JP2578449B2

JP2578449B2 - 耐遅れ割れ性の優れた直接焼入れ型高強度鋼の製造方法

Info

Publication number: JP2578449B2
Application number: JP62305867A
Authority: JP
Inventors: 智也小関; 久栄寺嶋; 千晃志賀
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1987-12-04
Filing date: 1987-12-04
Publication date: 1997-02-05
Anticipated expiration: 2012-02-05
Also published as: JPH01149921A

Description

【発明の詳細な説明】＜産業上の利用分野＞本発明は、高強度鋼板の製造方法に係り、特に土木建
設機械の各種部材として使用される耐摩耗性に優れ、か
つ耐遅れ割れ性に優れたT.S.145kg f/mm²以上の鋼材の
製造方法に関するものである。

＜従来の技術＞土木建設機械に使用される各種部材には、土砂、砂
利、コンクリート、岩石等に対する十分な耐摩耗性が要
求される。しかも、近年土木機械の大型化、高性能化、
低コスト化が進み、使用鋼材もより一層硬度度鋼が必要
とされるようになってきた。しかし、引張り強さが120k
g f/mm²以上になると水素による遅れ割れ感受性が著し
く高まり、鋼材使用で制約をうけるという問題があっ
た。

これに対し、耐遅れ破壊特性の優れた高強度鋼とし
て、特開昭61−147812号及び特開昭61−223168号にその
対応技術が開示されている。しかしながら、特開昭61−
147812号に記載の鋼では、専ら0.15％以下のＣ量とNbの
析出強化の効果を追求するのみであり、高強度化の要求
に十分対応できていない。また、特開昭61−223168号に
記載の鋼は、高価なMo,WおよびZrの多量添加が必須であ
り、しかももオーステナイト粒度をASTMNo.で8.5以上と
する特別な配慮を必要とする再加熱焼入れ法による鋼材
製造であるため、経済性で不利な点が多い。

＜発明が解決しようとする問題点＞本発明は、上述の従来技術の問題点を鑑み、引張り強
さが145kg f/mm²以上で、かつ、耐遅れ割り性に優れた
鋼材を安価に提供することを目的としたものである。

＜問題点を解決するための手段＞本発明は、 C :0.15〜0.40wt％ Si:0.38〜1.50wt％ Mn:0.54〜1.00wt％ Cr:0.50〜1.55wt％でかつ（Mn＋Cr）が1.50〜2.00wt％を満足し、さらに P :0.015wt％以下 S :0.006〜0.020wt％ Ca:0.0030〜0.0100wt％ Ti:0.005〜0.100wt％ B :0.0010〜0.0060wt％ SolAl:0.01〜0.08wt％を含み、さらに必要に応じて、 V :0.100wt％以下、 Nb:0.100wt％以下の何れか１種または２種を含み、残部Fe及び不可避不純
物からなる鋼を1000℃以上に加熱し、熱間圧延によりAr
₃変態点以上の温度で仕上げた後、直ちに焼入れし、焼
もどすことを特徴とする耐遅れ割れ性の優れた直接焼入
れ型高強度鋼の製造方法である。

＜作用＞本発明者らは、鋼材の化学成分、製造条件および遅れ
破壊に関し、詳細な検討を重ねた結果以下の各知見を
得、これらを基に本発明に致ったものである。

（１）遅れ破壊は、環境から鋼中に侵入した水素によ
って引き起こされるものであり、鋼中に針状炭化物、あ
るいは棒状炭化物が多い場合、そこが起点となり、遅れ
破壊が発生しやすくなる。しかし鋼中にCa添加がなされ
た場合、球状のオキシ・サルファイドが増え、水素のト
ラップサイトとなるため、上記形状の炭化物への水素の
集積度合いが減じ遅れ割れ性が著しく改善される。

（２）遅れ破壊は、主に粒界破壊の様相を呈し、粒界
上にセメンタイトや不純物が濃化した場合、割れ感受性
が高まる。ここで、鋼中のSi含有量が増加すると、粒界
セメンタイトの生成が抑制され、あわせて低Ｐ化による
粒界清浄化とによって遅れ割れ性が著しく改善される。

（３）鋼中に残留オーステナイトが存在する場合、強
度が低下すると共に、多量の水素を固溶しているため、
鋼材使用中にマルテンサイトに分解し水素の放出を引き
起こし、遅れ割れを助長する。鋼中にＢを含有する場
合、この残留オーステナイトが減少するため遅れ割れ性
は改善される。この効果は鋼中のＣ量が多くなるほど顕
著となる。

（４）成分添加量のバランスを考慮し、成分的に低コ
スト化をはかると同時に、圧延後の直接焼入れ法の適用
により製造コストの削減が図られ、またこの圧延で結晶
粒界が常に移動するため不純物の粒界偏析も軽減し耐遅
れ割れ性の改善にも効果的である。

以上の知見をもとに、具体的な鋼板性能として、主に
板圧25mm以上で、引張り強さ145kg f/mm²以上を有し、
できるだけ低成分と省工程による低コスト化をはかるよ
うに勘案し、本発明を構成した。

まず、成分の限定理由について説明する。

Ｃは、鋼板の強度を高め、かつ焼入れ硬化能の高い元
素であり、所定の強度を得るために0.15wt％以上必要で
あるが、0.40wt％を超えて添加すると、靱性の低下、粒
界セメンタイトの生成、残留オーステナイト量の増加が
促進し耐遅れ割れ性が低下するため0.15〜0.40wt％の範
囲とする。

Siは、脱酸剤として不可欠なばかりでなく、粒界セメ
ンタイトの生成を抑制するため、0.38wt％以上必要であ
るが、1.50wt％を超えると靱性が著しく低下し、耐遅れ
割れ性を低下させるため0.38〜1.50wt％の範囲とする。

Mnは、鋼板に所定の強度と靱性を確保し、また、Ms点
を低下させマルテンサイトの強化に寄与するため0.54wt
％以上必要であるが、1.00t％を超えるとその効果が顕
著でなくなるとともに、不純物元素の粒界偏析を助長
し、耐遅れ割れ性を低下させるため、0.54〜1.00wt％の
範囲とする。

Crは、比較的安価で鋼の焼入れ性を向上させ、また炭
化物析出によっても耐摩耗性を高めるため、0.50wt％以
上必要であるが、1.55wt％を超えて添加すると経済性、
靱性低下の点で不利となり、またその効果も飽和するこ
とから、0.50〜1.55wt％の範囲とする。

ここで、本発明鋼において、MnとCrの焼入れ能は全く
同等であることから、（Mn＋Cr）量を1.5〜2.0wt％とす
ることにより、所定の厚鋼板が安定して確保できる。な
お、耐遅れ割れ性の改善からは、Mn低減、Cr増量となる
ような配慮がより望ましい。

Ｐ及びＳは鋼の靱性向上をはかり、また、耐遅れ割れ
性の向上のためにコスト上昇をまねかない範囲で可及的
に少なくするのが通常は望ましく、Ｐはその上限を0.01
5wt％とするが、本発明の場合、特にＳは水素のトラッ
プサイトとなるCaオキシ・サルファイドとなり、耐遅れ
割れ性の向上効果を有することから、0.006wt％以上必
要で上限を0.020wt％とする。

Caは鋼中介在物を球状化し、遅れ割れに無害な水素の
トラップサイトとなるため有用な元素であるが、0.0030
wt％未満ではその効果が得られず、また0.0100wt％を超
えると鋼の清浄度が低下し、耐遅れ割れ性が損なわれる
ため、0.0030〜0.0100wt％の範囲とする。

Tiは鋼中のＮを固定し、Ｂの焼入れ性向上効果を発揮
させ、かつTiNとなりオーステナイト粒の微細化で靱性
向上に有効であるが、0.005wt％未満では効果はなく、
また0.100wt％を超えると逆に靱性の低下をもたらすた
め、0.005〜0.100wt％の範囲とする。

Ｂは微量にて焼入れ性を著しく向上させ、また残留オ
ーステナイトの低減による耐遅れ割れ性の改善に効果を
もつが、0.0010wt％未満では効果はなく、また00060wt
％を超えて添加しても効果が飽和し、かつ靱性の劣化を
招くので、0.0010〜0.0060wt％の範囲とする。

sol.Alは、鋼の脱酸に不可欠の元素であり、0.01wt％
以上必要であるが、0.080wt％を超えて添加してもその
効果は飽和し、逆に靱性の低下を招くため、0.01〜0.08
wt％の範囲とする。

さらに、必要に応じてＶおよびNbの１種又は２種を含
有しても、同様に本発明の目的を達成することができ
る。

Ｖは鋼板の高度を上昇させる効果をもち、また焼戻し
軟化抵抗を高めるため強度確保に有効であるが、多すぎ
ると靱性劣化を招くため、その上限を0.100wt％とし
た。

Nbは鋼の強度、靱性の確保と焼もどし軟化抵抗の付
与、および細粒化効果をもち有用であるが、多すぎると
靱性の劣化を招くため、その上限を0.100wt％とした。

これらの成分鋼を1000℃以上に加熱し、Ar₃変態点以
上の温度で熱間圧延を終了し、直ちに焼入れ、焼もどす
ことにより耐遅れ割れ性の優れた高強度鋼が製造可能と
なる。

ここで、加熱温度が1000℃未満では添加合金元素の固
溶が十分でなく、焼入れ性の確保が不利となるため下限
を1000℃とした。なお、上限は特に規定しないが、1200
℃以上ではオーステナイト粒の粗大化が促進され靱性低
下や残留オーステナイト量も増加して耐遅れ割れ性に不
利となることから、上限は1200℃が望ましい。

さらに、焼入れ温度がAr₃変態点温度未満になると、
フェライトが析出し所定の強度確保が困難となるため、
Ar₃変態点温度以上の焼入れを必須とする。

また、直接焼入れ処理後、焼入れ時に鋼板に侵入した
水素を除去する目的で焼もどし処理を行うが、鋼板強度
の低下の点から500℃以下が望ましい。

このように、本発明の成分組成と直接焼入れ工程との
組み合せにより、耐遅れ割れ性の優れた高強度の厚肉鋼
板が低コストで製造可能となり、そのメリットは大き
い。

＜実施例＞表１に示す各成分組成鋼塊を真空溶解法で溶製し、表
１に示す加熱温度、仕上げ温度の圧延条件で30mm厚鋼板
を製造した。鋼板中央部から引張り試験片を採取し、鋼
板の引張り強さを測定した。また、耐遅れ割れ性の評価
は第１図に示す要領で行った。即ち、切欠きを有する試
験片を常温水に浸漬し、一定荷重（10kg）を付加した状
態で1000時間放置後、割れ発生を調査したものである。
試験片は鋼板中央部より採取し、長さ200mm、幅20mm、
厚さ5mmのサイズに調整し、長さ方向中央部に放電加工
により2mmVノッチの切欠き加工を施したものである。

得られた結果を表１にあわせて示す。

鋼１は低Ｃ鋼であり引張り強さが不足し、鋼２は発明
製造法の時のみ耐割れ性も優れた高強度鋼となるが他の
方法では強度や耐割れ性が損なわれることがわかる。

鋼３と４は、本発明範囲外の化学組成であり、強度は
満足するものの耐遅れ割れ性の低いことがわかる。鋼5,
6および７は発明範囲内でC,Si,Mn,Crの量的バランスを
変えたものであるが、本発明の製造法との組み合せの時
のみ耐遅れ割れ性に優れた高強度鋼となることがわか
る。

鋼８は、NbおよびＶの各元素を添加したものである
が、耐遅れ割れ性を損なわずに高強度化を達成できるこ
とがわかる＜発明の効果＞以上、説明したように本発明により、十分な焼入れ深
さを有し、かつ耐遅れ割れ性に優れた成分組成と製造条
件を適正に組み合せることにより、耐摩耗鋼に要求され
る高硬度化、厚肉化さらに低コスト化が達成され、しか
も十分な耐遅れ割れ性能も具備でき、その工業的価値は
大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は遅れ割れ試験の概略を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭63−190116（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−18019（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−59019（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−89716（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】C :0.15〜0.40wt％ Si:0.38〜1.50wt％ Mn:0.54〜1.00wt％ Cr:0.50〜1.55wt％でかつ（Mn＋Cr）が1.50〜2.00wt％を満足し、さらに P :0.015wt％以下 S :0.006〜0.020wt％ Ca:0.0030〜0.0100wt％ Ti:0.005〜0.100wt％ B :0.0010〜0.0060wt％ SolAl:0.01〜0.08wt％を含み、残部Fe及び不可避的不純物からなる鋼を1000℃
以上に加熱し、熱間圧延によりAr₃変態点以上の温度で
仕上げた後、直ちに焼入れし、焼もどすことを特徴とす
る耐遅れ割れ性の優れた直接焼入れ型高強度鋼の製造方
法。
【請求項２】C :0.15〜0.40wt％ Si:0.38〜1.5wt％ Mn:0.54〜1.00wt％ Cr:0.50〜1.55wt％でかつ（Mn＋Cr）が1.50〜2.00wt％を満足し、さらに P :0.015wt％以下 S :0.006〜0.020wt％ Ca:0.0030〜0.0100wt％ Ti:0.005〜0.100wt％ B :0.0010〜0.0060wt％ SolAl:0.01〜0.08wt％を含み、さらに V :0.100wt％以下、 Nb:0.100wt％以下の何れか１種または２種を含み、残部Fe及び不可避不純
物からなる鋼を1000℃以上に加熱し、熱間圧延によりAr
₃変態点以上の温度で仕上げた後、直ちに焼入れし、焼
もどすことを特徴とする耐遅れ割れ性の優れた直接焼入
れ型高強度鋼の製造方法。