JPH06136438A - 冷間加工性及び疲労特性の優れた熱延鋼板の製造方法 - Google Patents

冷間加工性及び疲労特性の優れた熱延鋼板の製造方法

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JPH06136438A
JPH06136438A JP4309586A JP30958692A JPH06136438A JP H06136438 A JPH06136438 A JP H06136438A JP 4309586 A JP4309586 A JP 4309586A JP 30958692 A JP30958692 A JP 30958692A JP H06136438 A JPH06136438 A JP H06136438A
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JP
Japan
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less
strength
hot
steel sheet
rolled steel
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Pending
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JP4309586A
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English (en)
Inventor
Motoyuki Miyahara
宮原征行
Hidenori Shirasawa
白沢秀則
Hakobu Shiyukuhisa
運 宿久
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 冷間加工段階では加工性を確保し、加工後の
熱処理によって高強度で優れた疲労特性を具備した熱延
鋼板の製造方法を提供する。 【構成】 C:0.001〜0.030%、Si:0.50%
以下、Mn:0.01〜1.0%、P:0.10%以下、S:
0.030%以下、solAl:0.010〜0.10%、Cu:
0.80〜2.0%、Ni:0.50〜1.5%、N:0.00
5%以下を含有し、かつ、C/Cu≦0.02を満足し、
必要に応じて更に、Nb:0.010〜0.10%、Ca:
0.010%以下、RET:0.010%以下のうちの1
種又は2種以上を含有し、残部がFe及び不可避的不純
物からなる鋼の連続鋳造又は造塊スラブの熱間圧延に際
し、Ar3点以上の温度で仕上圧延を行い、その後20℃
/sec以上の冷却速度で冷却した後、300〜450℃
の温度において巻取ることを特徴としている。更に軟窒
化処理後の疲労特性、靭性においても著しく優れてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、冷間加工性及び疲労特
性に優れた熱間鋼板の製造方法に関するものであり、更
に詳しくは、冷間加工の段階では加工性(伸びフランジ
性)に優れていて、加工後の熱処理によって高強度、高
疲労特性、高靭性を有する熱延鋼板の製造方法に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】熱延鋼
板は自動車用部材、産業用機材用、構造用部材として広
く用いられてきたが、近年、自動車業界を始めとして軽
量化による燃費向上を図るために使用部材の薄肉化から
高張力鋼板が用いられるようになった。これらの部材は
プレス成形される物が多く、したがって、加工性の高い
熱延高張力鋼板が要求されるようになった。
【0003】一般に高強度化のためにMn、Si、P等の
固溶体元素を添加したり、Ti、Nbの炭化物による析出
強化を活用して高張力鋼板を製造されるのが通常であっ
た。しかし、この高張力鋼板では、高強度化に伴い加工
性が劣化し、強度と加工性を両立させることは、通常困
難であるという問題がある。
【0004】また、自動車駆動伝達部品の中で、強度、
疲労特性、靭性、摩耗性等を要求される部品は、プレス
成形後、軟窒化処理を施して最終部品としていた。この
場合、熱処理によって軟化し、得られる強度が十分でな
く、また、疲労強度も低下する。このような欠点を補う
ために板厚を増大していたためにコストアップとなって
いた。
【0005】加工性と同時に加工後の熱処理によって強
度を確保する技術が、例えば、特開平2−290918
公報に提案されているが、この鋼板では、微量のTiが
添加されているが、軟窒化処理を施した場合に延性、靭
性が著しく低下する問題がある。
【0006】本発明の目的は、上記要請に応えるべくな
されたものであって、冷間加工段階では加工性を確保
し、加工後の熱処理によって高強度で優れた疲労特性を
具備した熱延鋼板の製造方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上述の従来
法における問題を解決するために鋭意研究した結果、鋼
の化学成分を適切に選択すると共に、その製造条件を工
夫特定することにより、冷間加工段階では成形性を確保
し、成形後の熱処理によって高強度で疲労特性及び靭性
の優れた熱間鋼板を製造し得る方法を開発したものであ
る。
【0008】すなわち、本発明は、C:0.001〜0.
030%、Si:0.50%以下、Mn:0.01〜1.0
%、P:0.10%以下、S:0.030%以下、solAl:
0.010〜0.10%、Cu:0.80〜2.0%、Ni:
0.50〜1.5%、N:0.005%以下を含有し、か
つ、C/Cu≦0.02を満足し、必要に応じて更に、N
b:0.010〜0.10%、Ca:0.010%以下、RE
T:0.010%以下のうちの1種又は2種以上を含有
し、残部がFe及び不可避的不純物からなる鋼の連続鋳
造又は造塊スラブの熱間圧延に際し、Ar3点以上の温度
で仕上圧延を行い、その後20℃/sec以上の冷却速度
で冷却した後、300〜450℃の温度において巻取る
ことを特徴とする冷間加工性及び疲労特性の優れた熱延
鋼板の製造方法を要旨とするものである。
【0009】以下に本発明を更に詳述する。
【0010】
【作用】
【0011】まず、本発明における鋼の化学成分の限定
理由を説明する。
【0012】C:Cは本発明において重要な元素であ
り、冷間加工性には含有量は少ない程好ましく、0.0
3%以下とする。しかし、鋼板の強度を高めるために有
効な元素であり、0.001%以上が必要である。よっ
て、C含有量は0.001〜0.03%とする。
【0013】Si:Siは製鋼時の脱酸に必要な元素であ
ると共に全伸びを損なうことなく引張強度を確保するの
に容易な元素であるが、あまり多いと熱間圧延における
赤スケール発生により表面性状を損なうようになる。よ
って、Si含有量は0.50%以下とする。
【0014】Mn:Mnは鋼板の強度及び熱間圧延性を確
保するのに必要な元素であり、含有量が0.10%より
低すぎると熱間圧延が困難となる。一方、含有量が多く
なるとMn偏析により冷間加工性、溶接性を劣化させ
る。よって、Mn含有量は0.10〜1.0%とする。
【0015】P:Pは鋼板の強度を高める元素で、この
目的のためには必要に応じて添加すれば良い。また、P
の含有はCuと同様に疲労性を高める効果がある。しか
し、多いと加工脆化や溶接性に悪影響を及ぼす。よっ
て、Pの含有量は0.10%以下とする。
【0016】S:Sは、鋼板の冷間加工性を高めるため
には、含有量は低い程好ましい。よって、Sの含有量は
0.03%以下とする。
【0017】Al:Alは鋼の脱酸剤として必要な元素で
あるが、含有量が多すぎるとアルミナ系介在物が多くな
り、加工性を劣化させる。よって、solAlの含有量は
0.1%以下とする。
【0018】Cu:CuはCと同様に本発明において重要
な元素であり、熱延まま及び熱処理後の疲労特性を向上
させる。更に、冷間加工の段階ではCuを固溶状態にし
ておき、冷間加工後の熱処理において析出させて強度を
上昇させる作用を有している。しかし、含有量が0.8
0%未満では熱処理後の強度が十分に得ることができな
い。また、含有量が2.0%を超えると熱間圧延時に割
れを生じ易くなる。更に、冷間加工性を阻害する。よっ
て、Cu含有量は0.80〜2.0%とする。
【0019】Ni:NiはC及びCuと同様に本発明にお
いて重要な元素であり、Cuの含有に伴う熱間脆性を防
止する効果がある。更に、窒化処理において延性、靭性
を向上させる。そのためには少なくとも0.50%が必
要であるが、1.5%より多量に含有しても効果は飽和
してしまい、経済的に不利となる。よって、Ni含有量
は0.50〜1.5%とする。
【0020】N:Nは固溶状態で存在し、含有量が多い
ほど歪時効を生じ、加工性、靭性を劣化させるので少な
い方が好ましい。よって、N含有量は0.005%以下
とする。
【0021】更に、本発明においては、上記成分以外に
以下の成分の1種又は2種以上を適量にて含有させるこ
とができる。
【0022】Nb:Nbは炭窒化物形成元素であり、析出
により鋼板の強度を増加する作用がある。しかし、含有
量が0.010%未満では上記作用による効果は少な
く、また、0.10%を超えて含有してもその効果は飽
和してしまう。よって、Nb含有量は0.010〜0.1
0%とする。
【0023】Ca、REM:Ca、REMは非金属介在物
の形態を変えて加工性を向上させる元素であるが、それ
ぞれ含有量が0.010%を超えると鋼中の非金属介在
物が多くなりすぎて冷間加工性に悪影響を及ぼす。よっ
て、Caの含有量は0.010%以下、REM含有量は
0.010%以下とする。
【0024】C/Cu:本発明においてC/Cu≦0.0
2の規制は穴拡げ率(伸びフランジ性)との関係で重要で
あり、以下の実験により得た知見に基づくものである。
【0025】すなわち、C:0.001〜0.05%、S
i:0.01%、Mn:0.23%、P:0.010%、S:0.
005%、solAl:0.034%、Cu:1.50%、Ni:
0.87%、N:0.0035%を含む鋼を溶製し、熱間
仕上温度890〜910℃、冷却速度40℃/sec、巻
取温度425℃の条件で3.5mm厚の熱間圧延鋼板を製
造した。図1に穴拡げ率(伸びフランジ性)とC/Cuの
関係を示す。この図1から穴拡げ率はC含有量とCu含
有量との比(C/Cu)と密接な関係にあることが明らか
となり、C/Cu≦0.02において穴拡げ率が高位に優
れている。
【0026】次に本発明の製造条件について説明する。
【0027】上記鋼の熱間圧延は直送スラブ又は再加熱
スラブの何れを用いても問題はないが、仕上圧延温度が
Ar3点未満であると変態して生成したフェライト粒が残
存し、加工組織となり、熱間圧延後の鋼板を加工する際
に加工性が劣化する。したがって、仕上温度はAr3点以
上とする。
【0028】熱間圧延後の冷却速度は、結晶粒度を適正
に保つために、平均冷却速度20℃/sec以上とする。
20℃/sec未満では、徐冷となり、結晶粒の粗大化及
びPの偏析が生じ易くなる。冷却速度の上限は特に規定
しないが、60℃/sec以下が望ましい。
【0029】冷却後巻取るが、巻取温度はCuを固溶状
態で存在させるために低温での巻取りが好ましいが、焼
入性元素であるCu、Niを含有していて硬化し、加工性
に悪影響を及ぼすので、その下限を300℃とする。一
方、450℃を超えるとCuの析出に伴い強度が上昇
し、延性が劣化するので加工性の低下となる。また、熱
処理後の強度上昇が得られない。よって、巻取温度は3
50〜450℃とする。
【0030】なお、このようにして巻取られた熱延コイ
ルは、必要に応じて調質圧延、酸洗いを行うことができ
る。
【0031】上記条件で製造された熱延鋼板は、Cu若
しくはNi、更にPの含有によって疲労特性を向上さ
せ、Cuの固溶状態から熱処理によりCuを析出させ、著
しく高強度化する。また、軟窒化処理において疲労特性
並びに靭性を大幅に向上させることができる。なお、熱
処理及び軟窒化処理としては従来と同様の条件のもので
よく特に制限はない。
【0032】次に本発明の実施例を示す。
【実施例】
【0033】表1に示す化学成分の鋼を常法により溶製
した後、造塊した。この後、表2に示す条件で熱間圧延
して3.5mm厚の熱延鋼板とした。なお、表1中の鋼記
号A〜Gは本発明鋼、H〜Kは比較鋼である。
【0034】この鋼板から試験片を採取し、熱延ままの
引張試験(JIS5号)、フェライト結晶粒度、穴拡げ試
験(穴拡げ率:{成形後の穴径−初期穴径(10mmφ)}
/(初期穴径)×100%)、平面曲げ疲労限強度(10
サイクルkgf/mm2)、更に熱処理(550℃×30分)に
よる引張強さの上昇量△TS(熱処理後の引張強さ−熱
延ままの引張強さ)を調査した。その結果を表2に示
す。
【0035】この表2から明らかなように、本発明例N
o.1〜No.7(鋼A〜G)は、穴拡げ率が170%以上、
熱処理後の引張強さの上昇△TSが13kgf/mm2以上
で、疲労強度も高く、何れも優れていることがわかる。
【0036】これに比べ、比較例No.8〜No.11(鋼
H〜K)は、延性が低く、穴拡げ率も130%以下で、
また、熱処理後の引張強さの上昇△TSも10kgf/mm2
以下と、上記特性の何れかにおいて劣っていることがわ
かる。
【0037】次に、表1に示す鋼Bを使用して熱間圧延
条件を調査した。試験No.12は仕上圧延温度を、試験
No.13は冷却速度を、試験No.14は巻取温度をそれ
ぞれ比較した例である。その結果は、表2に示すよう
に、いずれの比較例も、製造段階でCuの析出が起こ
り、延性及び穴拡げ率が劣化している。熱処理後の引張
強さの上昇量においても△TSが著しく低く、また、結
晶粒度も粗く、目標特性の一つ以上が劣っていることが
わかる。
【0038】
【表1】
【0039】
【表2】
【0040】
【実施例2】
【0041】実施例1で得られた本発明例No.1〜No.
6(鋼A〜F)及び比較例No.8〜No.11(鋼H〜K)の
各熱延鋼板について、550℃×30分の熱処理を施し
て疲労強度を調べた。更に、軟窒化処理(タフトライド
処理)を施し、引張り特性、衝撃特性を調査した。その
結果を表3に示す。
【0042】この表3から明らかなように、本発明例に
係る鋼板では、熱処理後の疲労強度39kgf/mm2以上
で、また軟窒化処理後の伸び、靭性が高く、更に、疲労
強度57kgf/mm2以上と何れも優れていることがわか
る。これは、Cuの析出強化、Pによる固溶強化が疲労
強度向上に寄与しているためである。これに比べ、比較
例に係る鋼板は、何れの特性においても劣っていること
がわかる。特に鋼Kは軟窒化処理後の引張特性において
脆性破断を起こし、軟窒化用鋼として使えないことが明
らかである。
【0043】
【表3】
【0044】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
加工前は伸びフランジ性に優れていて、加工後の熱処理
により著しく強度が上昇し、疲労強度が高く、更に、軟
窒化処理後の疲労特性、靭性においては著しく優れてい
るので、自動車用部材或いは産業機械用高強度材として
好適であり、産業上極めて有用な効果を期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】C/Cuと穴拡げ率との関係を示す図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で(以下、同じ)、C:0.001〜
    0.030%、Si:0.50%以下、Mn:0.01〜1.0
    %、P:0.10%以下、S:0.030%以下、solAl:
    0.010〜0.10%、Cu:0.80〜2.0%、Ni:
    0.50〜1.5%、N:0.005%以下を含有し、か
    つ、C/Cu≦0.02を満足し、残部がFe及び不可避
    的不純物からなる鋼の連続鋳造又は造塊スラブの熱間圧
    延に際し、Ar3点以上の温度で仕上圧延を行い、その後
    20℃/sec以上の冷却速度で冷却した後、300〜4
    50℃の温度において巻取ることを特徴とする冷間加工
    性及び疲労特性の優れた熱延鋼板の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記鋼が更に、Nb:0.010〜0.10
    %、Ca:0.010%以下、RET:0.010%以下の
    うちの1種又は2種以上を含有している請求項1に記載
    の方法。
JP4309586A 1992-10-23 1992-10-23 冷間加工性及び疲労特性の優れた熱延鋼板の製造方法 Pending JPH06136438A (ja)

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Effective date: 20010911