(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械構造用炭素鋼又は炭素工具鋼鋼材又はばね用冷間圧延鋼帯で規定される成分系を有する高炭素鋼板を製造する方法において、
該鋼を熱間粗圧延後に、Ａｒ３以上の温度で加熱処理を行って熱間圧延を終了する工程と、
熱間圧延された鋼板に６４０〜７２０℃で球状化焼鈍を行いセメンタイトの球状化率が８０％以上の鋼板を得る工程と、
３０％以上の圧下率で冷間圧延する工程と、
冷間圧延された鋼板を、６００℃〜Ａｃ１変態点の温度範囲で焼鈍する工程とを備え、
アスペクト比が１．５以下のセメンタイトおよびアスペクト比が１．３以下のフェライト粒を形成する、高延性および高焼入れ性を有する高炭素鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機械構造用炭素鋼（ＪＩＳ  Ｇ  ４０５１）、炭素工具鋼鋼材（ＪＩＳ  Ｇ  ４４０１）、ばね用冷間圧延鋼帯（ＪＩＳ  Ｇ  ４８０２）で成分規定されているＭｏなどの特殊な合金元素を含まない、高延性および高焼入れ性を有する高炭素鋼板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工具や刃物あるいはギヤー、シートべルト金具などの自動車部品は、素材としてＪＩＳ  Ｇ  ４０５１、ＪＩＳ  Ｇ  ４４０１、ＪＩＳ  Ｇ  ４８０２で成分規定された高炭素鋼板が用いられ、それを所定の形状に加工後焼入れ焼戻しなどの熱処理が施されて製造される。
【０００３】
近年、こうした工具や部品メーカー、すなわち高炭素鋼板のユーザーでは、低コスト化のために加工工程の簡略化や熱処理の低温短時間化が検討されるようになったが、それにともない素材としての高炭素鋼板には、複雑な形状を少ない工程でも加工できる優れた加工性、特に高延性や、低温短時間の熱処理でも所望の硬度が得られる高焼入れ性が強く要望されている。
【０００４】
そのため、これまで高炭素鋼板の高延性化や高焼入れ性化を図るために種々の検討が行われている。例えば、特開平５−９５８８号公報には、熱間圧延後の鋼帯を１０℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で２０〜５００℃の温度範囲に冷却し、その後５００℃〜（Ａｃ１  変態点＋３０℃）の温度範囲に再加熱してその温度で巻取ったり、さらに冷間圧延後６５０℃〜（Ａｃ１  変態点＋３０℃）の温度範囲で１時間以上熱処理したりしてセメンタイトの球状化を促進させ、軟質・高延性化を図る方法が開示されている。また、特開昭６４−２５９４６号公報や特開平８−２４６０５１号公報には、鋼中の炭素を黒鉛化して軟質・高延性化を図る方法も提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者等が特開平５−９５８８号公報に記載された方法を検討したところ、ユーザーにおける加工工程の簡略化や熱処理の低温短時間化に対応できるような高延性および高焼入れ性を有する鋼板が必ずしも得られない場合があった。また、特開昭６４−２５９４６号公報や特開平８−２４６０５１号公報に記載された鋼中の炭素を黒鉛化する方法には、黒鉛の溶解速度が遅いため低温短時間の焼入れ処理において十分に硬質化できず、焼入れ性に劣るといった問題がある。
【０００６】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、ユーザーにおける加工工程の簡略化や熱処理の低温短時間化に対応できる高延性および高焼入れ性を有する機械構造用炭素鋼（ＪＩＳ  Ｇ  ４０５１）、炭素工具鋼鋼材（ＪＩＳＧ  ４４０１）、ばね用冷間圧延鋼帯（ＪＩＳ  Ｇ  ４８０２）で成分規定された高炭素鋼板を確実に製造可能な方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明は以下に示す手段を用いている。
（１）本発明の製造方法は、機械構造用炭素鋼又は炭素工具鋼鋼材又はばね用冷間圧延鋼帯で規定される成分系を有する高炭素鋼板を製造する方法において、
該鋼を熱間粗圧延後に、Ａｒ３以上の温度で加熱処理を行って熱間圧延を終了する工程と、
熱間圧延された鋼板に６４０〜７２０℃で球状化焼鈍を行いセメンタイトの球状化率が８０％以上の鋼板を得る工程と、
３０％以上の圧下率で冷間圧延する工程と、
冷間圧延された鋼板を、６００℃〜Ａｃ１変態点の温度範囲で焼鈍する工程とを備え、
アスペクト比が１．５以下のセメンタイトおよびアスペクト比が１．３以下のフェライト粒を形成する、高延性および高焼入れ性を有する高炭素鋼板の製造方法である。
【０００８】
ここで、セメンタイトの球状化率、セメンタイトおよびフェライト粒のアスペクト比は、以下のようにして測定される。
ａ．セメンタイトの球状化率：圧延方向と厚み方向で形成される断面を電子顕微鏡により１５００倍で観察し、０．５ｍｍ２  の視野における球状セメンタイトとラメラーセメンタイトの面積百分率をリニアルアナリシス法で求める。
【０００９】
ｂ．セメンタイトのアスペクト比：圧延方向と厚み方向および幅方向と厚み方向で形成される断面を電子顕微鏡により１５００倍で観察し、約５００個のセメンタイトについて長軸と短軸（長軸に直角方向）の長さの比を求めて平均する。ｃ．フェライト粒のアスペクト比：ＪＩＳ  Ｇ  ０５２２にある展伸度と同様な方法で求める。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明者等が、ユーザー側における加工工程の簡略化や熱処理の低温短時間化に対応できるようにＪＩＳ  Ｇ  ４０５１、ＪＩＳ  Ｇ  ４４０１、ＪＺＳ  Ｇ４８０２で規定される成分系を有する高炭素鋼板の高延性化、高焼入れ性化を検討したところ、熱間粗圧延後にＡｒ３  以上の温度で加熱処理を行う工程および、冷間圧延−焼鈍の工程が必要であり、高延性化には冷間圧延前のセメンタイトの球状化率と冷間圧延−焼鈍後のフェライト粒のアスペクト比を、また、高焼入れ性化には冷間圧延−焼鈍後のセメンタイトのアスぺクト比を適正化する必要のあることが明らかになった。
【００１１】
この知見に基づき、本発明者らは、ＪＩＳ  Ｇ  ４０５１、ＪＩＳ  Ｇ  ４４０１、ＪＩＳ  Ｇ  ４８０２で成分規定された高炭素鋼板の熱間粗圧延後の粗バーの加熱及び冷間圧延前の焼鈍条件を制御して、セメンタイトの球状化率を高め、さらに冷間圧延及び最終焼鈍条件を制御して、フェライト粒及びセメンタイトのアスペクト比を一定範囲内に制御するようにして、ユーザーにおける加工工程の簡略化や熱処理の低温短時間化に対応できる高延性および高焼入れ性を有する高炭素鋼板（ＪＩＳ  Ｇ  ４０５１、ＪＩＳ  Ｇ  ４４０１、ＪＩＳ  Ｇ  ４８０２で成分規定）を確実に製造可能な方法を見出し、本発明を完成させた。
【００１２】
以下に、本発明の実施の形態について説明する。
ＪＩＳ  Ｇ  ４０５１のＳ３５Ｃの成分系を有する鋼を用い、熱間粗圧延後にバーヒーター加熱により、１０５０℃で１５秒の加熱処理を行い、仕上げ温度、巻取温度を変えて熱間圧延した板厚２ｍｍの鋼板を温度と時間を変えて熱処理してセメンタイトの球状化率を変えた後、５０％の圧下率で板厚１ｍｍに冷間圧延し、温度と時間を変えて焼鈍した試料を作製した。そして、上記の方法で、冷間圧延前のセメンタイトの球状化率、最終焼鈍後のセメンタイトのアスペクト比、フェライト粒のアスペクト比を測定した。また、圧延方向に沿ってＪＩＳ５号試験片を切り出し、引張速度１０ｍｍ／ｍｉｎで引張試験を行い、全伸びを求めて延性を評価した。さらに、５０×１００ｍｍのサイズに切り出した試験片を８２０℃で１０秒間の短時間加熱後２０℃の油中に焼入れ、鋼板面におけるロックウェルＣスケール硬度（ＨＲＣ）を測定し、焼入れ性を評価した。
【００１３】
なお、特開平５−９５８８号公報には、Ｓ３５Ｃ相当の成分系を有し板厚が１ｍｍの球状化焼鈍材の全伸びが３５％程度と記載されており、また、Ｓ３５Ｃ相当の成分系の鋼板を十分に加熱後焼入れると焼入れ後硬度はＨＲＣで５０程度なので、４２％以上の全伸びおよびＨＲＣ５２以上の焼入れ後硬度の得られる条件を本発明とした。
【００１４】
図１に、全伸びと冷間圧延前のセメンタイトの球状化率および焼鈍後のフェライト粒のアスペクト比との関係を示す。
冷間圧延前のセメンタイトの球状化率が８０％以上、焼鈍後のフェライト粒のアスペクト比が１．３以下の場合に、全伸びは４２％以上となり、確実に高延性の得られることがわかる。
【００１５】
図２に、焼入れ後硬度と焼鈍後のセメンタイトのアスぺクト比との関係を示す。
焼鈍後のセメンタイトのアスペクト比が１．５以下の場合に、焼入れ後硬度はＨＲＣで５２以上となり、短時間加熱でも確実に高焼入れ性の得られることがわかる。
【００１６】
冷間圧延前のセメンタイトの球状化率が８０％以上となる鋼板の製造方法は、特に規定されないが、従来の方法、すなわち成分調整された溶鋼を連続鋳造や造塊・分塊圧延によりスラブとなし、直接あるいは加熱炉を経由して熱間粗圧延を行い、その後、Ａｒ３  以上の温度で加熱処理した後熱間圧延された熱延鋼板を球状化焼鈍したり、さらに冷間圧延後球状化焼鈍したりして製造できる。ここで、Ａｒ３  以上の温度で加熱処理する理由は、実施例中で後述するように、γ粒径の均一化を図るためである。熱間圧延中の鋼板のγ粒径の均一化を図り、変態後に均一なパーライトとすることで、最終焼鈍後のセメンタイト粒径およびフェライト粒径のバラツキを小さくし、延性および焼入性を向上させる。
【００１７】
冷間圧延時の圧下率は、３０％未満だと焼鈍後のフェライト粒が粗大化して延性が劣化するので、３０％以上にする必要がある。上限は特に規定されないが、圧延機への負荷が大きくならないよう８０％以下にすることが望ましい。
【００１８】
冷間圧延後の焼鈍温度は、６００℃未満だと未再結晶組織が残り硬質・低延性になる場合があるので、６００℃以上にする必要がある。また、Ａｃ１  変態点を超えて焼鈍するとパーライトが生成し、延性や焼入れ性を著しく阻害するので、Ａｃ１  変態点以下にする必要がある。
以下に本発明の実施例を挙げ、本発明の効果を立証する。
【００１９】
【実施例】
（実施例１）
ＪＩＳ  Ｇ  ４８０２のＳ７０Ｃ−ＣＳＰ相当の成分系（重量％でＣ：０．７１％、Ｓｉ：０．１９％、Ｍｎ：０．７５％、Ｐ：０．０１％、Ｓ：０．００３％、Ａｌ：０．０１％、Ｎ：０．００４０％）の鋼からなるスラブを連続鋳造により製造し、１２７０℃に加熱後仕上げ圧延前に、バーヒーター加熱により、９５０〜１１００℃で３〜３０秒の加熱処理を行い、仕上温度８００〜９００℃で熱間圧延し、５００〜７００℃で巻取り、酸洗後５６０〜７２０℃で２０〜１２０時間の箱焼鈍を行って、セメンタイトの球状化率の異なる鋼板を作製した。次に、この鋼板を圧下率２０〜６０％で冷間圧延し、５８０〜７２０℃で４〜４０時間の箱焼鈍を行い、セメンタイトのアスペクト比およびフェライト粒のアスペクト比の異なる試料を作製した。試料の板厚は、熱間圧延後の板厚と冷間圧延の圧下率を調整して、いずれも１．２ｍｍとなるようにした。
【００２０】
そして、上記した方法により、冷間圧延前のセメンタイトの球状化率および最終焼鈍後のセメンタイトのアスペクト比、フェライト粒のアスペクト比、全伸び、焼入れ後硬度を測定した。なお、本試料はＣ量が高いので、焼入れ性試験の加熱温度を７５０℃とした。
【００２１】
加熱処理は、熱間圧延中の鋼板のγ粒径の均一化を図り、変態後に均一なパーライトとすることで、最終焼鈍後のセメンタイト粒径およびフェライト粒径のバラツキを小さくし、延性および焼入性を向上させる。実際には、粗圧延後、仕上げ圧延前あるいは仕上げ圧延中に少なくとも１回以上行い、γ粒径の均一化のため加熱温度はＡｒ３  以上とする。また、加熱時間は少なくとも３秒以上とするのが望ましい。なお、加熱処理は、昇温、降温および温度保持を含むものとする。
【００２２】
結果を表１に示す（Ｎｏ．１〜４：本発明例、Ｎｏ．５〜１１：比較例）。
本発明の方法で作製された試料（本発明例Ｎｏ．１〜４）では、いずれも３７％以上の全伸び、ＨＲＣで６２以上の焼入れ後の硬度が得られ、同様な成分系と板厚の高炭素鋼板を従来法で製造したときの平均的な全伸び３０％前後および焼入れ後硬度ＨＲＣで５０前後に比べ、より高い延性、焼入れ性を示す。
【００２３】
―方、本発明範囲外の方法で作製された比較の試料（比較例Ｎｏ．５〜１１）では、従来法で作製したもの並みあるいはそれ以下の延性、焼入れ性しか得られない。
【００２４】
【表１】
0003613015.tif 000002
【００２５】
（実施例２）
ＪＩＳ  Ｇ  ４０５１のＳ４５Ｃ相当の成分系（重量％でＣ：０．４４％、Ｓｉ：０．１９％、Ｍｎ：０．７６％、Ｐ：０．０１％、Ｓ：０．００８％、Ａｌ：０．０１％、Ｎ：０．００３％）の鋼からなるスラブを連続鋳造により製造し、１１８０℃に加熱後仕上げ圧延前に、バーヒーター加熱により９５０〜１１００℃で３〜３０秒の加熱処理を行い、仕上温度８２０〜９００℃で熱間圧延し、５００〜７００℃で巻取り、酸洗後５６０〜７２０℃で２０〜１２０時間の箱焼鈍を行って、セメンタイトの球状化率の異なる鋼板を作製した。次に、この鋼板を圧下率２０〜７０％で冷間圧延し、５８０〜７２０℃で４〜４０時間の箱焼鈍を行い、セメンタイトのアスぺクト比およびフェライト粒のアスペクト比の異なる試料を作製した。試料の板厚は、熱間圧延後の板厚と冷間圧延の圧下率を調整して、いずれも２．３ｍｍとなるようにした。
【００２６】
そして、実施例１の場合と同様な測定を行った。
結果を表２に示す（Ｎｏ．１２〜１５：本発明例、Ｎｏ．１６〜２２：比較例）。本発明の方法で作製された試料（本発明例Ｎｏ．１２〜１５）ではいずれも４２％以上の全伸び、ＨＲＣで５２以上の焼入れ後の硬度が得られ、同様な成分系と板厚の高炭素鋼板を従来法で製造したときの平均的な全伸び３５％前後および焼入れ後硬度ＨＲＣで４０前後に比べ、より高い延性、焼入れ性を示す。
【００２７】
一方、本発明範囲外の方法で作製された比較の試料（比較例Ｎｏ．１６〜２２）では、従来法で作製したもの並みあるいはそれ以下の延性、焼入れ性しか得られない。
【００２８】
【表２】
0003613015.tif 000003
【００２９】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように、鋼組織及び製造条件を特定することにより、ユーザーにおける加工工程の簡略化や熱処理の低温短時間化に対応できる高延性および高焼入れ性を有する機械構造用炭素鋼（ＪＩＳ  Ｇ  ４０５１）、炭素工具鋼鋼材（ＪＩＳ  Ｇ  ４４０１）、ばね用冷間圧延鋼帯（ＪＩＳ  Ｇ  ４８０２）で成分規定された高炭素鋼板を確実に製造可能な方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る全伸びと冷間圧延前のセメンタイトの球状化率および焼鈍後のフェライト粒のアスペクト比との関係を示す図。
【図２】本発明の実施の形態に係る焼入れ後硬度と焼鈍後のセメンタイトのアスペクト比との関係を示す図。
【図１】
0003613015.tif 000004
【図２】
0003613015.tif 000005