(57)【要約】【課題】良好な曲げ加工性を有し、かつ耐久性を更に改善した帯状打抜き刃を提供する。【解決手段】鋼板表面から２００μｍを超える基地部は、Ｃ：０.４０〜０.８０質量％、Ｎｂ：０.１０〜０.５０質量％を含有する化学組成を有し、ベイナイト中または焼戻しマルテンサイト中にセメンタイトからなる球状炭化物が１.０体積％以上存在し、かつ円相当径０.５μｍ以上のＮｂ含有炭化物の存在密度が９００μｍ2あたり１０.０個以上である金属組織を有し、硬さが３００〜４５０ＨＶに調整されており、表層部にはフェライト単相組織からなる厚さ５μｍ以上の脱炭表層があり、表層１５μｍ領域において円相当径０.５μｍ以上のＮｂ含有炭化物の存在密度が９００μｍ2あたり０〜５.０個である、耐久性に優れた帯状打抜き刃用鋼板。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板の両側の表面からそれぞれ２００μｍ以下の深さ領域を「表層部」、それより板厚方向内部の領域を「基地部」と呼ぶとき、
基地部は、Ｃ：０.４０〜０.８０質量％、Ｎｂ：０.１０〜０.５０質量％を含有する化学組成を有し、ベイナイト中または焼戻しマルテンサイト中にセメンタイトからなる球状炭化物が１.０体積％以上存在し、かつ円相当径１.０μｍ以上のＮｂ含有炭化物の存在密度が９００μｍ2あたり１０.０個以上である金属組織を有し、硬さが３００〜４５０ＨＶに調整されており、
表層部は、フェライト単相組織からなる厚さ５μｍ以上の脱炭表層を有し、表面から１５μｍ深さまでの領域（「表層１５μｍ領域」という）において円相当径１.０μｍ以上のＮｂ含有炭化物の存在密度が９００μｍ2あたり０〜５.０個である、
耐久性に優れた帯状打抜き刃用鋼板。
【請求項２】
基地部の硬さが２６５〜４５０ＨＶに調整されている請求項１に記載の耐久性に優れた帯状打抜き刃用鋼板。
【請求項３】
鋼板の両側の表面からそれぞれ２００μｍ以下の深さ領域を「表層部」、それより板厚方向内部の領域を「基地部」と呼ぶとき、
基地部は、Ｃ：０.４０〜０.８０質量％、Ｎｂ：０.１０〜０.５０質量％を含有する化学組成を有し、ベイナイト中または焼戻しマルテンサイト中にセメンタイトからなる球状炭化物が１.０体積％以上存在し、かつ円相当径０.５μｍ以上のＮｂ含有炭化物の存在密度が９００μｍ2あたり１０.０個以上である金属組織を有し、硬さが２６５〜４５０ＨＶに調整されており、
表層部は、フェライト単相組織からなる厚さ５μｍ以上の脱炭表層を有し、表面から１５μｍ深さまでの領域（「表層１５μｍ領域」という）において円相当径０.５μｍ以上のＮｂ含有炭化物の存在密度が９００μｍ2あたり０〜５.０個である、
耐久性に優れた帯状打抜き刃用鋼板。
【請求項４】
基地部の化学組成が、質量％で、Ｃ：０.４０〜０.８０％、Ｓｉ：０.０５〜０.５０％、Ｍｎ：０.１４〜２.０％、Ｐ：０.００２〜０.０２０％、Ｓ：０.０００５〜０.０２０％、Ｃｒ：０.０１〜１.００％、Ｎｂ：０.１０〜０.５０％、Ｍｏ：０〜０.５０％、Ｖ：０〜０.５０％、Ｎｉ：０〜２.０％、Ｂ：０〜０.００５％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物である請求項１〜３のいずれかに記載の帯状打抜き刃用鋼板。
【請求項５】
脱炭表層の厚さが５〜２０μｍである請求項１〜４のいずれかに記載の帯状打抜き刃用鋼板。
【請求項６】
鋼板の板厚が０.４〜１.５ｍｍである請求項１〜５のいずれかに記載の帯状打抜き刃用鋼板。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の鋼板からなる帯状素材の側端部に先端先細りの刃付け加工部を有する帯状打抜き刃。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれかに記載の鋼板からなる帯状素材の側端部に先端先細りの刃付け加工部を有し、その先端部分に基地部の組織を焼入れしてなる硬さ５００ＨＶ以上の刃先焼入れ部を有する帯状打抜き刃。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、段ボール、板紙、樹脂シート、皮革などを打ち抜くための帯状打抜き刃に用いる鋼板およびその帯状打抜き刃に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記の帯状打抜き刃は、トムソン刃、ルール、ダイなどの称呼を有し、鉄鋼材料からなる帯状薄板の一方の側端部に先端先細りの刃先を形成したものである。帯状打抜き刃を使用するときは、予めベニア板等にレーザー加工等で所定の打抜き形状の溝を形成しておき、帯状打抜き刃の刃先の無い側端部を上記の溝にはめ込んで「木型」と呼ばれる打抜き型を作製する。その際、溝に嵌合するように帯状打抜き刃は所定の形状に曲げ加工される。溝の深さは帯状打抜き刃の幅より浅いため、刃先はベニヤ板の板面から突き出ており、刃の周囲には刃先の突き出し量より少し厚い弾性体ブロックを貼り付ける。そして、この木型の上に被打抜き材を押し当てて切断すると所定形状に打ち抜かれたものが弾性体の反発力で押し戻され、容易に取り出せる。
【０００３】
帯状打抜き刃には、刃物としての「切れ味」および「耐久性」に優れる点以外に、木型作製時に曲げ半径の小さい屈曲加工が容易に行える特性を具備すること、すなわち「曲げ加工性」に優れることが要求される。
【０００４】
従来一般に、優れた「切れ味」を実現するには刃先部が硬いこと、刃付け加工部全体の剛性が高いことが必要であるとされ、「耐久性」を確保するには刃先部およびその近傍の耐摩耗性が高いことが必要であるとされている。そのために、調質熱処理（恒温変態処理、焼入れ・焼戻し処理など）によってベイナイトや焼戻しマルテンサイトが主体の硬質な金属組織とする手法、および刃先部を高周波焼入れ処理により顕著に硬化させる手法が採用されている。
【０００５】
一方、「曲げ加工性」を確保する手法としては、鋼板の表層部を脱炭処理してＣ含有量の少ない表層（脱炭表層）を形成させる手法が採用されている。脱炭表層は、材料を焼入れ・焼戻し等の調質熱処理に供した後にもフェライト単相の組織状態を維持し、この脱炭表層によって、所定の形状に曲げ加工される際の割れが防止される。
【０００６】
上記のような調質熱処理による硬質化、高周波焼入れ処理による刃先部の顕著な硬質化、および脱炭表層の形成が可能な鋼種として、例えばＪＩＳ規格に規定されるＳ５５Ｃ，ＳＡＥ１０５０，ＳＡＥ１０５５などが挙げられる。これらの鋼種では恒温変態や焼戻しで２８０ＨＶ以上、あるいはさらに３００ＨＶ以上の硬度と適度な靱性が付与でき、かつ刃先の高周波焼入れで５００ＨＶ以上の硬度を得ることもできる。また、雰囲気を適切にコントロールした熱処理によって脱炭表層を形成させることができる。
【０００７】
図１に、脱炭表層を形成することによって曲げ加工性を改善した従来一般的な帯状打抜き刃の断面構造を模式的に示す。脱炭表層の厚さは誇張して描いてある（後述図２において同じ）。鋼板素材の段階で脱炭焼鈍と調質熱処理が施されており、表面付近の脱炭表層は軟質なフェライト単相組織、それ以外の部分はベイナイトまたは焼戻しマルテンサイトを主体とする強靱な組織となっている。帯状材料の側端部に先端先細りの刃付け加工部を有し、その他の部分が胴部である。刃先には高周波焼入れによって「刃先焼入れ部」を形成することができる。この場合、刃先硬さは５００ＨＶ以上に調整可能である。
【０００８】
近年では環境問題などの理由で家電製品などの梱包・緩衝材は発砲スチロールから段ボールに移行しつつあり、また、パッケージの意匠性も向上しつつある。さらに、緩衝材等の設計がコンピュータを用いて迅速かつ容易に行えるようになった。このため、従来にも増して多種多様で複雑形状の打抜きに対応することが必要となり、帯状打抜き刃は一層厳しい曲げ加工に供されるようになった。この場合、脱炭表層を形成した帯状打抜き刃では、胴部よりも、刃付け加工部で割れが生じて問題となった。刃付け加工部には脱炭表層がないため、厳しい曲げ加工ではその部分での「曲げ加工性」が重要となる。
【０００９】
そこで、特許文献１に示されるように、一定量の球状炭化物を含む組織状態とすることによって刃の「耐久性」を確保しながら刃先部の「曲げ加工性」を顕著に改善する技術が開発された。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第４１５２２２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１の技術によれば、近年の厳しい曲げ加工ニーズにも対応可能な帯状打抜き刃を提供することが可能となった。ところが、昨今では帯状打抜き刃に対する要求は更に厳しいものとなり、従来よりも長期間の使用に耐える「耐久性」の高いものが求められるようになってきた。
本発明は、良好な「曲げ加工性」を有し、かつ「耐久性」を更に改善した帯状打抜き刃を提供しようというものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的は、Ｎｂを含有させて、表層部を除いてＮｂ含有炭化物が分散した組織状態とした鋼板を素材とすることによって達成できることが明らかとなった。
すなわち本発明では、鋼板の両側の表面からそれぞれ２００μｍ以下の深さ領域を「表層部」、それより板厚方向内部の領域を「基地部」と呼ぶとき、
基地部は、Ｃ：０.４０〜０.８０質量％、Ｎｂ：０.１０〜０.５０質量％を含有する化学組成を有し、ベイナイト中または焼戻しマルテンサイト中にセメンタイトからなる球状炭化物が１.０体積％以上存在し、かつ円相当径１.０μｍ以上のＮｂ含有炭化物の存在密度が９００μｍ2あたり１０.０個以上である金属組織を有し、硬さが２６５〜４５０ＨＶ好ましくは３００〜４５０ＨＶに調整されており、
表層部は、フェライト単相組織からなる厚さ５μｍ以上好ましくは５〜２０μｍの脱炭表層を有し、表面から１５μｍ深さまでの領域（「表層１５μｍ領域」という）において円相当径１.０μｍ以上のＮｂ含有炭化物の存在密度が９００μｍ2あたり０〜５.０個である、
耐久性に優れた帯状打抜き刃用鋼板が提供される。
【００１３】
また上記基地部においては、ベイナイト中または焼戻しマルテンサイト中にセメンタイトからなる球状炭化物が１.０体積％以上存在し、かつ円相当径０.５μｍ以上のＮｂ含有炭化物の存在密度が９００μｍ2あたり１０.０個以上である金属組織を有し、硬さが２６５〜４５０ＨＶに調整されていてもよい。この場合、上記表層１５μｍ領域においては円相当径０.５μｍ以上のＮｂ含有炭化物の存在密度が９００μｍ2あたり０〜５.０個に低減されていればよい。
【００１４】
ここで、Ｎｂ含有炭化物はＮｂカーバイドを主体とするものであり、ＥＤＸによる分析等によりセメンタイトと区別することができる。セメンタイトからなる球状炭化物の量およびＮｂ含有炭化物の存在密度は板厚方向に平行な断面の顕微鏡観察像を画像解析することによって定めることができる。円相当径は測定断面内に現れている粒子の面積と等しい円を想定したときの、当該円の直径に相当する。Ｎｂ含有炭化物の存在密度の測定は、４５００μｍ2（９００μｍ2×５視野分）以上の領域を観察して、当該領域内に存在するＮｂ含有炭化物粒子のうち前記所定の円相当径（０.５μｍ以上または１.０μｍ以上）を有する粒子の総数をカウントし、９００μｍ2あたりの密度に換算することによって行う。表層１５μｍ領域においては板厚方向に１５μｍ長さの１辺をもつ１５×６０μｍ（＝９００μｍ2）の矩形領域を５視野以上観察することによって行えばよい。観察領域の境界にまたがって存在するＮｂ含有炭化物は、その面積の半分以上が当該領域に存在する場合に１個とカウントする。
【００１５】
表層部の「フェライト単相組織」とは、ベイナイトやマルテンサイト等の変態によって生じた金属相が存在せず、マトリクス（金属素地）がフェライト単相である組織を意味する。
【００１６】
基地部の具体的な化学組成として、質量％で、Ｃ：０.４０〜０.８０％、Ｓｉ：０.０５〜０.５０％、Ｍｎ：０.１４〜２.０％、Ｐ：０.００２〜０.０２０％、Ｓ：０.０００５〜０.０２０％、Ｃｒ：０.０１〜１.００％、Ｎｂ：０.１０〜０.５０％、Ｍｏ：０〜０.５０％、Ｖ：０〜０.５０％、Ｎｉ：０.〜２.０％、Ｂ：０〜０.００５％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物であるものが挙げられる。
鋼板の板厚は例えば０.４〜１.５ｍｍである。
【００１７】
また本発明では、上記の鋼板からなる帯状素材の側端部に先端先細りの刃付け加工部を有する帯状打抜き刃が提供される。刃先は２６５〜４５０ＨＶあるいは３００〜４５０ＨＶに調整された基地部で構成されていても構わないが、基地部の組織を焼入れしてなる硬さ５００ＨＶ以上の刃先焼入れ部を有するものが切れ味の面でより効果的である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、良好な曲げ加工性を有する帯状打抜き刃において、特に耐久性の高いものが提供可能となった。この打抜き刃は基地部にＮｂ含有炭化物が適切な密度で存在していることにより刃付け加工部の耐摩耗性に優れるので、当初の切れ味および打抜き精度が長期間持続する。その寿命は、Ｎｂ含有炭化物による耐摩耗性向上作用を利用していない従来一般的な高周波焼入れ済みの打抜き刃に対し、刃先に高周波焼入れを施したものでは約２倍となる。高周波焼入れを施さなくても約１.５倍の寿命を有するので、高周波焼入れの工程を省略することによって製造コストを低減することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】脱炭表層を形成することによって曲げ加工性を改善した従来一般的な帯状打抜き刃の断面構造を模式的に示した図。
【図２】脱炭表層を有する従来の帯状打抜き刃を使用した際に問題となる刃付け加工部の摩耗形態を模式的に示した図。
【図３】本発明に従う帯状打抜き刃用鋼板の板厚方向に平行な断面における断面構造を模式的に示した図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図２に、脱炭表層を有する従来の帯状打抜き刃を使用した際に問題となる刃付け加工部の摩耗形態を模式的に示す。刃付け加工部において摩耗が激しくなり、その結果、刃付け加工部の剛性が低下して切断の寸法精度が悪くなる。また切断中に既に切れた材料部分を両側に分離させる力が十分に付与できないので切れ味も悪くなる。本発明は、刃付け加工部での耐摩耗性を改善することによって、刃物としての耐久性を向上させるものである。
【００２１】
図３に、本発明に従う帯状打抜き刃用鋼板の板厚方向に平行な断面における断面構造を模式的に示す。表面付近の各領域の厚さは板厚に対して極めて誇張して描いてある。本明細書において、表面から２００μｍ深さまでの領域を「表層部」と呼び、それより板厚方向内部の領域を「基地部」と呼ぶ。表層部と基地部は組織状態の相違を意味するのではなく、単に表面からの深さ位置による領域の違いを表している。つまり、表層部と基地部の境界で急激な組織変化が起きているわけではない。ただし、少なくとも基地部は脱炭焼鈍による影響を受けていない領域であるということができる。また、本明細書では、表面から１５μｍ深さまでの領域を「表層１５μｍ領域」と呼ぶ。この場合も表層１５μｍ領域の境界で組織が急変することを意味するわけではない。
【００２２】
〔基地部の化学組成〕
基地部の化学組成は、溶製時の鋼の化学組成をほぼそのまま反映したものとなる。以下、化学組成についての「％」は特に断らない限り「質量％」を意味する。
Ｃは、鋼材の強度を確保する上で重要な元素である。帯状打抜き刃の用途では基地部の硬さとして２６５ＨＶ以上が必要であり用途によっては３００ＨＶ以上が要求される。また、刃先に焼入れを行った際５００ＨＶ以上の硬さが得られることが要求される場合もある。これらを考慮して、少なくとも０.４％以上のＣを含有する鋼を使用する。ただし、Ｃ含有量が０.８％を超えるとベイナイトまたは焼戻しマルテンサイトの靱性が低下し、曲げ加工性が劣化するため、本発明ではＣ：０.４〜０.８％の鋼を使用する。
【００２３】
Ｎｂは、ＮｂＣを主体とする硬質のＮｂ含有炭化物を形成させるために重要な元素である。基地部に適度な密度で分散したＮｂ含有炭化物は耐摩耗性の改善に極めて有効となる。また、Ｎｂにはベイナイト組織または焼戻しマルテンサイト組織としたときの旧オーステナイト粒径を微細化する作用があり、曲げ加工時における刃付け加工部の割れを防止する上で有効となる。種々検討の結果、上記の効果を十分に発揮させるためには０.１０％以上のＮｂ含有量とする必要がある。ただし過剰のＮｂ含有は曲げ加工性を低下させる要因となるのでＮｂ含有量は０.５０％以下とする。
【００２４】
Ｃ、Ｎｂ以外の鋼成分については、後述の金属組織が得られ、曲げ加工性を損なわない範囲で調整すればよい。例えば以下のような鋼成分を例示できる。
Ｓｉは、鋼の脱酸に有効な元素であり、０.０５〜０.５０％の含有量とすることが望ましい。
Ｍｎ、Ｃｒは、焼入れ性を向上させる作用があり、均一なベイナイト組織または焼戻しマルテンサイト組織を得るために有効である。Ｍｎ含有量は０.１４〜２.０％、Ｃｒ含有量は０.０１〜１.００％とすることが望ましい。Ｍｎ含有量は０.２０％以上とすることがより好ましい。
【００２５】
Ｐ、Ｓは、鋼の靱性を低下させる要因となりうるので含有量は低いことが望ましいが、過度の脱Ｐ、脱Ｓは製鋼での負荷を増大させ好ましくない。Ｐ含有量は０.００２〜０.０２０％、Ｓ含有量は０.０００５〜０.０２０％の範囲とすればよい。
その他、必要に応じて、Ｍｏ：０.５０％以下、Ｖ：０.５０％以下、Ｎｉ：２.０％以下、Ｂ：０.００５％以下の１種以上を含有させてもよい。
【００２６】
〔基地部の金属組織〕
基地部の金属組織は、刃物としての基本的特性である硬さおよび耐摩耗性を確保するために、ベイナイトまたは焼戻しマルテンサイトを主体とする組織を採用する。フェライトやパーライト組織は存在しないことが望ましい。ベイナイト組織となるか焼戻しマルテンサイト組織となるかは熱処理履歴によって決まる。すなわち前者はオーステナイト領域からの冷却過程における恒温変態処理によって得られ、後者はオーステナイト領域からの焼入れ処理でマルテンサイト組織としたのち焼戻し処理することによって得られる。帯状打抜き刃の用途において基地部の硬さは２６５〜４５０ＨＶに調整されていることが望まれ、３００〜４５０ＨＶであることがより好ましい。
【００２７】
基地部が露出した刃付け加工部での曲げ加工性を改善するために、上記のベイナイト組織または焼戻しマルテンサイト組織をベースとし、さらにその中にセメンタイトからなる球状炭化物が分散した組織状態とする。種々検討の結果、基地部に球状炭化物が１.０体積％以上存在するとき、曲げ加工性は顕著に向上する。基地部に分布している球状炭化物は曲げ変形を受けたときに周囲のマトリクス（ベイナイトまたは焼戻しマルテンサイト）の微視的な降伏を引き起こし、これによって割れに繋がるマトリクスの局所的な応力集中が回避され、曲げ加工性が向上するのではないかと考えられる。球状炭化物の粒径（円相当径）は０.２〜４.０μｍであることが望ましい。
【００２８】
〔基地部のＮｂ含有炭化物〕
基地部は刃付け加工部において表面に露出し、摩耗による損傷を受けやすい（図２参照）。本発明では、基地部の耐摩耗性を向上させるために、Ｎｂ含有炭化物を分散させる手法を採用する。Ｎｂ含有炭化物はＮｂＣを主体とする硬質な化合物である。刃付け加工部の表面にＮｂ含有炭化物が顔を出して点在していると滑りが良くなり摩擦面が摩耗しにくいことが確認された。発明者らの詳細な検討によれば、基地部において円相当径１.０μｍ以上のＮｂ含有炭化物の存在密度が９００μｍ2あたり１０.０個以上となっているとき、段ボールに対する耐摩耗性が顕著に向上する。また、発明者らの研究によれば、円相当径が０.５〜１.０μｍ未満の比較的微細なＮｂ含有炭化物も基地部の耐摩耗性向上に有効であることがわかった。種々検討の結果、円相当径０.５μｍ以上のＮｂ含有炭化物の存在密度が９００μｍ2あたり１０.０個以上であれば、円相当径１.０μｍ以上のＮｂ含有炭化物の存在密度が９００μｍ2あたり１０.０個に満たない場合でも、段ボールに対する耐摩耗性は十分に確保できる。基地部のＮｂ含有炭化物の存在密度は、主として鋼中のＮｂ含有量によってコントロールすることができる。あまり多量のＮｂ含有炭化物が存在すると曲げ加工性を損なう場合があるので、通常、円相当径１.０μｍ以上あるいは０.５μｍ以上のＮｂ含有炭化物の存在密度はいずれも、基地部においては９００μｍ2あたり３０.０個以下の範囲とすればよく、２０.０個以下に管理してもよい。なお、単位面積を９００μｍ2としたのは表層１５μｍ領域でのＮｂ含有炭化物の存在密度の値と整合をとるためである。
【００２９】
〔脱炭表層〕
鋼板の両側の表面にそれぞれ脱炭表層を形成させる。脱炭表層は脱炭焼鈍によって炭素濃度が減じられている領域であり、調質熱処理後においてベイナイトやマルテンサイトなどの変態相が生じておらず、マトリクスがフェライト単相となっている領域である。この脱炭表層は軟質で延性に富むので、帯状打抜き刃に成形後、曲げ加工を行った際に胴部での表面割れを防止する機能を有する。胴部については板厚が厚いこともあり、球状炭化物を分散させることによる曲げ加工性向上手法では十分な曲げ加工性を確保することが難しく、脱炭表層の形成が必要となる。種々検討の結果、脱炭表層の厚さは５μｍ以上を確保する必要がある。通常は５〜２０μｍの範囲とすればよい。
【００３０】
〔表層１５μｍ領域のＮｂ含有炭化物〕
一方、表層部に存在するＮｂ含有炭化物は、曲げ加工性を劣化させる要因となることがわかった。その理由については必ずしも明確ではないが、脱炭表層のフェライト単相組織との硬度差が非常に大きいことが要因として考えられる。表層部の、特に表面に近い領域にはできるだけＮｂ含有炭化物が存在しないことが脱炭表層による良好な曲げ加工性を維持する上で重要である。詳細な検討の結果、基地部での円相当径１.０μｍ以上のＮｂ含有炭化物の存在密度が９００μｍ2あたり１０.０個以上に調整されている場合、表層１５μｍ領域において円相当径１.０μｍ以上のＮｂ含有炭化物の存在密度が９００μｍ2あたり０〜５.０個に抑制されていれば、良好な曲げ加工性が確保できる。それより板厚中央部寄りの領域に存在するＮｂ含有炭化物は胴部の曲げ加工性にあまり影響しない。また、基地部での円相当径０.５μｍ以上のＮｂ含有炭化物の存在密度が９００μｍ2あたり１０.０個以上に調整されている場合、表層１５μｍ領域において円相当径０.５μｍ以上のＮｂ含有炭化物の存在密度が９００μｍ2あたり０〜５.０個に抑制されていれば、良好な曲げ加工性が確保できる。
【００３１】
表層１５μｍ領域におけるＮｂ含有炭化物の存在密度を減少させるためには、鋼板の表層部が、鋳片（例えば連続鋳造スラブ）の表層部２０ｍｍ程度の部分（凝固速度の大きい部分）に由来するようにすることが効果的である。鋳片の表層部付近は凝固時の冷却速度が大きいことから、凝固組織中の共晶炭化物のネットワークが鋳片の内部領域よりも小さくなっている。このような鋳片中の炭化物分布の相違を利用することにより、表層１５μｍ領域におけるＮｂ含有炭化物の存在密度を基地部よりも減少させることができる。逆に、鋼板の表層部が鋳片内部の共晶炭化物ネットワークが大きい部分に由来する場合には、その粗大な共晶炭化物ネットワークが熱延、冷延によって破砕、分断された組織状態が鋼板表層部に生じ、表層１５μｍ領域におけるＮｂ含有炭化物の存在密度を十分に低減できない場合がある。
【００３２】
〔製造工程〕
本発明の鋼板を得るためには、脱炭焼鈍と調質熱処理の各工程を実施することが必要である。具体的には以下のような工程が例示できる。
溶製→熱間圧延→冷間圧延→脱炭焼鈍→冷間圧延→調質熱処理
ここで、熱間圧延に供する鋼材は、鋳片の表層部２０ｍｍの領域が表面に現れている状態のものを採用することが望ましい。表層部を過度に除去した鋳片を使用すると、上述のの粗大な共晶炭化物ネットワークが表面付近に現れた状態で熱間圧延に供することとなり、表層１５μｍ領域におけるＮｂ含有炭化物の存在密度を減少させることが難しくなる場合がある。
板厚は最終的に０.４〜１.５ｍｍとすることが好適である。
【００３３】
脱炭焼鈍は、例えば露点を調整した７００℃の７５％Ｈ2＋２５％Ｎ2＋Ｈ2Ｏガス雰囲気に鋼板表面を３〜１０ｈ曝す熱処理によって実施できる。
調質熱処理は、以下のような条件が例示できる。
・ベイナイト組織とする場合；
８６０℃×１２０ｓｅｃ→急冷→４００℃×４８０ｓｅｃ→常温まで空冷
・焼戻しマルテンサイト組織とする場合；
８６０℃×１２０ｓｅｃ→約６０℃まで急冷→５００℃×１８０ｓｅｃ→常温まで空冷
これらの調質熱処理において、オーステナイト化温度が高すぎたりオーステナイト化時間が長すぎたりすると１.０体積％以上の球状炭化物を分散させることが難しくなる。
【００３４】
調質熱処理を経て上述の組織状態に調整された鋼板を所定の幅にスリットし、側端部に先端先細りの刃付け加工を施すことにより耐久性に優れた帯状打抜き刃が得られる。必要に応じて刃先部に高周波焼入れを施すことにより一層耐久性に優れた帯状打抜き刃を得ることができる。
【実施例】
【００３５】
《実施例１》
表１に示す鋼を溶製し、得られた鋳片を１２５０℃で１ｈ加熱したのち、仕上圧延温度８５０℃、巻取温度５５０℃の条件で熱間圧延して板厚３ｍｍの熱延鋼板とした。一部の試料（表２のＮｏ.４）については、凝固組織中の共晶炭化物のネットワークが大きくなっている部分が表面に現れた状態での熱間圧延を実施するために、鋳片の表層部２０ｍｍを削り取った鋼材を熱間圧延に供した。得られた各熱延鋼板を板厚２.２ｍｍまで冷間圧延したのち、脱炭焼鈍を施し、次いで板厚０.７ｍｍまで冷間圧延したのち、連続焼鈍炉での焼入れ焼戻し処理または恒温変態処理を施し、供試材とした。
熱処理条件は以下のとおりである。
〔脱炭焼鈍〕
露点を調整した７００℃の７５％Ｈ2＋２５％Ｎ2＋Ｈ2Ｏガス雰囲気に鋼板表面を５ｈ曝した。
〔恒温変態処理〕
７８０〜９８０℃×３０〜６００ｓｅｃ保持→３２０〜４８０℃に保った溶融ビスマス浴中に急冷→３２０〜４８０℃×６０〜６００ｓｅｃ保持→常温まで空冷
〔焼入れ焼戻し〕
７８０〜９８０℃×３０〜６００ｓｅｃ保持→６０℃の焼入れ剤中に急冷→４００℃×３００ｓｅｃ保持→常温まで空冷
【００３６】
【表１】
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【００３７】
〔組織観察〕
各供試材の板厚方向に平行な断面を観察し、脱炭表層の厚さ（マトリクスがフェライト単相である領域の平均厚さ）、基地部の金属組織、基地部のセメンタイトからなる球状炭化物の面積割合（体積％）、基地部および表層１５μｍ領域における円相当径１.０μｍ以上のＮｂ含有炭化物の存在密度を調べた。炭化物がＮｂ含有炭化物であるかどうかはＥＤＸによる分析で確認した。球状炭化物の量およびＮｂ含有炭化物の円相当径は画像解析によって測定した。Ｎｂ含有炭化物の存在割合は、基地部、表層１５μｍ領域とも４５００μｍ2の領域を測定して９００μｍ2あたりの密度を算出した。このうち表層１５μｍ領域については板厚方向に１５μｍ長さの１辺をもつ１５×６０μｍ（＝９００μｍ2）の矩形領域５視野を観察した。
ここで、表１の鋼ｄはＣ含有量が少なく、打抜き刃に適した十分な硬さが得られない鋼種であるため、基地部および表層１５μｍ領域における円相当径１.０μｍ以上のＮｂ含有炭化物の存在密度を除き、調査対象から外した。
【００３８】
なお、表面から２００μｍ以上の深さまでを削り取って基地部のみを残した試料から分析サンプルを採取し、基地部の化学組成を調べたところ、いずれの鋼も表１に示した溶製時の分析値とよく一致していた。したがって、表１の分析値はそのまま基地部の化学組成として捉えることができる。
【００３９】
〔曲げ加工性評価〕
各供試材から圧延方向が長手方向となるように長さ１００ｍｍ、幅２５ｍｍの短冊状試験片を切り出し、その一方の側端部に切削により刃付け加工を施し、刃先角が４５°の打抜き刃試料を形成した。胴部の厚さは０.７ｍｍである。
この刃付け加工した試料に、ポンチ先端半径０.２５ｍｍ、曲げ角度１２０°の突き曲げを行い、胴部および刃付け加工部それぞれについて曲げ加工性評価を行った。評価基準は胴部、刃付け加工部とも以下のとおりとし、評価点４以上を合格と判定した。
評価点５：クラック、肌荒れとも認められない。
評価点４：クラックは認められないが、肌荒れが認められる。
評価点３：微小なクラックが認められる。
評価点２：幅方向に連結した微小クラックが認められる。
評価点１：試験片が破断した。
【００４０】
〔耐久性評価〕
曲げ加工性が合格であった供試材から刃先が上記と同様形状の帯状打抜き刃を作製し、刃先に高周波焼入れを施した後、正方形の打抜き形状に曲げ加工し、これをベニヤ板の木型に埋め込んで打抜き型を作製した。この正方形の打抜き型を用いて一定の荷重および押し込み速度で切断試験用紙を切断し、実用上十分な切断精度および良好な作業性が維持される状態下での切断枚数を一定の基準で調査し、ＪＩＳに規定されるＳ５５Ｃ相当鋼（Ｎｂ無添加）を用いた従来の帯状打抜き刃についての同様の試験結果と対比し、Ｓ５５Ｃ相当鋼より明らかに耐久性が高いと判断されるものを○（耐久性；良好）、Ｓ５５Ｃ相当鋼と同等程度の耐久性であると判断されるものを×（耐久性；普通）と評価し、○評価を合格とした。
これらの結果を表２に示す。
【００４１】
【表２】
2012214887.tif 000004
【００４２】
表２からわかるように、本発明に従う鋼板は表層部、基地部とも所定の金属組織状態を有し、これを用いることにより曲げ加工性および耐久性に優れた帯状打抜き刃を実現することが可能である。
【００４３】
これに対し、比較例であるＮｏ.４は凝固組織中の共晶炭化物ネットワークが大きい部分が表面に出る鋼材を熱間圧延に供したことにより、得られた鋼板の表層部には、粗大な共晶炭化物ネットワークが熱延、冷延で破砕、分断されたことに起因すると考えられるＮｂ含有炭化物が多量に存在し、曲げ加工性に劣った。Ｎｏ.５はＣ含有量が低いために刃先の高周波焼入れによって５００ＨＶの硬さが得られないものである。Ｎｏ.６、８はＮｂを含有しない鋼を用いたものであり、刃付け加工部でＮｂ含有炭化物による耐摩耗性の改善効果が得られなかったことにより耐久性は改善されていない。Ｎｏ.１２はＣ含有量が高すぎる鋼を用いたことにより曲げ加工性に劣った。Ｎｏ.１３はＮｂ含有量が高すぎる鋼を用いたことによりＮｂ含有炭化物の量が多くなり、曲げ加工性に劣った。
【００４４】
《実施例２》
ここでは、基地部におけるＮｂ含有炭化物の存在密度を、円相当径０.５μｍ以上の粒子の数をカウントすることによって求め、実施例１と同様の各試験を行った。表１および表３に示す鋼を溶製し、実施例１と同様の条件で板厚０.７ｍｍまで冷間圧延したのち、連続焼鈍炉での焼入れ焼戻し処理または恒温変態処理を施し、供試材とした。焼入れ焼戻し処理または恒温変態処理も実施例１に記載した条件を採用した。
【００４５】
【表３】
2012214887.tif 000005
【００４６】
〔組織観察〕
各供試材の板厚方向に平行な断面を観察し、脱炭表層の厚さ（マトリクスがフェライト単相である領域の平均厚さ）、基地部の金属組織、基地部のセメンタイトからなる球状炭化物の面積割合（体積％）、基地部および表層１５μｍ領域におけるＮｂ含有炭化物の存在密度を調べた。Ｎｂ含有炭化物の存在密度は、基地部においては円相当径０.５μｍ以上の粒子をカウント対象とし、表層１５μｍ領域においては円相当径１.０μｍ以上の粒子をカウント対象とした。測定方法は実施例１と同様である。
【００４７】
〔曲げ加工性評価〕
実施例１と同様の手法で評価した。
【００４８】
〔耐久性評価〕
曲げ加工性が合格であった供試材から刃先が上記と同様形状の帯状打抜き刃を作製し、ここでは高周波焼入れを施した場合と施していない場合について、実施例１と同様の試験に供した。評価はＪＩＳに規定されるＳ５５Ｃ相当鋼（Ｎｂ無添加）を用いた従来の帯状打抜き刃についての同様の試験結果と対比することによって行った。
Ｓ５５Ｃ相当鋼の２倍程度以上の耐久性を有する判断されるものを◎（耐久性；優秀）、Ｓ５５Ｃ相当鋼の１.５倍程度以上の耐久性を有する判断されるものを○（耐久性；良好）、Ｓ５５Ｃ相当鋼と同等程度の耐久性であると判断されるものを×（耐久性；普通）と評価し、高周波焼入れを施したものについては◎評価を合格、高周波焼入れを施していないものについては○評価以上を合格とした。
これらの結果を表４に示す。
【００４９】
【表４】
2012214887.tif 000006
【００５０】
表４からわかるように、表層部において円相当径０.５μｍ以上のＮｂ含有炭化物の存在密度が９００μｍ2あたり０〜５.０個に低減されており、かつ基地部において円相当径０.５μｍ以上のＮｂ含有炭化物の存在密度が９００μｍ2あたり１０.０個以上である本発明に従う鋼板を用いることにより、曲げ加工性および耐久性の良好な帯状打抜き刃を実現することが可能である。耐久性に関しては刃先の高周波溶接を行わなくても従来材より良好な耐久性が得られる。
【００５１】
これに対し、比較例であるＮｏ.３４は凝固組織中の共晶炭化物ネットワークが大きい部分が表面に出る鋼材を熱間圧延に供したことにより、得られた鋼板の表層部には、粗大な共晶炭化物ネットワークが熱延、冷延で破砕、分断されたことに起因すると考えられるＮｂ含有炭化物が多量に存在し、曲げ加工性に劣った。Ｎｏ.３５はＣ含有量が低いために刃先の高周波焼入れの有無にかかわらず良好な耐久性を実現できなかった。Ｎｏ.３６、３８はＮｂを含有しない鋼を用いたので刃付け加工部でＮｂ含有炭化物による耐摩耗性の改善効果が得られず、耐久性は改善されていない。Ｎｏ.４２はＣ含有量が高すぎる鋼を用いたことにより曲げ加工性に劣った。Ｎｏ.４３はＮｂ含有量が高すぎる鋼を用いたことによりＮｂ含有炭化物の量が多くなり、曲げ加工性に劣った。
【図１】
2012214887.tif 000007
【図２】
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【図３】
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