TW201443247A - 硬質冷軋鋼板及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種耐高溫軟化性優良的硬質冷軋鋼板及其製造方法。對於熱軋鋼板實施冷軋，該熱軋鋼板具有以質量%計含有C：0.10%以上且0.25%以下、Si：0.3%以下、Mn：0.5%以上且1.0%以下、P：0.03%以下、S：0.02%以下、Al：0.01%以上且0.08%以下、Ti：0.010%以下、Nb：0.010%以下、B：0.0010%以下、其餘部分包含Fe及不可避免的雜質的組成，且具有包含肥粒鐵、變韌鐵及波來鐵、並且上述肥粒鐵佔全體組織的分率為50%以上且80%以下、上述變韌鐵佔全體組織的分率為15%以上且45%以下、上述波來鐵佔全體組織的分率為10%以下的組織，藉此，形成如下的冷軋鋼板：具有以肥粒鐵為主相且分散有雪明碳鐵的組織；作為上述主相的肥粒鐵為於鋼板的軋製方向剖面上的平均縱橫比為3以上的加工伸展粒；上述雪明碳鐵佔全體組織的分率為5%以下，且於鋼板的軋製方向剖面上的粒子剖面的平均縱橫比為3以下、平均長徑為1.0 μm以下。

Description

硬質冷軋鋼板及其製造方法
本發明是有關於一種適於作為變速機的離合器(clutch)或煞車(brake)等中使用的圓環狀板零件(disk plate parts)(摩擦板、分隔板等)(friction plate、separator plate，etc.)的原材料的冷軋鋼板及其製造方法。本發明尤其是有關於耐高溫軟化性(high temperature softening resistance)優良的硬質冷軋鋼板(full hard cold-rolled steel sheet)及其製造方法。
用作離合器或煞車的構成零件的板零件是經由摩擦力而承擔驅動力或制動力的傳輸與中斷的功能。對於一面旋轉一面反覆與其他零件接觸、分離的板零件，不僅要求具有用於抑制變形或摩耗的高硬度，而且亦要求平坦度(flatness)優良。
而且，一般而言，如上所述的板零件是在將原材料鋼板衝壓成規定的形狀之後，經過形狀矯正或去應力退火、表面性狀的調整、摩擦材的接著等步驟而製造。因此，作為板零件中使用的原材料鋼板的特性，較佳為，具有規定的硬度，且衝壓性、或 衝壓後的平坦度、及衝壓後進而加熱後的平坦度優良。
關於板零件中使用的原材料鋼板，目前為止亦提出多種技術。
例如，專利文獻1中，關於作為汽車的傳動(transmission)零件的齒輪(gear)或板等原材料用薄鋼板，提出如下技術：使其成分組成為以質量%計含有C：0.15%~0.4%、Si：0.5%以下、Mn：1.0%以下、P：0.05%以下、其餘部分為實質上包含Fe的組成，且將鋼板板面硬度HV設為170~280，將鋼板寬度方向各位置上的板面硬度差的最大值△HV設為20以下。而且，根據專利文獻1提出的技術，可獲得衝壓後的平坦度優良的薄鋼板。
專利文獻2中，關於適於用作汽車的自動變速箱(Automatic Transmission)的構成構件即分隔板、摩擦板、襯板(backing plate)等的原材料的冷軋鋼板的製造方法，提出如下技術：對於具有以質量%計含有C：0.15%~0.25%、Si：0.25%以下、Mn：0.3%~0.9%、P：0.03%以下、S：0.015%以下、Al：0.01%~0.08%、N：0.008%以下、Ti：0.01%~0.05%、B：0.002%~0.005%、其餘部分實質上為Fe的組成的鋼坯(slab)，以熱軋加工溫度：Ar3變態點以上、捲取溫度：500℃~600℃進行熱軋，對熱軋鋼板進行酸洗處理，之後，不進行退火處理而以50%以上的壓下率進行冷軋，之後，進而使用直徑為300mm以上的輥(roller)實施壓下率為1%以下的輕壓下軋製。而且，根據專利文獻2提出的技 術，可獲得減少了殘留應力的AT板用冷軋鋼板，該殘留應力會成為當加熱保持衝壓材時伴隨熱應變而引起變形的因素。
專利文獻3中，關於適於用作齒輪或板等的汽車驅動系零件用原材料的冷軋鋼板，提出如下技術：對於熱軋鋼板以規定範圍的壓下率實施冷軋而形成冷軋鋼板，該熱軋鋼板具有：以質量%計含有C：0.10%~0.20%、Si：0.5%以下、Mn：0.20%~1.5%、P：0.03%以下、S：0.020%以下、Cr：0.05%~0.5%、且其餘部分包含Fe及不可避免的雜質的組成；以及，包含初析肥粒鐵(ferrite)與波來鐵(pearlite)、或者進而是變韌肥粒鐵(bainitic ferrite)或變韌鐵(bainite)的基質，且具有該基質中平均分散存在有2.0×104個/mm2以上的雪明碳鐵(cementite)的組織，並且，拉伸強度：440MPa以上。而且，根據專利文獻3中提出的技術，可獲得衝壓加工後的平坦度優良且端面性狀優良的冷軋鋼板。
專利文獻4中，關於適於用作汽車的自動變速箱用板材的冷軋鋼板的製造方法，提出以下技術：將具有以質量%計含有C：0.15%~0.25%、Si：0.25%以下、Mn：0.3%~0.9%、P：0.03%以下、S：0.015%以下、Al：0.01%~0.08%、N：0.008%以下、Cr：0.05%~0.5%、Ti：0.01%~0.05%、B：0.002%~0.005%、其餘部分包含Fe及不可避免的雜質的成分組成的鋼坯，在加熱爐中加熱至超過1230℃的溫度後抽出，藉由熱軋加工溫度為Ar3變態點以上、及捲取溫度為500℃~600℃的熱軋而獲得具有肥粒鐵結晶粒徑為5μm~15μm及波來鐵+雪明碳鐵分率為40%以上的肥粒鐵- 波來鐵混合組織的熱軋鋼板，對熱軋鋼板進行酸洗處理之後，不進行退火處理而以30%以上的壓下率進行冷軋。而且，根據專利文獻4提出的技術，提高冷軋鋼板的耐再結晶軟化特性，藉此，有效地抑制且緩和了加壓衝壓加工後的加壓退火(press temper)處理中的軟質化(硬度降低)，從而能獲得可具備AT板所要求的硬度等材料特性及良好的形狀品質(平坦性)的冷軋鋼板。
現有技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2004-285416號公報
專利文獻2：日本專利特開2005-200712號公報
專利文獻3：日本專利特開2008-138237號公報
專利文獻4：日本專利特開2010-202922號公報
當構成離合器或煞車的板零件實際使用於變速機內時，零件的溫度會因摩擦發熱而上升，根據使用狀況，有時會升溫至將近500℃的溫度。而且，為了防止因升溫而變形，製造零件時有時亦預先實施去應力退火(退火溫度：約420℃~480℃)。因此，此種板零件中，即便於溫度上升的情況下，亦須能維持必要的零件性能。而且，對於作為板零件的原材料的鋼板，要求即便暴露於約420℃~480℃的高溫下硬度亦不易降低，即耐高溫軟化性優良。對此，上述的現有技術中，存在以下所述的問題。
專利文獻1提出的技術中，為了使衝壓後的零件保持良 好的平坦度，而重視降低板寬度方向的硬度差及微組織(microstructure)差。然而，完全未考慮到衝壓後的零件的耐高溫軟化性。
專利文獻2提出的技術中，為了減少衝壓後的接著步驟中產生於零件的熱應變，利用大徑輥實施輕壓下軋製，減少鋼板中的殘留應力。然而，如該實施例所示，專利文獻2提出的技術中，雖能抑制於300℃下保持10分鐘後的熱應變，但未考慮到對板零件實施去應力退火時或在變速機內實際使用板零件時的特性變化，即，將板零件在高於300℃的溫度區域(約420℃~480℃)保持一定時間時的特性變化。即，未對零件的耐高溫軟化性進行相關研究。
專利文獻3提出的技術中，為了良好地保持衝壓加工後的尺寸精度、平坦度、端面性狀，而控制作為冷軋鋼板的原材料的熱軋鋼板的基質組織及雪明碳鐵的分散狀態。然而，該技術中完全未考慮到衝壓後的零件的耐高溫軟化性。
專利文獻4提出的技術中，藉由將鋼坯加熱溫度限定在超過1230℃的溫度而使Ti充分熔體化(solutionizing)，且在之後的熱軋步驟中TiC、Ti(C、N)等再析出時形成以超微細尺寸(size)的析出物的形式均勻地分散的組織，從而改善鋼板的耐再結晶軟化特性。若如此在超過1230℃的溫度下對鋼坯進行高溫加熱，則易導致鋼板的表面缺陷增加，就加熱所需的能量成本(energy cost)方面而言亦欠佳。
本發明利於解決上述現有技術中存在的問題，其目的在於提供一種硬質冷軋鋼板及其製造方法，該硬質冷軋鋼板是適於用作變速機的離合器或煞車等中使用的圓環狀板零件的原材料的冷軋鋼板，高硬度且衝壓性或衝壓後的平坦度優良，進而，耐高溫軟化性亦優良。此處，所謂硬質冷軋鋼板是指具有HV 250以上的硬度的冷軋鋼板。而且，所謂耐高溫軟化性，具體是指即便在480℃下保持60分鐘硬度亦不會降低的特性。
為了解決上述問題，本發明者針對影響冷軋鋼板的硬度、衝壓性、衝壓後的平坦度、進而是耐高溫軟化性的各種因素反覆進行悉心研究。
結果發現，在提高冷軋鋼板的耐高溫軟化性方面，極有效的是，使冷軋鋼板的組織成為以肥粒鐵作為主相、且分散有規定分率及規定形狀的雪明碳鐵的組織。自冷軋鋼板的高硬度化的觀點出發，一般而言，較佳為成為包含低溫變態相(麻田散鐵(martensite)、變韌鐵等)的組織。然而，若高溫保持包含低溫變態相的冷軋鋼板，則低溫變態相會軟化，冷軋鋼板的變態強化量會變動。因此，於包含大量低溫變態相的冷軋鋼板中，耐高溫軟化性的劣化成為問題。
對此，若使冷軋鋼板的組織成為肥粒鐵為主相的組織，則能有效地抑制上述的變態強化量的變動。而且，若使微細的雪明碳鐵分散於冷軋鋼板中，則當高溫保持冷軋鋼板時，雪明碳鐵會部分地分解固溶。結果，產生源自固溶C的時效硬化現象，發 揮補償因升溫引起的冷軋鋼板的軟化的作用。另一方面，擔心雪明碳鐵會對冷軋鋼板的衝壓性造成不良影響。然而，本發明者經過研究後瞭解，藉由將雪明碳鐵的組織分率、平均縱橫比(aspect ratio)及平均長徑限定在規定的範圍內，可抑制衝壓性的劣化且可提高耐高溫軟化性。
而且，對於確保肥粒鐵為主相的冷軋鋼板的硬度的方法進行研究之後發現，藉由使利用冷軋進行的加工硬化成為主要強化機構，即，使肥粒鐵成為規定的平均縱橫比的加工伸展粒，可獲得具有所需硬度的冷軋鋼板。
進而，本發明者對於具有以上的組織且體現所需特性的冷軋鋼板的製造方法進行研究後想到，藉由對具有規定組成的鋼原材料實施熱軋而形成包含肥粒鐵、變韌鐵、波來鐵的熱軋鋼板、且以規定的壓下率對該熱軋鋼板實施冷軋，而成為規定的冷軋鋼板組織(以肥粒鐵為主相且分散有雪明碳鐵的組織)。若對以肥粒鐵為主相、進而包含變韌鐵、波來鐵的熱軋鋼板實施冷軋，則構成熱軋鋼板的變韌鐵、波來鐵的雪明碳鐵會變形、斷裂，結果，可獲得以肥粒鐵為主相且分散有雪明碳鐵的冷軋鋼板。而且，本發明者發現，藉由指定熱軋鋼板的肥粒鐵分率、變韌鐵分率、波來鐵分率且指定冷軋的壓下率，可獲得上述的所需的冷軋組織。
再者，作為使冷軋鋼板的組織成為以肥粒鐵為主相且分散有雪明碳鐵的組織的方法，考慮到多種方法。然而，本發明者經過研究後發現，藉由如上所述地以規定的壓下率對包含肥粒 鐵、變韌鐵、波來鐵的熱軋鋼板實施冷軋而成為規定的冷軋鋼板組織(以肥粒鐵為主相且分散有雪明碳鐵的組織)時，可獲得以良好的平衡性(balance)具有充分的硬度、耐高溫軟化性及良好的衝壓性或熱處理後的平坦度的冷軋鋼板。
本發明是基於上述觀點進一步進行研究而完成，本發明的宗旨如下所述。
[1]一種耐高溫軟化性優良的硬質冷軋鋼板，其特徵在於，其是對於熱軋鋼板實施冷軋而獲得的冷軋鋼板，該熱軋鋼板具有以質量%計含有C：0.10%以上且0.25%以下、Si：0.3%以下、Mn：0.5%以上且1.0%以下、P：0.03%以下、S：0.02%以下、Al：0.01%以上且0.08%以下、Ti：0.010%以下、Nb：0.010%以下、B：0.0010%以下、其餘部分包含Fe及不可避免的雜質的組成，且具有包含肥粒鐵、變韌鐵及波來鐵、並且上述肥粒鐵佔全體組織的分率為50%以上且80%以下、上述變韌鐵佔全體組織的分率為15%以上且45%以下、上述波來鐵佔全體組織的分率為10%以下的組織；該硬質冷軋鋼板具有以肥粒鐵為主相且分散有雪明碳鐵的組織；作為上述主相的肥粒鐵是於鋼板的軋製方向剖面上的平均縱橫比為3以上的加工伸展粒；上述雪明碳鐵佔全體組織的分率為5%以下，且於鋼板的軋製方向剖面上的粒子剖面的平均縱橫比為3以下、平均長徑為1.0μm以下。
[2]一種耐高溫軟化性優良的硬質冷軋鋼板的製造方法，其特徵在於，將具有如下組成的鋼片加熱至1000℃以上且1200℃以下：以質量%計含有C：0.10%以上且0.25%以下、Si：0.3%以下、Mn：0.5%以上且1.0%以下、P：0.03%以下、S：0.02%以下、Al：0.01%以上且0.08%以下、Ti：0.010%以下、Nb：0.010%以下、B：0.0010%以下、其餘部分包含Fe及不可避免的雜質；以Ar3變態點以上且(Ar3變態點+200)℃以下的加工溫度實施熱軋，對上述加工溫度至750℃為止的溫度範圍以40℃/s以上且80℃/s以下的冷卻速度進行冷卻，繼而對750℃至500℃以上且600℃以下的冷卻停止溫度為止的溫度範圍以40℃/s以上且60℃/s以下的冷卻速度進行冷卻之後放冷，以500℃以上且600℃以下的捲取溫度進行捲取而製成熱軋鋼板，對該熱軋鋼板進行除鏽(descaling)之後，以40%以上且80%以下的壓下率進行冷軋。
根據本發明，可容易地製造衝壓性或衝壓後的平坦度良好且耐高溫軟化性亦優良的硬質的冷軋鋼板，且在工業上格外有效。本發明的冷軋鋼板極其適於用作汽車的自動變速機零件用原材料。
本發明鋼板是硬質的冷軋鋼板，且是將具有規定的組成與組織的熱軋鋼板冷軋後進行加工硬化而得的冷軋後未作處理的鋼板。
首先，對於本發明冷軋鋼板的化學組成的限定理由進行說明。以下，成分元素含量的單位即%只要無特別說明則表示質量%。
C：0.10%以上且0.25%以下
C是鋼板強化的必要元素，為了確保作為離合器或煞車的板零件原材料而必要的硬度，須含有0.10%以上的C。另一方面，若含有超過0.25%的C，則容易成為不均勻地分散有粗大的雪明碳鐵的組織，鋼板的衝壓性有時會降低。因此，C的含量限定為0.10%以上且0.25%以下。較佳為0.15%以上且0.20%以下。
Si：0.3%以下
Si是可固溶於鋼中而有助於鋼板的強化的元素。當利用Si進行強化時，較佳為添加0.01%以上，更佳為0.03%以上。然而，若含有大量的Si，則會促使熱軋鋼板的表面上產生被稱作赤鏽(scale)的氧化鏽，甚至使冷軋鋼板的表面性狀惡化。因此，Si的含量限定為0.3%以下。較佳為0.1%以下。
Mn：0.5%以上且1.0%以下
Mn是可固溶於鋼中而有助於鋼板的強化、且對熱延性的改善亦有效的元素。為了獲得上述效果，須含有0.5%以上的Mn。另 一方面，若超過1.0%而過剩地含有，則熱軋鋼板的微組織容易變成帶(band)狀，鋼板的衝壓性降低。因此，Mn的含量限定為0.5%以上且1.0%以下的範圍。較佳為0.6%以上且0.9%以下。
P：0.03%以下
P是鋼中易偏析的元素，若大量含有P則鋼板的微組織會不均勻化，鋼板的衝壓性容易降低。因此，理想的是儘量減少P，P的含量設為0.03%以下。較佳為0.02%以下。再者，若極端地減少P則會耗費成本(cost)，故而亦容許含有0.003%以上、或者0.01%以上。
S：0.02%以下
S是形成MnS等中介物、降低鋼板的衝壓性的元素。因此，理想的是儘量減少S，S的含量設為0.02%以下。較佳為0.01%以下。再者，若極端地減少S則會耗費成本，故而亦容許含有0.002%以上。
Al：0.01%以上且0.08%以下
Al是為了鋼的脫氧而添加的元素，當鋼中的Al的含量小於0.01%時無法獲得充分的脫氧效果。另一方面，若鋼中的Al的含量超過0.08%，則會導致鋼中的中介物增加，導致鋼板的表面缺陷增加或衝壓性降低。因此，Al的含量限定為0.01%以上且0.08%以下。較佳為0.01%以上且0.05%以下。
Ti：0.010%以下
Ti是具有藉由碳氮化物等的微細析出而分散強化鋼板的作用 的元素。為了獲得上述效果，較佳為將Ti的含量設為0.002%以上。然而，當Ti的含量過剩、大量地形成有析出物時，藉由析出物的成長或溶解而使分散強化量變動，鋼板的耐高溫軟化性降低。因此，Ti的含量限定為0.010%以下。較佳為0.005%以下。
Nb：0.010%以下
Nb是具有藉由碳氮化物等的微細析出而分散強化鋼板的作用的元素。為了獲得上述效果，較佳為將Nb的含量設為0.002%以上。然而，當Nb的含量過剩、大量形成有析出物時，藉由析出物的成長或溶解而使分散強化量變動，鋼板的耐高溫軟化性降低。因此，Nb的含量限定為0.010%以下。較佳為0.005%以下。
B：0.0010%以下
B是具有藉由添加微量而大幅提高鋼的淬火性的作用的元素。為了獲得上述效果，較佳為將B的含量設為0.0001%以上。然而，若B的含量超過0.0010%，則熱軋鋼板的組織中容易產生大量的低溫變態相(變韌鐵、麻田散鐵等)，當形成冷軋鋼板之後升溫時，鋼板的組織強化量容易變動，冷軋鋼板的耐高溫軟化性降低。因此，B的含量設為0.0010%以下。較佳為0.0005%以下，更佳為0.0003%以下。
上述成分以外的其餘部分為Fe及不可避免的雜質。再者，作為不可避免的雜質，可容許有Cr：0.05%以下(較佳為0.03%以下)、Mo：0.05%以下(較佳為0.03%以下)、Cu：0.05%以下(較佳為0.03%以下)、Ni：0.05%以下(較佳為0.03%以下)、V：0.010% 以下(較佳為0.005%以下)、O：0.0050%以下、N：0.0050%以下等。
繼而，對本發明冷軋鋼板的組織進行說明。
本發明的冷軋鋼板具有以肥粒鐵為主相且分散有雪明碳鐵的組織。進而，上述肥粒鐵是於鋼板的軋製方向剖面上的平均縱橫比為3以上的加工伸展粒。而且，上述雪明碳鐵佔全體組織的分率(面積率)為5%以下，且於鋼板的軋製方向剖面上的粒子剖面的平均縱橫比為3以下，而且平均長徑為1.0μm以下。而且，本發明的冷軋鋼板是冷軋後未作處理的鋼板，具有經加工硬化的軋製組織。
進而，上述冷軋鋼板的組織是藉由對具有規定組織的熱軋鋼板，具體而言是具有包含肥粒鐵、變韌鐵、波來鐵、且上述肥粒鐵佔全體組織的分率為50%以上且80%以下、上述變韌鐵佔全體組織的分率為15%以上且45%以下、上述波來鐵佔全體組織的分率為10%以下的組織的熱軋鋼板，以規定的壓下率實施冷軋而獲得的組織。再者，本發明的冷軋鋼板中的雪明碳鐵是指，冷軋前的熱軋鋼板中構成變韌鐵或波來鐵的成分經冷軋後變形、斷裂者。
冷軋鋼板的肥粒鐵
本發明的冷軋鋼板中的肥粒鐵是於鋼板的軋製方向剖面上的平均縱橫比為3以上的加工伸展粒。本發明的冷軋鋼板是以利用冷軋進行的加工硬化作為主要強化機構，當軋製方向剖面上的肥 粒鐵粒的平均縱橫比小於3時，冷軋的加工硬化量會變少，有時，鋼板的硬度達不到板零件所需的水準。因此，上述平均縱橫比設為3以上。較佳為4以上。再者，縱橫比的上限並無特別限定，只要在可由實際的冷軋壓下率獲得的範圍內則無特別問題。例如，當冷軋壓下率為80%時縱橫比最大為11左右，當冷軋壓下率為70%時縱橫比最大為25左右。
此處，結晶粒或析出物的縱橫比是以最大徑(長徑)除以最小徑(短徑)所得者。本發明中，事實上，軋製方向的直徑為長徑，板厚方向的直徑為短徑。
再者，熱軋鋼板中的肥粒鐵在冷軋後亦為肥粒鐵，故而冷軋鋼板的全體組織中肥粒鐵所佔的分率為50%以上。然而，就熱軋鋼板中形成變韌鐵或波來鐵的肥粒鐵而言，均會因冷軋而破壞變韌鐵或波來鐵的特徵性的配列，藉此，會成為應稱作加工伸展粒的肥粒鐵的形態，故而，最大限度下，下述雪明碳鐵以外的所有成分均為肥粒鐵。因此，肥粒鐵為佔冷軋鋼板的大部分組織的主相。再者，此處，所謂主相是指分率(面積率)為50%以上的相。
冷軋鋼板的雪明碳鐵
本發明的冷軋鋼板中的雪明碳鐵佔全體組織的分率為5%以下，於鋼板的軋製方向剖面上的粒子剖面的平均縱橫比為3以下，且於鋼板的軋製方向剖面上的粒子剖面的平均長徑為1.0μm以下。當雪明碳鐵過多時，鋼板的衝壓性降低。因此，雪明碳鐵的 分率設為5%以下。再者，若存在微量的雪明碳鐵，則可獲得上述的耐高溫軟化性的改善效果。雪明碳鐵的分率更佳為1%以上，進而更佳為2%以上。
而且，當雪明碳鐵的平均縱橫比高時、即板狀的雪明碳鐵多時，鋼板的衝壓性亦容易降低。因此，雪明碳鐵的平均縱橫比設為3以下。較佳為2以下。
進而，當雪明碳鐵過大時，冷軋鋼板升溫時不易產生部分的分解固溶，抑制源自固溶C的時效硬化現象，故而，不易獲得補償因升溫引起的鋼板的軟化的作用。因此，雪明碳鐵的平均長徑設為1.0μm以下。較佳為0.8μm以下。雪明碳鐵的平均長徑的下限無須特別限定。可利用實施例中揭示的方法識別的最小的長徑為0.1μm左右。
熱軋鋼板的組織：肥粒鐵、變韌鐵、波來鐵
若對包含肥粒鐵、變韌鐵及波來鐵的熱軋鋼板實施冷軋，則構成熱軋鋼板的變韌鐵、波來鐵的雪明碳鐵會變形、斷裂，結果，可獲得以肥粒鐵為主相且分散有雪明碳鐵的冷軋鋼板。若熱軋鋼板的組織中存在麻田散鐵，則不僅冷軋的軋製負載過高，而且冷軋後亦殘留有麻田散鐵，從而使冷軋鋼板的耐高溫軟化性大幅降低。而且，因冷軋所引起的變形容易變得不均勻，當冷軋後的鋼板升溫時，容易產生硬度的變動或平坦度的降低。因此，熱軋鋼板的組織設為包含肥粒鐵、變韌鐵、波來鐵的組織。
熱軋鋼板組織中肥粒鐵佔全體組織的分率設為50%以 上且80%以下。較佳為55%以上且75%以下。若熱軋鋼板的肥粒鐵分率小於50%，則在之後進行冷軋時，肥粒鐵的加工硬化容易變得不均勻，當用作板零件且經過熱歷程時零件的變形量容易變大。進而，變韌鐵分率變高，故而，當冷軋後的冷軋鋼板升溫時，組織強化量的變動會變大，冷軋鋼板的耐高溫軟化性降低。另一方面，當肥粒鐵分率超過80%時，難以確保後述的所需的變韌鐵分率。
熱軋鋼板組織中變韌鐵佔全體組織的分率設為15%以上且45%以下。較佳為20%以上且40%以下。當變韌鐵分率小於15%時，冷軋後的鋼板組織中的雪明碳鐵粒子會變大，難以獲得所需組織的冷軋鋼板。而且，當變韌鐵分率超過45%時，冷軋後的冷軋鋼板升溫時的組織強化量的變動會變大，冷軋鋼板的耐高溫軟化性降低。
熱軋鋼板組織中波來鐵佔全體組織的分率設為10%以下。較佳為5%以下。當波來鐵的分率超過10%時，冷軋後的鋼板組織中的雪明碳鐵粒子會變大，難以獲得所需組織的冷軋鋼板。再者，若存在少量波來鐵，則可獲得所需組織的冷軋鋼板。波來鐵的分率更佳為1%以上，進而更佳為2%以上。
繼而，對本發明的冷軋鋼板的製造方法進行說明。
本發明的冷軋鋼板可藉由如下方式獲得：對具有上述化學組成的鋼片實施熱軋，而形成具有包含肥粒鐵、變韌鐵及波來鐵的組織的熱軋鋼板，對該熱軋鋼板除鏽之後，以規定的壓下率 進行冷軋。
本發明中使用的鋼的熔化可利用轉爐法或電爐法等周知的熔化方法中的任一種。已熔化的鋼藉由連續鑄造或造塊-分塊軋製而成為鋼片(鋼坯)。再者，可根據需要而實施各種預處理或二次精煉、鋼片的表面修整等。
鋼片的加熱溫度：1000℃以上且1200℃以下
當實施熱軋時，若鋼片的加熱溫度小於1000℃，則難以確保必要的加工溫度。另一方面，若加熱溫度超過1200℃，則加熱時所需的能量會增大，而且容易因鏽性缺陷等引起鋼板的表面性狀不良。因此，熱軋前的鋼片的加熱溫度設為1000℃以上且1200℃以下。較佳為1050℃以上且1150℃以下。再者，鋼片的加熱中，既可對已冷卻至常溫的鋼片進行再加熱，又可於鑄造後對冷卻過程中的鋼片進行追加加熱或者保熱。
再者，本發明中，當將鋼片加熱至上述溫度範圍之後，實施粗軋與精軋而形成熱軋鋼板。粗軋條件可按照常用方法，無須特別限定。
加工溫度：Ar3變態點以上且(Ar3變態點+200)℃以下
若熱軋步驟中的加工溫度低於Ar3變態點，則會過度促進肥粒鐵變態，且熱軋鋼板中沿軋製方向伸展的肥粒鐵組織及未再結晶肥粒鐵組織會形成在鋼板表層部，而使板厚方向上的鋼板組織失去均勻性，當成為冷軋鋼板後升溫時，鋼板的平坦度有時會大幅降低。另一方面，若加工溫度超過(Ar3變態點+200)℃，則熱軋 鋼板的組織容易粗大化，亦容易導致鋼板的表面性狀不良。因此，加工溫度限定為Ar3變態點以上且(Ar3變態點+200)℃以下。較佳為(Ar3變態點+50)℃以上且(Ar3變態點+150)℃以下。再者，為了確保必要的加工溫度，亦可利用片條加熱器(sheet bar heater)或者邊緣加熱器(edge heater)等加熱裝置對軋製中的鋼板進行追加加熱。
加工溫度至750℃的冷卻速度：40℃/s以上且80℃/s以下
對於熱軋後的鋼板，對加工溫度至750℃為止的溫度範圍以40℃/s以上且80℃/s以下的冷卻速度進行冷卻(強制冷卻)。較佳為50℃/s以上且70℃/s以下。當該溫度範圍內的冷卻速度小於40℃/s時，熱軋鋼板的組織容易粗大化，冷軋鋼板中無法獲得所需形態的雪明碳鐵。另一方面，當該溫度範圍內的冷卻速度超過80℃/s時，熱軋鋼板中容易生成麻田散鐵或過多的變韌鐵，有時，無法將冷軋鋼板的組織製備成所需狀態，而且冷軋鋼板的耐高溫軟化性大幅降低。
750℃至冷卻停止溫度為止的冷卻速度：40℃/s以上且60℃/s以下
冷卻停止溫度：500℃以上且600℃以下
750℃至冷卻停止溫度為止的溫度範圍是以40℃/s以上且60℃/s以下的冷卻速度進行冷卻(強制冷卻)。當該溫度範圍內的冷卻速度小於40℃/s或超過60℃/s時，熱軋鋼板的組織中不易按 所需分率生成肥粒鐵。而且，當冷卻停止溫度(停止強制冷卻的溫度)超過600℃時，作為第二相的波來鐵容易變得過多。另一方面，當冷卻停止溫度低於500℃時，容易產生麻田散鐵或過多的變韌鐵作為第二相。因此，冷卻停止溫度設為500℃以上且600℃以下的範圍。較佳為520℃以上且580℃以下。再者，強制冷卻停止後的鋼板亦有時會因來自鋼板內部的複熱及鋼的變態潛熱而使溫度(表面溫度)上升，故而，在強制冷卻停止後直至由捲取機(卷軸(coiler))捲取期間放冷(空冷)。
捲取溫度：500℃以上且600℃以下
當捲取溫度小於500℃時，熱軋鋼板的組織中容易生成麻田散鐵或過多的變韌鐵，冷軋鋼板的耐高溫軟化性會大幅降低。另一方面，當捲取溫度超過600℃時，熱軋鋼板的組織中會生成大量的波來鐵，從而，冷軋鋼板的組織中無法獲得所需形態的雪明碳鐵。因此，捲取溫度設為500℃以上且600℃以下。較佳為520℃以上且580℃以下。
再者，上述的鋼板溫度(加工溫度、冷卻停止溫度、捲取溫度等)均可為於鋼板表面測定的溫度。
藉由經過以上的步驟，可獲得具有所需組織的熱軋鋼板，即，具有包含肥粒鐵、變韌鐵及波來鐵、並且上述肥粒鐵佔全體組織的分率為50%以上且80%以下、上述變韌鐵佔全體組織的分率為15%以上且45%以下、上述波來鐵佔全體組織的分率為10%以下的組織的熱軋鋼板。
本發明中，對以上述方式獲得的熱軋鋼板實施冷軋。再者，亦可對冷軋前的熱軋鋼板實施用於矯正形狀的調質軋製。
冷軋的壓下率：40%以上且80%以下
熱軋鋼板是藉由利用酸洗或者其他方法除鏽之後實施冷軋而成為冷軋鋼板。此時，當冷壓下率小於40%時，板厚方向上容易成為不均勻的軋製加工組織，不易獲得所需形狀的肥粒鐵粒。而且，在冷壓下率小於40%的情況下，當冷軋後的鋼板升溫時，容易產生硬度的變動或平坦度的降低。另一方面，當冷壓下率超過80%時，冷軋的負載會變得過高，鋼板的製造性降低。因此，冷軋的壓下率設為40%以上且80%以下。較佳為50%以上且70%以下。
如上所述，藉由將熱軋鋼板的肥粒鐵組織分率設為50%以上且80%以下、將變韌鐵的組織分率設為15%以上且45%以下、將波來鐵的組織分率設為10%以下、進而將冷軋的壓下率設為40%以上且80%以下，可獲得如下冷軋鋼板：具有肥粒鐵的組織分率至少超過50%(即，肥粒鐵為主相)且分散有雪明碳鐵的組織，作為上述主相的肥粒鐵是於鋼板的軋製方向剖面上的平均縱橫比為3以上的加工伸展粒，上述雪明碳鐵佔全體組織的分率為5%以下，且於鋼板的軋製方向剖面上的粒子剖面的平均縱橫比為3以下、平均長徑為1.0μm以下。
再者，經冷軋的鋼板是附著有軋製油的狀態，故而，亦可於冷軋後洗淨鋼板、或於洗淨後再次塗佈用於防銹的油。即便實施該等處理，亦不會損及本發明的效果。
實施例
使含有表1所示的成分元素、其餘部分包含Fe及不可避免的雜質的鋼A~鋼I熔化，進行鑄造，形成鋼片。繼而，以表2所示的條件對各鋼片進行熱軋，形成板厚為4.0mm的熱軋鋼板。自各熱軋鋼板選取樣本並觀察微組織，測定全體組織中所佔的肥粒鐵分率、變韌鐵分率、波來鐵分率。
進而，對各熱軋鋼板進行酸洗而除鏽之後，以表3所示的壓下率進行冷軋，獲得表3所示的板厚的冷軋鋼板。自各冷軋鋼板選取樣本並觀察微組織，確認組織的類型，並且，測定全體組織中所佔的雪明碳鐵分率、肥粒鐵及雪明碳鐵的平均縱橫比、以及雪明碳鐵的平均長徑。而且，自各冷軋鋼板選取樣本並實施硬度試驗，評價冷軋鋼板的硬度及耐高溫軟化性。進而，自各冷軋鋼板選取樣本，評價冷軋鋼板的衝壓性及衝壓、熱處理後的平坦度。
關於鋼板的微組織，對熱軋鋼板及冷軋鋼板兩者，均選取鋼板的板寬1/4位置上的與軋製方向平行的板厚剖面的樣本進行鏡面研磨，利用硝酸浸蝕液(nital)進行腐蝕之後，使用利用掃描型電子顯微鏡以500倍至5000倍的適當的倍率對板厚1/4位置進行拍攝所得的圖像進行確認。微組織中各相的分率是使用上述圖像且利用圖像解析求出該相所佔的面積率後，將該面積率作為各相的分率。
關於冷軋鋼板中的肥粒鐵及雪明碳鐵的平均縱橫比、以 及雪明碳鐵的平均長徑，使用上述圖像求出觀察範圍內的該粒各自的縱橫比及長徑，且算出所得值的平均值。
關於冷軋鋼板的硬度，在與微組織觀察用樣本同樣地選取的剖面樣本的板厚1/4位置，按照日本工業標準(Japanese Industrial Standard，JIS)Z 2244的規定而測定維克氏(Vickers)硬度(HV0.5)。而且，關於冷軋鋼板的耐高溫軟化性的評價，藉由如下方式進行評價：在對冷軋鋼板實施於480℃保持60分鐘後放冷的熱處理之後，同樣地選取剖面樣本而測定維克氏硬度(HV0.5)，求出熱處理前後的硬度變化量。此處，當維克氏硬度的值為250以上、且維克氏硬度未因熱處理而降低時，判定為具有充分的硬度、且耐高溫軟化性優良。
關於冷軋鋼板的衝壓性，藉由如下方式進行評價：自各冷軋鋼板以5%的間隙(clearance)(相對於板厚的比率)的條件衝壓出直徑100mmφ的圓板，目測確認圓板的衝壓端面有無微小龜裂。此處，當未發現微小龜裂時，判定為良好。
而且，關於冷軋鋼板的衝壓、熱處理後的平坦度，藉由如下方式進行評價：對於自各冷軋鋼板以與上述相同的條件衝壓出的直徑為100mmφ的圓板，實施於480℃保持60分鐘後放冷的熱處理，測定熱處理後的圓板的翹曲量。此處，當最大翹曲量為板厚的15%以下時，判定為熱處理後的平坦度優良。
將各鋼板的調查結果一併示於表2及表3。
就適於本發明的各冷軋鋼板(發明例)而言，成為在冷軋後未作處理的情況下具有充分的硬度、且硬度亦不會因熱處理而降低、耐高溫軟化性優良的鋼板，衝壓性或熱處理後的平坦度亦優良。另一方面，就鋼的化學組成或微組織處於本發明範圍之外的其他各冷軋鋼板(比較例)而言，未全部滿足上述特性，均處於不充分的水準。

Claims (2)

  1. 一種硬質冷軋鋼板，其特徵在於，其是對於熱軋鋼板實施冷軋而獲得的冷軋鋼板，上述熱軋鋼板具有以質量%計含有C：0.10%以上且0.25%以下、Si：0.3%以下、Mn：0.5%以上且1.0%以下、P：0.03%以下、S：0.02%以下、Al：0.01%以上且0.08%以下、Ti：0.010%以下、Nb：0.010%以下、B：0.0010%以下、其餘部分包含Fe及不可避免的雜質的組成，且具有包含肥粒鐵、變韌鐵及波來鐵、並且上述肥粒鐵佔全體組織的分率為50%以上且80%以下、上述變韌鐵佔全體組織的分率為15%以上且45%以下、上述波來鐵佔全體組織的分率為10%以下的組織；上述硬質冷軋鋼板具有以肥粒鐵為主相且分散有雪明碳鐵的組織；作為上述主相的肥粒鐵是於鋼板的軋製方向剖面上的平均縱橫比為3以上的加工伸展粒；上述雪明碳鐵佔全體組織的分率為5%以下，且於鋼板的軋製方向剖面上的粒子剖面的平均縱橫比為3以下、平均長徑為1.0μm以下。
  2. 一種硬質冷軋鋼板的製造方法，其特徵在於：將具有以質量%計含有C：0.10%以上且0.25%以下、Si：0.3%以下、Mn：0.5%以上且1.0%以下、P：0.03%以下、S：0.02%以下、Al：0.01%以上且0.08%以下、Ti：0.010%以下、Nb：0.010%以下、 B：0.0010%以下、其餘部分包含Fe及不可避免的雜質的組成的鋼片加熱至1000℃以上且1200℃以下，以Ar3變態點以上且(Ar3變態點+200)℃以下的加工溫度實施熱軋，對上述加工溫度至750℃為止的溫度範圍以40℃/s以上且80℃/s以下的冷卻速度進行冷卻，繼而對750℃至500℃以上且600℃以下的冷卻停止溫度為止的溫度範圍以40℃/s以上且60℃/s以下的冷卻速度進行冷卻之後放冷，以500℃以上且600℃以下的捲取溫度進行捲取而製成熱軋鋼板，對上述熱軋鋼板進行除鏽之後，以40%以上且80%以下的壓下率進行冷軋。
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