JP3073630B2 - How to strengthen ultra low carbon steel - Google Patents

How to strengthen ultra low carbon steel

Info

Publication number
JP3073630B2
JP3073630B2 JP05205543A JP20554393A JP3073630B2 JP 3073630 B2 JP3073630 B2 JP 3073630B2 JP 05205543 A JP05205543 A JP 05205543A JP 20554393 A JP20554393 A JP 20554393A JP 3073630 B2 JP3073630 B2 JP 3073630B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
laser
strength
low carbon
carbon steel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP05205543A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH06340916A (en
Inventor
守章 小野
幸雄 真保
享 海津
真事 樺沢
青史 津山
浩之 角田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Engineering Corp
Toyota Motor Corp
Original Assignee
JFE Engineering Corp
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JFE Engineering Corp, Toyota Motor Corp filed Critical JFE Engineering Corp
Priority to JP05205543A priority Critical patent/JP3073630B2/en
Publication of JPH06340916A publication Critical patent/JPH06340916A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3073630B2 publication Critical patent/JP3073630B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、極低炭素鋼材を熱歪等
の問題を生じることなく高強度化するための方法に関す
る。ここで、極低炭素鋼材とは、鋼板その他の未加工材
およびこれらをプレス等により加工した加工材を含むも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for increasing the strength of ultra-low carbon steel without causing problems such as thermal strain. Here, the ultra-low carbon steel material includes a steel plate and other unprocessed materials and processed materials obtained by processing them by pressing or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】軽量でしかも強度の高いプレス成形品を
得る技術として、薄鋼板等のプレス成形品にレーザやプ
ラズマ等の高密度エネルギーを照射して線状に溶融し、
この溶融部分を焼き入れ組織(焼入れ硬化部)とするこ
とにより、プレス成形品の強度を向上させる技術が、特
開平4−72010号として提案されている。この技術
は焼入れ硬化能の高い材料、すなわち通常炭素含有量が
0.05wt%以上の材料に適用でき、熱歪による形状
不良等の問題から通常の焼入処理ができない薄鋼板のプ
レス成形品の強度を高め、軽量でしかも強度の高いプレ
ス成形品を得ることができる。
2. Description of the Related Art As a technique for obtaining a light-weight and high-strength press-formed product, a press-formed product such as a thin steel plate is irradiated with high-density energy such as laser or plasma to be melted into a linear shape.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-72010 proposes a technique for improving the strength of a press-formed product by making the molten portion a quenched structure (hardened portion). This technology can be applied to materials having high quench hardening ability, that is, materials having a carbon content of 0.05 wt% or more, and for press forming thin steel sheets that cannot be normally quenched due to problems such as poor shape due to thermal strain. It is possible to obtain a press-formed product with increased strength, light weight and high strength.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年プレス
成形品の高強度化・軽量化の要請は益々高まる傾向にあ
り、このような要請に応えるためには、薄鋼板をより複
雑な形状にプレス加工し、材料の強度を向上させる必要
がある。このようなプレス形状の複雑化に対しては、衝
撃液圧成形法や爆発成形法等の高エネルギー速度加工法
を用いるという加工技術面からの対応も考えられるが、
これらの加工方法は生産性が低く、コスト高を招くとい
う欠点がある。したがって、プレス形状の複雑化に対応
するためには、プレス加工性に優れた高r値の極低炭素
鋼板を用いる必要がある。しかし、この種の鋼板は焼入
れ硬化能が低いため、上述のようなレーザ焼入れを行っ
ても、プレス成形品を高強度化することができないとい
う問題がある。すなわち、鋼材の焼入れ性は一般に炭素
当量(例えば、Ceq=C+Si/24+Mn/6)に
よって規定されるが、極低炭素鋼(一般に、炭素含有
量:0.005wt%未満)はMn、Si等によりCe
qを増加させても焼入れ硬化せず、本質的に焼入れ性が
低い。このため、上記のレーザ焼入れ技術を用いても強
度の向上はほとんど望めない。
However, in recent years, demands for higher strength and lighter weight of press-formed products have been increasing more and more. In order to meet such demands, thin steel sheets have been pressed into more complicated shapes. It is necessary to process and improve the strength of the material. In order to deal with such a complicated press shape, it is conceivable to use a high energy rate processing method such as an impact hydraulic molding method or an explosion molding method from the processing technology side.
These processing methods have drawbacks of low productivity and high cost. Therefore, in order to cope with the complexity of the press shape, it is necessary to use a high r-value ultra-low carbon steel sheet excellent in press workability. However, since this type of steel sheet has a low quench hardening ability, there is a problem that even if the above-described laser quenching is performed, the strength of the press-formed product cannot be increased. That is, the hardenability of a steel material is generally defined by a carbon equivalent (for example, Ceq = C + Si / 24 + Mn / 6), but ultra-low carbon steel (generally, a carbon content: less than 0.005 wt%) is determined by Mn, Si, and the like. Ce
Even if q is increased, quench hardening does not occur, and the quenchability is essentially low. For this reason, even if the above-mentioned laser quenching technique is used, an improvement in strength can hardly be expected.

【0004】本発明はこのような従来の問題に鑑みなさ
れたもので、プレス成形性に優れた極低炭素鋼材を熱歪
等の問題を生じることなく高強度化することができ、従
来にも増して軽量且つ高強度の鋼材を得ることを可能に
する方法を提供しようとするものである。
The present invention has been made in view of such a conventional problem, and it is possible to increase the strength of an ultra-low carbon steel excellent in press formability without causing a problem such as thermal strain. It is an object of the present invention to provide a method capable of obtaining a lightweight and high-strength steel material.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るため、本発明はレーザ照射による鋼材の溶融部に外部
から炭素を添加することにより、炭素鋼を焼入れした場
合に得られると同様の焼入れ組織を有する溶融凝固部を
形成することで極低炭素鋼材の高強度化を図ろうとする
ものである。すなわち本発明は、C:0.005wt%
未満を含有する極低炭素鋼材にレーザを適当な間隔で線
状に照射しつつ、該レーザ照射部に、炭化水素系ガスお
よび酸化炭素系ガスからなる群の中から選ばれる1種ま
たは2種以上を含むガスを供給することにより、レーザ
照射により形成される溶融部に前記ガス成分中の炭素を
添加し、炭素が富化されたビード状の溶融凝固部を適当
な間隔で線状に形成することを特徴とする極低炭素鋼材
の強化方法である。
In order to achieve the above object, the present invention provides a method similar to that obtained when carbon steel is quenched by adding carbon from the outside to a molten portion of a steel material by laser irradiation. It is intended to increase the strength of the ultra-low carbon steel by forming a melt-solidified portion having a quenched structure. That is, in the present invention, C: 0.005 wt%
Laser at appropriate intervals on ultra-low carbon steel containing
While illuminating the Jo, in the laser irradiation unit, by supplying one or gases containing two or more selected from the group consisting of hydrocarbon gas and carbon oxide-based gas, it is formed by laser irradiation The carbon in the gas component is added to the molten portion, and a carbon-enriched bead-shaped melt-solidified portion is appropriately formed.
This is a method for strengthening an ultra-low carbon steel material characterized by being formed linearly at an appropriate interval .

【0006】本発明法におけるレーザ照射は、強度を効
果的に高め且つ熱歪の発生を抑えるために深溶込みの
融形状となるように実施すること、具体的には、溶融部
のアスペクト比(溶け込み深さH/溶け込み幅W)が
0.5以上になるように実施することが好ましい。レー
ザとしてはCOレーザ、COレーザ、Nd−YAGレ
ーザ、ガラスレーザ、エキシマレーザ等、熱加工に使用
できる任意のレーザ方式を適用できる。
[0006] The laser irradiation in the method of the present invention is carried out so as to have a deep penetration melting shape in order to effectively increase the intensity and suppress the occurrence of thermal strain . It is preferable that the aspect ratio (penetration depth H / penetration width W) of the fusion part be set to 0.5 or more. As the laser can be applied CO 2 lasers, CO lasers, Nd-YAG laser, a glass laser, excimer laser, any laser system that can be used for thermal processing.

【0007】レーザ照射部に供給するガスは、炭化水素
(Cmn)系ガスおよび酸化炭素(COm)系ガスから
なる群の中から選ばれる1種または2種以上を含むガス
であればよく、したがって、供給されるガスは炭化水素
(Cmn)系ガスまたは/および酸化炭素(COm)系
ガスのみからなるガスを供給してもよいし、また、これ
らと希ガス(例えばAr、He等)等との混合ガスを供
給してもよい。上記炭化水素(Cmn)系ガスとしては
メタン(CH4)、プロパン(C38)、エタン(C2
6)、ブタン(C410)、エチレン(CH2=CH2)等
を、また、酸化炭素(COm)系ガスとしてはCO,C
2等を用いることができ、これらのガスを単独で或い
は2種以上混合して用いることができる。2種以上混合
する場合は、炭化水素系ガスまたは酸化炭素系ガスの2
種以上を混合したものでもよいし、また、炭化水素系ガ
スの1種以上と酸化炭素系ガスの1種以上を混合したも
のでもよい。
[0007] Gas supplied to the laser irradiation part, there hydrocarbon (C m H n) based gas and one or gases containing two or more selected from the group consisting of carbon oxides (CO m) based gas Therefore, the supplied gas may be a gas composed of only a hydrocarbon (C m H n ) -based gas or / and a carbon oxide (CO m ) -based gas, For example, a mixed gas with Ar, He or the like may be supplied. As the hydrocarbon (C m H n) based gas methane (CH 4), propane (C 3 H 8), ethane (C 2 H
6 ), butane (C 4 H 10 ), ethylene (CH 2 CHCH 2 ) and the like, and carbon oxide (CO m ) based gases such as CO, C
O 2 or the like can be used, and these gases can be used alone or in combination of two or more. When two or more kinds are mixed, two kinds of hydrocarbon-based gas or carbon oxide-based gas are used.
A mixture of two or more species may be used, or a mixture of one or more hydrocarbon gases and one or more carbon oxide gases may be used.

【0008】また、これらガスの供給方法としては、レ
ーザビームと同軸にガスを供給するセンターガス方式の
センターガス(またはその一部)として供給するのが比
較的容易であるが、レーザ照射部(キーホール)内にガ
スを供給できる方式であればその方法は問わず、例えば
アフターガスとして供給することもできる。
As a method for supplying these gases, it is relatively easy to supply the gas as a center gas (or a part thereof) of a center gas system for supplying a gas coaxially with a laser beam. Any method can be used as long as a gas can be supplied into the keyhole, and for example, it can be supplied as an after gas.

【0009】[0009]

【作用】本発明の作用を図1に基づき説明する。図1は
ガスをセンタガス方式でレーザ照射部に供給する場合の
例を示している。集光レンズ1(例えば、ZnSeレン
ズ)で集光したレーザビーム2(通常、エネルギー密
度:104〜107W/cm2)を極低炭素鋼材3に照射
すると、照射部は瞬時に溶融・蒸発し、キーホール4と
呼ばれる溶融孔を形成する。このキーホール4内は鋼を
構成する主な原子である鉄の蒸発粒子と励起・電離状態
にある鉄原子から構成されており、その温度は5000
℃〜10000℃にも達する。通常のレーザ溶接ではセ
ンターガス5としてAr、He等の希ガスが用いられて
いるが、本発明ではこのセンターガス5として炭化水素
系ガスまたは/および酸化炭素系ガスを含むガスを供給
する。供給されたこれらのガスは、例えば下式に示すよ
うにキーホール内で熱分解して主に励起状態にある炭素
となり、溶融部6に侵入する。 CH4→C*+4H2/2 CO2→C*+2O2/2 但し、C*は励起状態にある炭素原子
The operation of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows an example in which gas is supplied to a laser irradiation unit by a center gas method. When a laser beam 2 (normally, energy density: 10 4 to 10 7 W / cm 2 ) condensed by a condensing lens 1 (for example, a ZnSe lens) is applied to the ultra-low carbon steel material 3, the irradiated portion is instantaneously melted. It evaporates to form a molten hole called a keyhole 4. The inside of the keyhole 4 is composed of evaporated particles of iron, which is a main atom constituting steel, and iron atoms in an excited / ionized state, and the temperature is 5000.
℃ to 10,000 ℃. In ordinary laser welding, a rare gas such as Ar or He is used as the center gas 5, but in the present invention, a gas containing a hydrocarbon-based gas and / or a carbon oxide-based gas is supplied as the center gas 5. These supplied gases are thermally decomposed in a keyhole to become mainly carbon in an excited state as shown in the following formula, and enter the molten portion 6. CH 4 → C * + 4H 2 /2 CO 2 → C * + 2O 2/2 where, C * is a carbon atom in an excited state

【0010】このようにレーザ照射による溶融部には炭
素が富化されしかも溶融部が急速に凝固、冷却されるた
め、炭素鋼を焼入れした場合に得られると同様の焼入れ
組織を有する溶融凝固部が形成され、この溶融凝固部は
硬さおよび強度が母材に較べて大幅に増加する。したが
って、少なくとも強度が必要とされる極低炭素鋼材の部
位に対して、上記レーザ照射を適当な間隔で線状に実施
すれば、当該部位に焼入れ組織を有する線状の溶融凝固
部が形成され、その部位の強度を著しく増加させること
ができる。また、鋼材全体に対して上記レーザ照射を適
当な間隔で線状に実施すれば、鋼材全体の強度を上昇さ
せ得ることは言うまでもない。通常、上記線状の溶融凝
固部はすじ状または格子状等に適当な間隔で形成され
る。
[0010] As described above, since the molten portion by laser irradiation is enriched with carbon and the solidified portion is rapidly solidified and cooled, the molten solidified portion has a quenched structure similar to that obtained when carbon steel is quenched. Are formed, and the hardness and strength of the melt-solidified portion are significantly increased as compared with the base material. Therefore, if at least the portion of the ultra-low carbon steel material required for strength is linearly subjected to the laser irradiation at appropriate intervals, a linear melt-solidified portion having a quenched structure is formed at the portion. , The strength of the portion can be significantly increased. Further, it is needless to say that the strength of the entire steel material can be increased by linearly performing the laser irradiation on the entire steel material at appropriate intervals. Usually, the linear melt-solidified portions are formed at appropriate intervals in the form of stripes or grids.

【0011】また、溶融部のアスペクト比(溶け込み深
さH/溶け込み幅W)を0.5以上とすることにより、
強度をより効果的に高め、しかも熱歪の発生を効果的に
抑えることができる。溶融凝固部の硬さおよび鋼材の強
度は炭化水素系ガスや酸化炭素系ガスと他のガス(通常
は希ガス)との混合比率を変えることにより調整できる
が、レーザ出力および処理速度を一定とした場合、ノズ
ル高さやノズル直径或いは使用すべきガス(炭化水素系
ガスまたは酸化炭素系ガス)の種類や流量によっても調
整できる。また、鋼材の強度は上述したガスの混合比率
等だけでなく、溶融凝固部の間隔等を選択することによ
っても調整できる。
Further, by setting the aspect ratio (penetration depth H / penetration width W) of the fusion zone to 0.5 or more,
The strength can be more effectively increased, and the occurrence of thermal strain can be effectively suppressed. The hardness of the melt-solidified part and the strength of the steel material can be adjusted by changing the mixing ratio of hydrocarbon gas or carbon oxide gas with another gas (usually a rare gas). In this case, it can be adjusted also by the nozzle height and nozzle diameter, or the type and flow rate of the gas (hydrocarbon-based gas or carbon oxide-based gas) to be used. Further, the strength of the steel material can be adjusted not only by the above-described gas mixing ratio and the like, but also by selecting the interval between the melt-solidified portions.

【0012】本発明が対象とする鋼材は、C:0.00
5wt%未満の極低炭素鋼材であり、このような極低炭
素鋼材は本発明法による強化前の状態では優れたプレス
成形性を示す。また、この極低炭素鋼材には、Ti,N
bにより侵入型元素を総てまたは部分的に固定し、必要
に応じてMn,Si,Pにより強化した鋼材、粒界強化
のためにBを添加した鋼材等、あらゆる極低炭素鋼材が
含まれる。また、鋼材(加工材、未加工材)の種類も鋼
板に限らず、管、条材、線材等のあらゆる種類のものに
適用することができる。また、表面にめっき(電気めっ
きまたは溶融めっき等)を施した鋼板等の鋼材にも適用
でき、めっきの種類は問わない。
The steel material to which the present invention is applied is C: 0.00
It is an ultra-low carbon steel material of less than 5 wt%, and such an ultra-low carbon steel material shows excellent press formability before being strengthened by the method of the present invention. Further, Ti, N
b includes all ultra-low carbon steel materials such as steel materials in which interstitial elements are fixed in whole or in part and reinforced by Mn, Si, and P as necessary, and steel materials to which B is added for grain boundary strengthening. . Further, the type of steel material (processed material, unprocessed material) is not limited to a steel plate, but can be applied to all types of pipes, strips, wires, and the like. Further, the present invention can be applied to a steel material such as a steel plate having a surface plated (electroplating or hot-dip plating), and the type of plating is not limited.

【0013】[0013]

【実施例】【Example】

〔実施例1〕素材鋼板の成分組成がC:0.0026w
t%、Si:0.16wt%、Mn:0.69wt%、
Nb:0.019wt%、Ti:0.023wt%、
B:0.0005wt%で、板厚が1.4mmの合金化
溶融亜鉛めっき鋼板に対し、CO2レーザを用いて線状
のレーザ照射を実施した。この実施例ではセンターガス
として、ArとCH4との混合比率([CH4/(CH4
+Ar)]×100)を0〜100%まで種々変化させ
たものを用いた。そのレーザ照射条件は以下の通りであ
る。 レーザ出力:3.0kW 処理速度:3m/min 集光レンズの焦点距離:254mm 焦点位置:−0.5mm アスペクト比:1.4 ノズル直径:5mm ノズル高さ:7mm センターガスの種類:Ar、Ar+CH4、CH4 センターガス流量:20 l/min
[Example 1] The composition of the material steel sheet was C: 0.0026 w
t%, Si: 0.16 wt%, Mn: 0.69 wt%,
Nb: 0.019 wt%, Ti: 0.023 wt%,
B: A 0.0005 wt%, alloyed hot-dip galvanized steel sheet having a thickness of 1.4 mm was subjected to linear laser irradiation using a CO 2 laser. In this embodiment, as the center gas, a mixing ratio of Ar and CH 4 ([CH 4 / (CH 4
+ Ar)] × 100) were variously changed from 0 to 100%. The laser irradiation conditions are as follows. Laser output: 3.0 kW Processing speed: 3 m / min Focal length of condenser lens: 254 mm Focus position: -0.5 mm Aspect ratio: 1.4 Nozzle diameter: 5 mm Nozzle height: 7 mm Type of center gas: Ar, Ar + CH 4 , CH 4 center gas flow rate: 20 l / min

【0014】レーザ照射によって得られらビード状の溶
融凝固部のマイクロビッカース硬さHv(測定荷重50
gf)を測定した。また、各試験条件により図2に示す
ようなJIS5号試験片に3本のビード状の溶融凝固部
を引張り方向と平行に形成させたものを作成し、各試験
片の引張強さを測定した。図3にセンターガス中のAr
とCH4の混合比率と溶融凝固部の硬さHvとの関係を
示す。これによれば、センターガス中のCH4が0%
(Ar:100%)の場合には溶融凝固部の硬さはHv
150であり、母材(硬さHv:100)よりもHv5
0程度上昇したに過ぎない。これに対して、センターガ
ス中のCH4の比率が増加するとともに、溶融凝固部の
硬さが著しく上昇する。そして、CH4の混合比率が1
0%程度でも溶融凝固部の硬さが大幅に増加し、Hv3
50にも達している。
The micro-Vickers hardness Hv (measuring load 50) of the bead-shaped melt-solidified portion obtained by laser irradiation
gf) was measured. Further, three bead-shaped melt-solidified portions were formed in parallel with the tensile direction on a JIS No. 5 test piece as shown in FIG. 2 according to each test condition, and the tensile strength of each test piece was measured. . FIG. 3 shows Ar in the center gas.
And shows the relationship between the mixing ratio of CH 4 and hardness Hv of the molten-solidified portion. According to this, CH 4 in the center gas is 0%
(Ar: 100%), the hardness of the melt-solidified portion is Hv
150, which is higher than the base material (hardness Hv: 100) by Hv5.
It just rose by about 0. On the other hand, as the ratio of CH 4 in the center gas increases, the hardness of the melt-solidified portion significantly increases. And the mixing ratio of CH 4 is 1
Even at about 0%, the hardness of the melt-solidified portion increases greatly, and Hv3
It has reached 50.

【0015】図4および図5に、センターガスを100
%Arとした場合(図4)と100%CH4とした場合
(図5)のそれぞれの凝固組織の顕微鏡拡大写真を示
す。これらの写真によれば、Arガス100%の場合に
は不規則な結晶粒界を呈したフェライトが主体であり、
わずかにベーナイトが観察される。一方、CH4ガス1
00%の場合には、溶融凝固部はマルテンサイトのみか
らなる焼入れ組織となっている。図6にセンターガス中
のArとCH4の混合比率と上記JIS5号試験片によ
る引張強さとの関係を示す。これによれば、図3で得ら
れた実験結果と同様に、センターガス中のCH4の割合
が増加するにつれて、溶融凝固部の引張強さが増加し、
CH4の混合比率が10%程度でも母材に対して強度が
約20%上昇している。
FIG. 4 and FIG.
The microscopic photographs of the solidified structures in the cases of% Ar (FIG. 4) and 100% CH 4 (FIG. 5) are shown. According to these photographs, when Ar gas is 100%, the main component is ferrite exhibiting irregular grain boundaries,
Slight bainite is observed. On the other hand, CH 4 gas 1
In the case of 00%, the melt-solidified portion has a quenched structure composed only of martensite. FIG. 6 shows the relationship between the mixing ratio of Ar and CH 4 in the center gas and the tensile strength of the JIS No. 5 test piece. According to this, similarly to the experimental result obtained in FIG. 3, as the ratio of CH 4 in the center gas increases, the tensile strength of the melt-solidified portion increases,
Even when the mixing ratio of CH 4 is about 10%, the strength is increased by about 20% with respect to the base material.

【0016】このようにセンターガス中にCH4を混合
し或いはセンターガスそのものにCH4を用いることに
より、CH4が熱分解した結果生じるCが溶融凝固部に
侵入し、凝固組織がマルテンサイト組織となることで硬
度と引張強さが増加したことが判る。なお、図3および
図6に示されるように溶融凝固部の硬さおよび引張強さ
はCH4と希ガスの混合比率を変えることにより調整で
きることが判る。
As described above, by mixing CH 4 in the center gas or using CH 4 as the center gas itself, C generated as a result of thermal decomposition of CH 4 penetrates into the molten and solidified portion, and the solidified structure becomes a martensitic structure. It can be seen that the hardness and tensile strength were increased by As shown in FIGS. 3 and 6, it can be seen that the hardness and tensile strength of the melt-solidified portion can be adjusted by changing the mixing ratio of CH 4 and the rare gas.

【0017】〔実施例2〕成分組成がC:0.0026
wt%、Si:0.21wt%、Mn:1.37wt
%、Ti:0.055wt%、B:0.0008wt%
で板厚1.6mmの冷延鋼板に、センターガスとしてA
rとC410をそれぞれ用いてNd−YAGレーザによ
り線状のレーザ照射を実施した。この際、レーザビーム
径を0.4〜8mmの範囲で変え、溶融凝固部のアスペ
クト比(溶け込み幅W/溶け込み深さH)が異なる試験
片を作成し、それらの引張強さ、熱歪およびマイクロビ
ッカース硬さHv(測定荷重50gf)を測定した。引
張り試験は、JIS5号試験片に図2に示すような3本
の線状の溶融凝固部を形成して行った。また、熱歪の測
定は300(l)×25(w)mmの試験片に3本の溶
融凝固部を形成して試験片の長手方向での反り量(h)
を測定し、h/l×100(%)で評価した。なお、レ
ーザ照射条件は以下の通りである。 レーザ出力:2.5kW 処理速度:3m/min 集光レンズの焦点距離:127mm 焦点位置:0〜20mm 鋼板上でのレーザビーム径:0.4〜8mm ノズル直径:5mm ノズル高さ:7〜27mm センターガスの種類:Ar、C410 センターガス流量:20 l/min
Example 2 Component composition: C: 0.0026
wt%, Si: 0.21 wt%, Mn: 1.37 wt
%, Ti: 0.055 wt%, B: 0.0008 wt%
To 1.6mm cold-rolled steel sheet with A as center gas
with r and C 4 H 10, respectively it was performed linear laser irradiation by Nd-YAG laser. At this time, the laser beam diameter was changed in the range of 0.4 to 8 mm, test pieces having different aspect ratios (penetration width W / penetration depth H) of the melt-solidified portion were prepared, and their tensile strength, thermal strain and The micro Vickers hardness Hv (measuring load 50 gf) was measured. The tensile test was performed by forming three linear melt-solidified portions as shown in FIG. 2 on a JIS No. 5 test piece. The measurement of thermal strain was performed by forming three melt-solidified portions on a test piece of 300 (l) × 25 (w) mm and measuring the amount of warpage (h) in the longitudinal direction of the test piece.
Was measured and evaluated in h / l × 100 (%). The laser irradiation conditions are as follows. Laser power: 2.5 kW Processing speed: 3 m / min Focal length of condenser lens: 127 mm Focus position: 0 to 20 mm Laser beam diameter on steel plate: 0.4 to 8 mm Nozzle diameter: 5 mm Nozzle height: 7 to 27 mm Center gas type: Ar, C 4 H 10 Center gas flow rate: 20 l / min

【0018】センターガスとしてC410を用いた供試
材の引張強さ(未処理材に対する引張強さの増加率)お
よび熱歪とアスペクト比との関係を図7に示す。同図に
よれば、アスペクト比0.5未満の表面溶融タイプの溶
融凝固部を有する鋼板では、未処理材に対する引張強度
の増加率が相対的に小さい。これに対して、アスペクト
比が0.5以上になると、未処理材に対する引張強さの
増加率が大きくなる。また、アスペクト比0.5未満の
表面溶融タイプでは熱歪による変形が大きいのに対し、
アスペクト比0.5以上の深溶込みタイプでは熱変形が
適切に抑えられている。
FIG. 7 shows the relationship between the tensile strength (rate of increase in the tensile strength relative to the untreated material) and the thermal strain of the test material using C 4 H 10 as the center gas, and the aspect ratio. According to the figure, in a steel sheet having a surface solidification type melt-solidified portion having an aspect ratio of less than 0.5, the rate of increase in tensile strength relative to the untreated material is relatively small. On the other hand, when the aspect ratio is 0.5 or more, the rate of increase in tensile strength with respect to the untreated material increases. In addition, while deformation due to thermal strain is large in a surface melting type having an aspect ratio of less than 0.5,
In a deep penetration type having an aspect ratio of 0.5 or more, thermal deformation is appropriately suppressed.

【0019】従来、金属材の機械特性や耐熱性等の改善
を目的としてレーザ照射を利用した表面改質技術が知ら
れているが、これらの技術はいずれも表面溶融タイプの
レーザ処理であり、そのレーザ処理層のアスペクト比は
0.5未満である。上記の試験結果によれば、このよう
なアスペクト比0.5未満の表面溶融タイプのレーザ処
理では本発明法としての一応の効果は得られるものの、
鋼材の高強度化および熱歪の抑制が必ずしも十分でな
く、高強度化および熱歪の抑制を効果的に達成するため
にはアスペクト比を0.5以上とすることが好ましいこ
とが判る。
Conventionally, surface modification techniques using laser irradiation for the purpose of improving the mechanical properties and heat resistance of metal materials have been known, but all of these techniques are surface melting type laser treatments. The aspect ratio of the laser processing layer is less than 0.5. According to the above test results, although the surface melting type laser treatment having an aspect ratio of less than 0.5 can provide a tentative effect as the method of the present invention,
It can be seen that increasing the strength of the steel material and suppressing the thermal strain are not always sufficient, and it is found that the aspect ratio is preferably 0.5 or more in order to effectively achieve the increase in the strength and the suppression of the thermal strain.

【0020】本実施例中の代表的な処理例と変態焼入れ
処理を行った例について、熱歪、マイクロビッカース硬
さHvおよび引張強度増加率の結果を表1に示す。同表
によれば、センターガスとしてC410ガスを用いた場
合には、深溶込み溶融および表面溶融いずれのタイプに
おいても大幅な硬度の増加が認められるが、表面溶融タ
イプでは溶融体積が十分でないため、深溶込み溶融タイ
プに比較して引張強さの増加率が小さく、しかも、熱歪
みも大きくなっている。
Table 1 shows the results of thermal strain, micro Vickers hardness Hv, and rate of increase in tensile strength for a typical treatment example and a transformation quenching treatment example in this embodiment. According to the same table, when C 4 H 10 gas was used as the center gas, a significant increase in hardness was observed in both the deep penetration melting and the surface melting type. Since it is not sufficient, the rate of increase in tensile strength is smaller than that of the deep penetration melting type, and the thermal strain is also large.

【0021】[0021]

【表1】 [Table 1]

【0022】〔実施例3〕成分組成がC:0.0023
wt%、Si:0.15wt%、Mn:1.40wt
%、Nb:0.015wt%、Ti:0.055wt%
で板厚1.4mmの冷延鋼板に、CO2レーザにより線
状のレーザ照射を実施した。この実施例では、ArとC
Oとの混合比率[CO/(CO+Ar)]×100%を
0%,50%,100%とした3種類のセンターガスを
用いた。そのレーザ照射条件は以下の通りである。 レーザ出力:3.0kW 処理速度:3m/min 集光レンズの焦点距離:254mm 焦点位置:−0.5mm アスペクト比:1.2 ノズル直径:3mm ノズル高さ:5mm センターガス流量:20 l/min
Example 3 Component composition: C: 0.0023
wt%, Si: 0.15 wt%, Mn: 1.40 wt
%, Nb: 0.015 wt%, Ti: 0.055 wt%
, A linear laser irradiation was performed with a CO 2 laser on a cold-rolled steel sheet having a thickness of 1.4 mm. In this embodiment, Ar and C
Three types of center gases were used in which the mixing ratio with O [CO / (CO + Ar)] × 100% was 0%, 50%, and 100%. The laser irradiation conditions are as follows. Laser output: 3.0 kW Processing speed: 3 m / min Focal length of condenser lens: 254 mm Focus position: -0.5 mm Aspect ratio: 1.2 Nozzle diameter: 3 mm Nozzle height: 5 mm Center gas flow rate: 20 l / min

【0023】レーザ照射によって得られらビード状の溶
融凝固部のマイクロビッカース硬さHv(測定荷重50
gf)を測定した。また、図2に示すようなJIS5号
試験片に3本のビード状の溶融凝固部を引張り方向と平
行に形成させたものを作成し、各試験片の引張強さから
未処理材に対する強度増加率を測定した。表2にその結
果を示す。同表によれば、レーザ照射部にCOを供給す
ることにより、Arガス単独の場合に較べて溶融凝固部
の硬度および材料の強度が大幅に増加し、また、センタ
ーガス中のCOの混合比率を高めることにより、上記特
性が向上することが判る。
The micro Vickers hardness Hv (measurement load 50) of the bead-shaped melt-solidified portion obtained by laser irradiation
gf) was measured. In addition, three bead-shaped melt-solidified parts were formed parallel to the tensile direction on a JIS No. 5 test piece as shown in FIG. 2, and the strength of the untreated material was increased from the tensile strength of each test piece. The rate was measured. Table 2 shows the results. According to the table, by supplying CO to the laser irradiation part, the hardness of the melt-solidified part and the strength of the material are significantly increased as compared with the case of using Ar gas alone, and the mixing ratio of CO in the center gas is increased. It can be seen that the above characteristics are improved by increasing the value.

【0024】[0024]

【表2】 [Table 2]

【0025】[0025]

【発明の効果】以上述べた本発明によれば、プレス成形
性に優れた極低炭素鋼材を効果的に高強度化することが
でき、従来にも増して軽量且つ高強度の鋼材を得ること
が可能となる。また、特にアスペクト比が0.5以上の
深溶込み溶融部が形成されるようなレーザ照射条件とす
ることにより、強度をより効果的に高めることができる
とともに、形状不良等の原因となる熱歪みの発生を効果
的に抑えることができ、より軽量且つ高強度でしかも寸
法精度の高い鋼材を得ることができる。
According to the present invention described above, it is possible to effectively increase the strength of an ultra-low carbon steel material excellent in press formability, and obtain a lighter and higher strength steel material than ever before. Becomes possible. In addition, by setting the laser irradiation conditions such that a deep penetration fusion part having an aspect ratio of 0.5 or more is formed, the strength can be more effectively increased, and the heat causing a shape defect and the like can be improved. The generation of distortion can be effectively suppressed, and a lighter, higher strength, and high dimensional accuracy steel material can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施状況の一例を示す説明図FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of an implementation state of the present invention.

【図2】本発明の実施例の引張試験に用いた試験片を示
す平面図
FIG. 2 is a plan view showing a test piece used in a tensile test according to an example of the present invention.

【図3】レーザ照射部に供給するガス中のCH4の混合
比率と溶融凝固部の硬さHvとの関係を示すグラフ
FIG. 3 is a graph showing a relationship between a mixing ratio of CH 4 in a gas supplied to a laser irradiation part and a hardness Hv of a melt-solidified part.

【図4】センターガスとして100%Arを用いた場合
の溶融凝固部の金属組織を示す顕微鏡拡大写真
FIG. 4 is a microscope enlarged photograph showing a metal structure of a melt-solidified portion when 100% Ar is used as a center gas.

【図5】センターガスとして100%CH4を用いた場
合の溶融凝固部の金属組織を示す顕微鏡拡大写真
FIG. 5 is a microscope enlarged photograph showing the metal structure of the melt-solidified portion when 100% CH 4 is used as the center gas.

【図6】レーザ照射部に供給するガス中のCH4の混合
比率と鋼板の引張強さとの関係を示すグラフ
FIG. 6 is a graph showing a relationship between a mixing ratio of CH 4 in a gas supplied to a laser irradiation unit and a tensile strength of a steel sheet.

【図7】レーザ照射による溶融部のアスペクト比と鋼板
の引張強さ(未処理材に対する引張強さの増加率)およ
び熱歪との関係を示すグラフ
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the aspect ratio of a fusion zone by laser irradiation, the tensile strength of a steel sheet (increase rate of tensile strength with respect to an untreated material), and thermal strain.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…集光レンズ、2…レーザビーム、3…極低炭素鋼
材、4…キーホール、5…センターガス、6…溶融部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Condensing lens, 2 ... Laser beam, 3 ... Ultra low carbon steel material, 4 ... Keyhole, 5 ... Center gas, 6 ... Fused part

フロントページの続き (72)発明者 海津 享 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 樺沢 真事 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 津山 青史 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 角田 浩之 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 昭56−116820(JP,A) 特開 昭57−171618(JP,A) 特開 平4−52265(JP,A) 特開 昭59−179776(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C21D 1/09,1/34,6/00 C23C 8/22 B23K 26/00,26/18 Continuing on the front page (72) Inventor: Satoshi Kaizu 1-2-1, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Nippon Kokan Co., Ltd. (72) Inventor Makoto Kabazawa 1-2-1, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Nippon Kokan Co., Ltd. (72) Inventor Seiji Tsuyama 1-2-1, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Nippon Kokan Co., Ltd. (72) Inventor Hiroyuki Tsunoda 1-2-1, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Nippon Kokan Co., Ltd. (56) References JP-A-56-116820 (JP, A) JP-A-57-171618 (JP, A) JP-A-4-52265 (JP, A) JP-A-59-179776 (JP, A) (58) Survey Field (Int. Cl. 7 , DB name) C21D 1 / 09,1 / 34,6 / 00 C23C 8/22 B23K 26 / 00,26 / 18

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 C:0.005wt%未満を含有する極
低炭素鋼材にレーザを適当な間隔で線状に照射しつつ、
該レーザ照射部に、炭化水素系ガスおよび酸化炭素系ガ
スからなる群の中から選ばれる1種または2種以上を含
むガスを供給することにより、レーザ照射により形成さ
れる溶融部に前記ガス成分中の炭素を添加し、炭素が富
化されたビード状の溶融凝固部を適当な間隔で線状に
成することを特徴とする極低炭素鋼材の強化方法。
1. An ultra-low carbon steel material containing less than 0.005 wt% of C: linearly irradiating a laser at appropriate intervals .
By supplying a gas containing one or more selected from the group consisting of a hydrocarbon-based gas and a carbon oxide-based gas to the laser irradiation part, the gas component is supplied to a melting part formed by laser irradiation. A method for strengthening an ultra-low carbon steel material, comprising adding carbon therein to form a bead-like melt-solidified portion enriched with carbon in a linear shape at appropriate intervals .
【請求項2】 レーザ照射による溶融部を、アスペクト
比が0.5以上の深溶込み溶融部とすることを特徴とす
請求項1に記載の極低炭素鋼材の強化方法。
2. The method according to claim 1, wherein the laser beam is melted by an aspect ratio.
Characterized by a deep penetration fusion zone with a ratio of 0.5 or more
The method for strengthening an ultra-low carbon steel material according to claim 1.
JP05205543A 1992-12-25 1993-07-29 How to strengthen ultra low carbon steel Expired - Fee Related JP3073630B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP05205543A JP3073630B2 (en) 1992-12-25 1993-07-29 How to strengthen ultra low carbon steel

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4-359014 1992-12-25
JP35901492 1992-12-25
JP05205543A JP3073630B2 (en) 1992-12-25 1993-07-29 How to strengthen ultra low carbon steel

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH06340916A JPH06340916A (en) 1994-12-13
JP3073630B2 true JP3073630B2 (en) 2000-08-07

Family

ID=26515110

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP05205543A Expired - Fee Related JP3073630B2 (en) 1992-12-25 1993-07-29 How to strengthen ultra low carbon steel

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3073630B2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JPH06340916A (en) 1994-12-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Montealegre et al. Surface treatments by laser technology
Reisgen et al. Shielding gas influences on laser weldability of tailored blanks of advanced automotive steels
KR102594731B1 (en) Method for weld pretreatment of coated steel sheets
Lee et al. Fusion zone microstructural evolution of Al-10% Si coated hot stamping steel during laser welding
JP3091059B2 (en) How to strengthen steel
Pelletier et al. Hadfield steel coatings on low carbon steel by laser cladding
Šebestová et al. The effect of arc current on microstructure and mechanical properties of hybrid LasTIG welds of high-strength low-alloy steels
JP3073630B2 (en) How to strengthen ultra low carbon steel
JP4317506B2 (en) Manufacturing method of high strength parts
Fouquet et al. Laser surface melting of a pearlitic grey cast iron
JP3091058B2 (en) How to strengthen carbon steel
JP3073629B2 (en) How to strengthen steel
JP3091060B2 (en) How to strengthen steel
CN117836458A (en) Steel sheet, member, and method for producing same
Kang et al. Plasma diode electron beam heat treatment of cast iron: effect of direct preheating
Kim et al. Titanium nitride laser-beam surface-alloying treatment on carbon tool steel
Kim et al. Mechanical and Microstructural Properties of Autogenous Arc Welds of 2 GPa Strength Hot-Press-Forming Steel
DE10306063A1 (en) Production of workpieces made from amour steel for special vehicles comprises softening each workpiece at a temperature above the Curie point, cooling, processing the workpiece, bringing to a temperature above the Curie point and quenching
JPH07126807A (en) Steel sheet excellent in formability and hardenability by high energy density beam irradiation and its production
JPH0459941A (en) High strength steel having toughness
Marinin et al. Increasing the intensity of cementation process of tool low-alloy steels by surface laser treatment
KR102422579B1 (en) Method of manufacturing tailor weleded blanks for hot stamping
JPH0726322A (en) Production of high strength press formed part
Lailatul et al. Hardfacing of duplex stainless steel using melting and diffusion processes
JPH09217145A (en) High tensile strength steel excellent in laser cutting property and production thereof

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090602

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100602

Year of fee payment: 10

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees