JP3504561B2 - 降伏比が高く成形性に優れた高強度熱延鋼板 - Google Patents
降伏比が高く成形性に優れた高強度熱延鋼板Info
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Description
材の素材鋼板として好適な成形性に優れた高強度熱延鋼
板に関する。
上の観点から、自動車用鋼板の高強度薄肉化が広く進め
られている。自動車用部材の素材鋼板となる薄鋼板は、
多くはプレス成形により所定の部材に加工されるが、通
常、高強度化によって成形性は劣化するため、成形性に
優れた各種の高強度鋼板が開発されてきた。
め、求められる加工特性は適用される部材により異なる
が、高強度熱延鋼板に要求される成形性の指標としては
伸び(El)と伸びフランジ性(λ)が最も重要とな
る。伸びに優れた鋼板としては、近年、例えば特開平7
−252592号公報に開示されているように、残留オ
ーステナイトのTRIP(変態誘起塑性)現象を利用し
た鋼板が開発されており、強度−伸びバランス(TS×
El)で20000N/mm2 ・%以上が得られている。
性および低降伏比特性を兼ね備えた鋼板としては、例え
ば特開昭57−70257号公報に開示されているよう
に、フェライト−ベイナイト−マルテンサイトの3相か
らなる、いわゆるTri−phase鋼板が開発されて
いる。
留オーステナイトのTRIP現象を利用した鋼板は、強
度−伸びバランスは比較的良好であるものの、伸びフラ
ンジ性に関しては、穴拡げ率λ=40%程度であり、ユ
ーザーの要求するレベルには至っていない。なお、穴拡
げ率λは伸びフランジ性を表す尺度であり、穴径doの
初期穴に頂角60°の円錐パンチを装入して穴を押し拡
げ、亀裂が板厚を貫通する時点での穴径をdとしたと
き、λ=(d−do)×100/do(%)により求め
られる値である。
ランジ性および低降伏比特性に関しては、残留オーステ
ナイトを含有した鋼板に比較して優れているが、逆に強
度−伸びバランスが十分とは言えない。
かつ伸びフランジ性を改善する手段としては、例えば特
開平5−105986号公報などに、鋼にAlを0.1
0%以上添加する方法が提案されているが、Alを多量
に添加すると介在物起因による表面欠陥や延性の劣化が
問題となるため歩留が低下し、生産性に劣る場合があ
る。
で、従来鋼板を上回る強度−伸びバランスを有し、しか
も優れた伸びフランジ性を兼ね備えた高強度熱延鋼板を
提供することを目的とする。
決に際して、残留オーステナイトを含有する種々の熱延
鋼板のミクロ組織を調査したところ、強度−伸びバラ
ンスは従来の知見通り、残留オーステナイトの体積率と
比較的良い相関があり、残留オーステナイト体積率が高
いほど良好となること、しかし伸びフランジ性は残留
オーステナイト体積率が高くとも良好とは限らないこと
が判明した。
子の影響を調査したところ、伸びフランジ性は特にベイ
ナイトに大きく影響を受けることが明らかになった。こ
の結果を基にさらに調査を進め、残留オーステナイトを
含有した状態で、ある程度以上の量のベイナイトが含ま
れ、なおかつそのベイナイトの硬度が所定範囲内である
場合に限って、強度−伸びバランスを劣化させることな
く、伸びフランジ性を改善できることが見出された。
明の熱延鋼板は、重量%で、 C :0.05〜0.15%、 Si:0.5〜2.0%、 Mn:0.5〜2.0%、 P :0.05%以下、 S :0.010%以下、 Al:0.005〜0.10%未満 および残部Feおよび不可避不純物からなり、ミクロ組
織がフェライト、残留オーステナイトおよびベイナイト
の3相を面積率で98%以上とし、前記フェライト量V
(F)が60〜95面積%、前記残留オーステナイト量
V(γ)が3〜15体積%、および面積率で前記ベイナ
イト量V(B)がV(B)>1.5×V(γ)であり、
かつベイナイトの平均硬さが240〜400Hvであ
り、さらにフェライト平均粒径が5.0μm以下であ
る。
いて説明する。 C:0.05〜0.15% Cは残留オーステナイトおよびベイナイトを得るのに必
須の元素であるが、0.05%未満では所望の組織が得
られず、一方0.15%を越えて添加すると成形性、特
に伸びフランジ性が劣化するため、下限を0.05%、
上限を0.15%とする。
して60%以上の面積率を得るのに有効である。またフ
ェライト中の固溶Cを排出し、オーステナイト中へ濃縮
する作用があるため、フェライトの清浄性を高めて成形
性を向上させる。さらに、炭化物の生成を抑制すること
によって、オーステナイトを残留させる効果を有してい
る。これらの作用を有効に発現させるには、0.5%以
上の添加を必要とする。一方、過度に添加すると却つて
成形性が劣化する他、溶接性、表面性状も劣化するた
め、上限を2.0%とする。
イナイトや残留オーステナイトを得るために有効であ
る。この効果を有効に発揮させるには少なくとも0.5
%以上添加する必要があるが、過多に添加すると延性を
低下させるだけでなく、溶接性を害するので、その上限
を2.0%とする。
0.05%以下に規制される。
10%以下に規制される。
過度に添加すると多量の介在物が生成し、表面欠陥や成
形性劣化の原因となるため、0.10%未満に止める。
よび残部実質的にFeからなるが、所定の組織をより容
易に得やすくするため、あるいは特性の向上のために上
記基本成分に加えて下記の成分範囲で(1) 〜(3) の組成
とすることができる。 (1) 基本成分+Cr (2) 基本成分あるいは前記(1) の成分+Ca,REM のう
ち1種又は2種 (3) 基本成分、前記(1) の成分あるいは前記(2) の成分
+Nb,Ti,V,Ni,Mo,B,Cuのうち1種又
は2種以上
01%以上の添加により所定硬度のベイナイトを安定的
に得るのに効果がある。ただし、1.0%を越えて添加
するとマルテンサイトが生成しやすくなり、伸びフラン
ジ性が劣化するようになるので、上限を1.0%とす
る。
以下 Ca、REM は硫化物の形態制御を通じて、伸びフランジ
性を改善する効果を有する。このため、Ca0.000
5%以上、REM 0.005%以上の添加が好ましいが、
ある程度添加すると効果が飽和し、またコスト高を招く
ため、上限をCa0.01%、REM 0.05%とする。
005〜0.2%,V:0.01〜0.5%,Ni:
0.01〜2.0%,Mo:0.05〜1.0%,B:
0.0005〜0.01%,Cu:0.05〜1.5% これらの元素は鋼板の強度を向上させる作用を有する。
各元素の下限値未満ではかかる作用が過少であり、一方
上限値を超えると加工性、特に伸びフランジ性が劣化す
るようになる。
明する。本発明鋼板はフェライト、残留オーステナイト
およびベイナイトの3相を主体とするものである。
いるうえ、オーステナイトへCを分配することによっ
て、残留オーステナイトの生成を促進する効果を有して
おり、TS×Elが22000N/mm2 ・%以上の強度
−伸びバランスを確保するには、面積率で60%以上が
必要である。特に、十分な伸びを確保しつつ前記220
00N/mm2 ・%以上の強度−伸びバランスを確保する
には、フェライトの面積率を75%以上、好ましくは8
0%以上にするのがよい。しかし、フェライトの面積率
が95%を越えると硬質相(ベイナイト、残留オーステ
ナイト)が不足するようになり、十分な強度を確保する
ことができないようになる。このため、フェライト量は
面積%で下限を60%、好ましくは75%、より好まし
くは80%とし、その上限を95%、好ましくは90%
とする。
微細粒にすることで降伏比が上昇する。
より求めた占有率を意味する。)で3〜15%にする必
要がある。3%未満では22000N/mm2 ・%以上の
TS−Elバランスを確保することが困難であり、一方
15%を越えるとせん断加工の際のせん断端面の硬度上
昇が過大となり、伸びフランジ性が劣化するようにな
る。特に良好な伸びフランジ性が要求される場合には1
0%以下、好ましく9%以下とすることが望ましい。
(B)とし、残留オーステナイトの体積率をV(γ)と
したとき、V(B)>1.5×V(γ)とする必要があ
る。V(B)≦1.5×V(γ)である場合、伸びフラ
ンジ性が劣化する。その理由は以下のように考えられ
る。ベイナイト量がV(B)>1.5×V(γ)を満足
する場合、残留オーステナイトはベイナイトと接して、
あるいはベイナイト中のラス間に存在する傾向が高ま
る。残留オーステナイトは極限変形時には既に多くの部
分がマルテンサイトに変態しており、軟質なフェライト
と接しているよりもベイナイトと接している方が界面で
の亀裂の発生が抑制され、極限変形能が向上するためで
あると考えられる。
の硬度も影響し、良好な伸びフランジ性を確保するに
は、ベイナイトの平均硬さを240〜400Hv(ビッ
カース硬さ)とする必要がある。残留オーステナイト鋼
板においては、残留オーステナイトの存在が伸びフラン
ジ性の劣化の原因となる。孔拡げ試験においては、パン
チ穴を開けた後、穴拡げ加工を施すが、穴の打ち抜き時
には穴縁が強加工される。そのため、穴縁においては残
留オーステナイトがマルテンサイトに変態して硬さが大
幅にアップする。このマルテンサイトの硬さとマトリッ
クスのフェライトの硬さが大幅に異なるために、界面の
フェライト側に歪みが集中してクラックの発生に至る。
ベイナイトの存在はこの両相の緩衝効果があるが、有効
な緩衝作用が発現するのはベイナイト硬さが両相の硬さ
の中間的な値の場合のみであり、あまり軟らか過ぎても
その効果は期待できない。このため、ベイナイトの平均
硬さの下限を240Hv、好ましくは250Hv、より
好ましくは260Hvとする。一方、400Hv超では
逆にベイナイト・フェライト界面が亀裂の起点となり、
却って伸びフランジ性が劣化するようになる。このた
め、上限を400Hv、好ましくは380Hvとする。
残留オーステナイトおよびベイナイトの3相を主体とす
るものであり、この3相以外の相(パーライト、マルテ
ンサイト)は極力少ないことが望ましいが、本発明の特
性に影響を及ぼさない範囲として、面積率で2%以下で
あれば許容される。
製し、鋳造して得られたスラブを粗圧延により30mm厚
とした後、1150〜1300℃に加熱し、仕上圧延温
度を780〜920℃として圧延を終了し、3.0mmの
鋼板を得て、表2および図2の冷却条件にて冷却後、巻
取温度に相当する温度(100〜600℃)で30分間
保持した後、炉冷した。その後、伸び率0.6%程度の
調質圧延を施した。。
し、ミクロ組織を光学顕微鏡およびSEMで写真撮影
後、画像解析により各相の面積率を求めた。ただし、残
留オーステナイト量については、X線解析により体積率
を求めた。また、JIS5号引張試験片を採取し、引張
試験により機械的性質を調べた。
穴拡げ試験を行った。穴拡げ試験は、試料鋼板に穴径d
o=10mmφをクリアランス12%で打ち抜いて初期穴
を開けた後、初期穴のバリをダイ側(パンチ反対側)と
して頂角60°の円錐パンチを初期穴に装入して、穴を
拡げ、亀裂が板厚を貫通する時点での穴径dを求め、穴
拡げ率λ(%)を下記式にて求めた。 λ=(d−do)×100/do
クロ組織がフェライト(F)、残留オーステナイト
(γ)およびベイナイト(B)の3相からなるものであ
って、フェライト面積率V(F)、残留オーステナイト
体積率V(γ)、ベイナイト平均硬さHv(B)が本発
明条件を満足する試料No. 1〜9および20につき、穴
拡げ率λと、ベイナイト面積率をV(B)としたときの
V(B)/V(γ)との関係を整理したグラフを図1に
示す。なお、表3においてV(F)+V(B)+V
(γ)が100%を超える場合があるが、これはV
(B)の測定に際して、B相中にγが生成しているもの
についてはγを除外することなく測定したためである。
からなるものであって、V(F)、V(γ)、Hv
(B)が本発明条件を満足するだけでは、良好な伸びフ
ランジ性が得られないが、ベイナイト面積率V(B)が
1.5×V(γ)を超える量を有することで良好な伸び
フランジ性が得られることがわかる。また、表3より、
本発明例では、良好な伸びフランジ性のみならず、59
0N/mm2 以上の高強度を有し、TS×El≧2200
0N/mm2 ・%で、しかもTS×λ≧48000N/mm
2 ・%を達成しており、極めて優れた成形性を有してい
る。さらに、本発明例では、フェライト粒径が4.8μ
m 以下であり、降伏比YRが78%に達している。
もと、ミクロ組織をフェライト、残留オーステナイトお
よびベイナイトの3相を面積率で98%以上とし、ベイ
ナイトの平均硬さおよび各相の占有率を所定量としたの
で、高強度でありながら、TS×El値が22000N
/mm2 ・%以上で、しかも良好な伸びフランジ性を備え
ており、優れた成形性を有している。さらに、フェライ
ト平均粒径が5.0μm以下の微細粒であるので、降伏
比も高い。
留オーステナイト体積率V(γ)と穴拡げ率λとの関係
を示すグラフである。
す概念図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 重量%で、 C :0.05〜0.15%、 Si:0.5〜2.0%、 Mn:0.5〜2.0%、 P :0.05%以下、 S :0.010%以下、 Al:0.005〜0.10%未満 および残部Feおよび不可避不純物からなり、 ミクロ組織がフェライト、残留オーステナイトおよびベ
イナイトの3相を面積率で98%以上とし、前記フェラ
イト量V(F)が60〜95面積%、前記残留オーステ
ナイト量V(γ)が3〜15体積%、および面積率で前
記ベイナイト量V(B)がV(B)>1.5×V(γ)
であり、かつベイナイトの平均硬さが240〜400H
vであり、さらにフェライト平均粒径が5.0μm以下
である降伏比が高く成形性に優れた高強度熱延鋼板。 - 【請求項2】 成分に、さらにCr:0.01〜1.0
%を含有する請求項1に記載の降伏比が高く成形性に優
れた高強度熱延鋼板。 - 【請求項3】 成分に、さらにCa:0.01%以下、
REM :0.05%以下の1種または2種を含有する請求
項1または2に記載の降伏比が高く成形性に優れた高強
度熱延鋼板。 - 【請求項4】 成分に、さらにNb:0.005〜0.
1%、Ti:0.005〜0.2%、V:0.01〜
0.5%、Ni:0.01〜2.0%、Mo:0.05
〜1.0%、B:0.0005〜0.01%、Cu:
0.05〜1.5%の1種または2種以上を含有する請
求項1〜3のいずれか1項に記載の降伏比が高く成形性
に優れた高強度熱延鋼板。
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