JPH064889B2 - 厚肉超高張力鋼の製造方法 - Google Patents

厚肉超高張力鋼の製造方法

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JPH064889B2
JPH064889B2 JP58004604A JP460483A JPH064889B2 JP H064889 B2 JPH064889 B2 JP H064889B2 JP 58004604 A JP58004604 A JP 58004604A JP 460483 A JP460483 A JP 460483A JP H064889 B2 JPH064889 B2 JP H064889B2
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    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment

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  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は厚肉超高張力鋼の製造方法に関するもので、特
に非常に高い強度ですぐれた靱性を必要とする溶接構造
用材料例えば高速衝撃を受ける建設機械材料、容器用材
料として好適な鋼の製造方法に関するものである。
周知のようにブルドーザーなどで苛酷な耐衝撃摩耗性が
必要な場合高強度を有する厚鋼板が使用されている。近
時これらの機器の大型化と寒冷地環境下での使用という
使用条件の一層の苛酷化が相俟って、低コストで低温下
で耐衝撃摩耗性にすぐれ、かつ高靱性を有する厚肉の強
靱鋼の開発が強く求められている。
従来本発明で対象とする板厚40mm以上で引張り強さ9
0Kgf/mm2以上を有する厚肉強靱鋼としては高圧力容器
用にC量が低く合金元素を大量に添加したNi−Cr−
Mo鋼が知られているが、これはコスト的に高価すぎ特
定の用途に限定される。他方、0.4〜0.5%Cを含有し比
較的合金添加量の少ないNi−Cr−Mo鋼が知られて
いるが、該鋼の場合には低温靱性が低いこと、溶接が困
難であること、のほか焼割れ配慮から急冷が不可であり
マスプロダクションには不向きという問題がある。
本発明は、このような問題点を有利に解決するために多
数の実験と検討を行なった結果なされたものであり、適
量のC量と適切な化学成分と焼入れ焼戻し熱処理の組合
せにより、低コストでマスプロダクションが可能で90
Kgf/mm2以上の高強度を有し、かつ高靱性板厚方向均一
性を有する板厚40mm以上の厚肉強靱鋼の製造方法を提
供することを目的とし、その要旨は、(以下の記載にお
いて%は、すべてwt%を示す。) (1) C:0.20〜0.35%、Si:1.0%以下、 Mn:0.30〜1.5%、Cr:0.3〜2.5% Ni:2.0〜4.5%、Mo:0.2〜1.0% Al:0.002〜0.1%を含有し、かつMn/Cr:1.5以
下とし、残りが、不可避不純物およびFeからなる鋼を
熱間加工して所定の板厚としたのち、焼入れ熱処理を行
ない、その後焼戻し熱処理を施すこと、を特徴とする引
張り強さ90Kgf/mm2以上の厚肉超高張力鋼の製造方
法。
(2) C:0.20〜0.35%、Si:1.0%以下 Mn:0.30〜1.50%、Cr:0.3〜2.5%、 Ni:2.0〜4.5%、Mo:0.2〜1.0%、 Al:0.002〜0.1%を含有し、かつMn/Cr:1.5以
下とし、さらに V:0.1%以下,Nb:0.1%以下,B:0.01%以下,お
よびCu:2.0%以下からなる強度改善元素群をこの範
囲で1種または2種以上含有し、残りが不可避不純物お
よびFeからなる鋼を熱間加工して所定の板厚としたの
ち、焼入れ熱処理を行い、その後焼戻し熱処理を施すこ
と、を特徴とする引張り強さ90Kgf/mm2以上の厚肉超
高張力鋼の製造方法。
(3) C:0.20〜0.35%,Si:1.0%以下,Mn:0.30
〜1.50%,Cr:0.3〜2.5%,Ni:2.0〜4.5%,M
o:0.2〜1.0%,Al:0.002〜0.1%を含有し、かつM
n/Cr:1.5以下とし、さらにTi:0.1%以下および
Ca:0.1%以下からなる低温靱性改善元素群をこの範
囲で1種または2種含有し、残りが不可避不純物および
Feからなる鋼を熱間加工して所定の板厚としたのち、
焼入れ熱処理を行い、その後焼戻し熱処理を施すこと、
を特徴とする引張り強さ90Kgf/mm2以上の厚肉超高張
力鋼の製造方法。(4) C:0.20〜0.35%,Si:1.0%
以下,Mn:0.30〜1.50%,Cr:0.3〜2.5%,Ni:
2.0〜4.5%,Mo:0.2〜1.0%,Al:0.002〜0.1%を
含有し、かつMn/Cr:1.5以下とし、さらにV:0.1
%以下,Nb:0.1%以下,B:0.01%以下およびC
u:2.0%以下からなる強度改善元素群をこの範囲で1
種または2種以上と、Ti:0.1%以下およびCa:0.1
%以下からなる低温靱性改善元素群をこの範囲で1種ま
たは2種含有し、残りが不可避不純物およびFeからな
る鋼を熱間加工して所定の板厚としたのち、焼入れ熱処
理を行い、その後焼戻し熱処理を施すこと、を特徴とす
る引張り強さ90Kgf/mm2以上の厚肉超高張力鋼の製造
方法、である。
即ち、本発明は、従来の溶接構造用鋼としては考えられ
ない。高炭素を含有し、さらにCr,Ni,Moといった合金元
素を低目に設定した高炭素鋼を焼入れ焼戻すことにより
40mm以上の板厚で90Kgf/mm2以上の高強度を有する
超高張力鋼が安価に得られる製造方法である。
この場合、得られた鋼のミクロ組織は高炭素マルテンサ
イトであり、このミクロ組織によって高強度になること
は知られていたが、高い低温靱性を得ることは常識外で
あり、低温靱性が低いという欠点があった。
本発明は高炭素マルテンサイト組織の欠点である低温靱
性を改善すべく多数の実験を繰返した結果、Mn/Cr
を1.5以下とすることにより高い低温靱性を得ることが
可能であることを見い出し、高炭素マルテンサイト組織
特有の高強度に加えて高い低温靱性の両立を可能とした
ものである。
第1図は0.30%C−3.0%Ni−0.5%MoをベースにM
n/Crを0.05〜1.8まで変化させた鋼をオーステナイ
ト化後急冷し(焼入)その後630℃で焼戻し熱処理を
施したときの低温靱性とMn/Crとの関係を示したも
ので、この図から、0.30%という高炭素を含有し焼入れ
焼戻しによって得られる高炭素マルテンサイト組織鋼に
おいて、Mn/Crを低くすることにより低温靱性の向
上をはかることができることを見い出し、本発明を完成
させたものである。
次に本発明における成分限定理由を述べる。
C:Cは低コストで強度を確保するため0.20%以上は必
要である。一方0.35%を越えると母材低温靱性の低下が
大きくなることと溶接が困難になること及び焼割れ感受
性が著しく高くなるため、0.35%以下とする。
Si:Siは製鋼時脱酸元素として添加されることのほ
か、強度向上にも有用である。しかし1.0%を越えると
低温靱性の低下が著しいため、1.0%以下とする。
Mn:Mnは安価に強度を向上できる元素であるが高強
度を得るために0.30%以上の添加が必要である。しかし
1.50%を越える添加は低温靱性を損うため、0.30〜1.50
%に限定する。
Cr:Crは鋼の焼入性を高めて強度向上に有用であり
この効果を得るには0.3%以上の添加が必要である。し
かし2.5%を越える添加は低温靱性の低下が生じるため
0.3〜2.5%に限定する。
Ni:Niは鋼の低温靱性向上に有用な元素であるが、
2.0%未満では靱性向上効果が少ない。一方4.5%を越え
る添加は鋼材のコストを著しく高め経済上不利であるた
め4.5%以下とする。
Mo:Moは強度、靱性の向上に有用であるので添加さ
れるが、0.2%未満では効果がない。一方1%を越える
添加は強度が上がりすぎるうえに低温靱性の低下を招く
ため、上限は1%以下とする。
Al:Alは鋼の脱酸に0.002%は必要である。一方0.1
%を越える添加は鋼の清浄性を阻害する。このため0.00
2〜0.1%と限定する。
Mn/Cr:Mn/Crを1.5以下としたのは第1図に
示したとおり、Mn/Crの上昇が低温靱性を低下させ
る大きな要因であるため上限を1.5とした。
本発明は以上の成分を必須の成分とするが要求される鋼
の特性に応じて第2〜4発明においてV,Nb,Bおよ
びCuの強度改善元素群を1種または2種以上、Tiお
よびCaの靱性改善元素群を1種または2種含有、添加
する。ここで、V,Nb,BおよびCuは強度を改善す
るという均等的作用を持つものであるが、それぞれ、0.
1%、0.1%、0.01%および2.0%を超えると低温靱性を
損なうので、これを上限とする。また、TiおよびCa
については、前者は細粒化、後者は脱酸を良好にし、介
在物を減少することで低温靱性を改善するという均等的
作用を持つものであるが、何れも0.1%を超えると、逆
に低温靱性を損なうので、これを上限とする。
次いで、不純物として不可避的に含有するP,Sについ
ては特に限定するものではないが、鋼の清浄性を通じて
材質を安定化するため少い程よくこの観点からPは0.01
5%以下、Sは0.010%以下が望ましい。
次にこのような成分組成の鋼の溶製に際しては従来公知
の溶製法でよく、また熱間加工も公知の熱間圧延もしく
は熱間鍛造あるいはこれら両者を併用して所定の板厚と
すれば良い。
次に焼入れ焼戻し熱処理について述べる。
焼入れ熱処理は、熱間加工によって所定の板厚としたの
ち厚肉材に高強度を付与するために、速やかにAr
上の温度からオンラインで急冷するか、一旦放冷によっ
て冷却し次いでAc点以上に再加熱しAc点以上か
ら急冷するの何れかの焼入れ熱処理を施こす。
次いで施こす焼戻し熱処理は、焼入れ熱処理後の低温靱
性回復を狙いとし、フェライト域での焼戻し熱処理であ
ることが必要で、このためAc点以下で焼戻す。
次に実施例を比較例とともに挙げる。
第1表に示す化学組成の鋼片を第2表に示す板厚に熱間
圧延するとともに引き続き第2表に示す焼入れ温度、焼
戻し温度での熱処理を行った。得られた鋼板の機械的性
質を併せて第2表に示す。
すなわち、G,H,Iは比較例を示し、何れもオフライ
ンで熱処理したもので、GはC量が低いため、靱性は良
好なるも強度が低い。HはC量が高いため強度は高いが
靱性値は低い。IはMn/Crの値が高すぎるため靱性
レベルが低い水準となっている。
A,Bは本発明(1)の実施例に相当し、オフラインQT
処理したもので、強度、靱性共に良好な値を示してい
る。C、D、Eは本発明(4)の実施例に相当し、Cは
Cu,Ca添加したものを用いてオンライン焼入れとオ
フライン焼入れを施した例、DはV,Ca添加したもの
をオフラインQT処理した例、EはCu,V,B,Ti
を添加したものを用いてオンライン焼入れ、オフライン
焼入れを施した例、F、J、Kは本発明(2)の実施例
に相当し、FはCu,Nbを添加したものをオフライン
QT処理した例であり、JはV、KはCuを添加しそれ
ぞれオンライン焼入れした例、L、Mは本発明(3)の
実施例に相当し、LはTi添加、MはTi,Caを添加
しそれぞれオフライン焼入れした例であり、何れの例に
おいても強度、靱性共に良好な値を示す。
以上の如く本発明は高炭素鋼を用いて高価なCr,M
o,Niといった合金元素含有量を低目に設定し、これ
を焼入れ焼戻すことにより、40mm以上の板厚で90Kg
f/mm2以上の高強度と良好な高い低温靱性を有する厚肉
鋼板を安価に得られるようになしたものであり産業上そ
の効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図はMn/Crと低温靱性の関係を示す説明図であ
る。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】C:0.20〜0.35wt%,Si:1.0wt%以
    下,Mn:0.30〜1.50wt%,Cr:0.3〜2.5wt%,N
    i:2.0〜4.5wt%,Mo:0.2〜1.0wt%,Al:0.002
    〜0.1wt%を含有し、かつMn/Cr:1.5以下とし、残
    りが不可避不純物およびFeからなる鋼を熱間加工して
    所定の板厚としたのち、焼入れ熱処理を行い、その後焼
    戻し熱処理を施すこと、を特徴とする引張り強さ90Kg
    f/mm2以上の厚肉超高張力鋼の製造方法。
  2. 【請求項2】C:0.20〜0.35wt%,Si:1.0wt%以
    下,Mn:0.30〜1.50wt%,Cr:0.3〜2.5wt%,N
    i:2.0〜4.5wt%,Mo:0.2〜1.0wt%,Al:0.002
    〜0.1wt%を含有し、かつMn/Cr:1.5以下とし、さ
    らに V:0.1wt%以下,Nb:0.1wt%以下,B:0.01wt%以
    下,およびCu:2.0wt%以下からなる強度改善元素群
    をこの範囲で1種または2種以上を含有し、残りが不可
    避不純物およびFeからなる鋼を熱間加工して所定の板
    厚としたのち、焼入れ熱処理を行い、その後焼戻し熱処
    理を施すこと、を特徴とする引張り強さ90Kgf/mm2
    上の厚肉超高張力鋼の製造方法。
  3. 【請求項3】C:0.20〜0.35wt%,Si:1.0wt%以
    下,Mn:0.30〜1.50wt%,Cr:0.3〜2.5wt%,N
    i:2.0〜4.5wt%,Mo:0.2〜1.0wt%,Al:0.002
    〜0.1wt%を含有し、かつMn/Cr:1.5以下とし、さ
    らに Ti:0.1wt%以下およびCa:0.1wt%以下からなる低
    温靱性改善元素群をこの範囲で1種または2種含有し、
    残りが不可避不純物およびFeからなる鋼を熱間加工し
    て所定の板厚としたのち、焼入れ熱処理を行い、その後
    焼戻し熱処理を施すこと、を特徴とする引張り強さ90
    Kgf/mm2以上の厚肉超高張力鋼の製造方法。
  4. 【請求項4】C:0.20〜0.35wt%,Si:1.0wt%以
    下,Mn:0.30〜1.50wt%,Cr:0.3〜2.5wt%,N
    i:2.0〜4.5wt%,Mo:0.2〜1.0wt%,Al:0.002
    〜0.1wt%を含有し、かつMn/Cr:1.5以下とし、さ
    らに V:0.1wt%以下,Nb:0.1wt%以下,B:0.01wt%以
    下,およびCu:2.0wt%以下からなる強度改善元素群
    をこの範囲で1種または2種以上と、 Ti:0.1wt%以下およびCa:0.1wt%以下からなる低
    温靱性改善元素群をこの範囲で1種または2種含有し、
    残りが不可避不純物およびFeからなる鋼を熱間加工し
    て所定の板厚としたのち、焼入れ熱処理を行い、その後
    焼戻し熱処理を施すこと、を特徴とする引張り強さ90
    Kgf/mm2以上の厚肉超高張力鋼の製造方法。
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