(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．１５〜０．４５％、
Ｓｉ：０．２５％以下、
Ｍｎ：０．０５〜０．１９％、
Ｃｒ：０．５％以下、
Ｔｉ：０．０１〜０．０６％、
Ｂ：０．０００３〜０．００５％、
残部が不可避的不純物およびＦｅからなる鋼を熱間圧延し、Ａｃ1点以下の温度で球状化焼鈍することを特徴とする加工性に優れ、加工後の焼き入れ焼戻しによる寸法変化の少ない高炭素鋼板の製造方法。
【請求項２】
質量％で、
Ｃ：０．１５〜０．４５％、
Ｓｉ：０．２５％以下、
Ｍｎ：０．０５〜０．１９％、
Ｃｒ：０．５％以下、
Ｔｉ：０．０１〜０．０６％、
Ｂ：０．０００３〜０．００５％、
残部が不可避的不純物およびＦｅからなる鋼を熱間圧延、冷間圧延し、Ａｃ1点以下の温度で球状化焼鈍することを特徴とする加工性に優れ、加工後の焼き入れ焼戻しによる寸法変化の少ない高炭素鋼板の製造方法。
【請求項３】
質量％で、
Ｃ：０．１５〜０．４５％、
Ｓｉ：０．２５％以下、
Ｍｎ：０．０５〜０．１９％、
Ｃｒ：０．５％以下、
Ｔｉ：０．０１〜０．０６％、
Ｂ：０．０００３〜０．００５％、
残部が不可避的不純物およびＦｅからなる鋼を熱間圧延、Ａｃ1点以下の温度で球状化焼鈍、冷間圧延し、Ａｃ1点以下の温度で球状化焼鈍することを特徴とする加工性に優れ、加工後の焼き入れ焼戻しによる寸法変化の少ない高炭素鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クラッチ部品、チェーン部品、自動車部品等に使用される加工性の優れた高炭素鋼板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高炭素の薄鋼板は、通常、切削や、打ち抜き、曲げ、絞り等の加工により、所定の寸法形状に成形後、焼き入れ焼戻し等の熱処理を行い、必要とする強度に調質してから、目的の用途に適用することが多い。したがって、鋼板段階では、軟質で加工性が優れていることが重要である。高炭素鋼板は調質熱処理により、高強度の機械的特性を得ることを前提とするため、Ｃ量が多く、また合金元素も多く含まれており、加工性が劣ることは避け得ない。
【０００３】
しかし、プレス加工で複雑な形状に成形が可能であれば、切削や溶接による成形よりはるかに製造コストを下げることが可能なため、高炭素薄鋼板の加工性に対する要求がますます高まる傾向にある。同時に、自動車用製品では、軽量化等の要求から、個々の部品の小型化が進められている。部品の小型化は要求される寸法精度が、おのずから厳しくなり、加工精度と共に、焼き入れ、焼戻し熱処理による寸法変化に対する要求も厳しくなっている。
【０００４】
例えば、自動車のオートマチックトランスミッションに組み込まれるドライブプレートは従来、Ｓ４５Ｃ等のＳＣ材を切削加工し、焼き入れ、焼戻し熱処理されたギャー部を普通鋼等で製造されたプレートに溶接、焼きばめで接合して製造されていた。しかし、自動車の軽量化、工程省略によるコスト低減等から、プレートとギャー部を一体成形加工することが検討されている。この一体成形法の一つに鋼板をプレス加工後、ギャー部を転造加工する方法がある。また、リクライナーシートに組み込まれるアームポールは半抜きで内側にギャーをファインブランキングで成形される部品がある。これらも軽量化、小型化の要請からギャーのモジュールを小さくする傾向にあり、従来に用いられていたＳ４５Ｃでは十分な加工性が得られない。また、焼き入れ、焼戻しの熱処理により、強度を確保するが、この場合、内歯のギャー部品のため、熱処理による寸法精度の要求が厳しい。モジュールが小さくなるとこの要求はますます厳しくなる。
【０００５】
加工性、焼き入れ性を改善する方法を開示したものとして、特開平８−３６８７号公報、特開平１０−２５９４４７号公報がある。
【０００６】
特開平８−３６８７号公報には球状化焼鈍された炭化物の粒径と量を調整する技術が開示されている。しかし、この技術で製造された鋼板は上記の要求される用途に対して、加工性が不十分で、また、焼き入れ焼戻しによる寸法精度を良くする点については何らの技術の開示もない。
【０００７】
特開平１０−２５９４４７号公報には、焼き入れ性は１０＜３０Ｃ＋５Ｍｎ＋６Ｃｒ＋３００Ｂを、加工性は５＞１０Ｃ＋Ｍｎ＋１５０Ｓを満足する成分に調整する技術が開示されており、この記述により製造された鋼板は、転造成形によるドライブプレート用鋼板として使用される。しかし、この技術で製造された鋼板もやはり、厳しい転造成形性には加工性が不十分であり、また、熱処理による寸法精度に関する技術の開示はない。
【０００８】
高炭素鋼板の加工性を良好にするために球状化焼鈍が必須である。コイル状で球状化焼鈍を行う場合、Ａｃ1温度直下で長時間焼鈍を行うのが普通であるが、従来鋼をこの方法で行うと長時間焼鈍が必要な上に、コイル内の材質バラツキが大きくなるという欠点がある。
【０００９】
この課題を解決する技術を開示したものとして、特開平１０−２５１５７号公報がある。この技術の球状化焼鈍は水素雰囲気中でＡｃ1点〜（Ａｃ1点＋３０℃）の温度範囲にて１〜１０時間の均熱した後、３〜２０℃／ｈの冷却速度で（Ａｒ1点−５０℃）を下回る温度まで徐冷することに特徴を有している。この公報の技術は加工性の評価を引張り試験の全伸びで行っている。しかし、高炭素鋼板の加工性は単に全伸びのみでは評価されなく、むしろ他の特性、例えば、局部伸びと相関がある場合が多く、この方法で焼鈍した高炭素鋼板は全伸びが高いにも関わらず、むしろ加工性が従来材より劣る適用例も少なくない。また、この公報は焼き入れ、焼戻し時の寸法精度、ファインブランキング時の工具寿命に対する技術の開示もない。
【００１０】
このため、加工性と焼き入れ時の強度と寸法精度が良好な鋼板を安価に提供することが望まれている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術の問題点である加工性が極めて優れ、焼き入れ性が良好で、かつ焼き入れ焼戻しによる寸法精度が良好な鋼板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】
上記、従来技術の課題について、鋭意研究した結果、従来、焼き入れ性を確保するため、０．３０％超のＭｎ添加が必要であったが、Ｔｉ、Ｂを添加すれば、Ｍｎ量を０．０５〜０．１９％にしても焼き入れ性は十分確保でき、焼き入れ時の寸法変化も小さくなるばかりか、加工性が飛躍的に向上し、球状化焼鈍が短時間で完了し、長時間焼鈍を必要としていた等の従来技術の問題点を解決できることを知見した。
【００１３】
本発明は、この知見に基づき完成したもので、その要旨は、質量％で、
Ｃ：０．１５〜０．４５％、
Ｓｉ：０．２５％以下、
Ｍｎ：０．０５〜０．１９％、
Ｃｒ：０．５％以下、
Ｔｉ：０．０１〜０．０６％、
Ｂ：０．０００３〜０．００５％、
残部が不可避的不純物およびＦｅからなる鋼を熱間圧延、Ａｃ1点以下の温度で球状化焼鈍する、あるいは熱延鋼板を冷間圧延した後、Ａｃ1点以下の温度で球状化焼鈍することを特徴とする加工性に優れ、加工後の焼き入れ焼戻しによる寸法変化の少ない高炭素鋼板の製造方法にある。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
【００１５】
Ｃは、製品の焼き入れ焼戻し等の熱処理後の強度を確保するため必要な元素であるが、Ｃ添加量が多くなると加工性が劣化する。このため、Ｃ量の上限を０．４５％に特定した。一方、Ｃ量が少なくなると焼き入れ後の強度が高くならないため、下限を０．１５％に特定した。
【００１６】
Ｓｉは、鋼を溶製する時に脱酸材として用いられる元素であるが、添加量が多くなると加工性が劣化するため、０．２５％以下にする必要がある。下限は特に規定する必要がないが、Ｓｉ量を０．００５％以下に低めても加工性の改善効果が飽和し、精錬コストも高くなるので、本発明では０．００５％程度までで実施することが好ましい。
【００１７】
Ｍｎは、本発明の重要な構成元素の一つである。Ｍｎは０．１９％以下にすると加工性が飛躍的に向上すると同時に、球状化焼鈍時に炭化物の球状化速度が急速に速くなり、焼鈍温度を低くしたり、焼鈍時間を短くできるため、製造コストも低くすることができる。また、焼き入れ焼戻しによる寸法変化も小さくなる。これらの理由から、Ｍｎ量の上限を０．１９％に特定した。一方、Ｍｎは熱間脆性の原因となるＳをＭｎＳとして固定するために必要な元素である。この理由から、Ｍｎ量を０．０５％以上に添加することが好ましい。Ｍｎ量を０．０５〜０．１９％にすることで、加工性が飛躍的に向上する理由は定かではないが、本発明者等は熱延後の変態挙動、炭化物の球状化挙動、冷延・焼鈍時の再結晶挙動に関係して、フェライト粒径、炭化物サイズ分布に影響するためと考えている。
【００１８】
Ｃｒは、焼き入れ性を高める元素として良く知られている。一方、添加量が多くなると炭化物の球状化を遅らせ、鋼板の加工性を悪くする。このため、Ｃｒ量の上限を０．５％に特定した。
【００１９】
Ｔｉは、Ｎと結合しＴｉＮとなり、焼き入れ時のγ粒の微細化に有効であると共に、Ｂと複合添加して焼き入れ性向上に寄与するＢの比率を高め、焼き入れ性を高める。このため、０．０１％以上を添加する必要がある。一方、添加量が多くなると鋼板を硬質化し、加工性を劣化させるため、０．０６％以下の添加にする必要があるが、０．０３％以下とすることが好ましい。
【００２０】
Ｂは、焼き入れ時に粒界に偏析し、粒界エネルギーを低めることで、微量添加でも焼き入れ性を高める元素であることが良く知られている。焼き入れ性に有効な添加量は０．０００３％以上である。一方、添加量が０．００５％を超えると逆に熱処理後の靭性を劣化させる。この理由から、上限を０．００５％に特定した。
【００２１】
Ｐは、鋼板を硬質にすると同時に、熱処理後の靭性を劣化させる不純物元素であり、０．０２５％以下に抑えることが望ましい。
【００２２】
Ｓは、熱間脆性の原因となる元素であると同時に、ＭｎＳ、ＴｉＳとして鋼中介在物となり、鋼板の加工性を劣化せしめる不純物元素であるので、できるだけ低いことが望ましい。Ｓ量を低くするには精錬コストが高くなるため、本発明では０．００１〜０．００８％の範囲で主に実施することが好ましい。
【００２３】
Ａｌは、製鋼時に脱酸材として用いた場合には、鋼中のＮをＡｌＮとして固定する役割があるが、添加量が多くなると表面欠陥の原因となるため、一方、添加量が低くなると酸化物系に介在物が増加し、加工性を劣化させるので、０．０１〜０．０６％の範囲で含有させても良い。
【００２４】
Ｎは不可避的に混入する元素の一つであるが、添加量が多くなるとＢと結合して、焼き入れ性に有効に働くＢ量を少なくするので、できるだけ少ない方が望ましい。しかし、Ｎ量を０．００２５％以下にするには精錬コストが高くなるため、本発明では０．００２５〜０．００６％の範囲で実施することが好ましい。
【００２５】
このような鋼は通常の転炉、電気炉で溶製され、必要に応じ真空脱ガス処理を経て溶製される。溶鋼は連続鋳造等でスラブを造り、熱間圧延され、熱延コイルを製造される。本発明は熱延条件に特に影響されないが、熱延仕上がり温度はＡｒ3点の直上で行うことが好ましい。これは熱間圧延仕上がり温度が高すぎると、パーライトとフェライトが層状に分散した組織となり、焼鈍してもこの組織の不均一は解消できなく、高炭素鋼板の加工性を損なうためである。一方、熱延仕上げ温度がＡｒ3点以下になると鋼板の形状が悪くなり、安定した熱延が困難になると同時に、熱延後の冷却が不均一となり、材質バラツキを大きくするため好ましくない。
【００２６】
熱間圧延の巻き取り温度に本発明の特徴は左右されないので、特定する必要がない。本発明では５５０〜６５０℃の範囲で主に実施している。
【００２７】
熱延コイルは酸洗等の方法で脱スケールされ、焼鈍される。この焼鈍はＡｃ1点以下の温度で行う必要がある。Ａｃ1点以上の温度で焼鈍すると、層状炭化物になったり、粗大炭化物が形成され、高炭素鋼板の適用製品における加工性が劣化すると同時にファインブランキング成形時の工具寿命を短くする。従来、Ａｃ1点以下の焼鈍は炭化物の球状化に長時間を必要としたが、本発明の鋼は炭化物の球状化が極めて早く、低温でも進行するので、焼鈍時間を長くする必要がない。
【００２８】
板厚精度、表面性状、加工性をより必要とする場合は、脱スケールした熱延コイル、または球状化焼鈍したコイルを冷間圧延した後に焼鈍される。この場合の冷間圧延率は必要な板厚と十分な形状制御できる範囲であれば、特に特定しないが、本発明では２０〜６０％の範囲で実施している。冷間圧延後の焼鈍もＡｃ1点以下の温度で実施する必要がある。
【００２９】
焼鈍されたコイルは必要に応じ調質圧延され、製品に供される。
【００３０】
【実施例】
表１に示す組成の鋼を転炉で溶製し、連続鋳造スラブを造り、熱間圧延により、板厚５．０ｍｍ、および７．０ｍｍの熱延コイルを表２記載の条件で製造した。このコイルを酸洗後、５．０ｍｍ厚のコイルはそのまま焼鈍し、７．０ｍｍ厚のコイルは５．０ｍｍ厚まで冷間圧延後に表２記載の条件で焼鈍した。各々の焼鈍コイルを１．０％の調質圧延後に内歯式のシートリクライナーのモジュール：０．３のアームポールをファインブランキングで製作した。成形されたアームポールの外観に割れ、クラックの有無を目視観察および、加工度の最も大きな歯先部の断面を光学顕微鏡で観察し、外観観察および光学顕微鏡観察でミクロクラックのないものを○、外観観察ではクラックが観察されないが、光学顕微鏡観察でミクロクラックが観察されたものを△、外観観察でクラックが観察されたものを×で評価した。また、一つの工具で連続して成形し、良好な製品形状が得られる成形個数を調査した。これらの加工品を８６０℃×５０ｍｉｎの加熱の焼き入れ、４００℃×５０ｍｉｎの焼戻しの熱処理を行い、熱処理後の硬さと熱処理前後の製品寸法変化を測定した。なお、ファインブランキング加工で外観クラックが観察されたものは、焼き入れ、焼戻しの熱処理を行わなかった。得られた成形性の評点、工具寿命、硬さ、寸法変化を表２に示した。
【００３１】
【表１】
0003921040.tif 000002
【００３２】
【表２】
0003921040.tif 000003
【００３３】
Ａ−１、Ｂ−１、Ｃ−１、Ｄ−１、Ｅ−１、Ｆ−１は熱延−焼鈍−調質圧延で製造した、本発明範囲の実施例である。いずれもファインブランキングの成形性が良好で、工具寿命も長く、焼き入れ、焼戻し熱処理後の硬さも高く、かつ、熱処理による寸法変化が小さい。Ｇ−１はＴｉ、Ｂ量が、Ｍ−１はＣ量が本発明範囲外の実施例である。この鋼板はファインブランキング性は優れているが、熱処理後の硬さが低く、焼き入れ性が不十分である。
【００３４】
Ｈ−１、Ｉ−１はＭｎ量が本発明範囲外の実施例である。Ｍｎ量が本発明範囲外の鋼板はファインブランキング成形時の成形性が悪かったり、工具寿命が短く、総合的に見るとファインブランキング性が劣っている。加えて、熱処理による寸法変化が大きく、精密な寸法精度が必要な製品に向かない。Ｊ−１はＣｒ量が、Ｋ−１はＳｉ量が、Ｌ−１はＣ量が本発明範囲外の実施例であるが、いずれもファインブランキング性が劣っていることが分かる。
【００３５】
Ａ−２、Ｂ−２、Ｃ−２、Ｅ−２は熱延−冷延−焼鈍−調質圧延で製造した本発明範囲内の実施例である。いずれの鋼板もファインブランキング成形性が良好で、工具寿命が長いと共に焼き入れ焼戻しによる寸法変化が小さく、焼き入れ硬さが高く、優れた焼き入れ性とファインブランキング性を兼備している。Ｆ−２は熱延−酸洗−焼鈍（７１０℃×１６ｈｒ）−冷延−焼鈍（６９０℃×１６ｈｒ）−調質圧延して製造された本発明範囲内の実施例である。この鋼板も優れたファインブランキング性と優れた焼き入れ特性を有していることが分かる。Ｇ−２からＭ−２は熱延−酸洗−焼鈍−調質圧延で製造した鋼成分が本発明範囲外の実施例である。Ｔｉ、Ｂ量が本発明範囲外のＧ−２は焼き入れ性が、Ｍｎ量が本発明範囲外のＨ−２、Ｉ−２はファインブランキング性と焼き入れ性が本発明範囲内の実施例より劣っている。Ｃｒ量が本発明範囲以上のＪ−２、Ｓｉ量が本発明範囲以上のＫ−２、Ｃ量が本発明範囲以上のＬ−２はファインブランキング時の工具寿命が短いか、熱処理時の寸法変化が大きいかで、ファインブランキング性と焼き入れ性が両立していない。Ｃ量が本発明範囲以下のＭ−２は焼き入れ後の硬さが不満足である。
【００３６】
Ａ−３は、成分的には本発明範囲内であるが、焼鈍がＡｃ1点以上の温度で行った実施例である。この鋼板は、熱処理後の硬度、寸法変化は良好であるが、ファインブランキング加工時にミクロクラックが生じ、加えて工具寿命が短く、ファインブランキング性が劣っている。
【００３７】
【発明の効果】
以上、実施例で詳述したように、本発明は良好なファインブランキング性と焼き入れ性を兼備した鋼板を提供できる。また、従来のように焼鈍−冷延−焼鈍のような製造工程を採用することなく、熱延板を直接焼鈍した鋼板でも従来材以上のファインブランキング性と焼き入れ性を有し、加えて球状化焼鈍時間も短時間で良く、低コストで鋼板を提供できるため、工業的には有用な発明である。