JPH08277436A

JPH08277436A - 疲労特性に優れた複層鋼板及びその製造方法

Info

Publication number: JPH08277436A
Application number: JP7918095A
Authority: JP
Inventors: Kazumasa Yamazaki; 一正山崎
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-04-04
Filing date: 1995-04-04
Publication date: 1996-10-22

Abstract

(57)【要約】【目的】表層に疲労特性を向上させるための層を有
し、内層は加工性に優れた成分系を備える疲労特性に優
れた複層鋼板を提供する。【構成】本発明は、鋼板の表面に疲労強度を上げる元
素であるＣｕを含有し、鋼板内部は合金元素の少ない低
炭素鋼である疲労特性に優れた複層鋼板である。また該
鋼板の製造方法は、溶鋼注入ノズル位置、静磁場設置位
置を適確に配置し、鋳込み時に表層元素を添加する方法
であり、表層厚さの制御が鋳片の引き抜き速度と静磁場
設置位置で適確にできるので、安定した表層厚さを有す
る疲労特性に優れた複層鋼板を製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車車体、家庭電化
製品、建材等に利用される薄鋼板およびその製造方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鋼板の疲労特性を向上させようとする試
みは数多くなされ，例えば特開昭63-282240 号公報に見
られるような鋼板が知られている。ところが、このよう
な鋼は、変態組織強化を利用する必要があり、実製造に
際しては所望の組織が得られにくく、バラツキが大きく
なるという欠点を有していた。

【０００３】また、一般に析出強化により強度を高める
と、強度のほどには疲労強度が上昇しないという欠点を
有していた。いずれにしても、製造が容易でかつ疲労特
性に優れた鋼板は実現されていなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、高い疲労特
性を得ることが実生産上困難さがあるという欠点、一般
の析出強化鋼では疲労強度が十分に向上しないという欠
点を解消するためになされたものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本願発明の要旨は、表層
と内層において成分の異なる複層鋼板において、内層成
分として、重量％で、Ｃ：0.01〜0.20％、Ｓｉ：0.002
〜1.00％、Ｍｎ：0.02〜3.0 ％、Ｐ：0.002 〜0.150
％、Ｓ：0.002 〜0.050 ％、Ａｌ：0.002 〜0.100 ％、
Ｎ：0.0002〜0.0100％、残部：Ｆｅ及び不可避的不純物
（以上の成分系を（Ａ）とする）を含有するか、または
成分系（Ａ）に更に強度向上元素群として、重量％で、
Ｔｉ：0.005 〜0.050 ％、Ｎｂ：0.005 〜0.050 ％、
Ｖ：0.10〜1.00％、Ｃｒ：0.05〜5.00％、Ｍｏ：0.10〜
2.00％の１種または２種以上を含有し、板厚をｔとする
と、表裏面から片面あたり0.015 〜0.15ｔの部分の表層
成分として、前記内層成分に加えて、更に重量％で、Ｃ
ｕ：0.50〜3.0 ％、又は、Ｃｕ：0.50〜3.0 ％とＮｉ：
0.05〜4.0 ％を含有せしめた疲労特性に優れた複層鋼板
である。

【０００６】また、本発明は、連続鋳造用の鋳型へ前記
内層成分を有する溶鋼を気体とともに垂直下向き又は斜
め下向きに注入し、この溶鋼注入位置より上部で鋳型内
の幅方向全幅に静磁場を付与して該溶鋼の上昇流を減速
し、該磁場の付与位置より上部にある該溶鋼へＣｕ又は
ＣｕとＮｉを添加して、前記注入気体の撹拌により上部
の溶鋼を上記の表層成分となるようにし、鋳型引き抜き
により、前記の成分構成を有するスラブとなし、つい
で、鋼板製造の常法に基づき、熱延、脱スケール処理、
冷延、焼鈍を施し、内層に前記の内層成分を有し、板厚
をｔとすると、表裏面から片面当たり0.015 ｔ〜0.15ｔ
の表層成分が前記表層成分を含有する熱延鋼板又は冷延
鋼板となすことを特徴とする疲労特性に優れた複層鋼板
の製造方法にある。

【０００７】Ｃｕは、加工性に影響を与えずに強度の上
昇がはかれ、かつ本発明者の検討により疲労強度を向上
させる効果のあることも見いだされた元素である。本発
明の特徴は、このＣｕを、特に疲労特性に有効な鋼板の
表面部位にのみ限定して存在させて加工性を損なわずに
疲労特性を確保することにある。

【０００８】

【作用】以下、内層成分を限定する理由を述べる。Ｃ
は、0.01％未満では鋼板が柔らかくなり過ぎて、表層Ｃ
ｕで疲労強度向上をはかっても、一般の疲労特性が必要
な部品としての疲労強度が確保できないために、0.01％
を下限とする。また、０．20％を越えると加工性が著し
く劣化するので、0.20％を上限とする。

【０００９】Ｓｉは、0.002 ％未満に低減することは製
造コストを著しく上昇させ経済性を損なうので、0.002
％を下限とし、1.0 ％を越えると加工性が劣化するので
1.0を上限とする。

【００１０】Ｍｎは、0.02％未満に低減することは製造
コストを飛躍的に上昇させ経済性を損なうので、0.02％
を下限とし、3.0 ％を越えると加工性が劣化するので3.
0 ％上限とする。

【００１１】Ｐは、0.002 ％未満に低減することは製造
コストを飛躍的に上昇させ経済性を損なうので、0.002
％を下限とし、0.150 ％を越えると加工性が劣化するの
で0.150 ％を上限とする。Ｓは、0.002 ％未満に低減す
ることは製造コストを飛躍的に上昇させ経済性を損なう
ので、0.002 ％を下限とし、0.050 ％を越えると加工性
が劣化するので0.050 ％を上限とする。

【００１２】Ａｌは、0.002 ％未満では脱酸が不足し鋼
中にブローホールが生じるようになり、鋼板としての清
浄性を損ない、プレス時の割れ、表面疵の原因になるの
で0.002 ％を下限とし、また0.100 ％を越えると加工性
が劣化するようになるので0.100 ％を上限とする。Ｎ
は、極力少ない方が好ましいが、0.0002％未満にするこ
とは製造コストの上昇を伴うので、0.0002％を下限と
し、0.0100％を越えると時効硬化性が高くなり加工性が
劣化するので、0.0100％を上限とする。

【００１３】強度向上元素群のＴｉ，ＮｂおよびＶは、
鋼中のＣ，Ｎと析出物をつくり強度を上昇させるので強
度を調整する場合に添加する。Ｔｉは、0.005 ％未満で
は炭窒化物を形成せしめる量としては不十分となり、強
度上昇の効果がなくなるので0.005 ％を下限とし、0.50
％を越えると析出物の量が多くなり、加工性を劣化させ
るとともに強度の上昇効果も飽和するので0.50％を上限
とする。

【００１４】Ｎｂは、0.005 ％未満では炭窒化物を形成
せしめる量としては不十分となり、強度上昇の効果がな
くなるので0.005 ％を下限とし、0.50％を越えると析出
物の量が多くなり、加工性を劣化させるとともに強度の
上昇効果も飽和するので0.50％を上限とする。

【００１５】Ｖは、0.10％未満では炭窒化物を形成せし
める量としては不十分となり、強度上昇の効果がなくな
るので0.10％を下限とし、1.00％を越えると析出物の量
が多くなり、加工性を劣化させるとともに強度の上昇効
果も飽和するので1.00％を上限とする。

【００１６】Ｃｒ，Ｍｏは主として固溶強化により鋼の
強度を上昇させる。Ｃｒは、0.05％未満では強度上昇の
効果がなくなるので、0.05％を下限とし、5.00％を越え
ると加工性が劣化するので5.00％を上限とする。Ｍｏ
は、0.10％未満では強度上昇の効果がなくなるので、0.
10％を下限とし、2.00％を越えると加工性が劣化するの
で2.00％を上限とする。

【００１７】次に、表層に含有せしめるＣｕとＮｉの限
定理由を述べる。Ｃｕは、疲労特性の向上に必須の元素
である。Ｃｕは固溶体強化または析出強化により鋼板の
強度を上昇させ、疲労特性を向上させる。0.50％未満で
はこの疲労特性向上効果が十分発揮出来なくなるので、
0.50％を下限とする。また、3.0％以上含有すると延性
が劣化し、特に張り出し加工時に割れが生じるようにな
るので、3.0 ％を上限とする。

【００１８】Ｎｉは、Ｃｕを添加したときに発生する表
面割れを防止するために添加することが好ましい。Ｃｕ
を含有する鋼を製造する際に、熱間圧延前の加熱段階で
加熱温度が高い場合には、網割れと称する割れが表面に
発生する。これを防止するために添加するが、添加量と
しては、Ｃｕ含有量の0.5 〜1.0 倍程度含有させるこが
望ましい。このため、Ｎｉは0.05〜4.0 ％を含有させ
る。加熱温度を低くできる製造設備（例えば，１０５０
℃以下の加熱が可能な場合）では、表面の割れ発生がな
いので添加しなくてもよい。

【００１９】本発明では、上記表層成分になるように、
連続鋳造段階で表層成分を調整する。その方法は、連続
鋳造用の鋳型へ上述の内層成分を有する溶鋼を気体とと
もに垂直下向き又は斜め下向きに注入し、この溶鋼注入
位置より上部で鋳型内の幅方向全幅に静磁場を付与して
該溶鋼の上昇流を減速し、該磁場の付与位置より上部に
ある該溶鋼へＣｕ又はＣｕとＮｉを添加して、前記注入
気体の撹拌により上部の溶鋼を上述の表層成分となるよ
うにし、鋳型引き抜きにより、上述の成分構成を有する
スラブとなす方法である。

【００２０】この方法を、図面に基づき説明する。図１
及び図２において、長辺鋳型１と短辺鋳型２からなる連
続鋳造用鋳型３内には下端解放型の浸漬ノズル４を図示
しないタンディッシュに接続させた状態として配置させ
てあり、また、鋳型３の外側には溶鋼注入位置である前
記浸漬ノズル４の下端の注入口６より上部において鋳型
３内に静磁場を付与する静磁界（Ｎ極）５と静磁界５ａ
（Ｓ極）を前記長辺鋳型１の幅方向、つまり鋳片７の幅
方向全幅にわたるように配置してある。

【００２１】鋳造に際しては、浸漬ノズル４により鋳型
３内へは上記内層成分を有する溶鋼１１を注入し、同時
に浸漬ノズル４の気体吹き込み口８から気体を吹き込
む。

【００２２】一方、溶鋼１１の注入位置となる浸漬ノズ
ル４の下端の注入口６より上部では、長辺鋳型１の幅方
向全幅にわたるように配置された前記静磁界５，５ａよ
り鋳型３内へ注入された溶鋼中へ静磁場を付与し、この
静磁場で溶鋼の上昇流を減速しつつ表層とすべき前記溶
鋼１１に追加すべき元素９（Ｃｕ又はＣｕとＮｉ）を添
加してこの鋳型３内の上部の溶鋼を上述の表層成分を含
有する合金となす。

【００２３】そして、これを連続鋳造して鋳片７として
下方に引き抜き、図３に示すごとく表層１０ａのみに前
述の表層成分が添加され、内層１１ａが前記内層成分で
ある複層鋳片７を鋳造する。

【００２４】しかして、浸漬ノズル４から鋳型３内へ注
入される溶鋼１１は、気体とともに浸漬ノズル４の注入
口６から垂直（下方）方向へ注入されると、鋳型３内で
矢示するような反転上昇流１２となって上方へ移動し、
ここで注入口６より上部にある静磁界５，５ａにより静
磁場が付与される。

【００２５】このように静磁場が付与されると溶鋼１１
の反転した上昇流は急激に減速されることになるが、減
速されて静磁界５，５ａの上部へ溶鋼１１が移動し、こ
こで溶鋼１１に追加すべき元素９が添加されて合金溶鋼
１０となる。

【００２６】一方、溶鋼１１とともに浸漬ノズル４の注
入口６から垂直方向へ注入された気体は、気泡１３とな
って微細分散し溶鋼中の全域を上昇し、添加した注入口
６より上部では添加された元素９を撹拌して均一化され
た合金溶鋼１０を形成する。そして、鋳型３から鋳片７
として下方へ引き抜くことにより静磁界５，５ａより上
部の合金溶鋼１０はその表面が冷却されて凝固し、静磁
界５，５ａの下方へ引く抜かれて移動したとき、追加の
元素が添加されていない溶鋼１１の凝固による鋼を内層
１１ａとし、表面のみは引き抜き移動とともに合金溶鋼
１０の凝固層が序々に拡大した合金鋼の表層１０ａを形
成した複層鋳片７となる。

【００２７】このように、溶鋼１１を浸漬ノズル４の注
入口６から垂直下向きに気体とともに注入することで、
溶鋼１１の注入流は下方へ達した後、気体の浮力により
反転し上昇流１２となって上昇するが、このときの流速
が上昇にともない静磁界５，５ａの近傍では緩やかにな
るうえに浸漬ノズル４の注入口６より上部ではこの静磁
界５，５ａによる静磁場の付与により急速に上昇流が抑
えられる。

【００２８】従って、この静磁界５，５ａより上部にあ
る合金鋼１０は大きく撹乱されることがないうえに、鋳
型３内の下部の溶鋼１１にも静磁場の遮断作用と、溶鋼
自信の上昇流１２によって合金溶鋼１０が混入すること
もなく、確実に安定して合金鋼１０ａが鋼の内層１１ａ
の表面に形成された複層鋳片７を得ることができる。た
だし、浸漬ノズルの注入口は、図１の１孔式でも、複数
孔式（２孔以上）でもかまわない。なお、表層１０ａの
層厚さは、鋳造速度つまり引き抜き速度と静磁場の設置
位置により正確に制御することができる。

【００２９】本発明においては、表層の厚さは片面あた
り全厚ｔの 0.015〜0.15ｔとする。この理由は、表層厚
さが0.015 ｔ未満では、疲労特性を確保するに十分な強
度上昇が得られないため、0.015 ｔを下限とし、0.15ｔ
を越えると、高い合金成分を含んだ層の割合が高くな
り、鋼板全体の強度が高くなって本発明の目的である加
工性を損なうので0.15ｔを上限とする。

【００３０】具体的には、鋳型内に静磁場を設置する場
合、引き抜き速度0.3 〜2.0 ｍ／分表層厚10〜30mmに制
御することができ、引き抜き速度が低速になるほど表層
厚は厚くなり、また、高速になるほど表層厚は薄くな
る。すなわち、低速であればそれだけ合金溶鋼１０の表
面が鋳型３との接触時間が長くなり、従って、冷却され
る時間が長くなることになって凝固層となる表面層１０
ａの厚みが厚くなり、逆に高速になればそれだけ合金溶
鋼１０の表面が鋳型３での接触時間が短くなり冷却され
る時間が短くなり、凝固層となる表面層１０ａの厚みは
薄くなるからである。内層と表面層との境界における成
分の混合によって本発明鋼板の性質が変化することはな
いので、表層と内層の成分の混合は許される。

【００３１】以上のようにして得られたスラブを鋼板製
造の常法に従い鋼板となす。まず、該スラブを連続鋳造
後直接又は一度適当な温度まで冷却したのち加熱炉で加
熱する。加熱は、熱間圧延が可能な９００℃から１３０
０℃程度とするのが望ましい。鋼板の用途によっては、
該スラブの温度が１０００℃以上の場合には、加熱を省
略してもかまわない。加熱後に行う熱間圧延（加熱しな
い場合も含め）は、Ａ₃変態点を下回って熱延してもよ
いが、十分な加工性が得られないため好ましくはＡ₃変
態点以上とする。

【００３２】熱延後、適当な温度で巻き取って熱延鋼板
とする。このまま製品とすることもできるが、さらに薄
い板厚の鋼板、あるいはより高い加工性が必要な場合
は、この後、酸洗などの脱スケール処理を施した後、５
０％以上の冷間圧延を施し、ついで再結晶温度以上の温
度で焼鈍を施して冷延鋼板となす。焼鈍後スキンパス圧
延を施すなどして製品となす。

【００３３】また、本発明の複層鋼板としては、熱延鋼
板、冷延鋼板、更にその上に耐食性、溶接性を改善する
目的で、片面又は両面に溶融めっき及び／又は電気めっ
きを施すことも可能であり、本発明を逸脱するものでは
ない。また、本発明の複層鋼板に各種の処理を施すこと
も勿論可能であり、例えばクロメート処理、燐酸塩処
理、燐酸塩処理性を向上させるための処理、潤滑性向上
処理、溶接性向上処理、樹脂皮膜処理等を施したとして
も本発明の範囲を逸脱するものではなく、付加的に必要
な特性に応じて各種の処理を行うことができる。

【００３４】

【実施例】

実施例１内層成分として、表１に掲げる成分の溶鋼を準備した。
ついで、以下の方法で鋳造し、鋼板となした。１）鋳型サイズ２４５mm（短辺）×１２００mm（長
辺）鋳型高さ９００mm ２）静磁界位置（コイル中心位置）溶鋼表面４３０mm
下３）浸漬ノズル注入口位置静磁界位置から５
０mm下４）浸漬ノズル注入口径 φ９０mm

【表１】

【００３５】このような連続鋳造装置に、表１の溶鋼を
浸漬ノズルから３．０ｌ／分のＡｒガスとともに鋳型内
に注入し、一方、静磁界から上部の溶鋼中へ純Ｃｕワイ
ヤー又は一部の鋼においてはＣｕとＮｉワイヤーを添加
するとともに、５０００ガウスの静磁場を付与しながら
引き抜き速度１．３ｍ／分で鋳造した。純Ｃｕワイヤー
又は一部の鋼においてはＣｕとＮｉワイヤーの添加速度
を制御することにより、表層部のＣｕ含有量が０．０５
〜３．５６％、表層部の厚みが３．８〜３３mmの均一に
生成した表層部を有する複層鋳片を得た。

【００３６】ついで、該鋳片を１０５０〜１２５０℃に
加熱し、その後９１０℃で熱延を行い、７００℃で巻き
取って板厚２．９〜４．８mmの熱延鋼板とした。該鋼板
を酸洗してスケールを除去した後、内層成分１〜１５に
ついては冷間圧延を施して１．０mmの鋼板とした。つい
で、８００℃×６０秒の連続焼鈍を施し、０．８％のス
キンパス圧延を施して冷延鋼板となした。内層成分１６
〜３３は熱延ままの製品とした。

【００３７】これらの鋼板の疲労特性、加工性を評価し
た。疲労特性は、両振り平面曲げ疲労試験により、１０
⁷回の疲労限の強度を求め、この値と静的引張により測
定した引張強さとの比でもって評価した。

【００３８】加工性は、φ８０mmに打ち抜いた円形鋼板
を用いて、種々の絞り比で平底円筒深絞りを施し、限界
絞り比を求めることによって評価した。

【００３９】評価結果を表２に示す。この表から本発明
鋼は比較例と比べて、限界絞り比が１．８以上の高い値
を示すにもかかわらず、疲労限度比０．５０以上の高い
疲労特性を有していることがわかる。なお、表２の表層
成分の欄のＣｕ，Ｎｉの重量％は、内層成分に加えたＣ
ｕ又はＮｉの表層での含有量を示す。

【００４０】

【表２】

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、表層に疲労強度を向上
させる元素であるＣｕを多く含有し、内層には合金元素
を多量に含有していないので、加工性の劣化が少なく疲
労特性に優れた鋼板を得ることができる。また、該鋼板
の製造方法において、表層厚さの制御が、鋳片の引き抜
き速度と静磁場設置位置で的確にできるので、安定した
表層厚さを有する加工性と疲労特性に優れた鋼板を提供
することがでる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の工程を説明する側面図である。

【図２】本発明の工程を説明する平面図である。

【図３】本発明により鋳造された複層鋳片の断面図であ
る。

【符号の説明】

３鋳型４浸漬ノズル５静磁界（Ｎ極）５ａ静磁界（Ｓ極）６浸漬ノズルの注入口８気体吹き込み口９追加する元素を含むワイヤー 10ａ表層（表層成分を有する溶鋼の凝固層） 11 溶鋼 11ａ内層（溶鋼の凝固層）

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ２２Ｃ 38/16 Ｃ２２Ｃ 38/16 38/28 38/28 38/50 38/50

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表層と内層において成分の異なる複層鋼
板において、内層成分として、重量％で、Ｃ：０．０１〜０．２０％、Ｓｉ：０．００２〜１．００％、Ｍｎ：０．０２〜３．０％、Ｐ：０．００２〜０．１５０％、Ｓ：０．００２〜０．０５０％、Ａｌ：０．００２〜０．１００％、Ｎ：０．０００２〜０．０１００％、残部：Ｆｅ及び不可避的不純物を含有し、板厚をｔとす
ると、表裏面から片面あたり０．０１５ｔ〜０．１５ｔ
の部分の表層成分として、前記内層成分に加えて、重量
％で、Ｃｕ：０．５０〜３．０％、を含有せしめた疲労特性に
優れた複層鋼板。
【請求項２】表層と内層において成分の異なる複層鋼
板において、請求項１記載の成分構成を有し、内層成分
及び表層成分として、請求項１記載の成分に加えて、強
度向上元素群として、重量％で、Ｔｉ：０．００５〜１．００％、Ｎｂ：０．００５〜１．００％、Ｖ：０．１０〜１．００％、Ｃｒ：０．０５〜５．００％、Ｍｏ：０．１０〜２．００％の１種または２種以上を含
有せしめた疲労特性に優れた複層鋼板。
【請求項３】表層と内層において成分の異なる複層鋼
板において、内層成分として、請求項１又は２記載の内
層成分を有し、板厚をｔとすると、表裏面から片面あた
り０．０１５ｔ〜０．１５ｔの部分の表層成分として請
求項１記載の表層成分に加えて、重量％で、Ｎｉ：０．０５〜４．０％を含有せしめた疲労特性に優
れた複層鋼板。
【請求項４】連続鋳造用の鋳型へ請求項１又は２記載
の内層成分を有する溶鋼を気体とともに垂直下向き又は
斜め下向きに注入し、この溶鋼注入位置より上部で鋳型
内の幅方向全幅に静磁場を付与して該溶鋼の上昇流を減
速し、該磁場の付与位置より上部にある該溶鋼へＣｕ又
はＣｕとＮｉを添加して、前記注入気体の撹拌により上
部の溶鋼を請求項１又は３記載の表層成分となるように
し、鋳型引き抜きにより、請求項１又は２又は３記載の
成分構成を有するスラブとし、ついで、鋼板製造の常法
に基づき、熱延を施すか、又は熱延、脱スケール処理、
冷延、焼鈍を施し、内層に請求項１又は２記載の成分を
有し、板厚をｔとすると、表裏面から０．０１５ｔ〜
０．１５ｔの表層成分が請求項１又は２又は３記載の表
層成分を含有する熱延鋼板又は冷延鋼板となすことを特
徴とする疲労特性に優れた複層鋼板の製造方法。