JP4984597B2

JP4984597B2 - 浸炭焼入用鋼板の製造方法

Info

Publication number: JP4984597B2
Application number: JP2006092974A
Authority: JP
Inventors: 安浩村尾; 憲文菅原
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2026-03-30
Also published as: JP2007262550A

Description

本発明は、浸炭焼入用鋼板に関し、特に、浸炭焼入性に優れると共に、打抜加工やバーリング加工等の加工性や表面性状にも優れる浸炭焼入用鋼板の製造方法に関するものである。

一般に、自動車や機械等の小物部品は、素材となる鋼板を打抜加工して製造されることが多い。しかし、斯かる部品は、寸法精度が優れると共に、強度と耐磨耗性をも兼備する必要があるため、ある程度以上の硬さが要求されている。しかし、素材の硬さを高めることは、打抜加工性を害したり、打抜金型の摩耗や損傷を招いたりする。そこで、打抜加工に用いられる素材としては、ＴＳが４４０ＭＰａクラスの軟質なものを使用して打抜加工性を改善する一方、製品に求められる必要な硬さは、打抜加工後の浸炭焼入れで補うことが行われている。

浸炭焼入れして用いられる鋼としては、例えば、ＪＩＳＧ３３１１に規定されたＳＣｒ鋼、ＳＣＭ鋼、ＳＮＣＭ鋼などのみがき特殊鋼帯（肌焼き鋼）が知られている。しかし、これらの鋼板は、Ｃを０．１ｍａｓｓ％以上と多量に含有しているため、球状化焼鈍を施して軟質化してから打抜加工に供する必要があり、かつ、強度も高過ぎるため、打抜加工やバーリング加工等を行う用途に適したものとは言えない。

そこで、Ｃ量を低減した浸炭焼入用鋼板が提案されている。例えば、特許文献１には、Ｃ：０．０５〜０．３５ｍａｓｓ％の鋼材が、また、特許文献２には、Ｃ：０．０５〜０．５０ｍａｓｓ％の鋼板が開示されている。
特開昭５９−１２３７１４号公報特開昭６１−１０６７１５号公報

しかしながら、これらの鋼のＣ量は、低減されているとはいえ、依然として高い。そのため、上記鋼板を打抜加工した場合には、伸びフランジ成形の１つであるバーリング加工においてフランジ部に割れが発生することがあり、その対策として、精密打抜き加工を採用しなければならないことがある。また、上記鋼板は、比較的多量のＳｉを含有しているため、スケール欠陥（赤スケール）を誘発して鋼板表面の表面粗さにばらつきが生じて、打抜加工時における鋼板送りや打抜部品の送りにずれが起こり、ミクロン単位の寸法不良を招きやすいという問題があった。

そこで、本発明の目的は、浸炭焼入性を維持しつつ、加工性と表面性状の改善を図った浸炭焼入用鋼板の有利な製造方法を提案することにある。

発明者らは、引張強さが４４０ＭＰａクラスで、浸炭焼入性に優れると共に、加工性、特にバーリング加工性や表面性状にも優れる浸炭焼入用鋼板の開発に向けて検討を重ねた。その結果、加工性を改善するためには、Ｃ量およびＳ量の低減が有効であること、また、Ｃ量低下に伴う焼入性の低下は、ＭｎおよびＣｒを適正量添加する必要があること、また、表面性状を改善するためには、Ｓｉ量の低減が有効であることを知見し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、Ｃ：０．０３〜０．１０ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．０５ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：１．００〜１．８０ｍａｓｓ％、Ｓ：０．００７ｍａｓｓ％以下、Ａｌ：０．０１０〜０．０６０ｍａｓｓ％、Ｎ：０．００６０ｍａｓｓ％以下、Ｃｒ：０．２０〜０．５０ｍａｓｓ％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼スラブを、仕上圧延終了温度を８００〜８８０℃とする熱間圧延後、５００〜６００℃で巻き取ることを特徴とする浸炭焼入用鋼板の製造方法を提案する。

本発明によれば、加工性と表面性状に優れた浸炭焼入用鋼板を提供することができるので、該鋼板は、打抜加工やバーリング加工後、浸炭焼入されて製造される自動車や機械等の小物部品の素材として、好適に用いることができる。

本発明に係る鋼板の成分組成を限定する理由について説明する。
Ｃ：０．０３〜０．１０ｍａｓｓ％
Ｃは、浸炭焼入れする前の素材強度を確保するために必要な成分であり、引張強さＴＳ≧４４０ＭＰａとするためには、少なくとも０．０３ｍａｓｓ％添加する必要がある。しかし、Ｃ含有量が０．１０ｍａｓｓ％を超えると、鋼板の強度が高くなって、加工性、特に伸びフランジ性が低下してバーリング加工で割れが発生する。よって、Ｃは０．０３〜０．１０ｍａｓｓ％の範囲とする。好ましくは０．０４〜０．０７ｍａｓｓ％である。

Ｓｉ：０．０５ｍａｓｓ％以下
Ｓｉは、脱酸剤として、また、鋼を高強度化するために添加される元素である。しかし、Ｓｉは、熱間圧延において赤スケールと呼ばれるスケール疵を発生させ、鋼板表面の粗さを不均一にするので、少ないことが好ましく、本発明では０．０５ｍａｓｓ％以下とする。好ましくは、０．０３ｍａｓｓ％以下である。

Ｍｎ：１．００〜１．８０ｍａｓｓ％
Ｍｎは、素材強度を高める効果および焼入性を向上する効果がある。本発明では、Ｃの含有量を低減しているので、その分を補償するため、１．００ｍａｓｓ％以上添加する。一方、Ｍｎの量が１．８０ｍａｓｓ％を超えると、靭性を低下させるだけでなく、層状組織が発生し、穴拡げ性の低下を招くので、上限は１．８０ｍａｓｓ％とする。好ましくは１．５０〜１．６０ｍａｓｓ％の範囲である。

Ｓ：０．００７ｍａｓｓ％以下
Ｓは、鋼中に不可避的に混入してくる不純物成分であり、硫化物系介在物を形成して、伸びフランジ性を低下させる有害な元素である。したがって、Ｓは少ないことが望ましく、本発明では０．００７ｍａｓｓ％以下とする。好ましくは、０．００３ｍａｓｓ％以下である。

Ａｌ：０．０１０〜０．０６０ｍａｓｓ％
Ａｌは、脱酸剤として添加される成分であり、特に、本発明の成分系では、Ｓｉに代わる脱酸剤として重要な成分である。この効果を十分に得るためには、０．０１０ｍａｓｓ％以上とする必要がある。一方、Ａｌの量が０．０６０ｍａｓｓ％を超えると、Ｎと結合してＡｌＮを形成し、オーステナイトの粒成長を抑制し、焼入性を阻害する。また、多量のＡｌの添加は、Ａｌ_２Ｏ_３系介在物の増加を招き、表面性状や加工性の低下を招く。よって、本発明ではＡｌの含有量は０．０１０〜０．０６０ｍａｓｓ％とする。好ましくは、０．０１０〜０．０５０ｍａｓｓ％の範囲である。

Ｎ：０．００６ｍａｓｓ％以下
Ｎは、不可避的に混入する不純物であり、Ａｌと結合してＡｌＮを形成し、オーステナイトの粒成長を抑制して焼入性を低下させるため、０．００６ｍａｓｓ％以下に制限する。なお、Ｎを過度に低減することは、製鋼コストの上昇を招くので、下限は０．００２０ｍａｓｓ％程度とするのが好ましい。より好ましくは、Ｎ：０．００３０〜０．００６０ｍａｓｓ％である。

Ｃｒ：０．２０〜０．５０ｍａｓｓ％
Ｃｒは、焼入性を向上する元素であり、本発明においては、Ｍｎと同様、Ｃ低減による焼入性を補償するための重要な成分である。その効果を得るためには、少なくとも０．２０ｍａｓｓ％添加する必要がある。しかし、０．５０ｍａｓｓ％を超えると、焼入性が高くなりすぎ、靭性の低下を招く他、原料コストの上昇を招く。よって、本発明では、Ｃｒの含有量は０．２０〜０．５０ｍａｓｓ％の範囲とする。好ましくは、０．３０〜０．４０ｍａｓｓ％である。

本発明の鋼板は、上記成分以外の残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物からなることが好ましい。上記不可避的不純物としては、例えば、Ｐが挙げられるが、Ｐは０．０３ｍａｓｓ％以下程度であることが好ましい。なお、本発明は、本発明の効果を害さない範囲であれば、上記以外の成分を含有することを拒むものではない。

次に、本発明に係る浸炭焼入用鋼板の好ましい特性について説明する。
引張強さＴＳ：４４０〜４９０ＭＰａ
本発明の鋼板は、自動車や機械等の小物部品に用いられるため、浸炭焼入れ前の状態において、ある程度の強度を確保する必要がある。また、打抜加工におけるダレやカエリを防止する観点からも、ある程度の硬さを有することが望ましい。これらの要求を満たすためには、素材となる鋼板の引張強さＴＳは４４０ＭＰａ以上であることが好ましい。しかし、強度が高くなり過ぎると、打抜性や加工性を害したり、打抜金型の摩耗を速めたり、破損を招いたりするので、上限は４９０ＭＰａ以下とするのが好ましい。

限界穴拡がり率λ：８５％以上
加工性に優れ、特に、打抜加工後のバーリング加工等で割れを発生しないためには、伸びフランジ特性に優れることが望ましい。この伸びフランジ特性は、一般に、穴拡げ試験から得られる下記式で定義される限界穴拡がり率λと対応があることが知られており、本発明の鋼板は、このλが８５％以上であることが好ましい。より好ましくは、λは１００％以上である。
限界穴拡がり率λ＝｛（ｄ_１−ｄ_０）／ｄ_０｝×１００（％）
ここで、ｄ_１：破断発生時の穴径（ｍｍ）、ｄ_０：絞り前の初期穴径（ｍｍ）

板厚：４．０〜６．０ｍｍ
本発明の鋼板は、板厚が４．０〜６．０ｍｍの範囲のものであることが好ましい。というのは、打抜加工後、浸炭焼入れして用いられる用途には、この板厚範囲が最も多く用いられているからである。

次に、本発明の鋼板の製造方法について説明する。
スラブ製造、スラブ加熱
上記成分組成を満たす鋼を転炉あるいは電気炉等の通常公知の方法で溶製し、連続鋳造法あるいは造塊−分塊圧延法等の通常公知の方法で鋼スラブとする。次いで、この鋼スラブを、好ましくは、加熱炉に装入して１２００〜１２５０℃程度に再加熱後、熱間圧延して熱延鋼板とする。なお、スラブの再加熱は、冷却したスラブを加熱炉に装入する通常の方法のほか、連続鋳造後、スラブを室温まで低下させずに加熱炉に装入して軽度の加熱後、熱間圧延に供する温片装入法を採用してもよい。また、後述する仕上圧延終了温度を確保できるならば、連続鋳造後、スラブを冷却することなく直ちに熱間圧延に供する直接圧延法または直送圧延法を用いてもよい。

熱間圧延
上記鋼スラブは、仕上圧延終了温度ＦＤＴを８００〜８８０℃とする熱間圧延を行い、好ましくは、板厚が４．０〜６．０ｍｍの熱延鋼板とする。ＦＤＴが８００℃未満では、延性の低いフェライト組織となり、伸びＥｌが低下する。一方、８８０℃を超えると、表面欠陥が発生しやすくなるからである。また、熱間圧延後のコイル巻取温度ＣＴは、５００〜６００℃とする。ＣＴが５００℃未満では、硬質な組織となり延性が低下し、一方、６００℃を超えると、強度が確保できなくなるからである。

熱間圧延後の鋼板は、そのまま、あるいは、酸洗やショットブラスト等の脱スケール処理を施して製品の浸炭焼入用鋼板とする。

なお、本発明の浸炭焼入用鋼板は、打抜加工やバーリング加工等の成形加工後、通常公知の方法で浸炭処理し、焼入処理して所望の硬さを有する製品とする。上記浸炭処理の方法としては、ガス浸炭法が好ましいが、この場合の浸炭条件としては、例えば、９００〜９３０℃の温度で９０〜１５０分の浸炭後、３０分程度の拡散処理を行うのが好ましい。また、焼入処理は、８３０〜８５０℃で３０〜４０分加熱後、空冷するのが好ましい。なお、必要に応じて焼入後、焼戻処理を施してもよい。

表１に示した成分組成を有する鋼を転炉で溶製し、連続鋳造法で鋼スラブとし、この鋼スラブを１２３０℃に再加熱してから、仕上圧延終了温度を８６０℃とする熱間圧延後、５７０℃の温度で巻き取り、板厚が４．０〜６．０ｍｍの熱延板を得た。この熱延板を酸洗ラインに通板して脱スケールしてからライン出側で鋼板表面を観察し、Ｓｉ起因のスケール疵の発生状況を観察し、Ｓｉ起因のスケール疵（赤スケール）の発生有りを×、無しを○と評価した。また、酸洗ライン出側でサンプルを採取し、下記の試験に供した。
＜引張試験＞
圧延方向に平行な方向にＪＩＳ５号引張試験片を採取し、ＪＩＳＺ２２４１に準拠して引張試験を行い、引張強さＴＳを測定し、ＴＳ：４４０〜４９０ＭＰａのものを合格とした。
＜限界穴拡がり率λの測定＞
ＪＦＳＴ−１００１−１９９６「穴拡げ試験方法」に準拠して、上記サンプルから外径が１３０ｍｍ×１３０ｍｍで中央に１０ｍｍφ（ｄ_０）の穴をあけた円板試料採取し、この試料に、６０°の円錐パンチを押し込んで、穴縁に破断が生じるまで絞り、この時に穴径ｄ_１を測定し、下記式に従い、限界穴拡がり率λを求めた。上記測定の結果、λ≧８５％のものを合格とした。
限界穴拡がり率λ＝｛（ｄ_１−ｄ_０）／ｄ_０｝×１００（％）
＜浸炭焼入性の評価＞
上記サンプルから、５０ｍｍ×１００ｍｍの試験片を採取し、この試験片をガス浸炭法により９００℃で１２０分の浸炭後、拡散処理し、次いで、８５０℃×３０分加熱後、空冷する焼入処理を施したのち、試料表面のビッカース硬さＨｖを測定した。また、試料を切断して、ＪＩＳＧ０５５７に準拠して厚さ方向のビッカース硬さを測定して硬さ推移曲線を作成し、その曲線から有効硬化層深さ（表面からＨｖ５５０までの距離）を求めた。上記測定の結果、表面のビッカース硬さＨｖが７５０〜８８０、有効硬化層深さが５００μｍ以上を合格と評価した。

上記測定の結果を表１に併記して示した。表１から、本発明の成分組成を満たす鋼板は、引張強さ、加工性および表面特性のいずれにも優れている。これに対して、本発明の成分組成を満たさない比較鋼は、上記特性のいずれか１以上の特性が劣っていることがわかる。

Claims

Ｃ：０．０３〜０．１０ｍａｓｓ％、
Ｓｉ：０．０５ｍａｓｓ％以下、
Ｍｎ：１．００〜１．８０ｍａｓｓ％、
Ｓ：０．００７ｍａｓｓ％以下、
Ａｌ：０．０１０〜０．０６０ｍａｓｓ％、
Ｎ：０．００６０ｍａｓｓ％以下、
Ｃｒ：０．２０〜０．５０ｍａｓｓ％を含有し、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼スラブを、仕上圧延終了温度を８００〜８８０℃とする熱間圧延し、５００〜６００℃で巻き取ることを特徴とする浸炭焼入用鋼板の製造方法。