JP5761080B2 - 伸びと穴拡げ性と疲労特性に優れた高強度熱延鋼板及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は，主としてプレス加工される自動車用鋼板を対象とし，１．０〜６．０ｍｍ程度の板厚で，伸びと穴拡げ性と疲労特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。

近年，自動車の燃費改善対策としての車体軽量化，部品の一体成形によるコストダウンのニーズが強まり，プレス成形性に優れた熱延高強度鋼板の開発が進められてきた。従来，加工用熱延鋼板としてはフェライト・マルテンサイト組織からなるＤｕａｌ Ｐｈａｓｅ鋼板が知られている。Ｄｕａｌ Ｐｈａｓｅ鋼板は，軟質なフェライト相と硬質なマルテンサイト相の複合組織で構成されており，著しく硬度の異なる両相の界面から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。これに対し，特許文献１，特許文献２ではベイナイトを主体とした組織により穴拡げ性の優れた熱延鋼板の製造方法が提案されているが，この鋼板は伸び特性に劣ることから適用部品に制約があった。

穴拡げ性と延性を両立する技術として特許文献３，特許文献４，特許文献５，特許文献６ではフェライトとベイナイトの混合組織による鋼板が提案されている。しかし、近年、自動車のさらなる軽量化指向，部品の複雑化等を背景に更に高い穴拡げ性が求められ、上記技術では対応しきれない高度な加工性，高強度化が要求されている。また、特許文献７では、第二相に焼戻しマルテンサイトを活用することで、穴拡げ性と延性および２次加工割れ性を高いレベルで満たす鋼板が提案されているが、成形性には優れるものの、足廻り部品としての特性で必要不可欠な疲労特性を高める技術の確立には至っていない。

一方，熱延鋼板の製造方法としては，通常，加熱後，熱間で圧延を行い，ランアウトテーブル（以下、ＲＯＴという）での冷却と捲取により材質の作りこみを行うことが一般的であった。しかしながら，特許文献８や特許文献９，特許文献１０、特許文献１１、特許文献１２、特許文献１３では，熱延後，Ｍｓ点以下で捲取を行い，Ａ１点以上の高温での再加熱と徐冷により，残留オーステナイトを生成することで加工性を向上させる技術について提案されている。しかしながら，残留オーステナイトにより加工性を確保する鋼板は，延性を確保できても穴拡げ性の改善は得られないことから，ハイテンにおいては適用に制約がある。また，特許文献１４では熱延後，連続焼鈍工程またはめっき工程でＡ１点以上の再加熱と徐冷により，マルテンサイトを生成することで加工性を向上させる技術について提案されている。しかし，マルテンサイトは穴拡げ性を劣化させるため，穴拡げ性の向上には限界がある。また，いずれもＡ１点以上の高い処理温度が必要であり，生産コスト，及び生産性の面からも実用化は困難であった。一方、特許文献１５、特許文献１６では４２０−６５０℃の中間温度にてマルテンサイトの焼戻しを行う技術が提案されている。しかしながら、マルテンサイトが平均的に焼戻されることに加え、結晶粒の規定がないため、粗大な結晶粒においては、疲労特性の改善が望まれるのもではなかった。

特開平４−８８１２５号公報 特開平３−１８０４２６号公報 特開平６−２９３９１０号公報 特開２００２−１８０１８８号公報 特開２００２−１８０１８９号公報 特開２００２−１８０１９０号公報 特開２００５−１４６３７９号公報 特開２００２−３０２７３４号公報 特開２００２−３０９３３４号公報 特開２００３−１７１７３５号公報 特開２０１０−２７５６２７号公報 特開２００９−２０９４５０号公報 特開２００５−２０６９１９号公報 特開２００３−２４７０４５号公報 特開平９−２６３８８３号公報 特開平９−２６３８８４号公報

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，５９０Ｎ／ｍｍ²クラス以上の熱延鋼板とその製造方法に関するもので，伸びと穴拡げ性と疲労特性に優れた高強度熱延鋼板を提供しようとするものである。

本発明者らは，鋼の成分と熱延後のＲＯＴ冷却により、フェライトとベイナイト組織の作り込みを行い，その後の低温捲取によって第二相の組織を一旦，適切に制御された粒径のマルテンサイト組織とし，低温再加熱により焼戻し，フェライトとベイナイトと焼戻しマルテンサイト混合組織とすることで，優れた伸びを確保しつつ，飛躍的に穴拡げ性を改善し、足廻り部品において特に重要な優れた疲労特性を付与できること。また，このとき、マルテンサイトの焼戻し量を厳密に制御すること、また、マルテンサイト粒界近傍と中心部の焼戻し量に変化をつけることで、上記のバランスは飛躍的に向上することを見出した。そこで，マルテンサイトの焼戻し条件に着目し，鋭意検討を進めた結果，組織としては焼戻しマルテンサイト量とサイズ、残留オーステナイト量，マルテンサイト量を規定すること，その焼戻し条件としては、最大到達温度に達する加熱速度と焼戻し量を制御する温度と時間のパラメータからなる条件式を満たす条件で焼戻しを行うことにより，優れた伸びと穴拡げ性を確保しつつ，優れた疲労特性が得られることを見出した。更に，処理温度に上限を設けることで，焼戻しマルテンサイトのラス間に生成し２次加工割れ性を劣化させる残留オーステナイトや，穴拡げ性を劣化させるマルテンサイトの抑制ができることを見出すことで，この発明をなすに至ったのである。
（１）質量％にて
Ｃ ：０．０１％以上，０．３５％以下，
Ｓｉ：２．０％以下，
Ｍｎ：０．１％以上，４．０％以下，
Ａｌ：０．００１％以上、２．０％以下，
Ｐ ：０．２％以下，
Ｓ ：０．０００５％以上，０．０２％以下，
Ｎ ：０．０２％以下，
Ｏ：０．０００３％以上、０．０１％以下、
残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる成分組成を有し、かつ、
各相が面積分率で、
焼戻しマルテンサイトが５％以上、
残留オーステナイトが２％未満（０を含む）、
マルテンサイトが１％未満（０を含む）、
パーライトが５％未満（０を含む）、
残部がフェライト及びベイナイトからなる鋼組織を有し、
上記焼戻しマルテンサイト相の平均粒径が０．５μｍ以上、５μｍ以下の範囲にあることを特徴とする伸びと穴拡げ性と疲労特性に優れた高強度熱延鋼板。
（２）質量％で、更に，
Ｔｉ：０．０１％以上，０．２０％以下，
Ｎｂ：０．０１％以上，０．１０％以下，
の１種または２種以上を含有することを特徴とする（１）に記載の伸びと穴拡げ性と疲労特性に優れた高強度熱延鋼板。
（３）質量％で、更に，Ｃａ，Ｍｇ，Ｚｒ，ＲＥＭの１種または２種以上を０．０００５％以上，０．０２％以下含有することを特徴とする（１）または（２）に記載の伸びと穴拡げ性と疲労特性に優れた高強度熱延鋼板。
（４）質量％で、更に，
Ｃｕ：０．０４％以上，１．４％以下，
Ｎｉ：０．０２％以上，０．８％以下，
Ｍｏ：０．０２％以上，０．５％以下，
Ｖ：０．０２％以上，０．１％以下，
Ｃｒ：０．０２％以上，０．３％以下，
Ｂ：０．０００３％以上，０．００１０％以下，
の１種または２種以上を含有することを特徴とする（１）から（３）のいずれか１項に記載の伸びと穴拡げ性と疲労特性に優れた高強度熱延鋼板。
（５）降伏比（ＹＰ／ＴＳ）が０．７超となることを特徴とする（１）から（４）のいずれか１項に記載の伸びと穴拡げ性と疲労特性に優れた高強度熱延鋼板。
（６）焼戻しマルテンサイト粒の体積中心の硬さ（Ｈｖｃ）の平均が、焼戻しマルテンサイト中の質量Ｃ濃度（Ｘｃ）の平均を用いた式（１）を満たすことを特徴とする（１）から（５）のいずれか１項に記載の伸びと穴拡げ性と疲労特性に優れた高強度熱延鋼板。
０．７≦Ｈｖｃ／（−982.1×Ｘｃ²＋1676×Ｘｃ＋189）≦０．９５ （１）
（７）焼戻しマルテンサイト粒の体積中心の硬さ（Ｈｖｃ）とこの中心と粒界を結ぶ直線（線分）における粒界から１／５位置の硬さ（Ｈｖｅ）の比の平均が式（２）を満たすことを特徴とする（１）から（６）のいずれか１項に記載の伸びと穴拡げ性と疲労特性に優れた高強度熱延鋼板。
０．２≦Ｈｖｅ／Ｈｖｃ≦０．８ （２）
（８）（１）から（４）のいずれか１項に記載の成分組成を有する鋳造スラブを１０５０℃以上、１３００℃以下の温度域まで冷却したのち、または再加熱を行い、８００℃以上、１１００℃以下の温度で仕上げ圧延を終了し、続いて平均冷却速度１０℃／ｓ以上にて２００℃以下まで冷却し、１００℃未満の温度で捲取った鋼を、再度，再加熱を行い、再加熱の処理温度Ｔを１５０℃以上、６２５℃以下とすることを特徴とする伸びと穴拡げ性と疲労特性に優れた高強度熱延鋼板の製造方法。
（９）仕上げ圧延終了後の冷却において、６００℃以上、７５０℃以下の温度域にて、２秒以上、１０秒以下の空冷域を設け、この空冷域を除く、冷却ゾーンでは１５℃／ｓ以上の平均冷却速度にて２００℃以下まで冷却することを特徴とする（８）に記載の伸びと穴拡げ性と疲労特性に優れた高強度熱延鋼板の製造方法。
（１０）再加熱の処理温度Ｔと処理時間ｔを式（３）に示す条件にて行うことを特徴とする（８）または（９）に記載の伸びと穴拡げ性と疲労特性に優れた高強度熱延鋼板の製造方法。
４５００≦（Ｔ＋２７３）×（ｌｏｇ（ｔ／６０）＋１０）≦７０００ （３）
Ｔ：処理温度（℃）
ｔ：処理時間（ｍｉｎ）
（１１）再加熱の処理時間（ｔ）を連続的に処理を行う場合には１０ｍｉｎ以下、またはＢＡＦのようにコイルままの焼鈍を行う場合には１０時間以上とすることを特徴とする（１０）に記載の伸びと穴拡げ性と疲労特性に優れた高強度熱延鋼板の製造方法。

本発明によれば，伸びと穴拡げ性と疲労特性に優れた高強度熱延鋼板を提供することができるので，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り、燃費の向上，製造コストの低減を図ることができる上、部品として優れた疲労特性を有するものとして工業的価値大なるものである。

引張強度に対する伸びに及ぼす本発明鋼の効果を示すグラフ。 引張強度に対する穴拡げ性に及ぼす本発明鋼の効果を示すグラフ。

本発明は，鋼成分と熱延ＲＯＴ冷却により、ベース組織（フェライト，ベイナイト組織）の作り込みを行い，第二相は一旦、適切なサイズを持つマルテンサイト組織とした後，再加熱による焼戻しマルテンサイトの材質作り込みを行い得られる鋼板で，組織としては，残留オーステナイト，焼戻しの実施されていないマルテンサイト分率を極力低減させ，焼戻しマルテンサイト相を用いて優れた伸びを確保しつつ，穴拡げ性を飛躍的に向上させ，また，疲労特性にも優れた鋼板とするものである。加えて、再加熱条件を最適化して焼戻し状態を厳密に制御し、平均焼戻し量や、粒内の焼戻し量分布（硬さ勾配）を制御することで、伸び、穴拡げ性、疲労特性を極めて高いレベルで確保する鋼板とできる。以下に本発明の個々の構成要件について詳細に説明する。

まず、本発明の成分の限定理由について述べる。特に断らない限り、％は質量％を意味する。

Ｃは，鋼の加工性に影響を及ぼす元素であり，含有量が多くなると，加工性は劣化する。特に０．３５％を超えると穴拡げ性に有害な炭化物（パーライト，セメンタイト）が生成するので、０．３５％以下とする。但し，特に高い穴拡げ性が要求される場合，０．１０％以下とすることが望ましい。また、強度確保の面で０．０１％以上は必要である。

Ｓｉは，有害な炭化物の生成を抑えフェライト分率を増加させ伸びを向上するために有効な元素であり，固溶強化により材料強度確保のためにも有効な元素であるため添加することが望ましいが，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２．０％を上限とする。Ｓｉは含有しなくても良い。

ＡｌはＳｉと同様，有害な炭化物の生成を抑えフェライト分率を増加させ伸びを向上するために有効な元素である。特に，延性と化成処理性を両立するために必要な元素である。Ａｌは，従来より脱酸に必要な元素であり，通常０．０１〜０．０７％程度添加してきた。本発明者らは，鋭意研究を重ねた結果，Ａｌは添加により、延性を向上させ、化成処理性にも優れる特性を見出した。しかし，添加量が増加すると延性向上の効果は飽和してしまうばかりか，化成処理性が低下するほか，点溶接性も劣化するため２．０％を上限し，特に化成処理の厳しい条件では，１．０％を上限とすることが望ましい。十分な脱酸のためには０．００１％以上の添加が必要である。

Ｍｎは，強度確保に必要な元素であり，最低０．１％の添加が必要である。しかし，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，これらは穴拡げ性を劣化させる。これより４．０％を上限とする。

Ｐは鋼板の強度を上げる元素であり，Ｃｕと同時添加により耐腐食性を向上する元素であるが，添加量が高いと溶接性，加工性，靭性の劣化を引き起こす元素である。これより，０．２％以下とする．特に耐食性が問題とならない場合，加工性を重視して０．０３％以下が望ましい。

ＳはＭｎＳ等の硫化物を形成し，割れの起点となり，穴拡げ性を低減させる元素である。従って，０．０２％以下とすることが必要である。但し，０．０００５％未満に調整するためには脱硫コストが高くなるため，これを０．０００５％以上とする。

Ｎは，鋼板加工時にストレッチャーストレイン生成の原因となり、加工性を劣化させるほか、Ｔｉ，Ｎｂが添加された場合には、（Ｔｉ，Ｎｂ）Ｎの生成に寄与し、伸び、穴拡げ性を低下させるため、少ない方が良い。上記の制約から０．０２％以下とする。

Ｏは，鋼中に酸化物を形成する。この酸化物は熱延時のオーステナイト粒の粗粒化を抑制する効果があり、結果として、マルテンサイト粒の微細化に寄与する。この効果を得るため、少なくとも０．０００３％添加する。一方で、多量に含有すると、微細化が進みすぎる上、酸化物が割れの起点となるため、穴拡げ性、伸びが著しく低下する。このため、０．０１％を上限とする。

さらに、下記に示す元素を含有することとしても良い。

Ｔｉ，Ｎｂは炭化物を形成し強度の増加に有効であり，硬度の均一化に寄与して穴拡げ性を改善する。これらの結果を有効に発揮させるためにはＮｂ，Ｔｉともに少なくとも０．０１％の添加が必要である。しかし，これらの添加が過度になると析出強化により延性が劣化するため，上限としてＴｉは０．２０％以下，Ｎｂは０．１０％以下とする。これらの元素は単独で添加しても効果があり，複合添加しても効果がある。

Ｃａ，Ｍｇ，Ｚｒ，ＲＥＭは硫化物系の介在物の形状を制御し，穴拡げ性の向上に有効である。これを有効に発揮させるためには少なくとも１種または２種以上をそれぞれ０．０００５％以上添加する必要がある。一方，多量の添加は逆に鋼の清浄度を悪化させるため穴拡げ性，延性を損なう。これより上限をそれぞれ０．０２％とする。

ＣｕはＰとの複合添加により耐腐食性を向上する元素である，この作用を得るためには０．０４％以上添加することが望ましい。但し，多量の添加は焼き入れ性を増加させ延性が低下するため，上限を１．４％とする。

ＮｉはＣｕを添加したときの熱間割れを抑制するために必須元素である。この効果を得るためには０．０２％以上添加することが望ましい。但し，多量の添加はＣｕ同様，焼き入れ性を増加させ延性が低下するため，上限を０．８％とする。

Ｍｏはセメンタイトの生成を抑制し，穴拡げ性を向上させるのに有効な元素であり，この効果を得るためには，０．０２％以上の添加が必要である。但し，Ｍｏも焼き入れ性を高める元素であるため過剰の添加では延性が低下するため，上限を０．５％とする。

Ｖは炭化物を形成し強度確保に寄与する。この効果を得るためには０．０２％以上の添加が必要である，但し，多量の添加は伸びを低減させ，コストも高いため，上限を０．１％とする。

ＣｒもＶと同様，炭化物を形成し強度確保に寄与する。この効果を得るためには０．０２％以上の添加が必要である，但し，Ｃｒは焼き入れ性を高める元素であるため，多量の添加により伸びを低減させる。そこで，上限を１．０％とする。

ＢはＭｎと同様、強度に寄与する元素である。この効果を得るためには０．０００３％以上の添加が必要である。但し，Ｂも焼き入れ性を高める元素であるため，多量の添加により延性が低下するため，上限を０．００１０％とする。

一般に組織中にマルテンサイト相を導入し，Ｄｕａｌ Ｐｈａｓｅ鋼（以下、ＤＰ鋼という）のように複合組織とすると高強度で延性が確保できる。しかしながら，マルテンサイト相のような硬質相が組織中に導入されると穴拡げ性の著しい劣化が見られる。研究者らが鋭意研究を重ねた結果，適切なサイズを持つ焼戻しマルテンサイト相を利用することで、強度や伸びを大きく低下させることなく、ＤＰ鋼のような優れた伸びをもちつつ、穴拡げ性を飛躍的に改善でき、疲労特性にも優れた鋼板となることを見出した。特に、再加熱条件を最適化して焼戻し時にマルテンサイトの平均焼戻し量や焼戻し量分布を制御することで，マルテンサイト相により得られる強度や延性を大きく低下させることなく、ＤＰ鋼のような優れた伸びをもちつつ、穴拡げ性を飛躍的に改善できることを見出した。加えて、マルテンサイトの粒界近傍の焼戻し量を大きく、中心部の焼戻し量を小さくすることで、上記の効果が更に大きくなり、更に、焼戻しによる疲労特性の劣化を最小限に抑え、ＤＰ鋼並みの疲労特性をもつことを見出した。

以下、特定の相の面積率、例えば焼戻しマルテンサイト相の面積率を、焼戻しマルテンサイト分率という。

上記のような焼戻しマルテンサイトの効果を得るためには，焼戻しマルテンサイト分率で５％以上含有する必要がある。これ未満では，延性が劣化し，穴拡げ性の向上効果も小さい。このとき，伸び，穴拡げ性を両立させるためには，残部はフェライト，ベイナイト組織であることが必要である。特に，焼戻し中に生成する残留オーステナイトは加工変形により，残留応力を発生し，穴拡げ性を低下させる。このため，残留オーステナイト分率は２％未満である必要がある。焼戻しの実施されていないマルテンサイトが組織中に残存するとこれが起点となって穴拡げ加工時に割れが発生するため、マルテンサイト分率は１％未満とする必要がある。また，組織中にパーライトがあるとパーライトのフェライト／セメンタイト境界で穴拡げ加工時に割れが発生するため，パーライト分率は５％未満であることが望ましい。

焼戻しマルテンサイトは平均粒径が０．５μｍ以上であるときに、穴拡げ性、伸び性の両立および、疲労特性の向上が可能となる。一方で、平均粒径が５μｍを超える焼戻しマルテンサイト粒は粒界の応力集中を必要以上に強めてしまい、穴拡げ性、伸びの低下を引き起こす。従って、焼戻しマルテンサイト平均粒径は０．５μｍ以上、５μｍ以下とする。

また、マルテンサイトが焼戻されると、ＹＰは上昇し、降伏比（ＹＰ／ＴＳ）は増加する。同じ鋼種であれば、疲労強度を高めるためには降伏比を高くする必要がある。従って、ＹＰ／ＴＳは０．７超とする。

マルテンサイトの焼戻し量は、本発明の好ましい態様であって最も重要な特徴のひとつである。焼戻し量が大きいと強度の低下が著しく、所望の強度が得られなくなるばかりでなく、強度−伸びバランスが著しく低下する。一方、焼戻し量が小さすぎると、隣接するフェライト、ベイナイト相との境界がボイド形成のポイントとなり穴拡げ性が著しく低下する。従って、焼戻し量を、焼戻しマルテンサイト粒の体積中心の硬さ（Ｈｖｃ）と焼戻し前のマルテンサイトの平均硬さの比を制御することで、優れた伸び−穴拡げ−強度バランスを得ることができる。ただし、一般に、焼戻し前のマルテンサイト硬さの測定は困難である。従って、本発明では焼戻し量を、焼戻しマルテンサイト粒の体積中心の硬さ（Ｈｖｃ）の平均と焼戻しマルテンサイト中の質量Ｃ濃度（Ｘｃ）の平均を用いた式（１）で評価する。優れた伸び−穴拡げ性−強度バランスを得るためには、焼戻しマルテンサイト粒は式（１）を満たす必要がある。
０．７≦Ｈｖｃ／（−982.1×Ｘｃ²＋1676×Ｘｃ＋189）≦０．９５ （１）

マルテンサイトの焼戻し量分布は、本発明の好ましい態様であって最も重要な特徴のひとつである。研究者らが鋭意研究した結果、マルテンサイトの粒界近傍の焼戻し量を大きく、中心部の焼戻し量を小さくすることで、マルテンサイトの焼戻しにより得られる上記の効果が更に大きくなることを見出した。詳細は明らかではないが、伸びに対しては、硬さ勾配を作ることで、中心部のマルテンサイト硬さを比較的高く保つことができるため、強度低下が少なく、焼戻しによる強度−伸びバランスの劣化を極限まで抑えることができるためだと思われる。また、穴拡げ性に関しては、硬さ勾配によって、ボイドが形成されやすい相境界の硬さが低くなるためにボイドの形成を遅らせる効果があると考えている。また、疲労特性に関しては、マルテンサイトの亀裂伝播の抑制効果がＤＰ並みに確保できる上、応力集中が起こりやすい相境界の応力集中が相境界の硬度比の低下により緩和されるためと考えている。このとき、焼戻しマルテンサイト粒径は硬さ勾配を効果的に形成することに寄与する。このとき、硬さ勾配が小さいと上記の効果が得られないため、伸びか穴拡げ性のいずれかもしくは両方が著しく低下する。一方で、勾配が大きすぎると境界の硬さが小さくなりすぎて強度が大きく低下する。上記の伸び、穴拡げ性、疲労強度に優れた鋼板を得るためには、焼戻しマルテンサイト相の体積中心の硬さ（Ｈｖｃ）とこの中心と粒界を結ぶ直線（線分）における粒界から１／５位置の硬さ（Ｈｖｅ）の比の平均が式（２）を満たすことが必要である。
０．２≦Ｈｖｅ／Ｈｖｃ≦０．８ （２）

本発明において、組織分率の測定は精度が優れた測定方法であれば、方法は問わないが、例えば、各相の判定および分率の測定は以下のように実施した。
［１］マルテンサイト、フェライト，ベイナイト，パーライト、焼戻しマルテンサイト
組織分率は正確に測定できる手法であれば、方法は問わないが、例えば、鋼板にレペラ−エッチングやナイタールエッチングを行い，熱延方向断面の１／４ｔの位置の組織を光学顕微鏡もしくはＳＥＭにて観察し，各相を判定、画像解析装置等を用いて，各相の分率を測定。
［２］残留オーステナイト
鋼板を１／４ｔまで表面を研削した後，化学研磨してからＭｏ管球を用いたＸ線回折により，フェライトの（２００）の回折強度Ｉα（２００）、フェライトの（２１１）の回折強度Ｉα（２１１）とオーステナイトの（２２０）の回折強度Ｉγ（２２０）および（３１１）の回折強度Ｉγ（３１１）の強度比より求めた。
Ｖγ（体積％）＝０．２５
×｛Ｉγ（２２０）／（１．３５×Ｉα（２００）＋Ｉγ（２２０））
＋Ｉγ（２２０）／（０．６９×Ｉα（２１１）＋Ｉγ（２２０））
＋Ｉγ（３１１）／（１．５×Ｉα（２００）＋Ｉγ（３１１））
＋Ｉγ（３１１）／（０．６９×Ｉα（２１１）＋Ｉγ（３１１））｝

硬さの測定は基本的にビッカース測定により実施するものとする。但し、小さな粒径でビッカース硬さ測定のできないものの場合は、ナノインデンテーションを使って測定しても構わない。その場合はビッカース硬さに換算したものを用いる。この換算に当たっては類似の硬さをもつ標準試料を用いるなど、精度良く換算値を出す必要がある。

マルテンサイト粒のＣ濃度は、正確に分解濃度が得られる条件で，精度が保証される測定方法であればどのような測定方法でも構わないが，例えば，ＦＥ−ＳＥＭ付属のＥＰＭＡを用いて，０．５μｍ以下ピッチでＣ濃度を注意深く測定することによって得ることができる。

次に製造方法について説明する。

鋳造スラブは熱延の前に、均質化や炭窒化物の溶解の必要がある。これを行う際、連続鋳造のスラブを高温のまま、または、再加熱を行ってもよい。高温に保持、または再加熱の温度が、１０５０℃未満では、均質化、溶解とも不十分となり、強度の低下や加工性の低下を起こす。一方で、１３００℃を超えると、製造コスト、生産性が低下すること、また、初期のオーステナイト粒径が大きくなることで最終的に混粒になりやすくなり、また、マルテンサイトの粒径が大きくなり、焼戻し後に加工性が劣化する。

仕上圧延終了温度はフェライトの生成を妨げ，穴拡げ性を良好にするため８００℃以上とする必要がある。一方で、あまり高温にすると組織の粗大化による強度低減，延性の低下を招くため、１１００℃以下の温度とする必要がある。また、高い伸びが必要な場合は９５０℃以下とすることが望ましい。

本発明では第二相を一旦，マルテンサイトとすることが重要である。マルテンサイトを生成させるためには，ＲＯＴで１０℃／ｓ以上の平均冷却速度が必要である。これ未満ではパーライトが生成し、強度低下と穴拡げ性の劣化が起こる。

本発明において、特に優れた伸び−穴拡げ性バランスを得るためには、ＲＯＴ冷却中にフェライト相を出すことが望ましい。これを達成するためには、６００℃以上、７５０℃以下の温度範囲で空冷する必要がある。６００℃未満、７５０℃超ではフェライト変態が十分に起こらないため、伸びが低下する。空冷時間は２秒以上、１０秒以下とする必要がある。２秒未満ではフェライトを十分に得ることができず、伸びが低下する。一方、１０秒を超えると、パーライトが生成するため、強度低下と穴拡げ性の劣化が起こる。また、空冷を設ける冷却パターンにおいては、空冷域を除く冷却ゾーンでは１５℃／ｓ以上の冷却速度が必要である。これ未満では、パーライトが生成し、強度低下と穴拡げ性の劣化が起こる。

前述の冷却の停止温度は２００℃以下とすることが必要である。２００℃超では所望の焼戻しの効果が得られないため、良好な伸び−穴拡げ性バランスが得られない。加えて、巻取り温度は１００℃未満とすることが必要である。１００℃以上で巻き取ると自己焼鈍が起こるため、その後の再加熱処理で所望の硬さ勾配が得られ難くなる。

本発明は、熱間圧延後に捲取った鋼を、再度，再加熱を行うことを特徴とする。再加熱により、一旦生成したマルテンサイトを焼戻しマルテンサイトとすることができる。

本発明で規定する成分を含有した上で、上記製造条件を満足することにより、本発明の請求項１に規定する高強度熱延鋼板を製造することができ、さらに降伏比（ＹＰ／ＴＳ）を０．７超とすることができる。

本発明の好ましい態様（マルテンサイトの焼戻し量やマルテンサイトの焼戻し量分布）を実現するために最も重要な製造方法のひとつが，マルテンサイト相の焼戻し条件である。焼戻しを過剰に行うと材料の強度が低減し，狙いの強度が得られないばかりでなく，焼戻しによりベイナイト中のセメンタイトが粗大化するため，伸びや穴拡げ性が低減する。一方，焼戻しが不足すると，マルテンサイトが硬いままとなるため，軟質相（フェライト相，ベイナイト相）との相境界において亀裂が発生しやすくなり，穴拡げ性が低下する。本発明者らは鋭意検討を重ねた結果，式（３）の温度と時間の関数を開発し，この関数において，４５００以上，７０００以下の条件で再加熱処理を行うことで，伸び，穴拡げ性とも優れた特性を得ることができることを見出した。特に，高い穴拡げ性を確保するためには，５０００以上，６５００以下とすることが望ましい。
４５００≦（Ｔ＋２７３）×（ｌｏｇ（ｔ／６０）＋１０）≦７０００ （３）
Ｔ：熱処理温度（℃）
ｔ：処理時間（ｍｉｎ）

上記の後処理条件のなかで温度は重要なファクターである。加熱温度を６００℃超とすると，組織の一部がオーステナイトへ変態し，その後の冷却において，焼戻しの実施されていないマルテンサイトや，焼戻しマルテンサイトのラス間に残留オーステナイト相が生成され、穴拡げ性の劣化を招く。従って，再加熱においてオーステナイトへの変態を抑制する必要があり，加熱温度を６００℃以下とすると好ましい。一方で、加熱温度が１５０℃未満ではマルテンサイトの焼戻しが不十分であり、穴拡げ性が劣化する。

また，連続的に処理を行う場合、処理時間が長くなると生産性の低下を招くほか，大きな加熱設備を必要とするため，コストが高くなりすぎる。連続処理においては、処理時間（ｔ）を１０ｍｉｎ以下とすることが必要である。一方で、ＢＡＦのようにコイルままの焼鈍を行うことも可能である。この場合はコイルの温度を均質にするために、少なくとも１０時間以上の処理時間が必要である。

再加熱処理の昇温過程における平均加熱速度は所望の硬さ勾配を得るために非常に重要な制御条件のひとつである。本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、平均加熱速度，ＣＲ（℃／ｓ）を高くすることで、硬さ勾配を強くできることを見出した。

次に本発明を実施例に基づいて説明する。本発明は５９０Ｎ／ｍｍ²クラス以上の高強度熱延鋼板を対象としており、具体的には、鋼板の引張強度が４９０Ｎ／ｍｍ²以上であれば本発明の高強度熱延鋼板の対象となる。

表１に示す成分の鋼を溶製し、常法に従い連続鋳造でスラブとした。符号Ａ〜Ｚが本発明に従った成分の鋼である。一方、符号ａ，ｄの鋼はＣの添加量，ｂの鋼はＭｎ，Ｐ添加量，ｃの鋼はＮｂ添加量，ｅの鋼はＳ、Ｏの添加量，ｆの鋼はＮ、Ｔｉ添加量、ｇの鋼はＯが本発明の範囲外である。

これらの鋼を加熱炉中で表２、４に示す条件で熱間圧延、ＲＯＴ冷却を行った。続けて，表２、４に示す条件にて，再加熱を行った。ここで、表２は高温域での再加熱、表４は低温域の再加熱である。板厚は２．６〜３．２ｍｍとし、この板はその後、酸洗し，０．５％のスキンパス圧延を行い、材質評価に供した。

得られた鋼板の焼戻しマルテンサイト分率，残留オーステナイト分率，マルテンサイト分率、パーライト分率、フェライト＋ベイナイト分率、焼戻しマルテンサイト中のＣ濃度、焼戻しマルテンサイトの粒径を表３、５に示す。これによる、式（１）の中辺の硬さ比、式（２）の中辺の硬さ比、および、ＹＲおよび機械特性、疲労特性を表３，５、図１、２に示す。なお、疲労特性は疲労限度比（＝疲労強度／引張強度）であらわし、０．４以下を劣位とした。表において、本発明範囲から外れる数値にアンダーラインを付している。また、本発明の好ましい範囲から外れる数値を太字としている。

発明鋼１のグループは本発明のすべての請求項を満たす鋼板、発明鋼２のグループは請求項１、８，９を満たすが従属項のいくつかを満たさないものである。発明鋼２は一部の特性で発明鋼１に比べ劣位である。

また、本発明の範囲外のうち、比較鋼１は伸び、穴拡げ性、疲労特性とも発明鋼に比べ劣位、比較鋼２はＤＰ鋼に類似した特性をもち、伸び、疲労特性は良いが、穴拡げ性が著しく悪い。すなわち、本願規定を満たすもののみが、優れた伸びと穴拡げ性、疲労特性を併せ持つことができることがわかる。

なお、局部変形能の指標として穴拡げ率を用い、引っ張り試験はＪＩＳ Ｚ２２４１、穴拡げ試験はＪＩＳ Ｚ２２５６にそれぞれ準拠した。また、疲労試験については平面曲げ試験にて行い、ＪＩＳ Ｚ２２７５に準拠した。

Claims (11)

1. 質量％にて
   Ｃ ：０．０１％以上，０．３５％以下，
   Ｓｉ：２．０％以下，
   Ｍｎ：０．１％以上，４．０％以下，
   Ａｌ：０．００１％以上、２．０％以下，
   Ｐ ：０．２％以下，
   Ｓ ：０．０００５％以上，０．０２％以下，
   Ｎ ：０．０２％以下，
   Ｏ ：０．０００３％以上、０．０１％以下、
   残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる成分組成を有し、かつ、
   各相が面積分率で、
   焼戻しマルテンサイトが５％以上、
   残留オーステナイトが２％未満（０を含む）、
   マルテンサイトが１％未満（０を含む）、
   パーライトが５％未満（０を含む）、
   残部がフェライト及びベイナイトからなる鋼組織を有し、
   上記焼戻しマルテンサイト相の平均粒径が０．５μｍ以上、５μｍ以下の範囲にあることを特徴とする伸びと穴拡げ性と疲労特性に優れた高強度熱延鋼板。
2. 質量％で、更に，
   Ｔｉ：０．０１％以上，０．２０％以下，
   Ｎｂ：０．０１％以上，０．１０％以下，
   の１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の伸びと穴拡げ性と疲労特性に優れた高強度熱延鋼板。
3. 質量％で、更に，Ｃａ，Ｍｇ，Ｚｒ，ＲＥＭの１種または２種以上をそれぞれ０．０００５％以上，０．０２％以下含有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の伸びと穴拡げ性と疲労特性に優れた高強度熱延鋼板。
4. 質量％で、更に，
   Ｃｕ：０．０４％以上，１．４％以下，
   Ｎｉ：０．０２％以上，０．８％以下，
   Ｍｏ：０．０２％以上，０．５％以下，
   Ｖ ：０．０２％以上，０．１％以下，
   Ｃｒ：０．０２％以上，０．３％以下，
   Ｂ ：０．０００３％以上，０．００１０％以下，
   の１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の伸びと穴拡げ性と疲労特性に優れた高強度熱延鋼板。
5. 降伏比（ＹＰ／ＴＳ）が０．７超となることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の伸びと穴拡げ性と疲労特性に優れた高強度熱延鋼板。
6. 焼戻しマルテンサイト粒の体積中心の硬さ（Ｈｖｃ）の平均が、焼戻しマルテンサイト中の質量Ｃ濃度（Ｘｃ）の平均を用いた式（１）を満たすことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の伸びと穴拡げ性と疲労特性に優れた高強度熱延鋼板。
   ０．７≦Ｈｖｃ／（−982.1×Ｘｃ²＋1676×Ｘｃ＋189）≦０．９５ （１）
7. 焼戻しマルテンサイト粒の体積中心の硬さ（Ｈｖｃ）とこの中心と粒界を結ぶ直線（線分）における粒界から１／５位置の硬さ（Ｈｖｅ）の比の平均が式（２）を満たすことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の伸びと穴拡げ性と疲労特性に優れた高強度熱延鋼板。
   ０．２≦Ｈｖｅ／Ｈｖｃ≦０．８ （２）
8. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の成分組成を有する鋳造スラブを１０５０℃以上、１３００℃以下の温度域まで冷却したのち、または再加熱を行い、８００℃以上、１１００℃以下の温度で仕上げ圧延を終了し、続いて平均冷却速度１０℃／ｓ以上にて２００℃以下まで冷却し、１００℃未満の温度で捲取った鋼を、再度，再加熱を行い、再加熱の処理温度Ｔを１５０℃以上、６２５℃以下とすることを特徴とする伸びと穴拡げ性と疲労特性に優れた高強度熱延鋼板の製造方法。
9. 仕上げ圧延終了後の冷却において、６００℃以上、７５０℃以下の温度域にて、２秒以上、１０秒以下の空冷域を設け、この空冷域を除く、冷却ゾーンでは１５℃／ｓ以上の平均冷却速度にて２００℃以下まで冷却することを特徴とする請求項８に記載の伸びと穴拡げ性と疲労特性に優れた高強度熱延鋼板の製造方法。
10. 再加熱の処理温度Ｔと処理時間ｔを式（３）に示す条件にて行うことを特徴とする請求項８または請求項９に記載の伸びと穴拡げ性と疲労特性に優れた高強度熱延鋼板の製造方法。
    ４５００≦（Ｔ＋２７３）×（ｌｏｇ（ｔ／６０）＋１０）≦７０００ （３）
    Ｔ：処理温度（℃）
    ｔ：処理時間（ｍｉｎ）
11. 再加熱の処理時間ｔを連続的に処理を行う場合には１０ｍｉｎ以下、またはＢＡＦのようにコイルままの焼鈍を行う場合には１０時間以上とすることを特徴とする請求項１０に記載の伸びと穴拡げ性と疲労特性に優れた高強度熱延鋼板の製造方法。

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