(57)【要約】  熱間圧延後のコイルの局所的な硬さの上昇を抑制できる熱間圧延マルエージング鋼帯の巻取り方法を提供する。  マルエージング鋼の素材を１０５０〜１３００℃に加熱した後、熱間圧延を行い、マルエージング鋼帯を得た後、該マルエージング鋼帯を巻き取ってコイルとする熱間圧延マルエージング鋼帯の巻取り方法において、前記マルエージング鋼帯を巻取ったマルエージング鋼コイルの温度を、マルエージング鋼帯全長にわたりＭｓ点を超える温度に保持し、その後、前記マルエージング鋼コイルがＭｓ点以下の温度に冷却した後は、再びＭｓ点を超える温度に復熱させない熱間圧延マルエージング鋼帯の巻取り方法。
2012128272.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルエージング鋼の素材を１０５０〜１３００℃に加熱した後、熱間圧延を行い、マルエージング鋼帯を得た後、該マルエージング鋼帯を巻き取ってコイルとする熱間圧延マルエージング鋼帯の巻取り方法において、前記マルエージング鋼帯を巻取ったマルエージング鋼コイルの温度を、マルエージング鋼帯全長にわたりＭｓを超える温度に保持し、その後、前記マルエージング鋼コイルがＭｓ点以下の温度に冷却した後は、再びＭｓ点を超える温度に復熱させないことを特徴とする熱間圧延マルエージング鋼帯の巻取り方法。
【請求項２】
前記熱間圧延の終了温度を７００℃以上９００℃未満として、マルエージング鋼帯を得た後、熱間圧延終了から３０秒以内に前記マルエージング鋼帯をコイル状に巻取りを開始し、巻取り終了から２分経過後のコイルにおいて、コイル外周面幅方向中央部の温度と、コイル内周面の幅方向中央部の温度およびコイル中央部の側面の温度とが、何れもＭｓ点を超えて７００℃以下であり、且つ温度差は３００℃以内のコイルとすることを特徴とする請求項１に記載の熱間圧延マルエージング鋼帯の巻取り方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間圧延マルエージング鋼帯の巻取り方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マルエージング鋼は、２０００ＭＰａ前後の非常に高い引張強さをもつため、高強度が要求される部材に使用されている。なかでも、例えば、自動車エンジンの無段変速機用部品等に用いられるマルエージング鋼は熱間圧延で鋼帯に加工され、その後、冷間圧延で０．５ｍｍ程度の薄板に加工される。
上記のマルエージング鋼の熱間圧延方法としては、例えば、特開昭６０−２３４９２０号公報（特許文献１）には、Ｃ≦０．０２％、Ｓｉ≦０．１％、Ｍｎ≦０．２％、Ｐ≦０．０１％、Ｓ≦０．０１％、Ｎ≦０．０１％、を含有すると共に、Ｎｉ１５〜２５％、Ｃｏ≦１０．０％、Ｍｏ≦７．０％、Ａｌ≦０．２％、Ｔｉ≦１．５％の中の何れか２種又は３種以上を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物よりなる鋼を、１０００℃以下の累積圧下率を６０％以下とすると共に９５０℃以下の累積圧下率を２０％以下として９００℃以上で熱間圧延を終了し、３００〜６００℃で巻取り、次いで冷間圧延後に再結晶焼鈍及び溶体化処理するマルエージング冷延鋼板の製造方法が開示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６０−２３４９２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した特許文献１で開示される熱間圧延条件は、９００℃以上で熱間圧延を終了し、３００〜６００℃で巻取り、ランアウトテーブルでの不均一変態を防止し、巻取り後マルテンサイト変態させようとするものである。
本発明者の検討によれば、巻取り後に、マルテンサイト変態を起こすように温度管理をしていても、巻取られたマルエージング鋼帯（以下、コイル）に局所的に硬くなる硬さむらが発生することを確認した。こうなると、例えば、高い板厚精度を要求される自動車エンジンの無段変速機用部品（ＣＶＴ）用のベルト材を冷間圧延により得ようとする場合、硬さむらは、圧延時の変形能の差に直結するので板厚精度が出ないという大きな問題となる。
本発明の目的は、熱間圧延後のコイルの局所的な硬さの上昇を抑制できる熱間圧延マルエージング鋼帯の巻取り方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は上述した問題に鑑みてなされたものである。
すなわち本発明は、マルエージング鋼の素材を１０５０〜１３００℃に加熱した後、熱間圧延を行い、マルエージング鋼帯を得た後、該マルエージング鋼帯を巻き取ってコイルとする熱間圧延マルエージング鋼帯の巻取り方法において、前記マルエージング鋼帯を巻取ったマルエージング鋼コイルの温度を、マルエージング鋼帯全長にわたりＭｓ点を超える温度に保持し、その後、前記マルエージング鋼コイルがＭｓ点以下の温度に冷却した後は、再びＭｓ点を超える温度に復熱させない熱間圧延マルエージング鋼帯の巻取り方法である。
好ましくは、前記熱間圧延の終了温度を７００℃以上９００℃未満として、マルエージング鋼帯を得た後、熱間圧延終了から３０秒以内に前記マルエージング鋼帯をコイル状に巻取りを開始し、巻取り終了＋２分経過後のコイルにおいて、コイル外周面幅方向中央部の温度と、コイル内周面の幅方向中央部の温度およびコイル中央部の側面の温度とが、何れもＭｓ点を超えて７００℃以下であり、且つ温度差は３００℃以内のコイルとする熱間圧延マルエージング鋼帯の巻取り方法である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の熱間圧延マルエージング鋼帯の巻取り方法によれば、熱間圧延後のマルエージング鋼帯の硬さの上昇を抑制することができるため、硬化による切断等の工程を除くことができ、経済性、生産性にも優れるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】巻取られたコイルを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明者は、熱間圧延されたマルエージング鋼帯が、局所的に硬くなる原因を追究し、以下の知見を得た。
まず、局所的な硬さの上昇は、冷却によりマルテンサイト変態した後の組織におこる、マルエージング鋼特有のエージング効果によるものと考えられること、そして、このエージング効果により局所的に硬さが上昇した部分は、一旦冷却した部位において、温度が上昇した部分に一致すること、一旦冷却した部位の温度の上昇は、コイル内部からの伝熱が原因であること、である。
つまり、単純に冷却していく部位は、硬さむらは発生しないが、マルテンサイト変態後に明らかに温度上昇が起こってしまう部位には、局所的なエージング効果が生じ、硬さむらが起こってしまうということである。
【０００９】
このマルエージング鋼に特有のエージング効果について、詳しく説明する。
本発明者らは、マルエージング鋼の代表的である、質量％で１８％Ｎｉ−９％Ｃｏ−５％Ｍｏ−０．４５％Ｔｉ−０．１％Ａｌ−ｂａｌ．Ｆｅのマルエージング鋼素材から、一旦冷却した部位の温度の上昇（復熱）による硬さの上昇を調査する試験片を採取した。復熱の影響調査は、一旦マルテンサイト変態させた前記の試験片を再加熱し、温度と時間の関係を調査した。
復熱によるエージング効果が出現するのはコイル内のマルエージング鋼帯の一部がＭｓ点以下となり、再び温度上昇を起こした場合である。そのため、試験片を８５０℃で１時間保持した後、水冷と空冷する条件で固溶化処理を行った。水冷はランナウトテーブル上でシャワー冷却を行った場合を想定したものである。空冷は熱間圧延後、そのままコイルとした場合を想定したものである。何れの試験片もマルテンサイト組織を呈し、ビッカース硬さは３１０ＨＶであった。
上記の試験片を２００℃、３００℃、４００℃及び５００℃の各温度で、５分、１０分、３０分及び６０分の再加熱を行って、エージング効果による硬さの上昇を測定した。硬さ測定はビッカース硬度計を用いて行った。その結果を表１に示す。なお、表１に示すマルエージング鋼のＭｓ点は２２０℃である。
【００１０】
【表１】
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【００１１】
表１に示すように、Ｍｓ点以下の２００℃で再加熱を行った試験片は、硬さの上昇は見られなかった。しかし、３００℃の再加熱では５分保持でやや硬さが上昇し始め、その傾向は、再加熱温度が高くなるほど顕著となり、再加熱温度が４００℃以上となると３５０ＨＶを超える硬さとなった。また、水冷した試験片と空冷した試験片とは、硬さが若干異なっていたが、殆ど同じ傾向を示していた。
このことから、一度Ｍｓ以下まで冷却され、金属組織がマルテンサイトとなってしまえば、その後に再び復熱により再加熱されてしまうと、短時間でエージング効果が発現し、その効果は、再加熱温度が高くなればなるほど、また、時間が長くなればなるほど顕著となることが分かる。
そのため、マルエージング鋼の熱間圧延工程では、エージング効果が発現しないように、Ｍｓ点以下の温度に冷却した後は、再びＭｓ点を超える温度とならないようにしなければならない。もし、エージング効果が発現してしまうと、上記表１に示すように硬さが上昇してしまい、その箇所には、局所的なエージング効果が生じ、硬さむらが起こり、次工程において圧延精度の劣化に直結する。つまり、マルエージング鋼のエージング効果の発現は、温度に敏感である。
【００１２】
上述の知見から、本発明においては、硬さむらをなくすために、以下の手段を適用したものである。以下に本発明で規定した構成を詳しく説明する。
本発明では、マルエージング鋼の素材を１０５０〜１３００℃に加熱した後、熱間圧延を行い、マルエージング鋼帯を得た後、該マルエージング鋼帯を巻き取ってコイルとし、前記マルエージング鋼帯を巻取ったマルエージング鋼コイルの温度を、マルエージング鋼帯全長にわたりＭｓ点を超える温度に保ち、前記マルエージング鋼コイルがＭｓ点以下の温度に冷却した後は、再びＭｓ点を超える温度に復熱させないものとする。
本発明で巻取ったマルエージング鋼コイルの温度を、マルエージング鋼帯全長にわたりＭｓを超える温度に保持するのは、コイル内で巻取ったマルエージング鋼帯についてマルテンサイト変態−復熱によるエージング効果の発現を防止するためである。好ましくは、Ｍｓ点温度＋３０℃以上の温度に保つのが良く、更に好ましくはＭｓ点温度＋７０℃以上の温度である。
なお、熱間圧延における加熱の温度が１０５０℃未満であるとマルエージング鋼素材の熱間加工性が低下する。そのため、熱間圧延用素材の加熱温度の下限を１０５０℃とする。一方、加熱温度が１３００℃を超えるとマルエージング鋼素材の延性がかえって低下する危険性がある。そのため、熱間圧延用素材の加熱温度の上限を１３００℃とする。
【００１３】
また、前記マルエージング鋼コイルがＭｓ点以下の温度まで冷却した後は、再びＭｓ点を超える温度に復熱させないことが重要である。上述したように、マルテンサイト変態したマルエージング鋼は、Ｍｓ点を超える温度に数分間復熱することでもエージング効果が出現する材料である。一旦エージング効果が発現してしまうと、その箇所は硬さが上昇して硬さむらが起こってしまう。そうなると、熱間圧延後に行う冷間圧延の際に、硬さむらによって、冷間圧延の厚さの制御が困難となる。そのため、本発明では、マルエージング鋼コイルがＭｓ点以下の温度に冷却した後は、再びＭｓ点を超える温度に復熱させないこととした。
上記の本発明で規定する製造方法を適用すると、コイル内のマルエージング鋼帯の硬さの差がビッカース硬さで２０ＨＶ以内とすることができる。
【００１４】
次に、本発明で規定する好ましい構成について説明する。
本発明では、マルエージング鋼の素材を１０５０〜１３００℃に加熱した後、熱間圧延を行い、熱間圧延終了温度を７００℃以上９００℃未満とした。これは、熱間圧延終了温度を可能な限り低くすることで、エージング効果が生じてしまう基本的な熱量を低減しようとするものである。また、温度熱間圧延の終了温度を９００℃を超える温度よりも低い温度で熱間圧延を終了すると、結果としてコイル内周、外周、中央部の温度差を小さくすることができるものである。
ここで、熱間圧延終了温度を７００℃以上としたのは、この温度未満であると加工性が低くて割れ等の不良が発生する割合が高くなるためである。一方、熱間圧延終了温度を９００℃未満としたのは、これ以上であると、保有熱が大きく、コイルにおける局所的なエージング効果の発生が起こりやすくなるためである。例えば、コイル内面やコイル外面は外気に曝されていることから冷却が速くＭｓ点以下となりやすい部位である。一方、コイル中央付近は保有熱が大きい。そのため、冷却しやすいコイル内面やコイル外面がＭｓ点以下となった場合であっても、コイル中央付近の保有熱によって、コイルの内面や外面の温度が復熱する場合がある。そのため、コイルの保有熱を小さくすることが望ましく、熱間圧延終了温度を９００℃未満と規定した。
【００１５】
熱間圧延によって得られたマルエージング鋼帯の厚さが薄くなればなるほど帯状態での冷却が促進され、熱間圧延終了からコイル巻取りまでの間にマルエージング鋼帯が均一に冷却される。その結果、コイルの厚さを薄くしたことによって、コイルとしたときのコイル中央付近の保有熱を低下させることができ、例えば、コイル内面やコイル外面といった外気に曝されている局所的な部位の復熱をより確実に防止することかが可能となり、エージング効果の発生を抑制することができる。そのため、熱間圧延によって得られるマルエージング鋼帯の厚さは２．５ｍｍ以下とするのが良い。なお、熱間圧延後のマルエージング鋼帯の厚さの下限としては、１．５ｍｍ程度で有れば冷間圧延用として好ましいものとなる。
また、本発明では、上述のマルエージング鋼帯を、熱間圧延終了から３０秒以内にコイルに巻取りを開始するのが好ましい。これは、熱間圧延終了から速やかにコイルに巻取れば、コイル全体として冷却が進むため、マルテンサイトに変態した部位が、局所的に温度上昇するのを防ぐことができるためである。巻取り開始までの好ましい時間は２５秒以内である。なお、本発明で言う、圧延終了とは、鋼材の後端部がロールから排出された瞬間を言い、巻取り開始とはマルエージング鋼帯の先端部が巻取り装置に噛みこまれた瞬間を言う。
また、コイルへの巻取り終了までの時間も早い方がコイル全体として冷却を進ませることができるため、５分以内に巻取りを終了させることと良い。好ましくは４分以下である。
【００１６】
上述した条件に加えて、本発明においては、巻取り終了から２分経過後のコイルにおいて、コイル外周面幅方向中央部の温度と、コイル内周面の幅方向中央部の温度と、およびコイル中央部の側面の温度とが、何れもＭｓ点を超えて７００℃以下であり、且つ、温度差は３００℃以内とするのが好ましい。
上述した通り、冷却後の温度上昇による局所的なエージング効果は、マルテンサイト変態の後で起こるため、コイル一体として冷却していきマルテンサイト変態させれば、これを防ぐことができる。そのためには、巻取り完了直後に全体がＭｓ点を超えていることが必要であり、全体を代表する部分として、上記３点よりこれを規定した。
また、コイルが７００℃を超えていたり、温度差が３００℃を超えていると、冷却工程でのコイルの表面と内部との温度差が大きくなり、コイルの内部と表面とで硬度のむらが生じるおそれがある。
なお、上記の温度とするには、上記の熱間圧延終了温度の調整、巻取り開始時間の調整に加えて、例えば、通常行われているランナウトテーブル上での強制的な水冷を行わない方法により、実現できる。また、もし、７００℃を超えるおそれのある場合は、マルエージング鋼帯を巻取っている最中に適量の水を放水してシャワー冷却による温度調整を行っても良い。
【００１７】
なお、上述した本発明で言うコイル内面とは、図１に示すコイル１のうち、熱間圧延後のマルエージング鋼帯が最初に巻取られるマルエージング鋼帯先端部３が位置するコイルの内側表面をコイル内面５と言い、コイル外面４とは、熱間圧延後のマルエージング鋼帯が最後に巻取られるマルエージング鋼帯後端部２が位置するコイルの外側表面を言う。また、コイル中央部６とは、コイルの厚さ方向のほぼ半分の厚さの領域を言う。
上記の３ヶ所の測定は、コイル内面及び外面はマルエージング鋼帯の幅方向中央部を測定する。これは、コイル中央部の保有熱により復熱（温度上昇）するのがマルエージング鋼帯の幅方向中央部付近が最も激しいからである。また、コイル中央部の温度測定はコイルの側面から行う。
なお、これら３ヶ所の温度測定は、赤外線サーモグラフィで行うのが簡便である。
【００１８】
なお、本発明で用いることができるマルエージング鋼の組成の一例を示すと、質量％でＣ：０．１５％以下、Ｎｉ：８〜２２％、Ｃｏ：３〜２０％、Ｍｏ：２〜９％、Ｔｉ：０〜２％、Ａｌ：２．５％以下、Ｃｒ：０〜４％、酸素：１０ｐｐｍ未満、窒素：１５ｐｐｍ未満を含有し、残部はＦｅと不純物でなるものを用いると良い。また、更に、選択元素として、Ｍｇ：０．０１％以下、Ｃａ：０．０１％以下、Ｂ：０．０１％以下の何れか１種または２種以上を含有しても良い。
【実施例】
【００１９】
以下の実施例で本発明を更に詳しく説明する。
真空溶解で消耗電極を製造し、前記消耗電極を用いて真空アーク再溶解を行って、マルエージング鋼塊を得た。得られたマルエージング鋼塊を熱間鍛造を行って厚さ６０ｍｍの熱間圧延用のマルエージング鋼素材とした。
表２にマルエージング鋼塊の組成を示す。なお、Ｍｓ点は２２０℃である。【００２０】
【表２】
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【００２１】
熱間圧延は、厚さ６０ｍｍの熱間圧延用のマルエージング鋼素材を用いて行った。なお、ランナウトテーブル上での強制的な水冷は行わなかった。また、コイル状に巻取る最中にはシャワー冷却を実施した。
コイルの温度測定については赤外線サーモグラフィで測定した。巻取ったマルエージング鋼コイルの温度は２６０〜４１０℃であり、マルエージング鋼帯全長にわたりＭｓ点を超える温度であった。また、マルエージング鋼コイルがＭｓ点以下の温度に冷却した後は、再びＭｓ点を超える温度に復熱しなかった。
熱間圧延終了温度、熱間圧延後のマルエージング鋼帯の厚さ、熱間圧延終了からコイル状に巻取りを開始までの時間、巻取り終了直後のコイルの温度と時間経過による温度変化を表３、表４に示す。なお、表３に示す３ヶ所の温度測定のうち、「内面」及び「外面」は、図１で示すコイル内面５及びコイル外面４であり、且つ、マルエージング鋼帯の幅方向の中央付近の測定温度である。また、「中央」は、図１で示すコイル側面のコイル中央部６を測定した結果である。
硬さの測定は、冷却終了後にコイルを解き、前記の「内面」、「外面」及び「中央」に相当する箇所のマルエージング鋼帯から硬さ測定用試験片を採取した。採取した硬さ測定用試験片の酸化スケールを除去し、更に研磨を行って、表面側から硬さを測定したものである。【００２２】
【表３】
2012128272.tif 000005
【００２３】
【表４】
2012128272.tif 000006
【００２４】
上記に示す通り、熱間圧延終了温度を本発明で規定する範囲内としているため、コイル内の温度差を小さくすることができた。
また、本発明で規定した巻取り方法で得られたマルエージング鋼帯は、局所的なエージング効果による硬さの上昇による、硬さむらも見られず、変形等の形状不良も見られなかった。
また、本発明で規定した巻取り方法で得られたマルエージング鋼帯は、全長にわたり３５０ＨＶ以下の硬さとすることが可能であった。特に、硬さのばらつきはコイル全長にわたり、２０ＨＶ以内であり、硬さも均一とすることができた。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明の製造方法は金属組織の変態点を有する材料に対し、熱間圧延・巻取り時の硬さ変化の問題を持つ素材への適用が可能である。
【符号の説明】
【００２６】
１  コイル
２  マルエージング鋼帯後端部
３  マルエージング鋼帯先端部
４  コイル外面
５  コイル内面
６  コイル中央部
【図１】
2012128272.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成25年2月19日(2013.2.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルエージング鋼の素材を１０５０〜１３００℃に加熱した後、熱間圧延を行い、マルエージング鋼帯を得た後、該マルエージング鋼帯を巻き取ってコイルとする熱間圧延マルエージング鋼帯の巻取り方法において、
前記熱間圧延の終了温度を７００℃以上９００℃未満とし、
巻取り終了から２分経過後のコイルにおいて、コイル外周面幅方向中央部の温度、コイル内周面の幅方向中央部の温度およびコイル中央部の側面の温度が、何れもＭｓ点を超えて７００℃以下になるようにコイルに巻き取り、
それにより、前記マルエージング鋼帯を巻取ったマルエージング鋼コイルの温度を、マルエージング鋼帯全長にわたりＭｓを超える温度に保持し、その後、前記マルエージング鋼コイルがＭｓ点以下の温度に冷却した後は、再びＭｓ点を超える温度に復熱させないことを特徴とする熱間圧延マルエージング鋼帯の巻取り方法。
【請求項２】
マルエージング鋼帯を得た後、熱間圧延終了から３０秒以内に前記マルエージング鋼帯をコイル状に巻取ることを開始し、且つ、５分以内に巻取りを終了させることを特徴とする請求項１に記載の熱間圧延マルエージング鋼帯の巻取り方法。
【請求項３】
前記巻取り終了から２分経過後のコイルにおいて、前記コイル外周面幅方向中央部の温度、前記コイル内周面の幅方向中央部の温度および前記コイル中央部の側面の温度の温度差が、３００℃以内にあることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱間圧延マルエージング鋼帯の巻取り方法。
【手続補正書】
【提出日】平成25年6月25日(2013.6.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルエージング鋼の素材を１０５０〜１３００℃に加熱した後、熱間圧延を行い、マルエージング鋼帯を得た後、該マルエージング鋼帯を巻き取ってコイルとする熱間圧延マルエージング鋼帯の巻取り方法において、
前記熱間圧延の終了温度を７００℃以上９００℃未満とし、
巻取り終了から２分経過後のコイルにおいて、コイル外周面幅方向中央部の温度、コイル内周面の幅方向中央部の温度およびコイル中央部の側面の温度が、何れもＭｓ点を超えて７００℃以下になり、前記コイル外周面幅方向中央部の温度、前記コイル内周面の幅方向中央部の温度および前記コイル中央部の側面の温度の温度差が３００℃以内になるようにコイルに巻き取り、
それにより、前記マルエージング鋼帯を巻取ったマルエージング鋼コイルの温度を、マルエージング鋼帯全長にわたりＭｓを超える温度に保持し、その後、前記マルエージング鋼コイルがＭｓ点以下の温度に冷却した後は、再びＭｓ点を超える温度に復熱させないことを特徴とする熱間圧延マルエージング鋼帯の巻取り方法。
【請求項２】
マルエージング鋼帯を得た後、熱間圧延終了から３０秒以内に前記マルエージング鋼帯をコイル状に巻取ることを開始し、且つ、５分以内に巻取りを終了させることを特徴とする請求項１に記載の熱間圧延マルエージング鋼帯の巻取り方法。
【国際調査報告】
2012128272.tif 000008
2012128272.tif 000009