KR102235355B1 - 침탄용 강판, 및 침탄용 강판의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

연성이 더 우수한 침탄용 강판과 그 제조 방법을 제공한다. 본 발명의 강판은, 질량％로, C:0.02％ 이상 0.30％ 미만, Si:0.005％ 이상 0.5％ 미만, Mn:0.01％ 이상 3.0％ 미만, P:0.1％ 이하, S:0.1％ 이하, sol.Al:0.0002％ 이상 3.0％ 이하, N:0.2％ 이하, Ti:0.010％ 이상 0.150％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고, 1000㎛²당 탄화물의 개수가 100개 이하이고, 애스펙트비가 2.0 이하인 탄화물의 개수 비율이, 전체 탄화물에 대하여 10％ 이상이고, 탄화물의 평균 원 상당 직경이 5.0㎛ 이하이고, 페라이트의 평균 결정립 직경이 10㎛ 이하이다.

Description

침탄용 강판, 및 침탄용 강판의 제조 방법

본 발명은 침탄용 강판, 및 침탄용 강판의 제조 방법에 관한 것이다.

근년, 자동차의 기어, 클러치 플레이트, 댐퍼 등의 기계 구조 부품에는, 내구성이 높을 것에 더하여, 저렴하게 제조 가능할 것이 요구되고 있다. 일반적으로, 이들 부품의 제조 방법으로서, 열간 단조재를 사용한 절삭 및 침탄 처리가 행해져 왔다. 그러나, 비용 절감의 요구가 높아지고 있다는 점을 고려하여, 열간 압연 강판이나 냉간 압연 강판을 소재로 하여, 냉간 가공하여 부재의 형상으로 성형한 후에, 침탄 처리를 행하는 기술의 개발이 진행되고 있다.

이러한 기술을 적용할 때, 강판에는, 냉간 가공성과 침탄 열처리 후의 ??칭성이 모두 요구된다. 일반적으로, ??칭성을 높이기 위해서는, 침탄용 강판의 인장 강도는 높을수록 바람직하다. 그러나, 강판의 강도를 높이는 것에 의해, 냉간 가공성이 열화된다. 그 때문에, 이들 상반되는 특성을 양립하는 기술이 요구된다.

냉간 가공에서는, 소재를 펀칭하고, 계속해서 굽힘 가공, 드로잉 가공, 구멍 확장 가공 등을 거쳐서 부재를 성형한다. 토크 컨버터의 댐퍼 부품 등과 같은 복잡한 형상의 부재로의 성형은, 다양한 변형 모드의 조합으로 구성된다. 그 때문에, 굽힘성이나 구멍 확장성 등과 같은 신장 플랜지 성형성을 개선 가능한 방법, 또는 강판의 연성을 현저하게 향상시키는 것이 가능한 방법에 의해, 냉간 가공성을 높일 수 있다. 이러한 관점에서, 근년, 각종 기술이 제안되고 있다.

예를 들어, 이하의 특허문헌 1에서는, 열간 압연 강판의 조직을 페라이트와 펄라이트로 구성하고, 그 후, 구상화 어닐링을 실시하여 탄화물을 구상화하는 기술이 제안되어 있다.

또한, 이하의 특허문헌 2에서는, 탄화물의 입경을 제어한 후, 페라이트 입자 내의 탄화물의 개수에 대한 페라이트 입계의 탄화물의 개수의 비율을 제어하고, 또한 모상인 페라이트의 결정립 직경을 제어함으로써, 침탄 후의 부재의 충격 특성을 향상시키는 기술이 제안되어 있다.

또한, 이하의 특허문헌 3에서는, 탄화물의 입경 및 애스펙트비, 그리고 모상인 페라이트의 결정립 직경을 제어한 후, 다시 페라이트의 애스펙트비를 제어함으로써, 냉간 가공성을 향상시키는 기술이 제안되어 있다.

일본 특허 제3094856호 공보 국제 공개 제2016/190370호 국제 공개 제2016/148037호

상술한 바와 같은 기계 구조 부품은, 강도를 높이기 위해 ??칭성이 요구된다. 즉, 복잡한 형상을 갖는 부재를 냉간 가공으로 성형하기 위해서는, ??칭성을 유지하면서도, 성형성을 확보할 것이 요구된다.

그러나, 상기 특허문헌 1에서 제안되어 있는 탄화물의 형태 제어를 주로 하는 마이크로 조직 제어에서는, 얻어지는 강판의 연성이 부족하여, 복잡한 형상의 부재로 가공하는 것은 곤란하다. 또한, 상기 특허문헌 2에서 제안되어 있는, 탄화물과 페라이트의 마이크로 조직 제어를 주체로 하는 제조 방법에서는, 얻어지는 강판의 성형성은 개선되기는 하지만, 복잡한 형상의 부재로 가공하기 위해 필요한 연성을 확보하는 것은 곤란하다. 또한, 상기 특허문헌 3에서 제안되어 있는 방법에서는, 얻어지는 강판의 성형성은 개선되지만, 마찬가지로, 복잡한 형상의 부재로 가공하기 위해 필요한 연성을 확보하는 것은 곤란하다. 이와 같이, 종래 제안되어 있는 기술에서는, 침탄용 강판의 연성을 높이는 것은 곤란하고, 그 때문에, 특히 토크 컨버터의 댐퍼 부품 등과 같은 복잡한 형상의 부품으로의 ??칭성이 높은 강판의 적용이 한정되고 있었다.

그래서, 본 발명은, 상기 문제를 감안하여 이루어진 것이고, 본 발명의 목적으로 하는 바는, 연성이 더 우수한 침탄용 강판과 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하는 방법에 대하여, 예의 검토를 행하였다. 그 결과, 이하에 상세하게 설명하는 바와 같이, 강판 내에 생성되는 탄화물의 개수 밀도를 저감시키고, 또한 강판 내에 있어서의 페라이트의 결정립을 미세화함으로써, ??칭성을 유지하면서, 연성이 더 우수한 침탄용 강판을 실현하는 것이 가능하다는 착상을 얻어, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

이러한 착상에 기초하여 완성된 본 발명의 요지는 이하와 같다.

[1] 질량％로, C:0.02％ 이상 0.30％ 미만, Si:0.005％ 이상 0.5％ 미만, Mn:0.01％ 이상 3.0％ 미만, P:0.1％ 이하, S:0.1％ 이하, sol.Al:0.0002％ 이상 3.0％ 이하, N:0.2％ 이하, Ti:0.010％ 이상 0.150％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고, 1000㎛²당 탄화물의 개수가 100개 이하이고, 애스펙트비가 2.0 이하인 탄화물의 개수 비율이, 전체 탄화물에 대하여 10％ 이상이고, 탄화물의 평균 원 상당 직경이 5.0㎛ 이하이고, 페라이트의 평균 결정립 직경이 10㎛ 이하인, 침탄용 강판.

[2] 잔부인 Fe의 일부 대신에, 질량％로, Cr:0.005％ 이상 3.0％ 이하, Mo:0.005％ 이상 1.0％ 이하, Ni:0.010％ 이상 3.0％ 이하, Cu:0.001％ 이상 2.0％ 이하, Co:0.001％ 이상 2.0％ 이하, Nb:0.010％ 이상 0.150％ 이하, V:0.0005％ 이상 1.0％ 이하, B:0.0005％ 이상 0.01％ 이하의 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는, [1]에 기재된 침탄용 강판.

[3] 잔부인 Fe의 일부 대신에, 질량％로, Sn:1.0％ 이하, W:1.0％ 이하, Ca:0.01％ 이하, REM:0.3％ 이하의 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는, [1] 또는 [2]에 기재된 노침탄용 강판.

[4] [1] 내지 [3] 중 어느 하나에 기재된 침탄용 강판을 제조하는 방법이며, [1] 내지 [3] 중 어느 하나에 기재된 화학 조성을 갖는 강재를 가열하고, 열간 마무리 압연을 800℃ 이상 920℃ 미만의 온도 영역에서 종료한 후, 열간 마무리 압연 종료 시의 온도부터 냉각 정지 온도까지의 온도 영역을 50℃/s 이상 250℃/s 이하의 평균 냉각 속도로 냉각하고, 700℃ 이하의 온도에서 권취하는 열간 압연 공정과, 상기 열간 압연 공정에 의해 얻어진 강판, 또는 상기 열간 압연 공정 후에 냉간 압연이 실시된 강판을, 질소 농도를 체적분율로 25％ 미만으로 제어한 어닐링 분위기에서, 1℃/h 이상 100℃/h 이하의 평균 가열 속도로, 하기 식 (1)로 정의되는 Ac₁점 이하의 온도 영역까지 가열하고, 당해 Ac₁점 이하의 온도 영역에서 1h 이상 100h 이하 유지하는 제1 어닐링 공정과, 상기 제1 어닐링 공정을 거친 강판을, 상기 1℃/h 이상 100℃/h 이하의 평균 가열 속도로, 하기 식 (1)에서 정의되는 Ac1점 초과 790℃ 이하의 온도 영역까지 가열하고, 당해 Ac₁점 초과 790℃ 이하의 온도 영역에서 1h 이상 100h 이하 유지하는 제2 어닐링 공정과, 상기 제2 어닐링 공정에서의 어닐링 후의 강판에 대하여, 상기 제2 어닐링 공정에서의 어닐링 종료 시의 온도부터 550℃까지의 온도 영역에 있어서의 평균 냉각 속도를 1℃/h 이상 100℃/h 이하로 하는 냉각을 실시하는 냉각 공정을 포함하는, 침탄용 강판의 제조 방법.

[5] 상기 열간 압연 공정과 상기 제1 어닐링 공정 사이에, 상기 열간 압연 공정에 의해 얻어진 강판을, 대기 중, 40℃ 이상 70℃ 이하의 온도에서, 72h 이상 350h 이하 유지하는 유지 공정을 더 포함하는, [4]에 기재된 침탄용 강판의 제조 방법.

여기서, 상기 식 (1)에 있어서, [X]라는 표기는, 원소 X의 함유량(단위:질량％)을 나타내고, 해당하는 원소를 함유하지 않는 경우는 제로를 대입하는 것으로 한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, ??칭성, 성형성 및 연성이 더 우수한 침탄용 강판을 제공하는 것이 가능해진다.

이하에, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다.

(본 발명자들이 행한 검토의 내용 및 얻어진 착상에 대하여)

본 발명에 관한 침탄용 강판 및 그 제조 방법에 대하여 설명하기에 앞서, 상기 과제를 해결하기 위해 본 발명자들이 행한 검토의 내용에 대하여, 이하에 상세하게 설명한다.

이러한 검토 시에, 본 발명자들은, 연성을 향상시키기 위한 방법에 대하여 검토를 행하였다.

연성은, 균일 신장과, 국부 신장으로 구성되는 특성이다. 종래, 상기와 같은 연성의 두 관점 중, 주로 균일 신장을 개선시키는 기술이 각종 제안되어 있다. 그러나, 복잡한 형상의 부품을 성형하기 위해서는, 균일 신장뿐만 아니라, 국부 신장도 동시에 향상시키는 것이 중요하다. 균일 신장과 국부 신장에서는, 개선을 향한 마이크로 조직 제어 지침이 상이하다. 그 때문에, 본 발명자들은 이들 2종류의 신장을 동시에 개선 가능한 조직 제어 방법에 대하여, 예의 검토했다. 그 결과, 균일 신장 및 국부 신장의 양쪽을 모두 향상시키기 위해서는, 탄화물의 개수 밀도를 저감시키고, 또한 Ti의 함유에 의해 페라이트의 결정립을 미세화하는 것이 유효하다는 지견을 얻기에 이르렀다.

상기 특허문헌 1 내지 특허문헌 3에서 제안되어 있는 기술도 포함하고, 종래, 가공성의 향상을 목적으로 하여 균일 신장을 향상시키는 경우, 페라이트의 입경은 크면 클수록 바람직하므로, 세립화 효과가 높은 Ti의 함유는 적극적으로는 행해지고 있지 않았다. 본 발명에서는, 이하에 설명하는 바와 같이, 본 발명에 관한 침탄용 강판을 제조할 때 2단계 어닐링을 행하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 종래와 같이, 강판 성분으로서 Ti를 소정량 함유시키지 않은 경우, 2단계 어닐링을 행함으로써 조대 입자화가 촉진되어 버려, 연성 중 국부 신장의 열화는 피할 수 없었다. 그러나, 본 발명자들이 예의 검토한 결과, 균일 신장 및 국부 신장의 양쪽을 모두 향상시키는 것이 가능한 조직 제어 방법에 관한 지견을 얻을 수 있었다. 이하, 이러한 지견에 대하여, 상세하게 설명한다.

먼저, 균일 신장을 향상시키기 위해서는, 인장 변형 중의 보이드의 발생을 억제하는 것이 유효하다. 인장 변형에서는, 경질 조직과 연질 조직의 계면으로부터 보이드가 발생하기 쉽고, 침탄용 강판에서는, 페라이트와 탄화물의 계면에 있어서, 보이드의 발생이 조장된다. 그 때문에, 본 발명자들은 강판 내에 존재하는 탄화물의 개수 밀도를 저감시키게 되면, 페라이트와 탄화물의 계면의 총 면적이 감소되기 때문에, 보이드의 발생을 억제하는 것이 가능해진다는 착상을 얻기에 이르렀다.

이러한 착상에 기초하여, 본 발명자들이 예의 검토를 거듭한 결과, 구상화 어닐링의 가열 조건을 2단계로 함으로써, 탄화물의 개수 밀도를 저감시키는 것을 달성할 수 있었다. 구체적으로는, 본 발명자들은 구상화 어닐링 공정에 있어서, 열간 압연 공정을 거친 강판을, Ac₁점 이하의 온도 영역까지 가열하여, 이러한 Ac₁점 이하의 온도 영역에서 1h 이상 100h 이하 유지하는 1단째의 어닐링을 실시하고, 이어서, 1단째의 어닐링을 거친 강판을, Ac₁점 초과 790℃ 이하까지 가열하여, 이러한 Ac₁점 초과 790℃ 이하의 온도 영역에서 1h 이상 100h 이하 유지하는 2단째의 어닐링을 실시함으로써, 탄화물의 개수 밀도를 저감시키는 데 성공했다.

이 메커니즘으로서는, 먼저, 제1 단계의 가열 유지를 Ac₁점 이하에서 실시함으로써, 탄소의 확산을 촉진시켜, 열간 압연 공정에 있어서 생성한 플레이트형의 탄화물을 구상화시킨다. 이 제1 단계에서는, 강판 조직은 주로, 페라이트와 탄화물로 구성되어 있고, 강판 조직 중에, 미세한 탄화물이나 조대한 탄화물이 혼재한다. 이어서, 제2 단계의 가열 유지를 Ac₁점 초과에서 실시함으로써, 미세한 탄화물을 용해시켜, 탄화물의 개수 밀도를 저감시킨다. 이 Ac₁점 초과의 온도 영역에서는, 탄화물의 오스트발트 성장이 일어나기 때문에, 미세한 탄화물의 용해를 촉진시켜, 탄화물의 개수 밀도를 저감시킬 수 있다고 생각된다.

이어서, 국부 신장을 향상시키기 위해서는, 보이드의 연결을 억제하는 것이 중요하고, 보이드의 연결 억제에는, 모상인 페라이트의 세립화가 유효하다. 본 발명자들은 세립화에 의해 입계가 증가하면, 탄화물과 페라이트의 계면에서 발생한 보이드가 연결되기 어려워진다는 착상을 얻기에 이르렀다. 본 발명자들은 이러한 착상에 기초하여 예의 검토를 거듭한 결과, 페라이트의 평균 결정립 직경을 10㎛ 이하로 제어하면, 보이드의 연결 억제 효과가 얻어진다는 것을 알아내었다.

그래서, 본 발명자들은 페라이트를 세립화시키는 제법에 대하여 가일층의 검토를 거듭한 결과, Ti를 0.010％ 이상 함유시킨 강판을 열간 압연에 제공하게 되면, 변태 전의 오스테나이트를 세립화할 수 있고, 또한, 열간 마무리 압연 직후에 50℃/s 이상의 평균 냉각 속도로 강판을 냉각하여 권취하게 되면, 오스테나이트의 입성장을 억제한 채, 페라이트로의 상변태를 개시시킬 수 있음을 알아내었다. 이에 의해, 페라이트의 핵 생성 사이트가 증가하여, 페라이트 입자를 미세화하는 것이 가능해진다.

이상 설명한 바와 같은, 두 관점에서의 마이크로 조직 제어에 의해, 균일 신장과 국부 신장의 양쪽을 모두 향상시킬 수 있고, 그 결과, ??칭성을 유지하면서, 연성이 더 우수한 침탄용 강판을 얻는 데 성공했다. 이러한 침탄용 강판은 연성이 더 우수한 결과, 더 우수한 성형성이 발현된다.

또한, 상술한 연성(균일 신장 및 국부 신장)의 향상은 ??칭성이 높은 강판일수록, 그 효과가 높다. 예를 들어, 인장 강도가 340㎫급, 440㎫급과 같은, 인장 강도가 340㎫ 이상인 고강도 강판에 있어서, 연성이 현저하게 향상된다. 그 때문에, 상기에 개략을 나타낸 바와 같은 조직 제어에 의해, ??칭성을 유지하면서, 연성을 향상시키는 것이 가능해진다. 이러한 침탄용 강판은 연성이 더 우수한 결과, 더 우수한 성형성이 발현된다.

이하에 상세하게 설명하는 본 발명의 실시 형태에 관한 침탄용 강판과 그 제조 방법은, 상기와 같은 지견에 기초하여 완성된 것이다. 이하에는, 이러한 지견에 기초하여 완성된, 본 실시 형태에 관한 침탄용 강판과 그 제조 방법에 대하여, 상세하게 설명한다.

(침탄용 강판에 대하여)

먼저, 본 발명의 실시 형태에 관한 침탄용 강판에 대하여, 상세하게 설명한다.

본 실시 형태에 관한 침탄용 강판은, 이하에 상세하게 설명하는 소정의 화학 성분을 갖고 있다. 또한, 본 실시 형태에 관한 침탄용 강판은, 1000㎛²당 탄화물의 개수가 100개 이하이고, 애스펙트비가 2.0 이하인 탄화물의 개수 비율이, 전체 탄화물에 대하여 10％ 이상이고, 탄화물의 평균 원 상당 직경이 5.0㎛ 이하이고, 또한 페라이트의 평균 결정립 직경이 10㎛ 이하라고 하는, 특정한 마이크로 조직을 갖고 있다. 이에 의해, 본 실시 형태에 관한 침탄용 강판은 ??칭성을 유지하면서, 더 우수한 연성 및 성형성을 나타내게 된다.

<침탄용 강판의 화학 성분에 대하여>

먼저, 본 실시 형태에 관한 침탄용 강판이 갖는 화학 성분에 대하여, 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 화학 성분에 관한 「％」는 특별히 언급하지 않는 한 「질량％」를 의미한다.

[C:0.02％ 이상 0.30％ 미만]

C(탄소)는 최종적으로 얻어지는 침탄 부재에 있어서의 판 두께 중앙부의 강도를 확보하기 위해 필요한 원소이다. 또한, 침탄용 강판에 있어서는, C는 페라이트의 입계에 고용하여 입계의 강도를 상승시키고, 국부 신장의 향상에 기여하는 원소이다.

C의 함유량이 0.02％ 미만인 경우에는, 상기와 같은 국부 신장의 향상 효과를 얻을 수 없다. 그 때문에, 본 실시 형태에 관한 침탄용 강판에 있어서, C의 함유량은 0.02％ 이상으로 한다. C의 함유량은, 바람직하게는 0.05％ 이상이다. 한편, C의 함유량이 0.30％ 이상으로 되는 경우에는, 침탄용 강판 중에 생성되는 탄화물의 평균 원 상당 직경이 5.0㎛를 초과하여, 국부 신장이 열화되어 버린다. 그 때문에, 본 실시 형태에 관한 침탄용 강판에 있어서, C의 함유량은 0.30％ 미만으로 한다. C의 함유량은, 바람직하게는 0.20％ 이하이다. 또한, 균일 신장 및 국부 신장, 그리고 ??칭성의 각각의 밸런스를 고려하면, C의 함유량은 0.10％ 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.10％ 미만인 것이 보다 한층 바람직하다.

[Si:0.005％ 이상 0.5％ 미만]

Si(규소)는 용강을 탈산하여 강을 건전화하는 작용을 이루는 원소이다. Si의 함유량이 0.005％ 미만인 경우에는, 용강을 충분히 탈산할 수 없다. 그 때문에, 본 실시 형태에 관한 침탄용 강판에 있어서, Si의 함유량은 0.005％ 이상으로 한다. Si의 함유량은 바람직하게는 0.01％ 이상이다. 한편, Si의 함유량이 0.5％ 이상으로 되는 경우에는, 탄화물에 고용한 Si가 탄화물을 안정화시켜, 어닐링의 제1 단째에 있어서, 탄화물의 용해를 저해하여 탄화물의 개수 밀도가 저감되지 않고, 균일 신장이 손상된다. 그 때문에, 본 실시 형태에 관한 침탄용 강판에 있어서, Si의 함유량은 0.5％ 미만으로 한다. Si의 함유량은, 바람직하게는 0.3％ 미만이고, 보다 바람직하게는 0.1％ 미만이다.

[Mn:0.01％ 이상 3.0％ 미만]

Mn(망간)은 용강을 탈산하여 강을 건전화하는 작용을 이루는 원소이다. Mn의 함유량이 0.01％ 미만인 경우에는, 용강을 충분히 탈산할 수 없다. 그 때문에, 본 실시 형태에 관한 침탄용 강판에 있어서, Mn의 함유량은 0.01％ 이상으로 한다. Mn의 함유량은, 바람직하게는 0.1％ 이상이다. 한편, Mn의 함유량이 3.0％ 이상으로 되는 경우에는, 탄화물에 고용한 Mn이 탄화물을 안정화시켜, 어닐링의 제1 단째에 있어서, 탄화물의 용해를 저해하여 탄화물의 개수 밀도가 저감되지 않고, 균일 신장이 손상된다. 그 때문에, 본 실시 형태에 관한 침탄용 강판에 있어서, Mn의 함유량은 3.0％ 미만으로 한다. Mn의 함유량은, 바람직하게는 2.0％ 미만이고, 보다 바람직하게는 1.0％ 미만이다.

[P:0.1％ 이하]

P(인)는 페라이트의 입계에 편석하여, 취성 파괴를 조장하여 연성을 열화시키는 원소이다. P의 함유량이 0.1％를 초과하는 경우에는, 페라이트의 입계의 강도가 현저하게 저하되어, 균일 신장이 열화된다. 그 때문에, 본 실시 형태에 관한 침탄용 강판에 있어서, P의 함유량은 0.1％ 이하로 한다. P의 함유량은, 바람직하게는 0.050％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.020％ 이하이다. 또한, P의 함유량의 하한은 특별히 한정하지 않는다. 단, P의 함유량을 0.0001％ 미만까지 저감시키면, 탈P 비용이 대폭으로 상승하여, 경제적으로 불리해진다. 그 때문에, 실용 강판 상, P의 함유량은 0.0001％가 실질적인 하한으로 된다.

[S:0.1％ 이하]

S(황)는 개재물을 형성하여, 연성을 열화시키는 원소이다. S의 함유량이 0.1％를 초과하는 경우에는, 조대한 개재물이 생성되어 균일 신장이 열화된다. 그 때문에, 본 실시 형태에 관한 침탄용 강판에 있어서, S의 함유량은 0.1％ 이하로 한다. S의 함유량은, 바람직하게는 0.010％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.008％ 이하이다. S의 함유량의 하한은 특별히 한정하지 않는다. 단, S의 함유량을 0.0005％ 미만까지 저감시키면, 탈S 비용이 대폭으로 상승하여, 경제적으로 불리해진다. 그 때문에, 실용 강판 상, S의 함유량은 0.0005％가 실질적인 하한으로 된다.

[sol.Al:0.0002％ 이상 3.0％ 이하]

Al(알루미늄)은 용강을 탈산하여 강을 건전화하는 작용을 이루는 원소이다. Al의 함유량이 0.0002％ 미만인 경우에는, 용강을 충분히 탈산할 수 없다. 그 때문에, 본 실시 형태에 관한 침탄용 강판에 있어서, Al의 함유량(보다 상세하게는, sol.Al의 함유량)은 0.0002％ 이상으로 한다. Al의 함유량은, 바람직하게는 0.0010％ 이상이다. 한편, Al의 함유량이 3.0％를 초과하는 경우에는, 조대한 산화물이 생성되어 균일 신장이 손상된다. 그 때문에, Al의 함유량은 3.0％ 이하로 한다. Al의 함유량은, 바람직하게는 2.5％ 이하이고, 보다 바람직하게는 1.0％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.5％ 이하이고, 보다 한층 바람직하게는 0.1％ 이하이다.

[N:0.2％ 이하]

본 실시 형태에 관한 침탄용 강판에 있어서, N(질소)의 함유량은 0.2％ 이하일 필요가 있다. N의 함유량이 0.2％를 초과하는 경우에는, 조대한 질화물이 생성되어 국부 신장이 현저하게 저하된다. 그 때문에, 본 실시 형태에 관한 침탄용 강판에 있어서, N의 함유량은 0.2％ 이하로 한다. N의 함유량은, 바람직하게는 0.1％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.05％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.01％ 이하이다. N의 함유량의 하한은 특별히 한정하지 않는다. 단, N의 함유량을 0.0001％ 미만까지 저감시키면, 탈N 비용이 대폭으로 상승하여, 경제적으로 불리해진다. 그 때문에, 실용 강판 상, N의 함유량은 0.0001％가 실질적인 하한으로 된다.

[Ti:0.010％ 이상 0.150％ 이하]

Ti(티타늄)는 열간 압연 공정에 있어서, 구 오스테나이트 입자를 미세화함으로써 페라이트의 세립화에 기여하고, 국부 신장의 향상에 기여하는 원소이다. 이러한 페라이트의 미립화 효과를 얻기 위해, 본 실시 형태에 관한 침탄용 강판에서는, Ti의 함유량을 0.010％ 이상으로 한다. Ti의 함유량은, 바람직하게는 0.015％ 이상이다. 한편, 탄화물이나 질화물의 생성의 영향을 고려하면, 국부 신장의 향상 효과를 얻기 위해, Ti의 함유량은 0.150％ 이하로 한다. Ti의 함유량은, 바람직하게는 0.075％ 이하이다.

[Cr:0.005％ 이상 3.0％ 이하]

Cr(크롬)은 최종적으로 얻어지는 침탄 부재에 있어서, ??칭성을 높이는 효과를 갖는 원소임과 함께, 침탄용 강판에 있어서는, 페라이트의 결정립을 미세화하여 국부 신장의 가일층의 향상에 기여하는 원소이다. 그 때문에, 본 실시 형태에 관한 침탄용 강판에 있어서는, 필요에 따라, Cr을 함유시켜도 된다. Cr을 함유시키는 경우, 국부 신장의 가일층의 향상 효과를 얻기 위해서는, Cr의 함유량을 0.005％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. Cr의 함유량은, 보다 바람직하게는 0.010％ 이상이다. 또한, 탄화물이나 질화물의 생성의 영향을 고려하면, 국부 신장의 가일층의 향상 효과를 얻기 위해서는, Cr의 함유량은 3.0％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Cr의 함유량은, 보다 바람직하게는 2.0％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 1.5％ 이하이다.

[Mo:0.005％ 이상 1.0％ 이하]

Mo(몰리브덴)는 최종적으로 얻어지는 침탄 부재에 있어서, ??칭성을 높이는 효과를 갖는 원소임과 함께, 침탄용 강판에 있어서는, 페라이트의 결정립을 미세화하여 국부 신장의 가일층의 향상에 기여하는 원소이다. 그 때문에, 본 실시 형태에 관한 침탄용 강판에 있어서는, 필요에 따라, Mo를 함유시켜도 된다. Mo를 함유시키는 경우, 국부 신장의 가일층의 향상 효과를 얻기 위해서는, Mo의 함유량을 0.005％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. Mo의 함유량은, 보다 바람직하게는 0.010％ 이상이다. 또한, 탄화물이나 질화물의 생성의 영향을 고려하면, 국부 신장의 가일층의 향상 효과를 얻기 위해서는, Mo의 함유량은 1.0％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Mo의 함유량은, 보다 바람직하게는 0.8％ 이하이다.

[Ni:0.010％ 이상 3.0％ 이하]

Ni(니켈)는 최종적으로 얻어지는 침탄 부재에 있어서, ??칭성을 높이는 효과를 갖는 원소임과 함께, 침탄용 강판에 있어서는, 페라이트의 결정립을 미세화하여 국부 신장의 가일층의 향상에 기여하는 원소이다. 그 때문에, 본 실시 형태에 관한 침탄용 강판에 있어서는, 필요에 따라, Ni를 함유시켜도 된다. Ni를 함유시키는 경우, 국부 신장의 가일층의 향상 효과를 얻기 위해서는, Ni의 함유량을 0.010％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. Ni의 함유량은, 보다 바람직하게는 0.050％ 이상이다. 또한, Ni가 입계에 편석하는 영향을 고려하면, 국부 신장의 가일층의 향상 효과를 얻기 위해서는, Ni의 함유량은 3.0％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Ni의 함유량은, 보다 바람직하게는 2.0％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 1.0％ 이하이고, 보다 한층 바람직하게는 0.5％ 이하이다.

[Cu:0.001％ 이상 2.0％ 이하]

Cu(구리)는 최종적으로 얻어지는 침탄 부재에 있어서, ??칭성을 높이는 효과를 갖는 원소임과 함께, 침탄용 강판에 있어서는, 페라이트의 결정립을 미세화하여 국부 신장의 가일층의 향상에 기여하는 원소이다. 그 때문에, 본 실시 형태에 관한 침탄용 강판에 있어서는, 필요에 따라 Cu를 함유시켜도 된다. Cu를 함유시키는 경우, 국부 신장의 가일층의 향상 효과를 얻기 위해서는, Cu의 함유량을 0.001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. Cu의 함유량은, 보다 바람직하게는 0.010％ 이상이다. 또한, Cu가 입계에 편석하는 영향을 고려하면, 국부 신장의 가일층의 향상 효과를 얻기 위해서는, Cu의 함유량은 2.0％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Cu의 함유량은, 보다 바람직하게는 0.80％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.50％ 이하이다.

[Co:0.001％ 이상 2.0％ 이하]

Co(코발트)는 최종적으로 얻어지는 침탄 부재에 있어서, ??칭성을 높이는 효과를 갖는 원소임과 함께, 침탄용 강판에 있어서는, 페라이트의 결정립을 미세화하여 국부 신장의 인성의 가일층의 향상에 기여하는 원소이다. 그 때문에, 본 실시 형태에 관한 침탄용 강판에 있어서는, 필요에 따라, Co를 함유시켜도 된다. Co를 함유시키는 경우, 국부 신장의 가일층의 향상 효과를 얻기 위해서는, Co의 함유량을 0.001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. Co의 함유량은, 보다 바람직하게는 0.010％ 이상이다. 또한, Co가 입계에 편석하는 영향을 고려하면, 국부 신장의 가일층의 향상 효과를 얻기 위해서는, Co의 함유량은 2.0％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Co의 함유량은, 보다 바람직하게는 0.80％ 이하이다.

[Nb:0.010％ 이상 0.150％ 이하]

Nb(니오븀)는 결정립을 미세화하여 국부 신장의 가일층의 향상에 기여하는 원소이다. 그 때문에, 본 실시 형태에 관한 침탄용 강판에 있어서는, 필요에 따라, Nb를 함유시켜도 된다. Nb를 함유시키는 경우, 국부 신장의 가일층의 향상 효과를 얻기 위해서는, Nb의 함유량을 0.010％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. Nb의 함유량은, 보다 바람직하게는 0.035％ 이상이다. 또한, 탄화물이나 질화물의 생성의 영향을 고려하면, 국부 신장의 가일층의 향상 효과를 얻기 위해서는, Nb의 함유량은 0.150％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Nb의 함유량은, 보다 바람직하게는 0.120％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.100％ 이하이고, 보다 한층 바람직하게는 0.050％ 이하이다.

[V:0.0005％ 이상 1.0％ 이하]

V(바나듐)는 페라이트의 결정립을 미세화하여 국부 신장의 가일층의 향상에 기여하는 원소이다. 그 때문에, 본 실시 형태에 관한 침탄용 강판에 있어서는, 필요에 따라, V를 함유시켜도 된다. V를 함유시키는 경우, 국부 신장의 가일층의 향상 효과를 얻기 위해서는, V의 함유량을 0.0005％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. V의 함유량은, 보다 바람직하게는 0.0010％ 이상이다. 또한, 탄화물이나 질화물의 생성의 영향을 고려하면, 국부 신장의 가일층의 향상 효과를 얻기 위해서는, V의 함유량은 1.0％ 이하로 하는 것이 바람직하다. V의 함유량은, 보다 바람직하게는 0.80％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.10％ 이하이고, 보다 한층 바람직하게는 0.050％ 이하이다.

[B:0.0005％ 이상 0.01％ 이하]

B(붕소)는 페라이트의 입계에 편석함으로써 입계의 강도를 향상시켜, 균일 신장을 더욱 향상시키는 원소이다. 그 때문에, 본 실시 형태에 관한 침탄용 강판에서는, 필요에 따라, B를 함유시켜도 된다. B를 함유시키는 경우, 굽힘성의 가일층의 향상 효과를 얻기 위해서는, B의 함유량을 0.0005％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. B의 함유량은, 보다 바람직하게는 0.0010％ 이상이다. 또한, B를 0.01％를 초과하여 함유시켰다고 해도, 상기와 같은 균일 신장의 가일층의 향상 효과는 포화되기 때문에, B의 함유량은 0.01％ 이하로 하는 것이 바람직하다. B의 함유량은, 보다 바람직하게는 0.0075％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.0050％ 이하이고, 보다 한층 바람직하게는 0.0030％ 이하이다.

[Sn:1.0％ 이하]

Sn(주석)은 용강을 탈산하여 강을 더욱 건전화하는 작용을 이루는 원소이다. 그 때문에, 본 실시 형태에 관한 침탄용 강판에 있어서는, 필요에 따라, 1.0％를 상한으로 하여 Sn을 함유시켜도 된다. Sn의 함유량은, 보다 바람직하게는 0.5％ 이하이다.

[W:1.0％ 이하]

W(텅스텐)는 용강을 탈산하여 강을 더욱 건전화하는 작용을 이루는 원소이다. 그 때문에, 본 실시 형태에 관한 침탄용 강판에 있어서는, 필요에 따라, 1.0％를 상한으로 하여 W를 함유시켜도 된다. W의 함유량은, 보다 바람직하게는 0.5％ 이하이다.

[Ca:0.01％ 이하]

Ca(칼슘)는 용강을 탈산하여 강을 더욱 건전화하는 작용을 이루는 원소이다. 그 때문에, 본 실시 형태에 관한 침탄용 강판에 있어서는, 필요에 따라, 0.01％를 상한으로 하여 Ca를 함유시켜도 된다. Ca의 함유량은, 보다 바람직하게는 0.005％ 이하이다.

[REM:0.3％ 이하]

REM(희토류 금속)은 용강을 탈산하여 강을 더욱 건전화하는 작용을 이루는 원소이다. 그 때문에, 본 실시 형태에 관한 침탄용 강판에 있어서는, 필요에 따라, 0.3％를 상한으로 하여 REM을 함유시켜도 된다.

또한, REM은 Sc(스칸듐), Y(이트륨) 및 란타노이드 계열의 원소로 이루어지는 합계 17원소의 총칭이고, REM의 함유량은 상기 원소의 합계량을 의미한다. REM은, 미슈 메탈을 사용하여 함유시키는 경우가 많지만, La(란탄)나 Ce(세륨) 외에, 란타노이드 계열의 원소를 복합으로 함유시키는 경우가 있다. 이러한 경우도, 본 실시 형태에 관한 침탄용 강판은, ??칭성 및 성형성 뿐만 아니라, 연성도 우수하다는 효과를 발휘한다. 또한, 금속 La나 Ce 등의 금속 REM을 함유시켰다고 해도, 본 실시 형태에 관한 침탄용 강판은 우수한 연성을 나타낸다.

[잔부:Fe 및 불순물]

판 두께 중앙부의 성분 조성의 잔부는 Fe 및 불순물이다. 불순물로서는, 강 원료 혹은 스크랩으로부터, 및／또는 제강 과정에서 불가피하게 혼입되고, 본 실시 형태에 관한 침탄용 강판의 특성을 저해하지 않는 범위에서 허용되는 원소가 예시된다.

이상, 본 실시 형태에 관한 침탄용 강판이 갖는 화학 성분에 대하여, 상세하게 설명했다.

<침탄용 강판의 마이크로 조직에 대하여>

이어서, 본 실시 형태에 관한 침탄용 강판을 구성하는 마이크로 조직에 대하여, 상세하게 설명한다.

본 실시 형태에 관한 침탄용 강판의 마이크로 조직은, 실질적으로 페라이트와 탄화물로 구성된다. 보다 상세하게는, 본 실시 형태에 관한 침탄용 강판의 마이크로 조직에 있어서, 페라이트의 면적률은, 예를 들어 85 내지 95％의 범위 내이고, 탄화물의 면적률은, 예를 들어 5 내지 15％의 범위 내이며, 또한 페라이트와 탄화물의 합계 면적률이 100％를 초과하지 않도록 구성된다.

상기와 같은 페라이트 및 탄화물의 면적률은, 침탄용 강판의 폭 방향에 수직인 단면을 관찰면으로서 채취한 샘플을 사용하여 측정한다. 샘플의 길이는, 측정 장치에 따라 다르지만, 10㎜ 내지 25㎜ 정도여도 된다. 샘플은 관찰면을 연마한 후, 나이탈 에칭한다. 나이탈 에칭한 관찰면의, 판 두께 1/4 위치(침탄용 강판의 표면으로부터 강판의 두께 방향으로 강판의 두께의 1/4의 위치를 의미함), 판 두께 3/8 위치 및 판 두께 1/2 위치의 범위를, 서멀 전계 방사형 주사 전자 현미경(예를 들어, JEOL제 JSM-7001F)으로 관찰한다.

각 샘플의 관찰 대상 범위에 대하여, 2500㎛²의 범위를 10시야 관찰하고, 각 시야에 있어서, 시야 면적 중에 있어서의 페라이트 및 탄화물이 차지하는 면적의 비율을 측정한다. 그리고, 페라이트가 차지하는 면적의 비율의 전체 시야에서의 평균값 및 탄화물이 차지하는 면적의 비율의 전체 시야에서의 평균값을, 각각 페라이트의 면적률 및 탄화물의 면적률이라고 한다.

여기서, 본 실시 형태에 관한 마이크로 조직에 있어서의 탄화물은, 주로, 철과 탄소의 화합물인 시멘타이트(Fe₃C), 및 ε계 탄화물(Fe_{2 ~3}C) 등의 철계 탄화물이다. 또한, 마이크로 조직에 있어서의 탄화물은 상술한 철계 탄화물에 더하여, 시멘타이트 중의 Fe 원자를 Mn, Cr 등으로 치환한 화합물이나, 합금 탄화물(M₂₃C₆, M₆C, MC 등이고, M은 Fe 및 그 밖의 금속 원소이거나, 또는 Fe 이외의 금속 원소임)을 포함하는 경우도 있다. 본 실시 형태에 관한 마이크로 조직에 있어서의 탄화물은, 그 대부분이 철계 탄화물에 의해 구성된다. 그 때문에, 상기와 같은 탄화물에 대하여, 이하에 상세하게 설명하는 개수에 착안한 경우, 그 개수는, 상기와 같은 각종 탄화물의 합계 개수여도 되고, 철계 탄화물만의 개수여도 된다. 즉, 이하에 상세하게 설명하는, 탄화물의 개수 비율은, 철계 탄화물을 포함하는 각종 탄화물을 모집단으로 하는 것이어도 되고, 철계 탄화물만을 모집단으로 하는 것이어도 된다. 철계 탄화물은, 예를 들어 시료에 대하여 디프랙션 해석이나 EDS(Energy dispersive X-ray spectrometry)를 사용하여 특정할 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 침탄용 강판의 연성을 향상시키기 위해서는, 탄화물의 개수 밀도를 저감시키고, 또한, Ti의 함유에 의해 페라이트의 결정립을 미세화하는 것이 중요하다.

연성은, 상기와 같이 균일 신장과 국부 신장으로 구성된다. 종래, 연성의 두 관점 중, 주로 균일 신장을 개선시키는 기술이 각종 제안되어 있지만, 복잡한 형상의 부품을 성형하기 위해서는, 균일 신장뿐만 아니라, 국부 신장도 동시에 향상시키는 것이 중요하다. 균일 신장과 국부 신장은, 개선을 향한 마이크로 조직 제어 지침이 상이하기 때문에, 본 발명자들은 이들 2종류의 신장을 동시에 개선 가능한 조직 제어 수단에 대하여 예의 검토했다. 그 결과, 이하와 같은 지견을 얻을 수 있었다.

먼저, 균일 신장을 향상시키기 위해서는, 인장 변형 중의 보이드의 발생을 억제하는 것이 유효하다. 인장 변형에서는, 경질 조직과 연질 조직의 계면으로부터 보이드가 발생하기 쉽고, 침탄용 강판에서는, 페라이트와 탄화물의 계면에서 보이드의 발생이 조장된다. 그 때문에, 본 발명자들은 예의 검토한 결과, 탄화물의 개수 밀도를 저감시키게 되면 페라이트와 탄화물의 계면의 총 면적을 감소시켜, 보이드의 발생이 억제된다는 것을 알아내었다.

이어서, 국부 신장의 향상에는 보이드의 연결을 억제하는 것이 중요하고, 보이드의 연결 억제에는 모상인 페라이트의 세립화가 유효하다. 본 발명자들은 세립화에 의해 입계가 증가하면, 탄화물과 페라이트의 계면에서 발생한 보이드가 연결되기 어려워진다는 착상에 이르렀다. 본 발명자들은, 이러한 착상에 기초하여 예의 검토를 거듭한 결과, 페라이트의 평균 결정립 직경을 10㎛ 이하로 제어함으로써, 보이드의 연결을 억제한다는 것을 알아내었다.

이하, 본 실시 형태에 관한 침탄용 강판을 구성하는 마이크로 조직의 한정 이유에 대하여, 상세하게 설명한다.

[1000㎛²당 탄화물 개수:100개 이하]

본 실시 형태에 있어서의 탄화물은, 상기한 바와 같이 시멘타이트(Fe₃C)와 ε계 탄화물(Fe_{2 ~3}C) 등의 철계 탄화물에 의해 주로 구성된다. 본 발명자들에 의한 검토의 결과, 1000㎛²당 탄화물의 개수가 100개 이하이면, 양호한 균일 신장을 얻을 수 있음이 밝혀졌다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 침탄용 강판에 있어서, 1000㎛²당 탄화물 개수는 100개 이하로 한다. 여기서, 이하에 나타내는 측정 방법으로부터도 명확해진 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서의 「1000㎛²당 탄화물의 개수」는, 침탄용 강판의 판 두께 1/4 위치에 있어서, 1000㎛²의 넓이를 갖는 임의의 영역에서의 탄화물의 평균 개수로 되어 있다. 1000㎛²당 탄화물의 개수는, 바람직하게는 90개 이하이다. 또한, 1000㎛²당 탄화물의 개수의 하한은 특별히 한정하는 것은 아니다. 단, 실조업에 있어서, 1000㎛²당 탄화물의 개수를 5개 미만으로 하는 것은 곤란하기 때문에, 5개가 실질적인 하한으로 된다.

[전체 탄화물 중 애스펙트비가 2.0 이하인 탄화물의 개수 비율:10％ 이상]

본 발명자들에 의한 검토의 결과, 전체 탄화물 중, 애스펙트비가 2.0 이하인 탄화물의 개수 비율이 10％ 이상이면, 양호한 균일 신장을 얻을 수 있음이 밝혀졌다. 전체 탄화물 중 애스펙트비가 2.0 이하인 탄화물의 개수 비율이 10％ 미만인 경우에는, 인장 변형 시에 균열의 발생이 조장되어, 양호한 균일 신장을 얻을 수 없다. 그 때문에, 본 실시 형태에 관한 침탄용 강판에 있어서는, 전체 탄화물 중 애스펙트비가 2.0 이하인 탄화물의 개수 비율을 10％ 이상으로 한다. 전체 탄화물 중, 애스펙트비가 2.0 이하인 탄화물의 개수 비율은, 균일 신장의 가일층의 향상을 목적으로 하여, 바람직하게는 20％ 이상이다. 전체 탄화물 중 애스펙트비가 2.0 이하인 탄화물의 개수 비율의 상한은, 특별히 한정하는 것은 아니다. 단, 실조업에 있어서 98％ 이상으로 하는 것은 곤란하기 때문에, 98％가 실질적인 상한으로 된다.

[탄화물의 평균 원 상당 직경:5.0㎛ 이하]

본 실시 형태에 관한 침탄용 강판의 마이크로 조직에 있어서, 탄화물의 평균 원 상당 직경은 5.0㎛ 이하일 필요가 있다. 탄화물의 평균 원 상당 직경이 5.0㎛를 초과하는 경우에는, 인장 변형 시에 깨짐이 발생하여, 양호한 균일 신장을 얻을 수 없다. 탄화물의 평균 원 상당 직경이 작을수록 균일 신장은 양호하고, 탄화물의 평균 원 상당 직경은, 바람직하게는 1.0㎛ 이하이다. 탄화물의 평균 원 상당 직경의 하한은 특별히 한정하는 것은 아니다. 단, 실조업에 있어서, 탄화물의 평균 원 상당 직경을 0.01㎛ 이하로 하는 것은 곤란하기 때문에, 0.01㎛가 실질적인 하한으로 된다.

[페라이트의 평균 결정립 직경:10㎛ 이하]

본 실시 형태에 관한 침탄용 강판의 마이크로 조직에 있어서, 페라이트의 평균 결정립 직경은 10㎛ 이하일 필요가 있다. 페라이트의 평균 결정립 직경이 10㎛를 초과하는 경우에는, 인장 변형 시에 균열의 신전이 조장되어, 양호한 국부 신장을 얻을 수 없다. 페라이트의 평균 결정립 직경이 작을수록, 국부 신장은 양호하고, 페라이트의 평균 결정립 직경은, 바람직하게는 8.0㎛ 이하이다. 페라이트의 평균 결정립 직경의 하한은 특별히 한정하는 것은 아니다. 단, 실조업에 있어서, 페라이트의 평균 결정립 직경을 0.1㎛ 이하로 하는 것은 곤란하기 때문에, 0.1㎛가 실질적인 하한으로 된다.

계속해서, 마이크로 조직에 있어서의 탄화물의 개수 및 개수 비율, 탄화물의 평균 원 상당 직경, 그리고 페라이트의 평균 결정립 직경의 측정 방법에 대하여, 상세하게 설명한다.

먼저, 침탄용 강판으로부터 그 표면에 수직인 단면(판 두께 단면)을 관찰할 수 있도록 샘플을 잘라낸다. 샘플의 길이는 측정 장치에 따라 다르지만, 10㎜ 정도이면 된다. 단면을 연마 및 부식하여, 탄화물의 개수 밀도, 애스펙트비, 평균 원 상당 직경, 및 페라이트의 평균 결정립 직경을 측정한다. 연마는, 예를 들어 입도 600 내지 입도 1500의 탄화규소 페이퍼를 사용하여 측정면을 연마한 후, 입경이 1㎛ 내지 6㎛인 다이아몬드 파우더를 알코올 등의 희석액이나 순수에 분산시킨 액체를 사용하여, 경면으로 마무리하면 된다. 부식은 탄화물과 페라이트의 계면, 또는 페라이트 입계를 우선적으로 부식시키는 방법이라면, 특별히 제한되는 것은 아니고, 예를 들어 3％ 질산-알코올 용액에 의한 에칭을 행해도 되고, 탄화물과 지철의 입계를 부식시키는 수단으로서, 비수 용매계 전해액에 의한 정전위 전해 에칭법[구로사와 후미오 외, 일본 금속 학회지, 43, 1068, (1979)] 등에 의해, 지철을 수마이크로미터 정도 제거하여 탄화물만을 잔존시키는 방법을 채용해도 된다.

탄화물의 개수 밀도는 서멀 전계 방사형 주사 전자 현미경(예를 들어, JEOL제 JSM-7001F)을 사용하여, 샘플의 판 두께 1/4 위치를, 2500㎛²의 범위를, 판압 방향으로 20㎛, 압연 방향으로 50㎛의 범위를 촬영하고, 화상 해석 소프트웨어(예를 들어, Media Cybernetics제 IMage-Pro Plus)를 사용하여, 촬영한 시야에 있어서의 탄화물의 개수를 측정한다. 동일한 해석을 5시야에서 행하고, 5시야의 평균값을, 1000㎛²당 탄화물의 개수로 한다.

탄화물의 애스펙트비의 산출은 서멀 전계 방사형 주사 전자 현미경(예를 들어, JEOL제 JSM-7001F)을 사용하여, 샘플의 판 두께 1/4 위치를, 2500㎛²의 범위를 관찰하여 행한다. 관찰한 시야에 포함되는 모든 탄화물에 대하여, 장축과 단축을 측정하여 애스펙트비(장축/단축)를 산출하고, 그 평균값을 구한다. 상기 관찰을 5시야에서 실시하고, 5시야의 평균값을, 샘플의 탄화물의 애스펙트비라고 한다. 얻어진 탄화물의 애스펙트비를 참고로, 애스펙트비가 2.0 이하인 탄화물의 전체 개수와, 상기 5시야 중에 존재한 탄화물의 합계수로부터, 전체 탄화물 중 애스펙트비가 2.0 이하인 탄화물의 개수 비율을 산출한다.

탄화물의 평균 원 상당 직경은 서멀 전계 방사형 주사 전자 현미경(예를 들어, JEOL제 JSM-7001F)을 사용하여, 샘플의 판 두께 1/4 위치를, 600㎛²의 범위를 4시야 촬영함으로써 행한다. 각 시야에 대하여, 화상 해석 소프트웨어(예를 들어, Media Cybernetics제 IMage-Pro Plus)를 사용하여, 찍힌 탄화물의 장축과 단축을 각각 측정한다. 시야 중의 각 탄화물에 대하여, 얻어진 장축과 단축의 평균값을 당해 탄화물의 직경으로 하고, 시야 중에 찍힌 탄화물 전부에 대하여, 얻어진 직경의 평균값을 산출한다. 이와 같이 하여 얻어진, 4시야에 있어서의 탄화물의 직경의 평균값을 다시 시야 수로 평균하여, 탄화물의 평균 원 상당 직경이라고 한다.

페라이트의 평균 결정립 직경은 서멀 전계 방사형 주사 전자 현미경(예를 들어, JEOL제 JSM-7001F)을 사용하여, 샘플의 판 두께 1/4 위치를, 2500㎛²의 범위를 촬영하고, 얻어진 화상에 대하여 선분법을 적용하여 산출한다.

이상, 본 실시 형태에 관한 침탄용 강판이 갖는 마이크로 조직에 대하여, 상세하게 설명했다.

<침탄용 강판의 판 두께에 대하여>

본 실시 형태에 관한 침탄용 강판의 판 두께에 대해서는, 특별히 한정하는 것은 아니지만, 예를 들어 2㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 침탄용 강판의 판 두께를 2㎜ 이상으로 하게 되면, 코일 폭 방향의 판 두께 차를 더 작게 하는 것이 가능해진다. 침탄용 강판의 판 두께는, 보다 바람직하게는 2.3㎜ 이상이다. 또한, 침탄용 강판의 판 두께는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 6㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다. 침탄용 강판의 판 두께를 6㎜ 이하로 함으로써, 프레스 성형 시의 하중을 낮게 하고, 부품으로의 성형을 더 용이한 것으로 할 수 있다. 침탄용 강판의 판 두께는, 보다 바람직하게는 5.8㎜ 이하이다.

이상, 본 실시 형태에 관한 침탄용 강판에 대하여, 상세하게 설명했다.

(침탄용 강판의 제조 방법에 대하여)

이어서, 이상 설명한 바와 같은 본 실시 형태에 관한 침탄용 강판을 제조하기 위한 방법에 대하여, 상세하게 설명한다.

이상 설명한 바와 같은 본 실시 형태에 관한 침탄용 강판을 제조하기 위한 제조 방법은, (A) 앞서 설명한 바와 같은 화학 조성을 갖는 강재를 사용하여, 소정의 조건에 의거하여 열간 압연 강판을 제조하는 열간 압연 공정과, (B) 얻어진 열간 압연 강판, 또는 열간 압연 공정 후에 냉간 압연이 실시된 강판에 대하여, 소정의 열처리 조건에 의거하여, 제1 단계째의 어닐링 처리를 실시하는 제1 어닐링 공정과, (C) 제1 어닐링 공정을 거친 강판에 대하여, 소정의 열처리 조건에 의거하여, 제2 단계째의 어닐링 처리를 실시하는 제2 어닐링 공정과, (D) 제2 어닐링 공정에서의 어닐링 후의 강판을, 소정의 냉각 조건에 의거하여 냉각하는 냉각 공정을 포함한다.

이하, 상기한 열간 압연 공정, 제1 어닐링 공정, 제2 어닐링 공정, 및 냉각 공정에 대하여, 상세하게 설명한다.

<열간 압연 공정에 대하여>

이하에 상세하게 설명하는 열간 압연 공정은, 소정의 화학 조성을 갖는 강재를 사용하여, 소정의 조건에 의거하여 열간 압연 강판을 제조하는 공정이다.

여기서, 열간 압연에 제공하는 강편(강재)은, 통상의 방법으로 제조한 강편이면 되고, 예를 들어 연속 주조 슬래브, 박 슬래브 캐스터 등의 일반적인 방법으로 제조한 강편을 사용할 수 있다.

보다 상세하게는, 앞서 설명한 바와 같은 화학 조성을 갖는 강재를 사용하고, 이러한 강재를 가열하여 열간 압연에 제공하고, 열간 마무리 압연을, 800℃ 이상 920℃ 미만의 온도 영역에서 종료한 후, 열간 마무리 압연 종료 시의 온도부터 냉각 정지 온도까지의 온도 영역을 50℃/s 이상 250℃/s 이하의 평균 냉각 속도로 냉각하고, 700℃ 이하의 온도에서 권취하여 열간 압연 강판으로 한다.

[열간 마무리 압연의 압연 온도:800℃ 이상 920℃ 미만]

본 실시 형태에 관한 열간 압연 공정에서는, 열간 마무리 압연의 압연을, 800℃ 이상의 압연 온도에서 행할 필요가 있다. 열간 마무리 압연 시의 압연 온도(즉, 마무리 압연 온도)가 800℃ 미만으로 되어 저온화된 경우에는, 페라이트 변태 개시 온도도 저하되기 때문에, 석출되는 탄화물이 조대화되어 버려 균일 신장이 열화된다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 열간 압연 공정에서는, 마무리 압연 온도를 800℃ 이상으로 한다. 마무리 압연 온도는, 바람직하게는 830℃ 이상이다. 한편, 마무리 압연 온도가 920℃ 이상으로 된 경우에는, 오스테나이트 입자의 조대화가 현저해져, 페라이트의 각 생성 사이트가 감소한 결과, 페라이트 입자의 조대화를 초래하여, 국부 신장이 열화된다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 열간 압연 공정에서는, 마무리 압연 온도를 920℃ 미만으로 한다. 마무리 압연 온도는, 바람직하게는 900℃ 미만이다.

[열간 마무리 압연 종료 후의 평균 냉각 속도:50℃/s 이상 250℃/s 이하]

본 실시 형태에 관한 열간 압연 공정에서는, 열간 마무리 압연 종료 후에, 강판을 50℃/s 이상 250℃/s 이하의 평균 냉각 속도로 냉각한다. 평균 냉각 속도가 50℃/s 미만인 경우에는, 오스테나이트의 입성장이 지나치게 진행되어, 페라이트의 세립화 효과를 얻을 수 없게 되어, 국부 신장의 열화를 초래한다. 열간 마무리 압연 후의 평균 냉각 속도는, 바람직하게는 60℃/s 이상이고, 보다 바람직하게는 100℃/s 이상이다. 한편, 평균 냉각 속도가 250℃/s를 초과하는 경우에는, 페라이트로의 변태가 억제되어, 침탄용 강판에 있어서, 페라이트의 결정립 직경을 10㎛ 이하로 제어하는 것이 어려워진다. 열간 마무리 압연 후의 평균 냉각 속도는, 바람직하게는 170℃/s 이하이다.

[권취 온도:700℃ 이하]

제조하는 침탄용 강판의 마이크로 조직을, 앞서 설명한 바와 같은 마이크로 조직으로 제어하기 위해서는, 후단의 어닐링 공정(보다 상세하게는, 구상화 어닐링)에 제공되기 전의 강판 조직(열연 강판)을, 주로, 면적률로 10％ 이상 80％ 이하의 페라이트와, 면적률로 10％ 이상 60％ 이하의 펄라이트를, 면적률의 합계가 100％ 이하로 되도록 함유하고, 잔부는 베이나이트, 마르텐사이트, 템퍼링 마르텐사이트 및 잔류 오스테나이트의 적어도 어느 것으로 구성되는 것이 바람직하다.

본 실시 형태에 관한 열간 압연 공정에 있어서, 권취 온도가 700℃를 초과한 경우에는, 페라이트 변태가 과도하게 촉진되는 결과 펄라이트의 생성이 억제되어 버려, 어닐링 후의 침탄용 강판에 있어서, 전체 탄화물 중 애스펙트비가 2.0 이하인 탄화물의 개수 비율을 10％ 이상으로 제어하는 것이 곤란해진다. 그 때문에, 본 실시 형태에 관한 열간 압연 공정에서는, 권취 온도의 상한을 700℃로 한다. 본 실시 형태에 관한 열간 압연 공정의 권취 온도에 대하여, 하한은 특별히 규정하는 것은 아니다. 단, 실조업상, 실온 이하에서 권취하는 것은 곤란하기 때문에, 실온이 실질적인 하한으로 된다. 본 실시 형태에 관한 열간 압연 공정의 권취 온도는 후단의 어닐링 공정 후의 탄화물의 개수 밀도를 더 저감시킨다는 관점에서, 400℃ 이상인 것이 바람직하다.

또한, 상기와 같은 열간 압연 공정에서 권취한 강판(열간 압연 강판)을 되감아 산세하고, 냉간 압연을 실시해도 된다. 산세에 의해 강판 표면의 산화물을 제거함으로써, 구멍 확장성의 가일층의 향상 등을 도모할 수 있다. 또한, 산세는 1회여도 되고, 복수회로 나누어 행해도 된다. 냉간 압연은, 통상의 압하율(예를 들어, 30 내지 90％)로 행하는 냉간 압연이어도 된다. 열간 압연 강판 및 냉간 압연 강판에는 열간 압연 및 냉간 압연된 상태의 것 이외에도, 통상의 조건에서 조질 압연을 실시한 강판도 포함된다.

본 실시 형태에 관한 열간 압연 공정에서는, 이상과 같이 하여, 열간 압연 강판이 제조된다. 제조된 열간 압연 강판, 또는 열간 압연 공정 후에 냉간 압연이 실시된 강판에 대하여, 또한, 이하에 상세하게 설명하는 두 어닐링 공정에 의해, 특정한 어닐링 처리를 실시함과 함께, 이하에 상세하게 설명하는 냉각 공정에 의해, 특정한 냉각 처리를 실시함으로써, 본 실시 형태에 관한 침탄용 강판을 얻을 수 있다.

<제1 어닐링 공정에 대하여>

이하에 상세하게 설명하는 제1 어닐링 공정은, 상기한 열간 압연 공정에 의해 얻어진 열간 압연 강판, 또는 열간 압연 공정 후에 냉간 압연이 실시된 강판에 대하여, 가열 온도가 Ac₁점 이하로 되는 특정한 열처리 조건에 의거하여, 1단째의 어닐링 처리(구상화 어닐링 처리)를 실시하는 공정이다.

보다 상세하게는, 본 실시 형태에 관한 제1 어닐링 공정에서는, 상기와 같이 하여 얻어진 열간 압연 강판, 또는 열간 압연 공정 후에 냉간 압연이 실시된 강판을, 질소 농도를 체적분율로 25％ 미만으로 제어한 어닐링 분위기에서, 1℃/h 이상 100℃/h 이하의 평균 가열 속도로, 하기 식 (101)에서 정의되는 Ac₁점 이하의 온도 영역까지 가열하고, Ac₁점 이하의 온도 영역에서 1h 이상 100h 이하 유지한다.

여기서, 하기 식 (101)에 있어서, [X]라는 표기는, 원소 X의 함유량(단위:질량％)을 나타내고, 해당하는 원소를 함유하지 않는 경우는 제로를 대입하는 것으로 한다.

[어닐링 분위기:질소 농도를 체적분율로 25％ 미만으로 제어한 분위기]

상기와 같은 제1 어닐링 공정에 있어서, 어닐링 분위기는 질소 농도를 체적분율로 25％ 미만으로 제어한 분위기로 한다. 질소 농도가 체적분율로 25％ 이상으로 되는 경우에는, 강판 중에 조대한 탄질화물이 형성되어, 균일 신장의 열화를 초래하기 때문에, 바람직하지 않다. 이러한 질소 농도는, 낮으면 낮을수록 바람직하다. 단, 질소 농도를 체적분율로 1％ 이하로 제어하는 것은, 비용상 불리하기 때문에, 체적분율 1％가 실질적인 하한으로 된다.

분위기 가스는, 예를 들어 질소, 수소 등의 가스, 또는 아르곤 등의 불활성 가스 중에서 적어도 1종을 적절히 선택하여, 어닐링 공정에 사용하는 가열로 내의 질소 농도가 원하는 농도로 되도록, 상기한 각종 가스를 사용하면 된다. 또한, 소량이라면, 분위기 가스에 산소 등의 가스가 포함되어도 문제 없다. 또한, 분위기 가스는, 수소 농도가 높을수록 바람직하고, 예를 들어 수소 농도를 60％ 이상으로 함으로써, 어닐링 장치 내의 열전도성을 높일 수 있어, 제조 비용을 삭감할 수 있다. 보다 구체적으로는, 어닐링 분위기로서, 수소 농도를 체적분율로 95％ 이상으로 하고, 잔부를 질소로 해도 된다. 가열로 내의 분위기 가스는, 예를 들어 상술한 가스를 도입하면서 가열로 내의 가스 농도를 적절히 계측함으로써, 제어하는 것이 가능하다.

[평균 가열 속도:1℃/h 이상 100℃/h 이하]

본 실시 형태에 관한 제1 어닐링 공정에서는, 평균 가열 속도를, 1℃/h 이상 100℃/h 이하로 하고, 상기 식 (101)에서 정하는 Ac₁점 이하의 온도 영역까지 가열 할 필요가 있다. 평균 가열 속도가 1℃/h 미만인 경우에는, 탄화물의 조대화가 조장되어 버려, 탄화물의 평균 원 상당 직경이 5.0㎛를 초과하고, 균일 신장이 열화된다. 제1 어닐링 공정에 있어서의 평균 가열 속도는, 바람직하게는 5℃/h 이상이다. 한편, 평균 가열 속도가 100℃/h를 초과하는 경우에는, 탄화물의 구상화가 충분히 촉진되지 않아, 전체 탄화물 중 애스펙트비가 2.0 이하인 탄화물의 개수 비율을 10％ 이상으로 제어하는 것이 곤란해진다. 제1 어닐링 공정에 있어서의 평균 가열 속도는, 바람직하게는 90℃/h 이하이다.

[가열 온도:Ac₁점 이하]

또한, 상기한 바와 같이 본 실시 형태에 관한 제1 어닐링 공정에 있어서의 가열 온도는, 상기 식 (101)에서 정하는 Ac₁점 이하로 할 필요가 있다. 가열 온도가 Ac₁점을 초과하는 경우에는, 탄화물의 구상화가 충분히 촉진되지 않아, 전체 탄화물 중 애스펙트비가 2.0 이하인 탄화물의 개수 비율을 10％ 이상으로 제어하는 것이 곤란해진다. 또한, 제1 어닐링 공정에 있어서의 가열 온도의 온도 영역의 하한은, 특별히 규정하는 것은 아니다. 단, 가열 온도의 온도 영역이 600℃ 미만이면, 제1 어닐링 처리에 있어서의 유지 시간이 길어져, 제조 비용이 불리해진다. 그 때문에, 가열 온도의 온도 영역은 600℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 탄화물의 상태를 더 적절하게 제어하기 위해, 본 실시 형태에 관한 제1 어닐링 공정에 있어서의 가열 온도의 온도 영역은 630℃ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 탄화물의 상태를 더 적절하게 제어하기 위해, 본 실시 형태에 관한 제1 어닐링 공정에 있어서의 가열 온도의 온도 영역은 670℃ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

[유지 시간:Ac₁점 이하의 온도 영역에서 1h 이상 100h 이하]

본 실시 형태에 관한 제1 어닐링 공정에 있어서, 상기와 같은 Ac₁점 이하(바람직하게는, 600℃ 이상 Ac₁점 이하)의 온도 영역을, 1h 이상 100h 이하 유지할 필요가 있다. 유지 시간이 1h 미만인 경우에는, 탄화물의 구상화가 충분히 촉진되지 않아, 전체 탄화물 중 애스펙트비가 2.0 이하인 탄화물의 개수 비율을 10％ 이상으로 제어하는 것이 곤란해진다. 본 실시 형태에 관한 제1 어닐링 공정에 있어서의 Ac₁점 이하(바람직하게는, 600℃ 이상 Ac₁점 이하)의 온도 영역의 유지 시간은, 바람직하게는 10h 이상이다. 한편, Ac₁점 이하(바람직하게는, 600℃ 이상 Ac₁점 이하)의 온도 영역의 유지 시간이 100h를 초과하는 경우에는, 탄화물의 조대화가 조장되어 버려, 탄화물의 평균 원 상당 직경이 5.0㎛를 초과하여, 균일 신장이 열화된다. 본 실시 형태에 관한 제1 어닐링 공정에 있어서의 Ac₁점 이하(바람직하게는, 600℃ 이상 Ac₁점 이하)의 온도 영역의 유지 시간은, 바람직하게는 90h 이하이다.

이상 설명한 바와 같은 제1 어닐링 공정에 이어서, 이하에 상세하게 설명하는 제2 어닐링 공정이 실시된다. 여기서, 제1 어닐링 공정과, 제2 어닐링 공정 사이의 시간 간격은 가능한 한 짧게 하는 것이 바람직하고, 인접하도록 마련된 2개의 가열로를 사용하거나 하여, 제1 어닐링 공정 및 제2 어닐링 공정을 연속해서 행하는 것이 더 바람직하다.

<제2 어닐링 공정에 대하여>

이하에 상세하게 설명하는 제2 어닐링 공정은, 상기한 제1 어닐링 공정을 거친 강판에 대하여, 가열 온도가 Ac₁점 초과가 되는 특정한 열처리 조건에 의거하여, 2단째의 어닐링 처리(구상화 어닐링 처리)를 실시하는 공정이다.

보다 상세하게는, 본 실시 형태에 관한 제2 어닐링 공정은, 상기와 같은 제1 어닐링 공정을 거친 강판을, 1℃/h 이상 100℃/h 이하의 평균 가열 속도로, 상기 식 (101)에서 정의되는 Ac₁점 초과 790℃ 이하의 온도 영역까지 가열하고, Ac₁점 초과 790℃ 이하의 온도 영역에서 1h 이상 100h 이하 유지하는 공정이다. 여기서, 제2 어닐링 공정에 있어서의 어닐링 분위기의 조건은, 제1 어닐링 공정에 있어서의 어닐링 분위기와 동일 조건으로 하면 된다.

[평균 가열 속도:1℃/h 이상 100℃/h 이하]

본 실시 형태에 관한 제2 어닐링 공정에서는, 평균 가열 속도를, 1℃/h 이상 100℃/h 이하로 하고, 상기 식 (101)에서 정하는 Ac₁점 초과 790℃ 이하의 온도 영역까지 가열할 필요가 있다. 평균 가열 속도가 1℃/h 미만인 경우에는, 탄화물의 조대화가 조장되어 버려, 탄화물의 평균 원 상당 직경이 5.0㎛를 초과하여, 균일 신장이 열화된다. 제2 어닐링 공정에 있어서의 평균 가열 속도는, 바람직하게는 5℃/h 이상이다. 한편, 평균 가열 속도가 100℃/h를 초과하는 경우에는, 탄화물의 구상화가 충분히 촉진되지 않아, 전체 탄화물 중 애스펙트비가 2.0 이하인 탄화물의 개수 비율을 10％ 이상으로 제어하는 것이 곤란해진다. 제2 어닐링 공정에 있어서의 평균 가열 속도는, 바람직하게는 90℃/h 이하이다.

[가열 온도:Ac₁점 초과 790℃ 이하]

또한, 상기한 바와 같이 본 실시 형태에 관한 제2 어닐링 공정에 있어서의 가열 온도는, 상기 식 (101)에서 정하는 Ac₁점 초과 790℃ 이하일 필요가 있다. 가열 온도가 Ac₁점 이하인 경우에는, 탄화물의 용해가 충분히 진행되지 않아, 1000㎛²당 탄화물의 개수를 100개 이하로 제한할 수 없게 된다. 여기서, 제2 어닐링 공정에 있어서의 가열 온도는, 더 높은 쪽이 탄화물의 용해는 촉진되지만, 제2 어닐링 공정에 있어서의 가열 온도가 790℃를 초과한 경우에는, 제1 어닐링 공정에 있어서 구상화시킨 탄화물이 용해되어 버려, 전체 탄화물 중 애스펙트비가 2.0 이하인 탄화물의 개수 비율을 10％ 이상으로 제어하는 것이 어려워진다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 제2 어닐링 공정에 있어서, 가열 온도는 790℃ 이하로 한다. 제2 어닐링 공정에 있어서의 가열 온도는, 바람직하게는 780℃ 이하이다.

[유지 시간:Ac₁점 초과 790℃ 이하의 온도 영역에서 1h 이상 100h 이하]

본 실시 형태에 관한 제2 어닐링 공정에 있어서, 상기와 같은 Ac₁점 초과 790℃ 이하의 온도 영역을, 1h 이상 100h 이하 유지할 필요가 있다. 유지 시간이 1h 미만인 경우에는, 탄화물의 용해가 충분히 진행되지 않아, 1000㎛²당 탄화물의 개수를 100개 이하로 제한할 수 없게 된다. Ac₁점 초과 790℃ 이하의 온도 영역의 유지 시간은, 바람직하게는 10h 이상이다. 한편, Ac₁점 초과 790℃ 이하의 온도 영역의 유지 시간이 100h를 초과하는 경우에는, 탄화물의 조대화가 조장되어 버려, 탄화물의 평균 원 상당 직경이 5.0㎛를 초과하고, 균일 신장이 열화된다. Ac₁점 초과 790℃ 이하의 온도 영역의 유지 시간은, 바람직하게는 90h 이하이다.

<냉각 공정에 대하여>

이하에 상세하게 설명하는 냉각 공정은, 제2 어닐링 공정의 어닐링 후의 강판을, 특정한 냉각 조건에 의거하여 냉각하는 공정이다.

보다 상세하게는, 본 실시 형태에 관한 냉각 공정에서는, 제2 어닐링 공정에서의 어닐링 후의 강판에 대하여, 제2 어닐링 공정에서의 어닐링 종료 시의 온도로부터 550℃까지의 온도 영역에 있어서의 평균 냉각 속도를 1℃/h 이상 100℃/h 이하로 하는 냉각을 실시한다.

[냉각 조건:1℃/h 이상 100℃/h 이하의 평균 냉각 속도로 550℃ 이하까지 냉각]

본 실시 형태에 관한 냉각 공정에서는, 제2 어닐링 공정에 있어서의 유지 종료 후의 강판을, 1℃/h 이상 100℃/h 이하의 평균 냉각 속도로 550℃ 이하까지 냉각한다. 평균 냉각 속도가 1℃/h 미만인 경우에는, 탄화물의 조대화가 조장되어 버려, 탄화물의 평균 원 상당 직경이 5.0㎛를 초과하여, 균일 신장이 열화된다. 평균 냉각 속도는, 바람직하게는 5℃/h 이상이다. 한편, 평균 냉각 속도가 100℃/h를 초과하는 경우에는, 탄화물의 용해가 충분히 진행되지 않아, 1000㎛²당 탄화물의 개수를 100개 이하로 제한할 수 없게 된다. 평균 냉각 속도는, 바람직하게는 90℃/h 이하이다.

또한, 냉각 정지 온도가 550℃를 초과하는 경우에는, 탄화물의 조대화가 조장되어 버려, 탄화물의 평균 원 상당 직경이 5.0㎛를 초과하여, 균일 신장이 열화된다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 냉각 공정에 있어서, 냉각 정지 온도는 550℃ 이하로 한다. 냉각 정지 온도는, 바람직하게는 500℃이다. 또한, 냉각 정지 온도의 하한은, 특별히 규정하는 것은 아니다. 단, 실온 이하까지 냉각하는 것은, 실조업상 곤란하기 때문에, 실온이 실질적인 하한으로 된다. 또한, 550℃ 미만의 온도 영역에 있어서의 평균 냉각 속도는 특별히 규정하는 것은 아니고, 임의의 평균 냉각 속도로 냉각을 실시하면 된다.

이상, 본 실시 형태에 관한 제1 어닐링 공정, 제2 어닐링 공정 및 냉각 공정에 대하여, 상세하게 설명했다.

이상 설명한 바와 같은 열간 압연 공정, 제1 어닐링 공정, 제2 어닐링 공정 및 냉각 공정을 실시함으로써, 앞서 설명한 바와 같은, 본 실시 형태에 관한 침탄용 강판을 제조할 수 있다.

또한, 이상 설명한 바와 같은 열간 압연 공정 후, 제1 어닐링 공정을 실시하기 전에, 열간 압연 후의 강판에 대하여, 유지 공정의 일례로서의 클러스터화 처리를 실시하는 것이 바람직하다. 클러스터화 처리는, 페라이트 결정립 내에 고용되는 탄소의 응집체(클러스터)를 형성시키기 위한 처리이다. 이러한 탄소의 응집체(클러스터)는 페라이트의 결정립 내에 있어서 수원자의 탄소가 응집한 것이고, 탄화물의 전구체로서 기능한다. 이러한 클러스터화 처리는, 열간 압연 후의 강판을, 예를 들어 대기 중, 40℃ 이상 70℃ 이하의 온도 영역에서, 72h 이상 350h 이하 유지함으로써 행해진다. 이와 같은 탄소의 응집체를 형성시킴으로써, 후단의 어닐링 공정에 있어서 탄화물의 형성이 더 촉진된다. 그 결과, 어닐링 후의 강판에 있어서 전이의 이동도를 더 향상시켜, 어닐링 후의 강판의 성형성을 더 향상시킬 수 있다.

이러한 클러스터화 처리에 있어서, 유지 온도가 40℃ 미만인 경우, 또는 유지 시간이 72h 미만인 경우에는, 탄소의 확산이 일어나기 어렵기 때문에, 클러스터화가 촉진되지 않을 가능성이 있다. 한편, 유지 온도가 70℃를 초과한 경우, 또는 유지 시간이 350h를 초과하는 경우에는, 클러스터화가 지나치게 촉진되어 응집 상태로부터 탄화물로의 천이가 일어나기 쉬워지고, 제1 어닐링 공정 및 제2 어닐링 공정에 있어서 탄화물의 사이즈가 지나치게 커져, 성형성이 저하될 가능성이 높아진다.

또한, 이상과 같이 하여 얻어진 침탄용 강판에 대하여, 예를 들어 후속 공정으로서 냉간 가공이 실시될 수 있다. 또한, 냉간 가공된 상기한 침탄용 강판에 대해서는, 예를 들어 탄소 포텐셜이 0.4 내지 1.0질량％인 범위에서, 침탄 열처리가 실시될 수 있다. 침탄 열처리의 조건은 특별히 한정되는 것은 아니고, 원하는 특성이 얻어지도록 적절히 조정하는 것이 가능하다. 예를 들어, 침탄용 강판을 오스테나이트 단상 영역 온도까지 가열하고, 침탄 처리한 후, 그대로 실온까지 냉각해도 되고, 일단 실온까지 냉각한 후에, 재가열하고, 급속 냉각해도 된다. 또한, 강도의 조정을 목적으로 하여, 부재의 전부 또는 일부에 대하여, 템퍼링 처리를 실시해도 된다. 또한, 방청 효과를 얻을 것을 목적으로 하여, 강판 표면에 도금을 실시해도 되고, 피로 특성의 향상을 목적으로 하여, 강판 표면에 숏 피닝을 실시해도 된다.

실시예

이어서, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다. 또한, 실시예에서의 조건은, 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위해 채용한 일 조건예이고, 본 발명은 이 일 조건예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은, 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 본 발명의 목적을 달성하는 한에 있어서, 다양한 조건을 채용할 수 있는 것이다.

(시험예 1)

이하의 표 1-1 및 표 1-2에 나타내는 화학 조성을 갖는 강재를, 이하의 표 2-1 내지 표 2-3에 나타내는 조건에서 열간 압연(및 냉간 압연)한 후, 어닐링을 실시하여, 침탄용 강판을 얻었다. 본 시험예에서는, 열간 압연 공정과 제1 어닐링 공정 사이에서, 상기한 클러스터화 처리는 실시하지 않았다. 또한, 이하의 표 1-1 및 표 1-2 및 표 2-1 내지 표 2-3에 있어서, 밑줄은 본 발명의 범위 외인 것을 나타낸다. 또한, 이하의 표 2-1 내지 표 2-3에 나타낸 「냉각 공정」에 있어서의 「평균 냉각 속도」는 제2 어닐링 종료 시의 온도부터 550℃까지의 온도 영역에 있어서의 평균 냉각 속도이다.

[표 1-1]

[표 1-2]

[표 2-1]

[표 2-2]

[표 2-3]

얻어진 침탄용 강판의 각각에 대하여, (1) 탄화물의 개수 밀도, (2) 전체 탄화물 중 애스펙트비가 2.0 이하인 탄화물의 개수 비율, (3) 탄화물의 평균 원 상당 직경, 및 (4) 페라이트의 평균 결정립 직경에 대하여, 앞서 설명한 방법에 의해 측정했다.

또한, 얻어진 각각의 침탄용 강판의 균일 신장 및 국부 신장을 평가하기 위해, 인장 시험을 실시했다. 인장 시험은 강판의 표리면을 동량씩 연삭하여, 판 두께를 2㎜로 한 후, JIS Z 2201에 기재된 5호 시험편을 제작하고, JIS Z 2241에 기재된 시험 방법에 따라 실시하고, 인장 강도, 균일 신장, 국부 신장을 측정했다. 또한, 항복점 신장이 발생한 경우는, 균일 신장으로부터 항복점 신장을 뺀 수치를, 균일 신장이라고 했다.

또한, 참고로, 침탄 후의 ??칭성을 나타내는 지표인 이상 임계 직경을 산출했다. 이상 임계 직경 D_i는 강판의 성분으로부터 산출되는 지표이고, Grossmann/Hollomon, Jaffe의 방법을 사용하여 이하의 식 (201)에 따라 산출할 수 있다. 이상 임계 직경 D_i의 값이 클수록, ??칭성이 우수한 것을 나타낸다.

본 시험예에서는, 침탄용 강판의 인장 강도×균일 신장(㎫·％)이 6500 이상이고, 또한 인장 강도×국부 신장(㎫·％)이 7000 이상인 경우를, 연성이 우수한 것으로 하여, 「실시예」로 했다.

이하의 표 3-1 내지 표 3-3에, 얻어진 각각의 침탄용 강판의 마이크로 조직 및 특성을 통합하여 나타냈다.

[표 3-1]

[표 3-2]

[표 3-3]

상기 표 3-1 내지 표 3-3으로부터 명백해진 바와 같이, 본 발명의 실시예에 해당하는 침탄용 강판은, 인장 강도×균일 신장(㎫·％)이 6500 이상으로 되고, 또한 인장 강도×국부 신장(㎫·％)이 7000 이상으로 되어, 우수한 연성을 갖고 있음이 밝혀졌다. 또한, 참고로서 기재한 이상 임계 직경도 5 이상으로 되어, 본 발명의 실시예에 해당하는 침탄용 강판은 우수한 ??칭성도 겸비하고 있음을 알 수 있다.

한편, 상기 표 3-1 내지 표 3-3으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 비교예에 해당하는 침탄용 강판은, 인장 강도×균일 신장 및 인장 강도×국부 신장의 적어도 어느 것이 기준값 미만으로 되어, 우수한 연성을 갖고 있지 않음이 밝혀졌다.

(시험예 2)

이하의 표 4에 나타내는 화학 조성을 갖는 강재를, 이하의 표 5에 나타내는 조건에서 열간 압연(및 냉간 압연)한 후, 어닐링을 실시하여, 침탄용 강판을 얻었다. 본 시험예에서는, 열간 압연 공정과 제1 어닐링 공정 사이에서, 상기한 클러스터화 처리를 실시한 침탄용 강판과, 실시하지 않은 침탄용 강판의 각각에 대하여, 검증을 행하였다. 또한, 이하의 표 5에 나타낸 「냉각 공정」에 있어서의 「평균 냉각 속도」는 제2 어닐링 종료 시의 온도부터 550℃까지의 온도 영역에 있어서의 평균 냉각 속도이다. 또한, 클러스터화 처리는, 열간 압연 후의 강판을, 대기 중, 55℃에서 105시간 유지함으로써 실시했다. 이하의 표 5로부터 명백해진 바와 같이, 클러스터화 처리의 유무 이외는, 거의 동일한 조건이 되도록, 각 처리 공정을 실시했다.

[표 4]

[표 5]

얻어진 침탄용 강판 각각에 대하여, 상기 시험예 1과 마찬가지로 각종 평가를 행하였다. 또한, 본 시험예에서는, 마이크로 조직 중의 탄화물에 대하여, 시험예 1에 있어서의 항목에 더하여, 탄화물의 평균 원 상당 직경의 최댓값, 최솟값, 최댓값과 최솟값의 차의 각각에 대해서도 측정했다. 또한, 본 시험예에서는, 얻어진 각각의 침탄용 강판의 냉간 가공성을 평가하기 위해, 시험예 1에 있어서의 평가 항목에 더하여, JIS Z 2256(금속 재료의 구멍 확장 시험 방법)에 의거하여, 구멍 확장 시험을 행하였다. 구멍 확장률은, 얻어진 각각의 침탄용 강판의 임의의 위치로부터 시험편을 채취하고, JIS Z 2256에 규정되어 있는 시험 방법 및 계산식에 따라, 산출했다. 본 시험예에서는, 얻어진 구멍 확장률이 80％ 이상인 경우를 극한 변형능이 우수한 것으로 하여, 「실시예」로 했다.

이하의 표 6에, 얻어진 각각의 침탄용 강판의 마이크로 조직 및 특성을 통합하여 나타냈다.

[표 6]

상기 표 6으로부터 명백해진 바와 같이, 열간 압연 공정과 제1 어닐링 공정 사이에 클러스터화 처리를 실시함으로써, 얻어진 탄화물의 크기가 균일화되어, 클러스터화 처리를 실시한 침탄용 강판의 구멍 확장률이 한층 향상되었음을 알 수 있다.

이상, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대하여 상세하게 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술의 분야에 있어서의 통상의 지식을 갖는 자라면, 특허 청구 범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에 있어서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있음은 명확하고, 이들에 대해서도, 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것이라고 이해된다.

Claims (5)

1. 질량％로,
   C:0.02％ 이상 0.10％ 미만
   Si:0.005％ 이상 0.5％ 미만
   Mn:0.01％ 이상 3.0％ 미만
   P:0.1％ 이하
   S:0.1％ 이하
   sol.Al:0.0002％ 이상 3.0％ 이하
   N:0.2％ 이하
   Ti:0.010％ 이상 0.150％ 이하
   를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고,
   1000㎛²당 탄화물의 개수가 100개 이하이고,
   애스펙트비가 2.0 이하인 탄화물의 개수 비율이, 전체 탄화물에 대하여 10％ 이상이고,
   탄화물의 평균 원 상당 직경이 5.0㎛ 이하이고,
   페라이트의 평균 결정립 직경이 10㎛ 이하인, 침탄용 강판.
2. 제1항에 있어서, 잔부인 Fe의 일부 대신에, 질량％로,
   Cr:0.005％ 이상 3.0％ 이하
   Mo:0.005％ 이상 1.0％ 이하
   Ni:0.010％ 이상 3.0％ 이하
   Cu:0.001％ 이상 2.0％ 이하
   Co:0.001％ 이상 2.0％ 이하
   Nb:0.010％ 이상 0.150％ 이하
   V:0.0005％ 이상 1.0％ 이하
   B:0.0005％ 이상 0.01％ 이하
   의 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는, 침탄용 강판.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 잔부인 Fe의 일부 대신에, 질량％로,
   Sn:1.0％ 이하
   W:1.0％ 이하
   Ca:0.01％ 이하
   REM:0.3％ 이하
   의 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는, 침탄용 강판.
4. 제1항 또는 제2항에 기재된 침탄용 강판을 제조하는 방법이며,
   제1항 또는 제2항에 기재된 화학 조성을 갖는 강재를 가열하고, 열간 마무리 압연을 800℃ 이상 920℃ 미만의 온도 영역에서 종료한 후, 열간 마무리 압연 종료 시의 온도부터 냉각 정지 온도까지의 온도 영역을 50℃/s 이상 250℃/s 이하의 평균 냉각 속도로 냉각하고, 700℃ 이하의 온도에서 권취하는 열간 압연 공정과,
   상기 열간 압연 공정에 의해 얻어진 강판, 또는 상기 열간 압연 공정 후에 냉간 압연이 실시된 강판을, 질소 농도를 체적분율로 25％ 미만으로 제어한 어닐링 분위기에서, 1℃/h 이상 100℃/h 이하의 평균 가열 속도로, 하기 식 (1)에서 정의되는 Ac₁점 이하의 온도 영역까지 가열하고, 당해 Ac₁점 이하의 온도 영역에서 1h 이상 100h 이하 유지하는 제1 어닐링 공정과,
   상기 제1 어닐링 공정을 거친 강판을, 상기 1℃/h 이상 100℃/h 이하의 평균 가열 속도로, 하기 식 (1)에서 정의되는 Ac₁점 초과 790℃ 이하의 온도 영역까지 가열하고, 당해 Ac₁점 초과 790℃ 이하의 온도 영역에서 1h 이상 100h 이하 유지하는 제2 어닐링 공정과,
   상기 제2 어닐링 공정에서의 어닐링 후의 강판에 대하여, 상기 제2 어닐링 공정에서의 어닐링 종료 시의 온도부터 550℃까지의 온도 영역에 있어서의 평균 냉각 속도를 1℃/h 이상 100℃/h 이하로 하는
   냉각을 실시하는 냉각 공정
   을 포함하는, 침탄용 강판의 제조 방법.
   여기서, 하기 식 (1)에 있어서, [X]라는 표기는, 원소 X의 함유량(단위:질량％)을 나타내고, 해당하는 원소를 함유하지 않는 경우는 제로를 대입하는 것으로 한다.
   

   
5. 제4항에 있어서, 상기 열간 압연 공정과 상기 제1 어닐링 공정 사이에, 상기 열간 압연 공정에 의해 얻어진 강판을, 대기 중, 40℃ 이상 70℃ 이하의 온도에서, 72h 이상 350h 이하 유지하는 유지 공정을 더 포함하는, 침탄용 강판의 제조 방법.