JP4683441B2 - 超微細組織鋼の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、超微細組織鋼の製造方法に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、高強度、高靱性で、かつ溶接性に優れ、厚さ１０ｍｍ以上の厚鋼板材としての製造も可能とする、結晶粒径２μｍ以下のフェライト組織を主体とした超微細組織鋼の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
フェライト結晶粒の微細化は鋼の靱性を向上させる有力な高強度化手法として知られており、従来よりフェライト組織微細化に関する検討が広く行われてきている。例えば、大圧下での急冷法(CAMP-ISIJ-Vol.11(1998), P1017) をはじめ、逆変態を利用する方法（特開昭５８−５８２２４）、繰り返し重ね接合圧延による方法(CAMP-ISIJ-Vol.11(1998), P1031) 、温間圧延・再結晶による方法(CAMP-ISIJ-Vol.11(1998), P1031) が提案されており、これらの方法での厚さ５ｍｍ以下の微細組織鋼薄肉材が作製可能であるとされている。また、多パス溝ロール圧延法による直径５ｍｍ以上の微細組織棒材が作製可能となってもいる（特願平１１−０５２００８号）。
【０００３】
しかしながら、以上のような検討と提案にもかかわらず、フェライトを主体として平均粒径が２ミクロン以下の組織を有し、しかも厚さ５ｍｍ以上で幅が厚さの１０倍以上の、さらには厚さ１０ｍｍ以上の微細組織鋼板は依然として実現されていないのが実情である。
【０００４】
そこで、この出願の発明は、上記のとおりの問題に鑑みてなされたものであって、従来技術の限界を克服し、厚さ５ｍｍ以上で幅が厚さの１０倍以上の、さらには厚さ１０ｍｍ以上の鋼板としての製造も可能とする、フェライト主体組織を有し、その平均粒径が２ミクロン以下の超微細組織鋼の新しい製造方法を提供することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するために、第１には、鋼をＡｃ３以上に加熱してオーステナイト化した後に、準安定オーステナイト域の温度で、終了温度が５５０℃以上を保持している間に累積減面率が７０％以上の圧延を、上下のロール軸が平面位置で１°以上の角度で交差した状態で行い、被圧延材にロール軸方向のせん断歪みを与え、フェライトを主体とした平均粒径２ミクロン以下の等軸組織を有する超微細組織鋼を製造することを特徴としている。
【０００６】
この出願の発明は、第２には、上記第１の特徴において、前記せん断歪みを４以上とすることを特徴とし、第３には、上記第１の特徴において、複数回の圧延により前記せん断歪み２以上を得ることを特徴としている。
この出願の発明は、第４には、上記第１の特徴において、化学組成（質量％）として、Ｃ：０．８％以下、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：３．０％以下、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０２％以下、であり、Ｔｉ、ＭｇまたはＡｌの１種または２種以上が単独または混合で０．３％以下含有することを特徴としてもいる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
この出願の発明は、上記のとおりの特徴を有するものであるが、以下にその実施の形態について説明する。
【０００８】
この出願の発明の方法においては、上下のロール軸が平面位置で交差した状態で圧延することにしているが、この場合の交差の状態は、たとえば図１に例示したように、被圧延材としての板材（１）の上側に配置される上ロール（２Ａ）と、下側に配置される下ロール（２Ｂ）の各々のロール軸が、図１に示したような平面配置位置において、板材（１）の中心線に直交する直交線に対する角度（θ_１ 、θ_２）の設定により、平面的には交差した状態にあることを意味している。
【０００９】
そして、この発明の製造方法では、この角度θ₁ およびθ₂ が、各々、１°以上となるようにしている。より実際的には、この角度θ₁ およびθ₂ は、各々、２０°程度までとすることが望ましい。そして、この交差角度θ₁ およびθ₂ は同一もしくは実質的に同一であることが好ましい。
【００１０】
また、交差角度θ₁ およびθ₂ は、累積減面率８０％以上の圧延を行った場合に、被圧延材が５ｍｍ以上の厚さの場合のロール軸方向のせん断歪みが０．５以上となる角度であることが望ましい。
【００１１】
そして、たとえば図２に例示したような、中央部が湾曲状に窪んだ鼓型のロールを用いることによって圧延材の板厚を平坦にしつつ、せん断歪みを効果的に与えることができる。通常のフラットなロールをクロスさせると上下ロールの間隔は（圧延される板の形状に相当）ロールの幅方向中央が狭く両端部になるに従ってひろがり、あたかもロールにクラウン（湾曲形状）が施されたようになる。このため圧延した場合、図３のように、ロール中央部の間隔（Ｂ）が端部（Ａ）に比べて圧延材の変形抵抗により大きく広がり、あたかもロール間隔が一定となったような作用がある。これは、クロス圧延の原理と言えるものであるが、大きくクロス角を取った場合でもこのロール間隔形状は次式で表わすことができる。そのため図２にような湾曲形状のロールの場合の曲率はこの式に従い、ロール間隔が一定となる様に逆の形状をロールに与えることになる。
【００１２】
【数１】

【００１３】
組織の微細化においては、以上のようなロール圧延の場合、圧延方向でのせん断歪みが４以上となるようにすることが特に好適でもある。
【００１４】
この出願の発明の方法において、交差状態にあるロール（クロスロール）での圧延は、鋼をＡｃ３点以上に加熱してオーステナイト化した後に、たとえばＡｃ３点以下の準安定オーステナイト温度域で、かつ終了時の温度が５５０℃を保持している間の累積減面率が７０％以下となるようにして行う。
【００１５】
フェライト粒を主体とする組織とするためには準安定オーステナイト温度域での圧延が欠かせないのであり、また、圧延終了温度を５５０℃以上とするのは、組織の微細化を得るために必要だからである。圧延終了温度が５５０℃以下では、組織は伸長するのみで再結晶による組織の微細化が生じない。
【００１６】
ロールによる圧延は、ワンパス圧延でもよいし、多パス圧延であってもよい。多パス圧延、すなわち複数回の圧延においては１パスと比べて以下の式に示すような大きなせん断歪みを得ることが可能である。
【００１７】
【数２】

【００１８】
そのため、１パスが低圧下量でも２回以上の多パス圧延による大きなせん断歪みが得られる。
【００１９】
以上のとおりのこの出願の発明によって、厚さ５ｍｍ以上、さらには１０ｍｍ以上の厚鋼板材としても、２ミクロン以下のフェライト主体の微細組織、特に、高強度化に寄与する等軸組織を有する、超微細組織鋼が提供されることになる。
【００２０】
この出願の発明において対象とすることのできる鋼については、その組成に特段の限定はないが、好適なものとしては、組成（質量％）は以下のとおりである。
すなわち、Ｃ：０．８％以下、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：３．０％以下、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ｔｉ、ＭｇまたはＡｌの１種または２種以上が単独または混合で０．３％以下の割合で含有するものが例示される。
以下に実施例を示し、さらに詳しくこの出願の発明について説明する。
【００２１】
【実施例】
＜実施例１＞
材質ＳＭ４９０で、化学組成がＣ：０．１３，Ｓｉ：０．４０，Ｍｎ：１．３９，Ｐ：０．０１，Ｓ：０．０２，Ａｌ：０．０３，Ｔｉ：０．１，Ｎｂ：０．０３（ｍａｓｓ％）であり、大きさが５０×６０×３００ｍｍの鋼板を供試材とした。この供試材を、Ａｃ３点以上の９００℃に１０分間保持してオーステナイト化し、その後空冷し、供試材鋼板の中心温度が７５０℃から６５０℃にある間に、累積減面率が７０％以上になるように、延加工を行った。
【００２２】
圧延装置は、図１のように、上下２本のロールからなり、ロール軸が交差するように配置され、鋼板にせん断歪みを与えるものとした。
【００２３】
上下のロールは、通常の円柱状のロールで交差角をもって交差状に配置され、鋼板にせん断歪み（多軸）を与える。
【００２４】
この場合の交差角（クロス角）、すなわちθ₁ ＝θ₂ の場合のθ₁ およびθ₂ の各々の角度とせん断変形量（ｍｍ）との関係を示したものが図４である。
【００２５】
圧延処理の条件は次のとおりとした。また、比較のためのクロス角度０°の場合の圧延条件も次に示した。
【００２６】
Ａ材（発明材）
クロス角度：１．５°、圧延速度：１０ｍ／ｍｉｎ、ロール径：２６０ｍｍ
パススケジュール：５０−３５−２５−１８−１０ｍｍ、圧延後処理：水冷。
【００２７】
Ｂ材（比較材）
クロス角度：０°、圧延速度：１０ｍ／ｍｉｎ、ロール径：２６０ｍｍ
パススケジュール：５０−３５−２５−１８−１０ｍｍ、圧延後処理：水冷。
【００２８】
図５（ａ）、（ｂ）は、各々上記のＡ材、Ｂ材に係る圧延方向に垂直な断面の組織観察結果を示し、それぞれ表面より１ｍｍ位置、２．５ｍｍ位置（１／４厚さ部）の組織を示したものである。
【００２９】
Ａ材（本発明材）は、図５（ａ）に示すように、表面より１ｍｍ、２．５ｍｍ（１／４厚さ部）で、断面全面で微細で、特に表層部で等軸な１．３−１．６ミクロンのフェライト粒主体の組織であることが確認された。
【００３０】
これに対し、Ｂ材（比較材）は、図５（ｂ）に示すように、同じ位置において、断面全面で均一な１．３−１．８ミクロンのフェライト粒主体の組織であるが表層部で伸長した組織であることが確認された。
【００３１】
これにより、クロス角度１．５°でクロス圧延した発明材は、クロス角度０°の圧延を行った比較材に比べ、粒径が微細等軸で断面全面が２ミクロン以下の超微細組となっていることがわかる。
【００３２】
【表１】

【００３３】
＜実施例２＞
実施例１において、クロス角度を１０°として同様にして圧延を行った。圧延速度は５ｍ／ｍｉｎとした。この場合、ロールは図２のように中央が湾曲状に窪んだ鼓型のロール形状を有している。
【００３４】
粒径０．５−１．０ミクロンのフェライト粒を主体とする等軸組織を有する超微細組織鋼を得た（表１）。
＜実施例３＞
実施例１において、通常の円柱状ロールを用いて、クロス角度５°として同様の条件で圧延を得た。
【００３５】
粒径１．１−１．３ミクロンのフェライト粒を主体とする等軸組織を有する超微細組織鋼を得た（表１）。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように、この出願の発明によれば、通常の圧延のように一定方向での圧延が可能とされるとともに、板厚５ｍｍ以上、さらには１０ｍｍ以上の厚鋼板材としても、極めて強度の高いフェライト組織を主体とした平均粒径２ミクロン以下の微細等軸組織の鋼板材を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】クロス圧延装置の交差状態での上下ロールの配置を例示した平面図である。
【図２】鼓型ロールの配置とその作用について例示した図である。
【図３】クロス圧延の原理と湾曲状の曲率について説明した図である。
【図４】実施例１の装置の場合のクロス角度とせん断変形量との関係を例示した図である。
【図５】クロス角度１．５°でのクロス圧延を行った試料の組織および、クロス角度０°での圧延を行った試料の組織を示す図である。

Claims (4)

1. 鋼をＡｃ３以上に加熱してオーステナイト化した後に、準安定オーステナイト域の温度で、終了温度が５５０℃以上を保持している間に累積減面率が７０％以上の圧延を、上下のロール軸が平面位置で１°以上の角度で交差した状態で行い、被圧延材にロール軸方向のせん断歪みを与え、フェライトを主体とした平均粒径２ミクロン以下の等軸組織を有する超微細組織鋼を製造することを特徴とする超微細組織鋼の製造方法。
2. 前記せん断歪みを４以上とすることを特徴とする請求項１に記載の超微細組織鋼の製造方法。
3. 複数回の圧延により前記せん断歪み２以上を得ることを特徴とする請求項１に記載の超微細粒組織鋼の製造方法。
4. 化学組成（質量％）として、
   Ｃ：０．８％以下、
   Ｓｉ：０．５％以下、
   Ｍｎ：３．０％以下、
   Ｐ：０．０２％以下、
   Ｓ：０．０２％以下、
   であり、Ｔｉ、ＭｇまたはＡｌの１種または２種以上が単独または混合で０．３％以下含有することを特徴とする請求項１に記載の超微細組織鋼の製造方法。

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