JP2985730B2 - 高炭素冷延鋼帯の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、均一な形状および特
性を有し、かつ比較的軟質で良好な加工性を示す高炭素
冷延鋼帯を工業的に安定して製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｃ：０．３０％以上０．８０％未満の高
炭素冷延鋼帯は、従来から刃物、ワッシャー、バネ、シ
ートベルト金具等の高硬度部品の製造に使用されてい
る。高硬度部品の製造は、通常打抜き、切削、曲げ加工
等の加工により部品を製造し、焼入れ焼戻し、ベイナイ
ト処理等の硬化熱処理することによって行われている。
このため、高炭素冷延鋼帯の品質特性としては、硬化熱
処理前における加工性ならびに硬化熱処理後における靭
性が要求されるため、鋼帯中の炭化物は球状であるこ
と、および硬化熱処理前における加工を容易とするため
軟質であることが要求される。

【０００３】そのため、高炭素冷延鋼帯の焼鈍は、高温
で処理する必要があるが、鋼帯表面はその用途上ブライ
ト性を要求されるため、焼鈍時に焼付き疵が発生し易い
という問題がある。前記高炭素冷延鋼帯を軟質で加工し
易い組織にするための従来の方法としては、連続焼鈍に
より球状化処理を行ったのち、通常の冷間圧延と数時間
以上の均熱を行う箱型焼鈍を施す方法（特公昭５４−３
２４１１号公報、特公昭５５−１９７１号公報）、１５
時間以上保持する一次焼鈍を行い、次いで２０〜４５％
の圧下率で冷間圧延を行い、その後１０時間以上保持す
る仕上焼鈍を行う方法（特開昭６１−７６６１９号公
報）が提案されていた。上記従来の特公昭５４−３２４
１１号公報、特公昭５５−１９７１号公報に開示の方法
は、炭化物の球状化処理を連続焼鈍により行う技術であ
り、特開昭６１−７６６１９号公報に開示の方法は、冷
間圧延を１回だけ行う方法に関する技術である。

【０００４】また、他の方法としては、ランナウトテー
ブル上で急冷して相変態を完了させ、その相変態を完了
した鋼帯を５００〜６２０℃で巻取った高炭素冷延鋼帯
を母材として、該母材を圧下率２０％以上で冷間圧延
し、その後ベル型バッチ焼鈍炉を用いてＡｃ₁点以上７
７０℃以下の温度で焼鈍する方法（特開昭５８−５５５
３２号公報）、高炭素熱延鋼帯に中間冷間圧延を圧下率
４５％以上で行ったのち、中間焼鈍を箱焼鈍によりＣ：
０．８％未満の場合は６８０℃〜Ａｃ₁、Ｃ：０．８％
以上の場合は６８０℃〜７５０℃で、２０〜４０時間均
熱して施し、最終冷間圧延を圧下率１３％以上とし、し
かも中間冷間圧延前、後の板厚および最終冷間圧延後の
板厚をそれぞれｔ₀、ｔ₁およびｔ₂とするとき、中間冷
間圧延の圧下比の対数ｌｎ（ｔ₀／ｔ₁）に対して、最終
冷間圧延の圧下比の対数ｌｎ（ｔ₁／ｔ₂）が０．５倍以
下となるようにして行い、最終焼鈍を箱焼鈍により５５
０〜７００℃で１〜６時間均熱して施す方法（特開平３
−２１１２３５号公報）が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記特開昭５８−５５
５３２号公報に開示の方法は、冷間圧延前の焼鈍工程を
省略し、酸洗したのち冷間圧延し、その後コイル温度を
Ａｃ₁点以上７７０℃以下で焼鈍を施すものであるが、
前記したとおり、コイル表面はブライト肌であるため、
バッチ焼鈍炉で処理する限りは高温焼鈍のため焼付き疵
が発生し、実生産設備では安定してコイルを製造するこ
とは困難である。さらに、特開昭５８−５５５３２号公
報に開示の方法は、熱延のランナウトテーブル上で相変
態を完了させたのち、５００〜６２０℃で巻取った熱延
母材の使用が前提であるが、これも実生産設備ではハー
ドスポットが発生し、酸洗ライン内破断や冷間圧延時の
破断が発生するため、実機処理は困難で工業的に量産は
不可能である。

【０００６】また、特開平３−２１１２３５号公報に開
示の方法は、中間焼鈍を６８０℃〜Ａｃ₁点で２０〜４
０時間行うため、能率面で不利であり、実生産設備では
無駄が多い。また、特開平３−２１１２３５号公報中に
は、「中間焼鈍温度がＡｃ₁点より高いとＣ：０．６％
以下の鋼ではフェライト相が生成するため球状化率が低
下し、Ｃ：０．６％超でも一部が完全にオーステナイト
化するため、焼鈍後の冷却において粗いパーライトが生
成し、やはり球状化率が低下する。」との記載があり、
Ｃ：０．３〜０．８％の高炭素熱延鋼帯では、球状化率
が低下することは避けられないという問題点を有してい
る。しかも、最終焼鈍を箱焼鈍により５５０〜７００℃
で１〜６時間均熱して施すが、軟化するためには焼鈍温
度を高くする必要があり、高炭素熱延鋼帯の薄物焼鈍で
は、焼付き疵が発生するため低温で焼鈍せざるを得ず、
薄物材の軟化焼鈍は困難である。

【０００７】この発明の目的は、上記従来技術の欠点を
解消し、中間冷間圧延したのち中間焼鈍し、次いで仕上
冷間圧延したのち最終焼鈍を施すに際し、球状化率を低
下させることなく、短時間での焼鈍を可能となし、焼付
き疵の発生を防止して薄物材の軟化焼鈍が可能な高炭素
冷延鋼帯の製造方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく鋭意試験研究を重ねた。その結果、中間焼
鈍をベル型バッチ焼鈍炉を用いＨ₂：７５％以上、残部
Ｎ₂からなる雰囲気ガス中で、雰囲気温度Ａｃ₁点以上Ａ
ｃ₃点以下で１０時間以上２０時間以下均熱処理した
後、２０℃／Ｈｒ以下の冷却速度でＡｃ₁点まで徐冷す
ることによって、炭化物の球状化が促進されるため、圧
下率１０％以上で仕上冷間圧延したのち、仕上焼鈍をコ
イル内温度６００℃以上Ａｃ₁点未満で１Ｈｒ以上の短
時間かつ低温での均熱処理が可能となり、焼付き疵を発
生させることなく、薄物材の軟化焼鈍が可能であること
を究明し、この発明に到達した。

【０００９】すなわちこの発明は、Ｃ：０．３０％以上
０．８０％未満の高炭素冷延鋼帯の製造方法において、
中間冷間圧延を圧下率４０％以上で実施したのち、中間
焼鈍をベル型バッチ焼鈍炉を用いＨ₂：７５％以上、残
部Ｎ₂からなる雰囲気ガス中で、雰囲気温度Ａｃ₁点以上
Ａｃ₃点以下で１０時間以上２０時間以下均熱処理した
後、２０℃／Ｈｒ以下の冷却速度でＡｃ₁点以下まで徐
冷したのち、１５０℃以下まで任意の冷却速度で冷却
し、仕上冷間圧延を圧下率１０％以上で実施し、仕上焼
鈍をベル型バッチ焼鈍炉を用いコイル内温度６００℃以
上Ａｃ₁点未満で１Ｈｒ以上均熱処理することを特徴と
する高炭素冷延鋼帯の製造方法である。

【００１０】

【作用】中間冷間圧延における圧下の目的は、パーライ
トを微細化して次の中間焼鈍で炭化物の球状化を促進さ
せることであるが、圧下率４０％が４０％未満ではパー
ライトを十分に微細化できず、冷間圧延の効果が発揮さ
れない。圧下率の上限は、冷間圧延機の能力が許容する
限り高くする方が良いが、実際にはエッジ割れ等の問題
を生じるので７０％以下となる。

【００１１】中間冷間圧延後の中間焼鈍は、中間冷間圧
延によって微細化されたパーライトを短時間で球状化さ
せるために軟化焼鈍を行う。中間焼鈍は、Ｈ₂：７５％
以上、残部Ｎ₂からなる雰囲気ガス中、雰囲気温度でＡ
ｃ₁点以上Ａｃ₃点以下で１０時間以上２０時間以下均熱
処理したのち、２０℃／Ｈｒ以下の冷却速度でＡｃ₁点
以下まで徐冷し、ついで１５０℃まで任意の冷却速度で
冷却する。鋼中の炭化物は、界面エネルギーを最小にす
るために、常に球状になろうとする特性を有している。
したがって、表面に凹凸がある場合は、その曲率半径に
よって溶解度を異にし、曲率の小さい物ほど固溶し易
い。そこでＡｃ₁点以上に加熱することによって、部分
的に炭化物の固溶が進行し、それによって図８（ａ）に
示す層状炭化物１が分断され、図８（ｂ）に示す析出核
２を形成し、冷却に際し冷却速度を遅くすることによっ
て、固溶した部分が再び残留炭化物の表面に析出し、図
８（ｃ）に示すとおり、球状化が促進され、軟化した鋼
が製造できる。

【００１２】この中間焼鈍においては、中間冷間圧延し
たＣ：０．５０％の高炭素鋼帯を、均熱時間１０時間、
冷却速度１０℃／Ｈｒで７００℃まで冷却し、その後１
５０℃まで放冷した場合の均熱温度と硬度との関係を示
す図１に示すとおり、均熱温度が高すぎると炭化物が全
てオーステナイトに固溶し、炭化物の析出核が消失し、
球状化が困難になり、硬度が上昇する。これは、中間冷
間圧延したＣ：０．５０％の高炭素鋼帯を、均熱温度７
３０℃、冷却速度１０℃／Ｈｒで７００℃まで冷却し、
その後１５０℃まで放冷した場合の均熱時間と硬度との
関係を示す図２に示すとおり、均熱時間が長すぎても同
様であり、均熱温度は雰囲気温度でＡｃ₁点以上Ａｃ₃点
以下、均熱時間は雰囲気温度で１０時間以上２０時間以
下を確保する必要がある。従来のベル型バッチ焼鈍炉で
のバッチ焼鈍は、コイルの最外周の温度と最冷点の温度
差が大きく、最冷点の温度がＡｃ₁点以上を確保し、か
つ最外周のＡｃ₁点を超えた均熱時間が２０時間以内と
するのは困難である。

【００１３】この発明においては、表１、図３に示すと
おり、熱伝導率が窒素の約７倍、密度が１／１４の水素
を、雰囲気ガス中７５％以上とすることによって、コイ
ル幅９６０ｍｍ、コイル外径１８４７ｍｍ、コイル内径
６１０ｍｍ、重量１８Ｔｏｎのコイルを均熱温度７７０
℃で焼鈍した場合の均熱時間とコイル内温度差との関係
を示す図４に示すとおり、コイル内部の熱伝導性が向上
し、従来のＮ₂を主体とする場合に比較し、コイル内外
周の温度差を小さくすることが可能となり、上記焼鈍を
適用できるのである。しかしながら、水素雰囲気中であ
っても、雰囲気温度の均熱時間が１０時間以下では、コ
イル外径が１０００ｍｍ以下と極めて小さい場合以外
は、コイル最冷点がＡｃ₁点以上とならないため、コイ
ル内部がフェライト域焼鈍となり、短時間では軟化しな
いため、均熱時間の下限を１０時間以上とした。

【００１４】

【表１】

【００１５】中間焼鈍後の冷却速度は、中間冷間圧延し
たＣ：０．５０％の高炭素鋼帯を均熱温度７５０℃、均
熱１０時間一定とし、冷却速度を５〜３０℃／Ｈｒに変
化させた場合の硬度を示す図５に示すとおり、遅いほど
固溶した部分が再び残留炭化物の表面に析出し、球状化
が促進されて軟化する。冷却速度が早いと、オーステナ
イトに固溶した炭化物が残留炭化物を核にして析出する
前にコイル温度がＡｃ₁点以下となって変態が完了する
ので、パーライト組織が発生し、球状化率が低下するた
め軟化しない。したがって、中間焼鈍後の冷却速度は、
コイル最外周の最も冷却速度の早い部分で２０℃／Ｈｒ
以下とした。しかしながら、前記特開昭５８−５５５３
２号公報には、この重要な冷却速度については、何ら述
べられていない。

【００１６】仕上冷間圧延の圧下率は、プロセス合理化
のためには圧延機の許容する限り大きい方が良い。しか
しながら、軟化の点では、中間冷間圧延したＣ：０．５
０％の高炭素鋼帯を、仕上圧下率１０〜５０％で仕上冷
間圧延したのち、均熱温度６３０℃、均熱１０時間一定
で仕上げ焼鈍した場合を示す図６に示すとおり、圧下率
が２０％付近にピークが存在する。圧下率が低い場合で
は、結晶粒の分断が少なく、仕上焼鈍時の粒成長エネル
ギーが不足し軟化されない。また、圧下率が大きい場合
は、結晶粒が小さくなるため、十分軟化されない。その
ため、仕上冷間圧延での圧下率は、１５％以上４０％以
下、好ましくは１５％以上３０％以下で、圧下率２０％
付近で所定の板厚になるのであれば、最も軟化した高炭
素冷延鋼帯を得ることができる。

【００１７】仕上げ焼鈍においては、中間冷間圧延およ
び中間焼鈍によって球状化は十分に進行しているので、
再結晶すればよく、均熱温度および均熱時間の影響が殆
どないため、コイルの最冷点温度で６００℃以上１時間
以内で良い。仕上げ焼鈍時の均熱温度の影響および均熱
時間の影響は、中間冷間圧延したＣ：０．６０％の高炭
素鋼帯を圧下率２０％で仕上冷間圧延したのち、均熱時
間１Ｈｒ、５Ｈｒ、１０時間で均熱温度を６００℃〜７
１０℃に変化させた場合の硬度を示す図７に示すとお
り、いずれも小さい。仕上げ焼鈍温度は、板厚０．５ｍ
ｍ以下の薄物材をコイル焼鈍するとき焼付き疵が発生
し、これが製品の光沢度の低下等に影響を及ぼすため、
できる限り低い方が望ましいが、従来法では仕上げ焼鈍
温度の低温化は硬度が確保できず不可能であった。この
発明方法によれば、雰囲気温度６００℃で１時間以上コ
イル内の均熱温度を確保すれば、焼鈍焼付きを起こすこ
となく、軟化焼鈍することができる。

【００１８】したがって、この発明においては、中間冷
間圧延を圧下率４０％以上で実施したのち、中間焼鈍を
ベル型バッチ焼鈍炉を用いＨ₂：７５％以上、残部Ｎ₂か
らなる雰囲気ガス中で、雰囲気温度Ａｃ₁点以上Ａｃ₃点
以下で１０時間以上２０時間以下均熱処理した後、２０
℃／Ｈｒ以下の冷却速度でＡｃ₁点以下まで徐冷したの
ち、１５０℃以下まで任意の冷却速度で冷却し、仕上冷
間圧延を圧下率１０％以上で実施し、仕上焼鈍をベル型
バッチ焼鈍炉を用いコイル内温度６００℃以上Ａｃ₁点
未満で１Ｈｒ以上均熱処理することによって、球状化を
促進させて軟化焼鈍を実現しつつ、中間焼鈍では焼鈍時
間の短縮化、仕上げ焼鈍では焼鈍時間の短縮化と焼鈍焼
付きの減少を図ることができる。

【００１９】

【実施例】ＪＩＳ Ｇ３３１１に規定のみがき特殊帯鋼
用の表２に示す化学成分のＳ５０ＣＭ、Ｓ６５ＣＭの鋼
片を通常の熱間圧延により板厚２．０ｍｍに仕上げ、６
５０℃で巻取ったのち酸洗し、表３に示すとおり、圧下
率６５％で中間冷間圧延して板厚０．７ｍｍとしたの
ち、ベル型バッチ焼鈍炉を用い、Ｈ₂：１００％の雰囲
気ガス中、雰囲気温度７５０℃で１２時間保持して中間
焼鈍したのち、１０℃／Ｈｒの冷却速度で７００℃以下
まで冷却し、以降は放冷した。次いで圧下率４３％で板
厚０．４ｍｍに仕上冷間圧延したのち、ベル型バッチ焼
鈍炉を用い、Ｈ₂：１００％の雰囲気ガス中、雰囲気温
度６３０℃で２０時間保持して仕上焼鈍し、板厚０．４
ｍｍのみがき特殊帯鋼を製造した。得られた各みがき特
殊帯鋼について、ＪＩＳ Ｚ２２４４の９．２に規定の
ビッカース硬さ試験方法に準じてビッカース硬さを測定
した。その結果を表４に示す。また、コイル焼鈍する際
に懸念された焼鈍焼付き疵の発生量を表４に示す。

【００２０】また、比較のため、従来法（１）として、
表３に示すとおり、上記６５０℃で巻取ったのち酸洗し
た熱延鋼帯を、前記特開昭５８−５５５３２号公報に開
示のとおり、１回の冷間圧延によって板厚０．４ｍｍと
なし、ベル型バッチ焼鈍炉を用い、Ｈ₂：５％、残部Ｎ₂
からなる雰囲気ガス中、雰囲気温度７６０℃で２０時間
保持して焼鈍を施し、板厚０．４ｍｍのみがき特殊帯鋼
を製造した。得られた各みがき特殊帯鋼について、同様
にビッカース硬さを測定した。その結果を表４に示す。
同様にコイル焼鈍する際に懸念された焼鈍焼付き疵の発
生量を調査した。その結果を表４に示す。

【００２１】さらに、比較のため、従来法（２）とし
て、表３に示すとおり、上記６５０℃で巻取ったのち酸
洗した熱延鋼帯を、前記特開平３−２１１２３５号公報
に開示のとおり、中間冷間圧延して板厚０．７ｍｍとな
し、ベル型バッチ焼鈍炉を用い、Ｈ₂：５％、残部Ｎ₂か
らなる雰囲気ガス中、雰囲気温度７１０℃で２７時間保
持して中間焼鈍を施し、通常の冷却により冷却した。し
かるのち、仕上冷間圧延して板厚０．４ｍｍとなし、ベ
ル型バッチ焼鈍炉を用い、Ｈ₂：５％、残部Ｎ₂からなる
雰囲気ガス中、雰囲気温度６６０℃で２５時間保持して
仕上焼鈍を施し、板厚０．４ｍｍのみがき特殊帯鋼を製
造した。得られた各みがき特殊帯鋼について、同様にビ
ッカース硬さを測定した。その結果を表４に示す。ま
た、コイル焼鈍する際に懸念された焼鈍焼付き疵の発生
量を表４に示す。

【００２２】

【表２】

【００２３】

【表３】

【００２４】

【表４】

【００２５】表３、表４に示すとおり、本発明法によれ
ば、従来法（２）と同等の硬度を確保しながら、焼鈍時
間は、従来法（２）に比較し、中間焼鈍時間で１５時
間、仕上焼鈍で５時間短縮でき、しかも、焼鈍焼付き疵
は皆無となり、大幅に減少することができた。

【００２６】

【発明の効果】以上述べたとおり、この発明方法によれ
ば、高炭素冷延鋼帯の硬度は従来法なみを確保しつつ、
仕上焼鈍温度の低温化が可能となり、焼鈍時間の大幅な
短縮と焼鈍焼付き疵の発生を皆無とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】中間焼鈍における均熱温度と硬度との関係を示
すグラフである。

【図２】中間焼鈍における均熱時間と硬度との関係を示
すグラフである。

【図３】中間焼鈍における焼鈍温度と雰囲気ガス中の水
素濃度と熱伝導率との関係を示すグラフである。

【図４】中間焼鈍における均熱時間とコイル内温度差と
の関係を示すグラフである。

【図５】中間焼鈍における７００℃までの冷却速度と硬
度との関係を示すグラフである。

【図６】仕上冷間圧延における圧下率と硬度との関係を
示すグラフである。

【図７】仕上焼鈍における均熱時間と均熱温度と硬度と
の関係を示すグラフである。

【図８】焼鈍時における炭化物の球状化の説明図で、
（ａ）図は焼鈍前の層状炭化物の説明図、（ｂ）図は焼
鈍により固溶が進行して層状炭化物が分断されて炭化物
の析出核が生成した状態の説明図、（ｃ）図は冷却に際
して固溶した部分が析出核の表面に析出し、球状化が促
進されて球状炭化物が析出した状態の説明図である。

【符号の説明】

１ 層状炭化物 ２ 析出核 ３ 球状炭化物

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｃ：０．３０％以上０．８０％未満の高
   炭素冷延鋼帯の製造方法において、中間冷間圧延を圧下
   率４０％以上で実施したのち、中間焼鈍をベル型バッチ
   焼鈍炉を用いＨ₂：７５％以上、残部Ｎ₂からなる雰囲気
   ガス中で、雰囲気温度Ａｃ₁点以上Ａｃ₃点以下で１０時
   間以上２０時間以下均熱処理した後、２０℃／Ｈｒ以下
   の冷却速度でＡｃ₁点以下まで徐冷したのち、１５０℃
   以下まで任意の冷却速度で冷却し、仕上冷間圧延を圧下
   率１０％以上で実施し、仕上焼鈍をベル型バッチ焼鈍炉
   を用いコイル内温度６００℃以上Ａｃ₁点未満で１Ｈｒ
   以上均熱処理することを特徴とする高炭素冷延鋼帯の製
   造方法。