JP2004256872A - 伸びおよび伸びフランジ性に優れる高張力冷延鋼板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】伸びおよび伸びフランジ性に優れる高張力冷延鋼板、特にＴＳ９８０ＭＰａ以上、伸び１６％以上、かつ伸びフランジ性の評価指標である穴拡げ率が５０％以上であり、さらに伸び特性の板幅方向のばらつきが小さい、冷延鋼板を提供する。
【解決手段】Ｃ：０．０８ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：１．６ｍａｓｓ％以上３．０ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：２．０ｍａｓｓ％以上３．５ｍａｓｓ％以下、Ｐ：０．０１５ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．００５ｍａｓｓ％以下およびＡｌ：０．０５ｍａｓｓ％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物の成分組成とすると共に、フェライトが面積率で６５％以上８５％以下で残部が焼戻しマルテンサイトの組織とする。
【選択図】 なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、伸びおよび伸びフランジ性に優れる、引張強さ（ＴＳ）が９８０ＭＰａ超級の高張力冷延鋼板、特に自動車用のシートレールやドア、或いはキャビンの補強材等に使用される、板厚が０．５〜３．０ｍｍの高張力冷延鋼板およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
昨今の地球環境問題に端を発する排出ガス規制に関連し、車体重量の軽減は極めて重要な問題である。それとともに乗客の安全性確保も同様に重要である。この両者を両立するためには、使用する鋼板の強度を高めることは勿論のこと、部品形状を工夫し、剛性および耐衝突特性を向上することが試みられている。そのため、素材となる鋼板には従来鋼板を凌ぐ成形性が要求されている。
【０００３】
すなわち、自動車部品の成形には鋼板の伸び特性が必要となる部分と伸びフランジ特性が必要となる部分とがあり、両者を両立させることは非常に困難であった。例えば、伸び特性を向上させる技術として、特許文献１に残留オーステナイトを利用することが開示されているが、伸びフランジ性については記載されていない。一方、伸びフランジ性に優れる鋼板については、特許文献２にフェライト＋ベイナイト＋マルテンサイト組織とする技術が記載されているが、伸び特性が低いために、伸び特性と伸びフランジ特性とを同時に必要とする部品の成形は困難であった。
【０００４】
また、従来のＴＳが９８０ＭＰａ超級、すなわちＴＳが９８０ＭＰａ以上の高張力冷延鋼板は、厳密な制御の下に製造する必要があるため、得られた鋼板は板幅方向に特性のばらつきが大きく、自動車産業のように、幅１ｍ前後の鋼板を多量に使用する場合には、そのばらつきが原因で部品形状や成形条件によって成形が困難となることがある。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６１−２１７５２９号公報
【特許文献２】
特開平３−２６４６４５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記問題に鑑みて、伸びおよび伸びフランジ性に優れる高張力冷延鋼板、特にＴＳ９８０ＭＰａ以上、伸び１６％以上、かつ伸びフランジ性の評価指標である穴拡げ率が５０％以上であり、さらに伸び特性の板幅方向のばらつきが小さい冷延鋼板を、その製造方法に併せて提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、上記課題を解決するために鋭意究明した結果、以下の知見を得るに至った。すなわち、従来、ＴＳ９８０ＭＰａ超級鋼板を製造するに当り、フェライトは軟質でＴＳ９８０ＭＰａを達成することが困難であるため、フェライト以外の低温変態相を利用していた。しかし、さらに詳しく研究した結果、低温変態相は伸び特性を劣化させることが判明した。
【０００８】
そこで、伸び特性を向上させるためにフェライトを多量に生成させ、一方ＴＳ９８０ＭＰａ超を達成するためには、ＳｉおよびＭｎを従来鋼板以上に多量に添加し、かつ熱処理後に焼入れ焼戻しを行って焼戻しマルテンサイトを生成させることが、極めて有効であることを見出した。さらに、ＳｉおよびＭｎを従来鋼板以上に多量に添加すると、鋼板の板幅方向の伸び特性のばらつきを低減することも判明した。
【０００９】
本発明は、以上の知見に基づいてなされたものであり、その要旨とするところは、以下の通りである。
（１）Ｃ：０．０８ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：１．６ｍａｓｓ％以上３．０ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：２．０ｍａｓｓ％以上３．５ｍａｓｓ％以下、Ｐ：０．０１５ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．００５ｍａｓｓ％以下およびＡｌ：０．０５ｍａｓｓ％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物の成分組成を有し、かつフェライトが面積率で６５％以上８５％以下で残部が焼戻しマルテンサイトの組織を有することを特徴とする伸びおよび伸びフランジ性に優れる高張力冷延鋼板。
【００１０】
（２）Ｃ：０．０８ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：１．６ｍａｓｓ％以上３．０ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：２．０ｍａｓｓ％以上３．５ｍａｓｓ％以下、Ｐ：０．０１５ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．００５ｍａｓｓ％以下およびＡｌ：０．０５ｍａｓｓ％以下を含有する鋼スラブに、熱間圧延、次いで冷間圧延を施した後、７５０℃以上８５０℃以下に加熱し、この温度域に３０秒以上１０００秒以下保持した後、そのままもしくは空冷後６５０℃以上の温度から焼入れを行い、その後１５０℃以上４００℃以下での焼戻しを行うことを特徴とする伸びおよび伸びフランジ性に優れる高張力冷延鋼板の製造方法。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明における鋼組成の限定理由について述べる。
Ｃ：０．０８ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下
Ｃは、ＴＳ９８０ＭＰａ以上を達成するのに必要な焼戻しマルテンサイトを生成させるために０．０８ ｍａｓｓ％以上が必要である。しかし、Ｃが０．１５ｍａｓｓ％を超えると、溶接性が劣化するため、上限を０．１５ｍａｓｓ％とする。好ましくは、０．１０〜０．１２ｍａｓｓ％である。
【００１２】
Ｓｉ：１．６ｍａｓｓ％以上３．０ｍａｓｓ％以下
Ｓｉは、本発明において重要な元素である。すなわち、多量のフェライトを生成させて、ＴＳ９８０ＭＰａ以上を達成するのに必要であり、さらに伸びおよび伸びフランジ性をともに向上させるためには、１．６ｍａｓｓ％以上のＳｉが必要である。しかし、多量に添加すると、冷間圧延性を低下させるため、上限を３．０ｍａｓｓ％とする。好ましくは、１．８〜２．５ｍａｓｓ％である。
【００１３】
Ｍｎ：２．０ｍａｓｓ％以上３．５ｍａｓｓ％以下
Ｍｎも、本発明において重要な元素である。すなわち、フェライトを強化し、さらに伸びおよび伸びフランジ性をともに向上させるためには、２．０ｍａｓｓ％以上のＭｎが必要である。しかし、過剰な添加は溶接性を著しく低下させるため、上限を３．５ｍａｓｓ％とする。好ましくは２．２〜３．０ｍａｓｓ％である。
【００１４】
Ｐ：０．０１５ｍａｓｓ％以下
Ｐは、旧オーステナイト（γ）粒界に偏析して低温靭性を劣化させるとともに、鋼中で偏析する傾向が強いため、鋼板の異方性を大きくし加工性を低下させることから、極力低減することが好ましいが、０．０１５ｍａｓｓ％までは許容される。
【００１５】
Ｓ：０．００５ｍａｓｓ％以下
Ｓは、旧γ粒界に偏析もしくはＭｎＳが多量に生成した場合、低温靭性を低下させ、水素割れも発生しやすくなるため、極力低減することが好ましいが、０．００５ｍａｓｓ％までは許容される。好ましくは、０．００３ｍａｓｓ％以下である。
【００１６】
Ａｌ：０．０５ｍａｓｓ％以下
Ａｌは、鋼の脱酸剤として添加され、鋼の清浄度を向上させるのに有効な元素である。この効果を得るためには、０．０１ｍａｓｓ％以上含有させることが好ましい。しかし、０．０５ｍａｓｓ％を超えると、介在物が多量に発生し、冷延鋼板の庇の原因になるため、上限を０．０５ｍａｓｓ％とした。なお、上記成分以外の残部はＦｅおよび不可避的不純物とすることが好ましい。
【００１７】
次に、鋼板の組織について述べる。
フェライト：面積率で６５％以上８５％以下
鋼板組織において、フェライトが面積率で６５％以上という要件は、本発明にとって重要である。すなわち、フェライトが６５％未満では、本発明で所期する、伸び１６％以上かつ穴拡げ率５０％以上を達成できない。一方、フェライトが面積率で８５％をこえると、ＴＳ９８０ＭＰａを達成することが困難になる。
【００１８】
残部：焼戻しマルテンサイト
フェライト以外の第２相が焼戻しマルテンサイト以外の組織、具体的には、ベイナイト、マルテンサイト、残留オーステナイトおよびパーライト等であった場合、本発明で所期する、伸び１６％以上かつ穴拡げ率５０％以上を達成できない。すなわち、焼戻しマルテンサイトとは、焼入れにより生成したマルテンサイトを８０℃以上に加熱後、冷却したものであり、第２相が、この焼戻しマルテンサイト以外になると、第２相が粗大な硬質相で変形しにくくなるため、伸びもしくは穴拡げ率が目標を達成できない。なお、不可避的に第２相に焼戻しマルテンサイト以外の相が混入する場合があるが、この場合、組織全体に対する面積率で１％以下程度であれば許容できる。
【００１９】
以上の構成の冷延鋼板は、先に示したように、伸び１６％以上かつ穴拡げ率５０％以上の特性を有し、さらに板幅方向の伸びのばらつきが小さくなる。ここで、伸びを１６％以上および穴拡げ率を５０％以上としたのは、次の理由による。
【００２０】
まず、伸びは、自動車の部品等をプレスで成形する際に要求される１６％以上とする。
【００２１】
また、穴拡げ率は、自動車の部品等をプレスで成形する際に要求される５０％以上とする。
【００２２】
さらに、板幅方向の伸びのばらつきを小さくすること、具体的には、後述する伸びのばらつきが２％を超えると、多量の製品を量産する際に割れ頻度が高くなり、使用が困難となることから、このばらつきを２％以下とすることが好ましい。
【００２３】
次に、上記の冷延鋼板を得るための製造条件について述べる
すなわち、上記の成分組成を有する鋼スラブに、熱間圧延、次いで冷間圧延を施した後、７５０℃以上８５０℃以下に加熱する。ここで、熱間圧延および冷間圧延は、高張力鋼板の製造の一般に従えばよい。そして、冷間圧延後に、７５０℃以上８５０℃以下に加熱し、この温度域に３０秒以上１０００秒以下保持する必要がある。その理由は、以下のとおりである。
【００２４】
冷間圧延後に７５０℃以上８５０℃以下に加熱
冷間圧延後の加熱温度が７５０℃未満では、フェライト分率が８５％を超えて、ＴＳ９８０ＭＰａ以上の確保が困難になる。一方、同温度が８５０℃を超えると、フェライト分率が６５％未満となり、伸び特性を確保することが難しくなる。
【００２５】
７５０℃以上８５０℃以下に３０秒以上１０００秒以下保持
当該温度域での保持時間が３０秒未満では、保持時に生成するγ量が少なく、最終的にフェライト分率が８５％以上となり、ＴＳが９８０ＭＰａに達しない。一方、保持時間が１０００秒を超えると、伸び特性の向上は飽和していることから、省エネルギーの観点から１０００秒以内とする。
【００２６】
上記加熱保持後、そのままもしくは空冷後に、６５０℃以上の温度から焼入れを行い、その後１５０℃以上４００℃以下での焼戻しを行う。
すなわち、焼入れ開始温度が６５０℃より低いと、フェライト分率が８５％を超えて、ＴＳ９８０ＭＰａ以上を確保することが困難となる。ここで、焼入れは、水焼入れとすることが好ましい。なぜなら、冷却速度が速いため、本発明鋼のような比較的低合金の組成でも高強度を得られ、溶接性が向上するからである。
【００２７】
焼入れに続く焼戻しは、１５０℃以上４００℃以下で行う。すなわち、１５０℃未満ではマルテンサイトの軟質化が不十分なため、所望の穴拡げ率５０％以上を確保することができない。一方、４００℃を超えるとマルテンサイトが軟質になりすぎるため、ＴＳ９８０ＭＰａ以上の達成が困難となる。ここで、焼戻し時間は、３００秒以上３６００秒以下とすることが、３００秒以下では、マルテンサイトの軟質化が不十分となりやすく、３６００秒以上ではその効果が飽和するため好ましい。
【００２８】
なお、焼戻しは前記加熱保持に引き続き行っても良いし、焼入れ後、バッチ炉にて箱焼鈍してもよい。
【００２９】
【実施例】
表１に示す組成の鋼を転炉で溶製し、連続鋳造により鋼スラブとなし、該スラブから表２に示す条件に従って、幅：１０００ｍｍの冷延焼鈍板を作製した。かくして得られた冷延焼鈍板について、組織、引張強さ、伸び特性および穴拡げ率について調査した結果を、表２に併記する。
【００３０】
なお、組織は、板厚１／４位置にて研磨、そしてナイタールエッチング後、光学顕微鏡にて観察し、そのフェライト分率は、画像処理を行い、面積率を測定したものである。
【００３１】
また、引張強さおよび伸びは、ＪＩＳ Ｚ２２４１に準拠して、鋼板の板幅方向（圧延直角方向）端部から該方向に２５０ｍｍの位置すなわち板幅の１／４位置を中心として、圧延方向を長手方向として採取したＪＩＳ５号試験片を用いて行った。さらに、伸びのばらつき評価は、鋼板の板幅方向（圧延直角方向）端部から該方向に５０ｍｍ間隔の位置を中心として、それぞれの位置からＪＩＳ５号試験片を圧延方向を長手方向として採取して引張試験を行い、その伸びを測定し、全測定値における伸びの最高値と最低値との差を伸びのばらつきとして評価した。
【００３２】
さらに、穴拡げ率は、板厚の１／４位置を中心として１００ｍｍ×１００ｍｍの試験片を採取し、鉄連規格ＪＦＳＴ１００１に従って測定した。すなわち初期直径ｄｏ＝１０ｍｍの穴を打ち抜いたのち、６０°の円錐ポンチを上昇させて穴を拡げた際に、亀裂が板厚を貫通したところでポンチの上昇を止め、亀裂貫通後の打ち抜き穴径ｄ（ｍｍ）を測定し、
穴広げ率λ＝｛（ｄ−ｄｏ）／ｄｏ｝×１００（％）
として算出した。
【００３３】
【表１】

【００３４】
【表２】

【００３５】
表２から明らかなように本発明例ではＴＳが９８０ＭＰａ以上、伸びが１６％以上、穴拡げ率が５０％以上で、特に伸びは最低でも１６％以上であり、伸びのばらつきも２％以下という優れた特性を有することが明らかである。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、伸びおよび伸びフランジ性に優れたＴＳ９８０ＭＰａ超級高張力冷延鋼板、具体的には、ＴＳ９８０ＭＰａ以上、伸び１６％以上、穴拡げ率５０％以上でさらに板幅方向の伸びのばらつきが小さい高張力冷延鋼板を提供でき、特に自動車用部品に適用した場合に、その板厚低減および自動車の衝突安全性向上を可能とし、自動車車体の高性能化に大きく寄与するものである。

Claims (2)

1. Ｃ：０．０８ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下、
   Ｓｉ：１．６ｍａｓｓ％以上３．０ｍａｓｓ％以下、
   Ｍｎ：２．０ｍａｓｓ％以上３．５ｍａｓｓ％以下、
   Ｐ：０．０１５ｍａｓｓ％以下、
   Ｓ：０．００５ｍａｓｓ％以下および
   Ａｌ：０．０５ｍａｓｓ％以下
   を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物の成分組成を有し、かつフェライトが面積率で６５％以上８５％以下で残部が焼戻しマルテンサイトの組織を有することを特徴とする伸びおよび伸びフランジ性に優れる高張力冷延鋼板。
2. Ｃ：０．０８ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下、
   Ｓｉ：１．６ｍａｓｓ％以上３．０ｍａｓｓ％以下、
   Ｍｎ：２．０ｍａｓｓ％以上３．５ｍａｓｓ％以下、
   Ｐ：０．０１５ｍａｓｓ％以下、
   Ｓ：０．００５ｍａｓｓ％以下および
   Ａｌ：０．０５ｍａｓｓ％以下
   を含有する鋼スラブに、熱間圧延、次いで冷間圧延を施した後、７５０℃以上８５０℃以下に加熱し、この温度域に３０秒以上１０００秒以下保持した後、そのままもしくは空冷後６５０℃以上の温度から焼入れを行い、その後１５０℃以上４００℃以下での焼戻しを行うことを特徴とする伸びおよび伸びフランジ性に優れる高張力冷延鋼板の製造方法。