JP3333414B2 - 伸びフランジ性に優れる加熱硬化用高強度熱延鋼板及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、成形性が良好で、
成形後に加熱硬化熱処理を施すことにより、強度をより
向上させることができる加熱硬化用高強度熱延鋼板に関
し、この鋼板は強度及び剛性、靱性、疲労特性等が必要
な機械構造部品、自動車部品、一般鋼板製品として好適
に使用される。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車の安全性向上および燃費向
上の観点から、自動車用鋼板の高強度薄肉化が広く進め
られている。これらの鋼板はプレス等の冷間加工により
成形されるため、優れた成形性も要求される。熱延鋼板
の場合、特に伸びフランジ性が重要視される場合が多
い。一方、構造用部材としては高強度であり、疲労特性
に優れることが要求されるが、高強度化するほど加工性
は劣化するのが通例である。

【０００３】そこで、冷間加工の際には優れた加工性を
有し、その後所定の硬化熱処理を施すことによって、強
度を高める鋼板が種々開発されている。例えば、Ｃｕの
時効処理による析出を利用したものとして、特開昭５３
−７９７１７号公報、特開平２−１９７５４７号公報に
掲示されているように、すでに工業化され実用に供され
ているものもある。しかし、このタイプの鋼板は、十分
な強度上昇を確保するために高価なＣｕを比較的多量
（１％前後）に添加する必要があるうえ、Ｃｕが引き起
こすスラブ加熱時の割れ防止のために、やはり高価なＮ
ｉをも同時に添加する必要があり、製造コスト高を招来
する。またスクラップ精錬時に除去でさないＣｕは、リ
サイクルの観点からも障害となる。

【０００４】また、特開平２−１５１４５号公報、特開
平３−２７７７１７号公報に開示されているように、Ｔ
ｉ、Ｎｂ等の析出強化元素を利用した加熱硬化用の熱延
鋼板も開発されている。これらはいずれも、熱延鋼板に
おいてＴｉ等を固溶させておき、成形後、加熱硬化熱処
理を施して炭化物として析出させることにより、強度を
向上させるものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの加熱
硬化用熱延鋼板は、熱処理によって強度を向上させるこ
とに開発の主眼がおかれているため、熱処理前の材質は
低強度であるものの、その加工性は他の高加工性鋼板に
比べて必ずしも優れたものであるとはいえず、特に伸び
フランジ性については重要な加工特性でありながら満足
な特性が得られていない。

【０００６】なお、強加工用の高強度鋼板においては、
伸びフランジ性に優れた鋼板は既に提供されている。例
えば、特開昭５７−１０１６４９号公報には、Ｎｂ、Ｔ
ｉを含む鋼について、フェライト及びベイナイトの体積
率を制御することにより、優れた伸びフランジ性を有す
る高強度熱延鋼板が得られることが記載されている。ま
た、特開平６−１７２９２０号公報には、優れたＴＳ−
Ｅｌバランスと伸びフランジ性を得るためにＮｂおよび
Ｔｉを複合添加した鋼を熱間圧延後、冷却制御してフェ
ライト＋ベイナイト組織とする方法が示されている。

【０００７】しかし、これらの高強度鋼板は、Ｎｂ，Ｔ
ｉが添加されているものの、加熱硬化性については考慮
されていないため、十分な強度上昇量を安定して得るこ
とはできなかった。

【０００８】本発明はかかる問題に鑑みなされたもの
で、熱延のままで６９０Ｎ／mm² 以上の強度と優れた伸
びフランジ性を有し、しかも、成形後の加熱硬化熱処理
により、より高強度化を図ることができる加熱硬化用高
強度熱延鋼板を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者は、加熱硬化性
と伸びフランジ性を兼ね備えた熱延鋼板について検討を
重ねたところ、加熱硬化性も伸びフランジ性も成分だけ
ではなくそのミクロ組織によって大きく影響を受け、Ｔ
ｉの析出を利用した加熱硬化用熱延鋼板において、その
ミクロ組織をフェライトおよび所定体積率に制御したベ
イナイトとし、さらにこれらの組織中に存在するセメン
タイトの大きさを制御することによって、優れた伸びフ
ランジ性を確保できるばかりでなく、大きい加熱硬化量
を得ることができることを知見し、本発明を完成するに
至った。

【００１０】すなわち、本発明の加熱硬化用高強度熱延
鋼板は、重量％で、Ｃ ：0.05〜0.20％、Ｓｉ：0.01〜
0.8 ％、Ｍｎ：0.5 〜2.5 ％、Ｐ：0.005 〜0.1 ％、Ｓ
：0.01％以下、Ａｌ：0.01〜0.08％、Ｔｉ：0.08〜0.
20％を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、
フェライトおよび体積率で３０〜９０％のベイナイトか
らなる組織を有し、かつ組織中に含まれるセメンタイト
の平均粒径が３μm以下であることを特徴とする。

【００１１】前記鋼成分として、さらにＮｂ：０．０１
〜０．１％、及び／又は下記の第１群〜第３群中の少な
くとも１群から選んだ１種以上の成分を含有することが
できる。 第１群；Ｖ：0.01〜0.5 ％ 第２群；Ｃｒ：0.05〜0.8 ％、Ｍｏ：0.05〜1.0 ％、
Ｂ：0.0005〜0.01％ 第３群；Ｃａ：0.005 ％以下、希土類元素：0.05％以下

【００１２】以下、本発明について詳細に説明する。ま
ず、成分限定理由について説明する。単位は全てwt％
（mass％）である。 Ｃ ：0.05〜0.20％ Ｃは鋼の強化に効果を有する。冷間加工後の熱処理時に
Ｔｉ等と結合して強度を高めるのに必要であり、また伸
びフランジ性にとって好ましいベイナイトを形成するた
めにも必要な元素であり、このためには０．０５％以上
添加する必要がある。しかし、過多に添加すると延性の
劣化が著しく、溶接性も低下するので、その上限を０．
２０％とする。望ましい範囲は０．０７〜０．１５％で
ある。

【００１３】Ｓｉ：0.01〜0.8 ％ Ｓｉは固溶強化元素として引張強さの向上に非常に有効
であるが、過度の添加は表面性状や化成処理性を悪化さ
せるため、０．８％を上限とする。。

【００１４】Ｍｎ：0.5 〜2.5 ％ Ｍｎも固溶強化元素であり引張強さの向上に有効である
ほか、粗大なパーライトの生成を抑制し、ベイナイトを
生成させるために必要な元素である。この効果を有効に
発揮させるには０．５％以上添加する必要があるが、過
多に添加すると、延性を低下させるだけでなく溶接性を
害するので、その上限を２．５％とする。

【００１５】Ｐ：0.005 〜0.1 ％ Ｐは鋼の強度を向上させる働きがあるが、過度の添加は
加工性、靱性を劣化させるため、下限を０．００５％、
上限を０．１％とする。

【００１６】Ｓ ：0.01％以下Ｓは延性を劣化させるた
め少ないほどよく、本発明では伸びフランジ性の改善の
ため０．０１％以下とする。

【００１７】Ａｌ：0.01〜0.08％ Ａｌは脱酸のために添加する。０．０１％未満では過少
であり、一方０．０８％を越えて加えるとアルミナ系の
介在物が増加し、加工性が劣化するので、上限を０．０
８％とする。

【００１８】Ｔｉ：0.08〜0.20％ Ｔｉは本発明鋼板において重要な元素である。すなわ
ち、Ｍｎ、必要に応じて添加されるＣｒとともに目的と
するフェライト＋ベイナイト組織を得るために有効であ
るばかりでなく、熱延段階で固溶させたＴｉは、熱処理
することにより微細なＴｉＣとなって析出し、著しく強
度を上昇させる効果がある。熱処理後に８９０Ｎ／mm²
以上のＴＳを確保するためには、０．０８％以上の添加
が必要であるが、過度に添加すると加工性が劣化するた
め、上限を０．２０％とする。

【００１９】本発明の熱延鋼板は、以上の成分を必須成
分とし、残部実質的にＦｅからなるが、さらにＮｂ：
０．０１〜０．１％、及び／又は下記の第１群〜第３群
中の少なくとも１群から選んだ１種以上の成分を含有す
ることができる。

【００２０】Ｎｂ：０．０１〜０．１％ ＮｂはＭｎと共存して熱延後の変態組織に影響を与え、
Ｔｉと同様、ベイナイト組織を得やすくする働きがあ
る。また析出強化元素でもあるため、Ｔｉと同様に熱延
巻取時に析出を抑制することで、熱処理硬化性を発揮す
る。これらの効果を発揮させるためには、０．０１％以
上の添加が必要である。しかし、過度に添加すると、降
伏比の上昇、および延性の低下を招くので、０．１％を
上限とした。

【００２１】第１群；Ｖ：0.01〜0.5 ％ Ｖは析出強化元素であり、Ｔｉと同様に熱延巻取時に析
出を抑制することで、熱処理硬化性を発揮する。

【００２２】第２群；Ｃｒ：0.05〜0.8 ％、Ｍｏ：0.05
〜1.0 ％、Ｂ：0.0005〜0.01％ Ｃｒ、Ｍｏ、Ｂは焼き入れ性を向上させて、所望の組織
を有利に与える元素である。この効果を有効に発揮する
ために各元素の下限を設定し、効果が飽和する量を経済
的見地より上限とした。

【００２３】第３群；Ｃａ：0.005 ％以下、希土類元
素：0.05％以下 Ｃａ、希土類元素は硫化物の形態制御を通じて、延性、
特に伸びフランジ性を改善する効果を有する。この効果
を有効に発揮するために各元素の下限を設定し、効果が
飽和する量を経済的見地より上限とした。

【００２４】次に、本発明熱延鋼板のミクロ組織につい
て説明する。ミクロ組織はフェライトと体積率で３０〜
９０％のベイナイトからなる。フェライトは伸びを確保
するために必要であり、一方、硬質相をベイナイトで構
成するのは、パーライトはベイナイトに比して伸びフラ
ンジ性に劣るうえ、その後の硬化熱処理による強度上昇
が少ない。またマルテンサイトは熱延鋼板の伸びフラン
ジ性が大きく劣化するうえ、硬化熱処理時にマルテンサ
イトが軟質化するために加熱硬化性も低くなるからであ
る。また、ベイナイトの体積率を３０〜９０％とするの
は、３０％未満では強度が低下するうえ、伸びフランジ
性も十分ではなくなり、一方９０％を越えると伸びの低
下が大きくなるからである。

【００２５】また、フェライトおよびベイナイト組織中
に存在するセメンタイトの大きさは、平均で３μm以下
であることが必要である。これは以下の理由による。硬
化熱処理によりＴｉＣを形成し、強度を上昇させるため
には、固溶Ｔｉと固溶Ｃとが必要となるが、熱延鋼板の
段階では固溶Ｃの量は少なく、大半はセメンタイト（Fe
₃C）を形成している。それ故、硬化熱処理時にセメンタ
イトを固溶する必要があるが、粗大なセメンタイトは溶
解困難であるため、本発明では３μm以下の微細なセメ
ンタイトとする。これにより、セメンタイトが速やかに
溶解し、十分にＴｉＣを形成することができる。また、
加工性、特に伸びフランジ性の改善にもセメンタイトの
微細化は有効であり、好ましくは、セメンタイトの粒径
は２μm以下とするのがよい。

【００２６】次に、本発明の熱延鋼板の好適な工業的生
産方法について説明するが、本発明熱延鋼板はかかる方
法により製造されたものに限定されない。

【００２７】前記鋼成分の鋼片を、Ｔｉ，Ｎｂ等の析出
強化元素の溶体化のために１１５０℃以上、好ましくは
１２００℃以上に加熱し、熱間圧延を行う。熱間圧延の
仕上温度はＡr₃点以上９００℃未満にするのがよい。Ａ
r₃点未満では加工組織が残存し加工性が劣化すると共に
加熱硬化性も低下するようになる。一方、仕上温度を９
００℃未満とすることにより、適当量のフェライトを安
定して得ることができるため、伸びを確保することがで
きる。仕上温度が９００℃以上では、フェライト量が極
端に少なくなり、伸びの劣化が大きくなる。

【００２８】巻取温度は３００℃以上４５０℃未満にす
るのがよい。３００℃未満ではマルテンサイトが生成す
るために伸びフランジ性が低下するようになり、またマ
ルテンサイトはその後の熱処理により逆に軟化してしま
うため、加熱硬化性にとっても好ましくない。４５０℃
以上では、所定量のベイナイトが得られても、組織中の
セメンタイトが粗大化し、さらにＴｉＣ析出量も多くな
るため、十分な加熱硬化性が得られないようになるう
え、伸びフランジ性も低下するようになる。

【００２９】なお、成形加工後の硬化熱処理は、固溶Ｔ
ｉ、固溶Ｎｂを析出させるように加熱すればよく、通
常、５００〜７５０℃の温度で、１分以上加熱すればよ
い。

【００３０】

【実施例】表１に示す化学成分を有する鋼を用いて、圧
下率を変えるために５mm〜３０mm厚のスラブを造った。
これらを１２５０℃で６０分間加熱した後、熱間圧延を
行った。圧延は未再結晶温度域である８３０〜９５０℃
の範囲で開始し、表２に示した仕上温度で３．０mmまで
圧延し、巻取温度相当の温度まで冷却し、その温度で３
０分保持後炉冷した。

【００３１】得られた熱延鋼板からＪＩＳ５号引張試験
片を採取し、引張試験および伸びフランジ性評価のため
の穴拡げ試験に供した。穴拡げ試験は初期穴径ｄｉ＝１
０mmφの打ち抜き穴を開け、頂角６０度の円錐パンチを
押し込んで、クラックが板厚を貫通する際の穴径ｄｂを
求め、穴拡げ率λを下記式により算出した。 λ＝（（ｄｂ−ｄｉ）／ｄｉ）×１００％

【００３２】また、加熱硬化性を評価するため、試験片
に６００℃×１０分の加熱硬化熱処理を施し、ＪＩＳ５
号試験片により、引張試験を行った。得られた結果を表
２に示す。

【００３３】

【表１】

【００３４】

【表２】

【００３５】表２より本発明鋼板（試料No. １〜７）
は、熱処理前はいずれもＴＳ×λ≧５００００の優れた
加工性を有し、なおかつ熱処理後、引張強さが１５０Ｎ
／mm²以上上昇していることが分かる。

【００３６】一方、試料No. ８（比較例）は、加工性は
良好であるものの、Ｓｉ含有量が発明範囲を越えている
ため、著しいスケール模様が発生した。また、その他の
比較例試料は、熱延ままの加工性や加熱硬化量が十分で
はないことがわかる。

【００３７】

【発明の効果】本発明の加熱硬化用高強度熱延鋼板は、
Ｔｉを０．０８〜０．２０％含有し、平均粒径が３μm
以下のセメンタイトを含むフェライトおよび所定量のベ
イナイトからなる２相組織としたので、加工性、特に伸
びフランジ性に優れ、しかも加熱硬化量も大きく、優れ
た加工性と加熱硬化性とを兼備したものとして好適であ
る。また、本発明の製造方法は上記加熱硬化用高強度熱
延鋼板の工業的製造方法として生産性に優れ、好適であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−170048（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−325644（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−286243（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−240356（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−105963（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−130454（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−42725（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−143953（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 38/00 - 38/60

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、Ｃ ：0.05〜0.20％、Ｓｉ：
   0.01〜0.8 ％、Ｍｎ：0.5 〜2.5 ％、Ｐ：0.005 〜0.1
   ％、Ｓ ：0.01％以下、Ａｌ：0.01〜0.08％、Ｔｉ：0.
   08〜0.20％を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物から
   なり、フェライトおよび体積率で３０〜９０％のベイナ
   イトからなる組織を有し、かつ組織中に含まれるセメン
   タイトの平均粒径が３μm以下であることを特徴とする
   伸びフランジ性に優れる加熱硬化用高強度熱延鋼板。
2. 【請求項２】 鋼成分として、さらにＮｂ：０．０１〜
   ０．１％を含有する請求項１に記載した加熱硬化用高強
   度熱延鋼板。
3. 【請求項３】 鋼成分として、さらに 第１群；Ｖ：0.01〜0.5 ％ 第２群；Ｃｒ：0.05〜0.8 ％、Ｍｏ：0.05〜1.0 ％、
   Ｂ：0.0005〜0.01％ 第３群；Ｃａ：0.005 ％以下、希土類元素：0.05％以下 の少なくとも１群から選んだ１種以上の成分を含有する
   請求項１又は２に記載した加熱硬化用高強度熱延鋼板。
4. 【請求項４】 請求項１、２又は３に記載した成分の鋼
   を１１５０℃以上に加熱し、Ａr₃点以上９００℃未満の
   仕上温度で熱間圧延を終了し、３００℃以上４５０℃未
   満の温度で巻き取ることを特徴とする伸びフランジ性に
   優れる加熱硬化用高強度熱延鋼板の製造方法。