JPWO2011090205A1 - 冷間鍛造用鋼板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

この冷間鍛造用鋼板は、熱延鋼板を具備し、前記熱延鋼板は、質量％で、Ｃ：０．１３〜０．２０％、Ｓｉ：０．０１〜０．８％、Ｍｎ：０．１〜２．５％、Ｐ：０．００３〜０．０３０％、Ｓ：０．０００１〜０．００８％、Ａｌ：０．０１〜０．０７％、Ｎ：０．０００１〜０．０２％、及びＯ：０．０００１〜０．００３０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、下記（１）式で示されるＡ値が０．００８０以下であり、前記熱延鋼板の厚みが２ｍｍ以上、２５ｍｍ以下であり、前記熱延鋼板の圧延方向に平行な板厚の断面のうち、板厚をｔとした時に４／１０ｔ〜６／１０ｔの範囲の断面において、長さ１ｍｍ以上のパーライトバンドの面積百分率が、下記（２）式で示されるＫ値以下である。Ａ値＝Ｏ％＋Ｓ％＋０．０３３Ａｌ％ ・・・（１）Ｋ値＝２５．５×Ｃ％＋４．５×Ｍｎ％−６ ・・・（２）

Description

本発明は、自動車のエンジンやトランスミッション等の部品を冷間加工（板鍛造プレス）により製造するための素材として適した冷間鍛造用鋼板及びその製造方法に関する。詳細には、加工性の異方性が小さい熱延鋼板を具備する冷間鍛造用鋼板、冷間鍛造に耐え得る優れた潤滑性を有する表面処理皮膜を更に具備する冷間鍛造用鋼板、及びそれらの製造方法に関する。
本願は、２０１０年１月２５日に日本に出願された特願２０１０−０１３４４６号及び２０１０年１月２５日に日本に出願された特願２０１０−０１３４４７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

鉄鋼材料やステンレス等の金属材料を塑性変形させることにより加工する方法としては、主に、鋼材を加熱しながら成型する熱間鍛造と、金型を用いて常温で鋼材を成型する冷間鍛造とがある。
近年、地球環境保護の観点から、自動車のＣＯ_２排出量の低減などを目的に自動車車体の軽量化が進められており、４４０ＭＰａ以上の高強度鋼板の使用が進められている。また自動車会社や部品メーカーでは、従来、熱間鍛造で製造していた部品を冷間鍛造プレスにて製造するなどにより、工程の簡省略化を行っている。工程の簡省略化による製造プロセス自体の省エネルギー化や低コスト化を進めることによって、効率化を進めている。特に、製造プロセスの効率化の観点では、従来、棒鋼等の材料を熱間鍛造して切削加工にて部品精度を確保していた部品について、熱間鍛造を省略し、板材に対して冷間鍛造プレスを施して製造する方法、いわゆる板鍛造プレスが適用されている。

ところが上記の４４０ＭＰａ級以上の板材に対して、冷間による板鍛造プレスを施すと、材料の割れの問題が熱間鍛造に比較して顕著に生じる。また、圧延に起因する板面内の異方性による成形性の不均一性が見られる。この成形性の不均一性は、棒鋼のような軸対象材では発生しにくかった。このような特定方向での割れの発生や加工後の形状の不均一性などのように解決すべき課題が多い。現状では、割れが発生しないような形状に変更することや、絞り加工後に発生した不均一部、いわゆる耳と呼ばれる部位を切除する工程を施すことが必要となっており、より加工性が優れ、均一な特性を有する材料が求められている。

以上のように、部品の製造時において、従来よりも大幅に工程を簡略化するためには、素材に求められる加工性の改善が必要である。特に材料を棒鋼から鋼板へ変更するためには、圧延方向とその直角方向の異方性の改善が望まれるようになってきている。

特に、冷間による板鍛造プレスにおいては、従来の１ｍｍ程度の鋼板のプレスとは異なり、エンジンやトランスミッション等の部品用の材料としては、従来のボディー部品に使われていた鋼板よりも厚く、２ｍｍ〜２５ｍｍ程度の熱延鋼板が対象となる。このため、加工の際に要求される極限変形能が重要な特性である。

極限変形能と形状凍結性に優れた高強度熱延鋼板として、集合組織の制御と延性の異方性の制御を行って得られた熱延鋼板が提案されている（例えば特許文献１参照）。しかし、特許文献１には、冷間にて板鍛造プレスすることについて、具体的に開示されていない。

また、冷間鍛造は、生産性や寸法精度が非常に高い。また、冷間鍛造により加工された加工品は摩耗性が良くなり、冷間加工硬化により強度が上昇する等の長所がある。しかし、冷間鍛造では、高い面圧で金属材料を金型等に接触させてプレスするため、プレス時に、金属材料と金型との間の摩擦により、金属材料と金型との接触部分の温度が比較的高温（概ね３００℃以上）になる。そのため、表面処理を施していない金属材料等を冷間鍛造する場合などのように、金属材料と金型との間の潤滑性が十分でない場合には、金属材料（素材）と金型との間に焼き付きやカジリを生じる場合がある。焼き付きやカジリは、金型の局所的な破損や急激な摩耗の原因となり、金型の寿命が著しく短縮するだけでなく、加工そのものが不可能となる場合もある。

このような焼き付きやカジリを防止するために、通常は、冷間鍛造を行う金属材料の表面に潤滑性を付与するための表面処理（以下、「潤滑処理」と称する場合もある。）を金属材料に施す。このような潤滑処理としては、従来から、リン酸塩化合物（リン酸亜鉛、リン酸マンガン、リン酸カルシウム、リン酸鉄等）からなるリン酸塩皮膜を金属材料の表面に形成するリン酸塩処理（ボンデ処理）が知られている。

リン酸塩処理の焼き付き・カジリ防止性能は比較的高い。しかし、前述したように、近年の環境対策を背景に、エネルギー消費の多い熱間鍛造や多量の材料ロスが発生する切削加工などの形状変形の大きい加工分野から冷間鍛造への移行がなされており、冷間鍛造では、更に厳しい塑性加工を要求されるようになっている。このような観点から、リン酸塩皮膜上にさらに金属石鹸（例えば、ステアリン酸ナトリウム等）からなる層を積層させた複合皮膜が広く用いられるようになってきている。この複合皮膜は、冷間鍛造時の高い面圧のプレスによる厳しい摩擦条件下においても、優れた焼き付き・カジリ防止性能を有する。

この複合皮膜を用いた潤滑処理によれば、金属石鹸がリン酸塩皮膜と反応することにより高い潤滑性を発揮する。しかし、この潤滑処理は、洗浄工程や金属石鹸とリン酸塩皮膜とを反応させる反応工程等の多くの煩雑な処理工程が必要となる。前記反応工程では、処理液の管理や、反応時の温度管理等も必要となる。また、バッチ処理であるため、生産性が低下するという問題もある。また、複合皮膜を用いた潤滑処理では、処理時に発生する廃液処理等の問題もあり、環境保全の観点からも好ましくない。

そのため、最近では、上記の複合皮膜を用いた潤滑処理を代替するための潤滑処理の方法が種々提案されている。

例えば、特許文献２では、水溶性高分子またはその水性エマルションを基材として含み、さらに固体潤滑剤と化成皮膜形成剤とが配合された潤滑剤組成物等が提案されている。しかし、特許文献２の潤滑剤組成物等では、上記の複合皮膜に匹敵するような潤滑性や焼き付き・カジリ防止性能は得られていない。

また、例えば、特許文献３では、（Ａ）水溶性無機塩、（Ｂ）固体潤滑剤、（Ｃ）鉱油、動植物油脂および合成油から選ばれる少なくとも１種の油成分、（Ｄ）界面活性剤ならびに（Ｅ）水からなり、固体潤滑剤および油成分が均一にそれぞれ分散および乳化した金属の冷間塑性加工用水系潤滑剤が提案されている。しかし、油成分が乳化しているために、この技術による潤滑剤は、工業的に使用するには不安定であり、高い潤滑性を安定的に発揮するには至っていない。

これに対して、例えば、特許文献４では、ベース層と潤滑層からなる傾斜型２層潤滑皮膜を具備する塑性加工用金属材料が提案されている。この特許文献４では、簡便な処理で高い潤滑性を有する皮膜を生成できると記載されている。

しかしながら、上記特許文献４の技術では、皮膜と素地である金属との密着性が不十分であるため、加工時、特に強加工時に、皮膜が金属から剥離しやすい。皮膜が剥離した箇所において金型と金属とが接触するために、この剥離箇所で焼き付きが発生しやすいという問題があった。

特開２００５−１５８５４号公報 特開昭５２−２０９６７号公報 特開平１０−８０８５号公報 特開２００２−２６４２５２公報

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、従来、熱間鍛造等で製造されていたエンジンやトランスミッション用の部品を、板鍛造プレスといわれる冷間成形により製造する際の加工性を改善できる冷間鍛造用鋼板及びその製造方法の提供を目的とする。

本発明者等は、上記課題を解決する手法について鋭意検討した。その結果、本発明者等は、加工性の異方性を低減するためには、単に、圧延条件を変更しただけでは実現できず、成分とそれに関連する組織制御を、熱間圧延工程まで一貫して行い、最適化することが重要であることを知見した。具体的には、製錬時の酸化物量、Ｓ量、及びＡｌ量を規定し、かつ熱間圧延から巻き取りまでの条件の最適化を行うことによって、組織制御する。これにより、上記課題を解決し、加工性の異方性を安定的に改善できることを明らかにした。特に板厚中心領域の非金属介在物やパーライトバンドと言われる炭化物が密集した状態で存在する部位に起因して塑性変形能が低下すると、圧延方向とその直角方向との加工性の異方性が大きくなる。パーライトバンドが圧延によって圧延方向に長く連なる形態を取ることが塑性変形能の異方性を助長している。パーライトバンドの面積百分率と成分との関係を規定することによって、加工性の異方性の増大を抑制できることを見出した。また熱間圧延の圧延条件、冷却条件、及び巻き取り条件を一連で制御することによって、パーライトバンドの圧延方向への展伸度や比率を制御できることも知見した。
また、表面処理皮膜についても鋭意検討した。その結果、廃液処理の問題を生じない簡便な処理方法により、素地となる鋼板との密着性を確保するための密着層と、潤滑剤を保持するためのベース層と、潤滑性を向上させるための潤滑剤層の３層からなる傾斜型の表面処理皮膜を設け、各層の厚みを制御することにより、鋼板に優れた潤滑性を付与することができることを見出した。

本発明の一態様に係る冷間鍛造用鋼板は、熱延鋼板を具備し、前記熱延鋼板は、質量％で、Ｃ：０．１３〜０．２０％、Ｓｉ：０．０１〜０．８％、Ｍｎ：０．１〜２．５％、Ｐ：０．００３〜０．０３０％、Ｓ：０．０００１〜０．００８％、Ａｌ：０．０１〜０．０７％、Ｎ：０．０００１〜０．０２％、及びＯ：０．０００１〜０．００３０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、下記（１）式で示されるＡ値が０．００８０以下である。前記熱延鋼板の厚みは２ｍｍ以上で２５ｍｍ以下であり、前記熱延鋼板の圧延方向に平行な板厚の断面のうち、板厚をｔとした時に４／１０ｔ〜６／１０ｔの範囲の断面において、長さ１ｍｍ以上のパーライトバンドの面積百分率が、下記（２）式で示されるＫ値以下である。
Ａ値＝Ｏ％＋Ｓ％＋０．０３３Ａｌ％ ・・・（１）
Ｋ値＝２５．５×Ｃ％＋４．５×Ｍｎ％−６ ・・・（２）
本発明の一態様に係る冷間鍛造用鋼板では、前記熱延鋼板は、さらに質量％で、Ｎｂ：０．００１〜０．１％、Ｔｉ：０．００１〜０．０５％、Ｖ：０．００１〜０．０５％、Ｔａ：０．０１〜０．５％、及びＷ：０．０１〜０．５％からなる群より選択される１種または２種以上を含有してもよい。
前記熱延鋼板は、さらに質量％で、Ｃｒ：０．０１〜２．０％を含有し、前記長さ１ｍｍ以上のパーライトバンドの面積百分率が、下記（３）式で示されるＫ’値以下であってもよい。
Ｋ’値＝１５×Ｃ％＋４．５×Ｍｎ％＋３．２×Ｃｒ％−３．３ ・・・（３）
前記熱延鋼板は、さらに質量％で、Ｎｉ：０．０１〜１．０％、Ｃｕ：０．０１〜１．０％、Ｍｏ：０．００５〜０．５％、及びＢ：０．０００５〜０．０１％からなる群より選択される１種または２種以上を含有してもよい。
前記熱延鋼板は、さらに質量％で、Ｍｇ：０．０００５〜０．００３％、Ｃａ：０．０００５〜０．００３％、Ｙ：０．００１〜０．０３％、Ｚｒ：０．００１〜０．０３％、Ｌａ：０．００１〜０．０３％、及びＣｅ：０．００１〜０．０３％からなる群より選択される１種または２種以上を含有してもよい。
前記熱延鋼板の主面のいずれか一方又は両方に設けられ、Ｓｉ−Ｏ−Ｘ（Ｘは、前記熱延鋼板の構成成分である金属）で表されるシラノール結合に起因する成分、耐熱樹脂、無機酸塩および潤滑剤を含む表面処理皮膜を更に具備してもよい。前記表面処理皮膜は、前記各成分が膜厚方向に濃度勾配を有することで、前記表面処理皮膜と前記熱延鋼板との界面側から順に、密着層とベース層と潤滑剤層の３層に識別可能な傾斜型の３層構造を有してもよい。前記密着層は、前記シラノール結合に起因する成分を前記３層の中で最も多く含み、０．１ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚みを有する層であってもよい。前記ベース層は、前記耐熱樹脂および前記無機酸塩を前記３層の中で最も多く含み、かつ前記無機酸塩の含有量が、前記耐熱樹脂１００質量部に対して１質量部以上１００質量部以下であり、０．１μｍ以上１５μｍ以下の厚みを有する層であってもよい。前記潤滑剤層は、前記潤滑剤を前記３層の中で最も多く含み、０．１μｍ以上１０μｍ以下の厚みを有する層であってもよい。前記ベース層の厚みに対する前記潤滑剤層の厚みの比は、０．２以上１０以下であってもよい。
前記無機酸塩は、リン酸塩、ホウ酸塩、ケイ酸塩、モリブデン酸塩およびタングステン酸塩からなる群より選択される少なくとも１種の化合物であってもよい。
前記耐熱樹脂は、ポリイミド樹脂であってもよい。
前記潤滑剤は、ポリテトラフルオロエチレン、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、酸化亜鉛およびグラファイトからなる群より選択される少なくとも１種であってもよい。

本発明の一態様に係る冷間鍛造用鋼板の製造方法は、鋼片を１１５０〜１３００℃で加熱する工程と、前記加熱された鋼片を１０２０℃以上で粗圧延して粗バーとする工程と、前記粗バーを、仕上げ温度がＡｅ_３以上の条件で仕上げ圧延して圧延材とする工程と、前記仕上げ圧延の後に、前記圧延材を１秒以上、１０秒以下の間、空冷する工程と、前記空冷の後に、１０〜７０℃／ｓの冷却速度で巻き取り温度まで前記圧延材を冷却する工程と、前記冷却された圧延材を４００〜５８０℃の巻き取り温度で巻き取り、熱延鋼板とする工程を具備する。前記鋼片は、質量％で、Ｃ：０．１３〜０．２０％、Ｓｉ：０．０１〜０．８％、Ｍｎ：０．１〜２．５％、Ｐ：０．００３〜０．０３０％、Ｓ：０．０００１〜０．００６％、Ａｌ：０．０１〜０．０７％、Ｎ：０．０００１〜０．０２％、及びＯ：０．０００１〜０．００３０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、下記（１）式で示されるＡ値が０．００８０以下である。前記粗圧延は、第１の圧延と、前記第１の圧延の終了から３０秒以上経過した後に行う第２の圧延を有する。前記第１の圧延は、温度が１０２０℃以上であり、かつ圧下率の合計が５０％以上である条件で行われ、前記第２の圧延は、温度が１０２０℃以上であり、かつ圧下率の合計が１５〜３０％である条件で行われる。
Ａ値＝Ｏ％＋Ｓ％＋０．０３３Ａｌ％ ・・・（１）
本発明の一態様に係る冷間鍛造用鋼板の製造方法は、水溶性シランカップリング剤、水溶性無機酸塩、水溶性耐熱樹脂および潤滑剤を含む水系の表面処理液を前記熱延鋼板の主面のいずれか一方又は両方に塗布して塗膜を形成する工程と、前記塗膜を乾燥させることにより、前記熱延鋼板の主面のいずれか一方又は両方に表面処理皮膜を形成する工程を更に具備してもよい。
なお、Ａｅ_３は、以下の式により算出される値である。
Ａｅ_３（℃）＝９１０−３７２×Ｃ％＋２９．８×Ｓｉ％−３０．７×Ｍｎ％＋７７６．７×Ｐ％−１３．７×Ｃｒ％−７８．２Ｎｉ％

本発明の一態様によれば、自動車用部品の材料として使用される強度４４０ＭＰａ級〜７８０ＭＰａ級の高強度を有し、厚さが２ｍｍ以上で比較的厚く、かつ圧延方向とその直角方向の加工性の異方性が低減された冷間鍛造用鋼板を提供できる。詳細には、冷間での鍛造プレス加工時の極限変形能の異方性（極限変形比）が０．９以上で加工性の異方性が小さく、鍛造プレス加工時の割れが防止できる冷間鍛造用鋼板（熱延鋼板）を提供できる。
また、前述した密着層、ベース層、及び潤滑剤層の３層からなる傾斜型の表面処理皮膜を更に具備することによって、簡便な処理工程で製造でき、かつ地球環境保全の観点からも好適であるとともに、優れた潤滑性、焼き付き・カジリ防止性能を有する冷間鍛造用鋼板を提供できる。
従って、本発明の一態様に係る冷間鍛造用鋼板によると、板鍛造プレスといわれる冷間成形における加工性を改善できる。これにより、従来、熱間鍛造などで製造されていたエンジンやトランスミッション用の部品を板鍛造プレスにより製造できる。このため、本発明の一態様に係る冷間鍛造用鋼板は、自動車部品の製造工程などの工程の簡略化やコスト低減に有効であり、省エネルギーに寄与する。

０．１５％Ｃ−０．２％Ｓｉ−０．３％Ｍｎ−０．５％Ｃｒ−０．００２％Ｂを基本成分として含有する熱延鋼板のＡ値と、極限変形能の異方性（φｃ／φＬ）との関係を示す図である。 ０．１４％Ｃ−０．２５％Ｓｉ−１．４５％Ｍｎを基本成分として含有する熱延鋼板のＡ値と、極限変形能の異方性（φｃ／φＬ）との関係を示す図である。 ０．１９％Ｃ−０．１５％Ｓｉ−０．６６％Ｍｎ−０．６５％Ｃｒ−０．０１５％Ｐ−０．００１７％Ｓ−０．０２４％Ａｌ−０．００１８％Ｏ−０．００１６％Ｂの化学成分を有する熱延鋼板において、板厚中心部のパーライトバンドの面積百分率（％）と、極限変形能の異方性（φｃ／φＬ）との関係を示す図である。 ０．１５％Ｃ−０．２％Ｓｉ−１．５１％Ｍｎ−０．０２％Ｐ−０．００１５％Ｓ−０．０３２％Ａｌ−０．００２１％Ｏの化学成分を有する熱延鋼板において、板厚中心部のパーライトバンドの面積百分率（％）と、極限変形能の異方性（φｃ／φＬ）との関係を示す図である。 実施例１の熱延鋼板の組織写真（倍率５０倍）である。 実施例１の熱延鋼板の組織写真であり、図５Ａ中の斜線部の倍率１００倍の写真である。 実施例１の熱延鋼板の組織写真であり、図５Ｂ中の斜線部の倍率２００倍の写真である。 第２の実施形態に係る冷間鍛造用鋼板の構成を模式的に示す説明図である。 スパイク試験方法を説明するための説明図である。 スパイク試験方法による加工前後の試験片の形状を示す図である。 （パーライトバンドの面積百分率）／（Ｋ値又はＫ’値）の比と、極限変形能の異方性（φｃ／φＬ）との関係を示す図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
（第１の実施形態）
［第１の実施形態に係る冷間鍛造用鋼板］
第１の実施形態に係る冷間鍛造用鋼板は、熱延鋼板のみからなる。この熱延鋼板は、加工性の異方性が小さく加工性に優れる。熱延鋼板について、以下に説明する。
まず、熱延鋼板の成分による特性への影響を調査するために、以下の化学成分を有する５０ｋｇの鋼塊を実験室にて真空溶解した。
（ｉ）０．１５％Ｃ−０．２％Ｓｉ−０．３％Ｍｎ−０．５％Ｃｒ−０．００２％Ｂを基本成分として含有し、かつＳ、Ｏ、Ａｌの含有量が種々の値である鋼塊。（ｉｉ）０．１４％Ｃ−０．２５％Ｓｉ−１．４５％Ｍｎを基本成分として含有し、かつＳ、Ｏ、Ａｌの含有量が種々の値である鋼塊。
それぞれの鋼塊を１２００℃で加熱し、次いで、厚みを１００ｍｍから１０ｍｍとする条件で熱間圧延した。熱間圧延を９００℃で終了した後、３秒間空冷した。次いで、冷却速度３０℃／ｓにて５００℃まで冷却した。そして、５００℃の炉に１時間保定し、次いで炉冷することによって、実機での巻取り工程をシミュレートした。
得られた熱延鋼板の圧延方向に沿って直径８ｍｍの丸棒引張試験片を採取した。同様に、圧延方向に対して直角方向に沿って直径８ｍｍの丸棒引張試験片を採取した。これら試験片を用いて引張試験を行った。試験後の試験片の断面収縮率から極限変形能を測定した。圧延方向の極限変形能をφＬとし、圧延方向に対して直角方向の極限変形能をφｃとして、その比（φｃ／φＬ）と成分との関係を調査した。ここで、極限変形能は、以下の式により算出される。また、比（φｃ／φＬ）が１に近い値ほど、加工性の異方性が小さいことを意味する。
極限変形能φ＝ｌｎ（Ｓ_０／Ｓ）
（ここで、Ｓ_０：引張試験前の試験片の断面積、Ｓ：引張試験後の破断部の断面積を意味する。）

図１は、上記（ｉ）の化学成分を有する熱延鋼板のＡ値と、極限変形能の異方性（φｃ／φＬ）との関係を示す図である。また、図２は、上記（ｉｉ）の化学成分を有する熱延鋼板のＡ値と、極限変形能の異方性（φｃ／φＬ）との関係を示す図である。
圧延方向の極限変形能と、Ｏ量（Ｏ％）、Ｓ量（Ｓ％）、及びＡｌ量（Ａｌ％）との関係について回帰分析した結果、下記（１）式で示すＡ値を決定した。
Ａ値＝Ｏ％＋Ｓ％＋０．０３３Ａｌ％ ・・・（１）
（ここで、Ｏ％、Ｓ％、及びＡｌ％は、それぞれ熱延鋼板に含有されるＯ、Ｓ、及びＡｌの含有量（質量％）を示す）
Ａ値を示す関係式において、Ａｌ量の係数（０．０３３）に比べて、Ｓ量及びＯ量の係数（１）が大きく、圧延方向の極限変形能に対するＳ量及びＯ量の影響が大きいことが分かる。一般に介在物が界面に偏在することなどが極限変形能に影響すると考えられている。前記Ａ値を示す関係式においてＡｌ量、Ｓ量、及びＯ量の係数が異なることは、前記介在部の偏在に及ぼす影響が成分によって異なることを示していると考えられる。

図１に示すように、Ｏ量（Ｏ％）、Ｓ量（Ｓ％）、及びＡｌ量（Ａｌ％）より算出されるＡ値が大きくなると、圧延方向に対して直角方向の極限変形能φｃと圧延方向の極限変形能φＬの相対比（φｃ／φＬ）が小さくなり、加工性の異方性が大きくなることが分かる。図１に示すように、Ａ値が０．００８以下になると、圧延方向に直角方向の断面収縮率が圧延方向の断面収縮率に近い値となり、φｃ／φＬの比率が０．９以上であり、加工性の異方性が小さい鋼板を製造できることが判明した。
同様に、図２においても、極限変形能の異方性（φｃ／φＬ）と、Ａ値との間に相関関係が得られた。Ａ値が０．００７以下になると、圧延方向に直角方向の断面収縮率が圧延方向の断面収縮率に近い値となり、φｃ／φＬの比率が０．９以上であり、加工性の異方性が小さい鋼板を製造できることが判明した。

酸素含有量（Ｏ％）を低減することによって、非金属介在物の総量が減り、異方性が小さくなると考えられる。またＡｌを過剰に添加しないことによって、粗大なアルミナ系非金属介在物の量が低減し、これにより異方性が小さくなると考えられる。更にＳ含有量（Ｓ％）を低減することによって、ＳによるＭｎＳ等への影響もＯ、Ａｌと併せて制御できることが判明した。

また以下の化学成分を有する鋼片（スラブ）を用いて、製造条件と、極限変形能の異方性（φｃ／φＬ）との関係を調査した。
（ｉｉｉ）０．１９％Ｃ−０．１５％Ｓｉ−０．６６％Ｍｎ−０．６５％Ｃｒ−０．０１５％Ｐ−０．００１７％Ｓ−０．０２４％Ａｌ−０．００１８％Ｏ−０．００１６％Ｂの成分を有するスラブ。
（ｉｖ）０．１５％Ｃ−０．２％Ｓｉ−１．５１％Ｍｎ−０．０２％Ｐ−０．００１５％Ｓ−０．０３２％Ａｌ−０．００２１％Ｏの成分を有するスラブ。
その結果、化学成分以外に、パーライトバンドの存在状態と、極限変形能の異方性との間に関連があることが分かった。特に、実機によりスラブから製造された熱延鋼板では、板厚中心部において、圧延方向に伸びたパーライトバンドの存在比率（面積百分率）が高い。板厚をｔとすると、４／１０ｔ〜６／１０ｔの範囲の中心領域において、１ｍｍ以上の長いパーライトバンドの存在比率が高いほど、圧延方向に直角方向の極限変形能（φｃ）が低下して極限変形能の異方性が０．９未満となり、加工性の異方性が大きくなる。
ここで、パーライトバンドとは、板厚方向の厚さ５μｍ以上のパーライトが、圧延方向に２０μｍ以下の間隔で連なり、バンド状で長さが１ｍｍ以上の集合体である。パーライトバンドの存在比率（面積百分率）（％）は、以下の方法により測定した。圧延方向に平行な板厚の断面部を採取した。この断面部を研磨処理し、次いで、ナイタール液（硝酸５％程度を含み、残部がアルコールの溶液）に浸漬し、パーライトを現出させた。次いで、板厚ｔに対して４/１０ｔ〜６/１０ｔの範囲の板厚中央部の組織を光学顕微鏡（倍率：１００倍）にて撮影し、得られた画像を連結した。画像解析ソフト（三谷商事株式会社製ＷｉｎＲＯＯＦ Ｖｅｒ．５．５．０）を用いて、連結した画像を画像解析して、パーライトバンドの面積百分率を求めた。得られた結果を図３、４に示す。上述の（ｉｉｉ）、（ｉｖ）の化学成分系では、板厚中央部において、１ｍｍ以上の大きさのパーライトバンドの面積百分率が４．６％以下の場合、極限変形能の異方性が０．９以上となり、加工性の異方性が小さくなることが判明した。

発明者らは、上記のパーライトバンドの面積百分率と極限変形能の関係を更に調査した。その結果、極限変形能の異方性を０．９以上に保つためのパーライトバンドの面積百分率は、化学成分と大きく関連することが分かった。パーライトバンドの面積百分率と、種々の成分の含有量との関係について回帰分析を行った。その結果、本実施形態の成分系では、パーライトバンドの面積百分率が、下記（２）式で示されるＫ値以下である場合、極限変形能の異方性が０．９以上となることが分かった。また、Ｃｒを含有する場合には、パーライトバンドの面積百分率が、下記（３）式で示されるＫ’値以下である場合、極限変形能の異方性が０．９以上となることが分かった。
Ｋ値＝２５．５×Ｃ％＋４．５×Ｍｎ％−６ ・・・・（２）
Ｋ’値＝１５×Ｃ％＋４．５×Ｍｎ％＋３．２×Ｃｒ％−３．３ ・・・（３）
（ここで、Ｃ％、Ｍｎ％、Ｃｒ％は、それぞれ熱延鋼板に含有されるＣ、Ｍｎ、Ｃｒの含有量（質量％）を意味する。）
Ｋ値及びＫ’値を示す関係式より、基本成分であるＣ、Ｍｎ、及びＣｒの含有量によってパーライトバンドの形成が強く影響されることが分かる。本実施形態の成分系では、パーライトバンドの面積百分率が、Ｋ値以下又はＫ’値以下となるように、化学成分及び製造条件を設定することが重要である。

本実施形態における熱延鋼板の化学成分は、これらの知見に基づいて設定されている。本実施形態における熱延鋼板の成分組成に係る限定理由について、以下に説明する。なお、「％」は「質量％」を意味する。

（化学成分）
Ｃ：０．１３〜０．２０％
Ｃは、熱延鋼板の強度を確保するために重要な成分である。しかし、本実施形態が対象とする自動車用の部材に加工するためには、被削性が必要である。Ｃ含有量が０．１３％未満では、炭化物量が少なくなるため被削性に劣る。このため、被削性を確保するためには、０．１３％以上のＣが必要である。一方、Ｃ含有量が０．２０％を超える場合、製造されたままの状態の熱延鋼板では、加工性が低下する。このため、Ｃ含有量は０．１３〜０．２０％と定める。Ｃ含有量は、好ましくは０．１３〜０．１８％であり、更に好ましくは０．１４〜０．１７％である。

Ｓｉ：０．０１〜０．８％
Ｓｉは、固溶強化元素であり、比較的安価に鋼板の強度を上昇させることができる。またスケール疵との関係から微量の添加は必要である。このため、Ｓｉ含有量を０．０１％以上とするが、Ｓｉ含有量が０．８％を超える場合、効果が飽和する。このためＳｉ含有量を０．０１〜０．８％の範囲とする。Ｓｉ含有量は、好ましくは０．０３〜０．５％であり、更に好ましくは０．１〜０．３％である。

Ｍｎ：０．１〜２．５％
Ｍｎは、固溶強化元素であり、所望の高張力を確保するために重要な成分である。Ｍｎ含有量が１．０％未満の場合、必要な強度を確保するためには、その他の強化元素を含有する必要があり、コストが高くなるため好ましくない。一方、Ｍｎ含有量が多くなるほど、Ｍｎ偏析により、パーライトバンドが生成しやすくなる。Ｍｎ含有量が２．５％を超える場合、鋼片（鋳片）での中心偏析が顕著となり、本実施形態の製造方法で製造しても、熱延鋼板の圧延方向に対して直角方向の加工性が低下する。このため、Ｍｎ含有量を０．１〜２．５％とする。Ｍｎ含有量は、好ましくは０．３％超〜２．０％であり、更に好ましくは０．４〜１．７％であり、最も好ましくは０．６〜１．５％である。

Ｐ：０．００３〜０．０３０％
Ｐは固溶強化元素であり、比較的安価に鋼板の強度を上昇させることができる元素である。しかし、靱性の観点からは過剰量のＰを含有することは好ましくない。このため、Ｐ含有量を０．０３％以下と定める。また、精錬の観点から、Ｐ含有量を０．００３％未満とすることはコストの上昇を招く。このため、Ｐ含有量を０．００３〜０．０３０％とする。Ｐ含有量は、好ましくは０．００３〜０．０２０％であり、更に好ましくは０．００５〜０．０１５％である。

Ｓ：０．０００１〜０．００８％
Ｓは、鋼中に不純物として含有され、ＭｎＳを形成する。このＭｎＳは、冷間加工の加工性を左右する鋼板の延性や靭性を低下させる原因となる。特にＭｎＳは、加工性の異方性を大きくするため、ＭｎＳの量を低減する観点からも、Ｓの含有量を低減することが必要である。このため、Ｓ含有量を０．００８％以下とする。またＳ含有量を０．０００１％未満とすることは精錬コストを大幅に上昇させる。このため、Ｓ含有量を０．０００１〜０．００８％とする。Ｓ含有量は、好ましくは０.０００１〜０．００５％であり、更に好ましくは０．０００１〜０．００４％である。

Ａｌ：０．０１〜０．０７％
Ａｌは、鋼の脱酸のために添加される元素であるが、Ａｌ含有量が０．０１％未満の場合、脱酸効果が十分でない。一方、Ａｌ含有量が０．０７％を超えると、脱酸効果は飽和してしまう。また、連続鋳造により湾曲型の鋳片を製造する工程において、得られた鋳片の曲げ矯正を行う際、ＡｌＮの析出による割れを助長し、且つ経済的に不利になる。このため、Ａｌ含有量を０．０１〜０．０７％とする。Ａｌ含有量は、好ましくは０．０１〜０．０４％である。

Ｎ：０．０００１〜０．０２％
湾曲型の連続鋳造設備により、鋳片の曲げ矯正を行なう際に、Ｎが窒化物として析出すると、鋳片の割れの原因となる。このため、Ｎ含有量を０．０２％以下とする。またＮ含有量を０．０００１％未満に低減することは精錬コストの増加を招く。このため、Ｎ含有量を０．０００１〜０．０２％とする。Ｎ含有量は、好ましくは０．０００１〜０．０１％であり、更に好ましくは０．０００１〜０．００５％である。

Ｏ：０．０００１〜０．００３０％
Ｏの一部は酸化物として存在するため、Ｏは、冷間での加工性に影響し、延性や靭性を低下させる原因となる。Ｏ含有量が高くなると、介在物も大きくなる。また介在物が凝集すると、著しく延性を下げる。このため、Ｏ含有量を０．０００１〜０．００３０％とする。Ｏ含有量は、極力、低減することが望ましく、Ｏ含有量は、好ましくは０．０００１〜０．００２５％であり、更に好ましくは０．０００１〜０．００２０％である。

本実施形態では、化学成分と製造条件とを合わせて考慮した場合、下記式を満足することによって、加工性の低下を抑制できることが判明した。このため、酸素含有量（Ｏ％）は、Ｓ含有量（Ｓ％）とＡｌ含有量（Ａｌ％）に応じて、下記式を満たすように調整される。下記式のＡ値は、０．００７０以下であることが好ましい。Ａ値の下限値は、好ましくは０．００１０である。Ａ値を０．００１０未満とするためには、製鋼コストの増大が顕著となるため好ましくない。
Ａ値＝Ｏ％＋Ｓ％＋０．０３３Ａｌ％≦０．００８０

次に、本実施形態の熱延鋼板が、必要に応じて選択的に含有してもよい成分について説明する。

Ｎｂ：０．００１〜０．１％
Ｎｂは、鋼板の強度を向上させるとともに、細粒化作用によって鋼板の靱性を改善する効果がある。本実施形態では、選択元素として含有してもよい。しかし、Ｎｂ含有量が０．００３％未満では、これらの効果は十分に得られない。一方、Ｎｂ含有量が０．１％を超えると、効果が飽和して経済的に不利となる。また過剰量のＮｂを含有すると、熱間圧延時の再結晶挙動を遅延させる。このため、Ｎｂ含有量を０．００１〜０．１％とする。Ｎｂ含有量は、好ましくは０．００３〜０．１％である。

Ｔｉ：０．００１〜０．０５％
Ｔｉは、Ｎ固定の観点から添加してもよく、鋳片の脆化や材質の安定化に寄与する。しかし、Ｔｉ含有量が０．０５％を超えると、効果が飽和する。またＴｉ含有量が１０ｐｐｍ以下の場合、前記効果が得られない。このためＴｉ含有量を０．００１〜０．０５％とする。

Ｖ：０．００１〜０．０５％
Ｖは、炭窒化物の析出によって熱延鋼板を強化する。このため、必要に応じて、Ｖを添加してもよい。Ｖ含有量が０．００１％未満では、その効果は小さい。またＶ含有量が０．０５％を超えると、効果は飽和する。このため、Ｖ含有量を０．００１〜０．０５％とする。

Ｔａ：０．０１〜０．５％
Ｔａは、Ｎｂ、Ｖと同様に、炭窒化物を形成し、結晶粒の粗大化の防止や靭性の改善等に有効な元素であり、必要に応じて添加してもよい。Ｔａ含有量が０．０１％未満では、添加による効果が小さいので、Ｔａ含有量の下限を０．０１％とする。Ｔａ含有量が０．５％を超えると、添加効果が飽和すると共に、コストが増加する。また過剰量の炭化物が形成されて再結晶の遅延などが生じ、加工性の異方性を増加させる。このため、Ｔａ含有量の上限を０．５％とする。

Ｗ：０．０１〜０．５％
Ｗは、Ｎｂ、Ｖ、Ｔａと同様に、炭窒化物を形成し、結晶粒の粗大化の防止や靭性の改善などに有効な元素であり、必要に応じて添加してもよい。Ｗ含有量が０．０１％未満では、添加による効果が小さいので、Ｗ含有量の下限を０．０１％とする。Ｗ含有量が０．５％を超えると、添加による効果が飽和すると共に、コストが増加する。また過剰量の炭化物が形成されて再結晶の遅延などが生じ、加工性の異方性を増加させる。このため、Ｗ含有量の上限を０．５％とする。

Ｃｒ：０．０１〜２．０％
Ｃｒは、鋼板の強化に有効であり、特にＭｎの代替元素として使うことが可能であり、選択元素として添加してもよい。但し、Ｃｒ含有量が０．０１％未満では、効果がない。Ｃｒ含有量が２．０％を超える場合、本実施形態においては効果が飽和する。このため、Ｃｒ含有量を０．０１〜２．０％とする。Ｃｒ含有量は、好ましくは０．１％超〜１．５％であり、更に好ましくは０．３％超〜１．１％である。

Ｎｉ：０．０１〜１．０％
Ｎｉは、鋼板の靭性や強化に有効であり、選択元素として添加してもよい。但し、Ｎｉ含有量が０．０１％未満では、効果がない。Ｎｉ含有量が１．０％を超える場合、本実施形態においては効果が飽和する。このため、Ｎｉ含有量を０．０１〜１．０％とする。

Ｃｕ：０．０１〜１．０％
ＣｕはＣｒ、Ｎｉと同様に、鋼板の強度を確保するために有効であり、選択元素として添加してもよい。但し、Ｃｕ含有量が０．０１％未満では、効果がない。Ｃｕ含有量が１．０％を超える場合、本実施形態においては効果が飽和する。このため、Ｃｕ含有量を０．０１〜１．０％とする。

Ｍｏ：０．００５〜０．５％
Ｍｏは、組織の強化や靭性の改善に効果的な元素であり、選択元素として添加してもよい。Ｍｏ含有量が０．００１％未満では、その効果は小さい。またＭｏ含有量が０．５％を超える場合、本実施形態においては効果が飽和する。このため、Ｍｏ含有量を０．００５〜０．５％とする。

Ｂ：０．０００１〜０．０１％
Ｂは、微量の添加で、焼入性を向上させる。またパーライト変態を抑制してパーライトバンドの量を低減するために有効な元素であり、必要に応じて添加してもよい。Ｂ含有量が０．０００１％未満では、添加による効果がないので、Ｂ含有量の下限を０．０００５％とする。またＢ含有量が０．０１％を超えると、鋳造性が低下して、鋳片の割れを助長する。このため、Ｂ含有量の上限を０．０１％とする。Ｂ含有量は、好ましくは０．０００５〜０．００５％である。

Ｍｇ：０．０００５〜０．００３％
Ｍｇは、微量の添加で酸化物、硫化物の形態制御に有効な元素であり、必要に応じて添加してもよい。Ｍｇ含有量が０．０００５％未満では、その効果は得られない。またＭｇ含有量が０．００３％を超える場合、その効果は飽和する。このため、Ｍｇ含有量を０．０００５〜０．００３％とする。

Ｃａ：０．０００５〜０．００３％、
Ｃａは、Ｍｇと同様に、微量の添加で酸化物、硫化物の形態制御に有効な元素であり、必要に応じて添加してもよい。Ｃａ含有量が０．０００５％未満では、その効果は得られない。またＣａ含有量が０．００３％を超える場合、その効果は飽和する。このため、Ｃａ含有量を０．０００５〜０．００３％とする。

Ｙ：０．００１〜０．０３％
Ｙは、Ｃａ、Ｍｇと同様に、酸化物、硫化物の形態制御に有効な元素であり、必要に応じて添加してもよい。Ｙ含有量が０．００１％未満では、その効果は得られない。またＹ含有量が０．０３％を超える場合、その効果は飽和し、また鋳造性を劣化させる。このため、Ｙ含有量を０．００１〜０．０３％とする。

Ｚｒ：０．００１〜０．０３％
Ｚｒは、Ｙ、Ｃａ、Ｍｇと同様に、酸化物、硫化物の形態制御に有効な元素であり、必要に応じて添加してもよい。Ｚｒ含有量が０．００１％未満では、その効果は得られない。またＺｒ含有量が０．０３％を超える場合、その効果は飽和し、また鋳造性を劣化させる。このため、Ｚｒ含有量を０．００１〜０．０３％とする。

Ｌａ：０．００１〜０．０３％
Ｌａは、Ｚｒ、Ｙ、Ｃａ、Ｍｇと同様に、酸化物、硫化物の形態制御に有効な元素であり、必要に応じて添加してもよい。Ｌａ含有量が０．００１％未満では、その効果は得られない。またＬａ含有量が０．０３％を超える場合、その効果は飽和し、また鋳造性を劣化させる。このため、Ｌａ含有量を０．００１〜０．０３％とする。

Ｃｅ：０．００１〜０．０３％
Ｃｅは、Ｌａ、Ｚｒ、Ｙ、Ｃａ、Ｍｇと同様に、酸化物、硫化物の形態制御に有効な元素であり、必要に応じて添加してもよい。Ｃｅ含有量が０．００１％未満では、その効果は得られない。またＣｅ含有量が０．０３％を超える場合、その効果は飽和し、また鋳造性を劣化させる。このため、Ｃｅ含有量を０．００１〜０．０３％とする。

その他の成分については、特に規定しないが、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ａｓ等の元素が、原料のスクラップから不可避的不純物として混入する場合がある。しかし、不純物として混入するレベルの含有量では、本実施形態における熱延鋼板の特性には著しい影響を与えない。

（板厚）
本実施形態の熱延鋼板の板厚は、板鍛造プレスへの適用形態を考慮すると、２ｍｍ以上、２５ｍｍ以下である。板厚が２ｍｍ未満では、板鍛造における増肉工程などにおいて、加工が難しくなり、板鍛造プレス性に劣る。板厚が２５ｍｍを超える場合、プレス荷重が大きくなる。また本実施形態の製造方法における冷却制御や巻き取り等で使用される設備に制約が生じやすくなる。このため、板厚の上限を２５ｍｍとする。

（ミクロ組織）
圧延方向に平行な板厚の断面のうち、板厚をｔとした時に４／１０ｔ〜６／１０ｔの範囲の断面において、パーライトバンドの面積百分率は、下記式で示されるＫ値以下である。
Ｋ値＝２５．５×Ｃ％＋４．５×Ｍｎ％−６
熱延鋼板がＣｒを含有する場合には、パーライトバンドの面積百分率は、上記Ｋ値以下の代わりに、下記式で示されるＫ’値以下である。
Ｋ’値＝１５×Ｃ％＋４．５×Ｍｎ％＋３．２×Ｃｒ％−３．３
パーライトバンドとは、板厚方向の厚さが５μｍ以上のパーライト相の集合体であり、これらパーライト相が、２０μｍ以下の間隔で圧延方向に連なって形成され、圧延方向の長さが１ｍｍ以上のバンド状の集合体である。
図８は、（パーライトバンドの面積百分率）／（Ｋ値又はＫ’値）と、極限変形能の異方性（φｃ／φＬ）との関係を示す図である。図８に示されたように、（パーライトバンドの面積百分率）／（Ｋ値又はＫ’値）の比が１以下の場合、すなわちパーライトバンドの面積百分率がＫ値以下又はＫ’値以下の場合、極限変形能の異方性が０．９以上となり、圧延方向とその直角方向の加工性の異方性が低減できることが分かる。
パーライトバンドの面積百分率は、４．６％以下であることが好ましく、これにより、図３、４に示されたように極限変形能の異方性が０．９以上となり、確実に加工性の異方性を小さくすることができる。

［第１の実施形態に係る冷間鍛造用鋼板の製造方法］
前述したように、第１の実施形態に係る冷間鍛造用鋼板は、熱延鋼板のみからなる。この熱延鋼板の製造方法について、以下に説明する。

熱延鋼板の製造方法は、鋼片を加熱する工程と、前記加熱された鋼片を粗圧延して粗バーとする工程と、前記粗バーを仕上げ圧延して圧延材とする工程と、前記仕上げ圧延の後に、前記圧延材を空冷する工程と、巻き取り温度まで前記圧延材を冷却する工程と、前記冷却された圧延材を巻き取り、熱延鋼板とする工程を具備する。

（鋼片の加熱工程）
前述した本実施形態の化学成分を有する鋼片（連続鋳造鋳片又は鋼塊）を、直接、加熱炉に挿入するか、又は一旦、冷却し、次いで加熱炉に挿入する。そして、鋼片を１１５０〜１３００℃で加熱する。
加熱温度が１１５０℃未満の場合、次工程の熱間圧延時の圧延温度が低下する。これにより、粗圧延時の再結晶挙動や連続熱延後の空冷中の再結晶挙動が進行せず、展伸粒が残存したり、加工性の異方性が増加する。このため、加熱温度の下限値を１１５０℃以上とする。加熱温度が１３００℃を超える場合、加熱中の結晶粒が粗大化し、加工性の異方性が大きくなる。従って、加熱温度は、１１５０〜１３００℃であり、好ましくは１１５０〜１２５０℃である。
なお、加熱された鋼片（連続鋳造鋳片又は鋼塊）は、次工程の熱間圧延に供されるが、鋼片を直接、加熱炉に挿入する場合と、一旦、冷却し、次いで加熱炉に挿入する場合において、鋼板特性に差は殆どない。また次工程の熱間圧延は、通常の熱間圧延、及び仕上げ圧延において粗バーを接合する連続化熱間圧延のどちらでもよく、鋼板特性に差は殆どない。

（粗圧延の工程）
粗圧延は、第１の圧延と、第１の圧延の終了から３０秒以上経過した後に行う第２の圧延を有する。第１の圧延は、温度が１０２０℃以上であり、かつ圧下率の合計が５０％以上である条件で行われる。第２の圧延は、温度が１０２０℃以上であり、かつ圧下率の合計が１５〜３０％である条件で行われる。
パーライトバンドは、Ｍｎ、Ｐなどの合金元素の偏析によって生成する。このため、パーライトバンドの面積率を低減するためには、合金元素の偏在を抑制すること（合金元素の偏在の割合を低減すること）が有効である。従来では、合金元素の偏在を抑制する手段として、熱間圧延の前に鋼片（スラブ）を高温度で長時間加熱する方法が行われていた。この従来の方法では、生産性が低下し、かつコストが増加する。さらに、エネルギーの消費量が莫大となり、ＣＯ_２の発生量の増加の原因となる。
本発明者等は、合金元素の拡散が加工歪みや粒界移動によって促進されることに着目し、粗圧延の条件を以下のように制御することによって、合金元素を拡散させて合金元素の偏在を抑制できることを見出した。

最初に、温度が１０２０℃以上であり、かつ圧下率の合計（総圧下率）が５０％以上である条件で第１の圧延を行う。これにより、転位密度を増加させるとともに、オーステナイトの再結晶に伴う粒界移動により合金元素の拡散を促進する。第１の圧延の温度の上限値は、好ましくは１２００℃である。温度が１２００℃を超える場合、脱炭しやすくなるため好ましくない。第１の圧延の圧下率の合計（総圧下率）は、好ましくは６０％以上であり、更に好ましくは７０％以上である。圧下率の合計（総圧下率）の上限値は、好ましくは９０％である。圧下率の合計（総圧下率）が９０％を超える場合、１０２０℃以上で圧延を終了させることが困難となるため好ましくない。
次に、第１の圧延の終了から３０秒以上経過した後に第２の圧延を行う。第２の圧延は、温度が１０２０℃以上であり、かつ圧下率の合計（総圧下率）が１５〜３０％である条件で行われる。これにより、再結晶オーステナイト粒が成長し、移動する粒界に引っ張られて合金元素が拡散する。第１の圧延の終了から第２の圧延の開始までの経過時間は、好ましくは４５秒以上であり、更に好ましくは６０秒以上である。第２の圧延の温度の上限値は、好ましくは１２００℃である。温度が１２００℃を超える場合、脱炭しやすくなるため好ましくない。
なお、第１の圧延及び第２の圧延を行う回数は特に限定されない。圧延温度、圧下率の合計（総圧下率）、及び第１の圧延の終了から第２の圧延の開始までの経過時間が、上記した範囲内であれば、第１の圧延及び第２の圧延をそれぞれ１回ずつ行ってもよいが、２回以上行っても良い。いずれの場合も同じ効果が得られる。

（仕上げ圧延の工程）
粗圧延して得られた粗バーを、仕上げ温度がＡｅ_３以上の条件で仕上げ圧延する。
Ａｅ_３は、以下の式により算出される値である。
Ａｅ_３（℃）＝９１０−３７２×Ｃ％＋２９．８×Ｓｉ％−３０．７×Ｍｎ％＋７７６．７×Ｐ％−１３．７×Ｃｒ％−７８．２Ｎｉ％
（ここで、Ｃ％、Ｓｉ％、Ｍｎ％、Ｐ％、Ｃｒ％、及びＮｉ％は、それぞれ熱延鋼板に含有されるＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｃｒ、及びＮｉの含有量（質量％）を示す）
仕上げ圧延の温度（仕上げ温度、仕上げ圧延の終了温度）をＡｅ_３以上とすることによって、再結晶を促進させる。通常、仕上げ圧延の終了温度の目安としてＡｒ_３が用いられる。仕上げ圧延の終了温度がＡｒ_３の場合、オーステナイト組織で仕上げ圧延が終了するが、過冷状態にあり、再結晶が十分に起きず、加工性の異方性の増加を助長する。このため、本実施形態では、仕上げ温度（仕上げ圧延の終了温度）をＡｅ_３以上とする。

（空冷の工程）
仕上げ圧延の後に、圧延材を１秒以上、１０秒以下の間、空冷する。空冷時間が１０秒を超える場合、温度の低下が著しくなり、再結晶挙動が緩慢となる。このため、加工性の異方性を改善する効果が飽和する。

（空冷後の冷却及び巻き取りの工程）
空冷の後に、１０〜７０℃／ｓの冷却速度で４００〜５８０℃の巻き取り温度まで圧延材を冷却する。冷却速度が１０℃／ｓ未満の場合、粗大なフェライトと粗大なパーライト組織が形成される。このため、前述した熱間圧延（粗圧延及び仕上げ圧延）を行っても、粗大なパーライト組織により、変形能自体が低下する。このため冷却速度の下限値を１０℃／ｓ以上とする。また冷却速度が７０℃／ｓを超える場合、鋼板の幅方向の冷却むらが生じる。特にエッジ近傍は過冷されて硬質化するため、材質のばらつきが生じる。このため、エッジのトリムなどの追加の工程が必要になり、歩留まりを低下させる。従って、冷却速度の上限値を７０℃以下とする。

次に、冷却された圧延材を４００〜５８０℃の巻き取り温度で巻き取る。巻き取り温度が４００℃未満の場合、鋼板の一部でマルテンサイト変態が生じたり、鋼板の強度が高くなり、加工性が低下する。また、巻き戻し時のハンドリングが困難になる。一方、巻き取り温度が５８０℃を超える場合、フェライト変態時に排出されたＣ（炭素）がオーステナイト中に濃縮し、粗大なパーライト組織が生成する。粗大なパーライト組織は、パーライトバンドの生成を助長するため、パーライトバンドの面積率が高くなる。このため、変形能が低下するとともに、加工性の異方性が増大する。
巻き取り温度を５８０℃以下とすることによって、組織を微細化し、粗大なパーライト組織の生成を抑え、変形能の低下や加工性の異方性の増大を抑制できる。

（第２の実施形態）
［第２の実施形態に係る冷間鍛造用鋼板］
まず、図６を参照しながら、第２の実施形態に係る冷間鍛造用鋼板の構成について説明する。図６は、第２の実施形態に係る冷間鍛造用鋼板を模式的に示す説明図である。

図６に示すように、第２の実施形態に係る冷間鍛造用鋼板１は、素地である熱延鋼板１０と、熱延鋼板１０の主面のいずれか一方又は両方に形成された表面処理皮膜１００とを具備する。

（熱延鋼板（鋼板本体部、素地）１０）
冷間鍛造用鋼板１の素地となる熱延鋼板１０は、前述した第１の実施形態に記載の熱延鋼板である。このため、熱延鋼板１０に係る詳細な説明を省略する。

（表面処理皮膜１００）
表面処理皮膜１００は、この皮膜中の各成分が膜厚方向に濃度勾配を有することにより、表面処理皮膜１００と熱延鋼板１０との界面側から表面処理皮膜１００の表面側に向かって、密着層１１０、ベース層１２０、潤滑剤層１３０の順に３層が識別可能に設けられた傾斜型の３層構造を有する。

ここで、本実施形態における「傾斜型」とは、表面処理皮膜１００に含まれる密着層１００、ベース層１２０および潤滑剤層１３０の各層が完全に分離して３層に分かれていること（ある層の成分が他の層には存在しない）ではなく、上記のように、表面処理皮膜１００中に含まれる成分が、皮膜の膜厚方向に濃度勾配を有することを意味する。すなわち、表面処理皮膜１００中の主な成分としては、素地である熱延鋼板１０の表面の金属との間に形成されるシラノール結合（詳細は後述する。）に起因する成分、耐熱樹脂、無機酸塩および潤滑剤があるが、これらの成分が、表面処理皮膜１００の膜厚方向に濃度勾配を有している。より詳細には、表面処理皮膜１００と熱延鋼板１０との界面側から表面処理皮膜１００の表面側に向かって、潤滑剤１３１の濃度は増加し、反対に、耐熱樹脂および無機酸塩の濃度は減少する。また、表面処理皮膜１００と熱延鋼板１０との界面の近傍に近付くに従い、シラノール結合に起因する成分が増加していく。

以下、表面処理皮膜１００を構成する各層の構成について詳細に説明する。

＜密着層１１０＞
密着層１１０は、冷間鍛造時の加工に対して、表面処理皮膜１００と素地である熱延鋼板１０との密着性を確保し、冷間鍛造用鋼板１と金型との焼き付きを防止する役割を有する。具体的には、密着層１１０は、表面処理皮膜１００と熱延鋼板１０との界面側に位置し、シラノール結合に起因する成分を、表面処理皮膜１００を構成する３層のうちで最も多く含む層である。

ここで、本実施形態におけるシラノール結合は、Ｓｉ−Ｏ−Ｘ（Ｘは、前記熱延鋼板の構成成分である金属）で表され、表面処理皮膜１００と熱延鋼板１０との界面近傍に形成される。このシラノール結合は、表面処理皮膜１００を形成するための表面処理液中に含まれるシランカップリング剤と、熱延鋼板１０表面の金属（例えば、熱延鋼板１０にめっきが施されている場合は、このめっきの金属種（Ｚｎ、Ａｌ等）、あるいは、熱延鋼板１０が非めっき鋼板の場合はＦｅ）の酸化物との共有結合であると推定される。また、シラノール結合が存在していることは、試料の深さ方向における元素分析が可能な方法（例えば、高周波グロー放電発光分光分析装置（高周波ＧＤＳ）により、表面処理皮膜１００の膜厚方向におけるシラノール結合に起因する成分（Ｓｉ、Ｏ、Ｘ）元素のスペクトル強度を測定し、このスペクトル強度から、各元素を定量することにより、確認できる。また、ＦＥ−ＴＥＭ（電界放射型透過電子顕微鏡）などを用いた試料断面の直接観察や、微小部元素分析（例えば、エネルギー分散型Ｘ線分光器（ＥＤＳ）を用いた分析方法）などからも確認できる。

また、密着層１１０の厚みは、０．１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが必要である。密着層１１０の厚みが０．１ｎｍ未満では、シラノール結合の形成が不十分であるために、表面処理皮膜１００と熱延鋼板１０との間の十分な密着力が得られない。一方、密着層１１０の厚みが１００ｎｍを超えると、シラノール結合の数が多くなりすぎて、冷間鍛造用鋼板１の加工時において密着層１１０内の内部応力が高くなり、皮膜が脆くなる。このため、表面処理皮膜１００と熱延鋼板１０との間の密着力が低下する。表面処理皮膜１００と熱延鋼板１０との間の密着力をより確実に確保するという観点からは、密着層１１０の厚みは、０．５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましい。

＜ベース層１２０＞
ベース層１２０は、冷間鍛造時における鋼板追従性を向上させる役割を有する。また、ベース層１２０は、潤滑剤１３１を保持し、金型との焼き付きに対する硬さおよび強度を冷間鍛造用鋼板１に付与する役割を有する。具体的には、ベース層１２０は、密着層１１０と潤滑剤層１３０との間に中間層として位置し、耐熱樹脂および無機酸塩を、主成分として、表面処理皮膜１００を構成する３層のうちで最も多く含む。詳細には、ベース層１２０は、層全体に含まれる耐熱樹脂および無機酸塩の含有量が、３層のうちで最も多い。

ベース層１２０に主に含まれる成分として、無機酸塩を選択した理由は、本実施形態のような傾斜型の３層構造の皮膜を形成することが可能であり、かつ上述したベース層１２０の役割を果たすために好適であるためである。なお、本実施形態では、水系の表面処理液を用いて表面処理皮膜１００を形成する。このため、この表面処理液の安定性を考慮し、本実施形態における無機酸塩は水溶性であることが好ましい。ただし、水に不溶または難溶な塩であっても、例えば、酸に可溶なものであれば、水に可溶性の無機酸塩（例えば、硝酸亜鉛）と酸（例えば、リン酸）を組み合わせて使用することにより、リン酸亜鉛を含む皮膜を形成することができる。

以上のような役割から、本実施形態における無機酸塩としては、例えば、リン酸塩、ホウ酸塩、ケイ酸塩、モリブデン酸塩、またはタングステン酸塩を、単独で、あるいは、複数組み合わせて使用できる。より具体的には、無機酸塩として、例えば、リン酸亜鉛、リン酸カルシウム、ホウ酸ナトリウム、ホウ酸カリウム、ホウ酸アンモニウム、ケイ酸カリウム、モリブデン酸カリウム、モリブデン酸ナトリウム、タングステン酸カリウム、タングステン酸ナトリウム等を使用できる。ただし、これらのうち、密着層１００、ベース層１２０および潤滑剤層１３０の各層の厚みを測定する際の便宜等の理由から、無機酸塩としては、特に、リン酸塩、ホウ酸塩およびケイ酸塩からなる群より選択される少なくとも１種の化合物であることが好ましい。

また、ベース層１２０には、主成分として耐熱樹脂が含まれている。上述したように、冷間鍛造時には、素材である冷間鍛造用鋼板１と金型との間の摩擦力により、比較的高温となる。このため、耐熱樹脂を選択した理由は、このような高温の加工条件下においても、表面処理皮膜１００が皮膜としての形状を維持する必要があるためである。このような観点から、本実施形態における耐熱樹脂の耐熱性は、冷間鍛造時の到達温度（概ね２００℃程度）を超える程度の温度で、皮膜としての形状を保持できる程度であることが好ましい。なお、本実施形態では、水系の表面処理液を用いて表面処理皮膜１００を形成する。このため、この表面処理液の安定性を考慮し、本実施形態における耐熱樹脂は水溶性であることが好ましい。

以上のような役割から、本実施形態における耐熱樹脂としては、例えば、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂等を使用できる。十分な耐熱性や水溶性を確保するためには、耐熱樹脂として、特に、ポリイミド樹脂を使用することが好ましい。

また、ベース層１２０の組成も冷間鍛造用鋼板１の全体の組成に影響を与える。そのため、本実施形態においては、表面処理皮膜１００の加工追従性および耐熱性付与のために耐熱樹脂をベース層１２０の主成分としており、例えば、引用文献４のように、燐酸塩、硼酸塩、ケイ酸塩、モリブデン酸塩、タングステン酸塩等の無機成分を主成分とはしていない。具体的には、ベース層１２０内において、無機酸塩の含有量は、耐熱樹脂１００質量部に対して、１質量部以上１００質量部以下である。無機酸塩の含有量が１質量部未満では、表面処理皮膜１００の摩擦係数が上昇し、十分な潤滑性を得ることができない。一方、無機酸塩の含有量が１００質量部を超えると、潤滑剤１３１を保持するための性能が十分に発揮されない。

また、ベース層１２０の厚みは、０．１μｍ以上１５μｍ以下であることが必要である。ベース層１２０の厚みが０．１μｍ未満では、潤滑剤１３１を保持するための性能が十分に発揮されない。一方、ベース層１２０の厚みが１５μｍを超えると、ベース層１２０の膜厚が大きくなりすぎるため、加工（冷間鍛造）時に押し込みキズなどを作りやすくなる。潤滑剤１３１を保持するための性能を向上させるという観点からは、ベース層１２０の厚みは０．５μｍ以上であることが好ましく、加工時の押し込みキズをより確実に防止するという観点からは、ベース層１２０の厚みは３μｍ以下であることが好ましい。

＜潤滑剤層１３０＞
潤滑剤層１３０は、表面処理皮膜１００の潤滑性を向上させ、摩擦係数を低減する役割を有する。具体的には、潤滑剤層１３０は、表面処理皮膜１００の最表面側に位置し、潤滑剤１３１を、表面処理皮膜１００を構成する３層のうちで最も多く含む層である。

本実施形態において、潤滑剤１３１としては、傾斜型の３層構造を有する表面処理皮膜１００を形成可能であり、かつ表面処理皮膜１００の潤滑性を十分に向上させるものであれば特に限定はされない。例えば、ポリテトラフルオロエチレン、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、酸化亜鉛およびグラファイトからなる群より選択される少なくとも１種を用いることができる。

また、潤滑剤層１３０の厚みは、０．１μｍ以上１０μｍ以下であることが必要である。潤滑剤層１３０の厚みが０．１μｍ未満では、十分な潤滑性を得ることができない。一方、潤滑剤層１３０の厚みが１０μｍを超えると、加工時に余剰カスを生じるようになり、この余剰カスが金型などに付着したりするなどの不都合を生じる。より潤滑性を向上させるという観点からは、潤滑剤層１３０の厚みは１μｍ以上であることが好ましい。また、加工時の余剰カスの発生をより確実に防止するという観点からは、潤滑剤層１３０の厚みは６μｍ以下であることが好ましい。

さらに、上述したベース層１２０の役割や潤滑剤層１３０の役割を果たすためには、潤滑剤層１３０とベース層１２０との厚み比も重要である。具体的には、ベース層１２０に対する潤滑剤層１３０の厚みの比、すなわち、（潤滑剤層の厚み）／（ベース層の厚み）は、０．２以上１０以下である必要がある。（潤滑剤層の厚み／ベース層の厚み）が０．２未満では、表面処理皮膜１００が皮膜全体として硬くなりすぎるため、潤滑性が十分に得られない。一方、（潤滑剤層の厚み）／（ベース層の厚み）が１０を超えると、潤滑剤１３１の保持性が劣り、皮膜全体としての加工追従性が不足する。

＜層が形成されているかどうかの確認方法、各層の膜厚の測定方法および規定方法、ベース層中の耐熱樹脂及び無機酸塩の含有量の測定方法＞
以上説明したように、本実施形態に係る冷間鍛造用鋼板１においては、熱延鋼板１０側に密着層１１０、皮膜表面側に潤滑剤層１３０、及びこれらの間にベース層１２０を存在させることが重要であり、いずれの層が欠けても、本実施形態で意図している冷間鍛造に耐え得る潤滑性を発揮できない。また、密着層１１０、ベース層１２０、潤滑剤層１３０の各層の厚みが上述した範囲内でない場合にも、本実施形態で意図している冷間鍛造に耐え得る潤滑性を発揮できない。従って、本実施形態では、密着層１１０、ベース層１２０、潤滑剤層１３０の各層が形成されているかどうかを確認する方法、および、これらの膜厚を測定する方法も重要となる。

まず、密着層１１０、ベース層１２０、潤滑剤層１３０の各層が形成されているかどうかを確認する方法としては、高周波ＧＤＳを用いて表面処理皮膜１００の膜厚方向（深さ方向）の元素の定量分析を行う方法が挙げられる。すなわち、まず、表面処理皮膜１００に含まれる主成分（シラノール結合に起因する成分、無機酸塩、耐熱樹脂、潤滑剤）の代表元素（その成分にとって特徴的な元素）を設定する。例えば、シラノール結合に起因する成分については、Ｓｉを代表元素とする。潤滑剤については、潤滑剤がポリテトラフルオロエチレンであればＦを代表元素とし、二硫化モリブデンであればＭｏを代表元素とするのが適当である。次に、高周波ＧＤＳの測定チャートにおいて、これらの代表元素に相当するピークの強度を求める。求めたピーク強度から、膜厚方向における位置ごとの各成分の濃度を算出できる。

本実施形態における各層の厚みの規定方法については、以下のように規定することとする。まず、表面処理皮膜１００の最表面から、高周波ＧＤＳの測定チャートにおいて、上述したようにして設定した潤滑剤の代表元素（例えば、Ｆ、Ｍｏ、Ｗ、Ｚｎ、Ｃ）のピーク強度の最大値の１／２のピーク強度を有する部分の深さ（膜厚方向の位置）までを、潤滑剤層１３０の厚みとする。すなわち、潤滑剤の代表元素のピーク強度の最大値の１／２のピーク強度を有する部分の膜厚方向の位置が、潤滑剤層１３０とベース層１２０との界面となる。

また、表面処理皮膜１００と熱延鋼板１０との界面から、高周波ＧＤＳの測定チャートにおいて、シラノール結合に起因する成分の代表元素（Ｓｉ）のピーク強度の最大値の１／２のピーク強度を有する部分までの深さ（膜厚方向の位置）までを、密着層１１０の厚みとする。すなわち、シラノール結合に起因する成分の代表元素（Ｓｉ）のピーク強度の最大値の１／２のピーク強度を有する部分の膜厚方向の位置が、密着層１１０とベース層１２０との界面となる。

さらに、潤滑剤の代表元素のピーク強度の最大値の１／２のピーク強度を有する部分から、シラノール結合に起因する成分の代表元素（Ｓｉ）のピーク強度の最大値の１／２のピーク強度を有する部分までを、ベース層１２０の厚みとする。なお、例えば、表面処理皮膜１００の断面を顕微鏡により観察することによって表面処理皮膜１００全体の厚みを求めておき、この表面処理皮膜１００全体の厚みから、上記のようにして求めた密着層１１０および潤滑剤層１３０の合計の厚みを減ずることにより、ベース層１２０の厚みを求めてもよい。

ただし、潤滑剤１３１としてグラファイトを用いた場合には、代表元素として炭素（Ｃ）を設定すると、耐熱樹脂等に由来するＣ元素との区別が困難である。このため、代表元素として、無機酸塩成分の代表元素（例えば、Ｐ、Ｂ、Ｓｉ）を用いて、潤滑剤層１３０の厚みを求める。この場合も、無機酸塩成分の代表元素のピーク強度の最大値の１／２のピーク強度を有する部分の膜厚方向の位置が、潤滑剤層１３０とベース層１２０との界面となる。

また、ベース層１２０の無機酸塩としてケイ酸塩を用いた場合には、代表元素としてケイ素（Ｓｉ）を設定すると、無機酸塩としてのケイ酸塩由来のＳｉと、密着層１１０のシラノール結合に起因する成分由来のＳｉとの区別が困難である。このため、代表元素として、ベース層１２０の耐熱樹脂成分由来の炭素（Ｃ）を代表元素として用いて、密着層１１０およびベース層１２０の厚みを求める。
さらに、ベース層１２０の無機酸塩としてモリブデン酸塩やタングステン酸塩を用いた場合には、代表元素としてモリブデン（Ｍｏ）やタングステン（Ｗ）を設定すると、無機酸塩由来のＭｏやＷと、潤滑剤１３１由来のＭｏやＷとの区別が困難となる場合がある。この場合には、無機酸塩と潤滑剤１３１とが共通して有していない元素として、例えば潤滑剤１３１由来の硫黄（Ｓ）を代表元素として用いて、ベース層１２０および潤滑剤層１３０の厚みを求める。

なお、各層の厚みの算出方法については、上述のようにして、各成分の代表元素のピーク強度の最大値の１／２のピーク強度を有する部分の位置、すなわち、高周波ＧＤＳによるスパッタ時間（本実施形態の場合は、ＳｉＯ_２のスパッタ速度で換算した時間）から、表面処理皮膜１００の膜厚方向における各層の位置を求めることができる。

ベース層中の耐熱樹脂及び無機酸塩の含有量は、以下の方法により測定される。ミクロトーム等を用いて表面処理皮膜を厚み方向に研削し、ベース層を削り出す。ベース層から、分析に必要な量の分析用試料を採取し、メノウ乳鉢で粉砕する。分析用試料の初期重量を測定し、次いで、水などの無機酸塩を溶解させる溶液を添加して無機酸塩を溶解させる。無機酸塩を溶解させた後に、分析用試料を十分に乾燥させる。乾燥後の分析用試料の重量を耐熱樹脂の質量部とし、初期重量と乾燥後の重量との差分を無機酸塩の質量部とする。そして、算出されたベース層中の耐熱樹脂及び無機酸塩の含有量より、耐熱樹脂１００質量部に対する無機酸塩の含有量（質量部）が算出される。

［第２の実施形態に係る冷間鍛造用鋼板の製造方法］
以上、第２の実施形態に係る冷間鍛造用鋼板の構成について詳細に説明したが、続いて、このような構成を有する第２の実施形態に係る冷間鍛造用鋼板の製造方法について説明する。

第２の実施形態に係る冷間鍛造用鋼板の製造方法は、第１の実施形態の熱延鋼板の製造方法により、熱延鋼板１０を得る工程と、熱延鋼板１０の主面（表面及び裏面）のいずれか一方又は両方に表面処理皮膜１００を形成する工程を有する。
熱延鋼板１０を得る工程は、第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
表面処理皮膜１００を形成する工程は、水溶性シランカップリング剤、水溶性無機酸塩、水溶性耐熱樹脂および潤滑剤を含む水系の表面処理液を熱延鋼板１０の主面のいずれか一方又は両方に塗布して塗膜を形成する工程と、塗膜を乾燥させることにより、熱延鋼板１０の主面のいずれか一方又は両方に表面処理皮膜１００を形成する工程を有する。

（表面処理液について）
本実施形態に係る冷間鍛造用鋼板の製造方法に用いる表面処理液は、水溶性シランカップリング剤、水溶性無機酸塩、水溶性耐熱樹脂および潤滑剤を含む。無機酸塩、耐熱樹脂および潤滑剤の詳細については上述したので、ここでは説明を省略する。

水溶性シランカップリング剤としては、特に限定はされず、公知のシランカップリング剤を使用することができる。例えば、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−２−（アミノメチル）−３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン等を使用できる。

また、上記表面処理液には、各種添加剤を添加してもよい。

本実施形態に係る冷間鍛造用鋼板の製造方法に用いる表面処理液には、本実施形態の効果を損なわない範囲で、塗工性を向上させるためのレベリング剤や水溶性溶剤、金属安定化剤、エッチング抑制剤およびｐＨ調整剤などが含有されてもよい。レベリング剤としては、ノニオン系またはカチオン系の界面活性剤が挙げられ、例えば、ポリエチレンオキサイドもしくはポリプロピレンオキサイド付加物やアセチレングリコール化合物などが使用できる。水溶性溶剤としては、例えば、エタノール、イソプロピルアルコール、ｔ−ブチルアルコールおよびプロピレングリコールなどのアルコール類、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテルなどのセロソルブ類、酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル類、アセトン、メチルエチルケトンおよびメチルイソブチルケトンなどのケトン類等が挙げられる。金属安定化剤としては、例えば、ＥＤＴＡ、ＤＴＰＡなどのキレート化合物が挙げられる。エッチング抑制剤としては、例えば、エチレンジアミン、トリエチレンペンタミン、グアニジンおよびピリミジンなどのアミン化合物類が挙げられるが、特に、一分子内に２個以上のアミノ基を有するものが金属安定化剤としても効果があり、より好ましい。ｐＨ調整剤としては、例えば、酢酸および乳酸などの有機酸類、フッ酸などの無機酸類、アンモニウム塩やアミン類などが挙げられる。

上述した各成分を水中に均一に溶解あるいは分散させることにより、本実施形態に係る冷間鍛造用鋼板の製造方法に用いる表面処理液を調製できる。

（表面処理液の塗布および乾燥）
上記表面処理液を熱延鋼板１０に塗布する方法としては、例えば、熱延鋼板１０を表面処理液中に浸漬させる方法などが挙げられる。この場合、熱延鋼板１０を予め表面処理液の温度より高く加温しておくか、さもなければ、乾燥の際に温風で乾燥させることが必要である。具体的には、例えば、熱延鋼板１０を８０℃程度の温水中に１分程度浸漬させ、次いで４０℃〜６０℃程度の温度の表面処理液に１秒程度浸漬させる。その後、室温で２分間程度乾燥させる。以上により、密着層１１０、ベース層１２０および潤滑剤層１３０からなる３層構造の傾斜型の表面処理皮膜１００を形成できる。

（各層の膜厚の制御方法）
表面処理皮膜１００を構成する各層の膜厚は、表面処理液の塗布量、表面処理液中の各成分の濃度、表面処理液と素地である熱延鋼板１０との反応性、親水性／疎水性を適宜制御することにより、上述したような膜厚の範囲となるように調整できる。

（傾斜型の皮膜が形成される理由）
以上のように、水溶性シランカップリング剤、水溶性無機酸塩、水溶性耐熱樹脂および潤滑剤を水に溶解または分散させた表面処理液を熱延鋼板１０に塗布し、次いで乾燥させる。これにより、傾斜型の表面処理皮膜１００が形成される理由を、本発明者は以下のように推定している。
まず、上記のように熱延鋼板１０を予め表面処理液の温度より高く加温しておくと、熱延鋼板１０の温度が表面処理液の温度より高いので、表面処理液が熱延鋼板１０上に塗布されて形成された塗膜（薄膜）内では、固液界面の温度が高いが、気液界面の温度が低くなる。このため、塗膜（薄膜）内に温度差が生じ、溶媒となる水が揮発することから、塗膜（薄膜）内で微小な対流が起きる。
また、常温の熱延鋼板１０に常温の表面処理液を塗布して塗膜（薄膜）を形成し、次いで温風により乾燥させる場合には、気液界面の温度が高くなり、気液界面で表面張力が低下する。これを緩和するために塗膜（薄膜）内で微小の対流が起こる。
上記のいずれの塗布・乾燥方法の場合も、対流が起こるとともに、空気との親和力の高い成分（例えば、潤滑剤）と、金属や水との親和力の高い成分（例えば、無機酸塩や耐熱樹脂）とに分離する。そして、徐々に水が揮発して膜状になった際には、各成分の濃度勾配を有する傾斜型の皮膜が形成される。

また、本実施形態において、シランカップリング剤は、熱延鋼板１０表面の金属との親和力が高いため、塗膜（薄膜）内で熱延鋼板１０の近傍へ拡散する。そして、熱延鋼板１０の近傍に到達したシランカップリング剤は、熱延鋼板１０の表面に存在する金属酸化物（例えば、熱延鋼板１０に亜鉛めっきが施されている場合は、酸化亜鉛）との間で共有結合を形成し、Ｓｉ−Ｏ−Ｍで表されるシラノール結合が形成されると考えられる。このように、熱延鋼板１０の近傍にシラノール結合が形成されることにより、表面処理皮膜１００と熱延鋼板１０との密着性が格段に向上する。このため、焼き付きやカジリの発生が防止される。

以上説明した第２の実施形態に係る冷間鍛造用鋼板は、簡便な処理工程からなり、かつ地球環境保全の観点からも好適な方法で製造可能であるとともに、優れた潤滑性を有する。従って、近年の環境対策を背景に、エネルギー消費の多い熱間鍛造や多量の材料ロスが発生する切削加工などの形状変形の大きい加工分野から冷間鍛造への移行がなされ、更に厳しい塑性加工や複雑な加工を要求される場合であっても、金型との焼き付きやカジリを発生することなく、問題なく加工することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術要件の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

次に、本実施形態の実施例について説明するが、実施例の条件は、本実施形態の実施可能性及び効果を確認するために採用された一条件例であり、本実施形態は、この一条件例に限定されない。本実施形態は、本実施形態の要旨を逸脱せず、本実施形態の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得る。

（実施例１）
表１に示す成分組成の５０ｋｇ鋼塊を実験室にて真空溶解にて溶製し、第１の実施形態に記載の要件を満たす条件にて、板厚１０ｍｍの熱延鋼板を製造した。この熱延鋼板から、圧延方向に平行な板厚の断面部を採取した。この断面部を研磨処理し、次いで、ナイタール液（硝酸５％程度を含み、残部がアルコールの溶液）に浸漬し、パーライトを現出させた。次いで、板厚ｔに対して４/１０ｔ〜６/１０ｔの範囲の板厚中央部の組織を光学顕微鏡（倍率：５０倍、１００倍、及び２００倍）にて撮影した。観察された組織の写真を図５Ａ〜図５Ｃに示す。

図５Ａ〜図５Ｃより、長さ１ｍｍ以上のパーライトバンドが確認できた。図５Ｂの倍率１００倍の組織写真では、パーライトバンドは隙間無く連結しているように見える。これに対して図５Ｃの倍率２００倍の組織写真では、パーライトバンド中には隙間が確認でき、一部分断しているように見える。一般にパーライト相は、フェライト相の粒界に存在する。実施例では、パーライトバンドとは、フェライト相の粒界に点在するパーライト相の集合体であると規定した。詳細には、集合体を構成する各パーライト相の板厚方向の厚さが５μｍ以上であり、これらパーライト相が、２０μｍ以下の間隔で、圧延方向に連なって形成されたバンド状の集合体であり、集合体の圧延方向の長さが１ｍｍ以上であるものをパーライトバンドと規定した。
パーライトバンドの面積百分率は、以下の方法により測定した。倍率１００倍で撮影された組織写真を繋いで１枚の組織画像とし、この組織画像に対して、画像解析ソフト（三谷商事株式会社製ＷｉｎＲＯＯＦ Ｖｅｒ．５．５．０）を用いて、画像解析を施し、認識されたパーライトバンドの面積百分率を算出した。

（実施例２）
表２〜５に示す成分組成の５０ｋｇ鋼塊を実験室にて真空溶解にて溶製し、表６〜８に示す条件にて板厚１０ｍｍの鋼板を製造した。なお、表６〜８の試料の化学組成は、試料Ｎｏ．の数字が同じ鋼Ｎｏ．の鋼塊の化学組成と同一である。
得られた鋼板より、組織観察用のサンプルと極限変形能測定用の丸棒引張試験片を採取した。

４／１０ｔ〜６／１０ｔの範囲に存在する長さ１ｍｍ以上のパーライトバンドの面積率を、実施例１にて定めた方法により求めた。

熱延鋼板の中心部において、圧延方向に沿って直径８ｍｍの丸棒引張試験片を採取した。同様に圧延方向に対して直角方向に沿って直径８ｍｍの丸棒引張試験片を採取した。これら試験片を用いて引張試験を行った。破断後の破断部の面積を求め、試験後の試験片の断面収縮率から極限変形能の式に従い、極限変形能を求めた。圧延方向の極限変形能をφＬとし、圧延方向に対して直角方向の極限変形をφｃとして、その比（φｃ／φＬ）を求めた。得られたパーライトバンドの面積率及び極限変形能比を表９、１０に示した。
なお、表中の下線の数値は、本実施形態に規定の要件を満たしていないことを意味する。

（実施例３）
表１１、１２に示す成分組成の５０ｋｇ鋼塊を実験室にて真空溶解にて溶製し、表１３〜１５に示す条件にて板厚１０ｍｍの鋼板を製造した。なお、表１３〜１５の試料の化学組成は、試料Ｎｏ．の数字が同じ鋼Ｎｏ．の鋼塊の化学組成と同一である。
実施例２と同様の方法により、パーライトバンドの面積率及び極限変形能比を測定した。得られた結果を表１６、１７に示す。

表２〜１７に示すように、本実施形態の成分範囲、並びに製造条件を満足する鋼板では、極限変形能の異方性（極限変形比）が０．９以上の良好な値を示した。板鍛造プレス時の特定方向の割れ発生防止に有効な加工性の指標である変形能（加工性）の異方性が小さいという結果が得られた。これに対し、成分が本実施形態の範囲を外れたり、成分が本実施形態の範囲内であっても、製造条件が本実施形態を満足しなかった鋼板では、極限変形能比が０．９未満であり、変形能（加工性）の異方性が大きい。

（実施例４）
（表面処理液の調製）
まず、下記の表１８、１９に示す成分を含有する表面処理液（薬剤）ａ〜ｓを調製した。なお、表１８、１９中において、無機化合物として硝酸亜鉛と、酸としてリン酸を含有する場合、無機酸塩としてリン酸亜鉛が表面処理液中に存在していることになる。リン酸亜鉛は水に極めて溶けにくいが、酸には溶解する。このため、水に可溶性の硝酸亜鉛とリン酸とを添加することによって、リン酸亜鉛を生成させ、表面処理液中に存在させるようにしている。

（冷間鍛造用鋼板の製造）
次に、上記のようにして調製された表面処理液ａ〜ｓを用いて、以下の方法により、傾斜型の３層構造の表面処理皮膜が熱延鋼板（素材、鋼板本体部）の両面に形成された冷間鍛造用鋼板（Ｎｏ．３−１〜３−２９）を製造した（下記表２１を参照）。

まず、表２０に示す成分の鋼を通常の転炉−真空脱ガス処理により溶製し、鋼片とした。次いで、第１の実施形態の条件で熱間圧延、冷却、及び巻取りを行い、熱延鋼板（板厚０．８ｍｍ）を得た。
熱延鋼板上に表面処理液ａ〜ｓを塗装＃３バーにて塗布して塗膜を形成し、次いで塗膜を乾燥させた。ここで、塗装＃３バーとは、巻き線の径が３ミルのバーコーターである（１ミル＝２５μｍ）。乾燥は、３００℃の熱風乾燥炉中で到達板温度が１５０℃となる条件で行った。乾燥後、空冷して冷間鍛造用鋼板を得た。
各層の厚さ（膜厚）は、表面処理液の濃度の調整（希釈）や、塗膜の形成から乾燥までの時間の調整により制御した。

（膜厚の測定）
この実施例では、高周波ＧＤＳを用いて膜厚の測定を行った。詳細には、表面処理皮膜の最表面から、高周波ＧＤＳの測定チャートにおいて、潤滑剤の代表元素（Ｍｏ、Ｃなど）のピーク強度の最大値の１／２のピーク強度を有する部分の深さ（膜厚方向の位置）までを、潤滑剤層の厚みとした。また、表面処理皮膜と熱延鋼板との界面から、高周波ＧＤＳの測定チャートにおいて、シラノール結合に起因する成分の代表元素（Ｓｉ）のピーク強度の最大値の１／２のピーク強度を有する部分までの深さ（膜厚方向の位置）までを、密着層の厚みとした。さらに、潤滑剤の代表元素（Ｍｏ）のピーク強度の最大値の１／２のピーク強度を有する部分から、シラノール結合に起因する成分の代表元素（Ｓｉ）のピーク強度の最大値の１／２のピーク強度を有する部分までを、ベース層の厚みとした。また、潤滑剤層（潤滑剤成分）とベース層（無機酸塩成分）の代表元素、および、ベース層（無機酸塩成分）と密着層（シラノール結合に起因する成分）の構成元素が同じ場合には、他の元素について測定した。

ただし、潤滑剤としてグラファイトを用いた場合には、無機酸塩の代表元素（Ｐ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｗ）のピーク強度を用いて潤滑剤層およびベース層の厚みを求めた。

（評価方法および評価基準）
本実施例では、下記に示す評価方法および評価基準により、冷間鍛造用鋼板の皮膜密着性および加工性を評価した。

＜皮膜密着性の評価＞
皮膜密着性の評価は、平ビード金型を用いた引抜き摺動試験にて行った。大きさが３０×２００ｍｍであり、エッジの剪断バリが除去されたものを試験片として用いた。摺動前の試験片について、蛍光Ｘ線分析装置を用いて、皮膜の構成主元素の蛍光Ｘ線強度を測定した。

平ビード金型として、長手４０ｍｍ、幅６０ｍｍ、厚み３０ｍｍであり、材質がＳＫＤ１１、表面が＃１０００のエメリペーパ−で研磨されたものを１組準備した。次に、試験片を上記金型で挟み込み、エアシリンダーにて１０００ｋｇで押さえつけて、引っ張り試験機にてサンプルを引抜いた。引抜き後の試験片について、再度、蛍光Ｘ線分析装置を用いて、上述と同じ元素の蛍光Ｘ線強度を測定した。そして、残存率（試験後の強度／試験前の強度）×１００［％］を算出した。

皮膜密着性の評価基準としては、残存率が７０％未満の場合をＣ（Ｂａｄ）と評価し、残存率が７０％以上９０未満％の場合をＢ（Ｇｏｏｄ）と評価し、残存率が９０％以上の場合をＡ（Ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ）と評価した。

＜加工性の評価＞
加工性の評価は、スパイク試験方法にて実施した。スパイク試験は、図７Ａに示すように、ロート状の内面形状を有するダイ３の上に、円柱状のスパイク試験片２を載せる。次いで、プレート１を介して荷重を掛けてスパイク試験片２をダイ３内に押し込む。これにより、図７Ｂに示すように、加工後のスパイク試験片２の形状に成型する。このようにしてダイ形状に従ってスパイクを形成し、この際のスパイク高さ（ｍｍ）により潤滑性を評価した。従って、スパイク高さが高い方が、潤滑性に優れるとの評価となる。

加工性の評価基準は、このスパイク高さにて評価した。従来の化成反応／金属石鹸処理にて作製されたサンプルのスパイク高さは１２．５ｍｍ以上１３．５ｍｍ以下である。そこで、スパイク高さが１２．５ｍｍ未満の場合をＣ（Ｂａｄ）と評価し、スパイク高さが１２．５ｍｍ以上１３．５ｍｍ以下の場合をＢ（Ｇｏｏｄ）と評価し、スパイク高さが１３．５ｍｍ超の場合をＡ（Ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ）と評価した。

以上のようにして得られた各層の膜厚の測定結果と、皮膜密着性および加工性の評価結果とを表２１に示す。
なお、ベース層中の耐熱樹脂の含有量に対する無機酸塩の含有量は、表面処理液中の耐熱樹脂の含有量に対する無機酸塩の含有量とほぼ同一となった。

上記表２１に示すように、第２の実施形態の発明例（Ｎｏ．３−１〜３−１９）は、いずれも皮膜密着性および加工性に優れていた。一方、密着層の厚みが第２の実施形態の範囲を外れる比較例（Ｎｏ．３−２４、３−２５）は、皮膜密着性及び加工性に劣っていた。さらに、第２の実施形態で規定された要件のうち、いずれかを満たさない比較例（Ｎｏ．３−２０〜３−２９）はいずれも、加工性（潤滑性）に劣っていた。

本発明の一態様によれば、冷間での鍛造プレス加工時の極限変形能の異方性（極限変形比）が０．９以上で加工性の異方性が小さく、鍛造プレス加工時の割れが防止できる冷間鍛造用鋼板（熱延鋼板）を提供できる。更に、本発明の一態様に係る表面処理被膜を更に具備することによって、優れた潤滑性、焼き付き・カジリ防止性能を実現できる。従って、板鍛造プレスといわれる冷間成形における加工性を改善できる。このため、本発明の一態様に係る冷間鍛造用鋼板を材料として用いることによって、従来、熱間鍛造などで製造されていたエンジンやトランスミッション用の部品を板鍛造プレスにより製造できる。このように本発明の一態様に係る冷間鍛造用鋼板は、板鍛造プレス用の材料として広く利用可能である。

Claims (11)

1. 熱延鋼板を具備し、
   前記熱延鋼板は、質量％で
   Ｃ：０．１３〜０．２０％、
   Ｓｉ：０．０１〜０．８％、
   Ｍｎ：０．１〜２．５％、
   Ｐ：０．００３〜０．０３０％、
   Ｓ：０．０００１〜０．００８％、
   Ａｌ：０．０１〜０．０７％、
   Ｎ：０．０００１〜０．０２％、及び
   Ｏ：０．０００１〜０．００３０％を含有し、
   残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、
   下記（１）式で示されるＡ値が０．００８０以下であり、
   前記熱延鋼板の厚みが２ｍｍ以上、２５ｍｍ以下であり、
   前記熱延鋼板の圧延方向に平行な板厚の断面のうち、板厚をｔとした時に４／１０ｔ〜６／１０ｔの範囲の断面において、長さ１ｍｍ以上のパーライトバンドの面積百分率が、下記（２）式で示されるＫ値以下であることを特徴とする冷間鍛造用鋼板。
   Ａ値＝Ｏ％＋Ｓ％＋０．０３３Ａｌ％ ・・・（１）
   Ｋ値＝２５．５×Ｃ％＋４．５×Ｍｎ％−６ ・・・（２）
2. 前記熱延鋼板は、さらに質量％で、
   Ｎｂ：０．００１〜０．１％、
   Ｔｉ：０．００１〜０．０５％、
   Ｖ：０．００１〜０．０５％、
   Ｔａ：０．０１〜０．５％、及び
   Ｗ：０．０１〜０．５％からなる群より選択される１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の冷間鍛造用鋼板。
3. 前記熱延鋼板は、さらに質量％で、Ｃｒ：０．０１〜２．０％を含有し、
   前記長さ１ｍｍ以上のパーライトバンドの面積百分率が、下記（３）式で示されるＫ’値以下であることを特徴とする請求項１に記載の冷間鍛造用鋼板。
   Ｋ’値＝１５×Ｃ％＋４．５×Ｍｎ％＋３．２×Ｃｒ％−３．３ ・・・（３）
4. 前記熱延鋼板は、さらに質量％で、
   Ｎｉ：０．０１〜１．０％、
   Ｃｕ：０．０１〜１．０％、
   Ｍｏ：０．００５〜０．５％、及び
   Ｂ：０．０００５〜０．０１％からなる群より選択される１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の冷間鍛造用鋼板。
5. 前記熱延鋼板は、さらに質量％で、
   Ｍｇ：０．０００５〜０．００３％、
   Ｃａ：０．０００５〜０．００３％、
   Ｙ：０．００１〜０．０３％、
   Ｚｒ：０．００１〜０．０３％、
   Ｌａ：０．００１〜０．０３％、及び
   Ｃｅ：０．００１〜０．０３％からなる群より選択される１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の冷間鍛造用鋼板。
6. 前記熱延鋼板の主面のいずれか一方又は両方に設けられ、Ｓｉ−Ｏ−Ｘ（Ｘは、前記熱延鋼板の構成成分である金属）で表されるシラノール結合に起因する成分、耐熱樹脂、無機酸塩および潤滑剤を含む表面処理皮膜を更に具備し、
   前記表面処理皮膜は、前記各成分が膜厚方向に濃度勾配を有することで、前記表面処理皮膜と前記熱延鋼板との界面側から順に、密着層とベース層と潤滑剤層の３層に識別可能な傾斜型の３層構造を有し、
   前記密着層は、前記シラノール結合に起因する成分を前記３層の中で最も多く含み、０．１ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚みを有する層であり、
   前記ベース層は、前記耐熱樹脂および前記無機酸塩を前記３層の中で最も多く含み、かつ前記無機酸塩の含有量が、前記耐熱樹脂１００質量部に対して１質量部以上１００質量部以下であり、０．１μｍ以上１５μｍ以下の厚みを有する層であり、
   前記潤滑剤層は、前記潤滑剤を前記３層の中で最も多く含み、０．１μｍ以上１０μｍ以下の厚みを有する層であり、
   前記ベース層の厚みに対する前記潤滑剤層の厚みの比は、０．２以上１０以下であることを特徴とする請求項１に記載の冷間鍛造用鋼板。
7. 前記無機酸塩は、リン酸塩、ホウ酸塩、ケイ酸塩、モリブデン酸塩およびタングステン酸塩からなる群より選択される少なくとも１種の化合物であることを特徴とする請求項６に記載の冷間鍛造用鋼板。
8. 前記耐熱樹脂は、ポリイミド樹脂であることを特徴とする請求項６に記載の冷間鍛造用鋼板。
9. 前記潤滑剤は、ポリテトラフルオロエチレン、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、酸化亜鉛およびグラファイトからなる群より選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項６に記載の冷間鍛造用鋼板。
10. 鋼片を１１５０〜１３００℃で加熱する工程と、
    前記加熱された鋼片を１０２０℃以上で粗圧延して粗バーとする工程と、
    前記粗バーを、仕上げ温度がＡｅ_３以上の条件で仕上げ圧延して圧延材とする工程と、
    前記仕上げ圧延の後に、前記圧延材を１秒以上、１０秒以下の間、空冷する工程と、
    前記空冷の後に、１０〜７０℃／ｓの冷却速度で巻き取り温度まで前記圧延材を冷却する工程と、
    前記冷却された圧延材を４００〜５８０℃の巻き取り温度で巻き取り、熱延鋼板とする工程を具備し、
    前記鋼片は、質量％で、Ｃ：０．１３〜０．２０％、Ｓｉ：０．０１〜０．８％、Ｍｎ：０．１〜２．５％、Ｐ：０．００３〜０．０３０％、Ｓ：０．０００１〜０．００６％、Ａｌ：０．０１〜０．０７％、Ｎ：０．０００１〜０．０２％、及びＯ：０．０００１〜０．００３０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、下記（１）式で示されるＡ値が０．００８０以下であり、
    前記粗圧延は、第１の圧延と、前記第１の圧延の終了から３０秒以上経過した後に行う第２の圧延を有し、
    前記第１の圧延は、温度が１０２０℃以上であり、かつ圧下率の合計が５０％以上である条件で行われ、
    前記第２の圧延は、温度が１０２０℃以上であり、かつ圧下率の合計が１５〜３０％である条件で行われることを特徴とする冷間鍛造用鋼板の製造方法。
    Ａ値＝Ｏ％＋Ｓ％＋０．０３３Ａｌ％ ・・・（１）
11. 水溶性シランカップリング剤、水溶性無機酸塩、水溶性耐熱樹脂および潤滑剤を含む水系の表面処理液を前記熱延鋼板の主面のいずれか一方又は両方に塗布して塗膜を形成する工程と、
    前記塗膜を乾燥させることにより、前記熱延鋼板の主面のいずれか一方又は両方に表面処理皮膜を形成する工程を更に具備することを特徴とする請求項１０に記載の冷間鍛造用鋼板の製造方法。