JP2019504208A - 防振特性に優れた高マンガン鋼板及びその製造方法 - Google Patents

防振特性に優れた高マンガン鋼板及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、重量％で、Ｃ：０〜０．１％以下、Ｍｎ：８〜３０％、Ｐ：０．１％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ｎ：０．１％以下、Ｔｉ：０〜１．０％、及びＦｅと不可避不純物を含み、微細組織がイプシロンマルテンサイト及びオーステナイトからなり、マルテンサイト及びオーステナイトの平均粒径が２μｍ以下である、防振特性に優れた高Ｍｎ鋼板、及びその製造方法に関する。

Description

本発明は、自動車用または建築用鋼板として製造され、騒音低減のための防振特性が必要な所に用いられることができる、防振特性に優れた高Ｍｎ鋼板に関する。
近年、自動車の製造及び建築資材において、騒音の低減は製造業社らが必ず解決しなければならない問題である。自動車製造業社の場合、騒音が大きく発生するエンジン部、オイルパンなどの構成品に、優れた機械的特性とともに、特に防振特性が要求されている。建築資材の場合、最近の階間騒音に対する規制の強化により、アパートを含む多階建ての底板として防振鋼板の開発が望まれている。
高Ｍｎの防振鋼は、外部衝撃が加わった際にイプシロンマルテンサイトの界面滑りによって騒音エネルギーが熱エネルギーに転換され、高い防振特性及び優れた機械的性質を有している鋼種であって、このような目的に用いるのに適する。
本発明は、防振特性に優れた高Ｍｎ鋼板及びその製造方法を提供することをその目的とする。
本発明の好ましい一側面は、重量％で、Ｃ：０〜０．１％以下、Ｍｎ：８〜３０％、Ｐ：０．１％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ｎ：０．１％以下、Ｔｉ：０〜１．０％、及びＦｅと不可避不純物を含み、微細組織が、イプシロンマルテンサイト及びオーステナイトからなり、マルテンサイト及びオーステナイトの平均粒径が２μｍ以下である、防振特性に優れた高Ｍｎ鋼板に関する。
また、本発明の好ましい他の一側面は、上記組成範囲を満たす鋼板を、０．０１〜２００℃／ｓの昇温速度でＡｃ１〜Ａｃ３＋５０℃の熱処理温度まで加熱する段階と、上記熱処理温度で０．０１秒〜２４時間維持する段階と、０．０１℃／ｓ以上の冷却速度で常温まで冷却する段階と、を含む、防振特性に優れた高Ｍｎ鋼板の製造方法に関する。
本発明は、防振特性に優れた高Ｍｎ鋼板を提供することができるため、騒音の除去が必要な自動車用構造部品及び建築資材の底材などに活用可能である。
６００℃で熱処理した実施例と、７００〜１０００℃で熱処理した比較例の微細組織を示す図である。 図１に提示された熱処理のディラトメーターのサイクルを示した図である。 実施例及び比較例４に対して内部抵抗法で測定したＳＤＣ（Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｄａｍｐｉｎｇ Ｃａｐａｃｉｔｙ）結果を示すグラフである。
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明は、重量％で、Ｃ：０〜０．１％以下、Ｍｎ：８〜３０％、Ｐ：０．１％以下（０％を含む）、Ｓ：０．０２％以下（０％を含む）、Ｎ：０．１％以下（０％を含む）、Ｔｉ：１．０％以下（０は除く）、及びＦｅと不可避不純物を含み、微細組織がイプシロンマルテンサイト及びオーステナイトからなり、マルテンサイト及びオーステナイトの平均粒径が２μｍ以下である、防振特性に優れた高Ｍｎ鋼板及びその製造方法に関する。
本発明による鋼板の具体的な鋼の組成及びその成分制限の理由は、下記のとおりである。
Ｃは、その添加量が０．１％を超える場合には、炭化物が過多に析出されて熱間加工性及び伸びを低下させ、防振能が著しく減少するため、その添加量を０．１％以下に制限する。
Ｍｎは、オーステナイト組織を安定に確保するための必須元素であり、積層欠陥エネルギーを高める元素である。その添加量が８％未満であると、成形性を損なうマルテサイトが形成されて、強度は増加するものの、延性が急激に低下する。そして、積層欠陥エネルギーが低下し、一部の形成されたオーステナイトもイプシロンマルテンサイトに変態しやすいため、その下限を８％に制限することができる。その反面、Ｍｎの添加量が３０％を超える場合には、多量のマンガンによって製造コストが増加し、鋼中におけるリン（Ｐ）の含量増加によってスラブ割れの原因となる。また、Ｍｎの添加量が増加するほど、スラブの再加熱の際に内部粒界酸化が過度に起こって鋼板の表面に酸化物欠陥を誘発させ、溶融亜鉛めっきの際に表面特性も劣るため、Ｍｎの添加量の上限を３０％に限定することができる。
リン（Ｐ）及び硫黄（Ｓ）は鋼の製造の際に不可避に含有される元素であるため、その含量を、リン（Ｐ）は０．１％以下（０％を含む）、硫黄（Ｓ）は０．０２％以下（０％を含む）に制限することが好ましい。特に、リンは偏析が生じて鋼の加工性を低下させ、硫黄は、粗大なマンガン硫化物（ＭｎＳ）を形成してフランジ割れのような欠陥を発生させ、鋼板の穴広げ性を低下させるため、その添加量をできるだけ抑制しなければならない。
窒素（Ｎ）は、製造の際に不可避に含有される元素であるため、その添加範囲を０．１％以下（０％を含む）に制限することが好ましい。
チタン（Ｔｉ）は、炭素と結合して炭化物を形成する強炭化物形成元素であって、この際に形成された炭化物は、結晶粒の成長を抑えて結晶粒度の微細化に効果的な元素である。そして、ボロンと複合添加される場合、柱状晶の粒界で高温化合物を形成して粒界割れを防止する。また、Ｃ、Ｎと化合物を形成し、これらの分率を低下させるスカベンジング効果を有しているため、防振能の向上において必ず必要な元素である。しかし、その添加量が１．００％を超える場合には、過量のチタンが結晶粒界に偏析して粒界脆化を引き起こすか、析出相が粗大化しすぎて結晶粒の成長効果を低下させるため、チタンの添加量は１．０％以下に限定することができる。
本発明の他の一側面による高Ｍｎ鋼は、さらに、重量％で、Ｓｉ：０〜３％、Ｃｒ：０．００５％〜５．０％、Ｎｉ：０．００５〜２．０％、Ｎｂ：０．００５〜０．５％、Ｂ：０．０００１〜０．０１％、Ｖ：０．００５〜０．５％、及びＷ：０．００５〜１％の１種または２種以上を含むことができる。
シリコン（Ｓｉ）は固溶強化元素であり、固溶効果によって結晶粒度を小さくすることで降伏強度を増加させる元素であって、強度の確保のために必要である。しかし、シリコンの添加量が増加すると、熱間圧延の際に鋼板の表面にシリコン酸化物が形成されて酸洗性を悪化させ、鋼板の表面品質を悪化させるという問題がある。さらに、多量のシリコンの添加は、鋼の溶接性を著しく低下させる。したがって、シリコン添加量の上限は３％に制限することができる。
Ｃｒは、熱延若しくは焼鈍操業の際に外部酸素と反応して鋼板の表面に厚さ２０〜５０μｍのＣｒ系酸化膜（Ｃｒ２Ｏ３）を優先的に形成することで、鋼中に含まれたＭｎ、Ｓｉなどが表層に溶出することを防止するため、表層組織の安定化に寄与することができ、めっき表面特性を向上させる元素として作用することができる。
しかし、その含量が０．００５％未満である場合には上記の効果が微小であり、５．０％を超える場合にはクロム炭化物を形成して加工性及び耐遅れ破壊特性を低下させるため、その含量の上限は５．０％に制限することができる。
Ｎｉは、オーステナイトの安定化に寄与して伸びの向上に有利であるだけでなく、特に、高温延性に効果的に寄与できる元素である。強い高温靭性向上元素であるＮｉは、その含量が０．００５％未満である場合には、高温靭性に関する効果が非常に微小であり、添加含量が増加するほど耐遅れ破壊及びスラブ割れの防止にも大きい効果を奏するが、材料原価が高くて生産コストを高めるため、その含量は０．００５〜２．０％に制限することができる。
Ｎｂは、鋼中の炭素と結合して炭化物を形成する炭化物形成元素であって、本発明では、強度上昇と粒度微細化を目的として添加することができる。通常、Ｔｉより低い温度で析出相を形成するため、結晶粒サイズの微細化と、析出相の形成による析出強化の効果が大きい元素であり、０．００５〜０．５％を添加することができる。しかし、添加量が０．００５％未満である場合には、その効果が微小であり、０．５％を超えて添加すると、過量のＮｂが結晶粒界に偏析して粒界脆化を引き起こすか、析出相が粗大化しすぎて結晶粒の成長効果を低下させ、熱間圧延工程で再結晶を遅延させて圧延荷重を増加させるため、Ｎｂの添加量は０．００５〜０．５％に限定することができる。
ＶとＷは、Ｔｉと同様にＣ、Ｎと結合して炭窒化物を形成する元素であって、本発明では、低温で微細な析出相を形成するため、析出強化の効果を奏することができ、オーステナイトの確保において重要な元素である。しかし、上記２つの成分は両方とも０．００５％未満で微量添加する場合、その効果が微小であり、Ｖは０．５％、Ｗは１．０％を超えると、析出相が粗大化しすぎて結晶粒の成長効果を低下させ、熱間脆性の原因となり得るため、その添加量を、Ｖは０．００５〜０．５％、Ｗは０．００５〜１％に限定することができる。
ボロン（Ｂ）は、Ｔｉとともに添加されて粒界の高温化合物を形成し、粒界割れを防止することができる。しかし、０．０００１％以下で微量添加される場合には効果がなく、０．０１％を超える場合にはボロン化合物を形成して表面特性を悪化させるため、その範囲を０．０００１〜０．０１％に限定することができる。
以下、本発明の防振特性に優れた高Ｍｎ鋼板の製造方法について説明する。
本発明の高Ｍｎ鋼板の製造方法では、上記成分及び成分範囲を有し、且つ微細組織がオーステナイト主相で構成された鋼を、０．０１〜２００℃／ｓの昇温速度で加熱し、Ａｃ１〜Ａｃ３＋５０℃の熱処理温度で０．０１秒〜２４時間維持した後、０．０１℃／ｓ以上の冷却速度で常温まで冷却する。
上記高Ｍｎ鋼板は、冷間圧延鋼板または熱間圧延鋼板であることができる。
上記高Ｍｎ鋼板の微細組織は、イプシロンマルテンサイト及びオーステナイトからなる。
上記加熱段階で２００℃／ｓを超える場合には、Ａｃ１及びＡｃ３温度が上昇し、本発明の条件範囲で熱処理をしても微細組織の平均粒径が２μｍを超えるという問題がある。したがって、昇温速度の上限は２００℃／ｓに限定する。昇温速度０．０１℃／ｓ以下で操業する場合、相の不安定によって粗大炭化物が生じ得るため、０．０１℃／ｓ以上の速度で熱処理されるべきである。
上記熱処理をＡｃ１未満で行うと、変態が進行しないため、熱処理の効果が現れないという問題があり、Ａｃ３＋５０℃を超える場合には、微細組織の平均粒径が２μｍを超えるという問題があるため、熱処理温度をＡｃ１〜Ａｃ３＋５０℃に限定することができる。
上記熱処理時間が０．０１秒未満である場合には、再結晶及び回復の適用が微小であって熱処理の効果が現れず、２４時間を超える場合には、酸化が過度に発生して素地鉄が腐食してなくなり、過度な熱処理コストがかかるという工程的な問題や、平均粒径が目標よりも成長するという微細組織における問題がある。
上記冷却段階で０．０１℃／ｓ未満の冷却速度で冷却すると、冷却中に微細組織の平均粒径が大きくなるだけでなく、相の不安定によって粗大炭化物が生じ得るという問題があるため、冷却速度の下限は０．０１℃／ｓに限定することができる。冷却速度の上限はなく、速いほどイプシロンマルテンサイトの確保及び微細な平均粒径の確保に有利である。
以下、本発明の実施例について詳細に説明する。下記実施例は本発明の理解のためのものにすぎず、本発明を限定するためのものではない。
重量％で、Ｃ：０．０２％、Ｍｎ：１７％、Ｎ：０．０１％、Ｐ：０．００８％、Ｓ：０．００８％、Ｔｉ：０．０３％、及びＦｅと不可避不純物を含む冷間圧延鋼板を５℃／ｓの昇温速度で加熱し、下記表１のような熱処理温度で熱処理時間維持した後、５℃／ｓの冷却速度で常温まで冷却した。
上記のように熱処理及び冷却された鋼板に対して、微細組織の平均粒径及びイプシロンマルテンサイトの分率を調査し、その結果を下記表１及び図１に示した。
Figure 2019504208
上記表１及び図１に示されたように、６００℃で熱処理した実施例と、７００〜１０００℃で熱処理した比較例１−４とを比較すると、熱処理温度が７００℃である比較例１は、６００℃で熱処理した実施例に比べてイプシロンマルテンサイトの面積分率が少なく、粒径も大きく示されることが分かる。
また、熱処理温度がそれぞれ８００、９００、及び１０００℃である比較例２−４のイプシロンマルテンサイトの面積分率は、６００℃で熱処理した実施例に比べて大きく示されたが、６００℃で熱処理した実施例の粒径は、７００〜１０００℃で熱処理した比較例２−４の粒径に比べて小さく示された。
一方、本発明に従って６００℃で熱処理した実施例は、微細組織の平均粒径が２μｍ以下であることが分かる。
図２は図１に提示された熱処理のディラトメーターのサイクルを示した図である。
図２からＡｃ１とＡｃ３を確認することができ、実施例はＡｃ３＋３０℃で熱処理した結果である。
図３は６００℃で熱処理した実施例と、１０００℃で熱処理した比較例４に対して摩擦係数法により測定した。ＳＤＣ（Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｄａｍｐｉｎｇ Ｃａｐａｃｉｔｙ）を測定した結果を示す。
ここで、ＳＤＣは減衰能（物体が振動を吸収する性質）を意味する。
図１及び図３を参照すると、６００℃で熱処理した実施例による微細組織を有する防振鋼の常温ＳＤＣ値が、比較例４による防振鋼に比べて２．５倍高い値を有することが分かる。すなわち、６００℃で熱処理した実施例のＳＤＣ値は０．０００２５であり、１０００℃で熱処理した比較例４のＳＤＣ値は０．０００１と測定された。
６００℃で熱処理した実施例のイプシロンマルテンサイトの面積分率は相対的に低いが、粒径が小さいため、組織が微細で且つ均一に分布される。この場合、残留転位と界面がイプシロンマルテンサイトと共に存在する鋼板に外部衝撃が加わったとき、エネルギーが熱エネルギーに転換される比率が増加して減衰能が向上するため、防振特性に優れる。
一般に、常温ＳＤＣ値が０．０００１５以上であると、防振特性に優れると言える。
上記の結果をまとめると、本発明により熱処理する場合、２μｍ以下の平均粒径を確保することで、優れた防振特性が確保できることが分かる。
比較例の場合、７００℃で熱処理した比較例を除いては、イプシロンマルテンサイトの面積分率が実施例に比べて高いが、微細組織の平均粒径が大きいため防振性能が劣っている。

Claims (6)

  1. 重量％で、Ｃ：０．１％以下、Ｍｎ：８〜３０％、Ｐ：０．１％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ｎ：０．１％以下、Ｔｉ：０〜１．０％、及びＦｅと不可避不純物を含み、微細組織がイプシロンマルテンサイト及びオーステナイトからなり、マルテンサイト及びオーステナイトの平均粒径が２μｍ以下である、防振特性に優れた高Ｍｎ鋼板。
  2. 前記鋼板は、さらに、重量％で、Ｓｉ：０〜３％、Ｃｒ：０．００５％〜５．０％、Ｎｉ：０．００５〜２．０％、Ｎｂ：０．００５〜０．５％、Ｂ：０．０００１〜０．０１％、Ｖ：０．００５〜０．５％、及びＷ：０．００５〜１％の１種または２種以上を含む、請求項１に記載の防振特性に優れた高Ｍｎ鋼板。
  3. 前記鋼板の常温ＳＤＣ値が０．０００１５以上である、請求項１に記載の防振特性に優れた高Ｍｎ鋼板。
  4. 重量％で、Ｃ：０〜０．１％以下、Ｍｎ：８〜３０％、Ｐ：０．１％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ｎ：０．１％以下、Ｔｉ：０〜１．０％、及びＦｅと不可避不純物を含む高Ｍｎ鋼板を、０．０１〜２００℃／ｓの昇温速度でＡｃ１〜Ａｃ３＋５０℃の熱処理温度まで加熱する段階と、
    前記熱処理温度で０．０１秒〜２４時間維持する段階と、
    ０．０１℃／ｓ以上の冷却速度で常温まで冷却する段階と、を含む、防振特性に優れた高Ｍｎ鋼板の製造方法。
  5. 前記高Ｍｎ鋼板の微細組織が、イプシロンマルテンサイト及びオーステナイトからなる、請求項４に記載の防振特性に優れた高Ｍｎ鋼板の製造方法。
  6. 前記鋼板は、さらに、重量％で、Ｓｉ：０〜３％、Ｃｒ：０．００５％〜５．０％、Ｎｉ：０．００５〜２．０％、Ｎｂ：０．００５〜０．５％、Ｂ：０．０００１〜０．０１％、Ｖ：０．００５〜０．５％、及びＷ：０．００５〜１％の１種または２種以上を含む、請求項４に記載の防振特性に優れた高Ｍｎ鋼板の製造方法。
JP2018532710A 2015-12-23 2016-12-21 防振特性に優れた高マンガン鋼板及びその製造方法 Pending JP2019504208A (ja)

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