(57)【要約】【課題】加工用に熱処理により硬化させる高炭素鋼板に関するもので、熱処理時の鋼板表層での浸炭、脱炭を抑制することが出来る高炭素鋼板を提供する。【解決手段】質量％でＣ：０．２〜０．３５％を含む鋼板にＳｎ，Ｓｂ，Ｂｉ，Ｓｅの一種以上を合計で０．０００３〜０．５％含むことを特徴とする加工性、焼き入れ性、溶接性、耐浸炭および耐脱炭性に優れた高炭素鋼板であり、必要に応じて  Ｓｉ：０．０３〜０．３％、  Ｍｎ：０．１５〜１．２％、  Ｃｒ：Ｏ．０２〜１．２％、Ｐ：０．０２％  以下、Ｓ：Ｏ．０２％  以下、Ｍｏ：０．２％  以下、  Ｔｉ：０．０１〜０．１０％  、Ｂ：０．０００５〜０．００５０％  を含有し、さらに、Ｃｅ：０．０５％以下、Ｃａ：０．０５％以下、Ｚｒ：０．０５％以下、Ｍｇ：０．０５％以下の内１種以上を含有する鋼板である。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．２〜０．３５％を含む鋼板に、Ｓｎ，Ｓｂ，Ｂｉ，Ｓｅの一種以上を合計で０．０００３〜０．５％含むことを特徴とする加工性、焼き入れ性、溶接性、耐浸炭および耐脱炭性に優れた高炭素鋼板。
【請求項２】
質量％で、
Ｃ  ：０．２〜０．３５％、
Ｓｉ：０．０３〜０．３％、
Ｍｎ：０．１５〜１．２％、
Ｃｒ：０．０２〜１．２％、
Ｐ  ：０．０２％以下、
Ｓ  ：０．０２％以下、
Ｍｏ：０．２％以下、
Ｔｉ：０．０１〜０．１０％、
Ｂ  ：０．０００５〜０．００５０％
を含み、かつ、Ｓｎ，Ｓｂ，Ｂｉ，Ｓｅの一種以上を合計で０．０００３〜０．５％含むことを特徴とする加工性、焼き入れ性、溶接性、耐浸炭および耐脱炭性に優れた高炭素鋼板。
【請求項３】
質量％で、更に
Ｃｅ：０．０５％以下、
Ｃａ：０．０５％以下、
Ｚｒ：０．０５％以下、
Ｍｇ：０．０５％以下
の内一種以上を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の加工性、焼き入れ性、溶接性、耐浸炭および耐脱炭性に優れた高炭素鋼板。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の成分組成を満足する鋼を熱間圧延するに際し、仕上げ温度をＡｒ３  ＋１０℃〜Ａｒ３  ＋５０℃、巻き取り温度を５５０℃〜７００℃の範囲で行い、引き続いて酸洗することを特徴とする加工性、焼き入れ性、溶接性、耐浸炭および耐脱炭性に優れた高炭素鋼板の製造方法。
【請求項５】
酸洗後に焼鈍を施すことを特徴とする、請求項４に記載の加工性、焼き入れ性、溶接性、耐浸炭および耐脱炭性に優れた高炭素鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加工用に熱処理することにより硬化させる高炭素鋼板に関するものであり、熱処理時の鋼板表層での浸炭、脱炭を抑制することが出来る高炭素鋼板に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
歯車などの高い強度と靭性を必要とする機械構造用部品には、高炭素鋼板あるいは低炭素鋼板が使用されている。これら鋼板は鍛造、打抜き、曲げ、絞り等の加工で所定の形状に成形し、その後焼入れ、焼戻しを施して使用される。歯車などの歯の先端のように特に高い強度と耐磨耗性を有する部位には熱処理時に浸炭処理がよく行われている。
【０００３】
これら鋼板に要求される特性として、小型の部品でも成形可能な加工性、溶接割れが生じない溶接性、摩擦により鋼板が摩耗しない耐摩耗性、衝撃荷重に耐える衝撃特性などがある。
表面硬さは鋼板の焼き入れ性が良好なほど、言い換えると、炭素量、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ等の合金元素の添加量が高いほど良好になる。一方、溶接割れ性は炭素量、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ等の合金元素が少ないほど良好となる。衝撃特性は一般に硬さが高くなると劣化し、合金元素量が多いと焼き入れ硬さが高くなり、衝撃特性も低下する。
【０００４】
この衝撃特性の劣化を回避するため、低炭素鋼板に浸炭して焼き入れする方法が検討され、十分な表面硬さを得るためには浸炭量を十分に確保する必要があることが知られている。この場合に表面硬さの要求を満足する浸炭処理を行うと、組み立て時の溶接割れが生じやすくなり、要求特性を満足する鋼板及びその製造条件を得ることが困難となる。そのため、浸炭処理をする際に、溶接をする場所など表面硬化処理を目的としない部分には、浸炭を防止するため浸炭防止処理剤などを使わなければならないという欠点を有する。
【０００５】
加工性と焼き入れ性を改善する方法を開示したものとして特許文献１がある。この公報においては、焼き入れ性は質量％で１０％＜３０×Ｃ％＋５×Ｍｎ％＋６×Ｃｒ％＋３０×Ｂ％に、加工性は５％＞１０×Ｃ％＋Ｍｎ％＋１５０×Ｓを満足する成分に調整することにより得られることが開示されており、転造成型によるドライブプレート用鋼板として開発されている。しかし、この鋼板は衝撃性、溶接性が何ら考慮されておらず、上記の要求を満足しない。
【０００６】
そこで、衝撃性、溶接性も解決する手段として、例えば特許文献２などのように、浸炭を行わずに焼き入れ後の表面の耐摩耗性と靭性を両立させるような方法が提案されている。
しかしながら、こういった方法では、表面の浸炭を防止するために熱処理時の雰囲気（一般にカーボンポテンシャル：Ｃｐ）をコントロールする必要があるが、雰囲気が変動すると浸炭したり、逆に脱炭してしまうという問題点があり、特に溶接性を満足させるのが実際の製造では難しいという問題がある。
これまで浸炭を促進する手段については多くの方法が開示されているものの、逆に浸炭を抑制させる鋼板については開示されていないのが現状である。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−２５９４４７号公報
【特許文献２】
特開２００２−３１７２４０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術の問題点に着目してなされたのであって、浸炭処理を使わないで、高い強度と靭性を必要とする機械構造用部品に用いることが出来る、熱処理時の鋼板表層での浸炭、脱炭を抑制することが可能な高炭素鋼板を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明者らは、熱処理時の鋼板表層での浸炭、脱炭反応について検討した結果、鋼板成分に従来使われていないＳｎ，Ｓｂ，Ｂｉ，Ｓｅを活用することで顕著に浸炭、脱炭が防止できることを見出した。
【００１０】
本発明は上記知見に基づいてなされたものであり、その骨子とするところは、以下の通りである。
（１）  質量％で、Ｃ：０．２〜０．３５％を含む鋼板にＳｎ，Ｓｂ，Ｂｉ，Ｓｅの一種以上を合計で０．０００３〜０．５％含むことを特徴とする加工性、焼き入れ性、溶接性、耐浸炭および耐脱炭性に優れた高炭素鋼板。
【００１１】
（２）  質量％で、
Ｃ  ：０．２〜０．３５％、  Ｓｉ：０．０３〜０．３％、
Ｍｎ：０．１５〜１．２％、  Ｃｒ：０．０２〜１．２％、
Ｐ  ：０．０２％以下、      Ｓ  ：０．０２％以下、
Ｍｏ：０．２％以下、        Ｔｉ：０．０１〜０．１０％、
Ｂ  ：０．０００５〜０．００５０％
を含み、かつ、Ｓｎ，Ｓｂ，Ｂｉ，Ｓｅの一種以上を合計で０．０００３〜０．５％含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする加工性、焼き入れ性、溶接性、耐浸炭および耐脱炭性に優れた高炭素鋼板。
【００１２】
（３）  質量％で、更に
Ｃｅ：０．０５％以下、      Ｃａ：０．０５％以下、
Ｚｒ：０．０５％以下、      Ｍｇ：０．０５％以下
の内一種以上を含有することを特徴とする上記（１）または（２）項に記載の加工性、焼き入れ性、溶接性、耐浸炭および耐脱炭性に優れた高炭素鋼板。
【００１３】
（４）  上記（１）ないし（３）項のいずれかに記載の成分組成を満足する鋼を熱間圧延するに際し、仕上げ温度をＡｒ３  ＋１０℃〜Ａｒ３  ＋５０℃、巻き取り温度を５５０℃〜７００℃の範囲で行い、引き続いて酸洗することを特徴とする加工性、焼き入れ性、溶接性、耐浸炭および耐脱炭性に優れた高炭素鋼板の製造方法。
【００１４】
（５）  酸洗後に焼鈍を施すことを特徴とする、上記（４）項に記載の加工性、焼き入れ性、溶接性、耐浸炭および耐脱炭性に優れた高炭素鋼板の製造方法。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明について詳細に説明する。
まず本発明を構成する鋼板の化学成分について説明する。
Ｃは焼き入れ後の硬さを確保するために、０．２％以上必要である。しかし、Ｃ量が高くなると特に脱炭を防止することが困難になるので溶接割れを生じやする。この理由によりＣ量の上限を０．３５％に特定した。
【００１６】
Ｓｎ，Ｓｂ，Ｂｉ，Ｓｅは本発明で最も重要な元素である。本発明者らは、Ｃを含有する鋼板にＳｎ，Ｓｂ，Ｂｉ，Ｓｅを添加することで、顕著に表面での炭素の反応を抑制できることを見出し本発明を完成した。これらＳｎ，Ｓｂ，Ｂｉ，Ｓｅのメカニズムについて詳細は分かっていないが、これら元素が鋼板の最表層に偏析して表面での反応を抑制しているのではないかと考えている。
表面での浸炭、脱炭を抑制するためにはＳｎ，Ｓｂ，Ｂｉ，Ｓｅの一種以上を合計で０．０００３％以上必要である。しかし、Ｓｎ，Ｓｂ，Ｂｉ，Ｓｅ含有量が高くなると、浸炭、脱炭を抑制する効果が飽和するので、上限を０．５％とした。浸炭、脱炭の抑制のために、Ｓｎ，Ｓｂ，Ｂｉ，Ｓｅの一種以上を０．００３％以上添加することが望ましい。さらに好ましくは０．０１０％以上添加することにより有効に効果を発揮する。
【００１７】
Ｓｉは鋼板を硬質にする元素で、加工性の点からは少ないほうが好ましい。ただし、Ｓｉをあまり減少させるには製造コストが高くなるので、０．０３％以上が望ましい。しかし、添加量が０．３％を超えると、鋼板の加工性を悪くするため０．３％以下が望ましい。
【００１８】
Ｍｎは鋼板を硬くすると同時に焼き入れ性を高める元素として良く知られている。また、不可避的に混入するＳに起因する熱間脆性を防ぐためために必要な元素である。このため０．１５％以上の添加が好ましい。しかし、添加量が１．２％を超え、耐磨耗性に必要な炭素量を添加すると溶接時に割れが生じやすくなる。また、Ｍｎ量が高くなると加工性が劣化する。以上の理由からＭｎ量を１．２％以下にすることが望ましい。
【００１９】
ＣｒもＭｎと同様に、鋼板を硬くすると同時に焼き入れ性を高める元素として良く知られている。このため、０．０２％以上の添加が好ましい。しかし、添加量が１．２％を超え、耐磨耗性に必要な炭素量を添加すると溶接時に割れが生じやすくなる。また、Ｃｒ量が高くなると加工性が劣化する。以上の理由からＣｒ量を１．２％以下にすることが望ましい。
【００２０】
Ｓは加工性、溶接性および衝撃性を害する元素として知られており、０．０２％以下にすることが望ましい。
【００２１】
ＰはＳと同様に加工性、溶接性および衝撃性を害する元素として知られており、０．０２％以下にすることが望ましい。
【００２２】
ＭｏもＣｒ，Ｍｎと同様に、鋼板を硬くすると同時に焼き入れ性を高める元素として良く知られている。このため０．２％以下の添加が望ましい。
【００２３】
Ｔｉ，Ｂは焼き入れ性を向上させることが出来る元素として知られている。本発明でもより焼き入れ性を特に必要とする場合に、Ｂを０．００５％以下の範囲で添加することが望ましい。下限は、焼き入れ性に有効に作用するに必要な０．０００５％にすることが望ましい。Ｂを添加した鋼では、このＢを焼き入れ性に有効に作用させるためにＴｉを添加するが、この目的のためにはＴｉ添加量は０．０１％以上が望ましい。一方、添加量が多くなりすぎると加工性が劣化するため、その上限を０．１０％とすることが望ましい。
【００２４】
Ｃｅ，Ｃａ，Ｚｒ，Ｍｇは非金属性介在物を微細化する効果を有し、加工性、衝撃特性を向上させる。この効果を発揮させるためにＣｅ：０．０５％以下、Ｃａ：０．０５％以下、Ｚｒ：０．０５％以下、Ｍｇ：０．０５％以下の１種以上の添加が望ましい。
【００２５】
Ａｌは脱酸材として用いられる元素で通常鋼中に含有され、酸化物系の介在物に起因する鋼の疲労強度の低下を防ぐため、０．０１〜０．０５％程度含有していることが好ましい。
【００２６】
その他、Ｏ，Ｎ等の不可避的に混入する元素は少ないほど加工性、衝撃特性を良好にするため少なくすることが好ましい。
【００２７】
本発明の鋼の製造方法は、特に限定されるものではないが、以下の製造条件が望ましい。
上記の組成の鋼は、通常の転炉、電気炉等で溶製され、必要に応じ真空脱ガス処理により溶製され、連続鋳造等によりスラブとされる。これらのスラブは熱間圧延に供されるが熱延の加熱温度が低くなると製品の衝撃特性を悪くするので、１０５０℃以上の加熱温度で行うことが好ましい。
【００２８】
熱延仕上げ温度は鋼板の加工性と関係する。
仕上げ温度がＡｒ３  点温度より低くなると鋼板の加工性を損なうため、Ａｒ３  点温度＋１０℃以上で行うのが望ましい。一方、熱延仕上げ温度が高くなりすぎると、やはり鋼板の加工性確保の点で望ましくない。このため、熱延仕上げ温度の上限はＡｒ３  点温度＋５０℃が望ましい。
【００２９】
熱延後の巻き取り温度も比較的重要な要因である。巻き取り温度が高すぎると、加工性が劣化する傾向にあると共に、焼き入れ後の耐磨耗性を悪くする傾向にある。この理由から、巻き取り温度の上限は７００℃が好ましい。更に好ましい範囲は、同様の理由から６５０℃以下である。一方、巻き取り温度が低くなりすぎると鋼板の加工性が劣化する傾向にあるので、５５０℃以上とするのが望ましい。
【００３０】
このようにして熱延した鋼板は、脱スケールし、必要に応じ、調質圧延後に、あるいは焼鈍、調質圧延後にリクライナー鋼板に供される。脱スケール後に焼鈍する場合は、Ａｃ１  点温度以下、６５０℃以上で実施している。
【００３１】
本発明の鋼は熱延後に酸洗、冷延、焼鈍の工程を経て製造されても、本発明の特徴を損なわないので、酸洗後に冷延、焼鈍してもかまわない。この場合、デスケール後の冷間圧延は５０％以下の圧延率で行うのが普通である。焼鈍はＡｃ１  点温度以下、６５０℃以上の温度で実施している。
このようにして製造された鋼板は加工性、焼き入れ性、溶接性、耐浸炭および耐脱炭性に優れている。
【００３２】
【実施例】
表１に示す鋼組成のスラブを１２００℃加熱後、仕上げ温度が８６０〜８８０℃の仕上がり温度で４．５ｍｍ厚まで熱間圧延し、６３０〜６５℃の巻き取り温度で熱延コイルを造った。酸洗後、６９０℃、１８ｈｒの焼鈍後に、１．０％の調質圧延を行い鋼板を製造した。
【００３３】
この鋼板を０．１５〜０．４０％のカーボンポテンシャル（Ｃｐ）の雰囲気で８８０℃、６０分の熱処理を施し、熱処理後に鋼板表面のＣ量をカントバックで測定した。鋼板表面のＣ量が母材の量を基準にプラスマイナス０．０３％未満であるものを○、プラスマイナス０．０５％未満を△、それ以上を×の評点とし、○と△を合格とした。
【００３４】
雰囲気０．２５％のカーボンポテンシャルで８８０℃、６０分の熱処理後、油焼入れで作成した鋼板を用いて、全厚のサブサイズのシャルピー試験片を用い、０℃で衝撃試験を行い吸収エネルギーを測定した。
吸収エネルギーが５０Ｊ以上あるものを○、５０Ｊ未満を×とした。
【００３５】
また、これらの鋼板を用い、ラウンド型のリクライナーを造り、加工性を評価し、溶接組み立て、溶接部の割れの有無を調査した。このときの加工後の熱処理に用いた雰囲気は０．２５％のカーボンポテンシャルである。熱処理は８８０℃、６０分の熱処理後、油焼入れを行った。加工性の評点はギヤー部の先端の割れの有無で評価した。溶接性は溶接部の割れの有無で評価し、割れあるいは微小クラックのあるものを×、ないものを○の評点とした。
【００３６】
耐磨耗性の評価はリクライナーの歯部先端の硬度がＨｖ＜５００  を×、Ｈｖ≧５００を○の評点とし、○を合格とした。
【００３７】
得られた特性を表２に示した。
Ｎｏ．１〜８は本発明範囲の実施例で、雰囲気による浸炭、脱炭の影響を受けず、加工性、耐磨耗性の指標である表面硬さも高く、溶接後割れ評点、衝撃特性のいずれも優れた特性を有している。
Ｎｏ．９は若干Ｓｎ，Ｓｂ，Ｂｉ，Ｓｅの含有量が少ないため雰囲気による浸炭、脱炭の影響を若干受けているものの問題ない範囲である。それに対して、Ｎｏ．１０はＳｎ，Ｓｂ，Ｂｉ，Ｓｅが本発明の範囲内にないため、雰囲気による浸炭、脱炭の影響を受け本発明を満たさない。また、Ｎｏ．１１はＣが本発明の範囲内を下回っており、耐磨耗性が劣り本発明を満たさない。また、Ｎｏ．１２はＣが本発明の範囲内を上回っているため溶接性が劣り本発明を満たさない。
【００３８】
【表１】
2004315836.tif 000002
【００３９】
【表２】
2004315836.tif 000003
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、浸炭処理を使わないで、高い強度と靭性を必要とする機械構造用部品に用いることが出来る、熱処理時の鋼板表層での浸炭、脱炭を抑制することが可能な高炭素鋼板および該鋼板を効率よく製造することができる。