JP2003268489A - 熱処理用鋼板およびその製造方法 - Google Patents
熱処理用鋼板およびその製造方法Info
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Abstract
れ破壊特性に優れた熱処理用鋼板およびその製造方法を
提供することを目的とする。 【解決手段】 化学成分が、mass%で、C:0.05〜0.09
%、Si:1%以下、Mn:1.6〜2.4%、P:0.02%以下、S:0.0
2%以下、sol.Al:0.01〜0.1%、N:0.005%以下、B:0.0003
〜0.003%、およびTiを下記の不等式を満たす範囲内で含
有し、残部が実質的に鉄からなり、鉄炭化物の平均粒径
が2μm以下であることを特徴とする熱処理用鋼板であ
る。 (48/32)S+(48/14)N≦Ti≦2{(48/32)S+(48/14)N} ここで、式中の元素記号は各元素のmass%を表す。さら
に、Cr:0.1〜2%、Mo:0.1〜2%の内1種以上を含有するこ
ともできる。
Description
り成形加工した後に熱処理を施すための高強度、高靭
性、および耐遅れ破壊特性を有する鋼板およびその製造
方法に関する。
めの軽量化と、事故等からの乗員保護のための補強とい
う相反する特性を、満足する必要がある。そのため自動
車車体構造部材、補強部材、その他種々の機械構造部品
等の自動車部品は、高強度化することが要求されてい
る。そのために、材料面では高強度鋼板が開発されてい
るが、高強度化に伴い成形加工性が低下し、複雑な形状
の部品の製造は困難となる。
ため、一般には、冷延鋼板又は熱延鋼板をプレス成形等
により成形加工した後、高周波加熱又は雰囲気加熱の
後、水冷却、油冷却、プレスクエンチ等の焼入れを行う
熱処理により強化し、高強度部品を製造している。ま
た、この方法に適した鋼板がいくつか開発されている。
形加工性および短時間急速加熱焼入れ性に優れた精密打
抜き用鋼板が提案されている。その鋼板は、C:0.10〜0.
19%、Mn:0.7〜1.5%を含有するCr-B添加鋼である。
優れた高強度部材の製造方法が提案されている。この技
術は、C:0.2〜0.5%、Mn: 0.5〜1.6% 、Cr:0.5〜1.5%Cr
を含有する鋼を、潤滑皮膜形成剤で処理した後、成形加
工並びに焼入れ・焼もどし処理することを特徴とするも
のである。
素材とする部材の製造方法が提案されている。この部材
は、C:0.15〜0.40%、Mn:0.60〜1.50% を含有するB添加
鋼を、プレスにて冷間加工し、次いで焼入温度850℃以
上950℃未満で加熱し、焼入強烈度0.35cm-1以上1.50cm
-1未満で水焼入することを特徴としている。
号公報には、成形性と靱性に優れた焼き戻し省略型Ti-B
系高炭素薄鋼板の製造方法が提案されている。この薄鋼
板は、C:0.15〜0.40%C、Mn:0.6〜1.50%を含有する(Ti)-
B添加鋼からなり、セメンタイトの析出を抑え、B添加に
よって焼入性を確保し、さらにオーステナイト粒の異常
成長を抑制すべくAlN、(TiN)の析出を利用するというも
のである。
チ法により自動車の衝突時安全部品を製造するのに適し
た薄鋼板およびその部品の製造方法が提案されている。
この薄鋼板は、C:0.20〜0.40、Mn:0.20〜0.40%を含有す
るTi-Nb-B添加鋼を、熱間圧延後Ac1〜Ac1+30℃にて 1〜
20h加熱し、次いでAc1-30℃を下回る温度にまで、20℃/
h以下の冷却速度で冷却する焼鈍をおこなうことを特徴
としている。さらに、薄鋼板を所定形状に成形加工後、
850℃以上の温度に加熱し、金型にて拘束しながら 500
〜450℃の温度範囲まで80〜150℃/sの冷却速度で冷却
後、20〜100℃/sの冷却速度で100℃以下の常温まで冷却
するプレスクエンチ法により熱処理することにより、11
50N/mm2以上の引張り強度を有する自動車の衝突時安全
用部品を製造するというものである。
性を保持しながら、成形加工後は、その部材の所要箇所
に高周波焼入れのような急速加熱焼入れを施すことによ
って、割れを生ぜず簡単に表面硬化を施し耐摩耗性を付
与することができる熱延鋼板が提案されている。この鋼
板は、重量%にて、C:0.18〜0.30、Si:0.01〜1.0、Mn:0.
2〜1.5、Cr:0.1〜0.5、B:0.0006〜0.0040を含み、以下
いずれも、P:0.03、S:0.02、sol Al:0.08、N:0.01以下
を含み、残部鉄及び不可避的不純物よりなり、フェライ
トとベイナイトとからなる混合組織を有するというもの
である。
延性に優れ、かつ焼入れ後には所定の硬さと靭性が得ら
れる高炭素熱延鋼板および高炭素冷延鋼板を効率的に製
造する方法が提案されている。この鋼板は、C:0.25〜0.
65%、Mn:0.20〜0.40%を含有するCr-Ti-B添加鋼の熱延板
に、650℃〜Ac1未満で10〜30時間均熱する焼鈍を施す
か、Ac1〜Ac1+30℃にて 1〜20h均熱した後、Ac1-30℃ま
では3〜20℃/時で徐冷するか、Ac1-20℃までは3〜10
℃/時で徐冷する焼鈍を施し、さらに必要に応じて、30
〜70%の圧下率で冷間圧延し、650℃〜Ac1未満の範囲
で20秒以上均熱する焼鈍を行うというものである。
ぐれ、成形後の熱処理にて、十分な強度の得られる高炭
素薄鋼板の製造方法が提案されている。この鋼板は、C:
0.25〜0.45%、Mn:0.2〜0.5%を含有するCr-Ti-B添加鋼
を、熱間圧延し、550〜600℃の温度範囲にて巻き取り、
酸洗後、水素雰囲気中でAc1〜Ac1+30℃の温度範囲にて1
〜10時間均熱した後、3〜20℃/hの冷却速度で(Ar1-50
℃)を下回る温度まで徐冷する焼鈍をおこなうか、また
は上記にて得られた鋼板をさらに冷間圧延し、Ac 1-10℃
までの温度にて焼鈍するというものである。
ぐれ、成形後の熱処理にて、十分な強度の得られる高炭
素薄鋼板の製造方法が提案されている。この薄鋼板は、
C:0.25〜0.45%、Mn:0.2〜0.5%を含有するCr-Ti-B添加鋼
を、仕上げ温度をAr3+20℃〜Ar3+50℃で熱間圧延し、55
0〜600℃にて巻き取り、酸洗後、水素を95容積%以上含
む雰囲気中でAc1〜Ac1+30℃の温度範囲にて1〜10時間均
熱した後、3〜20℃/hの冷却速度でAr1-50℃を下回る温
度まで徐冷する焼鈍をおこなうというものである。
れた加工性を示しながら、レーザ照射等の様な高密度エ
ネルギーの照射により溶融および急速凝固させ、十分な
高強度化をはかるという高強度化特性に優れた高加工性
鋼板が提案されている。この鋼板は、C:0.04〜0.3%、M
n:3%以下を含有する鋼を、高密度エネルギーの照射間時
間が所定の式を満足し、且つ高密度エネルギー照射によ
るビード間隔が1mmを超えるものであることを特徴とし
ている。
部品などの成形加工に適用できる十分な成形性を有し、
かつ成形後の焼入れによって高強度を容易に得ることの
できる薄鋼板とその製造方法が提案されている。その薄
鋼板は、C:0.05〜0.20%、Mn:0.8〜2.0%を含有するTi-B
添加鋼であり、Tiを3.4×N(%)以下の範囲で含有する薄
鋼板、および上記組成からなる鋼スラブを熱間圧延し、
巻取り温度600℃以上で熱延コイルとするか、または、
巻取り温度480℃以上として熱延コイルとした後、冷間
圧延し、焼鈍する上記薄鋼板の製造方法というものであ
る。
従来技術には次のような問題がある。
量が高いため焼入後の耐遅れ破壊特性が低く、一方、Mn
含有量は0.7〜1.5%と低いため焼入後の強度が安定して
得られないという問題がある。
含有量が高いため焼入後の耐遅れ破壊特性が低く、一
方、Mn含有量は0.5〜1.6%と低いため焼入後の強度が安
定して得られない。また、焼もどし処理を必須とするた
め、部品の製造コスト(熱処理コスト)が高くなるとい
う問題がある。
公報、特開平6-116679号公報、特開平8-269615号公報、
特開平10-96031号公報、特開平10-147816号公報、特開
平10-251757号公報記載の技術についても、いずれもC含
有量が高いため焼入後の耐遅れ破壊特性が低く、一方、
Mn含有量は低いため焼入後の強度が安定して得られな
い。
どの照射により焼入れされる鋼板である。レーザー照射
などの高密度エネルギー照射による焼入れは、線状の狭
い範囲に限定して加熱されるため、加熱された領域が周
囲への抜熱によって急速に冷却されるため焼入れ部の高
い強度を得やすい。一方、強化範囲が限定されるため、
部品全体としての強度は不十分である。しかもその線状
加熱部分のビード間隔が1mmを超えるようにする必要が
あり、全面を一様に焼入れすることができない。ここ
で、熱処理範囲を広くすると、入熱量が多くなるため冷
却速度が遅くなり、鋼板はより高い焼入れ強化能が要求
される。しかしながら、この従来技術による鋼板では、
広範囲な熱処理では十分な焼入れ後強度が得られなかっ
た。
Mnの範囲は広くとっているが、良好な加工性と焼入れ後
の十分な強度を、より容易に両立させるために好ましい
のは、0.10〜0.15%とする旨記載されており、実施例で
はC:0.12%の例のみ開示されている。Mnについては、焼
入れ性と加工性の観点から、好ましいのは0.8〜1.5%で
ある旨記載されている。結局、同公報記載の技術も、焼
入後の強度の安定性、耐遅れ破壊特性が考慮されておら
ず、これらの特性に優れた鋼板は得られない。
成形等による成形加工後の熱処理により高強度化する熱
処理用鋼板において、熱処理条件に対する強度の安定
性、および耐遅れ破壊特性に優れた熱処理用鋼板および
その製造方法を提供することを目的とする。
より解決される。その発明は、化学成分が、mass%で、
C:0.05〜0.09%、Si:1%以下、Mn:1.6〜2.4%、P:0.02
%以下、S:0.02%以下、sol.Al:0.01〜0.1%、N:0.005%以
下、B:0.0003〜0.003%、およびTiを下記の不等式を満
たす範囲内で含有し、残部が実質的に鉄からなり、鉄炭
化物の平均粒径が2μm以下であることを特徴とする熱処
理用鋼板である。
8/14)N} ここで、式中の元素記号は各元素のmass%を表す。
に、Cr:0.1〜2%、Mo:0.1〜2%の内1種以上を含有するこ
とを特徴とする熱処理用鋼板とすることもできる。
を重ねた結果、低炭素であっても化学成分と金属組織を
制御することにより、極めて優れた熱処理用鋼板が得ら
れることを見いだし、それに基づきなされたものであ
る。
る。
であり、十分高強度化させるためには、0.05%以上添加
する必要がある。一方、C量が0.09%を超えると熱処理後
の耐遅れ破壊特性が劣化する。従って、C量を0.05〜0.0
9%の範囲内とする。
処理性が劣化するばかりでなく、製造コストも上昇す
る。従って、Si量を1%以下とする。
却速度等の熱処理条件によらず、熱処理後の部品が安定
した強度を得るために必須の元素である。Mn量が1.6%未
満では焼入性等の安定化の効果が十分ではなく、一方、
2.4%を超えると素材鋼板の強度が高くなりすぎ、プレス
成形性が劣化する。従って、Mn量を1.6〜2.4%の範囲内
とする。
性および溶接性を劣化させるので、可能な限り製鋼工程
で除去、低減することが望ましい。しかしながら、実質
的に無害となるP量は0.02%以下であり、Pを必要以上に
低減すると精錬コストが上昇する。従って、P量を0.02%
以下とする。
性および溶接性を劣化させるので、可能な限り製鋼工程
で除去、低減することが望ましい。しかしながら、実質
的に無害となるS量は0.02%以下であり、Sを必要以上に
低減すると精錬コストが上昇する。従って、S量を0.02%
以下とする。
添加される。この効果は、sol.Alが0.01 %未満では十分
でなく、一方、0.1%を超えると、添加の効果が飽和し不
経済となる。従って、sol.Al量を0.01〜0.1%の範囲内と
する。
性を劣化させるので、可能な限り製鋼工程で除去、低減
することが望ましい。しかしながら、実質的に無害とな
るN量は0.005%以下であり、Nを必要以上に低減すると精
錬コストが上昇する。従って、N量を0.005%以下とす
る。
/32)S} Tiは、鋼中の固溶NをTiNとして析出させ、BがBNとして
析出するのを防ぎB添加の効果を発現させるために、添
加する。そのためには、TiによりNを完全にTiNとして析
出させておく必要がある。Tiは、スラブ加熱後の冷却中
に、窒化物生成より高温で硫化物を生成するので、Nを
完全に析出させるには、TiをNとSの原子当量以上、即ち
(48/14)N+(48/32)S以上添加する必要がある。一方、こ
の下限の2倍を超えて過剰にTiを添加するとTiCを生成す
るため、素材鋼板の成形性が劣化する。従って、Ti量を
(48/14)N+(48/32)S〜2{(48/14)N+(48/32)S}の範囲内
とする。
おける保持温度、保持時間、あるいは冷却速度等の処理
条件によらず、熱処理後の部品が安定した強度を得るた
め必須の元素である。B量が0.0003%未満では焼入性等の
安定化の効果が十分ではなく、一方、0.003%を超えると
B添加の効果が飽和するばかりか、鋼板製造工程におけ
る生産性を低下させる。従って、B量を0.0003〜0.003%
の範囲内とする。
は冷却速度等の処理条件によらず、熱処理後の部品が安
定した強度を得るために有効な元素である。Cr量又はMo
量が0.1%未満では焼入性等の安定化の効果が十分ではな
く、一方、2%を超えると素材鋼板の強度が高くなりす
ぎ、プレス成形性が劣化する。従って、Cr又はMoを添加
する場合は、1種以上をそれぞれ0.1〜2%の範囲内とす
る。
的に鉄である」とは、本発明の作用・効果を無くさない
限り、不可避的不純物をはじめ、他の微量元素を含有す
るものが本発明の範囲に含まれることを意味する。
説明する。
化に影響を及ぼし、2μm以下とすることにより、成形後
の熱処理において、極めて短時間で鉄炭化物がオーステ
ナイト中に溶体化し、焼入後に高い強度が得られる。従
って、鉄炭化物の平均粒径を2μm以下とする。
方法の発明は、上記の化学成分を有する鋼のスラブに、
熱間圧延を行い、熱延最終パス出側から巻取りまでの平
均冷却速度を30℃/sec以下で冷却し、500℃以上の巻取
温度で巻取ることを特徴とする熱処理用鋼板の製造方法
である。
温度を制御することにより、成形性を向上させるもので
ある。
る。
ec以下 熱延最終パス出側から巻取りまでの平均冷却速度が30℃
/secを超えると、低温変態相が生成して、素材としての
鋼板の強度が上昇し、成形性が劣化する。従って、上記
の平均冷却速度を30℃/sec以下とする。
形性が劣化する。従って、巻取温度を500℃以上とす
る。
を有する鋼のスラブに、熱間圧延、冷間圧延、および再
結晶焼鈍を行い、その際、焼鈍温度から400℃までの平
均冷却速度を30℃/sec以下で冷却することを特徴とする
熱処理用鋼板の製造方法とすることもできる。
際、焼鈍後の冷却過程の平均冷却速度を制御することに
より、成形性を向上させるものである。
0℃/secを超えると、低温変態相が生成して、成形性が
劣化する。従って、上記平均冷却速度を30℃/sec以下と
する。
再加熱温度(スラブ加熱温度)は、成形性向上の観点か
ら1200〜1250℃とすることが好ましい。熱延仕上げ温度
は、フェライト組織を均一かつ微細化する観点からAr3
〜890℃とすることが望ましい。熱延鋼板の平坦度を調
整し、降伏点伸びを消去して成形性を向上させるために
は、コイルの冷却後、調質圧延を伸張率0.3〜1.5%の範
囲で施すことが望ましい。
延段階では上記の熱延条件、即ち成形性向上の観点から
熱延再加熱温度を1200〜1250℃とし、フェライト組織を
均一かつ微細化する観点から仕上げ温度をAr3〜890℃と
することが望ましい。また、熱延後の冷却速度について
も、熱延最終パス出側から巻取りまでの平均冷却速度が
30℃/secを超えると、低温変態相が生成して、冷間圧延
における製造性が低下するため、やはり30℃/sec以下と
することが望ましい。
粒径が2μm以下の微細な鉄炭化物を得るため、圧延率を
60%以上とすることが望ましい。焼鈍においては、成形
性向上の観点から均熱温度を、箱焼鈍では670〜720℃、
連続焼鈍では690〜730℃あるいは800〜850℃とすること
が望ましい。冷延鋼板の平坦度を調整し、降伏点伸びを
消去して成形性を向上させるために、コイルの冷却後、
調質圧延を伸張率0.3〜1.5%の範囲で施すことが望まし
い。
真空溶解鋳造し、スラブを1250℃に再加熱後、熱間圧延
し、870℃で仕上圧延を行った。1.2mmまで冷間圧延後、
720℃×2分の連続焼鈍を模擬した再結晶焼鈍を行った。
再結晶焼鈍においては、400℃まで平均冷却速度10℃/se
cで冷却した。伸張率1.5%の調質圧延を行った後、圧延
直角方向(幅方向)にJIS5号引張試験片を採取し、素材
の機械特性を調査した。さらに、鋼番号13,14について
は、600℃で熱処理を行い、炭化物粒径を調整した。
条件で熱処理を行った。
焼入れ 熱処理条件3: 900℃×5秒保持後水焼入れ ここで、熱処理条件1は理想的な溶体化処理および焼入
れ、熱処理条件2は溶体化処理後の焼入れが遅延した場
合に対応する条件、熱処理条件3は高周波焼入れ等の低
温短時間の溶体化処理を模擬した熱処理である。熱処理
用鋼板としては、これら1〜3のいずれの熱処理条件に
おいても、安定して高い強度が達成されることが望まし
い。
して、遅れ破壊試験を行った。試験方法は、まず、前記
熱処理条件1で処理後、30×100mmの短冊試験片を切り
出し、半径10mmRで180゜曲げ加工を行い、U字型となっ
た試験片の両端にボルトを通し、スプリングバックの分
を締め付けて固定した。次いで、この状態で、0.1N塩酸
中に浸積して、割れが発生するまでの時間を測定した。
耐遅れ破壊性の良否の評価は、30日以上割れのないこと
(遅れ破壊時間30日超)とした。
度、および遅れ破壊時間を示す。本発明例の鋼番号2,7,
11〜13は、いずれも素材の成形性(El)が高く、熱処理
(焼入れ)条件によらず1200MPa以上の高強度が達成さ
れ、さらに遅れ破壊時間30日以上の良好な耐遅れ破壊性
を示している。
本発明範囲より低いため、焼入れ後の強度が不十分であ
った。鋼番号3は、C量が本発明範囲より高いため、遅れ
破壊時間が3日と短く耐遅れ破壊性が劣り、さらに平均
炭化物粒径が2μmを超えるため低温短時間の熱処理条件
3では十分な強度が得られなかった。比較例の鋼番号4
は、Mn量が本発明範囲より低いため、熱処理条件2の焼
入れ後の強度が不十分であった。鋼番号5は、Mn量が本
発明範囲より高いため、素材の強度が高すぎて成形性
(El)が不良であった。
り低いため、熱処理条件2の焼入れ後の強度が不十分で
あった。鋼番号8は、Ti量が本発明範囲より高いため、
素材の強度が高く成形性(El)が不良であった。鋼番号
9は、B量が本発明範囲より低いため、熱処理条件2の焼
入れ後の強度が不十分であった。鋼番号10は、B量が本
発明範囲より高いため、素材の強度が高く成形性(El)
が不良であった。鋼番号14は、平均炭化物粒径が2μmを
超えるため低温短時間の熱処理条件3では十分な強度が
得られなかった。
用いて、表3に示す製造条件で鋼板A〜Gを製造した。こ
れらの鋼板について、実施例1に準じて、熱処理および
各種特性の評価を行った。評価結果を表4に示す。
の成形性(El)が高く、熱処理(焼入れ)条件によらず
1200MPa以上の高強度が達成され、さらに遅れ破壊時間3
0日以上の良好な耐遅れ破壊性を示している。これに対
して、比較例の符号Bは、熱延後の冷却速度が高いた
め、素材の強度が高く成形性(El)が低い。符号Cは、
熱延後の巻取温度が低いため、素材の強度が高く成形性
(El)が低い。符号Bは、連続焼鈍後の冷却速度が高い
ため、素材の強度が高く成形性(El)が低い。
組織を制御することにより、優れた熱処理用鋼板を製造
することができる。本発明の冷延鋼板又は熱延鋼板をプ
レス成形等により成形加工し、高周波加熱又は雰囲気加
熱の後、水冷却、油冷却、プレスクエンチ等により焼入
れ処理を行うことにより、安定して高い強度、靭性、お
よび耐遅れ破壊特性を有する複雑な形状の部品、例えば
自動車車体構造部材、補強部材、その他あらゆる機械構
造部品等が低コストで製造できる。本発明鋼板を用いた
熱処理部品は、自動車の安全性向上、軽量化による燃費
向上、ひいては地球環境保全などに寄与し、産業上極め
て有益である。
Claims (4)
- 【請求項1】 化学成分が、mass%で、C:0.05〜0.09
%、Si:1%以下、Mn:1.6〜2.4%、P:0.02%以下、S:0.0
2%以下、sol.Al:0.01〜0.1%、N:0.005%以下、B:0.0003
〜0.003%、およびTiを下記の不等式を満たす範囲内で含
有し、残部が実質的に鉄からなり、鉄炭化物の平均粒径
が2μm以下であることを特徴とする熱処理用鋼板。 (48/32)S+(48/14)N≦ Ti ≦2{(48/32)S+(48/14)N} ここで、式中の元素記号は各元素のmass%を表す。 - 【請求項2】 化学成分が、請求項1記載の化学成分に
加えてさらに、Cr:0.1〜2%、Mo:0.1〜2%の内1種以上を
含有することを特徴とする熱処理用鋼板。 - 【請求項3】 請求項1又は請求項2記載の化学成分を
有する鋼のスラブに、熱間圧延を行い、熱延最終パス出
側から巻取りまでの平均冷却速度を30℃/sec以下で冷却
し、500℃以上の巻取温度で巻取ることを特徴とする熱
処理用鋼板の製造方法。 - 【請求項4】 請求項1又は請求項2記載の化学成分を
有する鋼のスラブに、熱間圧延、冷間圧延、および再結
晶焼鈍を行い、その際、焼鈍温度から400℃までの平均
冷却速度を30℃/sec以下で冷却することを特徴とする熱
処理用鋼板の製造方法。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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