(57)【要約】【課題】穴広げ性に優れる窒化用鋼板を提供する。【解決手段】本開示による窒化用鋼板は、化学組成が、質量％で、Ｃ：０．０３〜０．１５％、Ｓｉ：０．０１〜０．５０％、Ｍｎ：０．２０〜０．６４％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ａｌ：０．０１〜０．１０％、Ｃｒ：０．５〜３．０％、Ｖ：０．０２〜０．３０％、Ｎ：０．００８％以下、Ｍｏ：０〜０．３０％、Ｃｕ：０〜０．３０％、Ｎｉ：０〜０．３０％、及び、残部がＦｅ及び不純物からなり、化学組成中のＶ含有量（質量％）に対する、窒化用鋼板中の固溶Ｖ含有量（質量％）の割合は５０．０％以上であり、窒化用鋼板のミクロ組織において、フェライト及びパーライトの総面積率が８０．０％以上である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化用鋼板であって、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．０３〜０．１５％、
Ｓｉ：０．０１〜０．５０％、
Ｍｎ：０．２０〜０．６４％、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ａｌ：０．０１〜０．１０％、
Ｃｒ：０．５〜３．０％、
Ｖ：０．０２〜０．３０％、
Ｎ：０．００８％以下、
Ｍｏ：０〜０．３０％、
Ｃｕ：０〜０．３０％、
Ｎｉ：０〜０．３０％、及び、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
前記化学組成中のＶ含有量（質量％）に対する、前記窒化用鋼板中の固溶Ｖ含有量（質量％）の割合は５０．０％以上であり、
前記窒化用鋼板のミクロ組織において、フェライト及びパーライトの総面積率が８０．０％以上である、
窒化用鋼板。
【請求項２】
請求項１に記載の窒化用鋼板であって、
前記化学組成は、
Ｍｏ：０．０１〜０．３０％、
Ｃｕ：０．０１〜０．３０％、及び、
Ｎｉ：０．０１〜０．３０％からなる群から選択される１元素又は２元素以上を含有する、
窒化用鋼板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、窒化用鋼板に関する。本明細書において、「窒化」とは、窒素（Ｎ）を侵入及び拡散させる「窒化」だけではなく、Ｎ及び炭素（Ｃ）を侵入及び拡散させる処理である「軟窒化」も含む。以下の説明においては、「窒化」及び「軟窒化」を含めて単に「窒化」という。
【背景技術】
【０００２】
自動車や自動二輪のトランスミッションなどに使用される機械構造用部品は、曲げ疲労強度向上、ピッチング強度向上及び耐摩耗性向上の点から、通常、表面硬化処理が施される。代表的な表面硬化処理として、浸炭焼入れ、高周波焼入れ、窒化などがある。
【０００３】
浸炭焼入れは、一般的に低炭素鋼材又は低合金鋼材を使用し、Ａc3点以上のオーステナイト域でＣを侵入及び拡散させた後、焼入れする処理である。浸炭焼入れは、高い表面硬さと深い有効硬化層とが得られる。しかしながら、浸炭焼入れでは鋼材の組織が変態を伴うため、浸炭焼入れ後の鋼材の形状が変形するという問題がある。したがって、機械構造用部品に高い寸法精度が要求される場合には、浸炭焼入れ後に鋼材の矯正や焼戻し（例えばプレステンパー処理）を実施することが必須となり、製造工程数と製造コストが増大する。
【０００４】
高周波焼入れは、Ａc3点以上のオーステナイト域に急速加熱した後、冷却して焼入れする処理である。高周波焼入れは、有効硬化層深さの調整が比較的容易であるものの、浸炭焼入れのようにＣを侵入及び拡散させる表面硬化処理ではない。そのため、必要な表面硬さ、有効硬化層深さ、及び、芯部硬さを得るために、浸炭用鋼材と比較して、Ｃ量が高い中炭素鋼材を使用する。しかしながら、中炭素鋼材は素材の硬さが低炭素鋼材に比べて高く、加工し難い問題がある。
【０００５】
これに対して、窒化は、Ａc1点以下の４００〜６５０℃の温度で、Ｎを侵入及び拡散させて高い表面硬さと適度な有効硬化層深さとを得る処理である。窒化は、浸炭焼入れ及び高周波焼入れに比べて処理温度が低い。そのため、鋼材の熱処理変形が小さい。さらに、窒化のうちでも軟窒化は、Ａc1点以下の５００〜６５０℃の温度で、Ｎ及びＣを侵入及び拡散させて高い表面硬さを得る処理であり、処理時間が数時間と短時間であることから大量生産に適する。そのため、窒化は、機械構造用部品の表面硬さを高めるための有効な表面硬化処理である。
【０００６】
窒化を実施して製造される窒化部品の素材となる窒化用鋼材が、特開２０１３−１９４３０１号公報（特許文献１）、及び、特開２０１３−１８５１８６号公報（特許文献２）に提案されている。
【０００７】
特許文献１に開示された窒化用鋼材は、質量％で、Ｃ：０．１５％を超えて０．３５％以下、Ｓｉ：０．２０％以下、Ｍｎ：０．１０〜２．０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０５０％以下、Ｃｒ：０．８０〜２．０％、Ｖ：０．１０〜０．５０％、Ａｌ：０．０１〜０．０６％、Ｎ：０．００８０％以下及びＯ：０．００３０％以下を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、さらに、Ｆｎ１が２０〜８０で、Ｆｎ２が１６０以上である化学組成を有し、組織が、フェライト・パーライト組織、フェライト・ベイナイト組織又はフェライト・パーライト・ベイナイト組織であり、組織に占めるフェライトの面積率が２０％以上であり、かつ抽出残渣分析による析出物中のＶ含有量が０．１０％以下である。ここで、Ｆｎ１＝（６６９．３×ｌｏｇeＣ−１９５９．６×ｌｏｇeＮ−６９８３．３）×（０．０６７×Ｍｏ＋０．１４７×Ｖ）であり、Ｆｎ２＝１４０×Ｃｒ＋１２５×Ａｌ＋２３５×Ｖである。上述の窒化用鋼材は、被削性に優れ、窒化部品において、高い芯部硬さ、高い表面硬さ、及び、深い有効硬化層深さが得られる、と特許文献１には記載されている。
【０００８】
特許文献２に開示された冷鍛窒化用鋼は、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１５％、Ｓｉ：０．１０％未満、Ｍｎ：０．１０〜０．５０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０５０％以下、Ｃｒ：０．８０〜２．０％、Ｖ：０．０３％以上０．１０％未満、Ａｌ：０．０１〜０．１０％、Ｎ：０．００８０％以下及びＯ：０．００３０％以下を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、さらに、Ｆｎ１が１６０以下、Ｆｎ２が２０〜８０で、かつＦｎ３が１６０以上である化学組成を有する。ここで、Ｆｎ１＝３９９×Ｃ＋２６×Ｓｉ＋１２３×Ｍｎ＋３０×Ｃｒ＋３２×Ｍｏ＋１９×Ｖであり、Ｆｎ２＝（６６９．３×ｌｏｇeＣ−１９５９．６×ｌｏｇeＮ−６９８３．３）×（０．０６７×Ｍｏ＋０．１４７×Ｖ）であり、Ｆｎ３＝１４０×Ｃｒ＋１２５×Ａｌ＋２３５×Ｖである。上述の冷鍛窒化用鋼では、冷間鍛造性と冷間鍛造後の被削性とに優れ、冷鍛窒化部品において、高い芯部硬さ、高い表面硬さ及び深い有効硬化層深さが得られる、と特許文献２には記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１３−１９４３０１号公報
【特許文献２】特開２０１３−１８５１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の機械構造用部品のうち、窒化部品である機械構造用部品は、主として棒鋼を熱間鍛造して所望の形状に成形した後、窒化を実施して製造されている。つまり、従来の機械構造用部品（窒化部品）は、１つの鋼材を用いて一体成形により製造されている。しかしながら、一体成形ではなく、複数の部品を組合せて機械構造用部品を製造してもよい。たとえば、自動車等に利用される無断階変速機（ＣＶＴ）のプーリは、固定シーブと可動シーブとを備える。図１に固定シーブの中心軸を含む断面図を示す。図１を参照して、固定シーブ１は、円板状のシーブ部１０と、棒状のシャフト部２０とを備える。図１に示すとおり、固定シーブ１は、１つの棒鋼を熱間鍛造して、一体的に成形される。つまり、図１では、シーブ部１０とシャフト部２０とが一体である。
【００１１】
ところで、固定シーブ１のシーブ部１０とシャフト部２０とでは求められる特性が異なる。たとえば、シーブ部１０では面疲労強度が求められるのに対して、シャフト部２０では曲げ疲労強度が求められる。したがって、シーブ部１０とシャフト部２０とで異なる表面硬化処理を実施することが考えられる。しかしながら、図１のように、シーブ部１０とシャフト部２０とが一体的に成形される場合、異なる表面硬化処理を実施できない。そこで、本出願の発明者らは、図２に示すとおり、シーブ部１１とシャフト部２１とを別個の部品として製造し、その後、図３に示すとおり、シーブ部１１をシャフト部２１に取り付けて、固定シーブ５０を製造することを検討した。以下、固定シーブ５０を分割固定シーブ５０と称する。
【００１２】
分割固定シーブ５０のように、シーブ部１１とシャフト部２１とを別個の部品とする場合、シーブ部１１とシャフト部２１とを異なる材質とすることができたり、異なる表面硬化処理を実施できたりする。したがって、固定シーブの設計自由度が高まる。以上のとおり、分割固定シーブ５０に代表されるように、複数の部品を組合せて１つの機械構造用部品とする場合、機械構造用部品の設計自由度は高まる。
【００１３】
ところで、複数の部品を組合せて１つの機械構造用部品とする場合において、部品に穴広げ加工を実施する場合がある。図４は、穴広げ加工の一例を示す模式図である。図４を参照して、穴広げ加工では、部品の素材であって中央に貫通孔が形成された鋼板３０を、ダイス３１及び板押さえ３２で挟み込み、円錐パンチ３３で鋼板３０の貫通孔を広げる。このような穴広げ加工を実施した場合、穴広げ加工後の鋼板３０の貫通孔の縁に割れが発生する場合がある。ここで、本明細書において、穴広げ加工後の鋼板３０の縁の割れにくさを「穴広げ性」と称する。穴広げ性は、延性とは異なる特性である。つまり、延性が高い鋼材であっても、穴広げ性が低い場合がある。分割固定シーブ５０のシーブ部１１を鋼板から製造する場合、鋼板の中央部に貫通孔を形成した後、穴広げ加工により鋼板の貫通孔を広げる。その後、プレス加工によりシーブ形状の中間品を製造する。そして、中間品を窒化して、シーブ部１１を製造する。製造されたシーブ部１１の貫通孔（穴）に、棒鋼から製造されたシャフト部２１をはめ込んで、分割固定シーブ５０を製造する。
【００１４】
上述の分割固定シーブ５０に代表されるように、複数の部品を組合せて１つの機械構造用部品を製造する場合、一部の部品を、棒鋼ではなく鋼板を用いて製造することが考えられる。そして、鋼板を用いた窒化部品の製造工程において、穴広げ加工を実施する場合、鋼板には優れた穴広げ性が求められる。
【００１５】
上述の特許文献１及び特許文献２では、機械構造用部品の素材を棒鋼としており、穴広げ性に関する検討はされていない。
【００１６】
本開示の目的は、穴広げ性に優れる窒化用鋼板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本開示による窒化用鋼板は、化学組成が、質量％で、Ｃ：０．０３〜０．１５％、Ｓｉ：０．０１〜０．５０％、Ｍｎ：０．２０〜０．６４％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ａｌ：０．０１〜０．１０％、Ｃｒ：０．５〜３．０％、Ｖ：０．０２〜０．３０％、Ｎ：０．００８％以下、Ｍｏ：０〜０．３０％、Ｃｕ：０〜０．３０％、Ｎｉ：０〜０．３０％、及び、残部がＦｅ及び不純物からなり、
化学組成中のＶ含有量（質量％）に対する、窒化用鋼板中の固溶Ｖ含有量（質量％）の割合は５０．０％以上であり、
窒化用鋼板のミクロ組織において、フェライト及びパーライトの総面積率が８０．０％以上である。
【発明の効果】
【００１８】
本開示による窒化用鋼板は、穴広げ性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、固定シーブの中心軸を含む断面図である。
【図２】図２は、分割固定シーブのシーブ部及びシャフト部の断面図である。
【図３】図３は、分割固定シーブの断面図である。
【図４】図４は、穴広げ加工の模式図である。
【図５】図５は、図４の穴広げ加工終了後の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明者らは、上述のとおり、分割固定シーブに代表される機械構造用部品の一部に窒化用鋼板を用いるために、窒化用鋼板の穴広げ性について検討を行った。その結果、次の知見を得た。
【００２１】
始めに、窒化処理後に表面硬さ及び芯部の硬さが適切になり、かつ、穴広げ性が高まる鋼板の化学組成及びミクロ組織を検討した。その結果、本発明者らは、Ｍｎ含有量を０．６４％以下に抑えることにより、穴広げ性が高まると考えた。そこで、さらなる検討の結果、化学組成が、質量％で、Ｃ：０．０３〜０．１５％、Ｓｉ：０．０１〜０．５０％、Ｍｎ：０．２０〜０．６４％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ａｌ：０．０１〜０．１０％、Ｃｒ：０．５〜３．０％、Ｖ：０．０２〜０．３０％、Ｎ：０．００８％以下、Ｍｏ：０〜０．３０％、Ｃｕ：０〜０．３０％、Ｎｉ：０〜０．３０％、及び、残部がＦｅ及び不純物からなり、ミクロ組織において、フェライト及びパーライトの総面積率が８０．０％以上の窒化用鋼板であれば、窒化処理後に表面硬さ及び芯部の硬さが適切になり、かつ、穴広げ性が高まると本発明者らは考えた。
【００２２】
しかしながら、各元素含有量が上述の範囲を満たす化学組成であって、かつ、ミクロ組織におけるフェライト及びパーライトの総面積率が８０．０％以上の窒化用鋼板であっても、穴広げ性が低い場合が発生した。そこで、本発明者らはさらに、穴広げ性を高める検討を実施した。ここで、本発明者らは、窒化用鋼板中の固溶Ｖ含有量に注目した。窒化用鋼板において、鋼板全体の化学組成中のＶ含有量（質量％）を［Ｖ］Bと定義する。さらに、鋼板中の固溶Ｖ含有量（質量％）を［Ｖ］Sと定義する。ここで、固溶Ｖ量割合ＲＶ（％）を次の式で定義する。
ＲＶ＝［Ｖ］S／［Ｖ］B×１００
【００２３】
上述の化学組成を有する窒化用鋼板では、Ｖ炭化物、Ｖ窒化物、及びＶ炭窒化物が生成し得る。以下、本明細書において、Ｖ炭化物、Ｖ窒化物、及び、Ｖ炭窒化物を総称して、「Ｖ炭化物等」と称する。窒化用鋼板の化学組成中のＭｎ含有量が０．６４％以下であっても、鋼板中にＶ炭化物等が多数存在すれば、Ｖ炭化物等に起因して、穴広げ性が低下する。固溶Ｖ量割合ＲＶが５０．０％未満であれば、鋼板中のＶ含有量の半分以上が固溶しておらず、半分以上のＶが、Ｖ炭化物等として鋼板中に析出している。この場合、穴広げ性が低下する。一方、固溶Ｖ量割合ＲＶが５０．０％以上であれば、鋼板中のＶ含有量の半分以上が固溶しており、Ｖ炭化物等の生成を抑えている。そのため、各元素含有量が上述の範囲内である化学組成であって、ミクロ組織におけるフェライト及びパーライトの総面積率が８０．０％以上であることを前提として、優れた穴広げ性が得られる。
【００２４】
以上の知見に基づいて完成した［１］の窒化用鋼板は、化学組成が、質量％で、Ｃ：０．０３〜０．１５％、Ｓｉ：０．０１〜０．５０％、Ｍｎ：０．２０〜０．６４％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ａｌ：０．０１〜０．１０％、Ｃｒ：０．５〜３．０％、Ｖ：０．０２〜０．３０％、Ｎ：０．００８％以下、Ｍｏ：０〜０．３０％、Ｃｕ：０〜０．３０％、Ｎｉ：０〜０．３０％、及び、残部がＦｅ及び不純物からなり、
化学組成中のＶ含有量（質量％）に対する、窒化用鋼板中の固溶Ｖ含有量（質量％）の割合は５０．０％以上であり、
窒化用鋼板のミクロ組織において、フェライト及びパーライトの総面積率が８０．０％以上である。
【００２５】
［２］の窒化用鋼板は、［１］に記載の窒化用鋼板であって、化学組成は、Ｍｏ：０．０１〜０．３０％、Ｃｕ：０．０１〜０．３０％、及び、Ｎｉ：０．０１〜０．３０％からなる群から選択される１元素又は２元素以上を含有する。
【００２６】
以下、本実施形態の窒化用鋼板について詳述する。元素に関する「％」は、特に断りがない限り、質量％を意味する。
【００２７】
［化学組成］
本実施形態の窒化用鋼板の化学組成は、次の元素を含有する。
【００２８】
Ｃ：０．０３〜０．１５％
炭素（Ｃ）は、鋼板の強度を高め、窒化処理後の鋼板の芯部の硬さを高める。Ｃ含有量が０．０３％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｃ含有量が０．１５％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼板の穴広げ性が低下する。さらに、窒化処理後の鋼板の表面から０．０２ｍｍ深さ位置でのビッカース硬さがＨＶ６５０未満となり、十分な面疲労強度が得られない。したがって、Ｃ含有量は０．０３〜０．１５％である。Ｃ含有量の好ましい下限は０．０４％であり、さらに好ましくは０．０５％である。Ｃ含有量の好ましい上限は０．１３％であり、さらに好ましくは０．１１％であり、さらに好ましくは０．１０％である。
【００２９】
Ｓｉ：０．０１〜０．５０％
シリコン（Ｓｉ）は、鋼板に固溶して鋼板の芯部の硬さを高め、面疲労強度を高める。Ｓｉはさらに、鋼板の焼入れ性を高める。Ｓｉ含有量が０．０１％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｓｉ含有量が０．５０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、ミクロ組織におけるフェライト及びパーライトの総面積率が８０．０％未満となり、鋼板の穴広げ性が低下する。したがって、Ｓｉ含有量は０．０１〜０．５０％である。Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、さらに好ましくは０．０３％であり、さらに好ましくは０．０５％である。Ｓｉ含有量の好ましい上限は、０．４５％であり、さらに好ましくは０．４０％であり、さらに好ましくは０．３０％である。
【００３０】
Ｍｎ：０．２０〜０．６４％
マンガン（Ｍｎ）は、鋼板に固溶して鋼板の芯部の硬さを高め、面疲労強度を高める。さらに、ＭｎはＮとの親和力が高い。そのため、Ｍｎは、窒化処理時において、鋼材に侵入するＮと結合して窒化物や窒化物の前駆段階であるクラスタを形成する。これにより、窒化層の硬さが高まり、面疲労強度が高まる。Ｍｎ含有量が０．２０％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｍｎ含有量が０．６４％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、ミクロ組織におけるフェライト及びパーライトの総面積率が８０．０％未満となり、鋼板の穴広げ性が低下する。したがって、Ｍｎ含有量は０．２０〜０．６４％である。Ｍｎ含有量の好ましい下限は、０．２２％であり、さらに好ましくは０．２４％であり、さらに好ましくは０．２６％である。Ｍｎ含有量の好ましい上限は０．６２％であり、さらに好ましくは０．６０％であり、さらに好ましくは０．５８％である。
【００３１】
Ｐ：０．０５０％以下
燐（Ｐ）は不可避に含有される不純物である。つまり、Ｐ含有量は０％超である。Ｐは、粒界に偏析して粒界割れを引き起こし、鋼板の穴広げ性を低下する。Ｐ含有量が０．０５０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼板の穴広げ性が顕著に低下する。したがって、Ｐ含有量は０．０５０％以下である。Ｐ含有量の好ましい上限は０．０３０％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。Ｐ含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、Ｐ含有量の過剰な低減は製造コストを引き上げる。したがって、通常の工業生産を考慮した場合、Ｐ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００５％である。
【００３２】
Ｓ：０．０３０％以下
硫黄（Ｓ）は不可避に含有される不純物である。つまり、Ｓ含有量は０％超である。Ｓは、粒界に偏析して粒界割れを引き起こし、鋼板の穴広げ性を低下する。Ｓ含有量が０．０３０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼板の穴広げ性が顕著に低下する。したがって、Ｓ含有量は０．０３０％以下である。Ｓ含有量の好ましい上限は０．０２０％であり、さらに好ましくは０．０１５％である。Ｓ含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、Ｓ含有量の過剰な低減は製造コストを引き上げる。したがって、通常の工業生産を考慮した場合、Ｓ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％である。
【００３３】
Ａｌ：０．０１〜０．１０％
アルミニウム（Ａｌ）は、鋼を脱酸する。Ａｌはさらに、窒化処理時において、鋼板表面から侵入するＮと結合してＡｌＮを形成し、窒化層の硬さを高める。Ａｌ含有量が０．０１％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ａｌ含有量が０．１０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大なＡｌ系介在物が生成して、鋼板の強度が低下する。したがって、Ａｌ含有量は０．０１〜０．１０％である。Ａｌ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、さらに好ましくは０．０３％であり、さらに好ましくは０．０４％である。Ａｌ含有量の好ましい上限は０．０９％であり、さらに好ましくは０．０８％であり、さらに好ましくは０．０６％であり、さらに好ましくは０．０５％である。
【００３４】
Ｃｒ：０．５〜３．０％
クロム（Ｃｒ）は、鋼板に固溶して鋼板の芯部の硬さを高め、面疲労強度を高める。Ｃｒはさらに、窒化処理時において、鋼材に侵入するＮと結合して窒化物や窒化物の前駆段階であるクラスタを形成する。これにより、窒化層の硬さが高まり、面疲労強度が高まる。Ｃｒ含有量が０．５％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｃｒ含有量が３．０％を超えれば、芯部の硬さが飽和する。したがって、Ｃｒ含有量は０．５〜３．０％である。Ｃｒ含有量の好ましい下限は、０．６％であり、さらに好ましくは０．７％であり、さらに好ましくは０．８％である。Ｃｒ含有量の好ましい上限は２．８％であり、さらに好ましくは２．５％であり、さらに好ましくは２．３％である。
【００３５】
Ｖ：０．０２〜０．３０％
バナジウム（Ｖ）は、窒化処理時において、鋼板表面から侵入するＮと結合して窒化物を形成し、窒化層の硬さを高める。Ｖはさらに、窒素の侵入量が比較的小さい領域（芯部等）において、Ｖ炭化物等を形成して、鋼板の疲労強度を高める。Ｖ含有量が０．０２％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｖ含有量が０．３０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼板の強度が飽和する。したがって、Ｖ含有量は０．０２〜０．３０％である。Ｖ含有量の好ましい下限は０．０３％であり、さらに好ましくは０．０５％であり、さらに好ましくは０．０８％である。Ｖ含有量の好ましい上限は０．２５％であり、さらに好ましくは０．２０％であり、さらに好ましくは０．１５％である。
【００３６】
Ｎ：０．００８％以下
窒素（Ｎ）は、不可避に含有される不純物である。つまり、Ｎ含有量は０％超である。Ｎは、窒化処理前にＶやＡｌと結合して窒化物を形成する。この場合、固溶Ｖ含有量が低くなるため、窒化処理時において窒化層の形成が阻害され、窒化層の硬さを十分に高めることができない。Ｎ含有量が０．００８％を超える場合、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が顕著に低下する。したがって、Ｎ含有量は０．００８％以下である。Ｎ含有量の上限は０．００６％であり、さらに好ましくは０．００５％であり、さらに好ましくは０．００３％である。Ｎ含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、Ｎ含有量の過剰な低減は、製造コストを引き上げる。したがって、Ｎ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％である。
【００３７】
本実施の形態による窒化用鋼板の化学組成の残部は、Ｆｅ及び不純物からなる。ここで、不純物とは、窒化用鋼板を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、又は製造環境などから混入されるものであって、本実施形態の窒化用鋼板に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
【００３８】
［任意元素（Ｏｐｔｉｏｎａｌ  Ｅｌｅｍｅｎｔｓ）について］
本実施形態の窒化用鋼板はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｍｏ、Ｃｕ及びＮｉからなる群から選択される１元素又は２元素以上を含有してもよい。Ｍｏ、Ｃｕ及びＮｉはいずれも任意元素であり、いずれも、窒化用鋼板の芯部の硬さを高める。
【００３９】
Ｍｏ：０〜０．３０％
モリブデン（Ｍｏ）は、任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｍｏ含有量は０％であってもよい。Ｍｏが含有される場合、Ｍｏは窒化処理後の鋼板の芯部の硬さを高める。Ｍｏ含有量が少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｍｏ含有量が０．３０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、ベイナイト又はマルテンサイトが生成して、鋼板の穴広げ性が低下する。したがって、Ｍｏ含有量は０〜０．３０％である。Ｍｏ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、さらに好ましくは０．０２％であり、さらに好ましくは０．０３％である。Ｍｏ含有量の好ましい上限は０．２５％であり、さらに好ましくは０．２０％であり、さらに好ましくは０．１６％である。
【００４０】
Ｃｕ：０〜０．３０％
銅（Ｃｕ）は、任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｃｕ含有量は０％であってもよい。Ｃｕが含有される場合、Ｃｕは窒化処理後の鋼板の芯部の硬さを高める。Ｃｕ含有量が少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｃｕ含有量が０．３０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼板の熱間加工性が低下する。したがって、Ｃｕ含有量は０〜０．３０％である。Ｃｕ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、さらに好ましくは０．０５％であり、さらに好ましくは０．１０％である。Ｃｕ含有量の好ましい上限は０．２８％であり、さらに好ましくは０．２５％であり、さらに好ましくは０．２０％である。
【００４１】
Ｎｉ：０〜０．３０％
ニッケル（Ｎｉ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｎｉ含有量は０％であってもよい。Ｎｉが含有される場合、Ｎｉは窒化処理後の鋼板の芯部の硬さを高める。Ｎｉ含有量が少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｎｉ含有量が０．３０％を超えれば、その効果が飽和する。したがって、Ｎｉ含有量は、０〜０．３０％である。Ｎｉ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、さらに好ましくは０．０５％であり、さらに好ましくは０．１０％である。Ｎｉ含有量の好ましい上限は０．２８％であり、さらに好ましくは０．２５％であり、さらに好ましくは０．２０％である。
【００４２】
［窒化用鋼板のミクロ組織について］
本実施形態の窒化用鋼板のミクロ組織において、フェライト及びパーライトの総面積率は８０．０％以上である。つまり、本実施形態の窒化用鋼板のミクロ組織は、主としてフェライト及びパーライトからなる。ミクロ組織において、フェライト及びパーライトの総面積率が８０．０％未満であれば、各元素含有量が本実施形態の範囲内であり、かつ、固溶Ｖ量割合ＲＶが５０．０％以上であっても、窒化用鋼板の穴広げ性が低下する。フェライト及びパーライトの総面積率が８０．０％以上であれば、各元素含有量が本実施形態の範囲内であり、かつ、固溶Ｖ量割合ＲＶが５０．０％以上であることを前提として、窒化用鋼板の穴広げ性が高まる。窒化用鋼板のミクロ組織におけるフェライト及びパーライトの総面積率の好ましい下限は８５．０％であり、さらに好ましくは９０．０％であり、さらに好ましくは９５．０％である。本実施形態の窒化用鋼板のミクロ組織において、フェライト及びパーライト以外の領域はたとえば、ベイナイト、マルテンサイト、残留オーステナイト、析出物、及び、介在物である。
【００４３】
［フェライト及びパーライトの総面積率の測定方法］
本実施形態の窒化用鋼板のミクロ組織中のフェライト及びパーライトの総面積率（％）は、次の方法で測定される。窒化用鋼板の板厚をｔ（ｍｍ）と定義したとき、窒化用鋼板の表面からｔ／４深さ位置からサンプルを採取する。採取したサンプルの表面のうち、圧延方向に垂直な表面を観察面とする。観察面を鏡面研磨した後、２％硝酸アルコール（ナイタール腐食液）を用いて観察面をエッチングする。エッチングされた観察面を、４００倍の光学顕微鏡を用いて観察し、任意の５視野の写真画像を生成する。各視野のサイズは、１００μｍ×１００μｍとする。
【００４４】
各視野において、フェライト、パーライト、ベイナイト等の各相は、相ごとにコントラストが異なる。したがって、コントラストに基づいて、各相を特定する。特定された相のうち、各視野でのフェライトの総面積（μｍ2）、及び、パーライトの総面積（μｍ2）を求める。全ての視野の総面積に対する、全ての視野におけるフェライトの総面積とパーライトの総面積との合計面積の割合を、フェライト及びパーライトの総面積率（％）と定義する。フェライト及びパーライトの総面積率（％）は、小数第２位を四捨五入して得られた値とする。
【００４５】
［固溶Ｖ量割合ＲＶ］
本実施形態の窒化用鋼板において、化学組成中のＶ含有量（質量％）に対する、窒化用鋼板中の固溶Ｖ含有量（質量％）の割合を、固溶Ｖ量割合ＲＶ（％）と定義する。このとき、固溶Ｖ量割合ＲＶは５０．０％以上である。
【００４６】
本実施形態の窒化用鋼板では、Ｖ炭化物等の生成をなるべく抑制させるため、鋼板中のＶ炭化物等が少ない。具体的には、固溶Ｖ量割合ＲＶが５０．０％以上である。この場合、窒化用鋼板に対して穴広げ加工を実施するとき、鋼板中のＶ炭化物等に起因した加工不良が生じにくく、穴広げ性が高くなる。固溶Ｖ量割合ＲＶが５０．０％未満であれば、鋼板中に存在するＶ炭化物等が多い。この場合、鋼板の強度が高くなっており、さらに、Ｖ炭化物等が均一な成形を阻害するため、穴広げ性が低くなる。さらに、固溶Ｖは窒化処理時において、鋼板表面から侵入するＮと結合して窒化物を形成して窒化層の硬さを高めたり、窒素の侵入量が比較的小さい領域（芯部等）においてＶ炭化物等を形成して、鋼板内部の強度を高めたりする。したがって、本実施形態の窒化用鋼板では、固溶Ｖ量割合ＲＶが５０．０％以上である。固溶Ｖ量割合ＲＶの好ましい下限は５５．０％であり、さらに好ましくは６０．０％であり、さらに好ましくは７０．０％である。
【００４７】
［固溶Ｖ量割合ＲＶの決定方法］
本実施形態の窒化用鋼板の固溶Ｖ量割合ＲＶは次の方法で求めることができる。始めに、窒化用鋼板中の析出物及び介在物を残渣として捕捉する。具体的には、窒化用鋼板の表面からｔ／２深さ位置を含む、１０ｍｍ×１０ｍｍ×厚さ５ｍｍの試験片を採取する。試験片のうち、厚さ方向は、窒化用鋼板の厚さ方向と同じとする。採取した試験片に対して、１０％ＡＡ系溶液（テトラメチルアンモニウムクロライド、アセチルアセトン、メタノールを体積分率で１：１０：１００で混合した液体）を用いて、定電流電気分解を実施する。
【００４８】
より具体的には、試験片の表面の付着物を除去するために、始めに、電流：１０００ｍＡ、時間：２８分、常温（１５〜３０℃）の条件で、上述の１０％ＡＡ系溶液を用いた予備電気分解を実施する。予備電気分解後、試験片をアルコール溶液に浸漬した後、超音波洗浄を実施して、試験片表面の付着物を除去する。付着物を除去された試験片の質量、つまり、定電流電気分解前の試験片の質量Ｗ１を測定する。
【００４９】
次に、新しい１０％ＡＡ系溶液を準備する。そして、新しい１０％ＡＡ系溶液を用いて、電流：１７３ｍＡ、時間：１４２分、常温の条件で、試験片に対して定電流電気分解を実施する。定電流電気分解後、試験片をアルコール溶液に浸漬した後、超音波洗浄を実施して、試験片表面の付着物を除去する。
【００５０】
定電流電気分解に用いた１０％ＡＡ系溶液、及び、その後の超音波洗浄に用いたアルコール溶液を、メッシュサイズ０．２μｍのフィルターで吸引ろ過して残渣を採取する。さらに、超音波洗浄後の試験片（つまり、残渣を除去された試験片）の質量、つまり、定電流電気分解後の試験片の質量Ｗ２を測定する。そして、次式から、定電流電気分解された試験片の質量Ｗ３を求める。
質量Ｗ３＝質量Ｗ１−質量Ｗ２
【００５１】
次に、フィルター上に採取された残渣を、シャーレに移して乾燥させる。そして、残渣の質量ＷRを測定する。その後、ＪＩＳ  Ｇ１２５８（２０１４）に準拠して、ＩＣＰ発光分析装置（高周波誘導結合プラズマ発光分光分析装置）により残渣を分析して、残渣中のＶ含有量［Ｖ］R（質量％）を求める。得られたＶ含有量［Ｖ］Rに基づいて、次式により残渣中のＶ質量ＷV1を求める。
残渣中のＶ質量ＷV1＝ＷR×［Ｖ］R
【００５２】
定電流電気分解された試験片の質量Ｗ３、及び、窒化用鋼板の化学組成中のＶ含有量［Ｖ］B（質量％）に基づいて、定電流電気分解された試験片に含まれるＶ質量ＷV0を求める。
定電流電気分解された試験片に含まれるＶ質量ＷV0＝Ｗ３×［Ｖ］B
【００５３】
定電流電気分解された試験片の質量Ｗ３、残渣中のＶ質量ＷV1、及び、定電流電気分解された試験片に含まれるＶ質量ＷV0とに基づいて、定電流分解された試験片中の固溶Ｖ含有量（質量％）を求める。
固溶Ｖ含有量（質量％）＝（ＷV0−ＷV1）／Ｗ３×１００
【００５４】
化学組成中のＶ含有量［Ｖ］B（質量％）に対する、固溶Ｖ含有量（質量％）の割合である、固溶Ｖ量割合ＲＶ（％）を、次式により求める。
固溶Ｖ量割合ＲＶ＝固溶Ｖ含有量（質量％）／［Ｖ］B（質量％）×１００
【００５５】
以上の構成を有する窒化用鋼板は、各元素含有量が本実施形態の範囲内であって、ミクロ組織において、フェライト及びパーライトの総面積率が８０．０％以上であり、さらに、窒化用鋼板の化学組成におけるＶ含有量に対する、窒化用鋼板中に固溶するＶ含有量の割合（固溶Ｖ量割合ＲＶ）が５０．０％以上である。そのため、鋼板中においてＶ炭化物等の生成を抑え、窒化用鋼板の穴広げ性が高まる。また、窒化処理して窒化部品を製造した場合、窒化部品の窒化層の硬さ、及び、窒化部品の芯部の硬さが十分に高くなる。
【００５６】
［窒化用鋼板の製造方法］
本実施形態の窒化用鋼板の製造方法の一例を説明する。以降に説明する窒化用鋼板の製造方法は、本実施形態の窒化用鋼板を製造するための一例である。したがって、上述の構成を有する窒化用鋼板は、以降に説明する製造方法以外の他の製造方法により製造されてもよい。しかしながら、以降に説明する製造方法は、本実施形態の窒化用鋼板の製造方法の好ましい一例である。
【００５７】
本実施形態の窒化用鋼板の製造方法の一例は、スラブ又はインゴットである素材を準備する素材準備工程と、素材を熱間加工して窒化用鋼板を製造する熱間加工工程とを備える。以下、各工程について説明する。
【００５８】
［素材準備工程］
素材準備工程では、窒化用鋼板の素材を準備する。ここでいう素材はたとえば、スラブ又はインゴットである。素材を製造する場合、たとえば、次の方法で素材を製造する。始めに、各元素含有量が本実施形態の範囲内である化学組成を有する溶鋼を製造する。溶鋼の精錬方法は特に限定されず、周知の方法を用いればよい。たとえば、周知の方法で製造された溶銑に対して転炉での精錬（一次精錬）を実施する。転炉から出鋼した溶鋼に対して、周知の二次精錬を実施する。二次精錬において、成分調整の合金元素の添加を実施して、各元素含有量が本実施形態の範囲内である化学組成を有する溶鋼を製造する。
【００５９】
上述の精錬方法により製造された溶鋼を用いて、周知の鋳造法により素材を製造する。たとえば、溶鋼を用いて造塊法によりインゴットを製造する。また、溶鋼を用いて連続鋳造法によりスラブを製造してもよい。以上の方法により、素材（スラブ又はインゴット）を製造する。
【００６０】
［熱間加工工程］
熱間加工工程では、スラブに対して熱間圧延を実施して窒化用鋼板を製造する。始めに、スラブを加熱炉で加熱する。加熱されたスラブに対して、熱間圧延機を用いた熱間圧延を実施して、窒化用鋼板を製造する。熱間圧延機はたとえば、粗圧延機と、粗圧延機の下流に配置された仕上げ圧延機とを備える。粗圧延機は、１つ、又は一列に並んだ複数の粗圧延スタンドを備える。各粗圧延スタンドは、上下に配置された複数のロールを含む。仕上げ圧延機は、一列に並んだ複数の仕上げ圧延スタンドを備える。各仕上げ圧延スタンドは、上下に配置される複数のロールを含む。加熱されたスラブを粗圧延機により圧延した後、さらに、仕上げ圧延機により圧延して、鋼板を製造する。熱間圧延後の鋼板を冷却した後、巻取り機を用いて鋼板をコイル状に巻き取る。
【００６１】
熱間加工工程における加熱炉でのスラブの加熱温度を加熱温度Ｔ１（℃）と定義する。仕上げ圧延機のうち、最後に鋼板を圧下する仕上げ圧延スタンドの出側での鋼板温度を仕上げ温度Ｔ２（℃）と定義する。仕上げ圧延機のうち、最後に鋼板を圧下する仕上げ圧延スタンドを出た後、巻取り機により巻き取られるまでの平均冷却速度を、平均冷却速度ＣＲ（℃／秒）と定義する。巻取り機での巻取り開始時の鋼板温度を、巻取り温度Ｔ３（℃）と定義する。この場合、加熱温度Ｔ１、仕上げ温度Ｔ２、平均冷却速度ＣＲ、及び、巻取り温度Ｔ３は、次の条件とする。
【００６２】
加熱温度Ｔ１：１０００〜１２５０℃
加熱炉でのスラブの加熱温度Ｔ１を１０００〜１２５０℃とする。加熱温度Ｔ１が１０００℃未満であれば、スラブ中のＶ炭化物等が十分に固溶せず、残存する。そのため、熱間圧延後の窒化用鋼板においても、Ｖ炭化物等が残存して、固溶Ｖ量割合ＲＶが５０．０％未満となる。一方、加熱温度Ｔ１が１２５０℃を超えれば、燃料原単位が高くなる。したがって、加熱温度Ｔ１は１０００〜１２５０℃である。加熱温度Ｔ１の好ましい下限は１０２０℃であり、さらに好ましくは１０５０℃である。加熱温度Ｔ１の好ましい上限は１２３０℃であり、さらに好ましくは１２００℃である。なお、加熱温度Ｔ１は、加熱炉内の抽出口近傍での炉内温度（℃）とする。
【００６３】
仕上げ温度Ｔ２：７８０〜９００℃
仕上げ温度Ｔ２を７８０〜９００℃とする。仕上げ温度Ｔ２が７８０℃未満であれば、圧延中に鋼板中のＶ炭化物等が生成してしまい、固溶Ｖ量割合ＲＶが５０．０％未満となる。一方、仕上げ温度が９００℃を超えれば、後述の平均冷却速度ＣＲで圧延後の鋼板を冷却しても、巻取り温度Ｔ３が高くなる場合が多くなる。この場合、多数のＶ炭化物等の相界面析出を伴うフェライト変態が起こり、固溶Ｖ含有量が低減する。その結果、固溶Ｖ量割合ＲＶが５０．０％未満になる。したがって、仕上げ温度Ｔ２は７８０〜９００℃である。仕上げ温度Ｔ２は、仕上げ圧延機のうち、最後に鋼板を圧下する仕上げ圧延スタンドの出側での鋼板温度を意味する。仕上げ温度Ｔ２は、仕上げ圧延機のうち、最後に鋼板を圧下する仕上げ圧延スタンドの出側に配置された測温計により測温可能である。仕上げ温度Ｔ２の好ましい下限は７９０℃であり、さらに好ましくは８００℃である。仕上げ温度Ｔ２の好ましい上限は８９０℃であり、さらに好ましくは８８０℃である。
【００６４】
仕上げ温度Ｔ２はさらに、次の式（１）を満たす。
Ｔ２−（ＳＴ＋３００×Ｖ＋１００×Ｍｎ−１１５）≧０  （１）
ＳＴ＝（９５００／（６．７２−ＬＯＧ10（Ｖ×Ｃ））−２７３．１５）  （２）
ここで、Ｔ２は仕上げ温度（℃）であり、ＳＴは式（２）で表されるＶ炭化物等の固溶温度である。式（１）及び式（２）中の「Ｖ」には、鋼板中のＶ含有量（質量％）が代入され、「Ｃ」には、鋼板中のＣ含有量（質量％）が代入される。
【００６５】
ＦＴ２＝Ｔ２−（ＳＴ＋３００×Ｖ＋１００×Ｍｎ−１１５）と定義する。ＦＴ２は、仕上げ圧延における鋼板内のＶ炭化物の固溶状況を示す指標である。ＦＴ２に示すとおり、仕上げ温度Ｔ２での鋼板中のＶ炭化物等の析出状況は、鋼板中のＶ含有量、Ｍｎ含有量、及び、Ｃ含有量に影響する。Ｖ含有量、Ｃ含有量及びＭｎ含有量が多ければ、仕上げ温度Ｔ２も高めなければ、Ｖ炭化物等を十分に固溶することができない。具体的には、仕上げ温度Ｔ２が７８０〜９００℃の範囲内であって、さらに、ＦＴ２が式（１）を満たせば、鋼板中のＶ炭化物が十分に固溶している。そのため、固溶Ｖ量割合ＲＶが５０．０％以上となる。
【００６６】
平均冷却速度ＣＲ：３０〜８０℃／秒
平均冷却速度ＣＲは、３０〜８０℃／秒とする。平均冷却速度ＣＲが３０℃／秒未満であれば、高温域でフェライトが生成するとともに、相界面析出によりＶ炭化物等が生成してしまう。この場合、固溶Ｖ量割合ＲＶが５０．０％未満となる。一方、平均冷却速度ＣＲが８０℃／秒を超えれば、ミクロ組織にベイナイトが生成して、ミクロ組織におけるフェライト及びパーライトの総面積率が８０．０％未満となる場合が生じる。したがって、平均冷却速度ＣＲは３０〜８０℃／秒とする。平均冷却速度ＣＲの好ましい下限は３５℃／秒であり、さらに好ましくは４０℃／秒である。平均冷却速度ＣＲの好ましい上限は７５℃／秒であり、さらに好ましくは７０℃／秒である。なお、平均冷却速度ＣＲは次の方法で求める。仕上げ温度Ｔ２から巻取り温度Ｔ３に至るまでの時間ＴＣＲ（秒）を測定する。求めた時間に基づいて、次の式により、平均冷却速度ＣＲ（℃／秒）を求める。
平均冷却速度ＣＲ＝（Ｔ２−Ｔ３）／ＴＣＲ
【００６７】
巻取り温度Ｔ３：４５０〜６００℃
巻取り温度Ｔ３は、４５０〜６００℃とする。巻取り温度Ｔ３が４５０℃未満であれば、ミクロ組織にベイナイトが生成して、ミクロ組織におけるフェライト及びパーライトの総面積率が８０．０％未満となる場合が生じる。一方、巻取り温度Ｔ３が６００℃を超えれば、高温域でフェライトが生成するとともに、相界面析出によりＶ炭化物等が生成してしまう。この場合、固溶Ｖ量割合ＲＶが５０．０％未満となる。したがって、巻取り温度Ｔ３は４５０〜６００℃である。巻取り温度Ｔ３の好ましい下限は４６０℃であり、さらに好ましくは４７０℃である。巻取り温度Ｔ３の好ましい上限は５８０℃であり、さらに好ましくは５６０℃である。巻取り温度Ｔ３は、上述のとおり、巻取り開始時の鋼板温度（℃）とする。巻取り開始時の鋼板温度は、巻取り機に配置された測温計により測温可能である。
【００６８】
巻取り温度Ｔ３はさらに、式（３）を満たす。
Ｔ３−（３００×Ｍｎ＋２９０）≧０  （３）
ここで、式（３）中の「Ｍｎ」には鋼板中のＭｎ含有量（質量％）が代入される。
【００６９】
ＦＴ３＝Ｔ３−（３００×Ｍｎ＋２９０）は、巻取り時におけるミクロ組織の状況を示す指標である。鋼板中のＭｎ含有量が高いほど、高温域においてベイナイトが生成しやすくなり、具体的には、ミクロ組織におけるフェライト及びパーライトの総面積率が８０．０％未満になりやすい。巻取り温度Ｔ３が４５０〜６００℃の範囲内であって、さらに、ＦＴ３が式（３）を満たせば、巻取り温度Ｔ３が適切であり、ミクロ組織におけるフェライト及びパーライトの総面積率が８０．０％以上となる。
【００７０】
以上の製造方法により、本実施形態の窒化用鋼板が製造される。なお、上述の窒化用鋼板の製造方法は、本実施形態の窒化用鋼板を製造するための一例である。したがって、上述の構成を有する窒化用鋼板は、上述の製造方法以外の他の製造方法により製造されてもよい。しかしながら、上述の製造方法は、本実施形態の窒化用鋼板の製造方法の好ましい一例である。
【００７１】
［窒化部品について］
本実施形態の窒化用鋼板は、穴広げ加工がされる窒化部品の素材に用いられる。窒化部品はたとえば、機械構造用部品であり、たとえば、図２及び図３に示すように、分割固定シーブ５０のシーブ部１１である。
【００７２】
窒化部品は、窒化処理により形成される窒化層と、窒化層よりも内部の芯部とを備える。窒化層の深さは特に限定されないが、窒化層の表面からの深さはたとえば、０．２ｍｍ〜１．０ｍｍである。芯部の化学組成は、本実施形態の窒化用鋼板の化学組成と同じである。
【００７３】
本実施形態の窒化部品は、本実施形態の窒化用鋼板を用いて周知の窒化処理を実施することにより、窒化層のビッカース硬さ、及び、芯部のビッカース硬さを後述の範囲とすることができる。以下、窒化部品の製造方法について説明する。
【００７４】
窒化用鋼板を用いた窒化部品の製造方法は、機械加工工程と、穴開け加工工程と、穴広げ加工工程と、鍛造（プレス）工程と、窒化工程とを備える。
【００７５】
［機械加工工程］
機械加工工程では、窒化用鋼板から、所定の形状の粗形状鋼板を採取する。窒化部品がシーブ部１１である場合、機械加工工程において、円板状の粗形状鋼板を採取する。
【００７６】
［穴開け加工工程］
穴開け加工工程では、粗形状鋼板に穴開け加工を実施して、粗形状鋼板に貫通孔を形成する。
【００７７】
［穴広げ加工工程］
穴広げ加工工程では、図４に示すとおり、貫通孔が形成された粗形状鋼板３０を、ダイス３１及び板押さえ３２で挟み込み、円錐パンチ３３で貫通孔を広げる。
【００７８】
［鍛造（プレス）工程］
鍛造工程では、穴広げ加工が実施された粗形状鋼板に対して鍛造を実施して、所定の形状の中間品を製造する。
【００７９】
［窒化工程］
窒化工程では、中間品に対して窒化を実施する。本明細書において、「窒化」とは、窒素（Ｎ）を侵入及び拡散させる「窒化」だけではなく、Ｎ及び炭素（Ｃ）を侵入及び拡散させる処理である「軟窒化」も含む。本明細書においては、「窒化」及び「軟窒化」を含めて単に「窒化」という。なお、軟窒化と窒化とを区別する場合、「軟窒化ではない窒化」という。
【００８０】
窒化はたとえば、ガス窒化、塩浴窒化、イオン窒化等である。好ましくは、ガス窒化を実施する。ガス窒化の場合、ＮＨ3、Ｈ2、Ｎ2を含む雰囲気でガス窒化を実施する。窒化処理全体の時間、つまり、窒化処理の開始から終了までの時間は特に限定されない。窒化処理全体の処理時間はたとえば、１．５〜１０時間である。窒化処理温度はＡC1変態点以下であって、たとえば、４００〜６５０℃である。より具体的には、軟窒化ではない窒化の場合の窒化処理温度はたとえば、４００〜５５０℃である。軟窒化の場合の窒化処理温度はたとえば、５００〜６５０℃である。
【００８１】
なお、ガス窒化処理の雰囲気はたとえば、ＮＨ3、Ｈ2及びＮ2の他、不可避的に酸素、二酸化炭素などの不純物を含む。好ましい雰囲気は、ＮＨ3、Ｈ2及びＮ2を合計で９９．５％（体積％）以上含有する。
【００８２】
軟窒化を実施する場合、軟窒化処理の雰囲気はたとえば、ＲＸガスとアンモニアガスとを１：１に混合したガス雰囲気とする。ＲＸガスは、ブタン、プロパン等の炭化水素ガスを空気と混合させ、加熱されたＮｉ触媒を通過させて反応させたガスであり、ＣＯ、Ｈ2、Ｎ2等を含む混合ガスである。
【００８３】
［窒化部品の窒化層の硬さ、及び、芯部の硬さ］
本実施形態の窒化用鋼板を用いて上述の製造工程で製造した窒化部品では、窒化層の硬さ、及び、芯部の硬さを次の範囲にすることができる。
【００８４】
窒化層のビッカース硬さＨＶ0.02：６５０以上
窒化層のうち、表面から０．０２ｍｍ深さ位置でのビッカース硬さＨＶ0.02は６５０以上である。この場合、窒化部品の表面の耐摩耗性が高まり、さらに、窒化部品の面疲労強度が高まる。窒化層のビッカース硬さＨＶ0.02の好ましい下限は６６０であり、さらに好ましくは６８０である。窒化層のビッカース硬さＨＶ0.02の上限は特に限定されないが、たとえば、８２０であり、さらに好ましくは、８００である。
【００８５】
芯部のビッカース硬さＨＶC：１８０以上
窒化部品の厚さ方向の中央位置での芯部のビッカース硬さＨＶCは１８０以上である。この場合、窒化部品の面疲労強度が高まる。芯部のビッカース硬さＨＶCの好ましい下限は１８２であり、さらに好ましくは１８５である。
【００８６】
窒化部品の窒化層のビッカース硬さＨＶ0.02及び芯部のビッカース硬さＨＶCは次の方法で測定できる。窒化層のうち、表面から０．０２ｍｍ深さ位置の任意の１０箇所のビッカース硬さを、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４（２００９）に準拠したビッカース硬さ試験により求める。試験力を０．４９Ｎとする。得られた１０個のビッカース硬さの平均を、窒化層のビッカース硬さＨＶ0.02と定義する。また、窒化部品の厚さ方向の中央位置の任意の１０箇所のビッカース硬さを、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４（２００９）に準拠したビッカース硬さ試験により求める。試験力を０．４９Ｎとする。得られた１０個のビッカース硬さの平均を芯部のビッカース硬さＨＶCと定義する。
【００８７】
以上のとおり、本実施形態の窒化用鋼板を用いて製造された窒化部品では、窒化層及び芯部ともに、十分な硬さが得られ、優れた面疲労強度が予想される。
【実施例】
【００８８】
以下、実施例により本発明の一態様の効果をさらに具体的に説明する。以下の実施例での条件は、本実施形態の窒化用鋼板の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例である。したがって、本発明はこの一条件例に限定されない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限り、種々の条件を採用し得る。
【００８９】
表１に示す化学組成を有するスラブを準備した。
【００９０】
【表１】
2020169371.tif 000002
【００９１】
表１中の「−」は、対応する元素の含有量が検出限界未満であったことを意味する。各スラブに対して熱間加工工程を実施して、板厚５．０ｍｍの窒化用鋼板を製造した。各試験番号における熱間加工工程での加熱温度Ｔ１、仕上げ温度Ｔ２、ＦＴ２値、平均冷却速度ＣＲ、巻取り温度Ｔ３、及びＦＴ３値を表２に示す。
【００９２】
【表２】
2020169371.tif 000003
【００９３】
以上の製造工程により製造された窒化用鋼板に対して、次の試験を実施した。
【００９４】
［ミクロ組織観察試験］
各試験番号の窒化用鋼板の板厚をｔ（ｍｍ）と定義したとき、窒化用鋼板の表面からｔ／４深さ位置からサンプルを採取した。採取したサンプルの表面のうち、圧延方向に垂直な表面を観察面とした。観察面を鏡面研磨した後、２％硝酸アルコール（ナイタール腐食液）を用いて観察面をエッチングした。エッチングされた観察面を、４００倍の光学顕微鏡を用いて観察し、任意の５視野の写真画像を生成した。各視野のサイズは、１００μｍ×１００μｍとした。
【００９５】
各視野において、フェライト、パーライト、ベイナイト等の各相は、相ごとにコントラストが異なる。したがって、コントラストに基づいて、各相を特定した。特定された相のうち、各視野でのフェライトの総面積（μｍ2）、及び、パーライトの総面積（μｍ2）を求めた。全ての視野の総面積に対する、全ての視野におけるフェライトの総面積とパーライトの総面積との合計面積の割合を、フェライト及びパーライトの総面積率（％）と定義した。フェライト及びパーライトの総面積率（％）は、小数第２位を四捨五入して得られた値とした。
【００９６】
［固溶Ｖ量割合ＲＶ測定試験］
各試験番号の窒化用鋼板の表面からｔ／２深さ位置を含む、１０ｍｍ×１０ｍｍ×厚さ５ｍｍの試験片を採取した。試験片のうち、厚さ方向は、窒化用鋼板の厚さ方向と同じとした。採取した試験片に対して、１０％ＡＡ系溶液（テトラメチルアンモニウムクロライド、アセチルアセトン、メタノールを体積分率で１：１０：１００で混合した液体）を用いて、定電流電気分解を実施した。より具体的には、試験片の表面の付着物を除去するために、始めに、電流：１０００ｍＡ、時間：２８分、常温（１５〜３０℃）の条件で、上述の１０％ＡＡ系溶液を用いた予備電気分解を実施した。予備電気分解後、試験片をアルコール溶液に浸漬した後、超音波洗浄を実施して、試験片表面の付着物を除去した。付着物を除去された試験片の質量、つまり、定電流電気分解前の試験片の質量Ｗ１を測定した。次に、新しい１０％ＡＡ系溶液を準備した。そして、新しい１０％ＡＡ系溶液を用いて、電流：１７３ｍＡ、時間：１４２分、常温の条件で、試験片に対して定電流電気分解を実施した。定電流電気分解後、試験片をアルコール溶液に浸漬した後、超音波洗浄を実施して、試験片表面の付着物を除去した。
【００９７】
定電流電気分解に用いた１０％ＡＡ系溶液、及び、その後の超音波洗浄に用いたアルコール溶液を、メッシュサイズ０．２μｍのフィルターで吸引ろ過して残渣を採取した。さらに、超音波洗浄後の試験片（つまり、残渣を除去された試験片）の質量、つまり、定電流電気分解後の試験片の質量Ｗ２を測定した。そして、次式から、定電流電気分解された試験片の質量Ｗ３を求めた。
質量Ｗ３＝質量Ｗ１−質量Ｗ２
【００９８】
次に、フィルター上に採取された残渣を、シャーレに移して乾燥させた。そして、残渣の質量ＷRを測定した。その後、ＪＩＳ  Ｇ１２５８（２０１４）に準拠して、ＩＣＰ発光分析装置（高周波誘導結合プラズマ発光分光分析装置）により残渣を分析して、残渣中のＶ含有量［Ｖ］R（質量％）を求めた。得られたＶ含有量［Ｖ］Rに基づいて、次式により残渣中のＶ質量ＷV1を求めた。
残渣中のＶ質量ＷV1＝ＷR×［Ｖ］R
【００９９】
定電流電気分解された試験片の質量Ｗ３、及び、窒化用鋼材の化学組成中のＶ含有量［Ｖ］B（質量％）に基づいて、定電流電気分解された試験片に含まれるＶ質量ＷV0を求めた。
定電流電気分解された試験片に含まれるＶ質量ＷV0＝Ｗ３×［Ｖ］B
【０１００】
定電流電気分解された試験片の質量Ｗ３、残渣中のＶ質量ＷV1、及び、定電流電気分解された試験片に含まれるＶ質量ＷV0とに基づいて、定電流分解された試験片中の固溶Ｖ含有量（質量％）を求めた。
固溶Ｖ含有量（質量％）＝（ＷV0−ＷV1）／Ｗ３×１００
【０１０１】
化学組成中のＶ含有量［Ｖ］B（質量％）に対する、固溶Ｖ含有量（質量％）の割合である、固溶Ｖ量割合ＲＶ（％）を、次式により求めた。
固溶Ｖ量割合ＲＶ＝固溶Ｖ含有量（質量％）／［Ｖ］B（質量％）×１００
得られた固溶Ｖ含有量（質量％）、及び、固溶Ｖ量割合ＲＶ（％）を表２に示す。
【０１０２】
［穴広げ性評価試験］
各試験番号の窒化用鋼板から１５０ｍｍ×１５０ｍｍの板状試験片を採取した。板状試験片の一辺は圧延方向と平行とし、他方の一辺は板幅方向と平行とした。板状試験片の中心位置の直径Ｄｏ＝１０ｍｍの貫通孔を、直径が１０ｍｍのパンチと、内径が１１．２ｍｍのダイスによる打ち抜き加工により作製した。貫通孔を有する板状試験片に対して、ＪＩＳ  Ｚ  ２２５６（２０１０）に準拠した穴広げ試験を実施して、穴広げ性を評価した。
【０１０３】
具体的には、図４に示す試験装置を準備した。貫通孔が形成された板状試験片３０をダイス３１と板押さえ３２とで挟み込んで固定した。ダイス３１の内径Ｄｄを４０ｍｍとした。パンチ３３は円錐パンチとし、パンチ３３の先端の角度を６０°とした。板状試験片３０の貫通孔のバリ３４と反対側に、パンチ３３を配置し、穴広げ加工を実施した。パンチ３３を移動させながら穴広げ加工を進め、板状試験片３０の貫通穴の縁に割れが発生した時点でパンチ３３を止めた。図５に示すとおり、パンチ３３を止めた板状試験片３０の貫通穴の内径のうち、圧延方向の内径と板幅方向の内径とを測定し、その平均値を内径Ｄｈとした。
【０１０４】
次の式により、穴広げ率（ＨＥＬ）（％）を求めた。
ＨＥＬ＝（Ｄｈ−Ｄｏ）／Ｄｏ×１００
【０１０５】
穴広げ率が６０％以上である場合、穴広げ性に優れると判断した（表２中の「ＨＥＬ」欄にて「○」で表記）。一方、穴広げ率が６０％未満である場合、穴広げ性が低いと判断した（表２中の「ＨＥＬ」欄にて「×」で表記）。
【０１０６】
［窒化部品での窒化層及び芯部硬さ評価試験］
各試験番号の窒化用鋼板に対して、次の窒化処理を実施して、窒化部品を模擬した模擬窒化部品を製造した。具体的には、各試験番号の窒化用鋼板を機械加工して、１０ｍｍ×３０ｍｍ×板厚５ｍｍの試験片を採取した。試験片に対してガス軟窒化処理を実施した。ガス軟窒化での炉内雰囲気はアンモニアガス＋ＲＸガスの混合ガスとを１：１に混合した雰囲気とした。処理温度は５８０℃として、１２０分保持した。保持後、６０℃の油槽に浸漬して油冷した。以上の工程により、模擬窒化部品を製造した。
【０１０７】
製造された模擬窒化部品の窒化層及び芯部の硬さを次の方法により測定した。各試験番号の模擬窒化部品において、表面から０．０２ｍｍ深さ位置の窒化層の任意の１０箇所のビッカース硬さを、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４（２００９）に準拠したビッカース硬さ試験により求めた。試験力を０．４９Ｎとした。得られた１０個のビッカース硬さの平均を、窒化層のビッカース硬さＨＶ0.02と定義した。さらに、模擬窒化部品の板厚方向の中央位置の任意の１０箇所の芯部のビッカース硬さを、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４（２００９）に準拠したビッカース硬さ試験により求めた。試験力を０．４９Ｎとした。得られた１０個のビッカース硬さの平均を芯部のビッカース硬さＨＶCと定義した。得られたビッカース硬さＨＶ0.02及びＨＶCを表２に示す。
【０１０８】
［試験結果］
表２を参照して、試験番号１〜２５では、化学組成が適切であり、製造条件も適切であった。そのため、フェライト及びパーライトの総面積率が８０．０％以上であり、固溶Ｖ量割合ＲＶが５０．０％以上であった。その結果、穴広げ率ＨＥＬが６０％以上であり、優れた穴広げ性を示した。また、窒化処理後の窒化層硬さＨＶ０．０２は６５０以上であり、芯部硬さＨＶＣは１８０以上であり、窒化層及び芯部において、十分な硬さが得られた。
【０１０９】
一方、試験番号２６では、Ｃ含有量が低すぎた。そのため、窒化後の芯部硬さＨＶCが１８０未満になった。
【０１１０】
試験番号２７では、Ｃ含有量が高すぎた。そのため、窒化後の窒化層硬さＨＶ0.02が６５０未満となった。さらに、固溶Ｖ量割合ＲＶが５０．０％未満となり、穴広げ率ＨＥＬが６０％未満となった。
【０１１１】
試験番号２８では、Ｓｉ含有量が高すぎた。そのため、フェライト及びパーライトの総面積率が８０．０％未満となり、穴広げ率ＨＥＬが６０％未満となった。
【０１１２】
試験番号２９では、Ｍｎ含有量が高すぎた。そのため、フェライト及びパーライトの総面積率が８０．０％未満となり、穴広げ率ＨＥＬが６０％未満となった。
【０１１３】
試験番号３０では、Ｎ含有量が高すぎた。そのため、固溶Ｖ量割合ＲＶが５０．０％未満となり、窒化後の窒化層硬さＨＶ0.02が６５０未満となった。
【０１１４】
試験番号３１では、Ｓ含有量が高すぎた。そのため、穴広げ率ＨＥＬが６０％未満となった。
【０１１５】
試験番号３２では、Ｍｎ含有量及びＰ含有量が高すぎた。そのため、穴広げ率ＨＥＬが６０％未満となった。
【０１１６】
試験番号３３では、Ｐ含有量が高すぎた。そのため、穴広げ率ＨＥＬが６０％未満となった。
【０１１７】
試験番号３４では、仕上げ温度Ｔ２が低すぎた。そのため、固溶Ｖ量割合ＲＶが５０．０％未満であった。その結果、穴広げ率ＨＥＬが６０％未満となった。さらに、窒化後の窒化層硬さＨＶ0.02が６５０未満となり、芯部硬さＨＶCが１８０未満になった。
【０１１８】
試験番号３５では、仕上げ温度Ｔ２が高すぎた。そのため、固溶Ｖ量割合ＲＶが５０．０％未満であった。その結果、穴広げ率ＨＥＬが６０％未満となった。さらに、窒化後の窒化層硬さＨＶ0.02が６５０未満となり、芯部硬さＨＶCが１８０未満になった。
【０１１９】
試験番号３６では、巻取り温度Ｔ３が高すぎた。そのため、固溶Ｖ量割合ＲＶが５０．０％未満であった。その結果、穴広げ率ＨＥＬが６０％未満となった。さらに、窒化後の窒化層硬さＨＶ0.02が６５０未満となり、芯部硬さＨＶCが１８０未満になった。
【０１２０】
試験番号３７では、巻取り温度Ｔ３が低すぎた。そのため、フェライト及びパーライトの総面積率が８０．０％未満となり、穴広げ率ＨＥＬが６０％未満となった。
【０１２１】
試験番号３８では、ＦＴ２が式（１）を満たさなかった。そのため、固溶Ｖ量割合ＲＶが５０．０％未満であった。その結果、穴広げ率ＨＥＬが６０％未満となった。さらに、窒化後の芯部硬さＨＶCが１８０未満になった。
【０１２２】
試験番号３９では、ＦＴ３が式（３）を満たさなかった。そのため、フェライト及びパーライトの総面積率が８０．０％未満であった。その結果、穴広げ率ＨＥＬが６０％未満となった。
【０１２３】
以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。
【符号の説明】
【０１２４】
１  固定シーブ
１０、１１  シーブ部
２０、２１  シャフト部
５０  分割固定シーブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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