(57)【要約】【課題】従来の加工法に加え、据えこみ、しごき、押し出し工法を取り入れた新しい加工法であるＦＣＦ加工性に優れた高炭素鋼板を提供する。【解決手段】Ｃを０．２ｍａｓｓ％以上含有する高炭素鋼板であって、鋼板中の炭化物の占める割合が面積率で２０％以下であって、鋼板断面の金属組織中に見られる炭化物の内、粒径が１μｍ以上３μｍ以下であるものの割合が２０％以上、３μｍ以上の割合が１０％以下であることを特徴とするＦＣＦ加工性に優れた高炭素鋼板。【選択図】　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃを０．２ｍａｓｓ％以上含有する高炭素鋼板であって、鋼板中の炭化物の占める割合が面積率で２０％以下であって、鋼板断面の金属組織中に見られる炭化物の内、粒径が１μｍ以上３μｍ以下であるものの割合が２０％以上、粒径が３μｍ以上であるものの割合が１０％以下であることを特徴とするＦＣＦ加工性に優れた高炭素鋼板。
【請求項２】
鋼板断面の金属組織中に見られる炭化物の内、粒径が１μｍ以上３μｍ以下である炭化物の平均粒子間距離が３μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載のＦＣＦ加工性に優れた高炭素鋼板。
【請求項３】
鋼板断面の金属組織中に見られる炭化物の内、炭化物の最大径が５μｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＦＣＦ加工性に優れた高炭素鋼板。
【請求項４】
鋼板断面の金属組織中に見られる炭化物の内、炭化物の球状化率が９０％以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載のＦＣＦ加工性に優れた高炭素鋼板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加工用高炭素鋼板に関し、ＦＣＦ工法と呼ばれる加工性に優れた炭素含有率の高い高炭素鋼板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
歯車などの高い強度とじん性を必要とする機械構造用部品には、一般的に高炭素鋼板が使用されている。この高炭素鋼板の加工としては、一般に、打ち抜き、絞り、曲げ加工などを主体とした加工法が行われている。このような加工性を確保するために、鋼板硬さが低いことが求められてきた。この硬さは、一般に鋼板中のＣ含有量によって変化することがよく知られているが、球状化焼鈍を調整することによっても変化させることができる。
このような加工法に対応した高炭素鋼板を得るためには、例えば、「鋼と熱処理、日本鉄鋼協会編、東京、（１９９２）Ｐ４４」に記載されている球状化物の粗大化による方法がよく知られている。これは鋼板硬さの支配因子が炭化物の析出強化であることから、成形加工前に球状化炭化物の粗大化を促進し、炭化物数の低減によって析出強化を抑制するという方法である。また、例えば、特許第３２９９０３６号公報に開示されているように、炭化物を粗大化させることにより、ある一定の大きさ以上の炭化物量を規定した方法もある。
【０００３】
また、例えば、上記の方法と逆に、特開平２−２５９０１３号公報や特開２０００−２６５２３８号公報に記載されているように炭化物の粒径を１μｍ以下に微細にさせることで良好な成形性を得ようとする方法が開示されている。
また、例えば、特開平１−１３２７３９号公報ならびに特開平１−１３２７４０号公報では、フェライト相と直径１０μｍ以下のグラファイトを主体とする方法が開示されている。
さらに、例えば、特開昭５７−４１３３２号公報あるいは特開平３−３９４４４号公報では、単に鋼中炭化物の球状化率のみを粒径とは無関係に制御する球状化処理方法、および良加工性高炭素鋼板の製造方法が開示されている。
いずれにしても、上記各技術は、加工性改善のために炭化物を微細化するか、球状化率を向上させる方法を採用している。
【０００４】
一方、最近の塑性加工技術の進歩により、例えば、「板金成形における板厚制御技術（ＦＣＦ工法）型技術、日刊工業新聞社、１９９３年７月号」に掲載されているように、従来の、打ち抜き、絞り、曲げ、バーリングなどを主体にした加工に加え、さらに、冷間鍛造の据えこみ、しごき、押し出し工法を取り入れた新しいＦＣＦ工法（ＦＬＯＷ　ＣＯＮＴＲＯＬ　　ＦＯＲＭＩＮＧ　ＯＦ　ＳＨＥＥＴ　　ＭＥＴＡＬ）と呼ばれる加工法が提案されている。この方法を活用することによりネットシェイプ化が可能となり、切削、焼結、ダイキャストなどからの工法転換が可能となり、プレス加工分野の拡大につながることが期待されている。一般にＦＣＦ工法は適用する工法や変形度から、成形応力は板金成形の約２倍になり、冷間鍛造との中間に位置している。そのため、材料面からもＦＣＦ工法に最適なものが求められている。
【０００５】
従来のように炭化物の微細分散とそれの均一分散または大きな炭化物の均一分散により加工性を改善した高炭素鋼板を、ＦＣＦ工法を用いて成形しようとした場合、従来の打ち抜き、絞り、曲げ、バーリングなどを主体とした加工部分に関しては良好な加工性が得られるものの、冷間鍛造の据えこみ、しごき、押し出し工法を行う際に、炭化物を微細分散させた場合には変形応力の増大によりプレスが困難になること、炭化物を粗大化させた場合には粗大化された炭化物が起点となって割れが発生し易くなるという問題点があった。
【０００６】
【特許文献１】特許第３２９９０３６号公報
【特許文献２】特開平２−２５９０１３号公報
【特許文献３】特開２０００−２６５２３８号
【特許文献４】特開平１−１３２７３９号公報
【特許文献５】特開平１−１３２７４０号
【特許文献６】特開昭５７−４１３３２号公報
【特許文献７】特開平３−３９４４４号公報
【非特許文献１】鋼と熱処理、日本鉄鋼協会編、東京、１９９２年、Ｐ４４
【非特許文献２】板金成形における板厚制御技術（ＦＣＦ工法）型技術、日刊工業新聞社、１９９３年７月号
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述のような従来技術の問題点を解決し、従来の加工法に加え、据えこみ、しごき、押し出し工法を取り入れた新しい加工法であるＦＣＦ加工性に優れた高炭素鋼板を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前述の課題を解決するためにＦＣＦ加工性に最適な組織について検討した結果、従来の加工方法のように、炭化物を微細化あるいは粗大化させる方法ではなく、ある一定範囲の大きさの炭化物を均一分散させることが有効なこと見出し、従来の加工法に加え、据えこみ、しごき、押し出し工法を取り入れた新しい加工法であるＦＣＦ加工性に優れた高炭素鋼板を提供するものであり、その要旨とするところは特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
【０００９】
（１）Ｃを０．２ｍａｓｓ％以上含有する高炭素鋼板であって、鋼板中の炭化物の占める割合が面積率で２０％以下であって、鋼板断面の金属組織中に見られる炭化物の内、粒径が１μｍ以上３μｍ以下であるものの割合が２０％以上、粒径が３μｍ以上であるものの割合が１０％以下であることを特徴とするＦＣＦ加工性に優れた高炭素鋼板。
（２）鋼板断面の金属組織中に見られる炭化物の内、粒径が１μｍ以上３μｍ以下である炭化物の平均粒子間距離が３μｍ以上であることを特徴とする（１）に記載のＦＣＦ加工性に優れた高炭素鋼板。
（３）鋼板断面の金属組織中に見られる炭化物の内、炭化物の最大径が５μｍ以下であることを特徴とする（１）または（２）に記載のＦＣＦ加工性に優れた高炭素鋼板。
（４）鋼板断面の金属組織中に見られる炭化物の内、炭化物の球状化率が９０％以上であることを特徴とする（１）乃至（３）に記載のＦＣＦ加工性に優れた高炭素鋼板。
【００１０】
【発明の実施の形態】
前述したように、本発明は、ＦＣＦ加工性に優れた高炭素鋼板を得るために、ある一定範囲の大きさの炭化物を均一分散させることに特徴があり、これらについて以下に詳細に説明する。
まず、本発明では、Ｃを０．２ｍａｓｓ％以上含有する高炭素鋼板において炭化物の占める面積率を２０％以下に限定している。Ｃ量を０．２ｍａｓｓ％以上と限定した理由は、Ｃ量を低くすることによる加工性向上効果のため本発明のような炭化物形態を制御しなくても良好なＦＣＦ加工性が得られるためである。また、この炭化物を２０％以下に限定する理由は、炭化物の占める面積率が２０％を越えると、地鉄割合が減少するために、ＦＣＦ加工性に重要な据えこみ、しごき、押し出し加工をしようとした場合に、変形抵抗が大きくなるということと、炭化物と地鉄の界面から割れが生じるためである。
【００１１】
一方、下限の面積率は特に規定はしない。面積率が少なければ少ないほどＦＣＦ加工性が良好になるが、鋼中のＣ量から下限はおのずと決まる。ここで、本発明では、鋼中にパーライトが存在する場合にはパーライト相全体を持って炭化物の占める面積率と規定する。
次に、本発明では、炭化物の大きさおよび平均の炭化物距離を規定している。本発明では、この炭化物の内、粒径が１μｍ以上３μｍ以下であるものの割合が２０％以上、３μｍ以上の割合が１０％以下であることを規定している。これは、ＦＣＦ加工に必要な２種類の加工、つまり、打ち抜き、絞り、曲げ、バーリングといった従来の成形技術からくる観点と、新しく加わったしごき、押し出しといった冷間鍛造の観点から求まる。打ち抜き、曲げといった観点からは炭化物を微細化あるいは炭化物の粗大化により良好になる。一方、ＦＣＦ加工に重要な据えこみ、しごきの観点からは微細炭化物は変形抵抗向上による加工性を劣化させる。また、炭化物を粗大化させると炭化物が割れの起点となるので、炭化物粒径をある一定値以下にすることが必要になる。そのため、本発明では炭化物の大きさと割合として、１μｍ以上３μｍ以下であるものの割合が２０％以上、３μｍ以上の割合が１０％以下であると規定した。より好ましくは、１μｍ以上３μｍ以下であるものの割合が３０％以上、３μｍ以上の割合が８％以下とすることが推奨される。なお、上記の粒径は、組織をピクラールエッチング後に走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって観察した個々の炭化物の面積を画像処理によって測定し、この測定値から個々の炭化物の円相当径を算出してその大きさを測定したものである。ここで、本発明では鋼板中にパーライトが存在する場合にはパーライト相全体の大きさを持って炭化物の占める面積と規定する。
【００１２】
また、ＦＣＦ加工性の観点からは炭化物間の距離も重要になる。これは、炭化物距離が短い場合、成形性の観点からはあたかも大きな炭化物があるのと同様の効果があるためであり、炭化物の固まった部分が割れの起点となり加工性を劣化させる懸念がある。本発明では、ＦＣＦ加工性に必要な１μｍから３μｍまでの大きさの炭化物間の平均距離は３μｍ以上が好ましいとした。ここで、炭化物間の平均距離は、組織をピクラールエッチング後に走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって観察した１μｍ以上３μｍ以下の個々の炭化物について、その炭化物の中心間の距離を算出することで求めたものである。ここで、炭化物の中心は鋼板断面の組織観察において炭化物の長径（最大長さ（下記Ａ）を示す部分）の中央部とする。
また、炭化物の大きさについてであるが、５μｍを超えた大きさの炭化物が存在するとＦＣＦ加工中にこの大きな炭化物を起点にして割れが発生する懸念が大きくなるので、最大炭化物の大きさは５μｍ以下が好ましい。
【００１３】
さらに、分散している炭化物の内、例えば、パーライトなどの球状化が不十分な炭化物が存在すると、この炭化物の切り欠き形状のために球状化の不十分な炭化物を起点として割れの原因となることがある。従って、ＦＣＦ加工性を良好にするためには、炭化物の球状化率を９０％以上にすることが好ましい。ここで、炭化物の球状化率は、鋼板断面の組織観察において炭化物の最大長さＡとその直角方向の長さＢの比率、すなわち、Ａ／Ｂが４未満である炭化物を「球状化した炭化物」と定義している。
本発明に関する高炭素鋼としては、Ｃ：０．２０％以上のＪＩＳ規格に定められた炭素鋼、クロム鋼、クロムモリブデン鋼、炭素工具鋼などが使用可能であり、鋼種には特によらない。
なお、本発明においては、上記に説明したような炭化物分散条件を満足する鋼板であれば、熱延鋼板、冷延鋼板を問わず問題なく使用することができる。
【００１４】
【実施例】
表１に示す成分組成のＳ２５Ｃ、Ｓ４５Ｃ、ＳＫ５の材料を表２の条件で熱間圧延を行い５ｍｍ板厚の熱延鋼帯とした。その熱延鋼帯に酸先で表面スケールを除去した後に表２に併せて示した焼鈍条件で球状化焼鈍を施した。ここで、ＲＯＴと呼ばれる熱間圧延機と巻取り機の間にある冷却設備での冷却において、熱間圧延機に近い部分（前段）と巻取り機に近い部分（後段）の冷却速度を表２に示すようにコントロールした。表２には、ＲＯＴを２分割して前段側と後段側の平均の冷却速度を示している。その鋼板をＦＣＦ工法にて段付きフランジを作成した。
製造した鋼帯について、炭化物の大きさは、ピクラールエッチング後に断面の炭化物を走査型電子顕微鏡にて×２０００で５視野観察において、個々の炭化物の面積を画像処理によって測定し、この測定値から個々の炭化物の円相当径を算出した。また、炭化物間の平均距離は、炭化物大きさ１〜３μｍの大きさの個々の炭化物について、その炭化物の中心間の距離を算出した。
【００１５】
ＦＣＦ加工性の評価については、打ち抜き面のだれの発生有無と加工品の割れ発生有無を成形後の外観を見ることで評価した。加工数は１００個として１個でもだれ、または割れを発生したものをだれ、割れ発生有りとして、一つも発生しなかったものを発生無しとした。このようにして求めたＦＣＦ加工の評価結果も併せて表２に示す。
本発明の範囲内に炭化物の大きさ、分布を制御した条件１〜７は良好なＦＣＦ加工性を得ることができた。それに対して、炭化物の大きさ、分布が本発明範囲を外れる条件８〜１４はＦＣＦ加工時に割れまたはせん断面に割れを発生しした結果、良好な成形性を得ることができなかった。
【００１６】
本発明におけるこのような結果が出た原因として、発明者らは以下のように推定している。
即ち、熱間圧延終了温度および巻取り温度を相対的に低くして、圧延機の出側時点での炭化物を微細に均一分散させるようにした後に、焼鈍工程では比較的温度を高く、時間を長く焼鈍する。このことによって熱間圧延で微細に均一分散させた炭化物が成長し、球状化した炭化物の大きさをある範囲内に制御できると考えている。ただし、熱間圧延終了温度、巻取り温度を低くし過ぎると炭化物の成長が抑制されて、非常に微細な炭化物が形成するので本発明の範囲外となる。
【００１７】
また、本発明者らの検討では、熱間圧延後の冷却を前段冷却、熱間圧延後のＲＯＴと呼ばれる設備での冷却において、圧延機側に近い方の冷却速度を巻取り側に比べて高くするという特別な冷却処理を行うことで、本発明の炭化物形態をより容易に得ることができることを確認した。
これは、前段側の冷却速度を速くすることでオーステナイトからフェライトに変態するときの過冷度を大きくすることで、微細に均一分散させた炭化物が生成し易くなるためであると推定される。
【００１８】
なお、上記の製造方法の考え方は冷延鋼板を製造するときにも適用できる。冷延鋼板を製造する場合には、熱間圧延終了温度および巻取り温度を相対的に低く、その後の焼鈍も低い温度で行うことで微細な球状化炭化物が生成するようにする。その後冷延後の焼鈍では比較的温度を高く、時間を長く焼鈍することによって均一分散させた炭化物の成長を促進させることにより、球状化した炭化物の大きさを制御できると推定している。この考え方により良好なＦＣＦ加工性を有する熱延鋼板、冷延鋼板を製造できる。上記の方法は本発明の組織を形成するための一つの例であり、上記以外の方法でも本発明と同様の組織を作ることも可能である。
【表１】
2004137527.tif 000002
【表２】
2004137527.tif 000003
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来の加工法に加え、据えこみ、しごき。押し出し工法を取り入れた新しい加工法であるＦＣＦ加工性に優れた高炭素鋼板を提供することができる。従って、従来の高炭素鋼板に比べて経済的効果が大きく、しかも、ＦＣＦ加工性が著しく向上したことにより、複雑な形状の加工が可能になり、かつ、プレス金型寿命も向上するなど、産業上有用な著しい効果を奏する。