JPS639578B2

JPS639578B2 -

Info

Publication number: JPS639578B2
Application number: JP15986383A
Authority: JP
Inventors: Atsuki Okamoto; Masashi Takahashi
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1983-08-31
Filing date: 1983-08-31
Publication date: 1988-02-29
Also published as: JPS6052551A

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、グラフアイト相を有することによ
つて延性及び加工性が改善された鋼、並びにその
製造法に関するものである。一般に、小物容器、乗用車等の車輛部品、針金
ボルト等に適用される炭素鋼は、フエライト相と
セメンタイト又はパーライト相の混在した組織を
有しているのが普通であり、その使用にあたつて
はプレス加工、深絞り加工、或いは冷間引抜き等
のような種々の加工を施されることが多いもので
あつた。このようなことから、従来、炭素鋼の加工性を
より一層向上させることを目指した様々な研究が
続けられて来ており、例えば、「鋼中介在物を減
少させることで、Ｓ含有量を従来の0.02％程度
（以下、成分割合を表わす％は重量％とする）か
ら0.01％程度まで低減すると、Ａ系介在物が減少
して圧延直角方向の伸びが改善される」等の加工
性改善につながる有力な報告もなされ、実操業に
取り入れられて良好な成果が得られている。また一方では、鋼中に存在するセメンタイトも
低炭素鋼の加工性を阻害する要因であることが知
られるようになつたが、これを少なくすると鋼の
強度低下やコスト上昇を招くなどの好ましくない
結果がもたらされることから、セメンタイトの量
そのものを減少させるのではなく、その分散状態
や形状を変え、これによつて延性及び加工性の向
上を図ろうとするのがその後の研究が目指す方向
であつた。球状化焼鈍などはその例である。しかしながら、上述のように、Ｓ含有量を低減
したり、セメンタイトの分散状態や形状に工夫を
凝らした研究が続けられてきたにもかかわらず、
未だ延性と加工性を十分に満足できる炭素鋼材、
特にこれらの特性と強度とのバランスのとれた鋼
材を実現できないでいるのが現状であつた。本発明者等は、上述のような観点から、格別に
面倒な工程や装置を要することなく、かつ必要な
強度を確保しつつ延性並びに加工性の一段と向上
した炭素鋼材を製造すべく、まず、主として炭素
鋼の加工性向上手段を追求するという基礎的研究
の過程において、硬くて脆い性質を有するが故に塑性加工時に
ボイドを発生させやすく、加工性低下の原因と
なつているセメンタイトが存在する限り、その
分布状態や形状を変化させる手段を講じたとし
ても、実操業においてもたらされる鋼の加工性
向上効果には越えることのできない限界があ
る、従つて、炭素鋼材の加工性を飛躍的に向上せ
しめるためにはセメンタイト相自身の消滅を図
る必要がある、セメンタイト相を消滅させるには、セメンタ
イトを構成するＣ成分をグラフアイトとしてそ
のまま析出せしめることが、実操業上最も可能
性の高い方法である、セメンタイト相に代つてグラフアイト相を有
する組織の炭素鋼材であれば、グラフアイトは
セメンタイトに比べて軟かく、かつ展伸性に富
むため、塑性加工を施すと容易に変形し、ボイ
ドを発生することもないという特性が発揮され
るのではないか、との推論を立て得るに至つたのである。しかし、従来、炭素鋼においてグラフアイト相
を形成させる条件及び方法に関する報告はどこを
探しても存在しておらず、従つて本発明者等は、
グラフアイト相を有する炭素鋼を工業的規模で生
産し得る手段を模索し、研究を重ねた結果、 (a) 例え、Ｃ含有量の少ない炭素鋼であつてもＰ
及びＳの含有量を極力少なくするとグラフアイ
ト相の形成が極めて容易になること、 (b) このような低Ｐ低Ｓの炭素鋼において、更
に、鋼中のMn含有量をも制限すれば、グラフ
アイト相の形成が一層容易になること、 (c) このように、炭素鋼中のＰ及びＳ含有量を共
に少なくしてそのＰ（％）×Ｓ（％）の値を制限
し、かつMn含有量をも制限すれば、工業的に
採用し得る生産工程にてα鉄中の第２相がセメ
ンタイトからグラフアイトに十分変化するこ
と、 (d) そして、このようなセメンタイト相に代つて
グラフアイト相を有する炭素鋼は、伸び植等で
代表される延性が極めて良好で優れた加工性を
示すものであり、また第２相たるグラフアイト
騒の分散状態を適当にコントロールすると、材
料の不均一性が減じ、より高い延性が得られる
ようになること、 (e) また、上述のようなグラフアイト相が存在す
る高延性鋼材では、これを希望の形状に加工し
てそのまま使用できることはもちろんのこと、
高い強度が要求される場合は加工後高温に加熱
し、焼入れ焼もどし処理等の熱処理を施すと、
グラフアイト相が消失し、そのＣはマルテンサ
イトやベンナイト、或いはパーライトとして鋼
材を著しく強化させる役を果たすこと。即ち、
グラフアイト相を有する炭素鋼材は、深絞り加
工、張り出し加工、曲げ加工、穴拡げ加工、切
削、切断、打抜き加工等に供されて良好な加工
性を示すが、加工後の熱処理によりＣ（炭素）
の存在状態を変化させ、強度を十分に向上させ
て使用することも可能であること、 (f) グラフアイト相を有する鋼材の製造にあたつ
ては、Ｐ、Ｓ及びMn含有量を所定値以下に成
分管理された炭素鋼を熱間加工し、冷間加工し
た後、600℃前後の温度で２時間以上の焼鈍す
るのみで十分な成果をあげることができ、しか
も冷間加工の際に５％以上の加工度を加えれ
ば、その後の焼鈍と相俟つて黒鉛の形成を容易
となし、その結果加工性の良好な炭素鋼材を実
現できること、以上(a)〜(f)に示される如き知見を得たのであ
る。もつとも、炭素鋼においてＰ及びＳを特定値以
下に制限することがグラフアイト相形成促進に寄
与する理由は未だ明白ではないが、グラフアイト
相がα鉄組織中の欠陥等に存在する空隙に発生す
るという事実からみて、Ｐ及びＳを制限するとグ
ラフアイト相形成が促進されるのは、Ｐ及びＳ量
が多いと冷間加工時形成された空隙にＰ、Ｓ原子
が集つてこれを埋めてしまい、グラフアイト析出
が阻まれてしまうのに対して、Ｐ及びＳ量が少な
いとこれら空隙は極めて安定となり、グラフアイ
ト相析出の場所が十分に確保されるためであると
推測することができる。いずれにしろ、この発明は上記知見に基づいて
なされたものであり、その第１発明は、鋼を、Ｃ：0.26〜0.95％、 Mn：0.20％以下、 sol・Al：0.02〜0.30％以下、Ｎ：0.006％以下、 Si：1.0％以下、Ｐ：0.010％以下、Ｓ：0.010％以下、を含有するとともに、式Ｐ（％）×Ｓ（％）≦10×10^-6 を満足し、 Fe及びその他の不可避不純物：残り、から成る成分組成に構成せしめるとともに、フエ
ライト相とグラフアイト相とを主体とした組織を
有せしめることによつて、優れた延性及び加工性
を付与した点に特徴を有するものであり、また第
２発明は、Ｃ：0.26〜0.95％、 Mn：0.20％以下、 sol・Al：0.02〜0.30％以下、Ｎ：0.006％以下、 Si：1.0％以下、Ｐ：0.010％以下、Ｓ：0.010％以下、を含有するとともに、式Ｐ（％）×Ｓ（％）≦10×10^-6 を満足し、 Fe及びその他の不可避不純物：残り、から成る成分組成の鋼を熱間加工した後、加工
度：５％以上の冷間加工を施し、次いで500〜750
℃の温度にて２時間以上焼鈍することにより、フ
エライト相とグラフアイト相とを主体とした組織
を有する延性及び加工性に優れた鋼を得る点に特
徴を有するものである。ここで、フエライト相とグラフアイト相とを主
体とした組織とは、従来のフエライト相とセメン
タイト相よりなる組織とは違つてフエライト相と
グラフアイト相と場合により未分解のセメンタイ
ト相よりなり、かつ、グラフアイトの体積がセメ
ンタイトの体積より多く存在するものを意味する
ものであり、これは鋼板をピクリン酸でエツチン
グし、光学顕微鏡で観察すれば、グラフアイトは
黒塗りで、一方セメンタイトは黒ふちどりで白抜
きで観察できるので容易に判定できる。次いで、この発明において、鋼の化学成分割合
及び鋼材の製造条件を前記の如く数値限定した理
由を説明する。Ａ鋼の化学成分 (a) ＣＣ成分は、グラフアイト相を形成して鋼の
延性及び加工性を向上させるために所定量以
上含有させる必要のある元素であるが、その
含有量が0.26％未満であると、グラフアイト
の形成は可能ではあるがそのために多大の時
間を必要とすることおよび本発明の加工性向
上効果が小さく、一方0.95％を越えた含有さ
せるとグラフアイトの形成はより容易とはな
るが、加工性が著しく低下することとなるの
で、Ｃ含有量を0.26〜0.95％と定めた。 (b) Mn Mnは、グラフアイト相の形成を阻害する
元素であるので少なければ少ないほど良い結
果が得られるものである。特にその含有量が
0.20％を越えるとグラフアイトの形成に困難
を来たすようになることから、Mn含有量を
0.20％以下と定めた。 (c) sol・al sol・Al成分には、鋼を清浄にしてグラフ
アイトを形成しやすくする効果があり、この
添加は本発明鋼及びその製造において必要不
可欠である。その含有量が0.02％未満では所
望の効果が得られず、他方0.30％を越えて含
有させると鋼の溶製が困難となることから、
sol・Al含有量を0.02〜0.30％と定めた。 (d) ＮＮ成分は可及的に少ない方が望ましい。こ
れが0.006％を越えて含有させるとAl Ｎの量
が増え、伸びを低下するようになることか
ら、Ｎ含有量を0.006％以下と定めた。 (e) Si Si成分には、Alと同様、鋼を清浄化しグ
ラフアイトを形成させやすくする効果があ
り、必要に応じて添加される。しかし1.0％
を越えて含有させると鋼が脆化しやすくなる
のでSi含有量を1.0％と定めた。 (f) Ｐ、及びＳＰ及びＳの両者とも、通常鋼のように0.01
％前後の量で含まれていると、工業的製造手
段で得られる鋼材の組織はフエライトとセメ
ンタイト（或いはパーライト）を主とするも
のとなり、グラフアイトの析出は起こらな
い。しかしながら、それぞれを0.010％以下
の含有量とし、かつＰ含有量（％）とＳ含有
量（％）の積を10×10^-6以下にすれば、工業
的な鋼材製造手段によつてもグラフアイトの
析出が可能になることから、Ｐ及びＳの含有
量をそれぞれ0.010％以下とし、かつ、式Ｐ（％）×Ｓ（％）≦10×10^-6 を満足する値に限定した。なお、前述のように、Ｐ及びＳ原子がグラ
フアイト析出を阻害する理由は明らかでない
が、グラフアイトはフエライト組織の粒界な
ど空隙部に形成されることから、Ｐ及びＳ原
子が多量に存在するとグラフアイトが析出す
る前にそのような空隙部がＰ、Ｓ原子によつ
て埋められてしまい、グラフアイト析出が抑
制されるためと思われる。そして、Ｐ及びＳ
含有量が各々0.010％を越えるか、或いはＰ
（％）×Ｓ（％）の値が10×10^-6を越えると、
グラフアイト析出が極めて困難となるのであ
る。Ｂ鋼材の製造条件本発明の高延性高加工性の鋼材を工業的にか
つ効率良く製造するには、鋼を溶製後、熱間加
工、冷間加工、及び焼鈍を順次行なう方法が有
利である。熱間加工は、冷間加工に適した寸法にまです
る目的で行なわれる。この時の条件はグラフア
イト析出の有無にそれほど大きな影響を与えな
いが、グラフアイトの析出分布には影響を与え
る。なお、熱間加工前の工程は、加工性にそれほ
ど大きな影響を与えないので、溶鋼から直接熱
間加工しても良いし、また省エネルギーの観点
から加熱温度を低下し、次いで熱間圧延をして
も良い。熱間加工で付着したスケールは、通常、冷間
加工の前に除去される。冷間加工は、その後の焼鈍工程で黒鉛の形成
を容易となすために行われる。その加工度が５
％未満であると空隙の発生が不充分で黒鉛の形
成が困難となる。したがつて５％以上と定め
た。加工度の上限は特にはないが、通常行われ
る95％以下が工業的に有利である。冷間加工後、得られた鋼材は、必要に応じて
適当な脱脂処理等を施されてから焼鈍されるこ
とが多い。焼鈍過程においてセメンタイト相に
代えてグラフアイト相が形成される。焼鈍温度が500℃未満ではグラフアイト析出
に多大な時間を要して工業的ではなく、一方該
温度が750℃を越えると焼鈍エネルギーがよけ
いにかかるだけでグラフアイト析出に有効でな
いことから、焼鈍温度を500〜750℃と定めた。そして、焼鈍処理における保持時間は、２時
間未満ではセメンタイトが分解してグラフアイ
トを析出するのに不十分であることから、前記
保持時間を２時間以上と定めた。なお焼鈍の加
熱速度は遅い方が望ましい。焼鈍を行つた鋼は表面粗度調整、平坦度調整
及び機械的性質調整などがなされてから製品と
されるのが普通である。次に、この発明を実施例により比較例と対比し
ながら説明する。実施例１まず、Ｃ：0.35〜0.40％、Mn：0.06〜0.09％、
Sol・Al：0.02〜0.04％、Ｎ：0.0040〜0.0055％、
Si：0.01％を含有し、Ｐ及びＳがそれぞれ0.0002
〜0.15％と0.0002〜0.035％に変動し、残りがFeと
その他の不可避不純物から成る鋼を常法にて溶製
し、スラブとなし、次いでスラブ加熱温度：1200
℃、仕上温度：850℃、巻取温度：450℃の条件に
て2.4mm厚に熱間圧延し、酸洗した後、1.2mm厚に
まで50％の圧下率で冷間圧延を施した。得られた各冷延鋼板を脱脂した後、650℃で８
時間の箱焼鈍を行ない、伸び率：0.3％の調質圧
延を施してから、JIS5号引張試験とミクロ組織観
察とを行なつた。この結果を第１図に示す。第１図において、●印はフエライト相とグラフ
アイト相を主体とする組織になつたもの、〇印は
フエライト相とセメンタイト相を主体とする組織
になつたもの、〓印はフエライトの他にセメンタ
イトとグラフアイトとがほぼ同量分布していたも
のを示し、また、引張試験における伸び値は、〓
印が30％以上を、〓印が25％以上を、そして〇印
が25％未満をそれぞれ示すものである。第１図に示される結果からも明らかなように、
鋼中のＰ及びＳ含有量を本発明範囲内に制限した
場合にはじめてフエライト相とグラフアイト相と
を主体とした組織を得ることができ、伸びが従来
鋼より良好になることがわかる。実施例２Ｃ：0.40％、Mn：0.16％、sol・Al：0.085％、
Ｎ：0.0055％、Si：0.25％、Ｐ：0.0009％、Ｓ：
0.0020％、Ｐ（％）×Ｓ（％）＝1.8×10^-6（％）²、Fe
及びその他の不可避不純物：残り、から成る成分
組成の鋼イを溶製し、加熱温度：1150℃、仕上温
度：930℃にて32mmφの棒鋼に熱間加工し、空冷
した。酸洗後、そのままの棒鋼イ−１と、これを31mm
丸まで加工度（減面率）6.2％で冷間加工を行な
つた棒鋼イ−２と、28mm丸まで加工度（減面率）
23％で冷間加工した棒鋼イ−３に関して630℃で
0.5〜16時間均熱の焼鈍を行ない、これらの機械
的性質と限界圧縮率とミクロ組織観察を行なつ
た。比較として通常成分の鋼ロ（Ｃ：0.36％、
Mn：0.7％、sol・Al：0.04％、Ｎ：0.0050％、
Si：0.10％、Ｐ：0.020％、Ｓ：0.010％、Ｐ（％）
×Ｓ（％）＝200×10^-6（％）²、残り：Fe及び不可避
的不純物）に関しても同様な調査を行なつた。第１表は本発明法と比較法を対比した機械的性
質と限界圧縮率とミクロ組織の表である。機械的
性質は各径の棒鋼の中心部より採取したJIS4号試
験片を用いた引張試験値で示し、限界圧縮率は各
径の棒鋼から採取した32mm径×48mm長さの試験片
を圧縮試験機にかけて圧縮し、試験片の元の高さ
と圧縮により亀裂が生じた時点の高さと

【表】

【表】グラフアイト主体でセメンタイトを含む
組織、を意味する。
の差の元の高さに対する百分率（％）で示した。第１表より、本発明鋼成分に相当する鋼イを冷
間加工度6.2又は23％で加工し、次いで630℃で２
時間以上加熱均熱すると、鋼の伸び、絞り及び圧
縮限界率が高くかつフエライトとグラフアイトを
主体とした組織が得られることがわかる。実施例３まず、第２表に示される如き化学成分組成の鋼
Ａ〜Ｉを溶製し、スラブ加熱温度：1150℃、仕上
温度：830〜890℃、巻取温度：500〜600℃の条件
にて熱間圧延し、種々の板厚の熱延鋼板を得た。次いで、得られた各鋼板を酸洗し、スケールを
除去した後、1.0mm厚まで冷間圧延し、続いて第
３表に示される均熱条件で箱焼鈍を行い、更に
1.0％の伸び率で調質圧延を行なつてから、引張
試験とミクロ組織観察を行なつた。この結果を第３表に併せて示した。なお、炭素量が変わると鋼の強度が大きく変わ
り伸びも変化するので、延性の評価は引張強さと

【表】

【表】 (注) ＊印は、本発明範囲から外れていることを示す
。

【表】ト主体でセメンタイトを含む組織、を意味する
。
伸びの積の大小で評価した。第３表に示される結果からも、試験番号16〜24
で示される方法によつて得られる本発明冷延鋼板
はフエライト相とグラフアイト相を主体とする組
織を呈していて、強度×伸び値が1000以上を示し
ており、伸びが良好で、延性、即ち加工性の良好
なことが明らかである。即ち、引張強さ：約70Kg
ｆ／mm²前後の鋼Ａにおいては、伸び：20％以上を
示しており、引張強さ：85Kgｆ／mm²程度のＣ量の
多い鋼Ｃにおいても、伸び：19％を示している。これらの鋼板を、それぞれがフエライト相とセ
メンタイト相を有する組織を呈している試験番号
26〜28で示される方法で得られた鋼板と比較する
と、伸びが非常に良好であることが明瞭である。これに対して、試験番号25で得られた比較鋼板
はＣ量が、試験番号26で得られた比較鋼板はMn
量が、試験番号27で得られた比較鋼板はＮ量がそ
れぞれ本発明範囲から外れているのでグラフアイ
トが形成されず、伸びが低い値を示していること
がわかる。また、試験番号28で得られた比較鋼板
は、Ｐ及びＳ量が本発明よりも多いためにグラフ
アイトの形成がなく、伸びが低くなつている。上述のように、この発明によれば、必要な強度
を備えながら延性並びに加工性の極めて優れた鋼
板を比較的安価に得ることができるので、プレス
加工、曲げ加工、切削加工、引抜加工、切断加工
等の冷間及び温間加工に容易に適用され、良好な
成果を得られるなど、工業上有用な効果がもたら
されるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、冷延鋼板のＰ及びＳ含有量とミクロ
組織及び伸びとの関係を示した図面である。

Claims

【特許請求の範囲】１重量割合で、Ｃ：0.26〜0.95％、 Mn：0.20％以下、 sol・Al：0.02〜0.30％、Ｎ：0.006％以下、 Si：1.0％以下、Ｐ：0.010％以下、Ｓ：0.010％以下、を含有するとともに、式Ｐ（％）×Ｓ（％）≦10×10^-6 を満足し、 Fe及びその他の不可避不純物：残り、から成り、かつフエライト相とグラフアイト相と
を主体とした組織を有していることを特徴とす
る、延性及び加工性に優れた鋼。２重量割合で、Ｃ：0.26〜0.95％、 Mn：0.20％以下、 sol・Al：0.02〜0.30％、Ｎ：0.006％以下、 Si：1.0％以下、Ｐ：0.010％以下、Ｓ：0.010％以下、を含有するとともに、式Ｐ（％）×Ｓ（％）≦10×10^-6 を満足し、 Fe及びその他の不可避不純物：残り、から成る成分組成の鋼を熱間加工した後、加工
度：５％以上の冷間加工を施し、次いで500〜750
℃の温度にて２時間以上焼鈍することを特徴とす
る、フエライト相とグラフアイト相とを主体とし
た組織を有する延性及び加工性に優れた鋼の製造
方法。