(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱履歴から求められる焼戻しパラメータλと、鋼材の炭素含有量Ｃａｄｄと、固溶炭素量Ｃｓｏｌと、の関係式を求める工程と、
前記固溶炭素量Ｃｓｏｌと、固溶強化マルテンサイト硬さＨＶｓと、の関係式を求める工程と、
析出強化マルテンサイト硬さＨＶＰと、前記鋼材の炭素含有量Ｃａｄｄと、前記固溶炭素量Ｃｓｏｌと、前記焼戻しパラメータλと、の関係式を求める工程と、
を含み、
前記固溶強化マルテンサイト硬さＨＶｓと、前記析出強化マルテンサイト硬さＨＶＰと、の合計である高強度鋼の硬さＨＶを、前記焼戻しパラメータλと、前記鋼材の炭素含有量Ｃａｄｄと、の関係式から算出する、高強度鋼の硬さ予測方法。
ここで、焼戻しパラメータλは、下記（１）式で表わされ、
下記（２）式において、
δτｉは、焼戻し開始時刻から終了時刻までをＮ（Ｎは、２以上の整数である。）個の区間に分割した際のｉ（ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）番目の区間における区間時間であり、
Ｔｉは、区間時間δτｉのときの温度であり、
Ｑは、鉄の自己拡散に伴う活性化エネルギーであり、
Ｒは、気体定数である。
【数１】
0006565656.tif 000021
【請求項２】
前記熱履歴から求められる焼戻しパラメータλと、前記鋼材の炭素含有量Ｃａｄｄと、前記固溶炭素量Ｃｓｏｌとの関係式が、下記（３）式で表わされ、
前記固溶炭素量Ｃｓｏｌと前記固溶強化マルテンサイト硬さＨＶｓとの関係式が、下記（４）式で表わされ、
前記析出強化マルテンサイト硬さＨＶＰと、前記鋼材の炭素含有量Ｃａｄｄと、前記固溶炭素量Ｃｓｏｌと、前記焼戻しパラメータλとの関係式が、下記（５）式で表わされ、
前記固溶強化マルテンサイト硬さＨＶｓと前記析出強化マルテンサイト硬さＨＶＰとの合計である前記高強度鋼の硬さＨＶと、前記焼戻しパラメータλと、前記鋼材の炭素含有量Ｃａｄｄとの関係式が、下記（６）式で表わされる、請求項１に記載の高強度鋼の硬さ予測方法。
ここで、下記（３）〜（６）式において、ｔ、ｕ、ｖ、ｗ、ｘ、ｙ、ｚは、それぞれ定数である。
【数２】
0006565656.tif 000022
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼入れ及び焼戻し熱処理によって製造される高強度鋼の硬さを予測する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、様々な分野で、鉄鋼材料の高強度化が求められている。例えば、建設機械分野では、建造物の大型化に伴い、クレーン車等の建設機械も大型化が進められ、構造部材の重量増を抑制するため、鋼材の高強度化が求められている。また、自動車分野では、環境負荷の観点から車体の軽量化による燃費向上が求められており、構造部材を軽量化するために、鋼材の高強度化が進められている。
【０００３】
鋼材の高強度化には、合金の添加が必要であるが、コストの観点から合金の含有量を削減するために、鋼板に焼入れを施してマルテンサイト組織とすることが望ましい。しかしながら、焼入れたままのマルテンサイト組織は、靱性及び延性が低いため、焼戻し熱処理を施すことが必要である。
【０００４】
熱処理条件を決定するためには、成分系に応じて温度及び時間を決定する必要があるが、多様な設定が可能である。従来、所望の特性を得るための最適な熱処理条件を見出すには、いくつかの条件の下で試験的に、熱処理及び特性試験（引張試験等）を行なうなど、試行錯誤が必要であった。
【０００５】
そこで、物理的な特性試験を行なうことなく、材質を予測する方法が望まれている。これまでに、焼入れ材の要求特性を満足するため、焼入れ時の冷却曲線を与える熱処理条件を決定する方法が提案されている（例えば、以下の特許文献１を参照。）。
【０００６】
また、焼戻し熱処理では、鋼板を炉に挿入した後、鋼板が炉温に到達する途中で抽出するなどの非定常での焼戻しを行う場合がある。これに対して、種々の連続昇温曲線に沿って、非定常での焼戻しをも計算できる、焼戻しパラメータが提案されている（例えば、以下の非特許文献１を参照。）。
【０００７】
また、鋼板の成分及び製造条件に基づいて金属組織の変化や析出状態を数式モデルによって算出し、材質を予測する方法が提案されている（例えば、以下の特許文献２及び特許文献３を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平０１−１９８４２２号公報
【特許文献２】特開平０５−０７２２００号公報
【特許文献３】特開平０５−１４２１２６号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】井上毅、「新しい焼もどしパラメータとその連続昇温曲線に沿った焼もどし効果の積算法への応用」、鉄と鋼、昭和５５年９月、第６６巻、第１０号、ｐ．１５３２〜１５４１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１で提案されている方法では、焼入れ時等の冷却曲線のみで材質が変化する場合にのみ適用でき、焼戻し熱処理には適用できない。
【００１１】
また、上記非特許文献１では、特定の鋼材の焼戻しパラメータと材質との関係が示されているが、他の成分系の鋼材の硬さの予測に関する示唆はない。
【００１２】
更に、上記特許文献２で提案されている方法では、焼ならし法によって製造される鋼板を対象としており、焼入れ−焼戻し鋼には適用できない。また、上記特許文献３で提案されている方法は、引張強さ４００ＭＰａ〜９００ＭＰａの鋼板を対象としており、引張強さ１０００ＭＰａ以上の高強度鋼板とは適用範囲が異なる。
【００１３】
このように、上記特許文献１〜特許文献３及び上記非特許文献１で提案されているような従来の材質の予測方法では、焼入れ及び焼戻し熱処理によって製造される、引張強さが１０００ＭＰａ以上の高強度鋼の硬さを簡便に予測することができない。
【００１４】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、引張強さ１０００ＭＰａ〜１４００ＭＰａを有する焼入れ−焼戻しで製造される鋼材であっても、鋼材の硬さをより簡便に予測することが可能な、高強度鋼の硬さ予測方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者らは、１０００ＭＰａ以上の引張強さを確保するために、１００〜４００℃という低温で焼戻し熱処理を行い、鋼材の組織変化を観察した。その結果、焼戻し熱処理によるマルテンサイトの硬さの変化は、固溶炭素による固溶強化、並びに、炭化物の量及びサイズから予測可能な析出強化のみで表わされるという知見を得た。
【００１６】
更に、焼戻し時の熱履歴から求められる焼戻しパラメータλと、固溶炭素、炭化物の量及び炭化物とは、一対一の関係であることを見出した。そして、焼入れ後のマルテンサイトの硬さは、炭素量のみで決まることから、焼入れ−低温焼戻し材の硬さを、添加炭素量と、焼戻し時の熱履歴と、から予測することに成功した。
【００１７】
本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、その要旨は以下のとおりである。
【００１８】
［１］熱履歴から求められる焼戻しパラメータλと、鋼材の炭素含有量Ｃａｄｄと、固溶炭素量Ｃｓｏｌと、の関係式を求める工程と、前記固溶炭素量Ｃｓｏｌと、固溶強化マルテンサイト硬さＨＶｓと、の関係式を求める工程と、析出強化マルテンサイト硬さＨＶＰと、前記鋼材の炭素含有量Ｃａｄｄと、前記固溶炭素量Ｃｓｏｌと、前記焼戻しパラメータλと、の関係式を求める工程と、を含み、前記固溶強化マルテンサイト硬さＨＶｓと、前記析出強化マルテンサイト硬さＨＶＰと、の合計である高強度鋼の硬さＨＶを、前記焼戻しパラメータλと、前記鋼材の炭素含有量Ｃａｄｄと、の関係式から算出する、高強度鋼の硬さ予測方法。
【００１９】
ここで、焼戻しパラメータλは、下記（１）式で表わされ、下記（２）式において、δτｉは、焼戻し開始時刻から終了時刻までをＮ（Ｎは、２以上の整数である。）個の区間に分割した際のｉ（ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）番目の区間における区間時間であり、Ｔｉは、区間時間δτｉのときの温度であり、Ｑは、鉄の自己拡散に伴う活性化エネルギーであり、Ｒは、気体定数である。
【００２０】
【数１】
0006565656.tif 000002
【００２１】
［２］前記熱履歴から求められる焼戻しパラメータλと、前記鋼材の炭素含有量Ｃａｄｄと、前記固溶炭素量Ｃｓｏｌとの関係式が、下記（３）式で表わされ、前記固溶炭素量Ｃｓｏｌと前記固溶強化マルテンサイト硬さＨＶｓとの関係式が、下記（４）式で表わされ、前記析出強化マルテンサイト硬さＨＶＰと、前記鋼材の炭素含有量Ｃａｄｄと、前記固溶炭素量Ｃｓｏｌと、前記焼戻しパラメータλとの関係式が、下記（５）式で表わされ、前記固溶強化マルテンサイト硬さＨＶｓと前記析出強化マルテンサイト硬さＨＶＰとの合計である前記高強度鋼の硬さＨＶと、前記焼戻しパラメータλと、前記鋼材の炭素含有量Ｃａｄｄとの関係式が、下記（６）式で表わされる、［１］に記載の高強度鋼の硬さ予測方法。
ここで、下記（３）〜（６）式において、ｔ、ｕ、ｖ、ｗ、ｘ、ｙ、ｚは、それぞれ定数である。
【００２２】
【数２】
0006565656.tif 000003
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように本発明によれば、焼入れ−焼戻し熱処理で製造される、引張強さ１０００〜１４００ＭＰａの鋼板の硬さを、より簡便に予測することができる。
【００２４】
また、本発明によれば、実際に鋼材を製造して特性試験を行なうことなく、又は、特性試験の負荷を軽減して、適正な焼戻し熱処理の条件を決定することができる。従って、本発明によれば、所望の特性を有する鋼板の製造条件を効率的に設定することが可能になるなど、本発明は、産業上の貢献が極めて顕著である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】固溶炭素量と固溶強化マルテンサイト硬さとの関係を説明するグラフ図である。
【図２】焼戻しパラメータλとセメンタイトサイズ（円相当径）との関係を説明するグラフ図である。
【図３】焼戻しパラメータλと高強度鋼の硬さの実測値と予測値とを比較して説明するグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
【００２７】
以下では、本発明の実施形態に係る高強度鋼の硬さの予測方法について、詳細に説明する。
なお、本実施形態に係る高強度鋼とは、引張強さ１０００ＭＰａ〜１４００ＭＰａを有する、焼入れ−焼戻し熱処理を経て製造される鋼材である。ここで、かかる鋼材の化学成分については、特に限定されるものではないが、例えば、以下のような化学成分を有していることが好ましい。以下のような化学成分を有する鋼材であれば、公知の焼入れ−焼戻し熱処理を経ることで、１０００ＭＰａ〜１４００ＭＰａという引張強さを容易に実現することが可能である。すなわち、１０００ＭＰａ〜１４００ＭＰａという高強度を、低い合金コストで実現するためには、焼入れを行うことでマルテンサイト組織を形成することが重要となる。焼入れままのマルテンサイト組織の強度は、以下で詳述するように炭素量のみで決定されるが、炭素含有量を以下の例のように０．０７〜０．２５％とすることで、１０００ＭＰａ〜１４００ＭＰａという高強度を実現することができる。
【００２８】
質量％で、
Ｃ：０．０７〜０．２５％
Ｓｉ：０．５％以下
Ｍｎ：０．８〜１．８％
Ｐ：０．０２０％以下
Ｓ：０．００５％以下
Ｎｉ：１０％以下
Ｃｒ：５％以下
Ｍｏ：５％以下
Ａｌ：０．１００％以下
Ｎｂ：０．０５０％以下
Ｔｉ：０．０３０％以下
Ｂ：０．０３０％以下
Ｎ：０．００８０％以下
残部：Ｆｅ及び不純物
【００２９】
以下で着目する焼戻しパラメータλは、焼戻し熱処理における鋼材に生じる固相反応の程度を示すパラメータである。かかる焼戻しパラメータλは、様々な焼戻し熱処理の熱履歴を表わすことが可能である。焼戻し開始時刻から終了時刻までをＮ区間（Ｎは、２以上の整数である。）に分割し、それぞれの区間時間δτｉ（ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）では温度Ｔｉが一定であるとして、熱履歴曲線を矩形区分和として近似し、逐次計算を行なうと、以下の式（１）及び式（２）によって、焼戻し熱履歴から焼戻しパラメータλを求めることができる。
【００３０】
【数３】
0006565656.tif 000004
【００３１】
ここで、上記式（２）において、Ｑは、鉄の自己拡散に伴う活性化エネルギーであり、その値は、６７．２ｋｃａｌ／ｍｏｌである。また、上記式（２）において、Ｒは、気体定数であり、その値は、１．９８７ｃａｌ／Ｋ・ｍｏｌである。
【００３２】
また、区間数Ｎについては、特に限定するものではなく、焼戻し開始時刻から終了時刻までの時間と、各区間時間δτｉの長さと、に応じて、適宜設定すればよい。各区間時間δτｉの長さをどのように設定するかについては、特に限定されるものではないが、例えば０．０１秒とすることが好ましい。更に、各区間における温度Ｔｉをどのように設定するかについても、特に限定するものではないが、例えば、１℃とすることが好ましい。
【００３３】
従来、焼戻しパラメータλと硬さとを関連付けた知見はなく、焼戻し熱処理の熱履歴から、鋼材の特性を予測することはできなかった。そこで、以下で詳述する本発明では、１００〜４００℃の低温焼戻し領域の強化機構に着目し、焼戻しパラメータλ、及び、炭素含有量Ｃａｄｄによって硬さを予測する方法の検討を行った。
【００３４】
なお、以下の説明において、「硬さ」とは、特に限定するものではないが、例えば、ＪＩＳ  Ｚ２２４４に則して測定されるビッカース硬さを用いることとする。また、以下の説明では、上記のような化学成分を有する高強度鋼に対して、上記のような低温焼戻し領域において、焼戻し熱処理が実施されているものとする。ここで、焼戻し熱処理の処理時間は、特に限定されるものではなく、求める熱履歴に応じて適宜設定されればよい。
【００３５】
高強度鋼の硬さは、固溶炭素量によるマルテンサイトの硬さ（固溶強化マルテンサイト硬さＨＶｓ）と、析出強化によるマルテンサイトの硬さ（析出強化マルテンサイト硬さＨＶｐ）との合計であると考えられる。
【００３６】
［固溶強化マルテンサイト硬さＨＶｓ］
まず、固溶炭素量Ｃｓｏｌ（単位：例えば、質量％）は、炭素含有量Ｃａｄｄ（単位：例えば、質量％）と焼戻し熱処理によって析出した炭素量との差で表わすことができる。これは、焼入れ直後の固溶炭素量は炭素含有量に等しく、焼戻し熱処理によって固溶炭素が減少し、炭素は炭化物として鋼中に析出するためである。
【００３７】
炭化物として鋼中に析出する炭素の量を焼戻しパラメータλの指数関数で表わすと、固溶炭素量Ｃｓｏｌは、炭素含有量Ｃａｄｄ及び焼戻しパラメータλを用いて、以下の式（３）によって求めることができる。なお、以下の式（３）における定数ｕ及び指数ｔは、実験により、フィッティングして求める。すなわち、着目する鋼材について、固溶炭素量Ｃｓｏｌ及び炭素含有量Ｃａｄｄを公知の方法を用いて実測した上で、得られた測定値の分布を以下の式（３）で表わされる指数関数でフィッティングすることで、定数ｕ及び指数ｔの具体的な値を特定することが可能である。
【００３８】
【数４】
0006565656.tif 000005
【００３９】
なお、固溶炭素量Ｃｓｏｌを測定する方法としては、例えば、電子線マイクロアナライザーによるマッピングや、電解抽出残渣分析法によって析出物を形成した炭素量を求めて炭素含有量から差し引く方法を挙げることができる。炭素含有量Ｃａｄｄを測定する方法としては、例えば、燃焼赤外線吸収法を挙げることができる。
【００４０】
固溶炭素量の平方根に比例して、マルテンサイトの硬さを示す値は大きくなる。従って、固溶強化マルテンサイト硬さＨＶｓは、固溶炭素量Ｃｓｏｌを用いて、以下の式（４）のように表わすことができる。ここで、以下の式（４）において、ｖ，ｗは、それぞれ、ある定数である。定数ｖ，ｗの具体的な値は、固溶炭素量Ｃｓｏｌが既知であるマルテンサイトの硬さを実際に測定した上で、得られた測定結果を以下の式（４）で表わされた関数形でフィッティングすることで、特定することが可能である。
【００４１】
【数５】
0006565656.tif 000006
【００４２】
上記の式（３）及び式（４）より、固溶強化マルテンサイト硬さＨＶｓは、炭素含有量Ｃａｄｄを用いて、以下の式（７）のように表わすことができる。
【００４３】
【数６】
0006565656.tif 000007
【００４４】
［析出強化マルテンサイト硬さＨＶｐ］
次に、析出強化によるマルテンサイト硬さＨＶｐであるが、Ａｓｈｂｙ−Ｏｌｏｗａｎの式によって、析出強化によるマルテンサイト硬さＨＶｐと、析出物の体積率ｆ及び析出物のサイズｄと、の間には、以下の式（８）で表わされる関係が成立する。ここで、以下の式（８）におけるｋは、ある定数である。
【００４５】
【数７】
0006565656.tif 000008
【００４６】
析出物の体積率ｆは、炭素含有量Ｃａｄｄと固溶炭素量Ｃｓｏｌとの差と相関があり、ある定数ｌを用いて、式（９）のように表わすことができる。
【００４７】
【数８】
0006565656.tif 000009
【００４８】
一方、本発明者らの検討により、焼戻し熱処理の初期段階において、析出物のサイズｄは、以下の式（１０）のように、焼戻しパラメータλの二次関数で表すことができることがわかった。従って、抽出レプリカ試料を作成し、透過型電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＴＥＭ）観察により、様々な焼戻し材の炭化物の大きさ（例えば、円相当径など）を測定すれば、式（１０）における定数ｍ及び定数ｎを求めることができる。すなわち、抽出レプリカ試料それぞれに対応する焼戻しパラメータλを特定するとともに、各抽出レプリカ試料の炭化物の大きさ（円相当径など）ｄをＴＥＭ観察により測定した上で、得られた焼戻しパラメータλと炭化物の大きさｄとの関係を平面上にプロットする。その後、得られたプロットを二次関数でフィッティングすることで、下記定数ｍ及び定数ｎを求めることができる。
【００４９】
【数９】
0006565656.tif 000010
【００５０】
以上説明したような式（８）、式（９）及び式（１０）より、析出強化によるマルテンサイトの硬さ（析出強化マルテンサイト硬さＨＶｐ）を、式（５）のように表わすことができる。ここで、以下の式（５）において、ｘ，ｙ，ｚは、それぞれ、ある定数である。更に、上記式（３）の関係を用いることで、式（５）は、式（５’）のように書き換えることができる。
【００５１】
【数１０】
0006565656.tif 000011
【００５２】
［高強度鋼の硬さＨＶ］
焼戻し後の硬さは、上記のように、固溶強化マルテンサイト硬さＨＶｓと、析出強化マルテンサイト硬さＨＶｐとの合計である。従って、上記式（４）及び式（５’）より、焼戻し後の硬さＨＶの予測式は、以下の式（６）のようになる。なお、以下の式（６）において、定数ｔ，ｕ，ｖ，ｗ，ｘ，ｙ，ｚは、事前の検証により、ある値に定まるものであるため、以下の式（６）における変数は、着目する高強度鋼の炭素含有量Ｃａｄｄと、着目する高強度鋼に施す焼戻し熱処理の熱処理条件から定まる焼戻しパラメータλとなる。
【００５３】
【数１１】
0006565656.tif 000012
【００５４】
従って、着目する高強度鋼について、炭素含有量Ｃａｄｄを公知の方法により特定するとともに、高強度鋼に対して実施する予定の焼戻し熱処理の熱処理条件から、上記式（１）及び式（２）に基づき焼戻しパラメータλを算出し、得られた炭素含有量Ｃａｄｄ及び焼戻しパラメータλを上記式（６）に代入することで、焼戻し後の硬さＨＶを予測することが可能となる。
【００５５】
また、高強度鋼において所望の焼戻し後の硬さＨＶを実現したい場合には、焼戻し後の硬さＨＶの値を所望の値に設定し、かつ、炭素含有量Ｃａｄｄを着目する高強度鋼の炭素含有量とした上で、上記式（６）を満足する焼戻しパラメータλを算出すればよい。これにより、所望の焼戻し硬さＨＶを実現可能な焼戻し熱処理の熱処理条件を、より簡便に特定することが可能となる。
【実施例】
【００５６】
以下、本発明の実施例について説明する。なお、以下に示す実施例は、本発明に係る高強度鋼の硬さ予測方法のあくまでも一例であって、本発明に係る高強度鋼の硬さ予測方法が下記の例に限定されるものではない。
【００５７】
以下に示す表１、表２、図１〜図３は、本発明による実施例の結果を示すものである。表１は、各製造例の成分である。以下に示す実施例では、表１に成分を示した３種類の鋼種に着目した。表１に示した３種類の鋼種は、いずれも、引張強さ１０００ＭＰａ〜１４００ＭＰａ級の強度を実現する高強度鋼として用いられる鋼種である。
【００５８】
【表１】
0006565656.tif 000013
【００５９】
表１に示した鋼種を利用して、表２に示す条件で焼戻し熱処理を施し、試料を採取して非水溶媒中で電解し、フィルターで溶液と残渣とに分離した。残渣に含まれる炭素量と、炭素含有量と、焼戻しパラメータλとから、フィッティングによって、固溶炭素量Ｃｓｏｌと、炭素含有量Ｃａｄｄ及び焼戻しパラメータλとの関係式（３）’を得た。
【００６０】
なお、表２に示した各焼戻し熱処理条件において、焼戻しパラメータλを算出する際には、上記式（２）における区間時間δτｉ及び温度Ｔｉを、それぞれ０．０１秒及び１℃に設定した。区間数ｉは、焼戻し開始時刻から終了時刻までの時間と、各区間時間δτｉの長さと、に応じて設定した。以下の表２に示す「焼戻し」の「温度」及び「時間」は、焼戻し熱処理における加熱温度及び保持時間であり、焼戻しパラメータλは、加熱温度に到達するまでの昇温の所要時間、及び、加熱炉から抽出した後の冷却の所要時間を含めて算出した。
【００６１】
【数１２】
0006565656.tif 000014
【００６２】
次に、別途準備した、炭素含有量を変化させた焼入れまま（焼戻し熱処理を施す前）のマルテンサイトについて、その硬さ（ビッカース硬度）をＪＩＳ  Ｚ２２４４に則して測定した。焼戻し熱処理を施さない場合、炭素含有量は固溶炭素量Ｃｓｏｌに等しいと考えられるので、固溶炭素量Ｃｓｏｌと固溶強化マルテンサイト硬さＨＶｓとの関係を図１に示した。図１から、固溶強化マルテンサイト硬さＨＶｓは、式（４）’のように表わすことができる。
【００６３】
【数１３】
0006565656.tif 000015
【００６４】
式（３）’、式（４）’より、固溶強化マルテンサイト硬さＨＶｓは、炭素含有量Ｃａｄｄによって式（７）’のように表わすことが出来る。
【００６５】
【数１４】
0006565656.tif 000016
【００６６】
表２に示す条件で焼戻し熱処理を施した場合、析出物は、炭化物であるセメンタイトである。このとき、析出強化マルテンサイト硬さＨＶｐと炭化物の体積率ｆ及びサイズｄとの関係は、式（８）’のようになる。更に、炭化物の体積率ｆは、炭素含有量Ｃａｄｄと固溶炭素量Ｃｓｏｌとの差によって、式（９）’のように表わすことができる。
【００６７】
【数１５】
0006565656.tif 000017
【００６８】
なお、上記式（８）’において、係数９．３は、理論的に算出された、Ａｓｈｂｙ−Ｏｌｏｗａｎの式の具体的な係数の値そのものである。また、上記式（９）’に関して、析出に使われる炭素濃度（Ｃｐｒｅｐ＝Ｃａｄｄ−Ｃｓｏｌ）に対して係数ｌをかけたものが、体積率ｆとなる。ここで、係数ｌの算出に際して、炭化物が全てセメンタイト（Ｆｅ３Ｃ）であるとし、セメンタイトは、鉄とほぼ等しい比重であることから、係数ｌは、化学学量論的に、以下のようにして算出される。
【００６９】
ｌ＝（（Ｆｅの質量数）×３＋（Ｃの質量数））／（Ｃの質量数）×（Ｆｅの比重）／（Ｆｅ３Ｃの比重）／１００
＝（５６×３＋１２）／１２×１／１００＝０．１５
【００７０】
更に、抽出レプリカ試料を作成し、ＴＥＭによって炭化物の円相当径を測定することで、図２を得た。図２に示すように、炭化物のサイズｄと焼戻しパラメータλとの関係は、式（１０）’のように表わされる。
【００７１】
【数１６】
0006565656.tif 000018
【００７２】
式（８）’、式（９）’、式（１０）’より、析出強化マルテンサイト硬さＨＶｐは、式（５）”のように表わされる。更に、焼戻し熱処理後の高強度鋼の硬さは、式（７）’の固溶マルテンサイト硬さＨＶｓと、式（５）”の析出強化マルテンサイト硬さＨＶｐとの和であり、硬さ予測式は、以下の式（６）’となる。
【００７３】
【数１７】
0006565656.tif 000019
【００７４】
表２に、製造した高強度鋼の硬さの測定値と、本発明法による計算予測の結果と、の比較を示す。表２に示したように、硬さの実測値は、予測値と良く一致している。また、図３に示すように、焼戻しパラメータλに対する高強度鋼の硬さの実測値のプロットは、予測式の曲線と良く一致している。なお、図３において、○は、鋼種Ａに関する計算硬さを示しており、△は、鋼種Ｂに関する計算硬さを示しており、◇は、鋼種Ｃに関する計算硬さを示している。
【００７５】
【表２】
0006565656.tif 000020
【００７６】
かかる結果から明らかなように、本発明に係る高強度鋼の硬さ予測方法を用いることで、引張強さ１０００ＭＰａ〜１４００ＭＰａを有する焼入れ−焼戻しで製造される鋼材であっても、鋼材の硬さをより簡便に予測することが可能となる。
【００７７】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明は、高強度鋼板の硬さを予測する方法であり、所望の強度を得るための熱処理条件の決定に利用することができる。そして、本発明によれば、特性試験を行なうことなく、又は特性試験の負荷を軽減して、高強度鋼板を製造するための熱処理条件を決定することが可能になる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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