KR20230113593A - 가스 연질화용 강판 - Google Patents

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KR20230113593A
KR20230113593A KR1020237021706A KR20237021706A KR20230113593A KR 20230113593 A KR20230113593 A KR 20230113593A KR 1020237021706 A KR1020237021706 A KR 1020237021706A KR 20237021706 A KR20237021706 A KR 20237021706A KR 20230113593 A KR20230113593 A KR 20230113593A
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steel sheet
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KR1020237021706A
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마사후미 아즈마
신야 사이토
에이사쿠 사쿠라다
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닛폰세이테츠 가부시키가이샤
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Publication date
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    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/28—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases more than one element being applied in one step
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Abstract

이 가스 연질화용 강판은, 소정의 화학 조성 및 금속 조직을 갖고, 판 두께를 t, 압연 방향에 직교하는 방향의 폭인 판 폭을 w로 하고, 표면으로부터 t/4의 깊이 위치 또한, 폭 방향의 단부로부터 상기 폭 방향으로 w/8, w/4, 3w/8, w/2, 5w/8, 3w/4, 및 7w/8의 위치의 7군데에 있어서 유효 결정 입경을 측정했을 때, 상기 7군데의 상기 유효 결정 입경의 평균인 평균 유효 결정 입경이, 8.0 내지 35.0㎛이고, 상기 7군데의 상기 유효 결정 입경 중 최대의 값과 최소의 값의 차인, 유효 결정 입경차가, 10.0㎛ 이하이다.

Description

가스 연질화용 강판
본 발명은, 가스 연질화용 강판에 관한 것이다.
본원은, 2021년 02월 18일에, 일본에 출원된 특허 출원 제2021-024185호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
엔진 주위에서 동력을 전달하는 부품은, 부품간의 접촉, 마찰, 하중이 반복하여 부하된다. 그 때문에, 매우 높은 내구성과 내마모성이 요구된다. 이 성능을 발휘시키기 위해, 종종, 이들 부품은 침탄 ??칭 처리나 질화 처리 등의 표면 경화 처리가 실시된다. 이들 부품 중, 판 두께가 얇은 철제 판 부품의 표면 경화 처리에는, 가스 연질화 처리가 적용된다. 이 가스 연질화 처리는, 예를 들어 질소와 함께 탄소를 포함하는 분위기 중에서, 고온에서 처리되므로, 질소의 확산 속도가 높아, 단시간의 처리 시간으로 소정의 경도 특성이 얻어진다. 또한, 처리 온도는 철강 재료가 오스테나이트 변태되지 않는 온도역(일반적으로 500℃ 이상, Ac3 온도 이하)인 점에서, 당해 처리에 의한 부품 치수 혹은 형상의 변화(이하 통합하여 단순히 형상 변화라고 하는 경우가 있음)는 다른 침탄 ??칭 처리 등과 비교하여 작은 것이 특징이다. 이 표면 경화 처리에 의한 형상 변화가 작으면, 부품의 형상 정밀도를 용이하게 높일 수 있다.
부품의 형상 정밀도는 조립 장착을 행하는 데 있어서 중요한 요건이지만, 부품의 내구성과 내마모성에 강하게 영향을 미치는 특성이기도 하다. 왜냐하면, 약간의 형상 변형이 부품 사용 시에 부품간의 접촉 면적 혹은 접촉 면압을 높이기 때문이다.
이 표면 경화 처리 중의 형상 변화는, 표면 경화 처리의 최종 냉각 중에 발생하는 것 외에, 상기 처리 온도에 도달할 때까지의 가열 과정에서도 발생한다. 이 가열 및 냉각 중의 부품의 형상 변화는 열 팽창-수축에 기인하는 것 외에, 표면 경화 처리의 전공정인 블랭크 트림이나 프레스에서 도입된 잔류 응력이 가열 중에 해방됨으로써 발생한다. 이와 같이, 표면 경화 처리에 의한 치수나 형상의 변화는, 표면 경화 처리의 처리 조건뿐만 아니라, 전공정이 되는 블랭크 트림이나 프레스의 조건의 영향을 받으므로, 그것을 최소한으로 하는 방법은 명확하지 않다.
상술한 바와 같이, 가스 연질화 처리는, 그 밖의 표면 경화 처리와 비교하면, 형상 변화는 작다. 그러나, 형상 변화는 다양한 요인에 의해 발생하므로, 가스 연질화 처리를 행한 경우라도, 일정한 형상 변화가 발생하는 경우가 있다. 또한, 이러한 형상 변화가 발생할 것이 예상되고, 형상 변화의 예상을 예측할 수 있는 경우, 그 형상 변화의 예상을 고려하여, 프레스 형상(프레스 금형 형상)을 미리 최종 제품과 다른 형상으로 수정해 둘 수 있다. 그러나, 표면 경화 처리에 의해(예측하지 못한) 형상 변화가 발생한 경우, 표면 경화 처리 후에 형상 교정을 행하는 등, 후발적인 대응(예를 들어, 형상 교정이나 교정이 용이하지 않은 것의 폐기 등)밖에 취해지고 있지 않은 것이 현상이다. 즉, 일반적으로는 형상 변화가 작다고 일컬어지는 가스 연질화 처리라도, 표면 경화 처리에 의한 형상 변화에 의해, 공업 생산상으로 경제적 손실이 발생하고 있는 것이 사실이다.
가스 연질화 처리용 강판에 관해, 예를 들어 특허문헌 1에는, 질량％로, C: 0.01％ 초과, 0.09％ 이하, Si: 0.005 내지 0.5％, Mn: 0.01 내지 3.0％, Al: 0.005 내지 2.0％, Cr: 0.50 내지 4.0％, P: 0.10％ 이하, S: 0.01％ 이하 및 N: 0.010％ 이하를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물의 성분 조성이 되는 강재를, 마무리 온도: 870℃ 이상에서 열간 압연하고, 계속해서 산세 후, 냉간 압연한 후, 800 내지 950℃의 온도에서 재결정 어닐링함으로써, 단위 체적당의 입계 면적 Sv를 80㎜-1 이상, 1300㎜-1 이하로 제어하는 것을 특징으로 하는 질화 처리용 냉연 강판의 제조 방법이 개시되어 있다.
또한, 특허문헌 2에는, 화학 조성이, 질량％로, C: 0.02％ 이상 0.07％ 미만, Si: 0.10％ 이하, Mn: 1.1 내지 1.8％, P: 0.05％ 이하, S: 0.01％ 이하, Al: 0.10 내지 0.45％, N: 0.01％ 이하, Ti: 0.01 내지 0.10％, Nb: 0 내지 0.1％, Mo: 0 내지 0.1％, V: 0 내지 0.1％, Cr: 0 내지 0.2％, 잔부: Fe 및 불순물이고, Mn+Al≥1.5를 충족하고, 강판 중에 석출물로서 존재하는 Ti, Nb, Mo, V 및 Cr의 합계 함유량이, 질량％로, 0.03％ 미만이고, 페라이트의 면적률이 80％ 이상이고, 또한 강판 표면으로부터 50㎛ 위치에 있어서의 페라이트의 전위 밀도가 1×1014 내지 1×1016m-2인 금속 조직을 갖는, 연질화 처리용 강판이 개시되어 있다.
일본 특허 제4462264호 공보 국제 공개 제2015/190618호
특허문헌 1의 과제는 질화 처리에 의해 충분한 표면 경화능과 경화 깊이를 얻을 수 있는 질화 처리용 냉연 강판의 유리한 제조 방법을 제안하는 것이다. 또한, 특허문헌 2는 생산성 및 비용을 저하시키지 않고, 종래 기술에서는 충분하지 않은 피로 특성의 개선을 의도하고 있고, 특허문헌 2의 과제는, 연질화 처리 전에 있어서 우수한 가공성을 가지면서, 연질화 처리를 실시함으로써 높은 피로 특성을 구비한 연질화 처리 강을 제공하는 것이다.
즉, 특허문헌 1, 2 중 어느 것에 있어서도, 표면 경화 처리에 의한 형상 변화의 억제에 대해서는 고려되어 있지 않았다.
상술한 바와 같이, 종래, 강판의 화학 조성이나 조직을 제어함으로써, 가스 연질화 처리 등의 표면 경화 처리에 있어서의 형상 변화를 억제하는 기술은 제안되어 있지 않았다.
본 발명은, 표면 경화 처리로서 가스 연질화 처리를 행한 경우에 형상 변화량을 저감시킬 수 있는, 가스 연질화용 강판을 제공하는 것을 과제로 한다.
상술한 바와 같이, 표면 경화 처리에 의한 치수나 형상의 변화는, 표면 경화 처리의 처리 조건뿐만 아니라, 전공정이 되는 블랭크 트림(이하, 「트림」이라고도 함.)이나 프레스의 조건의 영향을 받으므로, 그것을 최소한으로 하는 방법은 명확하지 않다. 본 발명자들은, 과제의 해결을 위해, 먼저, 트림ㆍ프레스 공정, 표면 경화 처리의 각각에서 형상 변화를 초래하는 인자를 밝혀서 개선하는 것이 유효하다고 생각하였다.
트림ㆍ프레스 공정에 있어서는, 최종 형상이 될 때까지의 각 중간 성형 공정에서, 잔류 응력을 저감시키도록 장력 등으로 소성 변형을 도입하도록 중간 형상의 재검토나 블랭크 홀드력을 조정하는 것, 나아가 중간 성형품의 다음 공정에서의 위치 정밀도를 높이는 등의 프레스 기술에 의한 개선이 유효하다고 생각된다. 또한, 후자의 표면 경화 처리 공정에서는 처리로 내의 온도의 균일성을 높이는 것이나, 최종 냉각 공정에서의 냉각 속도를 엄격하게 관리하는 등이 유효하다고 생각된다. 그러나, 이러한 개선은, 프레스나 표면 경화 처리에 제공되는 재료가 항상 동일한 거동을 하는 것을 전제로 하고 있고, 실제로는, 상술한 조건을 균일하게 해도 형상 변화가 발생한다고 생각된다.
본 발명자들은, 다양한 강판에 대해, 가스 연질화 처리 전후의 형상 변화에 대하여 조사를 행하였다. 그 결과, 소정의 화학 조성 및 금속 조직을 갖는 강판에 있어서, 폭 방향(판 폭 방향)의 유효 결정 입경차가, 형상 변화의 원인이 되고 있는 것을 새롭게 알아냈다. 또한, 이 유효 결정 입경차를 작게 하여, 가스 연질화 처리에 의한 형상 변화를 억제하기 위해서는, 열간 압연 전의 가열 조건, 열간 압연 조건 등의 조건을 제어하는 것이 유효한 것을 알아냈다.
본 발명은 상기의 지견에 기초하여 이루어졌다. 본 발명의 요지는 이하와 같다.
[1] 본 발명의 일 양태에 관한 가스 연질화용 강판은, 화학 조성이, 질량％로, C: 0.02 내지 0.10％, Si: 0.001 내지 0.100％, Mn: 0.70 내지 1.65％, P: 0.060％ 이하, S: 0.005％ 이하, sol.Al: 0.020 내지 0.450％, Ti: 0.020 내지 0.120％, Cr: 0.100 내지 0.450％, N: 0.0003 내지 0.0070％, Cu: 0 내지 0.40％, Ni: 0 내지 0.30％, Nb: 0 내지 0.080％, V: 0 내지 0.080％, Mo: 0 내지 0.100％, B: 0 내지 0.0020％, Ca: 0 내지 0.0100％, REM: 0 내지 0.0100％, Sn: 0 내지 0.0300％, Sb: 0 내지 0.0100％, As: 0 내지 0.0100％, Mg: 0 내지 0.0300％, 및 잔부: Fe 및 불순물이고, 하기 식 (1) 및 (2)를 충족하고, 금속 조직이, 면적％로, 페라이트: 30.0 내지 100.0％, 마르텐사이트: 0 내지 5.0％, 베이나이트: 0 내지 70.0％, 잔류 오스테나이트: 0 내지 3.0％, 펄라이트: 0 내지 3.0％를 포함하고, 판 두께를 t, 압연 방향에 직교하는 방향의 폭인 판 폭을 w로 하고, 표면으로부터 t/4의 깊이 위치 또한, 폭 방향의 단부로부터 상기 폭 방향으로 w/8, w/4, 3w/8, w/2, 5w/8, 3w/4, 및 7w/8의 위치의 7군데에 있어서 유효 결정 입경을 측정했을 때, 상기 7군데의 상기 유효 결정 입경의 평균인 평균 유효 결정 입경이, 8.0 내지 35.0㎛이고, 상기 7군데의 상기 유효 결정 입경 중 최대의 값과 최소의 값의 차인, 유효 결정 입경차가, 10.0㎛ 이하이다.
[sol.Al]+[Cr]≤0.482 … 식 (1)
94<64×[Mn]+156×[Cr]+190×[sol.Al]-9×[Mn]2-86×[Cr]2-328×[sol.Al]2 … 식 (2)
여기서, [원소 기호]는, 그 원소 기호가 나타내는 원소의 질량％로의 함유량이다.
[2] [1]에 기재된 가스 연질화용 강판은, 상기 화학 조성이, 질량％로, Cu: 0.01 내지 0.40％, Ni: 0.01 내지 0.30％, Nb: 0.001 내지 0.080％, V: 0.001 내지 0.080％, Mo: 0.001 내지 0.100％, B: 0.0001 내지 0.0020％, Ca: 0.0001 내지 0.0100％, REM: 0.0001 내지 0.0100％, Sn: 0.0001 내지 0.0300％, Sb: 0.0001 내지 0.0100％, As: 0.0001 내지 0.0100％, Mg: 0.0001 내지 0.0300％로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상 함유하고 있어도 된다.
[3] [1] 또는 [2]에 기재된 가스 연질화용 강판은, JIS Z 2241:2011의 5호 시험편에서의, 인장 강도가 370㎫ 이상이고, 연신율이 13.0％ 이상이어도 된다.
본 발명의 상기 양태에 따르면, 일반적으로 요구되는 인장 강도, 연신율, 굽힘 특성을 갖는 것을 전제로 하여, 표면 경화 처리로서 가스 연질화 처리를 행한 경우에 형상 변화량을 저감시킬 수 있는, 가스 연질화용 강판을 제공할 수 있다.
도 1은 형상 변화 조사 시험의 시험편의 형상을 도시하는 도면이다.
도 2는 금속 조직의 관찰 위치를 도시하는 도면이다.
이하, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 가스 연질화용 강판(이하, 본 실시 형태에 관한 가스 연질화용 강판이라고 함) 및 그 제조 방법, 그리고, 본 실시 형태에 관한 가스 연질화용 강판으로부터 얻어지는 가스 연질화 부품(본 실시 형태에 관한 가스 연질화 부품)에 대해서 상세하게 설명한다. 단, 본 발명은 본 실시 형태에 개시된 구성에만 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.
<가스 연질화용 강판>
본 실시 형태에 관한 가스 연질화용 강판은, 소정의 화학 조성을 갖고, 금속 조직이, 면적％로, 페라이트: 30.0 내지 100.0％, 마르텐사이트: 0 내지 5.0％, 베이나이트: 0 내지 70.0％, 잔류 오스테나이트: 0 내지 3.0％, 펄라이트: 0 내지 3.0％를 포함하고, 판 두께를 t, 압연 방향에 직교하는 방향의 폭인 판 폭을 w로 하고, 표면으로부터 판 두께 방향으로 t/4의 위치(표면으로부터 t/4의 깊이 위치) 또한, 폭 방향의 단부로부터 상기 폭 방향으로 w/8, w/4, 3w/8, w/2, 5w/8, 3w/4, 및 7w/8의 위치의 7군데에 있어서 유효 결정 입경을 측정했을 때, 상기 7군데의 상기 유효 결정 입경의 평균인 평균 유효 결정 입경이, 8.0 내지 35.0㎛이고, 상기 7군데의 상기 유효 결정 입경 중, 최대의 값과 최소의 값의 차인 유효 결정 입경차가, 10.0㎛ 이하이다.
이하, 각각에 대해서, 한정 이유를 설명한다.
(화학 조성)
먼저, 본 실시 형태에 관한 가스 연질화용 강판의 화학 조성에 대해서 설명한다. 이하에 기재하는 「내지」를 사이에 두고 기재되는 수치 한정 범위에는, 양 끝의 값이 하한값 및 상한값으로서 그 범위에 포함된다. 단, 「미만」, 「초과」로 나타내는 수치에는, 그 값이 수치 범위에 포함되지 않는다. 화학 조성에 대한 「％」는 언급이 없는 한 모두 「질량％」를 가리킨다.
C: 0.02 내지 0.10％
C는, 강판의 강도에 영향을 미치는 원소이다. C 함유량이 0.02％ 미만인 경우, 가스 연질화용 강판으로서 일반적으로 요구되는 강도를 충분히 확보할 수 없다. 그 때문에, C 함유량을 0.02％ 이상으로 한다. C 함유량은, 바람직하게는 0.03％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.04％ 이상 또는 0.05％ 이상이다.
한편, C 함유량이 0.10％ 초과인 경우, 연신율이 저하된다. 그 때문에, C 함유량은 0.10％ 이하로 한다. C 함유량은, 바람직하게는 0.08％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.07％ 이하 또는 0.06％ 이하이다.
Si: 0.001 내지 0.100％
Si는, 강판 표면에 스케일 모양을 형성하는 원소이다. 스케일 모양을 제거하기 위해서는, 일반적으로 산세가 행해지지만, Si 함유량이 0.100％를 초과하면, 산세 비용이 현저하게 높아진다. 그 때문에, Si 함유량을 0.100％ 이하로 한다. Si 함유량은, 바람직하게는 0.085％ 이하 또는 0.070％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.055％ 이하 또는 0.040％ 이하이다.
한편, 산세 비용의 저감을 위해서는, Si 함유량이 적을수록 바람직하지만, Si 함유량을 0.001％ 미만으로 하는 경우, 원료 비용이 높아진다. 그 때문에, Si 함유량을 0.001％ 이상으로 한다. Si 함유량은, 바람직하게는 0.003％ 이상 또는 0.005％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.008％ 이상 또는 0.015％ 이상이다.
Mn: 0.70 내지 1.65％
Mn은, Cr, Al과 함께 복합 함유되었을 때, 가스 연질화 처리 후의 질화물의 밀도를 높임으로써, 가스 연질화 처리 후의 강판(가스 연질화 부품도 포함함, 이하 동일함)의 내마모성을 향상시키는 효과가 있는 원소이다. Mn 함유량이 0.70％ 미만이면, 가스 연질화 처리 후에 충분한 밀도의 질화물을 얻을 수 없다. 그 때문에, Mn 함유량을, 후술하는 식 (2)를 충족하면서, 0.70％ 이상으로 한다. Mn 함유량은, 바람직하게는 0.80％ 이상 또는 0.85％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.90％ 이상 또는 1.00％ 이상이다.
한편, Mn 함유량이, 1.65％를 초과하면, 금속 조직에 있어서 페라이트의 면적률이 저하되고, 연신율이 저하된다. 그 때문에, Mn 함유량을 1.65％ 이하로 한다. Mn 함유량은, 바람직하게는 1.60％ 이하 또는 1.50％ 이하이고, 보다 바람직하게는 1.40％ 이하 또는 1.30％ 이하이다.
P: 0.060％ 이하
P는, 가스 연질화용 강판의 제조 공정에서 혼입되는 원소(불순물)이다. P 함유량이 많은 경우, 입계가 취화됨으로써 가스 연질화용 강판의 제조 시에 균열이 발생하기 쉬워진다. 그 때문에, P 함유량을 0.060％ 이하로 한다. P 함유량은, 바람직하게는 0.040％ 이하 또는 0.030％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.020％ 이하 또는 0.015％ 이하이다. P 함유량은 적을수록 바람직하고 0％여도 되지만, 탈인 비용을 고려하여 0.001％ 이상 또는 0.003％ 이상으로 해도 된다.
S: 0.005％ 이하
S는, 가스 연질화용 강판의 제조 공정에서 혼입되는 원소(불순물)이다. S 함유량이 많은 경우, MnS가 형성되어, 프레스 성형 시에 균열이 발생하기 쉬워진다. 그 때문에, S 함유량을 0.005％ 이하로 한다. S 함유량은, 바람직하게는 0.004％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.003％ 이하이다. S 함유량은 적을수록 바람직하고 0％여도 되지만, 탈황 비용을 고려하여 0.001％ 이상 또는 0.002％ 이상으로 해도 된다.
sol.Al: 0.020 내지 0.450％
Al은, Cr, Mn과 함께 복합 함유되었을 때, 가스 연질화 처리 후의 질화물의 밀도를 높여, 가스 연질화 처리 후의 강판의 내마모성을 향상시키는 효과가 있는 원소이다.
sol.Al(산 가용성 Al) 함유량이 0.020％ 미만이면, 슬래브 가열 시의 오스테나이트 입경의 조대화를 방지할 수 없게 되고, 그 결과, 강판에서의 폭 방향의 유효 결정 입경의 변동이 커질 우려가 있다. 그 때문에, sol.Al 함유량을, 후술하는 식 (1), (2)를 충족하면서, 0.020％ 이상으로 한다. sol.Al 함유량은, 바람직하게는 0.030％ 이상, 0.040％ 이상, 0.060％ 이상 또는 0.090％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.200％ 이상이다.
한편, sol.Al 함유량이, 0.450％를 초과하면 연속 주조에서의 노즐 막힘이 발생하기 쉬워져, 생산성이 저하된다. 그 때문에, sol.Al 함유량을 0.450％ 이하로 한다. sol.Al 함유량은, 바람직하게는 0.400％ 이하 또는 0.300％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.200％ 이하 또는 0.150％ 이하이다.
Ti: 0.020 내지 0.120％
Ti는, Ti 탄화물을 형성하여, 강판의 강도 향상에 기여하는 원소인 동시에, 열간 압연 공정에서의 오스테나이트 입경을 미세하게 함으로써, 유효 결정 입경을 미세하게 하는 효과를 갖는 원소이다. Ti 함유량이 0.020％ 미만이면, 유효 결정 입경을 충분히 미세하게 할 수 없다. 그 때문에, Ti 함유량을 0.020％ 이상으로 한다. Ti 함유량은, 바람직하게는 0.025％ 이상 또는 0.035％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.045％ 이상 또는 0.055％ 이상이다.
한편, Ti 함유량이 0.120％를 초과하면 연신율이 저하된다. 그 때문에, Ti 함유량을 0.120％ 이하로 한다. Ti 함유량은, 바람직하게는 0.110％ 이하 또는 0.100％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.080％ 이하 또는 0.070％ 이하이다.
Cr: 0.100 내지 0.450％
Cr은, Mn, Al과 함께 복합 함유되었을 때, 가스 연질화 처리 후의 질화물의 밀도를 높여, 가스 연질화 처리 후의 강판의 내마모성을 향상시키는 효과를 갖는 원소이다. Cr 함유량이 0.100％ 미만이면, 가스 연질화 처리 후에 충분한 밀도의 질화물을 얻을 수 없다. 그 때문에, Cr 함유량을, 후술하는 식 (1), (2)를 충족하면서, 0.100％ 이상으로 한다. Cr 함유량은, 바람직하게는 0.120％ 이상 또는 0.140％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.160％ 이상 또는 0.190％ 이상이다.
한편, Cr 함유량이 0.450％를 초과하면, 가스 연질화 처리 후의 질화물의 밀도가 과잉으로 높아진다. 그 때문에, Cr 함유량을 0.450％ 이하로 한다. Cr 함유량은, 바람직하게는 0.400％ 이하, 0.350％ 이하 또는 0.300％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.250％ 이하 또는 0.220％ 이하이다.
N: 0.0003 내지 0.0070％
N은, 조대한 질화물을 형성하여, 슬래브에서의 취화 균열을 초래하는 원소이다. 그 때문에, N 함유량을, 0.0070％ 이하로 한다. N 함유량은, 바람직하게는 0.0050％ 이하 또는 0.0040％ 이하이다.
한편, N 함유량은 적을수록 바람직하지만, N은, 가스 연질화용 강판의 제조 공정에서 혼입되는 원소이며, N 함유량을 0.0003％ 미만으로 하는 경우, 현저하게 비용이 상승한다. 그 때문에, N 함유량을 0.0003％ 이상으로 한다. N 함유량은, 바람직하게는 0.0005％ 이상 또는 0.0010％ 이상이다.
식 (1) 및 식 (2)
상기의 성분 중, sol.Al 함유량 및 Cr 함유량은 식 (1) 및 식 (2)의 범위로 하고, Mn 함유량은 식 (2)의 범위로 한정된다. 식 (1)의 좌변이 0.482를 초과하는 경우, 가스 연질화 처리 후의 강판(부품인 경우를 포함함)에 있어서, 모상의 경도(가스 연질화 처리에 의해 경화되어 있지 않은 부분, 예를 들어 두께를 tc로 한 경우에 tc/4의 위치의 경도)보다도 경도가 50Hv 이상 높은 영역의 깊이(표면으로부터의 거리)인 유효 경화 깊이가 0.300㎜ 미만이 된다.
또한, 식 (2)의 우변이 94 이하인 경우, 가스 연질화 처리 후의 강판의 표층 경도가, 가스 연질화 부품으로서 일반적으로 요구되는 표층 경도인 500Hv 이상이 되지 않는다.
그 때문에, sol.Al 함유량, Cr 함유량, Mn 함유량은, 상술한 범위 중에서, 식 (1), (2)를 충족하도록 함유시킨다.
[sol.Al]+[Cr]≤0.482 … 식 (1)
94<64×[Mn]+156×[Cr]+190×[sol.Al]-9×[Mn]2-86×[Cr]2-328×[sol.Al]2 … 식 (2)
여기서, [원소 기호]는, 그 원소 기호가 나타내는 원소의 질량％로의 강 중의 함유량이다. 필요에 따라서, 식 (1)의 우변을 0.482 대신에, 0.478, 0.472, 0.467, 0.460 또는 0.440으로 해도 된다. 식 (1) 중의 「[sol.Al]+[Cr]」의 하한은 0.120이지만, 0.150, 0.180, 0.200으로 해도 된다. 또한, 식 (2)의 좌변을 94 대신에, 97, 100 또는 105로 해도 된다.
본 실시 형태에 관한 가스 연질화용 강판은, 화학 조성이, 상기의 원소를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불순물인 것을 기본으로 한다. 여기서, 불순물이란, 강판을 제조할 때, 광석, 스크랩 등의 원료, 제조 공정의 다양한 요인에 의해 혼입되는 성분이며, 본 발명에 악영향을 미치지 않는 범위에서 허용되는 것을 의미한다. 한편, 각종 특성을 향상시키기 위해, 후술하는 범위에서, Cu, Ni, Nb, V, Mo, B, Ca, REM, Sn, Sb, As, Mg를 더 함유해도 된다. 그러나, 이들 원소의 함유는 필수는 아니므로, 그 하한은 모두 0％이다. 후술하는 함유량의 범위이면, 이들 원소가 불순물로서 함유되어 있어도 된다.
Cu: 0 내지 0.40％
Cu는, 가스 연질화 처리 후의 표층 경도 향상에 기여하는 원소이다. 그 때문에, 함유시켜도 된다. 상기 효과를 얻는 경우, Cu 함유량을 0.01％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.03％ 또는 0.07％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
한편, Cu 함유량이 0.40％를 초과하면 제조 시의 열간 균열이 발생하기 쉬워진다. 그 때문에, 함유시키는 경우, Cu 함유량을 0.40％ 이하로 한다. Cu 함유량은, 바람직하게는 0.35％ 이하 또는 0.35％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.25％ 이하 또는 0.20％ 이하이다.
Ni: 0 내지 0.30％
Ni는, 가스 연질화 처리 후의 표층 경도의 향상에 기여하는 원소이다. 또한, Ni는, 상기 Cu 함유 시의 열간 균열을 억제하는 효과가 있는 원소이다. 그 때문에, Cu를 함유하는 경우, Ni도 함유하는 것이 바람직하다. 상기 효과를 얻는 경우, Ni 함유량을 0.01％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.03％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
한편, Ni 함유량이 과잉이 되면, 합금 비용이 높아져, 경제성을 손상시킨다. 그 때문에, 함유시키는 경우, Ni 함유량을 0.30％ 이하로 한다. Ni 함유량은, 바람직하게는 0.25％ 이하 또는 0.20％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.15％ 이하 또는 0.10％ 이하이다.
Nb: 0 내지 0.080％
Nb는, 열간 압연 중의 오스테나이트 입경의 세립화 효과를 갖는 원소이고, 이 효과를 통해서, 강판의 평균 유효 결정 입경을 작게 하는 효과를 갖는 원소이다. 그 때문에, 함유시켜도 된다. 상기 효과를 얻는 경우, Nb 함유량을 0.001％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.005％ 이상 또는 0.010％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
한편, Nb 함유량이, 0.080％를 초과하면 주조 후의 슬래브의 인성이 저하되어, 슬래브의 균열의 원인이 된다. 그 때문에, 함유시키는 경우, Nb 함유량을 0.080％ 이하로 한다. Nb 함유량은, 바람직하게는 0.070％ 이하 또는 0.0.060％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.050％ 이하 또는 0.040％ 이하이다.
V: 0 내지 0.080％
V는, 질화물 형성 원소이고, 연질화 처리 후의 표층 경도를 향상시키는 효과를 갖는 원소이다. 그 때문에, 함유시켜도 된다. 상기 효과를 얻는 경우, V 함유량을 0.001％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.003％ 이상 또는 0.010％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
한편, V 함유량 0.080％를 초과하면 슬래브 인성이 저하되어, 가열로 장입 전에 슬래브 균열이 다발하기 때문에 제조가 곤란해진다. 그 때문에, 함유시키는 경우, V 함유량을 0.080％ 이하로 한다. V 함유량은, 바람직하게는 0.070％ 이하 또는 0.050％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.040％ 이하 또는 0.030％ 이하이다.
Mo: 0 내지 0.100％
Mo는, 질화물 형성 원소이고, 표층 경도를 향상시키는 효과를 갖는 원소이다. 그 때문에, 함유시켜도 된다. 상기 효과를 얻는 경우, Mo 함유량을 0.001％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.003％ 이상 또는 0.005％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
한편, Mo 함유량이 0.100％를 초과하면 ??칭성이 높아지고, 마르텐사이트의 면적률이 증가하여, 강판에 있어서 소정의 금속 조직을 얻을 수 없다. 그 때문에, 함유시키는 경우, Mo 함유량을 0.100％ 이하로 한다. Mo 함유량은, 바람직하게는 0.080％ 이하 또는 0.060％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.040％ 이하 또는 0.030％ 이하이다.
B: 0 내지 0.0020％
B는, 질화물 형성 원소이고, 표층 경도를 향상시키는 효과를 갖는 원소이다. 그 때문에, 함유시켜도 된다. 상기 효과를 얻는 경우, B 함유량을 0.0001％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.0003％ 이상 또는 0.0006％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
한편, B 함유량이, 0.0020％를 초과하면 ??칭성이 높아지고, 마르텐사이트의 면적률이 증가하여, 강판에 있어서 소정의 금속 조직을 얻을 수 없다. 그 때문에, 함유시키는 경우, B 함유량을 0.0020％ 이하로 한다. B 함유량은, 바람직하게는 0.015％ 이하 또는 0.0010％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.0008％ 이하 또는 0.0004％ 이하이다.
Ca: 0 내지 0.0100％
Ca는, 미세한 황화물을 형성하는 원소이며, 프레스 성형성을 향상시키는 효과를 갖는 원소이다. 그 때문에, 함유시켜도 된다. 상기 효과를 얻는 경우, Ca 함유량을 0.0001％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.0005％ 이상 또는 0.0010％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
한편, Ca 함유량이, 0.0100％를 초과하면 주조 시의 주조 노즐에서 산화물로서 퇴적되어, 노즐이 막힐 것이 염려된다. 그 때문에, 함유시키는 경우, Ca 함유량을 0.0100％ 이하로 한다. Ca 함유량은, 바람직하게는 0.0080％ 이하 또는 0.0060％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.0040％ 이하 또는 0.0020％ 이하이다.
REM: 0 내지 0.0100％
Sc, Y, La, Lu, Ce 등의 희토류 원소(즉, REM)는, 압연 중의 일정 이상의 γ 입자의 성장을 지연시킴으로써, 유효 결정 입경차를 저감시키는 효과를 갖는 원소이다. 그 때문에, 함유시켜도 된다. 상기 효과를 얻는 경우, REM 함유량을 0.0001％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.0005％ 이상 또는 0.0010％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
한편, REM 함유량이, 합계로 0.0100％를 초과해도, 효과는 포화되는 데다가, 첨가 비용에 의한 경제성의 저하를 초래한다. 그 때문에, 함유시키는 경우, REM 함유량을 0.0100％ 이하로 한다. REM 함유량은, 바람직하게는 0.0080％ 이하 또는 0.0060％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.0040％ 이하 또는 0.0020％ 이하이다.
Sn: 0 내지 0.0300％
Sn은, 내식성의 향상에 유효한 원소이다. 그 때문에, 함유시켜도 된다. 상기 효과를 얻는 경우, Sn 함유량을 0.0001％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.0010％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
한편, Sn 함유량이, 0.0300％를 초과하면, 압연 중에 표면 균열이 발생하여, 현저하게 생산성이 저하된다. 그 때문에, Sn 함유량을 0.0300％ 이하로 한다. Sn 함유량은, 바람직하게는 0.0250％ 이하 또는 0.0200％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.0150％ 이하 또는 0.0100％ 이하이다.
Sb: 0 내지 0.0100％
Sb는, 내식성의 향상에 유효한 원소이다. 그 때문에, 함유시켜도 된다. 상기 효과를 얻는 경우, Sb 함유량을 0.0001％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.0010％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
한편, Sb 함유량이, 0.0100％를 초과하면, 압연 중에 표면 균열이 발생하여, 현저하게 생산성이 저하된다. 그 때문에, Sb 함유량을 0.0100％ 이하로 한다. Sn 함유량은, 바람직하게는 0.0080％ 이하 또는 0.0060％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.0040％ 이하 또는 0.0020％ 이하이다.
As: 0 내지 0.0100％
As는, 강의 가공성(machinability)을 개선하는 데 유효한 원소이다. 그 때문에, 함유시켜도 된다. 상기 효과를 얻는 경우, As 함유량을 0.0001％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.0010％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
한편, As 함유량이, 0.0100％를 초과하면, 압연 중에 표면 균열이 발생하여, 현저하게 생산성이 저하된다. 그 때문에, As 함유량을 0.0100％ 이하로 한다. As 함유량은, 바람직하게는 0.0080％ 이하 또는 0.0060％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.0040％ 이하 또는 0.0020％ 이하이다.
Mg: 0 내지 0.0300％
Mg는, 응고 후에 형성되는 질화물의 생성 사이트가 됨으로써, 조대 질화물에 의한 굽힘성 저하를 억제하는 효과를 갖는 원소이다. 그 때문에, 함유시켜도 된다. 상기 효과를 얻는 경우, Mg 함유량을, 0.0001％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.0005％ 이상 또는 0.0010％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
한편, Mg 함유량이, 0.0300％를 초과하면, 원료 투입 시에 스파크되어, 생산성이 현저하게 손상된다. 그 때문에, 함유시키는 경우, Mg 함유량을 0.0300％ 이하로 한다. Mg 함유량은, 바람직하게는 0.0250％ 이하 또는 0.0200％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.0100％ 이하 또는 0.0050％ 이하이다.
상술한 화학 조성은, 일반적인 분석 방법에 의해 측정하면 된다. 예를 들어, ICP-AES(Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry)를 사용하여 측정하면 된다. C 및 S는 연소-적외선 흡수법을 사용하여 측정하면 되고, N은 불활성 가스 융해-열전도도법을 사용하여 측정하면 된다.
(금속 조직(마이크로 조직))
다음으로 금속 조직의 한정 이유에 대해서 설명한다. 이하, 금속 조직에 관한 ％는 면적％를 의미한다.
(페라이트: 30.0 내지 100.0％)
본 실시 형태에 관한 가스 연질화용 강판에서는, 충분한 연신율을 확보하기 위해, 금속 조직에 있어서의 페라이트의 면적률을 30.0％ 이상으로 한다. 페라이트의 면적률은, 바람직하게는 35.0％ 이상 또는 40.0％ 이상이고, 보다 바람직하게는 50.0％ 이상, 60.0％ 이상 또는 70.0％ 이상이다. 페라이트의 면적률의 상한은 100％이다. 페라이트의 면적률은, 필요에 따라서, 95.0％ 이하, 90.0％, 80.0％ 이하, 75.0％ 이하로 해도 된다.
(마르텐사이트: 0 내지 5.0％)
마르텐사이트는, 강판의 강도 향상을 위해 유효한 조직이지만, 마르텐사이트의 면적률이 5.0％ 초과가 되면, 강판의 굽힘성이 저하된다. 그 때문에, 금속 조직에 있어서의 마르텐사이트의 면적률을 5.0％ 이하로 한다. 마르텐사이트의 면적률은, 필요에 따라서, 4.5％ 이하, 4.0％ 이하, 3.5％ 이하 또는 3.0％ 이하로 해도 된다. 마르텐사이트는 반드시 포함할 필요는 없으므로, 면적률은 0％여도 된다. 마르텐사이트의 면적률은, 필요에 따라서, 0.5％ 이상, 1.0％ 이상, 1.5％ 이상 또는 2.0％ 이상으로 해도 된다. 마르텐사이트는 ??칭 상태(소위 프레시 마르텐사이트)여도 되고, 예를 들어 370℃ 이하에서의 템퍼링(자기 템퍼링을 포함함)이 된 마르텐사이트(소위 템퍼링 마르텐사이트)여도 된다.
(베이나이트: 0 내지 70.0％)
베이나이트는, 굽힘성을 저하시키지 않고 강도를 높이기 위해 유효한 조직이며, 함유시켜도 된다. 이 효과를 얻는 경우, 베이나이트 면적률은, 바람직하게는 10.0％ 이상이다. 베이나이트 면적률은, 필요에 따라서, 15.0％ 이상, 20.0％ 이상, 25.0％ 이상, 30.0％ 이상 또는 35.0％ 이상으로 해도 된다.
한편, 베이나이트의 면적률이 70.0％ 초과이면, 30.0％ 이상의 페라이트를 확보할 수 없어, 충분한 연신율이 얻어지지 않는다. 그 때문에, 금속 조직에 있어서의 베이나이트의 면적률을 70.0％ 이하로 한다. 베이나이트 면적률은, 필요에 따라서, 65.0％ 이하, 60.0％ 이하, 55.0％ 이하, 50.0％ 이하 또는 45.0％ 이하로 해도 된다. 베이나이트는 반드시 포함할 필요는 없으므로, 면적률은 0％여도 된다.
(그 밖의 조직)
본 실시 형태에 관한 가스 연질화용 강판은, 페라이트, 마르텐사이트, 베이나이트 이외의 잔부는 한정되지 않지만, 예를 들어 펄라이트 및/또는 잔류 오스테나이트 등을 포함해도 된다.
잔류 오스테나이트의 면적률은 3.0％ 이하이고, 2.0％ 이하 또는 1.0％ 이하인 것이 바람직하다. 펄라이트의 면적률은 3.0％ 이하이고, 2.0％ 이하 또는 1.0％ 이하인 것이 바람직하다.
잔류 오스테나이트와 펄라이트의 면적률은, 각각 0％여도 된다. 잔류 오스테나이트와 펄라이트의 면적률의 합계를, 3.0％ 이하, 2.0％ 이하 또는 1.0％ 이하로 해도 된다.
(유효 결정 입경)
본 실시 형태에 관한 가스 연질화용 강판은, 강판의 판 두께를 t, 압연 방향에 직교하는 방향의 폭인 판 폭을 w로 하고, 표면으로부터 판 두께 방향으로 t/4의 위치 또한, 폭 방향(압연 방향에 직교하는 방향)의 단부로부터, 폭 방향으로(압연 방향에 직교하는 직선 상의), w/8, w/4, 3w/8, w/2, 5w/8, 3w/4 및 7w/8의 위치의 7군데에 있어서 유효 결정 입경을 측정했을 때, 상기 7군데의 상기 유효 결정 입경의 평균인 평균 유효 결정 입경이, 8.0 내지 35.0㎛이고, 상기 7군데의 상기 유효 결정 입경 중, 최대의 값과 최소의 값의 차인 유효 결정 입경차가, 10.0㎛ 이하이다.
전술한 바와 같이, 가스 연질화 부품에서는 가스 연질화 처리에 의한 형상 변화가 문제가 된다. 본 발명자들은 후술하는 해트 성형재의 가스 연질화 시험편의 조사를 행하여, 가스 연질화 처리에 의한 형상 변화를 최소한으로 하고, 부품의 성능을 최대한으로 발휘시키기 위한 검토를 행하였다.
구체적으로는, 강판의 폭 방향 1/2 위치, 1/4 위치 및 1/8 위치를 중심으로 하여, 전단 트림(트림형을 사용한 펀칭 가공)에 의해, 도 1과 같은 폭 10㎜의 링 형상의 시험편을 제작하였다. 트림 단부 등에는, 통상, 큰 잔류 응력이 남는다. 그 영향을 조사할 목적으로, 링 시험편의 내외주는 전단 트림 단부면 그대로 두었다.
이 링 형상의 시험편에 대해, 체적비로 질소 45％, 암모니아 50％, 이산화탄소 5％의 비율의 혼합 가스의 분위기 중에서, 가스 연질화 처리를 실시하였다. 처리 온도는 570℃로 하고, 균열 유지 시간은 1시간으로 하였다. 이 분위기, 온도, 시간으로 처리한 후, 공랭에 의해 실온까지 냉각된 링 형상의 가스 연질화 시험편의 형상 변화를 측정하였다. 형상 변화의 측정은 압연 방향, 그 직교 방향, 압연 방향으로 45° 및 135°의 방향의 외경을 처리 전후에 측정하였다. 이 측정의 각 방향의 변화량이 0.5％를 초과하는 것(본 시험에서는 1㎜)은 치수 정밀도가 나쁘고, 상기한 부품으로서의 과제를 발생시키기 때문에 불합격으로 하였다.
검토의 결과, 치수 정밀도를 높이기 위해서는, 강판의 폭 방향의 각 위치의 유효 결정 입경의, 최댓값과 최솟값의 차(즉, 유효 결정 입경차)를 10.0㎛ 이하로 하는 것이 유효한 것을 알았다. 유효 결정 입경차가 10.0㎛를 초과하는 경우, 가스 연질화 처리 후의 형상 변화가 커진다.
폭 방향의 유효 결정 입경의 변동을 저감하면, 가스 연질화 처리 후의 형상 변화가 억제되는 이유는 불분명하지만, 강판의 폭 방향의 금속 조직의 균일화에 의해, 강판 내부의 변형 또는 잔류 응력이 저감되고, 그 결과, 가열 후의 형상 변화가 억제된다고 추정된다.
또한, 폭 방향의 유효 결정 입경의 변동에 대해서, 강판의 폭을 8등분한 위치에서의 유효 결정 입경차가 폭 방향 전체에 있어서, 유효 결정 입경차를 대략 대표하고 있는 것을 알았다.
그 때문에, 본 실시 형태에 관한 가스 연질화용 강판에 있어서, 폭 방향의 단부로부터 폭 방향으로 w/8, w/4, 3w/8, w/2, 5w/8, 3w/4, 및 7w/8의 위치의 7군데에 있어서의 유효 결정 입경차를 10.0㎛ 이하로 한다. 유효 결정 입경차는 9.0㎛ 이하가 바람직하고, 8.0㎛ 이하 또는 7.0㎛ 이하가 보다 바람직하다.
유효 결정 입경은, 폭 방향에 비해 압연 방향에서는 변동되기 어렵다. 그 때문에, 폭 방향의 유효 결정 입경차를 소정의 범위로 하면 된다.
또한, 평균 유효 결정 입경이, 8.0㎛ 미만이면, 유효 경화 깊이가 0.300㎜ 미만이 된다. 한편, 평균 결정 입경이 35.0㎛ 초과가 되면, 굽힘성이 저하된다. 그 때문에, 평균 유효 결정 입경은 8.0 내지 35.0㎛로 한다.
나아가, 「유효 결정 입경차/평균 유효 결정 입경」을, 0.80 이하, 0.70 이하, 0.60 이하, 0.50 이하 또는 0.40 이하로 해도 된다.
폭 방향의 재질(경도 등)의 변동이 적은 경우라도, 유효 결정 입경차가 작아진다고는 할 수 없다. 본 발명자들이 조사한 범위에서는, 폭 방향 재질 변동이 적은 강판에서도, 유효 결정 입경은 반드시 폭 방향으로 크게 변동되어 있었다.
금속 조직에 있어서의 페라이트, 마르텐사이트, 베이나이트, 펄라이트, 오스테나이트의 각각의 면적률, 그리고 평균 유효 결정 입경, 유효 결정 입경차는, 이하의 방법으로 구할 수 있다.
(페라이트의 면적률)
페라이트의 면적률은, 서멀 전계 방사형 주사 전자 현미경(JEOL제 JSM-7001F)과 EBSD 검출기(TSL제 DVC5형 검출기)로 구성된 장치를 사용하여, EBSD 해석을 행함으로써 얻어진다.
구체적으로는, 본 실시 형태에 관한 가스 연질화용 강판의 압연 방향에 직교하는 방향의 폭인 판 폭을 w로 했을 때, 폭 방향의 단부로부터 폭 방향으로 w/8, w/4, 3w/8, w/2, 5w/8, 3w/4, 및 7w/8의 위치의 각각의 위치로부터, 압연 방향에 직교하는 방향으로 10㎜의 사이즈가 되도록 시료를 채취한다. 그리고, 각각의 시료에 대해서, 압연 방향에 직교하는 단면을, #1000으로 조연마하고, 입도 1 내지 3㎛의 다이아몬드 파우더를 분산시킨 연마액으로 경면 연마 마무리를 행한 후, 전해 연마에 의해 표면의 연마 변형을 제거하여, 관찰용 시료로 마무리한다.
얻어진 각각의 관찰용 시료에 대해서, 본 실시 형태에 관한 가스 연질화용 강판의 판 두께를 t로 했을 때, 판 두께 방향 단면의 표면으로부터 판 두께 방향으로 t/4의 위치(t/4의 깊이 위치)를 대략 중심으로 하여, 판 두께 방향으로 200㎛ 및 그 직교 방향으로 400㎛의 범위를 관찰 위치로 한다. 즉, 관찰 위치는, 도 2에 도시하는 위치가 된다.
이 시료에 대해, EBSD(Electron BackScatter Diffraction) 해석을 실시하여 결정 방위 정보를 얻는다. EBSD 해석 시에는, 장치 내의 진공도는 1.0×10-4Pa 이하, 가속 전류는 15㎸, 조사 전류 레벨은 13 이상, 15 이하, 전자선의 조사 레벨은 62, WD는 15㎜, 측정 간격은 0.05㎛ 이상, 0.5㎛ 이하로 한다.
이 EBSD 해석에서 얻은 결정 방위 정보를 사용하여, EBSD 해석 장치에 부속된 소프트웨어 「OIM Analysis(등록 상표)」에 의해 페라이트의 동정과 그 면적률을 산출한다. 본 실시 형태에서는, 「OIM Analysis(등록 상표)」로 출력한 역극점 컬러 맵 상에서 bcc의 phase라고 판정된 도면으로부터 인접 측정점의 방위차가 15° 이상인 경계를 결정립계라고 정의하고, 각 결정립에 대하여 GAM값을 산출한다. 이 GAM값이 0.5 이하인 것을 페라이트 입자로 하고, 그 페라이트 입자의 면적률을 산출한다. 이 페라이트 입자의 면적률을 각각의 폭 방향 위치의 관찰용 시료에 대하여 측정하고, 그 평균값을 페라이트 면적률로 한다.
(마르텐사이트의 면적률)
마르텐사이트의 면적률은, 레페라 부식액에 의해 현출시켜서 촬상한 금속 조직 사진을 사용하고, 백색의 콘트라스트로서 관찰되는 조직을 마르텐사이트로 하고, 그 면적률을 측정함으로써 구한다. 관찰용 시료의 채취 위치, 관찰 위치는 상기 페라이트의 경우와 동일하게 하고, 각각의 시료에서 얻어진 마르텐사이트의 면적률의 평균값을 본 실시 형태에 관한 가스 연질화용 강판의 마르텐사이트의 면적률로 한다.
(펄라이트의 면적률)
펄라이트의 면적률에는 나이탈 부식액에 의해 현출시켜서 촬상한 금속 조직 사진을 사용하여 구한다. 구체적으로는, 상기 금속 조직 사진에 있어서, 라멜라 형상의 탄화물이 포함되는 결정립을 펄라이트라고 정의하고, 그 면적률에 의해 구한다. 관찰용 시료의 채취 위치, 관찰 위치는 상기 페라이트의 경우와 동일하고, 각각의 시료로부터 펄라이트의 면적률을 구하고, 모든 시료의 펄라이트 면적률의 평균값을 본 실시 형태에 관한 가스 연질화용 강판의 펄라이트의 면적률로 한다.
(잔류 오스테나이트의 면적률)
페라이트의 면적률을 측정할 때에 얻어진 결정 방위 정보를 사용하여, fcc의phase라고 판정된 점의 면적률을 잔류 오스테나이트의 면적률로 한다. 관찰용 시료의 채취 위치, 관찰 위치는 상기 페라이트의 경우와 동일하고, 각각의 시료로부터 잔류 오스테나이트의 면적률을 구하고, 모든 시료의 잔류 오스테나이트 면적률의 평균값을 본 실시 형태에 관한 가스 연질화용 강판의 잔류 오스테나이트의 면적률로 한다.
(베이나이트의 면적률)
본 실시 형태에 관한 가스 연질화용 강판에서는, 페라이트, 펄라이트, 잔류 오스테나이트, 마르텐사이트 이외의 부분은 베이나이트라고 판단한다. 즉, 베이나이트의 면적률은 100％로부터, 상기의 페라이트, 펄라이트, 잔류 오스테나이트, 마르텐사이트의 면적률을 감함으로써 구한다.
(평균 유효 결정 입경)
(유효 결정 입경차)
페라이트의 면적률을 측정할 때에 얻어진 결정 방위 정보를 사용하여, 「OIM Analysis(등록 상표)」로 출력한 역극점 컬러 맵 상에서 bcc의 phase라고 판정된 도면으로부터, 인접 측정점의 방위차가 15° 이상인 경계를 결정립계라고 정의하고, 그 결정립의 원 상당 직경을 그 결정립의 결정 입경으로 한다. 관찰 시야 내의 모든 결정립에 대해서 이 결정 입경을 사용하여 그 평균값을 구하고, 그 관찰 시야의 유효 결정 입경을 구한다. 관찰용 시료의 채취 위치, 관찰 위치는 상기 페라이트의 면적률 측정의 경우와 동일하고, 각각의 시료로부터 유효 결정 입경을 구하고, 모든 시료의 유효 결정 입경의 평균값을, 본 실시 형태에 관한 가스 연질화용 강판의 압연 방향에 직교하는 방향(판 폭 방향)의 평균 유효 결정 입경으로 한다.
또한, 각각의 관찰 위치의 유효 결정 입경 중, 가장 큰 값과 가장 작은 값의 차를, 본 실시 형태에 관한 가스 연질화용 강판의 압연 방향에 직교하는 방향의 유효 결정 입경차로 한다.
(기계적 특성)
본 실시 형태에 관한 가스 연질화용 강판은, 일반적으로 요구되는 기계적 특성으로서, JIS Z 2241:2011의 5호 시험편을 사용하여, JIS Z 2241:2011에 준하여 측정한 인장 강도가 370㎫ 이상이고, 연신율이 13.0％ 이상이어도 된다. 인장 강도는 400㎫ 이상, 440㎫ 이상, 480㎫ 이상, 520㎫ 이상, 580㎫ 이상 또는 620㎫ 이상으로 해도 된다. 인장 강도의 상한을 정할 필요는 없지만, 인장 강도를, 880㎫ 이하, 800㎫ 이하, 760㎫, 720㎫ 이하 또는 680㎫ 이하로 해도 된다. 연신율은 14.0％ 이상, 16.0％ 이상, 18.0％ 이상 또는 20.0％ 이상으로 해도 된다. 연신율의 상한을 정할 필요는 없지만, 연신율을, 32.0％ 이하, 28.0％ 이하, 26.0％ 이하로 해도 된다.
나아가, 판 두께 t로 규격화된 한계 굽힘 반경 R인 R/t가, 3.0 이하여도 된다. 이 경우, 가스 연질화 처리 전, 냉간 가공(프레스 등)을 행할 때에 그 냉간 가공 시의 균열 등을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 가스 연질화용 강판은, 가스 연질화 처리 후에 엔진 주위에서 동력을 전달하는 부품에 적용되는 것을 상정하고, 가스 연질화 처리에 의해 표층 경도가 500Hv 이상, 또한 모상보다 경도가 50Hv 이상 높은 깊이인 유효 경화 깊이가 0.300㎜ 이상으로 되는(표층 경도가 500Hv 이상, 모상보다 경도가 50Hv 이상 높은 깊이인 유효 경화 깊이가 0.300㎜ 이상인 가스 연질화 부품이 얻어지는) 것을 목표로 한다.
가스 연질화 처리 후의 표층 경도는, 이하의 방법으로 구한다.
가스 연질화 처리 후의 표층 경도란, 가스 연질화 처리 후의 강판의 임의의 판 두께 방향의 단면에 있어서, 비커스 경도를 측정하여 구해지는 값이다. 측정 위치는, 판 두께 방향에서의 경도 변화가 작은 표면으로부터 50㎛ 이하의 범위에 압흔 중심이 위치하도록 하면 된다. 표층에 가까운 경우, 경도 측정 중의 표층 근방의 재료 흐름이 생겨, 측정 오차를 발생하기 때문에, 강판의 판 두께 단면에 있어서 표면으로부터 35㎛ 이상의 위치가 압흔 중심이 되도록 하는 것이 바람직하다. 비커스 경도 측정은 JIS Z 2244-1:2020에 기초하여 측정하면 된다. 경도 측정 시의 하중은 200gf(Hv0.2)로 하고, 상기의 판 두께 방향의 깊이 위치에서 3점 측정한 평균값을 가스 연질화 처리 후의 표층 경도로 한다.
비커스 경도의 측정 단면은 가스 연질화 부품의 임의의 판 두께 방향의 단면을, #80 내지 #1000까지의 조연마를 한 후, 입도 1 내지 3㎛의 다이아몬드 파우더를 분산시킨 연마액으로 경면 연마 마무리한 면으로 한다.
가스 연질화 처리 후의 유효 경화 깊이는, 가스 연질화 처리 후의 강판에 대해, 임의의 판 두께 방향 단면에 있어서 표층으로부터 깊이 방향으로 0.05㎛ 간격으로 비커스 경도를 측정하여, 측정한다. 마찬가지의 깊이에 있어서 각각 3점씩 측정하고, 그 평균값을 그 깊이에서의 비커스 경도로 한다. 얻어진 비커스 경도 프로파일에 있어서, 판 두께를 t로 했을 때, 표면으로부터 판 두께 방향으로 t/4의 위치의 3점에서 측정한 비커스 경도의 평균(평균 경도)보다도 50Hv 이상 높은 영역의 깊이를 측정하고, 이것을 유효 경화 깊이로 한다. 비커스 경도의 측정 하중은 50gf(Hv0.05)로 하고, 각 측정점의 간격이 압흔 사이즈의 5배 이상이 되도록, 하중을 설정하거나, 판면 방향으로 측정 위치를 어긋나게 하면 된다.
이상이 가스 연질화용 강판의 기본적인 특성을 충족하기 위한 조직 요건과 그 측정 방법이다.
본 실시 형태에 관한 가스 연질화용 강판의 판 두께, 폭은 특별히 한정되지 않지만, 상정되는 부품에의 적용을 고려한 경우, 판 두께는, 1.2 내지 3.6㎜, 폭은, 900 내지 1500㎜인 것이 바람직하다. 본 실시 형태에 관한 가스 연질화용 강판은, 소위 밀 에지부를 갖는 강판(강대를 포함하며, 밀 에지 강판이라고도 함.)이어도 되고, 밀 에지부가 절단에 의해 제거된 강판(강대를 포함하며, 커트 에지 강판이라고도 함.)이어도 된다.
<가스 연질화 부품>
본 실시 형태에 관한 가스 연질화 부품에 대해서 설명한다. 본 실시 형태에 관한 가스 연질화 부품은, 상술한 본 실시 형태에 관한 가스 연질화용 강판을, 필요에 따라서 가공한 후, 가스 연질화 처리를 행함으로써 얻어진다.
(화학 조성)
본 실시 형태에 관한 가스 연질화 부품의 화학 조성은, 표층부의 질화 영역을 제외하고(예를 들어 부품의 두께를 tc로 한 경우, 표면으로부터 두께 방향으로 tc/4의 위치에 있어서), 소재가 되는 본 실시 형태에 관한 가스 연질화용 강판과 동일하다. 그 때문에, 설명을 생략한다.
(질화 영역)
본 실시 형태에 관한 가스 연질화 부품은, 표면에 질화물이 존재하는 질화 영역을 갖는다. 본 실시 형태에 관한 가스 연질화 부품에서는, 표층 경도가 500Hv 이상, 또한 모상의 경도(표면으로부터 두께 방향으로 tc/4의 위치 평균 경도)보다 경도가 50Hv 이상 높은 영역의 두께(유효 경화 깊이)를 0.300㎜ 이상으로 한다. 표층 경도가 500Hv 미만, 또는 모상의 경도보다 경도가 50Hv 이상 높은 영역의 두께가 0.300㎜ 미만이면, 소정의 내마모성이 얻어지지 않는다.
표층 경도는, 상기한 바와 같이, 이하의 방법으로 구한다.
가스 연질화 부품의 표층 경도란, 가스 연질화 부품의 임의의 두께 방향의 단면에 있어서, 비커스 경도를 측정하여 구해지는 값이다. 측정 위치는, 두께 방향에서의 경도 변화가 작은 표면으로부터 50㎛ 이하의 범위에 압흔 중심이 위치하도록 하면 된다. 표층에 가까운 경우, 경도 측정 중의 표층 근방의 재료 흐름이 생겨, 측정 오차를 발생하기 때문에, 강판의 판 두께 단면에 있어서 표면으로부터 35㎛ 이상의 위치가 압흔 중심이 되도록 하는 것이 바람직하다. 비커스 경도 측정은 JIS Z 2244-1:2020에 기초하여 측정하면 된다. 경도 측정 시의 하중은 200gf(Hv0.2)로 하고, 상기의 두께 방향의 깊이의 위치에서 3점 측정한 평균값을 가스 연질화 부품의 표층 경도로 한다. 비커스 경도의 측정 단면은 가스 연질화 부품의 임의의 두께 방향의 단면을, #80 내지 #1000까지의 조연마를 한 후, 입도 1 내지 3㎛의 다이아몬드 파우더를 분산시킨 연마액으로 경면 연마 마무리한 면으로 한다.
모상의 경도보다 경도가 50Hv 이상 높은 영역의 두께는, 이하의 방법으로 구할 수 있다.
(모상의 경도보다 경도가 50Hv 이상 높은 영역의 두께)
가스 연질화 부품의 임의의 두께 방향 단면에 있어서 표층으로부터 깊이 방향으로 0.05㎛ 간격으로 측정된 비커스 경도를 측정한다. 여기서, 마찬가지의 깊이에 있어서 각각 3점씩 측정하고, 그 평균값을 그 깊이에서의 비커스 경도로 한다. 얻어진 비커스 경도 프로파일에 있어서, 두께를 tc로 했을 때, 표면으로부터 두께 방향으로 tc/4의 위치의 3점에서 측정한 비커스 경도의 평균(평균 경도)보다도 50Hv 이상 높은 영역의 깊이를 측정하고, 이것을 모상의 경도보다 경도가 50Hv 이상 높은 영역의 두께로 한다. 비커스 경도의 측정 하중은 50gf(Hv0.05)로 하고, 각 측정점의 간격이 압흔 사이즈의 5배 이상이 되도록, 하중을 설정하거나, 판면 방향으로 측정 위치를 어긋나게 하면 된다.
(금속 조직)
본 실시 형태에 관한 가스 연질화 부품의 금속 조직은 한정되지 않지만, 표층부의 질화 영역을 제외하고(예를 들어 표면으로부터 두께 방향으로 tc/4의 위치에 있어서), 소재가 되는 본 실시 형태에 관한 가스 연질화용 강판과 동일해도 된다.
<제조 방법>
다음으로, 본 실시 형태에 관한 가스 연질화용 강판의 제조 방법에 대해서 설명한다.
본 실시 형태에 관한 가스 연질화용 강판은, 이하의 공정을 포함하는 제조 방법에 의해 얻어진다. 필요에 따라서, 하기 (I) 내지 (IV)의 공정 후, 후술하는 (V) 산세 공정 또는 (VI) 스킨 패스 공정을 적용해도 된다.
(I) 소정의 화학 조성을 갖는 슬래브를, 가열하는 가열 공정
(II) 가열 공정 후의 슬래브를, 조압연 및 마무리 압연에 의해 열연 강판으로 하는 열간 압연 공정
(III) 열간 압연 공정 후의 열연 강판을 냉각하는 냉각 공정
(IV) 냉각 공정 후의 열연 강판을 권취하는 권취 공정
각각의 공정에 대해서, 바람직한 조건을 설명한다. 설명을 생략하는 조건에 대해서는, 공지된 조건을 적용할 수 있다.
(가열 공정)
가열 공정에서는, 연속 주조에 의해 제조된, 상술한 본 실시 형태에 관한 가스 연질화용 강판과 동일한 화학 조성을 갖는 슬래브(예를 들어, 50 내지 300㎜ 정도의 두께의 슬래브)를 다음의 조건으로 가열한다. 노온 관리에 의해, 판 폭 방향의 조직(입경) 변동이 저감된다. 이 이유로서, 노온 관리에 의해, 슬래브 중의 오스테나이트 입경의 변동이 저감되기 때문이라고 추측된다.
(a) 분위기 온도가 400 내지 1260℃로 조정된 1차 가열로에 10 내지 100분 재로시킴으로써 1차 가열을 행하고,
(b) 상기 1차 가열 후의 상기 슬래브를, 분위기 온도가, 상기 1차 가열보다도 높은 온도 또한, 950 내지 1325℃로 조정된 2차 가열로에 20 내지 170분 재로시킴으로써 2차 가열을 행하고,
(c) 상기 2차 가열 후의 상기 슬래브를, 분위기 온도가 1130 내지 1310℃로 조정된 3차 가열로 내에 20 내지 150분 재로시킴으로써 3차 가열을 행한다.
상기 1차 가열 내지 3차 가열 중 어느 것의 조건이 범위 외가 되면, 판 폭 방향의 유효 결정 입경차가 10.0㎛를 초과한다. 이 슬래브 가열 시의 분위기 온도는, 노 내에 설치된 온도계에 의해 제어된 노 내 온도를 나타낸다. 슬래브가 실온까지 냉각되어 있지 않은 경우라도, 이 가열 방법으로 할 필요가 있어, 1차 가열로에 장입되는 슬래브 온도는 800℃ 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 100℃ 이하이다.
(열간 압연 공정)
열간 압연 공정에서는 가열된 슬래브를, 조압연 및 마무리 압연에 의해, 열연 강판으로 한다.
조압연에서는 누적 압하율을 60％ 이상, 90％ 이하로 한다.
누적 압하율이란 슬래브 두께 t0과 조압연 후의 두께 t1을 사용하여 산출되는 판 두께 감소율이다. 조압연에서의 누적 압하율이 60％ 미만인 경우, 판 폭 방향의 평균 유효 결정 입경이 35.0㎛ 이하가 되지 않는다. 또한, 누적 압하율이 90％ 초과에서는, 평균 유효 결정 입경이 8.0㎛ 미만이 된다.
조압연의 온도는 1000 내지 1200℃의 범위로 하면 되고, 압연 횟수는 압연기로의 부하로부터 횟수를 설정하면 된다. 조압연의 압연 횟수는, 예를 들어 5회가 바람직하다.
또한, 마무리 압연에서는 압연 개시 온도를 980℃ 이상, 최종 패스에서의 압하율을 4 내지 30％, 마무리 온도를 840 내지 960℃로 한다.
마무리 압연 개시 온도가 980℃ 미만인 경우, 강판의 폭 방향의 유효 결정 입경차가 10.0㎛를 초과한다.
또한, 최종 패스에서의 압하율이 4％ 미만인 경우, 압연 변형이 불균일해짐으로써 강판의 폭 방향의 유효 결정 입경차가 10㎛를 초과한다. 한편, 최종 패스에서의 압하율이 30％ 초과에서는, 입성장에 의해 폭 방향의 평균 유효 결정 입경이 35.0㎛를 초과한다.
또한, 마무리 온도가 840℃ 미만인 경우, 폭 방향의 평균 유효 결정 입경이 8.0㎛ 미만이 된다. 한편, 마무리 온도가 960℃를 초과하면 폭 방향의 평균 유효 결정 입경이 35.0㎛를 초과한다.
또한, 최종 패스에서의 압하율이 상기한 범위이면, 압연 횟수는 특별히 제한되지 않고, 압연기로의 부하로부터 횟수를 설정하면 된다. 마무리 압연의 압연 횟수는, 예를 들어 5회가 바람직하다.
열간 압연 공정이나, 계속해서 행하는 냉각 공정, 권취 공정에 있어서, 온도는 폭 방향 중앙의 표면 온도로 관리하는 것이 바람직하다.
(냉각 공정)
(권취 공정)
마무리 압연 완료 후(최종 패스에서의 압하 후), 2.0초 이내에 수냉을 개시하고, 냉각 개시 후 20.0초 이내에 수냉을 완료하고, 430 내지 580℃에서 권취한다.
최종 패스에서의 압하로부터, 냉각 개시까지의 시간이 2.0초 초과인 경우, 페라이트의 면적률이 30.0％ 미만이 된다. 냉각 개시 시간은 마무리 압연 완료 후 2.0초 이내이면 한정되는 것은 아니지만, 압연 후의 온도 계측에서의 공랭대 거리 등을 고려하여, 0.4초 이상이어도 되고, 0.6초 이상이어도 된다.
또한, 냉각 개시 후, 권취 온도인 430 내지 580℃의 범위까지의 수냉 시간이 20.0초를 초과하면, 페라이트의 면적률이 30.0％ 미만이고 베이나이트의 면적률이 70.0％를 초과한다. 권취 온도가 430℃ 미만이면, 마르텐사이트의 면적률이 5.0％를 초과한다. 한편, 권취 온도가 580℃ 초과가 되는 경우, 강판의 폭 방향의 유효 결정 입경차가 10.0㎛를 초과한다.
(산세 공정)
(스킨 패스 압연 공정)
권취 공정 후에, 산세를 행해도 된다. 산세는 강판 표면의 스케일 제거를 목적으로 하고 있고, 공지된 방법에 의해 행하면 된다. 또한, 산세 후의 강판에 대하여, 스킨 패스 압연을 실시해도 된다. 스킨 패스 압연에 의해, 가동 전위를 도입함으로써 항복 연신율을 억제시키는 것뿐만 아니라, 강판 표면의 전위 밀도를 증가시킬 수 있다. 스킨 패스를 행하는 경우는, 연신율을 현저하게 저하시키지 않는 조건을 설정하면 된다. 예를 들어, 스킨 패스 압연에서의 압하율은 0.5 내지 5.0％로 하는 것이 바람직하다. 압하율이 0.5％ 미만이면 항복 연신율을 억제할 수 없을 우려가 있고, 5.0％를 초과하면 전위가 판 두께 방향 중심까지 도입됨으로써 연성이 저하될 우려가 있다.
실시예
표 1에 나타낸 화학 조성(단위는 질량％, 잔부는 Fe 및 불순물)의 주조편을 사용하고, 각각에 대하여 표 2에 나타낸 조건에서, 가열, 압연, 냉각, 권취를 행하여, 판 두께가 1.2 내지 2.3㎜, 판 폭이 1000 내지 1500㎜인 코일을 제조하였다.
표 1 중, 식 1의 란은 식 (1)의 좌변의 계산값, 식 2의 란은, 식 (2)의 우변의 계산값을 나타내고 있다.
Figure pct00001
Figure pct00002
얻어진 강판 코일의 길이 방향의 최선단부로부터 10m의 위치에 있어서, 폭 방향의 단부로부터 폭 방향으로 w/2의 위치로부터, JIS 5호 시험편을 채취하고, JIS Z 2241:2011에 준하여, 인장 속도 10㎜/min으로 인장 시험을 실시하여, 인장 강도(TS) 및 연신율(El)을 측정하였다.
또한, JIS Z 2248:2006의 6.1 누름 굽힘법에 규정된 방법으로, 3호 시험편을 사용하여 굽힘 시험을 실시하고, 판 두께 t로 규격화된 한계 굽힘 반경 R인 R/t를 측정하였다. 그때, 굽힘 반경을 판 두께의 0.5배마다 시험하여 최소의 R/t를 구하였다.
또한, 표면으로부터 t/4의 깊이 위치 또한, 폭 방향의 단부로부터 폭 방향으로 w/8, w/4, 3w/8, w/2, 5w/8, 3w/4, 및 7w/8의 위치의 7군데에 있어서의 금속 조직의 특징(면적률, 평균 유효 결정 입경, 유효 결정 입경차)에 대해서, 전술한 방법으로 측정을 실시하였다.
결과를 표 3에 나타낸다.
Figure pct00003
또한, 얻어진 강판 코일로부터, 강판의 폭 방향 1/2 위치, 1/4 위치 및 1/8 위치를 중심으로 하여, 전단 트림(트림형을 사용한 펀칭 가공)에 의해, 도 1에 도시한 링 시험편을 채취하고, 체적비로 질소 45％, 암모니아 50％, 이산화탄소 5％의 비율의 혼합 가스의 분위기 중에서, 가스 연질화 처리를 실시하였다. 처리 온도는 570℃로 하고, 균열 유지 시간을 1시간으로 하는 가스 연질화 처리를 실시하여, 형상 변화를 조사하였다.
상기한 바와 같이, 압연 방향, 그 직교 방향, 압연 방향으로 45° 및 135°의 방향의 외경을 처리 전후에 측정하고, 외경의 변화량이 모두 1㎜ 이하이면 합격, 3개의 위치 중 어느 하나라도 1㎜를 초과한 경우에는 불합격으로 하였다.
또한, 강판의 폭 방향 1/2 위치로부터 15㎝ 사방의 시험편을 채취하여, 상기와 동일 조건에서 가스 연질화 처리를 실시하였다. 가스 연질화 처리 후의 시험편에 대해, 핀온 디스크형의 평판 마모 시험을 실시하였다. 마모 시험에서의 마찰 시험체의 미끄럼 이동 속도는 1m/s로 하고, 면압 1000㎫, 실온, 무윤활의 조건에서 3시간의 마모 부하를 부여하였다. 시험 후에 300㎛ 이상의 두께 감소가 있는 것을 불합격으로 하였다.
단, 소재가 되는 가스 연질화용 강판의 강도 또는 성형성이 목표값을 충족하고 있지 않거나, 혹은 가스 연질화에 의한 형상 변화가 큰 경우에는, 가스 연질화 부품으로서의 사용에 적합하지 않으므로, 마모 시험은 실시하지 않았다.
결과를 표 4에 나타낸다.
Figure pct00004
표 1 내지 표 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 발명예인 시험 번호 S4 내지 S6, S13, S14, S16 내지 S19, S43 내지 S47에서는, 가스 연질화용 강판이, 충분한 인장 강도, 연신율, 굽힘 특성을 갖고, 가스 연질화 처리에 의한 형상 변화도 작았다. 또한, 이들에 있어서는, 가스 연질화 처리 후의 강판(가스 연질화 부품에 상당)에 있어서, 표층 경도가 500Hv 이상, 또한 모상보다 경도가 50Hv 이상 높은 깊이인 유효 경화 깊이가 0.300㎜ 이상이 되었다. 그 결과, 가스 연질화 처리 후의 강판에 있어서, 내마모성도 우수하였다.
한편, 화학 조성이 본 발명 범위 외였던 S1 내지 S3, S7 내지 S12, S15, 및 제조 조건이 바람직하지 않았던 S20 내지 S42에서는, 가스 연질화용 강판에 있어서, 인장 강도, 연신율, 굽힘 특성 중 어느 것이 불충분하거나, 가스 연질화 처리에 의한 형상 변화가 크거나, 가스 연질화 처리 후의 내마모성이 낮았다.
본 발명에 따르면, 일반적으로 요구되는 인장 강도, 연신율, 굽힘 특성을 갖는 것을 전제로 하여, 표면 경화 처리로서 가스 연질화 처리를 행한 경우에 형상 변화량을 저감시킬 수 있는, 가스 연질화용 강판을 제공할 수 있다. 그 때문에, 산업상 이용 가능성이 높다.

Claims (3)

  1. 화학 조성이, 질량％로,
    C: 0.02 내지 0.10％,
    Si: 0.001 내지 0.100％,
    Mn: 0.70 내지 1.65％,
    P: 0.060％ 이하,
    S: 0.005％ 이하,
    sol.Al: 0.020 내지 0.450％,
    Ti: 0.020 내지 0.120％,
    Cr: 0.100 내지 0.450％,
    N: 0.0003 내지 0.0070％,
    Cu: 0 내지 0.40％,
    Ni: 0 내지 0.30％,
    Nb: 0 내지 0.080％,
    V: 0 내지 0.080％,
    Mo: 0 내지 0.100％,
    B: 0 내지 0.0020％,
    Ca: 0 내지 0.0100％,
    REM: 0 내지 0.0100％,
    Sn: 0 내지 0.0300％,
    Sb: 0 내지 0.0100％,
    As: 0 내지 0.0100％,
    Mg: 0 내지 0.0300％, 및
    잔부: Fe 및 불순물이고,
    하기 식 (1) 및 (2)를 충족하고,
    금속 조직이, 면적％로,
    페라이트: 30.0 내지 100.0％,
    마르텐사이트: 0 내지 5.0％,
    베이나이트: 0 내지 70.0％,
    잔류 오스테나이트: 0 내지 3.0％,
    펄라이트: 0 내지 3.0％,
    를 포함하고,
    판 두께를 t, 압연 방향에 직교하는 방향의 폭인 판 폭을 w로 하고, 표면으로부터 t/4의 깊이 위치 또한, 폭 방향의 단부로부터 상기 폭 방향으로 w/8, w/4, 3w/8, w/2, 5w/8, 3w/4, 및 7w/8의 위치의 7군데에 있어서 유효 결정 입경을 측정했을 때,
    상기 7군데의 상기 유효 결정 입경의 평균인 평균 유효 결정 입경이, 8.0 내지 35.0㎛이고,
    상기 7군데의 상기 유효 결정 입경 중 최대의 값과 최소의 값의 차인, 유효 결정 입경차가, 10.0㎛ 이하인,
    가스 연질화용 강판.
    [sol.Al]+[Cr]≤0.482 … 식 (1)
    94<64×[Mn]+156×[Cr]+190×[sol.Al]-9×[Mn]2-86×[Cr]2-328×[sol.Al]2 … 식 (2)
    여기서, [원소 기호]는, 그 원소 기호가 나타내는 원소의 질량％로의 함유량이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화학 조성이, 질량％로,
    Cu: 0.01 내지 0.40％,
    Ni: 0.01 내지 0.30％,
    Nb: 0.001 내지 0.080％,
    V: 0.001 내지 0.080％,
    Mo: 0.001 내지 0.100％,
    B: 0.0001 내지 0.0020％,
    Ca: 0.0001 내지 0.0100％,
    REM: 0.0001 내지 0.0100％,
    Sn: 0.0001 내지 0.0300％,
    Sb: 0.0001 내지 0.0100％,
    As: 0.0001 내지 0.0100％,
    Mg: 0.0001 내지 0.0300％,
    로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상 함유하는,
    가스 연질화용 강판.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    JIS Z 2241:2011의 5호 시험편에서의, 인장 강도가 370㎫ 이상이고, 연신율이 13.0％ 이상인,
    가스 연질화용 강판.
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