JPH0219175B2 - - Google Patents

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JPH0219175B2
JPH0219175B2 JP31047586A JP31047586A JPH0219175B2 JP H0219175 B2 JPH0219175 B2 JP H0219175B2 JP 31047586 A JP31047586 A JP 31047586A JP 31047586 A JP31047586 A JP 31047586A JP H0219175 B2 JPH0219175 B2 JP H0219175B2
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JP
Japan
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tempered martensite
tempered
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rolled
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JP31047586A
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Takehiko Ooshiro
Tatsuo Ikeda
Yukio Wada
Juji Sawada
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Kobe Steel Ltd
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Kobe Steel Ltd
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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つ
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鋼は、機
械構造用鋼として軸種、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、「鉄と鋼」第13巻第70号第2556頁には、
圧延棒鋼の表面のみをMs点以下に冷却し、表層
部が焼戻しマルテンサイト、中心部がフエライ
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、耐れ破壊性にすぐた強靭鋼を製造す
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つて所定の条件下に自己焼
戻しさせるとによつて、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/又は過冷フエライト・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
発明に至つたものである。 従つて、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
善された圧延棒材、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 C 0.20〜0.60% Si 0.10〜0.35%, Mn 0.30〜1.80%, Al 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〜A3+150℃の範囲で熱間圧延した後、50℃
以上であつて、且つ、Ms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
過冷フエライト・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。 Si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、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、介在物質が増加し、
却つ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微細
粒化するために重要な元素であつて、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
化を招く。 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。 本発明におては、上記した元素と共に、又は別
に、Nb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、Al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、A3及至A3+150℃の範囲の温度か
ら、50℃以上であつて、且つ、Ms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/又は過冷フエライト・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、A3及至A3+150℃の範囲の温度と
し、この冷却開始温度から、50℃以上であつて、
且つ、Ms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100〜600℃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A3よりも低い場合は、初
析フエライトが発生して、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A3+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
℃以上であつて、且つ、Ms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
熱によつて自己焼戻しさせることによつて、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
エライト・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
焼入れによつてマルテンサイト組織を得るため
に、Ms点温度である。 更に、上記のように直接焼入れ後に、棒鋼が
100〜600℃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、中心部の組織がフエ
ライト・パーライトとなつて、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つ
て求め、冷却に用いる水量と水冷時間を選択する
ことによつて行なうことができる。 (発明の効果) 以上のようにして、本発明の方法によつて得ら
れる棒鋼は、特に、Al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/又は過冷フエライト・パー
ライトを主要組織として有し、従つて、再加熱、
焼入れ焼戻し処理を要せずして、圧延ままにて調
質鋼と同時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、内部がフエライト・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、これら実施例によつ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
【表】
【表】
【表】 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、
ベンナイト又は過冷フエライト・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、比較鋼D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 (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 重量%で C 0.20〜0.60%, Si 0.10〜0.35%, Mn 0.30〜1.80%, Al 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〜A3+150℃の範囲で熱間圧延した後、50℃
    以上であつて、且つ、Ms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
    過冷フエライト・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) C 0.20〜0.60%, Si 0.10〜0.35%, Mn 0.30〜1.80%, Al 0.010〜0.045%, N 0.005〜0.020%を含有すると共に、 (b) Cr 1.50%以下、及び Mo 0.30%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A3〜A3+150℃の範囲で熱間圧延した後、50℃
    以上であつて、且つ、Ms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
    過冷フエライト・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) C 0.20〜0.60%, Si 0.10〜0.35%, Mn 0.30〜1.80%, Al 0.010〜0.045%, N 0.005〜0.020%を含有すると共に、 (b) Nb 0.015%以上、 Ti 0.015%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A3〜A3+150℃の範囲で熱間圧延した後、50℃
    以上であつて、且つ、Ms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
    過冷フエライト・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) C 0.20〜0.60%, Si 0.10〜0.35%, Mn 0.30〜1.80%, Al 0.010〜0.045%, N 0.005〜0.020%を含有すると共に、 (b) Cr 1.50%以下、及び Mo 0.30%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)Nb 0.015%以上、 Ti 0.015%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A3〜A3+150℃の範囲で熱間圧延した後、50℃
    以上であつて、且つ、Ms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
    過冷フエライト・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。
JP31047586A 1986-12-24 1986-12-24 高強度高靭性熱間圧延鋼材の製造方法 Granted JPS63161117A (ja)

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