JP5487669B2 - 伸びおよび伸びフランジ性に優れた低降伏比高強度鋼板 - Google Patents

Description

本発明は、伸びおよび伸びフランジ性に優れ、かつ降伏比が低く曲げやプレス加工における形状凍結性に優れる高強度鋼板に関し、自動車、電機、機械等の産業分野で汎用され、特に、高強度鋼の適用が拡大している自動車部品に好適なものに関する。

自動車部品のようにプレス加工や曲げ加工により製品に成型される鋼板には高強度を保ちつつ加工に耐えうる延性と形状凍結性が要求される。高強度と高延性を兼ね備えた鋼として、金属組織がフェライトとマルテンサイトからなる複合組織鋼（以下、ＤＰ鋼；デュアルフェーズ鋼）が知られている（例えば、特許文献１）。

ＤＰ鋼は軟質なフェライト中に硬質なマルテンサイトを分散させることで強度と延性の両立を可能にするため、伸びに優れるものの、軟質なフェライトと硬質なマルテンサイトの硬度差が大きく、フランジ加工など局部的に加工が集中する場合には変形時に両組織の境界に歪（応力）が集中して破壊の起点になり易く、局部変形能が悪く伸びフランジ性が低い。

このような問題を解決するため、特許文献２，３には、再結晶フェライトよりも硬質で、硬質第２相より軟質である未再結晶フェライトの利用により各相の硬度差に起因したミクロボイドの発生を抑制して局部延性を向上させ、Ｎｂ、Ｔｉの微細な炭化物による析出強化で降伏強度を上昇させて、耐衝突特性と局部延性を共に向上させた高強度鋼板が開示されている。

特開昭６１−３８４３号公報 特開２００８−１０６３５１号公報 特開２００８−１９００３２号公報

しかしながら、耐衝突特性は、引張強度に対する降伏強度の比率が高い程良好とされるため、プレス成型や曲げ加工時の形状凍結性を劣化させる。

そこで、本発明は硬質相と軟質相の硬度差を小さくすることで、伸び及び伸びフランジ性を確保し、更に降伏比を低くしてプレス成型や曲げ加工時の形状凍結性を高めたＤＰ鋼を提供することを目的とする。

本発明者等は上記課題を解決するためＤＰ鋼板について鋭意検討し、１．ＭｎやＣｒなどの焼入れ性元素を多量に添加して焼入れ性を高めてベイナイト組織とし、さらにＣｒ量をＭｎ量に対して適正に調整するとベイナイト中の島状マルテンサイトやセメンタイトなどがサブミクロンオーダー以下の微細な粒状になること、２．１で得られる、母相の高強度を維持しつつ硬質相をサブミクロンオーダー程度以下の粒状に微細に分散した組織の場合、硬質層と軟質層の境界への応力集中の抑制が可能であること、３．軟質相をフェライトでなくより強度の高いベイナイトとして硬質層と軟質層の硬度差を小さくすることで、優れた伸び及び伸びフランジ性を確保できること、４．降伏比を低くしてプレス成形や曲げ加工時の形状凍結性を向上させ得ることを見出した。

本発明は上記知見を基に更に検討を加えてなされたもので、すなわち、本発明は、
１．質量％で
Ｃ：０．０３％以上、０．２％以下
Ｍｎ：０．７％以上
Ｐ：０．１５％以下
Ｓ：０．０１％以下
Ｃｒ：１．５％以上
で、かつＣｒとＭｎの質量％で表した含有量が以下の関係式を満足し
６（％）≦Ｃｒ＋３Ｍｎ≦９（％）
残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする伸びおよび伸びフランジ性に優れた低降伏比高強度鋼板。
２．更に、
Ｓｉ：０．５％以下
Ａｌ：０．１％以下
Ｔｉ：０．０５％以下
のうち１種または２種以上を含有する１に記載の伸びおよび伸びフランジ性に優れた低降伏比高強度鋼板。

本発明によれば、硬質相のサイズがサブミクロン以下のため、硬質相と軟質層の境界における歪みの集中が小さく、強度、延性、伸びフランジ性、形状凍結性の全てに優れた複合組織鋼板が得られ、産業上極めて有用である。

以下、本発明を詳細に説明する。
［成分組成］説明において％は質量％とする。
Ｃ：０．０３〜０．２％
Ｃは鋼板の強度を高める重要な元素で、焼入れ性を高めてベイナイト組織とするほかベイナイト中にマルテンサイトおよび／またはセメンタイトを生成する。このような効果を得るため、０．０３％以上を添加する。

一方、過剰に添加するとマルテンサイト組織が多くなって伸びおよび伸びフランジ性が低下し、溶接性も低下するので、０．２％を上限とする。

Ｍｎ：０．７％以上
Ｍｎは焼入れ性を高めてベイナイト組織とするうえで不可欠の元素であり、０．７％以上の添加が必要である。

Ｐ：０．１５％以下
Ｐは溶接部の靱性を低下させ、スポット溶接性を著しく害するので少ないほど好ましいが、経済性も考慮し０．１５％以下にする。

Ｓ：０．０１％以下
ＳはＭｎＳを形成し伸びを低下させるほか、溶接部の靱性を低下させスポット溶接性を著しく害するので少ないほど好ましいが経済性も考慮し０．０１％以下にする。

Ｃｒ：１．５％以上
Ｃｒは焼入れ性を高めてベイナイト組織とし、さらにベイナイト組織中の島状マルテンサイトまたはセメンタイトの形状をサブミクロンオーダー以下の微細な粒状とするうえで不可欠の元素であり、そのような効果を得るため、１．５％以上を添加する。

６％≦Ｃｒ＋３Ｍｎ≦９％
Ｃｒ＋３Ｍｎは焼入れ性を支配するパラメータ式で、本発明鋼のミクロ組織をベイナイト主体組織とするため６％以上とする。しかし、Ｃｒ＋３Ｍｎが９％を超えると焼入れ性が高くなりすぎ、ベイナイト中に粗大なマルテンサイト相が含まれるようになり伸びおよび伸びフランジ性が低下するため９％以下とする。本パラメータ式において、Ｃｒ，Ｍｎは含有量（質量％）とする。

以上が本発明の基本成分組成であるが、更に所望の特性を向上させる場合、Ｓｉ，Ａｌ、Ｔｉの一種または二種以上を添加する。

Ｓｉ：０．５％以下
Ｓｉは、鋼を溶製する際に脱酸元素として作用する他、焼入れ性を高めるが、過剰に添加すると伸びが低下するため、添加する場合は、上限を０．５％とする。

Ａｌ：０．１％以下
Ａｌは脱酸元素である。しかしＡｌ量が多過ぎると前記効果が飽和するばかりか、粗大なアルミナなどの非金属介在物を形成して延性を低下させるため、添加する場合は、上限を０．１％とする。

Ｔｉ：０・０５％以下
ＴｉはＴｉＮを形成し結晶粒の微細化に貢献する。しかしながら、過剰の添加は延性を低下させるため、添加する場合は、上限を０．０５％とする。

［ミクロ組織］
本発明鋼板のミクロ組織は、サブミクロンオーダー以下の微細な粒状の島状マルテンサイトやセメンタイト等の硬質相を備えたベイナイト組織である。

本発明に係る鋼板は、常法により、溶製後、作成したスラブを加熱後、熱間圧延して製造可能である。好ましくは、スラブ加熱温度は１１００〜１２５０℃、熱間圧延終了温度はＡｒ３以上、巻取り温度は４００℃以下とする。

表１に示す化学成分の鋼材Ａ１〜Ｄ５を溶製し、鋳造により鋼塊を製造後、１２００℃に加熱し、厚さ３．０ｍｍにまで熱間圧延（仕上げ９００℃、圧延後空冷）して供試材とした。得られた鋼板について引張試験および穴拡げ試験を実施し、引張強度（ＴＳ）が７８０ＭＰａ以上で、かつ強度と伸びの積で表される強度・伸びバランス（ＴＳ×Ｅｌ）と強度と穴広げ率の積で表される強度・穴広げ率バランス（ＴＳ×λ）が下記（１）式を満足するものを伸びと伸びフランジ性に優れるとして合格（本発明例）とした。

また、降伏強度（ＹＳ）と引張強度（ＴＳ）の比（ＹＳ／ＴＳ）である降伏比（ＹＲ）は８０％以下を合格（本発明例）とした。
５×（ＴＳ×Ｅｌ）＋（ＴＳ×λ）＞１５００００・・・（１）
なお、引張試験はＪＩＳ５号引張試験片を用いて降伏強さ（ＹＳ）、引張強度（ＴＳ）と伸び（Ｅｌ）を求めた。穴拡げ試験は鉄鋼連盟規格（ＪＦＳＴ１００１−１９９６）に準拠して行い穴広げ率（λ）を求めた。表２に試験結果を示す。

鋼Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５は成分組成、およびミクロ組織が本発明範囲内の発明鋼で７８０ＭＰａ以上の高い強度を有しながら伸びと穴広げ性に優れ、（１）式を満足し、降伏比も７５％以下と高強度鋼としては極めて低い。

一方、鋼Ａ１、Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１はＣ量が本発明の範囲より少ないため強度が不足する比較例である。更に鋼Ｃ１はＣｒ＋３Ｍｎが本発明範囲外で、（１）式を満足しない。鋼Ａ２〜Ａ５はＣｒが本願発明の範囲より少ない比較例で（１）式を満足せず、更に鋼Ａ２は、強度が不足する。鋼Ｃ２〜Ｃ５はＣｒ＋３Ｍｎが本発明範囲外で、（１）式を満足しない。

Claims (1)

1. 質量％で
   Ｃ：０．０３％以上、０．２％以下
   Ｍｎ：０．７％以上
   Ｐ：０．１５％以下
   Ｓ：０．０１％以下
   Ｃｒ：１．５％以上
   Ｓｉ：０．５％以下
   Ａｌ：０．１％以下
   Ｔｉ：０．０１２％以上０．０５％以下で、かつＣｒとＭｎの質量％で表した含有量が以下の関係式を満足し、
   ６（％）≦Ｃｒ＋３Ｍｎ≦９（％）
   残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする伸びおよび伸びフランジ性に優れた低降伏比高強度鋼板。