JP2742951B2 - 窒化処理用熱延鋼板 - Google Patents

窒化処理用熱延鋼板

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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はCuを添加した鋼を用いることによって加工性
が良く、しかも、窒化処理時に表面硬度の向上と同時に
内部も高強度を得ることが可能な鋼板に関するものであ
る。最近の自動車用、家電用等の部品で鋼板をプレス加
工し、その後窒化処理が行われるものがある。これらに
用いられる鋼板には、良好なプレス加工性が要求される
ことは言うまでもないが、部品の小型・軽量化のために
高強度化、さらに窒化処理時間の短縮が可能な鋼板が要
求されている。本発明はこれらの要求に応える鋼板を提
供するものである。
(従来の技術) これまでにAl,Cr,Ti,V,Mn,Siを含む鋼は窒化処理を施
すと表面硬化することが知られている。このうち、Alや
Crを含む鋼を窒化すると著しく表面が硬化すると言う知
見に基づいて窒化鋼として、JIS G 4204(アルミニウム
クロムモリブデン鋼鋼材)が規定されている。この他に
も、Al−Cr−Mo鋼、Cr−V鋼が知られている。しかし、
これらの鋼は熱間加工で製造された後、熱間鍛造や切削
などの加工用のもので、プレス加工に適したものではな
い。一方、プレス加工部品を塩浴窒化などで表面硬化す
る方法も知られているが、これらに用いられている鋼板
はJIS G3101(一般構造用圧延鋼材)、JIS G3131(熱間
圧延軟鋼板および鋼帯)、およびJIS G3113(自動車構
造用熱間圧延軟鋼板および鋼帯)で、窒化処理を考慮し
ているものではない。
(発明が解決しようとする課題) プレス加工後に窒化処理をする鋼板の材質の高性能化
に対する利用者側からの要求は最近益々強まるばかりで
ある。即ち、高加工変形を必要とする複雑な形状をした
部品が増えてきている。さらに、部品の高強度化と鋼板
の薄手化による部品の軽量化を図っていく必要性が高く
なってきている。また、疲労寿命延長の観点から窒化処
理を行う部品が増えてきており、窒化処理性の良い鋼板
の必要性が近年とみに増えている。従って、従来の鋼板
では到底利用者側の要求を満たすものではない。
従来の技術レベルでのプレス加工用の鋼板には窒化処
理性が全く考慮されておらず、しかも窒化処理によって
母材の強度が高くなることはない。
本発明では熱延ままのプレス加工時にはプレス加工性
が良く、その後の窒化処理により表面硬さがHv350以上
で、かつ板厚中心部の強度も高くなる鋼板を提供するも
のである。
(課題を解決するための手段) 本発明の要旨とするところは下記のとおりである。
(1) C 0.010%以下、Si 1.00%以下、Mn 0.05〜0.5
%、P 0.10%以下、S 0.030%以下、sol.Al 0.020〜0.1
0%、Cu 0.8〜1.7%、Ti 0.02〜0.1%を含有し、残部Fe
及び不可避的元素からなり、パーライトの発生を回避し
た主としてフェライト単相からなることを特徴とする窒
化処理時に表面硬化と同時に表面以外の部分も強度も高
くなる窒化処理用熱延鋼板。
(2) C 0.010%以下、Si 1.00%以下、Mn 0.05〜0.5
%、P 0.10%以下、S 0.030%以下 sol.Al 0.020〜0.1
0%、Cu 0.8〜1.7%、Ni 0.15〜0.70%、Ti 0.02〜0.1
%を含有し、残部Fe及び不可避的元素からなり、パーラ
イトの発生を回避した主としてフェライト単相からなる
ことを特徴とする窒化処理時に表面硬化と同時に表面以
外の部分の強度も高くなる窒化処理用熱延鋼板。
本発明者等は、現在通常に採用されている工業的規模
でのホットストリップミルを利用する窒化処理用熱延鋼
板の工業的製造方法を検討した。極低炭素鋼に種々の元
素を単独あるいは複合添加する研究を行った結果、C量
を低減しかつCuおよびTiを添加した鋼板を350℃以下の
低温で巻取ることによって、熱延ままのプレス加工時に
はフェライト単相組織をしたプレス加工性が良く、その
後の窒化処理により表面硬さがHv350以上で、かつ板厚
中心部の強度も高くなることを特徴とする熱延鋼板を製
造し得ることを新規に知見した。
第1図は各種鋼板の窒化処理後の板厚内の硬さ分布を
示す。窒化処理はNaCNを主剤とする塩浴で温度570℃で
1時間処理する塩浴窒化を行った。これによると、a鋼
はC 0.04%の低炭素Alキルド鋼で表面硬さがHv210、中
心部に比較してより硬化している部分までの表面からの
距離を硬化深さとすると、硬化深さは0.2mmで表面窒化
処理材としては満足出来ない。b−1鋼はC 0.0043%の
極低炭素鋼で表面硬さがHv300、硬化深さ0.3mmで低炭素
Alキルド鋼よりは改善されているが表面窒化処理材とし
ては満足出来ない。b−2鋼はC 0.0040%の極低炭素鋼
にTiを0.05%添加したもので、表面硬さがHv400、硬化
深さ0.5mmで表面窒化処理材として有効である。しか
し、窒化と同時に鋼材全体の強度を上げるという目的に
は満足するものではない。c−1鋼はC 0.0050%の極低
炭素鋼にCuを1.60%添加した鋼を300℃で巻取ったもの
で、窒化時に鋼材全体の強度を上げるという目的は満足
するが、表面硬さがHv300、硬化深さ0.3mmで表面窒化処
理材としては満足出来ない。c−2鋼はC 0.0050%と極
低炭素鋼にTi 0.05%およびCu 1.60%を添加した鋼を30
0℃で巻取ったもので、表面硬さがHv400、硬化深さ0.5m
mで表面窒化処理材として有効であり、しかも窒化時に
鋼材全体の強度を上げるという目的も満足する。c−3
鋼はC 0.0035%の極低炭素鋼にTi 0.08%およびCu 1.60
%を添加した鋼を300℃で巻取ったもので、表面硬さがH
v400、硬化深さ0.8mmで表面窒化処理材として有効であ
り、しかも窒化時に鋼材全体の強度を上げるという目的
も満足する。
第2図はC 0.0025%、Mn 0.01%、Si 0.01%、S 0.01
5%、P 0.07%、Ti 0.040%、sol.Al 0.03%を含む鋼を
基本成分とし、Cu量を0.7〜1.7%の範囲で添加した鋼を
溶製し、常法に従い板厚2.6mmまで熱間圧延し、300℃で
巻取った鋼板を窒化処理し、窒化処理後の中心部硬さに
およぼす窒化処理条件および時間の影響を示した図であ
る。その窒化処理条件はNH3ガスによるガス窒化処理
は520℃で行い、NaCNは主剤とする塩浴窒化処理は570
℃で行った。
図中、曲線a−1はCu 0.7%でガス窒化処理温度520
℃で長時間処理でも中心部の強度上昇が得られない。曲
線a−2はCu 0.8%でガス窒化処理温度520℃で長時間
処理で中心部の強度上昇が得られる。曲線b−1はCu
1.3%でガス窒化処理温度520℃で中心部の強度上昇が得
られる。曲線b−2はCu 1.3%で塩浴窒化処理温度570
℃で中心部の強度上昇が得られる。曲線c−1はCu 1.7
%でガス窒化処理温度520℃で中心部の強度上昇が得ら
れる。曲線c−2はCu 1.7%で塩浴窒化処理温度570℃
で中心部の強度上昇が得られる。同図より窒化処理で高
強度を得るためには0.8%以上のCu量が必要であること
が分かる。
以上のように、窒化処理用熱延鋼板として、極低炭素
鋼にTiおよびCuを添加した鋼が有効であることが明らか
になった。
以上、詳細に限定理由を説明する。
C量は高い延性を確保するためと窒化処理時の硬化層
を深くするために極力低減させることが必要である。こ
の鋼板は窒化処理時にCuの析出による鋼板の強度上昇を
目的としているので350℃以下の低温巻取りを行うこと
によりCuを固溶のままにする必要がある。低温巻取りで
も組織をフェライト単相にするため、C量としては、0.
010%以下にする必要がある。これを越えるC量になる
と延性が下がりかつ硬化層が浅く本発明の目的が達成さ
れない。
Siは鋼板の強度を上げる元素としてその必要強度レベ
ルに応じて添加する。しかし、1.00%を越えると延性が
低下し加工性に悪影響が大であり、Si 1.00以下とす
る。
Mnは鋼板の強度を上げる元素として、その必要強度レ
ベルに応じて添加する。しかし、0.50%を越えると延性
が低下し加工性に悪影響が大であり、上限を0.50とす
る。また、Mn量があまり低くなりすぎると鋼板の表面疵
が発生し易くなるのでその下限を0.05%とする。
Pは鋼板の強度を上げる元素としてその必要強度レベ
ルに応じて添加する。しかし、0.10%を越えると二次加
工割れが発生するのでそれを上限とする。
S量は鋼板の延性を高めるには低いほうが好ましく、
上限を0.030%とする。
Tiは窒化処理性に影響を及ぼす重要な元素である。Ti
を添加した鋼はFeと微細な複窒化物を形成し表面硬化層
の深さが深くなる。そこで、窒化処理深さを確保するた
めTi添加量は0.02%以上必要である。しかし、Tiの添加
量が多すぎると窒化層が深くなりすぎて鋼板を脆くする
のでその上限を0.10%とした。
Cuは極低炭素鋼に添加することによって、窒化処理時
に析出させて鋼板の強度を高める効果を持つ。第2図よ
り窒化処理で高強度を得るためには0.8%以上のCu量が
必要である。一方、1.7%を越えると表面品質が劣化す
るので、Cuは0.8〜1.7%の範囲内にする必要がある。
Niは鋼板の表面品質を高品位に保ち、熱間脆性を防止
するのに有効である。必要に応じて0.15〜0.70%の範囲
で添加してもよい。
Alは窒化処理性に有効な元素であり、また、鋼の脱窒
素素として必要である。しかし、過剰の添加は加工性を
低下させる。そこで、下限を0.020%、上限を0.10%と
した。
次に熱間圧延工程では、連続鋳造機から直送された高
温鋳片または、加熱によって得られた高温鋳片をAr3
上の温度で熱間圧延を行う。
熱間圧延後の巻取温度については、350℃超で巻取っ
た場合熱延板中にCuが微細に析出し、鋼を硬化し加工性
を低下させるため、熱延後の巻取温度は350℃以下とす
る。
以上のように、本発明の熱延鋼板はプレス加工され、
その後窒化処理が行われるが、その窒化処理条件は、
NH3ガスにより500〜520℃程度の温度で数十時間処理
を行うガス窒化の場合でも、 NaCNなどのシアン化塩
を主剤とする塩浴の温度を500〜600℃で数時間処理する
塩浴窒化のいずれの場合でも適用可能である。
なお、本発明者等は特開平1−79347号公報の特許請
求の範囲第2項、第6項でCuおよびTiを含有した冷間加
工性の極めて優れた高強度鋼板およびその製造方法につ
いて特許出願済である。ところが、この出願においてTi
を添加する目的は鋼に非時効性を付与するものである。
これに対して本発明は窒化処理を実施するとTiにより表
面硬化が行われ、さらにCuの作用により板厚中心部の強
度を高くしようとするもので、上記公開公報には窒化処
理という用途について示唆していない。
実施例 第1表に示したA〜Jまでの鋼片を同表に示す条件で
熱延し巻取り、板厚3.2mmの熱延鋼板を得た。この鋼板
を同表に示す窒化処理条件で窒化処理を行った。
この鋼板の母材の機械的性質、窒化処理後の表面硬
度、中心部の硬度および中心部の硬度から推定した引張
強さ(TS単位kgf/mm2)を第2表に示す。
本発明鋼A〜Eは母材が加工用熱延鋼板と同等の伸び
を示し、窒化処理後表面硬度がHv350以上の硬度を示
し、中心部が60kgf/mm2相当以上の引張強さが得られる
従来の鋼にない特徴を有している。これに対し比較鋼F
は母材の加工性が良く、窒化処理後の表面硬度Hv350以
上の硬度を示すが、Cuが添加されていないため中心部は
強化されない。比較鋼Gは一般の低炭素鋼で、窒化処理
後の表面硬度が低く、中心部も強化されない。比較鋼H
はTiの添加がなく表面硬度が低く、Cu量が少ないため中
心部も強化が少ない。比較鋼IはTiが添加されていない
ため窒化処理後の表面硬度が低い。比較鋼Jは熱延の巻
取温度が600℃であったため、母材の伸びが低く目的と
する加工性が得られていない。
(発明の効果) 以上詳述したように本発明によれば、高い生産性をも
つホットストリップミルによりプレス加工性が良好で、
しかもプレス加工後の窒化処理により表面硬度が高くな
るだけでなく、中心部の強度も向上する鋼板を提供する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は各種熱延鋼板の窒化処理後の板厚方向の硬さ分
布を示すグラフである。 第2図は各種熱延鋼板の窒化処理後の板厚中心部硬さに
およぼす窒化処理時間の影響をCu量および処理温度をパ
ラメーターとして示すグラフである。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】C 0.010%以下、Si 1.00%以下、Mn 0.05
    〜0.5%、P 0.10%以下、S 0.030%以下、sol.Al 0.020
    〜0.10%、Cu 0.8〜1.7%、Ti 0.02〜0.1%を含有し、
    残部Fe及び不可避的元素からなり、パーライトの発生を
    回避した主としてフェライト単相からなることを特徴と
    する窒化処理時に表面硬化と同時に表面以外の部分の強
    度も高くなる窒化処理用熱延鋼板。
  2. 【請求項2】C 0.010%以下、Si 1.00%以下、Mn 0.05
    〜0.5%、P 0.10%以下、S 0.030%以下、sol.Al 0.020
    〜0.10%、Cu 0.8〜1.7%、Ni 0.15〜0.70%、Ti 0.02
    〜0.1%を含有し、残部Fe及び不可避的元素からなり、
    パーライトの発生を回避した主としてフェライト単相か
    らなることを特徴とする窒化処理時に表面硬化と同時に
    表面以外の部分の強度も高くなる窒化処理用熱延鋼板。
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