JP4192857B2

JP4192857B2 - 高強度冷延鋼板及びその製造方法

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Publication number: JP4192857B2
Application number: JP2004203282A
Authority: JP
Inventors: 誠治古橋; 茂樹野村
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority date: 2004-07-09
Filing date: 2004-07-09
Publication date: 2008-12-10
Anticipated expiration: 2024-07-09
Also published as: JP2006022390A

Description

本発明は、高強度冷延鋼板及びその製造方法に関し、詳しくは、ドアインパクトビームなど自動車衝突時の安全を確保するための部品やシートレールなど乗員の安全に関わる部品の素材として好適な、曲げ性に優れた引張強度が９８０ＭＰａ以上の高強度冷延鋼板及びその製造方法に関する。

近年、自動車の安全及び軽量化対策として、９８０ＭＰａ以上の引張強度を有する高強度冷延鋼板に対する要望が大きくなっている。

一般に、鋼板を高強度化すると曲げ性の劣化が顕著となるが、引張強度が９８０ＭＰａ以上の高強度冷延鋼板が適用される部品の加工方法は曲げ加工が主体であるので、このような高強度冷延鋼板に良好な曲げ性を確保することが重要な課題となっている。

更に、鋼板の高強度化に伴い、コイル内での幅方向における特性、とりわけ曲げ性が不均一となる傾向が大きくなる。そして、コイル内での幅方向の曲げ特性が不均一な場合には、たとえ出荷試験において所期の曲げ性を有することが確認できたコイルであっても、試験片の採取位置によって曲げ性が異なることがあるため、曲げ加工時に割れが発生する可能性がある。したがって、同じコイル内において曲げ性を均一化することは非常に重要である。

このため、特許文献１に「伸びフランジ性に優れた高強度冷延鋼板の製造方法」が、また、特許文献２に「曲げ特性の優れた超高強度冷延鋼板の製造方法」が、更に、特許文献３に「曲げ成形性が優れ、かつ幅方向の曲げ成形性の変動の少ない超高強度冷延鋼板の製造方法」が提案されている。

特開平７−１８８７６７号公報特開平５−１０５９５９号号公報特開平７−３１６６６０号公報

本発明の目的は、引張強度で９８０ＭＰａ以上の高強度を有するとともに均一かつ良好な曲げ性を備える高強度冷延鋼板とその製造方法を提供することである。

前述の特許文献１で提案された技術は、ベイナイト主体の組織にすることによって伸びフランジ性を改善しようとするもので、曲げ特性の向上が可能となるものである。しかしながら、ベイナイトは冷却条件の影響を大きく受ける。このため、単にベイナイト主体の組織とするだけでは、コイルの幅方向及び長手方向にわたって均一かつ安定した曲げ性を確保することは困難であるが、特許文献１では、幅方向及び長手方向の曲げ性の変動抑制に対する配慮がなされていないばかりか、示唆すらされていない。

特許文献２で提案された技術は、ガスジェット冷却法を用いてベイナイト組織分率を９０％以上とすることで曲げ性を向上させるものであるが、上記の特許文献１と同様に、幅方向及び長手方向の曲げ性の変動抑制に対する配慮がなされていないばかりか、示唆すらされていない。

特許文献３で提案された技術は、気水冷却設備を用いてマルテンサイト主体（残部はフェライト）の組織とすることによって、幅方向での曲げ特性の変動を抑制しようとするものである。しかしながら、マルテンサイトは非常に硬質な組織である。このため、曲げ加工時に、マルテンサイトと軟質な組織であるフェライトとの境界でボイドが発生し、曲げ加工時に割れが発生することがある。更に、特許文献３には、冷却条件の影響を大きく受けるベイナイト主体の組織を前提として組織を均一なものとして、幅方向の特性を安定化させるという配慮がなされていないばかりか、示唆すらされていない。

そこで、本発明者らは、９８０ＭＰａ以上の引張強度を有し、しかも、同じコイル内において均一な曲げ性を有する高強度冷延鋼板を得るために種々検討を行った。その結果、下記（ａ）〜（ｃ）の知見を得た。

（ａ）低温変態生成物として、比較的硬質ではあるものの、マルテンサイトよりも軟質で延伸が容易なベイナイトを面積割合で９５％以上含有させることにより、組織間の硬度差を低減できるので、曲げ加工時の割れの起点となるボイドの発生を抑制して曲げ性を向上させることが可能となる。

（ｂ）ベイナイト主体の組織であっても、隣接するベイナイトのサイズに大きな差がある場合には、ベイナイト同士の境界でボイドが発生して曲げ加工時の割れの起点となりやすい。しかしながら、ベイナイトのサイズ差が小さい場合、具体的には、旧オーステナイトの粒径が２０μｍ以下で、しかも、幅方向の任意の３点における旧オーステナイト粒径の最大径と最小径の比が５．０以下の場合には、曲げ加工時の割れの起点が低減されて、良好な曲げ性を幅方向に均一に確保することができる。

（ｃ）焼鈍後の冷却工程でベイナイト主体の組織とする際、均一冷却が可能な水冷設備を用いることによって、幅方向だけではなく長手方向にも曲げ特性が均一な鋼板が得られる。

本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものである。

本発明の要旨は、下記（１）〜（４）に示す高強度冷延鋼板及び（５）に示す高強度冷延鋼板の製造方法にある。

（１）質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２０％、Ｓｉ：０．１〜２．０％、Ｍｎ：１．０〜３．０％、Ｐ：０．１０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ａｌ：０．００１〜０．２０％及びＮ：０．０２０%以下を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなる化学組成を有し、面積割合で９５％以上のベイナイトを含み、かつ旧オーステナイトの粒径が２０μｍ以下で、しかも、鋼板の幅方向の任意の３点における旧オーステナイトの粒径のうちの最大粒径と最小粒径の比が５．０以下であることを特徴とする高強度冷延鋼板。

（２）質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２０％、Ｓｉ：０．４〜２．０％、Ｍｎ：１．０〜３．０％、Ｐ：０．１０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ａｌ：０．００１〜０．２０％及びＮ：０．０２０%以下に加えて、更に、Ｔｉ：０．０１〜０．３０％及びＮｂ：０．０１〜０．３０％のうちの１種又は２種を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなる化学組成を有し、面積割合で９５％以上のベイナイトを含み、かつ旧オーステナイトの粒径が２０μｍ以下で、しかも、鋼板の幅方向の任意の３点における旧オーステナイトの粒径のうちの最大粒径と最小粒径の比が５．０以下であることを特徴とする高強度冷延鋼板。

（３）質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２０％、Ｓｉ：０．１〜２．０％、Ｍｎ：１．０〜３．０％、Ｐ：０．１０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ａｌ：０．００１〜０．２０％及びＮ：０．０２０%以下に加えて、更に、Ｃｒ：０．０１〜０．５０％及びＭｏ：０．０１〜０．５０％のうちの１種又は２種を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなる化学組成を有し、面積割合で９５％以上のベイナイトを含み、かつ旧オーステナイトの粒径が２０μｍ以下で、しかも、鋼板の幅方向の任意の３点における旧オーステナイトの粒径のうちの最大粒径と最小粒径の比が５．０以下であることを特徴とする高強度冷延鋼板。

（４）質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２０％、Ｓｉ：０．４〜２．０％、Ｍｎ：１．０〜３．０％、Ｐ：０．１０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ａｌ：０．００１〜０．２０％及びＮ：０．０２０%以下に加えて、更に、Ｔｉ：０．０１〜０．３０％及びＮｂ：０．０１〜０．３０％のうちの１種又は２種、並びにＣｒ：０．０１〜０．５０％及びＭｏ：０．０１〜０．５０％のうちの１種又は２種を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなる化学組成を有し、面積割合で９５％以上のベイナイトを含み、かつ旧オーステナイトの粒径が２０μｍ以下で、しかも、鋼板の幅方向の任意の３点における旧オーステナイトの粒径のうちの最大粒径と最小粒径の比が５．０以下であることを特徴とする高強度冷延鋼板。

（５）上記（１）から（４）までのいずれかに記載の化学組成を有する高強度冷延鋼板の製造方法であって、下記(1)〜(3)の工程をこの順に備えることを特徴とする高強度冷延鋼板の製造方法。

(1)熱間工程：鋼塊又は鋼片を１０５０〜１３００℃に加熱してから熱間圧延し、１０３０〜７８０℃で熱間圧延を完了した後、１０℃／秒以上の平均冷却速度で冷却して、７００℃以下で巻き取る、
(2)冷間圧延工程：３０〜７０％の圧下率で冷間圧延を施す、
(3)連続焼鈍工程：７２０〜９００℃の温度域で１０秒以上保持した後、７５０〜６５０℃の温度域から４５０〜２００℃の温度域まで２０〜１００℃／秒の平均冷却速度で水冷却し、その後４５０〜２００℃の温度域に６０〜４００秒保持する。

本発明でいう「ベイナイト」には、いわゆる「ベイニティックフェライト」を含むものとする。そして、「粒径」とは、各々の粒についての長径と短径の和の１／２で定義される値を指す。なお、上記の「長径」と「短径」はそれぞれ、いわゆる「切片法」で求めた切片長さを１．１２８倍した値を指す。

また、鋼板の「幅方向」とは圧延方向に対して板面内直角方向のことを指す。鋼板の幅方向の任意の３点における旧オーステナイトの粒径のうちの最大粒径と最小粒径は、例えば、コイルの幅方向の１／４の位置、１／２の位置及び３／４の位置など任意の３箇所について、例えば、各々１０視野の観察を行ない、観察された全体の旧オーステナイトの粒径のうちの最大のものを最大粒径、最小のものを最小粒径として求めることができる。なお、以下の説明においては、上記鋼板の幅方向の任意の３点における旧オーステナイトの粒径のうちの「最大粒径」及び「最小粒径」をそれぞれ、「Ｄｍａｘ」及び「Ｄｍｉｎ」ということがある。

本発明でいう「鋼塊」は、JIS G 0203(1984)に規定されているとおり、「鋳片」を含むものをいう。

温度及び平均冷却速度はいずれも、鋼塊、鋼片及び鋼板の表面におけるものを指し、また、「平均冷却速度」とは、冷却前後の温度差を冷却時間（例えば、冷却水噴射時間）で割った値をいう。

圧延工程における「％単位」での圧下率とは｛（圧延前の被圧延材の厚さ−圧延後の被圧延材の厚さ）／（圧延前の被圧延材の厚さ）｝×１００で表される値をいう。

また、「水冷却」には、鋼板に気水スプレーを噴射するいわゆる「気水冷却」を含む。

以下、上記（１）〜（４）の高強度冷延鋼板に係る発明及び（５）の高強度冷延鋼板の製造方法に係る発明を、それぞれ「（１）の発明」〜「（５）の発明」という。また、総称して「本発明」ということがある。

本発明の高強度冷延鋼板は、９８０ＭＰａ以上の引張強度を有し、しかも、コイルの幅方向及び長手方向に安定して均一かつ良好な曲げ性を備えるので、ドアインパクトビームなど自動車衝突時の安全を確保するための部品やシートレールなど乗員の安全に関わる部品の素材として利用することができる。この高強度冷延鋼板は、本発明の方法によって比較的容易に製造することができる。

以下、本発明の各要件について詳しく説明する。なお、各元素の含有量の「％」表示は「質量％」を意味する。

（Ａ）鋼の化学組成
Ｃ：０．０５〜０．２０％
Ｃは、強度確保のために必要な元素である。しかし、その含有量が０．０５％未満では所望の９８０ＭＰａ以上の引張強度が確保できない。一方、０．２０％を超えると靱性及び溶接性が低下する。更に、焼入れ性が上がるため組織に占めるマルテンサイトの割合が増えて、所定の組織を確保できない場合がある。したがって、Ｃの含有量を０．０５〜０．２０％とした。なお、Ｃの含有量は０．０５〜０．１０％とすることが好ましい。

Ｓｉ：０．１〜２．０％
Ｓｉは、高強度化に有効な元素である。しかし、その含有量が０．１％未満では所望の９８０ＭＰａ以上の引張強度が確保できない。一方、２．０％を超えて含有させると、化成処理性が大きく劣化する。更に、組織に占めるベイナイトの割合が低下し、フェライトの割合が増加するので、所定の組織を得ることができない。したがって、前記（１）の発明および（３）の発明におけるＳｉの含有量を０．１〜２．０％とした。Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．４％である。このため、前記（２）の発明および（４）の発明におけるＳｉの含有量を０．４〜２．０％とした。なお、Ｓｉ含有量の好ましい上限は１．６％で、更に好ましい上限は１．０％である。

Ｍｎ：１．０〜３．０％
Ｍｎは、オーステナイトを安定化することでベイナイトの生成を促進する作用を有する。しかし、Ｍｎの含有量が１．０％未満では、組織に占めるベイナイトの割合が少なくなって所定の組織を得ることができないので、所望の良好な曲げ性と高強度を両立させることができない。一方、その含有量が３．０％を超えるといわゆる「バンド組織」が発達するので、曲げ性が低下する。更に、焼入れ性が上がるため組織に占めるマルテンサイトの割合が増えて、所定の組織を確保できない場合がある。したがって、Ｍｎの含有量を１．０〜３．０％とした。なお、Ｍｎの含有量の好ましい下限は２．０％で、好ましい上限は２．６％である。

Ｐ：０．１０％以下
Ｐは、靱性を低下させる好ましくない元素である。特に、その含有量が０．１０％を超えると靱性の低下が著しくなる。したがって、Ｐの含有量を０．１０％以下とした。なお、Ｐの含有量は溶接性の観点から０．０５％以下とすることが好ましい。

Ｓ：０．０１０％以下
Ｓは、曲げ成形時のボイドの発生起点となるＭｎＳを形成して、曲げ性を低下させる。特に、その含有量が０．０１０％を超えると曲げ性の低下が大きくなる。したがって、Ｓの含有量を０．０１０％以下とした。Ｓの含有量は、好ましくは０．００４０％以下、更に好ましくは０．００１５％以下とするのがよい。

Ａｌ：０．００１〜０．２０％
Ａｌは、鋼の脱酸に有用な元素である。その効果を得るには、少なくとも０．００１％の含有量が必要である。一方、０．２０％を超えて含有させても前記の効果が飽和し、コストが嵩むばかりである。したがって、Ａｌの含有量を０．００１〜０．２０％とした。なお、Ａｌの含有量の好ましい下限は０．０１％で、好ましい上限は０．１０％である。

Ｎ：０．０２０％以下
Ｎは、連続鋳造中に窒化物を形成し、スラブのひび割れの原因となる。特に、その含有量が０．０２０％を超えると、スラブのひび割れが多発する。したがって、Ｎの含有量を０．０２０％以下とした。なお、Ｎの含有量は０．０１０％以下とすることが好ましい。

したがって、前記（１）の発明に係る高強度冷延鋼板の化学組成について、上述した範囲のＣからＮまでの元素を含み、残部はＦｅ及び不純物からなることと規定した。

なお、本発明に係る高強度冷延鋼板には、上記の成分元素に加え、必要に応じて、後述する第１群及び第２群のうちの少なくとも１群から選んだ１種以上の元素を任意添加元素として添加し、含有させてもよい。

以下、任意添加元素に関して説明する。

第１群：Ｔｉ：０．０１〜０．３０％及びＮｂ：０．０１〜０．３０％
Ｔｉ及びＮｂは、いずれも再結晶を遅らせて、結晶粒を微細化する作用を有する。この効果を確実に得るには、少なくとも一方を０．０１％以上の含有量とすることが好ましい。しかしながら、Ｔｉ又はＮｂを０．３０％を超えて含有させても前記の効果は飽和し、コストが嵩むばかりである。したがって、Ｔｉ及びＮｂを添加する場合のそれぞれの含有量は、Ｔｉは０．０１〜０．３０％及びＮｂは０．０１〜０．３０％とするのがよい。なお、上記のＴｉ及びＮｂはいずれか１種のみ、又は２種の複合で添加することができる。

第２群：Ｃｒ：０．０１〜０．５０％及びＭｏ：０．０１〜０．５０％
Ｃｒ及びＭｏは、いずれもＭｎと同様にオーステナイトを安定化することで、ベイナイトの生成を促進する作用を有する。この効果を確実に得るには、少なくとも一方を０．０１％以上の含有量とすることが好ましい。しかしながら、Ｃｒ又はＭｏを０．５０％を超えて含有させると、化成処理性の低下を招く。したがって、Ｃｒ及びＭｏを添加する場合のそれぞれの含有量は、Ｃｒは０．０１〜０．５０％及びＭｏは０．０１〜０．５０％とするのがよい。なお、上記のＣｒ及びＭｏはいずれか１種のみ、又は２種の複合で添加することができる。

したがって、前記（２）の発明に係る高強度冷延鋼板の化学組成について、前述した範囲のＣからＮまでの元素に加えて更に、上述した範囲のＴｉ及びＮｂのうちの１種又は２種を含み、残部はＦｅ及び不純物からなることと規定した。

また、前記（３）の発明に係る高強度冷延鋼板の化学組成について、前述した範囲のＣからＮまでの元素に加えて更に、上述した範囲のＣｒ及びＭｏのうちの１種又は２種を含み、残部はＦｅ及び不純物からなることと規定した。

更に、前記（４）の発明に係る高強度冷延鋼板の化学組成について、前述した範囲のＣからＮまでの元素に加えて更に、上述した範囲のＴｉ及びＮｂのうちの１種又は２種、並びにＣｒ及びＭｏのうちの１種又は２種を含み、残部はＦｅ及び不純物からなることと規定した。

上述の化学組成を有する鋼は、例えば転炉や電気炉等により溶製される。鋼塊の製造は、鋳型に注入する「造塊法」又は「連続鋳造法」のいずれの手段を用いても構わない。

（Ｂ）鋼板の組織
鋼板の組織は本発明の重要な要素であり、前記（１）の発明〜（４）の発明に係る高強度冷延鋼板は、その組織が、面積割合で９５％以上のベイナイトを含み、かつ旧オーステナイトの粒径が２０μｍ以下で、しかも、鋼板の幅方向の任意の３点における旧オーステナイトの粒径のうちの最大粒径（Ｄｍａｘ）と最小粒径（Ｄｍｉｎ）の比が５．０以下でなければならない。

これは、引張強度で９８０ＭＰａ以上の高強度鋼板が使用される部材の加工が、絞り成形や張り出し成形ではなく、曲げ成形が主体であり、しかも、こうした高強度鋼板においてさえ、JIS Z 2248(1996)に規定された「金属材料曲げ試験方法」による「押曲げ法」で、０．５ｔから密着曲げまでの良好な曲げ性が要求されるようになってきたことに基づく規定である。

ベイナイトを主体とした組織、なかでも、面積割合で９５％以上のベイナイトを含む組織は、曲げ性に優れる。

しかし、面積割合で９５％以上のベイナイトを含む組織であっても、旧オーステナイトの粒径が２０μｍを超えると、曲げ加工時にボイドが発生しやすく、割れが生じる。このため、旧オーステナイト粒径は２０μｍ以下に微細化する必要がある。

また、ベイナイトは焼鈍後の冷却条件の影響を受けやすく、冷却のばらつきに起因してコイルの幅方向及び長手方向にベイナイトの粒径ばらつきが生じると、コイルの幅方向及び長手方向の曲げ性もばらついてしまう。そして、特に、鋼板の幅方向の任意の３点における旧オーステナイトの粒径のうちのＤｍａｘとＤｍｉｎの比が５．０を超えると、コイルの幅方向の曲げ性のばらつきが顕著になる。

したがって、前記（１）の発明〜（４）の発明に係る高強度冷延鋼板は、その組織が、面積割合で９５％以上のベイナイトを含み、かつ旧オーステナイトの粒径が２０μｍ以下で、しかも、鋼板の幅方向の任意の３点における旧オーステナイトの粒径のうちのＤｍａｘとＤｍｉｎの比が５．０以下と規定した。

前記（Ａ）項の化学組成と上記の組織規定を満足させることで、冷延鋼板に９８０ＭＰａ以上の引張強度を具備させることができ、しかも、コイルの幅方向及び長手方向に安定して均一かつ良好な曲げ性を備えさせることができる。

なお、ベイナイトが組織に占める割合の上限は特に規定するものではなく、ベイナイト１００％の組織であってもよい。ベイナイトが組織の１００％に達しない場合の「残部組織」としては、フェライト、マルテンサイト、変態せずに残ったいわゆる「残留オーステナイト」、パーライトや粒界に析出したセメンタイトを例示することができる。なお、「残部組織」における上記各々の組織はいずれも２％以下であることが好ましい。

また、旧オーステナイト粒径の下限も特に規定するものではなく微細な程好ましいが、工業的な量産の場合、その下限は３μｍ程度である。

更に、鋼板の幅方向の任意の３点における旧オーステナイトの粒径のうちのＤｍａｘとＤｍｉｎの比は１に近い程好ましい。これは、Ｄｍａｘ／Ｄｍｉｎの値が１の場合、整粒組織になって、極めて均質な特性が得られるからである。

なお、曲げ加工の場合、鋼板表面における加工度が最も大きいため、鋼板表面が曲げ加工時の割れ起点となりやすい。しかし、鋼板の組織が前記の条件を満たし、更に、鋼板の表層部における組織、なかでも鋼板の両表面から板厚中心に向かってそれぞれ２０μｍまでの深さにおける組織を、面積割合で９５％以上のベイナイトとし、しかも、旧オーステナイトの粒径を２０μｍ以下とすれば、曲げ加工の際に鋼板表面が割れ起点となることを抑制できるので、一層良好な曲げ性を、幅方向及び長手方向に均一に確保することができる。

したがって、本発明に係る高強度冷延鋼板は、鋼板の両表面から板厚中心に向かってそれぞれ２０μｍまでの深さの鋼板表層部に、面積割合で９５％以上のベイナイトを含み、かつ旧オーステナイトの粒径が２０μｍ以下であることが好ましい。

なお、上記鋼板の両表面から板厚中心に向かってそれぞれ２０μｍまでの深さにおける組織の場合にも、ベイナイトが組織に占める割合の上限は特に規定するものではなく、ベイナイト１００％の組織であってもよい。ベイナイトが組織の１００％に達しない場合の「残部組織」としては、フェライト、マルテンサイト、変態せずに残ったいわゆる「残留オーステナイト」、パーライトや粒界に析出したセメンタイトを例示することができる。なお、「残部組織」における上記各々の組織はいずれも２％以下であることが好ましい。更に、旧オーステナイト粒径の下限も特に規定するものではなく微細な程好ましいが、工業的な量産の場合、その下限は３μｍ程度である。

なお、本発明でいう「ベイナイト」には、いわゆる「ベイニティックフェライト」を含むこと、「粒径」とは、各々の粒についての長径と短径の和の１／２で定義される値を指すこと、更に、上記の「長径」と「短径」はそれぞれ、いわゆる「切片法」で求めた切片長さを１．１２８倍した値を指すことは既に述べたとおりである。

鋼板の「幅方向」が圧延方向に対して板面内直角方向のことを指すことも既に述べたとおりである。

（Ｃ）鋼板の製造方法
前記（Ａ）項に記載の化学組成と（Ｂ）項に記載の組織とを有する（１）の発明〜（４）の発明に係る高強度冷延鋼板は、例えば、下記(1)〜(3)の工程をこの順に備える製造方法によって得ることができる。

以下、上記の規定について詳しく説明する。

(1)熱間工程：
前記（Ａ）項に記載の化学組成を備える鋼塊又は鋼片の加熱温度が１０５０℃未満では１０３０〜７８０℃という熱間圧延完了温度を確保できず、後述する問題が生じる場合がある。一方、上記加熱温度が１３００℃を超えると、燃料コストが嵩むうえにスケールロスも生じる。

熱間での圧延完了温度が７８０℃未満では、Ａｒ₃変態点以下の圧延にともなって表層にフェライトの粗大組織が形成されることがあり、また、１０３０℃を超えると組織が粗大化することがあって、所望の引張強度と良好な曲げ性とを具備できない場合がある。

また、熱間での圧延完了後巻き取りまでの平均冷却速度が１０℃／秒未満の場合には、組織の粗大化を招いて所望の引張強度と良好な曲げ性とを具備できなくなったり、冷却に必要な設備の長さを増やす必要が生じて設備コストの増大を招いたりする。

更に、巻き取り温度が７００℃を超えると、パーライト組織が粗大化して製品段階において所定の組織が得られず、所望の引張強度と良好な曲げ性とを具備できない場合がある。

したがって、（５）の発明の熱間工程は、鋼塊又は鋼片を１０５０〜１３００℃に加熱してから熱間圧延し、１０３０〜７８０℃で熱間圧延を完了した後、１０℃／秒以上の平均冷却速度で冷却して、７００℃以下で巻き取ることとした。

なお、熱間での圧延完了後巻き取りまでの平均冷却速度の上限は特に規定するものではなく、設備的に可能な上限の値であってもよい。

また、巻き取り温度の下限は、硬質なマルテンサイトが生成し、後工程の冷間圧延が困難となるのを防ぐために、５００℃程度とするのが好ましい。

なお、既に述べたように、本発明でいう「鋼塊」には「鋳片」を含む。また、温度及び平均冷却速度はいずれも、鋼塊、鋼片及び鋼板の表面におけるものを指し、更に、「平均冷却速度」が、冷却前後の温度差を冷却時間で割った値を指すことも既に述べたとおりである。

なお、熱間圧延のための加熱炉や均熱炉などへの鋼塊又は鋼片の装入は、鋳造後や熱間加工後の高温のままの状態で行ってもよいし、一旦室温近傍まで冷却した状態から行ってもよい。また、熱間圧延における仕上げ圧延は、粗圧延した後の粗バーを加熱又は保熱してから行うことが望ましい。これは、粗バーを加熱又は保熱することによって、粗バー内の温度バラツキを低減することができ、圧延完了後の鋼板の組織が一層均一になって特性が向上するからである。

上記の熱間工程を経た後、必要に応じて、平坦矯正のためのスキンパス圧延やスケール除去のための酸洗を施し、次に述べる冷間圧延工程を実施することとなる。

(2)冷間圧延工程：
冷間圧延における圧下率が３０％未満では、幅方向における板厚の均一性が確保できず、これに起因して冷却ムラが生じて幅方向の曲げ性が変動する場合がある。一方、冷間圧延における圧下率が７０％を超えるようにして本発明が対象とする鋼板を製造するためには、極めて強力な冷間圧延設備が必要となるため、設備費用が嵩んでしまう。更には、本発明が対象とする鋼板の熱延板は強度が高く伸びが小さいため、圧下率が高いと破断するおそれがある。

したがって、（５）の発明においては、３０〜７０％の圧下率で冷間圧延を行うこととした。

なお、既に述べたように、圧延工程における「％単位」での圧下率とは、｛（圧延前の被圧延材の厚さ−圧延後の被圧延材の厚さ）／（圧延前の被圧延材の厚さ）｝×１００で表される値を指す。

上記の冷間圧延工程を経た後、次に述べる連続焼鈍工程を実施することとなる。

(3)連続焼鈍工程：
連続焼鈍工程における焼鈍温度が７２０℃未満ではオーステナイト化が不十分となって、面積割合で９５％以上のベイナイトという所望の組織が得られない場合がある。また、焼鈍温度が９００℃を超えると、オーステナイト粒の粗大化が生じて所望の引張強度と良好な曲げ性とを具備できない場合がある。更に、焼鈍時間が１０秒未満の場合にも、鋼板を均一に加熱できずオーステナイト化が不十分となって、面積割合で９５％以上のベイナイトという所望の組織が安定して得られず、コイル内に強度ばらつきを生じる場合がある。

７２０〜９２０℃の温度域で１０秒以上保持しても、その後、７５０℃を超える高い温度から後述する２０〜１００℃／秒という速い冷却速度で冷却を開始すると、鋼板の平坦形状が損なわれる場合がある。一方、冷却の開始温度が６５０℃未満の場合には、パーライトや粒界でのセメンタイトの生成が促進され、面積割合で９５％以上のベイナイトという所望の組織が得られない場合がある。

また、７２０〜９２０℃の温度域で１０秒以上保持した後の冷却時の平均冷却速度が２０℃／秒未満の場合にも、パーライトや粒界でのセメンタイトの生成が促進され、面積割合で９５％以上のベイナイトという所望の組織が得られない場合がある。一方、前記の平均冷却速度が１００℃／秒を超える場合には、組織に占めるマルテンサイトの割合が増大して、所望の組織が得られないことがあり、この場合には平坦不良も生じる。

７５０〜６５０の温度域から２０〜１００℃／秒の平均冷却速度で冷却する際の冷却終端温度及び冷却後の保持温度が４５０℃を超えると、粒界に過剰なセメンタイトが生成されて引張強度で９８０ＭＰａ以上という所望の高強度が得られない場合がある。一方、前記の温度が２００℃を下回ると、曲げ加工時の割れ起点となるマルテンサイトの割合が過剰となって、良好な曲げ性が得られない場合がある。

冷却後の４５０〜２００℃での保持時間が６０秒を下回ると、曲げ加工時の割れ起点となるマルテンサイトの割合が過剰となって、良好な曲げ性が得られない場合がある。一方、前記の保持時間が４００秒を超えると、粒界に過剰なセメンタイトが生成されて引張強度で９８０ＭＰａ以上という所望の高強度が得られない場合がある。

したがって、（５）の発明の連続焼鈍工程は、７２０〜９００℃の温度域で１０秒以上保持した後、７５０〜６５０℃の温度域から４５０〜２００℃の温度域まで２０〜１００℃／秒の平均冷却速度で冷却し、その後４５０〜２００℃の温度域に６０〜４００秒保持することとした。

なお、７２０〜９００℃の温度域での保持時間の上限は、オーステナイト粒の粗大化を抑制するために、８０秒程度とするのが好ましい。

本連続焼鈍工程における冷却手段は、ロール冷却のような間接的冷却手段ではなく、鋼板に気水スプレー噴射したり水封容器内へ鋼板を浸漬させる直接的冷却手段である水冷却を用いる。

間接的冷却手段を用いる場合、例えば、ロール冷却の場合には、鋼板の片面のみがロールと接触する構成で鋼板を両面から同時に冷却することが困難であるため、長手方向に冷却のばらつきが生じ、その結果特性のばらつきが大きくなる場合がある。また、ロールとの接触に冷却状態が影響されるため、ロール幅方向に冷却むらが生じやすく、幅方向での特性のばらつきが大きくなる場合もある。

これに対して、直接的冷却手段を用いる場合、例えば、水冷設備を用いた水冷却の場合では、鋼板の両面が同時に均一に冷却され、幅方向及び長手方向での冷却のばらつきが小さくなり、その結果、鋼板の特性のばらつきも小さくなる。更には、冷却のばらつきの影響を受けやすい鋼板の両表面から板厚中心に向かってそれぞれ２０μｍまでの深さの鋼板表層部の均一冷却の観点からも有効である。

このため、連続焼鈍工程における冷却手段としては、直接的冷却手段である水冷却を用いる。

なお、水封容器内へ鋼板を浸漬させる水冷設備を用いると、鋼板に形状不良が生じる場合があるので、直接的冷却手段を用いる場合には、鋼板に気水スプレーを噴射する気水冷却設備を適用することがより好ましい。

上記の連続焼鈍工程の後、更に平坦矯正のため伸び率１％以下のスキンパス圧延を施してもよい。

以下、実施例により本発明を更に詳しく説明する。

表１に示す化学組成を有する鋼Ａ〜Ｑを溶解した。

上記の鋼のうち、鋼Ａ〜Ｐは転炉で溶解した後、通常の方法によって連続鋳造してスラブとし、そのスラブを実機圧延設備を用いて表２及び表３に示す条件で熱間圧延し、厚さ２．６ｍｍの熱延鋼板に仕上げた。次いで、各熱延鋼板を通常の方法で酸洗してスケールを除去した後、通常の方法で厚さ１．２ｍｍまで冷間圧延し、更に、表２及び表３に記載の条件で連続焼鈍して冷延鋼板を製造した。なお、冷却には実機の気水冷却設備を用いた。

また、鋼Ｑは３０ｋｇ真空溶解炉にて溶製し、インゴットに鋳造した。次いで、そのインゴットを熱間鍛造により厚さ２０ｍｍの板とした後、表２及び表３に示す条件で熱間圧延して、厚さ２．６ｍｍの熱延鋼板に仕上げた。なお、この熱間圧延には試験圧延機を用い、５パスで圧延した。次いで、上記のようにして得た熱延鋼板を、試験酸洗設備を用いて酸洗した後、試験圧延機を用いて５パスで１．２ｍｍまで冷間圧延し、更に、試験焼鈍装置で焼鈍して冷延鋼板を製造した。なお、表２の試験番号１６の場合の冷却は、試験水冷ロールを用いたロール冷却（試験番号１６）とし、また、表３の試験番号１９の場合の冷却は、試験気水冷却設備を用いた気水冷却とした。

なお、上記の厚さ２．６ｍｍから１．２ｍｍの冷間圧延における圧下率は５３．８％である。

各冷延鋼板について、光学顕微鏡と走査型電子顕微鏡を用いて、鋼板板厚の断面組織を観察した。

すなわち、鋼板の幅方向における中央部位置（以下「Ｗ／２位置」という。）と、鋼板の幅方向中央部と２つの側端との中央部位置（以下「Ｗ／４位置」及び「３Ｗ／４位置」という。）の合計３位置の圧延方向断面をナイタルで腐食し、光学顕微鏡及び走査型電子顕微鏡を用いて厚さ方向における組織の観察及び特定を行った。また、各組織の面積率を各位置で画像解析により求めた。

更に、界面活性剤を添加したピクリン酸飽和水溶液で旧オーステナイト粒界を現出させ、前述した方法によって旧オーステナイト粒径を求めた。なお、旧オーステナイトの粒径は、上記の３つの各位置についてそれぞれ、１０視野測定して求めた。

各冷延鋼板の引張特性及び曲げ特性は以下に示す方法で調査した。

すなわち、鋼板の「Ｗ／４位置」、「Ｗ／２位置」及び「３Ｗ／４位置」から圧延直角方向にJIS Z 2201(1998)に記載の５号引張試験片とJIS Z 2204(1996)に記載の３号曲げ試験片とを切り出し、JIS Z 2241(1993)に記載の方法で引張試験を行い、引張強度（ＴＳ）、降伏強度（ＹＳ）及び伸び（Ｅｌ）を測定した。

引張特性の目標は、鋼板の「Ｗ／４位置」、「Ｗ／２位置」及び「３Ｗ／４位置」のいずれにおいても９８０ＭＰａ以上のＴＳを有することとした。

また、JIS Z 2248(1996)に記載の「押曲げ法」で曲げ試験を行い、亀裂が発生する限界曲げ半径で曲げ性を評価した。

曲げ性の目標は、鋼板の「Ｗ／４位置」、「Ｗ／２位置」及び「３Ｗ／４位置」のいずれにおいても亀裂が発生する限界曲げ半径（ｍｍ）が、「０．５×板厚（ｍｍ）」以下であること、つまり、０．６ｍｍ以下であることとした。

表４〜表６に、上記の各調査結果を整理して示す。

なお、表４〜表６において、組織に占める面積割合はベイナイト及びマルテンサイトについてのみ示した。

また、旧オーステナイト粒径は、上記鋼板の「Ｗ／４位置」、「Ｗ／２位置」及び「３Ｗ／４位置」の各位置における最大粒径と最小粒径をそれぞれ、「最大」、「最小」として示し、３つの位置を総合した場合の最大粒径と最小粒径をそれぞれ「Ｄｍａｘ」、「Ｄｍｉｎ」としてその比を表中に記載した。

更に、曲げ性の評価となる限界曲げ半径（ｍｍ）は、板厚の１．２ｍｍをｔ（ｍｍ）として、例えば「０．５ｔ」のように、板厚の倍数で表示した。この表示での曲げ性の目標は、限界曲げ半径が０．５ｔ以下を満たすことである。なお、鋼板の「Ｗ／４位置」における限界曲げ半径が０．６ｍｍを超えるために、換言すれば０．５ｔを超えるために、曲げ性の目標に達しないものについては、「Ｗ／４位置」における各試験の結果のみを表４〜表６に示した。

表４〜表６から明らかなように、本発明で定める化学組成と組織を有する試験番号１〜５及び試験番号２１〜３２の冷延鋼板は、引張強度で９８０ＭＰａ以上の高強度と０．５ｔ以下の限界曲げ半径を有し、強度と曲げ性とに優れている。

これに対して、本発明で定める化学組成を有していても、その組織が本発明で規定する条件から外れた試験番号６〜２０の冷延鋼板は、引張強度や曲げ性が劣ったり、鋼板の幅方向で曲げ性がばらついている。

また、鋼の化学組成が本発明で定める条件から外れた試験番号３３〜３５の冷延鋼板も曲げ性に劣ることが明らかである。なお、鋼のＣ含有量が本発明で定める条件から高めに外れた試験番号３３の冷延鋼板はスポット溶接性にも問題があり、また、鋼のＳｉ含有量が本発明で定める条件から高めに外れた試験番号３４の冷延鋼板は、化成処理性にも問題があった。

本発明の高強度冷延鋼板は、９８０ＭＰａ以上の引張強度を有し、しかも、コイルの幅方向及び長手方向に安定して均一かつ良好な曲げ性を備えるので、ドアインパクトビームなど自動車衝突時の安全を確保するための部品やシートレールなど乗員の安全に関わる部品の素材として利用することができる。

Claims

質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２０％、Ｓｉ：０．１〜２．０％、Ｍｎ：１．０〜３．０％、Ｐ：０．１０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ａｌ：０．００１〜０．２０％及びＮ：０．０２０%以下を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなる化学組成を有し、面積割合で９５％以上のベイナイトを含み、かつ旧オーステナイトの粒径が２０μｍ以下で、しかも、鋼板の幅方向の任意の３点における旧オーステナイトの粒径のうちの最大粒径と最小粒径の比が５．０以下であることを特徴とする高強度冷延鋼板。
質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２０％、Ｓｉ：０．４〜２．０％、Ｍｎ：１．０〜３．０％、Ｐ：０．１０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ａｌ：０．００１〜０．２０％及びＮ：０．０２０%以下に加えて、更に、Ｔｉ：０．０１〜０．３０％及びＮｂ：０．０１〜０．３０％のうちの１種又は２種を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなる化学組成を有し、面積割合で９５％以上のベイナイトを含み、かつ旧オーステナイトの粒径が２０μｍ以下で、しかも、鋼板の幅方向の任意の３点における旧オーステナイトの粒径のうちの最大粒径と最小粒径の比が５．０以下であることを特徴とする高強度冷延鋼板。
質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２０％、Ｓｉ：０．１〜２．０％、Ｍｎ：１．０〜３．０％、Ｐ：０．１０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ａｌ：０．００１〜０．２０％及びＮ：０．０２０%以下に加えて、更に、Ｃｒ：０．０１〜０．５０％及びＭｏ：０．０１〜０．５０％のうちの１種又は２種を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなる化学組成を有し、面積割合で９５％以上のベイナイトを含み、かつ旧オーステナイトの粒径が２０μｍ以下で、しかも、鋼板の幅方向の任意の３点における旧オーステナイトの粒径のうちの最大粒径と最小粒径の比が５．０以下であることを特徴とする高強度冷延鋼板。
質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２０％、Ｓｉ：０．４〜２．０％、Ｍｎ：１．０〜３．０％、Ｐ：０．１０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ａｌ：０．００１〜０．２０％及びＮ：０．０２０%以下に加えて、更に、Ｔｉ：０．０１〜０．３０％及びＮｂ：０．０１〜０．３０％のうちの１種又は２種、並びにＣｒ：０．０１〜０．５０％及びＭｏ：０．０１〜０．５０％のうちの１種又は２種を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなる化学組成を有し、面積割合で９５％以上のベイナイトを含み、かつ旧オーステナイトの粒径が２０μｍ以下で、しかも、鋼板の幅方向の任意の３点における旧オーステナイトの粒径のうちの最大粒径と最小粒径の比が５．０以下であることを特徴とする高強度冷延鋼板。
請求項１から４までのいずれかに記載の化学組成を有する高強度冷延鋼板の製造方法であって、下記(1)〜(3)の工程をこの順に備えることを特徴とする高強度冷延鋼板の製造方法。
(1)熱間工程：鋼塊又は鋼片を１０５０〜１３００℃に加熱してから熱間圧延し、１０３０〜７８０℃で熱間圧延を完了した後、１０℃／秒以上の平均冷却速度で冷却して、７００℃以下で巻き取る、
(2)冷間圧延工程：３０〜７０％の圧下率で冷間圧延を施す、
(3)連続焼鈍工程：７２０〜９００℃の温度域で１０秒以上保持した後、７５０〜６５０℃の温度域から４５０〜２００℃の温度域まで２０〜１００℃／秒の平均冷却速度で水冷却し、その後４５０〜２００℃の温度域に６０〜４００秒保持する。