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JP7185555B2 - 鋼板 - Google Patents

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Description

本発明は、鋼板に関し、とりわけ、自動車部品をはじめとする各種の用途に使用可能な鋼板に関する。
自動車用部品の製造に用いられる鋼板には、軽量化による燃費改善を実現するために薄肉化が求められており、薄肉化と部品強度の確保とを両立するために、高強度化が要求されている。また、自動車用部品の製造に用いられる鋼板には、衝突安全性を考慮して、衝突時における高いエネルギー吸収能が要求されており、高延性化が求められている。一般的に強度を向上させると延性が低下するため、衝突時のエネルギー吸収を担保することが難しくなる。そのため、高強度及び高延性を実現するために、引張強度（ＴＳ）の向上による高強度化に加えて、ＴＳ×ＥＬ（伸び）の向上による高延性化が必要である。
更に、自動車用部品の製造に用いられる鋼板には、形状の複雑な部品に加工するために優れた成形加工性も要求され、とりわけ、局部変形能の指標である穴広げ率（λ）に優れることが求められる。
例えば、特許文献１には、熱間圧延において、１０００℃以上、１２００℃以下の温度範囲で４０％以上の圧下パスを１回以上含む第一熱間圧延を行い、Ｔ１＋３０℃以上且つＴ１＋２００℃以下の温度で大圧下を行い、Ａｒ３℃以上且つＴ１＋３０℃未満の温度域の圧下率を制限することで、５／８～３／８の板厚範囲の特定の結晶方位の極密度を所定の範囲に制御した鋼板が開示されている。当該鋼板は、ＴＳ×ＥＬ＞１４０００であるとしている。
特許文献２には、焼戻しマルテンサイト、ベイナイト、オーステナイトを含み、フェライトを１０％以下に制限したうえで、ベイナイトのうち、８０％以上のベイナイト粒において粒界が焼戻しマルテンサイト及びオーステナイトのいずれもが接触する状態とした鋼板が開示されている。当該鋼板は、１３００ＭＰa以上の強度を有し、成形性に優れているとしている。
特許文献３には、熱間圧延後に３００℃～Ａｃ３点の温度域で３０分以上保持する第一焼鈍と、冷間圧延後に、Ａｃ１点～９５０℃に加熱後、１５０～６００℃に冷却した後、溶融亜鉛めっきを施し、その後、３００℃以下まで冷却した後、１００～６００℃の温度域で焼戻しを施すことにより、残留オーステナイトを１０％以上、残留オーステナイト中の炭素量を０．８５％以上、残留オーステナイト中のＭｎ量と平均のＭｎ量との比を１．１以上に制御した鋼板が開示されている。当該鋼板は、１４７０ＭＰa以上の強度を有し、変形性に優れているとしている。
特許第５４０８３８３号公報 特開２０１５－１５１５７６号公報 特開２０１７－０５３００１号公報
しかし、上述の技術を始めとした広範な検討がなされているにも関わらず、高強度及び高延性を達成し、且つ穴広げ性に優れた鋼板を製造することが難しいのが現状である。
本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、強度、延性及び穴広げ性に優れた鋼板を提供することである。
本発明の態様１は、
Ｃ ：０．３５～０．６０質量％、
Ｓｉ：２．１～２．８質量％、
Ｍｎ：１．２～１．８質量％、
Ｐ ：０．０５質量％以下、
Ｓ ：０．０１質量％以下、及び
Ａｌ：０．０１～０．１質量％
を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物からなり、
ベイナイトとベイニティックフェライトとマルテンサイトと残留オーステナイトとマルテンサイト・オーステナイト混合組織との合計の面積率が９５％以上、１００％以下であり、
フェライトとパーライトとの合計の面積率が５％未満であり、
マルテンサイト・オーステナイト混合組織の面積率が５％以上、３０％以下であり、
マルテンサイト・オーステナイト混合組織の切片長の平均が０．３２μｍ以下であり、
フェライトとベイニティックフェライトとマルテンサイトとの合計の面積に対する、フェライトとベイニティックフェライトとマルテンサイトとの中でセメンタイトが存在しない領域の面積の割合が３．０％以上、５．０％以下である、鋼鈑である。
本発明の態様２は、
Ｖ ：０．００１～０．０５質量％、
Ｎｂ：０．００１～０．０５質量％、
Ｔｉ：０．００１～０．０５質量％、
Ｚｒ：０．００１～０．０５質量％、及び
Ｈｆ：０．００１～０．０５質量％からなる群から選択される１種以上を更に含有する態様１に記載の鋼板である。
本発明の態様３は、
Ｃｒ：０．００１～０．５０質量％、
Ｍｏ：０．００１～０．５０質量％、
Ｎｉ：０．００１～０．５０質量％、
Ｃｕ：０．００１～０．５０質量％、及び
Ｂ ：０．０００１～０．００５０質量％からなる群から選択される１種以上を更に含有する態様１又は２に記載の鋼板である。
本発明の態様４は、
Ｃａ ：０．０００１～０．００１０質量％、
Ｍｇ ：０．０００１～０．００１０質量％、
Ｌｉ ：０．０００１～０．００１０質量％、及び
ＲＥＭ：０．０００１～０．００１０質量％からなる群から選択される１種以上をさらに含有する態様１～３のいずれかに記載の鋼板である。
本発明の実施形態により、強度、延性及び穴広げ性に優れた鋼板が提供される。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を行った。その結果、Ｃ含有量及びＳｉ含有量が多く、且つＭｎ含有量が低く制御された鋼材を用いて適切な熱処理を行うことにより、引張強度（ＴＳ）及びＴＳ×ＥＬが高く、且つ穴広げ率（λ）に優れた鋼板が得られることを見出した。
より具体的には、鋼材中の炭素を炭化物として析出させ難くして残留オーステナイトとして残存させ易くするために、Ｓｉ含有量を２．１質量％以上と多くする。また、冷却の際にフェライトの形成を抑制しつつ、ベイニティックフェライトの形成によりＭＡの微細化を促進し、且つマルテンサイト中の炭化物の凝集により炭化物の存在しない領域の形成を促進するために、Ｍｎ含有量を１．８質量％以下と少なくする。このようにＳｉ含有量及びＭｎ含有量を制御することにより、ＴＳ×ＥＬ及びλを向上させることができる。
しかし、Ｓｉ含有量が多く、且つＭｎ含有量が少ない鋼材は、通常Ａｃ３点が高くなるため、一般的な焼鈍設備（加熱温度の上限が９５０℃程度）では、オーステナイト単相化することが困難となり、フェライト及びパーライトの面積率を小さくすることが難しく、所望の引張強度が得られない。そのため、このような鋼材でフェライト及びパーライトの面積率を低く抑えるためには、Ｃ含有量を多くすることが有効であり、高い引張強度を得ることができる。更に、Ｃ含有量を多くすることにより、残留オーステナイトの面積率を増加させる効果が得られるため、ＴＳ×ＥＬを高めることができる。
以下、本発明の実施形態に係る鋼板の詳細を示す。
１．鋼組織
本発明の実施形態に係る鋼板は、
ベイナイトとベイニティックフェライトとマルテンサイトと残留オーステナイトとマルテンサイト・オーステナイト混合組織との合計の面積率が９５％以上、１００％以下であり、
フェライトとパーライトとの合計の面積率が５％未満であり、
マルテンサイト・オーステナイト混合組織の面積率が５％以上、３０％以下であり、
マルテンサイト・オーステナイト混合組織の切片長の平均が０．３２μｍ以下であり、
フェライトとベイニティックフェライトとマルテンサイトとの合計の面積に対する、フェライトとベイニティックフェライトとマルテンサイトとの中でセメンタイトが存在しない領域の面積の割合が３．０％以上、５．０％以下である。
組織の「面積率」は、全組織に対する当該組織の面積率である。
「マルテンサイト」は、「焼入れままマルテンサイト」及び「焼戻しマルテンサイト」の両方を含み、従って、これらの組織の一方のみからなるか、あるいは両方からなる。
以下、各構成について詳述する
（１）ベイナイトとベイニティックフェライトとマルテンサイトと残留オーステナイトとマルテンサイト・オーステナイト混合組織との合計の面積率：９５％以上、１００％以下
ベイナイト、ベイニティックフェライト、マルテンサイト、残留オーステナイト及びマルテンサイト・オーステナイト混合組織（以下、「ＭＡ」（Ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ－Ａｕｓｔｅｎｉｔｅ）と呼ぶことがある）は鉄鋼材料の組織の中でも高強度の組織である。そのため、高い強度を確保するには、これらの組織を主体とする必要がある。従って、当該組織の合計の面積率は、９５％以上、１００％以下とする。当該組織の合計の面積率は、好ましくは９７％以上、より好ましくは９９％以上である。
（２）フェライトとパーライトとの合計の面積率：５％未満
フェライト及びパーライトは強度が低いため、高い強度を確保するには、これらの組織の割合を低くする必要がある。また、高強度の組織の中にフェライト及びパーライトのような低強度の組織が多く存在すると、低強度の当該組織が亀裂発生の起点となり、破壊が促進されることで穴広げ率が劣化する。従って、フェライトとパーライトとの合計の面積率は、５％未満とする。フェライトとパーライトとの合計の面積率は、好ましくは３％以下、より好ましくは１％以下であり、最も好ましくは０％である。
（３）マルテンサイト・オーステナイト混合組織の面積率：５％以上、３０％以下
マルテンサイト・オーステナイト混合組織（ＭＡ）のうち、残留オーステナイトは、プレス加工等の加工中に加工誘起変態により、マルテサイトに変態するＴＲＩＰ現象を生じ、大きな伸びを得ることができる。また、形成されるマルテンサイトは高い硬度を有するため、強度向上に有効となる。そのため、ＭＡの割合を高めることが強度－延性バランスを向上させるのに有効である。従って、ＭＡの面積率は、５％以上とする。ＭＡの面積率は、好ましくは６％以上、より好ましくは８％以上である。
一方で、ＭＡの面積率が大きくなると、破壊の起点となるＭＡ／母相の界面が増加し、変形時の割れが助長されることで、穴広げ率が劣化する。従って、ＭＡの面積率は、３０％以下とする。ＭＡの面積率は、好ましくは２７％以下、さらに好ましくは２５％以下である。
（４）マルテンサイト・オーステナイト混合組織の切片長の平均：０．３２μｍ以下
マルテンサイト・オーステナイト混合組織（ＭＡ）は高強度及び高延性化に有効な組織であるが、組織の変形が進行した際に、ＭＡが割れることがあり、あるいは、ＭＡと周囲の組織との間にひずみが集中して界面若しくは界面近傍で割れることがある。このようなＭＡの割れは穴広げ率に影響し、とりわけ、鋼板を高強度化した際にその影響が顕著に表れる。ＭＡの割れの影響を小さくするためには、ＭＡを細かくすることが有効であり、破壊を抑制することで穴広げ率を向上させることができる。従って、ＭＡのサイズ、すなわちＭＡの切片長の平均を０．３２μｍ以下とした。ＭＡの切片長の平均は、好ましくは０．３０μｍ以下、より好ましくは０．２８μｍ以下である。
（５）フェライトとベイニティックフェライトとマルテンサイトとの合計の面積に対する、フェライトとベイニティックフェライトとマルテンサイトとの中でセメンタイトが存在しない領域の面積の割合：３．０％以上、５．０％以下
穴広げ試験のように大きな変形が鋼板に加わると、ＭＡのように硬質な組織の周囲にひずみが集中することで亀裂が発生することがある。その際、ＭＡの周囲の母相の一部に比較的軟質で変形能が高い組織が混在すると、その組織にもひずみが加わることで、ＭＡ周囲への歪みを緩和することができる。軟質な組織としてはフェライトが代表的であるが、フェライトは過度に軟質であり、また、比較的組織が大きい。そのため、フェライトに歪みが集中し過ぎて、フェライトと周囲の組織との界面で破壊が促進される。
そこで本発明者らは、フェライトに加えて、ＭＡ周囲への歪みを緩和することができる比較的軟質なフェライト以外の組織を導入することを着想した。すなわち、本発明者らは、ベイナイト変態を適切に制御し、またマルテンサイトを焼戻すことにより、ベイニティックフェライト及びマルテンサイト中に部分的にセメンタイトの数密度の少ない領域を形成させ、強度及び変形能がある程度高い組織を得ること有効であることを見出した。すなわち、フェライトとベイニティックフェライトとマルテンサイトとの合計の面積に対する、フェライトとベイニティックフェライトとマルテンサイトとの中でセメンタイトが存在しない領域（以下、「セメンタイトフリー領域」と呼ぶことがある）の面積の割合（以下、「セメンタイトフリー領域の割合」と呼ぶことがある）を３．０％以上とする。これにより、強度を高めつつ、伸び及び穴広げ率に優れた鋼板を得ることができる。一方、セメンタイトフリー領域の割合は、過剰になると強度が低下するため、５．０％以下とする。
セメンタイトフリー領域の割合は、好ましくは３．２％以上、より好ましくは３．５％以上であり、好ましくは４．８％以下、より好ましくは４．５％以下である。
本発明の実施形態に係る鋼板は、フェライト、ベイニティックフェライト、パーライト、ベイナイト、マルテンサイト、残留オーステナイト及びＭＡ以外の組織を含んでよい。ある実施形態において、本発明の実施形態に係る鋼板は、フェライト、ベイニティックフェライト、パーライト、ベイナイト、マルテンサイト、残留オーステナイト及びＭＡ以外の組織を含まない。
以下、各鋼組織の面積率、マルテンサイト・オーステナイト混合組織の切片長及びセメンタイトフリー領域の割合の評価方法を例示する。
（１）鋼組織の面積率の測定
鋼板の圧延方向に垂直な板厚断面を研磨し、ナイタール腐食して組織を顕出させた後、板厚１／４の領域を対象に、ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、走査電子顕微鏡）を用いて、無作為に選択した箇所を倍率１０００～５０００倍で観察してＳＥＭ像を得る。得られたＳＥＭ像について以下のようにして組織の分別を行う。
濃いコントラストの単色領域をフェライト、濃いコントラストと白いコントラストが層状に形成された領域をパーライト、白から薄い灰色のコントラストで内部に細かい粒子状のコントラストが含まれない領域をマルテンサイト・オーステナイト混合組織とする。その他の複雑な模様からなる領域は、ベイナイト、ベイニティックフェライト、マルテンサイト及び残留オーステナイトとする。
得られたＳＥＭ像について、無作為に選択した箇所に、縦横それぞれ１１本以上の線を１～１０μｍの幅で等間隔で引いて、１０マス×１０マス以上のメッシュを掛け、点算法により各組織の面積率を求める。なお、面積比で求めた値をそのまま体積比（体積％）の値として用いることができる。
（２）マルテンサイト・オーステナイト混合組織の切片長の測定
鋼板の圧延方向に垂直な板厚断面を研磨し、ナイタール腐食して組織を顕出させた後、板厚１／４の領域を対象に、ＳＥＭを用いて、無作為に選択した箇所を倍率１０００～５０００倍で観察してＳＥＭ像を得る。得られたＳＥＭ像について、無作為に選択した箇所に合計１００μｍ以上となる複数の直線を引く。各直線について、当該直線とマルテンサイト・オーステナイト混合組織とが交わる切片長を測定する。
穴広げ率には、大きなマルテンサイト・オーステナイト混合組織が影響し易い。そのため、細かい組織も全て含めて切片長を評価して平均化すると、大きなマルテンサイト・オーステナイト混合組織の穴広げ率への影響が不明確となる。そのため、上記の方法で測定した切片長のうち、０．１μｍ超の切片長の平均値を算出し、マルテンサイト・オーステナイト混合組織の切片長の平均値とする。
（３）フェライトとベイニティックフェライトとマルテンサイトとの合計の面積に対する、フェライトとベイニティックフェライトとマルテンサイトとの中でセメンタイトが存在しない領域の面積の割合（セメンタイトフリー領域の割合）の測定
鋼板の圧延方向に垂直な板厚断面を研磨し、ナイタール腐食して組織を顕出させた後、板厚１／４の領域を対象に、ＳＥＭを用いて、無作為に選択した箇所を倍率５０００倍で観察してＳＥＭ像を得る。得られたＳＥＭ像について、上述のようにして組織の分別を行う。すなわち、濃いコントラストの単色領域をフェライトとし、またフェライト、パーライト及びマルテンサイト・オーステナイト混合組織を除いたその他の複雑な模様からなる領域は、ベイナイト、ベイニティックフェライト、マルテンサイト及び残留オーステナイトとする。当該複雑な模様からなる領域のうち、コントラストが濃い領域をベイニティックフェライト及びマルテンサイトとする。
得られたＳＥＭ像について、無作為に選択した箇所に、縦横それぞれ３１本以上の線を０．５μｍの間隔で引いて、３０マス×３０マス以上のメッシュを掛ける。
メッシュ上の全ての交点のうち、上述のように分別したフェライト、ベイニティックフェライト及びマルテンサイト上にある交点の数をＮとする。
フェライト、ベイニティックフェライト及びマルテンサイト上にある交点について、半径０．１μｍの円を当該円の中心が交点と重なるように配置する。
半径０．１μｍの円の内部にセメンタイトが存在しない交点の数をｎとする。
フェライト、ベイニティックフェライト及びマルテンサイト中でコントラストが薄い粒状物をセメンタイトとする。
半径０．１μｍの円の内部にセメンタイトが存在しない交点の数ｎを、フェライト、ベイニティックフェライト及びマルテンサイト上にある交点の総数Ｎで除して得た値（％）をセメンタイトフリー領域の割合とする。
２．化学成分組成
本発明の実施形態に係る鋼板は、Ｃ：０．３５～０．６０質量％、Ｓｉ：２．１～２．８質量％、Ｍｎ：１．２～１．８質量％、Ｐ：０．０５質量％以下、Ｓ：０．０１質量％以下、及びＡｌ：０．０１～０．１質量％を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物からなる。
以下、各元素について詳述する。
（１）Ｃ：０．３５～０．６０質量％
Ｃは、残留オーステナイトの形成に関わる主要元素であり、所望の組織を得ると共に、高いＴＳ及びＴＳ×ＥＬ等の特性を確保するために必須の元素である。このような作用を有効に発揮させるため、Ｃ含有量は０．３５質量％以上とする。Ｃ含有量は、好ましくは０．３６質量％以上、より好ましくは０．３８質量％以上である。一方、Ｃ含有量が過剰であると、熱処理を工夫してもマルテンサイト・オーステナイト混合組織のサイズを細かくできず、また、セメンタイトフリー領域の割合を高めることができなくなり、穴広げ率を向上できなくなる。そのため、Ｃ含有量は０．６０質量％以下とする。Ｃ含有量は、好ましくは０．５０質量％以下、より好ましくは０．４５質量％以下である。
なお、Ｃはセメンタイトの構成元素の一つでもあるため、Ｃが少ない場合には、熱処理条件によらずセメンタイトフリー領域が広くなることがある。
（２）Ｓｉ：２．１～２．８質量％以下
Ｓｉは、セメンタイトの析出を抑制し、残留オーステナイトの形成を促進する働きを有する。このような作用を有効に発揮させるためには、Ｓｉ含有量は２．１質量％以上とする。Ｓｉ含有量は、好ましくは２．２質量％以上、より好ましくは２．３質量％以上である。一方、Ｓｉ含有量が過剰であると、マルテンサイト・オーステナイト混合組織のサイズが粗大になり穴広げ率が劣化する。そのため、Ｓｉ含有量は２．８質量％以下とする。Ｓｉ含有量は、好ましくは２．７質量％以下、より好ましくは２．６質量％以下である。
（３）Ｍｎ：１．２～１．８質量％
Ｍｎは、その含有量を多くすることで、フェライト及びパーライト形成の抑制に寄与する。更に、Ｍｎは、その含有量を少なくすることで、過冷却後の再加熱時のマルテンサイト／オーステナイトの界面、あるいはベイナイト／オーステナイトの界面の移動度を高め、またオーステナイトの中で新たなベイニティックフェライトの形成を促進する。これにより、Ｍｎは、マルテンサイト・オーステナイト混合組織の微細化に寄与する。また、マルテンサイト／オーステナイトの界面、あるいはベイナイト／オーステナイトの界面の移動で形成された領域、及び新たにオーステナイト中に形成されたベイニティックフェライトは、その中にセメンタイトを含まない傾向があるため、セメンタイトフリー領域の形成を促進する。
以上のようなＭｎ添加の効果を有効に発揮させるため、Ｍｎ含有量を適正な範囲に制御する必要がある。フェライト及びパーライト形成を抑制する作用を有効に発揮させるためには、Ｍｎ含有量は１．２質量％以上とする。Ｍｎ含有量は、好ましくは１．３質量％以上、より好ましくは１．４質量％以上である。一方、Ｍｎ含有量が過剰であると、再加熱時のマルテンサイト／オーステナイト界面、若しくはベイナイト／オーステナイト界面の移動速度が遅くなり、最終組織においてマルテンサイト・オーステナイト混合組織が粗大化する。また、マルテンサイト中の炭化物の凝集を阻害することで、セメンタイトフリー領域の割合が低下し、穴広げ率が低下する。そのため、Ｍｎ含有量は１．８質量％以下とする。Ｍｎ含有量は、好ましくは１．７質量％以下、より好ましくは１．６質量％以下である。
（４）Ｐ：０．０５質量％以下
Ｐは、不純物元素として不可避的に存在する。Ｐ含有量が０．０５質量％を超えると、ＥＬ及び穴広げ率が劣化する。そのため、Ｐ含有量は０．０５質量％以下とする。Ｐ含有量は、好ましくは０．０３質量％以下である。Ｐ含有量は少なければ少ない程好ましく、０質量％であることが最も好ましいが、製造工程上の制約などにより０質量％超、例えば、０．００１質量％程度残存してしまう場合もある。
（５）Ｓ：０．０１質量％以下
Ｓは、不純物元素として不可避的に存在する。Ｓ含有量が０．０１質量％を超えると、ＭｎＳ等の硫化物系介在物が形成され、当該介在物が割れの起点となるため、穴広げ率が劣化する。そのため、Ｓ含有量は０．０１質量％以下とする。Ｓ含有量は、好ましくは０．００５質量％以下である。Ｓ含有量は少なければ少ない程好ましく、０質量％であることが最も好ましいが、製造工程上の制約などにより０質量％超、例えば、０．００１質量％程度残存してしまう場合もある。
（６）Ａｌ：０．０１～０．１質量％
Ａｌは、脱酸元素として機能し、溶鋼中の酸素量を低減することで、介在物の数密度を低減させ、鋼材の基本品質を向上させる。このような作用を有効に発揮させるためには、Ａｌ含有量は０．０１質量％以上とする。Ａｌ含有量は、好ましくは０．０１５質量％以上、より好ましくは０．０２０質量％以上である。一方、Ａｌ含有量が過剰であると、フェライトの形成が促進され、所望の組織を得ることができなくなる。そのため、Ａｌ含有量は０．１質量％以下とする。Ａｌ含有量は、好ましくは０．０８質量％以下、より好ましくは０．０６質量％以下である。
（７）残部
基本成分は上記のとおりであり、残部は鉄及び不可避的不純物（例えば、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓｎ等）である。不可避的不純物は、原料、資材、製造設備等の状況によって持ち込まれる元素である。また、Ｎ及びＯのような元素も不可避的に混入するが、例えば１００ｐｐｍ以下ならば不純物元素としての混入が許容され得る。
なお、例えば、Ｐ及びＳのように、通常、含有量が少ないほど好ましく、従って不可避的不純物であるが、その組成範囲について上記のように別途規定している元素がある。このため、本明細書において、残部を構成する「不可避的不純物」という場合は、別途その組成範囲が規定されている元素を除いた概念である。
更に、本発明の実施形態に係る鋼板は、必要に応じて以下の任意元素を含有していてもよく、含有される成分に応じて鋼板の特性が更に改善される。
（８）Ｖ：０．００１～０．０５質量％、Ｎｂ：０．００１～０．０５質量％、Ｔｉ：０．００１～０．０５質量％、Ｚｒ：０．００１～０．０５質量％、及びＨｆ：０．００１～０．０５質量％からなる群から選択される１種以上
Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＨｆは、鋼中で炭化物又は炭窒化物を形成して母相の強度向上に寄与する。このような作用を得るため、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＨｆを選択的に含有させる場合、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＨｆの含有量はそれぞれ、０．００１質量％以上とすることが好ましい。一方、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＨｆは、過剰に含有させると、炭化物として添加した炭素を消費するため、ＭＡの面積率が低下して伸びが劣化し、また、焼鈍時のフェライトの形成が促進され、フェライト及びパーライトが過剰になり強度の確保が難しくなる。そのため、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＨｆを選択的に含有させる場合、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＨｆの含有量はそれぞれ、０．０５質量％以下とすることが好ましい。
（９）Ｃｒ：０．００１～０．５０質量％、Ｍｏ：０．００１～０．５０質量％、Ｎｉ：０．００１～０．５０質量％、Ｃｕ：０．００１～０．５０質量％、及びＢ：０．０００１～０．００５０質量％からなる群から選択される１種以上
Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｕ及びＢは、焼入れ性を高め、また、フェライト及びパーライトの形成の形成を抑制するため、強度が確保し易くなる。このような作用を得るため、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｕ及びＢを選択的に含有させる場合、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ及びＣｕの含有量はそれぞれ、０．００１質量％以上とすることが好ましく、Ｂ含有量は、０．０００１質量％以上とすることが好ましい。一方、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｕ及びＢは、過剰に含有させると、Ｍｎと類似する効果が発現し、ＭＡが粗大になり、また、セメンタイトフリー領域の割合が小さくなることで穴広げ率が劣化する。そのため、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｕ及びＢを選択的に含有させる場合、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ及びＣｕの含有量はそれぞれ、０．５０質量％以下とすることが好ましく、Ｂ含有量は、０．００５０質量％以下とすることが好ましい。
（１０）Ｃａ：０．０００１～０．００１０質量％、Ｍｇ：０．０００１～０．００１０質量％、Ｌｉ：０．０００１～０．００１０質量％、及びＲＥＭ：０．０００１～０．００１０質量％からなる群から選択される１種以上
Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ及びＲＥＭは、組織には影響しないが、穴広げ試験の際に割れを引き起こす硫化物等の介在物を微細化させ、穴広げ性の向上に寄与し得る。このような作用を得るため、Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ及びＲＥＭを選択的に含有させる場合、Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ及びＲＥＭの含有量はそれぞれ、０．０００１質量％以上とすることが好ましい。一方、Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ及びＲＥＭは、過剰に含有させると、逆に介在物が粗大化し、穴広げ性が劣化する。そのため、Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ及びＲＥＭを選択的に含有させる場合、Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ及びＲＥＭの含有量はそれぞれ、０．００１０質量％以下とすることが好ましい。
３．特性
上述のように本発明の実施形態に係る鋼板は、強度、延性及び穴広げ性に優れており、引張強度（ＴＳ）、ＴＳと全伸び（ＥＬ）との積（ＴＳ×ＥＬ）及び穴広げ率（λ）が何れも高いレベルにある。本発明の実施形態に係る鋼板のこれらの特性について以下に詳述する。
（１）引張強度（ＴＳ）
本発明の実施形態に係る鋼板は、引張強度（ＴＳ）が１４７０ＭＰａ以上である。ＴＳが１４７０ＭＰａ未満だと、衝突時の耐荷重が低くなる。
（２）ＴＳと全伸び（ＥＬ）との積（ＴＳ×ＥＬ）
本発明の実施形態に係る鋼板は、ＴＳと全伸び（ＥＬ）との積（ＴＳ×ＥＬ）が２２．５ＧＰａ％以上である。２２．５ＧＰａ％以上のＴＳ×ＥＬを有することで、高い強度と高い延性とを同時に有する、高いレベルの強度延性バランスを得ることができる。ＴＳ×ＥＬは、好ましくは２５．０ＧＰａ％以上である。
ＴＳ及びＥＬは、ＪＩＳ Ｚ ２２４１：２０１１に従って求めることができる。
（３）穴広げ率（λ）
本発明の実施形態に係る鋼板は、穴広げ率（λ）が２５％以上である。これによりプレス成形性等の優れた加工性を得ることができる。
λは、ＪＩＳ Ｚ ２２５６：２０１０に従って求めることができる。試験片に直径ｄ０（ｄ０＝１０ｍｍ）の打ち抜き穴を空け、先端角度が６０°のポンチをこの打ち抜き穴に押し込み、発生した亀裂が試験片の板厚を貫通した時点の打ち抜き穴の直径ｄを測定し、下記（１）式よりλを求める。

λ（％）＝｛（ｄ－ｄ０）／ｄ０｝×１００ （１）
４．製造方法
本発明の実施形態に係る鋼板の製造方法は、（１）上述の化学成分組成を有する圧延材を準備する工程と、（２）圧延材をＡｃ３点以上、Ａｃ３点＋１００℃以下の温度に加熱しオーステナイト化する工程と、（３）オーステナイト化後、１０℃／秒以上の平均冷却速度で１３０℃以上、２２５℃未満の冷却停止温度まで冷却する工程と、（４）冷却停止温度から４１０～４６０℃の再加熱温度まで加熱し、４１０～４６０℃の範囲で１２０～１２００秒保持する工程とを含む。
以下、各工程について詳述する。
（１）圧延材を準備する工程
熱処理を施す圧延材は、通常、熱間圧延後、冷間圧延を行って製造する。しかし、これに限定されるものでなく熱間圧延及び冷間圧延のいずれか一方を行って製造してもよい。また、熱間圧延及び冷間圧延の条件は特に限定されるものではない。
（２）オーステナイト化する工程
圧延材をＡｃ３点以上、Ａｃ３点＋１００℃以下の温度に加熱することにより、圧延材をオーステナイト単相化する。この加熱温度で１～１８００秒保持してよい。加熱温度をＡｃ３点以上、Ａｃ３点＋１００℃以下の温度とすることで結晶粒の粗大化を抑制して、ＭＡの切片長を小さくすることができる。加熱温度は、好ましくはＡｃ３点＋１０℃以上、より好ましくはＡｃ３点＋２０℃以上である。また、加熱温度は、好ましくはＡｃ３点＋９０℃以下、より好ましくはＡｃ３点＋８０℃以下である。より完全にオーステナイト化してフェライトの形成を抑制できるとともに、結晶粒の粗大化をより確実に抑制できるからである。
オーステナイト化時の加熱は任意の加熱速度で行ってよいが、好ましい平均加熱速度として１℃／秒以上、２０℃／秒以下を挙げることができる。
Ａｃ３は、下記（２）式から計算することができる。

Ａｃ３（℃）＝９１０－２０３×√［Ｃ］－１５．２×［Ｎｉ］＋４４．７×［Ｓｉ］－３０×［Ｍｎ］＋７００×［Ｐ］＋４００×［Ａｌ］－１１×［Ｃｒ］－２０×［Ｃｕ］＋３１．５×［Ｍｏ］＋４００×［Ｔｉ］＋１０４×［Ｖ］ （２）
但し、［ ］は、それぞれ、質量％での各元素の含有量を示す。
（３）オーステナイト化後、冷却停止温度まで冷却する工程
オーステナイト化後、１０℃／秒以上の平均冷却速度で１３０℃以上、２２５℃未満の冷却停止温度まで冷却する。この冷却により、組織の一部をベイナイト、ベイニティックフェライト及び／又はマルテンサイトに変態させると共に、ベイナイト、ベイニティックフェライト及び／又はマルテンサイトに変態せずに残存するオーステナイトの量を調整することができる。これにより、ベイナイトとベイニティックフェライトとマルテンサイトと残留オーステナイトとＭＡとの合計の面積率を所望の範囲に制御することができる。
冷却速度が１０℃／秒より遅いと、フェライト及び／又はパーライトが多く形成し、フェライトとパーライトとの合計の面積率が大きくなり過ぎる。冷却速度は、好ましくは２０℃／秒以上である。
冷却停止温度が１３０℃より低いと、ＭＡの面積率が小さくなり過ぎる。一方、冷却停止温度が２２５℃以上だと、ＭＡのサイズが粗大になる、すなわちＭＡの切片長が大きくなり過ぎ、また、セメンタイトフリー領域が大きくなり過ぎる。冷却停止温度は、好ましくは１３５℃以上、より好ましくは１４０℃以上である。また、冷却停止温度は、好ましくは２２０℃以下、より好ましくは２１０℃以下である。
また、冷却停止温度で保持してもよい。保持する場合の好ましい保持時間として、１～６００秒を挙げることができる。保持時間が長くなっても特性上の影響はほとんどないが、６００秒を超える保持時間は生産性を低下させる。
（４）冷却停止温度から再加熱温度まで加熱して保持する工程
冷却停止温度から４１０～４６０℃の再加熱温度まで加熱する。再加熱温度までの加熱速度は特に制限されない。再加熱温度に到達した後は、一定の温度で、あるいは緩やかに加熱及び／又は冷却しながら４１０～４６０℃で１２０～１２００秒保持する必要がある。４１０～４６０℃での保持時間が短いと、セメンタイトフリー領域が小さくなり過ぎる。一方、４１０～４６０℃での保持時間が長いと、オーステナイトがベイニティックフェライト及びセメンタイトに分解することで残留オーステナイトとＭＡとの合計の面積率が小さくなり過ぎる。４１０～４６０℃での保持時間は、好ましくは１５０秒以上、より好ましくは２００秒以上であり、好ましくは１０００秒以下、より好ましくは８００秒以下である。
この再加熱により、マルテンサイト中の炭素をはき出させて、周囲のオーステナイトへの炭素濃化を促進させ、オーステナイトを安定化させることができる。これにより、最終的に得られる残留オーステナイト量を増大させ、残留オーステナイトの面積率及び／又はＭＡの面積率を高めることができる。更に、上記再加熱により、未変態オーステナイトからベイナイト及び／又はベイニティックフェライトを形成させ、またマルテンサイトを焼戻し、あるいは炭化物を適度に粗大化させることできるため、延性の高いベイナイト、ベイニティックフェライト及び／又は焼戻しマルテンサイトの面積率を高めることができる。再加熱温度が低過ぎると、セメンタイトフリー領域が小さくなり過ぎる。一方、再加熱温度が高過ぎると、セメンタイトフリー領域が大きくなり過ぎ、またＭＡの面積率が小さくなり過ぎる。
再加熱後、再加熱温度から室温まで冷却する。当該冷却の条件は特に限定されないが、再加熱温度から、組織の変化が起こり得る２００℃までの冷却速度は、好ましくは１℃／秒以上である。
以上の熱処理により本発明の実施形態に係る鋼板を得ることができる。
以上のように本発明の実施形態に係る鋼板の製造方法を説明したが、本発明の実施形態に係る鋼板の所望の特性を理解した当業者が試行錯誤を行い、上述した製造方法と異なる製造方法により本発明の実施形態に係る鋼板を得ることができる可能性がある。
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。本発明は以下の実施例によって制限を受けるものではなく、前述及び後述する趣旨に合致し得る範囲で、適宜変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
１．サンプル作製
表１に記載した化学成分組成を有する鋳造材を真空溶製で製造した後、この鋳造材を熱間鍛造で鋼板にした後、２度の熱間圧延を施し、板厚４．０ｍｍの熱間圧延板を得た。なお、表１には化学成分組成から（２）式を用いて求めたＡｃ３点を示す。
この熱間圧延板に酸洗を施して表面のスケールを除去した後、１．５ｍｍまで冷間圧延を施した。この冷間圧延板に熱処理を行い、サンプルを得た。熱処理条件を表２に示す。なお、加熱温度から冷却停止温度までは３０℃／秒で冷却した。
なお、表１～３において、下線を付した数値は、本発明の実施形態の範囲から外れていることを示している。ただし、「－」については、本発明の実施形態の範囲から外れていても下線を付していないことに留意されたい。
Figure 0007185555000001
Figure 0007185555000002
２．鋼組織
上述のようにして得られた各鋼板について、下記（１）～（３）の要領で、鋼組織の面積率、マルテンサイト・オーステナイト混合組織の切片長及びセメンタイトフリー領域の割合を評価した。
（１）鋼組織の面積率の測定
鋼板の圧延方向に垂直な板厚断面を研磨し、ナイタール腐食して組織を顕出させた後、板厚１／４の領域を対象に、ＳＥＭを用いて、無作為に選択した１箇所を倍率１０００倍（視野面積：３６００μｍ２）で観察してＳＥＭ像を得た。得られたＳＥＭ像について以下のようにして組織の分別を行った。
濃いコントラストの単色領域をフェライト、濃いコントラストと白いコントラストが層状に形成された領域をパーライト、白から薄い灰色のコントラストで内部に細かい粒子状のコントラストが含まれない領域をマルテンサイト・オーステナイト混合組織とした。その他の複雑な模様からなる領域は、ベイナイト、ベイニティックフェライト、マルテンサイト及び残留オーステナイトとした。
得られたＳＥＭ像について、無作為に選択した１箇所に、縦横それぞれ１１本以上の線を１～１０μｍの幅で等間隔で引いて、１０マス×１０マス以上のメッシュを掛け、点算法により各組織の面積率を求めた。
（２）マルテンサイト・オーステナイト混合組織の切片長の測定
鋼板の圧延方向に垂直な板厚断面を研磨し、ナイタール腐食して組織を顕出させた後、板厚１／４の領域を対象に、ＳＥＭを用いて、無作為に選択した１箇所を倍率５０００倍（視野面積：１４４μｍ２）で観察してＳＥＭ像を得た。得られたＳＥＭ像について、無作為に選択した箇所に合計１００μｍ以上となる複数の直線を引き、各直線について、当該直線とマルテンサイト・オーステナイト混合組織とが交わる切片長を測定した。
その際、上記の方法で測定した切片長のうち、０．１μｍ超の切片長の平均値を算出し、マルテンサイト・オーステナイト混合組織の切片長の平均値とした。
（３）フェライト、ベイニティックフェライト及びマルテンサイトの合計の面積に対する、フェライト、ベイニティックフェライト及びマルテンサイト中でセメンタイトが存在しない領域の面積の割合（セメンタイトフリー領域の割合）の測定
鋼板の圧延方向に垂直な板厚断面を研磨し、ナイタール腐食して組織を顕出させた後、板厚１／４の領域を対象に、ＳＥＭを用いて、無作為に選択した１箇所を倍率５０００倍（視野面積：３６００μｍ２）で観察してＳＥＭ像を得た。得られたＳＥＭ像について、濃いコントラストの単色領域をフェライトとし、また、フェライト、パーライト及びマルテンサイト・オーステナイト混合組織を除いたその他の複雑な模様からなる領域は、ベイナイト、ベイニティックフェライト、マルテンサイト及び残留オーステナイトとした。当該複雑な模様からなる領域のうち、コントラストが濃い領域をベイニティックフェライト及びマルテンサイトとした。
得られたＳＥＭ像について、無作為に選択した１箇所に、縦横それぞれ３１本以上の線を０．５μｍの間隔で引いて、３０マス×３０マス以上のメッシュを掛けた。
メッシュ上の全ての交点のうち、上述のように分別したフェライト、ベイニティックフェライト及びマルテンサイト上にある交点の数をＮとした。
フェライト、ベイニティックフェライト及びマルテンサイト上にある交点について、半径０．１μｍの円を当該円の中心が交点と重なるように配置した。
半径０．１μｍの円の内部にセメンタイトが存在しない交点の数をｎとした。
フェライト、ベイニティックフェライト及びマルテンサイト中でコントラストが薄い粒状物をセメンタイトとした。
半径０．１μｍの円の内部にセメンタイトが存在しない交点の数ｎを、フェライト、ベイニティックフェライト及びマルテンサイト上にある交点の総数Ｎで除して得た値（％）をセメンタイトフリー領域の割合とした。
３．機械的特性
上述のようにして得られた各サンプルについて、ＪＩＳ Ｚ ２２４１：２０１１に従って引張試験により機械的特性を測定した。引張試験は、圧延方向と垂直な方向（Ｃ方向）からＪＩＳ５号試験片を採取して実施し、ＴＳ及びＥＬを測定し、ＴＳ×ＥＬを算出した。
（２）穴広げ率
上述のようにして得られた各サンプルについて、板面方向中心部より７０ｍｍ×７０ｍｍサイズの試験片を採取し、ＪＩＳ Ｚ ２２５６：２０１０に従って穴広げ率を求めた。試験片に直径ｄ０（ｄ０＝１０ｍｍ）の打ち抜き穴を空け、先端角度が６０°のポンチをこの打ち抜き穴に押し込み、発生した亀裂が試験片の板厚を貫通した時点の打ち抜き穴の直径ｄを測定し、下記（１）式よりλを求めた。

λ（％）＝｛（ｄ－ｄ０）／ｄ０｝×１００ （１）
各測定結果を表３に示す。鋼板の機械的特性について、ＴＳ：１４７０ＭＰａ以上、ＴＳ×ＥＬ：２２．５ＧＰａ％以上、及びλ：２５％以上の全てを満たすものを合格として「○」で示し、それ以外のものを不合格として「×」で示した。
なお、表３において、「Ｓ」はベイナイト、ベイニティックフェライト、マルテンサイト、残留オーステナイト及びマルテンサイト・オーステナイト混合組織を示す。
「Ｆ＋Ｐ」はフェライト及びパーライトを示す。
「粗大ＭＡ個数」は、切片長が０．１μｍ超のＭＡの個数を示す。
下線を付した数値は、本発明の実施形態の範囲から外れていることを示す。
Figure 0007185555000003
表３に示すように、発明鋼（評価が○のもの）である鋼Ｎｏ．４、７及び８は、いずれも、本発明の実施形態で規定する全ての要件を満たす実施例であり、ＴＳ、ＴＳ×ＥＬ及びλは全て合格基準を満たしており、強度、延性及び穴広げ性に優れた鋼板が得られることを確認できた。
これに対して、比較鋼（評価が×のもの）である鋼Ｎｏ．１～３、５、６及び９～１２は、本発明の実施形態で規定する要件を満たしていない比較例であり、ＴＳ、ＴＳ×ＥＬ及びλの少なくとも１つが劣っていた。
鋼Ｎｏ．１は、冷却停止温度が低かったため、ＭＡの面積率が低くなり、ＴＳ×ＥＬが劣っていた。
鋼Ｎｏ．２は、冷却停止温度が低く、また再加熱温度が高かったため、ＭＡの面積率が低く、またセメンタイトフリー領域の割合が高くなり、ＴＳ及びＴＳ×ＥＬが劣っていた。
鋼Ｎｏ．３及び６は、再加熱温度が低かったため、セメンタイトフリー領域の割合が低くなり、λが劣っており、鋼Ｎｏ．４は、更にＴＳ×ＥＬが劣っていた。
鋼Ｎｏ．５は、再加熱温度が高かったため、ＭＡの面積率が低く、またセメンタイトフリー領域の割合が高くなり、ＴＳ及びＴＳ×ＥＬが劣っていた。
鋼Ｎｏ．９は、冷却停止温度が高かったため、ＭＡの切片長の平均が大きくなり、また、再加熱温度は低かったが、冷却停止温度が高かった影響が大きく、セメンタイトフリー領域の割合が高くなり、ＴＳ及びλが劣っていた。
鋼Ｎｏ．１０は、再加熱温度での保持時間が短かったため、セメンタイトフリー領域の割合が低くなり、λが劣っていた。
鋼Ｎｏ．１１は、Ｍｎが多い鋼種ｂを用いたため、ＭＡの切片長の平均が大きくなり、λが劣っていた。
鋼Ｎｏ．１２は、Ｃ及びＳｉが少なく、且つＭｎが多い鋼種ｃを用い、また再加熱温度が低かったため、ＭＡの面積率が低く、ＭＡの切片長の平均が大きく、更にセメンタイトフリー領域の割合が高かった。そのため、鋼Ｎｏ．１３は、ＴＳ及びＴＳ×ＥＬが劣っていた。なお、鋼Ｎｏ．１３は、Ｃ量が少なくＭＡの面積率が低くいため、ＭＡのサイズが粗大になっても、粗大なＭＡがλに与える悪影響が小さくなり、λが高かったと考えられる。また、鋼Ｎｏ．１３は、Ｃ量が少ないため、セメンタイトフリー領域の割合が高かったと考えられる。

Claims (4)

  1. Ｃ ：０．３５～０．６０質量％、
    Ｓｉ：２．１～２．８質量％、
    Ｍｎ：１．２～１．８質量％、
    Ｐ ：０．０５質量％以下、
    Ｓ ：０．０１質量％以下、及び
    Ａｌ：０．０１～０．１質量％
    を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物からなり、
    ベイナイトとベイニティックフェライトとマルテンサイトと残留オーステナイトとマルテンサイト・オーステナイト混合組織との合計の面積率が９５％以上、１００％以下であり、
    フェライトとパーライトとの合計の面積率が５％未満であり、
    マルテンサイト・オーステナイト混合組織の面積率が５％以上、３０％以下であり、
    マルテンサイト・オーステナイト混合組織の切片長の平均が０．３２μｍ以下であり、
    フェライトとベイニティックフェライトとマルテンサイトとの合計の面積に対する、フェライトとベイニティックフェライトとマルテンサイトとの中でセメンタイトが存在しない領域の面積の割合が３．０％以上、５．０％以下である、鋼板。
  2. Ｖ ：０．００１～０．０５質量％、
    Ｎｂ：０．００１～０．０５質量％、
    Ｔｉ：０．００１～０．０５質量％、
    Ｚｒ：０．００１～０．０５質量％、及び
    Ｈｆ：０．００１～０．０５質量％からなる群から選択される１種以上を更に含有する請求項１に記載の鋼板。
  3. Ｃｒ：０．００１～０．５０質量％、
    Ｍｏ：０．００１～０．５０質量％、
    Ｎｉ：０．００１～０．５０質量％、
    Ｃｕ：０．００１～０．５０質量％、及び
    Ｂ ：０．０００１～０．００５０質量％からなる群から選択される１種以上を更に含有する請求項１又は２に記載の鋼板。
  4. Ｃａ ：０．０００１～０．００１０質量％、
    Ｍｇ ：０．０００１～０．００１０質量％、及び
    ＲＥＭ：０．０００１～０．００１０質量％からなる群から選択される１種以上をさらに含有する請求項１～３のいずれか１項に記載の鋼板。
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