JPS643662B2

JPS643662B2 -

Info

Publication number: JPS643662B2
Application number: JP90584A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Hashimoto; Kunio Watanabe; Toyohiko Sato; Masaya Mizui; Tomoo Sekine
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1984-01-09
Filing date: 1984-01-09
Publication date: 1989-01-23
Also published as: JPS60145384A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は自動車を始めとする機械構造部材や、
一般加工用に使用される疲労限度比が高い良成形
性クラツド鋼板に関する。（従来技術）近時、機械部材や構造部材では、単重に比して
強度および疲労限度比の高い鋼材が求められる傾
向が強く、なかでも自動車のホイールデイスクの
ような過酷な用途に採用される鋼板においてその
傾向が高いが、一般に薄鋼板の疲労強度は、ほぼ
素材鋼板の静的引張強さに比例するので、疲労強
度の高い鋼板を得るため高張力化が促進されて来
た。しかしながら、前述の高張力化はとかくコス
ト高になり易く、製造方法も必らずしも容易では
ないと云う問題点がある。そこで本発明者等は、高張力化を計るのではな
く、疲労強度が高く、プレス成形性の良好な鋼
板、即ち前述のホイールデイスクに適した鋼板の
開発に努力し、本発明のクラツド鋼板を開発する
ことに成功した。而して本発明の先行技術としては、JIS G3113
SAPH38、 SAPH45あるいはJIS G3101 SS55
などの自動車構造用熱間圧延鋼板および鋼帯や一
般構造用圧延鋼材がある。（発明の目的）本発明は、疲労限度比が高くかつプレス加工な
ど成形性の優れた鋼板、即ち自動車構造用や一般
構造用の用途において、低コストで塑性加工が可
能なクラツド鋼板を提供することを目的とする。（発明の構成・作用）本発明にかかる鋼板の要旨は下記の通りであ
る。即ち、C0.0015〜0.25％、Si0.003〜2.0％、
Mn0.1〜2.0％、Al0.0001〜0.1％、Ca0.0003〜
0.0075％、S0.005％以下を含有し、かつCa／Ｓが
0.5以上で残余がFeおよび不可避不純物からなる
内層と、C0.03〜0.25％、Si0.003〜2.0％、Mn0.1
〜2.0％、Al0.0001〜0.1％、Ca0.0003〜0.0075％、
S0.005％以下に加えて、Nb0.005〜0.05％、V0.02
〜0.2％、Ti0.005〜0.20％のうちちの１種または
２種以上を含有し、さらにCa／Ｓが0.5以上で残
余Feおよび不可避不純物からなる外層とで三層
構造とし、外層の引張強さを内層の引張強さより
高くしたことを特徴とする疲労限度比が高い良成
形性クラツド鋼板であつて、その製造方法として
は周知の連続鋳造法、造塊法など鋳造方法による
ことを要点とするものである。まず製造方法の一実施例につき、その概要を図
面に従つて説明する。第１図は堰１を有するタンデイツシユ２内に、
図示していない取鍋から溶鋼３を注入し、ロング
イマージヨンノズル４から鋳型５内に、また堰１
をオーバーフローした溶鋼６を、シヨートイマー
ジヨンノズル７から鋳型５内に注入する要領を示
したもので、シヨートイマージヨンノズル７から
は、上向き８に溶鋼を噴出させ、ロングイマージ
ヨンノズル４からは、溶鋼を下向き９に噴出させ
る。かくて鋳片１０の凝固殼（以下シエルと云う）
１１は、シヨートイマージヨンノズル７から出た
溶鋼が、先に凝固した外層１２と、ロングイマー
ジヨンノズル４を出た溶鋼が凝固した内層１３と
から形成されることとなる。従つて、溶鋼６に図
示していない合金投入装置から合金を投入１４す
ると、内外層の成分が異なつた鋳片１０が鋳造で
きる。而して鋳造方法としては、このほかあらかじめ
成形された固体外層間に、溶融状態の内層を鋳込
む手段や、逆に固体内層を溶融状態外層で鋳ぐる
む手段などが、連続鋳造もしくはインゴツト鋳造
法などとして知られており、本発明ではいずれの
方法も採用することが出来る。本発明は、前述のようにして得られた鋳片を、
熱間圧延して鋼板（クラツド鋼板）とするもので
あるが、このような三層構成とし、外層の引張り
強さを内層の引張強さより高くすることにより疲
労限度比を高くし、良成形性を付与しうる点につ
き、さらに詳細に説明する。さて、内外層の成分を変えて特定の目的に適合
したクラツド鋼板を製造すると云う技術手段は周
知であり、ステンレスクラツド鋼板などが特に良
く知られている。本発明者等も前述のクラツド法を研究し、内外
層の引張り強さを変えることと、それらをそれぞ
れ特定の成分とすることにより、目的とする疲労
限度比が優れ、良成形性の鋼板を得ると云う新知
見を得たもので、本発明における内層の引張強さ
は25〜65Kgｆ／mm²であることが望ましいことが判
明した。即ち25Kgｆ／mm²以下では、現在の圧延技
術水準における通常の熱延、冷延工程で製造する
ことは困難であり、65Kgｆ／mm²以上では加工が困
難となり利益を失う。次に外層の引張強さは30〜95Kgｆ／mm²が適当
で、30Kgｆ／mm²以下では強度が不足し、95Kgｆ／
mm²以上では加工劣化が生ずるほか、それだけの強
度を出すための添加元素コストが高くなり経済性
を失う。即ち前記内外層の引張強さの差は、５〜
30Kgｆ／mm²程度が好ましい結果が得られる。前述の物理的特性を付与するための成分特定の
実例について述べると、フエライト−パーライト
鋼では引張強さ（TS）は TS（Kgｆ／mm²）＝29.6＋2.76（％Mn）＋8.3（％Si）＋
0.392（％pearlite）＋0.77d^-1/2＋250（％Nb）＋200（
％Ti）
＋150（％Ｖ）ただしｄ：フエライト粒径（mm）低炭素ベイナイト鋼では TS（Kgｆ／mm²）＝25.1＋194（％ｃ）＋23.5（％Mn）＋
39（％Ｖ＋％Ti）を用いた。而して、本発明の鋼板を鋳込圧延クラツド法で
製造した場合、圧着法で製造したクラツド鋼板に
比し、内外層の界面の接合状態が良好で、疲労ク
ラツクが界面で発生し難く、従つて外層成分を硬
度の高いものとし、その引張強さを高くして初期
クラツクの発生を抑制し疲労強度を高くし得る。第２図は本発明にかかる鋼板（鋳込圧延法）に
ついて、内外層境界面の金属組織の拡大模式図を
示すものであるが、その境界には酸化物等の介在
がなく、組織は極めて健全である。次に本発明にかかる好適なクラツド率について
説明する。第３図は、第１表に示す成分の鋳片を、約５mm
に熱延後、表面研磨してクラツド率を変化させた
ときのクラツド率と、疲労限度比（σW／σB）の
関係を示す。疲労試験は平面曲げ両振りで10⁷回まで行い、
このときのＳ−Ｎ曲線から疲労限度σWを求め
た。またσBは、各クラツド率における引張強さ
である。

【表】このクラツド鋼の内層部引張強さは、約40Kg
ｆ／mm²、外層部引張強さは60Kgｆ／mm²であつた。
また、クラツド率は、外層硬化部と内層軟化部の
遷移領域中の光学顕微鏡で識別できる境界を、外
層〜内層の境界として、両外層部厚みの全厚に対
する割合で示した。本発明者等の研究では、外層厚は絶対値で
0.050mm（片側のみでは0.025mm）以上で著しい効
果が見られ、またクラツド率で25％を超えると効
果が飽和することが認められる。第４図は、第３図と同じ鋼のクラツド率と応力
振幅32Kgｆ／mm²の耐久寿命の関係を示す。図から
明らかなように、クラツド率の増加と共に、耐久
寿命が著しく向上している。次に本発明にかかる成分の限定理由について説
明する。まず内層の成分について述べると、Ｃは加工性
を向上させるためには少ない方がよいが、0.0015
％未満では製鋼作業が困難になる。また、0.25％
を超えると、溶接性が劣化するので0.0015〜0.25
％の範囲とした。 Mnは固溶強化およびフエライトの細粒化のた
めに必要な元素であるが、0.1％未満では高張力
鋼が得にくく、熱間脆性が生じやすい。また、２
％を超えると、溶接性を劣化させるので0.1〜2.0
％の範囲とした。 Siは延性を損なうことなく、固溶強化によつて
強度を増すことができるが、２％を超えると溶接
性が劣化するので、２％以下とした。また、Siは
必要に応じて添加すればよく、不可避不純物とし
て含まれる程度でも差支えないので、下限は
0.003％とする。 Alはフエライトの細粒化に有効であるが、0.1
％を超えると、その効果は飽和するので0.1％以
下とする。また、不可避不純物として含まれる程
度でも差支えないので、下限は0.0001％とする。次にCaは、0.0003％以下では介在物球状化の効
果がなく、0.0075％を超えるとクラスター状介在
物が発生し、製鋼工程中の鋳造作業時にノズル詰
りが起り易くなるとともに、製品の加工性にも悪
影響を及ぼすので、0.0075％以下とした。また
Ca／Ｓを0.5以上とする理由は、これ以下では介
在物球状化が充分でなく、加工性改善効果が小さ
くなるからである。次に外層成分について述べる。Ｃ、Si、Mn、
Al、Caのうち、Si、Mn、Al、Caは内層と同じ
成分範囲でよい。しかし、Ｃのみは外層強度を高
める目的から0.03％以上とする。したがつてＣの
範囲は0.03〜0.25％とする。また、外層に添加するNb、Ｖ、Tiは下限以下
では強化の効果が小さく、上限以上では飽和する
ので、それぞれの上限、下限を設定した。なお、
Nb、Ti、Ｖの外層添加に加えて、外層のＣ、
Si、Mn量を各制限範囲内で内層より多くしても
差支えない。またCa／Ｓを0.5以上とする理由は、内層の場
合と等しく、これ以下では介在物球状化による加
工性改善効果が小さくなるためである。而して、本発明は、前述の通り分塊法もしくは
連続鋳造により鋼片としたものを直接圧延する
か、あるいは途中軽加熱して圧延しても良く、さ
らに温間、あるいは冷間で加熱炉に装入し圧延し
ても良い。実施例連続鋳造後熱延した本発明の実施例を第２表に
示す。鋼Ａ，Ｂ，Ｃは比較鋼で圧延ままの均一成分鋼
板であり、σW／σBは0.43〜0.44である。Ｊは均
一成分の比較鋼であるが、研磨仕上材のため
σW／σBが0.51と、圧延ままよりやや高い。Ｄ〜
Ｉは本発明鋼で、表層にNb、Ti、Ｖが単独また
は複合添加されており、Ｄは研磨仕上材のため
σW／σBが0.67、Ｅ〜Ｉは圧延まま材でσW／σB
が0.56〜0.57と、いずれも比較鋼より高い。第５
図は疲労限度と引張強度の関係を示す。

【表】

【表】（発明の効果）本発明によつて低強度で疲労強度の高い鋼板が
得られる。このため、たとえばプレス成形が容易
な低強度鋼板で、ホイールデイスクの厚み減少が
可能となり、ホイールの軽量化・低コスト化が容
易となる効果を持つ。また、これ以外に加工用の
高疲労強度を必要とする鋼板に等しく適用できる
工業的価値がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の鋼板を連続鋳造法によつて製
造する概略説明図、第２図は本発明の境界面の金
属組織の模式図、第３図はクラツド率と疲労限度
比（σW／σB）の関係を示す図表、第４図は応力
振幅32Kgｆ／mm²でのクラツド率と耐久寿命の関係
を示す図表、第５図は熱延まゝの引張強さと疲労
限度の関係を示す図表である。１……堰、２……タンデイツシユ、３……溶
鋼、４……ロングイマージヨンノズル、５……鋳
型、６……溶鋼、７……シヨートイマージヨンノ
ズル、１０……鋳片、１１……凝固殼、１２……
外層、１３……内層。

Claims

【特許請求の範囲】１ C0.0015〜0.25％、Si0.003〜2.0％ Mn0.1〜2.0％、Al0.0001〜0.1％ Ca0.0003〜0.0075％、S0.005％以下を含有し、かつCa／Ｓが0.5以上で、残余がFeお
よび不可避不純物からなる内層と； C0.03〜0.25％、Si0.003〜2.0％ Mn0.1〜2.0％、Al0.0001〜0.1％ Ca0.0003〜0.0075％、S0.005％以下に加えて、 Nb0.005〜0.05％、V0.02〜0.2％ Ti0.005〜0.20％のうちの１種または２種以上を含有し、さらに
Ca／Ｓが0.5以上で残余Feおよび不可避不純物か
らなる外層とで三層構成とし、外層の引張強さを
内層の引張強さより高くしたことを特徴とする疲
労限度比が高い良成形性クラツド鋼板。