JP2002180190A

JP2002180190A - 穴拡げ性と延性に優れた高強度熱延鋼板及びその製造方法

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Publication number: JP2002180190A
Application number: JP2000372462A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Okada; 浩幸岡田; Toshimitsu Aso; 敏光麻生; Tsutomu Okamoto; 力岡本
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2000-12-07
Filing date: 2000-12-07
Publication date: 2002-06-26
Anticipated expiration: 2020-12-07
Also published as: JP3947354B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高い穴拡げ性と延性を併せ持つ強度 690N/mm
²以上の高強度熱延鋼板およびその鋼板の製造方法を提
供する。【解決手段】質量％で、C 0.01〜0.08％、Si 0.30 〜
1.50％、Mn 0.50 〜2.50％、P ≦0.03％、S ≦0.005%、
及びTi 0.01 〜0.20％、Nb 0.01 〜0.04％の１種または
２種を含有し、残部鉄及び不可避的不純物からなる鋼を
熱間圧延して、鋼組織を粒径 2μｍ以上のフェライトの
割合が80% 以上であるフェライト・ベイナイト二相組織
の鋼板となす。なお、鋼板はCa、REM の１種または２種
を0.0005〜0.01％含有することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主としてプレス加
工される自動車足廻り部品等を対象とし、1.0 〜6.0mm
程度の板厚で、690N/mm²以上の強度を有する穴拡げ性と
延性に優れた高強度熱延鋼板及びその製造方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車の環境問題を契機に燃費改
善対策としての車体軽量化、部品の一体成形化によるコ
ストダウンのニーズが強まり、プレス加工性に優れた高
強度熱延鋼板の開発が進められてきた。従来、かかる加
工用高強度熱延鋼板としては、フェライト・マルテンサ
イト組織、フェライト・ベイナイト組織からなる混合組
織のもの、或いはベイナイト、フェライト主体のほぼ単
相組織のものが広く知られている。

【０００３】しかし、フェライト・マルテンサイト組織
においては、変形の初期からマルテンサイトの周囲にミ
クロボイドが発生して割れを生じるため、穴拡げ性に劣
る問題があり、足廻り部品等の高い穴拡げ性が要求され
る用途には不向きであった。

【０００４】また、特開平４−８８１２５号公報、特開
平３−１８０４２６号公報には、ベイナイトを主体とし
た組織を有する鋼板が開示されているが、ベイナイトを
主体とした組織であるため穴拡げ性は優れるものの、軟
質なフェライト相が少ないので延性に劣る。さらに、特
開平６−１７２９２４号公報、特開平７−１１３８２号
公報ではフェライトを主体とした組織を有する鋼板が開
示されているが、同様に穴拡げ性は優れているものの、
強度を確保するために硬質な炭化物を析出させているの
で延性に劣る。

【０００５】また、特開平６−２００３５１号公報には
フェライト・ベイナイト組織を有する穴拡げ性、延性に
優れた鋼板が開示されており、特開平６−２９３９１０
号公報には２段冷却を用いることによってフェライト占
有率を制御することで穴拡げ性、延性が両立する鋼板の
製造方法が開示されている。しかしながら、自動車のさ
らなる軽量化、部品の複雑化等を背景にさらに高い穴拡
げ性、延性が求められ、最近の高強度熱延鋼板には上記
した技術では対応しきれない高度な加工性が求められて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した従来
の問題点を解決するためになされたものであって、690N
/mm²以上の高強度化に伴う穴拡げ性と延性の劣化を防
ぎ、高強度であっても高い穴拡げ性と延性を有する高強
度熱延鋼板およびその鋼板の製造方法を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めになされた本発明の穴拡げ性と延性に優れた高強度熱
延鋼板は、質量％で、C 0.01〜0.08％、Si 0.30 〜1.50
％、Mn 0.50 〜2.50％、P ≦0.03％、S ≦0.005%、及び
Ti 0.01 〜0.20％、Nb 0.01 〜0.04％の１種または２種
を含有し、残部鉄及び不可避的不純物からなる高強度熱
延鋼板であって、鋼組織が粒径 2μｍ以上のフェライト
の割合が80% 以上であるフェライト・ベイナイト二相組
織で、強度が690N/mm²以上であることを特徴とするもの
である。なお、高強度熱延鋼板はCa、REM の１種または
２種を0.0005〜0.01％含有することができる。

【０００８】また、本発明の穴拡げ性と延性に優れた高
強度熱延鋼板の製造方法は、圧延終了温度をAr₃変態点
〜950 ℃として熱間圧延を終了したのち20℃/sec以上の
冷却速度にて650 〜800 ℃にまで冷却し、次いで２〜15
秒空冷したのち、さらに20℃/sec以上の冷却速度にて35
0 〜600 ℃に冷却して巻き取ることを特徴とするもので
ある。

【０００９】

【発明の実施の形態】高強度熱延鋼板において、穴拡げ
性と延性とは相反する傾向を示すことは良く知られてい
る。本発明者らは上記課題を解決するために鋭意研究し
た結果、フェライト・ベイナイト鋼においてフェライト
結晶粒をできる限り一定値以上の粒径とすることによっ
て穴拡げ性を劣化させることなく延性が改善できること
を知見し、本発明を完成するに至った。即ち、フェライ
ト・ベイナイト鋼において延性を高めるフェライトと強
度を確保するTiC 、NbC からなる析出物に着目し、フェ
ライト粒を十分成長させることにより穴拡げ性を低下さ
せずに延性を改善し、その後に析出物を生成させて強度
を確保することによって上記課題を解決したものであ
る。

【００１０】本発明において高強度熱延鋼板中のC は
0.01 〜0.08％とする。C は炭化物を析出して強度を確
保するに必要な元素であって0.01％未満では所望の強度
を確保することが困難になる。一方、0.08％を超えると
延性の低下が大きくなるからである。

【００１１】Siは本発明において最も重要な元素の一つ
であり、有害な炭化物の生成を抑え組織をフェライト主
体で残部ベイナイトの複合組織とするに重要であって、
またSiの添加により強度と延性を両立させることができ
る。このような作用を得るためには0.3%以上の添加が必
要である。しかし、添加量が増加すると化成処理性が低
下するほか点溶接性も劣化するため1.5%を上限とする。
なお、Siの範囲を0.9〜1.2%とするのが穴拡げ性と延性
を効果的に両立させることができて望ましい。

【００１２】Mnは本発明において重要な元素の一つで、
強度の確保に必要な元素であり、このためには0.50％以
上の添加を必要とする。しかし、2.5%を超えて多量に添
加するとミクロ偏析、マクロ偏析が起こりやすくなり、
穴拡げ性を劣化させる。なお、穴拡げ性と延性を効果的
に両立させるにはMnの範囲を1.00〜1.50％とするのが望
ましい。

【００１３】P はフェライトに固溶してその延性を低下
させるので、その含有量は0.03％以下とする。また、S
はMnS を形成して破壊の起点として作用し著しく穴拡げ
性、延性を低下させるので0.005%以下とする。

【００１４】Ti、Nbも本発明において最も重要な元素の
一つであり、TiC 、NbC などの微細な炭化物を析出させ
て強度を確保するに有効な元素である。この目的のため
にはTi 0.05 〜0.20％、Nb 0.01 〜0.04％の１種または
２種を添加することが必要である、Tiが0.05％未満、Nb
が0.01％未満では強度を確保することが困難であり、Ti
が0.20％、Nbが0.04％を超えると析出物が多量生成しす
ぎて延性が劣化するからである。

【００１５】Ca、REM は硫化物系介在物の形態を制御し
穴拡げ性の向上に有効な元素である。この形態制御効果
を有効ならしめるためにはCa、REM の１種または２種を
0.0005％以上の添加するのが望ましい。一方、多量の添
加は硫化物系介在物の粗大化を招き、清浄度を悪化させ
て延性を低下させるのみならず、コストの上昇を招くの
で、上限を0.01％とする

【００１６】フェライト粒径の大きさは、本発明におい
て最も重要な指標の一つである。本発明者らは鋭意研究
した結果、粒径が２μｍ以上のフェライトの占める面積
率が80％以上となると穴拡げ性と延性が共に優れた性能
になることも見出した。即ち、図１（引張強さ780 〜82
0N/mm²、λ値100 〜115 の高強度熱延鋼板の例）に示す
ように、粒径が２μｍ以上のフェライト粒の割合が80％
以上になると鋼板は高い延性を示す。粒径が２μｍ未満
の場合には結晶粒が十分回復、成長したものとはなって
おらず、延性低下の原因となる。このことより、穴拡げ
性、延性を良好にして両立させるには、粒径が２μｍ以
上のフェライト粒の割合を80％以上とする必要がある。
なお、より顕著な効果を得るには粒径が３μｍ以上のフ
ェライト粒の割合を80％以上とするのが望ましい。尚、
粒径は各粒の面積を円相当径に換算して求めることがで
きる。

【００１７】高強度熱延鋼板における鋼組織はフェライ
トとベイナイトよりなるものとする。ここで、鋼組織に
は粒径２μｍ以上のフェライトが80％以上含まれるの
で、鋼組織はフェライト80％以上のフェライト・ベイナ
イト二相組織となる。例えば、本発明の組織としては、
２μｍ以上の粒径のフェライトが80％以上で、残部が２
μｍ未満の粒径のフェライトとベイナイトのもの、又
は、２μｍ以上の粒径のフェライトが80％以上で残部が
ベイナイトのみのものとすることができる。このように
ベイナイトを20％以下とするのは、ベイナイトの量がこ
れより多くなると延性の低下が大きくなるからである。

【００１８】高強度熱延鋼板を熱間圧延により製造する
に際して、仕上げ圧延終了温度はフェライトの生成を抑
え穴拡げ性を良好にするためAr₃変態点以上とする必要
がある。しかし、あまり高温にすると組織の粗大化によ
る強度及び延性の低下を招くことになるので仕上げ圧延
終了温度は 950℃以下とする必要がある。

【００１９】圧延終了直後に鋼板を急速冷却することは
高い穴拡げ性を得るために重要であって、その冷却速度
は20℃/sec以上を必要とする。20℃/sec未満では穴拡げ
性に有害な炭化物形成を抑制するのが困難となるからで
ある。

【００２０】鋼板の急速冷却を一旦停止して空冷を施す
ことはフェライトを析出してその占有率を増加させ、延
性を向上させるために重要である。しかしながら、空冷
開始温度が 650℃未満では穴拡げ性に有害なパーライト
が早期より発生する。一方、空冷開始温度が 800℃を超
える場合にはフェライトの生成が遅く空冷の効果が得に
くいばかりでなく、その後の冷却中におけるパーライト
の生成が起こりやすい。従って、空冷開始温度は 650〜
800 ℃とする。また、空冷時間が15秒を超えてもフェラ
イトの増加は飽和するばかりでなく、その後の冷却速
度、巻取温度の制御に負荷がかかる。従って、空冷時間
は15秒以下とする。なお、空冷時間が２秒未満ではフェ
ライトを十分析出させることはできない。

【００２１】空冷後は再度鋼板を急速に冷却するが、そ
の冷却速度はやはり20℃/sec以上を必要とする。20℃/s
ec未満では有害なパーライトが生成し易くなるからであ
る。そして、この急冷の停止温度、即ち巻取温度は350
〜600 ℃とする。巻取温度が350 ℃未満では穴拡げ性に
有害な硬質のマルテンサイトが発生するためであり、一
方、600 ℃を超えると穴拡げ性に有害なパーライト、セ
メンタイトが生成し易くなるからである。

【００２２】以上のような成分と熱延条件の組み合わせ
により、鋼組織が粒径 2μｍ以上のフェライトの割合が
80% 以上であるフェライト・ベイナイト二相組織であっ
て、強度690N/mm²以上である穴拡げ性と延性に優れた高
強度熱延鋼板を製造することができる。更に、本発明鋼
板の表面に表面処理（例えば亜鉛メッキ等) が施されて
いても本発明の効果を有し、本発明を逸脱するものでは
ない。

【００２３】

【実施例】表１に示す化学成分組成を有する鋼を転炉溶
製して、連続鋳造によりスラブとし、同じく表１に示す
熱延条件にて圧延・冷却し、板厚2.6 〜3.2mm の熱延鋼
板を製造した。なお、急速冷却の速度を40℃/sec、空冷
時間は10秒とした。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】このようにして得られた熱延鋼板につい
て、ＪＩＳ５号試験片による引張試験、穴拡げ試験、組
織観察を行なった。組織観察においては、ナイタールで
腐食後、走査電子顕微鏡にてフェライト、ベイナイトを
同定し、粒径２μｍ以上のフェライトの面積率を画像解
析により測定した。また、穴拡げ試験は初期穴径（ｄ₀:
10mm) の打抜き穴を60°円錐ポンチにて押し拡げ、クラ
ックが板厚を貫通した時点での穴径（d)から穴拡げ値
（λ値）＝(d-d₀)/d₀×100 を求めて評価した。これら
の結果を表２に示す。

【００２７】Ｎｏ．１〜１１は、化学成分、仕上温度、
空冷開始温度、巻取温度の何れも本発明の範囲内であっ
て、組織がフェライト・ベイナイトよりなり、且つ、粒
径２μｍ以上のフェライトの割合が80％以上である本発
明例であり、高いλ値と伸びを有する穴拡げ性と延性に
優れた高強度熱延鋼板である。一方、Ｎｏ．１２〜２１
の本発明の条件を外れた比較例のものは強度、穴拡げ
性、延性のバランスに劣るものである。

【００２８】また、表には示していないが、Ｎｏ．１に
示す成分の鋼を用いて仕上温度 920℃、空冷開始温度 6
25℃、巻取温度 460℃として熱間圧延した場合には空冷
開始温度が本発明の範囲より低過ぎたために組織にパー
ライトが生成し、また粒径２μｍ以上のフェライトの面
積率も75％と低いものであって、従って伸び19％、λ値
95％となり、穴拡げ性、延性バランスの劣るものとなっ
てしまった。また、同様にＮｏ．１に示す成分の鋼を用
いて仕上温度 910℃、空冷開始温度 680℃、巻取温度 3
20℃として熱間圧延した場合には巻取温度が本発明の範
囲より低過ぎたために組織にマルテンサイトが生成し、
また粒径２μｍ以上のフェライトの面積率も63％と低い
ものであって、このため伸び20％、λ値63％となり、や
はり穴拡げ性、延性バランスの劣るものとなってしまっ
た。

【００２９】

【発明の効果】以上に詳述したように、本発明によれば
引張強度が690N/mm²以上の高強度であって穴拡げ性、延
性が両立する高強度熱延鋼板を経済的に提供することが
できるで本発明は高い加工性を有する高強度熱延鋼板と
して好適である。また、本発明の高強度熱延鋼板は車体
の軽量化、部品の一体成形化、加工工程の合理化が可能
であって、燃費の向上、製造コストの低減を図ることが
できるものとして工業的価値大なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】高強度熱延鋼板における粒径２μｍ以上のフ
ェライトの割合と伸びとの相関を示す散布図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡本力愛知県東海市東海町５−３新日本製鐵株式会社名古屋製鐵所内Ｆターム(参考） 4K037 EA05 EA15 EA16 EA19 EA23 EA25 EA27 EA28 EA31 EB05 EB08 EB09 EB11 FC04 FC07 FD03 FD08 FE06 JA06 JA07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】質量％で、C 0.01〜0.08％、Si 0.30 〜
1.50％、Mn 0.50 〜2.50％、P ≦0.03％、S ≦0.005%、
及びTi 0.01 〜0.20％、Nb 0.01 〜0.04％の１種または
２種を含有し、残部鉄及び不可避的不純物からなる高強
度熱延鋼板であって、鋼組織が粒径 2μｍ以上のフェラ
イトの割合が80% 以上であるフェライト・ベイナイト二
相組織で、強度が690N/mm²以上であることを特徴とする
穴拡げ性と延性に優れた高強度熱延鋼板。
【請求項２】 Ca、REM の１種または２種を0.0005〜0.
01％含有する請求項１記載の穴拡げ性と延性に優れた高
強度熱延鋼板。
【請求項３】圧延終了温度をAr₃変態点〜950 ℃とし
て熱間圧延を終了したのち20℃/sec以上の冷却速度にて
650 〜800 ℃にまで冷却し、次いで２〜15秒空冷したの
ち、さらに20℃/sec以上の冷却速度にて350 〜600 ℃に
冷却して巻き取ることを特徴とする請求項１または２記
載の穴拡げ性と延性に優れた高強度熱延鋼板の製造方
法。