JPH0741841A - 鋼材の強化方法 - Google Patents
鋼材の強化方法Info
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- JPH0741841A JPH0741841A JP20554093A JP20554093A JPH0741841A JP H0741841 A JPH0741841 A JP H0741841A JP 20554093 A JP20554093 A JP 20554093A JP 20554093 A JP20554093 A JP 20554093A JP H0741841 A JPH0741841 A JP H0741841A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 鋼材を熱歪等の問題を生じることなく高強度
化すること 【構成】 鋼材にレーザを照射しつつ、該レーザ照射部
に炭素微粉末を供給することにより、レーザ照射により
形成される溶融部に炭素を添加し、炭素が富化され焼入
れ組織となったビード状の溶融凝固部を形成する。ま
た、強度を効果的に高め且つ熱歪の発生を抑えるため
に、好ましくは溶融部のアスペクト比（溶け込み深さＨ
／溶け込み幅Ｗ）を０．５以上とする。
化すること 【構成】 鋼材にレーザを照射しつつ、該レーザ照射部
に炭素微粉末を供給することにより、レーザ照射により
形成される溶融部に炭素を添加し、炭素が富化され焼入
れ組織となったビード状の溶融凝固部を形成する。ま
た、強度を効果的に高め且つ熱歪の発生を抑えるため
に、好ましくは溶融部のアスペクト比（溶け込み深さＨ
／溶け込み幅Ｗ）を０．５以上とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、鋼材を熱歪等の問題を
生じることなく高強度化するための方法に関する。ここ
で、鋼材とは、鋼板その他の未加工材およびこれらをプ
レス等により加工した加工材を含むものである。
生じることなく高強度化するための方法に関する。ここ
で、鋼材とは、鋼板その他の未加工材およびこれらをプ
レス等により加工した加工材を含むものである。
【従来の技術】近年プレス成形品の高強度化・軽量化の
要請は益々高まる傾向にあるが、高強度材は形状凍結性
等の面で問題を生じるため、材料自体の高強度化には限
界がある。プレス成形品の強度は薄鋼板を複雑な形状に
プレス加工することにより向上させることができる。し
かし、炭素鋼板を必要な強度が得られるような複雑な形
状にプレス加工するには、衝撃液圧成形法や爆発成形法
等の高エネルギー速度加工法を用いる必要があり、これ
らの加工方法は生産性が低く、コスト高を招くという欠
点がある。
要請は益々高まる傾向にあるが、高強度材は形状凍結性
等の面で問題を生じるため、材料自体の高強度化には限
界がある。プレス成形品の強度は薄鋼板を複雑な形状に
プレス加工することにより向上させることができる。し
かし、炭素鋼板を必要な強度が得られるような複雑な形
状にプレス加工するには、衝撃液圧成形法や爆発成形法
等の高エネルギー速度加工法を用いる必要があり、これ
らの加工方法は生産性が低く、コスト高を招くという欠
点がある。
【０００２】一方、軽量でしかも強度の高いプレス成形
品を得る技術として、薄鋼板等のプレス成形品にレーザ
やプラズマ等の高密度エネルギーを照射して線状に溶融
し、この溶融部分を焼入れ組織（焼入れ硬化部）とする
ことにより、プレス成形品の強度を向上させる技術が、
特開平４−７２０１０号として提案されている。この技
術は焼入れ硬化能の高い材料、すなわち通常炭素含有量
が０．０５ｗｔ％以上の材料に適用でき、熱歪による形
状不良等の問題から通常の焼入処理ができない薄鋼板の
プレス成形品の強度を高め、軽量でしかも強度の高いプ
レス成形品を得ることができる。
品を得る技術として、薄鋼板等のプレス成形品にレーザ
やプラズマ等の高密度エネルギーを照射して線状に溶融
し、この溶融部分を焼入れ組織（焼入れ硬化部）とする
ことにより、プレス成形品の強度を向上させる技術が、
特開平４−７２０１０号として提案されている。この技
術は焼入れ硬化能の高い材料、すなわち通常炭素含有量
が０．０５ｗｔ％以上の材料に適用でき、熱歪による形
状不良等の問題から通常の焼入処理ができない薄鋼板の
プレス成形品の強度を高め、軽量でしかも強度の高いプ
レス成形品を得ることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】鋼材の焼入れ硬化能
は、一般に炭素当量（例えば、Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｓｉ／２４
＋Ｍｎ／６）によって規定されるが、上記のレーザ処理
材の強度上昇も焼入れ硬化能と同様に炭素当量によって
支配される。上記特開平４−７２０１０号によれば、例
えば、炭素含有量が０．０５ｗｔ％の鋼材を用いて、長
さ方向に平行に３本のレーザ焼入れ硬化部を形成したＪ
ＩＳ５号試験片の引張強度は、未処理試験片に対して約
２０％の強度上昇が認められる。しかし、炭素含有量の
低い鋼材、例えば炭素含有量が０．０３ｗｔ％の鋼材で
は、上記と同様のレーザ焼入れ硬化部を形成したＪＩＳ
５号試験片は、未処理試験片に対して僅か２％程度の強
度上昇が認められるに過ぎない。このように特開平４−
７２０１０号の技術は、炭素含有量が比較的低い材料で
は強度増加率が低く、事実上適用できないという問題が
ある。また、炭素含有量が高い鋼材でも強度増加率は高
々２０％程度であり、それ以上の高強度化は達成できな
い。
は、一般に炭素当量（例えば、Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｓｉ／２４
＋Ｍｎ／６）によって規定されるが、上記のレーザ処理
材の強度上昇も焼入れ硬化能と同様に炭素当量によって
支配される。上記特開平４−７２０１０号によれば、例
えば、炭素含有量が０．０５ｗｔ％の鋼材を用いて、長
さ方向に平行に３本のレーザ焼入れ硬化部を形成したＪ
ＩＳ５号試験片の引張強度は、未処理試験片に対して約
２０％の強度上昇が認められる。しかし、炭素含有量の
低い鋼材、例えば炭素含有量が０．０３ｗｔ％の鋼材で
は、上記と同様のレーザ焼入れ硬化部を形成したＪＩＳ
５号試験片は、未処理試験片に対して僅か２％程度の強
度上昇が認められるに過ぎない。このように特開平４−
７２０１０号の技術は、炭素含有量が比較的低い材料で
は強度増加率が低く、事実上適用できないという問題が
ある。また、炭素含有量が高い鋼材でも強度増加率は高
々２０％程度であり、それ以上の高強度化は達成できな
い。
【０００４】本発明はこのような従来の問題に鑑みなさ
れたもので、鋼材をその炭素含有量に応じて、しかも熱
歪等の問題を生じることなく高強度化することができ、
従来にも増して軽量且つ高強度の鋼材を得ることを可能
にする方法を提供しようとするものである。
れたもので、鋼材をその炭素含有量に応じて、しかも熱
歪等の問題を生じることなく高強度化することができ、
従来にも増して軽量且つ高強度の鋼材を得ることを可能
にする方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るため、本発明はレーザ照射による鋼材の溶融部に外部
から炭素を添加することにより、炭素鋼或いは高炭素鋼
を焼入れした場合に得られると同様の焼入れ組織を有す
る溶融凝固部を形成することで鋼材の高強度化を図ろう
とするものである。
るため、本発明はレーザ照射による鋼材の溶融部に外部
から炭素を添加することにより、炭素鋼或いは高炭素鋼
を焼入れした場合に得られると同様の焼入れ組織を有す
る溶融凝固部を形成することで鋼材の高強度化を図ろう
とするものである。
【０００５】すなわち本発明は、鋼材にレーザを照射し
つつ、該レーザ照射部に炭素微粉末を供給することによ
り、レーザ照射により形成される溶融部に炭素を添加
し、炭素が富化されたビード状の溶融凝固部を形成する
ことを特徴とする鋼材の強化方法である。本発明法にお
けるレーザ照射は、強度を効果的に高め且つ熱歪の発生
を抑えるために比較的深溶込みの溶融形状となるように
実施すること、特に、溶融部のアスペクト比（溶け込み
深さＨ／溶け込み幅Ｗ）が０．５以上になるように実施
することが好ましい。
つつ、該レーザ照射部に炭素微粉末を供給することによ
り、レーザ照射により形成される溶融部に炭素を添加
し、炭素が富化されたビード状の溶融凝固部を形成する
ことを特徴とする鋼材の強化方法である。本発明法にお
けるレーザ照射は、強度を効果的に高め且つ熱歪の発生
を抑えるために比較的深溶込みの溶融形状となるように
実施すること、特に、溶融部のアスペクト比（溶け込み
深さＨ／溶け込み幅Ｗ）が０．５以上になるように実施
することが好ましい。
【０００６】レーザとしては、ＣＯ2レーザ、ＣＯレー
ザ、Ｎｄ−ＹＡＧレーザ、ガラスレーザ、エキシマレー
ザ等、熱加工に使用できる任意のレーザ方式を適用でき
る。レーザ照射部に供給する炭素微粉末の粒径には基本
的な制約はないが、粒径が５０μｍを超えるとレーザ照
射条件によっては溶融部内に未溶融の炭素が残存し、溶
融凝固部の延性等を著しく低下させる場合があり、この
ため、使用する炭素微粉末は５０μｍ以下の粒径のもの
が好ましい。また、炭素微粉末を溶融部に送給するキャ
リアガスに特に限定はないが、通常、Ａｒ、Ｈｅ等の希
ガスや窒素等が使用できる。炭素微粉末のキャリアガス
の供給方法としては、レーザビームと同軸にガスを供給
するセンターガス方式のセンターガス（またはその一
部）として供給するのが比較的容易であるが、レーザ照
射部（キーホール）内に炭素微粉末とそのキャリアガス
を供給できる方式であればその方法は問わない。
ザ、Ｎｄ−ＹＡＧレーザ、ガラスレーザ、エキシマレー
ザ等、熱加工に使用できる任意のレーザ方式を適用でき
る。レーザ照射部に供給する炭素微粉末の粒径には基本
的な制約はないが、粒径が５０μｍを超えるとレーザ照
射条件によっては溶融部内に未溶融の炭素が残存し、溶
融凝固部の延性等を著しく低下させる場合があり、この
ため、使用する炭素微粉末は５０μｍ以下の粒径のもの
が好ましい。また、炭素微粉末を溶融部に送給するキャ
リアガスに特に限定はないが、通常、Ａｒ、Ｈｅ等の希
ガスや窒素等が使用できる。炭素微粉末のキャリアガス
の供給方法としては、レーザビームと同軸にガスを供給
するセンターガス方式のセンターガス（またはその一
部）として供給するのが比較的容易であるが、レーザ照
射部（キーホール）内に炭素微粉末とそのキャリアガス
を供給できる方式であればその方法は問わない。
【０００７】
【作用】本発明の作用を図１に基づき説明する。図１は
炭素微粉末とキャリアガスをセンターガス方式でレーザ
照射部に供給する場合の例を示している。集光レンズ１
（例えば、ＺｎＳｅレンズ）で集光したレーザビーム２
（通常、エネルギー密度：１０4〜１０7Ｗ／ｃｍ2）を
鋼材３に照射すると、照射部は瞬時に溶融・蒸発し、キ
ーホール４と呼ばれる溶融孔を形成する。このキーホー
ル４内は鋼を構成する主な原子である鉄の蒸発粒子と励
起・電離状態にある鉄原子から構成されており、その温
度は５０００℃〜１００００℃にも達する。通常、キャ
リアガス（センターガス）としてはＡｒ、Ｈｅ等の希ガ
スが用いられ、このキャリアガスにノズル部に設けられ
た供給孔８から炭素微粉末７が供給される。供給された
炭素微粉末７はキーホール４内で励起状態の炭素とな
り、溶融部６に侵入する。
炭素微粉末とキャリアガスをセンターガス方式でレーザ
照射部に供給する場合の例を示している。集光レンズ１
（例えば、ＺｎＳｅレンズ）で集光したレーザビーム２
（通常、エネルギー密度：１０4〜１０7Ｗ／ｃｍ2）を
鋼材３に照射すると、照射部は瞬時に溶融・蒸発し、キ
ーホール４と呼ばれる溶融孔を形成する。このキーホー
ル４内は鋼を構成する主な原子である鉄の蒸発粒子と励
起・電離状態にある鉄原子から構成されており、その温
度は５０００℃〜１００００℃にも達する。通常、キャ
リアガス（センターガス）としてはＡｒ、Ｈｅ等の希ガ
スが用いられ、このキャリアガスにノズル部に設けられ
た供給孔８から炭素微粉末７が供給される。供給された
炭素微粉末７はキーホール４内で励起状態の炭素とな
り、溶融部６に侵入する。
【０００８】このようにレーザ照射による溶融部には炭
素が富化されしかも溶融部が急速に凝固・冷却されるた
め、炭素鋼或いは高炭素鋼を焼入れした場合に得られる
と同様の焼入れ組織を有する溶融凝固部が形成され、こ
の溶融凝固部は硬さおよび強度が母材に較べて大幅に増
加する。したがって、少なくとも強度が必要とされる鋼
材の部位に対して、上記レーザ照射を適当な間隔で線状
に実施すれば、当該部位に焼入れ組織を有する線状の溶
融凝固部が形成され、その部位の強度を著しく増加させ
ることができる。また、鋼材全体に対して上記レーザ照
射を適当な間隔で線状に実施すれば、鋼材全体の強度を
上昇させ得ることは言うまでもない。通常、上記溶融凝
固部はすじ状または格子状等に適当な間隔で形成され
る。
素が富化されしかも溶融部が急速に凝固・冷却されるた
め、炭素鋼或いは高炭素鋼を焼入れした場合に得られる
と同様の焼入れ組織を有する溶融凝固部が形成され、こ
の溶融凝固部は硬さおよび強度が母材に較べて大幅に増
加する。したがって、少なくとも強度が必要とされる鋼
材の部位に対して、上記レーザ照射を適当な間隔で線状
に実施すれば、当該部位に焼入れ組織を有する線状の溶
融凝固部が形成され、その部位の強度を著しく増加させ
ることができる。また、鋼材全体に対して上記レーザ照
射を適当な間隔で線状に実施すれば、鋼材全体の強度を
上昇させ得ることは言うまでもない。通常、上記溶融凝
固部はすじ状または格子状等に適当な間隔で形成され
る。
【０００９】また、溶融部のアスペクト比（溶け込み深
さＨ／溶け込み幅Ｗ）を０．５以上とすることにより、
強度をより効果的に高め、しかも熱歪の発生を効果的に
抑えることができる。溶融凝固部の硬さおよび鋼材の強
度は炭素微粉末の供給量を調整することにより制御でき
るが、レーザ出力および処理速度を一定とした場合に
は、ノズル高さやノズル直径或いは使用すべきキャリア
ガスの種類や流量によっても調整できる。また、鋼材の
強度は上述した炭素微粉末やキャリアガスの供給条件等
だけでなく、溶融凝固部の間隔等を選択することによっ
ても調整できる。
さＨ／溶け込み幅Ｗ）を０．５以上とすることにより、
強度をより効果的に高め、しかも熱歪の発生を効果的に
抑えることができる。溶融凝固部の硬さおよび鋼材の強
度は炭素微粉末の供給量を調整することにより制御でき
るが、レーザ出力および処理速度を一定とした場合に
は、ノズル高さやノズル直径或いは使用すべきキャリア
ガスの種類や流量によっても調整できる。また、鋼材の
強度は上述した炭素微粉末やキャリアガスの供給条件等
だけでなく、溶融凝固部の間隔等を選択することによっ
ても調整できる。
【００１０】本発明が対象とする鋼材には一般の炭素鋼
材、極低炭素鋼材が含まれ、また、必要に応じてＭｎ，
Ｓｉ，Ｐにより強化した鋼材、粒界強化のためにＢを添
加した鋼材、Ｔｉ，Ｎｂにより侵入型元素の少なくとも
一部を固定した極低炭素鋼材等、あらゆる種類の鋼材が
含まれる。また、鋼材（加工材、未加工材）の種類も鋼
板に限らず、管、条材、線材等のあらゆる種類のものに
適用することができる。また、表面にめっき（電気めっ
きまたは溶融めっき等）を施した鋼板等の鋼材にも適用
でき、めっきの種類は問わない。
材、極低炭素鋼材が含まれ、また、必要に応じてＭｎ，
Ｓｉ，Ｐにより強化した鋼材、粒界強化のためにＢを添
加した鋼材、Ｔｉ，Ｎｂにより侵入型元素の少なくとも
一部を固定した極低炭素鋼材等、あらゆる種類の鋼材が
含まれる。また、鋼材（加工材、未加工材）の種類も鋼
板に限らず、管、条材、線材等のあらゆる種類のものに
適用することができる。また、表面にめっき（電気めっ
きまたは溶融めっき等）を施した鋼板等の鋼材にも適用
でき、めっきの種類は問わない。
【００１１】
〔実施例１〕素材鋼板の成分組成がＣ：０．０１〜０．
２０ｗｔ％、Ｓｉ：０．０２ｗｔ％、Ｍｎ：０．６９ｗ
ｔ％で、板厚が１．４ｍｍの合金化溶融亜鉛めっき鋼板
に対し、ＣＯ2レーザを用いて線状のレーザ照射を実施
した。本発明例ではセンターガス中に炭素微粉末を供給
してレーザ照射を実施し、一方、比較例ではセンターガ
ス中に炭素微粉末を供給することなくレーザ照射を実施
した。レーザ照射条件は以下の通りである。 レーザ出力：３．０ｋＷ 処理速度：３ｍ／ｍｉｎ 集光レンズの焦点距離：２５４ｍｍ 焦点位置：−０．５ｍｍ アスペクト比：１．４ ノズル直径：３ｍｍ ノズル高さ：５ｍｍ センターガスの種類：Ａｒ センターガス流量：１０ ｌ／ｍｉｎ 炭素微粉末の供給量：２ｇ／ｍｉｎ
２０ｗｔ％、Ｓｉ：０．０２ｗｔ％、Ｍｎ：０．６９ｗ
ｔ％で、板厚が１．４ｍｍの合金化溶融亜鉛めっき鋼板
に対し、ＣＯ2レーザを用いて線状のレーザ照射を実施
した。本発明例ではセンターガス中に炭素微粉末を供給
してレーザ照射を実施し、一方、比較例ではセンターガ
ス中に炭素微粉末を供給することなくレーザ照射を実施
した。レーザ照射条件は以下の通りである。 レーザ出力：３．０ｋＷ 処理速度：３ｍ／ｍｉｎ 集光レンズの焦点距離：２５４ｍｍ 焦点位置：−０．５ｍｍ アスペクト比：１．４ ノズル直径：３ｍｍ ノズル高さ：５ｍｍ センターガスの種類：Ａｒ センターガス流量：１０ ｌ／ｍｉｎ 炭素微粉末の供給量：２ｇ／ｍｉｎ
【００１２】レーザ照射によって得られらビード状の溶
融凝固部のマイクロビッカース硬さＨｖ（測定荷重５０
ｇｆ）を測定した。また、各試験条件により図２に示す
ようなＪＩＳ５号試験片に３本のビード状の溶融凝固部
を引張方向と平行に形成させたものを作成し、各試験片
の引張強さを測定した。図３に鋼板（母材）の炭素含有
量と溶融凝固部のマイクロビッカース硬さＨｖの関係を
示す。これによれば、炭素微粉末の供給の有無に関係な
く母材の炭素含有量が多いほど溶融凝固部のマイクロビ
ッカース硬さは高くなるが、炭素微粉末を供給した場合
には炭素微粉末を供給しない場合に較べてマイクロビッ
カース硬さが数十〜１００程度高くなっている。
融凝固部のマイクロビッカース硬さＨｖ（測定荷重５０
ｇｆ）を測定した。また、各試験条件により図２に示す
ようなＪＩＳ５号試験片に３本のビード状の溶融凝固部
を引張方向と平行に形成させたものを作成し、各試験片
の引張強さを測定した。図３に鋼板（母材）の炭素含有
量と溶融凝固部のマイクロビッカース硬さＨｖの関係を
示す。これによれば、炭素微粉末の供給の有無に関係な
く母材の炭素含有量が多いほど溶融凝固部のマイクロビ
ッカース硬さは高くなるが、炭素微粉末を供給した場合
には炭素微粉末を供給しない場合に較べてマイクロビッ
カース硬さが数十〜１００程度高くなっている。
【００１３】図４に鋼板（母材）の炭素含有量とＪＩＳ
５号試験片による引張強さおよび未処理材に対する強度
増加率との関係を示す。これによれば、図３に示される
結果と同様、炭素微粉末の供給の有無に関係なく母材の
炭素含有量が多いほど引張強さが高くなるが、炭素微粉
末を供給した場合には炭素微粉末を供給しない場合に較
べて強度増加率が高くなっている。炭素含有量が０．０
３ｗｔ％の鋼板では、炭素微粉末を供給しない場合には
強度増加率は僅かに２％程度であるが、炭素微粉末を供
給した場合には強度増加率は約２０％である。また、炭
素含有量が０．０５ｗｔ％の鋼板について炭素微粉末を
供給した場合には、強度増加率は約２５％にも達してい
る。このように炭素微粉末を供給することにより炭素が
溶融凝固部に侵入し、凝固組織が母材に較べて高炭素の
マルテンサイト組織となることで硬度と引張強さが増加
したことが判る。
５号試験片による引張強さおよび未処理材に対する強度
増加率との関係を示す。これによれば、図３に示される
結果と同様、炭素微粉末の供給の有無に関係なく母材の
炭素含有量が多いほど引張強さが高くなるが、炭素微粉
末を供給した場合には炭素微粉末を供給しない場合に較
べて強度増加率が高くなっている。炭素含有量が０．０
３ｗｔ％の鋼板では、炭素微粉末を供給しない場合には
強度増加率は僅かに２％程度であるが、炭素微粉末を供
給した場合には強度増加率は約２０％である。また、炭
素含有量が０．０５ｗｔ％の鋼板について炭素微粉末を
供給した場合には、強度増加率は約２５％にも達してい
る。このように炭素微粉末を供給することにより炭素が
溶融凝固部に侵入し、凝固組織が母材に較べて高炭素の
マルテンサイト組織となることで硬度と引張強さが増加
したことが判る。
【００１４】〔実施例２〕成分組成がＣ：０．０５ｗｔ
％、Ｓｉ：０．１１ｗｔ％、Ｍｎ：１．６５ｗｔ％で板
厚１．６ｍｍの冷延鋼板に、センターガスとしてＡｒを
用いＮｄ−ＹＡＧレーザにより線状のレーザ照射を実施
した。本発明例ではセンターガス中に炭素微粉末を供給
してレーザ照射を実施し、一方、比較例ではセンターガ
ス中に炭素微粉末を供給することなくレーザ照射を実施
した。
％、Ｓｉ：０．１１ｗｔ％、Ｍｎ：１．６５ｗｔ％で板
厚１．６ｍｍの冷延鋼板に、センターガスとしてＡｒを
用いＮｄ−ＹＡＧレーザにより線状のレーザ照射を実施
した。本発明例ではセンターガス中に炭素微粉末を供給
してレーザ照射を実施し、一方、比較例ではセンターガ
ス中に炭素微粉末を供給することなくレーザ照射を実施
した。
【００１５】本実施例ではレーザビーム径を０．４〜８
ｍｍの範囲で変え、溶融凝固部のアスペクト比（溶け込
み深さＨ／溶け込み幅Ｗ）が異なる試験片を作成し、そ
れらの引張強さ、熱歪およびマイクロビッカース硬さＨ
ｖ（測定荷重５０ｇｆ）を測定した。引張試験は、ＪＩ
Ｓ５号試験片に図２に示すような３本の線状の溶融凝固
部を形成して行った。また、熱歪の測定は３００（ｌ）
×２５（ｗ）ｍｍの試験片に３本の溶融凝固部を形成し
て試験片の長手方向での反り量（ｈ）を測定し、ｈ／ｌ
×１００（％）で評価した。なお、レーザ照射条件は以
下の通りである。 レーザ出力：２．５ｋＷ 処理速度：３ｍ／ｍｉｎ 集光レンズの焦点距離：１２７ｍｍ 焦点位置：０〜２０ｍｍ 鋼板上でのレーザビーム径：０．４〜８ｍｍ ノズル直径：５ｍｍ ノズル高さ：７〜２７ｍｍ センターガスの種類：Ａｒ センターガス流量：２０ ｌ／ｍｉｎ 炭素微粉末の供給量：５ｇ／ｍｉｎ
ｍｍの範囲で変え、溶融凝固部のアスペクト比（溶け込
み深さＨ／溶け込み幅Ｗ）が異なる試験片を作成し、そ
れらの引張強さ、熱歪およびマイクロビッカース硬さＨ
ｖ（測定荷重５０ｇｆ）を測定した。引張試験は、ＪＩ
Ｓ５号試験片に図２に示すような３本の線状の溶融凝固
部を形成して行った。また、熱歪の測定は３００（ｌ）
×２５（ｗ）ｍｍの試験片に３本の溶融凝固部を形成し
て試験片の長手方向での反り量（ｈ）を測定し、ｈ／ｌ
×１００（％）で評価した。なお、レーザ照射条件は以
下の通りである。 レーザ出力：２．５ｋＷ 処理速度：３ｍ／ｍｉｎ 集光レンズの焦点距離：１２７ｍｍ 焦点位置：０〜２０ｍｍ 鋼板上でのレーザビーム径：０．４〜８ｍｍ ノズル直径：５ｍｍ ノズル高さ：７〜２７ｍｍ センターガスの種類：Ａｒ センターガス流量：２０ ｌ／ｍｉｎ 炭素微粉末の供給量：５ｇ／ｍｉｎ
【００１６】センターガスに炭素微粉末を供給した供試
材の未処理材に対する強度増加率および熱歪とアスペク
ト比との関係を図５に示す。これによれば、アスペクト
比０．５未満の表面溶融タイプの溶融凝固部を有する鋼
板では強度増加率が相対的に小さいのに対し、アスペク
ト比が０．５以上になると強度増加率が大きくなってい
る。また、アスペクト比０．５未満の表面溶融タイプで
は熱歪による変形が大きいのに対し、アスペクト比０．
５以上の深溶込みタイプでは熱変形が適切に抑えられて
いる。
材の未処理材に対する強度増加率および熱歪とアスペク
ト比との関係を図５に示す。これによれば、アスペクト
比０．５未満の表面溶融タイプの溶融凝固部を有する鋼
板では強度増加率が相対的に小さいのに対し、アスペク
ト比が０．５以上になると強度増加率が大きくなってい
る。また、アスペクト比０．５未満の表面溶融タイプで
は熱歪による変形が大きいのに対し、アスペクト比０．
５以上の深溶込みタイプでは熱変形が適切に抑えられて
いる。
【００１７】従来、金属材の機械特性や耐熱性等の改善
を目的としてレーザ照射を利用した表面改質技術が知ら
れ、これらの技術では金属材をＡｃ3点直上の温度に加
熱するか或いは溶融させている。しかし、これら従来の
技術はいずれも金属材の表面近傍を薄く処理するだけで
あり、溶融させる場合でも表面溶融タイプのレーザ処理
であって、そのレーザ処理層のアスペクト比は０．５未
満である。上記の試験結果によれば、このようなアスペ
クト比０．５未満の表面溶融タイプのレーザ処理では本
発明法としての一応の効果は得られるものの、鋼材の高
強度化および熱歪の抑制が必ずしも十分でなく、高強度
化および熱歪の抑制を効果的に達成するためにはアスペ
クト比を０．５以上とすることが好ましいことが判る。
を目的としてレーザ照射を利用した表面改質技術が知ら
れ、これらの技術では金属材をＡｃ3点直上の温度に加
熱するか或いは溶融させている。しかし、これら従来の
技術はいずれも金属材の表面近傍を薄く処理するだけで
あり、溶融させる場合でも表面溶融タイプのレーザ処理
であって、そのレーザ処理層のアスペクト比は０．５未
満である。上記の試験結果によれば、このようなアスペ
クト比０．５未満の表面溶融タイプのレーザ処理では本
発明法としての一応の効果は得られるものの、鋼材の高
強度化および熱歪の抑制が必ずしも十分でなく、高強度
化および熱歪の抑制を効果的に達成するためにはアスペ
クト比を０．５以上とすることが好ましいことが判る。
【００１８】本実施例中の代表的な処理例と変態焼入れ
処理を行った例について、熱歪、マイクロビッカース硬
さＨｖおよび強度増加率の結果を表１に示す。同表によ
れば、センターガスに炭素微粉末を供給した場合には、
深溶込み溶融および表面溶融いずれのタイプにおいても
大幅な硬度の増加が認められるが、表面溶融タイプでは
溶融体積が十分でないため、深溶込み溶融タイプに比較
して強度増加率が小さく、しかも、熱歪みも大きくなっ
ている。
処理を行った例について、熱歪、マイクロビッカース硬
さＨｖおよび強度増加率の結果を表１に示す。同表によ
れば、センターガスに炭素微粉末を供給した場合には、
深溶込み溶融および表面溶融いずれのタイプにおいても
大幅な硬度の増加が認められるが、表面溶融タイプでは
溶融体積が十分でないため、深溶込み溶融タイプに比較
して強度増加率が小さく、しかも、熱歪みも大きくなっ
ている。
【００１９】
【表１】
【００２０】
【発明の効果】以上述べた本発明によれば、炭素鋼材、
極低炭素鋼材の別を問わず鋼材の強度を効果的に高める
ことができ、従来にも増して軽量且つ高強度の鋼材を得
ることが可能となる。また、特にアスペクト比が０．５
以上の深溶込み溶融部が形成されるようなレーザ照射条
件とすることにより、強度をより効果的に高めることが
できるとともに、形状不良等の原因となる熱歪みの発生
を効果的に抑えることができ、より高強度でしかも寸法
精度の高い鋼材を得ることができる。
極低炭素鋼材の別を問わず鋼材の強度を効果的に高める
ことができ、従来にも増して軽量且つ高強度の鋼材を得
ることが可能となる。また、特にアスペクト比が０．５
以上の深溶込み溶融部が形成されるようなレーザ照射条
件とすることにより、強度をより効果的に高めることが
できるとともに、形状不良等の原因となる熱歪みの発生
を効果的に抑えることができ、より高強度でしかも寸法
精度の高い鋼材を得ることができる。
【図１】本発明の実施状況の一例を示す説明図
【図２】本発明の実施例の引張試験に用いた試験片を示
す平面図
す平面図
【図３】センターガスに炭素微粉末を供給した場合とし
ない場合について、母材の炭素含有量と溶融凝固部のマ
イクロビッカース硬さＨｖとの関係を示すグラフ
ない場合について、母材の炭素含有量と溶融凝固部のマ
イクロビッカース硬さＨｖとの関係を示すグラフ
【図４】センターガスに炭素微粉末を供給した場合とし
ない場合について、母材の炭素含有量と試験片の引張強
さおよび未処理材に対する強度増加率との関係を示すグ
ラフ
ない場合について、母材の炭素含有量と試験片の引張強
さおよび未処理材に対する強度増加率との関係を示すグ
ラフ
【図５】レーザ照射による溶融部のアスペクト比と試験
片の未処理材に対する強度増加率および熱歪との関係を
示すグラフ
片の未処理材に対する強度増加率および熱歪との関係を
示すグラフ
１…集光レンズ、２…レーザビーム、３…鋼材、４…キ
ーホール、５…キャリアガス、６…溶融部、７…炭素微
粉末、８…供給孔
ーホール、５…キャリアガス、６…溶融部、７…炭素微
粉末、８…供給孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 樺沢 真事 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 真保 幸雄 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 津山 青史 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 角田 浩之 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 鋼材にレーザを照射しつつ、該レーザ照
射部に炭素微粉末を供給することにより、レーザ照射に
より形成される溶融部に炭素を添加し、炭素が富化され
たビード状の溶融凝固部を形成することを特徴とする鋼
材の強化方法。 - 【請求項２】 レーザ照射による溶融部のアスペクト比
が０．５以上である請求項１に記載の鋼材の強化方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05205540A JP3091059B2 (ja) | 1993-07-29 | 1993-07-29 | 鋼材の強化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05205540A JP3091059B2 (ja) | 1993-07-29 | 1993-07-29 | 鋼材の強化方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0741841A true JPH0741841A (ja) | 1995-02-10 |
| JP3091059B2 JP3091059B2 (ja) | 2000-09-25 |
Family
ID=16508589
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05205540A Expired - Fee Related JP3091059B2 (ja) | 1993-07-29 | 1993-07-29 | 鋼材の強化方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3091059B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102011114555A1 (de) | 2011-09-30 | 2013-04-04 | Thyssenkrupp Tailored Blanks Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zumVerbindungsschweißen von beschichteten Blechen |
| DE102013101953A1 (de) | 2013-02-27 | 2014-08-28 | Wisco Lasertechnik Gmbh | Verfahren zum Aneinanderfügen von mit einer metallischen Beschichtung versehenen Platinen oder Bändern aus Stahl durch Laserstrahlschweißen |
| US9114442B2 (en) | 2010-06-17 | 2015-08-25 | Inventive Solutions, Llc | Hand-held tank for cleaning chandeliers |
| JP2015525677A (ja) * | 2012-06-29 | 2015-09-07 | シロー インダストリーズ インコーポレイテッド | 溶接ブランクアセンブリおよび方法 |
| US9956636B2 (en) | 2013-03-14 | 2018-05-01 | Shiloh Industries, Inc. | Welded blank assembly and method |
| US10081035B2 (en) | 2010-06-17 | 2018-09-25 | Inventive Solutions, Llc | Directional atomizer system for cleaning chandeliers |
| US10821546B2 (en) | 2012-11-30 | 2020-11-03 | Shiloh Industries, Inc. | Method of forming a weld notch in a sheet metal piece |
| WO2021123097A1 (de) * | 2019-12-20 | 2021-06-24 | Sms Group Gmbh | STUMPFSTOßLASERTIEFSCHWEIßVERFAHREN |
-
1993
- 1993-07-29 JP JP05205540A patent/JP3091059B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US9114442B2 (en) | 2010-06-17 | 2015-08-25 | Inventive Solutions, Llc | Hand-held tank for cleaning chandeliers |
| US10081035B2 (en) | 2010-06-17 | 2018-09-25 | Inventive Solutions, Llc | Directional atomizer system for cleaning chandeliers |
| US9468995B2 (en) | 2011-09-30 | 2016-10-18 | Wisco Tailored Blanks Gmbh | Method and device for joint-welding coated metal sheets |
| DE102011114555A1 (de) | 2011-09-30 | 2013-04-04 | Thyssenkrupp Tailored Blanks Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zumVerbindungsschweißen von beschichteten Blechen |
| WO2013045497A1 (de) | 2011-09-30 | 2013-04-04 | Thyssenkrupp Tailored Blanks Gmbh | Verfahren und vorrichtung zum verbindungsschweissen von beschichteten blechen unter verwendung eines gas - pulverstroms |
| JP2015525677A (ja) * | 2012-06-29 | 2015-09-07 | シロー インダストリーズ インコーポレイテッド | 溶接ブランクアセンブリおよび方法 |
| US9604311B2 (en) | 2012-06-29 | 2017-03-28 | Shiloh Industries, Inc. | Welded blank assembly and method |
| US11198195B2 (en) | 2012-06-29 | 2021-12-14 | TWB Company, LLC | Welded blank assembly and method |
| US10821546B2 (en) | 2012-11-30 | 2020-11-03 | Shiloh Industries, Inc. | Method of forming a weld notch in a sheet metal piece |
| DE102013101953A1 (de) | 2013-02-27 | 2014-08-28 | Wisco Lasertechnik Gmbh | Verfahren zum Aneinanderfügen von mit einer metallischen Beschichtung versehenen Platinen oder Bändern aus Stahl durch Laserstrahlschweißen |
| WO2014131491A1 (de) | 2013-02-27 | 2014-09-04 | Wisco Lasertechnik Gmbh | Verfahren zum aneinanderfügen von mit einer metallischen beschichtung versehenen platinen oder bändern aus stahl durch laserstrahlschweissen |
| US9956636B2 (en) | 2013-03-14 | 2018-05-01 | Shiloh Industries, Inc. | Welded blank assembly and method |
| WO2021123097A1 (de) * | 2019-12-20 | 2021-06-24 | Sms Group Gmbh | STUMPFSTOßLASERTIEFSCHWEIßVERFAHREN |
| CN114829058A (zh) * | 2019-12-20 | 2022-07-29 | Sms集团有限公司 | 对接接头激光深熔焊接方法 |
| CN114829058B (zh) * | 2019-12-20 | 2024-03-01 | Sms集团有限公司 | 对接接头激光深熔焊接方法 |
| US11975408B2 (en) | 2019-12-20 | 2024-05-07 | Sms Group Gmbh | Butt-joint deep penetration laser welding method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3091059B2 (ja) | 2000-09-25 |
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|---|---|---|---|
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