本發(fā)明涉及在熱處理前的加工中顯示出良好的冷加工性，并且在滲碳熱處理后顯示出既定的表面硬度，以及即使在距表面很深的地方仍顯示出期望的硬度的熱軋鋼板，具體而言，是在作為各種結(jié)構(gòu)用零件所使用的鋼材之中，特別是涉及作為為了改善耐磨損性和耐疲勞特性，而經(jīng)由滲碳淬火或碳氮共滲淬火處理，進(jìn)行了表面硬質(zhì)化處理的零件的原材有用的熱軋鋼板，例如作為用于制造汽車等的各部分所用的離合器、阻尼器、齒輪(gear)等的原材有用的熱軋鋼板。還有，在以下的說明中，代表性地選取適用于離合器類的情況進(jìn)行說明，但本發(fā)明當(dāng)然不限定于此類制造，而是可作為一邊活用其優(yōu)異的滲碳淬火性和碳氮共滲淬火性，以維持芯部的高韌性，一邊使表層部硬質(zhì)化，從而用于制造要求有高表面硬度和優(yōu)異的沖擊特性的這種零件的原材被有效利用。

背景技術(shù)：
近年來，從環(huán)境保護(hù)的觀點(diǎn)出發(fā)，以提高汽車的燃油效率為目的，對于汽車用的各種零件，例如用于齒輪等的傳動零件和外殼等的鋼材的輕量化，即高強(qiáng)度化的要求越發(fā)提高。為了順應(yīng)這樣的輕量化·高強(qiáng)度化的要求，作為一般所用的鋼材，能夠使用的是對棒鋼進(jìn)行熱鍛的鋼材(熱鍛材)(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。另外，為了削減零件制造工序中的CO2的排放量，至今關(guān)于利用熱鍛加工的齒輪等零件的冷鍛化的要求也高漲。另外，冷加工(冷鍛)與熱加工和溫加工相比較，有生產(chǎn)率高，而且尺寸精度和鋼材的產(chǎn)出率均良好的優(yōu)點(diǎn)。但是，通過這樣的冷加工制造零件時成為問題的是，為了將冷加工的零件的強(qiáng)度確保在期待的預(yù)定值以上，必然需要使用強(qiáng)度、即變形阻力高的鋼材?？墒谴嬖诘碾y點(diǎn)是，使用的鋼材的變形阻力越高，越會招致冷加工用金屬模具的壽命縮短?；谏鲜霰尘埃趥鲃恿慵念I(lǐng)域也進(jìn)行了如下研究，即，由一直以來的棒鋼的鍛造品(熱鍛、冷鍛等)，轉(zhuǎn)換成以零件的輕量化和低成本化為目標(biāo)而使用鋼板的零件制造。其中，在齒輪、阻尼器和離合器等表面會遭受表面壓力的零件中，為了賦予其耐磨損性和耐疲勞特性而進(jìn)行的是，在對于鋼板實(shí)施零件加工之后，通過滲碳熱處理而提高表面硬度。作為這些零件制造用的鋼板，歷來使用普通的軟鋼(SPHC等)，但要求進(jìn)一步的高強(qiáng)度化、高硬度化。將鋼板冷加工(沖壓成形等)成既定形狀后，進(jìn)行滲碳熱處理，從而制造確保有既定的強(qiáng)度、表面硬度的高強(qiáng)度零件。為了提高滲碳表面的硬度，考慮增加以C量為中心的主要成分、添加元素的量，但若是這樣，則熱處理前的冷加工性降低。因此，期望有一種兼顧確保冷加工性和提高滲碳熱處理后的表面硬度的解決策略。如上述，本發(fā)明以熱軋鋼板為對象，而作為涉及熱軋鋼板的現(xiàn)有技術(shù)，例如可列舉下述專利文獻(xiàn)2～6。專利文獻(xiàn)2所公開的熱軋鋼板，以面積比例計(jì)金屬組織的70％以上為鐵素體相，其平均晶粒直徑為50μm以下，縱橫比為3以下，而且鐵素體晶界的70％以上由大角晶界構(gòu)成，由大角晶界形成的鐵素體相的最大徑為30μm以下且最小徑為5nm以上的析出物的面積比例為金屬組織的2％以下，且除去鐵素體相和析出物的余量相中面積比例最大的第二相的平均晶粒直徑為50μm以下，最近的第二相間存在鐵素體相的大角晶界，由此強(qiáng)度與拉伸凸緣性的平衡提高。專利文獻(xiàn)3所公開的熱軋鋼板，鐵素體平均粒徑為1～10μm，鐵素體粒徑的標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.0μm以下，夾雜物的形狀比為2.0以下，由此拉伸凸緣性提高。專利文獻(xiàn)4所公開的熱軋鋼板，組織是鐵素體相分率為50％以上、殘余貝氏體即鐵素體·貝氏體組織，板厚t的1/8t～3/8t的范圍內(nèi)的Mn微偏析在滿足0.10≥σ/Mn的范圍內(nèi)，由此拉伸凸緣性提高。專利文獻(xiàn)5所公開的熱軋鋼板，組織中鐵素體相的面積率為20％以上、回火馬氏體相的面積率為10～60％、馬氏體相的面積率為0～10％、殘留奧氏體相的體積率為3～15％，由此拉伸性和拉伸凸緣性提高。但是，上述專利文獻(xiàn)2～5所公開的熱軋鋼板雖然冷加工性優(yōu)異，但對于滲碳熱處理后的表面硬度沒有任何提及，其改善效果是不明確的。另一方面，專利文獻(xiàn)6所公開的熱軋鋼板(滲碳鋼帶)，板厚方向表層部到深度50μm的平均硬度為170HV以上，且金屬組織為鐵素體+珠光體，表面碳濃度CS(質(zhì)量％)與鋼中平均碳濃度CM(質(zhì)量％)之差ΔC＝CS-CM為0.1質(zhì)量％以上，由此能夠減輕沖裁時的“塌邊”，并且可以省略沖裁后的滲碳處理。但是，上述專利文獻(xiàn)6所公開的熱軋鋼板(滲碳鋼帶)雖然滲碳熱處理后的表面硬度優(yōu)異，但對于冷加工性沒有任何提及，其改善效果是不明確的。如上所述，關(guān)于兼具冷加工性和滲碳熱處理后的表面硬度的熱軋鋼板，目前為止基本沒有研究過?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1：日本專利第3094856號公報專利文獻(xiàn)2：日本專利第3821036號公報專利文獻(xiàn)3：日本專利第4276504號公報專利文獻(xiàn)4：日本專利第4644075號公報專利文獻(xiàn)5：日本特開2011-168861號公報專利文獻(xiàn)6：日本特開2010-222663號公報

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
發(fā)明要解決的課題因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種兼?zhèn)淅浼庸ば院蜐B碳熱處理后的表面硬度的熱軋鋼板。還有，在本發(fā)明中，滲碳熱處理除了通常的用于滲碳的熱處理以外，也包括用于碳氮共滲的熱處理的情況。用于解決課題的手段第一發(fā)明，是一種冷加工性和滲碳熱處理后的表面硬度優(yōu)異的熱軋鋼板，其特征在于，板厚為2～10mm，成分組成以質(zhì)量％計(jì)(以下，涉及化學(xué)成分均同。)含有C：0.05～0.30％、Mn：0.3～3.0％、Al：0.015～0.1％、N：0.003～0.30％，余量由鐵和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，組織以面積率計(jì)包含鐵素體：10～50％、珠光體：15～50％、余量：由貝氏體構(gòu)成，關(guān)于包含所述鐵素體和珠光體的全部相的晶粒(以下，稱為“全部晶?！?。)，縱橫比(長軸/短軸)為3以下的晶粒個數(shù)為所述全部晶粒個數(shù)的60％以上，并且所述全部晶粒的平均晶粒直徑為3～50μm的范圍。第二發(fā)明，是根據(jù)第一發(fā)明所述的熱軋鋼板，其中，在所述不可避免的雜質(zhì)之中，Si：0.5％以下，P：0.030％以下，S：0.035％以下。第三發(fā)明，是根據(jù)第一或第二發(fā)明所述的熱軋鋼板，其中，成分組成還含有下述(a)～(f)中的至少任一種。(a)從Cr：3.0％以下(不含0％)、Mo：1.0％以下(不含0％)和Ni：3.0％以下(不含0％)所構(gòu)成的組中選擇的至少一種(b)從Cu：2.0％以下(不含0％)和Co：5％以下(不含0％)所構(gòu)成的組中選擇的至少一種(c)從V：0.5％以下(不含0％)、Ti：0.1％以下(不含0％)和Nb：0.1％以下(不含0％)所構(gòu)成的組中選擇的至少一種(d)從Ca：0.08％以下(不含0％)和Zr：0.08％以下(不含0％)所構(gòu)成的組中選擇的至少一種(e)Sb：0.02％以下(不含0％)(f)從REM：0.05％以下(不含0％)、Mg：0.02％以下(不含0％)、Li：0.02％以下(不含0％)、Pb：0.5％以下(不含0％)和Bi：0.5％以下(不含0％)所構(gòu)成的組中選擇的至少一種發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，能夠提供在鐵素體+珠光體主體的組織中，通過使晶粒等軸化且微細(xì)化，從而確保冷加工性并且在滲碳熱處理后可以得到既定的表面硬度的熱軋鋼板。具體實(shí)施方式以下，對于本發(fā)明的熱軋鋼板(以下，也稱為“本發(fā)明鋼板”或僅稱為“鋼板”。)更詳細(xì)地加以說明。本發(fā)明鋼板，雖然其成分組成與上述專利文獻(xiàn)1所述的熱鍛材(高強(qiáng)度高韌性表面硬化用鋼)重復(fù)，但在以下方面有所不同，即，使組織成為鐵素體+珠光體主體組織，并且使晶粒等軸化且微細(xì)化。〔本發(fā)明鋼板的板厚：2～10mm〕首先，本發(fā)明鋼板以板厚2～10mm的為對象。板厚低于2mm時，不能確保作為構(gòu)造體的剛性。另一方面，若板厚高于10mm，則難以達(dá)成本發(fā)明中規(guī)定的組織形態(tài)，將得不到期望的效果。板厚的下限優(yōu)選為3mm以上，更優(yōu)選為4mm以上。另外，上限優(yōu)選為9mm以下，更優(yōu)選為7mm以下。其次，對于構(gòu)成本發(fā)明鋼板的成分組成進(jìn)行說明。以下，化學(xué)成分的單位全部是質(zhì)量％?！脖景l(fā)明鋼板的成分組成〕<C：0.05～0.30％>C在確保作為最終得到的滲碳(或碳氮共滲)淬火零件的芯部強(qiáng)度上是不能欠缺的元素，低于0.05％時，得不到充分的強(qiáng)度。但是，若過剩地含有，則除了韌性劣化以外，可切削性和冷鍛性也降低而損害加工性，因此以0.30％為上限。C的優(yōu)選的含量為0.08～0.25％的范圍。<Mn：0.3～3.0％>Mn是對鋼液的脫氧有效的元素，為了使這一效果有效地發(fā)揮，必須含有0.3％以上，但是若過度地含有，則對冷加工性、可切削性造成不利影響，并且由于向結(jié)晶晶界的偏析量的增大，致使晶界強(qiáng)度降低，進(jìn)而將給沖擊特性帶來不利影響，因此必須抑制在3.0％以下。Mn的優(yōu)選的含量在0.5～2.0％的范圍。<Al：0.015～0.1％>Al是作為鋼材的脫氧材而包含在鋼中的元素，與鋼中的N結(jié)合而生成AlN，具有防止晶粒的粗大化的作用。為了有效地發(fā)揮這樣的效果，必須含有0.015％以上，但其效果在0.1％左右飽和，若高于此，則與氧結(jié)合而成為非金屬系夾雜物，將給沖擊特性等帶來不利影響，因此將0.1％定為上限。優(yōu)選為0.08％以下，更優(yōu)選為0.06％以下，特別優(yōu)選為0.04％以下。<N：0.003～0.30％>N在鋼中與Al、V、Ti、Nb等結(jié)合而生成氮化物，具有抑制晶粒的粗大化的作用，該效果通過含有0.003％以上而得到有效地發(fā)揮。優(yōu)選為0.005％以上。但是，這些效果在0.30％左右飽和，若更多含有，則氮化物成為夾雜物而給物性帶來不利影響，因此將0.30％定為上限。優(yōu)選為0.10％以下，更優(yōu)選為0.05％以下，特別優(yōu)選為0.03％以下。本發(fā)明鋼板基本上含有上述成分，余量是鐵和不可避免的雜質(zhì)，但不可避免地混入的Si、P和S，由于下述的理由而期望分別盡可能抑制得少。<Si：0.5％以下>Si作為強(qiáng)化元素或脫氧性元素而有效地起作用，另一方面，其助長晶界氧化而使彎曲疲勞特性劣化，并且給冷鍛性帶來不利影響。因此為了消除這一障礙，必須將其含量抑制在0.5％以下，特別是要求高水平的彎曲疲勞特性時，期望將其含量抑制在0.1％以下。從這樣的觀點(diǎn)出發(fā)，Si的更優(yōu)選的含量為0.02～0.1％的范圍。<P：0.030％以下>P在結(jié)晶晶界偏析而使韌性降低，因此其上限定為0.030％。P的更優(yōu)選的含量為0.020％以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0.010％以下。<S：0.035％以下>S生成MnS，有助于可切削性的提高，但將本發(fā)明應(yīng)用于齒輪等之時，不僅縱向的沖擊特性，而且橫向的沖擊特性也很重要，為了提高橫向的沖擊特性，需要減少各向異性，為此必須將S含量抑制在0.035％以下。S的更優(yōu)選的含量為0.025％以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0.020％以下。另外在本發(fā)明鋼板中，除了上述的基本成分以外，在不損害本發(fā)明的作用的范圍，還能夠含有以下的允許成分。<從Cr：3.0％以下(不含0％)、Mo：1.0％以下(不含0％)、Ni：3.0％以下(不含0％)所構(gòu)成的組中選擇的至少一種>這些元素在具有提高淬火性或使淬火組織微細(xì)化的方面是有用元素，特別是Cr具有優(yōu)異的淬火性提高效果，另外Mo有效地作用于不完全淬火組織的減少和淬火性的提高，此外對于晶界強(qiáng)度的提高也有效地起作用，此外Ni使淬火后的組織微細(xì)化而有助于耐沖擊性的提高。這樣的效果通過優(yōu)選含有Cr：0.2％以上、Mo：0.08％以上、Ni：0.2％以上之中至少一種而得到有效地發(fā)揮，但若Cr量高于3.0％，則Cr生成碳化物而發(fā)生晶界偏析，使晶界強(qiáng)度降低，給韌性帶來不利影響，Mo的上述效果約在1.0％時飽和，另外Ni的上述效果也在3.0％時飽和，因此更多的添加在經(jīng)濟(jì)上完全是浪費(fèi)。<Cu：2.0％以下(不含0％)和/或Co：5％以下(不含0％)>Cu在提高耐腐蝕性上是有效發(fā)揮作用的元素，這一效果通過優(yōu)選含有0.3％以上而得到有效地發(fā)揮，但該效果在2.0％時飽和，因此更多的含有便是浪費(fèi)。還有，若使Cu單獨(dú)含有，則鋼材的熱加工性有變差的傾向，因此為了避免這一弊端，期望在所述含量的范圍內(nèi)并用具有熱加工性提高效果的Ni。另外Cu和Co均有使鋼材發(fā)生應(yīng)變時效，使之硬化的作用，在提高加工后強(qiáng)度上是有效的元素。為了使這樣的作用有效地發(fā)揮，優(yōu)選這些元素分別含有0.1％以上，更優(yōu)選含有0.3％以上。但是，若Co的含量過剩，則使鋼材發(fā)生應(yīng)變時效和使之硬化的效果飽和，此外，使加工后強(qiáng)度提高的效果也飽和，另外，還有可能促進(jìn)裂紋，因此推薦Co的含量為5％以下，進(jìn)一步推薦為4％以下，特別推薦為3％以下。<從V：0.5％以下(不含0％)、Ti：0.1％以下(不含0％)、Nb：0.1％以下(不含0％)所構(gòu)成的組中選擇的至少一種>這些元素與C、N結(jié)合而生成碳化物和氮化物，使晶粒微細(xì)化，有助于韌性(耐沖擊性)的提高，但其效果分別在上限值附近飽和，反而有可能給可切削性和冷加工性帶來不利影響，因此必須分別抑制在上限值以下。用于有效地發(fā)揮這些元素的添加效果的優(yōu)選的下限值為V：0.03％，Ti：0.005％和Nb：0.005％。<Ca：0.08％以下(不含0％)和/或Zr：0.08％以下(不含0％)>Ca將硬質(zhì)的夾雜物以柔軟的夾雜物包裹起來，另外Zr使MnS球狀化，均有助于可切削性的提高，除此之外，兩種元素均具有的作用是，通過減少由于MnS的球狀化造成的各向異性而提高橫向的沖擊特性，但這些效果分別在0.08％時飽和，因此推薦分別為0.08％以下，進(jìn)一步推薦為0.05％以下，特別推薦為0.01％以下。還有，用于使這些元素的上述效果有效發(fā)揮的優(yōu)選的下限值為Ca：0.0005％(更優(yōu)選為0.001％)、Zr：0.002％。<Sb：0.02％以下(不含0％)>Sb抑制晶界氧化，在提高彎曲疲勞強(qiáng)度上是有效的元素，但該效果在0.02％時飽和，因此更多的添加在經(jīng)濟(jì)上是浪費(fèi)。用于使該Sb的添加效果有效發(fā)揮的優(yōu)選的下限值是0.001％。<從REM：0.05％以下(不含0％)、Mg：0.02％以下(不含0％)、Li：0.02％以下(不含0％)、Pb：0.5％以下(不含0％)、Bi：0.5％以下(不含0％)所構(gòu)成的組中選擇的至少一種>REM與Zr和Ca同樣，使MnS等硫化化合物系夾雜物球狀化，提高鋼的變形能力，并且是有助于可切削性的提高的元素。為了使這樣的作用有效地發(fā)揮，優(yōu)選使REM含有0.0005％以上，更優(yōu)選含有0.001％以上。但是，即使過剩地含有，其效果也是飽和，不能期待與含量相應(yīng)的效果，因此推薦為0.05％以下，進(jìn)一步推薦為0.03％以下，特別推薦為0.01％以下。還有，在本發(fā)明中，所謂REM表示包含鑭系元素(從La至Ln的15種元素)以及Sc(鈧)和Y(釔)。這些元素之中，優(yōu)選含有從La、Ce和Y所構(gòu)成的組中選擇的至少一種的元素，更優(yōu)選含有La和/或Ce。Mg與Zr和Ca同樣，使MnS等硫化化合物系夾雜物球狀化，提高鋼的變形能力，并且是有助于可切削性的提高的元素。為了使這樣的作用有效地發(fā)揮，優(yōu)選使Mg含有0.0002％以上，更優(yōu)選含有0.0005％以上。但是，即使過剩地含有，其效果也是飽和，不能期待與含量相應(yīng)的效果，因此推薦為0.02％以下，進(jìn)一步推薦為0.015％以下，特別推薦為0.01％以下。Li與Zr和Ca同樣，使MnS等硫化化合物系夾雜物球狀化，能夠提高鋼的變形能力，另外，使Al系氧化物低熔點(diǎn)化而使之無害化，是有助于可切削性的提高的元素。為了有效地發(fā)揮這樣的作用，優(yōu)選使Li含有0.0002％以上，更優(yōu)選含有0.0005％以上。但是，即使過剩地含有，其效果也是飽和，不能期待與含量相應(yīng)的效果，因此推薦為0.02％以下，進(jìn)一步推薦為0.015％以下，特別推薦為0.01％以下。Pb在用于提高可切削性上是有效的元素。為了使這樣的作用有效地發(fā)揮，優(yōu)選使Pb含有0.005％以上，更優(yōu)選含有0.01％以上。但是，若過剩地含有，則產(chǎn)生軋制痕的發(fā)生等制造上的問題，因此推薦為0.5％以下，更推薦為0.4％以下，特別推薦為0.3％以下。Bi與Pb同樣，在用于提高可切削性上是有效的元素。為了有效地發(fā)揮這...