(57)【要約】【課題】Ｔｉを微量添加して鋼中の結晶粒度を微細化することで、切断性に優れた鋼材を得る。【解決手段】鋼材は、その形状について最終製品に応じて低温圧延して丸棒、角棒やその他の形状の長尺に成形されたものであって、後工程においてシャー切断機で所定寸法にシャー切断して使用することを想定している。鋼材は、Ｔｉを０．００１〜０．０１５重量％の範囲で含み、かつＪＩＳ Ｇ０５５２に規定するフェライト結晶粒度試験方法で測定した中心部の結晶粒度が、主として６番以上になっている。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
所要形状に圧延された後にシャー切断に供される鋼材であって、
Ｔｉを０．００１〜０．０１５重量％の範囲で含み、かつＪＩＳ規格の結晶粒度試験方法で測定した中心部の結晶粒度が、主として６番以上になっている
ことを特徴とする鋼材。
【請求項２】
ＪＩＳ規格の結晶粒度試験方法で測定した中心部の結晶粒度が、２番以下のものが排除されている請求項１記載の鋼材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、鋼中の結晶粒度を微細化することで、シャー切断に際して、その切断端面に生じる時効割れ等の発生を抑制し得る切断性に優れた鋼材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
起重機、産業機械、自動車等に用いられる各種部品の素材となる鋼材として、例えば機械構造用炭素鋼が広く使用されている。図４に示すように、鋼材１０を製品に加工するに際しては、先ずシャー切断装置２０を利用して所要寸法にシャー切断し、その後切断した鋼材１０を任意の形状に冷間鍛造等して最終的な製品としている。ところで、シャー切断された鋼材１０は、切断に際して搬送等により生じた疵に応力が集中することや、切断による残留応力等に起因して切断端面１０ａに時効割れ等の欠陥が生じることがある。そして、前記鋼材１０の切断端面１０ａに生じた欠陥は、冷間鍛造等の後加工において形状不良や疵等の原因となり、最終製品に悪影響を及ぼす弊害がある。
【０００３】
ここで、シャー切断による切断端面１０ａの欠陥は、鋼中に存在する結晶粒の大きさに影響されると考えられ、この結晶粒を細かくすることで切断端面１０ａにおける欠陥の発生を抑制することが可能である。そして、前記鋼材１０の結晶粒を細かくする方法としては、圧延後の鋼材１０に熱処理として低温焼鈍を施すことで、結晶粒の細かさの度合である結晶粒度を制御する方法がある。しかし、鋼材１０の熱処理による結晶粒度制御は、工数を増やしてしまい、コストの増加に繋がってしまう難点がある。そこで、圧延工程において、圧延温度を制御しつつ低温側で圧延(以下、低温圧延と云う)することで、結晶粒度を制御することも行なわれている。なおその他に、鋼中のＣおよびＣｒ等の成分を調整すると共に、鋼中の炭化物の平均粒径と鋼中における炭化物の体積割合とを所定範囲に設定することで、冷間切断性を向上させた線棒鋼材も提案されている(例えば、特許文献１参照)。
【特許文献１】特開平１０−６０５９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、低温圧延による鋼材１０の結晶粒度の制御は、以下のような問題がある。(1)圧延工程において、被圧延材である鋼片を低温側で温度調節するため、加熱温度を下げなければならず、連鋳等の鋳造工程と加熱炉による加熱工程との間において操業ロスが発生する。(2)低温圧延工程において、鋼片が高温にならないように厳密な温度管理が要求され、圧延条件が厳しく、鋼片が高温になった際に圧延工程の途中で放冷を行なうため操業ロスが発生する。このように、低温圧延による鋼材１０の結晶粒度制御は、操業ロスが発生するので、生産効率が悪化してしまう欠点が指摘される。また、低温圧延で成形した鋼材１０であっても、ある割合で結晶粒が大きく成長してしまうばらつきがあるため、結晶粒度が粗い鋼材１０に対して低温焼鈍を実施して結晶粒度を調整する工程が不可避であって、完全に低温圧延のみで結晶粒度制御ができず、コストが増大する要因となっていた。なお、前記特許文献１では、２種以上の元素の添加量を管理しなければならず、煩雑であった。
【０００５】
すなわちこの発明は、従来の技術に係るシャー切断で所定寸法に切断される鋼材に内在する前記問題に鑑み、これらを好適に解決するべく提案されたものであって、微量のＴｉを添加することで、鋼中の結晶粒度を微細化した切断性に優れた鋼材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を克服し、所期の目的を達成するため、本発明に係る鋼材は、
所要形状に圧延された後にシャー切断に供される鋼材であって、
Ｔｉを０．００１〜０．０１５重量％の範囲で含み、かつＪＩＳ規格の結晶粒度試験方法で測定した中心部の結晶粒度が、主として６番以上になっていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る鋼材によれば、Ｔｉを０．００１〜０．０１５重量％の範囲で含み、かつＪＩＳ規格の結晶粒度試験方法で測定した中心部の結晶粒度を、主として６番以上とすることで、該鋼材のシャー切断に際して、切断端面の割れ等の欠陥を回避し得る優れた切断性を示す。また、低温圧延工程において、圧延温度等の圧延条件を緩和することができるので、生産効率を向上させることができる。そして、鋼材の微細化について、Ｔｉの添加量のみを調節すればよいので、管理が容易になる利点も奏する。更に鋼材は、２番以下の粗い結晶粒の存在を排除することで、より切断性を向上し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
次に、本発明に係る鋼材につき、好適な実施例を挙げて以下に説明する。
【実施例】
【０００９】
実施例の鋼材は、起重機、産業機械、自動車等において用いられる各種部品の素材として好適に採用される機械構造用炭素鋼等の炭素鋼であって、部品(最終製品)に合わせて各種成分が調整されて強度や延性等の各種物性が設定されている。前記鋼材は、その形状についても最終製品に応じて低温圧延して丸棒、角棒やその他の形状の長尺に成形されたものであって、後工程においてシャー切断機で所定寸法にシャー切断して使用することを想定している。
【００１０】
前記鋼材は、ミクロ組織がフェライトとパーライトとから構成され、その鋼中の中心部に存在する結晶粒の粒度(以下、中心結晶粒度と云う)を、ＪＩＳ Ｇ０５５２に基づくフェライト結晶粒度試験方法で測定した粒度番号で、主として６番以上になるように設定してある。すなわち、前記鋼材のミクロ組織は、６番以上の結晶粒が大多数を占める微細化された状態になっている。ここで、前記鋼材は、その鋼中に存在する結晶粒が微細化する程、各種の機械的物性、特に切断性に影響を与える因子である強度や衝撃特性等が向上し、切欠感受性が低下して切断端面に割れ等の欠陥が生じ難くなる。そして、前記鋼材における結晶粒の微細化の度合として中心結晶粒度を、粒度番号で６番以上の微細粒とすることで、経験的にシャー切断による切断端面の欠陥を充分抑制し得る優れた切断性を示す。
【００１１】
また前記鋼材は、その中心結晶粒度を、ＪＩＳ Ｇ０５５２に基づくフェライト結晶粒度試験方法で測定した粒度番号で、２番以下の結晶粒が存在しないように設定される。前記鋼材のミクロ組織は、前述した如く６番以上に微細粒が大多数を占めるが、少数存在する６番未満の粗粒について、少なくとも２番以下の粗粒の形成を排除するよう調整される。すなわち、鋼中に２番以下の粗粒が存在する混粒状態にあると、鋼材は機械的物性等の好適な発現が妨げられ、良好な切断性が得られない結果となってしまう。
【００１２】
前記鋼材は、その成分が重量％で、Ｃ：０．０８〜０．６１、Ｓｉ：０．１５〜０．３５、Ｍｎ：０．３〜０．９、残りの部分がＦｅおよび不可避な不純物から基本的に構成された炭素鋼である。更に鋼材には、その鋼中に粒度調整剤として、Ｔｉを０．００１〜０．０１５重量％(１０ｐｐｍ〜１５０ｐｐｍ)、好適には０．００３〜０．００５重量％(３０〜５０ｐｐｍ)の範囲で添加されている。前記鋼材に含まれるＴｉは、鋼中に窒化物(ＴｉＮ)または炭化物(ＴｉＣ)として析出することで、鋼中で結晶粒の安定化およびＭｎＳ介在物の微細化に寄与すると共に、パーライト結晶粒の粗大化を抑制して、結晶粒全体として微細化するように機能している。
【００１３】
図１は、鋼中へのＴｉ添加量Ｎと、得られた鋼材の中心結晶粒度Ｐとの関係を示す相関図である。なお図１の鋼材としては、機械構造用炭素鋼(Ｃ：０．４重量％、ＪＩＳ Ｓ４０Ｃ相当品)を低温圧延工程で１１０ｍｍ角の棒状に圧延されたものを用いた。また、低温圧延工程における温度条件として、抽出前平均温度を１１００℃以下に設定すると共に、仕上圧延前温度を９５０℃以下に設定した。図１に示すように、鋼中へのＴｉの添加量を多くするにつれて、低温圧延工程を経て得られた鋼材の中心結晶粒度Ｐは微細化する傾向にあり、粒度番号が６番以上の規格を満たす割合(合格率)が大きくなる。すなわち、従来のＴｉを添加しない鋼材では、５０％程度の合格率しかなかったが、Ｔｉを０．００１重量％以上添加することで大幅な合格率の改善が見受けられ、例えばＴｉを０．００２重量％以上添加すると９０％以上の合格率を示す。ここで、鋼中へのＴｉの添加量が、０．００１重量％より少ないと、得られた鋼材について前述した中心結晶粒度Ｐの規格を充足する割合が低下して、後工程において低温焼鈍に移行させるものを減少させることができないと共に、低温圧延工程において圧延温度等の圧延条件管理が困難になる弊害がある。これに対し、鋼中へのＴｉの添加量が、０．０１５重量％より多いと、更なる結晶粒度の微細化が見込めるが、強度や衝撃特性等の機械的物性に悪影響を与えてしまうため、結晶粒度の微細化による機械的物性の向上効果を打ち消してしまい、結果として切断性が悪化してしまう。従って、Ｔｉ添加量Ｎとしては、前述した値となる。なお、Ｔｉ添加量Ｎを０．００３重量％〜０．００５重量％とすることで、中心結晶粒度Ｐの規格の合格率および切断性がより向上する。
【００１４】
実施例の鋼材の圧延方法として、圧延温度を管理しつつ低温側で圧延を行なう低温圧延を選択することで、結晶粒度の更なる微細化を図っている。この場合に、鋼中にＴｉを添加することで、低温圧延工程において抽出平均温度や仕上前圧延温度等の圧延条件が緩和され、操業が容易となる。すなわち、低温圧延工程における温度管理は、鋼材の結晶粒度の微細化を目的として実施されるが、Ｔｉの添加により結晶粒度の微細化が見込めるので、温度条件を緩和しても、前述した鋼中の結晶粒度の規格を満たすことができるからである。図２は、鋼中へのＴｉ添加量Ｎを０．００２％に設定したもとで、抽出平均温度と仕上圧延前温度との関係を示す相関図であって、各温度領域におけるサンプル数に対する合格品数が併記してある。なお図２の鋼材としては、機械構造用炭素鋼(Ｃ：０．４重量％、ＪＩＳ Ｓ４０Ｃ相当品)を低温圧延工程で１１０ｍｍ角の棒状に圧延されたものを用いた。そして、低温圧延工程における抽出平均温度が１１００℃以下になるように温度管理されると共に、仕上圧延前温度が９５０℃以下になるように温度管理がなされている。これらの温度条件の双方を満たすことで(図２における左下領域)、得られた鋼材について、その中心結晶粒度Ｐは多くが６番以上を示し、合格率は非常に高くなっている。これに対して、鋼中へのＴｉ添加量Ｎが多い場合(鋼中へのＴｉの添加量を０．００８３％に設定)、前記温度条件の何れか一方または双方が管理範囲から外れていたとしても、得られた鋼材は、その中心結晶粒度Ｐが主として６番以上の条件を満たしている。このように、鋼中へのＴｉ添加量Ｎを増加してゆくことで、低温圧延工程において前述した温度管理条件を外れたとしても、得られた鋼材における中心結晶粒度Ｐの合格率を高くすることができる。すなわち、低温圧延における圧延温度の変動許容幅が広がり、温度管理条件を緩和し得る。
【００１５】
図３は、仕上圧延前温度、中心結晶粒度ＰおよびＴｉ添加量Ｎとの関係を示す相関図である。なお、図３における諸条件は、図２と同様である。 鋼中へのＴｉ添加量Ｎが多い場合(鋼中へのＴｉの添加量が０．００５％以上)、仕上圧延前温度が管理範囲から外れていたとしても、得られた鋼材は、その中心結晶粒度Ｐが主として６番以上の条件を満たしている。このように、鋼中へのＴｉ添加量Ｎを増加してゆくことで、低温圧延工程において前述した温度管理条件を外れたとしても、得られた鋼材における中心結晶粒度Ｐの合格率を高くすることができ、温度管理条件を緩和することができる。
【００１６】
前記鋼材は、ＨＲＢ(ロックウェルＢ硬さ)が、８０〜９４の範囲に設定されるのが好適である。鋼材の硬さは、最終的な製品に必要とされる硬さと、低温圧延後に鋼材に施される冷却処理等との関係で調整されるが、前述した範囲に設定することで、シャー切断において切断端面の割れ等の欠陥を好適に抑制し得る。
【００１７】
ところで、鋼材に製造過程等で不可避的に侵入した水素は、鋼中の非金属介在物の周りにトラップされ、この介在物を起点として発生する水素誘起割れの要因となる。すなわち、シャー切断に際し、鋼材に応力が加わると前記介在物を起点とする割れが起こる虞れがある。しかるに、前記粒度調整剤として採用したＴｉは、耐水素浸食性を向上させる利点もあり、より切断性を向上し得るようになる。
【００１８】
次に、本発明に係る鋼材の製造方法の一例について説明する。実施例の鋼材は、鋳造工程で鋳造された鋼片を、加熱工程で加熱した後、低温圧延工程で成形することで得られる。鋳造工程は、例えば連続鋳造法が採用され、炭素等の所要成分とＴｉを所定量添加して調整すると共に、所要の精錬処理が施された溶鋼を取鍋からタンディッシュに注入し、このタンディッシュから溶鋼を鋳型に連続的に鋳込んで所要形状の鋳片を連続鋳造する。得られた鋼片を、例えばウォーキングビーム炉等の加熱炉で加熱することで、後工程である低温加熱工程に合わせて、該鋼片の温度を好適に調整する。ここで、前述したように、鋼中にＴｉを添加することで、得られる鋼材の中心結晶粒度を微細化し得るから、低温圧延工程における圧延温度の管理幅を緩和することができる。すなわち、加熱炉で温度調整して、取出した際の温度(抽出平均温度)についても、要求される温度条件が緩和されることになり、操業ロスを抑制し得る。
【００１９】
次いで、温度調整された鋼片を、多段に並べられた圧延装置で、温度管理しつつ低温側でロール圧延が連続的に実施され、所定形状に成形されたものを所定温度まで冷却することで、鋼材が得られる。ここで、Ｔｉを添加することで結晶粒が微細化し、得られた鋼材では、前述した中心結晶粒度の規格を充足する割合が多くなる。すなわち、低温圧延工程を経て得られた鋼材について、結晶粒度不良のものを選り分けて熱処理工程に移送し、低温焼鈍で矯正して結晶粒度の微細化する必要はなく、大幅な操業ロスを低減することができ、省コスト化を図り得る。
【００２０】
前記鋼材は、切断工程において、クランクシャーやロータリーシャー等のシャー切断装置において、例えば２００〜４００℃程度に温度保持された状態で切断する温間切断で、所定寸法に切断される。なお、シャー切断は、高温領域で切断すると鋼材が変形を生じ易く、低温領域で切断すると割れを生じる虞れがあるので、青熱脆性点近傍の温度で切断するのが割れを抑制するために効果的である。
【００２１】
そして切断された鋼材は、冷間鍛造等の任意の方法で所定形状に成形され、任意の温度処理等を経て各種部品が製造される。このとき、前記鋼材は、シャー切断において、割れ等の欠陥が生じ難くなっているから、冷間鍛造等の後工程においても、端面の割れに起因する疵や変形等の不良が発生することが抑制され、最終製品の歩留りを向上し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の好適な実施例に係る鋼中へのＴｉの添加量と、得られた鋼材の中心結晶粒度との関係を示す相関図である。
【図２】実施例の鋼中の中心結晶粒度、抽出平均温度および仕上圧延前温度との関係を示す相関図である。
【図３】実施例の鋼中へのＴｉの添加量、仕上圧延前温度および中心結晶粒度との関係を示す相関図である。
【図４】一般的なシャー切断装置を示す概略側面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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