JP2005298964A - 穴拡げ性に優れた高強度高延性薄鋼板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 引張り強度が８５０ＭＰａ以上の高強度薄鋼板の穴拡げ性および延性を同時に改善した高強度薄鋼板およびその製造方法を提供する。
【解決手段】 質量％で、Ｃ：０．００１〜０．３％、Ｓｉ：０．００１〜０．６％、Ｍｎ：０．０１〜３％、Ａｌ：０．００１〜４．０％、Ｍｏ：０．００１〜１．０％、Ｐ：０．０００１〜０．３％、Ｓ：０．０００１〜０．１％、Ｂ：０．０００１〜０．００５０％、Ｎ：０．０００１〜０．００７０％を含有し、鋼のミクロ組織の占積率が、体積分率でフェライト相を２０％以上、ベイナイト相を１０％以上、マルテンサイト相を５％以上、残留オーステナイト相を５％以下から構成され、引張り強度が８５０ＭＰａ以上であることを特徴とするとする穴拡げ性に優れた高強度高延性薄鋼板およびその製造方法を得る。
【選択図】 なし

Description

本発明は、建材、家電製品、自動車などに適する穴拡げ性および延性に優れ、引張強度が８５０ＭＰａ以上の高強度薄鋼板およびその製造方法に関する。

近年、特に自動車車体において燃費向上や耐久性向上の観点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これら部材用鋼板の高強度化が望まれている。実際、自動車の衝突安全に関しては規制がＮ−ＣＡＰに代表される如く年々厳しくなっている。この様な背景から、これまで７８０ＭＰａ級の高強度鋼板を使用する動きが活発であった。

しかし、更なる規制の厳化に耐え得るには高強度引張り強度にして９８０ＭＰａ級クラスの鋼板が、特に側面衝突対応としてシート部材や一部レインフォースなどの部材には必要と考えられる。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、穴拡げ性および衝突時のエネルギー吸収性などが、大きな問題となるため、これらに対する対策が必要となる。

穴拡げ性と延性とは相反する特性であるものの個々の特性向上については、以下のような対策が各々講じられている。たとえば、穴拡げ性については、ＣＡＭＰ−ＩＳＩＪ ｖｏｌ．１３（２０００）ｐ．３９１（非特許文献１）にあるように、主相をマルテンサイトとしてその体積率を増加させる事で９８０ＭＰａ以上の引張り強度での穴拡げ性向上が可能である事が開示されている。

しかし、マルテンサイトが主相である事から延性が低く、穴拡げと延性を両立させるために、Ｓｉ添加としている。ここでＳｉ添加量も１％を超えることから、冷延鋼板では使用時に必要な化成・電着塗装性は明かに劣化する。さらには、熱処理として水焼入れが必要なことから、水焼き入れしない熱処理パターンに比べて板形状が悪くなる事は避けられない。

また、ＣＡＭＰ−ＩＳＩＪ ｖｏｌ．１３（２０００）ｐ．３９５（非特許文献２）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、さらには張り出し性形成性についても、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面積率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。しかし、鋼板としての延性についての言及は無く、さらには、これらについても１％を超えるＳｉ添加であることから化成・電着塗装性劣化の問題が残る。

ＣＡＭＰ−ＩＳＩＪ ｖｏｌ．１３（２０００）ｐ．３９１ ＣＡＭＰ−ＩＳＩＪ ｖｏｌ．１３（２０００）ｐ．３９５

本発明は、上記課題を解決し、引張り強度が８５０ＭＰａ以上で主には９８０ＭＰａ級の高強度鋼板の穴拡げ性および延性を同時に改善した高強度薄鋼板およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、種々検討を行った結果、引張り強度を８５０ＭＰａ以上で主には９８０ＭＰａ級以上の領域で穴拡げ性および延性を同時に改善する手法として、鋼板成分およびミクロ組織構成を規定することで、８５０ＭＰａ以上の高強度を保ちつつ穴拡げ性および延性を確保できることを見出した。
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：０．００１〜０．３％、Ｓｉ：０．００１〜０．６０％、Ｍｎ：０．０１〜３％、Ａｌ：０．００１〜４．０％、Ｍｏ：０．００１〜１．０％、Ｐ：０．０００１〜０．３％、Ｓ：０．０００１〜０．１％、Ｂ：０．０００１〜０．００５０％、Ｎ：０．０００１〜０．００７０％を含有し、鋼のミクロ組織の占積率が、体積分率でフェライト相を２０％以上、ベイナイト相を１０％以上、マルテンサイト相を５％以上、残留オーステナイト相を５％以下から構成され、引張り強度が８５０ＭＰａ以上であることを特徴とするとする穴拡げ性に優れた高強度高延性薄鋼板。

（２）質量％で、Ｃ：０．０３〜０．２０％、Ｓｉ：０．００１〜１．０％、Ｍｎ：０．０１〜３％、Ｐ：０．００１０〜０．１％、Ｓ：０．００１０〜０．０５％、Ａｌ：０．３〜２．０％、Ｍｏ：０．０１〜５．０％を含有し、Ｔｉ：０．００１〜０．５％、Ｎｂ：０．００１〜０．５％、Ｂ：０．０００１〜０．００５０％、Ｃｒ：０．０１〜５％の１種又は２種以上を含有し、ミクロ組織が、フェライトを面積率で３０％以上含有し、引張り強度が８５０ＭＰａ以上であることを特徴とする穴拡げ性および延性に優れた高強度鋼板。

（３）質量％で、Ｂ／１１＋（Ａｌ／２７−Ｏ／１６）−Ｎ／１４＞０を満たすことを特徴とする前記（１）または（２）に記載の穴拡げ性に優れた高強度高延性薄鋼板。
（４）鋼のミクロ組織において、フェライト相の平均粒径が３０μｍ以下であることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の穴拡げ性に優れた高強度高延性薄鋼板。
（５）鋼が、さらに質量％で、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａの１種または２種以上を合計で０．００１〜０．５０％含有することを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれか１項に記載の穴拡げ性に優れた高強度高延性薄鋼板。

（６）鋼が、さらに質量％で、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｗの１種または２種以上を合計で０．００１〜５％含有することを特徴とする前記（１）〜（５）の何れか１項に記載の穴拡げ性に優れた高強度高延性薄鋼板。
（７）鋼が、さらに質量％で、Ｙ、Ｒｅｍ、Ｃａ、Ｍｇの１種又は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項に記載の穴拡げ性に優れた高強度高延性薄鋼板。

（８）前記（１）〜（７）のいずれか１項に記載の高強度高延性薄鋼板を製造する方法であって、（１）〜（３）、（５）〜（７）の何れか１項に記載の鋼板の成分からなる鋳造スラブを鋳造ままもしくは一旦冷却した後に１１５０〜１２５０℃に再度加熱し、８００〜９５０℃で熱延を終了させた後平均冷速で５〜２００℃／ｓにて５５０℃以下に冷却して、５５０℃以下で巻取った熱延鋼板を酸洗後冷延し、その後、Ａｃ₁（℃）以上Ａｃ₃＋５０（℃）以下の温度域で１０秒〜３０分焼鈍した後に、０．１〜２０℃／秒の平均冷却速度で７５０〜６００℃の温度域まで冷却し、引き続き２０〜２００℃／秒の平均冷却速度で４５０〜２５０℃の温度まで冷却したのちその温度域で１００秒超３０００秒未満保持した後、室温まで冷却することを特徴とする穴拡げ性に優れた高強度高延薄性鋼板の製造方法。

（９）前記（１）〜（７）の何れか１項に記載の高強度高延性薄鋼板を製造する方法であって、（１）〜（７）の何れか１項に記載の成分からなる鋳造スラブを直接または一旦冷却した後に再度加熱し、熱延を仕上げ温度で８５０℃〜９７０℃にて終了し、その後５５０℃以下の温度域まで平均で１０〜１００℃／ｓで冷却した後５５０℃以下で巻取った熱延鋼板を酸洗後冷延し、その焼鈍時の最高温度が０．１×（Ａｃ₃−Ａｃ₁）＋Ａｃ₁（℃）以上０．８×（Ａｃ₃−Ａｃ₁）＋Ａｃ₁（℃）以下で焼鈍した後に、平均で０．１〜１００℃／秒の冷却速度で４００℃以下の温度域に冷却し、引き続いて同温度域で１秒〜１０００秒保持を行うことを特徴とする穴拡げ性および延性に優れた高強度鋼板の製造方法にある。

本発明の高強度薄鋼板は穴拡げおよび延性が共に良好であり、自動車骨格やその補強部材を初めとして建材、家電製品等の用途に極めて有効である。

以下、本発明を詳細に説明する。
発明者らは、各合金元素を添加した鋼塊を溶製し、鋳造まま又は一旦冷却した後に再度加熱し、熱延後巻取った熱延鋼板を酸洗後冷延し、その後焼鈍し、冷延焼鈍板を作成した。その鋼板について、ミクロ組織観察、鉄鋼連盟規定の穴拡げ試験、ＪＩＳに準拠した引張り試験を行い、各特性を比較評価した。その結果、最終的に得られるミクロ組織制御により８５０ＭＰａ以上の引張り強度を得、穴拡げ性および延性に優れた高強度鋼板が製造可能なことを見出した。

鋼板の好ましいミクロ組織について述べる。
穴拡げ性を十分に確保するためには一般的には主組織をベイナイト相（ベイナイトともいう）またはベイニティックフェライトまたはマルテンサイト単相とするのが有効である。しかし、この様な硬質相を増やすと延性が劣化してしまう。一方、比較的軟質のフェライト相（フェライトともいう）を増やすと延性は向上する傾向にあるものの強度確保や穴拡げ性確保には適さない。したがって、これらの各ミクロ組織を化成・電着性を劣化させず、加えて連続焼鈍工程で水焼入れなどの板形状悪化が懸念されるような処理無しに上手くバランスさせる事が強度−穴拡げ性−延性を十分なレベルに確保するには重要である。

すなわち、各ミクロ組織の占積率を、体積分率で軟質のフェライト相を２０％以上、ベイナイト相を１０％以上、マルテンサイト相（マルテンサイトともいう）を５％以上、残留オーステナイト相（残留オーステナイトともいう）を５％以下とする事で、良好な材質が得られる。フェライトとマルテンサイトのバランスで強度−延性を、ベイナイトとマルテンサイトのバランスで強度−穴拡げ性を確保するものである。ここで、残留オーステナイトは延性確保には効力があるが、穴拡げ向上には効果が小さく、むしろ劣化させる傾向にある事から、３％未満である事が望ましい。０％であることが最も好ましい。

例えば、引張強度で９８０〜１１８０ＭＰａ級の強度を確保しつつ、良好な穴拡げ−延性バランスを得るためには、フェライトを２０〜７０％、ベイナイトを２０〜６０％、マルテンサイトを５〜２０％、残留オーステナイトを３％未満とすることが望ましい。
さらに、主相である軟質のフェライトの体積分率が比較的高いことは延性向上に、細粒である事は強度−穴拡げ性バランス向上に有効である。このため、フェライトの平均粒径の上限を３μｍとした。また、上記の他にミクロ組織の残部組織として、炭化物、窒化物、硫化物、酸化物などの１又は２種以上を体積分率で１％以下含有する場合も本発明に含まれる。

なお、上記ミクロ組織の各相、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占積率の測定は、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倍〜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占積率および主相の平均粒径を求めることができる。また、フォーマスタなどによる膨張・収縮曲線から各相変態挙動調査から各ミクロ組織の占積率を求める事も出来る。なお、ミクロ組織の各相の合計は１００％となるが、炭化物、酸化物、硫化物等の光学顕微鏡や膨張曲線では観察・同定ができない相については主相の面積率に含めている。

次に、本発明における鋼板成分の好適な範囲の限定理由について述べる。
Ｃは、良好な材質バランスを確保するために重要な添加元素である。フェライト、ベイナイトおよびマルテンサイトの分率制御に最も重要な添加元素である。強度確保のために０．００１％以上の添加とし、９８０ＭＰａ以上を狙う場合には０．１％以上の添加が望ましい。一方、添加量が増加すると穴拡げ性の劣化を招くため０．３％以下とした。９８０〜１１８０ＭＰａ級の強度レベルでの穴拡げ性および延性の良好なバランスを得ることや溶接性劣化を極力避けるためには０．１５％以下が望ましい。好ましくは、Ｃ：０．０５〜０．１５％とすることにより良好な延性−穴拡げ性バランスが得られる。

Ｓｉは、化成・電着性を劣化させるため低い事が望ましい。一方、強化因子であることから０．０１〜０．６％とした。しかしながら、精錬能力や原料組成などを考慮すると、０．０３％未満にすることは大幅なコストアップにつながる懸念がある。また、化成・電着性と特に考慮する場合には０．１％以下である事が望ましい。また、特に比較的多量のＡｌとの複合添加では、溶接品質確保点から、０．００１〜０．１％とすることが望ましい。

Ｍｎは、高強度化の目的で添加する。また、強度低下と材質劣化の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目的で添加する。これらのことから、０．０１質量％以上とした。一方では、穴拡げ性向上に寄与するベイナイト変態を遅滞させることから３質量％を上限とした。好ましくは、Ｍｎ：１．５〜３．０％とすることにより良好な強度−穴拡げ性バランスが得られる。

Ａｌは、脱酸元素に加えて、フェライトおよびベイナイトの制御の目的で添加する。フェライト促進による延性向上やベイナイト促進による穴拡げ性の向上に効果的である。このため、０．００１質量％以上の添加とした。一方、過剰添加はフェライトの過剰促進に伴うベイナイト分率の低下やマルテンサイトの過剰化を招き、穴拡げ性劣化を伴うだけでなく溶接性も損なうため４％を上限とした。また、特に９８０〜１１８０ＭＰａ級の強度レベルにおいて延性・穴拡げ性の良好なバランスを得るためには、０．２０％以上１．５％以下の添加が望ましい。また、特に高延性を得るためには０．７５％以上の添加が望ましい。

Ｍｏは、強度延性バランスを劣化させる炭化物やパーライトの生成を抑制する目的で添加する元素で、０．００１％以上とした。また、過剰添加は、フェライトやベイナイト生成を遅延させて延性劣化を招くことから、上限を５％、好ましくは１．０％とした。特に、連続焼鈍工程でのパーライトや炭化物析出を極力抑制するためには０．０５％以上の添加が望ましく、特に９８０〜１１８０ＭＰａ級の強度レベルにおいて延性・穴拡げ性の良好なバランスを得るためには０．３０％以下の添加が望ましい。一方、７００℃〜４００℃までの冷却速度が５０℃／ｓ以上の場合には低めの添加（０．１５％以下）でもかまわない。また、特に良好な穴広げ−延性バランスを得るためには０．０１％以上、好ましくは０．１％以上、０．３％以下の範囲が望ましい。

Ｐは、強化元素であり極低化は経済的にも不利であることから０．００１質量％、好ましくは０．０００１質量％を下限とした。また、多量添加では、溶接性や鋳造時や熱延時の製造性に悪影響を及ぼすため、０．３％、好ましくは０．１％を上限とした。更に好ましくは０．０３％以下が望ましい。
Ｓは、極低化は経済的に不利であることから、０．００１質量％、好ましくは０．０００１質量％を下限とし、また、０．１質量％、好ましくは０．０５％を上限としたのは、これを超える量の添加では、溶接性や鋳造時や熱延時の製造性に悪影響を及ぼすためである。

Ｂもまた、穴拡げ性および延性のバランスを良好に保つ上で必要添加元素である。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、穴拡げ性および延性のバランスを良好に有効ではある。しかし、その添加量が０．００５０質量％を超えるとその効果が飽和するばかりでなく、加工性が低下するため、これを上限とした。
Ｎは、Ｂの添加効果を発揮させる上で好ましい元素ではない。したがって、０．００７０％以下の添加とし、極低化は経済的に不利であることから、０．０００１質量％を下限とした。

Ｔｉは、微細な炭化物、窒化物または炭窒化物を形成して、鋼板の強化に有効である。また、Ｂとの複合添加により硬質フェライトを形成させるために特に有効であることから、０．００１質量％以上の添加とした。また、Ｂとの複合添加の場合には、０．０１％以上の添加が硬質フェライト形成には望ましい。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０．５質量％とした。また、特に良好な穴広げ−延性バランスを得るためには０．００５％以上０．０２０％以下の範囲が望ましい。

Ｎｂは、微細な炭化物、窒化物または炭窒化物を形成または固溶状にて、鋼板の強化に有効である。また、硬質フェライトを形成させるためには重要な添加元素であり、０．００１質量％以上の添加とし、０．０１％以上の添加が硬質フェライト形成には望ましい。 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０．５質量％とした。また、特に良好な穴広げ−延性バランスを得るためには０．００５％以上０．０２０％以下の範囲が望ましい。

前述に加えて、Ｂは、熱延板組織の微細均一化を促し、結果として焼鈍後の穴広げの向上に有効な元素である。このため、０．０００１％以上の添加とした。また、この効果は、Ｔｉとの複合添加時に特に効果的である。一方、過剰添加は延性劣化を招くことから上限を０．００５０％とした。また、特に良好な穴広げ−延性バランスを得るためには０．０００３％以上０．００２０％以下の範囲が望ましい。
Ｃｒは、硬質フェライトの形成および炭化物微細化を促すため、穴広げ性を向上させるのに有効な添加元素であるため、０．０１％以上の添加とした。また、過剰添加は延性低下を招くため上限を５％とした。また、特に良好な穴広げ−延性バランスを得るためには０．１％以上０．８％以下の範囲が望ましい。

Ｂ、Ａｌ、ＯおよびＮの関係：上述の様にＢ添加は本発明の重要な項目であり、この効果を十分発揮させるためには、ＢをＮとなるべく結合させない事が効果的である。したがって、Ｂよりも強い窒化物生成元素としてＯと結合していないＡｌ量およびＢ添加量との和がＮ量よりも大きいことがＢの効果を発揮させ材質バランス向上を図るためには重要であることからＢ／１１＋（Ａｌ／２７−Ｏ／１６）−Ｎ／１４＞０である事が望ましく、さらに、同式が０．０２以上の値であるとより良好な穴拡げ−延性バランスが得られる。

さらに、本発明が対象とする鋼は、強度のさらなる向上や組織の微細化を目的として強炭化物形成元素であるＮｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａの１種または２種を含有できる。これらの元素は、微細な炭化物、窒化物または炭窒化物を形成して、鋼板の強化にとって極めて有効であるため、必要に応じて１種または２種以上を合計で０．００１質量％以上の添加とした。一方で、延性劣化や残留オーステナイト中へのＣの濃化を阻害することから、１種または２種以上の合計添加量の上限として０．５０質量％とした。また、この中でもＢよりも強窒化物形成元素であるＮｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、ＴａはＢ添加効果の活用についても有効であり、経済性を考慮しつつ添加することは望ましい。

さらに、本発明が対象とする鋼は、強度のさらなる向上を目的としてＣｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｗの１種または２種以上を含有できる。
Ｃｒは、強化目的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、０．００１％以上の添加で効果を発現し、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｗの１種または２種以上の合計で５％を超える量の添加では、加工性に悪影響を及ぼすため、これを上限とした。

Ｎｉは、焼き入れ性の向上による強化目的で０．００１質量％以上の添加で効果を発現し、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｗの１種または２種以上の合計で５質量％を超える量の添加では、加工性、特にマルテンサイトの硬度上昇寄与して悪影響を及ぼすため、これを上限とした。
Ｃｕは、強化目的で０．０１質量％以上の添加で効果を発現し、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｗの１種または２種以上の合計で５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。

Ｃｏは、ベイナイト変態制御による強度延性バランスの向上のため、０．００１質量％以上の添加で効果を発現する。一方、高価な元素であるため多量添加は経済性を損なうため、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｗの１種または２種以上の合計で５質量％以下にすることが望ましい。
Ｗは、０．００１質量％以上の添加で強化効果が現れ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｗの１種または２種以上の合計で５質量％を超える量の添加では、加工性に悪影響を及ぼす。

Ｙ、Ｒｅｍ（Ｒａｒｅ Ｅａｒｔｈ Ｍｅｔａｌ）の略でＬａから始まるランタノイド系の元素を示す。工業的にミッシュメタルの形で添加されることがおおく、この場合には中でもＬａおよびＣｅの含有が主体となる）、Ｃａ、Ｍｇは、適量添加により介在物の形態制御、特に微細分散化の観点から、Ｙ，Ｒｅｍ，Ｃａ，Ｍｇの１種又は２種以上の合計で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Ｙ，Ｒｅｍ，Ｃａ，Ｍｇの１種又は２種以上の合計で０．５質量％を上限とした。また、この中でもＢよりも強窒化物形成元素であるＬａやＣｅはＢ添加効果の活用についても有効であり、製造性を考慮しつつ添加することは望ましい。不可避的不純物として、例えばＳｎなどがあるがこれら元素を０．０２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。

このような組織を有する穴拡げ性に優れた高強度高延性薄鋼板の製造方法について以下に説明する。
熱延後冷延・焼鈍して本発明の鋼板を製造する場合には、所定の成分に調整されたスラブを鋳造ままもしくは一旦冷却した後再加熱して熱延を行う。このときの再加熱温度は１１５０℃以上１２５０℃以下とすることが望ましい。再加熱温度が高温になると粗粒化や厚い酸化スケールが形成され、一方、低温加熱では圧延抵抗が高くなってしまう。また熱延後は、高圧デスケーリング装置や酸洗することなどで表面スケール削除を行うと製品での表面清浄がよくなり、めっき性に有利な傾向にある。

また、延性および穴広げ性の両立には熱延からの組織制御が重要で、熱延板組織を均一かつ微細にすることが連続溶融亜鉛めっき鋼板での延性および穴広げ性向上に大きな寄与を及ぼすことから熱延の仕上げ温度は８００〜９５０℃とし、さらに良好な材質を得るためには８５０℃〜９７０℃とした。仕上温度が９７０℃、好ましくは９５０℃を超えると、組織の粗大化や冷却中の変態制御性が難しくなるなどの問題が懸念される。
一方、８００℃未満、好ましくは８５０℃未満では、２相域圧延になる懸念があり、狙いゲージ厚み精度の確保が困難となる場合がある。

その後の冷却は、パーライト変態を抑制する目的で、平均冷速として５℃／ｓ以上とする。一方、速冷側は特別な冷却装置無しで可能な範囲として２００℃／ｓ以下とした。冷却停止は、ベイナイト生成温度域までとして、５５０℃以下とした。その後は、ベイナイトまたはマルテンサイト生成による熱延組織の均質化を図る目的で、５５０℃以下に巻き取る事とした。この熱延板の均質化はＢの添加効果と同様に穴拡げ性および延性の同じ確保に特に重要である。

一方では、冷延時の反力増加の問題からなるべく高温側で巻き取る事が望ましく、５００〜４００℃での巻取りが望ましい。良好な延性と孔拡げ性を得るためには、仕上げ後の冷速を１０〜１００℃／ｓとして５５０℃以下の温度域にまで冷却して５５０℃以下で巻き取ることで、層状パータイト組織の形成を抑制することが望ましい。その後、冷延は、最終板厚と冷延荷重の関係から設定される全圧下率は、４０％以上であれば再結晶・変態制御の点から十分で、最終的な鋼板の特性を劣化させない。

また、連続焼鈍工程の条件については、焼鈍温度が鋼の化学成分によって決まる温度Ａｃ₁及びＡｃ₃温度（例えば「鉄鋼材料学」：Ｗ．Ｃ．Ｌｅｓｌｉｅ著、幸田成康監訳、丸善Ｐ２７３）で、表現されるＡｃ₁（℃）未満の場合には、焼鈍温度で得られるオーステナイト量が少なく、最終的な鋼板中にベイナイトやマルテンサイトを残すことができない。このため、これを焼鈍温度の下限とした。また、焼鈍温度がＡｃ₃＋５０（℃）を超えると組織の粗大化や製造コストの上昇を招くために、焼鈍温度の上限をＡｃ₃＋５０（℃）とした。この温度での焼鈍時間は鋼板の温度均一化と再結晶やオーステナイト化の確保のために１０秒以上が必要である。しかし、３０分超では、効果が飽和するばかりでなくコストの上昇や組織の粗大化を招くのでこれを上限とした。

また、良好な組織分率を得るためには、0.１×（Ａｃ₁−Ａｃ₃）+Ａｃ₁〜0.８×（Ａｃ₁−Ａｃ₃）＋Ａｃ₁の温度域での焼鈍が望ましい。また、穴広げ性−延性のバランスをより良好にするためには０．２×（Ａｃ₃−Ａｃ₁）＋Ａｃ₁（℃）〜０．５×（Ａｃ₃−Ａｃ₁）＋Ａｃ₁（℃）の温度域で６０〜２００Ｓの範囲で焼鈍することが望ましい。

その後の一次冷却はオーステナイトからフェライト、ベイナイトおよびマルテンサイトへの変態を制御して、最適な組織分率を得るのに重要である。焼鈍に続く一次冷却速度を平均で０．１℃／秒未満にすることは、必要な生産ライン長を長くしたり、生産速度を極めて遅くするといった製造上のデメリットを生じるうえ冷却中に過剰にフェライトが生成したりパーライトが生成を促進する結果となるために、この冷却速度の下限を０．１℃／秒とした。一方、この一次冷却速度が２０℃／秒超の場合にはフェライト変態が十分に起こらず、硬質相が過剰になることから、これを上限とした。

一次冷却の停止温度については、６００℃未満であると過剰にフェライトが生成したりパーライトが生成を促進するため６００℃以上とし、７５０℃を超えると逆にフェライトが十分に制御・確保できないため、適正な一次冷却停止温度範囲として７５０〜６００℃とした。フェライト制御や生産ライン長の観点から一次冷却は、３〜１０℃／ｓで７００〜６５０℃の停止とすることが望ましい。これに続く二次冷却であるが、平均で２０℃／秒未満であるとパーライト生成の懸念があること、２００℃／秒超にすることは、パーライト抑制効果が飽和する事に加えて板形状悪化抑制および操業上困難であることから、２０〜２００℃／ｓとした。

さらには、オーステナイト相からフェライト相への変態をある程度抑しつつ、ベイナイトまたはベイニティックフェライト生成またはマルテンサイトの生成させるために、この冷却速度を０．１℃／秒未満にすることは、フェライトやパーライトの生成を促進して強度低下を招く懸念があることから、冷却速度の下限を０．１℃／秒とすることが好ましい。一方、冷却速度が１００℃／秒超の場合には最終的な鋼板中のマルテンサイト相などの硬質相が多量になってしまうことや、操業上困難なため、これを上限とすることが好ましい。また、冷却時には、少量のフェライト量をコントロールする目的で、焼鈍後一旦６００〜７５０℃の温度域まで穏冷したのちパーライトや炭化物析出を避けるため急冷する２段の冷却パターンを取ってもよい。

二次冷却の停止温度は２５０℃未満であるとマルテンサイト量過剰や板形状が悪化の懸念があることから２５０℃を下限とした。また、４５０℃を超えると、ベイナイト変態の制御性や炭化物析出の懸念があり、４５０℃を上限とした。ベイナイト変態や既に生成したマルテンサイトの焼戻しによる硬度調整から、二次冷却停止以降に２５０〜４５０℃の温度域で１００〜３０００秒の保持を行う。１００秒未満であると十分にベイナイト変態が生じず３０００秒を超えると炭化物析出による穴拡げおよび延性の低下が懸念される。

この二次冷却およびその後の保持をふくむ処理は、主にベイナイト変態の制御と大量の炭化物生成（パーライト組織を含む）の抑制が目的であり、二次平均冷速で３０〜１５０℃／ｓ、停止温度で２７０〜４００℃、保持時間で２００〜６００秒が望ましい条件である。また、冷却の時に、４００℃を超える温度域で穏冷されたり比較的長い時間停留されると、穴広げ性には有効な傾向にあるものの強度低下や延性低下をまねく懸念がるとことから平均冷速を確保しつつ４００℃以下の温度域まで冷却・停留することが好ましい。

一方、冷却停止温度の下限については、操業上、板形状の問題に加え、強度が上昇して結果として延性低下を招くため、２５０℃以上での停留が望ましい。また、特に延性を重視する場合には、冷却停止および停留は３５０℃以下の温度域が望ましい。
この停留時間としては、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、穴広げ性−延性のバランスをより良好にするためには２００〜４５０秒の停留が望ましい。

（実施例１）
以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。
表１に示すような組成の鋼板を、１１８０〜１２５０℃に加熱し、８００〜９５０℃で熱延を完了し、冷却後巻き取って、酸洗後、冷延して１．２ｍｍ厚とした。
その後、各鋼の成分（質量％）から下記式にしたがってＡｃ₁とＡｃ₃変態温度を計算により求めた。
Ａｃ₁＝７２３−１０．７×Ｍｎ％−１６．９×Ｎｉ％＋２９．１×Ｓｉ％＋１６．９ ×Ｃｒ％、
Ａｃ₃＝９１０−２０３×（Ｃ％）×１／２−１５．２×Ｎｉ％＋４４．７×Ｓｉ％＋ １０４×Ｖ％＋３１．５×Ｍｏ％−３０×Ｍｎ％−１１×Ｃｒ％−２０×Ｃｕ ％＋７００×Ｐ％＋４００×Ａｌ％＋４００×Ｔｉ％、

これらのＡｃ₁およびＡｃ₃変態温度から計算される焼鈍温度に５％Ｈ₂−Ｎ₂雰囲気中で昇温・保定したのち、０．１〜１００℃／秒の冷却速度範囲で２５０〜４５０℃の温度域で保持処理を行った。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、鉄鋼連盟規格に準拠して穴拡げ試験を行い、穴拡げ率を求めた。表２〜表３より、本発明鋼は、すべて８５０ＭＰａ以上の引張り強度を有し、低Ｓｉ含有でも穴拡げ・伸びバランスにも優れる。一方、本発明の範囲を満たさない比較例は、いずれも強度・穴拡げ・伸びバランスに劣る。また、本発明の請求項の範囲で製造した鋼板はミクロ組織も上述した組織になっており強度・穴拡げ・伸びバランスに優れている。

（実施例２）
表４に示すような組成の鋼板を１１００〜１２５０℃に加熱し、Ａｒ₃変態温度以上で熱延を完了し、巻き取った鋼帯を酸洗後、冷延して１．２ｍｍ厚とした。その後、各鋼の成分（質量％）から下記式にしたがってＡｃ₁とＡｃ₃変態温度を計算により求めた。
Ａｃ₁＝７２３−１０．７×Ｍｎ％−１６．９×Ｎｉ％＋２９．１×Ｓｉ％＋１６．９×Ｃｒ％、
Ａｃ₃＝９１０−２０３×（Ｃ％）×１／２−１５．２×Ｎｉ％＋４４．７×Ｓｉ％＋ １０４×Ｖ％＋３１．５×Ｍｏ％−３０×Ｍｎ％−１１×Ｃｒ％−２０×Ｃｕ ％＋７００×Ｐ％＋４００×Ａｌ％＋４００×Ｔｉ％、

これらのＡｃ₁およびＡｃ₃変態温度から計算される焼鈍温度に１０％Ｈ₂−Ｎ₂雰囲気中で昇温・保定したのち、０．１〜１５０℃／秒の冷却速度で２００〜４７０℃まで冷却し、引き続いて１〜３０００秒保持した後、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、鉄鋼連盟規格に準拠して穴拡げ試験を行い、穴拡げ率を求めた。
表５に製造条件、ミクロ組織、材質について示す。本発明の要件を満たす発明鋼は、延性、強度（引張り強度で８００ＭＰａ以上）、穴拡げ性に優れていることがわかる。一方、本発明の条件から外れる比較例は、穴拡げ性、延性が劣勢である。

特許出願人 新日本製鐵株式会社
代理人 弁理士 椎 名 彊 他１

Claims (9)

1. 質量％で、
   Ｃ ：０．００１〜０．３％、
   Ｓｉ：０．００１〜０．６０％、
   Ｍｎ：０．０１〜３％、
   Ａｌ：０．００１〜４．０％、
   Ｍｏ：０．００１〜１．０％、
   Ｐ ：０．０００１〜０．３％、
   Ｓ ：０．０００１〜０．１％、
   Ｂ ：０．０００１〜０．００５０％、
   Ｎ ：０．０００１〜０．００７０％、
   を含有し、鋼のミクロ組織の占積率が、体積分率でフェライト相を２０％以上、ベイナイト相を１０％以上、マルテンサイト相を５％以上、残留オーステナイト相を５％以下から構成され、引張り強度が８５０ＭＰａ以上であることを特徴とするとする穴拡げ性に優れた高強度高延性薄鋼板。
2. 質量％で、
   Ｃ ：０．０３〜０．２０％、
   Ｓｉ：０．００１〜１．０％、
   Ｍｎ：０．０１〜３％、
   Ｐ：０．００１０〜０．１％、
   Ｓ：０．００１０〜０．０５％、
   Ａｌ：０．３〜２．０％、
   Ｍｏ：０．０１〜５．０％を含有し、
   Ｔｉ：０．００１〜０．５％、
   Ｎｂ：０．００１〜０．５％、
   Ｂ：０．０００１〜０．００５０％、
   Ｃｒ：０．０１〜５％、
   の１種又は２種以上を含有し、ミクロ組織が、フェライトを面積率で３０％以上含有し、引張り強度が８５０ＭＰａ以上であることを特徴とする穴拡げ性および延性に優れた高強度鋼板。
3. 質量％で、Ｂ／１１＋（Ａｌ／２７−Ｏ／１６）−Ｎ／１４＞０を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の穴拡げ性に優れた高強度高延性薄鋼板。
4. 鋼のミクロ組織において、フェライト相の平均粒径が３０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の穴拡げ性に優れた高強度高延性薄鋼板。
5. 鋼が、さらに質量％で、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａの１種または２種以上を合計で０．００１〜０．５０％含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の穴拡げ性に優れた高強度高延性薄鋼板。
6. 鋼が、さらに質量％で、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｗの１種または２種以上を合計で０．００１〜５％含有することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の穴拡げ性に優れた高強度高延性薄鋼板。
7. 鋼が、さらに質量％で、Ｙ、Ｒｅｍ、Ｃａ、Ｍｇの１種又は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項に記載の穴拡げ性に優れた高強度高延性薄鋼板。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の高強度高延性薄鋼板を製造する方法であって、請求項１〜３、５〜７の何れか１項に記載の鋼板の成分からなる鋳造スラブを鋳造ままもしくは一旦冷却した後に１１５０〜１２５０℃に再度加熱し、８００〜９５０℃で熱延を終了させた後平均冷速で５〜２００℃／ｓにて５５０℃以下に冷却して、５５０℃以下で巻取った熱延鋼板を酸洗後冷延し、その後、Ａｃ₁（℃）以上Ａｃ₃＋５０（℃）以下の温度域で１０秒〜３０分焼鈍した後に、０．１〜２０℃／秒の平均冷却速度で７５０〜６００℃の温度域まで冷却し、引き続き２０〜２００℃／秒の平均冷却速度で４５０〜２５０℃の温度まで冷却したのちその温度域で１００秒超３０００秒未満保持した後、室温まで冷却することを特徴とする穴拡げ性に優れた高強度高延薄性鋼板の製造方法。
9. 請求項１〜７の何れか１項に記載の高強度高延性薄鋼板を製造する方法であって、請求項１〜７の何れか１項に記載の成分からなる鋳造スラブを直接または一旦冷却した後に再度加熱し、熱延を仕上げ温度で８５０℃〜９７０℃にて終了し、その後５５０℃以下の温度域まで平均で１０〜１００℃／ｓで冷却した後５５０℃以下で巻取った熱延鋼板を酸洗後冷延し、その焼鈍時の最高温度が０．１×（Ａｃ₃−Ａｃ₁）＋Ａｃ₁（℃）以上０．８×（Ａｃ₃ −Ａｃ₁）＋Ａｃ₁（℃）以下で焼鈍した後に、平均で０．１〜１００℃／秒の冷却速度で４００℃以下の温度域に冷却し、引き続いて同温度域で１秒〜１０００秒保持を行うことを特徴とする穴拡げ性および延性に優れた高強度鋼板の製造方法。