JP6354259B2 - Steel sheet with excellent fatigue strength and method for producing the same - Google Patents
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Description
本発明は、自動車用部品等に使用される疲労強度に優れた鋼板及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a steel plate excellent in fatigue strength used for automotive parts and the like, and a method for producing the same.
環境問題等の観点から自動車の低燃費化が強く望まれている。自動車の低燃費化には軽量化が有効であり、これを実現するために、自動車に使用される鋼板の高強度化による薄肉軽量化が求められている。しかしながら、鋼板の板厚を薄くすればするほど、鋼中に存在する介在物を起点とした破壊が顕在化してくる。このような破壊を抑制するためには、鋼中の介在物の低減・微細化を図ることが非常に重要である。 From the viewpoint of environmental problems and the like, there is a strong demand for lower fuel consumption of automobiles. Weight reduction is effective for reducing fuel consumption of automobiles, and in order to realize this, reduction in thickness and weight by increasing the strength of steel sheets used in automobiles is required. However, the thinner the steel plate is, the more obvious the failure starts from the inclusions present in the steel. In order to suppress such destruction, it is very important to reduce and refine the inclusions in the steel.
鋼板における介在物を制御するこれまでの技術としては、例えば特許文献1に記載の技術が提案されている。この技術の特徴の一つは、Al脱酸のために添加するAl量を0.010%以下の範囲に制限することによって、Alの酸化物系介在物及び窒化物系介在物の生成を抑制することにある。 As a conventional technique for controlling inclusions in a steel plate, for example, a technique described in Patent Document 1 has been proposed. One of the features of this technology is to suppress the formation of Al oxide inclusions and nitride inclusions by limiting the amount of Al added for Al deoxidation to a range of 0.010% or less. There is to do.
しかしながら、特許文献1に記載の鋼のようにAl含有率を低くして疲労強度の劣化を防止しようとすると、原材料として低Alの鉄スクラップを選択して使用するか、あるいはAlを低減する精錬処理が必須となり、製造コストが高くなるという問題がある。 However, when trying to prevent the deterioration of fatigue strength by reducing the Al content as in the steel described in Patent Document 1, a low Al scrap is selected and used as a raw material, or a refining that reduces Al. There is a problem that processing is essential and the manufacturing cost increases.
本発明は、かかる背景に鑑み、高強度であると共に鋼中の介在物の数の低減及び大きさの低減を図ることによって疲労強度に優れる鋼、及び、かかる鋼を製造コストの増大を抑制しつつ製造することができる製造方法を提供しようとするものである。 In view of this background, the present invention is a steel that has high strength and is excellent in fatigue strength by reducing the number and size of inclusions in the steel, and manufacturing the steel while suppressing an increase in manufacturing cost. It is an object of the present invention to provide a manufacturing method that can be used.
本発明の一態様は、質量%で、C:0.30%以上0.70%以下、Si:2.50%以下、Mn:1.00%以下、Cr:1.00%以上4.00%以下、Mo:0.50%以上3.00%以下、V:0%以上1.00%以下、Al:0.010%超0.050%以下、O:0.0015%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物よりなり、
引張強さが1700MPa以上であり、
伸びが9.2%超えであり、
断面観察により観察される鋼中の介在物の円相当径の最大値(極値統計法にて1200mm3の容積中に存在すると予想される介在物の円相当径の最大値)が15μm以下であると共に、円相当径1μm以上の介在物の個数が110個/mm2以下であることを特徴とする疲労強度に優れた鋼板にある。
One embodiment of the present invention is, in mass%, C: 0.30% or more and 0.70% or less, Si: 2.50% or less, Mn: 1.00% or less, Cr: 1.00% or more and 4.00. %: Mo: 0.50% to 3.00%, V: 0% to 1.00%, Al: more than 0.010% and 0.050% or less, O: 0.0015% or less The balance consists of Fe and inevitable impurities,
The tensile strength is 1700 MPa or more,
The elongation is over 9.2% ,
The maximum value of the equivalent circle diameter of inclusions in steel observed by cross-sectional observation (the maximum value of the equivalent circle diameter of inclusions expected to exist in a volume of 1200 mm 3 by the extreme statistical method) is 15 μm or less. In addition, the steel sheet is excellent in fatigue strength, characterized in that the number of inclusions having an equivalent circle diameter of 1 μm or more is 110 pieces / mm 2 or less.
本発明の他の態様は、上記態様の鋼板を製造する方法であって、
Al脱酸処理を施す際の溶鋼上に形成されるスラグの塩基度bを、下記式1及び式2を満たすように調整しながら上記溶鋼の精錬を行う精錬工程と、
式1:b≧4.0
(ただし、b=[CaO]/[SiO2]、[CaO]はスラグ中に含有されるCaOの含有量(質量%)、[SiO2]はスラグ中に含有されるSiO2の含有量(質量%))
式2:398×[Al]−2.23×b+19.33≦25.0
(ただし、[Al]は、鋼中のAlの含有率(質量%)の値を意味する)
上記精錬工程により作製された上記溶鋼を鋳造して鋼塊を得る鋳造工程と、
上記鋼塊を熱間圧延して熱延板を得る粗圧延工程と、
上記熱延板を仕上圧延して圧延板を得る仕上圧延工程と、
上記圧延板を焼入焼戻し処理する熱処理工程とを有し、
上記粗圧延工程と上記仕上圧延工程の合計減面率G(%)が、
式3:3615.5e(−0.0526×G)≦100.0
を満たすように圧延することを特徴とする疲労強度に優れる鋼板の製造方法にある。
Another aspect of the present invention is a method for producing the steel sheet of the above aspect ,
A refining step of refining the molten steel while adjusting the basicity b of the slag formed on the molten steel when performing the Al deoxidation treatment so as to satisfy the following formulas 1 and 2;
Formula 1: b ≧ 4.0
(However, b = [CaO] / [SiO 2 ], [CaO] is the content (mass%) of CaO contained in the slag, and [SiO 2 ] is the content of SiO 2 contained in the slag ( mass%))
Formula 2: 398 × [Al] −2.23 × b + 19.33 ≦ 25.0
(However, [Al] means the value of Al content (% by mass) in steel )
A casting process for obtaining a steel ingot by casting the molten steel produced by the refining process;
A rough rolling step of hot rolling the steel ingot to obtain a hot rolled sheet;
Finish rolling the hot-rolled sheet to obtain a rolled sheet;
A heat treatment step for quenching and tempering the rolled sheet,
The total area reduction rate G (%) of the rough rolling step and the finish rolling step is
Formula 3: 3615.5e (−0.0526 × G) ≦ 100.0
It is in the manufacturing method of the steel plate excellent in the fatigue strength characterized by rolling to satisfy | fill.
上記鋼板は、上記特定の化学成分を有し、かつ上記精錬工程から上記仕上圧延工程までの工程を適切に行うことにより、鋼中の介在物の個数及び大きさを上記特定の範囲に制御した上で、さらに上記熱処理工程を実施することにより、高い強度の鋼板を製造する。これにより、上記鋼板は、高強度であると共に、薄肉化した際の介在物に起因する疲労破壊が生じる可能性を従来よりも大幅に低減することができる。したがって、上記鋼板は、高強度化により薄肉化した鋼板として有効に利用することができる。 The steel sheet has the specific chemical component, and the number and size of inclusions in the steel are controlled to the specific range by appropriately performing the steps from the refining step to the finish rolling step. Above, the said heat processing process is implemented further, and a high intensity | strength steel plate is manufactured. Thereby, while the said steel plate is high intensity | strength, possibility that the fatigue failure resulting from the inclusion at the time of thinning will arise can be reduced significantly compared with the past. Therefore, the steel sheet can be effectively used as a steel sheet thinned by increasing strength.
また、上記鋼板の製造方法においては、Al含有率を上記のごとく特許文献1に比べて高い範囲に設定し、かつ、精錬工程におけるAl脱酸処理の条件を、上記のごとく、溶鋼上に生成するスラグの塩基度に基づいて適正化する。これにより、Al含有率が高くても酸素量を十分に低減することができ、介在物の個数の低減及び微細化を図ることができる。そして、このような介在物の制御によって、上述した疲労強度に優れた鋼板を得ることができ、かつ、Al含有率の低い鉄スクラップを原料として用いる必要がないため、原料コストの増加を抑制することもできる。 Moreover, in the manufacturing method of the steel sheet, the Al content is set in a range higher than that of Patent Document 1 as described above, and the conditions for Al deoxidation treatment in the refining process are generated on the molten steel as described above. Optimize based on the basicity of the slag. Thereby, even if Al content rate is high, the amount of oxygen can be reduced sufficiently, and the number of inclusions can be reduced and refined. And by controlling such inclusions, it is possible to obtain a steel sheet having excellent fatigue strength as described above, and it is not necessary to use iron scrap having a low Al content as a raw material, thereby suppressing an increase in raw material cost. You can also.
まず、上記鋼板の化学成分における各成分範囲の限定理由について説明する。 First, the reasons for limiting each component range in the chemical components of the steel sheet will be described.
C(炭素):0.30%以上0.70%以下;
Cは、高強度化に必要な元素であり、その効果を十分に得るためには0.30%以上含有させることが必要である。一方、Cを過剰添加すると、製造性が悪化し、さらには、粗大な炭化物が形成されて強度が低下してしまうため、Cの添加は0.70%を上限とする。
C (carbon): 0.30% to 0.70%;
C is an element necessary for increasing the strength, and in order to obtain the effect sufficiently, it is necessary to contain 0.30% or more. On the other hand, if C is added excessively, the productivity is deteriorated, and further, coarse carbides are formed and the strength is lowered. Therefore, the upper limit of C addition is 0.70%.
Si(ケイ素):2.50%以下;
Siは、高強度化に必要な元素であり、その効果は微量でも得られるが、好ましくは、0.10%%以上添加するのがよい。ただし、Siを過剰添加すると、製造性、特に冷間圧延が難しくなると共に浸炭、窒化処理性の阻害要因となるため、Siの添加は2.50%を上限とする。
Si (silicon): 2.50% or less;
Si is an element necessary for increasing the strength, and the effect can be obtained even in a small amount, but it is preferable to add 0.10% or more. However, if Si is added excessively, manufacturability, in particular, cold rolling becomes difficult, and it becomes an impediment to carburizing and nitriding properties, so Si is added up to 2.50%.
Mn(マンガン):1.00%以下;
Mnは、高強度化に必要な元素であり、その効果は微量でも得られるが、好ましくは0.10%以上添加するのがよい。ただし、Mnを過剰添加すると延性低下につながり、8.0%以上の伸びの確保が困難となるおそれがあるため、Mnの添加は1.00%を上限とする。
Mn (manganese): 1.00% or less;
Mn is an element necessary for increasing the strength, and the effect can be obtained even in a trace amount, but it is preferable to add 0.10% or more. However, excessive addition of Mn leads to a decrease in ductility, and it may be difficult to ensure an elongation of 8.0% or more. Therefore, the upper limit of Mn addition is 1.00%.
Cr(クロム):1.00%以上4.00%以下;
Crは、高強度化に必要な元素であると共に、浸炭、窒化処理等の表面処理を行った場合の高強度化にも有効な元素である。これらの効果を十分に得るためには、1.00%以上の添加が必要である。ただし、Crを過剰添加すると、粗大な炭化物が形成されて強度が低下し、また、コストアップにもつながるため、4.00%を上限とする。
Cr (chromium): 1.00% to 4.00%;
Cr is an element necessary for increasing the strength, and is also an element effective for increasing the strength when surface treatment such as carburizing and nitriding is performed. In order to sufficiently obtain these effects, addition of 1.00% or more is necessary. However, if Cr is excessively added, coarse carbides are formed, the strength is lowered, and the cost is increased, so 4.00% is made the upper limit.
Mo(モリブデン):0.50%以上3.00%以下;
Moは、高強度化に必要な元素であると共に浸炭、窒化処理等の表面処理を行った場合の高強度化にも有効な元素である。これらの効果を十分に得るためには0.50%以上含有することが必要である。ただし、Moを過剰添加すると効果が飽和するだけでなくコストアップになるため、3.00%を上限とする。
Mo (molybdenum): 0.50% or more and 3.00% or less;
Mo is an element necessary for increasing the strength, and is also an element effective for increasing the strength when surface treatment such as carburizing and nitriding is performed. In order to obtain these effects sufficiently, it is necessary to contain 0.50% or more. However, excessive addition of Mo not only saturates the effect but also increases the cost, so 3.00% is made the upper limit.
V(バナジウム):0%以上1.00%以下;
Vは、高強度化に有効な元素である。Vは、微量でも高強度化(高硬度化)の効果を発揮するが、より確実にこの効果を得るために0.10%以上とすることが好ましい。ただし、Vを過剰添加すると粗大な介在物が生成して強度が低下すると共に、コストアップになるため、1.00%を上限とする。
V (vanadium): 0% or more and 1.00% or less;
V is an element effective for increasing the strength. V exhibits the effect of increasing the strength (hardening) even in a small amount, but is preferably 0.10% or more in order to obtain this effect more reliably. However, when V is added excessively, coarse inclusions are generated to reduce the strength and increase the cost, so the upper limit is made 1.00%.
Al(アルミニウム):0.010%超0.050%以下;
Alは、精錬工程における脱酸処理時に有効に作用し、酸素低減に必要な元素である。この効果を十分に得るため、Al含有率は0.010%超とする。ただし、Alを過剰添加すると鋼中の粗大な介在物(アルミナ)が増加し、疲労強度を低下させる原因となるため、0.050%を上限とする。
Al (aluminum): more than 0.010% and 0.050% or less;
Al effectively acts at the time of deoxidation treatment in the refining process, and is an element necessary for oxygen reduction. In order to sufficiently obtain this effect, the Al content is set to exceed 0.010%. However, if Al is added excessively, coarse inclusions (alumina) in the steel increase and cause a decrease in fatigue strength, so 0.050% is made the upper limit.
O(酸素):0.0015%以下;
O含有率が高いと、粗大な介在物を形成し、疲労強度を低下させる原因となるため、0.0015%を上限とする。より好ましくは、0.0010%以下とするのがよい。
O (oxygen): 0.0015% or less;
If the O content is high, coarse inclusions are formed and the fatigue strength is reduced, so 0.0015% is made the upper limit. More preferably, it may be 0.0010% or less.
次に、上記鋼板の引張強さは、1700MPa以上である。このような高強度を達成することによって、鋼板の薄肉化が可能となる。なお、1700MPa以上の引張強さを得るには、後述するとおり、仕上圧延後に焼入焼戻し処理を行うことが必要である。 Next, the tensile strength of the steel sheet is 1700 MPa or more. By achieving such high strength, the steel sheet can be thinned. In order to obtain a tensile strength of 1700 MPa or more, as described later, it is necessary to perform a quenching and tempering treatment after finish rolling.
また、上記鋼板の伸びは、9.2%超えである。このような伸び特性を確保することによって、十分な靱性を確保することができ、疲労強度の低下を抑えることができる。 Further, the elongation of the steel sheet is over 9.2% . By ensuring such elongation characteristics, sufficient toughness can be ensured and a decrease in fatigue strength can be suppressed.
また、上記鋼板の断面観察により観察される鋼中の介在物の存在状態は、円相当径1μm以上の介在物の個数が110個/mm2以下であり、最大の介在物の円相当径が15μm以下である。介在物の存在状態を上記の通りとするには、粗圧延工程及び仕上圧延工程の合計減面率をある程度大きな値とすることが必要である。減面率を高くするほど、単位断面積当たりの介在物の個数は減少傾向となるからである。また円相当径も減面率が低いと最大15μm以下という条件を満足しなくなるおそれが生じる。なお、減面率の好ましい条件については後述する。 Further, the presence state of inclusions in the steel observed by cross-sectional observation of the steel sheet is that the number of inclusions having an equivalent circle diameter of 1 μm or more is 110 pieces / mm 2 or less, and the largest equivalent circle diameter of the inclusion is 15 μm or less. In order to make the presence state of inclusions as described above, it is necessary to make the total area reduction rate of the rough rolling process and the finish rolling process large. This is because the number of inclusions per unit cross-sectional area tends to decrease as the area reduction rate increases. Further, if the equivalent circle diameter is low, the condition that the maximum equivalent to 15 μm or less may not be satisfied. In addition, the preferable conditions for the area reduction rate will be described later.
鋼中の介在物の観察は、鋼板の圧延方向に平行な断面を観察することにより行う。断面は、鋼板の厚み方向中央近傍、幅方向中央近傍を選択する。そして、所定の面積(面積40mm2以上)の断面を観察し、その結果が鋼板全体を代表するものとして判断する。介在物の円相当径は、鋼板断面の光学顕微鏡観察により得られた画像から各介在物の面積を求めて算出することができる。 The inclusions in the steel are observed by observing a cross section parallel to the rolling direction of the steel sheet. For the cross section, the vicinity of the center in the thickness direction of the steel sheet and the vicinity of the center in the width direction are selected. And the cross section of a predetermined area (area 40mm < 2 > or more) is observed, and the result is judged to represent the whole steel plate. The equivalent circle diameter of inclusions can be calculated by obtaining the area of each inclusion from an image obtained by optical microscope observation of the cross section of the steel sheet.
より具体的に説明すると、鋼板の断面を観察し、複数の視野の画像を採取する。次いで、各画像において観察される介在物の個々の円相当径を画像解析により求める。次いで、全画像における円相当径が1μm以上の介在物の合計個数を、全画像の合計面積で割り算することにより、1mm2単位面積当たりにおける円相当径1μm以上の介在物個数を求めることができる。 More specifically, the cross section of the steel sheet is observed and images of a plurality of fields of view are collected. Next, the individual equivalent circle diameters of the inclusions observed in each image are obtained by image analysis. Next, by dividing the total number of inclusions having an equivalent circle diameter of 1 μm or more in all images by the total area of all images, the number of inclusions having an equivalent circle diameter of 1 μm or more per 1 mm 2 unit area can be obtained. .
また、上記各画像における最大の介在物の円相当径を求め、これらのデータを用いて極値統計法にて解析し、1200mm3に存在する最大の介在物を予想することにより、介在物の円相当径の最大値を求めることができる。なお、極値統計法とは、軸受鋼などの鋼中に存在する介在物評価でよく用いられている統計的手法であり、例えば、特開2013−241986号公報にも記載がある。 Further, the maximum equivalent circle diameter of the inclusions in each of the above images is obtained, and by using these data, analysis is performed by an extreme value statistical method, and the largest inclusion existing at 1200 mm 3 is predicted, The maximum value of the equivalent circle diameter can be obtained. The extreme value statistical method is a statistical method often used in the evaluation of inclusions present in steel such as bearing steel, and is also described in, for example, JP-A-2013-241986.
上記鋼板は、介在物の個数を、減面率を適切に制御することにより上記のごとく非常に少ない数に制御することと、各介在物の大きさを上記のごとく非常に小さく制御することの両方を行うことによって、介在物を起点とする疲労破壊が生じることを大幅に抑制することができる。 In the steel sheet, the number of inclusions can be controlled to a very small number as described above by appropriately controlling the area reduction rate, and the size of each inclusion can be controlled to be very small as described above. By performing both, it is possible to greatly suppress the occurrence of fatigue failure starting from inclusions.
また、上記鋼板は、用途に応じて種々の板厚を選択することができる。介在物の上記のような制御による疲労強度の向上効果は、減面率を高め板厚が薄いほどその効果が有効に発揮される。例えば、板厚が0.2〜2mmという薄板においても、介在物を起因とする疲労破壊を十分に抑制可能である。 Moreover, the said steel plate can select various plate | board thickness according to a use. The effect of improving the fatigue strength by controlling the inclusions as described above is more effectively exhibited as the surface reduction ratio is increased and the plate thickness is thinner. For example, even in a thin plate having a thickness of 0.2 to 2 mm, fatigue failure due to inclusions can be sufficiently suppressed.
次に、上記鋼板の製造方法は、上述したごとく、少なくとも、上記精錬工程、鋳造工程、粗圧延工程、仕上圧延工程、及び熱処理工程を有している。必要に応じて、浸炭処理あるいは窒化処理等の表面改質工程を追加することができる。 Next, as described above, the steel sheet manufacturing method includes at least the refining process, the casting process, the rough rolling process, the finish rolling process, and the heat treatment process. If necessary, a surface modification step such as carburizing or nitriding can be added.
上記精錬工程では、上述したごとく、Al脱酸処理を施す際の溶鋼上に形成されるスラグの塩基度bを、下記式1及び式2を満たすように調整する。
式1:b≧4.0
(ただし、b=[CaO]/[SiO2]、[CaO]はスラグ中に含有されるCaOの含有量(質量%)、[SiO2]はスラグ中に含有されるSiO2の含有量(質量%))
式2:398×[Al]−2.23×b+19.33≦25.0
(ただし、[Al]は、Alの含有率(質量%)の値を意味する)
In the refining step, as described above, the basicity b of the slag formed on the molten steel when the Al deoxidation treatment is performed is adjusted so as to satisfy the following formulas 1 and 2.
Formula 1: b ≧ 4.0
(However, b = [CaO] / [SiO 2 ], [CaO] is the content (mass%) of CaO contained in the slag, and [SiO 2 ] is the content of SiO 2 contained in the slag ( mass%))
Formula 2: 398 × [Al] −2.23 × b + 19.33 ≦ 25.0
(However, [Al] means the value of Al content (mass%))
スラグの塩基度bを4.0以上にすることによって、溶鋼中の酸素量を低減することができ、介在物(アルミナ)の生成を抑制することができる。さらに、スラグの塩基度bは、Al含有率との関係が、上記式2を満足するように調整する。種々の実験の結果、スラグの塩基度bが4.0以上であっても、上記式2を満たさない場合には、粗大な介在物を生成することがあり、疲労強度低下の原因となる。したがって、精錬工程における上記スラグの塩基度の調整は、上記式1及び式2の両方を満足するよう行う必要がある。 By setting the basicity b of the slag to 4.0 or more, the amount of oxygen in the molten steel can be reduced, and the formation of inclusions (alumina) can be suppressed. Further, the basicity b of the slag is adjusted so that the relationship with the Al content satisfies the above formula 2. As a result of various experiments, even if the basicity b of the slag is 4.0 or more, if the above formula 2 is not satisfied, coarse inclusions may be generated, which causes a decrease in fatigue strength. Therefore, it is necessary to adjust the basicity of the slag in the refining process so as to satisfy both of the above formulas 1 and 2.
スラグの塩基度の調整は、SiO2とCaOとの混合比率を調整した粉末を溶鋼中に投入して撹拌することによって行うことができる。SiO2の比率を高めることにより塩基度を低くすることができ、CaOの比率を高めることによって塩基度を高くすることが可能である。 The basicity of the slag can be adjusted by putting a powder adjusted in the mixing ratio of SiO 2 and CaO into molten steel and stirring it. The basicity can be lowered by increasing the ratio of SiO 2 , and the basicity can be increased by increasing the ratio of CaO.
スラグの塩基度の測定は、スラグを粉砕機にて粉末にした後、それをハンドプレス機を用いて、直径φ32mm×厚さ5mm、密度98%以上の圧粉体を成形し、それを蛍光X線分析にてスペクトルを得て、当該スペクトルからSiO2の含有質量%とCaOの含有質量%を求め、塩基度b=CaO含有率(質量%)/SiO2含有率(質量%)を算出するという手順により行うことができる。 The basicity of slag is measured by making slag into powder with a pulverizer and then forming a green compact with a diameter of 32 mm x thickness of 5 mm and a density of 98% or more using a hand press. A spectrum is obtained by X-ray analysis, and the content mass% of SiO 2 and the content mass% of CaO are obtained from the spectrum, and the basicity b = CaO content (mass%) / SiO 2 content (mass%) is calculated. This can be done according to the procedure.
次に、上記鋳造工程では、上記精錬工程により作製された溶鋼を鋳造して鋼塊を得る。
鋳造方法としては、連続鋳造、半連続鋳造、鋳型内への鋳造等、公知のいずれの鋳造方法を用いてもよい。
Next, in the casting process, the molten steel produced by the refining process is cast to obtain a steel ingot.
As the casting method, any known casting method such as continuous casting, semi-continuous casting, or casting into a mold may be used.
上記粗圧延工程及び仕上圧延工程は、特に特殊な圧延方法を適用する必要はないが、前述したとおり、圧延時の減面率の介在物存在状態への影響が大きいため、以下の式3を満足する合計減面率Gとなる条件で上記粗圧延工程及び仕上圧延工程を実施する必要がある。また、仕上圧延は、熱間圧延により行っても、冷間圧延により行っても、どちらでもよい。 In the rough rolling process and the finish rolling process, it is not necessary to apply a special rolling method. However, as described above, since the influence on the inclusion existing state of the reduction in area during rolling is large, It is necessary to carry out the rough rolling step and the finish rolling step under conditions that satisfy the total area reduction ratio G. Further, finish rolling may be performed by either hot rolling or cold rolling.
式3:3615.5e(−0.0526×G)≦100.0、
上記式3は、合計減面率Gを変化させて多数の実験を行い、測定した介在物個数のデータから求めた実験式である。
Formula 3: 3615.5e (−0.0526 × G) ≦ 100.0,
The above equation 3 is an empirical equation obtained from data of the number of inclusions measured by performing a number of experiments while changing the total area reduction rate G.
上記熱処理工程では、焼入焼戻しを行う。焼入は、鋼板を850〜1000℃に0.5〜5時間保持した後水冷又は油冷による急冷を行う条件とすることができる。また、焼戻しは、鋼板を400〜500℃に0.5〜2時間保持しした後空冷する条件で行うことができる。 In the heat treatment step, quenching and tempering are performed. Quenching can be performed under conditions where the steel sheet is held at 850 to 1000 ° C. for 0.5 to 5 hours and then rapidly cooled by water cooling or oil cooling. Moreover, tempering can be performed on the conditions which hold | maintain a steel plate at 400-500 degreeC for 0.5 to 2 hours, and then air-cool.
なお、特に耐摩耗性が厳しく要求される用途に用いる場合には、浸炭、窒化(軟窒化は含まない)処理をさらに行うことができる。 In addition, carburizing and nitriding (not including nitrocarburizing) can be further performed particularly when used for applications in which wear resistance is strictly required.
(実施例1)
上記鋼板及びその製造方法に係る実施例について説明する。本例では、表1に示すごとく、複数種類の化学成分からなる鋼板(試料1〜22)を作製し、複数の項目について評価した。各鋼板は、次のようにして作製した。
Example 1
The Example which concerns on the said steel plate and its manufacturing method is described. In this example, as shown in Table 1, steel plates (samples 1 to 22) composed of a plurality of types of chemical components were produced and evaluated for a plurality of items. Each steel plate was produced as follows.
<精錬工程及び鋳造工程>
まず、表1に示された化学成分を有する鋼塊をそれぞれ作製した。具体的には、電気炉により、原料を溶解して成分調整した後、所望のスラグ塩基度が得られる割合で混合したSiO2とCaOとの混合粉末を溶鋼中に投入する。その後、溶鋼を十分に撹拌し、生成したスラグとの反応促進を図った後、溶鋼を凝固させ、鋼塊を得た。
<Refining process and casting process>
First, steel ingots having chemical components shown in Table 1 were prepared. Specifically, after the raw materials are dissolved and the components are adjusted by an electric furnace, a mixed powder of SiO 2 and CaO mixed at a ratio that provides a desired slag basicity is charged into the molten steel. Thereafter, the molten steel was sufficiently stirred to promote the reaction with the generated slag, and then the molten steel was solidified to obtain a steel ingot.
<熱間加工工程>
上記鋼塊に熱間鍛伸を施し、中間サイズの断面矩形の素材を製造し、表面の酸化スケール層を機械加工により除去した後、ロール径φ150mmの2段圧延機により圧延面を適宜変更しながら10mm厚の熱延板を得た(粗圧延工程)。なお、実際の工業生産では、鋼塊を熱間圧延する粗圧延工程により、中間サイズの圧延板を得るが、本例では、少量であるため、試験の都合上粗圧延工程の一部に相当する加工として熱間鍛伸を採用した。また上記機械加工は、スケール除去の目的だけでなく、その加工量を調整することにより、1mm厚の鋼板を得るまでの減面率を変化させた。すなわち、機械加工量を増加することにより粗圧延による減面率を低くすることができる。後述の冷間圧延前の機械加工も同様である。
<Hot working process>
The steel ingot is subjected to hot forging to produce a medium-sized rectangular cross-section material, and after removing the oxidized scale layer on the surface by machining, the rolling surface is appropriately changed by a two-stage rolling mill with a roll diameter of φ150 mm. Thus, a hot-rolled sheet having a thickness of 10 mm was obtained (rough rolling process). In actual industrial production, an intermediate-sized rolled plate is obtained by a rough rolling process in which a steel ingot is hot-rolled. However, in this example, since the amount is small, it corresponds to a part of the rough rolling process for convenience of testing. Hot forging was adopted as the processing. In addition, the machining was performed not only for the purpose of removing the scale but also by adjusting the amount of machining, thereby changing the area reduction rate until obtaining a 1 mm thick steel plate. That is, the area reduction rate by rough rolling can be lowered by increasing the machining amount. The same applies to machining before cold rolling described later.
<冷間圧延工程>
熱延板表面のスケール層を機械加工により除去すると共に、前記と同様に減面率調整のために加工量を調整し、その後、ロール径φ150mmの2段圧延機により冷間圧延し、1mm厚の鋼板を得た(仕上圧延工程)。
<Cold rolling process>
The scale layer on the surface of the hot-rolled sheet is removed by machining, and the amount of processing is adjusted to adjust the area reduction rate in the same manner as described above. Steel plate was obtained (finish rolling process).
<焼入焼戻し工程>
上記鋼板を950℃に1時間保持した後油冷する焼入処理を行った後、425℃に1時間保持した後空冷する焼戻し処理を行った(熱処理工程)。
<Quenching and tempering process>
The steel sheet was held at 950 ° C. for 1 hour and then subjected to a quenching treatment that was oil-cooled, and then held at 425 ° C. for 1 hour and then a tempering process that was air-cooled (heat treatment step).
<引張試験及び疲労試験>
冷間圧延後に熱処理を行って得られた鋼板を用い、板状試験片(JIS Z2241のJIS13B号試験片)を準備し、引張試験及び疲労試験を行った。疲労試験は、油圧サーボ試験機にて、片振りの1軸引張試験(引張−引張応力下)にて行った。応力の条件は300±300MPaとした。その結果、108回まで破断しなかった場合を合格「〇」、108回未満で破断した場合を不合格「×」と評価した。また、引張試験の評価は、引張強さは1700MPa以上を合格、伸びは9.2%超えを合格とした。試験結果を表2に示す。
<Tensile test and fatigue test>
Using a steel plate obtained by heat treatment after cold rolling, a plate-like test piece (JIS Z2241 JIS 13B test piece) was prepared, and a tensile test and a fatigue test were performed. The fatigue test was carried out by a swinging uniaxial tensile test (under tension-tensile stress) with a hydraulic servo tester. The stress condition was 300 ± 300 MPa. As a result, the case where it was not broken up to 10 8 times was evaluated as a pass “◯”, and the case where it was broken less than 10 8 times was evaluated as a failure “×”. In the evaluation of the tensile test, the tensile strength passed 1700 MPa or more, and the elongation exceeded 9.2% . The test results are shown in Table 2.
<介在物観察>
冷間圧延により得られた鋼板を圧延方向に平行に切断し、得られた断面を研磨して観察面として、光学顕微鏡観察して得た複数の視野の画像(本例では60の視野の画像(合計面積3000mm2)を用いた)から、前述した手順により、介在物の単位面積当たりの個数(円相当径1μm以上をカウント)及び極値統計法による1200mm3中に存在すると予想される最大の介在物円相当径を求めた。試験結果を表2に示す。
<Inclusion observation>
A steel plate obtained by cold rolling is cut parallel to the rolling direction, and the obtained cross section is polished and used as an observation surface to obtain images of a plurality of fields of view (in this example, images of 60 fields of view). (Using a total area of 3000 mm 2 ), the number of inclusions per unit area (counting the equivalent circle diameter of 1 μm or more) and the maximum expected to be present in 1200 mm 3 according to the extreme value statistical method according to the procedure described above. The equivalent circle diameter was determined. The test results are shown in Table 2.
ここで、粗圧延工程と仕上圧延工程の合計減面率Gを変化させて1.0mm厚の圧延板を作製した場合の、合計減面率Gと鋼中に存在する介在物の個数との関係を調べた結果を図1に示す。同図には、表2に示した結果だけではなく、別途行った実験により得られたデータもプロットしてある。同図から明らかなように、減面率を高くすること、つまり、上述した式3の左辺の値を小さくすることにより、鋼中の介在物の個数が減少することがわかる。そして、式3の条件を満足するように圧延することにより、円相当径1μm以上の介在物の個数を110個/mm2以下にできることがわかる。 Here, the total area reduction rate G and the number of inclusions present in the steel when a rolled sheet having a thickness of 1.0 mm is manufactured by changing the total area reduction rate G in the rough rolling process and the finish rolling process. The result of examining the relationship is shown in FIG. In the figure, not only the results shown in Table 2 but also data obtained by a separate experiment are plotted. As is apparent from the figure, it is understood that the number of inclusions in the steel is reduced by increasing the area reduction rate, that is, by reducing the value of the left side of the above-described expression 3. Then, it is understood that the number of inclusions having an equivalent circle diameter of 1 μm or more can be reduced to 110 pieces / mm 2 or less by rolling so as to satisfy the condition of Expression 3.
次に、表2から知られるごとく、試料1〜9は、介在物の大きさ及び個数が適正に制御され、かつ、強度特性及び疲労強度特性に優れた結果を示した。 Next, as is known from Table 2, Samples 1 to 9 showed results in which the size and number of inclusions were appropriately controlled and excellent in strength characteristics and fatigue strength characteristics.
試料10は、C含有率が低すぎ、介在物の存在状態は問題ないが引張強さ及び疲労特性が十分に高い値を得られない結果となった。
試料11は、C含有率が高すぎ、延性が低下し、伸び、疲労強度共に劣る結果となった。
試料12は、Si含有率が高すぎ、冷間圧延が困難となり鋼板が製造できず、疲労評価ができなかった。
In Sample 10, the C content was too low, and there was no problem with the presence of inclusions, but the tensile strength and fatigue characteristics were not sufficiently high.
In Sample 11, the C content was too high, the ductility decreased, and the elongation and fatigue strength were inferior.
Sample 12 had an excessively high Si content, making cold rolling difficult, making it impossible to produce a steel sheet, and failing to evaluate fatigue.
試料13は、Mn含有率が高すぎ、延性が低下して伸び及び疲労特性に劣る結果となった。
試料14は、Cr含有率が低すぎ、材料強度が不足し、疲労強度も低下した。
試料15は、Cr含有率が高すぎ、粗大な炭化物が生成し、延性が低下して伸び及び疲労強度が低下した。
Sample 13 had an excessively high Mn content, resulting in poor ductility and poor elongation and fatigue properties.
In Sample 14, the Cr content was too low, the material strength was insufficient, and the fatigue strength was also reduced.
In Sample 15, the Cr content was too high, coarse carbides were generated, the ductility was reduced, and the elongation and fatigue strength were reduced.
試料16は、Mo含有率が低すぎ、材料強度が不足し、疲労強度も低下した。
試料17は、V含有率が高すぎ、粗大な炭化物が生成し、延性が低下して伸び及び疲労強度が低下した。
In Sample 16, the Mo content was too low, the material strength was insufficient, and the fatigue strength was also reduced.
In Sample 17, the V content was too high, coarse carbides were generated, the ductility was reduced, and the elongation and fatigue strength were reduced.
試料18〜21は、Al含有率とO含有率のいずれかがが高すぎるか、スラグ塩基度、式1及び式2のいずれかかが上述した条件を満たさないため、粗大な酸化物系介在物が増加した結果、上記のごとく求めた介在物の円相当径の最大値が15μm超となり、疲労試験中に介在物を起点とした破壊が生じ、疲労強度が低下した。 In Samples 18 to 21, either the Al content rate or the O content rate is too high, the slag basicity, or any one of the formulas 1 and 2 does not satisfy the above-described conditions. As a result of the increase in the number of inclusions, the maximum value of the equivalent circle diameter of the inclusions determined as described above exceeded 15 μm, and fractures occurred from the inclusions during the fatigue test, resulting in a decrease in fatigue strength.
試料22は、式3を満足しないため介在物個数が圧延工程によって十分に低下しておらず、疲労強度が低下した。すなわち、介在物個数が多いほど疲労強度が低下する傾向があることが示された。 Since the sample 22 did not satisfy Formula 3, the number of inclusions was not sufficiently reduced by the rolling process, and the fatigue strength was reduced. That is, it was shown that the fatigue strength tends to decrease as the number of inclusions increases.
次に、上記試料22による結果をさらに明確にする別の実施例を示す。図2は、試料4について圧延条件を式3の値が変化するように変化させ、得られた1.0mmの鋼板について、介在物個数と疲労試験の結果との関係をグラフにより示したものである。図2から知られるように、円相当径1μm以上の介在物を110個/mm2以下とすることにより、狙いの疲労特性が得られることが分かる。 Next, another embodiment for further clarifying the result of the sample 22 will be described. FIG. 2 is a graph showing the relationship between the number of inclusions and the fatigue test result for the 1.0 mm steel sheet obtained by changing the rolling conditions for Sample 4 so that the value of Equation 3 changes. is there. As can be seen from FIG. 2, the target fatigue characteristics can be obtained by setting the number of inclusions having an equivalent circle diameter of 1 μm or more to 110 pieces / mm 2 or less.
Claims (2)
引張強さが1700MPa以上であり、
伸びが9.2%超えであり、
断面観察により観察される鋼中の介在物の円相当径の最大値(極値統計法にて1200mm3の容積中に存在すると予想される介在物の円相当径の最大値)が15μm以下であると共に、円相当径1μm以上の介在物の個数が110個/mm2以下であることを特徴とする疲労強度に優れた鋼板。 In mass%, C: 0.30% to 0.70%, Si: 2.50% or less, Mn: 1.00% or less, Cr: 1.00% to 4.00%, Mo: 0.00. 50% or more and 3.00% or less, V: 0% or more and 1.00% or less, Al: more than 0.010% and 0.050% or less, O: 0.0015% or less, the balance being Fe and inevitable Consisting of impurities,
The tensile strength is 1700 MPa or more,
The elongation is over 9.2% ,
The maximum value of the equivalent circle diameter of inclusions in steel observed by cross-sectional observation (the maximum value of the equivalent circle diameter of inclusions expected to exist in a volume of 1200 mm 3 by the extreme statistical method) is 15 μm or less. A steel sheet with excellent fatigue strength, characterized in that the number of inclusions having an equivalent circle diameter of 1 μm or more is 110 / mm 2 or less.
Al脱酸処理を施す際の溶鋼上に形成されるスラグの塩基度bを、下記式1及び式2を満たすように調整しながら上記溶鋼の精錬を行う精錬工程と、
式1:b≧4.0
(ただし、b=[CaO]/[SiO2]、[CaO]はスラグ中に含有されるCaOの含有量(質量%)、[SiO2]はスラグ中に含有されるSiO2の含有量(質量%))
式2:398×[Al]−2.23×b+19.33≦25.0
(ただし、[Al]は、鋼中のAlの含有率(質量%)の値を意味する)
上記精錬工程により作製された上記溶鋼を鋳造して鋼塊を得る鋳造工程と、
上記鋼塊を熱間圧延して熱延板を得る粗圧延工程と、
上記熱延板を仕上圧延して圧延板を得る仕上圧延工程と、
上記圧延板を焼入焼戻し処理する熱処理工程とを有し、
上記粗圧延工程と上記仕上圧延工程の合計減面率G(%)が、
式3:3615.5e(−0.0526×G)≦100.0
を満たすように圧延することを特徴とする疲労強度に優れる鋼板の製造方法。 A method for producing the steel sheet according to claim 1 ,
A refining step of refining the molten steel while adjusting the basicity b of the slag formed on the molten steel when performing the Al deoxidation treatment so as to satisfy the following formulas 1 and 2;
Formula 1: b ≧ 4.0
(However, b = [CaO] / [SiO 2 ], [CaO] is the content (mass%) of CaO contained in the slag, and [SiO 2 ] is the content of SiO 2 contained in the slag ( mass%))
Formula 2: 398 × [Al] −2.23 × b + 19.33 ≦ 25.0
(However, [Al] means the value of Al content (% by mass) in steel )
A casting process for obtaining a steel ingot by casting the molten steel produced by the refining process;
A rough rolling step of hot rolling the steel ingot to obtain a hot rolled sheet;
Finish rolling the hot-rolled sheet to obtain a rolled sheet;
A heat treatment step for quenching and tempering the rolled sheet,
The total area reduction rate G (%) of the rough rolling step and the finish rolling step is
Formula 3: 3615.5e (−0.0526 × G) ≦ 100.0
The manufacturing method of the steel plate excellent in the fatigue strength characterized by rolling so that it may satisfy | fill.
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