鋼板的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鋼板，其化學(xué)成分中的各元素的以質(zhì)量％表示的含量同時(shí)滿足下述式1和下述式2，作為夾雜物，含有含Ti碳氮化物，長邊在5μm以上的所述含Ti碳氮化物的個(gè)數(shù)密度為3個(gè)/mm2以下；0.3≤{Ca/40.88+(REM/140)/2}/(S/32.07)?(式1)；Ca≤0.005－0.0035×C?(式2)。
【專利說明】鋼板
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高碳素鋼板，特別涉及一種通過冷沖裁加工而成形為制品形狀的冷沖裁加工用高碳素鋼板。該高碳素鋼板例如可以用于在帶式無級(jí)變速器(CVT:Continuously Variable Transmission)中使用的鋼制板狀部件(零件:element)、帶鋸、圓盤鋸、鏈條的鏈節(jié)板等的制造。
[0002]本申請(qǐng)基于2011年10月25日提出的日本專利申請(qǐng)?zhí)卦?011-234396號(hào)并主張其優(yōu)先權(quán)，這里引用其內(nèi)容。
【背景技術(shù)】
[0003]汽車的帶式CVT具有在呈無端環(huán)狀的鋼環(huán)上并列安裝多個(gè)鋼制板狀部件(零件)而構(gòu)成的鋼帶、和槽寬度可變的一對(duì)滑輪。而且在一對(duì)滑輪間將該鋼帶卷掛成無端環(huán)狀，經(jīng)由鋼帶從一方的滑輪向另一方的滑輪進(jìn)行動(dòng)力傳遞。各零件夾持配置在兩個(gè)鋼環(huán)上。來自發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸入至一方的滑輪，經(jīng)由鋼帶而傳遞輸出至另一方的滑輪。此時(shí)，通過使各滑輪的槽寬度變化而使各滑輪的有效直徑變化，從而可以進(jìn)行無級(jí)變速。
[0004]該帶式CVT用零件是通過對(duì)鋼板進(jìn)行冷沖裁加工而成形為制品形狀的。因此，作為適于零件的材料，需要高硬度且具有高耐磨性，同時(shí)需要冷沖裁性。作為滿足這些要求的材料，專利文獻(xiàn)1、2提出了如下的鋼。
[0005]專利文獻(xiàn)I公開了一種鋼，其以質(zhì)量％計(jì)，含有C:0.1%~0.7%、Cr:0.1%~
2.0 %、S ≤ 0.030%，并在沖裁加工后實(shí)施滲碳處理(滲碳淬火-回火)。該鋼由于為軟質(zhì)的低、中碳素鋼，因而沖裁加工中使用的精密模具的壽命得以延長，其結(jié)果是，可以使加工成本降低。另外，該鋼通過滲碳處理來確保表層部(從表面直至50 μ m的深度)所需要的硬度。除此以外，該鋼由于是低、中碳素鋼，因而可以使?jié)B碳處理品的芯部的韌性保持在較高的水平，可以謀求滲碳處理品本身的沖擊值的提高。
[0006]在專利文獻(xiàn)2中，公開了一種高碳素鋼，其以質(zhì)量％計(jì)，含有C:0.70%~1.20%，并對(duì)分散于鐵素體基體中的碳化物的粒徑進(jìn)行控制。該鋼的與沖裁加工性具有密切關(guān)系的缺口拉伸伸長率得以改善，因而沖裁加工性優(yōu)良。另外，該鋼通過進(jìn)一步含有Ca而控制MnS的形態(tài)，其結(jié)果是，沖裁加工性得到進(jìn)一步改善。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)
[0009]專利文獻(xiàn)1:日本特開2005-068482號(hào)公報(bào)
[0010]專利文獻(xiàn)2:日本特開2000-265239號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]發(fā)明所要解決的課題
[0012]為了與更大型、更高輸出的發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞相適應(yīng)，要求進(jìn)一步提高零件的韌性和疲勞特性。另外，在使發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞急劇變速等情況下，將對(duì)CVT零件施加大的沖擊。在韌性不高的零件中，在該沖擊的作用下，產(chǎn)生龜裂以至斷裂，最終有可能致使CVT發(fā)生破壞。同樣，伴隨著鋼帶的旋轉(zhuǎn)，對(duì)CVT零件施加交變應(yīng)力。疲勞特性并不優(yōu)良的零件也有可能容易使龜裂發(fā)展而產(chǎn)生斷裂。從這樣的角度考慮，也要求零件中使用的鋼的韌性和疲勞特性的進(jìn)一步提聞。
[0013]對(duì)于這些要求，上述的現(xiàn)有技術(shù)在韌性和疲勞特性方面存在如下的問題。
[0014]專利文獻(xiàn)I中記載的鋼為了不降低沖擊值，以質(zhì)量％計(jì)，將S含量限制為0.030%以下，優(yōu)選限制為0.010%以下。但是，該鋼由于沒有對(duì)夾雜物的組成和形態(tài)加以控制，因而鋼中殘存有MnS。因此，該鋼不能與苛刻條件下的使用相適應(yīng)。
[0015]MnS在軋制時(shí)容易延伸，也有不少加工方向的長度達(dá)幾百微米的情況。沿加工方向延伸的夾雜物(以后稱為A系夾雜物)在鋼的韌性和疲勞特性方面是特別有害的，需要使其降低。該MnS主要在由鋼水的凝固中生成。特別地，在C含量以質(zhì)量％計(jì)為0.5%以上的碳素鋼中，粗大的MnS容易生成于枝晶樹枝間的顯微偏析部。這是因?yàn)樵贑為0.5%以上的碳素鋼中，凝固時(shí)的初晶為Y (奧氏體)相，因而Mn和S的固相內(nèi)擴(kuò)散延遲,從而容易產(chǎn)生顯微偏析。
[0016]在對(duì)于韌性和疲勞特性要求嚴(yán)格品質(zhì)的機(jī)械部件用鋼板中，上述A系夾雜物的防止是特別重要的。但是，在專利文獻(xiàn)I所記載的鋼中，并沒有特別記載與C含量相適應(yīng)的MnS降低對(duì)策。
[0017]另一方面，在專利文獻(xiàn)2所記載的鋼中，通過添加Ca而使MnS的形狀球狀化，因而能夠大幅度降低A系夾雜物的存在個(gè)數(shù)。但是，根據(jù)本發(fā)明人的研究，發(fā)現(xiàn)在專利文獻(xiàn)2所記載的鋼中，雖然A系夾雜物減少，但在鋼中殘存許多于加工方向不成團(tuán)而不連續(xù)地排列成粒狀的夾雜物(以后稱為B系夾雜物)、或者不規(guī)則地分散的夾雜物(以后稱為C系夾雜物)。而且發(fā)現(xiàn):它們成為疲勞破壞的起點(diǎn)，使鋼的疲勞特性惡化。另外，專利文獻(xiàn)2所記載的鋼含有Ti。但是，如果在鋼中單獨(dú)生成粗大的含Ti碳氮化物(C系夾雜物)，則還存在容易成為疲勞破壞的起點(diǎn)的問題。
[0018]本發(fā)明是鑒于上述的問題而研究出來的。本發(fā)明的一方式的鋼板是以質(zhì)量％計(jì)含有0.5%~0.8%的C、且具有適于零件制造的強(qiáng)度(硬度)、耐磨特性和冷沖裁加工性的高碳素鋼板。而且本發(fā)明的一方式的鋼板的目的在于:提供一種通過降低鋼中的A系夾雜物、B系夾雜物以及C系夾雜物、防止粗大的含Ti碳氮化物的生成而使韌性和疲勞特性優(yōu)良的鋼板。另外，本發(fā)明的一方式的鋼板以制造成本也優(yōu)良為目的。此外，所謂強(qiáng)度，主要是指抗拉強(qiáng)度。另外，所謂抗拉強(qiáng)度和硬度，一般地說是相關(guān)的特性值，因而在以后，強(qiáng)度也包括硬度的含義。
[0019]用于解決課題的手段
[0020]本發(fā)明的要旨如下所述。
[0021](I)本發(fā)明的一方式涉及一種鋼板，其特征在于:鋼的化學(xué)成分以質(zhì)量％計(jì)，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%，并將P限制在0.020%以下、將S限制在0.0070%以下、將O限制在0.0040%以下、將N限制在0.0075%以下，剩余部分包括鐵和不可避免的雜質(zhì)；所述化學(xué)成分中的各元素的以質(zhì)量％表示的含量同時(shí)滿足下述式I和下述式2，所述鋼含有含Ti碳氮化物作為夾雜物，長邊在5 μ m以上的所述含Ti碳氮化物的個(gè)數(shù)密度為3個(gè)/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)根據(jù)上述(I)所述的鋼板，其中，所述化學(xué)成分以質(zhì)量％計(jì)，也可以進(jìn)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 種。
[0025](3)根據(jù)上述⑴或(2)所述的鋼板，其中，所述鋼也可以進(jìn)一步含有包含Al、Ca、O、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所述含Ti碳氮化物的夾雜物。
[0026](4)根據(jù)上述(3)所述的鋼板，其中，所述化學(xué)成分中的各元素以質(zhì)量％表示的含量也可以滿足下述式3。
[0027]18 X (REM/140) — 0/16 ≥ O (式 3)
[0028](5)根據(jù)上述(I)或(2)所述的鋼板，其中，所述化學(xué)成分中的各元素以質(zhì)量％表示的含量也可以滿足下述式4。
[0029]18 X (REM/140) — 0/16 ≥ O (式 4)
[0030]發(fā)明的效果
[0031]根據(jù)本發(fā)明的上述方式，可以提供一種強(qiáng)度(硬度)、耐磨特性和冷沖裁加工性優(yōu)良，且通過降低鋼中的A系夾雜物、B系夾雜物以及C系夾雜物，防止粗大的含Ti碳氮化物的生成而使韌性和疲勞特性也優(yōu)良的鋼板。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1是表示與S結(jié)合的Ca以及REM的化學(xué)當(dāng)量的合計(jì)值和A系夾雜物的個(gè)數(shù)密度之間的關(guān)系的曲線圖。
[0033]圖2是表示鋼中的Ca含量和B系夾雜物以及C系夾雜物的合計(jì)個(gè)數(shù)密度之間的關(guān)系的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面就本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式進(jìn)行說明。不過，本發(fā)明并不只限定于本實(shí)施方式所公開的構(gòu)成，在不脫離本發(fā)明的宗旨的范圍內(nèi)，可以進(jìn)行各種變更。
[0035]首先，就本實(shí)施方式的鋼板中含有的夾雜物進(jìn)行說明。
[0036]使韌性和疲勞特性降低的原因之一為鋼板中含有的非金屬夾雜物(以下記為夾雜物)。該所謂夾雜物，是指鋼水中或者凝固時(shí)生成的氧化物和硫化物等。該夾雜物成為對(duì)鋼施加應(yīng)力時(shí)的開裂的起點(diǎn)。夾雜物的尺寸從幾微米達(dá)到因軋制而延伸時(shí)的幾百微米。為了確保并提高鋼的韌性和疲勞特性，優(yōu)選的是鋼板中的夾雜物尺寸小、且個(gè)數(shù)也少，即鋼板的“純凈性高”。
[0037]夾雜物的形狀和分布狀態(tài)等是多種多樣的。下面，根據(jù)如下所示的定義將夾雜物分類為3種。
[0038]A系夾雜物……是因加工而發(fā)生粘性變形所形成的。是高延伸性、且縱橫尺寸比(長徑/短徑)為3.0以上的單個(gè)的夾雜物。
[0039]B系夾雜物……在加工方向不成團(tuán)而不連續(xù)地排列成粒狀的夾雜物。是作為形狀大多有角，延伸性低，且縱橫尺寸比(長徑/短徑)低于3.0，在加工方向排列3個(gè)以上而形成夾雜物群的夾雜物。
[0040]C系夾雜物……是不發(fā)生粘性變形而不規(guī)則地分散的夾雜物。是作為形狀有棱角或者呈球狀，延伸性低，縱橫尺寸比(長徑/短徑)低于3.0，且隨機(jī)地分布的夾雜物。另外，呈方形狀的含Ti碳氮化物被分類為該C系夾雜物，通過其形狀以及其色調(diào)可以與其它的C系夾雜物形成區(qū)別。
[0041]此外，在本實(shí)施方式的鋼板中，只考慮粒徑(形狀呈球狀的夾雜物時(shí))或者長徑(變形的夾雜物時(shí))為I μ m以上的夾雜物。粒徑或者長徑低于I μ m的夾雜物即使鋼中含有，對(duì)鋼的韌性和疲勞特性所產(chǎn)生的影響也小，因而不予考慮。另外，上述的所謂長徑，定義為在觀察面上的夾雜物的斷面輪廓中，連接不相鄰的各頂點(diǎn)的線段中成為最大長度的線段。同樣，上述的所謂短徑，定義為在觀察面上的夾雜物的斷面輪廓中，連接不相鄰的各頂點(diǎn)的線段中成為最小長度的線段。另外，后述所謂長邊，定義為在觀察面上的夾雜物的斷面輪廓中，連接相鄰的各頂點(diǎn)的線段中成為最大長度的線段。
[0042]以往，在鋼中的夾雜物的存在量和形態(tài)的控制中，進(jìn)行Ca和REM(Rare EarthMetal)的添加。本發(fā)明人也在日本特開2011-68949號(hào)公報(bào)中提出了如下的技術(shù):其通過在以質(zhì)量％計(jì)含有0.08%~0.22% C的結(jié)構(gòu)用厚鋼板中添加Ca和REM，將鋼中生成的氧化物(夾雜物)控制為高熔點(diǎn)相和低熔點(diǎn)相的混合相，從而防止該氧化物(夾雜物)在軋制中延伸，而且使連續(xù)鑄造水口的熔損和內(nèi)部夾雜物缺陷不會(huì)發(fā)生。 [0043]本發(fā)明人對(duì)于以質(zhì)量％計(jì)含有0.5%~0.8% C的鋼，也對(duì)通過添加Ca和REM而減少上述A系夾雜物、和B以及C系夾雜物的條件進(jìn)一步進(jìn)行了研究。其結(jié)果是，發(fā)現(xiàn)了可以同時(shí)減少A系夾雜物、和B以及C系夾雜物的以下所示的條件。
[0044]關(guān)于A系夾雜物
[0045]本發(fā)明人對(duì)于以質(zhì)量％計(jì)含有0.5%~0.8% C的鋼研究了 Ca和REM的添加。其結(jié)果是，在化學(xué)成分中的各元素的以質(zhì)量％表示的含量滿足下述式I時(shí)，發(fā)現(xiàn)可以大大降低鋼中的A系夾雜物、特別是構(gòu)成A系夾雜物的MnS。
[0046]0.3 ≤{Ca/40.88+ (REM/140) /2} / (S/32.07) (式 I)
[0047]下面，就基于該見解的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行說明。
[0048]在真空熔煉爐中，將具有C含量以質(zhì)量％計(jì)為0.7 %、而且使S、Ca以及REM的含量進(jìn)行各種變更的化學(xué)成分的鋼制作成50kg的鋼錠。該鋼錠的組成如表1所示。在精軋溫度為890°C的條件下對(duì)該鋼錠進(jìn)行熱軋，使其厚度為5_，然后進(jìn)行空冷而得到熱軋鋼板。
[0049]使用得到的熱軋鋼板，以平行于該熱軋鋼板的軋制方向和板厚方向的斷面為觀察面，采用光學(xué)顯微鏡并以400倍(其中，詳細(xì)測(cè)定夾雜物形狀時(shí)放大倍數(shù)為1000倍)的放大倍數(shù)，在合計(jì)60個(gè)視場(chǎng)中對(duì)鋼中的夾雜物進(jìn)行了觀察。在各觀察視場(chǎng)中，對(duì)粒徑(形狀為球狀的夾雜物時(shí))或者長徑(變形的夾雜物時(shí))為Iym以上的夾雜物進(jìn)行觀察，并將這些夾雜物分類為A系夾雜物、B系夾雜物、C系夾雜物以及方形狀的含Ti碳氮化物(能夠從其形狀和顏色加以判別)而測(cè)量了它們的個(gè)數(shù)密度。另外，如果使用EPMA(電子探針顯微分析:Electron Probe Micro Analysis)、或者帶有EDX(能量分散型X射線分析:Energy Dispersive X-Ray Analysis)的 SEM(掃描型電子顯微鏡、Scanning ElectronMicroscope)對(duì)熱軋鋼板的金屬組織進(jìn)行觀察，則可以鑒定出夾雜物中的含Ti碳氮化物、含REM復(fù)合夾雜物、MnS以及CaO-Al2O3系夾雜物等。
[0050]除此以外，對(duì)于上述得到的熱軋鋼板，為了對(duì)韌性進(jìn)行評(píng)價(jià)，采用夏比試驗(yàn)測(cè)定了室溫下的沖擊值，為了對(duì)疲勞特性進(jìn)行評(píng)價(jià)，進(jìn)行脈動(dòng)拉伸試驗(yàn)而制作出S-N曲線，從而求出了疲勞極限。
[0051]上述實(shí)驗(yàn)的結(jié)果判明:韌性以及疲勞特性和夾雜物的個(gè)數(shù)密度之間具有相關(guān)關(guān)系。具體地說，已經(jīng)表明如果鋼中的A系夾雜物的個(gè)數(shù)密度超過5個(gè)/_2，貝U鋼板的韌性和疲勞特性急劇惡化。另外，還表明即使B系夾雜物以及C系夾雜物的個(gè)數(shù)密度合計(jì)超過5個(gè)/_2，鋼板的韌性和疲勞特性也急劇惡化。除此以外，還表明對(duì)于作為C系夾雜物的含Ti碳氮化物，如果長邊在5 μ m以上的粗大的含Ti碳氮化物的個(gè)數(shù)密度超過3個(gè)/mm2，則鋼板的韌性和疲勞特性急劇惡化。
[0052]表1(質(zhì)量 ％)
【權(quán)利要求】
1.一種鋼板，其特征在于:鋼的化學(xué)成分以質(zhì)量％計(jì)，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%, 并將P限制在0.020%以下、 將S限制在0.0070%以下、 將O限制在0.0040%以下、 將N限制在0.0075%以下， 剩余部分包括鐵和不可避免的雜質(zhì)； 所述化學(xué)成分中的各元素的以質(zhì)量％表示的含量同時(shí)滿足下述式I和下述式2，所述鋼含有含Ti碳氮化物作為夾雜物，長邊在5 μ m以上的所述含Ti碳氮化物的個(gè)數(shù)密度為3個(gè)/mm2以下；
0.3 ≤{Ca/40.88+(REM/140)/2}/(S/32.07) (式 I) Ca ( 0.005 — 0.0035XC (式 2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼板，其特征在于:所述化學(xué)成分以質(zhì)量％計(jì)，進(jìn)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種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋼板，其特征在于:所述鋼進(jìn)一步含有包含Al、Ca、O、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所述含Ti碳氮化物的夾雜物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋼板，其特征在于:所述化學(xué)成分中的各元素的以質(zhì)量％表示的含量滿足下述式3 ； 18X (REM/140) — 0/16 ≤ O (式 3)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋼板，其特征在于:所述化學(xué)成分中的各元素的以質(zhì)量％表示的含量滿足下述式4 ； 18X (REM/140) — 0/16 ≤ O (式 4)。
【文檔編號(hào)】C21D9/46GK103890212SQ201280052054
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2012年6月28日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月25日
【發(fā)明者】諸星隆, 荒牧高志, 瀨瀨昌文 申請(qǐng)人:新日鐵住金株式會(huì)社