JP2808675B2 - Fine grain bainite steel - Google Patents
Fine grain bainite steelInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、曲げ，切断，ねじり，打ち抜き，圧延，
伸線等の如き加工処理性が良好な、汎用性に富む微細粒
ベイナイト鋼材に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial Applications> The present invention relates to bending, cutting, twisting, punching, rolling,
The present invention relates to a versatile fine-grained bainite steel material having good workability such as wire drawing.
〈従来技術とその課題〉 従来から“鋼材の諸特性｛強度，靭性，加工性（塑性
加工性，切断特性，曲げ特性等），耐食性，超塑性な
ど｝はその組織が微細になるほど向上する”との事実が
広く知られており、その認識のもとに各種の技術をもっ
て鋼の結晶粒を微細化したり粒成長を抑制することが行
われている。そして、例えばFe−13〜18wt％Cr−８〜12
wt％Niのオーステナイト系ステンレス鋼を室温で冷間加
工することでオーステナイトをマルテンサイトに加工誘
起変態させた後安定オーステナイト域に加熱して焼鈍
し、マルテンサイトをオーステナイトに逆変態させるこ
とによって、粒径:0.5μｍのオーステナイト結晶組織を
持つオーステナイト鋼材が得られるとの報告〔鉄と鋼，
第74年（1988年）第６号，第1052〜1057頁〕や、低炭素
鋼を変態点よりも上のオーステナイト領域で強加工して
微細フェライトを誘起させた後、直ちに急冷することに
よって、１〜50％未満の割合で平均粒径５〜３μｍのフ
ェライト結晶粒を含むと共に残部がマルテンサイト又は
ベイナイトの焼入れ組織から成る熱間圧延鋼材を得よう
と提案〔特公昭62−42021号〕もなされた。<Prior art and its problems> Conventionally, "the properties of steel, such as strength, toughness, workability (plastic workability, cutting properties, bending properties, etc.), corrosion resistance, superplasticity, etc., improve as the structure becomes finer." The fact is widely known, and on the basis of this recognition, various techniques are used to refine the crystal grains of steel or to suppress grain growth. And, for example, Fe-13 to 18 wt% Cr-8 to 12
The austenite is transformed into martensite by cold-working austenitic stainless steel of wt% Ni at room temperature, then heated to the stable austenite region and annealed to transform the martensite back to austenite. It is reported that an austenitic steel material having an austenitic crystal structure with a diameter of 0.5 μm can be obtained [iron and steel,
74 (1988) No. 6, pp. 1052-1057] or by rapidly working low-carbon steel in the austenite region above the transformation point to induce fine ferrite and immediately quenching. It has also been proposed to obtain a hot-rolled steel material containing a ferrite crystal grain having an average particle size of 5 to 3 μm at a ratio of 1 to less than 50% and a balance of martensite or bainite (Japanese Patent Publication No. 62-42021). It was done.
しかしながら、これらの既知技術をもってしてもベイ
ナイト組織主体鋼材におけるベイナイト組織そのものの
微細化にはどうしても限界があり、該技術で達成される
微細組織範囲内での特性動向は従来知見を基に容易に予
測できる域を出るものではなかった。However, even with these known techniques, there is a limit to the refinement of the bainite structure itself in the bainite structure-based steel material, and the characteristic trends within the fine structure range achieved by the technique can be easily determined based on conventional knowledge. It was not out of the predictable range.
ところが、最近になって、本発明者等はフェライト鋼
材やパーライト鋼材を対象に、従来知られていたレベル
を遥かに下回る超微細組織の実現手段を見出し、しかも
「それら鋼材の組織が或る特定の値以下までに微細化さ
れると予想を超える特性動向を示すようになる」との事
実を究明することに成功した。更に、これらフェライ
ト，パーライト鋼材では、その主体となる組織（フェラ
イト粒又はパーライト粒）の粒径で特性がほぼ支配され
ることも確認している。However, recently, the present inventors have found a means of realizing an ultrafine structure that is far below the conventionally known level for ferrite steel materials and pearlite steel materials, and furthermore, "the structure of these steel materials is a certain If it is miniaturized to a value of less than or equal to, the characteristic trend will exceed the expectation. " Furthermore, it has been confirmed that the properties of these ferrite and pearlite steel materials are almost dominated by the grain size of the main structure (ferrite grains or pearlite grains).
それで、本発明者等は、ベイナイト組織鋼材において
も従来技術での組織微細化限界を打破し得る方策が存在
するものと確信し、ベイナイト組織を主体とする鋼材に
おける更なる組織微細化手段とそれによる特性動向を解
明すべく、様々な観点からの研究を行った。Therefore, the present inventors are convinced that there is a measure capable of overcoming the structure refinement limit of the prior art even in the bainite structure steel material, and further improved the structure refinement means in the steel material mainly composed of bainite structure. In order to elucidate the characteristic trends due to, we conducted research from various viewpoints.
〈課題を解決するための手段〉 そして、上記研究を通じ、本発明者は次のような知見
を得たのである。<Means for Solving the Problems> Through the above research, the inventor has obtained the following knowledge.
まず、ベイナイト鋼材を熱間から冷却すると、オース
テナイト粒内で“或る一定の同一方向に成長したパーラ
イトのラメラ”と同様な組織集団が生成される。この同
一方向に並んだベイナイト葉の集団はそれぞれ“パケッ
ト”と称されているが、ベイナイト鋼材においては、こ
のパケットがフェライト組織又はパーライト組織におけ
るフェライト粒もしくはパーライト粒と同様な“組織の
単位”として作用し、鋼材の性質を決定するのに極めて
大きな役割を持っていることが明らかとなった。First, when the bainite steel material is cooled from hot, a structure group similar to "a lamella of pearlite grown in a certain fixed direction" is generated in austenite grains. Each group of bainite leaves arranged in the same direction is called a “packet”. In bainite steel, this packet is defined as a “structure unit” similar to ferrite grains or pearlite grains in a ferrite structure or a pearlite structure. It has been found that they have an extremely important role in determining the properties of steel materials.
ところで、こうしたパケットは１つのオーステナイト
結晶粒から生成するものであるため、“ベイナイト変態
後に形成される該パケット”は元のオーステナイト粒の
大きさに左右され、その大きさに伴って変化する。従っ
て、ベイナイトのパケット系を小さくするためには、ベ
イナイトに変態する前のオーステナイト粒径（元のオー
ステナイト粒径）を微細化することが欠かせない。しか
しながら、従来、フェライト粒についてはかなりの微細
化を達成する記述が提案されてはいたものの、オーステ
ナイト粒の微細化は難しく、例えば５μｍ以下のオース
テナイト粒組織を工業的に実現することは夢とされてい
た。そのため、このような細粒オーステナイト組織を前
組織にしないと形成が困難と思われる微細ベイナイトパ
ケット鋼材の特性動向を知ることはおろか、該鋼材の実
現すら危ぶまれていた。By the way, since such a packet is generated from one austenite crystal grain, the "packet formed after the bainite transformation" depends on the size of the original austenite grain and changes with the size. Therefore, in order to reduce the size of the bainite packet system, it is essential to reduce the austenite grain size (original austenite grain size) before transformation into bainite. However, although it has been proposed that ferrite grains be considerably refined, it is difficult to refine austenite grains, and for example, it is a dream to industrially realize an austenite grain structure of 5 μm or less. I was Therefore, let alone knowing the characteristic trend of the fine bainite packet steel material which is considered to be difficult to form unless such a fine-grained austenite structure is used as a prestructure, even the realization of the steel material has been threatened.
ところが、特に、「従来一般的に採用されていた鋼材
組織微細化手段の如く、既に存在しているオーステナイ
ト粒を熱間加工によって幾ら加工したとしても、新たな
オーステナイト粒が熱間加工での再結晶によって生成さ
れる限りは高温相であるオーステナイトの微細化には限
度があり、従ってこのオーステナイト粒から発生する変
態生成組織も該オーステナイト粒径に拘束されるため、
微細化に自ずと限界があるのを如何ともし難い」との観
点に立って更に続けられた研究の結果、本発明は以下の
ような事実を確認するに至った訳である。即ち、 （ａ） 鋼を熱間加工する場合、加工の前段階で既知の
熱間加工における如き熱履歴或いは加工履歴を経させ、
しかる後、一旦鋼組織の少なくとも一部が低温組織を呈
するように温度管理等を行ってから、加工の最終段階と
して塑性加工を加えながら温度を上げて変態点を超えさ
せ、前記低温相組織をオーステナイト組織に逆変態させ
ると、従来の制御圧延等では到底得られないような超微
細オーステナイト組織が実現できる。However, in particular, `` Even if the existing austenite grains are worked by hot working, as in the case of the steel material refining means generally used in the past, new austenite grains are re-used by hot working. As long as it is generated by the crystals, there is a limit to the refinement of austenite, which is a high-temperature phase, and therefore, the transformation formation structure generated from these austenite grains is also restricted by the austenite grain size.
As a result of further research from the viewpoint of "it is difficult to avoid the fact that there is a limit to miniaturization", the present invention has confirmed the following facts. (A) In the case of hot working steel, a heat history or a working history as in known hot working is passed through before the working,
Thereafter, after performing temperature control and the like so that at least a part of the steel structure exhibits a low-temperature structure, the temperature is increased while applying plastic working as a final stage of the processing to exceed the transformation point, and the low-temperature phase structure is changed. Reverse transformation to an austenite structure can realize an ultrafine austenitic structure that cannot be obtained by conventional controlled rolling or the like.
（ｂ） また、逆変態によって生じる上記超微細オース
テナイト組織は、上述のように、熱間加工が最終段階に
至る前の加工途中において一旦逆変態のための前組織
（低温相組織）が得られるような温度条件下に鋼材を置
き、続く加工の最終段階でこの低温相組織に塑性加工を
加えながら温度を上げて変態点を超えさせると言う処理
を施せば実現されるが、加工の最初の段階から逆変態に
よってオーステナイト組織とするための前組織（低温相
組織）を準備しておき、まずこれに冷間温度域や温間温
度域での加工を加えた後、加工の最終段階で「塑性加工
を加えながら温度を上げて変態点を超えさせる」と言う
処理を施すことによっても実現される。(B) In the ultrafine austenite structure generated by the reverse transformation, as described above, a prestructure (low-temperature phase structure) for the reverse transformation is temporarily obtained during the working before the hot working reaches the final stage. This can be achieved by placing the steel material under such temperature conditions and performing a process of raising the temperature to exceed the transformation point by applying plastic working to this low-temperature phase structure at the final stage of the subsequent processing. A pre-structure (low-temperature phase structure) for preparing an austenitic structure by reverse transformation from the stage is prepared, and firstly, processing in a cold temperature range or a warm temperature range is performed. The temperature is raised while the plastic working is performed so that the temperature exceeds the transformation point. "
（ｃ） 上述のように、低温相組織に塑性加工を加えな
がら温度を上げて変態点を超えさせオーステナイト組織
へ逆変態させる場合、該逆変態を十分に完了させるため
には、塑性加工を加えながら実施する温度上昇過程が終
った後、完全な平衡状態におけるA1変態点、即ちAe1点
の温度以上に一定時間保持する手段の採用も有利であ
る。(C) As described above, in the case where the temperature is increased while applying plastic working to the low-temperature phase structure to exceed the transformation point to perform reverse transformation to the austenite structure, plastic working must be performed in order to sufficiently complete the reverse transformation. after completion temperature increase process performed while, a 1 transformation point in complete equilibrium, i.e. employing means for holding a predetermined time than the temperature of the Ae 1 point is also advantageous.
（ｄ） このようにして得られた超微細粒オーステナイ
ト組織を冷却して得られるベイナイト組織鋼材は、元の
オーステナイト粒が超微細化されているが故に極めて微
細なパケットのベイナイト組織とすることが可能であ
る。(D) The bainite-structured steel material obtained by cooling the ultrafine-grained austenite structure thus obtained may have a bainite structure of an extremely fine packet because the original austenite particles are ultrafine. It is possible.
（ｅ） しかも、このように処理して得られる“ベイナ
イトを主体とした鋼材”において、ベイナイトのパケッ
トの平均径が５μｍ以下になると、鋼材の諸特性（加工
性，強度，靭性等）が従来の知見からは予想されなかっ
た程に大幅な向上を見せる。(E) Moreover, in the “steel material mainly composed of bainite” obtained by such treatment, when the average diameter of the bainite packet is 5 μm or less, the various characteristics (workability, strength, toughness, etc.) of the steel material are reduced. The results show a significant improvement not expected from the findings.
（ｆ） ところで、一般に、ベイナイト、特にそれを焼
戻したり時効処理したりしたベイナイトでは、ベイナイ
トのパケットの大きさを測定するよりも組織の状況（初
析フェライトの列や列状初析セメンタイトのネットワー
ク）により旧オーステナイト粒（ベイナイト生成の前組
織であるオーステナイト粒）の大きさを測定する方が容
易なことが多く、しかも前述したように該旧オーステナ
イト粒径とベイナイトのパケットの平均径とは表裏一体
の関係にあって、ベイナイトを主体とした鋼材の諸特性
の著しい向上は旧オーステナイト粒径:5μｍを境として
それ以下になった場合に始めて認められるので、該鋼材
におけるベイナイトのパケット平均径と旧オーステナイ
ト粒径とは同様指標と考えて差し支えないこと。(F) By the way, in general, in bainite, especially bainite tempered or aged, it is more difficult to measure the size of the bainite packet than to measure the state of the microstructure (the network of proeutectoid ferrite rows and row-like proeutectoid cementite). ), It is often easier to measure the size of the prior austenite grains (austenite grains which are the pre-structure of bainite formation), and as described above, the former austenite grain size and the average diameter of the bainite packet are both front and back. In an integral relationship, the remarkable improvement in various properties of the steel material mainly composed of bainite is recognized only when the former austenite grain size becomes smaller than 5 μm, and therefore, the average packet diameter of bainite in the steel material and The former austenite grain size may be considered as an index.
この発明は、上記知見等に基づいてなされたもので、
「従来存在しなかったところの、優れた加工性を有する
“ベイナイトのパケットの平均径或いはベイナイトを生
成する前の旧オーステナイト粒の平均系が５μｍ以下で
あるベイナイトを主体とした組織”から成る、超微細ベ
イナイト鋼材を実現した点」に大きな特徴を有してい
る。The present invention has been made based on the above findings and the like,
"A structure mainly composed of bainite in which the average diameter of bainite packets or the average system of old austenite grains before forming bainite is 5 μm or less, which has excellent workability, which did not previously exist," Realized ultra-fine bainite steel material ".
ここでの「ベイナイトのパケット」とは、前述の如く
「細長いベイナイト結晶の長手方向がほぼ平行に並んで
いる領域」と定義されるものであり、「パケット平均
径」とは前記領域を粒とみなしたときの平均粒直径を指
している。また、「旧オーステナイト粒平均径」とは、
前述したようにベイナイトが変態生成する前のオーステ
ナイト組織におえる平均オーステナイトの粒径のことで
ある。Here, the "package of bainite" is defined as "a region in which the longitudinal directions of elongated bainite crystals are arranged substantially in parallel" as described above. It indicates the average grain diameter when considered. Also, "old austenite grain average diameter"
As described above, it is the average austenite grain size in the austenite structure before transformation of bainite.
なお、該旧オーステナイト粒界をベイナイトが主体と
なった組織の鋼材から確認する方法としては、亜共析鋼
ではベイナイト変態に先立って起きる“オーステナイト
粒界でのフェライト変態”によって生成した初析フェラ
イトの列によって確認する方法を、過共析鋼ではベイナ
イト変態に先立って起きる“オーステナイト粒界でのセ
メンタイト析出”によって生成した列状初析セメンタイ
トのネットワークによって確認する方法がそれぞれ採用
できる。As a method of confirming the former austenite grain boundary from a steel material having a structure mainly composed of bainite, in hypoeutectoid steel, proeutectoid ferrite formed by “ferrite transformation at austenite grain boundary” which occurs prior to bainite transformation. In the hypereutectoid steel, a method of confirming by a network of columnar proeutectoid cementite generated by “cementite precipitation at austenite grain boundaries” which occurs prior to bainite transformation can be adopted.
更に、「ベイナイトを主体とした組織」とは、組織中
にベイナイト（ここでは変態生成したままのベイナイ
ト，焼戻しベイナイト，時効処理ベイナイトを含めて称
する）が50％以上含まれているものを言い、鋼材組織中
においてベイナイトの占める比率が50％に達するとその
鋼材の特性は殆んどベイナイトの特性に支配されるよう
になる。Further, the “structure mainly composed of bainite” refers to a structure containing 50% or more of bainite (including bainite as it is transformed, tempered bainite, and aging bainite) in the structure, When the proportion of bainite in the steel structure reaches 50%, the properties of the steel material are almost dominated by the properties of bainite.
ところで、本発明に係る鋼材の成分組成は、ベイナイ
トを主体とする組織の得られるものであれば格別に制限
されるものではなく、炭素鋼はもとより、低合金鋼，フ
ェライト系ステンレス鋼，析出硬化型ステンレス鋼或い
は耐熱鋼等、ベイナイト組織の状態で使用するものの何
れであっても良い。また、更にはB,V,Nb,Ti,Zr,W,Co,Ta
等の合金元素の１種以上を適量含有させたものであって
もよく、目的に応じてはLa,Ce等の希土類元素やCa,S,P
b,Te,Bi及びSe等の快削元素を添加した成分組成も対象
となる。By the way, the composition of the steel material according to the present invention is not particularly limited as long as a structure mainly composed of bainite can be obtained. In addition to carbon steel, low alloy steel, ferritic stainless steel, precipitation hardening Any of those used in a bainite structure such as a mold stainless steel or a heat-resistant steel may be used. Further, B, V, Nb, Ti, Zr, W, Co, Ta
May contain one or more alloying elements such as La, Ce, etc., depending on the purpose.
The composition of a component to which free-cutting elements such as b, Te, Bi and Se are added is also an object.
次に、本発明の鋼材においてベイナイトのパケットの
平均径或いはベイナイトを生成する前の旧オーステナイ
ト粒の平均径を５μｍ以下とした理由、並びに本発明鋼
材の製造手段を説明する。Next, the reason why the average diameter of bainite packets or the average diameter of old austenite grains before forming bainite in the steel material of the present invention is set to 5 μm or less, and the means for producing the steel material of the present invention will be described.
〈作用〉 ベイナイト鋼材の機械的性質、特に伸びと絞り値はベ
イナイトのパケット径もしくは旧オーステナイト粒径の
微細化と共に向上するが、上記値が何れも５μｍ以下に
なると予想以上の大幅な向上効果が認められるようにな
る。特に、パケット径が２μｍ以下になるとその向上効
果は極めて顕著となる。このため、鋼材組織の50％以上
を占めて本発明鋼材の性質を支配するベイナイトのパケ
ット、もしくは先に述べたようにこれと表裏一体にある
旧オーステナイト粒の平均径を５μｍ以下と限定した
が、できれば２μｍ以下であることが望ましい。ところ
で、本発明に係る鋼材は次のような製造手段によって実
現される。即ち、素材鋼を少なくとも一部がフェライト
（ここで言うフェライトとは、フェライト組織，パーラ
イト組織、ベイナイト組織，マルテンサイト組織などの
フェライト相から成る組織を指す）から成る組織状態と
しておき、これに塑性加工を加えつつ変態点（Ac1点）
以上の温度域に昇温するか、この昇温に続いてAe1点以
上の温度域に一定時間保持して上記フェライト相から成
る組織の一部又は全部を一旦オーステナイトに逆変態さ
せて超微細オーステナイト粒を出現させ、その後冷却す
る手段である。<Function> The mechanical properties of bainite steel, particularly the elongation and reduction value, improve with the refinement of the bainite packet diameter or the prior austenite grain size. Be recognized. In particular, when the packet diameter becomes 2 μm or less, the effect of the improvement becomes extremely remarkable. For this reason, the average diameter of the bainite packet which occupies 50% or more of the steel structure and controls the properties of the steel material of the present invention, or the austenite grains which are inextricably linked to the bainite packet is limited to 5 μm or less. Preferably, it is 2 μm or less. Incidentally, the steel material according to the present invention is realized by the following manufacturing means. That is, at least a part of the material steel is made into a structure state of ferrite (here, ferrite refers to a structure composed of a ferrite phase such as a ferrite structure, a pearlite structure, a bainite structure, and a martensite structure). Transformation point while processing (Ac 1 point)
The temperature is raised to the above temperature range, or the temperature is kept at one or more points of Ae for a certain period of time following this temperature rise, and a part or all of the structure composed of the ferrite phase is once transformed back to austenite to obtain ultra fine particles. This is a means for causing austenite grains to appear and then cooling.
上記逆変態時に加えられる塑性加工方法としては、既
知の板圧延機，シームレス鋼管の各種圧延機，穿孔機，
条鋼・線材等のための孔型圧延機の他、周知のハンマ
ー，スエージャー，ストレッチ・レデューサー，ストレ
ッチャー，ねじり加工機，押出し機，引抜機等を使用す
ることで所要の温度域にて所要加工度の加工が行える方
法であれば何れをも採用することができ、格別に制限さ
れるものではない。As the plastic working method applied at the time of the above reverse transformation, known plate rolling mills, various rolling mills for seamless steel pipes, punching machines,
Required processing at required temperature range by using well-known hammers, swagers, stretch reducers, stretchers, twisting machines, extruders, drawing machines, etc., in addition to hole rolling mills for strip steel and wire rods. Any method can be adopted as long as it can perform the required processing, and is not particularly limited.
なお、該塑性加工の歪量は次の三つの作用を生起させ
る点で重要である。一つは、フェライトを加工すること
により加工硬化したフェライトから非常に微細なオース
テナイトの結晶粒が加工により誘起されて生成する作用
であり、二つ目は、フェライトがオーステナイトに変態
する変態点にまで被加工材の温度を上昇させるための加
工発熱を発生する作用であり、三つ目は、生成した微細
なオーステナイトの結晶を加工硬化させて、その後の変
態に際して更に微細な変態組織の粒を加工誘起変態生成
させる作用である。このような観点から、該塑性加工の
歪量は20％以上、好ましくは50％以上とするのが良い。The amount of strain in the plastic working is important in that the following three actions occur. The first is the action of forming extremely fine austenite crystal grains from the ferrite that is work hardened by processing the ferrite, and the second is the transformation point at which the ferrite transforms to austenite. The third function is to generate processing heat to raise the temperature of the workpiece, and the third is to work harden the generated fine austenite crystals and process finer transformed structure grains during the subsequent transformation. This is an action to induce induced transformation. From such a viewpoint, the amount of strain in the plastic working is preferably 20% or more, and more preferably 50% or more.
被加工鋼材の昇温温度は、フェライトがオーステナイ
トに逆変態する温度、即ちAc1点以上にまで上昇するこ
とが必須である。勿論、Ac1点以上の温度域であっても
その温度がAc3点未満であるとフェライトとオーステナ
イトの二相混合組織になるが、温度上昇させながら塑性
加工を加える方法によればAc3点未満の温度域であって
も結晶粒は加工と再結晶によって十分に微細化してい
る。しかしながら、「フェライトを加工することによ
り、加工硬化したフェライトから非常に微細なオーステ
ナイトの結晶粒が加工により誘起されて生成する」とい
う特徴的な作用・効果を十分に発揮させるためには、で
きればAc3点以上にまで昇温することが望ましい。もっ
とも、製品によってはフェライトとオーステナイトとの
二相組織にする必要があるものもあり、このような製品
に対しては昇温温度をAc3点未満の温度域で留めておく
ことが必要であることは言うまでもない。It is essential that the temperature rise temperature of the steel material to be processed rises to a temperature at which ferrite reversely transforms into austenite, that is, the Ac 1 point or more. Of course, the temperature even at a temperature range over a point Ac is a two-phase mixed structure of ferrite and austenite is Ac less than 3 points, Ac 3 point, according to the method of applying the plastic working while the temperature rise Even in a temperature range lower than, the crystal grains are sufficiently refined by processing and recrystallization. However, in order to sufficiently exhibit the characteristic action and effect of "processing ferrite, extremely fine austenite crystal grains are formed by work-forming from work-hardened ferrite", it is necessary to use Ac if possible. It is desirable to raise the temperature to three or more points. However, for some products, it is necessary to have a two-phase structure of ferrite and austenite, and for such products, it is necessary to keep the heating temperature within the temperature range of less than Ac 3 points Needless to say.
フェライトからオーステナイト相へ逆変態させる際に
塑性加工を加えながら昇温するのは、先にも説明したよ
うに“フェライト域での加工によるフェライト粒微細
化",“加工硬化フェライト粒からの微細オーステナイト
粒の加工誘起生成”並びに“オーステナイト粒の加工に
よる微細化”、更には“加工硬化オーステナイト粒から
の微細ベイナイトの歪誘起変態促進”を図るためであ
る。As mentioned earlier, the reason for raising the temperature while applying plastic working during the reverse transformation from ferrite to austenite is as follows: “Fine grain refinement by working in ferrite region”, “Fine austenite from work hardened ferrite grains” This is for the purpose of "work-induced generation of grains" and "refinement of austenite grains by processing", and "promotion of strain-induced transformation of fine bainite from work-hardened austenite grains".
次いで、本発明を実施例に基づいてより具体的に説明
する。Next, the present invention will be described more specifically based on examples.
〈実施例〉 第１表に示した成分組成の鋼Ａ〜Ｅを真空溶解炉で溶
製し、これを１トン鋼塊にした後、均熱分塊圧延を経て
100mm×50mm断面の角材とした。<Examples> Steels A to E having the component compositions shown in Table 1 were smelted in a vacuum melting furnace to form a 1-ton steel ingot, which was then subjected to soot-rolling.
Square bars with a cross section of 100 mm x 50 mm were used.
また、これとは別に、鋼Ｂから成る45mm×45mm断面の
角材を熱間鍛造で準備し、それを焼準処理したものも用
意した。Separately, a square bar made of steel B having a cross section of 45 mm × 45 mm was prepared by hot forging, and a bar which had been subjected to normalization was also prepared.
次に、これら鋼材に第２表で示す条件の処理を施し、
ベイナイトを主体とした組織から成る鋼材を試作した。
そして、このようにして得られた各鋼材の組織を観察
し、その結果を第２表に併せて示した。Next, these steel materials were subjected to treatment under the conditions shown in Table 2,
A steel material composed mainly of bainite was prototyped.
The structure of each steel material obtained in this manner was observed, and the results are shown in Table 2.
ここで、試験番号１（比較例）については、鋼Ｂから
成る45mm×45mm断面の焼準材を1000℃に加熱してから自
然放冷したものであり、初析フェライトのネットワーク
によって測定した旧オーステナイト粒径は93.0μm,最終
組織は85％のベイナイトと15％のフェライトで、ベイナ
イトのパケット径は54.6μｍであった。この組織は通常
の熱処理で得られる一般のベイナイト組織である。Here, for test number 1 (comparative example), a normalized material of steel B having a cross section of 45 mm × 45 mm was heated to 1000 ° C. and allowed to cool naturally. The austenite grain size was 93.0 μm, the final structure was 85% bainite and 15% ferrite, and the packet diameter of bainite was 54.6 μm. This structure is a general bainite structure obtained by a normal heat treatment.
試験番号２（比較例）については、鋼Ｂから成る45mm
×45mm断面の焼準材を1000℃に加熱後、330℃の塩浴中
に浸漬して１時間保持した後炉外で自然放冷したもの
で、初析フェライトが少なくて旧オーステナイト粒径は
不明確であるが試験番号１と同じ加熱条件なので90℃前
後と推定される。そして、組織は100％ベイナイトでパ
ケット径は試験番号１よりやゝ小さく、22.2μｍになっ
ていた。 For test number 2 (comparative example), 45 mm made of steel B
A normalizing material with a cross section of 45 mm was heated to 1000 ° C, immersed in a salt bath at 330 ° C, held for 1 hour, and allowed to cool naturally outside the furnace. Although it is unclear, it is estimated to be around 90 ° C because of the same heating conditions as in Test No. 1. The structure was 100% bainite, and the packet diameter was 22.2 μm, which was slightly smaller than that of Test No. 1.
こうした従来材に比べて、試験番号３乃至11は、素材
鋼を昇温加熱してオーステナイト化する途上で圧延加工
を加える方法によって得られた超微細組織鋼材に係るも
のである。Compared with such conventional materials, Test Nos. 3 to 11 relate to ultrafine-structured steel materials obtained by a method in which rolling is performed on the way to austenitization by heating and heating the base steel.
即ち、試験番号３では、鋼Ｂの45mm×45mm断面の焼準
材を素材として、これを700℃に加熱後、その温度から
３段連続圧延機で13.5mm厚まで高速圧延を施した。この
圧延は、高速大圧下圧延のため、被圧延材の温度は変態
点以上の905℃まで上昇した。そして、この処理によっ
て得られた鋼材はベイナイト量:90％のフェライト・ベ
イナイト組織で、初析フェライトのネットワークによる
旧オーステナイト粒径の測定結果は4.03μm,ベイナイト
のパケット系は3.67μｍで、従来鋼材に比して桁違いの
微細組織となっていた。That is, in Test No. 3, a normalizing material of steel B having a cross section of 45 mm × 45 mm was heated to 700 ° C., and then subjected to high-speed rolling from that temperature to a thickness of 13.5 mm by a three-stage continuous rolling mill. Since this rolling was a high-speed large rolling under pressure, the temperature of the material to be rolled rose to 905 ° C., which was higher than the transformation point. The steel material obtained by this treatment has a ferrite bainite structure with a bainite content of 90%, the measurement result of the prior austenite grain size by the network of proeutectoid ferrite is 4.03 μm, the packet system of bainite is 3.67 μm, and the conventional steel material The microstructure was an order of magnitude higher than that of
試験番号４では、試験番号３と同じ圧延材を圧延後直
ちに330℃の塩浴中に１時間浸漬してから自然放冷し
た。このようにして得られた鋼材は、旧オーステナイト
粒径が3.88μm,ベイナイト率が95％，パケット系が1.59
μｍであった。In Test No. 4, immediately after rolling, the same rolled material as in Test No. 3 was immersed in a salt bath at 330 ° C. for 1 hour and allowed to cool naturally. The steel thus obtained had a prior austenite grain size of 3.88 μm, a bainite ratio of 95%, and a packet type of 1.59 μm.
μm.
試験番号５では、100mm厚さの素材を900℃に加熱して
オーステナイト化した後、750℃まで放冷し、この750℃
から50％の圧延を施した。なお、圧延には試験番号１乃
至４と同じ圧延機を使用し、圧延速度を下げて圧延終了
温度が圧延開始温度と同じになるようにしていた。続い
て、この50mm厚の圧延材を圧延後直ちに400℃の電気炉
中に15分挿入・保持してフェライト・パーライト・ベイ
ナイトの混合組織にしたものを、高周波加工で650℃ま
で昇温し、650℃から上記と同型の圧延機で5.5mm厚まで
89％の高速大圧下圧延を施した。この圧延で、鋼材は加
工熱によって900℃まで温度上昇し、変態点を超えてオ
ーステナイト組織に変化した。その後、この圧延材を直
ちに330℃の塩浴炉に１時間浸漬した。In Test No. 5, a 100 mm thick material was heated to 900 ° C. to austenitize, then allowed to cool to 750 ° C.
From 50% rolling. The same rolling mill as in Test Nos. 1 to 4 was used for rolling, and the rolling speed was reduced so that the rolling end temperature was the same as the rolling start temperature. Subsequently, immediately after rolling this 50 mm thick rolled material, inserted and held in an electric furnace at 400 ° C. for 15 minutes to obtain a mixed structure of ferrite, pearlite, and bainite, and raised the temperature to 650 ° C. by high frequency processing. From 650 ° C to 5.5mm thickness with the same type of rolling mill as above
89% high-speed large rolling was performed. By this rolling, the temperature of the steel material was raised to 900 ° C by the processing heat, and the steel material was transformed into an austenitic structure beyond the transformation point. Then, the rolled material was immediately immersed in a 330 ° C. salt bath furnace for one hour.
このようにして得られた鋼材は、旧オーステナイト粒
径が1.79μm,ベイナイト率が95％で、パケット径が1.04
μｍまで微細化していた。The steel material thus obtained had a prior austenite grain size of 1.79 μm, a bainite ratio of 95%, and a packet diameter of 1.04 μm.
It was miniaturized to μm.
試験番号６では、100μｍ厚さの素材をフェライト域
の650℃に加熱した後、50mm厚さまで高速圧延して50％
の圧下と850℃までの温度上昇を付与した。そして、こ
の段階で、微細オーステナイト化した圧延材を400℃の
電気炉中でフェライト・パーライト・ベイナイト変態さ
せた後、試験番号５と同じように5.5mm厚まで昇温圧延
してから塩浴でベイナイト変態させた。In Test No. 6, a material with a thickness of 100 μm was heated to 650 ° C. in the ferrite region, and then rapidly rolled to a thickness of 50 mm to 50%
And a temperature rise of up to 850 ° C. Then, at this stage, the finely austenitized rolled material is transformed into ferrite-pearlite-bainite in an electric furnace at 400 ° C., and is heated and rolled to a thickness of 5.5 mm in the same manner as in Test No. 5, and then subjected to a salt bath. Bainite perverted.
このようにして得られた鋼材の旧オーステナイト粒径
は不明確であったが、ベイナイトのパケット径は0.43μ
ｍであった。The austenite grain size of the steel obtained in this way was unclear, but the bainite packet diameter was 0.43 μm.
m.
試験番号７では、試験番号６で50mm厚への第１回目の
圧延を施した後直ちに水中で急冷して焼入れ組織とし、
それを誘導加熱炉で650℃まで急速加熱した後、試験番
号６と同じ処理を施したものである。In test number 7, after the first rolling to 50 mm thickness in test number 6, immediately quenched in water to obtain a quenched structure,
After it was rapidly heated to 650 ° C. in an induction heating furnace, the same treatment as in Test No. 6 was performed.
このようにして得られた鋼材の旧オーステナイト粒径
はかろうじて判別され、0.31μｍになっていた。そし
て、ベイナイトのパケット径は0.19μｍで、従来の知見
では到底考えられない微細な組織となっていた。The prior austenite grain size of the steel material thus obtained was barely determined and was 0.31 μm. The packet diameter of bainite was 0.19 μm, and had a fine structure that could not be considered by conventional knowledge.
試験番号８では、鋼Ａの100mm厚焼準材を試験番号と
７と同じように650℃加熱し、650℃から850℃への50％
昇温圧延後水中焼入れしたものを、更に650℃から900℃
まで89％の昇温圧延を施し、330℃塩浴中でベイナイト
変態させた。In Test No. 8, a 100 mm thick normal steel of steel A was heated at 650 ° C. in the same manner as Test No. 7 and 50% from 650 ° C. to 850 ° C.
What was quenched in water after heating and rolling was further heated from 650 ° C to 900 ° C
The steel sheet was rolled at an elevated temperature of 89% until it was transformed into bainite in a salt bath at 330 ° C.
このようにして得られた鋼材の旧オーステナイト粒径
は1.06μm,パケット径は0.62μｍであった。The austenite grain size of the steel thus obtained was 1.06 μm and the packet diameter was 0.62 μm.
試験番号９は、鋼Ｃについて試験番号８と同じ処理を
施した例であるが、この例で得られた鋼材は旧オーステ
ナイト粒径が0.75μm,パケット径が0.55μｍで、80％の
ベイナイトと15％の残留オーステナイトに５％のマルテ
ンサイトが混在した組織となっていた。Test No. 9 is an example in which the same treatment as that of Test No. 8 was performed on steel C. The steel material obtained in this example had an old austenite grain size of 0.75 μm, a packet diameter of 0.55 μm, and 80% bainite. The structure was such that 15% of retained austenite was mixed with 5% of martensite.
試験番号10は、鋼Ｄに試験番号８と同じ処理を施して
から500℃で１時間焼戻して得た、焼戻しベイナイト鋼
材の例である。Test No. 10 is an example of a tempered bainite steel material obtained by subjecting steel D to the same treatment as test No. 8 and then tempering at 500 ° C. for 1 hour.
この鋼材は、旧オーステナイト粒径は1.62μｍで、ベ
イナイトのパケット径は0.98μｍとなっていた。This steel material had a prior austenite grain size of 1.62 μm and a bainite packet diameter of 0.98 μm.
試験番号11では、鋼Ｅから成る100mm厚焼準材を700℃
に加熱した後、高速圧延で50mm厚に圧延して鋼材温度を
850℃まで上昇させ、その後自然放冷で室温まで冷却し
た。この段階では鋼材組織はベイナイトとマルテンサイ
トと残留オーステナイトの混合組織であったが、これを
更に誘導加熱で700℃まで急速加熱して微細フェライト
と球状炭化物の組織にしたものを5.5mm厚まで89％の高
速大圧下圧延し、930℃まで温度を上昇させた。そし
て、圧延後は自然放冷した。In test number 11, a 100 mm thick normal steel made of steel E was
After heating to 50mm thickness by high speed rolling,
The temperature was raised to 850 ° C., and then naturally cooled to room temperature. At this stage, the steel structure was a mixed structure of bainite, martensite and retained austenite, which was further rapidly heated to 700 ° C by induction heating to form a structure of fine ferrite and spherical carbide to a thickness of 5.5 mm. % High-speed rolling under high pressure and the temperature was raised to 930 ° C. After the rolling, it was allowed to cool naturally.
このようにして得られた鋼材の最終組織は80％のベイ
ナイトと15％のマルテンサイトと５％の残留オーステナ
イトになっており、ミクロ組織から推定される旧オース
テナイト粒径は0.35μｍで、ベイナイトのパケットは0.
16μｍであった。The final structure of the steel thus obtained is 80% bainite, 15% martensite and 5% retained austenite, and the prior austenite grain size estimated from the microstructure is 0.35 µm. Packet is 0.
It was 16 μm.
次に、以上のような処理を施して得られた鋼材から平
行部直径が3.5mmの丸棒微小引張試験片と10mm×5mmのサ
ブサイズ2mmVノッチシャルピー試験片（JIS4号準拠）と
を切り出すと共に、直径が5mmで長さが450mmの丸棒を機
械加工にて切り出し、それぞれ室温での引張試験，シャ
ルピー衝撃試験及び４点曲げ疲労試験に供した。Next, a round bar micro tensile test specimen with a parallel part diameter of 3.5 mm and a sub-size 2 mm V notch Charpy test specimen (JIS No. 4 compliant) with a diameter of 3.5 mm were cut out from the steel material obtained by performing the above treatment, A round bar having a diameter of 5 mm and a length of 450 mm was cut out by machining and subjected to a tensile test, a Charpy impact test and a four-point bending fatigue test at room temperature.
これらの結果も第２表に併せて示す。 These results are also shown in Table 2.
なお、引張試験における伸び測定のための評点距離は
直径の５倍の17.5mmとした。また、疲労試験について
は、このような高強度材では耐久限度比（疲労限／引張
強さ）が重要な評価になるため、第２表には耐久限度比
も併せて示した。The evaluation distance for elongation measurement in the tensile test was 17.5 mm, which is five times the diameter. In the fatigue test, the durability limit ratio (fatigue limit / tensile strength) is an important evaluation for such a high-strength material. Therefore, Table 2 also shows the durability limit ratio.
第２表に示される結果からも明らかなように、本発明
に係る超微細ベイナイト鋼材は従来比（比較材）に比べ
強度の向上は勿論、伸びと絞りの向上も著しいことが分
かる。また、本発明超微細ベイナイト鋼材は衝撃値の向
上も極めて大きく、これまでにない強靭・高延性の優れ
た特性を持つ鋼材であることが明らかである。As is clear from the results shown in Table 2, it is understood that the ultrafine bainite steel material according to the present invention not only improves the strength, but also remarkably improves the elongation and the drawing as compared with the conventional ratio (comparative material). Further, the ultrafine bainite steel material of the present invention has an extremely large improvement in impact value, and it is apparent that the ultrafine bainite steel material is a steel material having unprecedented toughness and high ductility.
更に、疲労強度について見ると、耐久限度比に注目し
た場合、従来材では強度の低い100キロ級で0.45〜0.55
程度、強度が150キロ級になると0.3〜0.4に下がり、200
キロ級では0.2〜0.3となるのに対して、本発明鋼材では
200キロ級で0.3〜0.5と言う驚くべき高い値を示すこと
が分かる。Furthermore, looking at the fatigue strength, when focusing on the durability limit ratio, the conventional material has a low strength of 100 kg class, 0.45 to 0.55
Degree, strength falls to 0.3-0.4 when the strength reaches 150 kg, 200
In the kilo class, it is 0.2-0.3, whereas in the steel of the present invention,
It can be seen that the 200 kg class shows a surprisingly high value of 0.3 to 0.5.
ところで、参考までに、第２表では試験番号２及び３
〜７にて得られたベイナイト鋼材について人工海水噴霧
試験による腐食進行速度の調査結果（耐食性）をも示し
たが、この耐食性調査は、試験番号２に係る従来例では
腐食進行速度が0.049mm/年であるのに対して、試験番号
３〜７に係る本発明鋼材では、同じ成分の鋼でありなが
ら0.011〜0.002mm/年と耐食性が大きく向上することを
明示している。By the way, for reference, in Table 2, test numbers 2 and 3
Investigation results (corrosion resistance) of the corrosion progress rate by the artificial seawater spray test for the bainite steel materials obtained in Nos. To 7 were also shown. In this corrosion resistance study, the corrosion progress rate in the conventional example according to Test No. 2 was 0.049 mm / In contrast, the steel materials of the present invention according to Test Nos. 3 to 7 clearly show that the corrosion resistance is greatly improved to 0.011 to 0.002 mm / year, even though the steels have the same composition.
〈効果の総括〉 以上に説明した如く、この発明によれば、従来技術で
は実際上実現することが出来なかった超微細ベイナイト
鋼材を提供することができ、ベイナイト鋼材特有の特性
に加えて非常に優れた加工性等これまでにない優れた諸
特性を有する鋼材を安定供給することが可能となるな
ど、産業上極めて有用な効果がもたらされる。<Summary of Effects> As described above, according to the present invention, it is possible to provide an ultra-fine bainite steel material that could not be actually realized by the conventional technology, and in addition to the characteristics unique to the bainite steel material, Industrially extremely useful effects are obtained, for example, it is possible to stably supply a steel material having unprecedented various properties such as excellent workability.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C22C 38/00 - 38/60 C21D 8/00,9/46──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) C22C 38/00-38/60 C21D 8/00, 9/46
Claims (1)
ナイトを生成する前の旧オーステナイト粒の平均径が５
μｍ以下であるベイナイトを主体とした組織から成る、
加工性に富んだ微細粒ベイナイト鋼材。The average diameter of bainite packets or the average diameter of prior austenite grains before the formation of bainite is 5%.
It is composed of a structure mainly composed of bainite having a size of μm or less,
Fine grain bainite steel with excellent workability.
Priority Applications (8)
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