JPH0459941A - 強靭な高強度ｔｒｉｐ鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ベイナイトと残留オーステナイトを主相とす
る複合組織を有した強靭な高強度鋼に関するものである
。

〔従来の技術〕

高い硬度が要求される機械構造用部品用の鋼板としては
、従来、高炭素鋼を用いた焼入鋼板やベイナイト鋼板が
多く使用されてきた。しかし、これらの鋼板は、ｅｔ、
て靭性が乏しく、延性や耐衝撃性の要求される部材に通
用する場合には著しく条件が制約されたり、場合によっ
ては靭性の欠如を部材の寸法の増加で補うために重量の
増加を来していることが少なくなかった。

従来の熱処理綱帯が靭性に乏しいのは、金ＪＩ＆［Ｉ織
がマルテンサイトやベイナイトを主体とする組織である
ことが原因であった。これを解決すべく特公昭５８−４
２２４６号公報には、ベイナイトと残留オーステナイト
の混合組織とすることにより高強度を保ちながら著しく
延性を改善する方法が提案された。この方法によれば引
張強さ　（以下ＴＳと記す）が１２０ｋｇｆ／ｍｓ’級
の場合、従来のベイナイト鋼の全伸びが約１０％程度で
あるのに対し、約３０％の全伸びが得られるものであり
、産業上非常に有用である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

特公昭５８−４２２４６号公報に提案された発明によれ
ば、ベイナイト変態の速度がかなり速いために良好な延
性を得るためにはかなり厳密な時間管理が必要であった
０例えば、該公報が開示する化学成分の綱を４２０°Ｃ
で恒温保持してベイナイト変態させた場合、保持時間３
分ではＴＳ、伸び共に良好であるが、保持時間３０分で
は伸びが１７３程度に低下してしまう。したがって、大
量の部品を熱処理する場合や部材寸法が大きい場合には
、該方法では安定した特性を有するものを製造すること
は困難である。

また、該公報が開示する化学成分の鋼帯では１６０ｋｇ
ｆ／ｍｌ１１”以上のＴＳを得ようとすると炭素量を成
分範囲のうち上限近くまで高めな（ではならないが、そ
の場合、熱延板を軟化焼鈍する際に黒鉛化を来たしやす
いという問題があった。これはこの鋼の成分系の性質上
Ｓｉを多量に含むことも関係している。したがって、こ
の黒鉛化の問題から１６０ｋｇｆ／ｍｍ”級のＴＳを得
ることは著しく困難であった。

本発明は以上のような問題点を解決することを目的とし
たものである。

ＣｒｉＪＩ題点を解決するための手段〕本発明は１重量
％において Ｃ：Ｏ，４〜１．２％。

Ｓ　ｉ　：　１．２〜３．０％ Ｍｎ　：　０．３〜１．０％。

Ｃｒ　：　０．２〜１．５％。

を含有し、場合によってはさらに Ｍｏ　：　０．０５〜０．５％。

Ｖ：０．０５〜０．５％。

Ｎｂ　：　０．０１〜０．５％ の１種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物
元素からなる鋼であって、残留オーステナイト相が体積
率で２０％から４５％存在し残部が実質的に上部ベイナ
イトの金属組織を存した強靭な高強度鋼を徒供するもの
である。

〔本発明の主たる作用〕

本発明は、前記特公昭５Ｂ−４２２４６号公報に記載さ
れている鋼成分系に比べて＋　　ＣｒさらにはＭｏ、Ｖ
またはＮｂを適量配合した点に大きな特徴がありＣ量も
多量に含有させるものである。これら合金元素の作用効
果については後に詳述するが、要するところ、該公報記
載の方法では強度向上の障害となっていた黒鉛化の問題
がこれらＣｒ　＊　Ｍ　ｏ　＋　Ｖ　＋Ｎｂ等を適量添
加することによって払拭することができ、かつベイナイ
ト変態時に適切な残留オーステナイトを生成するための
時間頭載を長くするコトができ、　　Ｔ　Ｓ　カ＋２０
ｋｇｆ／＋ｍ”カら１６０ｋｇｆ／ｍｍ”級でも延性と
強度のバランスが非常に良好な高強度鋼が安定して得ら
れる。

〔発明の詳細な 説明による複合組織鋼は、熱延板の軟化焼鈍時に黒鉛化
を生ずる危険性が少なく、かつ恒温保持処理において優
れた強度−延性バランスが得られる保持時間範囲を広く
とれるように改善した点に特徴がある。すなわち、高Ｃ
−Ｃ−３ｉ−鋼にＣｒ。

Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ等を適量添加することによって黒鉛化抵
抗を向上させ、さらにベイナイト変態の速度を遅延させ
る点が骨子である。これによれば、熱延板の軟化焼鈍時
の黒鉛化も起こりにりく、安定してベイナイトと残留オ
ーステナイトの混合組織を得ることができ、残留オース
テナイトのＴＲＩＰ現象（変態誘起塑性：　Ｔｒａｎｓ
ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ＩｎｄｕｃｅｄＰｌａｓｔｉｃｉ
ｔｙ）によってＴＳが１２０〜１６０ｋｇｆ／ａｍ”級
の鋼でもＥｌ（伸び）が２５〜４５％の著しく良好な強
度−延性バランスが得られる。

すなわち１本発明の高強度鋼が非常に優れた強靭性を示
すのは残留オーステナイトのＴＲＩＰ現象によるもので
ある。ヘイナイト変態を起こさせるさいに、残留オース
テナイトを得ることができる理由は次のように説明でき
る。Ｓｉを多量に含む炭素鋼を上部ベイナイト域で変態
させた場合。

Ｓｉが炭化物の生成を抑制する作用を供し、これによっ
て未変態オーステナイト中にベイナイト中の炭素原子が
排出される結果、未変態オーステナイト中の炭素濃度が
上昇し、マルテンサイト変態点（Ｍ　ｓ点）が室温以下
に低下する。したがって鋼を室温まで冷却してもマルテ
ンサイトは生成せず、ヘイナイト止［７オーステナイト
の混合組織が得られることになる。Ｓｉを含まない鋼で
はベイナイト変態の進行と同時に炭化物の析出を伴うの
で、未変態オーステナイト中への炭素原子の濃縮は不充
分で、残留オーステナイトとヘイナイトの混合ｍ織を得
ることができない。

また、特公昭５Ｂ−４２２４６号公報のようにＣ−Ｃ−
３ｉ系の化学成分から成る鋼では、残留オーステナイト
とへイナイトの混合組織を得ることはできても、ベイナ
イト変態の速度が速いために適切な残留オーステナイト
量を制御することが難しい。

したがって、適切な残留オーステナイト量を得るために
はベイナイト変態を抑制し、かつ延性に対して有効な残
留オーステナイトを生成するような適切なその他の合金
元素の選定が必要である。

一方、Ｓｉは黒鉛化を助長する元素であり、多量の炭素
を含有する調帯の場合には軟化焼鈍時などに黒鉛化を生
ずる危険性が大きいので、これを抑制するために黒鉛化
抑止力の大きい元素を添加しな（ではならない、ただし
、黒鉛化抑止元素はベイナイト組織の靭性を阻害するも
のであってはならない。

さらに、生成するベイナイトが下部ベイナイトであった
場合、下部ベイナイト自体が上部ベイナイトに比べて硬
いために残留オーステナイトのＴＲＩＰ現象が有効に働
かないので、上部ベイナイトと　残留オーステナイトと
の混合組織にすることが不可欠である。

本発明者等は、これらの点に関する基礎的かつ広範な研
究の結果、Ｃ−Ｃ−３ｉ−に加えてＣｒ、Ｍ。

Ｖ、Ｎｂ等を適量添加した銅帯を用いれば、黒鉛化抵抗
を向上させることができ、かつ上部へイナイトＴ＝ＴＪ
域におけるベイナイト変態処理時に、適切な残留オース
テナイトを生成する時間領域が非常に長くなることを見
出し２強度−延性バランスが非常に優れた熱処理特性の
安定した高強度鋼帯が製造できることがわかった。

以下に、その合金元素の作用と添加量範囲について個別
に説明する。

Ｃはオーステナイト安定化元素であり、ベイナイト変態
に不可欠な元素である。その添加量は最終的に生成する
残留オーステナイトＨに大きく影響し１　Ｃ添加量が０
．４％未満では強度−延性バランスの高い銅帯を製造す
るには不充分である。また、Ｃ量が１．２％を超えると
生成する残留オーステナイト量が多すぎてかえって強度
−延性バランスに弊害をもたらす。従って、適切な残留
オーステナイト量を得るためには、ＣＭは０．４〜１．
２％の範囲にする必要がある。なお１本発明では特公昭
５８−４２２４６号公報の場合よりもＣＩを高域まで含
有させることができる。

Ｓｉは、炭化物の生成を抑制する元素でありＣ濃度の高
い安定な残留オーステナイトを得るために不可欠な元素
である。Ｓｉ量が１．２％未満では上記の効果は希薄で
あり１反対にＳｉ量が３．０％を超えると１　ベイナイ
ト変態が著しく抑制されるばかりでなく、熱間圧延−冷
間圧延等の製造性に著しい困難を伴うようになる。した
がってＳｉ量は１．２〜３．０％の領域に限定する。

Ｍｎはオーステナイト安定化元素であり、焼入性を向上
させることよってパーライト等の生成を抑止する。しか
し、Ｍｎ１ｉが０．３％未満では焼入性が不充分で、銅
帯の板厚が厚い場合には中心部の冷却速度が遅いために
パーライトなどを生成して充分な残留オーステナイトが
得られなくなる。他方、Ｍｎ量が１．０％を趙えても、
ベイナイト変態を抑制して充分なオーステナイトを得ら
れなくなるので、Ｍｎ量は０．３〜１．０％に限定する
。

Ｃｒは、熱延板の軟化焼鈍中に起こる黒鉛化を抑制する
作用を供し１かつベイナイト変態による残留オーステナ
イトの生成に支障を及ぼさない。

Ｃｒ量は黒鉛化を防止するためには最低０．２％は必要
であるが、１．５％を超えて添加しても黒鉛化の抑止に
はそれ以上の効果は望めないばかりか。

軟化焼鈍時のセメンタイトの球状化を困難にし。

ベイナイト自体の靭性を劣化させる傾向があるためにＣ
ｒ量は０．２〜１．５％に限定する。

ＭｏおよびＶは、ベイナイトの組織形態を変える元素で
あり、適量添加することによってヘイナイト組織を微細
化し、ＴＳと靭性を高める作用を供する。さらに、■に
はオーステナイト域に加熱した場合のオーステナイト粒
径を微細化する効果もあり、■を適量添加した場合、ベ
イナイト変態を促進することができる。Ｍｏは、　０．
０５％未満の添加量ではベイナイトの微細化効果は少な
く、また０、５％を越えて添加してもそれ以上の微細化
は望めず、かえって健全なベイナイトの生成に障害をも
たらすために０．０５〜０．５％に限定する必要がある
。■は０．０５％未満の添加ではへイナイトの微細化効
果は少なく１　また０、５０％を越えて添加してもそれ
以上の効果は望めないばかりか、Ｍｏの場合と同しくか
えって健全なベイナイトの生成に障害となるために０．
０５〜０，５％に限定する必要がある。

Ｎｂは、鋼をオーステナイト域に加熱した場合にオース
テナイト粒径を微細化する作用によりヘイナイト変態を
促進し、かつ微細で靭性の貰いヘイナイトを生成させる
作用を供する元素である。

しかし、添加量がＯ，０１％未満ではオーステナイト粒
径を微細化する効果は少なくベイナイトの微細化には充
分な効果を発揮しないし、０．５％を越えて添加しても
それ以上の効果は望めないので０．０１〜０．５％に限
定する。

残留オーステナイトの体積率を２０〜４５％に限定する
のは以下の理由によるものである。本発明鋼では上部へ
ゴナイト変態時に未変態オーステナイト中Ｇ二〇が濃縮
されるので残留オーステナイトが生ずるが、この残留オ
ーステナイトの体積率はベイナイト変態の条件により大
きく変動する。本発明鋼は、残留オーステナイトのＴＲ
ＩＰ現象によって延性を獲得するものであるから、引張
性質も当然残留オーステナイトの体積率によって大きく
変動する６残留オーステナイトが２０％未満ではＴＲＩ
Ｐ現象が発揮されず、高強度ではあっても延性、ＭＪ性
の低いものになる。他方、残留オーステナイトの体積率
が４５％を超えると、歪誘起変態によって生成したマル
テンサイトがかえって脆化要因になり、高い靭性を得る
ことはできないし、さらにベイナイト変態の進行が不十
分で冷却時にマルテンサイトを住した場合、このような
マルテンサイトは靭性に対して有害であり、高い靭性を
得ることはできない。

したがって５本発明鋼の金属組織比率は、残留ベイナイ
トの体積率２０〜４５％で、かつ母相の大部分が上部ベ
イナイトから構成されていることが重要である。

次に本発明の実施例について説明する。

〔実施例〕

第１表に供試材の化学成分を示した。Ａ、　　ＢＣ，Ｄ
、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ，Ｉは本発明鋼と比較するために使用
した炭素鋼であり、Ｊ、に、Ｌ、ＭＮは本発明で規定す
る成分範囲内の鋼である。

第２表に、これらの鋼に対して実施した熱処理の条件を
示した。

第３表に、第１表の綱に第２表の処理Ｎα１〜９のいず
れかの熱処理を施した場合の残留オーステナイト量（Ｔ
、）と機械的性質を示した。第３表中の例えば試料ＮＣ
ＬＡ２とは、ＮαＡの鋼に第２表のＮα２の熱処理を施
したことを意味する。

第３表の結果から以下のことが明らかである。

Ａ２はＣＳｉ、Ｍｎ以外の元素を添加しない鋼であり１
軟化焼鈍時に黒鉛化を起こしてしまったために強度が低
い。

Ｂｌと８２は炭素量が過少であるため強度が低く、他方
、Ｃ１，Ｃ２およびＣ３は炭素量が過多であるために残
留オーステナイト量が多すぎたり。

Ｃ量が多いためにベイナイト変態が抑制されてマルテン
サイトが生じたりするために１強度は高いが靭性が低い
。

Ｄ２はＳｉ量が過少であるためにベイナイト変態に伴っ
て残留オーステナイトが生成しないので靭性が低い。

Ｆ２はＭｎ量が過多であるためにベイナイト変態が抑制
されるとともに、靭性に有害な不安定な残留オーステナ
イトが生成するために靭性が低い。

Ｆ２はＣｒ１ｌが過多であるためにベイナイト自体の靭
性が低下し靭性が低い。またＧ２はＣｒ量が過少であり
、黒鉛化を来たしてしまったために強度が低い。

Ｆ２はＶ量が過多であるために健全なヘイナイト組織が
生成せず靭性が低い。

１ｍはＭｏが過多であるために健全なヘイナイト組織が
生成せず靭性が低い。

これに対し１本発明で規定する化学成分範囲のＪ　　Ｋ
、ＬｌＭ、Ｎ、Ｏの綱に２表示の熱処理したＪ２〜Ｊ５
．に１〜に３．　Ｆ２．　Ｍ２．　Ｎ２Ｏ２０３のもの
は、いずれも強度と靭性がともに高い。またＭｏ、Ｖ、
Ｎｂを添加した鋼であるＫＬ　　ＭｔＪＡは２５％以上
の伸びを維持しなからＪｌと比べてＴＳが高＜、Ｍｏ、
Ｖ、Ｎｂの添加によって伸びを犠牲にすることな（ＴＳ
が向上することが明らかである。また、同じに綱に対し
ベイナイト処理時間１０分であるＫｌと、ヘイナイト処
理時間６０分であるに３とが、ともに良好な強度と靭性
を示している。すなわち本発明の鋼においては高い強度
と靭性が得られるベイナイト変態処理時間の領域が非常
に長く、熱処理安定性が極めて優れていることが明らか
である。

しかし１本発明で規制する化学成分をもつＪ。

に、Ｍ、Ｎ、０の場合でも、複合組織中の組織比率が本
発明で規制する範囲から外れると、ｊ６゜Ｊ８．Ｊ９．
に６．Ｌ６．Ｍ６に見られるようにいずれも靭性が低く
なる。組織比率（１７量＝２０〜４５％））が本発明の
範囲から外れるに至った原因は、不適切な熱処理を施し
たことにある。例えばＪ６はベイナイト変態時間が短く
、ヘイナイトの生成が不十分であったために靭性が低い
。ｊ７はベイナイト変態の時間が長すぎたためにＴ８が
減少して靭性が低い。Ｊ８．、Ｊ９は変態温度が高すぎ
たり低すぎたりして靭性に有利な上部ヘイナイトと１６
の混合組織が生成しなかったために靭性が低い、に６．
Ｌ６．Ｍ６はへイナイト変態処理時間が短すぎたために
ベイナイトの生成が不十分で、靭性が低い。

以上の実施例からも明らかなように１本発明によればＴ
Ｓが１２０〜１６０ｋｇｆ／ｍ＋ｎ”の伸びで２５％以
上で靭性に優れた鋼が桿供される。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％において、 Ｃ：０．４〜１．２％、 Ｓｉ：１．２〜３．０％、 Ｍｎ：０．３〜１．０％、 Ｃｒ：０．２〜１．５％、 を含有し残部がＦｅおよび不可避的不純物元素からなる
   鋼であって、残留オーステナイト相が体積率で２０％か
   ら４５％存在し残部が実質的に上部ベイナイトの金属組
   織を有した強靭な高強度鋼。
2. （２）重量％において、 Ｃ：０．４〜１．２％、 Ｓｉ：１．２〜３．０％、 Ｍｎ：０．３〜１．０％、 Ｃｒ：０．２〜１．５％、 を含有し、さらに、 Ｍｏ：０．０５〜０．５％、 Ｖ：０．０５〜０．５％、 Ｎｂ：０．０１〜０．５％ の１種以上を含有し残部がＦｅおよび不可避的不純物元
   素からなる鋼であって、残留オーステナイト相が体積率
   で２０％から４５％存在し残部が実質的に上部ベイナイ
   トの金属組織を有した強靭な高強度鋼。