JP2002363650A - シーム溶接性に優れた超高強度冷延鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ９５０ＭＰａ以上の高強度を備え、優れたシ
ーム溶接性を有する超高強度冷延鋼板の製造方法を提供
する。 【解決手段】 化学成分がmass％で、Ｃ：0.05〜0.15
％、Ｓｉ：0.1〜0.5％かつ５×Ｃ＋Ｓｉ：0.5〜1.0％、
Ｍｎ：1.5〜2.5％、Ｐ：0.02％以下、Ｓ：0.005％以
下、Ａｌ：0.02〜0.06％、Ｍｏ：0.005〜0.3％、を含有
し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる鋼をＡr₃点以
上の仕上温度にて熱間圧延を終了し、５００〜６５０℃
で巻き取った後、酸洗し、圧下率３０〜７０％にて冷間
圧延を行った後、８２０〜９２０℃の温度範囲内の焼鈍
温度に加熱して焼鈍し、その後７００〜６００℃の温度
範囲内の急冷開始温度まで徐冷し、引き続いて１００℃
／ｓ以上の冷却速度にて１００℃以下の急冷終了温度ま
で急冷した後、１８０〜３００℃の温度範囲内の過時効
温度にて過時効処理を施す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は９５０ＭＰａ以上の
引張強さを有し、かつシーム溶接性に優れた超高強度冷
延鋼板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車の安全性の向上と燃費節減のため
の軽量化に対する要求の高まりを背景として、自動車用
鋼板として加工性の良好な高強度冷延鋼板が使用されて
いる。このような冷延鋼坂として、熱間制御圧延技術や
連続焼鈍技術の普及に伴って、フェライト相と、マルテ
ンサイトやべイナイトのような硬い低温変態生成相とを
共存させた強度・延性バランスに優れる複合組織高強度
鋼板が広く使用されるに至っている。

【０００３】近年では、高強度化への要求がより一層厳
しくなってきており、９５０ＭＰａ以上の引張強さを有
する超高強度冷延鋼板も使用されるようになってきた。
このような超高強度冷延鋼板としては、例えば特開昭６
２−９９４１７号公報、特開平３−２７７７４３号公
報、特開平７−１９７１８３号公報に記載されているよ
うに、組織が主としてフェライトとマルテンサイトとで
構成され、成分的には強度の向上と、フェライトの生成
による延性の向上とを目的としてＳｉが添加される。こ
れらの超高強度冷延鋼板の製造は、前記公報に記載され
ているように、熱間圧延後、酸洗し、冷間圧延を行い、
その後、再結晶焼鈍して急冷し、組織をフェライト＋マ
ルテンサイト主体の組織とし、さらに場合によっては過
時効処理が施される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】最近、このような超高
強度冷延鋼板においても、単に曲げ加工あるいはスポッ
ト溶接を行うのみならず、鋼板同士をシーム溶接するよ
うな加工も行われつつある。しかしながら、超高強度冷
延鋼板同士をシーム溶接するとナゲット部（溶融凝固
部）において破断しやすいという問題が明らかになって
きた。シーム溶接はスポット溶接と同様、抵抗溶接法の
一種であるが、一定箇所での電極チップによる加圧−通
電によって電極間の材料が溶融−凝固することにより適
正なナゲットが形成されるスポット溶接とは異なり、大
径の電極リングが回転しながら溶接するシーム溶接では
ナゲットが形成しにくい欠点を有する。すなわち、シー
ム溶接の場合には、大径の電極リングが回転しながら通
電するため、電流パスがスポット溶接のような対称形と
ならず、中心より後方に電流が流れて、非対称形の電流
パスが形成され、さらに電極リングの接触面積が大きい
ため適度な加圧力が得にくいばかりでなく、加圧が加わ
らない箇所に電流パスが形成される。このため、電極−
板間および板−板間の接触圧力が不十分となり、Ｃｕ製
の電極と板間ではそうでもないが、特に板−板間では接
触電気抵抗が高まり、放電的な通電状態となるため、接
触する板表層近傍のみにエネルギーが集中するようにな
り、適切な溶融部が形成されず、冷却後、この限定され
たナゲット部は極めて高い硬度を有するようになる。こ
のため、引張応力が作用すると、剥離破断したり、ナゲ
ット内部から破断するため十分な強度が得られない。こ
れらを改善するため、溶接作業面では電流や加圧力を高
める方法があるが、前者はかえってチリを発生しやすく
するだけであり、後者は設備的な制約がある。このよう
な問題は、高強度鋼板化するために合金元素量を増加す
ると、さらに悪くなる。

【０００５】本発明者は超高強度冷延鋼板のシーム溶接
によって形成されたナゲット部の強度劣化の理由を材質
面から鋭意研究したところ、超高強度冷延鋼板に必須的
に添加されるＳｉが原因となっていることを突き止め
た。すなわち、鋼板中に多量のＳｉが添加されると、鋼
板自体の電気抵抗が高くなり、特に鋼板表面にＳｉ酸化
物層が形成され、これによって円板電極と鋼板間の接触
抵抗が高くなり、ここで発熱が生じるようになるため、
鋼板間のナゲット部の形成が不十分になりやすい。そこ
で、ナゲット部を十分形成するには入熱量を増やす必要
があるが、こうなると溶融金属部が狭く、高温になる。
このような溶融金属部の凝固によって形成されたナゲッ
ト部は硬さが増大し、脆くなるので、母材の強度を下回
るようになり、ここで破断が生じ易くなる。

【０００６】本発明はかかる問題に鑑みなされたもので
あり、９５０ＭＰａ以上の高強度を備え、シーム溶接性
に優れた超高強度冷延鋼板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】本発明者は、超高強度冷
延鋼板におけるシーム溶接性の劣化原因に鑑み、シーム
溶接によって形成されるナゲット部の硬度と成分量（特
に鋼板の強度を確保するＣと延性を確保するＳｉの含有
量）および製造条件（特に鋼板組織に影響を及ぼす焼き
入れ開始温度および過時効温度）との関係について鋭意
研究した結果、これらの条件を特定の範囲に規定するこ
とで、ナゲット部の硬度上昇を抑えることができ、母材
強度より高強度となることを知見し、本発明を完成する
に至った。

【０００８】すなわち、本発明の超高強度冷延鋼板の製
造方法は、化学成分がmass％で、Ｃ ：０．０５〜０．
１５％、Ｓｉ：０．１〜０．５％かつ５×Ｃ＋Ｓｉ：
０．５〜１．０％、Ｍｎ：１．５〜２．５％、Ｐ ：
０．０２％以下、Ｓ ：０．００５％以下、Ａｌ：０．
０２〜０．０６％、Ｍｏ：０．００５〜０．３％、ある
いはさらにＣｒ：０．１〜０．５％、Ｎｉ：０．１〜
０．５％の１種または２種を含有し、残部Ｆｅ及び不可
避的不純物からなる鋼をＡr₃点以上の仕上温度にて熱間
圧延を終了し、５００〜６５０℃で巻き取った後、酸洗
し、圧下率３０〜７０％にて冷間圧延を行った後、８２
０〜９２０℃の温度範囲内の焼鈍温度に加熱して焼鈍
し、その後７００〜６００℃の温度範囲内の急冷開始温
度まで徐冷し、引き続いて１００℃／ｓ以上の冷却速度
にて１００℃以下の急冷終了温度まで急冷した後、１８
０〜３００℃の温度範囲内の過時効温度にて過時効処理
を施すことを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明による超高強度冷延
鋼板の製造方法について詳細に説明する。まず、本発明
に用いる鋼の化学成分の限定理由について説明する。以
下、単位はmass％である。

【００１０】Ｃ：０．０５〜０．１５％ Ｃは焼鈍、均熱後の急冷によって主としてマルテンサイ
トを生じさせて、鋼板の強度を得るために必要であり、
９５０ＭＰａ以上の強度を確保するのに十分な量のマル
テンサイトを得るためには、少なくとも０．０５％を添
加する必要がある。しかし、添加量が０．１５％を越え
ると、延性が低下し、またＳｉを後述の範囲に規制して
もナゲット部の硬度上昇を招来し、ナゲット部が脆くな
ってシーム溶接性が劣るようになるので、添加量の上限
を０．１５％とする。

【００１１】Ｓｉ：０．１〜０．５％、 ５×Ｃ＋Ｓｉ（元素記号はその元素の含有量を示
す。）：０．５〜１．０％ Ｓｉは鋼を強化するとともに延性を改善するため、少な
くとも０．１％は必要である。しかし、Ｓｉ量が０．５
％を超えて多くなると、シーム溶接時の電気抵抗値が増
大し、電流が電極先端に集中するとともに発熱量が増大
するため、溶融金属部が狭く、かつ高温になる。このた
め、冷却後のナゲット部の硬さが増大して脆くなり、引
張応力が加わるとナゲット部から破断するようになり、
溶接部の破断強度が低下する。よって、上限を０．５％
とする。さらに、Ｓｉ量を０．１〜０．５％に、Ｃ量を
０．０５〜０．１５％に納めても、Ｓｉ量およびＣ量が
共に多い領域ではＳｉとＣとの相乗作用によりナゲット
部の硬度が上がり、一方Ｓｉ量およびＣ量が共に少ない
領域ではナゲット部の硬度を抑制できるものの、鋼板の
強度自体が低下して９５０ＭＰａ以上の超高強度を確保
できないようになる。このため、５×Ｃ＋Ｓｉの下限を
０．５％に、その上限を１．０％に規定する。

【００１２】Ｍｎ：１．５〜２．５％ Ｍｎは焼鈍、均熱や徐冷過程でのオーステナイト＋フェ
ライトの二相状態においてオーステナイト相へのＣの分
配率を高めてオーステナイト相の安定性を高め、急冷過
程において主としてマルテンサイトの生成を容易にする
と共に必然的にフェライト相中のＣ量が減少することに
より、延性を高める効果を有する。１．５％未満ではか
かる効果が過少であり、一方２．５％を越えて添加して
も上記効果が飽和し、また偏析により加工性が劣化する
ようになるので、上限を２．５％とする。

【００１３】Ｐ：０．０２％以下 Ｐは鋼を強化する作用を有するが、脆化により延性が低
するので、その上限を０．０２％とする。

【００１４】Ｓ：０．００５％以下 Ｓは硫化物系の介在物を生成させ、加工性、溶接性を劣
化させるため少ない程よく、０．００５％以下に止め
る。

【００１５】Ａｌ：０．０２〜０．０６％ Ａｌは脱酸の目的で添加されるが、０．０２％未満では
その作用が過少であり、一方０．０６％を越えて添加し
てもその効果が飽和するため、上限を０．０６％とす
る。

【００１６】Ｍｏ：０．０５〜０．３％ Ｍｏは鋼板表面に酸化物皮膜を生成することなく、また
電気抵抗を高めることなく、オーステナイト相の安定性
を高め、高強度化に有効なマルテンサイトの生成を促進
する作用を有する。０．０５％未満ではかかる作用が過
少であり、一方０．３％を越えると効果が飽和する上に
コスト高となるため、その上限を０．３％とする。

【００１７】本発明の鋼板は、上記成分を含み、残部Ｆ
ｅ及び不可避的不純物からなるが、更に必要に応じて下
記Ｃｒ，Ｎｉの１種以上を含有することができる。

【００１８】Ｃｒ：０．１〜０．５％ Ｃｒは鋼中のオーステナイト相の安定性を高め、高強度
化に有効なマルテンサイトの生成を促進する。０．０１
％未満ではかかる作用が過少であり、一方０．５０％を
越えると効果が飽和するようになるので、その下限を
０．０１％、上限を０．５０％とする。

【００１９】Ｎｉ：０．１〜０．５％ ＮｉはＣｒと同様、オーステナイト相の安定性を高めて
マルテンサイトの生成を促進する。０．１％未満ではか
かる作用が過少であり、一方０．５０％を越えると効果
が飽和するようになり、またコスト高を招来するので、
その下限を０．１％、上限を０．５％とする。

【００２０】次に、製造条件について説明する。本発明
の製造方法の概要は、上記化学成分の鋼を溶製した後、
連続鋳造あるいは造塊によって鋼片を製作し、これを熱
間圧延し、巻き取った後、酸洗し、冷間圧延を行い、そ
の後焼鈍し、焼鈍後の冷却過程でオーステナイトを主と
してマルテンサイトに変態させた後、過時効処理を施す
ものである。以下、各工程における発明条件について詳
細に説明する。

【００２１】熱間圧延における鋼片加熱温度は、常法に
従い、１１００〜１２５０程度に加熱される。この加熱
は、鋳造後一旦常温付近まで冷却し再加熱してもよく、
また高温のまま加熱炉に挿入して加熱してもよい。さら
にまた鋳造後、同温度にてそのまま圧延に供してもよ
い。

【００２２】熱間圧延は、変形抵抗の急激な増加を避け
るように仕上温度をＡr₃点以上として圧延を終了する。
圧延後巻き取りまでの冷却速度は特に制限されない。常
法に従い３０〜１００℃／ｓ程度で冷却すればよい。そ
の後、巻取温度５００〜６５０℃にて巻き取る。５００
℃未満では鋼板が硬質化して冷間圧延が困難になる。一
方、６５０℃超では結晶粒径が粗大化したり、不均一組
織が生じ易くなる。また、表層へのＳｉの濃化を起こ
し、引いてはＳｉ酸化物を生成して、シーム溶接時にナ
ゲット部の硬度を高める。

【００２３】このようにして得られた熱延板は、酸洗
後、冷間圧延が施される。冷間圧延における圧下率は、
３０〜７０％とされる。３０％未満では、１mm程度以下
の薄板を得るには、熱延板の板厚も薄くしなければなら
ず、熱延板の板厚制御が困難となり、一方７０％超では
冷間圧延の際の負荷が過大となる。

【００２４】冷間圧延後、冷延板は連続焼鈍される。連
続焼鈍の焼鈍温度は８２０〜９２０℃の範囲内の温度で
行う。８２０℃未満では急冷によりマルテンサイトとな
る適当量のオーステナイトが得られず、所期の強度が得
られないようになり、また組織が不均一となって加工性
が低下する。一方、９２０℃超では完全なオーステナイ
ト単相となり、徐冷過程におけるフェライト相の生成が
不十分となり、加工性が低下する。また、表層へＳｉが
濃化するようになり、Ｓｉ酸化物が生成するようにな
る。焼鈍時間は、冷延板の組織がフェライト＋オーステ
ナイトとなればよく、板厚にもよるが、通常数１０秒〜
数分程度でよい。

【００２５】焼鈍後は、７００〜６００℃の範囲内の急
冷開始温度まで徐冷する。冷却速度は、１〜３０℃／se
c程度が好ましい。この徐冷によって、適量のフェライ
トと、フェライトの生成によってＣが濃化したオーステ
ナイトが得られ、オーステナイトからマルテンサイトの
変態が促進されて加工性の良好な複合組織が得られる。

【００２６】急冷開始温度はマルテンサイト量を決定す
る重要な条件であり、７００℃超ではマルテンサイト量
が過多となって延性が低下し、一方６００℃未満ではフ
ェライト量が過多となり、マルテンサイト量が５０面積
％以下となって強度が劣化するようになる。急冷の冷却
速度はオーステナイトから可及的にマルテンサイト組織
が得られるように１００℃／sec以上とする。冷却方法
は水焼入れ、水冷ロール冷却、気水冷却など、適宜の冷
却方法を採ることができる。急冷停止温度はオーステナ
イトをできるだけマルテンサイトに変態させるために１
００℃以下とする。

【００２７】その後、１３０〜３００℃の範囲内の温度
にて過時効処理を施し、フェライト中に固溶していたＣ
を析出させ、延性の改善を図る。１３０℃未満では延性
の改善効果が期待できず、一方３００℃超ではマルテン
サイトの焼き戻しが生じて強度の劣化を招来する。過時
効処理の時間は数分程度でよい。

【００２８】以上の製造条件により、引張強さ９５０Ｍ
Ｐａ以上で、マルテンサイトを面積率で５０％以上含
み、残部実質的にフェライトで形成された超高強度鋼板
が得られる。以下、実施例を挙げて本発明をより具体的
に説明するが、本発明はかかる実施例によって限定的に
解釈されるものではない。

【００２９】

【実施例】表１に示す化学成分の鋼片を１２００〜１２
２０℃に加熱した後、仕上温度を８８０〜９００℃とし
て２．４mm厚さに熱間圧延し、５５０〜６００℃（表２
No. １〜２１）、７１０℃（表２No. ２２）、９３５℃
（表２No. ２３）で巻取った。酸洗後、板厚１．２mmま
で冷間圧延し、連続焼鈍を行なった。この際、焼鈍温度
は８４０〜８８０℃、焼鈍時間は約９０秒とした。焼鈍
後、表２に示す急冷開始温度にガスジェット冷却によっ
て１０℃／ｓで冷却し、同温度から室温まで水焼き入れ
を行い、その後同表に示す過時効温度にて３分程度保持
する過時効処理を施した。

【００３０】得られた冷延鋼板から引張試験片を採取
し、機械的性質を調べた。また、溶接試験片（母材）を
採取し、下記の条件にて母材の端部同士を重ね合わせて
シーム溶接し、ナゲット部のビッカース硬度（Ｈｖ）を
測定するとともに、母材の他端同士を引っ張って破断部
位を調べた。これらの調査結果を表２に併せて示す。ま
た、試料No. １〜１６についてＣ量およびＳｉ量と引張
強さ、ナゲット部の硬さとの関係を整理したグラフを図
１および図２に示す。なお、図中の実線で囲んだ領域は
本発明のＣ量、Ｓｉ量の含有範囲（但し、誤差は考慮さ
れていない。）を示し、各プロットには引張強さ（図
１）、ナゲット部の硬さ（図２）の測定値が添えられて
いる。 ・シーム溶接条件 電極幅：６mm、電流：３０ｋＡ、加圧力：３．５ton 、
速度：８ｍ／min

【００３１】

【表１】

【００３２】

【表２】

【００３３】表２、図１および図２より、発明例のNo.
２、３、５〜７、９〜１１、１７、１９、２１はいずれ
も９５０ＭＰａ以上の引張強度と、ナゲット部の硬さが
４２０Ｈｖ以下であり、入熱量の大きいシーム溶接を行
ったにも拘わらず、ナゲット部では破断が生じなかっ
た。これに対し、比較例のＮo.１、４、８、１２〜１
６、１８、２０は、化学成分が本発明範囲から外れてお
り、No. １では所期の強度が確保できず、他のものでは
ナゲット部の硬さが高過ぎて、ナゲット部にて破断し
た。また、本発明の成分を満足しても、製造条件が不適
当なNo. ２２、２３ではやはり高強度が確保できず、あ
るいはナゲット部の硬さが上昇し、ナゲット部で破断し
た。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
９５０ＭＰａ以上の引張強さを有しているにも拘わら
ず、優れたシーム溶接性を備えており、自動車のバンパ
ーなどの強度部材として好適な超高強度薄鋼板を提供で
き、これによって自動車等の軽量化に寄与することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例にかかる冷延鋼板におけるＣ量およびＳ
ｉ量と引張強さとの関係を示すグラフである。

【図２】実施例にかかる冷延鋼板におけるＣ量およびＳ
ｉ量とナゲット部における硬さ（ビッカース硬さ）との
関係を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒賀 邦康 愛知県名古屋市中村区名駅南２丁目14−19 住友生命名古屋ビル 株式会社神戸製鋼 所名古屋支社内 Ｆターム(参考） 4K037 EA01 EA05 EA06 EA11 EA15 EA16 EA17 EA21 EA23 EA25 EA27 EB05 EC00 EC01 FA02 FA03 FB00 FD04 FE01 FE02 FG00 FH01 FJ05 FJ06 FK02 FK03 FK06 FK08 FL01

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 化学成分がmass％で、Ｃ ：０．０５〜
   ０．１５％、Ｓｉ：０．１〜０．５％かつ５×Ｃ＋Ｓ
   ｉ：０．５〜１．０％、Ｍｎ：１．５〜２．５％、Ｐ
   ：０．０２％以下、Ｓ ：０．００５％以下、Ａｌ：
   ０．０２〜０．０６％、Ｍｏ：０．００５〜０．３％、
   を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる鋼をＡ
   r₃点以上の仕上温度にて熱間圧延を終了し、５００〜６
   ５０℃で巻き取った後、酸洗し、圧下率３０〜７０％に
   て冷間圧延を行った後、８２０〜９２０℃の温度範囲内
   の焼鈍温度に加熱して焼鈍し、その後７００〜６００℃
   の温度範囲内の急冷開始温度まで徐冷し、引き続いて１
   ００℃／ｓ以上の冷却速度にて１００℃以下の急冷終了
   温度まで急冷した後、１８０〜３００℃の温度範囲内の
   過時効温度にて過時効処理を施すことを特徴とするシー
   ム溶接性に優れた超高強度冷延鋼板の製造方法。
2. 【請求項２】 化学組成としてさらに、Ｃｒ：０．１〜
   ０．５％、Ｎｉ：０．１〜０．５％の１種または２種を
   含有する請求項１に記載した超高強度冷延鋼板の製造方
   法。