JPH0344422A - 高炭素薄鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、耐脱炭性に優れた高炭素薄鋼板の製造方法に
関する。さらに詳述すれば、本発明は、高炭素薄鋼板の
製造工程において軟質化に必要な球状化焼鈍、目的の強
度を付与するための焼入れ・焼戻し、あるいはオーステ
ンパー等の熱処理工程において生じる板表層の脱炭を効
果的に抑えることができ、例えばギヤ、ワンシャー、刃
物等の高硬度部材の製造合理化に対して非常に有効な高
炭素薄鋼板の製造方法に関するものである。

（従来の技術） 一般に、ギヤ、ワッシャー、刃物、鋸、座金等の高硬度
部品には、ＪＩＳ　Ｇ３３１１に規定されるＳＫ７Ｍ〜
ＳＫＩＭ等の低Ｍｎ系の非常に高いＣ成分を有する鋼種
や、Ｓ４５ＣＭ〜ＳＳ７０Ｃ等の高炭素冷延鋼板が素材
として用いられている。

その製造方法としては、熱延鋼板を酸洗した後、必要に
応じて焼鈍を行い、熱延板としての製品とするか、或い
はさらに冷間圧延とそれに続く球状化焼鈍とを施し、適
当な強度に調整する。これらから、打ち抜き、底形して
得られた製品を、その後の焼入れ・焼戻し等の熱処理に
て硬化させてから用いるのが普通である。

ここで、前記各製品用の素材鋼板には、成形加工前は軟
質で加工し易く、成形加工後に施される熱処理によって
初めて所望の強度が得られ、かつ製品としての使用に十
分な硬度と耐摩耗性とを発揮するものであることが要求
されるため、−ａ的にＣＩの高い材質が選ばれる。

（発明が解決しようとする課題） しかし、従来の素材はＣＩの増大とともに熱延板での硬
度が増大し、製品への加工時の成形性、或いは冷間圧延
時の圧下率について大きな制約を受けていた。このため
、製造工程は、焼鈍の長時間化、冷間圧延回数または焼
鈍回数の増大といった多くの問題を有していた。そこで
、本発明者らは、熱延板の成形性向上、冷間圧延時の圧
下率向上を目的として熱延板での組織の微細化をはかり
、かっ熱延板での軟質化の必要性を認識するに至った。

この両方を満足するには、熱間圧延工程での仕上げ圧延
後の急冷と、熱延板の焼鈍とが必要となる。しかし、圧
延後の急冷により熱延板の硬度が増大するため、焼鈍前
の酸洗が困難となることが問題であった。そこで、本発
明者らは熱延板の酸洗による脱スケールを省略して、軟
化焼鈍を行う手段を検討した。

これら焼鈍については一般に（Ａｃ、　　５０）〜＾０
１℃、あるいはＡｃ＋〜（Ａｃ、　＋　３０）　’Ｃの
温度域において６〜２４ｈｒの長時間にわたって均熱さ
れる箱焼鈍のプロセスを用いており、このときの雰囲気
にはＮｌｓ　Ａｒ等の不活性雰囲気かコークスガス、メ
タン等の浸炭雰囲気において行われ、この雰囲気ガスは
脱炭防止のため慎重に選択されている。しかし、このよ
うな雰囲気下においても、付着したスケールのため仮表
層には脱炭層が形成されてしまい、問題となっていた。

これら熱処理工程における仮表層からの脱炭については
、下記の２種の原因が考えられる。

まず、第１に熱延工程における酸化スケールが仮表層に
残存した場合、均熱中にこのスケールの主成分であるＦ
ｅｄ、が分解し０．を発生し、仮表層から分離する。残
されたスケールは、純鉄となり板表層に脱炭層が形成さ
れる。

第２に、雰囲気ガス中の０！濃度が上昇すると板表層に
おいて０２が○原子に分離し、仮表層から内部に侵入す
る。この○原子が仮表層中のＣと結合することにより、
Ｃｏ、　ｃｏｔを形成して仮表層から外部へ放出される
。この後に脱炭層が形成されるものである。

このようにして形成された脱炭層は、板表面の硬度を低
下させ耐摩耗性を著しく劣化させるばかりでなく、強度
の低下をも招くものであり、その発生に対しては非常に
注意を払わなければならないものである。

このような事情や前述した工具鋼の製造プロセスにおけ
るコスト低減要求をもふまえて、本発明者らはこれらの
要求に応えるためには、材質そのものにおいてこれら脱
炭を効果的に抑制することができる清種の開発が必要で
あるとの認識を持つに至った。

ここに、本発明の目的は、耐脱炭性に優れた高炭素薄鋼
板の製造方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） そこで、本発明者らは上記目的を達成するために、これ
ら成形性、或いは冷間圧延における圧下率の向上に対す
る手段について種々の検討を重ねた結果、熱延板の組織
およびその組織形成過程における硬度上昇の抑制、更に
その対策過程での脱炭の防止について以下に示す新規知
見を得た。

（ａ）熱延板にて微細な組織を得るには、熱間圧延後４
５０℃以上の比較的低い温度域での巻取りが必要である
こと。

（ｂ）さらに、このような微細な＆ＩＩ織を有する熱延
板は、一般に硬度が高く、熱間圧延完了後、必要に応じ
て６００℃以上の適当な温度域に再加熱して軟化焼鈍を
行うことが必要であること。

（ｃ）従来の熱延板では、このような再加熱により板表
層に脱炭層を生じるため、本発明においては、鋼板に０
．０１重量％以上のｓｂを添加しておき、この鋼板を薄
鋼板に圧延すると焼鈍、あるいは焼入れ等の加熱時にお
いて、含有されているｓｂが表層において０□ガスのＯ
原子への分解を抑制するため、仮表層へのＯ原子の侵入
が防止されて仮表層におけるＣと○との反応が抑えられ
ることから、脱炭は効果的に防止されること。

（ｄ）このようなｓｂの脱炭防止効果は、一般にＪＩＳ
規格においてＳＣ材、ＳＫ材と呼ばれている一般高炭素
鋼板においてばかりでなく　ＳＣＭ材、ＳＫＳ材とよば
れるＣｒ　−Ｍｏ系或いはＮＪ系の低合金高炭素鋼板に
おいても、有効であること。

（ｅ）シかし、ｓｂはＰ、Ｓｎと同様にオーステナイト
域に加熱された場合、オーステナイト粒界に偏析し冷却
後の旧オーステナイト粒界強度を低減し、ここにおける
粒界破壊を生ずる特性をもっている。

このため、粒界強化の観点からｓｂの添加量には上限を
設ける必要があること。

これらの（ａ）ないしくｅ）に示す知見に基づいて、本
発明者らはさらに検討を重ねた結果、本発明を完成する
に至った。

ここに、本発明の要旨とするところは、重量％で、 Ｃ：０．３０〜１．２０％、　　Ｓｉ：　１．００％以
下、Ｍｎ：　１．５０％以下、　　　Ｐ：０．０５０％
以下、Ｓ：０．０５０％以下、　　Ｓｂ：　０．０１〜
０．１０％、さらに必要に応じて、Ｃｒ：１．５０％以
下、Ｍｏ：０．５０％以下およびＮｉ：２．００％以下
の合金成分の１種または２種以上、 残部Ｆｅおよび不可避的不純物 からなる鋼組成を有する鋼片を熱闘圧延後、４５０℃以
上の温度域で巻き取り、冷却した後、脱スケールするこ
となく　６００〜（Ａｃ＋　＋　４０）　’Ｃ１あるい
は６００〜（＾ｃｃａ＋４０）　”ｃの温度域で軟化焼
鈍を行い、さらに必要に応して１回もしくは複数回の冷
間圧延および焼鈍を行うことを特徴とする高炭素薄鋼板
の製造方法である。

（作用） 以下、本発明を作用効果とともに詳述する。なお、本明
細書において１％」は特にことわりがない限り「重量％
」を意味するものとする。

まず、本発明において用いる鋼片の組成を限定する理由
を説明する。

（ａ）　　Ｃ 鋼板に所望の硬度並びに耐摩耗性を付与するためには、
Ｃ含有量を０．３０％以上とする必要があり、一方、１
．２０％を越えて含有させるとセメンタイト量が増大し
、靭性を著しく劣化させることから製品としての耐久性
の確保が非常に困難となる。したがって、Ｃ含有量は０
．３０〜１．２０％と定めた。

（ｂ）　　Ｓｔ 製品として適当な硬度を付与するために添加が必要であ
るが、１．００％を越えて含有させると鋼板が硬質とな
って脆化する傾向を示すことから、Ｓｉ含有量は１．０
０％以下と定めた。

（Ｃ）　　阿ｎ 耐摩耗鋼板においては、一般にＭｎは耐摩耗性向上のた
め多量に添加されるが、零発′明にかかる綱板において
もこの目的のため上限を１．５０％として添加する。し
かし、これを越えて添加した場合、鋼の靭性を劣化させ
使用中の製品の破損等につながることから、１．５０％
を越えての添加は好ましくない。したがって、Ｍｎ含有
量は１，５０％以下と定めた。

なお、Ｍｎの低下は焼入れ性の低下につながることから
少なくとも０．３０％以上のＭｎを添加することが望ま
しい。

（ｄ）　　Ｐ Ｐは鋼のオーステナイト粒界に偏析することにより、焼
き入れ、焼き戻し後の製品の靭性に大きな影響を有する
ものである。このＰ含有量は低いほど靭性上好ましいこ
とは言うまでもない。そして、Ｐ含有量が０．０５０％
を越えると粒界にＰが偏析し、粒界脆化を生し易くなる
ことからＰ含有量は０．０５０％以下と定めたが、望ま
しくは０．０２０％以下に制限するのがよい。

（ｅ）　　Ｓ 通常の鋼板においてもＳは低い方がよいが、特に本発明
に係わるような高強度鋼板では、ＭｎＳの存在が靭性劣
化に著しい影響を及ぼす、このためＳ含有量を０．０５
０％以下と設定したが、望ましくは０．０２０％以下に
抑えることである。

（ｆ）　　Ｓｂ 高炭素鋼に０．０１％以上のｓｂを添加し、これを薄鋼
板に圧延すると焼鈍、或いは焼入れ等の加熱時において
、含有されているｓｂが表層においてＯｔガスのＯ原子
への分解を抑制するため、表層へのＯ原子の侵入が防止
される。このため、仮表層におけるＣとＯとの反応が抑
えられることから、脱炭は効果的に防止されることとな
る。

しかし、ｓｂはＰ、Ｓｎと同様にオーステナイト域に加
熱された場合、オーステナイト粒界に偏析し冷却後の旧
オーステナイト粒界強度を低減し、ここにおける粒界破
壊を生ずる特性をもっている。

このため、粒界強化の観点からｓｂの添加量の上限を０
．１０％と制限する必要がある。

このため、ｓｂ添加量は０．０１〜０．１０％と制限し
たが、効果的な脱炭抑制作用の確保、または靭性確保の
観点から０．０２〜０．０８％程度の添加がさらに望ま
しい。

さらに、本発明における鋼片は、上記＆ＩＩｆｉ、以外
に、必要に応じて、Ｃｒ、　Ｍｏ、　Ｎｉのうちの少な
くとも１種を添加してもよい、これらは、本発明にかか
る鋼の焼入性および加工性等の機械特性をさらに改善す
るために添加されるものであり、これらの添加量および
その理由について、以下、分脱する。

（濁　Ｃｒ Ｃｒは主として焼入れ性向上を目的として必要に応じて
添加される成分であるが、１．５０％を超えて含有させ
ると鋼の硬質化を招いて脆化する。このことから、本発
明において用いる鋼片では焼入れ性向上のために必要に
応じてＣｒを添加し、その上限を１．５０％とする。ま
た、焼入れ性向上を目的とした場合、０．１５％以上を
目標としてＣｒを添加するのが望ましい。

（ロ）Ｍ。

Ｍｏは必要に応じ添加される成分てあり、ＭＯの添加に
より鋼板の熱処理（焼入れ、焼戻し）前の加工性を劣化
させることなく熱処理後の高靭性を維持する作用をもた
らす。

一般に、鋼は焼入れ後３００℃前後の温度で焼戻しする
と、いわゆる「低温焼戻し脆化Ｊを生じて著しく脆くな
る。この脆化に対し、Ｍｏ添加は有効である。

このため、本発明に係る鋼板においては、必要に応して
０．５０％を上限としてＭｏを添加するものとする６ 但し、この上限を超えてもこの靭性向上の効果について
は飽和状態となり、またコスト上昇にもつながるのでこ
の上限は超えないものとする。

また、この靭性向上効果を得るには０．１５％以上のＭ
ｏ添加が望ましい。

Ｑ）　　Ｎｉ Ｎｉには鋼の加工性を向上させる作用があり、本発明に
おいても必要に応じて積極的に添加される成分であるが
、その含有量は２．００％以下とすることが望ましい。

このＮｉ添加は、圧延時の割れの発生を効果的に抑制し
、さらにユーザーにおける加工に際しても、その加工を
容易にするものである。

これは、フェライト母相の変形抵抗を低減するためであ
ると考えられる。

一方、２．０％を超えてＮｉを添加しても鋼板の製造コ
スト上昇を招くだけで加工性向上効果は飽和することか
ら添加量の上限を２．０％と設定した。

本発明は、上記組成を有する鋼片を熱間圧延を行って巻
き取った後、脱スケ、−ルせずにある特定の温度域で軟
化焼鈍を行う、以下、これらの製造条件について説明す
る。

０）　　熱間圧延は、ＡｒｃあるいはＡｃ−意思上の温
度域で行うことがセメンタイトをオーステナイト中へ完
全に固溶させるという観点からは望ましい。

次いで、このようにして熱間圧延を終えた鋼板を４５０
℃以上、好ましくは５００℃以上の温度域で巻き取り、
冷却する。このように巻取り温度を制限するのは、得ら
れる熱延板の組織が微細化することにより焼鈍時のセメ
ンタイトの球状化が効率的になされることを利用するた
めである。このため、巻取り温度条件は低い程効果的で
あるが、巻取り時の硬化による割れの発生等の障害が生
ずるため、巻取り温度は、４５０℃以上と限定した。さ
らに好ましくは５００℃以上である。また、この巻き取
り温度の上限は熱延板の組織の微細化の観点から６５０
℃とすることが望ましい、なお、本発明者らの知見によ
れば、巻き取り後の冷却時の冷却速度の増大により、焼
鈍時のセメンタイトの球状化、微細化が促進されること
から、冷却速度は大きいほど望ましい。

（ト）巻取り後の軟化焼鈍温度条件 上述のように４５０℃以上の比較的低温にて巻取られた
熱延板は、巻取り温度までの冷却速度が大きい場合に特
に、その硬度が大きく、冷間圧延前の酸洗工程、或いは
冷間圧延工程において破断などの障害を生じる恐れがあ
る。

この防止対策として、熱延板を酸洗による脱スケールす
ることなく、６００〜（Ａｃ＋　＋　４０）　℃−ある
いは６００〜（Ａｃｃ−＋　４０）　’Ｃの温度域まで
加熱し冷却することが必要である。焼鈍温度が６００℃
未満であると、硬度および限界圧縮率ともに改善されず
、また（Ａｃ　＋　＋　４０）　’Ｃ超あるいは（Ａｃ
ｃ、＋４０）℃超であると冷却中にセメンタイトがラメ
ラ−状（層状）に析出するため、冷間圧延に悪影響を与
えることになるからである。

この時の雰囲気条件としては、Ｎ２、Ａｒ等の不活性雰
囲気かコークスガス、メタン等の浸炭雰囲気、あるいは
大気中において行われ、この雰囲気ガスは脱炭防止のた
めスケールの形成状況により適宜調整するが、従来のＳ
ｂを添加しない鋼に比べ、その選択条件は非常に広くな
る。

また、焼鈍後の冷却条件としては１００　’Ｃ／ｈｒ以
下の比較的ゆっくりとした速度で冷却することが望まし
い。

このように、脱スケールすることなく軟化焼鈍された熱
延板に対しては、通常の場合酸洗による脱スケールの後
、必要に応じて１回もしくは複数回の冷間圧延および球
状化焼鈍を行う。このようにして、従来の熱延板を酸洗
し冷間圧延を行う場合に比較して、非常に軟質で、大き
な冷圧率を有する高炭素薄鋼板を得ることができる。

実施例により、さらに本発明の詳細な説明するが、これ
はあくまでも本発明の例示であり、これにより本発明が
限定されるものではない。

実施例１ 第１表に示す化学ｌＪＩ戊を有する鋼片Ｎ（ＬＡないし
鋼片ＮαＧに対し、 仕上げ圧延温度：８５０℃ 冷却速度＝５０″Ｃ／Ｓｅｃ 巻取温度＝５５０℃ の条件の熱間圧延を行った後、スケールが付いたまま６
５０℃１６８０’Ｃまたは７４０　’Ｃの各温度におい
て２４時間均熱する焼鈍を行った。なお、熱延板焼鈍で
の加熱冷却速度は４０℃／ｈｒであった。

第 ■ 表 （注）車は本発明の範囲外 このときの表層からの脱炭層の発生（表層からの脱炭深
度）に及ぼすｓｂ添加量の影響を第１図にグラフで示す
。

この結果から、各温度条件において脱炭を効率的に抑制
するには、本発明にかかる範囲内におけるｓｂの添加を
行った鋼片である鋼片ＮｎＡ−ＮαＥが適当であること
が認められた。

実施例２ 第１表に示す＆［Ｉ戊の鋼片を下記条件で熱間圧延して
から、脱スケールすることなく軟化焼鈍を行い、この軟
化焼鈍を完了後酸洗した。このときの熱延板の焼鈍温度
による硬度の変化と焼鈍後の限界冷圧率との変化を調べ
、結果を第２図に示した。

本例の熱間圧延条件は 仕上げ温度：８５０’Ｃ 冷却速度　：　　１００　’Ｃ／Ｓｅｃ巻取温度　：　
　５００℃ の通りであった。なお、熱延板焼鈍時の加熱冷却速度は
４０℃／ｈｒであった。

これらの結果より６００℃より低い温度での焼鈍は、硬
度が高すぎ、また限界冷圧率が非常に低いことが認めら
れる。このことから、本発明の範囲である６００℃以上
の温度域での焼鈍により軟質化と、限界冷圧率の向上が
達成されることが確認された。

実施例３ 本例では同じく第１表に示す鋼を使用して、本発明にお
いて限定した巻取り温度の条件の影響について調べた。

結果を第３図にまとめて示す。

なお、このときの熱間圧延および焼鈍条件は、次の通り
であった。

仕上げ温度＝８５０℃ 冷却速度　：１００℃／Ｓｅｃ 熱延板焼鈍条件：窒素中６８０℃Ｘ　２４ｈｒこれらの
結果から、巻取り温度が低いほど焼鈍後の硬度が低下す
ることが認められた。

なお、熱間圧延の仕上げ後の冷却速度については、本発
明においては特に限定していないが、第４図に示すよう
に、冷却速度の増大により、焼鈍後は軟質化することが
認められている。このときの熱間圧延および焼鈍条件は 仕上げ温度　　：　　８５０℃ 巻取条件　　　：　各冷却速度で冷却の後５００℃にて
巻取り 熱延板焼鈍条件：窒素中６８０℃Ｘ２Ｊｈｒ熱延板の加
熱冷却速度　：４０℃／ｈｒの通りであった。

前述したようにセメンタイト組織が微細化することによ
り、焼鈍中の球状化がより効率的になされるものであり
、かかるセメンタイトの微細化には、冷却速度は大きい
ほど望ましい、具体的には１〜１０℃／ｓｅｃ程度が有
効である。

実施例４ 第２表に示す鋼片ｋＪないし鋼片Ｎ［ＬＹＯ鋼種につい
て本発明の条件に従って脱スケールを行うことなく熱間
圧延後の焼鈍を行い、続いて冷間圧延、更に仕上げ焼鈍
を行って、板Ｉ￥２．５　ｍｍの薄鋼板を作成した。こ
れらの鋼板の焼き入れ、焼き戻し後の硬度と、吸収エネ
ルギー、更に表層からの脱炭深度について調査を行い、
その結果を第２表に示した。

（以下余白〉 これらの結果に示すように、本発明にかかる方法により
得た鋼板は比較例に対して、吸収エネルギー、脱炭の抑
制状況のいずれも優れたものとなっていることが認めら
れた。

なお、さらにＣｒ　：　１　、５０％以下、Ｍｏ：０．
５０％以下およびＮｉ：２．００％以下の合金成分の１
種または２種以上を含有する場合についても試験を行い
、本例と同様の吸収エネルギー、脱炭の抑制効果を確認
した。

（発明の効果） 本発明は、以上説明したように構成されたことによって
、表面の脱炭を効果的に抑制しながら素材の軟質化に必
要な球状化焼鈍および目的の強度を付与するための焼入
、焼戻しあるいはオーステンパー等が行えるという効果
が奏され、産業上極めて有用なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ｓｂの添加量と脱炭深度との関係を示すグラ
フ； 第２図は、焼！！！温度と限界冷圧率または熱延板焼鈍
後の硬度との関係を示すグラフ； 第３図は、巻取温度と限界冷圧率または熱延板焼鈍後の
硬度との関係を示すグラフ；および第４図は、冷却速度
と限界冷圧率または熱延板焼鈍後の硬度との関係を示す
グラフである。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量割合で、 Ｃ：０．３０〜１．２０％、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍ
   ｎ：１．５０％以下、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．
   ０５０％以下、Ｓｂ：０．０１〜０．１０％、残部Ｆｅ
   および不可避的不純物からなる鋼組成を有する鋼片を熱
   間圧延後、４５０℃以上の温度域で巻き取り、冷却した
   後、脱スケールすることなく６００〜（Ａｃ＿１＋４０
   ）℃あるいは６００〜（Ａｃ＿ｃ＿ｍ＋４０）℃の温度
   域で軟化焼鈍を行うことを特徴とする高炭素薄鋼板の製
   造方法。
2. （２）軟化焼鈍を行った後に、さらに１回もしくは複数
   回の冷間圧延および焼鈍を行うことを特徴とする請求項
   １記載の高炭素薄鋼板の製造方法。
3. （３）重量割合で、前記鋼片がさらにＣｒ：１．５０％
   以下、Ｍｏ：０．５０％以下およびＮｉ：２．００％以
   下の合金成分の１種または２種以上を含有する請求項１
   または請求項２記載の高炭素薄鋼板の製造方法。