JPH06145788A - プレス成形性の良好な高強度鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ３〜２０％含まれる残留オーステナイトの変
態誘起塑性を利用するプレス成形性の良好な高強度鋼板
の製造法。 【構成】 Ｃ：０．０６〜０．２２％、Ｓｉ：０．０５
〜１．０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ａｌ：０．２５
〜１．５％と必要に応じＭｏ：０．０３〜０．３％を含
み、かつＡｌとＳｉ，Ｃの関係が０．６Ｓｉ（％）≦Ａ
ｌ（％）≦３−１２．５Ｃ（％）を満足する鋼の冷延板
を６５０〜９００℃の二相共存温度域で１０秒〜３分焼
鈍した後４〜２００℃／ｓの冷却速度で３５０〜６００
℃に冷却し、この範囲で５秒〜１０分保持してから５℃
／ｓ以上の冷却速度で２５０℃以下に冷却することが特
徴の残留オーステナイトを体積率で３〜２０％含むプレ
ス成形性の良好な高強度鋼板の製造方法。 【効果】 連続焼鈍設備で容易なだけでなく、溶融メッ
キ設備でも製造可能で高強度鋼板の表面耐食性を向上で
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプレス成形性の良好な高
強度鋼板の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】便利で快適な移動手段として自動車の国
民生活に占める地位は年ごとに高まっており、環境破壊
と地球温暖化を防止するために燃費を低減し化石燃料の
消費を抑制することが従来にも増して重要となってきて
いる。このためエンジン性能の向上とともに車体の軽量
化が要求され、主要な車体構成材料である鋼板に対して
は成形性を損なわずに一層の強度増加と表面耐食性の向
上を図ることが求められている。成形性の指標値には引
張試験における伸びをはじめとしてｎ値やｒ値がある
が、一体成形によるプレス工程の簡略化が課題となって
いる昨今では均一伸びに相当するｎ値の大きいことがな
かでも重要になってきている。

【０００３】このため残留オーステナイトの変態誘起塑
性の活用が提唱され、高価な合金元素を含まずに０．０
７〜０．４％程度のＣと０．３〜２．０％程度のＳｉお
よび０．２〜２．５％程度のＭｎのみを基本的な合金元
素とし、二相域で焼鈍後３００〜４５０℃内外の温度で
ベイナイト変態を行うことが特徴の熱処理により残留オ
ーステナイトを金属組織中に含む鋼板が特開平１−２３
０７１５号公報や特開平２−２１７４２５号公報等で提
唱されている。この種の鋼板は連続焼鈍で製造された冷
延鋼板ばかりでなく、特開平１−７９３４５号公報のよ
うにランアウトテーブルでの冷却と巻取温度を制御する
ことにより熱延鋼板でも得るところがあり、広範な実用
化が期待されるところである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかるに特開平１−２
３０７１５号公報や特開平２−２１７４２５号公報等で
開示されている鋼板は０．３〜２．０％のＳｉを添加
し、その特異なベイナイト変態を活用し残留オーステナ
イトを確保しているため、二相共存温度域で焼鈍後の冷
却や３００〜４５０℃内外の温度域での保持をかなり厳
格に制御しないと意図する金属組織が得られず、強度や
伸びが目標の範囲をはずれる。この熱履歴は工業的には
連続焼鈍設備において実現されはするが、４５０〜６０
０℃ではオーステナイトの変態がすみやかに完了するの
で４５０〜６００℃に滞留する時間を特に短くするよう
な制御が要求され、３５０〜４５０℃でも保持する時間
によって金属組織が著しく変化するので所期の条件から
はずれると陳腐な強度と伸びしか得られない。また４５
０〜６００℃に滞留する時間が長いことやメッキ性を悪
くするＳｉを合金元素として含むことから溶融メッキ設
備を通板させてメッキ鋼板とはできず、表面耐食性が劣
るため広範な工業的利用が妨げられていた。本発明はか
かる問題点を解決し、プレス成形性の良好な高強度鋼板
を連続焼鈍設備で容易に、また表面耐食性を向上するた
め溶融メッキ設備でも製造可能な方法を提供するもので
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し、フェ
ライトをマトリクスとしベイナイト、マルテンサイトと
３〜２０％の残留オーステナイトが混在する金属組織を
有し、残留オーステナイトの変態誘起塑性を活用して成
形性の良好な高強度鋼板を連続焼鈍設備や溶融メッキ設
備で困難なく製造するにはＳｉの添加量を減じ、ＣやＳ
ｉの量と一定の関係を保ちながらＡｌを添加することが
重要なことを本発明者らは見いだした。また必要に応じ
てＭｏを添加することも効果的なことにも着目し、本発
明はなされたものである。すなわち、本発明は重量％で
Ｃ：０．０６〜０．２２％、Ｓｉ：０．０５〜１．０
％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ａｌ：０．２５〜１．５
％を含有し、かつＡｌとＳｉ、Ｃの関係が ０．６Ｓｉ（％）≦Ａｌ（％）≦３−１２．５Ｃ（％） を満足し、必要に応じてさらにＭｏ：０．０３〜０．３
％を含み残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼の冷
延板を、６５０〜９００℃の二相共存温度域で１０秒〜
３分焼鈍した後、４〜２００℃／ｓの冷却速度で３５０
〜６００℃に冷却し、３５０〜６００℃の範囲の温度域
に５秒〜１０分保持してから５℃／ｓ以上の冷却速度で
２５０℃以下に冷却することを特徴とする、金属組織中
に残留オーステナイトを体積率で３〜２０％含むプレス
成形性の良好な高強度鋼板の製造方法である。

【０００６】最初に本発明の対象とする鋼の成分範囲の
限定理由について述べる。まずＣはオーステナイト安定
化元素であり、二相共存温度域およびベイナイト変態温
度域でフェライト中から移動しオーステナイト中に濃化
する。その結果、化学的に安定化されたオーステナイト
が室温まで冷却後も３〜２０％残留し、変態誘起塑性に
より成形性を良好とする。Ｃが０．０６％未満だと３％
以上の残留オーステナイトを確保するのが困難であり、
目的を達せられない。一方０．２２％を超すことは溶接
性を悪化させるので避けなければならない。

【０００７】Ｓｉはセメンタイトに固溶せず、その析出
を抑制することにより３５０〜６００℃におけるオース
テナイトからの変態を遅らせる。この間にオーステナイ
ト中へのＣ濃化が促進されるためオーステナイトの化学
的安定性が高まり、変態誘起塑性を起こし、成形性を良
好とするのに貢献する残留オーステナイトの確保を可能
とする。Ｓｉの量が０．０５％未満だとその効果が見い
だせない。一方１．０％を超す過剰の添加は酸洗性を悪
化させるほどに熱延時にスケールを生じさせるし、また
メッキ性を著しく悪化させるので避けなければならな
い。

【０００８】Ｍｎはオーステナイト形成元素であり、ま
た二相共存温度域での焼鈍後３５０〜６００℃に冷却す
る途上でオーステナイトがパーライトへ分解するのを防
ぐので、室温まで冷却した後の金属組織に残留オーステ
ナイトが含まれるようにする。０．５％未満の添加では
パーライトへの分解を抑えるのに工業的な制御ができな
いほどに冷却速度を大きくする必要があり、適当ではな
い。一方２％を超すとバンド組織が顕著になり特性を劣
化させるし、スポット溶接部がナゲット内で破断しやす
くなり好ましくない。

【０００９】ＡｌもまたＳｉと同じようにセメンタイト
に固溶せず、３５０〜６００℃での保持に際してセメン
タイトの析出を抑制し、変態の進行を遅らせる。しかし
Ｓｉよりもフェライト形成能が強いため変態開始は早
く、ごく短時間の保持でも二相共存温度域での焼鈍時よ
りオーステナイト中にＣが濃化され、化学的安定性が高
まっているので、室温まで冷却後の金属組織に成形性を
悪化させるマルテンサイトは僅かしか存在しない。この
ためＳｉと共存すると３５０〜６００℃での保持条件に
よる強度や伸びの変化が小さく、高強度で良好なプレス
成形性を得やすくなる。その量が０．２５％未満であっ
たり、Ｓｉ添加量の０．６倍以下だとこのような効果は
認められない。一方１．５％を超すことは鋼の脆化を著
しくするので避けなければならない。また３−１２．５
Ｃ（％）を超えてＡｌが鋼板に含まれると室温まで冷却
後にオーステナイトは存在するものの、化学的に著しく
安定となりプレス成形時にも変態せず、変態誘起塑性が
得られないため成形性が良好とは言えない。

【００１０】本発明の鋼板は以上を基本成分とするが、
これらの元素およびＦｅ以外にＰ、Ｓ、Ｎその他の一般
鋼に対して不可避的に混入する元素を含むものである。
またＭｏはＭｎと同じように二相共存温度域での焼鈍後
３５０〜６００℃に冷却する途上でオーステナイトがパ
ーライトへ分解するのを防ぎ、しかもフェライト形成元
素としてＡｌと同じように３５０〜６００℃では変態を
早く開始させるので、ＳｉやＡｌのようなセメンタイト
に固溶しない元素と共存すると残留オーステナイトを生
成しやすくするため、０．０３〜０．３％含むことは本
発明の目的を達成する上で好ましい。その量が０．０３
％未満では効果が明らかではない。しかし０．３％を超
すことは炭化物が金属組織中に顕在化しプレス成形性が
悪化し、コストも高くなるので工業上好ましくない。

【００１１】次に工程上の限定理由を述べる。工程の目
的は残留オーステナイトの体積率を３〜２０％にするこ
とであり、その結果変態誘起塑性により良好な成形性が
高強度で得られる。残留オーステナイトの体積率が３％
未満でははっきりとした効果が認められない。一方残留
オーステナイトの体積率が２０％を超すと極度に難しい
成形を施した場合、プレス成形した状態で多量のマルテ
ンサイトが存在している可能性があり二次加工性や衝撃
性において問題を生じることがある。

【００１２】冷延鋼板はまず６５０〜９００℃の二相共
存温度域で１０秒〜３分焼鈍される。この焼鈍によりフ
ェライトとオーステナイトの共存する微細な再結晶組織
が形成され、同時にＣやＭｎ等のオーステナイト安定化
元素がオーステナイト中へある程度濃化し、引き続く一
連の熱処理に伴う組織変化に際してオーステナイトの安
定化を容易とする。この焼鈍温度が６５０℃未満だと十
分な量のオーステナイトが形成されず、場合によっては
再結晶が完了しないこともある。一方９００℃を超える
温度で焼鈍するのは多大のエネルギーを要して不経済で
あり、またオーステナイトとフェライトの間でのＣの分
配比が小さくオーステナイトの化学的安定性が悪くなる
ために以降の工程を厳しく制約するため、意図した金属
組織が容易には得られない。焼鈍時間が１０秒未満では
炭化物が十分に固溶せず、オーステナイトが僅かしか形
成されない。３分を超える焼鈍はエネルギーの無駄とな
るばかりか連続ラインでの生産性低下を引き起こす。

【００１３】焼鈍後の鋼板は引き続いて４〜２００℃／
ｓの冷却速度で３５０〜６００℃の範囲に冷却される
が、その目的は二相域焼鈍時に形成されたオーステナイ
トをパーライトに分解することなくベイナイト変態域へ
もちきたすことにある。この場合の冷却速度が４℃／ｓ
未満ではパーライトが生成し、炭化物として析出するた
め最も効果的にオーステナイトを安定化する固溶Ｃが急
減するため意図した金属組織が得られない。一方２００
℃／ｓを超すと目的とする温度での冷却停止が困難であ
るし、たとえ達成できたとしても鋼板の形状が悪くプレ
ス成形に供するようなものとできない。また６００℃を
超える温度で冷却を停止するとパーライトへの分解が急
激に起こり、オーステナイトを残存できない。一方この
冷却終了温度が３５０℃未満になるとオーステナイトの
過半がマルテンサイトに変態するため、高強度にはなる
もののプレス成形性が悪化する。

【００１４】この後引き続き、本発明では３５０〜６０
０℃の範囲の温度域に５秒〜１０分保持してから５℃／
ｓ以上の冷却速度で２５０℃以下に冷却するが、この目
的はベイナイト変態時に未変態のオーステナイト中へＣ
の濃化をさらに進め、室温において変態誘起塑性を起こ
すような残留オーステナイトとすることである。前述し
たようにＳｉとＡｌを複合して含むため、このような温
度と時間の比較的大きな変動範囲内で高強度と良好なプ
レス成形性をもたらす金属組織が安定して得られる。し
かし６００℃を超えて保持するとパーライトが生成する
ため残留オーステナイトが金属組織に含まれなくなる。
一方３５０℃未満ではＣの拡散はベイナイト変態に伴う
ものでも極めて緩慢であり、またせん断変態が支配的と
なるので室温まで冷却後に有効に変態誘起塑性を示す残
留オーステナイトが得られない。また保持時間が５秒未
満ではＡｌを含むとはいえベイナイトが十分に生成せ
ず、未変態のオーステナイト中へのＣ濃化も不十分で室
温までの冷却中にマルテンサイトとなってプレス成形性
を悪くする。一方１０分を超えて保持することはエネル
ギーの無駄や連続ラインの生産性低下、さらには炭化物
析出と未変態オーステナイトの消滅による強度とプレス
成形性両方の劣化につながる。この保持後の冷却を５℃
／ｓ未満としたり、２５０℃を超える温度で停止するこ
とも同様の理由で避けなければならない。

【００１５】この一連の熱処理においては規定した温度
域内であれば保持温度は一定である必要はなく、また冷
却速度が冷却途中に規定した範囲内で変化することも本
発明の趣旨を損なわない。特に３５０〜６００℃の範囲
の温度域での５秒〜１０分保持はこの温度の範囲内で過
冷却後再加熱されるものであってもよく、図１に例示す
るいずれも可能である。また熱履歴さえ満足されれば、
鋼板は連続焼鈍設備や溶融メッキ設備をはじめとしたい
かなる設備で熱処理されてもかまわない。熱処理後形状
矯正のために調質圧延を行ったり、また電気メッキ等で
表面層を被覆することも本発明の目的に差し障るもので
はない。なお本発明の素材は通常の製鋼、鋳造、熱延工
程を経て製造されるのを原則とするが、薄手鋳造を行い
熱延工程の一部または全部を省略して製造したものであ
ってもなんら問題はない。熱延条件も特に問題としな
い。

【００１６】

【実施例】表１に成分を示した鋼を熱延、酸洗後、７５
％の圧延率で冷延を行い、１．０ｍｍ厚さの冷延鋼板と
してから、表２及び表３記載の一連の条件で構成される
一連の熱処理および０．６％の調質圧延を行った後、Ｊ
ＩＳ５号引張試験片を採取し、ゲージ長さ５０ｍｍ、引
張速度１０ｍｍ／ｍｉｎで常温引張試験を行ったとこ
ろ、表２及び表３に記載するような引張強度と全伸びを
得た。表２及び表３には表層より板厚の１／４内層を化
学研磨後、Ｘ線回折で測定した残留オーステナイトの体
積率を合わせて記載してある。本発明試料である試料Ｎ
ｏ．２〜４、９、１３はその金属組織中に残留オーステ
ナイトが体積率で３〜２０％含み、引張強度が５００Ｍ
Ｐａ以上でありながら全伸びも３５％以上であり、また
深絞り性、穴拡げ性、曲げ性等も優れ高強度とプレス成
形性の良好さを両立している。

【００１７】これに対し、本発明成分範囲をはずれてＳ
ｉ添加量の０．６倍以下しかＡｌを含有しない鋼ｆは適
切な熱処理条件を選び、設定条件に極めて近い条件で熱
処理を行えば試料Ｎｏ．１９のように本発明試料と同等
の高強度とプレス成形性が得られるが、わずかに条件が
相違すると試料２０のように得られる特性が陳腐化す
る。またｆの他の本発明成分をはずれる鋼ａ、ｅ、ｇ〜
ｊでも試料Ｎｏ．１、１８、２１〜２４のように高強度
とプレス成形性の良好さのいずれかが、場合によっては
両者ともが満たされない。一方、本発明成分鋼であって
も処理条件の一つ以上に不適切な点があると、試料Ｎ
ｏ．５〜８、１０〜１２、１４〜１７のように高強度と
プレス成形性の良好さのいずれかが、場合によっては両
者ともが満たされず、従来技術のかかえる問題は解決さ
れない。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【表２】

【００２０】

【表３】

【００２１】

【発明の効果】以上の実施例からも明かなように本発明
によれば金属組織中に残留オーステナイトを体積率で３
〜２０％含むプレス成形性の良好な高強度鋼板が連続焼
鈍設備で容易に、また表面耐食性を向上するため溶融メ
ッキ設備でも製造可能となり、その産業上有する効果は
極めて顕著である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における熱処理条件のいくつかを例示し
た図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松村 義一 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で Ｃ ：０．０６〜０．２２％ Ｓｉ：０．０５〜１．０％ Ｍｎ：０．５〜２．０％ Ａｌ：０．２５〜１．５％を含有し、かつＡｌとＳｉ、
   Ｃの関係が ０．６Ｓｉ（％）≦Ａｌ（％）≦３−１２．５Ｃ（％） を満足し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼の
   冷延板を、６５０〜９００℃の二相共存温度域で１０秒
   〜３分焼鈍した後、４〜２００℃／ｓの冷却速度で３５
   ０〜６００℃に冷却し、３５０〜６００℃の範囲の温度
   域に５秒〜１０分保持してから５℃／ｓ以上の冷却速度
   で２５０℃以下に冷却することを特徴とする、金属組織
   中に残留オーステナイトを体積率で３〜２０％含むプレ
   ス成形性の良好な高強度鋼板の製造方法。
2. 【請求項２】 重量％で Ｃ ：０．０６〜０．２２％ Ｓｉ：０．０５〜１．０％ Ｍｎ：０．５〜２．０％ Ａｌ：０．２５〜１．５％ Ｍｏ：０．０３〜０．３％を含有し、かつＡｌとＳｉ、
   Ｃの関係が ０．６Ｓｉ（％）≦Ａｌ（％）≦３−１２．５Ｃ（％） を満足し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼の
   冷延板を、６５０〜９００℃の二相共存温度域で１０秒
   〜３分焼鈍した後、４〜２００℃／ｓの冷却速度で３５
   ０〜６００℃に冷却し、３５０〜６００℃の範囲の温度
   域に５秒〜１０分保持してから５℃／ｓ以上の冷却速度
   で２５０℃以下に冷却することを特徴とする、金属組織
   中に残留オーステナイトを体積率で３〜２０％含むプレ
   ス成形性の良好な高強度鋼板の製造方法。