JPS5852458A - 非調質高強度靭性鋼 - 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】 本発明は、非調質高強度靭性鋼に関し、特に本発明は、
機械構造用の非調質高強度高靭性鋼に関するものである
。

自動車、建設機械等の部品として広く用いられている機
械構造用炭素鋼、合金鋼は通常、鍛造、圧延などの熱間
加工後、焼ならしあるいは焼入れ焼もどし処理を行って
使用されている。このような焼ならし、焼入れ焼もどし
などの調質処理は、結晶粒を微細にし必要な強度靭性を
確保するために重要である。しかし、最近、省エネルギ
ーの観点から、これら熱処理工程の省略が可能であれば
工業的利益は大であると考えられる。このような意味か
ら熱間加工のままで使用することができる非調質鋼の開
発が要望されている。

本発明は、上記従来要望されていた熱間加工のままで使
用することができる非調質高強度靭性鋼を提供すること
を目的とするものであり、特許請求の範囲記載の鋼を提
供することによって前記目的を達成することができる。

次に本発明の詳細な説明する。

焼入れ焼もどし処理は強度が高く微細な組織を生成させ
、さらに炭（窒）化物の微細分散を可能にし、鋼材に強
靭性を付与する処理である。しか−１熱間加工のまま使
用する非調質鋼では、高温加熱高温仕上による加工後の
冷却速度が遅いこともあり、組織が粗大であり、強度靭
性ともに低いという欠点があった。そこで、本発明者ら
は、このような非調質鋼の欠点を補うべく種々の検討を
行った。

本発明者らは、Ｖ、、Ｎｂ５Ｔｉの析出硬化およびＭｎ
もしくはＩｎ、Ｏｒの母相強化を併せ利用することによ
り、調質処理材と同等以上の強度を有し、しかも高靭化
を達成することができることを新規に知見して′本発明
を完成した。

ところで、Ｎｂ、Ｖを添加し、高温から冷却中に析出す
る炭（窒）化物の析出硬化を利用し強度上昇を計る手法
はすでに非調質低炭素低合金高張力鋼で利用されている
。母相と、整７合性を有した析出物の微細分散が強度増
加と密接に関係することがし、Ｎｂ、Ｖを多量に添加す
ると、強度増加は著しいが、靭性は逆に劣化するように
なる。このような炭（窒）化物形成元素を中炭素鋼に含
有させて非調質高強度鋼として利用することは引張強度
の点のみについてみると非常に容易なことである。

しかし従来使用されている調質材の代替として上記非調
質材を用いることは靭性と降伏強さが低く、また降伏比
（降伏強さ／引張強さ）も低いという欠点があるため実
用することはで′きなかった。

本発明者らは比較的多量のＶを添加し、さらにＭｎある
いはＩｎ　＋　Ｏｒを添加し、析出硬化に加えて、母相
の固溶硬化により降伏強さの増加を試みた。その結果、
第１図に示すごとく降伏強さの増加とともに、衝撃値が
増加することを見い出した。

しかしＶの多量添加のみでは、衝撃値は強度とともに低
減する。かかる本発明者らの試みにより衝撃値が増加す
る理由はＭｎ　（あるいはＭｎ　＋　Ｑｒ　）とＶの多
量添加の相互作用によるものと考えられる。すなわち、
粒内７エライトの形成のそく進と微ｌＩａフェライト＋
パーライト組織とするため、Ｍｎ５Ｏｒによる変態点の
低下と共にフェライトの形成をそく進するＶの多量添加
が必要条件である。

本発明の主旨は、強度増加にかかわらず、靭性の向上が
得られる鋼を提供することであり、例えば第４図に示す
ように０．０９％Ｖを含有し、Ｍｎ量を変化させてゆく
と、１．０％以上で著しい衝撃値の増加がみられ、ム！
％Ｋｎ付近で飽和する。コ、Ｓ％Ｋｎ以上は靭性の劣化
が著しい。また、この範囲であれば、通常使用されるも
つともおそい冷却条件（１０℃／ｍ１ｎ）でもｏ、４１
ｒ％Ｏで降伏強さＳＯｋｇｆ／ｊ以上が得られている。

ｏ、４１ｓ％０の焼入れ焼もどし処理材（コφ〕の降伏
強さは、Ｏｋｇｆ、−以上であるから、本発明鋼は焼入
れ焼もどし処理材の代賛品として十分利用することがで
きることが判る。

本発明は、このような知見をもとに構成されたもの工あ
り、本発明の鋼は熱間加工のまま使用し、従来の調質処
理構造用鋼とほげ、同等の強度と靭性を有する鋼である
。

つぎに本発明鋼の成分組成を限定する理由を説明する。

０は強度とくに表面硬さを得るために０．４５％以上必
要であり、Ｏ，ＳＳ％を超えると硬さが高くなりすぎ靭
性が害されるので、０はＯ，λＳ〜θ。５５％の範囲内
にする必要がある。

Ｓｉは製鋼の脱酸剤および強度確保のため必要な元素で
あり強度確保上０．１０％以上必要であり、一方０．６
０％を越えると靭性が劣化するのでＳｌは０．１０〜ｏ
、ｂｏ％の範囲内にする必要がある。

ＫｎはＶとともに本発明の主要元素で靭性向上のための
元素であり、／、０％未満では靭性の著しい向上が得ら
れず、一方コ、Ｓ％を超えると靭性がかえって劣化する
のでＨｎはへ〇−一。３％の範囲内にする必要がある。

Ｐは鋼の材質を脆化させる元素であるので靭性な確保す
るためには０００１０％以下にする必要があり、０．０
１！％、以下のときさらによい結果が得られる。

Ｓは靭性を劣化させるが、一方切削性を向上させる元素
であるので機械構造用鋼としてはＳはある程度含有され
ることが好ましいが、靭性も重視する点からＳは０．０
２％以下にする必要がある。

Ａ！は脱酸剤として添加するが、一方ムｌは鋼中に金属
ムｌとして残存するとＮと結合してム！Ｎとなり、結晶
粒の微細化あるいは粗大化を左右する作用を有する元素
であり、ムｔがｏ、ｏｏｚ≦より少ないと前記結晶粒を
微細化する作用が少なく、一方Ｏ，ＯＳ％より多いと逆
に結晶粒の粗大化を促進するのでＡ４はｏ、ｏｏｚ〜Ｏ
１Ｏよ−の範囲内にする必要がある。

■は強度靭性確保の主要元素であり、ｏ、ｏｇ％以下で
は調質材の代替のための強度確保が困難であり、粒内フ
ェライトの形成の度合も少なく靭性の改善が少ない。ま
た、００７５％を超えると強度増加が著しく靭性も劣化
するのでＶは０．Ｏｒ　−０，１１％の範囲内にする必
要がある。

Ｎは五！、’ｒｉ、Ｎｂと共存し結晶粒を微細化する作
用を有する元素であり、Ｏｌ“００コｏ％より少ないと
前記微細化の作用が少なく、一方ｏ、ｏｏｔｏ％より多
いと機械的特性がかえって劣化するのでＮは０．００コ
ｏ　−ｏ、ｏｏｇｏ％の範囲内にする必要がある。

ｃｒは母相の強化とともにＶと複合添加して靭性を向上
させる元素であり、Ｏｏ−０％未満ではその効果が少な
く、ｏ−ｂθ％以上ではコス□ドアツブになるため上限
とした。

ＮｂおよびＴｉは、オーステナイト粒の微細化のために
添加することもできる元素である。Ｎｂはｏ　、ｏｏｚ
％未満では、その効果がなく、また、０．０３外超では
それ以上添加しても炭窒化物が固溶しないため添加量に
相当する効果が期待できない。Ｔｉはｏ、ｏｏｓ％以下
では結晶粒の微細化作用がなく０．０．３％超では靭性
を劣化させるため０６０３％を上限とした。

次に本発明を実施例について説明する。

実施例 ／１！Ｏ”Ｃに加熱して圧延により作製した！；Ｏｗｍ
直径の棒鋼の熱間加工のままの機械的性質と成分組成を
第１表に示す。

なお同表中に記載の鋼は何れも転炉一連鋳−圧延の諸工
程を経て作製したものである。

鋼／−４’は本発明の範囲の鋼であり、鋼５．４は比較
鋼であり鋼７は従来の焼入焼もどし処理を行った鋼（ｇ
ｏφ棒鋼）である。

本発明鋼ｌ−ダは比較鋼！、乙にくらべ強度、衝撃値と
もに高く、強度靭性ともにすぐれていることがわかる。

また従来鋼りと比較しても十分な性能を有している◇ 以上本発明により従来使用されている調質鋼に優るとも
劣らない高強度で高靭性の非調質鋼を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は鋼の降伏強さと衝撃値との関係を示す図、第一
図はＩｎ含有量と降伏強さ、衝撃値との関係を示す図で
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌａ　ｏ、ａｓ　〜ｏ、ｓｓ　％、８１０．ＩＯＮＯ，
   ４０％、Ｍｎ／、０〜コ、！弧、Ｐ　Ｏ，０コ％以下、
   ｓ　ｏ、ｏｓ嘱以下、ムｔ　ｏ、ｏｏｚ　Ｎｏ、ｏｒ％
   、Ｖ　ｏ、ｏｔ　Ｎｏ、ｔｚ襲、Ｎ　Ｏ，００コ〜ｏ、
   ｏｏｔ−を含み１、残部Ｆ６と不可避的不純物よりなり
   熱間加工のまま使用することを特徴とする非調質高強度
   靭性鋼。 ２、ＯＯ，Ｊｊ　−ＯＪｒ　％、Ｓｉ　Ｏ，ＩＯＮＯ，
   ４０％、ａｎ　ｔ、ｏ　−；ｒ、ｚ　％、Ｐ　０．０１
   　％以下、ｓ　ｏ、ｏｒ％以下、ムｔ　ｏ、ｏｏｚ　Ｎ
   ｏ、ｏｓ％、ｖ　ｏ、ｏｔ　〜ｏ、ｔｒ襲、Ｎ　Ｏ，０
   ０１〜０．００ｔ％を含有し、さらにＯｒ　０．２０−
   ０．４０％、Ｗｂ　Ｏ，００ｋ　〜０．０３％、Ｔｉ　
   ０．００！ｒ〜０．０３％のうちから選ばれる何れか１
   種またはコ種以上を含み、残部Ｆθと不可避的不純物か
   らなる熱間加工のまま使用することを特徴とする非調質
   高強度靭性鋼。