Table 1. Chemical compositions of vanadium and/or niobium bearing steels (wt. %) used. Fig. 1. Various thermomechanical conditions for V- or Nb- beari

UDC 669.14-418-175.2 : 669.292 : 669.293 : 539.4.015.1 : 921.775.78

論

文

VやNbを

含 有 す る制御 圧 延鋼 に お け る析 出強 化*

国 重

和 俊**・ 橋 本

保**・

行 俊

照 夫***

Precipitation

Hardening

Effect

on Controlled

Rolled

HSLA

Steels Containing

V and/or Nb

Kazutoshi KUNISHIGE, Tamotsu HASHIMOTO, and Teruo YUKITOSHI

Synopsis:

The purpose of the present study is to investigate the effect of precipitation hardening on the

prop-erties of HSLA (high strength low alloy) controlled rolled steels containing vanadium and/or niobium.

Laboratory

tests were carried out under various conditions of controlled rolling and heat treatment.

Also, thermomechanical

treatments

such as direct quenching and tempering, rolling and tempering in

conjunction with rolling conditions were studied.

The results revealed that there were two types of precipitation hardening.

That is, the one which

is called "secondary

hardening"

is accompanied

by a large loss in toughness and the other called

"dispersion hardening" is accompanied by little loss in toughness . The secondary hardening is

attribut-able to fine coherent precipitates formed in the lower temperature

range of ferrite region.

On the

other hand, the dispersion hardening is attributable to fine incoherent precipitates induced by strain in

the lower temperature range of austenite region and/or in the high temperature range of ferrite region.

The controlled rolling is supposed to accelerate the latter, while suppressing the former.

1.  緒 言 優 れ た低 温 靱 性 を 具備 す る非 調 質 低 合 金 高 張 力 鋼 板 の 開 発 は,エ ネ ルギ 問 題 と関連 した寒 冷 地 向 ラ イ ンパ イ プ の需 要 の増 大 に刺 激 され,製 造 技 術 面 か らは微 量 添 加 で 大 きい 強度 上 昇 を もた らすVやNb等 の合 金 元 素 の利 用 と制 御圧 延 法 の研 究 とに よ り飛 躍 的 な進 歩 を な して き た。 従 来,制 御 圧 延 に よ る強 化 と靱 性 の 向上 対 策 と して, 低温 域 す な わ ち オ ー ス テ ナイ ト(γ)の 未再 結 晶温 度 域 で の大 きい圧 下 に よ る歪 誘 起 変 態 に も とつ く フェ ラ イ ト (ƒ¿) 粒 の 微 細 化1)御3)が 強 調 さ れ,さ ら に 近 年 に は,α 粒 均 一微 細 化 の 観点 か ら 比 較 的 高 温 度域 で の 圧 延 に よる γの静 的 あ るい は動 的 な再 結 晶 挙 動4)岬6)が注 目 され て い る.そ して制 御圧 延法 に よつ て 得 られ たVやNb等 を含 有 す る高張 力 鋼 板 の強 度 と靱 性 に対 す る説 明 と して,強 度性 質 は それ ら微 量 元素 の炭 窒 化 物 に よ る析 出 強 化 と α 粒 の微 細化 に よ る強 化 が強 調 され,他 方靱 性 に 関 して は 析 出強 化 に ともな う脆 化 と細 粒 化 に よ る靱 性 の 向上 が 主 に述 べ られ て い る7). しか し,著 者 らは低 温 域 に て圧 下 量の 大 きい 制御 圧 延 を行 う と,単 に α粒 の微 細 化 ば か りで な く析 出 強 化 に と もな う脆 化 の 割合 が 著 し く減 少 す る と考 え ざ るを 得 な い 実 験 事 実2)に しば しば直 面 して きた. 今 回 さ らに,鋼 の強 度 と靱 性 に お よぼ す 析 出 物 の 影 響 の 制御 圧 延 に よ る変 化 を 明 確 に把 握 す る 目的 で,広 範 囲 な加 工 熱履 歴 の場 合 に 基 準 とな る低 炭 素 鋼 とそ れ に 微 量 のVやNbを 添加 した鋼 との 強 度 と靱 性 の 差 の 変 化 や ミ ク ロ組 織 の 変 化 等 を 詳細 に 追 究 す る実験 を 行 つ た. 本 報 は,析 出 強 化 の 種 類 と して脆 化 型 の二 次 強 化 と非 脆 化型 の 分 散 強 化 の 存 在 を 強 く 示 唆 す る結 果 を 得 た の で,こ れ らに 関 して 報 告 す る.

2.  実

験

方

法

2.1供

試 鋼種 および加工熱処理条件

高 周 波 試 験 溶 解 炉 に よ り,大 気 中鋳 込 み でTable1 に 示 す 化 学 組 成 を 有 す る鋼 塊 を2回 にわ け て溶 製 した. 第1回 目は,It炉 に よ る溶 製 の後 熱 間 鍛 造 お よ び熱 延 *昭 和53年10月 本 会 講 演 大 会 に て 発 表 昭和54年4月 王8日 受 付

_{(Received April 18, 1979)}

**住 友 金 属 工 業(株)中 央 技 術 研 究 所

_{(Central Research Laboratories, Sumitomo Metal Industries,}

Ltd., 1-3 Nishinagasuhondori

Amagasaki 660)

***住 友 金 属工 業(株)中 央 技 術 研 究 所 工 博

_{(Central Research Laboratories, Sumitomo Metal}

Industries, Ltd.)

64 鉄 と 鋼 第66年(1980)  第1号  の工 程 を経 て熱 処 理 実 験 用 に3mm厚 ×80mm幅 ×650 mm長 と11mm厚 ×80mm幅 ×650mm長 の2種 類 の供 試 片 ま た加 工 熱 処 理 実 験 用 に22mm厚 ×80mm幅 ×360mm長 の供 試 片 を作 製 した.第2回 目は,200kg 炉 に よる 溶 製 の後 熱 悶 鍛 造 に よ り 線 材 圧 延 実 験 用 に27 mmφ ×230mm長 の供 試 片 を 作 製 した. 第1回 目 の 実 験 で は,Fig.1に 示 す と お り鋼 板 の 加 工 熱 処 理 実 験 と し て 圧 下 率 を50%と し,(1)熱 延 ま ま(As Rolled),(2)熱 延 後 焼 も ど し(Roll+Tempered),(3)熱 延 後 直 接 焼 入 焼 も ど し(Direct Quench+Tempered) と そ れ ぞ れ の 場 合 に 圧 延 を 含 ま な い 熱 処 理 実 験,以 上 合 計6種 類 の 実 験 を 行 つ た 。 第2回 目の 実験 で は,第1回 目の 実 験 で 得 られ た 結 果 を 更 に確 認 す るた め,異 種 の加 工 方 法 で あ る線 材 圧 延 を 行 つ た.こ こで は,920℃ の加 熱 後,2パ ス で27mmφ か ら21.7mmφ に700℃ 仕 上 の 圧 延 を 実 施 した. 2・2 試 験 片 の 形状 第1回 目の実 験 材 か らは,JIS5号 板 状 引 張 試 片 とJIS 4号 シ ャル ピー試 片 また は3mm厚 の シ ャル ピ ー試 片(3 a) b) c) mm厚 材 の場 合)を 圧 延 方 向 に採 取 した。 第2回 目の実 験 材 か らは,3mmφ の棒 状 引 張 試 片(標 点 間距 離:8mm) と5mm厚 の シ ャル ピ ー試 片 を圧 延 方 向 に採 取 した.

3.  第1回

目溶 製 鋼種 を 用い た 実 験 結 果

3・1 熱 処 理 実 験 の 結 果 Fig.2に,焼 な ら しに 相 当 す る11mm厚 と3mm厚

a)

b)

Table 1. Chemical compositions of vanadium and/or niobium bearing steels (wt. %) used.

Fig. 1. Various thermomechanical conditions for V- or Nb- bearing steel.

Fig. 2. The effect of normalizing condition on tensile

strength (TS) and Charpy transition temper-

ature (vTrs)

of plain carbon steel, V- or

Nb- bearing steel.

の 空 冷 処 理(Norm.)材 の 引 張 強 さ(TS)と シ ャ ル ピ ー 破 面 遷 移 温 度(vTrs)に お よ ぼ す 加 熱 温 度(HT)の 影 響 を 示 す. VやNb添 加 鋼 のTSが 低 炭 素 鋼(PC鋼)の そ れ よ り高 く,ま たHTの 上 昇 で さ らに 高 くな る傾 向 が 認 め られ る.他 方,vTrsは3種 類 の鋼 と もHTの 上 昇 に つれ て劣 化 の傾 向 にあ る.こ の場 合Nb鋼 とPC鋼 は ほぼ 一 致 した 劣化 の傾 向を 示 す の に 対 して,V鋼 が や や 異 な る傾 向 を示 し,劣 化 の 程 度 も少 な い. Photo.1に3mm厚 の場 合 のHTに よ る ミク ロ組 織 変化 を 例 と して示 す.HTの 上 昇 に よ り,す べ て の鋼 で α粒 の粗 大 化 とベ イ ナ イ ト組 織 の 混 入 が 認 め られ る.こ れ は γ粒 径 の粗 大 化 に起 因 す る と説 明 され る.こ こでわ か る とお り,Nb鋼 とPC鋼 で はNb鋼 の方 が 細 粒 で あ る もの の 両者 ともそ の組 織 変 化 は よ く一 致 して い る. これ に 対 して,V鋼 の組 織 変 化 は や や 少 な い.つ ま り, 低 温 加 熱 の 時 で さ え もvTrsの 劣化 を生 じや す い ベ イ ナ イ ト組 織 を混 入 してい る.な お,こ れ に関 す る説 明 と し て,著 者 らは γ粒 の相 違 よ りは む しろ板 厚 が 薄 い こ とか ら くる速 い冷 却 に よ るVの 焼 入性 向上 効果 が 顕 わ れ た と 考 えて い る. こ の よ うに して得 た3mm厚 と11mm厚 の各 種 熱処 理 材 につ い て,同 一 条 件 の時 のVま た はNb添 加 に よ るPC鋼 との強 度 差(⊿TS)と 破 面遷 移 温 度 差(」 vTrs)を も とめ てHTに よ る強 靱 性 の変 化 を示 した の がFig.3で あ る.こ の 変 化 か ら,Vま た はNb添 加 に よ る析 出 強 化 とそ れ に と もな う脆 化 の関 係 を 明 らか に し た い と考 え た. こ こで 強 度 因 子 と してTSを 用 い た のは,降 伏 強 さを 用 い る よ り ミク ロ組 織 の 影 響 が 少 な い た め で あ る.し か し厳 密 に 析 出 に よ る強 度 と靱 性 の 変 化 を 把 握 す るに は, 同一 の ミク ロ組織 で あ る こ とが 要 求 され るが,現 実 には 前 述 した よ うに 同 一 の加 熱 温 度 で あ つ て も鋼 種 に よつ て 著 し く違 つ て い る場 合が あ る.そ こで,Fig.3に 示 す とお り,明 らか に ミク ロ組 織 が 異 な る と思 わ れ るデ ー タ を除 外 してみ た.す る とほ ぼ類 似 の ミク ロ組 織 を 有 し, 従 つ てVま た はNbの 析 出 に基 づ く と判 断 し得 る強 度 と 靱 性 の 変化 は 斜 線 の領 域 に示 され る関 係 に ほ とん ど含 ま れ た. こ の バ ン ドの 勾 配4vTrs/4TSは40/10 (℃/kg・ mr2,10kg/mm2の 強 化 で400Cの 劣 化)で あ り,こ れ は 一 般 に 整 合 析 出 強 化 の 影 響 は 降 伏 強 さ1kg/mm2の

66 鉄 と 鋼 第66年(1980)  第1号 

Fig. 3. Variation in tensile strength and Charpy transition temperature with precipitation hardening in V- or Nb- bearing steels.

Photo. 2. Microstructural changes in 11 mm thick steels heated at 1 100•Ž with finishing rolling temperature (FT).

増 加 あた り約40℃ の破 面 遷 移 温 度 の 劣 化 を 招 く?〉とい わ れ てい る こ と と よい一 致 を 示 す. 以上 よ り,HTを 高 くす る と加 熱 時 のVやNbの 固 溶 量 が増 大 して この パ ン ドの勾 配 で規 定 され る よ うな 大 き い析 出強 化 と脆 化 を生 じる と解 釈 され る。 そ して さ らに 注 鼠すべ き点 は,こ の 関係 がFig.3に 示 す とお りNorm 材 以外 の空 冷 後 焼 も ど し(Norm。+Temp・)材,焼 入 焼 もど し(Quench+Temp。)材 を も含 め たす べ て の熱 処 理 実 験 の場 合 に,換 需 す る と α ・パ ー ラ イ ト,ベ イ ナ イ ト,マ ル テ ンサ イ トの組 織 を 有 す る場 合 に も成 立 す る と い うこ とで あ る.著 者 らは この 種 の 析 出強 化 を二 次強 化 と呼 ぶ こ とに した. なおNb鋼 はV鋼 よ り,そ のバ ン ドのy軸 との戴 片 が 20℃ ほ ど低 い.こ の理 由 と してNbの 細 粒 化 効 果 に加 え て溶 解 量 の 少 な いNb鋼 の方 がV鋼 よ り γの 低 温 域 に て析 出 しや す く,従 つ て二 次強 化 以 外 に 後 述 す る分 散 強 化 も一 部 含 まれ て い る こ とな どが 考 え られ る。 3・2 加 工 熱 処 理 実 験 の 結 果 Fig.4に11mm厚As Rolled材 の機 械 的 性 質 とシ ャル ピー破 面 に 生 じ る最大 の セ パ レー シ ヨン本 数 に及 ぼ すHTと 仕 上 温 度(FT)の 影 響 を示 す 。 こ こ で の圧 下 a) b) c) d)  e) f)  g)  h) i) 率 は50%で あ る, PC鋼 のTSに 及 ぼ すFTの 影 響 は,HTに よ らず 高 温 か ら820℃ ま で は 変化 が 少 な い が,820QC以 下 で TSの 上 昇 を示 す.こ のTSの 上 昇 はHTが 低 い ほ ど 大 きい 。 これ は,若 干 の 細 粒 化 と αの 温 間 加 工 に よ る転 位 密 度 の増 加 に よ る.特 に 低 温 加 熱 圧 延 材 で は,Ar3点 が 上 昇 す る黛〉の で,後 者 の 効 果 が 著 し くなつ た も の で あ る.こ のPC鋼 のTS変 化 を 基 準 に,V鋼 とNb鋼 の TS変 化 を み る と,FTが820℃ 以 下 で い くぶ んTS の 上 昇 がPC鋼 よ り大 きい.こ れ は,後 者 のFig.8に 示 す とお り,析 出 物 の増 加 が 関 与 して,PC鋼 よ り も大 きな 上 昇 を 示 した も の と考 え られ る.他 方vTrsは,す べ て の鋼 でHTが 低 いほ ど ま たFTが 低 い ほ ど良好 と なつ てい る、 こ の よ うな加 熱 圧 延 条件 に よるvTrsの 改 善 の程 度 は,PC鋼 が もつ と も小 さ く,V鋼 とNb鋼 で大 き い. Photo。2に1100℃ 加 熱圧 延 材 の ミク ロ組 織 変 化 を 示 す.す べ て の鋼 で,FTの 低 下 に したが い 細 粒 化 が ほ ぼ 同 じ程 度 で進 行 して い る.ま た,同 一 のFTで 比 較 す る と,Nb鋼 が や や 他 の鋼 よ り細 粒 で あ り,PC鋼 とV 鋼 が ほ ぼ等 しい粒 径 で あ る.従 つ て,As Rolled材 の 場 合 に は,ほ とん ど組 織 の差 を考 えず に,析 出 の影 響 が 把 握 で き る 。 な お セ パ レー シ ヨンの差 異 が本 質 的 な影 響 を 与 え る 因 子 とな つ て い な い こ とは 後 述 す る。 Fig.5に,PC鋼 を基 準 に した場 合 のV鋼 とNb鋼 の FTに よる強 度 と靱 性 の 変 化 を示 す 鋼 種 お よびHTを 問 わ ずFTの 低 下 に つ れ て,図 中 の右 下 方 へ 向 か つ て い る 。 これ は,前 述 の二 次 強 化 の 関 係 か らは ず れ て,強 化 度 を増 しな が らか つ靱 性 も改 善 の 方 向 へ 向 か つ て い る こ とを 意 味 す る。 そ の極 限 の 関係 を 著 者 らは,前 述 の 二 次 強 化 と区 別 して 分 散 強 化 と呼 ぶ こ とに す る。 な お,V鋼 とNb鋼 で4vTrsの 絶 対 値 が や は り20℃ ほ ど異 な る が,こ れ も熱 処 理 実 験 の 場 合 と同 じ理 由に よ り生 じた も の と説 明 され る. Fig.6に11mm厚Direct Quench十Temp.材 の 諸 性 質 に お よぼ すHTと 圧 延 仕 上 温 度(FT)の 影 響 を 示 す 、 こ こで の圧 下 率 もや は り50%で あ る. TSに お よぼ すFTの 影 響 を み る と,鋼 種 やHTに よ らず970℃ 以 上 ま では 旧 γ粒 径 が 微 細 化 した マ ル テ ンサ イ ト組 織 とな るた め にTSは 上 昇 の傾 向 に あ るが, 更 にFTを 低 下 す る と ポ リゴ ナ ル フ ェラ イ トを 生 成 し, そ の量 の変 化 と対 応 してTSは 急 激 に下 降 す る.他 方, vTrsはFTの 低 下 に と もな い改 善 され る傾 向 に あ る 。 こ の場 合 もPC鋼 のvTrsを 基 準 と したV鋼 の差,Nb 鋼 の差 は縮 まる傾 向 が 認 め られ る.

Fig. 4. The effects of heating and finishing rolling temperatures on the mechanical properties

of 11 mm thick steels.

68 鉄 と 鋼 第66年(1980)  第1号 

Photo.3に1100℃ 加 熱 圧 延 を 行 つ たDirect Que- nch+ Temp . 材 の ミ ク ロ組 織 変 化 の 例,Table2に そ れ を定 量 測定 した例 を示 す.Nb鋼がPC鋼 やV鋼 よ り細 粒 で あ る もの のFTの 低 下 に よ る ミク ロ組織 の 変化 は よ く一 致 して い る.な お こ の場 合 に は,PC鋼 を含 め て ほ ぼ 同 じ程度 の セパ レー シ ョ ンが 生 じて い るの で,こ れ に よ る ⊿vTrsへ の影 響 は 少 ない と考 え られ る. こ の よ うに して求 め た 熱 処 理 実 験 お よび鋼 板 の加 工 熱 処 理 実 験 の総 合 的 な結 果 をFig.7に 示 す.こ こで は 圧 延 を ともな う実 験 と して,50%圧 下 の700QC仕 上 の 場 合 を 示 してい る. V鋼,Nb鋼 と も 圧 延 を と も な わ な い 熱 処 理 の 場 合 は,Norm.材,Norm.+Temp.材,  Quench+Tcmp. 材 と も10kg/mm2の 強 度 上 昇 あ た り40℃ のvTrsの 劣 化 を と も な う二 次 強 化 の 直 線 関 係 に の つ て い る が,他 方50%の 圧 下 を 行 つ た 場 合 に は:As Rolled材,Roll. +Temp.材,Direct Quench+Temp.材 と も下 方 へ,つ ま り脆 化 が 抑 制 さ れ る 方 向 へ 移 動 し,As Roll材 で は HTの 低 下 と と も に,む しろPC鋼 と 比 較 した 場 合 の vTrsは 改 善 の 傾 向 さ え 認 め られ る. 以 上 よ り,低 温 圧 延,低 温 加 熱 のい わ ゆ る制 御 圧 延 を

Fig. 5. The effects of finishing temperature on ‡™vTrs and ‡™TS.

Photo. 3. Microstructural changes in directly quenched and tempered steels heated at 1 100•Ž with finishing rolling temperature.

行 うと,VやNb添 加 に よ る析 出強 化 は二 次強 化 の関 係 か ら分 散強 化 の関 係 へ 移 行 す るこ とが 明 らか に なつ た.

4.第2回

目溶 製 鋼 種 を 用 い た

線 材圧 延実 験 の 結 果

Fig.4とHg.6に 示 す と お り,820℃ 以 下 の 低 温 仕 上 a) b) c) d) e) f) ｇ) h) i) 延 圧 を 行 う と,シ ャ ル ピ ー 破 面 に セ パ レ ー シ ョ ン を 生 じ る 。 こ れ は γ と α の 二 相 共 存 域 で の 圧 延 に よ り板 面 に 平 行 に{100}集 合 組 織 が 発 達 す る た め で,こ の セ パ レ ー シ ョ ン に よ りvTrsが 改 善 さ れ る こ と8)が 報 告 さ れ て い る. こ の よ う な セ パ レ ー シ ョ ン に よ る⊿vTrsへ の 影 響 を 除 外 す る 目的 で,鋼 板 の 圧 延 と は 異 な る集 合 組 織 を 呈 す る と 考 え られ る 線 材 の 制 御 圧 延 に 関 す る 調 査 を 行 つ た. 21.7mmφ 材 の 結 果 をPhoto.4に 示 す.こ れ は920℃ の 加 熱 後2パ ス で 合 計 圧 下 率35.4%の700℃ 仕 上 圧 延 を 行 つ た も の で あ る. PC鋼 と比 較 す る と,V-Nb鋼 は 脆 化 す る こ と な く 高 強 度 と なつ て い る 。従 つ て鋼 板 の実 験 結 果 と同 じ く, 分 散 強 化 の存 在 が 認 め られ る.こ こ で特 に強 調 した い点 は,線 材 圧 延 のた め セパ レー シ ョ ンの 発 生 が 絶 無 で あ り,か か る影 響 が 全 く無 視 で き る条 件 下 で さ え も低 温 域 の圧 延 で分 散 強 化 の存 在 が 認 め られ た こ とで あ る. 5.  考 察 5・1 分 散 強 化 を 生 じる析 出 物 Photo.5にIlOO℃ 加 熱 材 のFTの 変 化 に よ る 析 出 物 の 形 態 変 化 を 抽 出 レ プ リ カ 写 真 で 示 す.Fig.8に700

℃

仕 上圧 延 を と もな った 加 工 熱 処 理 材 と圧 延 を しな い 熱処 理 材 に お け る塩 酸 不 溶 性V量 の分 析 結 果 を 示 す.こ れ らは い ず れ も第1回 目の 実験 材 で あ る.

a) PC steel

b) V-Nb steel

Fig. 6. The effects of heating and finishing rolling temperatures on the mechanical properties

of 11 mm thick steels which were directly

quenched and tempered. The condition of

tempering was 600•Ž x lh.

Table 2. Quantitative

analysis of microstructure

in directly quenched

and

tempered

steels shown in Fig. 6.

Photo. 4. Microstructures, Charpy fracture surfaces, and mechanical properties in rod heated

to 920•Ž and finish-rolled at 700•Ž.

70 鉄 と 鋼 第66年(1980)  第1号  抽 出 レプ リカで判 別 し得 る約1000A以 上 の大 きい 析 出 物 の量 は,970℃ 仕 上 材 で 多 く,700QC仕 上 材 で は 少 な く,圧 延 しな い鋼 材 と大 差 は 認 め られ な い.し か し塩 酸 不溶 性 のV量 は 明 らか に圧 延 を と もな う鋼 材 の 方 が 圧 延 しな い鋼 材 よ り多 い 。 しか も著 者 らが 以 前 に 調 査 した 結 果 で も,塩 酸 不 溶 性 のV量,Nb量 と もFTの 低 下 に と もな い増 加 して い た2). これ ら よ り低 温圧 延 で生 じる析 出 物 に 関 して 次 の よ う な推 論 が な され た.つ ま り,800∼700QCのAr3点 直 上 ∼ 直 下 の圧 延 に よ り γの低 温 また は αの 高 温域 で多 数 の 転 位 群 を 析 出サ イ トと して,抽 出 レプ リカな どでは と ら え が た い微 細 な析 出物 が 多 数 歪 誘 起 析 出 す る.し か も こ れ らは析 出状 況 か ら して α地 と整 合 性 を もた な い.ま た 低 温 圧 延 に よ り γ/α 変 態 温 度 が 上 昇 す る こ と2)が 確 認 され て い るが,こ の変 態 温 度 の上 昇 に と もな い γと αの 界 面 を 析 出サ イ トとす るrow precipitateも 増 加 す る. こ の場 合 も析 出時 は α地 と整 合 で あ つ て も後 の冷 却 途 上 で 成 長 し整 合 性 を 失 う.こ れ も広 い意 味 で本 報 では 歪 誘 起 析 出 とみ なす.つ ま り低 温 圧 延 で 生 じる析 出物 は 非 整 合 析 出 物 な の で,整 合 析 出 物(そ の 周 りに大 き い 内部 応 力 を 有 し,そ れ ゆ え き裂 の進 展 に 対 し この歪 エ ネ ルギ を 解 放 して,脆 化 を 助 長 す る と考 え られ る)と は 異 な り, こ の よ うな 析 出 物 は き裂 の 進 展 に 対 して む しろ抵 抗 を 示 す く らい で 決 して鋼 の 脆 化 を 生 じな い と推 察 され る.ま た,OROWAN9)やANSELL10)ら に よる と,α 地 と の整 合 性 を 考 慮 しな くて も,析 出 粒 子 間 隔 に逆 比 例 して降 伏 強 さが 増 加 す る関 係 式 が 与 え られ て い て,微 細 均 一 分 布 さ え して お け ば 分 散 強 化 が 十 分 期 待 で き る. な お,著 者 らが 対 象 とす る低 合 金 高張 力鋼 では,二 次 強 化,分 散 強 化 を 問 わ ず 強 度 に 寄 与 す る 析 出物 の 大 き さは100A程 度 あ るい は そ れ 以 下11)と思 われ,電 子 顕 微 鏡 で そ の実 体 を つ か む こ とは難 しか つ た.し か し最 近 Fig. 7. Variation in tensile strength and Charpy transition temperature of 11 mm thick

steels through precipitation hardening with V- or Nb- addition.

Fig. 8. Change in amounts of (1+1) HC1 insoluble

V with different thermomechanical

condition.

Field Ion Microscope _{観察 に よ り,800℃ 仕 上 材(二 次} 強化 相 当 材)と700℃ 仕上 材(分 散 強 化 相 当材)の 間 に差 異 を 認 め た とい う報 告 が屋 代 ら か らな され た こ と12) は 上 記 推 論 を 裏 づ け る有 力 な材 料 とな つ てい る。 5・2 析 出 物 形 態 の 分 類 と制 御 圧 延 鋼 の 析 出 強 化 これ まで の検 討 結 果 を も とに 制 御 圧 延 鋼 に存 在 す る と

a)

V steel

_b)

_{Nb steel}

Photo. 5. Changes in precipitate of V-or Nb-bearing steel heated at 1 100•Ž with finishing rolling temperature.

72 鉄 と 鋼 第66年(1980)  第1号  考 え られ る析 出 物 の 形 態 を5種 類 に 分 類 し,そ れ ぞ れ の 特 性 を ま とめ てTable3に 示 す.5種 類 とは(1)未固 溶 析 出 物,(2)γ の 高 温域 析 出 の 粗 大 析 出 物,(3)γ の 低 温域 析 出 の 微 細 析 出 物,(4)α の 高 温 域 析 出 の微 細 析 出 物,(5) αの 低 温域 析 出 の 微 細 析 出 物 で あ る.こ れ らの 中 で,(3) と(4)による 強 化 を 非脆 化型 の 分 散 強 化,(5)に よ る強 化 を 脆 化型 の二 次 強 化 と考 え た 。 Fig・9は この よ うな 観 点 か ら,850℃ 以 上 の高 温 仕 上 と750∼700℃ の 低 温 仕 上 の 熱 延 を 想 定 してTable3 の5種 類 の 析 出 物 の 生 成 過 程 を 図 示 した も ので あ る。 高 温 仕 上 材 で はAr3点 近 傍 の 圧 下 が な い た め,γ の 高 温 域 析 出 のTypeIIとα の 整 合 析 出 のTypeVが 主 体 で あ り,TypeVの 存 在 の た め靱 性 が 劣 化 す る と説 明 され, 他 方低 温 仕 上 材 で は,TypeVに 替 つ てTypeIIIとType IVの 析 出 が 促 進 され るた め,非 脆 化 型 の分 散 強 化 が 主 体 とな つ て い る と説 明 され る, 6.  結 言 VやNb添 加 鋼 に お け る析 出 強 化 とそ れ に と もな う脆 化 に 対 す る制 御 圧 延 の影 響 を 把 握 す る 目的 で,広 範 囲 な 加 工 熱 処 理 条 件 の場 合 に て,基 準 と な る低 炭 素 鋼 とそ れ に 微 量 のVやNbを 添 加 した 鋼 の強 度 と靱 性 の差 の変 化 や ミク ロ組 織 の 変 化 等 を 詳 細 に 追 究 す る実 験 を 行 つ た. 得 られ た 主 要 な 結 果 は 次 の とお りで あ る. (1)圧 延 を と もな わ な い 熱 処 理 の 場 合 は,VやNb 添 加 に よ る10kg/mm2当 た りの析 出強 化 は シ ャル ピー 破 面 遷 移 温 度 で40℃ の脆 化 を生 じる. (2)低 温 圧 延,低 温 加 熱 の い わ ゆ る制 御 圧 延 を 実 施 す る と,VやNb添 加 に よ り強度 上 昇 して も脆 化 が 少 な い.こ の事 実 は,熱 延 の ま ま以外 に熱 延 後 焼 も ど し,熱 延 後 直 接 焼 入 焼 も ど しの 場 合 で も変 わ らない. (3>(2)の 結 果 は 低 炭 素 鋼 と析 出強 化 鋼 間 の組 織 の 差 や セ パ レー シ ョ ンの差 に よ る もの で は な い. (4)以 上 よ り,析 出強 化 の種 類 と して,脆 化 型 の二 次 強 化 と非 脆 化 型 の分 散 強 化 の存 在 が 明 らか となつ た. (5)二 次強 化 を生 じる析 出物 と して,α の低 温 域 析 出 の 微 細 な 整 合 析 出物,他 方 分 散 強 化 の 析 出 物 と して, γの低 温域 や αの 高温 域 で歪 誘 起 に よつ て 生 じる微 細 な 非 整 合 析 出物 を想 定 し,制 御 圧 延 に よ る析 出強 化 に と も な う脆 化 の軽 減 に対 す る解 釈 と して,二 次 析 出物 が 減 少 して 分 散 析 出物 が増 大 す る とい う考 え 方 を 提案 した. 終 わ りに,本 論 文 の発 表 を 許 可 され た 住 友 金属 工 業(株) 常 務取 締 役 中央 技 術研 究 所 長 小 田尚 輝 博 士 に 深 く感 謝 致 しま す 。 ま た本 研 究 を逐 行 す る にあ た つ て,御 指導 を 賜 わ つ た鋼 材 研 究 室主 任 研 究 員(故)福 田 実 博 士,有 益 な 助 言 を い た だ い た室 主 任 研 究 員 高 橋 政 司 博 士 な らび に主 任 研 究 員大 谷泰 夫 博 士 に厚 く御 礼 申 し上 げ ます.ま た強 力 に実 験 を推 進 して下 さつ た東 勝 也 氏 に 深 謝 します.

文

献

1 ) I. KozAsu: Trans. ISIJ, 12 (1972) 3, p. 241

2)福 田 実,橋 本 保,国 重 和 俊;鉄 と 鋼,58

(1972)13.p.1832

3 ) T. TANAKA, N. TABATA, T. HATOMURA, and

C. SHIGA: Proc. of Microalloying,

75, Union

Carbide Corp., New York, (1975) , p. 107

4)関 根 寛,丸 山 忠 克:製 鉄 研 究,289(1976), p.11920

5)作 井 誠 太,酒 井 拓,武 石 和 夫:鉄 と鋼,62

(1976)7,p.856

6 ) I. KOZASU,

C. OUCHI, T. SAMPEI, and T. OKITA

:

Proc.

of Microalloying

75, Union

Carbide

Corp., New York, (1975) , p. 120

7)例,荒 木 透:鉄 と 鋼,58(1972)13．P．1753

8 ) E. MIYOSHI, M. FUKUDA, H. IWANAGA, and T.

OKAZAWA: "Conference on crack propagation

in pipe lines", UK Institute of Gas Eng . (1974)

9) E. OROWAN: Dislocation

in Metals, AIME,

(1964) , p. 69

10) G. S. ANSELL and F. V. LENEL: Acta Met., 8

(1960) , p. 612

11) M. TANINO, H. G. SUZUKI, and K.Aom:

Trans. JIM, 9 (1968) Suppl., p. 393

12) Y. YASHIRO, T. ABE, and N. IGATA: Trans.

ISIJ, 16 (1976) , p. 523

Fig. 9. Behaviour of precipitation during hot rolling process.