JPS5842246B2 - 複合組織を有する高強度鋼帯の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ベイナイトと残留オーステナイトの２相から
なる延性に優れた高強度鋼帯並びにその製造法に関する
ものである。

熱処理ひずみをきらう精密機械用小物部品等には、焼入
鋼帯やベイナイト鋼帯などの熱処理鋼帯が多く使用され
てきた。

これらの熱処理鋼帯は適度の強靭性を有し、打抜きまま
で使用できるので、熱処理ひずみから開放される利点が
ある。

だがその反面、延性に乏しく、その用途はかなり制限さ
れているのが実情である。

従来の熱処理鋼帯が延性に乏しいのは、金属組織が焼戻
しマルテンサイトあるいはベイナイト単相組織であるこ
とによるものである。

本発明者らは、前述の熱処理鋼帯の延性を改善し、強度
の加工を必要とする精密機械用部品等へも満足して適用
できる成形性に優れた高強度材料を開発すべく、種々の
実験検討を行なったところ、従来にない新しい性質を有
する材料の開発に成功した。

本発明は化学成分値が、Ｃ；０．４０〜０．８５％、Ｓ
ｉ ； １．４０〜２．５０％、Ｍｎ０．３０〜１．
００％、その細小可避的不純物の鋼であり、その金属組
織が６５〜８５％のベイナイトと残部が残留オーステナ
イトより構成される複合組織である。

この本発明鋼は高強度を保持しながら非常に高い延性を
示し、加工硬化能も大きい。

この複合組織の鋼を製造するには、鋼成分を上記のよう
に調整した鋼帯を、Ａｃ３ 点以上のオーステナイト
化温度よりベイナイト変態温度域の熱浴に焼入れ、適冷
オーステナイトの６５〜８５％がベイナイト組織に変態
するまで恒温保持したのち、空冷かあるいはそれ以上の
冷却速度で室温に冷却する。

すなわち本発明は、延性の良好な高強度鋼帯（または鋼
板）を得る方法として、また、その銅帯または鋼板を打
抜き加工に供した場合にその端面が大きく加工硬化して
その端面に高い硬度を付与することができる鋼帯（また
は鋼板）を得る方法として、Ｃ；０．４０〜０．８５重
量％、Ｓｉ ：１．４０〜２．５０重量％、Ｍｎ ；
０．３０〜１．００重量％、残部；Ｆｅおよび不可避的
不純物元素からなる銅帯を、Ａｃ３ 点以上の温度に
加熱して完全にオーステナイト化したのち、ＴＴＴ線図
のノーズ（鼻）を通過する速度よりも大きい冷却速度で
３８０〜４８０℃の範囲温度まで冷却し、この温度域で
適冷オーステナイトの６５〜８５％がベイナイト変態す
るまで恒温保持し、次いで空冷かあるいはそれ以上の冷
却速度で室温まで冷却することからなる、６５〜８５％
のベイナイト相と残部が残留オーステナイト相の複合組
織を有する高強度鋼帯の製造方法を提供するものである
。

以下に、本発明の構成について具体的に述べる。

本発明は、Ｃ： ０．４０〜０．８５ ｗｔ％、Ｓｉ
：１．４０−２．５０ｗｔ％、Ｍｎ ； ０．３０〜１
．００ｗｔ％とその他の不可避的に含有される不純物元
素および残部Ｆｅからなる化学成分の銅帯を用いる。

ここに定めた鋼成分は、延性に優れた高強度材料を得る
上で重要なものである。

Ｃはベイナイトの強度を向上させる元素であり、０．４
０ｗｔ％未満では大きな強度は得られず、０．８５ｗｔ
％を越えても強度の向上はなく逆に延性を低下させるの
で、０．４０〜０．８５ｗｔ％とする必要がある。

Ｓｉはオーステナイト安定化元素であり、恒温処理後の
未変態オーステナイトを室温でも安定な残留オーステナ
イトとする作用を供する。

だが、１．４０ｗｔ％未満ではこの効果は小さく、また
２、５０ｗｔ％を越えると残留オーステナイトの安定化
効果が減少するばかりでなく、健全な鋼帯を得ることが
困難となるので１．４０〜２．５０ ｗｔ％とする。

Ｍｎは焼入性を向上させる元素であり、フェライト・ノ
ーズおよびパーライト・ノーズを長時間側に移行させ、
オーステナイト化温度からベイナイト変態温度領域の熱
浴へ焼入れる際にフェライトやパーライトの析出を抑制
する。

だが、０．３０ｗｊ％未満ではその効果は小さい。

また、１．００ｗｔ％を越える添加は、鋼帯の原単位を
上昇させるだけでなく、ベイナイト変態も遅延せしめ効
率的な熱処理作業を阻害するので０．３０％〜１．００
％とする。

本発明の第２の特徴は、かかる化学成分の鋼帯をＡｃ３
点以上の温度に加熱して完全にオーステナイト化し
たのち、ＴＴＴ線図のノーズ（鼻）を通過する速度より
も大きい冷却速度で３８０℃〜４８０℃の範囲の温度ま
で冷却したのち、適冷オーステナイトの６５〜８５％が
ベイナイト変態するまで恒温保持し、以後空冷かあるい
はそれ以上の冷却速度で室温まで冷却することにある。

ここで、「ＴＴＴ線図のノーズを通過する速度よりも大
きな冷却速度」とは、完全オ〕ステナイト組織の温度か
ら３８０〜４８０℃の熱浴に焼入れするさいに、フェラ
イトやパーライトのいわゆる上部変態生成相が出ないよ
うな冷却速度を意味しており、このためには該温度の熱
浴への焼入れにさいし、ＴＴＴ線図のノーズを通過する
速度より大きな冷却速度（本発明の鋼組成では少なくと
も１０℃／ ｓｅｅ以上の冷却速度）とする必要がある
。

ベイナイト変態量を６５〜８５％と規制するのは、次の
理由によるものである。

ベイナイト変態量が６５％未満では、適冷オーステナイ
トの安定化は不十分であり、恒温保持後、引続いて行な
われる冷却過程において適冷オーステナイトの一部がマ
ルテンサイト変態を起こし、延性を著しく損なう結果と
なる。

また、ベイナイト変態量が８５％を越すと、残留オース
テナイトによる延性向上効果は得られなくなる。

これらの理由によりベイナイト変態量を６５〜８５％と
規制する。

さらに、恒温処理温度を３８０℃〜４８０℃と規制する
のは次の理由によるものである。

３８０℃未満の恒温処理においては、ベイナイト変態量
を６５％以上とするためには著しく長い恒温処理時間が
必要であり、銅帯を連続的に処理するための設備は過大
なものになり、生産性や品質の低下も著しく、経済的お
よび技術的に不利である。

また４８０℃を越す恒温処理では、パーライト変態が生
じベイナイト組織が得られない。

これらの理由により、恒温処理温度を３８０℃〜４８０
℃の範囲に規制する。

この恒温処理温度に保持する時間については、この恒温
変態温度域において適冷オーステナイトの６５〜８５％
がベイナイト変態するに必要な時間であり、本発明鋼の
場合、３０〜６００秒の間にある。

３０秒未満ではベイナイト変態量が６５％未満となるこ
ともあるうえ、引続いて室温まで冷却する過程で適冷オ
ーステナイトの一部がマルテンサイト変態を起こすこと
もあり、この結果延性を著しく害するようなことにもな
る。

また、６００秒を超えると、ベイナイト変態量が８５％
を超えてしまい、残留オーステナイトによる延性向上効
果が得られない。

また、３８０〜４８０℃の温度域に恒温保持したのち引
き続いて室温まで冷却する際の冷却速度は、１℃／５ｅ
ｃ＝１０００℃／ ｓｅｅであればよい。

本発明においては、３８０〜４８０℃の恒温変態処理に
よりベイナイト変態量を６５〜８５％の範囲内の任意の
量としたのちは、室温まですみやかに冷却してベイナイ
ト変態の進行を阻止することが必要である。

３８０〜４８０℃の温度域から室温まで冷却する際の冷
却速度を１℃／ ｓｅｅ未満とすると冷却途中にベイナ
イト変態が引き続いて進行し、ベイナイト変態量を６５
〜８５％の範囲に・納めることが困難となる。

また３８０〜４８０℃の温度域から室温まで冷却する際
の冷却速度があまり速（て、例えば１ｏｏｏ℃／ ｓｅ
ｅを超えるような場合には、冷却の不均一さにもとづく
製品の変形や内部応力の発生を抑えることが困難となる
ので不都合である。

本発明の実施例について次に説明する。

第１表は、試験に用いた試料の化学成分を示す。

Ａ、Ｂ、Ｃは本発明鋼と比較するために選んだ炭素鋼で
あり、ＡはＳ５５Ｃ相当の鋼、Ｂ、ＣはＳＫ５相当の鋼
である。

Ｄ、Ｅ、Ｆは本発明の成分範囲内の鋼である。

第２表は各試料の熱処理方法を示すものである。

第３表はこの熱処理により得られた金属組織の組成と引
張性質を示すものである。

比較鋼Ａ、Ｂは従来のオーステンパー処理によりベイナ
イトが１００％の組織としたものであり、Ｃは焼入焼戻
し処理により焼戻しマルテンサイトが１００％の組織と
したものである。

これら従来の熱処理鋼帯の延性はあまり高いとはいえず
、Ｈｖ ４２０前後の硬度レベルで約８％程度の伸びを
示すに過ぎない。

Ｄ−Ｌ２．３、Ｅ、Ｆは、Ｄ、Ｅ、Ｆをそれぞれ本発明
の熱処理方法により、６５〜８５％のベイナイトと残部
が残留オーステナイトからなる複合組織としたものであ
る。

比較材のＡ、Ｂ、Ｃに比べ、非常に大きな延性を示すこ
とが第３表より明らかである。

Ｄ−１’、２’、３ノ、ｇ、ｙは、Ｄ、Ｅ、Ｆをオース
テンパー処理により、ベイナイト変態量を本発明の下限
値より少くし、６５％未満のベイナイトと残留オーステ
ナイトとマルテンサイトからなる組織としたものである
。

引張強さは非常に高いが、伸びは非常に小さい。

Ｄ ｉ／／、２／、３”、 ′ｇＩ、 Ｆ’４！、Ｄ
、Ｅ、Ｆを、ｔ−ステンパー処理して、ベイナイト変態
量を本発明の上限値より多くし、８５％以上のベイナイ
トと残部が残留オーステナイトとしたものである。

伸びは本発明によるものより低く、比較材のＡ−１、Ｂ
−１、Ｃ−ｉとあまり変わらない。

以上のように、本発明の成分範囲および熱処理方法によ
り非常に延性に優れた高強度鋼帯が得られることが明ら
かである。

また、本発明による６５〜８５％のベイナイトと残部が
残留オーステナイトからなる複合組織鋼は、非常に大き
な加工硬化性を示す。

第１図は第２表に示す熱処理を施した板厚１ｍｍの本発
明鋼Ｄ１（ベイナイト７５％、残留オーステナイト２５
％）と比較材Ｂ（ベイナイトｌＯＯ％）を、１３Ｘ２７
ｍｍの矩形打抜き工具を用いてクリアランスが片側で０
．１ ｍｍでプレス打抜きを行なった際の、打抜き品の
長辺部の打抜き端面近傍における板厚中央部の硬度の変
化を示したものである。

本発明鋼Ｄ−１（・印）は比較材Ｂ（○印）に比べ打抜
き端面直下での硬化量が非常に大きいことが明らかであ
る。

第４表は、第２表に示す熱処理を施した板厚１間の本発
明鋼Ｄ〜１（ベイナイト７５％、残留オーステナイト２
５％）およびＥ（ベイナイト８０％、残留オーステナイ
ト２０％）と比較材Ｂ（ベイナイトｌＯＯ％）の９０°
Ｖ曲げ試験の結果を示すものである。

第４表の試験において、端面の仕上げ程度は曲げ性に大
きな影響を及ぼすので、端面が前述の１３Ｘ２７ｍの矩
形打抜き工具でクリアランスを片側で０．１ ｍｍとし
て打抜いたままの状態と、試料をジャリングにより切断
したのち研削加工により端面の加工変質層を取り除いた
状態との２通りの試験片について試験を行なった。

いずれの場合にも本発明鋼は比較材より最小曲げ半径が
小さく、曲げ性に優れることが明らかである。

本発明の複合組織を有する高強度鋼帯は、実施例からも
明らかな如く、従来のベイナイト鋼帯あるいは焼入鋼帯
に比較して３倍の延性を有する。

したがって、絞り加工、張り出し加工、あるいは強度の
曲げ加工を必要とする精密機械等の部品に好適であり、
最も熱処理歪みの発生し易い用途への適用が可能となり
、技術的、経済的効果が太きい。

さらに、本発明の高強度鋼帯は、打抜き端面の加工硬化
が著しく太きいという特異な性質を有するので、打抜き
端面の耐摩耗性を必要とするカム材、簡易打抜き型切刃
材などとしても優れた特性を示す。

なお、本発明の実施にさいし、炭素鋼をベースとして設
計された従来のベイナイト鋼帯製造設備において作業性
を損うことなく、本発明の目的とする延性に優れた高強
度鋼帯を製造することができ、製造面での負担は軽微で
ある。

【図面の簡単な説明】 第１図は、第２表に示す熱処理を施した板厚１ａｍの本
発明鋼１）−１（ベイナイト７５％、残留オーステナイ
ト２５％）と比較材Ｂ（ベイナイト１００％）を、１３
Ｘ２７１！ｌの矩形打抜き工具を用いてクリアランスを
片側で０．１ ｍｍとしてプレス打抜きを行なった際の
、打抜き品の長辺部の打抜き端面近傍における板厚中央
部の硬度の変化を示したものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ＩＣ；０．４０〜０．８５重量％、Ｓｉ；１．４０〜２
   ．５０重量％、Ｍｎ ： ０．３０〜１．００重量％
   、残部：Ｆｅおよび不可避的不純物元素からなる銅帯を
   、Ａ ｃ ３ 点以上の温度に加熱して完全にオース
   テナイト化したのち、ＴＴＴ線図のノーズ（鼻）を通過
   する速度よりも大きい冷却速度で３８０ ・ｃ〜４８０
   ℃の範囲の温度まで冷却し、この温度域で適冷オーステ
   ナイトの６５〜８５％がベイナイト変態するまで恒温保
   持し、次いで空冷かあるＬ・はそれ以上の冷却速度で室
   温まで冷却することからなる、６５〜８５％のベイナイ
   ト相と残部が残留オーステナイト相の複合組織を有する
   高強度鋼帯の製造方法。