JP2004010991A - スポット溶接性に優れた超高強度冷延鋼板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】自動車構造部材および補強部材等の製造におけるプレス成形、溶接・組立工程に適した、伸びフランジ性、延性、スポット溶接性が優れた引張強度が９８０ＭＰａ以上の超高強度冷延鋼板の製造方法を提供すること。
【解決手段】重量％で、Ｃ：０．０７〜０．１５％、Ｓｉ：０．７〜２％、Ｍｎ：１．８〜３％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１〜０．１％、Ｎ：０．００５％以下、Ｂ：０．０００３〜０．００３％を含有し、残部が実質的にＦｅからなる鋼を溶製し、これを熱間圧延し、冷間圧延した後、得られた鋼帯を連続して８００〜８７０℃に加熱し、この温度範囲で１０秒間以上保持した後、６５０〜７５０℃まで徐冷し、そこから５００℃／ｓｅｃを超える冷却速度で１００℃以下まで冷却し、次いで３２５〜４２５℃に再加熱し、５〜２０分間保持した後、室温まで冷却して巻き取る。
【選択図】 なし
【解決手段】重量％で、Ｃ：０．０７〜０．１５％、Ｓｉ：０．７〜２％、Ｍｎ：１．８〜３％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１〜０．１％、Ｎ：０．００５％以下、Ｂ：０．０００３〜０．００３％を含有し、残部が実質的にＦｅからなる鋼を溶製し、これを熱間圧延し、冷間圧延した後、得られた鋼帯を連続して８００〜８７０℃に加熱し、この温度範囲で１０秒間以上保持した後、６５０〜７５０℃まで徐冷し、そこから５００℃／ｓｅｃを超える冷却速度で１００℃以下まで冷却し、次いで３２５〜４２５℃に再加熱し、５〜２０分間保持した後、室温まで冷却して巻き取る。
【選択図】 なし
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機械構造部品、特に自動車構造部材、補強部材を製造するために好適な、引張強度が９８０ＭＰａ以上のスポット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】
自動車部品には、軽量化による燃費向上および乗員の保護という相反する特性を満足させるため、高強度化が要求されている。一方、高強度鋼板は、軟質鋼板と比較して、延びフランジ性および延性が劣るため、プレス成形など成形加工が困難である。
【０００３】
そこで、高強度冷延鋼板の成形性を改善するため、従来より種々の高強度冷延鋼板の製造方法が提案されている。例えば、特公平７−５９７２６号公報には、局部延性、すなわち伸びフランジ性が優れた高強度冷延鋼板の製造方法が示されている。この公報によれば、３５０〜６００℃の範囲の温度にて過時効処理を行うと、フェライト相と低温変態相の硬度比を小さくすることによって局部延性の改善が可能となる。しかし、この技術では高温焼戻し処理における引張強度の低下が著しいため、９８０ＭＰａ以上の超高強度冷延鋼板を製造する場合、Ｃを０．１７％以上とする必要があり、その結果、このような鋼板はスポット溶接部十字引張試験において溶接部が破断するため、十分な継手強度が得られないという問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、機械構造部材、特に自動車構造部材および補強部材の製造におけるプレス成形、溶接・組立工程に適した、伸びフランジ性、延性、スポット溶接性が優れた引張強度が９８０ＭＰａ以上の超高強度冷延鋼板の製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決するため、連続焼鈍工程における金属組織の形成過程について鋭意研究を重ねた結果、スポット溶接性を劣化させるＣ量を必要以上に高くすることなく、また延性向上に不可欠なＳｉ量を低くすることなく、所望の９８０ＭＰａ以上の強度を達成することが必要であり、そのためには、連続焼鈍における保熱保持から急冷するまでの徐冷過程における金属組織の制御、すなわちオーステナイトからフェライトへの変態を抑制することが重要であることを見出した。
【０００６】
そして、この変態抑制に対して０．０００３〜０．００３％のＢを添加することが極めて有効であること、また、これに加えて０．００３〜０．０３％のＴｉおよび０．１〜１％のＭｏのいずれかまたは両方を添加することが特に有効であることを見出し、さらに製造条件の範囲を特定範囲に規定することにより本発明を完成するに至った。
【０００７】
従来の高強度鋼板を製造するための連続焼鈍炉は、図１に示すように、鋼板を加熱する加熱帯１と、加熱した鋼板を均熱保持する均熱帯２と、均熱保持後の鋼板を徐冷する徐冷帯（ガスジェット帯）３と、徐冷後の鋼板を急冷する急冷帯４と、急冷後の鋼板に過時効（焼戻し）処理する過時効（焼戻し）帯５とを有しており、入側の冷延コイル７から鋼板Ｓを供給し、加熱帯１、均熱帯２、徐冷帯３、急冷帯４および過時効（焼戻し）帯５を通板させることにより、鋼板Ｓに加熱、均熱保持、徐冷、急冷、過時効処理が連続的に施され、出側で調質圧延機６により必要に応じて調質圧延された後、巻取コイル８に巻き取られる。この際、図１に示すように均熱帯２と急冷帯４との間の徐冷帯３により、板温が不可避的に１００℃以上低下する。フェライト−マルテンサイト２相型の従来鋼ではストリップが徐冷帯３を通過する間にフェライト生成が避けられず、強度が低下する。したがって、従来は、焼入れ後、伸びフランジ性を向上する目的で３２５℃以上で焼き戻す場合は、高強度を得るためにはＣ添加量を高くするか、Ｓｉ添加量を低下させることが必須となっており、スポット溶接性および延性のいずれかが低くならざるを得なかったが、上述のようにしてフェライトへの変態を抑制することにより、スポット溶接性を劣化させるＣ量を必要以上に高くすることなく、また延性向上に不可欠なＳｉ量を低くすることなく、所望の９８０ＭＰａ以上の強度を達成することができるのである。
【０００８】
すなわち、本発明は、重量％で、Ｃ ：０．０７〜０．１５％、Ｓｉ：０．７〜２％、Ｍｎ：１．８〜３％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１〜０．１％、Ｎ：０．００５％以下、Ｂ：０．０００３〜０．００３％を含有し、残部が実質的にＦｅからなる鋼を溶製し、これを熱間圧延し、冷間圧延した後、得られた鋼帯を連続して８００〜８７０℃に加熱し、この温度範囲で１０秒間以上保持した後、６５０〜７５０℃まで徐冷し、そこから５００℃／ｓｅｃを超える冷却速度で１００℃以下まで冷却し、次いで３２５〜４２５℃に再加熱し、５〜２０分間保持した後、室温まで冷却して巻き取ることを特徴とする、スポット溶接性に優れた超高強度冷延鋼板の製造方法を提供する。
【０００９】
この場合に、重量％で、Ｔｉ：０．００３〜０．０３％およびＭｏ：０．１〜１％のいずれか、またはこれらの両方をさらに含有することが好ましい。
【００１０】
以上のような構成の本発明と類似する技術は過去にいくつか提案されているが、本発明のように伸びフランジ性、延性、スポット溶接性が優れた引張強度が９８０ＭＰａ以上の超高強度冷延鋼板の製造方法を提供するものは存在しない。以下、このような先行技術と対比して本発明の優位性を説明する。
【００１１】
特公昭５５−２２５３２号公報、特公昭５５−５１４１０号公報には連続焼鈍による高張力冷延鋼板の製造方法に関して焼入れ後３００℃以上に再加熱する技術が開示されているが、これらに開示された技術で得られる鋼板は高々７８０ＭＰａ程度であり、本発明が対象とする９８０ＭＰａ以上の冷延鋼板の製造方法に示唆を与えるものではない。
【００１２】
特公平１−３５０５１号公報、特公平１−３５０５２号公報には、高延性高強度冷延鋼板の製造方法に関して、再結晶焼鈍、急冷後、１８０〜４００℃に再加熱する技術が開示されているが、その中には「過時効処理温度は３００℃以下が好ましい」と記載されており、本発明とは技術思想が異なっていることは明らかである。
【００１３】
特許第２７９３８２４号公報には、焼付硬化性に優れた高強度冷延鋼板の製造方法に関して、本発明と類似した化学成分を有する鋼板を再結晶焼鈍後、急冷し、その後１５０〜４５０℃の温度範囲で１秒〜１０分間の時効処理を施す技術が開示されている。しかしながら、この技術の鋼板は本発明のようにＢ，Ｔｉ，Ｍｏを含有しておらず、その結果、９８０ＭＰａ以上の引張強度を得るためには、０．１４％Ｃ含有鋼ではＳｉを０．２〜０．４％と極めて低くまで低下するか、Ｓｉを１．４％含有する場合にはＣを０．１７％まで高くすることによってマルテンサイトの体積率を増加させる必要がある。Ｓｉを０．２〜０．４％しか含有しない引張強度９８０ＭＰａ以上の鋼板は伸びが高々１０．５％と低く、Ｃが０．１７％と高い鋼板はスポット溶接性が劣るのであり、この先行技術はスポット溶接性と成形性を両立した超高強度冷延鋼板の製造方法について何等技術的な示唆を与えるものではない。
【００１４】
特許第２７６６６９３号公報には、本発明と類似した化学成分を有する鋼板を、焼鈍後、水焼入れを行い、２００〜４５０℃で１０秒〜１５分間過時効する技術が開示されている。しかしながら、この公報に記載された技術は引張強度が高々６９０ＭＰａ程度の鋼板を製造するものであり、本発明とは技術思想が全く異なる。
【００１５】
特公平８−３０２１２号公報には、連続焼鈍後１００〜４００℃の温度で過時効処理を施す方法が開示されている。しかしながら、その実施例には過時効処理が２５０℃の場合しか示されておらず、本発明が目的とするところの、超高強度冷延鋼板の製造において、焼鈍、急冷後、３２５〜４２５℃まで再加熱した際に問題となるスポット溶接性の問題を解決することに関して、技術的に何等示唆を与えるものではない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る冷延鋼板の製造方法について鋼の成分組成と製造条件に分けて具体的に説明する。
【００１７】
（１）成分組成
本発明において鋼の成分組成は、重量％で、Ｃ：０．０７〜０．１５％、Ｓｉ：０．７〜２％、Ｍｎ：１．８〜３％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１〜０．１％、Ｎ：０．００５％以下、Ｂ：０．０００３〜０．００３％であり、さらに選択成分としてＴｉ：０．００３〜０．０３％およびＭｏ：０．１〜１％のいずれか、またはこれらの両方を含有してもよい。
【００１８】
Ｃ：０．０７〜０．１５％
Ｃは、焼入れ組織のマルテンサイトを強化するために重要な元素である。Ｃ量が０．０７％未満では強度上昇の効果が不十分となる。一方、Ｃ量が０．１５％を超えるとスポット溶接における十字引張試験において溶接部が破断するため、接合強度が著しく低下してしまう。このため、Ｃ量を０．０７〜０．１５％とする。
【００１９】
Ｓｉ：０．７〜２％
Ｓｉは、フェライト−マルテンサイト２相鋼の延性を高めるために有効である。Ｓｉ量が０．７％未満ではその効果が十分でなく、一方、２％を超えると鋼板表面にＳｉ酸化物を多量に形成し、化成処理性を劣化させてしまう。このため、Ｓｉ量を０．７〜２％とする。
【００２０】
Ｍｎ：１．８〜３％
Ｍｎは連続焼鈍炉の徐冷帯でのフェライト生成を抑制するために重要な元素である。Ｍｎ量が１．８％未満ではその効果が十分でなく、３％を超えると連続鋳造工程でスラブ割れが発生する。そのため、Ｍｎ量を１．８〜３％とする。
【００２１】
Ｐ：０．０２％以下
Ｐは本発明鋼中では不純物成分であり、スポット溶接性を劣化させるため、可能な限り製鋼工程で除去することが望ましい。Ｐ量が０．０２％を超えるとスポット溶接性の劣化が顕著となるため、０．０２％以下とする必要がある。
【００２２】
Ｓ：０．０１％以下
Ｓは本発明では不純物成分であり、スポット溶接性を劣化させるため、可能な限り製鋼工程で除去することが望ましい。Ｓ量が０．０１％を超えるとスポット溶接性の劣化が顕著となるため、０．０１％以下とする必要がある。
【００２３】
Ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１〜０．１％
Ａｌは脱酸剤として、およびＮをＡｌＮとして析出させて脱窒するために添加される。Ｓｏｌ．Ａｌ量が０．０１％未満では脱酸および脱窒の効果が十分でなく、０．１％を超えると効果が飽和し不経済なため、Ｓｏｌ．Ａｌ量を０．０１〜０．１％とする。
【００２４】
Ｎ：０．００５％以下
Ｎは粗鋼中に含有される不純物成分であり、素材鋼板の成形性を劣化させるので、可能な限り製鋼工程で除去、低減することが望ましい。しかしながら、Ｎを必要以上に低減すると精錬コストが上昇するので、実質的に無害となる０．００５％以下とする。
【００２５】
Ｂ：０．０００３〜０．００３％
Ｂは本発明において最も重要な元素であり、連続焼鈍炉の徐冷帯でのフェライト生成の抑制に著しい効果を発揮する。しかし、Ｂ量が０．０００３％未満ではその効果が十分ではなく、一方０．００３％を超えるとＢ添加の効果が飽和するばかりか鋼板製造工程における生産性を劣化させてしまう。このためＢ量を０．０００３〜０．００３％とする。
【００２６】
Ｔｉ：０．００３〜０．０３％
鋼中に固溶Ｎが存在すると、Ｂを添加した場合ＢＮとして析出し、上記のＢ添加の効果が減じる。そこで、Ｂの他にＴｉを添加することにより、ＴｉでＮをあらかじめＴｉＮとして析出させ、Ｂ添加の効果を高めることができる。しかし、Ｔｉ量が０．００３％未満ではこの効果が十分でなく、一方、０．０３％を超えて添加するとＴｉＣを生成して鋼板の成形性を劣化させるため、Ｔｉを添加する場合にはその添加量を０．００３〜０．０３％とする。
【００２７】
Ｍｏ：０．１〜１％
Ｍｏは連続焼鈍における徐冷帯でのフェライト生成の抑制効果がある。しかし、その量が０．１％未満ではその効果が十分ではなく、一方、１％を超えると添加の効果が飽和するばかりか合金添加コストが増大するため、Ｍｏを添加する場合にはその添加量を０．１〜１％とする。
【００２８】
その他、高強度冷延鋼板は、析出物を生成させるなどして強度付与または組織形態を調整するためにＮｂ、Ｖ、Ｃｒを添加することがあるが、本発明の効果が維持される範囲内でこれら元素を含有したものも本発明の範囲内である。
【００２９】
（２）製造条件
本発明においては、上記組成の鋼を溶製し、これを熱間圧延し、冷間圧延した後、得られた鋼帯を連続して８００〜８７０℃に加熱し、この温度範囲で１０秒間以上保持した後、６５０〜７５０℃まで徐冷し、そこから５００℃／ｓｅｃを超える冷却速度で１００℃以下まで冷却し、次いで３２５〜４２５℃に再加熱し、５〜２０分間保持した後、室温まで冷却して巻き取る。
【００３０】
鋼の溶製においては連続鋳造または造塊を用いる。溶製されたスラブは冷却後再加熱するか、そのまま熱間圧延を行う。熱間圧延における最終圧延温度は組織を微細化することによる伸びおよび伸びフランジ性を向上させるためＡｒ３点以上８７０℃以下が望ましい。熱延鋼板は冷却後巻取るが、巻取温度は組織を微細化して伸びおよび伸びフランジ性を向上させるために６２０℃以下が望ましい。
【００３１】
次いで、このようにして得られた熱延鋼板を冷間圧延して所望の板厚とする。このときの冷間圧延率は組織を微細化して伸びおよび伸びフランジ性を向上させるため５５％以上が望ましい。
【００３２】
冷間圧延によって得られたストリップ（鋼帯）は、連続焼鈍炉によって連続焼鈍処理が施される。この際の加熱・均熱温度を８００〜８７０℃にするのは、その温度が８００℃未満では十分なオーステナイトが生成しないため、強度が十分に得られず、一方、８７０℃を超えるとオーステナイト単相化し、組織が粗大化するため伸びおよび伸びフランジ性が劣化するからである。この際の均熱保持を１０秒間以上とするのは、１０秒間未満ではオーステナイトが十分生成せず、十分な強度が得られないからである。均熱保持後６５０〜７５０℃まで徐冷するが、これはこの過程でフェライトを適量生成させて延性を向上させるとともに強度の調整を行うためである。この徐冷終了温度が６５０℃未満ではフェライトが多くなりすぎて強度が不足する。７５０℃を超える温度から急冷を行っても鋼板特性上は問題ないが、ストリップの平坦性が劣化する可能性があるため、徐冷終了温度を７５０℃以下とする。徐冷の冷却速度は２０℃／ｓｅｃ以下程度とし、５〜１５℃／ｓｅｃとすることが望ましい。この徐冷終了温度から急冷を開始するが、その際の冷却速度を５００℃／ｓｅｃ超えとしたのは、冷却速度が５００℃／ｓｅｃ以下では焼入れが不十分となり強度が不足するからである。急冷終了温度を１００℃以下としたのは、その温度が１００℃を超えるとオーステナイトが残留し、伸びフランジ性を劣化させるためである。次いで３２５〜４２５℃に再加熱し、５〜２０分間保持するが、これは先の急冷で生成したマルテンサイトを焼戻しすることによっての伸びおよび伸びフランジ性を向上させるためである。温度が３２５℃未満または保持時間が５分間未満ではこの効果が十分でなく、伸びおよび伸びフランジ性が不十分である。一方、温度が４２５℃超または保持時間が２０分間超では強度低下が顕著となり、９８０ＭＰａ以上の引張強度が得難くなる。
【００３３】
このような再加熱処理の後、室温まで冷却して巻取るが、さらに調質圧延を０．１〜０．７％の範囲で行うことが望ましい。これにより降伏伸びをなくすることができる。なお、このようにして得られた本発明の冷延鋼板には電気めっきを施してもよいし、固形潤滑剤などを塗布してもよい。
【００３４】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
表１に示す成分組成を有する鋼塊を溶解、鋳造した。これを１２５０℃に加熱し、熱間圧延した。熱間圧延における最終パス出側温度は約８７０℃であった。約２０℃／ｓｅｃで冷却後、６００℃で巻取りを模擬し、１時間保持後炉冷した。続いて板厚１．２ｍｍまで冷間圧延を行い、さらに連続焼鈍を模擬した熱処理を実施した。この時の加熱速度は約２０℃／ｓｅｃで、８３０℃まで加熱し３００秒間保持した。その温度から約１０℃／ｓｅｃの冷却速度で７００℃迄冷却し、続いて噴流水中で急冷した。この時の冷却速度は約２０００℃／ｓｅｃであった。その後、４００℃で１０分間の焼戻し処理を行い、冷却後、０．３％の調質圧延を行った。
【００３５】
このようにして製造した冷延鋼板を以下の方法で評価した。機械特性は、ＪＩＳ５号試験片（ＪＩＳ Ｚ ２２０１）を圧延方向と直角方向から採取し、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠して試験を行った。また、伸びフランジ性の評価は、鉄鋼連盟規格（ＪＦＳＴ１００１−１９９６）に準拠した穴拡げ試験を実施することにより行った。スポット溶接性の評価は、ナゲット径が４．９ｍｍ（４．５×板厚１／２）になる条件で溶接した後、引張剪断強度と十字引張強度を測定することにより行った。これらの評価結果を表２に示す。
【００３６】
表２から明らかなように、本発明の条件で製造したＮｏ．２，３，６，９，１０の鋼板は、引張特性、伸びフランジ性（穴拡げ性）、スポット溶接強度において優れていた。これに対して、本発明から外れる比較例であるＮｏ．１，４，５，７，８はいずれかの特性が劣っていた。例えば、Ｎｏ．１はＣ量が低いため強度、伸びフランジ性、スポット溶接部の引張剪断強度が低い。Ｎｏ．４はＣ量が高いため、スポット溶接部の十字引張強度が低い。強度低下の原因は溶接部が過度に硬化したため、溶接部内で脆性的に破壊したためと考えられる。Ｎｏ．５はＳｉ量が低いため、伸び、伸びフランジ性が劣る。Ｎｏ．７はＭｎ量が低いため、強度が低く、また伸びフランジ性が劣る。Ｎｏ．８はＢ量が低いため、強度が低く、また伸びフランジ性が劣る。
【００３７】
【表１】
【００３８】
【表２】
【００３９】
［実施例２］
表１に示す鋼のいくつかの鋳片について、１２５０℃に加熱し、熱間圧延した。熱間圧延における最終パス出側温度は約８７０℃であった。約２０℃／ｓｅｃで冷却後、６００℃で巻取りを模擬し、１時間保持後炉冷した。続いて板厚１．２ｍｍまで冷間圧延を行い、さらに連続焼鈍を模擬した熱処理を実施した。連続焼鈍模擬熱処理は表３に示す条件で行った。冷却後、０．３％の調質圧延を行った。
【００４０】
このようにして製造した冷延鋼板について、機械的特性、伸びフランジ性、およびスポット溶接性を実施例１と同様に評価した。その結果を表４に示す。
【００４１】
表４から明らかなように、本発明の条件で製造した符号Ｂ，Ｆ，Ｈ，Ｌの鋼板は、引張特性、伸びフランジ性（穴拡げ性）、スポット溶接強度において優れていた。これに対して、本発明から外れる比較例である符号Ａ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｇ，Ｉ，Ｊ，Ｋはいずれかの特性が劣っていた。例えば、符号Ａは、均熱温度が低すぎるため、強度が低い。符号Ｃは、均熱温度が高すぎるため、伸びフランジ性が低い。これはマルテンサイトを主体とする金属組織が粗大化したためと考えられる。符号Ｄは、均熱時間が短すぎるため、強度が低い。これは均熱保持中に十分にオーステナイトが生成せず、焼き入れ後に十分なマルテンサイト量が得られなかったためと考えられる。符号Ｅは、急冷開始温度が低すぎるため、強度が低い。これは、徐冷中にフェライトが生成し、焼き入れ後のマルテンサイトの体積率が減少したためと考えられる。符号Ｇは急冷開始温度が高すぎるため、強度が高く、そのため伸びが低い。符号Ｉは、急冷速度が低いため、強度が低い。符号Ｊは、焼戻し温度が低すぎるため、強度が高く、伸びが低いとともに、伸びフランジ性も低い。これは焼戻し処理の際にマルテンサイトの焼戻しが不十分であったことが原因と考えられる。符号Ｋは、焼き戻し温度が高すぎるため、強度が低い。
【００４２】
【表３】
【００４３】
【表４】
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、機械構造部材、特に自動車構造部材および補強部材の製造におけるプレス成形、溶接・組立工程に適した、伸びフランジ性、延性、スポット溶接性が優れた引張強度が９８０ＭＰａ以上の超高強度冷延鋼板を製造することができ、産業上極めて有益である。
【図面の簡単な説明】
【図１】現存の連続焼鈍炉の構成を示す概略図。
【符号の説明】
１；加熱帯、２；均熱帯、３；徐冷帯、４；急冷帯、５；過時効（焼戻し）帯、６；調質圧延機
【発明の属する技術分野】
本発明は、機械構造部品、特に自動車構造部材、補強部材を製造するために好適な、引張強度が９８０ＭＰａ以上のスポット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】
自動車部品には、軽量化による燃費向上および乗員の保護という相反する特性を満足させるため、高強度化が要求されている。一方、高強度鋼板は、軟質鋼板と比較して、延びフランジ性および延性が劣るため、プレス成形など成形加工が困難である。
【０００３】
そこで、高強度冷延鋼板の成形性を改善するため、従来より種々の高強度冷延鋼板の製造方法が提案されている。例えば、特公平７−５９７２６号公報には、局部延性、すなわち伸びフランジ性が優れた高強度冷延鋼板の製造方法が示されている。この公報によれば、３５０〜６００℃の範囲の温度にて過時効処理を行うと、フェライト相と低温変態相の硬度比を小さくすることによって局部延性の改善が可能となる。しかし、この技術では高温焼戻し処理における引張強度の低下が著しいため、９８０ＭＰａ以上の超高強度冷延鋼板を製造する場合、Ｃを０．１７％以上とする必要があり、その結果、このような鋼板はスポット溶接部十字引張試験において溶接部が破断するため、十分な継手強度が得られないという問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、機械構造部材、特に自動車構造部材および補強部材の製造におけるプレス成形、溶接・組立工程に適した、伸びフランジ性、延性、スポット溶接性が優れた引張強度が９８０ＭＰａ以上の超高強度冷延鋼板の製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決するため、連続焼鈍工程における金属組織の形成過程について鋭意研究を重ねた結果、スポット溶接性を劣化させるＣ量を必要以上に高くすることなく、また延性向上に不可欠なＳｉ量を低くすることなく、所望の９８０ＭＰａ以上の強度を達成することが必要であり、そのためには、連続焼鈍における保熱保持から急冷するまでの徐冷過程における金属組織の制御、すなわちオーステナイトからフェライトへの変態を抑制することが重要であることを見出した。
【０００６】
そして、この変態抑制に対して０．０００３〜０．００３％のＢを添加することが極めて有効であること、また、これに加えて０．００３〜０．０３％のＴｉおよび０．１〜１％のＭｏのいずれかまたは両方を添加することが特に有効であることを見出し、さらに製造条件の範囲を特定範囲に規定することにより本発明を完成するに至った。
【０００７】
従来の高強度鋼板を製造するための連続焼鈍炉は、図１に示すように、鋼板を加熱する加熱帯１と、加熱した鋼板を均熱保持する均熱帯２と、均熱保持後の鋼板を徐冷する徐冷帯（ガスジェット帯）３と、徐冷後の鋼板を急冷する急冷帯４と、急冷後の鋼板に過時効（焼戻し）処理する過時効（焼戻し）帯５とを有しており、入側の冷延コイル７から鋼板Ｓを供給し、加熱帯１、均熱帯２、徐冷帯３、急冷帯４および過時効（焼戻し）帯５を通板させることにより、鋼板Ｓに加熱、均熱保持、徐冷、急冷、過時効処理が連続的に施され、出側で調質圧延機６により必要に応じて調質圧延された後、巻取コイル８に巻き取られる。この際、図１に示すように均熱帯２と急冷帯４との間の徐冷帯３により、板温が不可避的に１００℃以上低下する。フェライト−マルテンサイト２相型の従来鋼ではストリップが徐冷帯３を通過する間にフェライト生成が避けられず、強度が低下する。したがって、従来は、焼入れ後、伸びフランジ性を向上する目的で３２５℃以上で焼き戻す場合は、高強度を得るためにはＣ添加量を高くするか、Ｓｉ添加量を低下させることが必須となっており、スポット溶接性および延性のいずれかが低くならざるを得なかったが、上述のようにしてフェライトへの変態を抑制することにより、スポット溶接性を劣化させるＣ量を必要以上に高くすることなく、また延性向上に不可欠なＳｉ量を低くすることなく、所望の９８０ＭＰａ以上の強度を達成することができるのである。
【０００８】
すなわち、本発明は、重量％で、Ｃ ：０．０７〜０．１５％、Ｓｉ：０．７〜２％、Ｍｎ：１．８〜３％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１〜０．１％、Ｎ：０．００５％以下、Ｂ：０．０００３〜０．００３％を含有し、残部が実質的にＦｅからなる鋼を溶製し、これを熱間圧延し、冷間圧延した後、得られた鋼帯を連続して８００〜８７０℃に加熱し、この温度範囲で１０秒間以上保持した後、６５０〜７５０℃まで徐冷し、そこから５００℃／ｓｅｃを超える冷却速度で１００℃以下まで冷却し、次いで３２５〜４２５℃に再加熱し、５〜２０分間保持した後、室温まで冷却して巻き取ることを特徴とする、スポット溶接性に優れた超高強度冷延鋼板の製造方法を提供する。
【０００９】
この場合に、重量％で、Ｔｉ：０．００３〜０．０３％およびＭｏ：０．１〜１％のいずれか、またはこれらの両方をさらに含有することが好ましい。
【００１０】
以上のような構成の本発明と類似する技術は過去にいくつか提案されているが、本発明のように伸びフランジ性、延性、スポット溶接性が優れた引張強度が９８０ＭＰａ以上の超高強度冷延鋼板の製造方法を提供するものは存在しない。以下、このような先行技術と対比して本発明の優位性を説明する。
【００１１】
特公昭５５−２２５３２号公報、特公昭５５−５１４１０号公報には連続焼鈍による高張力冷延鋼板の製造方法に関して焼入れ後３００℃以上に再加熱する技術が開示されているが、これらに開示された技術で得られる鋼板は高々７８０ＭＰａ程度であり、本発明が対象とする９８０ＭＰａ以上の冷延鋼板の製造方法に示唆を与えるものではない。
【００１２】
特公平１−３５０５１号公報、特公平１−３５０５２号公報には、高延性高強度冷延鋼板の製造方法に関して、再結晶焼鈍、急冷後、１８０〜４００℃に再加熱する技術が開示されているが、その中には「過時効処理温度は３００℃以下が好ましい」と記載されており、本発明とは技術思想が異なっていることは明らかである。
【００１３】
特許第２７９３８２４号公報には、焼付硬化性に優れた高強度冷延鋼板の製造方法に関して、本発明と類似した化学成分を有する鋼板を再結晶焼鈍後、急冷し、その後１５０〜４５０℃の温度範囲で１秒〜１０分間の時効処理を施す技術が開示されている。しかしながら、この技術の鋼板は本発明のようにＢ，Ｔｉ，Ｍｏを含有しておらず、その結果、９８０ＭＰａ以上の引張強度を得るためには、０．１４％Ｃ含有鋼ではＳｉを０．２〜０．４％と極めて低くまで低下するか、Ｓｉを１．４％含有する場合にはＣを０．１７％まで高くすることによってマルテンサイトの体積率を増加させる必要がある。Ｓｉを０．２〜０．４％しか含有しない引張強度９８０ＭＰａ以上の鋼板は伸びが高々１０．５％と低く、Ｃが０．１７％と高い鋼板はスポット溶接性が劣るのであり、この先行技術はスポット溶接性と成形性を両立した超高強度冷延鋼板の製造方法について何等技術的な示唆を与えるものではない。
【００１４】
特許第２７６６６９３号公報には、本発明と類似した化学成分を有する鋼板を、焼鈍後、水焼入れを行い、２００〜４５０℃で１０秒〜１５分間過時効する技術が開示されている。しかしながら、この公報に記載された技術は引張強度が高々６９０ＭＰａ程度の鋼板を製造するものであり、本発明とは技術思想が全く異なる。
【００１５】
特公平８−３０２１２号公報には、連続焼鈍後１００〜４００℃の温度で過時効処理を施す方法が開示されている。しかしながら、その実施例には過時効処理が２５０℃の場合しか示されておらず、本発明が目的とするところの、超高強度冷延鋼板の製造において、焼鈍、急冷後、３２５〜４２５℃まで再加熱した際に問題となるスポット溶接性の問題を解決することに関して、技術的に何等示唆を与えるものではない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る冷延鋼板の製造方法について鋼の成分組成と製造条件に分けて具体的に説明する。
【００１７】
（１）成分組成
本発明において鋼の成分組成は、重量％で、Ｃ：０．０７〜０．１５％、Ｓｉ：０．７〜２％、Ｍｎ：１．８〜３％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１〜０．１％、Ｎ：０．００５％以下、Ｂ：０．０００３〜０．００３％であり、さらに選択成分としてＴｉ：０．００３〜０．０３％およびＭｏ：０．１〜１％のいずれか、またはこれらの両方を含有してもよい。
【００１８】
Ｃ：０．０７〜０．１５％
Ｃは、焼入れ組織のマルテンサイトを強化するために重要な元素である。Ｃ量が０．０７％未満では強度上昇の効果が不十分となる。一方、Ｃ量が０．１５％を超えるとスポット溶接における十字引張試験において溶接部が破断するため、接合強度が著しく低下してしまう。このため、Ｃ量を０．０７〜０．１５％とする。
【００１９】
Ｓｉ：０．７〜２％
Ｓｉは、フェライト−マルテンサイト２相鋼の延性を高めるために有効である。Ｓｉ量が０．７％未満ではその効果が十分でなく、一方、２％を超えると鋼板表面にＳｉ酸化物を多量に形成し、化成処理性を劣化させてしまう。このため、Ｓｉ量を０．７〜２％とする。
【００２０】
Ｍｎ：１．８〜３％
Ｍｎは連続焼鈍炉の徐冷帯でのフェライト生成を抑制するために重要な元素である。Ｍｎ量が１．８％未満ではその効果が十分でなく、３％を超えると連続鋳造工程でスラブ割れが発生する。そのため、Ｍｎ量を１．８〜３％とする。
【００２１】
Ｐ：０．０２％以下
Ｐは本発明鋼中では不純物成分であり、スポット溶接性を劣化させるため、可能な限り製鋼工程で除去することが望ましい。Ｐ量が０．０２％を超えるとスポット溶接性の劣化が顕著となるため、０．０２％以下とする必要がある。
【００２２】
Ｓ：０．０１％以下
Ｓは本発明では不純物成分であり、スポット溶接性を劣化させるため、可能な限り製鋼工程で除去することが望ましい。Ｓ量が０．０１％を超えるとスポット溶接性の劣化が顕著となるため、０．０１％以下とする必要がある。
【００２３】
Ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１〜０．１％
Ａｌは脱酸剤として、およびＮをＡｌＮとして析出させて脱窒するために添加される。Ｓｏｌ．Ａｌ量が０．０１％未満では脱酸および脱窒の効果が十分でなく、０．１％を超えると効果が飽和し不経済なため、Ｓｏｌ．Ａｌ量を０．０１〜０．１％とする。
【００２４】
Ｎ：０．００５％以下
Ｎは粗鋼中に含有される不純物成分であり、素材鋼板の成形性を劣化させるので、可能な限り製鋼工程で除去、低減することが望ましい。しかしながら、Ｎを必要以上に低減すると精錬コストが上昇するので、実質的に無害となる０．００５％以下とする。
【００２５】
Ｂ：０．０００３〜０．００３％
Ｂは本発明において最も重要な元素であり、連続焼鈍炉の徐冷帯でのフェライト生成の抑制に著しい効果を発揮する。しかし、Ｂ量が０．０００３％未満ではその効果が十分ではなく、一方０．００３％を超えるとＢ添加の効果が飽和するばかりか鋼板製造工程における生産性を劣化させてしまう。このためＢ量を０．０００３〜０．００３％とする。
【００２６】
Ｔｉ：０．００３〜０．０３％
鋼中に固溶Ｎが存在すると、Ｂを添加した場合ＢＮとして析出し、上記のＢ添加の効果が減じる。そこで、Ｂの他にＴｉを添加することにより、ＴｉでＮをあらかじめＴｉＮとして析出させ、Ｂ添加の効果を高めることができる。しかし、Ｔｉ量が０．００３％未満ではこの効果が十分でなく、一方、０．０３％を超えて添加するとＴｉＣを生成して鋼板の成形性を劣化させるため、Ｔｉを添加する場合にはその添加量を０．００３〜０．０３％とする。
【００２７】
Ｍｏ：０．１〜１％
Ｍｏは連続焼鈍における徐冷帯でのフェライト生成の抑制効果がある。しかし、その量が０．１％未満ではその効果が十分ではなく、一方、１％を超えると添加の効果が飽和するばかりか合金添加コストが増大するため、Ｍｏを添加する場合にはその添加量を０．１〜１％とする。
【００２８】
その他、高強度冷延鋼板は、析出物を生成させるなどして強度付与または組織形態を調整するためにＮｂ、Ｖ、Ｃｒを添加することがあるが、本発明の効果が維持される範囲内でこれら元素を含有したものも本発明の範囲内である。
【００２９】
（２）製造条件
本発明においては、上記組成の鋼を溶製し、これを熱間圧延し、冷間圧延した後、得られた鋼帯を連続して８００〜８７０℃に加熱し、この温度範囲で１０秒間以上保持した後、６５０〜７５０℃まで徐冷し、そこから５００℃／ｓｅｃを超える冷却速度で１００℃以下まで冷却し、次いで３２５〜４２５℃に再加熱し、５〜２０分間保持した後、室温まで冷却して巻き取る。
【００３０】
鋼の溶製においては連続鋳造または造塊を用いる。溶製されたスラブは冷却後再加熱するか、そのまま熱間圧延を行う。熱間圧延における最終圧延温度は組織を微細化することによる伸びおよび伸びフランジ性を向上させるためＡｒ３点以上８７０℃以下が望ましい。熱延鋼板は冷却後巻取るが、巻取温度は組織を微細化して伸びおよび伸びフランジ性を向上させるために６２０℃以下が望ましい。
【００３１】
次いで、このようにして得られた熱延鋼板を冷間圧延して所望の板厚とする。このときの冷間圧延率は組織を微細化して伸びおよび伸びフランジ性を向上させるため５５％以上が望ましい。
【００３２】
冷間圧延によって得られたストリップ（鋼帯）は、連続焼鈍炉によって連続焼鈍処理が施される。この際の加熱・均熱温度を８００〜８７０℃にするのは、その温度が８００℃未満では十分なオーステナイトが生成しないため、強度が十分に得られず、一方、８７０℃を超えるとオーステナイト単相化し、組織が粗大化するため伸びおよび伸びフランジ性が劣化するからである。この際の均熱保持を１０秒間以上とするのは、１０秒間未満ではオーステナイトが十分生成せず、十分な強度が得られないからである。均熱保持後６５０〜７５０℃まで徐冷するが、これはこの過程でフェライトを適量生成させて延性を向上させるとともに強度の調整を行うためである。この徐冷終了温度が６５０℃未満ではフェライトが多くなりすぎて強度が不足する。７５０℃を超える温度から急冷を行っても鋼板特性上は問題ないが、ストリップの平坦性が劣化する可能性があるため、徐冷終了温度を７５０℃以下とする。徐冷の冷却速度は２０℃／ｓｅｃ以下程度とし、５〜１５℃／ｓｅｃとすることが望ましい。この徐冷終了温度から急冷を開始するが、その際の冷却速度を５００℃／ｓｅｃ超えとしたのは、冷却速度が５００℃／ｓｅｃ以下では焼入れが不十分となり強度が不足するからである。急冷終了温度を１００℃以下としたのは、その温度が１００℃を超えるとオーステナイトが残留し、伸びフランジ性を劣化させるためである。次いで３２５〜４２５℃に再加熱し、５〜２０分間保持するが、これは先の急冷で生成したマルテンサイトを焼戻しすることによっての伸びおよび伸びフランジ性を向上させるためである。温度が３２５℃未満または保持時間が５分間未満ではこの効果が十分でなく、伸びおよび伸びフランジ性が不十分である。一方、温度が４２５℃超または保持時間が２０分間超では強度低下が顕著となり、９８０ＭＰａ以上の引張強度が得難くなる。
【００３３】
このような再加熱処理の後、室温まで冷却して巻取るが、さらに調質圧延を０．１〜０．７％の範囲で行うことが望ましい。これにより降伏伸びをなくすることができる。なお、このようにして得られた本発明の冷延鋼板には電気めっきを施してもよいし、固形潤滑剤などを塗布してもよい。
【００３４】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
表１に示す成分組成を有する鋼塊を溶解、鋳造した。これを１２５０℃に加熱し、熱間圧延した。熱間圧延における最終パス出側温度は約８７０℃であった。約２０℃／ｓｅｃで冷却後、６００℃で巻取りを模擬し、１時間保持後炉冷した。続いて板厚１．２ｍｍまで冷間圧延を行い、さらに連続焼鈍を模擬した熱処理を実施した。この時の加熱速度は約２０℃／ｓｅｃで、８３０℃まで加熱し３００秒間保持した。その温度から約１０℃／ｓｅｃの冷却速度で７００℃迄冷却し、続いて噴流水中で急冷した。この時の冷却速度は約２０００℃／ｓｅｃであった。その後、４００℃で１０分間の焼戻し処理を行い、冷却後、０．３％の調質圧延を行った。
【００３５】
このようにして製造した冷延鋼板を以下の方法で評価した。機械特性は、ＪＩＳ５号試験片（ＪＩＳ Ｚ ２２０１）を圧延方向と直角方向から採取し、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠して試験を行った。また、伸びフランジ性の評価は、鉄鋼連盟規格（ＪＦＳＴ１００１−１９９６）に準拠した穴拡げ試験を実施することにより行った。スポット溶接性の評価は、ナゲット径が４．９ｍｍ（４．５×板厚１／２）になる条件で溶接した後、引張剪断強度と十字引張強度を測定することにより行った。これらの評価結果を表２に示す。
【００３６】
表２から明らかなように、本発明の条件で製造したＮｏ．２，３，６，９，１０の鋼板は、引張特性、伸びフランジ性（穴拡げ性）、スポット溶接強度において優れていた。これに対して、本発明から外れる比較例であるＮｏ．１，４，５，７，８はいずれかの特性が劣っていた。例えば、Ｎｏ．１はＣ量が低いため強度、伸びフランジ性、スポット溶接部の引張剪断強度が低い。Ｎｏ．４はＣ量が高いため、スポット溶接部の十字引張強度が低い。強度低下の原因は溶接部が過度に硬化したため、溶接部内で脆性的に破壊したためと考えられる。Ｎｏ．５はＳｉ量が低いため、伸び、伸びフランジ性が劣る。Ｎｏ．７はＭｎ量が低いため、強度が低く、また伸びフランジ性が劣る。Ｎｏ．８はＢ量が低いため、強度が低く、また伸びフランジ性が劣る。
【００３７】
【表１】
【表２】
［実施例２］
表１に示す鋼のいくつかの鋳片について、１２５０℃に加熱し、熱間圧延した。熱間圧延における最終パス出側温度は約８７０℃であった。約２０℃／ｓｅｃで冷却後、６００℃で巻取りを模擬し、１時間保持後炉冷した。続いて板厚１．２ｍｍまで冷間圧延を行い、さらに連続焼鈍を模擬した熱処理を実施した。連続焼鈍模擬熱処理は表３に示す条件で行った。冷却後、０．３％の調質圧延を行った。
【００４０】
このようにして製造した冷延鋼板について、機械的特性、伸びフランジ性、およびスポット溶接性を実施例１と同様に評価した。その結果を表４に示す。
【００４１】
表４から明らかなように、本発明の条件で製造した符号Ｂ，Ｆ，Ｈ，Ｌの鋼板は、引張特性、伸びフランジ性（穴拡げ性）、スポット溶接強度において優れていた。これに対して、本発明から外れる比較例である符号Ａ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｇ，Ｉ，Ｊ，Ｋはいずれかの特性が劣っていた。例えば、符号Ａは、均熱温度が低すぎるため、強度が低い。符号Ｃは、均熱温度が高すぎるため、伸びフランジ性が低い。これはマルテンサイトを主体とする金属組織が粗大化したためと考えられる。符号Ｄは、均熱時間が短すぎるため、強度が低い。これは均熱保持中に十分にオーステナイトが生成せず、焼き入れ後に十分なマルテンサイト量が得られなかったためと考えられる。符号Ｅは、急冷開始温度が低すぎるため、強度が低い。これは、徐冷中にフェライトが生成し、焼き入れ後のマルテンサイトの体積率が減少したためと考えられる。符号Ｇは急冷開始温度が高すぎるため、強度が高く、そのため伸びが低い。符号Ｉは、急冷速度が低いため、強度が低い。符号Ｊは、焼戻し温度が低すぎるため、強度が高く、伸びが低いとともに、伸びフランジ性も低い。これは焼戻し処理の際にマルテンサイトの焼戻しが不十分であったことが原因と考えられる。符号Ｋは、焼き戻し温度が高すぎるため、強度が低い。
【００４２】
【表３】
【表４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、機械構造部材、特に自動車構造部材および補強部材の製造におけるプレス成形、溶接・組立工程に適した、伸びフランジ性、延性、スポット溶接性が優れた引張強度が９８０ＭＰａ以上の超高強度冷延鋼板を製造することができ、産業上極めて有益である。
【図面の簡単な説明】
【図１】現存の連続焼鈍炉の構成を示す概略図。
【符号の説明】
１；加熱帯、２；均熱帯、３；徐冷帯、４；急冷帯、５；過時効（焼戻し）帯、６；調質圧延機
Claims (3)
- 重量％で、Ｃ：０．０７〜０．１５％、Ｓｉ：０．７〜２％、Ｍｎ：１．８〜３％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１〜０．１％、Ｎ：０．００５％以下、Ｂ：０．０００３〜０．００３％を含有し、残部が実質的にＦｅからなる鋼を溶製し、これを熱間圧延し、冷間圧延した後、得られた鋼帯を連続して８００〜８７０℃に加熱し、この温度範囲で１０秒間以上保持した後、６５０〜７５０℃まで徐冷し、そこから５００℃／ｓｅｃを超える冷却速度で１００℃以下まで冷却し、次いで３２５〜４２５℃に再加熱し、５〜２０分間保持した後、室温まで冷却して巻き取ることを特徴とする、スポット溶接性に優れた超高強度冷延鋼板の製造方法。
- 重量％で、さらにＴｉ：０．００３〜０．０３％を含有することを特徴とする、請求項１に記載のスポット溶接性に優れた超高強度冷延鋼板の製造方法。
- 重量％で、さらにＭｏ：０．１〜１％を含有することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のスポット溶接性に優れた超高強度冷延鋼板の製造方法。
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