JPH0368715A - 強度・靭性に優れた構造用鋼板の製造方法 - Google Patents

強度・靭性に優れた構造用鋼板の製造方法

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JPH0368715A
JPH0368715A JP20549189A JP20549189A JPH0368715A JP H0368715 A JPH0368715 A JP H0368715A JP 20549189 A JP20549189 A JP 20549189A JP 20549189 A JP20549189 A JP 20549189A JP H0368715 A JPH0368715 A JP H0368715A
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toughness
tempering
structural steel
cooling step
strength
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JP20549189A
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Yokika Kawashima
川島 善樹果
Toshiaki Haji
土師 利昭
Mikifumi Kataue
片上 幹史
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Nippon Steel Corp
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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〉 本発明は強度と靭性の優れた構造用鋼板を効率良く経済
的に製造する方法に関するものである。
〈従来の技術〉 従来、強度及び靭性に優れた構造用鋼板の製造方法とし
ては、熱間圧延後に焼きならしをする方法、又は焼入れ
焼き戻しする方法。或いは熱間圧延後Arz変態点を下
回らない温度より焼入れを行った後焼き戻しを行う方法
等の種々の熱処理方法が提案されている。
例えば、熱間圧延後、焼入れ焼き戻しを行うものの一例
として特公昭45−36100号公報がある。その内容
はMr++Niを1.0%〜2.0%含む低炭素鋼にN
b、Bを添加し、Nbによる析出硬化とNb炭化物によ
る細粒化を同時に利用して強度と靭性を向上するもので
、Nbによる析出硬化を充分利用するために、焼入れ前
の加熱により地鉄中に固溶しているNb量を0.02%
程度とするように、加熱温度及びC量とNb添加量を規
制して焼入れを行ない、その後Ac、点以下の温度に焼
き戻しを行うことを特徴としている。
又低温用強靭鋼の熱処理法としては、特公昭46−13
498号公報がある。その内容はNiを4.0〜7.5
%含む低温用鋼材をAr、意思上の温度に加熱し焼入れ
もしくは焼きならし処理後、A c 、以上Ac=以下
の温度に一回以上加熱し焼入れもしくは焼きならし処理
後Ac、以下の温度で焼き戻しを行うことを特徴として
いる。
同じ<Niを4.0〜7.5%含む低温用強靭鋼の熱処
理法として特公昭51−19409号公報がある。その
内容は圧延のまま又はAc、以上の温度で再加熱焼入れ
を行った後、300“Cから500°Cに加熱し、その
まま或は室温まで冷却後Ac+以上Ac、以下の温度で
加熱冷却を加え、その後さらにAc、以下の温度で焼き
戻しを行うことを特徴としている。
更に熱間圧延後焼入れ焼き戻しを行う鋼の短時間熱処理
法として特公昭46−1694号公報がある。
その内容は、圧it後の焼き入れ組織が粗粒に移行する
時間的余裕を与えず急冷し、微細な焼入れ組織を生成せ
しめ、その後短時間焼き戻しを施すことにより、炭化物
の成長を阻止して組織を微細化し強度と靭性双方を改善
することを特徴としている。
他方、Niを4.0〜10.0%含む鋼において熱間圧
延後Ars変態点を下回らない温度より焼入れを行った
後、焼き戻し等の熱処理を行うものの一例として特公昭
53−41614号公報がある。その内容は、焼入れ等
のffl質処理を行わない強度と靭性の優れた低温用鋼
材の製造法としてNi、Mn、Cr、Noの成分範囲と
鋼板の冷却速度、並びに圧延仕上げ温度及び巻取り温度
を規制し、従来の1i1質処理と同等な金属組織を形成
せしめ、その後必要に応じて300゛Cから700°C
の間で焼き戻しを行うものである。
又特公昭46−27139号公報では、構造用炭素鋼及
び構造用合金鋼の製造方法としてNbを0.005%〜
1.6%含有せしめ、これを熱間圧延して後Nb化合物
が析出しない温度と時間の範囲内で加熱又は冷却と加熱
を行い、そのまま焼入れ処理とこれに続く焼き戻し処理
を行うことを特徴としている。
又特開昭55−2761号公報では、高周波誘導加熱等
により急速加熱した後焼き入れを施し、次いで300″
C〜600 ’Cの温度範囲に急速加熱し、この温度に
、例えば60秒以下の短時間保持した後水冷等により冷
却する事で結晶粒を微細とし、高張力で伸び絞り等に優
れた冷間塑性加工用鋼材を製造する方法がある。
更に特公昭49−14971号公報の低温用強靭鋼の熱
処理方法では、Nfを3.0〜15.0%含む低温強靭
鋼において、熱間圧延後Ars変態点を下回らない温度
より焼入れを行った後、又は熱間圧延後、焼入れを行っ
た後焼き戻しを行うに当り、通常の焼き戻し温度以下の
適当な温度、即ち300℃から450℃の温度範囲に1
0分以上保持して微小な炭化物を析出させ、これを−旦
冷却するかまたは冷却することなく通常の焼き戻し温度
(550°Cから625“Cが好ましい)に上げて焼き
戻し処理を行うことを特徴としている。
これらの技術を概括すると、■)調質処理による強靭化
法としての特公昭45−36100号公報、2)靭性の
大幅な改善に有効なNiの増量と調質処理を組合せた特
公昭53−41614号公報、3)調質処理に先立つ再
加熱処理を含む前処理を追加した特公昭46−2713
9号公報、4)調質処理に先立つ加熱処理を含む前処理
とNiの添加を組み合わせた特公昭46−13498号
公報、特公昭51−19409号公報、特公昭49−1
4971号公報、5)急速加熱・短時間熱処理法として
の特公昭46−1694号公報、特開昭55−2761
号公報に大別される。
〈発明が解決しようとする課題〉 上記した従来技術が残す課題を整理すると、1)従来の
調質処理による強靭化法では得られる強度靭性のレベル
には限界がある。
2)靭性の大幅な改善に有効なNiの増量とm質処理を
組合せた方法、3)調質処理に先立つ加熱処理を含む前
処理を追加した方法、4)!Fit処理に先立つ加熱処
理を含む前処理とNiの添加を組み合わせた方法では高
価なNi元素を多量に使用したり、熱処理工程が付与さ
れたりするため不可避的に製造費が増大して経済的に不
利である。
5)又短時間熱処理法では強度靭性の改善効果が期待さ
れるものの、焼き戻し処理迄に長時間を必要とし生産性
の低下は避けられず効率的な製造方法とは言えない。
等の問題点があり、本発明は該従来技術が残す問題点を
解消し、効率良く、経済的に構造用鋼板を製造する方法
を確立する事を課題とするものである。
〈課題を解決するための手段〉 本発明は上記課題を達成するために、 (1)構造用鋼を所定の厚みに鋳造凝固後、何れかの最
終冷却工程で急冷し焼入れ組織を生成して焼き戻し処理
を実施するに当り、焼入れ後焼き戻し迄の経過時間を1
時間以内とし、所定の焼き戻し温度迄の加熱速度をl″
C/秒以上とし、該焼き戻し温度に1秒以上600秒以
下の間保持することを基本的手段とし、 (2)基本的手段の最終冷却工程が鋳造凝固完了後の鋳
片冷却工程である事を第1の具体的な手段とし、 (3)基本的手段の最終冷却工程が鋳造凝固完了後の鋳
片圧延加工後の冷却工程である事を第2の具体的な手段
とし、 (4)基本的手段の最終冷却工程が鋳造凝固完了後の鋳
片を圧延加工した後の再加熱後の冷却工程である事を第
3の具体的な手段とし、 (5)基本的手段の最終冷却工程が鋳造凝固完了後の鋳
片を圧延加工した後の再加熱再圧延後の冷却工程である
事を第4の具体的な手段とし、(6)基本的手段の最終
冷却工程が鋳造凝固完了後室温迄冷却した鋳片を再加熱
した後の冷却工程である事を第5の具体的な手段とし、 (7)基本的手段の最終冷却工程が鋳造凝固完了後室温
迄冷却した鋳片を再加熱圧延後の冷却工程である事を第
6の具体的な手段とするものである。
通常の構造用鋼は、所要の材質を得るために、従来から
5業分野での使用で確認されている作用効果の関係を基
に、例えば特開昭61−117213号公報に記載され
ている様に、鉄及び不可避的な成分に、後述する理由に
基づいて定められた各成分を付記した量の範囲で添加し
ている。
つまり一般的には C: 0.02〜0.18%  Al : 0.007
〜0.1%Si:≦0,5%    S : 0.00
1〜0.005%Mn : 0.4〜1.8%  B 
: 0.0002〜0.003%P:≦0.015% 
  N:20.004%を基本成分とし、これに、 ?i : 0.003〜0.02% Ta : 0.0
03〜0.02%Zr : 0.003〜0.02% の1種又は2種以上を添加し、更に、 Ni:22.0%    MO:≦0.5%Cu:≦1
.0%    V:≦0.1%Nb:≦0.05%  
  Cr:20.5%を選択添加し、 REM:20.003%   Ca:≦0.003%M
g:≦0.003% を単独選択添加するか、2種以上を複合添加し、複合添
加時は合計量を0.005%以下とし、全体のCeqは
0.45以下としている。
又これ等の成分の添加理由及び添加量の一般的な限定理
由は次の通りである。
Cは鋼の用途上の必要強度から0,02%を下限量とし
、溶接熱影響部(以下HAZと稍す、)の耐溶接割れ性
、耐溶接硬化性及び靭性の劣化防止から0.18%を上
限としている。
Siは母材の強度維持、溶鋼の予備脱酸のために添加し
ているが、HAZに高炭素マルテンサイトを生成して靭
性が低下するのを防ぐ目的から0.5%を上限としてい
る。
Mnは母材強度、靭性の確保と併せ、粒内フェライト(
以下IFPと積す。)生成の核となる複合体の外殻を形
成するMnSを生成するため0.4%を下限とし、1(
AZの靭性、HAZの耐溶接割れ性の劣化防止から1.
8%を上限としている。
Pはミクロ偏析によるHAZの靭性と耐割れ性の劣化を
防ぐため0.015%を上限としている。
AIは脱酸、母材組織の細粒化、固溶Nの固定等のため
に0.007%以上で使用されるが、鋼中の酸素との結
合により酸化物系の介在物を形威して鋼の清浄度を低下
させる事を防止するため0.1%を上限としている。
Sは通常rFP生戒生成となる複合体の外殻を形成する
MnSの生成に0.001%を下限とし、粗大なA系介
在物を形成して母材の靭性、異方性(圧延方向とそれに
直角な方向の特性の差)の悪化を防止するため0.00
5%を上限としている。
Bは一般に大入熱溶接時のHAZ靭性に有害な粒界フェ
ライト、フェライトサイドプレートの生成抑制、BNの
析出による1(AZの固溶Nの固定等から少なくとも0
.0002%を添加しているが、多量の添加はFeza
(CB)iの析出による靭性低下、及びフリーBによる
HAZの硬化性の増加を招くので、これ等を防止するた
め0.003%を上限としている。
NもS、Bと同様に複合体の芯となるTi、 Zr、T
a等の窒化物を析出するため添加するが、マトリックス
の靭性低下、HAZにおける高炭素マルテンサイトの生
成促進等を防止するため0.004%を上限としている
Ti、 Zr、 Ta、は1種又は2種以上を選択添加
して前記したIFP生成の核となる複合体の芯となる窒
化物を生成し、 IFPの生成核として作用せしめるた
め、0.003%以上の添加量が必要であるが、酸化物
系の介在物による綱の清浄度の低下を防止するため0.
02%を上限としている。
以上が当業分野で構造用鋼の基本成分とする元素と各元
素の添加量及び添加理由である。
これに当業分野では■母材強度の上昇、及び母材、HA
Zの靭性向上の目的で、Ni、 Cu、 Nb、 No
、V、Crの1種又は2種以上、■HAZのオーステナ
イト結晶粒粗大化防止と、母材の異方性の軽減を目的と
して、Ca、 Hg、 REMの1種又は2種以上の■
と■の何れか一方又は両方を添加している。
しかしながら0群のNiは母材の強度と靭性及び+1A
Z靭性を同時に高めるために添加するが、焼き入れ性の
増大によりI(AZにおけるIFPの形成が抑制される
事があるので、これを防止するため2.0%の添加量を
上限としている。
又Cuは母材の強度を高める割にHAZの硬さ上昇が少
ないが、応力除去焼鈍によりHAZの硬化性が増加する
ので1.0%を上限としている。
Nb、 No、 V、 Crは焼き入れ性を向上し、析
出硬化により母材の強度と低温靭性を向上する事が知ら
れているが、HAZの靭性と硬化性への悪影響を防ぐた
め、それぞれ0.05%、0.5%、0.1%、及び0
.5%を各々の上限としている。
又■の群の成分として前記の通り1(AZのオーステナ
イト結晶粒粗大化防止のため、酸化物及び硫化物生成元
素である原子番号57〜71のランタノイド系元素及び
Yの1種又は2種以上から選ばれた希土類元素(REM
)とCa及びKgの三者の中1種又は2種以上を添加し
ている。
これ等の元素は、酸化物、硫化物、酸硫化物を形威し、
HAZの結晶粒粗大化の防止、母材の異方性の軽減を目
的に添加するが、IFPO生威核生成る複合体の外殻を
形成するMnSの形成が困難になるのを防止するために
、これ等の元素を2種以上添加する時は合計の0.00
5%を上限とし、各々単独に添加する場合は0.003
%を上限としている。
又Ceq、は0.45以下とするのが一般的である。
その理由は0.45を超えると焼き入れ性の増大によっ
てIFPの生成を極めて困難にし、I(AX靭性が低下
する事によっている。
通常前記Ceq、は次式で算出される値を用いる。
Ceq、=CZ+SiZ/24+MnZ/6 +Ni!
/40+CuZ/40十Crz15 +No!/4 +
V!/14本発明が対象とする構造用鋼は上記した各元
素を上記した理由の基に上記した範囲で同様に使用する
事が出来る。
又特開昭58−19431号公報がラインパイプ用鋼と
して開示している成分、 C: 0.04 〜0.18%  V : 0.01 
〜0.10%Si : 0.01 〜0.90%  C
u : 0.05 〜0.50%Kn : 0.30 
〜2.OO%  Cr : 0.05 〜1.0%Nb
 : 0.008〜0.06%  Mo : 0.05
 〜0.50%S : 0.012〜0.02%  T
i : 0.005〜0.050%Ni : 0.20
 〜2.00% 更に特開昭59−47323号公報が構造用高張力鋼と
して開示している成分、 C: 0.02 〜0.15%  Al : 0.01
 〜0.1  %Si : 0.01 〜0.30% 
 Ti : 0.005〜o、oao%On : 0.
50 〜2.00%  N : (0,2〜0.5) 
XTi%V:20.2%     阿0:≦0.5%N
b:≦0.08%     Cu:≦0.50%cr:
≦1.0%     Ni:≦1.5%C+Mn/6+
(Cr +Mo+V)15+(Ni  +Cu)/15
≦0.4又特公昭49−14971号公報が低温用強靭
鋼として開示している成分、 C: <0.2%     Mn : <5.0%Si
 70.05〜0.4 %    18 : 3.0.
〜15%を主要合金元素とし、この他必要に応じてMo
:<1.0%(この1部又は全部をWと置換可能) Cu : <2.0 % Cr:  <1.5Q% Al : <0.05%(このAIは他の窒化物生成元
素と置換可能) の各々の成分を有する基調も前記構造用鋼と同様に、本
発明に使用する事が出来る。これ等は本発明が開示して
いる構成・作用・効果によるものではないが、各成分を
各々に記載の範囲から生ずる効果を利用しつつ本発明の
所定の効果が得られるので、これ等の基調も本発明が言
う構造用鋼に含まれる。
く作用〉 本発明者等は上記課題を達成するため、種々実験検討を
繰り返した。
一般に知られている様に、所定の厚みに鋳造し凝固完了
した鋳片の冷却工程、或いは該鋳片の再加熱後の冷却工
程、又は該鋳片に圧下加工を加えて所要の厚みに圧延後
の冷却工程、更には該圧延後に再加熱して後の冷却工程
、又鋳造凝固完了後室温迄冷却した鋳片を再加熱後の冷
却工程、更には鋳造凝固完了後室温迄冷却した鋳片を再
加熱圧延した後の冷却工程等で焼入れ焼き戻し処理を実
施すると、焼入れにより当該鋼片の組織は焼入れ組織、
主としてマルテンサイトまたは下部ベイナイトあるいは
その両者の混合組織、またはマルテンサイト、下部ベイ
ナイトと上部ベイナイトの混合&11織となる。
本発明者等は、これらの焼入れ組織を焼き戻し処理によ
り、焼入れ時に鋼中に導入した転位を回復させ、過剰に
固溶している合金元素を析出させて適度に軟化させ、所
要の強度と同時に靭性を得るに当たって、焼入れ後固溶
元素が転位と干渉を生じる前の1時間以内に焼き戻し処
理を行うと、焼き戻しにより析出する炭窒化物を始めと
する析出物を極めて均一かつ微細に分散させ、その結果
従来強度及び靭性等の材質面からは焼入れ後、焼き戻し
までの時間が1時間を超えるものに比べ、強度のみなら
ず靭性も著しく改善される事を見出した。
更に、焼入れ後固溶元素が転位と干渉を生しる前の1時
間以内に焼き戻し処理を行う際に、昇温速度を1”C7
秒以上とし、かつ焼き戻し時間を1秒以上600秒以下
と極めて短くすると、炭窒化物を始めとする析出物の成
長を抑制し、かつ焼入れ時に形成された微細な組織を維
持することが可能となって強度と靭性が更に改善される
ことを知見した。
本発明は上記知見を基になされたものである。
〈実施例〉 表1に本発明が対象とする鋼材の化学成分を示す1表2
は鋼種Wの51−Mn−Nb−Ti系で種々の工程で焼
入れ焼き戻し処理を実施した際の引張試験及び衝撃試験
の各結果を示す。洞番lから4は25nm厚に鋳造した
鋳片を900°Cから急冷、側番5から8は50mmW
−に鋳造した鋳片を25mmまで圧延し、その後900
℃から急冷、調香9から12は25a+m厚に鋳造した
鋳片を一旦冷却後900°Cに再加熱処理を行いその後
870’Cから急冷、調香I3から16は50mm厚に
鋳造した鋳片を一旦冷却後900“Cに再加熱処理を行
いその後25IIII11厚まで圧延し、870℃から
急冷し、調香17から20は280mmに鋳造した鋳片
を196開まで圧延後−旦冷却し、その後1050°C
に再加熱し圧延により25mm厚とした後、870°C
から急冷し、調香21から24は280Illlに鋳造
した鋳片を一旦冷却後1100℃に再加熱し圧延により
25io+厚とし、850 ’Cから急冷したもの、調
香25から34は鋼種FのCu−N 1−Nb−T i
系で、2日0II11に鋳造した鋳片を一旦冷却し、そ
の後1100’Cに再加熱後5hm厚に圧延し、850
°Cから急冷し焼入れ焼き戻し処理を実施したもので、
何れの工程の場合においても、焼入れ後焼き戻し迄の時
間が短く、加熱昇温速度が速く、保持時間の短いもの、
即ち調香1.3.5.7.9.11.13.15.17
.19.21.23.25.27.30.32は、焼入
れ後焼き戻し迄の時間が長い調香2.6.10.14.
18.22.26.31及び加熱昇温速度が遅い調香4
.8.12.16.20.24.28.33及び保持時
間の長い詞書29.34に比較して強度は高く、伸びは
大きく、低温靭性は良好な結果を示した。
表3は鋼種OのCr−Mo−V −T i系、鋼種にの
Cu−Ni−Nb−Ti系、鋼種Yの9%Ni系、鋼種
QのCu−Ni−Nb−Ti系で何れも280■に鋳造
後、鋼種Oは196mmに圧延した後−旦冷却し、その
後1050°Cに再加熱し、35mmまで圧延し、87
0℃から急冷、鋼種には1100℃に再加熱後圧延して
4htx厚として870°Cから急冷、鋼種Y及び鋼種
Qは50II11厚に圧延した後、830 ’Cから急
冷したもので、何れの工程の場合においても焼入れ後焼
き戻し迄の時間、加熱昇温速度、保持時間が本発明範囲
の調香35.37.40.42.45.47.50.5
2.55.57.60.62.65.67は、焼入れ後
焼き戻し迄の時間が長い調香36.41.46.51.
56.61.66、及び加熱昇温速度が遅い調香38.
43.48.53.58.63.68及び保持時間の長
い調香39.44.49.54.59.64に比較して
強度は高く、伸びは大きく、低温靭性は良好な結果を示
した。
表4と表5は、鋼種A、B、C,D、E、G。
H,I、J、L、M、N、P、R,S、T、U。
v、X、Zの調香69から89及び90カラ109ノも
ので、何れも280m++に鋳造後回加熱して圧延を行
い各種の板厚の鋼板とした後、表4の調香69から89
は、Arz点以上の温度から急冷し焼入れ後焼き戻し迄
の時間、加熱昇温速度、保持時間が本発明範囲のもので
あり、加熱昇温速度が遅い表5の調香90から109の
ものと比較し強度は高く、伸びは大きく、低温靭性は良
好な結果を示した。
〈発明の効果〉 本発明は、鋳造凝固後の鋳片をそのまま又は加工後、更
には再加熱後又は更に加工後等の何れかの最終冷却工程
で急冷、焼入れ、焼き戻しするに当たり、焼入れから焼
き戻し迄を1時間以内の短時間で行い、その時1℃/秒
以上の加熱速度で所定の焼き戻し温度迄加熱し、その温
度に1秒以上600秒以下の間保持する事により、強度
と靭性が優れた構造用鋼板を効率良く経済的に製造する
方法を確立したもので、5業分野にもたらす効果はきい

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)構造用鋼を所定の厚みに鋳造凝固後、何れかの最
    終冷却工程で急冷し焼入れ組織を生成して焼き戻し処理
    を実施するに当り、焼入れ後焼き戻し迄の経過時間を1
    時間以内とし、所定の焼き戻し温度迄の加熱速度を1℃
    /秒以上とし、該焼き戻し温度に1秒以上600秒以下
    の間保持することを特徴とする強度・靭性に優れた構造
    用鋼板の製造方法。
  2. (2)特許請求の範囲第1項に記載の最終冷却工程が鋳
    造凝固完了後の鋳片冷却工程である強度・靭性に優れた
    構造用鋼板の製造方法。
  3. (3)特許請求の範囲第1項に記載の最終冷却工程が鋳
    造凝固完了後の鋳片圧延加工後の冷却工程である強度・
    靭性に優れた構造用鋼板の製造方法。
  4. (4)特許請求の範囲第1項に記載の最終冷却工程が鋳
    造凝固完了後の鋳片を圧延加工した後の再加熱後の冷却
    工程である強度・靭性に優れた構造用鋼板の製造方法。
  5. (5)特許請求の範囲第1項に記載の最終冷却工程が鋳
    造凝固完了後の鋳片を圧延加工した後の再加熱再圧延後
    の冷却工程である強度・靭性に優れた構造用鋼板の製造
    方法。
  6. (6)特許請求の範囲第1項に記載の最終冷却工程が鋳
    造凝固完了後室温迄冷却した鋳片を再加熱後の冷却工程
    である強度・靭性に優れた構造用鋼板の製造方法。
  7. (7)特許請求の範囲第1項に記載の最終冷却工程が鋳
    造凝固完了後室温迄冷却した鋳片の再加熱圧延後の冷却
    工程である強度・靭性に優れた構造用鋼板の製造方法。
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