JP3236418B2

JP3236418B2 - 耐衝撃性に優れた薄鋼板

Info

Publication number: JP3236418B2
Application number: JP19961593A
Authority: JP
Inventors: 和哉三浦; 隆明比良; 俊之加藤
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1993-08-11
Filing date: 1993-08-11
Publication date: 2001-12-10
Anticipated expiration: 2016-12-10
Also published as: JPH0754098A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主として自動車用部品
として、プレス成形等の加工が施されて用いられる薄鋼
板に関し、とくに自動車が走行中に万一衝突した場合の
特性, 即ち耐衝撃性が求められる部位の素材として好適
に用いられる薄鋼板に関しての提案である。最近、地球
環境保全の機運が高まってきたことから、自動車からの
CO₂排出量の低減が求められている。そのために、自動
車車体の軽量化が図られており、それはまた、鋼板の高
強度化によって板厚を低減させることを意味することか
ら、素材としてはプレス成形性と強度の両方に優れたも
のが求められている。さらに、自動車車体の設計思想に
着目すると、鋼板の単なる高強度化のみでなく、より大
切なことは走行中に万一衝突した場合の耐衝撃性に優れ
た鋼板、すなわち高歪速度で変形した場合の変形抵抗の
大きくしかも薄い鋼板の開発が必要であり、これを実現
してこそ自動車の安全性の向上を伴った車体の軽量化が
図られ、より望ましい自動車用鋼板を提供することがで
きる。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車用鋼板の材質強化の方法
は、フェライト単相組織鋼では主としてSi, Mn, Ｐとい
った置換型元素添加による固溶強化、あるいはフェライ
ト相中にマルテンサイト相, ベイナイト相あるいはオー
ステナイト相を析出させて組織強化した方法が一般的で
ある。例えば、特開昭56−139654号公報等に記載されて
いるように、加工性、時効性を改善するために極低炭素
鋼にTi, Nbを含有させ、さらに加工性を害しない範囲で
Ｐ等の強化成分を含有させて高強度化を図った鋼板が数
多く提案されている。この他にも、例えば特開昭59−19
3221号公報には、Si添加によってさらに高強度化を図る
方法の提案もなされている。

【０００３】たしかに、このような方法での鋼板の高強
度化によって、自動車ボディーの板厚減少はある程度可
能となった。しかしながら、これらの提案は、鋼板強度
の指標である降伏強度あるいは引張強度を、歪速度が10
^-3〜10^-2(s^-1) と極めて遅い静的な評価方法に基づいて
判断している。しかしながら、実際の自動車ボディの設
計では、このような“静的”な強度よりも、衝突時の安
全性を考慮した、歪速度10〜10⁴(s^-1) での衝撃的な変
形を伴う“動的”な強度の方がより重要になるため、従
来のかような提案では、自動車車体の軽量化に対しては
真に有効な手段を提供するものとは言えない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】というのは、従来、上
述した静的な強度と動的な強度とは、同じ傾向をもつも
のとして一義的に取り扱っており、主として静的な強度
のみを基準にして判断していた。ところが、発明者らの
研究によると、動的な強度は、必ずしも静的な強度に対
応しておらず、従って、各種改良素材の静的強度の改良
がそのまま動的強度の向上にはつながらないということ
が判った。そして、この傾向は、とくに高張力鋼板につ
いて著しいものがあった。

【０００５】図１は、変形速度と強度との関係に及ぼす
軟鋼と高張力鋼との影響を示すものである。この図に明
らかなように、高張力鋼板における変形速度10 ^-3 〜10 ^-2
(s ^-1 )の静的強度に対する変形速度10〜10 ^４ (s ^-1 )の動的
強度の割合は、軟鋼板における変形速度10 ^-3 〜10
^-2 (s ^-1 )の静的強度に対する変形速度10〜10 ^４ (s ^-1 )の動
的強度の割合ほどには高い値を示さないことが判る。す
なわち、変形速度10 ^-3 〜10 ^-2 (s ^-1 )における強度(静的強
度)に対する、10〜10 ^４ (s ^-1 )における強度(動的強度)の
上昇量を比較した場合、高張力鋼板は軟鋼板ほどには高
い値を示さない。このことは、自動車用高張力鋼板の板
厚を静的強度値に基づいて薄肉化した場合には、動的強
度、即ち、耐衝撃強度の方は不足するという結果になる
ことを意味している。そして、このことはまた、静的強
度値だけを基準にして高張力鋼板の薄肉化を図ってきた
従来の考え方は見直さなければならないことを示唆して
いる。本発明の目的は、上述した従来技術が抱えている
問題点を克服することにあり、とくに高張力鋼板におけ
る静的強度値に対する動的強度の値が、軟鋼板のそれと
同等以上に高い耐衝撃性に優れた薄鋼板を提供すること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述した課題に対してそ
の解決を目指して鋭意研究した結果、軟鋼のように低歪
速度下における強度のみならず、高歪速度下における強
度、即ち、耐衝撃強度にも優れた高張力鋼板とするに
は、単に静的強度だけが高い値を示すものでは不十分で
あることが判った。このことはまた、単に高歪速度下に
おける強度、即ち動的強度だけが高い値を示すものを開
発すること（不経済である）で足りることを意味してお
らず、いわゆる、静的強度と動的強度とがうまく釣り合
っていることが必要であるということが判った。すなわ
ち、プレス成形性に優れかつ高歪速度下での耐衝撃強度
にも優れた鋼板は、静動比＝（歪速度 10²(s^-1) での降
伏応力) ／ (歪速度10^-3(s^-1) での降伏応力）で定義さ
れる、静動比が 1.6以上の高張力鋼板であれば、自動車
用部品として用いられた場合に、高歪速度下でも軟鋼板
と同等以上の高い強度の歪速度依存性が得られるので、
自動車車体の安全性向上を軽量化の実現にあわせて達成
することができることが判った。

【０００７】このような知見に基づき発明者らはさら
に、上記静動比におよぼす化学組成と製造条件の影響を
詳細に検討し、以下に述べるような要旨構成からなる自
動車用鋼板を開発した。すなわち、本発明は、Ｃ：0.005 〜0.10wt％、 Si：0.03wt％以下、 Mn：0.15wt％以下、Ｐ：0.03wt％以下、Ｓ：0.010 wt％以下、 Al：0.001 〜0.10wt％、Ｎ：0.04wt％以下を含み、そして Ti：1.0 wt％以下およびNb：0.2 wt％以下を、このTiとNbおよび前記Ｃとの関係が、次式； (12/48)Ti wt％＋(12/93)Nb wt％＞２Ｃwt％および、 0.05 ≦ Nb wt％／ Ti wt％≦ 0.2 の関係を満たすように含有し、残部はFeおよび不可避的
不純物からなる耐衝撃性に優れた薄鋼板である。

【０００８】

【作用】発明者らは、薄鋼板の静動比を向上させるべ
く、まず、静的な強度を向上させる目的で、TiおよびNb
を含有させた析出強化型高強度鋼をベースに、静動比に
及ぼす冶金学的要因の影響、とくに化学組成について検
討を重ねた。その結果、鋼中のＣとTiおよびNbの各成分
のバランスを適正化することが該静動比の向上に極めて
有効であることを知見した。これらの操作によって静動
比が向上する理由については、必ずしも明らかになった
訳ではないが、少なくとも高張力鋼板における上記の静
動比を、軟鋼板の静動比： 1.6以上を示すようにするに
は、上記成分組成の設計, とりわけＣとTiおよびNbの添
加、即ち、Ｃに対してTiとNbを過剰に添加することによ
って、炭化物の粗大化を導くことが必要である。また、
TiとNbのバランスを制御することにより、静動比に有害
な変形中の非熱活性的な応力場の減衰を導くことが必要
である。

【０００９】このために、本発明は、TiとNbとＣの関係
式として、 (12/48)Ti wt％＋(12/93)Nb wt％＞２Ｃwt％…(1) を提案し、そしてまた、TiとNbのバランス制御式とし
て、 0.05≦Nbwt％/ Tiwt％≦0.2 …(2) を提案する。

【００１０】本発明を構成する各成分元素とそれの含有
量は、静動比と同時に成形性向上のために、次のような
理由によって限定される。Ｃ：0.005 〜0.10wt％Ｃは、プレス成形性の指標である伸び、ｒ値の向上の観
点からできるだけ少ない方が望ましいが、0.005 ％より
も少ないと、NbおよびTiＣの析出量が減少し、十分な強
度を確保できない。即ち、いかに静動比が高くても絶対
的な強度が不足する場合は軽量化の効果を期待すること
ができない。また、耐二次加工脆性の劣化や溶接部の強
度低下をもたらし好ましくない。一方、このＣの含有量
が0.10wt％を超えると、かえって静動比の低減を招く傾
向が強くなり、また、Ｃを安定化させるために過剰なT
i, Nbの添加が必要となり経済的にも好ましくない。し
たがって、Ｃ含有量は、0.005 〜0.10wt％の範囲に限定
した。

【００１１】Si：0.03wt％以下 Siは、基本的には必要に応じて目標とする強度レベルを
得るために添加すればよいが、0.03wt％を超えて含有さ
せた場合には、静動比が劣化する。したがって、Si含有
量を0.03wt％以下とした。

【００１２】Mn：0.15wt％以下 Mnは、プレス成形性の指標である伸び、ｒ値の向上の観
点から低減させることが望ましいが、1.5 wt％を超える
と静動比が劣化する。従って、Mn含有量の上限を0.15wt
％に限定した。

【００１３】Ｐ：0.03wt％以下Ｐは、0.03wt％を超えて含有させた場合には、静動比が
劣化することに加えて表面処理性も顕著に劣化する。し
たがって、Ｐ含有量の上限は0.03wt％とした。

【００１４】Ｓ：0.010 wt％以下Ｓは、少ないほど、鋼中の析出物が減少して加工性の向
上の寄与する他、Ｃを固定のためのTi量の増加をもたら
すので好ましい。このような効果は、Ｓ量を0.010 wt％
以下とすることで得られる。

【００１５】Al： 0.001〜0.10wt％ Alは、0.10wt％以下であれば加工性の改善に有効である
が、0.001 wt％を下回るようになると介在物が増加し、
それに伴って加工性が低下する。従って、Al含有量は
0.001〜0.10wt％の範囲に限定した。

【００１６】Ｎ：0.04wt％以下Ｎは、この発明においてできるだけ低減したい成分であ
る。Ｎ量を低減することにより加工性の向上が期待でき
る。しかし、0.04wt％以下であればほぼ満足し得る効果
が得られることから、上限を0.04wt％とした。

【００１７】Ti：1.0 wt％以下 Tiは、ｒ値向上に不可欠な元素であり、しかも静動比の
向上に必要な成分である。この量は 0.015％以上含有さ
せるとｒ値および静動比の効果が顕れるが、1.0 wt％を
超えて含有させてもその効果が飽和することに加えて、
表面性状の劣化を招く。従って、Ti含有量は 1.0wt％以
下の範囲に限定した。

【００１８】Nb：0.2 wt％以下 Nbは、ｒ値向上に不可欠な元素であり、しかも静動比の
向上に必要な成分である。その上、鋼板組織の均一化と
微細化にも有効である。ただし、このNbは、0.2 wt％を
超えて含有させてもその効果が飽和するので、Nb含有量
は0.2 wt％以下に限定した。なお、このNbは、単独で添
加するよりもTiと共に複合添加し、さらにＣとの関連の
下で添加した場合の方が、その特性向上の効果は大き
い。

【００１９】本発明にかかる鋼板は、基本的に上述のよ
うな化学成分と組成よりなるものであるが、本発明はさ
らに、Ti, NbおよびＣを、これらの関係が下記式を満足
するような割合いで含有させることが必要である。すな
わち、この式は、上述した成分組成よりなる高張力鋼板
について、この鋼板の静動比を 1.6以上のものにするの
に必要な条件を規定したものである。 (12/48)Ti(wt%)＋(12/93)Nb(wt%)＞２Ｃ(wt%) …(1) 0.05≦( Nb(wt%) ／Ti(wt%)) ≦ 0.2 …(2)

【００２０】以上説明したように、この式は、Tiおよび
Nbを、Ｃ量に対して過剰添加することによって、静動比
を 1.6以上とすることができる条件を規定している。即
ち、(12/48)Ti(wt%)＋(12/93)Nb(wt%)を２Ｃwt% 超に制
御することによって、静動比向上の効果が現われる。従
って、上記(1) 式右辺を２Ｃwt% 超に限定したのであ
る。また、このときのTiとNbの割合は、上記(2) 式に示
すように、TiをNbの0.05倍から0.2 倍とすることによっ
て、静動比に優れた薄鋼板が得られる。

【００２１】次に、本発明鋼板の特徴について説明す
る。本発明の薄鋼板は、上述した成分組成の鋼素材を溶
製, 鋳造して得た鋼片について、常法に従って熱間圧延
あるいは冷間圧延を行う。即ち、鋼材はまず1200℃に加
熱し、フェライト相が析出する温度以上、好ましくは約
850℃以上で終了する熱間圧延を施した後、650 ℃以上
の温度で巻取りを行い、引続き冷間圧延後にオーステナ
イト相が析出する温度の直下、たとえば 750℃で連続焼
鈍を施すことによって、製造する。

【００２２】なお、本発明が対象としているものは、主
として冷延鋼板であるが、これのみならず表面処理鋼板
に対しても同じように、静動比向上の効果を付与でき
る。また、本発明鋼は、自動車用鋼板を対象としている
が、同様に高歪速度下での強度を要求される用途にも有
効であることはいうまでもない。

【００２３】

【実施例】表１に示すような種々の化学組成の鋼を転炉
にて溶製し、連続鋳造して鋳片を得た。その鋳片を熱間
圧延して３mmｔの熱延鋼板を得た。さらにこれらの熱延
鋼板を冷間圧延して0.7mmtの冷延鋼板を製造した。そし
て、得られた冷延鋼板について、引張試験により歪速度
10^-3と10² (S^-1) での降伏強度を測定して静動比を求め
た。その特性を表１にまとめて示す。表１に示す結果か
ら明らかなように、本発明に適合する鋼（No.1〜3, 8,
9)は、10²(S^-1) および10^-3(S^-1) ともに高い値を示
し、優れた静動比を有する薄鋼板であることがわかる。

【００２４】しかし、たとえNb, Tiに対して過剰のＣを
加えても、Ti, Nbそのものの量が低い鋼No.4, 5 の比較
鋼は、高い歪み速度(10²・1/S)での強度が低く、また、
Ｃ,Si, Mn, Ｐ, Ｓ, Al, Ｎの各含有量が本発明範囲を
外れる比較鋼も同じ傾向を示しており、本発明鋼の方が
明らかに優れた静動比を示す様子が窺える。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
Ti, NbおよびＣの組成を適正化すること、およびTi, Nb
の配合割合を適正化することによって、従来よりも格段
に静動比に優れる高張力薄鋼板を製造することができ、
これらを自動車用鋼板に利用することによって、自動車
車体の軽量化と安全性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】変形速度と強度との関係に及ぼす軟鋼と高張力
鋼との影響を示す説明図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 38/00 - 38/60

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃ：0.005 〜0.10wt％、 Si：0.03wt％以下、 Mn：0.15wt％以下、Ｐ：0.03wt％以下、Ｓ：0.010 wt％以下、 Al：0.001 〜0.10wt％、Ｎ：0.04wt％以下を含み、そして Ti：1.0 wt％以下およびNb：0.2 wt％以下を、このTiとNbおよび前記Ｃとの関係が、次式； (12/48)Ti wt％＋(12/93)Nb wt％＞２Ｃwt％および 0.05 ≦ Nb wt％／ Ti wt％≦ 0.2 の関係を満たすように含有し、残部はFeおよび不可避的
不純物からなる耐衝撃性に優れた薄鋼板。