(57)【要約】【課題】  主として自動車用部品を用途とし、伸び特性と穴広げ性などのプレス成型性に優れ、窒化処理によって耐磨耗性に優れた十分な厚みの表層窒化層を実現することができる窒化処理用鋼板を提供する。【解決手段】  質量％で、Ｃ：０．００１〜０．００５％、Ｓｉ：０．０１〜０．５％、Ｍｎ：０．１〜１．０％、Ａｌ：０．２％〜０．６％、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｎ：０．００５％以下を含有し、更に、Ｔｉ：０．００１％以上を含有するとともに、Ｔｉ＋Ｖ＋Ｎｂを０．０６％以下とし、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする耐磨耗性及びプレス加工性に優れた窒化処理用鋼板。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ  ：０．００１〜０．００５％、
Ｓｉ：０．０１〜０．５％、
Ｍｎ：０．１〜１．０％、
Ａｌ：０．２％〜０．６％、
Ｐ  ：０．０５％以下、
Ｓ  ：０．０３％以下、
Ｎ  ：０．００５％以下
を含有し、更に、
Ｔｉ：０．００１％以上
を含有するとともに、
Ｔｉ＋Ｖ＋Ｎｂを０．０６％以下とし、
残部がＦｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする耐磨耗性及びプレス加工性に優れた窒化処理用鋼板。
【請求項２】
前記Ｔｉが、質量％で、０．０３％以下であることを特徴とする請求項１に記載の耐磨耗性及びプレス加工性に優れた窒化処理用鋼板。
【請求項３】
前記Ｖ及びＮｂが、質量％で、
Ｖ  ：０．０３％以下、及び、
Ｎｂ：０．０３％以下
であることを特徴とする請求項１又は２に記載の耐磨耗性及びプレス加工性に優れた窒化処理用鋼板。
【請求項４】
更に、質量％で、
Ｃｕ：０．８〜２．０％、及び、
Ｎｉ：０．５×（Ｃｕ）〜１．５％
を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の耐磨耗性及びプレス加工性に優れた窒化処理用鋼板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車部品、自転車、その他回転を伴う各種部品、又は、衝撃負荷の加わり易い各種機械部品などの製造に採用される窒化処理技術の分野に属し、特に、自動車用のトランスミッション等の部品に代表されるように、軟窒化処理によりその特性が付与される部品への適用を念頭において、熱処理前のプレス成形性と、窒化後の優れた耐磨耗性について考慮した窒化用鋼板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼の表面硬化法の一手法として知られる窒化法は、一般に成形加工して得られた鋼製部品を、ＮＨ3等の窒素含有ガスの雰囲気中でＡc1以下の温度域に加熱し、表層部に活性窒素を拡散させ、安定な窒化物を形成することにより、表層部を硬化させる手法である。
【０００３】
しかし、その表層部の硬化機構はよく判っていないのが現状であり、例えば、窒素原子が鋼中のＡｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｏなどの間で窒化物を形成し、これらが転位（すべり）との何らかの干渉効果を持つことによるという説や、鋼中における窒化物自身の歪みに起因するという説など、幾つかの硬化機構説がある。
【０００４】
このような窒化法による鋼表層部の硬化処理方法として、例えば、特許文献１及び特許文献２などでは、Ｃ：０．１〜０．５％の鋼中にＡｌやＣｒの窒化物形成元素を添加した鋼を所定温度条件で窒化処理した軟窒化低合金鋼が提案されているが、いずれも、鋼中のＣ含有量が高く、窒化処理時に窒化物を形成する元素を多く添加するために、鋼材の加工性に劣り、用途が、主に、切削加工による工具、構造用部品に限られるという欠点があった。
【０００５】
これに対し、プレス加工成形が可能な自動車や機械部品用鋼として、深絞り性及び窒化処理に優れた軟窒化用の極低Ｃ−ＩＦ（Interstitial Free）鋼板の製造方法が、特許文献３などで提案されている。しかし、このような従来の窒化用鋼板では、窒化処理した後の表面性状が不均一となり、十分な強度を得ることが困難であるなどの課題があった。
【０００６】
これに対し、特許文献４〜６などでは、添加元素としてのＣｕに注目し、鋼板製造時に、鋼中にＣｕを固溶させることにより十分な加工性を確保でき、かつ、窒化処理時には、鋼中のＣｕ析出により、強度向上とともに、表面硬化が可能となる窒化処理用熱延鋼板が提案されている。
【０００７】
これらの方法のうち、特許文献６で提案する方法では、自動車用部品を用途とし、窒化処理前のプレス成形時に要求される鋼板の伸びフランジ性や穴広げ性を確保し、かつ、鋼板の窒化処理後に、表面から板厚方向に硬度を低下させた表面耐磨耗性にすぐれた鋼板が提案されている。
【０００８】
しかしながら、より耐磨耗性を向上させるためには、最表面からより内部までを硬化させることが理想である。十分な厚みの硬化層を形成するためには、窒素を鋼表面から板厚方向へ充分に拡散させる必要があり、窒化処理条件として、処理時間を増加させるか、加熱温度を上昇させなければならない。
【０００９】
しかしながら、窒化処理時の処理時間増加及び加熱温度上昇は、窒化処理鋼の製造における生産性向上及び製造コスト低減の観点からは好ましくない。
【００１０】
このような従来技術の現状から、窒化処理前のプレス成形性に優れ、より低温又は短時間での窒化処理条件においても、窒素の鋼中への拡散量が確保でき、表面から深さ方向に十分に厚い硬化層を有し、表面耐磨耗性に優れた窒化処理用鋼板が望まれていた。
【００１１】
【特許文献１】特開昭５９−３１８５０号公報
【特許文献２】特開昭５９−５０１５８号公報
【特許文献３】特開平９−２５５１７号公報
【特許文献４】特開平３−１２２２５４号公報
【特許文献５】特開平１１−１９９９７０号公報
【特許文献６】特開２００３−１１９５４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記従来技術においては、生産性及びコストを低下させることなく、窒化処理によって十分な厚みの硬化層を製造することは容易ではないという課題があった。
【００１３】
本発明は、伸びフランジ性や穴広げ性に優れるという特徴を有し、かつ、通常の窒化処理によって、従来よりも厚い表層硬化層を形成した、優れた耐磨耗性を有する窒化処理用鋼材を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者は、上記課題を解決するため、ビッカース硬度（Ｈｖ）で５１５以上を有する硬化層が、より低温、短時間の窒化処理条件において、最表面から０．２５ｍｍ以上の深さ領域に形成され得る鋼板を開発することを目的として、鋼板組成と硬化層との相関について鋭意検討した。
【００１５】
なお、ビッカース硬度測定における荷重は１００ｇを採用した。また、窒化処理後の鋼板最表層には、十μｍ程度の鉄窒化層が一般に形成されるが、これを含んだ鋼板表面を最表面と定義し、表面硬化層の深さは、この最表面からの深さで特定した。
【００１６】
本発明者は、窒化処理により、このような優れた特性を実現するため、具体的には、鋼板組成と、窒化処理によって生じる窒化物やその生成領域を詳細に検討し、その結果、鋼板表層部に、十分な深さ（厚み）の硬化層を形成するためには、Ａｌ添加を主体とし、この時、特定の元素を極力低減させることが極めて有効であるとの知見を得た。
【００１７】
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨とするところは、以下の通りである。
【００１８】
（１）  質量％で、
Ｃ  ：０．００１〜０．００５％、
Ｓｉ：０．０１〜０．５％、
Ｍｎ：０．１〜１．０％、
Ａｌ：０．２％〜０．６％、
Ｐ  ：０．０５％以下、
Ｓ  ：０．０３％以下、
Ｎ  ：０．００５％以下
を含有し、更に、
Ｔｉ：０．００１％以上
を含有するとともに、
Ｔｉ＋Ｖ＋Ｎｂを０．０６％以下とし、
残部がＦｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする耐磨耗性及びプレス加工性に優れた窒化処理用鋼板。
【００１９】
（２）  前記Ｔｉが、質量％で、０．０３％以下であることを特徴とする前記（１）に記載の耐磨耗性及びプレス加工性に優れた窒化処理用鋼板。
【００２０】
（３）  前記Ｖ及びＮｂが、質量％で、
Ｖ  ：０．０３％以下、及び、
Ｎｂ：０．０３％以下
であることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の耐磨耗性及びプレス加工性に優れた窒化処理用鋼板。
【００２１】
（４）  更に、質量％で、
Ｃｕ：０．８〜２．０％、及び、
Ｎｉ：０．５×（Ｃｕ）〜１．５％
を含有することを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の耐磨耗性及びプレス加工性に優れた窒化処理用鋼板。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、従来に比べ、生産性及びコストを低下させることなく、窒化熱処理前の加工性に優れ、かつ、窒化熱処理後の表面特性として優れた十分な厚みの硬化層を有し、耐磨耗性に優れた部品の製造に最適な鋼板を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明者は、従来から知られているＡｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｏなどの窒化物の微細分散技術を複合的に活用するだけでは、近年の厳しい部品ニーズに対して技術的限界があることに直面し、プレス加工性に優れた鋼板が、窒化処理により、表層から十分な領域まで硬化し、部品として要求される耐磨耗性を確保し得る諸条件を鋭意検討した。
【００２４】
特に、窒化処理によって、鋼中に、どのような窒化物がどのように分布するかを詳細に検討し、同一の窒化処理条件において、表層からより深く窒化させるに適した鋼材成分を検討した。
【００２５】
また、上記検討に加え、本発明者は、窒化による硬化原理、更に、窒素Ｎの拡散原理等について研究し、その結果、窒化溶鋼としてＡｌ添加鋼が非常に優れており、また、この時、Ｎとの親和力が強い元素を極力減らすことが有効であるとの知見を得た。
【００２６】
更に、鋼材部品自体の強度を制御する目的で、炭窒化物や、他の析出物挙動を検討した結果、適量のＣｕ添加によって、表面硬度の制御とは独立に、鋼板内部の強度設計も可能であるとの知見を得た。
【００２７】
以下、本発明について詳細に説明する。
【００２８】
まず、鋼板の成分組成は、以下の理由で限定した。なお、％は質量％を意味する。
【００２９】
Ｃは、０．００１〜０．００５％とする。炭素の過剰添加は、鋼板の延性、即ち、加工性の低下をもたらすため、上限を０．００５％とした。一方、炭素が０．００１％未満の鋼の製造は、脱炭等の製造コストが高く、非現実的となるので、下限を０．００１％とした。
【００３０】
Ｓｉは、固溶強化機構により母材強度を向上させるので、０．０１％以上を添加する。一方、過剰な添加による加工性の低下を防ぐために、上限を０．５％とした。
【００３１】
Ｍｎは、鋼中のＳと反応し、ＭｎＳを形成することにより、鋼を製造する時の高温での割れや、中心偏析を抑制する役割を果たすので、０．１％以上の添加が必要である。また、固溶強化能力も高いので、目的鋼種に合わせて適宜添加するが、１．０％を超えると、延性の低下の程度が大きくなるので、１．０％を上限とする。
【００３２】
Ｐは、優れた固溶強化元素の一つであるが、本発明では積極的に活用すべき元素ではない。そのため、延性の劣化を考慮して０．０５％を上限とする。
【００３３】
Ｓも、含有量が多いほど、加工性を低下させ、耐食性等の観点から悪影響を及ぼすことが判ってきているので、不必要な元素であるが、溶解の段階で混入してしまうので、０．０３％を上限とした。
【００３４】
Ｎは、炭素と同様に、鋼板の延性、即ち、加工性の低下をもたらす。特に、本発明においては、不要な固溶Ｎと析出物を形成し低減させる役割を有するＴｉ含有量を限定しているため、Ｎはより少ない方が好ましい。それ故、Ｎの上限を０．００５％以下とする。より好ましくは、０．００３％以下である。
【００３５】
Ａｌは、脱酸剤として有効な元素であり、脱酸剤として機能させるためには適量添加する必要がある。更に、Ａｌは、本発明の中心的役割を担う元素であり、窒化処理によって微細な窒化析出物を高密度に形成することで、転位の移動を抑制し、硬度を上昇させる効果をもたらす。それ故、Ａｌは、０．２％以上、好ましくは０．３％以上添加する。
【００３６】
しかし、添加量が多すぎると、表層部の硬度は大きくなるが、Ｎの内部への拡散を抑制し、内部の硬化が遅れるので、上限を０．６％とする。好ましい上限は０．５％である。
【００３７】
Ｔｉは、鋼中の不要なＣやＮ、Ｓと析出物を形成し、固溶Ｃ及び固溶Ｎを低減して、延性向上に寄与するために必要な元素である。従って、Ｔｉは０．００１％以上添加する。好ましく０．００３％以上添加する。
【００３８】
Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂは、Ｎとの親和力が非常に強く、これら３元素が多量に存在する場合は、窒化処理中に優先的にＮと結合して、Ｎの内部への拡散を遅らせる。その結果、硬化領域の深さが浅くなる。
【００３９】
従って、窒化処理で、鋼板表層部に適正な硬化層を形成するためには、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂの３元素の総固溶量が重要な因子となる。しかし、固溶量を正確に定義することは容易ではないので、Ｔｉ＋Ｖ＋Ｎｂの含有量を援用し、その全含有量を０．０６％以下に規制する。好ましくは０．０４％以下とする。
【００４０】
更に、これらの３元素の上限を、それそれ単独で規定することが好ましい。
【００４１】
Ｔｉは、不要なＣやＮ、Ｓと析出物を形成し、固溶Ｃ及び固溶Ｎを低減して、延性向上に寄与する有効な元素であるが、Ｎとの親和力が非常に強い元素であり、０．０３％を超えて存在する場合は、表層の硬化には寄与するが、Ｎの内部拡散を遅らせて、より厚い硬化層の形成を妨げる。
【００４２】
即ち、Ａｌを窒化物形成元素として使用する本発明においては、Ｔｉ量が多すぎる場合、窒化処理でより厚い硬化層を製造する際の障害となる。従って、Ｔｉの上限を、好ましくは０．０３％、より好ましくは０．０１％とする。
【００４３】
Ｖは、Ｎとの親和力が非常に強い元素であり、０．０３％を超えて存在すると、表層の硬化には寄与するが、Ｎの内部拡散を遅らせて、より厚い硬化層の形成を妨げる。従って、Ｖの上限を、好ましくは０．０３％、より好ましくは０．０１％とする。
【００４４】
Ｎｂは、Ｔｉと同様に、鋼中の不要なＣやＮ、Ｓと析出物を形成し、固溶Ｃ及び固溶Ｎを低減して、延性向上に寄与する元素である。しかし、Ｎｂは、Ｔｉを上記析出物形成用元素として使用する本発明においては、特に、必要ない元素である。
【００４５】
そして、Ｎｂは、Ｎとの親和力が非常に強いため、０．０３％を超えて存在すると、表層の硬化には寄与するが、Ｎの内部拡散を遅らせて、より厚い硬化層の形成を妨げる。従って、Ｎｂの上限を、好ましくは０．０３％、より好ましくは０．０１％とする。
【００４６】
本発明の鋼板は、上記成分を基本成分とし、かつ、その含有量が上記範囲に規定されることにより、窒化処理前においては、延性や穴広げ性などのプレス成形性に優れ、かつ、窒化処理後には、表面から十分な厚み領域に、後述する微細窒化物が高密度に析出して、硬化するものである。
【００４７】
また、本発明の鋼板は、上記課題とする鋼特性を阻害しない範囲で、他の特性を向上するなどの目的で、必要に応じ、以下の成分を含有することができる。
【００４８】
Ｃｕは、窒化熱処理時に、鋼中にＣｕ粒子を析出し、強度を向上させる作用をなす元素として知られている（特許文献６、参照）。従って、本発明では、Ｃｕを、表層部の硬度向上のために添加するのではなく、Ａｌ等の微細窒化物が形成されない表層より内部（中心部側）においてＣｕ析出による強度向上効果を得るため、必要に応じて添加する。
【００４９】
この鋼内部（中心部側）におけるＣｕ析出による強度向上効果を十分に得るためには、Ｃｕ含有量の下限を０．８％とするのが好ましい。一方、過度の添加は、その効果が飽和するし、また、コスト面も考慮し、Ｃｕの上限を２．０％、好ましくは１．５％とする。
【００５０】
Ｎｉは、鋼表層での硬化層形成にとって、本来必要のない元素であるが、Ｃｕを添加する場合には、熱間圧延時に生じるＣｕ起因の脆化割れを回避するため、Ｃｕ含有量に応じて添加することが好ましい。
【００５１】
この作用効果を充分得るためには、Ｎｉを、質量比で、Ｃｕ添加量の０．５倍以上添加する必要がある。従って、Ｎｉ含有量の下限を０．５×［Ｃｕ］とするのが好ましい。なお、［Ｃｕ］はＣｕ添加量（質量％）を示す。一方、Ｎｉが１．５％を超えると、延性の低下を招くので、Ｎｉの上限を１．５％とする。
【００５２】
以上のような理由で、本発明においては、更に、鋼板強度を向上するために、Ｃｕを、０．８〜２．０％の範囲で添加するとともに、その際、Ｃｕ起因の熱延脆化割れを回避するために、Ｎｉを０．５×（Ｃｕ）〜１．５％の範囲で添加する。
【００５３】
また、上記で規定する以外のその他の元素については、本発明の目的を達成する上では不可避的不純物として取り扱うが、より好ましくは、以下のように含有量を規制する。
【００５４】
例えば、原料としてスクラップを部分使用した時に混入するＳｎなどのような微量混入元素は、特に、本発明の鋼板の材料特性を左右せず、本発明の効果を左右しない。しかし、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｚｒ等のように、Ｎとの親和力が大きい元素は、窒化処理によって容易に窒化物を形成し、極表層部を硬化させるなど、鋼板特性に悪影響を及ぼすので、これらの元素の混入は、各々を、０．０１％以下に規制することが好ましい。
【００５５】
さて、本発明のポイントは、窒化処理後の鋼板の表層硬化特性を設計するにあたり、一定の窒化処理によって、表層からより深い領域まで有効に硬化させる析出物として、特定のサイズ、特定の個数密度を有するＡｌ窒化物を析出させることが最も優れていることを発見した点にある。
【００５６】
更に、従来から行われていた、多量のＡｌの添加は、窒化処理時に、必要以上に表層部に析出物を形成し、表層部の硬度は増加するものの、Ｎの内部拡散が抑制され、十分な厚みを有する硬化層の形成の妨げになることが分かった。
【００５７】
更に、Ｎとの親和力の大きな元素、即ち、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ等の元素が特定量以上存在する場合、Ｎの内部拡散を遅らせる原因となることが判明した。これは、親和力の大きな元素は、優先的にＮと結合して析出を開始し、これらの元素が枯渇するまで、Ｎの内部拡散が進まないためである。
【００５８】
従って、窒化処理用鋼板としては、特定量のＡｌを含有し、Ｎとの親和力の大きな他の元素を必要以上に含有しないことが好ましいことが判明した。
【００５９】
Ａｌが特定量より多く存在するか、又は、Ｎとの親和力の大きな元素が特定量以上存在する場合、表層から十分な厚みの硬化層を形成するためには、高温でかつ長時間の窒化処理が必要となる。しかし、これはコスト高につながるため、窒化処理用鋼板としては好ましくない。また、Ａｌが特定量より少ない場合は、十分な量のＡｌ窒化物が形成されず、窒化処理条件に拘わらず、十分な硬度の硬化層を実現することができない。
【００６０】
本発明の鋼板の窒化処理方法については、表層部に目的とするＡｌ窒化物を形成させることができれば、どのような方法でもよいが、品質や製造コストの観点からは、尿素を熱分解してできるＮＨ3を利用したガス窒化処理が有効であり，その方法を一例として説明する。
【００６１】
まず、所定の成分組成の連続鋳造スラブを、１０５０〜１２５０℃に加熱した後、粗圧延し、次いで、仕上圧延する。組織制御の観点から、仕上圧延は、Ａr3変態点以上のオーステナイト域で実施することが望ましい。
【００６２】
仕上圧延後の巻き取りは、７００℃以下で実施する。なお、鋼板がＣｕを０．８％以上含有している時、巻き取り後、ゆっくり冷却すると、鋼板内部でＣｕの析出が起こり、この析出は、析出硬化作用を奏して、その後の加工性を劣化せしめるので、Ｃｕ０．８％以上を含有する鋼板の場合のみ、４００℃以下の温度域まで、１００／℃以上の速度で急速冷却することが望ましい。
【００６３】
なお、Ｃｕが０．８％未満の鋼板、又は、Ｃｕを含有しない成分系の鋼板の場合は、上記急速冷却の必要はない。
【００６４】
本発明の鋼板は、穴広げ性に優れた部品として使われることを主目的として構成されているので、熱延鋼板の状態で提供されることが多いが、場合によっては、熱間圧延に引き続いて冷間圧延を施し、更に、再結晶熱処理を施して、冷延鋼板として提供しても問題はない。
【００６５】
この場合、本発明の鋼板は、極低炭素鋼での材質設計となっているので、焼鈍温度は、再結晶温度以上の温度域で実施する必要があるが、変態点を越えると、延性やｒ値などに代表される鋼材材質が劣化し、プレス加工性が悪くなるので、焼鈍温度は、９００℃を上限とする。
【００６６】
更に、再結晶熱処理工程に続く過時効条件も、引張強度で４９０ＭＰａ以下として鋼板の加工性を確保するためには、３５０℃以下としなくてはならない。
【００６７】
本発明の鋼板は、プレス成形によって部品形状に加工した後、窒化処理により、優れた耐磨耗性を発現する。この窒化処理条件の一例として、５５０〜６２０℃の温度範囲での３〜５時間程度のガス窒化処理（雰囲気：ＣＯ2＋Ｈ2＋Ｎ2＋ＮＨ3）を挙げることができる。この窒化処理によって、表面から内部にＮを拡散させ、特定のサイズ、及び、特定の個数密度を有する微細なＡｌ窒化物を高密度に析出、分布させる。
【００６８】
一般に、高温、長時間で窒化処理するほど、Ｎの内部拡散量は増加し、硬化層は厚くなるが、一方で、表層部において、窒化物のサイズの増大や個数密度の減少が生じ、硬度が低下する場合がある。鋼板が含有する元素濃度と、窒化時に侵入するＮ濃度との兼ね合いで、鋼板の硬化特性が決定されることになる。しかし、コストの観点から、一般には、低温、短時間での窒化処理が好まれる。
【００６９】
本発明の鋼板は、より低温、短時間の窒化処理によって、表層面から十分な深さまで優れた硬度特性が得られるものである。
【実施例】
【００７０】
次に、本発明の実施例について説明するが、実施例の条件は、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るものではない。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において、種々の条件を採用し得るものである。
【００７１】
（実施例１）
本発明の実施例を、比較例と共に説明する。
【００７２】
表１に示す成分組成を有する材料を種々溶解した。表中の値は化学分析値であり、単位は質量％である。上記成分組成のインゴットを溶製後、１２００℃で１時間の加熱を施し、熱延条件として、仕上温度を９３０℃、鋼種Ｆ、Ｔ、Ｕ以外の鋼種は５８０℃で巻き取り、厚さ２ｍｍの熱延鋼板を作製した。Ｃｕ添加の鋼種Ｆ、Ｔ及びＵについては、３８０℃まで水冷し、そこから放冷した。
【００７３】
【表１】
2005272992.tif 000003
【００７４】
次に、それぞれの熱延板より、ＪＩＳ  Ｚ  ２２０１に記載の５号試験片を加工して、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１に記載の試験方法に則って、引張試験を行なった。そこで得られた降伏応力と引張強度を、表２に示す。また、加工性の指標として、全伸びの特性と、穴広げ性試験の結果を、表２に示す。
【００７５】
穴広げ性試験は、直径１０ｍｍの打ち抜き穴を、バリを外側にして６０°円錐ポンチにて押し広げ、クラックが板厚を貫通した時点での穴径（ｄ）と初期穴径（ｄ0）との比（ｄ／ｄ0）を求めた。
【００７６】
本発明の鋼板では、いずれも、ｄ／ｄ0で２．５を超える特性が得られ、また、３５％を超える全伸びも得られていて、本発明の鋼板は、優れた加工性を有していることが解かる。
【００７７】
比較鋼の鋼種Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｌ、Ｏ、Ｔ及びＵでは、全伸びや穴広げ値が不十分で、加工性という観点で、特性が満足されていない。しかし、本発明の鋼種と比較鋼の鋼種Ａ、Ｂ、Ｈ、Ｍ、Ｎ及びＰにおいては、加工性を満足していた。ここで、加工性が良好であった鋼種について、窒化処理を行い、窒化処理用鋼板としての特性を調べた。
【００７８】
【表２】
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【００７９】
窒化処理は、ＣＯ2＋Ｈ2＋Ｎ2＋ＮＨ3のガス雰囲気中で、５６５℃×３時間、実施した。また、一部の鋼種については、異なる窒化処理条件でも窒化処理を実施した。ここでは、コストの観点から、より低温、短時間の窒化処理とした。
【００８０】
窒化処理済みの鋼板の特性評価は、表面から目的の深さまで、機械研磨にて取り除き、深さ方向の１００ｇ荷重のビッカース硬度試験を実施して行なった。表３に、この評価結果として、最表面から０．０５ｍｍ、０．２５ｍｍ及び０．８ｍｍにおける硬度を、軟窒化処理条件と併せて示した。
【００８１】
【表３】
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【００８２】
表に示すように、全ての鋼種において、表面に近いほど硬度は高く、内部に行くほど硬度が低下している。ここでの評価としては、最表面から０．２５ｍｍにおいて十分な硬度（５１５Ｈｖ）を示すものを、本発明の目的とする十分な厚みの硬化層を有する鋼とした。
【００８３】
鋼種Ａ及びＢは、Ａｌ含有量が不足していたため、表層においても、必要な硬度に到達していない。これら鋼種では、Ａｌ微細窒化物の生成量が少ないことが、透過型電子顕微鏡やアトムプローブによって確認された。一方で、鋼種Ｈは、０．０５ｍｍ深さの硬度は非常に高いが、０．２５ｍｍ深さの硬度は目標値を大きく下回っている。これは、Ａｌ含有量が多すぎ、表層においてＡｌ析出反応が進み、Ｎの内部拡散が遅れたためである。
【００８４】
この鋼種においては、窒化処理時間を長くするか又は高温とすることにより、０．２５ｍｍ深さの硬度を５１５Ｈｖの目標値に到達せしめることは可能であるが、窒化処理コストが高くなるため、本発明の範囲外のものとする。
【００８５】
次に、図１に、５６５℃×３時間の窒化処理後の０．２５ｍｍ深さにおける硬度のＡｌ含有量依存性を示す。ここでは、加工性が不十分であった鋼種Ｉの結果をも示した。目標値５１５Ｈｖを満たすＡｌ含有量は０．２〜０．６％の範囲である。特に、０．３〜０．５％の範囲においては硬度が最も高く、このＡｌ含有量範囲が、より厚い硬化層を形成する観点から、非常に優れていることが解かる。
【００８６】
鋼種Ｍ、Ｎ及びＰは、Ａｌを本発明で規定する含有量の範囲内で含有するが、“Ｔｉ＋Ｖ＋Ｎｂ”含有量を０．０６％より多く含む鋼種である。０．２５ｍｍ深さの硬度は、“Ｔｉ＋Ｖ＋Ｎｂ”含有量が多いほど低下し、その分、０．０５ｍｍ深さの硬度が高くなっている。これは、表層部に、優先的にＴｉ、Ｖ又はＮｂ窒化物が生成したため、Ｎの内部拡散が遅れたものと考えられる。
【００８７】
図２に、Ａｌ含有量が本発明で規定する含有量の範囲内にある鋼種において、５６５℃×３時間の窒化処理後の０．２５ｍｍ深さにおける硬度の“Ｔｉ＋Ｖ＋Ｎｂ”含有量依存性を示す。“Ｔｉ＋Ｖ＋Ｎｂ”含有量が、０．０６％を境界にして、それより多い場合には、硬度が目標値に達していない。
【００８８】
鋼種Ｑは、Ｔｉを０．０３７％、鋼種Ｒは、Ｖを０．０４％、鋼種Ｓは、Ｎｂを０．０３５％含有する鋼種である。“Ｔｉ＋Ｖ＋Ｎｂ”含有量は０．０６％以下であり、本発明で規定する含有量の範囲内にあり、また、Ａｌも、０．４〜０．５％で、本発明で規定する、より好ましい含有量の範囲内にある。
【００８９】
しかし、０．２５ｍｍ深さの硬度は目標値に達しているものの、鋼種Ｄ、Ｅ及びＦに比べ、少し小さな値を示している。これは、鋼種Ｑ、Ｒ及びＳのそれぞれにおいて、Ｔｉ、Ｖ及びＮｂの単独の含有量が０．０３％を超えているためである。
【００９０】
一方、上記窒化処理条件においては、０．８ｍｍ深さにおいてほとんど硬化しておらず、ほぼ鋼本来の硬度を表している。しかし、Ｃｕ添加の鋼種Ｆにおいては、０．０５ｍｍ及び０．２５ｍｍ深さの硬度は変わらないものの、０．８ｍｍ深さの硬度は、Ｃｕを添加していない鋼に対し２倍程度に増大している。
【００９１】
鋼板内部では、Ｎが拡散していないため窒化物による硬化は生じないが、窒化時の熱処理によってＣｕが単独に析出し、硬度が増加する。このように、Ｃｕを０．８％以上添加することによって、鋼板内部の硬度をＣｕ析出物によって増加させ、鋼板全体の強度を上げることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
前述したように、本発明によれば、従来に比べ、生産性及びコストを低下させることなく、窒化熱処理前の加工性に優れ、かつ、窒化熱処理後の表面特性として優れた十分な厚みの硬化層を有し、耐磨耗性に優れた部品の製造に最適な鋼板を提供することができる。
【００９３】
本発明により、自動車用又は機械構造用の部品などを製造する際に、プレス加工性を良好に維持しつつ、耐磨耗性に優れた良好な品質の製品を高生産性かつ低コストで製造することができるので、本発明は、産業上に与える貢献は非常に多大なものであり、その利用可能性が大きいものである。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】窒化処理済み鋼の０．２５ｍｍ深さにおける硬度のＡｌ含有量依存性を示す図である。
【図２】窒化処理済み鋼の０．２５ｍｍ深さにおける硬度の“Ｔｉ＋Ｖ＋Ｎｂ”含有量依存性を示す図である。
【図１】
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【図２】
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