JP2601581B2

JP2601581B2 - 加工性に優れた高強度複合組織冷延鋼板の製造方法

Info

Publication number: JP2601581B2
Application number: JP3222777A
Authority: JP
Inventors: 学高橋; 康治佐久間; 治秋末
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1991-09-03
Filing date: 1991-09-03
Publication date: 1997-04-16
Anticipated expiration: 2012-04-16
Also published as: JPH0559429A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は加工性に優れた高強度複
合組織冷延鋼板の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車の快適性、安全性に加えて
車体の軽量化に対する要求が大きくなってきている。こ
れは地球規模で考えた省エネルギー及び環境問題に対す
る要求であり、軽量化による車両燃費の向上とＣＯ₂な
どの有害排気ガスの減少をその目的としている。このよ
うな目的を達成させるためには車体構造に利用される材
料の強度を向上させその材料厚みを減少させることか、
新たな低比重の材料を用いることなどが必要である。

【０００３】新たな低比重材料（例えばＡｌ，Ｍｇ等）
を利用する場合、価格、安定供給量の観点から、従来車
体構成材料の中心として利用されてきた鋼板と共存状態
での利用が前提となると考えられる。この場合に最も問
題となるのはスクラップのリサイクルであり、他材料と
混合した鋼板スクラップはその後の利用では多くのエネ
ルギー、コストを費やして再利用される必要がある。従
って地球全体としてのエネルギーミニマム、環境保持を
目指す上では特殊な部位を除いては、単一材料（すなわ
ち鋼材）での軽量化対策が非常に重要となり、鋼材のよ
り一層の高強度化が期待されている。

【０００４】上記要求に加えて、車体構成部位の一体成
形は、製造工程の簡略化、連続化のために重要な技術的
要請と考えられる。このような近代化されつつある成形
工程で用いられる鋼材の中で、特に薄鋼板を考えると、
良好な成形性を有することがその鋼板の選択基準とな
る。薄鋼板の成形性の良否は、伸び、ランクフォードの
塑性歪比（ｒ値）、加工硬化指数（ｎ値）や降伏強度で
判断され、複雑な部品の一体成形のためには伸びやｎ値
が高いことが一つの必要条件となる。

【０００５】伸びやｎ値の大きな鋼板の例としては、従
来フェライトとマルテンサイト２相組織のＤｕａｌＰ
ｈａｓｅ（ＤＰ）鋼が知られている。ＤＰ鋼は特公昭５
６−１８０５１号公報や特公昭５９−４５７３５号公報
などで示されているように、５０〜８０kgｆ／mm²で最
大３０〜３５％程度の全伸びを得ることができる。しか
しながら従来比較的低強度（３５〜４５kgｆ／mm²）の
薄鋼板が用いられているような複雑な加工を要求される
部位への適用では十分な強度−延性バランスとは言い難
い。

【０００６】この材質を更に向上させるための方法とし
て最近、フェライト、ベイナイト及びオーステナイトの
混合組織（もしくは一部マルテンサイトを含む）をミク
ロ組織として持つ高強度複合組織鋼板が提案されてい
る。この鋼板は室温で残留しているオーステナイトが成
形時にマルテンサイトに変態することによって高い延性
を示す「変態誘起塑性」を利用するものである。

【０００７】変態誘起塑性を利用した鋼はＴＲＩＰ鋼と
して知られているように、例えばＺａｃｋａｙら（Ｖ．
Ｆ．Ｚａｃｋａｙら：Ｔｒａｎｓ．ＡＳＭ vol.６０
（１９６７）２５２）が示すように、７０kgｆ／mm²以
上で最大９０％程度の高延性が達成されている。しかし
ながらこのようなＴＲＩＰ鋼は高価な合金元素を大量に
添加する必要があるなど必ずしもここでの要求に合致し
ない。

【０００８】このような問題を解決したものとして、特
開昭６１−１５７６２５号公報記載のように自動車用鋼
板のような大量生産が前提となる廉価な用途に合致した
薄鋼板の製造方法が示されている。この先願特許で述べ
られている技術は、Ｓｉの添加によって炭化物の析出を
抑制し、低温でのフェライト変態（ベイナイト変態）を
進行させることによって、未変態オーステナイト中に効
果的に炭素を濃化させ、オーステナイトを安定化させる
ものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術（例えば上
記特開昭６１−１５７６２５号公報）においては、冷延
前の熱延鋼板のミクロ組織が異なった場合に、的確な焼
鈍条件を与える方法が得られておらず、種々の成分系に
ついて最良の製造条件が提示されていない。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは種々の合金
元素を適当に添加した鋼について広範囲の製造条件を包
含した実験を行った結果、最終的に得られる冷延・焼鈍
鋼板の材質が冷延前の熱延板のミクロ組織と焼鈍条件の
適正な組み合わせによって最適化できることを見いだし
た。すなわち、本発明の要旨は次の通りである。

【００１１】（１）重量％で、Ｃ：０．０５〜０．４０
％、Ｓｉ：０．５〜３．００％、Ｍｎ：０．５〜２．５
０％、残部Ｆｅ及び不可避的な不純物からなる鋼材を熱
延後冷却し、鋼材のベイナイト変態温度（Ｂｓ）超の温
度で巻き取り、熱延鋼板の組織をフェライト＋微細パー
ライトとし、またはＢｓ以下の温度で巻き取り、熱延鋼
板の組織をフェライト＋ベイナイトもしくはフェライト
＋パーライト＋ベイナイトもしくはベイナイト単相とし
た後、冷延し、前記巻取温度ＣＴおよび熱延鋼板組織に
応じて焼鈍加熱温度Ｔｓを、Ｓ＝（Ｔｓ−Ａｃ₁）／
（Ａｃ₃−Ａｃ₁）とするとき、ＣＴ＞Ｂｓの場合は
０．２≦Ｓ≦０．７５となる範囲に、ＣＴ≦Ｂｓの場合
は０．０５≦Ｓ≦０．４５となる範囲に設定して焼鈍加
熱し、その後１〜１０℃／sec の冷却速度で５５０〜７
００℃の範囲まで冷却し、引き続いて１０〜２００℃／
sec の冷却速度で２００〜５００℃まで冷却した後、３
００〜５００℃の温度範囲で１５秒〜２０分保持し、室
温まで冷却することにより、フェライトとベイナイトを
主相とするフェライト＋ベイナイト＋残留オーステナイ
ト複合組織とすることを特徴とする加工性に優れた高強
度複合組織冷延鋼板の製造方法。

【００１２】（２）前記(1) の方法において、Ｎｉ，Ｃ
ｒ，Ｃｕ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｔｉのうち１種または２種以上
の添加元素を合計２％以下添加することを特徴とする加
工性に優れた高強度複合組織冷延鋼板の製造方法。

【００１３】

【作用】一般的な高強度冷延鋼板は析出強化型を除い
て、冷延前の鋼板の強度を低レベルに維持するために熱
延後比較的高温で巻取られる場合が多い。従ってこの場
合の冷延前初期組織は通常フェライト＋パーライト２相
組織となり、高温で長時間保持されることから、Ｍｎ等
の合金元素が各相に十分に分配される。鋼板は冷延され
た後にフェライト＋オーステナイト２相域に加熱される
が、この時にオーステナイトが生成する場所は冷延前に
パーライト組織（パーライト中のセメンタイト相）であ
った場所に一致する。

【００１４】従ってパーライト中のセメンタイト相への
合金元素（例えばＭｎ）の濃化を許すことは２相域加熱
で生成したオーステナイトの焼き入れ性を上げることに
つながる。このことはその後の冷却中にオーステナイト
がフェライトに変態しにくいことを意味し、最終的な鋼
板のミクロ組織中の低温変態生成物（ベイナイト）の体
積率が増加し、鋼板の強度が上昇する。

【００１５】このことは全ての場合にとって歓迎すべき
こととは限らない。ベイナイトは高温で生成するフェラ
イト相に比較して硬質であるが脆い。従って、強度レベ
ルが低い鋼板を製造するためには、ベイナイト相をでき
る限り少量に制限する必要があり、このためには必要以
上にオーステナイトの焼き入れ性を上げることは望まし
くない。

【００１６】しかしながら、２相域加熱時に生成するオ
ーステナイト中の合金濃度（例えばＭｎ濃度）を上げる
ことは一方ではオーステナイトの安定性を上げることで
オーステナイトの残留を容易にすると考えられる。従っ
てオーステナイトの焼き入れ性を上げることとその後の
熱処理条件は注意深く選択される必要がある。

【００１７】本発明者らは冷延前の組織を変化させて２
相域加熱時に生成するオーステナイトの焼き入れ性を変
化させた場合に最も有効な熱処理条件を調査し、以下の
ような事実を見いだした。

【００１８】熱延後の巻取り温度を鋼板のベイナイト変
態温度超の高温とした場合には、冷延前組織はフェライ
ト＋パーライトとなり、パーライト中のセメンタイトに
はＭｎ等のオーステナイト安定化元素が濃化する。この
鋼板を冷延後２相域に加熱した際には、オーステナイト
はＭｎの濃化セメンタイト上に生成し、その結果として
このオーステナイトは非常に高い焼き入れ性を有するこ
とになる。その後通常の連続焼鈍工程にそった冷却履歴
を採用した場合には、オーステナイトからのフェライト
変態が著しく抑制されることから最終的に得られる鋼材
の強度が必要以上に上昇し、その結果として延性の劣化
をもたらす。

【００１９】このような欠点をカバーするためには鋼材
のＡｃ₁とＡｃ₃温度で決定されるＳ＝（Ｔｓ−Ａ
ｃ₁）／（Ａｃ₃−Ａｃ₁）の値が、０．２≦Ｓ≦０．
７５の範囲になるような比較的高温の焼鈍加熱温度Ｔｓ
に加熱することが有効であることが判明した（図１，図
２参照）。

【００２０】図１はＣ／０．１２，Ｓｉ／１．２，Ｍｎ
／１．５％の鋼を熱延後７００℃及び４５０℃で巻取
り、冷延して０．８mm厚とした後、種々の焼鈍加熱温度
で焼鈍してＳ値を広範囲に変化させ、その後６８０℃ま
で５℃／ｓで、その後８０℃／ｓでそれぞれ冷却し、４
００℃で５分の等温保持後室温まで空冷した鋼板の延性
のＳ値依存性を示したものである。図２はＣ／０．２
０，Ｓｉ／１．２，Ｍｎ／１．２５重量％の鋼について
図１と同一の評価をした結果を示している。

【００２１】一方熱延後の巻取り温度を鋼板のベイナイ
ト変態温度以下とした場合の冷延前ミクロ組織は、フェ
ライト＋ベイナイト及び一部は冷却中に生成したパーラ
イトを含む場合があるが、これらの相中のセメンタイト
へのＭｎ等の合金元素の濃化は、通常無視できる程度の
量であることから、このセメンタイト上に生成したオー
ステナイトの焼き入れ性は、鋼板母材の焼き入れ性とほ
ぼ同一であると考えられる。

【００２２】この時の冷延後の２相域加熱は上記のＳの
値が０．０５≦Ｓ≦０．４５の範囲内になるような比較
的低温の焼鈍加熱温度に加熱した場合に良好な延性が得
られることが判明した（図１，図２参照）。

【００２３】以下に本発明の重要な要素の作用の詳細に
ついて述べる。Ｃ：上記のごとく本発明の対象は、室温での加工誘起変
態（ＴＲＩＰ効果）によって優れた加工性を示す高強度
鋼板の製造方法を与えるものである。オーステナイトを
室温で残留させるためにはＭｎ，Ｎｉ等のオーステナイ
ト安定化元素を大量に含むか、もしくはより安価なオー
ステナイト安定化元素であるＣを十分に濃化させること
が必要となる。従ってＣは本発明において最も重要な元
素といえる。

【００２４】上記の通りオーステナイトを室温でも安定
に存在させるためには、オーステナイト中の炭酸濃度は
おおよそ１重量％程度必要である。残留オーステナイト
を含む本発明鋼が、他の高強度鋼板に対して十分な優位
性を示すためには、鋼中に０．０５％以上のＣ含有が必
要であるのでこれを炭素の下限値とする。一方０．４％
超の炭素濃度は鋼板を脆化させ、また溶接性を著しく悪
化させるのでこれをＣ含有量の上限とする。

【００２５】Ｓｉ：Ｓｉはオーステナイトを室温でも安
定なほど炭素濃化させるために最も重要な添加元素であ
る。鋼板をフェライト＋オーステナイト２相域に加熱
し、冷却時にフェライト変態を進行させることによって
オーステナイト中に炭素を濃化させることが本発明の技
術の中心であるが、フェライト変態の進行と共に（従っ
てオーステナイト中の炭素濃度の上昇と共に）炭化物の
生成が起こり易くなり、高温ではパーライト、低温では
上部ベイナイトが生成されるようになり、オーステナイ
ト中の全炭素量を減少させ、結果として残留オーステナ
イト量を減少させることとなる。

【００２６】Ｓｉはよく知られているように炭化物（こ
こではセメンタイト）に固溶しないために、炭化物の生
成を著しく遅らせる働きがある。これにより炭化物の形
で炭素原子を浪費すること無く効率よいオーステナイト
への炭素濃化を可能にする。この働きのためには０．５
％以上のＳｉ添加が不可欠である。

【００２７】Ｓｉはこのときフェライト中に固溶し、フ
ェライトを強化することから、不必要に多量の添加は鋼
板の加工性の低下をもたらす。従ってその添加量を３％
以下と限定した。２％以上の添加の際には若干の延性劣
化が認められることから、特に強度上の要請が強くない
場合には、Ｓｉ添加量を好ましくは０．５〜２．０重量
％の範囲にする。

【００２８】Ｍｎ：ＭｎもＳｉ同様炭化物の生成を遅ら
す働きがあることからオーステナイトの残留に貢献する
添加元素である。これに加えて、Ｍｎ添加はオーステナ
イトのマルテンサイト変態開始温度を低くする。オース
テナイトを室温で安定にするためには上述の通り炭化物
の析出を抑えてオーステナイト中の炭素濃度を高めるこ
とが必要だが、同時にそのオーステナイトのマルテンサ
イト変態開始温度を低下させることも重要である。

【００２９】もしもマルテンサイト変態温度が室温より
も高温であれば、オーステナイトの一部は不可避的にマ
ルテンサイトに変態し、鋼板の強度を上げると共に延性
の劣化をもたらす。このような目的のためには０．５％
以上のＭｎ濃度が必要であるが、多量のＭｎ添加は鋼板
の焼き入れ性を不必要に高め強度上昇と共に延性の劣化
の可能性が高まる。従ってＭｎの上限値を２．５％とす
る。

【００３０】Ｍｎ添加量が多い場合には鋼材の焼き入れ
性が高まり、製品の材質（強度、延性等）のバラツキが
大きくなることから、好ましくは、Ｍｎ添加量を０．５
〜２．０重量％の範囲に設定する。

【００３１】その他の添加元素：Ｎｉ，Ｃｒはその単独
もしくは複合の添加によってオーステナイトを安定化さ
せることができ、オーステナイトの残留に有利であると
考えられる。またＭｏ等の鋼の焼き入れ性を増す元素の
添加も有効である。これらの元素はセメンタイトの析出
を遅くすることからもオーステナイトの残留に有効であ
る。

【００３２】Ｎｂ，Ｔｉは炭化物（Ｎｂ（Ｃ，Ｎ），Ｔ
ｉ（Ｃ，Ｎ）等）の析出強化による強度調整のために添
加される。またＣｕについてはＳｉ同様セメンタイトへ
固溶しにくいことから炭化物の析出開始を遅らせ、オー
ステナイトの炭素濃化の進行を助けると同時に強度調整
のためにも用いられる。しかしながら必要以上にこれら
の合金元素を添加することは、鋼板の製造コストを高め
るのみならず、強度上昇にともなう延性の劣化をもたら
すことからトータルとして２％以下の添加に制限する。

【００３３】熱延後の巻取り条件と焼鈍加熱温度：熱延
後の巻取り温度は冷延前組織中のセメンタイトへの合金
元素濃化に大きな影響を及ぼす。巻取り温度が鋼材のベ
イナイト変態温度以上である場合に得られるセメンタイ
トは著しくＭｎ等のオーステナイト安定化元素の濃化が
認められ、２相域焼鈍時にセメンタイト上に生成するオ
ーステナイトの焼き入れ性を著しく高める。従って鋼材
のＡｃ₁，Ａｃ₃温度及び焼鈍加熱温度Ｔｓで定義され
る値Ｓ：Ｓ＝（Ｔｓ−Ａｃ₁）／（Ａｃ₃−Ａｃ₁）が０．２以下の場合には、フェライト＋オーステナイト
２相域加熱であっても良好な延性は得られないので、こ
れを高温での巻取りを行った場合の焼鈍加熱温度の下限
値とする。

【００３４】このように熱延巻取り温度が高温の場合に
は、２相域加熱焼鈍の焼鈍温度は高温ほど良好な材質を
示すが、上記Ｓ値が０．７５を超すと急激に延性の劣化
が生じることから、これを高温で巻取りを行った場合の
焼鈍加熱温度の上限とした。また熱延後の巻取り温度が
鋼材のベイナイト変態温度以下の場合には、焼鈍加熱温
度はフェライト＋オーステナイト２相域で低温ほど良好
な延性を示す。しかしながら上記Ｓ値が０．０５以下の
場合は十分な量の残留オーステナイトが得られず良好な
延性が達成されないので、これを低温で巻取りを行った
場合の焼鈍加熱温度の下限値とした。また焼鈍加熱温度
を上げると延性は単純に劣化することから、Ｓ値の上限
を０．４５と制限した。

【００３５】冷延後の熱処理条件：良好な延性は残留オ
ーステナイトの存在のみならず軟質なフェライト相の存
在にもよることが判明しており、２相域加熱に引き続き
行われる冷却をコントロールして、フェライト変態を十
分に進行させることが重要である。この目的のために、
２相域での加熱後フェライト変態量をできるだけ増大さ
せるために１〜１０℃／秒の冷却速度で５５０℃〜７０
０℃まで冷却する。冷却速度の下限値は実操業で達成で
きる最低の冷却速度として１℃／秒とする。また１０℃
／秒以上の冷却速度でこの温度領域を冷却することはフ
ェライト変態の十分な進行を阻害するためにこれを上限
とした。１〜１０℃／秒での冷却を５５０℃以下まで行
った場合にはフェライトのみならずパーライトの生成が
認められ、鋼中の炭素を炭化物（セメンタイト）の形で
消費し、最終的に残留するオーステナイトへの炭素濃化
を大きく阻害し、また７００℃以上でこの冷却を完了さ
せた場合には得られるフェライト変態量が十分でない。

【００３６】このようにして十分なフェライト変態量が
得られた後に、鋼板は１０〜２００℃／秒の冷却速度で
２００〜４５０℃まで冷却される。このとき１０℃／秒
以下の冷却速度ではパーライトの生成が認められるので
これを下限とした。また実操業ラインでの到達可能な冷
却速度から上限冷却速度を決定した。

【００３７】また冷却停止温度を２００℃以下にするこ
とはマルテンサイト変態を起こす可能性があり避ける必
要があり、５００℃以上ではベイナイト変態と同時に炭
化物（セメンタイト）の析出が起こり、オーステナイト
を室温で残留させるためには不利であるのでこれらを上
限、下限とした。

【００３８】引き続き行われるベイナイト変態処理（オ
ーステンパー処理）温度は、炭化物生成が認められる５
００℃以上を避け、またフェライト中に炭化物を含む下
部ベイナイトの生成が認められない３００℃以上とす
る。実製造工程である連続焼鈍ラインでの生産効率から
は、ベイナイト変態処理温度を３５０〜４５０℃にする
ことが好ましい。

【００３９】上記冷却停止温度をベイナイト変態処理温
度以下にした場合には、ベイナイト処理前に急速加熱装
置を導入する必要がある。このような再加熱処理を行っ
ても上記の温度範囲を確保する限り優れた加工性の鋼板
が得られることが確認されている。

【００４０】これらの適当なベイナイト変態処理温度で
未変態オーステナイトの炭素濃化に実質意味のあるベイ
ナイト変態量を得るためには最低１５秒以上必要なこと
が確認された。しかし、不必要に長時間保持することは
未変態オーステナイトのパーライトへの変態や未変態オ
ーステナイトからの炭化物析出によるオーステナイト中
の炭素濃度低下をもたらし、結果としてベイナイト変態
が引き続き進行し、オーステナイトの残留が期待されな
い。これを避けるためにベイナイト変態処理温度での最
高保持時間を２０分以内と限定する。

【００４１】

【実施例】表１に示す各鋼種に対し、熱間圧延により
３．０mm厚とした後、冷却、巻取り（１００〜７８０℃
の範囲、表２でＢｓはベイナイト変態温度であり、巻取
温度ＣＴがＢｓ以下の場合にはＣＴに＃印を付した。）
した熱間圧延鋼板を冷延により１．０mm厚とした後焼鈍
が施され、機械的性質調査、残留オーステナイトの定量
が行われた。

【００４２】焼鈍条件は図１に示す熱サイクルで行い、
焼鈍温度（Ｔｓ／℃）での保持時間は９０秒である。焼
鈍後鋼板は５、５０℃／秒でＴ１℃まで冷却され、引き
続き５または１００℃／秒の冷却速度でＴ２℃まで冷却
され、その温度で所定の時間等温保持された後室温まで
冷却された。

【００４３】焼鈍により得られた鋼板の機械的性質と焼
鈍条件を表２に示した。また同表中Ｖｇ％は鋼板中の残
留オーステナイト体積百分率を表す。同表より、本発明
の条件を満たす鋼板は大きな破断伸びを有し、加工性の
一つの指標であるＴＳ（kgｆ／mm²）×Ｅｌ（％）が２
０００以上の優れた加工性を有することがわかる。

【００４４】

【表１】

【００４５】

【表２】

【００４６】

【表３】

【００４７】

【表４】

【００４８】

【表５】

【００４９】

【発明の効果】本発明を用いることによって５０〜１２
０kgｆ／mm²の優れた延性を有する高強度鋼板の製造が
可能となり、自動車の部品に適用することで自動車車体
軽量化に大きく貢献することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｓ値と伸びとの関係を示す図表である。

【図２】Ｓ値と伸びとの関係を示す図表である。

【図３】実施例に示した鋼板の焼鈍熱サイクルの図表で
ある。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％でＣ：０．０５〜０．４０％、Ｓｉ：０．５〜３．００％、Ｍｎ：０．５〜２．５０％、残部Ｆｅ及び不可避的な不純物からなる鋼材を熱延後冷
却し、鋼材のベイナイト変態温度（以下Ｂｓという）超
の温度で巻き取り、熱延鋼板の組織をフェライト＋微細
パーライトとし、またはＢｓ以下の温度で巻き取り、熱
延鋼板の組織をフェライト＋ベイナイトもしくはフェラ
イト＋パーライト＋ベイナイトもしくはベイナイト単相
とした後、冷延し、前記巻取温度ＣＴおよび熱延鋼板組
織に応じて焼鈍加熱温度Ｔｓを、Ｓ＝（Ｔｓ−Ａｃ₁）
／（Ａｃ₃−Ａｃ₁）とするとき、ＣＴ＞Ｂｓの場合は
０．２≦Ｓ≦０．７５となる範囲に、ＣＴ≦Ｂｓの場合
は０．０５≦Ｓ≦０．４５となる範囲に設定して焼鈍加
熱し、その後１〜１０℃／sec の冷却速度で５５０〜７
００℃の範囲まで冷却し、引き続いて１０〜２００℃／
sec の冷却速度で２００〜５００℃まで冷却した後、３
００〜５００℃の温度範囲で１５秒〜２０分保持し、室
温まで冷却することにより、フェライトとベイナイトを
主相とするフェライト＋ベイナイト＋残留オーステナイ
ト複合組織とすることを特徴とする加工性に優れた高強
度複合組織冷延鋼板の製造方法。
【請求項２】Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｔｉの
うち１種または２種以上の添加元素を合計２％以下添加
することを特徴とする請求項１記載の加工性に優れた高
強度複合組織冷延鋼板の製造方法。