JP5880777B2 - 耐遅れ破壊特性と低温靭性に優れた高強度鋼板、およびそれを用いて製造した高強度部材 - Google Patents

耐遅れ破壊特性と低温靭性に優れた高強度鋼板、およびそれを用いて製造した高強度部材 Download PDF

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Description

本発明は、例えばホットスタンプ法に好適な高強度鋼板に関し、詳しくは、耐遅れ破壊特性と低温靭性に優れた高強度鋼板に関するものである。本願は、２０１３年３月１４日に日本に出願された特願２０１３−０５１９５３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
一般に、自動車などの輸送機械の分野では、高強度材料を使用した質量低減への取り組みが盛んに行われている。近年、自動車の分野では、衝突安全性確保や新たな機能の搭載に伴って車体質量は増加する傾向にある。車体質量の増加の一部でも相殺し、少しでも燃費を向上させて二酸化炭素の排出量を削減することが標榜され、高強度鋼板の使用量が着実に増加してきている。
こうした高強度鋼板使用拡大の流れの中で大きな障害となっているのは、鋼板の強度を高めた場合に不可避である、「形状凍結性の劣化」と呼ばれる現象の顕在化である。この現象は、成形後のスプリングバック量が高強度化に伴って増加することによって、狙いの形状を得ることが容易でなくなることの総称である。それを解決するに、低強度材（形状凍結性が優れる、あるいは問題とならない材料）では不要であった加工工程の追加（例えば、リストライク）を行ったり、製品形状を変更したりすることが行われる。
こうした問題を解決する一つの方法として、ホットスタンプ法と呼ばれる熱間成形方法が注目されるに至った。これは、鋼板（被加工材）を所定の温度（一般的にはオーステナイト相となる温度）に加熱して強度を下げた（すなわち、成形を容易にした）後、被加工材に比べて低温（例えば室温）の金型で成形することによって、容易に形状を付与すると同時に、両者の温度差を利用した急冷熱処理（焼き入れ）を行って成形後の製品の強度を確保するというものである。
こうしたホットスタンプ法は、近年、その有用性が広く認知されるに至り、適用を検討される部材も多岐に亘って来た。その中には、例えば自動車の足回り部品のように、曝される環境が耐食性の観点から厳しい場合や、オプション部品の取り付けを想定した穿孔部が存在するものなど、部品としての強度だけではなく、耐遅れ破壊特性も重要な必要特性の一つであるものも含まれるようになって来た。
腐食環境に曝されることによって水素の侵入程度が上昇することが予想され、かつ、また、穿孔部などに残留する応力が看過できない大きさになることで遅れ破壊が危惧されるようになったからである。
一般的に、鋼板の耐遅れ破壊特性は、鋼板の高強度化に連れて低下することが知られている。ホットスタンプ法によって高強度化した鋼板（製品）でも予め配慮が為されているものがある。
例えば、特許文献１には、平均の粒径が所定の範囲内にあるＭｇの酸化物、硫化物、複合晶出物、および、複合析出物の内の１種もしくは２種以上を、所定の密度で含有させることで遅れ破壊を抑制する特性を有する鋼板に関する技術が開示されている。
特許文献２には、打ち抜き（穿孔）をホットスタンプのための加熱後で、かつ、プレス前の高温状態（熱間）で行うことで打ち抜き性を改善し、それによって耐遅れ破壊特性の改善を図る技術が開示されている。
特許文献３には、所定の寸法のFe-Mn系複合酸化物を所定の密度で含有させることで耐遅れ破壊特性に優れた鋼板を得る技術が開示されている。
しかしながら、特許文献１の技術は、含有させることが容易でないＭｇを鋼中に存在させ、かつ、それを含む生成物を高度に制御するものであるから、当業者といえども実施はそれほど容易ではない。
特許文献２は、熱間での穿孔を前提とした技術であり、ホットスタンプ後に穿孔した場合、すなわち看過できない程度の応力が残留することが生じ得る場合の効果については明らかではない。
一方、特許文献３の技術は製鋼工程での脱酸制御と、適切な圧延条件の組み合わせによって有効な水素のトラップサイトを鋼中に形成する優れた技術であって一定の効果が期待できる。
そこで、本発明者らも特許文献３を参考としながら鋼板の作製と、当該鋼板のホットプレス後の機械的性質を調査する実験を繰り返し行った。その結果、耐遅れ破壊特性についてはそれなりの効果が認められた。しかし、低温靭性が必ずしも十分ではなく、更に、特にC（炭素）濃度が高い場合には鋳造欠陥が高い頻度で発生して圧延に供することが出来ないか、出来ても歩留まりが著しく低下すると言う問題のあることが判明した。
このように、ホットスタンプ後に穿孔などの応力の残留する加工が為された部材であっても耐遅れ破壊特性、および低温靭性を有し、かつ、容易に実施出来、製造歩留まりにも問題のないような技術は見当たらないのが実情である。
特開２００６−９１１６号公報 特開２０１０−１７４２９１号公報 WO2012/120692号公報
本発明は、上記実情に鑑み、既設の製鉄設備での製造が容易で高い製造歩留まりを有し、またホットスタンプ設備で成形した後に穿孔などの、応力の残留が予想される加工を行っても優れた耐遅れ破壊特性と低温靭性とを有するホットスタンプ用鋼板を提供することを課題とする。
本発明者らは、こうした課題を解決すべくホットスタンプ用鋼板について鋭意研究を重ねた。その結果、生成させることが容易なＭｎの酸化物を所定の条件で鋼板中に含有させることを根幹技術とした上で、それのみでは対処出来ない問題を解決すべく鋭意研究を進めた。
解決すべき具体的な問題には、以下の2点が挙げられる。
（Ａ）ホットスタンプ後に引張強さで１５００ＭＰａ以上となる鋼板とするには、含有させる炭素が０．２％（質量％、以下同じ）以上は必要である。しかし、高濃度の炭素鋼では炭素自身が脱酸能力を有するため、脱酸反応で生成したCOが溶鋼中で気泡を形成し、鋳片に残存して鋳造欠陥となり易い。
（Ｂ）鋼板中の水素のトラップサイトとして酸化物を分散させる事が有効で有るが、更に、酸化物の形態や密度によっては低温靭性を損ねる恐れがあり十分考慮する必要があることも課題となった。
これらの問題のうち、（Ａ）に対しては、Ｓｉを微量に添加することで炭素が酸素と結合することを抑制する方法を検討し、特許文献３では不適切とされた範囲内に適切なＳｉ濃度のあることを明らかにした。またSiを所定の濃度で含有させることで介在物（酸化物）の形態を変化させることが出来、（Ｂ）に対しても有効であることを新たに見出した。
こうした検討を重ねて完成された本発明の要旨は、以下のとおりである。
（１）
質量％で、
Ｃ：０．２０〜０．４２％、
Ｓｉ：０．０６〜０．５％、
Ｍｎ：０．２〜２．２％、
Ｃｒ：０．１〜２．５％、
Ｂ：０．０００５〜０．０１％、
Ｏ：０．００２０〜０．０２０％
Ａｌ：０．００１〜０．０３％、
Ｔｉ：０．００１〜０．０５％、
Ｎｂ：０〜０．１％、
Ｍｏ：０〜１．０％、
Ｗ：０〜０．５％、
Ｖ：０〜０．５％、
Ｎｉ：０〜５．０％、
Ｃｕ：０〜１．０％、
Ｎ：０．１％以下、
Ｐ：０．０３％以下、
Ｓ：０．０２％以下
であり、
残部がＦｅおよび不可避的不純物の化学成分からなり、
鋼中に最大長さが１μｍ以上５μｍ以下のＭｎ酸化物が５×１０３個／ｍｍ２以上１×１０５個／ｍｍ２以下存在し、短軸方向長さが１μｍ以上、長軸方向長さが１０μｍ以下のＭｎとＳｉの複合酸化物が１．７×１０２個／ｍｍ２以上５×１０３個／ｍｍ２以下存在し、
３５〜７０％の冷間圧延が施されている高強度鋼板。
（２）
質量％で、
Ｎｂ：０．０１〜０．１％、
Ｍｏ：０．０１〜１．０％、
Ｗ：０．０１〜０．５％、
Ｖ：０．０１〜０．５％、
Ｎｉ：０．０１〜５．０％、
Ｃｕ：０．０１〜１．０％
のうちの、１種、または２種以上を含有する（１）に記載の高強度鋼板。
（３）
めっきが施されている（１）または（２）に記載の高強度鋼板。
（４）
表面にめっきされたＡｌ層を有する鋼板であって、前記Ａｌ層と前記鋼板の界面に厚さ１μｍ以上１０μｍ以下のＦｅ−Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｂ合金層が存在している（３）に記載の高強度鋼板。
（５）
（１）または（２）に記載の高強度鋼板を、少なくともその一部がオーステナイト相となる温度まで加熱した後、金型でスタンプして成形と焼き入れを同一工程で行う、高強度部材の製造方法。
（６）
（３）または（４）に記載の鋼板を、少なくともその一部がオーステナイト相となる温度まで加熱した後、金型でスタンプして成形と焼き入れを同一工程で行う、高強度部材の製造方法。
本発明の鋼板は、既設の製鉄設備で製造でき、またホットスタンプ設備で成形した後に穿孔などの、応力の残留が予想される加工を行っても優れた耐遅れ破壊特性と低温靭性が得られるので、ホットスタンプ法の適用範囲（適用可能部品）を拡大する効果を有する。
鋼板中の酸化物の最大長さを説明するための図で、（ａ）は矩形酸化物、（ｂ）は多角形酸化物の最大長さを模式的に示す図である。 延伸した酸化物の短軸方向の長さ、および、長軸方向の長さを模式的に示す図である。 Si含有量による気泡欠陥発生状況変化を例示する写真である。 冷延率（％）と延性脆性遷移温度（℃）の関係を示す図である。 ハット形状を示す模式図である。図中の数字は慨寸法で単位はｍｍである。
本発明について詳しく説明する。
まず本発明の鋼板の化学成分を限定した理由を述べる。ここで、「%」は質量%を意味する。
＜Ｃ：０．２０〜０．４２％＞
Ｃは、ホットスタンプ法によって鋼板を高強度化する上で最も重要な元素である。少なくとも１５００ＭＰａ程度の強度を得るには、０．２０％以上含有させる必要がある。その一方で、０．４２％超では本発明の酸化物制御を用いても低温靭性を確保できない。そこで０．４２％を上限とする。一層優れた低温靭性を確保するには、０．３６％以下が好ましい。
＜Ｓｉ：０．０６〜０．５％＞
Siは、鋳造欠陥の原因となるＣ脱酸によるCO気泡の生成を抑制する働きを有する。本発明者らは、Mn酸化物を分散させた鋼を得る目的で、C：0.20〜0.42％、Mn：1〜1.5％、Cr：0.2％、および、B：0.0020％、残部：Ｆｅを主成分とする鋼を溶解し、鋳造する試験を行った。その結果、鋳片の表面に気泡状の欠陥が生成する場合の有ることを知見した。気泡状の欠陥は、C濃度が0.25％付近から散見されるようになり、0.3％以上では高い頻度で発生することが分かった。深い欠陥もあり、表面を手入れしても圧延には不適切であると判断せざるを得ない鋳片もあった。
こうした状況を解決するためにMnよりも脱酸能力が高く、Alのように酸化物が凝集する性質を有しない元素としてSiの微量含有（Si脱酸）を試みたところ、0.06％以上の含有で気泡状欠陥の発生を完全に抑制できることを見出した。そこでSiの下限を0.06％とした。一方、気泡状欠陥を抑制する目的では上限は無いが、生成した酸化物が過剰であると低温靭性が劣化する。そのため、許容される上限は０．５％である。好ましくは０．３％以下、より好ましくは０．２％以下である。
Ｓｉは酸化物を形成しているもの（Ｍｎとの複合酸化物を含む）、および酸素と結合せずに鋼中に固溶されているものの総和である。Siは脱酸元素として上述のようにCO気泡の発生を抑制する作用のみならず、Mnと複合した酸化物を形成し、当該酸化物が低温靭性に対して有効に寄与することを見出したことも本発明の要旨とするところである。
＜Ｍｎ：０．２〜２．２％＞
Ｍｎは、本発明において最も重要な元素である。Ｍｎの酸化物が水素のトラップサイトとして機能するのみならず、Ｓｉとの複合酸化物が低温靭性を確保する上で極めて重要な働きをする。この効果はＭｎが０．２％以上の含有時に発現する。一方、２．２％を超えて含有させても効果は飽和し、また凝固偏析に起因して機械的性質を劣化させる恐れがあるので２．２％を上限とする。好ましくは２．０％、さらに好ましくは１．８％である。
＜Ｃｒ：０．１〜２．５％＞
Ｃｒは、鋼板の焼き入れ性を高める効果を有するので含有する。その効果が明瞭となるのは、０．１％以上である。一方で、２．５％を超えて含有してもその効果は飽和するので２．５％を上限とする。好ましくは２．０％、より好ましくは１．８％である。
＜Ｂ：０．０００５〜０．０１％＞
Ｂは、Ｃｒ同様焼き入れ性を高める効果も有するので含有する。０．０００５％以上でその効果が明瞭となる一方、過剰な含有は熱間加工性の劣化と延性の低下につながるので０．０１％を上限とする。焼入れ性を一層高め、かつ、熱間加工性の劣化と延性の低下を更に抑制するには、０．００１０〜０．００７％が好ましい。
＜Ｏ：０．００２０〜０．０２０％＞
Ｏは酸化物を形成する上で必須の元素である。そして酸化物は、水素のトラップサイトとして、および低温靭性へ影響因子として極めて重要であるので適切に制御されねばならない。その濃度が０．００２０％未満では必要な酸化物密度が得られず、０．０２％超では酸化物の粗大化が機械的性質の劣化を招く恐れがあるので上記の範囲に限定する。
＜Ａｌ：０．００１〜０．０３％＞
Ａｌは、強脱酸元素であるので慎重に制御されねばならない。０．０３％を超えて含有させると耐遅れ破壊に有効なＭｎ酸化物や低温靭性の確保に重要なＭｎとＳｉの複合酸化物を所定量確保するのが難しくなる。そこで０．０３％を上限とする。好ましくは０．０１％である。一方、０．００１％未満とすることは製鋼工程に多大な負荷を掛けるので０．００１％を下限とする。
＜Ｔｉ：０．００１〜０．０５％＞
Ｔｉは、脱酸作用を有する元素であるからＭｎ酸化物やＭｎとＳｉの複合酸化物の形成に影響を与えるので０．０５％以下に制御されなければならない。好ましくは０．０３％以下である。一方、０．００１％未満とすることは製鋼工程に多大な負荷を掛けるので０．００１％を下限とする。
次いで、選択的に含有させる成分について説明する。
＜Ｎｂ：０〜０．１％＞
Ｎｂは結晶粒を微細化し、靭性を向上させる効果を有するので適宜使用出来る。その効果は０．０１％以上で認められるので、その効果を得るためには０．０１％を下限とすることが望ましい。一方、０．１％を超えて含有しても効果は飽和するので０．１％を上限とする。
＜Ｍｏ：０〜１．０％＞、＜Ｗ：０〜０．５％＞、＜Ｖ：０〜０．５％＞の１種または２種以上
これらの元素は、いずれも焼き入れ性を高める効果を有するものであるから適宜含有できる。その効果が明瞭となるのは、いずれについても０．０１％以上である。一方で、高価な元素であることから、効果が飽和する濃度を上限とすることが好ましい。Ｍｏについては１．０％、Ｗ、およびＶについては０．５％が上限である。
＜Ｎｉ：０〜５．０％＞
Ｎｉは、焼入れ性を高める効果を有するので有効に活用したい元素であり、その効果は０．０１％以上で明瞭となる。一方、高価な元素であるから、その効果が飽和する５．０％を上限とする。また、下記のＣｕによる熱間圧延鋼板の表面品位の低下を抑制する働きも有するので、Ｃｕと同時に含有させることが望ましい。
＜Ｃｕ：０〜１．０％＞
Ｃｕは、０．０１％以上を添加することで鋼板の強度を高める効果を有するものの、過剰な添加は熱間圧延鋼板の表面品位を損ねるので１．０％を上限とする。
なお、本発明において上記以外の成分はＦｅとなるが、スクラップなどの溶解原料や耐火物などから混入する不可避的不純物は許容される。代表的な不純物として以下が挙げられる。
＜Ｎ：０．１％以下＞
Ｎは、ＴｉやＢと容易に結合することからそれらの元素の目的とする効果を減じないように制御しておく必要があり、０．１％以下であれば許容できる。望ましくは０．０１％以下である。一方、必要以上に低減することは製鋼工程に多大な負荷を掛けるので０．００１０％を下限とすることが望ましい。
＜Ｐ：０．０３％以下＞
Ｐは不純物として含有され、熱間加工性に悪影響を及ぼすため０．０３％以下に制限されなくてはならない。一方、Ｐは少ない方が好ましいが、必要以上に低減することは製鋼工程に多大な負荷を掛けるので０．００１％を下限とすることが望ましい。
＜Ｓ：０．０２％以下＞
Ｓは不純物として含有され、熱間加工性や、延性、靭性などの機械的性質に悪影響を及ぼすため０．０２％以下に制限されなくてはならない。一方、Ｓは少ない方が好ましいが、必要以上に低減することは製鋼工程に多大な負荷を掛けるので０．０００１％を下限とすることが望ましい。
次に、Ｍｎ酸化物、および、ＭｎとＳｉの複合酸化物に関する限定理由を説明する。
まずＭｎ酸化物については、酸化物自身、および、冷間圧延時にその周囲に形成された空隙が鋼板中に存在する水素のトラップサイトになることで優れた耐遅れ破壊特性が発現するものと考えられるので、所定の密度で分散させることが必要である。実施例にて示すように、５×１０３個／ｍｍ２未満では明瞭な効果は認められない。一方、耐遅れ破壊特性上は密度に上限を設けなくともよいが、延性や靭性などの機械的性質に悪影響を及ぼすので１×１０５個／ｍｍ２以下とする。
Ｍｎ酸化物の同定にはＳＥＭのＥＤＳ分析を用いた。すなわち、ＭｎとＯ（酸素）が同時に検出されたものをＭｎ酸化物と見なした。その際、分析対象物の最大長さが１μｍ未満では分析精度が十分に確保できない。そこで寸法の下限を最大長さが１μｍ以上とした。一方、耐遅れ破壊特性上は大きさに上限を設けなくともよいが、延性や靭性などの機械的性質に悪影響を及ぼすので最大長さが５μｍ以下とする。なお、図１に酸化物の形状を模式的に示すように、ここで言う酸化物の最大長さ３とは、矩形酸化物１、または多角形酸化物２の対角線のうち、最長のものを指す。
本発明者らの調査によれば、Ｍｎ酸化物は矩形または多角形であり、冷間圧延後もその形状は同様であるのに対して、ＭｎとＳｉの複合酸化物は冷間圧延に対して延伸性を有する。適度に延伸したＭｎとＳｉの複合酸化物が鋼中に分散していることで低温靭性の確保に寄与しているものと考えられる。ここで、延伸したＭｎとＳｉの複合酸化物とは、長軸方向長さが短軸方向長さの概ね３倍以上のものを指すこととする。鋼板中に散在する介在物をＳＥＭのＥＤＳ分析によって調査し、Ｍｎ、Ｓｉ、およびＯ（酸素）が同時に検出されたものをＭｎとＳｉの複合酸化物と見なした。信頼性の高い分析を行うためには対象物の寸法は短軸方向長さが１μｍ以上は必要である。ＭｎとＳｉの複合酸化物の大きさの下限を短軸方向長さが１μｍとしたのはそのためである。分析の信頼性を確保する上で短軸方向長さには上限はないが、機械的性質（伸びや靭性など）の劣化を招くので、３μｍ、好ましくは２μｍを上限とする。一方、靭性を確保する目的においては、長軸方向長さに上限はないが、大きすぎる（長すぎる）と延性を損ねるので、その上限は１０μｍとする。好ましくは５μｍである。なお、図２に模式的に示すように、ここで言う短軸方向長さ５、および、長軸方向長さ６とは、延伸したＭｎとＳｉの複合酸化物４の短軸方向の長さ（短軸方向長さ)５、および、長軸方向の長さ(長軸方向長さ)６である。
実施例にて示すように、そうしたＭｎとＳｉの複合酸化物は１．７×１０２個／ｍｍ２以上含有されていることが必要である。これより密度が小さい場合には優れた低温靭性が確保出来ない。一方、５×１０３個／ｍｍ２を超えて存在すると圧延方法と直交する向きの延性が大きく劣化するので５×１０３個／ｍｍ２を上限とする。
酸化物の密度の導出は以下の手順にて行った。すなわち、ＳＥＭにて、倍率：３０００倍、視野数：１０とし、視野内の当該酸化物数を計数（合計）した。一視野は約４０μｍ×３０μｍである。そこで、１．２×１０４μｍ２（＝４０×３０×１０）中の酸化物数から平方ミリメートル（ｍｍ２）当たりの密度に換算した。
本発明の鋼板の製造方法について説明する。
本発明の鋼板は、常法に基づいて製鋼、鋳造、熱間圧延、冷間圧延、焼鈍を行って製造する。更にめっきを施してもよい。使用原料（不純物濃度）や各元素の歩留まりなど事業者の実情に応じて製鋼し、鋳造することが出来る。一例としては、Siを除く鋼成分を通常手順で調整した後、Siを添加し、所定の時間後に鋳造する。
実施例で説明するように、Ｍｎ酸化物は、Ｓｉ添加後鋳造までの時間が長くなるにつれて密度が減少する。一方、ＭｎとＳｉの複合酸化物は、Ｓｉ添加後鋳造までの時間が長くなるにつれて逆に密度が増加する。本発明者らの用いた小型溶解炉ではSi添加後から鋳造までの時間は、３５〜１４５秒後が適切な範囲であったが、この時間は使用する設備の実情に応じて設定すればよい。鋳造は生産性の観点から連続鋳造が望ましい。
熱間圧延における鋳片の加熱温度は１２００〜１２５０℃、圧延率は、粗圧延：50〜90％、仕上げ圧延：６０〜９５％、仕上げ温度は９００℃前後などが選択できる。
冷間圧延における冷延率は極めて重要であって、３５〜７０％であることが必要である。Ｍｎ酸化物の周辺に空隙を生じさせるとともに、ＭｎとＳｉの複合酸化物を適切に延伸変形させるためには３５％以上の圧延が必要である。一方、圧延率が高過ぎると一旦生成したＭｎ酸化物周辺の空隙が潰れて消失する。また、延伸変形したＭｎとＳｉの複合酸化物が分断されて靭性に寄与しなくなるので７０％以下にする必要がある。
冷延鋼板の焼鈍温度は、７００〜８５０℃とするのが望ましいが、機械的性質に特徴を持たせる目的で、７００℃未満や、８５０℃超としてもよい。生産性の観点から連続焼鈍が望ましい。
焼鈍後にＡｌやZnなどをめっきしてめっき鋼板としてもよい。生産性の観点から焼鈍とめっきを連続して行うことが望ましい。Znめっき層を形成した後、加熱してめっき層をFe-Zn合金としてもよい。なお、Ａｌめっき鋼板とした場合、Ａｌめっき層と母材鋼板との界面にＦｅ−Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｂ合金層が生成される。Ａｌめっき層と母材鋼板との界面にＦｅ−Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｂ合金層が生成されているため、Ａｌめっき鋼板では、Ａｌめっき層から鋼板中への水素の移動が抑制される。なお本願発明の鋼板にあっては、この合金層中にＳｉが殆ど含まれない。すなわち、本願発明のようにＭｎ酸化物とＭｎとＳｉの複合酸化物が生成される状態での酸素濃度では、添加したＳｉのほとんどはＭｎ酸化物をＭｎとＳｉの複合酸化物に還元するのに使用され、Ａｌめっき層と母材鋼板との界面に生成されるＦｅ−Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｂ合金層にはＳｉが殆ど含まれないこととなる。
また、焼鈍、更にめっきを行った鋼板（帯鋼）に対してスキンパス圧延やレベラー加工を付与してもよい。付与するひずみは１０％以下とすることが好ましい。
こうして製造された本発明の鋼板は、例えばホットスタンプ法ににより、成形と焼き入れを同一工程で行った高強度部材にされる。高強度部材を作製するには、必要に応じて所定の寸法に切断した鋼板（ブランク）を加熱し金型でスタンプする。加熱には加熱炉加熱、通電加熱、あるいは誘導加熱などの方法を選択できる。加熱温度はブランク全体をオーステナイト相とする温度に設定することが一般的であるが、部材に特徴を持たせるために、一部のみをオーステナイト相に加熱する方法も選択できる。金型による冷却は、オーステナイト相に加熱された部分がマルテンサイト相に変態する冷却速度で行うことが一般的である。しかし、部材に特徴を持たせる目的で、オーステナイト相に加熱された部分の一部の冷却速度をマルテンサイト変態しない様な緩やかな冷却速度とする方法も選択できる。
鋼板の耐遅れ破壊特性は、クリアランスを変化させて行った穿孔試験の穴壁部観察によるクラック発生の有無により評価した。
すなわち、板厚ｔ（ｍｍ）の鋼板に、１０ｍｍφの穿孔を行う。その際、パンチの直径Ｄｐは１０ｍｍ一定とし、ダイの内径Ｄｉを変化させて、クリアランス＝（Ｄｉ−Ｄｐ）／２ｔ×１００を５〜３０％の範囲とし、穴壁部のクラック発生の有無を調べた。そして、クラックの発生が認められなかった鋼板を耐遅れ破壊特性に優れた鋼板とした。なお、穿孔は、一つのクリアランスに付き５個以上とし、全ての穴壁を調べた。
靭性の評価は、ＪＩＳ
Ｚ ２２４２に準拠したシャルピー衝撃試験によって行った。試験片はＪＩＳ Ｚ ２２０２の４号試験片の形状を準用し、試験片の厚さは、供試材ままとした。
−１２０℃から２０℃までの範囲で試験を行い、吸収エネルギーの変化から延性脆性遷移温度を決定した。
小型溶解炉を用いて原料を溶解し鋳造する実験を行った。Ｃ：０．３６％、Ｍｎ：１．３％、Ｐ：０．０２％、Ｓ：０．００４％、Ｃｒ：０．２％、Ｂ：０．００２５％、Ｔｉ：０．０１％、Ａｌ：０．００２％、Ｎ：０．００３％、Ｏ：０．０１５０％、残部Ｆｅと不可避不純物とからなるように成分調整を行った。
その後、所定の量のSiを添加し、９０秒後に内寸法（単位mm）が110×220×400（最大高さ）である鋳型に鋳込んだ。添加したSi量は、全量鋳片内に歩留まった場合の濃度から算出して、0（無添加）〜0.3％とした。鋳片の220×400凝固面（２面）をそれぞれ５ｍｍ研削し気泡に由来する欠陥の発生状況を調査した。更に鋳片を110から30mmに熱間圧延した。熱間圧延材を分析して主要成分の濃度を調べた。以上の結果を表１に示す。
Siを添加しなかったNo.1（含有量は0.001％未満）、および、Siを0.02％添加したNo.2（含有量は0.020％）には多数の気泡欠陥が認められた。これに対して、Si含有量が0.06％以上であるNo.3、4、および5には気泡欠陥は認められなかった。No.2とNo.3の表面状況を対比して図3(a)と(b)に示す。
No.1、およびNo.2は圧延中に割れが生じ始め、30mmよりも更に圧延を進める事は困難であった。一方No.3〜5の圧延性は問題なく、更なる圧延（仕上げ圧延に相当）で２ｍｍまで圧延したが全く問題なく実行出来た。本例以外のC濃度でも同様に、Siを0.06％以上含有させることで鋳造欠陥を完全に抑制できることが明らかとなった。
小型溶解炉を用いて原料を溶解し、Ｃ：０．３％、Ｍｎ：１．３％、Ｐ：０．０２％、Ｓ：０．００４％、Ｃｒ：０．２％、Ｂ：０．００２０％、Ｔｉ：０．０１％、Ａｌ：０．００２％、Ｎ：０．００４％、Ｏ：０．０１５０％、残部Ｆｅと不可避不純物とからなるように成分調整を行った。
その後、その濃度が０．１５％となる量のＳｉを溶湯中に投入添加し、添加後から鋳造までの時間を３０秒間隔で変化させて、５チャージを鋳型に鋳造した。
得られた各鋳片を１２５０℃に加熱して熱間圧延に供し、仕上げ温度９００℃で厚さ２．８ｍｍの熱延鋼板とした。巻き取り温度は６００℃とした。酸洗後冷間圧延して厚さ１．４ｍｍの冷延鋼板を得た。
冷延鋼板の化学成分分析を行った結果を表２に示す。鋼符号２ａ−１、２ａ−２、２ａ−３、２ａ−４、２ａ−５のいずれも、成分的には本発明の範囲内である。
塩浴炉で800℃に1分間保持する焼鈍を行いホットスタンプ用の鋼板とした。
ホットスタンプは、９００℃に５分間保持した後、直ちに取り出して、水冷されている上下一対の平板金型間に挟んで３０秒間保持する方法で行った。
ホットスタンプされた供試材（以下、ＨＳ材と記載する）の冷間圧延の方向と平行な断面をＳＥＭで観察し、前記の方法で、Ｍｎ酸化物の大きさと密度、および、ＭｎとＳｉの複合酸化物の大きさと密度を測定した。
またＨＳ材の、冷間圧延の方向と平行な断面のビッカース硬さを測定した。一方の表面から、板厚の１／４位置、および３／４位置について各５点測定し、合わせて１０点の平均値を断面硬さとした。圧子押し込み荷重は１ｋｇｆとした。
ＨＳ材から遅れ破壊特性評価用の１００×１００ｍｍ試験片と、シャルピー試験片を採取した。
１０ｍｍφの穿孔は、１００×１００ｍｍ試験片の対角線の交点と穴の中心が一致するように行った。クリアランスは８．９％（１０．２５ｍｍφ）、１２．５％（１０．３５ｍｍφ）、２１．４％（１０．６０ｍｍφ）、および２８．６％（１０．８０ｍｍφ）とした。ここで、（）内はダイ内径である。穿孔数は、クリアランス毎に５個とした。穿孔された穴の壁面を詳細に観察し、クラックの有無を確認した。
シャルピー試験片はそれらの長手方向を冷間圧延方向と一致させた。
シャルピー試験は、試験温度が２０、０、−２０、−４０、−６０、−８０、−１００、および−１２０℃で行い、吸収エネルギーの変化から延性脆性遷移温度を求めた。
以上の結果をまとめて表３に示す。
Ｍｎ酸化物で、最大長さが５μｍを上回るものは認められなかった。また、ＭｎとＳｉの複合酸化物で、長軸方向長さが１０μｍを上回るものは観察されなかった。なお、検出したＭｎ酸化物の最大長さ、ＭｎとＳｉの複合酸化物の短軸方向長さは、いずれも１μｍ以上である。
Ｍｎ酸化物は、Ｓｉ添加後鋳造までの時間が長くなるにつれて密度が減少することが見て取れた。一方、ＭｎとＳｉの複合酸化物は、逆に密度が増加することが分かった。
こうした酸化物の密度の変化は、冷延鋼板の化学成分のうちの、Ｓｉ、およびＯの濃度変化とよく対応しており、Ｓｉによる脱酸の進行によるものとして説明できる。すなわち、(１)Ｓｉの酸化物は溶湯上部に浮上するので鋼中Ｓｉ濃度は減少する。(２)Ｓｉによる脱酸で鋼中Ｏ濃度が減少する。(３)Ｓｉ投入前に形成されていたＭｎ酸化物がＳｉによって還元されその密度が減少する。(４)Ｍｎ酸化物の一部がＭｎとＳｉの複合酸化物に置換される。なお(３)と(４)は考え得る反応を列記したものであって詳細は明らかではない。
穿孔試験の結果とＭｎ酸化物の密度には密接な関係が認められる。すなわち、その密度が５．０×１０３個／ｍｍ２以上では何れのクリアランスにおいてもクラックの発生は認められないのに対し、４．９×１０３個／ｍｍ２では何れのクリアランスに対してもクラックの発生が認められた。そこで遅れ破壊の抑制に有効なＭｎ酸化物の密度の下限を５×１０３個／ｍｍ２とした。
一方、延性脆性遷移温度と、ＭｎとＳｉの複合酸化物の密度にも密接な関係が認められた。すなわち、その密度が１．７×１０２個／ｍｍ２以上では−６５℃前後であるのに対して、８３個／ｍｍ２では−３５℃と低温靭性が大幅に劣ることが明らかとなった。そこで低温靭性の確保に有効なＭｎとＳｉの複合酸化物の密度の下限を１．７×１０２個／ｍｍ２とした。
小型溶解炉を用いて原料を溶解し、Ｃ：０．３６％、Ｍｎ：１．２％、Ｐ：０．０１％、Ｓ：０．００２％、Ｃｒ：０．２％、Ｂ：０．００２５％、Ｔｉ、０．０２％、Ａｌ：０．００２％、Ｎ：０．００３％、Ｏ：０．０１６０％、残部Ｆｅと不可避不純物とからなるように成分調整を行った。その後、その濃度が０．１６％となる量のＳｉを溶湯中に投入添加し、添加２０秒後から短時間間隔で５チャージを鋳型に鋳造した。これらを１２００℃に加熱して熱間圧延に供し、仕上げ温度９００〜９１０℃で厚さ２．８ｍｍの熱延鋼板とした。巻き取り温度は６００℃とした。酸洗後冷間圧延して厚さ１．４ｍｍの冷延鋼板を得た。冷延鋼板の化学成分分析を行った結果を表４示す。鋼符号３ａ−１、３ａ−２、３ａ−３、３ａ−４、３ａ−５のいずれも、成分的には本発明の範囲内である。
塩浴炉で７８０℃に1分間保持する焼鈍を行いホットスタンプ用の鋼板とした。ホットスタンプは、９００℃に５分間保持した後、直ちに取り出して、水冷されている上下一対の平板金型間に挟んで３０秒間保持する方法で行った。ＨＳ材の冷間圧延の方向と平行な断面をＳＥＭで観察し、前記の方法で、Ｍｎ酸化物の大きさと密度、および、ＭｎとＳｉの複合酸化物の大きさと密度を測定した。
またＨＳ材の、冷間圧延の方向と平行な断面のビッカース硬さを測定した。測定位置、条件は実施例２と同一とした。ＨＳ材の遅れ破壊特性評価（穿孔穴壁面のクラック有無調査）と低温靭性評価（シャルピー試験による延性脆性遷移温度査）を行った。方法、および条件は実施例２と同一である。それらの結果をまとめて表５に示す。
Ｍｎ酸化物で、最大長さが５μｍ以上のものは認められなかった。また、ＭｎとＳｉの複合酸化物で、長軸長さが１０μｍを上回るものは観察されなかった。Ｓｉ添加後鋳造までの時間とＭｎ酸化物の密度、および、ＭｎとＳｉの複合酸化物の密度の関係は実施例２と同じ傾向を示した。Ｓｉ添加後鋳造までの時間が３５秒以上、１４５秒以下の場合に、Ｍｎ酸化物の密度、および、ＭｎとＳｉの複合酸化物の密度の両方が本発明の範囲内となり、耐遅れ破壊特性と低温靭性に優れる鋼板が得られることが明らかとなった。
小型溶解炉を用いて原料を溶解し、化学成分の異なる複数の鋳片を作製した。狙いの化学成分は、Ｃ：０．２〜０．４３％、Ｍｎ：０．２〜２．２％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．００４％以下、Ｃｒ：０．１〜２．５％、Ｂ：０．００２０〜０．００３５％、Ｔｉ：０．０１〜０．０５％、Ａｌ：０．００３〜０．０４％、Ｎ：０．００４％以下、Ｏ：０．０２０％以下、および、残部Ｆｅと不可避不純物とからなる範囲とした。
何れの場合も、Ｓｉ以外の成分を調整後にＳｉ（０．０１〜０．５％相当）を溶湯中に投入添加し、添加から９０秒後に鋳型に鋳造した。
得られた鋳片を実施例２と同じ条件で、厚さ１．４ｍｍの冷延鋼板とした。冷延鋼板を分析した化学成分を表６に示す。
また、実施例２と同様の方法、条件にて焼鈍を行った。それらの鋼板中のＭｎ酸化物の大きさと密度、および、ＭｎとＳｉの複合酸化物の大きさと密度を測定した。
更に、実施例２と同様の方法、条件にて、ホットスタンプを行った。それらの断面硬さ測定、穿孔試験による耐遅れ破壊性の評価、およびシャルピー試験による低温靭性の評価を行った。試験の条件は実施例２と同じとした。
試験結果を表７に示す。
Ｍｎ酸化物で、最大長さが５μｍ以上のものは認められなかった。また、ＭｎとＳｉの複合酸化物で、長軸長さが１０μｍを上回るものは観察されなかった。なお、検出したＭｎ酸化物の最大長さ、ＭｎとＳｉの複合酸化物の短軸方向長さは、いずれも１μｍ以上である。
穿孔試験によるクラックの発生状況は、Ｍｎ酸化物の密度と強く関連していることが明らかとなった。すなわち、Ｍｎ酸化物の密度が本発明の範囲を外れるＮｏ．１、Ｎｏ．８、およびＮｏ．１５では４つのクリアランスのいずれでもクラックが発生し、耐遅れ破壊性に劣ることが示された。Ｎｏ．１では鋼板のＭｎ濃度が本発明の範囲を外れるため必要なＭｎ酸化物の密度が得られなかったものと思われる。Ｎｏ．８では鋼板のＯ濃度が本発明の範囲を外れるため必要なＭｎ酸化物の密度が得られなかったものと思われる。Ｎｏ．１５では鋼板のＡｌ濃度が本発明の範囲を外れるためＡｌによる脱酸が支配的となり、必要なＭｎ酸化物の密度が得られなかったものと思われる。
低温靭性の指標である延性脆性遷移温度は、ＭｎとＳｉの複合酸化物の密度と強く関係していることが明らかとなった。鋼板のＯ濃度が本発明の範囲を外れ、ＭｎとＳｉの複合酸化物の密度が本発明の範囲を外れるＮｏ．８の延性脆性遷移温度は−２５℃である。これに対して、ＭｎとＳｉの複合酸化物の密度が本発明の範囲内であり、Ｎｏ．８とＨＳ材の断面硬さが近いＮｏ．９〜１１の延性脆性遷移温度は−５５〜−５２℃であり、Ｎｏ．８が低温靭性に劣ることが分かる。
また、鋼板のＳｉ濃度が本発明の範囲を外れ、ＭｎとＳｉの複合酸化物の密度が本発明の範囲を外れるＮｏ．１２、および、鋼板のＡｌ濃度が本発明の範囲を外れ、ＭｎとＳｉの複合酸化物の密度が本発明の範囲を外れるＮｏ．１５の延性脆性遷移温度は、それぞれ、−２０℃、および、−１７℃である。これに対して、ＭｎとＳｉの複合酸化物の密度が本発明の範囲内であり、両者とＨＳ材の断面硬さが近いＮｏ．１３、および１４の延性脆性遷移温度は、それぞれ、−５１℃、および−５０℃であり、Ｎｏ．１２、およびＮｏ．１５が低温靭性に劣ることが分かる。
小型溶解炉を用いて原料を溶解し、化学成分の異なる複数の鋳片を作製した。狙いの化学成分は、Ｃ：０．２〜０．３６％、Ｍｎ：０．２〜１．３％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．００４％以下、Ｃｒ：０．１〜１．５％、Ｂ：０．００２０〜０．００３５％、Ｔｉ：０．０１〜０．０３％、Ａｌ：０．００２〜０．０２％、Ｎ：０．００４％以下、Ｏ：０．０１０％以下、Ｎｂ：０．０３〜０．０７％（４ｃ、４ｆ、４ｈ）、Ｍｏ：０．２〜０．５％（４ａ、４ｇ）、Ｗ：０．１〜０．３％（４ｂ、４ｉ）、Ｖ：０．１〜０．３％（４ｄ、４ｉ）、Ｎｉ：０．３〜０．５％（４ｅ、４ｊ）、Ｃｕ：０．６〜１．０％（４ｅ、４ｊ）、および、残部Ｆｅと不可避不純物とからなる範囲とした。
何れの場合も、Ｓｉ以外の成分調整後にＳｉ（０．１５％相当）を溶湯中に投入添加し、添加後、９０秒後に鋳型に鋳造した。
得られた鋳片を実施例２と同じ条件で、厚さ１．４ｍｍの冷延鋼板とした。冷延鋼板を分析した化学成分を表８に示す。
冷延鋼板から矩形試験片を切り出し、溶融めっきシミュレーターを用いて焼鈍とAlめっき行った。焼鈍は、800℃に1分間保持とし、次いで溶融Al浴（Al-10%Si）に浸漬し、引き上げ後、ガスを噴射してめっき厚さ（目付量）を調整した後、室温まで冷却して供試材とした。この際、500℃までの冷却速度は15℃/sで行った。目付量は１面当たり60g/ｍ2とした。
それら鋼板中のＭｎ酸化物の大きさと密度、および、ＭｎとＳｉの複合酸化物の大きさと密度を測定した。また合金層の厚さと構成元素も調べた。鋼板とめっき層の界面の合金層は、その厚さが１μｍ以上10μｍ以下であった。また構成元素はいずれもFe、Al、Mn、Cr、およびBであった。合金層中にＳｉの含有は認められなかった。
更に、実施例２と同様の方法、条件にて、ホットスタンプを行った。それらの断面硬さ測定、穿孔試験による耐遅れ破壊性の評価、およびシャルピー試験による低温靭性の評価を行った。試験の条件は実施例２と同じとした。
試験結果を表９に示す。表９には、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｉ、および、Ｃｕ以外の化学成分が近く左記元素の効果を比較する対象を合わせて記載した。
Ｍｎ酸化物で、最大長さが５μｍ以上のものは認められなかった。また、ＭｎとＳｉの複合酸化物で、長軸長さが１０μｍを上回るものは観察されなかった。なお、検出したＭｎ酸化物の最大長さ、ＭｎとＳｉの複合酸化物の短軸方向長さは、いずれも１μｍ以上である。
Ｍｎ酸化物の密度はいずれも本発明の範囲内であり、穿孔試験によるクラックの発生は全く認められなかった。ＭｎとＳｉの複合酸化物の密度はいずれも本発明の範囲内であった。
Ｎｂを含有するＮｏ．３、およびＮｏ．６では、実施例２のＮｏ．６、および実施例１のＮｏ．３と比較して、ＨＳ後の断面硬さは変化せず、延性脆性遷移温度の顕著な低下が認められた。
Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、およびＮｉとＣｕを添加したＮｏ．１、２、４、５、７〜１０では比較対象に対して延性脆性遷移温度はほぼ同じであり、ＨＳ材の断面硬さが上昇した。
このように、本発明の範囲内でＮｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｉ、および、Ｃｕを添加すれば、耐遅れ破壊特性に影響を与えることなく、低温靭性を一層向上させたり、ＨＳ後の断面硬さ、すなわち焼き入れ性を向上させたりすることができることが明らかとなった。
小型溶解炉を用いて原料を溶解し、化学成分の異なる２つの鋳片を作製した。狙いの化学成分は、Ｃ：０．２２％、Ｍｎ：１．３％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．００４％以下、Ｃｒ：０．３％、Ｂ：０．００２５％、Ｔｉ：０．０１％、Ａｌ：０．０１％、Ｎ：０．００４％以下、Ｏ：０．０１０％以下、残部Ｆｅ及び不可避不純物、およびＣ：０．３２％、Ｍｎ：０．６％、Ｐ：０．０１％以下、Ｓ：０．００２％以下、Ｃｒ：０．３％、Ｂ：０．００２５％、Ｔｉ：０．０１％、Ａｌ：０．０１％、Ｎ：０．００３％以下、Ｏ：０．００５０％以下、残部Ｆｅ及び不可避不純物とした。
何れの場合も、Ｓｉ以外の成分調整後に、前者については０．０６％相当のＳｉを、後者については０．２５％相当のＳｉを溶湯中に投入添加し、何れについても添加後、９０秒後に鋳型に鋳造した。
これらを１２００℃に加熱して熱間圧延に供し、仕上げ温度９００℃で厚さの異なる熱延鋼板を製造した。板厚は、５．６ｍｍ、３．５ｍｍ、３．０ｍｍ、２．３ｍｍ、および１．９ｍｍとした。巻き取り温度は何れの板厚についても６５０℃とした。酸洗後に冷間圧延して同じ厚さ１．４ｍｍで圧延率の異なる冷延鋼板を得た。
冷延鋼板を分析した化学成分を表１０に示す。
それらから塩浴炉を用いて焼鈍した。条件は、７６０℃に１分間保持とした。
次に、２００×１５０ｍｍの試験片を採取し、ホットスタンプした。９００℃に５分間保持した後、直ちに取り出して、水冷されている上下一対の平板金型間に挟んで３０秒間保持する方法で行った。
実施例２と同じ方法でＭｎ酸化物の大きさと密度、および、ＭｎとＳｉの複合酸化物の大きさと密
度を調べた。
また、実施例２と同様手順にて、ＨＳ材の断面硬さを調べ、耐遅れ破壊特性を穿孔試験（クラック発生の有無）で、低温靭性をシャルピー試験でそれぞれ調べた。
試験結果を表１１に示す。
何れの鋼板においても、Ｍｎ酸化物で最大長さが５μｍ以上のものは認められなかった。密度は、冷延率に依らず、鋼板毎にほぼ同じであった。ただし、冷延率が２５％である、Ｎｏ．１、および６と、冷延率が７４％のＮｏ．５、および１０では、酸化物周りの空隙が、他の３つの冷延率の鋼板に比べて少ないことが見て取れた。その結果としてＮｏ．１、５、６、および１０においては水素のトラップ能力が小さく、それがクリアランス２１．４％と２８．６％の穿孔に対してクラックの発生を抑制出来なかった原因であると判断した。
ＭｎとＳｉの複合酸化物の密度は、冷間圧延率が２５％と４０％ではほぼ同じであるが、４７％以上で増加し、７４％では大幅に増加した。
ＭｎとＳｉの複合酸化物は冷間圧延で延伸する性質を有する。ただし圧延率が２５％では、延伸しているものの割合は余り多くない。圧延率が４０％、４７％、６１％と増加するにつれて、その割合も増加することが観察された。しかし、７４％においては、長軸長さが１０μｍを上回るものが散見されるようになるものの、延伸している酸化物の割合は圧延率２５％と同程度に低下した。恐らく延伸が進んだ酸化物の一部は分断されてしまい、延伸した酸化物の割合の低下を招くとともに、密度の大幅な上昇として観察されたものと思われる。なお、検出したＭｎ酸化物の最大長さ、ＭｎとＳｉの複合酸化物の短軸方向長さは、いずれも１μｍ以上である。
冷間圧延における冷延率は極めて重要であって、冷延率は延伸した酸化物の割合を通じて低温靭性に強く影響している。冷延率は３５〜７０％であることが必要である。図４は、表１１中の冷延率と延性脆性遷移温度の関係を示したものである。冷延率を本発明の範囲とすることで、延性脆性遷移温度をより低温度とすることができ、低温靭性に優れた鋼板が得られることが明らかとなった。
小型溶解炉を用いて原料を溶解し、鋳片を作製した。狙いの化学成分は、Ｃ：０．２６％、Ｍｎ：１．０％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．００４％以下、Ｃｒ：０．３％、Ｂ：０．００２０％、Ｔｉ：０．０１％、Ａｌ：０．０１％、Ｎ：０．００４％以下、Ｏ：０．０１０％以下、残部Ｆｅ及び不可避不純物である。
Ｓｉ以外の成分調整後に０．１５％相当のＳｉを溶湯中に投入添加し、何れについても添加後、９０秒後に鋳型に鋳造した。
これらを１２５０℃に加熱して熱間圧延に供し、仕上げ温度９１０℃で厚さの３．０ｍｍの熱延鋼板を製造した。巻き取り温度は６００℃とした。酸洗後に冷間圧延して１．５ｍｍの冷延鋼板を得た。
冷延鋼板を分析した化学成分を表１２に示す。
次いで、溶融めっきシミュレーターを用いて焼鈍とめっきを連続して行った。焼鈍の条件は７６０℃に１分間保持とした。めっき種はＡｌめっき、Znめっき、および合金化Znめっきとした。
Alめっきは、浴温670℃のＡｌ−１０％Ｓｉ浴を用い、狙い厚さを40μｍとした。Znめっきは浴温460℃のZn-0.15%Al浴を用い、狙い厚さを30μｍとした。Znめっきの合金化は480℃への加熱で行った。何れのめっき種についてもめっき厚の調整はガスワイパーで行った。
めっき鋼板をホットスタンプした。加熱条件は９００℃に５分間保持とした。比較用のめっきを施さない鋼板、および、Alめっき鋼板では加熱完了後直ちにホットスタンプした。一方、Znめっき鋼板、および合金化Znめっき鋼板では、加熱完了後、７５０℃まで空冷してからホットスタンプした。水冷されている上下一対の金型間に挟んで３０秒間保持する方法で、平板、および、図５に模式的に示す形状（ハット型）に成形した。図５中、各寸法を示す数値の単位はいずれもｍｍである。
平板状のHS材を用いて実施例２と同じ方法でＭｎ酸化物の大きさと密度、および、ＭｎとＳｉの複合酸化物の大きさと密度を調べた。
また、実施例２と同様手順にて、断面硬さを調べ、耐遅れ破壊特性を穿孔試験（クラック発生の有無）で、低温靭性をシャルピー試験でそれぞれ調べた。なお、何れのめっき鋼板においても、穿孔の際にめっきと母材（鋼板）の界面が剥離すると言った不具合は生じなかった。
試験結果を表１３に示す。めっきを施さなかった鋼板の結果を併せて示す。Ｍｎ酸化物で、最大長さが５μｍ以上のものは認められなかった。また、ＭｎとＳｉの複合酸化物で、長軸長さが１０μｍを上回るものは観察されなかった。なお、検出したＭｎ酸化物の最大長さ、ＭｎとＳｉの複合酸化物の短軸方向長さは、いずれも１μｍ以上である。
Ｍｎ酸化物の密度はいずれも本発明の範囲内であり、何れのクリアランスにおいてもクラックの発生は全く認められなかった。このように、めっき鋼板としても本発明の耐遅れ破壊特性は発現することが示された。
また、ＭｎとＳｉの複合酸化物の密度はいずれも本発明の範囲内であり、めっき鋼板としても優れた低温靭性を発現することが示された。
ハット型に成形したHS部材を詳細に観察した。何れのめっき鋼板についても成形後寸法はめっきしなかった鋼板のそれと全く同じであった。まためっき層にクラックや齧りなどの欠陥は全く認められなかった。
図５に示した点線に沿って断面（板厚中心）のビッカース硬さを測定した。ハット頭辺の中央点P1、点線上P1から10ｍｍ、および20mm離れた点、肩部の局面終了点P2、点線上P2から10ｍｍ、20ｍｍ、および30mm離れた点、底辺の端P3から点線上10mm離れた点について測定した。結果を表１４に示す。HS部材の断面のビッカース硬さは、速い冷却速度でスタンプされる頭辺と底辺で480〜488、前者に比べて冷却速度がやや遅くなる縦壁部で459〜469が得られた。これらはめっきの有無やめっき種に依らず同等であった。
こうしたことから、本発明の鋼板を用いれば高強度の部材を容易に製造出来、また、めっき鋼板を選択することで耐食性などの必要特性を付与出来、それらは何れも耐遅れ破壊特性と低温靭性に優れていることが明らかとなった。
小型溶解炉を用いて原料を溶解し、Ｃ：０．２６％、Ｍｎ：２．２％、Ｐ：０．０２％、Ｓ：０．００４％、Ｃｒ：０．２％、Ｂ：０．００２０％、Ｔｉ：０．０１％、Ａｌ：０．００２％、Ｎ：０．００４％、Ｏ：０．０２０％、残部Ｆｅと不可避不純物とからなるように成分調整を行った。その後、その濃度が０．１７％となる量のＳｉを溶湯中に投入添加し、その１０秒後に最初の鋳造を行い、以降２５〜５０秒の間隔で６チャージを鋳型に鋳造した。
得られた各鋳片を１２００℃に加熱して熱間圧延に供し、仕上げ温度９００℃で厚さ２．８ｍｍの熱延鋼板とした。巻き取り温度は６００℃とした。酸洗後冷間圧延して厚さ１．４ｍｍの冷延鋼板を得た。冷延鋼板の化学成分分析を行った結果を表１５に示す。何れの鋼も成分的には本発明の範囲内である。
得られた冷延鋼板を、塩浴炉で800℃に1分間保持する焼鈍を行いホットスタンプ用の鋼板とした。ホットスタンプは、９００℃に５分間保持した後、直ちに取り出して、水冷されている上下一対の平板金型間に挟んで３０秒間保持する方法で行った。
ホットスタンプされた供試材（以下、ＨＳ材と記載する）の、冷間圧延の方向と平行な断面をＳＥＭで観察し、前記の方法で、Ｍｎ酸化物の大きさと密度、および、ＭｎとＳｉの複合酸化物の大きさと密度を測定した。
ＨＳ材からJIS5号型引張試験片を採取した。引張方向が冷間圧延の方向と垂直となるように採取した。この試験片を用いて引張強さと伸び（ゲージ長さ５０ｍｍに対する全伸び）を測定した。
ＨＳ材から遅れ破壊特性評価用の１００×１００ｍｍ試験片と、シャルピー試験片を採取した。シャルピー試験片はそれらの長手方向を冷間圧延方向と一致させた。
遅れ破壊特性評価のための１０ｍｍφの穿孔は、１００×１００ｍｍ試験片の対角線の交点と穴の中心が一致するように行った。クリアランスは８．９％（１０．２５ｍｍφ）、１２．５％（１０．３５ｍｍφ）、２１．４％（１０．６０ｍｍφ）、および２８．６％（１０．８０ｍｍφ）とした。ここで、（）内はダイ内径である。穿孔数は、クリアランス毎に５個とした。穿孔された穴の壁面を詳細に観察し、クラックの有無を確認した。
シャルピー試験は、試験温度が２０、０、−２０、−４０、−６０、−８０、−１００、および−１２０℃で行い、吸収エネルギーの変化から延性脆性遷移温度を求めた。
以上の結果をまとめて表１６に示す。
Ｍｎ酸化物で、最大長さが５μｍを上回るものは認められなかった。また、ＭｎとＳｉの複合酸化物で、長軸方向長さが１０μｍを上回るものは観察されなかった。なお、検出したＭｎ酸化物の最大長さ、ＭｎとＳｉの複合酸化物の短軸方向長さは、いずれも１μｍ以上である。
Ｍｎ酸化物、およびMnとＳｉの複合酸化物の密度変化はこれまでに述べた他の実施例と同様にSi添加から鋳造までの時間経過で説明できる。但し、本例では、Mn、および、初期の酸素の濃度を高くし、かつ、Si添加直後（１０秒後）に鋳込む条件を試したところ、Mn酸化物の密度が本発明の範囲の上限を超過する鋼板（８a-１、および８a-２）が得られた。また、Siを添加してから175秒後、および200秒後に鋳込む条件を試みたところ、ＭｎとＳｉの複合酸化物の密度が本発明の範囲の上限を超過する鋼板（８a-５）、および、Mn酸化物の密度とＭｎとＳｉの複合酸化物の密度の両方が本発明の範囲を外れる鋼板（８a-６）が得られた。
鋼板８a-3、および８a-4はMn酸化物の密度とＭｎとＳｉの複合酸化物の密度の両方が本発明の範囲内にあるため、遅れ破壊の発生がなく、延性脆性遷移温度が-67から-65℃と靭性に優れ、引張強さは概ね1600MPa、伸びは概ね9％を示し、何れの性質も優れたものとなった。
これらに対して、Ｍｎ酸化物の密度が本発明の範囲の下限を下回る場合（８a-6）には、何れのクリアランスに対してもクラックの発生が認めら、遅れ破壊特性に劣ることが明らかとなった。
一方、Ｍｎ酸化物の密度が本発明の範囲の上限を上回る場合（８a-1、および８a-2）、および、ＭｎとＳｉの複合酸化物の密度が本発明の範囲の上限を上回る場合（８a-5、および８a-6）には、本発明の範囲内であるHS材に比べて延性が劣位であることが明らかとなった。
また、ＭｎとＳｉの複合酸化物の密度が本発明の範囲の下限を下回る場合（８a-1）には延性脆性遷移温度が他に比べて高く靭性に劣ることが明らかとなった。８a-2は、ＭｎとＳｉの複合酸化物の密度は本発明の範囲内であるが、Ｍｎ酸化物の密度が本発明の範囲の上限を上回ることが原因となって靭性がやや劣化したものと判断される。

Claims (6)

  1. 質量％で、
    Ｃ：０．２０〜０．４２％、
    Ｓｉ：０．０６〜０．５％、
    Ｍｎ：０．２〜２．２％、
    Ｃｒ：０．１〜２．５％、
    Ｂ：０．０００５〜０．０１％、
    Ｏ：０．００２０〜０．０２０％、
    Ａｌ：０．００１〜０．０３％、
    Ｔｉ：０．００１〜０．０５％、
    Ｎｂ：０〜０．１％、
    Ｍｏ：０〜１．０％、
    Ｗ：０〜０．５％、
    Ｖ：０〜０．５％、
    Ｎｉ：０〜５．０％、
    Ｃｕ：０〜１．０％、
    Ｎ：０．１％以下、
    Ｐ：０．０３％以下、
    Ｓ：０．０２％以下
    であり、
    残部がＦｅおよび不可避的不純物の化学成分からなり、
    鋼中に最大長さが１μｍ以上５μｍ以下のＭｎ酸化物が５×１０３個／ｍｍ２以上１×１０５個／ｍｍ２以下存在し、短軸方向長さが１μｍ以上、長軸方向長さが１０μｍ以下のＭｎとＳｉの複合酸化物が１．７×１０２個／ｍｍ２以上５×１０３個／ｍｍ２以下存在し、
    ３５〜７０％の冷間圧延が施されている高強度鋼板。
  2. 質量％で、
    Ｎｂ：０．０１〜０．１％、
    Ｍｏ：０．０１〜１．０％、
    Ｗ：０．０１〜０．５％、
    Ｖ：０．０１〜０．５％、
    Ｎｉ：０．０１〜５．０％、
    Ｃｕ：０．０１〜１．０％
    のうちの、１種、または２種以上を含有する請求項１に記載の高強度鋼板。
  3. めっきが施されている請求項１または２に記載の高強度鋼板。
  4. 表面にめっきされたＡｌ層を有する鋼板であって、前記Ａｌ層と前記鋼板の界面に厚さ１μｍ以上１０μｍ以下のＦｅ−Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｂ合金層が存在している請求項３に記載の高強度鋼板。
  5. 請求項１または２に記載の高強度鋼板を、少なくともその一部がオーステナイト相となる温度まで加熱した後、金型でスタンプして成形と焼き入れを同一工程で行う、高強度部材の製造方法。
  6. 請求項３または４に記載の鋼板を、少なくともその一部がオーステナイト相となる温度まで加熱した後、金型でスタンプして成形と焼き入れを同一工程で行う、高強度部材の製造方法。
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