JPS63161117A

JPS63161117A - 高強度高靭性熱間圧延鋼材の製造方法

Info

Publication number: JPS63161117A
Application number: JP31047586A
Authority: JP
Inventors: Takehiko Oshiro; 大城　毅彦; Tatsuo Ikeda; 池田　辰雄; Yukio Wada; 和田　幸夫; Yuji Sawada; 澤田　裕治
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1986-12-24
Filing date: 1986-12-24
Publication date: 1988-07-04
Also published as: JPH0219175B2

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）本発明は高強度高靭性熱間圧延鋼材の製造方法に関し、
詳しくは、圧延後に再加熱し、焼入れ焼戻し処理するこ
とを要せずして、圧延後に直接焼入れを施すと共に、自
己焼戻しさせることによって、熱間圧延ままにて高強度
高靭性を有せしめた圧延鋼材、特に圧延棒鋼の製造方法
に関する。

（従来の技術）中炭素棒鋼及び中炭素低合金熱間圧延棒鋼は、機械構造
用鋼として軸頚、ボルト、ナツト類等の製造に広く用い
られている。これらの棒鋼は、従来、再加熱後、焼入れ
焼戻しする調質処理を施して製造されているが、近年、
省エネルギーや省工程のために、熱間圧延後の調質処理
を省略するために、熱間圧延後、直接焼入れして、熱間
圧延ままで高強度高靭性を有する棒鋼を製造する方法が
開発されている。

例えば、「鉄と綱」第１３巻第７０号第２５６頁には、
圧延棒鋼の表面のみをＭ８点以下に冷却し、表層部が焼
戻しマルテンサイト、中心部がフェライト・パーライト
組織である直接焼入れ圧延棒鋼を製造する方法が記載さ
れている。また、特開昭５９−８９７１６号公報には、
低炭素鋼又は低炭素低合金鋼を９００℃以上の仕上温度
から直接焼入れし、又はこの直接焼入れの後に、４５０
℃以下の温度で焼戻し処理して、耐遅れ破壊性にすぐれ
た強靭網を製造する方法が記載されている。

（発明の目的）しかし、本発明者らは、非調質圧延棒鋼の製造について
鋭意研究した結果、上記した従来の方法とは異なり、圧
延後に所定の温度から所定の温度まで水冷して、直接焼
入れすると共に、この冷却終了後に内部保有熱によって
所定の条件下に自己焼戻しさせることによって、表層部
が焼戻しマルテンサイト、中心部が焼戻しマルテンサイ
ト、ベイナイト及び／又は過冷フェライト・パーライト
組織を有して、圧延ままで一層高強度高靭性を有する圧
延棒鋼を得ることができることを見出して、本発明に至
ったものである。

従って、本発明は、再加熱して焼入れ焼戻しする調質処
理を要せずして、強度及び靭性が一層改善された圧延鋼
材、特に圧延棒鋼を製造する方法を提供することを目的
とする。

（発明の構成）本発明による高強度高靭性熱間圧延鋼材の製造方法は、
重量％でＣ０．２０〜０．６０％、Ｓｉ０．１０〜０．３５％、Ｍｎ　　　０．３０〜１．８０％、／ｌ！　　　０．０１０〜０．０４５％、Ｎ　　　　０
．００５〜０．０２０％、残部鉄及び不可避的不純物よ
りなる鋼片を仕上温度Ａ３〜Ａｚ＋１５０℃の範囲で熱
間圧延した後、５０℃以上であって、且つ、Ｍ５点以下
の範囲の温度まで急冷して、表面温度が１００〜６００
℃の範囲となるように内部保有熱を有せしめ、自己焼戻
しさせて、表層部が焼戻しマルテンサイト組織、中心部
が焼戻しマルテンサイト、ベイナイト及び／又は過冷フ
ェライト・パーライト組織を主たる組織として有せしめ
ることを特徴とする。

先ず、本発明において用いる鋼における化学成分につい
て説明する。

Ｃは、得られる棒鋼に所要の強度を付与するために添加
される。添加量が０．２０％よりも少ないときは、焼入
れ棒鋼として所要の強度を得ることができない。特に、
好ましいＣの添加量は０．３０％以上である。しかし、
過多に添加するときは、鋼の靭性を低下させ、また、焼
き割れを生じさせるので、添加量の上限は０．６０％と
する。

Ｓｔは、脱酸剤として０．１０％以上を添加することが
必要であるが、０．３５％を越えて多量に添加しても、
脱酸効果が飽和するのみならず、経済的にも不利である
ので、添加量は０．１０〜０．３５％の範囲とする。

Ｍｎは、焼入れ性を向上させ、鋼の強度及び靭性を向上
させるために添加される。添加量が０．３０％よりも少
ないときは、焼入れ棒鋼として強度が不足する。特に、
本発明においては、Ｍｎは、０．５％を越える量にて添
加することが好ましい。

しかし、１．８０％を越えて過多に添加するときは、鋼
の靭性を低下させ、また、焼き割れを生じさせるので、
添加量の上限は１．８０％とする。

本発明において、Ａｌは、製鋼段階における脱酸と共に
、特に、微細な炭窒化物を析出して、圧延終了後のオー
ステナイト粒を整細粒化し一強度及び靭性を高める効果
を有する重要な合金元素である。かかる効果を有効に得
るためには、少なくとも０．０１％を添加することが必
要である。しかし、過多に添加するときは、介在物量が
増加し、却って靭性を低下させるので、添加量の上限は
０゜０４５％とする。

Ｎは、微細なＡｌの窒化物を安定して形成させ、かくし
て、圧延終了後のオーステナイト粒を整細粒化するため
に重要な元素であって、かかる効果を安定して有効に得
るためには、少なくとも０．００５％を添加することが
必要である。しかし、０゜０２０％を越えて過多に添加
するときは、鋼の脆化を招（。

本発明においては、鋼には上記した元素に加えて、Ｃｒ
及びＭｏよりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素
を添加してもよい。これらの元素も、いずれも焼入れ性
を向上させて、強度を高めると共に、靭性を向上させる
効果を有する。しかし、過多に添加しても、この効果が
飽和して、経済的に不利であるので、Ｃｒについては１
．５０％以下、ＭＯについては０．３０％以下の範囲で
添加される。

本発明においては、上記した元素と共に、又は別に、Ｎ
ｂ及びＴｉよりなる群から選ばれる少なくとも１種の元
素を添加してもよい。これらの元素は、ＡＮと同様に、
炭窒化物を微細に析出させ、オーステナイト粒度の調整
に有効である。このような効果を有効に得るためには、
Ｎｂについては０．０１５％以上、また、Ｔｉについて
も０．０１５％以上添加される。過多に添加しても、効
果が飽和するのみならず、経済的にも不利である。

本発明による高強度高靭性圧延鋼材の製造方法は、上記
したような化学成分を有する鋼片を熱間圧延終了後、Ａ
、乃至Ａ３＋１５０℃の範囲の温度から、５０℃以上で
あって、且つ、Ｍ３点以下の範囲の温度まで急冷した後
、自己焼戻しさせて、表層が焼戻しマルテンサイト組織
、中心部が焼入れ組織としての焼戻しマルテンサイト、
ベイナイト及び／又は過冷フェライト・パーライト組織
を主たる組織として有せしめるものである。

本発明の方法において、鋼片の熱間圧延は、通常の方法
によればよいが仕上温度は、本発明の方法においては、
Ａ、乃至Ａｆｆ＋１５０℃の範囲の温度とし、この冷却
開始温度から、５０℃以上であって、且つ、Ｍ５点以下
の範囲の温度まで急冷して直接焼入れし、且つ、この直
接焼入れにおいては、冷却停止後、棒鋼の表面温度を１
００〜６００℃の範囲の温度とする内部保有熱を棒鋼が
有するように、冷却を制御することが肝要である。

上記冷却開始温度がＡ：ｌよりも低い場合は、初析フェ
ライトが発生して、均一なマルテンサイト組織を得るこ
とができない。また、冷却開始温度がＡｚ＋１５０℃よ
りも高い場合は、結晶粒が粗大化し、靭性が劣化する。

他方、冷却停止温度は、５０℃以上であって、且つ、Ｍ
、以下の温度の範囲である。前述したように、本発明の
方法においては、この直接焼入れの後、圧延棒鋼の有す
る内部保有熱によって自己焼戻しさせることによって、
棒鋼の表層部に焼戻しマルテンサイト、中心部に焼戻し
マルテンサイト、ベイナイト及び／又は過冷フェライト
・パーライト組織を有せしめるために、冷却停止温度は
、冷却後の棒鋼が内部保有熱にて自己焼戻しし得るよう
に、５０℃以上であることが必要である。また、冷却停
止温度の上限は、直接焼入れによってマルテンサイト組
織を得るために、Ｍ、点温度である。

更に、上記のように直接焼入れ後に、棒鋼が１００〜６
００℃の範囲の表面温度を有することが必要とされる理
由は次のとおりである。即ち、表面温度が１００℃より
も低いときは、焼き割れが発生すると共に、靭性が不足
することとなる。他方、６００℃よりも高い温度では、
中心部の組織がフェライト・パーライトとなって、焼入
れ棒鋼として使用することができないからである。

上記のような冷却条件の制御は、実操業においては、冷
却停止温度と組織との関係を実験によって求め、冷却に
用いる水量と水冷時間を選択することによって行なうこ
とができる。

（発明の効果）以上のようにして、本発明の方法によって得られる棒鋼
は、特に、Ａ１とＮとを含有し、前述したように、整細
粒の状態から直接焼入れされるので、結晶組織が微細で
あり、且つ、表層部が焼戻しマルテンサイト、中心部が
焼戻しマルテンサイト、ベイナイト及び／又は過冷フェ
ライト・パーライトを主要組織として有し、従って、再
加熱、焼入れ焼戻し処理を要せずして、圧延ままにて調
質鋼と同等又はそれ以上に高強度高靭性を有し、また、
表層部は焼戻しマルテンサイト組織を有するが、内部が
フェライト・パーライト組織である表面焼入れ棒鋼に比
べて、靭性に一層すぐれる。

（実施例）以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明は、
これら実施例によって何ら限定されるものではない。

実施例１第１表に示す化学成分を有する鋼片を加熱した後、棒鋼
に熱間圧延し、この後、圧延ライン中にて第２表に示す
冷却開始温度及び冷却停止温度にて直接焼入れし、第２
表に示す温度にて自己焼戻しした。尚、冷却条件は、冷
却に用いた水量と水冷時間にて示す。

鋼記号Ａ及びＢは、本発明の方法による棒鋼であり、Ｃ
及びＤは直接焼入れ開始温度が高く、且つ、自己焼戻し
温度が高い比較鋼である。また、比較鋼Ｅは通常の圧延
棒鋼をオフラインにて再加熱し、焼入れ焼戻し処理を施
して得たものである。

第３表にこのようにして得たそれぞれの棒鋼について、
そのＤ／２部（Ｄは棒鋼直径である。）の機械的性質と
共に、Ｄ／８部及びＤ／２部（中心部）におけるオース
テナイト結晶粒度番号、及び表層部及びＤ／２部におけ
る硬さと主要組織を示す。

本発明の方法による棒鋼は、表層部に焼戻しマルテンサ
イト、中心部に焼戻しマルテンサイト、ベイナイト又は
過冷フェライト・パーライトを主要組織として有し、中
心部まで焼入れされていることが明らかである。また、
従来鋼Ｅと同一強度で比較するとき、伸び、絞り、衝撃
値にすぐれている。他方、比較ｌｉＤは、中心部まで焼
入れされていないので、本発明鋼に比べて靭性が劣るこ
とが明らかである。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量％でＣ０．２０〜０．６０％、Ｓｉ０．１０〜０．３５％、Ｍｎ０．３０〜１．８０％、Ａｌ０．０１０〜０．０４５％、Ｎ０．００５〜０．０２０％、残部鉄及び不可避的不純物よりなる鋼片を仕上温度Ａ＿
３〜Ａ＿３＋１５０℃の範囲で熱間圧延した後、５０℃
以上であって、且つ、Ｍ＿Ｓ点以下の範囲の温度まで急
冷して、表面温度が１００〜６００℃の範囲となるよう
に内部保有熱を有せしめ、自己焼戻しさせて、表層部が
焼戻しマルテンサイト組織、中心部が焼戻しマルテンサ
イト、ベイナイト及び／又は過冷フェライト・パーライ
ト組織を主たる組織として有せしめることを特徴とする
高強度高靭性熱間圧延鋼材の製造方法。
（２）重量％で（ａ）Ｃ０．２０〜０．６０％、Ｓｉ０．１０〜０．３５％、Ｍｎ０．３０〜１．８０％、Ａｌ０．０１０〜０．０４５％、Ｎ０．００５〜０．０２０％を含有すると共に、（ｂ）Ｃｒ１．５０％以下、及びＭｏ０．３０％以下よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含有し
、残部鉄及び不可避的不純物よりなる鋼片を仕上温度Ａ＿
３〜Ａ＿３＋１５０℃の範囲で熱間圧延した後、５０℃
以上であって、且つ、Ｍ＿Ｓ点以下の範囲の温度まで急
冷して、表面温度が１００〜６００℃の範囲となるよう
に内部保有熱を有せしめ、自己焼戻しさせて、表層部が
焼戻しマルテンサイト組織、中心部が焼戻しマルテンサ
イト、ベイナイト及び／又は過冷フェライト・パーライ
ト組織を主たる組織として有せしめることを特徴とする
高強度高靭性熱間圧延鋼材の製造方法。
（３）重量％で（ａ）Ｃ０．２０〜０．６０％、Ｓｉ０．１０〜０．３５％、Ｍｎ０．３０〜１．８０％、Ａｌ０．０１０〜０．０４５％、Ｎ０．００５〜０．０２０％を含有すると共に、（ｂ）Ｎｂ０．０１５％以上、Ｔｉ０．０１５％以上よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含有し
、残部鉄及び不可避的不純物よりなる鋼片を仕上温度Ａ＿
３〜Ａ＿３＋１５０℃の範囲で熱間圧延した後、５０℃
以上であって、且つ、Ｍ＿Ｓ点以下の範囲の温度まで急
冷して、表面温度が１００〜６００℃の範囲となるよう
に内部保有熱を有せしめ、自己焼戻しさせて、表層部が
焼戻しマルテンサイト組織、中心部が焼戻しマルテンサ
イト、ベイナイト及び／又は過冷フェライト・パーライ
ト組織を主たる組織として有せしめることを特徴とする
高強度高靭性熱間圧延鋼材の製造方法。
（４）重量％で（ａ）Ｃ０．２０〜０．６０％、Ｓｉ０．１０〜０．３５％、Ｍｎ０．３０〜１．８０％、Ａｌ０．０１０〜０．０４５％、Ｎ０．００５〜０．０２０％を含有すると共に、（ｂ）Ｃｒ１．５０％以下、及びＭｏ０．３０％以下よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素と、（ｃ）Ｎｂ０．０１５％以上、Ｔｉ０．０１５％以上よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素とを含有
し、残部鉄及び不可避的不純物よりなる鋼片を仕上温度Ａ＿
３〜Ａ＿３＋１５０℃の範囲で熱間圧延した後、５０℃
以上であって、且つ、Ｍ＿Ｓ点以下の範囲の温度まで急
冷して、表面温度が１００〜６００℃の範囲となるよう
に内部保有熱を有せしめ、自己焼戻しさせて、表層部が
焼戻しマルテンサイト組織、中心部が焼戻しマルテンサ
イト、ベイナイト及び／又は過冷フェライト・パーライ
ト組織を主たる組織として有せしめることを特徴とする
高強度高靭性熱間圧延鋼材の製造方法。