JPH0734184A - 多相微量合金鋼 - Google Patents

多相微量合金鋼

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JPH0734184A
JPH0734184A JP4115348A JP11534892A JPH0734184A JP H0734184 A JPH0734184 A JP H0734184A JP 4115348 A JP4115348 A JP 4115348A JP 11534892 A JP11534892 A JP 11534892A JP H0734184 A JPH0734184 A JP H0734184A
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steel
carbon
molybdenum
niobium
nitrogen
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JP4115348A
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Anthony J Deardo
アンソニー・ジェイ・デュアルド
C Isaac Garcia
シー・イザック・ガーシア
Roger M Laible
ロジャー・エム・ライブル
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Bethlehem Steel Corp
Original Assignee
Bethlehem Steel Corp
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/38—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.5% by weight of manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/22—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with molybdenum or tungsten

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  • Organic Chemistry (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 重量％単位で約０．０５乃至約０．３５の炭
素、約０．５乃至約２．０のマンガン、約０．５乃至
１．７５のモリブデン、約０．３乃至約１．０のクロー
ム、約０．０１乃至約０．１のニオブ、約０．００３乃
至約０．０６の硫黄、約０．００３乃至約０．０１５の
窒素、約０．２乃至約１．０のケイ素、および残りの鉄
と通常の不純物を含む鍛造用の特定用途の鋼の組成が提
供される。この鋼は、充分に調質されたオーステナイト
相を生じるようにオーステナイト相で加工され、微視的
構造をフェライトおよびベイナイトの混合物に変態する
ため冷却され、次いで最終的形状に冷間鍛造される。 【効果】 圧延後の熱処理なしに広範囲の用途において
使用できる多岐にわたる鋼材が提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、鋼鉄に関し、特に長尺
製品（例えば、棒材、ロッドおよびワイヤ）の用途に特
定の効用を有する多相微量合金鋼（ｍｕｌｔｉｐｈａｓ
ｅ ｍｉｃｒｏａｌｌｏｙｅｄ ｓｔｅｅｌ）に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】鍛造は、鋼片を圧縮して所要の形状に変
形する完成または半完成の鋼製品を作る商業的に重要な
方法である。鍛造は、広範囲のプロセスにより行うこと
ができる。鋼鉄は高温度に加熱されて鍛造され、あるい
は鍛造は周囲温度で行われることもある。鋼鉄は、連続
的に、あるいは反復作業で変形される。鋼鉄は、鍛造型
なしに形成され、あるいは最終部品のより厳密な公差を
得るため密閉型内で形成される。鋼の鍛造品は、大きさ
が約０．４５ｋｇ（１ポンド）から数トンまでの範囲に
わたり、毎年数十万トンの鋼鉄が鍛造されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】１９７０年代までは、
冷間鍛造および熱間鍛造鋼製品の大部分は、鍛造性およ
び最終特性の組合わせを生じるように選択された炭素成
分を持つ「炭素鋼」即ち低合金鋼を用いて作られてい
た。高力鍛造品は、通常、約０．２〜０．５重量％の中
程度の炭素成分を含む。この炭素成分は、鍛造後熱処理
によって鍛造品を所要の強度に熱処理することを可能に
するため要求される。中程度に高い炭素成分は熱処理条
件において高い強度を得る観点からは有利であるが、こ
の成分はまた多くの要件に対して不充分な冷間延性およ
び靱性をもたらす結果となる。従って、これらの鋼が冷
間鍛造用に供給される時は、冷間変形に先立ち球状化焼
なましを受けねばならない。従って、１９７０年代の前
半までは、これらの高張力熱間および冷間鍛造に使用で
きる鋼は、球状化焼なましおよび応力除去焼なましを含
む非常に高い生産コストで充分な強度水準に熱処理が可
能な中炭素鋼であった。
【０００４】１９７０年代の前半では、中炭素微量合金
鋼の使用により高張力熱間鍛造品を作るコストを低減す
る試みがなされていた。これらの鋼は鍛造時の状態で析
出硬化型フェライト・パーライト構造を生じるため、鍛
造後熱処理の必要なしに約５．９７〜６３２７．５ｋｇ
／ｃｍ2（８５〜９０，０００ｐｓｉ）の降伏強さを生
じ得る。不都合にも、これらのフェライト・パーライト
鋼は、延性および靱性が低く、従って冷間鍛造、あるい
は自動車における打込みボルト、舵輪用ナックル、およ
び中心リンク、および固定具その他の非自動車用途を含
む安全関連品目の如き受入れ得る靱性を必要とする用途
では使用できない。
【０００５】より強く、靱性が高く、更にコスト効率の
よい鋼に対する最終ユーザの関心は、非常に高価である
故に調質鋼により満たすことも、あるいは不充分な特性
の故にフェライト・パーライト鋼により満たすこともで
きない。中炭素微量合金鋼は現在ある鍛造において使用
されているが、特に安全と関連する用途では鍛造要素に
おいては強度および靱性の問題が残る。特定の用途にお
いては、性能およびコストを最適化するために新規な合
金の設計が要求される。本発明は、このような需要を満
たすものであり、また更に関連する利点を提供するもの
である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、最適化された
多相微量合金鋼組成、微視的構造、および熱間または冷
間成形、ならびに押出しあるいは焼戻しのための処理を
提供する。鋼は、熱間あるいは冷間いずれの変形を問わ
ず、最終構成要素における優れた強度と靱性の特性の良
好な均衡を達成する。半完成品の処理は、商業的規模に
おいて現存する工場設備において行うことができる。こ
れらの新しい鋼の１つの利点は、鍛造後の熱処理の必要
なしに高い強度および靱性を生じることである。半完成
品形態における高い延性は、冷間変形処理に先立ち球状
化焼なましの必要を除く。
【０００７】本発明によれば、鋼の組成は、実質的に、
重量％単位で約０．０５乃至約０．３５の炭素、約０．
５乃至約２．０のマンガン、約０．５乃至１．７５のモ
リブデン、約０．３乃至約１．０のクローム、約０．０
１乃至約０．１のニオブ、約０．００３乃至約０．０６
の硫黄、約０．００３乃至約０．０１５の窒素、約０．
２乃至約１．０のケイ素、残りは鉄と通常の不純物から
なる。望ましい鋼組成は、熱間鍛造または冷間鍛造（あ
るいは成形）がなされ、高周波焼入れがなされなければ
約０．１０％の炭素を含み、あるいは熱間鍛造および高
周波焼入れがなされるならば約０．２５％の炭素を含
む。望ましい鋼は更に、約１．０％のマンガン、約０．
８％のモリブデン、約０．５％のクローム、約０．０５
％のニオブ、約０．００７％のニッケル、および約０．
３６％のケイ素を有する。
【０００８】これを冷間成形、冷間鍛造、および押出し
成形用として調製するためには、鋼は、連続的な制御圧
延によりフェライトおよびベイナイト、最も望ましくは
下部ベイナイトの微視的構造に処理されることが望まし
い。フェライトは、約７５乃至約９０体積％の鋼、およ
び残りのベイナイトからなることが望ましい。パーライ
トの如き少量の多の相は存在してもよいが、約２体積％
を越えないことが望ましい。
【０００９】冷間成形に備えて、鋼組成は、条件付きオ
ーステナイト構造を生じるようにオーステナイト相で加
工することにより処理される。次いで、鋼はオーステナ
イトから適当な微視的構造へ、最も望ましくはフェライ
ト全体にわたるアイランドに下部ベイナイトが分布した
微粒子フェライト構造へ変態するように冷却される。選
択された組成は、処理と共働して所要の最終構造を生じ
る。
【００１０】鋼が熱間鍛造製品で使用されるならば、鍛
造に先立ち得られる構造は重要度は少ない。その代わ
り、臨界構造は、熱間鍛造後に冷却と同時に生じるもの
である。これらの鋼においては、熱間鍛造作業から冷却
すると同時にベイナイト・マルテンサイト構造が生じ
る。熱間鍛造製品における高い強度を生じる最適の微視
的構造は、８０体積％の自動焼戻しラス・マルテンサイ
ト（ａｕｔｏｔｅｍｐｅｒｅｄ ｌａｔｈ ｍａｒｔｅ
ｎｓｉｔｅ）および２０体積％の下部ベイナイトであ
る。
【００１１】本発明は、鉄鋼技術、特に鍛造用途に使用
される技術における著しい進歩を提供する。本発明の鋼
は、熱間、温間、あるいは冷却鍛造ができ、鍛造後の熱
処理を必要とせずに優れた特性を結果としてもたらす。
本発明の他の特徴および利点については、望ましい実施
態様の以降の更に詳細な記述を、本発明の原理を事例と
して示す添付図面に関して参照すれば明らかになるであ
ろう。
【００１２】
【実施例】１つは冷間成形（冷間鍛造を含む）において
使用され、他は熱間鍛造において使用される、以後の高
周波焼入れまたは他の表面処理を用いるかあるいは用い
ない本発明の２つの望ましい実施態様がある。
【００１３】冷間成形用途に用いられる如き本発明によ
れば、鋼は実質的に、約０．０５乃至約０．１５％の炭
素、０．５乃至約２．０％のマンガン、約０．５乃至約
１．７５％のモリブデン、約０．３乃至約１．０％のク
ローム、約０．０１乃至約０．１％のニオブ、約０．０
０３乃至約０．０６％の硫黄、約０．００３乃至約０．
０１５％の窒素、約０．２乃至約１．０％のケイ素、残
りが鉄と通常の不純物とからなる組成を有し、微視的構
造は実質的に約１５乃至約９０体積％のフェライトと残
りの下部ベイナイトからなる。
【００１４】更に望ましくは、冷間鍛造用に使用される
鋼は、約０．０８乃至約０．１２％の炭素、約０．９６
乃至約１．０５％のマンガン、約０．６乃至約１．０の
モリブデン、約０．４乃至約０．７５％のクローム、約
０．０３乃至約０．０７％のニオブ、約０．００６乃至
約０．０１％の窒素、および約０．２乃至約０．４％の
ケイ素の組成を有する。更に、この鋼は、約０．１０％
の炭素、約１．０％のマンガン、約０．８％のモリブデ
ン、約０．５％のクローム、約０．０５％のニオブ、約
０．００３％の硫黄、約０．００７％の窒素、および約
０．３６％のケイ素の組成を有する。
【００１５】冷間成形用途に使用される鋼は、オーステ
ナイト相で熱間加工され、約１５μｍより小さなフェラ
イトの平均粒度を持つフェライト・ベイナイト微視的構
造を生じるに充分な速度で冷却される。熱間鍛造用途に
用いられた本発明によれば、鋼は、重量％単位で、実質
的に約０．０５乃至約０．３５％の炭素、約０．５乃至
約２．０％のマンガン、約０．５乃至約１．７５％のモ
リブデン、約０．３乃至約１．０％のクローム、約０．
０１乃至約０．１％のニオブ、約０．００３乃至約０．
０６％の硫黄、約０．００３乃至約０．０１５％の窒
素、約０．２乃至約１．０％のケイ素、残りの鉄および
通常の不純物からなり、微視的構造は実質的に約７０乃
至９０体積％のラス・マルテンサイトと、約１０乃至約
３０体積％の下部ベイナイトとからなる。
【００１６】この鋼の熱間鍛造グレードには、物品が高
周波焼入れされる時使用される一方と、物品が高周波焼
入れされない時の他方の２つの望ましい実施態様があ
る。高周波焼入れされた鋼は、望ましくは約０．１５乃
至０．３５％、最も望ましくは０．２５％の炭素成分を
有し、高周波焼入れされない鋼は、望ましくは約０．０
８乃至約０．１５％、最も望ましくは０．１０％の炭素
成分を有することが望ましい。２つの場合、元素の残り
に対する望ましい範囲は同じであり、また冷間鍛造用途
に使用される鋼の望ましい範囲および最も望ましい範囲
は同じである。
【００１７】あらゆる場合に、鋼は商業的な製鋼慣例に
これまで見出される少量の元素を有する。これらの元素
の内、ホウ素成分は、約０．０００５乃至約０．００２
％、最も望ましくは約０．００１５％であることが望ま
しい。チタン成分は、約０．００５乃至約０．０４％、
最も望ましくは約０．０１５％であることが望ましい。
【００１８】全ての鋼は、従来の慣例により製造され
る。これらの鋼は、元素を一緒に炉内で融解するか、あ
るいは塩基性酸素平炉あるいは電気炉内で精錬操作を行
うことにより調製される。
【００１９】冷間成形および熱間鍛造（高周波焼入れさ
れない）の両用途に使用することができる特に望ましい
実施態様においては、鋼（ＭＰＣ鋼と呼ばれる）は、
０．１０％の炭素、約１．００％のマンガン、約０．７
０％のモリブデン、約０．５０％のクローム、約０．０
５％のニオブ、約０．０２０％の硫黄、約０．００７％
の窒素、約０．３０％のケイ素、約０．０１％のリン、
約０．０４％のアルミニウム、残りの鉄および微量の不
純物からなる組成で調製された。この鋼の熱は、電気ア
ーク炉で作られ、インゴットに鋳造され、約２９．０３
乃至４３．５５ｃｍ2（４−１／２乃至６−３／４平方
インチ）の断面範囲、および約５．４９乃至１６．４６
ｍ（１８乃至５４フィート）の長さ範囲のビレットに従
来通り圧延される。
【００２０】鋼が冷間成形用途において使用あれる時、
冷却変態に先立ちオーステナイトが充分に調質されるこ
とが重要である。本文において、「充分に調質された」
オーステナイトは、完全に再結晶化された等軸の微粒構
造を有し、粒度が平均して約１０〜１５μｍ径であるこ
とが望ましい。
【００２１】充分に調質されたオーステナイト微視的構
造を得るために、ビレットの一部が以後の制御圧延スケ
ジュールに従って圧延された。ビレットは、約１２０４
℃（２２００°Ｆ、±５０°Ｆ）に再加熱され、この再
加熱温度に３０分の目標最短時間保持された。制御圧延
は、約８２９乃至８９９℃（１５２５乃至１６５０°
Ｆ）の範囲内で生じた。制御圧延においては、最終圧延
が棒材の面積を２の係数だけ減少した。この最終圧延
は、最終スタンドにおいて４乃至８回のパスにより行わ
れた。制御圧延スケジュールは、参考のため引用した米
国特許第３，９８１，７５２号に記載された如き圧延機
および手順を用いて行われた。次いで、鋼は異なる試料
においてある範囲の微視的構造を生じるためオーステナ
イト相から空気または水の急冷により冷却された。以後
の冷間鍛造に対しては、鍛造前焼なましあるいは鍛造後
調質を行わずに、制御圧延され空冷された材料が使用さ
れた。
【００２２】図１は、オーステナイト相における制御圧
延後空冷することにより得られた微視的構造を示してい
る。この微視的構造は、約７５〜８０％のポリゴナル・
フェライトと、２０〜２５％の均等に分布した下部ベイ
ナイトのアイランドとからなる。
【００２３】他のビレットは、下記の如きオーステナイ
ト相で従来の圧延方式で圧延された。即ち、ビレットを
約約１２０４℃（２２００°Ｆ）まで再加熱し、このビ
レットを一連２２回のパスで約９５４℃（１７５０°
Ｆ）の仕上げ温度まで圧延する。圧延された棒材は空冷
された。従来の方法で圧延されたビレットは、以後の熱
間および温間鍛造に使用された。
【００２４】図２は、従来の圧延および空冷により得た
微視的構造を示している。この微視的構造は、約５０〜
６５％のポリゴナル・フェライト、３５〜４５％の上部
ベイナイト、および２〜５％のパーライトからなってい
る。図１および図３を比較すると、従来の圧延後および
制御圧延後に得た微視的構造間の主な相違がポリゴナル
・フェライトの量（従来の圧延における５８％に対し
て、制御圧延においては７７％）、およびベイナイト相
の種類、量および形態であることを示す。
【００２５】本発明の鋼は、特定の範囲にわたり異なる
合金元素で使用可能である。このような範囲およびこの
範囲内に元素を保持しない場合の結果についての以降の
論議においては、他の元素がそれらの前記範囲内に維持
される。この鋼は、１つの元素を他の元素と関連せずに
使用することのない元素の空冷の結果としてその望まし
い特性を達成する。このため、合金元素の選択および量
は相互に依存し、他方の存在およびその量と関連せずに
最適化できない。本鋼の組成全体の概念内では、合金元
素およびその使用可能な比率は、以下の項に述べる理由
により選択される。
【００２６】炭素成分は、約０．０５乃至約０．３５重
量％の範囲で変動し得る。炭素は、カーバイドを形成
し、またベイナイト相の形成に寄与する。炭素の量を増
加すると、鋼の強さを増すが、またその延性および靱性
を減少する。もし炭素量が約０．０５％より少なけれ
ば、鋼の降伏強さは低すぎ、降伏強さを増すために高価
な元素を添加しなければならない。炭素量が約０．３５
％より大きければ、鋼の延性は低すぎる。この広い範囲
内で、冷間鍛造に使用される鋼のグレードは、所要の微
視的構造を生じるためには、約０．０８〜０．１２％の
炭素、最も望ましくは０．１０％の炭素を含む。以降の
高周波焼入れを行わない熱間鍛造に使用される鋼のグレ
ードは、約０．０８〜０．１５％の炭素、最も望ましく
は０．１０％の炭素を有する。もし鋼が熱間鍛造の後高
周波焼入れされるならば、高周波焼入れを可能にするた
め、炭素成分は約０．１５〜０．３５％、最も望ましく
は０．２５％まで増加される。
【００２７】モリブデン成分は、約０．５乃至約１．７
５％の範囲で変動し得る。モリブデンは、調質中オース
テナイトの構造に影響を及ぼす。もしモリブデン成分が
約０．５％より少なければ、冷却および変態に先立つ調
質中のオーステナイトの粒度は大き過ぎ、冷却と同時に
粗いフェライト粒度および低い強度をもたらす結果とな
る。図３は、鋼を数回（秒単位）１１５０℃まで再加熱
した後、モリブデン成分の関数としてのオーステナイト
の粒度のグラフで、充分に高いモリブデン成分により達
成される粒度の減少を示している。モリブデン成分が高
すぎるならば、微粒子境界にモリブデンに基く脆性が生
じる。
【００２８】モリブデンが最終製品における靱性の減少
に寄与するという理論に基いてモリブデン成分を非常に
低く、約０．２％に保持することが鍛造用に使用される
以前の微量合金鋼における慣例であった。本願の試み
は、オーステナイトの粒度の減少によるオーステナイト
の改善された調質に対するモリブデンの寄与がこの種の
鋼ではこれまで実現されなかった著しい利点を提供する
ことを示す。
【００２９】ニオブ成分は、約０．０１乃至約０．１０
％の範囲で変動し得る。ニオブは、ニオブ炭化物、窒化
物、浸炭窒化物の形成により鋼の強度および靱性に寄与
する。ニオブはまた、ニオブが溶液中に含まれる時ベイ
ナイトの開始温度を下げることにより強度に寄与する。
ニオブ成分が約０．０１％より少なければ、不充分なニ
オブ析出物が良好な靱性レベルに達するように形成され
る。もしニオブ成分が焼く０．１０％より多ければ、析
出物の体積比率は大きすぎ、鋼の靱性の低下を結果とし
て生じる。
【００３０】マンガン成分は、約０．５乃至約２．０重
量％の範囲で変動し得、クローム成分は約０．３乃至約
１．０重量％の範囲で変動し得る。マンガンおよびクロ
ームは、連続冷却変態（ＣＣＴ）図に示されるように、
一般に変態温度を抑制してパーライト形成の開始を遅ら
せることにより冷却中の相の形成に影響を及ぼす。その
結果、フェライト粒度および冷却中のパーライトではな
くベイナイトの生成を含む微視的構造である。
【００３１】図４および図５は、連続的な冷却変態図に
おけるクロームの影響を示す。ＭＰＣ鋼のＣＣＴ図は図
４に示されるが、０．１％モリブデンと０．２５％のク
ロームのみを含むものを除いて、相等の鋼に対するＣＣ
Ｔ図が図５に示される。パーライト形成の開始は本発明
の鋼に遅れを生じ、主として微細なフェライトと微細な
下部ベイナイトである微視的構造を結果として生じる。
モリブデンの如き合金元素は、フェライト開始温度を結
果が図４および図５に示される非制御圧延プロセスにお
いて移動する。
【００３２】微視的構造におけるパーライトは靱性の減
少に寄与する。本鋼の組成および処理は、パーライトの
存在量を回避するかあるいは少なくとも最小限に抑える
ように選択される。商業的慣例においては、２重量％よ
り小さい如き少量のパーライトが、特に大きな断面の中
心に不可避的に存在し得るが、その存在および効果を最
小限に抑えるように注意が払われる。
【００３３】最も望ましい微視的構造は細粒フェライト
を含み、粒度は約１５μｍより小さい。微視的構造の細
粒度は、高い強度および高い靱性に著しく寄与し、約１
５μｍを越えることは受入れ難い。細粒フェライトの粒
度は、一部は完全に再結晶化された細粒等軸構造を持つ
充分に調質されたオーステナイトから生じる。
【００３４】最も望ましい微視的構造はまた、粗粒の上
部ベイナイトではなく細粒の下部ベイナイトを有するこ
とが望ましい。この細粒下部ベイナイトは、細粒フェラ
イト粒度との組合わせにおいて、最終製品における良好
な切欠き靱性を促進する。
【００３５】ベイナイト微視的構造は、実質的にフェラ
イトおよび鉄炭化物からなる２相の微視的構造を有す
る。オーステナイトの組成および冷却速度に応じて、結
果として得るベイナイトの形態の変化が生じる。結果と
して得る微視的構造は、上部ベイナイトあるいは下部ベ
イナイトと呼ばれる。図６は、上部ベイナイト微視的構
造を持つ本発明の鋼の一例を示している。上部ベイナイ
トは、板状の領域を形成する平行的なグループに通常見
出されるフェライト・ラスの骨構造として説明すること
ができる。上部ベイナイトと関連するカーバイド相は、
前のオーステナイト結晶粒界（ラス間領域）に析出さ
れ、炭素成分に応じて、図６に示されるように、これら
カーバイドはラス粒界間に略々完全なカーバイド膜を形
成し得る。
【００３６】下部ベイナイトはまた、フェライトおよび
カーバイドの骨構造からなる。カーバイドは、フェライ
ト板の内部に析出する。カーバイド析出物は非常に微小
な大きさで、一般にロッドあるいはブレード形状を呈す
る。本発明の鋼における下部ベイナイト微視的構造の典
型的な事例は、図７に示される。
【００３７】鋼が本発明により調製された後、この鋼は
幾つかの用途のいずれでも使用される。特定の関心のあ
る１つのあり得る用途において、この鋼は操舵ブラケッ
トの冷間成形により製造中に中炭素鋼と置換する。中炭
素１０３８鋼を用いてブラケットを形成する時、制御圧
延され空冷された本発明の望ましい鋼が用いられる時は
不要な多数回の熱処理が要求される。下記の表Ｉは、ブ
ラケットの製造時に２つの鋼に要求される製造ステップ
を比較し、結果として得る特性は下記の如くである。即
ち、
【００３８】 ［表Ｉ］ １０３８鋼 本発明の鋼 棒材に対して熱間圧延 棒材に対して制御圧延 球状化焼なまし （焼なましなし） 洗浄および潤滑 洗浄および潤滑 ２段階ヘディング ２段階ヘディング 応力除去 （応力除去なし） 曲げ、圧印加工およびパンチ 曲げ、圧印加工およびパンチ 調質 （調質なし） 最終特性： 降伏点： １００ｋｓｉ １５０ｋｓｉ 疲労限度 ８９，０００サイクル １６２，０００サイクル 靱性： 約８．３ｋｇ−ｍ 約９．７ｋｇ−ｍ （６０ｆｔ−ｌｂ） （７０ｆｔ−ｌｂ） （「ｋｓｉ」は千単位のポンド／平方インチ、および
「ｆｔ−ｌｂ」は吸収エネルギのフートポンドで表わ
す。）
【００３９】本鋼は、より高価な合金元素を含み、ミル
の制御圧延手順を必要とする点で、１０３８鋼より僅か
に高価となる。このコストは、製造作業中の３回の熱処
理がないことにより相殺以上となり、コストの安い最終
製品を結果としてもたらす。更に、本鋼で作られた部品
の特性は、低炭素鋼で作られた部品の特性より優れてい
る。
【００４０】下記の事例は本発明の特質を示すため提示
されるが、如何なる意味でも本発明を限定するものでは
ない。
【００４１】事例１ 本発明の望ましいＭＰＣ鋼は、鍛造ようとして用いられ
た２つの従来の鋼と比較するようにテストされた。これ
らの鋼について得た結果は下記の如くである。即ち、
【００４２】 ［表ＩＩ］ ＣＶＮ，ｆｔ−ｌｂ 鋼 材 ＹＳ(ksi) ＴＳ(ksi) ％ＲＡ ０Ｆ ７５Ｆ 1045/WQ 82 123 40 12 20 10V45/HR 86 125 29 4 12 MPC/WQ 114 138 63 33 53 MPC/AC 62 97 61 46 68 （ＷＱは水冷、ＨＲは熱間圧延、およびＡＣは空冷を表
わす。ＹＳは降伏強さ、ＴＳは引張強さ、％ＲＡは面積
の縮小率、およびＣＶＮは表示された温度におけるシャ
ルピーＶ切欠き靱性である。）
【００４３】水冷条件における本発明の鋼は、あらゆる
観点において従来の鋼に優れている。空冷条件では、本
鋼は強度特性は低いが靱性は遥かに優れている。ある用
途では、本発明の空冷鋼により提供される特性の組合わ
せは、従来の鋼の特性より選好されよう。
【００４４】事例２ 本発明の望ましいＭＰＣ鋼は、自動車用の中心リンクの
製造時に熱間圧延されたＳＡＥグレード１５４１鋼と比
較するようにテストされた。本発明の望ましい鋼は、制
御圧延され、洗浄されてコーティングを施し、冷間引抜
き、押出し、曲げ、圧印され、穿孔され、マグナフラッ
クス検査を行うことができた。ＳＡＥグレード１５４１
鋼は、従来通り圧延され、球状化焼なまし（本発明の選
好鋼には不要あるいは使用されないステップ）され、洗
浄およびコーティングを行い、冷間引抜き、押出し、曲
げ、圧印、穿孔およびマグナフラックス検査ができた。
【００４５】本発明の鋼は、約７，８７５ｋｇ／ｃｍ2
（１１２，０００ｐｓｉ）の降伏強さ、約８，４３７ｋ
ｇ／ｃｍ2（１２０，０００ｐｓｉ）の引張強さ、約
８．３〜１１．１ｋｇ−ｍ（６０〜８０ｆｔ−ｌｂ）の
室温におけるシャルピーＶ切欠き値を有し、多数の部品
の成形時に割れ不合格がなかった。対照的に、ＳＡＥ１
５４１鋼は、約７，０３１ｋｇ／ｃｍ2（１００，００
０ｐｓｉ）の降伏強さ、約７，７３４ｋｇ／ｃｍ2（１
１０，０００ｐｓｉ）の引張強さ、僅かに約２．１〜
２．４ｋｇ−ｍ（１５〜１７ｆｔ−ｌｂ）の室温におけ
るシャルピーＶ切欠き値を持ち、多数の部品の成形時の
割れ不合格が８％であった。
【００４６】事例３ 本発明の望ましいＭＰＣ鋼は、自動車用の下部制御アー
ムの熱間鍛造時にグレードＨＳＬＡ９０および１５４１
Ｈと比較してテストされた。各々の鋼は従来通り熱間圧
延され、熱間鍛造され、空冷された。ＨＳＬＡ９０と本
発明の鋼はこれ以上の熱処理を受けなかったが、グレー
ド１５４１Ｈ鋼は調質された。
【００４７】本発明の鋼は、約８，５７８ｋｇ／ｃｍ2
（１２２，０００ｐｓｉ）の降伏強さ、約１０，６８７
ｋｇ／ｃｍ2（１５２，０００ｐｓｉ）の引張強さ、約
７．１〜８．２ｋｇ−ｍ（５１〜５９ｆｔ−ｌｂ）の室
温におけるシャルピーＶ切欠き値を有し、約２５０，０
００サイクルで疲労破壊した。ＨＳＬＡ９０鋼は、約
７，３８３ｋｇ／ｃｍ2（１０５，０００ｐｓｉ）の降
伏強さ、約９，３５１ｋｇ／ｃｍ2（１３３，０００ｐ
ｓｉ）の引張強さ、約２．９〜３．０ｋｇ−ｍ（２１〜
２２ｆｔ−ｌｂ）の室温におけるシャルピーＶ切欠き値
を呈した。調質されたグレード１５４１Ｈ鋼は、約８，
１５６ｋｇ／ｃｍ2（１１６，０００ｐｓｉ）の降伏強
さ、約９，４９２ｋｇ／ｃｍ2（１３５，０００ｐｓ
ｉ）の引張強さ、約６．２〜９．４ｋｇ−ｍ（４５〜６
８ｆｔ−ｌｂ）の室温におけるシャルピーＶ切欠き値を
有し、約８０，０００サイクルで疲労破壊した。
【００４８】
【発明の効果】本発明の鋼は、ＨＳＬＡ９０鋼よりも著
しく優れた強度および靱性値を呈し、また比肩し得る靱
性値においてグレード１５４１鋼より優れた強度を呈し
た。従って、本発明は、圧延後の熱処理なしに広範囲の
用途において使用できる多岐にわたる鋼材を提供する。
本発明の特定の実施例について例示の目的のため詳細に
記述したが、本発明の趣旨および範囲から逸脱すること
なく種々の変更が可能である。従って、本発明は、頭書
の特許請求の範囲を除き限定されることはない。
【００４９】
【図面の簡単な説明】
【図１】制御圧延および空冷により処理されるサンプル
の顕微鏡写真（５００倍）である。
【図２】従来の熱間圧延および空冷により処理されたサ
ンプルの顕微鏡写真（５００倍）である。
【図３】モリブデン成分の関数としてオーステナイト粒
度を示すグラフである。
【図４】本発明の鋼に対する連続冷却変態図である。
【図５】本発明で可能なより少ないモリブデンおよびク
ロームを含む鋼に対する連続冷却変態図である。
【図６】上部ベイナイトの微視的構造を有する鋼の顕微
鏡写真（２０，０００倍）である。
【図７】下部ベイナイトの微視的構造を有する鋼の顕微
鏡写真（２５，０００倍）である。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年１１月１５日
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】制御圧延および空冷により処理されるサンプル
の金属組織の顕微鏡写真（５００倍）である。
【図２】従来の熱間圧延および空冷により処理されたサ
ンプルの金属組織の顕微鏡写真（５００倍）である。
【図３】モリブデン成分の関数としてのオーステナイト
粒度を示すグラフである。
【図４】本発明の鋼に対する連続冷却変態図である。
【図５】本発明で可能なより少ないモリブデンおよびク
ロームを含む鋼に対する連続冷却変態図である。
【図６】上部ベイナイトの微視的構造を有する鋼の金属
組織の顕微鏡写真（２０，０００倍）である。
【図７】下部ベイナイトの微視的構造を有する鋼の金属
組織の顕微鏡写真（２５，０００倍）である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シー・イザック・ガーシア アメリカ合衆国、15235・ペンシルバニア 州、ピッツバーグ、フェンウィック・ドラ イブ・122 (72)発明者 ロジャー・エム・ライブル アメリカ合衆国、15905・ペンシルバニア 州、ジョンズタウン、アールディー５− 343エー

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 鋼の組成において、実質的に、重量％単
    位で約０．０５乃至約０．３５の炭素、約０．５乃至約
    ２．０のマンガン、約０．５乃至１．７５のモリブデ
    ン、約０．３乃至約１．０のクローム、約０．０１乃至
    約０．１のニオブ、約０．００３乃至約０．０６の硫
    黄、約０．００３乃至約０．０１５の窒素、約０．２乃
    至約１．０のケイ素、および残りの鉄と通常の不純物を
    含むことを特徴とする鋼組成。
  2. 【請求項２】 炭素成分が約０．０５乃至約０．１５％
    であることを特徴とする請求項１記載の鋼。
  3. 【請求項３】 約０．０８乃至約０．１２％の炭素、
    ０．９６乃至約１．０５％のマンガン、約０．６乃至約
    １．０％のモリブデン、約０．４乃至約０．７５％のク
    ローム、約０．０３乃至約０．０７％のニオブ、約０．
    ００６乃至約０．０１％の窒素、および約０．２乃至約
    ０．４％のケイ素を含むことを特徴とする請求項１記載
    の鋼。
  4. 【請求項４】 約０．１％の炭素、約１．０％のマンガ
    ン、約０．８％のモリブデン、約０．５％のクローム、
    約０．０５％のニオブ、約０．００３％の硫黄、約０．
    ００７％の窒素、および約０．３６％のケイ素を含むこ
    とを特徴とする請求項１記載の鋼。
  5. 【請求項５】 約０．０８乃至約０．１５％の炭素、約
    ０．９６乃至約１．０５％のマンガン、約０．６乃至約
    １．０のモリブデン、約０．４乃至約０．７５％のクロ
    ーム、約０．０３乃至約０．０７％のニオブ、約０．０
    ０６乃至約０．０１％の窒素、および約０．２乃至約
    ０．４％のケイ素を含むことを特徴とする請求項１記載
    の鋼。
  6. 【請求項６】 約０．１５乃至約０．２５％の炭素、
    ０．９６乃至約１．０５％のマンガン、約０．６乃至約
    １．０％のモリブデン、約０．４乃至約０．７５％のク
    ローム、約０．０３乃至約０．０７％のニオブ、約０．
    ００６乃至約０．０１％の窒素、および約０．２乃至約
    ０．４％のケイ素を含むことを特徴とする請求項１記載
    の鋼。
  7. 【請求項７】 約０．２５％の炭素、約１．０％のマン
    ガン、約０．８％のモリブデン、約０．５％のクロー
    ム、約０．０５％のニオブ、約０．００３％の硫黄、約
    ０．００７％の窒素、および約０．３６％のケイ素を含
    むことを特徴とする請求項１記載の鋼。
  8. 【請求項８】 鋼の組成において、実質的に、重量％単
    位で約０．０５乃至約０．１５の炭素、約０．５乃至約
    ２．０のマンガン、約０．５乃至１．７５のモリブデ
    ン、約０．３乃至約１．０のクローム、約０．０１乃至
    約０．１のニオブ、約０．００３乃至約０．０６の硫
    黄、約０．００３乃至約０．０１５の窒素、約０．２乃
    至約１．０のケイ素、および残りの鉄と通常の不純物を
    含み、微視的構造が実質的に約１５乃至約９０体積％の
    フェライトと残りの下部ベイナイトとからなることを特
    徴とする鋼。
  9. 【請求項９】 鋼の組成において、実質的に、重量％単
    位で約０．０５乃至約０．３５の炭素、約０．５乃至約
    ２．０のマンガン、約０．５乃至１．７５のモリブデ
    ン、約０．３乃至約１．０のクローム、約０．０１乃至
    約０．１のニオブ、約０．００３乃至約０．０６の硫
    黄、約０．００３乃至約０．０１５の窒素、約０．２乃
    至約１．０のケイ素、および残りの鉄と通常の不純物を
    含み、微視的構造が実質的に約７０乃至約９０体積％の
    ラス・マルテンサイトと、約１０乃至約３０体積％の下
    部ベイナイトとからなることを特徴とする鋼。
  10. 【請求項１０】 炭素成分が約０．０８乃至０．１５％
    であることを特徴とする請求項９記載の鋼。
  11. 【請求項１１】 炭素成分が約０．１５乃至０．２５％
    であることを特徴とする請求項９記載の鋼。
  12. 【請求項１２】 鋼材を調製するプロセスにおいて、 実質的に重量％単位で、約０．０５乃至約０．１５の炭
    素、約０．５乃至約２．０のマンガン、約０．５乃至
    １．７５のモリブデン、約０．３乃至約１．０のクロー
    ム、約０．０１乃至約０．１のニオブ、約０．００３乃
    至約０．０６の硫黄、約０．００３乃至約０．０１５の
    窒素、約０．２乃至約１．０のケイ素、および残りの鉄
    と通常の不純物を含む鋼組成を提供し、 該鋼をオーステナイト相で熱間加工し、 約１５μｍより小さい平均フェライト粒度を持つフェラ
    イト・ベイナイト微視的構造を生じるに充分な速度で前
    記鋼を冷却するステップを含むことを特徴とするプロセ
    ス。
  13. 【請求項１３】 前記熱間加工が制御圧延により行われ
    ることを特徴とする請求項１２記載のプロセス。
  14. 【請求項１４】 冷却ステップの後、鋼を冷間加工する
    別のステップを含むことを特徴とする請求項１２記載の
    プロセス。
  15. 【請求項１５】 鋼材を調製するプロセスにおいて、 実質的に重量％単位で、約０．０５乃至約０．３５の炭
    素、約０．５乃至約２．０のマンガン、約０．５乃至
    １．７５のモリブデン、約０．３乃至約１．０のクロー
    ム、約０．０１乃至約０．１のニオブ、約０．００３乃
    至約０．０６の硫黄、約０．００３乃至約０．０１５の
    窒素、約０．２乃至約１．０のケイ素、および残りの鉄
    と通常の不純物を含む鋼組成を提供し、 該鋼をオーステナイト相で熱間加工し、 前記鋼を熱間鍛造するステップを含むことを特徴とする
    プロセス。
  16. 【請求項１６】 前記鋼が、約０．０８乃至約０．１５
    ％の炭素成分を有することを特徴とする請求項１５記載
    のプロセス。
  17. 【請求項１７】 熱間鍛造ステップの後に、熱間鍛造さ
    れた鋼材表面を高周波焼入れする別のステップを含むこ
    とを特徴とする請求項１５記載のプロセス。
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