JP5266880B2 - 低温焼戻し用鋼板 - Google Patents
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Description
本発明は、焼入れ焼戻しが施される鋼板に関する。より詳しくは、本発明は、焼入れ前においては優れた加工性を有するとともに焼入れ焼戻し後においては高い強度と優れた靭性とを備える鋼板部材を得ることが可能な、焼入れ焼戻し用鋼板に関する。
自動車、オートバイおよび自転車等の乗り物や各種産業機械に使用されるチェーンは、その素材となる鋼板を打抜いて、焼入れ焼戻しやオーステンパーといった熱処理を施し、ＨＲＣで４３〜４７の硬度に調質することにより、製造されている。そして、このような鋼板としては、熱延鋼板を酸洗した酸洗鋼板や冷延鋼板が使用されている。
ここで、上記焼戻しは、焼戻し脆性が生じる温度域を回避するために、４００℃をやや超える程度の温度域で行われている。このような高温域での焼戻しの後に上記硬度を確保するには、Ｃを０．５０質量％以上含有する鋼種を使用する必要がある。このため、チェーン用鋼板にはＳ５０Ｃ〜Ｓ６５Ｃ鋼等の鋼種が適用されている。
しかしながら、Ｓ５０Ｃ〜Ｓ６５Ｃ鋼はＣ含有量が高いため、焼入れ前の鋼板は強度が高く加工性に劣り、焼入れ焼戻し後の鋼板部材は靭性に劣る。また、上述したように焼戻しを高温域で行わざるをえないため、製造コストが嵩む。
これに対して、特許文献１および特許文献２には、従来材よりもＣ含有量を低減させることにより焼入れままでも従来材と同等の靭性を確保し、Ｃ含有量を低減させることによる焼入れ性の低下をＢ添加により補償した、チェーン用鋼板が開示されている。
他方、特許文献３、特許文献４、特許文献５および特許文献６にもＢを添加した焼入れ用鋼板が開示されている。
特開平０５−９８３５６号公報
特開平０５−９８３５７号公報
特開平１１−２５６２６８号公報
特開平１１−２５６２７２号公報
特開２０００−２４８３３０号公報
特開２０００−２６５２４０号公報
上記公報に記載された鋼板は、いずれも焼入れままで使用されるものであり、焼戻し熱処理を施さないものであるため、熱処理後において安定した特性を得ることが困難である。
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、焼入れ前においては優れた加工性を有するとともに、焼入れ焼戻し後においては高い強度と優れた靭性とを安定して有する鋼板部材を得ることが可能な、優れた加工性を有する焼入れ焼戻し用鋼板を提供することを課題とする。
本発明者は、上記課題を解決すべく、鋼板の化学組成および焼戻し条件が焼入れ前の鋼板の加工性ならびに焼入れ焼戻し後の鋼板部材の強度および靭性に及ぼす影響について詳細な調査を行った。
その結果、従来技術において脆性確保の観点から忌避されていた４００℃以下という低い温度域でも良好な靭性を確保でき、当該温度域での焼戻しを可能とする化学組成を新たに見出した。そして、これにより、焼入れ前においては優れた加工性を確保でき、焼入れ焼戻し後においては高い強度と優れた靭性とを確保できることを新たに見出したのである。
すなわち、本発明は以下の新たな知見に基づくものである。
（１）従来から使用されているＳ５０Ｃ〜Ｓ６５Ｃ鋼のようなＣ含有量の高い材料では、焼入れ前において優れた加工性を確保し、かつ、焼入れ焼戻し後の鋼板部材において優れた靭性を確保することはできない。
（１）従来から使用されているＳ５０Ｃ〜Ｓ６５Ｃ鋼のようなＣ含有量の高い材料では、焼入れ前において優れた加工性を確保し、かつ、焼入れ焼戻し後の鋼板部材において優れた靭性を確保することはできない。
（２）これらの特性を確保するにはＣ含有量を低減させる必要があるが、従来の技術思想の延長線上ではＣ含有量を低減させることはできないか、できたとしても焼入れ前において優れた加工性を確保することはできなかった。
（３）その理由は以下のとおりである。
図１は、Ｓｉ：０．２１％、Ｍｎ：０．６１％、Ｐ：０．０１２％、Ｓ：０．００７％、Ｃｒ：０．１５％、Ｔｉ：０．００１％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０３４％、Ｎ：０．００４０％を基本組成としてＣ含有量のみを変化させた化学組成を有する熱延鋼板に、８７０℃に２０分間保持したのちに油焼入れを施し、その後各温度で３０分間の焼戻しを施した場合における、焼戻し温度が焼入れ焼戻し後の鋼板の表面硬度に及ぼす影響を示すものである。同図に示されるように、焼入れままの硬度はＣ含有量によって決定され、焼戻し温度が高温になるにしたがって表面硬度は低下する。同図より、焼戻し後にＨＲＣで４３〜４７の硬度を確保するには少なくともＣ含有量は０．３０％以上とする必要がある。しかしながら、４００℃以下の温度域においては低温脆性が生じてしまい、焼入れ焼戻し後において優れた靭性を確保することはできないから、焼戻し温度を４００℃以上とすることが必要であり、このような焼戻し温度を前提とすると、Ｃ含有量は０．５０％以上となる。
図１は、Ｓｉ：０．２１％、Ｍｎ：０．６１％、Ｐ：０．０１２％、Ｓ：０．００７％、Ｃｒ：０．１５％、Ｔｉ：０．００１％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０３４％、Ｎ：０．００４０％を基本組成としてＣ含有量のみを変化させた化学組成を有する熱延鋼板に、８７０℃に２０分間保持したのちに油焼入れを施し、その後各温度で３０分間の焼戻しを施した場合における、焼戻し温度が焼入れ焼戻し後の鋼板の表面硬度に及ぼす影響を示すものである。同図に示されるように、焼入れままの硬度はＣ含有量によって決定され、焼戻し温度が高温になるにしたがって表面硬度は低下する。同図より、焼戻し後にＨＲＣで４３〜４７の硬度を確保するには少なくともＣ含有量は０．３０％以上とする必要がある。しかしながら、４００℃以下の温度域においては低温脆性が生じてしまい、焼入れ焼戻し後において優れた靭性を確保することはできないから、焼戻し温度を４００℃以上とすることが必要であり、このような焼戻し温度を前提とすると、Ｃ含有量は０．５０％以上となる。
一方、Ｃ含有量の低減に伴う焼入れ性の低下や焼入れ焼戻し後の鋼板部材の強度（硬度）低下を補償する方法として、Ｍｎのような元素を含有させる方法が考えられるが、やはり４００℃以上の焼戻しを前提とするため、多量の元素を含有させる必要が生じ、このため焼入れ前の鋼板の強度が高くなり加工性を劣化させる。
したがって、従来の技術思想の延長線上ではＣ含有量を低減させることはできないか、できたとしても焼入れ前において優れた加工性を確保することはできなかったのである。
したがって、従来の技術思想の延長線上ではＣ含有量を低減させることはできないか、できたとしても焼入れ前において優れた加工性を確保することはできなかったのである。
（４）本発明者は、Ｂを含有させることにより、（ａ）Ｃ含有量の低減に伴う焼入れ性の低下を補償できること、（ｂ）低温脆性を惹き起こすＰの粒界偏析を抑制して低温での焼戻しを可能にし、これによってＣ含有量の低減に伴う焼入れ焼戻し後の鋼板部材の強度（硬度）低下を補償することができること、（ｃ）少量の含有量で上記効果が得られるので焼入れ前の鋼板の強度を低下させることができ、加工性を著しく向上させることができることを、新たに知見した。
（５）Ｂによる焼入れ性向上およびＰの粒界偏析抑制は固溶状態にあるＢによってもたらされるため、所定の焼入れ性を確保し、４００℃以下の低温域での焼戻しを可能にするにはＮ含有量に応じてＢの含有量の下限を決定するとともに、固溶状態にあるＢ含有量に応じてＰ含有量の上限を決定することが必要である。
図２は、後述する実施例のＮｏ．１〜１０およびＮｏ．１８〜２０の熱延鋼板に、８７０℃に２０分間保持した後に油焼入を行う焼入れ処理を施し、さらにＨＲＣで約４５となるように２５０〜４００℃の温度域で３０分間保持する焼戻し処理を施した後の、シャルピー衝撃値に及ぼす化学組成の影響を示すものである。
同図に示されるように、Ｂによる焼入れ性向上およびＰの粒界偏析抑制の効果を確実に得るには、下記式（１）〜（４）を満足する化学組成とすることが必要である。
Ｐ≦０．２×（３１／１１）×（Ｂ＊）０．５ （１）
０．０００５≦Ｂ＊≦０．００５０ （２）
Ｂ＊＝ｍａｘ［Ｂ−（１１／１４）×Ｎ＊，０］ （３）
Ｎ＊＝ｍａｘ［Ｎ−（１４／４８）×Ｔｉ，０］ （４）
ここで、各式におけるＰ、Ｎ、Ｂは各元素の含有量（単位：質量％）を表し、ｍａｘ［ ］は［ ］内の引数の最大値を返す関数である。
Ｐ≦０．２×（３１／１１）×（Ｂ＊）０．５ （１）
０．０００５≦Ｂ＊≦０．００５０ （２）
Ｂ＊＝ｍａｘ［Ｂ−（１１／１４）×Ｎ＊，０］ （３）
Ｎ＊＝ｍａｘ［Ｎ−（１４／４８）×Ｔｉ，０］ （４）
ここで、各式におけるＰ、Ｎ、Ｂは各元素の含有量（単位：質量％）を表し、ｍａｘ［ ］は［ ］内の引数の最大値を返す関数である。
以上の知見に基づき完成された本発明は次のとおりである。
（１）質量％で、Ｃ：０．３０〜０．４７％、Ｓｉ：０．３０％以下、Ｍｎ：０．３０〜１．００％、Ｓ：０．００１０〜０．０２％、Ｔｉ：０．００２〜０．０３０％、Ｃｕ：０．１５％以下、Ａｌ：０．０５０％以下およびＮ：０．００７０％以下を含有し、さらにＰおよびＢの含有量が下記式（１）〜（４）を満足し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成を有することを特徴とする、焼入れ後に４００℃以下の焼戻しが施される低温焼戻し用鋼板。
（１）質量％で、Ｃ：０．３０〜０．４７％、Ｓｉ：０．３０％以下、Ｍｎ：０．３０〜１．００％、Ｓ：０．００１０〜０．０２％、Ｔｉ：０．００２〜０．０３０％、Ｃｕ：０．１５％以下、Ａｌ：０．０５０％以下およびＮ：０．００７０％以下を含有し、さらにＰおよびＢの含有量が下記式（１）〜（４）を満足し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成を有することを特徴とする、焼入れ後に４００℃以下の焼戻しが施される低温焼戻し用鋼板。
Ｐ≦０．２×（３１／１１）×（Ｂ＊）０．５ （１）
０．０００５≦Ｂ＊≦０．００５０ （２）
Ｂ＊＝ｍａｘ［Ｂ−（１１／１４）×Ｎ＊，０］ （３）
Ｎ＊＝ｍａｘ［Ｎ−（１４／４８）×Ｔｉ，０］ （４）
ここで、各式におけるＰ、Ｎ、Ｂは各元素の含有量（単位：質量％）を表し、ｍａｘ［ ］は［ ］内の引数の最大値を返す関数である。
０．０００５≦Ｂ＊≦０．００５０ （２）
Ｂ＊＝ｍａｘ［Ｂ−（１１／１４）×Ｎ＊，０］ （３）
Ｎ＊＝ｍａｘ［Ｎ−（１４／４８）×Ｔｉ，０］ （４）
ここで、各式におけるＰ、Ｎ、Ｂは各元素の含有量（単位：質量％）を表し、ｍａｘ［ ］は［ ］内の引数の最大値を返す関数である。
（２）質量％で、Ｃ：０．３０〜０．４７％、Ｓｉ：０．３０％以下、Ｍｎ：０．３０〜１．００％、Ｓ：０．００１０〜０．０２％、Ｔｉ：０．００２〜０．０３０％、Ａｌ：０．０５０％以下およびＮ：０．００７０％以下を含有し、さらにＰおよびＢの含有量が下記式（１）〜（４）を満足し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成を有することを特徴とする、焼入れ後に２５０℃以上４００℃以下の焼戻しが施されてＨＲＣで４４．３以上の表面硬度とされる低温焼戻し用鋼板。
Ｐ≦０．２×（３１／１１）×（Ｂ ＊ ） ０．５ （１）
０．０００５≦Ｂ ＊ ≦０．００５０ （２）
Ｂ ＊ ＝ｍａｘ［Ｂ−（１１／１４）×Ｎ ＊ ，０］ （３）
Ｎ ＊ ＝ｍａｘ［Ｎ−（１４／４８）×Ｔｉ，０］ （４）
ここで、各式におけるＰ、Ｎ、Ｂは各元素の含有量（単位：質量％）を表し、ｍａｘ［ ］は［ ］内の引数の最大値を返す関数である。
（３）前記化学組成が、Ｆｅの一部に代えて、質量％で、Ｃｒ：０．５０％以下を含有することを特徴とする上記（１）または上記（２）に記載の低温焼戻し用鋼板。
Ｐ≦０．２×（３１／１１）×（Ｂ ＊ ） ０．５ （１）
０．０００５≦Ｂ ＊ ≦０．００５０ （２）
Ｂ ＊ ＝ｍａｘ［Ｂ−（１１／１４）×Ｎ ＊ ，０］ （３）
Ｎ ＊ ＝ｍａｘ［Ｎ−（１４／４８）×Ｔｉ，０］ （４）
ここで、各式におけるＰ、Ｎ、Ｂは各元素の含有量（単位：質量％）を表し、ｍａｘ［ ］は［ ］内の引数の最大値を返す関数である。
（３）前記化学組成が、Ｆｅの一部に代えて、質量％で、Ｃｒ：０．５０％以下を含有することを特徴とする上記（１）または上記（２）に記載の低温焼戻し用鋼板。
（４）前記化学組成が、Ｆｅの一部に代えて、質量％で、Ｎｉ：０．１５％以下、Ｍｏ：０．３０％以下およびＮｂ：０．０３０％以下からなる群から選ばれる１種または２種以上を含有することを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の低温焼戻し用鋼板。
本発明によれば、焼入れ前においては優れた加工性を有するとともに焼入れ焼戻し後においては高い強度と優れた靭性とを備える鋼板部材を得ることが可能な、優れた加工性を有する焼入れ焼戻し用鋼板およびその製造方法が得られる。
以下に、本発明に係る鋼板の最良の形態や製造条件の範囲およびこれらの設定理由について説明する。なお、本明細書における鋼の化学組成を表す「％」は、特に断りがない場合には質量％を意味する。
１．化学組成
（１）Ｃ：０．３０〜０．４７％
Ｃは、焼入れ焼戻し後の鋼板部材の強度（硬度）を決定するとともに、焼入れ前の鋼板の加工性（強度）に大きな影響を及ぼす重要な元素である。Ｃ含有量が０．３０％未満では、焼入れ焼戻し後の鋼板部材の強度を十分に高めることが困難となる。例えば、鋼板部材がチェーンである場合には、チェーン芯部の硬度をＨＲＣで４３〜４７とすることが困難となる。一方、Ｃ含有量が０．４７％超では、焼入れ前の鋼板は強度が高く加工性に劣り、焼入れ焼戻し後の鋼板部材は靭性に劣る。したがって、Ｃ含有量を０．３０％以上０．４７％以下とする。
（１）Ｃ：０．３０〜０．４７％
Ｃは、焼入れ焼戻し後の鋼板部材の強度（硬度）を決定するとともに、焼入れ前の鋼板の加工性（強度）に大きな影響を及ぼす重要な元素である。Ｃ含有量が０．３０％未満では、焼入れ焼戻し後の鋼板部材の強度を十分に高めることが困難となる。例えば、鋼板部材がチェーンである場合には、チェーン芯部の硬度をＨＲＣで４３〜４７とすることが困難となる。一方、Ｃ含有量が０．４７％超では、焼入れ前の鋼板は強度が高く加工性に劣り、焼入れ焼戻し後の鋼板部材は靭性に劣る。したがって、Ｃ含有量を０．３０％以上０．４７％以下とする。
（２）Ｓｉ：０．３０％以下
Ｓｉは、不純物として鋼中に含有される元素であるが、脱酸剤として有効な元素であるので、必要に応じて添加してもよい。一方、Ｓｉは固溶強化元素であり、過剰に含有すると焼入れ前の鋼板は強度が高く加工性に劣る。したがって、Ｓｉ含有量は０．３０％以下とする。
Ｓｉは、不純物として鋼中に含有される元素であるが、脱酸剤として有効な元素であるので、必要に応じて添加してもよい。一方、Ｓｉは固溶強化元素であり、過剰に含有すると焼入れ前の鋼板は強度が高く加工性に劣る。したがって、Ｓｉ含有量は０．３０％以下とする。
（３）Ｍｎ：０．３０〜１．００％
Ｍｎは、脱酸剤として有効な元素であるとともに、焼入れ時の焼入れ倍数を高め、硬化深度を高めるのに有効な元素でもある。このため、Ｍｎ含有量を０．３０％以上とする。一方、過剰に含有すると焼入れ前の鋼板の強度が高くなり加工性が劣化する。このため、Ｍｎ含有量を１．００％以下とする。
Ｍｎは、脱酸剤として有効な元素であるとともに、焼入れ時の焼入れ倍数を高め、硬化深度を高めるのに有効な元素でもある。このため、Ｍｎ含有量を０．３０％以上とする。一方、過剰に含有すると焼入れ前の鋼板の強度が高くなり加工性が劣化する。このため、Ｍｎ含有量を１．００％以下とする。
（４）Ｐ：Ｐ≦０．２×（３１／１１）×（Ｂ＊）０．５
Ｐは、本発明において重要な元素である。
Ｐは、不純物として鋼中に含有される元素であり、オーステナイト粒界に偏析しやすく、これにより粒界強度を低下させて靭性を著しく劣化させる。したがって、Ｐ含有量は少ないほど好ましい。
Ｐは、本発明において重要な元素である。
Ｐは、不純物として鋼中に含有される元素であり、オーステナイト粒界に偏析しやすく、これにより粒界強度を低下させて靭性を著しく劣化させる。したがって、Ｐ含有量は少ないほど好ましい。
ただし、本発明においては、後述するようにＢを含有させるのであり、このＢのうちＮと結合してＢＮを形成していない固溶状態にあるＢは、焼入れ時にＰに優先してオーステナイト粒界に偏析し、Ｐの粒界偏析を抑制することが判明し、その効果は、1原子当りＰの約２０倍であることが確認できた。したがって、Ｐ含有量の上限はＢ含有量に応じて緩和されることとなり、Ｐ含有量は下記の式（１）〜（４）を満足させるようにする。
Ｐ≦０．２×（３１／１１）×（Ｂ＊）０．５ （１）
０．０００５≦Ｂ＊≦０．００５０ （２）
Ｂ＊＝ｍａｘ［Ｂ−（１１／１４）×Ｎ＊，０］ （３）
Ｎ＊＝ｍａｘ［Ｎ−（１４／４８）×Ｔｉ，０］ （４）
ここで、各式におけるＰ、Ｎ、Ｂは各元素の含有量（単位：質量％）を表し、ｍａｘ［ ］は［ ］内の引数の最大値を返す関数である。
０．０００５≦Ｂ＊≦０．００５０ （２）
Ｂ＊＝ｍａｘ［Ｂ−（１１／１４）×Ｎ＊，０］ （３）
Ｎ＊＝ｍａｘ［Ｎ−（１４／４８）×Ｔｉ，０］ （４）
ここで、各式におけるＰ、Ｎ、Ｂは各元素の含有量（単位：質量％）を表し、ｍａｘ［ ］は［ ］内の引数の最大値を返す関数である。
（５）Ｓ：０．００１０〜０．０２％
Ｓは、不純物として鋼中に含有される元素であり、Ｓ含有量が０．０２％超では焼入れ焼戻し後の鋼板部材の靭性を劣化させる。一方、Ｓは焼入れ前の鋼板の打抜き加工性を向上させる作用を有し、Ｓ含有量が０．００１０％未満では焼入れ前の鋼板の打抜き加工性が劣化する。したがって、Ｓ含有量は０．００１０％以上０．０２％以下とする。好ましくは、０．００４％以上０．０１％以下である。
Ｓは、不純物として鋼中に含有される元素であり、Ｓ含有量が０．０２％超では焼入れ焼戻し後の鋼板部材の靭性を劣化させる。一方、Ｓは焼入れ前の鋼板の打抜き加工性を向上させる作用を有し、Ｓ含有量が０．００１０％未満では焼入れ前の鋼板の打抜き加工性が劣化する。したがって、Ｓ含有量は０．００１０％以上０．０２％以下とする。好ましくは、０．００４％以上０．０１％以下である。
（６）Ｂ：０．０００５≦Ｂ＊≦０．００５０
Ｂは、本発明において最も重要な元素である。
Ｂは、焼入れ時の焼入れ倍数を高め、鋼板部材の板厚中心部まで焼きを入れるのに有効な元素である。さらに、焼入れ時にＰに優先してオーステナイト粒界に偏析して、低温脆性を惹き起こすＰの粒界偏析を抑制する元素でもある。このようなＢの作用を利用することにより、Ｃ含有量の低減にともなう焼入れ性の低下を補償することのみならず、従来低温脆性を回避するために忌避されていた４００℃以下の低温焼戻しによっても良好な靭性を確保することを可能にするとともに、かかる低温焼戻しを適用することによって低いＣ含有量でありながら焼戻し後において高い強度を確保することをも可能にする。すなわち、Ｃ含有量の低減と低温焼戻しの適用とを可能にすることにより、焼入れ前においては優れた加工性を有するとともに焼入れ焼戻し後においては高い強度と優れた靭性とを備える鋼板部材を得ることを可能とするのである。
Ｂは、本発明において最も重要な元素である。
Ｂは、焼入れ時の焼入れ倍数を高め、鋼板部材の板厚中心部まで焼きを入れるのに有効な元素である。さらに、焼入れ時にＰに優先してオーステナイト粒界に偏析して、低温脆性を惹き起こすＰの粒界偏析を抑制する元素でもある。このようなＢの作用を利用することにより、Ｃ含有量の低減にともなう焼入れ性の低下を補償することのみならず、従来低温脆性を回避するために忌避されていた４００℃以下の低温焼戻しによっても良好な靭性を確保することを可能にするとともに、かかる低温焼戻しを適用することによって低いＣ含有量でありながら焼戻し後において高い強度を確保することをも可能にする。すなわち、Ｃ含有量の低減と低温焼戻しの適用とを可能にすることにより、焼入れ前においては優れた加工性を有するとともに焼入れ焼戻し後においては高い強度と優れた靭性とを備える鋼板部材を得ることを可能とするのである。
Ｂによるこれらの作用は、固溶状態にある有効Ｂ（以下、「Ｂ＊」とも表記する。）によってもたらされ、Ｎと結合してＢＮを形成しているＢは焼入れ性向上およびＰの粒界偏析抑制に寄与しない。そこで、Ｂによる焼入れ性向上作用およびＰの粒界偏析抑制作用による効果を確実に得るために、下記式（３）および（４）で規定されるＢ＊が０．０００５以上となるようにＢを含有させる。一方、Ｂ含有量が過剰になると、スラブ段階での割れや熱間圧延時の絞込みが生じやすくなり、製造が困難になるなどの弊害が現れる。このため、上記Ｂ＊が０．００５０以下となるようにＢを含有させる。
Ｂ＊＝ｍａｘ［Ｂ−（１１／１４）×Ｎ＊，０］ （３）
Ｎ＊＝ｍａｘ［Ｎ−（１４／４８）×Ｔｉ，０］ （４）
ここで、各式におけるＮ、Ｂは各元素の含有量（単位：質量％）を表し、ｍａｘ［ ］は［ ］内の引数の最大値を返す関数である。
Ｎ＊＝ｍａｘ［Ｎ−（１４／４８）×Ｔｉ，０］ （４）
ここで、各式におけるＮ、Ｂは各元素の含有量（単位：質量％）を表し、ｍａｘ［ ］は［ ］内の引数の最大値を返す関数である。
（７）Ａｌ：０．０５０％以下
Ａｌは、脱酸剤として有効な元素であるので、必要に応じて添加してもよい。一方、過剰に含有すると、表面欠陥を生じ易くなったり、焼入れ前の鋼板の強度が高くなり加工性が劣化したりする。したがって、Ａｌ含有量を０．０５０％以下とする。Ａｌによる脱酸を目的とする場合には、Ａｌ含有量を０．００５％以上とすることが好ましい。なお、脱酸をＳｉのみで行う場合には、Ａｌは添加しなくともよい。
Ａｌは、脱酸剤として有効な元素であるので、必要に応じて添加してもよい。一方、過剰に含有すると、表面欠陥を生じ易くなったり、焼入れ前の鋼板の強度が高くなり加工性が劣化したりする。したがって、Ａｌ含有量を０．０５０％以下とする。Ａｌによる脱酸を目的とする場合には、Ａｌ含有量を０．００５％以上とすることが好ましい。なお、脱酸をＳｉのみで行う場合には、Ａｌは添加しなくともよい。
（８）Ｎ：０．００７０％以下
Ｎは、上述したようにＢと結びついてＢＮを形成し、固溶状態にある有効Ｂを減少させてしまう。したがって、Ｎ含有量は少ないほど好ましく、本発明においては０．００７０％以下とする。好ましくは０．００５０％以下である。
Ｎは、上述したようにＢと結びついてＢＮを形成し、固溶状態にある有効Ｂを減少させてしまう。したがって、Ｎ含有量は少ないほど好ましく、本発明においては０．００７０％以下とする。好ましくは０．００５０％以下である。
（９）Ｔｉ：０．００２〜０．０３０％
Ｔｉは、Ｂよりも高温域でＮと結合して、ＮをＴｉＮとして固定する作用を有するので、Ｎと結合することにより消費されるＢの量を低減し、有効Ｂを確保するのに有効な元素である。したがって、Ｔｉ含有量を０．００２％以上とする。好ましくは０．００５％以上である。しかし、過剰に含有すると、Ｎに対して過剰なＴｉがＣを結合してＴｉＣを形成し、焼入れ前の鋼板の強度が高くなり加工性が劣化する。また、炭窒化物を形成することにより、靭性の劣化や焼入れ性の低下を招く。したがって、Ｔｉ含有量を０．０３０％以下とする。好ましくは０．０２５％以下である。
Ｔｉは、Ｂよりも高温域でＮと結合して、ＮをＴｉＮとして固定する作用を有するので、Ｎと結合することにより消費されるＢの量を低減し、有効Ｂを確保するのに有効な元素である。したがって、Ｔｉ含有量を０．００２％以上とする。好ましくは０．００５％以上である。しかし、過剰に含有すると、Ｎに対して過剰なＴｉがＣを結合してＴｉＣを形成し、焼入れ前の鋼板の強度が高くなり加工性が劣化する。また、炭窒化物を形成することにより、靭性の劣化や焼入れ性の低下を招く。したがって、Ｔｉ含有量を０．０３０％以下とする。好ましくは０．０２５％以下である。
（１０）Ｃｒ：０．５０％以下
Ｃｒは、Ｍｎと同様に焼入れ時の焼入れ倍数を高め、硬化深度を高める有効な元素であるので、必要に応じて添加してもよい。一方、過剰に含有すると焼入れ前の鋼板の強度が高くなり加工性が劣化する。また、コストの増加も招く。このため、Ｃｒ含有量は０．５０％以下とする。上記効果をより確実に得るには、Ｃｒ含有量を０．０５％以上とすることが好ましい。
Ｃｒは、Ｍｎと同様に焼入れ時の焼入れ倍数を高め、硬化深度を高める有効な元素であるので、必要に応じて添加してもよい。一方、過剰に含有すると焼入れ前の鋼板の強度が高くなり加工性が劣化する。また、コストの増加も招く。このため、Ｃｒ含有量は０．５０％以下とする。上記効果をより確実に得るには、Ｃｒ含有量を０．０５％以上とすることが好ましい。
（１１）Ｃｕ：０．１５％以下
Ｃｕは、酸洗時の過酸洗を抑制し、酸洗後の表面状態を安定化する作用を有するので、必要に応じて添加してもよい。一方、過剰に含有すると焼入れ前の鋼板の強度が高くなり加工性が劣化する。また、コストの増加も招く。このため、Ｃｕ含有量を０．１５％以下とする。好ましくは０．１２％以下である。上記効果をより確実に得るには、Ｃｕ含有量を０．０５％以上とすることが好ましく、０．０８％以上とすることがさらに好ましい。
Ｃｕは、酸洗時の過酸洗を抑制し、酸洗後の表面状態を安定化する作用を有するので、必要に応じて添加してもよい。一方、過剰に含有すると焼入れ前の鋼板の強度が高くなり加工性が劣化する。また、コストの増加も招く。このため、Ｃｕ含有量を０．１５％以下とする。好ましくは０．１２％以下である。上記効果をより確実に得るには、Ｃｕ含有量を０．０５％以上とすることが好ましく、０．０８％以上とすることがさらに好ましい。
（１２）Ｎｉ：０．１５％以下
Ｎｉは、靭性向上に有効な元素であるので、必要に応じて添加してもよい。一方、Ｎｉは高価な元素であり、過剰な添加は著しいコストの増加を招く。したがって、Ｎｉ含有量を０．１５％以下とする。好ましくは０．１２％以下である。上記効果をより確実に得るには、Ｎｉ含有量を０．０４％以上とすることが好ましく、０．０６％以上とすることがさらに好ましい。
Ｎｉは、靭性向上に有効な元素であるので、必要に応じて添加してもよい。一方、Ｎｉは高価な元素であり、過剰な添加は著しいコストの増加を招く。したがって、Ｎｉ含有量を０．１５％以下とする。好ましくは０．１２％以下である。上記効果をより確実に得るには、Ｎｉ含有量を０．０４％以上とすることが好ましく、０．０６％以上とすることがさらに好ましい。
（１３）Ｍｏ：０．３０％以下
Ｍｏも、靭性向上に有効な元素であるので、必要に応じて添加してもよい。一方、過剰に含有すると焼入れ前の鋼板の強度が高くなり加工性が劣化する。また、コストの増加も招く。したがって、Ｍｏ含有量を０．３０％以下とする。好ましくは０．２８％以下である。上記効果をより確実に得るには、Ｍｏ含有量を０．０２％以上とすることが好ましく、０．０５％以上とすることがさらに好ましい。
Ｍｏも、靭性向上に有効な元素であるので、必要に応じて添加してもよい。一方、過剰に含有すると焼入れ前の鋼板の強度が高くなり加工性が劣化する。また、コストの増加も招く。したがって、Ｍｏ含有量を０．３０％以下とする。好ましくは０．２８％以下である。上記効果をより確実に得るには、Ｍｏ含有量を０．０２％以上とすることが好ましく、０．０５％以上とすることがさらに好ましい。
（１４）Ｎｂ：０．０３０％以下
Ｎｂは、焼入れ時にオーステナイト結晶粒を細粒化し、靭性を向上させる効果を有する有効な元素であるので、必要に応じて添加してもよい。一方、過剰に含有すると、炭化物を形成して、焼入れ前の鋼板の強度が高くなり加工性を劣化させたり、焼入れ時の焼入れ性を低下させたりする。したがって、Ｎｂ含有量を０．０３０％以下とする。好ましくは０．０２５％以下である。上記効果をより確実に得るには、Ｎｂ含有量を０．００５％以上とすることが好ましく、０．０１０％以上とすることがさらに好ましい。
Ｎｂは、焼入れ時にオーステナイト結晶粒を細粒化し、靭性を向上させる効果を有する有効な元素であるので、必要に応じて添加してもよい。一方、過剰に含有すると、炭化物を形成して、焼入れ前の鋼板の強度が高くなり加工性を劣化させたり、焼入れ時の焼入れ性を低下させたりする。したがって、Ｎｂ含有量を０．０３０％以下とする。好ましくは０．０２５％以下である。上記効果をより確実に得るには、Ｎｂ含有量を０．００５％以上とすることが好ましく、０．０１０％以上とすることがさらに好ましい。
２．用途
本発明に係る鋼板は、Ｂを含有させることにより、Ｃ含有量の低減に伴う焼入れ性の低下を補償するのみならず、低温脆性を惹き起こすＰの粒界偏析を抑制して低温での焼戻しを可能にし、これによってＣ含有量の低減に伴う焼入れ焼戻し後の鋼板部材の強度（硬度）低下を補償するのであり、これにより、焼入れ前においては優れた加工性を有するとともに焼入れ焼戻し後においては高い強度と優れた靭性とを備える鋼板部材を得ることを可能にするのである。
本発明に係る鋼板は、Ｂを含有させることにより、Ｃ含有量の低減に伴う焼入れ性の低下を補償するのみならず、低温脆性を惹き起こすＰの粒界偏析を抑制して低温での焼戻しを可能にし、これによってＣ含有量の低減に伴う焼入れ焼戻し後の鋼板部材の強度（硬度）低下を補償するのであり、これにより、焼入れ前においては優れた加工性を有するとともに焼入れ焼戻し後においては高い強度と優れた靭性とを備える鋼板部材を得ることを可能にするのである。
したがって、本発明に係る鋼板は、焼入れ後に焼戻しが施される用途に供されるものであるが、その焼戻しは４００℃以下の低温焼戻しである。従来と同様に焼戻し温度を４００℃超としたのでは焼戻し後において目的する強度を確保することが困難となるからである。なお、本来の焼戻し効果を得るために、焼戻し温度の下限は２５０℃以上とすることが好ましい。焼戻しの時間は焼戻し温度に応じて適宜決定すればよく、例えば１５〜６０分間とすればよい。
３．製造方法
本発明に係る鋼板は、上記化学組成を有するので、常法にしたがって熱間圧延工程などを行うことにより、焼入れ前においては優れた加工性を有するとともに焼入れ焼戻し後においては高い強度と優れた靭性とを備える鋼板部材を得ることが可能となる。したがって、製造方法は特に限定する必要はないが、本発明に係る焼入れ焼戻し用鋼板の好適な製造方法を以下に例示する。
本発明に係る鋼板は、上記化学組成を有するので、常法にしたがって熱間圧延工程などを行うことにより、焼入れ前においては優れた加工性を有するとともに焼入れ焼戻し後においては高い強度と優れた靭性とを備える鋼板部材を得ることが可能となる。したがって、製造方法は特に限定する必要はないが、本発明に係る焼入れ焼戻し用鋼板の好適な製造方法を以下に例示する。
（１）熱間圧延工程
ｉ）熱間圧延完了温度：８５０〜９１０℃
熱間圧延完了温度が９１０℃超の場合には、スケール厚が厚くなりすぎて、酸洗効率や歩留まりが低下したり、表面品質が劣化したりする場合がある。一方、熱間圧延完了温度が８５０℃未満の場合には、鋼塊または鋼片の変形抵抗が大きくなって熱間圧延そのものの実施が困難になったりする場合がある。したがって、熱間圧延完了温度は８５０〜９１０℃とすることが好ましい。
ｉ）熱間圧延完了温度：８５０〜９１０℃
熱間圧延完了温度が９１０℃超の場合には、スケール厚が厚くなりすぎて、酸洗効率や歩留まりが低下したり、表面品質が劣化したりする場合がある。一方、熱間圧延完了温度が８５０℃未満の場合には、鋼塊または鋼片の変形抵抗が大きくなって熱間圧延そのものの実施が困難になったりする場合がある。したがって、熱間圧延完了温度は８５０〜９１０℃とすることが好ましい。
ｉｉ）巻取温度：５５０〜６６０℃
巻取温度が低すぎると鋼板が高強度となり、熱間圧延ままの鋼板を焼入れに供する場合には焼入れ前の鋼板の加工性が劣化するため、巻取温度は５５０℃以上とすることが好ましい。一方、巻取温度があまりに高すぎると、スケール厚が厚くなりすぎて、酸洗効率や歩留まりが低下したり、表面品質が劣化したりする場合があるので、巻取温度は６６０℃以下とすることが好ましい。
巻取温度が低すぎると鋼板が高強度となり、熱間圧延ままの鋼板を焼入れに供する場合には焼入れ前の鋼板の加工性が劣化するため、巻取温度は５５０℃以上とすることが好ましい。一方、巻取温度があまりに高すぎると、スケール厚が厚くなりすぎて、酸洗効率や歩留まりが低下したり、表面品質が劣化したりする場合があるので、巻取温度は６６０℃以下とすることが好ましい。
（２）その他の工程
本発明に係る鋼板は、熱延鋼板であっても冷延鋼板であってもよい。
熱延鋼板の場合には、熱間圧延ままの鋼板であってもよく、熱延板焼鈍を施してさらに軟質化した鋼板であってもよい。熱延板焼鈍を施す場合には、焼鈍温度を６５０℃以上７６０℃以下とし、焼鈍時間を０．１時間以上３０時間以下とすることが好ましい。通常酸洗処理が施されて鋼板部材へと加工されたのちに、焼入れ焼戻しが施される。
本発明に係る鋼板は、熱延鋼板であっても冷延鋼板であってもよい。
熱延鋼板の場合には、熱間圧延ままの鋼板であってもよく、熱延板焼鈍を施してさらに軟質化した鋼板であってもよい。熱延板焼鈍を施す場合には、焼鈍温度を６５０℃以上７６０℃以下とし、焼鈍時間を０．１時間以上３０時間以下とすることが好ましい。通常酸洗処理が施されて鋼板部材へと加工されたのちに、焼入れ焼戻しが施される。
また、冷延鋼板の場合には、冷間圧延ままの鋼板であってもよく、焼鈍を施してさらに軟質化した鋼板であってもよい。ここで、冷間圧延に供する熱延鋼板は、上述したような熱間圧延ままの鋼板であってもよく、熱延板焼鈍を施して軟質化した鋼板であってもよい。冷間圧延の冷圧率としては２０〜７０％が例示できる。焼鈍を施す場合には、焼鈍温度を６５０℃以上７６０℃以下とし、焼鈍時間を０．１時間以上３０時間以下とすることが好ましい。冷間圧延と焼鈍とを複数回繰り返してもよい。
以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により制限されるものではない。
表１に示す化学組成を有するスラブを１２５０℃に加熱して、仕上温度：８７０℃、巻取温度：６２０℃の条件にて熱間圧延を施して２．６ｍｍ厚の熱延鋼板とした。得られた熱延鋼板に酸洗処理を施して各試験に供した。
表１に示す化学組成を有するスラブを１２５０℃に加熱して、仕上温度：８７０℃、巻取温度：６２０℃の条件にて熱間圧延を施して２．６ｍｍ厚の熱延鋼板とした。得られた熱延鋼板に酸洗処理を施して各試験に供した。
評価方法としては、まず、熱延鋼板について、引張試験によりＹＳ、ＴＳ、Ｅｌを測定して機械特性を評価し、板厚の１５％のクリアランス条件で３０ｍｍφに打抜く打抜き試験を行い、カエリ高さを測定して打抜き性を評価した。引張試験はＪＩＳ Ｚ ２２４１に基づいて行った。
次に、熱延鋼板を８７０℃に２０分間保持した後に油焼入を行う焼入れ処理を施し、さらに表面硬度がＨＲＣで約４５となるように２５０〜４００℃の温度域で３０分間保持する焼戻し処理を施した。ただし、Ｎｏ．１１については焼入れ後の硬度がＨＲＣで３０．５であったため、焼戻し以降の処理および試験を省略した。
このようにして焼入れ焼戻しが施された鋼板について表面硬度を測定するとともに、シャルピー試験により靭性についても評価した。ただし、焼入れ前の鋼板のＴＳが６３０ＭＰａ超で加工性に劣るＮｏ．１５、１７および２３、焼入れ前の鋼板の打抜き試験におけるカエリ高さが５μｍ以下超で加工性に劣るＮｏ．２１、焼入れ性不足により焼入れ後の硬度不足であったＮｏ．１６、２４および２５については、シャルピー試験を省略した。
シャルピー試験は、圧延方向の試験片を採取して、硬度を確認した後、表面にひずみを与えないように電解研磨により板厚を２．５ｍｍに揃え、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に基づいて行った。
結果を表２に示す。
表２に示されるように、本発明に係る鋼板は、焼入れ前においては、ＴＳが６３０ＭＰａ以下であるとともに、カエリ高さが５μｍ以下であり、加工性に優れている。また、焼入れ焼戻し後においてはＨＲＣを約４５とした場合において、３４Ｊ／ｃｍ２以上であり、靭性に優れている。焼入れ焼戻し後の硬度を同一とした場合において、本発明に係る鋼板が従来材であるＳ５０ＣやＳ６０Ｃに比して著しく靭性に優れているということは、高強度化に伴う多少の靭性劣化が見込まれるとしても、従来材よりも優れた靭性を維持したままで従来材よりも高い強度を得ることが可能ということでもあるから、本発明に係る鋼板は、焼入れ焼戻し後においては高い強度と優れた靭性とを備える鋼板部材を得ることが可能であるといえる。
本発明によれば、焼入れ前においては優れた加工性を有するとともに焼入れ焼戻し後においては高い強度と優れた靭性とを備える鋼板部材を得ることが可能な、優れた加工性を有する焼入れ焼戻し用鋼板が得られる。前記鋼板は、例えば自動車、オートバイおよび自転車等の乗り物や各種産業機械に使用されるチェーンの素材鋼板として好適である。
Claims (4)
- 質量％で、Ｃ：０．３０〜０．４７％、Ｓｉ：０．３０％以下、Ｍｎ：０．３０〜１．００％、Ｓ：０．００１０〜０．０２％、Ｔｉ：０．００２〜０．０３０％、Ｃｕ：０．１５％以下、Ａｌ：０．０５０％以下およびＮ：０．００７０％以下を含有し、さらにＰおよびＢの含有量が下記式（１）〜（４）を満足し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成を有することを特徴とする、焼入れ後に４００℃以下の焼戻しが施される低温焼戻し用鋼板。
Ｐ≦０．２×（３１／１１）×（Ｂ＊）０．５ （１）
０．０００５≦Ｂ＊≦０．００５０ （２）
Ｂ＊＝ｍａｘ［Ｂ−（１１／１４）×Ｎ＊，０］ （３）
Ｎ＊＝ｍａｘ［Ｎ−（１４／４８）×Ｔｉ，０］ （４）
ここで、各式におけるＰ、Ｎ、Ｂは各元素の含有量（単位：質量％）を表し、ｍａｘ［ ］は［ ］内の引数の最大値を返す関数である。 - 質量％で、Ｃ：０．３０〜０．４７％、Ｓｉ：０．３０％以下、Ｍｎ：０．３０〜１．００％、Ｓ：０．００１０〜０．０２％、Ｔｉ：０．００２〜０．０３０％、Ａｌ：０．０５０％以下およびＮ：０．００７０％以下を含有し、さらにＰおよびＢの含有量が下記式（１）〜（４）を満足し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成を有することを特徴とする、焼入れ後に２５０℃以上４００℃以下の焼戻しが施されてＨＲＣで４４．３以上の表面硬度とされる低温焼戻し用鋼板。
Ｐ≦０．２×（３１／１１）×（Ｂ＊）０．５ （１）
０．０００５≦Ｂ＊≦０．００５０ （２）
Ｂ＊＝ｍａｘ［Ｂ−（１１／１４）×Ｎ＊，０］ （３）
Ｎ＊＝ｍａｘ［Ｎ−（１４／４８）×Ｔｉ，０］ （４）
ここで、各式におけるＰ、Ｎ、Ｂは各元素の含有量（単位：質量％）を表し、ｍａｘ［ ］は［ ］内の引数の最大値を返す関数である。 - 前記化学組成が、Ｆｅの一部に代えて、質量％で、Ｃｒ：０．５０％以下を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の低温焼戻し用鋼板。
- 前記化学組成が、Ｆｅの一部に代えて、質量％で、Ｎｉ：０．１５％以下、Ｍｏ：０．３０％以下およびＮｂ：０．０３０％以下からなる群から選ばれる１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の低温焼戻し用鋼板。
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