钢板的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种钢板，其化学成分中的各元素的以质量％表示的含量同时满足下述式1和下述式2，作为夹杂物，含有含Ti碳氮化物，长边在5μm以上的所述含Ti碳氮化物的个数密度为3个/mm2以下；0.3≤{Ca/40.88+(REM/140)/2}/(S/32.07)?(式1)；Ca≤0.005－0.0035×C?(式2)。
【专利说明】钢板
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高碳素钢板，特别涉及一种通过冷冲裁加工而成形为制品形状的冷冲裁加工用高碳素钢板。该高碳素钢板例如可以用于在带式无级变速器(CVT:Continuously Variable Transmission)中使用的钢制板状部件(零件:element)、带锯、圆盘锯、链条的链节板等的制造。
[0002]本申请基于2011年10月25日提出的日本专利申请特愿2011-234396号并主张其优先权，这里引用其内容。
【背景技术】
[0003]汽车的带式CVT具有在呈无端环状的钢环上并列安装多个钢制板状部件(零件)而构成的钢带、和槽宽度可变的一对滑轮。而且在一对滑轮间将该钢带卷挂成无端环状，经由钢带从一方的滑轮向另一方的滑轮进行动力传递。各零件夹持配置在两个钢环上。来自发动机的动力输入至一方的滑轮，经由钢带而传递输出至另一方的滑轮。此时，通过使各滑轮的槽宽度变化而使各滑轮的有效直径变化，从而可以进行无级变速。
[0004]该带式CVT用零件是通过对钢板进行冷冲裁加工而成形为制品形状的。因此，作为适于零件的材料，需要高硬度且具有高耐磨性，同时需要冷冲裁性。作为满足这些要求的材料，专利文献1、2提出了如下的钢。
[0005]专利文献I公开了一种钢，其以质量％计，含有C:0.1%~0.7%、Cr:0.1%~
2.0 %、S ≤ 0.030%，并在冲裁加工后实施渗碳处理(渗碳淬火-回火)。该钢由于为软质的低、中碳素钢，因而冲裁加工中使用的精密模具的寿命得以延长，其结果是，可以使加工成本降低。另外，该钢通过渗碳处理来确保表层部(从表面直至50 μ m的深度)所需要的硬度。除此以外，该钢由于是低、中碳素钢，因而可以使渗碳处理品的芯部的韧性保持在较高的水平，可以谋求渗碳处理品本身的冲击值的提高。
[0006]在专利文献2中，公开了一种高碳素钢，其以质量％计，含有C:0.70%~1.20%，并对分散于铁素体基体中的碳化物的粒径进行控制。该钢的与冲裁加工性具有密切关系的缺口拉伸伸长率得以改善，因而冲裁加工性优良。另外，该钢通过进一步含有Ca而控制MnS的形态，其结果是，冲裁加工性得到进一步改善。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1:日本特开2005-068482号公报
[0010]专利文献2:日本特开2000-265239号公报
【发明内容】
[0011]发明所要解决的课题
[0012]为了与更大型、更高输出的发动机的动力传递相适应，要求进一步提高零件的韧性和疲劳特性。另外，在使发动机的动力传递急剧变速等情况下，将对CVT零件施加大的冲击。在韧性不高的零件中，在该冲击的作用下，产生龟裂以至断裂，最终有可能致使CVT发生破坏。同样，伴随着钢带的旋转，对CVT零件施加交变应力。疲劳特性并不优良的零件也有可能容易使龟裂发展而产生断裂。从这样的角度考虑，也要求零件中使用的钢的韧性和疲劳特性的进一步提闻。
[0013]对于这些要求，上述的现有技术在韧性和疲劳特性方面存在如下的问题。
[0014]专利文献I中记载的钢为了不降低冲击值，以质量％计，将S含量限制为0.030%以下，优选限制为0.010%以下。但是，该钢由于没有对夹杂物的组成和形态加以控制，因而钢中残存有MnS。因此，该钢不能与苛刻条件下的使用相适应。
[0015]MnS在轧制时容易延伸，也有不少加工方向的长度达几百微米的情况。沿加工方向延伸的夹杂物(以后称为A系夹杂物)在钢的韧性和疲劳特性方面是特别有害的，需要使其降低。该MnS主要在由钢水的凝固中生成。特别地，在C含量以质量％计为0.5%以上的碳素钢中，粗大的MnS容易生成于枝晶树枝间的显微偏析部。这是因为在C为0.5%以上的碳素钢中，凝固时的初晶为Y (奥氏体)相，因而Mn和S的固相内扩散延迟,从而容易产生显微偏析。
[0016]在对于韧性和疲劳特性要求严格品质的机械部件用钢板中，上述A系夹杂物的防止是特别重要的。但是，在专利文献I所记载的钢中，并没有特别记载与C含量相适应的MnS降低对策。
[0017]另一方面，在专利文献2所记载的钢中，通过添加Ca而使MnS的形状球状化，因而能够大幅度降低A系夹杂物的存在个数。但是，根据本发明人的研究，发现在专利文献2所记载的钢中，虽然A系夹杂物减少，但在钢中残存许多于加工方向不成团而不连续地排列成粒状的夹杂物(以后称为B系夹杂物)、或者不规则地分散的夹杂物(以后称为C系夹杂物)。而且发现:它们成为疲劳破坏的起点，使钢的疲劳特性恶化。另外，专利文献2所记载的钢含有Ti。但是，如果在钢中单独生成粗大的含Ti碳氮化物(C系夹杂物)，则还存在容易成为疲劳破坏的起点的问题。
[0018]本发明是鉴于上述的问题而研究出来的。本发明的一方式的钢板是以质量％计含有0.5%~0.8%的C、且具有适于零件制造的强度(硬度)、耐磨特性和冷冲裁加工性的高碳素钢板。而且本发明的一方式的钢板的目的在于:提供一种通过降低钢中的A系夹杂物、B系夹杂物以及C系夹杂物、防止粗大的含Ti碳氮化物的生成而使韧性和疲劳特性优良的钢板。另外，本发明的一方式的钢板以制造成本也优良为目的。此外，所谓强度，主要是指抗拉强度。另外，所谓抗拉强度和硬度，一般地说是相关的特性值，因而在以后，强度也包括硬度的含义。
[0019]用于解决课题的手段
[0020]本发明的要旨如下所述。
[0021](I)本发明的一方式涉及一种钢板，其特征在于:钢的化学成分以质量％计，含有C:0.5%~0.8%,Si:0.15%~0.60%,Mn:0.40%~0.90%,Al:0.010%~0.070%,Ti:0.001%~0.010%, Cr:0.30%~0.70%, Ca:0.0005%~0.0030% 以及 REM:0.0003%~0.0050%，并将P限制在0.020%以下、将S限制在0.0070%以下、将O限制在0.0040%以下、将N限制在0.0075%以下，剩余部分包括铁和不可避免的杂质；所述化学成分中的各元素的以质量％表示的含量同时满足下述式I和下述式2，所述钢含有含Ti碳氮化物作为夹杂物，长边在5 μ m以上的所述含Ti碳氮化物的个数密度为3个/mm2以下。
[0022]0.3 ≤{Ca/40.88+ (REM/140) /2} / (S/32.07) (式 I)
[0023]Ca ≤0.005 — 0.0035XC (式 2)
[0024](2)根据上述(I)所述的钢板，其中，所述化学成分以质量％计，也可以进一步含有 Cu:0 % ~0.05 %、Nb:0 % ~0.05 %、V:0 % ~0.05 %、Mo:0 % ~0.05 %、N1:0 % ~0.05%,B:0%~ 0.0050%之中的至少 I 种。
[0025](3)根据上述⑴或(2)所述的钢板，其中，所述钢也可以进一步含有包含Al、Ca、O、S以及REM的复合夹杂物、和在该复合夹杂物的表面附着有所述含Ti碳氮化物的夹杂物。
[0026](4)根据上述(3)所述的钢板，其中，所述化学成分中的各元素以质量％表示的含量也可以满足下述式3。
[0027]18 X (REM/140) — 0/16 ≥ O (式 3)
[0028](5)根据上述(I)或(2)所述的钢板，其中，所述化学成分中的各元素以质量％表示的含量也可以满足下述式4。
[0029]18 X (REM/140) — 0/16 ≥ O (式 4)
[0030]发明的效果
[0031]根据本发明的上述方式，可以提供一种强度(硬度)、耐磨特性和冷冲裁加工性优良，且通过降低钢中的A系夹杂物、B系夹杂物以及C系夹杂物，防止粗大的含Ti碳氮化物的生成而使韧性和疲劳特性也优良的钢板。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1是表示与S结合的Ca以及REM的化学当量的合计值和A系夹杂物的个数密度之间的关系的曲线图。
[0033]图2是表示钢中的Ca含量和B系夹杂物以及C系夹杂物的合计个数密度之间的关系的曲线图。
【具体实施方式】
[0034]下面就本发明优选的实施方式进行说明。不过，本发明并不只限定于本实施方式所公开的构成，在不脱离本发明的宗旨的范围内，可以进行各种变更。
[0035]首先，就本实施方式的钢板中含有的夹杂物进行说明。
[0036]使韧性和疲劳特性降低的原因之一为钢板中含有的非金属夹杂物(以下记为夹杂物)。该所谓夹杂物，是指钢水中或者凝固时生成的氧化物和硫化物等。该夹杂物成为对钢施加应力时的开裂的起点。夹杂物的尺寸从几微米达到因轧制而延伸时的几百微米。为了确保并提高钢的韧性和疲劳特性，优选的是钢板中的夹杂物尺寸小、且个数也少，即钢板的“纯净性高”。
[0037]夹杂物的形状和分布状态等是多种多样的。下面，根据如下所示的定义将夹杂物分类为3种。
[0038]A系夹杂物……是因加工而发生粘性变形所形成的。是高延伸性、且纵横尺寸比(长径/短径)为3.0以上的单个的夹杂物。
[0039]B系夹杂物……在加工方向不成团而不连续地排列成粒状的夹杂物。是作为形状大多有角，延伸性低，且纵横尺寸比(长径/短径)低于3.0，在加工方向排列3个以上而形成夹杂物群的夹杂物。
[0040]C系夹杂物……是不发生粘性变形而不规则地分散的夹杂物。是作为形状有棱角或者呈球状，延伸性低，纵横尺寸比(长径/短径)低于3.0，且随机地分布的夹杂物。另外，呈方形状的含Ti碳氮化物被分类为该C系夹杂物，通过其形状以及其色调可以与其它的C系夹杂物形成区別。
[0041]此外，在本实施方式的钢板中，只考虑粒径(形状呈球状的夹杂物时)或者长径(变形的夹杂物时)为I μ m以上的夹杂物。粒径或者长径低于I μ m的夹杂物即使钢中含有，对钢的韧性和疲劳特性所产生的影响也小，因而不予考虑。另外，上述的所谓长径，定义为在观察面上的夹杂物的断面轮廓中，连接不相邻的各顶点的线段中成为最大长度的线段。同样，上述的所谓短径，定义为在观察面上的夹杂物的断面轮廓中，连接不相邻的各顶点的线段中成为最小长度的线段。另外，后述所谓长边，定义为在观察面上的夹杂物的断面轮廓中，连接相邻的各顶点的线段中成为最大长度的线段。
[0042]以往，在钢中的夹杂物的存在量和形态的控制中，进行Ca和REM(Rare EarthMetal)的添加。本发明人也在日本特开2011-68949号公报中提出了如下的技术:其通过在以质量％计含有0.08%~0.22% C的结构用厚钢板中添加Ca和REM，将钢中生成的氧化物(夹杂物)控制为高熔点相和低熔点相的混合相，从而防止该氧化物(夹杂物)在轧制中延伸，而且使连续铸造水口的熔损和内部夹杂物缺陷不会发生。 [0043]本发明人对于以质量％计含有0.5%~0.8% C的钢，也对通过添加Ca和REM而减少上述A系夹杂物、和B以及C系夹杂物的条件进一步进行了研究。其结果是，发现了可以同时减少A系夹杂物、和B以及C系夹杂物的以下所示的条件。
[0044]关于A系夹杂物
[0045]本发明人对于以质量％计含有0.5%~0.8% C的钢研究了 Ca和REM的添加。其结果是，在化学成分中的各元素的以质量％表示的含量满足下述式I时，发现可以大大降低钢中的A系夹杂物、特别是构成A系夹杂物的MnS。
[0046]0.3 ≤{Ca/40.88+ (REM/140) /2} / (S/32.07) (式 I)
[0047]下面，就基于该见解的实验进行说明。
[0048]在真空熔炼炉中，将具有C含量以质量％计为0.7 %、而且使S、Ca以及REM的含量进行各种变更的化学成分的钢制作成50kg的钢锭。该钢锭的组成如表1所示。在精轧温度为890°C的条件下对该钢锭进行热轧，使其厚度为5_，然后进行空冷而得到热轧钢板。
[0049]使用得到的热轧钢板，以平行于该热轧钢板的轧制方向和板厚方向的断面为观察面，采用光学显微镜并以400倍(其中，详细测定夹杂物形状时放大倍数为1000倍)的放大倍数，在合计60个视场中对钢中的夹杂物进行了观察。在各观察视场中，对粒径(形状为球状的夹杂物时)或者长径(变形的夹杂物时)为Iym以上的夹杂物进行观察，并将这些夹杂物分类为A系夹杂物、B系夹杂物、C系夹杂物以及方形状的含Ti碳氮化物(能够从其形状和颜色加以判別)而测量了它们的个数密度。另外，如果使用EPMA(电子探针显微分析:Electron Probe Micro Analysis)、或者带有EDX(能量分散型X射线分析:Energy Dispersive X-Ray Analysis)的 SEM(扫描型电子显微镜、Scanning ElectronMicroscope)对热轧钢板的金属组织进行观察，则可以鉴定出夹杂物中的含Ti碳氮化物、含REM复合夹杂物、MnS以及CaO-Al2O3系夹杂物等。
[0050]除此以外，对于上述得到的热轧钢板，为了对韧性进行评价，采用夏比试验测定了室温下的冲击值，为了对疲劳特性进行评价，进行脉动拉伸试验而制作出S-N曲线，从而求出了疲劳极限。
[0051]上述实验的结果判明:韧性以及疲劳特性和夹杂物的个数密度之间具有相关关系。具体地说，已经表明如果钢中的A系夹杂物的个数密度超过5个/_2，贝U钢板的韧性和疲劳特性急剧恶化。另外，还表明即使B系夹杂物以及C系夹杂物的个数密度合计超过5个/_2，钢板的韧性和疲劳特性也急剧恶化。除此以外，还表明对于作为C系夹杂物的含Ti碳氮化物，如果长边在5 μ m以上的粗大的含Ti碳氮化物的个数密度超过3个/mm2，则钢板的韧性和疲劳特性急剧恶化。
[0052]表1(质量 ％)
【权利要求】
1.一种钢板，其特征在于:钢的化学成分以质量％计，含有 C:0.5%~0.8%,
Si:0.15%~0.60%,
Mn:0.40%~0.90%,
Al:0.010%~0.070%,
T1:0.001%~0.010%,
Cr:0.30%~0.70%,
Ca:0.0005%— 0.0030%,
REM:0.0003%— 0.0050%, 并将P限制在0.020%以下、 将S限制在0.0070%以下、 将O限制在0.0040%以下、 将N限制在0.0075%以下， 剩余部分包括铁和不可避免的杂质； 所述化学成分中的各元素的以质量％表示的含量同时满足下述式I和下述式2，所述钢含有含Ti碳氮化物作为夹杂物，长边在5 μ m以上的所述含Ti碳氮化物的个数密度为3个/mm2以下；
0.3 ≤{Ca/40.88+(REM/140)/2}/(S/32.07) (式 I) Ca ( 0.005 — 0.0035XC (式 2)。
2.根据权利要求1所述的钢板，其特征在于:所述化学成分以质量％计，进一步含有 Cu:0%~0.05%, Nb:0%~0.05%, V:0%~0.05%, Mo:0%~0.05%, N1:0%~0.05%, B:0%~ 0.0050%之中的至少I种。
3.根据权利要求1或2所述的钢板，其特征在于:所述钢进一步含有包含Al、Ca、O、S以及REM的复合夹杂物、和在该复合夹杂物的表面附着有所述含Ti碳氮化物的夹杂物。
4.根据权利要求3所述的钢板，其特征在于:所述化学成分中的各元素的以质量％表示的含量满足下述式3 ； 18X (REM/140) — 0/16 ≤ O (式 3)。
5.根据权利要求1或2所述的钢板，其特征在于:所述化学成分中的各元素的以质量％表示的含量满足下述式4 ； 18X (REM/140) — 0/16 ≤ O (式 4)。
【文档编号】C21D9/46GK103890212SQ201280052054
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2012年6月28日 优先权日:2011年10月25日
【发明者】诸星隆, 荒牧高志, 濑濑昌文 申请人:新日铁住金株式会社