(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学成分が、質量％で、
Ｃ  ：０．２５％超０．５０％未満、
Ｓｉ：０．１０％〜０．６０％、
Ｍｎ：０．４０％〜０．９０％、
Ａｌ：０．００３％〜０．０７０％、
Ｃａ：０．０００５％〜０．００４０％、
ＲＥＭ：０．０００３％〜０．００５０％、
Ｃｕ：０％〜０．０５％、
Ｎｂ：０％〜０．０５％、
Ｖ  ：０％〜０．０５％、
Ｍｏ：０％〜０．０５％、
Ｎｉ：０％〜０．０５％、
Ｃｒ：０％〜０．５０％、
Ｂ  ：０％〜０．００５０％、
を含有し、
Ｐ  ：０．０２０％以下、
Ｓ  ：０．００７０％以下、
Ｔｉ：０．０５０％以下、
Ｏ  ：０．００４０％以下、
Ｎ  ：０．００７５％以下、
に制限し、
残部が鉄及び不純物からなり、
前記化学成分中の各元素の質量％で示した含有量が、下記の式１と下記の式２とを同時に満たし、
単独で存在する、長辺が５μｍ以上であるＴｉ含有炭窒化物の個数密度が５個／ｍｍ２以下に制限され、
アスペクト比が３．０以上の介在物であるＡ系介在物の個数密度が６個／ｍｍ２以下であり、
加工方向に沿って３個以上の介在物が整列してなる介在物群であって、前記介在物同士の離間距離が５０μｍ以下である介在物群を形成し、且つアスペクト比が３．０未満である前記介在物であるＢ系介在物と、アスペクト比が３．０未満であり、ランダムに分布する介在物であるＣ系介在物との合計個数密度が６個／ｍｍ２以下であり、
前記Ｂ系介在物及び前記Ｃ系介在物であり、且つ最大長さが２０μｍ以上である粗大介在物の個数密度が６個／ｍｍ２以下であることを特徴とする鋼板。
０．３０００≦｛Ｃａ／４０．８８＋（ＲＥＭ／１４０）／２｝／（Ｓ／３２．０７）  ・・・（式１）
Ｃａ≦０．００５８−０．００５０×Ｃ  ・・・（式２）
【請求項２】
前記化学成分が、さらに、質量％で、
Ｃｕ：０．０１％〜０．０５％、
Ｎｂ：０．０１％〜０．０５％、
Ｖ  ：０．０１％〜０．０５％、
Ｍｏ：０．０１％〜０．０５％、
Ｎｉ：０．０１％〜０．０５％、
Ｃｒ：０．０１％〜０．５０％、
Ｂ  ：０．００１０％〜０．００５０％、
のうちの１種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の鋼板。
【請求項３】
前記鋼板が、さらに、Ａｌ、Ｃａ、Ｏ、Ｓ、及びＲＥＭを含む複合介在物と、この複合介在物の表面に前記Ｔｉ含有炭窒化物が付着した介在物とを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の鋼板。
【請求項４】
前記化学成分中の前記各元素の質量％で示した含有量が、下記の式３を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の鋼板。
１８×（ＲＥＭ／１４０）−Ｏ／１６≧０  ・・・（式３）
【請求項５】
前記化学成分中の前記各元素の質量％で示した含有量が、下記の式４を満たすことを特徴とする請求項３に記載の鋼板。
１８×（ＲＥＭ／１４０）−Ｏ／１６≧０  ・・・（式４）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素含有量が質量％で０．２５％超０．５０％未満の炭素鋼板に関し、特に、打ち抜き加工や穴拡げ加工、鍛造等によって製品形状に成形される炭素鋼板に関する。
本願は、２０１３年４月２５日に、日本に出願された特願２０１３−０９２４０８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
形状が複雑な機械部品を製造する際、従来は、まず複数の部品それぞれを個別に作製し、次いでそれらを組み合わせることにより製品形状を得ることが多かった。その場合、歯車など複雑な形状を持つ部位は、組み合わせる前に切削加工されることが多かった。しかし、近年は製造コスト低減のために、製品形状に近い形状を有する部品を打ち抜き加工や穴拡げ加工、鍛造等で成形することが進められている。これにより、部品点数を削減でき、より少ない工程数で製造することが可能になる。材料に大きな変形を加える際は変形抵抗が少ない熱間加工が適用され、一方、形状を精度よく加工する必要がある場合には冷間加工が適用される。製品形状に近い複雑な形状に鋼板を加工する場合には、従来のように複数の部位ごとに製造してからそれらを組み合わせる場合よりも、鋼板には従来以上に良好な加工性が求められる。すなわち、従来の鋼板には、複雑な形状に打ち抜いたり拡げたり、鍛造すると、鋼板が割れたり、部品の寸法精度が悪化するという課題があった。さらに、当然、加工後の製品には、従来と同等以上に、靭性、強度、耐摩耗性などの特性を確保することが求められる。こうした課題を解決するために、特許文献１〜３では以下の技術が提案されている。【０００３】
特許文献１では、質量％で、Ｃ：０．１５％〜０．５０％、Ｓ：０．０１％以下であり、且つ［％Ｐ］≦６×［％Ｂ］＋０．００５の関係が満足され、切欠き引張伸び率が優れた鋼板を素材とする鋼製リクライニングシートギアが提案されている。特許文献１では、打ち抜き性と切欠き引張伸びとの間に強い相関があることに着目し、鋼板中に分散している炭化物の粒径を大きくすることにより切欠き引張伸び、ひいては打ち抜き性を改善することができると提案している。【０００４】
特許文献２では、質量％で、Ｃ：０．７０％〜１．２０％を含有し、フェライトマトリックス中に分散する炭化物の粒径を制御した高炭素鋼が提案されている。この鋼も、打ち抜き加工性に密接な関係をもつ切欠き引張伸びが改善されているので、打ち抜き加工性に優れる。また、この鋼は、Ｃａをさらに含有することで、ＭｎＳの形態を制御して、その結果、打ち抜き加工性をさらに改善している。【０００５】
特許文献３では、質量％で、Ｃ：０．１０％〜０．４０％、Ｓ：０．０１０％以下を含有する鋼において、介在物の形状をＡＳＴＭ−Ｄ法に基づいて分類し、介在物の形状と個数とを一定範囲内に収めることによる、冷間鍛造性に優れた歯車用鋼の提供を提案している。【０００６】
また、鋼中の介在物の存在量および／または形態の制御のために、Ｃａおよび／またはＲＥＭ（Ｒａｒｅ  Ｅａｒｔｈ  Ｍｅｔａｌ）の添加が行われてきた。本発明者らも、質量％で、Ｃを０．０８％〜０．２２％含有する構造用厚鋼板にＣａとＲＥＭとを添加することで、鋼中に生成する酸化物（介在物）を高融点相と低融点相との混合相状態として制御し、この酸化物（介在物）が圧延中に延伸することを防止し、そして、連続鋳造ノズルの溶損や内部介在物欠陥を発生させないようにした技術を、特許文献４で提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】日本国特開２０００−２６５２３８号公報
【特許文献２】日本国特開２０００−２６５２３９号公報
【特許文献３】日本国特開２００１−３２９３３９号公報
【特許文献４】日本国特開２０１１−６８９４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記４件の文献は、加工性、具体的には打ち抜き加工性および鍛造性を悪化させる割れ起点原因を特定し、それに対する対策を提案している。特許文献１は炭化物を起点として生成したミクロボイドが割れ起点であるとして、この炭化物の粒径を大きくしてミクロボイドの連結を抑制することを目的としている。同様の考えで、特許文献２も炭化物粒径を大きくすることを提案している。さらに、特許文献２は、鋼板中の（圧延時に）延伸したＭｎＳが割れ起点になることに着目して、鋼中ＭｎＳの生成を抑制するためにＣａを含有することを提示している。特許文献３は延伸した酸化物系介在物（ＡＳＴＭ−Ｄ法のＢ系）と非延伸酸化物系介在物（ＡＳＴＭ−Ｄ法のＤ系）が鍛造性を悪化させる原因として、それらの大きさと、長さと、数の総量とをＡＳＴＭ−Ｄ法の分類に基づき規定している。【０００９】
しかし、上記の従来技術では、加工性、そして加工後の製品の靭性について次の課題が残る。【００１０】
特許文献１に記載される鋼では、炭化物の粒径を制御することで打ち抜き加工性を改善しているが、介在物の組成または形態を制御していないので、鋼の圧延時に延伸したＭｎＳが鋼中に残存している。このため、この鋼では、より複雑な形状に加工するための厳しい加工条件における加工時に、延伸ＭｎＳ（加工方向に延伸しているのでＡ系介在物に分類される）が起点となって割れが発生する。割れが生じることなく製造できた場合も、延伸したＭｎＳが製品中に残存すると、加工後の製品の靭性が低下する。【００１１】
特許文献２に記載される鋼では、Ｃａを含有することによりＭｎＳの形状が球状化するので、Ａ系介在物の存在個数が低減される。しかし、本発明者らの検討によれば、特許文献２に記載される鋼では、Ａ系介在物が減少する代わりに、加工方向に集団をなして不連続的に粒状に並んだ介在物（以後、Ｂ系介在物と呼ぶ）や、不規則に分散する介在物（以後、Ｃ系介在物と呼ぶ）が、鋼中に多数残存することが見出された。そして、これらが破壊起点となり、加工性および製品の靭性が悪化することが見出された。また、特許文献２に記載される鋼では、Ｔｉを含有させている。しかし、鋼中に粗大なＴｉ含有炭窒化物（Ｃ系介在物に分類される）が単独で生成する場合、このＴｉ含有炭窒化物が割れ起点となり、加工性や靭性が劣化し易いという問題がある。【００１２】
特許文献３は、延伸酸化物系介在物および非延伸酸化物系介在物の大きさと、長さと、数の総量とを規定しているが、この規定を実現するための具体的な方策を示していない。【００１３】
特許文献４では、Ｃａおよび／またはＲＥＭの添加によって介在物個数密度を制御している。しかし、特許文献４に記載の鋼のＣ含有量は０．０８質量％〜０．２２質量％であり、複雑な形状を有する機械構造部品の材料として用いた場合、強度（引張強さ、耐摩耗性、および硬度など）が不足する場合がある。Ｃを０．２５質量％超含有することが求められる鋼において介在物個数密度を好ましい水準に制御するための方法が、特許文献４には示されていない。【００１４】
本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、Ｃを質量％で０．２５％超０．５０％未満含有し、ギア類をはじめとする複雑形状の製品の製造に適するような加工性を有する炭素鋼板の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、鋼板の加工性、および製品の靭性等の特性を劣化させる主要割れ起点として、鋼中のＡ系、Ｂ系、およびＣ系の各介在物に着目した。これらＡ系、Ｂ系、およびＣ系の各介在物の含有量を低減することで、加工性に優れる鋼板が提供される。そして、割れ起点となる介在物が少ない本発明による鋼板を使用して製造した製品は、高い靭性を有する。このように、介在物を低減することは、鋼板の加工性と共に（鋼板を素材として製造した）製品の靭性を向上させることができる。
本発明の要旨は、以下の通りである。【００１６】
（１）本発明の一態様に係る鋼板は、化学成分が、質量％で、Ｃ：０．２５％超０．５０％未満、Ｓｉ：０．１０％〜０．６０％、Ｍｎ：０．４０％〜０．９０％、Ａｌ：０．００３％〜０．０７０％、Ｃａ：０．０００５％〜０．００４０％、ＲＥＭ：０．０００３％〜０．００５０％、Ｃｕ：０％〜０．０５％、Ｎｂ：０％〜０．０５％、Ｖ：０％〜０．０５％、Ｍｏ：０％〜０．０５％、Ｎｉ：０％〜０．０５％、Ｃｒ：０％〜０．５０％、Ｂ：０％〜０．００５０％、を含有し、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．００７０％以下、Ｔｉ：０．０５０％以下、Ｏ：０．００４０％以下、Ｎ：０．００７５％以下、に制限し、残部が鉄及び不純物からなり、前記化学成分中の各元素の質量％で示した含有量が、下記の式１と下記の式２とを同時に満たし、単独で存在する、長辺が５μｍ以上であるＴｉ含有炭窒化物の個数密度が５個／ｍｍ２以下に制限され、アスペクト比が３．０以上の介在物であるＡ系介在物の個数密度が６個／ｍｍ２以下であり、加工方向に沿って３個以上の介在物が整列してなる介在物群であって、前記介在物同士の離間距離が５０μｍ以下である介在物群を形成し、且つアスペクト比が３．０未満である前記介在物であるＢ系介在物と、アスペクト比が３．０未満であり、ランダムに分布する介在物であるＣ系介在物との合計個数密度が６個／ｍｍ２以下であり、前記Ｂ系介在物及び前記Ｃ系介在物であり、且つ最大長さが２０μｍ以上である粗大介在物の個数密度が６個／ｍｍ２以下である。
０．３０００≦｛Ｃａ／４０．８８＋（ＲＥＭ／１４０）／２｝／（Ｓ／３２．０７）  ・・・（式１）
Ｃａ≦０．００５８−０．００５０×Ｃ  ・・・（式２）
（２）上記（１）に記載の鋼板は、前記化学成分が、さらに、質量％で、Ｃｕ：０．０１％〜０．０５％、Ｎｂ：０．０１％〜０．０５％、Ｖ：０．０１％〜０．０５％、Ｍｏ：０．０１％〜０．０５％、Ｎｉ：０．０１％〜０．０５％、Ｃｒ：０．０１％〜０．５０％、Ｂ  ：０．００１０％〜０．００５０％、のうちの１種以上を含有してもよい。
（３）上記（１）または（２）に記載の鋼板は、さらに、Ａｌ、Ｃａ、Ｏ、Ｓ、及びＲＥＭを含む複合介在物と、この複合介在物の表面に前記Ｔｉ含有炭窒化物が付着した介在物とを含んでもよい。
（４）上記（１）または（２）に記載の鋼板は、前記化学成分中の前記各元素の質量％で示した含有量が、下記の式３を満たしてもよい。
１８×（ＲＥＭ／１４０）−Ｏ／１６≧０  ・・・（式３）
（５）上記（３）に記載の鋼板は、前記化学成分中の前記各元素の質量％で示した含有量が、下記の式４を満たしてもよい。
１８×（ＲＥＭ／１４０）−Ｏ／１６≧０  ・・・（式４）
【発明の効果】
【００１７】
本発明の上記態様によれば、鋼中のＡ系介在物の個数密度と、Ｂ系介在物の個数密度と、Ｃ系介在物の個数密度と、粗大であり角形状を有し且つ単独で存在するＴｉ含有炭窒化物の個数密度とを低減することで、打ち抜き加工性、穴拡げ性、および鍛造性等の加工性に優れ、かつ加工後の靭性にも優れた鋼板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】Ｓに結合するＣａおよびＲＥＭの化学当量の合計値と、Ａ系介在物の個数密度との関係を示すグラフである。
【図２】鋼中のＣａ含有量と、Ｂ系介在物及びＣ系介在物の合計の個数密度との関係を示すグラフである。
【図３】鋼中のＣ含有量と鋼の引張強さとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な実施形態について説明する。ただし、本発明は本実施形態に開示の構成のみに限定されない。本発明は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００２０】
まず、本実施形態に係る鋼板に含まれる介在物について説明する。
【００２１】
鋼板の加工性を低下させる原因として、非金属介在物および炭窒化物等が挙げられる。これらは、鋼板に応力が加わった場合に、鋼板の割れの起点となる。介在物とは、溶鋼中に存在するか、あるいは溶鋼の凝固時に生成する酸化物および硫化物などである。介在物のサイズ（長辺）は、数μｍから、圧延によって延伸した場合には数百μｍに及ぶ。したがって、鋼板の加工性を向上させるためには、介在物の含有量を低減することが重要である。このように、鋼板中の介在物のサイズが小さく、個数も少ない状態、すなわち鋼板の「清浄性が高い」状態が好ましい。
【００２２】
介在物はその形状や分布状態などが多様であるが、例えばＪＩＳ  Ｇ  ０５５５において介在物はＡ系介在物、Ｂ系介在物、およびＣ系介在物と区別されている。本実施形態では、以後、次に示す定義に従い介在物を３種類に分類する。
Ａ系介在物：鋼中の非金属介在物のうち、加工によって粘性変形したものである。高延伸性を有し、加工を受けた鋼板においては加工方向に沿って延伸していることが多い。本実施形態では、アスペクト比（長径／短径）が３．０以上である介在物をＡ系介在物と定義する。
Ｂ系介在物：鋼中の非金属介在物のうち、加工方向に集団をなして不連続的に粒状の介在物がならんだものであり、角張った形状を有する場合が多く、低延伸性である。本実施形態では、加工方向に沿って３個以上の介在物が整列してなる介在物群であって、介在物同士の離間距離が５０μｍ以下である介在物群を形成し、且つアスペクト比（長径／短径）が３．０未満である介在物をＢ系介在物と定義する。
Ｃ系介在物：粘性変形をしないで不規則に分散するものであり、角張った形状または球状形状を有する場合が多く、低延伸性である。本実施形態では、アスペクト比（長径／短径）が３．０未満であり、ランダムに分布する介在物をＣ系介在物と定義する。
非常に硬く、且つ角形状であるＴｉ含有炭窒化物は、一般的にはこのＣ系介在物に分類されるが、本実施形態においてはＣ系介在物とは区別される場合がある。Ｔｉ含有炭窒化物は、単独で存在する場合、鋼板の特性に与える影響がその他のＣ系介在物（Ｔｉ含有炭窒化物ではないＣ系介在物）と比較して大きい。ここで「単独で存在するＴｉ含有炭窒化物」とは、Ｔｉを含有しない介在物に付着していない状態で存在するＴｉ含有炭窒化物を示す。一方、Ｔｉ含有炭窒化物が他の介在物（例えばＡｌ、Ｃａ、Ｏ、Ｓ、及びＲＥＭを含む複合介在物）に付着した状態で存在する場合、Ｔｉ含有炭窒化物が鋼板の特性に与える影響は、その他のＣ系介在物と比較して同水準になる。本実施形態において、他の介在物に付着しているＴｉ含有炭窒化物は、Ｔｉ含有炭窒化物ではないＣ系介在物であるとみなされる。
本実施形態において、「Ｃ系介在物の個数密度」とは、「Ｔｉ含有炭窒化物ではないＣ系介在物（Ｃ系介在物にＴｉ含有炭窒化物が付着するものを含む）の個数密度」と、「単独で存在しているＴｉ含有炭窒化物の個数密度」との合計である。Ｔｉ含有炭窒化物は、その形状およびその色調により他のＣ系介在物と区別することが可能である。
【００２３】
なお、本実施形態に係る鋼板では、粒径（形状が略球状の介在物の場合）または長径（変形している介在物の場合）が１μｍ以上の介在物のみを考慮する。粒径または長径が１μｍ未満の介在物は、たとえ鋼中に含まれていても、鋼の加工性に与える影響が小さいので、本実施形態ではこのような介在物を考慮しない。また、上記した長径とは、観察面上の介在物の断面輪郭での、隣り合わない各頂点を結ぶ線分のうちの最大長となる線分と定義する。同様に、上記した短径とは、観察面上の介在物の断面輪郭での、隣り合わない各頂点を結ぶ線分のうちの最小長となる線分と定義する。また、後述する長辺とは、観察面上の介在物の断面輪郭での、隣り合う各頂点を結ぶ線分のうちの最大長となる線分と定義する。以降、「粒径（形状が略球状の介在物の場合）または長径（変形している介在物の場合）」との記載を「粒径または長径」と略す場合がある。
【００２４】
従来、鋼中の介在物の存在量および／または形態の制御のために、Ｃａおよび／またはＲＥＭ（Ｒａｒｅ  Ｅａｒｔｈ  Ｍｅｔａｌ）の添加が行われてきた。上述のように、本発明者らも、質量％で、Ｃを０．０８％〜０．２２％含有する構造用厚鋼板にＣａとＲＥＭとを添加することで、鋼中に生成する酸化物（介在物）を高融点相と低融点相との混合相に制御し、この酸化物（介在物）が圧延中に延伸することを防止し、そして、連続鋳造ノズルの溶損や内部介在物欠陥を発生させないようにした技術を、特許文献４で提案している。
【００２５】
本発明者らは、さらに、質量％で、Ｃを０．２５％超０．５０％未満を含有する鋼に関しても、ＣａとＲＥＭとを含有させることで、上記のＡ系介在物と、Ｂ及びＣ系介在物とを減らす条件について検討した。その結果、Ａ系介在物と、Ｂ及びＣ系介在物とを同時に減らすことができる条件を見出した。その具体的な内容を以下に示す。
【００２６】
（Ａ系介在物について）
本発明者らは、質量％で、Ｃを０．２５％超０．５０％未満を含有する鋼に対して、さらにＣａとＲＥＭとを含有させることについて検討した。その結果、化学成分中の各元素の質量％で示した含有量が、下記の式Ｉを満たすときに、鋼中のＡ系介在物、特に、Ａ系介在物を構成するＭｎＳを大きく低減できることを見出した。
【００２７】
０．３０００≦｛Ｃａ／４０．８８＋（ＲＥＭ／１４０）／２｝／（Ｓ／３２．０７）  ・・・（式Ｉ）
【００２８】
以下、この知見の基となった実験について説明する。
真空溶解炉で、Ｃ含有量が、質量％で、０．４５％であり、そして、トータルＯ（Ｔ．Ｏ．）、Ｎ、Ｓ、Ｃａ、及びＲＥＭの含有量を表１に示す範囲で種々変更した化学成分を有する複数種類の鋼を、５０ｋｇインゴットとして作製した。これらのインゴットを、５ｍｍ厚となるように、仕上圧延温度が８６０℃の条件で熱間圧延し、そして、空冷して熱延鋼板を得た。
【００２９】
この熱延鋼板の圧延方向と板厚方向とに平行な断面を観察面として、熱延鋼板中の介在物を、光学顕微鏡により倍率４００倍（ただし、介在物形状を詳細に測定する際は倍率１０００倍）で、合計６０視野にて観察した。各観察視野で、粒径（形状が球状の介在物の場合）または長径（変形している介在物の場合）が１μｍ以上の介在物を観察し、それらの介在物を、Ａ系介在物、Ｂ系介在物、Ｃ系介在物に分類し、それらの個数密度を計測した。また、Ｃ系介在物のうち、単独で存在する角形状のＴｉ含有炭窒化物の個数密度も計測した。また、ＥＰＭＡ（電子線マイクロ分析、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｒｏｂｅ  Ｍｉｃｒｏ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）、またはＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分析、Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−Ｒａｙ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）を備えるＳＥＭ（走査型電子顕微鏡、Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いて熱延鋼板の金属組織を観察すれば、介在物中の、Ｔｉ含有炭窒化物、ＲＥＭ含有複合介在物、ＭｎＳ、及びＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３系介在物などを同定することが可能である。
【００３０】
加えて、上記で得られた熱延鋼板の加工性の指標として、室温（約２５℃）におけるシャルピー衝撃値を測定した。シャルピー衝撃値は鋼板の靭性を示す数値である。鋼板中に、割れ起点となる介在物が多いほど、または介在物のサイズが大きいほど、シャルピー衝撃値が低下する。つまり、シャルピー衝撃値と加工性との間には強い相関がある。実際に各種加工を行った場合、割れが発生する限界ひずみの値自体はそれぞれの加工方法に依存し変化するが、シャルピー衝撃値と相関がある。
【００３１】
上記実験の結果、シャルピー衝撃値と、介在物の個数密度とが、相関関係を有することが判明した。具体的には、鋼中のＡ系介在物の個数密度が６個／ｍｍ２を超えると、シャルピー衝撃値が急激に悪化することが明らかになった。また、Ｂ系介在物及びＣ系介在物の個数密度が、合計で、６個／ｍｍ２を超えても、衝撃値が急激に悪化することが明らかになった。加えて、Ｃ系介在物であるＴｉ含有炭窒化物について、単独で存在する、長辺が５μｍ以上である粗大なＴｉ含有炭窒化物の個数密度が５個／ｍｍ２を超えると、衝撃値が急激に悪化することが明らかになった。
【００３２】
【表１】
0005920531.tif 000002
【００３３】
次いで発明者らは、上述のような介在物個数密度を達成するための具体的な方法について検討した。
鋼中で、ＣａはＳと結合してＣａＳを形成し、ＲＥＭはＳ及びＯと結合してＲＥＭ２Ｏ２Ｓ（オキシサルファイド）を形成すると想定される。Ｓと結合するＣａおよびＲＥＭの化学当量の合計Ｒ１は、Ｓの原子量を３２．０７、Ｃａの原子量を４０．８８、ＲＥＭの原子量を１４０とし、そして、化学成分中の各元素の質量％で示した含有量を用いて、
Ｒ１＝｛Ｃａ／４０．８８＋（ＲＥＭ／１４０）／２｝／（Ｓ／３２．０７）と表現することができる。
【００３４】
そこで、上記した各熱延鋼板で測定されたＡ系介在物の個数密度と、各熱延鋼板の上記Ｒ１との関係を調査した。その結果を図１に示す。図１中で、丸印は、Ｃａを含有し、ＲＥＭを含有しない化学成分（以後、Ｃａ単独含有と呼ぶ）を有する鋼の結果を示し、また、四角印（図１中では「ＲＥＭ＋Ｃａ」と説明されている）は、Ｃａを含有し、ＲＥＭも含有する化学成分（以後、ＲＥＭ及びＣａの複合含有と呼ぶ）を有する鋼の結果を示す。なお、Ｃａ単独含有の場合、上記Ｒ１を、ＲＥＭ含有量が０であるとして計算した。この図１より、Ｃａ単独含有の場合と、ＲＥＭ及びＣａの複合含有の場合との両方において、Ａ系介在物の個数密度と上記Ｒ１との間に相関関係があることがわかった。
【００３５】
具体的には、上記Ｒ１の値が０．３０００以上となるとき、Ａ系介在物の個数密度が低減し、その個数密度が６個／ｍｍ２以下となる。その結果、シャルピー衝撃値が向上する。
なお、Ｃａ単独含有の場合の方が、ＲＥＭ及びＣａの複合含有の場合よりも、鋼中のＡ系介在物の長径が長くなる。Ｃａ単独含有の場合、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３系の低融点酸化物がＡ系介在物として生成し、この酸化物が圧延時に延伸しているためと考えられる。したがって、鋼板の特性に悪影響を与える介在物の長径も考慮すると、Ｃａ単独含有より、ＲＥＭ及びＣａの複合含有が好ましい。
【００３６】
これらの結果から、上記の式Ｉを満たす条件で、かつ、ＲＥＭ及びＣａの複合含有の場合に、好ましく鋼中のＡ系介在物の個数密度を６個／ｍｍ２以下に低減することができることが分かった。
なお、Ｒ１の値が１．０００であるとき、平均組成として、鋼中のＳに結合する１当量のＣａとＲＥＭとが鋼中に存在することになる。しかし実際には、Ｒ１の値が１．０００であっても、デンドライト樹枝間のミクロ偏析部にＭｎＳが生成するおそれがある。Ｒ１の値が２．０００以上であるとき、デンドライト樹枝間のミクロ偏析部でのＭｎＳ生成を好ましく防止できる。一方、ＣａおよびＲＥＭを多量に含有させることにより、Ｒ１の値が５．０００を超えると、最大長が２０μmを超える粗大なＢ系またはＣ系介在物が生成する傾向がある。よって、Ｒ１の値は５．０００以下であることが好ましい。すなわち、上記の式Ｉの右辺の上限値は、５．０００であることが好ましい。
【００３７】
（Ｂ系介在物及びＣ系介在物について）
上記したように、熱延鋼板の上記観察面を観察して、アスペクト比（長径／短径）が３未満であり、粒径または長径が１μｍ以上であるＢ系介在物及びＣ系介在物の個数密度を計測した。その結果、Ｃａ単独含有の場合、またはＲＥＭ及びＣａの複合含有の場合のいずれでも、Ｃａ含有量が多いほど、Ｂ系介在物及びＣ系介在物の個数密度が増加することを発明者らは見出した。一方、ＲＥＭ含有量は、これらの介在物の個数密度に大きく影響しないことを発明者らは見出した。
【００３８】
図２に、Ｃａ単独含有の場合、そしてＲＥＭ及びＣａの複合含有の場合の、鋼中のＣａ含有量と、Ｂ系介在物及びＣ系介在物の合計の個数密度との関係を示す。図２中で、丸印は、Ｃａ単独含有の結果を示し、また、四角印（図２中では「ＲＥＭ＋Ｃａ」と説明されている）は、ＲＥＭ及びＣａの複合含有の結果を示す。この図２より、Ｃａ単独含有の場合、またはＲＥＭ及びＣａの複合含有の場合のいずれも、鋼中のＣａ含有量が増加すると、Ｂ系介在物及びＣ系介在物の合計の個数密度が増加することがわかった。また、Ｃａ単独含有の場合のＣａ含有量とＲＥＭ及びＣａの複合含有の場合のＣａ含有量とを同じＣａ含有量で比較すると、Ｂ系介在物及びＣ系介在物の合計の個数密度は、ほぼ同等の値となった。つまり、鋼にＲＥＭ及びＣａを複合的に含有させても、このＲＥＭは、Ｂ系介在物及びＣ系介在物の合計の個数密度に影響を与えないことがわかった。
【００３９】
上述したように、Ａ系介在物を低減するためには、上記の範囲内で、鋼中のＣａ含有量とＲＥＭ含有量とを高めることが好ましい。一方で、Ａ系介在物を減らすためにＣａ含有量を増加させると、上述したように、Ｂ系介在物及びＣ系介在物が増加してしまうという問題が生じる。すなわち、Ｃａ単独含有の場合、Ａ系介在物と、Ｂ系介在物及びＣ系介在物とを、同時に低減することができない。これに対して、ＲＥＭ及びＣａの複合含有の場合、Ｓに結合するＲＥＭとＣａとの化学当量（Ｒ１の値）を確保しながら、Ｃａ含有量を減らすことができるので好ましい。すなわち、ＲＥＭ及びＣａの複合含有の場合、Ｂ系介在物及びＣ系介在物の合計の個数密度を増加させることなく、Ａ系介在物の個数密度を好ましく減らすことができることが判明した。
【００４０】
このように、Ｂ系介在物及びＣ系介在物の合計の個数密度がＣａ含有量に依存する理由は、次のように推察される。
【００４１】
上述のように、Ｃａ単独含有の場合、鋼中にＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３系介在物が生成する。この介在物は低融点酸化物であるので、溶鋼中で液相であり、溶鋼中で凝集および合体しない傾向がある。つまり、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３系介在物を溶鋼から浮上分離することが難しい。そのため、大きさが数μｍとなるこの介在物が鋳片内に多数分散して残存するので、Ｂ系介在物及びＣ系介在物の合計の個数密度が増加する。
【００４２】
また、上述の通り、ＲＥＭ及びＣａの複合含有の場合も、そのＣａ含有量に応じて、同様に、Ｂ系介在物及びＣ系介在物の合計の個数密度が増加する。ＲＥＭ含有率が高い介在物の融点は、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３系介在物の融点よりも高く、ＲＥＭ含有率が高い介在物は溶鋼中で固体として存在する。しかし、ＲＥＭ及びＣａの複合含有の場合、ＲＥＭ含有率が高い介在物を核として、その周囲に、Ｃａ含有率が高い介在物が生成する。この介在物をＣａ−ＲＥＭ複合介在物と称する。この場合においても、Ｃａ含有率が高い介在物は溶鋼中で液相状態である。すなわち、Ｃａ−ＲＥＭ複合介在物の表面は溶鋼中で液相であり、その凝集・合体挙動は、Ｃａ単独含有時に生成するＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３系介在物と類似すると推察される。そのため、Ｃａ−ＲＥＭ複合介在物が鋳片内に多数分散して残存し、Ｂ系介在物及びＣ系介在物の合計の個数密度が増加すると考えられる。
【００４３】
なお、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３系介在物は、その粒径または長径が約４μｍを超えると、圧延によって延伸してＡ系介在物となる。一方、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３系介在物は、その粒径または長径が約４μｍ未満である場合、圧延によってほとんど延伸しない（長径／短径比が３未満にとどまる）ので、圧延後にＢ系介在物またはＣ系介在物となる。また、ＲＥＭ及びＣａの複合含有の場合に生成されるＲＥＭ含有率が高い介在物は、圧延によってほとんど延伸しない。さらに、ＲＥＭ含有率が高い介在物の周囲に生成されるＣａ含有率が高い介在物も、圧延時にほとんど延伸しない。すなわち、ＲＥＭとＣａの複合含有の場合、ＲＥＭ含有率が高い介在物がＣａ含有率が高い介在物の延伸を防ぐので、介在物はＢ系介在物またはＣ系介在物が主となる。
【００４４】
また、本発明者らは、Ｂ系介在物及びＣ系介在物の個数密度が、鋼のＣ含有量にも影響を受けることを見出した。以下、鋼のＣ含有量が与えるこの影響について説明する。
【００４５】
Ｃ含有量が、質量％で、０．２６％であるインゴットを作製し、上述と同方法の実験を行って、Ｂ系介在物及びＣ系介在物の個数密度を測定した。そして、Ｃ含有量が０．２６％である鋼の実験結果と、上記したＣ含有量が０．４５％である鋼の実験結果とを比較した。
【００４６】
この比較の結果、Ｂ系介在物及びＣ系介在物の合計の個数密度は、Ｃａ含有量とＣ含有量とに対する相関関係を有することが明らかとなった。具体的には、同一のＣａ含有量でも、Ｃ含有量が高いほど、Ｂ系介在物及びＣ系介在物の合計の個数密度が増加することを本発明者らは見出した。さらに具体的には、Ｂ系介在物及びＣ系介在物の合計の個数密度を６個／ｍｍ２以下にするためには、化学成分中の各元素の質量％で示した含有量を、下記の式ＩＩで表わされる範囲に制御する必要があることを見出した。
【００４７】
Ｃａ≦０．００５８−０．００５０×Ｃ  ・・・（式ＩＩ）
【００４８】
この式ＩＩは、Ｃａ含有量の上限値をＣ含有量により変化させる必要があること、すなわち、Ｃ含有量が高くなるほどＣａ含有量の上限値を低下させる必要があることを示している。なお、上記の式ＩＩの下限値は、特に限定されるものではないが、質量％でのＣａ含有量の下限値である０．０００５が上記の式ＩＩの右辺の実質的な下限値となる。
【００４９】
Ｃ含有量が高くなるほど、Ｂ系介在物及びＣ系介在物の合計の個数密度が増加する理由は、溶鋼中のＣ濃度が高くなるほど、液相線温度から固相線温度までの凝固温度範囲が広くなり、デンドライト組織の長さが増大することに起因すると考えられる。すなわち、デンドライト組織が長く発達する結果、デンドライト樹枝間に介在物が捕捉され易くなる（デンドライト樹枝間から、バルク溶鋼中に排出されにくくなる）ためであると推定される。したがって、Ｃ含有量が高く、これにより凝固中のデンドライト組織が長く発達しやすい鋼ほど、上記の式ＩＩを満たすように、Ｃａ含有量の上限を低くする必要が生じる。
なお、上述した炭素濃度範囲（Ｃ：０．２５％超０．５０％未満）を有する鋼の凝固時の相は、平衡状態図によると、包晶温度以上では液相＋δ相であり、包晶温度以下では液相＋γ相である。つまり、包晶温度を境に、Ｓ等の溶質元素のミクロ偏析度が異なる。ここで着目すべきは、界面活性元素であるので介在物捕捉に影響するＳの固液分配係数は、相が液相＋δ相である場合よりも、相が液相＋γ相である場合の方が小さいということである。Ｓの固液分配係数が小さい場合、固相に分配されるＳの量が少なくなり、液相に分配されるＳの量が多くなる。液相に、界面活性元素であるＳが多く分配された場合、液相と固相との間の界面エネルギーが低下するので、介在物が液相と固相との間の界面に捕捉されやすくなる。
鋼の温度が包晶温度以下（即ち、鋼の相が液相＋γ相）である場合、Ｓが比較的多く液相に分配される。これにより、デンドライト樹枝（γ相）の間のＳのミクロ偏析度が高くなる。したがって、包晶温度以下では特に介在物が捕捉されやすいと予想される。そして、Ｃ濃度が高いほどδ相が減少し、且つγ相が増加するので、介在物がデンドライト樹枝間に捕捉されやすくなる。式ＩＩは、この効果も含めた評価、および観察結果に基づいて決定された。式ＩＩは、鋼中のＣ濃度が包晶点よりも高い０．２５％超０．５０％未満である場合に成立する。
【００５０】
以上のように、Ｃ含有量に応じて、ＲＥＭとＣａとを適正量含有させることにより、Ａ系介在物と、Ｂ系介在物及びＣ系介在物とのいずれをも、効果的に低減することができることが分かった。これらの知見に加えて、本発明者らは、さらに、割れ起点になりやすいＴｉ含有炭窒化物の形態についても検討した。
【００５１】
（Ｔｉ含有炭窒化物について）
合金やスクラップ等の副原料からＴｉが混入すると、鋼中にＴｉＮなどのＴｉ含有炭窒化物が生成する。このＴｉ含有炭窒化物は、その硬度が高く、さらにその形状が角形状である。そのため、鋼中に単独で粗大なＴｉ含有炭窒化物が生成すると、この炭窒化物が破壊の起点となり易いので、鋼のシャルピー衝撃値、ひいては加工性が劣化する。
【００５２】
上述したように、Ｔｉ含有炭窒化物の含有量と鋼板の加工性との関係を検討した結果、単独で存在する、長辺の長さが５μｍ以上であるＴｉ含有炭窒化物の個数密度が５個／ｍｍ２以下であれば、破壊が起きにくくなり、加工性の劣化が防止できることが分かった。ここで、Ｔｉ含有炭窒化物には、Ｔｉ炭化物、Ｔｉ窒化物、Ｔｉ炭窒化物のほか、選択元素であるＮｂを含有する場合のＴｉＮｂ炭化物、ＴｉＮｂ窒化物、ＴｉＮｂ炭窒化物なども含まれる。
【００５３】
このような粗大なＴｉ含有炭窒化物を減らすためには、Ｔｉ含有量を低減することが考えられる。しかし、本実施形態に係る鋼のＣ濃度範囲では、Ｔｉ含有量が微量であってもＴｉ含有炭化物が生成しやすく、さらに、一旦生成したＴｉ含有炭窒化物は、鋼の加熱処理中に粗大化し易い。つまり、Ｃ濃度が０．２５％超０．５０％未満である場合、たとえ鋼の成分としてＴｉを含有させなかったとしても、不純物として混入したＴｉに起因して、Ｔｉ含有炭窒化物の個数密度が５個／ｍｍ２超となり、鋼の加工性が低下する場合がある。この問題を解決するための手段として、製造段階におけるＴｉ混入を防止し、Ｔｉ含有量を１０ｐｐｍ程度に抑制することが考えられる。しかし、設備能力および製造効率を考慮すると、このような手段の採用は好ましくない。
そこで、このような粗大なＴｉ含有炭窒化物に起因する悪影響を減らすための別の手段について検討した結果、ＲＥＭ及びＣａの複合含有が有効であることが本発明者らによって見出された。
ＲＥＭ及びＣａの複合含有が行われた場合、まずＡｌ、Ｃａ、Ｏ、Ｓ、及びＲＥＭを含む複合介在物が鋼中に生成し、このＲＥＭ含有複合介在物上に優先的に、Ｔｉ含有炭窒化物が複合析出する。ＲＥＭ含有複合介在物上にＴｉ含有炭窒化物を優先的に複合析出させることにより、鋼中に単独で生成する角形状のＴｉ含有炭窒化物を少なくすることができる。つまり、長辺の長さが５μｍ以上である粗大な単独のＴｉ含有炭窒化物の個数密度を好ましく５個／ｍｍ２以下に減少させることができる。
【００５４】
このＲＥＭ含有複合介在物上に複合析出したＴｉ含有炭窒化物は、破壊の起点になりにくい。この理由は、Ｔｉ含有炭窒化物がＲＥＭ含有複合介在物上に複合析出することで、このＴｉ含有炭窒化物の角形状部が少なくなるためと考えられる。例えば、Ｔｉ含有炭窒化物は、その形状が立方体もしくは直方体なので、鋼中に単独で存在する場合、Ｔｉ含有炭窒化物の８ヶ所の角の全てがマトリックスに接する。角は破壊の起点となるので、８ヶ所の角を有するＴｉ含有炭窒化物は、８ヶ所の破壊の起点を有する。これに対し、Ｔｉ含有炭窒化物がＲＥＭ含有複合介在物上に複合析出して、例えば、Ｔｉ含有炭窒化物の半分だけがマトリックスに接する場合、Ｔｉ含有炭窒化物の４ヶ所だけがマトリックスに接する。つまり、マトリックスに接するＴｉ含有炭窒化物の角は８ヶ所から４ヶ所に減ることになる。その結果、Ｔｉ含有炭窒化物に起因する破壊の起点が８ヶ所から４ヶ所に減ることになる。
【００５５】
また、Ｔｉ含有炭窒化物がＲＥＭ含有複合介在物上に優先的に複合析出し易い理由は、ＲＥＭ複合介在物の特定の結晶面にＴｉ含有炭窒化物が析出していることから鑑みて、ＲＥＭ複合介在物の特定の結晶面とＴｉ含有炭窒化物との格子整合性が良好であるためと推定される。
Ｔｉ含有炭窒化物とＲＥＭ含有介在物との複合物（すなわち、Ａｌ、Ｃａ、Ｏ、Ｓ、及びＲＥＭを含む複合介在物の表面にＴｉ含有炭窒化物が付着した介在物）は、単独で存在するＴｉ含有炭窒化物よりも鋼板の諸特性に及ぼす悪影響が少ないので、単独で存在するＴｉ含有炭窒化物ではないＣ系介在物であると見なされる。
【００５６】
次に、本実施形態に係る鋼板の化学成分について説明する。
【００５７】
まず、本実施形態に係る鋼板の基本成分について、数値限定範囲とその限定理由とについて説明する。ここで、記載する％は、質量％である。
【００５８】
（Ｃ：０．２５％超０．５０％未満）
Ｃ（炭素）は、鋼板の強度（硬度）を確保するうえで重要な元素である。Ｃ含有量を０．２５％超とすることにより、鋼板の強度を確保する。Ｃ含有量が０．２５％以下では、鋼板の焼入れ性が低下するので、この鋼板を素材として製造する製品、例えばギア類等に必要な強度が得られない。一方、Ｃ含有量が０．５０％以上になると、加工性を確保する熱処理に長時間を要するので、熱処理を長時間化しなければ鋼板の加工性が悪化するおそれがある。さらに、Ｃ含有量が増大すると、Ｂ系介在物及びＣ系介在物の合計の個数密度が増加する。この原因は、Ｃ含有量が高い場合、溶鋼の凝固の際にデンドライト組織が長く発達し、デンドライト樹枝間に介在物が捕捉されやすくなるからであると推定される。よって、Ｃ含有量を０．２５％超０．５０％未満に制御する。
なお、Ｃ含有量の好ましい下限値は０．２７％である。一般に、Ｃ含有量が高いほど、熱処理（焼入れ及び焼き戻し）を行った後の硬度および引張強さが増加する。特に、Ｃ含有量が０．２７％以上であると、焼入れおよび低温焼き戻し処理を行った後に、１３００ＭＰａ以上の強度を十分に確保できる。図３は、Ｃ含有量と引張強さとの関係を示すグラフである。本発明者らは、Ｃ含有量以外の条件を本実施形態に係る鋼板の条件を満たすようにし、且つＣ含有量を様々に異ならせた鋼板の引張強さを測定した。その結果、Ｃ含有量が０．２７％以上である場合、鋼板が確実に１３００ＭＰａの引張強さを有することが明らかになった。さらに本実施形態に係る鋼板では、Ｃ含有量の下限を、好ましくは０．３０％、Ｃ含有量の上限を、好ましくは０．４８％とする。
【００５９】
（Ｓｉ：０．１０％〜０．６０％）
Ｓｉ（ケイ素）は、脱酸剤として作用し、また、焼入れ性を高めて鋼板の強度（硬度）を向上させるのに有効な元素である。Ｓｉ含有量が０．１０％未満では、上記含有効果が得られない。一方、Ｓｉ含有量が０．６０％を超えると、熱間圧延時のスケール疵に起因する鋼板の表面性状の劣化を招くおそれがある。よって、Ｓｉ含有量を０．１０％〜０．６０％に制御する。Ｓｉ含有量の下限を、好ましくは０．１５％、Ｓｉ含有量の上限を、好ましくは０．５５％とする。
【００６０】
（Ｍｎ：０．４０％〜０．９０％）
Ｍｎ（マンガン）は、脱酸剤として作用する元素であるとともに、焼入れ性を高めて鋼板の強度（硬度）を向上させるのに有効な元素である。Ｍｎ含有量が０．４０％未満では、その効果が十分得られない。一方、Ｍｎ含有量が０．９０％を超えると、鋼板の加工性が劣化するおそれがある。よって、Ｍｎ含有量を０．４０％〜０．９０％に制御する。Ｍｎ含有量の下限を、好ましくは０．５０％、Ｍｎ含有量の上限を、好ましくは０．７５％とする。
【００６１】
（Ａｌ：０．００３％〜０．０７０％）
Ａｌ（アルミニウム）は、脱酸剤として作用する元素であるとともに、Ｎを固定することで鋼板の加工性を高めるのに有効な元素である。Ａｌ含有量が０．００３％未満では、上記含有効果が十分に得られないので、０．００３％以上を含有させる必要がある。一方、Ａｌ含有量が０．０７０％を超えると、上記含有効果は飽和し、さらに、粗大な介在物が増加する。この粗大な介在物によって、加工性が劣化する、または表面疵が発生し易くなるおそれがある。よって、Ａｌ含有量を０．００３％〜０．０７０％に制御する。Ａｌ含有量の下限を、好ましくは０．０１０％とし、Ａｌ含有量の上限を、好ましくは０．０４０％とする。
【００６２】
（Ｃａ：０．０００５％〜０．００４０％）
Ｃａ（カルシウム）は、介在物の形態を制御し、これにより鋼板の加工性を向上させるために有効な元素である。Ｃａ含有量が０．０００５％未満では、上記効果が十分に得られない。介在物の形態の制御はＲＥＭによっても可能であるが、Ｃａ含有量が０．０００５％未満では、後述のＲＥＭを単独含有させた時と同様に、連続鋳造時にノズル詰まりが生じることにより操業の安定が妨げられ、さらに、高比重介在物が鋳片の下面側に堆積することにより鋼板の加工性が劣化するおそれがある。一方、Ｃａ含有量が０．００４０％を超えると、例えば、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３系介在物などの粗大な低融点酸化物、および／またはＣａＳ系介在物など圧延時に延伸し易い介在物が生成しやすくなり、これらによって鋼板の加工性が悪化するおそれがある。さらに、Ｃａ含有量が０．００４０％を超えると、ノズル耐火物が溶損しやすくなることにより連続鋳造の操業が安定しなくなるおそれがある。よって、Ｃａ含有量を０．０００５％〜０．００４０％に制御する。Ｃａ含有量の下限を、好ましくは０．０００７％、さらに好ましくは０．００１０％とする。Ｃａ含有量の上限を、好ましくは０．００３０％、さらに好ましくは０．００２５％とする。
【００６３】
さらに、Ｃａ含有量の上限値を、Ｃ含有量に応じて、制御する必要がある。具体的には、化学成分中のＣおよびＣａの質量％で示した含有量を、下記の式ＩＩＩで表わされる範囲に制御する必要がある。Ｃａ含有量が下記の式ＩＩＩを満たさない場合、Ｂ系介在物及びＣ系介在物の合計の個数密度が５個／ｍｍ２を超える。
【００６４】
Ｃａ≦０．００５８−０．００５０×Ｃ  ・・・（式ＩＩＩ）
【００６５】
（ＲＥＭ：０．０００３％〜０．００５０％）
ＲＥＭ（Ｒａｒｅ  Ｅａｒｔｈ  Ｍｅｔａｌ）は希土類元素を意味し、スカンジウムＳｃ（原子番号２１）、イットリウムＹ（原子番号３９）およびランタノイド（原子番号５７のランタンから原子番号７１のルテシウムまでの１５元素）の１７元素の総称である。本実施形態に係る鋼板では、これらのうちから選ばれる少なくとも１種以上の元素を含有する。一般的に、ＲＥＭとして、入手のし易さから、Ｃｅ（セリウム）、Ｌａ（ランタン）、Ｎｄ（ネオジム）、Ｐｒ（プラセオジム）などから選ばれることが多い。添加方法としては、例えば、鋼中にこれらの元素の混合物であるミッシュメタルとして添加することが広く行われている。ミッシュメタルの主成分はＣｅ、Ｌａ、Ｎｄ、およびＰｒである。本実施形態に係る鋼板では、鋼板に含有されるこれら希土類元素の合計量を、ＲＥＭ含有量とする。なお、上述したＣａおよびＲＥＭの化学当量の合計Ｒ１の算出方法においては、ミッシュメタルの平均原子量が約１４０であるので、ＲＥＭの原子量が１４０とされる。
【００６６】
ＲＥＭは、介在物の形態を制御し、鋼板の加工性を向上させるために有効な元素である。ＲＥＭ含有量が０．０００３％未満では、上記効果が十分に得られず、また、Ｃａ単独含有時と同様の問題が生じる。すなわち、ＲＥＭ含有量が０．０００３％未満では、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３系介在物や一部のＣａＳが圧延によって延伸して、これにより鋼板特性（加工性および加工後の靱性）の低下が生じるおそれがある。さらに、ＲＥＭ含有量が０．０００３％未満では、Ｔｉ含有炭窒化物が優先的に複合し易いＡｌ、Ｃａ、Ｏ、Ｓ及びＲＥＭを含む複合介在物が少ないので、鋼板中に単独で生成するＴｉ含有炭窒化物が多くなり、加工性が劣化し易い。一方、ＲＥＭ含有量が０．００５０％を超えると、連続鋳造時のノズル詰まりが起こりやすくなる。また、ＲＥＭ含有量が０．００５０％を超えると、生成するＲＥＭ系介在物（酸化物やオキシサルファイド）の個数密度が比較的高くなるので、鋳片の連続鋳造時に湾曲する鋳片の下面側にこれらＲＥＭ系介在物が堆積する。このことが、鋳片を圧延して得られた製品に内部欠陥を引き起こし、さらに、鋼板の加工性を悪化させるおそれがある。よって、ＲＥＭ含有量を０．０００３％〜０．００５０％に制御する。ＲＥＭ含有量の下限を、好ましくは０．０００５％、さらに好ましくは０．００１０％とする。ＲＥＭ含有量の上限を、好ましくは０．００４０％、さらに好ましくは０．００３０％とする。
【００６７】
さらに、Ｃａ及びＲＥＭの含有量を、Ｓ含有量に応じて、制御する必要がある。具体的には、化学成分中の各元素の質量％で示した含有量を、下記の式ＩＶで表わされる範囲に制御する必要がある。Ｃａ含有量、ＲＥＭ含有量、及びＳ含有量が下記の式ＩＶを満たさない場合、Ａ系介在物の個数密度が６個／ｍｍ２を超える。なお、下記の式ＩＶの右辺の値が２以上であると、介在物の形態をさらに好ましく制御できる。また、下記の式ＩＶの上限は特に限定しないが、下記の式ＩＶの右辺の値が５を超えると、最大長が２０μmを超える粗大なＢ系またはＣ系介在物が生成する傾向がある。よって、下記の式ＩＶの上限値は５であることが好ましい。
【００６８】
０．３０００≦｛Ｃａ／４０．８８＋（ＲＥＭ／１４０）／２｝／（Ｓ／３２．０７）  ・・・（式ＩＶ）
【００６９】
本実施形態に係る鋼板は、上記した基本成分の他に、不純物を含有する。ここで、不純物とは、スクラップ等の副原料や、製造工程からに混入する、Ｐ、Ｓ、Ｔｉ、Ｏ、Ｎ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｓｂ、Ｗ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ａｓ、Ｃｏ、Ｓｎ、およびＰｂ等の元素を意味する。これら元素の含有は必須ではないので、これら元素の含有量の下限値は０％である。この中で、Ｐ、Ｓ、Ｔｉ、Ｏ、及びＮは、上記効果を好ましく発揮させるために、以下のように制限する。また、Ｐ、Ｓ、Ｏ、及びＴｉとＮ以外の上記不純物は、それぞれ０．０１％以下に制限することが好ましい。ただ、これらの不純物が、０．０１％以下含まれても、上記効果を失するものではない。ここで、記載する％は、質量％である。
【００７０】
（Ｐ：０．０２０％以下）
Ｐ（リン）は、固溶強化の機能を有する。しかし、過剰な量のＰの含有は、鋼板の加工性を阻害する。よって、Ｐ含有量を０．０２０％以下に制限する。Ｐ含有量の下限は０％でもよい。また、現行の一般的な精錬（二次精錬を含む）を考慮すると、Ｐ含有量の下限は０．００５％であってもよい。
【００７１】
（Ｓ：０．００７０％以下）
Ｓ（硫黄）は、非金属介在物を形成することにより、鋼板の加工性を阻害する不純物元素である。よって、Ｓ含有量を０．００７０％以下に制限し、好ましくは、０．００５０％以下に制限する。Ｓ含有量の下限は０％でもよい。また、現行の一般的な精錬（二次精錬を含む）を考慮すると、Ｓ含有量の下限は０．０００３％であってもよい。
【００７２】
（Ｔｉ：０．０５０％以下）
Ｔｉ（チタン）は、硬い角形状の炭窒化物を形成することにより、鋼板の加工性を劣化させる元素である。本実施形態においては、上述したようにＲＥＭ含有介在物上に優先析出させることによって、加工性に及ぼす有害性を緩和する事が可能であるが、Ｔｉ含有量が０．０５０％を超えると加工性の劣化が顕在化する。よって、Ｔｉ含有量を０．０５０％以下に制限する。Ｔｉ含有量の下限は０％でもよい。また、現行の一般的な精錬（二次精錬を含む）を考慮すると、Ｔｉ含有量の下限は０．０００５％であってもよい。
【００７３】
（Ｏ：０．００４０％以下）
Ｏ（酸素）は、酸化物（非金属介在物）を形成し、この酸化物が凝集および粗大化することにより、鋼板の加工性を低下させる不純物元素である。よって、Ｏ含有量を０．００４０％以下に制限する。Ｏ含有量の下限は０％でもよい。また、現行の一般的な精錬（二次精錬を含む）を考慮すると、Ｏ含有量の下限は０．００１０％であってもよい。本実施形態に係る鋼板のＯ含有量は、鋼中に固溶するＯや、介在物中に存在するＯなどの、すべてのＯ含有量を合計したトータルＯ含有量（Ｔ．Ｏ含有量）を意味する。
【００７４】
さらに、Ｏ含有量とＲＥＭ含有量とを、各元素の質量％で示した含有量を用いて、下記の式Ｖで表される範囲に制御することが好ましい。下記の式Ｖを満たすとき、Ａ系介在物の個数密度がさらに減少するので好ましい。なお、下記の式Ｖの上限値は特に限定されるものではないが、Ｏ含有量及びＲＥＭ含有量の上限値及び下限値から、０．０００６４３が下記の式Ｖの左辺の上限値となる。
【００７５】
１８×（ＲＥＭ／１４０）−Ｏ／１６≧０  ・・・（式Ｖ）
【００７６】
式Ｖに基づいたＯ含有量及びＲＥＭ含有量の制御により、ＲＥＭ２Ｏ３・１１Ａｌ２Ｏ３（ＲＥＭ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３のモル比１：１１）とＲＥＭ２Ｏ３・Ａｌ２Ｏ３（ＲＥＭ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３のモル比１：１）との２種類の複合酸化物の混合形態が生成されると、Ａ系介在物がさらに好ましく減少する。上記の式Ｖ中で、ＲＥＭ／１４０はＲＥＭのモル数を示し、Ｏ／１６はＯのモル数を示す。ＲＥＭ２Ｏ３・１１Ａｌ２Ｏ３とＲＥＭ２Ｏ３・Ａｌ２Ｏ３との混合形態を生成するためには、ＲＥＭ含有量を上記の式Ｖを満たすように含有させることが好ましい。ＲＥＭ含有量が少ないので上記の式Ｖが満たされない場合、Ａｌ２Ｏ３とＲＥＭ２Ｏ３・１１Ａｌ２Ｏ３との混合形態が生成される場合がある。この混合形態に含まれるＡｌ２Ｏ３の部位とＣａＯとが反応してＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３系介在物が生成され、このＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３系介在物が圧延によって延伸されるおそれがある。
【００７７】
（Ｎ：０．００７５％以下）
Ｎ（窒素）は、窒化物（非金属介在物）を形成し、鋼板の加工性を低下させる不純物元素である。よって、Ｎ含有量を０．００７５％以下に制限する。Ｎ含有量の下限は０％でもよい。また、現行の一般的な精錬（二次精錬を含む）を考慮すると、Ｎ含有量の下限は０．００１０％であってもよい。
【００７８】
本実施形態に係る鋼板は、上記の基本成分が制御され、残部が鉄及び上記の不純物よりなる。しかし、本実施形態に係る鋼板は、この基本成分に加えて、残部のＦｅの一部の代わりに、さらに必要に応じて以下の選択成分を鋼中に含有させてもよい。
【００７９】
すなわち、本実施形態に係る熱延鋼板は、上記した基本成分及び不純物の他に、更に、選択成分として、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｂのうちの１種以上を含有してもよい。以下に、選択成分の数値限定範囲とその限定理由とを説明する。ここで、記載する％は、質量％である。
【００８０】
（Ｃｕ：０．０５％以下）
Ｃｕ（銅）は、鋼板の強度（硬度）を向上させる効果を有する選択元素である。そのため、必要に応じて、Ｃｕを０．０５％以下の範囲内で含有させても良い。また、Ｃｕ含有量の下限値を、０．０１％とすると、好ましく上記効果を得ることができる。一方、Ｃｕ含有量が０．０５％を超えると、溶融金属脆化（Ｃｕ割れ）によって熱間圧延時に熱間加工割れが生じる恐れがある。Ｃｕ含有量の好ましい範囲は０．０２％〜０．０４％である。
【００８１】
（Ｎｂ：０．０５％以下）
Ｎｂ（ニオブ）は、炭窒化物を形成し、結晶粒の粗大化防止および鋼板の加工性の改善に有効な選択元素である。そのため、必要に応じて、Ｎｂを０．０５％以下の範囲内で含有させても良い。また、Ｎｂ含有量の下限値を、０．０１％とすると、好ましく上記効果を得ることができる。一方、Ｎｂ含有量が０．０５％を超えると、粗大なＮｂ炭窒化物が析出して鋼板の加工性の低下を招く恐れがある。Ｎｂ含有量の好ましい範囲は０．０２％〜０．０４％である。
【００８２】
（Ｖ：０．０５％以下）
Ｖ（バナジウム）は、Ｎｂと同様に炭窒化物を形成し、結晶粒の粗大化防止や加工性の改善に有効な選択元素である。そのため、必要に応じて、Ｖを０．０５％以下の範囲内で含有させても良い。また、Ｖ含有量の下限値を、０．０１％とすると、好ましく上記効果を得ることができる。一方、Ｖ含有量が０．０５％を超えると、粗大な介在物が生成して鋼板の加工性の低下を招く恐れがある。好ましい範囲は、０．０２％〜０．０４％である。
【００８３】
（Ｍｏ：０．０５％以下）
Ｍｏ（モリブデン）は、焼入れ性の向上と焼戻し軟化抵抗性の向上とにより、鋼板の強度（硬度）を向上させる効果を有する選択元素である。そのため、必要に応じて、Ｍｏを０．０５％以下の範囲内で含有させても良い。また、Ｍｏ含有量の下限値を、０．０１％とすると、好ましく上記効果を得ることができる。一方、Ｍｏ含有量が０．０５％を超えると、コストが増加し、且つ含有効果は飽和する。さらに、Ｍｏ含有量が０．０５％を超えると、鋼板の加工性、特に冷間加工性が低下し、これにより、鋼板を複雑な形状（例えばギヤ形状など）に加工することが困難になる。以上の理由により、Ｍｏ含有量の上限を０．０５％とする。Ｍｏ含有量の好ましい範囲は、０．０１％〜０．０５％である。
【００８４】
（Ｎｉ：０．０５％以下）
Ｎｉ（ニッケル）は、焼入れ性の向上による鋼板の強度（硬度）の向上や、加工性の向上に有効な選択元素である。また、Ｃｕ含有時の溶融金属脆化（Ｃｕ割れ）を防止する効果も有する選択元素である。そのため、必要に応じて、Ｎｉを０．０５％以下の範囲内で含有させても良い。また、Ｎｉ含有量の下限値を、０．０１％以上とすると、好ましく上記効果を得ることができる。一方、Ｎｉ含有量が０．０５％を超えると、コストが増加する一方で、含有効果は飽和するので、Ｎｉ含有量の上限を０．０５％とする。Ｎｉ含有量の好ましい範囲は、０．０２％〜０．０５％である。
【００８５】
（Ｃｒ：０．５０％以下）
Ｃｒ（クロム）は、焼入れ性を高めて鋼板の強度（硬度）を向上させるのに有効な元素である。そのため、必要に応じて、Ｃｒを０．５０％以下の範囲内で含有させても良い。また、Ｃｒ含有量の下限値を０．０１％とすると、好ましく上記効果を得ることができる。Ｃｒ含有量が０．５０％を超えると、コストが増える一方で、含有効果は飽和する。よって、Ｃｒ含有量を０．５０％以下に制御する。
【００８６】
（Ｂ：０．００５０％以下）
Ｂ（ホウ素）は、焼入れ性を高めて鋼板の強度（硬度）を向上させる効果を有する選択元素である。そのため、必要に応じて、Ｂを０．００５０％以下の範囲内で含有させても良い。また、Ｂ含有量の下限値を、０．００１０％とすると、好ましく上記効果を得ることができる。一方、Ｂ含有量が０．００５０％を超えると、Ｂ系化合物が生成して鋼板の加工性が低下するので上限を０．００５０％とする。Ｂ含有量の好ましい範囲は、０．００２０％〜０．００４０％である。
【００８７】
次に、本実施形態に係る鋼板の製造方法について説明する。
【００８８】
本実施形態に係る鋼板は、一般的な鋼板と同様に、例えば高炉溶銑を原料とし、転炉精錬や二次精錬を行って製造した溶鋼を、連続鋳造によって鋳片とした後、その鋳片に熱間圧延、必要に応じて冷間圧延、および／または焼鈍などを行って鋼板にする。その際、転炉における脱炭処理の後、取鍋での二次精錬で、鋼の成分調整とともに、Ｃａ及びＲＥＭの添加による介在物制御を行う。なお、高炉溶銑のほか、鉄スクラップを原料として電気炉で溶解した溶鋼を原料として用いても良い。
【００８９】
ＣａおよびＲＥＭは、他の含有元素の成分を調整し、さらに、Ａｌ脱酸により生じるＡｌ２Ｏ３を溶鋼から浮上させてから、添加する。Ａｌ２Ｏ３が溶鋼中に多量に残存していると、ＣａやＲＥＭがＡｌ２Ｏ３の還元によって消費される。そのため、Ｓの固定に使われるＣａおよびＲＥＭの含有量が減少し、ＭｎＳの生成を十分に防止出来なくなる。
【００９０】
Ｃａは、蒸気圧が高いので、歩留を上げるために、Ｃａ−Ｓｉ合金、Ｆｅ―Ｃａ−Ｓｉ合金、およびＣａ−Ｎｉ合金等として添加するのがよい。これらの合金添加のために、これら合金から構成される合金ワイヤーを用いてもよい。ＲＥＭは、Ｆｅ−Ｓｉ−ＲＥＭ合金、およびミッシュメタル等の形で添加すればよい。ミッシュメタルとは希土類元素の混合物であり、具体的には、Ｃｅを４０％〜５０％程度、Ｌａを２０％〜４０％程度含有することが多い。例えば、Ｃｅ４５％、Ｌａ３５％、Ｎｄ９％、Ｐｒ６％、他不純物からなるミッシュメタルなどが入手できる。
【００９１】
Ｃａ及びＲＥＭの添加順序は特に制限されるものではない。しかし、ＲＥＭ添加後にＣａ添加すると、介在物のサイズがやや小さくなる傾向が見られる。従って、ＲＥＭ添加後にＣａを添加するのが好ましい。
【００９２】
Ａｌ脱酸後にＡｌ２Ｏ３が生成し、このＡｌ２Ｏ３のうち一部がクラスター化する。しかし、ＲＥＭ添加をＣａ添加よりも先に行うと、クラスターの一部が還元・分解され、クラスターのサイズを低減できる。一方、Ｃａ添加をＲＥＭ添加よりも先に行うと、Ａｌ２Ｏ３が低融点のＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３系介在物に変化し、上記Ａｌ２Ｏ３クラスターが一つの粗大なＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３系介在物となってしまうおそれがある。このため、ＲＥＭ添加後にＣａ添加することが好ましい。
【実施例】
【００９３】
実施例により本発明の一態様の効果を更に具体的に詳細に説明するが、実施例での条件は、本発明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り、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。【００９４】
高炉溶銑を原料とし、溶銑予備処理、転炉における脱炭処理の後、取鍋精錬で成分調整を行って表２Ａに示す成分の溶鋼３００トンを溶製した。取鍋精錬では、まずＡｌを添加して脱酸を行い、次にＴｉなどのその他の元素の成分を調整した後、Ａｌ脱酸で生じたＡｌ２Ｏ３を浮上させるため５分間以上保持した後に、ＲＥＭを添加し、均一に混合するために３分間保持してから、Ｃａを添加した。ＲＥＭはミッシュメタルを用いた。このミッシュメタルに含まれるＲＥＭ元素は、Ｃｅ５０％、Ｌａ２５％、Ｎｄ１０％であり、残部が不純物であった。よって、得られる鋼板に含まれる各ＲＥＭ元素の比率は、上記した各ＲＥＭ元素の比率とほぼ同一となる。Ｃａは蒸気圧が高いため、歩留を上げるためにＣａ−Ｓｉ合金を添加した。【００９５】
精錬後の上記溶鋼を連続鋳造により厚み２５０ｍｍの鋳片とした。その後、この鋳片を１２５０℃に加熱して１時間保持し、次いで仕上げ温度が８５０℃となるように熱間圧延して板厚を５ｍｍにした後、巻取温度が５８０℃となる状態で巻き取った。この熱延鋼板を酸洗した後、７００℃で７２ｈｒの熱延板焼鈍を行った。この熱延鋼板に、９００℃で３０分の焼入れを行い、さらに１００℃で３０分の焼戻しを行った。【００９６】
得られた焼入れおよび焼戻し後の熱延鋼板について、介在物の組成と変形挙動（圧延後の長径／短径の比；アスペクト比）とを調査した。光学顕微鏡を用いて、圧延方向と板厚方向とに平行な断面を観察面として、光学顕微鏡により倍率４００倍（ただし、介在物形状を詳細に測定する際は倍率１０００倍）で６０視野観察した。各観察視野で、粒径（形状が球状の介在物の場合）または長径（変形している介在物の場合）が１μｍ以上の介在物を観察し、それらの介在物を、Ａ系介在物、Ｂ系介在物、及び、Ｃ系介在物に分類し、また、それらの個数密度を計測した。また、鋼中に単独で析出した角形状のＴｉ含有炭窒化物であって、長辺が５μｍを超えるものの個数密度も同時に測定した。Ｔｉ含有炭窒化物は、形状および色が他のＣ系介在物とは異なるので、観察により判断可能である。または、ＥＰＭＡ（電子線マイクロ分析、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｒｏｂｅ  Ｍｉｃｒｏ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）や、ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分析、Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−Ｒａｙ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）を備えるＳＥＭ（走査型電子顕微鏡、Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いて熱延鋼板の金属組織を観察すればよい。この場合、介在物中の、Ｔｉ含有炭窒化物、ＲＥＭ含有複合介在物、ＭｎＳ、及びＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３系介在物などを同定することが可能である。【００９７】
介在物の評価基準は以下の通りとした。
Ａ系介在物の個数密度、ならびにＢ系介在物及びＣ系介在物の合計個数密度それぞれに関し、個数密度が６個／ｍｍ２を超える場合をＢ（Ｂａｄ）、４個／ｍｍ２超６個／ｍｍ２以下の場合をＧ（Ｇｏｏｄ）、２個／ｍｍ２超４個／ｍｍ２以下の場合をＶＧ（Ｖｅｒｙ  Ｇｏｏｄ）、２個／ｍｍ２以下の場合をＧＧ（Ｇｒｅａｔｌｙ  Ｇｏｏｄ）とした。
Ｂ系及びＣ系であって最大長さ２０μm以上の粗大介在物に関し、６個／ｍｍ２を超える場合をＢ（Ｂａｄ）、３個／ｍｍ２超６個／ｍｍ２以下の場合をＧ（Ｇｏｏｄ）、３個／ｍｍ２以下の場合をＶＧ（Ｖｅｒｙ  Ｇｏｏｄ）とした。
鋼中で単独に存在する長辺が５μｍ以上であるＴｉ含有炭窒化物に関し、個数密度が５個／ｍｍ２を超える場合をＢ（Ｂａｄ）、３個／ｍｍ２超５個／ｍｍ２以下の場合をＧ（Ｇｏｏｄ）、３個／ｍｍ２以下の場合をＶＧ（Ｖｅｒｙ  Ｇｏｏｄ）とした。【００９８】
得られた焼入れおよび焼戻し後の熱延鋼板の、引張強さ（ＭＰａ）と、室温（約２５℃）におけるシャルピー衝撃値（Ｊ／ｃｍ２）と、穴拡げ性（％）とを評価した。１２００ＭＰａ以上の引張強さを有する鋼板を、引張強さに関し合格基準を満たす鋼板とみなした。室温におけるシャルピー衝撃値は、靱性を示し、鋼板の加工性を評価する指標の一つである。また、鋼板を加工することにより得られる製品の靭性も、シャルピー衝撃値によって評価することができる。６Ｊ／ｃｍ２以上の室温におけるシャルピー衝撃値を有する鋼板を、靱性に関し合格基準を満たす鋼板とみなした。穴拡げ性は、加工性を評価する別の指標である。まず１５０ｍｍ×１５０ｍｍの鋼板の中央に直径１０ｍｍの打ち抜き穴を開け、次いで打ち抜き穴を６０°の円錐パンチで押し拡げた。この押し拡げ処理によって板厚貫通亀裂が鋼板に生じた時点での穴径Ｄ（ｍｍ）を測定した。そして、穴拡げ値λ（％）を、「λ＝（Ｄ−１０）／１０×１００」との式により算出し、λ（％）が８０％以上である鋼板を、穴拡げ性に関し合格基準を満たす鋼板とみなした。【００９９】
また、得られた熱延鋼板の化学成分について、ＩＣＰ−ＡＥＳ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ−Ａｔｏｍｉｃ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：誘導結合プラズマ発光分光分析）、又はＩＣＰ−ＭＳ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ−Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：誘導結合プラズマ質量分析）を用いて定量分析した。なお、ＲＥＭ元素のうち微量のものは分析限界を下回る場合があり、その場合は、上記ミッシュメタル中の含有量（Ｃｅ５０％、Ｌａ２５％、Ｎｄ１０％）に比例するものとして、含有量が最も多いＣｅの分析値に対する比率を用いて算出した。【０１００】
結果を表２Ｂに示す。表中で、本発明範囲から外れる数値にはアンダーラインを付している。全ての実施例は、本発明の規定範囲を満足する構成を有していたので、引張強さ、およびシャルピー衝撃値と穴拡げ性λとで示される加工性が優れた。一方、比較例は、本発明の規定条件を満たさなかったので、引張強さ、または加工性が十分ではなかった。
比較例１は、Ｃａ含有量が下限未満であったので、Ｃａをほとんど含有しない介在物が生成した。これにより、比較例１にはＢ系介在物、Ｃ系介在物および粗大介在物が多数生成し、Ｂ系＋Ｃ系介在物の個数密度の評価および２０μｍ以上の粗大介在物の個数密度の評価が「Ｂ」であった。さらに、比較例１の鋳造中にノズル詰まりが生じた。
比較例２は、Ｃａ含有量が上限を超えたので、粗大なＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３系低融点酸化物が生じた。これにより、比較例２のＡ系介在物の個数密度、Ｂ系＋Ｃ系介在物の個数密度、および粗大介在物の個数密度の評価が「Ｂ」であった。
比較例３は、ＲＥＭ含有量が下限未満であり、且つ式３を満たさなかったので、マトリックス中に、粗大Ｔｉ含有炭窒化物が単独で多数生成した。これにより、比較例３のＴｉ含有炭窒化物の個数密度の評価が「Ｂ」であった。
比較例４は、ＲＥＭ含有量が上限を超えたので、Ｂ系＋Ｃ系介在物の個数密度の評価および粗大介在物の個数密度の評価が「Ｂ」であった。さらに、比較例４の鋳造中にノズル詰まりが生じた。
比較例５は、式１の右辺の値が０．３未満であったので、Ａ系介在物の個数密度の評価が「Ｂ」であった。さらに、比較例５は、Ｃ含有量が過剰であったので、加工性が低かった。これにより、比較例５の衝撃値は不足した。
比較例６は、が式２を満たさなかったので、Ｂ系＋Ｃ系介在物の個数密度の評価が「Ｂ」であった。
比較例７は、Ｃ含有量が不足していたので、引張強さが不足した。
比較例８は、介在物の個数密度が適切な水準であるが、Ｃ含有量が過剰であったので、加工性が低下した。このため、比較例８の穴拡げ性は不合格であった。
比較例９は、Ｓ含有量が過剰であったので、粗大なＭｎＳ介在物が生成し、Ａ系介在物の個数密度の評価が「Ｂ」となった。さらに、比較例９の衝撃値および穴拡げ性は不十分であった。
比較例１０は、Ｔｉ含有量が過剰であったので、Ｔｉ含有炭窒化物の個数密度の評価が「Ｂ」となった。これにより、比較例１０の衝撃値および穴拡げ性は不十分であった。
比較例１１は、Ｃａ含有量が過剰であったので、ＣａＯ含有率が高い粗大酸化物が生成および延伸した。これにより、比較例１１のＡ系介在物、およびＢ＋Ｃ系粗大介在物の個数密度の評価が「Ｂ」となった。さらに比較例１１では、ＣａＯ含有率が高いので、酸化物の表面にＴｉ含有炭窒化物が付着する効果が低下した。これにより、比較例１１のＴｉ含有炭窒化物の個数密度の評価が「Ｂ」であった。以上の理由により、比較例１１の衝撃値および穴拡げ性は不足した。
比較例１２は、ＲＥＭ含有量が不足していたので、酸化物の表面にＴｉ含有炭窒化物が付着する効果が低下した。これにより、比較例１２のＴｉ含有炭窒化物の個数密度の評価が「Ｂ」であった。そのため、比較例１２の衝撃値および穴拡げ性は不足した。
比較例１３は、ＲＥＭ含有量が過剰であったので、粗大介在物の個数密度の評価が「Ｂ」であった。そのため、比較例１３の衝撃値および穴拡げ性は不足した。
比較例１４は、Ｍｏ含有量が過剰であったので、介在物の個数密度評価が良好であるにもかかわらず、加工性が劣化した。これにより、比較例１４の衝撃値および穴拡げ性は不足した。
比較例１５は、式１を満たさなかったので、Ａ系介在物の個数密度の評価が「Ｂ」であった。これにより、比較例１５の衝撃値および穴拡げ性は不足した。
比較例１６は、式２を満たさなかったので、Ｂ＋Ｃ系介在物の個数密度の評価が「Ｂ」となった。そのため、比較例１６の衝撃値および穴拡げ性は不足した。【０１０１】
【表２Ａ】
0005920531.tif 000003
【０１０２】
【表２Ｂ】
0005920531.tif 000004
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明に係る鋼板のＣ含有量、Ｃａ含有量、およびＲＥＭ含有量は「０．３０００≦｛Ｃａ／４０．８８＋（ＲＥＭ／１４０）／２｝／（Ｓ／３２．０７）」との式と「Ｃａ≦０．００５８−０．００５０×Ｃ」との式とを満たす。これにより、本発明に係る鋼板の１μｍ以上の長辺を有するＡ系介在物の個数密度が６個／ｍｍ２以下に制限され、且つ本発明に係る鋼板の１μｍ以上の長辺を有するＢ系介在物およびＣ系介在物の合計個数密度が６個／ｍｍ２以下に制限されている。さらに本発明に係る鋼板の、５μｍ以上の長辺を有し且つ単独で存在するＴｉ炭窒化物の個数密度が５個／ｍｍ２以下に制限されている。本発明の上記態様によれば、鋼中のＡ系介在物、Ｂ系介在物、及びＣ系介在物を低減するともに、単独で存在する粗大なＴｉ含有炭窒化物の生成を防止することで、加工性に優れる鋼板の提供が可能となるので、産業上の利用可能性が高い。本発明の炭素鋼板は、様々な形状の機械部品、例えば、車両のギア類、クラッチ、ワッシャーなどの製造に用いることができる。
【図１】
0005920531.tif 000005
【図２】
0005920531.tif 000006
【図３】
0005920531.tif 000007