JP2005206864A - 加工性、疲労特性および表面性状に優れた高強度熱延鋼板 - Google Patents

加工性、疲労特性および表面性状に優れた高強度熱延鋼板 Download PDF

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Abstract

【課題】 加工性と疲労特性に優れ、しかも表面性状の良好な高強度熱延鋼板を比較的低コストで提供する。
【解決手段】 質量％で、Ｃ：０．０３〜０．１５％、Ｍｎ：０．５〜２％、Ａｌ：０．０１〜０．１％、を夫々含み、Ｓ：０．０２％以下（０％を含む）であり、金属組織はポリゴナルフェライトを主相とし、第二相としてマルテンサイトを含む鋼板において、Ｐ：０．０３０超〜０．０８％、Ｃｒ：０．３〜１．００％、Ｓｉ：０．１％以下（０％を含む）を満たし、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる加工性、疲労特性および表面性状に優れた高強度熱延鋼板である。

Description

本発明は、主としてプレス成形により加工される自動車用ホイールや自動車の足回り部の素材として用いられる高強度熱延鋼板に関し、特に、加工性・疲労特性・表面性状の何れにも優れる高強度熱延鋼板に関するものである。
自動車の衝突安全性や燃費の向上に対する要求は近年益々高まっており、その解決策として、車体の軽量化が望まれている。特に、自動車用部品の中でもホイールや足回り部品の重量は、車体全体の重量に占める割合が高いため、こうした部位に用いられる素材を高強度化することによって薄肉化してやれば軽量化できる。
ところでホイールや足回り部品は、主としてプレス成形により加工されるため、その素材は加工性に優れていることが望まれる。また、使用時の損傷を抑えるためにも疲労強度が高く、耐久性に優れている必要がある。さらに、例えばホイールの如く部品によっては、外観表面の美麗さも要求されることがある。
そこで、加工性、疲労特性および表面性状の何れの特性にも優れた高強度熱延鋼板が望まれており、その製造方法としては、例えば特許文献１の技術が提案されている。この技術は、Ｓｉ含有量を少なくすることにより鋼板の表面性状や化成処理性を改善し、ＮｂとＴｉを併用添加することによりフェライト相を強化させて加工性を良好にすると共に、強度を高めている。しかしこの技術では、必須元素としてＴｉとＮｂを併用添加しているためコスト高となる。
特開平9-31534号公報（［特許請求の範囲］、［0011］、［0068］参照）
本発明は、この様な状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、加工性と疲労特性に優れ、しかも表面性状の良好な高強度熱延鋼板を比較的低コストで提供することにある。
上記課題を解決することのできた本発明に係る加工性、疲労特性および表面性状に優れた高強度熱延鋼板とは、Ｃ：０．０３〜０．１５％（「質量％」の意味。以下同じ。）、Ｍｎ：０．５〜２％、Ａｌ：０．０１〜０．１％、を夫々含み、Ｓ：０．０２％以下（０％を含む）であり、金属組織はポリゴナルフェライトを主相とし、第二相としてマルテンサイトを含む鋼板において、Ｐ：０．０３０超〜０．０８％、Ｃｒ：０．３〜１．００％、Ｓｉ：０．１％以下（０％を含む）を満たし、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる点に要旨を有する。前記マルテンサイトの体積分率は、３〜２０％であることが好ましい。
前記鋼板は、更に他の元素として、（ａ）Ｎｉ：０．１〜１％および／またはＣｕ：０．１〜１％、（ｂ）Ｃｏ：０．０１〜１％、（ｃ）Ｃａ：０．００５％以下（０％を含まない）、（ｄ）Ｎｂ：０．０１〜０．３％、Ｔｉ：０．０１〜０．３％、Ｖ：０．０１〜０．５％、Ｍｏ：０．０５〜１％、および、Ｂ：０．０００３〜０．０１％、のいずれか１種以上、等を含むものが好ましい。
本発明によれば、特にＰ，ＣｒおよびＳｉの含有量を適切に制御することで、ＴｉとＮｂを併用添加せずとも、加工性と疲労特性に優れ、且つ表面性状の良好な高強度熱延鋼板を比較的低コストで提供できる。
本発明者らは、上記課題を解決すべく、様々な角度から検討してきた。その結果、熱延鋼板の加工性・疲労特性・表面性状を全て良好なものにするには、鋼板に含まれるＰとＣｒとＳｉのバランスを適切に制御すると共に、鋼板組織の主相をポリゴナルフェライトとし、第二相として所定量のマルテンサイトを含むデュアルフェイズ熱延鋼板としてやれば、上記課題を見事に解決できることを見出し、本発明を完成した。以下、本発明に係る熱延鋼板の基本概念（基本思想）について、本発明を完成するに至った経緯を交えながら詳細に説明する。
本発明者らは、鋼板の加工性を向上させるために、その組織としてポリゴナルフェライトを主相とし、第二相としてマルテンサイトが分散したデュアルフェイズ熱延鋼板に注目した。そしてこのデュアルフェイズ熱延鋼板の加工性、疲労特性および表面性状と鋼板の成分組成との関係について種々検討を重ねてきた。その結果、ＰとＣｒを複合添加すると共に、Ｓｉの含有量を極力抑制してやれば、加工性・疲労特性・表面性状の何れにも優れたデュアルフェイズ熱延鋼板が得られることをつきとめた。
まず、ＳｉとＰの含有量が、鋼板の表面性状に及ぼす影響について検討した結果について説明する。
図１は、Ｃ：0.10％、Ｍｎ：1.5％、Ｓ：0.005％、Ａｌ：0.040％を含有する鋼板に対し、ＳｉとＰの含有量を種々変更して得た鋼板について、表面性状の評価結果を示したグラフである（表面性状の詳細な評価手順は下記実施例参照）。図１中、○はスケール疵が認められなかったもの、△は部分的にスケール疵が認められたもの、×はほぼ全面にスケール疵が認められたもの、を夫々示す。
なお、鋼板は同じ条件で作製した。具体的には、熱間圧延の仕上温度：880℃、一次冷却速度（仕上温度から一次冷却停止温度までの冷却速度）：50℃／秒、中間空冷温度（一次冷却停止温度）：680℃、中間空冷時間：6秒、二次冷却速度（中間空冷終了温度から巻取温度までの冷却速度）：35℃／秒、巻取温度：100℃、とした。得られた鋼板の組織は、ポリゴナルフェライトを主相とし、第二相としてマルテンサイトを体積分率で3〜20％含むデュアルフェイズであった。
図１から明らかな様に、Ｓｉの含有量を0.1％以下に抑えると、鋼板の表面性状は良好となることが分かる。即ち、Ｓｉが含まれていると、わずかな量であっても酸化スケールを生成し、表面性状を悪化させる表面疵の発生原因となる。なお、Ｓｉの含有量を0.13％程度に抑えた場合は、後述するＰの含有量を高めることでスケール特性が変化するため表面性状をある程度改善できるが、それでも部分的に疵が認められることがある。しかし、Ｓｉ含有量を0.1％レベル以下に抑えれば、良好な表面性状をより確実に得ることができる。
次に、ＰとＣｒの含有量が、鋼板の加工性と疲労特性に及ぼす影響について検討した結果について説明する。
図２は、Ｃ：0.08％、Ｓｉ：0.02％、Ｍｎ：1.5％、Ｓ：0.005％、Ａｌ：0.040％を含む鋼板に対し、ＰとＣｒの含有量を種々変更して得た鋼板について、加工性と疲労特性を評価した結果を示すグラフである（加工性と疲労特性の詳細な評価手順は下記実施例参照）。図２中、○は加工性と疲労特性の両方が良好なもの、◇は加工性は良好であるが、疲労特性が劣るもの、△は疲労特性は良好であるが、加工性が劣るもの、×は加工性も疲労特性も劣るもの、を夫々示す。
なお、鋼板は同じ条件で作製した。具体的には、熱延圧延の仕上温度：880℃、一次冷却速度（仕上温度から一次冷却停止温度までの冷却速度）：50℃／秒、中間空冷温度（一次冷却停止温度）：680℃、中間空冷時間：6秒、二次冷却速度（中間空冷終了温度から巻取温度までの冷却速度）：35℃／秒、巻取温度：100℃、とした。得られた鋼板の厚さは3.2ｍｍであり、その金属組織はポリゴナルフェライトを主相とし、第二相としてマルテンサイトを体積分率で3〜20％含むデュアルフェイズであった。
図２から明らかな様に、Ｐの含有量を0.030超〜0.08％、Ｃｒの含有量を0.3〜1.00％の範囲に制御すれば、鋼板の加工性と疲労特性がいずれも良好になることが分かる。即ち、Ｐの含有量が0.030％以下の場合や、Ｃｒの含有量が0.3％未満の場合では、加工性や疲労特性が悪くなるが、所定量のＰとＣｒを含有させると、実質的にＳｉが含まれていなくとも加工性と疲労特性の両立が可能となる。その理由は定かではないが、鋼中におけるＰとＣｒとの親和力が加工性や疲労特性に影響を与えていると本発明者らは考えている。即ち、ＰとＣｒの親和力は良好であり、鋼中では化合物（例えば、ＣｒＰＯ4等）を形成するが、その一方でこれらの元素はその含有量が一定限度を超えるまでは、鋼中に固溶状態として存在する。そのためＰとＣｒとのバランスを適切に調整してやると、ＰまたはＣｒを夫々単独で過剰添加したときに生じる偏析や脆化、炭化物の形成、過度の焼入れ性向上等の問題が起こり難くなり、さらにはＰとＣｒの相乗的添加効果によって疲労特性も一層改善されると考えている。
以上の知見から本発明の熱延鋼板では、Ｐ：0.030超〜0.08％とＣｒ：0.3〜1.00％を夫々積極的に含有せしめ、Ｓｉを0.1％以下（0％を含む）に抑制することが重要である。
次に、本発明に係る熱延鋼板を特徴付ける組織について説明する。
本発明に係る熱延鋼板の金属組織は、ポリゴナルフェライトを主相とし、第二相としてマルテンサイトを含むものであり、前記マルテンサイトの体積分率は3〜20％であることが好ましい。
ポリゴナルフェライトを主相とする鋼板は延性が良好であり、鋼板の加工性を高めることができる。ここで、ポリゴナルフェライトとは、転位密度の小さいフェライトであり、擬ポリゴナルフェライトをも含む意味であるが、アシキュラーフェライトやベイニティックフェライト等の様に転位密度の大きいフェライトは除かれる。転位密度の大きいフェライトは、鋼板の延性を劣化させるからである。
主相とは、鋼板を構成する組織のうち主体となる相であり、具体的には体積分率で50％を超える相を指す。全組織に対するポリゴナルフェライトの占める割合は、体積分率で、好ましくは75％以上、より好ましくは80％以上である。但し、ポリゴナルフェライトが体積分率で97％を超えると、マルテンサイトの生成量が少なくなり過ぎるので、ポリゴナルフェライトは体積分率で97％以下とする必要があり、好ましくは体積分率で93％以下である。
本発明に係る熱延鋼板の組織は、第二相としてマルテンサイトを含むことが必要であり、全組織に占めるマルテンサイトの割合は体積分率で3〜20％であることが好ましい。主相をポリゴナルフェライトとし、第二相をマルテンサイトとすることによって、降伏比（降伏強さと引張強さの比）を低く、均一伸びと破断伸びを高くでき、強度と延性のバランスを良好にする。但し、マルテンサイトの体積分率が3％未満では、低降伏比・高延性・高疲労強度という三特性を確保できなくなるので、3％以上とすることが好ましい。一方、マルテンサイトの割合が、体積分率で20％を超えると、鋼板の強度は高くなるものの延性が低下し、厳しい加工条件に対応できなくなるので20％以下に抑えることが好ましい。
本発明に係る熱延鋼板は、上述した様に、ポリゴナルフェライトを主相とし、第二相としてマルテンサイトを含むデュアルフェイズ鋼であるが、少量であれば第三相としてパーライトやベイナイト、残留オーステナイト等が含まれていてもよい。但し、全組織に対して第三相の占める割合が高くなると、相対的に第二相（マルテンサイト）の比率が減少して、所望の効果が得られなくなるので、第三相は体積分率で5％以下に抑えることが好ましく、より好ましくは3％以下である。
鋼組織に占める各組織の体積分率は、電子顕微鏡を用いて撮影した写真を画像解析することによって算出できる。即ち、鋼板の厚みをｔとしたときに、鋼板表面からの深さがｔ／４の位置における圧延方向断面から0.01ｍｍ2の領域を任意に３箇所選択し、この領域を走査型電子顕微鏡を用いて1000倍で写真撮影し、得られた写真を画像解析することによって各組織の面積分率を算出した。この面積分率を金属組織の体積分率とする。
次に、本発明に係る熱延鋼板を構成する基本成分について説明する。以下、化学成分の単位はすべて質量％である。
本発明の鋼板は、基本成分として、Ｃ：0.03〜0.15％、Ｍｎ：0.5〜2％、Ａｌ：0.01〜0.1％、を夫々含むと共に、Ｓ：0.02％以下（0％を含む）に抑制されたものである。以下、これらの範囲を定めた理由を説明する。
Ｃ：0.03〜0.15％
Ｃは、鋼板の強度を高め、特にマルテンサイトを生成させるために重要な元素である。こうした作用を有効に発揮させるには、0.03％以上含有させる必要がある。しかしＣ量が過剰になると、主相となるポリゴナルフェライトが生成し難くなり、延性が劣化したり溶接性が悪くなるため、0.15％以下に抑える必要がある。
Ｍｎ：0.5〜2％
Ｍｎは、焼入れ性を向上させると共に、所望のデュアルフェイズ鋼を得るために重要な元素であり、固溶強化元素としても作用する。こうした作用を有効に発揮させるためには、少なくとも0.5％含有させる必要がある。しかしＭｎ量が多すぎると、ポリゴナルフェライトが生成し難くなり、延性を低下させるだけでなく、Ｍｎ偏析による加工性や溶接性の劣化を招くので、その上限は2％とする。
Ａｌ：0.01〜0.1％
Ａｌは、脱酸性元素であり、0.01％以上含有させる必要がある。即ち、本発明の熱延鋼板では、Ｓｉの含有量を極力低減するため、Ｓｉに代わる脱酸元素としてＡｌを積極的に添加する必要がある。しかしＡｌを過剰に添加してもその効果は飽和し、むしろ酸化物系介在物の生成源となって延性を劣化させるので、上限は0.1％とする。
Ｓ：0.02％以下（0％を含む）
Ｓは、鋼中で硫化物系介在物を生成し、成形性（特に、孔広げ性）を劣化させると共に、スポット溶接性も悪化させるため、極力低減することが望ましいが、不可避的不純物として混入されるため、0.02％までであれば許容できる。特に、鋼板の局部延性を保障するには、0.005％以下に抑えることが好ましい。
本発明の熱延鋼板は、上記基本成分に加えて、Ｐ：0.030超〜0.08％とＣｒ：0.3〜1.00％を夫々含むと共に、Ｓｉ：0.1％以下（0％を含む）に抑えることが重要である。
Ｐ：0.030超〜0.08％
Ｐは、ポリゴナルフェライトを固溶強化する元素であり、少量の添加では強度と延性のバランスを良好にする。しかし従来では0.030％を超えて添加すると、強度と延性のバランスを却って悪化させ、加えて靭性や溶接性の劣化をも招いていた。そのためＰを積極的に含有させることは無かった。ところが本発明の熱延鋼板では、上述した様にＣｒと併せてＰを複合添加することにより、Ｐの過剰添加による障害を生じさせることなく、Ｃｒとの併用効果によって鋼板の加工性と疲労特性を改善できる。こうした作用を有効に発揮させるには、0.030％を超えて添加する必要がある。しかし過剰に添加すると、ＰとＣｒが結合して脆弱な化合物を生成しクラスタの原因となるため複合添加による効果を却って阻害する。よって上限は0.08％とする必要がある。より好ましくは0.080％以下である。
Ｃｒ：0.3〜1.00％
Ｃｒは、焼入れ性を向上させる元素であり、熱延後の冷却中におけるオーステナイトを安定化し、マルテンサイトを生成させ易くする元素である。そのためＣｒの含有量を多くすると、マルテンサイトが多く生成する代わりにポリゴナルフェライトの生成量は少なくなり、延性を低下させることとなる。ところが本発明の熱延鋼板では、上述した様にＰと併せてＣｒを複合添加することによって、Ｃｒを多めに添加しても加工性を低下させることなく、さらには疲労特性をも向上させることができる。こうした作用を有効に発揮させるためには、Ｃｒを0.3％以上含有させる必要があり、好ましくは0.30％以上である。しかし過剰に添加してもＰとの複合添加による効果は飽和してそれ以上に疲労特性は改善されず、むしろＰとＣｒの結合によって生成する脆弱な化合物やクラスタ発生源となって延性や化成処理性を低下させるので、Ｃｒ含有量の上限は1.00％とする必要がある。
Ｓｉ：0.1％以下（0％を含む）
Ｓｉは、脱酸性元素としての作用する他、熱延後におけるγ（オーステナイト）からα（フェライト）への変態を促進し、更にはα中に固溶している炭素をγ中へ放出させてマルテンサイトを生成し易くする作用を有している。しかし少量含まれているだけでも酸化物の生成によって表面性状を悪化させ、表面疵の原因となる。この表面疵は疲労特性の劣化の原因にもなる。そこで本発明では、Ｓｉ含有量を0.1％以下に抑える必要があり、好ましくは0.05％以下である。
本発明に係る熱延鋼板は、必須成分として、Ｃ：0.03〜0.15％、Ｍｎ：0.5〜2％、Ａｌ：0.01〜0.1％、Ｐ：0.030超〜0.08％およびＣｒ：0.3〜0.08％、を夫々含有し、且つ、Ｓ：0.02％以下（0％を含む）、Ｓｉ：0.1％以下、に夫々抑制したものであり、残部はＦｅおよび不可避不純物（例えば、ＭｇやＺｒ，Ａｓ，Ｓｅなど）からなるが、更に他の元素として、
（ａ）Ｎｉ：0.1〜1％および／またはＣｕ：0.1〜1％、
（ｂ）Ｃｏ：0.01〜1％、
（ｃ）Ｃａ：0.005％以下（0％を含まない）、
（ｄ）Ｎｂ：0.01〜0.3％、Ｔｉ：0.01〜0.3％、Ｖ：0.01〜0.5％、Ｍｏ：0.05〜1％、および、Ｂ：0.0003〜0.01％のいずれか１種以上、
等を含むものであってもよい。これらの範囲を定めた理由は次の通りである。
（ａ）Ｎｉ：0.1〜1％および／またはＣｕ：0.1〜1％
Ｎｉは、溶接性を阻害することなく焼入れ性と靭性を向上させる元素である。こうした作用を有効に発揮させるには、少なくとも0.1％添加することが好ましく、より好ましくは0.3％以上である。但し、多量に添加するとコスト高となるので、上限は1％とすることが好ましい。より好ましくは0.5％以下である。
これに対しＣｕは、固溶強化や析出強化に有効な元素であり、伸びフランジ性を損なうことなく鋼板を強化するうえで有効な元素である。また通常のＣｕを添加すると疲労特性も向上する。こうした作用を有効に発揮させるには、少なくとも0.1％添加することが好ましく、より好ましくは0.3％以上である。しかし過剰に添加してもその効果は飽和するだけでコスト高となるので、上限は1％とすることが好ましい。
これらの元素は単独で使用しても良いが、Ｃｕを添加する場合には熱間脆性を避けるためにＮｉを複合添加することが好ましい。ＣｕとＮｉを併用添加する際には、Ｎｉの添加量をＣｕと等量〜Ｃｕの１／３程度とすることが好ましい。
（ｂ）Ｃｏ：0.01〜1％
Ｃｏは、一般的には焼入れ性を低下させる元素であり、デュアルフェイズ鋼（変態組織鋼）に添加されることは稀である。しかし本発明に係る熱延鋼板では、ＰとＣｒを複合添加しているため、ポリゴナルフェライトの清浄化作用により延性を改善する効果を発揮する。こうした作用を有効に発揮させるためには、0.01％以上添加することが好ましい。但し、過剰に添加してもその効果は飽和し、コスト高となるので、上限は1％とする。より好ましくは0.5％以下である。
（ｃ）Ｃａ：0.005％以下（0％を含まない）
Ｃａは、硫化物系介在物の形態を制御する元素であり、硫化物系介在物の形態を球状化することにより鋼板の延性（特に、伸びフランジ性）を高める。こうした作用は少量の添加でも充分に発揮されるが、過剰に添加すると、その効果が飽和するだけでなく鋼板の清浄度を低下させるので、0.005％以下に抑えることが好ましい。
また、硫化物系介在物の形態は、Ｃａに代えてＲＥＭを添加することによっても制御できるので、必要に応じてＲＥＭを添加しても構わない。この場合、ＲＥＭの含有量は0.01％以下とすることが好ましく、より好ましくは0.005％以下である。
（ｄ）Ｎｂ：0.01〜0.3％、Ｔｉ：0.01〜0.3％、Ｖ：0.01〜0.5％、Ｍｏ：0.05〜1％およびＢ：0.0003〜0.01％のいずれか１種以上
Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、ＭｏおよびＢは、いずれも焼入れ性の向上に寄与する元素であり、特にＶとＭｏは、焼入れ性向上に加えて析出強化することで強度増加に寄与する。こうした作用を有効に発揮させるためには、Ｖは0.01％以上、Ｍｏは0.05％以上添加することが好ましい。但しＶやＭｏは、ＣｒよりもＰと結合し易いため、これらの元素を過剰に添加すると、ＰとＣｒとの複合添加作用を却って阻害し、ひいては過度の析出強化によって延性を著しく劣化させる原因となる。そのためＶの上限は0.5％、Ｍｏの上限は1％とすることが好ましい。より好ましくはＶ：0.2％以下、Ｍｏ：0.5％以下である。
これに対しＢは、焼入れ性を向上させ、デュアルフェイズ鋼を得るのに有効に作用する元素である。この作用を発揮させるためには、0.0003％以上添加することが好ましい。しかし過剰に添加するとその効果が飽和するだけでなく、却って延性が低下するので、その上限は0.01％とすることが好ましい。より好ましくは0.002％以下である。
他方、ＮｂとＴｉは、高価な元素であり、コスト面を考慮すると添加は避けるべきであり、特に本発明の熱延鋼板では、ＰとＣｒとＳｉをバランス良く添加しているため、ＮｂやＴｉを添加しなくとも所望の効果が得られる。しかしコスト面を考慮しないのであれば、更なる添加元素としてＮｂやＴｉを含有させてもいっこうに構わない。
ＮｂやＴｉは、析出強化元素または焼入れ性向上元素として作用し、強度増加に寄与する。こうした作用を有効に発揮させるためには、Ｎｂは0.01％以上、Ｔｉは0.01％以上添加することが好ましい。より好ましくはＮｂ：0.02％以上、Ｔｉ：0.05％以上である。但しＮｂやＴｉは、上記ＶやＭｏ、Ｂと同様に、ＣｒよりもＰと結合し易いため、これらの元素を過剰に添加すると、ＰとＣｒとの複合添加作用を却って阻害し、ひいては過度の析出強化によって延性を著しく劣化させる原因となる。そのためＮｂの上限は0.3％、Ｔｉの上限は0.3％とすることが好ましい。より好ましくはＮｂ：0.1％以下、Ｔｉ：0.2％以下である。
なお、ＮｂやＴｉ、Ｖ、Ｍｏ、Ｂの合計含有量は、下記式に示す通り、原子当量比で、Ｃｒの含有量を超えない範囲に調整することが好ましい。ＰとＣｒとの複合添加作用を有効に発揮させるためである。但し、下記式における各元素記号は、各元素の含有量（質量％）を示す。
（Ｎｂ／９２．９＋Ｔｉ／４７．９＋Ｖ／５０．９＋Ｍｏ／９５．９＋Ｂ／１０．８）＜Ｃｒ／５２
本発明に係る熱延鋼板は上記要件を満足すればよく、その製法は特に限定されないが、確実に製造できる方法の一例について説明する。
鋼板組織をポリゴナルフェライトを主相とし、第二相としてマルテンサイトを生成させると共に、当該第二相の体積分率を3〜20％の範囲に調整するには、特に、熱間圧延後の冷却を中間空冷を挟んで２段階で行なうことが好ましい。即ち、熱間圧延の仕上温度、仕上温度から中間空冷温度までの冷却速度（以下、「一次冷却速度」と称することがある）、中間空冷温度（即ち、一次冷却停止温度）、中間空冷時間、中間空冷終了温度から巻取温度までの冷却速度（以下、「二次冷却速度」と称することがある）、巻取温度、等を適切に制御することが望まれる。以下、具体的に説明する。
熱間圧延条件は特に限定されず、従来通り800〜1100℃程度で行なえばよいが、仕上温度は800〜950℃程度とする。仕上温度が800℃程度未満では圧延中に２相域となって組織が不均一となり、仕上温度が950℃程度を超えるとオーステナイト粒が粗大となり、フェライトの析出が抑制されて充分なフェライト量を確保し難くなる。
熱間圧延後の冷却は、中間空冷を挟んで２段階で行なうことが好ましい。中間空冷を挟むことにより、金属組織をフェライトとマルテンサイトの２相にすることができる。このとき一次冷却停止温度（つまり、中間空冷温度）は650〜700℃程度とすることが好ましく、中間空冷時間は3〜20秒程度とすることが望ましい。中間空冷温度が650℃程度未満ではフェライト変態が充分に進行せず、一方700℃程度超となるとオーステナイトへの炭素濃化が充分に進まない。また中間空冷が3秒程度未満ではフェライト変態が充分に進行せず、これに対し20秒程度を超えるとパーライト変態を抑制することが難しくなる。
なお、仕上温度から中間空冷温度までの冷却速度（一次冷却速度）は、20〜100℃／秒程度とすることが好ましい。一次冷却速度が20℃／秒程度未満では粗大なフェライトが生じ、100℃／秒程度を超えると均一な冷却が困難になるために結果として組織が不均一となる。
中間空冷終了温度から巻取温度までの冷却速度（二次冷却速度）は、20℃／秒程度以上とすることが好ましい。20℃／秒程度未満ではパーライト変態やベイナイト変態の抑制ができない。
巻取温度は350℃〜室温程度とすることが好ましい。350℃程度を超えると第２相をマルテンサイトとすることができない。
本発明に係る熱延鋼板は、高強度であるにも拘わらず、加工性・疲労特性・表面性状の何れの特性にも優れているため、例えばホイールや足回り部品など自動車部品用の素材として好適に用いることができる。
以下、本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更して実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
表１に示す成分組成の鋼を溶製してスラブとした後、1200℃で熱間圧延した。熱間圧延の仕上温度を表２に示す。熱間圧延後、中間空冷を挟んで２段階で冷却し、表２に示す温度で巻き取り、厚さが3.2ｍｍの熱延鋼板を得た。このときの熱間圧延の仕上温度から一次冷却停止温度までの冷却速度（一次冷却速度）、一次冷却停止温度、中間空冷時間および中間空冷終了温度から巻取温度までの冷却速度（二次冷却速度）を表２に示す。
Figure 2005206864
Figure 2005206864
得られた熱延鋼板を酸洗した後、各種試験片を切り出し、引張試験、疲労試験および組織観察をした。
引張試験の試験片としてはＪＩＳ規格の５号引張試験片を用い、降伏強度（ＹＳ）、引張強度（ＴＳ）、全伸び（Ｅｌ）を測定した。測定結果を表３に示す。また引張試験の結果から、引張強度（ＴＳ）×全伸び（Ｅｌ）の値を算出し、この値によって熱延鋼板の加工性を評価した。ＴＳ×Ｅｌの値が18000を超えるものを合格とする。ＴＳ×Ｅｌの値を表３に示す。
疲労試験の試験片としてはＪＩＳ規格の５号引張試験片を用い、両振り平面曲げ疲労試験にて5×106回の加振で未破断の最大応力（σw）を測定した。測定結果を表３に示す。疲労特性は、測定した最大応力（σw）と前記引張試験で測定した引張強度（ＴＳ）との比（σw／ＴＳ）で評価した。比が0.50を超えるものを合格とする。比の値を表３に示す。
鋼板の組織は走査型電子顕微鏡を用いて観察し、上述した手順で全組織に占めるマルテンサイトの体積分率を算出した。算出したマルテンサイトの体積分率を表３に示す。なお、第三相としてベイナイト等も若干観察されたが、第三層の体積分率は3％未満であり、残部はポリゴナルフェライトであった。
表面性状は、得られた熱延鋼板を目視観察し、表面疵（スケール疵）の有無で評価した。評価基準は次の通りであり、評価結果を表３に示す。
［評価基準］
○：スケール疵が認められない
△：部分的にスケール疵が認められる
×：ほぼ全面にスケール疵が認められる
Figure 2005206864
表３から次の様に考察できる。No.1〜19は、本発明で規定する要件を満たす例であり、加工性と疲労特性に優れており、且つ表面性状も良好な高強度熱延鋼板である。一方、No.20〜25は、本発明で規定する何れかの要件を外れる例であり、加工性、疲労特性および表面性状の何れかの特性が劣っている。
ＳｉとＰの含有量が、鋼板の表面性状に及ぼす影響について評価した結果を示すグラフである。 ＰとＣｒの含有量が、鋼板の加工性と疲労特性に及ぼす影響について評価した結果を示すグラフである。

Claims (6)

  1. 質量％で、
    Ｃ ：０．０３〜０．１５％、
    Ｍｎ：０．５〜２％、
    Ａｌ：０．０１〜０．１％、を夫々含み、
    Ｓ ：０．０２％以下（０％を含む）であり、
    金属組織はポリゴナルフェライトを主相とし、
    第二相としてマルテンサイトを含む鋼板において、
    Ｐ ：０．０３０超〜０．０８％、
    Ｃｒ：０．３〜１．００％、
    Ｓｉ：０．１％以下（０％を含む）を満たし、残部がＦｅおよび不可避不純物からなることを特徴とする加工性、疲労特性および表面性状に優れた高強度熱延鋼板。
  2. 前記マルテンサイトの体積分率が３〜２０％である請求項１に記載の高強度熱延鋼板。
  3. 前記鋼板は、更に他の元素として、Ｎｉ：０．１〜１％および／またはＣｕ：０．１〜１％を含むものである請求項１または２に記載の高強度熱延鋼板。
  4. 前記鋼板は、更に他の元素として、Ｃｏ：０．０１〜１％を含むものである請求項１〜３のいずれかに記載の高強度熱延鋼板。
  5. 前記鋼板は、更に他の元素として、Ｃａ：０．００５％以下（０％を含まない）を含むものである請求項１〜４のいずれかに記載の高強度熱延鋼板。
  6. 前記鋼板は、更に他の元素として、
    Ｎｂ：０．０１〜０．３％、
    Ｔｉ：０．０１〜０．３％、
    Ｖ ：０．０１〜０．５％、
    Ｍｏ：０．０５〜１％、および、
    Ｂ ：０．０００３〜０．０１％、のいずれか１種以上を含むものである請求項１〜５のいずれかに記載の高強度熱延鋼板。
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