JP3604447B2 - 酸化スケール密着性が高い熱処理用鋼板 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、酸洗鋼板を大気中又は非還元性雰囲気で加熱したときに生成する酸化スケールが焼入れ焼戻し等の熱処理中に下地鋼から剥離しない熱処理用鋼板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
丸鋸用基板，ギア，ワッシャー等に使用される鋼板は、熱処理特性は勿論、高い寸法精度や良好な表面肌が要求される。そのため、熱処理工程ではスケールに起因する疵の発生を極力防止する必要がある。
通常の熱処理では、熱延時に生成した黒皮スケールが除去された鋼板が使用され、非酸化性雰囲気中で処理されている。しかし、熱処理コストを低減するため、大気雰囲気中での加熱が多用されるようになってきた。大気雰囲気中で鋼板を加熱すると、鋼板表面に酸化スケールが発生する。酸化スケールは、後続する焼入れ時に下地鋼から剥離し、プレステンパー等の次工程で押込み疵を発生させる原因となる。押込み疵がある鋼板では、熱処理後の鋼板表面の研削代が嵩み、作業コストを上昇させる。スケール疵の程度が著しいものは、寸法精度の面から製品として使用できず、不適合になる場合がある。しかも、スケール剥離があると、飛散したスケールによって作業環境も悪化する。
【０００３】
このようなことから、酸化スケールの剥離を防止するため、特開昭６３−１７９０５６号公報，特開平２−３４７９３号公報，特開平２−３８５２２号公報，特開平２−１８５９１５号公報，特開平５−１９５０５５号公報等で酸化スケールの密着性を向上させる方法が種々紹介されている。これらは、熱延過程で急冷により熱延黒皮スケールを薄くし、巻取り温度の低下や非酸化性雰囲気中での冷却によってスケール組成を密着性の良好なＦｅ_３ Ｏ_４ にしたものである。何れも熱延鋼板状態でのスケール密着性を改善しているが、熱処理時に生成するスケールの密着性については触れられていない。また、表面に凹凸をつけたワークロールによって熱延鋼板のスケール密着性を向上させることが特公平２−１８２３０２号公報に紹介されている。更に、特開平２−１０４６２５号公報では、Ｓｉ含有量を高くすることにより、熱処理時の加熱によるＦｅ_３ Ｏ_４ からＦｅＯへの変態を抑制している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特開昭６３−１７９０５６号公報，特開平２−３４７９３号公報，特開平２−３８５２２号公報，特開平２−１８５９１５号公報，特開平５−１９５０５５号公報等で紹介されている方法は、熱延黒皮ままで使用される製品に対しては有効である。このような製品としては、熱処理を施すことなく切削又は打抜き加工により製品とされる建築用材料，自動車用材料等がある。
しかし、これらの方法は、熱処理用鋼板には不向きである。熱処理用鋼板では、黒皮スケールままでは熱処理時の加熱により表面脱炭が生じることや、酸化スケールが厚くなることによって部分的な剥離が生じることから、押込み疵を発生させるためである。また、酸洗して使用する場合でも、熱延板自体のスケール密着性がよいことから逆に酸洗効率が低下し、スケール密着性のよいＦｅ_３ Ｏ_４ を除去するために熱処理時のスケール密着性が確保されない。
【０００５】
特公平２−１８２３０２号公報の方法では、ワークロール表面に凹凸を付ける加工が必要とされるため、ロールの製造コストが高くなる。しかも、実際の操業では種々の鋼種を熱延するため、ロールの摩耗を考慮すると安定した製品を得ることが難しくなる。また、鋼種を限定した場合でも、ロール交換に要する時間がかかり、ロール原単位が上昇する。
特開平２−１０４６２５号公報のように、Ｓｉ含有量を高くした熱処理用鋼板では、熱延鋼板の表面に黒皮が付着しているため、中〜高炭素鋼の場合にはスケール中の酸素による表面脱炭が生じ、焼入れ不足が発生し、必要な熱処理特性が得られないことがある。また、熱処理温度が９５０℃以上になると、Ｓｉによる変態抑制効果が希薄になり、生成スケールがＦｅＯになって、スケールが剥離することもある。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、粒界酸化により地鉄界面に形成される凹部の深さ及び個数を制御することにより、大気雰囲気或いは酸化性雰囲気中における熱処理時に生成する酸化スケールの密着性を向上させ、焼入れ焼戻しの熱処理工程で酸化スケールが剥離することがない熱処理用鋼板を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の熱処理用鋼板は、その目的を達成するため、Ｃ：０．３〜１．２重量％，Ｓｉ：０．１〜１．８重量％及びＭｎ：０．３〜２．０重量％を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成をもち、かつ酸洗によって表層部の粒界酸化部に開孔凹部が形成されており、この開孔凹部深さが３〜２０μｍであり、しかも開孔凹部の個数が１０００μｍ線分長さ当り１０〜２００個であることを特徴とする。
なかでも、熱処理時の加熱により生成する酸化スケールの厚みに対する深さの比が１以上である開孔凹部を有するものが好ましい。
この熱処理用鋼板は、特に丸鋸用基板やギヤ，ワッシャー等の焼入れ焼戻し等の熱処理を大気雰囲気中の加熱で行う場合に最適な熱処理用鋼板である。
【０００７】
【作用】
本発明者等は、熱延鋼板の表面に形成される酸化スケールの密着性に及ぼす要因を種々調査・研究した。その結果、粒界酸化よって地鉄界面に付与された凹凸の深さや個数がスケール密着性に大きな影響を及ぼしていることを見い出した。すなわち、粒界酸化に起因する凹部によってスケール密着性が改善されることは、凹部のスケールアンカー効果が奏せられると共に、スケール剥離の伝播が凹部によって抑制されることが原因であると推察される。これにより、大気雰囲気中での加熱によって生成される酸化スケールは、焼入れ焼戻し等の熱処理工程で地鉄から剥離することがなくなる。
このような観点から、本発明では、対象とする鋼板の合金成分や酸洗で形成される開孔凹部の深さ，個数等を規定している。
【０００８】
Ｃ：０．３〜１．２重量％
熱処理製品の強度を確保するために、０．３重量％以上，望ましくは０．４重量％以上のＣが必要である。しかし、１．２重量％を超える多量のＣが含まれると、セメンタイトの析出を抑えるために熱処理時の加熱温度を下げることが必要とされる。この場合には、熱処理加熱時に酸化スケールの生成が抑えられ、本発明を用いる必要が生じない。通常、焼入れ焼戻し等の熱処理に使用される材料としては中〜高炭素鋼板が一般的であり、そのＣ含有量は０．４〜１．０重量％の範囲にある。このような中〜高炭素鋼板に対しては、本発明が顕著な効果を発揮する。
Ｓｉ：０．１〜１．８重量％
Ｍｎと共に粒界酸化層を得るのに適した合金元素であるが、１．８重量％を超えるＳｉ含有量では表面肌が劣化する。他方、０．１重量％に満たないＳｉ含有量は、粒界酸化層を形成させる作用が小さくなる。
Ｍｎ：０．３〜２．０重量％
Ｓｉと同様に粒界酸化層を得るのに適した合金元素である。０．３重量％未満のＭｎ含有量では焼入れ不足が生じ、２重量％を超えるＭｎ含有量では焼き割れが発生し易くなる。
【０００９】
粒界酸化部の深さ：３〜２０μｍ
酸洗鋼板の地鉄界面の粒界酸化部の深さ及び個数は、熱処理時のスケール剥離を防止する上で極めて重要なファクターである。粒界酸化部の深さは、粒界酸化部を酸洗したときに形成される開孔凹部の深さとして測定され、３μｍ未満では熱処理時にスケール剥離が発生し易くなる、粒界酸化部が深いほど、アンカー効果が大きくなり、スケール密着性が向上する。しかし、粒界酸化に伴って鋼板表層部の脱炭が進行し、Ｓｉ，Ｍｎ等が粒界に濃化して酸化物を生成する。そのため、粒界酸化部の深さが２０μｍを超えるようになると、脱炭層がそれ以上に深く進行している場合が多い。そのため、表層での焼入れ不良の原因となり、実質的な熱処理特性が得られなくなる。また、過度に粒界酸化部を深くすると、製品の表面品質が損なわれることは勿論、表面研削が必要となり、製造コストを上昇させることになる。したがって、粒界酸化に起因する凹部の深さは、３〜２０μｍの範囲に設定する。更に、実質的に安定した熱処理スケールの密着性を得るためには、５〜１５μｍの範囲が好ましい。
【００１０】
粒界酸化部の個数：１０００μｍ線分長さ当り１０〜２００個
酸洗鋼板の地鉄界面の１０００μｍ線分当りの個数で、粒界酸化に起因する凹部が１０個未満では、十分なアンカー効果が得られず、熱処理スケールの剥離が生じ易くなる。凹部の個数が多くなると、スケール密着性を高めるアンカー効果が向上する。しかし、２００個を超える個数では、事実上フェライト粒径が５μｍ以下になり、熱間圧延による製造が困難になる。したがって、凹部の個数は、１０００μｍ線分長さ当り１０〜２００個，好ましくは３０〜５０個に調整される。
【００１１】
酸化スケールの厚みに対する粒界酸化部の深さの比：１以上
熱処理時の加熱温度は、中〜高炭素鋼では熱処理品の靭性を得るために、通常８００〜９５０℃に設定されている。このとき、加熱雰囲気中の酸素濃度にもよるが、スケール厚みは１〜１０μｍである。１〜２μｍの薄いスケールでは、剥離応力が小さく、スケール剥離が生じ難い。しかし、大半の場合、スケール厚みは２μｍを超えている。このような厚みのスケールに対して有効なアンカー効果を得るためには、スケール厚みに応じて粒界酸化部の深さを設定することが必要である。スケール厚みに対する粒界酸化部の深さの比が１未満では、熱処理スケールのアンカー効果が低下する傾向を示し、スケール剥離が発生する場合がある。そのため、望ましくは、粒界酸化部野深さ／スケール厚みの比を１以上とする。
【００１２】
【実施例】
板厚３．５ｍｍのＳＫ５鋼板を供試材として使用し、粒界酸化部の深さ及び個数が異なる８種類を作製した後、酸洗して熱処理用鋼板を得た。なお、粒界酸化部の深さ及び個数は、熱延巻取り温度を７００〜５００℃とし、酸洗後に焼鈍雰囲気の露点を−１０〜−５０℃とすることによって調整した。
各熱処理用鋼板から幅２５ｍｍ及び長さ２００ｍｍの試験片を切り出し、酸素濃度を種々変更した加熱雰囲気中で加熱温度８８０℃，保持時間１０分で加熱した後、６０℃の油槽に焼入れする熱処理を施した。熱処理によって生成したスケールは、酸素濃度に応じて３．５〜１７μｍの範囲で変化した。
焼入れされた試験片をテープ剥離試験に供し、スケール剥離性を調査した。調査結果を、鋼板地鉄界面の凹部深さ及び１０００μｍ線分長さ当りの凹部個数との関連で表１に示す。
【００１３】
【表１】

【００１４】
表１にみられるように、試験番号１，２の比較例では、地鉄界面に粒界酸化による凹部がほとんどなく、表面が平滑であるために、焼入れ時の熱収縮によってスケール剥離が発生した。これに対し、粒界酸化による凹部の深さ及び個数が本発明で規定した範囲にある試験番号３〜７では、スケール密着性が改善されていることが判る。特に、試験番号４，６では、粒界酸化による凹部の深さ／スケール厚みの比が１以上になっており、更にアンカー効果が増大してスケール剥離が発生しなかったことが示されている。
【００１５】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明においては、粒界酸化によって生じる凹部の深さ及び個数を調整することにより、スケール剥離の伝播が凹部で抑制され、またスケール密着性をアンカー効果によって改善している。そのため、大気雰囲気或いは非還元性雰囲気中で焼入れ焼戻し等の熱処理をしても、スケール剥離を生じることなく焼入れ焼戻し等の熱処理が可能となり、従来の問題であったスケール押込み疵の発生や寸法精度の不良等が解消される。その結果、熱処理品の表面品質が向上されると共に、製造コストの低減や作業環境の悪化防止も図られる。

Claims (2)

1. Ｃ：０．３〜１．２重量％，Ｓｉ：０．１〜１．８重量％及びＭｎ：０．３〜２．０重量％を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成をもち、かつ酸洗によって表層部の粒界酸化部に開孔凹部が形成されており、この開孔凹部深さが３〜２０μｍであり、しかも開孔凹部の個数が１０００μｍ線分長さ当り１０〜２００個であることを特徴とする酸化スケール密着性が高い熱処理用鋼板。
2. 熱処理時の加熱により生成する酸化スケールの厚みに対する深さの比が１以上である開孔凹部を有する請求項１記載の熱処理用鋼板。