JPH11323481A

JPH11323481A - 微細粒組織を有する鋼とその製造方法

Info

Publication number: JPH11323481A
Application number: JP13297298A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Adachi; 吉隆足立; Masaaki Fujioka; 政昭藤岡; Shigenobu Nanba; 茂信難波; Tomoyuki Yokota; 智之横田
Original assignee: Kobe Steel Ltd; Nippon Steel Corp; Sumitomo Metal Industries Ltd; NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd; JFE Engineering Corp; Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-05-15
Filing date: 1998-05-15
Publication date: 1999-11-26
Anticipated expiration: 2018-05-15
Also published as: JP3623656B2

Abstract

(57)【要約】【課題】低炭素鋼または低炭素合金鋼にて、強度と靱性
および延性がすぐれた平均結晶径が極めて微細である鋼
と、その鋼の製造方法の提供。【解決手段】(1)重量％にて、Ｃ：0.05〜0.3％、Ｍｎ：
0.5〜3％を含み、残部が実質的にＦｅからなり、必要に
応じて、さらにＳｉ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、またはＭ
ｏの１種以上を少量含有し、オーステナイトから低温変
態にて生成したフェライトが80％以上を占める金属組織
を有し、その平均結晶粒径が３μm以下であることを特
徴とする微細粒を有する鋼。(2)Ａc₃点以上の温度か
ら、5℃／s以上100℃／s未満の冷却速度にて冷却する過
程において、低温相が析出を開始する温度より高く、か
つ650℃以下の温度の範囲内で60％以上の加工をおこな
い、その後40℃／s以上の冷却速度にて350℃以下の温度
にまで冷却する(1)に記載の鋼の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多量の合金元素を
含まず、しかも、延性に優れ、かつ高靱性の高強度鋼、
およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼の強化方法としては、従来、特定元素
を固溶させる方法、冷間にて加工し加工歪みを与える方
法、熱処理により強度の高い組織に変態させる方法、Ａ
ｌＮ（窒化アルミニウム）やＴｉＣ（炭化チタン）など
の微細な粒子を析出させる方法、または結晶粒を細かく
する方法などが知られている。これらの強化方法は、そ
れぞれ利点と欠点とを併せ持ち、実用鋼では、これらの
強化方法を組み合わせて必要とする鋼の性能を得てい
る。

【０００３】固溶による強化は、鋼の場合、通常は多量
の合金元素、例えばＳｉなどを含有させることにより得
られる。このため、表面性状の変化や耐食性の劣化な
ど、強度以外の面に添加元素の影響が強く現れる。ま
た、添加する合金元素は鋼より高価なものが多く、この
効果により強度を上昇させようとすれば鋼は必然的に高
価になり、安くて強度があるという鋼本来の特質が失わ
れてしまう。

【０００４】加工歪みを与える方法は、冷間加工などに
より歪みを加えることにより硬くなる効果を利用するも
のであるが、強度上昇とともに延性が急激に低下し、靱
性も大きく劣化して、材料が脆くなる難点があり、その
上形状が限定される。

【０００５】鋼の変態を利用する方法としては、一般に
は焼入れ−焼戻し処理が行われる。焼入れでは、900℃
前後の高温から水冷や油冷などにより急冷し、マルテン
サイト相やベーナイト相などの準安定相を形成させる。
これらの極めて硬度の高い相とするには、被処理鋼のサ
イズに基づき、その化学組成を十分に選定する必要があ
るが、この焼入れ−焼戻しの調質によりすぐれた性質の
鋼を得ることができる。しかし、この熱処理のための余
分の工程が必要であり、加熱炉や急冷装置が必要とな
る。そこで、近年は、熱間加工直後にその高温の状態の
まま焼入れをおこなうなど、工程を短縮する手段が種々
講じられている。

【０００６】微細粒子の析出による硬化は、Ｔｉ、Ｎ
ｂ、Ｖなど炭化物や窒化物を形成する元素を少量添加
し、これらの元素が固溶状態になっている熱間で加工し
た後、冷却過程にて微細に析出させるものである。少量
の添加元素で大きな硬化が得られる利点があるが、靱性
が劣化する傾向があり、添加量を厳密に調整する必要が
ある。また、上記のような合金元素の添加が必要なこと
から、鋼材の価格も高くなる。

【０００７】結晶粒を細かくすると、一般に延性を低下
させることなく強度、とくに降伏点が向上し、さらに靭
性も向上する。通常の鋼の場合、強度を高くすると靭性
が低下する傾向があるが、結晶粒を微細にすることによ
り、靭性の改善すなわち靭性−脆性遷移温度を低くする
ことができる。結晶粒を微細にすることは、プレス成形
に用いる薄鋼板のように加工性を強く要求される場合と
か、高温でのクリープ強度が重要である場合を除き、通
常は鋼の性能向上に好ましい結果をもたらす。このた
め、上記の各種の鋼の強化方法には、いずれも結晶粒の
微細化が組み合わされて適用される。

【０００８】通常の低炭素のフェライト相を主とする鋼
においては、結晶粒の微細化は、基本的には加工変形を
加えて素材の粗大結晶を破壊し細かくする方法、または
オーステナイト−フェライトの変態を利用し細かくする
方法によっておこなわれる。Ａｌなど非鉄金属では溶湯
中に微細な析出核生成元素を添加し、凝固組織から細粒
化させる方法もあるが、鋼では凝固組織は通常粗大であ
る。しかし、通常は最終製品形状に至るまでに様々な加
工が施されるので、その過程である程度の細粒化が進行
する。

【０００９】鋼板の場合を例にとれば、連続鋳造法によ
る200mm前後の厚さの鋳片は、熱間にて圧延加工され
て、鋼の変形とともに粗大な凝固組織は破壊され圧延変
形組織になる。そして高温であるため、圧延ロールから
離れた直後から圧延変形組織の中に加工の歪みのない新
たな再結晶粒が発生し、これが成長して鋼全体が速やか
に再結晶粒の組織となる。その場合、圧延の加工度が大
きいほど数多くの再結晶粒が発生し、細粒組織になる傾
向がある。また、より大きく厚さを減ずるためにこの圧
延加工がくりかえされると、組織の破壊と再結晶がその
都度おこなわれ、より細粒化が進む。熱間加工は通常オ
ーステナイト相の領域で行われ、加工後の冷却でフェラ
イト相に変態する。この変態の際にもオーステナイト相
の結晶組織の中からフェライト相の結晶粒が発生し、や
がては鋼全体がフェライト粒組織となる。しかし、この
ように単に高温のオーステナイト相から低温のフェライ
ト相に変態する場合、一般にはオーステナイト相におけ
る組織の結晶粒径とほぼ同じ結晶粒径のフェライト相組
織になる。

【００１０】上記のように、加工と再結晶の繰り返しに
より、結晶粒を細かくすることができるが、結晶が細か
くなってくると今度は結晶粒どうしが合体し、成長しや
すくなってくる。これは、結晶粒内よりも粒界の持つエ
ネルギーの方が大きく、エネルギーを放出して安定化す
る方向に進むため、結晶粒が細かいほどその傾向が強い
からである。このため、単なる加工と再結晶だけでは、
細粒化に限界がある。これに対し、ＡｌやＴｉ、Ｎｂ、
Ｖなど、窒化物や炭窒化物形成元素を少量添加すること
により微細な析出物を形成させ、それによって結晶粒界
の移動を抑止し、結晶粒の成長を阻止して、鋼の組織を
細粒化する方法がある。実用的な低コストの細粒化鋼は
このような炭窒化物形成元素の添加によって得られてい
る。

【００１１】しかしながら、鋼の性能に対する要求がま
すます厳しくなり、より強度が高くより靭性のすぐれた
ものが要望され、加工熱処理または制御圧延、あるいは
ＴＭＣＰ（Thermo Mechanical Control Process)といわ
れる手法が開発され、実用化されるようになった。これ
は鋼組成を規制し、圧延など熱間加工の過程で加工温度
や加工度を制御して、より高靭性の高強度鋼にしようと
するものである。鋼組成としては、通常、従来の焼入れ
−焼戻しを適用する場合よりも低炭素とし、Ｔｉ、Ｎ
ｂ、Ｖなどが添加される。ことにＮｂの添加はオーステ
ナイト域での再結晶を遅らせる効果があり、より低温で
の圧延と繰り返し圧延による加工歪みの蓄積増大が可能
となるので、好んで用いられる。そして、熱間加工をオ
ーステナイト域だけでなく、オーステナイト＋フェライ
トの二相域にまでも拡大して、加工変形を温度変化とと
もに生じる再結晶、析出、変態等の進行に組み合わせ
る。それによって、変態強化および析出強化に細粒化が
加わり、強度が向上し、靭性がよりいっそう改善され
る。

【００１２】このように加工熱処理法では、とくに結晶
粒の微細化による強度上昇と靭性改善の効果が大きい。
結晶粒の微細化は、上記の再結晶を遅らせ微細析出物を
形成する元素の添加により、加工後再結晶前の歪みエネ
ルギーが増加し、そのエネルギー解放に基づく再結晶核
の生成頻度が増して細粒化するとともに、微細析出物の
結晶粒界移動阻止により粒成長が抑止されることによ
る。これは加工温度が通常より低めに設定されることに
より一層助長される。さらに、オーステナイト＋フェラ
イトの二相域でも加工することにより、変態のエネルギ
ーも核生成頻度を高め、相界面の粒界移動阻止による粒
成長抑止効果も加わってくると考えられる。

【００１３】加工熱処理は、素材の加熱後の熱間加工の
過程にて、温度低下に伴う金属組織的変化に、加工を組
み合わせたものであるが、その加工の途中で急冷や再加
熱がおこなわれることもある。また、冷却して得られた
変態組織を冷間または温間にて加工し、昇温して変態
（逆変態）させ、結晶粒を微細化する方法も高合金鋼で
実施されている。これは、現在のところ最も結晶粒が微
細化された例であるが、高合金鋼の準安定オーステナイ
ト鋼にて、室温で加工し加工誘起変態させてマルテンサ
イト相とし、これを加熱してオーステナイト相に変態さ
せるもので、超微細粒組織が得られている。

【００１４】上記のように、鋼の強度向上とその性能向
上のため、結晶粒微細化が種々検討され、実用的にもそ
の改善効果が認められてきた。しかし、超微細粒の鋼に
ついては、高合金鋼においてはある程度実現されている
ものの、低炭素鋼ないしは低合金鋼においては、まだ十
分なものは得られていない。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】前記のように、低炭素
鋼または低合金鋼においても、結晶粒をさらに微細にす
れば、より性能のすぐれた低コストの鋼が得られること
が期待される。本発明の目的は、低炭素鋼または低炭素
低合金鋼であって、平均結晶粒径が極めて小さく、強度
と靱性および延性がすぐれた鋼、およびその鋼の製造方
法を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】結晶粒を微細にすれば、
鋼の強度を上昇させるばかりでなく、靱性や延性を同時
に向上させることができる。すなわち他の鋼の強化方法
のように、強度の上昇にともなって靱性が劣化したり、
加工性が悪くなるという問題点がなく、鋼の強化方法と
しては理想的なものと考えられる。

【００１７】低炭素鋼ないしは低炭素低合金鋼の結晶粒
微細化方法として、加工熱処理方法は種々検討され、微
細結晶組織の鋼が得られている。これらの方法は、前述
のように加工により素地組織ないしは結晶粒を破砕細分
化し、その加工組織から発生した再結晶粒の成長をでき
るだけ抑止し、細粒鋼を得るもので、この手法による限
界に近いところまで微細粒化が実現されていて、これ以
上の細粒化は困難であると思われる。加工のままの組織
では歪みが多すぎ、靱性も延性も極めて劣った状態にあ
り、これらを回復するには必ず歪みを解放しなければな
らず、歪みの解放の過程で、再結晶と粒成長が進むため
である。また、高合金鋼におけるような逆変態は、低炭
素低合金鋼の場合、冷間での加工度を如何に大きくして
もフェライト相以外のものにはならず、これを加熱する
と、フェライト相の温度域で加工歪みが解放され、再結
晶核生成、粒成長が進んでしまい、逆変態する時にはす
でにかなり成長した粒になっていて、これも結晶粒微細
化には利用できない。

【００１８】そこで、本発明者らは、低炭素鋼または低
炭素低合金鋼の微細粒化をより一層促進させる手段とし
て、加工による破砕と粒成長抑止の手法に変態を組み合
わせる方法を検討した。

【００１９】Ａc₃点以上に加熱されオーステナイト相と
した鋼を急冷すると、通常、Ａr₃点以下に過冷された状
態のオーステナイト相となり、その温度に保持するか、
またはさらに冷却を続ければ変態して、鋼組成やその際
の冷却条件によって、フェライト相、マルテンサイト相
あるいはベイナイト相となる。この変態直前の過冷状態
にて加工を加えると、フェライトを主体とする組織に急
速に変化する。これは加工により変態が誘起されるため
と考えられる。その際に、加工温度および加工率を変え
ることにより、歪みが解放されたフェライト相で、しか
も極めて結晶粒径の小さい組織が得られることを見出し
たのである。

【００２０】この細粒のフェライト相を主体とする組織
が得られる条件をさらに調査した結果、加工を加える温
度が高すぎると、結晶粒が微細にならず、変形量ないし
は圧下率を十分大きくしなければ、フェライト相の比率
が低下して、マルテンサイト相やベイナイト相が増加す
ることがわかった。さらに加工後、できるだけ速く冷却
しなければ結晶粒が大きくなることも明らかになった。
すなわち、低温相への変態直前に強加工を加えることに
より、フェライトの変態再結晶核が急速かつ高密度に生
成して変態が急速に進み、それと同時にその加工歪みが
解放されると推定された。この場合、加工による変形が
大きいほど、それによって誘起される変態にともなう加
工歪みの放出が、十分におこなわれると考えられるので
ある。加工度が不十分であれば、結晶粒の細粒化が不十
分になるばかりでなく、歪みの解放も不十分となってし
まう。そして、加工により誘起された変態によって極め
て微細なフェライト結晶組織となるが、変態後はできる
だけ急冷しなければ、変態後にも粒成長が進行すること
もわかった。

【００２１】このようにして、鋼の化学組成、冷却条
件、加工の温度範囲、加工度、等の限界条件を明確に
し、本発明を完成させた。本発明の要旨は次のとおりで
ある。

【００２２】(1)重量％にて、Ｃ：0.05〜0.3％とＭｎ：
0.5〜3％を含み、残部が実質的にＦｅからなり、オース
テナイトの低温変態によって生成したフェライトが80％
以上を占め、かつ平均結晶粒径が3μm以下である金属組
織を有することを特徴とする鋼。

【００２３】(2)重量％にて、Ｃ：0.05〜0.3％、Ｍｎ：
0.5〜3％、Ｓｉ：0.01〜0.3％、Ｎｂ：０〜0.05％、Ｔ
ｉ：０〜0.05％、Ｖ：０〜0.08％、Ｃｒ：０〜1％およ
びＭｏ：０〜1％を含み、残部が実質的にＦｅからな
り、オーステナイトの低温変態によって生成したフェラ
イトが80％以上を占め、かつ平均結晶粒径が3μm以下で
ある金属組織を有することを特徴とする鋼。

【００２４】(3)上記(1)または(2)の組成を持つ鋼をＡc
₃点以上の温度から、5℃／s以上100℃／s未満の冷却速
度にて冷却する過程において、フェライト相、ベイナイ
ト相、またはマルテンサイト相のような低温相が析出を
開始する温度より高く、かつ650℃以下の温度域で断面
積減少率にて60％以上の加工をおこない、その後40℃／
s以上の冷却速度にて350℃以下の温度にまで冷却するこ
とを特徴とする上記(1)または(2)に記載の鋼の製造方
法。

【００２５】なお、ここでオーステナイトの低温変態に
よって生成したフェライトというのは、結晶組織が微細
なため通常の光学顕微鏡観察では観察が困難であるが、
鋼から採取した薄膜試料により、透過型電子顕微鏡で直
接観察して見出すことのできる歪みの少ない結晶粒から
なるフェライト組織のことである。上記(1)および(2)の
本発明の鋼は、この組織が断面観察の面積率で80％以上
を占めるものである。

【００２６】

【発明の実施の形態】本発明において、鋼の化学組成を
限定した理由は次のとおりである。なお、成分元素の含
有量はすべて重量％である。

【００２７】Ｃは、本発明鋼の基本成分である。その含
有量が0.05％より少ないと、Ａc₃点以上のオーステナイ
ト相とした後に、急冷しても高温で変態を開始してしま
うので、低温の過冷された状態のオーステナイト相での
強加工が不可能となり、微細粒の鋼が得られなくなる。
一方、Ｃが0.3％を超えると、変形抵抗が増大し、低温
での強加工が困難となってくる。したがってＣの含有量
は0.05〜0.3％の範囲とする。

【００２８】Ｍｎは、Ａc₃点以上のオーステナイト相か
ら急冷する際、フェライト相、ベイナイト相、またはマ
ルテンサイト相等の低温相が析出を開始する温度を十分
低下させるために必要である。すなわち、Ｍｎは、低温
の過冷された状態のオーステナイト相を安定して実現さ
せるために重要である。その量が少ない場合は過冷状態
のオーステナイト相の安定化が困難になるので、0.5％
以上の含有が必要である。しかし、Ｍｎの含有量が３％
を超えると、変形抵抗が増大して強加工が困難となり、
その上得られた鋼は極めて発錆しやすくなる。従って、
Ｍｎの含有量は0.5〜3％に限定する。

【００２９】本発明の一つは、上記のＣおよびＭｎ以外
に特殊な合金成分を含まない、いわゆる低炭素鋼であ
る。即ち、ＣおよびＭｎ以外の残部は実質的にＦｅであ
る。なお「実質的にＦｅである」というのは、鋼の製造
上、不可避的に混入する不純物の存在は許される、とい
う意味である。不可避的不純物としては、Ｐ、Ｓ、Ｏ、
Ｎなどがあるが、これらはできるだけ少ないことが望ま
しい。

【００３０】なお、Ａｌ（アルミニウム）は、細粒組織
を得る目的には特には必要ないが、鋳造の際、欠陥のな
い健全な鋳片を得るための溶鋼の脱酸に必須の元素であ
る。上記の不可避不純物の中には、十分な溶鋼脱酸をお
こなうために添加したＡｌの残留分（0.01％以上が望ま
しい）も含まれる。ただし、Ａｌの多量の添加は効果が
飽和するため無意味であり、鋼の価格を上げることにな
るので、多くても0.1％以下に止めておくのがよい。

【００３１】本発明鋼のもう一つは、ＣおよびＭｎの外
に、超微細な細粒組織を安定して得るのに寄与するＳ
ｉ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、ＣｒおよびＭｏの各元素を一種以
上、以下に示す範囲で含有する、いわゆる低炭素低合金
鋼である。なお、これらの元素の含有量を０〜Ｘ％とい
うように表記したが、それは、その元素が積極的に添加
されなくてもよく、添加される場合にはその含有量の上
限をＸ％にするという意味である。

【００３２】Ｓｉを含有させるとＣ量が比較的少ない場
合でも安定して微細粒を得ることができる。その効果は
0.01％以下では、ほとんど認められないので、添加する
場合はその含有量を0.01％以上とするのがよい。一方、
Ｓｉの含有量が0.3％を超えると、変形抵抗が増して強
加工が困難になるので、添加する場合でも、その含有の
上限は0.3％とする。

【００３３】ＮｂまたはＴｉを含有させると、低温相が
析出を開始する温度から多少離れた高めの温度で加工を
加えても、十分安定して微細組織にすることができる。
これは微細な炭窒化物の析出により変態後の結晶粒の成
長が抑止されるためと考えられる。この効果を十分得る
ためには、Ｎｂでは0.005％以上、Ｔｉでは0.005％以上
含有させることが望ましい。ただし、これらの元素が過
剰になると靱性が低下してくるので、Ｎｂでは0.05％以
下、Ｔｉも0.05％以下とすべきである。すなわち含有さ
せる場合、Ｎｂは0.005〜0.05％、Ｔｉは0.005〜0.05％
の範囲とするのがよい。

【００３４】Ｖ、ＣｒおよびＭｏも含有させることによ
り、微細粒組織を安定して得ることができるようにな
る。これらの元素は炭化物を形成し、その析出物は、Ｎ
ｂまたはＴｉの場合と同様結晶粒の成長を抑止する作用
があるが、その効果は大きくない。それよりは、これら
の元素は変態を遅らせる作用が強く、低温相の析出をよ
り低温にするとともに、その析出時期を遅くし、過冷状
態の低温でのオーステナイトとなる範囲を拡大できるの
で、微細粒組織の生成を容易にする効果がある。このよ
うな効果を得るためには、それぞれＶでは0.008％以
上、Ｃｒでは0.05％以上、Ｍｏでは0.05％以上含有して
いることが望ましい。しかし、むやみに含有量を多くし
ても、その効果は飽和し、いたずらにコストを増すだけ
となるので、Ｖでは0.08％以下、ＣｒとＭｏではそれぞ
れ１％以下とするのがよい。すなわち含有させる場合の
含有量は、Ｖでは0.008〜0.08％、Ｃｒでは0.05〜1％、
Ｍｏでは0.05〜1％とするのが望ましい。

【００３５】本発明鋼は、上記の組成を有し、その金属
組織は、オーステナイトの低温変態によって生成したフ
ェライト（以下、低温生成フェライトと記す）が全体の
80％以上を占め、かつその平均結晶粒径が３μm以下の
鋼である。低温生成フェライトとは、前記のように、薄
膜試料により、透過型電子顕微鏡の手法で直接観察でき
るものであるが、転位密度が小さく、明らかに変態によ
り生じた再結晶粒を言う。

【００３６】フェライト結晶粒には、高温生成による粗
大な粒、加工により転位網に取り囲まれた粒、冷間の加
工組織から発生した再結晶粒などがあるが、３μm以下
の歪みの少ない結晶粒が集まった状態で、透過型の電子
顕微鏡にて観察できるのは低温生成フェライトだけであ
る。この低温生成フェライト組織が全体の80％を下回る
場合は、靱性のすぐれた鋼にはならない。これは低温生
成フェライト組織以外の部分が、マルテンサイト相やベ
イナイト相となり、強度は高くても靱性の劣る鋼となる
か、またはフェライト相でも歪みの多い加工組織の鋼
や、粗大結晶粒のフェライト相で強度と靱性が劣る鋼と
なるからである。また、平均結晶粒径が３μmを超える
と、これもまた強度および靱性が劣った鋼となる。

【００３７】本発明の鋼の製造方法は、上記の組成範囲
の鋼素材を用い、Ａc₃点以上の温度から５〜100℃／ｓ
の冷却速度にて、650℃以下でフェライト相、ベイナイ
ト相、またはマルテンサイト相等の低温相が析出を開始
する温度以上の温度範囲に冷却し、断面積の減少率が60
％以上の強加工を施す。

【００３８】Ａc₃点以上の温度からの冷却速度を５〜10
0℃／ｓとするのは、５℃／ｓを下回る冷却速度の場
合、過冷のオーステナイト状態を650℃以下にまで持ち
来すことが困難であり、フェライト結晶粒が粗大化する
からである。また、100℃／ｓを超える急激な冷却速度
とすると、被冷却材の温度分布が悪くなり、場所による
不均一を招くことに加え、低温相が析出する温度以下に
まで低下してしまうおそれがある。

【００３９】この冷却開始以前の素材は、常温から加熱
炉にてＡc₃点以上の温度に加熱されたものでもよいが、
素材を加熱し、粗鍛造、粗圧延など所要形状にＡc₃点以
上の温度にて加工された状態であってもよく、その前歴
は問わない。

【００４０】650℃以下にまで冷却するのは、650℃を上
回る温度にて加工を加えると、加工変形直後の再結晶に
より十分な微細組織が得られなくなるからである。ま
た、変態が始まってしまってから加工がおこなわれる
と、均質な微細組織が得られなくなり、加工歪みが残存
してしまうばかりでなく、変形抵抗が増加するので強加
工を加えることが困難になる。したがって加工は、650
℃以下でかつ低温相が析出するまでの温度範囲において
行わなければならない。そして、その場合の加工は、断
面積の減少率にて60％以上であることが必要である。60
％を下回る変形量では、変形が不十分で十分な微細粒組
織とはならず、しかも、変態による加工歪みの放出が不
十分になる傾向がある。板圧延の場合は幅方向の変形が
ほとんど無いので、断面積の減少率は板厚減少率と実質
的に同じである。この加工度は、60％以上であればいく
ら大きくても同様な効果が得られるが、変形に要するエ
ネルギーの増大や温度降下のため、通常90％程度までが
限度である。

【００４１】強加工後ないしはそれにともなう変態直後
は、350℃以下の温度にまで40℃／s以上の冷却速度にて
冷却する。これは変態直後は極めて細粒であるため、変
態直後の温度に保持されるか40℃／sを下回るゆっくり
した速度で冷却されると粒成長が進み、平均粒径が３μ
mを超える結晶粒になってしまうおそれがあるからであ
る。変態時点で加工歪みは十分解放されているので、冷
却速度は速くてもかまわないが、水冷などその採用でき
る冷却手段により、その速度には自ずから限界がある。

【００４２】

【実施例】表１に示す組成の鋼を、50kgの高周波真空溶
解炉にて溶解し、鋳塊を鍛造して幅150mm、厚さ50mmの
スラブとし、1200℃に加熱して圧延し、厚さ20mmの素板
とした。この素板を1000℃に加熱してオーステナイト化
させた後、噴霧冷却により冷却速度を変え、その冷却速
度にて冷却すれば、低温相が析出し始める温度、すなわ
ち変態を開始する温度の直上の温度で圧延をおこない、
圧延後直ちに冷却した。

【００４３】

【表１】

【００４４】これらの圧延に供した鋼番号それぞれの圧
延条件を表２に示す。得られた圧延試片から任意の位置
にて採取した10ヶ所の板厚中心部の薄膜試験片にて、透
過型電子顕微鏡を用いて7000倍の写真を撮りフェライト
粒径を測定し、2000倍の写真にてフェライト組織の比率
を求めた。また圧延試片からJIS５号の引張り試験片を
切り出して引張り強さを測定し、幅2.5mmのJIS４号サブ
サイズ試験片により衝撃試験をおこない、破面遷移温度
を求めた。

【００４５】

【表２】

【００４６】フェライトの平均結晶粒径、フェライト組
織の占有率、強度および靱性の試験結果をまとめて表２
に併記した。その結果から明らかなように、本発明の低
温生成フェライトが全体の80％以上を占め、かつその平
均結晶粒径が３μm以下の鋼は、その強度に対する靱性
がすぐれた鋼であることがわかる。またこのような超微
細粒の鋼を製造するには、本発明にて定めるように、オ
ーステナイトから加工までの冷却速度、加工温度、加工
度および加工後の冷却速度を規制する必要のあることが
明らかである。

【００４７】

【発明の効果】本発明の鋼は、合金組成の含有量の少な
い鋼であるにもかかわらず、高強度でしかも靱性が極め
てすぐれている。これは、低温変態により生成したフェ
ライトが80％以上を占め、かつその平均結晶粒が３μm
以下と微細であることによる。そして、本発明方法によ
れば、過冷のオーステナイトの大歪み加工により極めて
微細なフェライト組織が得られ、低炭素低合金鋼でも、
強度および靱性のすぐれた鋼を得ることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者足立吉隆大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内 (72)発明者藤岡政昭千葉県富津市新富20−１新日本製鐵株式会社鉄鋼研究所内 (72)発明者難波茂信兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者横田智之東京都千代田区丸の内１丁目１番２号日本鋼管株式会社技術開発本部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％にて、Ｃ：0.05〜0.3％とＭｎ：0.5
〜3％を含み、残部が実質的にＦｅからなり、オーステ
ナイトの低温変態によって生成したフェライトが80％以
上を占め、かつ平均結晶粒径が3μm以下である金属組織
を有することを特徴とする鋼。
【請求項２】重量％にて、Ｃ：0.05〜0.3％、Ｍｎ：0.5
〜3％、Ｓｉ：0.01〜0.3％、Ｎｂ：０〜0.05％、Ｔｉ：
０〜0.05％、Ｖ：０〜0.08％、Ｃｒ：０〜1％およびＭ
ｏ：０〜1％を含み、残部が実質的にＦｅからなり、オ
ーステナイトの低温変態によって生成したフェライトが
80％以上を占め、かつ平均結晶粒径が3μm以下である金
属組織を有することを特徴とする鋼。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の組成を持
つ鋼をＡc₃点以上の温度から、5℃／s以上100℃／s未満
の冷却速度にて冷却する過程において、フェライト相、
ベイナイト相、またはマルテンサイト相のような低温相
が析出を開始する温度より高く、かつ650℃以下の温度
域で断面積減少率にて60％以上の加工をおこない、その
後40℃／s以上の冷却速度にて350℃以下の温度にまで冷
却することを特徴とする請求項１または２に記載の鋼の
製造方法。