JP5633594B2 - 打ち抜き性および耐熱ひずみ特性に優れた冷延鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1では、質量%で、C:0.05〜0.6%、Si:2.0%以下、Mn:0.2〜2.0%、P:0.03%以下、S:0.03%以下、Sol.Al:0.1%以下、N:0.01%以下を含有し、残部Fe及び不可避不純物からなる鋼を、仕上温度 (Ar3変態点−20℃)以上で熱間圧延した後、冷却速度120℃/秒超、冷却停止温度650℃以下、鋼板幅方向センター部と鋼板エッジ部との冷却停止温度差が30℃以下となるように冷却を行い、巻取温度600℃以下で巻取り、酸洗後、圧下率40%以上で冷間圧延するか、もしくは、焼鈍温度600℃以上AC1変態点以下で焼鈍後に圧下率40%以上で冷間圧延することにより、鋼板板面硬度Hvが170〜300であり、鋼板長手方向及び幅方向の各位置における板面硬度差の最大値ΔHvが20以下である薄鋼板を製造する技術が提案されている。そして、特許文献1で提案された技術によると、鋼板の長手方向及び幅方向の位置による残留応力の差異が抑制され、打ち抜き後の平坦度に優れる冷間圧延ままの薄鋼板が得られるとされている。
[1] 質量%で、C :0.01%以上0.08%以下、Si:0.01%以上1.0%以下、Mn:0.05%以上1.0%以下、P :0.03%以下、S :0.015%以下、Al:0.005%以上0.10%以下、N :0.01%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成と、フェライト相の面積率が80%以上であり、パーライト相、ベイナイト相のいずれか1種以上からなる硬質相の面積率が合計で20%以下であり、前記硬質相の平均粒径が1μm以上10μm以下、かつ、前記硬質相の平均アスペクト比が10.0以下である組織とを有し、ビッカース硬さがHv170以上であることを特徴とする打ち抜き性および耐熱ひずみ特性に優れた冷延鋼板。
Cは、鋼板の強化に必要な元素であり、プレートやディスクなどの駆動系部品用素材として必要な硬さを得るためには、C含有量を0.01%以上とする必要がある。一方、C含有量が0.08%を超えると、硬さが過剰に高くなり、また、パーライト分率が上昇して、打ち抜き後の平坦度が劣化するとともに、打ち抜き端面性状が劣化する。したがって、C含有量の上限を0.08%とする。特に打ち抜き端面性状の観点からは、C含有量を0.05%未満とすることが好ましい。
Siは、鋼の脱酸剤であり、鋼の清浄度を向上させる効果があるため、含有量を0.01%以上とする。また、Siは、固溶強化により鋼板の硬さを上昇させる元素でもあり、所望の硬さを得るために添加することができる。但し、Si含有量が1.0%を超えると、鋼板の表面性状が劣化するため、Si含有量の上限を1.0%とする。特に摩擦用途で使用されるプレート材では良好な表面性状が要求されるため、0.6%以下とすることが好ましい。
Mnは、固溶強化により、鋼板の硬さを上昇させる元素であり、所望の硬さを得るためにはMn含有量を0.05%以上とする必要がある。好ましくは0.1%以上である。一方、Mn含有量が1.0%を超えると、パーライトやベイナイトなどが過剰に生成することに加え、偏析によりパーライト等が層状に生成して、打ち抜き端面性状が劣化する。したがって、Mn含有量は1.0%以下とする。好ましくは0.5%以下である。
Pは、鋼中で偏析し易い元素であり、多量に含有するとPの偏析により層状組織の形成が促進され、打ち抜き端面性状が劣化する。したがって、P含有量は0.03%以下とする必要がある。好ましくは0.02%以下である。
Sは、MnS等の硫化物系介在物を形成し、打ち抜き端面性状を劣化させる。したがって、S含有量は0.015%以下とする必要がある。好ましくは0.010%以下である。
Alは、脱酸元素として添加することにより、鋼板の清浄度を向上させることができるため、その含有量を0.005%以上とする必要がある。好ましくは0.03%以上である。一方、Al含有量が0.10%を超えると、酸化物が過剰に生成して表面性状が劣化し、摩擦材との接着性が劣化する。したがって、Al含有量は0.10%以下とする。好ましくは0.08%以下である。
Nは、本発明において有害な元素であり、その含有量が過剰になると鋼板の延性が低下し、打ち抜き端面性状が劣化する。したがって、N含有量は0.01%以下とする。好ましくは0.006%以下である。
CuおよびNiは、固溶強化により鋼板の硬さの上昇に寄与する元素であり、鋼板に所望の硬さを付与するために含有することができる。このような効果を得るためには、Cu含有量を0.01%以上、Ni含有量を0.01%以上とすることが好ましい。また、Cu含有量は0.02%以上、Ni含有量は0.02%以上とすることがより好ましい。一方、これらの元素の含有量が過剰になると、表面性状が劣化し、摩擦材との接着性が劣化する。したがって、Cu含有量は0.20%以下、Ni含有量は0.50%以下とすることが好ましい。また、Cu含有量は0.10%以下、Ni含有量は0.30%以下とすることがより好ましい。
Ti、Nb、V、Zr、Mo、Cr、Bは、鋼板の硬さの上昇に寄与する元素であり、鋼板に所望の硬さを付与するために含有することが好ましい。一方、これらの元素の含有量が過剰になると、残留応力が大きくなり、打ち抜き後の平坦度や、熱ひずみが発生する。したがって、Ti含有量は0.005%以上0.10%以下、Nb含有量は0.005%以上0.10%以下、V 含有量は0.005%以上0.50%以下、Zr含有量は0.005%以上0.10%以下、Mo含有量は0.02%以上0.50%以下、Cr含有量は0.03%以上0.50%以下、B含有量は0.0003%以上0.0050%以下とすることが好ましい。また、Ti含有量は0.008%以上0.03%以下、Nb含有量は0.008%以上0.05%以下、V含有量は0.01%以上0.20%以下、Zr含有量は0.01%以上0.03%以下、Mo含有量は0.05%以上0.20%以下、Cr含有量は0.05%以上0.20%以下、B含有量は0.0005%以上0.0030%以下とすることがより好ましい。
Ca、REMはいずれも、硫化物の形態を球状に制御し、鋼板の打ち抜き端面性状を向上させる作用を有する元素であり、必要に応じて含有できる。このような効果を得るためには、Ca含有量を0.0003%以上、REM含有量を0.0003%以上とすることが好ましい。また、Ca含有量を0.0008%以上、REM含有量を0.0008%以上とすることがより好ましい。一方、これらの元素の含有量が過剰になると、介在物が増大して、鋼板の打ち抜き端面性状を劣化させるため、Ca含有量を0.0050%以下、REM含有量を0.0100%以下とすることが好ましい。また、Ca含有量を0.0030%以下、REM含有量を0.0050%以下とすることがより好ましい。
SbおよびSnは、鋼板の表面性状を向上させる元素であり、摩擦材との接着性を向上させる効果がある。このような効果を得るためには、Sb含有量を0.001%以上、Sn含有量を0.001%以上とすることが好ましい。一方、これらの元素の含有量が過剰になると、表面偏析が顕著になり、鋼板の表面性状が劣化して摩擦材との接着性が低下するため、Sb含有量を0.030%以下、Sn含有量を0.030%以下とすることが好ましい。また、Sb含有量を0.005%以上0.020%以下、Sn含有量を0.005%以上0.015%以下とすることがより好ましい。
本発明の冷延鋼板は、フェライト相の面積率が80%以上であり、パーライト相、ベイナイト相のいずれか1種以上からなる硬質相の面積率が合計で20%以下であり、前記硬質相の平均粒径が1μm以上10μm以下、かつ、前記硬質相の平均アスペクト比が10.0以下である組織を有する。
本発明の冷延鋼板は、前記の化学組成を有する鋼素材に熱間圧延を施して、フェライト相を主相とする熱延板とし、この熱延板を、酸洗にてスケールを除去した後、所定の圧下率で冷間圧延することによって得られる。
仕上げ圧延終了温度が950℃を超えると、熱延板の組織が粗大化する。その結果、冷間圧延後の鋼板の硬質相の平均粒径が大きくなるため、打ち抜き端面性状が劣化する。一方、仕上げ圧延終了温度が800℃未満では、熱延板の組織が極端に伸展した結晶粒からなる組織となり、硬質相のアスペクト比も大きくなる。このように熱延板の段階で圧延方向に伸展した硬質相を含む鋼板を更に冷間圧延すると、硬質相と主相であるフェライト相との硬度差が大きいため、圧延方向に組織が伸長する際に硬質相と主相であるフェライト相との界面に大きな残留応力が発生する。このため、冷間圧延後の鋼板に蓄積される残留応力が大きくなり、熱ひずみが発生し易くなる。したがって、仕上げ圧延終了温度は800℃以上950℃以下とする。好ましくは850℃以上920℃以下である。
巻取り温度が600℃以下では、パーライト相やベイナイト相が過剰に生成して、目的とするフェライト相主体の鋼板組織が得られない。一方、巻取り温度が750℃を超えると、パーライト相やセメンタイト粒子が粗大化して鋼板の打ち抜き端面性状が劣化したり、鋼板の表面性状が劣化する。したがって、巻取り温度を600℃超750℃以下とする。好ましくは620℃以上700℃以下である。
以上のようにして得られた熱延板は、酸洗にてスケールを除去したのち、冷間圧延を施して冷延鋼板とされる。
冷間圧延によりプレートなどの駆動系部品用素材として必要な鋼板硬さとするためには、圧下率を30%以上とする必要がある。一方、圧下率が70%を超えると、残留応力が大きくなり、パーライトおよび/またはベイナイト相からなる硬質相の平均アスペクト比が所定の値を超え、熱ひずみが発生し易くなる。したがって、冷間圧延の圧下率を30%以上70%以下とする。好ましくは40%以上60%以下である。
圧延方向に平行な板厚断面の試料を採取し、板厚断面について3%ナイタール溶液で組織を現出して、板厚1/4位置にて走査電子顕微鏡(SEM)を用い500倍で3視野撮影し、画像処理により各相の面積率、および、パーライト、ベイナイト相のいずれか1種以上からなる硬質相の粒径とアスペクト比を定量化した。ここで、粒径は、結晶粒の長軸長さaと短軸長さbを乗じた値の平方根(√(a×b))とする。また、アスペクト比は、結晶粒の長軸長さaを短軸長さbで除した値(a/b)とする。硬質相の平均粒径および平均アスペクト比は、画像処理において、パーライト相或いはベイナイト相のいずれかと認識された全ての結晶粒の粒径、アスペクト比の算術平均である。
圧延方向に平行な板厚断面の試料を採取し、樹脂に埋め込み、板厚断面を研磨後、板厚1/4の位置にて、JIS Z 2244の規定に準拠してビッカース硬度計を用い、荷重500gfで5点測定し、その平均値を硬さとした。
得られた冷延鋼板から、外形100mm、内径80 mmのプレートを打ち抜き、
レーザー測定器の測定テーブル上にプレートを置き、レーザー測定器によりテーブルからプレートの円環部上面までの高さを円環部全体について測定し、その最小値と最大値の差を算出した。最小値と最大値の差が0.2 mm以下である場合を平坦度:良好(○)とした。一方、最小値と最大値の差が0.2mm超である場合を平坦度:不良(×)とした。
得られた冷延鋼板から、外形100mm、内径80 mmのプレートを打ち抜き、打ち抜き端面を観察し、ワレや2次せん断面のないものを打ち抜き端面性状:良好(○)とした。一方、ワレや2次せん断面が観察されたものを打ち抜き端面性状:不良(×)とした。
得られた冷延鋼板から、外形100mm、内径80 mmのプレートを打ち抜き、プレートを300℃で1hr保持後、室温まで空冷する熱処理を行った。熱処理後、前記「打ち抜き後の平坦度測定」と同様に、レーザー測定器によりプレートの形状を測定し、プレートの円環部の高さの最小値と最大値の差を算出した。
最小値と最大値の差が0.2mm以下である場合を耐熱ひずみ特性:良好(○)とした。一方、最小値と最大値の差が0.2mm超である場合を耐熱ひずみ特性:不良(×)とした。
これらの結果を、表3に示す。
Claims (11)
- 質量%で、
C :0.01%以上0.08%以下、 Si:0.01%以上1.0%以下、
Mn:0.05%以上1.0%以下、 P :0.03%以下、
S :0.015%以下、 Al:0.005%以上0.10%以下、
N :0.01%以下
を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成と、フェライト相の面積率が80%以上であり、パーライト相、ベイナイト相のいずれか1種以上からなる硬質相の面積率が合計で20%以下であり、前記硬質相の平均粒径が1μm以上10μm以下、かつ、前記硬質相の平均アスペクト比が10.0以下である組織とを有し、ビッカース硬さがHv170以上であることを特徴とする打ち抜き性および耐熱ひずみ特性に優れた冷延鋼板。 - 前記組成に加えて更に、質量%で、Cu:0.01%以上0.20%以下、Ni:0.01%以上0.50%以下のいずれか1種以上を含有することを特徴とする請求項1に記載の打ち抜き性および耐熱ひずみ特性に優れた冷延鋼板。
- 前記組成に加えて更に、質量%で、Ti:0.005%以上0.10%以下、Nb:0.005%以上0.10%以下、V:0.005%以上0.50%以下、Zr:0.005%以上0.10%以下、Mo:0.02%以上0.50%以下、Cr:0.03%以上0.50%以下、B:0.0003%以上0.0050%以下のいずれか1種以上を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の打ち抜き性および耐熱ひずみ特性に優れた冷延鋼板。
- 前記組成に加えて更に、質量%で、Ca:0.0003%以上0.0050%以下、REM:0.0003%以上0.0100%以下のいずれか1種以上を含有することを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の打ち抜き性および耐熱ひずみ特性に優れた冷延鋼板。
- 前記組成に加えて更に、質量%で、Sb:0.001%以上0.030%以下、Sn:0.001%以上0.030%以下のいずれか1種以上を含有することを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の打ち抜き性および耐熱ひずみ特性に優れた冷延鋼板。
- 質量%で、
C :0.01%以上0.08%以下、 Si:0.01%以上1.0%以下、
Mn:0.05%以上1.0%以下、 P :0.03%以下、
S :0.015%以下、 Al:0.005%以上0.10%以下、
N :0.01%以下
を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼素材に、仕上げ圧延終了温度を800℃以上950℃以下とする熱間圧延を施し、熱間圧延終了後、600℃超750℃以下の巻取り温度で巻き取り、酸洗にてスケールを除去したのち、30%以上70%以下の圧下率で冷間圧延を施し、フェライト相の面積率が80%以上であり、パーライト相、ベイナイト相のいずれか1種以上からなる硬質相の面積率が合計で20%以下であり、前記硬質相の平均粒径が1μm以上10μm以下、かつ、前記硬質相の平均アスペクト比が10.0以下である組織とを有し、ビッカース硬さがHv170以上である冷延鋼板とすることを特徴とする打ち抜き性および耐熱ひずみ特性に優れた冷延鋼板の製造方法。 - 前記冷間圧延を施したのち、調質圧延を施すことを特徴とする請求項6に記載の打ち抜き性および耐熱ひずみ特性に優れた冷延鋼板の製造方法。
- 前記組成に加えて更に、質量%で、Cu:0.01%以上0.20%以下、Ni:0.01%以上0.50%以下のいずれか1種以上を含有することを特徴とする請求項6または7に記載の打ち抜き性および耐熱ひずみ特性に優れた冷延鋼板の製造方法。
- 前記組成に加えて更に、質量%で、Ti:0.005%以上0.10%以下、Nb:0.005%以上0.10%以下、V:0.005%以上0.50%以下、Zr:0.005%以上0.10%以下、Mo:0.02%以上0.50%以下、Cr:0.03%以上0.50%以下、B:0.0003%以上0.0050%以下のいずれか1種以上を含有することを特徴とする請求項6ないし8のいずれかに記載の打ち抜き性および耐熱ひずみ特性に優れた冷延鋼板の製造方法。
- 前記組成に加えて更に、質量%で、Ca:0.0003%以上0.0050%以下、REM:0.0003%以上0.0100%以下のいずれか1種以上を含有することを特徴とする請求項6ないし9のいずれかに記載の打ち抜き性および耐熱ひずみ特性に優れた冷延鋼板の製造方法。
- 前記組成に加えて更に、質量%で、Sb:0.001%以上0.030%以下、Sn:0.001%以上0.030%以下のいずれか1種以上を含有することを特徴とする請求項6ないし10のいずれかに記載の打ち抜き性および耐熱ひずみ特性に優れた冷延鋼板の製造方法。
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