JP3450985B2 - 形状が良好で曲げ性に優れた高強度冷延鋼板とその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、形状が良好で曲げ
性に優れた高強度冷延鋼板とその製造方法に関わるもの
である。本発明が係わる冷延鋼板とは、自動車、家庭電
気製品、建築などの用途にプレス成形をして使用される
ものであり、表面処理をしない狭義の冷延鋼板と、防錆
のために例えばＺｎめっきや合金化Ｚｎめっきなどの表
面処理、さらにはその上に有機皮膜処理などを施した冷
延鋼板の両方を含む。

【０００２】

【従来の技術】モータリゼーションの進展とともに自動
車事故が激増し社会問題化した中で、事故数を減少させ
るとともに、事故による乗員の損傷を防ぐことの必要性
が強まり、ドアガードバー等の補強部材の採用が進ん
だ。またバンパービーム等も機能を強化する必要が生じ
たが、新規部品の採用と同時に、既存部品の板厚を増す
ことは自動車車体の重量を増すことになり、燃料消費と
排出ガスの増加につながり、石油価格の上昇と供給体制
の危機を招くばかりでなく、最近では地球環境の破壊も
危惧されるようになった。

【０００３】このような中で鋼板の高強度化により部品
板厚を減少させることが考えられ、自動車部品としての
形状を付与できる加工性を有する高強度鋼板の開発が進
んできた。その中で例えば特公昭５６−１１７４１号公
報にあるようなフェライト・マルテンサイト二相鋼、い
わゆるＤｕａｌ−Ｐｈａｓｅ鋼や、例えば特公平６−３
５６１９号公報にあるような残留オーステナイトを含む
複合組織鋼が著名であるが、いずれの鋼も補強部品とし
て必要な９８０ＭＰａを超えるような引張強さにしよう
とすると、曲げ性が劣化したり、部品から車体を組み立
てるためにスポット溶接を行おうとしても健全な溶接部
が形成されにくく、信頼性を欠く。

【０００４】これに対し、例えば特開昭６２−１３５３
３号公報では引張強さが７８０〜１４７０ＭＰａの鋼板
において曲げ性を優れたものとするために組織の均一性
を上げることが提案され、厳しい曲げ加工に供せられる
ためにはベイナイト変態を比較的低温で行うことが推奨
されているが、低温になるとベイナイト変態が短時間で
は完了しないため、その金属組織中に加工に対する安定
性が極めて悪い不安定なオーステナイトが残留し、意図
とは逆に曲げ性が劣化することがある。

【０００５】一方、例えば特公平２−３５０１３号公報
では比較的Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎの添加量が少ない鋼を焼鈍温
度から水焼き入れした後、３００℃以下で焼き戻すこと
により７８０ＭＰａ以上の高強度鋼板を製造する方法が
開示されているが、この場合鋼板全体を均一に冷却する
ことが難しく、形状が不良となりやすいという問題点を
有している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のとおりベイナイ
トや焼き戻しマルテンサイトを主体とする金属組織を有
し、引張強さが７８０〜１４７０ＭＰａの鋼板におい
て、形状が良好で曲げ性に優れた鋼板とその製造方法を
提供することが課題とされてきた。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記の課題
を解決するべく、鋭意検討を加えた結果、ベイナイトを
主体とする金属組織を有する鋼板においては、所定のベ
イナイト変態温度で冷却を終了せずに過冷却後に再加熱
することにより一部焼き戻しマルテンサイトが混在した
り、また異なる温度で変態したために硬度に違いがある
ベイナイトが存在したとしても、Ｍｓ点が−１９６℃以
上の残留オーステナイトの体積率が２％以下であれば、
引張強さが７８０〜１４７０ＭＰａの鋼板において、所
定のベイナイト変態温度で冷却を終了させた場合と比較
して曲げ性を実用上悪化させずに、また室温まで冷却し
てから再加熱する場合と比較して著しく形状が良好とで
きることを見出した。

【０００８】本発明はこのような思想と新知見に基づい
て構成された従来にはない全く新しい鋼板であり、その
要旨とするところは以下のとおりである。 （１）重量％で、Ｃ：０．１３〜０．２０％、Ｓｉ：
０．６％以下、Ｍｎ：１．８〜２．８％、Ｐ：０．０２
％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ａｌ：０．００５〜
０．１％、Ｎ：０．００６０％以下を含有し、残部Ｆｅ
および不可避的不純物からなる鋼の金属組織にＭｓ点が
−１９６℃以上の残留オーステナイトを体積率で２％以
下含有することを特徴とする、形状が良好で曲げ性に優
れた高強度冷延鋼板。 （２）重量％で、Ｍｏ：０．０１〜０．１５％、Ｂ：
０．０００５〜０．００２０％のうちの１種以上を含有
する、前記（１）記載の形状が良好で曲げ性に優れた高
強度冷延鋼板。

【０００９】（３）重量％で、Ｃ：０．１３〜０．２０
％、Ｓｉ：０．６％以下、Ｍｎ：１．８〜２．８％、
Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ａｌ：
０．００５〜０．１％、Ｎ：０．００６０％以下を含有
し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成のスラ
ブをＡｒ₃ 点以上の温度で仕上圧延を行い、５００℃以
上７５０℃以下の温度で巻き取って熱延鋼帯とし、５０
〜８０％の冷間圧延を施した後、連続焼鈍設備により７
５０℃以上９００℃以下の温度範囲に３０秒以上５００
秒以下の加熱後、６５０℃から３５０℃までの平均冷却
速度を５０℃／秒以上２００℃／秒以下として、２００
〜３００℃まで冷却し、さらに冷却終点温度以上で冷却
終点温度よりも２０℃高い温度範囲に３秒以上６０秒以
内保持してから、冷却終点温度よりも５０℃以上高く、
４００℃以下の温度に再加熱した後、１５０秒以上９０
０秒以内に２００℃以下まで冷却し、その金属組織に含
まれるＭｓ点が−１９６℃以上の残留オーステナイトを
体積率で２％以下含有させることを特徴とする、形状が
良好で曲げ性に優れた高強度冷延鋼板の製造方法。 （４）重量％で、Ｍｏ：０．０１〜０．１５％、Ｂ：
０．０００５〜０．００２０％のうちの１種以上を含有
する、前記（３）記載の形状が良好で曲げ性に優れた高
強度冷延鋼板の製造方法である。

【００１０】以下、本発明を詳細に説明する。まず、
Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ａｌ、Ｎ、Ｍｏ、及びＢの数
値限定理由について述べる。Ｃはベイナイトや焼き戻し
マルテンサイトによる組織強化で鋼板を高強度化しよう
とする場合に必須の元素であり、Ｃが０．１３％未満で
は必要とする引張強さを得るためには連続焼鈍で形状確
保が困難となるような冷却速度で鋼帯を冷却する必要が
生じる。一方、Ｃが０．２０％を超えると、スポット溶
接で健全な溶接部を形成することが困難となると同時に
Ｃの偏析が顕著となるため加工性が劣化する。

【００１１】Ｓｉは鋼板の加工性、特に伸びを大きく損
なうことなく強度を増す元素として知られており、その
添加は一般に有用と考えられるが、ベイナイト変態を遅
滞させる作用があり、その添加量が０．６％を超えると
冷延鋼帯に本発明によるような熱処理を施した場合で
も、その金属組織においてＭｓ点が比較的高く、僅かな
加工によっても簡単にマルテンサイトに変態し、曲げ性
を損なう原因とされる残留オーステナイトの体積率が急
激に増加するため、上限を０．６％とする。ＭｎはＣと
ともにオーステナイトの焼き入れ性を増すため、１．８
％以上添加する。しかし添加量が過大になるとスラブに
割れが生じやすく、またスポット溶接性も劣化するため
２．８％を上限とする。

【００１２】Ｐは一般に不可避的不純物として鋼に含ま
れるが、その量が０．０２％を超えると、本発明におけ
るような引張強さが７８０ＭＰａを超すような高強度鋼
板では靭性とともに冷間圧延性を著しく劣化させる。Ｓ
も一般に不可避的不純物として鋼に含まれるが、その量
が０．０１５％を超えると、圧延方向に伸張したＭｎＳ
の存在が顕著となり、鋼板の曲げ性に悪影響を及ぼす。

【００１３】Ａｌは鋼の脱酸元素として、またＡｌＮに
よる熱延素材の細粒化、および一連の熱処理工程におけ
る結晶粒の粗大化を抑制し材質を改善するために０．０
０５％以上添加する必要があるが、０．１％を超えるこ
とはコスト高となるばかりか、表面性状を劣化させる。
Ｎもまた一般に不可避的不純物として鋼に含まれるが、
その量が０．０６０％を超えると、伸びと共に脆性も劣
化するため、これを上限とする。

【００１４】Ｍｏ、Ｂは一般に焼き入れ性を増す元素と
して知られており、冷却途上におけるフェライトの生成
を抑制し、引張強さの低下を妨げる目的で添加してもよ
い。Ｍｏの添加量が０．０１％未満であったり、Ｂの添
加量が０．０００５％未満であると、その効果が認めら
れない。また０．１５％を超すＭｏや、０．００２０％
を超すＢを添加すると耳割れを生じ、熱延や冷延が困難
となるので避けなければならない。これらを主成分とす
る鋼にＮｂ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｗ、Ｃ
ｒ、及びＮｉを合計で１％以下含有しても本発明の効果
を損なわず、その量によっては耐食性が改善される等好
ましい場合もある。

【００１５】次に、製造条件の限定理由について述べ
る。熱間圧延に供するスラブは特に限定するものではな
い。すなわち、連続鋳造スラブや薄スラブキャスター等
で製造したものであればよい。また鋳造後直ちに熱間圧
延を行う連続鋳造−直送圧延（ＣＣ−ＤＲ）のようなプ
ロセスにも適合する。熱間圧延の仕上温度は鋼帯の形状
を悪化させないという観点からＡｒ₃ 点以上とする必要
がある。熱延後の巻取温度は５５０℃以上７５０℃以下
とする。巻取温度が７５０℃を超えるとバンド状の金属
組織が形成されると共に、鉄炭化物中にＭｎが濃化し、
冷延後７５０℃以上に加熱しても容易に分解せず、一連
の熱処理の終了後において曲げ性が劣化するだけではな
く、引張強度も低下する。一方、巻取温度を５５０℃未
満にすると、冷間加工性が悪化する。

【００１６】冷間圧延は通常の条件でよく、一連の熱処
理が終了後の金属組織を微細化し、優れた曲げ性を得る
目的からその圧延率は５０％以上とする。一方、８０％
を超す圧延率で冷間圧延を行うことは多大の冷延負荷が
必要となるため現実的ではない。冷延後、連続焼鈍設備
により一連の熱処理を行う際、まず７５０℃以上９００
℃以下の温度に３０秒以上５００秒以内加熱し、引き続
く一連の熱処理完了後にベイナイトや焼き戻しマルテン
サイトを主体とする金属組織とするため、体積率で８０
％以上のオーステナイトを生成させる。加熱温度が７５
０℃未満ではオーステナイトの生成が不十分であるばか
りか、再結晶も不十分であり、伸びや曲げ性をはじめと
して鋼板に必要な成形性を具備できない。また加熱時間
が３０秒未満では、加熱温度が低い場合、十分な体積率
のオーステナイトが生成しない。

【００１７】一方、９００℃を超えるような温度に加熱
することは必要なエネルギーが過大となるだけで、それ
に見合った効果が見られず、また５００秒を超す時間加
熱するには連続焼鈍設備のライン長を過大なものとする
か、通板速度を著しく低下させなければならないが、そ
れに見合った効果を得られない。加熱後、所定のベイナ
イト変態以下へ冷却する際、その冷却速度は６５０℃か
ら３５０℃における冷却速度で５０℃／秒以上２００℃
／秒以下とする。この冷却速度が５０℃／秒未満だと、
加熱時に生成したオーステナイトがフェライトやパーラ
イトに変態するため、引き続く一連の熱処理完了後にベ
イナイトや焼き戻しマルテンサイトを主体とする金属組
織を得ることができず、引張強さが低下したり、引張強
さが低下しない場合にも伸びや曲げ性をはじめとして鋼
板に必要な成形性が劣化する。一方、２００℃／秒を超
すような速度では鋼板全体を均一に冷却することが難し
く、形状が不良となりやすい。

【００１８】本発明では冷却を２００〜３００℃で終了
し、さらに冷却終点温度以上で冷却終点温度よりも２０
℃高い温度範囲に３秒以上６０秒以内保持してから、冷
却終点温度よりも５０℃以上高く、４００℃以下の温度
に再加熱した後、１５０秒以上９００秒以内に２００℃
以下まで冷却するが、これは本発明鋼の金属組織におい
てＭｓ点が−１９６℃以上の残留オーステナイトの体積
率が２％以下とし、引張強さが７８０〜１４７０ＭＰａ
で曲げ性に優れた鋼板とその製造方法を提供することを
課題とする本発明において極めて重要な熱処理条件であ
り、所定のベイナイト変態温度よりも５０℃以上低い温
度まで冷却することにより、オーステナイトからベイナ
イトやマルテンサイトへの変態を促進することによっ
て、鋼に含まれるＳｉ量を０．６％以下とすることとあ
いまって、所定の変態温度で短時間のうちにすみやかに
ベイナイト変態が完了することを目的とする。

【００１９】冷却終了温度が２００℃未満になるとマル
テンサイトに変態するオーステナイトの体積率が急激に
増加し、鋼板の形状を不良とする。一方、３００℃を超
える温度で冷却を終了すると、その後再加熱する前に連
続焼鈍設備のライン長を過大なものとするか、通板速度
を著しく低下させなければならないような時間保持しな
ければ、本発明の特徴とする効果が現れない。冷却終了
後、保持する時間が３秒未満であったり、冷却終了温度
よりも２０℃を超える温度に保持すると、ベイナイト変
態に必要な時間を短縮できず、体積率で２％を超えるＭ
ｓ点が−１９６℃以上の残留オーステナイトを金属組織
に含むようになりやすく、鋼板の曲げ性が劣化する。ま
た６０秒を超える時間保持するには連続焼鈍設備のライ
ン長を過大なものとするか、通板速度を著しく低下させ
なければならず、不経済である。

【００２０】冷却終了温度よりも再加熱温度が５０℃以
上高くないと、ベイナイト変態時間の短縮と金属組織に
含まれるＭｓ点が−１９６℃以上の残留オーステナイト
の体積率を減少させる効果が明確ではない。一方，４０
０℃を超えるような温度に再加熱すると、引張強さが本
発明の目的である７８０〜１４７０ＭＰａに達しない。
また再加熱後、２００℃以下までに冷却される時間が１
５０秒未満であると、本発明の特徴とする所定のベイナ
イト変態温度よりも５０℃以上低い温度まで冷却を行
い、オーステナイトからベイナイトやマルテンサイトへ
の変態を促進しても、ベイナイト変態が完了せず、体積
率で２％を超えるＭｓ点が−１９６℃以上の残留オース
テナイトを金属組織に含むようになりやすい。

【００２１】一方、２００℃以下までに冷却する時間が
９００秒を超すことは連続焼鈍設備のライン長を過大な
ものとするか、通板速度を著しく低下させなければなら
ず、不経済である。この後、形状矯正が必要とされる場
合には０．３〜１．５％の伸び率の調質圧延を行い、防
錆のために例えばＺｎめっきや合金化Ｚｎめっきなどの
表面処理、さらにはその上に有機皮膜処理などを施して
も、本発明の特徴とする形状の良好さと曲げ性に優れる
ことへの影響はない。

【００２２】

【実施例】次に本発明例を実施例にて説明する。表１に
示す組成からなるスラブを１１５０℃に加熱し、仕上温
度９２０℃で厚さ４．５ｍｍの熱間圧延鋼帯とし、６５
０℃で巻き取った。酸洗後、６４％の圧下率の冷間圧延
を施して厚さ１．６ｍｍの冷間圧延鋼帯とした後、連続
焼鈍設備を用いて表２に示すような条件の熱処理を行
い、形状矯正が必要とされる場合には調質圧延を行っ
た。このようにして製造された鋼帯から圧延方向と直角
な方向にＪＩＳ５号試験片を切り出し、常温での引張試
験を行うことにより、降伏強さ（ＹＰ）、引張強さ（Ｔ
Ｓ）、伸び（Ｅｌ）を求め、また圧延方向と直角な方向
に短冊試験片を切り出し、９０°曲げ試験を行って臨界
曲げ半径を求めた。さらに−１９６℃の液体窒素に１時
間浸漬する前後で残留オーステナイトの体積率を表層か
ら板厚の１／４中心によったところでＸ線回折法により
測定してＭｓ点が−１９６℃以上の残留オーステナイト
の体積率を求めた。

【００２３】

【表１】

【００２４】以上の結果を表２に示す。この表から明ら
かなように、本発明試料である試料Ｎｏ．３、８〜１
０、１７、及び１９はベイナイトや焼き戻しマルテンサ
イトを主体とする金属組織を有し、その金属組織に含ま
れるＭs 点が−１９６℃以上の残留オーステナイトの体
積率が２％以下であり、引張強さが７８０〜１４７０Ｍ
Ｐａで、形状が良好で曲げ性が優ている。これに対し、
試料Ｎｏ．２、４〜７、１１〜１５、１８、及び２０の
ように、本発明成分鋼であっても、一連の熱処理条件に
おいて一つでも本発明の特許請求の範囲を外れる条件が
存在する場合や、試料Ｎｏ．１、１６、２１、２２のよ
うに本発明成分以外の鋼では、引張強さが７８０〜１４
７０ＭＰａの範囲を外れたり、ベイナイトや焼き戻しマ
ルテンサイトを主体とする金属組織とならず、またその
金属組織に含まれるＭｓ点が−１９６℃以上の残留オー
ステナイトの体積率が２％を超え、引張強さが７８０〜
１４７０ＭＰａであっても形状が不良であったり、曲げ
性が優れない等の不具合を生じる。

【００２５】

【表２】

【００２６】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明はベイナイ
トや焼き戻しマルテンサイトを主体とする金属組織を有
し、引張強さが７８０〜１４７０ＭＰａの鋼板におい
て、形状が良好で曲げ性に優れた鋼板とその製造方法を
提供するものであり、自動車の衝突安全性の向上と重量
軽減による燃料消費、排出ガス削減を通して地球環境の
保全にも寄与するため、産業上極めて大きな効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】冷間圧延の後で鋼板に施す熱処理サイクルを示
す図である。

───────────────────────────────────────────────────── 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 C21D 9/46

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、Ｃ：０．１３〜０．２０％、
   Ｓｉ：０．６％以下、Ｍｎ：１．８〜２．８％、Ｐ：
   ０．０２％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ａｌ：０．０
   ０５〜０．１％、Ｎ：０．００６０％以下を含有し、残
   部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼の金属組織にＭ
   ｓ点が−１９６℃以上の残留オーステナイトを体積率で
   ２％以下含有することを特徴とする、形状が良好で曲げ
   性に優れた高強度冷延鋼板。
2. 【請求項２】 重量％で、Ｍｏ：０．０１〜０．１５
   ％、Ｂ：０．０００５〜０．００２０％のうちの１種以
   上を含有する、請求項１記載の形状が良好で曲げ性に優
   れた高強度冷延鋼板。
3. 【請求項３】 重量％で、Ｃ：０．１３〜０．２０％、
   Ｓｉ：０．６％以下、Ｍｎ：１．８〜２．８％、Ｐ：
   ０．０２％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ａｌ：０．０
   ０５〜０．１％、Ｎ：０．００６０％以下を含有し、残
   部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成のスラブをＡ
   ｒ₃ 点以上の温度で仕上圧延を行い、５００℃以上７５
   ０℃以下の温度で巻き取って熱延鋼帯とし、５０〜８０
   ％の冷間圧延を施した後、連続焼鈍設備により７５０℃
   以上９００℃以下の温度範囲に３０秒以上５００秒以下
   の加熱後、６５０℃から３５０℃までの平均冷却速度を
   ５０℃／秒以上２００℃／秒以下として、２００〜３０
   ０℃まで冷却し、さらに冷却終点温度以上で冷却終点温
   度よりも２０℃高い温度範囲に３秒以上６０秒以内保持
   してから、冷却終点温度よりも５０℃以上高く、４００
   ℃以下の温度に再加熱した後、１５０秒以上９００秒以
   内に２００℃以下まで冷却し、その金属組織に含まれる
   Ｍｓ点が−１９６℃以上の残留オーステナイトを体積率
   で２％以下含有させることを特徴とする、形状が良好で
   曲げ性に優れた高強度冷延鋼板の製造方法。
4. 【請求項４】 重量％で、Ｍｏ：０．０１〜０．１５
   ％、Ｂ：０．０００５〜０．００２０％のうちの１種以
   上を含有する、請求項３記載の形状が良好で曲げ性に優
   れた高強度冷延鋼板の製造方法。