JP2004300508A - 浸炭用連続鋳造熱延鋼板及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明による浸炭用連続鋳造熱延鋼板は、質量%において、C:0.02〜0.04%,Si:0.15〜0.30%,Mn:0.45〜0.60%,P:≦0.018%,S:0.005%以下,Al:0.001〜0.005%,N:30ppm以下を含有し、残部Feおよび不可避不純物からなる構成である。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、浸炭特性および焼入れ特性に優れた肌焼用鋼板に関し、特にリムド鋼とほぼ同等の特性を有する肌焼用鋼板を連鋳工程を経て製造するための低Al(アルミニウム)脱酸方法およびAlレベル設定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の自動車部品として製造されている熱延鋼板の一部には、成形加工後に浸炭−焼入れ処理(肌焼処理)を行うことにより表面硬さおよび浸炭深さを付与することが要求される場合がある。従来より、このような目的に使用される炭素鋼には、リムド鋼あるいは低窒素Al弱脱酸鋼を用いて対応している。
【0003】
リムド鋼は、表層では不純物が少なくγ粒は大きくなり、内層では介在物が分散し、γ粒は細粒となるため、浸炭焼入れ性に優れている。しかし、造塊・分塊工程を経て製造されるリムド鋼は、生産性の向上、特に連々比の向上が求められている今日の状況にそぐわないため、徐々にAlキルド鋼に代替されつつある。
【0004】
しかし、通常のAlキルド鋼はAlを(鋼板中の質量%で)0.02%以上含有しており、AlN(窒化アルミニウム)の析出によるピンニング効果により一般的にγ粒が微細化する。このため、焼入れ性が低下し、十分な焼入れ性が得られない。すなわち、リムド鋼と同様の熱処理を採用する限り、所要の表面硬さおよび浸炭深さが得られない。Al量の低減も可能であるが、過剰にAlレベルを低減させることは脱酸不良につながり、疵発生等の問題が生ずる。
【0005】
焼入れ性良好であるAlキルドの特殊鋼を用いることにより、γ粒が微細であっても所要の表面硬さおよび浸炭深さを得ることは可能であるが、コストの面で高価であり、浸炭焼入れ前の加工性が劣り、浸炭焼入れ時に内層まで焼入れが発生することより、リムド鋼と比較して材料特性が著しく変化する。
【0006】
このようなことから、鋼板中の質量%で、C(炭素):0.01〜0.30%、Al(アルミニウム):0.005%以下、N(窒素):80ppm以下とし、かつ金属Mg(マグネシウム)を用いて脱酸処理する方法が提案されている(例えば特許文献1参照。)。
【0007】
【特許文献1】
特開平10−273753号公報(第1図)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
従来の装置は以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。すなわち、上述のようにリムド鋼から肌焼鋼を得る場合には、造塊・分塊工程を経て製造するため、生産性の向上が求められている状況に適していなかった。また、連続鋳造において製造が可能なAlキルド鋼にはAlNが含有されているため、十分な硬化深さが得られなかった。このAlNの絶対量を低減させるためにAl脱酸鋼のAl量を過剰に低減すると、脱酸不良となっていた。
【0009】
また、特許文献1記載の発明のように、Mg脱酸処理を行ない、AlNの絶対量を減らす方法は、金属Mg含有ワイヤを添加する設備導入および工程数増が必要となりコストの上昇を招くという課題があった。
【0010】
このようなことから、Cr(クロム)やB(ボロン)等の合金系焼入れ性向上元素を添加することより、焼入れ性を向上させる方法も考えられるが、合金コストの上昇を招いてしまうことが課題であった。また、特殊鋼を用いて焼入れ性を確保することは可能であるが、焼入れ前後の材料特性が著しく変化するため、リムド鋼と浸炭焼入れ前後の機械的性質を有する肌焼鋼板を得ることは困難であった。
【0011】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、特に、Al添加を極力控え、かつ、Alの過剰添加抑制を防止し、さらに高価な合金系焼入性向上元素を添加することなく、リムド鋼と同等の浸炭焼入れ前後の機械的性質を有する肌焼鋼板を通常の連続鋳造工程を経て製造する浸炭・加工性に優れた浸炭用連続鋳造熱延鋼板及びその製造方法を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の浸炭用連続鋳造熱延鋼板は、質量%において、C:0.02〜0.04%,Si:0.15〜0.30%,Mn:0.45〜0.60%,P:≦0.018%,S:0.005%以下,Al:0.001〜0.005%,N:30ppm以下を含有し、残部Feおよび不可避不純物からなる。
【0013】
また、AGSNo=8.8(Al:≧0.008%)=840×Al%−2.08 (Al:0.002〜0.008%)=4.6 (Al:≦0.002%)なるDI(理想臨界直径)の式を組合わせることにより、請求項1記載のリムド鋼と同等以上の浸炭−焼入れ性を確保するのに必要なAl上限を求めて製造する浸炭用連続鋳造熱延鋼板である。
【0014】
本発明の浸炭用熱延鋼板の製造方法は、転炉溶製鋼を脱酸処理して連続鋳造し、得られた連鋳スラブを熱間圧延して熱延鋼板を製造するにあたり、Al・Si脱酸により低Al脱酸処理を行ない、質量%において、C:0.02〜0.04%,Si:0.15〜0.30%,Mn:0.45〜0.60%,P:≦0.018%,S:0.005%以下,Al:0.001〜0.005%,N:30ppm以下を含有し、残部Feおよび不可避不純物からなる浸炭用連続鋳造熱延鋼板を製造する製造方法である。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明による浸炭・加工性に優れた浸炭用連続鋳造熱延鋼板及びその製造方法の好適な実施の形態について詳細に説明する。
【0016】
本発明の浸炭用連続鋳造熱延鋼板の製造方法は、過剰なAl添加の低減を極力控え、かつ、合金系焼入れ性向上元素を添加せずに、浸炭焼入れ前後においてリムド鋼と同等の特性を有する浸炭・加工性に優れた浸炭用連続鋳造熱延鋼板を提供することを目的とするものである。
この目的を達成すべく、本発明は、鋼中成分と組成を総合的にバランスさせ、かつ、相互に満足するように定めている。
以下に、各成分毎の組成を規定する理由を説明する。
【0017】
C(炭素)は焼入性を著しく向上させる元素であり、また浸炭用連続鋳造熱延鋼板中におけるCの質量%が低いと強度低下を招くことから、その下限を0.02%とした。また浸炭用連続鋳造熱延鋼板中におけるCの質量%が高いとC当量(=C%+Si%/24+Mn%/6)の上昇を招き加工性が低下するため、その上限を0.04%とした。
【0018】
Si(シリコン)は脱酸性の強い元素であることより、脱酸を目的として浸炭用連続鋳造熱延鋼板中における質量%の下限を0.15%とし、またSi量が増加するとC当量の上昇を招き加工性が劣化するため、上限を0.30%とした。
また、連鋳スラブを熱間圧延して熱延鋼板とする際における脱酸処理時に、AlSi添加することにより製造することができる。その際脱酸処理としては、Alによる先行脱酸を行った後、Siによる脱酸を行い、再度Alによる脱酸を行なう。好ましくはSi脱酸時に鋼中の酸素を100ppm以下に脱酸する。
【0019】
Mn(マンガン)は焼入性を向上させる元素であるため、浸炭用連続鋳造熱延鋼板中における下限を0.45%とし、またMn量が増加するとC当量の上昇を招き加工性が劣化するため、その上限を0.60%とした。
【0020】
P(リン)とS(硫黄)はいずれも鋼のじん性を低下させ、またPの上昇は脆性破壊を招き、Sの上昇はバーリング加工性を低下させることから、浸炭用連続鋳造熱延鋼板中におけるPの上限を0.018%、Sの上限を0.005%とした。
【0021】
AlはAlNとなり、焼入れ時のγ粒の成長を阻止し、過剰に存在すると浸炭−焼入性を劣化させる。ただし、Alを過剰に低下させることは脱酸不良懸念があり、工程負荷を増大させる。そのため浸炭用連続鋳造熱延鋼板中における下限を0.001%とし、上限を後述する式により0.005%とした。
【0022】
NはAlNとなり、焼入性を劣化させるとともに、Nが高いと加工性が低下することから、浸炭用連続鋳造熱延鋼板中における窒素(N)量の上限を30ppmとした。
【0023】
本発明の鋼の製造にあたっては、造塊・分塊で製造したリムド鋼から肌焼鋼を得るのとは異なり、転炉溶製鋼を脱酸処理して連続鋳造し、得られた連鋳スラブを熱間圧延する。
しかし、通常、Alキルド鋼の連鋳操業を行なう場合では、Alレベルが高くAlNの析出が問題となり、Alレベルを過剰に低下させる操業を行う場合では、脱酸不良の懸念がある。この問題は適正なAlレベルを設定することにより解決できることがわかった。すなわち、本発明は、Al以外の成分により母材性質をリムド鋼と同等に設定した後、焼入れ性をリムド鋼と同等に確保すべくAlレベル設定を行なうことを特徴とする。
以下、このAlレベル設定方法について具体的に説明する。
【0024】
一般的に鋼の焼入れ性を評価する指標としてDI(理想臨界直径)が知られている。このDIは次式で表される。
DI=DI*×FSi×FMn×FP×FS×FCr×FNi×FMo×FCu×FB・・・▲1▼
DIの値が高いほど焼入れ性が高いことを示す。各係数は表1の通りである。
【0025】
【表1】
【0026】
DIは上記のように成分系の他に、γ粒径であるA.G.S.Noにより規定されている。γ粒径はAlN析出によるピンニング効果により粒径増加が抑制されることより、AlN量とγ粒径の関係を整理できると考えられる。Al量とA.G.S.No(以下、AGSNoと記す)の関係を示す特性を図1に示す。
【0027】
図1より、Al量とγ粒径(A.G.S.No)の関係は、次式のように規定することが出来る。
AGSNo=8.8(Al:≧0.008%)、=840×Al%−2.08(Al:0.002〜0.008%)、=4.6(Al:≦0.002%)・・・▲2▼
ただし、▲2▼式中における各数値の単位は全て質量%である。
【0028】
既知の式である▲1▼および、上述の▲2▼を組み合わせることにより、成分系のみで焼入れ性の大小を評価することが可能となる。例えば、図2に示す様にリムド鋼の成分範囲の焼入れ性と同等になるようAlレベルを設定し、過剰なAl低減を抑制することができる。
【0029】
転炉溶製鋼90トンを取鍋に受鋼し、連続鋳造し、熱間圧延し、表2に示す化学成分値の熱延鋼板(板厚5.0mm)を製造した。
【0030】
【表2】
【0031】
図3は、本発明の浸炭・加工性に優れた浸炭用連続鋳造熱延鋼板の製造方法によって得られた熱延鋼鈑(原板)の組織、引張試験値および穴拡げ試験値を示す図である。
図4は、本発明の浸炭・加工性に優れた浸炭用連続鋳造熱延鋼板の製造方法によって得られた熱延鋼鈑(原板)の浸炭−焼入れ特性を示す図である。
浸炭処理はカーボンポテンシャル1.0%のガス浸炭窒化を880℃×90分の条件で行い、60℃の油中で焼入れた。得られた浸炭材の表面硬度と、断面硬度513Hv以上の浸炭深さを測定した。
【0032】
〔比較例1〕
造塊・分塊工程を経て熱間圧延することにより、表2に示す化学成分値の熱延鋼鈑を製造し、該原板の引張試験値、浸炭−焼入れ特性を実施例1と同様に測定し、その結果を図3及び図4に示した。
【0033】
〔比較例2〕
表2に示す化学成分値の熱延鋼鈑を実施例1と同様にして製造し、得られた熱延鋼鈑の原板の引張試験値、浸炭−焼入れ特性を実施例1と同様に測定し、その結果を図3及び図4に示した。
【0034】
図3の結果から、本発明実施例のものは、比較例1のリムド鋼のものと同等の母材段階の機械的性質を示し、図4の結果から比較例1のリムド鋼と同程度の浸炭−焼入れ特性を有することがわかる。また、焼入れ性添加元素の多く、Alレベルの低い比較例2のものは、母材がリムド鋼に比べ硬質であり、浸炭−焼入れ時に内層まで焼入れされていることがわかる。
【0035】
【発明の効果】
本発明の浸炭用連続鋳造熱延鋼板は、質量%において、C:0.02〜0.04%,Si:0.15〜0.30%,Mn:0.45〜0.60%,P:≦0.018%,S:0.005%以下,Al:0.001〜0.005%,N:30ppm以下を含有し、残部Feおよび不可避不純物からなるので、造塊・分塊工程を実施することなく、リムド鋼とほぼ同等の特性を有する浸炭焼入れ材を連鋳工程を経て製造することができる。
【0036】
また、AGSNo=8.8(Al:≧0.008%)=840×Al%−2.08 (Al:0.002〜0.008%)=4.6 (Al:≦0.002%)なるDI(理想臨界直径)の式を組合わせることにより、請求項1記載のリムド鋼と同等以上の浸炭−焼入れ性を確保するのに必要なAl上限を求めて製造する浸炭用連続鋳造熱延鋼板であるので、リムド鋼とほぼ同等の特性を有する浸炭焼入れ材を連鋳工程を経て製造することができる。
【0037】
本発明の浸炭用熱延鋼板の製造方法は、転炉溶製鋼を脱酸処理して連続鋳造し、得られた連鋳スラブを熱間圧延して熱延鋼板を製造するにあたり、Al・Si脱酸により低Al脱酸処理を行ない、質量%において、C:0.02〜0.04%,Si:0.15〜0.30%,Mn:0.45〜0.60%,P:≦0.018%,S:0.005%以下,Al:0.001〜0.005%,N:30ppm以下を含有し、残部Feおよび不可避不純物からなる浸炭用連続鋳造熱延鋼板を製造する製造方法であるので、リムド鋼とほぼ同等の特性を有する浸炭焼入れ材を連鋳工程を経て製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】Al量とA.G.S.Noの関係を示す特性図である。
【図2】DIとA.G.S.Noの関係を示す特性図である。
【図3】本発明の浸炭・加工性に優れた浸炭用連続鋳造熱延鋼板の製造方法によって得られた熱延鋼鈑(原板)の組織、引張試験値および穴拡げ試験値を示す図である。
【図4】図4は、本発明の浸炭・加工性に優れた浸炭用連続鋳造熱延鋼板の製造方法によって得られた熱延鋼鈑(原板)の浸炭−焼入れ特性を示す図である。
Claims (3)
- 質量%において、C:0.02〜0.04%,Si:0.15〜0.30%,Mn:Mn:0.45〜0.60%,P:≦0.018%,S:0.005%以下,Al:0.001〜0.005%,N:30ppm以下を含有し、残部Feおよび不可避不純物からなる浸炭用連続鋳造熱延鋼板。
- AGSNo=8.8(Al:≧0.008%)=840×Al%−2.08 (Al:0.002〜0.008%)=4.6 (Al:≦0.002%)なるDI(理想臨界直径)の式を組合わせることにより、請求項1記載のリムド鋼と同等以上の浸炭−焼入れ性を確保するのに必要なAl上限を求めて製造することを特徴とする浸炭用連続鋳造熱延鋼板。
- 転炉溶製鋼を脱酸処理して連続鋳造し、得られた連鋳スラブを熱間圧延して熱延鋼板を製造するにあたり、Al・Si脱酸により低Al脱酸処理を行ない、質量%において、C:0.02〜0.04%,Si:0.15〜0.30%,Mn:0.45〜0.60%,P:≦0.018%,S:0.005%以下,Al:0.001〜0.005%,N:30ppm以下を含有し、残部Feおよび不可避不純物からなる浸炭用連続鋳造熱延鋼板を製造することを特徴とする浸炭用熱延鋼板の製造方法。
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