JP2006070339A - 耐二次加工割れ性，角筒成形性に優れた自動車用部材 - Google Patents
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Abstract
【課題】 加工性が良好な素材から作製され、角筒成形性，耐二次加工割れ性に優れた自動車用部材を提供する。
【解決手段】 完全非時効型で加工性に優れた冷延鋼板を素材とする自動車用部材である。下地鋼板は、C：0.001〜0.015質量％，Si：1.5質量％以下，Mn：0.1〜2.5質量％，P：0.15質量％以下，S：0.015質量％以下，sol.Al：0.01〜0.10質量％，Ti：(48／12×C＋48／32×S＋48／14N)〜0.10質量％，N：0.010質量％以下を含む組成に、Nb：0.01〜0.10質量%，V：0.01〜0.10質量%，Mo：0.01〜0.10質量%の一種又は二種以上を含有させている。
【選択図】 なし
【解決手段】 完全非時効型で加工性に優れた冷延鋼板を素材とする自動車用部材である。下地鋼板は、C：0.001〜0.015質量％，Si：1.5質量％以下，Mn：0.1〜2.5質量％，P：0.15質量％以下，S：0.015質量％以下，sol.Al：0.01〜0.10質量％，Ti：(48／12×C＋48／32×S＋48／14N)〜0.10質量％，N：0.010質量％以下を含む組成に、Nb：0.01〜0.10質量%，V：0.01〜0.10質量%，Mo：0.01〜0.10質量%の一種又は二種以上を含有させている。
【選択図】 なし
Description
本発明は、足回り部材，内板，構造部材の補強部品，オイルパン，ヘッドランプケース等として使用され、耐二次加工割れ性，角筒成形性に優れた自動車用部材に関する。
足回り部材，内板，構造部材の補強部品やオイルパン，ヘッドランプケース等の箱物部品を初めとする自動車用部材の素材には、深絞り，曲げ，張出し等を伴ったプレス加工で目標の製品形状に成形され、しかも優れた耐食性が要求されることから、深絞り用冷延鋼板が多用されている。入手容易，低コスト，完全非時効性も自動車部材用素材の要求特性である。
完全非時効性は、鋼板製造メーカから成形前ブランクを遠隔地に搬送又は輸送し、遠隔地で複雑形状にプレス加工する際、時効劣化に起因する加工トラブルを解消する上で重要な特性である。完全非時効性と共に優れた深絞り性も要求されることから、極低炭素Ｔｉ添加アルミキルド冷延鋼板が自動車用部材の代表的素材である。
完全非時効性は、鋼板製造メーカから成形前ブランクを遠隔地に搬送又は輸送し、遠隔地で複雑形状にプレス加工する際、時効劣化に起因する加工トラブルを解消する上で重要な特性である。完全非時効性と共に優れた深絞り性も要求されることから、極低炭素Ｔｉ添加アルミキルド冷延鋼板が自動車用部材の代表的素材である。
自動車用部材のうち、補強部品や箱物部品には角筒成形性も要求される。そのため深絞り性の指標となるランクフォード値（ｒ値）が高いだけでなく、ランクフォード値（ｒ値）の面内異方性（Δｒ値）が小さいことも重要となる。因みに、面内異方性（Δｒ値）が大きな素材を角筒成形すると、コーナー部に亀裂，破断等が発生しやすい。
ところで、海外展開を含む市場拡大やグローバルな競争が激化している最近の自動車産業界では、各種機能の高性能化，車体自体の高寿命化，燃費改善を狙った軽量化，衝突安全性等の向上が一層強く求められている。衝突安全性は乗員保護の観点から非常に重要視される傾向が強く、自動車部材用素材にも信頼性，安全性等、今まで求められなかった新しい概念・理念に基づく特性改善が要求されるようになってきた。
ところで、海外展開を含む市場拡大やグローバルな競争が激化している最近の自動車産業界では、各種機能の高性能化，車体自体の高寿命化，燃費改善を狙った軽量化，衝突安全性等の向上が一層強く求められている。衝突安全性は乗員保護の観点から非常に重要視される傾向が強く、自動車部材用素材にも信頼性，安全性等、今まで求められなかった新しい概念・理念に基づく特性改善が要求されるようになってきた。
自動車部材用素材に要求される特性のなかで特に注目されるものに、粒界破壊という独特な脆性破壊形態を示す二次加工割れがある。二次加工割れは、成形シミュレーション解析や実写衝突試験で明確に把握できないものの、車体の軽量化，高防錆化に併せて自動車部材用素材の薄肉化が進められているため最近特に重視されている。補強部品や箱物部品等の製品形状を出すプレス成形時、成形過程で縮み変形を受けた個所が逆方向に引張り変形すると粒界破壊を主体とする脆性破壊となって二次加工割れが発生する。
車両に組み込まれた状態で車両走行中に小石が衝突し、或いは縁石への乗上げや車両の衝突等によって衝撃が直接加わった場合にも、自動車用部材が脆性破壊（二次加工割れ）することがある。
微量のＢを添加することにより、加工性が多少劣化するものの耐二次加工割れ性が改善される（特許文献１）。しかし、複雑形状に加工されることが多い自動車部材用素材にあっては、加工性を損なうことなく耐二次加工割れ性を改善することが必要である。
特開平6-93376号公報
微量のＢを添加することにより、加工性が多少劣化するものの耐二次加工割れ性が改善される（特許文献１）。しかし、複雑形状に加工されることが多い自動車部材用素材にあっては、加工性を損なうことなく耐二次加工割れ性を改善することが必要である。
本発明は、加工性，角筒成形性，耐二次加工割れ性を両立させる合金設計を調査・検討する過程で見出された知見をベースとし、完全非時効性の成分系に適量のＮｂ，Ｖ，Ｍｏを添加して下地鋼の耐二次加工割れ性を改善し、複雑形状であっても加工割れ等の欠陥なく優れた角筒成形性で製品形状に加工でき、高品質の自動車用部材を提供することを目的とする。
本発明の自動車用部材は、Ｃ：０.００１〜０.０１５質量％，Ｓｉ：１.５質量％以下，Ｍｎ：０.１〜２.５質量％，Ｐ：０.１５質量％以下，Ｓ：０.０１５質量％以下，ｓｏｌ.Ａｌ：０.０１〜０.１０質量％，Ｔｉ：(４８／１２×Ｃ＋４８／３２×Ｓ＋４８／１４×Ｎ)〜０.１０質量％，Ｎ：０.０１０質量％以下及びＮｂ：０.０１〜０.１０質量％，Ｖ：０.０１〜０.１０質量％，Ｍｏ：０.０１〜０.１０質量％の一種又は二種以上を含み、完全非時効性で加工性に優れた冷延鋼板素材に使用している。
本発明では、時効起因の加工性低下を解消するため完全非時効型の成分系に、耐二次加工割れ性，角筒成形性の改善に有効な適量のＮｂ，Ｖ，Ｍｏの少なくとも一種を添加している。完全非時効型の成分系は、Ｃ，Ｎを低下すると共に、鋼中に固溶しているＣ，ＮをＴｉ系炭窒化物として固定している。この成分系に適量のＮｂ，Ｖ，Ｍｏの少なくとも一種を添加すると、ランクフォード値（ｒ値）の面内異方性（Δｒ値）が改善される結果、角筒成形性，耐二次加工割れ性に優れた自動車用部材が得られる。
以下、本発明で使用する冷延鋼板に含まれる合金成分，含有量等を説明する。
以下、本発明で使用する冷延鋼板に含まれる合金成分，含有量等を説明する。
・Ｃ：０.００１〜０.０１５質量％
完全非時効性を付与するため、可能な限りＣ含有量を低減すると共に、固溶炭素の固定に必要なＴｉの添加量を少なくするため、上限を０.０１５質量％に規制する。過剰のＣ含有は、Ｔｉで固定された炭化物が多量の微細析出物となってマトリックスに分散し、加工性を劣化させる。ただし、極端な低炭素化は現状製鋼段階での脱炭能力を勘案すると製造コストの上昇を招くので、下限を０.００１質量％とした。
完全非時効性を付与するため、可能な限りＣ含有量を低減すると共に、固溶炭素の固定に必要なＴｉの添加量を少なくするため、上限を０.０１５質量％に規制する。過剰のＣ含有は、Ｔｉで固定された炭化物が多量の微細析出物となってマトリックスに分散し、加工性を劣化させる。ただし、極端な低炭素化は現状製鋼段階での脱炭能力を勘案すると製造コストの上昇を招くので、下限を０.００１質量％とした。
・Ｓｉ：１.５質量％以下
固溶強化作用によって鋼材の強度を高め、加工性，酸洗性に悪影響を及ぼす成分であるので、可能な限り低減することが必要である。本成分系では１.５質量％（好ましくは、１.０質量％）を上限とした。
・Ｍｎ：０.１〜２.５質量％
連続鋳造時に割れ発生を抑制するため０.１質量％以上のＭｎが必要であるが、Ｍｎ含有量の増加に伴い加工性，表面性状が劣化する。そこで、０.１〜２.５質量％（好ましくは、０.１〜２.０質量％）の範囲でＭｎ含有量を選定する。
固溶強化作用によって鋼材の強度を高め、加工性，酸洗性に悪影響を及ぼす成分であるので、可能な限り低減することが必要である。本成分系では１.５質量％（好ましくは、１.０質量％）を上限とした。
・Ｍｎ：０.１〜２.５質量％
連続鋳造時に割れ発生を抑制するため０.１質量％以上のＭｎが必要であるが、Ｍｎ含有量の増加に伴い加工性，表面性状が劣化する。そこで、０.１〜２.５質量％（好ましくは、０.１〜２.０質量％）の範囲でＭｎ含有量を選定する。
・Ｐ：０.１５質量％以下
粒界偏析によって加工性を低下させる成分であり、酸洗性を劣化させて鋼板の表面性状にも悪影響を及ぼす。また、過剰量のＰが含まれると、Ｎｂ，Ｖ，Ｍｏの添加に拘わらずＰの中央偏析領域が拡張し、角筒成形性，耐二次加工割れ性が劣化する。そのため、本成分系ではＰ含有量を０.１５質量％以下（好ましくは、０.１２質量％以下）に規制する。
・Ｓ：０.０１５質量％以下
熱間加工性，冷間加工性に有害な元素であり、連続鋳造時にＭｎＳ起因の熱間脆化割れが頻発し、０.０１５質量％を超えると成形性が極端に低下する。Ｓは、加工性改善のために添加したＴｉをＴｉＳとして消費し、有効Ｔｉ量をも減少させる。そのため、可能な限りＳ含有量を低減することが好ましいので、上限を０.０１５質量％（好ましくは、０.０１２質量％）とした。
粒界偏析によって加工性を低下させる成分であり、酸洗性を劣化させて鋼板の表面性状にも悪影響を及ぼす。また、過剰量のＰが含まれると、Ｎｂ，Ｖ，Ｍｏの添加に拘わらずＰの中央偏析領域が拡張し、角筒成形性，耐二次加工割れ性が劣化する。そのため、本成分系ではＰ含有量を０.１５質量％以下（好ましくは、０.１２質量％以下）に規制する。
・Ｓ：０.０１５質量％以下
熱間加工性，冷間加工性に有害な元素であり、連続鋳造時にＭｎＳ起因の熱間脆化割れが頻発し、０.０１５質量％を超えると成形性が極端に低下する。Ｓは、加工性改善のために添加したＴｉをＴｉＳとして消費し、有効Ｔｉ量をも減少させる。そのため、可能な限りＳ含有量を低減することが好ましいので、上限を０.０１５質量％（好ましくは、０.０１２質量％）とした。
・sol.Ａｌ：０.０１〜０.１０質量％
製鋼段階で脱酸剤として添加される合金成分であり、十分な脱酸効果を得るためにsol.Ａｌとして０.０１質量％以上が必要である。しかし、０.１０質量％を超える過剰添加は鋼中のＡｌ系介在物を増加させ、加工時に割れが発生しやすくなる。そのため、sol.Ａｌが０.０１〜０.１０質量％（好ましくは、０.０１〜０.０７質量％）の範囲となるようにＡｌ添加量を選定する。
製鋼段階で脱酸剤として添加される合金成分であり、十分な脱酸効果を得るためにsol.Ａｌとして０.０１質量％以上が必要である。しかし、０.１０質量％を超える過剰添加は鋼中のＡｌ系介在物を増加させ、加工時に割れが発生しやすくなる。そのため、sol.Ａｌが０.０１〜０.１０質量％（好ましくは、０.０１〜０.０７質量％）の範囲となるようにＡｌ添加量を選定する。
・Ｔｉ：(４８／１２×Ｃ＋４８／３２×Ｓ＋４８／１４×Ｎ)〜０.１０質量％
Ｃ，Ｎを固定し完全非時効とする上で必要な成分であり、Ｓを硫化物として固定する作用も呈する。硫化物としてＳが固定されるので、Ｔｉ系の炭窒化物と相俟って自動車部材用素材の加工性を向上させる。そのため、Ｃ，Ｎ，Ｓの固定に必要な量（４８／１２×Ｃ＋４８／３２×Ｓ＋４８／１４Ｎ）以上にＴｉ添加量が設定される。性質改善効果はＴｉ含有量の増加に伴って顕著になるが、０.１０質量％で飽和し、それ以上添加しても鋼材コストを上昇させるだけである。好ましくは、(４８／１２×Ｃ＋４８／３２×Ｓ＋４８／１４×Ｎ＋０.０１)〜０.０８質量％の範囲でＴｉ含有量を選定する。
Ｃ，Ｎを固定し完全非時効とする上で必要な成分であり、Ｓを硫化物として固定する作用も呈する。硫化物としてＳが固定されるので、Ｔｉ系の炭窒化物と相俟って自動車部材用素材の加工性を向上させる。そのため、Ｃ，Ｎ，Ｓの固定に必要な量（４８／１２×Ｃ＋４８／３２×Ｓ＋４８／１４Ｎ）以上にＴｉ添加量が設定される。性質改善効果はＴｉ含有量の増加に伴って顕著になるが、０.１０質量％で飽和し、それ以上添加しても鋼材コストを上昇させるだけである。好ましくは、(４８／１２×Ｃ＋４８／３２×Ｓ＋４８／１４×Ｎ＋０.０１)〜０.０８質量％の範囲でＴｉ含有量を選定する。
・Ｎ：０.０１０質量％以下
Ｃと同様にＴｉ添加により炭窒化物として鋼中に固定されることにより完全非時効型になるが、Ｎ含有量が多いと生成する炭窒化物が増加して加工性を低下させる。製造コストが許す限りＮ含有量を低減することが加工性確保に有効なため、上限を０.０１０質量％（好ましくは、０.００５質量％）に規制する。
Ｃと同様にＴｉ添加により炭窒化物として鋼中に固定されることにより完全非時効型になるが、Ｎ含有量が多いと生成する炭窒化物が増加して加工性を低下させる。製造コストが許す限りＮ含有量を低減することが加工性確保に有効なため、上限を０.０１０質量％（好ましくは、０.００５質量％）に規制する。
・Ｎｂ，Ｖ，Ｍｏの一種又は二種以上：０.０１〜０.１０質量％
何れもランクフォード値（ｒ値）の面内異方性（Δｒ値）を改善し、角筒成形性を向上させると共に、粒界強化作用によって二次加工割れの起点や伝播経路となる粒界破壊が抑制される。耐二次加工割れ性の改善効果は、粒界結合力の改善に有効なＮｂ，Ｖ，Ｍｏの粒界偏析に起因しているものと推察され、０.０１質量％以上の添加でみられる。粒界偏析する理由は必ずしも明確でないが、Ｆｅ原子との原子半径差や粒界のＦｅ原子と電子的な結合力に依るものと考えられる。しかし、０.１質量％を超える過剰添加は、鋼材コストを上昇させるばかりでなく、加工性を劣化させ酸洗性，めっき品質に悪影響を及ぼす。好ましくは、０.０１〜０.０５質量％の範囲でＮｂ，Ｖ，Ｍｏの含有量を選定する。
何れもランクフォード値（ｒ値）の面内異方性（Δｒ値）を改善し、角筒成形性を向上させると共に、粒界強化作用によって二次加工割れの起点や伝播経路となる粒界破壊が抑制される。耐二次加工割れ性の改善効果は、粒界結合力の改善に有効なＮｂ，Ｖ，Ｍｏの粒界偏析に起因しているものと推察され、０.０１質量％以上の添加でみられる。粒界偏析する理由は必ずしも明確でないが、Ｆｅ原子との原子半径差や粒界のＦｅ原子と電子的な結合力に依るものと考えられる。しかし、０.１質量％を超える過剰添加は、鋼材コストを上昇させるばかりでなく、加工性を劣化させ酸洗性，めっき品質に悪影響を及ぼす。好ましくは、０.０１〜０.０５質量％の範囲でＮｂ，Ｖ，Ｍｏの含有量を選定する。
表１の組成をもつスラブを板厚：４.０ｍｍに熱間圧延し、焼鈍・酸洗後に板厚：１.０ｍｍまで冷間圧延し、８５０℃で連続焼鈍することにより冷延焼鈍板を製造した。
各冷延焼鈍板について、機械的性質，時効指数，耐二次加工割れ性を調査した。
〔機械試験〕
冷延焼鈍板からJIS Z2201の５号試験片を切り出し、室温で引張り試験し、０.２％耐力，引張強さ，全伸びを測定すると共に、深絞り性の指標であるランクフォード値（ｒ値），面内異方性（Δｒ値）を算出した。自動車用部材としての用途では、４０％以上の全伸び，１.５以上のランクフォード値，角筒成形性の観点から０.２以下の面内異方性（Δｒ値）が必要である。なお、面内異方性（Δｒ値）は、圧延方向のランクフォード値ｒL，圧延方向に直交する方向のランクフォード値ｒT，圧延方向に対して４５度方向のランクフォード値ｒDからΔｒ＝(ｒL−２ｒD＋ｒT)／２として求められる。
〔機械試験〕
冷延焼鈍板からJIS Z2201の５号試験片を切り出し、室温で引張り試験し、０.２％耐力，引張強さ，全伸びを測定すると共に、深絞り性の指標であるランクフォード値（ｒ値），面内異方性（Δｒ値）を算出した。自動車用部材としての用途では、４０％以上の全伸び，１.５以上のランクフォード値，角筒成形性の観点から０.２以下の面内異方性（Δｒ値）が必要である。なお、面内異方性（Δｒ値）は、圧延方向のランクフォード値ｒL，圧延方向に直交する方向のランクフォード値ｒT，圧延方向に対して４５度方向のランクフォード値ｒDからΔｒ＝(ｒL−２ｒD＋ｒT)／２として求められる。
〔時効指数〕
冷延焼鈍板から切り出したJIS Z2201の５号試験片に７.５％の引張り予歪みを付与した後、１００℃×３０分の時効処理を施し、降伏応力の変化と内部摩擦に基づいて算出した固溶Ｃ，Ｎ量との実験式に従って時効指数AIを求めた。自動車用部材としての用途では、ストレッチャ−ストレインや時効劣化を防止するため０.５Ｎ／ｍｍ2以下の時効指数AIが目標値とされる。
冷延焼鈍板から切り出したJIS Z2201の５号試験片に７.５％の引張り予歪みを付与した後、１００℃×３０分の時効処理を施し、降伏応力の変化と内部摩擦に基づいて算出した固溶Ｃ，Ｎ量との実験式に従って時効指数AIを求めた。自動車用部材としての用途では、ストレッチャ−ストレインや時効劣化を防止するため０.５Ｎ／ｍｍ2以下の時効指数AIが目標値とされる。
〔二次加工割れ試験〕
冷延焼鈍板から半径：９０ｍｍのブランクを打ち抜き、絞り比：３.２の三段階深絞り加工で直径：２８ｍｍ，高さ：４０ｍｍのカップ形状に成形した。成形されたカップをドライアイスで冷却した冷媒に浸漬し、先端角：６０度の円錐ポンチをカップの口に乗せた。油圧試験機を用いて円錐ポンチの平らな頂面を歪み速度１０-1で押し込み、種々の試験温度で静的二次加工割れを発生させ、二次加工割れ発生時の限界温度で静的な耐二次加工割れ性を評価した。また、２ｋｇの鉄球を円錐ポンチの平らな頂面に衝突させ、歪み速度１０2で押し込む落下型衝撃割れ試験により動的二次加工割れを発生させ、二次加工割れ発生時の衝撃限界温度で動的な耐二次加工割れ性を評価した。寒冷地を走行することが予想される自動車用の部材には、−４０℃以上で脆性破壊しないことが目標とされる。
冷延焼鈍板から半径：９０ｍｍのブランクを打ち抜き、絞り比：３.２の三段階深絞り加工で直径：２８ｍｍ，高さ：４０ｍｍのカップ形状に成形した。成形されたカップをドライアイスで冷却した冷媒に浸漬し、先端角：６０度の円錐ポンチをカップの口に乗せた。油圧試験機を用いて円錐ポンチの平らな頂面を歪み速度１０-1で押し込み、種々の試験温度で静的二次加工割れを発生させ、二次加工割れ発生時の限界温度で静的な耐二次加工割れ性を評価した。また、２ｋｇの鉄球を円錐ポンチの平らな頂面に衝突させ、歪み速度１０2で押し込む落下型衝撃割れ試験により動的二次加工割れを発生させ、二次加工割れ発生時の衝撃限界温度で動的な耐二次加工割れ性を評価した。寒冷地を走行することが予想される自動車用の部材には、−４０℃以上で脆性破壊しないことが目標とされる。
表２の調査結果にみられるように、本発明で規定した成分条件を満足する下地鋼を用いた冷延焼鈍板は、自動車用部材に要求される加工性，角筒成形性，耐二次加工割れ性何れの特性も満足している。しかも、時効起因の特性劣化が抑制されているので任意の時期に製品形状に成形加工できる高品質の自動車用部材として使用される。
他方、Ｎｂ，Ｖ，Ｍｏ無添加の鋼Ｎo.４は、角筒成形性，耐二次加工割れ性に劣っていた。Ｔｉ量が不足する鋼Ｎo.６は、時効指数AIに劣り、全伸びやランクフォード値（ｒ値）が低い値を示し、製品形状に加工した際に加工割れが発生しがちであった。
他方、Ｎｂ，Ｖ，Ｍｏ無添加の鋼Ｎo.４は、角筒成形性，耐二次加工割れ性に劣っていた。Ｔｉ量が不足する鋼Ｎo.６は、時効指数AIに劣り、全伸びやランクフォード値（ｒ値）が低い値を示し、製品形状に加工した際に加工割れが発生しがちであった。
以上に説明したように、完全非時効型の成分系に適量のＮｂ，Ｖ，Ｍｏを少なくとも一種を添加した冷延鋼板を素材に使用することにより、加工割れなく複雑形状に成形加工でき、角筒成形性，耐二次加工割れ性に優れた自動車用部材が得られる。しかも、従来の極低炭素Ｔｉ添加アルミキルド鋼に近い成分設計が可能なため、高品質の自動車用部材が安価に提供される。
Claims (1)
- Ｃ：０.００１〜０.０１５質量％，Ｓｉ：１.５質量％以下，Ｍｎ：０.１〜２.５質量％，Ｐ：０.１５質量％以下，Ｓ：０.０１５質量％以下，sol.Ａｌ：０.０１〜０.１０質量％,Ｔｉ：(４８／１２×Ｃ＋４８／３２×Ｓ＋４８／１４×Ｎ)〜０.１０質量％，Ｎ：０.０１０質量％以下及びＮｂ：０.０１〜０.１０質量％，Ｖ：０.０１〜０.１０質量％，Ｍｏ：０.０１〜０.１０質量％の一種又は二種以上を含み、残部が実質的にＦｅの組成をもつ冷延鋼板を素材とすることを特徴とする耐二次加工割れ性，角筒成形性に優れた自動車用部材。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2004257188A JP2006070339A (ja) | 2004-09-03 | 2004-09-03 | 耐二次加工割れ性，角筒成形性に優れた自動車用部材 |
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| JP2004257188A JP2006070339A (ja) | 2004-09-03 | 2004-09-03 | 耐二次加工割れ性，角筒成形性に優れた自動車用部材 |
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