[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP7553065B2 - Ultrafine ferrite-cementite structure steel, ultrafine ferrite-austenite structure steel, ultrafine martensite structure steel, and method for producing ultrafine martensite-austenite structure steel - Google Patents

Ultrafine ferrite-cementite structure steel, ultrafine ferrite-austenite structure steel, ultrafine martensite structure steel, and method for producing ultrafine martensite-austenite structure steel Download PDF

Info

Publication number
JP7553065B2
JP7553065B2 JP2019159068A JP2019159068A JP7553065B2 JP 7553065 B2 JP7553065 B2 JP 7553065B2 JP 2019159068 A JP2019159068 A JP 2019159068A JP 2019159068 A JP2019159068 A JP 2019159068A JP 7553065 B2 JP7553065 B2 JP 7553065B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
steel
ferrite
ultrafine
austenite
cementite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019159068A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2021038418A (en
Inventor
史郎 鳥塚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Hyogo
Original Assignee
University of Hyogo
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Hyogo filed Critical University of Hyogo
Priority to JP2019159068A priority Critical patent/JP7553065B2/en
Publication of JP2021038418A publication Critical patent/JP2021038418A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7553065B2 publication Critical patent/JP7553065B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Description

特許法第30条第2項適用 配布日:平成30年9月1日 刊行物:第176回日本鉄鋼協会秋季講演大会(東北大学)講演要旨集CD-ROM版 発行日:平成30年12月14日 刊行物:鉄と鋼、Vol.105 No.2 第197~206頁 配布日:平成31年3月1日 刊行物:第177回日本鉄鋼協会春季講演大会(東京電機大学)講演要旨集CD-ROM版 配布日:令和1年8月26日 刊行物:第178回日本鉄鋼協会秋季講演大会(岡山大学)講演要旨集CD-ROM版Article 30, paragraph 2 of the Patent Act applies. Distribution date: September 1, 2018 Publication: 176th Autumn Meeting of the Iron and Steel Institute of Japan (Tohoku University) Lecture Abstracts CD-ROM version Issue date: December 14, 2018 Publication: Tetsu to Hagane, Vol. 105, No. 2, pp. 197-206 Distribution date: March 1, 2019 Publication: 177th Spring Meeting of the Iron and Steel Institute of Japan (Tokyo Denki University) Lecture Abstracts CD-ROM version Distribution date: August 26, 2019 Publication: 178th Autumn Meeting of the Iron and Steel Institute of Japan (Okayama University) Lecture Abstracts CD-ROM version

本発明は、建造物や橋梁等の構造物、自動車の足回り鋼、機械用歯車等部品に使用される鋼として好適な高強度・高延性を備えた超微細フェライト-セメンタイト組織鋼、超微細フェライト-オーステナイト組織鋼、超微細マルテンサイト組織鋼、および超微細マルテンサイト-オーステナイト組織鋼の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing ultrafine ferrite-cementite structured steel, ultrafine ferrite-austenite structured steel, ultrafine martensite structured steel, and ultrafine martensite-austenite structured steel, which have high strength and high ductility and are suitable for use in structures such as buildings and bridges, automobile chassis steel, and machine gears and other parts.

近年、地球環境保護の観点から、自動車の車体軽量化による燃費向上と乗員保護の観点から衝突安全性もこれまで以上に重要になってきている。鋼板の板厚の増加や補強部材の追加による車体の強化は可能であるが車体重量の増加となる。相矛盾するこれらの要求に応える技術のひとつが高強度鋼板、いわゆるハイテンの開発である。しかしながら,鋼板の高強度化は成形性の劣化という課題を抱えるために、適用される部材に応じた高い成形性を有する高強度・高加工性鋼板の開発が必要である。そこで、高強度化と高延性化を両立するために注目されているのが、残留オーステナイト型複合組織を利用したハイテンである。 In recent years, from the perspective of protecting the global environment, improving fuel efficiency by reducing the weight of automobile bodies and collision safety from the perspective of protecting passengers have become more important than ever. It is possible to strengthen a car body by increasing the thickness of the steel plate or adding reinforcing members, but this increases the weight of the car body. One technology that meets these conflicting demands is the development of high-strength steel plate, or so-called hi-tensile steel. However, increasing the strength of steel plate comes with the issue of deterioration of formability, so it is necessary to develop high-strength, highly formable steel plate with high formability according to the parts to which it is applied. Therefore, hi-tensile steel, which uses a retained austenite-type composite structure, has attracted attention as a way to achieve both high strength and high ductility.

このハイテンは、準安定オーステナイトを含む鋼を変形させると変形中にオーステナイトがマルテンサイトに加工誘起変態をすることで硬化し、変形の局所化が抑制され、未変態オーステナイトに変形が移行することによって高い伸びが得られる。加工誘起マルテンサイト変態によって塑性変形が促進されるためTRIP(Transformation Induced Plasticity)現象と呼ばれ、この残留オーステナイト鋼はTRIP鋼と称されている。現在、次世代自動車用ハイテンの目標は、引張強さTS×全伸びT.EI≧30000MPa%と言われており、この目標を達成するための材料開発が進められている。 When this high-tensile steel containing metastable austenite is deformed, the austenite hardens during deformation due to the work-induced transformation of the austenite to martensite, suppressing localization of deformation and allowing the deformation to transfer to untransformed austenite, resulting in high elongation. Since plastic deformation is promoted by work-induced martensite transformation, this phenomenon is called the TRIP (Transformation Induced Plasticity) phenomenon, and this retained austenite steel is called TRIP steel. Currently, the target for high-tensile steel for next-generation automobiles is said to be tensile strength TS x total elongation T.EI ≧ 30,000 MPa%, and material development to achieve this goal is underway.

このような背景のもと、これまでに、低C中Mn鋼である0.1%C-2%Si-5%Mn組成のフェライト-オーステナイト組織鋼が、従来TRIP鋼に比べ、極めて単純な二相域焼鈍によって製造することができ、また高強度(1200MPa)、高延性(T.EI=25%)を示すことが報告されてきている(例えば、非特許文献1、2を参照)。 In light of this background, it has been reported that low-C, medium-Mn steel with a ferritic-austenite structure and a composition of 0.1%C-2%Si-5%Mn can be manufactured by extremely simple interphase annealing compared to conventional TRIP steel, and also exhibits high strength (1200 MPa) and high ductility (T.EI = 25%) (see, for example, non-patent documents 1 and 2).

S. Torizuka and T. Hanamura: Bull. Iron Steel Inst. Jpn., 17(2012), 852.S. Torizuka and T. Hanamura: Bull. Iron Steel Inst. Jpn., 17(2012), 852. T. Hanamura, S. Torizuka, A. Sunahara, M. Imagumbai and H. Takechi: ISIJ Int., 51(2011), 685.T. Hanamura, S. Torizuka, A. Sunahara, M. Imagumbai and H. Takechi: ISIJ Int., 51(2011), 685.

しかしながら、前記のような組成のフェライト-オーステナイト組織鋼においては、最適なオーステナイト分率(20~30%)を得るには、焼鈍時間が約1時間と長時間を要しており、連続焼鈍により製造することは難しい。これでは実用化は困難である。したがって、10分程度の短時間で効率よく所期のフェライト-オーステナイト組織鋼を得る方法の開発が必要である。 However, in ferrite-austenite steel with the above composition, the annealing time required to obtain the optimal austenite fraction (20-30%) is long, at about 1 hour, making it difficult to manufacture by continuous annealing. This makes practical use difficult. Therefore, it is necessary to develop a method to efficiently obtain the desired ferrite-austenite steel in a short time of about 10 minutes.

そこで、本発明者らは、鋭意研究を進めた結果、フェライト-オーステナイト組織鋼の前組織として、超微細フェライト-セメンタイト組織鋼を使用することにより、焼鈍時間がわずか10分と従来の6分の1の時間で超微細フェライト-オーステナイト組織鋼が得られることを見出した。さらに、主原料となる金属元素の内、Mnの含有量を調整することにより、750℃と比較的低温からの焼入で高強度かつ高延性の超微細等軸マルテンサイトを生成できることを見出した。 As a result of intensive research, the inventors discovered that by using ultrafine ferrite-cementite structure steel as the precursor structure of ferrite-austenite structure steel, ultrafine ferrite-austenite structure steel can be obtained in an annealing time of just 10 minutes, one-sixth the time required by conventional methods. Furthermore, they discovered that by adjusting the content of Mn among the metal elements that are the main raw materials, it is possible to produce ultrafine equiaxed martensite with high strength and high ductility by quenching at a relatively low temperature of 750°C.

本発明者らは、そのメカニズムについて詳細に検討したところ、前組織としての超微細フェライト-セメンタイト組織鋼においては、本来FeCという形のセメンタイトが、(Fe,MnCのように、Feの一部(50wt%)がMnに置き換わった形となっていることを見出した。このように、セメンタイト中にMnが高濃度に存在していることによって、フェライトからオーステナイトへの逆変態速度が速くなるとともに、焼鈍温度を低温化できるということを見出した。 The present inventors have studied this mechanism in detail and found that in the steel with an ultrafine ferrite-cementite structure as a precursor structure, cementite that is originally in the form of Fe 3 C has a part (50 wt%) of Fe replaced by Mn, such as (Fe 5 ,Mn 5 ) 3 C. In this way, it has been found that the presence of a high concentration of Mn in cementite increases the rate of reverse transformation from ferrite to austenite and allows the annealing temperature to be lowered.

本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、建造物や橋梁等、自動車の足回り鋼、機械用歯車等部品に使用した場合でも、十分な機械的強度、延性を有する高強度・高延性超微細フェライト-セメンタイト組織鋼、フェライト-オーステナイト組織鋼、超微細マルテンサイト組織鋼および超微細マルテンサイト-オーステナイト組織鋼を提供することができ、しかもこれらを比較的低温かつ極短時間で生成可能な製造方法を提供することを課題としている。 The present invention was made based on the above findings, and aims to provide high-strength, high-ductility ultrafine ferrite-cementite structure steel, ferrite-austenite structure steel, ultrafine martensite structure steel, and ultrafine martensite-austenite structure steel that have sufficient mechanical strength and ductility even when used in parts such as buildings and bridges, automobile suspension steel, and machine gears, and to provide a manufacturing method that can produce these at relatively low temperatures in an extremely short time.

本発明によれば、上記課題を解決するため、下記の技術的手段ないし技術的手法が提供される。
〔1〕C、SiおよびMnの含有量が、それぞれ0.05wt%≦C≦0.3wt%、0.5≦Si≦2wt%、3wt%≦Mn≦10wt%であり、残部がFe及び不可避的不純物からなり、フェライト粒径が2.0μm以下である超微細フェライト-セメンタイト組織鋼であって、セメンタイト中にはMnが固溶し、そのセメンタイトの化学式(Fe1-x, Mnx)3Cにおけるxの値が0.3以上1未満であることを特徴とする超微細フェライト-セメンタイト組織鋼。
〔2〕上記第1の発明の超微細フェライト-セメンタイト組織鋼を二相域焼鈍前組織とする超微細フェライト-オーステナイト組織鋼で、引張強さ1400MPa以上かつ全伸び25%以上であることを特徴とする超微細フェライト-オーステナイト組織鋼。
〔3〕上記第2の発明の超微細フェライト-オーステナイト組織鋼であって、引張強さ1500MPa以上かつ全伸び30%以上であることを特徴とする高強度・高延性超微細フェライト-オーステナイト組織鋼。
〔4〕上記第3の発明の超微細フェライト-オーステナイト組織鋼であって、オーステナイト体積率が40%以上でVγxCinγ≧0.07であることを特徴とする超微細フェライト-オーステナイト組織鋼。
〔5〕上記第1の発明の超微細フェライト-セメンタイト組織鋼をオーステナイト域焼鈍前組織とするマルテンサイト組織鋼であって、引張強さ1500MPa以上かつ全伸び15%以上であることを特徴とする超微細マルテンサイト組織鋼。
〔6〕上記第1の発明の超微細フェライト-セメンタイト組織鋼をオーステナイト域および二相域焼鈍前組織とするマルテンサイト-オーステナイト組織鋼であって、引張強さ1500MPa以上かつ全伸び20%以上であることを特徴とする超微細マルテンサイト-オーステナイト組織鋼。
〔7〕上記第1の発明の超微細フェライト-セメンタイト組織鋼の製造方法であって、前記化学成分の素材に、300~600℃の温度範囲で圧下率50%以上の温間圧延加工を行い微細フェライト-セメンタイトの組織とし、セメンタイト中にMnを濃縮せしめることを特徴とする超微細フェライト-セメンタイト組織鋼の製造方法。
〔8〕上記第7の発明によって製造した超微細フェライト-セメンタイト組織鋼について、625~750℃の温度範囲で180秒~1200秒の保持後、水冷または空冷を行うことを特徴とする超微細フェライト-オーステナイト組織鋼の製造方法。
〔9〕上記第7の発明の超微細フェライト-セメンタイト組織鋼について、625~800℃の温度範囲で1秒~600秒保持後、水冷または空冷を行い、シングルブロック構造をもつ等軸マルテンサイトもしくはシングルブロック構造をもつ超微細等軸マルテンサイトーオーステナイト組織鋼である組織を製造することを特徴とする超微細マルテンサイト組織鋼、マルテンサイト-オーステナイト組織鋼の製造方法。
According to the present invention, in order to solve the above problems, the following technical means or techniques are provided.
[1] A steel with an ultrafine ferrite-cementite structure, the contents of C, Si and Mn being 0.05 wt%≦C≦0.3 wt%, 0.5≦Si≦2 wt%, 3 wt%≦Mn≦10 wt%, respectively, with the balance being Fe and unavoidable impurities, and the ferrite grain size being 2.0 μm or less, wherein Mn is dissolved in the cementite, and the value of x in the chemical formula of the cementite (Fe1-x, Mnx)3C is 0.3 or more and less than 1.
[2] An ultrafine-grained ferrite-austenite structure steel having a structure before annealing in a dual-phase region, the ultrafine-grained ferrite-cementite structure steel of the first invention being the above-mentioned, characterized in that the ultrafine-grained ferrite-austenite structure steel has a tensile strength of 1400 MPa or more and a total elongation of 25% or more.
[3] The second aspect of the present invention provides a high-strength, high-ductility, ultrafine-grained ferrite-austenite steel, characterized in that the steel has a tensile strength of 1500 MPa or more and a total elongation of 30% or more.
[4] The ultrafine-grained ferrite-austenite structure steel according to the third invention, characterized in that the austenite volume fraction is 40% or more and V γ xCin γ ≧0.07.
[5] An ultrafine martensite structure steel having a structure before austenitic region annealing of the ultrafine ferrite-cementite structure steel of the first invention, characterized in that the ultrafine martensite structure steel has a tensile strength of 1500 MPa or more and a total elongation of 15% or more.
[6] A martensite-austenite structure steel having a structure before annealing in the austenite region and two-phase region, the ultrafine-grained ferrite-cementite structure steel of the first invention being the above-mentioned, characterized in that the ultrafine-grained martensite-austenite structure steel has a tensile strength of 1500 MPa or more and a total elongation of 20% or more.
[7] A method for producing a steel with an ultrafine ferrite-cementite structure according to the first invention, comprising the steps of: subjecting a raw material having the above-mentioned chemical components to warm rolling at a rolling reduction rate of 50% or more in a temperature range of 300 to 600°C to form a fine ferrite-cementite structure; and concentrating Mn in the cementite.
[8] A method for producing an ultrafine-grained ferrite-cementite structure steel produced by the seventh invention, characterized in that the steel is held at a temperature of 625 to 750°C for 180 to 1200 seconds, and then water-cooled or air-cooled.
[9] A method for producing ultrafine martensite structure steel or martensite-austenite structure steel, characterized in that the ultrafine ferrite-cementite structure steel of the seventh invention is held at a temperature range of 625 to 800°C for 1 to 600 seconds, and then water-cooled or air-cooled to produce a structure which is equiaxed martensite having a single block structure or an ultrafine equiaxed martensite-austenite structure steel having a single block structure.

本発明によれば、上記構成を採用したので、建造物や橋梁等、自動車の足回り鋼、機械用歯車等部品に使用した場合でも、十分な機械的強度、延性を有するという優れた効果を得ることができる。また、超微細フェライト-セメンタイト組織鋼等を比較的低温かつ極短時間で生成可能という優れた効果を得ることができる。 The present invention employs the above-mentioned configuration, and therefore has the excellent effect of providing sufficient mechanical strength and ductility even when used in parts such as buildings and bridges, automobile suspension steel, and machine gears. It also has the excellent effect of being able to produce ultrafine ferrite-cementite structure steel at a relatively low temperature in an extremely short time.

(a)は、二相域焼鈍前組織である微細フェライト-セメンタイト(α+θ)組織のSEM像である。(b)は、マルテンサイト(Μ)組織のSEM像を示す。(a) is an SEM image of a fine ferrite-cementite (α+θ) structure, which is a structure before annealing in the two-phase region, and (b) is an SEM image of a martensite (μ) structure. 二相域焼鈍時間と組織の関係を表した図である。FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the two-phase annealing time and the structure. 二相域焼鈍温度・時間の変化に伴うオーステナイト体積率の変化を示す図である。FIG. 2 is a graph showing the change in austenite volume fraction with the change in two-phase annealing temperature and time. (a)(b)(c)は、逆変態によるオーステナイト(γ)生成のプロセスの模式図である。1(a), (b), and (c) are schematic diagrams of the process of austenite (γ) formation by reverse transformation. (a)焼鈍前の微細フェライト-セメンタイト(α+θ)組織と、(b)焼鈍前のフェライト-セメンタイト(α+θ)組織とマルテンサイト(M)組織を675℃に加熱し保持することなく、直ちに水冷して得られた時の組織のSEM像を示す。(a) shows a fine ferrite-cementite (α+θ) structure before annealing, and (b) shows an SEM image of the structure obtained when the ferrite-cementite (α+θ) structure before annealing and the martensite (M) structure were heated to 675°C and immediately water-cooled without being held at that temperature. (a)焼鈍前の微細フェライト-セメンタイト(α+θ)組織と、(b)焼鈍前のフェライト-セメンタイト(α+θ)組織とマルテンサイト(M)組織を675℃に加熱し保持することなく、直ちに水冷して得られた時の組織のTEM像を示す。(a) shows a fine ferrite-cementite (α+θ) structure before annealing, and (b) shows a TEM image of the structure obtained when the ferrite-cementite (α+θ) structure before annealing and the martensite (M) structure were heated to 675°C and immediately water-cooled without being held at that temperature. TEM-EDS分析の結果を示した図である。FIG. 1 shows the results of TEM-EDS analysis. 二相域焼鈍後のフェライト-オーステナイト(α+γ)組織に関して、電解放出型電子線マイクロアナライザー(FE-EPMA)によるMn濃度マッピングの結果を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the results of Mn concentration mapping by a field emission electron probe microanalyzer (FE-EPMA) for a ferrite-austenite (α+γ) structure after dual-phase annealing. 図2に示した4つのフェライト-オーステナイト(α+γ)組織の丸棒引張試験で得られた公称応力-公称ひずみ曲線を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing nominal stress-nominal strain curves obtained in a round bar tensile test of the four ferrite-austenite (α+γ) structures shown in FIG. 2. 焼鈍前組織がフェライト-セメンタイト(α+θ)組織とマルテンサイト(M)組織で焼鈍条件が675℃、3600sのフェライト-オーステナイト(α+γ)組織鋼の板状引張試験片の公称応力-公称ひずみ曲線と、引張変形中のオーステナイト(γ)体積率の変化を示す図である。This figure shows the nominal stress-nominal strain curves of plate-shaped tensile test pieces of ferrite-austenite (α+γ) structure steel, which had a ferrite-cementite (α+θ) structure and a martensite (M) structure before annealing and were annealed at 675°C for 3600 s, and also shows the change in austenite (γ) volume fraction during tensile deformation. 図10で示した板状引張試験の結果をもとに,フェライト-オーステナイト(α+γ)組織鋼と従来TRIP鋼の強度・延性バランスの関係をプロットした図である。This is a diagram plotting the relationship between the strength and ductility balance of ferrite-austenite (α+γ) structure steel and conventional TRIP steel, based on the results of the plate tensile test shown in FIG. 焼鈍条件675℃、1時間、C量を0.075、0.1、0.15、0.2、0.3wtと変化させた2%Si-5%Mn組成のフェライト-オーステナイト組織鋼の公称応力-公称ひずみ曲線を示した図である。This is a graph showing nominal stress-nominal strain curves of ferritic-austenitic steel with a 2% Si-5% Mn composition, annealed at 675° C. for 1 hour with varying C contents of 0.075, 0.1, 0.15, 0.2, and 0.3 wt. 焼鈍条件700℃、1時間、C量を0.075、0.1、0.15、0.2、0.3wtと変化させた2%Si-5%Mn組成のフェライト-オーステナイト組織鋼の公称応力-公称ひずみ曲線を示した図である。This is a graph showing nominal stress-nominal strain curves of ferritic-austenitic steel with a 2% Si-5% Mn composition, annealed at 700° C. for 1 hour with varying C contents of 0.075, 0.1, 0.15, 0.2, and 0.3 wt. 低炭素-2%Si-5%Mn組成の超微細フェライト-オーステナイト組織鋼の一様伸びとVγxCinγの関係を示した図である。FIG. 1 is a graph showing the relationship between uniform elongation and V γ xCin γ of an ultrafine-grained ferrite-austenite steel having a low carbon-2% Si-5% Mn composition. 低炭素-2%Si-5%Mn組成の超微細フェライト-オーステナイト組織鋼の引張り強さとオーステナイト体積率Vγの関係を示した図である。FIG. 1 is a graph showing the relationship between tensile strength and austenite volume fraction of ultrafine-grained ferrite-austenite steel with a low carbon-2% Si-5% Mn composition. 0.15C-2%Si-5%Mn組成の超微細フェライト-セメンタイト組織鋼を焼鈍前組織とするフェライト-オーステナイト組織鋼の公称応力-公称ひずみ曲線を示した図である。FIG. 1 is a diagram showing a nominal stress-nominal strain curve of a ferrite-austenite structure steel having an ultrafine ferrite-cementite structure steel with a composition of 0.15C-2%Si-5%Mn as a structure before annealing.

以下、本発明を実施の形態により詳細に説明する。なお、本明細書中において、超微細フェライト-セメンタイト組織鋼、超微細フェライト-オーステナイト組織鋼、超微細マルテンサイト-オーステナイト組織鋼のように記載された組織鋼は、ハイフンの前後に記載された組織の二相組織鋼であることを意味している。 The present invention will be described in detail below with reference to the embodiments. In this specification, the steel structures described as ultrafine ferrite-cementite steel, ultrafine ferrite-austenite steel, and ultrafine martensite-austenite steel refer to dual-phase steel with the structure described before and after the hyphen.

本発明の高強度・高延性超微細フェライト-セメンタイト組織鋼は、C、SiおよびMnの含有量が、それぞれ0.05wt%≦C≦0.3wt%、0.5≦Si≦2wt%、3wt%≦Mn≦10wt%であり、残部がFe及び不可避的不純物からなり、フェライト粒径が2.0μm以下である高強度・高延性超微細フェライト-セメンタイト組織鋼であって、セメンタイト中にはMnが固溶し、そのセメンタイトの化学式(Fe1-x, Mnx)3Cにおけるxの値が0.3以上1未満であることを特徴とする。 The high-strength, high-ductility ultrafine ferrite-cementite structure steel of the present invention is a high-strength, high-ductility ultrafine ferrite-cementite structure steel with the C, Si and Mn contents being 0.05 wt%≦C≦0.3 wt%, 0.5≦Si≦2 wt%, 3 wt%≦Mn≦10 wt%, respectively, with the remainder being Fe and unavoidable impurities, and with a ferrite grain size of 2.0 μm or less, characterized in that Mn is dissolved in the cementite, and the value of x in the chemical formula of the cementite (Fe1-x, Mnx)3C is 0.3 or more and less than 1.

本発明のフェライト-セメンタイト組織鋼において、Cの含有量は0.05wt%≦C≦0.3wt%とする。Cは、焼入性と引張強度を確保するために必要であるが、0.05wt%未満では鋼材の引張強度を十分に満たさないおそれがあり、0.3wt%を超えると、鋼材の延性・靱性の低下及び溶接性の低下が起こるおそれがある。 In the ferrite-cementite structure steel of the present invention, the C content is 0.05 wt%≦C≦0.3 wt%. C is necessary to ensure hardenability and tensile strength, but if it is less than 0.05 wt%, the tensile strength of the steel may not be fully satisfied, and if it exceeds 0.3 wt%, the ductility and toughness of the steel may decrease, and the weldability may decrease.

本発明のフェライト-セメンタイト組織鋼において、Siの含有量は0.5wt%≦Si≦2wt%とする。Siは、材質を大きく硬質化する置換型元素であり、鋼の強度を向上させる上で有効な元素である。しかしながら、Si含有量が過度に高くなると、熱間加工時の加熱中にSiスケールが多く発生し、スケール除去に余分なコストがかかることや、スケールによる表面疵が発生しやすくなる。したがって、Si上限は2wt%とすることが望ましい。 In the ferrite-cementite structure steel of the present invention, the Si content is 0.5 wt%≦Si≦2 wt%. Si is a substitutional element that greatly hardens the material, and is an effective element for improving the strength of steel. However, if the Si content is excessively high, a lot of Si scale will be generated during heating during hot working, which will result in extra costs for scale removal and will make surface defects more likely to occur due to the scale. Therefore, it is desirable to set the upper limit of Si to 2 wt%.

本発明のフェライト-セメンタイト組織鋼において、Mnの含有量は3wt%≦Mn≦10wt%とする。Mnは、オーステナイト生成元素であり、焼入れ性を向上させ、微細γ粒からマルテンサイトを生成させる。また、Mnの含有量が上記の範囲内であれば、比較的低温、短時間の焼鈍であっても、温間圧延中に生成されるセメンタイト中に、Mnが(Fe1-x, Mnx)3Cにおけるxの値(重量比)が0.3以上1未満の高濃度、例えば、0.3~0.55程度の濃度で分散、固溶しており、高濃度のMnが逆変態オーステナイトの優先核生成サイトとして有効に作用すると考えられる。その結果、安定性の高いオーステナイトの短時間形成が可能となる。 In the ferrite-cementite structure steel of the present invention, the Mn content is 3 wt%≦Mn≦10 wt%. Mn is an austenite-forming element that improves hardenability and forms martensite from fine γ grains. Furthermore, if the Mn content is within the above range, even with annealing at a relatively low temperature and for a short time, Mn is dispersed and dissolved in the cementite formed during warm rolling at a high concentration where the value of x (weight ratio) in (Fe1-x, Mnx)3C is 0.3 or more and less than 1, for example, a concentration of about 0.3 to 0.55, and it is believed that the high concentration of Mn effectively acts as a preferential nucleation site for reverse transformed austenite. As a result, highly stable austenite can be formed in a short time.

一方、Mnが高濃度になると凝固時の鋼中Mnの偏析が過大となり材料内部の均一性を害する。また、素材の調整工程における熱間加工工程において表面割れが発生しやすくなる。したがって、Mnの上限は10wt%とすることが望ましい。 On the other hand, if the Mn concentration becomes too high, the segregation of Mn in the steel during solidification becomes excessive, impairing the uniformity inside the material. In addition, surface cracks become more likely to occur during the hot working process in the material preparation process. Therefore, it is desirable to set the upper limit of Mn to 10 wt%.

本発明の超微細フェライト-セメンタイト組織鋼の微細組織は、フェライト粒径が2.0μm以下、より好ましくは、1.0μmである。フェライト粒径が2.0μm超では、降伏点が低下するため望ましくない。 The microstructure of the ultrafine ferrite-cementite steel of the present invention has a ferrite grain size of 2.0 μm or less, more preferably 1.0 μm. If the ferrite grain size exceeds 2.0 μm, the yield point decreases, which is undesirable.

本発明の超微細フェライト-オーステナイト組織鋼は、前記超微細フェライト-セメンタイト組織鋼を二相域焼鈍前組織とする超微細フェライト-オーステナイト組織鋼であって、引張強さ1400MPa以上、全伸び25%以上である。前記超微細フェライト-セメンタイト組織鋼を二相域焼鈍前組織とし、焼鈍すると、従来TRIP鋼より高いオーステナイト体積率が得られ、オーステナイト中の固溶Cは低いものの、高濃度の固溶Mnの効果で、オーステナイトが安定し、高延性を得ることができる。 The ultrafine ferrite-austenite structure steel of the present invention is an ultrafine ferrite-austenite structure steel in which the ultrafine ferrite-cementite structure steel is used as a pre-annealing structure in the dual-phase region, and has a tensile strength of 1400 MPa or more and a total elongation of 25% or more. When the ultrafine ferrite-cementite structure steel is used as a pre-annealing structure in the dual-phase region and then annealed, a higher austenite volume fraction is obtained than in conventional TRIP steel, and although the amount of solute C in the austenite is low, the effect of the high concentration of solute Mn stabilizes the austenite and high ductility can be obtained.

本発明の超微細フェライト-セメンタイト組織鋼を二相域焼鈍前組織とし、焼鈍すると、引張強さ1500MPa以上かつ全伸び30%以上であることを特徴とする高強度・高延性超微細フェライト-オーステナイト組織鋼を得ることができる。例えば、10分程度の極短時間の焼鈍で、従来TRIP鋼よりも、降伏応力、引張強さがおよび全伸びが高く、強度・延性バランスのきわめて良好な超微細フェライト-オーステナイト組織鋼を得ることができる。 When the ultrafine ferrite-cementite structure steel of the present invention is subjected to a two-phase annealing process before annealing, a high-strength, high-ductility ultrafine ferrite-austenite structure steel can be obtained, characterized by a tensile strength of 1500 MPa or more and a total elongation of 30% or more. For example, by annealing for an extremely short period of time, such as about 10 minutes, it is possible to obtain an ultrafine ferrite-austenite structure steel that has higher yield stress, tensile strength and total elongation than conventional TRIP steel and has an extremely good balance of strength and ductility.

さらにまた、本発明の超微細フェライト-オーステナイト組織鋼では、オーステナイト体積率が40%以上でVγxCinγ≧0.07であることが好ましく考慮される。より好ましくは、VγxCinγ≧0.14であることが例示される。 Furthermore, in the ultrafine-grained ferrite-austenite steel of the present invention, it is preferable that V γ xCin γ ≧0.07 when the austenite volume fraction is 40% or more, and more preferably, V γ xCin γ ≧0.14.

本発明の超微細マルテンサイト組織鋼は、前記超微細フェライト-セメンタイト組織鋼をオーステナイト域焼鈍前組織とするマルテンサイト組織鋼であって、引張強さ1500MPa以上、全伸び15%以上であることが好ましく考慮される。 The ultrafine martensite structure steel of the present invention is a martensite structure steel in which the ultrafine ferrite-cementite structure steel is used as the structure before annealing in the austenite region, and is preferably considered to have a tensile strength of 1500 MPa or more and a total elongation of 15% or more.

また、前記超微細マルテンサイト-オーステナイト組織鋼は、引張強さ1500MPa以上かつ全伸び20%以上であることが好ましく考慮される。 The ultrafine martensite-austenite structure steel is preferably considered to have a tensile strength of 1500 MPa or more and a total elongation of 20% or more.

さらにまた、本発明のマルテンサイト-オーステナイト組織鋼は、前記高強度・高延性超微細フェライト-セメンタイト組織鋼を二相域焼鈍前組織とするマルテンサイト-オーステナイト組織鋼であって、引張強さ1400MPa以上、全伸び25%以上であることが好ましく考慮される。のぞましくは、引張強さ1500MPa以上、全伸び30%以上であることが好ましく考慮される。 Furthermore, the martensite-austenite structure steel of the present invention is a martensite-austenite structure steel in which the high-strength, high-ductility ultrafine ferrite-cementite structure steel is used as the structure before annealing in the dual-phase region, and is preferably considered to have a tensile strength of 1400 MPa or more and a total elongation of 25% or more. Desirably, it is preferably considered to have a tensile strength of 1500 MPa or more and a total elongation of 30% or more.

マルテンサイトは、4つの構成要素でできた複雑な階層構造をとっている。大きさが30μmの旧オーステナイト(γ)粒は、大きさ数μmのパケットが詰まった構造になっており、そのポケットは幅が約1μmの細長いブロックが詰まってできている。さらにこのブロックは、ラスによって構成されている。すなわち、旧オーステナイト粒、パケット、ブロック、ラスの4つの構成要素が積み重なってできている。これら4つの構成要素の粒界・境界や粒内に数~数十nmの大きさの炭化物粒子が分散しているという複雑な階層構造をとっている。 Martensite has a complex hierarchical structure made up of four components. Prior austenite (γ) grains, which are 30 μm in size, are packed with packets that are several μm in size, and these pockets are made up of long, thin blocks that are about 1 μm wide. These blocks are further made up of laths. In other words, the four components of prior austenite grains, packets, blocks, and laths are stacked on top of each other. This creates a complex hierarchical structure in which carbide particles several to tens of nm in size are dispersed at the grain boundaries and boundaries between these four components, as well as within the grains.

通常、マルテンサイトの1つの旧オーステナイト(γ)粒は複数のパケットを持ち、パケット内部には様々な方位(バリアント)を持つブロックが変態生成する。ブロック境界は大角粒界である。ところがγ粒径を微細化していくと、シングルパケットマルチブロック、さらに微細化するとシングルブロック(シングルバリアント)マルテンサイトが生成する可能性がある。つまり、旧オーステナイトを微細化してゆくと、その内部に生成し得るブロックの数が減ってゆく。最終的には、1つのブロックしか生成できなくなる。あたかも、見かけ上1つの旧オーステナイトが1つのフェライト粒に変化したようになる。しかし、一般にγ粒径を微細化すると焼入性が低下し、マルテンサイトとならない。 Normally, one prior austenite (γ) grain in martensite has multiple packets, and within each packet, blocks with various orientations (variants) are transformed into and formed. The block boundaries are high-angle grain boundaries. However, as the γ grain size is refined, single-packet multi-blocks may form, and when refined even further, single-block (single-variant) martensite may form. In other words, as prior austenite is refined, the number of blocks that can form within it decreases. Eventually, only one block can form. It is as if one prior austenite grain has seemingly transformed into one ferrite grain. However, in general, refinement of the γ grain size reduces hardenability and does not result in martensite.

ところが、本発明では、Mnを適量添加するとともに、二相域焼鈍前組織を超微細フェライト-セメンタイトとすることにより、旧γ粒径を2.0μm以下とし、さらにMnを適量添加することによりシングルブロック構造をもつ等軸マルテンサイトである組織とすることを可能にした。ここで超微細とは、旧オーステナイト粒径が2.0μm以下のことをいう。シングルブロック構造とは、オーステナイト粒から1つのブロックのみが存在している構造をいう。隣接するブロックとは、母相であるオーステナイトが異なるものになる。これは、組織のEBSD(電子線後方散乱回折)観察結果をバリアント解析法によって確認することができる。 However, in the present invention, by adding an appropriate amount of Mn and forming the structure before dual-phase annealing into ultrafine ferrite-cementite, it is possible to make the prior gamma grain size 2.0 μm or less, and by further adding an appropriate amount of Mn, it is possible to make the structure into equiaxed martensite with a single block structure. Here, ultrafine means that the prior austenite grain size is 2.0 μm or less. A single block structure means a structure in which only one block exists from the austenite grain. Adjacent blocks have different austenite parent phases. This can be confirmed by variant analysis using the results of EBSD (electron backscatter diffraction) observation of the structure.

次に、本発明の超微細フェライト-セメンタイト組織鋼および超微細フェライト-オーステナイト組織鋼の製造方法について説明する。 Next, we will explain the manufacturing method of the ultrafine ferrite-cementite structure steel and ultrafine ferrite-austenite structure steel of the present invention.

本発明の超微細フェライト-セメンタイト組織鋼の製造方法では、まず、Fe粉末、C粉末、Si粉末及びMn粉末を、それぞれ0.05wt%≦C≦0.3wt%、0.5≦Si≦2wt%、3wt%≦Mn≦10wt%、残りがFeとなるように調整し、素材とする。そして、前記化学成分の素材に、300~600℃の温度範囲で圧下率50%以上の温間圧延加工を行い微細フェライト-セメンタイトの組織とし、セメンタイト中にMnを濃縮せしめることを特徴としている。 In the manufacturing method of the ultrafine ferrite-cementite structure steel of the present invention, first, Fe powder, C powder, Si powder and Mn powder are adjusted to 0.05 wt%≦C≦0.3 wt%, 0.5≦Si≦2 wt%, 3 wt%≦Mn≦10 wt%, respectively, with the remainder being Fe, to obtain a raw material. Then, the raw material with the above chemical components is subjected to warm rolling processing at a rolling reduction rate of 50% or more in the temperature range of 300 to 600°C to obtain a fine ferrite-cementite structure, and Mn is concentrated in the cementite.

そして、本発明の超微細フェライト-オーステナイト組織鋼の製造方法は、上記の方法によって製造した超微細フェライト-セメンタイト組織鋼について、625~750℃の温度範囲で180秒~1200秒の保持後、水冷または空冷を行うことを特徴としている。 The manufacturing method of the ultrafine ferrite-austenite structure steel of the present invention is characterized in that the ultrafine ferrite-cementite structure steel manufactured by the above method is held at a temperature range of 625 to 750°C for 180 to 1200 seconds, and then water-cooled or air-cooled.

温間圧延は、工業的に行われている厚鋼板製造ラインにおける平ロール圧延、極厚鋼板製造ラインにおける鍛造、棒鋼又は鋼線材製造ラインにおける溝ロール圧延、及び条鋼又は形鋼ラインにおける形ロール圧延の内のいずれであってもよい。これらいずれかの加工方式により素材に対して塑性ひずみを与える。この温間圧延は、300~600℃の温度範囲で圧下率50~90%の圧延加工を行い、超微細フェライト-セメンタイトの組織とする。温間圧延の温度が300℃未満であると、セメンタイトが生成せず、一方600℃を超えるとオーステナイトが逆変態生成してしまう。圧下率が50%未満であると、初期組織の加工硬化状態となり、微細フェライトと微細セメンタイトが十分に発達しない。この温間圧延中に、圧延前組織であるマルテンサイト組織からフェライト-セメンタイト組織に変化する。フェライトは超微細であり、また、セメンタイト中にMnが濃縮する。 Warm rolling may be any of the following industrially performed methods: flat roll rolling in a thick steel plate production line, forging in an extra-thick steel plate production line, grooved roll rolling in a bar or steel wire production line, and shaped roll rolling in a bar or shaped steel line. Plastic strain is applied to the material by any of these processing methods. This warm rolling is performed at a temperature range of 300 to 600°C with a reduction ratio of 50 to 90%, resulting in an ultrafine ferrite-cementite structure. If the warm rolling temperature is less than 300°C, cementite is not formed, while if it exceeds 600°C, austenite is reverse transformed and formed. If the reduction ratio is less than 50%, the initial structure is work-hardened, and fine ferrite and fine cementite are not sufficiently developed. During this warm rolling, the martensite structure before rolling changes to a ferrite-cementite structure. The ferrite is ultrafine, and Mn is concentrated in the cementite.

このようにして温間圧延で得られた超微細フェライト-オーステナイト組織鋼を二相域焼鈍前組織として用い、次いで625~800℃の温度範囲で1秒~1時間保持し、水冷、あるいは空冷を行い、シングルバリアントをもつ等軸マルテンサイトである組織、または超微細マルテンサイト-オーステナイト組織を有する高強度・高延性鋼材を製造する。再加熱温度が625℃未満であると、フェライト-セメンタイト組織が完全に逆変態せず、オーステナイト分率が十分に得られない。800℃を超えると逆変態オーステナイト組織が粗大となり、微細マルテンサイトを得ることができない。 The ultrafine ferrite-austenite structure steel obtained by warm rolling in this way is used as a pre-annealing structure for dual-phase region annealing, then held at a temperature range of 625-800°C for 1 second to 1 hour, and then water-cooled or air-cooled to produce a high-strength, high-ductility steel material with a single variant equiaxed martensite structure or an ultrafine martensite-austenite structure. If the reheating temperature is less than 625°C, the ferrite-cementite structure does not reverse transform completely, and a sufficient austenite fraction cannot be obtained. If it exceeds 800°C, the reverse-transformed austenite structure becomes coarse, and fine martensite cannot be obtained.

また、本発明の超微細マルテンサイト組織鋼およびマルテンサイト-オーステナイト組織鋼の製造方法は、前記の超微細フェライト-セメンタイト組織鋼について、625~800℃の温度範囲で1秒~600秒保持後、水冷または空冷を行い、シングルブロック構造をもつ等軸マルテンサイトもしくはシングルブロック構造をもつ超微細等軸マルテンサイト-オーステナイト組織鋼である組織を製造することを特徴としている。 The manufacturing method of the ultrafine martensite structure steel and martensite-austenite structure steel of the present invention is characterized in that the ultrafine ferrite-cementite structure steel is held at a temperature range of 625 to 800°C for 1 to 600 seconds, and then water-cooled or air-cooled to produce a structure that is equiaxed martensite with a single block structure or an ultrafine equiaxed martensite-austenite structure steel with a single block structure.

以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。
<実施例>
(1)供試材料と組織観察
溶解用主原料としてFe粉末、C粉末、Si粉末及びMn粉末を0.1wt%C-2wt%Si-5wt%Mn、残りFe粉末を準備した。この溶解用主原料に高周波真空誘導加熱炉を用いて、溶製し、縦100mm×横100mm×高さ300mmの鋼塊を鋳造し、本発明の高強度・高延性鋼材の素材とした。この素材を1200℃で熱間鍛造し、38mm×38mmの角棒に成形した。
The present invention will now be described more specifically with reference to examples.
<Example>
(1) Test material and structural observation Fe powder, C powder, Si powder, and Mn powder (0.1 wt%C-2 wt%Si-5 wt%Mn) were prepared as the main raw materials for melting, with the remaining Fe powder. These main raw materials for melting were melted using a high-frequency vacuum induction heating furnace, and a steel ingot measuring 100 mm long x 100 mm wide x 300 mm high was cast to be used as the material for the high-strength, high-ductility steel material of the present invention. This material was hot forged at 1200°C and formed into a square bar measuring 38 mm x 38 mm.

次に、この素材を550℃で1時間加熱の後、3パスごとに再加熱を繰り返して、断面が14mm×14mmになるまで圧下率90%で温間溝ロール圧延を行い、組織をあらかじめ超微細フェライト-セメンタイトとした。得られた超微細フェライト-セメンタイト組織を電界放出型走査型電子顕微鏡(FE-SEM)で撮影した写真を図1(a)に示す。得られた組織のフェライト粒径は約0.5μmであった。 The material was then heated at 550°C for 1 hour, and reheated every 3 passes. It was then warm grooved rolled at a reduction rate of 90% until the cross section was 14 mm x 14 mm, and the structure was preliminarily made into ultrafine ferrite-cementite. Figure 1(a) shows a photograph of the obtained ultrafine ferrite-cementite structure taken with a field emission scanning electron microscope (FE-SEM). The ferrite grain size of the obtained structure was approximately 0.5 μm.

この圧延材の組織をマルテンサイト(比較例)にするために、1200℃で1時間加熱保持しオーステナイト化した後、空冷を行った。空冷後のオーステナイト組織のFE-SEM像を図1(b)に示す。なお、以下では、フェライトをα、オーステナイトをγ、セメンタイトをθ、マルテンサイトをMと表記する。作製した微細α+θ組織材と比較例であるΜ組織材に対して、α+γの二相域である625℃と675℃でそれぞれ10分間、30分間、1時間熱処理を行った。 To make the structure of this rolled material martensite (comparative example), it was heated and held at 1200°C for 1 hour to austenitize it, and then air-cooled. Figure 1(b) shows an FE-SEM image of the austenite structure after air-cooling. In the following, ferrite is abbreviated as α, austenite as γ, cementite as θ, and martensite as M. The fine α+θ structure material and the comparative M structure material were heat-treated for 10 minutes, 30 minutes, and 1 hour, respectively, at 625°C and 675°C, which are in the α+γ two-phase region.

γ粒中の固溶C濃度は、株式会社リガク製SmartLabを用いたX線回折結果から求めた。ブラッグの式と面間隔dから、格子定数は式(1)より求めることが可能である。 The solute C concentration in the γ grains was determined from the results of X-ray diffraction using a SmartLab made by Rigaku Corporation. The lattice constant can be calculated from the Bragg equation and the interplanar spacing d using formula (1).

Figure 0007553065000001
Figure 0007553065000001

Cu-Kα線を用いたのでλ =1.542(A)を代入し,θは測定によって得られた角度を用いる。またh、k、lは面指数(hkl)である。この式よりγ相(111)、(200)、(220)それぞれのγの格子定数を求めた。これを(cos2θ/sinθ)+(cos2θ/θ)によりθを90に外挿する方法を用いてγの格子定数aγ(A)とし、式(2)に示すDyson and Holmesの式より算出した。 Since Cu-Kα radiation was used, λ = 1.542 (A) was substituted, and θ was the angle obtained by measurement. Additionally, h, k, and l are plane indices (hkl). Using this formula, the lattice constants of γ in the γ phase (111), (200), and (220) were calculated. This was taken as the lattice constant a γ (A) of γ using the method of extrapolating θ to 90 using (cos 2 θ/sinθ) + (cos 2 θ/θ), and was calculated using the Dyson and Holmes formula shown in formula (2).

Mnγは電界放出型電子線マイクロアナライザ(FE-EPMA)により測定したγ中のMn濃度を代入し、算出した。 Mn γ was calculated by substituting the Mn concentration in γ measured by a field emission electron probe microanalyzer (FE-EPMA).

Figure 0007553065000002
Figure 0007553065000002

(2)引張試験
引張試験は、熱処理された角棒から採取した、直径3.5mm、平行部長さ24.5mmの丸棒引張試験片を用いて、クロスヘッド速度0.5mm/min(ひずみ速度4.9×10-4-1で)で試験を行った。変位の測定は標点間距離17.0mmの伸び計を用いて計測した。
(2) Tensile Test The tensile test was performed using a round bar tensile test piece with a diameter of 3.5 mm and a parallel part length of 24.5 mm taken from the heat-treated square bar at a crosshead speed of 0.5 mm/min (strain rate of 4.9×10 −4 s −1 ). Displacement was measured using an extensometer with a gauge length of 17.0 mm.

(3)引張試験In-situ透過X線回折実験
二相域焼鈍で得られたα+γ組織におけるγが,強度と延性に及ぼす影響を直接解析するために,引張試験中のγ体積率の変化を測定した。熱処理された角棒からRD方向が引張方向になるように引張試験片を採取した。平行部長さ12mm、幅2.5mmの板状引張試験片を作製した。放射光を透過させるために、板厚を0.5mmと薄くした。引張変形を進めながらのγ体積率の変化をIn-situ測定するため、広い回折角度範囲にわたる回折プロファイル変化を短時間で行う必要がある。よって本実施例では、高輝度X線を用いることのできるSPring-8放射光施設のBL19B2およびBL15XUのビームラインを用いた。X線のエネルギーは30keVとし、ビームサイズは試験片幅方向に2.5mm、引張方向に200μmとした。ゴニオメータ上に小型引張試験機を設置し、引張試験片の法線方向からX線を入射させた。そして試験片の後ろ側に1次元検出器MYTHENまたはイメージングプレート(IP)や二次元検出器PILATUSを設置し、30keVで引張試験In-situ透過X線回折実験を行った。引張試験のクロスヘッドスピードは、0.245mm/min、時間分解能は2sで行った。
(3) In-situ transmission X-ray diffraction experiment for tensile test In order to directly analyze the effect of γ in the α+γ structure obtained by two-phase annealing on strength and ductility, the change in the γ volume fraction during the tensile test was measured. Tensile test specimens were taken from the heat-treated square bar so that the RD direction was the tensile direction. Plate-shaped tensile test specimens with a parallel section length of 12 mm and width of 2.5 mm were prepared. In order to transmit synchrotron radiation, the plate thickness was thinned to 0.5 mm. In order to measure the change in the γ volume fraction while proceeding with the tensile deformation in-situ, it is necessary to perform the diffraction profile change over a wide diffraction angle range in a short time. Therefore, in this example, the beamlines BL19B2 and BL15XU of the SPring-8 synchrotron radiation facility, which can use high-brightness X-rays, were used. The X-ray energy was 30 keV, and the beam size was 2.5 mm in the test piece width direction and 200 μm in the tensile direction. A small tensile tester was installed on a goniometer, and X-rays were incident from the normal direction of the tensile test specimen. A one-dimensional detector MYTHEN or an imaging plate (IP) or a two-dimensional detector PILATUS was installed behind the test piece, and an in-situ transmission X-ray diffraction experiment was performed at 30 keV. The crosshead speed of the tensile test was 0.245 mm/min, and the time resolution was 2 s.

初期γ体積率は式(3)を用いて、hkl理論回折強度と得られた散乱角におけるα相(110),(200),(211)とγ相(111),(200),(220)のピーク面積強度比より求めた。添え字jは,計算に用いたj番目の回折ピークであることを示し,nは,計算に用いたγおよびαそれぞれの回折ピークの数(n=3)を示す。 The initial γ volume fraction was calculated using formula (3) from the theoretical hkl diffraction intensity and the peak area intensity ratio of the α phase (110), (200), (211) and the γ phase (111), (200), (220) at the obtained scattering angle. The subscript j indicates the jth diffraction peak used in the calculation, and n indicates the number of diffraction peaks of γ and α used in the calculation (n = 3).

Figure 0007553065000003
Figure 0007553065000003

また,引張試験中のγ体積率はγ相(200),(211),(311)の初期ピーク面積強度和からの減少率と初期γ体積率の積から算出した。
<比較例>
比較材として、従来TRIP鋼を作製した。すなわち、0.13%C-2%SI-1.6%Mnの組成を有する冷延鋼板に対し、830℃で60s保持後700℃まで10K/sで徐冷,さらに60K/sで400℃まで急冷し、400℃で10s、60s、480s保持するオーステンパー処理を行った。その他の点については、実施例と同様にして各種試験を行った。
<結果>
図1(a)に二相域焼鈍前組織である微細α+θ組織と(b)Μ組織(比較例)のSEM像を示す。微細α+θ組織は、微細伸長α粒と粒状θからなる組織で、白い粒子であるθは、α粒界と粒内に多量に分散している。これに対して、Μ組織はパケットやブロックから構成され、ブロックは板状粒であり、ブロック境界が非常に多くθは存在しない。この微細α+θ組織とM組織に対して二相域焼鈍を行った。
The γ volume fraction during the tensile test was calculated from the product of the reduction rate from the initial peak area intensity sum of the (200), (211), and (311) peaks of the γ phase and the initial γ volume fraction.
Comparative Example
Conventional TRIP steel was prepared as a comparative material. That is, a cold-rolled steel sheet having a composition of 0.13%C-2%SI-1.6%Mn was held at 830°C for 60 seconds, slowly cooled to 700°C at 10K/s, and further quenched to 400°C at 60K/s, and then austempered by holding at 400°C for 10s, 60s, and 480s. In other respects, various tests were performed in the same manner as in the examples.
<Results>
Figure 1 (a) shows SEM images of the fine α+θ structure, which is the structure before dual-phase annealing, and (b) the M structure (comparative example). The fine α+θ structure is a structure consisting of fine elongated α grains and granular θ, and the white particles θ are dispersed in large quantities at the α grain boundaries and within the grains. In contrast, the M structure is composed of packets and blocks, and the blocks are plate-shaped grains, with a large number of block boundaries and no θ. Dual-phase annealing was performed on these fine α+θ and M structures.

図2は、二相域焼鈍時間と組織の関係を表したものである。焼鈍時間は600sと3600sに限り、EBSD-IPF(逆極点図)map、Grain boundary mapとPhase mapを示す。観察面のND方向をマッピングしたものであり、ステレオ三角形に色と方位の関係を示す。粒界マップの赤線は方位差角15°以上の大角粒界、青色が方位差角5~15°の中角粒界、薄青色が方位差角5°未満の小角粒界である。ほぼ大角粒界からなっている。Phase mapの赤色と緑色がそれぞれ,フェライト相(α)とオーステナイト相(γ)を表している。 Figure 2 shows the relationship between the two-phase annealing time and the structure. The annealing times are limited to 600s and 3600s, and the EBSD-IPF (inverse pole figure) map, grain boundary map, and phase map are shown. The ND direction of the observation surface is mapped, and the relationship between color and orientation is shown in a stereo triangle. The red lines on the grain boundary map are high-angle grain boundaries with a misorientation angle of 15° or more, blue are medium-angle grain boundaries with a misorientation angle of 5 to 15°, and light blue are low-angle grain boundaries with a misorientation angle of less than 5°. It is composed almost entirely of high-angle grain boundaries. The red and green colors on the phase map represent the ferrite phase (α) and the austenite phase (γ), respectively.

焼鈍前組織微細α+θを675℃で二相域焼鈍するとαとγから構成される組織となり,ともに等軸状であり,α粒径とγ粒径は2μm以下と超微細等軸粒組織であった。これは、焼鈍前組織中に分散するθを核としてγが生成し、またγの形状として、粒界三重点付近では球形、粒界上では板状となった。 When the pre-annealing fine α+θ structure was annealed at 675°C in the two-phase region, it became a structure composed of α and γ, both of which were equiaxed, with the α and γ grain sizes being 2 μm or less, resulting in an ultrafine equiaxed grain structure. This is because γ was generated using the θ grains dispersed in the pre-annealing structure as nuclei, and the shape of the γ was spherical near the grain boundary triple junction and plate-like on the grain boundaries.

一方、比較例である焼鈍前組織Mを675℃で二相域焼鈍すると、焼鈍前組織同様にα、γともに、板状・針状組織であった。マルテンサイトはパケット・ブロック・ラス構造をなすが、ブロックは結晶方位がほぼ同じラスの集団からなり、同一パケット内に存在するブロックは旧γの(111)面を共有する。EBSD解析で得られたPhase mapとIPF mapの結果から、ブロック境界に針状γが生成していることが確認された。また、ブロック内にも針状γが生成している。これはMのラス境界からもγが生成した結果と考えられる。このことからγの核生成サイトはMのラス、ブロック境界であると考えられる。 On the other hand, when the comparative example pre-annealed structure M was annealed in the two-phase region at 675°C, both α and γ had plate-like and needle-like structures, just like the pre-annealed structure. Martensite has a packet-block-lath structure, with blocks consisting of a group of laths with roughly the same crystal orientation, and blocks in the same packet share the (111) plane of the prior γ. The results of the phase map and IPF map obtained by EBSD analysis confirmed that acicular γ had formed at the block boundaries. Acicular γ had also formed within the blocks. This is thought to be the result of γ also forming at the lath boundaries of M. From this, it is thought that the nucleation sites of γ are the lath and block boundaries of M.

焼鈍前組織が微細α+θの場合、焼鈍時間が600sから3600sに増加すると、α粒の結晶粒はやや粗大化した。一方、γ粒は、粒径、体積率ともが増加した。焼鈍前組織がMの場合、α粒、γ粒ともに粗大化していることが確認された。 When the pre-annealing structure was fine α+θ, the α grains became slightly coarser as the annealing time increased from 600 s to 3600 s. On the other hand, the grain size and volume fraction of the γ grains increased. When the pre-annealing structure was M, it was confirmed that both the α grains and the γ grains became coarser.

図3に二相域焼鈍温度・時間の変化に伴うγ体積率の変化を示す。どの焼鈍温度においても、焼鈍時間が長くなるにつれ、γ体積率は増加した。また同一保持時間で比較すると675℃の場合、γ体積率が増加した。これは、高い焼鈍温度ではα-γ平衡分率におけるγの相比が大きくなるためであり、また、拡散も速くなるためだと考えられる。焼鈍前組織が微細α+θの場合、675℃の3600sの焼鈍で体積率36.4%の多量のγが得られた。それに対して、焼鈍前組織がMの場合、24.3%であった。さらに、焼鈍前組織が微細α+θの場合、600sの短時間焼鈍においてもγ体積率が20%と高くなり、焼鈍前組織がMの場合の10%に比べ、2倍のγ体積率が得られた。 Figure 3 shows the change in gamma volume fraction with changes in temperature and time in the two-phase annealing region. At all annealing temperatures, the gamma volume fraction increased as the annealing time increased. In addition, when comparing at the same holding time, the gamma volume fraction increased at 675°C. This is thought to be because the phase ratio of gamma in the α-γ equilibrium fraction increases at higher annealing temperatures and because diffusion also becomes faster. When the pre-annealing structure was fine α+θ, a large amount of gamma was obtained with annealing at 675°C for 3,600 seconds. In contrast, when the pre-annealing structure was M, the figure was 24.3%. Furthermore, when the pre-annealing structure was fine α+θ, the gamma volume fraction was high at 20% even with a short annealing time of 600 seconds, which is twice the gamma volume fraction obtained when the pre-annealing structure was M, at 10%.

図4は、逆変態によるγ生成のプロセスの模式図である。図4(b)に示すように、焼鈍前組織Mからの逆変態の場合、過飽和C固溶体であるMから、まずθがラス、ブロック境界に多数析出し、それらが合体してつながり、細かい針状θに成長し、その針状θからγが核生成すると考えられる。その結果、針状θから針状γが生成すると考えられる。それに対して、図4(a)に示すように、焼鈍前組織が微細α+θからの逆変態の場合、もともとα粒界と粒内に多量に分散しているθからγが核生成し、等軸のγが生成すると考えられる。このように逆変態γの優先核生成サイトとして微細分散するθが有効に作用し、極短時間(600s)でのγ(21%)の多量形成が可能となったと思われる。このことより、二相域焼鈍前の組織がフェライトーセメンタイトであることが、本発明において極めて重要であると考えられる。 Figure 4 is a schematic diagram of the process of γ generation by reverse transformation. As shown in Figure 4 (b), in the case of reverse transformation from the pre-annealing structure M, a supersaturated C solid solution, θ first precipitates in large numbers at lath and block boundaries from M, which is a supersaturated C solid solution, and these combine and connect to grow into fine needle-like θ, and γ nucleates from the needle-like θ. As a result, acicular γ is thought to be generated from the needle-like θ. On the other hand, as shown in Figure 4 (a), in the case of reverse transformation from the pre-annealing structure of fine α + θ, γ nucleates from θ that is originally dispersed in large amounts at the α grain boundaries and within the grains, and equiaxed γ is thought to be generated. In this way, it is believed that the finely dispersed θ acts effectively as a preferential nucleation site for reverse transformation γ, making it possible to form a large amount of γ (21%) in an extremely short time (600 s). For this reason, it is considered that it is extremely important in the present invention that the structure before two-phase annealing is ferrite-cementite.

Thermo-Calcの計算では、焼鈍前組織の微細α+θを作製する時の圧延温度である550℃におけるθの組成は、(Fe0.49、Mn0.51Cであり、θ中にはMnが高濃度に濃縮していると考えられる。一方、焼鈍前組織がMの場合は、1200℃からの焼入で作製されているため、MnやCはマルテンサイト中に均一に存在していると考えられる。 According to Thermo-Calc calculations, the composition of θ at 550°C, which is the rolling temperature when producing the fine α+θ structure before annealing, is ( Fe0.49 , Mn0.51 ) 3C , and it is believed that Mn is highly concentrated in θ. On the other hand, when the structure before annealing is M, it is produced by quenching from 1200°C, so it is believed that Mn and C are uniformly present in the martensite.

図5と図6に、焼鈍前の微細α+θ組織と、焼鈍前のα+θ組織とΜ組織を675℃に加熱し保持することなく直ちに水冷して得られた時の組織のSEM像とTEM像を示す。TEM観察用サンプルは抽出レプリカ法により作製した。図5(a)より、微細α+θ組織の場合、伸長αは再結晶して等軸化している。また、θも確認できる。図5(b)では小さな球状θが多数析出していることが観察され、さらに、針状組織の析出も観察される。 Figures 5 and 6 show SEM and TEM images of the fine α+θ structure before annealing, and the α+θ structure and M structure before annealing, which were heated to 675°C and immediately cooled in water without holding. Samples for TEM observation were prepared using the extraction replica method. As can be seen from Figure 5(a), in the case of the fine α+θ structure, the elongated α has recrystallized and become equiaxed. θ can also be confirmed. In Figure 5(b), it can be seen that many small spherical θ have precipitated, and precipitation of an acicular structure is also observed.

図6(a)から明らかなように、焼鈍前の微細α+θ組織にはθ粒が多量に存在している。図6(b)より、675℃に加熱直後の段階で、θ粒の個数は減少し、その大きさも小さくなっている。これは逆変態によりγの生成が開始しているためである。焼鈍前組織がMの場合、図6(c)より、図5(b)で観察された針状組織はθと思われる。また、一部はγと思われる。図7のTEM-EDS分析の結果より,焼鈍前の微細α+θ組織中のθには50.8(wt%)とほぼ化学量論組成のMnが存在していた。しかし、二相域へ加熱直後にθ中のMn濃度が減少したのは逆変態γへのMn移動がすでに生じていることが考えられる。焼鈍前組織がMの場合、針状θは昇温過程で生じたものであり、θ中のMn濃度が36.6(wt%)と微細α+θの場合と比べると低かった。 As is clear from Figure 6 (a), a large amount of θ grains are present in the fine α + θ structure before annealing. Figure 6 (b) shows that the number of θ grains has decreased and their size has also become smaller immediately after heating to 675°C. This is because the formation of γ has begun due to reverse transformation. When the structure before annealing is M, the acicular structure observed in Figure 5 (b) is thought to be θ from Figure 6 (c). Some of it is also thought to be γ. From the results of the TEM-EDS analysis in Figure 7, θ in the fine α + θ structure before annealing contained 50.8 (wt%) Mn, which is almost the stoichiometric composition. However, the Mn concentration in θ decreased immediately after heating to the two-phase region, which is thought to be because Mn had already migrated to the reverse transformation γ. When the structure before annealing is M, the acicular θ was formed during the heating process, and the Mn concentration in θ was 36.6 (wt%), which was lower than in the case of fine α + θ.

したがって、焼鈍前組織が微細α+θの場合、微細分散するθ中にすでにMnが高濃度に存在しており、このような高濃度Mnが安定性の高いγの短時間形成を可能にしたと考えられる。さらに、このセメンタイト中へのMnの濃縮こそ、短時間オーステナイト生成に必要不可欠な現象である。 Therefore, when the pre-annealing structure is fine α + θ, Mn is already present in high concentrations in the finely dispersed θ, and it is believed that this high concentration of Mn enables the formation of highly stable γ in a short period of time. Furthermore, the concentration of Mn in this cementite is a phenomenon that is essential for the rapid formation of austenite.

二相域焼鈍後のα+γ組織に関して、FE-EPMAによる、Mn濃度マッピングの結果を図8に示す。図8(a)は、焼鈍前組織が微細α+θであり、675℃×3600s焼鈍を行った場合の結果を示しており、γ中のMn濃度が極めて高いことが確認された。定量分析の結果、Mn濃度は、高濃度を示した5点の平均で9.6wt%であった。 Figure 8 shows the results of Mn concentration mapping by FE-EPMA for the α+γ structure after dual-phase annealing. Figure 8(a) shows the results when the structure before annealing was fine α+θ and annealed at 675°C for 3600 seconds, confirming that the Mn concentration in γ was extremely high. Quantitative analysis showed that the Mn concentration was 9.6 wt% on average at the five points that showed high concentrations.

一方、図8(b)は、焼鈍前組織がMであり、675℃×600s焼鈍を行った場合の結果を示しており、Mn濃度のマッピングからは、Mn濃度は比較的均一であることが確認された。 On the other hand, Figure 8 (b) shows the results when the pre-annealing structure was M and annealing was performed at 675°C for 600 seconds. The Mn concentration mapping confirmed that the Mn concentration was relatively uniform.

図2に示した4つのα+γ組織の丸棒引張試験で得られた公称応力-公称ひずみ曲線を図9に示す。焼鈍前組織が微細α+θの場合、不連続降伏であるのに対して、焼鈍前組織がMの場合、連続降伏であり、公称応力-公称ひずみ曲線の形が異なっていた。 Figure 9 shows the nominal stress-nominal strain curves obtained in the round bar tensile tests of the four α+γ structures shown in Figure 2. When the pre-annealing structure was fine α+θ, discontinuous yielding occurred, whereas when the pre-annealing structure was M, continuous yielding occurred, and the shapes of the nominal stress-nominal strain curves were different.

一方、どちらの焼鈍前組織においても二相域焼鈍時間が長くなるにつれ,降伏応力は減少し、引張強さが増加した。これは、図2からも明らかなように,焼鈍前組織がα+θの場合、焼鈍時間が長くなると、α粒が粗大化するためであり、α粒径が降伏点を決めると考えられる。焼鈍前組織がMの場合も、ブロックが明らかに粗大化しており、この影響で長時間焼鈍では、降伏点が低下したと考えられる。一方、引張強さは焼鈍時間が長い方が高いのは、図3から明らかなように、γ体積率が増加したためである。 On the other hand, in both pre-annealing structures, as the two-phase annealing time was increased, the yield stress decreased and the tensile strength increased. This is because, as is clear from Figure 2, when the pre-annealing structure is α+θ, the α grains become coarse as the annealing time is increased, and it is thought that the α grain size determines the yield point. When the pre-annealing structure is M, the blocks also clearly become coarse, and it is thought that this influence caused the yield point to decrease with long-term annealing. On the other hand, the tensile strength is higher with longer annealing times because the γ volume fraction increases, as is clear from Figure 3.

焼鈍前組織がα+θの場合、極短時間(600s)の焼鈍で、高い降伏応力(870MPa)、引張強さ(960MPa)と全伸び(33.5%)を示し、強度・延性バランスが32200MPa%となり、強度・延性バランスが優れていることを示す指標である30000MPa%を超える優れた力学的特性を示した。さらに、焼鈍時間が3600sでも降伏応力(770MPa)はやや低下するものの、高い引張強さ(1090MPa)と全伸び(32.4%)を示すとともに、強度・延性バランスが35300MPa%となり、優れた力学的特性を示した。一方、比較例である焼鈍前組織がMの場合、焼鈍時間600sで、降伏応力(600MPa)、引張強さ(897MPa)と全伸び(25.4%)を示し、強度・延性バランスが22780MPa%となり、焼鈍時間3600sでは、降伏応力(550MPa)、引張強さ(970MPa)と全伸び(32.3%)を示し、強度・延性バランスが31330MPa%となった。 When the pre-annealing structure is α+θ, annealing for a very short time (600 s) showed high yield stress (870 MPa), tensile strength (960 MPa) and total elongation (33.5%), with a strength-ductility balance of 32,200 MPa%, and excellent mechanical properties exceeding 30,000 MPa%, which is an indicator of excellent strength-ductility balance. Furthermore, even with an annealing time of 3,600 s, although the yield stress (770 MPa) decreased slightly, high tensile strength (1,090 MPa) and total elongation (32.4%) were shown, and the strength-ductility balance was 35,300 MPa, showing excellent mechanical properties. On the other hand, in the comparative example, where the pre-annealing structure was M, an annealing time of 600 s showed yield stress (600 MPa), tensile strength (897 MPa), and total elongation (25.4%), resulting in a strength-ductility balance of 22,780 MPa%, while an annealing time of 3,600 s showed yield stress (550 MPa), tensile strength (970 MPa), and total elongation (32.3%), resulting in a strength-ductility balance of 31,330 MPa%.

焼鈍前組織はα+θが、Mに比べ、優れた強度・延性バランスをもたらす。このことは、図3の結果から明らかなように、焼鈍前組織がα+θの場合、Mに比べ、γ体積率が高いことが、主な要因であると考えられる。 The α+θ pre-annealing structure provides a better balance of strength and ductility than M. As is clear from the results in Figure 3, the main reason for this is thought to be that the γ volume fraction is higher when the pre-annealing structure is α+θ than when it is M.

図10に、焼鈍前組織がα+θとMで焼鈍条件が675℃×3600sのα+γ組織鋼の板状引張試験片の公称応力-公称ひずみ曲線と引張変形中のγ体積率の変化を示す。比較のため、従来TRIP鋼(オーステンパー処理時間480s)の公称応力-公称ひずみ曲線と引張試験中のγ体積率の変化も示す。丸棒引張試験と同様に焼鈍前組織が微細α+θの場合、焼鈍前組織がMの場合に比べ強度・延性が優れていた。塑性変形開始時点より急激に加工誘起変態が進むものの、焼鈍前組織がα+θの場合、より高ひずみ域までγが残ったことが、高強度・高延性メカニズムであると考えられる。従来TRIP鋼はγ体積率が10%と低いが、高ひずみ域までγが残り、TRIP効果を示した。 Figure 10 shows the nominal stress-nominal strain curves of plate-shaped tensile test pieces of α+γ structured steel with α+θ and M pre-annealing conditions of 675°C x 3600s, and the change in γ volume fraction during tensile deformation. For comparison, the nominal stress-nominal strain curves of conventional TRIP steel (austempering time 480s) and the change in γ volume fraction during tensile testing are also shown. As with the round bar tensile test, when the pre-annealing structure was fine α+θ, the strength and ductility were superior to when the pre-annealing structure was M. Although the processing-induced transformation progresses rapidly from the start of plastic deformation, when the pre-annealing structure was α+θ, γ remained up to the higher strain range, which is thought to be the mechanism for high strength and high ductility. Conventional TRIP steel has a low γ volume fraction of 10%, but γ remained up to the higher strain range, demonstrating the TRIP effect.

二相域焼鈍条件が及ぼすオーステナイトの安定性の変化を表1に示す。 The change in austenite stability caused by the two-phase annealing conditions is shown in Table 1.

Figure 0007553065000004
Figure 0007553065000004

表1に示すように、γ中の固溶炭素濃度(Cγ)は,焼鈍時間が長くなるにつれ、低下する。このことは、焼鈍時間の長時間化にともなって、γ体積率(γ)が増加するためと考えられる。固溶炭素濃度とγ体積率の積であるγ×Cγは、0.1%添加されているC量がどのくらいγ中に固溶しているかを意味している指標であり、最大が0.1となる。焼鈍前組織がMの場合、γ×Cγは0.033~0.057であり、M中に固溶Cが多量に残っている状態であると考えられる。一方、焼鈍前組織が微細α+θの場合、γ×Cγは0.073~0.091であり、焼鈍時間3600sではθがほぼγに変化したことを意味する。焼鈍時間600sでも、効率的にθがほぼγに変化したといえる。前組織がα+θの場合、添加されたCがあらかじめθとして析出しており、このことが、多量のγに効率的にCを固溶させることができたメカニズムであると考えられる。従来TRIP鋼のC添加量が0.13%に対し、γ×Cγが0.097であり、γ中へのC濃度比は74%であり、焼鈍前組織がα+θで焼鈍時間600sの場合の73%と同程度であった。このことは、焼鈍前組織をα+θにすることは、オーステンパー処理に匹敵する効率を与えることを意味する。 As shown in Table 1, the solute carbon concentration in γ (C γ ) decreases as the annealing time increases. This is thought to be because the γ volume fraction (γ R ) increases with the annealing time. The product of the solute carbon concentration and the γ volume fraction, γ R ×C γ , is an index that indicates how much of the 0.1% added C is dissolved in γ, and the maximum is 0.1. When the pre-annealing structure is M, γ R ×C γ is 0.033 to 0.057, which is thought to be a state in which a large amount of solute C remains in M. On the other hand, when the pre-annealing structure is fine α + θ, γ R ×C γ is 0.073 to 0.091, which means that θ has almost changed to γ at an annealing time of 3600 s. It can be said that θ has efficiently changed to almost γ even at an annealing time of 600 s. When the prior structure is α+θ, the added C is precipitated as θ in advance, which is thought to be the mechanism by which C can be efficiently dissolved in a large amount of γ. The amount of C added in the conventional TRIP steel is 0.13%, while γ R ×C γ is 0.097, and the C concentration ratio in γ is 74%, which is approximately the same as 73% when the prior structure is α+θ and the annealing time is 600 s. This means that making the prior structure α+θ gives an efficiency comparable to that of austempering.

γの安定性を式(4)に示すMd30の式を用いて考察する。Md30はγ単相組織の試料に0.30の引張真ひずみを与えた時、組織全体の50%がM相に変態する温度で、この値が高温であるほどγが不安定であることを意味する。 The stability of gamma is considered using the Md30 formula shown in formula (4). Md30 is the temperature at which 50% of the entire structure transforms into the M phase when a true tensile strain of 0.30 is applied to a sample with a single-phase gamma structure; the higher this value, the more unstable gamma is.

Figure 0007553065000005
Figure 0007553065000005

焼鈍前組織がα+θで焼鈍条件が675℃×3600sの場合と焼鈍前組織がMで焼鈍条件が675℃×3600sの場合、Md30は、それぞれ200℃と227℃であった。焼鈍前組織α+θの場合、γ体積率が高いにもかかわらず,安定度も高いため焼鈍前組織がMである場合に比べ高ひずみ域までγが残ったと考えられる。このことが、高延性をもたらしたと考えられる。従来TRIP鋼のMd30は、-76℃であった。γ体積率は低く引張強さは低いが、安定度が極めて高いために高延性を示したと考えられる。 When the pre-annealing structure was α+θ and the annealing conditions were 675°C x 3600s, and when the pre-annealing structure was M and the annealing conditions were 675°C x 3600s, the Md30 was 200°C and 227°C, respectively. In the case of the pre-annealing structure α+θ, although the gamma volume fraction was high, the stability was also high, so it is believed that gamma remained up to the high strain region compared to when the pre-annealing structure was M. This is believed to have resulted in high ductility. The Md30 of conventional TRIP steel was -76°C. Although the gamma volume fraction was low and the tensile strength was low, it is believed that the extremely high stability resulted in high ductility.

図11に、図10で示した板状引張試験の結果をもとに、本α+γ組織鋼と従来TRIP鋼の強度・延性バランスの関係をプロットした。0.1%C-2%Si-5%Mn組成の本α+γ鋼の強度・延性バランスは従来TRIP鋼よりも優れている。従来TRIP鋼はオーステンパー処理により少量のγに極めて高いCを濃縮させることで、高延性を発現しているが、γ体積率が低いため、強度が低い。それに対して、0.1%C-2%Si-5%Mn組成のα+γ鋼は焼鈍前組織を微細α+θとすることで、従来TRIP鋼より高いγ体積率が得られ、γ中の固溶Cは低いものの固溶Mnの効果で,γが安定化し、高延性が得られている。なお、全伸びは試験片サイズに依存するので、この比較は同じ板状引張試験片を用いたものである。600sの極短時間焼鈍においても非常に優れた力学的特性を示した。
<炭素含量による超微細フェライト-オーステナイト組織鋼の強度試験>
C量を0.075、0.1、0.15、0.2、0.3wt%と変化させた2%Si-5%Mn鋼を真空溶解・熱間鍛造により作製し、温間溝ロール圧延により、超微細フェライト(α)+オーステナイト(γ)組織を作製した。これらの試料を675℃と700℃で、それぞれ1時間二相域焼鈍を行い、供試材とした。丸棒引張試験で強度と延性を調べ、SEM-EBSDで組織を観察した。さらに、薄板試験片(GL=12mm、T=0.4mm)を用意し、SPring-8の高輝度X線を用いて、引張変形中のIn-situ XRDを行った。各ピークの積分強度比より、引張試験(CHS=0.245mm/min)中のγ体積率を求めた。
In Fig. 11, the relationship between the strength and ductility balance of the present α+γ structure steel and the conventional TRIP steel is plotted based on the results of the plate tensile test shown in Fig. 10. The strength and ductility balance of the present α+γ steel with a 0.1%C-2%Si-5%Mn composition is superior to that of the conventional TRIP steel. The conventional TRIP steel exhibits high ductility by concentrating extremely high C in a small amount of γ through austempering, but has low strength due to its low γ volume fraction. In contrast, the α+γ steel with a 0.1%C-2%Si-5%Mn composition has a fine α+θ structure before annealing, which gives it a higher γ volume fraction than the conventional TRIP steel. Although the amount of solute C in γ is low, the effect of solute Mn stabilizes γ, resulting in high ductility. Note that the total elongation depends on the size of the test piece, so this comparison was made using the same plate tensile test piece. Even with an extremely short annealing time of 600 s, it showed very excellent mechanical properties.
<Strength test of ultrafine ferrite-austenite structure steels depending on carbon content>
2%Si-5%Mn steels with varying C contents of 0.075, 0.1, 0.15, 0.2, and 0.3 wt% were prepared by vacuum melting and hot forging, and ultrafine ferrite (α) + austenite (γ) structures were prepared by warm groove rolling. These samples were annealed in the two-phase region at 675°C and 700°C for 1 hour each to prepare test materials. Strength and ductility were examined by round bar tensile tests, and structures were observed by SEM-EBSD. Furthermore, thin plate test pieces (GL = 12 mm, T = 0.4 mm) were prepared, and in-situ XRD was performed during tensile deformation using high brightness X-rays from SPring-8. The γ volume fraction during the tensile test (CHS = 0.245 mm/min) was calculated from the integrated intensity ratio of each peak.

図12および図13に、675℃と700℃でそれぞれ焼鈍した供試材の公称応力-公称ひずみ曲線(実線)と引張試験中のγ体積率(破線)を示す。図12および図13より、0.15Cの供試材の物理特性を比較すると、675℃焼鈍材では、引張強さ1000MPa、全伸び40%を示し、破断時にγが5%残留していたのに対し、700℃焼鈍材では、引張強さ1480MPa、全伸び30%を示した。 Figures 12 and 13 show the nominal stress-nominal strain curves (solid lines) and the gamma volume fraction (dashed lines) during tensile testing for test materials annealed at 675°C and 700°C, respectively. Comparing the physical properties of the 0.15C test materials from Figures 12 and 13, the 675°C annealed material showed a tensile strength of 1000 MPa and a total elongation of 40%, with 5% gamma remaining at fracture, whereas the 700°C annealed material showed a tensile strength of 1480 MPa and a total elongation of 30%.

図14に、γ体積率と引張強さの関係を示す。図14より、γ体積率が大きくなるにつれて、引張強さが大きくなることが確認された。また、図15は、675℃焼鈍材のγ体積率とγ中の固溶炭素濃度のCinγ積である、VγxCinγと一様伸びの関係を示している。VγxCinγが大きくなるにつれて、一様伸びが大きくなった。図14の丸で囲まれた領域に着目すると、γ中の固溶炭素濃度が同じであるのにも関わらず、一様伸びに10%程の差があり、40%程の大きな一様伸びを得るには、VγxCinγを大きくする必要がある。例えば、VγxCinγ≧0.15であることが好ましく例示される。これらのことから、引張強さはγ体積率と、一様伸びはVγxCinγと相関があることが見出された。また、図16に示したように、Cを0.15%添加した700℃焼鈍材は、大きなγ体積率45%とVγxCinγが0.15%を達成したことで、大きな超高強度高延性が発現した。 FIG. 14 shows the relationship between γ volume fraction and tensile strength. It was confirmed from FIG. 14 that the tensile strength increases as the γ volume fraction increases. FIG. 15 shows the relationship between V γ xCin γ , which is the Cin γ product of the γ volume fraction and the solute carbon concentration in γ of the 675° C. annealed material, and the uniform elongation. As V γ xCin γ increases, the uniform elongation increases. Focusing on the circled area in FIG. 14, even though the solute carbon concentration in γ is the same, there is a difference of about 10% in the uniform elongation, and in order to obtain a large uniform elongation of about 40%, it is necessary to increase V γ xCin γ . For example, V γ xCin γ ≧0.15 is preferably exemplified. From these, it was found that the tensile strength is correlated with the γ volume fraction, and the uniform elongation is correlated with V γ xCin γ . In addition, as shown in FIG. 16, the 700°C annealed material containing 0.15% C achieved a large γ volume fraction of 45% and V γ xCin γ of 0.15%, thereby exhibiting excellent ultrahigh strength and high ductility.

Claims (3)

C、SiおよびMnの含有量が、それぞれ0.05wt%≦C≦0.3wt%、0.5wt%≦Si≦2wt%、3wt%≦Mn≦10wt%であり、残部がFe及び不可避的不純物からなり、フェライト粒径が2.0μm以下、オーステナイト粒径が2.0μm以下である超微細等軸粒フェライト-オーステナイト組織鋼であって、
オーステナイト体積率が40%以上であり、かつ、VγxCinγ≧0.07であり、前記Vγはオーステナイト体積率を表し、前記Cinγはオーステナイト中の固溶炭素濃度を表し、引張強さ1400MPa以上かつ全伸び25%以上であることを特徴とする超微細フェライト-オーステナイト組織鋼。
An ultrafine equiaxed grain ferrite-austenite structure steel having a C, Si and Mn content of 0.05 wt%≦C≦0.3 wt%, 0.5 wt%≦Si≦2 wt%, 3 wt%≦Mn≦10 wt%, with the balance being Fe and unavoidable impurities , a ferrite grain size of 2.0 μm or less, and an austenite grain size of 2.0 μm or less ,
An ultrafine ferrite-austenite structure steel, characterized in that an austenite volume fraction is 40% or more, VγxCinγ≧0.07, where Vγ represents the austenite volume fraction, Cinγ represents a solute carbon concentration in austenite , and the steel has a tensile strength of 1400 MPa or more and a total elongation of 25% or more.
C、SiおよびMnの含有量が、それぞれ0.05wt%≦C≦0.3wt%、0.5wt%≦Si≦2wt%、3wt%≦Mn≦10wt%であり、残部がFe及び不可避的不純物であるマルテンサイト組織の素材300~600℃の温度範囲に加熱して圧下率50%以上の温間圧延加工を行うことにより、フェライト粒径2μm以下の微細フェライト-セメンタイトの組織とし、セメンタイト中にMnを濃縮せしめ、そのセメンタイトの化学式(Fe1-x, Mnx)3Cにおけるxの値が0.3以上1未満である超微細フェライト-セメンタイト組織鋼を得ること、
前記超微細フェライト-セメンタイト組織鋼について、625~750℃の温度範囲で180秒~1200秒の保持後、水冷または空冷を行うこと、
を含むことを特徴とする超微細フェライト-オーステナイト組織鋼の製造方法。
A raw material having a martensite structure in which the contents of C, Si and Mn are 0.05 wt%≦C≦0.3 wt%, 0.5 wt%≦Si≦2 wt%, 3 wt%≦Mn≦10 wt%, respectively, with the balance being Fe and unavoidable impurities, is heated to a temperature range of 300 to 600° C. and subjected to warm rolling at a rolling reduction rate of 50% or more, thereby forming a fine ferrite-cementite structure with a ferrite grain size of 2 μm or less , concentrating Mn in the cementite , and obtaining an ultrafine ferrite-cementite structure steel in which the value of x in the chemical formula of the cementite (Fe1-x, Mnx)3C is 0.3 or more and less than 1 ;
The ultrafine ferrite-cementite structure steel is held at a temperature range of 625 to 750° C. for 180 to 1200 seconds, and then water-cooled or air-cooled;
A method for producing an ultrafine ferrite-austenite structure steel, comprising:
C、SiおよびMnの含有量が、それぞれ0.05wt%≦C≦0.3wt%、0.5wt%≦Si≦2wt%、3wt%≦Mn≦10wt%であり、残部がFe及び不可避的不純物である素材、300~600℃の温度範囲に加熱して圧下率50%以上の温間圧延加工を行い微細フェライト-セメンタイトの組織とし、セメンタイト中にMnを濃縮せしめ、超微細フェライト-セメンタイト組織鋼を得ること、
前記超微細フェライト-セメンタイト組織鋼について、625~800℃の二相域温度範囲で1秒~600秒保持後、水冷または空冷を行い、シングルブロック構造をもつ超微細等軸マルテンサイト-オーステナイト組織鋼である組織を製造すること、
を含むことを特徴とするマルテンサイト-オーステナイト組織鋼の製造方法。

A material having C, Si and Mn contents of 0.05 wt%≦C≦0.3 wt%, 0.5 wt%≦Si≦2 wt%, 3 wt%≦Mn≦10 wt%, respectively, with the balance being Fe and unavoidable impurities, is heated to a temperature range of 300 to 600° C. and subjected to warm rolling processing at a rolling reduction rate of 50% or more to form a fine ferrite-cementite structure, and Mn is concentrated in the cementite to obtain an ultrafine ferrite-cementite structure steel;
The ultrafine ferrite-cementite structure steel is held in a two-phase temperature range of 625 to 800°C for 1 to 600 seconds, and then water-cooled or air-cooled to produce a structure that is an ultrafine equiaxed martensite-austenite structure steel having a single block structure;
A method for producing martensite -austenite steel, comprising:

JP2019159068A 2019-08-30 2019-08-30 Ultrafine ferrite-cementite structure steel, ultrafine ferrite-austenite structure steel, ultrafine martensite structure steel, and method for producing ultrafine martensite-austenite structure steel Active JP7553065B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019159068A JP7553065B2 (en) 2019-08-30 2019-08-30 Ultrafine ferrite-cementite structure steel, ultrafine ferrite-austenite structure steel, ultrafine martensite structure steel, and method for producing ultrafine martensite-austenite structure steel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019159068A JP7553065B2 (en) 2019-08-30 2019-08-30 Ultrafine ferrite-cementite structure steel, ultrafine ferrite-austenite structure steel, ultrafine martensite structure steel, and method for producing ultrafine martensite-austenite structure steel

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021038418A JP2021038418A (en) 2021-03-11
JP7553065B2 true JP7553065B2 (en) 2024-09-18

Family

ID=74848314

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019159068A Active JP7553065B2 (en) 2019-08-30 2019-08-30 Ultrafine ferrite-cementite structure steel, ultrafine ferrite-austenite structure steel, ultrafine martensite structure steel, and method for producing ultrafine martensite-austenite structure steel

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7553065B2 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012224884A (en) 2011-04-15 2012-11-15 National Institute For Materials Science High strength steel material having excellent strength, ductility and energy absorption power, and method for producing the same
JP2017179589A (en) 2016-03-29 2017-10-05 Jfeスチール株式会社 Steel sheet for hot press and manufacturing method therefor, hot press member and manufacturing method therefor
JP2019143244A (en) 2018-02-20 2019-08-29 公立大学法人兵庫県立大学 High strength high ductility fine martensite structure steel material and manufacturing method therefor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012224884A (en) 2011-04-15 2012-11-15 National Institute For Materials Science High strength steel material having excellent strength, ductility and energy absorption power, and method for producing the same
JP2017179589A (en) 2016-03-29 2017-10-05 Jfeスチール株式会社 Steel sheet for hot press and manufacturing method therefor, hot press member and manufacturing method therefor
JP2019143244A (en) 2018-02-20 2019-08-29 公立大学法人兵庫県立大学 High strength high ductility fine martensite structure steel material and manufacturing method therefor

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
安達節展, 他,"0.1%C-2%Si-5%Mn超微細フェライト-オーステナイト鋼の組織形成と力学的特性に及ぼす二相域焼鈍前組織の影響",材料とプロセス CAMP-ISIJ,Vol. 31, No.1, 353,2018年03月

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021038418A (en) 2021-03-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Characterization of microstructure obtained by quenching and partitioning process in low alloy martensitic steel
Saleh et al. Retained austenite in dual-phase silicon steels and its effect on mechanical properties
Ren et al. Synergistic strengthening effect induced ultrahigh yield strength in lightweight Fe30Mn11Al-1.2 C steel
RU2607503C2 (en) High-strength seamless steel pipe for use in oil well, high resistance to cracking under stresses in sulphide-bearing medium
Kim et al. Effects of cold rolling reduction ratio on microstructures and tensile properties of intercritically annealed medium-Mn steels
Han et al. The size effect of initial martensite constituents on the microstructure and tensile properties of intercritically annealed Fe–9Mn–0.05 C steel
JP6332570B1 (en) Hot-rolled steel sheet, steel forged parts and method for producing them
WO2013125399A1 (en) Cold-rolled steel sheet and manufacturing method for same
Parthiban et al. Evolution of microstructure and its influence on tensile properties in thermo-mechanically controlled processed (TMCP) quench and partition (Q&P) steel
Kalashami et al. The effect of Nb on texture evolutions of the ultrafine-grained dual-phase steels fabricated by cold rolling and intercritical annealing
JP7445172B2 (en) High strength hot rolled steel plate
EP1394279A1 (en) High strength and high ductility steel plate having hyperfine crystal grain structure produced by subjecting ordinary low carbon steel to low strain working and annealing, and method for production thereof
Yin et al. Mechanical properties of an Fe-30Mn-4Si-2Al alloy after rolling at different temperatures ranging from 298 to 1073 K
Patra et al. Effect of coiling temperature on the microstructure and mechanical properties of hot-rolled Ti–Nb microalloyed ultra high strength steel
EP3115478B1 (en) High-carbon steel wire having superior wire drawing properties and method for producing same
CN109563598A (en) Thick steel plate and its manufacturing method
Ma et al. Mechanical properties enhancement of a novel medium Mn-TRIP/TWIP assisted steel by dispersion of M2B-type borides particles
JP6332571B1 (en) Hot-rolled steel sheet, steel forged parts and method for producing them
Banis et al. The effect of nano-sized κ-carbides on the mechanical properties of an Fe-Mn-Al-C alloy
Gaosheng et al. Effect of gradient temperature rolling (GTR) and cooling on microstructure and properties of E40-grade heavy plate
Adachi et al. Effect of prior structure to intercritical annealing on rapid formation of ultrafine ferrite+ austenite structure and mechanical properties in 0.1% c-2% si-5% mn steels
Wasilkowska et al. Microstructure and texture changes in a low-alloyed TRIP-aided steel induced by small plastic deformation
JP7553065B2 (en) Ultrafine ferrite-cementite structure steel, ultrafine ferrite-austenite structure steel, ultrafine martensite structure steel, and method for producing ultrafine martensite-austenite structure steel
JP2023550199A (en) Manufacturing method of ferritic lightweight steel and ferritic lightweight steel using the same
NAPREDNEGA Microstructure evolution of advanced high-strength TRIP-aided bainitic steel

Legal Events

Date Code Title Description
A80 Written request to apply exceptions to lack of novelty of invention

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A80

Effective date: 20190930

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20211217

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220810

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230920

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20231003

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20231130

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240126

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240423

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240611

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20240806

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20240829

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7553065

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150