| 【発明の名称】 |
強度の高い低、中炭素鋼の圧延調質鋼材及びそれを用いた構造材の製造方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】佐賀 實
|
| 【要約】 |
【課題】圧延調質鋼材の製造工程の一部を省略して省エネルギーを図ると共に、製品の機械的性質を改善する。
【解決手段】Ｃ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ｐ及び残部が鉄及び不可避的不純物（不純物にはＣｕ、Ｎｉ、Ｃｒも含み、含有量を規制）からなる低炭素鋼又は中炭素鋼のビレット等を、１２００〜１３００℃に加熱してロール圧延し、その後直に８００〜９００℃で冷水にて急冷して焼き入れを行い、冷却後５００〜６００℃の温度で再加熱して焼戻を行うことにより効率的に構造用の圧延調質鋼材を製造する。これにより、低炭素鋼の場合、降伏点が８００Ｎ／ｍｍ２、引張強度９００Ｎ／ｍｍ２以上、伸び１８％以上、シャルピー１３０Ｊ／ｃｍ２以上、ブリネル硬度２８５以上で、中炭素鋼の場合は降伏点と引張強度が上記の低炭素鋼と同等で、伸びが１５％以上、シャルピー９０Ｊ／ｃｍ２以上、ブリネル硬度２９０以上を得る。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 Ｃ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ｐ及び残部が鉄及び不可避不純物からなり、不可避不純物成分として、Ｃｕ：０．３０％未満，Ｎｉ：０．２０％未満，Ｃｒ：０．２０％未満であって、Ｎｉ＋Ｃｒの含有量が０．３５％未満で、降伏点８００Ｎ／ｍｍ２以上，引張強さ９００Ｎ／ｍｍ２以上、伸び１８％以上，シャルピー１３０Ｊ／ｃｍ２以上、ブリネル硬度２８５以上であることを特徴とする強度の高い低炭素鋼の圧延調質鋼材。
【請求項２】 Ｃ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ｐ及び残部が鉄及び不可避不純物からなり、不可避不純物成分として、Ｃｕ：０．３０％未満，Ｎｉ：０．２０％未満，Ｃｒ：０．２０％未満であって、Ｎｉ＋Ｃｒの含有量が０．３５％未満で、降伏点８００Ｎ／ｍｍ２以上，引張強さ９００Ｎ／ｍｍ２以上、伸び１５％以上，シャルピー９０Ｊ／ｃｍ２以上、ブリネル硬度２９０以上であることを特徴とする強度の高い中炭素鋼の圧延調質鋼材。
【請求項３】 低炭素鋼又は中炭素鋼の鋼材のビレット又はインゴットを、１２００〜１３００℃に加熱してロールにて５０〜９０％圧延し、その後直ちに８００℃〜９００℃で冷水にて急冷して焼入れを行い、冷却後５００〜６００℃の温度にて再加熱して焼戻を行うことを特徴とする強度の高い低、中炭素鋼の圧延調質鋼材の製造方法。
【請求項４】 圧延鋼材が丸棒の場合外径５０ｍｍ未満、矩形の場合短辺５０ｍｍ未満であることを特徴とする請求項３に記載の強度の高い低、中炭素鋼の圧延調質鋼材の製造方法。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、鋼材の改良に係り、特に機械的強度の高い熱間圧延調質鋼材及びこれを製造するための製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来鉄鋼材中でも構造用鋼として低炭素鋼では、Ｃ：０．１８〜０．２３重量％、Ｓｉ：０．１５〜０．３５重量％、Ｍｎ：０．３０〜０．６０重量％、Ｐ：０．０３重量％以下の引張強さ４００Ｎ／ｍｍ２，降伏点２４５Ｎ／ｍｍ２，伸び２８％，ブリネル硬さＨｓ１１６で鉄骨、鉄筋、リベット等に使用されているが、中炭素鋼では、Ｃ：０．４０〜０．５０重量％、Ｓｉ：０．１５〜０．２５重量％、Ｍｎ：０．５０〜０．７０重量％で、引張強さ６８６Ｎ／ｍｍ２，降伏点４９０Ｎ／ｍｍ２，伸び１７％，ブリネル硬さＨｓ２０１〜２６９，衝撃値７８Ｊ／ｃｍ２で、シリンダーやレール等に使用されている。又、中炭素鋼も低炭素鋼の場合とにたような特性のものであった。
【０００３】更に又、一般構造用圧延鋼材は建築、橋、船、鉄道車両に用いられるが、軟鋼程度のもので圧延したままで、特に熱処理も行われていない。機械等の構造用炭素鋼の場合は、炭素量の比較的多いものは８００〜９００℃で焼き入れをし、５５０〜６５０℃で焼き戻しをしており、ボルトナット、軸等に用いられている。しかし、炭素鋼は機械的性質が劣るので合金鋼を使用する必要も生まれている。
【０００４】又、別の観点からは、従来の低、中炭素鋼の製造方法については、その製造方法を考察すると、従来の低炭素鋼又は中炭素鋼は、ＪＩＳ規格のインゴット又はビレットを加熱してロールにて圧延し、規定の寸法に圧延したものを、常温まで冷却したのち、焼き入れ温度まで温度を上昇させて水にて急冷して焼き戻し温度まで再加熱する方法で行われており、この方法で引張強度の高くその他機械的性質の優れたものを得ることは困難であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の材料及びその製造方法によるときは、圧延、焼き入れ、再加熱等加熱段階が多くこのため、製造上熱エネルギーの使用がかなり多く、作業工程が多いので、製造コストが高く、しかも、製品の機械的性質にはある限界があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、かかる従来の技術に鑑み、種々検討の結果、意外なことに低炭素鋼に於いてはＭｎの含有量を増加することにより、中炭素鋼に於いてはＭｎの含有量はそのままでも圧延時の熱を利用して焼き入れを行うことにより機械的強度の優れた調質鋼材を得ることを見いだした。
【０００７】すなわち、■圧延時の熱を利用して焼入れするので別に焼入れに要する熱量が不要となる。■クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ）に匹敵する強度のものを得ることができ、これによって炭素鋼であってもクロムモリブデン鋼であるＳＣＭ４３５、あるいはＳＣＭ４４０と同等以上の強度のものを得ることができる。■特殊な金属を含有しないので材料コストを逓減できる、等の成果を得たものである。
【０００８】すなわち、請求項１の発明は、Ｃ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ｐ及び残部が鉄及び不可避不純物からなり、不可避不純物成分として、Ｃｕ：０．３０％未満，Ｎｉ：０．２０％未満，Ｃｒ：０．２０％未満であって、Ｎｉ＋Ｃｒの含有量が０．３５％未満で、降伏点８００Ｎ／ｍｍ２以上，引張強さ９００Ｎ／ｍｍ２以上、伸び１８％以上，シャルピー１３０Ｊ／ｃｍ２以上、ブリネル硬度２８５以上であることを特徴とする強度の高い低炭素鋼の圧延調質鋼材であり、請求項２の発明は、Ｃ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ｐ及び残部が鉄及び不可避不純物からなり、不可避不純物成分として、Ｃｕ：０．３０％未満，Ｎｉ：０．２０％未満，Ｃｒ：０．２０％未満であって、Ｎｉ＋Ｃｒの含有量が０．３５％未満で、降伏点８００Ｎ／ｍｍ２以上，引張強さ９００Ｎ／ｍｍ２以上、伸び１５％以上，シャルピー９０Ｊ／ｃｍ２以上、ブリネル硬度２９０以上であることを特徴とする強度の高い中炭素鋼の圧延調質鋼材である。
【０００９】又、請求項３の発明は、低炭素鋼又は中炭素鋼の鋼材のビレット又はインゴットを、１２００〜１３００℃に加熱してロールにて５０〜９０％圧延し、その後直ちに８００℃〜９００℃で冷水にて急冷して焼入れを行い、冷却後５００〜６００℃の温度にて焼戻を行うことを特徴とする低、中炭素鋼の圧延調質鋼材による構造材の製造方法であり、これにより、合金鋼によらなくても従来の製造方法より簡略で、熱エネルギーの損失の少ない方法により、前記した各種の優れた特性を有するものを提供できる。請求項４の発明は、特に、焼き戻しに際して、圧延した鋼材が丸棒の場合には外径５０ｍｍ未満、矩形の場合には厚さ（短辺）が５０ｍｍ未満である。かかる限定が好ましい理由は、中心部まで焼入れ効果がでるようにするために必要である。
【００１０】上記の本発明をさらに詳細に説明すれば、請求項１の発明は、Ｓ２０Ｃ等の低炭素鋼に対応し、特にＭｎをＳ２０Ｃ等通常の基準よりも多く添加している点にも特徴がある。また、請求項２の発明は、Ｓ３５Ｃ、Ｓ４５Ｃ等の中炭素鋼に対応するものである．両者共に、かかる調質鋼材を請求項３、４に規定する方法で処理することにより、合金鋼でなくても、機械的強度の要求される構造用鋼材を、経済的に製造することができる。
【００１１】
【実施例】以下本発明の実施例と比較例について説明する。本発明の鋼材組成の実施例と比較例の鋼材組成とを表示すれば、表１に記載のとおりであり、これを本発明の方法で処理することにより得られた実施例の鋼材の特性と、従来の方法で処理された比較例の鋼材の特性を示せば表２に示すとおりである。
【００１２】表１、２の実施例１は請求項１に対応し、実施例２、３は請求項２に対応するものであるが、比較例１、比較例２は低炭素鋼材であり、比較例３は中炭素鋼材であり、比較例４、５はマンガン鋼と称されるもので、請求項１、２よりもＭｎが多い。更に比較例６、７はＣｒやＭｏ鋼をも含有する合金鋼である。又、その製造方法は本発明は図１のブロック図に示すとおりで実施例はこの方法で処理されたものであり、従来の製造方法は図２のブロック図に示すとおりで、比較例は、この方法で処理されたものである。
【００１３】本発明によれば、低炭素鋼に於いてはＭｎ量に配慮し中炭素鋼に於いてはＭｎ量は従来のとおりであっても、再加熱工程を要せずに処理するという簡単な方法によりながら、合金鋼と同等以上の機械的強度の構造材が得られることが判る。なお、本発明の実施に際して、本発明の精神を守る限り、表１に記載の組成に限定されないことは容易に理解できるであろう。
【００１４】
【表１】
【００１５】
【表２】
【００１６】図１は本発明の圧延調質鋼材による構造材の製造方法のブロック図で、図２は比較例（従来）の構造材の製造方法のブロック図である。これによれば、本発明の方法は請求項３に記載のように、急冷、焼入れした後焼戻するので熱効率がよく、製造上熱エネルギーの使用量が節約され、かつ、請求項１や２のように低、中炭素鋼であっても、合金鋼を従来技術で処理したものに匹敵する強度を有する構造材を得ることができる。更に、一般的に丸棒を製造する場合は、所定の焼戻温度に内部まで早期に冷却するためには、圧延鋼材が丸棒の場合外径５０ｍｍ未満、矩形の場合短辺の厚さ５０ｍｍ未満であることにより、全体を均一に焼き入れ、焼き戻しすることができるので、品質のよい構造材を提供することができる。
【００１７】本発明の組成について説明する。まず、Ｃについては機械構造品として最終製品の機械的強さを増大させ、耐久限度向上に有効な元素であるが、低炭素鋼材及び中炭素鋼材の範囲ならば如何なるものでも適用できる。通常は炭素が０．１０重量％未満では最終製品の機械的強さは不足し、０．６０重量％を超えて多い場合は、最終製品に靱性を劣化するので、含有量は０．１０重量％〜０．６０重量％好ましくは０．１８重量％〜０．４６重量％である。
【００１８】Ｓｉは脱酸元素として、及び置換形固溶硬化による最終製品の強度を増加させるものである。０．１５重量％未満では最終製品の硬度は不足し、０．３５重量％を超えて多い場合は、最終製品に靱性を劣化するので、含有量は０．１５重量％〜０．３５重量％が好ましい。より好ましくは０．２１重量％〜０．２４重量％である。
【００１９】Ｍｎは脱酸硬化があり、焼き入れ性を向上し、最終製品の強度増加に有効で、かつ鋼中でＳとＭｎＳを形成し、被削性の向上と組織の微細化に寄与するが、特に、その量を１．２０重量％〜１．６０重量％としたことにより、圧延だけで所定の強度の製品を得ることができる。Ｍｎの含有量を１．２０重量％未満とするときは、その効果が不十分で、１．６０重量％を超えて多い場合には、最終製品の靱性が劣化し好ましくない。より好ましくは０．６７重量％〜１．２２重量％である。
【００２０】Ｓは、鋼中で、ＭｎＳとして被削性の向上と組織の微細化に寄与するが、０．０１重量％未満ではその効果は不十分で、０．０３重量％を超えて多い場合には、靱性を劣化させ、異方性の増加を招く。より好ましくは０．０１４重量％〜０．０２５重量％である。
【００２１】Ｐは鋼中で、粒界偏析や中心偏析を起こし、靱性劣化の原因となるが、特に０．０３重量％を超えると靱性の劣化が著しいので０．０３重量％以下としたい。より好ましくは０．０１７重量％〜０．０１９重量％である。
【００２２】又、不可避不純物中にＣｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏを含む場合について説明する。先ずＣｕは０．３０重量％未満、Ｎｉは０．２０重量％未満、Ｃｒは０．２０重量％未満であって、Ｎｉ＋Ｃｒは０．３５重量％未満であることが好ましい。Ｃｕは析出硬化により、耐候性に寄与するだけで、構造材としては余り意味がない。ＮｉはＣｕによる熱間脆性防止と、低温脆性の防止に効果がある。Ｃｒは組織の微細化による強化と耐候性に寄与するだけで、Ｃｒの酸化による欠陥を生じやすく好ましくない。
【００２３】これらの配合量は、低炭素鋼では、従来公知のＳ２０Ｃ材、中炭素鋼では、従来公知のＳ３５Ｃ材、Ｓ４５Ｃ材に相当するものを取り上げて、このような材料でも、本発明のような処理をするだけで、機械構造材として特性の優れた鋼材を提供することができる。
【００２４】次に本発明の構造材の製造方法について説明する。本発明に於いては、請求項１又は２に記載の炭素鋼のビレット又はインゴットを、１２００〜１３００℃に加熱してロールにて５０〜９０％圧延し、その後直ちに８００℃〜９００℃で冷水にて急冷して焼入れを行い、冷却後５００〜６００℃の温度にて焼戻を行い、これにより、請求項１に該当するものでは、引張強さ９００Ｎ／ｍｍ２以上，降伏点８００Ｎ／ｍｍ２以上，伸び１８％以上、シャルピー（衝撃値）１３０Ｊ／ｃｍ２以上、ブリネル硬度２８５以上を有する強度の高い圧延調質鋼材の製造方法であり、請求項２に該当するものでは、引張強さ９００／ｍｍ２以上，降伏点８００Ｎ／ｍｍ２以上，伸び１５％以上、シャルピー（衝撃値）９０Ｊ／ｃｍ２以上、ブリネル硬度２９０以上を有する強度の高い圧延調質鋼材を得るものである。
【００２５】先ず１２００〜１３００℃に加熱してロールにて５０〜９０％圧延する理由は、Ａｒ３ 変態点以上で圧延処理することにより靱性の改善をすることである。この圧延強度が高いので、降伏点のバラツキが少なくなる。次に直ちに８００℃〜９００℃で冷水にて急冷して焼入れを行うのは、圧延時の余熱を利用しての処理工程であるから、熱処理用の燃料が著しく節約されるという効果がある。更に、冷却後５００〜６００℃の温度にて焼戻を行うのは強度のバランスを改善するためであり、この点は従来技術と変わりはない。
【００２６】本発明は、上記の工程で処理することにより、従来のように、圧延と焼入れの加熱を別々に行うよりも遙に燃料が節約され、工程も簡略化され作業性もよくなるにも係わらず、従来高強度のクロム、モリブデン合金鋼とほぼ同等な調質鋼材を得るので、従来より非常に廉価に調質鋼材を提供することとなる。
【００２７】そのことは、実施例及び比較例から明らかであり、表１、表２を綜合して考察すれば容易に理解できる。先ず表１は本発明の実施例１〜３の炭素鋼の組成及び比較例の鋼材の組成を示し、表２はこれら実施例及び比較例の機械的性質の比較表であるが、本発明の実施例によるものは製造上熱エネルギーが少なく、しかも従来法で優れているもの認識されている鋼材と同等以上の機械的性質のものを得れれることが容易に理解できる。図１は本発明の製造方法を説明するブロック図で、図２は従来例（比較例）の製造方法を説明するブロック図であり、これを見れば一見して相違が理解できるであろう。
【００２８】
【発明の効果】この例から明らかなとおり、本発明の各実施例のものは、低炭素鋼に於いては通常の鋼材よりもＭｎの含有量を僅かに増大させ、中炭素鋼に於いてはＭｎの含有量は変更することなく、しかもいずれの炭素鋼でも製造上熱量が少ない加工を施すことにより、降伏点、引張強さ、伸び、絞り、シャルピー、硬さ等の諸特性に優れた鋼材を提供するものであり。その製造工程は、熱エネルギーを有効に利用しているので、生産性を高め、低コストで品質に優れた鋼材加工部品、機械部品を提供することが出来る。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】５００３６５７４２
【氏名又は名称】佐賀 實
|
| 【出願日】 |
平成１２年８月７日（２０００．８．７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７４１３６
【弁理士】
【氏名又は名称】竹内 守
|
| 【公開番号】 |
特開２００２−５３９２７（Ｐ２００２−５３９２７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年２月１９日（２００２．２．１９） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−２３７９６１（Ｐ２０００−２３７９６１） |
|