JP6443594B1 - 高強度鋼板およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

溶接部疲労強度に優れる降伏強さ５５０ＭＰａ以上の高強度鋼板およびその製造方法を提供する。
特定の成分組成と、圧延方向の板厚断面の観察において、体積分率で４０％〜７５％のマルテンサイト相を含有し、該マルテンサイト相全体における、マルテンサイト粒と隣接のフェライト粒の粒径の比の平均が１／４以上１以下であるマルテンサイト粒の合計体積率が６０％以上である鋼組織と、を有し、降伏強さ（ＹＰ）が５５０ＭＰａ以上である高強度鋼板とする。

Description

本発明は、主として自動車の部品として用いられる高強度鋼板およびその製造方法に関するものである。詳しくは、降伏強さが５５０ＭＰａ以上の高強度、溶接部疲労特性に優れる特徴を有する高強度鋼板およびその製造方法である。
近年、移動体、例えば自動車業界においては、地球環境の保全という観点から、炭酸ガスＣＯ２排出量を削減すべく、自動車の燃費を改善することが常に重要な課題である。自動車の燃費向上には、自動車車体の軽量化を図ることが有効である。この軽量化は、自動車車体の強度を維持しつつ行われる必要がある。自動車部品用の素材となる鋼板を高強度化し、構造を簡略化して部品点数を削減することができれば、軽量化を達成できる。
しかしながら、降伏強さが５５０ＭＰａ以上の高強度鋼板では、通常、高強度化のために必要な合金元素を多く含有する。このため、これらの合金元素による溶接性の低下を抑える対応が必要になる。
特許文献１には溶接性及び加工性に優れた高強度冷延鋼板及びその製造方法が開示されている。また、特許文献２には引張強度９８０ＭＰａ以上である曲げ性及び溶接性に優れる高強度溶融亜鉛めっき鋼板及びその製造方法が開示されている。また、特許文献３には引張強度９８０ＭＰａ以上となる加工性、溶接性及び疲労特性に優れた高強度溶融めっき鋼板及びその製造方法が開示されている。また、特許文献４には引張強度７８０ＭＰａ以上を有する溶接性及び伸びフランジ性に優れた高強度鋼板およびその製造方法が開示されている。
特開２０１６−１８８３９５号公報 特許第５４３４９６０号公報 特許第４９２４７３０号公報 特許第５４１２７４６号公報
高強度鋼板では、溶接部、特に抵抗スポット溶接ではナゲットと呼ばれる溶融凝固部周辺の熱影響部の靱性が不足し、溶接部疲労強度が低下する。溶接部疲労強度の低下を抑えることができれば、自動車全体の衝突強度を十分に維持することができる。上記した特許文献を含めて従来技術では、溶接性を考慮するものの、この溶接部疲労強度を直接目的としたものではない。
特許文献１に記載された高強度冷延鋼板では、溶接部及び衝突吸収部材に適用である。しかし、溶接部を変形させた後、溶接部の疲労強度が低下し、破壊してしまい、実用上に課題が残る。
特許文献２に記載された高強度溶融めっき鋼板では、従来の静的な引張せん断には有効ではある。しかし、溶接部を変形させた後の、溶接部の疲労強度低下を抑えることができれば、より好ましい。
特許文献３に記載された高強度溶融めっき鋼板では、従来の静的な引張せん断には有効ではある。しかし、溶接部を変形させた後の、溶接部の疲労強度低下を抑えることができれば、より好ましい。
特許文献４に記載された高強度鋼板について、従来の静的な引張せん断には有効ではある。しかし、溶接部を変形させた後の、溶接部の疲労強度低下を抑えることができれば、より好ましい。
上述のように、従来の技術では、いずれも溶接部を変形する時に溶接部の疲労強度に課題がある。
本発明は、上記した従来技術が抱える問題を有利に解決するものであり、溶接部疲労強度に優れる降伏強さ５５０ＭＰａ以上の高強度鋼板およびその製造方法を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明者らは、抵抗スポット溶接部の疲労強度について鋭意検討した結果、熱影響部の靱性を高めるために溶接の熱影響を受ける前の組織を変化させて、下記に示す知見を得た。
（知見１）スポット溶接部を変形させて発生した亀裂は、圧延方向の組織を体積分率で４０〜７５％のマルテンサイト相を含有し、且つマルテンサイト相全体における、マルテンサイト粒の平均粒径が離接のフェライト粒の平均粒径の１／４以上１以下のマルテンサイト粒の合計体積率が６０％以上である鋼組織に制御することで抑制することができる。
（知見２）熱影響部では、硬質なマルテンサイトは応力を受けやすいので、隣接するフェライト粒の粒径が小さいと、変形する際にマルテンサイトの周辺にボイドが発生しやすく、それが連結すると容易にナゲット周囲に亀裂が発生する。
より具体的には、本発明は以下のものを提供する。
［１］質量％で、Ｃ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：０．０１〜１．８０％、Ｍｎ：１．８〜３．２％、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０２０％以下、Ａｌ：０．０１〜２．０％、Ｎ：０．０１０％以下を含有し、さらに、Ｂ：０．０００１〜０．００５％、Ｔｉ：０．００５〜０．０４％およびＮｂ：０．００５〜０．０６％のうち１種以上を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる成分組成と、圧延方向の板厚断面の観察において、体積分率で４０〜７５％のマルテンサイト相を含有し、該マルテンサイト相全体における、マルテンサイト粒と隣接のフェライト粒の粒径の比の平均が１／４以上１以下であるマルテンサイト粒の合計体積率が６０％以上である鋼組織と、を有し、降伏強さ（ＹＰ）が５５０ＭＰａ以上である高強度鋼板。
［２］前記成分組成は、さらに、質量％で、Ｍｏ：０．０３〜０．５０％、Ｃｒ：０．１〜１．０％のいずれか１種以上を合計で１％以下含有する［１］に記載の高強度鋼板。
［３］前記成分組成は、さらに、質量％で、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｃｏ、Ｔａ、Ｗ、ＲＥＭ、Ｚｎ、Ｖ、Ｓｒ、ＣｓおよびＨｆのいずれか１種以上を合計で０．５％以下含有する［１］または［２］に記載の高強度鋼板。
［４］表面にめっき層を有する［１］〜［３］のいずれかに記載の高強度鋼板。
［５］［１］〜［３］のいずれかに記載の成分組成を有する鋼スラブを熱間圧延後、平均冷却速度が１０〜３０℃／ｓの条件で冷却し、巻取温度が４７０〜７００℃の条件で巻取る熱延工程と、前記熱延工程で得られた熱延鋼板を冷間圧延する冷延工程と、前記冷延工程で得られた冷延鋼板を、７５０〜９００℃の焼鈍温度域まで加熱し、焼鈍時間：３０〜２００秒の条件で焼鈍し、６００℃までの平均冷却速度：１０〜４０℃／ｓ、６００℃までの冷却時に半径１５００ｍｍ以下のロールで曲げ曲げ戻しを合計：１回以上４回以下、冷却停止温度：４００〜６００℃の条件で冷却し、前記冷却停止温度で２〜２００秒保持する焼鈍工程と、を有する高強度鋼板の製造方法。
［６］前記焼鈍工程後の鋼板の表面にめっき処理を施すめっき工程を有する［５］に記載の高強度鋼板の製造方法。
本発明の鋼板は、降伏強さ５５０ＭＰａ以上で、抵抗スポット溶接部の疲労強度に優れた高強度溶融めっき鋼板を得られる。
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。なお、以下の説明において、成分の含有量を表す％は質量％を意味する。
Ｃ：０．０５〜０．１５％
Ｃはマルテンサイトを生成させて強度を上昇させるために必要な元素である。Ｃ含有量が０．０５％未満では、マルテンサイトの硬さが低く、降伏強さが５５０ＭＰａ以上にならない。そこで、Ｃ含有量は０．０５％以上とする。好ましくは０．０６％以上であり、より好ましくは０．０７％以上である。特にＣ含有量を０．０７％以上にすれば、溶接部疲労強度を表す十字引張試験の結果を３００Ｎ以上にすることができる。一方、Ｃ含有量が０．１５％を超えると熱影響部にセメンタイトが多量に生成して熱影響部でマルテンサイトとなった部分の靱性を低下させ、溶接部疲労強度が低下する。また、Ｃ含有量が０．１５％を超えると、後述する比の平均が１／４以上１以下であるマルテンサイト粒の合計体積率が所望の範囲にならない場合がある。そこで、Ｃ含有量は０．１５％以下とする。好ましくは０．１３％以下、より好ましくは０．１１％以下である。特にＣ含有量を０．１１％以下にすれば、溶接部疲労強度を表す十字引張試験の結果を３００Ｎ以上にすることができる。
Ｓｉ：０．０１〜１．８０％
Ｓｉは固溶強化により鋼板の硬度を高める作用を有する元素である。降伏強さを安定的に確保するために、Ｓｉは０．０１％以上の含有を必要とする。好ましくは０．１０％以上、より好ましくは０．３５％以上である。Ｓｉ含有量が０．３５％以上であれば、溶接部疲労強度を表す十字引張試験の結果を３００Ｎ以上にすることができる。さらに好ましくは０．５１％以上である。一方、Ｓｉ含有量は１．８０％を超えると、溶接部の靱性が悪くなり、溶接疲労強度が低下する。そのため、上限を１．８０％とする。好ましくは１．４０％以下である。より好ましくは１．２０％以下である。最も好ましくは１．００％以下である。Ｓｉ含有量が１．００％以下であれば、溶接部疲労強度を表す十字引張試験の結果を３００Ｎ以上にすることができる。
Ｍｎ：１．８〜３．２％
Ｍｎは固溶強化により鋼板の硬度を高める作用を有する元素である。フェライト変態やベイナイト変態などを抑えてマルテンサイトを生成させて素材の強度を上昇させる元素である。降伏強さを安定的に確保するため、Ｍｎは１．８％以上の含有を必要とする。好ましくは２．１％以上、より好ましくは２．２％以上である。Ｍｎ含有量が２．２％以上であれば、溶接部疲労強度を表す十字引張試験の結果を３００Ｎ以上にすることができる。一方、Ｍｎ含有量が多くなると、焼き戻しでセメンタイト生成するとともに、熱影響部の靱性が低下し、溶接部疲労強度が低下するのでＭｎの上限は３．２％とする。好ましくは３．１％以下、より好ましくは２．９％以下である。Ｍｎ含有量が２．９％以下であれば、溶接部疲労強度を表す十字引張試験の結果を３００Ｎ以上にすることができる。
Ｐ：０．０５％以下
Ｐは粒界に偏析して靱性を低下させる。そのため、上限０．０５％以下とした。好ましくは０．０３％以下であり、さらに好ましくは０．０２％以下である。下限については特に限定されず、Ｐ含有量は少ない方が好ましいが、製造性の点から０．０００１％以上が好ましい。
Ｓ：０．０２０％以下
Ｓは、Ｍｎと結合して粗大なＭｎＳを形成し、靱性を低下させる。このため、Ｓ含有量は低減することが好ましい。０．０２０％以下であればよい。好ましくは０．０１０％以下であり、さらに好ましくは０．００２％以下である。下限については特に限定されず、Ｓ含有量は少ない方が好ましいが、製造性の点から０．０００１％以上が好ましい。
Ａｌ：０．０１〜２．０％
鋼中に酸化物が大量に存在すると靱性が低下することから脱酸は重要である。また、Ａｌはセメンタイトの析出を抑制することがある。これらの効果を得るために、０．０１％以上含有する必要がある。好ましくは０．０２％以上、より好ましくは０．０３％以上である。一方、２．０％を超えると、酸化物や窒化物が凝集粗大化して靱性を低下させるため、上限を２．０％以下とした。好ましくは１．５％以下、より好ましくは０．１％以下である。
Ｎ：０．０１０％以下
Ｎは本発明においては有害な元素であり、極力低減することが好ましい。ＮはＴｉと結合してＴｉＮを形成するが、Ｎ含有量が０．０１０％を超えると、形成されるＴｉＮ量が多くなることに起因して溶接部の靱性を劣化させる。したがって、Ｎ含有量は０．０１０％以下とする。好ましくは０．００８％以下、より好ましくは０．００６％以下である。
Ｂ：０．０００１〜０．００５％、Ｔｉ：０．００５〜０．０４％、Ｎｂ：０．００５〜０．０６％以下のうち１種以上含有する。
Ｂ：０．０００１〜０．００５％
Ｂは粒界を強化して靱性向上に必要な元素である。効果を十分に得るには、Ｂの含有量は０．０００１％以上にする必要がある。好ましくは０．００１％以上である。一方、０．００５％を超えると、ＢはＦｅ２３（ＣＢ）６を形成して靱性を劣化させる。このため、Ｂは０．００５％以下にする。好ましくは０．００４％以下である。
Ｔｉ：０．００５〜０．０４％
ＴｉはＮと結合し、窒化物を形成することにより、ＢＮの形成を抑制し、Ｂの効果を引き出すとともに、ＴｉＮを形成させて結晶粒を微細化して靱性を向上させる。この効果を得るため、Ｔｉの含有量は０．００５％以上にする必要がある。好ましくは０．０１０％以上である。一方、Ｔｉ含有量が０．０４％を超えると、この効果が飽和するだけではなく、圧延負荷を高めるため、安定した鋼板製造が困難になる。このため、Ｔｉ含有量は０．０４％以下とする。好ましくは０．０３％以下である。
Ｎｂ：０．００５〜０．０６％
Ｎｂは本発明の効果をさらに向上させる元素である。Ｎｂがマルテンサイト微細化や熱影響部の結晶粒の粗大化を防止して熱影響部の靱性を向上させる。この効果を得るためのＮｂ含有量は０．００５％以上である。好ましくは０．０１０％以上である。一方、Ｎｂ含有量が０．０６％を超えると、後述する比の平均が１／４以上１以下であるマルテンサイト粒の合計体積率が所望の範囲に入らず、また、Ｎｂ炭化物が析出して靱性が逆に劣化してしまう。このため、Ｎｂ含有量は０．０６％以下の範囲に限定する。好ましくは０．０４％以下である。Ｎｂ含有量が０．０４％以下であれば、溶接部疲労強度を表す十字引張試験の結果を３００Ｎ以上にすることができる。また、溶接継手の液体金属脆性も抑制することで継手の強度を向上させることができる。
なお、上記Ｂ、ＴｉおよびＮｂは、これらのうち少なくとも１種を含めばよい。いずれかの元素の含有量が上記範囲にあれば、他の元素を下限値未満で含んでいても、この下限値未満で含まれる他の元素は不可避的不純物として含まれるものとする。
上記成分組成は、任意成分として、Ｍｏ：０．０３〜０．５０％、Ｃｒ：０．１〜１．０％のいずれか一種以上を合計で１％以下含有することができる。
Ｍｏ：０．０３〜０．５０％
Ｍｏはオーステナイトの核生成を促進し、マルテンサイトを微細化させる。この効果を得るために、Ｍｏの含有量は０．０３％以上にする必要がある。好ましくは０．０４％以上である。一方、Ｍｏが粒界偏析すると、フェライトを粒成長が止まるため、フェライトが微細化しすぎる。これを抑制するため、Ｍｏの含有量は０．５０％以下である。好ましくは、０．３０％以下である。
Ｃｒ：０．１〜１．０％
Ｃｒは焼き戻し脆化を抑制する効果を持つ元素である。そのため、Ｃｒを含有することで本発明の効果はさらに増大する。このさらなる増大の効果を得るためには、Ｃｒ含有量を０．１％以上にする。好ましくは０．２％以上である。しかしながら、１．０％を超えての含有はＣｒ炭化物の形成を招き熱影響部の靱性劣化を招く。そこで、Ｃｒ含有量は１．０％以下とする。好ましくは０．５％以下である。
また、硬質相のマルテンサイトが増加すると、溶接部の靱性が低下するという理由で、ＣｒとＭｏの合計量を１％以下にする必要がある。
本発明の高強度鋼板の成分組成は、任意成分として、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｃｏ、Ｔａ、Ｗ、ＲＥＭ、Ｚｎ、Ｖ、Ｓｒ、ＣｓおよびＨｆのいずれか１種以上を合計で０．５％以下含有してもよい。好ましくは０．１％以下、より好ましくは０．０３％以下である。また、上記以外の成分はＦｅおよび不可避的不純物である。
なお、任意成分について、下限値の記載がある元素を、下限値未満で含んでも本発明の効果を害さないことから、下限値未満の任意元素は不可避的不純物として含まれるものとする。
以上、鋼板の成分組成範囲について説明したが、本発明で期待した効果を得るには、成分組成を上記の範囲に調整するだけでは不十分であり、鋼組織について特定条件を満足する範囲に制御することが重要である。その鋼組織条件について説明する。下記の体積分率や粒径の比の平均、平均粒径は、実施例に記載の方法で得られる値を採用する。
圧延方向の板厚断面の観察におけるマルテンサイト相の体積分率：４０〜７５％
マルテンサイト相は、硬質相であり、変態組織強化によって鋼板の強度を増加させる作用を有している。また、降伏強さを５５０ＭＰａ以上にするには、マルテンサイト相の体積分率は４０％以上とする。好ましくは４５％以上、より好ましくは５０％以上である。一方、７５％を超えると、熱影響部の靱性が低下する。このため、マルテンサイト相の体積分率は７５％以下とする。好ましくは７０％以下、より好ましくは６５％以下、さらに好ましくは５９％以下である。なお、上記体積分率は焼き入れままマルテンサイト（焼き戻されていないマルテンサイト）と焼き戻しマルテンサイトの合計体積分率を意味する。
マルテンサイト相以外には、フェライト相を含む。フェライト相の体積分率は特に限定されないが、２５〜６０％であることが好ましい。下限についてより好ましくは３０％以上、さらに好ましくは３５％以上である。上限についてより好ましくは５５％以下、さらに好ましくは５０％以下である。
また、本発明の高強度鋼板の鋼組織には、マルテンサイトおよびフェライト以外に、ベイナイト、パーライト、残留オーステナイトが含まれる場合がある。これらのその他の相の合計は１０％以下であれば許容できる。
マルテンサイト粒と隣接のフェライト粒の粒径の比の平均が１／４以上１以下であるマルテンサイト粒の合計体積率：６０％以上
マルテンサイト粒と隣接のフェライト粒の粒径の比（マルテンサイト粒径／フェライト粒径）の平均が１／４未満の割合が多くなると、ＨＡＺ部の粒成長により溶接部の強度が低下する。したがって、上記比の平均を１／４以上とする。一方、上記比の平均が１超の割合が多くなると、マルテンサイト粒が応力の集中を受けやすく、マルテンサイト粒の周辺にボイドが発生し、溶接部疲労強度が低下する。そこで、マルテンサイト粒と隣接のフェライト粒の粒径の比の平均が１／４以上１以下であるマルテンサイト粒の合計体積率を６０％以上とする。上限は特に限定されないが、９０％以下が好ましく、より好ましくは８５％以下、さらに好ましくは８０％以下である。
なお、マルテンサイト粒と隣接するフェライト粒とは、圧延方向に平行な下記板厚断面の観察において、マルテンサイト粒に接するフェライト粒を意味する。また、マルテンサイト粒と隣接のフェライト粒の粒径の比の平均とは、板厚断面観察において、各フェライト粒とマルテンサイト粒との粒径比を算出し、それらを平均したものを意味する。例えば、マルテンサイト粒と隣接するフェライト粒が３つある場合には、マルテンサイト粒と各フェライト粒との粒径比を算出し、次いで、得られた３つの粒径比を平均して、マルテンサイト粒と隣接のフェライト粒の粒径の比の平均を得る。
本発明では、マルテンサイト相における、マルテンサイト粒と隣接のフェライト粒の粒径の比の平均が１／４以上１以下であるマルテンサイト粒の合計体積率が上記範囲にあればよく、マルテンサイト粒の平均粒径、フェライト粒の平均粒径は特に限定されない。本発明において、マルテンサイト粒の平均粒径は１〜８μｍの範囲にあることが好ましく、下限について好ましくは２μｍ以上、さらに好ましくは３μｍ以上である。上限について好ましくは７μｍ以下、さらに好ましくは５μｍ以下である。フェライト粒については３〜１５μｍの範囲にあることが好ましく、下限について好ましくは４μｍ以上、さらに好ましくは５μｍ以上である。上限について好ましくは１０μｍ以下、さらに好ましくは９μｍ以下である。
本発明の高強度鋼板は降伏強さＹＰが５５０ＭＰａ以上である。好ましくは５６０ＭＰａ以上、より好ましくは５７０ＭＰａ以上である。ＹＰの上限は、他の特性とのバランスや所望の組織の得やすさ等を考慮して、８００ＭＰａ以下が好ましく、より好ましくは７５０ＭＰａ以下、さらに好ましくは７００ＭＰａ以下である。
その他の引張特性である引張強さ（ＴＳ）は、９５０ＭＰａ以上が好ましく、より好ましくは９８０ＭＰａ以上、さらに好ましくは１０００ＭＰａ以上である。引張強さの上限は、他の特性とのバランスや所望の組織の得やすさ等を考慮して、１２００ＭＰａ以下が好ましくより好ましくは１１５０ＭＰａ以下、さらに好ましくは１１００ＭＰａ以下である。
その他の引張特性である突合せ伸び（Ｅｌ）は、１４．０％以上が好ましく、より好ましくは１４．５％以上、さらに好ましくは１５．０％以上である。他の特性とのバランスや所望の組織の得やすさ等を考慮して、Ｅｌは２０．０％以下が好ましく、より好ましくは１９．０％以下、さらに好ましくは１８．０％以下である。
本発明の高強度鋼板は、優れた溶接部疲労強度を有する。具体的には、実施例に記載の方法で測定した十字引張力が２５０Ｎ以上である。より好ましくは２７５Ｎ以上、さらに好ましくは３００Ｎ以上である。上限については、他の特性とのバランスや所望の組織の得やすさ等を考慮して、５００Ｎ以下が好ましく、より好ましくは４５０Ｎ以下、さらに好ましくは４００Ｎ以下である。
以上の引張特性は、実施例に記載の方法で測定された値を採用する。
本発明の高強度鋼板は、表面にめっき層を有する高強度鋼板であってもよい。めっき層としては、めっき層としては、溶融亜鉛めっき層、電気亜鉛めっき層、溶融アルミめっき層等がいずれも、例示できる。また、めっき層は、溶融亜鉛めっき後に合金化処理を施してなる合金化溶融亜鉛めっき層でもよい。
次に、本発明の高強度鋼板の製造方法について説明する。
以下、本発明の高強度鋼板の製造方法は、熱延工程と、冷延工程と、焼鈍工程とを有する。また、本発明の製造方法が、めっき層を有する高強度鋼板の場合には、さらに、めっき工程を有する。以下、これらの各工程について説明する。
熱延工程とは、上記成分組成を有する鋼スラブを熱間圧延後、平均冷却速度が１０〜３０℃／ｓの条件で冷却し、巻取温度が４７０〜７００℃の条件で巻取る工程である。
本発明において、鋼素材（鋼スラブ）の溶製方法は特に限定されず、転炉、電気炉等、公知の溶製方法を採用することができる。また、溶製後、偏析等の問題から連続鋳造法により鋼素材とするのが好ましいが、造塊−分塊圧延法、薄スラブ連鋳法等、公知の鋳造方法でスラブとしてもよい。なお、鋳造後にスラブを熱間圧延するにあたり、加熱炉でスラブを再加熱した後に圧延してもよいし、所定温度以上の温度を保持している場合には、スラブを加熱することなく直送圧延してもよい。
上記の得られた鋼素材に、粗圧延および仕上げ圧延から構成される熱間圧延を施すが、本発明においては、粗圧延前に鋼素材中の炭化物を溶解する必要がある。スラブを加熱する場合は、炭化物を溶解させたり、圧延荷重の増大を防止したりするため、１１００℃以上に加熱することが好ましい。また、スケールロスの増大を防止するため、スラブの加熱温度は１３００℃以下とすることが好ましい。また、前述のとおり、粗圧延前の鋼素材が、所定温度以上の温度を保持しており、鋼素材中の炭化物が溶解している場合には、粗圧延前の鋼素材を加熱する工程は省略可能である。なお、粗圧延条件、仕上げ圧延条件については特に限定する必要はない。本発明において仕上げ圧延終了温度は８５０〜１０００℃の範囲が好ましい。
仕上げ圧延後の平均冷却速度：１０〜３０℃／ｓ
仕上げ圧延終了後、巻取温度までの平均冷却速度が１０℃／ｓ未満であると、フェライト粒が成長せず、熱影響部の靱性が低下する。一方、３０℃／ｓを超えると、フェライト粒が成長し過ぎで、強度が低下する。したがって、上記平均冷却速度を１０〜３０℃／ｓとする。好ましくは１５〜２５℃／ｓである。
巻取温度：４７０〜７００℃
巻取温度が４７０℃を下回ると、ベイナイトなど低温変態相が生成し、上記比の平均が１／４以上１以下であるマルテンサイト粒の合計体積率が所望の範囲を満たさなくなり、溶接熱影響部で軟化が生じる。一方、巻取温度が７００℃を超えると、Ｓｉ、Ｍｎが鋼板表面に拡散して溶接部耐食性が劣化し易くなるとともに、パーライトも生じやすくなり、強度が低下する。したがって、巻取温度は４７０〜７００℃とする。好ましくは、５００℃以上６００℃以下である。
次いで、冷延工程を行う。冷間圧延工程は、以上の方法で得られた熱延鋼板を冷間圧延する工程である。
冷延工程において、圧延率は特に限定されない。例えば、圧延率を３０〜８０％の範囲で調整することが好ましい。
次いで、焼鈍工程を行う。焼鈍工程とは、冷延工程で得られた冷延鋼板を、７５０〜９００℃の焼鈍温度域まで加熱し、焼鈍時間：３０〜２００秒の条件で焼鈍し、６００℃までの平均冷却速度：１０〜４０℃／ｓ、６００℃までの冷却時に半径１５００ｍｍ以下のロールで曲げ曲げ戻しを合計：１回以上４回以下、冷却停止温度：４００〜６００℃の条件で冷却し、前記冷却停止温度で２〜２００秒保持する工程である。
焼鈍温度：７５０〜９００℃
焼鈍時間：３０〜２００秒（ｓ）
マルテンサイトの体積分率が４０〜７５％、且つマルテンサイト粒と隣接のフェライト粒の粒径の比の平均が１／４以上１以下であるマルテンサイト粒の合計体積率が６０％以上である鋼組織にするには、冷間圧延後の鋼板を７５０〜９００℃の焼鈍温度で３０〜２００秒保持して焼鈍する必要がある。焼鈍温度が７５０℃未満や焼鈍時間が３０秒未満の場合、回復の進行が遅くなり、十分なマルテンサイト体積分率が得られない。一方、焼鈍温度が９００℃を超えると、マルテンサイト相の体積分率が高くなり、焼き戻し領域も増えて、熱影響部の靱性が低下する。また、焼鈍時間が２００秒を超えると、鉄炭化物の多量の析出により延性の低下を招くことがある。したがって、焼鈍温度は７５０〜９００℃、より好ましくは８００〜９００℃、保持時間は３０〜２００秒、より好ましく５０〜１５０秒とする。
上記焼鈍温度で上記焼鈍時間保持した後、６００℃までの平均冷却速度：１０〜４０℃／ｓ、６００℃までの冷却時に半径１５００ｍｍ以下のロールで曲げ曲げ戻しを合計：１回以上４回以下、冷却停止温度：４００〜６００℃の条件で冷却を行う。
６００℃までの平均冷却速度：１０〜４０℃／ｓ
平均冷却速度が４０℃／ｓ超になると、フェライト粒が成長せず、上記比の平均が１／４以上１以下であるマルテンサイト粒の合計体積率が６０％以上であることが得られなくなり、溶接変形強度が低下する。一方、平均冷却速度が１０℃／ｓ未満になると、フェライト粒成長が進み、熱影響部の靱性及び疲労強度が低下する。したがって、６００℃までの平均冷却速度は１０〜４０℃／ｓとする。６００℃から冷却停止温度までの平均冷却速度は特に限定されない。２０〜６０℃／ｓの範囲で調整することが好ましい。
半径１５００ｍｍ以下のロールで合計１回以上４回以下の曲げ曲げ戻し
単純に冷却させるのみでは、所望の鋼組織が得られない。所望の鋼組織が得られないと溶接部疲労強度が低下する。そこで、所望の鋼組織を得るために、焼鈍温度から６００℃までの高温範囲で曲げと曲げ戻しを行いながら、冷却速度１０〜４０℃／ｓで６００℃まで冷却する。この曲げ曲げ戻しを行うことで上記比の平均が１／４以上１以下であるマルテンサイト粒の合計体積率を調整できることを見出し、上記比の平均が１／４以上１以下であるマルテンサイト粒の合計体積率が溶接部疲労強度に関係することを知見した。上記比の平均が１／４以上１以下であるマルテンサイト粒の合計体積率を所望の範囲にするためには、ロール径は１５００ｍｍ以下とする必要がある。また、曲げ曲げ戻し回数が５回以上では上記比の平均が１／４以上１以下であるマルテンサイト粒の合計体積率が６０％未満になってしまうため、４回以下とした。好ましくは、３回以下である。なお、曲げ曲げ戻し回数とは、曲げと曲げ戻しを合わせて１回とするのではなく、曲げで１回、曲げ戻しで１回として回数を数える。
冷却停止温度：４００〜６００℃
保持時間：２〜２００秒
４００℃未満まで冷却すると、焼き戻しマルテンサイトが増え、強度が低下する。一方冷却停止温度を６００℃超とすると、フェライト粒成長が進み、熱影響部の靱性及び疲労強度が低下する。保持時間が２００秒超になると、生産性上好ましくないうえ、ベイナイト変態が進行し、強度が低下する。一方、保持時間が２秒未満になると、上記比の平均が１／４以上１以下であるマルテンサイト粒の合計体積率が所望の範囲を満たさなくなる。したがって、冷却停止温度を４００〜６００℃、該冷却停止温度での保持時間を２〜２００秒とする。
本発明の高強度鋼板の製造方法が、表面にめっき層を有する高強度鋼板の製造方法の場合には、本発明の製造方法は、さらに、めっき工程を有する。
めっき工程は、高強度鋼板の表面にめっき処理を施す工程である。めっき処理の方法は、形成するめっき層に応じて、通常の方法を採用できる。また、溶融亜鉛めっき処理の場合には、合金化処理を行ってもよい。
表１に示す成分組成のスラブを表２に示す条件で、熱間圧延、冷間圧延、焼鈍を施して高強度鋼板を製造した。ここで、Ｎｏ．１、２、９、１０、１９、２０、２３、３３については、めっき処理を施した。
（１）組織観察
得られた鋼板の圧延方向の板厚断面を研磨して、１％ナイタールによる腐食現出させた。走査型電子顕微鏡で２０００倍に拡大して、表面から板厚１／４ｔ部までの領域内を１０視野分撮影し、ＡＳＴＭ Ｅ １１２−１０に準拠した切断法によって求める。ｔは鋼板の厚さ（板厚）である。上記撮影画像に基づき、各相の面積率を測定した。この面積率を体積分率とみなした。フェライト相は粒内に腐食痕やセメンタイトが観察されない形態を有する組織である。焼き戻しされていないマルテンサイトは粒内にセメンタイトが認められず、フェライト相よりも明るいコントラストであり、焼き戻しマルテンサイトは粒内に腐食痕やセメンタイトが認められる組織である。これらの相について画像解析により観察視野に対する面積率の平均を求めた。ここで、焼き戻しされていないマルテンサイトと識別された領域には少量の残留オーステナイト含まれる。そこで、焼き戻しされていないマルテンサイトと残留オーステナイトを区別するため、残留オーステナイトの測定について、板厚方向に対して１／４位置まで研削加工し、２００μｍ以上化学研磨を施した板面のＸ線回折強度により残留オーステナイト相の体積分率を定量した。入射線源はＭｏＫα線を用い、（２００）α、（２１１）α、（２００）γ、（２２０）γ、（３１１）γのピークから測定した。得られた残留オーステナイト相の体積分率の値は鋼板組織の面積率と同等に取り扱った。本発明のマルテンサイト面積率（体積分率）は、焼き戻しされていないマルテンサイト面積率から残留オーステナイトの面積率を減らして、焼き戻しマルテンサイトの面積率を足した値とした。なお、その他の相としてベイナイト、パーライトが確認された。
上記の体積分率の導出に使用した撮影画像を用いてＭｅｄｉａ Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ社のＩｍａｇｅ−Ｐｒｏを用いて、マルテンサイト相全体における、マルテンサイト粒と隣接のフェライト粒の粒径の比の平均が１／４以上１以下であるマルテンサイト粒の合計体積率を測定した。
上記の体積分率の導出に使用した撮影画像を用いて、マルテンサイトの平均粒径及びフェライトの平均粒径について、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で１０００倍に拡大して、１０視野分撮影し、ＡＳＴＭ Ｅ １１２−１０に準拠した切断法によって求めた。算出したマルテンサイトの平均粒径及びフェライトの平均粒径を表３に示す。
（２）引張特性
圧延方向と９０°の方向（板幅方向）を長手方向（引張方向）とするＪＩＳ Ｚ ２２０１に記載の５号試験片を用い、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠した引張試験を５回行い、平均の降伏強さ（ＹＰ）、引張強さ（ＴＳ）、突合せ伸び（ＥＬ）を求めた。算出結果を表３に示す。
（３）溶接部疲労試験
まず、以下の条件にてスポット溶接を行った。電極：ＤＲ６ｍｍ−４０Ｒ、加圧力：４８０２Ｎ（４９０ｋｇｆ）、通電時間：１７ｃｙｃｌｅｓで行い、ナゲット径を６．５ｍｍになるように電流値を調整し、十字引張試験片を作製した。その後疲労限を１０^６回、試験速度２０Ｈｚで試験を行い、ＪＩＳ Ｚ ３１３７に基づき十字引張試験を行った。結果を表３に示す。
Figure 0006443594
Figure 0006443594
Figure 0006443594

Claims (6)

  1. 質量％で、
    Ｃ：０．０５〜０．１５％、
    Ｓｉ：０．０１〜１．８０％、
    Ｍｎ：１．８〜３．２％、
    Ｐ：０．０５％以下、
    Ｓ：０．０２０％以下、
    Ａｌ：０．０１〜２．０％、
    Ｎ：０．０１０％以下を含有し、
    さらに、
    Ｂ：０．０００１〜０．００５％、
    Ｔｉ：０．００５〜０．０４％および
    Ｎｂ：０．００５〜０．０６％のうち１種以上を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる成分組成と、
    圧延方向の板厚断面の観察において、体積分率で４０〜７５％のマルテンサイト相を含有し、
    該マルテンサイト相全体における、マルテンサイト粒と隣接のフェライト粒の粒径の比の平均が１／４以上１以下であるマルテンサイト粒の合計体積率が６０％以上である鋼組織と、を有し、
    降伏強さ（ＹＰ）が５５０ＭＰａ以上である高強度鋼板。
  2. 前記成分組成は、さらに、質量％で、
    Ｍｏ：０．０３〜０．５０％、
    Ｃｒ：０．１〜１．０％のいずれか１種以上を合計で１％以下含有する請求項１に記載の高強度鋼板。
  3. 前記成分組成は、さらに、質量％で、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｃｏ、Ｔａ、Ｗ、ＲＥＭ、Ｚｎ、Ｖ、Ｓｒ、ＣｓおよびＨｆのいずれか１種以上を合計で０．５％以下含有する請求項１または２に記載の高強度鋼板。
  4. 表面にめっき層を有する請求項１〜３のいずれかに記載の高強度鋼板。
  5. 鋼スラブを熱間圧延後、平均冷却速度が１０〜３０℃／ｓの条件で冷却し、巻取温度が４７０〜７００℃の条件で巻取る熱延工程と、
    前記熱延工程で得られた熱延鋼板を冷間圧延する冷延工程と、
    前記冷延工程で得られた冷延鋼板を、７５０〜９００℃の焼鈍温度域まで加熱し、焼鈍時間：３０〜２００秒の条件で焼鈍し、６００℃までの平均冷却速度：１０〜４０℃／ｓ、６００℃までの冷却時に半径１５００ｍｍ以下のロールで曲げ曲げ戻しを合計：１回以上４回以下、冷却停止温度：４００〜６００℃の条件で冷却し、前記冷却停止温度で２〜２００秒保持する焼鈍工程と、を有する請求項１〜３のいずれかに記載の高強度鋼板の製造方法。
  6. 前記焼鈍工程後の鋼板の表面にめっき処理を施すめっき工程を有する請求項５に記載の高強度鋼板の製造方法。
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