(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｂ：０．００１〜０．０２重量％、Ｎ：０．０２重量％以下、Ｔｉ：０．００５〜０．５重量％、Ｃ：０．２〜１．０重量％、Ｓｉ：２．１〜３．５重量％、Ｍｎ：０．３〜１．０重量％、Ａｌ：０．１重量％以下、Ｐ：０．０２重量％以下、Ｓ：０．０２重量％以下、Ｃｒ：０．１〜１．５重量％、Ｎｉ：０．０１〜１．０重量％、Ｃｕ：０．０１〜１．０重量％、Ｏ：０．００２０重量％以下、Ｖ：０．００５〜０．５重量％、及びＮｂ：０．００５〜０．５重量％を含み、残部がＦｅ及び不可避な不純物からなり、
鋼材の表面に形成された厚さ３μｍ以上のＢ濃化層を含み、
ベイナイト及びマルテンサイトの面積分率が５％未満である、表面脱炭が抑制された鋼材。
【請求項２】
前記Ｂ濃化層は、Ｂ含量が鋼材の平均組成の１０倍以上の領域である、請求項１に記載の表面脱炭が抑制された鋼材。
【請求項３】
Ｂ：０．００１〜０．０２重量％、Ｎ：０．０２重量％以下、Ｔｉ：０．００５〜０．５重量％、Ｃ：０．２〜１．０重量％、Ｓｉ：２．１〜３．５重量％、Ｍｎ：０．３〜１．０重量％、Ａｌ：０．１重量％以下、Ｐ：０．０２重量％以下、Ｓ：０．０２重量％以下、Ｃｒ：０．１〜１．５重量％、Ｎｉ：０．０１〜１．０重量％、Ｃｕ：０．０１〜１．０重量％、Ｏ：０．００２０重量％以下、Ｖ：０．００５〜０．５重量％、及びＮｂ：０．００５〜０．５重量％を含み、残部がＦｅ及び不可避な不純物からなる鋼材を、オーステナイト＋フェライト２相域で０．５〜２５℃／ｓの冷却速度で冷却する段階を含む、表面脱炭が抑制された鋼材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面脱炭が抑制された鋼材及びその製造方法に関し、より詳細には、表面にホウ素（Ｂ）濃化層を形成することにより炭素（Ｃ）と雰囲気中の酸素との接触が防止されて脱炭が抑制される鋼材及び当該鋼材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、限定された石油エネルギーの効率的な使用及び油価急騰による経済性確保のために、鋼材の高強度化が強く求められている。このような高強度化は、多様な製品に用いられる鋼材の部品数を減らし、高機能化を可能にするため、自動車等の石油消費の多い製品の燃費を向上させ、エネルギーコストを減らすのに大きな役割をすることができる。
【０００３】
鋼材の強度を確保するために最も一般的に添加される元素としてはＣがあり、特に、自動車部品に用いられる鋼材には一定水準以上のＣが含まれる。しかしながら、上記のような部品等の材料として用いられる高強度構造用鋼材では、製造時に材料の表層で脱炭が生じる場合が頻繁にある。上記脱炭現象は、Ｃの固溶度の高いオーステナイト組織からＣの固溶度の殆どないフェライト組織への変態の際に、Ｃの活動度が高くなり、活動度の高いＣが鋼材の表面で雰囲気中の酸化性ガスと接触し反応することにより生じる。即ち、このような脱炭現象は、Ｃの十分な拡散が可能な高温域で材料を長時間熱処理する場合、鋼材の内部に存在するＣ原子が、鋼の表面層まで拡散によって早く移動し、大気雰囲気中の酸化性ガスと接触することにより多く発生する。高強度構造用鋼材の製造時、材料の表層に上記脱炭等によって脱炭組織に代表される表面欠陥組織が存在するようになると、様々な問題点が生じることがある。即ち、表面に存在する脱炭組織は、母材に比べて硬度及び耐食性等が非常に低いため、当該脱炭組織が存在する鋼材は、高強度構造用鋼材としての機能が低下する。そして、絶えず繰り返し疲労を受ける高強度構造用鋼材では、このような表面脱炭層が、クラックの発生及び伝播の起点として作用するため、材料の短寿命化、即ち、早期破断に至ることになる等の、様々な致命的な問題が生じる。
【０００４】
したがって、脱炭の抑制のためには鋼材の製造時に高温域で材料を長時間保持しないことが好ましいが、金属の形状を制御し材質を確保するためには必然に圧延や鍛造等の高温製造工程を経なければならない問題があるため、このような脱炭反応の回避は決して容易ではなく、これを効率的に抑制することが鍵となる。
【０００５】
また、材料の高強度化は、原価上昇を最小化する範囲でなされるべきであるため、従来は、高強度構造用鋼材に安価な合金元素であるＳｉが添加されることが多かった。しかしながら、Ｓｉは、Ｃと同じ４族元素で、当該Ｃと類似した挙動をするためＣの活動度を高める上、フェライト領域を安定させるため、フェライトが容易に形成されてＣの固溶度を減少させる役割をする。即ち、Ｓｉを添加すると、オーステナイトとフェライトとが共存する、いわゆる２相域が拡張されるが、当該２相域において鋼材の表面部のＣが酸化反応によって表層から抜ける現象が加速化されるため、広い２相域を長時間経由するようになり、脱炭反応が助長される。
【０００６】
このような問題点を解決するために、脱炭の深化域である２相域付近を早く回避することができる制御冷却パターンが導入されて用いられてきている。しかしながら、素材の冷却時、積置密度差によるコイル内の温度偏差等を制御するのが困難となり、特に、コイル重なり部等ではその温度偏差が次第に深化されて部分的な脱炭助長を完全に抑制することが困難となるという問題点が指摘されてきている。また、高強度化のためにＳｉを高含量で含む高Ｓｉ鋼材では、２相域の温度区間が一般鋼材に比べて大きく拡張されており、これを制御冷却速度のみで完全に回避することは困難であるため、根本的に鋼材自体の脱炭感度が抑制された鋼材を開発することが至急である。
【０００７】
このため、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎｉ等のスケール生成元素を鋼材内に添加して高温加熱時に必然に生成されるスケールの緻密度を高くし、母材との密着性を改善して鋼材の表層のＣ原子と酸化性ガスとの接触を遮断させる方法等が検討されている。しかしながら、母材とスケールとの密着性が減少して脱炭反応を完全に除去することができないという技術的な問題点がある。
【０００８】
上述したように、鋼材の製造時に表面脱炭を効果的に抑制することができる鋼材は、これまで開発されていないのが実情である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、表面に緻密な濃化層を形成させて雰囲気中の酸化性ガスと鋼材中のＣとの接触を遮断することができる鋼材及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するために、本発明の一側面による鋼材は、表面に厚さ３μｍ以上のＢ濃化層を含むことを特徴とする。
【００１１】
ここで、上記Ｂ濃化層は、Ｂ含量が鋼材の平均組成の１０倍以上の領域である。
【００１２】
上記鋼材は、Ｂ：０．００１〜０．０２重量％を含んでよい。
【００１３】
上記鋼材は、上記Ｂの成分に加え、Ｎ：０．０２重量％以下、Ｔｉ：０．００５〜０．５重量％をさらに含んでよい。
【００１４】
上記鋼材は、Ｃ：０．２〜１．０重量％、Ｓｉ：０．１〜３．５重量％、Ｍｎ：０．３〜１．０重量％、Ａｌ：０．１重量％以下、Ｐ：０．０２重量％以下及びＳ：０．０２重量％以下をさらに含んでよい。
【００１５】
上記鋼材は、上記成分に加え、Ｃｒ：０．１〜１．５重量％、Ｎｉ：０．０１〜１．０重量％、Ｃｕ：０．０１〜１．０重量％、Ｏ：０．００２０重量％以下、Ｖ：０．００５〜０．５重量％及びＮｂ：０．００５〜０．５重量％をさらに含むことができる。
【００１６】
本発明の他の側面による脱炭が抑制された鋼材の製造方法は、Ｂ：０．００１〜０．０２重量％を含む鋼材をオーステナイト＋フェライト２相域で０．５〜２５℃／ｓの冷却速度で冷却する段階を含むことを特徴とする。
【００１７】
また、上記鋼材は、上記成分に加え、Ｎ：０．０２重量％以下、Ｔｉ：０．００５〜０．５重量％をさらに含んでよい。
【００１８】
上記鋼材は、Ｃ：０．２〜１．０重量％、Ｓｉ：０．１〜３．５重量％、Ｍｎ：０．３〜１．０重量％、Ａｌ：０．１重量％以下、Ｐ：０．０２重量％以下及びＳ：０．０２重量％以下をさらに含んでよい。
【００１９】
上記鋼材は、上記成分に加え、Ｃｒ：０．１〜１．５重量％、Ｎｉ：０．０１〜１．０重量％、Ｃｕ：０．０１〜１．０重量％、Ｏ：０．００２０重量％以下、Ｖ：０．００５〜０．５重量％及びＮｂ：０．００５〜０．５重量％をさらに含むことができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明で提供する鋼材及びその製造方法によると、鋼材の表面にＢ濃化層が形成されるため、鋼材中のＣと雰囲気中の酸化性ガスとの接触が遮断され、脱炭を効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】比較例４、実施例３及び実施例４におけるＢ濃化層の形成結果を確認するためのＰＴＡ写真である。
【図２】冷却速度によるＢ濃化層と低温組織及びフェライト脱炭との関係を示す顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００２３】
本発明者らは、鋼材の表面に脱炭層が形成されることを防止するためには、鋼材中のＣ成分と雰囲気中の酸化性ガスとの接触が遮断されなければならないという点に着目して本発明を完成するに至った。特に、上記鋼材中のＣ成分と雰囲気中の酸化性ガスとの接触を遮断するにはＢ成分が効果的であることを見出した。
【００２４】
即ち、Ｂ成分は、鋼材の表層に緻密な濃化層を形成するため、Ｃ成分と雰囲気中の酸化性ガスとの接触を効果的に遮断することができる。特に、従来のＣｒ、Ｃｕ、Ｎｉ等のスケール形成元素に比べて微量でも十分な効果を発揮することができる上に脱炭の防止にも効果的である。本発明でＢ濃化層とは、線材の表層に形成されたＢの含量が他の部分より高い領域をいい、主に線材の最外郭に位置するスケール層を含み、場合によっては当該スケール層の直下に位置する線材の内部の一定深さまで形成されることもできる。したがって、本発明では、上記Ｂ濃化層を、Ｂ含量が鋼材の平均組成の１０倍以上の、表層から一定深さまでの領域と定義する。
【００２５】
本発明者らの研究結果によると、上記Ｂ濃化層の厚さは、３μｍ以上でなければならない。上記Ｂ濃化層の厚さが薄すぎると、それ自体が容易に分節（ｓｅｇｍｅｎｔ）され、分節された部分への酸素原子の浸透を防ぐことができないため、本発明の目的を達成することが困難となる。上記Ｂ濃化層は、Ｃと酸化性ガスとの接触の防止に有用な役割をするため、本発明では当該Ｂ濃化層の厚さの上限を特に制限することはない。但し、通常含まれるＢの含量を考慮すると、上記Ｂ濃化層は、１２０μｍを超える厚さでは生成されにくい。
【００２６】
したがって、本発明の一側面による鋼材は、表面に厚さ３μｍ以上のＢ濃化層を含むことを特徴とする。このようなＢ濃化層は、後続する加熱処理及び冷却工程中に生じる脱炭の抑制のみならず、上記鋼材の製造工程中に生じていた脱炭の抑制にも効果的である。即ち、上記濃化層は、鋼材の脱炭が生じやすい温度域又はそれ以上の温度域で形成され、冷却時に鋼材の脱炭を抑制したものである。
【００２７】
また、表面脱炭が抑制された鋼材でさえあれば、本発明で提供する鋼材の範疇に該当されるため、他の成分に特別な制限はない。但し、上記Ｂ濃化層が形成されるためには、Ｂ成分が鋼材内に十分に含まれなければならないため、後述するようにＢの含量を一定範囲内に制限することがより好ましい。
【００２８】
Ｂ：０．００１〜０．０２重量％
上述したように、上記Ｂは、Ｂ濃化層の源となるため、０．００１重量％以上含まれなければならない。また、上記Ｂは、濃化層を形成する役割以外にも、鋼材の焼入れ性を向上させる役割をする。しかしながら、本発明の対象となる機械構造用鋼材等では、鍛造や圧造加工等を行う前に十分な加工性を有するように鋼材が軟質である必要があるため、Ｂが含まれすぎると、徐冷して製造しても鋼材の内部にベイナイトやマルテンサイト等の低温組織が多量形成されて好ましくない。したがって、本発明では、上記Ｂの含量の上限を０．０２重量％とする。
【００２９】
このように、上記Ｂの含量を適宜制御する場合、本発明で目的とする効果が得られるため、本発明の一側面による鋼材は、上記Ｂ濃化層の厚さが３μｍ以上であり、このために、上記Ｂを０．００１〜０．０２重量％で含むことが好ましい。
【００３０】
しかしながら、上記Ｂは、鋼材内に存在するＮ成分と反応する場合、ＢＮ等の析出物を形成し、当該析出物は、当該Ｂが鋼材の表面に拡散されないように固定する役割をするため、上記Ｂ濃化層の形成の障害となる。したがって、上記Ｂは、Ｎによって固定されない、いわゆる有効Ｂ（又はＦｒｅｅ  Ｂ）の状態で存在することが好ましい。このためには、Ｔｉ及びＮを、後述する理由で、後述する範囲内に制御することがより好ましい。
【００３１】
Ｎ：０．０２重量％以下
Ｎは、大気中に８０％程度で多量に含まれる気体で、溶鋼と接触する場合、当該溶鋼に多量に含まれることがある元素である。しかしながら、上記Ｎが鋼中に含まれると、当該鋼中に存在するＢと反応してＢＮを形成し、上述したようにＢの拡散を抑制し固定するため、鋼材の表面に濃化層を形成することが困難となる。したがって、上記Ｎの含量は、制限される必要があるが、製鋼工程等の工程負荷を考慮すると、０．０２重量％以下に制限されることが好ましく、０．０１重量％以下に制限されることがより好ましい。
【００３２】
Ｔｉ：０．００５〜０．５重量％
上述したように、上記Ｎは、極力抑制されることが好ましいが、工程負荷を考慮すると、完全に除去することができないものである。このように不可避に鋼中に含まれるＮによる悪影響を最小化するためには、Ｔｉを添加することが好ましい。即ち、上記Ｔｉは、上記Ｂに優先して窒化物（ＴｉＮ、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）等）を形成することができるため、ＢＮが形成されることを抑制し、有効Ｂが多く残留することができるようにする。鋼中に含まれる上記Ｎの含量を考慮すると、上記Ｔｉが０．００５重量％以上含まれることが有効Ｂの確保に効果的である。このようなＴｉは、０．５重量％程度まで含まれると、上述した役割を十分に果たすことができ、それ以上に過量に添加されると、製造コスト上昇等の問題が生じることがある。
【００３３】
これにより、本発明の一側面によると、Ｂ濃化層の厚さ及びＢの含量を制御すると共にＴｉとＮとを上記比率で含むことを特徴とする鋼材を提供することができる。したがって、このような条件を満たせば、鋼材の他の成分に関係なく本発明の有利な効果が得られる。
【００３４】
但し、本発明をより具体化するために、本発明の有利な効果を得るのに適した鋼材の組成例を後述するが、本発明は、これに制限されるものではない。即ち、本発明の効果を得るのに適した鋼材の組成の一例として、上記Ｂ、Ｔｉ、Ｎを上述した範囲に制御すると共に、鋼材を構成する基本成分であるＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｐ、Ｓ等を後述する範囲で含む組成が挙げられる。
【００３５】
Ｃ：０．２〜１．０重量％
Ｃは、高強度鋼材の強度を確保するために添加される元素である。上記Ｃの含量が０．２重量％未満の場合は、十分な強度が確保されないため、高強度用鋼材に要求される強度の確保が困難となる。逆に、上記Ｃの含量が１．０重量％を超える場合は、初析セメンタイト組織が結晶粒界に沿って形成されて素材の亀裂が生じるため、疲労強度が非常に低下することがある。さらに、高強度化に伴う十分な靭性の確保及び高Ｓｉ添加による素材脱炭の発生の抑制が困難となるため、Ｃの含量は、０．２〜１．０重量％に制限されることが好ましい。
【００３６】
Ｓｉ：０．１〜３．５重量％
Ｓｉは、フェライト内に固溶されて母材の強度を強化させる効果を有する。しかしながら、上記Ｓｉの含量が０．１重量％未満の場合は、上述した効果を十分に上げることができないため、当該Ｓｉの含量の下限は、０．１重量％に制限される必要がある。上記Ｓｉの含量が３．５重量％を超える場合は、中心偏析の発生可能性が高くなり、熱処理時にＣの活動度（Ａｃｔｉｖｉｔｙ）を高めて表面脱炭を助長するため、当該Ｓｉの含量は０．１〜３．５重量％に制限されることが好ましい。
【００３７】
Ｍｎ：０．３〜１．０重量％
Ｍｎは、鋼材内に存在する場合、当該鋼材の強度の確保に有益な元素である。上記Ｍｎの含量が０．３重量％未満の場合は、高強度鋼材に要求される十分な強度を得ることが困難となり、１．０重量％を超える場合は、靭性が低下するため、当該Ｍｎの含量は０．３〜１．０重量％に制限されることが好ましい。
【００３８】
Ａｌ：０．１重量％以下
Ａｌの添加は、結晶粒度を微細化し、靭性を向上させる。しかしながら、上記Ａｌの含量が０．１重量％を超えると、酸化物系析出物の生成量が増大すると共にそのサイズも粗大化されるため、疲労特性に悪影響を与える。但し、本発明の鋼材では、上記Ａｌが必須の構成成分ではないため、その含量の下限を決めない。
【００３９】
Ｐ：０．０２重量％以下
Ｐは、結晶粒界に偏析して靭性を低下させるため、極力含まれないことが好ましい。しかしながら、様々な源によって鋼中に含まれたＰを完全に除去するためには、精錬工程に多大な負荷を加えなければならないため、当該Ｐの含量は、大きな問題を引き起こさない範囲である０．０２重量％まで許容することができる。精錬工程での負荷が大きくないと、上記Ｐを０．０１重量％以下に制限することが好ましい。
【００４０】
Ｓ：０．０２重量％以下
Ｓは、低融点元素で、粒界偏析して靭性を低下させ硫化物を形成させて高強度材の特性に悪影響を与えるため、極力添加されないことが好ましいが、精錬工程での負荷等を考慮すると、その上限を０．０２重量％に制限することが好ましい。
【００４１】
以上のように、本発明の有利な効果を得るための鋼材の組成の一例としては、Ｂ濃化層の厚さを上述した範囲に制御し、Ｂ、Ｔｉ、Ｎ等の元素を適宜の範囲で含むことに加え、Ｃ：０．２〜１．０重量％、Ｓｉ：０．１〜３．５重量％、Ｍｎ：０．３〜１．０重量％、Ａｌ：０．１重量％以下、Ｐ：０．０２重量％以下及びＳ：０．０２重量％以下を含むことを特徴とする組成が挙げられる。
【００４２】
また、本発明の有利な効果を得るための鋼材の組成の一例には、上述した成分の他にも、鋼材の物性確保のために、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｏ、Ｖ、Ｎｂ等の一つ以上が、後述する範囲でさらに含まれることができる。
【００４３】
Ｃｒ：０．１〜１．５重量％
Ｃｒは、表面脱炭の防止効果、耐酸化性及び焼戻し軟化抵抗性等の確保に有用な元素である。しかしながら、上記Ｃｒの含量が０．１重量％未満の場合は、上述した表面脱炭の防止効果、十分な耐酸化性及び焼戻し軟化抵抗性等の確保に困難があり、１．５重量％を超える場合は、変形抵抗性の低下をもたらすため、却って強度低下につながる可能性がある。したがって、上記Ｃｒの添加量は、０．１〜１．５重量％であることが好ましい。
【００４４】
Ｎｉ：０．０１〜１．０重量％
Ｎｉは、母材との密着性の高いスケール層を生成させて表面脱炭を効率的に抑制するために添加される元素で、他にも鋼材の靭性を効率的に改善することが可能である。上記Ｎｉの含量が０．０１重量％未満の場合は、上述した効果を十分に上げることができず、１．０重量％以上の場合は、残留オーステナイトの量が増えて疲労寿命を減少させ、高価なＮｉの特性によって製造コストの急上昇がもたらされるため、当該Ｎｉの添加量は０．０１〜１重量％に制限される必要がある。
【００４５】
Ｃｕ：０．０１〜１．０重量％
Ｃｕの添加は、上記Ｎｉと共に母材との密着性の高いスケール層を生成して脱炭の防止に効果的であり、耐食性の向上にも有効である。上記Ｃｕの含量が０．０１重量％未満の場合は、上述した効果を十分に上げることができず、１．０重量％を超える場合は、脆化による圧延欠陥の原因となる。
【００４６】
Ｏ：０．００２０重量％以下
上記Ｏの含量は、０．００２０重量％以下に制限される。これは、上記Ｏの含量が０．００２０重量％を超えると、酸化物系非金属介在物が粗大に形成されて疲労寿命が急激に低下するためである。
【００４７】
Ｖ：０．００５〜０．５重量％、Ｎｂ：０．００５〜０．５重量％
Ｖ及びＮｂは、単独又は複合添加によって炭窒化物を形成し析出硬化作用を起こして高強度鋼材の強度特性を改善する元素で、それぞれの含量を０．００５〜０．５重量％の範囲に制限する。上記Ｖ及びＮｂの含量が低い場合は、Ｖ及びＮｂ系炭窒化物の析出が減るため、結晶粒強化及び疲労特性改善の効果を十分に上げることができず、上記Ｖ及びＮｂの含量が高い場合は、製造コストが急上昇し、析出物によるスプリング特性改善の効果が飽和し、オーステナイト熱処理時に母材に溶解されない粗大な合金炭化物の量が増加して非金属介在物と同様の作用を行うため、疲労特性及び析出強化効果が低下する。
【００４８】
上述した条件の鋼材は、公知の熱間圧延方法で製造されることができる。しかしながら、本発明の一側面によると、このような鋼材をより効果的に製造できる一例の提供が可能になる。以下では、本発明の効果的な製造方法について説明する。
【００４９】
冷却条件：オーステナイト＋フェライト２相域を０．５〜２５℃／ｓの冷却速度で冷却
前述したように、脱炭反応は、温度が高くフェライトの生成が始まる温度である２相域で多く生じるため、上記温度範囲で脱炭を防止できるＢ濃化層を生成させて脱炭を抑制すべきである。本発明者らの研究結果によると、上記効果を得るためには、上述したようにＢ濃化層が分節されることなく一定厚さ以上に形成されなければならず、このためには０．５℃／ｓ以上の冷却速度で冷却する必要がある。上記冷却速度以下で冷却する場合は、Ｂ濃化層が形成されても、その厚さが薄くて分節されやすく、母材との密着性が足りなくて母材から脱落しやすい。逆に、冷却速度が高くなる場合は、Ｂ濃化層が十分な厚さに形成されるが、冷却速度が高くなりすぎると、鋼材の内部に低温組織が形成されるため、後続する鋼材の加工に好ましくない。鋼材の微細組織のうち低温組織であるベイナイト及びマルテンサイト等の面積分率が５％未満であることが好ましいため、冷却速度の上限を２５℃／ｓとし、より好ましくは２０℃／ｓとする。
【００５０】
上述した冷却工程の前後には、鋼材の製造のための通常の製造方法が共に利用されることもできる。即ち、鋼材に圧下を加えてその形状を制御する熱間圧延工程やその他の熱間加工工程又は冷却工程後の更なる熱処理工程等は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が適宜選択して行われることができる。
【実施例】
【００５１】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明する。但し、後述する実施形態は、本発明の例示に過ぎず、本発明の権利範囲を制限しようとするものではない。本発明の権利範囲は、特許請求の範囲に記載の事項及びこれから合理的に類推される事項によって決められるためである。
【００５２】
下記表１等の組成（表１中、各成分の含量は、重量％を意味する。但し、Ｎ及びＯの単位は、ｐｐｍである。）を有する鋼を鋳造して鋼片を作製した後、線材圧延時に６０％以上の圧下比率及び７００〜１０００℃の圧延終了温度で圧延を行い、下記表２に示す多様な冷却パターンを介して常温まで冷却することにより鋼材を製造した。このような条件により製造された鋼材の微細組織を観察し、低温組織及び脱炭層の深さを定量的に測定するために便宜上３０個の視野でランダムに観察し、低温組織分率及びフェライト脱炭層の平均深さを測定して、それらの値を表２に詳細に示した。
【００５３】
フェライト脱炭層は、線材のＣ断面から５個の視野以上で測定され、その平均値にて判定された。
【００５４】
また、表１の条件により製造された線材のＢスケール層を観察するために、中性子照射によるＢ分布分析法であるＰＴＡ（Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ  Ａｕｔｏ−ｒａｄｉｏｇｒａｐｈｙ）法を利用して試験を行った。この試験法は、Ｂが含有された材料に熱中性子を照射する場合、核反応により生じる重イオンが試料の表面に密着されたフィルムに感光されるようにする方法で、この方法で各化学成分及び冷却条件によるＢ濃化層の分節有無及びＢ濃化層の平均厚さ等を測定し、その結果を表２、図１及び図２に詳細に示した。但し、表２中、低温組織分率は、ベイナイト組織とマルテンサイト組織の面積分率を合わせたものである。
【００５５】
【表１】
0005581335.tif 000002
【００５６】
【表２】
0005581335.tif 000003
【００５７】
上記表１に示されるように、比較例１〜３は、Ｂが全く添加されていないため、Ｂ濃化層の形成が困難な条件の鋼材の組成であり、比較例４、５及び実施例は、本発明で提案する有利な条件の鋼材の組成である。但し、比較例４及び５は、表２に示されるように、加熱後の冷却速度が、本発明で規定する好ましい範囲を外れるものである。
【００５８】
上記表２の結果から分かるように、Ｂが添加された場合と比較して、比較例１〜３は、Ｂが全く添加されていないため、冷却中にＢ濃化層が殆ど形成されていない。これにより、フェライト脱炭が効率的に抑制されず、その結果、フェライト鋼材の表面から深いところまでフェライト脱炭が生じている。特に、比較例３は、従来のようにＣｕ、Ｎｉ等の成分を添加して濃化層を主に形成させたもので、フェライト脱炭の防止効果は殆ど期待することができなかった。また、比較例４の場合は、本発明の鋼材の組成範囲を満足しているが、冷却速度が０．３℃／ｓと遅いことから、図１に示されるように、Ｂ濃化層の厚さが小さく、母材とスケール層との密着性が減少し、Ｂスケール層が数ヶ所で分節されてしまい分節された部分での酸化性ガス元素と炭素との接触によって脱炭が生じていることが分かる。３０℃／ｓの高冷却速度で冷却された比較例５の場合は、約７０μｍのＢ濃化層が形成されて脱炭の防止には非常に効果的であるが、低温組織の面積分率が８２％に達しているため好ましくない。
【００５９】
これに対し、Ｂが２０〜６０ｐｐｍで添加され冷却条件も本発明で規定する範囲を満足する実施例２〜４の場合は、図１及び表２に示されるように（図には実施例３及び４に関連する結果のみが示されている）、Ｂスケール層の分節が観察されず、その平均厚さも３〜１２０μｍに達していることが分かる。また、脱炭層も殆ど形成されておらず、Ｂ濃化層によってフェライト脱炭が顕著に抑制されていることが分かる。
【００６０】
図２は、Ｂ濃化層の形成によるフェライト脱炭層の生成有無を観察した顕微鏡写真である。図２に示されるように、濃化層が形成されていない比較例３の場合は、表面に約５０μｍ前後のフェライト脱炭層が明らかに形成されていることが分かる。また、比較例５の場合は、約７０μｍのＢ濃化層によって脱炭は殆ど生じていないが、マルテンサイト等の低温組織が多量形成されていることが分かる。しかしながら、本発明の条件により製造された実施例４の場合は、フェライト脱炭が防止される上に低温組織が殆ど形成されていないため、後加工に用いるに適した鋼材であることが分かる。
【００６１】
以上のことから、本発明の有利な条件を確認することができた。
【図１】
0005581335.tif 000004
【図２】
0005581335.tif 000005