JP2016164291A - 冷間加工用鋼 - Google Patents
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- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
Description
C:0%超0.02%未満、
N:0.005%以上0.03%以下、
固溶N:0.004%以上0.03%以下、
P:0.07%以上0.3%以下、
S:0%超0.05%以下、
Si:0%超3%以下、
Mn:0%超3%以下、および
Al:0%以上0.05%以下
を含有し、残部は鉄および不可避不純物からなり、
鋼組織が、フェライト平均結晶粒径:25μm以下、フェライト最大結晶粒径:51μm以下、およびフェライト最大結晶粒径/フェライト平均結晶粒径で表される比:2.5以下の全てを満たすところに特徴を有する。
(A)Cu:0%超1.5%以下、Ni:0%超1.5%以下、Cr:0%超1.5%以下、およびMo:0%超1.5%以下よりなる群から選択される1種以上の元素を、合計3.0%以下の範囲で含む。
(B)B:0%以上0.005%以下、V:0%以上0.1%以下、Ti:0%以上0.02%以下、Nb:0%以上0.02%以下、およびZr:0%以上0.02%以下よりなる群から選択される1種以上の元素
(a)動的ひずみ時効による割れ発生を避けつつ、加工後強度を確保するには、動的ひずみ時効を招きやすい炭素の低減が有効であること
(b)炭素と比較して動的ひずみ時効を生じさせ難くかつ強度確保に寄与する、窒素とりんを一定量以上含むことが有効であること
(c)りんは更に、結晶粒径の粗大化抑制にも寄与する元素であり、優れた冷間加工性と高い加工後強度との兼備に有用な元素であること
(d)窒素として特に、固溶状態の窒素、即ち固溶Nが、加工後強度の確保に有効であること
炭素を示すCは、鉄鋼材料中にて固溶Cや炭化物として存在することにより強化に寄与する元素であり、炭素量が増加すると顕著に高強度化する。しかしながら、固溶Cは動的ひずみ時効を生じさせやすく割れの原因となる。また炭化物も割れの原因となる。つまりC量が増加すると割れが生じやすくなる。ところで、炭化物は結晶粒微細化の効果を有することが知られているが、本発明では、この結晶粒微細化効果よりも動的ひずみ時効抑制の方が重要であるとの見地から、Cを極微量に制御する。よって本発明ではC量を0.02%未満とする。C量は、好ましくは0.017%以下、より好ましくは0.015%以下、更に好ましくは0.010%以下である。尚、Cをゼロとすることは困難であるため下限は0%超である。
固溶N:0.004%以上0.03%以下
Nは、鉄鋼材料中にて固溶Nや窒化物として存在し、固溶Nはひずみ時効を生じさせて強化に寄与する。NはCよりも動的ひずみ時効の生じにくい元素であるため、固溶Nの増量は冷間加工性と加工後強度のバランス向上に有用である。ところで、窒化物は結晶粒微細化効果を有することが知られているが、本発明ではひずみ時効による強化を重視して、窒化物の形成を極力避け、Nを固溶状態で極力存在させる。
Pは、鉄鋼材料中で固溶状態またはりん化物として存在する。Pは、多量に含むと鋼材を脆化させる有害元素であるとして、極力低減させることが一般的である。しかし、Pを特に固溶状態で存在させると、顕著な固溶強化を示すことが知られている。そこで、本発明ではPを有効活用できないか検討した。その結果、Pは炭素や窒素と比較して動的ひずみ時効を生じさせ難く悪影響が小さいことが判明した。つまり本発明では、P量の増加が、冷間加工性を低下させることなく加工後強度を高める、即ち、冷間加工性と加工後強度のバランス向上に有用である、との認識に至った。
Sは、有害元素として知られており低減する方がよい。Mn等を添加して固定することにより害を回避できるが、MnSも割れの要因となるため、やはり極力少ない方が良い。よって本発明では、S量を0.05%以下とする。S量は、好ましくは0.03%以下、より好ましくは0.01%以下である。尚、Sは不可避的に含まれる元素であり、ゼロとすることは困難であるため下限は0%超である。
Siは脱酸元素として使用され、また、固溶強化の効果を有する元素でもある。またSiは、炭化物、窒化物、りんに比べると効果は小さいが、結晶粒微細化に寄与する元素でもある。これらの観点からSi量が0.01%以上、更には0.02%以上含まれていてもよい。しかしながら、Siが過剰に含まれると割れが発生しやすい。よって本発明ではSi量を3%以下とする。Si量は、好ましくは2%以下、より好ましくは1%以下である。
脱酸元素として使用される他、SをMnSとして固定する効果もある。またMnは、結晶粒微細化の効果を、炭化物、窒化物、りんに比べると小さいが有する。これらの観点からMn量は0.1%以上であることが好ましく、より好ましくは0.2%以上である。しかしながら、Mnが過剰に含まれていても効果は飽和する。よって、本発明ではMn量を3%以下とする。Mn量は、好ましくは2%以下、より好ましくは1%以下である。
Alは窒化物を形成する元素である。窒化物を形成すると前述のように結晶粒微細化の効果が得られるが、本発明では、固溶窒素確保のために極力低減すべき元素である。よってAlが含まれる場合であっても、0.05%以下に抑える。Al量は、好ましくは0.03%以下、より好ましくは0.02%以下、更に好ましくは0.01%以下であり、最も好ましくは0%である。
これらは窒化物を形成する元素である。窒化物を形成すると前述のように結晶粒微細化の効果が得られるが、本発明では、固溶窒素確保のために極力低減すべき元素である。よってこれらの元素が含まれる場合であっても、以下の通り抑制する。
まず、熱間圧延前の加熱は、窒化物等の析出物を固溶させるため、加熱温度を1000℃以上とする必要がある。加熱温度が1000℃未満であると、圧延後に十分な固溶N量が得られない。前記加熱温度は、好ましくは1100℃以上、より好ましくは1150℃以上である。前記窒化物等の固溶の観点から加熱温度は高い方がよいが、加熱温度が高くなると脱窒が生じやすい。よって、本発明では加熱温度の上限を1250℃以下とする。加熱温度は、好ましくは1200℃以下である。上記温度域での滞在時間、即ち加熱時間は、窒化物の固溶促進、脱窒抑制の観点から10〜40分の範囲内とするのがよい。
仕上圧延温度は900℃以上とするのがよい。仕上圧延温度がこれよりも低いと、圧延中や圧延後の冷却中に窒化物の析出が生じやすく、固溶N量が確保できない。仕上圧延温度は、より好ましくは950℃以上、更に好ましくは1000℃以上とする。一方、仕上圧延温度が高すぎると結晶粒径が粗大化するため、上限を1100℃とするのがよい。仕上圧延温度は、より好ましくは1050℃以下である。
仕上圧延後、急激に生じる再結晶・粒成長を抑制するには、上記950〜800℃の温度域まで急冷することが必要である。よって本発明では熱間圧延後、仕上圧延温度から950〜800℃の温度域の冷却停止温度まで、平均冷却速度CR1:20℃/s超で冷却する。前記CR1は、好ましくは30℃/s以上、より好ましくは40℃/s以上である。前記CR1が速いほど粒成長抑制には効果的であるが、CR1が速すぎると、材料の表層と内部で温度差が大きくなり、材料全体を前記冷却停止温度の範囲内とすることが困難となり材質が不均一になりやすい。よって、前記CR1の上限は100℃/s以下とすることが好ましい。前記CR1は、より好ましくは80℃/s以下、更に好ましくは70℃/s以下である。
直径15mmの前記圧延線材の、圧延方向でもある長手方向に垂直な断面を切断し、切断面を観察できるように、樹脂埋め、鏡面研磨、およびナイタールエッチングを順に行って観察サンプルを得た。この観察サンプルにおける切断面の、直径の1/4位置における任意の3視野を、光学顕微鏡を用い倍率100〜400倍で観察して写真撮影した。写真1枚につき横方向に5本の線を任意に引き、線分法により粒径を求め、3視野分の平均値をフェライト平均結晶粒径とした。また、粒界で区切られる線分のうち最大のものを、フェライト最大結晶粒径として求めた。以上のように測定したフェライト平均結晶粒径とフェライト最大結晶粒径から、フェライト最大結晶粒径/フェライト平均結晶粒径で表される比を算出した。尚、本実施例で得た供試材は、フェライト主体であることを上記写真から確認している。
前記供試材から、直径6mm、高さ12mmのサンプルを切り出し、200℃で該サンプルの高さ方向に、ひずみ速度0.1s-1で70%の圧縮加工を施した。そして該圧縮加工後のサンプル表面における割れの有無を目視で確認した。そして割れがない場合を冷間加工性に優れると評価した。
前記圧縮加工後の試験片直径の中心を通る圧縮方向に平行な断面の高さ中心、試験片幅の1/4位置のビッカース硬さを、荷重500gfにて4点測定し、その平均値を求めた。そしてビッカース硬さが300Hv以上の場合を、冷間加工後の強度、即ち加工後強度が高いと評価した。
Claims (3)
- 成分組成が、質量%で、
C:0%超0.02%未満、
N:0.005%以上0.03%以下、
固溶N:0.004%以上0.03%以下、
P:0.07%以上0.3%以下、
S:0%超0.05%以下、
Si:0%超3%以下、
Mn:0%超3%以下、および
Al:0%以上0.05%以下
を含有し、残部は鉄および不可避不純物からなり、
鋼組織が、フェライト平均結晶粒径:25μm以下、フェライト最大結晶粒径:51μm以下、およびフェライト最大結晶粒径/フェライト平均結晶粒径で表される比:2.5以下の全てを満たすことを特徴とする冷間加工用鋼。 - 更に、質量%で、
Cu:0%超1.5%以下、Ni:0%超1.5%以下、Cr:0%超1.5%以下、およびMo:0%超1.5%以下よりなる群から選択される1種以上の元素を、合計3.0%以下の範囲で含む請求項1に記載の冷間加工用鋼。 - 更に、質量%で、
B:0%以上0.005%以下、V:0%以上0.1%以下、Ti:0%以上0.02%以下、Nb:0%以上0.02%以下、およびZr:0%以上0.02%以下よりなる群から選択される1種以上の元素を含む請求項1または2に記載の冷間加工用鋼。
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