本研究では、現在の商用非調質鋼を基に「炭素を減らしシリコンを増やしマンガンを加える」という成分設計思想を革新的に提案し、成分調整と組織最適化により引張強度1300MPa級の新型高強高靭低コスト非調質鋼を開発した。研究結果は、新型非調質鋼（QGF17）の成分（質量分率）が0.19C、1.92Si、2.90Mn、0.56Cr、0.012P、0.004Sであることを示している。鋼中のSi添加はベイナイト微細組織を最適化し、細長ベイナイト（LB）組織の体積分率を増加させ、結晶粒径が18μmから11μmに微細化し、高角晶界（HAGB）分率が28.5％から59.1％に大幅に向上、転位密度も増加し、その結果、結晶粒界や板条界面付近に局所的に高転位密度領域が形成された。FAS2225鋼と比較して、新型非調質鋼は微細硬さと機械的特性が著しく向上した。硬さは318HVから473HVに、降伏強さおよび抗張強さはそれぞれ710および955MPaから973および1322MPaに上昇し、-20℃でのK_V2は16Jから29Jに向上した。新型非調質鋼はより高いひずみ硬化能力と比較的高い衝撃靭性を有し、断口形態の分析結果は、両材料の衝撃破壊モードは準脆性破壊であるが、非調質鋼ではV型ノッチ付近に明らかな塑性変形帯が観察され、断口形態はFAS2225の河川模様の準脆性面からより細かい準脆性小面へと変化したことを示している。研究結果は、新型非調質鋼が合金成分の添加を簡素化し、組成比を最適化することで生産コストを低減し、従来の高強度非調質鋼における「強度向上と靭性悪化、コスト管理の難しさ」という業界の課題を解決し、高性能非調質鋼の工業的応用に新たな技術的道筋を提供することを証明した。

非調質鋼;Si;低温衝撃靭性;大角晶界;準脆性破壊