JPH05179397A - 疲労強度の優れた熱延鋼板およびその製造方法 - Google Patents

疲労強度の優れた熱延鋼板およびその製造方法

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JPH05179397A
JPH05179397A JP35875691A JP35875691A JPH05179397A JP H05179397 A JPH05179397 A JP H05179397A JP 35875691 A JP35875691 A JP 35875691A JP 35875691 A JP35875691 A JP 35875691A JP H05179397 A JPH05179397 A JP H05179397A
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JP
Japan
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fatigue strength
steel sheet
rolled steel
hot rolled
strength
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JP35875691A
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Inventor
Masato Kurita
真人 栗田
Kazuo Toyama
和男 外山
Original Assignee
Sumitomo Metal Ind Ltd
住友金属工業株式会社
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 自動車ホイールのように繰り返し荷重を受け
る機械構造用部品の製造に適する切り欠き疲労強度の非
常に優れた熱延鋼板及びその製造方法を提供する。 【構成】 重量%でC:0.02〜0.07%、Si:
0.05〜1.5%、Mn:0.5〜4.0%、so
l.Al:0.10%以下、N:0.006%以下、T
i:0.02〜0.07%,Nb:0.02〜0.05
%を含み、かつ下記の式を満足するものである、残部が
鉄および不可避不純物である化学成分を有しかつ組織が
フェライトと面積率10%以下のパーライトの混合組織
であることを特徴とする疲労強度の高い熱延鋼板。 【数1】 0.20<C+0.14×Si+5.7×(Max(Ti−0.02,0)+Nb)<0.55

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、従来材に比べて極めて
優れた疲労強度を有するため自動車ホイールのように繰
り返し荷重を受ける機械構造用鋼部品の製造に有用な熱
延鋼板およびその製造方法に関する。
【従来の技術】
【0002】熱延鋼板を素材とする製品で疲労破壊が問
題となるものは非常に多い。例えば自動車用ホイールが
挙げられる。ホイールの耐久性を高めるには、ホイール
形状の最適化、あるいは材料の高疲労強度化を行なう必
要がある。前者に関してはすでに行われており、改善の
余地はない。したがって材料面からのアプローチが必要
である。
【0003】機械構造用熱延鋼板に要求される性質とし
ては、以上に述べた疲労強度の他に、成形性・加工性が
ある。一般に引張強度が高くなると成形性・加工性が低
下する。また風孔等打ち抜きによる打ち抜き破面性状が
著しく悪化する。このような制限の中で実際に鋼板とし
て可能な引張強度は500〜750MPaであり、この
制限の中でより疲労強度の高い材料を設計する必要があ
ることがわかる。
【0004】従来の技術として、少量のPとTiの同時
添加と所定の熱延条件の設定とによって、熱延鋼板の加
工性の改善を試みたもの(特開平2−179847号公
報)がある。しかしこれはフェライト−ベイナイト複合
組織であり、切欠き材の疲労強度は高いと推定されるが
平滑材の疲労強度は低い。また炭素を極低量に抑え銅を
含有させることによって疲労強度の改善を試みたもの
(特開平2−66116号公報)はある。しかしこれは
後熱処理を必要とする上に高価な銅を添加するため用途
が限定される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】この発明が解決しよう
とする課題は、現状の製品の形状を変えることなく、ま
たコストおよび手間がかかる余計なプロセスを追加せず
に、素材鋼板の材質を変えることで製品の疲労強度を高
めることである。つまり疲労強度の高い素材熱延鋼板を
どのような化学成分、圧延条件で作ればよいかという点
にある。
【0006】
【課題を解決するための手段】一般に疲労強度は引張強
度に比例して上昇することが知られている。しかしなが
ら化学成分および組織形態により耐久比(疲労強度/引
張強度)の値は変化する。耐久比を高めるためには引張
強度をできる限り高めずに疲労強度を高めればよい。
【0007】本発明の完成に先立ち、異なる強化機構
(固溶、析出、加工フェライト、細粒、パーライト)を
有する500〜800MPa級の熱延鋼板を用いて疲労
強度を行った結果、固溶、析出強化により耐久比が著し
く上昇することが判明した。また、加工フェライト、細
粒、パーライト等による強化は引張強度は高くなるもの
の、疲労強度はほとんど上昇しないことも判明した。し
たがってCを下げパーライト量を少なく(基礎試験の結
果約10%が上限値)するとともに固溶強化元素、析出
強化元素を添加することが望ましいと考えられる。
【0008】
【作 用】本発明の方法の製造条件について以下に説明
する。熱間圧延は、鋳造後直接あるいは1100℃以上
に再加熱後に行なわれる。これは不純物が完全に固溶し
偏析するのを防ぐためである。
【0009】圧下率を5%以上とするのは圧下率が小さ
いと適当な厚さを得るのに必要な圧延回数が多くなり無
駄であるためであり、20%未満とするのは圧延機の限
界であるためである。
【0010】圧延の最終パスの入り側で830〜850
℃とするのは圧延による加工フェライトを生成しないた
めである。すなわちこの温度で圧延をやめておけば約8
20℃の変態により圧延により導入された転位が消滅す
るからである。また570〜630℃まで空冷した後巻
き取り徐冷するのは、組織をフェライト−パーライトに
し、かつ十分な析出物を得るためである。
【0011】次に各化学成分について含有量の範囲を定
めた理由を説明する。Cは高張力鋼として必要な強度を
確保するため0.02%以上は必要である。しかし多量
のC量はパーライトを多くするため引張強度の上昇には
なってもは疲労強度の上昇には寄与しない。したがって
0.07%以下にすることが望ましいことが基礎試験に
よって判明した。
【0012】Siは固溶強化元素であり、引張、疲労両
者の強度を高めるのにきわめて効果的な元素である。そ
のため0.05%以上は必要である。しかし表面性状を
損なうため1.5%を上限とした。
【0013】Mnは強度を確保することの他に、パーラ
イト粒の微細分散化、あるいはパーライトの形成抑制に
より局部延性の向上に寄与する。かかる効果をあげるた
めに0.5%以上の含有量が必要であり、一方製鋼の容
易性と経済性を考えて含有量の上限値を4.0%とし
た。
【0014】Alは脱酸材として添加されるが、過度の
添加は非金属介在物を形成するのでsol.Al含有量
として0.10%までにとどめる必要がある。SはMn
と結合して非金属介在物を形成するのでできるだけ少な
い方がよい。0.015%は許容上限値である。
【0015】Nはそれ自体は固溶強化元素であるが、特
にTiがあると引張強度、疲労強度いずれにも寄与しな
いTiNが析出する。したがって出来るだけ少ないこと
が望ましいが、現状の製鋼技術、コストを考えて0.0
06%以下とする。
【0016】Nb、Tiは引張強度向上のみならず疲労
限度を著しく高めるためきわめて重要な元素である。T
iについては、ある一定の量は鋼中のNと結合するため
0.02%は必要である。しかし、過度に添加する必要
はなく、Nbは0.05%まで、Tiは0.07%まで
で十分である。これ以上添加しても引張強度、疲労強度
が変化しないことが明らかになった。
【0017】なおホイール用熱延鋼板として500〜7
50MPaの強度が必要である。このために以下の式で
与えられる成分が必要である。
【数2】 0.20<C+0.14×Si+5.7×(Max(Ti−0.02,0)+Nb)<0.55 また、この条件を満たすとき疲労強度も十分高くなるこ
とが基礎試験により明らかになった。
【0018】
【実施例】本発明による熱延鋼板が高い疲労強度を持つ
ことを実証するため圧延条件および化学成分を変えた1
6種類の供試材を用いて疲労試験を行った。供試材の化
学成分を表1に、供試材の製造条件、機械的性質、パー
ライト体積率および疲労試験の結果を表2に示す。
【0019】
【表1】
【0020】
【表2】
【0021】表1、2に示す供試材のうち本発明の特許
請求の範囲に含まれるものはマーク1〜5である。マー
ク7、8はCが高すぎ、マーク9はSiが高すぎ、マー
ク10はTiが高すぎ、マーク11はNbが高すぎ、マ
ーク12はNが高ずぎ、マーク13は最終圧延温度が低
すぎ、マーク14はフェライトーベイナイト組織、マー
ク15は巻き取り温度が高すぎ、マーク16は巻き取り
温度が低すぎる。またマーク6、12〜15はいずれも
式(1)の条件を満たしていない。疲労強度は図1に示
す試験片を用いて行った。試験は荷重制御完全両振り軸
力にて行った。
【0022】疲労試験結果において、本願特許請求範囲
に記載の構成用件を満たしているマーク1〜5はいずれ
も500MPa以上の十分な引張強度と0.6以上の高
い耐久比を有する。マーク6はCが低すぎマーク6,1
2,15、16は必要な引張強度に達していない。マー
ク7,8はいずれも耐久比が低い。マーク9は疲労強度
は高いが、製造過程に於いて島状スケールが多量に発生
し実用上好ましくない。またマーク10,11も高い疲
労強度、耐久比を示しているが低いNb、Ti添加量
(それぞれマーク2、3)の場合に比べると経済的に無
駄な処置である。また本願特許請求範囲の構成範囲を満
たしている1〜5のうちマーク5は耐久比がやや落ちる
がこれはCが多めであるためと考えられる。すなわちよ
り高い耐久比を得るためには本願請求範囲を満たしたう
えでCができるだけ少なくすることが望ましい。
【0023】
【発明の効果】以上詳述したごとく本発明方法の実施に
より、極めて高い疲労強度、耐久比を有する熱延鋼板を
製造することが可能になる。また本発明方法の実施によ
り製造された鋼板を用いることにより、従来の製品製造
工程のままで自動車用ホイールなどの高い繰り返し荷重
を受ける構造部材の疲労強度を高めることが可能になっ
た。
【図面の簡単な説明】
【図1】 疲労試験に使用する試験片の形状を示す図で
ある。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%でC:0.02〜0.07%、S
    i:0.05〜1.5%、Mn:0.5〜4.0%、s
    ol.Al:0.10%以下、N:0.006%以下、
    Ti:0.02〜0.07%,Nb:0.02〜0.0
    5%を含み、かつ下記の式を満足するものである、残部
    が鉄および不可避不純物である化学成分を有しかつ組織
    がフェライトと面積率10%以下のパーライトの混合組
    織であることを特徴とする疲労強度の高い熱延鋼板。 【数1】 0.20<C+0.14×Si+5.7×(Max(Ti−0.02,0)+Nb)<0.55
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の化学成分を有する鋼片
    を、鋳造後直後あるいは1100℃以上に再加熱した
    後、連続熱間圧延の最終パスの入り側温度が830〜8
    50℃、圧下率が5〜20%である条件で熱間圧延を終
    了し、空冷にて冷却し、570〜630℃で巻き取るこ
    とを特徴とする請求項1記載の熱延鋼板の製造方法。
JP35875691A 1991-12-31 1991-12-31 疲労強度の優れた熱延鋼板およびその製造方法 Pending JPH05179397A (ja)

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