(57)【要約】【課題】YSが210MPa未満、Elが49%以上、YRが50%未満の冷間加工性に優れた鋼板およびその製造方法を提供する。【解決手段】質量%で、C:0.40〜0.80%、Si:0.20〜2.00%、Mn:0.50超〜1.50%、Al:0.001〜0.150%、P:0.018%以下、S:0.010%以下、N:0.0050%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、フェライトとグラファイトとセメンタイトを含む組織を有し、かつ組織全体に占めるフェライトとグラファイトとセメンタイトの体積率の合計が95%以上、グラファイトとセメンタイト全体に占めるグラファイトの体積率(グラファイト化率)が40%以上、グラファイトとセメンタイト全体に占めるフェライト粒内に存在するグラファイトとセメンタイトの体積率の合計が15%以下である冷間加工性に優れた鋼板。【選択図】図1
2010007107.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量%で、C:0.40〜0.80%、Si:0.20〜2.00%、Mn:0.50超1.50%以下、Al:0.001〜0.150%、P:0.018%以下、S:0.010%以下、N:0.0050%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、フェライトとグラファイトとセメンタイトを含む組織を有し、かつ組織全体に占めるフェライトとグラファイトとセメンタイトの体積率の合計が95%以上、グラファイトとセメンタイト全体に占めるグラファイトの体積率(グラファイト化率)が40%以上、グラファイトとセメンタイト全体に占めるフェライト粒内に存在するグラファイトとセメンタイトの体積率の合計が15%以下であることを特徴とする冷間加工性に優れた鋼板。
【請求項２】
さらに、質量%で、Ti:0.10%以下、Nb:0.05%以下、Zr:0.050%以下、B:0.01%以下のうちから選ばれた少なくとも1種を含有する成分組成を有することを特徴とする請求項1に記載の冷間加工性に優れた鋼板。
【請求項３】
請求項1または2に記載の成分組成を有する鋼を、800〜950℃の仕上温度で熱間圧延して熱延板とし、前記熱間圧延後の熱延板を、50℃/s以上の平均冷却速度で600℃以下の冷却停止温度まで冷却後、550℃以下の巻取温度で巻取り、前記巻取り後の熱延板を、720℃以下の焼鈍温度で焼鈍することを特徴とする冷間加工性に優れた鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、板ばねや耕耘機の爪などに好適な降伏強度YSが210MPa未満、全伸びElが49%以上、降伏比YR(=YS/TS×100；TSは引張強度)が50%未満の冷間加工性に優れた鋼板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
耕耘機の爪には、土砂、泥土、粘土などに対する耐摩耗性が要求されるため、JIS G 4801に規定されているばね鋼鋼材SUP6相当の鋼板が素材として用いられている。この鋼板は、電気炉もしくは転炉などによってSUP6相当の成分範囲に溶製された鋼を鋳造もしくは分塊圧延によってブルームやビレットとし、加熱後熱間圧延機によって厚さ6〜12mm、幅50〜100mm、長さ6〜10mのサイズの鋼板(フラットバー)として製造される。そして、耕耘機の爪は、この鋼板から長さ200〜250mmの小片を切り出し、所定の形状に熱間加工後、耐摩耗性を付与するためにオーステナイト域まで加熱し、焼入れ処理を施し、さらに耐衝撃性を付与するために焼戻し処理を施して製造される。
【０００３】
近年、省エネルギー化や省力化の観点から、上記の熱間加工を冷間加工で代替することが検討されており、特許文献1には、耕耘機の爪の素材として冷間加工性と靱性、さらに焼入れ性に優れた鋼板が提案されている。この鋼板は、C:0.40〜0.80wt%、Si:0.20〜2.00wt%、Mn:0.50超〜1.50wt%、Al:0.001〜0.150wt%、P:0.018wt%以下、S:0.010wt%以下、N:0.0050wt%以下、あるいはさらにTi:0.10wt%以下、Nb:0.05wt%以下、Zr:0.050wt%以下およびB:0.01wt%以下のうち1種または2種以上を含む成分を有する鋼を仕上温度500〜800℃で熱間圧延し、巻取り後、500〜750℃で1〜200時間焼鈍して製造され、フェライトとグラファイトが主体の組織とし、グラファイト化率を40%以上にしてTSが60kgf/mm2以下となるように軟質化を図って優れた冷間加工性と靭性が、さらに、グラファイト粒径を10μm以下に微細化して優れた焼入れ性が付与されている。
【特許文献１】特公平8-30241号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、最近、素材である鋼板の冷間加工性、特に形状凍結性に対する要求は益々厳しくなっており、特許文献1に記載の冷間加工性に優れた鋼板ではそうした要求に十分に応えられず、より低YS、高Elで、しかも低YRの鋼板が求められている。
【０００５】
本発明は、このような要求に鑑み、YSが210MPa未満、Elが49%以上、YRが50%未満の冷間加工性に優れた鋼板およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、YSが210MPa未満、Elが49%以上、YRが50%未満とできる条件について検討を重ねた結果、鋼組織をフェライトとグラファイトとセメンタイトを含む組織とし、グラファイトとセメンタイト全体に占めるグラファイトの体積率、すなわちグラファイト化率を40%以上とした上で、フェライト粒内に存在するセメンタイトとグラファイトの合計の体積率を15%以下にすることが効果的であることを見出した。
【０００７】
本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、質量%で、C:0.40〜0.80%、Si:0.20〜2.00%、Mn:0.50超1.50%以下、Al:0.001〜0.150%、P:0.018%以下、S:0.010%以下、N:0.0050%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、フェライトとグラファイトとセメンタイトを含む組織を有し、かつ組織全体に占めるフェライトとグラファイトとセメンタイトの体積率の合計が95%以上、グラファイトとセメンタイト全体に占めるグラファイトの体積率(グラファイト化率)が40%以上、グラファイトとセメンタイト全体に占めるフェライト粒内に存在するグラファイトとセメンタイトの体積率の合計が15%以下であることを特徴とする冷間加工性に優れた鋼板を提供する。
【０００８】
本発明の鋼板には、さらに、質量%で、Ti:0.10%以下、Nb:0.05%以下、Zr:0.050%以下、B:0.01%以下のうちから選ばれた少なくとも1種が含有されることが好ましい。
【０００９】
本発明の鋼板は、上記の成分組成を有する鋼を、800〜950℃の仕上温度で熱間圧延して熱延板とし、前記熱間圧延後の熱延板を、50℃/s以上の平均冷却速度で600℃以下の冷却停止温度まで冷却後、550℃以下の巻取温度で巻取り、前記巻取り後の熱延板を、720℃以下の焼鈍温度で焼鈍する方法により製造できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、YSが210MPa未満、Elが49%以上、YRが50%未満の冷間加工性に優れた鋼板を製造できるようになった。本発明の鋼板は、非常に低いYSを有しているため、冷間加工性、特に形状凍結性に優れるのみならず、冷間加工に用いる工具寿命の延命化にも効果的である。また、YRが低いので、YSに比してTSが高く、冷間加工後部分的に焼入れを行う用途に対しても、非焼入れ部の強度を確保できる点でも好ましい素材といえる。
【００１１】
また、本発明の鋼板は、上記した耕耘機爪をはじめ、良好な冷間加工性と焼入れ後の耐磨耗性が要求される用途、例えば工具や自動車部品などの用途の素材としても適用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明である冷間加工性に優れた鋼板およびその製造方法について詳細に説明する。なお、成分の量を表す「%」は、特に断らない限り「質量%」を意味する。
【００１３】
1)成分組成
C:0.40〜0.80%
Cは、焼入れ性を確保し、耕耘機の爪などに優れた耐摩耗性を付与する上で不可欠の元素である。そのため、C量は0.40%以上とする必要がある。一方、Ｃ量が0.80％を超えると焼入れ性の向上効果がほぼ飽和する反面、耐衝撃特性が劣化して耕耘作業中に爪の基部の破損を招く場合がある。したがって、C量は0.40〜0.80%とする。
【００１４】
Si:0.20〜2.00%
Siは、固溶強化によってCによる焼入れ強化だけでは達成できない高強度化を可能にし、耐摩耗性を向上させるとともに、セメンタイトのグラファイト化を促進して低YS、高El、低YR化を図り、冷間加工性を向上させる。そのため、Si量は0.20%以上とする必要がある。一方、Si量が2.00％を超えると上記効果は飽和し、かえって製造コストの増加を招く。したがって、Si量は0.20〜2.00%とする。
【００１５】
Mn:0.50超え1.50%以下
Mnは、焼入れ性を向上させる元素であり、特に、焼入れ処理時の臨界冷却速度を大きく下げるので焼入れ歪を防止する上で有効である。そのため、Mn量は0.50%超とする必要がある。一方、Mn量が1.50%を超えると鋼の鋳造後の冷却割れ感受性が大きくなって表面欠陥が発生し易くなる。したがって、Mn量は0.50%超1.50%以下とする。
【００１６】
Al:0.001〜0.150%
Alは、固溶Nと結合してAlNを形成し、後述するNのセメンタイトを安定化させてグラファイト形成を阻害する作用を除く効果を有する。そのため、Al量は0.001%以上、好ましくは0.005%以上とする必要がある。一方、Al量が0.150%を超えると焼入れ性が阻害される。したがって、Al量は0.001〜0.150%、好ましくは0.005〜0.150%とする。
【００１７】
P:0.018%以下
P量が0.018%を超えるとPの粒界偏析などにより焼入れ性や冷間加工性が低下したり、セメンタイトが安定化してグラファイト形成が阻害される。したがって、P量は0.018%以下とする。
【００１８】
S:0.010%以下
S量が0.01%を超えるとMnSなどの非金属介在物が形成されて冷間加工性が低下するとともに、セメンタイトが安定化してグラファイト形成が阻害される。したがって、S量は0.010%以下とする。
【００１９】
N:0.0050%以下
N量が0.0050%を超えるとセメンタイトが安定化してグラファイト形成が阻害される。したがって、N量は0.0050%以下とする。
【００２０】
残部はFeおよび不可避的不純物であるが、以下の理由で、Ti:0.10%以下、Nb:0.05%以下、Zr:0.050%以下、B:0.01%以下のうちから選ばれた少なくとも1種が含有されることが好ましい。
【００２１】
Ti:0.10%以下
Tiは、窒化物形成元素であり、グラファイト形成に有害な固溶Ｎを窒化物として固定する。そのため、Ti量は0.01%以上とすることが好ましく、より好ましくは0.02%以上であるが、0.10%を超えるとその効果が飽和し、製造コストの増加を招く。したがって、Ti量は0.10%以下とする。
【００２２】
Nb:0.05%以下
Nbは、Tiと同様、窒化物形成元素であり、グラファイト形成に有害な固溶Ｎを窒化物として固定する。そのため、Nb量は0.01%以上とすることが好ましいが、0.05%を超えるとその効果が飽和し、製造コストの増加を招く。したがって、Nb量は0.05%以下とする。
【００２３】
Zr:0.050%以下
Zrは、TiやNbと同様、窒化物形成元素であり、グラファイト形成に有害な固溶Ｎを窒化物として固定する。そのため、Zr量は0.005%以上とすることが好ましく、より好ましくは0.01%以上であるが、0.050%を超えるとその効果が飽和し、製造コストの増加を招く。したがって、Zr量は0.050%以下とする。
【００２４】
B:0.01%以下
Bは、Ti、NbおよびZrと同様、窒化物形成元素であり、グラファイト形成に有害な固溶Ｎを窒化物として固定する。そのため、B量は0.0005%以上とすることが好ましいが、0.01%を超えるとその効果が飽和し、製造コストの増加を招く。したがって、B量は0.01%以下とする。
【００２５】
2)組織
鋼板の軟質、高延性化を図り、冷間加工性を向上させるには、特許文献1に記載されているように、フェライトとグラファイトとセメンタイトを含む組織とし、組織全体に占めるフェライトとグラファイトとセメンタイトの体積率の合計を95%以上とし、かつグラファイト化率を40%以上にする必要がある。このとき、本発明では、グラファイト化率が100%、すなわちセメンタイトが全てグラファイト化した場合も、同様な効果が得られるので、含むものとする。フェライト、グラファイト、セメンタイトの体積率の合計が95%未満、すなわちこれら以外の相、例えばパーライトやベイナイトの体積率が5%を超えると、冷間加工性が低下する。また、グラファイト化率が40％未満では、優れた冷間加工性が得られない。
【００２６】
ここで、フェライト、グラファイト、セメンタイトの体積率は、次のようにして求めた。すなわち、鋼板の圧延方向の板厚断面の板厚1/4位置を研磨後、ナイタール腐食し、光学顕微鏡により、倍率400倍で1視野あたり5箇所、10視野(合計50箇所)を観察し、これら画像をMedia Cybernetics社製の画像解析ソフト“Image Pro Plus ver.4.0”で画像解析処理して、フェライト、グラファイト、セメンタイトの面積を求め、その全観察面積に占める割合(面積率)をフェライト、グラファイト、セメンタイトの各々の体積率とした。また、グラファイトの面積(Sgr)の、グラファイトの面積(Sgr)とセメンタイトの面積(Scm)の和に占める割合(面積率)をグラファイトの体積率(グラファイト化率)とした。すなわち、グラファイト化率(%)は下記の式で表せる。
グラファイト化率={Sgr/(Sgr+Scm)}×100
しかし、こうしたフェライトとグラファイトとセメンタイトの体積率の合計やグラファイト化率を制御しただけでは、必ずしも本発明の目標とする210MPa未満のYS、49%以上のEl、50%未満のYRが得られない。この目標を達成するには、さらに、フェライト粒内に存在するセメンタイトとグラファイトの合計の体積率を15%以下、好ましくは10%以下とする必要がある。
【００２７】
本発明者らは、低YS化、高El化を図るために種々の検討を行った。以下に検討の一例を示す。C:0.62%、Si:1.68%、Mn:0.88%、P:0.004%、S:0.0013％、Al:0.008%、N:0.0013%、残部Feおよび不可避的不純物からなる鋼スラブを1150℃に加熱後、5パスの粗圧延を行い、7パスの仕上圧延を仕上温度870℃で行って板厚8.0mmの熱延板とし、巻取温度520℃で巻取った後、酸洗し、720℃で50hrのバッチ焼鈍を施した。このとき、セメンタイトとグラファイトの量や分布状態を変える目的で、仕上圧延後巻取温度までの温度域を、平均冷却速度を空冷(5℃/s)〜200℃/sの範囲で変えて冷却した。そして、以下のようにして組織および引張特性値(YS、El、YR)を調査した。
【００２８】
組織：上記と同様に圧延方向平行断面の板厚1/4位置を研磨・ナイタール腐食後、断面5箇所、各箇所で400倍の倍率で10視野(合計50視野)にわたり光学顕微鏡で観察し、上記した画像解析ソフトを用い、フェライト粒界上に存在するセメンタイトとグラファイトおよびフェライト粒内に存在するセメンタイトとグラファイトを識別し、フェライト粒界上に存在するセメンタイトとグラファイトの占有面積Son、およびフェライト粒内に存在するセメンタイトとグラファイトの占有面積Sinを測定し、次式からフェライト粒内に存在するセメンタイトとグラファイトの面積率を求め、それをセメンタイトとグラファイト全体に占めるフェライト粒内に存在するセメンタイトとグラファイトの体積率V(%)とした。すなわち、V(%)は下記の式で表せる。
V={Sin/(Son+Sin)}×100
なお、ここで、一部でもフェライト粒界上に存在する部分を有するセメンタイト粒あるいはグラファイト粒は、その一つのセメンタイト粒あるいはグラファイト粒全体の面積を、フェライト粒界上に存在するセメンタイト粒あるいはグラファイト粒の占有面積として測定し、また、フェライト粒界上に存在する部分を有しないセメンタイトあるいはグラファイト粒の面積を、フェライト粒内に存在するセメンタイト粒あるいはグラファイト粒の占有面積として測定した。
【００２９】
引張試験：圧延方向に沿ってJIS 5号引張試験片を採取し、引張試験を実施し、YS、El、YR(=YS/TS×100)を求めた。なお、各条件につき2回引張試験を実施して平均値を求め、それを鋼板の特性値とした。
【００３０】
図1に、フェライト粒内に存在するセメンタイトとグラファイトの体積率VとYRとの関係を示す。図1に示すようにVが15%以下になると50%未満のYRが得られ、またこの場合、210MPa未満のYS、49%以上のElも得られており、冷間加工性、特に形状凍結性に極めて優れていることがわかる。
【００３１】
上記のような検討をもとに種々検討した結果、発明者らは、優れた冷間加工性を確保するためには、フェライト粒内に存在するセメンタイトとグラファイトの合計の体積率を15%以下とする必要があり、より好ましくは10%以下とする必要があることを見出したのである。このように組織を規定することにより、良好な冷間加工性が得られる理由の詳細は不明であるが、粒界、粒内のセメンタイトやグラファイトの分布の違いが関与しているものと考えられる。すなわち、フェライト粒界ではフェライト粒内に比べ炭素の拡散速度が速いため、凝集度粗大化がフェライト粒内よりも促進され、フェライト粒界上のセメンタイトやグラファイトは、フェライト粒内のそれらよりも粗大化しやすく、各セメンタイト粒、グラファイト粒の間隔が広くなりやすい。このため、セメンタイトとグラファイトのフェライト粒内に存在する比率を小さくして、フェライト粒界に存在する比率を大きくした場合に、良好な冷間加工性が得られるものと考えられる。
【００３２】
3)製造条件
以下に、本発明の鋼板の好ましい製造条件を示す。なお、本発明の鋼板の製造方法は下記に限定されるものではない。
【００３３】
熱間圧延時の仕上温度:800〜950℃
熱間圧延時の仕上温度は、800℃未満では、圧延負荷の増大が著しくなり、950℃を超えると、生成するスケールが厚くなり酸洗性が低下するとともに、鋼板表層に脱炭層が生じる場合があるので、800〜950℃とする。
【００３４】
熱間圧延後の平均冷却速度:50℃/s以上
熱間圧延後の鋼板を、直ちに後述する冷却停止温度まで50℃/s以上の平均冷却速度で冷却すれば、熱間圧延でオーステナイト中に導入された圧延歪が、変態後の組織中に残存しやすくなり転位密度の増加をもたらす。その結果、グラファイト化のための核生成サイトが増加し、焼鈍時に転位を核としたグラファイト形成が容易となる。また、50℃/s以上の平均冷却速度で冷却すれば、初析フェライトの生成が抑制されてフェライトとセメンタイトが微細に析出する。そのため、巻取り後に行われる焼鈍時にフェライト粒界にCが拡散しやすくなり、フェライト粒界上にあるセメンタイトの凝集・粗大化さらにはグラファイト化が促進され、フェライト粒内のセメンタイトやグラファイトが減少して上記したように低YS化等冷間加工性の向上が図れる。以上のことから、平均冷却速度は50℃/s以上、好ましくは80℃/s以上とする。平均冷却速度の上限は、特に規定する必要はないが、鋼板の形状の劣化を抑制して鋼板の形状を確保するため、200℃/s以下とすることが好ましい。
【００３５】
熱間圧延後の冷却における冷却停止温度:600℃以下
上記のような冷却速度によって冷却する必要のある最低温度、すなわち冷却停止温度は、600℃を超えると、巻取りまでの冷却中に初析フェライトが生成するとともに、パーライトが生成し、巻取り後の焼鈍時にフェライト粒内に存在するセメンタイトやグラファイトが増加して、YSの増大等冷間加工性の低下を招くので、600℃以下、好ましくは550℃以下とする。冷却停止温度の下限は、特に規定する必要はないが、鋼板の形状を確保するため、200℃以上とすることが好ましい。
【００３６】
巻取温度:550℃以下
冷却後の熱延板は直ちに巻取られるが、そのとき、巻取温度が550℃を超えると、パーライトが生成し、焼鈍時にフェライト粒内に存在するセメンタイトやグラファイトが増加して、YSの増大等冷間加工性の低下を招く。そのため、巻取温度は550℃以下とする。なお、上記した熱間圧延後の冷却の効果を十分に得るには、巻取温度は冷却停止温度よりも低温とすることが好ましい。また、熱延板の形状が劣化しやすいため、鋼板の形状を確保する上では巻取温度は200℃以上とすることが好ましく、より好ましくは450℃超えである。
【００３７】
焼鈍温度:720℃以下
巻取り後の熱延板には、酸洗などでスケール除去後、セメンタイトの球状化やグラファイト化を促進して、軟質化を図るために焼鈍が施される。そのとき、焼鈍温度は、720℃を超えると、冷却中にパーライトが生成し、冷間加工性の低下等を招くので、720℃以下とする。また、焼鈍温度が600℃未満では、フェライト粒内に存在するセメンタイトやグラファイトが多くなり、YSの増大等を招く傾向にあるので、焼鈍温度は600℃以上とすることが好ましい。
【００３８】
なお、焼鈍時間は、特に限定する必要はないが、グラファイトを形成させ、フェライト粒内のセメンタイトやグラファイトを少なくするためには8hr以上とすることが、また、フェライト粒が過度に粗大化して、Elの低下を招く恐れがあるため、100hr以下とすることが好ましい。
【００３９】
本発明の鋼を溶製するには、転炉、電気炉どちらも使用可能である。こうして溶製された鋼は、造塊-分塊圧延または連続鋳造によりスラブとされる。スラブは、通常、加熱(再加熱)された後、熱間圧延される。なお、連続鋳造で製造されたスラブの場合は、そのままあるいは温度低下を抑制する目的で保熱しつつ圧延する直送圧延を適用してもよい。スラブを再加熱して熱間圧延する場合は、スケールによる表面状態の劣化を避けるためにスラブ加熱温度を1280℃以下とすることが好ましい。熱間圧延は、粗圧延を省略して仕上圧延だけで行うこともできる。仕上温度を確保するため、熱間圧延中にシートバーヒータ等の加熱手段により被圧延材の加熱を行ってもよい。熱延板の板厚は、本発明の製造条件が維持できる限りにおいて特に制限はないが、1.0〜10.0mmが好適である。熱延板は、酸洗またはショットブラスト等により表面のスケールを除去後、熱延板焼鈍される。焼鈍後の鋼板は、必要に応じて調質圧延を行うことができる。
【実施例】
【００４０】
表1に示す組成の鋼No.A〜Uのスラブを1250℃に加熱し、表2に示す熱延条件にて熱間圧延し、酸洗後、同じく表2に示す焼鈍条件にて焼鈍を行い、板厚8.0mmの鋼板No.1〜32を作製した。そして、上記の方法により、グラファイト化率、セメンタイトとグラファイト全体に占めるフェライト粒内に存在するセメンタイトとグラファイトの体積率V、引張特性値を求めた。
【００４１】
結果を表3に示す。本発明例の鋼板はいずれも、YSが210MPa未満、Elが49%以上、YRが50%未満であり、冷間加工性、特に形状凍結性に優れていることがわかる。なお、本発明例の鋼板の組織は、表3に示すように、ほぼフェライトとセメンタイトおよびグラファイトからなり、これらの合計の体積率が95%以上であることを確認した。また、本発明例の鋼板では、焼入れ性も問題ないことを確認した。
【００４２】
【表１】
2010007107.tif 000003
【００４３】
【表２】
2010007107.tif 000004
【００４４】
【表３】
2010007107.tif 000005
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】フェライト粒内に存在するセメンタイトとグラファイトの体積率VとYRとの関係を示す図である。
【図１】
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