高碳热轧钢板及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及淬透性和加工性优良的高碳热乳钢板及其制造方法，特别是涉及表层 中的渗氮抑制效果高的高碳热乳钢板及其制造方法，所述高碳热乳钢板是添加了 B的高碳 热乳钢板。
【背景技术】
[0002] 目前，齿轮、变速器、座椅倾斜器等汽车用部件多将作为JISG4051中规定的机械 结构用碳钢钢材的热乳钢板冷加工成期望的形状后实施用于确保期望的硬度的淬火处理 来制造。因此，对于成为原材料的热乳钢板而言，需要优良的冷加工性、淬透性，迄今为止提 出了多种钢板。
[0003] 例如，在专利文献1中公开了一种冷加工性和低脱碳性优良的机械结构用钢， 作为钢成分，以质量％计，含有C :0· 1~L 2%、Si :0· 01~2. 5%、Mn :0· 1~L 5%、P : 0· 04% 以下（包括 0% )、S :0· 0005 ~0· 05%、A1 :0· 2% 以下、Te :0· 0005 ~0· 05%和 Se : 0. 0005~0. 05%中的一种或两种、N :0. 0005~0. 03%，S与、Te和Se中的一种或两种 的含量的合计为〇. 005 %~0. 05%，余量由Fe和不可避免的杂质构成，其特征在于，由以 铁素体和珠光体为主体的组织构成，JIS G 0552中规定的铁素体结晶粒度编号为11号以 上。另外，在专利文献1中公开了一种机械结构用钢，其在上述钢成分的基础上含有Sb: 0· 001 ~0· 05%、选自 Cr :0· 2 ~2. 0%、Mo :0· 1 ~L 0%、Ni :0· 3 ~L 5%、Cu :1· 0% 以 下、B :0· 005%以下中的一种或两种以上、选自Ti :0· 002%~0· 05%、Nb :0· 005~(λ 1%、 V :0· 03 ~0· 3% 中的一种或两种以上、选自 Mg :0· 0002 ~0· 01%、Zr :0· 0001 ~0· 01%、 Ca :0.0002~0.008%中的一种或两种以上。另外，在专利文献1中公开了一种冷加工性和 低脱碳性优良的机械结构用钢的制造方法，其特征在于，将上述成分组成的钢在850°C以上 且1000°C以下的温度范围内进行热粗乳，在700°C以上且1000°C以下的温度范围内进行精 乳后，以0. 1°C /秒以上且小于5°C /秒的范围的冷却速度冷却至500°C以上且700°C以下 的温度，然后立即在650°C以上且750°C以下的炉气氛温度下保持15分钟以上且90分钟以 下，然后进行自然冷却。
[0004] 在专利文献2中公开了一种加工性、淬透性、焊接性、耐渗碳和耐脱碳性优良的高 碳钢板，作为钢成分，以质量％计，含有C :0. 2~0. 35%、Si :0.03~0. 3%、Mn :0. 15~ L 2 %、Cr :0· 02 ~L 2 %、P :0· 02 % 以下、S :0· 02 % 以下、Mo :0· 2 % 以下、Ti :0· 01 ~ 0· 10%、B :0· 0005 ~0· 0050%，并且，含有合计为 0· 0003 ~0· 5% 的 Sn、Sb、Bi、Se 中的一 种以上；或者在上述钢成分的基础上还含有Ce :0.05%以下、Ca :0.05%以下、Zr :0.05%以 下、Mg :0.05%以下中的一种以上。另外，在专利文献2中公开了一种加工性、淬透性、焊接 性、耐渗碳和耐脱碳性优良的高碳钢板的制造方法，其特征在于，在对上述成分组成的钢进 行热乳时，在使终乳温度为Ar3+10°C~Ar3+50°C、使卷取温度为550°C~700°C的范围内进 行，接着进行酸洗。
[0005] 在专利文献3中公开了一种高碳热乳钢板，其特征在于，具有以质量％计含有C : 0· 15 ~0· 37%、Si :1 % 以下、Mn :2. 5% 以下、P :0· I % 以下、S :0· 03% 以下、sol. Al :0· 1% 以下、N :0· 0005 ~0· 0050%、B :0· 0010 ~0· 0050%和合计为 0· 003 ~0· 10%的 Sb、Sn 中 的至少一种、并且满足0.50$ (14[B]V(10.8[N])的关系、余量由Fe和不可避免的杂质构 成的组成，该高碳热乳钢板具有包含铁素体相和渗碳体、上述铁素体相的平均粒径为10 μ m 以下、上述渗碳体的球化率为90%以上的显微组织，其中，[B]、[N]分别表示B、N的含量 (质量％ )。另外，在专利文献3中公开了一种高碳热乳钢板，其特征在于，具有如下组成： 在上述组成的基础上，含有合计为0. 1%以下的Ti、Nb、V中的至少一种；合计为1. 5%以下 的Ni、Cr、Mo中的至少一种。另外，在专利文献3中公开了一种高碳热乳钢板的制造方法， 其特征在于，将具有上述组成的钢在Ar3相变点以上的终乳温度下进行热乳后在10秒以 内冷却至550~650°C的冷却停止温度，在500~650°C的卷取温度下进行卷取，酸洗后，在 640°C以上且Acl相变点以下的温度范围内实施渗碳体的球化退火。另外，在专利文献3中 公开了一种高碳热乳钢板的制造方法，其特征在于，将具有上述组成的钢在Ar3相变点以 上的终乳温度下进行热乳后，从650°C以上的温度以50°C /秒以上的平均冷却速度冷却至 450~600°C的冷却停止温度后在3秒以内进行卷取，酸洗后，在640°C以上且Acl相变点以 下的温度范围内实施渗碳体的球化退火。
[0006] 对于这些钢板而言，通过Mn、P、B、Cr、Mo、Ni等元素实现了淬透性的提高。例如， 在专利文献3的技术中记载了以Mn、P、B这样的元素作为提高淬透性的元素。
[0007] 现有技术文献
[0008] 专利文献
[0009] 专利文献1 :日本特开2004-250768号公报
[0010] 专利文献2 :日本特开2004-315836号公报
[0011] 专利文献3 :日本特开2010-255066号公报
【发明内容】
[0012] 发明所要解决的问题
[0013] 为了得到良好的冷加工性，对于高碳热乳钢板而言，要求相对较低的硬度和较高 的伸长率。例如，对于为了能够通过冷压将以往通过热锻造、切削、焊接等多个工序制造的 汽车用部件一体成形这样的高碳热乳钢板而言，要求硬度以洛氏硬度HRB计为83以下、总 伸长率El为30%以上这样的特性。另外，对于如此使加工性变得良好的高碳热乳钢板而 言，期望优良的淬透性，例如期望水淬火后得到大于HV620的维氏硬度。另外，需要特别优 良的加工性的情况下，期望硬度以洛氏硬度HRB计为75以下、总伸长率El为38%以上这样 的特性。这种情况下，作为淬透性，期望水淬火后得到HV440以上的维氏硬度代替如上所述 的大于HV620的维氏硬度。
[0014] 为了得到良好的淬透性，如上所述，使用Μη、P、B、Cr、Mo、Ni等元素。这样的提高 淬透性的元素之中，Mn等虽然使淬透性提高，但因固溶强化使得热乳钢板本身的强度升高， 使得硬度增大。另一方面，B是不会大幅提高淬火前的高碳热乳钢板的硬度而能够廉价地 确保淬透性的元素。
[0015] 因此，本发明人们以降低了 Mn的含量并且添加 B使淬透性提高了的钢为原材料， 为了确保冷加工性，对实施球化退火进行了研究。在此，作为球化退火，对通常使用的氮气 气氛中的球化退火进行了研究，结果发现了即使添加 B也不能确保充分的淬透性这样的问 题。另外，为了确保优良的冷加工性，球化退火后的钢板（退火材料）的硬度、伸长率成为 重要因子。为了确保优良的冷加工性，发现除了如专利文献3中所记载的控制铁素体相的 平均粒径和球化率以外，还需要控制晶粒内的碳化物密度。
[0016] 进而发现，球化退火后的硬度、延展性有时会产生变动，特别是热乳的终乳温度高 时，有时不能得到充分的延展性。
[0017] 本发明解决了上述问题，其目的在于提供一种以添加了 B的钢为原材料，即使在 氮气气氛中进行退火也能够稳定地得到优良的淬透性，并且在淬火处理前具有HRB为83以 下、总伸长率El为30%以上这样优良的加工性的高碳热乳钢板及其制造方法，或者进一步 具有HRB为75以下、总伸长率El为38%以上这样的优良的加工性的高碳热乳钢板及其制 造方法。
[0018] 用于解决问题的手段
[0019] 本发明人们对于将Mn含量设定为0. 50%以下这样比较低的Mn量且添加了 B的高 碳热乳钢板的制造条件与加工性、淬透性的关系进行了深入研究，结果得出以下见解。
[0020] i)对于淬火前的高碳热乳钢板的硬度、总伸长率（以下，也简称为伸长率）而言， 铁素体晶粒内的渗碳体密度影响较大。为了确保硬度以HRB计为83以下并且总伸长率（El) 为30%以上，需要使铁素体晶粒内的渗碳体密度为0. 15个/μπι2以下。另外，作为淬火前 的高碳热乳钢板的硬度、总伸长率，为了确保硬度以HRB计为75以下并且总伸长率（El)为 38%以上，需要使铁素体晶粒内的渗碳体密度为0. 10个/ μ m2以下。
[0021 ] ii)对于铁素体晶粒内的渗碳体密度而言，热乳中的终乳温度影响大。终乳温度过 高时，球化退火后难以减小渗碳体密度。
[0022] iii)在氮气气氛下实施退火的情况下，气氛中的氮发生渗氮而富集在钢板中，与 钢板中的B结合而生成BN，因此钢板中的固溶B量大幅降低。需要说明的是，氮气气氛是指 含有90体积％以上的氮气的气氛。另一方面，通过在钢中添加313、311、81、66、了6、36中的 至少一种，可以防止这样的渗氮、抑制固溶B量的降低从而得到高淬透性。
[0023] 此外，热乳中的终乳温度在板宽端部趋于降低，因此对板宽方向的特性进行了考 察、研究，结果得到以下见解。
[0024] iv)与板宽中央部相比，板宽端部附近的终乳温度容易降低，其结果是伸长率降 低，加工性变差，退火后的硬度、伸长率在宽度方向上容易发生变动。精乳时，通过使用边部 加热器使板宽端部升温，由此能够抑制这样的变动。
[0025] V)通过使用边部加热器尤其使板宽中央部与板宽端部的温度差为40°C以内，能 够使钢板板宽方向的洛氏硬度HRB的变动以HRB计为4以下、使总伸长率El的变动以El 计为3%以下。
[0026] 本发明是基于这样的见解而完成的，其要点如下。
[0027] [1] -种淬透性和加工性优良的高碳热乳钢板，其特征在于，具有以质量％计含有 C :0· 20% 以上且 0· 53% 以下、Si :0· 10% 以下、Mn :0· 50% 以下、P :0· 03% 以下、S :0· 010% 以下、sol. Al :0· 10%以下、N :0· 0050%以下、B :0· 0005%以上且0· 0050%以下、进一步含 有合计为〇. 002%以上且0. 030%以下的Sb、Sn、Bi、Ge、Te、Se中的一种以上、余量由Fe和 不可避免的杂质构成的组成，