JP4706477B2 - 耐疲労亀裂進展特性に優れた鋼材とその製造方法 - Google Patents
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Description
すなわち、硬質相(ベイナイト、マルテンサイト、焼戻マルテンサイトなど)の組織中の転位密度が疲労亀裂進展速度に影響し、特に、前記転位密度が十分に高い場合には、硬質相を主体とする組織を有する鋼においても、疲労亀裂進展抵抗性が高く耐疲労性に優れた強度の高い鋼材を得ることができる。このような硬質相を主体とする組織を有する鋼においても疲労亀裂進展抵抗性が優れるのは、鋼が繰り返し変形を受ける過程で、転位密度が高い硬質相の硬度が低減し、これにより疲労亀裂先端での開口荷重が低下することが寄与しているものと考えられた。
組織が、フェライトとベイナイトの構成比率が合計で面積率で90%以上、パーライトの面積率が2%以上10%以下、(110)面からのX線回折強度の半価幅が0.13度以上0.3度以下であること
を特徴とする耐疲労亀裂進展特性に優れた鋼材:
6≦20×C+5×Si+10×Mn≦30 ・・・(i)
0.01≦C/Mn≦0.10 ・・・(ii)
0.01≦C/(Mn+20Nb+10Ti+5V)≦0.10・・・(iii)。
0.01≦C/(Mn+1/10Cu+1/2Ni+1/4Cr+Mo+20Nb+10Ti+5V)≦0.10・・・(iv)
組織:本発明にかかる鋼材は、容易に高強度を得るために、その組織は、主として、フェライトとベイナイトで構成される。上記ベイナイトは上部ベイナイト、下部ベイナイト、アシキュラーフェライト、グラニュラーベイナイトなどの組織を含むものである。
(1) 式は、硬質相としてのベイナイト組織の比率を示すもので、(1) 式の値が6未満の場合は、フェライト+ベイナイト組織中のベイナイトの比率が十分でなく、本発明の製造条件において鋼板を製造しても適切な半価幅を得ることができず、良好な疲労強度進展抵抗性が得られない。
これらの式はベイナイト組織の硬度を示すもので、その値が0.01未満の場合はベイナイト組織の硬度が不十分となり良好な疲労亀裂進展抵抗性が得られない。逆に0.10を超える場合は変態の進行の冷却速度依存性が大きくなり、鋼板全体において均一な疲労亀裂進展抵抗性を得るのが容易ではない。
C:鋼の強度を高めるのに有効な元素であり、鋼の強度を得るために、0.01%以上含有させる。しかしながら0.10%を超えて含有させると靱性が劣化するので、これを避けるためにC含有量は0.10%以下とする。より望ましくは0.03〜0.07%である。
ただし、後述するようにBを含有する場合にはMn:0.3 %以上、2.0 %以下としてもよい。
ここで、復熱温度幅とは冷却を停止した時の到達温度と、冷却停止後鋼板内部の熱で表面の温度が上昇し、安定した時の温度の差を意味する。具体的には水冷装置を出た直後に測定した温度とその後、板厚によって20〜50秒のときに測定した温度の差である。
熱間圧延後に本発明によれば加速冷却を行うが、そのとき冷却過程の内の650 ℃〜400 ℃の間の平均冷却速度が5℃/sに満たない場合にはフェライト率が高くなり同様に亀裂の進展速度が大きくなる。好ましくは、25℃/s以下である。加速冷却停止温度が400 ℃超になる場合にはフェライト率が高くなり、進展速度が大きくなる。好ましくは350 ℃以上である。
なお、かかる加速冷却は、熱間圧延後、一旦放冷してから再加熱して行ってもよい。
また焼き戻し温度はAc1点を超えると、オーステナイト変態が生じ、繰り返し軟化の低下と強度、靱性の低下を引き起こす。したがって、焼き戻し温度はAc1点 以下とした。なお、焼き戻し温度は550℃以下が好ましい。
X線測定は、理学電機 (社) 製RU-200を用いて行った。コバルト線源を用い、出力は30kV、100mA であった。25mm角の試験片の内、直径20mmの範囲を想定した。
f(繰り返し速度)=20Hz
R(応力比)=0.1
T(試験温度)=室温
試験雰囲気は大気中。
da/dN=C(ΔK)m 、ただしΔK :kN/mm3/2、
da/dN:mm/cycle
が成り立つことが判明した。
Claims (8)
- 鋼の化学組成が、質量%で、C:0.01%以上、0.10%以下、Si:0.19%以上、0.60%以下、Mn:0.5%以上、2.0%以下、sol.Al:0.005%超、0.10%以下、N:0.0005%以上、0.008%以下を含み、Nb:0.005%以上、0.08%以下、Ti:0.005%以上、0.03%以下、V:0.005%以上、0.080%以下からなる群の内の1種以上を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、かつ、鋼の成分(質量%)が下記(1)式、(2)式、(3)式を満足し、
組織が、フェライトとベイナイトの構成比率が合計で面積率で90%以上、パーライトの面積率が2%以上10%以下、(110)面からのX線回折強度の半価幅が0.13度以上0.3度以下であること
を特徴とする耐疲労亀裂進展特性に優れた鋼材。
6≦20×C+5×Si+10×Mn≦30 ・・・(1)
0.01≦C/Mn≦0.10 ・・・(2)
0.01≦C/(Mn+20Nb+10Ti+5V)≦0.10・・・(3) - 鋼の化学組成が、さらに質量%で、Cu:0.7%未満、Ni:3.0%以下、Cr:1.0%未満、Mo:0.80%以下、W:0.05〜0.50%からなる群の内の1種以上を含有し、かつ、下記(4)式を満足する請求項1に記載の耐疲労亀裂進展特性に優れた鋼材。
0.01≦C/(Mn+1/10Cu+1/2Ni+1/4Cr+Mo+20Nb+10Ti+5V)≦0.10・・・(4) - 鋼の化学組成が、さらに、質量%で、Ca:0.007%以下、Mg:0.007%以下、Ce:0.007%以下、Y:0.5%以下、Nd:0.5%以下、REM:0.05%以下からなる群の内の1種以上を含有した請求項1または2に記載の耐疲労亀裂進展特性に優れた鋼材。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の化学組成を有する鋳造スラブを1000℃〜1250℃に加熱する加熱工程と、加熱された前記スラブに仕上温度720〜800℃として熱間圧延を施す熱間圧延工程と、前記熱間圧延を施した鋼材に冷却を施す冷却工程とを備え、前記冷却工程においては、650℃〜400℃の間の平均冷却速度を5〜25℃/sとする加速冷却を施し、該加速冷却を400℃以下の温度で停止し、その後、復熱温度幅が70℃以下となるようにして冷却を終了することを特徴とする疲労亀裂進展抵抗性に優れた鋼材の製造方法。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の化学成分を有する鋳造スラブを1000℃〜1250℃に加熱する加熱工程と、加熱された前記スラブに熱間圧延を施す熱間圧延工程と、その後加速冷却はせずに放冷する工程と、Ac1点+50℃以上に再加熱する加熱工程と、再加熱された前記鋼材に冷却を施す冷却工程とを備え、前記冷却工程においては、650℃〜400℃の間の平均冷却速度を5〜25℃/sとする加速冷却を施し、該冷却を400℃以下の温度で停止し、その後、復熱温度幅が70℃以下となるようにして冷却を終了することを特徴とする疲労亀裂進展抵抗性に優れた鋼材の製造方法。
- 請求項5に記載の再加熱、冷却工程を2回以上行うことを特徴とする疲労亀裂進展抵抗性に優れた鋼材の製造方法。
- 請求項4に記載の製造方法において、冷却を終了してからさらにAc1点+50℃以上に再加熱する加熱工程と、前記再加熱された鋼材に冷却を施す冷却工程とを備え、前記冷却工程においては、650℃〜400℃の間の平均冷却速度を5〜25℃/sとする加速冷却を施し、該冷却を400℃以下の温度で停止し、その後、復熱温度幅が70℃以下となるようにして冷却を終了することを特徴とする疲労亀裂進展抵抗性に優れた鋼材の製造方法。
- 請求項4〜7のいずれかに記載の製造方法に加えて、さらにAc1点以下の温度に加熱して焼き戻すことを特徴とした疲労亀裂進展抵抗性に優れた鋼材の製造方法。
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