JP3932892B2 - 延性、伸びフランジ性および衝撃吸収特性に優れた高強度鋼板および高強度電気めっき鋼板とそれらの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用鋼板等として用いられる、高い延性と伸びフランジ性と衝撃吸収特性を有する高強度鋼板(高張力鋼板とも云う)及び高強度電気めっき鋼板並びにそれらの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の車体には、各種の薄鋼板が使用されているが、とくに成形性に優れた冷延鋼板が多く使われている。また、最近は、自動車車体の軽量化を図るために高張力鋼板の使用量が増大している。しかし、強度が比較的低い冷延鋼板に代わって、従来の高張力鋼板を採用する場合、以下のような問題点があった。
１）延性および伸びフランジ性が劣る。
２）機械的性質の面内異方性が大きい。
３）特に、引張強度ＴＳが400MPa〜540MPaの強度範囲の鋼板は、材質のばらつきが大きく、安定して製造することが難しい。
４）衝撃吸収特性の向上代が少なく、高張力鋼板を使用するメリットが少ない。
【０００３】
上記した問題点を解決するために、従来、Ｃ量の低減、Ｓ量の低減などの対策が講じられている。しかし、これらの対策だけでは、上記のすべての問題点を解決することはできなかった。
その他の対策としては、Nb，Ti等の元素を微量添加して、伸びフランジ性を改善する技術が提案されているが、この技術は、これらの元素(Nb，Ti等)が鋼の熱間変形抵抗を増加させるため、熱間圧延が困難となるという問題点があった。しかも、これらの元素の添加は、析出強化作用のために、引張り強度(ＴＳ)が540MPa以下の比較的低強度の高成形性鋼板を製造することを困難にし、さらには、冷延後の焼鈍において、再結晶の遅延を招いて、焼鈍条件に対する材質変動が大きくなるという問題点があった。
さらに他の従来技術としては、母相組織の微細化、組織の単相化(主としてベイナイト化)により伸びフランジ性を改善する方法も提案されている。しかし、この提案は、自動車の足廻り部品に使用されるような比較的厚物(板厚＞3mm程度)で高強度(概ね540MPa以上)の鋼板を対象としたもので、延性も十分ではないという問題点があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、自動車用部材の中には、例えば、フロントやリアサイドメンバー、クロスメンバー等の各種メンバー類およびこれらに接続される各種補強部材等のように、その用途によっては、深絞り成形はしないものの、比較的高強度でかつ高い延性と伸びフランジ性を要求されるものがある。これらの部材には、板厚が0.8mm以上2.3mm以下で、引張強度が400MPa以上540MPa以下の高強度冷延鋼板が主に用いられる。また、これらの部材は、従来、静的な強度のみが要求されていたが、昨今の自動車の衝突に対する安全性確保の要請から、優れた衝撃吸収特性が要求されるようになった部品群でもある。
しかし、上述したように、従来の技術では、これら全ての要求特性を満足する鋼板を、工業的に安価に、かつ安定して製造する技術はなかった。
【０００５】
本発明の目的は、引張強度が400MPa以上540MPa以下の中程度の強度を有しながら、優れた延性と伸びフランジ性を有しかつ衝撃吸収特性にも優れる高強度鋼板ならびに該鋼板にめっき処理を施した高強度電気めっき鋼板とそれらの製造方法を提案することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
さて、発明者は、上記目的を実現するため、種々の成分組成の鋼板を製造し、材質評価実験を行った。その結果、高い延性を有し、優れた伸びフランジ性と衝撃吸収特性とを有する鋼板を得るためには、成分組成を適正範囲に制御することはもちろん、とくに鋼板の微細組織の制御が有効であることを知見した。すなわち、上述した要求特性を満足させるためには、鋼板組織の主相を軟質なフェライト相とし、残余の組織を、マルテンサイト相を２％以上10％以下かつ前記マルテンサイト相を含む第２相を15％以下とすることが必要であることを知見した。
【０００７】
本発明は、上記知見に基づき開発されたものであって、Ｃ：０．０２〜０．０８ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．５０ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：０．５〜１．４ｍａｓｓ％、Ｐ：０．０４ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ａｌ：０．０２〜０．１ｍａｓｓ％（但し、０．０２ｍａｓｓ％を除く）、Ｎ：０．０２５ｍａｓｓ％以下を含有し、さらに、Ｃｒ，Ｍｏを複合添加で、Ｃｒ：０．４５ｍａｓｓ％以下かつ下記式、
Ｃｒ＋１．２Ｍｏ：０．２〜０．８ｍａｓｓ％
を満足するよう含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、主相であるフェライト組織の分率が面積率で８５％以上であり、面積率で２％以上１０％以下のマルテンサイト組織を含有し、前記マルテンサイトを含む第２相の分率の合計が面積率で１５％以下であり、かつ、引張強さＴＳが４００〜５４０ＭＰａである、延性、伸びフランジ性および衝撃吸収特性に優れた高強度鋼板。
【０００８】
なお、本発明においては、機械的性質を向上させるために、上記成分のほかに、Ｂ：0.0005〜0.0040mass％、Ca：0.0010〜0.01mass％、ＲＥＭ：0.0010〜0.01mass％、Ti：0.005〜0.10mass％、Nb：0.002〜0.10mass％、V：0.005〜0.10mass％、Cu：0.01〜1.0mass％、Ni：0.01〜1.0mass％のうちのいずれか１種または２種以上を含有することが好ましい。
【０００９】
本発明はまた、上記鋼板の表面に、電気めっき皮膜を被成してなる高強度電気めっき鋼板を提案する。
【００１０】
本発明はまた、Ｃ：０．０２〜０．０８ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．５０ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：０．５〜１．４ｍａｓｓ％、Ｐ：０．０４ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ａｌ：０．０２〜０．１ｍａｓｓ％（但し、０．０２ｍａｓｓ％を除く）、Ｎ：０．０２５ｍａｓｓ％以下を含有し、さらに、Ｃｒ，Ｍｏを複合添加で、Ｃｒ：０．４５ｍａｓｓ％以下かつ下記式、
Ｃｒ＋１．２Ｍｏ：０．２〜０．８ｍａｓｓ％
を満足するよう含有し、あるいはさらに、Ｂ：０．０００５〜０．００４０ｍａｓｓ％、Ｃａ：０．００１０〜０．０１ｍａｓｓ％、ＲＥＭ：０．００１０〜０．０１ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．００５〜０．１０ｍａｓｓ％、Ｎｂ：０．００２〜０．１０ｍａｓｓ％、Ｖ：０．００５〜０．１０ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０１〜１．０ｍａｓｓ％、Ｎｉ：０．０１〜１．０ｍａｓｓ％のうちのいずれか１種または２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼スラブを、熱間圧延し、その後、酸洗と冷間圧延を行い、次いで７５０℃以上９００℃以下に加熱後、２０℃／ｓ以上の速度で冷却する連続焼鈍することを特徴とする、延性、伸びフランジ性および衝撃吸収特性に優れた高強度鋼板の製造方法を提案する。
【００１１】
さらに、本発明は、Ｃ：０．０２〜０．０８ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．５０ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：０．５〜１．４ｍａｓｓ％、Ｐ：０．０４ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ａｌ：０．０２〜０．１ｍａｓｓ％（但し、０．０２ｍａｓｓ％を除く）、Ｎ：０．０２５ｍａｓｓ％以下を含有し、さらに、Ｃｒ，Ｍｏを複合添加で、Ｃｒ：０．４５ｍａｓｓ％以下かつ下記式、
Ｃｒ＋１．２Ｍｏ：０．２〜０．８ｍａｓｓ％
を満足するよう含有し、あるいはさらに、Ｂ：０．０００５〜０．００４０ｍａｓｓ％、Ｃａ：０．００１０〜０．０１ｍａｓｓ％、ＲＥＭ：０．００１０〜０．０１ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．００５〜０．１０ｍａｓｓ％、Ｎｂ：０．００２〜０．１０ｍａｓｓ％、Ｖ：０．００５〜０．１０ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０１〜１．０ｍａｓｓ％、Ｎｉ：０．０１〜１．０ｍａｓｓ％のうちのいずれか１種または２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼スラブを、熱間圧延し、その後、酸洗と冷間圧延を行い、次いで７５０℃以上９００℃以下に加熱後、２０℃／ｓ以上の速度で冷却する連続焼鈍を施し、その後、電気めっき処理を施すことを特徴とする、延性、伸びフランジ性および衝撃吸収特性に優れた高強度電気めっき鋼板の製造方法を提案する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明における成分組成を限定した理由について説明する。
Ｃ：0.02〜0.08mass％
Ｃは、強度を確保するために重要な元素である。しかし、Ｃ量が0.08mass％を超えると、鋼中の炭化物の分率が増加することに起因して、鋼板の伸びフランジ性が顕著に悪化する。さらに重要な問題として、Ｃ量が、0.08mass％を超えると、スポット溶接性、アーク溶接性などが顕著に低下する。従って、成形性、溶接性の観点から、Ｃ量は0.08mass％以下とする。成形性の向上のためには、0.06mass％以下、より好ましくは0.05mass％以下とする。一方、Ｃ量が0.02mass％未満となると、微細組織が顕著に粗大化し、伸びフランジ性が低下する。さらに、本発明の重要な要件の一つであるマルテンサイト相を安定して得ることが困難になるため、下限値を0.02mass％とする。好ましくは、0.03〜0.05mass％がよい。
【００１３】
Si：0.50mass％以下
Siは、鋼板を固溶強化しつつ、伸びフランジ性を改善するという望ましい効果があるため、必要に応じて適宜添加する。しかし、多量の添加は、表面性状の低下を生ずる危険性がある。このため、このような問題のない、0.50mass％以下に制限する。好ましくは、0.05〜0.30mass％がよい。
【００１４】
Ｍｎ：０．５〜１．４ｍａｓｓ％
Ｍｎは、Ｓによる熱間脆性を防止するのに有効な元素であり、含有するＳ量に応じて添加する必要がある。またＭｎは、本発明においては、安定してマルテンサイト相を得るために必須の添加元素である。この効果は、０．５ｍａｓｓ％の添加により顕著となる。また、Ｍｎの添加量を高めることで、機械的性質の熱延条件感受性が顕著に改善されるという利点がある。しかし、Ｍｎを過度に添加すると、延性が低下傾向となることと、マルテンサイト分率の焼鈍温度依存性が顕著となり、製造条件による材質変動が大きくなり、加えて伸びフランジ性も悪化する傾向にある。このため、その上限を１．４ｍａｓｓ％とする。好ましくは０．７〜１．４ｍａｓｓ％である。
【００１５】
Ｐ：0.04mass％以下
Ｐは、鋼の固溶強化元素として有効であり、要求される強度に応じて適宜添加できる。しかし、過度に添加すると、鋼を脆化させ、溶接部の脆化をもたらす。さらに、Ｐは偏析しやすい元素であり、鋼板の伸びフランジ性を低下させる。以上のことから、その上限を0.04mass％とした。これらの特性低下が特に重要視される場合には、0.02mass％以下とすることが好ましい。
【００１６】
Ｓ：0.005mass％以下
Ｓは、介在物として鋼中に存在し、鋼板の延性と伸びフランジ性を低下させ、さらに耐食性の劣化をもたらす。本発明のような、マルテンサイトを含む微細組織鋼においては、とくにその傾向が顕著であることから、Ｓは極力低減させることが好ましい。これらの理由から、その上限を0.005mass％とした。特に良好な伸びフランジ性が要求される用途においては、0.003mass％以下とすることが望ましい。
【００１７】
Ａｌ：０．０２〜０．１ｍａｓｓ％（但し、０．０２ｍａｓｓ％を除く）
Ａｌは、脱酸元素として添加され、鋼の清浄度を向上させるのに有効であり、鋼の組織微細化のためにも添加が必要な元素である。しかし、０．１ｍａｓｓ％を超えて多量に添加しても、組織の微細化効果は飽和してしまい、添加する合金の分だけコストの増加となるので、上限は０．１ｍａｓｓ％とした。材質の安定性という観点では、０．０２ｍａｓｓ％以上（但し、０．０２ｍａｓｓ％を除く）が必要であり、０．０２〜０．０６ｍａｓｓ％（但し、０．０２ｍａｓｓ％を除く）がより望ましい。また、Ａｌ添加量の過度の低減は、結晶粒の粗大化につながる懸念があるが、本発明では、Ｍｎ等他の合金元素を、適正範囲とし、熱延条件を最適な範囲に制限することで防止することができる。
【００１８】
Ｎ：0.025mass％以下
Ｎは、適量の添加により、フェライトを主体とした組織を均一かつ微細化する効果を有し、これにより適正な強度と優れた伸びフランジ性を得ることができる。また、Ｎは、鋼の変態点を降下させる効果もあり、薄物で変態点を大きく割り込んだ圧延を回避したい場合、Ｎの添加は有効である。これらの効果を得るためには0.0015mass％以上とすることが好ましく、より好ましくは0.0020mass％以上とする。しかし、0.025mass％を超えて添加した場合には、鋼板の内部欠陥の発生率が高くなるとともに、連続鋳造時のスラブ割れなどの原因となるため、その上限を0.025mass％とした。なお、Ｎを添加しても、本発明の範囲であれば溶接性等に悪影響はない。より好ましくは、0.003〜0.015mass％とするのがよい。
【００１９】
Ｃｒ，Ｍｏ：複合添加で、Ｃｒ＋１．２Ｍｏ：０．２〜０．８ｍａｓｓ％
Ｃｒ，Ｍｏは、本発明における重要な添加元素の一つであり、適正な量のマルテンサイトが焼鈍後に残留する焼鈍条件を拡大するという望ましい作用がある。すなわち、Ｃｒ，Ｍｏの添加により、より広範囲の条件で安定した機械的性質の確保が可能となり、機械的特性のばらつきも小さくできる。これらの元素を（Ｃｒ＋１．２Ｍｏ）で、０．２０ｍａｓｓ％以上添加することで、上記のような望ましい効果が得られる。上限は強度の上限から決定されるが、概ね（Ｃｒ＋１．２Ｍｏ）で、０．８ｍａｓｓ％以下であればよい。
【００２０】
本発明においては、必須とする上記元素のほか、各種の機械的特性を向上させるために、下記の成分を選択的に添加することができる。
Ｂ：0.0005〜0.0040mass％
Ｂは、マルテンサイトの生成を安定化する効果があり、この効果は、0.0005mass％以上の添加で発揮される。一方、0.0040mass％を超えて添加した場合には、その効果が飽和することに加えて、スラブの表面割れ等の発生を招き、望ましくない。
【００２１】
Ca：0.0010〜0.01mass％
Caは、Ｓを固定し、伸びフランジ性を改善するのに有効な添加元素である。また、Caを添加することにより、冷延鋼板におけるマルテンサイト等の第２相の分布がより等方的になるという効果も確認された。この望ましい効果は、0.0010mass％以上の添加で発揮されるが、0.01mass％を超えて添加しても、その効果が飽和することに加え、耐食性の低下などの問題を生ずる。
【００２２】
ＲＥＭ：0.0010〜0.01mass％
ＲＥＭも、Caと同様にＳを安定して固定し、機械的特性を改善する効果がある。同様に0.0010から0.01mass％が最適な添加量の範囲である。この効果を得るためには、0.0010mass％以上の含有が好ましいが、0.01mass％を超えて添加しても、その効果が飽和し、製造コストの増加につながるため、ＲＥＭは、0.0010〜0.01mass％の含有量とすることが好ましい。
【００２３】
Ti：0.005〜0.10mass％
Tiは、組織の均一化、微細化効果により、延性、伸びフランジ性の改善に寄与する。また、Tiにも、Ｓを安定して固定する望ましい効果がある。これらの効果を得るためには、0.005mass％以上含有することが好ましいが、0.10mass％を超えて添加しても、その効果が飽和し、製造コストの増加につながるため、Tiは、0.005〜0.10mass％の含有量とすることが好ましい。
【００２４】
Nb：0.002〜0.10mass％
Nbは、マルテンサイトの分布を、特に微細かつ均一にする効果があり、溶接性を損なうことなく鋼板を高強度化するのに有効である。これらの効果を得るためには、0.002mass％以上含有することが好ましいが、0.10mass％を超えて添加しても、その効果が飽和し、製造コストの増加につながるため、Nbは0.002〜0.10mass％の含有量とすることが好ましい。
【００２５】
V：0.005〜0.10mass％
Vは、Cr，Moの効果を補う望ましい効果がある。Vを添加することで、適正量のマルテンサイトを安定して確保することができるため、最終的に得られる機械的特性も優れて安定したものとなる。これらの効果を得るため、0.005mass％以上の含有することが好ましいが、0.10mass％を超えて添加しても、その効果が飽和し、製造コストの増加につながるため、Vは0.005〜0.10mass％の含有量とすることが好ましい。
【００２６】
Cu：0.01〜1.0mass％
Cuは、鋼板の強度を増加させるために添加することができる。また、大きな強度増加が得られる割に、延性、伸びフランジ性の低下が小さいというメリットがある。このような望ましい効果は、0.01mass％以上の添加で達成されるが、1.0mass％を超えて添加しても、その効果が飽和する傾向があるため、その含有量を0.01〜1.0mass％とした。
【００２７】
Ni：0.01〜1.0mass％
Niは、本発明では重要なマルテンサイト分率を、製造条件に大きく依存せず安定して制御可能とする効果がある。このような望ましい効果は、0.01mass％以上の添加で達成されるが、1.0mass％を超えて添加してもその効果が飽和する傾向があるため、その含有量を0.01〜1.0mass％とすることが好ましい。
なお、上記したこれらの選択的添加元素は、複合して添加しても、これらの望ましい効果は相殺されることはない。
【００２８】
次いで、本発明に係る鋼板の組織を限定した理由について述べる。
フェライト相の面積率：85％以上
本発明は、高い伸びフランジ性が要求される自動車用鋼板を対象としている。この用途に必要な伸びフランジ性を確保するためには、フェライトを主相とし、フェライト面積率を組織全体に対する面積率で85％以上とする必要がある。さらにより高い伸びフランジ性が要求される場合には、95％以上のフェライト分率が望ましい。ここで云うフェライトとは、加工による歪を含まないいわゆるポリゴナルフェライト組織をさす。さらに、炭化物の析出を含まないベイニテイックフェライト、アシキュラーフェライトも、適度な強度の増加をもたらし、伸びフランジ性の低下もなく、望ましい組織であるため本願でいうフェライトの範疇に含むものとする。
なお、組織の分率の測定は、光学顕微鏡により鋼板の断面組織を観察することで面積率として評価することができる。
【００２９】
マルテンサイト分率：2％以上10％以下
マルテンサイトは、本発明が目標とする、強度と延性および伸びフランジ性の優れたバランスを得るのに極めて重要な組織である。また、マルテンサイトの分率が、組織全体に対する面積率で2％未満では、十分な延性改善効果が得られず、引張強度も低い。しかし、分率が面積率で10％を上回ると、強度が大きく増加するものの、伸びフランジ性が顕著に低下し望ましくない。また詳細な機構は不明であるが、本発明のような強度レベルでも、優れた耐衝撃吸収特性を付与するためには、マルテンサイト分率を、2〜10％の範囲に制御することが必須である。
【００３０】
第２相の合計分率：15％以下
前記マルテンサイトを含む第２相分率が15％を超える（残部はフェライト組織）と延性が低下することに加え、伸びフランジ性が低下する傾向にある。これは第２相分率が増加すると、各々の相が互いに連結し、バンド状に存在するようになるためである。また、第２相分率が15％を超えると、耐衝撃特性の異方性がおおきくなり、衝撃吸収部品に適用した場合には、安定した衝撃吸収特性が得られなくなる。なお、第２相に含む組織としては、前記マルテンサイトの外に、パーライト、ベイナイト、残留オーステナイト、セメンタイトなどがあり、目標とする強度、伸び等のレベルにより異なる組織を選択し得る。
【００３１】
次いで、本発明に係る鋼板の機械的特性について述べる。
引張強度ＴＳ：400〜540MPa
本発明の鋼板は、引張強度ＴＳが400〜540MPaの冷延鋼板に対して適用した場合に、その優れた効果が顕著に発揮される。この理由は、540MPa以上の高強度鋼板では、組織の微細化が得られ易く、穴拡げ性を改善することは比較的容易であるが、延性の低下に加え、形状凍結性が顕著に低下し、本発明が対象とする、優れた形状凍結性が要求される用途には適さないからである。
また、ＴＳが400MPa以下では、従来から広く行われている固溶強化のみの手法で、優れた機械的特性を有する鋼板を容易に製造できるからである。
【００３２】
穴拡げ率：80％以上
伸びフランジ性は、実部品で発生するフランジ割れによく対応する穴拡げ性で代表される。穴拡げ性の試験は、鉄鋼連盟規格(JFST1001)に準じた方法で行い、初期の穴径を10mmとし、割れが板厚を貫通する時の穴径Ｄ(mm)を測定し、下記式
((Ｄ−10)／10)×100(％)
で穴拡げ率を算出する。本発明の鋼板は、穴拡げ率が80％以上のものである。この値が80％以上であれば、本発明が対象とする部品においては、フランジ割れを発生することなくプレス成形が可能である。穴拡げ率が100％以上であればより好ましい。
なお、本発明の鋼板は、打ち抜き加工時のクリアランスが変化しても、安定した穴拡げ加工性(伸びフランジ性)が得られることも特徴の１つである。
【００３３】
衝撃吸収特性
本発明の鋼板においては、衝撃吸収特性も重要である。この衝撃吸収特性は、高速引張特性、すなわち、動的強度(引張歪速度500/ｓでのＴＳ)と静的強度(通常の引張歪速度10-3/ｓでのＴＳ)との比で評価することができる。この比が、1.2以上であれば、衝撃吸収特性が優れると判断することができる。
【００３４】
なお、本発明の効果は、上記の特性が要求される用途から、板厚が0.8mm〜2.3mmの冷延鋼板に対して適用した場合に、顕著に現れる。しかし、上記以外の板厚に対し、本発明を適用しても、その効果が損なわれるものではない。
【００３５】
次に、本発明に係る製造方法において、その特徴的な構成について説明する。熱間圧延
熱間圧延は、常法に従って行えばよく、特に限定されない。以下に、好ましい条件について説明する。
(1)スラブ加熱
上記の成分組成を有する鋼スラブは、一般に、成分の偏析を軽減するため、連続鋳造法で製造することが望ましいが、造塊法、薄スラブ鋳造法で製造してもよい。
熱延する前のスラブの加熱は、スラブを製造後、室温まで冷却し、その後再加熱する従来法に加え、冷却せずに温片のままで加熱炉に装入するあるいはわずかの保熱をおこなった後、直ちに圧延する直送圧延・直接圧延などの省エネルギープロセスも問題なく適用できる。
スラブの加熱温度は、熱間圧延前の初期状態として、固溶状態のＮを確保し、前述したＮの効果を得やすいという観点から、1000℃以上にすることが好ましい。また、酸化重量の増加にともなうロスを防止するためには、1280℃以下とすることが望ましい。なお、固溶状態のＮを有効に確保するには、直送圧延は有用な技術の一つである。
【００３６】
(2)熱延仕上温度(ＦＴ)
仕上圧延温度は800℃以上とすることが好ましい。このような仕上温度で熱間圧延を行うと、本発明の重要な要件である適正な範囲のマルテンサイトを含む冷延鋼板を得るのに適した熱延母板を製造することができる。この熱延仕上温度が800℃を下回ると、最終的な冷延・焼鈍後の組織に異方性が生じ、伸びフランジ性が低下する場合があるので、熱延仕上温度は800℃以上とすることが好ましい。一方、950℃を上回ると、表面スケールに起因する欠陥が発生する危険性が増大するため、上限は950℃程度が好ましい。
【００３７】
(3)熱延後の冷却
熱延後の冷却も、特に限定の必要はなく、常法で行われる範囲でよいが、平均冷却速度40℃／ｓ以上として組織を微細化し、第２相の粒径が小さくなるようにすることが、均一性を確保する上で好ましい。また、冷却速度の上限も特に規定はしないが、300℃／ｓを上回ると、却って材質の均一性と形状の均一性の確保が難しくなる場合があるため、上限は300℃／ｓ程度とすることが好ましい。
【００３８】
(4)巻取温度
熱延後の巻取温度は500℃以上とすることが好ましい。この温度が500℃を下回ると、鋼板の形状が乱れ、冷間圧延の際、圧延トラブルの原因となることがある。また、延性の低下が起こることがあるため、500℃以上の巻取温度とすることが好ましい。上限は特に規制されないが、750℃を上回ると、コイルの長手方向の材質差が大きくなりやすい。また、脱スケール性などが問題となる場合は、700℃以下とすることが好ましい。
【００３９】
冷間圧延〜めっき工程
(1)冷間圧延
上記熱間圧延後、常法に従い、酸洗、冷間圧延を行う。冷間圧延の圧下率は、特に限定されないが、伸びフランジ性改善のため、30〜90％程度とすることが好ましい。
【００４０】
(2)焼鈍工程
焼鈍は、冷間圧延後、750〜900℃の温度に加熱し、20℃／ｓ以上の速度で冷却する条件で連続焼鈍を行う。本発明において、連続焼鈍条件は、極めて重要である。少なくとも、750℃以上に加熱しないと十分な量のマルテンサイトを得ることができない。しかし、加熱温度が900℃を超えると、第２相が粗大となり、伸びフランジ性が低下するとともに降伏応力が増加し、加工性が低下する。
なお、上記の冷却速度は、十分な量のマルテンサイトを得るために、少なくとも400℃までの平均冷却速度を20℃／ｓ以上で急冷することが重要である。上限については特に規制しないが、通常のガスジェット冷却の設備で達成できる100℃／s程度までは問題なく適用可能であり、さらに、高速の水冷(〜1000℃／s)を行っても、同等レベルの製品は製造可能である。
連続焼鈍後の鋼板は、必要に応じて、スキンパス圧延あるいはレベラー加工して、製品とすることができる。
【００４１】
(3)めっき工程
連続焼鈍後の鋼板は、さらにその後、鋼板表面に電気めっきを行い、電気めっき鋼板としてもよい。本発明の鋼板の特性に対するめっきの影響は小さく、冷延鋼板と同等の強度レベルで良好な特性を確保できる。
電気めっきの種類としては、自動車用鋼板に用いられるZnめっき、Zn−Niめっきなどが亜鉛系のめっきが好ましく、めっき方法は常法に従えばよい。
なお、スキンパス圧延あるいはレベラー加工は、連続焼鈍直後に行ってもよいし、めっき後行ってもよい。
【００４２】
次いで、採用することが好ましいその他の製造条件について述べる。
本発明は、自動車車体用の冷延薄鋼板あるいは電気めっき鋼板であり、当然のことながら、上記の特性のほか、鋼板の形状・寸法精度の向上および鋼板の長手方向および幅方向の材質均一化が望まれている。
この目的達成のため、母板を製造する熱間圧延工程において、現在、一部で実用化されている連続圧延技術を適用することが有効である。また、同時に、材質均一化のために、圧延温度をコイルの長手方向、幅方向に均一化するシートバーエッジヒーター、あるいはシートバーヒーターを併せて用いることも有効である。さらに、圧延後の冷却において、エッジ部の過冷却を防止するために、幅方向に冷却水のマスキングを行なう技術も材質均一化の観点では重要な技術の一つである。また、熱間加工時に、荷重低減のため潤滑圧延を行なうことは、形状の均一化、材質の均一化の観点からも有効であり、特に、潤滑圧延を、前述の連続圧延プロセスに適用することは、熱間圧延の操業安定性の観点からも望ましい。
【００４３】
【実施例】
次に、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
表１に示す成分組成を含み、残部が実質的にFeからなる鋼を転炉で溶製し、この鋼スラブを、表２に示す条件で熱間圧延し、酸洗し、板厚0.8〜1.6mmに冷間圧延した後、連続焼鈍して冷延鋼板あるいはそれに電気めっきした鋼板を製造した。なお、表２の電気亜鉛めっきは、片面当たりの付着量を60g／m2として両面めっきしたものである。また、電気Zn−Ni合金めっきは、Ni含有率が12mass％のZn−Ni合金めっきを、片面当たりの付着量を20g／m2として両面めっきしたものである。これらの鋼板について、組織調査、引張試験、穴拡げ試験および高速引張特性の調査を以下の要領で行い、結果を表３に示した。
・組織調査：光学顕微鏡により、鋼板の断面組織を観察し、フェライト面積率、マルテンサイト分率および第２相分率（マルテンサイト含む）を測定した。
・引張試験：JIS 5号試験片を使用した。
・穴拡げ試験：前述のように、鉄鋼連盟規格に準拠して実施した。
・高速引張特性：引張歪速度500/ｓでのＴＳと、通常の引張歪速度10-3/ｓでのＴＳとの比を求め、1.2以上を優、1.2未満を劣とした。
【００４４】
【表１】
【００４５】
【表２】
【００４６】
【表３】
【００４７】
（実施例２）
Ｃ：0.055mass％、Si：0.005mass％、Mn：1.2mass％、Ｐ：0.009mass％、Ｓ：0.001mass％、Al：0.055mass％、Ｎ：0.0025mass％、Cr：0.05mass％、Mo：0.15mass％(Cr＋1.2Mo：0.23mass％)の鋼スラブを素材とし、表４に示すように、製造条件を幅広く変化させて、冷延鋼板あるいはそれに電気めっきした鋼板を製造し、実施例１と同様に機械的性質を調査した。結果を表５に示す。なお、表４の電気Zn−Niめっきは、Ni含有率が12mass％のZn−Ni合金めっきを、片面当たりの付着量を20g／m2として両面めっきしたものである。
【００４８】
【表４】
【００４９】
【表５】
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、引張強度が400MPa以上540MPa以下の強度を有するとともに、優れた延性と伸びフランジ性を有しかつ衝撃吸収特性にも優れる高強度鋼板を安定して製造することが可能となる。また、本発明によれば、該鋼板表面にめっき処理を施すことにより高強度電気めっき鋼板の製造も可能になる。本発明の鋼板は、サイドメンバーなどの耐衝突部品に用いて好適であり、自動車車体の軽量化に寄与する。また、本発明の鋼板は、溶融亜鉛めっきラインで処理することで、冷延鋼板とほぼ同等の(合金化)溶融亜鉛めっき鋼板を製造することもできる。
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用鋼板等として用いられる、高い延性と伸びフランジ性と衝撃吸収特性を有する高強度鋼板(高張力鋼板とも云う)及び高強度電気めっき鋼板並びにそれらの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の車体には、各種の薄鋼板が使用されているが、とくに成形性に優れた冷延鋼板が多く使われている。また、最近は、自動車車体の軽量化を図るために高張力鋼板の使用量が増大している。しかし、強度が比較的低い冷延鋼板に代わって、従来の高張力鋼板を採用する場合、以下のような問題点があった。
１）延性および伸びフランジ性が劣る。
２）機械的性質の面内異方性が大きい。
３）特に、引張強度ＴＳが400MPa〜540MPaの強度範囲の鋼板は、材質のばらつきが大きく、安定して製造することが難しい。
４）衝撃吸収特性の向上代が少なく、高張力鋼板を使用するメリットが少ない。
【０００３】
上記した問題点を解決するために、従来、Ｃ量の低減、Ｓ量の低減などの対策が講じられている。しかし、これらの対策だけでは、上記のすべての問題点を解決することはできなかった。
その他の対策としては、Nb，Ti等の元素を微量添加して、伸びフランジ性を改善する技術が提案されているが、この技術は、これらの元素(Nb，Ti等)が鋼の熱間変形抵抗を増加させるため、熱間圧延が困難となるという問題点があった。しかも、これらの元素の添加は、析出強化作用のために、引張り強度(ＴＳ)が540MPa以下の比較的低強度の高成形性鋼板を製造することを困難にし、さらには、冷延後の焼鈍において、再結晶の遅延を招いて、焼鈍条件に対する材質変動が大きくなるという問題点があった。
さらに他の従来技術としては、母相組織の微細化、組織の単相化(主としてベイナイト化)により伸びフランジ性を改善する方法も提案されている。しかし、この提案は、自動車の足廻り部品に使用されるような比較的厚物(板厚＞3mm程度)で高強度(概ね540MPa以上)の鋼板を対象としたもので、延性も十分ではないという問題点があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、自動車用部材の中には、例えば、フロントやリアサイドメンバー、クロスメンバー等の各種メンバー類およびこれらに接続される各種補強部材等のように、その用途によっては、深絞り成形はしないものの、比較的高強度でかつ高い延性と伸びフランジ性を要求されるものがある。これらの部材には、板厚が0.8mm以上2.3mm以下で、引張強度が400MPa以上540MPa以下の高強度冷延鋼板が主に用いられる。また、これらの部材は、従来、静的な強度のみが要求されていたが、昨今の自動車の衝突に対する安全性確保の要請から、優れた衝撃吸収特性が要求されるようになった部品群でもある。
しかし、上述したように、従来の技術では、これら全ての要求特性を満足する鋼板を、工業的に安価に、かつ安定して製造する技術はなかった。
【０００５】
本発明の目的は、引張強度が400MPa以上540MPa以下の中程度の強度を有しながら、優れた延性と伸びフランジ性を有しかつ衝撃吸収特性にも優れる高強度鋼板ならびに該鋼板にめっき処理を施した高強度電気めっき鋼板とそれらの製造方法を提案することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
さて、発明者は、上記目的を実現するため、種々の成分組成の鋼板を製造し、材質評価実験を行った。その結果、高い延性を有し、優れた伸びフランジ性と衝撃吸収特性とを有する鋼板を得るためには、成分組成を適正範囲に制御することはもちろん、とくに鋼板の微細組織の制御が有効であることを知見した。すなわち、上述した要求特性を満足させるためには、鋼板組織の主相を軟質なフェライト相とし、残余の組織を、マルテンサイト相を２％以上10％以下かつ前記マルテンサイト相を含む第２相を15％以下とすることが必要であることを知見した。
【０００７】
本発明は、上記知見に基づき開発されたものであって、Ｃ：０．０２〜０．０８ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．５０ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：０．５〜１．４ｍａｓｓ％、Ｐ：０．０４ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ａｌ：０．０２〜０．１ｍａｓｓ％（但し、０．０２ｍａｓｓ％を除く）、Ｎ：０．０２５ｍａｓｓ％以下を含有し、さらに、Ｃｒ，Ｍｏを複合添加で、Ｃｒ：０．４５ｍａｓｓ％以下かつ下記式、
Ｃｒ＋１．２Ｍｏ：０．２〜０．８ｍａｓｓ％
を満足するよう含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、主相であるフェライト組織の分率が面積率で８５％以上であり、面積率で２％以上１０％以下のマルテンサイト組織を含有し、前記マルテンサイトを含む第２相の分率の合計が面積率で１５％以下であり、かつ、引張強さＴＳが４００〜５４０ＭＰａである、延性、伸びフランジ性および衝撃吸収特性に優れた高強度鋼板。
【０００８】
なお、本発明においては、機械的性質を向上させるために、上記成分のほかに、Ｂ：0.0005〜0.0040mass％、Ca：0.0010〜0.01mass％、ＲＥＭ：0.0010〜0.01mass％、Ti：0.005〜0.10mass％、Nb：0.002〜0.10mass％、V：0.005〜0.10mass％、Cu：0.01〜1.0mass％、Ni：0.01〜1.0mass％のうちのいずれか１種または２種以上を含有することが好ましい。
【０００９】
本発明はまた、上記鋼板の表面に、電気めっき皮膜を被成してなる高強度電気めっき鋼板を提案する。
【００１０】
本発明はまた、Ｃ：０．０２〜０．０８ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．５０ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：０．５〜１．４ｍａｓｓ％、Ｐ：０．０４ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ａｌ：０．０２〜０．１ｍａｓｓ％（但し、０．０２ｍａｓｓ％を除く）、Ｎ：０．０２５ｍａｓｓ％以下を含有し、さらに、Ｃｒ，Ｍｏを複合添加で、Ｃｒ：０．４５ｍａｓｓ％以下かつ下記式、
Ｃｒ＋１．２Ｍｏ：０．２〜０．８ｍａｓｓ％
を満足するよう含有し、あるいはさらに、Ｂ：０．０００５〜０．００４０ｍａｓｓ％、Ｃａ：０．００１０〜０．０１ｍａｓｓ％、ＲＥＭ：０．００１０〜０．０１ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．００５〜０．１０ｍａｓｓ％、Ｎｂ：０．００２〜０．１０ｍａｓｓ％、Ｖ：０．００５〜０．１０ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０１〜１．０ｍａｓｓ％、Ｎｉ：０．０１〜１．０ｍａｓｓ％のうちのいずれか１種または２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼スラブを、熱間圧延し、その後、酸洗と冷間圧延を行い、次いで７５０℃以上９００℃以下に加熱後、２０℃／ｓ以上の速度で冷却する連続焼鈍することを特徴とする、延性、伸びフランジ性および衝撃吸収特性に優れた高強度鋼板の製造方法を提案する。
【００１１】
さらに、本発明は、Ｃ：０．０２〜０．０８ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．５０ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：０．５〜１．４ｍａｓｓ％、Ｐ：０．０４ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ａｌ：０．０２〜０．１ｍａｓｓ％（但し、０．０２ｍａｓｓ％を除く）、Ｎ：０．０２５ｍａｓｓ％以下を含有し、さらに、Ｃｒ，Ｍｏを複合添加で、Ｃｒ：０．４５ｍａｓｓ％以下かつ下記式、
Ｃｒ＋１．２Ｍｏ：０．２〜０．８ｍａｓｓ％
を満足するよう含有し、あるいはさらに、Ｂ：０．０００５〜０．００４０ｍａｓｓ％、Ｃａ：０．００１０〜０．０１ｍａｓｓ％、ＲＥＭ：０．００１０〜０．０１ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．００５〜０．１０ｍａｓｓ％、Ｎｂ：０．００２〜０．１０ｍａｓｓ％、Ｖ：０．００５〜０．１０ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０１〜１．０ｍａｓｓ％、Ｎｉ：０．０１〜１．０ｍａｓｓ％のうちのいずれか１種または２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼スラブを、熱間圧延し、その後、酸洗と冷間圧延を行い、次いで７５０℃以上９００℃以下に加熱後、２０℃／ｓ以上の速度で冷却する連続焼鈍を施し、その後、電気めっき処理を施すことを特徴とする、延性、伸びフランジ性および衝撃吸収特性に優れた高強度電気めっき鋼板の製造方法を提案する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明における成分組成を限定した理由について説明する。
Ｃ：0.02〜0.08mass％
Ｃは、強度を確保するために重要な元素である。しかし、Ｃ量が0.08mass％を超えると、鋼中の炭化物の分率が増加することに起因して、鋼板の伸びフランジ性が顕著に悪化する。さらに重要な問題として、Ｃ量が、0.08mass％を超えると、スポット溶接性、アーク溶接性などが顕著に低下する。従って、成形性、溶接性の観点から、Ｃ量は0.08mass％以下とする。成形性の向上のためには、0.06mass％以下、より好ましくは0.05mass％以下とする。一方、Ｃ量が0.02mass％未満となると、微細組織が顕著に粗大化し、伸びフランジ性が低下する。さらに、本発明の重要な要件の一つであるマルテンサイト相を安定して得ることが困難になるため、下限値を0.02mass％とする。好ましくは、0.03〜0.05mass％がよい。
【００１３】
Si：0.50mass％以下
Siは、鋼板を固溶強化しつつ、伸びフランジ性を改善するという望ましい効果があるため、必要に応じて適宜添加する。しかし、多量の添加は、表面性状の低下を生ずる危険性がある。このため、このような問題のない、0.50mass％以下に制限する。好ましくは、0.05〜0.30mass％がよい。
【００１４】
Ｍｎ：０．５〜１．４ｍａｓｓ％
Ｍｎは、Ｓによる熱間脆性を防止するのに有効な元素であり、含有するＳ量に応じて添加する必要がある。またＭｎは、本発明においては、安定してマルテンサイト相を得るために必須の添加元素である。この効果は、０．５ｍａｓｓ％の添加により顕著となる。また、Ｍｎの添加量を高めることで、機械的性質の熱延条件感受性が顕著に改善されるという利点がある。しかし、Ｍｎを過度に添加すると、延性が低下傾向となることと、マルテンサイト分率の焼鈍温度依存性が顕著となり、製造条件による材質変動が大きくなり、加えて伸びフランジ性も悪化する傾向にある。このため、その上限を１．４ｍａｓｓ％とする。好ましくは０．７〜１．４ｍａｓｓ％である。
【００１５】
Ｐ：0.04mass％以下
Ｐは、鋼の固溶強化元素として有効であり、要求される強度に応じて適宜添加できる。しかし、過度に添加すると、鋼を脆化させ、溶接部の脆化をもたらす。さらに、Ｐは偏析しやすい元素であり、鋼板の伸びフランジ性を低下させる。以上のことから、その上限を0.04mass％とした。これらの特性低下が特に重要視される場合には、0.02mass％以下とすることが好ましい。
【００１６】
Ｓ：0.005mass％以下
Ｓは、介在物として鋼中に存在し、鋼板の延性と伸びフランジ性を低下させ、さらに耐食性の劣化をもたらす。本発明のような、マルテンサイトを含む微細組織鋼においては、とくにその傾向が顕著であることから、Ｓは極力低減させることが好ましい。これらの理由から、その上限を0.005mass％とした。特に良好な伸びフランジ性が要求される用途においては、0.003mass％以下とすることが望ましい。
【００１７】
Ａｌ：０．０２〜０．１ｍａｓｓ％（但し、０．０２ｍａｓｓ％を除く）
Ａｌは、脱酸元素として添加され、鋼の清浄度を向上させるのに有効であり、鋼の組織微細化のためにも添加が必要な元素である。しかし、０．１ｍａｓｓ％を超えて多量に添加しても、組織の微細化効果は飽和してしまい、添加する合金の分だけコストの増加となるので、上限は０．１ｍａｓｓ％とした。材質の安定性という観点では、０．０２ｍａｓｓ％以上（但し、０．０２ｍａｓｓ％を除く）が必要であり、０．０２〜０．０６ｍａｓｓ％（但し、０．０２ｍａｓｓ％を除く）がより望ましい。また、Ａｌ添加量の過度の低減は、結晶粒の粗大化につながる懸念があるが、本発明では、Ｍｎ等他の合金元素を、適正範囲とし、熱延条件を最適な範囲に制限することで防止することができる。
【００１８】
Ｎ：0.025mass％以下
Ｎは、適量の添加により、フェライトを主体とした組織を均一かつ微細化する効果を有し、これにより適正な強度と優れた伸びフランジ性を得ることができる。また、Ｎは、鋼の変態点を降下させる効果もあり、薄物で変態点を大きく割り込んだ圧延を回避したい場合、Ｎの添加は有効である。これらの効果を得るためには0.0015mass％以上とすることが好ましく、より好ましくは0.0020mass％以上とする。しかし、0.025mass％を超えて添加した場合には、鋼板の内部欠陥の発生率が高くなるとともに、連続鋳造時のスラブ割れなどの原因となるため、その上限を0.025mass％とした。なお、Ｎを添加しても、本発明の範囲であれば溶接性等に悪影響はない。より好ましくは、0.003〜0.015mass％とするのがよい。
【００１９】
Ｃｒ，Ｍｏ：複合添加で、Ｃｒ＋１．２Ｍｏ：０．２〜０．８ｍａｓｓ％
Ｃｒ，Ｍｏは、本発明における重要な添加元素の一つであり、適正な量のマルテンサイトが焼鈍後に残留する焼鈍条件を拡大するという望ましい作用がある。すなわち、Ｃｒ，Ｍｏの添加により、より広範囲の条件で安定した機械的性質の確保が可能となり、機械的特性のばらつきも小さくできる。これらの元素を（Ｃｒ＋１．２Ｍｏ）で、０．２０ｍａｓｓ％以上添加することで、上記のような望ましい効果が得られる。上限は強度の上限から決定されるが、概ね（Ｃｒ＋１．２Ｍｏ）で、０．８ｍａｓｓ％以下であればよい。
【００２０】
本発明においては、必須とする上記元素のほか、各種の機械的特性を向上させるために、下記の成分を選択的に添加することができる。
Ｂ：0.0005〜0.0040mass％
Ｂは、マルテンサイトの生成を安定化する効果があり、この効果は、0.0005mass％以上の添加で発揮される。一方、0.0040mass％を超えて添加した場合には、その効果が飽和することに加えて、スラブの表面割れ等の発生を招き、望ましくない。
【００２１】
Ca：0.0010〜0.01mass％
Caは、Ｓを固定し、伸びフランジ性を改善するのに有効な添加元素である。また、Caを添加することにより、冷延鋼板におけるマルテンサイト等の第２相の分布がより等方的になるという効果も確認された。この望ましい効果は、0.0010mass％以上の添加で発揮されるが、0.01mass％を超えて添加しても、その効果が飽和することに加え、耐食性の低下などの問題を生ずる。
【００２２】
ＲＥＭ：0.0010〜0.01mass％
ＲＥＭも、Caと同様にＳを安定して固定し、機械的特性を改善する効果がある。同様に0.0010から0.01mass％が最適な添加量の範囲である。この効果を得るためには、0.0010mass％以上の含有が好ましいが、0.01mass％を超えて添加しても、その効果が飽和し、製造コストの増加につながるため、ＲＥＭは、0.0010〜0.01mass％の含有量とすることが好ましい。
【００２３】
Ti：0.005〜0.10mass％
Tiは、組織の均一化、微細化効果により、延性、伸びフランジ性の改善に寄与する。また、Tiにも、Ｓを安定して固定する望ましい効果がある。これらの効果を得るためには、0.005mass％以上含有することが好ましいが、0.10mass％を超えて添加しても、その効果が飽和し、製造コストの増加につながるため、Tiは、0.005〜0.10mass％の含有量とすることが好ましい。
【００２４】
Nb：0.002〜0.10mass％
Nbは、マルテンサイトの分布を、特に微細かつ均一にする効果があり、溶接性を損なうことなく鋼板を高強度化するのに有効である。これらの効果を得るためには、0.002mass％以上含有することが好ましいが、0.10mass％を超えて添加しても、その効果が飽和し、製造コストの増加につながるため、Nbは0.002〜0.10mass％の含有量とすることが好ましい。
【００２５】
V：0.005〜0.10mass％
Vは、Cr，Moの効果を補う望ましい効果がある。Vを添加することで、適正量のマルテンサイトを安定して確保することができるため、最終的に得られる機械的特性も優れて安定したものとなる。これらの効果を得るため、0.005mass％以上の含有することが好ましいが、0.10mass％を超えて添加しても、その効果が飽和し、製造コストの増加につながるため、Vは0.005〜0.10mass％の含有量とすることが好ましい。
【００２６】
Cu：0.01〜1.0mass％
Cuは、鋼板の強度を増加させるために添加することができる。また、大きな強度増加が得られる割に、延性、伸びフランジ性の低下が小さいというメリットがある。このような望ましい効果は、0.01mass％以上の添加で達成されるが、1.0mass％を超えて添加しても、その効果が飽和する傾向があるため、その含有量を0.01〜1.0mass％とした。
【００２７】
Ni：0.01〜1.0mass％
Niは、本発明では重要なマルテンサイト分率を、製造条件に大きく依存せず安定して制御可能とする効果がある。このような望ましい効果は、0.01mass％以上の添加で達成されるが、1.0mass％を超えて添加してもその効果が飽和する傾向があるため、その含有量を0.01〜1.0mass％とすることが好ましい。
なお、上記したこれらの選択的添加元素は、複合して添加しても、これらの望ましい効果は相殺されることはない。
【００２８】
次いで、本発明に係る鋼板の組織を限定した理由について述べる。
フェライト相の面積率：85％以上
本発明は、高い伸びフランジ性が要求される自動車用鋼板を対象としている。この用途に必要な伸びフランジ性を確保するためには、フェライトを主相とし、フェライト面積率を組織全体に対する面積率で85％以上とする必要がある。さらにより高い伸びフランジ性が要求される場合には、95％以上のフェライト分率が望ましい。ここで云うフェライトとは、加工による歪を含まないいわゆるポリゴナルフェライト組織をさす。さらに、炭化物の析出を含まないベイニテイックフェライト、アシキュラーフェライトも、適度な強度の増加をもたらし、伸びフランジ性の低下もなく、望ましい組織であるため本願でいうフェライトの範疇に含むものとする。
なお、組織の分率の測定は、光学顕微鏡により鋼板の断面組織を観察することで面積率として評価することができる。
【００２９】
マルテンサイト分率：2％以上10％以下
マルテンサイトは、本発明が目標とする、強度と延性および伸びフランジ性の優れたバランスを得るのに極めて重要な組織である。また、マルテンサイトの分率が、組織全体に対する面積率で2％未満では、十分な延性改善効果が得られず、引張強度も低い。しかし、分率が面積率で10％を上回ると、強度が大きく増加するものの、伸びフランジ性が顕著に低下し望ましくない。また詳細な機構は不明であるが、本発明のような強度レベルでも、優れた耐衝撃吸収特性を付与するためには、マルテンサイト分率を、2〜10％の範囲に制御することが必須である。
【００３０】
第２相の合計分率：15％以下
前記マルテンサイトを含む第２相分率が15％を超える（残部はフェライト組織）と延性が低下することに加え、伸びフランジ性が低下する傾向にある。これは第２相分率が増加すると、各々の相が互いに連結し、バンド状に存在するようになるためである。また、第２相分率が15％を超えると、耐衝撃特性の異方性がおおきくなり、衝撃吸収部品に適用した場合には、安定した衝撃吸収特性が得られなくなる。なお、第２相に含む組織としては、前記マルテンサイトの外に、パーライト、ベイナイト、残留オーステナイト、セメンタイトなどがあり、目標とする強度、伸び等のレベルにより異なる組織を選択し得る。
【００３１】
次いで、本発明に係る鋼板の機械的特性について述べる。
引張強度ＴＳ：400〜540MPa
本発明の鋼板は、引張強度ＴＳが400〜540MPaの冷延鋼板に対して適用した場合に、その優れた効果が顕著に発揮される。この理由は、540MPa以上の高強度鋼板では、組織の微細化が得られ易く、穴拡げ性を改善することは比較的容易であるが、延性の低下に加え、形状凍結性が顕著に低下し、本発明が対象とする、優れた形状凍結性が要求される用途には適さないからである。
また、ＴＳが400MPa以下では、従来から広く行われている固溶強化のみの手法で、優れた機械的特性を有する鋼板を容易に製造できるからである。
【００３２】
穴拡げ率：80％以上
伸びフランジ性は、実部品で発生するフランジ割れによく対応する穴拡げ性で代表される。穴拡げ性の試験は、鉄鋼連盟規格(JFST1001)に準じた方法で行い、初期の穴径を10mmとし、割れが板厚を貫通する時の穴径Ｄ(mm)を測定し、下記式
((Ｄ−10)／10)×100(％)
で穴拡げ率を算出する。本発明の鋼板は、穴拡げ率が80％以上のものである。この値が80％以上であれば、本発明が対象とする部品においては、フランジ割れを発生することなくプレス成形が可能である。穴拡げ率が100％以上であればより好ましい。
なお、本発明の鋼板は、打ち抜き加工時のクリアランスが変化しても、安定した穴拡げ加工性(伸びフランジ性)が得られることも特徴の１つである。
【００３３】
衝撃吸収特性
本発明の鋼板においては、衝撃吸収特性も重要である。この衝撃吸収特性は、高速引張特性、すなわち、動的強度(引張歪速度500/ｓでのＴＳ)と静的強度(通常の引張歪速度10-3/ｓでのＴＳ)との比で評価することができる。この比が、1.2以上であれば、衝撃吸収特性が優れると判断することができる。
【００３４】
なお、本発明の効果は、上記の特性が要求される用途から、板厚が0.8mm〜2.3mmの冷延鋼板に対して適用した場合に、顕著に現れる。しかし、上記以外の板厚に対し、本発明を適用しても、その効果が損なわれるものではない。
【００３５】
次に、本発明に係る製造方法において、その特徴的な構成について説明する。熱間圧延
熱間圧延は、常法に従って行えばよく、特に限定されない。以下に、好ましい条件について説明する。
(1)スラブ加熱
上記の成分組成を有する鋼スラブは、一般に、成分の偏析を軽減するため、連続鋳造法で製造することが望ましいが、造塊法、薄スラブ鋳造法で製造してもよい。
熱延する前のスラブの加熱は、スラブを製造後、室温まで冷却し、その後再加熱する従来法に加え、冷却せずに温片のままで加熱炉に装入するあるいはわずかの保熱をおこなった後、直ちに圧延する直送圧延・直接圧延などの省エネルギープロセスも問題なく適用できる。
スラブの加熱温度は、熱間圧延前の初期状態として、固溶状態のＮを確保し、前述したＮの効果を得やすいという観点から、1000℃以上にすることが好ましい。また、酸化重量の増加にともなうロスを防止するためには、1280℃以下とすることが望ましい。なお、固溶状態のＮを有効に確保するには、直送圧延は有用な技術の一つである。
【００３６】
(2)熱延仕上温度(ＦＴ)
仕上圧延温度は800℃以上とすることが好ましい。このような仕上温度で熱間圧延を行うと、本発明の重要な要件である適正な範囲のマルテンサイトを含む冷延鋼板を得るのに適した熱延母板を製造することができる。この熱延仕上温度が800℃を下回ると、最終的な冷延・焼鈍後の組織に異方性が生じ、伸びフランジ性が低下する場合があるので、熱延仕上温度は800℃以上とすることが好ましい。一方、950℃を上回ると、表面スケールに起因する欠陥が発生する危険性が増大するため、上限は950℃程度が好ましい。
【００３７】
(3)熱延後の冷却
熱延後の冷却も、特に限定の必要はなく、常法で行われる範囲でよいが、平均冷却速度40℃／ｓ以上として組織を微細化し、第２相の粒径が小さくなるようにすることが、均一性を確保する上で好ましい。また、冷却速度の上限も特に規定はしないが、300℃／ｓを上回ると、却って材質の均一性と形状の均一性の確保が難しくなる場合があるため、上限は300℃／ｓ程度とすることが好ましい。
【００３８】
(4)巻取温度
熱延後の巻取温度は500℃以上とすることが好ましい。この温度が500℃を下回ると、鋼板の形状が乱れ、冷間圧延の際、圧延トラブルの原因となることがある。また、延性の低下が起こることがあるため、500℃以上の巻取温度とすることが好ましい。上限は特に規制されないが、750℃を上回ると、コイルの長手方向の材質差が大きくなりやすい。また、脱スケール性などが問題となる場合は、700℃以下とすることが好ましい。
【００３９】
冷間圧延〜めっき工程
(1)冷間圧延
上記熱間圧延後、常法に従い、酸洗、冷間圧延を行う。冷間圧延の圧下率は、特に限定されないが、伸びフランジ性改善のため、30〜90％程度とすることが好ましい。
【００４０】
(2)焼鈍工程
焼鈍は、冷間圧延後、750〜900℃の温度に加熱し、20℃／ｓ以上の速度で冷却する条件で連続焼鈍を行う。本発明において、連続焼鈍条件は、極めて重要である。少なくとも、750℃以上に加熱しないと十分な量のマルテンサイトを得ることができない。しかし、加熱温度が900℃を超えると、第２相が粗大となり、伸びフランジ性が低下するとともに降伏応力が増加し、加工性が低下する。
なお、上記の冷却速度は、十分な量のマルテンサイトを得るために、少なくとも400℃までの平均冷却速度を20℃／ｓ以上で急冷することが重要である。上限については特に規制しないが、通常のガスジェット冷却の設備で達成できる100℃／s程度までは問題なく適用可能であり、さらに、高速の水冷(〜1000℃／s)を行っても、同等レベルの製品は製造可能である。
連続焼鈍後の鋼板は、必要に応じて、スキンパス圧延あるいはレベラー加工して、製品とすることができる。
【００４１】
(3)めっき工程
連続焼鈍後の鋼板は、さらにその後、鋼板表面に電気めっきを行い、電気めっき鋼板としてもよい。本発明の鋼板の特性に対するめっきの影響は小さく、冷延鋼板と同等の強度レベルで良好な特性を確保できる。
電気めっきの種類としては、自動車用鋼板に用いられるZnめっき、Zn−Niめっきなどが亜鉛系のめっきが好ましく、めっき方法は常法に従えばよい。
なお、スキンパス圧延あるいはレベラー加工は、連続焼鈍直後に行ってもよいし、めっき後行ってもよい。
【００４２】
次いで、採用することが好ましいその他の製造条件について述べる。
本発明は、自動車車体用の冷延薄鋼板あるいは電気めっき鋼板であり、当然のことながら、上記の特性のほか、鋼板の形状・寸法精度の向上および鋼板の長手方向および幅方向の材質均一化が望まれている。
この目的達成のため、母板を製造する熱間圧延工程において、現在、一部で実用化されている連続圧延技術を適用することが有効である。また、同時に、材質均一化のために、圧延温度をコイルの長手方向、幅方向に均一化するシートバーエッジヒーター、あるいはシートバーヒーターを併せて用いることも有効である。さらに、圧延後の冷却において、エッジ部の過冷却を防止するために、幅方向に冷却水のマスキングを行なう技術も材質均一化の観点では重要な技術の一つである。また、熱間加工時に、荷重低減のため潤滑圧延を行なうことは、形状の均一化、材質の均一化の観点からも有効であり、特に、潤滑圧延を、前述の連続圧延プロセスに適用することは、熱間圧延の操業安定性の観点からも望ましい。
【００４３】
【実施例】
次に、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
表１に示す成分組成を含み、残部が実質的にFeからなる鋼を転炉で溶製し、この鋼スラブを、表２に示す条件で熱間圧延し、酸洗し、板厚0.8〜1.6mmに冷間圧延した後、連続焼鈍して冷延鋼板あるいはそれに電気めっきした鋼板を製造した。なお、表２の電気亜鉛めっきは、片面当たりの付着量を60g／m2として両面めっきしたものである。また、電気Zn−Ni合金めっきは、Ni含有率が12mass％のZn−Ni合金めっきを、片面当たりの付着量を20g／m2として両面めっきしたものである。これらの鋼板について、組織調査、引張試験、穴拡げ試験および高速引張特性の調査を以下の要領で行い、結果を表３に示した。
・組織調査：光学顕微鏡により、鋼板の断面組織を観察し、フェライト面積率、マルテンサイト分率および第２相分率（マルテンサイト含む）を測定した。
・引張試験：JIS 5号試験片を使用した。
・穴拡げ試験：前述のように、鉄鋼連盟規格に準拠して実施した。
・高速引張特性：引張歪速度500/ｓでのＴＳと、通常の引張歪速度10-3/ｓでのＴＳとの比を求め、1.2以上を優、1.2未満を劣とした。
【００４４】
【表１】
【表２】
【表３】
（実施例２）
Ｃ：0.055mass％、Si：0.005mass％、Mn：1.2mass％、Ｐ：0.009mass％、Ｓ：0.001mass％、Al：0.055mass％、Ｎ：0.0025mass％、Cr：0.05mass％、Mo：0.15mass％(Cr＋1.2Mo：0.23mass％)の鋼スラブを素材とし、表４に示すように、製造条件を幅広く変化させて、冷延鋼板あるいはそれに電気めっきした鋼板を製造し、実施例１と同様に機械的性質を調査した。結果を表５に示す。なお、表４の電気Zn−Niめっきは、Ni含有率が12mass％のZn−Ni合金めっきを、片面当たりの付着量を20g／m2として両面めっきしたものである。
【００４８】
【表４】
【表５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、引張強度が400MPa以上540MPa以下の強度を有するとともに、優れた延性と伸びフランジ性を有しかつ衝撃吸収特性にも優れる高強度鋼板を安定して製造することが可能となる。また、本発明によれば、該鋼板表面にめっき処理を施すことにより高強度電気めっき鋼板の製造も可能になる。本発明の鋼板は、サイドメンバーなどの耐衝突部品に用いて好適であり、自動車車体の軽量化に寄与する。また、本発明の鋼板は、溶融亜鉛めっきラインで処理することで、冷延鋼板とほぼ同等の(合金化)溶融亜鉛めっき鋼板を製造することもできる。
Claims (5)
- Ｃ：０．０２〜０．０８ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．５０ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：０．５〜１．４ｍａｓｓ％、Ｐ：０．０４ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ａｌ：０．０２〜０．１ｍａｓｓ％（但し、０．０２ｍａｓｓ％を除く）、Ｎ：０．０２５ｍａｓｓ％以下を含有し、さらに、Ｃｒ，Ｍｏを複合添加で、Ｃｒ：０．４５ｍａｓｓ％以下かつ下記式、
Ｃｒ＋１．２Ｍｏ：０．２〜０．８ｍａｓｓ％
を満足するよう含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、主相であるフェライト組織の分率が面積率で８５％以上であり、面積率で２％以上１０％以下のマルテンサイト組織を含有し、前記マルテンサイトを含む第２相の分率の合計が面積率で１５％以下であり、かつ、引張強さＴＳが４００〜５４０ＭＰａである、延性、伸びフランジ性および衝撃吸収特性に優れた高強度鋼板。 - 上記成分のほかに、Ｂ：０．０００５〜０．００４０ｍａｓｓ％、Ｃａ：０．００１０〜０．０１ｍａｓｓ％、ＲＥＭ：０．００１０〜０．０１ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．００５〜０．１０ｍａｓｓ％、Ｎｂ：０．００２〜０．１０ｍａｓｓ％、Ｖ：０．００５〜０．１０ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０１〜１．０ｍａｓｓ％、Ｎｉ：０．０１〜１．０ｍａｓｓ％のうちのいずれか１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の高強度鋼板。
- 請求項１または２のいずれか１項に記載の鋼板表面に、電気めっき皮膜を有する高強度電気めっき鋼板。
- Ｃ：０．０２〜０．０８ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．５０ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：０．５〜１．４ｍａｓｓ％、Ｐ：０．０４ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ａｌ：０．０２〜０．１ｍａｓｓ％（但し、０．０２ｍａｓｓ％を除く）、Ｎ：０．０２５ｍａｓｓ％以下を含有し、さらに、Ｃｒ，Ｍｏを複合添加で、Ｃｒ：０．４５ｍａｓｓ％以下かつ下記式、
Ｃｒ＋１．２Ｍｏ：０．２〜０．８ｍａｓｓ％
を満足するよう含有し、あるいはさらに、Ｂ：０．０００５〜０．００４０ｍａｓｓ％、Ｃａ：０．００１０〜０．０１ｍａｓｓ％、ＲＥＭ：０．００１０〜０．０１ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．００５〜０．１０ｍａｓｓ％、Ｎｂ：０．００２〜０．１０ｍａｓｓ％、Ｖ：０．００５〜０．１０ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０１〜１．０ｍａｓｓ％、Ｎｉ：０．０１〜１．０ｍａｓｓ％のうちのいずれか１種または２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼スラブを、熱間圧延し、その後、酸洗と冷間圧延を行い、次いで７５０℃以上９００℃以下に加熱後、２０℃／ｓ以上の速度で冷却する連続焼鈍することを特徴とする、延性、伸びフランジ性および衝撃吸収特性に優れた高強度鋼板の製造方法。 - Ｃ：０．０２〜０．０８ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．５０ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：０．５〜１．４ｍａｓｓ％、Ｐ：０．０４ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ａｌ：０．０２〜０．１ｍａｓｓ％（但し、０．０２ｍａｓｓ％を除く）、Ｎ：０．０２５ｍａｓｓ％以下を含有し、さらに、Ｃｒ，Ｍｏを複合添加で、Ｃｒ：０．４５ｍａｓｓ％以下かつ下記式、
Ｃｒ＋１．２Ｍｏ：０．２〜０．８ｍａｓｓ％
を満足するよう含有し、あるいはさらに、Ｂ：０．０００５〜０．００４０ｍａｓｓ％、Ｃａ：０．００１０〜０．０１ｍａｓｓ％、ＲＥＭ：０．００１０〜０．０１ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．００５〜０．１０ｍａｓｓ％、Ｎｂ：０．００２〜０．１０ｍａｓｓ％、Ｖ：０．００５〜０．１０ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０１〜１．０ｍａｓｓ％、Ｎｉ：０．０１〜１．０ｍａｓｓ％のうちのいずれか１種または２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼スラブを、熱間圧延し、その後、酸洗と冷間圧延を行い、次いで７５０℃以上９００℃以下に加熱後、２０℃／ｓ以上の速度で冷却する連続焼鈍を施し、その後、電気めっき処理を施すことを特徴とする、延性、伸びフランジ性および衝撃吸収特性に優れた高強度電気めっき鋼板の製造方法。
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