JP3680248B2 - 打抜き部品の平坦度に優れる冷間圧延まま鋼板の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、打抜き部品の平坦度に優れる冷間圧延まま鋼板の製造方法、特に、自動車のトランスミッション部品としてのギヤやプレート等の素材として、打抜部品の寸法精度に優れ、しかも、打抜部品の硬度確保のための熱処理工程が不要で、更に、打抜後の寸法精度がコイル全長に亘って均一な鋼板を得ることができる、打抜き部品の平坦度に優れる冷間圧延まま鋼板の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
自動車のトランスミッション部品として使用されるギヤやプレート等は、部品メーカーにおいて鋼板を所定の形状に打ち抜いた後に、硬度確保のために打抜後の部品に焼入れや時効析出等の熱処理を施すことによって製造される。
【0003】
しかし、近年、製造コストの削減を目的として、これらの熱処理の代わりに、冷間圧延による硬度確保が可能な鋼板の開発が要求されている。ところが、このような冷間圧延による硬度確保では、打抜後の部品に大きな反りが発生する場合があった。このために、打抜後の部品にプレステンパーが必要であり、プレステンパーを行っても、部品の形状矯正が困難な場合があった。
【0004】
このようなことから、冷間圧延ままで打抜後の部品の平坦度に優れる鋼板の開発が強く望まれていた。
【0005】
従来、自動車のトランスミッション部品としてのギヤやプレート等の打抜後の硬度確保のための熱処理を省略する技術に関しては、熱延板組織を硬質なベイニティックフェライトまたはベイナイトを主相とする精密打抜用高強度鋼板の製造方法が、特開平8−295927号に開示されている。以下、この技術を従来技術1という。
【0006】
また、部品の寸法精度確保しながら強度を向上させる技術に関しては、熱歪が大きくなる焼入れ処理の代わりに、CuやVを添加して高強度化する高炭素鋼板およびその製造方法が、特開平4−254546号に開示されている。以下、この技術を従来技術2という。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術1は、次のような問題点を有している。即ち、従来技術1は、冷間圧延後の精密打抜性、即ち、ダレや剪断面比率等の打抜面の形態制御に関するものであり、打抜部品の寸法精度の向上に関しては言及していない。また、ベイナイト等の低温変態相において強度を確保しているために、熱延時の巻取温度にバラツキが生じた場合、コイル長手方向、あるいは、幅広材では、コイル幅方向の材質変動が大きくなって、冷間圧延後の打抜部品の寸法精度にバラツキが生じる。
【0008】
従来技術2は、次のような問題点を有している。即ち、従来技術2は、CuやVを時効析出させるためにの焼戻処理温度での熱処理が必要であるために、打抜部品の硬度確保のための熱処理は省略することができない。
【0009】
このように、冷延薄鋼板打抜後の部品の寸法精度に優れ、しかも、打抜部品の硬度確保のための熱処理工程が不要な鋼板の製造方法、および、打抜後の寸法精度がコイル全長に亘って均一な鋼板の製造方法は、未だ提案されていないのが現状である。
【0010】
従って、この発明の目的は、自動車のトランスミッション部品としてのギヤやプレート等の素材として、打抜部品の寸法精度に優れ、しかも、打抜部品の硬度確保のための熱処理工程が不要な鋼板の製造方法、および、打抜後の寸法精度がコイル全長に亘って均一な鋼板の製造方法を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記目的を達成するために、鋭意研究を重ねた。この結果、以下のような種々の知見を得た。
▲1▼ 冷間圧延まま鋼板の打抜後の寸法精度の劣化は、熱延板の組織に起因する。即ち、ベイニティックフェライトを有する組織では、コイル幅方向での組織が不均一となって、冷間圧延後の残留応力に差異が生じ、この結果、打抜部品の寸法精度が劣化すること、また、低温変態相を有する組織では、ベイナイト等の低温変態相は、その体積分率の冷却速度依存性が強いために、その体積分率がコイル幅方向で異なる。この結果、冷間圧延後の残留応力に差異が生じて、打抜部品の寸法精度が劣化する。
▲2▼ 以上のようなメカニズムで生じる打抜部品の寸法精度の劣化を防止するには、熱延板組織にポリゴナルフェライトを積極的に生成させ、これによって、ベイニティックフェライトや低温変態相の形成を抑制することが有効である。
▲3▼ 熱間圧延に先立って、粗圧延後の粗バー全体を加熱、または、保熱、または、粗バーのエッジを加熱することによって、仕上圧延スタンド入り側における粗バーの先端部と後端部との温度差および幅方向の温度差を低く制御することによって、冷間圧延まま鋼板の打抜後の寸法精度に優れる鋼板を、コイル全長に亘って均一に得られる。
【0012】
この発明は、上記知見に基づきなされたものであり、請求項1記載の発明は、C:0.05から0.4%、Mn:0.1から1%、Si:0.01から1%、P:0.01から0.2%、Cr:0.01から1%(以上、重量%)残部:Feおよび不可避的不純物からなり、SiとPとCrとの合計量が0.1重量%以上の鋼を熱間圧延する際に、Ar3以上の温度で熱間圧延を終了し、圧延終了温度から(Ar3−50℃)の温度間の平均冷却速度を20℃/sec以下とし、550℃以上の温度で巻き取り、その後、70%以下の冷間圧延を施すことに特徴を有するものである。
【0013】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の鋼が、Nb:0.1%以下、Ti:0.5%以下、V:0.1%以下、Ca:0.01%以下(以上、重量%)をさらに含有することに特徴を有するものであり、請求項3記載の発明は、請求項1または2記載の鋼が、Mo:1%以下、Ni:1%以下、Cu:1%以下(以上、重量%)をさらに含有することに特徴を有し、請求項4記載の発明は、請求項1から3の何れか1つに記載の鋼を熱間圧延するに先立って、粗圧延後の粗バーの全体を加熱し、または、保熱し、または、粗バーのエッジのみを加熱して、仕上圧延スタンド列入側での、粗バーの先端部と後端部との温度差を±30℃以内、粗バーの幅方向の温度差を±15℃以内とすることに特徴を有するものである。
【0014】
【発明の実施の形態】
この発明における鋼の成分組成の限定理由について説明する。なお、成分組成の添加量%は、何れも重量%である。
【0015】
C(炭素):Cは、自動車のトランスミッション部品としてのギヤやプレート等に必要強度を付与するために、少なくとも、0.05%は必要である。しかし、0.4%を超えて添加すると、冷間圧延時の負荷が増大して、生産性が低下する。従って、この発明においては、Cの添加範囲を、0.05から0.4%の範囲内に限定した。
【0016】
Mn(マンガン):Mnは、自動車のトランスミッション部品としてのギヤやプレート等に必要強度を付与するために、少なくとも、0.1%は必要である。しかし、1%を超えて添加すると、熱間圧延時の巻取温度の変動によって材質が大きく変動する。この結果、コイル全長に亘って均一な材質が得られない。従って、この発明においては、Mnの添加範囲を、0.1から1%の範囲内に限定した。
【0017】
Si(シリコン)、P(燐)Cr(クロム):Si、P、Crは、何れも、フェライト生成元素であり、ポリゴナルフェライトを生成させるためには、0.01%以上の添加が必要であり、且つ、これら3元素の合計量が0.1%以上である必要がある。しかし、SiおよびCrの過剰添加は、コスト増を招き、Pの過剰添加は、粒界脆化を招く。従って、この発明においては、SiおよびCrの添加範囲を、0.01から1%の範囲内に限定し、Pの添加範囲を、0.01から0.2%の範囲内に限定し、そして、Si、P、Crの合計添加量を、0.1%以上に限定した。
【0018】
なお、この発明における鋼には、強度確保のためにNb(ニオブ)を0.1%以下、Ti(チタン)を0.5%以下、V(バナジウム)を0.1%以下、および、延性向上のために、Ca(カルシウム)を0.01%以下添加しても良い。また、耐食性向上のために、Mo(モリブデン)、Ni(ニッケル)、Cu(銅)をそれぞれ1%を超えない範囲で添加しても良い。
【0019】
次に、この発明における製造条件の限定理由について説明する。
【0020】
圧延終了温度:フェライト域での圧延となると、板厚方向での組織の不均一が生じ、冷間圧延後の打抜部品の寸法精度が劣化する。従って、この発明においては、圧延終了温度をAr3 点以上に限定した。
【0021】
圧延終了温度から(Ar3−50℃)の温度間の平均冷却速度:オーステナイトからフェライト変態する際の冷却速度が大きいと、ベイニティックフェライトが生成して、冷間圧延後の打抜寸法精度が劣化する。従って、この発明においては、圧延終了温度から(Ar3−50℃)の温度間の平均冷却速度を20℃/sec以下に限定した。
【0022】
巻取温度:550℃未満の巻取温度では、低温変態相の生成を回避することができない。従って、この発明においては、巻取温度を550℃以上に限定した。
【0023】
冷間圧延率:この発明においては、自動車のトランスミッション部品としてのギヤやプレート等の素材として必要な硬度を冷間圧延で確保しなければならない。しかし、70%を超える冷間圧延率では、コイル幅方向での圧延歪の均一性を確保することができない。従って、この発明においては、冷間圧延率を70%以下に限定した。
【0024】
仕上圧延スタンド列入り側温度:コイル長手方向および幅方向で仕上スタンド列入り側の温度が変動すると、仕上圧延中のオーステナイトの再結晶挙動が異なるので、この発明を適用した鋼板でも、コイル長手方向および幅方向でポリゴナルフェライト粒径やパーライト体積率等の熱延板組織にばらつきが生じる。この組織のバラツキは、冷間圧延により導入される圧延歪に反映されるために、冷間圧延後の打抜寸法精度にバラツキが生じる。この問題を解決するために、仕上圧延スタンド列入り側において、粗バーの全体を加熱するか、または、保熱するか、または、粗バーのエッジを加熱して、仕上圧延スタンド列入側での、粗バーの先端部と後端部との温度差を±30℃以内、粗バーの幅方向の温度差を±15℃以内とした。
【0025】
なお、粗バーの加熱は、誘導加熱や直接通電、あるいは、バーナー等によって行う。保熱による安定化には、コイルボックスへの巻き、巻き戻しやトンネル炉等を使用する。
【0026】
この発明においては、熱延後もしくは冷延後にスキンパスによる圧延加工を施しても、この発明の効果は失われない。また、熱延後、セメンタイトの球状化のための焼鈍を施して、この発明の効果は失われない。
【0027】
更に、鋼の溶製は、転炉、電気炉の何れでも良く、薄スラブを使用しての製造でも良く、この場合には、粗圧延を省略することができる。圧延方法は、通常のスラブ加熱後に圧延を開始する他に、溶製、鋳造後、直接圧延を開始する直送圧延を行っても良い。
【0028】
【実施例】
次に、この発明を実施例によって更に詳細に説明する。
【0029】
表1に示す(1)から(17)の化学成分組成を有する鋼を溶製し、次いで、表2に示した製造条件にしたがって熱間圧延および冷間圧延を行って、板厚1.2mm、板厚公差0.05mmの冷延薄鋼板を製造した。このようにして製造した薄鋼板をレベラーにかけて形状矯正を行った。次いで、この薄鋼板から直径100mmの円盤状試験片を打抜き、試験片の平坦度を評価した。
【0030】
平坦度は、図1および図2に示すにような、1.35mm×105mmの開口で長さが200mmの四角形状のギャップが形成された治具を用意し、試験片をギャップ内に落とし、その通過具合によって評価した。これらの結果を表2に示す。
【0031】
【表1】
【0032】
【表2】
表2中、○印は、試験片がギャップ内を通過したことを示し、×印は、試験片が途中で引っ掛かり、ギャップを通過しなかったことを示す。
【0033】
表2から明らかなように、本発明法による鋼1から17の試験片は、何れも、ギャップを通過したことから、平坦度に優れることが分かった。これに対して、圧延終了後、巻取温度および圧延終了温度から(Ar3−50℃)の温度間の平均冷却速度のそれぞれが、本発明範囲外の比較鋼2’、12’、13’による試験片は、何れも、ギャップを通過せず、平坦度が悪いことが分かった。
【0034】
また、表1のNo.8の鋼については、熱間圧延を行う際に、粗バーの全体あるいは粗バーのエッジを加熱したもの、および、加熱しなかったものの各々について、55%の冷間圧延を行って、板厚1.2mm、板幅1200mm、板厚公差0.5mmの冷延薄鋼板を製造した。次いで、このようにして製造した薄鋼板の長手方向先端部、中央部および後端部のそれぞれを板幅方向に6条切りし、各条板をレベラーにかけて形状矯正を行った。次いで、各条板から直径100mmの円盤状試験片を10枚づつ打抜き、試験片(A、B)の平坦度を評価した(本発明例1および2)。
【0035】
また、No.8の鋼について、熱間圧延を行う際に粗バーの全体の加熱あるいは粗バーのエッジの加熱を行ったが、加熱条件(ΔT1)、(ΔT2)が本発明範囲外の条件下で、板厚1.2mm、板幅1200mm、板厚公差0.5mmの冷延薄鋼板を製造し、本発明例と同様にして、試験片(C)の平坦度の評価を行った(比較例1)。
【0036】
更に、No.8の鋼について、熱間圧延を行う際に、本発明範囲内の加熱条件下で、粗バーの全体の加熱あるいは粗バーのエッジの加熱を行ったが、本発明範囲外である80%の冷間圧延を行って、板厚1.2mm、板幅1200mm、板厚公差0.5mmの冷延薄鋼板を製造し、本発明例と同様にして、試験片(D)の平坦度の評価を行った(比較例2)。
【0037】
これらの結果を、表3に示す。
【0038】
【表3】
表3の本発明例1および2から明らかなように、仕上圧延スタンド列入り側での粗バーの先端部と後端部との温度差および粗バーの幅方向の温度差が、本発明範囲内である場合には、コイル全長に亘って均一に打抜試験片の平坦度が得られることが分かった。
【0039】
しかし、表3の比較例1から明らかなように、仕上圧延スタンド列入り側での粗バーの先端部と後端部との温度差および粗バーの幅方向の温度差が、本発明範囲外である場合には、コイル全長に亘って均一に打抜試験片の平坦度が得られないことが分かった。
【0040】
また、表3の比較例2から明らかなように、冷間圧延率が本発明範囲外の80%の場合には、仕上圧延スタンド列入り側での粗バーの先端部と後端部との温度差および粗バーの幅方向の温度差を本発明範囲内としても、冷間圧延による幅方向の圧延歪が不均一になるので、安定的に優れた打抜試験片の平坦度は得られないことが分かった。
【0041】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、自動車のトランスミッション部品としてのギヤやプレート等の素材として、打抜部品の寸法精度に優れ、しかも、打抜部品の硬度確保のための熱処理工程が不要で、更に、打抜後の寸法精度がコイル全長に亘って均一な鋼板を得ることができるといった有用な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図1】試験片の平坦度の試験治具を示す正面図である。
【図2】試験片の平坦度の試験治具を示す平面図である。
Claims (4)
- C:0.05から0.4%、
Mn:0.1から1%、
Si:0.01から1%、
P:0.01から0.2%、
Cr:0.01から1%(以上、重量%)
残部:Feおよび不可避的不純物
からなり、SiとPとCrとの合計量が0.1重量%以上の鋼を熱間圧延する際に、Ar3以上の温度で熱間圧延を終了し、圧延終了温度から(Ar3−50℃)の温度間の平均冷却速度を20℃/sec以下とし、550℃以上の温度で巻き取り、その後、70%以下の冷間圧延を施すことを特徴とする、打抜き部品の平坦度に優れる冷間圧延まま鋼板の製造方法。 - 前記鋼が、
Nb:0.1%以下、
Ti:0.5%以下、
V:0.1%以下、
Ca:0.01%以下(以上、重量%)
をさらに含有することを特徴とする、請求項1記載の、打抜き部品の平坦度に優れる冷間圧延まま鋼板の製造方法。 - 前記鋼が、
Mo:1%以下、
Ni:1%以下、
Cu:1%以下(以上、重量%)
をさらに含有することを特徴とする、請求項1または2記載の、打抜き部品の平坦度に優れる冷間圧延まま鋼板の製造方法。 - 請求項1から3の何れか1つに記載の鋼を熱間圧延する際に、粗圧延後の粗バーの全体を加熱し、または、保熱し、または、粗バーのエッジのみを加熱して、仕上圧延スタンド列入側での、粗バーの先端部と後端部との温度差を±30℃以内、粗バーの幅方向の温度差を±15℃以内とすることを特徴とする、請求項1から3の何れか1つに記載の、鋼板の製造方法。
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