JP2007302984A - ドア部材用鋼板及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】C:0.3〜1.3質量%,Si:2.5質量%以下,Mn:0.1〜2.0質量%,P:0.05質量%以下,S:0.05質量%以下,Cr:0.8〜2.0質量%,必要に応じNi:0.1〜1.5質量%,Mo:2.0質量%以下,V:0.5質量%以下,Nb:0.005〜0.1質量%の一種又は二種以上を含むドア部材用鋼板である。常温での硬さが450HV以上のマルテンサイト組織をもち、400℃での硬さが380HV以上に調質されている。800〜950℃からの焼入れ、或いは焼入れ後の200〜600℃での焼戻しにより製造される。
【選択図】図2
Description
800〜950℃に加熱保持した後で急冷する焼入れ、或いは引き続き200〜600℃に加熱保持した後冷却する焼戻しにより、常温での硬さ:450HV以上,400℃での硬さ:380HV以上に調質される。
要求基準を満足する高硬度は、Crを主としてMo,V,Nb等の添加によってマルテンサイト組織を硬質化することにより達成される。Crを初めとする炭化物は硬質であり、高温域においても高い軟化抵抗を示す。そのため、従来材に比較して格段に優れた難ドリル加工性を呈する。
本発明のドア部材に使用される鋼材は、常温での硬さ:450HV以上のマルテンサイト組織が得られるように成分調整され、Cr及び必要に応じてMo,V,Nb等の添加によってマトリックスに析出する炭化物を硬質化し、400℃での硬さを380HV以上に調整している。
・C:0.3〜1.3質量%
鋼材の硬度を確保する上で必要な成分であり、十分な焼入れ硬さを得るため0.3質量%以上が必要であり、0.3質量%以上に調整することにより焼入れ・焼戻し後の硬さを高め、難ドリル加工性を向上させている。しかし、過剰量のCが含まれると熱処理時に焼割れが発生する虞があるので、上限を1.3質量%(好ましくは、1.1質量%)とする。
高温硬さの改善に有効な成分であるが、2.5質量%を超える過剰量が含まれると多量の黒鉛が生成しやすくなる。黒鉛は、難ドリル加工性と逆の特性である快削性を付与する。好ましくは、0.15〜2.0質量%の範囲でSi含有量を選定する。
・Mn:0.1〜2.0質量%
焼入れ性の向上に有効な成分であり、0.1質量%以上でMnの添加効果がみられる。しかし、2.0質量%を超えるMnの過剰添加は、偏析を助長し強度低下の原因となる。好ましくは、0.1〜1.8質量%の範囲でMn含有量を選定する。
共に靭性に悪影響を及ぼす成分であり、少ないほど好ましい。本成分系では、P,S起因の弊害を解消するため、何れも0.05質量%以下(好ましくは、0.003質量%以下)に規制している。
・Cr:0.8〜2.0質量%
焼入れ性,高温硬さの向上に必須の成分であり、0.8質量%以上でCrの添加効果がみられる。また、400℃付近から炭化物の凝集を起こりにくくさせて鋼材の軟質化を遅延させ、高温硬さを改善する。Crの増量に応じて高温硬さも高くなる。しかし、2.0質量%を超える過剰量のCrが含まれると、多量の未溶解炭化物が生成しやすくなり、Crの増量に見合った高温硬さの上昇が得られない。好ましくは、0.8〜1.6質量%の範囲でCr含有量を選定する。
必要に応じて添加される成分であり、焼入れ性,靭性の向上に寄与する。Niの添加効果は0.1質量%以上でみられるが、1.5質量%で飽和する。1.5質量%を超える過剰添加は、鋼材コストを上昇させることからも不利である。好ましくは、0.1〜1.3質量%の範囲でNi含有量を選定する。
・Mo:2.0質量%以下
必要に応じて添加される成分であり、焼入れ性,高温硬さの向上に寄与する。しかし、高価な元素であり過剰添加は鋼材コストの上昇を招くので、Moを添加する場合には上限を2.0質量%(好ましくは、1.7質量%)に設定する。
必要に応じて添加される成分であり、焼入れ時に結晶粒を微細化して靭性を向上させる。靭性が高くなると、ドア部材を穴あけする場合に鋼材が刃先に溶着しやすくなり、結果として難ドリル加工性が改善される。しかし、高価な元素であり過剰添加は鋼材コストの上昇を招くので、Vを添加する場合には上限を0.5質量%(好ましくは、0.4質量%)に設定する。
・Nb:0.005〜0.1質量%
必要に応じて添加される成分であり、硬質の炭窒化物を形成すると共にオーステナイト粒の粗粒化を抑制し、靭性,難ドリル加工性の向上に寄与する。このような効果は0.005質量%以上のNb添加でみられるが、旧オーステナイト粒を微細化させる上では0.1質量%以下のNb添加で十分である。Nbを添加する場合、好ましくは0.005〜0.09質量%の範囲でNb含有量を調整する。
前掲の組成をもつ鋼材を熱処理によって常温での硬さ:450HV以上,400℃での硬さ:380HV以上に調質すると、ドリル穴あけに要する時間が従来材の6倍以上となり、難ドリル加工性が非常に優れたドア部材が得られる。本件で400℃での硬さを問題にしているのは、ドリル穴あけ時にドリルとの摩擦熱によって鋼材が約400℃まで昇温することを前提にしている。
通常の鋼材においては、温度上昇に伴ってマルテンサイトからCが次第に炭化物として析出し,析出炭化物の凝集により軟質化が進行する。これに対し、Crを必須成分としている本成分系では、炭化物の凝集が起こりにくいため軟質化が遅延し、高い高温硬さが維持される。すなわち、ドリル穴あけ時でも十分硬いので、ドリル刃が鋼材に食い込み難く穴があきにくい。
本発明のドア部材は、(1),(2)何れの方法でも製造でき、成分・組成,組織,常温硬さ,高温硬さが適正に管理される限り難ドリル加工性に優れたドア部材が得られる。
(1) マルテンサイト組織をもつ鋼板又は鋼帯を用意し、切断,穴あけ,曲げ等によって目標形状に加工する。
(2) 軟質の鋼板又は鋼帯を目標形状に加工した後、焼入れ・焼戻し等の熱処理で硬質化し、優れた難ドリル加工性を付与する。
所定組成に調整された鋼材は、焼入れ・焼戻し等の熱処理によって常温硬さ:450HV以上に調質される。或いは、調質後に目標形状に加工しても良い。熱処理では、オーステナイト域からの焼入れによってマルテンサイト組織とするため、溶体化温度を800℃以上に設定する。しかし、高すぎる溶体化温度や長すぎる溶体化処理時間は結晶粒を粗大化して焼き割れ感受性を増大させるので、焼入れ処理では溶体化温度を800〜950℃,加熱保持時間を20分以下にすることが好ましい。
鋼材B〜Jについては、熱延→焼鈍→冷延で板厚:1.0mmの鋼板とした後、焼入れ又は焼入れ・焼戻しによってマルテンサイト組織に作り込んだ。焼入れ処理には、800〜950℃に1〜20分加熱保持した後、30〜80℃/秒で冷却し、60℃の油に焼き入れる方法を採用した。焼入れ・焼戻し処理では、同様な焼入れ処理に続いて200〜600℃に1〜30分加熱保持した後、空冷する方法を採用した。
ドリル穴あけ試験では、刃径:6mm,先端角:135度のコバルトハイスストレートドリルを用い、196Nの負荷荷重(ドリルを長さ方向に押さえる荷重)をかけ、回転数:60rpmで試験片を穴あけした。
何れの試験片に対しても新品のドリルを用い、穴あけ開始から120秒経過した時点でも試験片に貫通孔が生じなかった場合を"貫通せず"と評価した。また、現行材相当の鋼種A1の貫通時間が10秒であることから、貫通時間が6倍(60秒)以上であった試験片を"難ドリル加工性が優良"と評価できる。
これに対し、Cr無添加の鋼種A,E,Iは、熱処理後の硬さが不足し、貫通時間が従来材の3倍以上に達しなかった。鋼種Gは、常温硬さが471HVと比較的高い値を示したが、高温硬さが337HVと低いため42秒で貫通した。
Claims (3)
- C:0.3〜1.3質量%,Si:2.5質量%以下,Mn:0.1〜2.0質量%,P:0.05質量%以下,S:0.05質量%以下,Cr:0.8〜2.0質量%を含み、残部が不純物を除きFeの組成と、常温での硬さが450HV以上のマルテンサイト組織をもち、400℃での硬さが380HV以上であることを特徴とする難ドリル加工性に優れたドア部材用鋼板。
- 更にNi:0.1〜1.5質量%,Mo:2.0質量%以下,V:0.5質量%以下,Nb:0.005〜0.1質量%の一種又は二種以上を含む請求項1記載のドア部材用鋼板。
- 請求項1又は2記載の組成をもつ鋼材を800〜950℃に加熱保持した後、焼入れし、或いは引き続き200〜600℃に加熱保持した後冷却することを特徴とする難ドリル加工性に優れたドア部材用鋼板の製造方法。
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