钢板的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及碳含量按质量％计超过0.25 %且小于0.50 %的碳钢板，尤其涉及通 过冲裁加工、扩孔加工、锻造等成型成产品形状的碳钢板。
[0002] 本申请基于在2013年4月25日在日本申请的日本特愿2013-092408号主张优先 权，其内容援用至此。
【背景技术】
[0003] 在制造形状复杂的机械部件时，以往大多是首先分别个别地制作多个部件，接着 将它们组合，由此得到产品形状。该情况下，齿轮等具有复杂的形状的部位在组合前进行切 削加工的情况较多。然而，近年来，为了制造成本降低，通过将具有接近产品形状的形状的 部件进行冲裁加工、扩孔加工、锻造等来成形的方法正在推进。由此，能够削减部件件数，以 更少的工序数来制造成为可能。对材料施加大的变形时适用变形阻力少的热加工，另一方 面，在需要对形状精度良好地加工的情况下适用冷加工。在将钢板加工成接近产品形状的 复杂形状的情况下，与以往那样将多个部位逐个制造后将它们组合的情况相比，对钢板要 求比以往更加良好的加工性。即，对以往的钢板冲裁、扩孔、或锻造成复杂的形状时，存在钢 板产生裂纹、部件的尺寸精度变差这样的问题。进一步，当然会对加工后的产品要求确保与 以往同等以上的韧性、强度、耐磨损性等特性。为了解决这样的问题，在专利文献1~3中 提出了以下的技术。
[0004] 在专利文献1中，提出了将下述钢板作为原材料的钢制可放倒座椅齿轮，所述钢 板按质量％计(：：0? 15%~0? 50%，S:0? 01%以下，并且满足[%P]彡6X[%B]+0. 005的 关系，缺口拉伸伸长率优异。在专利文献1中，着眼于冲裁性与缺口拉伸伸长率之间存在强 相关，提出了可以通过增大在钢板中分散的碳化物的粒径来改善缺口拉伸伸长率，进而改 善冲裁性。
[0005] 在专利文献2中，提出了下述高碳钢：其按质量％计含有C:0. 70%~1.20%，控 制了在铁素体基体中分散的碳化物的粒径。该钢也改善了具有与冲裁加工性密切的关系的 缺口拉伸伸长率，因此冲裁加工性优异。另外，该钢通过进一步含有Ca，从而控制MnS的形 态，其结果是，进一步改善了冲裁加工性。
[0006] 在专利文献3中，提出了提供下述齿轮用钢，其在按质量％计含有C:0. 10%~ 0. 40%、S:0. 010%以下的钢中，对夹杂物的形状基于ASTM-D法进行分类，将夹杂物的形状 和个数控制在一定范围内，由此冷锻造性优异。
[0007] 另外，为了控制钢中夹杂物的存在量和/或形态，进行了Ca和/或REM(稀土金 属，RareEarthMetal)的添加。本发明人也在专利文献4中提出了下述技术：通过向按质 量％计含有〇. 08 %~0. 22%C的结构用厚钢板中添加Ca和REM，从而将在钢中生成的氧化 物（夹杂物）控制为高熔点相与低熔点相的混合相状态，防止该氧化物（夹杂物）在乳制 中拉伸，这样，使得连续铸造喷嘴的侵蚀、内部夹杂物缺陷不会产生。
[0008] 现有技术文献
[0009] 专利文献
[0010] 专利文献1 :日本日本特开2000-265238号公报
[0011] 专利文献2 :日本日本特开2000-265239号公报
[0012] 专利文献3 :日本日本特开2001-329339号公报
[0013] 专利文献4 :日本日本特开2011-68949号公报
【发明内容】
[0014] 发明所要解决的课题
[0015] 上述4件文献确定了使加工性、具体而言冲裁加工性以及锻造性变差的裂纹起点 原因，提出了对其的对策。专利文献1的目的在于：作为以碳化物为起点生成的微孔为裂纹 起点的情况，增大该碳化物的粒径来抑制微孔的连结。基于同样的考虑，专利文献2也提出 了增大碳化物粒径。进一步，专利文献2着眼于钢板中的（在乳制时）拉伸的MnS会成为 裂纹起点，提出了为了抑制钢中MnS的生成而含有Ca。专利文献3将拉伸的氧化物系夹杂 物（ASTM-D法的B系）和非拉伸氧化物系夹杂物（ASTM-D法的D系）作为使得锻造性变差 的原因，基于ASTM-D法的分类规定了它们的大小、长度、数量的总量。
[0016] 然而，在上述的现有技术中，针对加工性、此外加工后产品的韧性还留有下述课 题。
[0017] 在专利文献1中记载的钢中，通过控制碳化物的粒径来改善冲裁加工性，但没有 控制夹杂物的组成或形态，因此在钢的乳制时拉伸的MnS残留在钢中。因此，该钢中，在用 于加工成更复杂的形状的严酷的加工条件下加工时，拉伸MnS(由于沿加工方向拉伸因此 分类成A系夹杂物）成为起点而产生裂纹。即使在能够不产生裂纹地制造的情况下，在拉 伸的MnS残留在广品中时，加工后的广品的初性降低。
[0018] 在专利文献2中记载的钢中，由于含有Ca而MnS的形状球状化，因此A系夹杂物 的存在个数降低。然而，根据本发明人的研究，发现在专利文献2中记载的钢中，代替A系 夹杂物减少，在加工方向上形成集团并且不连续地以粒状排列的夹杂物（以后，称为B系夹 杂物）、不规则地分散的夹杂物（以后，称为C系夹杂物）在钢中大量残留。而且发现，它 们成为破坏起点，加工性以及产品的韧性变差。另外，在专利文献2中记载的钢中含有Ti。 然而，在钢中粗大的含Ti的碳氮化物（分类成C系夹杂物）单独地生成的情况下，该含Ti 的碳氮化物成为裂纹起点，存在加工性、韧性易变差这样的问题。
[0019] 专利文献3规定了拉伸氧化物系夹杂物以及非拉伸氧化物系夹杂物的大小、长 度、和数量的总量，但是未示出用于实现该规定的具体的方法。
[0020] 专利文献4中，通过Ca和/或的添加来控制夹杂物个数密度。然而，专利文 献4中记载的钢的C含量为0. 08质量％~0. 22质量％，在作为具有复杂形状的机械结构 部件的材料使用的情况下，存在强度（抗拉强度、耐磨损性、以及硬度等）不足的情况。关 于用于在要求含有超过〇. 25质量％的C的钢中将夹杂物个数密度控制在优选水准的方法， 在专利文献4中并未示出。
[0021] 本发明是鉴于上述问题点而研究出的，其课题在于提供按质量％计含有超过 0. 25%且小于0. 50%的C、具有适于以齿轮类为代表的复杂形状的产品的制造这样的加工 性的碳钢板。
[0022] 用于解决课题的手段
[0023] 本发明中，作为使得钢板的加工性、以及产品的韧性等特性变差的主要裂纹起点， 着眼于钢中的A系、B系、以及C系各夹杂物。通过降低这些A系、B系、以及C系各夹杂物 的含量，可提供加工性优异的钢板。而且，使用成为裂纹起点的夹杂物少的本发明的钢板制 造的广品具有尚初性。这样，通过降低夹杂物，能够在提尚钢板的加工性的同时提尚（将钢 板作为原材料而制造的）产品的韧性。
[0024] 本发明的要旨如下所述。
[0025] (1)关于本发明的一实施方式所涉及的钢板，其化学成分按质量％计含有C: 超过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%，将下述元素限定为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，剩余部分包括铁和杂质，前述化学成分中的各元素以 质量％示出的含量同时满足下述式1和下述式2,单独地存在的长边为5ym以上的含Ti的 碳氮化物的个数密度被限制至5个/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)中记载的钢板，前述化学成分可以进一步按质量％计含有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% 中的一种以上。
[0029] (3)上述⑴或⑵中记载的钢板，其可以进一步包含Al、Ca、0、S以及REM的复 合夹杂物、和在该复合夹杂物的表面附着有前述含Ti的碳氮化物而成的夹杂物。
[0030] (4)上述（1)或（2)中记载的钢板，前述化学成分中的前述各元素以质量％示出的 含量可以可以满足下述的式3。
[0031] 18X(REM/140) - 0/16 彡 0 (式 3)
[0032] (5)上述（3)中记载的钢板，前述化学成分中的前述各元素以质量％示出的含量 可以可以满足下述的式4。
[0033] 18X(REM/140) - 0/16 彡 0 (式 4)
[0034] 发明的效果
[0035] 根据本发明的上述实施方式，通过降低钢中的A系夹杂物的个数密度、B系夹杂物 的个数密度、C系夹杂物的个数密度、和粗大的具有角形状且单独地存在的含Ti的碳氮化 物的个数密度，从而提供冲裁加工性、扩孔性、以及锻造性等加工性优异、且加工后的韧性 也优异的钢板。
【附图说明】
[0036] 图1为示出与S键合的Ca及REM的化学当量的总计值、与A系夹杂物的个数密度 的关系的图表。
[0037] 图2为示出钢中的Ca含量、与B系夹杂物以及C系夹杂物的总计的个数密度的关 系的图表。
[0038] 图3为示出钢中的C含量与钢的抗拉强度的关系的图表。
【具体实施方式】
[0039] 以下，对本发明的适宜的实施方式进行说明。但是，本发明不仅仅限定于本实施方 式中公开的构成。本发明在不脱离本发明宗旨的范围内可以进行各种变更。
[0040] 首先，针对本实施方式所涉及的钢板中含有的夹杂物进行说明。
[0041] 作为使得钢板的加工性降低的原因，可列举出非金属夹杂物以及碳氮化物等。在 对钢板施加应力的情况下，它们成为钢板的裂纹的起点。夹杂物是指在钢水中存在的、或者 在钢水的凝固时生成的氧化物以及硫化物等。夹杂物的尺寸（长边）由数ym起，在通过 车L制进行拉伸的情况下达到数百ym。因此，为了提高钢板的加工性，降低夹杂物的含量是 重要的。这样，优选钢板中夹杂物的尺寸小、个数也少的状态，即钢板的"清洁性高"的状态。
[0042] 夹杂物的形状、分布状态等是多样的，但例如在JISG0555中夹杂物区分成A系 夹杂物、B系夹杂物、以及C系夹杂物。本实施方式中，以后，依据下述所示的定义将夹杂物 分类成3种。
[0043] A系夹杂物：钢中的非金属夹杂物中通过加工进行塑性变形而成的夹杂物。具有 高拉伸性，在接受了加工的钢板中沿加工方向拉伸的情况较多。本实施方式中，将纵横比 (长径/短径）为3. 0以上的夹杂物定义为A系夹杂物。
[0044]B系夹杂物：钢中的非金属夹杂物中，在加工方向上形成集团、粒状的夹杂物不连 续地排列的夹杂物，具有带角的形状的情况较多，为低拉伸性。本实施方式中，将形成下述 夹杂物群并且纵横比（长径/短径）小于3. 0的夹杂物定义为B系夹杂物，所述夹杂物群 为3个以上的夹杂物沿着加工方向排列而成的夹杂物群，夹杂物彼此的间隔距离为50ym 以下。
[0045] C系夹杂物：不进行塑性变形并且不规则地分散的夹杂物，具有带角的形状或球 状形状的情况较多，为低拉伸性。本实施方式中，将纵横比（长径/短径）小于3.0、无规地 分布的夹杂物定义为C系夹杂物。
[0046] 非常硬并且为角形状的含Ti的碳氮化物通常被分类成该C系夹杂物，但在本实施 方式中存在与C系夹杂物区分开的情况。含Ti的碳氮化物在单独存在的情况下，对钢板的 特性产生的影响与其他C系夹杂物（非含Ti的碳氮化物的C系夹杂物）相比较大。此处 "单独存在的含Ti的碳氮化物"表示在未附着于不含Ti的夹杂物的状态下存在的含Ti的 碳氮化物。另一方面，在含Ti的碳氮化物附着于其他夹杂物（例如包含Al、Ca、0、S、以及 REM