JPH02194145A

JPH02194145A - 高炭素薄鋼板

Info

Publication number: JPH02194145A
Application number: JP1117689A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Fukui; 清福井; Atsuki Okamoto; 篤樹岡本; Masashi Takahashi; 高橋　政司
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-01-20
Filing date: 1989-01-20
Publication date: 1990-07-31

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、耐脱炭性に優れた高炭素薄鋼板に関する。

特に詳述すれば、高炭素薄鋼板の製造に際しての軟質化
に必要な球状化焼鈍、所要強度を付与するための焼入れ
・焼戻し、あるいはオーステンパー等の熱処理などの製
造工程において生じる板表層の脱炭を効果的に抑えるこ
とができ、刃物、鋸、座金等の高硬度部材の製造合理化
に対して非常に有効な高炭素薄鋼板に関するものである
。

（従来の技術）一般に、刃物、鋸、座金等の高硬度部品はＪＩＳＧ３３
１１に規定される５Ｋ４Ｆ’ｌ、　ＳＫ５Ｍ、あるいは
５ＫＳ５１１’１等の低り系のＣ成分の非常に高い鋼種
やＳ４５ＣＭ−５７０Ｃｎ等の高炭素冷延鋼板が素材と
して用いられている。その使用方法としては、これらの
冷延鋼板を成形加工し、その後焼入れ・焼戻し等の熱処
理にて硬化してから用いられるのが普通である。

ここで、前記各製品用の素材鋼板には、成形加工前は軟
質で加工し易く、成形加工後に施される熱処理によって
初めて所望の強度が得られ、かつ製品としての使用に十
分なだけの硬度と耐摩耗性とを発揮するものであること
が要求されていることから、材質として前述の如きＣ含
有量の高い材質が選ばれると共に、一般に鉄鋼メーカー
からの薄鋼板の出荷に際しては軟質とするための球状化
焼鈍が行われている。

（発明が解決しようとする課題）このような球状化焼鈍にあっては、一般に、（Ａｃ、−
５０℃）〜＾Ｃ１、あるいはＡＣ＋　〜（Ａｃｔ＋３０
℃）の温度域において６〜２４ｈｒの長時間にわたって
均熱される箱焼鈍のプロセスを用いており、このときの
雰囲気にはＮｔ、Ａｒ等の不活性雰囲気かコークスガス
、メタン等の浸炭性雰囲気かが用いられている。この球
状化焼鈍における雰囲気ガスは脱炭防止のため慎重に選
択されているが、酸化スケールの残存やガス中の酸素濃
度の増大等によりその発生を完全に抑制することは現状
では困難であった。

また、焼入れ、オーステンパー等を行う際の均熱処理は
、７８０〜９００℃の温度域にて１０〜６０ｍ１ａ加熱
して行われるため、この時の雰囲気も焼鈍の場合と同様
に不活性ガス、あるいは浸度性のガスを使って調整され
る。しかし、脱炭を完全に防止することはできない。

これら熱処理工程における板表層からの脱炭については
、下記の２種の原因が考えられる。

まず第１に熱間圧延工程における酸化スケールが仮表層
に残存した場合、均熱中にこのスケールの主成分である
Ｐｅａ、が分解しＯ２が発生し表層より分離する。残さ
れたスケールは、純鉄となり板表層に脱炭層を形成する
のである。

第２に雰囲気ガス中の０．濃度が上昇すると仮表層にお
いて０８が酸素原子に分離し、板表層から内部に侵入す
る。この酸素が表層中のＣと結合することによりＣ０１
Ｃ０８を形成して表層から外部へ放出され、このＣの抜
けた箇所に脱炭層が形成されるのである。

このようにして形成された脱炭層は板表面の硬度を低下
させ耐摩耗性を著しく劣化させるばかりでなく、強度の
低下をも招くものでありその発生に対しては非常に注意
を払わなければならない。

このため、板表層の脱炭防止の手段としては、酸化スケ
ールの残存防止が考えられ、そのためには焼鈍前の酸洗
工程において十分な酸洗が必要となり、その酸洗時間、
酸洗温度の管理も非常に煩雑なものとなっている。更に
、雰囲気中の酸素濃度の抑制も考えられるため、焼鈍処
理時の雰囲気ガスについてもその酸素濃度あるいは浸炭
性のガス濃度等の管理に非常に注意が必要とされている
のが現状である。

また製品に加工され切断工具として用いられている材料
では使用中の摩擦熱等により工具の切断端面に脱炭層が
形成され、摩耗が促進される場合もあることから、材質
そのものの耐脱炭性も重要な問題となってきている。

ここに本発明の目的は、高炭素薄鋼板の製造に際しての
軟質化に必要な球状化焼鈍、所要強度を付与するための
焼入れ・焼戻し、あるいはオーステンパー等の熱処理な
どの製造工程において生じる仮表層の脱炭を効果的に抑
えることができ、刃物、鋸、座金等の高硬度部材の製造
合理化に対して非常に有効な、耐脱炭性に優れた高炭素
薄鋼板に関する。

（課題を解決するための手段）このような事情や前述した工具鋼の製造プロセスにおけ
るコスト低減要求をもふまえて、発明者らはこれらの要
求に答えるには、材質そのものを改質しこのような脱炭
を効果的に抑制する鋼種の開発が必要であるとの認識を
持つに至った。

そこで、本発明者らは板表層からの脱炭防止の手段とし
て熱処理時の温度条件下においても脱炭を抑制でき、か
つその成形加工性や製品としての硬度、耐摩耗性、靭性
ともに十分満足することのできる合金元素の添加を検討
してきたところ、次のような知見を得た。

（ａ）高炭素鋼に０．０１％以上（以下、成分割合を表
わすｐｐｍおよび％は重置基準とする）のｓｂを添加し
、これを薄鋼板に圧延すると焼鈍、あるいは焼入れ等の
加熱時において、含有されているｓｂが表層において０
冨ガスの酸素原子への分解を抑制するため、表層への酸
素の侵入が防止される。このため、板表層のＣと酸素の
反応が抑えられることから、脱炭は効果的に防止される
。

（ロ）これらｓｂの特性は、一般にＪＩＳ規格において
ＳＣ材、ＳＫ材と呼ばれている一般高炭素鋼板において
のみでなく、ＳＣＭ材、ＳＫＳ材とよばれるＣｒＭｏ系
或いはＮｉ系の低合金高炭素鋼板においても、その脱炭
防止効果は有効である。

（Ｃ）また、これらのＣｒＭｏ系、Ｎｉ系高炭素鋼板は
ＭｏあるいはＮｉ添加の影響により適当な熱処理条件を
設定すればｓｂによる粒界強度の低下を効果的に抑制す
ることも可能である。

（ｄ）シかし、ｓｂはＰ、Ｓｎと同様にオーステナイト
域に加熱された場合、オーステナイト粒界に偏析し冷却
後の旧オーステナイト粒界強度を低減し、ここにおける
粒界破壊を生ずる特性をもっている。

このため、粒界強化の観点からｓｂの添加量の上限を０
．１０％とする必要がある。

このような知見に基いて、本発明者らはさらに検討を続
けた結果、本発明を完成した。

ここに、この発明の要旨とするところは、重量割合にて
、Ｃ：０．２０〜１．５０％、　　５ｉＦ１．００％以下
、Ｍｎ＋　０．２０〜１．５０％、　　Ｐ　：０．０５
０％以下、Ｓｂ：　０．０１〜０．１０％、更に必要に応じてＣｒ：　１．５０％以下、’！Ｉｏ：
　０．５０％以下、およびＮｉ：２．００％以下の合金
成分の１種または２種以上、残部が実質的にＦｅおよび不可避的不純物から成る高炭
素薄鋼板である。

この発明にがかる薄鋼板によれば、優れた硬度と耐摩耗
性、さらに高温度域における優れた脱炭防止特性が発揮
される。

（作用）次に、この発明にかかる薄鋼板の成分組成を上記のごと
（に限定した理由を説明する。

（ａ）　　Ｃ鋼板に所望の強度、硬度並びに耐摩耗性を与えるために
はＣ含有量を０，２０％以上とする必要があり、一方、
１．５０％を超えて含有させるとセメンタイト量が増大
し、靭性を著しく劣化させることから製品としての耐久
性の確保が非常に困難となるために、Ｃ含有量は０．２
０〜１．５０％と定めた。

（ハ）Ｓｉ製品として適当な硬度を付与するために添加が必要であ
るが、１．００％を超えて含有させると鋼板が硬質とな
って脆化する傾向を示すことから、Ｓｉ含有量は１．０
０％以下と定めた。

（ｃ）　　Ｍｎ耐摩耗鋼板においては、一般にＭｎは耐摩耗性向上のた
め多量に添加されるが、この発明の鋼板でもこの目的の
ため上限を１．５０％として添加する。

しかし、これを超えて添加した場合、鋼の靭性を劣化さ
せ使用中の製品の破損等につながることから、１．５０
％を超えての添加は好ましくない。

また、Ｍｎの低下番よ焼入れ性の低下につながることか
ら少なくとも０．２０％以上のＭｎを添加することが必
要である。

そこでＭｎの含有量は０．２０〜１．５０％と定めた。

（ｄ）　　ＰＰは鋼のオーステナイト粒界に偏析することにより焼入
れ、焼戻し後の製品の靭性に大きな影響を持つものであ
る。このＰ含有量は低いほど靭性上好ましいことは言う
までもない、そしてＰ含有量がｏ、ｏｓｏ％を超えると
粒界にＰが偏析し、粒界脆化を生じ昌（なることがらＰ
含有量はｏ、ｏｓｏ％以下と定めたが、望ましくは０．
０２０％以下に制限するのがよい。

（ｅ）　　Ｓｂ高炭素鋼に０．０１％以上のｓｂを添加し、これを薄鋼
板に圧延すると焼鈍、或いは焼入れ等の加熱時において
、含有されているｓｂが表層において０１ガスのＯ原子
への分解を抑制するため、表層への０の侵入が防止され
る。そのため、板表層のＣと０の反応が抑えられること
から、脱炭は効果的に防止される。これらｓｂの特性は
、一般にＪＩＳ規格においてＳＣ材、ＳＫ材と呼ばれて
いる一般高炭素鋼板においてのみでなく、ＳＣＭ材、Ｓ
ＫＳ材とよばれるＣｒ　−Ｍｏ系或いは旧糸の低合金高
炭素鋼板においてもその脱炭防止効果は有効である。

しかし、ＳｂはＰ、Ｓｎと同様にオーステナイト域に加
熱された場合、オーステナイト粒界に偏析し冷却後の旧
オーステナイト粒界強度を低減し、ここにおける粒界破
壊を生ずる特性をもっている。

したがって、ｓｂの含有量は０．０１〜０．１θ％と設
定したが靭性確保更に、効果的な脱炭抑制作用確保の観
点から０．０２〜０．０８％程度の添加が望ましい。

さらにこの発明にあっては必要に応じ、Ｃｒ、　Ｍｏ、
Ｍｌのうちの少なくとも１種を添加する。これらはこの
発明にかかる鋼の焼入性および加工性等の機械特性をさ
らに改善するために添加する。

（ｊ）　　ＣｒＣｒは主として焼入れ性向上を目的として添加される成
分であるが、１．５０％を超えて含有させると鋼の硬質
化を招いて脆化する。このことから、この発明にかかる
綱板ては焼入れ性向上のために必要に応じてＣｒを添加
し、その上限を１．５０％と設定した。また、焼入れ性
向上を目的とした場合、０．１５％以上を目標としてＣ
ｒを添加するのが望ましい。

（６）　Ｍ。

Ｍｏは重要な成分であり、Ｆｉｏの添加により鋼板の熱
処理（焼入れ、焼戻し）前の加工性を劣化させることな
く熱処理後の高靭性を維持する作用をもたらす。

一般に、鯛は焼入れ後３００℃前後の温度で焼戻しする
と、いわゆる「低温焼戻し脆化」を生じて著しく脆くな
る。この脆化に対し、阿０添加は非常に有効である。

このため、この発明に係る鋼板においては、必要に応じ
て０．５０％を上限としてＮｏを添加するものとする。

但し、この上限を超えてもこの靭性向上の効果について
は飽和状態となり、またコスト上昇にもつながるのでこ
の上限は超えないものとする。

また、この靭性向上効果を得るには０．１５％以上のＭ
ｏ添加が望ましい。

（ロ）Ｎｉ旧には鋼の加工性を向上させる作用があり、この発明に
おいても必要に応じて積極的に添加される成分であるが
、その含有量は０．２０％以下とすることが望ましい、
このＮｉ添加は、圧延時の割れの発生を効果的に抑制し
、さらにユーザーにおける加工に際しても、その加工を
容品にするものである。これは、フェライト母相の変形
抵抗を低減するものであると考えられる。

一方、２．０％を超えてＮｉを添加しても鋼板の製造コ
スト上昇を招くだけで加工性向上効果は飽和することか
ら添加量の上限を２．０％と設定した。

（ｉ）　　その他鵠は、焼き入れ等を目的とした高温加熱時のオーステナ
イト粒粗粒化を防止するため、Ｎｉとのバランスを考慮
しながら適当量添加するが、０．１θ％以上添加しても
、この効果は飽和してしまう。

また、焼入れ前の加工も劣化することから、上限を０．
１０％とすることが望ましい。

次に、実施例によってこの発明をさらに具体的に説明す
る。

実施例１まず、第１表に示される如き各成分組成の鋼を溶製した
後、熱間圧延によって３．５ｍｍ厚の熱延板とし、酸洗
および焼鈍による軟化を行った後、２゜５−一厚にまで
冷間圧延した。

上記冷間圧延工程後、さらに軟質化のため球状化焼鈍（
二次焼鈍）を行いその後の機械的性質と表層のミクロ組
織について第２表にまとめて示す。

第２表に示す結果からも分かるように、鋼Ａ〜Ｄは、若
干硬度が増大し、焼入れ一焼戻し後（Ｑ〜Ｔ後）の靭性
は劣化するが、表層の脱炭組繊は見られず、均一なセメ
ンタイトの球状化組織力（認められている。これに対し
、＠Ｅ−Ｇは軟質化しおり、加工時の成形性は若干向上
す石と考えられる。しかし、二次焼鈍後の表層組織には
１０〜２０−程度の脱炭層が見られることから、表層脱
炭防止の意味では、これら３綱種は適切でない。

また、焼入れ・焼戻し後の脱炭層についても、鯛Ａ−Ｄ
は皆無であるのに対し、綱Ｆ−Ｇは二次焼鈍時に形成さ
れた脱炭層が更に拡大する傾向を示した。

さらに第１図は鋼Ｂ、Ｃ，ＦおよびＧについて二次焼鈍
後の表層組織を示す顕微鏡金属組織写真（ｘ　５０Ｇ）
である、＠Ｂ、Ｃについては脱炭層は見られないが、鋼
Ｆ、Ｇについては明瞭に見られる。

（以下余白）実施例２第３表に示される如き、各成分組成の鋼を溶製しこれを
熱間圧延によって３．５驕−厚の熱延板とし、酸洗およ
び焼鈍による軟化を行った後、２．５−厚まで冷間圧延
した。冷間圧延後、さらに軟質化のため６８０℃Ｘ１６
時間の球状化焼鈍を行った。この時の雰囲気条件はＡｒ
　１００％とし、焼鈍での脱炭はほとんどないものとし
た。

この後、８５０℃Ｘ３１）ｗｉｎ→油冷の焼入れおよび
焼戻し処理（Ｑ−Ｔ処理）を行いそこでの焼戻し温度と
吸収エネルギーの変化を比較した。焼戻し時間は６０ｍ
１ｎであった。この時の雰囲気条件はＡｒ１００％であ
り、ここでの脱炭もほとんどなかった。

結果は第２図にグラフにまとめて示す０図中、焼戻し温
度が５００°Ｃの場合についてのデータを第４表にまと
めて示す。

これによると、ｓｂ添加により硬度はわずかに増大する
ことがわかった。また吸収エネルギーについては、０．
１０％以下の添加であれば０．２〜０．３ｋｇｆ−それ
ぞれ低下するが、予想されたほど太きなものではなく、
十分成品として耐用できるものと考えられる。

（以下余白）実施例３本例では供試鋼の組成を変え実施例２を繰り返し、焼鈍
後および焼入れ一焼戻し後の硬度、脱炭層の形成および
靭性についてそれぞれ評価した。

第５表にこれら鋼種の成分と特性を示す。

（以下余白）（発明の効果）以上説明したところから明らかなように、この発明によ
り優れた硬度、耐摩耗性を有しながら、高温度域の熱処
理でも優れた脱炭防止効果を持つ高炭素薄鋼板が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は、実施例における二次焼鈍後の
表層組織の顕微鏡金属組織写真；および第２図は、同じ
〈実施例の結果をま七めて示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量割合にて、Ｃ：０．２０〜１．５０％、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍ
ｎ：０．２０〜１．５０％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ
ｂ：０．０１〜０．１０％残部が実質的にＦｅおよび不可避的不純物から成る高炭素薄鋼板。
（２）重量割合にて、Ｃ：０．２０〜１．５０％、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍ
ｎ：０．２０〜１．５０％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ
ｂ：０．０１〜０．１０％、Ｃｒ：１．５０％以下、Ｍｏ：０．５０％以下、および
Ｎｉ：２．００％以下の合金成分の１種または２種以上
、残部が実質的にＦｅおよび不可避的不純物から成る高炭素薄鋼板。