JP2000034540A - 強度と低温靭性に優れた窒化部材およびその製造方法 - Google Patents
強度と低温靭性に優れた窒化部材およびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】高強度でかつ低温靭性に優れた窒化部材及びそ
の製造方法を提供する。 【解決手段】重量％で、Ｃ：０．０１０％以下と、Ｓ
ｉ：０．０５％以下と、Ｍｎ：０．１〜１％と、Ｐ：
０．０２％以下と、Ｓ：０．０２％以下と、Ｓｏｌ．Ａ
ｌ：０．０１〜０．１０％と、Ｃｕ：０．１％以下と、
Ｎ：０．００３％以下と、Ｂ：０．００１％以下と、Ｎ
ｂ：０．１０％以下と、Ｔｉを０．０１〜０．１％かつ
下記（１）式で定義されるＴｉ* ：―０．０１〜０．０
８％の範囲で含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物か
らなる鋼板を成形後窒化処理し、窒化後のＴｉ％×Ｎ％
×１０3 が１．２〜３．２であることを特徴とする。 Ｔｉ* ＝Ｔｉ％−４８／１４×Ｎ％−４８／１２×Ｃ％
−４８／３２×Ｓ％…（１）
の製造方法を提供する。 【解決手段】重量％で、Ｃ：０．０１０％以下と、Ｓ
ｉ：０．０５％以下と、Ｍｎ：０．１〜１％と、Ｐ：
０．０２％以下と、Ｓ：０．０２％以下と、Ｓｏｌ．Ａ
ｌ：０．０１〜０．１０％と、Ｃｕ：０．１％以下と、
Ｎ：０．００３％以下と、Ｂ：０．００１％以下と、Ｎ
ｂ：０．１０％以下と、Ｔｉを０．０１〜０．１％かつ
下記（１）式で定義されるＴｉ* ：―０．０１〜０．０
８％の範囲で含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物か
らなる鋼板を成形後窒化処理し、窒化後のＴｉ％×Ｎ％
×１０3 が１．２〜３．２であることを特徴とする。 Ｔｉ* ＝Ｔｉ％−４８／１４×Ｎ％−４８／１２×Ｃ％
−４８／３２×Ｓ％…（１）
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば自動車にお
いてはメンバー、レインフォースメントなどの強度を要
求される部品、外板などの耐デント性の要求される部
品、その他あらゆる高強度機械構造用部品に適用できる
窒化部材に係り、高強度でかつ低温靭性に優れ、しかも
低製造コストで寸法精度にも優れた窒化部材およびその
製造方法に関する。
いてはメンバー、レインフォースメントなどの強度を要
求される部品、外板などの耐デント性の要求される部
品、その他あらゆる高強度機械構造用部品に適用できる
窒化部材に係り、高強度でかつ低温靭性に優れ、しかも
低製造コストで寸法精度にも優れた窒化部材およびその
製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、自動車の燃費向上の要求から車体
重量の軽量化が指向されている。また衝突安全性の観点
からはボディの高強度、高剛性化さらに衝撃吸収能に対
するニーズが高まっている。これらのニーズを満たすた
めに、強度が必要とされるメンバーなどの構造用部材や
レインフォースメントなどの補強部材は従来の軟質鋼板
からＴＳ（引張強さ）が３４０ＭＰａ以上の高張力鋼板
への転換が図られている。
重量の軽量化が指向されている。また衝突安全性の観点
からはボディの高強度、高剛性化さらに衝撃吸収能に対
するニーズが高まっている。これらのニーズを満たすた
めに、強度が必要とされるメンバーなどの構造用部材や
レインフォースメントなどの補強部材は従来の軟質鋼板
からＴＳ（引張強さ）が３４０ＭＰａ以上の高張力鋼板
への転換が図られている。
【０００３】しかしながら、高張力鋼板は軟質鋼板と比
較すると伸び、ｒ値で劣るため、当然のことながら成形
性が低く、複雑形状のプレス成形が困難なのが現状であ
る。さらにＹＰ（降伏強さ）が高くなることに起因して
スプリングバックが大きくなり、良好な寸法精度を得る
ことが困難である。
較すると伸び、ｒ値で劣るため、当然のことながら成形
性が低く、複雑形状のプレス成形が困難なのが現状であ
る。さらにＹＰ（降伏強さ）が高くなることに起因して
スプリングバックが大きくなり、良好な寸法精度を得る
ことが困難である。
【０００４】一方最近、高強度部材の製造方法として軟
質鋼板をプレス後熱処理を行い硬化させる技術がある。
この方法では鋼板は焼き入れ前は高成形性であり、その
後の熱処理により高強度化するため、複雑形状のプレス
が可能でかつ高強度が得られるという利点がある。しか
しながら、焼き入れ時に大入熱を伴うため熱歪みにより
変形し、部材の高い寸法精度が得られないという問題が
ある。
質鋼板をプレス後熱処理を行い硬化させる技術がある。
この方法では鋼板は焼き入れ前は高成形性であり、その
後の熱処理により高強度化するため、複雑形状のプレス
が可能でかつ高強度が得られるという利点がある。しか
しながら、焼き入れ時に大入熱を伴うため熱歪みにより
変形し、部材の高い寸法精度が得られないという問題が
ある。
【０００５】鋼を熱処理によって硬化させる技術として
は、浸炭や窒化が主に歯車等の耐磨耗性が要求される部
品で広く使われている。これらの技術は元来、鋳鍛造品
の表面硬化技術である。最近は鋼板をプレス成形して工
具、機械構造用部品、自動車部品など、耐磨耗性、耐疲
労強度、耐焼付性を必要とされる部品に用いる技術が開
示されている（特開平９−２５５４３号公報、特開平９
−２５５４４号公報）。
は、浸炭や窒化が主に歯車等の耐磨耗性が要求される部
品で広く使われている。これらの技術は元来、鋳鍛造品
の表面硬化技術である。最近は鋼板をプレス成形して工
具、機械構造用部品、自動車部品など、耐磨耗性、耐疲
労強度、耐焼付性を必要とされる部品に用いる技術が開
示されている（特開平９−２５５４３号公報、特開平９
−２５５４４号公報）。
【０００６】これらの技術は明細書中でも述べられてい
るようにＣｒを必須に添加して表面硬度を上昇させるこ
とにより、自動車駆動伝達部品などにおいて、主として
耐磨耗性の向上を目的としている。従って部材の強度自
体を上昇させようとする例えばプレス後焼入れの技術な
どとは根本的に技術思想が異なる。
るようにＣｒを必須に添加して表面硬度を上昇させるこ
とにより、自動車駆動伝達部品などにおいて、主として
耐磨耗性の向上を目的としている。従って部材の強度自
体を上昇させようとする例えばプレス後焼入れの技術な
どとは根本的に技術思想が異なる。
【０００７】このような窒化後耐磨耗性に優れた材料は
極めて高い表面硬度を有する反面窒化後の低温靭性に乏
しい。さらに一般に、窒化部材は低温靭性に優れないた
め、強度と低温靭性が必要とされる薄板の成形部品に窒
化部材が適用された例はない。
極めて高い表面硬度を有する反面窒化後の低温靭性に乏
しい。さらに一般に、窒化部材は低温靭性に優れないた
め、強度と低温靭性が必要とされる薄板の成形部品に窒
化部材が適用された例はない。
【０００８】窒化用の鋼板に対する従来技術について
は、窒化または軟窒化性に優れる鋼板として、特開昭５
４−２１９１６号公報、特開昭５５−７６０４６号公
報、特開平１−９６３３０号公報、特開平８−３５０１
３号公報、特開平９−２５５１７号公報には種々の技術
が開示されている。 また、特開平６−１３６４３８号
公報にはε−Ｃｕの析出強化を窒化と併用して板内部も
硬化する技術が開示されている。
は、窒化または軟窒化性に優れる鋼板として、特開昭５
４−２１９１６号公報、特開昭５５−７６０４６号公
報、特開平１−９６３３０号公報、特開平８−３５０１
３号公報、特開平９−２５５１７号公報には種々の技術
が開示されている。 また、特開平６−１３６４３８号
公報にはε−Ｃｕの析出強化を窒化と併用して板内部も
硬化する技術が開示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら特開昭５
４−２１９１６号公報は耐磨耗性、耐疲労特性を意図し
たもので、本発明が目的とする機械構造用部品用途には
Ｔｉ濃度が高すぎ、またＣｒを含有しているという理由
で破壊強度、低温靭性において劣る。
４−２１９１６号公報は耐磨耗性、耐疲労特性を意図し
たもので、本発明が目的とする機械構造用部品用途には
Ｔｉ濃度が高すぎ、またＣｒを含有しているという理由
で破壊強度、低温靭性において劣る。
【００１０】特開昭５５−７６０４６号公報、特開平９
−２５５１７号公報はＣｒ添加が必須であるが、Ｃｒは
表面硬化層の硬さを高める効果があるが、脆化をもたら
すので低温靭性の必要な機械構造用部品用窒化鋼板には
添加してはならない。また添加元素が高価であるので工
業的に好ましくない。
−２５５１７号公報はＣｒ添加が必須であるが、Ｃｒは
表面硬化層の硬さを高める効果があるが、脆化をもたら
すので低温靭性の必要な機械構造用部品用窒化鋼板には
添加してはならない。また添加元素が高価であるので工
業的に好ましくない。
【００１１】特開平１−９６３３０号公報は板製造段階
で窒化するもので、本発明とは技術思想が異なる。また
本先行文献には本発明請求項に示したごく限られたＣ，
Ｔｉの範囲において特に窒化後の強度と低温靭性が優れ
ることは示されていない。特開平８−３５０１３号公報
開示の技術は本発明と比較すると窒化による強度上昇に
寄与する固溶Ｔｉ量が十分でないため、窒化後の強度に
優れない。
で窒化するもので、本発明とは技術思想が異なる。また
本先行文献には本発明請求項に示したごく限られたＣ，
Ｔｉの範囲において特に窒化後の強度と低温靭性が優れ
ることは示されていない。特開平８−３５０１３号公報
開示の技術は本発明と比較すると窒化による強度上昇に
寄与する固溶Ｔｉ量が十分でないため、窒化後の強度に
優れない。
【００１２】さらに、特開平６−１３６４３８号公報に
開示のＣｕ添加鋼は、熱延時にＣｕの共晶融解に起因す
る表面欠陥の発生が顕著で、良好な表面性状が要求され
る部品に対しては適用できない。
開示のＣｕ添加鋼は、熱延時にＣｕの共晶融解に起因す
る表面欠陥の発生が顕著で、良好な表面性状が要求され
る部品に対しては適用できない。
【００１３】一方、窒化条件は従来５００℃×４時間
（特開昭５４−２１９１６号公報）、６００℃，６３０
℃×４時間（特開昭５５−７６０４６号公報）、６００
℃×２時間（特開平１−９６３３０号公報）、５７０℃
×４時間（特開平９−２５５１７号公報）で行われてい
るが、窒化時間が長すぎるため生産性に優れないばかり
か、低温靭性に優れない。特開平８−３５０１３号公報
には５８０℃×６０分が示されているが、素材鋼板の成
分においてＴｉ濃度が低いため窒化後の強度に優れな
い。また何れの公報もある限られた鋼化学成分と窒化条
件の組み合わせにおいて特に強度と低温靭性が優れるこ
とを示唆するものはない。
（特開昭５４−２１９１６号公報）、６００℃，６３０
℃×４時間（特開昭５５−７６０４６号公報）、６００
℃×２時間（特開平１−９６３３０号公報）、５７０℃
×４時間（特開平９−２５５１７号公報）で行われてい
るが、窒化時間が長すぎるため生産性に優れないばかり
か、低温靭性に優れない。特開平８−３５０１３号公報
には５８０℃×６０分が示されているが、素材鋼板の成
分においてＴｉ濃度が低いため窒化後の強度に優れな
い。また何れの公報もある限られた鋼化学成分と窒化条
件の組み合わせにおいて特に強度と低温靭性が優れるこ
とを示唆するものはない。
【００１４】このように従来技術では、自動車軽量化に
必須の高い強度と低温靭性を有する高強度部材を高寸法
精度かつ低生産コストで製造することは困難であった。
本発明の目的は、上記特性を満足する高強度でかつ低温
靭性に優れた窒化部材およびその製造方法を提供するこ
とにある。
必須の高い強度と低温靭性を有する高強度部材を高寸法
精度かつ低生産コストで製造することは困難であった。
本発明の目的は、上記特性を満足する高強度でかつ低温
靭性に優れた窒化部材およびその製造方法を提供するこ
とにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決し目的を
達成するために、本発明は以下に示す手段を用いてい
る。
達成するために、本発明は以下に示す手段を用いてい
る。
【００１６】（１）本発明の窒化部材は、重量％で、
Ｃ：０．０１０％以下と、Ｓｉ：０．０５％以下と、Ｍ
ｎ：０．１〜１％と、Ｐ：０．０２％以下と、Ｓ：０．
０２％以下と、Ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１〜０．１０％
と、Ｃｕ：０．１％以下と、Ｎ：０．００３％以下と、
Ｂ：０．００１％以下と、Ｎｂ：０．１０％以下と、Ｔ
ｉを０．０１〜０．１％かつ下記（１）式で定義される
Ｔｉ* ：−０．０１〜０．０８％の範囲で含有し、残部
がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼板を成形後窒化処
理し、窒化後のＴｉ％×Ｎ％×１０3 が１．２〜３．２
であることを特徴とする、強度と低温靭性に優れた窒化
部材である。
Ｃ：０．０１０％以下と、Ｓｉ：０．０５％以下と、Ｍ
ｎ：０．１〜１％と、Ｐ：０．０２％以下と、Ｓ：０．
０２％以下と、Ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１〜０．１０％
と、Ｃｕ：０．１％以下と、Ｎ：０．００３％以下と、
Ｂ：０．００１％以下と、Ｎｂ：０．１０％以下と、Ｔ
ｉを０．０１〜０．１％かつ下記（１）式で定義される
Ｔｉ* ：−０．０１〜０．０８％の範囲で含有し、残部
がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼板を成形後窒化処
理し、窒化後のＴｉ％×Ｎ％×１０3 が１．２〜３．２
であることを特徴とする、強度と低温靭性に優れた窒化
部材である。
【００１７】 Ｔｉ* ％＝Ｔｉ％−４８／１４×Ｎ％−４８／１２×Ｃ％−４８／３２×Ｓ％ …（１） （２）本発明の製造方法は、上記（１）に記載の組成を
有する鋼板を成形後、ＮＨ3 ガスまたはＮＨ3 を体積率
で３０％以上含有する混合ガス雰囲気中で、５００〜６
００℃の温度範囲で、下記（２）式で定義されるｘが６
〜１７となる窒化条件で窒化処理することを特徴とす
る、強度と低温靭性に優れた窒化部材の製造方法であ
る。 ｘ＝１０4 ×Ｔｉ％×（ｔｅｘｐ（−９５００／（Ｔ＋２７３）））0.5 … （２） 但し、Ｔｉ％：Ｔｉ濃度（重量％）、ｔ：窒化時間
（分）、Ｔ：窒化温度（℃）
有する鋼板を成形後、ＮＨ3 ガスまたはＮＨ3 を体積率
で３０％以上含有する混合ガス雰囲気中で、５００〜６
００℃の温度範囲で、下記（２）式で定義されるｘが６
〜１７となる窒化条件で窒化処理することを特徴とす
る、強度と低温靭性に優れた窒化部材の製造方法であ
る。 ｘ＝１０4 ×Ｔｉ％×（ｔｅｘｐ（−９５００／（Ｔ＋２７３）））0.5 … （２） 但し、Ｔｉ％：Ｔｉ濃度（重量％）、ｔ：窒化時間
（分）、Ｔ：窒化温度（℃）
【発明の実施の形態】本発明者らは、上記の課題を解決
すべく、鋭意研究を重ねた結果、鋼板組成および窒化条
件をある限られた範囲とすることにより、上記特性が極
めて優れることを見出した。まず窒化による強度上昇の
メカニズムについて鋭意研究した結果、窒化により強度
上昇に寄与するのは鋼板中で他の元素と化学的に結合し
ていない、固溶Ｔｉであり、これをある限られた範囲に
制御することによって窒化後の強度と靭性に優れた窒化
用鋼板が製造可能なことを見出した。
すべく、鋭意研究を重ねた結果、鋼板組成および窒化条
件をある限られた範囲とすることにより、上記特性が極
めて優れることを見出した。まず窒化による強度上昇の
メカニズムについて鋭意研究した結果、窒化により強度
上昇に寄与するのは鋼板中で他の元素と化学的に結合し
ていない、固溶Ｔｉであり、これをある限られた範囲に
制御することによって窒化後の強度と靭性に優れた窒化
用鋼板が製造可能なことを見出した。
【００１８】固溶Ｔｉ濃度はＴｉ全添加量から窒化物、
炭化物、硫化物およびその複合体を除いた量で次式で定
義される。 Ｔｉ* ％＝Ｔｉ％−４８／１４×Ｎ％−４８／１２×Ｃ
％−４８／３２×Ｓ％ また化学成分を本発明の請求項１に示すような成分範囲
に限定することによりプレス成形性、表面性状などの本
鋼板を工業的に適用するために必要な、諸特性を満足さ
せた。
炭化物、硫化物およびその複合体を除いた量で次式で定
義される。 Ｔｉ* ％＝Ｔｉ％−４８／１４×Ｎ％−４８／１２×Ｃ
％−４８／３２×Ｓ％ また化学成分を本発明の請求項１に示すような成分範囲
に限定することによりプレス成形性、表面性状などの本
鋼板を工業的に適用するために必要な、諸特性を満足さ
せた。
【００１９】さらに自動車フレームなどの衝撃吸収部品
で要求される低温靭性に対しては窒化により侵窒された
Ｎ濃度をＴｉ濃度に対して、Ｔｉ％×Ｎ％×１０3 が
１．２〜３．２（Ｔｉ％，Ｎ％：Ｔｉ，Ｎの重量％）を
満たすことが重要であることを見出した。
で要求される低温靭性に対しては窒化により侵窒された
Ｎ濃度をＴｉ濃度に対して、Ｔｉ％×Ｎ％×１０3 が
１．２〜３．２（Ｔｉ％，Ｎ％：Ｔｉ，Ｎの重量％）を
満たすことが重要であることを見出した。
【００２０】また窒化部材の製造方法としては、上記化
学成分を含有する鋼板を成形加工後の窒化処理条件をＮ
Ｈ3 ガスまたはＮＨ3 を体積率で３０％以上含有する混
合ガス雰囲気中で、窒化処理温度、時間をＴｉ濃度に対
して適切に制御することにより、強度と低温靭性を両立
させた。
学成分を含有する鋼板を成形加工後の窒化処理条件をＮ
Ｈ3 ガスまたはＮＨ3 を体積率で３０％以上含有する混
合ガス雰囲気中で、窒化処理温度、時間をＴｉ濃度に対
して適切に制御することにより、強度と低温靭性を両立
させた。
【００２１】以上の知見に基づき、本発明者らは、Ｃ：
０．０１０％以下の極低炭素鋼において、Ｔｉ全添加量
から窒化物、炭化物、硫化物およびその複合体を除いた
量で定義される固溶Ｔｉ濃度（Ｔｉ* ）と、鋼板成形後
の窒化処理条件を一定範囲内に制御し、窒化部材中のＮ
濃度を規定するようにして、高強度、低温靭性を有する
窒化部材を見出し、本発明を完成させた。
０．０１０％以下の極低炭素鋼において、Ｔｉ全添加量
から窒化物、炭化物、硫化物およびその複合体を除いた
量で定義される固溶Ｔｉ濃度（Ｔｉ* ）と、鋼板成形後
の窒化処理条件を一定範囲内に制御し、窒化部材中のＮ
濃度を規定するようにして、高強度、低温靭性を有する
窒化部材を見出し、本発明を完成させた。
【００２２】すなわち、本発明は、鋼組成、窒化後のＮ
濃度および製造条件を下記範囲に限定することにより、
高強度でかつ低温靭性に優れた窒化部材を高寸法精度か
つ低コストで提供することができる。
濃度および製造条件を下記範囲に限定することにより、
高強度でかつ低温靭性に優れた窒化部材を高寸法精度か
つ低コストで提供することができる。
【００２３】以下に本発明の成分添加理由、成分限定理
由、窒化後のＮ濃度の限定理由、および製造条件の限定
理由について説明する。 （１）成分組成範囲および窒化後のＮ濃度 Ｔｉ：０．０１〜０．１％かつＴｉ* ：−０．０１〜
０．０８％，但し、Ｔｉ * ％＝Ｔｉ％−４８／１４×Ｎ
％−４８／１２×Ｃ％−４８／３２×Ｓ％ Ｔｉは本発明の最も重要な化学成分で、Ｔｉの全添加量
のうち窒化物、炭化物、硫化物およびその複合体を形成
しているものを除いた固溶Ｔｉの制御が窒化後の強度と
靭性の両立に不可欠である。
由、窒化後のＮ濃度の限定理由、および製造条件の限定
理由について説明する。 （１）成分組成範囲および窒化後のＮ濃度 Ｔｉ：０．０１〜０．１％かつＴｉ* ：−０．０１〜
０．０８％，但し、Ｔｉ * ％＝Ｔｉ％−４８／１４×Ｎ
％−４８／１２×Ｃ％−４８／３２×Ｓ％ Ｔｉは本発明の最も重要な化学成分で、Ｔｉの全添加量
のうち窒化物、炭化物、硫化物およびその複合体を形成
しているものを除いた固溶Ｔｉの制御が窒化後の強度と
靭性の両立に不可欠である。
【００２４】固溶Ｔｉは式Ｔｉ* ％＝Ｔｉ％−４８／１
４×Ｎ％−４８／１２×Ｃ％−４８／３２×Ｓ％で定義
され、これを−０．０１〜０．０８％の範囲（かつＴ
ｉ：０．０１〜０．１％）に制御することが必要であ
る。本式は平衡論的に存在する固溶Ｔｉ濃度を与えるの
で、実質的にはＴｉ＊が負の領域においても−０．０１
％以上であれば、Ｔｉが非平衡的に固溶して存在するた
め、窒化による強度上昇能に優れる。これが−０．０１
％未満（即ちＴｉ＜０．０１％）では窒化により強度上
昇が十分でなく、高い強度が得られない。一方０．０８
％を超えると（即ちＴｉ＞０．１％）脆化し、低温靭性
が得られない。
４×Ｎ％−４８／１２×Ｃ％−４８／３２×Ｓ％で定義
され、これを−０．０１〜０．０８％の範囲（かつＴ
ｉ：０．０１〜０．１％）に制御することが必要であ
る。本式は平衡論的に存在する固溶Ｔｉ濃度を与えるの
で、実質的にはＴｉ＊が負の領域においても−０．０１
％以上であれば、Ｔｉが非平衡的に固溶して存在するた
め、窒化による強度上昇能に優れる。これが−０．０１
％未満（即ちＴｉ＜０．０１％）では窒化により強度上
昇が十分でなく、高い強度が得られない。一方０．０８
％を超えると（即ちＴｉ＞０．１％）脆化し、低温靭性
が得られない。
【００２５】Ｃ：０．０１０％以下 Ｃ濃度が０．０１０％を超えるとＴｉ添加鋼ではＴｉＣ
を形成し、強度が上昇し著しく成形性を低下する。従っ
てＣは０．０１０％以下にしなければならない。
を形成し、強度が上昇し著しく成形性を低下する。従っ
てＣは０．０１０％以下にしなければならない。
【００２６】Ｓｉ：０．０５％以下 Ｓｉが０．０５％を超えると固溶強化のために強度が上
昇し、成形性の低下を招く。従ってその含有量の上限は
０．０５％である。
昇し、成形性の低下を招く。従ってその含有量の上限は
０．０５％である。
【００２７】Ｍｎ：０．１〜１％ Ｍｎは固溶ＳとともにＭｎＳとして析出してＳに起因す
る表面疵を抑制する。０．１％未満ではその効果が十分
でなく、１％を超えると固溶強化により強度が上昇し成
形性が低下する。従って、その含有量は０．１〜１％で
ある。
る表面疵を抑制する。０．１％未満ではその効果が十分
でなく、１％を超えると固溶強化により強度が上昇し成
形性が低下する。従って、その含有量は０．１〜１％で
ある。
【００２８】Ｐ：０．０２％以下 Ｐは０．０２％を超えると窒化処理時に粒界偏析して脆
化を引き起こすので、０．０２％以下にしなければなら
ない。
化を引き起こすので、０．０２％以下にしなければなら
ない。
【００２９】Ｓ：０．０２％以下 Ｓは前述したように表面疵の原因となるので０．０２％
以下に制御する必要がある。
以下に制御する必要がある。
【００３０】Ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１〜０．１０％ Ｓｏｌ．Ａｌは脱酸材として添加される。０．０１％未
満ではその効果が十分でない。また０．１０％を超えて
添加してもその効果は飽和し、不経済であるので０．１
０％以下である。
満ではその効果が十分でない。また０．１０％を超えて
添加してもその効果は飽和し、不経済であるので０．１
０％以下である。
【００３１】Ｎ：０．００３％以下 Ｎは固溶Ｎとして焼鈍時にｒ値向上に適当な集合組織の
生成を妨げたり、歪み時効により成形時にストレッチャ
ーストレインマークを発生させ、さらに窒化時に強化に
寄与する固溶ＴｉをＴｉＮとして固定するため、窒化の
効果を減じるため、出来るだけ低減することが望まし
い。０．００３％を超えるとその悪影響が顕著となるの
で０．００３％以下にする必要がある。
生成を妨げたり、歪み時効により成形時にストレッチャ
ーストレインマークを発生させ、さらに窒化時に強化に
寄与する固溶ＴｉをＴｉＮとして固定するため、窒化の
効果を減じるため、出来るだけ低減することが望まし
い。０．００３％を超えるとその悪影響が顕著となるの
で０．００３％以下にする必要がある。
【００３２】Ｃｕ：０．１％以下 Ｃｕは熱間圧延時に共晶融解し、表面性状を著しく劣化
させるので０．１％以下にしなければならない。
させるので０．１％以下にしなければならない。
【００３３】Ｂ：０．００１％以下 Ｂは添加すると成形加工時の２次加工脆性を抑制した
り、粒界を強化することにより窒化後の材料の延性−脆
性遷移温度を下げる効果がある。しかし、０．００１％
を超えて含有すると板製造段階でＢＮを形成し成形性を
劣化させるので、上記特性が求められる用途に対しては
０．００１％以下添加する必要がある。
り、粒界を強化することにより窒化後の材料の延性−脆
性遷移温度を下げる効果がある。しかし、０．００１％
を超えて含有すると板製造段階でＢＮを形成し成形性を
劣化させるので、上記特性が求められる用途に対しては
０．００１％以下添加する必要がある。
【００３４】Ｎｂ：０．１０％以下 Ｎｂは添加することにより、素材のｒ値および伸びを向
上させる効果がある。しかし、０．１０％を超えるとそ
の効果が飽和し、コスト高となるので、特に高い素材成
形性が必要な用途においては０．１０％以下添加する必
要がある。
上させる効果がある。しかし、０．１０％を超えるとそ
の効果が飽和し、コスト高となるので、特に高い素材成
形性が必要な用途においては０．１０％以下添加する必
要がある。
【００３５】 窒化後のＴｉ％×Ｎ％×１０3 ：１．２〜３．２ 窒化処理によって部材に侵窒されたＮ原子は固溶Ｔｉ原
子と結合して析出物を生成し、強度を上昇させる。この
時、Ｔｉ％×Ｎ％に依存して部材強度が変化し、Ｔｉ％
×Ｎ％×１０3 が１．２未満では強度が十分でない。一
方、Ｔｉ％×Ｎ％×１０3 が３．２を超えると低温靭性
が著しく劣化する。
子と結合して析出物を生成し、強度を上昇させる。この
時、Ｔｉ％×Ｎ％に依存して部材強度が変化し、Ｔｉ％
×Ｎ％×１０3 が１．２未満では強度が十分でない。一
方、Ｔｉ％×Ｎ％×１０3 が３．２を超えると低温靭性
が著しく劣化する。
【００３６】上記の成分組成範囲及び窒化後のＮ濃度に
調整することにより、高強度でかつ低温靭性に優れた窒
化部材を得ることが可能となる。
調整することにより、高強度でかつ低温靭性に優れた窒
化部材を得ることが可能となる。
【００３７】このような特性の窒化部材は、以下の製造
方法により製造することができる。 （２）窒化部材の製造工程 （製造方法）上記の成分組成範囲を有する素材鋼板を用
い、成形加工後ＮＨ3 ガスまたはＮＨ3 を体積率で３０
％以上含有する混合ガス雰囲気中で、５００〜６００℃
の温度範囲で、下記（２）式で定義されるｘが６〜１７
となる窒化条件で窒化処理する。
方法により製造することができる。 （２）窒化部材の製造工程 （製造方法）上記の成分組成範囲を有する素材鋼板を用
い、成形加工後ＮＨ3 ガスまたはＮＨ3 を体積率で３０
％以上含有する混合ガス雰囲気中で、５００〜６００℃
の温度範囲で、下記（２）式で定義されるｘが６〜１７
となる窒化条件で窒化処理する。
【００３８】 ｘ＝１０4 ×Ｔｉ％×（ｔｅｘｐ（−９５００／（Ｔ＋２７３）））0.5 … （２） 但し、Ｔｉ％：Ｔｉ濃度（重量％）、ｔ：窒化時間
（分）、Ｔ：窒化温度（℃） ａ．窒化処理条件 窒化雰囲気ガス中のＮＨ3 濃度が３０％未満では窒化処
理の効率が劣化する。窒化温度が５００℃未満では窒化
効率が劣化する。６００℃超えではγ相を生成するため
窒化後の組織が粗大となり低温脆性が劣化する。上記
（２）式のｘは窒化の効果を表すパラメータでこれが６
未満では強度上昇が十分でなく、１７を超えると低温靭
性が著しく劣化する。以下に本発明の実施例を挙げ、本
発明の効果を立証する。
（分）、Ｔ：窒化温度（℃） ａ．窒化処理条件 窒化雰囲気ガス中のＮＨ3 濃度が３０％未満では窒化処
理の効率が劣化する。窒化温度が５００℃未満では窒化
効率が劣化する。６００℃超えではγ相を生成するため
窒化後の組織が粗大となり低温脆性が劣化する。上記
（２）式のｘは窒化の効果を表すパラメータでこれが６
未満では強度上昇が十分でなく、１７を超えると低温靭
性が著しく劣化する。以下に本発明の実施例を挙げ、本
発明の効果を立証する。
【００３９】
【実施例】表１に示すような種々の化学成分、濃度を含
有する板厚１．２ｍｍの冷延鋼板（Ａ〜Ｃ：本発明鋼、
Ｄ：比較鋼）を用い、素材引張特性を測定した。焼鈍温
度は８００℃で結晶粒径は１５〜２３μｍであった。窒
化処理はＮＨ3 ガス５０％、吸熱型変成ガス５０％の混
合ガス雰囲気で行った。
有する板厚１．２ｍｍの冷延鋼板（Ａ〜Ｃ：本発明鋼、
Ｄ：比較鋼）を用い、素材引張特性を測定した。焼鈍温
度は８００℃で結晶粒径は１５〜２３μｍであった。窒
化処理はＮＨ3 ガス５０％、吸熱型変成ガス５０％の混
合ガス雰囲気で行った。
【００４０】低温靭性の評価は、シャルピー衝撃試験
（ＪＩＳＺ２２４２）により吸収エネルギーを測定し、
吸収エネルギーが延性域と脆性域の中央値になる温度と
して定義される延性−脆性遷移温度を測定した。この値
が低いほど低温靭性が良好であることを示す。試験片
（ＪＩＳＺ２２０２）は２枚の板を窒化後にスポット溶
接で張り付け、機械加工により４号試験片のサブサイズ
とした。
（ＪＩＳＺ２２４２）により吸収エネルギーを測定し、
吸収エネルギーが延性域と脆性域の中央値になる温度と
して定義される延性−脆性遷移温度を測定した。この値
が低いほど低温靭性が良好であることを示す。試験片
（ＪＩＳＺ２２０２）は２枚の板を窒化後にスポット溶
接で張り付け、機械加工により４号試験片のサブサイズ
とした。
【００４１】表２に窒化前後の引張特性およびシャルピ
ー遷移温度の評価結果を示す（Ｎｏ．１，３〜１０，１
２：本発明例、Ｎｏ．２，１１，１３〜２０：比較
例）。本発明の試験材（本発明例）Ｎｏ．１，３〜１
０，１２は、Ｔｉ％×Ｎ％×１０3 が１．２〜３．２か
つ前記（２）式で定義されるｘが６〜１７であるため、
窒化前の成形性は良好で、窒化後のＴＳ（引張強さ）が
５００ＭＰａ以上で高強度である。さらにシャルピー遷
移温度が−５０℃以下と優れた低温靭性を有する。
ー遷移温度の評価結果を示す（Ｎｏ．１，３〜１０，１
２：本発明例、Ｎｏ．２，１１，１３〜２０：比較
例）。本発明の試験材（本発明例）Ｎｏ．１，３〜１
０，１２は、Ｔｉ％×Ｎ％×１０3 が１．２〜３．２か
つ前記（２）式で定義されるｘが６〜１７であるため、
窒化前の成形性は良好で、窒化後のＴＳ（引張強さ）が
５００ＭＰａ以上で高強度である。さらにシャルピー遷
移温度が−５０℃以下と優れた低温靭性を有する。
【００４２】これに対し、Ｔｉ％×Ｎ％×１０3 が１．
２未満またはｘの値が６未満の試験材（比較例）Ｎｏ．
２は窒化後の強度が低い。またＴｉ％×Ｎ％×１０3 、
ｘの値がそれぞれ３．２、１７を超える比較例Ｎｏ．１
１，１３〜２０は遷移温度が高く、低温靭性が優れな
い。
２未満またはｘの値が６未満の試験材（比較例）Ｎｏ．
２は窒化後の強度が低い。またＴｉ％×Ｎ％×１０3 、
ｘの値がそれぞれ３．２、１７を超える比較例Ｎｏ．１
１，１３〜２０は遷移温度が高く、低温靭性が優れな
い。
【００４３】
【表１】
【００４４】
【表２】
【００４５】図１にＴｉ％×Ｎ％×１０3 と窒化後の強
度、低温靭性の関係を示す。図２に前記（２）式のｘと
窒化後の強度、低温靭性の関係を示す。本発明の範囲で
のみ際だって、窒化後の強度と低温靭性が優れることが
明らかである。
度、低温靭性の関係を示す。図２に前記（２）式のｘと
窒化後の強度、低温靭性の関係を示す。本発明の範囲で
のみ際だって、窒化後の強度と低温靭性が優れることが
明らかである。
【００４６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば鋼
組成、窒化後のＮ濃度、及び製造条件を特定することに
より、高強度と低温靭性を有する窒化部材を高寸法精度
かつ低コストで製造することが可能となり、産業上極め
て有益である。
組成、窒化後のＮ濃度、及び製造条件を特定することに
より、高強度と低温靭性を有する窒化部材を高寸法精度
かつ低コストで製造することが可能となり、産業上極め
て有益である。
【図１】本発明の実施例に係る鋼材のＴｉ％×Ｎ％×１
０3 （［Ｔｉ］［Ｎ］×１０3）と窒化後の強度（Ｔ
Ｓ）、延性−脆性遷移温度の関係を示す図。
０3 （［Ｔｉ］［Ｎ］×１０3）と窒化後の強度（Ｔ
Ｓ）、延性−脆性遷移温度の関係を示す図。
【図２】本発明の実施例に係る鋼材のｘ（窒化の効果を
表すパラメータ）と窒化後の強度（ＴＳ）、延性−脆性
遷移温度の関係を示す図。
表すパラメータ）と窒化後の強度（ＴＳ）、延性−脆性
遷移温度の関係を示す図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森田 正哉 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 本田 武史 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 重量％で、Ｃ：０．０１０％以下と、Ｓ
ｉ：０．０５％以下と、Ｍｎ：０．１〜１％と、Ｐ：
０．０２％以下と、Ｓ：０．０２％以下と、Ｓｏｌ．Ａ
ｌ：０．０１〜０．１０％と、Ｃｕ：０．１％以下と、
Ｎ：０．００３％以下と、Ｂ：０．００１％以下と、Ｎ
ｂ：０．１０％以下と、Ｔｉを０．０１〜０．１％かつ
下記（１）式で定義されるＴｉ* ：−０．０１〜０．０
８％の範囲で含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物か
らなる鋼板を成形後窒化処理し、窒化後のＴｉ％×Ｎ％
×１０3 が１．２〜３．２であることを特徴とする、強
度と低温靭性に優れた窒化部材。 Ｔｉ* ％＝Ｔｉ％−４８／１４×Ｎ％−４８／１２×Ｃ％−４８／３２×Ｓ％ …（１） - 【請求項２】 請求項１に記載の組成を有する鋼板を成
形後、ＮＨ3 ガスまたはＮＨ3 を体積率で３０％以上含
有する混合ガス雰囲気中で、５００〜６００℃の温度範
囲で、下記（２）式で定義されるｘが６〜１７となる窒
化条件で窒化処理することを特徴とする、強度と低温靭
性に優れた窒化部材の製造方法。 ｘ＝１０4 ×Ｔｉ％×（ｔｅｘｐ（−９５００／（Ｔ＋２７３）））0.5 … （２） 但し、Ｔｉ％：Ｔｉ濃度（重量％）、ｔ：窒化時間
（分）、Ｔ：窒化温度（℃）
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13051499A JP2000034540A (ja) | 1998-05-12 | 1999-05-11 | 強度と低温靭性に優れた窒化部材およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12897198 | 1998-05-12 | ||
| JP10-128971 | 1998-05-12 | ||
| JP13051499A JP2000034540A (ja) | 1998-05-12 | 1999-05-11 | 強度と低温靭性に優れた窒化部材およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000034540A true JP2000034540A (ja) | 2000-02-02 |
Family
ID=26464527
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13051499A Pending JP2000034540A (ja) | 1998-05-12 | 1999-05-11 | 強度と低温靭性に優れた窒化部材およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000034540A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007108344A1 (ja) * | 2006-03-17 | 2007-09-27 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho | 溶接性に優れた高強度鋼材およびその製造方法 |
-
1999
- 1999-05-11 JP JP13051499A patent/JP2000034540A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007108344A1 (ja) * | 2006-03-17 | 2007-09-27 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho | 溶接性に優れた高強度鋼材およびその製造方法 |
| GB2450065A (en) * | 2006-03-17 | 2008-12-10 | Kobe Steel Ltd | High-strength steel excellent in weldability and process for production thereof |
| GB2450065B (en) * | 2006-03-17 | 2011-08-17 | Kobe Steel Ltd | High-strength steel material excellent in weldability and method of manufacturing the same |
| US8163107B2 (en) | 2006-03-17 | 2012-04-24 | Kobe Steel, Ltd. | High-strength steel excellent in weldability and process for production thereof |
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