JP3754127B2 - 静的強度に対し動的強度の高い熱延鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の軽量化および安全性向上を達成するのに適した高強度鋼板に関するものであり、静的強度に対し動的強度の高いことを特徴とする熱延鋼板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車の安全性向上の観点から衝突時の安全性に対する要求もますます厳しくなりつつある。自動車の軽量化と衝突時の衝撃吸収特性の向上とを両立させるためには、自動車の強度部材として高強度鋼板を使用することが適するが、一般に、高強度鋼板は強度の低い鋼板に較べ成形性に劣るため、自動車の設計時の自由度を減少させる。
【０００３】
このような観点から、加工性に優れた高強度鋼板の開発が進められ、例えば特公昭５８−４８６１６号公報にみられるように、鋼板の組織をフェライト相とマルテンサイト相の複合組織とする提案や、特公平５−２４２０５号公報にみられるように、鋼板の組織をフェライト相とオーステナイト相の複合組織とする提案がなされている。
【０００４】
前述の高強度鋼板の強度は、通常の引張試験で測定された強度のことを示し、ひずみ速度が約１０^-3（ｓ^-1）と非常に遅い領域での強度（静的強度）を表す。
鋼板の強度はひずみ速度に依存し、ひずみ速度が大きくなるにつれ強度が増加すること、また、この増加の程度は鋼板の種類に依存することが従来から知られている。つまり、鋼板の安全性の観点から高強度鋼板を開発する場合には、衝突時に対応すると推定されるひずみ速度（１０³ （ｓ^-1）程度）での強度（動的強度）で材料特性を評価する必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の高強度鋼板の開発においては、このような点には特に注意を払っていなかった。また衝突時の鋼板は、成形・塗装・その後の塗装焼付の工程を経ていることから、特にこの工程を経てからの高ひずみ速度での変形時の強度が重要となるが、このような観点で開発された鋼板、特に熱延鋼板は見当たらない。
【０００６】
以上の説明からわかるように、衝突安全性に優れた鋼板に求められる特性は鋼板の成形・塗装焼付後の動的強度と成形前の静的強度の比である静動比（＝動的強度／静的強度）が高いことにある。本発明では、従来の高強度鋼板より高い静動比を持つ高強度熱延鋼板を製造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、種々の実験・研究を重ねた結果、鋼材の成分を適切に調整し、フェライト相と５〜３０％のマルテンサイト相からなる組織を形成させることで静動比の向上が可能であることを見出した。
【０００８】
（削除）
【０００９】
（削除）
【００１０】
本発明の要旨は以下の通りである。
（１）質量％で、
Ｃ ：０．０２〜０．１５％、 Ｓｉ：０．５〜１．３％、
Ｍｎ：０．８〜２．０％、 Ｐ ：０．０８％以下、
Ｓ ：０．０１％以下
を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼を、熱間圧延終了温度が７６０℃〜９５０℃となるように熱間圧延を行い、その後の冷却において７７０〜６００℃の範囲で１５℃/s以下の冷却速度となる時間を２〜１５秒とり、その後３０℃/s以上の冷却速度で２００℃以下まで冷却して、組織がフェライト相と５〜３０％のマルテンサイト相の２相からなり、１０^-3（ｓ^-1）のひずみ速度で変形したときの強度σＳ（MPa ）と、予ひずみＥ（％）を与え、温度Ｔ（℃）で時間ｔ（分）処理した後、ひずみ速度１０³ （ｓ^-1）で変形したときの最大強度σＤ（MPa ）との比σＤ／σＳが
σＤ／σＳ≧６００／σＳ＋０．２
＋５３５Ｅ（ｔ^1/2 ）ｅｘｐ｛−５０００／（Ｔ＋２７３）｝
であることを特徴とする、静的強度に対し動的強度の高い熱延鋼板の製造方法。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、詳細に説明する。
まず、鋼成分を限定した理由について述べる。
Ｃは、鋼板の組織に強く影響を与える元素であり、その含有量が少なくなると目的とするマルテンサイト相を得るのが困難になる。また、添加量が多くなると強度が高くなりすぎ成形性を劣化させる。そのため、Ｃ量は０．０２％以上、０．１５％以下とする。
【００１２】
Ｓｉは、固溶強化元素であり鋼板の強度の調整を可能とすること、炭化物形成を抑えることでマルテンサイト組織形成を容易にすること、また、高速変形時の強度上昇を促進すること等から、０．５％以上添加する。しかし、添加量が多くなると強度が高くなりすぎ成形性を劣化させ、かつ静動比を低下させるため、１．３％以下とする。
【００１３】
Ｍｎは、Ｓｉと同様に固溶強化元素であり強度調整に有効である。また、オーステナイト安定化元素でありマルテンサイトの生成を容易にすることや、高速変形時の強度上昇を促進することから、０．８％以上とする。しかしながら、むやみに含有量を増加させると、成形性の劣化を招き、かつ静動比を低下させることから、２．０％以下とする。
【００１４】
Ｐは、マルテンサイト生成にあまり大きな影響を与えずに強度調整をするために添加するが、その含有量が多くなると成形性が劣化するため、０．０８％以下とする。
Ｓは、含有量が多くなると高強度熱延鋼板の重要な特性のひとつである伸びフランジ性が劣化するため、０．０１％以下とする。
【００１５】
マルテンサイト量は、５〜３０％と限定したが、これはＳｉ添加量およびＭｎ添加量とも関係しており、図１に示す研究成果から決定した。図１は、ＳｉおよびＭｎ量が異なる鋼を用い、様々なマルテンサイト量を有する鋼板を製造し、下記式（１）で定義した静動比を測定したものである。この図からわかるように、静動比を向上させるには、Ｓｉ、Ｍｎ量を前述した範囲に限定した条件のもとでマルテンサイト量を５〜３０％とする必要がある。
【００１６】
熱延鋼板の特性を、σＤ／σＳ≧６００／σＳ＋０．２
＋５３５Ｅ（ｔ^1/2 ）ｅｘｐ｛−５０００／（Ｔ＋２７３）｝……（１）
で限定しているが、この式においてσＤは予ひずみＥ（％）を与え温度Ｔ（℃）で時間ｔ（分）処理した後、ひずみ速度１０³ （ｓ^-1）で変形したときの最大強度、σＳは１０^-3（ｓ^-1）で変形した時の最大強度である。鋼材の特性は成形時に導入されるひずみおよびその後の塗装焼付処理において変化するが、この式はこの変化を考慮したときの値である。
【００１７】
このような成分の鋼を鋳造し、得られた熱片スラブを直接または加熱した後、あるいは冷片を再加熱して熱間圧延を施す。熱間圧延は、通常の熱延工程、あるいは仕上圧延においてスラブを接合し圧延する連続化熱延工程のどちらでも可能である。
【００１８】
熱間圧延の際の圧延終了温度は、７６０℃〜９５０℃とする。これは、７６０℃未満の温度で仕上げ圧延を施した場合には組織が混粒となり易く、成形性の劣化を招く恐れがあるためであり、９５０℃以下としたのは、この温度を越えて仕上圧延を施した場合には、その後の冷却過程での組織調整を難しくするためである。
【００１９】
また、冷却過程で冷却速度１５℃/sの冷却速度の領域を設けた場合に、熱間圧延終了温度の上限を９５０℃以下としたのは、この１５℃/sの領域を設けることで、フェライト変態の促進を図ることが可能となることに起因する。
熱間圧延後の冷却速度を３０℃/s以上としたのは、この冷却速度より遅い場合、冷却中にパーライトあるいは炭化物の析出が起こり、必要なマルテンサイトが得られないためである。
【００２０】
また、冷却過程において７７０℃〜６００℃の範囲で１５℃/sとなる時間を２〜１５秒とったのは、この処理により固溶炭素の少ない、置換型固溶強化型元素を含むポリゴナルフェライトを容易に生成させることができるためである。その後の冷却を、３０℃/s以上の冷却速度で２００℃以下まで冷却し巻取るのは、この段階での炭化物の析出を抑制しマルテンサイトを生成させるためである。この冷却速度以下、あるいは、２００℃以上の温度で巻き取った場合には、適切なマルテンサイト量を確保することが困難となる。
【００２１】
本発明は熱延鋼板だけでなく、これを素材とした表面処理鋼板に対しても適用可能である。
また、本発明鋼ではめっき性に害を与える元素は添加されておらず、容易に溶融亜鉛めっきを施すことができる。
【００２２】
【実施例】
本発明の実施の形態を実施例により具体的に説明する。
表１に示す種々の化学成分の鋼を、実機にて、鋳造し、熱延して供試材を試作した。表３，５，７，１１には、これら供試材の熱間圧延条件、高速変形前の予ひずみ量、熱処理温度、熱処理時間および得られた静動比を示す。なお、前述したように、予ひずみは成形時のひずみ、熱処理は、塗装焼付処理を想定している。
【００２３】
【表１】

【００２４】
（削除）
【００２５】
【表３】

【００２６】
（削除）
【００２７】
【表５】

【００２８】
（削除）
【００２９】
【表７】

【００３０】
（削除）
【００３１】
（削除）
【００３２】
（削除）
【００３３】
【表１１】

【００３４】
（削除）
【００３５】
表３，５，７，１１は、鋼成分は本発明鋼の範囲内にあるが、製造条件としては本発明範囲外のものも含まれる。製造条件が本発明範囲内のものでは、得られた静動比は式（１）を満足するが、製造条件が本発明外のものでは式（１）を満足しないことがわかる。なお、表には式（１）の右辺から求まる値も示してある。
【００３６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、静的強度に対し動的強度が高い熱延鋼板の製造が可能となり、工業的に価値の大きなものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明鋼および比較鋼における、マルテンサイト量と式（１）で定義した静動比との相関を示す図表である。

Claims (1)

1. 質量％で、
   Ｃ ：０．０２〜０．１５％、
   Ｓｉ：０．５〜１．３％、
   Ｍｎ：０．８〜２．０％、
   Ｐ ：０．０８％以下、
   Ｓ ：０．０１％以下
   を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼を、熱間圧延終了温度が７６０℃〜９５０℃となるように熱間圧延を行い、その後の冷却において７７０〜６００℃の範囲で１５℃/s以下の冷却速度となる時間を２〜１５秒とり、その後３０℃/s以上の冷却速度で２００℃以下まで冷却して、組織がフェライト相と５〜３０％のマルテンサイト相の２相からなり、１０^-3（ｓ^-1）のひずみ速度で変形したときの強度σＳ（MPa ）と、予ひずみＥ（％）を与え、温度Ｔ（℃）で時間ｔ（分）処理した後、ひずみ速度１０³ （ｓ^-1）で変形したときの最大強度σＤ（MPa ）との比σＤ／σＳが
   σＤ／σＳ≧６００／σＳ＋０．２
   ＋５３５Ｅ（ｔ^1/2 ）ｅｘｐ｛−５０００／（Ｔ＋２７３）｝
   であることを特徴とする、静的強度に対し動的強度の高い熱延鋼板の製造方法。

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