WO2014175381A1 - 鋼板 - Google Patents

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WO2014175381A1
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steel
steel sheet
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諸星　隆
荒牧　高志
昌文 瀬々
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新日鐵住金株式会社
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    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/46—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for sheet metals

Definitions

  • the present invention relates to a carbon steel plate having a carbon content of more than 0.25% and less than 0.50% by mass%, and particularly to a carbon steel plate that is formed into a product shape by punching, hole expanding, forging, or the like.
  • Patent Documents 1 to 3 propose the following techniques.
  • Patent Document 1 by mass%, C: 0.15% to 0.50%, S: 0.01% or less, and the relationship [% P] ⁇ 6 ⁇ [% B] +0.005 is satisfied.
  • a steel reclining seat gear made of a steel plate having an excellent notch tensile elongation rate has been proposed.
  • Patent Document 1 paying attention to the fact that there is a strong correlation between punchability and notch tensile elongation, the notch tensile elongation and hence punchability can be increased by increasing the particle size of carbides dispersed in the steel sheet. It suggests that it can be improved.
  • Patent Document 2 proposes a high-carbon steel containing C: 0.70% to 1.20% by mass and having a controlled particle size of carbides dispersed in a ferrite matrix. This steel is also excellent in punching workability because the notch tensile elongation which is closely related to the punching workability is improved. Further, this steel further contains Ca to control the form of MnS, and as a result, the punching workability is further improved.
  • Patent Document 3 in steel containing C: 0.10% to 0.40% and S: 0.010% or less by mass%, the shapes of inclusions are classified based on the ASTM-D method, We propose to provide steel for gears with excellent cold forgeability by keeping the shape and number of objects within a certain range.
  • Ca and / or REM Reare Earth Metal
  • the present inventors also added oxides (inclusions) generated in steel by adding Ca and REM to a structural thick steel plate containing 0.08% to 0.22% C by mass%. Controlled as a mixed phase state of a high melting point phase and a low melting point phase, this oxide (inclusion) is prevented from stretching during rolling, and the continuous casting nozzle does not cause melting damage or internal inclusion defects
  • oxides inclusions
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-265238 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-265239 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-329339 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-68949
  • Patent Document 1 aims to suppress the connection of microvoids by increasing the particle size of the carbide, assuming that the microvoids generated from the carbide are the starting points of cracking.
  • Patent Document 2 proposes to increase the carbide particle size. Further, Patent Document 2 proposes that Ca is contained in order to suppress generation of MnS in the steel, focusing on the fact that MnS stretched (during rolling) in the steel sheet becomes a crack starting point.
  • Patent Document 3 states that stretched oxide inclusions (B system of ASTM-D method) and non-stretched oxide inclusions (D system of ASTM-D method) cause the forgeability to deteriorate.
  • the length and the total number are defined based on the classification of the ASTM-D method.
  • Patent Document 3 defines the size, length, and total number of stretched oxide inclusions and non-stretched oxide inclusions, and shows specific measures for realizing this rule. Not.
  • Patent Document 4 the inclusion number density is controlled by adding Ca and / or REM.
  • the C content of the steel described in Patent Document 4 is 0.08% by mass to 0.22% by mass, and when used as a material for mechanical structural parts having a complicated shape, the strength (tensile strength, Abrasion, hardness, etc.) may be insufficient.
  • Patent Document 4 does not disclose a method for controlling the inclusion number density to a desirable level in steel that is required to contain C in excess of 0.25% by mass.
  • the present invention has been devised in view of the above-described problems, and contains C in an amount of more than 0.25% and less than 0.50%, and is used for manufacturing products with complicated shapes including gears.
  • An object is to provide a carbon steel sheet having suitable workability.
  • the chemical composition is mass%, C: more than 0.25% and less than 0.50%, Si: 0.10% to 0.60%, Mn: 0.00. 40% to 0.90%, Al: 0.003% to 0.070%, Ca: 0.0005% to 0.0040%, REM: 0.0003% to 0.0050%, Cu: 0% to 0 0.05%, Nb: 0% to 0.05%, V: 0% to 0.05%, Mo: 0% to 0.05%, Ni: 0% to 0.05%, Cr: 0% to 0% 50%, B: 0% to 0.0050%, P: 0.020% or less, S: 0.0070% or less, Ti: 0.050% or less, O: 0.0040% or less, N: limited to 0.0075% or less, the balance is made of iron and impurities, and the content expressed by mass% of each element in the chemical component is represented by the following formula 1 and the following formula 2 Simultaneously satisfy, present alone, the number density of Ti
  • the chemical component is further in mass%, Cu: 0.01% to 0.05%, Nb: 0.01% to 0.05%, V: 0.01% to 0.05%, Mo: 0.01% to 0.05%, Ni: 0.01% to 0.05%, Cr: 0.01% to 0.50%, B: 0.0.
  • One or more of 0010% to 0.0050% may be contained.
  • the steel sheet according to (1) or (2) further includes a composite inclusion containing Al, Ca, O, S, and REM, and the Ti-containing carbonitride on the surface of the composite inclusion.
  • An attached inclusion may be included.
  • the content represented by mass% of each element in the chemical component may satisfy the following formula 3. 18 ⁇ (REM / 140) ⁇ O / 16 ⁇ 0 (Formula 3)
  • the content expressed by mass% of each element in the chemical component may satisfy the following formula 4.
  • the number density of the A-based inclusions, the number density of the B-based inclusions, the number density of the C-based inclusions in the steel is coarse and has an angular shape and is independent.
  • Non-metallic inclusions and carbonitrides can be cited as causes for reducing the workability of steel sheets. These serve as starting points for cracking of the steel sheet when stress is applied to the steel sheet.
  • Inclusions include oxides and sulfides that exist in the molten steel or that are generated during solidification of the molten steel.
  • the size (long side) of inclusions ranges from several ⁇ m to several hundred ⁇ m when stretched by rolling. Therefore, in order to improve the workability of the steel sheet, it is important to reduce the content of inclusions.
  • the state where the size of the inclusions in the steel sheet is small and the number is small that is, the state of “high cleanliness” of the steel sheet is preferable.
  • Inclusions vary in shape, distribution, and the like. For example, in JIS G 0555, inclusions are distinguished from A-based inclusions, B-based inclusions, and C-based inclusions. In the present embodiment, the inclusions are classified into three types according to the following definition.
  • A-based inclusions Non-metallic inclusions in steel that are viscously deformed by processing. A steel sheet having high stretchability and subjected to processing is often stretched along the processing direction.
  • inclusions having an aspect ratio (major axis / minor axis) of 3.0 or more are defined as A-based inclusions.
  • B-based inclusions Among non-metallic inclusions in steel, the inclusions form a group in the processing direction and are discontinuously granular inclusions, often have an angular shape, and have low stretchability. is there. In the present embodiment, an inclusion group in which three or more inclusions are aligned along the processing direction, an inclusion group in which the separation distance between the inclusions is 50 ⁇ m or less is formed, and an aspect ratio ( Inclusions having a major axis / minor axis of less than 3.0 are defined as B-based inclusions.
  • C-based inclusion Dispersed irregularly without viscous deformation, often has an angular shape or a spherical shape, and has low stretchability.
  • an inclusion having an aspect ratio (major axis / minor axis) of less than 3.0 and randomly distributed is defined as a C-based inclusion.
  • Ti-containing carbonitrides that are very hard and square are generally classified as C-based inclusions, but in this embodiment, they may be distinguished from C-based inclusions.
  • the influence on the properties of the steel sheet is greater than other C-based inclusions (C-based inclusions that are not Ti-containing carbonitrides).
  • the “Ti-containing carbonitride present alone” refers to Ti-containing carbonitride that is not attached to inclusions that do not contain Ti.
  • the Ti-containing carbonitride when the Ti-containing carbonitride is present in a state of being attached to other inclusions (for example, composite inclusions including Al, Ca, O, S, and REM), the Ti-containing carbonitride gives the properties of the steel sheet The impact is the same level as other C inclusions.
  • the Ti-containing carbonitride adhering to other inclusions is regarded as a C-based inclusion that is not a Ti-containing carbonitride.
  • “number density of C-based inclusions” means “number density of C-based inclusions that are not Ti-containing carbonitrides (including those in which Ti-containing carbonitrides adhere to C-based inclusions). ”And“ number density of Ti-containing carbonitrides present alone ”. Ti-containing carbonitrides can be distinguished from other C-based inclusions by their shape and color tone.
  • inclusions having a particle size (in the case of a substantially spherical inclusion) or a long diameter (in the case of a deformed inclusion) of 1 ⁇ m or more are considered.
  • Inclusions having a particle diameter or major axis of less than 1 ⁇ m have little influence on the workability of steel even if they are contained in steel, and therefore, such inclusions are not considered in this embodiment.
  • the above-mentioned major axis is defined as a line segment having the maximum length among the line segments connecting the apexes that are not adjacent to each other in the cross-sectional contour of the inclusion on the observation surface.
  • the above-mentioned minor axis is defined as a line segment that is the minimum length among the line segments that connect the apexes that are not adjacent to each other in the cross-sectional contour of the inclusion on the observation surface.
  • the long side mentioned later is defined as the line segment which becomes the maximum length among the line segments which connect each adjacent vertex in the cross-sectional outline of the inclusion on an observation surface.
  • Patent Document 4 proposes a technique that prevents the occurrence of defects.
  • the present inventors also include the above-described A-based inclusions and B by adding Ca and REM with respect to a steel containing more than 0.25% and less than 0.50% by mass%. And the conditions for reducing C-based inclusions were examined. As a result, the present inventors have found a condition that can simultaneously reduce A-based inclusions and B and C-based inclusions. The specific contents are shown below.
  • the inventors of the present invention have examined the addition of Ca and REM to a steel containing, by mass%, C more than 0.25% and less than 0.50%. As a result, when the content expressed by mass% of each element in the chemical component satisfies the following formula I, A-based inclusions in steel, in particular, MnS constituting the A-based inclusions can be greatly reduced. I found.
  • the inclusions in the hot-rolled steel sheet are magnified 400 times with an optical microscope (however, when measuring the shape of inclusions in detail) (1000 times) and a total of 60 fields of view.
  • the inclusions having a particle size (in the case of spherical inclusions) or a long diameter (in the case of deformed inclusions) of 1 ⁇ m or more are observed, and these inclusions are classified as A-based inclusions, They were classified into B-based inclusions and C-based inclusions, and their number density was measured.
  • the number density of the square Ti containing carbonitride which exists independently among C type inclusions was also measured.
  • SEM scanning electron microscope
  • EPMA Electro Probe Micro Analysis
  • EDX Electronic X-Ray Analysis
  • the Charpy impact value at room temperature was measured as an index of workability of the hot-rolled steel sheet obtained above.
  • the Charpy impact value is a numerical value indicating the toughness of the steel sheet.
  • the Charpy impact value decreases as the number of inclusions serving as crack initiation points or the size of inclusions increases. That is, there is a strong correlation between the Charpy impact value and workability.
  • the value of the limit strain at which cracking occurs varies depending on the processing method, but has a correlation with the Charpy impact value.
  • the Charpy impact value and the number density of inclusions have a correlation. Specifically, it has been clarified that when the number density of A-based inclusions in steel exceeds 6 / mm 2 , the Charpy impact value deteriorates rapidly. Further, it has been clarified that even when the number density of B-based inclusions and C-based inclusions exceeds 6 / mm 2 in total, the impact value rapidly deteriorates. In addition, for Ti-containing carbonitrides that are C-based inclusions, if the number density of coarse Ti-containing carbonitrides having a long side of 5 ⁇ m or more that is present alone exceeds 5 / mm 2 , the impact value was found to worsen rapidly.
  • FIG. 1 circles indicate the results of steel containing a chemical component containing Ca and not containing REM (hereinafter referred to as “Ca alone”), and square marks (“REM + Ca” in FIG. 1).
  • Ca alone a chemical component containing Ca and not containing REM
  • REM + Ca square marks
  • FIG. 1 shows the results for a steel with a chemical component that contains Ca and also contains REM (hereinafter referred to as the combined inclusion of REM and Ca).
  • the above R1 was calculated on the assumption that the REM content was 0. From FIG. 1, it was found that there is a correlation between the number density of A-based inclusions and the above R1 both in the case of containing Ca alone and in the case of containing REM and Ca in combination.
  • the value of R1 is 0.3000 or more, the number density of A-based inclusions is reduced, and the number density is 6 pieces / mm 2 or less. As a result, the Charpy impact value is improved.
  • the major axis of the A-based inclusions in the steel becomes longer than in the case of containing REM and Ca in combination.
  • a CaO—Al 2 O 3 -based low melting point oxide is formed as an A-based inclusion, and this oxide is stretched during rolling. Therefore, in consideration of the major axis of inclusions that adversely affect the properties of the steel sheet, the combined inclusion of REM and Ca is preferable to the inclusion of Ca alone.
  • the number density of A-based inclusions in the steel can be preferably reduced to 6 pieces / mm 2 or less under the conditions satisfying the above-mentioned formula I and in the case of composite inclusion of REM and Ca. I understood.
  • R1 the value of R1 is 1.000, as an average composition, 1 equivalent of Ca and REM which couple
  • MnS may be generated in the microsegregation part between dendrite branches.
  • the value of R1 is 2.000 or more, it is possible to preferably prevent MnS formation at the microsegregation part between dendritic branches.
  • the value of R1 is preferably 5.000 or less. That is, the upper limit value on the right side of Formula I is preferably 5.000.
  • B-type inclusions and C-type inclusions As described above, by observing the observation surface of the hot-rolled steel sheet, B-type inclusions and C-type inclusions having an aspect ratio (major axis / minor axis) of less than 3 and a grain size or major axis of 1 ⁇ m or more. The number density was measured. As a result, the inventors have found that the number density of B-based inclusions and C-based inclusions increases as the Ca content increases in both cases of containing Ca alone or containing REM and Ca in combination. I found it. On the other hand, the inventors have found that the REM content does not greatly affect the number density of these inclusions.
  • FIG. 2 shows the relationship between the Ca content in steel and the total number density of B-based inclusions and C-based inclusions when Ca is contained alone and when REM and Ca are combined.
  • circles indicate the results of containing Ca alone
  • square marks (explained as “REM + Ca” in FIG. 2) indicate the results of combined inclusion of REM and Ca.
  • the total number density of B-based inclusions and C-based inclusions increases as the Ca content in steel increases in the case of containing Ca alone or in the case of containing REM and Ca in combination.
  • the surface of the Ca-REM composite inclusion is in a liquid phase in the molten steel, and the aggregation and coalescence behavior is presumed to be similar to the CaO—Al 2 O 3 inclusion produced when Ca alone is contained. Therefore, it is considered that a large number of Ca-REM composite inclusions remain dispersed in the slab and the total number density of B-type inclusions and C-type inclusions increases.
  • the total number density of B-based inclusions and C-based inclusions has a correlation with Ca content and C content.
  • the present inventors have found that the total number density of B-based inclusions and C-based inclusions increases as the C content increases even with the same Ca content. More specifically, in order to make the total number density of B-based inclusions and C-based inclusions 6 pieces / mm 2 or less, the content expressed by mass% of each element in the chemical component is set as follows: It was found that it was necessary to control to the range represented by the formula II.
  • This Formula II indicates that the upper limit value of the Ca content needs to be changed depending on the C content, that is, the upper limit value of the Ca content needs to be lowered as the C content increases.
  • the lower limit value of the above formula II is not particularly limited, but 0.0005 which is the lower limit value of the Ca content in mass% is the substantial lower limit value of the right side of the above formula II. .
  • the reason why the total number density of B inclusions and C inclusions increases as the C content increases is that the solidification temperature range from the liquidus temperature to the solidus temperature increases as the C concentration in the molten steel increases. Is considered to be caused by the increase in the length of the dendrite structure. That is, it is presumed that the dendrite structure develops for a long time, so that inclusions are easily trapped between the dendrite trees (it is difficult to be discharged into the bulk molten steel from between the dendrite trees). Therefore, it is necessary to lower the upper limit of the Ca content so as to satisfy the above-described formula II as the steel having a higher C content and thus a longer dendrite structure during solidification tends to develop.
  • the phase at the time of solidification of the steel having the carbon concentration range (C: more than 0.25% and less than 0.50%) is a liquid phase + ⁇ phase above the peritectic temperature. Below the crystallization temperature, it is a liquid phase + ⁇ phase. That is, the degree of microsegregation of solute elements such as S is different at the peritectic temperature.
  • the solid-liquid partition coefficient that affects inclusion trapping because it is a surface active element is greater when the phase is liquid phase + ⁇ phase than when the phase is liquid phase + ⁇ phase. Is small. When the solid-liquid distribution coefficient of S is small, the amount of S distributed to the solid phase decreases, and the amount of S distributed to the liquid phase increases.
  • Ti-containing carbonitride When Ti is mixed from auxiliary materials such as alloys and scrap, Ti-containing carbonitrides such as TiN are produced in the steel. This Ti-containing carbonitride has a high hardness and has a square shape. For this reason, when coarse Ti-containing carbonitrides are produced alone in the steel, the carbonitrides are likely to be the starting point of fracture, so that the Charpy impact value of the steel and, consequently, the workability deteriorates.
  • Ti-containing carbonitride As described above, as a result of examining the relationship between the content of Ti-containing carbonitride and the workability of the steel sheet, the number density of Ti-containing carbonitrides having a long side length of 5 ⁇ m or more, which is present alone, is It was found that if it is 5 pieces / mm 2 or less, breakage hardly occurs and deterioration of workability can be prevented.
  • Ti carbide Ti nitride, Ti carbonitride, Ti-containing carbonitride includes TiNb carbide, TiNb nitride, TiNb carbonitride, etc. in the case of containing Nb as a selective element. .
  • the number density of a coarse single Ti-containing carbonitride having a long side length of 5 ⁇ m or more can be preferably reduced to 5 pieces / mm 2 or less.
  • the Ti-containing carbonitride that has been compositely deposited on the REM-containing composite inclusion is unlikely to become a starting point of fracture.
  • the reason for this is considered that the Ti-shaped carbonitride is compound-deposited on the REM-containing composite inclusions, thereby reducing the angular portion of the Ti-containing carbonitride.
  • the shape of Ti-containing carbonitride is a cube or a rectangular parallelepiped, when present alone in steel, all of the eight corners of Ti-containing carbonitride are in contact with the matrix. Since the corner is the starting point of fracture, the Ti-containing carbonitride having eight corners has eight fracture starting points.
  • Ti-containing carbonitride when Ti-containing carbonitride is complex-deposited on the REM-containing composite inclusion, for example, when only half of Ti-containing carbonitride contacts the matrix, only four places of Ti-containing carbonitride are in the matrix. Touch. That is, the corners of the Ti-containing carbonitride in contact with the matrix are reduced from 8 places to 4 places. As a result, the starting point of fracture due to the Ti-containing carbonitride is reduced from 8 to 4 locations.
  • Ti-containing carbonitride is likely to be preferentially precipitated on the REM-containing composite inclusion.
  • Ti-containing carbonitride is precipitated on a specific crystal plane of the REM composite inclusion, This is presumably because the lattice matching between the specific crystal plane of the REM composite inclusion and the Ti-containing carbonitride is good.
  • a composite of a Ti-containing carbonitride and a REM-containing inclusion ie, an inclusion in which a Ti-containing carbonitride is attached to the surface of a composite inclusion containing Al, Ca, O, S, and REM
  • it Since it has less adverse effects on various properties of the steel sheet than Ti-containing carbonitrides present, it is considered to be a C-based inclusion that is not a Ti-containing carbonitride present alone.
  • C more than 0.25% and less than 0.50%
  • C (carbon) is an important element in securing the strength (hardness) of the steel sheet.
  • C content is 0.25% or less, the hardenability of the steel sheet is lowered, so that the strength required for products manufactured using the steel sheet as a raw material, such as gears, cannot be obtained.
  • the C content is 0.50% or more, a long time is required for the heat treatment to ensure workability. Therefore, the workability of the steel sheet may deteriorate unless the heat treatment is prolonged.
  • the C content increases, the total number density of B-based inclusions and C-based inclusions increases.
  • the C content is controlled to be more than 0.25% and less than 0.50%.
  • the preferable lower limit of C content is 0.27%.
  • the higher the C content the greater the hardness and tensile strength after heat treatment (quenching and tempering).
  • a strength of 1300 MPa or more can be sufficiently secured after performing quenching and low-temperature tempering treatment.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between C content and tensile strength.
  • the inventors measured the tensile strength of steel sheets in which conditions other than the C content were made to satisfy the conditions of the steel sheet according to the present embodiment and the C content was varied. As a result, it was revealed that when the C content is 0.27% or more, the steel sheet surely has a tensile strength of 1300 MPa. Furthermore, in the steel plate according to the present embodiment, the lower limit of the C content is preferably 0.30%, and the upper limit of the C content is preferably 0.48%.
  • Si 0.10% to 0.60%
  • Si silicon
  • Si is an element that acts as a deoxidizer and is effective in improving the hardenability and improving the strength (hardness) of the steel sheet. If the Si content is less than 0.10%, the above-described content effect cannot be obtained. On the other hand, if the Si content exceeds 0.60%, the surface properties of the steel sheet may be deteriorated due to scale defects during hot rolling. Therefore, the Si content is controlled to 0.10% to 0.60%.
  • the lower limit of the Si content is preferably 0.15%, and the upper limit of the Si content is preferably 0.55%.
  • Mn manganese
  • Mn manganese
  • Mn is an element that acts as a deoxidizer and is an effective element for improving the hardenability and improving the strength (hardness) of the steel sheet. If the Mn content is less than 0.40%, the effect cannot be obtained sufficiently. On the other hand, if the Mn content exceeds 0.90%, the workability of the steel sheet may be deteriorated. Therefore, the Mn content is controlled to 0.40% to 0.90%.
  • the lower limit of the Mn content is preferably 0.50%, and the upper limit of the Mn content is preferably 0.75%.
  • Al 0.003% to 0.070%
  • Al aluminum
  • Al is an element that acts as a deoxidizer and is an element effective for improving the workability of the steel sheet by fixing N. If the Al content is less than 0.003%, the above-described effects cannot be obtained sufficiently, so 0.003% or more must be contained. On the other hand, when the Al content exceeds 0.070%, the content effect is saturated, and coarse inclusions increase. Due to the coarse inclusions, workability may be deteriorated or surface defects may be easily generated. Therefore, the Al content is controlled to 0.003% to 0.070%.
  • the lower limit of the Al content is preferably 0.010%, and the upper limit of the Al content is preferably 0.040%.
  • Ca 0.0005% to 0.0040%
  • Ca is an effective element for controlling the form of inclusions and thereby improving the workability of the steel sheet. If the Ca content is less than 0.0005%, the above effect cannot be obtained sufficiently. Control of the form of inclusions is also possible by REM, but when the Ca content is less than 0.0005%, the nozzle clogging occurs during continuous casting as in the case where REM described later is contained alone. Stability is hindered, and further, high specific gravity inclusions are deposited on the lower surface side of the slab, which may deteriorate the workability of the steel sheet.
  • the Ca content exceeds 0.0040%, for example, coarse low-melting point oxides such as CaO—Al 2 O 3 inclusions and / or inclusions such as CaS inclusions that are easily stretched during rolling. It becomes easy to produce
  • the lower limit of the Ca content is preferably 0.0007%, more preferably 0.0010%.
  • the upper limit of the Ca content is preferably 0.0030%, more preferably 0.0025%.
  • the upper limit of the Ca content according to the C content. Specifically, it is necessary to control the content represented by mass% of C and Ca in the chemical component within a range represented by the following formula III.
  • the Ca content does not satisfy the following formula III, the total number density of B-based inclusions and C-based inclusions exceeds 5 / mm 2 .
  • REM 0.0003% to 0.0050%
  • REM Rare Earth Metal
  • the steel plate according to the present embodiment contains at least one element selected from these.
  • REM is often selected from Ce (cerium), La (lanthanum), Nd (neodymium), Pr (praseodymium) and the like because of its availability.
  • adding as a misch metal which is a mixture of these elements in steel is widely performed.
  • the main components of misch metal are Ce, La, Nd, and Pr.
  • the total amount of these rare earth elements contained in the steel plate is defined as the REM content.
  • the average atomic weight of Misch metal is about 140, so the atomic weight of REM is 140.
  • REM is an effective element for controlling the form of inclusions and improving the workability of the steel sheet. If the REM content is less than 0.0003%, the above effect cannot be obtained sufficiently, and the same problem as when Ca is contained alone occurs. That is, when the REM content is less than 0.0003%, the CaO—Al 2 O 3 inclusions and a part of CaS are stretched by rolling, thereby reducing the steel sheet properties (workability and toughness after processing). May occur. Furthermore, when the REM content is less than 0.0003%, the Ti-containing carbonitride is likely to be preferentially compounded, so there are few compound inclusions including Al, Ca, O, S, and REM, and thus it is generated alone in the steel sheet.
  • the REM content is controlled to 0.0003% to 0.0050%.
  • the lower limit of the REM content is preferably 0.0005%, more preferably 0.0010%.
  • the upper limit of the REM content is preferably 0.0040%, more preferably 0.0030%.
  • the content of Ca and REM according to the S content. Specifically, it is necessary to control the content expressed by mass% of each element in the chemical component within a range represented by the following formula IV.
  • the number density of the A-based inclusions exceeds 6 / mm 2 .
  • the value on the right side of the following formula IV is 2 or more, the form of inclusions can be more preferably controlled.
  • the upper limit of the following formula IV is not specifically limited, when the value of the right side of the following formula IV exceeds 5, a coarse B-type or C-type inclusion having a maximum length exceeding 20 ⁇ m tends to be generated. Therefore, the upper limit value of the following formula IV is preferably 5.
  • the steel sheet according to the present embodiment contains impurities in addition to the basic components described above.
  • the impurities are auxiliary materials such as scrap, and P, S, Ti, O, N, Cd, Zn, Sb, W, Mg, Zr, As, Co, Sn, and the like mixed from the manufacturing process. It means an element such as Pb. Since the inclusion of these elements is not essential, the lower limit of the content of these elements is 0%.
  • P, S, Ti, O, and N are limited as follows in order to preferably exhibit the above effects.
  • the described% is mass%.
  • P phosphorus
  • the lower limit of the P content may be 0%. In consideration of current general refining (including secondary refining), the lower limit of the P content may be 0.005%.
  • S sulfur
  • S is an impurity element that inhibits the workability of the steel sheet by forming non-metallic inclusions. Therefore, the S content is limited to 0.0070% or less, preferably to 0.0050% or less.
  • the lower limit of the S content may be 0%. In consideration of current general refining (including secondary refining), the lower limit of the S content may be 0.0003%.
  • Ti titanium
  • Ti titanium
  • Ti is an element that deteriorates the workability of a steel sheet by forming a hard square carbonitride.
  • the lower limit of the Ti content may be 0%. In consideration of current general refining (including secondary refining), the lower limit of the Ti content may be 0.0005%.
  • O (oxygen) is an impurity element that forms an oxide (non-metallic inclusion), and this oxide aggregates and coarsens, thereby reducing the workability of the steel sheet. Therefore, the O content is limited to 0.0040% or less.
  • the lower limit of the O content may be 0%. In consideration of current general refining (including secondary refining), the lower limit of the O content may be 0.0010%.
  • the O content of the steel sheet according to the present embodiment is the total O content (TO content) obtained by adding up all O contents such as O dissolved in the steel and O present in the inclusions. Means.
  • the O content and the REM content within the range represented by the following formula V using the content expressed by mass% of each element.
  • the number density of A-based inclusions is further reduced, which is preferable.
  • the upper limit of the following formula V is not specifically limited, 0.000643 becomes the upper limit of the left side of the following formula V from the upper limit and the lower limit of the O content and the REM content.
  • REM 2 O 3 .11Al 2 O 3 (REM 2 O 3 and Al 2 O 3 molar ratio 1:11) and REM 2 O 3 .Al 2
  • the A-based inclusions are further preferably reduced.
  • REM / 140 indicates the number of moles of REM
  • O / 16 indicates the number of moles of O.
  • N nitrogen
  • nitrogen is an impurity element that forms nitrides (non-metallic inclusions) and lowers the workability of the steel sheet. Therefore, the N content is limited to 0.0075% or less.
  • the lower limit of the N content may be 0%. In consideration of current general refining (including secondary refining), the lower limit of the N content may be 0.0010%.
  • the above basic components are controlled, and the balance is made of iron and the above impurities.
  • the steel sheet according to the present embodiment may further contain the following selected components in the steel, if necessary, instead of a part of the remaining Fe.
  • the hot-rolled steel sheet according to this embodiment may further contain one or more of Cu, Nb, V, Mo, Ni, and B as a selection component in addition to the basic components and impurities described above. Good.
  • the numerical limitation range of the selected component and the reason for limitation will be described.
  • the described% is mass%.
  • Cu (copper) is a selective element having an effect of improving the strength (hardness) of the steel sheet. Therefore, if necessary, Cu may be contained within a range of 0.05% or less. Moreover, the said effect can be preferably acquired when the lower limit of Cu content shall be 0.01%. On the other hand, if the Cu content exceeds 0.05%, hot work cracking may occur during hot rolling due to molten metal embrittlement (Cu cracking). A preferable range of the Cu content is 0.02% to 0.04%.
  • Nb 0.05% or less
  • Nb niobium
  • Nb is a selective element that forms carbonitrides and is effective in preventing coarsening of crystal grains and improving the workability of the steel sheet. Therefore, Nb may be contained within a range of 0.05% or less as necessary. Moreover, the said effect can be preferably acquired when the lower limit of Nb content shall be 0.01%. On the other hand, if the Nb content exceeds 0.05%, coarse Nb carbonitride may precipitate and cause deterioration in workability of the steel sheet. A preferable range of the Nb content is 0.02% to 0.04%.
  • V vanadium
  • V vanadium
  • Nb vanadium
  • V vanadium
  • V vanadium
  • the said effect can be preferably acquired when the lower limit of V content shall be 0.01%.
  • the V content exceeds 0.05%, coarse inclusions may be generated and the workability of the steel sheet may be reduced.
  • the preferred range is 0.02% to 0.04%.
  • Mo mobdenum
  • Mo mobdenum
  • Mo is a selective element having an effect of improving the strength (hardness) of the steel sheet by improving hardenability and improving tempering softening resistance. Therefore, if necessary, Mo may be contained within a range of 0.05% or less. Moreover, the said effect can be preferably acquired when the lower limit of Mo content shall be 0.01%. On the other hand, when the Mo content exceeds 0.05%, the cost increases and the content effect is saturated. Furthermore, if the Mo content exceeds 0.05%, the workability of the steel sheet, particularly the cold workability, is deteriorated, which makes it difficult to process the steel sheet into a complicated shape (for example, a gear shape). . For the above reason, the upper limit of the Mo content is set to 0.05%. A preferable range of the Mo content is 0.01% to 0.05%.
  • Ni (nickel) is a selective element effective for improving the strength (hardness) of a steel sheet by improving hardenability and improving workability. Further, it is a selective element that also has an effect of preventing molten metal embrittlement (Cu cracking) when Cu is contained. Therefore, if necessary, Ni may be contained within a range of 0.05% or less. Moreover, the said effect can be preferably acquired when the lower limit of Ni content shall be 0.01% or more. On the other hand, if the Ni content exceeds 0.05%, the cost increases, but the content effect is saturated, so the upper limit of the Ni content is set to 0.05%. A preferred range for the Ni content is 0.02% to 0.05%.
  • Cr 0.50% or less
  • Cr chromium
  • Cr is an effective element for improving the hardenability and improving the strength (hardness) of the steel sheet. Therefore, if necessary, Cr may be contained within a range of 0.50% or less. Moreover, the said effect can be preferably acquired when the lower limit of Cr content shall be 0.01%. When the Cr content exceeds 0.50%, the cost increases while the content effect is saturated. Therefore, the Cr content is controlled to 0.50% or less.
  • B boron
  • B (boron) is a selective element that has the effect of increasing the hardenability and improving the strength (hardness) of the steel sheet. Therefore, you may contain B within the range of 0.0050% or less as needed. Moreover, the said effect can be preferably acquired when the lower limit of B content shall be 0.0010%. On the other hand, if the B content exceeds 0.0050%, a B-based compound is generated and the workability of the steel sheet is lowered, so the upper limit is made 0.0050%. A preferable range of the B content is 0.0020% to 0.0040%.
  • the steel plate according to the present embodiment is made of, for example, a slab by continuous casting, using a blast furnace hot metal as a raw material, and by performing converter refining and secondary refining.
  • the steel sheet is made by hot rolling, cold rolling and / or annealing as necessary.
  • secondary refining in the ladle performs inclusion control by addition of Ca and REM along with adjustment of the steel components.
  • molten steel melted in an electric furnace using iron scrap as a raw material may be used as a raw material.
  • Ca and REM are added after adjusting the components of other contained elements and further floating Al 2 O 3 produced by Al deoxidation from the molten steel. If a large amount of Al 2 O 3 remains in the molten steel, Ca and REM are consumed by the reduction of Al 2 O 3 . Therefore, the contents of Ca and REM used for fixing S are reduced, and the generation of MnS cannot be sufficiently prevented.
  • Ca has a high vapor pressure
  • an alloy wire composed of these alloys may be used.
  • REM may be added in the form of Fe-Si-REM alloy, misch metal, or the like.
  • Misch metal is a mixture of rare earth elements, and specifically, it often contains about 40% to 50% Ce and about 20% to 40% La. For example, it is possible to obtain Misch metal made of Ce45%, La35%, Nd9%, Pr6%, and other impurities.
  • the order of adding Ca and REM is not particularly limited. However, when Ca is added after REM addition, the size of inclusions tends to be slightly reduced. Therefore, it is preferable to add Ca after REM addition.
  • Al 2 O 3 is generated after Al deoxidation, and a part of the Al 2 O 3 is clustered.
  • REM addition is performed before Ca addition
  • a part of the cluster is reduced and decomposed, and the size of the cluster can be reduced.
  • Ca addition is performed before REM addition
  • Al 2 O 3 changes to CaO—Al 2 O 3 -based inclusions having a low melting point, and the Al 2 O 3 cluster is converted into one coarse CaO—Al 2.
  • Ca it is preferable to add Ca after REM addition.
  • the ingredients were adjusted by ladle refining to produce 300 tons of molten steel having the ingredients shown in Table 2A.
  • Al is first added to perform deoxidation, then components of other elements such as Ti are adjusted, and then Al 2 O 3 generated by Al deoxidation is floated for 5 minutes or more.
  • REM was added and held for 3 minutes for uniform mixing before Ca was added.
  • Misch metal was used for REM.
  • the REM elements contained in this misch metal were Ce 50%, La 25%, and Nd 10%, and the balance was impurities. Therefore, the ratio of each REM element contained in the obtained steel plate is substantially the same as the ratio of each REM element described above. Since Ca has a high vapor pressure, a Ca—Si alloy was added to increase the yield.
  • the molten steel after refining was cast into a slab of thickness 250 mm by continuous casting. Thereafter, the slab is heated to 1250 ° C. and held for 1 hour, and then hot-rolled so that the finishing temperature is 850 ° C. to a plate thickness of 5 mm, and then the coiling temperature is 580 ° C. Winded up.
  • the pickled steel sheet was pickled and then annealed at 700 ° C. for 72 hours. This hot-rolled steel sheet was quenched at 900 ° C. for 30 minutes and further tempered at 100 ° C. for 30 minutes.
  • the composition of inclusions and deformation behavior (ratio of major axis / minor axis after rolling; aspect ratio) were investigated.
  • a field parallel to the rolling direction and the plate thickness direction was used as an observation surface, and 60 fields were observed with an optical microscope at a magnification of 400 times (however, when the inclusion shape was measured in detail, the magnification was 1000 times).
  • the inclusions having a particle size (in the case of spherical inclusions) or a long diameter (in the case of deformed inclusions) of 1 ⁇ m or more are observed, and these inclusions are classified as A-based inclusions, They were classified into B-type inclusions and C-type inclusions, and their number density was measured. In addition, the number density of square Ti-containing carbonitrides precipitated alone in steel and having a long side exceeding 5 ⁇ m was also measured. Since the Ti-containing carbonitride is different in shape and color from other C-based inclusions, it can be determined by observation.
  • an SEM Sccanning Electron Microscope, Scanning Electron Microscopy
  • an EPMA Electro Probe Micro Analysis
  • EDX Electro Dispersive X-Ray Analysis
  • the inclusion evaluation criteria were as follows. Regarding the number density of A-type inclusions and the total number density of B-type inclusions and C-type inclusions, the case where the number density exceeds 6 / mm 2 is B (Bad), 4 / mm 2 and more than 6 / Mm 2 or less is G (Good), 2 / mm 2 is more than 4 pieces / mm 2 or less is VG (Very Good), and 2 / mm 2 or less is GG (Greyly Good).
  • a B system and the C system relates the maximum length 20 ⁇ m or more coarse inclusions, the case where more than six / mm 2 B (Bad), 3 pieces / mm 2 Ultra-6 / mm 2 or less in the case G ( Good) 3 / mm 2 or less was designated as VG (Very Good).
  • VG Very Good
  • the number density exceeds 5 pieces / mm 2 and B (Bad), 3 pieces / mm 2 and more than 5 pieces / mm 2 In the case of G (Good), the case of 3 pieces / mm 2 or less was designated as VG (Very Good).
  • the hot-rolled steel sheet obtained after quenching and tempering was evaluated for tensile strength (MPa), Charpy impact value (J / cm 2 ) at room temperature (about 25 ° C.), and hole expansibility (%).
  • a steel plate having a tensile strength of 1200 MPa or more was regarded as a steel plate satisfying the acceptance criteria for tensile strength.
  • the Charpy impact value at room temperature indicates toughness and is one of the indices for evaluating the workability of a steel sheet.
  • the toughness of the product obtained by processing a steel plate can also be evaluated by the Charpy impact value.
  • a steel plate having a Charpy impact value at room temperature of 6 J / cm 2 or more was regarded as a steel plate satisfying the acceptance criteria for toughness.
  • Hole expandability is another index for evaluating workability.
  • a punched hole having a diameter of 10 mm was formed in the center of a 150 mm ⁇ 150 mm steel plate, and then the punched hole was expanded with a 60 ° conical punch.
  • the hole diameter D (mm) at the time when the plate thickness penetration crack occurred in the steel plate by this expansion treatment was measured.
  • ICP-AES Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry: ICP-MS (Inductively Coupled Plasma-Mass-Plasma-Mass-Plasma-Mass-Plasma-Mass-Plasma-Mass-Plasma-Mass) )
  • ICP-MS Inductively Coupled Plasma-Mass-Plasma-Mass-Plasma-Mass-Plasma-Mass-Plasma-Mass-Plasma-Mass
  • REM elements may be below the analysis limit, and in that case, the content is the largest as it is proportional to the content (Ce 50%, La 25%, Nd 10%) in the misch metal. It calculated using the ratio with respect to the analytical value of Ce.
  • Comparative Example 2 since the Ca content exceeded the upper limit, a coarse CaO—Al 2 O 3 -based low melting point oxide was generated. Thereby, the evaluation of the number density of the A-type inclusions, the number density of the B-type + C-type inclusions, and the number density of the coarse inclusions in Comparative Example 2 was “B”.
  • Comparative Example 3 since the REM content was less than the lower limit and did not satisfy Formula 3, a large number of coarse Ti-containing carbonitrides were produced alone in the matrix. Thereby, the evaluation of the number density of the Ti-containing carbonitride of Comparative Example 3 was “B”.
  • Comparative Example 4 since the REM content exceeded the upper limit, the evaluation of the number density of B-type + C-type inclusions and the evaluation of the number density of coarse inclusions were “B”. Furthermore, nozzle clogging occurred during the casting of Comparative Example 4.
  • Comparative Example 5 since the value on the right side of Formula 1 was less than 0.3, the evaluation of the number density of the A-based inclusions was “B”. Further, in Comparative Example 5, the C content was excessive, so the workability was low. Thereby, the impact value of Comparative Example 5 was insufficient. Since Comparative Example 6 did not satisfy Formula 2, the evaluation of the number density of B-based + C-based inclusions was “B”. In Comparative Example 7, since the C content was insufficient, the tensile strength was insufficient.
  • Comparative Example 8 the number density of inclusions was at an appropriate level, but the C content was excessive, so that the workability was lowered. For this reason, the hole expansibility of the comparative example 8 was disqualified.
  • Comparative Example 9 since the S content was excessive, coarse MnS inclusions were generated, and the evaluation of the number density of the A-based inclusions was “B”. Furthermore, the impact value and hole expansibility of Comparative Example 9 were insufficient.
  • Comparative Example 10 since the Ti content was excessive, the evaluation of the number density of the Ti-containing carbonitride was “B”. Thereby, the impact value and hole expansibility of Comparative Example 10 were insufficient.
  • Comparative Example 11 since the Ca content was excessive, a coarse oxide having a high CaO content was generated and stretched.
  • Comparative Example 11 the evaluation of the number density of the A-based inclusions and B + C-based coarse inclusions in Comparative Example 11 was “B”. Furthermore, in Comparative Example 11, since the CaO content was high, the effect of the Ti-containing carbonitride adhering to the oxide surface was reduced. Thereby, the evaluation of the number density of the Ti-containing carbonitride of Comparative Example 11 was “B”. For the above reasons, the impact value and hole expansibility of Comparative Example 11 were insufficient. In Comparative Example 12, since the REM content was insufficient, the effect of attaching the Ti-containing carbonitride to the oxide surface was reduced. Thereby, the evaluation of the number density of the Ti-containing carbonitride of Comparative Example 12 was “B”.
  • Comparative Example 12 since the REM content was excessive, the evaluation of the number density of coarse inclusions was “B”. Therefore, the impact value and hole expansibility of Comparative Example 13 were insufficient.
  • Comparative Example 14 since the Mo content was excessive, the workability deteriorated despite the good evaluation of the number density of inclusions. Thereby, the impact value and hole expansibility of Comparative Example 14 were insufficient. Since Comparative Example 15 did not satisfy Formula 1, the evaluation of the number density of the A-based inclusions was “B”. Thereby, the impact value and hole expansibility of Comparative Example 15 were insufficient. Since Comparative Example 16 did not satisfy Formula 2, the evaluation of the number density of B + C inclusions was “B”. Therefore, the impact value and hole expansibility of Comparative Example 16 were insufficient.
  • the C content, Ca content, and REM content of the steel sheet according to the present invention are expressed by the equation “0.3000 ⁇ ⁇ Ca / 40.88 + (REM / 140) / 2 ⁇ / (S / 32.07)”. And “Ca ⁇ 0.0058 ⁇ 0.0050 ⁇ C”.
  • the number density of A-based inclusions having a long side of 1 ⁇ m or more of the steel plate according to the present invention is limited to 6 pieces / mm 2 or less
  • the B-type having a long side of 1 ⁇ m or more of the steel plate according to the present invention is limited to 6 pieces / mm 2 or less.
  • the number density of Ti carbonitrides having a long side of 5 ⁇ m or more and present alone in the steel sheet according to the present invention is limited to 5 pieces / mm 2 or less. According to the above aspect of the present invention, it is possible to reduce A-type inclusions, B-type inclusions, and C-type inclusions in steel, and to prevent generation of coarse Ti-containing carbonitrides that exist alone. Since it is possible to provide a steel sheet with excellent workability, the industrial applicability is high.
  • the carbon steel sheet of the present invention can be used for manufacturing machine parts of various shapes, for example, vehicle gears, clutches, washers and the like.

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Abstract

　本発明に係る鋼板は、所定の化学成分を有し、前記化学成分中の各元素の質量％で示した含有量が、０．３０００≦｛Ｃａ／４０．８８＋（ＲＥＭ／１４０）／２｝／（Ｓ／３２．０７）との式と、Ｃａ≦０．００５８－０．００５０×Ｃとの式を同時に満たし、単独で存在する、長辺が５μｍ以上であるＴｉ含有炭窒化物の個数密度が５個／ｍｍ２以下に制限される。

Description

鋼板
　本発明は、炭素含有量が質量％で０．２５％超０．５０％未満の炭素鋼板に関し、特に、打ち抜き加工や穴拡げ加工、鍛造等によって製品形状に成形される炭素鋼板に関する。
　本願は、２０１３年４月２５日に、日本に出願された特願２０１３－０９２４０８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　形状が複雑な機械部品を製造する際、従来は、まず複数の部品それぞれを個別に作製し、次いでそれらを組み合わせることにより製品形状を得ることが多かった。その場合、歯車など複雑な形状を持つ部位は、組み合わせる前に切削加工されることが多かった。しかし、近年は製造コスト低減のために、製品形状に近い形状を有する部品を打ち抜き加工や穴拡げ加工、鍛造等で成形することが進められている。これにより、部品点数を削減でき、より少ない工程数で製造することが可能になる。材料に大きな変形を加える際は変形抵抗が少ない熱間加工が適用され、一方、形状を精度よく加工する必要がある場合には冷間加工が適用される。製品形状に近い複雑な形状に鋼板を加工する場合には、従来のように複数の部位ごとに製造してからそれらを組み合わせる場合よりも、鋼板には従来以上に良好な加工性が求められる。すなわち、従来の鋼板には、複雑な形状に打ち抜いたり拡げたり、鍛造すると、鋼板が割れたり、部品の寸法精度が悪化するという課題があった。さらに、当然、加工後の製品には、従来と同等以上に、靭性、強度、耐摩耗性などの特性を確保することが求められる。こうした課題を解決するために、特許文献１～３では以下の技術が提案されている。
　特許文献１では、質量％で、Ｃ：０．１５％～０．５０％、Ｓ：０．０１％以下であり、且つ［％Ｐ］≦６×［％Ｂ］＋０．００５の関係が満足され、切欠き引張伸び率が優れた鋼板を素材とする鋼製リクライニングシートギアが提案されている。特許文献１では、打ち抜き性と切欠き引張伸びとの間に強い相関があることに着目し、鋼板中に分散している炭化物の粒径を大きくすることにより切欠き引張伸び、ひいては打ち抜き性を改善することができると提案している。
　特許文献２では、質量％で、Ｃ：０．７０％～１．２０％を含有し、フェライトマトリックス中に分散する炭化物の粒径を制御した高炭素鋼が提案されている。この鋼も、打ち抜き加工性に密接な関係をもつ切欠き引張伸びが改善されているので、打ち抜き加工性に優れる。また、この鋼は、Ｃａをさらに含有することで、ＭｎＳの形態を制御して、その結果、打ち抜き加工性をさらに改善している。
　特許文献３では、質量％で、Ｃ：０．１０％～０．４０％、Ｓ：０．０１０％以下を含有する鋼において、介在物の形状をＡＳＴＭ－Ｄ法に基づいて分類し、介在物の形状と個数とを一定範囲内に収めることによる、冷間鍛造性に優れた歯車用鋼の提供を提案している。
　また、鋼中の介在物の存在量および／または形態の制御のために、Ｃａおよび／またはＲＥＭ（Ｒａｒｅ　Ｅａｒｔｈ　Ｍｅｔａｌ）の添加が行われてきた。本発明者らも、質量％で、Ｃを０．０８％～０．２２％含有する構造用厚鋼板にＣａとＲＥＭとを添加することで、鋼中に生成する酸化物（介在物）を高融点相と低融点相との混合相状態として制御し、この酸化物（介在物）が圧延中に延伸することを防止し、そして、連続鋳造ノズルの溶損や内部介在物欠陥を発生させないようにした技術を、特許文献４で提案している。
日本国特開２０００－２６５２３８号公報 日本国特開２０００－２６５２３９号公報 日本国特開２００１－３２９３３９号公報 日本国特開２０１１－６８９４９号公報
　上記４件の文献は、加工性、具体的には打ち抜き加工性および鍛造性を悪化させる割れ起点原因を特定し、それに対する対策を提案している。特許文献１は炭化物を起点として生成したミクロボイドが割れ起点であるとして、この炭化物の粒径を大きくしてミクロボイドの連結を抑制することを目的としている。同様の考えで、特許文献２も炭化物粒径を大きくすることを提案している。さらに、特許文献２は、鋼板中の（圧延時に）延伸したＭｎＳが割れ起点になることに着目して、鋼中ＭｎＳの生成を抑制するためにＣａを含有することを提示している。特許文献３は延伸した酸化物系介在物（ＡＳＴＭ－Ｄ法のＢ系）と非延伸酸化物系介在物（ＡＳＴＭ－Ｄ法のＤ系）が鍛造性を悪化させる原因として、それらの大きさと、長さと、数の総量とをＡＳＴＭ－Ｄ法の分類に基づき規定している。
　しかし、上記の従来技術では、加工性、そして加工後の製品の靭性について次の課題が残る。
　特許文献１に記載される鋼では、炭化物の粒径を制御することで打ち抜き加工性を改善しているが、介在物の組成または形態を制御していないので、鋼の圧延時に延伸したＭｎＳが鋼中に残存している。このため、この鋼では、より複雑な形状に加工するための厳しい加工条件における加工時に、延伸ＭｎＳ（加工方向に延伸しているのでＡ系介在物に分類される）が起点となって割れが発生する。割れが生じることなく製造できた場合も、延伸したＭｎＳが製品中に残存すると、加工後の製品の靭性が低下する。
　特許文献２に記載される鋼では、Ｃａを含有することによりＭｎＳの形状が球状化するので、Ａ系介在物の存在個数が低減される。しかし、本発明者らの検討によれば、特許文献２に記載される鋼では、Ａ系介在物が減少する代わりに、加工方向に集団をなして不連続的に粒状に並んだ介在物（以後、Ｂ系介在物と呼ぶ）や、不規則に分散する介在物（以後、Ｃ系介在物と呼ぶ）が、鋼中に多数残存することが見出された。そして、これらが破壊起点となり、加工性および製品の靭性が悪化することが見出された。また、特許文献２に記載される鋼では、Ｔｉを含有させている。しかし、鋼中に粗大なＴｉ含有炭窒化物（Ｃ系介在物に分類される）が単独で生成する場合、このＴｉ含有炭窒化物が割れ起点となり、加工性や靭性が劣化し易いという問題がある。
　特許文献３は、延伸酸化物系介在物および非延伸酸化物系介在物の大きさと、長さと、数の総量とを規定しているが、この規定を実現するための具体的な方策を示していない。
　特許文献４では、Ｃａおよび／またはＲＥＭの添加によって介在物個数密度を制御している。しかし、特許文献４に記載の鋼のＣ含有量は０．０８質量％～０．２２質量％であり、複雑な形状を有する機械構造部品の材料として用いた場合、強度（引張強さ、耐摩耗性、および硬度など）が不足する場合がある。Ｃを０．２５質量％超含有することが求められる鋼において介在物個数密度を好ましい水準に制御するための方法が、特許文献４には示されていない。
　本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、Ｃを質量％で０．２５％超０．５０％未満含有し、ギア類をはじめとする複雑形状の製品の製造に適するような加工性を有する炭素鋼板の提供を課題とする。
　本発明は、鋼板の加工性、および製品の靭性等の特性を劣化させる主要割れ起点として、鋼中のＡ系、Ｂ系、およびＣ系の各介在物に着目した。これらＡ系、Ｂ系、およびＣ系の各介在物の含有量を低減することで、加工性に優れる鋼板が提供される。そして、割れ起点となる介在物が少ない本発明による鋼板を使用して製造した製品は、高い靭性を有する。このように、介在物を低減することは、鋼板の加工性と共に（鋼板を素材として製造した）製品の靭性を向上させることができる。
　本発明の要旨は、以下の通りである。
（１）本発明の一態様に係る鋼板は、化学成分が、質量％で、Ｃ：０．２５％超０．５０％未満、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％、を含有し、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、に制限し、残部が鉄及び不純物からなり、前記化学成分中の各元素の質量％で示した含有量が、下記の式１と下記の式２とを同時に満たし、単独で存在する、長辺が５μｍ以上であるＴｉ含有炭窒化物の個数密度が５個／ｍｍ２以下に制限される。
　　０．３０００≦｛Ｃａ／４０．８８＋（ＲＥＭ／１４０）／２｝／（Ｓ／３２．０７）　・・・（式１）
　　Ｃａ≦０．００５８－０．００５０×Ｃ　・・・（式２）
（２）上記（１）に記載の鋼板は、前記化学成分が、さらに、質量％で、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％、のうちの１種以上を含有してもよい。
（３）上記（１）または（２）に記載の鋼板は、さらに、Ａｌ、Ｃａ、Ｏ、Ｓ、及びＲＥＭを含む複合介在物と、この複合介在物の表面に前記Ｔｉ含有炭窒化物が付着した介在物とを含んでもよい。
（４）上記（１）または（２）に記載の鋼板は、前記化学成分中の前記各元素の質量％で示した含有量が、下記の式３を満たしてもよい。
　　１８×（ＲＥＭ／１４０）－Ｏ／１６≧０　・・・（式３）
（５）上記（３）に記載の鋼板は、前記化学成分中の前記各元素の質量％で示した含有量が、下記の式４を満たしてもよい。
　　１８×（ＲＥＭ／１４０）－Ｏ／１６≧０　・・・（式４）
　本発明の上記態様によれば、鋼中のＡ系介在物の個数密度と、Ｂ系介在物の個数密度と、Ｃ系介在物の個数密度と、粗大であり角形状を有し且つ単独で存在するＴｉ含有炭窒化物の個数密度とを低減することで、打ち抜き加工性、穴拡げ性、および鍛造性等の加工性に優れ、かつ加工後の靭性にも優れた鋼板を提供することができる。
Ｓに結合するＣａおよびＲＥＭの化学当量の合計値と、Ａ系介在物の個数密度との関係を示すグラフである。 鋼中のＣａ含有量と、Ｂ系介在物及びＣ系介在物の合計の個数密度との関係を示すグラフである。 鋼中のＣ含有量と鋼の引張強さとの関係を示すグラフである。
　以下、本発明の好適な実施形態について説明する。ただし、本発明は本実施形態に開示の構成のみに限定されない。本発明は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
　まず、本実施形態に係る鋼板に含まれる介在物について説明する。
　鋼板の加工性を低下させる原因として、非金属介在物および炭窒化物等が挙げられる。これらは、鋼板に応力が加わった場合に、鋼板の割れの起点となる。介在物とは、溶鋼中に存在するか、あるいは溶鋼の凝固時に生成する酸化物および硫化物などである。介在物のサイズ（長辺）は、数μｍから、圧延によって延伸した場合には数百μｍに及ぶ。したがって、鋼板の加工性を向上させるためには、介在物の含有量を低減することが重要である。このように、鋼板中の介在物のサイズが小さく、個数も少ない状態、すなわち鋼板の「清浄性が高い」状態が好ましい。
　介在物はその形状や分布状態などが多様であるが、例えばＪＩＳ　Ｇ　０５５５において介在物はＡ系介在物、Ｂ系介在物、およびＣ系介在物と区別されている。本実施形態では、以後、次に示す定義に従い介在物を３種類に分類する。
　Ａ系介在物：鋼中の非金属介在物のうち、加工によって粘性変形したものである。高延伸性を有し、加工を受けた鋼板においては加工方向に沿って延伸していることが多い。本実施形態では、アスペクト比（長径／短径）が３．０以上である介在物をＡ系介在物と定義する。
　Ｂ系介在物：鋼中の非金属介在物のうち、加工方向に集団をなして不連続的に粒状の介在物がならんだものであり、角張った形状を有する場合が多く、低延伸性である。本実施形態では、加工方向に沿って３個以上の介在物が整列してなる介在物群であって、介在物同士の離間距離が５０μｍ以下である介在物群を形成し、且つアスペクト比（長径／短径）が３．０未満である介在物をＢ系介在物と定義する。
　Ｃ系介在物：粘性変形をしないで不規則に分散するものであり、角張った形状または球状形状を有する場合が多く、低延伸性である。本実施形態では、アスペクト比（長径／短径）が３．０未満であり、ランダムに分布する介在物をＣ系介在物と定義する。
　非常に硬く、且つ角形状であるＴｉ含有炭窒化物は、一般的にはこのＣ系介在物に分類されるが、本実施形態においてはＣ系介在物とは区別される場合がある。Ｔｉ含有炭窒化物は、単独で存在する場合、鋼板の特性に与える影響がその他のＣ系介在物（Ｔｉ含有炭窒化物ではないＣ系介在物）と比較して大きい。ここで「単独で存在するＴｉ含有炭窒化物」とは、Ｔｉを含有しない介在物に付着していない状態で存在するＴｉ含有炭窒化物を示す。一方、Ｔｉ含有炭窒化物が他の介在物（例えばＡｌ、Ｃａ、Ｏ、Ｓ、及びＲＥＭを含む複合介在物）に付着した状態で存在する場合、Ｔｉ含有炭窒化物が鋼板の特性に与える影響は、その他のＣ系介在物と比較して同水準になる。本実施形態において、他の介在物に付着しているＴｉ含有炭窒化物は、Ｔｉ含有炭窒化物ではないＣ系介在物であるとみなされる。
　本実施形態において、「Ｃ系介在物の個数密度」とは、「Ｔｉ含有炭窒化物ではないＣ系介在物（Ｃ系介在物にＴｉ含有炭窒化物が付着するものを含む）の個数密度」と、「単独で存在しているＴｉ含有炭窒化物の個数密度」との合計である。Ｔｉ含有炭窒化物は、その形状およびその色調により他のＣ系介在物と区別することが可能である。
　なお、本実施形態に係る鋼板では、粒径（形状が略球状の介在物の場合）または長径（変形している介在物の場合）が１μｍ以上の介在物のみを考慮する。粒径または長径が１μｍ未満の介在物は、たとえ鋼中に含まれていても、鋼の加工性に与える影響が小さいので、本実施形態ではこのような介在物を考慮しない。また、上記した長径とは、観察面上の介在物の断面輪郭での、隣り合わない各頂点を結ぶ線分のうちの最大長となる線分と定義する。同様に、上記した短径とは、観察面上の介在物の断面輪郭での、隣り合わない各頂点を結ぶ線分のうちの最小長となる線分と定義する。また、後述する長辺とは、観察面上の介在物の断面輪郭での、隣り合う各頂点を結ぶ線分のうちの最大長となる線分と定義する。以降、「粒径（形状が略球状の介在物の場合）または長径（変形している介在物の場合）」との記載を「粒径または長径」と略す場合がある。
　従来、鋼中の介在物の存在量および／または形態の制御のために、Ｃａおよび／またはＲＥＭ（Ｒａｒｅ　Ｅａｒｔｈ　Ｍｅｔａｌ）の添加が行われてきた。上述のように、本発明者らも、質量％で、Ｃを０．０８％～０．２２％含有する構造用厚鋼板にＣａとＲＥＭとを添加することで、鋼中に生成する酸化物（介在物）を高融点相と低融点相との混合相に制御し、この酸化物（介在物）が圧延中に延伸することを防止し、そして、連続鋳造ノズルの溶損や内部介在物欠陥を発生させないようにした技術を、特許文献４で提案している。
　本発明者らは、さらに、質量％で、Ｃを０．２５％超０．５０％未満を含有する鋼に関しても、ＣａとＲＥＭとを含有させることで、上記のＡ系介在物と、Ｂ及びＣ系介在物とを減らす条件について検討した。その結果、Ａ系介在物と、Ｂ及びＣ系介在物とを同時に減らすことができる条件を見出した。その具体的な内容を以下に示す。
　（Ａ系介在物について）
　本発明者らは、質量％で、Ｃを０．２５％超０．５０％未満を含有する鋼に対して、さらにＣａとＲＥＭとを含有させることについて検討した。その結果、化学成分中の各元素の質量％で示した含有量が、下記の式Ｉを満たすときに、鋼中のＡ系介在物、特に、Ａ系介在物を構成するＭｎＳを大きく低減できることを見出した。
　０．３０００≦｛Ｃａ／４０．８８＋（ＲＥＭ／１４０）／２｝／（Ｓ／３２．０７）　・・・（式Ｉ）
　以下、この知見の基となった実験について説明する。
　真空溶解炉で、Ｃ含有量が、質量％で、０．４５％であり、そして、トータルＯ（Ｔ．Ｏ．）、Ｎ、Ｓ、Ｃａ、及びＲＥＭの含有量を表１に示す範囲で種々変更した化学成分を有する複数種類の鋼を、５０ｋｇインゴットとして作製した。これらのインゴットを、５ｍｍ厚となるように、仕上圧延温度が８６０℃の条件で熱間圧延し、そして、空冷して熱延鋼板を得た。
　この熱延鋼板の圧延方向と板厚方向とに平行な断面を観察面として、熱延鋼板中の介在物を、光学顕微鏡により倍率４００倍（ただし、介在物形状を詳細に測定する際は倍率１０００倍）で、合計６０視野にて観察した。各観察視野で、粒径（形状が球状の介在物の場合）または長径（変形している介在物の場合）が１μｍ以上の介在物を観察し、それらの介在物を、Ａ系介在物、Ｂ系介在物、Ｃ系介在物に分類し、それらの個数密度を計測した。また、Ｃ系介在物のうち、単独で存在する角形状のＴｉ含有炭窒化物の個数密度も計測した。また、ＥＰＭＡ（電子線マイクロ分析、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｐｒｏｂｅ　Ｍｉｃｒｏ　Ａｎａｌｙｓｉｓ）、またはＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分析、Ｅｎｅｒｇｙ　Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ　Ｘ－Ｒａｙ　Ａｎａｌｙｓｉｓ）を備えるＳＥＭ（走査型電子顕微鏡、Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いて熱延鋼板の金属組織を観察すれば、介在物中の、Ｔｉ含有炭窒化物、ＲＥＭ含有複合介在物、ＭｎＳ、及びＣａＯ－Ａｌ２Ｏ３系介在物などを同定することが可能である。
　加えて、上記で得られた熱延鋼板の加工性の指標として、室温（約２５℃）におけるシャルピー衝撃値を測定した。シャルピー衝撃値は鋼板の靭性を示す数値である。鋼板中に、割れ起点となる介在物が多いほど、または介在物のサイズが大きいほど、シャルピー衝撃値が低下する。つまり、シャルピー衝撃値と加工性との間には強い相関がある。実際に各種加工を行った場合、割れが発生する限界ひずみの値自体はそれぞれの加工方法に依存し変化するが、シャルピー衝撃値と相関がある。
　上記実験の結果、シャルピー衝撃値と、介在物の個数密度とが、相関関係を有することが判明した。具体的には、鋼中のＡ系介在物の個数密度が６個／ｍｍ２を超えると、シャルピー衝撃値が急激に悪化することが明らかになった。また、Ｂ系介在物及びＣ系介在物の個数密度が、合計で、６個／ｍｍ２を超えても、衝撃値が急激に悪化することが明らかになった。加えて、Ｃ系介在物であるＴｉ含有炭窒化物について、単独で存在する、長辺が５μｍ以上である粗大なＴｉ含有炭窒化物の個数密度が５個／ｍｍ２を超えると、衝撃値が急激に悪化することが明らかになった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　次いで発明者らは、上述のような介在物個数密度を達成するための具体的な方法について検討した。
　鋼中で、ＣａはＳと結合してＣａＳを形成し、ＲＥＭはＳ及びＯと結合してＲＥＭ２Ｏ２Ｓ（オキシサルファイド）を形成すると想定される。Ｓと結合するＣａおよびＲＥＭの化学当量の合計Ｒ１は、Ｓの原子量を３２．０７、Ｃａの原子量を４０．８８、ＲＥＭの原子量を１４０とし、そして、化学成分中の各元素の質量％で示した含有量を用いて、
　Ｒ１＝｛Ｃａ／４０．８８＋（ＲＥＭ／１４０）／２｝／（Ｓ／３２．０７）と表現することができる。
　そこで、上記した各熱延鋼板で測定されたＡ系介在物の個数密度と、各熱延鋼板の上記Ｒ１との関係を調査した。その結果を図１に示す。図１中で、丸印は、Ｃａを含有し、ＲＥＭを含有しない化学成分（以後、Ｃａ単独含有と呼ぶ）を有する鋼の結果を示し、また、四角印（図１中では「ＲＥＭ＋Ｃａ」と説明されている）は、Ｃａを含有し、ＲＥＭも含有する化学成分（以後、ＲＥＭ及びＣａの複合含有と呼ぶ）を有する鋼の結果を示す。なお、Ｃａ単独含有の場合、上記Ｒ１を、ＲＥＭ含有量が０であるとして計算した。この図１より、Ｃａ単独含有の場合と、ＲＥＭ及びＣａの複合含有の場合との両方において、Ａ系介在物の個数密度と上記Ｒ１との間に相関関係があることがわかった。
　具体的には、上記Ｒ１の値が０．３０００以上となるとき、Ａ系介在物の個数密度が低減し、その個数密度が６個／ｍｍ２以下となる。その結果、シャルピー衝撃値が向上する。
　なお、Ｃａ単独含有の場合の方が、ＲＥＭ及びＣａの複合含有の場合よりも、鋼中のＡ系介在物の長径が長くなる。Ｃａ単独含有の場合、ＣａＯ－Ａｌ２Ｏ３系の低融点酸化物がＡ系介在物として生成し、この酸化物が圧延時に延伸しているためと考えられる。したがって、鋼板の特性に悪影響を与える介在物の長径も考慮すると、Ｃａ単独含有より、ＲＥＭ及びＣａの複合含有が好ましい。
　これらの結果から、上記の式Ｉを満たす条件で、かつ、ＲＥＭ及びＣａの複合含有の場合に、好ましく鋼中のＡ系介在物の個数密度を６個／ｍｍ２以下に低減することができることが分かった。
　なお、Ｒ１の値が１．０００であるとき、平均組成として、鋼中のＳに結合する１当量のＣａとＲＥＭとが鋼中に存在することになる。しかし実際には、Ｒ１の値が１．０００であっても、デンドライト樹枝間のミクロ偏析部にＭｎＳが生成するおそれがある。Ｒ１の値が２．０００以上であるとき、デンドライト樹枝間のミクロ偏析部でのＭｎＳ生成を好ましく防止できる。一方、ＣａおよびＲＥＭを多量に含有させることにより、Ｒ１の値が５．０００を超えると、最大長が２０μmを超える粗大なＢ系またはＣ系介在物が生成する傾向がある。よって、Ｒ１の値は５．０００以下であることが好ましい。すなわち、上記の式Ｉの右辺の上限値は、５．０００であることが好ましい。
　（Ｂ系介在物及びＣ系介在物について）
　上記したように、熱延鋼板の上記観察面を観察して、アスペクト比（長径／短径）が３未満であり、粒径または長径が１μｍ以上であるＢ系介在物及びＣ系介在物の個数密度を計測した。その結果、Ｃａ単独含有の場合、またはＲＥＭ及びＣａの複合含有の場合のいずれでも、Ｃａ含有量が多いほど、Ｂ系介在物及びＣ系介在物の個数密度が増加することを発明者らは見出した。一方、ＲＥＭ含有量は、これらの介在物の個数密度に大きく影響しないことを発明者らは見出した。
　図２に、Ｃａ単独含有の場合、そしてＲＥＭ及びＣａの複合含有の場合の、鋼中のＣａ含有量と、Ｂ系介在物及びＣ系介在物の合計の個数密度との関係を示す。図２中で、丸印は、Ｃａ単独含有の結果を示し、また、四角印（図２中では「ＲＥＭ＋Ｃａ」と説明されている）は、ＲＥＭ及びＣａの複合含有の結果を示す。この図２より、Ｃａ単独含有の場合、またはＲＥＭ及びＣａの複合含有の場合のいずれも、鋼中のＣａ含有量が増加すると、Ｂ系介在物及びＣ系介在物の合計の個数密度が増加することがわかった。また、Ｃａ単独含有の場合のＣａ含有量とＲＥＭ及びＣａの複合含有の場合のＣａ含有量とを同じＣａ含有量で比較すると、Ｂ系介在物及びＣ系介在物の合計の個数密度は、ほぼ同等の値となった。つまり、鋼にＲＥＭ及びＣａを複合的に含有させても、このＲＥＭは、Ｂ系介在物及びＣ系介在物の合計の個数密度に影響を与えないことがわかった。
　上述したように、Ａ系介在物を低減するためには、上記の範囲内で、鋼中のＣａ含有量とＲＥＭ含有量とを高めることが好ましい。一方で、Ａ系介在物を減らすためにＣａ含有量を増加させると、上述したように、Ｂ系介在物及びＣ系介在物が増加してしまうという問題が生じる。すなわち、Ｃａ単独含有の場合、Ａ系介在物と、Ｂ系介在物及びＣ系介在物とを、同時に低減することができない。これに対して、ＲＥＭ及びＣａの複合含有の場合、Ｓに結合するＲＥＭとＣａとの化学当量（Ｒ１の値）を確保しながら、Ｃａ含有量を減らすことができるので好ましい。すなわち、ＲＥＭ及びＣａの複合含有の場合、Ｂ系介在物及びＣ系介在物の合計の個数密度を増加させることなく、Ａ系介在物の個数密度を好ましく減らすことができることが判明した。
　このように、Ｂ系介在物及びＣ系介在物の合計の個数密度がＣａ含有量に依存する理由は、次のように推察される。
　上述のように、Ｃａ単独含有の場合、鋼中にＣａＯ－Ａｌ２Ｏ３系介在物が生成する。この介在物は低融点酸化物であるので、溶鋼中で液相であり、溶鋼中で凝集および合体しない傾向がある。つまり、ＣａＯ－Ａｌ２Ｏ３系介在物を溶鋼から浮上分離することが難しい。そのため、大きさが数μｍとなるこの介在物が鋳片内に多数分散して残存するので、Ｂ系介在物及びＣ系介在物の合計の個数密度が増加する。
　また、上述の通り、ＲＥＭ及びＣａの複合含有の場合も、そのＣａ含有量に応じて、同様に、Ｂ系介在物及びＣ系介在物の合計の個数密度が増加する。ＲＥＭ含有率が高い介在物の融点は、ＣａＯ－Ａｌ２Ｏ３系介在物の融点よりも高く、ＲＥＭ含有率が高い介在物は溶鋼中で固体として存在する。しかし、ＲＥＭ及びＣａの複合含有の場合、ＲＥＭ含有率が高い介在物を核として、その周囲に、Ｃａ含有率が高い介在物が生成する。この介在物をＣａ－ＲＥＭ複合介在物と称する。この場合においても、Ｃａ含有率が高い介在物は溶鋼中で液相状態である。すなわち、Ｃａ－ＲＥＭ複合介在物の表面は溶鋼中で液相であり、その凝集・合体挙動は、Ｃａ単独含有時に生成するＣａＯ－Ａｌ２Ｏ３系介在物と類似すると推察される。そのため、Ｃａ－ＲＥＭ複合介在物が鋳片内に多数分散して残存し、Ｂ系介在物及びＣ系介在物の合計の個数密度が増加すると考えられる。
　なお、ＣａＯ－Ａｌ２Ｏ３系介在物は、その粒径または長径が約４μｍを超えると、圧延によって延伸してＡ系介在物となる。一方、ＣａＯ－Ａｌ２Ｏ３系介在物は、その粒径または長径が約４μｍ未満である場合、圧延によってほとんど延伸しない（長径／短径比が３未満にとどまる）ので、圧延後にＢ系介在物またはＣ系介在物となる。また、ＲＥＭ及びＣａの複合含有の場合に生成されるＲＥＭ含有率が高い介在物は、圧延によってほとんど延伸しない。さらに、ＲＥＭ含有率が高い介在物の周囲に生成されるＣａ含有率が高い介在物も、圧延時にほとんど延伸しない。すなわち、ＲＥＭとＣａの複合含有の場合、ＲＥＭ含有率が高い介在物がＣａ含有率が高い介在物の延伸を防ぐので、介在物はＢ系介在物またはＣ系介在物が主となる。
　また、本発明者らは、Ｂ系介在物及びＣ系介在物の個数密度が、鋼のＣ含有量にも影響を受けることを見出した。以下、鋼のＣ含有量が与えるこの影響について説明する。
　Ｃ含有量が、質量％で、０．２６％であるインゴットを作製し、上述と同方法の実験を行って、Ｂ系介在物及びＣ系介在物の個数密度を測定した。そして、Ｃ含有量が０．２６％である鋼の実験結果と、上記したＣ含有量が０．４５％である鋼の実験結果とを比較した。
　この比較の結果、Ｂ系介在物及びＣ系介在物の合計の個数密度は、Ｃａ含有量とＣ含有量とに対する相関関係を有することが明らかとなった。具体的には、同一のＣａ含有量でも、Ｃ含有量が高いほど、Ｂ系介在物及びＣ系介在物の合計の個数密度が増加することを本発明者らは見出した。さらに具体的には、Ｂ系介在物及びＣ系介在物の合計の個数密度を６個／ｍｍ２以下にするためには、化学成分中の各元素の質量％で示した含有量を、下記の式ＩＩで表わされる範囲に制御する必要があることを見出した。
　Ｃａ≦０．００５８－０．００５０×Ｃ　・・・（式ＩＩ）
　この式ＩＩは、Ｃａ含有量の上限値をＣ含有量により変化させる必要があること、すなわち、Ｃ含有量が高くなるほどＣａ含有量の上限値を低下させる必要があることを示している。なお、上記の式ＩＩの下限値は、特に限定されるものではないが、質量％でのＣａ含有量の下限値である０．０００５が上記の式ＩＩの右辺の実質的な下限値となる。
　Ｃ含有量が高くなるほど、Ｂ系介在物及びＣ系介在物の合計の個数密度が増加する理由は、溶鋼中のＣ濃度が高くなるほど、液相線温度から固相線温度までの凝固温度範囲が広くなり、デンドライト組織の長さが増大することに起因すると考えられる。すなわち、デンドライト組織が長く発達する結果、デンドライト樹枝間に介在物が捕捉され易くなる（デンドライト樹枝間から、バルク溶鋼中に排出されにくくなる）ためであると推定される。したがって、Ｃ含有量が高く、これにより凝固中のデンドライト組織が長く発達しやすい鋼ほど、上記の式ＩＩを満たすように、Ｃａ含有量の上限を低くする必要が生じる。
　なお、上述した炭素濃度範囲（Ｃ：０．２５％超０．５０％未満）を有する鋼の凝固時の相は、平衡状態図によると、包晶温度以上では液相＋δ相であり、包晶温度以下では液相＋γ相である。つまり、包晶温度を境に、Ｓ等の溶質元素のミクロ偏析度が異なる。ここで着目すべきは、界面活性元素であるので介在物捕捉に影響するＳの固液分配係数は、相が液相＋δ相である場合よりも、相が液相＋γ相である場合の方が小さいということである。Ｓの固液分配係数が小さい場合、固相に分配されるＳの量が少なくなり、液相に分配されるＳの量が多くなる。液相に、界面活性元素であるＳが多く分配された場合、液相と固相との間の界面エネルギーが低下するので、介在物が液相と固相との間の界面に捕捉されやすくなる。
　鋼の温度が包晶温度以下（即ち、鋼の相が液相＋γ相）である場合、Ｓが比較的多く液相に分配される。これにより、デンドライト樹枝（γ相）の間のＳのミクロ偏析度が高くなる。したがって、包晶温度以下では特に介在物が捕捉されやすいと予想される。そして、Ｃ濃度が高いほどδ相が減少し、且つγ相が増加するので、介在物がデンドライト樹枝間に捕捉されやすくなる。式ＩＩは、この効果も含めた評価、および観察結果に基づいて決定された。式ＩＩは、鋼中のＣ濃度が包晶点よりも高い０．２５％超０．５０％未満である場合に成立する。
　以上のように、Ｃ含有量に応じて、ＲＥＭとＣａとを適正量含有させることにより、Ａ系介在物と、Ｂ系介在物及びＣ系介在物とのいずれをも、効果的に低減することができることが分かった。これらの知見に加えて、本発明者らは、さらに、割れ起点になりやすいＴｉ含有炭窒化物の形態についても検討した。
（Ｔｉ含有炭窒化物について）
　合金やスクラップ等の副原料からＴｉが混入すると、鋼中にＴｉＮなどのＴｉ含有炭窒化物が生成する。このＴｉ含有炭窒化物は、その硬度が高く、さらにその形状が角形状である。そのため、鋼中に単独で粗大なＴｉ含有炭窒化物が生成すると、この炭窒化物が破壊の起点となり易いので、鋼のシャルピー衝撃値、ひいては加工性が劣化する。
　上述したように、Ｔｉ含有炭窒化物の含有量と鋼板の加工性との関係を検討した結果、単独で存在する、長辺の長さが５μｍ以上であるＴｉ含有炭窒化物の個数密度が５個／ｍｍ２以下であれば、破壊が起きにくくなり、加工性の劣化が防止できることが分かった。ここで、Ｔｉ含有炭窒化物には、Ｔｉ炭化物、Ｔｉ窒化物、Ｔｉ炭窒化物のほか、選択元素であるＮｂを含有する場合のＴｉＮｂ炭化物、ＴｉＮｂ窒化物、ＴｉＮｂ炭窒化物なども含まれる。
　このような粗大なＴｉ含有炭窒化物を減らすためには、Ｔｉ含有量を低減することが考えられる。しかし、本実施形態に係る鋼のＣ濃度範囲では、Ｔｉ含有量が微量であってもＴｉ含有炭化物が生成しやすく、さらに、一旦生成したＴｉ含有炭窒化物は、鋼の加熱処理中に粗大化し易い。つまり、Ｃ濃度が０．２５％超０．５０％未満である場合、たとえ鋼の成分としてＴｉを含有させなかったとしても、不純物として混入したＴｉに起因して、Ｔｉ含有炭窒化物の個数密度が５個／ｍｍ２超となり、鋼の加工性が低下する場合がある。この問題を解決するための手段として、製造段階におけるＴｉ混入を防止し、Ｔｉ含有量を１０ｐｐｍ程度に抑制することが考えられる。しかし、設備能力および製造効率を考慮すると、このような手段の採用は好ましくない。
　そこで、このような粗大なＴｉ含有炭窒化物に起因する悪影響を減らすための別の手段について検討した結果、ＲＥＭ及びＣａの複合含有が有効であることが本発明者らによって見出された。
　ＲＥＭ及びＣａの複合含有が行われた場合、まずＡｌ、Ｃａ、Ｏ、Ｓ、及びＲＥＭを含む複合介在物が鋼中に生成し、このＲＥＭ含有複合介在物上に優先的に、Ｔｉ含有炭窒化物が複合析出する。ＲＥＭ含有複合介在物上にＴｉ含有炭窒化物を優先的に複合析出させることにより、鋼中に単独で生成する角形状のＴｉ含有炭窒化物を少なくすることができる。つまり、長辺の長さが５μｍ以上である粗大な単独のＴｉ含有炭窒化物の個数密度を好ましく５個／ｍｍ２以下に減少させることができる。
　このＲＥＭ含有複合介在物上に複合析出したＴｉ含有炭窒化物は、破壊の起点になりにくい。この理由は、Ｔｉ含有炭窒化物がＲＥＭ含有複合介在物上に複合析出することで、このＴｉ含有炭窒化物の角形状部が少なくなるためと考えられる。例えば、Ｔｉ含有炭窒化物は、その形状が立方体もしくは直方体なので、鋼中に単独で存在する場合、Ｔｉ含有炭窒化物の８ヶ所の角の全てがマトリックスに接する。角は破壊の起点となるので、８ヶ所の角を有するＴｉ含有炭窒化物は、８ヶ所の破壊の起点を有する。これに対し、Ｔｉ含有炭窒化物がＲＥＭ含有複合介在物上に複合析出して、例えば、Ｔｉ含有炭窒化物の半分だけがマトリックスに接する場合、Ｔｉ含有炭窒化物の４ヶ所だけがマトリックスに接する。つまり、マトリックスに接するＴｉ含有炭窒化物の角は８ヶ所から４ヶ所に減ることになる。その結果、Ｔｉ含有炭窒化物に起因する破壊の起点が８ヶ所から４ヶ所に減ることになる。
　また、Ｔｉ含有炭窒化物がＲＥＭ含有複合介在物上に優先的に複合析出し易い理由は、ＲＥＭ複合介在物の特定の結晶面にＴｉ含有炭窒化物が析出していることから鑑みて、ＲＥＭ複合介在物の特定の結晶面とＴｉ含有炭窒化物との格子整合性が良好であるためと推定される。
　Ｔｉ含有炭窒化物とＲＥＭ含有介在物との複合物（すなわち、Ａｌ、Ｃａ、Ｏ、Ｓ、及びＲＥＭを含む複合介在物の表面にＴｉ含有炭窒化物が付着した介在物）は、単独で存在するＴｉ含有炭窒化物よりも鋼板の諸特性に及ぼす悪影響が少ないので、単独で存在するＴｉ含有炭窒化物ではないＣ系介在物であると見なされる。
　次に、本実施形態に係る鋼板の化学成分について説明する。
　まず、本実施形態に係る鋼板の基本成分について、数値限定範囲とその限定理由とについて説明する。ここで、記載する％は、質量％である。
（Ｃ：０．２５％超０．５０％未満）
　Ｃ（炭素）は、鋼板の強度（硬度）を確保するうえで重要な元素である。Ｃ含有量を０．２５％超とすることにより、鋼板の強度を確保する。Ｃ含有量が０．２５％以下では、鋼板の焼入れ性が低下するので、この鋼板を素材として製造する製品、例えばギア類等に必要な強度が得られない。一方、Ｃ含有量が０．５０％以上になると、加工性を確保する熱処理に長時間を要するので、熱処理を長時間化しなければ鋼板の加工性が悪化するおそれがある。さらに、Ｃ含有量が増大すると、Ｂ系介在物及びＣ系介在物の合計の個数密度が増加する。この原因は、Ｃ含有量が高い場合、溶鋼の凝固の際にデンドライト組織が長く発達し、デンドライト樹枝間に介在物が捕捉されやすくなるからであると推定される。よって、Ｃ含有量を０．２５％超０．５０％未満に制御する。
　なお、Ｃ含有量の好ましい下限値は０．２７％である。一般に、Ｃ含有量が高いほど、熱処理（焼入れ及び焼き戻し）を行った後の硬度および引張強さが増加する。特に、Ｃ含有量が０．２７％以上であると、焼入れおよび低温焼き戻し処理を行った後に、１３００ＭＰａ以上の強度を十分に確保できる。図３は、Ｃ含有量と引張強さとの関係を示すグラフである。本発明者らは、Ｃ含有量以外の条件を本実施形態に係る鋼板の条件を満たすようにし、且つＣ含有量を様々に異ならせた鋼板の引張強さを測定した。その結果、Ｃ含有量が０．２７％以上である場合、鋼板が確実に１３００ＭＰａの引張強さを有することが明らかになった。さらに本実施形態に係る鋼板では、Ｃ含有量の下限を、好ましくは０．３０％、Ｃ含有量の上限を、好ましくは０．４８％とする。
（Ｓｉ：０．１０％～０．６０％）
　Ｓｉ（ケイ素）は、脱酸剤として作用し、また、焼入れ性を高めて鋼板の強度（硬度）を向上させるのに有効な元素である。Ｓｉ含有量が０．１０％未満では、上記含有効果が得られない。一方、Ｓｉ含有量が０．６０％を超えると、熱間圧延時のスケール疵に起因する鋼板の表面性状の劣化を招くおそれがある。よって、Ｓｉ含有量を０．１０％～０．６０％に制御する。Ｓｉ含有量の下限を、好ましくは０．１５％、Ｓｉ含有量の上限を、好ましくは０．５５％とする。
（Ｍｎ：０．４０％～０．９０％）
　Ｍｎ（マンガン）は、脱酸剤として作用する元素であるとともに、焼入れ性を高めて鋼板の強度（硬度）を向上させるのに有効な元素である。Ｍｎ含有量が０．４０％未満では、その効果が十分得られない。一方、Ｍｎ含有量が０．９０％を超えると、鋼板の加工性が劣化するおそれがある。よって、Ｍｎ含有量を０．４０％～０．９０％に制御する。Ｍｎ含有量の下限を、好ましくは０．５０％、Ｍｎ含有量の上限を、好ましくは０．７５％とする。
（Ａｌ：０．００３％～０．０７０％）
　Ａｌ（アルミニウム）は、脱酸剤として作用する元素であるとともに、Ｎを固定することで鋼板の加工性を高めるのに有効な元素である。Ａｌ含有量が０．００３％未満では、上記含有効果が十分に得られないので、０．００３％以上を含有させる必要がある。一方、Ａｌ含有量が０．０７０％を超えると、上記含有効果は飽和し、さらに、粗大な介在物が増加する。この粗大な介在物によって、加工性が劣化する、または表面疵が発生し易くなるおそれがある。よって、Ａｌ含有量を０．００３％～０．０７０％に制御する。Ａｌ含有量の下限を、好ましくは０．０１０％とし、Ａｌ含有量の上限を、好ましくは０．０４０％とする。
（Ｃａ：０．０００５％～０．００４０％）
　Ｃａ（カルシウム）は、介在物の形態を制御し、これにより鋼板の加工性を向上させるために有効な元素である。Ｃａ含有量が０．０００５％未満では、上記効果が十分に得られない。介在物の形態の制御はＲＥＭによっても可能であるが、Ｃａ含有量が０．０００５％未満では、後述のＲＥＭを単独含有させた時と同様に、連続鋳造時にノズル詰まりが生じることにより操業の安定が妨げられ、さらに、高比重介在物が鋳片の下面側に堆積することにより鋼板の加工性が劣化するおそれがある。一方、Ｃａ含有量が０．００４０％を超えると、例えば、ＣａＯ－Ａｌ２Ｏ３系介在物などの粗大な低融点酸化物、および／またはＣａＳ系介在物など圧延時に延伸し易い介在物が生成しやすくなり、これらによって鋼板の加工性が悪化するおそれがある。さらに、Ｃａ含有量が０．００４０％を超えると、ノズル耐火物が溶損しやすくなることにより連続鋳造の操業が安定しなくなるおそれがある。よって、Ｃａ含有量を０．０００５％～０．００４０％に制御する。Ｃａ含有量の下限を、好ましくは０．０００７％、さらに好ましくは０．００１０％とする。Ｃａ含有量の上限を、好ましくは０．００３０％、さらに好ましくは０．００２５％とする。
　さらに、Ｃａ含有量の上限値を、Ｃ含有量に応じて、制御する必要がある。具体的には、化学成分中のＣおよびＣａの質量％で示した含有量を、下記の式ＩＩＩで表わされる範囲に制御する必要がある。Ｃａ含有量が下記の式ＩＩＩを満たさない場合、Ｂ系介在物及びＣ系介在物の合計の個数密度が５個／ｍｍ２を超える。
　　Ｃａ≦０．００５８－０．００５０×Ｃ　・・・（式ＩＩＩ）
（ＲＥＭ：０．０００３％～０．００５０％）
　ＲＥＭ（Ｒａｒｅ　Ｅａｒｔｈ　Ｍｅｔａｌ）は希土類元素を意味し、スカンジウムＳｃ（原子番号２１）、イットリウムＹ（原子番号３９）およびランタノイド（原子番号５７のランタンから原子番号７１のルテシウムまでの１５元素）の１７元素の総称である。本実施形態に係る鋼板では、これらのうちから選ばれる少なくとも１種以上の元素を含有する。一般的に、ＲＥＭとして、入手のし易さから、Ｃｅ（セリウム）、Ｌａ（ランタン）、Ｎｄ（ネオジム）、Ｐｒ（プラセオジム）などから選ばれることが多い。添加方法としては、例えば、鋼中にこれらの元素の混合物であるミッシュメタルとして添加することが広く行われている。ミッシュメタルの主成分はＣｅ、Ｌａ、Ｎｄ、およびＰｒである。本実施形態に係る鋼板では、鋼板に含有されるこれら希土類元素の合計量を、ＲＥＭ含有量とする。なお、上述したＣａおよびＲＥＭの化学当量の合計Ｒ１の算出方法においては、ミッシュメタルの平均原子量が約１４０であるので、ＲＥＭの原子量が１４０とされる。
　ＲＥＭは、介在物の形態を制御し、鋼板の加工性を向上させるために有効な元素である。ＲＥＭ含有量が０．０００３％未満では、上記効果が十分に得られず、また、Ｃａ単独含有時と同様の問題が生じる。すなわち、ＲＥＭ含有量が０．０００３％未満では、ＣａＯ－Ａｌ２Ｏ３系介在物や一部のＣａＳが圧延によって延伸して、これにより鋼板特性（加工性および加工後の靱性）の低下が生じるおそれがある。さらに、ＲＥＭ含有量が０．０００３％未満では、Ｔｉ含有炭窒化物が優先的に複合し易いＡｌ、Ｃａ、Ｏ、Ｓ及びＲＥＭを含む複合介在物が少ないので、鋼板中に単独で生成するＴｉ含有炭窒化物が多くなり、加工性が劣化し易い。一方、ＲＥＭ含有量が０．００５０％を超えると、連続鋳造時のノズル詰まりが起こりやすくなる。また、ＲＥＭ含有量が０．００５０％を超えると、生成するＲＥＭ系介在物（酸化物やオキシサルファイド）の個数密度が比較的高くなるので、鋳片の連続鋳造時に湾曲する鋳片の下面側にこれらＲＥＭ系介在物が堆積する。このことが、鋳片を圧延して得られた製品に内部欠陥を引き起こし、さらに、鋼板の加工性を悪化させるおそれがある。よって、ＲＥＭ含有量を０．０００３％～０．００５０％に制御する。ＲＥＭ含有量の下限を、好ましくは０．０００５％、さらに好ましくは０．００１０％とする。ＲＥＭ含有量の上限を、好ましくは０．００４０％、さらに好ましくは０．００３０％とする。
　さらに、Ｃａ及びＲＥＭの含有量を、Ｓ含有量に応じて、制御する必要がある。具体的には、化学成分中の各元素の質量％で示した含有量を、下記の式ＩＶで表わされる範囲に制御する必要がある。Ｃａ含有量、ＲＥＭ含有量、及びＳ含有量が下記の式ＩＶを満たさない場合、Ａ系介在物の個数密度が６個／ｍｍ２を超える。なお、下記の式ＩＶの右辺の値が２以上であると、介在物の形態をさらに好ましく制御できる。また、下記の式ＩＶの上限は特に限定しないが、下記の式ＩＶの右辺の値が５を超えると、最大長が２０μmを超える粗大なＢ系またはＣ系介在物が生成する傾向がある。よって、下記の式ＩＶの上限値は５であることが好ましい。
　０．３０００≦｛Ｃａ／４０．８８＋（ＲＥＭ／１４０）／２｝／（Ｓ／３２．０７）　・・・（式ＩＶ）
　本実施形態に係る鋼板は、上記した基本成分の他に、不純物を含有する。ここで、不純物とは、スクラップ等の副原料や、製造工程からに混入する、Ｐ、Ｓ、Ｔｉ、Ｏ、Ｎ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｓｂ、Ｗ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ａｓ、Ｃｏ、Ｓｎ、およびＰｂ等の元素を意味する。これら元素の含有は必須ではないので、これら元素の含有量の下限値は０％である。この中で、Ｐ、Ｓ、Ｔｉ、Ｏ、及びＮは、上記効果を好ましく発揮させるために、以下のように制限する。また、Ｐ、Ｓ、Ｏ、及びＴｉとＮ以外の上記不純物は、それぞれ０．０１％以下に制限することが好ましい。ただ、これらの不純物が、０．０１％以下含まれても、上記効果を失するものではない。ここで、記載する％は、質量％である。
（Ｐ：０．０２０％以下）
　Ｐ（リン）は、固溶強化の機能を有する。しかし、過剰な量のＰの含有は、鋼板の加工性を阻害する。よって、Ｐ含有量を０．０２０％以下に制限する。Ｐ含有量の下限は０％でもよい。また、現行の一般的な精錬（二次精錬を含む）を考慮すると、Ｐ含有量の下限は０．００５％であってもよい。
（Ｓ：０．００７０％以下）
　Ｓ（硫黄）は、非金属介在物を形成することにより、鋼板の加工性を阻害する不純物元素である。よって、Ｓ含有量を０．００７０％以下に制限し、好ましくは、０．００５０％以下に制限する。Ｓ含有量の下限は０％でもよい。また、現行の一般的な精錬（二次精錬を含む）を考慮すると、Ｓ含有量の下限は０．０００３％であってもよい。
（Ｔｉ：０．０５０％以下）
　Ｔｉ（チタン）は、硬い角形状の炭窒化物を形成することにより、鋼板の加工性を劣化させる元素である。本実施形態においては、上述したようにＲＥＭ含有介在物上に優先析出させることによって、加工性に及ぼす有害性を緩和する事が可能であるが、Ｔｉ含有量が０．０５０％を超えると加工性の劣化が顕在化する。よって、Ｔｉ含有量を０．０５０％以下に制限する。Ｔｉ含有量の下限は０％でもよい。また、現行の一般的な精錬（二次精錬を含む）を考慮すると、Ｔｉ含有量の下限は０．０００５％であってもよい。
（Ｏ：０．００４０％以下）
　Ｏ（酸素）は、酸化物（非金属介在物）を形成し、この酸化物が凝集および粗大化することにより、鋼板の加工性を低下させる不純物元素である。よって、Ｏ含有量を０．００４０％以下に制限する。Ｏ含有量の下限は０％でもよい。また、現行の一般的な精錬（二次精錬を含む）を考慮すると、Ｏ含有量の下限は０．００１０％であってもよい。本実施形態に係る鋼板のＯ含有量は、鋼中に固溶するＯや、介在物中に存在するＯなどの、すべてのＯ含有量を合計したトータルＯ含有量（Ｔ．Ｏ含有量）を意味する。
　さらに、Ｏ含有量とＲＥＭ含有量とを、各元素の質量％で示した含有量を用いて、下記の式Ｖで表される範囲に制御することが好ましい。下記の式Ｖを満たすとき、Ａ系介在物の個数密度がさらに減少するので好ましい。なお、下記の式Ｖの上限値は特に限定されるものではないが、Ｏ含有量及びＲＥＭ含有量の上限値及び下限値から、０．０００６４３が下記の式Ｖの左辺の上限値となる。
　１８×（ＲＥＭ／１４０）－Ｏ／１６≧０　・・・（式Ｖ）
　式Ｖに基づいたＯ含有量及びＲＥＭ含有量の制御により、ＲＥＭ２Ｏ３・１１Ａｌ２Ｏ３（ＲＥＭ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３のモル比１：１１）とＲＥＭ２Ｏ３・Ａｌ２Ｏ３（ＲＥＭ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３のモル比１：１）との２種類の複合酸化物の混合形態が生成されると、Ａ系介在物がさらに好ましく減少する。上記の式Ｖ中で、ＲＥＭ／１４０はＲＥＭのモル数を示し、Ｏ／１６はＯのモル数を示す。ＲＥＭ２Ｏ３・１１Ａｌ２Ｏ３とＲＥＭ２Ｏ３・Ａｌ２Ｏ３との混合形態を生成するためには、ＲＥＭ含有量を上記の式Ｖを満たすように含有させることが好ましい。ＲＥＭ含有量が少ないので上記の式Ｖが満たされない場合、Ａｌ２Ｏ３とＲＥＭ２Ｏ３・１１Ａｌ２Ｏ３との混合形態が生成される場合がある。この混合形態に含まれるＡｌ２Ｏ３の部位とＣａＯとが反応してＣａＯ－Ａｌ２Ｏ３系介在物が生成され、このＣａＯ－Ａｌ２Ｏ３系介在物が圧延によって延伸されるおそれがある。
（Ｎ：０．００７５％以下）
　Ｎ（窒素）は、窒化物（非金属介在物）を形成し、鋼板の加工性を低下させる不純物元素である。よって、Ｎ含有量を０．００７５％以下に制限する。Ｎ含有量の下限は０％でもよい。また、現行の一般的な精錬（二次精錬を含む）を考慮すると、Ｎ含有量の下限は０．００１０％であってもよい。
　本実施形態に係る鋼板は、上記の基本成分が制御され、残部が鉄及び上記の不純物よりなる。しかし、本実施形態に係る鋼板は、この基本成分に加えて、残部のＦｅの一部の代わりに、さらに必要に応じて以下の選択成分を鋼中に含有させてもよい。
　すなわち、本実施形態に係る熱延鋼板は、上記した基本成分及び不純物の他に、更に、選択成分として、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｂのうちの１種以上を含有してもよい。以下に、選択成分の数値限定範囲とその限定理由とを説明する。ここで、記載する％は、質量％である。
（Ｃｕ：０．０５％以下）
　Ｃｕ（銅）は、鋼板の強度（硬度）を向上させる効果を有する選択元素である。そのため、必要に応じて、Ｃｕを０．０５％以下の範囲内で含有させても良い。また、Ｃｕ含有量の下限値を、０．０１％とすると、好ましく上記効果を得ることができる。一方、Ｃｕ含有量が０．０５％を超えると、溶融金属脆化（Ｃｕ割れ）によって熱間圧延時に熱間加工割れが生じる恐れがある。Ｃｕ含有量の好ましい範囲は０．０２％～０．０４％である。
（Ｎｂ：０．０５％以下）
　Ｎｂ（ニオブ）は、炭窒化物を形成し、結晶粒の粗大化防止および鋼板の加工性の改善に有効な選択元素である。そのため、必要に応じて、Ｎｂを０．０５％以下の範囲内で含有させても良い。また、Ｎｂ含有量の下限値を、０．０１％とすると、好ましく上記効果を得ることができる。一方、Ｎｂ含有量が０．０５％を超えると、粗大なＮｂ炭窒化物が析出して鋼板の加工性の低下を招く恐れがある。Ｎｂ含有量の好ましい範囲は０．０２％～０．０４％である。
（Ｖ：０．０５％以下）
　Ｖ（バナジウム）は、Ｎｂと同様に炭窒化物を形成し、結晶粒の粗大化防止や加工性の改善に有効な選択元素である。そのため、必要に応じて、Ｖを０．０５％以下の範囲内で含有させても良い。また、Ｖ含有量の下限値を、０．０１％とすると、好ましく上記効果を得ることができる。一方、Ｖ含有量が０．０５％を超えると、粗大な介在物が生成して鋼板の加工性の低下を招く恐れがある。好ましい範囲は、０．０２％～０．０４％である。
（Ｍｏ：０．０５％以下）
　Ｍｏ（モリブデン）は、焼入れ性の向上と焼戻し軟化抵抗性の向上とにより、鋼板の強度（硬度）を向上させる効果を有する選択元素である。そのため、必要に応じて、Ｍｏを０．０５％以下の範囲内で含有させても良い。また、Ｍｏ含有量の下限値を、０．０１％とすると、好ましく上記効果を得ることができる。一方、Ｍｏ含有量が０．０５％を超えると、コストが増加し、且つ含有効果は飽和する。さらに、Ｍｏ含有量が０．０５％を超えると、鋼板の加工性、特に冷間加工性が低下し、これにより、鋼板を複雑な形状（例えばギヤ形状など）に加工することが困難になる。以上の理由により、Ｍｏ含有量の上限を０．０５％とする。Ｍｏ含有量の好ましい範囲は、０．０１％～０．０５％である。
（Ｎｉ：０．０５％以下）
　Ｎｉ（ニッケル）は、焼入れ性の向上による鋼板の強度（硬度）の向上や、加工性の向上に有効な選択元素である。また、Ｃｕ含有時の溶融金属脆化（Ｃｕ割れ）を防止する効果も有する選択元素である。そのため、必要に応じて、Ｎｉを０．０５％以下の範囲内で含有させても良い。また、Ｎｉ含有量の下限値を、０．０１％以上とすると、好ましく上記効果を得ることができる。一方、Ｎｉ含有量が０．０５％を超えると、コストが増加する一方で、含有効果は飽和するので、Ｎｉ含有量の上限を０．０５％とする。Ｎｉ含有量の好ましい範囲は、０．０２％～０．０５％である。
（Ｃｒ：０．５０％以下）
　Ｃｒ（クロム）は、焼入れ性を高めて鋼板の強度（硬度）を向上させるのに有効な元素である。そのため、必要に応じて、Ｃｒを０．５０％以下の範囲内で含有させても良い。また、Ｃｒ含有量の下限値を０．０１％とすると、好ましく上記効果を得ることができる。Ｃｒ含有量が０．５０％を超えると、コストが増える一方で、含有効果は飽和する。よって、Ｃｒ含有量を０．５０％以下に制御する。
（Ｂ：０．００５０％以下）
　Ｂ（ホウ素）は、焼入れ性を高めて鋼板の強度（硬度）を向上させる効果を有する選択元素である。そのため、必要に応じて、Ｂを０．００５０％以下の範囲内で含有させても良い。また、Ｂ含有量の下限値を、０．００１０％とすると、好ましく上記効果を得ることができる。一方、Ｂ含有量が０．００５０％を超えると、Ｂ系化合物が生成して鋼板の加工性が低下するので上限を０．００５０％とする。Ｂ含有量の好ましい範囲は、０．００２０％～０．００４０％である。
　次に、本実施形態に係る鋼板の製造方法について説明する。
　本実施形態に係る鋼板は、一般的な鋼板と同様に、例えば高炉溶銑を原料とし、転炉精錬や二次精錬を行って製造した溶鋼を、連続鋳造によって鋳片とした後、その鋳片に熱間圧延、必要に応じて冷間圧延、および／または焼鈍などを行って鋼板にする。その際、転炉における脱炭処理の後、取鍋での二次精錬で、鋼の成分調整とともに、Ｃａ及びＲＥＭの添加による介在物制御を行う。なお、高炉溶銑のほか、鉄スクラップを原料として電気炉で溶解した溶鋼を原料として用いても良い。
　ＣａおよびＲＥＭは、他の含有元素の成分を調整し、さらに、Ａｌ脱酸により生じるＡｌ２Ｏ３を溶鋼から浮上させてから、添加する。Ａｌ２Ｏ３が溶鋼中に多量に残存していると、ＣａやＲＥＭがＡｌ２Ｏ３の還元によって消費される。そのため、Ｓの固定に使われるＣａおよびＲＥＭの含有量が減少し、ＭｎＳの生成を十分に防止出来なくなる。
　Ｃａは、蒸気圧が高いので、歩留を上げるために、Ｃａ－Ｓｉ合金、Ｆｅ―Ｃａ－Ｓｉ合金、およびＣａ－Ｎｉ合金等として添加するのがよい。これらの合金添加のために、これら合金から構成される合金ワイヤーを用いてもよい。ＲＥＭは、Ｆｅ－Ｓｉ－ＲＥＭ合金、およびミッシュメタル等の形で添加すればよい。ミッシュメタルとは希土類元素の混合物であり、具体的には、Ｃｅを４０％～５０％程度、Ｌａを２０％～４０％程度含有することが多い。例えば、Ｃｅ４５％、Ｌａ３５％、Ｎｄ９％、Ｐｒ６％、他不純物からなるミッシュメタルなどが入手できる。
　Ｃａ及びＲＥＭの添加順序は特に制限されるものではない。しかし、ＲＥＭ添加後にＣａ添加すると、介在物のサイズがやや小さくなる傾向が見られる。従って、ＲＥＭ添加後にＣａを添加するのが好ましい。
　Ａｌ脱酸後にＡｌ２Ｏ３が生成し、このＡｌ２Ｏ３のうち一部がクラスター化する。しかし、ＲＥＭ添加をＣａ添加よりも先に行うと、クラスターの一部が還元・分解され、クラスターのサイズを低減できる。一方、Ｃａ添加をＲＥＭ添加よりも先に行うと、Ａｌ２Ｏ３が低融点のＣａＯ－Ａｌ２Ｏ３系介在物に変化し、上記Ａｌ２Ｏ３クラスターが一つの粗大なＣａＯ－Ａｌ２Ｏ３系介在物となってしまうおそれがある。このため、ＲＥＭ添加後にＣａ添加することが好ましい。
　実施例により本発明の一態様の効果を更に具体的に詳細に説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限り、種々の条件を採用し得る。
　高炉溶銑を原料とし、溶銑予備処理、転炉における脱炭処理の後、取鍋精錬で成分調整を行って表２Ａに示す成分の溶鋼３００トンを溶製した。取鍋精錬では、まずＡｌを添加して脱酸を行い、次にＴｉなどのその他の元素の成分を調整した後、Ａｌ脱酸で生じたＡｌ２Ｏ３を浮上させるため５分間以上保持した後に、ＲＥＭを添加し、均一に混合するために３分間保持してから、Ｃａを添加した。ＲＥＭはミッシュメタルを用いた。このミッシュメタルに含まれるＲＥＭ元素は、Ｃｅ５０％、Ｌａ２５％、Ｎｄ１０％であり、残部が不純物であった。よって、得られる鋼板に含まれる各ＲＥＭ元素の比率は、上記した各ＲＥＭ元素の比率とほぼ同一となる。Ｃａは蒸気圧が高いため、歩留を上げるためにＣａ－Ｓｉ合金を添加した。
　精錬後の上記溶鋼を連続鋳造により厚み２５０ｍｍの鋳片とした。その後、この鋳片を１２５０℃に加熱して１時間保持し、次いで仕上げ温度が８５０℃となるように熱間圧延して板厚を５ｍｍにした後、巻取温度が５８０℃となる状態で巻き取った。この熱延鋼板を酸洗した後、７００℃で７２ｈｒの熱延板焼鈍を行った。この熱延鋼板に、９００℃で３０分の焼入れを行い、さらに１００℃で３０分の焼戻しを行った。
　得られた焼入れおよび焼戻し後の熱延鋼板について、介在物の組成と変形挙動（圧延後の長径／短径の比；アスペクト比）とを調査した。光学顕微鏡を用いて、圧延方向と板厚方向とに平行な断面を観察面として、光学顕微鏡により倍率４００倍（ただし、介在物形状を詳細に測定する際は倍率１０００倍）で６０視野観察した。各観察視野で、粒径（形状が球状の介在物の場合）または長径（変形している介在物の場合）が１μｍ以上の介在物を観察し、それらの介在物を、Ａ系介在物、Ｂ系介在物、及び、Ｃ系介在物に分類し、また、それらの個数密度を計測した。また、鋼中に単独で析出した角形状のＴｉ含有炭窒化物であって、長辺が５μｍを超えるものの個数密度も同時に測定した。Ｔｉ含有炭窒化物は、形状および色が他のＣ系介在物とは異なるので、観察により判断可能である。または、ＥＰＭＡ（電子線マイクロ分析、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｐｒｏｂｅ　Ｍｉｃｒｏ　Ａｎａｌｙｓｉｓ）や、ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分析、Ｅｎｅｒｇｙ　Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ　Ｘ－Ｒａｙ　Ａｎａｌｙｓｉｓ）を備えるＳＥＭ（走査型電子顕微鏡、Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いて熱延鋼板の金属組織を観察すればよい。この場合、介在物中の、Ｔｉ含有炭窒化物、ＲＥＭ含有複合介在物、ＭｎＳ、及びＣａＯ－Ａｌ２Ｏ３系介在物などを同定することが可能である。
　介在物の評価基準は以下の通りとした。
　Ａ系介在物の個数密度、ならびにＢ系介在物及びＣ系介在物の合計個数密度それぞれに関し、個数密度が６個／ｍｍ２を超える場合をＢ（Ｂａｄ）、４個／ｍｍ２超６個／ｍｍ２以下の場合をＧ（Ｇｏｏｄ）、２個／ｍｍ２超４個／ｍｍ２以下の場合をＶＧ（Ｖｅｒｙ　Ｇｏｏｄ）、２個／ｍｍ２以下の場合をＧＧ（Ｇｒｅａｔｌｙ　Ｇｏｏｄ）とした。
　Ｂ系及びＣ系であって最大長さ２０μm以上の粗大介在物に関し、６個／ｍｍ２を超える場合をＢ（Ｂａｄ）、３個／ｍｍ２超６個／ｍｍ２以下の場合をＧ（Ｇｏｏｄ）、３個／ｍｍ２以下の場合をＶＧ（Ｖｅｒｙ　Ｇｏｏｄ）とした。
　鋼中で単独に存在する長辺が５μｍ以上であるＴｉ含有炭窒化物に関し、個数密度が５個／ｍｍ２を超える場合をＢ（Ｂａｄ）、３個／ｍｍ２超５個／ｍｍ２以下の場合をＧ（Ｇｏｏｄ）、３個／ｍｍ２以下の場合をＶＧ（Ｖｅｒｙ　Ｇｏｏｄ）とした。
　得られた焼入れおよび焼戻し後の熱延鋼板の、引張強さ（ＭＰａ）と、室温（約２５℃）におけるシャルピー衝撃値（Ｊ／ｃｍ２）と、穴拡げ性（％）とを評価した。１２００ＭＰａ以上の引張強さを有する鋼板を、引張強さに関し合格基準を満たす鋼板とみなした。室温におけるシャルピー衝撃値は、靱性を示し、鋼板の加工性を評価する指標の一つである。また、鋼板を加工することにより得られる製品の靭性も、シャルピー衝撃値によって評価することができる。６Ｊ／ｃｍ２以上の室温におけるシャルピー衝撃値を有する鋼板を、靱性に関し合格基準を満たす鋼板とみなした。穴拡げ性は、加工性を評価する別の指標である。まず１５０ｍｍ×１５０ｍｍの鋼板の中央に直径１０ｍｍの打ち抜き穴を開け、次いで打ち抜き穴を６０°の円錐パンチで押し拡げた。この押し拡げ処理によって板厚貫通亀裂が鋼板に生じた時点での穴径Ｄ（ｍｍ）を測定した。そして、穴拡げ値λ（％）を、「λ＝（Ｄ－１０）／１０×１００」との式により算出し、λ（％）が８０％以上である鋼板を、穴拡げ性に関し合格基準を満たす鋼板とみなした。
　また、得られた熱延鋼板の化学成分について、ＩＣＰ－ＡＥＳ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｐｌａｓｍａ－Ａｔｏｍｉｃ　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ　Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：誘導結合プラズマ発光分光分析）、又はＩＣＰ－ＭＳ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｐｌａｓｍａ－Ｍａｓｓ　Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：誘導結合プラズマ質量分析）を用いて定量分析した。なお、ＲＥＭ元素のうち微量のものは分析限界を下回る場合があり、その場合は、上記ミッシュメタル中の含有量（Ｃｅ５０％、Ｌａ２５％、Ｎｄ１０％）に比例するものとして、含有量が最も多いＣｅの分析値に対する比率を用いて算出した。
　結果を表２Ｂに示す。表中で、本発明範囲から外れる数値にはアンダーラインを付している。全ての実施例は、本発明の規定範囲を満足する構成を有していたので、引張強さ、およびシャルピー衝撃値と穴拡げ性λとで示される加工性が優れた。一方、比較例は、本発明の規定条件を満たさなかったので、引張強さ、または加工性が十分ではなかった。
　比較例１は、Ｃａ含有量が下限未満であったので、Ｃａをほとんど含有しない介在物が生成した。これにより、比較例１にはＢ系介在物、Ｃ系介在物および粗大介在物が多数生成し、Ｂ系＋Ｃ系介在物の個数密度の評価および２０μｍ以上の粗大介在物の個数密度の評価が「Ｂ」であった。さらに、比較例１の鋳造中にノズル詰まりが生じた。
　比較例２は、Ｃａ含有量が上限を超えたので、粗大なＣａＯ－Ａｌ２Ｏ３系低融点酸化物が生じた。これにより、比較例２のＡ系介在物の個数密度、Ｂ系＋Ｃ系介在物の個数密度、および粗大介在物の個数密度の評価が「Ｂ」であった。
　比較例３は、ＲＥＭ含有量が下限未満であり、且つ式３を満たさなかったので、マトリックス中に、粗大Ｔｉ含有炭窒化物が単独で多数生成した。これにより、比較例３のＴｉ含有炭窒化物の個数密度の評価が「Ｂ」であった。
　比較例４は、ＲＥＭ含有量が上限を超えたので、Ｂ系＋Ｃ系介在物の個数密度の評価および粗大介在物の個数密度の評価が「Ｂ」であった。さらに、比較例４の鋳造中にノズル詰まりが生じた。
　比較例５は、式１の右辺の値が０．３未満であったので、Ａ系介在物の個数密度の評価が「Ｂ」であった。さらに、比較例５は、Ｃ含有量が過剰であったので、加工性が低かった。これにより、比較例５の衝撃値は不足した。
　比較例６は、が式２を満たさなかったので、Ｂ系＋Ｃ系介在物の個数密度の評価が「Ｂ」であった。
　比較例７は、Ｃ含有量が不足していたので、引張強さが不足した。
　比較例８は、介在物の個数密度が適切な水準であるが、Ｃ含有量が過剰であったので、加工性が低下した。このため、比較例８の穴拡げ性は不合格であった。
　比較例９は、Ｓ含有量が過剰であったので、粗大なＭｎＳ介在物が生成し、Ａ系介在物の個数密度の評価が「Ｂ」となった。さらに、比較例９の衝撃値および穴拡げ性は不十分であった。
　比較例１０は、Ｔｉ含有量が過剰であったので、Ｔｉ含有炭窒化物の個数密度の評価が「Ｂ」となった。これにより、比較例１０の衝撃値および穴拡げ性は不十分であった。
　比較例１１は、Ｃａ含有量が過剰であったので、ＣａＯ含有率が高い粗大酸化物が生成および延伸した。これにより、比較例１１のＡ系介在物、およびＢ＋Ｃ系粗大介在物の個数密度の評価が「Ｂ」となった。さらに比較例１１では、ＣａＯ含有率が高いので、酸化物の表面にＴｉ含有炭窒化物が付着する効果が低下した。これにより、比較例１１のＴｉ含有炭窒化物の個数密度の評価が「Ｂ」であった。以上の理由により、比較例１１の衝撃値および穴拡げ性は不足した。
　比較例１２は、ＲＥＭ含有量が不足していたので、酸化物の表面にＴｉ含有炭窒化物が付着する効果が低下した。これにより、比較例１２のＴｉ含有炭窒化物の個数密度の評価が「Ｂ」であった。そのため、比較例１２の衝撃値および穴拡げ性は不足した。
　比較例１３は、ＲＥＭ含有量が過剰であったので、粗大介在物の個数密度の評価が「Ｂ」であった。そのため、比較例１３の衝撃値および穴拡げ性は不足した。
　比較例１４は、Ｍｏ含有量が過剰であったので、介在物の個数密度評価が良好であるにもかかわらず、加工性が劣化した。これにより、比較例１４の衝撃値および穴拡げ性は不足した。
　比較例１５は、式１を満たさなかったので、Ａ系介在物の個数密度の評価が「Ｂ」であった。これにより、比較例１５の衝撃値および穴拡げ性は不足した。
　比較例１６は、式２を満たさなかったので、Ｂ＋Ｃ系介在物の個数密度の評価が「Ｂ」となった。そのため、比較例１６の衝撃値および穴拡げ性は不足した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　本発明に係る鋼板のＣ含有量、Ｃａ含有量、およびＲＥＭ含有量は「０．３０００≦｛Ｃａ／４０．８８＋（ＲＥＭ／１４０）／２｝／（Ｓ／３２．０７）」との式と「Ｃａ≦０．００５８－０．００５０×Ｃ」との式とを満たす。これにより、本発明に係る鋼板の１μｍ以上の長辺を有するＡ系介在物の個数密度が６個／ｍｍ２以下に制限され、且つ本発明に係る鋼板の１μｍ以上の長辺を有するＢ系介在物およびＣ系介在物の合計個数密度が６個／ｍｍ２以下に制限されている。さらに本発明に係る鋼板の、５μｍ以上の長辺を有し且つ単独で存在するＴｉ炭窒化物の個数密度が５個／ｍｍ２以下に制限されている。本発明の上記態様によれば、鋼中のＡ系介在物、Ｂ系介在物、及びＣ系介在物を低減するともに、単独で存在する粗大なＴｉ含有炭窒化物の生成を防止することで、加工性に優れる鋼板の提供が可能となるので、産業上の利用可能性が高い。本発明の炭素鋼板は、様々な形状の機械部品、例えば、車両のギア類、クラッチ、ワッシャーなどの製造に用いることができる。

Claims (5)

  1. 　化学成分が、質量％で、
    　　Ｃ　：０．２５％超０．５０％未満、
    　　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％、
    　を含有し、
    　　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、
    　に制限し、
    　残部が鉄及び不純物からなり、
    　前記化学成分中の各元素の質量％で示した含有量が、下記の式１と下記の式２とを同時に満たし、
    　単独で存在する、長辺が５μｍ以上であるＴｉ含有炭窒化物の個数密度が５個／ｍｍ２以下に制限されることを特徴とする鋼板。
    　　０．３０００≦｛Ｃａ／４０．８８＋（ＲＥＭ／１４０）／２｝／（Ｓ／３２．０７）　・・・（式１）
    　　Ｃａ≦０．００５８－０．００５０×Ｃ　・・・（式２）
  2. 　前記化学成分が、さらに、質量％で、
    　　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％、
    　のうちの１種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の鋼板。
  3. 　前記鋼板が、さらに、Ａｌ、Ｃａ、Ｏ、Ｓ、及びＲＥＭを含む複合介在物と、この複合介在物の表面に前記Ｔｉ含有炭窒化物が付着した介在物とを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の鋼板。
  4. 　前記化学成分中の前記各元素の質量％で示した含有量が、下記の式３を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の鋼板。
    　　１８×（ＲＥＭ／１４０）－Ｏ／１６≧０　・・・（式３）
  5. 　前記化学成分中の前記各元素の質量％で示した含有量が、下記の式４を満たすことを特徴とする請求項３に記載の鋼板。
    　　１８×（ＲＥＭ／１４０）－Ｏ／１６≧０　・・・（式４）
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