(57)【要約】  【課題】  熱処理後のビッカース硬度で６５０以上を要求されるような高強度鋼板部品の素材に供され、熱処理前においては軟質で良好な成形性を備え、熱処理後においては硬度に比して優れた耐摩耗性を備える高炭素鋼板を提供する。  【解決手段】  Ｃ：０．５０〜１．００％、Ｓｉ：０．３５％以下、Ｍｎ：０．６０〜０．９０％、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．００３０％以下、Ｃｒ：０．３０〜０．６０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００５〜０．０８０％、Ｎ：０．００５０％以下、残部Ｆｅおよび不純物からなり、さらに、ＣｒとＭｎとの含有量が、１．２≦（Ｍｎ／５５）／（Ｃｒ／５２）≦２．０を満足し、フェライトの平均結晶粒径が１０μｍ以上であるとともに、球状化炭化物のうち粒径が１．０μｍ以上であるものの個数比率が５０％以上である高炭素鋼板である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．５０〜１．００％、Ｓｉ：０．３５％以下、Ｍｎ：０．６０〜０．９０％、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．００３０％以下、Ｃｒ：０．３０〜０．６０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００５〜０．０８０％、Ｎ：０．００５０％以下、残部Ｆｅおよび不純物からなり、さらに、Ｃｒ含有量およびＭｎ含有量が下記（１）式を満足し、フェライトの平均結晶粒径が１０μｍ以上であるとともに、球状化炭化物のうち粒径が１．０μｍ以上であるものの個数比率が５０％以上であることを特徴とする高炭素鋼板。
１．２≦（Ｍｎ／５５）／（Ｃｒ／５２）≦２．０・・・・・・・（１）
ただし、（１）式における符号ＭｎおよびＣｒは、いずれも、鋼中における各元素の含有量（質量％）を示す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炭素鋼板に関する。例えば、本発明は、熱処理後のビッカース硬度で６５０以上を要求されるような高強度鋼板部品の素材に供される高炭素鋼板に関するものであり、熱処理前においては軟質で良好な成形性を備え、かつ熱処理後においては硬度に比して優れた耐摩耗性を備える高炭素鋼板に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のミッション部品等には、その複雑な動きや耐久性の観点から、非常に高い強度と耐摩耗性とが要求される。
耐摩耗性を向上させる手段としてＣｒを添加する方法が一般に知られる。しかしながら、Ｃｒ等の合金元素を単に添加するのみで何ら工夫を施すことなく製造される鋼板は、合金元素の影響により硬化し、熱処理前の素材段階における成形性が劣化する。
【０００３】
一方、成形性と耐摩耗性とを具備する鋼板として、以下の技術が提案されている。
特許文献１には、成形性と耐摩耗性とに優れた熱処理用鋼板が開示されている。
特許文献２には、耐摩耗性に優れた加工面を有する加工部材の製造方法およびそれに供する加工部材用高強度鋼板が開示されている。
【０００４】
さらに、特許文献３には、耐摩耗性及び打抜き加工性に優れたオートマチックトランスミッションプレート用冷延鋼板が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−１２１６４７号公報
【特許文献２】特開２００３−２６８４９１号公報
【特許文献３】特開２００３−２７７８８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
自動車のミッション用の部品等には、素材として供される鋼板を成形して鋼板部材とし、この鋼板部材に焼入れ焼戻しやオーステンパー等の熱処理を施すものがあり、熱処理前の素材段階における鋼板については軟質で良好な加工性を有することが、また熱処理後の鋼板部材については高い強度と耐摩耗性とを有することが、それぞれ要求される。
【０００６】
熱処理後の鋼板部材について耐摩耗性を確保するには、ＣやＣｒ等の含有量が多いほうが有利であるが、これにより、熱処理前の素材段階における鋼板の成形性の劣化を招くことにつながる。
【０００７】
一方、熱処理前の素材段階における鋼板を軟質化することにより良好な成形性を確保しようとしてＣやＣｒ等の含有量を減らすと、熱処理後の硬度が低下し、熱処理後の鋼板部材について必要な強度が確保できなくなったり耐摩耗性が劣化したりする。
【０００８】
特許文献１に開示されている熱処理用鋼板のＣ含有量は０．２５〜０．４０％（本明細書においては特にことわりがない限り「％」は「質量％」を意味するものとする）であり、しかも鋼中の炭化物としてグラファイトの含有をある程度許容するものである。鋼中の炭化物をグラファイト化させることは、鋼板の降伏点（ＹＰ）や引張強度（ＴＳ）を低下させることには有効な手段であるものの、グラファイト自体は延性に乏しいために曲げ加工等の際にその部分から亀裂を生じ易く、真に成形性に優れるとは云えない。また、この熱処理用鋼板は、Ｃ含有量が少ないために耐摩耗性も充分とは云えない。
【０００９】
特許文献２に開示されている加工部材用高強度鋼板のＣ含有量は０．０５〜０．２５％であり、しかも成形後に塗装焼付け処理程度の低温熱処理を施すものであり、本発明のように焼入れ等の高温熱処理を施すことを前提とするものとは用途が異なる。
【００１０】
さらに、特許文献３に開示されているオートマチックトランスミッションプレート用冷延鋼板のＣ含有量は０．１５〜０．２５％であり、かつ成形後に熱処理を施さないものであり、高温熱処理に供することを前提とするものとは用途が異なる。
【００１１】
これらの技術は、Ｃ含有量が少ないことからある程度良好な成形性を示すものの、耐摩耗性の点では充分であるとは云えない。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は、上述した課題を解決するために、熱処理前の素材段階における高炭素鋼板の組成および組織について鋭意検討を行った結果、以下に列記する知見（１）及び（２）を得た。
【００１３】
（１）熱処理後の鋼板部材の耐摩耗性には、鋼板部材の硬度のみならず鋼板部材中の炭化物が重要な働きをする。すなわち、素材として供される高炭素鋼板は、一般に、鋼板部材に成形加工された後に焼入れ焼戻し等の熱処理が施されて使用されるが、この熱処理の際に、炭化物を総てオーステナイト中に固溶させるのではなく適度に未固溶炭化物として残留させることが有効である。そして、この未固溶炭化物の硬度が鋼板部材の耐摩耗性に大きく影響を及ぼす。この未固溶炭化物は、ＭｎとＣｒが溶け込み複炭化物となっており、高炭素鋼板におけるＭｎとＣｒとの原子数比｛（Ｍｎ／５５）／（Ｃｒ／５２）｝を特定の範囲内とすることにより耐摩耗性を著しく向上することができる。
【００１４】
（２）熱処理前の素材段階における鋼板を軟質にするには、Ｃ、Ｍｎ、Ｃｒ等の合金元素の含有量を低減することが有効であるが、鋼板部材の強度と耐摩耗性とを確保するためには、ある程度含有させることが必要となり、鋼組成のみで鋼板の軟質化を図ることには限界がある。そこで、フェライトの粒径および球状化炭化物の分布を特定の範囲内とすることにより、従来材よりも合金元素の含有量に比して軟質化することが可能となり、素材段階における鋼板について良好な加工性を実現することができる。
【００１５】
本発明は、これらの新規な知見（１）及び（２）に基づくものである。
本発明は、Ｃ：０．５０〜１．００％、Ｓｉ：０．３５％以下、Ｍｎ：０．６０〜０．９０％、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．００３０％以下、Ｃｒ：０．３０〜０．６０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００５〜０．０８０％、Ｎ：０．００５０％以下、残部Ｆｅおよび不純物からなり、さらに、Ｃｒ含有量およびＭｎ含有量が、（１）式：１．２≦（Ｍｎ／５５）／（Ｃｒ／５２）≦２．０を満足し、フェライトの平均結晶粒径が１０μｍ以上、望ましくは５０μｍ以下であるとともに、球状化炭化物のうち粒径が１．０μｍ以上であるものの個数比率が５０％以上であることを特徴とする高炭素鋼板である。ただし、（１）式における符号ＭｎおよびＣｒは、いずれも、鋼中における各元素の含有量（質量％）を示す。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、熱処理後のビッカース硬度で６５０以上を要求されるような高強度鋼板部品の素材に供される高炭素鋼板であって、熱処理前においては軟質で良好な成形性を備え、熱処理後においては硬度に比して優れた耐摩耗性を備える高炭素鋼板を得ることができる。
【００１７】
より具体的には、本発明により、熱処理前の素材段階における鋼板の状態では、ビッカース硬度が１７０以下と非常に軟質でありながら、熱処理後の鋼板部材の状態では、ビッカース硬度が６５０以上と高い強度を備えるとともに優れた耐摩耗性を備える高炭素鋼板を得ることができる。
【００１８】
このため、本発明は、自動車のミッション部品等の用途に利用価値の高い発明である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る高炭素鋼板を実施するための最良の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
本実施の形態の高炭素鋼板の限定理由を説明する。
【００２０】
Ｃ：０．５０〜１．００％
Ｃは、焼入れ焼戻しあるいはオーステンパー、さらには必要に応じて浸炭処理等の熱処理を施した後における、硬度、耐摩耗性さらには疲労強度を向上させる。本発明においては、熱処理後のビッカース硬度で６５０以上を確保するために、Ｃ含有量を０．５０％以上とする。一方、過剰に含有させると熱処理前の冷間加工性や熱処理後の靱性が劣化するため、Ｃ含有量を１．００％以下とする。好ましいＣ含有量は、０．６５％以上０．８０％以下である。
【００２１】
Ｓｉ：０．３５％以下
Ｓｉは、多量に含有するとＳｉ酸化物を形成して熱処理後の鋼材の疲労強度の低下を招く。そこで、Ｓｉ含有量を０．３５％以下とする。好ましくは０．２０％以下である。
【００２２】
Ｍｎ：０．６０〜０．９０％
Ｍｎは、本発明において重要な元素である。すなわち、Ｍｎは、セメンタイト中に固溶してセメンタイトの硬度を増加させることにより耐摩耗性を向上する。さらに、熱処理時の焼入性の確保を容易にしたり、あるいは靱性向上のための焼戻し温度およびオーステンパー温度を上昇させる。そこで、Ｍｎ含有量を０．６０％以上とする。しかし、０．９０％を超えて含有すると、熱延鋼板が過度に硬化するため、後続して行う酸洗や冷間圧延等を困難にするとともに、本発明の重要なポイントでもある熱処理前における鋼板の加工性の確保にも悪影響を及ぼす。このため、Ｍｎ含有量を０．６０％以上０．９０％以下とする。好ましくは、０．７０％以上０．８５％以下である。
【００２３】
Ｐ：０．０１５％以下
Ｐは、固溶強化元素であることから熱処理前の鋼板の加工性を劣化させる。また、靭性を劣化させる。したがって、Ｐはなるべく少ないほうがよく、Ｐ含有量を０．０１５％以下とする。好ましくは０．０１０％以下である。
【００２４】
Ｓ：０．００３０％以下
Ｓは、本発明の中で重要な位置を占める。すなわち、Ｓは介在物として存在し、鋼板の延性を低下させるばかりか、耐摩耗性を劣化させる。したがって、Ｓはなるべく少ないほうがよく、Ｓ含有量を０．００３０％以下とする。好ましくは０．００２０％以下である。
【００２５】
Ｃｒ：０．３０〜０．６０％
Ｃｒは、本発明の中で耐摩耗性を確保する点で最も重要な元素である。Ｍｎと同様に、セメンタイト中に固溶してセメンタイトの硬度を増加させることにより耐摩耗性の向上に寄与する。さらに、熱処理時の焼入性の確保を容易にしたり、あるいは靱性向上のための焼戻し温度およびオーステンパー温度を上昇させる作用を有する。そこで、Ｃｒ含有量を０．３０％以上とする。しかし、０．６０％を超えて含有させると、熱延鋼板が過度に硬化するため、後続して行う酸洗や冷間圧延等を困難にするとともに、本発明の重要なポイントでもある熱処理前における鋼板の加工性の確保にも悪影響を及ぼす。このため、Ｃｒの含有量を０．３０％以上０．６０％以下とする。好ましくは、０．４５％以上０．５５％以下である。
【００２６】
ｓｏｌ．Ａｌ：０．００５〜０．０８０％
Ａｌは、鋼の溶製過程で脱酸剤として添加される。また、ＮをＡｌＮとして固定する作用も有する。Ａｌ含有量が０．００５％未満では脱酸作用が不十分であり、一方０．０８０％を超えると清浄度が低下して表面性状が劣化する。このため、Ａｌ含有量を０．００５％以上０．０８０％以下とする。好ましくは０．０２０％以上０．０４０％以下である。
【００２７】
Ｎ：０．００５０％以下
Ｎは、鋼中に不可避的に含有される不純物元素であり、Ａｌと結び付いてＡｌＮを形成し、フェライト粒径の粗大化を阻害することにより、熱処理前の鋼板の加工性が損なわれる。したがって、Ｎ含有量を０．００５０％以下とする。好ましくは０．００４０％以下である。
【００２８】
Ｃｒ含有量およびＭｎ含有量：１．２≦（Ｍｎ／５５）／（Ｃｒ／５２）≦２．０
Ｍｎ、Ｃｒはいずれも鉄炭化物に溶け易い元素である。セメンタイトにこれらの元素が固溶すると、一部のＦｅが置換されてＭ３Ｃと表される複炭化物になると考えられる。この際、鉄炭化物に溶ける元素の個数比が、耐摩耗性の確保に必要とされる炭化物の性質を決定する重要な因子である。すなわち、ＭｎとＣｒとの原子数比｛（Ｍｎ／５５）／（Ｃｒ／５２）｝が１．２≦（Ｍｎ／５５）／（Ｃｒ／５２）≦２．０の関係を満たすときに、炭化物が大きな耐摩耗性の向上効果を発揮する。好ましくは、１．４≦（Ｍｎ／５５）／（Ｃｒ／５２）≦１．８である。
【００２９】
上記以外は、Ｆｅおよび不純物である。
また、熱処理前の素材段階における鋼板の組織は、素材としての加工性に重大な影響を及ぼすばかりか、熱処理そのものにも影響を与え、また、熱処理後の鋼板部材における耐摩耗性にも影響を及ぼす。このため、本実施の形態の高炭素鋼板の組織を説明する。
【００３０】
フェライトの平均結晶粒径：１０μｍ以上
フェライトの結晶粒径は、熱処理前の鋼板の軟質性に大きな影響を及ぼす。具体的には、フェライトの平均結晶粒径が１０μｍ未満では、熱処理前の鋼板を軟質化して成形性を確保することが困難になる。したがって、フェライトの平均結晶粒径を１０μｍ以上とする。フェライトの平均結晶粒径の上限は特に規定しないが、フェライトの平均結晶粒径が５０μｍ超であると、粒径を大きくすることに要する製造コストの増加が著しくなるので、フェライトの平均結晶粒径を５０μｍ以下とすることが好ましい。
【００３１】
このフェライトの平均結晶粒径は、鋼板表面から板厚１／４深さの部位の領域で０．２
ｍｍ×０．２ｍｍの視野を５００倍で撮影した組織写真から観察されるフェライト粒径の平均値として、規定される。
【００３２】
球状化炭化物のうち粒径が１．０μｍ以上であるものの個数比率：５０％以上
球状化炭化物の粒径は、熱処理前の鋼板の加工性に大きな影響を及ぼすのはもちろんのこと、本発明の重要なポイントである耐摩耗性に対しても大きな影響を及ぼす。すなわち、炭化物の粒径が大きいほうが熱処理前の素材段階における鋼板の加工性を確保することを容易にするとともに、熱処理中における炭化物の固溶を抑制して未固溶炭化物の残存させることを容易にして、耐摩耗に好影響を及ぼす。具体的には、球状化炭化物のうち粒径が１．０μｍ以上であるものの個数比率が５０％以上である状態が最も良好である。
【００３３】
球状化炭化物の粒径の測定は、ピクリン酸アルコールでエッチングしたミクロ組織を走査型電子顕微鏡によって観察し、さらに２０００倍で撮影した写真を画像解析して、個々の炭化物の面積を測定し、この測定値から個々の炭化物の円相当径を算出して、その大きさを測定することにより、行われる。
【００３４】
このように、本実施の形態の高炭素鋼板は、ＭｎとＣｒとの原子数比｛（Ｍｎ／５５）／（Ｃｒ／５２）｝を所定の範囲内とすることによって成形加工された後に行われる焼入れ焼戻し等の熱処理の際に、炭化物を総てオーステナイト中に固溶させるのではなくＭｎとＣｒとが溶け込んだ未固溶炭化物として適度に残留させることができ、この未固溶炭化物の硬度により鋼板部材の耐摩耗性を大きく向上することができるとともに、フェライトの平均結晶粒径、および粒径が１．０μｍ以上である球状化炭化物の個数比率を、それぞれ１０μｍ以上５０μｍ以下、５０％以上とすることにより、従来材よりも合金元素の含有量に比較して軟質化することができ、熱処理前の素材段階における鋼板を軟質にして、良好な加工性を確保することができる。
【００３５】
このため、本実施の形態によれば、熱処理後のビッカース硬度で６５０以上を要求されるような高強度鋼板部品の素材に供される高炭素鋼板であって熱処理前においては軟質で良好な成形性を備え、さらに熱処理後においては硬度に比して優れた耐摩耗性を備える高炭素鋼板、より具体的には、熱処理前の素材段階における鋼板の状態ではビッカース硬度が１７０以下と非常に軟質でありながら熱処理後の鋼板部材の状態ではビッカース硬度が６５０以上と高い強度を備えるとともに優れた耐摩耗性を備える高炭素鋼板が提供される。このため、例えば自動車のミッション部品等の用途に利用価値が高い高炭素鋼板が提供される。
【実施例】
【００３６】
本発明を実施例に基づいて、さらに具体的に説明する。
表１−１、１−２に示す化学成分を有する鋼を溶製した。そして、表２−１、２−２に示すように、連続鋳造によりスラブとし、このスラブを１２５０℃に加熱してから、仕上げ温度８６０℃及び巻取温度５５０℃で３．６ｍｍ厚の熱延コイルを製造し、次いで、この熱延コイルを酸洗して黒皮スケールを除去した後、６９０〜７２０℃で２５時間、並びに７５０℃で６時間の炭化物球状化焼鈍（前焼鈍）を行い、中間処理として、冷間圧延機による２．０〜２．８ｍｍ厚までの冷間圧延（中間冷延１、２）と、バッチ焼鈍炉での７００℃で２０時間の焼鈍（中間焼鈍１、２）とを、１回ないし２回繰返して行った後、仕上げ処理として、１．８ｍｍまでの冷間圧延（仕上冷圧）と６９０℃で４時間の焼鈍（仕上焼鈍）とを行って、９０種の高炭素鋼板を製造した。
【００３７】
これらの高炭素鋼板について、上述した方法によってフェライトの平均結晶粒径、球状化炭化物のうち粒径が１．０μｍ以上であるものの個数比率、及びビッカース硬度を測定した。測定結果を表１−１、１−２に併せて示す。
【００３８】
【表１−１】
2006274348.tif 000002
【００３９】
【表１−２】
2006274348.tif 000003
【００４０】
【表２−１】
2006274348.tif 000004
【００４１】
【表２−２】
2006274348.tif 000005
【００４２】
次に、これらの高炭素鋼板から３ｃｍ×３ｃｍの試料を打抜き、この試料を８００℃で３０分間均熱した後、６０℃の油中へ焼入れを行い、その後１５０℃で３０分間焼戻す熱処理を行った。
【００４３】
この後、表面研磨を行い、図１に概要を示す大越式摩耗試験機により表面の摩耗試験を行った。なお、図１における符号Ｐは摩耗試験時の負荷荷重を示し、符号Ｖは摩耗速度を示し、符号Ｌは摩耗距離（図示しない）を示し、符号ｂ０は摩耗痕の幅を示し、符号ｒは回転円板の半径を示し、さらに、符号Ｂは回転円板の厚さを示す。
【００４４】
本実施例では、Ｐ＝６７（Ｎ）、Ｖ＝０．７６（ｍ／ｓ）、Ｌ＝４００（ｍ）、ｒ＝３０（ｍｍ）、Ｂ＝３．０（ｍｍ）とするとともに、相手材としてＳＣＭ４１５を用いて、摩耗試験を行った。そして、摩耗量（ｍｍ３）を測定した。
【００４５】
また、熱処理後のビッカース硬度も測定した。
摩耗試験の結果および熱処理後のビッカース硬度を表１に併せて示す。
また、図２は、各試料の摩耗量が１．５（ｍｍ３／（ｍｍ２・ｍｍ））未満である試料を●印（摩耗量小）として、摩耗量が１．５（ｍｍ３／（ｍｍ２・ｍｍ））以上１．６（ｍｍ３／（ｍｍ２・ｍｍ））未満である試料を▲印（摩耗量中）として、さらに摩耗量が１．６（ｍｍ３／（ｍｍ２・ｍｍ））以上である試料を×印（摩耗量大）として、各試料の母材である高炭素鋼板のＣｒ量及びＭｎ量をプロットして示すグラフである。なお、図２には、各試料の母材である高炭素鋼板のＭｎとＣｒとの原子数比｛（Ｍｎ／５５）／（Ｃｒ／５２）｝が、１．０、１．２、１．４、１．６、１．８、２．０及び２．２となる直線を併記してある。
【００４６】
図２のグラフから理解されるように、ＭｎとＣｒとの原子数比｛（Ｍｎ／５５）／（Ｃｒ／５２）｝が１．２≦（Ｍｎ／５５）／（Ｃｒ／５２）≦２．０の関係を満たすときには、摩耗量小又は摩耗量中であり、炭化物が大きな耐摩耗性の向上効果を発揮することがわかるとともに、原子数比｛（Ｍｎ／５５）／（Ｃｒ／５２）｝が１．４≦（Ｍｎ／５５）／（Ｃｒ／５２）≦１．８の関係を満たすときには、摩耗量小であり、炭化物がさらに大きな耐摩耗性の向上効果を発揮することがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】大越式摩耗試験機の概要を示す説明図である。
【図２】摩耗試験の結果を示すグラフである。
【図１】
2006274348.tif 000006
【図２】
2006274348.tif 000007