打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板及びその製造方法
【課題】Ｃを０．６５質量％以上０．８５質量％以下含有する高炭素鋼板において、材質の軟質化と打抜き性の向上（特に、打抜きカエリの抑制）を図る。
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．６５〜０．８５％、Ｓｉ：０．０５〜０．４％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｐ：０．００５〜０．０３％、Ｓ：０．０００１〜０．００６％、Ａｌ：０．００５〜０．１０％、及びＮ：０．００１０〜０．０１％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、（ｉ）硬さが１７０ＨＶ以下であり、かつ、（ii）最終冷延前の組織の板厚断面にて、０．５μｍ2以下の炭化物の面積が、炭化物の総面積の１５％以内であることを特徴とする打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板。
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．６５〜０．８５％、Ｓｉ：０．０５〜０．４％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｐ：０．００５〜０．０３％、Ｓ：０．０００１〜０．００６％、Ａｌ：０．００５〜０．１０％、及びＮ：０．００１０〜０．０１％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、（ｉ）硬さが１７０ＨＶ以下であり、かつ、（ii）最終冷延前の組織の板厚断面にて、０．５μｍ2以下の炭化物の面積が、炭化物の総面積の１５％以内であることを特徴とする打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板とその製造方法関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高炭素鋼板は、チェーン、ギヤー、クラッチ、鋸、刃物等の素材として広く用いられている。高炭素鋼板から製品を製造する場合、通常、成形後、焼入れ焼戻し等の熱処理を施して硬化させる。それ故、高炭素鋼板には、複雑で過酷な加工に耐える加工性が要求される。
【０００３】
通常、高炭素鋼板に所要の加工性を付与するためには、炭化物を球状化する焼鈍を採用する（例えば、特許文献１〜５、参照）が、近年、高炭素鋼板には、用途の多様化に伴い、打抜き性も要求されるようになり、材質の軟質化を図る炭化物球状化焼鈍では、該要求に対処できないのが実情である。
【０００４】
例えば、特許文献１には、Ｃ：０．５０〜０．７０質量％、Ｓｉ：０．５質量％以下、Ｍｎ：１．０〜２．０質量％、Ｐ:０．０２％質量以下、Ｓ:０．０２質量％、Ａｌ：０．００１〜０．１０質量％、さらに、Ｖ：０．０５〜０．５０質量％、Ｔｉ：０．０２〜０．２０％、Ｎｂ：０．０１〜０．５０質量％の１種又は２種以上を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、炭化物の球状化率が９５％以上で、最大粒径が２．５μｍ以下の炭化物が分散した焼入れ性、疲労特性、靭性に優れた高炭素鋼板が開示されているが、該高炭素鋼板において、打抜きカエリを小さくする試みはなされていない。
【０００５】
高炭素鋼板は、高炭素であるが故、本来、所要の硬度を備えていて、打抜き性に優れているが、炭化物球状化焼鈍で軟質化を図れば、打抜き性は劣化し、打抜きで生じるカエリは大きくなる。
【０００６】
特に、Ｃを０．６５質量％以上含有する高炭素鋼板において、材質の軟質化と、打抜き性の向上、特に、打抜きカエリの抑制を両立させることは難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−０２４２３３号公報
【特許文献２】特開２００８−３０３４１５号公報
【特許文献３】特開２００８−１５６７１２号公報
【特許文献４】特開２００８−０６９４５２号公報
【特許文献５】特開２００７−２９１４９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述したように、Ｃを０．６５質量％以上含有する高炭素鋼板において、材質の軟質化と、打抜き性の向上（特に、打抜きカエリの抑制）を両立させることは難しいところ、本発明は、Ｃを０．６５質量％以上０．８５質量％以下含有する高炭素鋼板において、材質の軟質化と打抜き性の向上（特に、打抜きカエリの抑制）を図ることを課題とし、該課題を解決する高炭素鋼板とその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記課題を解決する手法について鋭意研究した。その結果、焼鈍条件と冷却条件の組合せで、最終冷延前の組織の板厚断面にて、０．５μｍ2以下の炭化物の面積を、炭化物の総面積の１５％以内に抑制すると、その後の冷間圧延で、鋼組織にボイドが導入され、その結果、打抜きカエリが顕著に小さくなり、打抜き性が格段に向上することを見いだした。
【００１０】
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
【００１１】
（１） 質量％で、Ｃ：０．６５〜０．８５％、Ｓｉ：０．０５〜０．４％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｐ：０．００５〜０．０３％、Ｓ：０．０００１〜０．００６％、Ａｌ：０．００５〜０．１０％、及び、Ｎ：０．００１〜０．０１％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、
（ｉ）硬さが１７０ＨＶ以下であり、かつ、
（ii）最終冷延前の組織の板厚断面にて、０．５μｍ2以下の炭化物の面積が、炭化物の総面積の１５％以内である、
ことを特徴とする打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板。
【００１２】
（２） 質量％で、さらに、Ｃｒ:０．０５〜１．０％、Ｎｉ：０．０１〜１．０％、Ｃｕ：０．０５〜０．５％、及び、Ｍｏ：０．０１〜１．０％の１種又は２種以上を含有することを特徴とする前記（１）に記載の打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板。
【００１３】
（３） 質量％で、さらに、Ｎｂ：０．０１〜０．５％、Ｖ：０．０１〜０．５％、Ｔａ：０．０１〜０．５％、及び、Ｗ：０．０１〜０．５％の１種又は２種以上を含有することを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の打抜きカエリの小さい軟質な高炭素鋼板。
【００１４】
（４） 質量％で、さらに、Ｓｎ：０．００３〜０．０３％、Ｓｂ：０．００３〜０．０３％、及び、Ａｓ：０．００３〜０．０３％の１種又は２種以上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打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板。
【００１５】
（５） 前記組織の板厚断面に、観察組織１ｍｍ2当り１００個以上のボイドが存在することを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板。
【００１６】
（６） 前記（１）〜（４）のいずれかに記載の成分組成を満たす連続鋳造鋳片を、鋳造後、直接、又は、１３００℃以下で、９０分以下加熱して熱間圧延に供し、８００〜９４０℃で仕上圧延を終了し、次いで、熱延鋼板を、６５０℃まで３０℃／ｓ以上で強冷却し、その後、巻取りまで２０℃／ｓ以下で緩冷却して、４００〜６５０℃未満で捲き取り、酸洗の後、軟質化箱焼鈍を施したことを特徴とする打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板の製造方法。
【００１７】
（７） 前記軟質化箱焼鈍を６２０℃以上で行うことを特徴とする前記（６）に記載の打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板の製造方法。
【００１８】
（８） 前記軟質化箱焼鈍を、室温からＡc1〜Ａc1＋１００℃まで加熱後、３時間以上保持して行い、次いで、Ａr1以下まで冷却する過程において、加熱保持温度〜Ａr1の温度範囲で、２０℃／hr以下の冷却と冷却後０．５hr以上の保持を１回以上繰り返すことを特徴とする前記（７）に記載の打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板の製造方法。
【００１９】
（９） 前記Ａr1以下に冷却した鋼板に、圧下率３０％以下の冷間圧延を施し、次いで、箱焼鈍を施すことを特徴とする前記（８）に記載の打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板の製造方法。
【００２０】
（１０） 前記軟質化箱焼鈍を、室温からＡc1以下の温度まで加熱後、３時間以上保持して行い、次いで、鋼板に圧下率４０％以上の冷間圧延を施し、その後、フェライト粒径ｄαが、下記式（１）を満たすように、再度、Ａc1以下の温度で焼鈍を施すことを特徴とする前記（９）に記載の打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板の製造方法。
ｄα＞２．５−１．７ｌｎ（Ｃ質量％） ・・・（１）
【００２１】
（１１） 前記Ａc1以下の温度で焼鈍を施した鋼板に、圧下率３０％以下の冷間圧延を施し、次いで、箱焼鈍を施すことを特徴とする前記（１０）に記載の打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板の製造方法。
【００２２】
（１２） 前記箱焼鈍を、水素９５％以上で、かつ、４００℃までの露点が−２０℃未満で、４００℃超における露点が−４０℃未満の雰囲気で行うことを特徴とする前記（９）〜（１１）のいずれかに記載の打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板の製造方法。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、Ｃ：０．６５〜０．８５％の高炭素鋼板において、鋼板組織にボイドが導入されて、打抜きカエリが顕著に小さくなるので、打抜き性に優れた軟質高炭素鋼板とその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】板厚断面組織中に、０．５μｍ2以下の炭化物が、炭化物の総面積の１５％以下で存在する態様を示す図である。
【図２】板厚断面組織中にボイド（白矢印）が存在する態様を示す図である。
【図３】本発明製造方法における熱処理の態様を示す図である。
【図４】本発明製造方法における別の熱処理の態様を示す図である。
【図５】打抜きカエリの程度と硬度（ＨＶ）の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の軟質高炭素鋼板は、質量％で、Ｃ：０．６５〜０．８５％、Ｓｉ：０．０５〜０．４％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｐ：０．００５〜０．０３％、Ｓ：０．０００１〜０．００６％、Ａｌ：０．００５〜０．１０％、及び、Ｎ：０．００１〜０．０１％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる鋼板において、
（ｉ）硬さが１７０ＨＶ以下であり、かつ、
（ii）最終冷延前の組織の板厚断面にて、０．５μｍ2以下の炭化物の面積が、炭化物の総面積の１５％以内である、
ことを特徴とする。
【００２６】
まず、本発明の軟質高炭素鋼板（以下「本発明鋼板」ということがある。）の成分組成に係る限定理由について説明する。なお、以下、「％」は「質量％」を意味する。
【００２７】
Ｃ：０．６５〜０．８５％
Ｃは、鋼板の強度を確保するうえで重要な元素であり、０．６５％以上添加し、所要の強度を確保する。０．６５％未満では、焼入れ性が低下し、機械構造用高強度鋼板としての強度が得られないので、下限を０．６５％とする。０．８５％を超えると、靭性や加工性を確保する熱処理に長時間を要するので、上限を０．８５％とする。好ましくは、０．７０〜０．８０％である。
【００２８】
Ｓｉ：０．０５〜０．４％
Ｓｉは、脱酸剤として作用し、また、焼入れ性の向上に有効な元素である。０．０５％未満では、添加効果が得られないので、下限を０．０５％とする。０．４％を超えると、熱間圧延時のスケール疵に起因する表面性状の劣化を招くので、上限を０．４％とする。好ましくは、０．１０〜０．３％である。
【００２９】
Ｍｎ：０．５〜２．０％
Ｍｎは、脱酸剤として作用し、また、焼入れ性の向上に有効な元素である。０．５％未満では、添加効果が得られないので、下限を０．５％とする。２．０％を超えると、焼入れ、焼戻し後の衝撃特性を助長するので、上限を２．０％とする。好ましくは、０．８〜１．５％である。
【００３０】
Ｐ：０．００５〜０．０３％
Ｐは、固溶強化元素であり、鋼板の強度に有効な元素である。過剰な含有は、靭性を阻害するので、上限を０．０３％とする。０．００５％未満に低減することは、精錬コストの上昇を招くので、下限を０．００５％とする。好ましくは、０．００７〜０．０２％である。
【００３１】
Ｓ：０．０００１〜０．００６％
Ｓは、非金属介在物を形成し、加工性や、熱処理後の靭性を阻害する原因となるので、上限を０．００６％とする。０．０００１％未満に低減することは、精錬コストの大幅な上昇を招くので、下限を０．０００１％とする。好ましくは、０．００１〜０．００４％である。
【００３２】
Ａｌ：０．００５〜０．１０％
Ａｌは、脱酸剤として作用し、また、Ｎの固定に有効な元素である。０．００５％未満では、添加効果が十分に得られないので、下限を０．００５％とする。０．１０％を超えると、添加効果は飽和し、また、表面疵が発生し易くなるので、上限を０．１０％とする。好ましくは、０．０１〜０．０５％である。
【００３３】
Ｎ：０．００１〜０．０１％
Ｎは、Ｎは窒化物を形成する元素である。湾曲型連続鋳造における鋳片曲げ矯正時に窒化物が析出すると、鋳片が割れることがあるので、上限を０．０１％とする。少ないほど好ましいが、０．００１％未満に低減するのは、精錬コストの増加を招くので、下限を０．００１％とする。好ましくは、０．００４〜０．００７％である。
【００３４】
本発明鋼板の機械特性を強化するため、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、及び、Ｍｏの１種又は２種以上を、所要量、添加してもよい。
【００３５】
Ｃｒ：０．０５〜１．０％
Ｃｒは、焼入れ性の向上に有効な元素である。０．０５％未満では、添加効果がないので、下限を０．０５％とする。１．０％を超えると、添加効果は飽和するので、上限を１．０％とする。好ましくは、０．０７〜０．７％である。
【００３６】
Ｎｉ：０．０１〜１．０％
Ｎｉは、靭性の向上や、焼入れ性の向上に有効な元素である。０．０１％未満では、添加効果がないので、下限を０．０１％とする。１．０％を超えると、添加効果は飽和するし、また、コスト増を招くので、上限を１．０％とする。好ましくは、０．０５〜０．５％である。
【００３７】
Ｃｕ：０．０５〜０．５％
Ｃｕは、焼入れ性の確保に有効な元素である。０．０５％未満では、添加効果が不十分であるので、下限を０．０５％とする。０．５％を超えると、硬くなり過ぎ、冷間加工性が劣化するので、上限を０．５％とする。好ましくは、０．０８〜０．２％である。
【００３８】
Ｍｏ：０．０１〜１．０％
Ｍｏは、焼入れ性の向上と、焼戻し軟化抵抗性の向上に有効な元素である。０．０１％未満では、添加効果が小さいので、下限を０．０１％とする。１．０％を超えると、添加効果は飽和するので、上限を１．０％とする。好ましくは、０．０５〜０．５％である。
【００３９】
本発明鋼板の機械特性を、さらに強化するため、Ｎｂ、Ｖ、Ｔａ、及び、Ｗの１種又は２種以上を、所要量、添加してもよい。
【００４０】
Ｎｂ：０．０１〜０．５％
Ｎｂは、炭窒化物を形成し、結晶粒の粗大化防止や靭性改善に有効な元素である。０．０１％未満では、添加効果は充分に発現しないので、下限を０．０１％とする。０．５％を超えると、添加効果が飽和するので、上限を０．５％とする。好ましくは、０．０７〜０．２％である。
【００４１】
Ｖ：０．０１〜０．５％
Ｖは、Ｎｂと同様に、炭窒化物を形成し、結晶粒の粗大化防止や靭性改善に有効な元素である。０．０１％未満では、添加効果が小さいので、下限を０．０１％とする。０．５％を超えると、炭化物が生成し焼入れ硬度が低下するので、上限を０．５％とする。好ましくは、０．０７〜０．２％である。
【００４２】
Ｔａ：０．０１〜０．５％
Ｔａは、Ｎｂ、Ｖと同様に、炭窒化物を形成し、結晶粒の粗大化防止や靭性改善に有効な元素である。０．０１％未満では、添加効果が小さいので、下限を０．０１％とする。０．５％を超えると、炭化物が生成し焼入れ硬度が低下するので、上限を０．５％とする。好ましくは、０．０７〜０．２％である。
【００４３】
Ｗ：０．０１〜０．５％
Ｗは、鋼板の強化に有効な元素である。０．０１％未満では、添加効果が発現しないので、下限を０．０１％とする。０．５％を超えると、加工性が低下するので、上限を０．５％にする。好ましくは、０．０４〜０．２％である。
【００４４】
本発明鋼板の原料としてスクラップを用いた場合、不可避的にＳｎ、Ｓｂ、及び、Ａｓの１種又は２種以上が、０．００３％以上混入するが、いずれも、０．０３％以下であれば、本発明鋼板の打抜き性を阻害しないので、本発明鋼板においては、Ｓｎ：０．００３〜０．０３％、Ｓｂ：０．００３〜０．０３％、及び、Ａｓ：０．００３〜０．０３％の１種又は２種以上の含有を許容する。
【００４５】
本発明鋼板において、Ｏ量は規定していないが、酸化物が凝集して粗大化すると、延性が低下するので、Ｏは、０．００２５％以下が好ましい。Ｏは、少ないほうが好ましいが、０．０００１％未満に低減することは、技術的に困難であるので、０．０００１％以上の含有は許容される。
【００４６】
本発明鋼板の溶製原料としてスクラップを用いた場合、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｚｒ等の元素が、不可避的不純物として混入するが、本発明鋼板においては、本発明鋼板の特性を阻害しない範囲で、上記元素の混入を許容する。なお、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｚｒ等以外の元素でも、本発明鋼板の特性を阻害しない範囲で、混入を許容する。
【００４７】
本発明鋼板は、前述したように、
（ｉ）硬さが１７０ＨＶ以下であり、かつ、
（ii）最終冷延前の組織の板厚断面にて、０．５μｍ2以下の炭化物の面積が、炭化物の総面積の１５％以内である、
ことを特徴とする。
【００４８】
鋼板の軟質性を確保するため、硬さを１７０ＨＶ以下に限定する。硬さが１７０ＨＶを超えると、加工性が低下する。
【００４９】
本発明鋼板においては、最終冷延前の組織の板厚断面にて、０．５μｍ2以下の炭化物の面積が、炭化物の総面積の１５％以内であることが重要である。
【００５０】
０．５μｍ2以下の微細な炭化物が、炭化物の総面積の１５％を超えて存在すると、次工程の冷間圧延にて、ボイドの形成が抑制されるので、本発明鋼板では、最終冷延前の組織の板厚断面において、０．５μｍ2以下の炭化物の面積を、炭化物の総面積の１５％以内に限定した。
【００５１】
即ち、本発明鋼板は、焼鈍条件と冷却条件の組み合せで、最終冷延前の板厚断面組織において、０．５μｍ2以下の炭化物の面積を、炭化物の総面積の１５％以内に抑制したものである。
【００５２】
図１に、板厚断面組織中に、０．５μｍ2以下の炭化物が、炭化物の総面積の１５％以下で存在する態様を示す。
【００５３】
最終冷延前の板厚断面組織において、０．５μｍ2以下の炭化物の面積を、炭化物の総面積の１５％以内に抑制すると、鋼板の打抜き時に発生する鋼板のカエリを顕著に小さくすることができることは、本発明者らが見いだした新規な知見である。なお、板厚断面組織において、０．５μｍ2以下の炭化物の面積を、炭化物の総面積の１５％以内に抑制する焼鈍条件と冷却条件については後述する。
【００５４】
本発明鋼板においては、鋼板組織の板厚断面中に、観察組織１ｍｍ2当り１００個以上のボイドが存在することが好ましい。板厚断面の組織中に、観察組織１ｍｍ2当り１００個以上のボイドが存在することにより、打抜き性が顕著に向上し、打ち抜いた後に生じるカエリが、極力、小さくなる。
【００５５】
板厚断面の組織中に、観察組織１ｍｍ2当り１００個以上のボイドが存在することにより、鋼板の打抜き性が顕著に向上することも、本発明者らが見いだした新規な知見である。なお、組織にボイドを導入する焼鈍条件と冷却条件については後述する。
【００５６】
組織の観察は、走査型電子顕微鏡で行なうのが好ましい。観察組織１ｍｍ2当りのボイド数を数えて、１個以上存在することを確認する。ボイドの数が、観察組織１ｍｍ2当り１００個未満であると、所要の打抜き性を確保するのが難しくなる。
【００５７】
図２に、冷間圧延後、箱焼鈍を施した鋼組織中にボイドが存在する態様を示す。ボイドは、炭化物に隣接して形成されていることが解る。ボイドは、鋼組織において、通常、疲労破壊の起点となり得るので、構造材料では回避すべき存在であるが、打抜き時においては、ボイドの連結効果により破断面の形成が促進されて、打抜き性が向上する。
【００５８】
次に、本発明鋼板の製造方法（以下「本発明製造方法」という。）について説明する。
【００５９】
熱間圧延に供する連続鋳造鋳片（冷片）を、１３００℃以下、９０分以下加熱する。１３００℃を超えて加熱したり、９０分を超えて長時間加熱すると、加熱工程で、スラブの表層部で脱Ｃが顕著となり、鋼板表面の焼入れ性が劣化する。それ故、加熱温度は１３００℃以下、加熱時間は９０分以下とする。脱Ｃを抑制するとの観点から、加熱温度は１２００℃以下が好ましく、加熱時間は６０分以下が好ましい。
【００６０】
なお、連続鋳造鋳片を、直接、又は、再加熱して熱間圧延に供するが、直接圧延した場合と、再加熱後圧延した場合において、鋼板特性に差は殆どない。
【００６１】
熱間圧延は、通常の熱間圧延、及び、仕上圧延においてスラブを接合する連続化熱間圧延のどちらでもよい。熱間圧延の終了温度（熱延終了温度）は、生産性や板厚精度、異方性改善の観点に、表面疵の観点をも加えて設定する。熱延終了温度が８００℃未満であると、焼付による疵が多発し、一方、９４０℃を超えると、スケール疵の発生頻度が高くなり、製品歩留りが低下して、コストが増大する。それ故、熱延終了温度は、８００〜９４０℃とする。
【００６２】
熱間圧延後の鋼板の冷却は、仕上圧延後、３０℃／秒以上の冷却速度で、６５０℃まで冷却し、続いて、２０℃／秒以下の冷却速度で、巻取温度の４００〜６５０℃未満まで緩冷却する。
【００６３】
熱延終了後、熱延鋼板を、６５０℃まで、冷却速度３０℃／秒以上で冷却する理由は、冷却速度が冷却速度３０℃／秒未満であると、偏析に伴うパーライトバンドが生成し、焼鈍後も、粗大な炭化物が存在し易く、加工性の劣化に繋がるからである。加工性の劣化を抑制する観点から、熱延鋼板を３０℃／秒以上で冷却する。
【００６４】
熱延鋼板を、巻取温度４００〜６５０℃まで、２０℃／秒以下の冷却速度で緩冷却する理由は、パーライト組織の均一なパーライト変態やベイナイト変態を促進させるためである。上記温度範囲まで急冷すると、過冷オーステナイトに起因するコイルの巻き形状の乱れが起きて疵が発生し、歩留りが低下する。
【００６５】
熱延鋼板を、巻取温度４００〜６５０℃で巻き取る理由は、４００℃未満では、一部、マルテンサイト変態が生じて鋼板強度が上昇し、ハンドリングが困難になったり、冷間圧延の際、組織不均一からゲージハンチングを起こすなど、歩留りの低下を引き起こすからである。一方、巻取温度が６５０℃を超えると、熱延鋼板のスケールが厚くなり、酸洗性が低下するばかりでなく、表層部の酸化進行や粒界酸化が進展する。それ故、巻取温度は４００〜６５０℃とする。
【００６６】
鋼板を酸洗し、表面を清浄化した後、鋼板に軟質化箱焼鈍を施す。本発明製造方法においては、鋼板に軟質化箱焼鈍を施し、０．５μｍ2以下の炭化物の面積を、炭化物の総面積の１５％以内に抑制して、材質の軟質化と打抜き性の向上を同時に図る。
【００６７】
ここで、図３に、本発明製造方法における熱処理の態様を示す。
【００６８】
軟質化箱焼鈍は、図３に示すように、鋼板（熱延板、冷延板）を、室温からＡc1〜Ａc1＋１００℃まで加熱した後、３時間以上保持して行う。この３時間以上の保持により、ラメラー炭化物をオーステナイト中へ固溶させる。
【００６９】
上記３時間以上の保持後、鋼板を、図３に示すように、Ａr1以下まで冷却するが、この冷却過程において、加熱保持温度〜Ａr1の温度範囲で、２０℃／hr以下の冷却（図３中（ａ））と、冷却後０．５hr以上の保持（図３中（ｂ））を１回以上繰り返す（図３中（ｃ））。
【００７０】
冷却と保持を１回以上繰り返すステップ冷却により、最終冷延前の組織の板厚断面において、０．５μｍ2以下の炭化物の面積を、炭化物の総面積の１５％以内に抑制することができる。
【００７１】
冷却速度が２０℃／hr超、又は、冷却後の保持が０．５hr未満であると、Ａr1以下に達したとき、０．５μｍ2以下の炭化物に係る所望の面積率が得られない。
【００７２】
図４に、本発明製造方法における別の熱処理の態様を示す。
【００７３】
上記の軟質化箱焼鈍を施した後、Ａr1以下に冷却した上記鋼板（図４の（ａ）、参照）に、圧下率３０％以下の冷間圧延を施し、次いで、箱焼鈍を施す。焼鈍温度は、Ａc1以下が好ましい。
【００７４】
軟質化箱焼鈍を施した鋼板に、圧下率３０％以下の冷間圧延を施すことにより、軟質化と同時に、鋼中へ効率的にボイドを導入することができる。
【００７５】
また、軟質化箱焼鈍は、図４の（ａ）に示すように、熱延板を、室温からＡc1以下の温度まで加熱した後、３時間以上保持して行ない、次いで、熱延板に、圧下率４０％以上の冷間圧延（図中（ｂ）の「Ｃ.Ｒ.」）を施し、その後、フェライト粒径（α粒径）ｄαが、下記式（１）を満たすように、再度、Ａc1以下の温度で焼鈍を施す。
ｄα＞２．５−１．７ｌｎ（Ｃ質量％） ・・・（１）
【００７６】
上記の軟質化箱焼鈍を施した鋼板に、圧下率４０％以上の冷間圧延を施すことにより、フェライトの再結晶を駆動力とし、炭化物を粗大化することが可能である。
【００７７】
さらに、Ａc1以下の焼鈍を施した上記鋼板に、圧下率３０％以下の冷間圧延（図中、中央の「Ｃ.Ｒ.」）を施し、次いで、箱焼鈍を施す。焼鈍温度はＡc1以下が好ましい。
【００７８】
Ａc1以下の焼鈍を施した鋼板に、圧下率３０％以下の冷間圧延を施すことにより、粗大炭化物上でボイドが生成する。鋼板に、圧下率３０％超の冷間圧延を施すと、フェライトが再結晶し、再結晶時にボイドが消滅するので、圧下率は３０％以下が好ましい。
【００７９】
次いで、冷間圧延後の鋼板に、Ａc1以下の温度範囲で箱焼鈍を施して、マトリックス中にボイドを残存させたまま、フェライトの粒成長を促進する。Ａc1を超える温度範囲で箱焼鈍を施すと、フェライトからオーステナイトへの相変態時にボイドが消滅するので、箱焼鈍温度は、Ａc1以下の温度範囲が好ましい。
【００８０】
箱焼鈍は、水素９５％以上で、かつ、４００℃までの露点が−２０℃未満で、４００℃超における露点が−４０℃未満の雰囲気で行うことが好ましい。
【００８１】
コイル内の温度分布を均一化することに加え、窒素侵入による焼入れ性の低下を抑制するため、水素９５％以上の雰囲気中で焼鈍する。焼鈍中の脱炭を抑制するため、４００℃までの露点を−２０℃未満とし、４００℃超における露点を−４０℃未満とする。
【００８２】
打抜きカエリが小さく、打抜き性に優れた本発明鋼板は、打ち抜き後、容体化処理を施して、焼入れ処理をする。この焼入れ処理により、打ち抜き後の本発明鋼板は、所要の強度を備えることになる。
【実施例】
【００８３】
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。
【００８４】
（実施例）
表１に示す成分組成を有する鋼板に、表２及び表３に示す焼鈍条件で焼鈍を施し、最終冷延前の鋼板組織について、硬さ(ＨＶ)、炭化物、ボイド、フェライト粒径を調査した。さらに、鋼板に打抜き加工を施して、打抜きカエリの程度を評価した。結果を表４に示す。なお、打抜きカエリの程度は、表５に示す基準で評価した。
【００８５】
【表１】
【００８６】
【表２】
【００８７】
【表３】
【００８８】
【表４】
【００８９】
【表５】
【００９０】
図５に、打抜きカエリの程度の評価と、硬度（ＨＶ）の関係を示す。図中、○印が発明例であり、◇印が比較例である。発明例は、図中、左上に位置していて、比較例に比べ、顕著に、打抜きカエリが小さく、打抜き性に優れていることが解る。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
前述したように、本発明によれば、Ｃ：０．６５〜０．８５％の高炭素鋼板において、鋼板組織にボイドが導入されて、打抜きカエリが顕著に小さくなるので、打抜き性に優れた軟質高炭素鋼板とその製造方法を提供することができる。よって、本発明は、高炭素鋼板の用途を大きく拡大するので、鋼製品製造産業において利用可能性が高いものである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板とその製造方法関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高炭素鋼板は、チェーン、ギヤー、クラッチ、鋸、刃物等の素材として広く用いられている。高炭素鋼板から製品を製造する場合、通常、成形後、焼入れ焼戻し等の熱処理を施して硬化させる。それ故、高炭素鋼板には、複雑で過酷な加工に耐える加工性が要求される。
【０００３】
通常、高炭素鋼板に所要の加工性を付与するためには、炭化物を球状化する焼鈍を採用する（例えば、特許文献１〜５、参照）が、近年、高炭素鋼板には、用途の多様化に伴い、打抜き性も要求されるようになり、材質の軟質化を図る炭化物球状化焼鈍では、該要求に対処できないのが実情である。
【０００４】
例えば、特許文献１には、Ｃ：０．５０〜０．７０質量％、Ｓｉ：０．５質量％以下、Ｍｎ：１．０〜２．０質量％、Ｐ:０．０２％質量以下、Ｓ:０．０２質量％、Ａｌ：０．００１〜０．１０質量％、さらに、Ｖ：０．０５〜０．５０質量％、Ｔｉ：０．０２〜０．２０％、Ｎｂ：０．０１〜０．５０質量％の１種又は２種以上を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、炭化物の球状化率が９５％以上で、最大粒径が２．５μｍ以下の炭化物が分散した焼入れ性、疲労特性、靭性に優れた高炭素鋼板が開示されているが、該高炭素鋼板において、打抜きカエリを小さくする試みはなされていない。
【０００５】
高炭素鋼板は、高炭素であるが故、本来、所要の硬度を備えていて、打抜き性に優れているが、炭化物球状化焼鈍で軟質化を図れば、打抜き性は劣化し、打抜きで生じるカエリは大きくなる。
【０００６】
特に、Ｃを０．６５質量％以上含有する高炭素鋼板において、材質の軟質化と、打抜き性の向上、特に、打抜きカエリの抑制を両立させることは難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−０２４２３３号公報
【特許文献２】特開２００８−３０３４１５号公報
【特許文献３】特開２００８−１５６７１２号公報
【特許文献４】特開２００８−０６９４５２号公報
【特許文献５】特開２００７−２９１４９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述したように、Ｃを０．６５質量％以上含有する高炭素鋼板において、材質の軟質化と、打抜き性の向上（特に、打抜きカエリの抑制）を両立させることは難しいところ、本発明は、Ｃを０．６５質量％以上０．８５質量％以下含有する高炭素鋼板において、材質の軟質化と打抜き性の向上（特に、打抜きカエリの抑制）を図ることを課題とし、該課題を解決する高炭素鋼板とその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記課題を解決する手法について鋭意研究した。その結果、焼鈍条件と冷却条件の組合せで、最終冷延前の組織の板厚断面にて、０．５μｍ2以下の炭化物の面積を、炭化物の総面積の１５％以内に抑制すると、その後の冷間圧延で、鋼組織にボイドが導入され、その結果、打抜きカエリが顕著に小さくなり、打抜き性が格段に向上することを見いだした。
【００１０】
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
【００１１】
（１） 質量％で、Ｃ：０．６５〜０．８５％、Ｓｉ：０．０５〜０．４％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｐ：０．００５〜０．０３％、Ｓ：０．０００１〜０．００６％、Ａｌ：０．００５〜０．１０％、及び、Ｎ：０．００１〜０．０１％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、
（ｉ）硬さが１７０ＨＶ以下であり、かつ、
（ii）最終冷延前の組織の板厚断面にて、０．５μｍ2以下の炭化物の面積が、炭化物の総面積の１５％以内である、
ことを特徴とする打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板。
【００１２】
（２） 質量％で、さらに、Ｃｒ:０．０５〜１．０％、Ｎｉ：０．０１〜１．０％、Ｃｕ：０．０５〜０．５％、及び、Ｍｏ：０．０１〜１．０％の１種又は２種以上を含有することを特徴とする前記（１）に記載の打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板。
【００１３】
（３） 質量％で、さらに、Ｎｂ：０．０１〜０．５％、Ｖ：０．０１〜０．５％、Ｔａ：０．０１〜０．５％、及び、Ｗ：０．０１〜０．５％の１種又は２種以上を含有することを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の打抜きカエリの小さい軟質な高炭素鋼板。
【００１４】
（４） 質量％で、さらに、Ｓｎ：０．００３〜０．０３％、Ｓｂ：０．００３〜０．０３％、及び、Ａｓ：０．００３〜０．０３％の１種又は２種以上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打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板。
【００１５】
（５） 前記組織の板厚断面に、観察組織１ｍｍ2当り１００個以上のボイドが存在することを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板。
【００１６】
（６） 前記（１）〜（４）のいずれかに記載の成分組成を満たす連続鋳造鋳片を、鋳造後、直接、又は、１３００℃以下で、９０分以下加熱して熱間圧延に供し、８００〜９４０℃で仕上圧延を終了し、次いで、熱延鋼板を、６５０℃まで３０℃／ｓ以上で強冷却し、その後、巻取りまで２０℃／ｓ以下で緩冷却して、４００〜６５０℃未満で捲き取り、酸洗の後、軟質化箱焼鈍を施したことを特徴とする打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板の製造方法。
【００１７】
（７） 前記軟質化箱焼鈍を６２０℃以上で行うことを特徴とする前記（６）に記載の打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板の製造方法。
【００１８】
（８） 前記軟質化箱焼鈍を、室温からＡc1〜Ａc1＋１００℃まで加熱後、３時間以上保持して行い、次いで、Ａr1以下まで冷却する過程において、加熱保持温度〜Ａr1の温度範囲で、２０℃／hr以下の冷却と冷却後０．５hr以上の保持を１回以上繰り返すことを特徴とする前記（７）に記載の打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板の製造方法。
【００１９】
（９） 前記Ａr1以下に冷却した鋼板に、圧下率３０％以下の冷間圧延を施し、次いで、箱焼鈍を施すことを特徴とする前記（８）に記載の打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板の製造方法。
【００２０】
（１０） 前記軟質化箱焼鈍を、室温からＡc1以下の温度まで加熱後、３時間以上保持して行い、次いで、鋼板に圧下率４０％以上の冷間圧延を施し、その後、フェライト粒径ｄαが、下記式（１）を満たすように、再度、Ａc1以下の温度で焼鈍を施すことを特徴とする前記（９）に記載の打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板の製造方法。
ｄα＞２．５−１．７ｌｎ（Ｃ質量％） ・・・（１）
【００２１】
（１１） 前記Ａc1以下の温度で焼鈍を施した鋼板に、圧下率３０％以下の冷間圧延を施し、次いで、箱焼鈍を施すことを特徴とする前記（１０）に記載の打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板の製造方法。
【００２２】
（１２） 前記箱焼鈍を、水素９５％以上で、かつ、４００℃までの露点が−２０℃未満で、４００℃超における露点が−４０℃未満の雰囲気で行うことを特徴とする前記（９）〜（１１）のいずれかに記載の打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板の製造方法。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、Ｃ：０．６５〜０．８５％の高炭素鋼板において、鋼板組織にボイドが導入されて、打抜きカエリが顕著に小さくなるので、打抜き性に優れた軟質高炭素鋼板とその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】板厚断面組織中に、０．５μｍ2以下の炭化物が、炭化物の総面積の１５％以下で存在する態様を示す図である。
【図２】板厚断面組織中にボイド（白矢印）が存在する態様を示す図である。
【図３】本発明製造方法における熱処理の態様を示す図である。
【図４】本発明製造方法における別の熱処理の態様を示す図である。
【図５】打抜きカエリの程度と硬度（ＨＶ）の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の軟質高炭素鋼板は、質量％で、Ｃ：０．６５〜０．８５％、Ｓｉ：０．０５〜０．４％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｐ：０．００５〜０．０３％、Ｓ：０．０００１〜０．００６％、Ａｌ：０．００５〜０．１０％、及び、Ｎ：０．００１〜０．０１％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる鋼板において、
（ｉ）硬さが１７０ＨＶ以下であり、かつ、
（ii）最終冷延前の組織の板厚断面にて、０．５μｍ2以下の炭化物の面積が、炭化物の総面積の１５％以内である、
ことを特徴とする。
【００２６】
まず、本発明の軟質高炭素鋼板（以下「本発明鋼板」ということがある。）の成分組成に係る限定理由について説明する。なお、以下、「％」は「質量％」を意味する。
【００２７】
Ｃ：０．６５〜０．８５％
Ｃは、鋼板の強度を確保するうえで重要な元素であり、０．６５％以上添加し、所要の強度を確保する。０．６５％未満では、焼入れ性が低下し、機械構造用高強度鋼板としての強度が得られないので、下限を０．６５％とする。０．８５％を超えると、靭性や加工性を確保する熱処理に長時間を要するので、上限を０．８５％とする。好ましくは、０．７０〜０．８０％である。
【００２８】
Ｓｉ：０．０５〜０．４％
Ｓｉは、脱酸剤として作用し、また、焼入れ性の向上に有効な元素である。０．０５％未満では、添加効果が得られないので、下限を０．０５％とする。０．４％を超えると、熱間圧延時のスケール疵に起因する表面性状の劣化を招くので、上限を０．４％とする。好ましくは、０．１０〜０．３％である。
【００２９】
Ｍｎ：０．５〜２．０％
Ｍｎは、脱酸剤として作用し、また、焼入れ性の向上に有効な元素である。０．５％未満では、添加効果が得られないので、下限を０．５％とする。２．０％を超えると、焼入れ、焼戻し後の衝撃特性を助長するので、上限を２．０％とする。好ましくは、０．８〜１．５％である。
【００３０】
Ｐ：０．００５〜０．０３％
Ｐは、固溶強化元素であり、鋼板の強度に有効な元素である。過剰な含有は、靭性を阻害するので、上限を０．０３％とする。０．００５％未満に低減することは、精錬コストの上昇を招くので、下限を０．００５％とする。好ましくは、０．００７〜０．０２％である。
【００３１】
Ｓ：０．０００１〜０．００６％
Ｓは、非金属介在物を形成し、加工性や、熱処理後の靭性を阻害する原因となるので、上限を０．００６％とする。０．０００１％未満に低減することは、精錬コストの大幅な上昇を招くので、下限を０．０００１％とする。好ましくは、０．００１〜０．００４％である。
【００３２】
Ａｌ：０．００５〜０．１０％
Ａｌは、脱酸剤として作用し、また、Ｎの固定に有効な元素である。０．００５％未満では、添加効果が十分に得られないので、下限を０．００５％とする。０．１０％を超えると、添加効果は飽和し、また、表面疵が発生し易くなるので、上限を０．１０％とする。好ましくは、０．０１〜０．０５％である。
【００３３】
Ｎ：０．００１〜０．０１％
Ｎは、Ｎは窒化物を形成する元素である。湾曲型連続鋳造における鋳片曲げ矯正時に窒化物が析出すると、鋳片が割れることがあるので、上限を０．０１％とする。少ないほど好ましいが、０．００１％未満に低減するのは、精錬コストの増加を招くので、下限を０．００１％とする。好ましくは、０．００４〜０．００７％である。
【００３４】
本発明鋼板の機械特性を強化するため、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、及び、Ｍｏの１種又は２種以上を、所要量、添加してもよい。
【００３５】
Ｃｒ：０．０５〜１．０％
Ｃｒは、焼入れ性の向上に有効な元素である。０．０５％未満では、添加効果がないので、下限を０．０５％とする。１．０％を超えると、添加効果は飽和するので、上限を１．０％とする。好ましくは、０．０７〜０．７％である。
【００３６】
Ｎｉ：０．０１〜１．０％
Ｎｉは、靭性の向上や、焼入れ性の向上に有効な元素である。０．０１％未満では、添加効果がないので、下限を０．０１％とする。１．０％を超えると、添加効果は飽和するし、また、コスト増を招くので、上限を１．０％とする。好ましくは、０．０５〜０．５％である。
【００３７】
Ｃｕ：０．０５〜０．５％
Ｃｕは、焼入れ性の確保に有効な元素である。０．０５％未満では、添加効果が不十分であるので、下限を０．０５％とする。０．５％を超えると、硬くなり過ぎ、冷間加工性が劣化するので、上限を０．５％とする。好ましくは、０．０８〜０．２％である。
【００３８】
Ｍｏ：０．０１〜１．０％
Ｍｏは、焼入れ性の向上と、焼戻し軟化抵抗性の向上に有効な元素である。０．０１％未満では、添加効果が小さいので、下限を０．０１％とする。１．０％を超えると、添加効果は飽和するので、上限を１．０％とする。好ましくは、０．０５〜０．５％である。
【００３９】
本発明鋼板の機械特性を、さらに強化するため、Ｎｂ、Ｖ、Ｔａ、及び、Ｗの１種又は２種以上を、所要量、添加してもよい。
【００４０】
Ｎｂ：０．０１〜０．５％
Ｎｂは、炭窒化物を形成し、結晶粒の粗大化防止や靭性改善に有効な元素である。０．０１％未満では、添加効果は充分に発現しないので、下限を０．０１％とする。０．５％を超えると、添加効果が飽和するので、上限を０．５％とする。好ましくは、０．０７〜０．２％である。
【００４１】
Ｖ：０．０１〜０．５％
Ｖは、Ｎｂと同様に、炭窒化物を形成し、結晶粒の粗大化防止や靭性改善に有効な元素である。０．０１％未満では、添加効果が小さいので、下限を０．０１％とする。０．５％を超えると、炭化物が生成し焼入れ硬度が低下するので、上限を０．５％とする。好ましくは、０．０７〜０．２％である。
【００４２】
Ｔａ：０．０１〜０．５％
Ｔａは、Ｎｂ、Ｖと同様に、炭窒化物を形成し、結晶粒の粗大化防止や靭性改善に有効な元素である。０．０１％未満では、添加効果が小さいので、下限を０．０１％とする。０．５％を超えると、炭化物が生成し焼入れ硬度が低下するので、上限を０．５％とする。好ましくは、０．０７〜０．２％である。
【００４３】
Ｗ：０．０１〜０．５％
Ｗは、鋼板の強化に有効な元素である。０．０１％未満では、添加効果が発現しないので、下限を０．０１％とする。０．５％を超えると、加工性が低下するので、上限を０．５％にする。好ましくは、０．０４〜０．２％である。
【００４４】
本発明鋼板の原料としてスクラップを用いた場合、不可避的にＳｎ、Ｓｂ、及び、Ａｓの１種又は２種以上が、０．００３％以上混入するが、いずれも、０．０３％以下であれば、本発明鋼板の打抜き性を阻害しないので、本発明鋼板においては、Ｓｎ：０．００３〜０．０３％、Ｓｂ：０．００３〜０．０３％、及び、Ａｓ：０．００３〜０．０３％の１種又は２種以上の含有を許容する。
【００４５】
本発明鋼板において、Ｏ量は規定していないが、酸化物が凝集して粗大化すると、延性が低下するので、Ｏは、０．００２５％以下が好ましい。Ｏは、少ないほうが好ましいが、０．０００１％未満に低減することは、技術的に困難であるので、０．０００１％以上の含有は許容される。
【００４６】
本発明鋼板の溶製原料としてスクラップを用いた場合、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｚｒ等の元素が、不可避的不純物として混入するが、本発明鋼板においては、本発明鋼板の特性を阻害しない範囲で、上記元素の混入を許容する。なお、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｚｒ等以外の元素でも、本発明鋼板の特性を阻害しない範囲で、混入を許容する。
【００４７】
本発明鋼板は、前述したように、
（ｉ）硬さが１７０ＨＶ以下であり、かつ、
（ii）最終冷延前の組織の板厚断面にて、０．５μｍ2以下の炭化物の面積が、炭化物の総面積の１５％以内である、
ことを特徴とする。
【００４８】
鋼板の軟質性を確保するため、硬さを１７０ＨＶ以下に限定する。硬さが１７０ＨＶを超えると、加工性が低下する。
【００４９】
本発明鋼板においては、最終冷延前の組織の板厚断面にて、０．５μｍ2以下の炭化物の面積が、炭化物の総面積の１５％以内であることが重要である。
【００５０】
０．５μｍ2以下の微細な炭化物が、炭化物の総面積の１５％を超えて存在すると、次工程の冷間圧延にて、ボイドの形成が抑制されるので、本発明鋼板では、最終冷延前の組織の板厚断面において、０．５μｍ2以下の炭化物の面積を、炭化物の総面積の１５％以内に限定した。
【００５１】
即ち、本発明鋼板は、焼鈍条件と冷却条件の組み合せで、最終冷延前の板厚断面組織において、０．５μｍ2以下の炭化物の面積を、炭化物の総面積の１５％以内に抑制したものである。
【００５２】
図１に、板厚断面組織中に、０．５μｍ2以下の炭化物が、炭化物の総面積の１５％以下で存在する態様を示す。
【００５３】
最終冷延前の板厚断面組織において、０．５μｍ2以下の炭化物の面積を、炭化物の総面積の１５％以内に抑制すると、鋼板の打抜き時に発生する鋼板のカエリを顕著に小さくすることができることは、本発明者らが見いだした新規な知見である。なお、板厚断面組織において、０．５μｍ2以下の炭化物の面積を、炭化物の総面積の１５％以内に抑制する焼鈍条件と冷却条件については後述する。
【００５４】
本発明鋼板においては、鋼板組織の板厚断面中に、観察組織１ｍｍ2当り１００個以上のボイドが存在することが好ましい。板厚断面の組織中に、観察組織１ｍｍ2当り１００個以上のボイドが存在することにより、打抜き性が顕著に向上し、打ち抜いた後に生じるカエリが、極力、小さくなる。
【００５５】
板厚断面の組織中に、観察組織１ｍｍ2当り１００個以上のボイドが存在することにより、鋼板の打抜き性が顕著に向上することも、本発明者らが見いだした新規な知見である。なお、組織にボイドを導入する焼鈍条件と冷却条件については後述する。
【００５６】
組織の観察は、走査型電子顕微鏡で行なうのが好ましい。観察組織１ｍｍ2当りのボイド数を数えて、１個以上存在することを確認する。ボイドの数が、観察組織１ｍｍ2当り１００個未満であると、所要の打抜き性を確保するのが難しくなる。
【００５７】
図２に、冷間圧延後、箱焼鈍を施した鋼組織中にボイドが存在する態様を示す。ボイドは、炭化物に隣接して形成されていることが解る。ボイドは、鋼組織において、通常、疲労破壊の起点となり得るので、構造材料では回避すべき存在であるが、打抜き時においては、ボイドの連結効果により破断面の形成が促進されて、打抜き性が向上する。
【００５８】
次に、本発明鋼板の製造方法（以下「本発明製造方法」という。）について説明する。
【００５９】
熱間圧延に供する連続鋳造鋳片（冷片）を、１３００℃以下、９０分以下加熱する。１３００℃を超えて加熱したり、９０分を超えて長時間加熱すると、加熱工程で、スラブの表層部で脱Ｃが顕著となり、鋼板表面の焼入れ性が劣化する。それ故、加熱温度は１３００℃以下、加熱時間は９０分以下とする。脱Ｃを抑制するとの観点から、加熱温度は１２００℃以下が好ましく、加熱時間は６０分以下が好ましい。
【００６０】
なお、連続鋳造鋳片を、直接、又は、再加熱して熱間圧延に供するが、直接圧延した場合と、再加熱後圧延した場合において、鋼板特性に差は殆どない。
【００６１】
熱間圧延は、通常の熱間圧延、及び、仕上圧延においてスラブを接合する連続化熱間圧延のどちらでもよい。熱間圧延の終了温度（熱延終了温度）は、生産性や板厚精度、異方性改善の観点に、表面疵の観点をも加えて設定する。熱延終了温度が８００℃未満であると、焼付による疵が多発し、一方、９４０℃を超えると、スケール疵の発生頻度が高くなり、製品歩留りが低下して、コストが増大する。それ故、熱延終了温度は、８００〜９４０℃とする。
【００６２】
熱間圧延後の鋼板の冷却は、仕上圧延後、３０℃／秒以上の冷却速度で、６５０℃まで冷却し、続いて、２０℃／秒以下の冷却速度で、巻取温度の４００〜６５０℃未満まで緩冷却する。
【００６３】
熱延終了後、熱延鋼板を、６５０℃まで、冷却速度３０℃／秒以上で冷却する理由は、冷却速度が冷却速度３０℃／秒未満であると、偏析に伴うパーライトバンドが生成し、焼鈍後も、粗大な炭化物が存在し易く、加工性の劣化に繋がるからである。加工性の劣化を抑制する観点から、熱延鋼板を３０℃／秒以上で冷却する。
【００６４】
熱延鋼板を、巻取温度４００〜６５０℃まで、２０℃／秒以下の冷却速度で緩冷却する理由は、パーライト組織の均一なパーライト変態やベイナイト変態を促進させるためである。上記温度範囲まで急冷すると、過冷オーステナイトに起因するコイルの巻き形状の乱れが起きて疵が発生し、歩留りが低下する。
【００６５】
熱延鋼板を、巻取温度４００〜６５０℃で巻き取る理由は、４００℃未満では、一部、マルテンサイト変態が生じて鋼板強度が上昇し、ハンドリングが困難になったり、冷間圧延の際、組織不均一からゲージハンチングを起こすなど、歩留りの低下を引き起こすからである。一方、巻取温度が６５０℃を超えると、熱延鋼板のスケールが厚くなり、酸洗性が低下するばかりでなく、表層部の酸化進行や粒界酸化が進展する。それ故、巻取温度は４００〜６５０℃とする。
【００６６】
鋼板を酸洗し、表面を清浄化した後、鋼板に軟質化箱焼鈍を施す。本発明製造方法においては、鋼板に軟質化箱焼鈍を施し、０．５μｍ2以下の炭化物の面積を、炭化物の総面積の１５％以内に抑制して、材質の軟質化と打抜き性の向上を同時に図る。
【００６７】
ここで、図３に、本発明製造方法における熱処理の態様を示す。
【００６８】
軟質化箱焼鈍は、図３に示すように、鋼板（熱延板、冷延板）を、室温からＡc1〜Ａc1＋１００℃まで加熱した後、３時間以上保持して行う。この３時間以上の保持により、ラメラー炭化物をオーステナイト中へ固溶させる。
【００６９】
上記３時間以上の保持後、鋼板を、図３に示すように、Ａr1以下まで冷却するが、この冷却過程において、加熱保持温度〜Ａr1の温度範囲で、２０℃／hr以下の冷却（図３中（ａ））と、冷却後０．５hr以上の保持（図３中（ｂ））を１回以上繰り返す（図３中（ｃ））。
【００７０】
冷却と保持を１回以上繰り返すステップ冷却により、最終冷延前の組織の板厚断面において、０．５μｍ2以下の炭化物の面積を、炭化物の総面積の１５％以内に抑制することができる。
【００７１】
冷却速度が２０℃／hr超、又は、冷却後の保持が０．５hr未満であると、Ａr1以下に達したとき、０．５μｍ2以下の炭化物に係る所望の面積率が得られない。
【００７２】
図４に、本発明製造方法における別の熱処理の態様を示す。
【００７３】
上記の軟質化箱焼鈍を施した後、Ａr1以下に冷却した上記鋼板（図４の（ａ）、参照）に、圧下率３０％以下の冷間圧延を施し、次いで、箱焼鈍を施す。焼鈍温度は、Ａc1以下が好ましい。
【００７４】
軟質化箱焼鈍を施した鋼板に、圧下率３０％以下の冷間圧延を施すことにより、軟質化と同時に、鋼中へ効率的にボイドを導入することができる。
【００７５】
また、軟質化箱焼鈍は、図４の（ａ）に示すように、熱延板を、室温からＡc1以下の温度まで加熱した後、３時間以上保持して行ない、次いで、熱延板に、圧下率４０％以上の冷間圧延（図中（ｂ）の「Ｃ.Ｒ.」）を施し、その後、フェライト粒径（α粒径）ｄαが、下記式（１）を満たすように、再度、Ａc1以下の温度で焼鈍を施す。
ｄα＞２．５−１．７ｌｎ（Ｃ質量％） ・・・（１）
【００７６】
上記の軟質化箱焼鈍を施した鋼板に、圧下率４０％以上の冷間圧延を施すことにより、フェライトの再結晶を駆動力とし、炭化物を粗大化することが可能である。
【００７７】
さらに、Ａc1以下の焼鈍を施した上記鋼板に、圧下率３０％以下の冷間圧延（図中、中央の「Ｃ.Ｒ.」）を施し、次いで、箱焼鈍を施す。焼鈍温度はＡc1以下が好ましい。
【００７８】
Ａc1以下の焼鈍を施した鋼板に、圧下率３０％以下の冷間圧延を施すことにより、粗大炭化物上でボイドが生成する。鋼板に、圧下率３０％超の冷間圧延を施すと、フェライトが再結晶し、再結晶時にボイドが消滅するので、圧下率は３０％以下が好ましい。
【００７９】
次いで、冷間圧延後の鋼板に、Ａc1以下の温度範囲で箱焼鈍を施して、マトリックス中にボイドを残存させたまま、フェライトの粒成長を促進する。Ａc1を超える温度範囲で箱焼鈍を施すと、フェライトからオーステナイトへの相変態時にボイドが消滅するので、箱焼鈍温度は、Ａc1以下の温度範囲が好ましい。
【００８０】
箱焼鈍は、水素９５％以上で、かつ、４００℃までの露点が−２０℃未満で、４００℃超における露点が−４０℃未満の雰囲気で行うことが好ましい。
【００８１】
コイル内の温度分布を均一化することに加え、窒素侵入による焼入れ性の低下を抑制するため、水素９５％以上の雰囲気中で焼鈍する。焼鈍中の脱炭を抑制するため、４００℃までの露点を−２０℃未満とし、４００℃超における露点を−４０℃未満とする。
【００８２】
打抜きカエリが小さく、打抜き性に優れた本発明鋼板は、打ち抜き後、容体化処理を施して、焼入れ処理をする。この焼入れ処理により、打ち抜き後の本発明鋼板は、所要の強度を備えることになる。
【実施例】
【００８３】
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。
【００８４】
（実施例）
表１に示す成分組成を有する鋼板に、表２及び表３に示す焼鈍条件で焼鈍を施し、最終冷延前の鋼板組織について、硬さ(ＨＶ)、炭化物、ボイド、フェライト粒径を調査した。さらに、鋼板に打抜き加工を施して、打抜きカエリの程度を評価した。結果を表４に示す。なお、打抜きカエリの程度は、表５に示す基準で評価した。
【００８５】
【表１】
【００８６】
【表２】
【００８７】
【表３】
【００８８】
【表４】
【００８９】
【表５】
【００９０】
図５に、打抜きカエリの程度の評価と、硬度（ＨＶ）の関係を示す。図中、○印が発明例であり、◇印が比較例である。発明例は、図中、左上に位置していて、比較例に比べ、顕著に、打抜きカエリが小さく、打抜き性に優れていることが解る。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
前述したように、本発明によれば、Ｃ：０．６５〜０．８５％の高炭素鋼板において、鋼板組織にボイドが導入されて、打抜きカエリが顕著に小さくなるので、打抜き性に優れた軟質高炭素鋼板とその製造方法を提供することができる。よって、本発明は、高炭素鋼板の用途を大きく拡大するので、鋼製品製造産業において利用可能性が高いものである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．６５〜０．８５％、Ｓｉ：０．０５〜０．４％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｐ：０．００５〜０．０３％、Ｓ：０．０００１〜０．００６％、Ａｌ：０．００５〜０．１０％、及び、Ｎ：０．００１〜０．０１％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、
（ｉ）硬さが１７０ＨＶ以下であり、かつ、
（ii）最終冷延前の組織の板厚断面にて、０．５μｍ2以下の炭化物の面積が、炭化物の総面積の１５％以内である、
ことを特徴とする打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板。
【請求項２】
質量％で、さらに、Ｃｒ:０．０５〜１．０％、Ｎｉ：０．０１〜１．０％、Ｃｕ：０．０５〜０．５％、及び、Ｍｏ：０．０１〜１．０％の１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板。
【請求項３】
質量％で、さらに、Ｎｂ：０．０１〜０．５％、Ｖ：０．０１〜０．５％、Ｔａ：０．０１〜０．５％、及び、Ｗ：０．０１〜０．５％の１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の打抜きカエリの小さい軟質な高炭素鋼板。
【請求項４】
質量％で、さらに、Ｓｎ：０．００３〜０．０３％、Ｓｂ：０．００３〜０．０３％、及び、Ａｓ：０．００３〜０．０３％の１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板。
【請求項５】
前記組織の板厚断面に、観察組織１ｍｍ2当り１００個以上のボイドが存在することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の成分組成を満たす連続鋳造鋳片を、鋳造後、直接、又は、１３００℃以下で、９０分以下加熱して熱間圧延に供し、８００〜９４０℃で仕上圧延を終了し、次いで、熱延鋼板を、６５０℃まで３０℃／ｓ以上で強冷却し、その後、巻取りまで２０℃／ｓ以下で緩冷却して、４００〜６５０℃未満で捲き取り、酸洗の後、軟質化箱焼鈍を施したことを特徴とする打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板の製造方法。
【請求項７】
前記軟質化箱焼鈍を６２０℃以上で行うことを特徴とする請求項６に記載の打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板の製造方法。
【請求項８】
前記軟質化箱焼鈍を、室温からＡc1〜Ａc1＋１００℃まで加熱後、３時間以上保持して行い、次いで、Ａr1以下まで冷却する過程において、加熱保持温度〜Ａr1の温度範囲で、２０℃／hr以下の冷却と冷却後０．５hr以上の保持を１回以上繰り返すことを特徴とする請求項７に記載の打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板の製造方法。
【請求項９】
前記Ａr1以下に冷却した鋼板に、圧下率３０％以下の冷間圧延を施し、次いで、箱焼鈍を施すことを特徴とする請求項８に記載の打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板の製造方法。
【請求項１０】
前記軟質化箱焼鈍を、室温からＡc1以下の温度まで加熱した後、３時間以上保持して行い、次いで、鋼板に圧下率４０％以上の冷間圧延を施し、その後、フェライト粒径ｄαが、下記式（１）を満たすように、再度、Ａc1以下の温度で焼鈍を施すことを特徴とする請求項９に記載の打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板の製造方法。
ｄα＞２．５−１．７ｌｎ（Ｃ質量％） ・・・（１）
【請求項１１】
前記Ａc1以下の温度で焼鈍を施した鋼板に、圧下率３０％以下の冷間圧延を施し、次いで、箱焼鈍又は連続焼鈍を施すことを特徴とする請求項１０に記載の打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板の製造方法。
【請求項１２】
前記箱焼鈍を、水素９５％以上で、かつ、４００℃までの露点が−２０℃未満で、４００℃超における露点が−４０℃未満の雰囲気で行うことを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載の打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板の製造方法。
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．６５〜０．８５％、Ｓｉ：０．０５〜０．４％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｐ：０．００５〜０．０３％、Ｓ：０．０００１〜０．００６％、Ａｌ：０．００５〜０．１０％、及び、Ｎ：０．００１〜０．０１％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、
（ｉ）硬さが１７０ＨＶ以下であり、かつ、
（ii）最終冷延前の組織の板厚断面にて、０．５μｍ2以下の炭化物の面積が、炭化物の総面積の１５％以内である、
ことを特徴とする打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板。
【請求項２】
質量％で、さらに、Ｃｒ:０．０５〜１．０％、Ｎｉ：０．０１〜１．０％、Ｃｕ：０．０５〜０．５％、及び、Ｍｏ：０．０１〜１．０％の１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板。
【請求項３】
質量％で、さらに、Ｎｂ：０．０１〜０．５％、Ｖ：０．０１〜０．５％、Ｔａ：０．０１〜０．５％、及び、Ｗ：０．０１〜０．５％の１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の打抜きカエリの小さい軟質な高炭素鋼板。
【請求項４】
質量％で、さらに、Ｓｎ：０．００３〜０．０３％、Ｓｂ：０．００３〜０．０３％、及び、Ａｓ：０．００３〜０．０３％の１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板。
【請求項５】
前記組織の板厚断面に、観察組織１ｍｍ2当り１００個以上のボイドが存在することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の成分組成を満たす連続鋳造鋳片を、鋳造後、直接、又は、１３００℃以下で、９０分以下加熱して熱間圧延に供し、８００〜９４０℃で仕上圧延を終了し、次いで、熱延鋼板を、６５０℃まで３０℃／ｓ以上で強冷却し、その後、巻取りまで２０℃／ｓ以下で緩冷却して、４００〜６５０℃未満で捲き取り、酸洗の後、軟質化箱焼鈍を施したことを特徴とする打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板の製造方法。
【請求項７】
前記軟質化箱焼鈍を６２０℃以上で行うことを特徴とする請求項６に記載の打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板の製造方法。
【請求項８】
前記軟質化箱焼鈍を、室温からＡc1〜Ａc1＋１００℃まで加熱後、３時間以上保持して行い、次いで、Ａr1以下まで冷却する過程において、加熱保持温度〜Ａr1の温度範囲で、２０℃／hr以下の冷却と冷却後０．５hr以上の保持を１回以上繰り返すことを特徴とする請求項７に記載の打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板の製造方法。
【請求項９】
前記Ａr1以下に冷却した鋼板に、圧下率３０％以下の冷間圧延を施し、次いで、箱焼鈍を施すことを特徴とする請求項８に記載の打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板の製造方法。
【請求項１０】
前記軟質化箱焼鈍を、室温からＡc1以下の温度まで加熱した後、３時間以上保持して行い、次いで、鋼板に圧下率４０％以上の冷間圧延を施し、その後、フェライト粒径ｄαが、下記式（１）を満たすように、再度、Ａc1以下の温度で焼鈍を施すことを特徴とする請求項９に記載の打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板の製造方法。
ｄα＞２．５−１．７ｌｎ（Ｃ質量％） ・・・（１）
【請求項１１】
前記Ａc1以下の温度で焼鈍を施した鋼板に、圧下率３０％以下の冷間圧延を施し、次いで、箱焼鈍又は連続焼鈍を施すことを特徴とする請求項１０に記載の打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板の製造方法。
【請求項１２】
前記箱焼鈍を、水素９５％以上で、かつ、４００℃までの露点が−２０℃未満で、４００℃超における露点が−４０℃未満の雰囲気で行うことを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載の打抜きカエリの小さい軟質高炭素鋼板の製造方法。
【図３】
【図４】
【図５】
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図１】
【図２】
【公開番号】特開２０１１−１２３１７（Ｐ２０１１−１２３１７Ａ）
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５８１７５（Ｐ２００９−１５８１７５）
【出願日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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