JP3924178B2 - プレス用薄鋼板 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプレス用薄鋼板およびその製造方法に関するものであり、特に３８０〜５４０ＭＰａ級の引張強度であっても軟鋼板並みのプレス成形性を得ることができる。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車の燃費向上などのために軽量化を目的として、Ａｌ合金等の軽金属や高強度鋼板の自動車部材への適用が進められている。ただし、Ａｌ合金等の軽金属は比強度が高いという利点があるものの鋼に比較して著しく高価であるためその適用は特殊な用途に限られている。従ってより安価かつ広い範囲に自動車の軽量化を推進するためには鋼板の高強度化が必要とされている。
材料の高強度化は一般的に成形性（加工性）等の材料特性を劣化させるため、材料特性を劣化させずに如何に高強度化を図るかが高強度鋼板開発のカギになる。特に内板部材、構造部材、足廻り部材用鋼板に求められる特性としてはバーリング加工性、延性、疲労耐久性および耐食性等が重要であり高強度とこれら特性を如何に高次元でバランスさせるかが重要である。
【０００３】
しかしながら、現状で２７０〜３４０ＭＰａ級程度の軟鋼板が使われている部材に５９０ＭＰａ級以上の高強度鋼板を適用することはプレス現場での操業、設備改善の前提なしでは難しく、当面は３８０〜５４０ＭＰａ級程度の鋼板の使用がより現実的な解決策となる。
３８０〜５４０ＭＰａの強度範囲で優れたプレス成形性を得るための技術的アプローチは大きく分けて二通り考えられる。
一つは、ＲＨやＤＨなどの真空脱ガス技術の発展にともない鋼中の固溶元素を低減し高純度化し成形性を向上させた鋼として低炭素Ａｌキルド鋼に代わって軟鋼板に広く用いられるようになった極低炭素鋼やさらにＴｉ、Ｎｂ等の添加によって鋼中の固溶Ｃ、Ｎをｓｃａｖｅｎｇｉｎｇすることで飛躍的に成形性を向上させたＩｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ ａｔｏｍｓ Ｆｒｅｅ ｓｔｅｅｌ（以下ＩＦ鋼）の技術を応用し、Ｍｎ、Ｐ、Ｓｉ等の固溶強化元素で強化する方法であり、例えば特公昭５９−４２７４２号公報等に記載されている。
【０００４】
もう一つは、鋼のミクロ組織中に残留オーステナイトを含むことで成形中にＴＲＩＰ（ＴＲａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ）現象を発現させることで飛躍的に成形性を向上させたＴＲＩＰ鋼であり、例えば特開２０００−１６９９３５号公報および特開２０００−１６９９３６号公報等に記載されている。
しかし、上記に開示されている技術は以下の理由によって３８０〜５４０ＭＰａの強度範囲で優れたプレス成形性を得るためには不十分である。
前者は、２７０〜３４０ＭＰａの強度範囲では５０％前後の高い破断伸びを示すが、Ｍｎ、Ｐ、Ｓｉ等の固溶強化元素で強化すると高純度化の効果が失われ急激に延びが劣化し、４４０ＭＰａ程度の強度レベルでは３６％前後の破断伸びである。
【０００５】
一方、後者は残留オーステナイトのＴＲＩＰ現象で５９０ＭＰａ程度の強度レベルでは３５％を超える破断伸びを示すが、３８０〜５４０ＭＰａの強度範囲の鋼板を得るためには必然的にＣ，Ｓｉ，Ｍｎ等の元素を低減させなければならずＣ，Ｓｉ，Ｍｎ等の元素の元素を３８０〜５４０ＭＰａの強度範囲のレベルまで低減するとＴＲＩＰ現象を得るために必要な残留オーステナイトを室温でミクロ組織中に保つことができない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、３８０〜５４０ＭＰａ級の強度範囲であっても安定して４０％以上の延びもしくは１８０００ＭＰａ・％以上の強度−延性バランス（引張強度×破断伸び）が得られるプレス用薄鋼板およびその製造方法に関する。すなわち、本発明は、プレス用薄鋼板およびその鋼板を安価に安定して製造できる方法を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、現在通常に採用されている製造設備により工業的規模で生産されている３８０〜５４０ＭＰａ級鋼板の製造プロセスを念頭において、３８０〜５４０ＭＰａ級の強度範囲であっても安定して４０％以上の延びもしくは１８０００ＭＰａ・％以上の強度−延性バランスを得るべく鋭意研究を重ねた。
その結果、Ｃ ＝０．０００５〜０．０１％、Ｓｉ＝０．６〜１．８％、Ｍｎ＝０．１〜２％、Ｐ ≦０．１％、Ｓ ≦０．０３％、を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる鋼であって、ポリゴナルフェライトの体積率が９０％以上かつフェライト平均粒径が５０μｍ以上２００μｍ以下でそのフェライト粒の展伸度が２以下あることが非常に有効であることを新たに見出し、本発明をなしたものである。
【０００８】
即ち、本発明の要旨は、以下の通りである。
（１）質量％にて、Ｃ ＝０．０００５〜０．０１％、Ｓｉ＝０．６〜１．８％、Ｍｎ＝０．１〜２％、Ｐ ≦０．１％、Ｓ ≦０．０３％、Ａｌ＝０．００５〜１％、を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる鋼であって、ポリゴナルフェライトの体積率が９０％以上かつフェライト平均粒径が５０μｍ以上２００μｍ以下でそのフェライト粒の展伸度が２以下であることを特徴とする、プレス用薄鋼板。
（２）（１）に記載の鋼が、さらに、質量％にて、Ｔｉ＝０．０１〜０．１％、
を含み、さらにＴｉ−４８／１２Ｃ−４８／１４Ｎ−４８／３２Ｓ≧０％
を満たす範囲でＴｉを含有し、ポリゴナルフェライトの体積率が９０％以上かつフェライト平均粒径が５０μｍ以上２００μｍ以下でそのフェライト粒の展伸度が２以下であることを特徴とする、プレス用薄鋼板。
【０００９】
（３）（１）ないし（２）のいずれか１項に記載の鋼が、さらに、質量％にて、
Ｎｂ＝０．０１〜０．１％、を含み、さらに
Ｔｉ+４８／９３Ｎｂ−４８／１２Ｃ−４８／１４Ｎ−４８／３２Ｓ≧０％、
を満たす範囲でＴｉとＮｂを含有し、ポリゴナルフェライトの体積率が９０％以上かつフェライト平均粒径が５０μｍ以上２００μｍ以下でそのフェライト粒の展伸度が２以下であることを特徴とする、プレス用薄鋼板。
（４）（１）ないし（３）のいずれか１項に記載の鋼が、さらに、質量％にて、
Ｂ ＝０．０００２〜０．００２％、を含有し、ポリゴナルフェライトの体積率が９０％以上かつフェライト平均粒径が５０μｍ以上２００μｍ以下でそのフェライト粒の展伸度が２以下であることを特徴とする、プレス用薄鋼板。
【００１０】
（５）（１）ないし（４）のいずれか１項に記載の鋼が、さらに、質量％にて、
Ｃａ＝０．０００５〜０．００２％、ＲＥＭ＝０．０００５〜０．０２％、
の一種または二種を含有し、ポリゴナルフェライトの体積率が９０％以上かつフェライト平均粒径が５０μｍ以上２００μｍ以下でそのフェライト粒の展伸度が２以下であることを特徴とする、プレス用薄鋼板。
（６）（１）ないし（５）のいずれか１項に記載の鋼が、さらに、質量％にて、Ｃｕ＝０．２〜１．２％、Ｎｉ＝０．１〜０．６％、Ｍｏ＝０．０５〜１％、Ｖ ＝０．０２〜０．２％、Ｃｒ＝０．０１〜１％、Ｚｒ＝０．０２〜０．２％、の一種または二種以上を含有し、ポリゴナルフェライトの体積率が９０％以上かつフェライト平均粒径が５０μｍ以上２００μｍ以下でそのフェライト粒の展伸度が２以下であることを特徴とする、プレス用薄鋼板。
【００１１】
（７）（１）ないし（６）のいずれか１項に記載の薄鋼板に亜鉛めっきが施されていることを特徴とする、プレス用薄鋼板。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に至った基礎研究結果について説明する。
破断伸びとフェライト平均粒径の関係を調査するために次のような実験を行った。すなわち、０．００２％Ｃ−０．０１％Ｐ−０.００１％Ｓ−０．０３％Ａｌを基本としＳｉ添加量を０．１〜２％の間で変化させそれに伴いＭｎ添加量を引張強度が４４０ＭＰａ程度になるように調整し溶製した鋳片をいずれかの温度で熱間仕上圧延を終了して後、６００℃で巻き取った素材を準備し、これらの鋼板について引張試験を行った。
【００１６】
図１にＳｉ添加量と熱間仕上圧延終了温度（ＦＴ）とＡｒ3変態点温度との差（ＦＴ−Ａｒ3）でフェライト平均粒径および展伸度で整理した結果を示す。さらに、得られた鋼板の破断伸びをフェライト平均粒径および展伸度で整理した結果を図２に示す。
これらの結果よりＳｉ添加量および熱間仕上圧延終了温度（ＦＴ）とＡｒ3変態点温度との差（ＦＴ−Ａｒ3）とフェライト平均粒径には強い相関があり、熱間仕上圧延終了温度がＡｒ3変態点温度＋２０℃以上でフェライト平均粒径が５０μｍ以上となり、さらにこのフェライト粒径の範囲で破断伸びが著しく向上することが判明した。
このメカニズムは必ずしも明らかではないが、Ａｒ3変態点温度が高いＳｉ含有鋼では高温での熱間仕上圧延終了後にγ→α変態後のフェライト粒が粒成長することにより、転位の移動障壁の一つである粒界密度が減少し高い破断伸びが得られたと推測される。
【００１７】
なお、フェライト平均粒径の測定法はＪＩＳ Ｇ ０５５２鋼のフェライト結晶粒度試験法に記載の切断法、または平均円相当径と仮定して画像処理装置等より得られる値を採用した。展伸度はＪＩＳ Ｇ ０５５２鋼のフェライト結晶粒度試験法に記載の測定方法に従った。また、ここでＡｒ3変態点温度とは、例えば以下の計算式により鋼成分との関係で簡易的に示される。すなわち
Ａｒ3＝９１０−３１０×％Ｃ＋２５×％Ｓｉ−８０×％Ｍｎ
である。
次に本発明における鋼板のミクロ組織ついて詳細に説明する。
優れた破断伸びを得るためには、ポリゴナルフェライトの体積率が９０％以上かつフェライト平均粒径が５０μｍ以上２００μｍ以下でそのフェライト粒の展伸度が２以下あることが必要である。優れた破断伸びを確保するためにフェライト単相が望ましい。ただし、必要に応じ一部ベイナイトを含むことを許容するものである。また、合計５％以下の不可避的なマルテンサイト、残留オーステナイトおよびパーライトを含むことを許容するものである。なお、ここで言うベイナイトとはベイニティックフェライトおよびアシュキュラーフェライト組織も含む。ただし、穴拡げ性を確保するためには、粗大な炭化物を含むパーライトの体積分率は５％未満が望ましい。
【００１８】
一方、フェライト平均粒径が５０μｍ未満では本発明の効果を得られず、２００μｍ超では肌荒れが顕著になる傾向がある。従って、フェライト平均粒径は５０μｍ以上２００μｍ以下と限定する。二次加工性という観点からは１５０μｍ以下が望ましい。
ここで、フェライト、ベイナイト、残留オーステナイト、パーライト、マルテンサイトの体積分率とは鋼板板幅の１／４Ｗもしくは３／４Ｗ位置より切出した試料を圧延方向断面に研磨し、ナイタール試薬を用いてエッチングし、光学顕微鏡を用い２００〜５００倍の倍率で観察された板厚の１／４ｔにおけるミクロ組織の面積分率で定義される。
【００１９】
続いて、本発明の化学成分の限定理由について説明する。
Ｃは、０．０１％超含有していると加工性が劣化するので、０．０１％以下とする。また０．０００５％未満を達成するためには精錬コストの増大が著しいので０．０００５％以上とする。
Ｓｉは、本発明において最も重要な元素の一つである。固溶強化元素として強度上昇に有効であるばかりでなく、鋼のＡｒ3変態点温度を上昇させ、高温での熱間仕上圧延終了後にγ→α変態後のフェライト粒の粒成を長促進させることにより高い破断伸びを実現する。前記の効果を得るためには、０．６％以上含有する必要がある。しかし、１．８％超含有するとＡｒ3変態点温度が高くなりすぎてγ域で圧延を終了することができなくなり塑性異方性を示すようになる。そこで、Ｓｉの含有量は０．６％以上、１．８％以下とする。
【００２０】
Ｍｎは、固溶強化元素として強度上昇に有効である。所望の強度を得るためには、０．１％以上必要である。また、Ｍｎ以外にＳによる熱間割れの発生を抑制するＴｉなどの元素が十分に添加されない場合には質量％でＭｎ／Ｓ≧２０となるＭｎ量を添加することが望ましい。一方、２％超添加すると強度上昇により加工性が劣化するため、２％以下とする。
【００２１】
Ｐは、不純物であり低いほど望ましく、０．１％超含有すると加工性や溶接性に悪影響を及ぼすので、０．１％以下とする。
Ｓは、熱間圧延時の割れを引き起こすばかりでなく、多すぎると穴拡げ性を劣化させるＡ系介在物を生成するので極力低減させるべきであるが、０．０３％以下ならば許容できる範囲である。
Ａｌは、溶鋼脱酸のために０．００５％以上添加する必要があるが、コストの上昇を招くため、その上限を１％とする。また、あまり多量に添加すると、非金属介在物を増大させ伸びを劣化させるので望ましくは０．５％以下とする。
Ｔｉは、Ａ系介在物を形成するＳや侵入型固溶元素であるＣ、Ｎなどを析出物として固定し鋼の延性や時効性等を改善する効果があるので必要に応じて添加する。ただし、０．０１％未満ではその効果を安定して得ることができないので０．０１％以上添加する。一方、０．１％超添加すると溶融亜鉛めっきの密着性を悪くし、プレス成形時にパウダリングを起こすので、０．１％以下好ましくは０．０５％以下がよい。また、Ｎを析出固定し二次加工性に有効なＢを確保するためには、Ｔｉ−４８／１４Ｎ−４８／３２Ｓ≧０％で十分であるが、Ｃを析出固定し、延性に寄与するためにはＴｉ−４８／１２Ｃ−４８／１４Ｎ−４８／３２Ｓ≧０％の条件を満たすことが必要である。ここで、ＳおよびＮはＣよりも比較的高温域でＴｉと析出物を形成するのでＴｉ≧４８／１２Ｃを確保するためには必然的にＴｉ−４８／１２Ｃ−４８／１４Ｎ−４８／３２Ｓ≧０％の条件を満たすことが必要である。
【００２２】
Ｎｂは、Ｔｉと同様にＣを析出物として固定し延性性や時効性を向上させるので必要に応じて添加する。ただし、０．０１％未満ではその効果を安定して得るために不十分であり、０．１％超含有してもその効果が飽和するだけでなく合金コストの上昇を招く。従ってＮｂの含有量は０．０１％以上、０．１％以下とする。さらに、Ｃを析出固定し、延性に寄与するためにはＴｉ+４８／９３Ｎｂ−４８／１２Ｃ−４８／１４Ｎ−４８／３２Ｓ≧０％の条件を満たすことが必要である。ここでＮｂはＴｉよりも比較的低温で炭化物を形成するためＴｉ+４８／９３Ｎｂ≧４８／１２Ｃを確保するためには必然的にＴｉ+４８／９３Ｎｂ−４８／１２Ｃ−４８／１４Ｎ−４８／３２Ｓ≧０％の条件を満たすことが必要である。
Ｂは、固溶Ｃ量の減少が原因と考えられるＰによる粒界脆化を抑制し二次加工割れを防止する効果があるので必要に応じ添加する。ただし、０．０００２％未満ではその効果を得るために不十分であり、０．００２％超添加するとスラブ割れが起こる。よって、Ｂの添加は、０．０００２％以上、０．００２％以下とする。
【００２３】
ＣａおよびＲＥＭは、破壊の起点となったり、加工性を劣化させる非金属介在物の形態を変化させて無害化する元素である。ただし、０．０００５％未満添加してもその効果がなく、Ｃａならば０．００２％超、ＲＥＭならば０．０２％超添加してもその効果が飽和するのでＣａ＝０．０００５〜０．００２％、ＲＥＭ＝０．０００５〜０．０２％添加することが望ましい。
さらに、強度を付与するために、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒの析出強化もしくは固溶強化元素の一種または二種以上を添加してもよい。ただし、それぞれ、０．２％、０．１％、０．０５％、０．０２％、０．０１％、０．０２％未満ではその効果を得ることができない。また、それぞれ、１．２％、０．６％、１％、０．２％、１％、０．２％を超え添加してもその効果は飽和する。
なお、これらを主成分とする鋼にＳｎ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｗ、Ｍｇを合計で１％以下含有しても構わない。しかしながらＳｎは熱間圧延時に疵が発生する恐れがあるので０．０５％以下が望ましい。
【００２４】
また、Ｎについては、本発明の効果を得るために特に限定する必要はないが、Ｃ同様に侵入型固溶元素であり延性や時効性を劣化させる元素であり、Ｃよりも高温にてＴｉおよびＮｂと析出物を形成し、Ｃを固定するのに有効なＴｉおよびＮｂを減少させる。従って極力低減させるべきであるが、０．００５％以下ならば許容できる範囲なので０．００５％以下が望ましい。
次に、本発明の製造方法の限定理由について、以下に詳細に述べる。
本発明は、鋳造後、熱間圧延後冷却ままもしくは熱間圧延後、熱間圧延後冷却・酸洗し冷延した後に熱処理、あるいは熱延鋼板もしくは冷延鋼板を溶融めっきラインにて熱処理を施したまま、更にはこれらの鋼板に別途表面処理を施すことによっても得られる。
【００２５】
本発明において熱間圧延に先行する製造方法は特に限定するものではない。すなわち、高炉や電炉等による溶製に引き続き各種の２次製錬で目的の成分含有量になるように成分調整を行い、次いで通常の連続鋳造、インゴット法による鋳造の他、薄スラブ鋳造などの方法で鋳造すればよい。原料にはスクラップを使用しても構わない。連続鋳造よって得たスラブの場合には高温鋳片のまま熱間圧延機に直送してもよいし、室温まで冷却後に加熱炉にて再加熱した後に熱間圧延してもよい。
スラブ再加熱温度については特に制限はないが、１４００℃以上であると、スケールオフ量が多量になり歩留まりが低下するので、再加熱温度は１４００℃未満が望ましい。また、１０００℃未満の加熱ではスケジュール上操業効率を著しく損なうため、スラブ再加熱温度は１０００℃以上が望ましい。さらには、１１００℃未満の加熱ではスケールオフ量が少なくスラブ表層の介在物をスケールと共に後のデスケーリングによって除去できなくなる可能性が、スラブ再加熱温度は１１００℃以上が望ましい。
【００２６】
熱間圧延工程は、粗圧延を終了後、仕上げ圧延を行うが、仕上げ圧延終了温度（ＦＴ）をＡｒ3変態点温度＋２０℃以上とするためには少なくとも仕上げ圧延噛込み温度がＡｒ3変態点温度＋１５０℃以上であることが望ましい。ただし、粗圧延終了から仕上圧延開始までの間または／および仕上げ圧延中に粗バーまたは圧延材を加熱する場合は、この限りではなく仕上げ圧延噛込み温度がＡｒ3変態点温度＋１００℃以上であるように加熱すればよい。さらに望ましくはＡｒ3変態点温度＋１５０℃以上である。
粗圧延終了から仕上圧延開始までの間または／および仕上げ圧延中での粗バーまたは圧延材の加熱は必要に応じて行う。特に本発明のうちでも優れた破断延びを安定して得るためにはＭｎＳ等の微細析出を抑制することが有効である。通常、ＭｎＳ等の析出物は１２５０℃程度のスラブ再加熱で再固溶が起こり、後の熱間圧延中に微細析出する。従って、スラブ再加熱温度を１１５０℃程度に制御しＭｎＳ等の再固溶を抑制できれば延性を改善できる。ただし、圧延終了温度を本発明の範囲にするためには粗圧延終了から仕上圧延開始までの間または／および仕上げ圧延中での粗バーまたは圧延材の加熱が有効な手段となる。
粗圧延終了と仕上げ圧延開始の間にデスケーリングを行う場合は、鋼板表面での高圧水の衝突圧Ｐ（ＭＰａ）×流量Ｌ（リットル／ｃｍ2）≧０．００２５の条件を満たすことが望ましい。
【００２７】
鋼板表面での高圧水の衝突圧Ｐは以下のように記述される。（「鉄と鋼」１９９１ ｖｏｌ．７７ Ｎｏ．９ ｐ１４５０参照）
Ｐ（ＭＰａ）＝５．６４×Ｐ0×Ｖ／Ｈ2
ただし、
Ｐ0（ＭＰａ）：液圧力
Ｖ（リットル／ｍｉｎ）：ノズル流液量
Ｈ（ｃｍ）：鋼板表面とノズル間の距離
流量Ｌは以下のように記述される。
Ｌ（リットル／ｃｍ2）＝Ｖ／（Ｗ×ｖ）
ただし、
Ｖ（リットル／ｍｉｎ）：ノズル流液量
Ｗ（ｃｍ）：ノズル当たり噴射液が鋼板表面に当たっている幅
ｖ（ｃｍ／ｍｉｎ）：通板速度
衝突圧Ｐ×流量Ｌの上限は本発明の効果を得るためには特に定める必要はないが、ノズル流液量を増加させるとノズルの摩耗が激しくなる等の不都合が生じるため、０．０２以下とすることが望ましい。
【００２８】
さらに、仕上げ圧延後の鋼板の最大高さＲｙが１５μｍ（１５μｍＲｙ，ｌ２．５ｍｍ，ｌｎ１２．５ｍｍ）以下であることが望ましい。これは、例えば金属材料疲労設計便覧、日本材料学会編、８４ページに記載されている通り熱延または酸洗ままの鋼板の疲労強度は鋼板表面の最大高さＲｙと相関があることから明らかである。また、その後の仕上げ圧延はデスケーリング後に再びスケールが生成してしまうのを防ぐために５秒以内に行うのが望ましい。
【００２９】
また、粗圧延と仕上げ圧延の間にシートバーを接合し、連続的に仕上げ圧延をしてもよい。その際に粗バーを一旦コイル状に巻き、必要に応じて保温機能を有するカバーに格納し、再度巻き戻してから接合を行ってもよい。
仕上げ圧延は、熱延鋼板として最終製品にする場合においては、その仕上げ圧延後半にＡｒ3変態点温度＋１００℃以下の温度域で合計圧下率２５％以上の圧延を行う。ここでＡｒ3変態点温度とは、例えば以下の計算式により鋼成分との関係で簡易的に示される。すなわち
Ａｒ3＝９１０−３１０×％Ｃ＋２５×％Ｓｉ−８０×％Ｍｎ
Ａｒ3変態点温度＋１００℃以下の温度域での合計圧下率２５％未満であると圧延されたオーステナイトの再結晶核の核生成が十分に起こらずオーステナイト粒の微細化が不十分となり仕上げ圧延終了後のフェライトの析出が促進されず、本発明が規定するミクロ組織が安定して得られない。より安定して本発明が規定するミクロ組織を得るためにはＡｒ3変態点温度＋１００℃以下の温度域での合計圧下率を３５％以上とすることが望ましい。
【００３０】
仕上げ圧延終了温度（ＦＴ）はＡｒ3変態点温度＋２０℃未満であるとα＋γの二相域圧延となる可能性があり圧延後のフェライト粒に加工組織が残留し延性が劣化する恐れがあるのでＡｒ3変態点温度＋２０℃以上とする。
本発明において巻取温度（ＣＴ）は６００℃以上とする。６００℃未満では、巻取後にフェライト粒の粒成長が進行せず本発明の効果を得られない恐れがある。従って、巻取温度（ＣＴ）は６００℃以上と限定する。
熱間圧延工程終了後は必要に応じて酸洗し、その後インラインまたはオフラインで圧下率１０％以下のスキンパスまたは圧下率４０％程度までの冷間圧延を施しても構わない。
次に、冷延鋼板として最終製品にする場合であるが、熱間での仕上げ圧延条件は特に限定しない。仕上げ圧延終了温度（ＦＴ）はＡｒ3変態点温度未満としても差し支えないが、その場合は、圧延前もしくは圧延中に析出したフェライトに強い加工組織が残留するため、続く巻取処理または加熱処理により回復、再結晶させることが望ましい。ただし、より良好な延性を得るためには、仕上げ圧延終了温度（ＦＴ）はＡｒ3変態点温度＋２０℃以上であることが望ましい。
【００３１】
続く酸洗後に冷間圧延された鋼板の熱処理は連続焼鈍工程を前提としている。まず、熱処理は回復温度以上Ａｃ3変態点温度以下の温度域で行う。この熱処理温度（ＳＴ）が回復温度未満の場合には加工組織が残留し延性を著しく劣化させるので、熱処理温度（ＳＴ）は回復温度以上とする。さらに良好な延性を得るためには、再結晶温度以上が望ましい。また、熱処理温度（ＳＴ）がＡｃ3変態点温度超では、再結晶によって生成したフェライトがオーステナイトへ変態し、冷却時にフェライトに変態するためにフェライト粒が微細化され、本発明の効果が得られない。さらにはＡｃ1変態点温度以下では変態が起こらず再結晶したフェライトが粒成長するのでＡｃ1変態点温度以下が望ましい。ここでＡｃ3変態点、Ａｃ1変態点温度とは、例えばレスリー鉄鋼材科学（１９８５年発行、熊井浩 野田龍彦訳、丸善株式会社）２７３頁に記載の計算式により鋼成分との関係で示される。回復温度以上Ａｃ3変態点温度以下の温度域での保持時間は特に限定しないが、５秒未満では、回復または再結晶が十分に完了しない恐れがあるので５秒以上が望ましい。一方、１５０秒超の熱処理を行ってもその効果が飽和するばかりでなく生産性を低下させるので、保持時間は５〜１５０秒間が望ましい。
その後の冷却条件については特に限定しないが、通常の連続焼鈍操業条件に準ずる冷却速度で本発明の効果が得られる。
【００３２】
さらにその後、必要に応じてスキンパス圧延を実施する。
酸洗後の熱延鋼板、もしくは上記の再結晶熱処理終了後の冷延鋼板に亜鉛めっきを施すためには、亜鉛めっき浴中に浸積し、必要に応じて合金化処理してもよい。
【００３３】
【実施例】
以下に、実施例により本発明をさらに説明する。
表１に示す化学成分を有するＡ〜Ｇの鋼は、転炉にて溶製して、連続鋳造後、表２に示す加熱温度で再加熱し、粗圧延に続く仕上げ圧延で１．２〜５．５ｍｍの板厚にした後に巻き取った。ただし、表中の化学組成についての表示は質量％である。また、鋼Ｂについては粗圧延後に衝突圧２．７ＭＰａ、流量０．００１リットル／ｃｍ2の条件でデスケーリングを施した。さらに、表２に示すように鋼Ｅの一部については熱間圧延工程後、酸洗、冷延、熱処理を行った。板厚は０．７〜２．３ｍｍである。一方、上記鋼板のうち鋼Ｅ−２および鋼Ｇについては、亜鉛めっきを施した。
【００３４】
【表１】
【００３５】
製造条件の詳細を表２に示す。ここで、「ＳＲＴ」はスラブ加熱温度、「ＦＴ」は仕上げ圧延温度を示す。ただし、後に冷延工程にて圧延を行う場合はこのような制限の限りではないので「―」とした。また、「粗バー加熱」は粗圧延終了から仕上圧延開始までの間または／および仕上げ圧延中に粗バーまたは圧延材を加熱の有無を示した。さらに「ＣＴ」とは巻取温度を示している。ただし、冷延鋼板の場合は製造の条件として特に限定する必要がないので「―」とした。次に、「ＳＴ」とは、熱処理温度（焼鈍）、「Ｔｉｍｅ」は熱処理時間である。
このようにして得られた薄鋼板の引張試験は、供試材を、まず、ＪＩＳ Ｚ ２２０１記載の５号試験片に加工し、ＪＩＳ Ｚ ２２４１記載の試験方法に従って行った。表２に降伏強度（ＹＰ）、引張強度（ＴＳ）、破断伸び（Ｅｌ）を示す。ここで、フェライトの体積分率とは鋼板板幅の１／４Ｗもしくは３／４Ｗ位置より切出した試料を圧延方向断面に研磨、エッチングし、光学顕微鏡を用い２００〜５００倍の倍率で観察された板厚の１／４ｔにおけるミクロ組織の面積分率で定義される。
【００３６】
【表２】
【００３７】
本発明に沿うものは、鋼Ａ−１、Ａ−４、Ｂ、Ｃ、Ｅ−１、Ｅ−２、Ｇの７鋼であり、所定の量の鋼成分を含有し、ポリゴナルフェライトの体積率が９０％以上かつフェライト平均粒径が５０μｍ以上２００μｍ以下でそのフェライト粒の展伸度が２以下あることを特徴とする、プレス用薄鋼板が得られており、従って、本発明記載の方法によって評価した従来鋼の伸びまたは強度−延性バランスを上回っている。
【００３８】
上記以外の鋼は、以下の理由によって本発明の範囲外である。すなわち、鋼Ａ-２は、巻取温度（ＣＴ）が本発明請求項８の範囲外であるので、請求項１記載の目的とするミクロ組織が得られず十分な強度−延性バランスが得られていない。鋼Ａ-３、鋼Ａ-５は、それぞれ仕上げ圧延終了温度（ＦＴ）が本発明請求項９の範囲外であるので、請求項１記載の目的とするミクロ組織が得られず十分な強度−延性バランスが得られていない。鋼Ｄは、Ｓｉの含有量が本発明請求項１の範囲外であるので請求項１記載の目的とするミクロ組織が得られず十分な強度−延性バランスが得られていない。鋼Ｅ-３と鋼Ｅ−４は、それぞれ熱処理温度（ＳＴ）が本発明請求項１１の範囲外であるので請求項１記載の目的とするミクロ組織が得られず十分な強度−延性バランスが得られていない。鋼Ｅ−５は、熱処理時間（Ｔｉｍｅ）が短いので請求項１記載の目的とするミクロ組織が得られず十分な強度−延性バランスが得られていない。鋼Ｆは、Ｓｉの含有量が本発明請求項１の範囲外であるので請求項１記載の目的とするミクロ組織が得られず十分な強度−延性バランスが得られていない。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明は、プレス用薄鋼板およびその製造方法に関するものであり、これらの鋼板を用いることにより安価かつ安定的に３８０〜５４０ＭＰａ級の引張強度であっても軟鋼板並みのプレス成形性を得ることができるため、本発明は、工業的価値が高い発明であると言える。
【図面の簡単な説明】
【図１】平均フェライト粒径および展伸度をＳｉ添加量と製造条件の関係で示す図である。
【図２】平均フェライト粒径および展伸度と破断伸びの関係を示す図である。
【発明の属する技術分野】
本発明はプレス用薄鋼板およびその製造方法に関するものであり、特に３８０〜５４０ＭＰａ級の引張強度であっても軟鋼板並みのプレス成形性を得ることができる。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車の燃費向上などのために軽量化を目的として、Ａｌ合金等の軽金属や高強度鋼板の自動車部材への適用が進められている。ただし、Ａｌ合金等の軽金属は比強度が高いという利点があるものの鋼に比較して著しく高価であるためその適用は特殊な用途に限られている。従ってより安価かつ広い範囲に自動車の軽量化を推進するためには鋼板の高強度化が必要とされている。
材料の高強度化は一般的に成形性（加工性）等の材料特性を劣化させるため、材料特性を劣化させずに如何に高強度化を図るかが高強度鋼板開発のカギになる。特に内板部材、構造部材、足廻り部材用鋼板に求められる特性としてはバーリング加工性、延性、疲労耐久性および耐食性等が重要であり高強度とこれら特性を如何に高次元でバランスさせるかが重要である。
【０００３】
しかしながら、現状で２７０〜３４０ＭＰａ級程度の軟鋼板が使われている部材に５９０ＭＰａ級以上の高強度鋼板を適用することはプレス現場での操業、設備改善の前提なしでは難しく、当面は３８０〜５４０ＭＰａ級程度の鋼板の使用がより現実的な解決策となる。
３８０〜５４０ＭＰａの強度範囲で優れたプレス成形性を得るための技術的アプローチは大きく分けて二通り考えられる。
一つは、ＲＨやＤＨなどの真空脱ガス技術の発展にともない鋼中の固溶元素を低減し高純度化し成形性を向上させた鋼として低炭素Ａｌキルド鋼に代わって軟鋼板に広く用いられるようになった極低炭素鋼やさらにＴｉ、Ｎｂ等の添加によって鋼中の固溶Ｃ、Ｎをｓｃａｖｅｎｇｉｎｇすることで飛躍的に成形性を向上させたＩｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ ａｔｏｍｓ Ｆｒｅｅ ｓｔｅｅｌ（以下ＩＦ鋼）の技術を応用し、Ｍｎ、Ｐ、Ｓｉ等の固溶強化元素で強化する方法であり、例えば特公昭５９−４２７４２号公報等に記載されている。
【０００４】
もう一つは、鋼のミクロ組織中に残留オーステナイトを含むことで成形中にＴＲＩＰ（ＴＲａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ）現象を発現させることで飛躍的に成形性を向上させたＴＲＩＰ鋼であり、例えば特開２０００−１６９９３５号公報および特開２０００−１６９９３６号公報等に記載されている。
しかし、上記に開示されている技術は以下の理由によって３８０〜５４０ＭＰａの強度範囲で優れたプレス成形性を得るためには不十分である。
前者は、２７０〜３４０ＭＰａの強度範囲では５０％前後の高い破断伸びを示すが、Ｍｎ、Ｐ、Ｓｉ等の固溶強化元素で強化すると高純度化の効果が失われ急激に延びが劣化し、４４０ＭＰａ程度の強度レベルでは３６％前後の破断伸びである。
【０００５】
一方、後者は残留オーステナイトのＴＲＩＰ現象で５９０ＭＰａ程度の強度レベルでは３５％を超える破断伸びを示すが、３８０〜５４０ＭＰａの強度範囲の鋼板を得るためには必然的にＣ，Ｓｉ，Ｍｎ等の元素を低減させなければならずＣ，Ｓｉ，Ｍｎ等の元素の元素を３８０〜５４０ＭＰａの強度範囲のレベルまで低減するとＴＲＩＰ現象を得るために必要な残留オーステナイトを室温でミクロ組織中に保つことができない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、３８０〜５４０ＭＰａ級の強度範囲であっても安定して４０％以上の延びもしくは１８０００ＭＰａ・％以上の強度−延性バランス（引張強度×破断伸び）が得られるプレス用薄鋼板およびその製造方法に関する。すなわち、本発明は、プレス用薄鋼板およびその鋼板を安価に安定して製造できる方法を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、現在通常に採用されている製造設備により工業的規模で生産されている３８０〜５４０ＭＰａ級鋼板の製造プロセスを念頭において、３８０〜５４０ＭＰａ級の強度範囲であっても安定して４０％以上の延びもしくは１８０００ＭＰａ・％以上の強度−延性バランスを得るべく鋭意研究を重ねた。
その結果、Ｃ ＝０．０００５〜０．０１％、Ｓｉ＝０．６〜１．８％、Ｍｎ＝０．１〜２％、Ｐ ≦０．１％、Ｓ ≦０．０３％、を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる鋼であって、ポリゴナルフェライトの体積率が９０％以上かつフェライト平均粒径が５０μｍ以上２００μｍ以下でそのフェライト粒の展伸度が２以下あることが非常に有効であることを新たに見出し、本発明をなしたものである。
【０００８】
即ち、本発明の要旨は、以下の通りである。
（１）質量％にて、Ｃ ＝０．０００５〜０．０１％、Ｓｉ＝０．６〜１．８％、Ｍｎ＝０．１〜２％、Ｐ ≦０．１％、Ｓ ≦０．０３％、Ａｌ＝０．００５〜１％、を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる鋼であって、ポリゴナルフェライトの体積率が９０％以上かつフェライト平均粒径が５０μｍ以上２００μｍ以下でそのフェライト粒の展伸度が２以下であることを特徴とする、プレス用薄鋼板。
（２）（１）に記載の鋼が、さらに、質量％にて、Ｔｉ＝０．０１〜０．１％、
を含み、さらにＴｉ−４８／１２Ｃ−４８／１４Ｎ−４８／３２Ｓ≧０％
を満たす範囲でＴｉを含有し、ポリゴナルフェライトの体積率が９０％以上かつフェライト平均粒径が５０μｍ以上２００μｍ以下でそのフェライト粒の展伸度が２以下であることを特徴とする、プレス用薄鋼板。
【０００９】
（３）（１）ないし（２）のいずれか１項に記載の鋼が、さらに、質量％にて、
Ｎｂ＝０．０１〜０．１％、を含み、さらに
Ｔｉ+４８／９３Ｎｂ−４８／１２Ｃ−４８／１４Ｎ−４８／３２Ｓ≧０％、
を満たす範囲でＴｉとＮｂを含有し、ポリゴナルフェライトの体積率が９０％以上かつフェライト平均粒径が５０μｍ以上２００μｍ以下でそのフェライト粒の展伸度が２以下であることを特徴とする、プレス用薄鋼板。
（４）（１）ないし（３）のいずれか１項に記載の鋼が、さらに、質量％にて、
Ｂ ＝０．０００２〜０．００２％、を含有し、ポリゴナルフェライトの体積率が９０％以上かつフェライト平均粒径が５０μｍ以上２００μｍ以下でそのフェライト粒の展伸度が２以下であることを特徴とする、プレス用薄鋼板。
【００１０】
（５）（１）ないし（４）のいずれか１項に記載の鋼が、さらに、質量％にて、
Ｃａ＝０．０００５〜０．００２％、ＲＥＭ＝０．０００５〜０．０２％、
の一種または二種を含有し、ポリゴナルフェライトの体積率が９０％以上かつフェライト平均粒径が５０μｍ以上２００μｍ以下でそのフェライト粒の展伸度が２以下であることを特徴とする、プレス用薄鋼板。
（６）（１）ないし（５）のいずれか１項に記載の鋼が、さらに、質量％にて、Ｃｕ＝０．２〜１．２％、Ｎｉ＝０．１〜０．６％、Ｍｏ＝０．０５〜１％、Ｖ ＝０．０２〜０．２％、Ｃｒ＝０．０１〜１％、Ｚｒ＝０．０２〜０．２％、の一種または二種以上を含有し、ポリゴナルフェライトの体積率が９０％以上かつフェライト平均粒径が５０μｍ以上２００μｍ以下でそのフェライト粒の展伸度が２以下であることを特徴とする、プレス用薄鋼板。
【００１１】
（７）（１）ないし（６）のいずれか１項に記載の薄鋼板に亜鉛めっきが施されていることを特徴とする、プレス用薄鋼板。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に至った基礎研究結果について説明する。
破断伸びとフェライト平均粒径の関係を調査するために次のような実験を行った。すなわち、０．００２％Ｃ−０．０１％Ｐ−０.００１％Ｓ−０．０３％Ａｌを基本としＳｉ添加量を０．１〜２％の間で変化させそれに伴いＭｎ添加量を引張強度が４４０ＭＰａ程度になるように調整し溶製した鋳片をいずれかの温度で熱間仕上圧延を終了して後、６００℃で巻き取った素材を準備し、これらの鋼板について引張試験を行った。
【００１６】
図１にＳｉ添加量と熱間仕上圧延終了温度（ＦＴ）とＡｒ3変態点温度との差（ＦＴ−Ａｒ3）でフェライト平均粒径および展伸度で整理した結果を示す。さらに、得られた鋼板の破断伸びをフェライト平均粒径および展伸度で整理した結果を図２に示す。
これらの結果よりＳｉ添加量および熱間仕上圧延終了温度（ＦＴ）とＡｒ3変態点温度との差（ＦＴ−Ａｒ3）とフェライト平均粒径には強い相関があり、熱間仕上圧延終了温度がＡｒ3変態点温度＋２０℃以上でフェライト平均粒径が５０μｍ以上となり、さらにこのフェライト粒径の範囲で破断伸びが著しく向上することが判明した。
このメカニズムは必ずしも明らかではないが、Ａｒ3変態点温度が高いＳｉ含有鋼では高温での熱間仕上圧延終了後にγ→α変態後のフェライト粒が粒成長することにより、転位の移動障壁の一つである粒界密度が減少し高い破断伸びが得られたと推測される。
【００１７】
なお、フェライト平均粒径の測定法はＪＩＳ Ｇ ０５５２鋼のフェライト結晶粒度試験法に記載の切断法、または平均円相当径と仮定して画像処理装置等より得られる値を採用した。展伸度はＪＩＳ Ｇ ０５５２鋼のフェライト結晶粒度試験法に記載の測定方法に従った。また、ここでＡｒ3変態点温度とは、例えば以下の計算式により鋼成分との関係で簡易的に示される。すなわち
Ａｒ3＝９１０−３１０×％Ｃ＋２５×％Ｓｉ−８０×％Ｍｎ
である。
次に本発明における鋼板のミクロ組織ついて詳細に説明する。
優れた破断伸びを得るためには、ポリゴナルフェライトの体積率が９０％以上かつフェライト平均粒径が５０μｍ以上２００μｍ以下でそのフェライト粒の展伸度が２以下あることが必要である。優れた破断伸びを確保するためにフェライト単相が望ましい。ただし、必要に応じ一部ベイナイトを含むことを許容するものである。また、合計５％以下の不可避的なマルテンサイト、残留オーステナイトおよびパーライトを含むことを許容するものである。なお、ここで言うベイナイトとはベイニティックフェライトおよびアシュキュラーフェライト組織も含む。ただし、穴拡げ性を確保するためには、粗大な炭化物を含むパーライトの体積分率は５％未満が望ましい。
【００１８】
一方、フェライト平均粒径が５０μｍ未満では本発明の効果を得られず、２００μｍ超では肌荒れが顕著になる傾向がある。従って、フェライト平均粒径は５０μｍ以上２００μｍ以下と限定する。二次加工性という観点からは１５０μｍ以下が望ましい。
ここで、フェライト、ベイナイト、残留オーステナイト、パーライト、マルテンサイトの体積分率とは鋼板板幅の１／４Ｗもしくは３／４Ｗ位置より切出した試料を圧延方向断面に研磨し、ナイタール試薬を用いてエッチングし、光学顕微鏡を用い２００〜５００倍の倍率で観察された板厚の１／４ｔにおけるミクロ組織の面積分率で定義される。
【００１９】
続いて、本発明の化学成分の限定理由について説明する。
Ｃは、０．０１％超含有していると加工性が劣化するので、０．０１％以下とする。また０．０００５％未満を達成するためには精錬コストの増大が著しいので０．０００５％以上とする。
Ｓｉは、本発明において最も重要な元素の一つである。固溶強化元素として強度上昇に有効であるばかりでなく、鋼のＡｒ3変態点温度を上昇させ、高温での熱間仕上圧延終了後にγ→α変態後のフェライト粒の粒成を長促進させることにより高い破断伸びを実現する。前記の効果を得るためには、０．６％以上含有する必要がある。しかし、１．８％超含有するとＡｒ3変態点温度が高くなりすぎてγ域で圧延を終了することができなくなり塑性異方性を示すようになる。そこで、Ｓｉの含有量は０．６％以上、１．８％以下とする。
【００２０】
Ｍｎは、固溶強化元素として強度上昇に有効である。所望の強度を得るためには、０．１％以上必要である。また、Ｍｎ以外にＳによる熱間割れの発生を抑制するＴｉなどの元素が十分に添加されない場合には質量％でＭｎ／Ｓ≧２０となるＭｎ量を添加することが望ましい。一方、２％超添加すると強度上昇により加工性が劣化するため、２％以下とする。
【００２１】
Ｐは、不純物であり低いほど望ましく、０．１％超含有すると加工性や溶接性に悪影響を及ぼすので、０．１％以下とする。
Ｓは、熱間圧延時の割れを引き起こすばかりでなく、多すぎると穴拡げ性を劣化させるＡ系介在物を生成するので極力低減させるべきであるが、０．０３％以下ならば許容できる範囲である。
Ａｌは、溶鋼脱酸のために０．００５％以上添加する必要があるが、コストの上昇を招くため、その上限を１％とする。また、あまり多量に添加すると、非金属介在物を増大させ伸びを劣化させるので望ましくは０．５％以下とする。
Ｔｉは、Ａ系介在物を形成するＳや侵入型固溶元素であるＣ、Ｎなどを析出物として固定し鋼の延性や時効性等を改善する効果があるので必要に応じて添加する。ただし、０．０１％未満ではその効果を安定して得ることができないので０．０１％以上添加する。一方、０．１％超添加すると溶融亜鉛めっきの密着性を悪くし、プレス成形時にパウダリングを起こすので、０．１％以下好ましくは０．０５％以下がよい。また、Ｎを析出固定し二次加工性に有効なＢを確保するためには、Ｔｉ−４８／１４Ｎ−４８／３２Ｓ≧０％で十分であるが、Ｃを析出固定し、延性に寄与するためにはＴｉ−４８／１２Ｃ−４８／１４Ｎ−４８／３２Ｓ≧０％の条件を満たすことが必要である。ここで、ＳおよびＮはＣよりも比較的高温域でＴｉと析出物を形成するのでＴｉ≧４８／１２Ｃを確保するためには必然的にＴｉ−４８／１２Ｃ−４８／１４Ｎ−４８／３２Ｓ≧０％の条件を満たすことが必要である。
【００２２】
Ｎｂは、Ｔｉと同様にＣを析出物として固定し延性性や時効性を向上させるので必要に応じて添加する。ただし、０．０１％未満ではその効果を安定して得るために不十分であり、０．１％超含有してもその効果が飽和するだけでなく合金コストの上昇を招く。従ってＮｂの含有量は０．０１％以上、０．１％以下とする。さらに、Ｃを析出固定し、延性に寄与するためにはＴｉ+４８／９３Ｎｂ−４８／１２Ｃ−４８／１４Ｎ−４８／３２Ｓ≧０％の条件を満たすことが必要である。ここでＮｂはＴｉよりも比較的低温で炭化物を形成するためＴｉ+４８／９３Ｎｂ≧４８／１２Ｃを確保するためには必然的にＴｉ+４８／９３Ｎｂ−４８／１２Ｃ−４８／１４Ｎ−４８／３２Ｓ≧０％の条件を満たすことが必要である。
Ｂは、固溶Ｃ量の減少が原因と考えられるＰによる粒界脆化を抑制し二次加工割れを防止する効果があるので必要に応じ添加する。ただし、０．０００２％未満ではその効果を得るために不十分であり、０．００２％超添加するとスラブ割れが起こる。よって、Ｂの添加は、０．０００２％以上、０．００２％以下とする。
【００２３】
ＣａおよびＲＥＭは、破壊の起点となったり、加工性を劣化させる非金属介在物の形態を変化させて無害化する元素である。ただし、０．０００５％未満添加してもその効果がなく、Ｃａならば０．００２％超、ＲＥＭならば０．０２％超添加してもその効果が飽和するのでＣａ＝０．０００５〜０．００２％、ＲＥＭ＝０．０００５〜０．０２％添加することが望ましい。
さらに、強度を付与するために、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒの析出強化もしくは固溶強化元素の一種または二種以上を添加してもよい。ただし、それぞれ、０．２％、０．１％、０．０５％、０．０２％、０．０１％、０．０２％未満ではその効果を得ることができない。また、それぞれ、１．２％、０．６％、１％、０．２％、１％、０．２％を超え添加してもその効果は飽和する。
なお、これらを主成分とする鋼にＳｎ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｗ、Ｍｇを合計で１％以下含有しても構わない。しかしながらＳｎは熱間圧延時に疵が発生する恐れがあるので０．０５％以下が望ましい。
【００２４】
また、Ｎについては、本発明の効果を得るために特に限定する必要はないが、Ｃ同様に侵入型固溶元素であり延性や時効性を劣化させる元素であり、Ｃよりも高温にてＴｉおよびＮｂと析出物を形成し、Ｃを固定するのに有効なＴｉおよびＮｂを減少させる。従って極力低減させるべきであるが、０．００５％以下ならば許容できる範囲なので０．００５％以下が望ましい。
次に、本発明の製造方法の限定理由について、以下に詳細に述べる。
本発明は、鋳造後、熱間圧延後冷却ままもしくは熱間圧延後、熱間圧延後冷却・酸洗し冷延した後に熱処理、あるいは熱延鋼板もしくは冷延鋼板を溶融めっきラインにて熱処理を施したまま、更にはこれらの鋼板に別途表面処理を施すことによっても得られる。
【００２５】
本発明において熱間圧延に先行する製造方法は特に限定するものではない。すなわち、高炉や電炉等による溶製に引き続き各種の２次製錬で目的の成分含有量になるように成分調整を行い、次いで通常の連続鋳造、インゴット法による鋳造の他、薄スラブ鋳造などの方法で鋳造すればよい。原料にはスクラップを使用しても構わない。連続鋳造よって得たスラブの場合には高温鋳片のまま熱間圧延機に直送してもよいし、室温まで冷却後に加熱炉にて再加熱した後に熱間圧延してもよい。
スラブ再加熱温度については特に制限はないが、１４００℃以上であると、スケールオフ量が多量になり歩留まりが低下するので、再加熱温度は１４００℃未満が望ましい。また、１０００℃未満の加熱ではスケジュール上操業効率を著しく損なうため、スラブ再加熱温度は１０００℃以上が望ましい。さらには、１１００℃未満の加熱ではスケールオフ量が少なくスラブ表層の介在物をスケールと共に後のデスケーリングによって除去できなくなる可能性が、スラブ再加熱温度は１１００℃以上が望ましい。
【００２６】
熱間圧延工程は、粗圧延を終了後、仕上げ圧延を行うが、仕上げ圧延終了温度（ＦＴ）をＡｒ3変態点温度＋２０℃以上とするためには少なくとも仕上げ圧延噛込み温度がＡｒ3変態点温度＋１５０℃以上であることが望ましい。ただし、粗圧延終了から仕上圧延開始までの間または／および仕上げ圧延中に粗バーまたは圧延材を加熱する場合は、この限りではなく仕上げ圧延噛込み温度がＡｒ3変態点温度＋１００℃以上であるように加熱すればよい。さらに望ましくはＡｒ3変態点温度＋１５０℃以上である。
粗圧延終了から仕上圧延開始までの間または／および仕上げ圧延中での粗バーまたは圧延材の加熱は必要に応じて行う。特に本発明のうちでも優れた破断延びを安定して得るためにはＭｎＳ等の微細析出を抑制することが有効である。通常、ＭｎＳ等の析出物は１２５０℃程度のスラブ再加熱で再固溶が起こり、後の熱間圧延中に微細析出する。従って、スラブ再加熱温度を１１５０℃程度に制御しＭｎＳ等の再固溶を抑制できれば延性を改善できる。ただし、圧延終了温度を本発明の範囲にするためには粗圧延終了から仕上圧延開始までの間または／および仕上げ圧延中での粗バーまたは圧延材の加熱が有効な手段となる。
粗圧延終了と仕上げ圧延開始の間にデスケーリングを行う場合は、鋼板表面での高圧水の衝突圧Ｐ（ＭＰａ）×流量Ｌ（リットル／ｃｍ2）≧０．００２５の条件を満たすことが望ましい。
【００２７】
鋼板表面での高圧水の衝突圧Ｐは以下のように記述される。（「鉄と鋼」１９９１ ｖｏｌ．７７ Ｎｏ．９ ｐ１４５０参照）
Ｐ（ＭＰａ）＝５．６４×Ｐ0×Ｖ／Ｈ2
ただし、
Ｐ0（ＭＰａ）：液圧力
Ｖ（リットル／ｍｉｎ）：ノズル流液量
Ｈ（ｃｍ）：鋼板表面とノズル間の距離
流量Ｌは以下のように記述される。
Ｌ（リットル／ｃｍ2）＝Ｖ／（Ｗ×ｖ）
ただし、
Ｖ（リットル／ｍｉｎ）：ノズル流液量
Ｗ（ｃｍ）：ノズル当たり噴射液が鋼板表面に当たっている幅
ｖ（ｃｍ／ｍｉｎ）：通板速度
衝突圧Ｐ×流量Ｌの上限は本発明の効果を得るためには特に定める必要はないが、ノズル流液量を増加させるとノズルの摩耗が激しくなる等の不都合が生じるため、０．０２以下とすることが望ましい。
【００２８】
さらに、仕上げ圧延後の鋼板の最大高さＲｙが１５μｍ（１５μｍＲｙ，ｌ２．５ｍｍ，ｌｎ１２．５ｍｍ）以下であることが望ましい。これは、例えば金属材料疲労設計便覧、日本材料学会編、８４ページに記載されている通り熱延または酸洗ままの鋼板の疲労強度は鋼板表面の最大高さＲｙと相関があることから明らかである。また、その後の仕上げ圧延はデスケーリング後に再びスケールが生成してしまうのを防ぐために５秒以内に行うのが望ましい。
【００２９】
また、粗圧延と仕上げ圧延の間にシートバーを接合し、連続的に仕上げ圧延をしてもよい。その際に粗バーを一旦コイル状に巻き、必要に応じて保温機能を有するカバーに格納し、再度巻き戻してから接合を行ってもよい。
仕上げ圧延は、熱延鋼板として最終製品にする場合においては、その仕上げ圧延後半にＡｒ3変態点温度＋１００℃以下の温度域で合計圧下率２５％以上の圧延を行う。ここでＡｒ3変態点温度とは、例えば以下の計算式により鋼成分との関係で簡易的に示される。すなわち
Ａｒ3＝９１０−３１０×％Ｃ＋２５×％Ｓｉ−８０×％Ｍｎ
Ａｒ3変態点温度＋１００℃以下の温度域での合計圧下率２５％未満であると圧延されたオーステナイトの再結晶核の核生成が十分に起こらずオーステナイト粒の微細化が不十分となり仕上げ圧延終了後のフェライトの析出が促進されず、本発明が規定するミクロ組織が安定して得られない。より安定して本発明が規定するミクロ組織を得るためにはＡｒ3変態点温度＋１００℃以下の温度域での合計圧下率を３５％以上とすることが望ましい。
【００３０】
仕上げ圧延終了温度（ＦＴ）はＡｒ3変態点温度＋２０℃未満であるとα＋γの二相域圧延となる可能性があり圧延後のフェライト粒に加工組織が残留し延性が劣化する恐れがあるのでＡｒ3変態点温度＋２０℃以上とする。
本発明において巻取温度（ＣＴ）は６００℃以上とする。６００℃未満では、巻取後にフェライト粒の粒成長が進行せず本発明の効果を得られない恐れがある。従って、巻取温度（ＣＴ）は６００℃以上と限定する。
熱間圧延工程終了後は必要に応じて酸洗し、その後インラインまたはオフラインで圧下率１０％以下のスキンパスまたは圧下率４０％程度までの冷間圧延を施しても構わない。
次に、冷延鋼板として最終製品にする場合であるが、熱間での仕上げ圧延条件は特に限定しない。仕上げ圧延終了温度（ＦＴ）はＡｒ3変態点温度未満としても差し支えないが、その場合は、圧延前もしくは圧延中に析出したフェライトに強い加工組織が残留するため、続く巻取処理または加熱処理により回復、再結晶させることが望ましい。ただし、より良好な延性を得るためには、仕上げ圧延終了温度（ＦＴ）はＡｒ3変態点温度＋２０℃以上であることが望ましい。
【００３１】
続く酸洗後に冷間圧延された鋼板の熱処理は連続焼鈍工程を前提としている。まず、熱処理は回復温度以上Ａｃ3変態点温度以下の温度域で行う。この熱処理温度（ＳＴ）が回復温度未満の場合には加工組織が残留し延性を著しく劣化させるので、熱処理温度（ＳＴ）は回復温度以上とする。さらに良好な延性を得るためには、再結晶温度以上が望ましい。また、熱処理温度（ＳＴ）がＡｃ3変態点温度超では、再結晶によって生成したフェライトがオーステナイトへ変態し、冷却時にフェライトに変態するためにフェライト粒が微細化され、本発明の効果が得られない。さらにはＡｃ1変態点温度以下では変態が起こらず再結晶したフェライトが粒成長するのでＡｃ1変態点温度以下が望ましい。ここでＡｃ3変態点、Ａｃ1変態点温度とは、例えばレスリー鉄鋼材科学（１９８５年発行、熊井浩 野田龍彦訳、丸善株式会社）２７３頁に記載の計算式により鋼成分との関係で示される。回復温度以上Ａｃ3変態点温度以下の温度域での保持時間は特に限定しないが、５秒未満では、回復または再結晶が十分に完了しない恐れがあるので５秒以上が望ましい。一方、１５０秒超の熱処理を行ってもその効果が飽和するばかりでなく生産性を低下させるので、保持時間は５〜１５０秒間が望ましい。
その後の冷却条件については特に限定しないが、通常の連続焼鈍操業条件に準ずる冷却速度で本発明の効果が得られる。
【００３２】
さらにその後、必要に応じてスキンパス圧延を実施する。
酸洗後の熱延鋼板、もしくは上記の再結晶熱処理終了後の冷延鋼板に亜鉛めっきを施すためには、亜鉛めっき浴中に浸積し、必要に応じて合金化処理してもよい。
【００３３】
【実施例】
以下に、実施例により本発明をさらに説明する。
表１に示す化学成分を有するＡ〜Ｇの鋼は、転炉にて溶製して、連続鋳造後、表２に示す加熱温度で再加熱し、粗圧延に続く仕上げ圧延で１．２〜５．５ｍｍの板厚にした後に巻き取った。ただし、表中の化学組成についての表示は質量％である。また、鋼Ｂについては粗圧延後に衝突圧２．７ＭＰａ、流量０．００１リットル／ｃｍ2の条件でデスケーリングを施した。さらに、表２に示すように鋼Ｅの一部については熱間圧延工程後、酸洗、冷延、熱処理を行った。板厚は０．７〜２．３ｍｍである。一方、上記鋼板のうち鋼Ｅ−２および鋼Ｇについては、亜鉛めっきを施した。
【００３４】
【表１】
製造条件の詳細を表２に示す。ここで、「ＳＲＴ」はスラブ加熱温度、「ＦＴ」は仕上げ圧延温度を示す。ただし、後に冷延工程にて圧延を行う場合はこのような制限の限りではないので「―」とした。また、「粗バー加熱」は粗圧延終了から仕上圧延開始までの間または／および仕上げ圧延中に粗バーまたは圧延材を加熱の有無を示した。さらに「ＣＴ」とは巻取温度を示している。ただし、冷延鋼板の場合は製造の条件として特に限定する必要がないので「―」とした。次に、「ＳＴ」とは、熱処理温度（焼鈍）、「Ｔｉｍｅ」は熱処理時間である。
このようにして得られた薄鋼板の引張試験は、供試材を、まず、ＪＩＳ Ｚ ２２０１記載の５号試験片に加工し、ＪＩＳ Ｚ ２２４１記載の試験方法に従って行った。表２に降伏強度（ＹＰ）、引張強度（ＴＳ）、破断伸び（Ｅｌ）を示す。ここで、フェライトの体積分率とは鋼板板幅の１／４Ｗもしくは３／４Ｗ位置より切出した試料を圧延方向断面に研磨、エッチングし、光学顕微鏡を用い２００〜５００倍の倍率で観察された板厚の１／４ｔにおけるミクロ組織の面積分率で定義される。
【００３６】
【表２】
本発明に沿うものは、鋼Ａ−１、Ａ−４、Ｂ、Ｃ、Ｅ−１、Ｅ−２、Ｇの７鋼であり、所定の量の鋼成分を含有し、ポリゴナルフェライトの体積率が９０％以上かつフェライト平均粒径が５０μｍ以上２００μｍ以下でそのフェライト粒の展伸度が２以下あることを特徴とする、プレス用薄鋼板が得られており、従って、本発明記載の方法によって評価した従来鋼の伸びまたは強度−延性バランスを上回っている。
【００３８】
上記以外の鋼は、以下の理由によって本発明の範囲外である。すなわち、鋼Ａ-２は、巻取温度（ＣＴ）が本発明請求項８の範囲外であるので、請求項１記載の目的とするミクロ組織が得られず十分な強度−延性バランスが得られていない。鋼Ａ-３、鋼Ａ-５は、それぞれ仕上げ圧延終了温度（ＦＴ）が本発明請求項９の範囲外であるので、請求項１記載の目的とするミクロ組織が得られず十分な強度−延性バランスが得られていない。鋼Ｄは、Ｓｉの含有量が本発明請求項１の範囲外であるので請求項１記載の目的とするミクロ組織が得られず十分な強度−延性バランスが得られていない。鋼Ｅ-３と鋼Ｅ−４は、それぞれ熱処理温度（ＳＴ）が本発明請求項１１の範囲外であるので請求項１記載の目的とするミクロ組織が得られず十分な強度−延性バランスが得られていない。鋼Ｅ−５は、熱処理時間（Ｔｉｍｅ）が短いので請求項１記載の目的とするミクロ組織が得られず十分な強度−延性バランスが得られていない。鋼Ｆは、Ｓｉの含有量が本発明請求項１の範囲外であるので請求項１記載の目的とするミクロ組織が得られず十分な強度−延性バランスが得られていない。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明は、プレス用薄鋼板およびその製造方法に関するものであり、これらの鋼板を用いることにより安価かつ安定的に３８０〜５４０ＭＰａ級の引張強度であっても軟鋼板並みのプレス成形性を得ることができるため、本発明は、工業的価値が高い発明であると言える。
【図面の簡単な説明】
【図１】平均フェライト粒径および展伸度をＳｉ添加量と製造条件の関係で示す図である。
【図２】平均フェライト粒径および展伸度と破断伸びの関係を示す図である。
Claims (7)
- 質量％にて、
Ｃ ＝０．０００５〜０．０１％、
Ｓｉ＝０．６〜１．８％、
Ｍｎ＝０．１〜２％、
Ｐ ≦０．１％、
Ｓ ≦０．０３％、
Ａｌ＝０．００５〜１％、を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる鋼であって、ポリゴナルフェライトの体積率が９０％以上かつフェライト平均粒径が５０μｍ以上２００μｍ以下でそのフェライト粒の展伸度が２以下であることを特徴とする、プレス用薄鋼板。 - 請求項１に記載の鋼が、さらに、質量％にて、
Ｔｉ＝０．０１〜０．１％、を含み、さらに
Ｔｉ−４８／１２Ｃ−４８／１４Ｎ−４８／３２Ｓ≧０％を満たす範囲でＴｉを含有し、ポリゴナルフェライトの体積率が９０％以上かつフェライト平均粒径が５０μｍ以上２００μｍ以下でそのフェライト粒の展伸度が２以下であることを特徴とする、プレス用薄鋼板。 - 請求項１ないし請求項２のいずれか１項に記載の鋼が、さらに、質量％にて、
Ｎｂ＝０．０１〜０．１％、を含み、さらに
Ｔｉ+４８／９３Ｎｂ−４８／１２Ｃ−４８／１４Ｎ−４８／３２Ｓ≧０％、を満たす範囲でＴｉとＮｂを含有し、ポリゴナルフェライトの体積率が９０％以上かつフェライト平均粒径が５０μｍ以上２００μｍ以下でそのフェライト粒の展伸度が２以下であることを特徴とする、プレス用薄鋼板。 - 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の鋼が、さらに、質量％にて、
Ｂ ＝０．０００２〜０．００２％、を含有し、ポリゴナルフェライトの体積率が９０％以上かつフェライト平均粒径が５０μｍ以上２００μｍ以下でそのフェライト粒の展伸度が２以下であることを特徴とする、プレス用薄鋼板。 - 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の鋼が、さらに、質量％にて、
Ｃａ＝０．０００５〜０．００２％、
ＲＥＭ＝０．０００５〜０．０２％、の一種または二種を含有し、ポリゴナルフェライトの体積率が９０％以上かつフェライト平均粒径が５０μｍ以上２００μｍ以下でそのフェライト粒の展伸度が２以下であることを特徴とする、プレス用薄鋼板。 - 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の鋼が、さらに、質量％にて、
Ｃｕ＝０．２〜１．２％、
Ｎｉ＝０．１〜０．６％、
Ｍｏ＝０．０５〜１％、
Ｖ ＝０．０２〜０．２％、
Ｃｒ＝０．０１〜１％、
Ｚｒ＝０．０２〜０．２％、の一種または二種以上を含有し、ポリゴナルフェライトの体積率が９０％以上かつフェライト平均粒径が５０μｍ以上２００μｍ以下でそのフェライト粒の展伸度が２以下であることを特徴とする、プレス用薄鋼板。 - 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の薄鋼板に亜鉛めっきが施されていることを特徴とする、プレス用薄鋼板。
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