JP2011149062A - 高炭素熱延鋼板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】質量%で、C:0.5〜1.0%、Si:2.0%以下、Mn:2.0%以下、P:0.03%以下、S:0.03%以下、sol.Al:0.08%以下、N:0.01%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成の鋼片を、Ar3変態点あるいはArcm変態点以上の仕上温度で熱間圧延し、60℃/s以上の平均冷却速度で550〜650℃の冷却停止温度まで一次冷却後、1.0〜10s間放冷し、次いで、120℃/s以上の平均冷却速度で500〜600℃の冷却停止温度まで二次冷却して巻き取り、その後、640℃以上Ac1変態点以下の温度で焼鈍することを特徴とする高炭素熱延鋼板の製造方法。
【選択図】なし
Description
以下、成分元素の含有量の単位である%は、特に断らない限り質量%を意味するものとする。
Cは、焼入焼戻処理後の鋼板強度を高めるために必須の元素である。C量が0.5%未満では、機械構造部品や工具の素材として必要な強度が得られない。一方、C量が1.0%を超えると、鋼板が脆くなって加工性が低下する上、焼入後にも残留オーステナイトが存在し易くなり、熱処理後の強度も飽和あるいは減少する。したがって、Cの含有量は0.5〜1.0%に限定する。好ましくは0.6〜0.9%である。
Siは、鋼を脱酸する作用や焼入後の焼戻軟化抵抗を高める作用を有するため、必要に応じて含有できる。ただし、Siの含有は、センメンタイトを黒鉛化して鋼の焼入性を低める作用もあるので、Siの含有量は2.0%以下に限定する。好ましくは0.5%以下である。
Mnは、鋼の焼入性を高める作用があり、必要に応じて含有できる。ただし、Mnを過剰に含有すると、鋼の靱性や延性の低下を招くので、Mnの含有量は2.0%以下に限定する。好ましくは1.0%以下である。
Pは、鋼板の加工性や熱処理後の鋼の靱性を低下させる作用があるため、Pの含有量は0.03%以下に限定する。好ましくは0.02%以下である。
Sは、鋼板の加工性や熱処理後の鋼の靱性を低下させる作用があるため、Sの含有量は0.03%以下に限定する。好ましくは0.01%以下である。
Alは、鋼の脱酸のために添加される元素であり、必要に応じて含有できる。ただし、Alの含有量として、鋼中のsol.Al量が0.08%を超えるような添加は、鋼中介在物の増加を招き、鋼板の加工性の低下を招く。そのため、Alの含有量は、sol.Al量で0.08%以下に限定する。好ましくは0.04%以下である。また、鋼が高温に保持される場合、鋼中で固溶Alと固溶Nが化合してAlNが形成され、焼入加熱時にオーステナイト結晶粒の成長を抑制し、鋼板の焼入性を低める場合がある。特に、鋼板を窒素雰囲気中で焼鈍する場合には、雰囲気から鋼中に侵入したNによって上記作用が顕著化する。AlNの形成に起因するこのような鋼板の焼入性低下を避けるためには、Alの含有量を、sol.Al量で0.01%以下とするのがより好ましい。
Nの多量の含有は、鋼中でのAlN形成を通じて、鋼板の焼入性を低める場合がある。そのため、Nの含有量は0.01%以下に限定する。好ましくは0.005%以下である。
本発明による高炭素熱延鋼板の製造方法では、上記した成分組成を有する鋼片を、Ar3変態点あるいはArcm変態点以上の仕上温度で熱間圧延し、60℃/s以上の平均冷却速度で550〜650℃の冷却停止温度まで一次冷却後、1.0〜10s間放冷し、次いで、120℃/s以上の平均冷却速度で500〜600℃の冷却停止温度まで二次冷却して巻き取り、その後、640℃以上Ac1変態点以下の温度で焼鈍する。なお、焼鈍前に鋼板表層に形成されているスケールを酸洗等により除去することが好ましい。本発明の製造条件における限定理由を以下に説明する。
熱間圧延の仕上温度がAr3変態点あるいはArcm変態点未満では、初析フェライトあるいは初析セメンタイトが一部析出した状態で圧延され、不均一な鋼板組織となって鋼板内の特性の均一性が低下する。そのため、熱間圧延の仕上温度はAr3変態点あるいはArcm変態点以上とする。
一次冷却の冷却停止温度(放冷温度):550〜650℃
熱間圧延後の一次冷却は、熱間圧延後、550〜650℃の範囲の冷却停止温度まで、60℃/s以上の平均冷却速度で行う必要がある。本発明では、鋼板内の特性のばらつきを低減しつつ、低温変態相の生成による製造性の低下を回避するため、熱間圧延後の鋼板組織を均一なパーライトを主体とする組織に調製する。そのため、熱間圧延後の冷却過程において、フェライトやセメンタイトの粗大析出を回避することが必須となる。このためには、熱間圧延後の鋼板を60℃/s以上の平均冷却速度で、550〜650℃の冷却停止温度まで速やかに一次冷却する必要がある。
一次冷却後、1.0〜10sの間鋼板を放冷する。一次冷却での急冷に続けて放冷することにより、パーライト変態が短時間で進行し、均一なパーライト組織が形成される。本発明の要点は、焼鈍前の高炭素鋼板のミクロ組織を均一なパーライトを主体とする組織に調製することにあり、放冷によるパーライト変態の促進が非常に重要な役割を果たす。
二次冷却の冷却停止温度(巻取温度):500〜600℃
所定時間放冷した後の鋼板は、120℃/s以上の平均冷却速度で再度冷却し、500〜600℃の冷却停止温度で冷却を停止して巻き取る。放冷後の鋼板は、変態発熱により温度が上昇しているので、鋼板のミクロ組織の粗大化を抑制するため、500〜600℃の温度にまで再度冷却してから巻き取る。冷却停止温度が600℃を超える場合には、粗大なパーライトが生成しやすくなり、鋼板組織の不均一化を完全に回避することができない。一方、冷却停止温度が500℃未満の場合には、ベイナイトやマルテンサイトといった低温変態相が生成し、鋼板が過度に硬化して巻形状が悪化するとともに、加工性の大幅な低下を招く。低温変態相主体の組織には、焼鈍後にセメンタイトが微細に分散しやすいといった利点もあるが、0.5質量%以上のCを含有する高炭素鋼では、高いC含有量のために低温変態相の硬度が高く、鋼板の製造性や加工性の低下が許容できないので、冷却停止温度は500℃以上に限定する。
巻き取り後の熱延鋼板は、セメンタイトの球状化を図るために焼鈍する。このとき、焼鈍温度が640℃未満では、セメンタイトの球状化が速やかに進行しない。また、焼鈍温度がAc1変態点を超えると、焼鈍中に鋼板組織が一部再オーステナイト化した後で冷却されるため、焼鈍後の鋼板組織中にパーライト、すなわち球状化されていないセメンタイトが混在し、鋼板内の特性の均一性とともに、加工性や焼入性が低下する。よって、焼鈍温度は、640℃以上Ac1変態点以下の範囲に限定する。好ましくは、680℃以上Ac1変態点以下である。
Claims (4)
- 質量%で、C:0.5〜1.0%、Si:2.0%以下、Mn:2.0%以下、P:0.03%以下、S:0.03%以下、sol.Al:0.08%以下、N:0.01%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成の鋼片を、Ar3変態点あるいはArcm変態点以上の仕上温度で熱間圧延し、60℃/s以上の平均冷却速度で550〜650℃の冷却停止温度まで一次冷却後、1.0〜10s間放冷し、次いで、120℃/s以上の平均冷却速度で500〜600℃の冷却停止温度まで二次冷却して巻き取り、その後、640℃以上Ac1変態点以下の温度で焼鈍することを特徴とする高炭素熱延鋼板の製造方法。
- 一次冷却時の平均冷却速度が120℃/s以上であることを特徴とする請求項1に記載の高炭素熱延鋼板の製造方法。
- 鋼片に含有されるsol.Al量が、質量%で、0.01%以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の高炭素熱延鋼板の製造方法。
- 鋼片に、さらに、質量%で、Cr:0.1〜2.0%、Mo:0.1〜1.0%、Ni:0.1〜2.0%、Cu:0.1〜1.0%、Ti:0.01〜0.10%、Nb:0.01〜0.10%、V:0.01〜0.10%、B:0.0005〜0.0100%の内から選ばれた少なくとも1種の元素が含有されることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の高炭素熱延鋼板の製造方法。
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