JPWO2016190370A1 - Steel sheet and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

冷間鍛造性及び浸炭焼入れ焼戻し後の耐衝撃特性に優れる低炭素鋼板であって、所定の成分組成を有し、炭化物の平均粒径が0.4μm以上、2.0μm以下、パーライトの面積率が6%以下、フェライト粒内の炭化物の個数に対するフェライト粒界の炭化物の個数の比率が1超であり、ビッカース硬さが100HV以上180HV以下であることを特徴とする。Low-carbon steel sheet with excellent cold forgeability and impact resistance after carburizing, quenching, and tempering, having a predetermined component composition, an average particle size of carbide of 0.4 μm to 2.0 μm, and a pearlite area ratio 6% or less, the ratio of the number of carbides in the ferrite grain boundary to the number of carbides in the ferrite grains is more than 1, and the Vickers hardness is 100HV or more and 180HV or less.

Description

本発明は、鋼板及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a steel plate and a manufacturing method thereof.

質量%で、炭素を0.1〜0.4%含有する鋼板には、ブランク材から、プレス成形、穴拡げ成形、曲げ成形、絞り成形、増肉及び減肉成形、及び、それらを組み合わせた冷間鍛造が施され、自動車のギヤー、クラッチ等の駆動系部品の素材として用いられる。従来の熱間鍛造等に比べ、冷間鍛造では素材に蓄積される歪量が高くなり、素材の亀裂や成形時の座屈の発生を招き、部品特性の悪化を引き起こす課題がある。   For steel sheets containing 0.1 to 0.4% carbon by mass%, from blank materials, press forming, hole expanding forming, bending forming, drawing forming, thickening and thinning forming, and combinations thereof Cold forging is applied, and it is used as a material for driving system parts such as automobile gears and clutches. Compared to conventional hot forging and the like, cold forging increases the amount of strain accumulated in the material, causing cracks in the material and buckling at the time of molding, causing a problem of deterioration of component characteristics.

特に、耐摩耗性を得るために成形素材に浸炭焼入れ及び焼戻しを施した後は、熱処理により残留応力が生まれるため、上記の亀裂部及び座屈部から割れの発生及び進展を招く状態となる。駆動系部品として使用するためには、始動時のギヤーの噛み込みなどによる、瞬時的に大きな荷重の負荷に対して、脆性的に破壊しないための耐衝撃特性の獲得が求められるため、上記の鋼板には、優れた冷間鍛造性と浸炭焼入れ焼戻し後の耐衝撃特性の確保が要求される。   In particular, after carburizing and tempering the molding material in order to obtain wear resistance, residual stress is generated by the heat treatment, so that cracking and buckling are caused and the cracks are generated and propagated. In order to use it as a drive system component, it is required to acquire impact resistance characteristics so as not to break brittlely against a heavy load applied instantaneously due to gear engagement at the start. Steel sheets are required to ensure excellent cold forgeability and impact resistance after carburizing, quenching and tempering.

これまで、鋼板の冷間鍛造性と浸炭後の耐衝撃特性を改善する技術について多くの提案がなされてきた(例えば、特許文献1〜5、参照)。   So far, many proposals have been made on techniques for improving the cold forgeability of steel sheets and the impact resistance after carburizing (see, for example, Patent Documents 1 to 5).

例えば、特許文献1には、浸炭熱処理における結晶粒の粗大化の抑制により靭性を向上させた機械構造用鋼として、質量%で、C:0.10〜0.30%、Si:0.05〜2.0%、Mn:0.10〜0.50%、P:0.030%以下、S:0.030%以下、Cr:1.80〜3.00%、Al:0.005〜0.050%、Nb:0.02〜0.10%、N:0.0300%以下を含有し、残部Fe及び不可避不純物からなり、冷間加工前の組織がフェライト・パーライト組織であり、そのフェライト粒径の平均値が15μm以上である機械構造用鋼が開示されている。   For example, in Patent Document 1, as steel for mechanical structure whose toughness is improved by suppressing coarsening of crystal grains in carburizing heat treatment, C: 0.10 to 0.30%, Si: 0.05 -2.0%, Mn: 0.10 to 0.50%, P: 0.030% or less, S: 0.030% or less, Cr: 1.80 to 3.00%, Al: 0.005 0.050%, Nb: 0.02 to 0.10%, N: 0.0300% or less, consisting of the balance Fe and inevitable impurities, the structure before cold working is a ferrite pearlite structure, A steel for machine structural use having an average ferrite grain size of 15 μm or more is disclosed.

特許文献2には、冷間加工性と浸炭焼入性に優れた鋼として、C:0.15〜0.40%、Si:1.00%以下、Mn:0.40%以下、sol.Al:0.02%以下、N:0.006%以下、B:0.005〜0.050%を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、かつ、フェライト相とグラファイト相を主体とする組織を有する鋼が開示されている。   In Patent Document 2, as steel having excellent cold workability and carburizing hardenability, C: 0.15 to 0.40%, Si: 1.00% or less, Mn: 0.40% or less, sol. Al: 0.02% or less, N: 0.006% or less, B: 0.005 to 0.050%, the balance is composed of Fe and unavoidable impurities, and mainly comprises a ferrite phase and a graphite phase. A steel having a structure that achieves this is disclosed.

特許文献3には、衝撃強度に優れた浸炭かさ歯車用鋼材、高靱性浸炭かさ歯車、及び、その製造方法が開示されている。   Patent Document 3 discloses a steel material for carburized bevel gears having excellent impact strength, a high toughness carburized bevel gear, and a manufacturing method thereof.

特許文献4には、球状化焼鈍後、冷間鍛造を行い、浸炭焼入焼戻し工程で製造される部品に対し、優れた加工性を有しながら、その後の浸炭でも結晶粒の粗大化を抑制し、優れた耐衝撃特性、耐衝撃疲労特性を有する浸炭部品用鋼が開示されている。   In Patent Document 4, cold forging is performed after spheroidizing annealing, and the parts produced in the carburizing and quenching and tempering process have excellent workability while suppressing the coarsening of crystal grains even in subsequent carburizing. However, steel for carburized parts having excellent impact resistance characteristics and impact fatigue resistance characteristics is disclosed.

特許文献5には、プラズマ浸炭用冷間工具鋼として、C:0.40〜0.80%、Si:0.05〜1.50%、Mn:0.05〜1.50%、及び、V:1.8〜6.0%を含有し、さらに、Ni:0.10〜2.50%、Cr:0.1〜2.0%、及び、Mo:3.0%以下の1種又は2種以上を含有し、残部がFe及び不可避の不純物からなる鋼が開示されている。   In Patent Document 5, as cold tool steel for plasma carburizing, C: 0.40-0.80%, Si: 0.05-1.50%, Mn: 0.05-1.50%, and V: 1.8 to 6.0%, Ni: 0.10 to 2.50%, Cr: 0.1 to 2.0%, and Mo: 3.0% or less Or the steel which contains 2 or more types and remainder consists of Fe and an unavoidable impurity is disclosed.

特開2013−040376号公報JP2013-040376A 特開平06−116679号公報Japanese Patent Laid-Open No. 06-116679 特開平09−201644号公報JP 09-201644 A 特開2006−213951号公報JP 2006-213951 A 特開平10−158780号公報JP-A-10-158780

特許文献1の機械構造用鋼の組織は、フェライト+パーライトの組織であり、該組織は、フェライト+セメンタイト組織に比べると、大きな硬さを持つため、冷間鍛造における金型の損耗を抑えることはできず、必ずしも冷間鍛造性に優れる機械構造用鋼とは言えない。   The structure of the steel for machine structural use in Patent Document 1 is a structure of ferrite + pearlite, which has a larger hardness than the structure of ferrite + cementite, and therefore suppresses wear of the mold in cold forging. It cannot be said that it is necessarily a steel for machine structural use with excellent cold forgeability.

特許文献2の鋼においては、セメンタイトのグラファイト化処理には、高温での焼鈍が必須となり、歩留りの低下や製造コストの増加を抑えることはできない。   In the steel of Patent Document 2, annealing at a high temperature is essential for the cementitization treatment of cementite, and it is impossible to suppress a decrease in yield and an increase in manufacturing cost.

特許文献3の製造方法は、冷間鍛造及び浸炭理後にさらに熱間鍛造を行う必要があり、熱間鍛造が必須となるため、抜本的な低コスト化に至る製造方法ではない。   The manufacturing method of Patent Document 3 requires hot forging after cold forging and carburizing, and since hot forging is essential, it is not a manufacturing method that leads to drastic cost reduction.

特許文献4の浸炭部品用鋼は、大きな歪が与えられる冷間鍛造において同様の効果を奏することができるか否かは不明確であり、さらに、具体的な組織形態や組織の制御方法も不明確であるため、近年に適用が拡がる板鍛造などの冷間で大きな歪を与え鍛造する成形においても、優れた加工性を示す鋼とは言えない。   It is unclear whether the steel for carburized parts of Patent Document 4 can achieve the same effect in cold forging where a large strain is applied, and there is no specific structure form or structure control method. Since it is clear, it cannot be said that the steel shows excellent workability even in the forming forging by applying a large strain in the cold such as plate forging which has been widely applied in recent years.

特許文献5には、鋼の成形性、特に冷間鍛造性を向上させるための最適な成分及び組織形態に関する知見及び技術は何らの開示されていない。   Patent Document 5 does not disclose any knowledge and technique relating to optimum components and microstructures for improving the formability of steel, particularly cold forgeability.

本発明は、上記従来技術の実情に鑑み、冷間鍛造性と浸炭焼入れ焼戻し後の耐衝撃特性に優れ、特に板成形により高サイクルギヤ等の部品を得るのに好適な鋼板とその製造方法を提供することを課題とするものである。   The present invention is a steel plate suitable for obtaining parts such as a high cycle gear by sheet forming, and a method for producing the steel plate, which are excellent in cold forgeability and impact resistance after carburizing and quenching and tempering, in view of the above-described prior art. The issue is to provide.

上記の課題を解決し、駆動系部品等の素材に適した鋼板を得るためには、焼入れ性を高めるのに必要なCを含有した鋼板において、フェライトの粒径を大きくし、炭化物(主としてセメンタイト)を適切な粒径で球状化し、パーライト組織を少なくすればよいことが理解できる。これは、以下の理由による。   In order to solve the above problems and to obtain a steel sheet suitable for a material such as a drive train component, in the steel sheet containing C necessary for improving the hardenability, the ferrite grain size is increased, and carbide (mainly cementite) is obtained. ) Can be spheroidized with an appropriate particle size to reduce the pearlite structure. This is due to the following reason.

フェライト相は硬度が低く、延性が高い。したがって、フェライトを主体とした組織で、その粒径を大きくすることにより、素材成形性を高めることが可能となる。   The ferrite phase has low hardness and high ductility. Therefore, it is possible to improve the material formability by increasing the grain size in a structure mainly composed of ferrite.

炭化物は、金属組織中に適切に分散させることにより、素材成形性を維持しつつ、優れた耐摩耗性や転動疲労特性を付与することができるので、駆動系部品にはなくてはならない組織である。また、鋼板中の炭化物は、すべりを妨げる強固な粒子であり、炭化物をフェライト粒界に存在させることで、結晶粒界を越えるすべりの伝播を防止して、剪断帯の形成を抑制することができ、冷間鍛造性を向上させ、同時に、鋼板の成形性も向上させる。   By properly dispersing carbide in the metal structure, it can provide excellent wear resistance and rolling fatigue characteristics while maintaining material formability. It is. Also, carbides in the steel sheet are strong particles that prevent slipping, and by allowing carbides to exist at the ferrite grain boundaries, it is possible to prevent the propagation of slips across the crystal grain boundaries and suppress the formation of shear bands. It can improve the cold forgeability and at the same time improve the formability of the steel sheet.

ただし、セメンタイトは硬くて脆い組織であり、フェライトとの層状組織であるパーライトの状態で存在すると、鋼が硬く、脆くなるので、球状で存在させる必要がある。冷間鍛造性や、鍛造時のき裂の発生を考慮すると、その粒径は適切な範囲である必要がある。   However, cementite is a hard and brittle structure, and if it exists in the state of pearlite, which is a layered structure with ferrite, the steel becomes hard and brittle, so it must be present in a spherical shape. In consideration of cold forgeability and generation of cracks during forging, the particle size needs to be in an appropriate range.

しかしながら、上記の組織を実現するための製造方法はこれまでに開示されていない。そこで、本発明者らは、上記の組織を実現するための製造方法について鋭意研究した。   However, a manufacturing method for realizing the above structure has not been disclosed so far. Therefore, the present inventors have intensively studied a manufacturing method for realizing the above structure.

その結果、熱間圧延後の巻取り後の鋼板の金属組織をラメラ間隔の小さい微細なパーライトまたは細かなフェライト中にセメンタイトが分散したベイナイト組織にするため、比較的低温(400℃〜550℃)で巻取る。比較的低温で巻取ることにより、フェライト中に分散したセメンタイトも球状化し易くなる。続いて、1段目の焼鈍としてAc1点直下の温度での焼鈍でセメンタイトを部分的に球状化する。次いで、2段目の焼鈍としてAc1点とAc3点間の温度(いわゆるフェライトとオーステナイトの二相域)での焼鈍で、フェライト粒の一部を残しつつ、一部をオーステナイト変態させる。その後緩冷却して残したフェライト粒を成長させつつ、そこを核にしてオーステナイトをフェライト変態させることにより、おおきなフェライト相を得つつ粒界にセメンタイトを析出させ、上記組織の実現できることを見出した。   As a result, the steel structure after coiling after hot rolling is made into a bainite structure in which cementite is dispersed in fine pearlite or fine ferrite with a small lamellar spacing, so that the temperature is relatively low (400 ° C to 550 ° C). Take up with. By winding at a relatively low temperature, cementite dispersed in the ferrite is also easily spheroidized. Subsequently, the cementite is partially spheroidized by annealing at a temperature just below the Ac1 point as the first stage annealing. Next, as the second stage annealing, annealing is performed at a temperature between Ac1 point and Ac3 point (so-called two-phase region of ferrite and austenite), and a part of the ferrite grains is left, and a part thereof is austenite transformed. Thereafter, the ferrite grains left by slow cooling were grown, and austenite was transformed into ferrite by using the ferrite grains as a nucleus, so that cementite was precipitated at the grain boundaries while obtaining a large ferrite phase, and the above structure was realized.

すなわち、焼入れ性と成形性を同時に満足する鋼板の製造方法は、熱延条件や焼鈍条件などを単一にて工夫しても実現困難であり、熱延・焼鈍工程などのいわゆる一貫工程にて最適化を達成することにより実現可能であることを知見した。   In other words, a steel sheet manufacturing method that satisfies both hardenability and formability is difficult to achieve even if the hot rolling conditions and annealing conditions are devised by a single method. It was found that this can be achieved by achieving optimization.

また、冷間鍛造時の絞り成形性の改善には塑性異方性の低減が必要であり、この改善には、熱延条件の調整が重要であることを知見した。   In addition, it has been found that reducing the plastic anisotropy is necessary for improving the drawability during cold forging, and that adjustment of hot rolling conditions is important for this improvement.

本発明は、これらの知見に基づいてなされたものであり、その要旨は、以下のとおりである。   This invention is made | formed based on these knowledge, The summary is as follows.

(1)成分組成が、質量%で、C:0.10〜0.40%、Si:0.01〜0.30%、Mn:0.30〜1.00%、Al:0.001〜0.10%、Cr:0.50〜2.00%、Mo:0.001〜1.00%、P:0.020%以下、S:0.010%以下、N:0.020%以下、O:0.020%以下、Ti:0.010%以下、B:0.0005%以下、Sn:0.050%以下、Sb:0.050%以下、As:0.050%以下、Nb:0.10%以下、V:0.10%以下、Cu:0.10%以下、W:0.10%以下、Ta:0.10%以下、Ni:0.10%以下、Mg:0.050%以下、Ca:0.050%以下、Y:0.050%以下、Zr:0.050%以下、La:0.050%以下、及びCe:0.050%を含み、残部Fe及び不純物である低炭素鋼板であって、上記低炭素鋼板の金属組織が、炭化物粒径が0.4〜2.0μm、パーライト面積率が6%以下、及びフェライト粒内の炭化物の個数に対するフェライト粒界の炭化物の個数の比率が1超、を満たし、上記低炭素鋼板のビッカース硬さが100HV以上180HV以下であることを特徴とする鋼板。   (1) Component composition is mass%, C: 0.10-0.40%, Si: 0.01-0.30%, Mn: 0.30-1.00%, Al: 0.001- 0.10%, Cr: 0.50-2.00%, Mo: 0.001-1.00%, P: 0.020% or less, S: 0.010% or less, N: 0.020% or less O: 0.020% or less, Ti: 0.010% or less, B: 0.0005% or less, Sn: 0.050% or less, Sb: 0.050% or less, As: 0.050% or less, Nb : 0.10% or less, V: 0.10% or less, Cu: 0.10% or less, W: 0.10% or less, Ta: 0.10% or less, Ni: 0.10% or less, Mg: 0 0.050% or less, Ca: 0.050% or less, Y: 0.050% or less, Zr: 0.050% or less, La: 0.050% or less, and Ce: 0.05% or less. A low carbon steel plate that contains 50%, the balance being Fe and impurities, wherein the metal structure of the low carbon steel plate has a carbide grain size of 0.4 to 2.0 μm, a pearlite area ratio of 6% or less, and ferrite grains A steel sheet characterized in that the ratio of the number of carbides in the ferrite grain boundary to the number of carbides in the steel satisfies more than 1, and the Vickers hardness of the low carbon steel sheet is 100HV or more and 180HV or less.

(2)前記(1)の鋼板を製造する製造方法であって、前記(1)の成分組成の鋼片を650℃以上950℃以下の温度域で仕上げ熱延を完了する熱間圧延を施して熱延鋼板とし、上記熱延鋼板を400℃以上600℃以下で巻き取り、巻き取った熱延鋼板に酸洗を施し、酸洗した熱延鋼板を30℃/時間以上150℃/時間以下の加熱速度で、650℃以上720℃以下の焼鈍温度に加熱して、3時間以上60時間以下保持する1段目の焼鈍を施し、次いで、熱延鋼板を1℃/時間以上80℃/時間以下の加熱速度で、725℃以上790℃以下の焼鈍温度に加熱して、3時間以上50時間以下保持する2段目の焼鈍を施し、焼鈍後の熱延鋼板を、1℃/時間以上100℃/時間以下の冷却速度で650℃まで冷却することを特徴とする冷間鍛造性及び鋼板の製造方法。   (2) A manufacturing method for manufacturing the steel sheet of (1), wherein the steel slab having the component composition of (1) is hot-rolled to complete finish hot rolling in a temperature range of 650 ° C. to 950 ° C. The hot-rolled steel sheet is wound up at 400 ° C. or higher and 600 ° C. or lower, and the wound hot-rolled steel sheet is pickled, and the pickled hot-rolled steel sheet is 30 ° C./hour or higher and 150 ° C./hour or lower. At a heating rate of 650 ° C. or more and 720 ° C. or less, the first stage annealing is performed for 3 hours or more and 60 hours or less, and then the hot-rolled steel sheet is heated at 1 ° C./hour or more and 80 ° C./hour. Heating to an annealing temperature of 725 ° C. or higher and 790 ° C. or lower at the following heating rate and performing second-stage annealing for holding for 3 hours or longer and 50 hours or shorter, Cooling to 650 ° C. at a cooling rate of ℃ / hour or less Manufacturing method of forging property and steel plate.

本発明によれば、冷間鍛造性及び浸炭焼入れ焼戻し後の耐衝撃特性に優れ、特に板成形により高サイクルギヤ等の部品を得るのに好適な鋼板及びその製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the steel plate suitable for obtaining components, such as a high cycle gear, can be provided, which is excellent in cold forgeability and impact resistance characteristics after carburizing and quenching and tempering, and particularly by plate forming.

冷間鍛造試験の概要と冷間鍛造で導入された亀裂の態様を模式的に示す図である。(a)は、熱延鋼板から切り出した円盤状試験材を示し、(b)は、冷間鍛造後の試験材の形状を示し、(c)は、冷間鍛造後の試験材の断面態様を示す。It is a figure which shows typically the aspect of the crack introduced by the outline | summary of a cold forging test, and cold forging. (A) shows a disk-shaped test material cut out from a hot-rolled steel sheet, (b) shows the shape of the test material after cold forging, and (c) shows a cross-sectional aspect of the test material after cold forging. Indicates. 浸炭焼入れ焼戻しを施したサンプルの耐衝撃特性を評価する落重試験の概要を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the outline | summary of the drop weight test which evaluates the impact resistance characteristic of the sample which performed carburizing quenching tempering. 粒内炭化物の個数に対する粒界炭化物の個数の比率と、冷間鍛造試験片の亀裂長さ及び浸炭焼入れ焼戻し後の耐衝撃特性の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the ratio of the number of intergranular carbide | carbonized_materials with respect to the number of intragranular carbide | carbonized_material, the crack length of a cold forging test piece, and the impact resistance property after carburizing quenching and tempering. 粒内炭化物の個数に対する粒界炭化物の個数の比率と、冷間鍛造試験片の亀裂長さ及び浸炭焼入れ焼戻し後の耐衝撃特性の別の関係を示す図である。It is a figure which shows another relationship between the ratio of the number of intergranular carbide | carbonized_materials with respect to the number of intragranular carbide | carbonized_materials, the crack length of a cold forging test piece, and the impact resistance property after carburizing quenching and tempering.

以下、本発明について詳細に説明する。まず、本発明鋼板の成分組成の限定理由について説明する。ここで、成分組成に係る「%」は「質量%」を意味する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail. First, the reasons for limiting the component composition of the steel sheet of the present invention will be described. Here, “%” related to the component composition means “mass%”.

[C:0.10〜0.40%]
Cは、鋼中で炭化物を形成し、鋼の強化及びフェライト粒の微細化に有効な元素である。冷間加工における梨地の発生を抑制し、冷間鍛造部品の表面美観を確保するためには、フェライト粒径の粗大化の抑制が必須であるが、0.10%未満では、炭化物の体積率が不足し、焼鈍中の炭化物の粗大化を抑制することができなくなるので、Cは0.10%以上とする。好ましくは0.11%以上である。
[C: 0.10 to 0.40%]
C is an element that forms carbides in steel and is effective in strengthening steel and refining ferrite grains. In order to suppress the occurrence of satin in cold working and ensure the surface aesthetics of the cold forged parts, it is essential to suppress the coarsening of the ferrite grain size, but if it is less than 0.10%, the volume fraction of carbides Is insufficient, and it becomes impossible to suppress the coarsening of the carbide during annealing, so C is made 0.10% or more. Preferably it is 0.11% or more.

一方、0.40%を超えると、炭化物の体積率が増加し、瞬時的に荷重を負荷した際に破壊の起点となるクラックが多量に生成し、耐衝撃特性の低下を招くので、Cは0.40%以下とする。好ましくは0.38%以下である。   On the other hand, if it exceeds 0.40%, the volume fraction of carbide increases, and when a load is instantaneously applied, a large amount of cracks that become the starting point of fracture are generated, leading to a decrease in impact resistance. 0.40% or less. Preferably it is 0.38% or less.

[Si:0.01〜0.30%]
Siは、脱酸剤として作用し、また、炭化物の形態に影響を及ぼす元素である。脱酸効果を得るフェライト粒内の炭化物の個数を低減し、フェライト粒界上の炭化物の個数を増やすためには、2段ステップ型の焼鈍により、焼鈍中に、オーステナイト相を生成させ、一旦、炭化物を溶解した後徐冷し、フェライト粒界への炭化物生成を促進する必要がある。
[Si: 0.01-0.30%]
Si is an element that acts as a deoxidizer and affects the morphology of carbides. In order to reduce the number of carbides in the ferrite grains to obtain the deoxidation effect and increase the number of carbides on the ferrite grain boundaries, the austenite phase is generated during annealing by the two-step type annealing, It is necessary to dissolve the carbide and then slowly cool it to promote the formation of carbide at the ferrite grain boundaries.

Siが0.30%を超えると、フェライトの延性が低下し、冷間鍛造時に割れが起こり易くなり、冷間鍛造性と浸炭焼入れ焼戻し後の耐衝撃特性が低下するので、Siは0.30%以下とする。好ましくは0.28%以下である。   If Si exceeds 0.30%, the ductility of ferrite is reduced, cracking is likely to occur during cold forging, and cold forgeability and impact resistance after carburizing and quenching are reduced. % Or less. Preferably it is 0.28% or less.

Siは、少ないほど好ましいが、0.01%未満への低減は、精錬コストの大幅な増加を招くので、Siは0.01%以上とする。好ましくは0.02%以上である。   Si is preferably as small as possible, but a reduction to less than 0.01% causes a significant increase in refining costs, so Si is set to 0.01% or more. Preferably it is 0.02% or more.

[Mn:0.30〜1.00%]
Mnは、2段ステップ型の焼鈍において、炭化物の形態を制御する元素である。0.30%未満では、2段目の焼鈍後の徐冷において、フェライト粒界上に炭化物を生成させることが困難となるので、Mnは0.30%以上とする。好ましくは0.33%以上である。
[Mn: 0.30 to 1.00%]
Mn is an element that controls the form of carbide in the two-step annealing. If it is less than 0.30%, it becomes difficult to form carbides on the ferrite grain boundaries in the slow cooling after the second stage annealing, so Mn is 0.30% or more. Preferably it is 0.33% or more.

一方、1.00%を超えると、浸炭焼入れ焼戻し後の靭性が低下するので、Mnは1.00%以下とする。好ましくは0.96%以下である。   On the other hand, if it exceeds 1.00%, the toughness after carburizing, quenching, and tempering decreases, so Mn is made 1.00% or less. Preferably it is 0.96% or less.

[Al:0.001〜0.10%]
Alは、鋼の脱酸剤として作用しフェライトを安定化する元素である。0.001%未満では、添加効果が十分に得られないので、Alは0.001%以上とする。好ましくは0.004%以上である。
[Al: 0.001 to 0.10%]
Al is an element that acts as a deoxidizer for steel and stabilizes ferrite. If it is less than 0.001%, the effect of addition cannot be sufficiently obtained, so Al is made 0.001% or more. Preferably it is 0.004% or more.

一方、0.10%を超えると、粒界上の炭化物の個数割合を低下させ、冷間鍛造時の亀裂長さの増加を招くので、Alは0.10%以下とする。好ましくは0.09%以下である。   On the other hand, if it exceeds 0.10%, the number ratio of carbides on the grain boundary is lowered and the crack length at the time of cold forging is increased, so Al is made 0.10% or less. Preferably it is 0.09% or less.

[Cr:0.50〜2.00%]
Cr及びMoは靭性を向上させる元素である。Crは、熱処理時の炭化物の安定化に有効な元素である。0.50%未満では、浸炭時に炭化物を残存させることが困難となり、表層におけるオーステナイト粒径の粗大化を招き、耐衝撃特性の低下を引き起こすので、Crは0.50%以上とする。好ましくは0.52%以上である。
[Cr: 0.50 to 2.00%]
Cr and Mo are elements that improve toughness. Cr is an element effective for stabilizing carbide during heat treatment. If it is less than 0.50%, it becomes difficult to leave carbides during carburization, leading to a coarsening of the austenite grain size in the surface layer and a reduction in impact resistance, so Cr is made 0.50% or more. Preferably it is 0.52% or more.

一方、2.00%を超えると、炭化物中へのCrの濃化量が増加し、2段ステップ型の焼鈍で生成したオーステナイト相中に、微細な炭化物が多く残存するため、徐冷後に粒内にも炭化物が存在し、硬さの増加と粒界炭化物の個数比率が低下し、冷間鍛造性が低下するので、Crは2.00%以下とする。好ましくは1.94%以下である。   On the other hand, if it exceeds 2.00%, the concentration of Cr in the carbide increases, and a lot of fine carbides remain in the austenite phase produced by the two-step annealing, so that the grains after slow cooling Since carbides are also present therein, the increase in hardness and the number ratio of grain boundary carbides are reduced, and the cold forgeability is reduced, so Cr is made 2.00% or less. Preferably it is 1.94% or less.

[Mo:0.001〜1.00%]
Moは、炭化物の形態制御に有効な元素である。0.001%未満では、添加効果が十分に得られないので、Moは0.001%以上とする。好ましくは0.017%以上である。
[Mo: 0.001 to 1.00%]
Mo is an element effective for controlling the form of carbide. If it is less than 0.001%, the effect of addition cannot be sufficiently obtained, so Mo is made 0.001% or more. Preferably it is 0.017% or more.

一方、1.00%を超えると、炭化物中にMoが濃化し、オーステナイト相中でも安定な炭化物が多くなるため、徐冷後に粒内にも炭化物が存在し、硬さの増加と粒界炭化物の個数比率の低下を招き、冷間鍛造性が低下するので、Moは1.00%以下とする。好ましくは0.94%以下である。   On the other hand, if it exceeds 1.00%, Mo concentrates in the carbide, and stable carbide increases in the austenite phase. Therefore, carbide is also present in the grains after slow cooling, and the increase in hardness and grain boundary carbides. Since the number ratio is lowered and the cold forgeability is lowered, Mo is made 1.00% or less. Preferably it is 0.94% or less.

以下の元素は、不純物であり、一定量以下に制御する必要がある。   The following elements are impurities and need to be controlled below a certain amount.

[P:0.020%以下]
Pは、フェライト粒界に偏析し、粒界炭化物の生成を抑制する元素である。少ないほど好ましい。Pの含有量は0でもよいが、精錬工程で0.0001%未満に高純度化するためには、精錬に長時間を要し、製造コストの大幅な増加を招くので、実質的な下限は0.0001〜0.0013%である。
[P: 0.020% or less]
P is an element that segregates at the ferrite grain boundaries and suppresses the formation of grain boundary carbides. The smaller the number, the better. The P content may be 0, but in order to achieve a purity of less than 0.0001% in the refining process, refining takes a long time and causes a significant increase in manufacturing costs. 0.0001 to 0.0013%.

一方、0.020%を超えると、粒界炭化物の個数比率が低下し、冷間鍛造性が低下するので、Pは0.020%以下とする。好ましくは0.018%以下である。   On the other hand, if it exceeds 0.020%, the number ratio of grain boundary carbides decreases and cold forgeability decreases, so P is made 0.020% or less. Preferably it is 0.018% or less.

[S:0.010%以下]
Sは、MnSなどの非金属介在物を形成する不純物元素である。非金属介在物は、冷間鍛造時に割れ発生の起点となるので、Sは少ないほど好ましい。Sの含有量は0でもよいが、Sを0.0001%未満に低減すると、精錬コストが大幅に増加するので、実質的な下限は0.0001〜0.0012%である。
[S: 0.010% or less]
S is an impurity element that forms non-metallic inclusions such as MnS. Non-metallic inclusions are the starting point of cracking during cold forging, so the smaller the S, the better. The S content may be 0, but if S is reduced to less than 0.0001%, the refining cost is greatly increased, so the practical lower limit is 0.0001 to 0.0012%.

一方、0.010%を超えると、冷間鍛造時の亀裂長さの増加を招くので、Sは0.010%以下とする。好ましくは0.009%以下である。   On the other hand, if it exceeds 0.010%, the crack length during cold forging is increased, so S is made 0.010% or less. Preferably it is 0.009% or less.

[N:0.020%以下]
Nは、フェライト粒界へ偏析し、粒界上の炭化物の生成を抑制する元素である。少ないほど好ましい。Nの含有量は0でもよいが、0.0001%未満に低減すると、精錬コストが大幅に増加するので、実質的な下限は0.0001〜0.0006%である。
[N: 0.020% or less]
N is an element that segregates to the ferrite grain boundary and suppresses the formation of carbides on the grain boundary. The smaller the number, the better. The N content may be 0, but if the content is reduced to less than 0.0001%, the refining cost is greatly increased, so the substantial lower limit is 0.0001 to 0.0006%.

一方、0.020%を超えると、2相域焼鈍及び徐冷を施しても、フェライト粒内の炭化物の個数に対するフェライト粒界上の炭化物の個数の比が1未満となり、冷間鍛造性が低下するので、Nは0.020%以下とする。好ましくは0.017%以下である。   On the other hand, if it exceeds 0.020%, the ratio of the number of carbides on the ferrite grain boundary to the number of carbides in the ferrite grains is less than 1 even when two-phase annealing and annealing are performed, and the cold forgeability is low. Since N falls, N is made 0.020% or less. Preferably it is 0.017% or less.

[O:0.0001〜0.020%]
Oは、鋼中に酸化物を形成する元素である。フェライト粒内に存在する酸化物は、炭化物の生成サイトとなるため、少ないほうが好ましい。Oの含有量は0でもよいが、Oを0.0001%未満に低減すと、精錬コストが大幅に増加するので、実質的な下限は0.0001〜0.0006%である。
[O: 0.0001 to 0.020%]
O is an element that forms an oxide in steel. Since the oxide which exists in a ferrite grain turns into a production | generation site | part of a carbide | carbonized_material, the one where it is smaller is preferable. The content of O may be 0, but if O is reduced to less than 0.0001%, the refining cost is greatly increased, so the practical lower limit is 0.0001 to 0.0006%.

一方、0.020%を超えると、フェライト粒内の炭化物の個数に対するフェライト粒界上の炭化物の個数の比が1未満となり、冷間鍛造性が低下するので、Oは0.020%以下とする。好ましくは0.017%以下である。   On the other hand, if it exceeds 0.020%, the ratio of the number of carbides on the ferrite grain boundary to the number of carbides in the ferrite grains becomes less than 1, and cold forgeability decreases, so O is 0.020% or less. To do. Preferably it is 0.017% or less.

[Ti:0.010%以下]
Tiは、炭化物の形態の制御に重要な元素であり、多量の含有により、フェライト粒内の炭化物の生成を促す元素であり、少ないほど好ましい。Tiの含有量は0でもよいが、0.0001%未満に低減すると、精錬コストが大幅に増加するので、実質的な下限は0.0001〜0.0006%である。
[Ti: 0.010% or less]
Ti is an element that is important for controlling the form of carbides, and is an element that promotes the formation of carbides in ferrite grains when contained in a large amount. The Ti content may be 0, but if the content is reduced to less than 0.0001%, the refining cost increases significantly, so the substantial lower limit is 0.0001 to 0.0006%.

一方、0.010%を超えると、フェライト粒内の炭化物の個数に対するフェライト粒界上の炭化物の個数の比が1未満となり、冷間鍛造性が低下するので、Tiは0.010%以下とする。好ましくは0.007%以下である。   On the other hand, if it exceeds 0.010%, the ratio of the number of carbides on the ferrite grain boundary to the number of carbides in the ferrite grains becomes less than 1, and the cold forgeability decreases, so Ti is 0.010% or less. To do. Preferably it is 0.007% or less.

[B:0.0005%以下]
Bは、冷間鍛造時における転位のすべりの制御に有効な元素である。多量の含有により、すべり系の活動が制限されるので、Bは、少ないほうが好ましい。Bの含有量は0でもよい。0.0001%未満のBの検出には細心の注意が必要であるとともに、分析装置によっては、検出下限以下に至る。
[B: 0.0005% or less]
B is an element effective for controlling dislocation slip during cold forging. Since the activity of the slip system is limited by the inclusion of a large amount, B is preferably as small as possible. The B content may be zero. Careful attention is required for the detection of B less than 0.0001%, and depending on the analyzer, the detection is below the lower limit of detection.

一方、0.0005%を超えると、冷間鍛造によって形成した剪断帯において転位の交差すべりが抑制され、局所的に歪が集中して割れが発生するので、Bは0.0005%以下とする。好ましくは0.0005%以下である。   On the other hand, if it exceeds 0.0005%, dislocation cross-slip is suppressed in the shear band formed by cold forging, and strain is concentrated locally to cause cracking. Therefore, B is set to 0.0005% or less. . Preferably it is 0.0005% or less.

[Sn:0.050%以下]
Snは、鋼原料(スクラップ)から混入する元素であり、少ないほど好ましい。Snの含有量は0でもよいが、0.001%未満に低減すると、精錬コストが大幅に増加するので、実質的な下限は0.001〜0.002%である。
[Sn: 0.050% or less]
Sn is an element mixed in from the steel raw material (scrap), and the smaller the better. The Sn content may be 0, but if the content is reduced to less than 0.001%, the refining cost increases significantly, so the substantial lower limit is 0.001 to 0.002%.

一方、0.050%を超えると、フェライトが脆化し、冷間鍛造性が低下するので、Snは0.050%以下とする。好ましくは0.048%以下である。   On the other hand, if it exceeds 0.050%, ferrite becomes brittle and cold forgeability deteriorates, so Sn is made 0.050% or less. Preferably it is 0.048% or less.

[Sb:0.050%以下]
Sbは、Snと同様に、鋼原料(スクラップ)から混入する元素である。Sbは、粒界に偏析し、粒界炭化物の個数比率を低下させるので、少ないほど好ましい。Sbの含有量は0でもよいが、0.001%未満へ低減すると、精錬コストが大幅に増加するので、実質的な下限は0.001〜0.002%である。
[Sb: 0.050% or less]
Sb is an element mixed from steel raw material (scrap) like Sn. Since Sb segregates at the grain boundaries and reduces the number ratio of grain boundary carbides, the smaller the Sb, the better. The Sb content may be 0, but if the content is reduced to less than 0.001%, the refining cost is greatly increased, so the substantial lower limit is 0.001 to 0.002%.

一方、0.050%を超えると、冷間鍛造性が低下するので、Sbは0.050%以下とする。好ましくは0.048%以下である。   On the other hand, if it exceeds 0.050%, the cold forgeability deteriorates, so Sb is made 0.050% or less. Preferably it is 0.048% or less.

[As:0.050%以下]
Asは、Sn、Sbと同様に、鋼原料(スクラップ)から混入する元素である、Asは、粒界に偏析し、粒界炭化物の個数比率を低下させるので、少ないほど好ましい。Asの含有量は0でもよいが、0.001%未満へ低減すると、精錬コストが大幅に増加するので、実質的な下限は0.001〜0.002%である。
[As: 0.050% or less]
As is an element mixed from steel raw material (scrap), as is Sn and Sb, As is segregated at the grain boundary and lowers the number ratio of grain boundary carbides. The content of As may be 0, but if the content is reduced to less than 0.001%, the refining cost is greatly increased, so the substantial lower limit is 0.001 to 0.002%.

一方、0.050%を超えると、粒界炭化物の個数比率が低下し、冷間鍛造性が低下するので、Asは0.050%以下とする。好ましくは0.045%以下である。   On the other hand, if it exceeds 0.050%, the number ratio of grain boundary carbides decreases and cold forgeability decreases, so As is made 0.050% or less. Preferably it is 0.045% or less.

本発明鋼板は、上記元素を基本元素とするが、さらに、冷間鍛造性や、他の特性を向上させる目的で、以下の元素を含有してもよい。以下の元素は、本発明の効果を得るために必須ではないので、含有量は0でもよい。   The steel sheet of the present invention uses the above elements as basic elements, but may further contain the following elements for the purpose of improving cold forgeability and other characteristics. The following elements are not essential for obtaining the effects of the present invention, so the content may be zero.

[Nb:0.10%以下]
Nbは、炭化物の形態制御に有効な元素であり、また、組織を微細化して、靭性の向上に寄与する元素である。0.001%未満では、添加効果が十分に得られないので、Nbは0.001%以上とするのが好ましい。より好ましくは0.002%以上である。
[Nb: 0.10% or less]
Nb is an element effective for controlling the form of carbides, and is an element that contributes to improving toughness by refining the structure. If it is less than 0.001%, the effect of addition cannot be sufficiently obtained, so Nb is preferably 0.001% or more. More preferably, it is 0.002% or more.

一方、0.10%を超えると、微細なNb炭化物が多数析出し、強度が過度に上昇し、また、粒界炭化物の個数比率が低下し、冷間鍛造性が低下するので、Nbは0.10%以下とする。好ましくは0.09%以下である。   On the other hand, if it exceeds 0.10%, a large number of fine Nb carbides precipitate, the strength excessively increases, the number ratio of grain boundary carbides decreases, and cold forgeability decreases, so Nb is 0 10% or less. Preferably it is 0.09% or less.

[V:0.10%以下]
Vも、Nbと同様に、炭化物の形態制御に有効な元素であり、また、組織を微細化して、靭性の向上に寄与する元素である。0.001%未満では、添加効果が十分に得られないので、Vは0.001%以上とするのが好ましい。より好ましくは0.004%以上である。
[V: 0.10% or less]
V, like Nb, is an element that is effective in controlling the morphology of carbides, and is an element that contributes to improving toughness by refining the structure. If it is less than 0.001%, the effect of addition cannot be sufficiently obtained, so V is preferably 0.001% or more. More preferably, it is 0.004% or more.

一方、0.10%を超えると、微細なV炭化物が多数析出し、強度が過度に上昇し、また、粒界炭化物の個数比率が低下し、冷間鍛造性が低下するので、Vは0.10%以下とする。好ましくは0.09%以下である。   On the other hand, if it exceeds 0.10%, a large number of fine V carbides precipitate, the strength excessively increases, the number ratio of grain boundary carbides decreases, and the cold forgeability decreases, so V is 0. 10% or less. Preferably it is 0.09% or less.

[Cu:0.10%以下]
Cuは、微細な析出物を形成し、強度の向上に寄与する元素である。0.001%未満では、強度向上効果が十分に得られないので、Cuは0.001%以上とするのが好ましい。より好ましくは0.008%以上である。
[Cu: 0.10% or less]
Cu is an element that forms fine precipitates and contributes to improvement in strength. If it is less than 0.001%, the effect of improving the strength cannot be obtained sufficiently, so Cu is preferably made 0.001% or more. More preferably, it is 0.008% or more.

一方、0.10%を超えると、熱延中に赤熱脆性が発現し、生産性が低下するのでCuは0.10%以下とする。好ましくは0.09%以下である。   On the other hand, if it exceeds 0.10%, red hot brittleness will develop during hot rolling and the productivity will decrease, so Cu is made 0.10% or less. Preferably it is 0.09% or less.

[W:0.10%以下]
Wも、Nb、Vと同様に、炭化物の形態制御に有効な元素である。0.001%未満では、添加効果が十分に得られないので、Wは0.001%以上とするのが好ましい。より好ましくは0.003%以上である。
[W: 0.10% or less]
W, like Nb and V, is an element effective for controlling the form of carbide. If it is less than 0.001%, the effect of addition cannot be sufficiently obtained, so W is preferably 0.001% or more. More preferably, it is 0.003% or more.

一方、0.10%を超えると、微細なW炭化物が多数析出し、強度が過度に上昇し、また、粒界炭化物の個数比率が低下し、冷間鍛造性が低下するので、Wは0.10%以下とする。好ましくは0.08%以下である。   On the other hand, if it exceeds 0.10%, many fine W carbides precipitate, the strength excessively increases, the number ratio of grain boundary carbides decreases, and the cold forgeability decreases, so W is 0. 10% or less. Preferably it is 0.08% or less.

[Ta:0.10%以下]
Taも、Nb、V、Wと同様に、炭化物の形態制御に有効な元素である。0.001%未満では、添加効果が十分に得られないので、Taは0.001%以上とするのが好ましい。好ましくは0.007%以上である。
[Ta: 0.10% or less]
Ta, as well as Nb, V, and W, is an element effective for controlling the morphology of carbides. If less than 0.001%, the effect of addition cannot be sufficiently obtained, so Ta is preferably made 0.001% or more. Preferably it is 0.007% or more.

一方、0.10%を超えると、微細なW炭化物が多数析出し、強度が過度に上昇し、また、粒界炭化物の個数比率が低下し、冷間鍛造性が低下するので、Taは0.10%以下とする。好ましくは0.09%以下である。   On the other hand, if it exceeds 0.10%, many fine W carbides precipitate, the strength increases excessively, the number ratio of grain boundary carbides decreases, and the cold forgeability decreases, so Ta is 0. 10% or less. Preferably it is 0.09% or less.

[Ni:0.10%以下]
Niは、部品の耐衝撃特性の向上に有効な元素である。0.001%未満では、添加効果が十分に得られないので、Niは0.001%以上とするのが好ましい。より好ましくは0.002%以上である。
[Ni: 0.10% or less]
Ni is an element effective for improving the impact resistance characteristics of parts. If it is less than 0.001%, the effect of addition cannot be sufficiently obtained, so Ni is preferably made 0.001% or more. More preferably, it is 0.002% or more.

一方、0.10%を超えると、粒界炭化物の個数比率が低下し、冷間鍛造性が低下するので、Niは0.10%以下とする。好ましくは0.09%以下である。   On the other hand, if it exceeds 0.10%, the number ratio of grain boundary carbides decreases and cold forgeability decreases, so Ni is made 0.10% or less. Preferably it is 0.09% or less.

[Mg:0.050%以下]
Mgは、微量の添加で硫化物の形態を制御できる元素である。0.0001%未満では、添加効果が十分に得られないので、Mgは0.0001%以上とするのが好ましい。より好ましくは0.0008%以上である。
[Mg: 0.050% or less]
Mg is an element that can control the form of sulfide by addition of a small amount. If it is less than 0.0001%, the effect of addition cannot be sufficiently obtained, so Mg is preferably made 0.0001% or more. More preferably, it is 0.0008% or more.

一方、0.050%を超えると、フェライトが脆化し、冷間鍛造性が低下するので、Mgは0.050%以下とする。好ましくは0.049%以下である。   On the other hand, if it exceeds 0.050%, ferrite becomes brittle and cold forgeability deteriorates, so Mg is made 0.050% or less. Preferably it is 0.049% or less.

[Ca:0.050%以下]
Caは、Mgと同様に、微量の添加で硫化物の形態を制御できる元素である。0.001%未満では、添加効果が十分に得られないので、Caは0.001%以上とするのが好ましい。より好ましくは0.003%以上である。
[Ca: 0.050% or less]
Ca, like Mg, is an element that can control the form of sulfide with a small amount of addition. If less than 0.001%, the effect of addition cannot be sufficiently obtained, so Ca is preferably made 0.001% or more. More preferably, it is 0.003% or more.

一方、0.050%を超えると、粗大なCa酸化物が生成し、冷間鍛造時に割れ発生の起点となるので、Caは0.050%以下とする。好ましくは0.04%以下である。   On the other hand, if it exceeds 0.050%, coarse Ca oxide is generated and becomes a starting point of crack generation during cold forging, so Ca is made 0.050% or less. Preferably it is 0.04% or less.

[Y:0.050%以下]
Yは、Mg、Caと同様に、微量の添加で硫化物の形態を制御できる元素である。0.001%未満では、添加効果が十分に得られないので、Yは0.001%以上とするのが好ましい。より好ましくは0.003%以上である。
[Y: 0.050% or less]
Y, like Mg and Ca, is an element that can control the form of sulfide by addition of a trace amount. If it is less than 0.001%, the effect of addition cannot be sufficiently obtained, so Y is preferably 0.001% or more. More preferably, it is 0.003% or more.

一方、0.050%を超えると、粗大なY酸化物が生成し、冷間鍛造時に割れ発生の起点となるので、Yは0.050%以下とする。好ましくは0.031%以下である。   On the other hand, if it exceeds 0.050%, coarse Y oxide is generated and becomes a starting point of cracking during cold forging, so Y is made 0.050% or less. Preferably it is 0.031% or less.

[Zr:0.050%以下]
Zrは、Mg、Ca、Yと同様に、微量の添加で硫化物の形態を制御できる元素である。0.001%未満では、添加効果が十分に得られないので、Zrは0.001%以上とするのが好ましい。より好ましくは0.004%以上である。
[Zr: 0.050% or less]
Zr, like Mg, Ca, and Y, is an element that can control the form of sulfide by adding a small amount. If it is less than 0.001%, the effect of addition cannot be obtained sufficiently, so Zr is preferably 0.001% or more. More preferably, it is 0.004% or more.

一方、0.050%を超えると、粗大なZr酸化物が生成し、冷間鍛造時に割れ発生の起点となるので、Zrは0.050%以下とする。好ましくは0.045%以下である。   On the other hand, if it exceeds 0.050%, a coarse Zr oxide is generated and becomes a starting point of cracking during cold forging, so Zr is made 0.050% or less. Preferably it is 0.045% or less.

[La:0.050%以下]
Laは、微量の添加で硫化物の形態制御に有効な元素であり、また、粒界に偏析し、粒界炭化物の個数比率を低下させる元素である。0.001%未満では、形態制御効果が十分に得られないので、Laは0.001%以上とするのが好ましい。より好ましくは0.003%以上である。
[La: 0.050% or less]
La is an element that is effective in controlling the form of sulfides when added in a small amount, and is an element that segregates at the grain boundaries and lowers the number ratio of grain boundary carbides. If it is less than 0.001%, the shape control effect cannot be obtained sufficiently, so La is preferably 0.001% or more. More preferably, it is 0.003% or more.

一方、0.050%を超えると、粒界炭化物の個数比率が低下し、冷間鍛造性が低下するので、Laは0.050%以下とする。好ましくは0.047%以下である。   On the other hand, if it exceeds 0.050%, the number ratio of grain boundary carbides decreases and cold forgeability decreases, so La is made 0.050% or less. Preferably it is 0.047% or less.

[Ce:0.050%以下]
Ceは、Laと同様に、微量の添加で硫化物の形態を制御できる元素であり、また、粒界に偏析し、粒界炭化物の個数比率を低下させる元素である。0.001%未満では、形態制御効果が十分に得られないので、Ceは0.001%以上とするのが好ましい。より好ましくは0.003%以上である。
[Ce: 0.050% or less]
Ce, like La, is an element that can control the form of sulfide by addition of a small amount, and is an element that segregates at the grain boundary and lowers the number ratio of grain boundary carbides. If it is less than 0.001%, the shape control effect cannot be obtained sufficiently, so Ce is preferably 0.001% or more. More preferably, it is 0.003% or more.

一方、0.050%を超えると、粒界炭化物の個数比率が低下し、冷間鍛造性が低下するので、Ceは0.050%以下とする。好ましくは0.046%以下である。   On the other hand, if it exceeds 0.050%, the number ratio of grain boundary carbides decreases and cold forgeability decreases, so Ce is made 0.050% or less. Preferably it is 0.046% or less.

なお、本発明鋼板の成分組成の残部は、Fe及び不可避不純物である。   The balance of the component composition of the steel sheet of the present invention is Fe and inevitable impurities.

次に、本発明の鋼板の組織について説明する。   Next, the structure of the steel sheet of the present invention will be described.

本発明鋼板の組織は、実質的に、フェライトと炭化物で構成される組織である。炭化物は、鉄と炭素の化合物であるセメンタイト(Fe3C)に加え、セメンタイト中のFe原子をMn、Cr等で置換した化合物、合金炭化物(M236、M6C、MC等であり、MはFe及びその他の金属元素)である。The structure of the steel sheet of the present invention is substantially a structure composed of ferrite and carbide. In addition to cementite (Fe 3 C), which is a compound of iron and carbon, carbides are compounds in which Fe atoms in cementite are substituted with Mn, Cr, etc., alloy carbides (M 23 C 6 , M 6 C, MC, etc.) , M is Fe and other metal elements).

鋼板を所定の部品形状に成形する際、鋼板のマクロ組織には剪断帯が形成され、剪断帯の近傍で、すべり変形が集中して起きる。すべり変形は、転位の増殖を伴い、剪断帯の近傍には、転位密度の高い領域が形成される。鋼板に付与する歪量の増加に伴い、すべり変形は促進され、転位密度は増加する。   When a steel sheet is formed into a predetermined part shape, a shear band is formed in the macro structure of the steel sheet, and slip deformation is concentrated in the vicinity of the shear band. Slip deformation is accompanied by dislocation growth, and a region having a high dislocation density is formed in the vicinity of the shear band. As the amount of strain applied to the steel sheet increases, slip deformation is promoted and the dislocation density increases.

冷間鍛造では、相当歪で1を超える強加工が施される。このため、従来の鋼板では、転位密度の増加に伴うボイド及び/又はクラックの発生を防ぐことができず、冷間鍛造性を向上あせることは困難であった。   In cold forging, strong processing exceeding 1 is performed with considerable strain. For this reason, in the conventional steel plate, generation of voids and / or cracks accompanying an increase in dislocation density cannot be prevented, and it has been difficult to improve cold forgeability.

この困難な課題の解決には、成形時における剪断帯の形成を抑制することが効果的である。ミクロ組織の観点では、剪断帯の形成を、ある一つの粒で発生したすべりが結晶粒界を乗り越えて隣接粒に連続的に伝播する現象として理解できる。よって、剪断帯の形成を抑制するには、結晶粒界を越えるすべりの伝播を防ぐことが必要である。   In order to solve this difficult problem, it is effective to suppress the formation of shear bands during molding. From the viewpoint of the microstructure, the formation of a shear band can be understood as a phenomenon in which a slip generated in one grain overcomes the grain boundary and continuously propagates to adjacent grains. Therefore, in order to suppress the formation of shear bands, it is necessary to prevent the propagation of slip across the crystal grain boundary.

鋼板中の炭化物は、すべりを妨げる強固な粒子であり、炭化物を、フェライト粒界に存在させることで、剪断帯の形成を抑制し、冷間鍛造性を向上することが可能となる。   The carbide in the steel plate is a strong particle that prevents slipping, and by allowing the carbide to exist at the ferrite grain boundary, formation of a shear band can be suppressed and cold forgeability can be improved.

このような効果を得るためには、炭化物は、金属組織中に適切な大きさで分散させる必要がある。そこで、炭化物の平均粒子径は0.4μm以上2.0μm以下とする。炭化物の粒子径が0.4μm未満であると、鋼板の硬さが顕著に増加して、冷間鍛造性が低下する。より好ましくは0.6μm以上である。   In order to obtain such an effect, the carbide must be dispersed in an appropriate size in the metal structure. Therefore, the average particle diameter of the carbide is set to 0.4 μm or more and 2.0 μm or less. When the particle diameter of the carbide is less than 0.4 μm, the hardness of the steel sheet is remarkably increased and the cold forgeability is lowered. More preferably, it is 0.6 μm or more.

一方、炭化物の平均粒子径が2.0μmを超えると、冷間成形時に、炭化物が亀裂の起点となる。より好ましくは1.95μm以下である。   On the other hand, if the average particle diameter of the carbide exceeds 2.0 μm, the carbide becomes a starting point of cracking during cold forming. More preferably, it is 1.95 μm or less.

また、鉄の炭化物であるセメンタイトは硬くて脆い組織であり、フェライトとの層状組織であるパーライトの状態で存在すると、鋼が硬く、脆くなる。したがって、パーライトは極力少なくする必要があり、本発明の鋼板においては、面積率で6%以下とする。   Moreover, cementite, which is a carbide of iron, has a hard and brittle structure, and when it exists in the state of pearlite, which is a layered structure with ferrite, the steel becomes hard and brittle. Therefore, it is necessary to reduce pearlite as much as possible. In the steel sheet of the present invention, the area ratio is set to 6% or less.

パーライトは特有のラメラ組織を有するため、SEM、光学顕微鏡観察により峻別可能である。任意の断面の中でラメラ組織の領域を算出することで、パーライトの面積率を求めることができる。   Since pearlite has a unique lamellar structure, it can be distinguished by SEM and optical microscope observation. The area ratio of pearlite can be obtained by calculating the region of the lamellar structure in an arbitrary cross section.

理論及び原則に基づけば、冷間鍛造性は、フェライト粒界の炭化物の被覆率の影響を強く受けると考えられ、その高精度な測定が求められるが、3次元空間におけるフェライト粒界への炭化物の被覆率の測定には、走査型電子顕微鏡内にてFIBによるサンプル切削と観察を繰り返し行うシリアルセクショニングSEM観察、又は、3次元EBSP観察が必須となり、膨大な測定時間を要するとともに、技術ノウハウの蓄積が不可欠となる。   Based on the theory and principle, cold forgeability is considered to be strongly influenced by the carbide coverage of ferrite grain boundaries, and its high-precision measurement is required, but carbide to ferrite grain boundaries in a three-dimensional space. In order to measure the coverage ratio, serial sectioning SEM observation or three-dimensional EBSP observation in which the cutting and observation of the sample by FIB is repeatedly performed in a scanning electron microscope is indispensable. Accumulation is essential.

本発明者らはこのことを明らかにし、より簡易的で精度の高い評価指標を探索した結果、フェライト粒内の炭化物の個数に対するフェライト粒界の炭化物の個数の比率を指標とすれば、冷間鍛造性を評価することができ、フェライト粒内の炭化物の個数に対するフェライト粒界の炭化物の個数の比率が1を超えると、冷間鍛造性が著しく向上することを、本発明者らは見出した。   The present inventors have clarified this, and as a result of searching for a simpler and more accurate evaluation index, if the ratio of the number of carbides in the ferrite grain boundary to the number of carbides in the ferrite grains is used as an index, the cold The present inventors have found that forgeability can be evaluated, and if the ratio of the number of carbides in the ferrite grain boundary to the number of carbides in the ferrite grains exceeds 1, the cold forgeability is significantly improved. .

なお、冷間鍛造時に起きる鋼板の座屈、折込み、たたみ込みのいずれも、剪断帯の形成に伴う歪の局所化により引き起こされるものであるので、同様に、炭化物をフェライト粒界に存在させることで、剪断帯の形成及び歪の局所化を緩和すれば、座屈、折込み、たたみ込みの発生を抑制することができる。   In addition, since any buckling, folding, and folding of the steel sheet that occurs during cold forging are caused by strain localization accompanying the formation of a shear band, similarly, carbide should be present at the ferrite grain boundaries. Thus, if the formation of shear bands and the localization of strain are alleviated, the occurrence of buckling, folding, and folding can be suppressed.

炭化物の観察は、走査型電子顕微鏡で行なう。観察に先立ち、組織観察用のサンプルを、エメリー紙による湿式研磨及び1μmの平均粒子サイズをもつダイヤモンド砥粒により研磨し、観察面を鏡面に仕上げた後、飽和ピクリン酸−アルコール溶液にて組織をエッチングしておく。   Carbide is observed with a scanning electron microscope. Prior to observation, a sample for tissue observation was polished with emery paper by wet polishing and diamond abrasive grains having an average particle size of 1 μm, and the observation surface was finished to a mirror surface, and the tissue was then saturated with a saturated picric acid-alcohol solution. Etch.

観察の倍率を3000倍とし、板厚1/4層における30μm×40μmの視野をランダムに8枚撮影する。得られた組織画像に対し、三谷商事株式会社製(Win ROOF)に代表される画像解析ソフトにより、その領域中に含まれる各炭化物の面積を詳細に測定する。各炭化物の面積から円相当直径(=2×√(面積/3.14))を求め、その平均値を炭化物粒子径とする。   The observation magnification is set to 3000 times, and eight images of a 30 μm × 40 μm visual field in a 1/4 layer thickness are taken at random. The area of each carbide contained in the region is measured in detail with the image analysis software represented by Mitani Corporation (Win ROOF) on the obtained tissue image. The equivalent circle diameter (= 2 × √ (area / 3.14)) is determined from the area of each carbide, and the average value is defined as the carbide particle diameter.

なお、ノイズによる測定誤差の影響を抑えるため、面積が0.01μm2以下の炭化物は評価の対象から除外する。In order to suppress the influence of measurement error due to noise, carbides having an area of 0.01 μm 2 or less are excluded from the evaluation target.

フェライト粒界上に存在する炭化物の個数をカウントし、全炭化物数から粒界上の炭化物数を引算し、フェライト粒内の炭化物数を求める。測定した個数に基づいて、フェライト粒内の炭化物に対する粒界の炭化物の個数比率を算出する。   The number of carbides present on the ferrite grain boundaries is counted, and the number of carbides on the grain boundaries is subtracted from the total number of carbides to determine the number of carbides in the ferrite grains. Based on the measured number, the number ratio of the carbide in the grain boundary to the carbide in the ferrite grain is calculated.

焼鈍後の組織として、フェライト粒径を3.0μm以上50.0μm以下とすることで、冷間鍛造性を改善することができる。フェライト粒径が3μm未満であると、硬さが増加して、冷間鍛造時に亀裂やクラックが発生し易くなるので、フェライト粒径は3.0μm以上が好ましい。より好ましくは7.5μm以上である。   Cold forgeability can be improved by setting the ferrite grain size to 3.0 μm or more and 50.0 μm or less as the structure after annealing. If the ferrite particle size is less than 3 μm, the hardness increases and cracks and cracks are likely to occur during cold forging, so the ferrite particle size is preferably 3.0 μm or more. More preferably, it is 7.5 μm or more.

一方、フェライト粒径が50.0μmを超えると、すべりの伝播を抑制する結晶粒界上の炭化物の個数が減少し、冷間鍛造性が低下するので、フェライト粒径は50.0μm以下が好ましい。より好ましくは37.9μm以下である。   On the other hand, if the ferrite grain size exceeds 50.0 μm, the number of carbides on the grain boundaries that suppress the propagation of slip is reduced and the cold forgeability is lowered. Therefore, the ferrite grain size is preferably 50.0 μm or less. . More preferably, it is 37.9 μm or less.

フェライト粒径は、前述の手順で、組織観察用のサンプルの観察面を鏡面に研磨した後、3%硝酸−アルコール溶液でエッチングした観察面の組織を、光学顕微鏡又は走査型電子顕微鏡で観察し、撮影した画像に対し線分法を適用して測定する。   The ferrite grain size was determined by observing the structure of the observation surface etched with a 3% nitric acid-alcohol solution with an optical microscope or a scanning electron microscope after polishing the observation surface of the sample for tissue observation to a mirror surface in the above procedure. The line segment method is applied to the captured image.

鋼板のビッカース硬さを100HV以上180HV以下とすることで、冷間鍛造性及び浸炭焼入れ焼戻し後の耐衝撃特性を改善することができる。ビッカース硬さが100HV未満であると、冷間鍛造中に座屈が発生し易くなり、座屈部の折込み及びたたみ込みが発生して耐衝撃特性が低下するので、ビッカース硬さは100HV以上とする。好ましくは110HV以上である。   By setting the Vickers hardness of the steel sheet to 100 HV or more and 180 HV or less, it is possible to improve cold forgeability and impact resistance characteristics after carburizing and tempering. If the Vickers hardness is less than 100 HV, buckling is likely to occur during cold forging, and folding and folding of the buckled portion occur and impact resistance is reduced. Therefore, the Vickers hardness is 100 HV or more. To do. Preferably it is 110HV or more.

一方、ビッカース硬さが180HVを超えると、延性が低下し、冷間鍛造時に内部割れが起き易くなり、耐衝撃特性が悪化するので、ビッカース硬さは180HV以下とする。好ましくは170HV以下である。   On the other hand, if the Vickers hardness exceeds 180 HV, the ductility is lowered, internal cracks are liable to occur during cold forging, and the impact resistance is deteriorated, so the Vickers hardness is set to 180 HV or less. Preferably it is 170 HV or less.

続いて、冷間鍛造性の評価方法について説明する。   Next, a method for evaluating cold forgeability will be described.

図1に、冷間鍛造試験の概要と冷間鍛造で導入された亀裂の態様を模式的に示す。図1(a)に、熱延鋼板から切り出した円盤状試験材を示し、図1(b)に、冷間鍛造後の試験材の形状を示し、図1(c)に、冷間鍛造後の試験材の断面態様を示す。   FIG. 1 schematically shows the outline of the cold forging test and the mode of cracks introduced by cold forging. FIG. 1 (a) shows a disk-shaped test material cut out from a hot-rolled steel sheet, FIG. 1 (b) shows the shape of the test material after cold forging, and FIG. 1 (c) shows the result after cold forging. The cross-sectional aspect of this test material is shown.

図1に示すように、板厚5.2mmの熱延鋼板から、直径70mmの円盤状試験材1を切り出し(図1(a)、参照)、深絞りで、底面の直径が30mmのカップ状試験材を作製する(図示なし)。次に、森鉄工製のワンショットフォーミングプレス機を用いて、カップ状試験材の縦壁部を、増肉比1.54(=8mm/5.2mm)で増肉成形(冷間鍛造)し、直径30mm、高さ30mm、縦壁厚8mmのカップ状試験材2を作製する(図1(b)、参照)。   As shown in FIG. 1, a disk-shaped test material 1 having a diameter of 70 mm is cut out from a hot-rolled steel sheet having a thickness of 5.2 mm (see FIG. 1 (a)). A test material is prepared (not shown). Next, using a Mori Tekko one-shot forming press machine, the vertical wall of the cup-shaped test material is thickened (cold forging) at a thickness increase ratio of 1.54 (= 8 mm / 5.2 mm). A cup-shaped test material 2 having a diameter of 30 mm, a height of 30 mm, and a vertical wall thickness of 8 mm is produced (see FIG. 1B).

増肉成形を施したカップ状試験材2を、FANUC製のワイヤーカット放電加工機にて、直径部の断面が表れるように切断する(図1(c)、参照)。切断面を鏡面研磨し、切断面に亀裂3が存在するのを確認し、増肉後の縦壁部の厚さに対する縦壁部に存在する亀裂の最大長さLの割合(=亀裂の最大長さL/増肉後の縦壁部の厚さ8mm)を測定する。この測定値によって、冷間鍛造性を評価する。   The cup-shaped test material 2 subjected to the thickening molding is cut with a wire cut electric discharge machine manufactured by FANUC so that the cross section of the diameter portion appears (see FIG. 1C). The cut surface is mirror-polished to confirm that the crack 3 is present on the cut surface, and the ratio of the maximum length L of the crack existing in the vertical wall portion to the thickness of the vertical wall portion after thickening (= maximum of the crack) Length L / thickness of the vertical wall after thickening is 8 mm). The cold forgeability is evaluated by this measured value.

なお、初期板厚が5.2mm以外の場合でも、増肉後の縦壁の高さが30mmになるように、切り出す円盤状試験材の直径を調整し、同じ1.54の増肉比で成形すれば、初期板厚によらず、評価結果を再現することができるので、本発明が対象とする熱延鋼板は、板厚5.2mmの熱延鋼板に限定されない。本発明は、一般的な板厚(2〜15mm)の熱延鋼板においても、冷間鍛造性と浸炭焼入れ焼戻し後の耐衝撃特性を向上させることが可能である。   In addition, even when the initial plate thickness is other than 5.2 mm, the diameter of the disc-shaped test material to be cut out is adjusted so that the height of the vertical wall after the thickness increase becomes 30 mm, and the same thickness increase ratio of 1.54 If it shape | molds, since an evaluation result can be reproduced irrespective of initial stage plate | board thickness, the hot-rolled steel plate which this invention makes object is not limited to the hot-rolled steel plate of plate | board thickness 5.2mm. The present invention can improve cold forgeability and impact resistance after carburizing and tempering even in a hot rolled steel sheet having a general thickness (2 to 15 mm).

次に、本発明製造方法について説明する。本発明製造方法の技術思想は、前述の成分組成の鋼片から鋼板を製造するに際し、熱延条件と焼鈍条件を一貫して管理し、冷間鍛造性と浸炭焼入れ焼戻し後の耐衝撃特性を向上させることである。   Next, the manufacturing method of the present invention will be described. The technical idea of the manufacturing method of the present invention is to consistently manage hot rolling conditions and annealing conditions when manufacturing steel sheets from steel slabs having the above-mentioned composition, and to provide cold forgeability and impact resistance characteristics after carburizing and quenching and tempering. It is to improve.

本発明製造方法の特徴について説明する。   The characteristics of the manufacturing method of the present invention will be described.

[熱延の特徴]
所要の成分組成を有する溶鋼を連続鋳造してスラブとし、該スラブを、常法通り、そのまま熱間圧延に供し、又は、一旦冷却後加熱して、熱間圧延に供し、650℃以上950℃以下の温度域で仕上げ熱延を終了する。仕上げ圧延後の熱延鋼板をROT上で冷却し、巻取温度400℃以上600℃以下で巻き取る。
[Characteristics of hot rolling]
A molten steel having a required composition is continuously cast to form a slab, and the slab is subjected to hot rolling as usual, or after being cooled and heated, and then subjected to hot rolling, 650 ° C. to 950 ° C. Finish hot rolling in the following temperature range. The hot-rolled steel sheet after finish rolling is cooled on the ROT and wound at a winding temperature of 400 ° C. or higher and 600 ° C. or lower.

[焼鈍の特徴]
熱延鋼板に、酸洗後、2つの温度域で保持する2段ステップ型の焼鈍を施すが、その際、1段目の焼鈍において、熱延鋼板に、焼鈍温度まで30℃/時間以上150℃/時間以下の加熱速度で加熱し、650℃以上720℃以下の温度域に3時間以上60時間以下保持する焼鈍を施す。
[Characteristics of annealing]
The hot-rolled steel sheet is subjected to two-step annealing that is held in two temperature ranges after pickling. At that time, in the first-stage annealing, the hot-rolled steel sheet is heated to an annealing temperature of 30 ° C./hour or more to 150 ° C./hour or more. Heating is performed at a heating rate of ℃ / hour or less, and annealing is performed in a temperature range of 650 ° C. to 720 ° C. for 3 hours to 60 hours.

次の2段目の焼鈍においては、熱延鋼板に、焼鈍温度まで1℃/時間以上80℃/時間以下の加熱速度で加熱し、725℃以上790℃以下の温度域に3時間以上50時間以下保持する焼鈍を施す。   In the next second stage annealing, the hot-rolled steel sheet is heated to the annealing temperature at a heating rate of 1 ° C./hour to 80 ° C./hour, and in a temperature range of 725 ° C. to 790 ° C. for 3 hours to 50 hours. The following annealing is performed.

次に、焼鈍後の熱延鋼板を、650℃まで、冷却速度1℃/時間以上100℃/時間以下で冷却し、その後、室温まで冷却する。   Next, the hot-rolled steel sheet after annealing is cooled to 650 ° C. at a cooling rate of 1 ° C./hour or more and 100 ° C./hour or less, and then cooled to room temperature.

この熱延条件と焼鈍条件の連携により、冷間鍛造性及び浸炭焼入れ焼戻し後の耐衝撃特性に優れる低炭素鋼板を得ることができる。   A low carbon steel sheet excellent in cold forgeability and impact resistance after carburizing and quenching and tempering can be obtained by cooperation between the hot rolling conditions and the annealing conditions.

以下に、本発明製造方法の工程条件について具体的に説明する。   Below, the process conditions of this invention manufacturing method are demonstrated concretely.

[熱間圧延]
仕上げ熱延温度:650℃以上950℃以下
巻取温度:400℃以上600℃以下
[Hot rolling]
Finishing hot rolling temperature: 650 ° C or higher and 950 ° C or lower Winding temperature: 400 ° C or higher and 600 ° C or lower

所要の成分組成を有する溶鋼を連続鋳造してスラブとし、そのまま、又は、一旦冷却後加熱して、熱間圧延に供し、650℃以上950℃以下の温度域で仕上げ熱延を終了し、熱延鋼板を400℃以上600℃以下で巻き取る。   The molten steel having the required composition is continuously cast into a slab, as it is, or once cooled and heated, and then subjected to hot rolling, and finish hot rolling is finished at a temperature range of 650 ° C. to 950 ° C. The rolled steel sheet is wound up at 400 ° C. or higher and 600 ° C. or lower.

スラブ加熱温度は1300℃以下が好ましく、スラブ表層の温度が1000℃以上に保持される加熱時間は7時間以下が好ましい。   The slab heating temperature is preferably 1300 ° C. or less, and the heating time for maintaining the temperature of the slab surface layer at 1000 ° C. or more is preferably 7 hours or less.

加熱温度が1300℃を超え、又は、加熱時間が7時間を超えると、スラブ表層の脱炭が顕著になり、焼入れ前の加熱時に、表層のオーステナイト粒が異常に成長し、耐衝撃特性が低下するので、加熱温度は1300℃以下が好ましく、加熱時間は7時間以下が好ましい。より好ましくは、加熱温度は1280℃以下、加熱時間は6時間以下である。   If the heating temperature exceeds 1300 ° C or the heating time exceeds 7 hours, decarburization of the slab surface layer becomes prominent, and the austenite grains on the surface layer grow abnormally during heating before quenching, resulting in reduced impact resistance. Therefore, the heating temperature is preferably 1300 ° C. or less, and the heating time is preferably 7 hours or less. More preferably, the heating temperature is 1280 ° C. or less, and the heating time is 6 hours or less.

仕上げ熱延は、650℃以上950℃以下の温度で終了する。仕上げ熱延温度が650℃未満であると、鋼材の変形抵抗の増加から、圧延負荷が顕著に高まり、さらに、ロール磨耗量が増大し、生産性が低下するので、仕上げ熱延温度は650℃以上とする。好ましくは680℃以上である。   The finish hot rolling ends at a temperature of 650 ° C. or higher and 950 ° C. or lower. If the finishing hot rolling temperature is less than 650 ° C., the rolling load is remarkably increased due to an increase in deformation resistance of the steel material, and further, the roll wear amount is increased and the productivity is lowered. Therefore, the finishing hot rolling temperature is 650 ° C. That's it. Preferably it is 680 degreeC or more.

一方、仕上げ熱延温度が950℃を超えると、ROT(Run Out Table)を通過中に分厚いスケールが生成し、該スケールに起因して鋼板表面に疵が発生し、冷間鍛造時、及び/又は、浸炭焼入れ焼戻し後に衝撃荷重が加わった時に、疵を起点として亀裂が発生して耐衝撃特性が低下するので、仕上げ熱延温度は950℃以下とする。好ましくは920℃以下である。   On the other hand, when the finish hot rolling temperature exceeds 950 ° C., a thick scale is generated while passing through the ROT (Run Out Table), and the surface of the steel sheet is wrinkled due to the scale, during cold forging, and / or Alternatively, when an impact load is applied after carburizing, quenching, and tempering, cracks are generated starting from the flaws and impact resistance is reduced, so the finish hot rolling temperature is 950 ° C. or lower. Preferably it is 920 degrees C or less.

ROT上で熱延鋼板を冷却する際の冷却速度は10℃/秒以上100℃/秒以下が好ましい。冷却速度が10℃/秒未満であると、冷却途中において、分厚いスケールの生成と、それに起因する疵の発生を抑制することができず、耐衝撃特性が低下するので、冷却速度は10℃/秒以上が好ましい。より好ましくは20℃/秒以上である。   The cooling rate when the hot-rolled steel sheet is cooled on the ROT is preferably 10 ° C./second or more and 100 ° C./second or less. When the cooling rate is less than 10 ° C./second, the generation of thick scale and the generation of wrinkles due to it cannot be suppressed during the cooling, and the impact resistance is reduced. Seconds or more are preferred. More preferably, it is 20 ° C./second or more.

一方、鋼板の表層から内部にわたり、100℃/秒を超える冷却速度で熱延鋼板を冷却すると、最表層部が過剰に冷却されて、最表層部に、ベイナイトやマルテンサイトなどの低温変態組織が生じる。   On the other hand, when the hot-rolled steel sheet is cooled from the surface layer of the steel sheet to the inside at a cooling rate exceeding 100 ° C./second, the outermost layer part is excessively cooled, and low-temperature transformation structures such as bainite and martensite are formed in the outermost layer part. Arise.

巻き取り後、100℃〜室温の熱延鋼板を払い出す際、上記低温変態組織に微小クラックが発生し、続く酸洗工程及び冷延工程でクラックを取り除くことが難しく、冷間鍛造時及び/又は浸炭焼入れ焼戻し後に衝撃荷重が加わった時、クラックを起点に亀裂が進展し、耐衝撃特性の低下を招くので、冷却速度は100℃/秒以下が好ましい。より好ましくは80℃/秒以下である。   When the hot-rolled steel sheet at 100 ° C. to room temperature is taken out after winding, microcracks are generated in the low-temperature transformation structure, and it is difficult to remove the cracks in the subsequent pickling process and cold rolling process. Alternatively, when an impact load is applied after carburizing, quenching, and tempering, the crack progresses starting from the crack and causes a reduction in impact resistance. Therefore, the cooling rate is preferably 100 ° C./second or less. More preferably, it is 80 ° C./second or less.

なお、上記冷却速度は、仕上げ熱延後の熱延鋼板が無注水区間を通過した後、注水区間で水冷却を受ける時点から、巻き取りの目標温度までROT上で冷却される時点において、各注水区間の冷却設備から受ける冷却能を指しており、注水開始点から巻取機により巻き取られる温度までの平均冷却速度を示すものではない。   Note that the cooling rate is as follows: from the time when the hot-rolled steel sheet after finish hot rolling passes through the non-water-injection section to the time when the water-cooling in the water-injection section is cooled to the winding target temperature on the ROT It refers to the cooling capacity received from the cooling equipment in the water injection section, and does not indicate the average cooling rate from the water injection start point to the temperature taken up by the winder.

巻取温度は400℃以上600℃以下とする。これは、一般的な巻取温度よりも低い温度である。上述した条件で製造した熱延鋼板を、この温度範囲で巻取ることにより、鋼板の組織を、細かなフェライト中に炭化物が分散したベイナイト組織とすることができる。   The coiling temperature is 400 ° C. or higher and 600 ° C. or lower. This is a temperature lower than the general winding temperature. By winding the hot-rolled steel sheet manufactured under the above-described conditions in this temperature range, the structure of the steel sheet can be a bainite structure in which carbides are dispersed in fine ferrite.

巻取温度が400℃未満であると、巻取り前に未変態であったオーステナイトが硬いマルテンサイトに変態し、巻き取った熱延鋼板の払い出し時に、表層にクラックが発生し、耐衝撃特性が低下するので、巻取温度は400℃以上とする。好ましくは430℃以上である。   When the coiling temperature is less than 400 ° C., austenite that has not been transformed before winding is transformed into hard martensite, and when the wound hot-rolled steel sheet is discharged, cracks are generated in the surface layer, resulting in impact resistance. Since the temperature falls, the coiling temperature is set to 400 ° C. or higher. Preferably it is 430 degreeC or more.

一方、巻取温度が600℃を超えると、ラメラ間隔の大きなパーライトが生成し、熱的安定性の高い分厚い針状の炭化物が形成され、2段ステップ型の焼鈍の後にも、針状の炭化物が残留する。冷間鍛造時、この針状の炭化物を起点として亀裂が発生し、進展するので、巻取温度は600℃以下とする。好ましくは570℃以下である。   On the other hand, when the coiling temperature exceeds 600 ° C., pearlite with a large lamellar spacing is generated, and thick needle-like carbides having high thermal stability are formed. Even after the two-step annealing, the needle-like carbides are formed. Remains. At the time of cold forging, cracks are generated and propagated starting from these needle-like carbides, so the coiling temperature is set to 600 ° C. or lower. Preferably it is 570 degrees C or less.

上記条件で製造した熱延鋼板に、酸洗後、2つの温度域で保持する2段ステップ型の焼鈍を施す。熱延鋼板に2段ステップ型の焼鈍を施すことにより、炭化物の安定性を制御し、フェライト粒界への炭化物の形成を促進する。   The hot-rolled steel sheet manufactured under the above conditions is subjected to two-step annealing that is held in two temperature ranges after pickling. By subjecting the hot-rolled steel sheet to a two-step annealing, the stability of the carbide is controlled and the formation of the carbide at the ferrite grain boundary is promoted.

まず、2段ステップ型の焼鈍の技術的思想について説明する。   First, the technical idea of the two-step type annealing will be described.

1段目の焼鈍をAc1点以下の温度域で実施することにより、炭化物を粗大化させるとともに、添加金元素を濃化させ、炭化物の熱的安定性を高める。その後、Ac1点以上の温度域に昇温し、オーステナイトを組織中に生成させ、微細なフェライト粒内の炭化物をオーステナイト中に溶解させ、粗大な炭化物をオーステナイト中に残存させる。   By performing the first stage annealing in a temperature range of Ac1 point or less, the carbide is coarsened and the added gold element is concentrated to enhance the thermal stability of the carbide. Thereafter, the temperature is raised to a temperature range of Ac1 point or higher, austenite is generated in the structure, carbides in fine ferrite grains are dissolved in austenite, and coarse carbides remain in the austenite.

その後の徐冷により、オーステナイトをフェライトに変態させ、オーステナイト中の炭素濃度を高めていく。徐冷を進めることで、オーステナイト中に残存する炭化物に炭素原子が吸着し、炭化物とオーステナイトが、フェライトの粒界を覆うようになり、最終的に、フェライト粒界に炭化物が多量に存在する組織を形成することが可能となる。それ故、本発明で規定する組織が、単純な焼鈍のみで形成され得ないことは明白である。   By subsequent slow cooling, austenite is transformed into ferrite, and the carbon concentration in the austenite is increased. By gradually cooling, carbon atoms are adsorbed on the carbide remaining in the austenite, and the carbide and austenite cover the ferrite grain boundaries, and finally a structure in which a large amount of carbide exists in the ferrite grain boundaries. Can be formed. Therefore, it is clear that the structure defined in the present invention cannot be formed only by simple annealing.

以下に、具体的な焼鈍条件について説明する。   Specific annealing conditions will be described below.

[1段目の焼鈍]
焼鈍温度までの加熱速度:30℃/時間以上150℃/時間
焼鈍温度:650℃以上720℃以下
焼鈍温度での保持時間:3時間以上60時間以下
[First stage annealing]
Heating rate to annealing temperature: 30 ° C / hour or more and 150 ° C / hour Annealing temperature: 650 ° C or more and 720 ° C or less Holding time at annealing temperature: 3 hours or more and 60 hours or less

1段目の焼鈍温度までの加熱速度を30℃/時間以上150℃/時間以下とする。加熱速度が30℃/時間未満であると、昇温に時間を要し生産性が低下するので、加熱速度は30℃/時間以上とする。好ましくは40℃/時間以上である。   The heating rate up to the first stage annealing temperature is 30 ° C./hour or more and 150 ° C./hour or less. If the heating rate is less than 30 ° C./hour, it takes time to raise the temperature and the productivity decreases, so the heating rate is set to 30 ° C./hour or more. Preferably, it is 40 ° C./hour or more.

一方、加熱速度が150℃/時間を超えると、コイルの外周部と内部の温度差が増大し、熱膨張差に起因してすり疵や焼付きが発生し、鋼板表面に凹凸が生成する。冷間鍛造時、この凹凸を起点として亀裂が発生し、冷間鍛造性の低下及び浸炭焼入れ焼戻し後の耐衝撃特性の低下を招くので、加熱速度は150℃/時間以下とする。好ましくは120℃/時間以下である。   On the other hand, when the heating rate exceeds 150 ° C./hour, the temperature difference between the outer peripheral portion and the inside of the coil increases, so that frost and seizure occur due to the difference in thermal expansion, and irregularities are generated on the surface of the steel sheet. At the time of cold forging, cracks are generated starting from the unevenness, which causes a decrease in cold forgeability and a decrease in impact resistance after carburizing and quenching and tempering. Therefore, the heating rate is set to 150 ° C./hour or less. Preferably it is 120 degrees C / hour or less.

1段目の焼鈍における焼鈍温度(1段目の焼鈍温度)は650℃以上720℃以下とする。1段目の焼鈍温度が650℃未満であると、炭化物の安定度が不足し、2段目の焼鈍において、オーステナイト中に炭化物を残存させることが困難となるので、1段目の焼鈍温度は650℃以上とする。好ましくは670℃以上である。   The annealing temperature in the first stage annealing (first stage annealing temperature) is set to 650 ° C. or more and 720 ° C. or less. If the first stage annealing temperature is less than 650 ° C., the stability of the carbide is insufficient, and it becomes difficult to leave the carbide in the austenite in the second stage annealing, so the first stage annealing temperature is 650 ° C. or higher. Preferably it is 670 degreeC or more.

一方、焼鈍温度が720℃を超えると、炭化物の安定度が高まる前に、オーステナイトが生成して、前述の組織変化を制御することができなくなるので、焼鈍温度は720℃以下とする。好ましくは700℃以下である。   On the other hand, if the annealing temperature exceeds 720 ° C., austenite is generated before the stability of the carbide is increased, and the above-described change in structure cannot be controlled. Therefore, the annealing temperature is set to 720 ° C. or less. Preferably it is 700 degrees C or less.

1段目の焼鈍における保持時間(1段目の保持時間)は3時間以上60時間以下とする。1段目の保持時間が3時間未満であると、炭化物の安定化が十分ではなく、2段目の焼鈍において、炭化物を残存させることが困難となるので、1段目の保持時間は3時間以上とする。好ましくは10時間以上である。   The holding time in the first stage annealing (first stage holding time) is 3 hours or more and 60 hours or less. If the first stage holding time is less than 3 hours, the carbide is not sufficiently stabilized, and it is difficult to leave the carbides in the second stage annealing, so the first stage holding time is 3 hours. That's it. Preferably it is 10 hours or more.

一方、1段目の保持時間が60時間を超えると、一層の炭化物の安定度向上は見込めず、さらに、生産性の低下を招くので、1段目の保持時間は60時間以下とする。好ましくは50時間以下である。   On the other hand, if the first stage holding time exceeds 60 hours, no further improvement in the stability of the carbide can be expected, and the productivity is further lowered. Therefore, the first stage holding time is set to 60 hours or less. Preferably it is 50 hours or less.

[2段目の焼鈍]
焼鈍温度までの加熱速度:1℃/時間以上80℃/時間
焼鈍温度:725℃以上790℃以下
焼鈍温度での保持時間:3時間以上50時間以下
[Second stage annealing]
Heating rate to annealing temperature: 1 ° C / hour or more and 80 ° C / hour Annealing temperature: 725 ° C or more and 790 ° C or less Holding time at annealing temperature: 3 hours or more and 50 hours or less

1段目の焼鈍における保持の終了後、熱延鋼板を、焼鈍温度まで加熱速度1℃/時間以上80℃/時間以下で加熱する。この2段目の焼鈍を行わずに冷却した場合は、フェライト粒径が大きくならず、理想的な組織を得ることはできない。   After completion of the holding in the first stage annealing, the hot-rolled steel sheet is heated to the annealing temperature at a heating rate of 1 ° C./hour to 80 ° C./hour. When cooled without performing the second-stage annealing, the ferrite grain size does not increase and an ideal structure cannot be obtained.

2段目の焼鈍においては、フェライト粒界からオーステナイトが生成し成長する。加熱速度を遅くすることで、オーステナイトの核生成を抑えることができ、徐冷後に得られる組織において、炭化物の粒界被覆率を高めることが可能となる。それ故、2段目の焼鈍における加熱速度は小さい方が好ましい。   In the second stage annealing, austenite is generated and grows from the ferrite grain boundary. By slowing the heating rate, nucleation of austenite can be suppressed, and the grain boundary coverage of carbides can be increased in the structure obtained after slow cooling. Therefore, it is preferable that the heating rate in the second stage annealing is small.

加熱速度が1℃/時間未満であると、昇温に時間を要し生産性が低下するので、加熱速度は1℃/時間以上とする。好ましくは10℃/時間以上である。   If the heating rate is less than 1 ° C./hour, it takes time to raise the temperature and the productivity decreases, so the heating rate is 1 ° C./hour or more. Preferably, it is 10 ° C./hour or more.

一方、加熱速度が80℃/時間を超えると、コイルの外周部と内部の温度差が増大し、変態による大きな熱膨張差に起因して、すり疵や焼付きが発生し、鋼板表面に凹凸が生成する。冷間鍛造時、この凹凸を起点として亀裂が生成し、冷間鍛造性の低下及び浸炭焼入れ焼戻し後の耐衝撃特性の低下を招くので、加熱速度は80℃/時間以下とする。   On the other hand, if the heating rate exceeds 80 ° C./hour, the temperature difference between the outer peripheral portion and the inside of the coil increases, resulting in a large difference in thermal expansion due to transformation, causing scouring and seizure, and unevenness on the steel sheet surface. Produces. At the time of cold forging, cracks are generated starting from this unevenness, which causes a decrease in cold forgeability and a decrease in impact resistance after carburizing and quenching and tempering, so the heating rate is 80 ° C./hour or less.

2段目の焼鈍における焼鈍温度(2段目の焼鈍温度)は725℃以上790℃以下とする。2段目の焼鈍温度が725℃未満であると、オーステナイトの生成量が少なくなり、2段目の焼鈍後の冷却後に、フェライト粒界上の炭化物の個数比率が低下し、また、フェライト粒径が小さくなる。このため、2段目の焼鈍温度は725℃以上とする。好ましくは735℃以上である。   The annealing temperature in the second stage annealing (second stage annealing temperature) is 725 ° C. or higher and 790 ° C. or lower. If the second stage annealing temperature is less than 725 ° C., the amount of austenite produced is reduced, and after cooling after the second stage annealing, the number ratio of carbides on the ferrite grain boundaries is reduced. Becomes smaller. Therefore, the second stage annealing temperature is set to 725 ° C. or higher. Preferably it is 735 ° C or more.

一方、2段目の焼鈍温度が790℃を超えると、炭化物をオーステナイト中に残存させることが困難となり、前述の組織変化に制御することが難しくなるので、2段目の焼鈍温度は790℃以下とする。好ましくは780℃以下である。   On the other hand, if the annealing temperature of the second stage exceeds 790 ° C, it becomes difficult to leave the carbide in the austenite, and it becomes difficult to control the above-described structural change, so the annealing temperature of the second stage is 790 ° C or less. And Preferably it is 780 degrees C or less.

2段目の焼鈍における保持時間(2段目の保持時間)は1時間以上50時間以下とする。2段目の保持時間が1時間未満であると、オーステナイト量の生成量が少なく、かつ、フェライト粒内の炭化物の溶解が十分でなく、フェライト粒界上の炭化物の個数比率を増加させることが困難となり、また、フェライト粒径が小さくなるので、2段目の保持時間は1時間以上とする。好ましくは5時間以上である。   The holding time in the second stage annealing (second stage holding time) is 1 hour to 50 hours. If the second stage holding time is less than 1 hour, the amount of austenite produced is small, and the carbides in the ferrite grains are not sufficiently dissolved, and the number ratio of carbides on the ferrite grain boundaries can be increased. Since it becomes difficult and the ferrite grain size becomes small, the second stage holding time is set to 1 hour or more. Preferably it is 5 hours or more.

一方、2段目の保持時間が50時間を超えると、炭化物をオーステナイト中に残存させることが困難となるので、2段目の保持時間は50時間以下とする。好ましくは45時間以下である。   On the other hand, if the second stage holding time exceeds 50 hours, it becomes difficult to leave the carbide in the austenite. Therefore, the second stage holding time is set to 50 hours or less. Preferably it is 45 hours or less.

[焼鈍後の冷却]
冷却停止温度:650℃
冷却速度:1℃/時間以上100℃/時間以下
[Cooling after annealing]
Cooling stop temperature: 650 ° C
Cooling rate: 1 ° C / hour or more and 100 ° C / hour or less

2段目の焼鈍における保持が終了した後、焼鈍後の熱延鋼板を、650℃まで、1℃/時間以上100℃/時間以下の冷却速度で徐冷却する。徐冷却の停止温度が650℃を超えると、その後の室温までの100℃/時間を超える冷却速度によって未変態のオーステナイトが、パーライト又はベイナイトに変態し、硬さが増加し、冷間鍛造性が低下するので、冷却停止温度は650℃とする。   After the holding in the second stage annealing is completed, the annealed hot-rolled steel sheet is gradually cooled to 650 ° C. at a cooling rate of 1 ° C./hour or more and 100 ° C./hour or less. When the slow cooling stop temperature exceeds 650 ° C., the untransformed austenite is transformed into pearlite or bainite by the cooling rate exceeding 100 ° C./hour until the room temperature, the hardness increases, and the cold forgeability increases. Since it decreases, the cooling stop temperature is set to 650 ° C.

2段目の焼鈍において生成したオーステナイトを冷却して、フェライトに変態させるとともに、オーステナイト中に残存した炭化物へ炭素を吸着させるには、冷却速度は遅い方が好ましい。冷却速度が1℃/時間未満であると、冷却のために要する時間が増大し、生産性が低下するので、冷却速度は1℃/時間以上とする。好ましくは10℃/時間以上である。   In order to cool the austenite produced in the second stage annealing to transform it into ferrite and to adsorb carbon to the carbide remaining in the austenite, it is preferable that the cooling rate is slow. When the cooling rate is less than 1 ° C./hour, the time required for cooling increases and the productivity decreases, so the cooling rate is set to 1 ° C./hour or more. Preferably, it is 10 ° C./hour or more.

一方、冷却速度が100℃/時間を超えると、オーステナイトがパーライトに変態し、鋼板の硬さが増加して、冷間鍛造性の低下及び浸炭焼入れ焼戻し後の耐衝撃特性の低下を招くので、冷却速度は100℃/時間以下とする。好ましくは90℃/時間である。   On the other hand, when the cooling rate exceeds 100 ° C./hour, austenite is transformed into pearlite, the hardness of the steel sheet is increased, and cold forgeability is deteriorated and impact resistance characteristics after carburizing and quenching and tempering are reduced. The cooling rate is 100 ° C./hour or less. Preferably, it is 90 ° C./hour.

ここで、冷却停止温度とは、上記の冷却速度で制御すべき温度のことであり、650℃までの冷却を冷却速度1℃/時間以上100℃/時間以下で行えば、650℃以下への冷却については、特に制限されない。   Here, the cooling stop temperature is a temperature to be controlled at the above cooling rate. If cooling to 650 ° C. is performed at a cooling rate of 1 ° C./hour or more and 100 ° C./hour or less, the temperature is reduced to 650 ° C. or less. The cooling is not particularly limited.

なお、焼鈍の雰囲気は、特定の雰囲気に限定されない。例えば、95%以上の窒素の雰囲気、95%以上の水素の雰囲気、及び、大気雰囲気のいずれでもよい。   The annealing atmosphere is not limited to a specific atmosphere. For example, any of an atmosphere of 95% or more of nitrogen, an atmosphere of 95% or more of hydrogen, and an air atmosphere may be used.

以上説明したように、本発明の熱延条件と焼鈍条件を一貫して管理し、鋼板の組織制御を行う製造方法によれば、絞り、増肉成形が組み合った冷間鍛造において優れた冷間鍛造性を発揮し、さらに、浸炭焼入れ焼戻し後の耐衝撃特性にも優れる低炭素鋼板を製造することができる。   As explained above, according to the manufacturing method that consistently manages the hot rolling conditions and annealing conditions of the present invention and performs the structure control of the steel sheet, it is excellent in cold forging combined with drawing and thickening forming. It is possible to produce a low carbon steel sheet that exhibits forgeability and also has excellent impact resistance after carburizing, quenching and tempering.

次に、実施例について説明するが、実施例の水準は、本発明の実施可能性ならびに効果を確認するために採用した実行条件の一例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明目的を達する限りにおいては、種々の条件を採用することが可能なものである。   Next, although an Example is described, the level of an Example is an example of the execution conditions employ | adopted in order to confirm the feasibility and effect of this invention, and this invention is limited to this one condition example. It is not a thing. The present invention can adopt various conditions as long as the object of the present invention is achieved without departing from the gist of the present invention.

表1に示す成分組成を有する連続鋳造鋳片(鋼塊)を、1240℃で1.8時間加熱した後、熱間圧延に供した。890℃で仕上げ熱延を終了し、ROT上で45℃/秒の冷却速度で520℃まで冷却し、510℃で巻き取り、板厚5.2mmの熱延コイルを製造した。   A continuous cast slab (steel ingot) having the composition shown in Table 1 was heated at 1240 ° C. for 1.8 hours and then subjected to hot rolling. Finished hot rolling was completed at 890 ° C., cooled to 520 ° C. at a cooling rate of 45 ° C./second on the ROT, wound up at 510 ° C., and a hot-rolled coil having a thickness of 5.2 mm was manufactured.

Figure 2016190370
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熱延コイルを酸洗し、箱型焼鈍炉内にコイルを装入し、雰囲気を95%水素−5%窒素に制御した後、室温から705℃までを100℃/時間の加熱速度で加熱し、705℃で36時間保持してコイル内の温度分布を均一化した。その後、5℃/時間の加熱速度で760℃まで加熱し、さらに、760℃で10時間保持した後、650℃までを10℃/時間の冷却速度で冷却し、その後に室温まで炉冷して、特性評価用のサンプルを作製した。   The hot-rolled coil is pickled, charged in a box-type annealing furnace, the atmosphere is controlled to 95% hydrogen-5% nitrogen, and then heated from room temperature to 705 ° C. at a heating rate of 100 ° C./hour. The temperature distribution in the coil was made uniform by maintaining at 705 ° C. for 36 hours. Then, after heating to 760 ° C. at a heating rate of 5 ° C./hour and further holding at 760 ° C. for 10 hours, cooling to 650 ° C. at a cooling rate of 10 ° C./hour, followed by furnace cooling to room temperature. A sample for characteristic evaluation was prepared.

サンプルの組織は、前述の方法で観察し、冷間鍛造後のサンプルに存在する亀裂長さは、前述の方法で測定した。   The sample structure was observed by the method described above, and the crack length existing in the sample after cold forging was measured by the method described above.

増肉成型したサンプルの浸炭は、ガス浸炭にて実施した。炉内雰囲気ガス中からサンプル表層を通じて鋼内部へ炭素を拡散させるために、カーボンポテンシャルを0.5質量%Cに制御した炉内にて、940℃で120分保持する処理を行い、その後、室温まで炉冷した。   Carburizing of the thickened sample was performed by gas carburization. In order to diffuse carbon from the atmosphere gas in the furnace to the inside of the steel through the sample surface layer, in the furnace in which the carbon potential is controlled to 0.5% by mass C, a treatment is performed at 940 ° C. for 120 minutes, It was cooled to the furnace.

続いて、室温から840℃まで加熱した後、20分の保持を行い、60℃の油中に焼入れた。焼入れサンプルに、170℃で60分保持後に空冷する焼戻し処理を施し、浸炭焼入れ焼戻しサンプルを作製した。   Subsequently, after heating from room temperature to 840 ° C., holding for 20 minutes was performed and quenching was performed in 60 ° C. oil. The quenched sample was subjected to a tempering treatment that was air-cooled after being held at 170 ° C. for 60 minutes to prepare a carburized quenched and tempered sample.

浸炭焼入れ焼戻しサンプルの耐衝撃性は、落重試験により評価した。図2に、浸炭焼入れ焼戻しを施したサンプルの耐衝撃特性を評価する落重試験の概要を模式的に示す。浸炭焼入れ焼戻しを施したカップ状のサンプル4のカップ底を冶具で固定し、カップ側面に、重量2kgの落錘(上辺幅:50mm、下辺幅:10mm、高さ:80mm、長さ:110mm)を、4m離れた上部から自由落下させ、サンプル4の縦壁部へ、約80Jの衝撃を与え、サンプルの割れの有無を観察し、耐衝撃特性を評価する。   The impact resistance of the carburized and tempered sample was evaluated by a drop weight test. FIG. 2 schematically shows an outline of a drop weight test for evaluating the impact resistance characteristics of a sample subjected to carburizing, quenching and tempering. The bottom of the cup-shaped sample 4 subjected to carburizing, quenching and tempering is fixed with a jig, and a weight of 2 kg is dropped on the cup side (upper side width: 50 mm, lower side width: 10 mm, height: 80 mm, length: 110 mm). Is dropped from the upper part 4 m away, an impact of about 80 J is applied to the vertical wall of the sample 4, the presence or absence of cracking of the sample is observed, and the impact resistance characteristics are evaluated.

自由落下の結果、割れや破壊が見られなかったサンプルについては、耐衝撃特性に優れる“OK”の評点をつけ、割れや破壊が見られたサンプルについては、耐衝撃性に劣る“NG”の評点をつけた。   As a result of free fall, samples with no cracks or breakage were given an “OK” rating with excellent impact resistance, and samples with cracks or breakage were “NG” with poor impact resistance. Scored.

表2に、製造したサンプルにおける、炭化物径、パーライト面積率、フェライト粒径、ビッカース硬さ、フェライト粒内の炭化物の個数に対するフェライト粒界の炭化物の個数の比率、縦壁部の板厚に対する最大亀裂長さの割合、及び、耐衝撃性の測定結果と評価結果を示す。   Table 2 shows the carbide diameter, pearlite area ratio, ferrite grain size, Vickers hardness, ratio of the number of carbides in the ferrite grain boundary to the number of carbides in the ferrite grains, and the maximum thickness of the vertical wall portion in the manufactured sample. The ratio of crack length and the measurement results and evaluation results of impact resistance are shown.

Figure 2016190370
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表2に示すように、発明鋼A−1、B−1、C−1、D−1、E−1、F−1、G−1、H−1、I−1、J−1、及び、K−1は、いずれも、フェライト粒内の炭化物の個数に対するフェライト粒界の炭化物の個数の比率が1を超え、ビッカース硬さが100HV以上180HV以下であり、冷間鍛造性と浸炭焼入れ焼戻し後の耐衝撃特性に優れている。   As shown in Table 2, invention steels A-1, B-1, C-1, D-1, E-1, F-1, G-1, H-1, I-1, J-1, and , K-1 has a ratio of the number of carbides in the ferrite grain boundary to the number of carbides in the ferrite grains is more than 1, Vickers hardness is 100HV or more and 180HV or less, cold forgeability and carburizing and tempering. Excellent impact resistance after.

これに対し、比較鋼L−1は、C量が低く、冷間鍛造前の硬さが100HV未満であるため、冷間鍛造性が低い。比較鋼M−1、P−1、及び、Z−1は、P、Al、Nを過剰に含有し、2段目の焼鈍時、γ/α界面への偏析量が大きいため、粒界における炭化物の形成が抑制されている。   On the other hand, the comparative steel L-1 has a low C amount and a hardness before cold forging of less than 100 HV, so that the cold forgeability is low. Comparative steels M-1, P-1, and Z-1 contain excessive amounts of P, Al, and N, and have a large amount of segregation at the γ / α interface during the second stage annealing. The formation of carbide is suppressed.

比較鋼S−1は、Siを過剰に含有し、フェライトの延性が低いため、冷間鍛造性が低い。比較鋼N−1及びT−1は、それぞれ、Mo、Crを過剰に含有するため、フェライト粒内に炭化物が微細に分散し、かつ、硬さが180HVを超えている。比較鋼Q−1は、Mnを過剰に含有するため、浸炭焼入れ焼戻し後の耐衝撃特性が顕著に低い。   Since comparative steel S-1 contains Si excessively and the ductility of ferrite is low, cold forgeability is low. Since the comparative steels N-1 and T-1 each contain excessive Mo and Cr, the carbides are finely dispersed in the ferrite grains, and the hardness exceeds 180 HV. Since comparative steel Q-1 contains Mn excessively, the impact resistance after carburizing and tempering is remarkably low.

比較鋼O−1は、Cr量が少なく、浸炭時に表層のオーステナイト粒が異常に粗大化したため、耐衝撃性が低い。比較鋼R−1は、Sを過剰に含有するため、鋼中に粗大なMnSが生成し、冷間鍛造性が低い。比較鋼U−1は、Cを過剰に含有するため、鋼の増肉厚内部に粗大な炭化物が生成し、浸炭焼入れ後にも粗大な炭化物が残存したため、耐衝撃特性が低い。   Since the comparative steel O-1 has a small amount of Cr and the austenite grains on the surface layer are abnormally coarsened during carburizing, the impact resistance is low. Since comparative steel R-1 contains S excessively, coarse MnS produces | generates in steel and cold forgeability is low. Since the comparative steel U-1 contains C excessively, coarse carbides are generated in the thickened thickness of the steel and coarse carbides remain even after carburizing and quenching, so that the impact resistance is low.

比較鋼V−1は、Mn量が少なく、炭化物の安定度を高めることが困難であったため、冷間鍛造性及び浸炭焼入れ焼戻し後の耐衝撃特性が低い。比較鋼W−1及びX−1は、O、Tiを過剰に含有するため、フェライト粒内に存在する酸化物、TiCが、2相域焼鈍後の徐冷において炭化物の生成サイトとなり、粒界における炭化物の生成が抑制されて、冷間鍛造性が低い。比較鋼Y−1は、Bを過剰に含有するため、冷間鍛造性が低い。   Since comparative steel V-1 had a small amount of Mn and it was difficult to increase the stability of carbide, cold forgeability and impact resistance after carburizing and tempering were low. Since the comparative steels W-1 and X-1 contain excessive amounts of O and Ti, the oxides and TiC present in the ferrite grains become carbide generation sites in the slow cooling after the two-phase annealing, and the grain boundaries The formation of carbides in is suppressed, and the cold forgeability is low. Since comparative steel Y-1 contains B excessively, cold forgeability is low.

続いて、製造条件の影響を調べるため、表1に示すA、B、C、D、E、F、G、H、I、J、及び、Kの成分組成を有するスラブを、表3に示す熱延条件及び焼鈍条件にて、板厚5.2mmの熱延板焼鈍サンプルを作製した。   Then, in order to investigate the influence of manufacturing conditions, the slab which has the component composition of A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, and K shown in Table 1 is shown in Table 3. A hot-rolled sheet annealing sample having a thickness of 5.2 mm was produced under the hot-rolling conditions and annealing conditions.

表4に、作製したサンプルについての、炭化物径、パーライト面積率、フェライト粒径、ビッカース硬さ、フェライト粒内の炭化物の個数に対するフェライト粒界の炭化物の個数の比率、縦壁部の板厚に対する最大亀裂長さの割合、及び、耐衝撃性の測定結果と評価結果を示す。   Table 4 shows the carbide diameter, pearlite area ratio, ferrite particle diameter, Vickers hardness, ratio of the number of carbides in the ferrite grain boundary to the number of carbides in the ferrite grains, and the thickness of the vertical wall portion of the prepared sample. The ratio of the maximum crack length and the measurement results and evaluation results of impact resistance are shown.

Figure 2016190370
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Figure 2016190370
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比較鋼E−3は、仕上げ熱延温度が低く、圧延荷重が増加して生産性が低い。比較鋼D−2は、仕上げ熱延温度が高く、鋼板表面にスケール疵が生成したので、焼入れ焼戻し後に耐摩耗試験に供した際に、スケール疵を起点として亀裂及び剥離が発生し、耐摩耗特性が低下した。比較鋼F−2は、ROT(Run Out Table)での冷却速度が遅く、生産性の低下とスケール疵の発生を招いている。   The comparative steel E-3 has a low finishing hot rolling temperature, an increased rolling load, and low productivity. Comparative Steel D-2 has a high finish hot rolling temperature and scale flaws formed on the surface of the steel sheet. Therefore, when subjected to a wear resistance test after quenching and tempering, cracks and peeling occurred starting from the scale flaws, resulting in wear resistance. The characteristics deteriorated. The comparative steel F-2 has a slow cooling rate in ROT (Run Out Table), which causes a decrease in productivity and generation of scale defects.

比較鋼C−4は、ROTでの冷却速度が100℃/秒で、鋼板の最表層部が過剰に冷却されたことにより、最表層部に微細なクラックが生成した。比較鋼C−2は、巻取温度が低く、ベイナイトやマルテンサイト等の低温変態組織が多く生成して脆化し、熱延コイル払い出し時に割れが頻発して、生産性が低下している。さらに、割れ片から採取したサンプルにおける耐摩耗特性は低い。   In Comparative Steel C-4, the cooling rate at the ROT was 100 ° C./sec, and the outermost layer portion of the steel sheet was excessively cooled, so that fine cracks were generated in the outermost layer portion. The comparative steel C-2 has a low coiling temperature, a lot of low-temperature transformation structures such as bainite and martensite are generated and become brittle, cracks occur frequently when the hot-rolled coil is discharged, and productivity is lowered. Furthermore, the wear resistance characteristics of samples taken from the cracks are low.

比較鋼G−2は、巻取温度が高く、熱延組織においてラメラ間隔の分厚いパーライトが生成するとともに、針状の粗大な炭化物の熱的安定性が高く、2段ステップ型の焼鈍の後においても、上記炭化物が鋼板中に残存するため、被切削性が低い。比較鋼H−4は、2段ステップ型の焼鈍の1段目の焼鈍における加熱速度が遅いため、生産性が低い。   The comparative steel G-2 has a high coiling temperature, and a pearlite with a thick lamellar spacing is generated in the hot rolled structure, and the thermal stability of the needle-like coarse carbide is high, and after the two-step type annealing. However, since the carbides remain in the steel sheet, the machinability is low. Since the comparative steel H-4 has a slow heating rate in the first stage annealing of the two-step type annealing, the productivity is low.

比較鋼E−3は、1段目の焼鈍における加熱速度が速いため、コイルの内部と内外周部との温度差が大きくなり、熱膨張差に起因したスリ疵及び焼付きが発生し、焼入れ焼戻し後に耐摩耗特性の評価試験に供した際、疵部から亀裂及び剥離が発生し、耐摩耗特性が低下した。   Since comparative steel E-3 has a high heating rate in the first stage annealing, the temperature difference between the inside of the coil and the inner and outer peripheral portions becomes large, and the soot and seizure due to the difference in thermal expansion occur, and quenching occurs. When subjected to an evaluation test of wear resistance after tempering, cracks and peeling occurred from the heel part, and the wear resistance was lowered.

比較鋼G−4は、1段目の焼鈍における保持温度(焼鈍温度)が低く、Ac1点以下での炭化物の粗大化処理が不十分であり、炭化物の熱的安定度が不十分であることにより、2段目の焼鈍において残存する炭化物が減少し、徐冷後の組織においてパーライト変態を抑制できないため、被切削性が低い。   Comparative steel G-4 has a low holding temperature (annealing temperature) in the first stage annealing, the carbide coarsening treatment at the Ac1 point or less, and the thermal stability of the carbide is insufficient. Thus, the remaining carbides in the second stage annealing are reduced, and the pearlite transformation cannot be suppressed in the structure after the slow cooling, so that the machinability is low.

比較鋼D−4は、1段目の焼鈍における保持温度(焼鈍温度)が高く、焼鈍中にオーステナイトが生成し、炭化物の安定度を高めることができないため、焼鈍後にパーライトが生成し、ビッカース硬さが180HVを超えて、被切削性が低い。比較鋼J−4は、1段目の焼鈍における保持時間が短く、炭化物の安定度を高めることができず、被切削性が低い。   Comparative steel D-4 has a high holding temperature (annealing temperature) in the first stage annealing, austenite is generated during annealing, and the stability of the carbide cannot be increased. Therefore, pearlite is generated after annealing, and Vickers hardness Is over 180 HV, and machinability is low. Comparative steel J-4 has a short holding time in the first-stage annealing, cannot increase the stability of the carbide, and has low machinability.

比較鋼F−2は、1段目の焼鈍における保持時間が長く、生産性が低いことに加え、焼付き疵が発生し、耐摩耗特性が低い。比較鋼B−4は、2段ステップ型の焼鈍の2段目の焼鈍における加熱速度が遅いため、生産性が低い。比較鋼A−3は、2段目の焼鈍における加熱速度が速いため、コイルの内部と外周部の温度差が大きくなり、変態による大きな熱膨張差に起因したスリ疵及び焼付きが発生し、焼入れ焼戻し後の耐摩耗特性が低い。   Comparative steel F-2 has a long holding time in the first-stage annealing, low productivity, seizure flaws, and low wear resistance. Since the comparative steel B-4 has a low heating rate in the second-stage annealing of the two-step type annealing, the productivity is low. Since the comparative steel A-3 has a high heating rate in the second stage annealing, the temperature difference between the inside and the outer periphery of the coil is large, and the soot and seizure due to a large difference in thermal expansion due to transformation occurs. Low wear resistance after quenching and tempering.

比較鋼K−2は、2段目の焼鈍における保持温度(焼鈍温度)が低く、オーステナイトの生成量が少なく、フェライト粒界における炭化物の個数割合を増やすことができないため、被切削性が低い。比較鋼C−4は、2段目の焼鈍における保持温度(焼鈍温度)が高く、焼鈍中に炭化物の溶解が促進したため、徐冷後に粒界炭化物を形成させることが難しくなり、さらに、パーライトが生成し、ビッカース硬さが180HVを超えて、被切削性が低い。   The comparative steel K-2 has a low holding temperature (annealing temperature) in the second stage annealing, a small amount of austenite generation, and cannot increase the number ratio of carbides at the ferrite grain boundaries, and therefore has low machinability. Since the comparative steel C-4 has a high holding temperature (annealing temperature) in the second stage annealing, and the dissolution of carbides during the annealing is promoted, it becomes difficult to form grain boundary carbides after slow cooling. Produced, Vickers hardness exceeds 180HV, and machinability is low.

比較鋼J−3は、2段目の焼鈍における保持時間が長く、炭化物の溶解が促進したため、被切削性が低い。比較鋼D−3は、2段目の焼鈍から650℃までの冷却速度が遅く、生産性が低いとともに、徐冷後の組織に粗大な炭化物が生成して、冷間鍛造時に粗大な炭化物を起点として亀裂が発生し、冷間鍛造性が低下した。比較鋼I−3は、2段目の焼鈍から650℃までの冷却速度が速く、冷却時にパーライト変態が起きて硬さが増加するため、冷間鍛造性が低い。   Since the comparative steel J-3 has a long holding time in the second stage annealing and promotes dissolution of carbides, the machinability is low. Comparative steel D-3 has a slow cooling rate from the second-stage annealing to 650 ° C., has low productivity, and coarse carbides are generated in the structure after slow cooling. Cracks occurred as a starting point, and cold forgeability deteriorated. Since the comparative steel I-3 has a high cooling rate from the second stage annealing to 650 ° C. and a pearlite transformation occurs during cooling to increase the hardness, the cold forgeability is low.

次に、その他元素の許容含有量を調べるため、表5及び表6(表5の続き)に示す成分組成を有する連続鋳造鋳片(鋼塊)を1240℃で1.8時間加熱後、熱間圧延に供した。890℃で仕上げ熱延を終了し、ROT上で45℃/秒の冷却速度で520℃まで冷却し、510℃で巻き取り、板厚5.2mmの熱延コイルを製造した。   Next, in order to investigate the allowable content of other elements, a continuous cast slab (steel ingot) having the composition shown in Table 5 and Table 6 (continuation of Table 5) was heated at 1240 ° C. for 1.8 hours, It was subjected to hot rolling. Finished hot rolling was completed at 890 ° C., cooled to 520 ° C. at a cooling rate of 45 ° C./second on the ROT, wound up at 510 ° C., and a hot-rolled coil having a thickness of 5.2 mm was manufactured.

Figure 2016190370
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Figure 2016190370
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熱延コイルを酸洗し、箱型焼鈍炉内に熱延コイルを装入し、雰囲気を95%水素−5%窒素に制御した後、室温から705℃までを100℃/時間の加熱速度で加熱し、705℃で36時間保持してコイル内の温度分布を均一化し、その後、5℃/時間の加熱速度で760℃まで加熱し、さらに、760℃で10時間保持した後、650℃までを10℃/時間の冷却速度で冷却し、その後、室温まで炉冷して、特性評価用のサンプルを作製した。   After pickling the hot-rolled coil, inserting the hot-rolled coil in a box-type annealing furnace, and controlling the atmosphere to 95% hydrogen-5% nitrogen, the temperature from room temperature to 705 ° C. was increased at a heating rate of 100 ° C./hour. Heat and hold at 705 ° C. for 36 hours to homogenize the temperature distribution in the coil, then heat to 760 ° C. at a heating rate of 5 ° C./hour, further hold at 760 ° C. for 10 hours, and then to 650 ° C. Was cooled at a cooling rate of 10 ° C./hour and then cooled to room temperature to prepare a sample for characteristic evaluation.

なお、サンプルの組織は、前述の方法で観察し、冷間鍛造後のサンプルに存在する亀裂長さは、前述の方法で測定した。   In addition, the structure of the sample was observed by the above-described method, and the crack length existing in the sample after cold forging was measured by the above-described method.

表7に、製造したサンプルにおける、炭化物径、パーライト面積率、フェライト粒径、ビッカース硬さ、フェライト粒内の炭化物の個数に対するフェライト粒界の炭化物の個数の比率、縦壁部の板厚に対する最大亀裂長さの割合、及び、耐衝撃性の測定結果と評価結果を示す。   Table 7 shows the carbide diameter, pearlite area ratio, ferrite grain size, Vickers hardness, ratio of the number of carbides in the ferrite grain boundary to the number of carbides in the ferrite grain, and the maximum thickness of the vertical wall portion in the manufactured sample. The ratio of crack length and the measurement results and evaluation results of impact resistance are shown.

Figure 2016190370
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表7に示すように、発明鋼AA−1、AB−1、AC−1、AD−1、AE−1、AF−1、AG−1、AH−1、AI−1、AJ−1、AK−1、AL−1、AM−1、AN−1、AO−1、AP−1、及び、AQ−1は、いずれも、フェライト粒内の炭化物の個数に対するフェライト粒界の炭化物の個数の比率が1を超え、ビッカース硬さが100HV以上180HV以下であり、冷間鍛造性と浸炭焼入れ焼戻し後の耐衝撃特性に優れている。   As shown in Table 7, invention steels AA-1, AB-1, AC-1, AD-1, AE-1, AF-1, AG-1, AH-1, AI-1, AJ-1, AK -1, AL-1, AM-1, AN-1, AO-1, AP-1, and AQ-1 are all the ratio of the number of carbides in the ferrite grain boundary to the number of carbides in the ferrite grains Is more than 1, Vickers hardness is 100HV or more and 180HV or less, and is excellent in cold forgeability and impact resistance after carburizing and tempering.

これに対し、比較鋼AR−1、AS−1、AW−1、AZ−1、BB−1、及び、BF−1は、それぞれ、La、As、Cu、Ni、Sb、Ceを過剰に含有し、2段目の焼鈍時にγ/α界面への偏析量が多くなるため、粒界における炭化物の生成が抑制されている。比較鋼BG−1は、Siを過剰に含有し、フェライトの延性が低いため、冷間鍛造性が低い。   On the other hand, comparative steels AR-1, AS-1, AW-1, AZ-1, BB-1, and BF-1 each contain excessive amounts of La, As, Cu, Ni, Sb, and Ce. In addition, since the amount of segregation at the γ / α interface increases during the second stage annealing, the formation of carbides at the grain boundaries is suppressed. Since comparative steel BG-1 contains Si excessively and the ductility of ferrite is low, cold forgeability is low.

比較鋼AT−1、AV−1、BA−1、BC−1、BH−1、及び、BJ−1は、それぞれ、Mo、Nb、Cr、Ta、W、Vを過剰に含有するため、フェライト粒内に炭化物が微細に分散し、かつ、硬さが180HVを超えている。比較鋼BF−1は、Mnを過剰に含有するため、浸炭焼入れ焼戻し後の耐衝撃特性が顕著に低い。   Since the comparative steels AT-1, AV-1, BA-1, BC-1, BH-1, and BJ-1 contain excessive amounts of Mo, Nb, Cr, Ta, W, and V, respectively, ferrite The carbide is finely dispersed in the grains, and the hardness exceeds 180 HV. Since comparative steel BF-1 contains Mn excessively, the impact resistance after carburizing and tempering is remarkably low.

比較鋼AU−1、AX−1、AY−1、及び、BE−1は、それぞれ、Zr、Ca、Mg、Yを過剰に含有し、鋼中に粗大な酸化物又は非金属介在物が生成して、冷間鍛造時に粗大酸化物又は粗大非金属介在物を起点として亀裂が発生し、冷間鍛造性が低下した。比較鋼BD−1は、Snを過剰に含有し、フェライトが脆化して、冷間鍛造性が低い。比較鋼BK−1は、Cを過剰に含有するため、鋼の増肉厚内部に粗大な炭化物が生成し、浸炭焼入れ後にも粗大な炭化物が残存して、耐衝撃特性が低下した。   Comparative steels AU-1, AX-1, AY-1, and BE-1 contain excessive amounts of Zr, Ca, Mg, and Y, respectively, and coarse oxides or nonmetallic inclusions are produced in the steel. Then, cracks occurred starting from coarse oxides or coarse non-metallic inclusions during cold forging, and cold forgeability deteriorated. Comparative steel BD-1 contains excessive Sn, the ferrite becomes brittle, and the cold forgeability is low. Since the comparative steel BK-1 contains excessive C, coarse carbides are generated inside the thickened steel, and the coarse carbides remain even after carburizing and quenching, resulting in reduced impact resistance.

続いて、製造条件の影響を調べるため、表5に示すAA、AB、AC、AD、AE、AF、AG、AH、AI、AJ、AK、AL、AM、AN、AO、AP、及び、AQの成分組成を有するスラブを、表8に示す熱延条件及び焼鈍条件で、板厚5.2mmの熱延板焼鈍サンプルを作製した。   Then, in order to investigate the influence of manufacturing conditions, AA, AB, AC, AD, AE, AF, AG, AH, AI, AJ, AK, AL, AM, AN, AO, AP, and AQ shown in Table 5 A hot-rolled sheet annealing sample having a sheet thickness of 5.2 mm was produced from the slab having the composition of the following conditions under the hot-rolling conditions and annealing conditions shown in Table 8.

Figure 2016190370
Figure 2016190370

表9に、作製したサンプルにおける、炭化物径、パーライト面積率、フェライト粒径、ビッカース硬さ、フェライト粒内の炭化物の個数に対するフェライト粒界の炭化物の個数の比率、縦壁部の板厚に対する最大亀裂長さの割合、及び、耐衝撃性の測定結果と評価結果を示す。   Table 9 shows the carbide diameter, pearlite area ratio, ferrite particle diameter, Vickers hardness, ratio of the number of carbides in the ferrite grain boundary to the number of carbides in the ferrite grains, and the maximum thickness of the vertical wall portion in the prepared sample. The ratio of crack length and the measurement results and evaluation results of impact resistance are shown.

Figure 2016190370
Figure 2016190370

比較鋼AC−2は、仕上げ熱延温度が低く、生産性が低い。比較鋼AN−4は、仕上げ熱延温度が高く、鋼板表面にスケール疵が生成して、冷間鍛造及び浸炭焼入れ焼戻し後に衝撃荷重が与えられた際、疵部から亀裂が発生し、耐衝撃特性が低下した。   Comparative steel AC-2 has a low finishing hot rolling temperature and low productivity. The comparative steel AN-4 has a high finish hot rolling temperature, scales are formed on the steel sheet surface, and when an impact load is applied after cold forging and carburizing and quenching and tempering, cracks are generated from the flanges, resulting in impact resistance. The characteristics deteriorated.

発明鋼AB−3は、ROTでの冷却速度が遅いので、生産性の低下とスケール疵の派生を招いた。発明鋼AJ−3とAD−4は、ROTでの冷却速度が100℃/秒であり、鋼板の最表層部が過剰に冷却されて、最表層部に微細なクラックが生成した。   Inventive steel AB-3 has a slow cooling rate in the ROT, resulting in a decrease in productivity and the derivation of scale defects. Inventive steels AJ-3 and AD-4 had a cooling rate at ROT of 100 ° C./second, the outermost layer portion of the steel sheet was excessively cooled, and fine cracks were generated in the outermost layer portion.

比較鋼AN−3は、巻取温度が低く、ベイナイトやマルテンサイト等の低温変態組織が多く生成して脆化し、熱延コイル払い出し時に割れが頻発して生産性が低下した。さらに、割れ片から採取したサンプルにおける冷間鍛造及び浸炭焼入れ焼戻し後の耐衝撃特性は劣位であった。   The comparative steel AN-3 has a low coiling temperature, a large amount of low-temperature transformation structures such as bainite and martensite are generated and become brittle, and cracks frequently occur when the hot-rolled coil is discharged, resulting in a reduction in productivity. Furthermore, the impact resistance characteristics after cold forging and carburizing quenching and tempering in samples taken from the cracked pieces were inferior.

比較鋼AH−3は、巻取温度が高く、熱延組織においてラメラ間隔の分厚いパーライトが生成するとともに、針状の粗大な炭化物の熱的安定性が高く、2段ステップ型の焼鈍後においても、上記炭化物が鋼板中に残存するため、冷間鍛造性が低い。   The comparative steel AH-3 has a high coiling temperature, and pearlite with thick lamellar spacing is generated in the hot rolled structure, and the thermal stability of the needle-like coarse carbide is high, even after annealing of the two-step type. Since the carbide remains in the steel sheet, the cold forgeability is low.

比較鋼AF−4は、2段ステップ型の焼鈍の1段目の焼鈍における加熱速度が遅いため、生産性が低い。比較鋼AG−2は、1段目の焼鈍における加熱速度が速いため、コイルの内部と外周部の温度差が大きくなり、熱膨張差に起因したスリ疵及び焼付きが発生して、冷間鍛造及び浸炭焼入れ焼戻し後の耐衝撃特性が低下した。   Since the comparative steel AF-4 has a slow heating rate in the first stage annealing of the two-step type annealing, the productivity is low. Since the comparative steel AG-2 has a high heating rate in the first-stage annealing, the temperature difference between the inside and the outer periphery of the coil is large, so that the flaws and seizure due to the difference in thermal expansion occur, Impact resistance after forging and carburizing quenching and tempering decreased.

比較鋼AA−2は、1段目の焼鈍における保持温度(焼鈍温度)が低く、Ac1点以下での炭化物の粗大化処理が不十分で、炭化物の熱的安定度が不十分となり、2段目の焼鈍時に残存する炭化物が減少し、徐冷後の組織においてパーライト変態を抑制できず、冷間鍛造性が低下した。   The comparative steel AA-2 has a low holding temperature (annealing temperature) in the first stage annealing, the carbide coarsening treatment at the Ac1 point or less is insufficient, and the thermal stability of the carbide is insufficient. The carbide remaining at the time of annealing of the eyes decreased, the pearlite transformation could not be suppressed in the structure after the slow cooling, and the cold forgeability was lowered.

比較鋼AM−3は、1段目の保持温度(焼鈍温度)が高く、焼鈍中にオーステナイトが生成し、炭化物の安定度を高めることができず、冷間鍛造性及び浸炭焼入れ焼戻し後の耐衝撃特性が低下した。比較鋼AF−2は、1段目の焼鈍における保持時間が短く、炭化物の安定度を高めることができず、冷間鍛造性が低い。比較鋼AO−4は、1段目の焼鈍における保持時間が長く、生産性が低い。   The comparative steel AM-3 has a high holding temperature (annealing temperature) in the first stage, austenite is generated during annealing, and the stability of the carbide cannot be improved, and the cold forgeability and the resistance after carburizing and quenching and tempering are reduced. Impact characteristics deteriorated. Comparative steel AF-2 has a short holding time in the first-stage annealing, cannot improve the stability of carbide, and has low cold forgeability. Comparative steel AO-4 has a long holding time in the first stage annealing and low productivity.

比較鋼AP−4は、2段ステップ型の焼鈍の2段目の焼鈍における加熱速度が遅いため、生産性が低い。比較鋼AI−3は、2段目の焼鈍における加熱速度が速いため、コイル内部と外周部の温度差が大きくなり、変態による大きな熱膨張差に起因したスリ疵及び焼付きが発生し、浸炭焼入れ焼戻し後に衝撃荷重が与えられた際、該疵部から亀裂が発生し、耐衝撃特性が低下した。   Since the comparative steel AP-4 has a slow heating rate in the second stage annealing of the two-step type annealing, the productivity is low. Since the comparative steel AI-3 has a high heating rate in the second stage annealing, the temperature difference between the inside and the outer periphery of the coil becomes large, and the soot and seizure due to a large difference in thermal expansion due to transformation occurs, and carburizing. When an impact load was applied after quenching and tempering, cracks were generated from the ridges, and the impact resistance characteristics deteriorated.

比較鋼AL−3は、2段目の焼鈍における保持温度(焼鈍温度)が低くて、オーステナイトの生成量が少なく、フェライト粒界における炭化物の個数割合を増やすことができず、冷間鍛造性が低下した。比較鋼AD−2は、2段目の焼鈍における保持温度(焼鈍温度)が高く、焼鈍中に炭化物の溶解が促進したため、徐冷後に粒界炭化物を生成させることが難しくなり、冷間鍛造性及び浸炭焼入れ焼戻し後の耐衝撃特性が低下した。   The comparative steel AL-3 has a low holding temperature (annealing temperature) in the second stage annealing, a small amount of austenite is produced, the number ratio of carbides at the ferrite grain boundaries cannot be increased, and the cold forgeability is low. Declined. Since the comparative steel AD-2 has a high holding temperature (annealing temperature) in the second stage annealing and the dissolution of carbides is accelerated during annealing, it becomes difficult to generate grain boundary carbides after slow cooling, and cold forgeability. And the impact resistance after carburizing quenching and tempering decreased.

比較鋼AJ−4は、2段目の焼鈍における保持時間が長く、炭化物の溶解が促進したため、冷間鍛造性が低い。比較鋼AQ−3は、2段目の焼鈍から650℃までの冷却速度が遅く、生産性が低いとともに、徐冷後の組織に粗大な炭化物が生成して、冷間鍛造時に、粗大な炭化物を起点として亀裂が発生し、冷間鍛造性が低下した。比較鋼AP−2は、2段目の焼鈍から650℃までの冷却速度が速く、冷却時にパーライト変態が起き、硬さが増加するため、冷間鍛造性が低下した。   Since the comparative steel AJ-4 has a long holding time in the second stage annealing and promotes dissolution of carbides, the cold forgeability is low. In comparison steel AQ-3, the cooling rate from the second stage annealing to 650 ° C. is slow, the productivity is low, and coarse carbides are generated in the structure after the slow cooling. As a starting point, cracks occurred and cold forgeability deteriorated. Since the comparative steel AP-2 has a high cooling rate from the second stage annealing to 650 ° C., pearlite transformation occurs during cooling, and the hardness increases, the cold forgeability deteriorates.

ここで、図3に、粒内炭化物の個数に対する粒界炭化物の個数の比率と、冷間鍛造試験片の亀裂長さ及び浸炭焼入れ焼戻し後の耐衝撃特性の関係を示す。   Here, FIG. 3 shows the relationship between the ratio of the number of intergranular carbides to the number of intragranular carbides, the crack length of the cold forged test piece, and the impact resistance after carburizing and tempering.

図3から、個数比率(=粒界炭化物の個数/粒内炭化物の個数)が1を超えると、冷間鍛造にて導入される亀裂長さの割合を抑えることができ、浸炭焼入れ焼戻し後に優れた耐衝撃性が得られることが解る。   From FIG. 3, when the number ratio (= number of grain boundary carbides / number of intragranular carbides) exceeds 1, the ratio of crack length introduced by cold forging can be suppressed, which is excellent after carburizing and quenching and tempering. It can be seen that high impact resistance can be obtained.

また、図4に、粒内炭化物の個数に対する粒界炭化物の個数の比率と、冷間鍛造試験片の亀裂長さ及び浸炭焼入れ焼戻し後の耐衝撃特性の別の関係を示す。図4は、添加元素を加えた鋼板においても、亀裂長さを抑えることができることを示す図である。   FIG. 4 shows another relationship between the ratio of the number of intergranular carbides to the number of intragranular carbides, the crack length of the cold forged test piece, and the impact resistance after carburizing and tempering. FIG. 4 is a diagram showing that the crack length can be suppressed even in a steel sheet to which an additive element is added.

図4から、鋼板に、適正範囲の元素を添加した場合においても、個数比率(=粒界炭化物の個数/粒内炭化物の個数)が1を超えると、冷間鍛造にて導入される亀裂長さの割合を抑えることができ、浸炭焼入れ焼戻し後に優れた耐衝撃性が得られることが解る。   From FIG. 4, even when an element in the appropriate range is added to the steel sheet, if the number ratio (= number of grain boundary carbides / number of intragranular carbides) exceeds 1, the crack length introduced by cold forging. It can be understood that the ratio of the thickness can be suppressed, and excellent impact resistance is obtained after carburizing, quenching and tempering.

前述したように、本発明によれば、冷間鍛造性及び浸炭焼入れ焼戻し後の耐衝撃特性に優れる低炭素鋼板及びその製造方法を提供することができる。本発明の鋼板は、例えば、板成形等の冷間鍛造で成形して高サイクルギヤ等の部品を得る際の素材として好適であるので、本発明は、産業上の利用可能性が高いものである。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a low carbon steel sheet excellent in cold forgeability and impact resistance after carburizing and tempering, and a method for producing the same. Since the steel sheet of the present invention is suitable as a material for obtaining parts such as high cycle gears by forming by cold forging such as sheet forming, the present invention has high industrial applicability. is there.

1 円盤状試験材
2 カップ状試験材
3 き裂
4 サンプル
5 落錘
L 亀裂の最大長さ
1 Disc-shaped test material 2 Cup-shaped test material 3 Crack 4 Sample 5 Falling weight L Maximum length of crack

(1)成分組成が、質量%で、C:0.10〜0.40%、Si:0.01〜0.30%、Mn:0.30〜1.00%、Al:0.001〜0.10%、Cr:0.50〜2.00%、Mo:0.001〜1.00%、P:0.020%以下、S:0.010%以下、N:0.020%以下、O:0.020%以下、Ti:0.010%以下、B:0.0005%以下、Sn:0.050%以下、Sb:0.050%以下、As:0.050%以下、Nb:0.10%以下、V:0.10%以下、Cu:0.10%以下、W:0.10%以下、Ta:0.10%以下、Ni:0.10%以下、Mg:0.050%以下、Ca:0.050%以下、Y:0.050%以下、Zr:0.050%以下、La:0.050%以下、及びCe:0.050%以下を含み、残部Fe及び不純物である鋼板であって、
記鋼板の金属組織が、パーライト面積率が6%以下、残部がフェライト及び炭化物からなり、炭化物粒径が0.4〜2.0μm、フェライトの粒径が3.0〜50.0μm、及びフェライト粒内の炭化物の個数に対するフェライト粒界の炭化物の個数の比率が1超、を満たし、上記鋼板のビッカース硬さが100HV以上180HV以下であることを特徴とする耐衝撃性に優れた鋼板。
(1) Component composition is mass%, C: 0.10-0.40%, Si: 0.01-0.30%, Mn: 0.30-1.00%, Al: 0.001- 0.10%, Cr: 0.50-2.00%, Mo: 0.001-1.00%, P: 0.020% or less, S: 0.010% or less, N: 0.020% or less O: 0.020% or less, Ti: 0.010% or less, B: 0.0005% or less, Sn: 0.050% or less, Sb: 0.050% or less, As: 0.050% or less, Nb : 0.10% or less, V: 0.10% or less, Cu: 0.10% or less, W: 0.10% or less, Ta: 0.10% or less, Ni: 0.10% or less, Mg: 0 0.050% or less, Ca: 0.050% or less, Y: 0.050% or less, Zr: 0.050% or less, La: 0.050% or less, and Ce: 0.05% or less. Comprises 50% or less, a balance being Fe and impurities der Ru steel plate,
Metal structure of the upper Symbol steel plate, pearlite area ratio is 6% or less, and the balance of ferrite and carbide, carbide grain size 0.4 to 2.0 .mu.m, the particle size of the ferrite is 3.0~50.0Myuemu, and the ferrite grain boundaries of the ratio greater than 1 of the number of carbides on the number of carbide in ferrite grains, the filled, Vickers hardness of the upper Symbol steel plate excellent in impact resistance, characterized in that at most 180HV than 100HV steel sheet.

(2)前記(1)の耐衝撃性に優れた鋼板を製造する製造方法であって、前記(1)の成分組成の鋼片を650℃以上950℃以下の温度域で仕上げ熱延を完了する熱間圧延を施して熱延鋼板とし、上記熱延鋼板を400℃以上600℃以下で巻き取り、巻き取った熱延鋼板に酸洗を施し、酸洗した熱延鋼板を30℃/時間以上150℃/時間以下の加熱速度で、650℃以上720℃以下の焼鈍温度に加熱して、3時間以上60時間以下保持する1段目の焼鈍を施し、次いで、熱延鋼板を1℃/時間以上80℃/時間以下の加熱速度で、725℃以上790℃以下の焼鈍温度に加熱して、3時間以上50時間以下保持する2段目の焼鈍を施し、焼鈍後の熱延鋼板を、1℃/時間以上100℃/時間以下の冷却速度で650℃まで冷却することを特徴とする冷間鍛造性及び耐衝撃性に優れた鋼板の製造方法。 (2) A production method for producing a steel plate having excellent impact resistance as described in (1) above, and finishing hot rolling of a steel slab having the component composition of (1) in a temperature range from 650 ° C. to 950 ° C. The hot-rolled steel sheet is subjected to hot rolling to obtain a hot-rolled steel sheet, the hot-rolled steel sheet is wound at 400 ° C. to 600 ° C., the hot-rolled steel sheet wound is pickled, and the pickled hot-rolled steel sheet is 30 ° C./hour. Heating to an annealing temperature of 650 ° C. or more and 720 ° C. or less at a heating rate of 150 ° C./hour or less and performing first-stage annealing for holding for 3 hours or more and 60 hours or less, Heating to an annealing temperature of 725 ° C. or more and 790 ° C. or less at a heating rate of 80 ° C./hour or more for a period of time, and performing a second stage annealing for holding for 3 hours or more and 50 hours or less, Cool to 650 ° C at a cooling rate of 1 ° C / hour or more and 100 ° C / hour or less. Steel sheet excellent manufacturing method of the cold forgeability and impact resistance characterized.

Claims (2)

成分組成が、質量%で、
C :0.10〜0.40%、
Si:0.01〜0.30%、
Mn:0.30〜1.00%、
Al:0.001〜0.10%、
Cr:0.50〜2.00%、
Mo:0.001〜1.00%、
P :0.020%以下、
S :0.010%以下、
N :0.020%以下、
O :0.020%以下、
Ti:0.010%以下、
B :0.0005%以下、
Sn:0.050%以下、
Sb:0.050%以下、
As:0.050%以下、
Nb:0.10%以下、
V :0.10%以下、
Cu:0.10%以下、
W :0.10%以下、
Ta:0.10%以下、
Ni:0.10%以下、
Mg:0.050%以下、
Ca:0.050%以下、
Y :0.050%以下、
Zr:0.050%以下、
La:0.050%以下、及び
Ce:0.050%
を含み、残部Fe及び不純物である低炭素鋼板であって、
上記低炭素鋼板の金属組織が、
炭化物粒径が0.4〜2.0μm、
パーライト面積率が6%以下、及び
フェライト粒内の炭化物の個数に対するフェライト粒界の炭化物の個数の比率が1超、
を満たし、
上記低炭素鋼板のビッカース硬さが100HV以上180HV以下である
ことを特徴とする鋼板。
Ingredient composition is mass%,
C: 0.10 to 0.40%,
Si: 0.01-0.30%,
Mn: 0.30 to 1.00%
Al: 0.001 to 0.10%,
Cr: 0.50 to 2.00%
Mo: 0.001 to 1.00%,
P: 0.020% or less,
S: 0.010% or less,
N: 0.020% or less,
O: 0.020% or less,
Ti: 0.010% or less,
B: 0.0005% or less,
Sn: 0.050% or less,
Sb: 0.050% or less,
As: 0.050% or less,
Nb: 0.10% or less,
V: 0.10% or less,
Cu: 0.10% or less,
W: 0.10% or less,
Ta: 0.10% or less,
Ni: 0.10% or less,
Mg: 0.050% or less,
Ca: 0.050% or less,
Y: 0.050% or less,
Zr: 0.050% or less,
La: 0.050% or less, and Ce: 0.050%
A low carbon steel plate that is the balance Fe and impurities,
The metal structure of the low carbon steel sheet is
Carbide particle size is 0.4-2.0 μm,
The pearlite area ratio is 6% or less, and the ratio of the number of carbides in the ferrite grain boundary to the number of carbides in the ferrite grains is more than 1,
The filling,
A steel sheet, wherein the low carbon steel sheet has a Vickers hardness of 100 HV or more and 180 HV or less.
請求項1に記載の鋼板を製造する製造方法であって、
請求項1に記載の成分組成の鋼片を650℃以上950℃以下の温度域で仕上げ熱延を完了する熱間圧延を施して熱延鋼板とし、
上記熱延鋼板を400℃以上600℃以下で巻き取り、
巻き取った熱延鋼板に酸洗を施し、酸洗した熱延鋼板を30℃/時間以上150℃/時間以下の加熱速度で、650℃以上720℃以下の焼鈍温度に加熱して、3時間以上60時間以下保持する1段目の焼鈍を施し、次いで、
熱延鋼板を1℃/時間以上80℃/時間以下の加熱速度で、725℃以上790℃以下の焼鈍温度に加熱して、3時間以上50時間以下保持する2段目の焼鈍を施し、焼鈍後の熱延鋼板を、1℃/時間以上100℃/時間以下の冷却速度で650℃まで冷却する
ことを特徴とする鋼板の製造方法。
A manufacturing method for manufacturing the steel sheet according to claim 1,
The steel slab having the component composition according to claim 1 is subjected to hot rolling to complete hot rolling in a temperature range of 650 ° C. or higher and 950 ° C. or lower to obtain a hot rolled steel plate,
Winding the hot-rolled steel sheet at 400 ° C. or more and 600 ° C. or less,
The wound hot-rolled steel sheet is pickled, and the pickled hot-rolled steel sheet is heated to an annealing temperature of 650 ° C. to 720 ° C. at a heating rate of 30 ° C./hour to 150 ° C./hour for 3 hours. Apply the first stage of annealing for 60 hours or less, and then
The hot-rolled steel sheet is heated to an annealing temperature of 725 ° C. or more and 790 ° C. or less at a heating rate of 1 ° C./hour or more and 80 ° C./hour or less, and then subjected to second-stage annealing for 3 hours or more and 50 hours or less and annealing. A method for producing a steel sheet, comprising cooling a subsequent hot-rolled steel sheet to 650 ° C. at a cooling rate of 1 ° C./hour or more and 100 ° C./hour or less.
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