(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．２〜０．８重量％，Ｓｉ：０．３５重量％以下，Ｍｎ：０．９０重量％以下，Ｐ：０．０３重量％以下，Ｓ：０．０２重量％以下，Ｃｒ：０．２重量％以下，Ｃａ：０．００１〜０．０２重量％、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる化学組成を有する中炭素鋼からなり、鋼の清浄度（ＪＩＳ  Ｇ０５５５）は、ｄＡ（６０×４００）：０．０１５％以下、ｄＴ（６０×４００）：０．０３０％以下であり、フェライト−パーライト混合組織を有するプレス加工性に優れた中炭素鋼冷延鋼板。
【請求項２】
Ｃ：０．２〜０．８重量％，Ｓｉ：０．３５重量％以下，Ｍｎ：０．９０重量％以下，Ｐ：０．０３重量％以下，Ｓ：０．０２重量％以下，Ｃｒ：０．２重量％以下，Ｃａ：０．００１〜０．０２重量％、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる化学組成を有する中炭素鋼材を熱間圧延し、熱延鋼板の巻取りをＡｒ３  点−５０℃〜Ａｒ３  点−２００℃（板温）の温度域で行い、ついで冷延率１〜２５％の冷間圧延を行うことからなる、フェライト−パーライト混合組織を有するプレス加工性に優れたプレス加工用中炭素鋼冷延鋼板の製造方法。
【請求項３】
Ｃ：０．２〜０．８重量％，Ｓｉ：０．３５重量％以下，Ｍｎ：０．９０重量％以下，Ｐ：０．０３重量％以下，Ｓ：０．０２重量％以下，Ｃｒ：０．２重量％以下，Ｃａ：０．００１〜０．０２重量％、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる化学組成を有する中炭素鋼材を熱間圧延し、熱延鋼板の巻き取りをＡｒ３  点−５０℃〜Ａｒ３  点−２００℃（板温）で行った後、熱延鋼板にセメンタイトの球状化焼鈍処理を施し、ついで冷延率３０〜７０％の冷間圧延を行うことにより製造される、ｄＡ（６０×４００）：０．０１５％以下、ｄＴ（６０×４００）：０．０３０％以下の清浄度（ＪＩＳ  Ｇ０５５５）を有し、フェライト−球状セメンタイト混合組織を有するプレス加工性に優れた中炭素鋼冷延鋼板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中炭素鋼冷延鋼板の改良に係り、例えば自動車のオートマチック・トランスミッションに組み込まれるフリクションプレート等の構成材料として有用な、高い硬度と良好なプレス加工性を備えた中炭素鋼冷延鋼板およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のオートマチック・トランスミッションに組み込まれるフリクションプレート、セパレートプレート等は、炭素鋼冷延鋼板を素材とし、プレスによるプレート形状への加工、形状の修正、表面のショット処理等を経て製造される。
これらのプレートは、硬質・耐摩耗性を有することを要する。近時は、その機能の安定性・耐久性向上のために、プレート強度を高めることが望まれ、例えばＨｖ硬さ約２６０ないしそれ以上の高硬質・耐摩耗性を有する材料が要請されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記プレート材の硬度・耐摩耗性の強化は、素材鋼の化学組成あるいは金属組織の調整等により対処することは可能である。
しかし、硬度を高めた冷延鋼板（例えばＨｖ約２６０以上）では、プレスによるプレート形状の成形（打ち抜き加工）において、図３に示すように、プレートの周側面（剪断面）に割れが発生し易いという問題がある。
本発明者等は、フリクションプレート等の高硬度を要求されるプレス加工用冷延鋼板について、所要の硬度を確保しつつ、プレス加工性を高め剪断割れを防止することを目的として種々検討を重ねた結果、鋼中の非金属介在物、特にＡ系非金属介在物量およびその形態を制御すると共に、金属組織を特定の組織に調整することにより、硬度とプレス加工性の両面の要請に応え得ることを見出し本発明を完成するに到った。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の冷延鋼板（請求項１）は、
Ｃ：０．２〜０．８重量％，Ｓｉ：０．３５重量％以下，Ｍｎ：０．９０重量％以下，Ｐ：０．０３重量％以下，Ｓ：０．０２重量％以下，Ｃｒ：０．２重量％以下，Ｃａ：０．００１〜０．０２重量％、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる化学組成を有する中炭素鋼からなり、
鋼の清浄度（ＪＩＳ  Ｇ０５５５）は、ｄＡ（６０×４００）：０．０１５％以下、ｄＴ（６０×４００）：０．０３０％以下であり、
フェライト−パーライト混合組織を有している。
本発明の冷延鋼板の製造方法（請求項２）は
上記の化学組成を有する中炭素鋼材を熱間圧延し、熱延鋼板の巻取りをＡｒ３  点−５０℃〜Ａｒ３  点−２００℃（板温）の温度域で行い、ついで冷延率１〜２５％の冷間圧延を行うことからなる。
本発明の冷延鋼板（請求項３）は、
上記の化学組成を有する中炭素鋼材を熱間圧延し、熱延鋼板の巻き取りをＡｒ３  点−５０℃〜Ａｒ３  点−２００℃（板温）で行った後、熱延鋼板にセメンタイトの球状化焼鈍処理を施し、ついで冷延率３０〜７０％の冷間圧延を行うことにより製造される、所定の清浄度(JIS G0555)及びフェライト−球状セメンタイト混合組織を有する冷延鋼板である。
【０００５】
プレス加工における冷延鋼板の剪断割れは、剪断の外力の作用で鋼中に生じる微細亀裂（ミクロクボイド）が起点となり、微細亀裂が伝播・連結することにより進展して剪断面に発現する割れである。鋼中に介在する非金属化合物、殊に圧延過程の粘性変形で延伸した形態を有するＡ系非金属介在物（ここでは主としてＭｎＳである）は、その形態的特徴の故に、剪断力が加わるプレス加工において、微細亀裂の起点となり易く、また金属組織が延性に乏しいものである場合は、発生した微細亀裂の伝播・連結が助長され、剪断割れに進展し易くなる。
【０００６】
本発明は、剪断割れ発生機構に関する上記知見の基に、鋼の化学組成について、鋼中のＳ量を規制すると共にＣａを含有する組成とし、その成分調整によるＡ系介在物量および形態制御の効果として、剪断割れの起点となる微細亀裂の発生を抑制防止し、また金属組織を、フェライト−パーライト混合組織又はフェライト−球状化セメンタイト混合組織とすることにより、微細亀裂が発生しても、その進展を抑制阻止し得る適度の延性を保持しつつ、フリクションプレート等の用途に応じた高硬度を確保することを可能にしている。
【０００７】
［化学組成］
まず、素材鋼の化学組成について説明する。元素含有量を示す％はすべて重量基準である。
Ｃ：０．２〜０．８％
Ｃは、硬度を高めるのに必要な元素である。フリクションプレート等の耐摩耗用途に要求される硬度を確保するには、０．２％以上であることを要する。０．８％を超えると、延靭性の不足をきたし、耐剪断割れ性の改善効果を得ることが困難となる。
【０００８】
Ｓ：０．０２％以下
ＳはＭｎと結合してＭｎＳを形成する。ＭｎＳは熱間圧延過程で粘性変形してＡ系介在物となり、鋼板のプレス加工において、剪断割れの発生起点となる。このため、Ｓ量はできるだけ少ないことが望ましく、０．０２％以下に制限することを要する。
【０００９】
Ｃａ：０．００１〜０．０２％
Ｃａは、ＭｎよりＳとの反応性が高く、優先的にＳと反応しＣａＳを生成することにより、ＭｎＳの生成を抑制低減する。ＣａＳは、ＭｎＳに比し著しく高融点の化合物であり、ＭｎＳと異なって、熱間圧延における粘性変形はなく、球形状を保持したまま鋼中に存在する。従って、ＳをＣａＳとして固定することにより、剪断割れの起点となるＡ系介在物の生成を抑制低減することができる。
この効果を得るために、Ｃａ量は、Ｓ量の上限規定との関係から、０．００１％以上であることを要する。しかし、０．０２％を超えて多量に添加する利益はなく、コスト的に無駄であるので、これを上限とする。
【００１０】
Ｓｉ,Ｍｎ，Ｐ等の元素量は一般の中炭素鋼におけるそれと同様に規定される。Ｓｉは、鋼の溶製・鋳造における脱酸元素、溶湯の湯流れ性の確保等のために、０．３５％以下、Ｍｎは脱酸・脱硫元素として、０．９０％以下の範囲で添加される。また、焼き入れ性改善元素として０．２％以下のＣｒが添加される。Ｐは延性に有害な不純分として、０．０３％以下に規制される。
【００１２】
[ｄＡ（６０×４００）：０．０１５％以下]
[ｄＴ（６０×４００）：０．０３％以下  ]
Ａ系介在物は、前記のように剪断外力が作用する鋼板のプレス加工において、微細亀裂（ミクロボイド）の発生起点となる。改良された耐剪断割れ性を得るには、Ａ系介在物清浄度ｄＡ（測定視野数：６０，倍率：４００倍）［ＪＩＳ  Ｇ０５５５］を０．０１５％以下に規制しなければならない。この清浄度を得るために、Ｓ量を制限すると共にＣａを含有する前記化学組成に調整することが必要である。また、ｄＡの規定と併せて、Ａ系，Ｂ系，Ｃ系介在物のトータルの清浄度を高めることは、微細亀裂の伝播・連結を抑制するのに有効であり、このためｄＴ（６０×４００）は０．０３％以下であることが望ましい。
【００１３】
[金属組織]
本発明の冷延鋼板は、フェライト−パーライト混合組織、またはフェライト−球状化セメンタイト混合組織を有する。
図１はフェライト−パーライト混合組織、図２はフェライト−球状化セメンタイト混合組織をそれぞれ示している。図中、ｆはフェライト，ｐはパーライト，ｃは球状化セメンタイトである（図１の供試材：実施例欄のＮｏ．２，図２の供試材：実施例欄のＮｏ．３）。
【００１４】
フェライト−パーライト混合組織（図１）は、熱延鋼板のフェライト−パーライト混合組織がほぼそのまま冷延鋼板に持ち越されたものであり、フェライト−球状セメンタイト混合組織（図２）は、熱延鋼板を冷間圧延に先だって焼鈍処理（球状化焼鈍処理）することにより形成された組織である。
冷延鋼板にこのような金属組織を付与することにより、プレス加工で微細亀裂を生じても、その伝播・連結（剪断割れへの進展）が抑制防止され、かつフリクションプレート等の用途に応じた高硬度が与えられる。
【００１５】
本発明の冷延鋼板は、全伸び（Ｅｌ）と穴拡げ率（λ）とを指標として、耐剪断割れ性を評価することができる。全伸び（Ｅｌ）４％以上、穴拡げ率（λ）１５％以上の特性値を有する鋼板は優れた耐剪断割れ性を有する。この特性値は、前述の化学組成に基づくＡ系介在物の制御と金属組織の調整効果として保証される。
【００１６】
本発明の冷延鋼板は、化学組成を調整された中炭素鋼スラブを、熱間圧延した後、セメンタイトの球状化焼鈍処理を実施もしくは省略して、冷間圧延する工程を経て製造される。
先ず、フェライト−パーライト混合組織を有する冷延鋼板について説明すると、
熱間圧延は、常法に従ってＡ３変態点以上のオーステナイト単相温度域で行われる。熱延鋼板の巻き取り温度は重要であり、Ａｒ３  点−５０℃〜Ａｒ３  点−２００℃（板温）のやや低い温度域に調節するのがよい。Ａｒ３  点−５０℃を越えると、パーライトが粗大化することにより組織の均質性が損なわれ、他方Ａｒ３  点−２００℃を下回る低温域では、割れを発生するおそれがある。
【００１７】
冷間圧延は、冷延率を１〜２５％の低い範囲に設定して行うことを要する。冷延率が２５％を超えると、フェライトが過度に硬化し、鋼板のプレス加工性が損なわれ、他方１％に満たない冷延率では、鋼板の硬度不足をきたすからである。具体的な冷延率は、板厚，所要の硬度等に応じて個々に設定される。得られる冷延鋼板は、熱延鋼板の金属組織がほぼそのまま保持されたフェライト−パーライト混合組織を有する。
【００１８】
次に、フェライト−球状セメンタイト混合組織を有する冷延鋼板の製造について述べると、熱間圧延は、前記の場合と同じように、オーステナイト単相温度域で行われ、熱延鋼板の巻き取りも、前記と同じ理由により、Ａｒ３  点−５０℃〜Ａｒ３  点−２００℃（板温）の温度域で行うこと要する。
ついで、熱延鋼板を焼鈍処理（セメンタイトの球状化処理）し、焼鈍処理後、冷間圧延を行う。冷間圧延は、冷延率３０〜７０％の範囲において行うことを要する。冷延率を３０％以上とするのは、焼鈍処理で軟質化した鋼板に加工歪を導入して硬度を高めるためである。しかし、７０％を越える冷延率では、過度に硬化が進み、プレス加工性を損なうので、これを超えてはならない。具体的な冷延率は、板厚，所要の硬度等に応じて個々に設定される。得られる冷延鋼板は、フェライト地中に球状化セメンタイトが分散した混合組織を有している。
【００１９】
上記工程で実施される球状化焼鈍の処理法は特に限定されないが、好ましくは３段処理が適用される。これは、Ａ１変態点近傍の温度域での加熱を組み合わせたものであり、具体的には例えば、Ａｃ１点−５０℃〜Ａｃ１点未満の温度域で０．５Ｈｒ以上保持する第１段の処理を行った後、Ａｃ１点〜Ａｃ１点+１００℃の温度域で０．５〜２０Ｈｒ加熱保持する第２段の処理を行い、ついでＡｒ１点−８０℃〜Ａｒ１点の温度域で２〜６０Ｈｒ加熱保持する処理を連続的に施すものであり、均質性の良好なフェライト−球状セメンタイト混合組織を好適に形成することができる。
【００２０】
【実施例】
化学組成を調整された中炭素鋼のスラブを、熱間圧延して熱延板（板厚２．０〜５．５ｍｍ）を得、球状化焼鈍処理し又は同処理を省略して冷間圧延し、所定板厚の冷延板（板厚１．０〜２．５ｍｍ）を得る。各供試鋼板について、諸特性の測定およびフリクションプレートの打ち抜き加工試験を行った。
【００２１】
なお、発明例Ｎｏ．３，５及び比較例Ｎｏ．１３，１４における熱延鋼板の焼鈍処理条件は次のとおりである。
Ｎｏ．３  ：７００℃×２０ｈｒ→７４５℃×７ｈｒ→６９０℃×７ｈｒ
Ｎｏ．５  ：７１０℃×１５ｈｒ
Ｎｏ．１３：７００℃×２０ｈｒ→７４５℃×７ｈｒ→６９０℃×７ｈｒ
Ｎｏ．１４：７２０℃×２０ｈｒ
【００２２】
表１に供試材の製造条件、表２に諸特性および打ち抜き加工試験結果を示す。
表中の剪断割れ発生率は、同一ロットから採取された板材８００枚における剪断割れ発生枚数の比率（％）である。
比較例のＮｏ．１１および１２（フェライト−パーライト混合組織）を見ると、
Ｎｏ．１１は、Ａ系介在物清浄度が悪いため、穴拡げ率（λ）も低く、剪断割れが発生し、Ｎｏ．１２は、Ａ系介在物清浄度が悪く、また熱延温度が高過ぎることによる組織の粗大化をきたし、穴拡げ率（λ）が低く、剪断割れを発生している。
【００２３】
また、比較例のＮｏ．１３および１４（フェライト−球状セメンタイト混合組織）において、Ｎｏ．１３は、高硬度を有してはいるが、Ａ系介在物清浄度が悪く、穴拡げ率（λ）も低くいため、剪断割れが発生し、Ｎｏ．１４は、Ａ系介在物清浄度は良好であるものの、トータルの介在物清浄度（ｄＴ）が、０．０３％を大きく越えているため、剪断割れの発生が顕著である。
【００２４】
これに対し、発明例は、Ａ系介在物清浄度が良好であり、熱間および冷間の各圧延が適切に行われていることにより、剪断割れは皆無であり、しかもフリクションプレート等の用途に要求される高い硬度を備えている。
【００２５】
【表１】
0004232927.tif 000002
【００２６】
【表２】
0004232927.tif 000003
【００２７】
【発明の効果】
本発明の中炭素鋼冷延鋼板は、高硬度を要求されるプレス成形品の素材として有用であり、例えば自動車のオートマチック・トランスミッションに組み込まれるフリクションプレート，セパレートプレート等の構成材料として好適に使用でき、製造歩留まり、品質の安定化、コスト低減等に効果をもたらすものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の冷延鋼板の金属組織（フェライト−パーライト混合組織）を示す図面代用顕微鏡写真である。
【図２】本発明の冷延鋼板の金属組織（フェライト−球状化セメンタイト混合組織）を示す図面代用顕微鏡写真である。
【図３】リング形状を有する打ち抜き成形品の剪断割れの発生状況を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１：打ち抜き成形品
２：剪断割れ
ｆ：フェライト
ｐ：パーライト
ｃ：球状化セメンタイト
【図１】
0004232927.tif 000004
【図２】
0004232927.tif 000005
【図３】
0004232927.tif 000006