(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．０５〜０．２０重量％，Ｓｉ：０．３重量％以下，Ｍｎ：０．５〜２．０重量％，Ｐ：０．０２重量％以下及びＳ：０．００５重量％以下を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成をもつスラブを熱間圧延してベイニティックフェライト又はベイナイトを主相とする組織を有する熱延鋼帯を得た後、得られた熱延鋼帯に圧延率５〜４０％の冷間圧延を施す精密打抜き用高強度鋼板の製造方法。
【請求項２】
熱延仕上げ温度８００〜１０５０℃，巻取り温度３５０〜５００℃及び仕上げから巻取りまでの平均冷却速度４０℃／秒以上の条件で請求項１記載の熱間圧延を行う精密打抜き用高強度鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、４４０Ｎ／ｍｍ2 を超える引張り強さを持ち、精密打抜き性が要求されるギア，プレート等の自動車部品等に好適な高強度鋼板を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ギア，プレート等の部品は、鋼板を所定の形状に打ち抜いた後、適宜の熱処理を施して製造されている。この用途に使用される鋼板には、形状精度の良好な部品を得るために精密打抜き性が優れていること、使用状態における信頼性から高い強度をもつこと等が要求される。
精密打抜き性に優れた鋼板に関しては、特公昭５８−７３４号公報，特公昭６２−２００８号公報，特公平２−１９１７３号公報，特開平３−４７９２２号公報等で紹介されているように、従来から種々の研究・開発が進められている。これらの方法では、セメンタイトの球状化によって熱延鋼板の精密打抜き性を向上させているため、熱延鋼板に焼鈍を施すことが必要になる。そのため、製造工程が長くなり、納期やコストアップ等に問題があることは勿論、製造条件を厳格に管理することが余儀なくされる。また、何れの鋼板においても、精密打抜き後の部品に熱処理を施すことが前提とされているため、部品メーカー側の費用負担が大きくなる。
他方、特開昭５８−１０４１６０号公報，特公平３−２９４２号公報，特公平５−１４７６４号公報等で紹介されている方法では、軟質の鋼板を対象としているため、精密打抜き後の部品に短時間急速加熱等の熱処理を施す必要がある。この場合にも、部品メーカに対して製造コストの上昇が避けられない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
セメンタイトの球状化で精密打抜き加工性を改善する方法では、熱延鋼板を焼鈍する工程を必須とする。この熱処理工程のために、製造工程や製造条件の管理等に問題を来し、ひいては納期管理や製造コストの上昇等を招く。また、部品メーカ側においても、熱処理工程が必要とされる欠点がある。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、セメンタイトの球状化に代えてベイニティックフェライト又はベイナイトを主相とする組織にして精密打抜き性を確保することにより、球状化焼鈍を省略し、精密打抜き性に優れ、且つ精密打抜き後の部品をも熱処理する必要なく、実用に供せられる高強度鋼板を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の精密打抜き用高強度鋼板の製造方法は、その目的を達成するため、Ｃ：０．０５〜０．２０重量％，Ｓｉ：０．３重量％以下，Ｍｎ：０．５〜２．０重量％，Ｐ：０．０２重量％以下及びＳ：０．００５重量％以下を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成をもつスラブを熱間圧延してベイニティックフェライト又はベイナイトを主相とする組織を有する熱延鋼帯を得た後、得られた熱延鋼帯に圧延率５〜４０％の冷間圧延を施すことを特徴とする。熱間圧延は、熱延仕上げ温度８００〜１０５０℃，巻取り温度３５０〜５００℃及び仕上げから巻取りまでの平均冷却速度４０℃／秒以上の条件で行われる。
【０００５】
本発明に従って製造される鋼板は、ベイニティックフェライト又はベイナイトを主相とする組織が望ましい。この組織は、フェライト＋パーライト，フェライト＋ベイナイト，フェライト＋マルテンサイト等の混合組織にみられるような軟質相と硬質層との界面が少ない。すなわち、精密打抜き時の応力集中に起因して破断し易い界面がないため、精密打抜き性が著しく向上する。また、４４０Ｎ／ｍｍ2 を超える高強度化にも十分対応できる。
これに対し、硬質相と軟質相の界面が多い混合組織では、精密打抜き時に割れ発生の起点となる破断面が硬質相と軟質相との界面に生じ易い。また、マルテンサイトやパーライトの均一組織では、これら組織の延性が不十分であるため、良好な精密打抜き面が得られない。フェライトの均一組織では、良好な精密打抜き性が得られるものの、４４０Ｎ／ｍｍ2 を超えるような高強度化が困難である。
ベイニティックフェライト又はベイナイトの均一組織は、合金の成分を規定し、熱延後の冷却及び巻取りを特定条件下で行うことによって形成される。また、所定の冷延率で熱延板を冷間圧延することにより、０．２％耐力／引張り強さで表される鋼板の降伏比が向上し、精密打抜きされた製品に発生するダレが低減される。しかも、特定された冷延率は、精密打抜き部品で必要とされる表面性状や板厚精度を向上させる。
【０００６】
以下、本発明鋼板に含まれる合金成分，その含有量等について説明する。
Ｃ：０．０５〜０．２０重量％
強度確保のために必要な合金元素であり、本発明では、引張り強さ４４０Ｎ／ｍｍ2 以上の目標強度を得ることから、Ｃ含有量の下限を０．０５重量％に規定した。しかし、０．２０重量％を超える多量のＣが含まれると、パーライ
ト量が増加し、精密打抜き性が急激に劣化する。
Ｓｉ：０．３重量％以下
固溶強化によって鋼板の強度を改善する元素であるが、Ｓｉ含有量が多くなると熱延鋼板の表面性状が著しく劣化し、冷延後においても優れた表面性状を持つ高強度鋼板を得ることができない、このことから、本発明では、Ｓｉ含有量の上限を０．３重量％に規定した。
Ｍｎ：０．５〜２．０重量％
強度確保のために、０．５重量％以上のＭｎ含有量が必要である。しかし、２．０重量％を超えて多量のＭｎが含まれると、スラブ内に著しい中心偏析が生じる。中心偏析は、バンドストラクチャーの形成原因となり、精密打抜き性を劣化させる。
【０００７】
Ｐ：０．０２重量％以下
固溶強化によって鋼板の強度を改善する元素であるが、スラブの中心偏析を促進させる作用を呈する。特に、Ｐ含有量が０．０２重量％を超えると、中心偏析が促進され、バンド状のパーライトが板厚方向中心部に生じ易くなる。バンド状のパーライトは、破断面発生の起点となり、結果として精密打抜き性を劣化させる。
Ｓ：０．００５重量％以下
ＭｎＳを形成し、精密打抜き性を著しく劣化させる有害元素である。そのため、本発明においては、Ｓ含有量の上限を０．００５重量％，好ましくは０．００３重量％に規定した。
【０００８】
成分的には以上の条件を満足するスラブに熱間圧延、或いは更に冷間圧延を施し、ベイニティックフェライト又はベイナイトを主相とする組織にすることが好ましい。このときの条件は、次の通りである。
熱延仕上げ温度：８００〜１０５０℃
熱間圧延は、仕上げ温度が８００〜１０５０℃の範囲に入るように行われる。１０５０℃を超える仕上げ温度では、操業が困難になる。逆に８００℃に達しない仕上げ温度では、二相域圧延となり、熱延中にフェライトが生成し易くなる。その結果、精密打抜き性が劣化し、変形抵抗の増大に起因して通板性が悪くなると共に、板厚精度の悪化や電力原単位の増加をもたらす。
仕上げから巻取りまでの平均冷却速度：４０℃／秒以上
仕上げ圧延後の冷却速度は、目標とする均一で微細なベイニティックフェライトやベイナイト組織を熱延板に作り込む上で、極めて重要な製造条件である。このときの冷却速度を４０℃／秒以上とすることにより、ベイニティックフェライトやベイナイトの均一組織をもつ熱延板が得られる。冷却速度が４０℃／秒に達しない緩冷却では、フェライトやパーライトの変態が生じ、精密打抜き性が劣化する。
【０００９】
巻取り温度：３５０〜５００℃
本発明者等は、フェライトやパーライトの生成を抑制しながら、ベイニティックフェライトやベイナイトの均一組織を得るために、熱延板の巻取り温度を５００℃以下にする必要があることを多数の実験から見い出した。しかし、３５０℃を下回る巻取り温度では、マルテンサイトが生成し易くなり、精密打抜き性が著しく劣化する。
冷間圧延：圧延率５〜４０％
打抜きによって得られた製品には、打抜き面にダレが生じ易い。ダレが生じると、たとえばギアの刃先等で接触する部分の面積が小さくなり、耐久性の点で問題となる。そのため、精密打抜きされた部品では、製品の打抜き面に生じるダレの発生を抑制する必要がある。打抜きにより生じるダレは、引張り試験結果のなかで、０．２％耐力／引張り強さで表される降伏比と強い相関関係があり、降伏比０．９以上で極めて少なくなる。
降伏比０．９以上の鋼板を得るためには、冷延率を５％以上に設定する必要がある。５％以上の冷延率は、冷延鋼板の表面性状を改善する上でも有効である。しかし、４０％を超える冷延率では、加工硬化が著しく大きくなり、延性の劣化に伴って精密打抜き性が悪化する。
【００１０】
このようにして得られた鋼板は、精密打抜き用に使用されることから、更に特定された表面粗さ及び板厚精度をもつことが好ましい。
表面粗さ：Ｒａ≦０．４μｍ
オートマティックトランスミッション車のトルコンプレート等のように、鋼板の表面でトルクを伝達する部品では、鋼板の表面粗さがトルク伝達効率に大きく影響する。高い伝達効率を得る上では、鋼板の表面粗さをＲａ≦０．４μｍとすることが良い。
板厚精度：±８０μｍの範囲
動力伝達部品として使用される鋼板では、板厚のバラツキが大きいと、局部的に負荷がかかり、寿命や信頼性に問題を生じるため、製品として使用することができない。そこで、用途から要求される特性に対応させるためには、±８０μｍの範囲にある板厚精度が好ましい。
【００１１】
【実施例】
表１に組成を示す各種鋼材を用意した。
【００１２】
0003801667.tif 000002
【００１３】
鋼種番号Ａ１〜５及びＢ１，２の鋼材から板厚４〜８ｍｍの熱延板を得た後、板厚２〜６ｍｍの冷延鋼板を製造した。熱延条件及び冷延条件を表２に示す。
【００１４】
0003801667.tif 000003
【００１５】
得られた冷延鋼板からＪＩＳ  ５号引張り試験片及び１５０ｍｍ角の精密打抜き用試験片を切り出し、引張り試験に供すると共に、精密打抜き性として精密打抜き面性状の評価試験を行った。なお、精密打抜きでは、クリアランスを０．０２ｍｍに設定した。引張り試験の試験結果を表３に、精密打抜き性の評価結果を表４にそれぞれ示す。
表４では、以下の基準に従って破断面発生率，剪断面−破断面比率，表面性状，製品としての使用可能性を評価した結果を示す。
・  破断面発生率は、試験片１００個について破断の有無を観察し、破断面が観察されなかったものを◎，５％以下を○，５〜２０％を△，２０％以上を×として評価した。
・  剪断面−破断面比率は、精密打抜き面を観察し、破断面がなく全面が剪断面となっているものを◎，破断面比率が５％以下のものを○，破断面比率が５〜２０％のものを△，破断面比率が２０％以上のものを×として評価した。
・  表面性状は、Ｒａ≦０．２μｍを◎，０．２＜Ｒａ≦０．４μｍを○，Ｒａ＞０．４μｍを×として評価した。
・  精密打抜きまでで製品として適用可能なものを○，適用できないものを×として評価した。
【００１６】
0003801667.tif 000004
【００１７】
0003801667.tif 000005
【００１８】
本発明に従った試験番号１，２及び４〜７の試験片は、何れも引張り強さ及び０．２％耐力が高く、高強度鋼板であることが表３に示されている。また、精密打抜き面には、表４に示されているように破断面の発生がほとんど観察されず、もっぱら剪断面となっていた。このことから、表面性状が良好で、精密打抜きに適した材料であるといえる。なお、冷延率が高かった試験番号３は、製品として使用することができる材料ではあったが、延性低下に起因したと思われる破断面の発生が認められたので、比較例とした。
他方、試験番号８の試験片は、精密打抜き性が良好であるものの、表面性状が悪く、製品として使用することができなかった。機械的特性が良好な試験番号９，１１の試験片は、精密打抜き性が悪く、製品として使用できなかった。また、試験番号１０の試験片は、精密打抜き面性状が良好であるものの、製品の板厚精度不良，ダレ量大及び表面性状不良のために製品として使用することができなかった。
この対比から明らかなように、本発明に従った鋼板は、高強度を示すにも拘らず、優れた精密打抜き性をもっている。そのため、高負荷が加わる自動車部品等として適していることが確認される。
【００１９】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の高強度鋼板においては、合金の成分設計を特定した鋼スラブを特定条件下で熱延，巻取り及び冷延することにより、引張り強さが４４０Ｎ／ｍｍ2 を超える高強度で、しかも精密打抜き性に優れた鋼板を得ている。この鋼板は、精密打抜き性が要求されるプレート，ギア等の自動車部品用に好適な材料として使用される。また、精密打抜きによって形成された打抜き面が良好な表面性状をもっていることから、従来精密打抜き後に行われていた熱処理や窒化処理等を省略することができるため、製造コストの上昇を招くことなく、表面性状が良好な精密打抜き製品が得られる。