JP5070744B2 - 耐疲労亀裂伝播特性に優れる鋼材の製造方法 - Google Patents
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Description
わせることで製造できることを見出した。本発明は得られた知見を基に更に検討を加えて
なされたもので、
1.質量%で、C:0.02〜0.25%、Si:0.01〜0.50%、Mn:0.5〜2.0%、P:0.05%以下、S:0.02%以下、残部Fe及び不可避的不純物からなる鋼を、加熱し、熱間圧延後、加速冷却して、または前記鋼を加熱し、熱間圧延ー冷却後、二相域再加熱後焼入れにより、ミクロ組織をフェライトからなる軟質相とベイナイトもしくはマルテンサイトあるいはそれらの混合組織からなる硬質相の二相で構成させ、前記硬質相は硬質相の平均アスペクト比:3以下、硬質相の短軸方向の平均長さ:5μm以上100μm以下とし、前記加速冷却後または前記二相域再加熱後焼入れ後のσ YS が(1)式を満足する場合は焼戻しを行わず、前記加速冷却後または前記二相域再加熱後焼入れ後のσ YS が(1)式を満足しない場合は、(1)式を満足するようにAc1点以下の温度で焼戻しを行うことを特徴とする耐疲労亀裂伝播特性に優れた鋼材の製造方法。
1000000/σYS 2<L<10000000/σYS 2 (1)
但し、L[μm]:硬質相の平均間隔、σYS:(加速冷却または二相域再加熱)ー焼戻
し後(加速冷却まま、二相域再加熱ままも含む)の鋼材の降伏応力[MPa]
2.更に、質量%でCu:1.0%以下、Ni:2.0%以下、Cr:1.0%以下、Mo:1.0%以下、Nb:0.1%以下、V:0.1%以下、Ti:0.1%以下、B:0.005%以下の一種または二種以上を含有することを特徴とする1に記載の耐疲労亀裂伝播特性に優れた鋼材の製造方法。
3.前記加速冷却する際の鋼の加熱が900℃以上1300℃以下で、熱間圧延がAr 3 点以上で累積圧下率50%以上の圧延で、前記加速冷却がAr 3 点からAr 3 −200℃の温度範囲において冷却速度4℃/s未満で5s以上冷却してフェライトを生成させた後、冷却速度5℃/s以上で500℃以下までの加速冷却で、
前記二相域再加熱後焼入れする際の鋼の加熱が900℃以上1300℃以下で、熱間圧延の終了がAr 3 点以上で、前記二相域再加熱後焼入れがAc 1 点以上〜Ac 3 点未満に再加熱した後に、冷却速度5℃/s以上で500℃以下までの焼入れであることを特徴とする1または2記載の耐疲労亀裂伝播特性に優れた鋼材の製造方法。
[化学成分]以下の説明で、%で示す単位は全て質量%である。
C:0.02〜0.25%
Cは強度確保のために0.02%以上の添加が必要である。しかし、0.25%以上の添加は溶接性を阻害する。従って0.02%以上0.25%以下に限定する。好ましくは0.02%以上0.20%以下とする。
Siは脱酸剤として有効であるとともに高強度化のためには0.01%以上必要であるが、0.50%を超えて添加すると溶接性、靭性を劣化させる。従って0.01%以上0.50%以下に限定する。好ましくは0.05%以上0.40%以下とする。
Mnは安価に焼入れ性の増加を通じて強度を高めるだけでなく靭性向上の観点から0.5%以上必要であるが、2.0%を超えると溶接性の劣化に繋がる。従って0.5%以上2.0%以下に限定する。好ましくは0.5%以上1.8%以下とする。
Pは鋼の靭性を劣化させるため、その含有量はできるだけ低いことが望ましい。このため上限を0.05%とした。好ましくは0.03%以下とする。
Sは多量に添加すると鋼の靭性を低下させるため極力低減するのが望ましい。このため、上限を0.02%とした。好ましくは0.01%以下とする。
Cuは固溶による強度上昇効果をもたらすとともに耐候性を向上させる。しかし、その含有量が1.0%を超えると溶接性を損なうとともに鋼材製造時に疵が生じやすくなる。従って、添加する場合はその上限を1.0%とする。好ましくは0.5%以下とする。
Niは低温靭性を向上させるとともに耐候性やCuを添加した場合に生ずる熱間脆性の改善に有効である。しかし、その添加量が2.0%を超えると溶接性を阻害し、又コスト上昇に繋がる。従って、添加する場合はその上限を2.0%とする。好ましくは1.0%以下とする。
Crは耐候性や強度を向上させる。しかし、その含有量が1.0%を超えると溶接性および靭性を損なう。従って、添加する場合は上限を1.0%とする。好ましくは0.5%以下とする。
Moは強度を上昇させる。しかし、その含有量が1.0%を超えると溶接性および靭性の劣化が生じる。従って、添加する場合はその上限を1.0%とする。好ましくは0.5%以下とする。
Nbは圧延時のオーステナイト再結晶を抑制し細粒化を図ると同時に、析出を通じた高強度化をもたらす働きを有する。しかし、0.1%以上添加すると靭性が劣化する。従って添加する場合は0.1%以下に限定する。好ましくは0.05%以下とする。
VもNbと同様、析出により高強度化をもたらす働きを有する。しかし、0.1%以上の添加は溶接性および靭性の低下を招く。従って添加する場合は0.1%以下に限定する。好ましくは0.07%以下とする。
Tiは強度上昇と溶接部靭性を改善する。しかし、その含有量が0.1%を超えるとコスト上昇を招く傾向にある。従って添加する場合は上限を0.1%とする。好ましくは0.05%以下とする。
Bは焼入れ性を高め強度上昇に寄与する。しかし、0.005%を超えて添加すると溶接性を害する。従って上限を0.005%とする。好ましくは0.003%以下とする。
[ミクロ組織]
本発明に係る、疲労亀裂伝播速度を遅延させる鋼材はフェライトからなる軟質相とベイナイトもしくはマルテンサイトあるいはそれらの混合組織からなる硬質相の二相で主に構成されており、以下の特徴を有する。
(1)硬質相の平均アスペクト比:3以下
(2)硬質相の短軸方向の平均長さ:5μm以上100μm以下
(3)硬質相の平均間隔:L[μm]
1000000/σYS 2<L<10000000/σYS 2
但し、σYS:鋼材の降伏応力[MPa]
以下、上記ミクロ組織の限定理由について説明する。
軟質相と硬質相とで構成される複合組織とすることにより耐疲労亀裂伝播特性は向上する。また、軟質相をフェライト、硬質相をベイナイトもしくはマルテンサイトあるいはそれらの混合組織とすることで硬度差を設けることができ、フェライト・パーライト鋼よりも耐疲労亀裂伝播特性は向上する。
硬質相のアスペクト比(圧延方向の長さ/板厚方向の長さ)を3以下とすることで、疲労亀裂伝播方向(板厚、板幅、板長)によらず安定的に、速度が遅い良好な疲労亀裂伝播速度が得られる。アスペクト比が3を超えると、伝播速度に異方性が生じる。より好ましくはアスペクト比を2以下とする。
軟質相から硬質相へ亀裂が突入する際、硬質相の短軸方向の平均長さが5μm以上とすることで疲労亀裂伝播速度が局所的に遅延するようになる。このような効果は硬質相のサイズ上昇とともに顕著となるが、その長さが100μmを超える場合、靭性が劣化する。より好ましくは5μm以上75μm以下とする。
1000000/σYS 2<L<10000000/σYS 2
但し、σYS:鋼材の降伏応力[MPa]
硬質相の平均間隔を降伏強度を媒介として設定することで、耐疲労亀裂伝播特性は広い降伏強度範囲で安定的に向上する。
[製造条件]
本発明に係る鋼材は上記成分を有する鋼を、900℃以上、1300℃以下に加熱し、Ar3点以上で累積圧下率50%以上の圧延を行い、Ar3点からAr3−200℃の温度範囲において冷却速度4℃/s未満で5s以上冷却する工程を設けた後、冷却速度5℃/s以上で500℃以下までの加速冷却まま、もしくはその後Ac1点未満で焼戻しを行うことで得られる。尚、上記温度は鋼材表面温度とし、冷却速度は鋼材の厚さ方向での平均値とする。
加熱温度を900℃未満にするとその後の圧延温度が確保できない。また、1300℃を超える温度にすると鋼の結晶粒が粗大化して、その後の冷却過程時にフェライトが生成せずに、耐疲労亀裂伝播特性が劣化し、かつ、靭性の確保が困難となる。
Ar3点以上で累積圧下率50%以上の圧延を行うことにより旧オーステナイト粒を微細化させて靭性を向上させるとともに、この後に続く冷却過程でのフェライト生成を促進する。Ar3点未満の圧延では、硬質相が伸張し、耐疲労亀裂伝播特性に異方性が生じる。一方で、累積圧下率が50%未満では旧オーステナイト粒の微細化が達成されない。
フェライトを鋼材中に均一に生成させる手段として、Ar3点〜Ar3−200℃の温度範囲で冷却速度4℃/s未満となる放冷または徐冷の工程を5s以上設ける。温度がAr3点を超える場合あるいはAr3点−200℃を下回る場合にはフェライトが生成しない。
上記放冷または徐冷後、残りの未変態オーステナイトをベイナイト、マルテンサイト、あるいはそれらの混合組織とする。冷却速度が5℃/s未満あるいは停止温度が500℃以上ではフェライトやパ―ライトが生成する。
Claims (3)
- 質量%で、C:0.02〜0.25%、Si:0.01〜0.50%、Mn:0.5〜2.0%、P:0.05%以下、S:0.02%以下、残部Fe及び不可避的不純物からなる鋼を、加熱し、熱間圧延後、加速冷却して、または熱間圧延ー冷却後、二相域再加熱後焼入れにより、ミクロ組織をフェライトからなる軟質相とベイナイトもしくはマルテンサイトあるいはそれらの混合組織からなる硬質相の二相で構成させ、前記硬質相は硬質相の平均アスペクト比:3以下、硬質相の短軸方向の平均長さ:5μm以上100μm以下とし、前記加速冷却後または前記二相域再加熱後焼入れ後のσ YS が(1)式を満足する場合は焼戻しを行わず、前記加速冷却後または前記二相域再加熱後焼入れ後のσ YS が(1)式を満足しない場合は、(1)式を満足するようにAc1点以下の温度で焼戻しを行うことを特徴とする耐疲労亀裂伝播特性に優れた鋼材の製造方法。
1000000/σYS 2<L<10000000/σYS 2 (1)
但し、L[μm]:硬質相の平均間隔、σYS:(加速冷却または二相域再加熱)ー焼戻
し後(加速冷却まま、二相域再加熱ままも含む)の鋼材の降伏応力[MPa] - 更に、質量%でCu:1.0%以下、Ni:2.0%以下、Cr:1.0%以下、Mo:1.0%以下、Nb:0.1%以下、V:0.1%以下、Ti:0.1%以下、B:0.005%以下の一種または二種以上を含有することを特徴とする請求項1に記載の耐疲労亀裂伝播特性に優れた鋼材の製造方法。
- 前記加速冷却する際の鋼の加熱が900℃以上1300℃以下で、熱間圧延がAr 3 点以上で累積圧下率50%以上の圧延で、前記加速冷却がAr 3 点からAr 3 −200℃の温度範囲において冷却速度4℃/s未満で5s以上冷却してフェライトを生成させた後、冷却速度5℃/s以上で500℃以下までの加速冷却で、
前記二相域再加熱後焼入れする際の鋼の加熱が900℃以上1300℃以下で、熱間圧延の終了がAr 3 点以上で、前記二相域再加熱後焼入れがAc 1 点以上〜Ac 3 点未満に再加熱した後に、冷却速度5℃/s以上で500℃以下までの焼入れであることを特徴とする請求項1または2記載の耐疲労亀裂伝播特性に優れた鋼材の製造方法。
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