JP2002121647A - 成形性と耐磨耗性に優れた熱処理用鋼板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】プレス成形等の加工時における良好な成形性と
その後の熱処理により、強度と耐磨耗性を具備した優れ
た加工性熱処理用鋼板とその製法を提供する。 【解決手段】C:0.25〜0.40%,Mn≦0.5%,Ti:4×[N]〜0.02
%,N≦0.003%, B:0.0003〜0.003%を含む連鋳スラブを、
再加熱後又は鋳造後直ちに粗圧延を実施し、Ar3変態点
以上の温度域で仕上圧延を終了させかつ、その温度域か
ら30℃/s以下の冷却速度で冷却し、600 〜700℃の温度
域で巻き取ることでフェライトとパーライトからなる組
織とした後、引き続き700 ℃以下の温度域で1 時間以上
の保熱処理を行い、必要により保熱処理の前に調質圧延
することにより、球状化したセメンタイト及び面積率で
10% 以下でかつ、直径で10μm 以下のグラファイトを含
む組織からなる成形性と耐磨耗性に優れた熱処理用鋼板
の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プレス成形等の加
工時における良好な成形性と、その後に施される熱処理
により強度と耐磨耗性を具備した、優れた加工性を有す
る熱処理用鋼板及びその製造方法に関するものである。
本発明による鋼板は特に自動車、二輪車及び自転車に使
用される衝突安全性を確保するための強度部材や、耐磨
耗性が必要なギヤやクラッチプレート等に適用されるも
のである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、熱処理による耐磨耗性を具備さ
せる方法としては、液浸あるいはガス浸による雰囲気を
利用した浸炭・浸窒処理する方法がある。しかし、この
方法では鋼組成の変動により浸炭・浸窒層の深さが変化
するばかりでなく、コア部の硬さもばらつくという問題
がある。

【０００３】また、単純な熱処理により耐磨耗性を付与
するものして、高炭素鋼帯を利用する方法がある。例え
ば特開平１−１３２７３９号公報に開示されているよう
に、フェライトと直径１０μｍ以下の微細グラファイト
とする組織を有する方法がある。しかし、より短時間で
の熱処理における焼入れ性確保の観点からは、特に本発
明が対象とする高々２〜３分程度の熱処理では、たとえ
１０μｍ以下といってもオーステナイトへの固溶・拡散
が不十分となり、硬度を確保できないことが懸念され
る。

【０００４】また、特開平６−１０８１５８号公報には
成形性の良好な高炭素鋼帯の製造方法が開示されてい
る。この方法も基本的にはセメンタイトをグラファイト
化するものであり、特に０．３〜０．４％のＣを含む鋼
での硬度はＨｖでいずれも４５０未満であることから、
耐磨耗性からは不十分であると言わざるを得ない。さら
にＴｉ添加についても何ら記載がないばかりでなく、Ｂ
／Ｎに対する配慮もないことことから、根本的に本発明
とは思想を異にするものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の課
題は、短時間の熱処理により十分な硬度が得られるよう
に焼入れ性を確保すると同時に、プレス加工時の成形性
を兼ね備えた鋼板ならびにその製造方法を確立すること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するために基礎実験を行い、Ｔｉ、Ｂ及びＮ量の
制御と熱延時の冷却条件の最適化により、本発明に至る
以下の知見を得た。すなわち、質量％でＣ：０．３１
％、Ｍｎ：０．２２％、Ｂ：０．００１０％を基本組成
として、Ｔｉ及びＮ量を種々変化させた鋼を溶製した。
これらの鋼について、加熱温度：１２００℃、仕上温
度：８４０℃として熱間圧延を行い、２０℃／ｓの冷却
速度で冷却を行い、６５０℃で巻取処理を行った。な
お、この時の巻取処理条件は、６５０℃で２時間保熱し
た後に炉冷した。引き続き２０℃／ｈの加熱速度で７０
０℃まで加熱し、１０ｈ保熱してから２０℃／ｈの冷却
速度で１００℃以下の温度まで冷却した。さらにこれら
の熱処理材について表面粗度を調整するために１４％の
冷間圧延を施してから、高周波による焼入れ処理に供し
た。焼入れ処理は９００℃まで１０℃／ｓで加熱し、３
０ｓ保熱後１００℃／ｓで冷却した。荷重：１ｋｇでの
ビッカースによる表面硬度測定の結果、以下のことを知
見した。

【０００７】焼入れ処理による硬度を確保するには、マ
ルテンサイト自身の硬さを高くすると同時に、焼入れ性
を向上させる必要がある。特にＴｉ及びＮ量の増加に伴
う焼入れ性の変動が懸念され、図１に示すようにＴｉ及
びＮ量によっては焼入れ処理後の硬度が低下する。これ
は、ＴｉＮの析出と関連するものと推察される。すなわ
ち、Ｔｉ量及びＮ量の増加によりＴｉＮの析出量が多く
なることから、焼入れ温度に加熱した際のオーステナイ
トの粒成長性が不十分となることが原因となり、焼入れ
性が低下したためと推察される。したがって、本発明で
のＨｖ＞４５０を確保するには、Ｔｉ量の上限は０．０
２％であり、Ｎ量ついても３０ｐｐｍを上限とするのが
好適である。

【０００８】また、上述した検討成分系のうちＴｉ：
０．００７％、Ｎ：０．００１５％、Ｂ：０．００１％
である鋼について、熱延段階における冷却速度の影響を
調査した。各冷却条件で冷却された熱延板は、６５０℃
で２時間の保熱と炉冷による巻取処理を実施した。さら
に引き続き２０℃／ｈの加熱速度で７００℃まで加熱
し、１０ｈ保熱してから２０℃／ｈの冷却速度で１００
℃以下の温度まで冷却した後に、前述と同様の条件で硬
度測定を実施した。

【０００９】結果を図２に示す。仕上圧延後の冷却速度
が２０℃/s以下の場合は、巻取りまでの冷却中にパーラ
イト変態が終了するため、セメンタイトの球状化が促進
され、十分な軟質化がなされている。一方、冷却速度が
３０℃/sを超えると急激に硬度が上がり、軟質化が十分
とは言えない。これは、巻取り後にもパーライト変態が
引き続き進行するため、その体積率が増えることに起因
して球状化が十分に進行しないためと推察される。

【００１０】以上の知見をもとに、本発明の成形性と耐
磨耗性に優れた熱処理用鋼板及びその製造方法を確立し
た。即ち、本発明の要旨とするところは以下の通りであ
る。（１）質量比で、 Ｃ ：０．２５〜０．４０％、 Ｍｎ：０．５％以下、 Ｔｉ：４×［Ｎ］〜０．０２％、 Ｎ ：０．００３％以下、 Ｂ ：０．０００３〜０．００３％を含み、 球状化したセメンタイトを含む組織からなることを特徴
とする成形性と耐磨耗性に優れた熱処理用鋼板。 （２） 質量比で、 Ｃ ：０．２５〜０．４０％、 Ｍｎ：０．５％以下、 Ｔｉ：４×［Ｎ］〜０．０２％、 Ｎ ：０．００３％以下、 Ｂ ：０．０００３〜０．００３％を含み、 球状化したセメンタイトと面積率で１０％以下でかつ、
直径で１０μｍ以下のグラファイトを含む組織からなる
ことを特徴とする成形性と耐磨耗性に優れた熱処理用鋼
板。 （３）前記（１）または（２）に記載の成分を含有する
鋼を連続鋳造にてスラブとし、再加熱後に粗圧延を実施
し、あるいは鋳造後直ちに粗圧延または仕上圧延を実施
し、８００℃以上の温度域で仕上圧延を終了させかつ、
その温度域から３０℃／ｓ以下の冷却速度で冷却し、６
００〜７００℃の温度域で巻き取ることによりフェライ
トとパーライトからなる組織とした後、引き続き７００
℃以下の温度域で保熱処理を行うことを特徴とする成形
性と耐磨耗性に優れた熱処理用鋼板の製造方法。 （４）前記保熱処理の前にスキンパス圧延することを特
徴とする前記（３）に記載の成形性と耐磨耗性に優れた
熱処理用鋼板の製造方法。 （５）粗圧延を終了し、シートバーを一旦コイルに巻き
取り、そのまま仕上圧延に供するか、あるいは先行する
シートバーに接続後、仕上圧延を行うことを特徴とする
前記（３）または（４）に記載の成形性と耐磨耗性に優
れた熱処理用鋼板の製造方法。

【００１１】

【発明の実施の形態】まず、この発明における成分組成
の限定理由について述べる。Ｃは０．２５〜０．４％と
する。過度に添加すると、セメンタイトがグラファイト
として形成されるようになることから、焼入れ処理にお
けるＣの再固溶が十分に達成されず、部分的な硬度不足
となることが懸念されることから、０．４％を上限とす
る。一方、焼入れ処理後の硬度を確保するにはＣ量が必
要であり、ビッカース硬度で安定して４５０を得るには
０．２５％以上必要である。

【００１２】Ｍｎは、焼入れ性を確保するには重要な役
割を果たす元素ではあるが、熱延段階における仕上圧延
後の冷却段階でのパーライトの形成を遅滞させる。すな
わち、巻取り後にもパーライト変態が進むため、その体
積率が増加すると球状化に長時間を要するようになるこ
とが懸念される。したがって、０．５％を上限とする。
一方、焼入れ性の確保の観点からは０．１％以上とする
のが好ましい。

【００１３】Ｔｉは、本発明において非常に重要な役割
を果たす元素の１つである。ＢＮの析出に先立ちＴｉＮ
を析出させるために添加される。固溶Ｂによる焼入れ性
向上効果をより有効に現出させるため、Ｎと当量（４×
［Ｎ］）を下限とする。また、過度に添加するとＴｉＮ
の析出量が増加し、オーステナイト域での加熱中におけ
る粒成長を阻害し、焼入れ性を劣化させるため０．０２
％を上限とする。

【００１４】Ｎは、上述と同様の理由からＴｉ量との関
係で極力低い方が良い。そのため上限を０．００３％と
するが、好ましくは０．００２％以下とする。

【００１５】Ｂは、前述したように焼入れ性を確保する
ことを目的に添加される。０．０００３％未満ではその
効果が不十分であり、０．００３％を超えると硬質化す
るため加工性の劣化が懸念されることから、０．００３
％を上限とする。

【００１６】なお、Ｓｉについては本発明においては特
に規定されるべきものではないが、溶接性、メッキ性あ
るいは化成処理性を考慮すると０．３％以下とするのが
好ましい。

【００１７】Ｐ及びＳについても、本発明では特に限定
されるものではないが、過剰な添加はコスト増になるた
め、それぞれ０．０２％及び０．０１５％を上限とする
ことが好ましい。

【００１８】また、スクラップの利用による微量のＣ
ｕ，Ｎｉ，Ｓｎ及びＣｒの混入は、本発明における効果
を何ら損なうものではない。

【００１９】本発明の熱延工程は、連続鋳造にて製造
した例えば２００〜２５０mmのスラブを再加熱し、ある
いは鋳造後直ちに粗圧延し、仕上圧延する工程、例え
ば５０〜１００mmの薄スラブとしてそのまま粗圧延に送
る工程、例えば５０mm以下極薄スラブとしてそのまま
仕上圧延に送る工程の、いずれでも構わない。その際、
の再加熱工程おける加熱温度は、本発明において特に
規定されるものではない。また、の粗圧延工程を終
了後、一旦巻き取ることで長手方向の温度均一化を図る
ことや、さらに巻き戻した後に先行する圧延材に接合
し、いわゆる連続圧延で実施しても、本発明の効果を損
なうものではない。ここで、仕上温度を８００℃以上と
するが、これより圧延温度が低くなると変形抵抗が大き
くなり、板厚精度の低下をきたすため、８００℃を下限
とする。

【００２０】仕上圧延後冷却され巻き取られるが、その
際、巻取りまでにパーライト変態を終了させておく必要
がある。そのためにはランアウトテーブル上での冷却速
度を３０℃／ｓ以下とする必要がある。これよりも冷却
速度が速くなると、前述したように巻取った後にもパー
ライト変態が進み、その分率も増加することになる。そ
の結果、球状化焼鈍に長時間を要すると同時に、短時間
処理では球状化が不十分となるために軟質化が不足し、
加工性の劣化が懸念される。

【００２１】冷却に引き続いてコイルに巻き取られる
が、その際の温度は６００〜７００℃とする。６００℃
より低くなるとベイナイトが形成されるようになるた
め、セメンタイトの球状化を遅滞させるため好ましくな
い。一方、７００℃を超えるとＣがパーライトとして十
分に析出しないことから、巻取り後の冷却中に粒界に析
出し、セメンタイトの球状化が不均一となる。そのため
に焼入れ処理後の硬度が不均一となることが懸念され
る。

【００２２】セメンタイトの球状化は７００℃以下の温
度で実施される。７００℃より高い温度域で実施される
とセメンタイトが再固溶し、冷却中に再析出するため軟
質化が不十分となる。一方、あまり低いとＣの拡散に長
時間を要し処理時間の長時間化をきたすため、好ましく
は６００℃以上とする。

【００２３】ここで形成される組織としては、フェライ
トと球状化したセメンタイトを含む組織が良い。あるい
はさらに面積率で１０％以下でかつ、直径で１０μｍ以
下のグラファイトを含んでも良い。グラファイトの大き
さが１０μｍを超えると、熱処理中のＣの拡散が不均一
となり、焼入れ処理後の硬度が不均一となる。また、グ
ラファイトは極力少ない方が均一な硬度を得るには好ま
しい。そのため、面積率で１０％以下とした。

【００２４】なお、セメンタイトの球状化焼鈍前に実施
される２０％以下の圧下率によるスキンパス圧延は、増
工程になるが前述の球状化をより効率良く進める点から
は好ましい。

【００２５】

【実施例】［実施例１］Ｃ：０．３１％（質量％、以下
同じ）、Ｓｉ：０．２５％、Ｍｎ：０．３％、Ｐ：０．
０１１％、Ｓ：０．００６％、Ａｌ：０．０３２％、
Ｎ：０．００１８％、Ｔ：０．０１１％、Ｂ：０．００
１８％、Ｃｕ：０．０９％、Ｎｉ：０．０５％、Ｓｎ：
０．０１５％、Ｃｒ：０．０４％を含む鋼を転炉出鋼
し、連続鋳造にてスラブとした。熱延は１２００℃で加
熱後、粗圧延及び仕上圧延（仕上温度：８４０℃）を終
了し、２ｍｍ厚の熱延板とした。その後、表１に示すよ
うな条件で冷却及び巻取を実施した。続いて７００℃で
同表に示すような保熱時間でセメンタイトの球状化処理
を行った。それぞれの熱延板について、高周波誘導加熱
装置を用いて加熱速度：１０℃／ｓ、保熱条件：９００
℃×３０ｓ、冷却速度：１００℃／ｓの条件で熱処理を
行い、表面の硬度をビッカース（荷重：１ｋｇ）で測定
した結果を同表に示す。また、熱処理後の組織について
も同表に示す。

【００２６】本発明にしたがった No.１、２、４、５、
７、８、９、１０及び１２では、フェライト＋球状化セ
メンタイトからなる組織を呈するため熱処理前の硬度が
低い。そのため、軟鋼と同程度の加工性を有しかつ、熱
処理後にはＨｖ＞４５０以上の硬度が得られている。

【００２７】一方、仕上圧延後の冷却速度が本発明の範
囲より高く外れた No.１３及び１４では、球状化セメン
タイトの他にパーライトが残存するばかりでなく、球状
化が不完全なセメンタイトも形成されている。そのた
め、７００℃×３０ｈの焼鈍を実施しても加工前の硬度
が高く、加工不良をきたす可能性がある。また、巻取温
度が本発明の範囲より低く外れた No.３及び１１でも、
球状化セメンタイトの他にパーライトからの球状化が不
完全な塊状のセメンタイトがあるため、やはり７００℃
×１０ｈの焼鈍では軟質化が不十分となる。その結果、
加工性の劣化が懸念される。さらに、巻取温度が高く外
れた No.６では、粒界に塊状に析出するセメンタイトが
多いことから、熱処理前の硬度は低い。しかし、熱処理
によって形成される粒内の球状化セメンタイトが少ない
ことから、熱処理によるＣの粒内への拡散が不十分なた
め、硬度が低い。

【００２８】

【表１】

【００２９】［実施例２］表２に示す種々の鋼を転炉出
鋼し、連続鋳造でスラブとした。熱延は１１５０〜１２
５０℃で加熱後８００〜８５０℃の温度域で同表に示し
た板厚で仕上圧延を終了し、引き続きランアウトテーブ
ル上での冷却速度を１０〜２０℃／ｓとして冷却した。
その後、巻取温度を６５０〜６８０℃として巻取り、冷
却後、６９０℃で１０ｈのセメンタイトの球状化処理を
実施した。なお、一部のものにはこの球状化処理前に、
１５％のスキンパスを施した。

【００３０】球状化処理後の材質調査として、ＪＩＳ
Ｚ２２０１に記載の５号試験片に加工し、ＪＩＳ Ｚ２
２４１に記載の試験方法にしたがって引張試験を行っ
た。また、あわせてセメンタイトの球状化処理前後のビ
ッカース（荷重：１ｋｇ）による硬度測定、さらに、高
周波加熱により加熱速度１０℃／ｓ、加熱条件：９００
℃×３０ｓ加熱し、直ちに冷却速度：１００℃／ｓで冷
却する熱処理工程後の硬度測定を同様に実施するととも
に、絞り比２．０での成形試験試験も実施した。結果を
あわせて表３に示す。なお、成形試験結果については割
れの発生なく成形できたものを○、割れの発生したもの
を×で示した。

【００３１】本発明にしたがったＢ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ及
びＧ鋼では、球状化処理後の軟質化が十分であることか
ら絞り成形性が確保されておりかつ、熱処理後の硬度も
ビッカースでいずれも５００を超えるものが得られてい
る。Ｃ量が低く外れたＡ鋼は、熱処理後に十分な硬度が
得られていない。逆に高く外れたＮ鋼では、球状化セメ
ンタイトの分率が高くなるために硬度が高く、加工性の
劣化が懸念される。一方、Ｍｎ量が本発明の範囲を超え
て過度に添加されたＨ鋼では、熱延段階の冷却中にパー
ライト変態が終了せず、巻取り後にも継続したために球
状化処理後にもパーライトが多く残存し、その結果、セ
メンタイトの球状化が促進せず軟質化が不十分となっ
た。したがって成形性が悪い。

【００３２】Ｔｉ量が本発明の範囲から低く外れたＩ
鋼、さらにＮ量が高く外れたＫ鋼では、一部のＮがＢＮ
として析出したために、パーライトの球状化焼鈍中にそ
のＢＮを核としてグラファイトの形成が顕著である。そ
の結果、加工後の熱処理段階でＣの拡散が不均一となる
ことから、焼入れ処理後に十分な硬度が得られていな
い。また、Ｔｉ量が本発明の範囲から高く外れたＪ鋼、
Ｔｉ及びＮ量ともに本発明の範囲から高く外れたＭ鋼
は、ＴｉＮの析出量が多いことから熱処理中のオーステ
ナイト粒の粒成長性が悪いため、十分な焼きが入らず目
標とする硬度が得られていない。さらに、Ｂ量が添加さ
れていないＬ鋼についても、焼入れ性が不足するため硬
度が低い。一方、Ｂ量が過度に添加されたＯ鋼では、球
状化処理後の強度が高く、絞り成形性も悪い。

【００３３】

【表２】

【００３４】

【表３】

【００３５】［実施例３］実施例２の本発明の範囲にし
たがったＣ及びＤ鋼について、薄スラブ連鋳法による鋳
造後直ちに粗圧延工程に送る製造工程と、熱延工程で粗
圧延終了後に先行材と接続して圧延を実施する、いわゆ
る連続熱延による工程で製造した。表４に製造工程を示
す。なお、仕上温度、冷却条件、巻取温度、球状化処理
条件は実施例２と同じとしたが、球状化処理前のスキン
パスはいずれも実施していない。球状化処理後の組織は
フェライトと球状化セメンタイトのみであり、得られた
材質を同表に示す。得られた材質も実施例２でのものと
ほぼ同様の特性である。

【００３６】

【表４】

【００３７】

【発明の効果】本発明により、プレス等による加工時に
は優れた成形性を有しかつ、高周波加熱等を用いた短時
間の焼入れ処理により、強度特に表面硬度を有するた
め、優れた耐磨耗性をも具備した良成形性の熱処理用鋼
板を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱処理後の表面硬度と、Ｔｉ及びＮ量の関係を
示す図である。

【図２】熱延段階における仕上〜巻取間の冷却速度と、
球状化処理後の表面硬度との関係を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 御福 浩樹 姫路市広畑区富士町１番地 新日本製鐵株 式会社広畑製鐵所内 Ｆターム(参考） 4K037 EA02 EA06 EA15 EA18 EA31 EB11 EC01 EC02 FA02 FA03 FC03 FD03 FE02 FE03 FF02 FG01 JA06

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 質量比で、 Ｃ ：０．２５〜０．４０％、 Ｍｎ：０．５％以下、 Ｔｉ：４×［Ｎ］〜０．０２％、 Ｎ ：０．００３％以下、 Ｂ ：０．０００３〜０．００３％ を含み、球状化したセメンタイトを含む組織からなるこ
   とを特徴とする成形性と耐磨耗性に優れた熱処理用鋼
   板。
2. 【請求項２】 質量比で、 Ｃ ：０．２５〜０．４０％、 Ｍｎ：０．５％以下、 Ｔｉ：４×［Ｎ］〜０．０２％、 Ｎ ：０．００３％以下、 Ｂ ：０．０００３〜０．００３％ を含み、球状化したセメンタイトと面積率で１０％以下
   でかつ、直径で１０μｍ以下のグラファイトを含む組織
   からなることを特徴とする成形性と耐磨耗性に優れた熱
   処理用鋼板。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の鋼を連続鋳造
   にてスラブとし、再加熱後に粗圧延を実施し、あるいは
   鋳造後直ちに粗圧延または仕上圧延を実施し、８００℃
   以上の温度域で仕上圧延を終了させ、かつその温度域か
   ら３０℃／ｓ以下の冷却速度で冷却し、６００〜７００
   ℃の温度域で巻き取ることによりフェライトとパーライ
   トからなる組織とした後、引き続き７００℃以下の温度
   域で保熱処理を行うことを特徴とする成形性と耐磨耗性
   に優れた熱処理用鋼板の製造方法。
4. 【請求項４】 前記保熱処理の前にスキンパス圧延を施
   すことを特徴とする請求項３に記載の成形性と耐磨耗性
   に優れた熱処理用鋼板の製造方法。
5. 【請求項５】 粗圧延を終了し、シートバーを一旦コイ
   ルに巻き取り、そのまま仕上圧延に供するか、あるいは
   先行するシートバーに接続後、仕上圧延を行うことを特
   徴とする請求項３または４に記載の成形性と耐磨耗性に
   優れた熱処理用鋼板の製造方法。