(57)【要約】【課題】加工性に優れた高炭素鋼帯を、効率よく製造する。【解決手段】質量％で、Ｃ：０．１５〜１．０％、Ｓｉ：０．０５〜０．４％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｐ：０．００５〜０．０３％、Ｓ：０．０００１〜０．００６％、Ａｌ：０．００５〜０．１０％、Ｎ：０．００１〜０．０１％を含有する鋼を、オーステナイト域で熱間圧延し、５５０℃以下の温度で巻き取った（第１の工程）後、コイルを展開し、５０℃／ｓ以上の加熱速度で６００℃以上７００℃以下まで再加熱し、再度巻き取る（第２の工程）熱処理性に優れた高炭素鋼帯の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．１５〜１．０％、Ｓｉ：０．０５〜０．４％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｐ：０．００５〜０．０３％、Ｓ：０．０００１〜０．００６％、Ａｌ：０．００５〜０．１０％、Ｎ：０．００１〜０．０１％を含有する鋼を、オーステナイト域で熱間圧延し、５５０℃以下の温度で巻き取った（第１の工程）後、コイルを展開し、５０℃／ｓ以上の加熱速度で６００℃以上７００℃以下まで再加熱し、再度巻き取ること（第２の工程）を特徴とする熱処理性に優れた高炭素鋼帯の製造方法。
【請求項２】
質量％で、Ｃ：０．１５〜１．０％、Ｓｉ：０．０５〜０．４％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｐ：０．００５〜０．０３％、Ｓ：０．０００１〜０．００６％、Ａｌ：０．００５〜０．１０％、Ｎ：０．００１〜０．０１％を含有する鋼を、オーステナイト域で熱間圧延し、５５０℃以下に冷却した後、５０℃／ｓ以上の加熱速度で６００℃以上７００℃以下まで再加熱し、再度巻き取ることを特徴とする熱処理性に優れた高炭素鋼帯の製造方法。
【請求項３】
再加熱が、電気的加熱手段であることを特徴とする請求項１又は２に記載の高炭素鋼帯の製造方法。
【請求項４】
再加熱後に巻き取ったコイルの外周が高温になる温度分布を持つように、鋼帯の長手方向に再加熱温度の分布を設けることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の高炭素鋼帯の製造方法。
【請求項５】
第２の工程で、鋼帯をコイル状に巻き取ったときに、鋼帯の幅方向の両端の温度が鋼帯の中央の温度よりも低くなるように、第１の工程における加熱温度を鋼帯の幅方向に亘って変化させることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の高炭素鋼帯の熱処理方法。
【請求項６】
第１の工程における加熱がＡｃ１点以下であり、第２の工程における巻き取った鋼帯の温度が４００℃以上であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の高炭素鋼帯の熱処理方法。
【請求項７】
質量％で、さらに、Ｃｒ:０．０５〜１．０％、Ｎｉ：０．０１〜１．０％、Ｃｕ：０．０５〜０．５％、及び、Ｍｏ：０．０１〜１．０％の１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の高炭素鋼帯の製造方法。
【請求項８】
（８）質量％で、さらに、Ｎｂ：０．０１〜０．５％、Ｖ：０．０１〜０．５％、Ｔａ：０．０１〜０．５％、Ｂ：０．００１〜０．０１％、Ｔｉ：０．００５〜０．２％、及び、Ｗ：０．０１〜０．５％の１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の高炭素鋼帯の製造方法。
【請求項９】
質量％で、さらに、Ｓｎ：０．００３〜０．０３％、Ｓｂ：０．００３〜０．０３％、及び、Ａｓ：０．００３〜０．０３％の１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の高炭素鋼帯の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工性に優れた高炭素鋼帯の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炭素鋼帯は、軽量・高強度化と穴広げ性等の良好な成形性を求められる自動車用部品等としての利用が進んでいる。
この高炭素鋼帯は、加工業者が成形した後、熱処理されて各種部品として完成するが、高炭素故に圧延したままでは強度が高く、穴広げ性等の成形性に劣り、加工性が良いとはいえない。
したがって、通常は、納品業者である製鉄メーカーが、熱処理して成形性を確保している。
加工性を付与するために鋼帯を軟質化させる焼鈍熱処理としては、古くは鋼帯コイルを箱焼鈍する方法が用いられてきたが、展開した鋼帯を加熱炉内で走行させながら加熱する連続焼鈍が開発されてからは、この連続焼鈍法が用いられることが多くなった。
【０００３】
しかし、高炭素鋼帯は、炭素を高濃度に含んでいるので、熱延終了後に高温のまま巻き取ると、組織中にセメンタイトが析出・成長するため、圧延ままでは切削や鍛造等の加工が困難な硬度となっており、製鉄事業者において、加工業者が切削や鍛造等の加工ができる程度に硬度を低下させるためにセメンタイトの球状化等を目的として焼鈍などを実施している。
この球状化焼鈍には長時間の加熱処理が必要とされ、連続焼鈍方式では対応が困難となるため、依然として、コイル箱焼鈍が採用されている。
【０００４】
また、連続焼鈍炉は設備費が高額であり、連続操業することが前提であるため、小ロットの生産品にも、コイル箱焼鈍が採用されている。
【０００５】
このコイル箱焼鈍は、コイルの外部から間接的に加熱されるため、コイル内部まで加熱するのに長時間を要する上、加熱コストが高く、また、コイル内の温度が不均一となりやすい欠点がある。
高炭素鋼に対して箱焼鈍を施す技術は、特許文献１，２以外にも多数存在するが、何れも、昇温条件や焼鈍雰囲気の工夫にとどまり、箱焼鈍前に、電気的加熱方法で鋼帯に任意の温度分布を付与することについて、記載した文献は見当たらない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−０１２３１７号公報
【特許文献２】特開平０９−１５７７５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、加工性に優れた高炭素鋼帯を、高い生産性で製造することができる技術を提供するものであり、加工業者において、プレス成形や鍛造などの二次加工が容易に実施できる上、その後の焼入れなどの熱処理性にもすぐれており、成形性と高強度が要求される自動車用部品等に適した鋼材を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の要旨は以下のとおりである。
（１）質量％で、Ｃ：０．１５〜１．０％、Ｓｉ：０．０５〜０．４％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｐ：０．００５〜０．０３％、Ｓ：０．０００１〜０．００６％、Ａｌ：０．００５〜０．１０％、Ｎ：０．００１〜０．０１％を含有する鋼を、オーステナイト域で熱間圧延し、５５０℃以下の温度で巻き取った（第１の工程）後、コイルを展開し、５０℃／ｓ以上の加熱速度で６００℃以上７００℃以下まで再加熱し、再度巻き取る（第２の工程）ことを特徴とする熱処理性に優れた高炭素鋼帯の製造方法。
【０００９】
（２）質量％で、Ｃ：０．１５〜１．０％、Ｓｉ：０．０５〜０．４％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｐ：０．００５〜０．０３％、Ｓ：０．０００１〜０．００６％、Ａｌ：０．００５〜０．１０％、Ｎ：０．００１〜０．０１％を含有する鋼を、オーステナイト域で熱間圧延し、５５０℃以下に冷却した後、５０℃／ｓ以上の加熱速度で６００℃以上７００℃以下まで再加熱し、再度巻き取ることを特徴とする熱処理性に優れた高炭素鋼帯の製造方法。
【００１０】
（３）再加熱が、電気的加熱手段であることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の高炭素鋼帯の製造方法。
【００１１】
（４）再加熱後に巻き取ったコイルの外周が高温になる温度分布を持つように、鋼帯の長手方向に再加熱温度の分布を設けることを特徴とする前記（１）〜（３）の何れかに記載の高炭素鋼帯の製造方法。
【００１２】
（５）第２の工程で、鋼帯をコイル状に巻き取ったときに、鋼帯の幅方向の両端の温度が鋼帯の中央の温度よりも低くなるように、第１の工程における加熱温度を鋼帯の幅方向に亘って変化させることを特徴とする前記（１）〜（４）の何れかに記載の高炭素鋼帯の熱処理方法。
【００１３】
（６）第１の工程における加熱がＡｃ１点以下であり、第２の工程における巻き取った鋼帯の温度が４００℃以上であることを特徴とする前記（１）〜（５）の何れかに記載の高炭素鋼帯の熱処理方法。
【００１４】
（７）質量％で、さらに、Ｃｒ:０．０５〜１．０％、Ｎｉ：０．０１〜１．０％、Ｃｕ：０．０５〜０．５％、及び、Ｍｏ：０．０１〜１．０％の１種又は２種以上を含有することを特徴とする前記（１）〜（６）の何れかに記載の高炭素鋼帯の製造方法。
【００１５】
（８）質量％で、さらに、Ｎｂ：０．０１〜０．５％、Ｖ：０．０１〜０．５％、Ｔａ：０．０１〜０．５％、Ｂ：０．００１〜０．０１％、Ｔｉ：０．００５〜０．２％、及び、Ｗ：０．０１〜０．５％の１種又は２種以上を含有することを特徴とする前記（１）〜（７）の何れかに記載の高炭素鋼帯の製造方法。
【００１６】
（９）質量％で、さらに、Ｓｎ：０．００３〜０．０３％、Ｓｂ：０．００３〜０．０３％、及び、Ａｓ：０．００３〜０．０３％の１種又は２種以上を含有することを特徴とする前記（１）〜（８）の何れかに記載の高炭素鋼帯の製造方法。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、高炭素鋼帯の焼鈍技術として一般的に適用されている箱焼鈍に比較して、熱処理に要する時間が短時間且つ低コストとなり、加工性に優れた高炭素鋼材を高い生産性で製造することができる。また箱焼鈍と比較して鋼中に含まれるセメンタイトを主体とする炭化物が粗大化しないため、その後の熱処理の焼き入れ時の炭化物溶解特性に優れ、短時間加熱後の焼き入れでも硬さを確保可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ストックされているコイル状に巻き取られた鋼帯を熱処理工程に移行する実施の態様を示す概念図である。
【図２】熱延工程又は冷延工程から直接、熱処理工程に移行する実施の態様を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
まず、本発明の軟質高炭素鋼板（以下「本発明鋼板」ということがある。）の成分組成に係る限定理由について説明する。なお、以下、「％」は「質量％」を意味する。
【００２０】
Ｃ：０．１５〜１．０％
Ｃは、鋼板の強度を確保するうえで重要な元素であり、０．１５％以上添加し、所要の強度を確保する。０．１５％未満では、焼入れ性が低下し、機械構造用高強度鋼板としての強度が得られないので、下限を０．１５％とする。１．０％を超えると、靭性や加工性を確保する熱処理に長時間を要することになるので、上限を０．９５％とする。好ましくは、０．２５〜０．８５％である。
【００２１】
Ｓｉ：０．０５〜０．４％
Ｓｉは、脱酸剤として作用し、また、焼入れ性の向上に有効な元素である。０．０５％未満では、添加効果が得られないので、下限を０．０５％とする。０．４％を超えると、熱間圧延時のスケール疵に起因する表面性状の劣化を招くだけでなく、再加熱時の軟質化を阻害するので、上限を０．４％とする。好ましくは、０．１０〜０．３％である。
【００２２】
Ｍｎ：０．５〜２．０％
Ｍｎは、脱酸剤として作用し、また、焼入れ性の向上に有効な元素である。０．５％未満では、添加効果が得られないので、下限を０．５％とする。２．０％を超えると、焼入れ、焼戻し後の衝撃特性を劣化させるだけでなく、再加熱時の軟質化を阻害するので、上限を２．０％とする。好ましくは、０．５〜１．５％である。
【００２３】
Ｐ：０．００５〜０．０３％
Ｐは、固溶強化元素であり、鋼板の強度に有効な元素である。過剰な含有は、靭性を阻害するので、上限を０．０３％とする。０．００５％未満に低減することは、精錬コストの上昇を招くので、下限を０．００５％とする。好ましくは、０．００７〜０．０２％である。
【００２４】
Ｓ：０．０００１〜０．００６％
Ｓは、非金属介在物を形成し、加工性や、熱処理後の靭性を阻害する原因となるので、上限を０．００６％とする。０．０００１％未満に低減することは、精錬コストの大幅な上昇を招くので、下限を０．０００１％とする。好ましくは、０．００１〜０．００４％である。
【００２５】
Ａｌ：０．００５〜０．１０％
Ａｌは、脱酸剤として作用し、また、Ｎの固定に有効な元素である。０．００５％未満では、添加効果が十分に得られないので、下限を０．００５％とする。０．１０％を超えると、添加効果は飽和し、また、表面疵が発生し易くなるので、上限を０．１０％とする。好ましくは、０．０１〜０．０５％である。
【００２６】
Ｎ：０．００１〜０．０１％
Ｎは、Ｎは窒化物を形成する元素である。湾曲型連続鋳造における鋳片曲げ矯正時に窒化物が析出すると、鋳片が割れることがあるので、上限を０．０１％とする。少ないほど好ましいが、０．００１％未満に低減するのは、精錬コストの増加を招くので、下限を０．００１％とする。好ましくは、０．００４〜０．００７％である。
【００２７】
本発明鋼板の機械特性を強化するため、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、及び、Ｍｏの１種又は２種以上を、所要量、添加してもよい。
【００２８】
Ｃｒ：０．０５〜１．０％
Ｃｒは、焼入れ性の向上に有効な元素である。０．０５％未満では、添加効果がないので、下限を０．０５％とする。１．０％を超えると再加熱時の軟質化を阻害するので、上限を１．０％とする。好ましくは、０．０７〜０．７％である。
【００２９】
Ｎｉ：０．０１〜１．０％
Ｎｉは、靭性の向上や、焼入れ性の向上に有効な元素である。０．０１％未満では、添加効果がないので、下限を０．０１％とする。１．０％を超えると再加熱時の軟質化を阻害するし、また、コスト増を招くので、上限を１．０％とする。好ましくは、０．０５〜０．５％である。
【００３０】
Ｃｕ：０．０５〜０．５％
Ｃｕは、焼入れ性の確保に有効な元素である。０．０５％未満では、添加効果が不十分であるので、下限を０．０５％とする。０．５％を超えると、硬くなり過ぎ、冷間加工性が劣化するので、上限を０．５％とする。好ましくは、０．０８〜０．２％である。
【００３１】
Ｍｏ：０．０１〜１．０％
Ｍｏは、焼入れ性の向上と、焼戻し軟化抵抗性の向上に有効な元素である。０．０１％未満では、添加効果が小さいので、下限を０．０１％とする。１．０％を超えると、再加熱時の軟質化を阻害するので、上限を１．０％とする。好ましくは、０．０５〜０．５％である。
【００３２】
本発明鋼板の機械特性を、さらに強化するため、Ｎｂ、Ｖ、Ｔａ、Ｂ、及び、Ｗの１種又は２種以上を、所要量、添加してもよい。
【００３３】
Ｎｂ：０．０１〜０．５％
Ｎｂは、炭窒化物を形成し、結晶粒の粗大化防止や靭性改善に有効な元素である。０．０１％未満では、添加効果は充分に発現しないので、下限を０．０１％とする。０．５％を超えると、再加熱時の軟質化を阻害するので、上限を０．５％とする。好ましくは、０．０７〜０．２％である。
【００３４】
Ｖ：０．０１〜０．５％
Ｖは、Ｎｂと同様に、炭窒化物を形成し、結晶粒の粗大化防止や靭性改善に有効な元素である。０．０１％未満では、添加効果が小さいので、下限を０．０１％とする。０．５％を超えると、炭化物が生成し焼入れ硬度が低下するので、上限を０．５％とする。好ましくは、０．０７〜０．２％である。
【００３５】
Ｔａ：０．０１〜０．５％
Ｔａは、Ｎｂ、Ｖと同様に、炭窒化物を形成し、結晶粒の粗大化防止や靭性改善に有効な元素である。０．０１％未満では、添加効果が小さいので、下限を０．０１％とする。０．５％を超えると、炭化物が生成し焼入れ硬度が低下するので、上限を０．５％とする。好ましくは、０．０７〜０．２％である。
【００３６】
Ｂ：０．００１〜０．０１％
Ｂは、微量の添加で、焼入れ性を高めるのに有効な元素である。０．００１％未満では、添加効果がないので、下限を０．００１％とする。０．０１％を超えると、鋳造性が低下し、また、Ｂ系化合物が生成して靭性が低下するので、上限を０．０１％とする。好ましくは、０．００３〜０．００７％である。
【００３７】
Ｔｉ：０．００５〜０．２％
Ｔｉは、脱酸剤として作用し、また、Ｎの固定に有効な元素である。Ｎ量との関係から、０．００５％以上の添加が必要である。０．２％を超えてＴｉを添加しても、添加効果は飽和し、コストも増加するだけでなく、製造工程中の吸窒の促進、炭化物形成による有効炭素量の低減等によるＴｉ系析出物量の増加を招き、焼入れ熱処理時のオーステナイト粒の粒成長を阻害し、焼入れ性を劣化させるので、上限を０．２％とする。好ましくは、０．０１〜０．２％である。
【００３８】
Ｗ：０．０１〜０．５％
Ｗは、鋼板の強化に有効な元素である。０．０１％未満では、添加効果が発現しないので、下限を０．０１％とする。０．５％を超えると、加工性が低下するので、上限を０．５％にする。好ましくは、０．０４〜０．２％である。
【００３９】
本発明鋼板の原料としてスクラップを用いた場合、不可避的にＳｎ、Ｓｂ、及び、Ａｓの１種又は２種以上が、０．００３％以上混入するが、いずれも、０．０３％以下であれば、本発明鋼板の打抜き性及び焼入れ性を阻害しないので、本発明鋼板においては、Ｓｎ：０．００３〜０．０３％、Ｓｂ：０．００３〜０．０３％、及び、Ａｓ：０．００３〜０．０３％の１種又は２種以上の含有を許容する。
【００４０】
本発明鋼板において、Ｏ量は規定していないが、酸化物が凝集して粗大化すると、延性が低下するので、Ｏは、０．００２５％以下が好ましい。Ｏは、少ないほうが好ましいが、０．０００１％未満に低減することは、技術的に困難であるので、０．０００１％以上の含有は許容される。
【００４１】
本発明鋼板の溶製原料としてスクラップを用いた場合、Ｚｎ、Ｚｒ等の元素が、不可避的不純物として混入するが、本発明鋼板においては、本発明鋼板の特性を阻害しない範囲で、上記元素の混入を許容する。なお、Ｚｎ、Ｚｒ等以外の元素でも、本発明鋼板の特性を阻害しない範囲で、混入を許容する。
【００４２】
図１は、熱延工程終了後、鋼帯を一旦巻き取り、その後改めて鋼帯コイルを展開して所定条件で再加熱し、再度巻き取る場合の本願発明の工程を示す概念図である。
熱延工程終了後、鋼帯をコイル状に巻き取るに際しては、鋼帯温度を５５０℃以下に冷却しておく。
熱延終了温度から、５５０℃以下の巻取り温度までの冷却に要する時間や、鋼帯の板厚の違い等によって、鋼帯コイルのマトリックスを構成するフェライト組織中に、微細なベイナイトやマルテンサイトが部分的に発生する。
本発明においては、これらを硬質相と称する。
【００４３】
巻取り後、再度加熱するまでの放置時間の長さ等によっても、硬質相の割合や結晶粒サイズは変化するので、実験により、必要とする鋼帯硬度を選択することが可能である。
巻取り後の放置時間を長くとれば、硬質相とマトリックスの結晶粒サイズは増大し、鋼帯は柔らかくなる傾向を示す。
【００４４】
鋼帯コイルの再加熱に際しては、コイルを巻き解して、通電加熱或いは誘導加熱等の電気加熱手段によって、５０℃／ｓ以上の加熱速度で、６００℃以上７００℃以下の所定温度まで、再加熱し、所定の冷却工程を経て、再度コイル状に巻き取る。
【００４５】
この再加熱と冷却工程によって、熱延終了時に析出していた微細な硬質相は再度分解して、鋼帯は軟化され、プレス成形や鍛造に適した硬さの鋼材となる。
【００４６】
図２は、熱延終了後の鋼帯コイルを巻き取らずにそのまま本発明を適用する場合の概念図を示す。
熱延を終了した鋼帯コイルをランアウトテーブル上で所望の温度まで、所定の冷却速度で冷却し、その後、鋼帯を直接通電加熱手段や電磁誘導加熱手段によって、５０℃／ｓ以上の加熱速度で６００℃以上７００℃以下の所望の温度まで再加熱する。
【００４７】
再加熱とその後の冷却による作用は、図１に示した例と同様である。
【００４８】
また、本発明においては、再加熱・冷却の後、コイル状に巻き取った状態で、保管するので、その後の冷却は、巻取り温度にも影響されるが、コイルの外周部がより迅速に冷却されることとなり、コイル長手方向において冷却ムラが発生する虞があるので、必要に応じて、鋼帯の長手方向に再加熱温度の分布を設けて、巻き終えた状態における鋼帯の冷却条件をコイル内外周で、均一化することもできる。
【実施例】
【００４９】
試験１(表１)は、板厚１．２ｍｍの鋼種Ａ〜Ｋを、熱間圧延後、ＲＯＴ（ランアウトテーブル）上で４２０℃まで冷却し、一旦コイルに巻き取った後、３０分以内に再展開（コイルの巻き戻し）しながら、高周波加熱装置によって加熱速度６０℃／ｓで６８０℃まで加熱し、その後巻きとりを行った。
一方、試験２(表２)、板厚１．２ｍｍの鋼種Ａ〜Ｅを、表に示す条件で製造したものである。
本発明においてプレス加工性は密着曲げ可能かどうかで判定を行った。
焼入性の評価は得られた鋼板を熱処理シミュレータを用い１０℃／ｓで９００℃に加熱して０ｓと１８０ｓ保持後に５０℃／ｓで冷却して硬さ測定を行った。マルテンサイト組織を７０％以上確保した上で、１８０ｓ保持と０ｓ保持の硬さの差がＨｖ３５以下で焼入性良好と判断した。
【００５０】
【表１】
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【００５１】
【表２】
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【００５２】
何れの場合も、鋼帯組成が本願発明範囲内であって、熱延終了後に所定の加熱（昇温）速度で、６００℃以上７００℃以下の範囲まで加熱を実施したものでは、プレス加工性や加工後の焼入れ性に優れる結果、各種自動車用部品の素材として有用な高炭素鋼帯となっている。
【００５３】
これに対して、鋼帯の成分組成が本願発明で規定する範囲外であるか、あるいは、熱間圧延後の熱処理において、本願発明が規定する熱処理出なかった場合には、プレス成形性と加工後の熱処理性の少なくとも何れかにおいて、満足できる評価とならない。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明によれば、加工性に優れた高炭素鋼帯を高い生産性で製造することができ、プレス成形や鍛造などの二次加工が容易に実施できる上、その後の焼入れなどの熱処理性にもすぐれており、成形性と高強度が要求される自動車用部品等に適した鋼材を提供することができる。
【図１】
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【図２】
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