(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．１０〜０．２５％、Ｓｉ：０．０３〜０．３５％、Ｍｎ：０．２０〜２．０％、Ｃｒ：０．１〜２．０％、Ｎ：０．０１０〜０．０２５％、Ａｌ：０．０１０〜０．０５０％、Ｎｂ：０．０３〜０．１０％を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる鋼を、１１５０〜１２５０℃に加熱後熱間圧延を行って素材とし、この素材を８７０〜９５０℃に加熱保持後、空冷した後、６５０〜７００℃で焼鈍することを特徴とする冷間加工性と結晶粒度特性に優れた肌焼き鋼の製造方法。
【請求項２】
質量％で、Ｃ：０．１０〜０．２５％、Ｓｉ：０．０３〜０．３５％、Ｍｎ：０．２０〜２．０％、Ｃｒ：０．１〜２．０％、Ｎ：０．０１０〜０．０２５％、Ａｌ：０．０１０〜０．０５０％、Ｎｂ：０．０３〜０．１０％を含有し、さらにＭｏ：≦０．３５％、Ｎｉ：≦３．０％からから選択した１種または２種を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる鋼を、１１５０〜１２５０℃に加熱後熱間圧延を行って素材とし、この素材を８７０〜９５０℃に加熱保持後、空冷した後、６５０〜７００℃で焼鈍することを特徴とする冷間加工性と結晶粒度特性に優れた肌焼き鋼の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の鋼成分に、さらに、質量％で、Ｐｂ：０．０１〜０．３０％、Ｂｉ：０．０１〜０．２０％、Ｔｅ：０．００１〜０．０５％、Ｃａ：０．０００５〜０．００３％、Ｓｅ：０．００３〜０．０５％から選択した１種または２種以上を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる鋼を、１１５０〜１２５０℃に加熱後熱間圧延を行って素材とし、この素材を８７０〜９５０℃に加熱保持後、空冷した後、６５０〜７００℃で焼鈍することを特徴とする冷間加工性と結晶粒度特性に優れた肌焼き鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は冷間加工性、結晶粒度特性に優れた肌焼き鋼の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼材の冷間加工性を良好に保つためには、冷間加工前の組織を球状化組織にすることが一般的である。しかし、そうした場合に冷間加工後、焼きならしなどの熱処理を行わないまま９５０℃で浸炭すると、オーステナイト初期粒度がおおきくなり混粒が発生し、熱処理歪みが生じる。そこで、結晶粒度調整のため、冷間加工前の組織をフェライト＋パーライト組織にすると、今度は冷間加工性が問題となる。そこで冷間加工性および結晶粒度特性ともに良好に保つためには、冷鍛前素材の硬さを８５ＨＲＢ以下、ミクロ組織をオーステナイト初期結晶粒度番号が１１以下で球状化の進んでいないフェライト＋パーライト組織にする必要がある。特願２０００−３４４６９４では鋼素材を８４０〜９３０℃に加熱し、７３０〜６５０℃の温度域を１５〜３０℃／ｈの冷却速度で冷却することで組織をフェライト＋パーライトとして結晶粒度特性を向上しているが、この方法では熱処理時間が遅い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の解決しようとする課題は、より短い熱処理時間で結晶粒度特性と、冷間加工性を向上させることを目的とし、上記した冷間加工性、結晶粒度特性ともに良好に保つための優れた肌焼き鋼の製造方法を提供することである。すなわち、冷間加工性も良好で、冷間加工ままで浸炭温度としては高温の９５０℃で浸炭しても混粒の発生しない肌焼き鋼の製造方法を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためのこの発明の手段は、質量％で、Ｃ：０．１０〜０．２５％、Ｓｉ：０．０３〜０．３５％、Ｍｎ：０．２０〜２．０％、Ｃｒ：０．１〜２．０％、Ｎ：０．０１０〜０．０２５％、Ａｌ：０．０１０〜０．０５０％、Ｎｂ：０．０３〜０．１０％を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる鋼を、１１５０〜１２５０℃に加熱後熱間圧延を行って素材とし、この素材を８７０〜９５０℃に加熱保持後、空冷した後、６５０〜７００℃で焼鈍することを特徴とする冷間加工性と結晶粒度特性に優れた肌焼き鋼の製造方法である。
【０００５】
請求項２の発明では、質量％で、Ｃ：０．１０〜０．２５％、Ｓｉ：０．０３〜０．３５％、Ｍｎ：０．２０〜２．０％、Ｃｒ：０．１〜２．０％、Ｎ：０．０１０〜０．０２５％、Ａｌ：０．０１０〜０．０５０％、Ｎｂ：０．０３〜０．１０％を含有し、さらにＭｏ：≦０．３５％、Ｎｉ：≦３．０％からから選択した１種または２種を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる鋼を、１１５０〜１２５０℃に加熱後熱間圧延を行って素材とし、この素材を８７０〜９５０℃に加熱保持後、空冷した後、６５０〜７００℃で焼鈍することを特徴とする冷間加工性と結晶粒度特性に優れた肌焼き鋼の製造方法である。
【０００６】
請求項３の発明では、請求項１または２の手段の鋼成分に、さらに、質量％で、Ｐｂ：０．０１〜０．３０％、Ｂｉ：０．０１〜０．２０％、Ｔｅ：０．００１〜０．０５％、Ｃａ：０．０００５〜０．００３％、Ｓｅ：０．００３〜０．０５％から選択した１種または２種以上を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる鋼を、１１５０〜１２５０℃に加熱後熱間圧延を行って素材とし、この素材を８７０〜９５０℃に加熱保持後、空冷した後、６５０〜７００℃で焼鈍することを特徴とする冷間加工性と結晶粒度特性に優れた肌焼き鋼の製造方法。
【０００７】
本発明は上記のように、鋼すなわち肌焼き鋼を素材とし、冷間加工前の組織を８５ＨＲＢ以下のフェライト＋パーライト組織でオーステナイト初期結晶粒度番号を１１以下にすることで、冷間加工性、結晶粒度特性に優れた鋼の製造方法に関するものであり、１１５０〜１２５０℃に加熱後熱間圧延を行った素材を、本発明では、８７０〜９５０℃に加熱後、空冷した後、６５０〜７００℃の焼鈍を行うものである。
【０００８】
本発明における鋼の組成割合の限定理由を述べる。
【０００９】
Ｃ：Ｃは機械構造用部品として浸炭処理後の芯部強度を確保するために必要な元素であり、０．１０％未満ではその効果が十分に得られず、反対に０．２５％を超えると芯部が硬化し過ぎて冷間加工性を低下させる。そのため含有量を０．１０〜０．２５％とした。
【００１０】
Ｓｉ：Ｓｉは０．０３％未満では脱酸効果が十分に得られず、０．３５％を超えて過剰に含有させると加工性を低下させるとともに浸炭時の粒界酸化層の形成を助長し疲労特性についても低下させる。そのため含有量を０．０３〜０．３５％とした。
【００１１】
Ｍｎ：Ｍｎは焼入れ性を確保するのに必要な元素であるが０．２０％未満ではその効果が十分に得られず、２．０％を超えると加工性を低下させる。そのため含有量を０．２０〜２．０％とした。
【００１２】
Ｃｒ：Ｃｒは焼入性、靱性、疲労寿命の向上に効果のある元素で少な過ぎると効果がなく、多過ぎると効果は飽和する。そこため含有量を０．１〜２．０％とする。
【００１３】
Ｎ：ＮはＡｌＮを形成し、ＡｌＮには結晶粒度粗大化防止の機能がある。０．０１０％未満ではその効果がなくなり、０．０２５％を超えると、化合物が増え疲労強度に悪影響を及ぼす。そのため含有量を０．０１０〜０．０２５％とした。
【００１４】
Ａｌ：ＡｌはＡｌＮを形成し、ＡｌＮには結晶粒度粗大化防止の機能がある。０．０１０％未満ではその効果がなくなり、０．０５０％を超えると、アルミナ系酸化物が増加し疲労特性、加工性を低下させる。そのため含有量を０．０１０〜０．０５０％とした。
【００１５】
Ｎｂ：Ｎｂは炭化物、あるいは炭窒化物を形成して結晶粒度特性を向上させる。０．０３％未満ではその効果がなく、０．１０％を超えると、効果が飽和する。そのため含有量を０．０３〜０．１０％とした。
【００１６】
Ｍｏ：Ｍｏは焼入れ性、靭性、疲労強度の向上に効果のある元素で、次のＮｉとともに必要に応じて選択的に１種または２種添加し得る。そのためＭｏの含有量を０．３５％以下とした。
【００１７】
Ｎｉ：Ｎｉは焼入性および靱性を向上させる元素であるが、３．０％を超えて含有させると圧延あるいは鍛造後にベイナイトやマルテンサイト組織となり、加工性を著しく低下させる。そのためその含有量を３．０％以下とした。
【００１８】
Ｐｂ、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｃａ、Ｓｅ：Ｐｂ、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｃａ、Ｓｅは被削性を向上させる働きがあり、選択的に添加し得る。Ｐｂ０．０１％未満、Ｂｉ０．０１％未満、Ｔｅ０．００１％未満、Ｃａ０．０００５％未満、Ｓｅ０．００３％未満では、その効果が少ない。一方、Ｐｂ０．３０％超、Ｂｉ０．２０％超、Ｔｅ０．０５％超、Ｃａ０．００３％超、Ｓｅ０．０５％超では、熱間加工性が悪化する。そのため含有量をＰｂ：０．０１〜０．３０％、Ｂｉ：０．０１〜０．２０％、Ｔｅ：０．００１〜０．０５％、Ｃａ：０．０００５〜０．００３％、Ｓｅ：０．００３〜０．０５％から選択した１種または２種以上とした。
【００１９】
本発明では、上記化学成分を含有する鋼およびこれに任意添加元素を加えた鋼を対象とし、冷間加工性、結晶粒度特性の良好な肌焼き鋼を製造するために、１１５０〜１２５０℃に加熱後、熱間圧延を行い、８７０〜９５０℃に加熱後、空冷した後、６５０〜７００℃の焼鈍を行うものである。
【００２０】
上記において、１１５０〜１２５０℃に加熱して熱間圧延を行う理由は、圧延時にＮｂの炭化物、炭窒化物を完全固溶させ、微細なＮｂの炭化物、炭窒化物を析出させるためである。１０５０℃以上で１１５０℃以下では、Ｎｂの炭化物、炭窒化物は十分に固溶せず、析出物の成長が起こり、浸炭時のオーステナイト結晶粒度特性を低下させる。また、１０５０℃未満ではＰｂの影響で圧延時にキズの発生が多くなる。１２５０℃を超えると、粒度特性は回復するが、熱間圧延後ベイナイト組織になりやすくなり加工性が低下する。そのため熱間圧延時の加熱温度は１１５０〜１２５０℃とした。
【００２１】
本発明において、８７０〜９５０℃に加熱後、空冷した後、６５０〜７００℃の焼鈍を行う理由は、８７０〜９５０℃に加熱後空冷することにより、フェライト＋パーライト組織にし、６５０〜７００℃の焼鈍を行うことにより、オーステナイト初期結晶粒度番号が１１以下のフェライト＋パーライト組織のまま硬さを８５ＨＲＢ以下に低下させるためである。加熱温度８７０℃未満では、炭化物の溶け込みが不十分で、一部球状化したフェライト＋パーライト組織になり、９５０℃を超えると、焼入れ性があがり、空冷時ベイナイトが析出する可能性がある。そのため、加熱温度を８７０〜９５０℃にした。また、焼鈍温度が６５０℃未満では、硬さが８５ＨＲＢ以下にならず、７００℃を超えると硬さは８５ＨＲＢ以下になるが、炭化物の溶け込みが始まり、パーライトが一部球状化した組織となる。そのため、焼鈍温度を６５０〜７００℃にした。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を以下の実施例を通じて説明する。先ず、本発明は鋼組成自体の発明でなく、熱間加工後の熱処理特に焼鈍による製造方法の発明であり、冷間加工性、結晶粒度特性の良好な肌焼き鋼を製造するために、１１５０〜１２５０℃に加熱後、熱間圧延を行い、８７０〜９５０℃に加熱後、空冷した後、６５０〜７００℃の焼鈍を行うものである。そこで本発明の実施の形態における代表的な１例としての鋼組成を表１に示す。なお、表１においてＰ、Ｓ、Ｃｕは不純物として含有されるものである。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
本発明の実施の形態では、表１に示す化学成分（質量％）の肌焼き鋼を電気溶解炉で溶製し、１１８０℃に加熱後、熱間圧延し、９００℃に加熱して２時間保持後、空冷し、６００℃、６５０℃、６７０℃、７００℃、７２０℃の各温度で焼鈍した。得られた鋼素材の硬度測定、ミクロ組織観察、オーステナイト初期結晶粒度測定を行った結果を表２に示す。
【００２５】
【表２】
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【００２６】
さらに、上記５条件で低温焼戻しした素材から１４ｍｍφ×２１ｍｍＨの円柱試験片をそれぞれ作製し、端面拘束型圧縮試験機を使用し加工率７０％で加工し試験片を作製した。その試験片を用い、９３０℃、９５０℃、９７０℃の各温度に６時間保持後水冷したときのＪＩＳ  Ｇ０５５１による混粒発生有無の判定結果を表３に示す。
【００２７】
【表３】
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【００２８】
【実施例】
実施例は、表２、３に示すように、焼鈍温度が６００℃では硬さが８５ＨＲＢ以上で冷間加工性が悪くなっており、焼鈍温度が７２０℃では、フェライト＋パーライトが一部球状化した組織となっているので、オーステナイト初期粒度が１１以上となり、９５０℃で混粒が発生しているが、焼鈍温度が６５０、６７０、７００℃では、硬さ８５ＨＲＢ以下、フェライト＋パーライト組織、オーステナイト初期粒度番号１１以下が得られ、９５０℃で混粒が発生していない。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明方法により肌焼き鋼を製造すると、硬さ８５ＨＲＢ以下でオーステナイト初期粒度番号が１１以下のフェライト＋パーライト組織の冷間加工性、結晶粒度特性に優れた肌焼き鋼を得ることができ、本発明は従来にない優れた効果を奏するものである。