JPH0681078A - 低降伏比高強度鋼材およびその製造方法 - Google Patents

低降伏比高強度鋼材およびその製造方法

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JPH0681078A
JPH0681078A JP5146169A JP14616993A JPH0681078A JP H0681078 A JPH0681078 A JP H0681078A JP 5146169 A JP5146169 A JP 5146169A JP 14616993 A JP14616993 A JP 14616993A JP H0681078 A JPH0681078 A JP H0681078A
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steel
cooling
bainite
steel material
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JP5146169A
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Yasutaka Okada
康孝 岡田
Yasuhide Fujioka
靖英 藤岡
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Nippon Steel Corp
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 引張強度120kgf/mm2以上、降伏比75％以下、
靱性値(vTrs)−40℃を備えた自動車ドア補強材を提供す
る。 【構成】 Ｃ:0.15 〜0.40％、Si:0.1〜0.7 ％、Mn:1.0
〜2.7 ％、Cr:1.0〜3.5％、sol.Al:0.01 〜0.05％、Ｐ:
0.025％以下、Ｓ:0.015％以下とし、下記式で示される
ベイナイト指数( ％) を0 〜50％とする。 ベイナイト指数( ％) ＝−209C＋43Si−48Mn−58Cr−0.
416R＋317 ただし、R:マルテンサイト組織を得る焼入れのときの冷
却速度( ℃/ 分)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、各種の冷間成形性( 製
管、プレス成形、曲げ、絞り性) に優れ、仕上げ加工の
後、冷却焼入れ処理を行う際の、焼入れ歪を従来の焼入
れ鋼より少なく、つまり実質的に焼ならし処理(normali
zing) により、焼ならしまま、またはさらに低温での焼
戻しにより高強度で靱性に優れた低降伏比高強度鋼材と
その安価な製造法に関する。
【０００２】このような鋼材は、輸送機、特に自動車の
補強材 (ドア用や各種フレーム材、衝撃吸収材) や耐振
構造の高層建築物用構造材 (鋼板、型鋼、鉄筋) として
用いられ、それらに対して外部から加えられた応力を鋼
材の変形により吸収するのに適した鋼材であり、吸収エ
ネルギーが大きい。以下、このような鋼材を総称して衝
撃吸収鋼材という。
【０００３】
【従来の技術】かかる用途に用いる衝撃吸収鋼材として
従来より提案されているものには次のようなものがあ
る。 １) 特開昭58−197218号公報に開示された中空管から成
るスタビライザは通常の炭素鋼を水焼入れ、焼戻しして
製造しているが、水冷後の高強度材の焼入れ歪の発生は
不可避であって、それを矯正することは困難であった。
【０００４】２) 特公平４−4389号公報は、自転車用フ
レームに関する類似鋼組成を開示する。この鋼材は空気
焼入れ後焼戻し処理により高強度が得られる。しかし、
この鋼材はフェライトおよびセメンタイトならなる微細
針状焼入れ組織を有しており、強度的に降伏点が800 〜
1100N/mm2(81.6〜112.2kgf/mm2) であって本発明のよう
な用途には十分とは言えない。
【０００５】３) 米国特許第4,210,467 号明細書には、
類似成分の自動車ドア補強用鋼管を冷間で内外径の寸法
を調整してから、Ac3 以上に加熱、冷却途中で熱間成形
(管端加工) を行い、次いで空冷で所定の強度、靱性、
延性を得る方法が開示されているが、フェライトが生成
するか、仮にマルテンサイト・ベイトナイト組織であっ
てもベイトナイトが50vol%超と多量であったために、T.
S.110 〜140kgf/mm2、Y.S.80〜110kgf/mm2、破断伸び13
％以上、変形荷重240kgm以上という目標特性を満足する
ことはできるが、今日求められているようなT.S.120kgf
/mm2以上で降伏比75％以下という材料特性を実現するこ
とはできなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来において、自動車
用衝撃吸収材としては、100kgf/mm2までの鋼管・熱延鋼
板・冷延鋼板が用いられてきた。しかし、さらに衝撃吸
収特性の改善と軽量化を図る必要からさらなる高強度化
が要求されたが、すでに述べたように従来はT.S.120 kg
f/mm2 以上では75％以下という低降伏比 (降伏強度／引
張強さ) は実現されなかった。
【０００７】一方、耐震設計の必要性からも、低降伏比
化が望まれる。特に、超高層建築に必要な高強度鋼材に
は低降伏比化が必須とされるが、降伏比75％以下は実現
できなかった。このような低降伏比はフェライト＋パー
ライト鋼では実現されているが、このミクロ組織では強
度は高々80kgf/mm2 程度であり、本発明のような120 kg
f/mm2以上を実現することは不可能であった。一方、焼
入れ焼戻し鋼では上記の強度を得ることができるが、降
伏比は少なくとも80％以上、場合によっては90％を越
え、衝撃吸収には適さない他に靱性も十分ではなかっ
た。
【０００８】このように、耐震、衝撃吸収に利用される
鋼材は、特に最近の自動車産業におけるように車体の軽
量化を維持するなかで、安全性が強く求められるように
なると引張強度が高く、しかも加工硬化が大きい、すな
わち降伏比 (Y.S/T.S)が小さい材料が望まれる。しか
し、軽量化等を実現するために高強度材を使用する場
合、降伏比が75％超と大きいと、かえって吸収エネルギ
ーが低下する結果となることが判明した。このため、今
日ではT.S. 120 kgf/mm2以上で降伏比75％以下という材
料特性が１つの目標となっている。そして、かかる特性
値は寒冷地でも満足されなければならず、そのためには
vTrs−40℃が求められる。かくして、本発明の第一の目
的は、引張強度120kgf/mm2以上であって、降伏比75％以
下、vTrs−40℃の衝撃吸収性鋼材としての低降伏比高強
度鋼材とその製造方法を提供することである。
【０００９】このように、衝撃吸収能力は材料強度と靱
性に優れた材料が適している。これらの材料は経済性を
考慮すると、炭素鋼に焼入れするか( マルテンサイトの
硬さを利用) 、低Ｃ−高Mn系( ベイナイト) で熱間圧延
鋼板の制御冷却によって得られる。しかしながら、衝撃
吸収用鋼材は組立に際してまたは取付けに際して溶接施
行されるか、あるいは中空管材として用いる場合には溶
接管が用いられることがあるため、溶接特性が重要とな
り、従来の鋼材では溶接部について問題がある。例えば
炭素鋼では、HAZ 部で著しい軟化がみられ、一方、溶金
部で硬化が認められ、曲げ変形に対して割れが生じる。
一方、低Ｃ−高Mn系では溶金部の硬化はないものの、HA
Z 部軟化が認められ、曲げ変形に対してHAZ 部で割れが
生じる。
【００１０】そこで、本発明の第二の目的は、組立時、
製管時あるいは取り付け時の溶接施工によっても溶金部
の硬化およびHAZ 部の軟化の認められない衝撃吸収鋼材
として低降伏比高強度鋼材とその製造方法を提供するこ
とである。このようにして得られた鋼管、鋼板、条鋼等
の寸法矯正は高強度化とともに困難になる。しかも、無
理矢理変形させると割れが生じ易くなる。
【００１１】しかも、TS≧120kgf/mm2になると、冷間加
工は、割れ、バックリング、金型損傷、変形荷重の著し
い増大がみられる等の理由から困難であり、不可能とさ
れてきた。よって、本発明の第三の目的は、成形後矯正
が容易であるかあるいは矯正を必要としない寸法精度を
確保できるか、さらに必要に応じて冷間加工も可能であ
る低降伏比高強度の衝撃吸収鋼材とその製造方法を提供
することである。
【００１２】以上より、本発明の綜合的目的は、主とし
て自動車用補強材および超高層建築用高強度構造材とし
て、高強度で、溶接部の硬度変動が少なく、曲げ変形に
対して割れが生じない鋼材であって、焼入れときに曲が
りの少ない低降伏比高強度鋼材とそれを多量に安定して
安価に提供するための製造方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決すべ
く、種々検討の結果、本発明者らは、次のような知見を
得た。 高強度化:安価に高強度を得るには、焼入れままで高
い強度を利用することが有利であって、そのためには水
冷と200 ℃以下の低温焼戻しが既知の技術であった。し
かしながら、水冷では焼入れ後の歪が大きく後工程で矯
正が必要であるばかりか、高強度化した場合には、矯正
が困難( 割れ、バックリングが発生し、寸法精度が劣化
する等) であり、そのため、実質的に空冷で焼きを入れ
る必要がある。成分を適宜選択することにより、特にベ
イトナイト指数を０〜50％に制限することで実質的に空
冷により焼入れが可能で、高強度と高い靱性が得られ、
しかもこの場合には低降伏比が得られることが判明し
た。
【００１４】寸法精度:補強材として必要な寸法精
度、特に成形時に見られる曲がりをなくすには、何らか
の矯正機を用いることが必要である。しかし、強度が高
くなると弾性限が高くなり矯正が著しく困難になる。室
温での矯正では場合によって割れが生じるものもあっ
た。この点、水冷によらず、空冷相当の冷却処理でも焼
きが入り、十分所定の強度と靱性が得られる成分組成と
することで冷却ままで寸法精度よく鋼材を製造すること
ができることが判明した。
【００１５】しかも矯正が必要な場合にあっても、靱性
値vTrs−40℃、降伏比75％以下とすることで室温での矯
正が可能となることが判明した。なお、油冷でも十分な
性能が得られるが、処理コストが高く、量産向きでない
ばかりか、油の除去処理が新たに必要とされるため実用
的とは言えない。
【００１６】溶接部硬度:製管時、組立時、あるいは
取付け時の溶接施工に際しては溶金部の硬度とHAZ部の
硬度を母材より大きく変化させずに制御する必要があ
り、これらは母材成分の影響を強く受ける。このため、
溶金部の硬度を決定する硬化指数とHAZ 部の軟化指数を
成分の関数として規定した。
【００１７】ここに、本発明の要旨とするところは、重
量％で、Ｃ:0.15 〜0.40％、Si:0.1〜0.7 ％、Mn:1.0〜
2.7 ％、Cr:1.0〜3.5 ％、sol.Al:0.01 〜0.05％、Ｐ:
0.025％以下、Ｓ:0.015％以下、残部Feおよび不可避的
不純物から成る鋼組成を有し、下記式で示されるベイナ
イト指数( ％) が0 〜10％である、マルテンサイト単相
もしくはベイトナイト量が50％以下のマルテンサイトと
ベイトナイトの複合組織を有することを特徴とする低降
伏比高強度鋼材である。
【００１８】ベイナイト指数( ％) ＝−209C＋43Si−48
Mn−58Cr−0.416R＋317 ただし、R:冷却速度( ℃/ 分) 必要に応じ、上記鋼組成は、さらに重量％で、Mo:0.05
〜1.0 ％、Ni:0.2〜2.5 ％のうちの１種または２種、お
よび／またはＶ:0.02 〜0.10％、Ti:0.02 〜0.10％、N
b:0.02 〜0.10％およびＢ:0.0005 〜0.0050％のうちの
１種または２種以上を含有するものであってもよい。
【００１９】ただし、その場合、上記ベイナイト指数は
次のように記述される。
【００２０】ベイナイト指数( ％) ＝−209C＋43Si−48
Mn−58Cr−13Ni−63Mo−0.416R＋317 本発明によれば、溶接性を改善するために、さらに、前
記鋼組成がそれぞれHAZ 部軟化指数および溶金部硬化指
数を規定する下記、式を満足するように構成するこ
とが好ましい。
【００２１】301-53Mn-66Cr≦100 ・・・ ただし、少なくともMoまたはＶを含む場合には、 301-53Mn-66Cr-80Mo-93V ≦100 ・・・' 580-394C+80Si-114Mn-139Cr≦100 ・・・ ただし、少なくともMoまたはNiを含む場合には、 580-394C+80Si-114Mn-139Cr-120Mo-25Ni ≦100 ・・・
' さらに、本発明はその別の面からは、上述の各鋼組成を
有する鋼に、最終の熱間仕上げ加工を 800〜1000℃で施
して後、もしくは適宜の加工後に 850〜1050℃で 0.5〜
２時間保持する再加熱処理を施して後、下式を満足する
冷却速度Ｒ( ℃/ 分) で冷却することを特徴とする低降
伏比高強度鋼材の製造方法である。
【００２２】642-502C+103Si-115Mn-139Cr≦Ｒ≦762-50
2C+103Si-115Mn-139Cr・・・ ただし、少なくともMoまたはNiを含む場合には、 642-502C+103Si-115Mn-139Cr-31Ni-151Mo ≦Ｒ≦762-50
2C+103Si-115Mn-139Cr-31Ni-151Mo・・・' この場合の熱間圧延仕上げ温度および再加熱処理温度
は、一般的には、それぞれ、Ar3 〜(Ar3＋200 ℃) およ
びAc3 〜(Ac3＋200 ℃) の範囲の温度として記述するこ
とができる。
【００２３】さらに、本発明によれば、好ましくは、冷
却後に、300 ℃以下で焼戻し処理を施してもよい。ま
た、上述の適宜の加工が冷間加工である場合、その冷間
加工に先立って下記の条件を満足する軟化熱処理を施す
ようにしてもよい。
【００２４】 175 ≦Ｔ｛[log(t)+20] ／100 ｝≦ 200 ・・・ 但し、Ｔ: 軟化熱処理温度 (K) ｔ: 保持時間 (hr) このように、本発明によれば、空冷相当の冷却による曲
がり抑制と冷間における寸法矯正により寸法精度が向上
するため長尺鋼管を提供でき、短管に較べ製造価格が飛
躍的に改善される。
【００２５】なお、本発明の対象としての鋼材は、鋼
板、鋼管、棒材など各種形態のものが包含され、用途と
しても例えば自動車衝撃吸収材、建築用の鉄筋、鋼板、
型鋼で地震などの衝撃に対して吸収能力の大きい鋼材を
含む。
【００２６】
【作用】次に、本発明において上述のように成分組成を
限定した理由および製造条件を規定した理由を述べる。
【００２７】
【化学成分】
Ｃ:Ｃは強度を安定に得るために必須の元素である。0.1
5％未満では120 kgf/mm2以上の強度を熱処理で得ること
ができない。しかも、降伏比を0.75以下にできない。0.
4 ％超では焼入れままで強度が高過ぎ、靱性 (vTrs≦−
40℃) は確保できない。さらにTS≧140 kgf/mm2 を得、
降伏比を0.70以下とするためにＣ≧0.19％、しかもvTrs
≦−60℃として寒冷地でも脆性破壊を生じない靱性を確
保するためにＣ≦0.3 ％の範囲が好ましい。最も好まし
くは、0.20〜0.25％である。
【００２８】Si:Siは脱酸に必要な元素である。0.1 ％
未満では脱酸が不十分で所要の靱性が確保できない。0.
7 ％超では溶接製管時に溶接欠陥が生じ易くなる。好ま
しくは、0.2 〜0.4 ％である。
【００２９】Mn:Mnは焼入れ性改善に必須な元素であ
る。。1.0 ％未満では効果が不十分であって、しかも降
伏比は0.75超になる。2.7 ％超では製鋼時のビレット製
造時に凝固割れや、スラグ巻込み等欠陥が生じ易くな
り、熱処理後に靱性が劣化する。好ましくは、1.5 〜2.
2 ％である。
【００３０】Cr:Crは焼入れ性の改善と靱性改善、そし
て焼戻し軟化抵抗上昇に有効である。特に長尺管のまま
で、水冷によらず空冷相当の冷却により、変形を水冷よ
り少ないように焼きを入れ、所定の強度を確保するため
にはMn同様に不可欠の成分である。しかし、3.5 ％超で
は高価になり、しかも溶接部の欠陥が防止できない。一
方、1.0 ％未満では焼入れ性・靱性・軟化抵抗・低降伏
比が十分に改善されない。好ましくは、1.5 〜2.5 ％で
ある。
【００３１】sol.Al:Alの添加は脱酸に必要である。so
l.Alが0.01％未満では脱酸が不十分で靱性が確保できな
い。0.05％超では溶接製管時等に溶接欠陥が生じ易くな
る。
【００３２】Ｐ、Ｓ:Ｐ、Ｓは鋼中の代表的な不純物で
ある。焼き割れ防止、熱処理後の靱性劣化防止に、それ
ぞれ0.025 ％以下、0.015 ％以下に制限する。特にT.S
≧150 kgf/mm2 としたとき所要靱性値 (vTrs≦−40℃)
を確保するには、さらにＰ≦0.015 ％、Ｓ≦0.005 ％と
することが望ましい。
【００３３】Mo、V 、Ni、Ti、Nb、Ｂ:これらはいずれ
も任意添加元素であって、MoおよびNiの少なくとも１
種、および／またはＶ、Ti、NbおよびＢの少なくとも１
種が焼入れ性を改善する目的で添加されるが、その作用
についてはより詳述すれば、次の通りである。
【００３４】Mo:Moは0.05％以上添加することで焼入れ
性の改善と靱性改善、焼戻し軟化抵抗上昇に有効であ
る。特に長尺管のままで、水冷によらず空冷相当によ
り、変形を水冷より少ないように焼きを入れ、所定の強
度を確保するためにはMn同様に不可欠の成分である。1.
0 ％の上限超では高価になり、しかも溶接部の欠陥が防
止できない。0.05％の下限未満では焼入れ性・靱性・軟
化抵抗・低降伏比が改善されない。
【００３５】Ni:Niは0.2 ％以上添加することで焼入れ
性改善、靱性改善に有効である。2.5 ％の上限超でも効
果は有効であるが高価となり、経済的に不利となる。
【００３６】Ｖ:Ｖは0.02〜0.10％添加することで結晶
粒の微細化に効果があり、さらに焼戻しに対して軟化抵
抗が大きい。0.10％の上限超では高価である。
【００３７】Ti、Nb:いずれも0.02〜0.10％の添加が焼
入れ性の改善に効果があるが、特にTi、Nbの場合焼入れ
時の結晶粒の粗大化防止、溶接部の靱性改善に有効であ
る。それぞれ0.10％の上限超では靱性が劣化する。
【００３８】Ｂ:Ｂは焼入れ性改善に有効であり、必要
によりB:0.0005〜0.0050％添加してもよい。0.0005％の
下限未満では効果が不十分であり、一方、0.0050の上限
超では靱性が劣化する。
【００３９】ベイナイト指数:ベイナイト指数が50％超
となると、強度が低下すると共に、降伏比が高くなり、
靱性が劣化し、引張強度120 kgf/mm2 以上、降伏比75％
以下、vTrs−40℃以下が実現されない。ベイトナイト指
数が０ (ゼロ) になるとマルテンサイト単相となる。
【００４０】HAZ 部の軟化指数:Mo、Niを含む場合につ
いても、本発明で規定する範囲を外れると、溶接施工の
際しての溶接部の靱性劣化は免れない。
【００４１】溶金部の硬化指数:Mo、Niを含む場合につ
いても、本発明で規定する範囲を外れると、溶接施工の
際しての溶接部の靱性劣化は免れない。
【００４２】
【製造法】図１は、本発明にかかる製造法の工程図であ
り、図中、加工→再加熱→放冷焼入れを行う場合 (以
下、ケースという) と、熱間加工→放冷焼入れを行う
場合(以下、ケースという) とがある。四角の枠で囲
った工程が必須工程であってカッコ内は必要に応じて行
えばよい工程である。
【００４３】本発明によれば、ケースの場合、一般に
は熱間加工であってもよい加工を経て冷間加工を行う
が、それに先立って軟化処理を行う。この軟化処理の条
件はすでに述べた通りである。この冷間加工は、事実
上、溶接管製造時の鋼帯→管状への曲成形冷間加工であ
っても、あるいは鋼管を自動車ドア補強用の任意形状
(例: 管端扁平化) に加工する場合における冷間加工で
あってもよい。冷間加工後はAc3 〜(Ac3+200) ℃の温
度、一般には 850〜1050℃に 0.5〜２時間再加熱するこ
とで組織の調整を行ってから放冷焼入れを行う。本発明
の場合、放冷相当の冷却処理でも焼きが入り、しかも
「放冷」であるため曲がり等の形状の欠陥が少ない。焼
入れ後は必要により焼戻し処理を行ってもよい。
【００４４】ケースの場合、Ar3 〜(Ar3+200) ℃、一
般には800 〜1000℃で熱間圧延を仕上げ、次いで放冷焼
入れを行う。必要に応じて前述の室温曲がり矯正や焼戻
し処理を行ってもよい。この焼戻し工程は、自動車ドア
は最終的に塗装処理され、その塗装処理温度が大体300
℃以下であるとから、これによって代替してもよい。
【００４５】上記の製管工程では例えば、継目無鋼管の
場合、マンネスマン製管法、熱間押出し製管法で製造し
てもよい。また、溶接鋼管の場合、代表的にはERW 鋼管
(電気抵抗溶接鋼管) 、鍛接鋼管、TIG 溶接鋼管、サブ
マージアーク溶接鋼管などが挙げられる。
【００４６】熱間圧延による継目無鋼管、厚板、型鋼、
棒鋼、線材の場合、熱間製造工程において直接製造する
ときは、仕上げ温度が 800℃未満ではフェライトが生
じ、冷却後に十分な強度を得ることができない。また、
1000℃超では結晶粒が粗大化し、靱性劣化、焼き割れを
生じ易い。
【００４７】一方、再加熱する場合、850 〜1050℃×0.
5 分〜２時間→空冷相当の冷却処理を行うが、焼入れに
先立ってオーステナイト化するために850 ℃以上の加熱
が必要であり、この加熱温度が1050℃超では結晶粒の粗
大化が生じ靱性が劣化。0.5分未満の加熱では鋼管全体
を均熱することができず、機械的性質を均一にすること
が困難。２時間超では1050℃に近い加熱温度では結晶粒
の粗大化が生じ靱性が劣化、焼き割れが生じ易くなる。
【００４８】冷却速度:かかる冷却速度の限定は、曲が
り等を生じないように空冷で焼入れ可能とするために必
要とされるのであって、具体的には前述の式で規定さ
れる。このときの冷却条件は、基本的には空冷相当の冷
却処理でマルテンサイトを主体としてベイトナイトを含
む複合組織とすることで、所定の強度・靱性が得られ、
降伏比も0.75以下に低下するように規定される。それを
外れる場合、本発明の所期の効果が達成されない。
【００４９】ベイトナイト指数:本発明において得られ
る組織は化学組成、冷却速度によって決まり、冷却速度
は肉厚によって支配されるため、これらを総合してベイ
トナイト指数とした。
【００５０】このベイトナイト指数は、化学組成と冷却
速度で決まる、実質的にベイトナイト率 (０％: マルテ
ンサイト単相、100 ％: ベイトナイト単相) に対応する
指数である。０％未満ではマルテンサイト100 ％でしか
も十分な冷却速度を有するため、かえって降伏比が高く
なる。また、焼き割れ、置き割れを生じる。一方、50％
超では強度が不足し、しかも降伏比が0.75超となって靱
性が劣化する。
【００５１】ベイトナイト率がマイナスの場合は冷却速
度が100 ％マルテンサイトを得る臨界冷却速度より早い
冷却を意味する。過度の冷却速度は曲がりを大きくする
ばかりか、焼き割れ、矯正時の割れを生じ易くし、降伏
比を上昇させる。
【００５２】なお、実質的な冷却は空気を冷却媒体とす
るが、必要に応じて、ミスト、シャワー、衝風等および
これらの組み合わせを含むものであってもよい。水を主
要な媒体とする冷却 (水冷等) では焼き割れ、曲がりを
生じ易くなるが、本発明では必要により矯正を行うこと
により、それらを回復できることから、必ずしも冷却を
排除するものではない。
【００５３】焼戻し:本発明鋼は冷却ままで十分な特性
が得られるが残留応力除去、さらなる靱性改善のために
300℃以下の焼戻しを実施しても良い。300 ℃超では強
度・靱性が確保できなくなるばかりでなく、降伏比も上
昇する。
【００５４】矯正:機械的な矯正はストレートナー等の
方法で実施される。高強度鋼材の矯正は通常、100 ℃未
満では多数回の処理が必要で、矯正処理中の割れも生じ
る。しかしながら、本発明にかかる鋼材では靱性に優れ
ており矯正中に脆性破壊することがなく、しかも降伏比
が低いために変形が容易となり室温〜300 ℃で矯正が可
能となる。
【００５５】
【実施例】
実施例１ 表１に示す鋼組成を有する供試鋼を溶製し、分塊圧延
(連続鋳造) 後、表２および表３に示す条件下で熱間圧
延仕上あるいは再加熱後、冷却焼入れを行い、一部の供
試材についてはさらに室温矯正そして焼戻しを行った。
得られた供試材について機械特性を評価し、その結果を
同じく表２および表３にまとめて示す。
【００５６】Ａ系鋼は電気炉溶製→分塊→マンネスマン
製管で製造した鋼管である。なお、Ａ３およびＡ７鋼は
転炉溶製→連続鋳造→熱延鋼板である。
【００５７】Ｂ系鋼は転炉溶製→熱間圧延にて厚さ 1.5
〜4.5 mmの鋼帯とし、その後ERW 法で製管した外径25mm
の鋼管である。鋼管の場合、素管をバッチ炉か高周波加
熱炉(IH)で再加熱した後、所定冷却速度で冷却を行っ
た。その後、必要に応じて矯正するか、および／または
所定の温度に加熱し焼戻しを行った。なお、一部の鋼管
(Ａ１、Ａ２) は熱間仕上後に冷却を行った。
【００５８】寸法矯正は、本例の場合ロータリー・スト
レートナーで行い、一般的に焼戻しに先立って、室温〜
300 ℃の温度で行うが、焼戻しを行ってから一度室温ま
で冷却した後または加熱後そのまま行っても効果は変わ
らない。特に製品の曲がりは１ｍ当たりの値(mm)で表示
した。曲がり矯正は通常は１回の処理で行う。表中で長
尺管は５〜10ｍで、短尺管は１ｍ程度の切断した管であ
る。
【００５９】所定の成分範囲で所定の熱処理であれば12
0 kgf/mm2 以上の強度と靱性 (vTrs≦−40℃) 、および
低YR (≦0.75) を満足する。特に曲がりについては、１
ｍの短尺管では熱処理後に所定の範囲 (１mm以下) に入
るものがあるが、長尺管では冷却速度が速い場合 (水冷
を含む) や寸法矯正を実施しないと曲がりは１mm以下に
ならない。なお、表３の従来例B9には焼割れが、B11 に
は溶接欠陥がみられた。
【００６０】
【表１】
【００６１】
【表２】
【００６２】
【表３】
【００６３】実施例２ 本例では実施例１を繰り返したが、本例では適宜熱間加
工後、再加熱し、冷却した。さらに、得られた供試材
(管) に110A×16V 、30cm／分の条件でCO2 なめ付け溶
接を行い、そのときの溶接部特性を見た。本例では矯正
は行なわなかった。
【００６４】特に、溶接部の曲げについては１ｍのスパ
ンに対して、高さ２ｍの位置から重錘を鋼管・鋼板に落
下させ、曲げ角度 135°に変形させた後に割れ有無で評
価した。母材は基本的に割れは認められなかったが、鋼
管側面・鋼板下面にCO2 なめ付け溶接 (長さ40mm) した
ものについて割れを評価したところ、本発明鋼のように
硬化指数・軟化指数≦100 では割れが生じなかった。結
果は表４および表５にまとめて示す。鋼種は表１に同
じ。
【００６５】
【表４】
【００６６】
【表５】
【００６７】実施例３ 本例でも実施例１を繰り返したが、本例では熱間加工後
軟化焼鈍を行うことで次いで冷間加工を行い、その結果
を評価した。結果は、表６および表７にまとめて示す。
鋼種は表１に同じ。表７において従来例のＢ10は焼き割
れが、Ｂ12には溶接欠陥がみられた。
【００６８】
【表６】
【００６９】
【表７】
【００７０】
【発明の効果】実施例に示すように、本発明による成分
と熱処理および矯正法で本発明鋼は120 kgf/mm2 以上の
強度と良好な靱性、0.75以下の降伏比を有し、衝撃に対
して、十分な吸収特性を示し、さらに寸法矯正により優
れた寸法精度を有する鋼材が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる製造法の工程図である。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 重量％で、 Ｃ:0.15 〜0.40％、Si:0.1〜0.7 ％、Mn:1.0〜2.7 ％、
    Cr:1.0〜3.5 ％、 sol.Al:0.01 〜0.05％、Ｐ:0.025％以下、Ｓ:0.015％以
    下、 残部Feおよび不可避的不純物から成る鋼組成を有し、下
    記式で示されるベイナイト指数( ％) が0 〜50％であ
    る、マルテンサイト単相もしくはベイトナイト量が50％
    以下のマルテンサイトとベイトナイトの複合組織を有す
    ることを特徴とする低降伏比高強度鋼材。 ベイナイト指数( ％) ＝−209C＋43Si−48Mn−58Cr−0.
    416R＋317 ただし、R:マルテンサイト組織を得る焼入れのときの冷
    却速度( ℃/ 分)
  2. 【請求項２】 さらに重量％で、 Mo:0.05 〜1.0 ％およびNi:0.2〜2.5 ％の１種または２
    種を含有することを特徴とする請求項１記載の低降伏比
    高強度鋼材。 ただし、ベイナイト指数( ％) ＝−209C＋43Si−48Mn−
    58Cr−13Ni−63Mo−0.416R＋317
  3. 【請求項３】 さらに重量％で、 Ｖ:0.02 〜0.10％、Ti:0.02 〜0.10％、Nb:0.02 〜0.10
    ％およびＢ:0.0005 〜0.0050％のうちの１種または２種
    以上を含有することを特徴とする請求項１記載の低降伏
    比高強度鋼材。ただし、 Mo、Niを含む場合 ベイナイト指数 (％) ＝−209C＋43Si−48Mn−58Cr−13
    Ni−63Mo−0.416R＋317
  4. 【請求項４】 さらに、前記鋼組成が下記、式を満
    足することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載
    の低降伏比高強度鋼材。 301-53Mn-66Cr≦100 ・・・ ただし、少なくともMoまたはＶを含む場合には、 301-53Mn-66Cr-80Mo-93V ≦100 ・・・' 580-394C+80Si-114Mn-139Cr≦100 ・・・ ただし、少なくともMoまたはNiを含む場合には、 580-394C+80Si-114Mn-139Cr-120Mo-25Ni ≦100 ・・・
    '
  5. 【請求項５】 最終の熱間仕上げ加工を 800〜1000℃で
    施して後、もしくは適宜の加工後に 850〜1050℃で 0.5
    〜２時間保持する再加熱処理を施して後、下式を満足す
    る冷却速度Ｒで冷却を行うことを特徴とする請求項１な
    いし４のいずれかに記載の鋼組成を有する低降伏比高強
    度鋼材の製造方法。 642-502C+103Si-115Mn-139Cr≦Ｒ≦762-502C+103Si-115
    Mn-139Cr ただし、少なくともMoまたはNiを含む場合には、 642-502C+103Si-115Mn-139Cr-31Ni-151Mo ≦Ｒ≦762-50
    2C+103Si-115Mn-139Cr-31Ni-151Mo
  6. 【請求項６】 前記冷却を行った後に、300 ℃以下で焼
    戻し処理を施すことを特徴とする請求項５に記載の低降
    伏比高強度鋼材の製造方法。
  7. 【請求項７】 前述の適宜の加工が冷間加工である場
    合、その冷間加工に先立って下記の条件を満足する軟化
    熱処理を施すことを特徴とする請求項５または６に記載
    の低降伏比高強度鋼材の製造方法。 175 ≦Ｔ｛[log(t)+20] ／100 ｝≦ 200 但し、Ｔ: 軟化熱処理温度 (K) ｔ: 保持時間 (hr)
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