鋼板的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及碳含量按質(zhì)量％計超過0.25 %且小于0.50 %的碳鋼板，尤其涉及通 過沖裁加工、擴孔加工、鍛造等成型成產(chǎn)品形狀的碳鋼板。
[0002] 本申請基于在2013年4月25日在日本申請的日本特愿2013-092408號主張優(yōu)先 權(quán)，其內(nèi)容援用至此。
【背景技術(shù)】
[0003] 在制造形狀復(fù)雜的機械部件時，以往大多是首先分別個別地制作多個部件，接著 將它們組合，由此得到產(chǎn)品形狀。該情況下，齒輪等具有復(fù)雜的形狀的部位在組合前進(jìn)行切 削加工的情況較多。然而，近年來，為了制造成本降低，通過將具有接近產(chǎn)品形狀的形狀的 部件進(jìn)行沖裁加工、擴孔加工、鍛造等來成形的方法正在推進(jìn)。由此，能夠削減部件件數(shù)，以 更少的工序數(shù)來制造成為可能。對材料施加大的變形時適用變形阻力少的熱加工，另一方 面，在需要對形狀精度良好地加工的情況下適用冷加工。在將鋼板加工成接近產(chǎn)品形狀的 復(fù)雜形狀的情況下，與以往那樣將多個部位逐個制造后將它們組合的情況相比，對鋼板要 求比以往更加良好的加工性。即，對以往的鋼板沖裁、擴孔、或鍛造成復(fù)雜的形狀時，存在鋼 板產(chǎn)生裂紋、部件的尺寸精度變差這樣的問題。進(jìn)一步，當(dāng)然會對加工后的產(chǎn)品要求確保與 以往同等以上的韌性、強度、耐磨損性等特性。為了解決這樣的問題，在專利文獻(xiàn)1~3中 提出了以下的技術(shù)。
[0004] 在專利文獻(xiàn)1中，提出了將下述鋼板作為原材料的鋼制可放倒座椅齒輪，所述鋼 板按質(zhì)量％計(：：0? 15%~0? 50%，S:0? 01%以下，并且滿足[%P]彡6X[%B]+0. 005的 關(guān)系，缺口拉伸伸長率優(yōu)異。在專利文獻(xiàn)1中，著眼于沖裁性與缺口拉伸伸長率之間存在強 相關(guān)，提出了可以通過增大在鋼板中分散的碳化物的粒徑來改善缺口拉伸伸長率，進(jìn)而改 善沖裁性。
[0005] 在專利文獻(xiàn)2中，提出了下述高碳鋼：其按質(zhì)量％計含有C:0. 70%~1.20%，控 制了在鐵素體基體中分散的碳化物的粒徑。該鋼也改善了具有與沖裁加工性密切的關(guān)系的 缺口拉伸伸長率，因此沖裁加工性優(yōu)異。另外，該鋼通過進(jìn)一步含有Ca，從而控制MnS的形 態(tài)，其結(jié)果是，進(jìn)一步改善了沖裁加工性。
[0006] 在專利文獻(xiàn)3中，提出了提供下述齒輪用鋼，其在按質(zhì)量％計含有C:0. 10%~ 0. 40%、S:0. 010%以下的鋼中，對夾雜物的形狀基于ASTM-D法進(jìn)行分類，將夾雜物的形狀 和個數(shù)控制在一定范圍內(nèi)，由此冷鍛造性優(yōu)異。
[0007] 另外，為了控制鋼中夾雜物的存在量和/或形態(tài)，進(jìn)行了Ca和/或REM(稀土金 屬，RareEarthMetal)的添加。本發(fā)明人也在專利文獻(xiàn)4中提出了下述技術(shù)：通過向按質(zhì) 量％計含有〇. 08 %~0. 22%C的結(jié)構(gòu)用厚鋼板中添加Ca和REM，從而將在鋼中生成的氧化 物（夾雜物）控制為高熔點相與低熔點相的混合相狀態(tài)，防止該氧化物（夾雜物）在乳制 中拉伸，這樣，使得連續(xù)鑄造噴嘴的侵蝕、內(nèi)部夾雜物缺陷不會產(chǎn)生。
[0008] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0009] 專利文獻(xiàn)
[0010] 專利文獻(xiàn)1 :日本日本特開2000-265238號公報
[0011] 專利文獻(xiàn)2 :日本日本特開2000-265239號公報
[0012] 專利文獻(xiàn)3 :日本日本特開2001-329339號公報
[0013] 專利文獻(xiàn)4 :日本日本特開2011-68949號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 發(fā)明所要解決的課題
[0015] 上述4件文獻(xiàn)確定了使加工性、具體而言沖裁加工性以及鍛造性變差的裂紋起點 原因，提出了對其的對策。專利文獻(xiàn)1的目的在于：作為以碳化物為起點生成的微孔為裂紋 起點的情況，增大該碳化物的粒徑來抑制微孔的連結(jié)?；谕瑯拥目紤]，專利文獻(xiàn)2也提出 了增大碳化物粒徑。進(jìn)一步，專利文獻(xiàn)2著眼于鋼板中的（在乳制時）拉伸的MnS會成為 裂紋起點，提出了為了抑制鋼中MnS的生成而含有Ca。專利文獻(xiàn)3將拉伸的氧化物系夾雜 物（ASTM-D法的B系）和非拉伸氧化物系夾雜物（ASTM-D法的D系）作為使得鍛造性變差 的原因，基于ASTM-D法的分類規(guī)定了它們的大小、長度、數(shù)量的總量。
[0016] 然而，在上述的現(xiàn)有技術(shù)中，針對加工性、此外加工后產(chǎn)品的韌性還留有下述課 題。
[0017] 在專利文獻(xiàn)1中記載的鋼中，通過控制碳化物的粒徑來改善沖裁加工性，但沒有 控制夾雜物的組成或形態(tài)，因此在鋼的乳制時拉伸的MnS殘留在鋼中。因此，該鋼中，在用 于加工成更復(fù)雜的形狀的嚴(yán)酷的加工條件下加工時，拉伸MnS(由于沿加工方向拉伸因此 分類成A系夾雜物）成為起點而產(chǎn)生裂紋。即使在能夠不產(chǎn)生裂紋地制造的情況下，在拉 伸的MnS殘留在廣品中時，加工后的廣品的初性降低。
[0018] 在專利文獻(xiàn)2中記載的鋼中，由于含有Ca而MnS的形狀球狀化，因此A系夾雜物 的存在個數(shù)降低。然而，根據(jù)本發(fā)明人的研究，發(fā)現(xiàn)在專利文獻(xiàn)2中記載的鋼中，代替A系 夾雜物減少，在加工方向上形成集團并且不連續(xù)地以粒狀排列的夾雜物（以后，稱為B系夾 雜物）、不規(guī)則地分散的夾雜物（以后，稱為C系夾雜物）在鋼中大量殘留。而且發(fā)現(xiàn)，它 們成為破壞起點，加工性以及產(chǎn)品的韌性變差。另外，在專利文獻(xiàn)2中記載的鋼中含有Ti。 然而，在鋼中粗大的含Ti的碳氮化物（分類成C系夾雜物）單獨地生成的情況下，該含Ti 的碳氮化物成為裂紋起點，存在加工性、韌性易變差這樣的問題。
[0019] 專利文獻(xiàn)3規(guī)定了拉伸氧化物系夾雜物以及非拉伸氧化物系夾雜物的大小、長 度、和數(shù)量的總量，但是未示出用于實現(xiàn)該規(guī)定的具體的方法。
[0020] 專利文獻(xiàn)4中，通過Ca和/或的添加來控制夾雜物個數(shù)密度。然而，專利文 獻(xiàn)4中記載的鋼的C含量為0. 08質(zhì)量％~0. 22質(zhì)量％，在作為具有復(fù)雜形狀的機械結(jié)構(gòu) 部件的材料使用的情況下，存在強度（抗拉強度、耐磨損性、以及硬度等）不足的情況。關(guān) 于用于在要求含有超過〇. 25質(zhì)量％的C的鋼中將夾雜物個數(shù)密度控制在優(yōu)選水準(zhǔn)的方法， 在專利文獻(xiàn)4中并未示出。
[0021] 本發(fā)明是鑒于上述問題點而研究出的，其課題在于提供按質(zhì)量％計含有超過 0. 25%且小于0. 50%的C、具有適于以齒輪類為代表的復(fù)雜形狀的產(chǎn)品的制造這樣的加工 性的碳鋼板。
[0022] 用于解決課題的手段
[0023] 本發(fā)明中，作為使得鋼板的加工性、以及產(chǎn)品的韌性等特性變差的主要裂紋起點， 著眼于鋼中的A系、B系、以及C系各夾雜物。通過降低這些A系、B系、以及C系各夾雜物 的含量，可提供加工性優(yōu)異的鋼板。而且，使用成為裂紋起點的夾雜物少的本發(fā)明的鋼板制 造的廣品具有尚初性。這樣，通過降低夾雜物，能夠在提尚鋼板的加工性的同時提尚（將鋼 板作為原材料而制造的）產(chǎn)品的韌性。
[0024] 本發(fā)明的要旨如下所述。
[0025] (1)關(guān)于本發(fā)明的一實施方式所涉及的鋼板，其化學(xué)成分按質(zhì)量％計含有C: 超過0.25%且小于0.50%、5丨：0.10%~0.60%、]\111 :0.40%~0.90%、八1:0.003%~ 0? 070 %、Ca:0? 0005 % ~0? 0040 %、REM:0? 0003 % ~0? 0050 %、Cu:0 % ~0? 05 %、Nb: 0%~0? 05%、V:0%~0? 05%、M〇 :0%~0? 05%、Ni:0%~0? 05%、Cr:0%~0? 50%、B: 0%~0. 0050%，將下述元素限定為P:0. 020%以下、S:0. 0070%以下、Ti:0. 050%以下、 0 :0. 0040%以下、N:0. 0075%以下，剩余部分包括鐵和雜質(zhì)，前述化學(xué)成分中的各元素以 質(zhì)量％示出的含量同時滿足下述式1和下述式2,單獨地存在的長邊為5ym以上的含Ti的 碳氮化物的個數(shù)密度被限制至5個/mm2以下。
[0026] 0. 3000 ^ {Ca/40. 88+(REM/140)/2} / (S/32. 07)(式 1)
[0027] Ca彡 0? 0058 - 0? 0050XC(式 2)
[0028] (2)上述（1)中記載的鋼板，前述化學(xué)成分可以進(jìn)一步按質(zhì)量％計含有Cu: 0? 01 % ~0? 05%、Nb:0? 01 % ~0? 05%、V:0? 01 % ~0? 05 %、Mo:0? 01 % ~0? 05%、Ni: 0? 01%~0? 05%、Cr:0? 01%~0? 50%、B:0? 0010%~0? 0050% 中的一種以上。
[0029] (3)上述⑴或⑵中記載的鋼板，其可以進(jìn)一步包含Al、Ca、0、S以及REM的復(fù) 合夾雜物、和在該復(fù)合夾雜物的表面附著有前述含Ti的碳氮化物而成的夾雜物。
[0030] (4)上述（1)或（2)中記載的鋼板，前述化學(xué)成分中的前述各元素以質(zhì)量％示出的 含量可以可以滿足下述的式3。
[0031] 18X(REM/140) - 0/16 彡 0 (式 3)
[0032] (5)上述（3)中記載的鋼板，前述化學(xué)成分中的前述各元素以質(zhì)量％示出的含量 可以可以滿足下述的式4。
[0033] 18X(REM/140) - 0/16 彡 0 (式 4)
[0034] 發(fā)明的效果
[0035] 根據(jù)本發(fā)明的上述實施方式，通過降低鋼中的A系夾雜物的個數(shù)密度、B系夾雜物 的個數(shù)密度、C系夾雜物的個數(shù)密度、和粗大的具有角形狀且單獨地存在的含Ti的碳氮化 物的個數(shù)密度，從而提供沖裁加工性、擴孔性、以及鍛造性等加工性優(yōu)異、且加工后的韌性 也優(yōu)異的鋼板。
【附圖說明】
[0036] 圖1為示出與S鍵合的Ca及REM的化學(xué)當(dāng)量的總計值、與A系夾雜物的個數(shù)密度 的關(guān)系的圖表。
[0037] 圖2為示出鋼中的Ca含量、與B系夾雜物以及C系夾雜物的總計的個數(shù)密度的關(guān) 系的圖表。
[0038] 圖3為示出鋼中的C含量與鋼的抗拉強度的關(guān)系的圖表。
【具體實施方式】
[0039] 以下，對本發(fā)明的適宜的實施方式進(jìn)行說明。但是，本發(fā)明不僅僅限定于本實施方 式中公開的構(gòu)成。本發(fā)明在不脫離本發(fā)明宗旨的范圍內(nèi)可以進(jìn)行各種變更。
[0040] 首先，針對本實施方式所涉及的鋼板中含有的夾雜物進(jìn)行說明。
[0041] 作為使得鋼板的加工性降低的原因，可列舉出非金屬夾雜物以及碳氮化物等。在 對鋼板施加應(yīng)力的情況下，它們成為鋼板的裂紋的起點。夾雜物是指在鋼水中存在的、或者 在鋼水的凝固時生成的氧化物以及硫化物等。夾雜物的尺寸（長邊）由數(shù)ym起，在通過 車L制進(jìn)行拉伸的情況下達(dá)到數(shù)百ym。因此，為了提高鋼板的加工性，降低夾雜物的含量是 重要的。這樣，優(yōu)選鋼板中夾雜物的尺寸小、個數(shù)也少的狀態(tài)，即鋼板的"清潔性高"的狀態(tài)。
[0042] 夾雜物的形狀、分布狀態(tài)等是多樣的，但例如在JISG0555中夾雜物區(qū)分成A系 夾雜物、B系夾雜物、以及C系夾雜物。本實施方式中，以后，依據(jù)下述所示的定義將夾雜物 分類成3種。
[0043] A系夾雜物：鋼中的非金屬夾雜物中通過加工進(jìn)行塑性變形而成的夾雜物。具有 高拉伸性，在接受了加工的鋼板中沿加工方向拉伸的情況較多。本實施方式中，將縱橫比 (長徑/短徑）為3. 0以上的夾雜物定義為A系夾雜物。
[0044]B系夾雜物：鋼中的非金屬夾雜物中，在加工方向上形成集團、粒狀的夾雜物不連 續(xù)地排列的夾雜物，具有帶角的形狀的情況較多，為低拉伸性。本實施方式中，將形成下述 夾雜物群并且縱橫比（長徑/短徑）小于3. 0的夾雜物定義為B系夾雜物，所述夾雜物群 為3個以上的夾雜物沿著加工方向排列而成的夾雜物群，夾雜物彼此的間隔距離為50ym 以下。
[0045] C系夾雜物：不進(jìn)行塑性變形并且不規(guī)則地分散的夾雜物，具有帶角的形狀或球 狀形狀的情況較多，為低拉伸性。本實施方式中，將縱橫比（長徑/短徑）小于3.0、無規(guī)地 分布的夾雜物定義為C系夾雜物。
[0046] 非常硬并且為角形狀的含Ti的碳氮化物通常被分類成該C系夾雜物，但在本實施 方式中存在與C系夾雜物區(qū)分開的情況。含Ti的碳氮化物在單獨存在的情況下，對鋼板的 特性產(chǎn)生的影響與其他C系夾雜物（非含Ti的碳氮化物的C系夾雜物）相比較大。此處 "單獨存在的含Ti的碳氮化物"表示在未附著于不含Ti的夾雜物的狀態(tài)下存在的含Ti的 碳氮化物。另一方面，在含Ti的碳氮化物附著于其他夾雜物（例如包含Al、Ca、0、S、以及 REM