(57)【要約】【課題】本発明は、特に、Ａｌ添加を極力控え、かつ、Ａｌの過剰添加抑制を防止し、さらに高価な合金系焼入性向上元素を添加することなく、リムド鋼と同等の浸炭焼入れ前後の機械的性質を有する肌焼鋼板を通常の連続鋳造工程を経て製造する浸炭・加工性に優れた浸炭用連続鋳造熱延鋼板の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明による浸炭用連続鋳造熱延鋼板は、質量％において、Ｃ：０．０２〜０．０４％，Ｓｉ：０．１５〜０．３０％，Ｍｎ：０．４５〜０．６０％，Ｐ：≦０．０１８％，Ｓ：０．００５％以下，Ａｌ：０．００１〜０．００５％，Ｎ：３０ｐｐｍ以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる構成である。【選択図】        図１
2004300508.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％において、Ｃ：０．０２〜０．０４％，Ｓｉ：０．１５〜０．３０％，Ｍｎ：Ｍｎ：０．４５〜０．６０％，Ｐ：≦０．０１８％，Ｓ：０．００５％以下，Ａｌ：０．００１〜０．００５％，Ｎ：３０ｐｐｍ以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる浸炭用連続鋳造熱延鋼板。
【請求項２】
ＡＧＳＮｏ＝８．８（Ａｌ：≧０．００８％）＝８４０×Ａｌ％−２．０８  （Ａｌ：０．００２〜０．００８％）＝４．６  （Ａｌ：≦０．００２％）なるＤＩ（理想臨界直径）の式を組合わせることにより、請求項１記載のリムド鋼と同等以上の浸炭−焼入れ性を確保するのに必要なＡｌ上限を求めて製造することを特徴とする浸炭用連続鋳造熱延鋼板。
【請求項３】
転炉溶製鋼を脱酸処理して連続鋳造し、得られた連鋳スラブを熱間圧延して熱延鋼板を製造するにあたり、Ａｌ・Ｓｉ脱酸により低Ａｌ脱酸処理を行ない、質量％において、Ｃ：０．０２〜０．０４％，Ｓｉ：０．１５〜０．３０％，Ｍｎ：０．４５〜０．６０％，Ｐ：≦０．０１８％，Ｓ：０．００５％以下，Ａｌ：０．００１〜０．００５％，Ｎ：３０ｐｐｍ以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる浸炭用連続鋳造熱延鋼板を製造することを特徴とする浸炭用熱延鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、浸炭特性および焼入れ特性に優れた肌焼用鋼板に関し、特にリムド鋼とほぼ同等の特性を有する肌焼用鋼板を連鋳工程を経て製造するための低Ａｌ（アルミニウム）脱酸方法およびＡｌレベル設定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の自動車部品として製造されている熱延鋼板の一部には、成形加工後に浸炭−焼入れ処理（肌焼処理）を行うことにより表面硬さおよび浸炭深さを付与することが要求される場合がある。従来より、このような目的に使用される炭素鋼には、リムド鋼あるいは低窒素Ａｌ弱脱酸鋼を用いて対応している。
【０００３】
リムド鋼は、表層では不純物が少なくγ粒は大きくなり、内層では介在物が分散し、γ粒は細粒となるため、浸炭焼入れ性に優れている。しかし、造塊・分塊工程を経て製造されるリムド鋼は、生産性の向上、特に連々比の向上が求められている今日の状況にそぐわないため、徐々にＡｌキルド鋼に代替されつつある。
【０００４】
しかし、通常のＡｌキルド鋼はＡｌを（鋼板中の質量％で）０．０２％以上含有しており、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）の析出によるピンニング効果により一般的にγ粒が微細化する。このため、焼入れ性が低下し、十分な焼入れ性が得られない。すなわち、リムド鋼と同様の熱処理を採用する限り、所要の表面硬さおよび浸炭深さが得られない。Ａｌ量の低減も可能であるが、過剰にＡｌレベルを低減させることは脱酸不良につながり、疵発生等の問題が生ずる。
【０００５】
焼入れ性良好であるＡｌキルドの特殊鋼を用いることにより、γ粒が微細であっても所要の表面硬さおよび浸炭深さを得ることは可能であるが、コストの面で高価であり、浸炭焼入れ前の加工性が劣り、浸炭焼入れ時に内層まで焼入れが発生することより、リムド鋼と比較して材料特性が著しく変化する。
【０００６】
このようなことから、鋼板中の質量％で、Ｃ（炭素）：０．０１〜０．３０％、Ａｌ（アルミニウム）：０．００５％以下、Ｎ（窒素）：８０ｐｐｍ以下とし、かつ金属Ｍｇ（マグネシウム）を用いて脱酸処理する方法が提案されている（例えば特許文献１参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−２７３７５３号公報（第１図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の装置は以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。すなわち、上述のようにリムド鋼から肌焼鋼を得る場合には、造塊・分塊工程を経て製造するため、生産性の向上が求められている状況に適していなかった。また、連続鋳造において製造が可能なＡｌキルド鋼にはＡｌＮが含有されているため、十分な硬化深さが得られなかった。このＡｌＮの絶対量を低減させるためにＡｌ脱酸鋼のＡｌ量を過剰に低減すると、脱酸不良となっていた。
【０００９】
また、特許文献１記載の発明のように、Ｍｇ脱酸処理を行ない、ＡｌＮの絶対量を減らす方法は、金属Ｍｇ含有ワイヤを添加する設備導入および工程数増が必要となりコストの上昇を招くという課題があった。
【００１０】
このようなことから、Ｃｒ（クロム）やＢ（ボロン）等の合金系焼入れ性向上元素を添加することより、焼入れ性を向上させる方法も考えられるが、合金コストの上昇を招いてしまうことが課題であった。また、特殊鋼を用いて焼入れ性を確保することは可能であるが、焼入れ前後の材料特性が著しく変化するため、リムド鋼と浸炭焼入れ前後の機械的性質を有する肌焼鋼板を得ることは困難であった。
【００１１】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、特に、Ａｌ添加を極力控え、かつ、Ａｌの過剰添加抑制を防止し、さらに高価な合金系焼入性向上元素を添加することなく、リムド鋼と同等の浸炭焼入れ前後の機械的性質を有する肌焼鋼板を通常の連続鋳造工程を経て製造する浸炭・加工性に優れた浸炭用連続鋳造熱延鋼板及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の浸炭用連続鋳造熱延鋼板は、質量％において、Ｃ：０．０２〜０．０４％，Ｓｉ：０．１５〜０．３０％，Ｍｎ：０．４５〜０．６０％，Ｐ：≦０．０１８％，Ｓ：０．００５％以下，Ａｌ：０．００１〜０．００５％，Ｎ：３０ｐｐｍ以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる。
【００１３】
また、ＡＧＳＮｏ＝８．８（Ａｌ：≧０．００８％）＝８４０×Ａｌ％−２．０８  （Ａｌ：０．００２〜０．００８％）＝４．６  （Ａｌ：≦０．００２％）なるＤＩ（理想臨界直径）の式を組合わせることにより、請求項１記載のリムド鋼と同等以上の浸炭−焼入れ性を確保するのに必要なＡｌ上限を求めて製造する浸炭用連続鋳造熱延鋼板である。
【００１４】
本発明の浸炭用熱延鋼板の製造方法は、転炉溶製鋼を脱酸処理して連続鋳造し、得られた連鋳スラブを熱間圧延して熱延鋼板を製造するにあたり、Ａｌ・Ｓｉ脱酸により低Ａｌ脱酸処理を行ない、質量％において、Ｃ：０．０２〜０．０４％，Ｓｉ：０．１５〜０．３０％，Ｍｎ：０．４５〜０．６０％，Ｐ：≦０．０１８％，Ｓ：０．００５％以下，Ａｌ：０．００１〜０．００５％，Ｎ：３０ｐｐｍ以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる浸炭用連続鋳造熱延鋼板を製造する製造方法である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明による浸炭・加工性に優れた浸炭用連続鋳造熱延鋼板及びその製造方法の好適な実施の形態について詳細に説明する。
【００１６】
本発明の浸炭用連続鋳造熱延鋼板の製造方法は、過剰なＡｌ添加の低減を極力控え、かつ、合金系焼入れ性向上元素を添加せずに、浸炭焼入れ前後においてリムド鋼と同等の特性を有する浸炭・加工性に優れた浸炭用連続鋳造熱延鋼板を提供することを目的とするものである。
この目的を達成すべく、本発明は、鋼中成分と組成を総合的にバランスさせ、かつ、相互に満足するように定めている。
以下に、各成分毎の組成を規定する理由を説明する。
【００１７】
Ｃ（炭素）は焼入性を著しく向上させる元素であり、また浸炭用連続鋳造熱延鋼板中におけるＣの質量％が低いと強度低下を招くことから、その下限を０．０２％とした。また浸炭用連続鋳造熱延鋼板中におけるＣの質量％が高いとＣ当量（＝Ｃ％＋Ｓｉ％／２４＋Ｍｎ％／６）の上昇を招き加工性が低下するため、その上限を０．０４％とした。
【００１８】
Ｓｉ（シリコン）は脱酸性の強い元素であることより、脱酸を目的として浸炭用連続鋳造熱延鋼板中における質量％の下限を０．１５％とし、またＳｉ量が増加するとＣ当量の上昇を招き加工性が劣化するため、上限を０．３０％とした。
また、連鋳スラブを熱間圧延して熱延鋼板とする際における脱酸処理時に、ＡｌＳｉ添加することにより製造することができる。その際脱酸処理としては、Ａｌによる先行脱酸を行った後、Ｓｉによる脱酸を行い、再度Ａｌによる脱酸を行なう。好ましくはＳｉ脱酸時に鋼中の酸素を１００ｐｐｍ以下に脱酸する。
【００１９】
Ｍｎ（マンガン）は焼入性を向上させる元素であるため、浸炭用連続鋳造熱延鋼板中における下限を０．４５％とし、またＭｎ量が増加するとＣ当量の上昇を招き加工性が劣化するため、その上限を０．６０％とした。
【００２０】
Ｐ（リン）とＳ（硫黄）はいずれも鋼のじん性を低下させ、またＰの上昇は脆性破壊を招き、Ｓの上昇はバーリング加工性を低下させることから、浸炭用連続鋳造熱延鋼板中におけるＰの上限を０．０１８％、Ｓの上限を０．００５％とした。
【００２１】
ＡｌはＡｌＮとなり、焼入れ時のγ粒の成長を阻止し、過剰に存在すると浸炭−焼入性を劣化させる。ただし、Ａｌを過剰に低下させることは脱酸不良懸念があり、工程負荷を増大させる。そのため浸炭用連続鋳造熱延鋼板中における下限を０．００１％とし、上限を後述する式により０．００５％とした。
【００２２】
ＮはＡｌＮとなり、焼入性を劣化させるとともに、Ｎが高いと加工性が低下することから、浸炭用連続鋳造熱延鋼板中における窒素（Ｎ）量の上限を３０ｐｐｍとした。
【００２３】
本発明の鋼の製造にあたっては、造塊・分塊で製造したリムド鋼から肌焼鋼を得るのとは異なり、転炉溶製鋼を脱酸処理して連続鋳造し、得られた連鋳スラブを熱間圧延する。
しかし、通常、Ａｌキルド鋼の連鋳操業を行なう場合では、Ａｌレベルが高くＡｌＮの析出が問題となり、Ａｌレベルを過剰に低下させる操業を行う場合では、脱酸不良の懸念がある。この問題は適正なＡｌレベルを設定することにより解決できることがわかった。すなわち、本発明は、Ａｌ以外の成分により母材性質をリムド鋼と同等に設定した後、焼入れ性をリムド鋼と同等に確保すべくＡｌレベル設定を行なうことを特徴とする。
以下、このＡｌレベル設定方法について具体的に説明する。
【００２４】
一般的に鋼の焼入れ性を評価する指標としてＤＩ（理想臨界直径）が知られている。このＤＩは次式で表される。
ＤＩ＝ＤＩ＊×ＦＳｉ×ＦＭｎ×ＦＰ×ＦＳ×ＦＣｒ×ＦＮｉ×ＦＭｏ×ＦＣｕ×ＦＢ・・・▲１▼
ＤＩの値が高いほど焼入れ性が高いことを示す。各係数は表１の通りである。
【００２５】
【表１】
2004300508.tif 000003
【００２６】
ＤＩは上記のように成分系の他に、γ粒径であるＡ．Ｇ．Ｓ．Ｎｏにより規定されている。γ粒径はＡｌＮ析出によるピンニング効果により粒径増加が抑制されることより、ＡｌＮ量とγ粒径の関係を整理できると考えられる。Ａｌ量とＡ．Ｇ．Ｓ．Ｎｏ（以下、ＡＧＳＮｏと記す）の関係を示す特性を図１に示す。
【００２７】
図１より、Ａｌ量とγ粒径（Ａ．Ｇ．Ｓ．Ｎｏ）の関係は、次式のように規定することが出来る。
ＡＧＳＮｏ＝８．８（Ａｌ：≧０．００８％）、＝８４０×Ａｌ％−２．０８（Ａｌ：０．００２〜０．００８％）、＝４．６（Ａｌ：≦０．００２％）・・・▲２▼
ただし、▲２▼式中における各数値の単位は全て質量％である。
【００２８】
既知の式である▲１▼および、上述の▲２▼を組み合わせることにより、成分系のみで焼入れ性の大小を評価することが可能となる。例えば、図２に示す様にリムド鋼の成分範囲の焼入れ性と同等になるようＡｌレベルを設定し、過剰なＡｌ低減を抑制することができる。
【００２９】
転炉溶製鋼９０トンを取鍋に受鋼し、連続鋳造し、熱間圧延し、表２に示す化学成分値の熱延鋼板（板厚５．０ｍｍ）を製造した。
【００３０】
【表２】
2004300508.tif 000004
【００３１】
図３は、本発明の浸炭・加工性に優れた浸炭用連続鋳造熱延鋼板の製造方法によって得られた熱延鋼鈑（原板）の組織、引張試験値および穴拡げ試験値を示す図である。
図４は、本発明の浸炭・加工性に優れた浸炭用連続鋳造熱延鋼板の製造方法によって得られた熱延鋼鈑（原板）の浸炭−焼入れ特性を示す図である。
浸炭処理はカーボンポテンシャル１．０％のガス浸炭窒化を８８０℃×９０分の条件で行い、６０℃の油中で焼入れた。得られた浸炭材の表面硬度と、断面硬度５１３Ｈｖ以上の浸炭深さを測定した。
【００３２】
〔比較例１〕
造塊・分塊工程を経て熱間圧延することにより、表２に示す化学成分値の熱延鋼鈑を製造し、該原板の引張試験値、浸炭−焼入れ特性を実施例１と同様に測定し、その結果を図３及び図４に示した。
【００３３】
〔比較例２〕
表２に示す化学成分値の熱延鋼鈑を実施例１と同様にして製造し、得られた熱延鋼鈑の原板の引張試験値、浸炭−焼入れ特性を実施例１と同様に測定し、その結果を図３及び図４に示した。
【００３４】
図３の結果から、本発明実施例のものは、比較例１のリムド鋼のものと同等の母材段階の機械的性質を示し、図４の結果から比較例１のリムド鋼と同程度の浸炭−焼入れ特性を有することがわかる。また、焼入れ性添加元素の多く、Ａｌレベルの低い比較例２のものは、母材がリムド鋼に比べ硬質であり、浸炭−焼入れ時に内層まで焼入れされていることがわかる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の浸炭用連続鋳造熱延鋼板は、質量％において、Ｃ：０．０２〜０．０４％，Ｓｉ：０．１５〜０．３０％，Ｍｎ：０．４５〜０．６０％，Ｐ：≦０．０１８％，Ｓ：０．００５％以下，Ａｌ：０．００１〜０．００５％，Ｎ：３０ｐｐｍ以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなるので、造塊・分塊工程を実施することなく、リムド鋼とほぼ同等の特性を有する浸炭焼入れ材を連鋳工程を経て製造することができる。
【００３６】
また、ＡＧＳＮｏ＝８．８（Ａｌ：≧０．００８％）＝８４０×Ａｌ％−２．０８  （Ａｌ：０．００２〜０．００８％）＝４．６  （Ａｌ：≦０．００２％）なるＤＩ（理想臨界直径）の式を組合わせることにより、請求項１記載のリムド鋼と同等以上の浸炭−焼入れ性を確保するのに必要なＡｌ上限を求めて製造する浸炭用連続鋳造熱延鋼板であるので、リムド鋼とほぼ同等の特性を有する浸炭焼入れ材を連鋳工程を経て製造することができる。
【００３７】
本発明の浸炭用熱延鋼板の製造方法は、転炉溶製鋼を脱酸処理して連続鋳造し、得られた連鋳スラブを熱間圧延して熱延鋼板を製造するにあたり、Ａｌ・Ｓｉ脱酸により低Ａｌ脱酸処理を行ない、質量％において、Ｃ：０．０２〜０．０４％，Ｓｉ：０．１５〜０．３０％，Ｍｎ：０．４５〜０．６０％，Ｐ：≦０．０１８％，Ｓ：０．００５％以下，Ａｌ：０．００１〜０．００５％，Ｎ：３０ｐｐｍ以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる浸炭用連続鋳造熱延鋼板を製造する製造方法であるので、リムド鋼とほぼ同等の特性を有する浸炭焼入れ材を連鋳工程を経て製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａｌ量とＡ．Ｇ．Ｓ．Ｎｏの関係を示す特性図である。
【図２】ＤＩとＡ．Ｇ．Ｓ．Ｎｏの関係を示す特性図である。
【図３】本発明の浸炭・加工性に優れた浸炭用連続鋳造熱延鋼板の製造方法によって得られた熱延鋼鈑（原板）の組織、引張試験値および穴拡げ試験値を示す図である。
【図４】図４は、本発明の浸炭・加工性に優れた浸炭用連続鋳造熱延鋼板の製造方法によって得られた熱延鋼鈑（原板）の浸炭−焼入れ特性を示す図である。
【図１】
2004300508.tif 000005
【図２】
2004300508.tif 000006
【図３】
2004300508.tif 000007
【図４】
2004300508.tif 000008