(57)【要約】【課題】優れた硬さおよび優れた硬さ−靱性バランスを有する高炭素鋼板部材を提供する。【解決手段】Ｃ：０．８０質量％〜１．１０質量％、Ｓｉ：０．０５質量％〜０．４０質量％、Ｍｎ：０．０５質量％〜０．５０質量％、Ｃｒ：０．０１質量％〜０．３５質量％、Ｐ：０．０３質量％以下（０質量％を含む）、Ｓ：０．０３質量％以下（０質量％を含む）、を含み、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる高炭素鋼板部材であって、方位差１５°以上で定義されるマルテンサイトブロックの円相当径が３．２μｍ以下であり、円相当径０．２μｍ以上の炭化物が０．６〜５．０面積％存在し、前記炭化物の平均粒径が０．３μｍ以上２．０μｍ以下であり、旧オーステナイト粒界上の炭化物占有率が０．３５％以下であり、ＥＢＳＤで測定したＫＡＭの平均値が０．６９０〜０．７１０である、高炭素鋼板部材である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ  ：０．８０質量％〜１．１０質量％、
Ｓｉ：０．０５質量％〜０．４０質量％、
Ｍｎ：０．０５質量％〜０．５０質量％、
Ｃｒ：０．０１質量％〜０．３５質量％、
Ｐ  ：０．０３質量％以下（０質量％を含む）、
Ｓ  ：０．０３質量％以下（０質量％を含む）、
を含み、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる高炭素鋼板部材であって、
方位差１５°以上で定義されるマルテンサイトブロックの円相当径が３．２μｍ以下であり、
円相当径０．２μｍ以上の炭化物が０．６〜５．０面積％存在し、
前記炭化物の平均粒径が０．３μｍ以上２．０μｍ以下であり、
旧オーステナイト粒界上の炭化物占有率が０．３５％以下であり、
ＥＢＳＤで測定したＫＡＭの平均値が０．６９０〜０．７１０である、高炭素鋼板部材。
【請求項２】
残留オーステナイトが０．２〜０．８面積％存在する、請求項１に記載の高炭素鋼板部材。
【請求項３】
旧オーステナイトの平均粒径が９μｍ以下である、請求項１または２に記載の高炭素鋼板部材。
【請求項４】
請求項１に記載の成分を有する鋼板を球状化焼鈍し、炭化物の平均粒径Ｒｃが０．５〜２．０μｍである焼鈍鋼板を得る工程と、
前記焼鈍鋼板を、下記（１）式を満たすように、温度Ｔ１：７８０〜９００℃および時間ｔ１：０．１〜５０分で保持してオーステナイト化する工程と、
前記オーステナイト化する工程の後、前記焼鈍鋼板を焼入れする工程と、
前記焼入れ後、前記焼鈍鋼板を、下記（２）式を満たすように、温度Ｔ２：２８０〜４００℃および時間ｔ２：１〜６００分で保持して、焼戻しする工程と、
を含む、高炭素鋼板部材の製造方法。
１５３００≦（Ｔ１＋２７３）×（１５＋ｌｏｇｔ１）−（Ｒｃ＋％Ｃ）×４００≦１６８００    （１）
９６００≦（Ｔ２＋２７３）×（１５＋ｌｏｇｔ２）≦１０２００    （２）
但し、ｌｏｇは１０を底とする常用対数である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炭素鋼板部材およびその製造方法に関し、とりわけ刃物および工具などに使用される部材として有用な高炭素鋼板部材およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
丸鋸、バンドソーおよびカーター等の各種刃物、ぜんまい、バネおよび工具に用いられる部材には、優れた硬さと同時に、使用時において刃先等が折れないように、優れた靱性が求められていれる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、金属組織中に存在する炭化物のうち、円相当径で０．５μｍ以上の炭化物の面積率を０．５０〜４．３０％とすることにより、ビッカース硬さが５００〜６５０ＨＶである、各種バネ材および弁材として用いられる炭素工具鋼鋼帯が得られることが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、Ｃ添加量に応じた未固溶炭化物量を規定することにより、６００〜９００ＨＶの優れた硬さを有しながら、衝撃特性にも優れた高炭素鋼部材が得られることが開示されている。
【０００５】
さらに、特許文献３には、Ａｃ３点以上の温度で加熱および保持した後（すなわちオーステナイト化後）、マルテンサイト変態温度（Ｍｓ点)以上５００℃以下の温度まで急速冷却して、その温度で保持する、いわゆるオーステンパ処理によりベイナイト組織を得ることにより、硬さと疲労特性に優れた鋼材を製造している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＷＯ２０１３／１３３２９５号公報
【特許文献２】特開２００６−６３３８４号公報
【特許文献３】特開平６−２７１９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、刃物および工具等の各種用途において、優れた硬さを有するだけでなく、優れた硬さ−靱性バランスを有することが求められている。
硬さおよび硬さ−靱性バランスについて、具体的には以下のことが求められている。
【０００８】
硬さについては、５５０ＨＶ以上であることが求められている。
硬さ−靱性バランスについては、硬さ（ＨＶ）と、ＶＤＡ曲げ試験により求まる曲げ角度（°）との積により評価することができ、（硬さ−１７０）×ＶＤＡ基準の曲げ角度（ＨＶ・°）が１２０００超であることが求められている。
【０００９】
しかし、特許文献１〜３が開示する鋼材では、これらの要求の両方ともを満足することは困難であり、これらの要求の両方ともを満足できる鋼板部材が求められていた。
【００１０】
本発明は、このような要求に応えるためになされたものであって、その目的の一つは、優れた硬さおよび優れた硬さ−靱性バランスを有する高炭素鋼板部材を提供することであり、別の一つの目的は、優れた硬さおよび優れた硬さ−靱性バランスを有する高炭素鋼板部材の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の態様１は、
Ｃ  ：０．８０質量％〜１．１０質量％、
Ｓｉ：０．０５質量％〜０．４０質量％、
Ｍｎ：０．０５質量％〜０．５０質量％、
Ｃｒ：０．０１質量％〜０．３５質量％、
Ｐ  ：０．０３質量％以下（０質量％を含む）、
Ｓ  ：０．０３質量％以下（０質量％を含む）、
を含み、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる高炭素鋼板部材であって、
方位差１５°以上で定義されるマルテンサイトブロックの円相当径が３．２μｍ以下であり、
円相当径０．２μｍ以上の炭化物が０．６〜５．０面積％存在し、
前記炭化物の平均粒径が０．３μｍ以上２．０μｍ以下であり、
旧オーステナイト粒界上の炭化物占有率が０．３５％以下であり、
ＥＢＳＤで測定したＫＡＭの平均値が０．６９０〜０．７１０である、高炭素鋼板部材である。
【００１２】
本発明の態様２は、残留オーステナイトが０．２〜０．８面積％存在する、態様１に記載の高炭素鋼板部材である。
【００１３】
本発明の態様３は、旧オーステナイトの平均粒径が９μｍ以下である、態様１または２に記載の高炭素鋼板部材である。
【００１４】
本発明の態様４は、
態様１に記載の成分を有する鋼板を球状化焼鈍し、炭化物の平均粒径Ｒｃが０．５〜２．０μｍである焼鈍鋼板を得る工程と、
前記焼鈍鋼板を、下記（１）式を満たすように、温度Ｔ１：７８０〜９００℃および時間ｔ１：０．１〜５０分で保持してオーステナイト化する工程と、
前記オーステナイト化する工程の後、前記焼鈍鋼板を焼入れする工程と、
前記焼入れ後、前記焼鈍鋼板を、下記（２）式を満たすように、温度Ｔ２：２８０〜４００℃および時間ｔ２：１〜６００分で保持して、焼戻しする工程と、
を含む、高炭素鋼板部材の製造方法である。
１５３００≦（Ｔ１＋２７３）×（１５＋ｌｏｇｔ１）−（Ｒｃ＋％Ｃ）×４００≦１６８００    （１）
９６００≦（Ｔ２＋２７３）×（１５＋ｌｏｇｔ２）≦１０２００    （２）
但し、ｌｏｇは１０を底とする常用対数である。
【００１５】
本発明の１つの実施形態では、優れた硬さおよび優れた硬さ−靱性バランスを有する高炭素鋼板部材を提供することができ、別の１つの実施形態では優れた硬さおよび優れた硬さ−靱性バランスを有する高炭素鋼板部材の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明者らは鋭意検討した結果、所定の成分を有する鋼において、方位差１５°以上で定義されるマルテンサイトブロックの円相当径が３．２μｍ以下であり、円相当径０．２μｍ以上の炭化物が０．６〜５．０面積％存在し、前記炭化物の平均粒径が０．３μｍ以上２．０μｍ以下であり、旧オーステナイト粒界上の炭化物占有率が０．３５％以下とし、ＥＢＳＤで測定したＫＡＭの平均値が０．６９０〜０．７１０とすることで、硬さおよび硬さ−靱性バランスが何れも高いレベルにある高炭素鋼板部材を得ることができることを見出したのである。
以下に、本発明の実施形態に係る高炭素鋼板およびその製造方法の詳細を示す。
【００１７】
１．組織パラメータ
（１）方位差１５°以上で定義されるマルテンサイトブロックの円相当径：３．２μｍ以下
マルテンサイトブロックの大きさは破壊のクラック伝播の最小単位であり、靱性に大きな影響を及ぼす。方位差１５°以上で定義されるマルテンサイトブロックの円相当径が３．２μｍを超えると靱性が低下する。よって、方位差１５°以上で定義されるマルテンサイトブロックの円相当径は３．２μｍ以下であり、好ましくは２．６μｍ以下である。
【００１８】
なお、“方位差１５°以上で定義されるマルテンサイトブロック”とは、隣り合うマルテンサイトの方位差が１５°以上となる境界に囲まれた領域である。
【００１９】
方位差１５°以上で定義されるマルテンサイトブロックの円相当径は、例えば、ＳＥＭを用いた結晶解析手法であるＥＢＳＤ（Electron Back Scatter Diffraction Patterns）法を用いて求めることができる。長手方向に平行で板面に垂直な断面を削りだし、厚さ方向の１／４位置である面を研磨して、分解能１ｎｍのＥＢＳＤを４００μｍ×幅方向４００μｍの１視野を観察し、解析ソフトとして、例えば、Ｏｘｆｏｒｄ社「Ｃｈａｎｎｅｌ５」を用いることにより、マルテンサイトブロックの円相当径を求めることができる。
【００２０】
（２）円相当径０．２μｍ以上の炭化物：０．６〜５．０面積％
未固溶炭化物（セメンタイト）量が０．６面積％未満であれば、硬度は高くなるものの、マトリックスの炭素濃度が過度に高くなり、靱性が低下し、硬さ−靱性バランスが低下する。よって、未固溶炭化物量は、０．６面積％以上であり、好ましくは１．０面積％以上である。
一方、未固溶炭化物が５．０％を超えると、マトリックスの炭素濃度が低くなり、硬さが低下し、さらには靱性が低下する。よって、未固溶炭化物量は、５．０面積％以下であり、好ましくは４．０面積％以下である。
【００２１】
なお、熱処理後の鋼板部材の靱性への影響は、主に円相当径０．２μｍ以上の炭化物によるものが大きい。炭化物の円相当径が０．２μｍ以上であれば、熱処理後の焼戻し炭化物は含まれず、すべて未固溶炭化物であり、また画像解析上も精度良く定量化できる。一方、炭化物の円相当径が０．２μｍ未満であれば、炭化物周囲に発生する応力集中も小さく、靱性への影響は無視できる程度である。よって、未固溶炭化物の定量評価として、円相当径０．２μｍ以上の炭化物の量（面積率）を測定すればよい。本明細書において、“未固溶炭化物”と単に記載する場合は、円相当径０．２μｍ以上の炭化物を意味する。
【００２２】
円相当径０．２μｍ以上の炭化物量は、上述のＥＢＳＤ解析により、求めることができる。
【００２３】
（３）炭化物の平均粒径：０．３μｍ以上２．０μｍ以下
円相当径０．２μｍ以上の炭化物の平均円相当径（単に、炭化物の平均粒径、と記載することがある）が０．３μｍより小さくなると、炭化物同士の粒子間距離が小さくなり、硬さが過剰となり、靱性が低下する。よって炭化物の平均粒径は０．３μｍ以上であり、好ましくは０．４μｍ以上である。
一方、炭化物の平均粒径が２．０μｍより大きくなると、大きな炭化物そのものに起因して、靱性が低下する。よって、炭化物の平均粒径は２．０μｍ以下であり、好ましくは１．５μｍ以下である。
【００２４】
炭化物の平均粒径は、例えば、上述のＥＢＳＤ解析により、円相当径で０．２μｍ以上のセメンタイトの平均粒径を求めることができる。
【００２５】
（４）旧オーステナイト粒界上の炭化物占有率：０．３５％以下
旧オーステナイト粒界上に存在する炭化物量が０．３５を超えると、靱性が低下する。よって、旧オーステナイト粒界上の炭化物占有率は０．３５％以下である。
【００２６】
旧オーステナイト粒界上の炭化物占有率は、例えば、ピクラールで腐食した断面を、ＦＥ−ＳＥＭ観察により、１万倍で５視野観察し、旧オーステナイト粒界の長さと、そのうち旧オーステナイト粒界上に存在するセメンタイトが存在する部分の長さを測定し、その比率を求め、５視野の平均値を求めることにより得ることができる。
【００２７】
本発明の実施形態に係る高炭素鋼板部材は、上述した（１）〜（４）の組織パラメータの規定を満足することにより、優れた硬さおよび硬さ−靱性バランスを有することができる。
また、本発明の好ましい実施形態において、以下の組織パラメータ（５）〜（７）のいずれか１つ以上を満たしてもよい。このような形態であれば、硬さおよび硬さ−靱性バランスをより向上することができる。
【００２８】
（５）残留オーステナイト量：０．２〜０．８面積％
残留オーステナイトは、加工誘起変態によって応力を緩和できるという効果を発揮することができる。このような効果を効率的に得るためには、残留オーステナイト量が０．２〜０．８面積％であることが好ましい。残留オーステナイト量は、より好ましくは０．２８〜０．５０面積％である。
【００２９】
残留オーステナイト量は、例えば、上述のＥＢＳＤ解析により測定することができる。
【００３０】
（６）旧オーステナイトの平均粒径：９μｍ以下
旧オーステナイトの平均粒径が大きすぎると、焼入れ時にマルテンサイトブロックサイズが大きくなり、靱性が低下するおそれがある。よって、旧オーステナイトの平均粒径は９μｍ以下が好ましく、より好ましくは８μｍ以下である。
【００３１】
旧オーステナイトの平均粒径は、例えば、ピクリン酸飽和水溶液に界面活性剤を１％混ぜた腐食液でエッチングし、旧オーステナイト粒界を現出させた上で、光学顕微鏡を用いて、適宜１００〜４００倍の倍率で観察し、ＪＩＳ−Ｇ０５５１の標準図との比較により測定することができる。
【００３２】
（７）ＥＢＳＤで測定したＫＡＭの平均値：０．６９０〜０．７１０
ＫＡＭ値（Kernel Average Misorientation値）は、対象となる測定点とその周囲の測定点との間における結晶回転量（結晶方位差）の平均値であり、この値が大きいと結晶中の歪が大きいことを示す。
【００３３】
本発明においては、対象となる測定点と隣接する周囲の８点の全てで、測定点との方位差を算出し、その８つの方位差の平均を求めて、測定点におけるＫＡＭ値としている。この際、隣接する８点のうち、その方位差が１５°以上である点については、ＫＡＭ解析から除外した。すなわち、隣接する８点のうち、方位差が１５°未満の点における方位差の平均を求め、ＫＡＭ値とした。
【００３４】
ＫＡＭ値はまた、硬さおよび靱性とも関係がある。ＫＡＭ値の平均値が高いほど、マルテンサイト変態によって導入された歪（転位）が多く残存していることに対応しており、硬化している状態であるので、硬さが向上するが靱性が低下し、硬さ−靱性バランスが悪くなる。本発明の実施形態に係る鋼板部材は、ＥＢＳＤで測定したＫＡＭ値は０．７１０以下であり、このような範囲であれば、硬さ−靱性バランスを向上することができる。ＫＡＭ値は、好ましくは０．７０２以下である。
【００３５】
一方、ＫＡＭ値の平均値が低すぎると、マルテンサイトが高い温度で焼き戻された状態に対応し、硬さが低すぎて所望の硬さが得られなくなるので、靱性は向上するが硬さが低下し、硬さ−靱性バランスが低下する可能性がある。本発明の実施形態に係る鋼板部材は、ＥＢＳＤで測定したＫＡＭ値は０．６９０以上であり、このような範囲であれば、硬さ−靱性バランスを向上することができる。ＫＡＭ値は、好ましくは０．６９３以上である。
【００３６】
ＫＡＭ値については、例えば、ＥＢＳＤで得られたデータに基づき、解析ソフト Ｏｘｆｏｒｄ社「Ｃｈａｎｎｅｌ５」で得られた方位解析情報をＴＳＬ社「ＯＩＭ Ａｎａｌｙｓｉｓ」に変換して、ＫＡＭ値を導出することにより得ることができる。
【００３７】
２．組成
以下に本発明に係る高炭素鋼板部材の組成について説明する。まず、基本となる元素、Ｃ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｎ、ＰおよびＳについて説明し、さらに選択的に添加してよい元素について説明する。
なお、成分組成について単位の％表示は、すべて質量％を意味する。
【００３８】
（１）Ｃ：０．８０〜１．１０質量％
Ｃは、熱処理後の硬さを向上させるために必要な元素である。そのため、Ｃ含有量は０．８０質量％以上、好ましくは０．８２質量％以上、より好ましくは０．８４質量％以上である。しかし、Ｃ含有量が多すぎると、靱性および衝撃特性に悪影響を及ぼす粗大な未固溶炭化物量が多くなる。そのため、Ｃ含有量は１．１０質量％以下、好ましくは１．０７質量％以下、より好ましくは１．０４質量％以下である。
【００３９】
（２）Ｓｉ：０．０５〜０．４０質量％
Ｓｉは脱酸剤として作用する元素である。このような作用を有効に発揮させるためには、Ｓｉ含有量は０．０５質量％以上必要である、好ましくは０．１０質量％以上、より好ましくは０．２０質量％以上とする。一方、Ｓｉ含有量が多すぎると加工性が劣化するおそれがある。そのため、Ｓｉ含有量は０．４０質量％以下、好ましくは０．３０質量％以下、より好ましくは０．２５質量％以下である。
【００４０】
（３）Ｍｎ：０．０５〜０．５０質量％
Ｍｎは、焼入れ性を向上させる効果を有する。このような効果を有効に発揮するためには、Ｍｎ含有量は、０．０５質量％以上、好ましくは０．１０質量％以上、より好ましくは０．２０質量％以上である。
しかし、Ｍｎ含有量が過剰になると、マルテンサイト変態点Ｍｓが低下し、熱処理歪みが大きくなり、靱性および製造性が低下する。そのため、Ｍｎ含有量は、０．５０質量％以下、好ましくは０．４５質量％以下、より好ましくは０．４０質量％以下である。
【００４１】
（４）Ｃｒ：０．０１〜０．３５質量％
Ｃｒを一定量添加することにより、焼鈍において炭化物を粗大球状化することを促進し、より軟質にすることができる。このような効果を有効に発揮させるためには、Ｃｒ含有量は０．０１質量％以上、好ましくは０．０５質量％以上、より好ましくは０．１０質量％以上である。一方、Ｃｒ含有量が過剰になると靱性が劣化するおそれがある。そのため、Ｃｒ含有量は０．３５質量％以下、好ましくは０．３０質量％以下、より好ましくは、０．２５質量％以下である。
【００４２】
（５）Ｐ：０．０３質量％以下（０質量％を含む）
Ｐは不純物元素として不可避的に存在し、結晶粒界に偏析して曲げ加工性（靱性）を劣化させる。そのため、Ｐ含有量は０．０３質量％以下、好ましくは０．０２５質量％以下、より好ましくは０．０２０質量％以下である。
【００４３】
（６）Ｓ：０．０３質量％以下（０質量％を含む）
Ｓは不純物元素として不可避的に存在し、硫化物を形成して曲げ加工性（靱性）を劣化させる。そのため、Ｓ含有量は０．０３質量％以下、好ましくは０．０２５質量％以下、より好ましくは０．０２０質量％以下である。
【００４４】
（７）残部
好ましい１つの実施形態では、残部は、鉄および不可避不純物である。不可避不純物としては、原料、資材、製造設備等の状況によって持ち込まれる微量元素（例えば、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓｎなど）の混入が許容される。なお、例えば、ＰおよびＳのように、通常、含有量が少ないほど好ましく、従って不可避不純物であるが、その組成範囲について上記のように別途規定している元素がある。このため、本明細書において、残部を構成する「不可避不純物」という場合は、別途その組成範囲が規定されている元素を除いた概念である。
【００４５】
しかし、この実施形態に限定されるものではない。本発明の高炭素鋼板部材の特性を維持できる限り、任意のその他の元素を更に含んでよい。そのように選択的に含有させることができるその他の元素を以下に例示する。
【００４６】
必要に応じて、以下の元素から選択される１種以上を添加してよい。
Ｍｏ：０質量％超０．５質量％以下、Ｎｉ：０質量％超０．５質量％以下、Ｖ：０質量％超０．３５質量％以下、Ｎｂ：０質量％超０．３０質量％以下、Ｔi：０質量％超０．２０質量％以下およびＮ：０質量％超０．０２質量％以下。
【００４７】
３．機械的特性
上述のように本発明の高炭素鋼板部材は、硬さおよび硬さ−靱性バランスが何れも高いレベルにある。本発明の高炭素鋼板部材のこれらの特性について以下に詳述する。
【００４８】
（１）硬さ
本発明の高炭素鋼板部材は、５５０ＨＶ以上の硬さを有する。これにより、十分な硬さを確保できる。
【００４９】
硬さの測定は、例えば、鋼板部材の板厚さ方向１／４位置において、ＪＩＳＺ２２４４（２００９年改訂版）の規定に準拠してビッカース硬さ試験を行い、試験荷重５ｋｇｆで５点測定し、その平均値を求めることにより決定することができる。
【００５０】
（２）硬さ−靱性バランス
本発明の高炭素鋼板部材は、優れた硬さを有すると同時に優れた靱性を有しており、すなわち、硬さ−靱性バランスに優れている。そのため、本発明の高炭素鋼板部材を刃物・工具に用いた場合、使用による刃先等の破損を抑制することができる。
硬さ−靱性バランスは、上述した硬さ試験により得られる硬さ（ＨＶ）と、ＶＤＡ曲げ試験により求まる曲げ角度（°）とにより評価することができる。
ＶＤＡ試験は、例えばドイツ自動車工業会で規定されたＶＤＡ基準（ＶＤＡ２３８−１００）に基づいて行ってよい。
【００５１】
本発明に係る高炭素鋼板部材は、（硬さ−１７０）×ＶＤＡ基準の曲げ角度（ＨＶ・°）が１２０００超である。これにより、刃物・工具に適用するのに十分なレベルの硬さ−靱性バランスを提供できる。硬さ−靱性バランスは、好ましくは１２６００以上である。
なお、本発明者らは、硬さとＶＤＡ基準の曲げ角度とを単純に掛け合わせるのではなく、硬さから１７０を差し引いた数値と曲げ角度を掛け合わせることにより、硬さとじん性の寄与度を適切に配分してトータルの特性バランスを評価できることを、他の多くの事例研究から見出した。そのため、本願においては、硬さから１７０を差し引いた数値と曲げ角度を掛け合わせることにより、硬さと靱性とのバランスの評価を評価している。
【００５２】
４．製造方法
次に本発明の実施形態に係る高炭素鋼板部材の製造方法を説明する。
【００５３】
（１）圧延用の鋼材
上記成分組成を有する圧延用の鋼材（スラブ）を作製する。スラブは既知の任意の方法により準備してよい。下記の方法を例示できる。
上記成分組成を有する鋼を溶製し、造塊または連続鋳造により、圧延用の鋼材として、スラブを作成する。なお、必要に応じて造塊または連続鋳造により得た鋳造材を分塊圧延してスラブを得てよい。
【００５４】
（２）熱間圧延
次に上述のスラブを用いて熱間圧延を行い、鋼板を得る。熱間圧延は、既知の任意の条件により行ってよい。その後、表面状態や板厚精度等の必要条件に応じて、さらに、酸洗、冷間圧延（スキンパス）を施してもよい。下記の方法を例示できる。
熱間圧延は、例えば、熱間圧延前の加熱温度を１１５０〜１３００℃として行う。粗圧延温度は、以後の仕上げ圧延における温度確保も考慮して９００〜１１００℃とし、仕上げ圧延温度が８００℃以上になるように行う。仕上げ圧延後、５５０℃超６５０℃以下で巻き取ってもよい。
【００５５】
（３）球状化焼鈍
次に、得られた鋼板に球状化焼鈍を施し、上記成分組成を有する焼鈍鋼板であって、炭化物の平均粒径Ｒｃが０．５〜２．０μｍである焼鈍鋼板を得る。
このような平均粒径Ｒｃの炭化物を有する焼鈍鋼板を用いることにより、後にオーステナイト化して得られる鋼板部材において、安定的に未固溶炭化物を残すことができる。
【００５６】
炭化物の平均粒径が０．５μｍ未満であると、オーステナイト化の際に炭化物が固溶しすぎるため、靱性が低下する。一方、炭化物の平均粒径が２μｍを超えると、オーステナイト化後の鋼板において粗大な未固溶炭化物が残りやすくなり、靱性が低下する。
よって、本実施形態にかかる製造方法では、炭化物の平均粒径Ｒｃは０．５〜２．０μｍである鋼板を用いる。
【００５７】
炭化物の平均粒径Ｒｃが０．５〜２．０μｍである焼鈍鋼板は、圧延材に対して、例えば以下の条件により球状化焼鈍を行うことにより得ることができる。
【００５８】
圧延材を、６８５℃以上７８０℃以下の加熱温度で１時間〜１０時間保持し、その後、６８０℃までを１０℃／時間以下の冷却速度で冷却する。これにより、炭化物の平均粒径Ｒｃが０．５〜２．０μｍである焼鈍鋼板を得ることができる。
なお、比較的大きなサイズの球状炭化物組織を得るためには、加熱温度を７４５℃以上とするとよい。また、このような球状化焼鈍を２回繰り返すことによって、平均粒径が大きめの球状炭化物組織を得ることができる。また、熱間圧延後に酸洗し、冷間圧延をしてから球状化焼鈍することによっても比較的大きめの球状化炭化物組織を得ることができる。
一方、比較的小さめの球状化炭化物組織は、加熱温度を７４５℃未満として、冷却することにより、得ることができる。
【００５９】
（４）オーステナイト化
球状化焼鈍後の焼鈍鋼板を、下記（１）式を満足するように、オーステナイト化温度Ｔ１：７８０〜９００℃および時間ｔ１：０．１〜５０分で保持してオーステナイト化する。
１５３００≦（Ｔ１＋２７３）×（１５＋ｌｏｇｔ１）−（Ｒｃ＋％Ｃ）×４００≦１６８００    （１）
但し、ｌｏｇは１０を底とする常用対数である。
【００６０】
改良焼入れパラメータＭ１（すなわち、（１）式の（Ｔ１＋２７３）×（１５＋ｌｏｇｔ１））−（Ｒｃ＋％Ｃ）×４００が１５３００を下回ると、未固溶炭化物量が多くなりすぎ、または未固溶炭化物サイズが大きくなりすぎ、靭性が低下する。よって、焼入れパラメータＭ１は１５３００以上であり、１５４００以上が好ましく、１５４００以上がより好ましい。
一方、改良焼入れパラメータＭ１が１６８００を上回る場合、旧オーステナイト粒径が大きくなり、さらにはマルテンサイトブロックサイズが大きくなり、靭性が低下する。よって、改良焼入れパラメータＭ１は１６８００以下であり、１６４００以下が好ましく、１６０００以下がより好ましい。
【００６１】
（５）焼入れ
オーステナイト化して得られた焼鈍鋼板を焼入れする。焼入れは任意の条件で行ってよい。
好ましい焼入れ条件として８００℃で３分保持した後水冷して室温以下まで冷却することを挙げることができる。
【００６２】
（６）焼戻し
焼入れ後、焼戻し処理を行うことにより、本発明の実施形態に係る高炭素鋼板部材の完成品を得る。
焼戻し処理は、焼入れ後、下記（２）式を満たすように、焼鈍鋼板を温度Ｔ２：２８０〜４００℃および時間ｔ２：１〜６００分で保持する。
９６００≦（Ｔ２＋２７３）×（１５＋ｌｏｇｔ２）≦１０２００    （２）
但し、ｌｏｇは１０を底とする常用対数である。
【００６３】
焼戻しパラメータＭ２（すなわち、（２）式の（Ｔ２＋２７３）×（１５＋ｌｏｇｔ２））が過度に小さいと、転位密度が過度に高くなり、ＫＡＭ平均値が高くなるとともに、硬さが大きくなりすぎ、硬さ−靱性バランスが低下する。焼戻しパラメータＭ２は９６００以上であり、好ましくは９７００以上、より好ましくは９８００以上である。
一方、焼戻しパラメータＭ２が１０２００を上回ると、転位密度が過度に低くなり、ＫＡＭ平均値が低くなるとともに、さらに場合によってはブロックサイズが粗大化することがある。そのため、硬さが小さくなりすぎ、硬さ−靭性バランスが低下する。よって、焼戻しパラメータＭ２は１０２００以下、好ましくは１０１００以下、より好ましくは１００００以下である。
【００６４】
以上の熱処理により本発明の実施形態に係る高炭素鋼板部材を得ることができる。
なお、本明細書中に規定される熱処理温度Ｔ１およびＴ２は、通常は熱処理を行う熱処理炉の炉内温度を用いて管理してよい。また、必要に応じて、熱処理を行う材料の表面に熱電対等の温度計測手段を配置し、材料温度を測定することで管理してよい。
【実施例】
【００６５】
１．試験片作成
表１に記載した化学組成を含有する２種類の鋼板を球状化焼鈍し、この鋼板を用いて、２０ｍｍ×６０ｍｍの試験片Ｎｏ．１〜１７を作製した。試験片Ｎｏ．１〜１７に対して表２の条件で熱処理して、ビッカース硬さ試験およびＶＤＡ曲げ試験を行った。ＶＤＡ曲げ試験は、靱性を評価するものである。
なお、表１、表２および後述する表３において、下線を付した数値は本発明の実施形態の範囲から外れていることを示す。
【００６６】
【表１】
2018048375.tif 000002
【００６７】
【表２】
2018048375.tif 000003
【００６８】
２．組織パラメータの測定
熱処理後の曲げ試験片の長手方向に平行で板面に垂直な断面を削りだし、厚さ方向の１／４位置である面を研磨して、分解能１ｎｍのＥＢＳＤを４００μｍ×幅方向４００μｍの１視野を測定し、解析ソフト Ｏｘｆｏｒｄ社「Ｃｈａｎｎｅｌ１５」を用いてマルテンサイトブロックサイズを求めた。またＦＥ−ＳＥＭ写真を判別し易く加工してから、画像解析ソフトＭｅｄｉａＣｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ社「Ｉｍａｇｅ−Ｐｒｏ  Ｐｌｕｓ」を用いて、未固溶炭化物の量、平均粒径、残留オーステナイト量を求めた。
［マルテンサイトブロックサイズ］
方位差１５°以上で定義されるマルテンサイトブロックの円相当径は、隣り合うマルテンサイトの方位差が１５°以上となる境界に囲まれた領域を一つのマルテンサイトブロックとし、その円相当径を求めた。
【００６９】
［円相当径０．２μｍ以上の未固溶炭化物量］
上述のＥＢＳＤ解析により、円相当径で０．２μｍ以上のセメンタイトの面積率を求めた。
【００７０】
［未固溶炭化物の平均粒径］
上述のＥＢＳＤ解析により、円相当径で０．２μｍ以上のセメンタイトの平均粒径を求めた。
【００７１】
［旧オーステナイト粒界上の炭化物占有率］
旧オーステナイト粒界上の炭化物占有率は、ピクラールで腐食した断面を、ＦＥ−ＳＥＭ観察により、１万倍で５視野観察し、旧オーステナイト粒界の長さと、そのうち旧オーステナイト粒界上に存在するセメンタイトが存在する部分の長さを測定し、その比率を求め、５視野における平均値を占有率として算出した。
【００７２】
［旧オーステナイトの平均粒径］
旧オーステナイトの平均粒径は、ピクリン酸飽和水溶液に界面活性剤を１％混ぜた腐食液でエッチングし、旧オーステナイト粒界を現出させた上で、光学顕微鏡を用いて、適宜１００〜４００倍の倍率で観察し、ＪＩＳ−Ｇ０５５１の標準図との比較により測定した。
【００７３】
［残留オーステナイト量］
残留オーステナイト量は、上述のＥＢＳＤ解析により測定した。
【００７４】
［ＥＢＳＤで測定したＫＡＭの平均値］
ＥＢＳＤで測定したＫＡＭの平均値は、解析ソフト Ｏｘｆｏｒｄ社「Ｃｈａｎｎｅｌ５」で得られた方位解析情報をＴＳＬ社「ＯＩＭ Ａｎａｌｙｓｉｓ」に変換して、ＫＡＭ値を導出することにより得た。
【００７５】
３．機械的特性の測定
得られた試験片について、機械的特性を評価した。
【００７６】
（硬さ）
各試験片について、厚さ方向の１／４位置において、ビッカース硬度計を用いて、ＪＩＳＺ２２４４（２００９年改訂版）の規定に準拠し、試験荷重５ｋｇｆで５点測定し、その平均値を求めた。
【００７７】
（硬さ−靱性バランス）
靱性は、ＶＤＡ曲げ試験により評価した。具体的には、ドイツ自動車工業会で規定されたＶＤＡ基準（ＶＤＡ２３８−１００）に基づいて以下の測定条件で評価を行った。本発明では曲げ試験で得られる最大荷重時の変位をＶＤＡ基準で角度に変換し、曲げ角度を求めた。結果を表中の「ＶＤＡ曲げ角度（°）」に記載した。
（測定条件）
試験方法：ロール支持、ポンチ押し込み
ロール径：φ３０ｍｍ
ポンチ形状：先端Ｒ＝０．４ｍｍ
ロール間距離：３．２ｍｍ
押し込み速度：６ｍｍ／ｍｉｎ
試験片寸法：６０ｍｍ×２０ｍｍ
曲げ方向：圧延直角方向
試験機：島津製作所製万能試験機ＡＧ−ＩＳ    ５０ｋＮ
【００７８】
本発明では、測定したビッカース硬さＨＶが５５０以上であり、かつ（硬さ−１７０）×ＶＤＡ基準の曲げ角度（ＨＶ・°）が１２０００超の場合は、硬さ−靱性バランスに優れるとして合格（○）とし、それ以外の場合は不合格（×）と評価した。結果を表３に示す。
【００７９】
【表３】
2018048375.tif 000004
【００８０】
４．まとめ
本発明の条件を満たす実施例サンプルである、Ｎｏ.１〜３、５、１１、１４、１５および１７は、いずれも、本発明の成分組成の規定を満足し、推奨の製造条件で製造した結果、本発明の組織規定の要件を充足し、５５０ＨＶ以上の硬さ、１２０００°・ＨＶ以上の（硬さ−１７０）×ＶＤＡ基準の曲げ角度を達成しており、硬さ−靱性バランスに優れていることを確認できた。
【００８１】
Ｎｏ．４は、焼戻しパラメータＭ２が小さいため、ＫＡＭ平均値が高くなり、硬さが過剰になり、曲げ角度が過度に小さくなり、（硬さ−１７０）×曲げ角度の値が低下した。
【００８２】
Ｎｏ．６および７は、改良焼入れパラメータＭ１が大きいため、旧オーステナイト粒径が大きくなり、マルテンサイトブロックサイズが過度に大きくなった。その結果、靭性が低下し、（硬さ−１７０）×曲げ角度の値が低下した。
【００８３】
Ｎｏ．８は、炭化物の平均粒径が大きすぎる焼鈍鋼板を用い、さらに改良焼入れパラメータＭ１が小さすぎた例である。そのため、未固溶炭化物の平均粒径が過度に大きくなりすぎて、靱性が低下し、（硬さ−１７０）×曲げ角度の値が低下した。
【００８４】
Ｎｏ．９は、焼戻しパラメータＭ２が小さいため、ＫＡＭ平均値が高くなり、硬さが過剰になり、曲げ角度が過度に小さくなり、（硬さ−１７０）×曲げ角度の値が低下した。
【００８５】
Ｎｏ．１０は、焼戻しパラメータＭ２が大きいため、ＫＡＭ平均値が低くなり、硬さが小さくなりすぎ、（硬さ−１７０）×曲げ角度の値が低下した。
【００８６】
Ｎｏ．１２は、焼戻しパラメータＭ２が大きいためＫＡＭ平均値が低くなり、硬さが小さくなりすぎ、（硬さ−１７０）×曲げ角度の値が低下した。
【００８７】
Ｎｏ．１３は、炭化物の平均粒径が大きすぎる焼鈍鋼板を用い、さらに改良焼入れパラメータＭ１が小さすぎた例である。そのため、未固溶炭化物の平均粒径が過度に大きくなり、靱性が低下し、（硬さ−１７０）×曲げ角度の値が低下した。
【００８８】
Ｎｏ．１６は、炭化物の平均粒径が大きすぎる焼鈍鋼板を用い、さらに改良焼入れパラメータＭ１が小さすぎた例である。そのため、未固溶炭化物の平均粒径が過度に大きくなり、未固溶炭化物量が過度に多くなり、靱性が低下し、（硬さ−１７０）×曲げ角度の値が低下した。