WO2022264947A1 - 冷延鋼板、鋼製部品、冷延鋼板の製造方法、および鋼製部品の製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to cold-rolled steel sheets, and more particularly to cold-rolled steel sheets from which steel parts having excellent toughness can be produced.
- the present invention also relates to a steel part using the cold-rolled steel sheet, a method for manufacturing the cold-rolled steel sheet, and a method for manufacturing the steel part.
- Cold-rolled steel sheets are widely used as materials for manufacturing various steel parts.
- cold-rolled steel sheets made of high-carbon steel have high hardness, so they are used in applications that require wear resistance, such as parts for textile machinery, bearing parts, and cutlery for machinery and household use.
- steel parts such as parts for textile machinery, bearing parts, and knives for machines and households are subjected to repeated impacts due to reciprocating motion during use. Therefore, steel parts are also required to have excellent toughness in order to prevent breakage due to impact due to reciprocating motion.
- Patent Documents 1 and 2 disclose techniques for improving the toughness of high-carbon cold-rolled steel sheets by utilizing the grain refinement effect of adding Nb.
- Patent Document 3 by dispersing coarse Nb-containing carbides in a matrix consisting of a ferrite phase at a high density, the wear resistance of a cold-rolled steel sheet is improved, and the grain refinement effect due to the addition of Nb is used. Techniques have been proposed to improve the toughness of steel.
- Patent Document 4 proposes a technique for improving the wear resistance and toughness of cold-rolled steel sheets by dispersing coarse Nb/Ti-based carbides in a matrix at high density and reducing the number density of voids.
- Patent Document 5 a steel sheet containing 0.5 to 0.7% by mass of carbon is annealed before final quenching and tempering to improve the spheroidization rate of carbides such as cementite. As a result, techniques for improving toughness have been proposed.
- Patent Document 6 in the stage immediately before final quenching and tempering, the material is annealed to increase the number density of generated voids contained in the material. Techniques for producing carbon steel sheets have been proposed.
- Patent Document 7 in a high-carbon steel sheet, impact toughness and resistance are improved by controlling the formation of cementite carbides that do not contain niobium, titanium, and vanadium carbides, and setting the spheroidization rate and number density of cementite carbides to desired values. Techniques for improving abrasion resistance have been proposed.
- Patent Document 4 also utilizes the effect of improving wear resistance by dispersing hard Nb/Ti-based carbides at high density.
- the Nb/Ti-based carbides are dispersed at a high density, voids are generated between the matrix and the carbides during cold rolling, resulting in a decrease in toughness. Therefore, in Patent Document 4, the generation of voids is suppressed by limiting the rolling reduction in cold rolling.
- this method limits the rolling reduction, it inevitably limits the thickness and mechanical properties of the cold-rolled steel sheets that can be produced, and cannot be said to be an essential solution.
- the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to achieve even better toughness in a cold-rolled steel sheet whose hardness is improved by using carbides such as Nb.
- the size and density of the Nb-Ti-V-based carbides in the cold-rolled steel sheet can be appropriately controlled.
- the present invention has been completed based on the above findings, and the gist thereof is as follows.
- the carbide containing at least one of Nb, Ti, and V present in the ferrite grains has an average grain size of 0.1 ⁇ m or more, and A cold-rolled steel sheet, wherein the number density of carbides having a grain size of 0.1 ⁇ m or more is 100 pieces/mm 2 or more.
- the component composition in mass%, Sb: 0.1% or less, Hf: 0.5% or less, REM: 0.1% or less, Cu: 0.5% or less, Ni: 3.0% or less, Sn: 0.5% or less, Mo: 1% or less, Zr: 0.5% or less, 2.
- the heated steel slab is hot-rolled under the conditions of finish rolling entry temperature: Ac3 point or higher to obtain a hot-rolled steel sheet,
- the hot-rolled steel sheet is cooled under the conditions that the time from the end of the hot rolling to the start of cooling: 2 seconds or less, the average cooling rate: 25 ° C./s or more, and the cooling stop temperature: 720 ° C. or less, Winding the cooled hot-rolled steel sheet,
- the coiled hot-rolled steel sheet is subjected to a first annealing under conditions of an annealing temperature of 650° C. or more and 780° C.
- the hot-rolled steel sheet after the first annealing is subjected to cold rolling at a rolling reduction of 15% or more and second annealing at an annealing temperature of 600 to 800 ° C. twice or more, and then further A method for producing a cold-rolled steel sheet, wherein final cold rolling is performed at a rolling reduction of 20% or more.
- the cold-rolled steel sheet manufactured by the manufacturing method described in 5 or 6 above is quenched under the conditions of quenching temperature: 700 ° C. or more and 800 ° C. or less, holding time: 1 minute or more and less than 60 minutes, and then tempering temperature : 150 to 300°C, holding time: 20 minutes or more and 3 hours or less.
- the cold-rolled steel sheet of the present invention can be very suitably used as a material for various steel parts such as parts for textile machinery, bearing parts, and cutlery for machinery and household use. Moreover, according to the present invention, it is possible to provide a steel component using the cold-rolled steel sheet.
- carbides containing at least one of Nb, Ti, and V which are present in ferrite grains. Therefore, in the following description, "carbides containing at least one of Nb, Ti, and V present in ferrite grains” may be simply referred to as “carbides.”
- the cold-rolled steel sheet of the present invention has the chemical composition described above. The reason for the limitation will be described below. In the following description, “%” as a unit of content indicates “% by mass” unless otherwise specified.
- C 0.6-1.25%
- C is an element necessary for improving the hardness after quenching and tempering.
- C is also an element necessary for forming cementite, Nb, Ti, V, and other elements and carbides.
- the C content In order to generate necessary carbides and obtain strength after quenching and tempering, the C content must be 0.6% or more. Therefore, the C content should be 0.6% or more, preferably 0.7% or more.
- the C content when the C content exceeds 1.25%, the hardness excessively increases and embrittlement occurs.
- the C content exceeds 1.25%, the surface texture becomes deteriorated as a result of hardened surface scales during heating. Therefore, the C content should be 1.25% or less, preferably 1.20% or less.
- Si 0.10-0.55%
- Si is an element that has the effect of increasing strength through solid solution strengthening.
- the Si content should be 0.10% or more, preferably 0.12% or more, and more preferably 0.14% or more.
- Si content should be 0.10% or more, preferably 0.12% or more, and more preferably 0.14% or more.
- Si content is excessive, Si oxides are formed and the toughness is lowered.
- the Si content is excessive, the formation of ferrite and grain growth are promoted, the precipitation of carbides at grain boundaries is promoted, and the precipitation of carbides within grains is suppressed.
- the Si content should be 0.55% or less, preferably 0.50% or less, and more preferably 0.45% or less.
- Mn 0.20-2.0%
- Mn is an element that has the effect of improving hardness by promoting quenching and suppressing temper softening. In order to suppress temper softening, it is necessary to suppress the formation of C as cementite or delay the recovery of dislocations. A hard structure with a high dislocation density can be maintained. In order to obtain the above effects, the Mn content should be 0.20% or more, preferably 0.25% or more. On the other hand, when the Mn content exceeds 2.0%, a band-like structure is generated due to segregation of Mn. In particular, abnormal grain growth and structural heterogeneity are likely to occur in MnS segregation parts, and local precipitation at ferrite grain boundaries occurs, thereby suppressing intragranular carbide formation. Moreover, it causes cracks and shape defects during processing. Therefore, the Mn content should be 2.0% or less, preferably 1.95% or less.
- the P content should be 0.0005% or more, preferably 0.0008% or more.
- the P content should be 0.05% or less, preferably 0.045% or less.
- the S content should be 0.03% or less, preferably 0.02% or less.
- the lower limit of the S content is not particularly limited, and may be 0%.
- the S content is preferably 0.0005% or more, more preferably 0.001% or more.
- Al 0.001-0.1%
- Al is an element necessary for deoxidation during steelmaking. Therefore, the Al content is set to 0.001% or more.
- the Al content should be 0.1% or less, preferably 0.08% or less, more preferably 0.06% or less.
- N 0.001 to 0.009% Nitrogen is an element that refines grain size and improves toughness by forming fine nitrides. Therefore, the N content is made 0.001% or more. On the other hand, when N is excessive, it combines with Al to form nitrides, promoting the formation of cracks and voids originating from the nitrides, resulting in a decrease in toughness. Therefore, the N content should be 0.009% or less, preferably 0.008% or less.
- Cr 0.1-1.0% Cr is an element that enhances the hardenability of steel and improves strength.
- the Cr content should be 0.1% or more, preferably 0.12% or more.
- the Cr content should be 1.0% or less, preferably 0.95% or less.
- the above component composition contains one or more selected from Ti: 0.01 to 1.0%, Nb: 0.05 to 0.5%, and V: 0.01 to 1.0%. To obtain the desired carbide number density, at least one of Ti, Nb, and V should be added in the amounts described above.
- Ti 0.01-1.0%
- Ti is an element that forms carbides in grains and has the effect of improving toughness.
- the Ti content should be 0.01% or more, preferably 0.015% or more, in order to obtain the above effect.
- the austenitizing temperature becomes high, so ferrite tends to form on the surface of the steel sheet due to the temperature drop during hot rolling. The ferrite formed on the surface remains even after subsequent cold rolling and annealing, and as a result of preferentially forming carbides at grain boundaries, formation of intragranular carbides is suppressed. Therefore, the Ti content should be 1.0% or less, preferably 0.9% or less.
- Nb 0.05-0.5%
- Nb is an element that forms carbides in grains and has the effect of improving toughness.
- Nb is an element that is highly effective in refining crystal grains.
- the Nb content is made 0.05% or more in order to obtain the above effect.
- the Nb content should be 0.5% or less, preferably 0.45% or less.
- V 0.01-1.0%
- V is an element having the effect of forming carbides in grains and improving toughness. V also has the effect of improving the hardenability, thereby improving the strength of the steel.
- temper softening it is necessary to suppress the formation of cementite by C or delay the recovery of dislocations. The processed structure can be maintained even afterward, and the toughness is improved.
- V content is made 0.01% or more in order to obtain the above effect.
- the V content should be 1.0% or less, preferably 0.95% or less.
- a cold-rolled steel sheet in an embodiment of the present invention has a chemical composition consisting of the above components and the balance of Fe and unavoidable impurities.
- the above component composition is optionally Sb: 0.1% or less, Hf: 0.5% or less, REM: 0.1% or less, Cu: 0.5% Below, Ni: 3.0% or less, Sn: 0.5% or less, Mo: 1% or less, Zr: 0.5% or less, B: 0.005% or less, and W: 0.01% or less It can further contain one or more selected from the group.
- Sb 0.1% or less Sb is an element effective in improving corrosion resistance. scratches). Therefore, the Sb content is set to 0.1% or less.
- the lower limit of the Sb content is not particularly limited, the Sb content is preferably 0.0003% or more from the viewpoint of increasing the effect of addition.
- Hf 0.5% or less Hf is an element that is effective in improving corrosion resistance. scratches). Therefore, the Hf content is set to 0.5% or less.
- the lower limit of the Hf content is not particularly limited, but from the viewpoint of enhancing the effect of addition, the Hf content is preferably 0.001% or more.
- REM 0.1% or less REM (rare earth metal) is an element that improves the strength of steel. However, excessive addition of REM retards the spheroidization of cementite and promotes uneven deformation during cold working, which may deteriorate the surface properties. Therefore, the REM content is set to 0.1% or less. On the other hand, the lower limit of the REM content is not particularly limited, but from the viewpoint of increasing the effect of addition, the REM content is preferably 0.005% or more.
- Cu 0.5% or less Cu is an element effective in improving corrosion resistance. scratches). Therefore, the amount of Cu to be added is set to 0.5% or less.
- the lower limit of the Cu content is not particularly limited, but from the viewpoint of increasing the effect of addition, the Cu content is preferably 0.01% or more.
- Ni 3.0% or less
- Ni is an element that improves the strength of steel. However, excessive addition may promote uneven deformation during cold working, degrading the surface properties. Therefore, the Ni content is set to 3.0% or less.
- the lower limit of the Ni content is not particularly limited, but from the viewpoint of increasing the effect of addition, the Ni content is preferably 0.01% or more.
- Sn 0.5% or less Sn is an element that is effective in improving corrosion resistance. scratches). Therefore, the Sn content is set to 0.5% or less.
- the lower limit of the Sn content is not particularly limited, but from the viewpoint of enhancing the effect of addition, the Sn content is preferably 0.0001% or more.
- Mo 1% or less Mo is an element that improves the strength of steel. However, excessive addition delays cementite spheroidization, promotes uneven deformation during cold working, and sometimes deteriorates the surface properties. Therefore, the Mo content is set to 1% or less. On the other hand, the lower limit of the Mo content is not particularly limited, but from the viewpoint of increasing the effect of addition, the Mo content is preferably 0.001% or more.
- Zr 0.5% or less
- Zr is an element that is effective in improving corrosion resistance. scratches). Therefore, the Zr content should be 0.5% or less.
- the lower limit of the Zr content is not particularly limited, but from the viewpoint of enhancing the effect of addition, the Zr content is preferably 0.01% or more.
- B 0.005% or less
- B is an element that has the effect of improving hardenability and can be optionally added.
- the B content is set to 0.005% or less.
- the lower limit of the B content is not particularly limited, but from the viewpoint of enhancing the addition effect, when B is added, the B content is preferably 0.0001% or more.
- W 0.01% or less W is an element that has the effect of improving hardenability and can be optionally added. However, if the W content exceeds 0.01%, the surface tends to crack during quenching. Therefore, the W content is set to 0.01% or less. On the other hand, the lower limit of the W content is not particularly limited, but from the viewpoint of enhancing the effect of addition, when W is added, the W content is preferably 0.001% or more.
- Average grain size 0.10 ⁇ m or more Number density: 100 pieces/mm 2 or more
- This structure increases the resistance to strain introduced by cyclic deformation and improves the toughness of the final product.
- the average grain size of carbide containing at least one of Nb, Ti, and V present in ferrite grains must be 0.10 ⁇ m or more. For the same reason, it is necessary to set the number density of carbides having a particle size of 0.10 ⁇ m or more to 100/mm 2 or more.
- the average grain size of carbides is less than 0.10 ⁇ m, the amount of fine Nb, TI, and V carbides precipitated after quenching and tempering treatment is insufficient, and a high effect of improving toughness cannot be obtained. Further, when the number density of carbides is less than 100/mm 2 , the amount of fine Nb, TI, and V carbides precipitated after quenching and tempering treatment is insufficient, as in the case of the average grain size, resulting in a high toughness improvement. No effect.
- the thickness of the cold-rolled steel sheet is not particularly limited and may be any thickness, but is preferably 0.1 mm or more, more preferably 0.2 mm or more.
- the upper limit of the plate thickness is not particularly limited, but it is preferably 2.5 mm or less, more preferably 1.6 mm or less, and even more preferably 0.8 mm or less.
- the plate thickness is 0.2 mm or more and 0.8 mm or less, it can be particularly suitably used as a material for textile machine parts such as knitting needles.
- the cold-rolled steel sheet can be produced by sequentially subjecting a steel slab having the chemical composition described above to the following steps. (1) heating (2) hot rolling (3) cooling (4) coiling (5) first annealing (6) cold rolling (7) second annealing (8) final cold rolling and the above ( Steps 6) and (7) are repeated two more times. Each step will be described below.
- the steel slab can be manufactured by any method without particular limitation.
- the composition adjustment of the steel slab may be performed by a blast furnace converter method or by an electric furnace method.
- Casting of molten steel into slabs may be performed by continuous casting or by blooming.
- the heating can be performed by any method, but is preferably performed using a heating furnace.
- the temperature inside the heating furnace is not particularly limited, but from the viewpoint of homogenizing the steel components and dissolving the segregation and undissolved carbides in the steel slab, the temperature is 1100 ° C. or higher. It is preferable to
- the holding time for the heating is not particularly limited, but from the viewpoint of sufficiently dissolving the undissolved carbide, the holding time is preferably 1 hour or longer.
- Hot rolling Next the heated steel slab is hot rolled to form a hot rolled steel sheet.
- rough rolling and finish rolling can be carried out according to a conventional method.
- Finish rolling entry temperature Ac 3 point or higher
- the finish rolling entry temperature in the hot rolling is less than Ac 3 point
- expanded ferrite is generated in the steel sheet after hot rolling, and this expanded ferrite is finally It also remains in the cold-rolled steel sheet obtained in As a result, the formation of grain boundary carbides is promoted and the formation of intragranular carbides is suppressed, resulting in a decrease in toughness. Therefore, the temperature at the entry side of the finish rolling in the hot rolling is set to Ac3 or higher.
- the upper limit of the finish rolling entry side temperature is not particularly limited, it is preferably 1200° C. or less.
- the Ac3 point (° C.) is obtained by the following formula (1).
- Ac3 (°C) 910 - (203 * C1/2) + (44.7 x Si) - (30 x Mn) - (11 x Cr) + (400 x Ti) + (460 x Al) + (700 x P ) + (104 ⁇ V) + 38 ...
- the element symbol in the above formula (1) indicates the content (% by mass) of each element, and is zero when the element is not contained.
- Average cooling rate 25° C./s or more If the average cooling rate in the cooling is less than 25° C./s, the ferrite grains become coarse and the carbides formed are localized, so subsequent cold rolling and annealing are repeated. At this time, carbide formation concentrates on the grain boundaries and the formation of intragranular carbides is suppressed. Therefore, the average cooling rate is set to 25° C./s or higher.
- the upper limit of the average cooling rate is not particularly limited, but if the cooling rate is excessively high, the coiled shape becomes defective due to volume expansion due to transformation during subsequent coiling. Therefore, from the viewpoint of improving the winding shape, the average cooling rate is preferably 160° C./s or less, more preferably 150° C./s or less.
- Cooling stop temperature 720°C
- the cooling stop temperature in the cooling is set to 720° C. or lower.
- the lower limit of the cooling stop temperature is not particularly limited. Therefore, the cooling stop temperature is preferably 620° C. or higher, more preferably 640° C. or higher.
- the cooled hot-rolled steel sheet is wound into a coil.
- the winding temperature is not particularly limited, but it is preferably 600 to 730°C. At this temperature, plate-shaped cementite is precipitated to stabilize the winding shape of the coil.
- First annealing Annealing temperature 650°C or higher and 780°C or lower
- Annealing time 3 hours or longer
- Annealing temperature 650°C or higher and 780°C or lower
- annealing time 3 hours or longer
- a first annealing is performed under the conditions of
- the structure of the hot-rolled steel sheet after coiling is a pearlite structure in which carbides and ferrite formed in a plate shape are arranged side by side. Since the pearlite structure is stable, it will not be homogenized unless it is held at a high temperature for a long time. In order to destroy the pearlite structure and form the desired carbides in the grains in the subsequent cold rolling and annealing processes, the annealing temperature must be 650° C.
- the annealing time must be 3 hours or longer.
- the annealing temperature is higher than 780 ° C., the phase transformation starts preferentially from one part, resulting in a locally coarse structure and a non-uniform structure. No number density is obtained.
- the upper limit of the annealing time is not particularly limited. Therefore, it is preferable to set the time to 20 hours or less.
- Second Annealing Plate-like carbides are formed in the steel sheet after hot rolling. Since these plate-like carbides are stable, they tend to remain until later, and the plate-like carbides that finally remain cause void formation and cracking, and reduce toughness. Therefore, the hot-rolled steel sheet after the first annealing is subjected to cold rolling and second annealing in order to make the plate-like carbides into particles and re-melt them by heating by annealing and to precipitate the carbides in the grains. , is repeated two or more times.
- the rolling reduction in the cold rolling is less than 15%, the carbides at the grain boundaries are coarsened, so the number density of the carbides formed in the grains decreases and the grain size of the intragranular carbides. becomes smaller. Therefore, the said rolling rate shall be 15% or more.
- the upper limit of the rolling reduction is not particularly limited, it is preferably 70% or less.
- Annealing temperature 600-800°C If the annealing temperature in the second annealing is higher than 800° C., the grain boundary carbides are coarsened, so that the number density of the carbides formed in the grains decreases and the grain size of the intragranular carbides decreases. Therefore, the annealing temperature is set to 800° C. or lower. On the other hand, if the annealing temperature is less than 600° C., formation of intragranular carbides is suppressed, and a desired grain size cannot be obtained. Therefore, the annealing temperature is set to 600° C. or higher.
- the rate of temperature rise in the second annealing is not particularly limited, but if the rate of temperature rise is too slow, carbides tend to form at the ferrite grain boundaries, so the formation of intragranular carbides is suppressed. Therefore, from the viewpoint of further enhancing the effect of improving toughness, it is preferable to set the heating rate in the second annealing to 50° C./hr or more.
- the upper limit of the temperature increase rate is not particularly limited, it is preferably 200° C./s or less.
- the number of repetitions of the cold rolling and the second annealing is two or more. By repeating the cold rolling and annealing two or more times, the formation of carbides can be promoted, and finally the desired intragranular carbide size and number density can be obtained.
- the upper limit of the number of repetitions is not particularly limited, but the effect is saturated even if the number of repetitions is more than 5, so the number of repetitions is preferably 5 or less.
- final cold rolling is further performed at a rolling reduction of 20% or more.
- carbides with a desired number density are precipitated in the grains during quenching and tempering, improving toughness.
- the rolling reduction in the final cold rolling is preferably as large as possible, but if it is 65% or more, the shape of the steel sheet may become unstable. Therefore, the rolling reduction is preferably less than 65%.
- the finally obtained cold-rolled steel sheet may be subjected to any surface treatment.
- a steel component can be manufactured by subjecting the cold-rolled steel sheet manufactured by the above manufacturing method to quenching and tempering.
- the quenching and tempering conditions are not particularly limited, but in order to obtain higher toughness, the quenching temperature is 700° C. or higher and 900° C. or lower, and the holding time is 1 minute or longer and less than 60 minutes. Tempering is preferably performed under the conditions of a return temperature of 150 to 400° C. and a holding time of 20 minutes or more and 3 hours or less. More preferably, the quenching temperature is 750° C. or higher and 850° C. or lower. Further, the tempering temperature is more preferably 200 to 300.degree.
- the cooling in the quenching is not particularly limited, and can be performed by any method.
- the cooling may be, for example, air cooling, water quenching, or oil quenching.
- the cold-rolled steel sheet prior to the quenching and tempering, can be formed into a desired shape by optionally performing processing.
- cold-rolled steel sheets were manufactured according to the procedure described below, and the toughness of the obtained cold-rolled steel sheets after quenching and tempering was evaluated.
- steel having the chemical composition shown in Table 1 was melted in a converter and made into a steel slab by continuous casting.
- the steel slab is sequentially subjected to heating, hot rolling, cooling, coiling, first annealing, cold rolling, second annealing, and final cold rolling to obtain a final thickness of about 0. .4 mm cold-rolled steel sheet.
- Each step was performed under the conditions shown in Tables 2 and 3, and cold rolling and second annealing were repeated the number of times shown in Tables 2 and 3.
- a test piece for structure observation was taken from the obtained cold-rolled steel sheet. After polishing the rolling direction cross section (L cross section) of the test piece for structure observation, the structure was exposed by corroding the polished surface with a 1 to 3 vol % nital solution. Next, the surface of the test piece for tissue observation was imaged at a magnification of 3000 using a SEM (Scanning Electron Microscope) to obtain a tissue image. From the obtained structure image, the grain size of the Nb, Ti, and V-based carbides generated in the grains was measured by a cutting method, and the number density was calculated by counting the carbides within the measurement field. The average value of 3 fields of view was calculated, and it was set as the particle size and the number density.
- Nb-, Ti-, and V-based carbides were identified using SEM-EDS (Energy Dispersive x-ray Spectroscopy) analysis. Elemental mapping was performed on the observation field to separate cementite from other carbides, and the other carbides were defined as Nb, Ti, and V-based carbides.
- Tables 4 and 5 show the measurement results.
- the U notch of the test piece was formed by electrical discharge machining.
- the cold-rolled steel sheets satisfying the conditions of the present invention are excellent in toughness after quenching and tempering. According to the present invention, it is possible to achieve both high hardness and excellent toughness due to Nb-Ti-V-based carbides. can manufacture parts. Therefore, the cold-rolled steel sheet of the present invention can be very suitably used as a material for various steel parts such as parts for textile machinery, bearing parts, and cutlery.
Landscapes
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Abstract
Description
C: 0.6~1.25%、
Si:0.10~0.55%、
Mn:0.20~2.0%、
P :0.0005~0.05%、
S :0.03以下、
Al:0.001~0.1%、
N :0.001~0.009%、
Cr:0.1~1.0%、ならびに
Ti:0.01~1.0%、Nb:0.05~0.5%、およびV:0.01~1.0%の1または2以上を含み、
残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、
フェライト粒内に存在する、Nb、Ti、Vの少なくとも1つを含む炭化物の平均粒径が0.1μm以上、かつ、
前記炭化物のうち、粒径が0.1μm以上であるものの個数密度が100個/mm2以上である冷延鋼板。
Sb:0.1%以下、
Hf:0.5%以下、
REM:0.1%以下、
Cu:0.5%以下、
Ni:3.0%以下、
Sn:0.5%以下、
Mo:1%以下、
Zr:0.5%以下、
B :0.005%以下、および
W :0.01%以下からなる群より選択される1または2以上をさらに含む、上記1に記載の冷延鋼板。
加熱された前記鋼スラブを、仕上圧延入側温度:Ac3点以上の条件で熱間圧延して熱延鋼板とし、
前記熱延鋼板を、前記熱間圧延終了から冷却開始までの時間:2秒以下、平均冷却速度:25℃/s以上、冷却停止温度:720℃以下の条件で冷却し、
冷却された前記熱延鋼板を巻取り、
前記巻取後の熱延鋼板に、焼鈍温度:650℃以上、780℃以下、焼鈍時間:3時間以上の条件での第1の焼鈍を施し、
前記第1の焼鈍後の熱延鋼板に、圧延率:15%以上での冷間圧延と、焼鈍温度:600~800℃での第2の焼鈍とを、2回以上繰返し施し、その後、さらに圧延率20%以上での最終冷間圧延を施す、冷延鋼板の製造方法。
本発明の冷延鋼板は、上述した成分組成を有する。以下、その限定理由について説明する。なお、以下の説明において、含有量の単位としての「%」はとくに断らない限り「質量%」を指すものとする。
Cは、焼入れ・焼戻し後の硬度を向上するために必要な元素である。また、Cは、セメンタイト、Nb、Ti、V等の元素と炭化物を生成するために必要な元素でもある。必要な炭化物を生成し、焼入れ・焼戻し後の強度を得るためには、C含有量を0.6%以上とする必要がある。そのため、C含有量は0.6%以上、好ましくは0.7%以上とする。一方、C含有量が1.25%を超えると、過剰に硬さが上昇し脆化する。また、C含有量が1.25%を超えると、加熱時の表面スケールが強固になる結果、表面性状が劣化する。そのため、C含有量は1.25%以下、好ましくは1.20%以下とする。
Siは、固溶強化により強度を上げる効果を有する元素である。前記効果を得るために、Si含有量を0.10%以上、好ましくは0.12%以上、より好ましくは0.14%以上とする。一方、Si含有量が過剰であると、Si酸化物が生成し、靭性が低下する。一方、Si含有量が過剰であると、フェライトの生成と粒成長が促進されて炭化物の粒界への析出が促進され、粒内への炭化物の析出が抑制される。また、Siが過剰であると、加熱時の表面スケールが強固になる結果、表面性状が劣化する。そのため、Si含有量は0.55%以下、好ましくは0.50%以下、より好ましくは0.45%以下とする。
Mnは、焼入れを促進するとともに焼戻し軟化を抑制することにより、硬度を向上させる作用を有する元素である。焼戻し軟化を抑制するためには、Cがセメンタイトとして生成することを抑制するか転位回復を遅らせる必要があるが、Mnはその両方の作用を有しており、Mnを添加することにより焼戻し後も転位密度の高い高硬度な組織を維持することができる。前記効果を得るために、Mn含有量を0.20%以上、好ましくは0.25%以上とする。一方、Mn含有量が2.0%を超えると、Mnが偏析することによりバンド状の組織が生成する。特に、MnSの偏析部では異常な粒成長や組織の不均質が生じやすく、フェライト粒界への局所的な析出が生じるため粒内の炭化物生成が抑制される。また、加工時の割れおよび形状不良の原因となる。そのため、Mn含有量は2.0%以下、好ましくは1.95%以下とする。
Pを微量添加することで、固溶強化による強度向上効果が得られる。前記効果を得るために、P含有量を0.0005%以上、好ましくは0.0008%以上とする。一方、P含有量が0.05%を超えると、粒界脆化により靭性が低下する。そのため、P含有量は0.05%以下、好ましくは0.045%以下とする。
Sは、Mnと硫化物を形成することにより靭性を低下させる。そのため、S含有量は0.03%以下、好ましくは0.02%以下とする。一方、靱性向上の観点からは、S含有量は低ければ低いほどよいため、S含有量の下限はとくに限定されず、0%であってよい。しかし、過度の低減は製造コストの増加を招くため、工業的生産の観点からは、S含有量を0.0005%以上とすることが好ましく、0.001%以上とすることがより好ましい。
Alは、製鋼時の脱酸のために必要な元素である。そのため、Al含有量は0.001%以上とする。一方、Alが過剰であると窒化物が形成され、前記窒化物を起点とした割れやボイドの形成が促進される結果、靭性が低下する。そのため、Al含有量は0.1%以下、好ましくは0.08%以下、より好ましくは0.06%以下とする。
窒素は、微細な窒化物形成により、粒径を微細化し靭性を向上する元素である。そのため、N含有量は0.001%以上とする。一方、Nが過剰であるとAlと結合して窒化物が形成され、前記窒化物を起点とした割れやボイドの形成が促進される結果、靭性が低下する。そのため、N含有量は0.009%以下、好ましくは0.008%以下とする。
Crは鋼の焼入れ性を高め、強度を向上させる元素である。前記効果を得るために、Cr含有量は0.1%以上、好ましくは0.12%以上とする。一方、Crが過剰であると粗大なCr炭化物およびCr窒化物が形成され、前記Cr炭化物およびCr窒化物の周囲でボイドが発生する結果、靭性が低下する。そのため、Cr含有量は1.0%以下、好ましくは0.95%以下とする。
Tiは、炭化物を粒内に形成し、靭性を向上させる効果を有する元素である。Tiを添加する場合、前記効果を得るために、Ti含有量を0.01%以上、好ましくは0.015%以上とする。一方、Tiを過剰に添加すると、オーステナイト化温度が高くなるため、熱間圧延時の温度低下によって鋼板の表面にフェライトが生成しやすくなる。表面に生成したフェライトはその後の冷延および焼鈍を経た後も残存し、粒界への炭化物生成が優先される結果、粒内の炭化物生成が抑制される。そのため、Ti含有量は1.0%以下、好ましくは0.9%以下とする。
Nbは、炭化物を粒内に形成し、靭性を向上させる効果を有する元素である。また、Nbは結晶粒微細化にも効果が大きい元素である。Nbを添加する場合、前記効果を得るために、Nb含有量を0.05%以上とする。一方、Nbを過剰に添加すると粒界に炭化物が生成するとともに、粒内に生成する炭化物の個数密度が減少する。粒界に生成した炭化物はボイドや割れの起点になることから靭性が低下する。そのため、Nb含有量は0.5%以下、好ましくは0.45%以下とする。
Vは、炭化物を粒内に形成し、靭性を向上させる効果を有する元素である。また、Vは焼入れ性を向上させる効果も有しており鋼の強度を向上させる。また、焼戻し軟化を抑制するためには、Cがセメンタイトとして生成することを抑制するか転位回復を遅らせる必要があるが、Vはその両方の作用を有しており、Vを添加することにより焼戻し後も加工組織を維持することができ、靭性が向上する。Vを添加する場合、前記効果を得るために、V含有量を0.01%以上とする。一方、Vを過剰に添加すると粒界に生成する炭化物が粗大化し、粒界に生成した炭化物がボイドや割れの起点になることから靭性が低下する。そのため、V含有量は1.0%以下、好ましくは0.95%以下とする。
Sbは、耐食性向上に有効な元素であるが、過剰に添加すると熱間圧延で生成するスケール下に富Sb層を生成し、熱間圧延後に鋼板の表面へげ(キズ)を発生させる。そのため、Sb含有量は0.1%以下とする。一方、Sb含有量の下限はとくに限定されないが、添加効果を高めるという観点からは、Sb含有量を0.0003%以上とすることが好ましい。
Hfは、耐食性向上に有効な元素であるが、過剰に添加すると熱間圧延で生成するスケール下に富Hf層を生成し、熱間圧延後に鋼板の表面へげ(キズ)を発生させる。そのため、Hf含有量は0.5%以下とする。一方、Hf含有量の下限はとくに限定されないが、添加効果を高めるという観点からは、Hf含有量を0.001%以上とすることが好ましい。
REM(希土類金属)は、鋼の強度を向上させる元素である。しかし、REMを過剰に添加するとセメンタイトの球状化を遅延させ、冷間加工の際に不均質な変形を助長して表面性状を劣化させることがある。そのため、REM含有量は0.1%以下とする。一方、REM含有量の下限はとくに限定されないが、添加効果を高めるという観点からは、REM含有量を0.005%以上とすることが好ましい。
Cuは、耐食性向上に有効な元素であるが、過剰に添加すると熱間圧延で生成するスケール下に富Cu層を生成し、熱間圧延後に鋼板の表面へげ(キズ)を発生させる。そのため、Cu添加量は0.5%以下とする。一方、Cu含有量の下限はとくに限定されないが、添加効果を高めるという観点からは、Cu含有量を0.01%以上とすることが好ましい。
Niは鋼の強度を向上させる元素である。しかし、過剰に添加すると冷間加工の際に不均質な変形を助長して表面性状を劣化させることがある。そのため、Ni含有量は3.0%以下とする。一方、Ni含有量の下限はとくに限定されないが、添加効果を高めるという観点からは、Ni含有量を0.01%以上とすることが好ましい。
Snは、耐食性向上に有効な元素であるが、過剰に添加すると熱間圧延で生成するスケール下に富Sn層を生成し、熱間圧延後に鋼板の表面へげ(キズ)を発生させる。そのため、Sn含有量は0.5%以下とする。一方、Sn含有量の下限はとくに限定されないが、添加効果を高めるという観点からは、Sn含有量を0.0001%以上とすることが好ましい。
Moは鋼の強度を向上させる元素である。しかし、過剰に添加するとセメンタイトの球状化を遅延させ、冷間加工の際に不均質な変形を助長して表面性状を劣化させることがある。そのため、Mo含有量は1%以下とする。一方、Mo含有量の下限はとくに限定されないが、添加効果を高めるという観点からは、Mo含有量を0.001%以上とすることが好ましい。
Zrは、耐食性向上に有効な元素であるが、過剰に添加すると熱間圧延で生成するスケール下に富Zn層を生成し、熱間圧延後に鋼板の表面へげ(キズ)を発生させる。そのため、Zr含有量は0.5%以下とする。一方、Zr含有量の下限はとくに限定されないが、添加効果を高めるという観点からは、Zr含有量を0.01%以上とすることが好ましい。
Bは、焼入れ性を向上させる作用を有する元素であり、任意に添加することができる。しかし、B含有量が0.005%を超えると、焼入れの際に表面に割れが生じやすくなる。そのため、B含有量は0.005%以下とする。一方、B含有量の下限は特に限定されないが、添加効果を高めるという観点からは、Bを添加する場合、B含有量を0.0001%以上とすることが好ましい。
Wは、焼入れ性を向上させる作用を有する元素であり、任意に添加することができる。しかし、W含有量が0.01%を超えると、焼入れの際に表面に割れが生じやすくなる。そのため、W含有量は0.01%以下とする。一方、W含有量の下限は特に限定されないが、添加効果を高めるという観点からは、Wを添加する場合、W含有量を0.001%以上とすることが好ましい。
次に、本発明の冷延鋼板に含まれる炭化物について説明する。
個数密度:100個/mm2以上
部品加工を開始する前工程における冷間圧延前の段階であらかじめNb、Ti、V系炭化物が粒内に生成している組織を作っておき、その後、冷間圧延を施した際に生成する加工組織を経て、その後の焼入れ・焼戻し処理を施すと、一部、微細なNb、Ti、V系炭化物が亜粒界に再析出する。この組織によって、繰り返し変形によって導入されるひずみに対する抵抗力が増し、最終製品の靱性が向上する。この効果を得るためには、フェライト粒内に存在する、Nb、Ti、Vの少なくとも1つを含む炭化物の平均粒径を0.10μm以上とする必要がある。同様の理由から、前記炭化物のうち、粒径が0.10μm以上であるものの個数密度を100個/mm2以上とする必要がある。
前記冷延鋼板の板厚はとくに限定されず、任意の厚さとすることができるが、0.1mm以上とすることが好ましく、0.2mm以上とすることがより好ましい。また、板厚の上限についてもとくに限定されないが、2.5mm以下とすることが好ましく、1.6mm以下とすることがより好ましく、0.8mm以下とすることがさらに好ましい。板厚が0.2mm以上、0.8mm以下である場合には、メリヤス針などの繊維機械部品用の素材としてとくに好適に用いることができる。
次に、本発明の一実施形態における冷延鋼板の製造方法について説明する。
(1)加熱
(2)熱間圧延
(3)冷却
(4)巻取り
(5)第1の焼鈍
(6)冷間圧延
(7)第2の焼鈍
(8)最終冷間圧延
そして、上記(6)および(7)の工程は、2回以上繰り返す。以下、各工程について説明する。
まず、上述した成分組成を有する鋼スラブを加熱する。前記鋼スラブは、特に限定されることなく任意の方法で製造することができる。例えば、前記鋼スラブの成分調整は、高炉転炉法で行ってもよく、電炉法で行ってもよい。また、溶鋼からスラブへの鋳造は、連続鋳造法で行ってもよく、分塊圧延で行ってもよい。
次いで、加熱された前記鋼スラブを熱間圧延して熱延鋼板とする。前記熱間圧延においては、常法にしたがい、粗圧延と仕上圧延とを行うことができる。
前記熱間圧延における仕上圧延入側温度がAc3点未満であると、熱延後の鋼板中に展伸したフェライトが生成し、この展伸したフェライトが最終的に得られる冷延鋼板にも残留する。その結果、粒界炭化物の生成が促進され、粒内炭化物の生成は抑制されることから、靭性が低下する。そのため、前記熱間圧延における仕上圧延入側温度はAc3点以上とする。一方、前記仕上圧延入側温度の上限は特に限定されないが、1200℃以下とすることが好ましい。
Ac3(℃) = 910 - (203 * C1/2) + (44.7 × Si) - (30 × Mn) - (11 × Cr) + (400 × Ti) + (460 × Al) + (700 × P) +(104 × V) + 38 …(1)
ここで、上記(1)式における元素記号は、各元素の含有量(質量%)を指し、当該元素が含まれていない場合にはゼロとする。
熱間圧延終了から冷却開始までの時間:2秒以下
次に、前記熱延鋼板を冷却する。その際、熱間圧延終了から冷却開始までに長時間経過すると、粗大なフェライトが生成し、Ti、Nb、およびVの少なくとも1つを含む炭化物が粒界に不均質に析出する。この不均質な組織は、後の冷延・焼鈍において均質化することがなく、粒内における炭化物生成の妨げとなる。そのため、前記熱間圧延終了から冷却開始までの時間を2秒以下とする。一方、上記の観点からは、前記熱間圧延終了から冷却開始までの時間は短ければ短いほどよいため、下限は特に限定されない。しかし、工業的な生産の観点からは、0.5秒以上であってよく、0.8秒以上であってもよい。
前記冷却における平均冷却速度が25℃/s未満であると、フェライト粒が粗大化し、生成する炭化物が局在化するため、その後の冷間圧延と焼鈍を繰り返した際に、粒界への炭化物生成が集中し粒内炭化物の生成が抑制される。そのため、平均冷却速度は25℃/s以上とする。一方、平均冷却速度の上限はとくに限定されないが、過度に冷却速度が高いと、その後の巻取時の変態による体積膨張により巻取形状が不良となる。そのため、巻取形状を良好とする観点からは、平均冷却速度を160℃/s以下とすることが好ましく、150℃/s以下とすることがより好ましい。
また、前記冷却における冷却停止温度が高すぎても、同様にフェライト粒が粗大化するため、冷間圧延と焼鈍を繰り返した際に、粒内への炭化物生成が抑制される。そのため、冷却停止温度は720℃以下とする。一方、冷却停止温度の下限はとくに限定されないが、過度に冷却停止温度が低いと、その後の巻取時の変態による体積膨張により巻取形状が不良となる。そのため、冷却停止温度を620℃以上とすることが好ましく、640℃以上とすることがより好ましい。
前記冷却を停止した後に、冷却された前記熱延鋼板をコイル状に巻取る。その際、巻取り温度はとくに限定されないが、600~730℃とすることが好ましい。この温度とすることで板状のセメンタイトを析出させることでコイルの巻取形状が安定する。
焼鈍温度:650℃以上、780℃以下
焼鈍時間:3時間以上
前記巻取後の熱延鋼板に、焼鈍温度:650℃以上、780℃以下、焼鈍時間:3時間以上の条件での第1の焼鈍を施す。巻取後の熱延鋼板の組織は、板状に生成した炭化物とフェライトが並んだパーライト組織である。パーライト組織は安定であるため、高温で長時間保持を行わないと均質化しない。パーライト組織を崩し、その後の冷間圧延と焼鈍プロセスで粒内に所望の炭化物を生成させるためには、焼鈍温度を650℃以上、焼鈍時間を3時間以上とする必要がある。一方、焼鈍温度が780℃より高いと、一部分から優先的に相変態が開始するため、局所的に粗大な組織となり、不均一な組織となることから粒内炭化物が得られにくく、所望の炭化物個数密度が得られない。前記焼鈍時間の上限は特に限定されないが、過度に長いと生産性が低下することにく加え、効果も飽和する。そのため、20時間以下とすることが好ましい。
(7)第2の焼鈍
熱間圧延後の鋼板には板状の炭化物が生成している。この板状の炭化物は安定であるため、後々まで残存しやすく、最終的に残った板状の炭化物はボイド生成および割れの原因となり、靭性を低下させる。そこで、板状の炭化物を粒子形状とし焼鈍による加熱によって再溶解させ、粒内へ炭化物を析出させるために、前記第1の焼鈍後の熱延鋼板に、冷間圧延と第2の焼鈍とを、2回以上繰返し施す。
前記冷間圧延における圧延率が15%未満であると、粒界の炭化物が粗大化するため、粒内に生成する炭化物の個数密度が低下すると共に粒内炭化物の粒径が小さくなる。そのため、前記圧延率を15%以上とする。一方、前記圧下率の上限は特に限定されないが、70%以下とすることが好ましい。
前記第2の焼鈍における焼鈍温度が800℃より高いと、粒界の炭化物が粗大化するため、粒内に生成する炭化物の個数密度が低下すると共に粒内炭化物の粒径が小さくなる。そのため、前記焼鈍温度を800℃以下とする。一方、前記焼鈍温度が600℃未満であると、粒内炭化物の生成が抑制され、所望の粒径が得られない。そのため、前記焼鈍温度を600℃以上とする。
圧延率20%以上
上記のように冷間圧延と第2の焼鈍を2回以上繰り返した後、さらに圧延率20%以上での最終冷間圧延を施す。圧延率:20%以上で最終冷間圧延を行うことにより、焼入れ・焼戻しの際に粒内に所望の個数密度の炭化物が析出し、靭性が向上する。前記最終冷間圧延における圧延率は大きい方が良いが、65%以上であると鋼板の形状が不安定になる場合がある。そのため、前記圧延率は65%未満とすることが好ましい。
また、本発明の一実施形態においては、上記製造方法で製造された冷延鋼板に、焼入れと焼戻しを施すことにより鋼製部品を製造することができる。前記焼入れ焼戻しの条件はとくに限定されないが、より高い靭性を得るためには、焼入温度:700℃以上900℃以下、保持時間:1分以上、60分未満の条件で焼入れし、次いで、焼戻温度:150~400℃、保持時間:20分以上、3時間以下の条件で焼戻しすることが好ましい。前記焼入温度は、750℃以上850℃以下とすることがより好ましい。また、前記焼戻温度は、200~300℃とすることがより好ましい。
得られた冷延鋼板から組織観察用試験片を採取した。前記組織観察用試験片の圧延方向断面(L断面)を研磨した後、前記研磨面を、1~3vol%ナイタール液を用いて腐食させることにより組織を現出させた。次いで、前記組織観察用試験片の表面を、SEM(Scanning Electron Microscope)を用いて倍率3000倍にて撮像し組織画像を得た。得られた組織画像から、粒内に生成したNb、Ti、V系炭化物について切断法にて粒径を測定し、測定視野内の炭化物をカウントすることで個数密度を算出した。3視野の平均値を算出し、粒径と個数密度とした。測定結果を表4、5に示す。Nb、Ti、V系の炭化物の同定はSEM-EDS(Energy Dispersive x-ray Spectroscopy)分析を用いて行った。観察視野に対して、元素マッピングを行い、セメンタイトとそれ以外の炭化物に分離し、それ以外の炭化物をNb、Ti、V系炭化物とした。
次に、得られた冷延鋼板に焼入れ・焼戻しを施した後の靱性を評価するために、以下の手順で試験を行い、シャルピー衝撃試験における衝撃値を測定した。まず、得られた冷延鋼板に焼入れと焼戻しを施した。前記焼入れは、該冷延鋼板を、予め800℃に加熱した炉内で10分間保持した後、80℃に油焼入れすることにより行った。前記焼戻しは、焼入れされた冷延鋼板を、予め250℃に加熱した炉内で1時間保持した後、空冷することにより行った。
Claims (7)
- 質量%で、
C: 0.6~1.25%、
Si:0.10~0.55%、
Mn:0.20~2.0%、
P :0.0005~0.05%、
S :0.03%以下、
Al:0.001~0.1%、
N :0.001~0.009%、
Cr:0.1~1.0%、ならびに
Ti:0.01~1.0%、Nb:0.05~0.5%、およびV:0.01~1.0%の1または2以上を含み、
残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、
フェライト粒内に存在する、Nb、Ti、Vの少なくとも1つを含む炭化物の平均粒径が0.10μm以上、かつ、
前記炭化物のうち、粒径が0.10μm以上であるものの個数密度が100個/mm2以上である冷延鋼板。 - 前記成分組成が、質量%で、
Sb:0.1%以下、
Hf:0.5%以下、
REM:0.1%以下、
Cu:0.5%以下、
Ni:3.0%以下、
Sn:0.5%以下、
Mo:1%以下、
Zr:0.5%以下、
B :0.005%以下、および
W :0.01%以下からなる群より選択される1または2以上をさらに含む、請求項1に記載の冷延鋼板。 - 請求項1または2に記載の冷延鋼板を焼入れ・焼戻し処理してなる鋼製部品。
- 前記鋼製部品が、繊維機械用部品、軸受け部品、および刃物のいずれかである、請求項3に記載の鋼製部品。
- 請求項1または2に記載の成分組成を有する鋼スラブを加熱し、
加熱された前記鋼スラブを、仕上圧延入側温度:Ac3点以上の条件で熱間圧延して熱延鋼板とし、
前記熱延鋼板を、前記熱間圧延終了から冷却開始までの時間:2秒以下、平均冷却速度:25℃/s以上、冷却停止温度:720℃以下の条件で冷却し、
冷却された前記熱延鋼板を巻取り、
前記巻取後の熱延鋼板に、焼鈍温度:650℃以上、780℃以下、焼鈍時間:3時間以上の条件での第1の焼鈍を施し、
前記第1の焼鈍後の熱延鋼板に、圧延率:15%以上での冷間圧延と、焼鈍温度:600~800℃での第2の焼鈍とを、2回以上繰返し施し、その後、さらに圧延率20%以上での最終冷間圧延を施す、冷延鋼板の製造方法。 - 前記第2の焼鈍における昇温速度が50℃/h以上である、請求項5に記載の冷延鋼板の製造方法。
- 請求項5または6に記載の製造方法で製造された冷延鋼板を、焼入温度:700℃以上900℃以下、保持時間:1分以上、60分未満の条件で焼入れし、次いで、焼戻温度:150~400℃、保持時間:20分以上、3時間以下の条件で焼戻しする、鋼製部品の製造方法。
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