JP7425372B2 - 鋼板 - Google Patents

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Description

本発明は、鋼板に関する。
鋼板は、一般に、切断、曲げなどの加工工程、溶接などの接合工程、さらには塗装などの仕上げ工程を経て各種構造体に組み立てられ、それぞれの用途に供される。加工工程では、加工操作に応じて鋼板に対し様々な応力が作用し又は鋼板の材質が変化することがあり、これらに起因して割れや脆化を生じる場合がある。したがって、鋼板は、適用される具体的な加工操作に対して良好な特性を有することが一般に求められる。
特許文献１では、板厚中心部と、該板厚中心部の片側または両側に配置された表層軟化部とを含む引張強度が８００ＭＰａ以上の高強度鋼板であって、各表層軟化部が１０μｍ超から板厚の３０％以下の厚さを有し、前記表層軟化部の平均ビッカース硬さが板厚１／２位置の平均ビッカース硬さの０．６０倍以下であり、前記表層軟化部のナノ硬さの標準偏差が０．８以下であることを特徴とする高強度鋼板が記載されている。また、特許文献１では、鋼板の片側又は両側に表層軟化部を設け、当該表層軟化部でのミクロな硬さばらつきを抑制することで曲げ加工性が向上することが教示されている。
国際公開第２０１８／１５１３３１号
鋼板の加工には、特許文献１に記載されるような曲げ加工以外にも切断加工などがあり、当該切断加工の具体例としては典型的にせん断加工が知られている。鋼板のせん断加工では、一般に被加工材である鋼板がパンチとダイの間に配置され、これらによって鋼板にせん断力を作用させて切断が行われる。このような加工方法では、鋼板のせん断端面に引張残留応力が生じることがあり、当該引張残留応力が大きくなると、外部環境から鋼中に侵入した水素に起因して水素脆化割れを生じるリスクが高まるという問題がある。
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、新規な構成により、せん断加工の際にせん断端面に生じる引張残留応力を低減可能な鋼板を提供することにある。
本発明者らは、上記目的を達成するために、せん断加工の際にせん断端面に生じる引張残留応力を低減可能な鋼板の構成について検討を行った。その結果、本発明者らは、鋼板の両側に当該鋼板の板厚中心部とは異なる硬さを有する表層部を設け、さらに鋼板の両側で硬さの差を設けることにより、せん断端面に生じる引張残留応力を低減させることができることを見出し、本発明を完成させた。
上記目的を達成し得た鋼板は、以下のとおりである。
［１］板厚中心部と、該板厚中心部の両側にそれぞれ配置された第１表層部及び第２表層部とを含み、
前記第１表層部及び第２表層部がそれぞれ独立して１０μｍ超から板厚の３０％以下の厚さを有し、
前記第１表層部及び第２表層部が板厚１／２位置の平均ビッカース硬さとは異なる平均ビッカース硬さを有し、
前記第１表層部側の表面から板厚の３０％までの領域における第１の硬さ積算値が、前記第２表層部側の表面から板厚の３０％までの領域における第２の硬さ積算値の１．０５倍以上である、鋼板。
［２］前記第１表層部側の表面から板厚のＸ％までの領域における硬さ積算値Ｈhighと前記第２表層部側の表面から板厚のＸ％までの領域における硬さ積算値Ｈlowとの比Ｐ（Ｈhigh／Ｈlow）が下記式１を満たす、上記［１］に記載の鋼板。
Ｐ≧０．０００３５（Ｘ－３０）2＋１．０５ ・・・式１
ここで、０＜Ｘ≦３０である。
［３］前記第１の硬さ積算値が前記第２の硬さ積算値の１．２０倍以上である、上記［１］又は［２］に記載の鋼板。
［４］前記第１表層部及び第２表層部が板厚１／２位置の平均ビッカース硬さよりも低い平均ビッカース硬さを有する、上記［１］～［３］のいずれか１項に記載の鋼板。
［５］前記第１表層部及び第２表層部が板厚１／２位置の平均ビッカース硬さよりも高い平均ビッカース硬さを有する、上記［１］～［３］のいずれか１項に記載の鋼板。
［６］引張強さが９８０ＭＰａ以上である、上記［１］～［５］のいずれか１項に記載の鋼板。
［７］引張強さが１４７０ＭＰａ以上である、上記［６］に記載の鋼板。
［８］前記板厚中心部が、質量％で、
Ｃ：０．０５０～０．８００％、
Ｓｉ：０．０１～３．００％、
Ｍｎ：０．０１～１０．００％、
Ａｌ：０．００１～０．５００％、
Ｐ：０．１００％以下、
Ｓ：０．０５０％以下、
Ｎ：０．０１００％以下、
Ｃｒ：０～３．０００％、
Ｍｏ：０～１．０００％、
Ｂ：０～０．０１００％、
Ｔｉ：０～０．５００％、
Ｎｂ：０～０．５００％、
Ｖ：０～０．５００％、
Ｃｕ：０～０．５００％、
Ｎｉ：０～０．５００％、
Ｏ：０～０．０２００％、
Ｗ：０～０．１００％、
Ｔａ：０～０．１００％、
Ｃｏ：０～０．５００％、
Ｓｎ：０～０．０５０％、
Ｓｂ：０～０．０５０％、
Ａｓ：０～０．０５０％、
Ｍｇ：０～０．０５００％、
Ｃａ：０～０．０５０％、
Ｙ：０～０．０５０％、
Ｚｒ：０～０．０５０％、
Ｌａ：０～０．０５０％、
Ｃｅ：０～０．０５０％、並びに
残部：Ｆｅ及び不純物
からなる化学組成を有する、上記［１］～［７］のいずれか１項に記載の鋼板。
［９］前記化学組成が、質量％で、
Ｃｒ：０．００１～３．０００％、
Ｍｏ：０．００１～１．０００％、
Ｂ：０．０００１～０．０１００％、
Ｔｉ：０．００１～０．５００％、
Ｎｂ：０．００１～０．５００％、
Ｖ：０．００１～０．５００％、
Ｃｕ：０．００１～０．５００％、
Ｎｉ：０．００１～０．５００％、
Ｏ：０．０００１～０．０２００％、
Ｗ：０．００１～０．１００％、
Ｔａ：０．００１～０．１００％、
Ｃｏ：０．００１～０．５００％、
Ｓｎ：０．００１～０．０５０％、
Ｓｂ：０．００１～０．０５０％、
Ａｓ：０．００１～０．０５０％、
Ｍｇ：０．０００１～０．０５００％、
Ｃａ：０．００１～０．０５０％、
Ｙ：０．００１～０．０５０％、
Ｚｒ：０．００１～０．０５０％、
Ｌａ：０．００１～０．０５０％、及び
Ｃｅ：０．００１～０．０５０％
からなる群より選択される少なくとも一種を含有する、上記［８］に記載の鋼板。
本発明によれば、せん断加工の際にせん断端面に生じる引張残留応力を低減可能な鋼板を提供することができる。
鋼板をせん断加工した場合におけるせん断端面の形成メカニズムの一例を説明するための概略図である。 本発明者らによって得られた新たな知見を説明するための概略図であり、（Ａ）が第１刃からき裂を進展させた場合、（Ｂ）が第１刃及び第２刃の双方からき裂を進展させた場合、（Ｃ）が第２刃からき裂を進展させた場合を示している。 図２（Ａ）に対応する加工材のせん断端面部分の一例を示す概略拡大図である。
＜鋼板＞
本発明の実施形態に係る鋼板は、板厚中心部と、該板厚中心部の両側にそれぞれ配置された第１表層部及び第２表層部とを含み、
前記第１表層部及び第２表層部がそれぞれ独立して１０μｍ超から板厚の３０％以下の厚さを有し、
前記第１表層部及び第２表層部が板厚１／２位置の平均ビッカース硬さとは異なる平均ビッカース硬さを有し、
前記第１表層部側の表面から板厚の３０％までの領域における第１の硬さ積算値が、前記第２表層部側の表面から板厚の３０％までの領域における第２の硬さ積算値の１．０５倍以上であることを特徴としている。
図１は、鋼板をせん断加工した場合におけるせん断端面の形成メカニズムの一例を説明するための概略図である。鋼板のせん断加工では、一般的には、図１（Ａ）に示されるように、被加工材である鋼板５の第１面１０ａに第１刃２１（例えばパンチ）の刃先が押し付けられることで、第１刃２１の刃先が鋼板５に食い込むまでの過程で第１面１０ａ側にダレ１ａが形成され、次いで第１刃２１の刃先が鋼板５に食い込む過程でせん断面１ｅ（図３参照）が形成される。ダレ１ａ及びせん断面１ｅが形成された後、図１（Ｂ）に示されるように、第１刃２１側から第２刃２２（例えばダイ）側に向かって、第１き裂１ｄｘが発生する。一方で、第２刃２２側においても同様に、鋼板５の第２面１０ｂに第２刃２２の刃先が食い込むことによって、第２刃２２側から第１刃２１側に向かって、第２き裂１ｄｙが発生する。最後に、図１（Ｃ）に示されるように、第１き裂１ｄｘ及び第２き裂１ｄｙの各々が進展して互いに合わさることで、破断面１ｂが形成される。また、第１刃２１と第２刃２２とをさらに移動させることで、鋼板５が、スクラップ１５と、目的物である加工材１０とに分離される。この時、図１（Ｃ）に示されるように、加工材１０のせん断端面１のうち、第２刃２２側の角部に、バリ１ｃが一般に形成される。
上記のようにして形成されたせん断端面１においては、せん断による損傷や歪等によって圧縮残留応力や引張残留応力が生じ得る。せん断端面１において大きな引張残留応力が存在すると、せん断端面１の耐水素脆化性が低下して水素脆化割れを生じる場合がある。水素脆化割れとは、外部環境から鋼中に侵入した水素に起因して鋼部材が突然破壊する現象をいうものであり、遅れ破壊などともいう。水素脆化割れは、一般に応力の集中する箇所で起こりやすく、特に引張残留応力が存在する箇所で起こりやすいことが知られている。また、せん断加工では、一般的に、せん断端面１のうち破断面１ｂにおいて最も高い引張残留応力が生じる傾向がある。したがって、せん断加工に起因する水素脆化割れの問題を未然に回避するためには、せん断端面１に生じる引張残留応力のうち、特に破断面１ｂに生じる引張残留応力を低減することが重要である。
これに関連して、本発明者らは、鋼板５に対するせん断の条件と、当該せん断によって生じたせん断端面１の性状との関係について数々の実験・分析を繰り返した結果、以下の新たな知見を得た。
図２は、本発明者らによって得られた新たな知見を説明するための概略図である。図中の「○」は引張残留応力が小さいことを意味し、「△」は引張残留応力が中程度であることを意味し、「×」は引張残留応力が大きいことを意味している。図２（Ａ）～（Ｃ）に示されるように、第１刃２１によって鋼板５の一部１１を打ち抜くとともに、第２刃２２によって鋼板５の他部１２を打ち抜く場合について説明する。この場合において、図２（Ａ）に示されるように、第１刃２１側から優先的にき裂が進展した場合、一部１１のせん断端面における引張残留応力が大きくなる一方で、他部１２のせん断端面における引張残留応力が小さくなる。すなわち、一部１１をスクラップ１５とする一方、他部１２を製品（加工材１０）として好適に採用することができる。また、図２（Ｂ）に示されるように、第１刃２１側及び第２刃２２側の双方から同等にき裂が進展した場合、一部１１及び他部１２の双方のせん断端面に同等の引張残留応力が生じ得る。すなわち、一部１１と他部１２との特性のバラつきが抑えられる。したがって、一部１１及び他部１２の双方を製品として採用する場合に好適といえる。さらに、図２（Ｃ）に示されるように、第２刃２２側から優先的にき裂が進展した場合、他部１２のせん断端面における引張残留応力が大きくなる一方で、一部１１のせん断端面における引張残留応力が小さくなる。すなわち、他部１２をスクラップ１５とする一方、一部１１を製品（加工材１０）として好適に採用することができる。
図３は、図２（Ａ）に対応する加工材１０（他部１２）のせん断端面１部分の一例を示す概略拡大図である。図３を参照すると、せん断端面１には、ダレ１ａ、破断面１ｂ、バリ１ｃ及びせん断面１ｅが形成されており、破断面１ｂは、第１部分１ｂｘと第２部分１ｂｙとを含む。第１部分１ｂｘは、ダレ１ａ側からバリ１ｃ側へと進展した第１き裂１ｄｘによって形成され、第２部分１ｂｙは、バリ１ｃ側からダレ１ａ側へと進展した第２き裂１ｄｙによって形成される。図３のせん断端面１では、第１刃２１側からの優先的なき裂進展に関連して、破断面１ｂに占める第１部分１ｂｘの面積率が破断面１ｂに占める第２部分１ｂｙの面積率よりも大きくなっている。
以上のことから、以下の（１）～（３）のことがいえる。
（１）せん断端面１のうち破断面１ｂに生じる引張残留応力は、破断面１ｂを形成するき裂１ｄｘ、１ｄｙの進展方向や長さに依存して変化する。
（２）破断面１ｂにおいて、ダレ１ａ側から進展したき裂１ｄｘが長くなるほど、加工材１０の破断面１ｂの引張残留応力が小さくなり、スクラップ１５の破断面の引張残留応力が大きくなる。
（３）すなわち、加工材１０の破断面１ｂにおいて、ダレ１ａ側から進展した第１き裂１ｄｘに由来する部分の面積率が、バリ１ｃ側から進展した第２き裂１ｄｙに由来する部分の面積率よりも大きい場合、ダレ１ａ側から進展した第１き裂１ｄｘに由来する部分の面積率が、バリ１ｃ側から進展した第２き裂１ｄｙに由来する部分の面積率よりも小さい場合よりも、破断面１ｂの引張残留応力を相対的に低減することができる。
上記（１）～（３）の知見に基づいて、本発明者らは、第１刃２１（一般的にはパンチ）側に相当する鋼板５の第１面１０ａから優先的にき裂を進展させて、得られる加工材１０のせん断端面１、特には破断面１ｂに生じる引張残留応力を低減することができる鋼板５の構成についてさらに検討を行った。その結果、本発明者らは、鋼板５の両側に当該鋼板５の板厚中心部とは異なる硬さを有する第１表層部（例えば第１面１０ａ側）及び第２表層部（例えば第２面１０ｂ側）を設け、さらに鋼板５の両側で硬さの差を設けること、より具体的には第１表層部側の表面から板厚の３０％までの領域における第１の硬さ積算値が、第２表層部側の表面から板厚の３０％までの領域における第２の硬さ積算値の１．０５倍以上となるようにすることで、鋼板５をせん断加工する際に硬さが比較的大きい第１表層部側から優先的にき裂を進展させることができ、それによって加工材１０（鋼板５）のせん断端面１、特には破断面１ｂに生じる引張残留応力を顕著に低減させることができることを見出した。したがって、本発明の鋼板によれば、せん断加工によって得られた加工材におけるせん断端面の耐水素脆化性を顕著に向上させることが可能となる。
以下、本発明の実施形態に係る鋼板についてより詳しく説明するが、これらの説明は、本発明の好ましい実施形態の単なる例示を意図するものであって、本発明をこのような特定の実施形態に限定することを意図するものではない。
（第１表層部及び第２表層部）
本発明の実施形態によれば、第１表層部及び第２表層部はそれぞれ独立して１０μｍ超から板厚の３０％以下の厚さを有し、板厚１／２位置の平均ビッカース硬さとは異なる平均ビッカース硬さを有する。１０μｍ超から板厚の３０％以下の厚さを有することで鋼板の両側に表層部を設けた効果を十分に発揮することができる。後で詳しく説明する第１の硬さ積算値が第２の硬さ積算値の１．０５倍以上という要件を満足する限り、第１表層部と第２表層部の厚さは、それぞれ１０μｍ超から板厚の３０％以下の範囲内の任意の値であってよく、両者の値は同じであってもよいし又は異なっていてもよい。例えば、第１表層部及び第２表層部の厚さは、それぞれ独立して１５μｍ以上、３０μｍ以上、５０μｍ以上、１００μｍ以上、１５０μｍ以上若しくは２００μｍ以上であってもよく、及び／又は板厚の２５％以下、２０％以下、１５％以下若しくは１０％以下であってもよい。上限を板厚に対する割合ではなく、具体的な厚さで例示すると、例えば、第１表層部及び第２表層部の厚さは、それぞれ独立して１８００μｍ以下、１２００μｍ以下、８００μｍ以下、６００μｍ以下、５００μｍ以下、４７０μｍ以下、４５０μｍ以下、４３０μｍ以下、４００μｍ以下、３５０μｍ以下、又は３００μｍ以下であってもよい。第１表層部の厚さと第２表層部の厚さが異なる場合、第１表層部の厚さと第２表層部の厚さの差の絶対値は、５μｍ以上、１０μｍ以上、２０μｍ以上、３０μｍ以上、４０μｍ以上若しくは５０μｍ以上であってもよく、及び／又は４００μｍ以下、３００μｍ以下、２００μｍ以下、１５０μｍ以下若しくは１００μｍ以下であってもよい。例えば、第１表層部と第２表層部が同じ化学組成及び同じ平均ビッカース硬さを有する場合であっても、それらの厚さに適切な差異を設けることで比較的容易に鋼板の第１表層部側の硬さ積算値が第２表層部側の硬さ積算値の１．０５倍以上となるよう制御することが可能である。したがって、鋼板の製造プロセスを簡略化するという観点からは、第１表層部と第２表層部の厚さは異なっていることが好ましい。例えば、第１表層部及び第２表層部の平均ビッカース硬さが板厚１／２位置の平均ビッカース硬さよりも低い実施形態では、第１表層部及び第２表層部が厚くなるほど鋼板の強度は低下する傾向となるものの、水素脆化割れは一般に起きにくくなる。したがって、第１表層部及び第２表層部の厚さは、板厚中心部との関係や、鋼板の強度と耐水素脆化性のバランスなどを考慮して、１０μｍ超から板厚の３０％以下の範囲内で適切な値を選択することが好ましい。
同様に、第１の硬さ積算値が第２の硬さ積算値の１．０５倍以上という要件を満足する限り、第１表層部と第２表層部の平均ビッカース硬さは、それぞれ板厚１／２位置の平均ビッカース硬さとは異なる任意の平均ビッカース硬さであってよく、すなわち板厚１／２位置の平均ビッカース硬さよりも低くてもよいし又は高くてもよい。鋼板の曲げ加工性を向上させるという観点では、第１表層部及び第２表層部の平均ビッカース硬さは、板厚１／２位置の平均ビッカース硬さよりも低いことが好ましい。一方で、鋼板の耐摩耗性や疲労特性を向上させるという観点では、第１表層部及び第２表層部の平均ビッカース硬さは、板厚１／２位置の平均ビッカース硬さよりも高いことが好ましい。さらに、第１表層部の平均ビッカース硬さが板厚１／２位置の平均ビッカース硬さよりも高く、第２表層部の平均ビッカース硬さが板厚１／２位置の平均ビッカース硬さよりも低くてもよい。例えば、第１表層部及び第２表層部の平均ビッカース硬さは、それぞれ独立して板厚１／２位置の平均ビッカース硬さの０．９０倍以下、０．８０倍以下若しくは０．６０倍以下であってもよく、及び／又は板厚１／２位置の平均ビッカース硬さの１．１０倍以上、１．２０倍以上、１．４０倍以上であってもよい。また、第１の硬さ積算値が第２の硬さ積算値の１．０５倍以上でありかつ板厚１／２位置の平均ビッカース硬さとは異なるという要件を満足する限り、第１表層部と第２表層部の平均ビッカース硬さは同じであってもよいし又は異なっていてもよい。
本発明において、第１表層部と第２表層部の厚さは光学顕微鏡によって決定される。測定対象とするサンプルを直径３０ｍｍの円筒状のエポキシ樹脂中に埋め込み、＃８０～１０００の研磨紙を用いて湿式研磨により粗研磨を行い、次いで３μｍ及び１μｍの平均粒径を有するダイヤモンド砥粒を用いて鏡面状に仕上げ研磨を行う。１μｍの平均粒径を有するダイヤモンド砥粒を用いた研磨は１Ｎ～１０Ｎの荷重を加え、３０～１２０ｍｐｍの速度で回転する研磨台の上で３０～６００秒保持する条件で実施する。板厚中心部と表層部では硬さに差があるため、１μｍの平均粒径を有するダイヤモンド砥粒を用いた研磨では研磨量に差が生じる。これにより、板厚中心部と表層部の境界に僅かな段差が生じるため、光学顕微鏡を用いた観察により板厚中心部と表層部の境界、それぞれの厚さ及び板厚に占める割合を決定することができる。仕上げ研磨により得られた段差が微小な場合には、光学顕微鏡の微分干渉による観察を行うことが好ましい。
上記のようにして画定された第１表層部及び第２表層部内でランダムに１０点のビッカース硬さを押し込み荷重１００ｇ重で測定し、それらの平均値を算出することによって第１表層部及び第２表層部の平均ビッカース硬さが決定される。また、このようにして決定された第１表層部及び第２表層部の平均ビッカース硬さが、同様に板厚１／２位置で板厚に垂直な方向でかつ圧延方向に平行な線上に押し込み荷重１００ｇ重で合計３点以上、例えば５点又は１０点のビッカース硬さを測定することにより得られた板厚１／２位置の平均ビッカース硬さと比較される。
（第１の硬さ積算値が第２の硬さ積算値の１．０５倍以上）
本発明の実施形態によれば、第１表層部側の表面から板厚の３０％までの領域における第１の硬さ積算値は、第２表層部側の表面から板厚の３０％までの領域における第２の硬さ積算値の１．０５倍以上である。このような構成を有する鋼板をせん断加工において使用することで、せん断加工の際に硬さが比較的大きい第１表層部側から優先的にき裂を進展させることができ、その結果としてせん断端面に生じる引張残留応力を低減することが可能となる。例えば、先に述べた国際公開第２０１８／１５１３３１号では、高強度鋼板の曲げ加工性を向上させるために、板厚中心部の片側又は両側に表層軟化部を配置することが教示されている。しかしながら、鋼板の両側に当該鋼板の板厚中心部とは異なる硬さを有する第１表層部と第２表層部を設け、さらに鋼板の両側で硬さの差を設けること、より具体的には第１表層部側の表面から板厚の３０％までの領域における第１の硬さ積算値が、第２表層部側の表面から板厚の３０％までの領域における第２の硬さ積算値の１．０５倍以上となるようにすることで、せん断加工の際に硬さが比較的大きい第１表層部側から優先的にき裂を進展させてせん断端面に生じる引張残留応力を低減するという技術思想はこれまでにないものであり、今回、本発明者らによって初めて見出されたものである。第１の硬さ積算値及び第２の硬さ積算値を測定する範囲は、第１表層部及び第２表層部の厚さ（１０μｍ超から板厚の３０％以下の任意の厚さ）とは独立したものであり、当該第１表層部及び第２表層部の厚さにかかわらず、それぞれ第１表層部側及び第２表層部側の表面から板厚の３０％までの領域において算出されるものである。
具体的には、本発明において、硬さ積算値とは、鋼板表面（めっき層が存在する場合には、めっき層の直下又はめっき層と母材との間の合金層の直下）から板厚の３０％までの領域のビッカース硬さの積算値をいうものであり、以下のようにして決定される。第１の硬さ積算値について具体的に説明すると、まず、鋼板の第１表層部側の表面から板厚方向に１０μｍ超～２０μｍの範囲内の適切な位置、例えば１５μｍ位置を測定開始点として、板厚方向に一定の間隔（例えば板厚の５％毎、必要に応じて３％毎、２．５％毎、１％毎又は０．５％毎）で、その板厚方向位置でのビッカース硬さを押し込み荷重１００ｇ重で測定し、次いでその位置から板厚に垂直な方向でかつ圧延方向に平行な線上に同様に押し込み荷重１００ｇ重で合計３点以上、例えば５点又は１０点のビッカース硬さを測定し、それらの平均値をその板厚方向位置での平均ビッカース硬さとする。板厚方向及び圧延方向に並ぶ各測定点の間隔は、可能な場合には圧痕の４倍以上の距離とすることが好ましい。圧痕の４倍以上の距離とは、ビッカース硬さの測定の際にダイヤモンド圧子によって生じた圧痕の矩形状開口における対角線の長さの４倍以上の距離を意味するものである。各測定点の間隔を圧痕の４倍以上の距離としつつ表面から板厚方向に直線的に打刻することが難しい場合には、各測定点の間隔を圧痕の４倍以上の距離としつつ表面から板厚方向にジグザグに打刻してもよい。上記のようにして第１表層部側の表面から板厚の３０％まで測定して得られた各板厚方向位置における平均ビッカース硬さと測定間隔（表面から板厚の３０％までの各測定点間の板厚方向に平行な距離をいうものであり、例えば測定開始点の場合は表面から測定開始点までの板厚方向に平行な距離に相当）を乗算したものを合計することにより第１の硬さ積算値（Ｈｖ×ｍｍ）が決定される。同様に、第２表層部側の表面から板厚の３０％まで測定して得られた各板厚方向位置における平均ビッカース硬さと測定間隔を乗算したものを合計することにより第２の硬さ積算値（Ｈｖ×ｍｍ）が決定される。
第１表層部側からの優先的なき裂進展をより確実にするという観点からは、第１の硬さ積算値と第２の硬さ積算値との差（第１の硬さ積算値／第２の硬さ積算値の比）は大きいほどよい。したがって、第１の硬さ積算値は、第２の硬さ積算値の好ましくは１．０６倍以上又は１．０８倍以上、より好ましくは１．１０倍以上、１．１２倍以上、１．１４倍以上、１．１６倍以上又は１．１８倍以上、さらにより好ましくは１．２０倍以上、１．２２倍以上、１．２４倍以上、１．２６倍以上又は１．２８倍以上、最も好ましくは１．３０倍以上である。上限値は特に限定されないが、一般的には、第１の硬さ積算値は第２の硬さ積算値の５．００倍以下であってよく、例えば３．００倍以下であってもよい。
第１の硬さ積算値と第２の硬さ積算値とを上記のような関係に制御するための手法としては、特に限定されないが、例えば、第１表層部と第２表層部との間で化学組成、組織及び／又は厚さに差異を設けることが挙げられる。より具体的には、第１表層部と第２表層部との間で化学組成の一部の元素の含有量（例えば、特に鋼板強度に関連するＣ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｂ、Ｃｕ及びＮｉ等の少なくとも一種の元素の含有量）を変更して第１表層部の平均ビッカース硬さが第２表層部の平均ビッカース硬さよりも高くなるようにしてもよい。あるいはまた、第１表層部中の硬質組織（例えばベイナイトやマルテンサイトなど）の割合を第２表層部に比べて多くすることによって第１の硬さ積算値と第２の硬さ積算値を所望の関係に制御することも可能である。それらに代えて又はそれらに加えて、第１表層部の厚さと第２表層部の厚さとの間で差異を設けること、例えば、表層部が板厚中心部よりも軟らかい場合には第１表層部の厚さを第２表層部の厚さよりも薄くし、表層部が板厚中心部より硬い場合には第１表層部の厚さを第２表層部の厚さよりも厚くすることにより、同様に最終的に得られる鋼板の第１表層部側の硬さ積算値が第２表層部側の硬さ積算値の１．０５倍以上となるようにしてもよい。
（第１表層部側の硬さ積算値Ｈhighと第２表層部側の硬さ積算値Ｈlowとの比Ｐ）
本発明の好ましい実施形態によれば、第１表層部側の表面から板厚のＸ％までの領域における硬さ積算値Ｈhighと第２表層部側の表面から板厚のＸ％までの領域における硬さ積算値Ｈlowとの比Ｐ（Ｈhigh／Ｈlow）は下記式１を満たす。
Ｐ≧０．０００３５（Ｘ－３０）2＋１．０５ ・・・式１
ここで、０＜Ｘ≦３０である。Ｘの最小値は、板厚に対する表層部厚さの最小値（１０μｍ超）の割合に相当するが、その割合は板厚の値に応じて変化するため、Ｘの最小値は０超とするものである。
適切な第１表層部と第２表層部を板厚中心部の両側に配置して上記比Ｐ（Ｈhigh／Ｈlow）が式１を満たすように制御することで、第１表層部及び第２表層部の表面に近い部分では比Ｐは約１．３６又はそれよりも大きな値となるため、第１の硬さ積算値と第２の硬さ積算値との差が大きく、第１表層部側からよりき裂を入りやすくすることができる。加えて、比Ｐが式１を満たすように制御することで、鋼板両側の板厚方向における同じ深さ位置で常に第１表層部側の硬さ積算値を第２表層部側の硬さ積算値の１．０５倍以上とすることができ、すなわち鋼板両側の板厚方向における同じ深さ位置で常に比Ｐを１．０５以上とすることができる。したがって、この場合には、第１表層部の表面で入ったき裂を安定して進展させて、第１表層部側からの優先的なき裂進展をより確実にすることが可能となる。
比Ｐが式１を満たすように制御するための手法としては、特に限定されないが、例えば、平均ビッカース硬さの比が約１．３６又はそれよりも大きい同じ厚さの第１表層部と第２表層部を板厚中心部の両側に配置すること、あるいは同様に平均ビッカース硬さの比が約１．３６又はそれよりも大きい第１表層部と第２表層部を板厚中心部の両側に配置し、式１を満足する範囲で第１表層部と第２表層部の厚さを変化させることなどが挙げられる。先に説明した第１の硬さ積算値と第２の硬さ積算値を決定する過程で、第１表層部側及び第２表層部側の表面から板厚の３０％までの各板厚方向位置における平均ビッカース硬さを測定することになる。このため、第１表層部側及び第２表層部側の板厚の３０％までの領域における各板厚方向位置での硬さ積算値の比は比較的容易に算出することができ、算出された各積算値の比をプロットした曲線を式１の曲線と対比することで、比Ｐが上記式１を満たすか否かを判別することが可能である。
（板厚中心部及びその好ましい化学組成）
本発明の実施形態においては、板厚中心部は、板厚１／２位置に対応する位置の平均ビッカース硬さが第１表層部及び第２表層部の平均ビッカース硬さとは異なる任意の材料であってよい。したがって、板厚中心部の化学組成は、特に限定されず、任意の適切な化学組成であってよい。より詳しくは、本発明は、上記のとおり、せん断加工の際にせん断端面に生じる引張残留応力を低減可能な鋼板を提供することを目的とするものであって、鋼板の両側に当該鋼板の板厚中心部とは異なる硬さを有する第１表層部及び第２表層部を設け、さらに鋼板の両側で硬さの差を設けること、より具体的には第１表層部側の表面から板厚の３０％までの領域における第１の硬さ積算値が、第２表層部側の表面から板厚の３０％までの領域における第２の硬さ積算値の１．０５倍以上となるよう制御することによって当該目的を達成するものである。したがって、鋼板の化学組成、特に板厚中心部の化学組成並びに後で詳しく説明する第１表層部及び第２表層部の化学組成は、本発明の目的を達成する上で必須の技術的特徴でないことは明らかである。以下、本発明の実施形態に係る鋼板に適用される板厚中心部の好ましい化学組成について詳しく説明するが、これらの説明は、単なる例示を意図するものであって、本発明をこのような特定の化学組成を有する板厚中心部を用いたものに限定することを意図するものではない。また、板厚中心部において表層部との境界付近では表層部との合金元素の拡散により化学組成が境界から十分に離れた位置と異なる場合がある。そのような場合、以下の板厚中心部の化学組成は、板厚１／２位置付近で測定される化学組成をいうものである。また、以下の説明において、各元素の含有量の単位である「％」は、特に断りがない限り「質量％」を意味するものである。さらに、本明細書において、数値範囲を示す「～」とは、特に断りがない場合、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。
（Ｃ：０．０５０～０．８００％）
Ｃは、鋼板の強度を高めるのに有効な元素である。また、Ｃは、焼入れ性を確保するのに有効な元素でもある。これらの効果を十分に得るために、Ｃ含有量は０．０５０％以上であることが好ましい。Ｃ含有量は０．１００％以上、０．２００％以上又は０．３００％以上であってもよい。一方で、Ｃを過度に含有すると、靭性が低下する場合がある。したがって、Ｃ含有量は０．８００％以下であることが好ましい。Ｃ含有量は０．７００％以下、０．６００％以下又は０．５００％以下であってもよい。
（Ｓｉ：０．０１～３．００％）
Ｓｉは、焼入れ性を確保するのに有効な元素である。また、Ｓｉは、Ａｌとの合金化を抑制する元素でもある。これらの効果を十分に得るために、Ｓｉ含有量は０．０１％以上であることが好ましい。また、延性確保の観点から、Ｓｉ含有量は０．３０％以上又は０．５０％以上であってもよい。加えて、Ｓｉは、板厚中心部における鉄系炭化物の粗大化を抑制し、強度と成形性を高めるのに有効な元素でもある。また、Ｓｉは、固溶強化により鋼板の高強度化に寄与する元素でもある。これらの観点から、Ｓｉ含有量は１．００％以上又は１．２０％以上であってもよい。しかしながら、Ｓｉを過度に含有すると、板厚中心部が脆化し、延性が劣化する場合がある。このため、Ｓｉ含有量は３．００％であることが好ましい。Ｓｉ含有量は２．５０％以下、２．２０％以下又は２．００％以下であってもよい。
（Ｍｎ：０．０１～１０．００％）
Ｍｎは、鋼板の強度を高めるのに有効な元素である。また、Ｍｎは、焼入れ性を確保するのに有効な元素でもある。これらの効果を十分に得るために、Ｍｎ含有量は０．０１％以上であることが好ましい。Ｍｎ含有量は０．１０％以上、１．００％以上又は１．５０％以上であってもよい。一方で、Ｍｎを過度に含有すると、Ｍｎ偏析に起因して鋼板表層の硬度分布が大きくなる場合がある。したがって、Ｍｎ含有量は１０．００％以下であることが好ましい。Ｍｎ含有量は８．００％以下、６．００％以下又は５．００％以下であってもよい。
（Ａｌ：０．００１～０．５００％）
Ａｌは、脱酸剤として作用する元素である。このような効果を十分に得るために、Ａｌ含有量は０．００１％以上であることが好ましい。Ａｌ含有量は０．００５％以上、０．０１０％以上又は０．０５０％以上であってもよい。一方で、Ａｌを過度に含有すると、粗大な酸化物が形成し、加工性などの特性を劣化させる虞がある。したがって、Ａｌ含有量は０．５００％以下であることが好ましい。Ａｌ含有量は０．４００％以下、０．３００％以下又は０．２００％以下であってもよい。
（Ｐ：０．１００％以下）
Ｐは、鋼板の板厚中心部に偏析する傾向があり、過度に含有すると溶接部を脆化させる場合がある。したがって、Ｐ含有量は０．１００％以下であることが好ましい。Ｐ含有量は０．０８０％以下、０．０６０％以下又は０．０５０％以下であってもよい。Ｐ含有量の下限は特に限定されず０％であってもよいが、製造コストの観点からＰ含有量は０％超、０．００１％以上又は０．００５％以上であってもよい。
（Ｓ：０．０５０％以下）
Ｓは、製造工程で混入し、介在物を形成する元素である。Ｓを過度に含有すると、靭性などの特性を劣化させる虞がある。したがって、Ｓ含有量は０．０５０％以下であることが好ましい。Ｓ含有量は０．０３０％以下、０．０１０％以下又は０．００５％以下であってもよい。Ｓ含有量の下限は特に限定されず０％であってもよいが、製造コストの観点からＳ含有量は０％超、０．０００１％以上又は０．０００５％以上であってもよい。
（Ｎ：０．０１００％以下）
Ｎは、過度に含有すると粗大な窒化物を形成し、曲げ性を劣化させる場合がある。したがって、Ｎ含有量は０．０１００％以下であることが好ましい。加えて、Ｎは、溶接時のブローホール発生の原因となる場合があることから少ない方が好ましい。このため、Ｎ含有量は０．００８０％以下、０．００６０％以下又は０．００３０％以下であってもよい。Ｎ含有量の下限は特に限定されず０％であってもよいが、製造コストの観点からＮ含有量は０％超、０．０００５％以上又は０．００１０％以上であってもよい。
本発明の実施形態に係る板厚中心部の基本化学組成は上記のとおりである。さらに、当該板厚中心部は、必要に応じて、残部のＦｅの一部に替えて以下の任意選択元素のうち少なくとも一種を含有してもよい。例えば、板厚中心部は、Ｃｒ：０～３．０００％、Ｍｏ：０～１．０００％、及びＢ：０～０．０１００％からなる群より選択される少なくとも一種を含有してもよい。また、板厚中心部は、Ｔｉ：０～０．５００％、Ｎｂ：０～０．５００％、及びＶ：０～０．５００％からなる群より選択される少なくとも一種を含有してもよい。また、板厚中心部は、Ｃｕ：０～０．５００％、Ｎｉ：０～０．５００％、Ｏ：０～０．０２００％、Ｗ：０～０．１００％、Ｔａ：０～０．１００％、Ｃｏ：０～０．５００％、Ｓｎ：０～０．０５０％、Ｓｂ：０～０．０５０％、Ａｓ：０～０．０５０％、Ｍｇ：０～０．０５００％、Ｃａ：０～０．０５０％、Ｙ：０～０．０５０％、Ｚｒ：０～０．０５０％、Ｌａ：０～０．０５０％、及びＣｅ：０～０．０５０％からなる群より選択される少なくとも一種を含有してもよい。以下、これらの任意選択元素について詳しく説明する。
（Ｃｒ：０～３．０００％）
Ｃｒは、強度の向上に寄与する元素である。また、Ｃｒは、焼入れ性を向上させる元素でもある。Ｃｒ含有量は０％であってもよいが、これらの効果を十分に得るためには、Ｃｒ含有量は０．００１％以上であることが好ましい。Ｃｒ含有量は０．００５％以上、０．０１０％以上又は０．１００％以上であってもよい。一方で、Ｃｒを過度に含有すると、酸洗性、溶接性及び／又は熱間加工性などが劣化することがある。このため、Ｃｒ含有量は３．０００％以下であることが好ましい。Ｃｒ含有量は２．５００％以下、２．０００％以下又は１．５００％以下であってもよい。
（Ｍｏ：０～１．０００％）
Ｍｏは、強度の向上に寄与する元素である。また、Ｍｏは、焼入れ性を向上させる元素でもある。Ｍｏ含有量は０％であってもよいが、これらの効果を十分に得るためには、Ｍｏ含有量は０．００１％以上であることが好ましい。Ｍｏ含有量は０．００５％以上、０．０１０％以上又は０．１００％以上であってもよい。一方で、Ｍｏを過度に含有すると、酸洗性、溶接性及び／又は熱間加工性などが劣化することがある。このため、Ｍｏ含有量は１．０００％以下であることが好ましい。Ｍｏ含有量は０．８００％以下、０．６００％以下又は０．４００％以下であってもよい。
（Ｂ：０～０．０１００％）
Ｂは、強度の向上に寄与する元素である。また、Ｂは、焼入れ性を向上させる元素でもある。Ｂ含有量は０％であってもよいが、これらの効果を十分に得るためには、Ｂ含有量は０．０００１％以上であることが好ましい。Ｂ含有量は０．００１０％以上、０．００２０％以上又は０．００３０％以上であってもよい。一方で、Ｂを過度に含有すると、酸洗性、溶接性及び／又は熱間加工性などが劣化することがある。このため、Ｂ含有量は０．０１００％以下であることが好ましい。Ｂ含有量は０．００８０％以下、０．００６０％以下又は０．００５０％以下であってもよい。
（Ｔｉ：０～０．５００％、Ｎｂ：０～０．５００％、及びＶ：０～０．５００％）
Ｔｉ、Ｎｂ及びＶは、強化元素であり、炭化物の形成により強度を向上させる。また、Ｔｉ、Ｎｂ及びＶは、ピン止め効果による細粒化に寄与する元素であり、固溶状態で存在することによりＦｅの拡散速度を低下させる元素でもある。Ｔｉ、Ｎｂ及びＶ含有量は０％であってもよいが、これらの効果を十分に得るためには、Ｔｉ、Ｎｂ及びＶ含有量は０．００１％以上であることが好ましい。Ｔｉ、Ｎｂ及びＶ含有量は０．００５％以上、０．０１０％以上又は０．１００％以上であってもよい。一方で、Ｔｉ、Ｎｂ及びＶを過度に含有すると、炭化物が粗大化して成形性等の特性を劣化させる場合がある。したがって、Ｔｉ、Ｎｂ及びＶ含有量は０．５００％以下であることが好ましい。Ｔｉ、Ｎｂ及びＶ含有量は０．４００％以下、０．３００％以下又は０．２００％以下であってもよい。
（Ｃｕ：０～０．５００％、及びＮｉ：０～０．５００％）
Ｃｕ及びＮｉは、強度の向上に寄与する元素である。Ｃｕ及びＮｉ含有量は０％であってもよいが、このような効果を十分に得るためには、Ｃｕ及びＮｉ含有量は０．００１％以上であることが好ましい。Ｃｕ及びＮｉ含有量は０．００５％以上、０．０１０％以上又は０．１００％以上であってもよい。一方で、Ｃｕ及びＮｉを過度に含有すると、酸洗性、溶接性及び／又は熱間加工性などが劣化することがある。このため、Ｃｕ及びＮｉ含有量は０．５００％以下であることが好ましい。Ｃｕ及びＮｉ含有量は０．４００％以下、０．３００％以下又は０．２００％以下であってもよい。
（その他）
さらに、板厚中心部は、以下の元素を意図的又は不可避的に含有してもよく、それらによって本発明の効果が阻害されることはない。これらの元素は、Ｏ：０～０．０２００％、Ｗ：０～０．１００％、Ｔａ：０～０．１００％、Ｃｏ：０～０．５００％、Ｓｎ：０～０．０５０％、Ｓｂ：０～０．０５０％、Ａｓ：０～０．０５０％、Ｍｇ：０～０．０５００％、Ｃａ：０～０．０５０％、Ｚｒ：０～０．０５０％、並びにＹ：０～０．０５０％、Ｌａ：０～０．０５０％及びＣｅ：０～０．０５０％等のＲＥＭ（希土類金属）である。これらの元素の含有量はそれぞれ０．０００１％以上又は０．００１％以上であってもよい。
本発明の実施形態に係る板厚中心部において、上記の元素以外の残部は、Ｆｅ及び不純物からなる。不純物とは、鋼板又はその板厚中心部を工業的に製造する際に、鉱石やスクラップ等のような原料を始めとして、製造工程の種々の要因によって混入する成分等である。
（第１表層部及び第２表層部の好ましい化学組成）
本発明の実施形態においては、第１表層部及び第２表層部は、板厚中心部とは異なる平均ビッカース硬さを有し、先に説明した第１表層部側の硬さ積算値と第２表層部側の硬さ積算値との関係を満足させるものであればよく、それゆえ第１表層部及び第２表層部の化学組成は特に限定されない。しかしながら、一般的には、第１表層部及び第２表層部の化学組成は、第１表層部及び第２表層部が板厚１／２位置の平均ビッカース硬さよりも低い平均ビッカース硬さを有する場合（実施形態１）と、第１表層部及び第２表層部が板厚１／２位置の平均ビッカース硬さよりも高い平均ビッカース硬さを有する場合（実施形態２）とで、鋼板強度に関連する特定の合金元素の含有量が変化し得る。そこで、以下では、特に実施形態１及び２の場合を考慮して、第１表層部及び第２表層部の好ましい化学組成について説明する。
（実施形態１：第１表層部及び第２表層部が板厚１／２位置の平均ビッカース硬さよりも低い平均ビッカース硬さを有する場合）
（第１表層部及び第２表層部のＣ含有量が板厚中心部のＣ含有量の０．９倍以下）
Ｃは、強度の向上に寄与する元素である。したがって、実施形態１では、第１及び第２表層部のＣ含有量は板厚中心部のＣ含有量の０．９倍以下であることが好ましく、０．７倍以下、０．５倍以下、０．３倍以下又は０．１倍以下であってもよい。第１及び第２表層部のＣ含有量が板厚中心部のＣ含有量の０．９倍である場合、板厚中心部の好ましい化学組成におけるＣ含有量の上限が０．８００％以下であるため、第１及び第２表層部のＣ含有量の上限は０．７２０％以下となる。第１及び第２表層部のＣ含有量は０．５００％以下、０．３００％以下、０．１００％以下又は０．０１０％以下であってもよい。下限は特に規定しないが、一般的にはＣ含有量は０．００１％以上であり、０．００５％以上であってもよい。
（第１表層部及び第２表層部のＭｎ、Ｃｒ及びＭｏ含有量の総和が板厚中心部のＭｎ、Ｃｒ及びＭｏ含有量の総和の０．９倍以下）
同様に、Ｍｎ、Ｃｒ及びＭｏは、強度の向上に寄与する元素である。したがって、実施形態１では、第１及び第２表層部のＭｎ、Ｃｒ及びＭｏ含有量の総和は板厚中心部のＭｎ、Ｃｒ及びＭｏ含有量の総和の０．９倍以下であることが好ましく、０．７倍以下、０．５倍以下又は０．３倍以下であってもよい。各元素の下限は特に規定しないが、一般的にはＭｎ含有量は０．００５％以上、Ｃｒ及びＭｏ含有量はそれぞれ０．０００５％以上であり、０．００１％以上であってもよい。
（第１表層部及び第２表層部のＢ含有量が板厚中心部のＢ含有量の総和の０．９倍以下）
同様に、Ｂは、強度の向上に寄与する元素である。したがって、実施形態１では、第１及び第２表層部のＢ含有量は板厚中心部のＢ含有量の０．９倍以下であることが好ましく、０．７倍以下、０．５倍以下又は０．３倍以下であってもよい。下限は特に規定しないが、一般的にはＢ含有量は０．０００１％以上であり、０．０００３％以上であってもよい。
（第１表層部及び第２表層部のＣｕ及びＮｉ含有量の総和が板厚中心部のＣｕ及びＮｉ含有量の総和の０．９倍以下）
同様に、Ｃｕ及びＮｉは、強度の向上に寄与する元素である。したがって、実施形態１では、第１及び第２表層部のＣｕ及びＮｉ含有量の総和は板厚中心部のＣｕ及びＮｉ含有量の総和の０．９倍以下であることが好ましく、０．７倍以下、０．５倍以下又は０．３倍以下であってもよい。各元素の下限は特に規定しないが、一般的にはＣｕ及びＮｉ含有量はそれぞれ０．０００５％以上であり、０．００１％以上であってもよい。
実施形態１では、第１表層部及び第２表層部の化学組成は、第１表層部及び第２表層部のＣ含有量、Ｍｎ、Ｃｒ及びＭｏ含有量の総和、Ｂ含有量、並びに／又はＣｕ及びＮｉ含有量の総和を板厚中心部の対応する元素の含有量に対して規定することで十分である。したがって、他の元素の含有量は特に限定されないが、好ましくは板厚中心部の場合と同様の含有量であってよい。よって、第１表層部及び第２表層部の好ましい化学組成の一例は下記のとおりである。
第１表層部及び第２表層部は、それぞれ独立して、質量％で、
Ｃ：０．７２０％以下、
Ｓｉ：０．０１～３．００％、
Ｍｎ：１０．００％以下、又は０．０１～１０．００％、
Ａｌ：０～０．５００％、又は０．００１～０．５００％、
Ｐ：０．１００％以下、
Ｓ：０．０５０％以下、
Ｎ：０．０１００％以下、
Ｃｒ：０～３．０００％、
Ｍｏ：０～１．０００％、
Ｂ：０～０．０１００％、
Ｔｉ：０～０．５００％、
Ｎｂ：０～０．５００％、
Ｖ：０～０．５００％、
Ｃｕ：０～０．５００％、
Ｎｉ：０～０．５００％、
Ｏ：０～０．０２００％、
Ｗ：０～０．１００％、
Ｔａ：０～０．１００％、
Ｃｏ：０～０．５００％、
Ｓｎ：０～０．０５０％、
Ｓｂ：０～０．０５０％、
Ａｓ：０～０．０５０％、
Ｍｇ：０～０．０５００％、
Ｃａ：０～０．０５０％、
Ｙ：０～０．０５０％、
Ｚｒ：０～０．０５０％、
Ｌａ：０～０．０５０％、
Ｃｅ：０～０．０５０％、並びに
残部：Ｆｅ及び不純物
からなり、第１表層部及び第２表層部のＣ含有量が板厚中心部のＣ含有量の０．９倍以下である化学組成を有する。加えて、第１表層部及び第２表層部のＭｎ、Ｃｒ及びＭｏ含有量の総和は板厚中心部のＭｎ、Ｃｒ及びＭｏ含有量の総和の０．９倍以下であるか、第１表層部及び第２表層部のＢ含有量は板厚中心部のＢ含有量の総和の０．９倍以下であるか、及び／又は第１表層部及び第２表層部のＣｕ及びＮｉ含有量の総和は板厚中心部のＣｕ及びＮｉ含有量の総和の０．９倍以下であってもよい。
（実施形態２：第１表層部及び第２表層部が板厚１／２位置の平均ビッカース硬さよりも高い平均ビッカース硬さを有する場合）
（第１表層部及び第２表層部のＣ含有量が板厚中心部のＣ含有量の１．１倍以上）
Ｃは、強度の向上に寄与する元素である。したがって、実施形態２では、第１及び第２表層部のＣ含有量は板厚中心部のＣ含有量の１．１倍以上であることが好ましく、１．２倍以上、１．３倍以上、１．５倍以上又は１．８倍以上であってもよい。第１及び第２表層部のＣ含有量が板厚中心部のＣ含有量の１．１倍である場合、板厚中心部の好ましい化学組成におけるＣ含有量の下限が０．０５０％以上であるため、第１及び第２表層部のＣ含有量の下限は０．０５５％以上となる。第１及び第２表層部のＣ含有量は０．３００％以上、０．５００％以上又は０．８８０％以上であってもよい。上限は特に限定されないが、一般的にはＣ含有量は１．０００％以下である。
（第１表層部及び第２表層部のＭｎ、Ｃｒ及びＭｏ含有量の総和が板厚中心部のＭｎ、Ｃｒ及びＭｏ含有量の総和の１．１倍以上）
同様に、Ｍｎ、Ｃｒ及びＭｏは、強度の向上に寄与する元素である。したがって、実施形態２では、第１及び第２表層部のＭｎ、Ｃｒ及びＭｏ含有量の総和は板厚中心部のＭｎ、Ｃｒ及びＭｏ含有量の総和の１．１倍以上であることが好ましく、１．２倍以上、１．３倍以上又は１．５倍以上であってもよい。各元素の上限は特に限定されないが、一般的にはＭｎ含有量は１１．００％以下、Ｃｒ含有量は３．５００％以下、Ｍｏ含有量は１．５００％以下である。
（第１表層部及び第２表層部のＢ含有量が板厚中心部のＢ含有量の総和の１．１倍以上）
同様に、Ｂは、強度の向上に寄与する元素である。したがって、実施形態２では、第１及び第２表層部のＢ含有量は板厚中心部のＢ含有量の１．１倍以上であることが好ましく、１．２倍以上、１．３倍以上又は１．５倍以上であってもよい。上限は特に限定されないが、一般的にはＢ含有量は０．０１１０％以下である。
（第１表層部及び第２表層部のＣｕ及びＮｉ含有量の総和が板厚中心部のＣｕ及びＮｉ含有量の総和の１．１倍以上）
同様に、Ｃｕ及びＮｉは、強度の向上に寄与する元素である。したがって、実施形態２では、第１及び第２表層部のＣｕ及びＮｉ含有量の総和は板厚中心部のＣｕ及びＮｉ含有量の総和の１．１倍以上であることが好ましく、１．２倍以上、１．３倍以上又は１．５倍以上であってもよい。各元素の上限は特に限定されないが、一般的にはＣｕ及びＮｉ含有量はそれぞれ１．０００％以下であり、０．７００％以下であってもよい。
実施形態２では、第１表層部及び第２表層部の化学組成は、第１表層部及び第２表層部のＣ含有量、Ｍｎ、Ｃｒ及びＭｏ含有量の総和、Ｂ含有量、並びに／又はＣｕ及びＮｉ含有量の総和を板厚中心部の対応する元素の含有量に対して規定することで十分である。したがって、他の元素の含有量は特に限定されないが、好ましくは板厚中心部の場合と同じである。よって、第１表層部及び第２表層部の好ましい化学組成の一例は下記のとおりである。
第１表層部及び第２表層部は、それぞれ独立して、質量％で、
Ｃ：０．０５５～１．０００％、
Ｓｉ：０．０１～３．００％、
Ｍｎ：０．０１～１１．００％、
Ａｌ：０～０．５００％、又は０．００１～０．５００％、
Ｐ：０．１００％以下、
Ｓ：０．０５０％以下、
Ｎ：０．０１００％以下、
Ｃｒ：０～３．５００％、
Ｍｏ：０～１．５００％、
Ｂ：０～０．０１１０％、
Ｔｉ：０～０．５００％、
Ｎｂ：０～０．５００％、
Ｖ：０～０．５００％、
Ｃｕ：０～１．０００％、
Ｎｉ：０～１．０００％、
Ｏ：０～０．０２００％、
Ｗ：０～０．１００％、
Ｔａ：０～０．１００％、
Ｃｏ：０～０．５００％、
Ｓｎ：０～０．０５０％、
Ｓｂ：０～０．０５０％、
Ａｓ：０～０．０５０％、
Ｍｇ：０～０．０５００％、
Ｃａ：０～０．０５０％、
Ｙ：０～０．０５０％、
Ｚｒ：０～０．０５０％、
Ｌａ：０～０．０５０％、
Ｃｅ：０～０．０５０％、並びに
残部：Ｆｅ及び不純物
からなり、第１表層部及び第２表層部のＣ含有量が板厚中心部のＣ含有量の１．１倍以上である化学組成を有する。加えて、第１表層部及び第２表層部のＭｎ、Ｃｒ及びＭｏ含有量の総和は板厚中心部のＭｎ、Ｃｒ及びＭｏ含有量の総和の１．１倍以上であるか、第１表層部及び第２表層部のＢ含有量は板厚中心部のＢ含有量の総和の１．１倍以下であるか、及び／又は第１表層部及び第２表層部のＣｕ及びＮｉ含有量の総和は板厚中心部のＣｕ及びＮｉ含有量の総和の１．１倍以上であってもよい。
実施形態１及び２の両方の場合において、不純物とは、鋼板又はその第１及び第２表層部を工業的に製造する際に、鉱石やスクラップ等のような原料を始めとして、製造工程の種々の要因によって混入する成分等である。
上記の例では、第１表層部と第２表層部の両方が板厚１／２位置の平均ビッカース硬さよりも低い平均ビッカース硬さを有する場合（実施形態１）又は板厚１／２位置の平均ビッカース硬さよりも高い平均ビッカース硬さを有する場合（実施形態２）について説明したが、例えば、第１表層部が実施形態２に対応する化学組成を有し、第２表層部が実施形態１に対応する化学組成を有していてもよい。
（引張強さ）
本発明の実施形態に係る鋼板は、任意の適切な引張強さを有することができ、特に限定されないが、例えば９８０ＭＰａ以上の引張強さを有することが好ましい。高強度鋼は水素脆化に対して特に敏感であることが一般に知られている。したがって、本発明の実施形態に係る鋼板が９８０ＭＰａ以上の高い引張強さを有する場合には、同じ引張強さを有する従来の鋼板をせん断加工した場合と比較して、せん断端面に生じる引張残留応力の低減効果が顕著であり、よって耐水素脆化性の向上が特に顕著なものとなる。また、高強度鋼板をせん断加工した場合には、比較的低い引張強さを有する鋼板の場合と比較して、せん断端面に生じる引張残留応力は一般に大きくなる。しかしながら、本発明の実施形態に係る鋼板は、９８０ＭＰａを大きく超える引張強さを有する場合であっても、せん断加工の際にせん断端面に生じる引張残留応力を十分に低減することが可能である。例えば、本発明の実施形態においては、鋼板の引張強さは１０８０ＭＰａ以上、１１８０ＭＰａ以上、１２５０ＭＰａ以上、１３００ＭＰａ以上、又は１４７０ＭＰａ以上であってもよい。上限は特に限定されないが、例えば、鋼板の引張強さは２５００ＭＰａ以下、２２００ＭＰａ以下又は２０００ＭＰａ以下であってもよい。引張強さは、鋼板の圧延方向に直角な方向からＪＩＳ５号引張試験片を採取し、ＪＩＳ Ｚ２２４１（２０１１）に準拠して引張試験を行うことで測定される。
（板厚）
本発明の実施形態に係る鋼板は、特に限定されないが、一般的には６．０ｍｍ以下、より具体的には０．５～６．０ｍｍの板厚を有する。鋼板の板厚を６．０ｍｍ以下などのせん断加工により適した板厚とすることで、せん断端面に生じる引張残留応力の低減効果をより顕著なものとすることができる。例えば、板厚は１．０ｍｍ以上、１．２ｍｍ以上若しくは２．０ｍｍ以上であってもよく、及び／又は５．５ｍｍ以下、５．０ｍｍ以下、４．５ｍｍ以下、４．０ｍｍ以下若しくは３．０ｍｍ以下であってもよい。
（めっき）
本発明の実施形態に係る鋼板の第１表層部及び第２表層部の少なくとも一方の表面に耐食性の向上等を目的として、めっき層を形成してもよい。めっき層は、電気めっき層及び溶融めっき層のいずれでもよい。電気めっき層は、例えば、電気亜鉛めっき層、電気Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層等を含む。溶融めっき層は、例えば、溶融亜鉛めっき層、合金化溶融亜鉛めっき層、溶融アルミニウムめっき層、溶融Ｚｎ－Ａｌ合金めっき層、溶融Ｚｎ－Ａｌ－Ｍｇ合金めっき層、溶融Ｚｎ－Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ合金めっき層等を含む。めっき層の付着量は、特に制限されず一般的な付着量でよい。
＜鋼板の製造方法＞
本発明の実施形態に係る鋼板は、当業者に公知の任意の適切な方法によって製造することが可能である。特に限定されないが、例えば、本発明の実施形態に係る鋼板は、クラッド法を利用して製造することができる。この場合、鋼板の製造方法は、板厚中心部を構成する母材鋼材の両側に第１表層部及び第２表層部を構成する２つの表層用鋼材を積層して複層鋼材を形成する積層工程、得られた複層鋼材を熱間圧延する熱間圧延工程、及び熱間圧延された複層鋼材を冷却する冷却工程、必要に応じて巻き取り工程、冷間圧延工程、焼鈍工程、めっき工程等をさらに含んでいてもよい。
積層工程では、例えば、上で説明した化学組成を有する板厚中心部を構成する母材鋼材であって、その表面を脱脂した母材鋼材の両側に、同様に上で説明した化学組成を有する第１表層部及び第２表層部を構成する２つの表層用鋼材を積層し、アーク溶接等で接合することにより複層鋼材を形成することができる。この際、２つの表層用鋼材の間で化学組成の一部の元素の含有量（例えば、特に鋼板強度に関連するＣ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｂ、Ｃｕ及びＮｉ等の少なくとも一種の元素の含有量）を変更して、最終的に得られる鋼板の第１表層部側の硬さ積算値が第２表層部側の硬さ積算値の１．０５倍以上となるようにしてもよい。それに代えて又はそれに加えて、２つの表層用鋼材の厚みを変更すること、具体的には第１表層部及び第２表層部が板厚１／２位置の平均ビッカース硬さよりも低い平均ビッカース硬さを有する場合に、第１表層部を構成する表層用鋼材を第２表層部を構成する表層用鋼材よりも薄くすることにより、同様に最終的に得られる鋼板の第１表層部側の硬さ積算値が第２表層部側の硬さ積算値の１．０５倍以上となるようにしてもよい。
熱間圧延工程では、まず複層鋼材が一般的に１１００～１３５０℃の温度に加熱され、次いで熱間圧延の完了温度が８００℃以上となるような条件下で熱間圧延が行われる。熱間圧延の完了温度が低すぎると、圧延反力が高まり、所望の板厚を安定して得ることが困難となるからである。その他、各工程の具体的な条件については、特に限定されず、鋼種、鋼板の用途及び所望の特性等に応じて適切な条件を適宜選択すればよい。例えば、母材鋼材に低温変態組織を生成させて高強度鋼板を得るために、巻き取り工程における巻取り温度を比較的低温、より具体的には６００℃以下、特には４００℃以下にしてもよい。
本発明の実施形態に係る鋼板は、上記のとおり、せん断加工の際にせん断端面に生じる引張残留応力の低減効果に優れており、それゆえせん断加工において適用される（すなわちせん断加工用鋼板として使用される）のに適している。せん断加工では、一般的にはパンチ側に鋼板の第１表層部そしてダイ側に鋼板の第２表層部を配置して切断を行うことが好ましい。これにより、パンチ側の第１表層部からき裂が進展して目的物である加工材のせん断端面に生じる引張残留応力を低減することができ、結果として当該加工材におけるせん断端面の耐水素脆化性を顕著に向上させることができる。一方で、ダイ側に鋼板の第１表層部そしてパンチ側に鋼板の第２表層部を配置してせん断加工を行った場合には、ダイ側の第１表層部からき裂が進展してスクラップのせん断端面に生じる引張残留応力を低減することになる。したがって、このような場合には、得られたスクラップを何らかの製品に利用することも可能である。
以下、実施例によって本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
本例では、まず、表１に示す化学組成を有する板厚２０ｍｍの連続鋳造スラブ（母材鋼材）の表面を脱脂し、次いでその両側に表１に示す化学組成を有する所定厚さの表層用鋼材を積層し、アーク溶接で接合することにより複層鋼材を得た。次に、この複層鋼材を１１００～１３５０℃の範囲内の所定の温度に加熱し、熱間圧延の完了温度が８００℃以上となるような条件下で熱間圧延を実施し、６００℃以下の温度で巻き取り、板厚２．４ｍｍの熱延鋼板を得た。次に、当該熱延鋼板を酸洗し、次いで表２に示す板厚となるように冷間圧延を実施し、最後に６００℃以上の適切な温度で所定の時間保持することにより焼鈍し、冷延鋼板を得た。得られた冷延鋼板から採取した試料について、板厚中心部、第１表層部及び第２表層部に相当する部分（それぞれ板厚１／２位置、一方の表面から板厚の２％位置、及び他方の表面から板厚の２％位置）の化学組成を分析したところ、それぞれ表１に示す母材鋼材並びに第１及び第２表層用鋼材の化学組成とほぼ変化がなかった。
Figure 0007425372000001
Figure 0007425372000002
得られた冷延鋼板の特性は以下の方法によって測定及び評価した。
［第１表層部及び第２表層部の厚さ］
第１表層部と第２表層部の厚さは光学顕微鏡によって決定した。測定対象とするサンプルを直径３０ｍｍの円筒状のエポキシ樹脂中に埋め込み、＃８０～１０００の研磨紙を用いて湿式研磨により粗研磨を行い、次いで３μｍ及び１μｍの平均粒径を有するダイヤモンド砥粒を用いて鏡面状に仕上げ研磨を行った。１μｍの平均粒径を有するダイヤモンド砥粒を用いた研磨は１Ｎ～１０Ｎの荷重を加え、３０～１２０ｍｐｍの速度で回転する研磨台の上で３０～６００秒保持する条件で実施した。当該研磨において板厚中心部と表層部の境界に生じる段差を光学顕微鏡で観察することにより、板厚中心部と表層部の境界を決定し、第１表層部及び第２表層部の厚さ（％、板厚に占める割合）を決定した。
［板厚１／２位置、第１表層部及び第２表層部の平均ビッカース硬さ］
上記のようにして画定された第１表層部及び第２表層部内でランダムに１０点のビッカース硬さを押し込み荷重１００ｇ重で測定し、それらの平均値を算出することによって第１表層部及び第２表層部の平均ビッカース硬さを決定した。同様に板厚１／２位置で板厚に垂直な方向でかつ圧延方向に平行な線上に押し込み荷重１００ｇ重で合計５点のビッカース硬さを測定し、それらの平均値を算出することによって板厚１／２位置の平均ビッカース硬さを決定した。
［第１の硬さ積算値及び第２の硬さ積算値］
まず、鋼板の第１表層部側の表面から板厚方向に１５μｍ位置を測定開始点として、板厚方向に５０μｍの間隔で、その板厚方向位置でのビッカース硬さを押し込み荷重１００ｇ重で測定し、次いでその位置から板厚に垂直な方向でかつ圧延方向に平行な線上に同様に押し込み荷重１００ｇ重で合計５点のビッカース硬さを測定し、それらの平均値をその板厚方向位置での平均ビッカース硬さとする。板厚方向及び圧延方向に並ぶ各測定点の間隔は圧痕の４倍以上の距離とした。各測定点の間隔を圧痕の４倍以上の距離としつつ表面から板厚方向に直線的に打刻することが難しい場合には、各測定点の間隔を圧痕の４倍以上の距離としつつ表面から板厚方向にジグザグに打刻した。上記のようにして第１表層部側の表面から板厚の３０％まで測定して得られた各板厚方向位置における平均ビッカース硬さと測定間隔を乗算したものを合計することにより第１の硬さ積算値（Ｈｖ×ｍｍ）を決定した。同様に、第２表層部側の表面から板厚の３０％まで測定して得られた各板厚方向位置における平均ビッカース硬さと測定間隔を乗算したものを合計することにより第２の硬さ積算値（Ｈｖ×ｍｍ）を決定した。
［比Ｐ（Ｈhigh／Ｈlow）と式１の関係］
先に説明した第１の硬さ積算値と第２の硬さ積算値を決定する過程で、第１表層部側及び第２表層部側の板厚の３０％までの各板厚方向位置での硬さ積算値の比Ｐ（Ｈhigh／Ｈlow）を算出し、算出された各積算値の比をプロットした曲線を下記式１の曲線と対比することで当該比Ｐが上記式１を満たすか否かを判別し、式１を満たす場合をＯＫ、式１を満たさない場合をＮＧと判定した。
Ｐ≧０．０００３５（Ｘ－３０）2＋１．０５ ・・・式１
ここで、０＜Ｘ≦３０である。
［引張強さ］
引張強さは、冷延鋼板の圧延方向に直角な方向からＪＩＳ５号引張試験片を採取し、ＪＩＳ Ｚ２２４１（２０１１）に準拠して引張試験を行うことで測定した。
［引張残留応力］
冷延鋼板をせん断加工し、冷延鋼板のせん断端面に生じる引張残留応力を測定した。具体的には、パンチ側に冷延鋼板の第１表層部そしてダイ側に冷延鋼板の第２表層部を配置し、パンチとダイを相対的に移動させることで冷延鋼板をパンチで打ち抜き、ダイ上にせん断端面を有する加工材を得た。次いで、当該加工材の板厚方向の中心位置（破断面に対応）において、スポット径φ５００μｍでＸ線による残留応力測定を実施した（板幅方向に異なる３箇所）。残留応力の測定方向は、板厚方向、板幅方向、板厚から４５度方向の３方向とし、残留応力の算出にはｓｉｎ2ψ法を用いた。端面法線方向の残留応力をゼロと仮定し、算出した３方向の残留応力から最大主応力を算出した。３箇所で算出した最大主応力の値を平均することにより各加工材の引張残留応力を決定した。引張残留応力と引張強さの比（引張残留応力／引張強さ）が０．９０以下である場合を、せん断加工の際にせん断端面に生じる引張残留応力を低減可能な鋼板として評価した。得られた結果を表２に示す。
Figure 0007425372000003
表２において同じ鋼種を使用しているにもかかわらず、平均ビッカース硬さ（Ｈｖ）の値が異なっているものがあるが（例えば、鋼種ａを用いた発明例１の板厚１／２位置の平均ビッカース硬さが４６１Ｈｖであるのに対し、同じ鋼種を用いた発明例２の板厚１／２位置の平均ビッカース硬さは４５１Ｈｖである）、これらは製造誤差及び／又は測定誤差に起因するものである。比較例３、５、８、１２、１４及び１７では、第１表層部側の表面から板厚の３０％までの領域における第１の硬さ積算値が第２表層部側の表面から板厚の３０％までの領域における第２の硬さ積算値の１．０５倍未満であったため、パンチ側の第１表層部から優先的にき裂を進展させることができなかった。その結果として、加工材のせん断端面に生じる引張残留応力を十分に低減することができなかった。
これとは対照的に、発明例１、２、４、６、７、９～１１、１３、１５、１６及び１８では、第１の硬さ積算値が第２の硬さ積算値の１．０５倍以上となるように制御することで、パンチ側の第１表層部から優先的にき裂を進展させることができ、結果として加工材のせん断端面に生じる引張残留応力を顕著に低減することができた。
１ せん断端面
１ａ ダレ
１ｂ 破断面
１ｂｘ 第１部分
１ｂｙ 第２部分
１ｃ バリ
１ｄｘ 第１き裂
１ｄｙ 第２き裂
１ｅ せん断面
５ 鋼板
１０ 加工材
１０ａ 第１面
１０ｂ 第２面
１１ 鋼板の一部
１２ 鋼板の他部
１５ スクラップ
２１ 第１刃
２２ 第２刃

Claims (9)

  1. 板厚中心部と、該板厚中心部の両側にそれぞれ配置された第１表層部及び第２表層部とを含み、
    前記第１表層部及び第２表層部がそれぞれ独立して１０μｍ超から板厚の３０％以下の厚さを有し、
    前記第１表層部及び第２表層部が板厚１／２位置の平均ビッカース硬さとは異なる平均ビッカース硬さを有し、
    前記第１表層部側の表面から板厚の３０％までの領域における第１の硬さ積算値が、前記第２表層部側の表面から板厚の３０％までの領域における第２の硬さ積算値の１．０５倍以上である、鋼板。
  2. 前記第１表層部側の表面から板厚のＸ％までの領域における硬さ積算値Ｈhighと前記第２表層部側の表面から板厚のＸ％までの領域における硬さ積算値Ｈlowとの比Ｐ（Ｈhigh／Ｈlow）が下記式１を満たす、請求項１に記載の鋼板。
    Ｐ≧０．０００３５（Ｘ－３０）2＋１．０５ ・・・式１
    ここで、０＜Ｘ≦３０である。
  3. 前記第１の硬さ積算値が前記第２の硬さ積算値の１．２０倍以上である、請求項１又は２に記載の鋼板。
  4. 前記第１表層部及び第２表層部が板厚１／２位置の平均ビッカース硬さよりも低い平均ビッカース硬さを有する、請求項１～３のいずれか１項に記載の鋼板。
  5. 前記第１表層部及び第２表層部が板厚１／２位置の平均ビッカース硬さよりも高い平均ビッカース硬さを有する、請求項１～３のいずれか１項に記載の鋼板。
  6. 引張強さが９８０ＭＰａ以上である、請求項１～５のいずれか１項に記載の鋼板。
  7. 引張強さが１４７０ＭＰａ以上である、請求項６に記載の鋼板。
  8. 前記板厚中心部が、質量％で、
    Ｃ：０．０５０～０．８００％、
    Ｓｉ：０．０１～３．００％、
    Ｍｎ：０．０１～１０．００％、
    Ａｌ：０．００１～０．５００％、
    Ｐ：０．１００％以下、
    Ｓ：０．０５０％以下、
    Ｎ：０．０１００％以下、
    Ｃｒ：０～３．０００％、
    Ｍｏ：０～１．０００％、
    Ｂ：０～０．０１００％、
    Ｔｉ：０～０．５００％、
    Ｎｂ：０～０．５００％、
    Ｖ：０～０．５００％、
    Ｃｕ：０～０．５００％、
    Ｎｉ：０～０．５００％、
    Ｏ：０～０．０２００％、
    Ｗ：０～０．１００％、
    Ｔａ：０～０．１００％、
    Ｃｏ：０～０．５００％、
    Ｓｎ：０～０．０５０％、
    Ｓｂ：０～０．０５０％、
    Ａｓ：０～０．０５０％、
    Ｍｇ：０～０．０５００％、
    Ｃａ：０～０．０５０％、
    Ｙ：０～０．０５０％、
    Ｚｒ：０～０．０５０％、
    Ｌａ：０～０．０５０％、
    Ｃｅ：０～０．０５０％、並びに
    残部：Ｆｅ及び不純物
    からなる化学組成を有する、請求項１～７のいずれか１項に記載の鋼板。
  9. 前記化学組成が、質量％で、
    Ｃｒ：０．００１～３．０００％、
    Ｍｏ：０．００１～１．０００％、
    Ｂ：０．０００１～０．０１００％、
    Ｔｉ：０．００１～０．５００％、
    Ｎｂ：０．００１～０．５００％、
    Ｖ：０．００１～０．５００％、
    Ｃｕ：０．００１～０．５００％、
    Ｎｉ：０．００１～０．５００％、
    Ｏ：０．０００１～０．０２００％、
    Ｗ：０．００１～０．１００％、
    Ｔａ：０．００１～０．１００％、
    Ｃｏ：０．００１～０．５００％、
    Ｓｎ：０．００１～０．０５０％、
    Ｓｂ：０．００１～０．０５０％、
    Ａｓ：０．００１～０．０５０％、
    Ｍｇ：０．０００１～０．０５００％、
    Ｃａ：０．００１～０．０５０％、
    Ｙ：０．００１～０．０５０％、
    Ｚｒ：０．００１～０．０５０％、
    Ｌａ：０．００１～０．０５０％、及び
    Ｃｅ：０．００１～０．０５０％
    からなる群より選択される少なくとも一種を含有する、請求項８に記載の鋼板。
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