JPS604250B2 - 高靭性調質型高張力鋼の製造方法 - Google Patents

高靭性調質型高張力鋼の製造方法

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JPS604250B2
JPS604250B2 JP56096342A JP9634281A JPS604250B2 JP S604250 B2 JPS604250 B2 JP S604250B2 JP 56096342 A JP56096342 A JP 56096342A JP 9634281 A JP9634281 A JP 9634281A JP S604250 B2 JPS604250 B2 JP S604250B2
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Japan
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less
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steel
quenching
slab
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JP56096342A
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良太 山場
健太郎 岡本
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • 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)
  • Heat Treatment Of Strip Materials And Filament Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は高強度高靭性をを有する高張力鋼の製造方法
に関するものである。
近年構造物の大型化に伴ない、良好な溶接性を具備しつ
つ、廉価で高強度、高籾性を有する厚肉鋼板の開発が要
請されている。
従来、板厚10仇岬以上で引張強さ70kg/磯以上を
得るには多量の合金元素の添加と共に、焼入性向上のた
めBの利用が行なわれるが板厚10仇凧以上の厚肉では
焼入性向上は容易ではない。
ここにおいて、本発明者らは板厚10比舷以上の厚肉に
おいてもBによる暁入性向上効果を従来以上に安定して
有効に引き出す製造条件を多くの実験の結果見出したも
のである。
さて、Bは競入時にオーステナィト粒界に偏析すること
により焼入性を向上するが、Nと結びついてBNとして
析出すれば暁入性向上を示さない。
板厚low吻以下の場合、館入性に有効なBがやや不十
分であったとしても、冷却速度の早いことが相挨つて、
焼入れ時、鋼板を十分焼入れることが可能であり、高強
度、高靭性を得ることができる。しかし、板厚が10仇
岬を超えると焼入性に有効なBを多くする製造方法が必
要になる。従来暁入性に有効なBを得るためにAIを添
加して、Nを固定することが行なわれるが、この場合、
AI一B−N三元系におけるAIN,BNの平衡析出反
応として検討が加えられるのが一般である。この場合A
IN,BNの析出反応は平衡可逆的と考えるため、焼入
れ熱処理以前のプロセスが問題になることはなく、Bに
よる煉入性改善にはそれ以後のプロセス対策が可能とさ
れていた。
これは、焼入れ熱処理温度において、有効Bが多くなる
ようなAI−B−Nバランスを考慮することになり、一
般に高AIの成分系が選ばれることになり、焼入れ熱処
理以前のプロセスについては全く考慮がなされなかった
さらにまた、厚肉材の水素系UST欠陥対策の観点から
、圧延後にも温度を十分低下させることなく脱水素熱処
理効果を持たせた後に次の調質熱処理プロセスに移る方
法が採られている。
しかしながら、このようなプロセスでは必ずしも良好な
焼入性が安定して得られない。すなわち、板厚100柳
を越える厚板材においては焼入性のバラッキとなって現
われ安定して高強度、高鞠性を得ることがむずかしい。
本発明はこのような問題点を有利に解決するためなされ
たものでその要旨とするところは、重量でC:0.05
〜0.25%、Si:0.05〜0.60%、Mn:0
.3〜2.0%、AI:0.02〜0.1%、B:0.
0003〜0.0050%、N:0.0020〜0.0
120%、Cu:1.0%以下、Ni:3.5%以下、
Cr:1.0%以下、Mo:1.0%以下、V:0.1
%以下、Nb:0.1%以下の1種又は2種以上を含む
鋼を常法によりスラブとし該スラブの加熱温度Toを1
10000以上とし熱間圧延後の鋼板を前記加熱温度T
に対応する冷却温度T=2125−1.のo以下に冷却
した後焼入れ焼戻しを行なうことを特徴とする肉厚10
物吻以上の高趣性調質型高張力鋼の製造方法。及び熱間
圧延後の鋼板を前記加熱温度Toに対応する冷却温度T
=2125−1.3Tジメ下とし、その後の再加熱時の
昇温速度を20000ノhr以下として昇温した後、焼
入れ焼戻しを行なうことを特徴とする肉厚10仇奴以上
の高靭性調質型高張力鋼の製造方法に関するものである
。すなわち、本発明者らはこのような板厚10仇吻を越
える厚肉村においてもBによる焼入性向上効果を大きく
引き出し得る加熱−圧延−冷却プロセスを究明したもの
である。
即ち有効Bは前履歴に拘らず単純にNNおよびBNの平
衡析出反応で得られるのではないこと、焼入れ熱処理以
降に有効Bを得るには工業的には非可逆と言ってもよく
、AINを析出させる時期と強く関連していること、本
発明に述べる対策を施しておかないと焼入性は回復せず
低温鞠性の劣化をもたらすことを見出したのである。第
1図は熱処理パターンとAIN析出状況を示す説明図で
、本発明にしたがい圧延後の鋼板冷却を行ったもの(図
中○,△印)は冷却温度の条件を満たさないもの(図中
●,△印)に比してNas山Nの析出量が多くかつ一度
AINの析出が生じるとその後の熱処理によっても幻N
は変化せず固定化されている。
これによって多くのBが暁入性に有効なBとなるもので
ある。上記に加えて更に、スラブ加熱−圧延−冷却後の
再加熱時の昇温速度を200℃/hr以下にすることよ
り(第1図中×印)AINの析出量が増大し一層の焼入
性改善が可能となる知見を得て本発明を完成させたもの
である。
さらに詳述すると、スラブ加熱を行なうと、その加熱温
度Toに応じてAINのマトリクスへの固溶が生じる。
このとき生じた固定されないNがBと結びつくことによ
り焼入性の低下が生じる。このときの山,B,Nの析出
の有様を第1図を参照して説明する。第1図においてス
ラブ加熱温度Toが1250ooの場合、AINがほぼ
完全に固溶してN,BおよびNは固定されない状態にあ
る。
次いで圧延後の冷却温度Tを○印の40000まで冷却
後昇温すると80000タ以上でAIがNを捕え多量の
MNが析出する。一方、スラブ加熱温度Toが同じもの
でも圧延後の冷却温度Tを●印の600o0まで冷却後
昇温すると、昇温時のMN析出が○印に比べかなり遅れ
る。これは固定されないNが多量に存在すること0を意
味し、このフリーNが焼入れ時BNとなってBによる暁
入性向上効果を阻害し、その結果として低温鞠性を低下
させている。また、冷却温度TによってAINの析出状
況が変化するのは、いったん固浴されたNNは極端に除
夕冷しない限り冷却時には析出せず、過飽和状態で低温
に持込まれる。
そしてこの過飽和度は冷却温度が低いほど高くなり、A
INの析出の駆動力が増すことによるものである。この
山Nの析出は昇温時に生じる。この場合、昇温速度を遅
くすること0により昇溢時のAIN析出が増加し、フリ
ーなNが少なくなって焼入法に有効なBが十分に確保さ
れることとなる。次に、スラブ加熱温度T。
が1150℃の場合、第1図△印、△印でわかるように
、加熱時に末固藩のAINが存在する。言い替えれば固
定されないNが1250qo加熱の場合に比べ大中に少
ない。次いで圧延後の冷却温度Tを400q0まで冷却
した後の昇温時に同様のAIN析出が生じフリーなNが
少なくなり、競入性向上に有効なBが多く存在して競入
性を高め低温鞠性の向上をもたらす。一方、スラブ加熱
温度Toが同じものでも圧延後の冷却温度Tを800午
0まで冷却し昇温する場合は、AIN析出の遅れは12
50q0加熱の場合と同機に起こるが、1150こ0加
熱時に既に多くのNがAIで固定されており、フリーな
Nは比較的少ない。
このためBによる焼入性向上の阻害程度が少なく、これ
に応じた膝入性が確保され相当の低温数性が得られる。
しかして、本発明が対象とする肉厚100側以上の調質
型高張力鋼では低温鋤性を決定する主な要因は鋼板の焼
入性であり、このためにB添加が行なわれる。
この場合、NがAIで固定され、フリーなNがほとんど
存在せず、BNとすることなく凝入性に有効なフリーB
を確保することが重要であるということは一般に認めら
れることである。
本発明はスラブ加熱温度Toと熱間圧延後の冷却温度T
の組み合せにより、すなわち、スラブ加熱温度Toに対
して圧延後の鋼板温度℃T=2125‐1.町o(℃)
以下とすることによりAINの析出量が変化し、これに
応じてフリーNが変化し、例えば先に述べた如くスラブ
加熱温度1250℃−熱間圧延後60000に冷却(第
1図●印)のケースでは、暁入時フリーNが多く存在→
Bと結びつき→焼入性向上に有効なBを減少→焼入性の
劣化→低温靭性が低下という関連で、低温靭性がプロセ
ス要因で変化するという知見によりなしたものである。
前記T=2125‐1.虹oの式は本発明者等が実験の
結果見し、出したもので、具体的には実施例表2に示す
スラブ加熱温度Toと圧延後冷却温度Tと低温靭性vT
rsとの関係からvT岱が−4000以下になるライン
を単純平均して導出したものであり、この関係を第3図
として示す。図中○内数字はvT岱(℃)を示し冷却温
度T=2125−1.3To(00)以下で良好な低温
靭性が得られる。この結果、板厚10仇奴以上の極厚材
につき、溶酸性、低温靭性が優れ引張強さ70k9/紘
以上を得ることに成功したのである。本発明においては
圧延後の冷却速度は規定する必要がなく、また、調質熱
処理前にAIN析出のための予備熱処理も必要とせず一
回の鯛質熱処理すなわち焼入れ焼戻し処理のみで十分で
ある。又、本発明においては第2図に示すように析出す
るAINの大きさは重要でなく微細である必要がないこ
とも大きな特徴である。さらに、スラブ加熱−圧延−冷
却後の再加熱が調質熱処理に先立つ焼ならしあるいは焼
入れ熱処理があったとしてもその後の焼入れ熱処理時の
焼入性が本発明によって著しく向上するものである。
ここにスラブ加熱温度九を110000以上と限定した
理由は、この温度以下の加熱では板厚10仇舷以上を越
えると圧延が困難であるためであり圧延後の鋼板冷却温
度TをT=2125‐1.虹o以下と限定する理由は、
この温度以上ではNをAIで十分固定できず焼入性向上
に必要な有効なBの量を十分多くし得ないからである。
次に本発明での成分限定理由を述べる。C:0.05〜
0.25%と限定したのは強度確保の点から0.05%
は必要であり0.25%を越えると溶接性、靭性が劣化
するためである。
Si:0.05〜0.60%と限定したのは脱酸及び強
度確保のため0.05%は必要であり0.60%を越え
ると靭性、溶接性が劣化するためである。
Mn:0.3〜2.0%と限定したのは強度確保のため
0.3%以上必要であるが2.0%を越えると級性、溶
接性を損うからである。
AI:0.02〜0.10%と限定したのは焼入性向上
に有効なBを得るのに少くとも0.02%以上は必要で
あるが0.1%を越える添加は鋼の溶接性を阻害すると
ともに鋼板の清浄性を害するからである。
B:0.0003〜0.0050%と限定したのは鋼の
暁入性向上を図るのに0.0003%以上は必要である
が0.0050%を越えると鋤性を阻害するからである
。N:0.0020〜0.0120%と限定したのはオ
ーステナィト粒の細粒化のため0.002%は必要であ
り0.0120%を越える含有はBの暁入性を劣化させ
るからである。上記基本成分の他に強度、靭性等の向上
を目的として選択的に添加される強化成分の含有量を規
制したのは次の通りである。
Cu:1.0%以下としたのは、Cu‘ま競入性、強度
を上げるのに有用な元素であるが1%を越えると溶接性
、鞠性を悪化させるからである。
Ni:3.5%以下としたのは高灘性を得るために添加
されるが3.5%を越えると、製造コストが高価になり
過ぎるためである。
Cr:1.0%以下としたのは焼入性、強度を上げるの
に有用であるが1.0%を越えると溶接性、鞭性を悪化
させるからである。
Mo:1.0%以下としたのは強度を上げるのに有用で
あるが高価であること及び1.0%を越えると溶酸性、
鞠性を悪化させるからである。
V:0.1%以下としたのは強度を上げるため添加され
るが0.1%を越えると溶接性、靭性が劣化するからで
ある。
Nb:0.1%以下としたのは強度を上げるため添加さ
れるが0.1%を越えると溶接性が劣化するからである
次に板厚を10物協以上とした理由は、板厚10比廠以
下の場合には、焼入性に有効なBがやや不十分であって
も、冷却速度の早いことが相俊つて、焼入れ時鋼板を十
分焼入れることが可能で目的とする高強度、高鞠性が容
易に得られているが、板厚が10物肌以上の場合には焼
入れ冷却速度が低下しその結果十分な競入を施すことが
困難となり高強度、高靭性が得られない。
本発明は板厚10仇肋以上に適用してその効果を十分に
挙げることが可能である。次に実施例を比較例とともに
挙げる。
表1に供試材の化学成分を示し表2に熱処理条件と得ら
れた鋼材の機械的性質を示す。
表1 化学成分 表 2 熱処理条件と機械的性質 ※徐加熱(昇塩速度=150℃/hr) 任1.焼入れ後実施例.比較例とも全て焼戻しを実施圧
2.板厚は 127物任3.材質試験片採取位置 1/
4t 試験方向/引張試験:L,シャルピー試験:○表2に示
す如くスラブ加熱温度を1100℃以上とし熱間圧延後
の冷却温度が本発明で限定する冷却温度以下まで−亘冷
却した実施例1〜6及び8〜10はいずれも高温度と高
軸性を備えた鋼板となっているのに対し、圧延後の冷却
温度が高い比較例1〜6はいずれも轍性レベルが著しく
低い。
A鋼の実施例2は焼入れ焼戻しの熱処理に先立って暁な
らしを加えたものであるが、その他の条件が同一の実施
例1に比して強度、鋤性ともに改善されている。更に実
施例5及び7は本願第2発明の例を示し焼入れ熱処理時
の昇温速度を150q0/hrとする徐加熱を行ったも
ので同一成分の実施例1,2及び6,8と比べて靭‘性
値が大幅に改善されることがわかる。
【図面の簡単な説明】
第1図は熱処理パターンとAIN析出状況を示す説明図
で、第「2図は本発明実施例と比較例における析出AI
Nの大きさを示す金属組織の顕微鏡写真である。 第3図はスラブ加熱温度Toと圧延後冷却温度Tと低温
靭性vTねの関係を示す説明図である。矛3図 汁l図 矛Z図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 重量でC:0.05〜0.25%、Si:0.05
    〜0.60%、Mn:0.3〜2.0%、Al:0.0
    2〜0.1%、B:0.0003〜0.0050%、N
    :0.0020〜0.0120%にCu:1.0%以下
    、Ni:3.5%以下、Cr:1.0%以下、Mo:1
    .0%以下、V:0.1%以下、Nb:0.1%以下の
    1種又は2種以上を含む鋼を常法によりスラブとなし、
    該スラブの加熱温度T_0を1100℃以上とし、熱間
    圧延後の鋼板を前記加熱温度T_0に対応する冷却温度
    T=2125−1.3T_0以下に冷却した後、焼入れ
    焼戻しを行なうことを特徴とする肉厚100mm以上の
    高靭性調質型高張力鋼の製造方法。 2 重量でC:0.05〜0.25%、Si:0.05
    〜0.60%、Mn:0.3〜2.0%、Al:0.0
    2〜0.1%、B:0.0003〜0.0050%、N
    :0.0020〜0.0120%にCu:1.0%以下
    、Ni:3.5%以下、Cr:1.0%以下、Mo:1
    .0%以下、V:0.1%以下、Nb:0.1%以下の
    1種又は2種以上を含む鋼を常法によりスラブとなし、
    該スラブの加熱温度T_0を1100℃以上とし、熱間
    圧延後の鋼板を前記加熱温度T_0に対応する冷却温度
    T=2125−1.3T_0以下とし、その後の加熱時
    の昇温速度を200℃/hr以下として昇温した後、焼
    入れ焼戻しを行なうことを特徴とする肉厚100mm以
    上の高靭性調質型高張力鋼の製造方法。
JP56096342A 1981-06-22 1981-06-22 高靭性調質型高張力鋼の製造方法 Expired JPS604250B2 (ja)

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