CN105143490B - 钢板 - Google Patents

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Abstract

本发明所涉及的钢板具有规定的化学成分，前述化学成分中的各元素以质量％示出的含量同时满足0.3000≤{Ca/40.88+(REM/140)/2}/(S/32.07)的式子、和Ca≤0.0058－0.0050×C的式子，单独地存在的长边为5μm以上的含Ti的碳氮化物的个数密度被限制至5个/mm2以下。

Description

钢板
技术领域
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。
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
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。
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C：0.15％～0.50％，S：0.01％以下，并且满足[％P]≤6×[％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。
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。
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。
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，Rare Earth Metal)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0.08％～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)在轧制中拉伸，这样，使得连续铸造喷嘴的侵蚀、内部夹杂物缺陷不会产生。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本日本特开2000-265238号公报
专利文献2：日本日本特开2000-265239号公报
专利文献3：日本日本特开2001-329339号公报
专利文献4：日本日本特开2011-68949号公报
发明内容
发明所要解决的课题
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(在轧制时)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。
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。
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，因此在钢的轧制时拉伸的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残留在产品中时，加工后的产品的韧性降低。
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。
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。
专利文献4中，通过Ca和/或REM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0.25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。
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。
用于解决课题的手段
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产品具有高韧性。这样，通过降低夹杂物，能够在提高钢板的加工性的同时提高(将钢板作为原材料而制造的)产品的韧性。
本发明的要旨如下所述。
(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％、Si：0.10％～0.60％、Mn：0.40％～0.90％、Al：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％、Mo：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、O：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5μm以上的含Ti的碳氮化物的个数密度被限制至5个/mm2以下。
0.3000≤{Ca/40.88+(REM/140)/2}/(S/32.07) (式1)
Ca≤0.0058－0.0050×C (式2)
(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。
(3)上述(1)或(2)中记载的钢板，其可以进一步包含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前述含Ti的碳氮化物而成的夹杂物。
(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。
18×(REM/140)－O/16≥0 (式3)
(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。
18×(REM/140)－O/16≥0 (式4)
发明的效果
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
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。
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。
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
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。
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。
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μm起，在通过轧制进行拉伸的情况下达到数百μm。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。
夹杂物的形状、分布状态等是多样的，但例如在JIS G 0555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。
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。
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50μm以下。
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。
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、O、S、以及REM的复合夹杂物)的状态下存在的情况下，含Ti的碳氮化物对钢板的特性产生的影响与其他C系夹杂物相比成为相同水准。在本实施方式中，附着于其他夹杂物的含Ti的碳氮化物视为非含Ti的碳氮化物的C系夹杂物。
在本实施方式中，“C系夹杂物的个数密度”是指“非含Ti的碳氮化物的C系夹杂物(包括含Ti的碳氮化物附着于C系夹杂物上的物质)的个数密度”、和“单独存在的含Ti的碳氮化物的个数密度”的总和。含Ti的碳氮化物可以根据其形状及其色调与其他C系夹杂物区分开。
此外，本实施方式所涉及的钢板中，仅考虑粒径(形状为大致球状的夹杂物的情况)或长径(不变形的夹杂物的情况)为1μm以上的夹杂物。粒径或长径小于1μm的夹杂物即使包含在钢中，由于对钢的加工性产生的影响小，因此本实施方式中未考虑那样的夹杂物。另外，上述长径定义为在观察面上的夹杂物的截面轮廓中将不相邻的各顶点连结的线段中成为最大长度的线段。同样地，上述短径定义为在观察面上的夹杂物的截面轮廓中将不相邻的各顶点连结的线段中成为最小长度的线段。另外，后述的长边定义为在观察面上的夹杂物的截面轮廓中将相邻的各顶点连结的线段中成为最大长度的线段。以下，存在将“粒径(形状为大致球状的夹杂物的情况)或长径(不变形的夹杂物的情况)”这样的记载简化为“粒径或长径”的情况。
以往，为了控制钢中的夹杂物的存在量和/或形态，进行了Ca和/或REM(稀土金属，Rare Earth Metal)的添加。如上所述，本发明人也在专利文献4提出了按下述进行的技术：通过在按质量％计含有0.08％～0.22％的C的结构用厚钢板中添加Ca和REM，由此将在钢中生成的氧化物(夹杂物)控制成高熔点相与低熔点相的混合相，防止该氧化物(夹杂物)在轧制中拉伸，而且，使得连续铸造喷嘴的侵蚀、内部夹杂物缺陷不会产生。
本发明人进一步针对按质量％计含有超过0.25％且小于0.50％C的钢，对通过使其含有Ca和REM、从而减少上述的A系夹杂物、和B以及C系夹杂物的条件进行研究。其结果发现了能够同时减少A系夹杂物、和B以及C系夹杂物的条件。其具体内容在以下示出。
(关于A系夹杂物)
本发明人对于按质量％计含有超过0.25％且小于0.50％C的钢，研究了进一步使其含有Ca和REM。其结果发现，在化学成分中各元素以质量％示出的含量满足下述的式I时，能够大幅降低钢中的A系夹杂物、特别是构成A系夹杂物的MnS。
0.3000≤{Ca/40.88+(REM/140)/2}/(S/32.07) (式I)
以下，对形成该见解的基础的实验进行说明。
通过真空熔解炉，将C含量按质量％计为0.45％、而且具有以表1所示范围将总O(T.O.)、N、S、Ca、以及REM的含量进行了各种变更的化学成分的多种钢，制作形成50kg锭。将这些锭按成为5mm厚的方式，在精轧温度为860℃的条件下进行热轧，然后空冷而得到热轧钢板。
将与该热轧钢板的轧制方向和板厚方向平行的截面设为观察面，将热轧钢板中的夹杂物通过光学显微镜以倍率400倍(其中，详细测定夹杂物形状时倍率1000倍)，用总计60个视野进行观察。在各观察视野下，观察粒径(形状为球状的夹杂物的情况)或长径(不变形的夹杂物的情况)为1μm以上的夹杂物，将这些夹杂物分类成A系夹杂物、B系夹杂物、C系夹杂物，测量它们的个数密度。另外，还测量C系夹杂物当中的单独存在的角形状的含Ti的碳氮化物的个数密度。另外，如果使用具备EPMA(电子射线微分析，Electron Probe MicroAnalysis)、或EDX(能量散射型X射线分析，Energy Dispersive X-Ray Analysis)的SEM(扫描型电子显微镜，Scanning Electron Microscope)观察热轧钢板的金属组织，则可以鉴定夹杂物中的含Ti的碳氮化物、含REM的复合夹杂物、MnS、以及CaO-Al2O3系夹杂物等。
此外，作为在上述得到的热轧钢板的加工性的指标，测定室温(约25℃)下的夏氏冲击值。夏氏冲击值为示出钢板的韧性的数值。在钢板中，成为裂纹起点的夹杂物越多、或夹杂物的尺寸越大，夏氏冲击值越低。即，在夏氏冲击值与加工性之间存在强相关。在实际进行各种加工的情况下，裂纹产生的限界应变的值自身根据各自的加工方法而变化，但与夏氏冲击值存在相关。
上述实验的结果，判明夏氏冲击值、与夹杂物的个数密度具有相关关系。具体而言，明确在钢中的A系夹杂物的个数密度超过6个/mm2时，夏氏冲击值急剧变差。另外，明确B系夹杂物以及C系夹杂物的个数密度按总计超过6个/mm2，冲击值也急剧变差。此外，明确关于作为C系夹杂物的含Ti的碳氮化物，单独地存在的长边为5μm以上的粗大的含Ti的碳氮化物的个数密度超过5个/mm2时，冲击值急剧变差。
表1
（质量％）
接着发明人针对用于达成上述那样的夹杂物个数密度的具体的方法进行了研究。
在钢中，设想Ca与S键合而形成CaS，REM与S及O键合而形成REM2O2S(氧硫化物)。关于与S键合的Ca及REM的化学当量的总和R1，将S的原子量设为32.07、将Ca的原子量设为40.88、将REM的原子量设为140，然后使用化学成分中各元素以质量％示出的含量，可以表达为：
R1＝{Ca/40.88+(REM/140)/2}/(S/32.07)。
于是，研究上述各热轧钢板中测定的A系夹杂物的个数密度、与各热轧钢板的上述R1的关系。其结果示于图1。在图1中，圆形标记示出具有含有Ca、不含REM的化学成分(以后，称为单含Ca)的钢的结果，另外，四方标记(在图1中说明为“REM+Ca”)示出具有含有Ca也含有REM的化学成分(以后，称为复合含有REM和Ca)的钢的结果。此外，单含Ca的情况下，以REM含量为0的方式计算上述R1。由该图1可知，在单含Ca的情况、和复合含有REM和Ca的情况这两者中，A系夹杂物的个数密度与上述R1之间存在相关关系。
具体而言，上述R1的值成为0.3000以上时，A系夹杂物的个数密度降低，其个数密度成为6个/mm2以下。其结果是，夏氏冲击值提高。
此外，单含Ca的情况与复合含有REM和Ca的情况相比，钢中的A系夹杂物的长径较长。认为是由于在单含Ca的情况下，CaO-Al2O3系的低熔点氧化物作为A系夹杂物生成，该氧化物在轧制时会拉伸。因此，还考虑到对钢板的特性产生不良影响的夹杂物的长径时，与单含Ca相比，优选复合含有REM和Ca。
由这些结果出发，可知在满足上述的式I的条件下，并且在复合含有REM和Ca的情况下，能够优选地将钢中的A系夹杂物的个数密度降低至6个/mm2以下。
此外，R1的值为1.000时，作为平均组成，在钢中存在与钢中的S键合的1当量的Ca和REM。然而实际上，即使R1的值为1.000，也存在MnS在枝晶树枝间的微偏析部处生成的担心。R1的值为2.000以上时，能够优选地防止枝晶树枝间的微偏析部处的MnS生成。另一方面，通过大量含有Ca及REM，R1的值超过5.000时，存在最大长度超过20μm的粗大的B系或C系夹杂物生成的倾向。因此，R1的值优选为5.000以下。即，上述的式I的右边的上限值优选为5.000。
(关于B系夹杂物以及C系夹杂物)
如上所述，观察热轧钢板的上述观察面，测定纵横比(长径/短径)小于3、粒径或长径为1μm以上的B系夹杂物以及C系夹杂物的个数密度。其结果，发明人发现在单含Ca的情况下、或复合含有REM和Ca的情况下的任一者中，Ca含量越多，B系夹杂物以及C系夹杂物的个数密度越增加。另一方面，发明人发现REM含量不会对这些夹杂物的个数密度产生较大影响。
图2中示出单含Ca的情况下、以及复合含有REM和Ca的情况下的钢中的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。在图2中，圆形标记示出单含Ca的结果，另外，四方标记(在图2中说明为“REM+Ca”)示出复合含有REM和Ca的结果。由该图2可知，单含Ca的情况下、或复合含有REM和Ca的情况下的任一者中，钢中的Ca含量增加时，B系夹杂物以及C系夹杂物的总计的个数密度增加。另外，可知在将单含Ca的情况下的Ca含量与复合含有REM和Ca的情况下的Ca含量以相同Ca含量进行比较时，B系夹杂物以及C系夹杂物的总计的个数密度大致成为同等的值。即，即使使钢复合含有REM以及Ca，该REM也不会对B系夹杂物以及C系夹杂物的总计的个数密度产生影响。
如上所述，为了降低A系夹杂物，优选在上述的范围内提高钢中的Ca含量和REM含量。在另一方面，为了减少A系夹杂物而增加Ca含量时，如上所述，会产生B系夹杂物以及C系夹杂物增加这样的问题。即，单含Ca的情况下，无法同时降低A系夹杂物、和B系夹杂物以及C系夹杂物。与此相对，复合含有REM和Ca的情况下，能够在确保与S键合的REM和Ca的化学当量(R1的值)的同时减少Ca含量，故优选。即，判明在复合含有REM和Ca的情况下，能够优选地减少A系夹杂物的个数密度而不增加B系夹杂物以及C系夹杂物的总计的个数密度。
这样，B系夹杂物以及C系夹杂物的总计的个数密度依赖于Ca含量的理由推测如下。
如上所述，单含Ca的情况下，在钢中CaO-Al2O3系夹杂物会生成。该夹杂物为低熔点氧化物，因此在钢水中为液相，存在在钢水中不聚集以及不合为一体的倾向。即，难以将CaO-Al2O3系夹杂物从钢水浮选分离。因此，大小成为数μm的该夹杂物在铸坯内大量分散而残留，因此B系夹杂物以及C系夹杂物的总计的个数密度增加。
另外，如上所述，复合含有REM和Ca的情况下，也与其Ca含量相应，同样地B系夹杂物以及C系夹杂物的总计的个数密度增加。REM含有率高的夹杂物的熔点与CaO-Al2O3系夹杂物的熔点相比较高，REM含有率高的夹杂物在钢水中以固体的形式存在。然而，复合含有REM和Ca的情况下，REM含有率高的夹杂物作为核，在其周围生成Ca含有率高的夹杂物。将该夹杂物称为Ca-REM复合夹杂物。在该情况下，Ca含有率高的夹杂物在钢水中为液相状态。即，Ca-REM复合夹杂物的表面在钢水中为液相，推测其聚集、合为一体的行为与在单含Ca时生成的CaO-Al2O3系夹杂物类似。因此，认为Ca-REM复合夹杂物在铸坯内大量分散而残留，B系夹杂物以及C系夹杂物的总计的个数密度增加。
此外，CaO-Al2O3系夹杂物的粒径或长径超过约4μm时，通过轧制拉伸而成为A系夹杂物。另一方面，CaO-Al2O3系夹杂物其粒径或长径小于约4μm的情况下，通过轧制几乎不拉伸(长径/短径比止于小于3)，因此在轧制后成为B系夹杂物或C系夹杂物。另外，在复合含有REM和Ca的情况下生成的REM含有率高的夹杂物通过轧制几乎不拉伸。此外，在REM含有率高的夹杂物的周围生成的Ca含有率高的夹杂物也在轧制时几乎不拉伸。即，复合含有REM和Ca的情况下，REM含有率高的夹杂物会防止Ca含有率高的夹杂物的拉伸，因此夹杂物以B系夹杂物或C系夹杂物为主。
另外，本发明人发现，B系夹杂物以及C系夹杂物的个数密度也不受钢的C含量影响。以下，对钢的C含量产生的该影响进行说明。
制作C含量按质量％计为0.26％的锭，进行与上述同方法的实验，测定B系夹杂物以及C系夹杂物的个数密度。接下来，比较C含量为0.26％得钢的实验结果、和上述C含量为0.45％的钢的实验结果。
该比较的结果明确，B系夹杂物以及C系夹杂物的总计的个数密度具有相对于Ca含量和C含量的相关关系。具体而言，本发明人发现即使在同一Ca含量下，C含量越高，B系夹杂物以及C系夹杂物的总计的个数密度越增加。进一步具体而言，发现为了使得B系夹杂物以及C系夹杂物的总计的个数密度为6个/mm2以下，有必要将化学成分中各元素以质量％示出的含量控制在以下述的式II表示的范围内。
Ca≤0.0058－0.0050×C (式II)
该式II示出，有必要使Ca含量的上限值根据C含量而改变，即有必要C含量变得越高，越降低Ca含量的上限值。此外，上述的式II的下限值没有特别限定，作为按质量％计的Ca含量的下限值的0.0005成为上述的式II的右边的实际的下限值。
C含量越高，B系夹杂物以及C系夹杂物的总计的个数密度越增加的理由认为是起因于钢水中的C浓度变得越高，从液相线温度至固相线温度为止的凝固温度范围变得越宽，枝晶组织的长度越增大。即，推定是由于枝晶组织较长地生长，结果变得易于在枝晶树枝间捕捉夹杂物(难以从枝晶树枝间排出至本体钢水中)。因此，越是C含量高、由此凝固中的枝晶组织容易较长地生长的钢，越是需要降低Ca含量的上限使其满足上述的式II。
此外，具有上述的碳浓度范围(C：超过0.25％且小于0.50％)的钢的凝固时的相根据平衡状态图，在包晶温度以上时为液相+δ相，在包晶温度以下时为液相+γ相。即，以包晶温度为界，S等溶质元素的微偏析度相异。这里应该注意的是，由于S为界面活性元素，从而对夹杂物捕捉产生影响，与相为液相+δ相的情况相比，在相为液相+γ相的情况下S的固液分配系数更小。S的固液分配系数小的情况下，分配至固相的S的量变少，分配至液相的S的量变多。在液相中分配较多的作为界面活性元素的S的情况下，液相与固相之间的界面能降低，因此夹杂物变得易于在液相与固相之间的界面处被捕捉。
钢的温度为包晶温度以下(即，钢的相为液相+γ相)的情况下，S较多地分配至液相。由此，枝晶树枝(γ相)之间的S的微偏析度变高。因此，可以预想到包晶温度以下时特别易于捕捉夹杂物。而且，C浓度越高，δ相越减少，并且γ相越增加，因此夹杂物变得易于在枝晶树枝间被捕捉。式II基于还包括该效果的评价、以及观察结果而确定。式II在钢中的C浓度为比包晶点高的超过0.25％且小于0.50％的情况下成立。
如以上那样，通过与C含量相应地含有适当量的REM和Ca，由此能够有效地降低A系夹杂物、和B系夹杂物以及C系夹杂物中的任一者。在这些见解的基础上，本发明人还进一步对易于成为裂纹起点的含Ti的碳氮化物的形态进行了研究。
(关于含Ti的碳氮化物)
从合金、金属废料等副原料混入Ti时，在钢中生成TiN等含Ti的碳氮化物。该含Ti的碳氮化物的硬度高，此外其形状为角形状。因此，在钢中单独地生成粗大的含Ti的碳氮化物时，该碳氮化物易于成为破坏的起点，因此钢的夏氏冲击值、进而加工性变差。
如上所述，研究含Ti的碳氮化物的含量与钢板的加工性的关系的结果可知，如果单独地存在的长边的长度为5μm以上的含Ti的碳氮化物的个数密度为5个/mm2以下，则变得不易产生破坏，能够防止加工性的变差。此处，含Ti的碳氮化物中除了Ti碳化物、Ti氮化物、Ti碳氮化物之外，还包括在含有作为选择元素的Nb的情况下的TiNb碳化物、TiNb氮化物、TiNb碳氮化物等。
为了减少这样的粗大的含Ti的碳氮化物，考虑降低Ti含量。然而，本实施方式所涉及的钢的C浓度范围中，即使Ti含量为微量也易于生成含Ti的碳化物，进而，一旦生成的含Ti的碳氮化物在钢的加热处理中易于粗大化。即，在C浓度超过0.25％且小于0.50％的情况下，即使作为钢的成分不含Ti，也会以作为杂质混入的Ti为起因，存在含Ti的碳氮化物的个数密度变得超过5个/mm2、钢的加工性降低的情况。作为用于解决该问题的手段，考虑防止制造阶段中的Ti混入、将Ti含量抑制至10ppm左右。然而，考虑到设备能力以及制造效率时，这样的手段的采用不优选。
因此，对于用于减少以这样的粗大的含Ti的碳氮化物为起因的不良影响的其他手段进行了研究，结果由本发明人发现复合含有REM和Ca是有效的。
在进行复合含有REM和Ca情况下，首先包含Al、Ca、O、S、以及REM的复合夹杂物在钢中生成，在该含REM的复合夹杂物上优先地复合析出含Ti的碳氮化物。通过在含REM的复合夹杂物上使得含Ti的碳氮化物优先地复合析出，由此能够减少在钢中单独地生成的角形状的含Ti的碳氮化物。即，能够将长边的长度为5μm以上的粗大的单独的含Ti的碳氮化物的个数密度优选地减少至5个/mm2以下。
在该含REM的复合夹杂物上复合析出的含Ti的碳氮化物难以成为破坏的起点。其理由认为是由于，通过含Ti的碳氮化物在含REM的复合夹杂物上复合析出，该含Ti的碳氮化物的角形状部变少。例如，含Ti的碳氮化物的形状为立方体或者长方体，因此在钢中单独存在的情况下，含Ti的碳氮化物的8处的角全部与基体相接。角成为破坏的起点，因此具有8处角的含Ti的碳氮化物具有8处破坏的起点。与此相对，含Ti的碳氮化物在含REM的复合夹杂物上复合析出，例如，含Ti的碳氮化物仅一半与基体相接的情况下，含Ti的碳氮化物仅4处与基体相接。即，与基体相接的含Ti的碳氮化物的角从8处减少至4处。其结果是，以含Ti的碳氮化物为起因的破坏的起点由8处减少至4处。
另外，关于含Ti的碳氮化物易于在含REM的复合夹杂物上优先地复合析出的理由，鉴于含Ti的碳氮化物在REM复合夹杂物的特定的晶面处析出，推定是由于REM复合夹杂物的特定的晶面与含Ti的碳氮化物的晶格整合性良好。
含Ti的碳氮化物与含REM的夹杂物的复合物(即，含Ti的碳氮化物附着在包含Al、Ca、O、S、以及REM的复合夹杂物的表面而得到的夹杂物)与单独存在的含Ti的碳氮化物相比对钢板的各特性产生的不良影响较少，因此视为非单独存在的含Ti的碳氮化物的C系夹杂物。
接着，针对本实施方式所涉及的钢板的化学成分进行说明。
首先，针对本实施方式所涉及的钢板的基本成分，对于数值限定范围及其限定理由进行说明。此处，记载的％为质量％。
(C：超过0.25％且小于0.50％)
C(碳)为在确保钢板的强度(硬度)上重要的元素。通过将C含量设为超过0.25％，可确保钢板的强度。C含量为0.25％以下时，钢板的淬火性降低，因此将该钢板作为原材料制造的产品例如齿轮类等所需的强度无法获得。另一方面，C含量成为0.50％以上时，确保加工性的热处理上需要长时间，因此如果不将热处理长时间化则存在钢板的加工性变差的担心。此外，C含量增大时，B系夹杂物以及C系夹杂物的总计的个数密度增加。其原因推定是由于在C含量高的情况下，在钢水的凝固时枝晶组织较长地生长，在枝晶树枝间变得易于捕捉夹杂物。因此，将C含量控制在超过0.25％且小于0.50％。
此外，C含量的优选的下限值为0.27％。通常，C含量越高，进行热处理(淬火以及回火)后的硬度以及抗拉强度越为增加。尤其，C含量为0.27％以上时，在进行淬火以及低温回火处理后，能够充分确保1300MPa以上的强度。图3为示出C含量与抗拉强度的关系的图表。本发明人测定了使除C含量以外的条件满足本实施方式所涉及的钢板的条件、并且使C含量各种各样地不同的钢板的抗拉强度。其结果明确，在C含量为0.27％以上的情况下，钢板可靠地具有1300MPa的抗拉强度。此外本实施方式所涉及的钢板中，C含量的下限优选为0.30％，C含量的上限优选设为0.48％。
(Si：0.10％～0.60％)
Si(硅)作为脱氧剂起作用，另外为在提高淬火性使得钢板的强度(硬度)提高上有效的元素。Si含量小于0.10％时，无法获得上述含有效果。另一方面，Si含量超过0.60％时，存在招致以热轧时的氧化皮瑕疵为起因的钢板的表面性状的劣化的担心。因此，将Si含量控制在0.10％～0.60％。Si含量的下限优选为0.15％，Si含量的上限优选设为0.55％。
(Mn：0.40％～0.90％)
Mn(锰)为作为脱氧剂起作用的元素，并且为在提高淬火性使得钢板的强度(硬度)提高上有效的元素。Mn含量小于0.40％时，无法充分获得其效果。另一方面，Mn含量超过0.90％时，存在钢板的加工性变差的担心。因此，将Mn含量控制在0.40％～0.90％。Mn含量的下限优选为0.50％，Mn含量的上限优选设为0.75％。
(Al：0.003％～0.070％)
Al(铝)为作为脱氧剂起作用的元素，并且为在通过固定N而提高钢板的加工性上有效的元素。Al含量小于0.003％时，无法充分获得上述含有效果，因此需要含有0.003％以上。另一方面，Al含量超过0.070％时，上述含有效果饱和，此外，粗大的夹杂物增加。由于该粗大的夹杂物，存在加工性变差、或表面瑕疵变得易于产生的担心。因此，将Al含量控制在0.003％～0.070％。Al含量的下限优选为0.010％，Al含量的上限优选设为0.040％。
(Ca：0.0005％～0.0040％)
Ca(钙)为在用于控制夹杂物的形态、由此提高钢板的加工性上有效的元素。Ca含量小于0.0005％时，无法充分获得上述效果。夹杂物的形态的控制也可以根据REM，但Ca含量小于0.0005％时，与后述的单独含有REM时同样地，存在因在连续铸造时产生喷嘴堵塞从而妨碍作业的稳定、此外因高比重夹杂物在铸坯的下表面侧堆积从而钢板的加工性变差的担心。另一方面，Ca含量超过0.0040％时，例如，CaO-Al2O3系夹杂物等粗大的低熔点氧化物、和/或CaS系夹杂物等在轧制时易于拉伸的夹杂物变得易于生成，由于它们而存在钢板的加工性变差的担心。此外，Ca含量超过0.0040％时，存在喷嘴耐火物变得易于侵蚀从而连续铸造的作业变得不稳定的担心。因此，将Ca含量控制在0.0005％～0.0040％。Ca含量的下限优选设为0.0007％，进一步优选设为0.0010％。Ca含量的上限优选设为0.0030％，进一步优选设为0.0025％。
此外，有必要将Ca含量的上限值与C含量相应地进行控制。具体而言，有必要将化学成分中的C以及Ca的以质量％示出的含量控制在以下述的式III表示的范围。在Ca含量不满足下述的式III的情况下，B系夹杂物以及C系夹杂物的总计的个数密度超过5个/mm2。
Ca≤0.0058－0.0050×C (式III)
(REM：0.0003％～0.0050％)
REM(稀土金属，Rare Earth Metal)意味着稀土类元素，为钪Sc(原子序号21)、钇Y(原子序号39)以及镧系元素(从原子序号57的镧至原子序号71的镥为止的15种元素)的17元素的总称。本实施方式所涉及的钢板中，含有选自从它们当中的至少1种以上的元素。通常，作为REM，从入手的容易度出发，从Ce(铈)、La(镧)、Nd(钕)、Pr(镨)等中选择的情况较多。作为添加方法，例如广泛进行在钢中添加作为这些元素的混合物的混合稀土金属。混合稀土金属的主要成分为Ce、La、Nd、以及Pr。本实施方式所涉及的钢板中，钢板所含有的这些稀土类元素的总量设为REM含量。此外，在上述的Ca及REM的化学当量的总和R1的算出方法中，混合稀土金属的平均原子量为约140，因此REM的原子量设为140。
REM为在用于控制夹杂物的形态、提高钢板的加工性上有效的元素。REM含量小于0.0003％时，无法充分获得上述效果，另外，产生与单含Ca时同样的问题。即，REM含量小于0.0003％时，CaO-Al2O3系夹杂物、一部分的CaS通过轧制而拉伸，由此存在产生钢板特性(加工性以及加工后的韧性)的降低的担心。此外，REM含量小于0.0003％时，含Ti的碳氮化物易于优先复合的包含Al、Ca、O、S以及REM的复合夹杂物少，因此在钢板中单独地生成的含Ti的碳氮化物变多，加工性易变差。另一方面，REM含量超过0.0050％时，连续铸造时的喷嘴堵塞变得易于产生。另外，REM含量超过0.0050％时，生成的REM系夹杂物(氧化物、氧硫化物)的个数密度变得较高，因此在铸坯的连续铸造时这些REM系夹杂物堆积在弯曲的铸坯的下表面侧。存在这样的情况在轧制铸坯而得到的产品中引起内部缺陷、进而钢板的加工性变差的担心。因此，将REM含量控制在0.0003％～0.0050％。REM含量的下限优选设为0.0005％，进一步优选设为0.0010％。REM含量的上限优选设为0.0040％，进一步优选设为0.0030％。
此外，有必要将Ca及REM的含量与S含量相应地进行控制。具体而言，有必要将化学成分中各元素以质量％示出的含量控制在以下述的式IV表示的范围内。在Ca含量、REM含量、以及S含量不满足下述的式IV的情况下，A系夹杂物的个数密度超过6个/mm2。此外，下述的式IV的右边的值为2以上时，能够进一步优选控制夹杂物的形态。另外，下述的式IV的上限没有特别限定，下述的式IV的右边的值超过5时，存在最大长度超过20μm的粗大的B系或C系夹杂物生成的倾向。因此，下述的式IV的上限值优选为5。
0.3000≤{Ca/40.88+(REM/140)/2}/(S/32.07) (式IV)
本实施方式所涉及的钢板除上述的基本成分之外，还含有杂质。此处，杂质意味着从金属废料等副原料、制造工序中混入的P、S、Ti、O、N、Cd、Zn、Sb、W、Mg、Zr、As、Co、Sn、以及Pb等元素。这些元素的含有不是必须的，因此这些元素的含量的下限值为0％。其中，P、S、Ti、O、以及N为了使得上述效果优选发挥而按如下所述限制。另外，P、S、O、以及Ti和N以外的上述杂质优选分别限制至0.01％以下。即使这些杂质含有0.01％以下，也不会失去上述效果。此处，记载％为质量％。
(P：0.020％以下)
P(磷)具有固溶强化的功能。然而，含有过量的P会阻碍钢板的加工性。因此，将P含量限制至0.020％以下。P含量的下限可以为0％。另外，考虑到现行通常的精炼(包括二次精炼)时，P含量的下限可以为0.005％。
(S：0.0070％以下)
S(硫)为通过形成非金属夹杂物、阻碍钢板的加工性的杂质元素。因此，将S含量限定至0.0070％以下，优选限制至0.0050％以下。S含量的下限可以为0％。另外，考虑到现行通常的精炼(包括二次精炼)时，S含量的下限可以为0.0003％。
(Ti：0.050％以下)
Ti(钛)为通过形成硬的角形状的碳氮化物使得钢板的加工性变差的元素。在本实施方式中，如上所述优先在含REM的夹杂物上析出，由此可以缓和对加工性产生的有害性，Ti含量超过0.050％时加工性的劣化变得明显。因此，将Ti含量限制至0.050％以下。Ti含量的下限可以为0％。另外，考虑到现行通常的精炼(包括二次精炼)时，Ti含量的下限可以为0.0005％。
(O：0.0040％以下)
O(氧)为通过形成氧化物(非金属夹杂物)、该氧化物聚集及粗大化，从而降低钢板的加工性的杂质元素。因此，将O含量限制至0.0040％以下。O含量的下限可以为0％。另外，考虑到现行通常的精炼(包括二次精炼)时，O含量的下限可以为0.0010％。本实施方式所涉及的钢板的O含量意味着将固溶在钢中的O、存在于夹杂物中的O等全部的O含量总计而得到的总O含量(T.O含量)。
此外，优选将O含量和REM含量使用各元素的以质量％示出的含量控制在以下述的式V表示的范围内。在满足下述的式V时，A系夹杂物的个数密度进一步减少，故优选。此外，下述的式V的上限值没有特别限定，从O含量以及REM含量的上限值以及下限值出发，0.000643成为下述的式V的左边的上限值。
18×(REM/140)－O/16≥0 (式V)
通过控制基于式V的O含量和REM含量，生成REM2O3·11Al2O3(REM2O3与Al2O3的摩尔比1：11)与REM2O3·Al2O3(REM2O3与Al2O3的摩尔比1：1)这2种复合氧化物的混合形态时，A系夹杂物进一步优选地减少。在上述的式V中，REM/140表示REM的摩尔数，O/16表示O的摩尔数。为了生成REM2O3·11Al2O3与REM2O3·Al2O3的混合形态，优选按照使REM含量满足上述的式V的方式含有。在因REM含量少而不满足上述的式V的情况下，存在生成Al2O3与REM2O3·11Al2O3的混合形态的情况。该混合形态中所含的Al2O3的部位与CaO反应而生成CaO-Al2O3系夹杂物，存在该CaO-Al2O3系夹杂物通过轧制拉伸的担心。
(N：0.0075％以下)
N(氮)为形成氮化物(非金属夹杂物)、降低钢板的加工性的杂质元素。因此，将N含量限制至0.0075％以下。N含量的下限可以为0％。另外，考虑到现行通常的精炼(包括二次精炼)时，N含量的下限可以为0.0010％。
本实施方式所涉及的钢板控制上述的基本成分，剩余部分包括铁以及上述的杂质。然而，本实施方式所涉及的钢板可以在该基本成分的基础上，代替剩余部分的Fe的一部分，进一步根据需要在钢中含有以下的选择成分。
即，本实施方式所涉及的热轧钢板除了上述的基本成分以及杂质之外，可以进一步作为选择成分含有Cu、Nb、V、Mo、Ni、B中的一种以上。以下，对选择成分的数值限定范围及其限定理由进行说明。此处，记载的％为质量％。
(Cu：0.05％以下)
Cu(铜)为具有使得钢板的强度(硬度)提高的效果的选择元素。因此，根据需要，可以使Cu在0.05％以下的范围内含有。另外，Cu含量的下限值设为0.01％时，能够优选地获得上述效果。另一方面，Cu含量超过0.05％时，存在因熔融金属脆化(Cu裂纹)而在热轧时产生热加工裂纹的担心。Cu含量的优选范围为0.02％～0.04％。
(Nb：0.05％以下)
Nb(铌)为形成碳氮化物、在防止晶粒的粗大化以及钢板的加工性的改善上有效的选择元素。因此，根据需要，可以在0.05％以下的范围内含有Nb。另外，Nb含量的下限值设为0.01％时，能够优选获得上述效果。另一方面，Nb含量超过0.05％时，存在粗大的Nb碳氮化物析出而招致钢板的加工性的降低的担心。Nb含量的优选范围为0.02％～0.04％。
(V：0.05％以下)
V(钒)与Nb同样地为形成碳氮化物、在防止晶粒的粗大化、改善加工性上有效的选择元素。因此，根据需要，可以使V在0.05％以下的范围内含有。另外，V含量的下限值设为0.01％时，能够优选获得上述效果。另一方面，V含量超过0.05％时，存在粗大的夹杂物生成而招致钢板的加工性的降低的担心。优选的范围为0.02％～0.04％。
(Mo：0.05％以下)
Mo(钼)为具有通过淬火性的提高和回火软化阻力性的提高、使得钢板的强度(硬度)提高的效果的选择元素。因此，根据需要，可以使Mo在0.05％以下的范围内含有。另外，Mo含量的下限值设为0.01％时，能够优选获得上述效果。另一方面，Mo含量超过0.05％时，成本增加，并且含有效果饱和。此外，Mo含量超过0.05％时，钢板的加工性、尤其冷加工性降低，由此，将钢板加工成复杂的形状(例如齿轮形状等)变得困难。由于以上的理由，Mo含量的上限设为0.05％。Mo含量的优选范围为0.01％～0.05％。
(Ni：0.05％以下)
Ni(镍)为在由淬火性的提高带来的钢板的强度(硬度)的提高、加工性的提高上有效的选择元素。另外，还具有防止含有Cu时的溶融金属脆化(Cu裂纹)的效果。因此，根据需要，可以使Ni在0.05％以下的范围内含有。另外，Ni含量的下限值设为0.01％以上时，能够优选获得上述效果。另一方面，Ni含量超过0.05％时，成本增加，另一方面含有效果饱和，因此Ni含量的上限设为0.05％。Ni含量的优选范围为0.02％～0.05％。
(Cr：0.50％以下)
Cr(铬)为在提高淬火性使得钢板的强度(硬度)提高上有效的元素。因此，根据需要，可以使Cr在0.50％以下的范围内含有。另外，Cr含量的下限值设为0.01％时，能够优选获得上述效果。Cr含量超过0.50％时，成本增加，另一方面含有效果饱和。因此，将Cr含量控制在0.50％以下。
(B：0.0050％以下)
B(硼)为具有提高淬火性使得钢板的强度(硬度)提高的效果的选择元素。因此，根据需要，可以使B在0.0050％以下的范围内含有。另外，B含量的下限值设为0.0010％时，能够优选获得上述效果。另一方面，B含量超过0.0050％时，B系化合物生成而钢板的加工性降低，因此上限设为0.0050％。B含量的优选范围为0.0020％～0.0040％。
接着，对本实施方式所涉及的钢板的制造方法进行说明。
本实施方式所涉及的钢板与通常的钢板同样地，例如将高炉铁水作为原料，进行转炉精炼、二次精炼来制造钢水，将该钢水通过连续铸造制成铸坯，然后对该铸坯进行热轧、根据需要的冷轧、和/或退火等来形成钢板。此时，在转炉中的脱炭处理之后，通过浇包处的二次精炼，在钢的成分调整的同时进行基于Ca及REM的添加的夹杂物控制。此外，除了高炉铁水之外，还可以使用将以铁废料作为原料用电炉熔解而得到的钢水作为原料。
Ca及REM在调节其他含有元素的成分、进一步使通过Al脱氧生成的Al2O3从钢水浮上后添加。Al2O3在钢水中大量残留时，Ca、REM通过Al2O3的还原而消耗。因此，用于固定S的Ca及REM的含量减少，变得无法充分防止MnS的生成。
Ca由于蒸气压高，因此为了提高成品率，可以以Ca-Si合金、Fe-Ca-Si合金以及Ca-Ni合金等的形式添加。为了添加这些合金，可以使用由这些合金构成的合金线。REM只要以Fe-Si-REM合金、以及混合稀土金属等形式添加即可。混合稀土金属是指稀土类元素的混合物，具体而言，含有40％～50％左右的Ce、20％～40％左右的La的情况较多。例如，能够入手由Ce45％、La35％、Nd9％、Pr6％、其他杂质构成的混合稀土金属等。
Ca及REM的添加顺序没有特别限制。然而，在REM添加后添加Ca时，可见夹杂物的尺寸稍微变小的倾向。因此，优选在REM添加后添加Ca。
在Al脱氧后生成Al2O3，该Al2O3中一部分簇状物化。然而，与Ca的添加相比先进行REM的添加时，簇状物的一部分被还原、分解，能够减小簇状物的尺寸。另一方面，与REM的添加相比先进行Ca的添加时，Al2O3变化成低熔点的CaO-Al2O3系夹杂物，存在上述Al2O3簇状物成为1个粗大的CaO-Al2O3系夹杂物的担心。因此，优选在REM的添加后进行Ca的添加。
实施例
通过实施例更具体详细地说明本发明的一实施方式的效果，实施例中的条件为用于确认本发明的可实施性以及效果而采用的一条件例，本发明不限定于该一条件例。本发明只要不脱离本发明的宗旨地达成本发明的目的，可以采用各种条件。
将高炉铁水作为原料，在铁水预备处理、转炉中的脱碳处理后，通过浇包精炼进行成分调整，熔制了表2A所示的成分的钢水300吨。浇包精炼中，首先添加Al进行脱氧，接着调节Ti等其他元素的成分，然后为了使得通过Al脱氧生成的Al2O3浮上而保持5分钟以上，然后添加REM，为了均匀混合而保持3分钟，然后添加Ca。REM使用混合稀土金属。该混合稀土金属所含的REM元素为50％Ce、25％La、10％Nd，剩余部分为杂质。因此，所得的钢板中含有的各REM元素的比率与上述的各REM元素的比率大致相同。Ca由于蒸气压高，因此为了提高成品率而添加Ca-Si合金。
通过连续铸造将精炼后的上述钢水形成厚度为250mm的铸坯。然后，将该铸坯加热至1250℃并保持1小时，接着按终轧温度成为850℃的方式进行热轧，使板厚成为5mm，然后以卷取温度成为580℃的状态卷取。将该热轧钢板酸洗后，在700℃下进行72小时的热轧板退火。对该热轧钢板在900℃下进行30分钟的淬火，进一步在100℃下进行30分钟的回火。
对于得到的淬火以及回火后的热轧钢板，研究夹杂物的组成和变形行为(轧制后的长径/短径的比；纵横比)。使用光学显微镜，将与轧制方向和板厚方向平行的截面设为观察面，通过光学显微镜以倍率400倍(其中，详细测定夹杂物形状时倍率为1000倍)观察60个视野。在各观察视野中，观察粒径(形状为球状的夹杂物的情况)或长径(不变形的夹杂物的情况)为1μm以上的夹杂物，将这些夹杂物分类成A系夹杂物、B系夹杂物、C系夹杂物，另外，测量它们的个数密度。另外，还同时测量在钢中单独析出的角形状的、长边超过5μm的含Ti的碳氮化物的个数密度。含Ti的碳氮化物的形状以及颜色与其他C系夹杂物不同，因此可以通过观察判断。或者，只要使用具备EPMA(电子射线微分析，Electron Probe MicroAnalysis)、EDX(能量散射型X射线分析，Energy Dispersive X-Ray Analysis)的SEM(扫描型电子显微镜，Scanning Electron Microscope)来观察热轧钢板的金属组织即可。该情况下，可以鉴定夹杂物中的含Ti的碳氮化物、含REM的复合夹杂物、MnS、以及CaO-Al2O3系夹杂物等。
夹杂物的评价基准如下所述。
分别关于A系夹杂物的个数密度、以及B系夹杂物及C系夹杂物的总个数密度，将个数密度超过6个/mm2时作为B(差，Bad)，将超过4个/mm2且6个/mm2以下的情况作为G(好，Good)，将超过2个/mm2且4个/mm2以下的情况作为VG(非常好，Very Good)，将2个/mm2以下的情况作为GG(极好，Greatly Good)。
关于B系以及C系、最大长度20μm以上的粗大夹杂物，将超过6个/mm2时作为B(差，Bad)，将超过3个/mm2且6个/mm2以下的情况作为G(好，Good)，将3个/mm2以下的情况作为VG(非常好，Very Good)。
关于在钢中单独地存在的长边为5μm以上的含Ti的碳氮化物，将个数密度超过5个/mm2时作为B(差，Bad)，将超过3个/mm2且5个/mm2以下的情况作为G(好，Good)，将3个/mm2以下的情况作为VG(非常好，Very Good)。
评价所得的淬火以及回火后的热轧钢板的抗拉强度(MPa)、室温(约25℃)下的夏氏冲击值(J/cm2)、和扩孔性(％)。将具有1200MPa以上的抗拉强度的钢板视为关于抗拉强度满足合格基准的钢板。室温下的夏氏冲击值示出韧性，为评价钢板的加工性的指标之一。另外，通过加工钢板而得到的产品的韧性也可以通过夏氏冲击值评价。将具有6J/cm2以上的室温下的夏氏冲击值的钢板视为关于韧性满足合格基准的钢板。扩孔性为评价加工性的另外的指标。首先在150mm×150mm的钢板的中央开直径10mm的冲裁孔，接着将冲裁孔用60°的圆锥冲头扩张。测定由于该扩张处理而在钢板中产生板厚贯穿龟裂的时刻下的孔径D(mm)。并且，通过“λ＝(D－10)/10×100”这样的式子算出扩孔值λ(％)，将λ(％)为80％以上的钢板视为关于扩孔性满足合格基准的钢板。
另外，对于得到的热轧钢板的化学成分，使用ICP-AES(Inductively CoupledPlasma-Atomic Emission Spectrometry：电感耦合等离子体发射光谱分析)、或ICP-MS(Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry：电感耦合等离子体质谱分析)进行定量分析。此外，REM元素当中微量的元素存在低于分析限的情况，该情况下，作为与上述混合稀土金属中的含量(50％Ce，25％La，10％Nd)成比例的元素含量，使用相对于含量最多的Ce的分析值的比率来算出。
结果示于表2B。在表中，对从本发明范围偏离的数值标记下划线。全部实施例具有满足本发明的规定范围的构成，因此以抗拉强度、以及夏氏冲击值和扩孔性λ表示的加工性优异。另一方面，比较例不满足本发明的规定条件，因此抗拉强度或加工性不充分。
比较例1的Ca含量小于下限，因此生成几乎不含Ca的夹杂物。由此，在比较例1中B系夹杂物、C系夹杂物以及粗大夹杂物大量生成，B系+C系夹杂物的个数密度的评价以及20μm以上的粗大夹杂物的个数密度的评价为“B”。进一步，在比较例1的铸造中发生喷嘴堵塞。
比较例2的Ca含量超过上限，因此产生粗大的CaO-Al2O3系低熔点氧化物。由此，比较例2的A系夹杂物的个数密度、B系+C系夹杂物的个数密度、以及粗大夹杂物的个数密度的评价为“B”。
比较例3的REM含量小于下限并且不满足式3，因此在基体中，粗大的含Ti的碳氮化物单独地大量生成。由此，比较例3的含Ti的碳氮化物的个数密度的评价为“B”。
比较例4的REM含量超过上限，因此B系+C系夹杂物的个数密度的评价以及粗大夹杂物的个数密度的评价为“B”。此外，在比较例4的铸造中发生喷嘴堵塞。
比较例5的式1的右边的值小于0.3，因此A系夹杂物的个数密度的评价为“B”。此外，比较例5的C含量过量，因此加工性低。由此，比较例5的冲击值不足。
比较例6不满足式2，因此B系+C系夹杂物的个数密度的评价为“B”。
比较例7的C含量不足，因此抗拉强度不足。
比较例8的夹杂物的个数密度为恰当的水准，但C含量过量，因此加工性降低。因此，比较例8的扩孔性不合格。
比较例9的S含量过量，因此粗大的MnS夹杂物生成，A系夹杂物的个数密度的评价成为“B”。进一步，比较例9的冲击值和扩孔性不充分。
比较例10的Ti含量过量，因此含Ti的碳氮化物的个数密度的评价成为“B”。由此，比较例10的冲击值和扩孔性不充分。
比较例11的Ca含量过量，因此CaO含有率高的粗大氧化物生成及拉伸。由此，比较例11的A系夹杂物、以及B+C系粗大夹杂物的个数密度的评价成为“B”。此外比较例11中，CaO含有率高，因此含Ti的碳氮化物附着在氧化物的表面的效果降低。由此，比较例11的含Ti的碳氮化物的个数密度的评价为“B”。由于以上的理由，比较例11的冲击值和扩孔性不足。
比较例12的REM含量不足，因此含Ti的碳氮化物附着在氧化物的表面的效果降低。由此，比较例12的含Ti的碳氮化物的个数密度的评价为“B”。因此，比较例12的冲击值和扩孔性不足。
比较例13的REM含量过量，因此粗大夹杂物的个数密度的评价为“B”。因此，比较例13的冲击值和扩孔性不足。
比较例14的Mo含量过量，因此尽管夹杂物的个数密度评价良好，但是加工性变差。由此，比较例14的冲击值和扩孔性不足。
比较例15不满足式1，因此A系夹杂物的个数密度的评价为“B”。由此，比较例15的冲击值和扩孔性不足。
比较例16不满足式2，因此B+C系夹杂物的个数密度的评价成为“B”。因此，比较例16的冲击值和扩孔性不足。
表2B
在表中，标记下划线的数值为本申请的规定范围外。
产业上的可利用性
本发明所涉及的钢板的C含量、Ca含量、以及REM含量满足“0.3000≤{Ca/40.88+(REM/140)/2}/(S/32.07)”的式子、和“Ca≤0.0058－0.0050×C”的式子。由此，本发明所涉及的钢板的具有1μm以上的长边的A系夹杂物的个数密度被限制至6个/mm2以下，并且本发明所涉及的钢板的具有1μm以上的长边的B系夹杂物以及C系夹杂物的总个数密度被限制至6个/mm2以下。此外本发明所涉及的钢板的具有5μm以上的长边并且单独存在的Ti碳氮化物的个数密度被限制至5个/mm2以下。根据本发明的上述实施方式，在降低钢中的A系夹杂物、B系夹杂物、以及C系夹杂物的同时，防止单独存在的粗大的含Ti的碳氮化物的生成，由此提供加工性优异的钢板成为可能，因此产业上的可利用性高。本发明的碳钢板能够在各种形状的机械部件例如车辆的齿轮类、离合器、雨刷器等的制造中使用。

Claims (5)

1.一种钢板，其特征在于，其化学成分按质量％计含有
C：超过0.25％且小于0.50％、
Si：0.10％～0.60％、
Mn：0.40％～0.90％、
Al：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％、
Mo：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、
O：0.0040％以下、
N：0.0075％以下，
剩余部分由铁和杂质构成，
所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5μm以上的含Ti的碳氮化物的个数密度被限制至5个/mm2以下，
0.3000≤{Ca/40.88+(REM/140)/2}/(S/32.07) (式1)
Ca≤0.0058－0.0050×C (式2)
所述钢板进一步包含含有Al、Ca、O、S以及REM的复合夹杂物、和在所述复合夹杂物的表面附着有所述含Ti的碳氮化物而成的夹杂物。
2.根据权利要求1所述的钢板，其特征在于，所述化学成分进一步按质量％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。
3.根据权利要求1或2所述的钢板，其特征在于，所述化学成分中的所述各元素以质量％示出的含量满足下述的式3，
18×(REM/140)－O/16≥0 (式3)。
4.根据权利要求1或2所述的钢板，其特征在于，所述化学成分按质量％计含有C：超过0.25％且小于0.48％。
5.根据权利要求1或2所述的钢板，其特征在于，作为纵横比为3.0以上的夹杂物的A系夹杂物的个数密度为6个/mm2以下，
B系夹杂物和C系夹杂物的总计的个数密度为6个/mm2以下，
所述B系夹杂物为形成夹杂物群并且纵横比小于3.0的夹杂物，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、且夹杂物彼此的间隔距离为50μm以下的夹杂物群，
所述C系夹杂物为纵横比小于3.0、且无规地分布的夹杂物，
作为所述B系夹杂物和所述C系夹杂物、且最大长度为20μm以上的粗大夹杂物的个数密度为6个/mm2以下。
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