(57)【要約】【課題】  優れた加工性と安定した焼入れ性を有し、しかも熱処理後の靭性が良好な高炭素鋼板の製造方法を提供すること。【解決手段】  質量％で、Ｃ：０．２０〜０．４５％、Ｍｎ：０．４０〜１．５０％、Ｃｒ：０．０１〜０．８０％、Ｔｉ：０．０５０％以下、Ｂ：０．０００３〜０．００５０％を含有する鋼を熱間圧延し、脱スケール後にＳｅ、Ｔｅ化合物を塗布した後、球状化焼鈍することを特徴とする加工性、焼入れ性、熱処理後の靭性の優れた高炭素鋼板の製造方法。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ  ：０．２０〜０．４５％、
Ｍｎ：０．４０〜１．５０％、
Ｃｒ：０．０１〜０．８０％、
Ｔｉ：０．０５０％以下、
Ｂ  ：０．０００３〜０．００５０％
を含有する鋼を熱間圧延し、脱スケール後にＳｅ、Ｔｅ化合物を塗布した後、球状化焼鈍することを特徴とする加工性、焼入れ性、熱処理後の靭性の優れた高炭素鋼板の製造方法。
【請求項２】
質量％で、
Ｃ  ：０．２０〜０．４５％、
Ｍｎ：０．４０〜１．５０％、
Ｃｒ：０．０１〜０．８０％、
Ｔｉ：０．０５０％以下、
Ｂ  ：０．０００３〜０．００５０％
を含有する鋼を熱間圧延し、脱スケール後にＳｅ、Ｔｅ化合物を塗布した後、冷間圧延、焼鈍することを特徴とする加工性、焼入れ性、熱処理後の靭性の優れた高炭素鋼板の製造方法。
【請求項３】
質量％で、
Ｃ  ：０．２０〜０．４５％、
Ｍｎ：０．４０〜１．５０％、
Ｃｒ：０．０１〜０．８０％、
Ｔｉ：０．０５０％以下、
Ｂ  ：０．０００３〜０．００５０％
を含有する鋼を熱間圧延し、脱スケール後にＳｅ、Ｔｅ化合物を塗布した後、球状化焼鈍、冷間圧延、焼鈍することを特徴とする加工性、焼入れ性、熱処理後の靭性の優れた高炭素鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工性と焼入れ性に優れ、かつ熱処理後の靭性が優れた高炭素鋼板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車部品（ギヤ、ミッション）等に使用される高炭素鋼板は、打ち抜き、成型加工後に焼入れ、焼き戻し等の熱処理が施され、所定の強度に調整される。一般に、高炭素鋼板は打ち抜き加工や曲げ加工、軽い絞り加工、軽度の伸びフランジ加工が施されることもある。また、部品形状が複雑な場合は、いくつかの部品を溶接して製造される場合も多い。
【０００３】
ところが近年、部品製造コストの低減を図るべく部品加工の工程省略、一体成型が進められているため、素材の高炭素鋼板にはより加工性の優れた特性が要求されている。
また、焼入れ、焼き戻し等の熱処理により強度を調質して用いられるため、優れた焼入れ性と共に機械構造部品として優れた靭性が要求されている。
【０００４】
加工性と焼入れ性、熱処理後の靭性の優れた高炭素鋼板を提供する技術に関しては、下記に示す特許文献１〜３においても開示されている。
特許文献１の技術は、Ｍｎ量を０．２〜０．５０％、Ｓｉ量を０．１０％以下と低めることと球状化焼鈍を行うことで加工性を高め、低Ｍｎ化による焼入れ性の低下をＣｒ、Ｂの添加で補うものである。
しかし、この技術で製造した高炭素鋼板は、必ずしも優れた加工性と焼入れ性を有さない。特に、焼入れ性にバラツキが大きく安定した強度調整が出来なく、重要な構造部品には提供できない。
【０００５】
特許文献２の技術は、特許文献１とほぼ同じ技術思想で構成分を調整し、加工性を高めるため、炭化物球状化率、炭化物粒径、フェライト粒径を特定したものであり、その手段として球状化焼鈍をＡｃ1点以上の温度まで昇温後に徐冷する熱サイクルを採用したものである。
しかし、この技術で製造した鋼板は軟質化し、通常の引張り試験の伸びは高くなるが、加工方法によっては良好な加工性を示さない場合がある。また、この鋼板も焼入れ性にバラツキが大きく安定した強度調整が出来なく、重要な構造部品には提供できない。
【０００６】
特許文献３の技術は、ＢとＰ量の関係と炭化物粒径、球状化率を特定したものであるが、この技術を適用しても焼入れ性が不安定で、構造部品に適用することは出来ない。
このように従来技術で製造された鋼板は、優れた加工性と安定した焼入れ性を両立出来ないのが現状である。
【特許文献１】特開平１０−１４７８１６号公報
【特許文献２】特開平１１−２５６２６８号公報
【特許文献３】特開平２０００−２４８３３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、優れた加工性と安定した焼入れ性を有し、しかも熱処理後の靭性が良好な高炭素鋼板の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
高炭素鋼板は、フェライトとパーライトの混合組織、あるいはフェライトとセメンタイトの混合組織である。パーライトは、フェライトとセメンタイトが層状に積層した組織で延性が乏しいため、加工性を必要とするときは球状化焼鈍し、フェライトと球状炭化物（セメンタイト）の混合組織として用いられる。この球状炭化物は硬質なため変形能がほとんどなく、炭化物の周りは歪が不連続となり、炭化物の周りにボイドが生じ、このボイドが連結して割れが生じる。
したがって、炭化物が少ないほど加工性が良好になるため、加工性の観点からはＣ量を低めることが有用である。
【０００９】
しかし、Ｃは焼入れ性、焼入れ最高硬さに直接影響し、Ｃ量が低くなると焼入れ後の硬さが得られなくなるので、ある程度以上のＣ量が必要である。
低Ｃ化した鋼板の焼入れ性の低下を補う手段としてＢを添加することが良く知られているが、単にＢを添加しただけでは、従来技術で説明したように安定した焼入れ性を得ることができない。
そこで、本発明者等はＢ添加鋼の焼入れ性について種々の検討をした結果、脱スケール後にＳｅ、Ｔｅ化合物を塗布することで前記問題を解決できることを知見した。
【００１０】
本発明は、上記知見に基づいて完成したものであり、その要旨は以下のとおりである。
（１）質量％で、
Ｃ  ：０．２０〜０．４５％、
Ｍｎ：０．４０〜１．５０％、
Ｃｒ：０．０１〜０．８０％、
Ｔｉ：０．０５０％以下、
Ｂ  ：０．０００３〜０．００５０％
を含有する鋼を熱間圧延し、脱スケール後にＳｅ、Ｔｅ化合物を塗布した後、球状化焼鈍することを特徴とする加工性、焼入れ性、熱処理後の靭性の優れた高炭素鋼板の製造方法。
【００１１】
（２）質量％で、
Ｃ  ：０．２０〜０．４５％、
Ｍｎ：０．４０〜１．５０％、
Ｃｒ：０．０１〜０．８０％、
Ｔｉ：０．０５０％以下、
Ｂ  ：０．０００３〜０．００５０％
を含有する鋼を熱間圧延し、脱スケール後にＳｅ、Ｔｅ化合物を塗布した後、冷間圧延、焼鈍することを特徴とする加工性、焼入れ性、熱処理後の靭性の優れた高炭素鋼板の製造方法。
【００１２】
（３）質量％で、
Ｃ  ：０．２０〜０．４５％、
Ｍｎ：０．４０〜１．５０％、
Ｃｒ：０．０１〜０．８０％、
Ｔｉ：０．０５０％以下、
Ｂ  ：０．０００３〜０．００５０％
を含有する鋼を熱間圧延し、脱スケール後にＳｅ、Ｔｅ化合物を塗布した後、球状化焼鈍、冷間圧延、焼鈍することを特徴とする加工性、焼入れ性、熱処理後の靭性の優れた高炭素鋼板の製造方法。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、加工性と焼入れ性の両特性に優れた鋼板を提供することができる。すなわち、特定に成分調整した鋼に酸洗後にＴｅ、Ｓｅ化合物を塗布した後に焼鈍することにより、優れた加工性と安定した焼入れ性を有し、しかも熱処理後の靭性の優れた鋼板を提供することが可能となる。
また、この高炭素鋼板を用いれば、自動車の駆動系機械部品等の加工においては加工度を高く取ることができ、製造工程を省略して低コストで部品等を製造することも可能となる。これは工業的に極めて有用な発明である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の鋼組成の限定理由について説明する。なお、以下の説明、特に成分範囲において使用する％表示は、質量％を意味する。
Ｃは、焼入れ後硬さに直接影響し、Ｃ量が０．２０％未満では焼入れ後、機械構造部品として十分な強度を得られない。
一方、０．４５％を超えると炭化物量が多くなり、加工時に炭化物の周りにボイドが生成し、このボイドが連結する機構で破断が進捗して加工性を劣化させるため、Ｃの上限を０．４５％に特定した。なお、好ましい範囲は、同様の理由から０．２０〜０．３５％である。
【００１５】
Ｍｎは、焼入れ性を高めることで知られているが、Ｍｎの過剰添加は成分の偏析を助長し、炭化物の分散、粒径のバラツキを大きくして加工性を劣化させるため、焼入れ性と加工性のバランスを考慮して０．４０〜１．５０％の範囲に特定した。
【００１６】
Ｃｒは、球状化炭化物の粒径のバラツキを抑えて加工性を高める働きをするため、０．８０％以内で添加する。０．８０％を超える添加は、球状化のための焼鈍時間が長時間必要となるため製造コストを上昇させるだけでなく、鋼板が硬質となり加工性をも劣化させる。
一方、炭化物粒径のバラツキを抑える手段としては、凝固条件、熱延条件、焼鈍条件等、Ｃｒ添加以外に存在するため、Ｃｒの下限量を０．０１％とした。
【００１７】
Ｂは、焼入れ性を高める元素として知られている。本発明でも、この目的で０．００５０％を上限で添加する。０．００５０％を超えると連続鋳造スラブに欠陥が生じ製品に表面疵が多くなり、歩留まりが低下する。
一方、添加量が０．０００３％未満になると焼入れ性を高める効果を発揮できないことから、下限を０．０００３％に特定した。
【００１８】
Ｔｉは、Ｂの添加効果を顕現させるためと焼入れ後の靭性を高めるために添加するものであるが、０．０５０％を超える添加は、製造条件により靭性が劣化することがあるので上限を０．０５０％に特定した。
一方、０．００５質量％未満の添加量では上記したＴｉの効果を発揮できないことから、０．００５質量％以上添加することが望ましい。
【００１９】
その他のＳｉ、Ｐ、Ｓ、Ａｌ、Ｎは、通常範囲で含有させても本発明の特徴を損なうことは無い。
Ｓｉは、鋼板を硬質にし加工性を損なうと同時に、鋼板の表面欠陥の原因になるので、１．０質量％以下とすることが好ましい。
【００２０】
Ｐは、加工性の劣化や熱処理後の靭性低下を招来するので、０．０３％以下とすることが好ましい。
【００２１】
Ｓは、ＭｎＳ等の介在物となり加工性を劣化させるので、０．０２％以下にすることが好ましい。
【００２２】
Ａｌは、過剰に添加すると鋼板の表面欠陥の原因となりやすいので、０．０８％以下の範囲で添加することが好ましい。
【００２３】
Ｎは、多量に添加するとＡｌ、Ｔｉ、Ｂと窒化物をつくり焼入れ性を劣化させるので、０．００８０％以下の範囲で添加することが好ましい。
【００２４】
さらに、目的に応じて、通常添加される範囲でＣｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｃａ、Ｍｇ等の元素を添加してもよい。これらの元素は、本発明の特徴に特に影響を及ぼすことはない。また、製造過程で不可避的に混入する元素、不純物も本発明の特徴を損なわない。
【００２５】
このような組成の鋼は、転炉、電気炉等で成分調整し、溶製され、連続鋳造あるいは造塊、分塊圧延によりスラブとする。
スラブは熱間圧延に供されるが、その際の加熱温度については、スケール生成による表面状況の劣化を避けるため１２８０℃以下とすることが好ましい。
また、熱間圧延の仕上温度については、加工性の観点からＡｒ3点以上とすることが望ましい。
巻取り温度については、加工性を良好とする炭化物のサイズおよびその分布に制御する観点から、５００〜６５０℃とすることが望ましい。
なお、仕上圧延後の冷却に関しては、炭化物のサイズ分布を均一にした方が加工性に有利に作用することから、パーライトが恒温変態するように注水冷却するのが望ましい。
【００２６】
このようにして製造された熱延鋼帯は、脱スケール後に球状化焼鈍、あるいは冷間圧延して、焼鈍、または球状化焼鈍後に冷間圧延し焼鈍して製品に供される。
酸洗後にＳｅ、Ｔｅ化合物を塗布した後、球状化焼鈍あるいは、直接に冷延、焼鈍、または、球状化焼鈍、冷延、焼鈍することにより、優れた加工性と安定した焼入れ性、熱処理後に優れた靭性が得られる。
【００２７】
Ｃ：０．２２％、Ｓｉ：０．１５％、Ｍｎ：０．５５％、Ｃｒ：０．２５％、Ｐ：０．０１２％、Ｓ：０．００３％、Ｔｉ：０．０１５％、Ｂ：０．００１５％、Ａｌ：０．０１５％、Ｎ：０．００３３％の鋼を熱間圧延で、４．０ｍｍ厚および６．５ｍｍ厚の鋼帯を造り、酸洗後に亜テレル酸、亜セレン酸の水溶液を各々塗布し、乾燥後に４．０ｍｍ厚のものは６９０〜７１０℃×１８〜９６時間の球状化焼鈍し、６．５ｍｍ厚のものは４．０ｍｍ厚まで冷間圧延後に６７０〜６９０℃×２４〜６４時間の焼鈍を行なった。
【００２８】
この鋼板を８５０℃×６０分の加熱保持後に６０℃の油中に焼入れ、硬さを測定した。硬さは、断面厚み方向にビッカス硬さ計で１０箇所測定し、その最低の値を焼入れ硬さとした。同一処理条件で焼入れ試験を行った数に対し、Ｈｖ：５００以上の数で焼入れ性を評価した。
【００２９】
亜セレン酸を塗布したものに関しては、表１に示すように、酸洗板−焼鈍工程のものについては焼入れ数２５の全てのサンプルにおいて、また、冷延−焼鈍工程のものについては焼入れ数１８の全てのサンプルにおいてＨｖ：５００以上の硬さが得られ、安定した焼入れ性が得られることが証明された。
【００３０】
【表１】
2005314726.tif 000002
【００３１】
亜テレル酸を塗布したものに関しては、表１に示すように、酸洗板−焼鈍工程のものについては焼入れ数２８の全てのサンプルにおいて、また、冷延−焼鈍工程のものについては焼入れ数１７の全てのサンプルにおいてＨｖ：５００以上の硬さが得られた。
【００３２】
何も塗布せずに酸洗−焼鈍した比較例に関しては、焼入れ数２４のうち４サンプルがＨｖ：５００以上の硬さを達成できず、何も塗布せずに酸洗−冷延−焼鈍した比較例については、焼入れ数１８のうち３サンプルについてＨｖ：５００以上の硬さが得られなく、焼入れ性が安定していない。
このように、Ｔｅ、Ｓｅ化合物を酸洗後に塗布することにより、安定した焼入れ性が得られることが証明された。
【００３３】
酸洗後のＴｅ、Ｓｅ化合物の塗布は水溶液とし、塗布し、乾燥させることが塗布の均一性から好ましい。塗布量については特に規定しないが、１〜８ｇ／リットルに希釈した水溶液を１０〜１００ｃｃ／ｍ２塗布することが好ましい。
【００３４】
Ｔｅ、Ｓｅ化合物の塗布後に焼鈍する場合、冷間圧延後に焼鈍する場合、共に良好な加工性を確保するため、Ａｃ1点温度以下の温度で行うことが望ましい。
熱延鋼帯を酸洗後あるいは球状化焼鈍後に冷間圧延する場合の冷間圧延率は、良好な再結晶組織とし、良好な加工性をえるため２０％以上にすることが好ましい。
一方、冷間圧延率を高くとると必然的に熱延鋼帯の厚みを厚くなるため、炭化物のバラツキが大きくなり易いので、７０％以下の冷間圧延率を採用することが好ましい。
このようにして製造された鋼帯は必要に応じて、調質圧延して機械構造部品等の加工に供される。
【実施例】
【００３５】
表２に示す成分の連続鋳造スラブを１２５０℃に加熱後、仕上温度：８１０〜８６０℃、巻取り温度：５７０〜６５０℃で、板厚：４．０ｍｍ、６．０ｍｍの熱延鋼帯を造った。
この熱延鋼帯を酸洗後に、鋼帯の表面全体に５ｇ／リットルの亜セレン酸、亜テレル酸水溶液を５０ｃｃ／ｍ２の塗布量で塗布し、乾燥させた後、４．０ｍｍ厚材については６９０〜７０５℃×１８〜９６時間の球状化焼鈍を行ない、６．０ｍｍ材については４．０ｍｍ厚みまで冷間圧延し、６７０〜６９０℃×１６〜６４時間の焼鈍を行なった。
【００３６】
この鋼板からＪＩＳ５号引張り試験片の平行部中央にＲ＝１０、深さ５ｍｍのノッチを両側から付け、これを引張り、絞り率を測定した。なお、絞り率＝（初期断面積−破断時断面積）／初期断面積×１００で求めた。この方法を加工性の評価に用いた理由は、ファインブランキング加工、ＦＣＦ等の高炭素鋼板の加工性と良い相関が認められたためである。
Ｃ量が０．２２％材は６８％以上、Ｃ量が０．２８％材は６５％以上、Ｃ量が０．３５％材は６３％以上が、Ｃ量が０．４５％材は６０％以上が合格である。
【００３７】
各々の焼鈍条件毎に８５０℃×６０分加熱保持後に６０℃の油中に焼入れ、この断面硬さを厚さ方向に１０点、ビッカス硬度計で測定した。
焼入れ性の評価は測定個数中に、硬さの平均値が基準硬さ以上の数と全数との比で評価した。
焼入れ基準硬さは、Ｃ：０．２２％材はＨｖ：５００、Ｃ：０．２８％材はＨｖ：５５０、Ｃ：０．３５％材はＨｖ：６００とした。
焼入れ硬度が基準硬さ以上のものについて硬さがＨｖ：４５０〜４６０の範囲となるＪＩＳ４号衝撃サブサイズ試験片を造り、０℃の衝撃値を測定した。同一鋼について全試験の平均値で衝撃値を靭性の評点とした。
【００３８】
【表２】
2005314726.tif 000003
【００３９】
【表３】
2005314726.tif 000004
【００４０】
鋼１〜３は成分的に本発明範囲内の鋼であり、鋼４は成分が本発明範囲から外れた比較例である。
鋼１〜４に亜テレル酸を塗布し、焼鈍したものが子番号１であり、亜セレン酸を塗布し、焼鈍したものが子番号２であり、通常の工程の酸洗、焼鈍したものが子番号３である。
【００４１】
本発明範囲内の実施例である１・１、２・１、３・１および１・２、２・２、３・２は加工性の指標である絞り率も高く、焼入れ性も安定して良好であり、熱処理後の衝撃値も高く、良好な靭性を有することが分かる。
一方、成分的には本発明範囲内にあるが、酸洗前にＴｅ、Ｓｂ、Ｓｅ化合物を塗布しなかった１・３、２・３、３・３は焼入れ後の硬さが基準硬さに達しないものが見られ、焼入れ性が安定していない。
【００４２】
また、成分的に本発明範囲外で、Ｓ４５Ｃ相当の鋼４は、酸洗前にＴｅ、Ｓｅ化合物を塗布の有無に関係なく、加工性の指標である絞り率が６０％未満と加工性が劣るだけでなく、熱処理後の靭性も同一硬さであるにもかかわらず、本発明の実施例に比べて劣ることが分かる。
【００４３】
子番号が４は亜テレル酸を塗布後に冷延、焼鈍したもので、子番号５は亜テレル酸を酸洗後に塗布し、焼鈍、冷延、焼鈍して鋼板を製造したもので、子番号６は通常の工程で鋼板を製造したものである。
冷延、焼鈍工程で製造した鋼板も、酸洗後にＴｅ、Ｓｂ、Ｓｅ化合物を塗布しないと、１・６、２・６、３・６のように焼入れ硬さが基準硬さに達しないものがあり、安定した焼入れ性が得られないことが分かる。
【００４４】
一方、本発明内の実施例である１・４、２・４、３・４は、冷延・焼鈍工程で製造したものでも、安定した焼入れ性と、良好な加工性、熱処理後に優れた靭性を示すことが分かる。
酸洗後にＴｅ、Ｓｅ化合物を塗布した後に焼鈍、冷延、焼鈍する工程で製造した１・５、２・５、３・５も安定した焼入れ性と、良好な加工性、熱処理後に優れた靭性を示すことが分かる。
【００４５】
本発明範囲から成分が外れた鋼４は、冷延・焼鈍工程および焼鈍−冷延−焼鈍する工程で製造した４・４、４・５共に、加工性の指標である絞り率が低く、熱処理後の靭性も本発明の実施例に比較して大幅に劣ることが分かる。
この様に、鋼成分を特定した鋼を酸洗後のＴｅ、Ｓｅ化合物を塗布することにより、良好な加工性と安定した焼入れ性を有する鋼板が製造できる。
【００４６】
以上実施例で詳細に説明したように加工性の向上と焼入れ性を両立するにあたり、特定に成分調整した鋼にＴｅ、Ｓｅ化合物を酸洗後に塗布することにより、優れた加工性と安定した焼入れ性を有し、しかも熱処理後の靭性が優れた鋼板の製造方法を提供することが可能となる。
この方法で製造した高炭素鋼板を用いることにより、自動車の駆動系機械部晶等の加工において加工度が高く取ることができ、製造工程を省略して低コストで部品等を製造することが可能となり、工業的に極めて有用な発明である。