JP2004256906A - 伸びフランジ成形性に優れた高強度鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】引張強度が４４０ＭＰａ以上の伸びフランジ成形性に優れた鋼板およびその製造方法を提供する。
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０２〜０．３％、Ｓｉ：０．００１〜２．５％、Ｍｎ：０．０１〜３．５％、Ｐ：０．００１〜０．１２％、Ｓ：０．０００１〜０．０１％、Ａｌ：０．０１０％未満、Ｎ：０．０００２〜０．０１５％、Ｃｅ：０．０００１〜０．０５％、Ｏ：０．０００５〜０．００６％を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼であり、粒子径が０．５〜５．０μｍのＣｅを含有する化合物およびそれらの複合化合物のいずれか１種以上を１平方ｍｍあたり１０〜２００個の密度で含有し、引張強さＴＳが４４０ＭＰａ以上かつ引張強さＴＳ（ＭＰａ）×穴拡げ率λ（％）が３００００（ＭＰａ・％）以上であることを特徴とする伸びフランジ成形性に優れた高強度鋼板。
【選択図】 なし
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０２〜０．３％、Ｓｉ：０．００１〜２．５％、Ｍｎ：０．０１〜３．５％、Ｐ：０．００１〜０．１２％、Ｓ：０．０００１〜０．０１％、Ａｌ：０．０１０％未満、Ｎ：０．０００２〜０．０１５％、Ｃｅ：０．０００１〜０．０５％、Ｏ：０．０００５〜０．００６％を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼であり、粒子径が０．５〜５．０μｍのＣｅを含有する化合物およびそれらの複合化合物のいずれか１種以上を１平方ｍｍあたり１０〜２００個の密度で含有し、引張強さＴＳが４４０ＭＰａ以上かつ引張強さＴＳ（ＭＰａ）×穴拡げ率λ（％）が３００００（ＭＰａ・％）以上であることを特徴とする伸びフランジ成形性に優れた高強度鋼板。
【選択図】 なし
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建材、家電製品、自動車などに適する、伸びフランジ性に優れた高強度鋼板とその製造方法に関する。本発明における高強度鋼板とは通常の冷延鋼板のほか、亜鉛めっき鋼板やＡｌめっき鋼板を代表とする各種めっきを施したものも含む。亜鉛めっき鋼板については、通常の溶融亜鉛めっきのみならず、合金化溶融亜鉛めっきも含む。めっき層には、純亜鉛の他、Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｍｎなどを含有しても構わない。
【０００２】
【従来の技術】
近年、特に自動車車体において燃費向上や耐久性向上を目的とした加工性の良い高強度鋼板の需要が高まっている。加えて、衝突安全性やキャビンスペースの拡大のニーズから引張強さにして７８０ＭＰａ級クラス以上の鋼板が、一部レインフォースなどの部材に使用されつつある。このような高強度材を用いて部材を組みあげる時には、延性、曲げ性、伸びフランジ性などが重要となるが、引張強さで７８０ＭＰａ程度までの高強度鋼板において、これらへの対策が講じられている。
【０００３】
たとえば、穴拡げ性については、ＣＡＭＰ−ＩＳＩＪ ｖｏｌ．１３（２０００）ｐ．３９５（非特許文献１）にあるように、主相をベイナイトとして穴拡げ性を向上させ、さらには張り出し成形性についても、第２相に残留オーステナイトを生成させることで現行の残留オーステナイト鋼並の張り出し性を示すことが開示されている。さらには、Ｍｓ温度以下でオーステンパ処理をすることで体積率２〜３％の残留オーステナイトを生成させると、引張り強度×穴拡率が最大となることも示されている。
【０００４】
また、高強度材の高延性化を図るために、複合組織を積極的に活用することが一般的である。しかし、第２相にマルテンサイトや残留オーステナイトを活用した場合に、穴拡げ性が著しく低下してしまうという問題がある。例えば、ＣＡＭＰ−ＩＳＩＪ ｖｏｌ．１３（２０００）ｐ．３９１（非特許文献２）。また、本文献中には、主相をフェライト、第２相をマルテンサイトととし、両者の硬度差を減少させることで穴拡げ率が向上することが開示されている。また、溶融亜鉛めっきを施したものとして、いくつかの開示例がある。例えば、特許第２６０７９０６号公報（特許文献１）、特許第２８６２１８７号公報（特許文献２）、特開昭６３−２４７４１号公報（特許文献３）、特開２００１−３５５０４３号公報（特許文献４）、および特許第３０３７７６７号公報（特許文献５）がその代表例である。
【０００５】
【引用文献】
（１）非特許文献１（ＣＡＭＰ−ＩＳＩＪ ｖｏｌ．１３（２０００）ｐ．３９５）
（２）非特許文献２（ＣＡＭＰ−ＩＳＩＪ ｖｏｌ．１３（２０００）ｐ．３９１）
（３）特許文献１（特許第２６０７９０６号公報）
（４）特許文献２（特許第２８６２１８７号公報）
（５）特許文献３（特開昭６３−２４７４１号公報）
（６）特許文献４（特開２００１−３５５０４３号公報）
（７）特許文献５（特許第３０３７７６７号公報）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように穴拡げ性によって代表される伸びフランジ成形性にすぐれた鋼板は多数開発されている。しかしながら、高強度鋼板ではＣあるいは多量の合金元素を含有するため、製品の組織が温度や冷却速度等の製造条件によって変化しやすく、必ずしも良好な伸びフランジ成形性が得られない場合がある。
本発明は、このような従来技術の問題点を解決し、無理のない製造条件にて良好な伸びフランジ性を確保することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、種々検討を行った結果、鋼板中にＣｅ粒子を好適に分散させることにより伸びフランジ性を向上できることを発見した。本鋼板は、引張強さＴＳ（ＭＰａ）と〔（穴拡げ試験後の穴の内径／穴拡げ試験前の穴径）−１〕×１００（％）で定義される穴拡げ率λ（％）との積、ＴＳ（ＭＰａ）×λ（％）≧３００００（ＭＰａ・％）を有し、製造条件がばらついてもこの値を確保できることを特徴とする。
【０００８】
本発明は、上記知見に基づいて完成されたもので、その要旨とするところは以下の通りである。
（１）質量％で、Ｃ：０．０２〜０．３％、Ｓｉ：０．００１〜２．５％、Ｍｎ：０．０１〜３．５％、Ｐ：０．００１〜０．１２％、Ｓ：０．０００１〜０．０１％、Ａｌ：０．０１０％未満、Ｎ：０．０００２〜０．０１５％、Ｃｅ：０．０００１〜０．０５％、Ｏ：０．０００５〜０．００６％を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼であり、粒子径が０．５〜５．０μｍのＣｅを含有する化合物およびそれらの複合化合物のいずれか１種以上を１平方ｍｍあたり１０〜２００個の密度で含有し、引張強さＴＳが４４０ＭＰａ以上かつ引張強さＴＳ（ＭＰａ）×穴拡げ率λ（％）が３００００（ＭＰａ・％）以上であることを特徴とする伸びフランジ成形性に優れた高強度鋼板。
【０００９】
（２）さらに、質量％で、Ｔｉ：０．００１〜０．２％を含有することを特徴とする前記（１）に記載の伸びフランジ成形性に優れた高強度鋼板。
（３）さらに、質量％で、Ｎｉ：０．０１〜２．０％、Ｃｕ：０．００１〜２．０％の１種または２種を含有することを特徴とする前記（１）または（２）に記載の伸びフランジ成形性に優れた高強度鋼板。
（４）さらに、質量％で、Ｂ：０．０００１〜０．０１％、Ｎｂ：０．００２〜０．３％の１種または２種を含有することを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の伸びフランジ成形性に優れた高強度鋼板。
【００１０】
（５）さらに、質量％で、Ｃｒ：０．０１〜２．０％、Ｃｏ：０．０１〜１％、Ｍｏ：０．０１〜１．５％、Ｗ：０．０１〜０．３％の１種または２種以上を含有することを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれか１項に記載の伸びフランジ成形性に優れた高強度鋼板。
（６）さらに、質量％で、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｖの１種または２種以上を合計で０．００１〜１％含有することを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれか１項に記載の伸びフランジ成形性に優れた高強度鋼板。
【００１１】
（７）さらに、質量％で、Ｃａ、Ｍｇ、Ｌａ、Ｙの１種または２種以上を合計で０．０００１〜０．５％含有することを特徴とする前記（１）〜（６）のいずれか１項に記載の伸びフランジ成形性に優れた高強度鋼板。
（８）さらに、質量％で、Ｌａ，Ｙ以外のＲＥＭを合計で０．０００１〜０．５％含有することを特徴とする前記（１）〜（７）のいずれか１項に記載の伸びフランジ成形性に優れた高強度鋼板。
【００１２】
（９）化学成分の調整に際して、溶鋼中の溶存酸素が質量％で０．０００５〜０．０１０％の範囲となった時点で、Ｃｅを添加し、その後、鋳造スラブとし、直接または一旦Ａｒ３ （℃）以下に冷却した後に再度加熱し、熱延圧延を施し６５０℃以下で巻き取ることを特徴とする前記（１）〜（８）のいずれか１項記載の伸びフランジ成形性に優れた高強度鋼板の製造方法。
（１０）前記（９）に記載の方法で製造した熱延鋼板を酸洗後冷延し、最高到達温度を６００〜１１００℃とする熱処理後、室温まで冷却することを特徴とする伸びフランジ成形性に優れた高強度鋼板の製造方法。
【００１３】
（１１）前記（９）に記載の方法で製造した熱延鋼板を酸洗後冷延し、最高到達温度を６００〜１１００℃とする熱処理をした後に溶融亜鉛めっきを施すことを特徴とする伸びフランジ成形性に優れた高強度鋼板の製造方法。
（１２）溶融亜鉛めっきを施した後、４３０℃〜５８０℃にて合金化処理を行うことを特徴とする前記（１１）記載の伸びフランジ成形性に優れた高強度鋼板の製造方法である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
先ず、本発明における鋼板の成分範囲の限定理由について述べる。
Ｃ：０．０２〜０．３％
良好な強度−穴拡げ性バランスを確保するための主相（面積率最大の相）および第２相の分率を制御する目的で添加する元素である。素地の微細均一化についても影響を与える。強度および各第２相の面積率を確保するために０．０２質量％（以下、同じ）以上を必要とする。０．３％を越えると、穴拡げ性が著しく劣化するのでこれを上限とする。０．０２５〜０．１８％がより好ましい範囲である。
【００１５】
Ｓｉ：０．００１〜２．５％
Ｓｉは、強度延性バランスを向上させるほか、比較的粗大な炭化物の生成を抑制することで穴拡げ性を向上させる。過剰添加は溶接性や延性に悪影響を及ぼすので２．５％を上限とする。２．０％がより好ましい上限である。過剰に添加すると溶融亜鉛めっき性を著しく劣化させるので、溶融亜鉛めっきを施す場合には上限を０．８％とすることが好ましく、０．６％以下が更に好適である。一方で、極低Ｓｉ化は製造コストの高騰を招くことから、０．００１％以上とする。
【００１６】
Ｍｎ：０．０１〜３．５％
Ｍｎは、フェライト変態を抑制して、主相をベイナイトまたはベイニティックフェライトとすることで均一組織をもたらす働きがあるほか、強度低下と穴拡げ性劣化の１つの原因である炭化物析出や、パーライト生成を抑制する。しかし、過剰な添加は、マルテンサイト生成を促進したり、偏析などによって延性や穴拡げ性の著しい低下を招くために３．５％を上限とする。一方、Ｍｎを０．０１％未満とするためには著しいコストアップを伴うのでこれを下限とする。０．６〜２．４％がより好ましい範囲である。
【００１７】
Ｐ：０．００１〜０．１２％
Ｐは、強化元素である。また、低Ｐ化は穴拡げ性を向上させるが、極低化は経済的にも不利であることから０．００１質量％を下限とする。また、多量の添加は、溶接性や鋳造時や熱延時の製造性、さらには穴拡げ性にも悪影響を及ぼすため、０．１２％を上限とした。
Ｓ：０．０００１〜０．０１％
Ｓは、低Ｓ化は穴拡げ性向上に有効である。一方、極低Ｓ化は経済的に不利であることから、０．０００１質量％を下限とし、また、０．０１質量％を上限としたのは、これを超える量の添加では、鋼板の穴拡げ性に悪影響を及ぼすためである。より好ましくは、０．００３％を上限とする。
【００１８】
Ａｌ：０．０１０％未満
Ａｌ量は本発明にとって重要である。Ａｌは脱酸元素として有効であるが過剰に添加すると粗大なＡｌ系の介在物、たとえばアルミナのクラスターを形成し穴拡げ性を劣化させる。このため、０．０１質量％未満を上限とした。Ａｌが０．０１％を超えると後述するＣｅ添加の効果が小さくなる。下限は特には規定しないが、０．０００１％以下とするのは困難であるのでこれが実質的な下限である。０．００５％未満が好ましく、０．００３％未満とすることがより一層好ましい。
【００１９】
Ｎ：０．０００２〜０．０１５％
Ｎは機械的強度を高めたり、ＢＨ性（焼付き硬化性）を付与したりするのには役立つが、添加しすぎると粗大な化合物を形成し穴拡げ性を劣化させるので、０．０１５％を上限とする。特に、Ｔｉが０．０３％以上の時にはＮを０．００６％以下とする必要がある。一方、０．０００２％未満とすることは技術的に極めて困難なのでこれを下限とする。
【００２０】
Ｃｅ：０．０００１〜０．０５％
本発明において極めて重要である。すなわち、Ｃｅを添加することによって高強度鋼板の穴拡げ性が向上する。Ｃｅを添加することによって比較的微細なＣｅを含有する化合物の数が増加し、その結果、打ち抜き後の破面に微細なクラックの生成を促し、穴拡げ時の粗大クラックへの応力集中を緩和することがそのメカニズムと考えられる。Ｃｅが０．０００１％未満ではこのような効果はわずかであるのでこれを下限とする。一方、０．０５％を超えて添加すると粗大な化合物が増加してむしろ穴拡げ性が劣化する場合があるので０．０５％を上限とする。０．０００５〜０．０１％がより好ましい範囲である。
【００２１】
Ｏ：０．０００５〜０．００６％
Ｏも本発明において極めて重要である。すなわち、ＯはＣｅと結合して酸化物を形成するので、Ｏ量によってＣｅ系酸化物の大きさや粒子数に影響する。Ｏが０．０００５％未満では、Ｃｅ添加の効果が発現し難いのでこれを下限とする。一方、０．００６％を超えて添加すると、酸化物が大きくなりすぎたり、数が増えすぎたりするのでこれを上限とする。０．００１０〜０．００３５％が穴拡げ性に対してより好ましい範囲である。Ｃｅ量とＯ量との質量比、すなわち、Ｃｅ／Ｏは、０．４〜１００とすることが好ましい。これが０．４未満ではＣｅ添加の効果が発現し難く、一方、１００を超えると、酸化物以外の粗大化合物の数が増加するためである。
【００２２】
粒子径ｄが０．５〜５．０μｍのＣｅを含有する化合物、たとえば、酸化物、硫化物、炭化物、窒化物やこれらの複合化合物を１平方ｍｍあたり１０〜２００個の密度で含有する。ここで、複合化合物とは、複数種の化合物がそれらのうちのいずれかを生成サイトとして形成したため、結果として一塊の化合物として認識されるもの、炭窒化物や炭硫化物を代表とする結晶構造が単一でも複数の化学成分からなるものの両方を含む。前者と後者が混在する場合もありうる。Ｃｅを含有するということは、粒子全体に均一にＣｅが存在する場合だけでなく、不均一に、あるいは部分的に存在する場合も含まれる。本要件を満たすことによって穴拡げ性が向上する。
【００２３】
本発明者らは高強度鋼板の穴拡げ性改善に鋭意取り組んだ結果、Ｃｅ系の比較的微細な化合物が適度に分散していることが、穴拡げ性向上に極めて重要であることを見出した。穴拡げ加工に先立つ、打ち抜き加工によって打ち抜き破面に生ずる欠陥を微細化し数を増やすことを通じて比較的大きなクラックの発生と伝播を抑制するものと考えられる。さらに本発明鋼においては製造条件のばらつきによる穴拡げ性のばらつきも小さいという特徴を有する。この理由は必ずしも明らかではないが、Ｃｅを含有する化合物が熱的に安定であることに起因すると思われる。粒子径が０．５μｍ未満の化合物も当然存在するが、それらは伸びフランジ性には大きく影響しないのであえて対象外とした。また、５μｍ超の化合物は打ち抜き加工時や穴拡げ時に粗大クラック形成の起点となる場合があるので、少ない方が望ましい。
【００２４】
Ｃｅを含有する化合物の密度が１平方ｍｍあたり１０個未満では、効果が小さく、また、２００個超では多すぎて、かえって穴拡げ性が劣化する場合がある。好ましい範囲は１５個以上１５０個以下である。さらに好ましい範囲は、１．０〜３．０μｍのＣｅを含有する化合物が、１平方ｍｍあたり３０〜１００個存在することである。この条件はどのような化合物にもあてはまるわけではなく、Ｃｅを含有する化合物にかぎって成立する条件であることを新たに見出したものである。
【００２５】
ここで穴拡げ性については鉄鋼連盟規格に準拠して評価することとする。また、Ｃｅを含有する化合物の粒子径と個数密度の測定については以下のようにして行う。鋼板の圧延面と垂直でかつ圧延方向に平行な断面を機械的に研磨し、バフ研磨にて鏡面に仕上げる。これを走査型電子顕微鏡の２次電子像にて、４００〜２０００倍の倍率で観察を行い、最低６０視野を無作為に測定し、かつ、０．５平方ｍｍ以上の面積について、０．５μｍ以上の粒子を個々に観察する。粒子径は、化合物の最長径とする。たとえば、楕円の場合には長径が、長方形の場合にはその対角線長を粒子径とする。
【００２６】
また、密度を求める際には、複合化合物は１個として数える。組成分析は、ＥＤＸを用いる。組成分析の際には上記の倍率とする必要はなく、粒子組成を高倍率で観察しても構わない。ただし、組成分析の際に電子線が粒子全体に照射されるように留意する必要がある。粒子が大きすぎて、一度の測定では粒子全体の化学組成情報を抽出できないときには、複数回の測定を行うこととする。Ｃｅが存在しているかどうかは、ＣｅのＥＤＸピークがバックグランドよりも高いことによって確認する。密度は上記のように求めた粒子径０．５〜５．０μｍの個々の粒子の総和（個数）を観察面積の総和で除した値とする。
【００２７】
本発明で得られる鋼板の引張強さＴＳは４４０ＭＰａ以上で、ＴＳと穴拡げ率λとの積、ＴＳ（ＭＰａ）×λ（％）が３００００以上である。本発明はＴＳが４４０ＭＰａ未満の強度クラスの鋼にも当然適用できるが、伸びフランジ性に問題が生ずる場合は非常に稀であるのであえて範囲外とした。ＴＳ×λの最低値である３００００を下回ると、ＴＳが４４０ＭＰａ以上の鋼板で伸びフランジ性が確保できないので３００００を下限とした。ＴＳ×λの好ましい下限は３５０００、さらに好ましくは４００００である。すなわち鋼板のミクロ組織等が種々変化しても穴拡げ性を安定して向上することができる点で秀でている。
【００２８】
Ｔｉ：０．００１〜０．２％
Ｔｉは、微細な析出物を形成して機械的強度を高めたり、穴拡げ性を向上させる。また、Ｔｉは、Ｃｅと共に添加することで化合物を微細化し、穴拡げ性を向上させる効果を有する。さらに、Ｃｅを含有する化合物のサイズと密度を上述の適正範囲内に制御するのに有用である。また、フェライト変態を抑制して、主相をベイナイトまたはベイニティックフェライトにするのに有効であり、良好な強度−穴拡げ性およびめっき材の溶接性や溶接後の疲労耐久性を向上するのに有効である。０．００１％未満の添加では十分な効果が得られないのでこれを下限とする。一方、０．２％を超えて添加すると粗大な窒化物、炭化物、炭窒化物を形成し穴拡げ性を劣化させるのでこれを上限とする。０．００３〜０．１４％が好ましく、０．００３〜０．０２５％がより一層好ましい範囲である。ＴｉはＣｅと同時に添加することが好ましい。
【００２９】
さらに、本発明が対象とする鋼は、強度−穴拡げ性バランスに悪影響を与えずにめっき性を向上させることを目的として、Ｃｕ，Ｎｉを添加することができる。Ｎｉは、めっき性向上以外には焼き入れ性の向上の目的もあり、０．０１質量％以上とし、２質量％を超える量の添加では、加工性、特にマルテンサイト生成に伴う硬度上昇に寄与して悪影響を及ぼすため、これを上限とした。
Ｃｕは、めっき性向上以外には強度の向上の目的もあり、０．０１質量％以上の添加とし、２質量％を超える量の添加では、加工性および製造性に悪影響を及ぼす。特にＳｉ量が、０．３％以上添加されている場合には、Ｎｉを０．２％以上、Ｃｕを０．１％以上とすることがめっき性と合金化反応性の観点から望ましい。
【００３０】
さらに、本発明が対象とする鋼は、強度−穴拡げ性バランスのさらなる向上を目的として、Ｎｂ，Ｂを添加することができる。
Ｎｂは、微細な炭化物、窒化物または炭窒化物を形成して、鋼板の強化に極めて有効である。また、フェライト変態を遅滞させ、ベイナイトおよびベイニティックフェライトの生成を助長する。さらには、溶接熱影響部の軟化抑制にも効果的であることから、０．００２質量％以上の添加とする。一方で、過剰添加は、延性や熱間加工性を劣化させることから、上限として０．３質量％とした。
【００３１】
Ｂは、０．０００１質量％以上の添加で粒界の強化や鋼材の高強度化に有効であるが、その添加量が０．０１質量％を超えるとその効果が飽和するばかりでなく、Ｎｂと同様に熱間加工性が低下するため、上限を０．０１質量％とした。
さらには、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｗの１種または２種以上を含有できる。Ｃｒは、強化および炭化物生成の抑制とベイナイトおよびベイニティックフェライト生成の目的から添加する元素で、０．０１％以上とし、２％を超える量の添加では、加工性やめっき性に悪影響を及ぼすため、これを上限とした。
【００３２】
Ｃｏは、ベイナイト変態制御による強度−穴拡げ性の良好なバランスのため、０．０１質量％以上の添加とした。一方、添加の上限は特に設けないが、高価な元素であるため多量添加は経済性を損なうため、１質量％以下にすることが望ましい。
Ｍｏ：０．０１〜１．５％
Ｍｏも強化および炭化物生成の抑制とベイナイトおよびベイニティックフェライト生成の目的から添加する元素で、０．０１％以上にてその効果が得られる。しかしながら、１．５％を越えるとコストの上昇が問題となるため、上限は、１．５％とする。Ｍｏは、その他に、溶接時の熱影響部において軟化を防止する効果も有する。
【００３３】
Ｗは、０．０１質量％以上で強化効果が現れること、０．３質量％を上限としたのは、これを超える量の添加では、加工性に悪影響を及ぼすためである。
さらに、本発明が対象とする鋼は、強度と穴拡げ性とのバランスのさらなる向上を目的として強炭化物形成元素であるＺｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｖの１種または２種以上を合計で０．００１質量％以上添加としてもよい。一方で、延性や熱間加工性の劣化を招くことから、１種または２種以上の合計添加量の上限として１質量％とした。
【００３４】
Ｃａ、Ｍｇ、Ｌａ、Ｙは、適量添加により介在物制御、特に微細分散化に寄与することからこれらの１種又は２種以上の添加量を合計で０．０００１％以上とし、一方で過剰添加は鋳造性や熱間加工性などの製造性および鋼板製品の延性を低下させるため０．５質量％を上限とした。
Ｌａ，Ｙ以外のＲＥＭも適量添加により介在物制御、特に微細分散化に寄与することから必要に応じて０．０００１％以上添加し、一方で過剰添加はコストアップを伴うほか、鋳造性や熱間加工性などの製造性および鋼板製品の延性を低下させるため０．５質量％を上限とする。
不可避的不純物として、例えばＳｎやＳｂなどがあるがこれら元素を合計で０．２質量％以下の範囲で含有しても本発明の効果を損なうものではない。
【００３５】
鋼板のミクロ組織は特に限定するものではないが、優れた穴拡げ性を得るには、主相としてフェライト、ベイナイトまたはベイニティックフェライトが適している。優れた穴拡げ性を得るためには、面積率で８０％以上とする。ここで言うベイナイトはラス境界に炭化物が生成している上部ベイナイトおよびラス内に微細炭化物が生成している下部ベイナイトの双方を含む。また、ベイニティックフェライトは炭化物のないベイナイトを意味し、例えばアシキュラーフェライトがその１例である。
【００３６】
穴拡げ性向上には、炭化物が微細分散している下部ベイナイトもしくは炭化物の無いベイニティックフェライトやフェライトが主相で、面積率が８５％を超えることが望ましい。なお、上記ミクロ組織の各相、フェライト（ベイニティックフェライト）、ベイナイト、オーステナイト、マルテンサイト、界面酸化相および残部組織の同定、存在位置の観察および面積率の測定は、ナイタール試薬および特開昭５９−２１９４７３号公報に開示された試薬により鋼板圧延方向断面または圧延直角方向断面を腐食して５００〜１０００倍の光学顕微鏡観察および１０００〜１０００００倍の電子顕微鏡（走査型および透過型）により定量化が可能である。各２０視野以上の観察を行い、ポイントカウント法や画像解析により各組織の面積率を求める事ができる。
【００３７】
次に、伸びフランジ性に優れた高強度鋼板の製造方法について以下に述べる。Ｃｅは溶鋼中の溶存Ｏ量を質量％で０．０００５〜０．０１０％としてから添加する。このＯ量の制御方法は、鋼の化学成分によって異なるが、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ａｌなどによって予め脱酸し、溶存酸素量を０．０００５〜０．０１０％、好ましくは０．００１〜０．００６％にコントロールした上で、Ｃｅを添加する。溶存酸素が０．０００５％未満または０．０１０％超では、Ｃｅ添加による化合物の微細化効果が小さいため、これらをそれぞれ、下限値および上限値とする。Ｃｅ添加前の予備脱酸によって生じた酸化物はスラグとして浮上させ、鋼中には極力残存しないように操業条件を選択する必要がある。特にＡｌ系の酸化物は粗大なクラスターになりやすいので注意が必要である。酸化物を浮上させるのに十分な時間を確保できない場合にはＡｌでの脱酸は避けた方が好ましい。
【００３８】
Ｃｅは、Ｃｅ単独、Ｌａ−Ｃｅ、ミシュメタル、ＲＥＭなどとして添加する。また、Ｔｉと共に添加すると穴拡げ性に好ましいことは前述の通りである。
成分調整は、通常の高炉−転炉法のほか電気炉等で行っても良い。鋳造法も特に限定するものではない、通常の連続鋳造法やインゴット法、薄スラブ鋳造によって製造すればよい。
鋳造スラブを一旦冷却し再加熱してから熱間圧延を施しても良いし、冷却せずに直接熱間圧延を行っても良い。通常の熱間圧延を施した後、６５０℃以下で巻き取る。６５０℃超では粗大な炭化物を初めとする化合物が出現しやすく、穴拡げ性が劣化する。好ましくは６００℃以下である。下限は特に定めないが、室温以下とするのは困難であるためこれを下限とすることが好ましい。
【００３９】
このようにして製造した熱延鋼板に必要に応じて酸洗、スキンパスを行っても良い。スキンパスの圧下率は特に限定しないが、形状矯正、耐常温時効性の改善、強度調整等のため４０％程度まで行っても良い。０．１％未満では効果が小さく、制御も困難なのでこれが実質的な下限である。目的に応じて熱延鋼板に各種めっきを施しても構わない。
【００４０】
熱延鋼板を冷間圧延したのち、最高到達温度を６００〜１１００℃とする熱処理後、室温まで連続的に冷却するか、さらに１００〜５５０℃の温度で３０秒以上保持してもよい。最高到達温度が６００℃未満ではα→γ変態が起こらず、また、再結晶もしないことがあるため、加工性が劣悪になりやすいのでこれを下限とする。一方、最高到達温度を１１００℃超とするには、コストアップが著しく、また、板破断等の操業トラブルを誘発するのでこれを上限とする。７００〜９５０℃が好ましい範囲である。この温度域での熱処理時間は特に限定しないが鋼板の温度均一化のために１秒以上が必要である。しかし、１０分超では、粒界酸化相生成が促進されるうえ、コストの上昇を招く。熱処理の後、各種めっきを施しても構わない。また、スキンパスを行っても良い。
【００４１】
上記の最高温度に到達後、冷却過程で溶融亜鉛めっきを行っても良い。冷却がめっき浴温度−２０℃未満まで行われると、めっき浴浸入時の抜熱が大きいことなどの操業上の問題がある。また、冷却停止温度がめっき浴＋５０℃を超えると、操業上の問題に加え、その後の保持時に炭化物が生成してしまい、強度低下や穴拡げ性の劣化を招くため、これを上限とすることが好ましい。この温度域での停留時間が長時間になると生産性上好ましくないうえ、炭化物が生成してしまうことから１０００秒以内とすることが望ましい。また、ベイナイト変態を進行させたり、めっき濡れ性を確保するため１秒以上保持し、好ましくは１５秒から１０分保持する。
【００４２】
また、合金化処理を行う場合には、４３０℃以上５８０℃以下とした。合金化処理温度が４３０℃未満であると合金化の進行が遅く、生産性が悪い。また、５８０℃を超えると炭化物析出を伴い、材質劣化する。溶融亜鉛めっき鋼板にスキンパスを施しても良い。
また、本発明の鋼は、溶接性にも優れている。溶接方法については、通常行われる溶接方法、たとえばアーク、スポット、ＴＩＧ、ＭＩＧ、マッシュおよびレーザー等の溶接方法に適合する。
【００４３】
【実施例】
本発明になる鋼板について、鉄鋼連盟規定の穴拡げ試験、ＪＩＳに準拠した引張り試験および化合物の調査を行った。
以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。
（実施例１）
表１に示すような化学組成を転炉にて調整しスラブとした。Ｃｅは溶鋼中の溶存酸素濃度を０．００１〜０．００６％に制御してから添加した。このときＴｉを添加する場合にはＴｉとＣｅを同時に加えた。スラブを１２００℃に加熱し、Ａｒ３変態温度以上である８８０〜９１０℃で熱延を完了し、５８０℃で巻き取った厚さ２．３ｍｍの鋼帯を酸洗後、圧下率１．０％のスキンパスを施した。これらの鋼板からＪＩＳ５号引張り試験片を採取して、圧延方向に対して垂直方向の引張特性を測定した。さらに、穴拡げ試験を行い、穴拡げ率λを求めた。また、鋼板板面と垂直で圧延方向と平行な断面についてＥＤＸを搭載した走査型電子顕微鏡を用いて化合物の大きさと密度さらに化学組成を分析した。試験結果を表２に示す。本発明の要件を満たす鋼は、穴拡げ性と強度（引張強さ）のバランスに優れていることがわかる。
【００４４】
【表１】
【００４５】
【表２】
【００４６】
（実施例２）
表１の化学成分を有するスラブのうちＤ，Ｅ，Ｉ，Ｊ，Ｍ，Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓのそれぞれ１および２を熱延、酸洗の後、冷延によって板厚を１．２ｍｍとした。引き続き熱処理を表３に示す条件で行った。最高到達温度にて９０ｓ間保持して（最高到達温度−１３０）℃まで５℃／ｓで冷却した。その後、表３に示した条件で冷却と付加的熱処理を約３００秒間行った。スキンパスは０．５％とした。これらの鋼板からＪＩＳ５号引張り試験片を採取して、圧延方向に対して垂直方向の引張特性を測定した。さらに、穴拡げ試験を行い、穴拡げ率を求めた。また、鋼板板面と垂直で圧延方向と平行な断面についてＥＤＸを搭載した走査型電子顕微鏡を用いて化合物の大きさと密度さらに化学組成を分析した。測定は１００視野について行った。試験結果を表３に示す。本発明の要件を満たす鋼は、穴拡げ性と強度（引張強さ）のバランスに優れていることがわかる。
【００４７】
【表３】
【００４８】
（実施例３）
スラブＪ，Ｐ，Ｒを実施例２と同じ要領で冷延まで行い、連続合金化溶融亜鉛めっき設備にて熱処理と溶融亜鉛めっきを施した。各鋼とも最高到達温度は、８８０℃一定とした。これは全ての鋼に於いてオーステナイト単相域の温度である。加熱速度１０℃／ｓで７６０℃まで昇温し、次に昇温速度２℃／秒で８８０℃まで昇温保持したのち、０．２℃／秒の冷却速度で６５０℃まで冷却し、その後冷却速度を１０℃／秒として５００℃まで冷却し、引き続き、冷却速度を２℃／秒として４６０℃まで冷却した。引き続きめっき槽に浸漬し、その後３℃／秒の昇温速度で５００℃まで加熱し、３０秒保持して合金化処理を施した後、冷却した。これらの鋼板からＪＩＳ５号引張り試験片を採取して、機械的性質を測定した。さらに、穴拡げ試験を行い、穴拡げ率を求めた。各鋼の機械的性質及び穴拡げ性を表４に示す。本発明の要件を満たす発明鋼は、穴拡げ性と強度とのバランスに優れていることがわかる。
【００４９】
【表４】
【００５０】
【発明の効果】
本発明により、引張強さＴＳが４４０ＭＰａ以上であり、引張強さＴＳ（ＭＰａ）×穴拡げ率λ（％）が３００００（ＭＰａ・％）以上である伸びフランジ成形性にすぐれた高強度鋼板を得ることができる。
【発明の属する技術分野】
本発明は、建材、家電製品、自動車などに適する、伸びフランジ性に優れた高強度鋼板とその製造方法に関する。本発明における高強度鋼板とは通常の冷延鋼板のほか、亜鉛めっき鋼板やＡｌめっき鋼板を代表とする各種めっきを施したものも含む。亜鉛めっき鋼板については、通常の溶融亜鉛めっきのみならず、合金化溶融亜鉛めっきも含む。めっき層には、純亜鉛の他、Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｍｎなどを含有しても構わない。
【０００２】
【従来の技術】
近年、特に自動車車体において燃費向上や耐久性向上を目的とした加工性の良い高強度鋼板の需要が高まっている。加えて、衝突安全性やキャビンスペースの拡大のニーズから引張強さにして７８０ＭＰａ級クラス以上の鋼板が、一部レインフォースなどの部材に使用されつつある。このような高強度材を用いて部材を組みあげる時には、延性、曲げ性、伸びフランジ性などが重要となるが、引張強さで７８０ＭＰａ程度までの高強度鋼板において、これらへの対策が講じられている。
【０００３】
たとえば、穴拡げ性については、ＣＡＭＰ−ＩＳＩＪ ｖｏｌ．１３（２０００）ｐ．３９５（非特許文献１）にあるように、主相をベイナイトとして穴拡げ性を向上させ、さらには張り出し成形性についても、第２相に残留オーステナイトを生成させることで現行の残留オーステナイト鋼並の張り出し性を示すことが開示されている。さらには、Ｍｓ温度以下でオーステンパ処理をすることで体積率２〜３％の残留オーステナイトを生成させると、引張り強度×穴拡率が最大となることも示されている。
【０００４】
また、高強度材の高延性化を図るために、複合組織を積極的に活用することが一般的である。しかし、第２相にマルテンサイトや残留オーステナイトを活用した場合に、穴拡げ性が著しく低下してしまうという問題がある。例えば、ＣＡＭＰ−ＩＳＩＪ ｖｏｌ．１３（２０００）ｐ．３９１（非特許文献２）。また、本文献中には、主相をフェライト、第２相をマルテンサイトととし、両者の硬度差を減少させることで穴拡げ率が向上することが開示されている。また、溶融亜鉛めっきを施したものとして、いくつかの開示例がある。例えば、特許第２６０７９０６号公報（特許文献１）、特許第２８６２１８７号公報（特許文献２）、特開昭６３−２４７４１号公報（特許文献３）、特開２００１−３５５０４３号公報（特許文献４）、および特許第３０３７７６７号公報（特許文献５）がその代表例である。
【０００５】
【引用文献】
（１）非特許文献１（ＣＡＭＰ−ＩＳＩＪ ｖｏｌ．１３（２０００）ｐ．３９５）
（２）非特許文献２（ＣＡＭＰ−ＩＳＩＪ ｖｏｌ．１３（２０００）ｐ．３９１）
（３）特許文献１（特許第２６０７９０６号公報）
（４）特許文献２（特許第２８６２１８７号公報）
（５）特許文献３（特開昭６３−２４７４１号公報）
（６）特許文献４（特開２００１−３５５０４３号公報）
（７）特許文献５（特許第３０３７７６７号公報）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように穴拡げ性によって代表される伸びフランジ成形性にすぐれた鋼板は多数開発されている。しかしながら、高強度鋼板ではＣあるいは多量の合金元素を含有するため、製品の組織が温度や冷却速度等の製造条件によって変化しやすく、必ずしも良好な伸びフランジ成形性が得られない場合がある。
本発明は、このような従来技術の問題点を解決し、無理のない製造条件にて良好な伸びフランジ性を確保することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、種々検討を行った結果、鋼板中にＣｅ粒子を好適に分散させることにより伸びフランジ性を向上できることを発見した。本鋼板は、引張強さＴＳ（ＭＰａ）と〔（穴拡げ試験後の穴の内径／穴拡げ試験前の穴径）−１〕×１００（％）で定義される穴拡げ率λ（％）との積、ＴＳ（ＭＰａ）×λ（％）≧３００００（ＭＰａ・％）を有し、製造条件がばらついてもこの値を確保できることを特徴とする。
【０００８】
本発明は、上記知見に基づいて完成されたもので、その要旨とするところは以下の通りである。
（１）質量％で、Ｃ：０．０２〜０．３％、Ｓｉ：０．００１〜２．５％、Ｍｎ：０．０１〜３．５％、Ｐ：０．００１〜０．１２％、Ｓ：０．０００１〜０．０１％、Ａｌ：０．０１０％未満、Ｎ：０．０００２〜０．０１５％、Ｃｅ：０．０００１〜０．０５％、Ｏ：０．０００５〜０．００６％を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼であり、粒子径が０．５〜５．０μｍのＣｅを含有する化合物およびそれらの複合化合物のいずれか１種以上を１平方ｍｍあたり１０〜２００個の密度で含有し、引張強さＴＳが４４０ＭＰａ以上かつ引張強さＴＳ（ＭＰａ）×穴拡げ率λ（％）が３００００（ＭＰａ・％）以上であることを特徴とする伸びフランジ成形性に優れた高強度鋼板。
【０００９】
（２）さらに、質量％で、Ｔｉ：０．００１〜０．２％を含有することを特徴とする前記（１）に記載の伸びフランジ成形性に優れた高強度鋼板。
（３）さらに、質量％で、Ｎｉ：０．０１〜２．０％、Ｃｕ：０．００１〜２．０％の１種または２種を含有することを特徴とする前記（１）または（２）に記載の伸びフランジ成形性に優れた高強度鋼板。
（４）さらに、質量％で、Ｂ：０．０００１〜０．０１％、Ｎｂ：０．００２〜０．３％の１種または２種を含有することを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の伸びフランジ成形性に優れた高強度鋼板。
【００１０】
（５）さらに、質量％で、Ｃｒ：０．０１〜２．０％、Ｃｏ：０．０１〜１％、Ｍｏ：０．０１〜１．５％、Ｗ：０．０１〜０．３％の１種または２種以上を含有することを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれか１項に記載の伸びフランジ成形性に優れた高強度鋼板。
（６）さらに、質量％で、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｖの１種または２種以上を合計で０．００１〜１％含有することを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれか１項に記載の伸びフランジ成形性に優れた高強度鋼板。
【００１１】
（７）さらに、質量％で、Ｃａ、Ｍｇ、Ｌａ、Ｙの１種または２種以上を合計で０．０００１〜０．５％含有することを特徴とする前記（１）〜（６）のいずれか１項に記載の伸びフランジ成形性に優れた高強度鋼板。
（８）さらに、質量％で、Ｌａ，Ｙ以外のＲＥＭを合計で０．０００１〜０．５％含有することを特徴とする前記（１）〜（７）のいずれか１項に記載の伸びフランジ成形性に優れた高強度鋼板。
【００１２】
（９）化学成分の調整に際して、溶鋼中の溶存酸素が質量％で０．０００５〜０．０１０％の範囲となった時点で、Ｃｅを添加し、その後、鋳造スラブとし、直接または一旦Ａｒ３ （℃）以下に冷却した後に再度加熱し、熱延圧延を施し６５０℃以下で巻き取ることを特徴とする前記（１）〜（８）のいずれか１項記載の伸びフランジ成形性に優れた高強度鋼板の製造方法。
（１０）前記（９）に記載の方法で製造した熱延鋼板を酸洗後冷延し、最高到達温度を６００〜１１００℃とする熱処理後、室温まで冷却することを特徴とする伸びフランジ成形性に優れた高強度鋼板の製造方法。
【００１３】
（１１）前記（９）に記載の方法で製造した熱延鋼板を酸洗後冷延し、最高到達温度を６００〜１１００℃とする熱処理をした後に溶融亜鉛めっきを施すことを特徴とする伸びフランジ成形性に優れた高強度鋼板の製造方法。
（１２）溶融亜鉛めっきを施した後、４３０℃〜５８０℃にて合金化処理を行うことを特徴とする前記（１１）記載の伸びフランジ成形性に優れた高強度鋼板の製造方法である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
先ず、本発明における鋼板の成分範囲の限定理由について述べる。
Ｃ：０．０２〜０．３％
良好な強度−穴拡げ性バランスを確保するための主相（面積率最大の相）および第２相の分率を制御する目的で添加する元素である。素地の微細均一化についても影響を与える。強度および各第２相の面積率を確保するために０．０２質量％（以下、同じ）以上を必要とする。０．３％を越えると、穴拡げ性が著しく劣化するのでこれを上限とする。０．０２５〜０．１８％がより好ましい範囲である。
【００１５】
Ｓｉ：０．００１〜２．５％
Ｓｉは、強度延性バランスを向上させるほか、比較的粗大な炭化物の生成を抑制することで穴拡げ性を向上させる。過剰添加は溶接性や延性に悪影響を及ぼすので２．５％を上限とする。２．０％がより好ましい上限である。過剰に添加すると溶融亜鉛めっき性を著しく劣化させるので、溶融亜鉛めっきを施す場合には上限を０．８％とすることが好ましく、０．６％以下が更に好適である。一方で、極低Ｓｉ化は製造コストの高騰を招くことから、０．００１％以上とする。
【００１６】
Ｍｎ：０．０１〜３．５％
Ｍｎは、フェライト変態を抑制して、主相をベイナイトまたはベイニティックフェライトとすることで均一組織をもたらす働きがあるほか、強度低下と穴拡げ性劣化の１つの原因である炭化物析出や、パーライト生成を抑制する。しかし、過剰な添加は、マルテンサイト生成を促進したり、偏析などによって延性や穴拡げ性の著しい低下を招くために３．５％を上限とする。一方、Ｍｎを０．０１％未満とするためには著しいコストアップを伴うのでこれを下限とする。０．６〜２．４％がより好ましい範囲である。
【００１７】
Ｐ：０．００１〜０．１２％
Ｐは、強化元素である。また、低Ｐ化は穴拡げ性を向上させるが、極低化は経済的にも不利であることから０．００１質量％を下限とする。また、多量の添加は、溶接性や鋳造時や熱延時の製造性、さらには穴拡げ性にも悪影響を及ぼすため、０．１２％を上限とした。
Ｓ：０．０００１〜０．０１％
Ｓは、低Ｓ化は穴拡げ性向上に有効である。一方、極低Ｓ化は経済的に不利であることから、０．０００１質量％を下限とし、また、０．０１質量％を上限としたのは、これを超える量の添加では、鋼板の穴拡げ性に悪影響を及ぼすためである。より好ましくは、０．００３％を上限とする。
【００１８】
Ａｌ：０．０１０％未満
Ａｌ量は本発明にとって重要である。Ａｌは脱酸元素として有効であるが過剰に添加すると粗大なＡｌ系の介在物、たとえばアルミナのクラスターを形成し穴拡げ性を劣化させる。このため、０．０１質量％未満を上限とした。Ａｌが０．０１％を超えると後述するＣｅ添加の効果が小さくなる。下限は特には規定しないが、０．０００１％以下とするのは困難であるのでこれが実質的な下限である。０．００５％未満が好ましく、０．００３％未満とすることがより一層好ましい。
【００１９】
Ｎ：０．０００２〜０．０１５％
Ｎは機械的強度を高めたり、ＢＨ性（焼付き硬化性）を付与したりするのには役立つが、添加しすぎると粗大な化合物を形成し穴拡げ性を劣化させるので、０．０１５％を上限とする。特に、Ｔｉが０．０３％以上の時にはＮを０．００６％以下とする必要がある。一方、０．０００２％未満とすることは技術的に極めて困難なのでこれを下限とする。
【００２０】
Ｃｅ：０．０００１〜０．０５％
本発明において極めて重要である。すなわち、Ｃｅを添加することによって高強度鋼板の穴拡げ性が向上する。Ｃｅを添加することによって比較的微細なＣｅを含有する化合物の数が増加し、その結果、打ち抜き後の破面に微細なクラックの生成を促し、穴拡げ時の粗大クラックへの応力集中を緩和することがそのメカニズムと考えられる。Ｃｅが０．０００１％未満ではこのような効果はわずかであるのでこれを下限とする。一方、０．０５％を超えて添加すると粗大な化合物が増加してむしろ穴拡げ性が劣化する場合があるので０．０５％を上限とする。０．０００５〜０．０１％がより好ましい範囲である。
【００２１】
Ｏ：０．０００５〜０．００６％
Ｏも本発明において極めて重要である。すなわち、ＯはＣｅと結合して酸化物を形成するので、Ｏ量によってＣｅ系酸化物の大きさや粒子数に影響する。Ｏが０．０００５％未満では、Ｃｅ添加の効果が発現し難いのでこれを下限とする。一方、０．００６％を超えて添加すると、酸化物が大きくなりすぎたり、数が増えすぎたりするのでこれを上限とする。０．００１０〜０．００３５％が穴拡げ性に対してより好ましい範囲である。Ｃｅ量とＯ量との質量比、すなわち、Ｃｅ／Ｏは、０．４〜１００とすることが好ましい。これが０．４未満ではＣｅ添加の効果が発現し難く、一方、１００を超えると、酸化物以外の粗大化合物の数が増加するためである。
【００２２】
粒子径ｄが０．５〜５．０μｍのＣｅを含有する化合物、たとえば、酸化物、硫化物、炭化物、窒化物やこれらの複合化合物を１平方ｍｍあたり１０〜２００個の密度で含有する。ここで、複合化合物とは、複数種の化合物がそれらのうちのいずれかを生成サイトとして形成したため、結果として一塊の化合物として認識されるもの、炭窒化物や炭硫化物を代表とする結晶構造が単一でも複数の化学成分からなるものの両方を含む。前者と後者が混在する場合もありうる。Ｃｅを含有するということは、粒子全体に均一にＣｅが存在する場合だけでなく、不均一に、あるいは部分的に存在する場合も含まれる。本要件を満たすことによって穴拡げ性が向上する。
【００２３】
本発明者らは高強度鋼板の穴拡げ性改善に鋭意取り組んだ結果、Ｃｅ系の比較的微細な化合物が適度に分散していることが、穴拡げ性向上に極めて重要であることを見出した。穴拡げ加工に先立つ、打ち抜き加工によって打ち抜き破面に生ずる欠陥を微細化し数を増やすことを通じて比較的大きなクラックの発生と伝播を抑制するものと考えられる。さらに本発明鋼においては製造条件のばらつきによる穴拡げ性のばらつきも小さいという特徴を有する。この理由は必ずしも明らかではないが、Ｃｅを含有する化合物が熱的に安定であることに起因すると思われる。粒子径が０．５μｍ未満の化合物も当然存在するが、それらは伸びフランジ性には大きく影響しないのであえて対象外とした。また、５μｍ超の化合物は打ち抜き加工時や穴拡げ時に粗大クラック形成の起点となる場合があるので、少ない方が望ましい。
【００２４】
Ｃｅを含有する化合物の密度が１平方ｍｍあたり１０個未満では、効果が小さく、また、２００個超では多すぎて、かえって穴拡げ性が劣化する場合がある。好ましい範囲は１５個以上１５０個以下である。さらに好ましい範囲は、１．０〜３．０μｍのＣｅを含有する化合物が、１平方ｍｍあたり３０〜１００個存在することである。この条件はどのような化合物にもあてはまるわけではなく、Ｃｅを含有する化合物にかぎって成立する条件であることを新たに見出したものである。
【００２５】
ここで穴拡げ性については鉄鋼連盟規格に準拠して評価することとする。また、Ｃｅを含有する化合物の粒子径と個数密度の測定については以下のようにして行う。鋼板の圧延面と垂直でかつ圧延方向に平行な断面を機械的に研磨し、バフ研磨にて鏡面に仕上げる。これを走査型電子顕微鏡の２次電子像にて、４００〜２０００倍の倍率で観察を行い、最低６０視野を無作為に測定し、かつ、０．５平方ｍｍ以上の面積について、０．５μｍ以上の粒子を個々に観察する。粒子径は、化合物の最長径とする。たとえば、楕円の場合には長径が、長方形の場合にはその対角線長を粒子径とする。
【００２６】
また、密度を求める際には、複合化合物は１個として数える。組成分析は、ＥＤＸを用いる。組成分析の際には上記の倍率とする必要はなく、粒子組成を高倍率で観察しても構わない。ただし、組成分析の際に電子線が粒子全体に照射されるように留意する必要がある。粒子が大きすぎて、一度の測定では粒子全体の化学組成情報を抽出できないときには、複数回の測定を行うこととする。Ｃｅが存在しているかどうかは、ＣｅのＥＤＸピークがバックグランドよりも高いことによって確認する。密度は上記のように求めた粒子径０．５〜５．０μｍの個々の粒子の総和（個数）を観察面積の総和で除した値とする。
【００２７】
本発明で得られる鋼板の引張強さＴＳは４４０ＭＰａ以上で、ＴＳと穴拡げ率λとの積、ＴＳ（ＭＰａ）×λ（％）が３００００以上である。本発明はＴＳが４４０ＭＰａ未満の強度クラスの鋼にも当然適用できるが、伸びフランジ性に問題が生ずる場合は非常に稀であるのであえて範囲外とした。ＴＳ×λの最低値である３００００を下回ると、ＴＳが４４０ＭＰａ以上の鋼板で伸びフランジ性が確保できないので３００００を下限とした。ＴＳ×λの好ましい下限は３５０００、さらに好ましくは４００００である。すなわち鋼板のミクロ組織等が種々変化しても穴拡げ性を安定して向上することができる点で秀でている。
【００２８】
Ｔｉ：０．００１〜０．２％
Ｔｉは、微細な析出物を形成して機械的強度を高めたり、穴拡げ性を向上させる。また、Ｔｉは、Ｃｅと共に添加することで化合物を微細化し、穴拡げ性を向上させる効果を有する。さらに、Ｃｅを含有する化合物のサイズと密度を上述の適正範囲内に制御するのに有用である。また、フェライト変態を抑制して、主相をベイナイトまたはベイニティックフェライトにするのに有効であり、良好な強度−穴拡げ性およびめっき材の溶接性や溶接後の疲労耐久性を向上するのに有効である。０．００１％未満の添加では十分な効果が得られないのでこれを下限とする。一方、０．２％を超えて添加すると粗大な窒化物、炭化物、炭窒化物を形成し穴拡げ性を劣化させるのでこれを上限とする。０．００３〜０．１４％が好ましく、０．００３〜０．０２５％がより一層好ましい範囲である。ＴｉはＣｅと同時に添加することが好ましい。
【００２９】
さらに、本発明が対象とする鋼は、強度−穴拡げ性バランスに悪影響を与えずにめっき性を向上させることを目的として、Ｃｕ，Ｎｉを添加することができる。Ｎｉは、めっき性向上以外には焼き入れ性の向上の目的もあり、０．０１質量％以上とし、２質量％を超える量の添加では、加工性、特にマルテンサイト生成に伴う硬度上昇に寄与して悪影響を及ぼすため、これを上限とした。
Ｃｕは、めっき性向上以外には強度の向上の目的もあり、０．０１質量％以上の添加とし、２質量％を超える量の添加では、加工性および製造性に悪影響を及ぼす。特にＳｉ量が、０．３％以上添加されている場合には、Ｎｉを０．２％以上、Ｃｕを０．１％以上とすることがめっき性と合金化反応性の観点から望ましい。
【００３０】
さらに、本発明が対象とする鋼は、強度−穴拡げ性バランスのさらなる向上を目的として、Ｎｂ，Ｂを添加することができる。
Ｎｂは、微細な炭化物、窒化物または炭窒化物を形成して、鋼板の強化に極めて有効である。また、フェライト変態を遅滞させ、ベイナイトおよびベイニティックフェライトの生成を助長する。さらには、溶接熱影響部の軟化抑制にも効果的であることから、０．００２質量％以上の添加とする。一方で、過剰添加は、延性や熱間加工性を劣化させることから、上限として０．３質量％とした。
【００３１】
Ｂは、０．０００１質量％以上の添加で粒界の強化や鋼材の高強度化に有効であるが、その添加量が０．０１質量％を超えるとその効果が飽和するばかりでなく、Ｎｂと同様に熱間加工性が低下するため、上限を０．０１質量％とした。
さらには、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｗの１種または２種以上を含有できる。Ｃｒは、強化および炭化物生成の抑制とベイナイトおよびベイニティックフェライト生成の目的から添加する元素で、０．０１％以上とし、２％を超える量の添加では、加工性やめっき性に悪影響を及ぼすため、これを上限とした。
【００３２】
Ｃｏは、ベイナイト変態制御による強度−穴拡げ性の良好なバランスのため、０．０１質量％以上の添加とした。一方、添加の上限は特に設けないが、高価な元素であるため多量添加は経済性を損なうため、１質量％以下にすることが望ましい。
Ｍｏ：０．０１〜１．５％
Ｍｏも強化および炭化物生成の抑制とベイナイトおよびベイニティックフェライト生成の目的から添加する元素で、０．０１％以上にてその効果が得られる。しかしながら、１．５％を越えるとコストの上昇が問題となるため、上限は、１．５％とする。Ｍｏは、その他に、溶接時の熱影響部において軟化を防止する効果も有する。
【００３３】
Ｗは、０．０１質量％以上で強化効果が現れること、０．３質量％を上限としたのは、これを超える量の添加では、加工性に悪影響を及ぼすためである。
さらに、本発明が対象とする鋼は、強度と穴拡げ性とのバランスのさらなる向上を目的として強炭化物形成元素であるＺｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｖの１種または２種以上を合計で０．００１質量％以上添加としてもよい。一方で、延性や熱間加工性の劣化を招くことから、１種または２種以上の合計添加量の上限として１質量％とした。
【００３４】
Ｃａ、Ｍｇ、Ｌａ、Ｙは、適量添加により介在物制御、特に微細分散化に寄与することからこれらの１種又は２種以上の添加量を合計で０．０００１％以上とし、一方で過剰添加は鋳造性や熱間加工性などの製造性および鋼板製品の延性を低下させるため０．５質量％を上限とした。
Ｌａ，Ｙ以外のＲＥＭも適量添加により介在物制御、特に微細分散化に寄与することから必要に応じて０．０００１％以上添加し、一方で過剰添加はコストアップを伴うほか、鋳造性や熱間加工性などの製造性および鋼板製品の延性を低下させるため０．５質量％を上限とする。
不可避的不純物として、例えばＳｎやＳｂなどがあるがこれら元素を合計で０．２質量％以下の範囲で含有しても本発明の効果を損なうものではない。
【００３５】
鋼板のミクロ組織は特に限定するものではないが、優れた穴拡げ性を得るには、主相としてフェライト、ベイナイトまたはベイニティックフェライトが適している。優れた穴拡げ性を得るためには、面積率で８０％以上とする。ここで言うベイナイトはラス境界に炭化物が生成している上部ベイナイトおよびラス内に微細炭化物が生成している下部ベイナイトの双方を含む。また、ベイニティックフェライトは炭化物のないベイナイトを意味し、例えばアシキュラーフェライトがその１例である。
【００３６】
穴拡げ性向上には、炭化物が微細分散している下部ベイナイトもしくは炭化物の無いベイニティックフェライトやフェライトが主相で、面積率が８５％を超えることが望ましい。なお、上記ミクロ組織の各相、フェライト（ベイニティックフェライト）、ベイナイト、オーステナイト、マルテンサイト、界面酸化相および残部組織の同定、存在位置の観察および面積率の測定は、ナイタール試薬および特開昭５９−２１９４７３号公報に開示された試薬により鋼板圧延方向断面または圧延直角方向断面を腐食して５００〜１０００倍の光学顕微鏡観察および１０００〜１０００００倍の電子顕微鏡（走査型および透過型）により定量化が可能である。各２０視野以上の観察を行い、ポイントカウント法や画像解析により各組織の面積率を求める事ができる。
【００３７】
次に、伸びフランジ性に優れた高強度鋼板の製造方法について以下に述べる。Ｃｅは溶鋼中の溶存Ｏ量を質量％で０．０００５〜０．０１０％としてから添加する。このＯ量の制御方法は、鋼の化学成分によって異なるが、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ａｌなどによって予め脱酸し、溶存酸素量を０．０００５〜０．０１０％、好ましくは０．００１〜０．００６％にコントロールした上で、Ｃｅを添加する。溶存酸素が０．０００５％未満または０．０１０％超では、Ｃｅ添加による化合物の微細化効果が小さいため、これらをそれぞれ、下限値および上限値とする。Ｃｅ添加前の予備脱酸によって生じた酸化物はスラグとして浮上させ、鋼中には極力残存しないように操業条件を選択する必要がある。特にＡｌ系の酸化物は粗大なクラスターになりやすいので注意が必要である。酸化物を浮上させるのに十分な時間を確保できない場合にはＡｌでの脱酸は避けた方が好ましい。
【００３８】
Ｃｅは、Ｃｅ単独、Ｌａ−Ｃｅ、ミシュメタル、ＲＥＭなどとして添加する。また、Ｔｉと共に添加すると穴拡げ性に好ましいことは前述の通りである。
成分調整は、通常の高炉−転炉法のほか電気炉等で行っても良い。鋳造法も特に限定するものではない、通常の連続鋳造法やインゴット法、薄スラブ鋳造によって製造すればよい。
鋳造スラブを一旦冷却し再加熱してから熱間圧延を施しても良いし、冷却せずに直接熱間圧延を行っても良い。通常の熱間圧延を施した後、６５０℃以下で巻き取る。６５０℃超では粗大な炭化物を初めとする化合物が出現しやすく、穴拡げ性が劣化する。好ましくは６００℃以下である。下限は特に定めないが、室温以下とするのは困難であるためこれを下限とすることが好ましい。
【００３９】
このようにして製造した熱延鋼板に必要に応じて酸洗、スキンパスを行っても良い。スキンパスの圧下率は特に限定しないが、形状矯正、耐常温時効性の改善、強度調整等のため４０％程度まで行っても良い。０．１％未満では効果が小さく、制御も困難なのでこれが実質的な下限である。目的に応じて熱延鋼板に各種めっきを施しても構わない。
【００４０】
熱延鋼板を冷間圧延したのち、最高到達温度を６００〜１１００℃とする熱処理後、室温まで連続的に冷却するか、さらに１００〜５５０℃の温度で３０秒以上保持してもよい。最高到達温度が６００℃未満ではα→γ変態が起こらず、また、再結晶もしないことがあるため、加工性が劣悪になりやすいのでこれを下限とする。一方、最高到達温度を１１００℃超とするには、コストアップが著しく、また、板破断等の操業トラブルを誘発するのでこれを上限とする。７００〜９５０℃が好ましい範囲である。この温度域での熱処理時間は特に限定しないが鋼板の温度均一化のために１秒以上が必要である。しかし、１０分超では、粒界酸化相生成が促進されるうえ、コストの上昇を招く。熱処理の後、各種めっきを施しても構わない。また、スキンパスを行っても良い。
【００４１】
上記の最高温度に到達後、冷却過程で溶融亜鉛めっきを行っても良い。冷却がめっき浴温度−２０℃未満まで行われると、めっき浴浸入時の抜熱が大きいことなどの操業上の問題がある。また、冷却停止温度がめっき浴＋５０℃を超えると、操業上の問題に加え、その後の保持時に炭化物が生成してしまい、強度低下や穴拡げ性の劣化を招くため、これを上限とすることが好ましい。この温度域での停留時間が長時間になると生産性上好ましくないうえ、炭化物が生成してしまうことから１０００秒以内とすることが望ましい。また、ベイナイト変態を進行させたり、めっき濡れ性を確保するため１秒以上保持し、好ましくは１５秒から１０分保持する。
【００４２】
また、合金化処理を行う場合には、４３０℃以上５８０℃以下とした。合金化処理温度が４３０℃未満であると合金化の進行が遅く、生産性が悪い。また、５８０℃を超えると炭化物析出を伴い、材質劣化する。溶融亜鉛めっき鋼板にスキンパスを施しても良い。
また、本発明の鋼は、溶接性にも優れている。溶接方法については、通常行われる溶接方法、たとえばアーク、スポット、ＴＩＧ、ＭＩＧ、マッシュおよびレーザー等の溶接方法に適合する。
【００４３】
【実施例】
本発明になる鋼板について、鉄鋼連盟規定の穴拡げ試験、ＪＩＳに準拠した引張り試験および化合物の調査を行った。
以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。
（実施例１）
表１に示すような化学組成を転炉にて調整しスラブとした。Ｃｅは溶鋼中の溶存酸素濃度を０．００１〜０．００６％に制御してから添加した。このときＴｉを添加する場合にはＴｉとＣｅを同時に加えた。スラブを１２００℃に加熱し、Ａｒ３変態温度以上である８８０〜９１０℃で熱延を完了し、５８０℃で巻き取った厚さ２．３ｍｍの鋼帯を酸洗後、圧下率１．０％のスキンパスを施した。これらの鋼板からＪＩＳ５号引張り試験片を採取して、圧延方向に対して垂直方向の引張特性を測定した。さらに、穴拡げ試験を行い、穴拡げ率λを求めた。また、鋼板板面と垂直で圧延方向と平行な断面についてＥＤＸを搭載した走査型電子顕微鏡を用いて化合物の大きさと密度さらに化学組成を分析した。試験結果を表２に示す。本発明の要件を満たす鋼は、穴拡げ性と強度（引張強さ）のバランスに優れていることがわかる。
【００４４】
【表１】
【表２】
（実施例２）
表１の化学成分を有するスラブのうちＤ，Ｅ，Ｉ，Ｊ，Ｍ，Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓのそれぞれ１および２を熱延、酸洗の後、冷延によって板厚を１．２ｍｍとした。引き続き熱処理を表３に示す条件で行った。最高到達温度にて９０ｓ間保持して（最高到達温度−１３０）℃まで５℃／ｓで冷却した。その後、表３に示した条件で冷却と付加的熱処理を約３００秒間行った。スキンパスは０．５％とした。これらの鋼板からＪＩＳ５号引張り試験片を採取して、圧延方向に対して垂直方向の引張特性を測定した。さらに、穴拡げ試験を行い、穴拡げ率を求めた。また、鋼板板面と垂直で圧延方向と平行な断面についてＥＤＸを搭載した走査型電子顕微鏡を用いて化合物の大きさと密度さらに化学組成を分析した。測定は１００視野について行った。試験結果を表３に示す。本発明の要件を満たす鋼は、穴拡げ性と強度（引張強さ）のバランスに優れていることがわかる。
【００４７】
【表３】
（実施例３）
スラブＪ，Ｐ，Ｒを実施例２と同じ要領で冷延まで行い、連続合金化溶融亜鉛めっき設備にて熱処理と溶融亜鉛めっきを施した。各鋼とも最高到達温度は、８８０℃一定とした。これは全ての鋼に於いてオーステナイト単相域の温度である。加熱速度１０℃／ｓで７６０℃まで昇温し、次に昇温速度２℃／秒で８８０℃まで昇温保持したのち、０．２℃／秒の冷却速度で６５０℃まで冷却し、その後冷却速度を１０℃／秒として５００℃まで冷却し、引き続き、冷却速度を２℃／秒として４６０℃まで冷却した。引き続きめっき槽に浸漬し、その後３℃／秒の昇温速度で５００℃まで加熱し、３０秒保持して合金化処理を施した後、冷却した。これらの鋼板からＪＩＳ５号引張り試験片を採取して、機械的性質を測定した。さらに、穴拡げ試験を行い、穴拡げ率を求めた。各鋼の機械的性質及び穴拡げ性を表４に示す。本発明の要件を満たす発明鋼は、穴拡げ性と強度とのバランスに優れていることがわかる。
【００４９】
【表４】
【発明の効果】
本発明により、引張強さＴＳが４４０ＭＰａ以上であり、引張強さＴＳ（ＭＰａ）×穴拡げ率λ（％）が３００００（ＭＰａ・％）以上である伸びフランジ成形性にすぐれた高強度鋼板を得ることができる。
Claims (12)
- 質量％で、
Ｃ ：０．０２〜０．３％、
Ｓｉ：０．００１〜２．５％、
Ｍｎ：０．０１〜３．５％、
Ｐ ：０．００１〜０．１２％、
Ｓ ：０．０００１〜０．０１％、
Ａｌ：０．０１０％未満、
Ｎ ：０．０００２〜０．０１５％、
Ｃｅ：０．０００１〜０．０５％、
Ｏ：０．０００５〜０．００６％
を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼であり、粒子径が０．５〜５．０μｍのＣｅを含有する化合物およびそれらの複合化合物のいずれか１種以上を１平方ｍｍあたり１０〜２００個の密度で含有し、引張強さＴＳが４４０ＭＰａ以上かつ引張強さＴＳ（ＭＰａ）×穴拡げ率λ（％）が３００００（ＭＰａ・％）以上であることを特徴とする伸びフランジ成形性に優れた高強度鋼板。 - さらに、質量％で、
Ｔｉ：０．００１〜０．２％、
を含有することを特徴とする請求項１に記載の伸びフランジ成形性に優れた高強度鋼板。 - さらに、質量％で、
Ｎｉ：０．０１〜２．０％、
Ｃｕ：０．００１〜２．０％、
の１種または２種を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の伸びフランジ成形性に優れた高強度鋼板。 - さらに、質量％で、
Ｂ：０．０００１〜０．０１％、
Ｎｂ：０．００２〜０．３％、
の１種または２種を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の伸びフランジ成形性に優れた高強度鋼板。 - さらに、質量％で、
Ｃｒ：０．０１〜２．０％、
Ｃｏ：０．０１〜１％、
Ｍｏ：０．０１〜１．５％、
Ｗ ：０．０１〜０．３％
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１〜４のいずれか１項に記載の伸びフランジ成形性に優れた高強度鋼板。 - さらに、質量％で、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｖの１種または２種以上を合計で０．００１〜１％含有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の伸びフランジ成形性に優れた高強度鋼板。
- さらに、質量％で、Ｃａ、Ｍｇ、Ｌａ、Ｙの１種または２種以上を合計で０．０００１〜０．５％含有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の伸びフランジ成形性に優れた高強度鋼板。
- さらに、質量％で、Ｌａ，Ｙ以外のＲＥＭを合計で０．０００１〜０．５％含有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の伸びフランジ成形性に優れた高強度鋼板。
- 化学成分の調整に際して、溶鋼中の溶存酸素が質量％で０．０００５〜０．０１０％の範囲となった時点で、Ｃｅを添加し、その後、鋳造スラブとし、直接または一旦Ａｒ３ （℃）以下に冷却した後に再度加熱し、熱延圧延を施し６５０℃以下で巻き取ることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載の伸びフランジ成形性に優れた高強度鋼板の製造方法。
- 請求項９に記載の方法で製造した熱延鋼板を酸洗後冷延し、最高到達温度を６００〜１１００℃とする熱処理後、室温まで冷却することを特徴とする伸びフランジ成形性に優れた高強度鋼板の製造方法。
- 請求項９に記載の方法で製造した熱延鋼板を酸洗後冷延し、最高到達温度を６００〜１１００℃とする熱処理をした後に溶融亜鉛めっきを施すことを特徴とする伸びフランジ成形性に優れた高強度鋼板の製造方法。
- 溶融亜鉛めっきを施した後、４３０℃〜５８０℃にて合金化処理を行うことを特徴とする請求項１１記載の伸びフランジ成形性に優れた高強度鋼板の製造方法。
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