JP5614330B2 - Steel sheet for soft nitriding treatment and method for producing the same - Google Patents

Steel sheet for soft nitriding treatment and method for producing the same Download PDF

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Description

本発明は、自動車の変速機部品等、疲労強度や耐摩耗性が要求される機械構造用部品に好適な軟窒化処理用鋼板に係り、特に軟窒化処理前の成形性および軟窒化処理後の強度安定性に優れた軟窒化処理用鋼板およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a steel sheet for nitrocarburizing treatment that is suitable for machine structural parts that require fatigue strength and wear resistance, such as transmission parts of automobiles, and more particularly to formability before nitronitriding treatment and after nitrocarburizing treatment. The present invention relates to a steel sheet for nitrocarburizing treatment excellent in strength stability and a method for producing the same.

自動車の変速機部品等、長時間継続して応力負荷された状態で使用される機械構造用部品には、疲労強度や耐摩耗性が要求される。そのため、これらの機械構造用部品は通常、鋼素材を所望の部品形状に加工したのち、表面硬化熱処理を施すことにより製造される。表面硬化熱処理を施すと、鋼表面が硬化するとともに鋼表層部に圧縮残留応力が導入されるため、部品の疲労強度および耐摩耗性が向上する。   Fatigue strength and wear resistance are required for mechanical structural parts that are used in a state where stress is continuously applied for a long time, such as automobile transmission parts. Therefore, these mechanical structural parts are usually manufactured by processing a steel material into a desired part shape and then subjecting it to a surface hardening heat treatment. When the surface hardening heat treatment is performed, the steel surface is hardened and compressive residual stress is introduced into the steel surface layer portion, so that the fatigue strength and wear resistance of the parts are improved.

上記表面硬化熱処理の代表的なものとしては、浸炭処理と窒化処理が挙げられる。浸炭処理は、鋼をA3変態点以上の温度に加熱し、鋼の表層部に炭素を拡散・浸透(浸炭)させる処理であり、通常、高温状態にある浸炭後の鋼をそのまま焼入れすることにより、鋼の表面硬化を図っている。この浸炭処理では、A3変態点以上の高温域で鋼表層部に炭素を拡散・浸透させるため、炭素が鋼表面から比較的深い位置まで拡散・浸透する結果、大きな硬化層深さが得られる。 Typical examples of the surface hardening heat treatment include carburizing treatment and nitriding treatment. Carburization, the steel is heated to a temperature above A 3 transformation point, a process of diffusion and osmosis (carburized) carbon in the surface layer of the steel, usually, be directly quenching the steel after carburizing in a high temperature state Thus, the surface hardening of the steel is achieved. This carburization process, for diffusing and spreading the carbon steel surface layer portion in A 3 transformation point or more high temperature zone, the results of carbon is diffused and penetrated to a relatively deep position from the surface of the steel, greater case depth is obtained .

しかしながら、表面硬化熱処理として浸炭処理を採用した場合、焼入れ時の変態歪や熱歪に起因する部品形状精度の低下が避けられない。また、浸炭後に焼入れしたままの状態では、鋼の靭性が著しく低下する。そのため、浸炭処理を施して部品を製造する場合、焼入れ後に、部品形状の矯正や靭性回復を目的とした焼戻し(例えばプレステンパー処理)を施すことが必須となり、製造工程数が多くなるため、製造コスト面で極めて不利となる。   However, when carburizing treatment is employed as the surface hardening heat treatment, a decrease in the accuracy of the part shape due to transformation strain and thermal strain during quenching is inevitable. Moreover, in the state of being quenched after carburizing, the toughness of the steel is significantly reduced. Therefore, when manufacturing parts by carburizing, it is essential to perform tempering (for example, press tempering) for the purpose of correcting the shape of parts and restoring toughness after quenching, which increases the number of manufacturing processes. This is extremely disadvantageous in terms of cost.

一方、窒化処理は、鋼をA1変態点以下の温度に加熱し、鋼表層部に窒素を拡散・浸透(窒化)させる処理であり、浸炭処理のように焼入れすることなく、鋼の表面硬化を図るものである。すなわち、窒化処理は処理温度が比較的低温であるうえ、鋼の相変態を伴わないため、窒化処理を施して部品を製造すれば、部品の形状精度を良好に保つことができる。但し、アンモニアガスを用いるガス窒化の場合、窒化に要する時間が約25〜150時間と著しく長いため、大量生産を前提とする自動車部品等には適さない。 On the other hand, nitriding treatment, the steel is heated to a temperature below the A 1 transformation point, a process of diffusion and osmosis (nitride) of nitrogen into the steel surface layer portion, without hardening as carburizing, surface hardening of steel Is intended. In other words, since the nitriding treatment has a relatively low processing temperature and does not involve a phase transformation of steel, if the nitriding treatment is performed to manufacture a part, the shape accuracy of the part can be kept good. However, in the case of gas nitriding using ammonia gas, the time required for nitriding is as long as about 25 to 150 hours, so that it is not suitable for automobile parts and the like on the premise of mass production.

ガス窒化に見られる上記問題を有利に解決するものとして、近年、普及しつつあるのが軟窒化処理である。軟窒化処理は、浸炭性雰囲気を利用することによって窒化反応を迅速に進行させる窒化処理である。この軟窒化処理によると、得られる鋼表面硬度は従来の窒化処理(ガス窒化)よりも低くなるものの、窒化処理時間の大幅な短縮が可能となる。   In order to advantageously solve the above-mentioned problems found in gas nitriding, in recent years, soft nitriding is becoming popular. The soft nitriding treatment is a nitriding treatment that rapidly proceeds the nitriding reaction by using a carburizing atmosphere. According to this soft nitriding treatment, the steel surface hardness obtained is lower than that of the conventional nitriding treatment (gas nitriding), but the nitriding treatment time can be greatly shortened.

軟窒化処理は、塩浴中で窒化する方法とガス中で窒化する方法とに大きく分類される。塩浴中で窒化する方法(塩浴軟窒化処理)では、シアン系の浴が用いられるため、環境汚染防止対策が必須となる。一方、ガス中で窒化する方法(ガス軟窒化処理)では、アンモニアを主成分とする混合ガスを用いるため、環境汚染の原因となる排出物が少ない。以上の理由により、軟窒化処理のうち、特にガス中で窒化するガス軟窒化処理の普及率が高まりつつある。   Soft nitriding is roughly classified into a method of nitriding in a salt bath and a method of nitriding in a gas. In the method of nitriding in a salt bath (salt bath soft nitriding treatment), since a cyan bath is used, measures to prevent environmental pollution are essential. On the other hand, in the method of nitriding in gas (gas soft nitriding treatment), since a mixed gas containing ammonia as a main component is used, there are few emissions that cause environmental pollution. For the above reasons, among the soft nitriding treatments, the spread rate of the gas soft nitriding treatment, particularly nitriding in gas, is increasing.

一方、自動車の変速機部品のような機械構造用部品は、従来、鋳造や鍛造により得られた中間品に機械加工を施し、所望の形状に加工・接合して製造されるのが一般的であったが、近年、素材として鋼板(薄鋼板)が積極的に用いられるようになり、鋼板(薄鋼板)にプレス加工等を施し、所望の形状に成形して製造するようになっている。これにより、従来よりも製造工程が短縮され、製造コストの大幅な削減が可能となっている。このような背景から、自動車の変速機部品等、機械構造用部品の素材に好適な、成形性に優れた軟窒化処理用鋼板の要望が高まり、現在までに様々な技術が提案されている。   On the other hand, machine structural parts such as automobile transmission parts are conventionally manufactured by machining intermediate products obtained by casting or forging, and processing and joining them into desired shapes. However, in recent years, steel plates (thin steel plates) have been actively used as raw materials, and the steel plates (thin steel plates) are subjected to press working or the like and formed into a desired shape for production. Thereby, a manufacturing process is shortened compared with the past, and the manufacturing cost can be significantly reduced. Against this background, there has been a growing demand for steel sheets for nitrocarburizing treatment with excellent formability, which are suitable for materials for machine structural parts such as automobile transmission parts, and various techniques have been proposed to date.

例えば、特許文献1および特許文献2には、重量比でC:0.01〜0.08%未満、Si:0.005〜1.00%、Mn:0.010〜3.00%、P:0.001〜0.150%、N:0.0002〜0.0100%、Cr:0.15超〜5.00%、Al:0.060超〜2.00%を含有し、さらに、Ti:0.010%以上および4C[%]未満、V:0.010〜1.00%の1種または2種を含有する組成の鋼を、熱間圧延後500℃以上で巻き取るか、その後50%以上の圧下率で冷間圧延を施し、再結晶焼鈍を行う、成形性に優れた窒化用鋼板の製造方法、および、上記した組成を有する成形性に優れた窒化用鋼板が開示されている。また、係る技術によると、成形性に悪影響を及ぼすC含有量を0.08%未満に抑制するとともに、Cr、Al等を窒化促進元素として含有することにより、成形性および窒化性に優れた窒化用鋼板となるとされている。   For example, in Patent Document 1 and Patent Document 2, C: 0.01 to less than 0.08%, Si: 0.005 to 1.00%, Mn: 0.010 to 3.00%, P: 0.001 to 0.150%, N: 0.0002 to 0.0100% by weight ratio , Cr: more than 0.15 to 5.00%, Al: more than 0.060 to 2.00%, Ti: more than 0.010% and less than 4C [%], V: 0.010 to 1.00% The steel is rolled up at 500 ° C. or higher after hot rolling, and then cold rolled at a reduction rate of 50% or higher, and recrystallization annealing is performed. A steel sheet for nitriding having the above composition and excellent formability is disclosed. In addition, according to the technology, the steel content for nitriding is excellent in formability and nitriding properties by suppressing the C content that adversely affects formability to less than 0.08% and containing Cr, Al, etc. as nitriding promoting elements. It is supposed to be.

また、特許文献3には、質量%で、C:0.03%以上0.10%未満、Si:0.005〜0.10%、Mn:0.1〜1.0%、Cr:0.20〜2.00%を含有し、不純物として、S:0.01%以下、P:0.020%以下、sol.Al:0.10%以下、N:0.01%以下であり、残部が実質的にFeからなる組成とし、JIS G 0552で規定されるフェライト結晶粒度を粒度番号で5以上12以下とする軟窒化処理用鋼が提案されている。そして、係る技術によると、Ti、V等の高価な元素を添加しないため安価な鋼板が得られるとともに、鋼の結晶粒径を微細化することによりプレス加工性に優れた鋼板が得られるとされている。   Patent Document 3 contains, in mass%, C: 0.03% or more and less than 0.10%, Si: 0.005 to 0.10%, Mn: 0.1 to 1.0%, Cr: 0.20 to 2.00%, and as impurities, S: 0.01% or less, P: 0.020% or less, sol.Al: 0.10% or less, N: 0.01% or less, with the balance being substantially composed of Fe, and the ferrite grain size specified by JIS G 0552 as the grain size number A steel for nitrocarburizing treatment of 5 to 12 is proposed. And according to such technology, it is said that an inexpensive steel sheet is obtained because expensive elements such as Ti and V are not added, and a steel sheet excellent in press workability is obtained by refining the crystal grain size of steel. ing.

また、特許文献4には、質量%で、C:0.01%超、0.09%以下、Si:0.005 〜0.5 %、Mn:0.01〜3.0 %、Al:0.005 〜2.0 %、Cr:0.50〜4.0 %、P:0.10%以下、S:0.01%以下およびN:0.010 %以下、或いは更にV:0.01〜1.0 %、Ti:0.01〜1.0 %およびNb:0.01〜1.0 %のうちから選んだ1種または2種以上を含有する組成とし、単位体積当たりの粒界面積Sv を80mm-1以上、1300mm-1以下とする窒化処理用薄鋼板が提案されている。そして、係る技術によると、Cr,Al,V,Ti,Nbといった窒化物形成元素を鋼板の成形性を阻害しない範囲で含有させたうえで、単位体積当たりの粒界面積を所定の範囲に制御することにより、窒化処理後に高い表面硬さと十分な硬化深さの両者が併せて得られるとされている。 Further, Patent Document 4 includes mass%, C: more than 0.01%, 0.09% or less, Si: 0.005 to 0.5%, Mn: 0.01 to 3.0%, Al: 0.005 to 2.0%, Cr: 0.50 to 4.0%, P: 0.10% or less, S: 0.01% or less and N: 0.010% or less, or V: 0.01-1.0%, Ti: 0.01-1.0% and Nb: 0.01-1.0% There has been proposed a thin steel sheet for nitriding with a composition containing the above and having a grain interface area Sv per unit volume of 80 mm -1 or more and 1300 mm -1 or less. And according to such a technique, after containing nitride forming elements such as Cr, Al, V, Ti, and Nb within a range that does not impair the formability of the steel sheet, the grain boundary area per unit volume is controlled within a predetermined range. By doing so, it is said that both high surface hardness and sufficient curing depth can be obtained after nitriding.

また、特許文献5には、C:0.03〜0.10mass%、Si:0.5mass%以下、Mn:0.1〜0.6mass%、P:0.04mass%以下、S:0.04mass%以下、Al:0.005〜0.08mass%、Cr:0.4〜1.2mass%、Nb:0.002mass%以上0.01mass%未満およびN:0.01mass%以下を含む組成とする軟窒化処理用鋼板が提案されている。そして、係る技術によると、Nbを微量に含有させることにより、加工性と疲労特性とを兼備した軟窒化処理用鋼板が得られるとされている。   Moreover, in patent document 5, C: 0.03-0.10 mass%, Si: 0.5 mass% or less, Mn: 0.1-0.6 mass%, P: 0.04 mass% or less, S: 0.04 mass% or less, Al: 0.005-0.08 A steel sheet for nitrocarburizing treatment having a composition containing mass%, Cr: 0.4 to 1.2 mass%, Nb: 0.002 mass% or more and less than 0.01 mass% and N: 0.01 mass% or less has been proposed. And according to such a technique, it is said that a soft nitriding steel sheet having both workability and fatigue characteristics can be obtained by containing a small amount of Nb.

特開平9−25513号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-25513 特開平9−25543号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-25543 特開2003−105489号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-1054889 特開2003−277887号公報JP 2003-277877 A 特開2009−68057号公報JP 2009-68057 A

しかしながら、特許文献1および特許文献2で提案された技術では、窒化促進元素として多量のAlを含有するため、Al介在物に起因する内部欠陥および表面欠陥の発生が懸念される。また、精錬時にAl系スラグが多く生成するため、溶製コストの高騰を招くという問題も見られる。   However, since the techniques proposed in Patent Document 1 and Patent Document 2 contain a large amount of Al as a nitriding promoting element, there is a concern about the occurrence of internal defects and surface defects due to Al inclusions. In addition, since a large amount of Al-based slag is produced during refining, there is also a problem that the melting cost increases.

また、特許文献3で提案された技術では、高価な元素を含まないため安価な軟窒化処理用鋼板が得られるものの、その強度は引張強さで高々420MPa程度であるため、高応力負荷状態で使用される部品への適用は制限される。   In addition, the technique proposed in Patent Document 3 does not contain an expensive element, so that an inexpensive steel sheet for soft nitriding can be obtained. However, the tensile strength is about 420 MPa at the most, so that it is in a high stress load state. Application to the parts used is limited.

また、特許文献4で提案された技術では、500MPaを超える引張強さを有する窒化処理用薄鋼板が得られるものの、窒化処理後の板厚方向の硬度分布についての考慮がなされておらず、実際に窒化処理が施された場合の部品耐久性能が必要十分な水準に達しない場合が多い。   Further, in the technique proposed in Patent Document 4, although a thin steel sheet for nitriding treatment having a tensile strength exceeding 500 MPa is obtained, the hardness distribution in the thickness direction after nitriding treatment is not taken into consideration, and actually In many cases, the durability of the parts does not reach the necessary and sufficient level when the nitriding treatment is applied.

また、特許文献5で提案された技術では、加工性に優れた軟窒化処理用鋼板が得られるものの、その強度は引張強さで高々400MPa程度であるため、特許文献3で提案された技術と同様に、高応力負荷状態で使用される部品への適用は制限される。   In addition, the technique proposed in Patent Document 5 can provide a steel sheet for nitrocarburizing treatment with excellent workability, but its strength is at most about 400 MPa in tensile strength. Similarly, application to parts used in high stress loading conditions is limited.

更に、鋼板に軟窒化処理を施す場合、通常、鋼板は約550〜600℃の処理温度に加熱され、該処理温度に約1〜5時間保持されるため、鋼板表層部の硬さが著しく上昇する一方、鋼板内部(非窒化部)の強度が低下することがある。そのため、たとえ軟窒化処理前に所望の強度(引張強さ)を有していても、軟窒化処理により鋼板内部(非窒化部)の強度が大幅に低下し、軟窒化処理後の部品に所望の強度(疲労強度)を付与することができない場合が考えられる。   Furthermore, when soft nitriding is applied to a steel sheet, the steel sheet is usually heated to a processing temperature of about 550 to 600 ° C. and held at the processing temperature for about 1 to 5 hours. On the other hand, the strength inside the steel sheet (non-nitrided part) may decrease. Therefore, even if it has the desired strength (tensile strength) before soft nitriding, the strength inside the steel sheet (non-nitrided part) is significantly reduced by soft nitriding, which is desirable for parts after soft nitriding It is conceivable that the strength (fatigue strength) cannot be imparted.

以上の理由により、軟窒化処理用鋼板においては、軟窒化処理を通じて鋼板内部(非窒化部)の強度が大幅に低下せず、軟窒化処理前後における鋼板内部(非窒化部)の強度変化が小さいこと、すなわち軟窒化処理後の強度安定性を有することが、1つの重要な特性となる。しかしながら、上記した何れの従来技術においても、軟窒化処理後の強度安定性について、何ら検討がなされていない。   For the above reasons, in the nitrocarburized steel sheet, the strength inside the steel sheet (non-nitrided part) is not significantly reduced through the soft nitriding process, and the strength change inside the steel sheet (non-nitrided part) before and after the soft nitriding process is small. That is, having strength stability after soft nitriding is one important characteristic. However, in any of the above-described conventional techniques, no investigation has been made on strength stability after soft nitriding.

本発明は、上記した従来技術が抱える問題を有利に解決し、所望の強度(引張強さ:440MPa以上)を有し、且つ、軟窒化処理前の成形性および軟窒化処理後の強度安定性に優れた軟窒化処理用鋼板およびその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention advantageously solves the above-mentioned problems of the prior art, has a desired strength (tensile strength: 440 MPa or more), and has formability before soft nitriding and strength stability after soft nitriding. An object of the present invention is to provide a steel sheet for nitrocarburizing process excellent in the above and a method for producing the same.

上記課題を解決すべく、本発明者らは、軟窒化処理用鋼板の強度、成形性、並びに、軟窒化処理前後に見られる鋼板内部(非窒化部)の強度変化に及ぼす各種要因について鋭意検討した。その結果、以下のような知見を得た。
1)鋼板組織を、フェライトおよびパーライトを含む複合組織とすることにより、軟窒化処理後の強度低下が抑制され、強度安定性に優れた鋼板が得られること。
2)上記フェライトに占めるポリゴナルフェライトの割合が高くなると、鋼板強度が低下し、また、軟窒化処理前後における鋼板内部(非窒化部)の強度変化が大きくなり易くなること。
3)鋼板組成に関し、所望量のNbを含有させることが、鋼板強度の増加と上記フェライトに占めるポリゴナルフェライトの割合の低減に有効であること。
4)鋼板組成に関し、Nb、Cを所定の関係(0.10 ≦ Nb/C ≦ 0.30)を満足するように含有させることにより、軟窒化処理前後における鋼板内部(非窒化部)の強度変化が小さくなること。
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have intensively studied various factors affecting the strength and formability of the nitrocarburizing steel sheet and the strength change inside the steel sheet (non-nitriding part) before and after the nitronitriding process. did. As a result, the following findings were obtained.
1) By making the steel sheet structure a composite structure containing ferrite and pearlite, a decrease in strength after nitrocarburizing treatment is suppressed, and a steel sheet having excellent strength stability is obtained.
2) When the ratio of polygonal ferrite in the ferrite is increased, the strength of the steel sheet is lowered, and the strength change inside the steel sheet (non-nitrided portion) before and after the soft nitriding treatment is likely to increase.
3) Concerning the steel sheet composition, the inclusion of a desired amount of Nb is effective in increasing the steel sheet strength and reducing the ratio of polygonal ferrite in the ferrite.
4) Concerning the steel sheet composition, by containing Nb and C so as to satisfy a predetermined relationship (0.10 ≦ Nb / C ≦ 0.30), the strength change inside the steel sheet (non-nitrided part) before and after soft nitriding is reduced. about.

本発明は上記の知見に基づき完成されたものであり、その要旨は次のとおりである。
(1)質量%で、
C :0.05%以上0.10%以下、 Si:0.5%以下、
Mn:0.7%以上1.5%以下、 P :0.05%以下、
S :0.01%以下、 Al:0.01%以上0.06%以下、
Cr:0.5%以上1.5%以下、 Nb:0.005%以上0.025%以下、
N :0.005%以下
を、CおよびNbが下記(1)式を満足するように含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成と、フェライトおよびパーライトを含み、前記フェライトおよびパーライト以外の組織の割合が1%以下である複合組織であり且つ前記フェライトに占めるポリゴナルフェライトの割合が50%未満である組織とを有することを特徴とする、軟窒化処理用鋼板。

0.10 ≦ Nb/C ≦ 0.30 ・・・ (1)
(C、Nb:各元素の含有量(質量%))
The present invention has been completed based on the above findings, and the gist thereof is as follows.
(1) In mass%,
C: 0.05% or more and 0.10% or less, Si: 0.5% or less,
Mn: 0.7% to 1.5%, P: 0.05% or less,
S: 0.01% or less, Al: 0.01% or more and 0.06% or less,
Cr: 0.5% to 1.5%, Nb: 0.005% to 0.025%,
N: 0.005% or less, so that C and Nb satisfy the following formula (1), the balance is composed of Fe and inevitable impurities, and includes ferrite and pearlite. A steel sheet for soft nitriding characterized by having a composite structure having a ratio of 1% or less and a structure in which the ratio of polygonal ferrite in the ferrite is less than 50%.
Record
0.10 ≦ Nb / C ≦ 0.30 (1)
(C, Nb: content of each element (mass%))

(2)鋼片を加熱し、粗圧延と仕上げ圧延からなる熱間圧延を施し、仕上げ圧延終了後、冷却し、巻取り、熱延鋼板とするにあたり、
前記鋼片を、質量%で、
C :0.05%以上0.10%以下、 Si:0.5%以下、
Mn:0.7%以上1.5%以下、 P :0.05%以下、
S :0.01%以下、 Al:0.01%以上0.06%以下、
Cr:0.5%以上1.5%以下、 Nb:0.005%以上0.025%以下、
N :0.005%以下
を、CおよびNbが下記(1)式を満足するように含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成とし、前記熱間圧延の加熱温度を1100℃以上1300℃以下とし、前記仕上げ圧延の仕上げ温度をAr3変態点以上(Ar3変態点+100℃)以下とし、前記冷却の平均冷却速度を30℃/s以上とし、前記巻取りの巻取り温度を500℃以上650℃以下とすることを特徴とする、軟窒化処理用鋼板の製造方法。

0.10 ≦ Nb/C ≦ 0.30 ・・・ (1)
(C、Nb:各元素の含有量(質量%))
(2) Heating the steel slab, subjecting it to hot rolling consisting of rough rolling and finish rolling, cooling after completion of finish rolling, winding, and hot rolling steel sheet,
The steel slab is in mass%,
C: 0.05% or more and 0.10% or less, Si: 0.5% or less,
Mn: 0.7% to 1.5%, P: 0.05% or less,
S: 0.01% or less, Al: 0.01% or more and 0.06% or less,
Cr: 0.5% to 1.5%, Nb: 0.005% to 0.025%,
N: 0.005% or less, so that C and Nb satisfy the following formula (1), the balance is composed of Fe and inevitable impurities, and the heating temperature of the hot rolling is 1100 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower The finishing temperature of the finish rolling is Ar 3 transformation point or higher (Ar 3 transformation point + 100 ° C.) or lower, the average cooling rate of cooling is 30 ° C./s or higher, and the winding temperature of winding is 500 ° C. or higher. A method for producing a steel sheet for nitrocarburizing treatment, characterized by being 650 ° C or lower.
Record
0.10 ≦ Nb / C ≦ 0.30 (1)
(C, Nb: content of each element (mass%))

本発明によれば、所望の強度(引張強さ:440MPa以上)を有し、且つ、軟窒化処理前の成形性および軟窒化処理後の強度安定性に優れた軟窒化処理用鋼板が得られる。そのため、自動車の変速機部品等、高応力負荷状態で使用される部品であっても、鋼板素材を用いて製造コストを大幅に削減することが可能となり、産業上格段の効果を奏する。   According to the present invention, a steel sheet for nitrocarburizing treatment having a desired strength (tensile strength: 440 MPa or more) and excellent in formability before nitrocarburizing treatment and strength stability after nitrocarburizing treatment is obtained. . Therefore, even for parts used under high stress load conditions such as automobile transmission parts, it is possible to significantly reduce the manufacturing cost by using a steel plate material, and there is a remarkable industrial effect.

以下、本発明について詳細に説明する。
まず、本発明鋼板の成分組成の限定理由について説明する。なお、以下の成分組成を表す%は、特に断らない限り質量%を意味するものとする。
C :0.05%以上0.10%以下
Cは、固溶強化および第二相の形成を通じて、鋼の高強度化に寄与する元素である。C含有量が0.05%未満である場合、自動車の変速機部品等、高応力負荷状態で使用される部品の素材として要求される鋼板強度を確保することができない。一方、C含有量が0.10%を超えると、鋼板強度が過度に高まり、成形性が低下する。したがって、C含有量は0.05%以上0.10%以下とする。好ましくは0.05%以上0.08%以下である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
First, the reasons for limiting the component composition of the steel sheet of the present invention will be described. In addition,% showing the following component composition shall mean the mass% unless there is particular notice.
C: 0.05% or more and 0.10% or less
C is an element that contributes to increasing the strength of steel through solid solution strengthening and formation of the second phase. When the C content is less than 0.05%, it is not possible to ensure the strength of the steel sheet required as a material for parts used in high stress load conditions such as automobile transmission parts. On the other hand, when the C content exceeds 0.10%, the steel sheet strength is excessively increased and formability is deteriorated. Therefore, the C content is 0.05% or more and 0.10% or less. Preferably they are 0.05% or more and 0.08% or less.

Si:0.5%以下
Siは、固溶強化元素であり、鋼の高強度化に有効な元素であるとともに、脱酸剤としても作用する。このような効果を得るためには、0.03%以上含有させることが好ましいが、Si含有量が0.5%を超えると、難剥離性スケールが生成して鋼板の表面性状が顕著に悪化する。したがって、Si含有量は0.5%以下とする。好ましくは、0.1%以下である。
Si: 0.5% or less
Si is a solid solution strengthening element, is an element effective for increasing the strength of steel, and also acts as a deoxidizer. In order to obtain such an effect, it is preferable to contain 0.03% or more. However, if the Si content exceeds 0.5%, a hardly peelable scale is generated and the surface properties of the steel sheet are significantly deteriorated. Therefore, the Si content is 0.5% or less. Preferably, it is 0.1% or less.

Mn:0.7%以上1.5%以下
Mnは、固溶強化元素であり、鋼の高強度化に有効な元素である。また、鋼中に不純物として存在するSを析出物として固定し、鋼に対するS起因の悪影響を低減する元素としても作用する。Mn含有量が0.7%未満である場合、所望の鋼板強度を確保することができない。一方、Mn含有量が1.5%を超えると、鋼板強度が過度に高まり、成形性が低下する。したがって、Mn含有量は0.7%以上1.5%以下とする。好ましくは1.0%以上1.5%以下である。更に好ましくは1.2%以上1.5%以下である。
Mn: 0.7% to 1.5%
Mn is a solid solution strengthening element and is an element effective for increasing the strength of steel. It also acts as an element that fixes S present as impurities in steel as precipitates and reduces the adverse effects of S on steel. When the Mn content is less than 0.7%, the desired steel plate strength cannot be ensured. On the other hand, when the Mn content exceeds 1.5%, the steel sheet strength is excessively increased and formability is deteriorated. Therefore, the Mn content is 0.7% or more and 1.5% or less. Preferably they are 1.0% or more and 1.5% or less. More preferably, it is 1.2% or more and 1.5% or less.

P :0.05%以下
Pは、鋼板の成形性や靭性を低下させる元素であり、本発明ではPを極力低減することが好ましい。したがって、P含有量は0.05%以下とする。好ましくは0.03%以下である。
P: 0.05% or less
P is an element that lowers the formability and toughness of the steel sheet. In the present invention, P is preferably reduced as much as possible. Therefore, the P content is 0.05% or less. Preferably it is 0.03% or less.

S :0.01%以下
Sは、Pと同様、鋼板の成形性や靭性を低下させる元素であり、本発明ではSを極力低減することが好ましい。したがって、S含有量は0.01%以下とする。好ましくは0.005%以下である。
S: 0.01% or less
S, like P, is an element that lowers the formability and toughness of the steel sheet. In the present invention, S is preferably reduced as much as possible. Therefore, the S content is 0.01% or less. Preferably it is 0.005% or less.

Al:0.01%以上0.06%以下
Alは、脱酸剤として作用する元素であり、その効果を確実に得るためにAl含有量は0.01%以上とする。一方、Al含有量が0.06%を超えると、脱酸効果が飽和するうえ、Al系介在物が増加して鋼板の内部欠陥および表面欠陥を招来する。したがって、Al含有量は0.01%以上0.06%以下とする。好ましくは0.02%以上0.05%以下である。
Al: 0.01% or more and 0.06% or less
Al is an element that acts as a deoxidizer, and the Al content is set to 0.01% or more in order to reliably obtain the effect. On the other hand, when the Al content exceeds 0.06%, the deoxidation effect is saturated, and Al inclusions increase to cause internal defects and surface defects in the steel sheet. Therefore, the Al content is 0.01% or more and 0.06% or less. Preferably they are 0.02% or more and 0.05% or less.

Cr:0.5%以上1.5%以下
Crは、軟窒化処理により鋼中に窒化物を形成し、鋼板表層部の硬度を高める効果を有する元素であり、本発明における重要な元素の1つである。このような効果を顕著なものとするためには、Cr含有量を0.5%以上とする必要がある。一方、Cr含有量が1.5%を超えると、軟窒化処理により得られる表面硬化層(窒化層)の脆化が著しくなる。したがって、Cr含有量は0.5%以上1.5%以下とする。好ましくは0.8%以上1.2%以下である。
Cr: 0.5% to 1.5%
Cr is an element that has the effect of forming nitrides in steel by soft nitriding and increasing the hardness of the surface layer of the steel sheet, and is one of the important elements in the present invention. In order to make such an effect remarkable, the Cr content needs to be 0.5% or more. On the other hand, when the Cr content exceeds 1.5%, the surface hardened layer (nitrided layer) obtained by soft nitriding becomes brittle. Therefore, the Cr content is 0.5% or more and 1.5% or less. Preferably they are 0.8% or more and 1.2% or less.

Nb:0.005%以上0.025%以下
Nbは、鋼中に炭窒化物として析出し、粒子分散強化(析出強化)によって鋼板の強度を高めるとともに、軟窒化処理後の鋼板強度安定性を確保するうえで有効な元素であり、本発明における重要な元素の1つである。Nb含有量が0.005%未満である場合、所望の鋼板強度および鋼板強度安定性を確保することができない。一方、Nb含有量が0.025%を超えると、鋼板強度が過度に高まり、成形性が低下する。したがって、Nb含有量は0.005%以上0.025%以下とする。好ましくは0.010%以上0.020%以下である。
Nb: 0.005% to 0.025%
Nb is precipitated in the steel as carbonitride, and is an element effective in increasing the strength of the steel sheet by particle dispersion strengthening (precipitation strengthening) and ensuring the steel sheet strength stability after the soft nitriding treatment. Is one of the important elements. When the Nb content is less than 0.005%, desired steel plate strength and steel plate strength stability cannot be ensured. On the other hand, when the Nb content exceeds 0.025%, the steel sheet strength is excessively increased and formability is deteriorated. Therefore, the Nb content is 0.005% or more and 0.025% or less. Preferably they are 0.010% or more and 0.020% or less.

N :0.005%以下
Nは、鋼板の成形性を低下させる有害な元素である。また、Nは、軟窒化処理前にCr等の窒化促進元素と化合し、有効な窒化促進元素量の低下を招く元素でもある。したがって、本発明ではN含有量を極力低減することが好ましく、0.005%以下とする。好ましくは0.003%以下である。
N: 0.005% or less
N is a harmful element that reduces the formability of the steel sheet. N is also an element that combines with a nitriding promoting element such as Cr before the soft nitriding treatment and causes a decrease in the effective nitriding promoting element amount. Therefore, in the present invention, it is preferable to reduce the N content as much as possible, and it is 0.005% or less. Preferably it is 0.003% or less.

更に、本発明鋼板は、CおよびNbを、上記した範囲で且つ(1)式を満足するように含有する。
0.10 ≦ Nb/C ≦ 0.30 ・・・(1)
(C、Nb:各元素の含有量(質量%))
上記(1)式は、軟窒化処理前の鋼板強度を向上させるとともに、軟窒化処理前後における鋼板内部(非窒化部)の強度変化を小さくする、すなわち、軟窒化処理後の強度安定性を確保するために満足すべき要件である。
Furthermore, the steel sheet of the present invention contains C and Nb so as to satisfy the above range and the expression (1).
0.10 ≦ Nb / C ≦ 0.30 (1)
(C, Nb: content of each element (mass%))
The above formula (1) improves the strength of the steel plate before soft nitriding and reduces the strength change inside the steel plate (non-nitrided part) before and after soft nitriding, that is, ensures strength stability after soft nitriding. It is a requirement to be satisfied.

先述のとおり、本発明においては、Nb炭窒化物による析出強化を鋼板の高強度化機構の1つとして利用しているため、軟窒化処理に起因する鋼板内部(非窒化部)の強度変化を抑制するうえでは、軟窒化処理前後における析出強化量の変動を抑制することが重要である。そして、上記析出強化量の変動を抑制するうえでは、鋼板が軟窒化処理の熱履歴を経ても鋼板中のNb炭窒化物の析出状態(粒径および体積率)が軟窒化処理前の析出状態から大幅に変動しないようにする必要がある。   As described above, in the present invention, since precipitation strengthening by Nb carbonitride is used as one of the mechanisms for increasing the strength of steel sheets, the strength change inside the steel sheet (non-nitrided part) due to soft nitriding treatment is used. In order to suppress it, it is important to suppress the fluctuation of the precipitation strengthening amount before and after the soft nitriding treatment. And in order to suppress the fluctuation | variation of the said precipitation strengthening amount, even if a steel plate passes through the thermal history of a soft nitriding treatment, the precipitation state (a particle size and volume ratio) of Nb carbonitride in a steel plate is the precipitation state before a soft nitriding treatment. It is necessary not to fluctuate greatly.

そこで、軟窒化処理前後の析出強化量を安定させる手段について本発明者らが検討した結果、鋼中のC含有量に対するNb含有量を上記(1)式を満足するように調整することが有効であることを知見した。Nb/Cが上記(1)式の範囲内である場合、軟窒化処理中のNb炭窒化物の成長と追加析出が抑制されるため、或いは、微少かつ均衡するためと推測される。したがって、本発明においては、CおよびNbが、0.10 ≦ Nb/C ≦ 0.30を満足するように調整する。   Therefore, as a result of the study by the present inventors on the means for stabilizing the precipitation strengthening amount before and after the soft nitriding treatment, it is effective to adjust the Nb content relative to the C content in the steel so as to satisfy the above formula (1). I found out. When Nb / C is within the range of the above formula (1), it is presumed that the growth and additional precipitation of Nb carbonitride during the soft nitriding treatment are suppressed, or that they are minute and balanced. Therefore, in the present invention, C and Nb are adjusted so as to satisfy 0.10 ≦ Nb / C ≦ 0.30.

本発明の鋼板において、上記以外の成分は、Feおよび不可避的不純物である。不可避的不純物としては、例えば、質量%で、Cu:0.05%以下、Ni:0.05%以下、Mo:0.05%以下、Co:0.05%以下、Ti:0.005%以下、V:0.005%以下、Zr:0.005%以下、Ca:0.005%以下、Sn:0.005%以下、O:0.005%以下、B:0.0005%以下等が許容できる。   In the steel sheet of the present invention, components other than those described above are Fe and inevitable impurities. As inevitable impurities, for example, in mass%, Cu: 0.05% or less, Ni: 0.05% or less, Mo: 0.05% or less, Co: 0.05% or less, Ti: 0.005% or less, V: 0.005% or less, Zr: 0.005% or less, Ca: 0.005% or less, Sn: 0.005% or less, O: 0.005% or less, B: 0.0005% or less, etc. are acceptable.

次に、本発明鋼板の組織の限定理由について説明する。
本発明の鋼板は、フェライトおよびパーライトを含む複合組織であり且つ前記フェライトに占めるポリゴナルフェライトの割合が50%未満である組織を有する。
Next, the reason for limiting the structure of the steel sheet of the present invention will be described.
The steel sheet of the present invention is a composite structure including ferrite and pearlite, and has a structure in which the proportion of polygonal ferrite in the ferrite is less than 50%.

鋼板組織に占めるフェライトの割合を高めることは、鋼板の成形性を確保するうえで有効であるが、鋼板をフェライト単相組織とすると、鋼板強度が不足し、機械構造用部品の素材としての適用範囲が狭まり、汎用性に乏しくなる。一方、フェライト主体の組織中に第二相を生成させることにより組織強化を図り、鋼板強度を確保する場合において、マルテンサイト、ベイナイト等の硬質な低温変態相を第二相とした場合には、軟窒化処理時の熱履歴によって上記低温変態相が軟化してしまい、軟窒化処理前後における鋼板内部(非窒化部)の強度変化が非常に大きくなる。   Increasing the proportion of ferrite in the steel sheet structure is effective in securing the formability of the steel sheet. However, if the steel sheet has a ferrite single-phase structure, the steel sheet strength is insufficient and can be used as a material for machine structural parts. The range is narrowed and the versatility becomes poor. On the other hand, in order to strengthen the structure by generating a second phase in the ferrite-based structure, to ensure the strength of the steel sheet, when the hard low-temperature transformation phase such as martensite and bainite is the second phase, The low temperature transformation phase is softened by the thermal history during the soft nitriding treatment, and the strength change inside the steel sheet (non-nitriding portion) before and after the soft nitriding treatment becomes very large.

そこで、本発明においては、軟窒化処理の熱履歴による鋼板内部(非窒化部)の強度変化を抑制すべく、鋼板の組織を、フェライトを主相とし、第二相をパーライトとした複合組織とする。なお、本発明においては、鋼板組織中のフェライト分率を80%以上95%以下とし、鋼板組織中のパーライト分率を5%以上20%以下とすることが好ましい。また、本発明の鋼板は、フェライトとパーライトからなる複合組織とすることが理想的であるが、その他の相(組織)が不可避的に生じてしまう場合であっても、その鋼板組織中の分率が合計で1%以下であれば許容できる。   Therefore, in the present invention, in order to suppress the strength change inside the steel sheet (non-nitrided part) due to the thermal history of soft nitriding treatment, the structure of the steel sheet is composed of a composite structure in which ferrite is the main phase and the second phase is pearlite. To do. In the present invention, it is preferable that the ferrite fraction in the steel sheet structure is 80% to 95% and the pearlite fraction in the steel sheet structure is 5% to 20%. Also, the steel sheet of the present invention is ideally a composite structure composed of ferrite and pearlite, but even if other phases (structures) are inevitably generated, the distribution in the steel sheet structure is unavoidable. It is acceptable if the rates are 1% or less in total.

また、ポリゴナルな形状のフェライトは、軟質で加熱時に粒成長し易い。そのため、ポリゴナルフェライトを多く含む鋼板では、鋼板強度が低くなり易く、軟窒化処理時の粒成長に起因した鋼板内部(非窒化部)の強度低下も生じ易い。しがたって、本発明においては、上記フェライトの50%以上をポリゴナルフェライト以外のフェライトとし、前記フェライトの50%未満をポリゴナルフェライトとする。なお、本発明において、ポリゴナルフェライト以外のフェライトとしては、アシキュラーフェライト或いはベイニティックフェライト等が挙げられる。   Polygonal ferrite is soft and tends to grow during heating. Therefore, in a steel sheet containing a large amount of polygonal ferrite, the steel sheet strength tends to be low, and the strength inside the steel sheet (non-nitrided portion) is likely to decrease due to grain growth during soft nitriding. Therefore, in the present invention, 50% or more of the ferrite is ferrite other than polygonal ferrite, and less than 50% of the ferrite is polygonal ferrite. In the present invention, examples of ferrite other than polygonal ferrite include acicular ferrite and bainitic ferrite.

次に、本発明鋼板の製造方法について説明する。
本発明は、上記した組成を有する鋼片を加熱し、粗圧延と仕上げ圧延からなる熱間圧延を施し、仕上げ圧延終了後、冷却し、巻取り、熱延鋼板とする。この際、加熱温度を1100℃以上1300℃以下とし、仕上げ温度をAr3変態点以上(Ar3変態点+100℃)以下とし、冷却の平均冷却速度を30℃/s以上とし、巻取り温度を500℃以上650℃以下とすることが好ましい。
Next, the manufacturing method of this invention steel plate is demonstrated.
In the present invention, a steel slab having the above composition is heated, subjected to hot rolling consisting of rough rolling and finish rolling, cooled after completion of finish rolling, and wound into a hot rolled steel sheet. At this time, the heating temperature is set to 1100 ° C to 1300 ° C, the finishing temperature is set to Ar 3 transformation point or higher (Ar 3 transformation point + 100 ° C) or lower, the average cooling rate of cooling is set to 30 ° C / s or higher, and the coiling temperature is set. It is preferable that the temperature is 500 ° C. or higher and 650 ° C. or lower.

本発明において、鋼の溶製方法は特に限定されず、転炉、電気炉等、公知の溶製方法を採用することができる。また、溶製後は、偏析等の問題から連続鋳造法により鋼片(スラブ)とするのが好ましいが、造塊−分塊圧延法、薄スラブ連鋳法等、公知の方法で鋼片としてもよい。更に、必要に応じて、各種予備処理や二次精錬、鋼片の表面手入等を施してもよい。   In the present invention, the method for melting steel is not particularly limited, and a known melting method such as a converter or an electric furnace can be employed. In addition, after melting, it is preferable to form a steel slab (slab) by a continuous casting method due to problems such as segregation, but as a steel slab by a known method such as an ingot-bundling rolling method or a thin slab continuous casting method. Also good. Furthermore, if necessary, various pretreatments, secondary refining, surface treatment of steel pieces, and the like may be performed.

鋼片の加熱温度:1100℃以上1300℃以下
上記の如く得られた鋼片に、粗圧延および仕上げ圧延を施すが、本発明においては、粗圧延前の鋼片中にNbを十分に再固溶させる必要がある。鋼片の加熱温度が1100℃未満である場合、Nb炭窒化物を十分に分解してNbを再固溶させることができず、Nbを含有することにより得られる前記した所望の効果を発現することができない。一方、鋼片の加熱温度が1300℃を超えると、鋼片の加熱に要するエネルギーが増大し、コスト面で不利となる。したがって、粗圧延前の鋼片の加熱温度は1100℃以上1300℃以下とする。好ましくは1150℃以上1250℃以下である。
Steel slab heating temperature: 1100 ° C or higher and 1300 ° C or lower The steel slab obtained as described above is subjected to rough rolling and finish rolling. In the present invention, Nb is sufficiently resolidified in the steel slab before rough rolling. It needs to be dissolved. When the heating temperature of the billet is less than 1100 ° C., the Nb carbonitride cannot be sufficiently decomposed to re-dissolve Nb, and the desired effect obtained by containing Nb is exhibited. I can't. On the other hand, if the heating temperature of the steel slab exceeds 1300 ° C., the energy required for heating the steel slab increases, which is disadvantageous in terms of cost. Therefore, the heating temperature of the steel slab before rough rolling is 1100 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower. Preferably they are 1150 degreeC or more and 1250 degrees C or less.

粗圧延前の鋼片を加熱するに際しては、鋳造後の鋼片を常温まで冷却してから加熱してもよいし、鋳造後冷却途中の鋼片を追加加熱或いは保熱してもよい。また、鋳造後の鋼片が十分な温度を保持しており、鋼中にNbが十分に固溶している場合には、鋼片を加熱することなく直送圧延しても良い。なお、粗圧延条件については特に限定する必要はない。   When heating the steel slab before rough rolling, the steel slab after casting may be heated after cooling to room temperature, or the steel slab during cooling after casting may be additionally heated or kept warm. Further, when the steel slab after casting maintains a sufficient temperature and Nb is sufficiently dissolved in the steel, direct rolling may be performed without heating the steel slab. The rough rolling conditions are not particularly limited.

仕上げ温度:Ar3変態点以上(Ar3変態点+100℃)以下
仕上げ温度がAr3変態点未満である場合、圧延方向に展伸したフェライト組織、および、未再結晶フェライト組織が形成され、鋼板の成形性が低下する。また、鋼板の機械的特性の面内異方性が強くなり、均質な成形加工が困難となる。一方、仕上げ温度が(Ar3変態点+100℃)を超えると、鋼板の表面性状が悪化する傾向が見られる。したがって、仕上げ温度はAr3変態点以上(Ar3変態点+100℃)以下とする。なお、ここで仕上げ温度とは、仕上げ圧延の最終パス出側での鋼板温度をさす。
Finishing temperature: Ar 3 transformation point or more (Ar 3 transformation point + 100 ° C) or less When the finishing temperature is less than Ar 3 transformation point, a ferrite structure that extends in the rolling direction and an unrecrystallized ferrite structure are formed. The moldability of the is reduced. In addition, the in-plane anisotropy of the mechanical properties of the steel sheet becomes strong, and uniform forming becomes difficult. On the other hand, when the finishing temperature exceeds (Ar 3 transformation point + 100 ° C.), the surface properties of the steel sheet tend to deteriorate. Therefore, the finishing temperature should be not less than the Ar 3 transformation point and not more than (Ar 3 transformation point + 100 ° C.). Here, the finishing temperature refers to the steel plate temperature at the final pass exit side of finish rolling.

上記仕上げ温度を確保すべく、シートバーヒーター、エッジヒーター等の加熱装置を利用して、圧延中の鋼板を追加加熱してもよい。なお、鋼のAr3変態点については、オーステナイト温度域からの冷却過程における熱収縮を測定して熱収縮曲線を作成して求めることができ、或いは、合金元素の含有量から概算して求めることもできる。 In order to ensure the finishing temperature, a steel plate being rolled may be additionally heated using a heating device such as a sheet bar heater or an edge heater. Note that the Ar 3 transformation point of steel can be obtained by measuring the heat shrinkage in the cooling process from the austenite temperature range and creating a heat shrinkage curve, or by calculating from the alloy element content. You can also.

平均冷却速度:30℃/s以上
平均冷却速度の適正化は、鋼板を所望の組織とするうえで重要であり、本発明においては、仕上げ圧延終了後、直ちに(1s以内に)冷却を開始し、仕上げ温度から巻取り温度までの平均冷却速度を30℃/s以上とする。この平均冷却速度が30℃/s未満である場合、高温域で生じ易いポリゴナルフェライトが大量に生成し、所望の組織を有する鋼板を得ることができない。また、結晶粒が過度に粗大化して、鋼板の強度や延性が低下する場合がある。更に、本発明においては、鋼板中にNb炭窒化物を析出させることにより鋼板の高強度化を図るが、上記平均冷却速度が30℃/s未満である場合、Nb炭窒化物が粗大となり、所望の鋼板強度が得られなくなることがある。したがって、上記平均冷却速度は30℃/s以上とする。
Average cooling rate: 30 ° C / s or more Optimization of the average cooling rate is important for obtaining the desired structure of the steel sheet. In the present invention, cooling is started immediately (within 1 s) after finishing rolling. The average cooling rate from the finishing temperature to the coiling temperature is 30 ° C / s or more. When this average cooling rate is less than 30 ° C./s, a large amount of polygonal ferrite that easily occurs in a high temperature region is generated, and a steel sheet having a desired structure cannot be obtained. Further, the crystal grains may be excessively coarsened, and the strength and ductility of the steel sheet may be reduced. Furthermore, in the present invention, the strength of the steel sheet is increased by precipitating Nb carbonitride in the steel sheet, but when the average cooling rate is less than 30 ° C./s, the Nb carbonitride becomes coarse, The desired steel plate strength may not be obtained. Therefore, the average cooling rate is set to 30 ° C./s or more.

上記平均冷却速度の上限は特に規定されないが、強水冷に起因する鋼板の形状不良を避けるためには、100℃/s以下とすることが好ましい。なお、鋼板が巻取り温度に達するまで冷却された後は、注水等による強制冷却は特に不要であり、巻取りまで大気中で放冷すればよい。   The upper limit of the average cooling rate is not particularly defined, but is preferably set to 100 ° C./s or less in order to avoid the shape failure of the steel sheet due to strong water cooling. In addition, after the steel plate is cooled until it reaches the winding temperature, forced cooling by water injection or the like is not particularly necessary, and it may be allowed to cool in the atmosphere until winding.

巻取り温度:500℃以上650℃以下
巻取り温度の適正化は、鋼板を所望の組織とするうえで重要である。巻き取り温度が500℃未満である場合、低温変態相が生成して鋼板が硬質化し、成形性が低下するとともに、軟窒化処理後の鋼板強度安定性も低下する。一方、巻取り温度が650℃を超えると、ポリゴナルフェライト量が増加し、所望の鋼板組織が得られない。したがって、巻取り温度は500℃以上650℃以下とする。好ましくは550℃以上650℃以下である。
Winding temperature: 500 ° C. or higher and 650 ° C. or lower Optimization of the winding temperature is important for making the steel sheet a desired structure. When the coiling temperature is less than 500 ° C., a low-temperature transformation phase is generated and the steel sheet is hardened, the formability is lowered, and the steel sheet strength stability after the soft nitriding treatment is also lowered. On the other hand, when the coiling temperature exceeds 650 ° C., the amount of polygonal ferrite increases and a desired steel sheet structure cannot be obtained. Therefore, the winding temperature is set to 500 ° C. or more and 650 ° C. or less. Preferably they are 550 degreeC or more and 650 degrees C or less.

上記によって得られた熱延鋼板は、酸洗、ショットピーニング等により酸化スケールを除去したのちに、軟窒化処理用鋼板として使用される。また、形状矯正や表面粗度の調整を目的とした調質圧延を施しても、本発明の効果が損なわれることはない。
なお、本発明の軟窒化処理用鋼板は、ガス軟窒化処理および塩浴軟窒化処理の何れに対しても適用可能である。
The hot-rolled steel sheet obtained as described above is used as a steel sheet for soft nitriding treatment after removing the oxide scale by pickling, shot peening or the like. Moreover, even if the temper rolling for the purpose of shape correction or surface roughness adjustment is performed, the effect of the present invention is not impaired.
The steel sheet for soft nitriding of the present invention can be applied to both gas soft nitriding and salt bath soft nitriding.

表1に示す組成の鋼を溶製し、造塊・分塊圧延して鋼片とした。これらの鋼片を加熱したのち、粗圧延および仕上げ圧延を施し、冷却し、巻取り、板厚:2.9mmの熱延鋼板とした。なお、上記における鋼片の加熱温度、仕上げ温度、仕上げ温度から巻取り温度までの平均冷却速度、巻取り温度は、表2に示すとおりである。   Steel having the composition shown in Table 1 was melted and ingot-formed / bundled and rolled into steel pieces. These steel slabs were heated, then subjected to rough rolling and finish rolling, cooled, wound up, and formed into hot-rolled steel sheets having a sheet thickness of 2.9 mm. In addition, the heating temperature of steel slab, the finishing temperature, the average cooling rate from the finishing temperature to the winding temperature, and the winding temperature in the above are as shown in Table 2.

Figure 0005614330
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Figure 0005614330
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上記により得られた熱延鋼板を酸洗してデスケーリングし、伸長率:0.5%の調質圧延を施した。そして、調質圧延後の鋼板から試験片を採取し、以下の評価に供した。   The hot-rolled steel sheet obtained above was pickled and descaled, and subjected to temper rolling with an elongation of 0.5%. And the test piece was extract | collected from the steel plate after temper rolling, and it used for the following evaluation.

(i)組織観察
調質圧延後鋼板の板幅1/4位置における、圧延方向に平行な板厚断面の試料を採取し、鏡面研磨してナイタールで腐食したのち、板厚1/4位置を、光学顕微鏡あるいは走査型電子顕微鏡で500〜3000倍の適当な倍率にて撮影した。得られた組織写真を用い、画像解析により、組織全体に対するフェライト面積率(ポリゴナルフェライトを含むフェライト全体の面積率)、ポリゴナルフェライト面積率、パーライト面積率、並びに、その他の組織の種類およびそれらの面積率を求め、それぞれの分率とした。また、上記により得られたフェライト分率およびポリゴナルフェライト分率から、フェライトに占めるポリゴナルフェライトの割合((ポリゴナルフェライト分率/フェライト分率)×100(%))を求めた。
得られた結果を、表3に示す。
(I) Microstructural observation After temper rolling, a sample of the sheet thickness cross section parallel to the rolling direction at the 1/4 width position of the steel sheet was sampled, mirror polished and corroded with nital, and then the 1/4 thickness position was measured. Images were taken at an appropriate magnification of 500 to 3000 times with an optical microscope or a scanning electron microscope. Using the obtained structure photograph, image analysis and ferrite area ratio to the entire structure (area ratio of the entire ferrite including polygonal ferrite), polygonal ferrite area ratio, pearlite area ratio, and other structure types and their The area ratio was determined and used as the respective fractions. Further, the ratio of polygonal ferrite in the ferrite ((polygonal ferrite fraction / ferrite fraction) × 100 (%)) was determined from the ferrite fraction and polygonal ferrite fraction obtained as described above.
The results obtained are shown in Table 3.

Figure 0005614330
Figure 0005614330

(ii)引張試験
調質圧延後鋼板の板幅1/4位置において、引張試験方向が圧延方向となるように採取したJIS Z 2201(1998)規定の5号試験片を用い、JIS Z 2241(1998)の規定に準拠した引張試験を行い、引張強さ(TS)と破断伸び(El)を測定し、強度・伸びバランス(TS×El)を求めた。なお、本実施例においては、引張強さ(TS):440MPa以上、強度・伸びバランス(TS×El):17GPa・%以上の鋼板を、高強度かつ良好な成形性を有するものと評価した。
(Ii) Tensile test JIS Z 2241 (JIS Z 2241 (1998) No. 5 test piece taken so that the tensile test direction is the rolling direction at the 1/4 width position of the steel plate after temper rolling. 1998), tensile strength (TS) and elongation at break (El) were measured, and a balance between strength and elongation (TS × El) was obtained. In this example, a steel sheet having a tensile strength (TS): 440 MPa or more and a strength / elongation balance (TS × El): 17 GPa ·% or more was evaluated as having high strength and good formability.

(iii)断面硬さ試験
上記調質圧延後の鋼板から試験片を採取し、JIS Z 2244(2009)に準拠した方法により、板厚1/2位置におけるビッカース硬さ(HVc)を測定した。
<測定方法>
試験力 :0.98N
測定箇所:5箇所
(Iii) Cross Section Hardness Test A specimen was collected from the steel sheet after the temper rolling, and the Vickers hardness (HVc) at the position of the thickness 1/2 was measured by a method based on JIS Z 2244 (2009).
<Measurement method>
Test force: 0.98N
Measurement location: 5 locations

(iv)軟窒化処理
上記調質圧延後の鋼板から小片を採取し、以下に示す条件のガス軟窒化処理を施した。
軟窒化雰囲気:アンモニアガスと吸熱型変成ガスの等量比混合ガス
処理温度 :570℃
処理時間 :3時間
なお、上記処理温度(570℃)に上記処理時間(3時間)保持したのち、小片を油冷した(油温:70℃)。そして、油冷後の小片を、以下の評価に供した。
(Iv) Soft nitriding treatment A small piece was collected from the steel sheet after the temper rolling and subjected to gas soft nitriding treatment under the following conditions.
Soft nitriding atmosphere: Equivalent ratio mixed gas of ammonia gas and endothermic metamorphic gas Processing temperature: 570 ° C
Treatment time: 3 hours In addition, after holding the said treatment time (3 hours) at the said treatment temperature (570 degreeC), the small piece was oil-cooled (oil temperature: 70 degreeC). And the small piece after oil cooling was used for the following evaluation.

油冷後の小片について、JIS G 0563(1993)に準拠して、板表面から深さ0.1mm位置におけるビッカース硬さ(HV0.1)を測定した。また、JIS G 0562(1993)の規定に準拠した実用窒化層深さを測定した。本実施例においては、ビッカース硬さ(HV0.1):500以上であり且つ実用窒化層深さ:0.25mm以上のものを表面硬化特性が良好なものと評価した。
また、上記(iii)と同様の方法により、板厚1/2位置(非窒化部)におけるビッカース硬さ(HVc’)を測定した。そして、上記(iii)で求めた軟窒化処理前の板厚1/2位置におけるビッカース硬さ(HVc)と、軟窒化処理後の板厚1/2位置におけるビッカース硬さ(HVc’)から、軟窒化処理前後における板厚中央部のビッカース硬さの変化率:(HVc’−HVc)/HVc×100(%)を求めた。本実施例においては、変化率の絶対値が5.0%以下であるものを、軟窒化処理後の強度安定性が良好なもの(○)とし、それ以外を×として評価した。
For the small pieces after oil cooling, the Vickers hardness (HV0.1) at a depth of 0.1 mm from the plate surface was measured according to JIS G 0563 (1993). Moreover, the practical nitrided layer depth based on the rule of JIS G 0562 (1993) was measured. In this example, Vickers hardness (HV0.1): 500 or more and practical nitride layer depth: 0.25 mm or more were evaluated as having good surface hardening characteristics.
Further, the Vickers hardness (HVc ′) at the plate thickness 1/2 position (non-nitrided portion) was measured by the same method as in (iii) above. And from the Vickers hardness (HVc) at the plate thickness 1/2 position before soft nitriding treatment obtained in (iii) above, and the Vickers hardness (HVc ′) at the plate thickness 1/2 position after soft nitriding treatment, Change rate of Vickers hardness at the center of the plate thickness before and after soft nitriding treatment: (HVc′−HVc) / HVc × 100 (%) was obtained. In this example, the case where the absolute value of the rate of change was 5.0% or less was evaluated as good (◯) with good strength stability after nitrocarburizing treatment, and the others were evaluated as x.

Figure 0005614330
Figure 0005614330

表4から明らかであるように、本発明例では、強度、成形性、軟窒化処理による表面硬化特性、強度安定性の全てにおいて、良好な結果が得られている。一方、鋼組成や組織が本発明の要件を満足しない比較例では、上記何れかの特性において十分な結果が得られていない。   As is clear from Table 4, in the examples of the present invention, good results were obtained in all of strength, moldability, surface hardening characteristics by soft nitriding treatment, and strength stability. On the other hand, in a comparative example in which the steel composition and structure do not satisfy the requirements of the present invention, sufficient results are not obtained in any of the above characteristics.

Claims (2)

質量%で、
C :0.05%以上0.10%以下、 Si:0.5%以下、
Mn:0.7%以上1.5%以下、 P :0.05%以下、
S :0.01%以下、 Al:0.01%以上0.06%以下、
Cr:0.5%以上1.5%以下、 Nb:0.005%以上0.025%以下、
N :0.005%以下
を、CおよびNbが下記(1)式を満足するように含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成と、フェライトおよびパーライトを含み、前記フェライトおよびパーライト以外の組織の割合が1%以下である複合組織であり且つ前記フェライトに占めるポリゴナルフェライトの割合が50%未満である組織とを有することを特徴とする、軟窒化処理用鋼板。

0.10 ≦ Nb/C ≦ 0.30 ・・・ (1)
(C、Nb:各元素の含有量(質量%))
% By mass
C: 0.05% or more and 0.10% or less, Si: 0.5% or less,
Mn: 0.7% to 1.5%, P: 0.05% or less,
S: 0.01% or less, Al: 0.01% or more and 0.06% or less,
Cr: 0.5% to 1.5%, Nb: 0.005% to 0.025%,
N: 0.005% or less, so that C and Nb satisfy the following formula (1), the balance is composed of Fe and unavoidable impurities, and includes ferrite and pearlite, and a structure other than the ferrite and pearlite. A steel sheet for soft nitriding characterized by having a composite structure having a ratio of 1% or less and a structure in which the ratio of polygonal ferrite in the ferrite is less than 50%.
Record
0.10 ≦ Nb / C ≦ 0.30 (1)
(C, Nb: content of each element (mass%))
鋼片を加熱し、粗圧延と仕上げ圧延からなる熱間圧延を施し、仕上げ圧延終了後、冷却し、巻取り、熱延鋼板とするにあたり、
前記鋼片を、質量%で、
C :0.05%以上0.10%以下、 Si:0.5%以下、
Mn:0.7%以上1.5%以下、 P :0.05%以下、
S :0.01%以下、 Al:0.01%以上0.06%以下、
Cr:0.5%以上1.5%以下、 Nb:0.005%以上0.025%以下、
N :0.005%以下
を、CおよびNbが下記(1)式を満足するように含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成とし、前記熱間圧延の加熱温度を1100℃以上1300℃以下とし、前記仕上げ圧延の仕上げ温度をAr3変態点以上(Ar3変態点+100℃)以下とし、前記冷却の平均冷却速度を30℃/s以上とし、前記巻取りの巻取り温度を500℃以上650℃以下とすることを特徴とする、軟窒化処理用鋼板の製造方法。

0.10 ≦ Nb/C ≦ 0.30 ・・・ (1)
(C、Nb:各元素の含有量(質量%))
When heating the steel slab, subjecting it to hot rolling consisting of rough rolling and finish rolling, after finishing rolling, cooling, winding, and hot rolling steel sheet,
The steel slab is in mass%,
C: 0.05% or more and 0.10% or less, Si: 0.5% or less,
Mn: 0.7% to 1.5%, P: 0.05% or less,
S: 0.01% or less, Al: 0.01% or more and 0.06% or less,
Cr: 0.5% to 1.5%, Nb: 0.005% to 0.025%,
N: 0.005% or less, so that C and Nb satisfy the following formula (1), the balance is composed of Fe and inevitable impurities, and the heating temperature of the hot rolling is 1100 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower The finishing temperature of the finish rolling is Ar 3 transformation point or higher (Ar 3 transformation point + 100 ° C.) or lower, the average cooling rate of cooling is 30 ° C./s or higher, and the winding temperature of winding is 500 ° C. or higher. A method for producing a steel sheet for nitrocarburizing treatment, characterized by being 650 ° C or lower.
Record
0.10 ≦ Nb / C ≦ 0.30 (1)
(C, Nb: content of each element (mass%))
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