JPH08269619A - 焼入れ性と冷間加工性に優れた高炭素熱延鋼板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 焼入れ性と曲げ加工などの冷間加工性を改善
する。 【構成】Ｃ：0.2 〜1.3 wt％、 Si：0.1 〜1.0 wt
％、Mn：0.05〜2.0 wt％、 Ｐ：0.05wt％以下、Ｓ：
0.05wt％以下、 Al：0.01〜0.2 wt％、Ｎ：0.05wt
％以下を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の組成
からなり、かつ鋼組織が、フェライト中に球状化率：90
％以上、粒径：0.05μm 以下の球状化炭化物が微細均一
に分散した微細炭化物分散組織とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、構造用鋼、機械部品
用鋼および工具鋼などに用いて好適な高炭素熱延鋼板に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】炭素鋼の熱間加工鋼材は、通常の製造条
件、すなわち加熱温度：1200〜1300℃、熱延仕上げ温
度：800 〜900 ℃、巻取温度：400 〜650 ℃で製造され
た場合、一般に、その組織中にパーライトとよばれる層
状炭化物を有している。このような層状の炭化物は、加
工性を劣化させ、また焼入れなどの熱処理に際しても焼
入れ不良や靱性劣化の原因となるため、次工程で炭化物
を球状化するのが一般的である。

【０００３】層状炭化物の球状化方法としては、従来 ａ．バッチ炉を用いてＡ₁ 点直下の温度に長時間加熱し
た後、冷却する方法、 ｂ．Ａ₁ 点直上の温度に加熱した後、Ａ₁ 点近傍を徐冷
する方法 等が知られているが、いずれも数十時間に及ぶ長い処理
時間を必要とした。

【０００４】そこで、上記の問題の改善策として、 ｃ．熱間加工後、フェライトの動的再結晶温度以上、Ａ
₁ 点以下の温度で加工を加えた後、 630℃以上、Ａ₁ 点
以下の温度に５分間〜５時間保持する方法（特公昭63-1
4045号公報）や、 ｄ．熱間加工中にパーライトやベイナイト、マルテンサ
イト等に変態させた後、急熱し、ついでＡc₃点以下の温
度域で加工を加え、しかるのち上記ａ，ｂの処理を比較
的短時間で行う方法（特開昭63-86814号、同63-86815
号、同63-89617号各公報）等が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
ｃ．の方法では、加工中に加熱を必要とするだけでな
く、その温度管理が難しいところに、また上記ｄ．の方
法には、その後の処理にまだかなりの時問を要するとこ
ろに、それぞれ問題を残していた。さらに上記いずれの
方法を実施した場合でも、得られる球状炭化物の粒径は
１〜５μｍ程度と大きいため、この炭化物が焼入れの加
熱時に地鉄中に十分溶け込めず、このために焼入れ不良
を引き起こすことがあった。またこのような粗大炭化物
からなる鋼では、高周波焼入れのような短時間加熱・焼
入れの工程には適用することが困難であった。

【０００６】この発明は、上述した球状化炭化物分散鋼
の特性上の問題の現状に鑑み、工場でのいわゆる熱間圧
延工程のみで製造可能であり、しかも従来の炭化物分散
鋼の問題点であった焼入れ性と曲げ加工などの冷間加工
性を有利に改善した高炭素熱延鋼板を提案することを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】さて発明者らは、上記の
目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、熱延工程の仕
上げ圧延前または圧延中にオーステナイトから層状パー
ライトヘの変態を完了させ、これに圧延加工を加えた
後、高温で巻き取ることにより、球状化炭化物の微細化
がはかられ、所期の目的の達成に関し極めて有効である
との知見を得た。

【０００８】この発明は、上記の知見に立脚するもので
あり、その要旨構成は以下のとおりである。 １）Ｃ：0.2 〜1.3 wt％、 Si：0.1 〜1.0 wt％、M
n：0.05〜2.0 wt％、 Ｐ：0.05wt％以下、Ｓ：0.05w
t％以下、 Al：0.01〜0.2 wt％、Ｎ：0.05wt％以
下を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の組成から
なり、かつ鋼組織が、フェライト中に球状化率：90％以
上、粒径：0.05μm 以下の球状化炭化物が微細均一に分
散した微細炭化物分散組織になることを特徴とする焼入
れ性と冷間加工性に優れた高炭素熱延鋼板。

【０００９】２）Ｃ：0.2 〜1.3 wt％、 Si：0.1 〜
1.0 wt％、Mn：0.05〜2.0 wt％、 Ｐ：0.05wt％以
下、Ｓ：0.05wt％以下、 Al：0.01〜0.2 wt％、
Ｎ：0.05wt％以下を含有し、かつNi：0.1 〜5.0 wt％、
Cr：0.1 〜5.0 wt％Mo：0.1 〜1.0 wt％、 Ｂ：
0.0005〜0.0100wt％のうちから選ばれる１種または２種
以上を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の組成か
らなり、かつ鋼組織が、フェライト中に球状化率：90％
以上、粒径：0.05μm 以下の球状化炭化物が微細均一に
分散した微細炭化物分散組織になることを特徴とする焼
入れ性と冷間加工性に優れた高炭素熱延鋼板。

【００１０】

【作用】以下、この発明を具体的に説明する。まず、鋼
の成分組成を上記の範囲に限定した理由について説明す
る。 Ｃ：0.2 〜1.3 wt％ この発明では、前提として均一な層状炭化物を生成させ
る必要があるが、Ｃ量が 0.2wt％未満ではオーステナイ
トからの冷却過程で先にフェライトが生成されるため全
面均一な層状炭化物（パーライト）が生成されず、一方
Ｃが 1.3wt％を超えるとオーステナイトからの冷却過程
で先に網目状の粗大炭化物を生じるためやはり均一な微
細球状炭化物が得られないので、Ｃは 0.2〜1.3 wt％の
範囲に限定した。なお、好ましい含有範囲は、0.4 〜1.
0 wt％である。

【００１１】Si：0.1 〜1.0 wt％ Siは、脱酸に有用なだけでなく、焼入れ性の向上にも有
効に寄与するが、含有量が 0.1wt％未満ではその効果に
乏しく、一方 1.0wt％を超えて添加すると鋼板が硬質と
なって脆化するので、 0.1〜1.0 wt％の範囲に限定し
た。なお、好ましい含有範囲は、0.15〜0.50wt％であ
る。

【００１２】Mn ：0.05〜2.0 wt％ Mnは、強度の向上あるいは焼入性の向上のために添加さ
れるが、含有量が0.05wt％未満では固溶Ｓが多くなって
熱間加工時に脆化が生じ、鋼板製造性の劣化を招き、一
方 2.0wt％を超えると靱性の低下を招くので、Mn含有量
は0.05〜2.0 wt％の範囲に限定した。なお、好ましい含
有範囲は、0.4 〜1.0 wt％である。

【００１３】Ｐ：0.05wt％以下 Ｐは、0.05wt％を超えると粒界脆化が生じ易くなるの
で、0.05wt％以下とする必要がある。より好ましくは0.
01wt％以下である。

【００１４】Ｓ：0.05wt％以下 Ｓは、0.05wt％を超えると靱性を著しく劣化させるの
で、0.05wt％以下とする必要がある。より好ましくは0.
01wt％以下である。

【００１５】Al：0.01〜0.2 wt％ Alは、脱酸剤として添加されるが、含有量が0.01wt％に
満たないとその効果がなく、一方 0.2wt％を超えて添加
してもコストアップとなるばかりか鋼板の脆化を招くの
で、0.01〜0.2 wt％の範囲に限定した。コストパフオー
マンスの観点から、好ましい範囲は0.04〜0.1 wt％であ
る。

【００１６】Ｎ：0.05wt％以下 Ｎは、積極的に添加して強化に利用する場合もあるが、
0.05wt％を超えて添加すると鋼板を脆化させるので、0.
05wt％以下とする必要がある。特に強化を必要としない
場合には、0.01wt％以下とすることが望ましい。

【００１７】以上、必須成分について説明したが、この
発明では必要に応じ、以下に述べる強化成分を併せて含
有させることもできる。 Ni：0.1 〜5.0 wt％ Niは、鋼板の焼入性を向上させると共に靱性を高める効
果があるため、必要に応じて添加されるが、 0.1wt％未
満ではその添加効果に乏しく、一方 5.0wt％を超えて添
加しても効果は飽和し、コストアップとなるだけなの
で、含有量は0.1〜5.0 wt％の範囲とした。なお、好ま
しい含有範囲は、0.15〜2.0 wt％である。

【００１８】Cr：0.1 〜5.0 wt％ Crは、耐食性の向上や炭化物の黒鉛化抑制などの効果が
あるため、必要に応じて添加されるが、 0.1wt％未満で
はその添加効果に乏しく、一方 5.0wt％を超えて添加す
ると鋼が硬質化して脆化するので、 0.1〜5.0 wt％の範
囲とした。なお、好ましい含有範囲は、0.1 〜1.0 wt％
である。

【００１９】Mo：0.1 〜1.0 wt％ Moは、焼入性を高めて耐摩耗性の改善に有効に寄与する
だけでなく、特定の焼戻温度で発生する「焼戻脆化」の
改善にも多大な効果があるので、必要に応じて添加され
るが、 0.1wt％未満ではその添加効果に乏しく、一方
1.0wt％を超えて添加しても効果は飽和に達し、コスト
アップとなるだけなので、含有量は 0.1〜1.0 wt％の範
囲とした。なお、好ましい含有範囲は、0.10〜0.50wt％
である。

【００２０】Ｂ：0.0005〜0.0100wt％ Ｂは、焼入性を高める効果があり、必要に応じて添加さ
れるが、0.0005wt％未満ではその添加効果に乏しく、一
方0.0100wt％を超えて添加すると鋼が硬質化して脆化す
るので、0.0005〜0.0100wt％の範囲とした。なお、好ま
しい含有範囲は、0.0010〜0.0030wt％である。

【００２１】次に、この発明に従う鋼組織をフェライト
と炭化物からなる組織としたのは、部品形状への加工と
それに続く焼入れ・焼もどしの熱処理に供する素材とし
て必要な特性を付与するためである。また、上記炭化物
の球状化率を９０％としたのは、球状化率は冷間加工性
を確保するために重要であり、９０％以上とすることに
よって、その効果が顕著に現れるからであり、炭化物の
粒径（平均）を0.05μｍ以下としたのは、短時間の加熱
処理条件でも、地鉄中に溶解して焼き入れ性が確保さ
れ、焼入れ処理後の必要硬度が得られるからである。

【００２２】上記発明鋼板は下記の方法で製造される。
まず、素材鋳片の製造に際しては、連続鋳造法および造
塊−分塊法いずれもが適合する。ついで、熱間圧延に先
立ち加熱処理を施すが、この熱延前の加熱では完全な溶
体化を実現する必要があり、その観点から加熱温度は10
00〜1300℃、好ましくは1150〜1250℃の範囲とするのが
よい。

【００２３】熱間圧延とくに粗圧延工程は、仕上げ圧延
前に先立って等間隔の小さい層状炭化物（パーライト）
を均一に生成させる上で重要である。圧延後にパーライ
トを生成させるためには、粗圧延温度はＡr₃変態点以上
とする必要がある。他方、パーライトの核生成サイトを
増やすためには、粗圧延温度は 950℃以下でかつ、圧下
率を50％以上とする必要がある。この条件を外れると炭
化物の粒径を0.05μｍ以下に制御することができない。

【００２４】これに続く仕上げ圧延前あるいは圧延中に
パーライトに変態させた後、仕上げ圧延工程でパーライ
トを分断する。仕上げ圧延完了前にパーライト変態させ
るため、仕上げ圧延終了温度はＡr₁変態点（通常、鋼種
によらず 700℃前後）未満とする。一方、仕上げ圧延温
度が 500℃を下回ると圧延時の負荷が高くなるため、仕
上げ圧延終了温度の下限は 500℃とする。また、仕上げ
圧延の圧下率は、パーライトを分断するのに十分な大き
さとする必要があり、30％以上、好ましくは50〜70％と
する。

【００２５】仕上げ圧延に続く巻取工程で表層部の分断
されたパーライトを球状化する。ここに、巻取温度が 4
50℃に満たないと球状化率：90％以上、球状炭化物の粒
径：0.05μm 以下を達成できず、一方、700 ℃を超える
と加熱のために特別の装置が必要となるなど負荷が大き
くなりすぎ、また脱炭などの不都合も生じるので、巻取
温度は 450〜700 ℃の範囲、好ましくは550 〜650 ℃の
範囲とするのがよい。

【００２６】

【実施例】

・実施例１ ＪＩＳ規格ＳＫ５相当（Ｃ：0.79wt％，Si：0.24wt％，
Mn：0.35wt％，Ｐ：0.02wt％，Ｓ：0.005 wt％，Al：0.
05wt％，Ｎ：0.01wt％：Ａr₃＝700 ℃）の素材を用い、
1200℃に加熱後、表１に示す条件で熱間圧延を施し、高
炭素熱延鋼板とした。かくして得られた鋼板の組織はフ
ェライトと炭化物からなる組織であった。この炭化物に
ついて、球状化率（長径／短径の比が1.0 〜1.5 の範囲
にある炭化物が全炭化物に占める数の割合）、粒径（長
径と短径の相加平均）を調査した。また、これらの鋼板
について、１８０°曲げ試験において割れを生じない最
小曲げ半径（半径Ｒを板厚ｔで割った値で比較）を求め
た。これらの結果を表２に併せて示す。また図１に、表
２中No.1の条件で製造した本発明鋼板の断面顕微鏡組織
を示す。さらに図２には、表２中No.1の条件で製造した
本発明例と、No.7の条件（通常の熱延条件）で製造した
比較例およびこれを通常の焼鈍条件(700℃×24ｈ）で球
状化焼鈍した比較例とを、750 ℃の短時間加熱−焼入れ
したときの表面硬さの変化について調べた結果を示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【表２】

【００２９】図１から示されるように、本発明鋼板の球
状炭化物の粒径は0.03μｍであり、従来の製造方法では
決して得られないほど微細なものである。そして、この
鋼板は、炭化物の微細化によって、図２のように高周波
焼入れのような短時間の熱処理に十分適用でき、良好な
焼入れ性を有していることがわかる。微細な炭化物粒径
を有する他の本発明鋼板も、上記No.1と同様に、良好な
焼入れ性を示した。また、曲げ特性であらわした冷間加
工性も、表２に示すように、発明鋼板は良好である。こ
れに対し、比較例は曲げ加工性又は焼入れ性（炭化物粒
径が大きければ焼入れ性が不良）のうちの少なくとも一
方の特性が劣っている。

【００３０】・実施例２ 表１のｂに示すＪＩＳ規格Ｓ35Ｃ相当（Ｃ：0.35wt％，
Si：0.27wt％，Mn：0.80wt％，Ｐ：0.016wt ％，Ｓ：0.
005 wt％，Al：0.05wt％, Ｎ：0.01wt％，Ａr₃＝750
℃）の素材を用い、1100℃に加熱後、表３に示す条件で
熱間圧延を施し、高炭素熱延鋼板とした。得られた鋼板
について、実施例１と同様に調査した結果を表３に示
す。なお、得られた鋼板の組織はフェライトと炭化物か
らなる組織であった。

【００３１】

【表３】

【００３２】表３より明らかなように、この発明に従っ
て製造したものでは、曲げ特性、焼入れ性（炭化物粒径
で代表）とも優れた特性を示している。これに対し、比
較例は曲げ加工性又は焼入れ性（炭化物粒径が大きけれ
ば焼入れ性が不良）のうちの少なくとも一方の特性が劣
っている。

【００３３】・実施例３ 表１のｃに示すＪＩＳ規格ＳＫ２相当（Ｃ：1.20wt％，
Si：0.23wt％，Mn：0.32wt％，Ｐ：0.018wt ％，Ｓ：0.
005 wt％，Al：0.05wt％, Ｎ：0.01wt％，Ａr₃＝730
℃）の素材を用い、1250℃に加熱後、表４に示す条件で
熱間圧延を施し、高炭素熱延鋼板とした。得られた鋼板
について、実施例１と同様に調査した結果を表４に示
す。なお、得られた鋼板の組織はフェライトと炭化物か
らなる組織であった。

【００３４】

【表４】

【００３５】表４より明らかなように、この発明に従っ
て製造したものでは、曲げ特性、焼入れ性（炭化物粒径
で代表）とも優れた特性を示している。これに対し、比
較例は曲げ加工性又は焼入れ性（炭化物粒径が大きけれ
ば焼入れ性が不良）のうちの少なくとも一方の特性が劣
っている。

【００３６】・実施例４ 表１のｄ〜ｉの鋼素材を用い、1250℃に加熱後、表５に
示す条件で熱間圧延、焼鈍を行い、高炭素熱延鋼板とし
た。得られた鋼板について、実施例１と同様に調査した
結果を表５に示す。なお、得られた鋼板の組織はフェラ
イトと炭化物からなる組織であった。

【００３７】

【表５】

【００３８】表５より明らかなように、この発明に従っ
て製造したものでは、曲げ特性、焼入れ性（炭化物粒径
で代表）とも優れた特性を示している。これに対し、比
較例は曲げ加工性又は焼入れ性（炭化物粒径が大きけれ
ば焼入れ性が不良）のうちの少なくとも一方の特性が劣
っている。

【００３９】

【発明の効果】かくしてこの発明によれば、微細な球状
炭化物分散組織により、焼入れ性が改善され、従来に比
べて極めて短時間の焼入れ熱処理が可能となり、冷間加
工性にも優れる高炭素熱延鋼板を得ることができる。し
かも、この鋼板は格別の球状化焼鈍処理を施すことなし
に、通常の熱間圧延工程のみで製造可能であるので、省
エネルギー、生産性の向上にも貢献する。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明鋼板断面の金属組織を示す顕微鏡写真であ
る。

【図２】短時間加熱−焼入れにおける加熱時間と表面硬
さとの関係を示すグラフである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｃ：0.2 〜1.3 wt％、 Si：0.1 〜1.0
   wt％、 Mn：0.05〜2.0 wt％、 Ｐ：0.05wt％以下、 Ｓ：0.05wt％以下、 Al：0.01〜0.2 wt％、 Ｎ：0.05wt％以下 を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の組成からな
   り、かつ鋼組織が、フェライト中に球状化率：90％以
   上、粒径：0.05μm 以下の球状化炭化物が微細均一に分
   散した微細炭化物分散組織になることを特徴とする焼入
   れ性と冷間加工性に優れた高炭素熱延鋼板。
2. 【請求項２】Ｃ：0.2 〜1.3 wt％、 Si：0.1 〜1.0
   wt％、 Mn：0.05〜2.0 wt％、 Ｐ：0.05wt％以下、 Ｓ：0.05wt％以下、 Al：0.01〜0.2 wt％、 Ｎ：0.05wt％以下 を含有し、かつ Ni：0.1 〜5.0 wt％、 Cr：0.1 〜5.0 wt％ Mo：0.1 〜1.0 wt％、 Ｂ：0.0005〜0.0100wt％ のうちから選ばれる１種または２種以上を含有し、残部
   はFeおよび不可避的不純物の組成からなり、かつ鋼組織
   が、フェライト中に球状化率：90％以上、粒径：0.05μ
   m 以下の球状化炭化物が微細均一に分散した微細炭化物
   分散組織になることを特徴とする焼入れ性と冷間加工性
   に優れた高炭素熱延鋼板。