密度を2個/μm2未満とすることが好ましい。なお、セメンタイトの個数密度は小さい方が良いため、下限については特に設けない。
また、残留オーステナイト中の平均C濃度を、質量%で、0.60%以下にすると、TRIP現象に伴い生成するマルテンサイトが軟質になり、マイクロクラックの発生が抑制され、鋼材の衝撃特性が著しく向上する。そのため、残留オーステナイト中の平均C濃度は、質量%で、0.60%以下とするのが好ましい。残留オーステナイト中の平均C濃度は、低ければ低い方が好ましいため下限は特に設けない。
本発明の実施形態に係る鋼材は、980MPa以上の引張強度を有する。鋼材の引張強度は、1000MPa以上であることが好ましい。また、本発明の実施形態に係る鋼材によれば、優れた延性と衝撃特性とを得ることができる。例えば、引張強度と全伸びとの積の値が16000MPa・%以上の延性を得ることができる。例えば、0℃でのシャルピー試験の衝撃値が30J/cm2以上の衝撃特性を得ることができる。さらに鋼材にVが含まれている場合には、例えば降伏強度が900MPa以上の0.2%耐力(降伏強度)を得ることができる。
本発明に係る鋼材の製造方法について特に制限はないが、例えば、上記の化学組成を有する鋼素材に対して以下に示す熱処理を施すことにより製造することができる。
熱処理に供する鋼素材としては、例えばベイナイトおよびマルテンサイトの体積率が合計で90%以上であり、かつ、ベイナイトおよびマルテンサイトのアスペクト比の平均値が1.5以上である金属組織を有するものを用いる。また、ベイナイトおよびマルテンサイトの体積率は合計で95%以上であることが好ましい。さらに、鋼素材のV含有量が0.05%~1.0%である場合には、鋼素材中に含まれるVのうちの70%以上が固溶していることが好ましい。
上述のように、本発明に係る鋼材は、上記鋼素材に対して下記処理を施すことによって製造することが可能である。各ステップについて、以下に詳しく説明する。
まず、上記の鋼素材を500℃から670℃までの間の平均加熱速度が1℃/s~5℃/sとなるように670℃以上の温度まで加熱する。セメンタイトは熱処理中の脱炭を抑制する作用を有するが、粗大なセメンタイトが鋼材に残存すると、衝撃特性が著しく劣化する。したがって、セメンタイトの粒径、および析出反応を制御しやすい500℃から670℃までの間の温度制御は極めて重要である。
上記の加熱後、670℃~780℃の温度域で60s~1200s保持する。保持温度が670℃未満では、延性が劣化するだけでなく、鋼材の引張強度を980MPa以上とすることが困難となるおそれがある。一方、保持温度が780℃を超えると、鋼材の残留オーステナイトの体積率を10%以上とすることができず、延性の劣化が顕著になるおそれがある。
上述した加熱保持の後、前記温度域から150℃までの間の平均冷却速度が5℃/s~500℃/sとなるように150℃以下の温度まで冷却する。平均冷却速度が5℃/s未満では、軟質なフェライトおよびパーライトが過度に生成し、鋼材の引張強度を980MPa以上とすることが困難となるおそれがある。一方、平均冷却速度が500℃/sを超えると、焼割れが発生しやすくなる。
鋼素材のL断面を電子顕微鏡で観察および撮影し、合計0.04mm2の領域を解析することによって、ベイナイトおよびマルテンサイトの面積率およびアスペクト比を測定した。そして、鋼素材の組織は等方的であるため、上記面積率の値をベイナイトおよびマルテンサイトの体積率とした。なお、アスペクト比は、ベイナイトおよびマルテンサイトの旧オーステナイト粒に対して、各粒の長径を短径で除することによって求め、その平均値を算出した。
鋼素材を電解抽出した後、残渣をICP-OES(Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry)を用いて分析することにより、当該鋼素材中に固溶していたVの量を測定した。
各鋼材から幅20mm、長さ20mmの試験片を採取し、この試験片に化学研磨を施して0.4mm減厚し、化学研磨後の試験片の表面に対してX線回折を3回実施した。得られたプロファイルを解析し、それぞれを平均して残留オーステナイトの体積率を算出した。
X線回折で得られたプロファイルを解析し、オーステナイトの格子定数を算出し、下式に基づき、残留オーステナイト中の平均C濃度を決定した。
c=(a-3.572)/0.033
ただし、上記式中の各記号の意味は以下のとおりである。
a:オーステナイトの格子定数(Å)
c:残留オーステナイト中の平均C濃度(質量%)
鋼材のL断面を電子顕微鏡で観察、撮影し、鋼板表面の1mm領域を解析することによって、脱炭フェライト層の厚さを測定した。
セメンタイトの個数密度については、合計2500μm2の領域を解析することによって、セメンタイトの個数密度を測定した。
各鋼材から厚さ1.6mmのJIS5号引張試験片を採取し、JIS Z 2241(2011)に準じて引張試験を行い、TS(引張強度)、YS(降伏強度、0.2%耐力)およびEL(全伸び)を測定した。また、このTSとELとからTS×ELの値を計算した。
各鋼材の表裏面を、厚さが1.2mmとなるように研削し、Vノッチ試験片を作製した。その試験片を4枚積層してねじ止めした後、JIS Z 2242(2005)に準じてシャルピー衝撃試験に供した。衝撃特性は、0℃での衝撃値が30J/cm2以上である場合を良好(○)とし、30J/cm2未満である場合を不良(×)とした。
Claims (8)
- 質量%で、
C:0.050%~0.35%、
Si:0.50%~3.0%、
Mn:3.0%を超えて7.5%以下、
P:0.05%以下、
S:0.01%以下、
sol.Al:0.001%~3.0%、
N:0.01%以下、
V:0%~1.0%、
Ti:0%~1.0%、
Nb:0%~1.0%、
Cr:0%~1.0%、
Mo:0%~1.0%、
Cu:0%~1.0%、
Ni:0%~1.0%、
Ca:0%~0.01%、
Mg:0%~0.01%、
REM:0%~0.01%、
Zr:0%~0.01%、
B:0%~0.01%、
Bi:0%~0.01%、かつ
残部:Feおよび不純物、
で表わされる化学組成を有し、
脱炭フェライト層の厚さが5μm以下であり、残留オーステナイトの体積率が10%~40%である金属組織を有し、
引張強度が980MPa以上であることを特徴とする鋼材。 - 前記金属組織において、セメンタイトの個数密度が2個/μm2未満であることを特徴とする請求項1に記載の鋼材。
- 前記化学組成において、
V:0.05%~1.0%
が満たされることを特徴とする請求項1又は2に記載の鋼材。 - 前記化学組成において、
Ti:0.003%~1.0%、
Nb:0.003%~1.0%、
Cr:0.01%~1.0%、
Mo:0.01%~1.0%、
Cu:0.01%~1.0%、もしくは
Ni:0.01%~1.0%、
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から3のいずれか1項に記載の鋼材。 - 前記化学組成において、
Ca:0.0003%~0.01%、
Mg:0.0003%~0.01%、
REM:0.0003%~0.01%、
Zr:0.0003%~0.01%、
B:0.0003%~0.01%、もしくは
Bi:0.0003%~0.01%、
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から4のいずれか1項に記載の鋼材。 - 前記残留オーステナイト中の平均C濃度が、質量%で、0.60%以下であることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の鋼材。
- 質量%で、
C:0.050%~0.35%、
Si:0.50%~3.0%、
Mn:3.0%を超えて7.5%以下、
P:0.05%以下、
S:0.01%以下、
sol.Al:0.001%~3.0%、
N:0.01%以下、
V:0%~1.0%、
Ti:0%~1.0%、
Nb:0%~1.0%、
Cr:0%~1.0%、
Mo:0%~1.0%、
Cu:0%~1.0%、
Ni:0%~1.0%、
Ca:0%~0.01%、
Mg:0%~0.01%、
REM:0%~0.01%、
Zr:0%~0.01%、
B:0%~0.01%、
Bi:0%~0.01%、かつ
残部:Feおよび不純物、
で表される化学組成を有し、ベイナイトおよびマルテンサイトの体積率が合計で90%以上であり、かつ、ベイナイトおよびマルテンサイトのアスペクト比が1.5以上である金属組織を有する鋼素材を、500℃から670℃までの間の平均加熱速度が1℃/s~5℃/sとなるように670℃以上の温度まで加熱する工程と、
前記加熱した後に、670℃~780℃の温度域で60s~1200s保持する工程と、
前記保持した後に、前記温度域から150℃までの間の平均冷却速度が5℃/s~500℃/sとなるように150℃以下の温度まで冷却する工程とを備えることを特徴とする鋼材の製造方法。 - 前記化学組成において、
V:0.05%~1.0%
が満たされ、
前記鋼素材中に含まれるVのうちの70%以上が固溶していることを特徴とする請求項7に記載の鋼材の製造方法。
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