JP4359474B2

JP4359474B2 - ベル用冷延鋼板およびその製造方法

Info

Publication number: JP4359474B2
Application number: JP2003345475A
Authority: JP
Inventors: 敏洋近藤; 孝松元; 真一児玉
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2003-10-03
Filing date: 2003-10-03
Publication date: 2009-11-04
Anticipated expiration: 2023-10-03
Also published as: JP2005113172A

Description

本発明は、楽器，玩具用のベル材として音色および加工後の表面性状に優れた冷延鋼板およびその製造方法に関する。

楽器，玩具用のベル材としては、一般的に、音色および加工性の観点からリムド鋼を素材とした冷延鋼板が使用されている。しかし、このことを明記した文献は見当たらないので、本明細書では、公知文献を提示することができない。

リムド鋼を素材としてベルを製造しようとすると、造塊工程、分塊工程が付加されるため連鋳材を素材とする場合と比べて、生産効率は低く、製造コストもかなり高くなってしまう。
本発明は、リムド鋼から連鋳材への切替えによってコストを低減させるべく案出されたものであり、連鋳材を用いても、特定の物性も持たせることにより、従来から用いられているリムド鋼と同等以上の音色および加工後の表面性状を有したベル用の冷延鋼板を得ることを目的とするものである。

本発明のベル用冷延鋼板は、その目的を達成するため、引張試験で評価される時効指数（ＡＩ値）が４０〜８０Ｎ／ｍｍ²であり、かつフェライト結晶粒の粒径が４０μｍ以下の大きさであることを特徴とする。
その成分・組成は、Ｃ：０．００１〜０．０３質量％，Ｓｉ：０．０１質量％未満，Ｍｎ：０．１〜１．５質量％，Ｐ：０．０５質量％以下，Ｓ：０．０１質量％以下，酸可溶Ａｌ：０．０１質量％以下，Ｎ：０．０３４〜０．０１０質量％を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有する。
そして、このようなベル用冷延鋼板は、上記の成分・組成を有する鋼を連続鋳造し、熱延仕上げ温度：Ａｒ₃変態点以上，熱延巻取り温度：４５０〜６００℃とした熱間圧延を行い、引き続き酸洗後、冷延率：５０〜８０％の冷間圧延を行い、次いで６５０〜８５０℃の範囲で焼鈍することにより得られる。

本発明者等は、ベル用材料としてのリムド材の代替品として、音色および加工後の表面性状の観点から連鋳材について種々検討した。その結果、引張試験で評価される時効指数（ＡＩ値）が４０〜８０Ｎ／ｍｍ²であり、かつフェライト結晶粒の粒径が４０μｍ以下の大きさである冷延鋼板は、従来のリムド材と同等以上の良好な特性が得られることが確認された。
一般的に、ベル用材として最も重要な特性である音色の良否は、残響時間の長短で判断される。残響時間の長いものほどベル用材として適していると言える。そして、残響は振動が減衰振動として残る現象と解釈すると、材料自身の振動減衰能が小さいものほど残響時間が長く、ベル用材として優れることになる。鋼板の振動減衰能は損失係数ηで表わされるので、損失係数ηが小さいものほど残響時間が長くなり、ベル用材として適するものになる。

本発明者等は、鋼板の損失係数ηと機械的特性の関係を詳細に調査検討した。
その結果、引張試験で評価される時効指数（ＡＩ値）と損失係数ηの間に相関があり、ＡＩ値が大きいものほど損失係数ηが小さくなることがわかった。ところで、時効指数（ＡＩ値）は、引張試験片、例えばＪＩＳ５号試験片に所定比率の予歪みを付与した後、除荷し、所定温度で所定時間加熱する時効処理を施した後、再び引張試験し、時効前後の降伏応力の差から求めた数値である。なお、本明細書中では、２．０％の予歪みを付与した後、１００℃×１時間の時効を行ったときの数値を用いている。そして、このＡＩ値は固溶Ｃ，Ｎの存在状態を示すパラメータとして取り扱われており、この値が大きいほど、固溶Ｃ，Ｎが多くなっている。

Ｃ，Ｎ含有量が同じ冷延鋼板においては、時効指数ＡＩ値が小さいほど含有Ｃ，Ｎは炭化物や窒化物として固定されていることになる。すなわち、Ａｌ値が小さいほど、微細な炭化物、窒化物が母相であるフェライト粒内もしくは粒界に多量に析出されている。そして、このような鋼板に外力がかかり振動されるとき、微細な炭化物や窒化物が多いほど、いわゆるピン止め効果が大きく、振動が急速に減衰されて損失係数ηは大きくなると推察される。逆に、時効指数ＡＩ値が大きいほど固溶Ｃ，Ｎが多く、すなわち析出した炭化物や窒化物が少ないために、振動の減衰は遅く損失係数ηは小さくなると推察される。
このような理由により、時効指数ＡＩ値を所定の範囲に調整することで、ベル用材として音色に優れる冷延鋼板が得られたと推察される。種々の予備実験を重ねた結果、本発明鋼のような低Ｃ鋼においては、上記の条件で測定したＡＩ値が４０Ｎ／ｍｍ²に満たないと損失係数ηが大きくなり、残響時間が小さくてベル用材にとしては不適であった。一方、ＡＩ値が８０Ｎ／ｍｍ²を超えると深絞り成形時にひずみ模様が発生しやすくなるばかりでなく、曲げ加工時に腰折れを起こしやすくなる。

次に、ベル用材としての加工性について検討した。
焼鈍後の結晶粒径は、一般的に大きい方が深絞り性に優れるとされている。しかし、深絞り加工によりベル型に成形しようとするとき、結晶粒径が大きすぎると表面に肌荒れが発生し、製品の外観が劣化する。表面に肌荒れを生成させることなく、良好な外観のベル型製品を得るためには、焼鈍後のフェライト結晶粒の粒径は４０μｍ以下にする必要があることも確認した。

本発明のベル用冷延鋼板を得るに当たっては、まず鋼の成分組成を次のように定める。
Ｃ：０．００１〜０．０３質量％
Ｃは、深絞り性の点からは少ないほどよいが、０．００１質量％に満たないと固溶Ｃとしてほとんど残存せず、ＡＩ値が小さくなるとともに結晶粒が粗大化する傾向にある。しかし、０．０３質量％を超えると深絞り性や延性が低下し、加工性が劣化する。さらに固溶Ｃが残り難くなりＡＩ値が小さくなる。
Ｓｉ：０．０１質量％未満
Ｓｉは、必要に応じて添加される合金成分である。Ａｌと同様脱酸剤として添加される場合もある。しかし、０．５質量％を超えると深絞り性が低下し、表面性状が悪化しやすい。

Ｍｎ：０．１〜１．５質量％
Ｍｎは、強度の改善に寄与する成分である。Ｍｎによる強度改善効果は０．１質量％に満たないと発揮されない。Ｍｎ含有量は多いほど有効であるが、１．５質量％を超えると深絞り性が低下することになる。
Ｐ：０．０５質量％以下
Ｐは、低温脆性を招く。低温脆性に及ぼすＰの悪影響は、Ｐ含有量を０．０５質量％以下に規制することにより抑えられる。
Ｓ：０．０１質量％以下
Ｓは、多量に含有されると冷間または熱間の加工性を害するので、可能な限り少なくすることが好ましい。ＭｎＳの硫化物量があまり多くなると深絞り性が低下するため、Ｓは０．０１質量％以下とする。

酸可溶Ａｌ：０．０１質量％以下
Ａｌは、脱酸剤として添加される合金成分であり、十分な脱酸効果を得るためには比較的多量のＡｌを添加することが好ましい。しかし、Ａｌ含有量が酸可溶Ａｌとして０．０１質量％を超えると、固溶ＮがＡｌＮとして析出するため固溶Ｎが減少しＡＩ値が小さくなって残響時間が著しく短くなる。
Ｎ：０．００３４〜０．０１０質量％
Ｎは、深絞り性に有害な元素であり、少ないほど好ましい。しかし０．００１質量％に満たないと固溶Ｎの効果がほとんどない。固溶Ｎを残すにはＡｌ量を低減し、Ｎ添加を行う。Ｎの過剰添加は深絞り性を低下させるので、０．０１質量％以下に止める必要がある。また、過剰にＮ添加を行っても、ＡＩ値を大きくすることには効かなくなる。

次に製造過程について説明する。
上記のような成分組成を有する鋼材を溶製した後、スラブに連続鋳造する。得られたスラブは、そのまま直送あるいは一旦冷却して冷却片とした後、熱間圧延される。得られた熱延板は酸洗され、冷間圧延が施された後、焼鈍される。
それぞれの条件は次のとおりである。
熱延仕上げ温度：Ａｒ ₃ 変態点以上
Ａｒ₃変態点を下回ると、変態に伴った熱間強度の変動が大きく、板厚精度を低下させる原因になる。

熱延巻取り温度：４５０〜６００℃
巻取り温度は高いほど延性を向上させるが、６００℃を超えると炭化物の粗大化や、ＡｌＮの生成により固溶Ｎが少なくなってＡＩ値が小さくなる。巻取り温度が４５０℃を下回ると鋼板の形状が劣化し、硬質となる。
冷間圧延：冷延圧下率５０〜８０％
冷間圧延においては、圧下率を６０％以上にしないと十分な加工性が得られないので、圧延率を６０％以上とする。圧下率が８０％を超えると加工性が低下するばかりでなく、コストも上昇するので、圧下率の上限は８０％とする。
冷延後の焼鈍温度：６５０〜８５０℃
６５０〜８５０℃の範囲の温度で焼鈍を行う。焼鈍はバッチ焼鈍，連続焼鈍のいずれを採用してもよい。焼鈍温度が６５０℃を下回ると十分な加工性が得られない。一方、８５０℃を上回ると結晶粒が粗大化し、加工後，表面の肌荒れが著しくなる。

表１に示す成分組成の鋼スラブを、１２００℃で加熱・均熱後、粗圧延、仕上げ圧延を行い、厚さ３．３ｍｍの熱延鋼板を製造した。得られた熱延鋼板を酸洗した後、引き続き、冷延圧下率約７０％にて冷間圧延し、１．０ｍｍ厚とした後、７５０℃の連続焼鈍を行った。
得られた鋼板について、室温で引張試験を行って引張特性を測定した。引張試験には、ＪＩＳＺ２２０１の５号試験片を用いた。ＡＩ値の測定は、ＪＩＳ５号試験片に２．０％の歪み付与した後、１００℃×１時間の加熱処理を行い、加熱処理前後の降伏応力の差により求めた。
また、各冷延鋼板のフェライト結晶粒の平均粒径をＪＩＳＧ０５５２に準拠して測定した。
さらに、各冷延鋼板について損失係数の測定と、カップ絞り加工を施した試料につき打撃加振後の残響時間の測定を行った。なお、損失係数ηは、１５ｍｍ幅×２５０ｍｍ長さの試験片を使用し、ＪＩＳＧ０６０２に準拠して、常温で周波数１２５Ｈｚにおいて測定した。残響時間の測定は、絞り加工を施したカップに、４０Ｎ・ｃｍのエネルギーで打撃加振した場合の音圧レベルが６０ｄＢ減少するのに要した時間を測定した。
その結果を表２、および図１，２に示す。

上記結果からわかるように、本発明例であるＮｏ．１〜４の試料では、ＡＩ値はいずれも５０Ｎ／ｍｍ²以上で損失係数ηも０．０１を下回っており、ベル用材として適している。
これに対して、Ａｌ含有量が多いＮｏ．５，６の試料では、固溶Ｎが少なくなっているためにＡＩ値は本発明で規定する４０Ｎ／ｍｍ²を下回っており、損失係数ηも大きくなって、残響時間が短くなっている。
なお、本発明例であるＮｏ．１の試料では、結晶粒径は３８μｍであり、深絞り加工後の表面肌に問題はなかった。結晶粒径がさらに大きくなると加工後の表面性状が劣化することは、別の実施例で確認した。

実施例における、各冷延鋼板の損失係数と打撃加振後残響時間の関係の測定結果を示す図。実施例における、各冷延鋼板のＡＩ値と損失係数の関係の測定結果を示す図。

Claims

Ｃ：０．００１〜０．０３質量％，Ｓｉ：０．０１質量％未満，Ｍｎ：０．１〜１．５質量％，Ｐ：０．０５質量％以下，Ｓ：０．０１質量％以下，酸可溶Ａｌ：０．０１質量％以下，Ｎ：０．００３４〜０．０１０質量％を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有し、引張試験で評価される時効指数（ＡＩ値）が４０〜８０Ｎ／ｍｍ²であり、かつフェライト結晶粒の粒径が４０μｍ以下の大きさであることを特徴とするベル用冷延鋼板。
Ｃ：０．００１〜０．０３質量％，Ｓｉ：０．０１質量％未満，Ｍｎ：０．１〜１．５質量％，Ｐ：０．０５質量％以下，Ｓ：０．０１質量％以下，酸可溶Ａｌ：０．０１質量％以下，Ｎ：０．００３４〜０．０１０質量％を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有する鋼を連続鋳造し、熱延仕上げ温度：Ａｒ₃変態点以上，熱延巻取り温度：４５０〜６００℃とした熱間圧延を行い、引き続き酸洗後、冷延率：５０〜８０％の冷間圧延を行い、次いで６５０〜８５０℃の範囲で焼鈍することを特徴とするベル用冷延鋼板の製造方法。