JP6683297B1 - 高強度鋼板及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明の課題は、曲げ性および疲労特性に優れた１３２０ＭＰａ以上の引張強さを有する高強度鋼板およびその製造方法を提供することである。本発明の高強度鋼板は、特定の成分組成と、板厚１／４位置におけるマルテンサイトおよびベイナイトの合計面積率が９５％以上１００％以下であり、上記合計面積率が１００％以外の場合の残部が残留オーステナイトを含み、表面から板厚方向に１０μｍまでの領域におけるフェライトの面積率が１０％以上４０％以下である鋼組織と、を有し、引張強さが１３２０ＭＰａ以上であり、表面から板厚方向に１５μｍの位置におけるビッカース硬さが下記（１）式を満たす。Ｈｖ≧０．２９４×σ ・・・（1）ここで、Ｈｖは表面から板厚方向に１５μｍの位置におけるビッカース硬さであり、σは引張強さ（ＭＰａ）を示す。
Description
本発明は、自動車、家電等において冷間プレス成形工程を経て使用される冷間プレス成形用に好適な高強度鋼板およびその製造方法に関する。
近年、自動車骨格部品に適用する鋼板への高強度化要求は益々増加しており、一部の骨格部品では、引張強さ（以下、単にＴＳともいう。）が１３２０ＭＰａ超級の高強度鋼板の適用が進みつつある。こうした超高強度を得るためには、マルテンサイトやベイナイトといった硬質な組織を主体とする鋼組織にすることが効果的である。しかし、こうした鋼組織はフェライトとマルテンサイトの複合組織鋼等に比べ伸びが低位なため、適用対象部品は比較的形状の単純な曲げ加工により成形される部品に限定される。したがって、マルテンサイトやベイナイトを主体とした鋼組織で自動車部品の高強度化を達成するためには優れた曲げ性が要求される。
従来、曲げ試験における亀裂は目視により確認される場合が多かったが、引張強さが１３２０ＭＰａを超えるような高強度鋼においては１ｍｍ以下の微細な亀裂であっても、疲労特性を劣化させる懸念がある。
特許文献１には、鋼板の表面から（板厚×０．１）深さまでの表層域における介在物の分布形態を規定し、曲げ性を改善する方法が提案されている。
特許文献２には、鋼板中心部の８０％以下の硬さの軟質部を鋼板表層域に形成させ、曲げ性を改善する方法が提案されている。また表層軟質部はフェライトを極力含まない組織とすることで、疲労特性の大幅な劣化を抑制できると記載されている。
しかし、特許文献１の技術では介在物を起点とした目視可能なレベルの粗大な亀裂は抑制できるが、鋼板の極表層域に形成する１ｍｍ以下の微細な亀裂を十分に抑制できるものではない。
また、鋼板の疲労強度は素材の強度に比例することが知られており、特許文献２の技術では、鋼板表層域の硬さが母材強度の８０％以下にまで低下すると、疲労強度も著しく低下していると考えられる。
１３２０ＭＰａ以上の引張強さを有し、優れた曲げ性と疲労特性を両立する鋼板は開発されていないのが現状である。本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、曲げ性および疲労特性に優れた１３２０ＭＰａ以上の引張強さを有する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。
なお、本発明において、高強度とは、引張強度（ＴＳ）が１３２０ＭＰａ以上であることを意味する。
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、マルテンサイトおよびベイナイトを主体とする鋼組織を有する高強度鋼板において、成分組成を特定の範囲に調整するとともに、表面から１０μｍまでの領域におけるフェライトの面積率を特定の範囲に調整し、かつ表面から板厚方向に１５μｍの位置における硬さを所定の硬さ以上にすることで、優れた疲労特性を有しながら、曲げ性を向上させられることを見出した。
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：０．１３％以上０．４０％未満、Ｓｉ：０．０１％以上１．０％以下、Ｍｎ：１．７％以下（０％は含まない）、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ａｌ：０．２０％以下（０％は含まない）、Ｎ：０．０１０％以下を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成と、板厚１／４位置におけるマルテンサイトおよびベイナイトの合計面積率が９５％以上１００％以下であり、前記合計面積率が１００％以外の場合の残部が残留オーステナイトを含み、表面から板厚方向に１０μｍまでの領域におけるフェライトの面積率が１０％以上４０％以下である鋼組織と、を有し、引張強さが１３２０ＭＰａ以上であり、表面から板厚方向に１５μｍの位置におけるビッカース硬さが下記（１）式を満たす高強度鋼板。
Ｈｖ≧０．２９４×σ ・・・（1）
ここで、Ｈｖは表面から板厚方向に１５μｍの位置におけるビッカース硬さであり、σは引張強さ（ＭＰａ）を示す。
Ｈｖ≧０．２９４×σ ・・・（1）
ここで、Ｈｖは表面から板厚方向に１５μｍの位置におけるビッカース硬さであり、σは引張強さ（ＭＰａ）を示す。
［２］前記成分組成は、質量％で、さらに、Ｍｏ：０．００５％以上０．３％以下、Ｃｒ：０．０１％以上１．０％以下、Ｎｂ：０．００１％以上０．１０％以下、Ｔｉ：０．００１％以上０．１０％以下、Ｂ：０．０００２％以上０．００５０％以下、Ｓｂ：０．００１％以上０．１％以下、Ｃａ：０．０００２％以上０．００４０％以下、Ｖ：０．００３％以上０．４５％以下、Ｃｕ：０．００５％以上０．５０％以下、Ｎｉ：０．００５％以上０．５０％以下およびＳｎ：０．００２％以上０．１％以下の少なくとも１種を含有する［１］に記載の高強度鋼板。
［３］［１］または［２］に記載の成分組成を有する冷延鋼板を、７５０℃以上の温度域の露点が−３５℃以下の条件で、８４０℃以上の焼鈍温度で１８０秒以上保持し、７４０℃以上の冷却開始温度で、該冷却開始温度から１５０℃までの温度域を１００℃/s以上の平均冷却速度で冷却する連続焼鈍工程と、前記連続焼鈍工程後、必要に応じて再加熱を行い、１５０〜２６０℃の温度域で３０〜１５００秒保持する過時効処理工程と、を有する高強度鋼板の製造方法。
本発明によれば、優れた曲げ性と疲労特性を両立した高強度鋼板と、その製造方法を提供することができる。
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、成分の含有量の「％」は「質量％」を意味する。また、以下の説明において、鋼板表面から板厚方向１０μｍまでの領域を単に表層域ともいう。
Ｃ：０．１３％以上０．４０％未満
Ｃは、焼入れ性を向上させて、板厚１／４位置におけるマルテンサイトもしくはベイナイトの合計面積率が９５％以上である鋼組織を得るために必要である。また、Ｃは、マルテンサイトもしくはベイナイトの強度を上昇させ、ＴＳ≧１３２０ＭＰａを確保する観点から必要である。Ｃの含有量が０．１３％未満では所定の強度を得ることができなくなる。そこで、Ｃ含有量は０．１３％以上とする。ＴＳ≧１４７０ＭＰａを得る観点からはＣ含有量は０．１５％以上とすることが好ましい。Ｃ含有量はより好ましくは０．１７％以上である。Ｃ含有量が０．４０％以上になると良好な溶接性や耐遅れ破壊特性を得ることが難しくなる。そこで、Ｃ含有量は０．４０％未満とする。Ｃ含有量は好ましくは０．３５％以下、より好ましくは０．３２％以下である。
Ｃは、焼入れ性を向上させて、板厚１／４位置におけるマルテンサイトもしくはベイナイトの合計面積率が９５％以上である鋼組織を得るために必要である。また、Ｃは、マルテンサイトもしくはベイナイトの強度を上昇させ、ＴＳ≧１３２０ＭＰａを確保する観点から必要である。Ｃの含有量が０．１３％未満では所定の強度を得ることができなくなる。そこで、Ｃ含有量は０．１３％以上とする。ＴＳ≧１４７０ＭＰａを得る観点からはＣ含有量は０．１５％以上とすることが好ましい。Ｃ含有量はより好ましくは０．１７％以上である。Ｃ含有量が０．４０％以上になると良好な溶接性や耐遅れ破壊特性を得ることが難しくなる。そこで、Ｃ含有量は０．４０％未満とする。Ｃ含有量は好ましくは０．３５％以下、より好ましくは０．３２％以下である。
Ｓｉ：０．０１％以上１．０％以下
Ｓｉは固溶強化による強化元素として、また、２００℃以上の温度域で焼き戻す場合のフィルム状の炭化物の生成を抑制して曲げ性を改善する観点から含有する。上記効果を得る観点からＳｉ含有量を０．０１％以上とする。Ｓｉ含有量は好ましくは０．１０％以上、より好ましくは０．２０％以上である。一方、Ｓｉの含有量が多くなりすぎると、その偏析量が多くなり曲げ性が劣化する。また、Ｓｉ含有量が多くなりすぎると、熱延、冷延での圧延荷重の著しい増加を招く。そこで、Ｓｉ含有量は１．０％以下である。Ｓｉ含有量は好ましくは０．８％以下、より好ましくは０．６％以下である。
Ｓｉは固溶強化による強化元素として、また、２００℃以上の温度域で焼き戻す場合のフィルム状の炭化物の生成を抑制して曲げ性を改善する観点から含有する。上記効果を得る観点からＳｉ含有量を０．０１％以上とする。Ｓｉ含有量は好ましくは０．１０％以上、より好ましくは０．２０％以上である。一方、Ｓｉの含有量が多くなりすぎると、その偏析量が多くなり曲げ性が劣化する。また、Ｓｉ含有量が多くなりすぎると、熱延、冷延での圧延荷重の著しい増加を招く。そこで、Ｓｉ含有量は１．０％以下である。Ｓｉ含有量は好ましくは０．８％以下、より好ましくは０．６％以下である。
Ｍｎ：１．７％以下（０％は含まない）
Ｍｎは焼入れ性の増加を通じてマルテンサイトおよびベイナイトの合計面積率を増加させる効果や固溶強化により強度向上に寄与する。また、鋼中のＳをＭｎＳとして固定し、熱間脆性を軽減するためにＭｎを含有する。Ｍｎ含有量の下限は特に規定しないが、工業的に安定して所定のマルテンサイトおよびベイナイトの合計面積率を確保するためにはＭｎを０．２％以上含有することが好ましい。Ｍｎ含有量はより好ましくは０．５％以上、さらに好ましくは０．７％以上である。一方、Ｍｎ含有量は溶接の安定性の観点から１．７％以下とする。Ｍｎ含有量は好ましくは１．６％以下、より好ましくは１．５％以下である。
Ｍｎは焼入れ性の増加を通じてマルテンサイトおよびベイナイトの合計面積率を増加させる効果や固溶強化により強度向上に寄与する。また、鋼中のＳをＭｎＳとして固定し、熱間脆性を軽減するためにＭｎを含有する。Ｍｎ含有量の下限は特に規定しないが、工業的に安定して所定のマルテンサイトおよびベイナイトの合計面積率を確保するためにはＭｎを０．２％以上含有することが好ましい。Ｍｎ含有量はより好ましくは０．５％以上、さらに好ましくは０．７％以上である。一方、Ｍｎ含有量は溶接の安定性の観点から１．７％以下とする。Ｍｎ含有量は好ましくは１．６％以下、より好ましくは１．５％以下である。
Ｐ：０．０３０％以下
Ｐは鋼を強化する元素であるが、その含有量が多いとスポット溶接性が著しく劣化する。したがって、Ｐ含有量は０．０３０％以下とする。スポット溶接性劣化を十分に抑える観点から、Ｐ含有量は０．０１０％以下とすることが好ましい。Ｐ含有量の下限は規定しないが、現在工業的に実施可能な下限は０．００２％程度であり、Ｐ含有量は実質的にそれ以上となることが多い。
Ｐは鋼を強化する元素であるが、その含有量が多いとスポット溶接性が著しく劣化する。したがって、Ｐ含有量は０．０３０％以下とする。スポット溶接性劣化を十分に抑える観点から、Ｐ含有量は０．０１０％以下とすることが好ましい。Ｐ含有量の下限は規定しないが、現在工業的に実施可能な下限は０．００２％程度であり、Ｐ含有量は実質的にそれ以上となることが多い。
Ｓ：０．０１０％以下
ＳはＭｎＳ等の形成を通じて曲げ性や疲労特性に大きな影響を及ぼす。このため、Ｓ含有量を、低減することが望ましい。介在物による弊害を軽減するためにＳ含有量は少なくとも０．０１０％以下とする必要がある。Ｓ含有量の下限は規定しないが、現在工業的に実施可能な下限は０．０００２％程度であり、Ｓ含有量は実質的にそれ以上となることが多い。
ＳはＭｎＳ等の形成を通じて曲げ性や疲労特性に大きな影響を及ぼす。このため、Ｓ含有量を、低減することが望ましい。介在物による弊害を軽減するためにＳ含有量は少なくとも０．０１０％以下とする必要がある。Ｓ含有量の下限は規定しないが、現在工業的に実施可能な下限は０．０００２％程度であり、Ｓ含有量は実質的にそれ以上となることが多い。
Ａｌ：０．２０％以下（０％は含まない）
Ａｌは十分な脱酸を行い、鋼中介在物を低減するために含有する。Ａｌ含有量の下限は特に規定しないが、安定して脱酸を行うためにはＡｌ含有量を０．０１％以上とすることが好ましい。一方、Ａｌ含有量が０．２０％超となると、巻取り時に生成したセメンタイトが焼鈍過程で固溶しにくくなり、曲げ性が劣化する恐れがある。したがって、Ａｌの含有量は０．２０％以下とする。
Ａｌは十分な脱酸を行い、鋼中介在物を低減するために含有する。Ａｌ含有量の下限は特に規定しないが、安定して脱酸を行うためにはＡｌ含有量を０．０１％以上とすることが好ましい。一方、Ａｌ含有量が０．２０％超となると、巻取り時に生成したセメンタイトが焼鈍過程で固溶しにくくなり、曲げ性が劣化する恐れがある。したがって、Ａｌの含有量は０．２０％以下とする。
Ｎ：０．０１０％以下
Ｎは鋼中でＴｉＮ、（Ｎｂ，Ｔｉ）（Ｃ，Ｎ）、ＡｌＮ等の窒化物、炭窒化物系の介在物を形成する元素であり、これらの生成を通じて曲げ性や疲労特性を劣化させる。したがって、Ｎ含有量は少なくとも０．０１０％以下とする必要がある。Ｎ含有量の下限は規定しないが、現在工業的に実施可能な下限は０．０００６％程度であり、Ｎ含有量は実質的にそれ以上となることが多い。
Ｎは鋼中でＴｉＮ、（Ｎｂ，Ｔｉ）（Ｃ，Ｎ）、ＡｌＮ等の窒化物、炭窒化物系の介在物を形成する元素であり、これらの生成を通じて曲げ性や疲労特性を劣化させる。したがって、Ｎ含有量は少なくとも０．０１０％以下とする必要がある。Ｎ含有量の下限は規定しないが、現在工業的に実施可能な下限は０．０００６％程度であり、Ｎ含有量は実質的にそれ以上となることが多い。
以上の基本成分以外に、本発明の鋼板の成分組成は、以下の任意元素の少なくとも１種を含んでもよい。
Ｎｂ：０．００１％以上０．１０％以下
Ｎｂはマルテンサイトやベイナイトの内部構造の微細化を通じて高強度化に寄与する。この効果を得る観点からＮｂ含有量は０．００１％以上とする。好ましくは０．００５％以上、より好ましくは０．００８％以上である。しかし、Ｎｂの含有量が過剰になるとＮｂＣ等の介在物が多量に生成し曲げ性が劣化する。このような悪影響を軽減するために、Ｎｂの含有量を０．１０％以下とする。Ｎｂ含有量は好ましくは０．０８％以下、より好ましくは０．０６％以下である。
Ｎｂはマルテンサイトやベイナイトの内部構造の微細化を通じて高強度化に寄与する。この効果を得る観点からＮｂ含有量は０．００１％以上とする。好ましくは０．００５％以上、より好ましくは０．００８％以上である。しかし、Ｎｂの含有量が過剰になるとＮｂＣ等の介在物が多量に生成し曲げ性が劣化する。このような悪影響を軽減するために、Ｎｂの含有量を０．１０％以下とする。Ｎｂ含有量は好ましくは０．０８％以下、より好ましくは０．０６％以下である。
Ｔｉ：０．００１％以上０．１０％以下
Ｔｉはマルテンサイトやベイナイトの内部構造の微細化を通じて高強度化に寄与する。この効果を得る観点からＴｉ含有量を０．００１％以上とする。好ましくは０．００５％以上、より好ましくは０．００８％以上である。しかし、Ｔｉ含有量が過剰になるとＴｉＮやＴｉＣ等の介在物が多量に生成し曲げ性を劣化させる。このような悪影響を軽減するために、Ｔｉ含有量は０．１０％以下とする。Ｔｉ含有量は好ましくは０．０６％以下、より好ましくは０．０３％以下である。
Ｔｉはマルテンサイトやベイナイトの内部構造の微細化を通じて高強度化に寄与する。この効果を得る観点からＴｉ含有量を０．００１％以上とする。好ましくは０．００５％以上、より好ましくは０．００８％以上である。しかし、Ｔｉ含有量が過剰になるとＴｉＮやＴｉＣ等の介在物が多量に生成し曲げ性を劣化させる。このような悪影響を軽減するために、Ｔｉ含有量は０．１０％以下とする。Ｔｉ含有量は好ましくは０．０６％以下、より好ましくは０．０３％以下である。
Ｂ：０．０００２％以上０．００５０％以下
Ｂは鋼の焼入れ性を向上させる元素であり、少ないＭｎ含有量でも所定の面積率のマルテンサイトやベイナイトを生成させる利点を有する。このようなＢの効果を得るには、Ｂ含有量は０．０００２％以上とする。好ましくは０．０００５％以上、より好ましくは０．００１０％以上である。一方、Ｂを０．００５０％超で含有すると、その効果が飽和するだけでなく、焼鈍時のセメンタイトの固溶速度を遅延させ、未固溶のセメンタイトを残存させることで曲げ性が劣化する。したがって、Ｂ含有量は０．００５０％以下とする。Ｂ含有量は好ましくは０．００４０％以下、より好ましくは０．００３０％以下である。
Ｂは鋼の焼入れ性を向上させる元素であり、少ないＭｎ含有量でも所定の面積率のマルテンサイトやベイナイトを生成させる利点を有する。このようなＢの効果を得るには、Ｂ含有量は０．０００２％以上とする。好ましくは０．０００５％以上、より好ましくは０．００１０％以上である。一方、Ｂを０．００５０％超で含有すると、その効果が飽和するだけでなく、焼鈍時のセメンタイトの固溶速度を遅延させ、未固溶のセメンタイトを残存させることで曲げ性が劣化する。したがって、Ｂ含有量は０．００５０％以下とする。Ｂ含有量は好ましくは０．００４０％以下、より好ましくは０．００３０％以下である。
Ｃｕ：０．００５％以上０．５０％以下
Ｃｕは自動車の使用環境での耐食性を向上させる。Ｃｕはスクラップを原料として活用するときに混入する元素であり、Ｃｕの混入を許容することでリサイクル資材を原料資材として活用でき、製造コストを削減することができる。Ｃｕ含有量は上記の観点から０．００５％以上含有する。Ｃｕ含有量は好ましくは０．０１０％以上、より好ましくは０．０５０％以上である。しかし、その含有量が多くなりすぎると表面欠陥の原因となるので、Ｃｕ含有量は０．５０％以下とする。Ｃｕ含有量は好ましくは０．４０％以下、より好ましくは０．３０％以下である。
Ｃｕは自動車の使用環境での耐食性を向上させる。Ｃｕはスクラップを原料として活用するときに混入する元素であり、Ｃｕの混入を許容することでリサイクル資材を原料資材として活用でき、製造コストを削減することができる。Ｃｕ含有量は上記の観点から０．００５％以上含有する。Ｃｕ含有量は好ましくは０．０１０％以上、より好ましくは０．０５０％以上である。しかし、その含有量が多くなりすぎると表面欠陥の原因となるので、Ｃｕ含有量は０．５０％以下とする。Ｃｕ含有量は好ましくは０．４０％以下、より好ましくは０．３０％以下である。
Ｎｉ：０．００５％以上０．５０％以下
Ｎｉも耐食性を向上させる作用のある元素である。また、ＮｉはＣｕを含有させる場合に生じやすい表面欠陥を低減する作用がある。上記の効果を得る観点からは、Ｎｉ含有量を０．００５％以上とする。Ｎｉ含有量は好ましくは０．００８％以上、より好ましくは０．０１０％以上である。しかし、Ｎｉの含有量が多くなりすぎると加熱炉内でのスケール生成が不均一になり表面欠陥の原因になるとともに、著しいコスト増となる。したがって、Ｎｉ含有量は０．５０％以下とする。Ｎｉ含有量は好ましくは０．２０％以下、より好ましくは０．１５％以下である。
Ｎｉも耐食性を向上させる作用のある元素である。また、ＮｉはＣｕを含有させる場合に生じやすい表面欠陥を低減する作用がある。上記の効果を得る観点からは、Ｎｉ含有量を０．００５％以上とする。Ｎｉ含有量は好ましくは０．００８％以上、より好ましくは０．０１０％以上である。しかし、Ｎｉの含有量が多くなりすぎると加熱炉内でのスケール生成が不均一になり表面欠陥の原因になるとともに、著しいコスト増となる。したがって、Ｎｉ含有量は０．５０％以下とする。Ｎｉ含有量は好ましくは０．２０％以下、より好ましくは０．１５％以下である。
Ｃｒ：０．０１％以上１．０％以下
Ｃｒは鋼の焼入れ性を向上させる効果を得るために添加することが出来る。その効果を得るにはＣｒ含有量を０．０１％以上とする。好ましくは０．０３％以上、より好ましくは０．０５％以上である。Ｃｒ含有量が１．０％を超えると焼鈍時のセメンタイトの固溶速度を遅延させ、未固溶のセメンタイトを残存させることで曲げ性を劣化させる。また、耐孔食性も劣化させる。さらに化成処理性も劣化させる。したがって、Ｃｒ含有量は１．０％以下とする。
Ｃｒは鋼の焼入れ性を向上させる効果を得るために添加することが出来る。その効果を得るにはＣｒ含有量を０．０１％以上とする。好ましくは０．０３％以上、より好ましくは０．０５％以上である。Ｃｒ含有量が１．０％を超えると焼鈍時のセメンタイトの固溶速度を遅延させ、未固溶のセメンタイトを残存させることで曲げ性を劣化させる。また、耐孔食性も劣化させる。さらに化成処理性も劣化させる。したがって、Ｃｒ含有量は１．０％以下とする。
Ｍｏ：０．００５％以上０．３％以下
Ｍｏは、鋼の焼入れ性を向上させる効果、およびマルテンサイトを微細化することによる高強度化の効果を得る目的で添加することが出来る。これらの効果を得るにはＭｏ含有量を０．００５％以上とする。Ｍｏ含有量は好ましくは０．０１０％以上、より好ましくは０．０４０％以上である。しかしながら、Ｍｏを０．３％超で含有すると化成処理性が劣化する。したがって、Ｍｏ含有量を０．３％以下とする。Ｍｏ含有量は好ましくは０．２％以下、より好ましくは０．１％以下である。
Ｍｏは、鋼の焼入れ性を向上させる効果、およびマルテンサイトを微細化することによる高強度化の効果を得る目的で添加することが出来る。これらの効果を得るにはＭｏ含有量を０．００５％以上とする。Ｍｏ含有量は好ましくは０．０１０％以上、より好ましくは０．０４０％以上である。しかしながら、Ｍｏを０．３％超で含有すると化成処理性が劣化する。したがって、Ｍｏ含有量を０．３％以下とする。Ｍｏ含有量は好ましくは０．２％以下、より好ましくは０．１％以下である。
Ｖ：０．００３％以上０．４５％以下
Ｖは鋼の焼入れ性を向上させる効果、水素トラップサイトとなるＶを含む微細な炭化物を生成させる効果、およびマルテンサイトを微細化することによる耐遅れ破壊特性の改善効果を得る目的で添加することが出来る。その効果を得るにはＶ含有量を０．００３％以上とする。好ましくは０．００５％以上、より好ましくは０．０１０％以上である。しかしながら、Ｖを０．４５％超で含有すると鋳造性が著しく劣化する。したがって、Ｖ含有量は０．４５％以下とする。Ｖ含有量は好ましくは０．３０％以下、より好ましくは０．２０％以下である。
Ｖは鋼の焼入れ性を向上させる効果、水素トラップサイトとなるＶを含む微細な炭化物を生成させる効果、およびマルテンサイトを微細化することによる耐遅れ破壊特性の改善効果を得る目的で添加することが出来る。その効果を得るにはＶ含有量を０．００３％以上とする。好ましくは０．００５％以上、より好ましくは０．０１０％以上である。しかしながら、Ｖを０．４５％超で含有すると鋳造性が著しく劣化する。したがって、Ｖ含有量は０．４５％以下とする。Ｖ含有量は好ましくは０．３０％以下、より好ましくは０．２０％以下である。
Ｃａ：０．０００２％以上０．００４０％以下
ＣａはＳをＣａＳとして固定し、曲げ性を改善する。この効果を得るためにはＣａ含有量を０．０００２％以上とする。好ましくは０．０００３％以上、より好ましくは０．０００４％以上である。ただし、Ｃａを多量に添加すると表面品質や曲げ性を劣化させるので、Ｃａ含有量は０．００４０％以下とする。Ｃａ含有量は好ましくは０．００３６％以下、より好ましくは０．００３２％以下である。
ＣａはＳをＣａＳとして固定し、曲げ性を改善する。この効果を得るためにはＣａ含有量を０．０００２％以上とする。好ましくは０．０００３％以上、より好ましくは０．０００４％以上である。ただし、Ｃａを多量に添加すると表面品質や曲げ性を劣化させるので、Ｃａ含有量は０．００４０％以下とする。Ｃａ含有量は好ましくは０．００３６％以下、より好ましくは０．００３２％以下である。
Ｓｂ：０．００１％以上０．１％以下
Ｓｂは鋼板表層域の酸化や窒化を抑制し、それによるＣやＢの表層域における含有量の低減を抑制する。ＣやＢの低減が抑制されることで表層域のフェライト生成を抑制し、高強度化と疲労特性の改善に寄与する。この効果を得る観点から、Ｓｂ含有量は０．００１％以上とする。Ｓｂ含有量は好ましくは０．００２％以上、より好ましくは０．００５％以上である。ただし、Ｓｂ含有量が０．１％を超えると鋳造性が劣化し、また、旧γ粒界にＳｂが偏析して曲げ性を劣化させる。このため、Ｓｂ含有量は０．１％以下とする。Ｓｂ含有量は好ましくは０．０４％以下である。
Ｓｂは鋼板表層域の酸化や窒化を抑制し、それによるＣやＢの表層域における含有量の低減を抑制する。ＣやＢの低減が抑制されることで表層域のフェライト生成を抑制し、高強度化と疲労特性の改善に寄与する。この効果を得る観点から、Ｓｂ含有量は０．００１％以上とする。Ｓｂ含有量は好ましくは０．００２％以上、より好ましくは０．００５％以上である。ただし、Ｓｂ含有量が０．１％を超えると鋳造性が劣化し、また、旧γ粒界にＳｂが偏析して曲げ性を劣化させる。このため、Ｓｂ含有量は０．１％以下とする。Ｓｂ含有量は好ましくは０．０４％以下である。
Ｓｎ：０．００２％以上０．１％以下
Ｓｎは鋼板表層域の酸化や窒化を抑制し、それによるＣやＢの表層域における含有量の低減を抑制する。ＣやＢの低減が抑制されることで表層域のフェライト生成を抑制し、高強度化と疲労特性の改善に寄与する。この効果を得る観点からＳｎ含有量を０．００２％以上とする。Ｓｎ含有量は好ましくは０．００５％以上である。ただし、Ｓｎ含有量が０．１％を超えると鋳造性が劣化し、また、旧オーステナイト粒界にＳｎが偏析して曲げ性が劣化する。このため、Ｓｎ含有量は０．１％以下とする。Ｓｎ含有量は好ましくは０．０４％以下である。
Ｓｎは鋼板表層域の酸化や窒化を抑制し、それによるＣやＢの表層域における含有量の低減を抑制する。ＣやＢの低減が抑制されることで表層域のフェライト生成を抑制し、高強度化と疲労特性の改善に寄与する。この効果を得る観点からＳｎ含有量を０．００２％以上とする。Ｓｎ含有量は好ましくは０．００５％以上である。ただし、Ｓｎ含有量が０．１％を超えると鋳造性が劣化し、また、旧オーステナイト粒界にＳｎが偏析して曲げ性が劣化する。このため、Ｓｎ含有量は０．１％以下とする。Ｓｎ含有量は好ましくは０．０４％以下である。
上記以外の残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。なお、上記任意元素を下限値未満で含む場合、上記任意元素を不可避的不純物として含むものとする。
次に、本発明の高強度鋼板の鋼組織規定について説明する。
板厚１／４位置におけるマルテンサイトおよびベイナイトの面積率が合計で９５％以上１００％以下
ＴＳ≧１３２０ＭＰａの高い強度を達成するために、鋼組織は、板厚１／４位置におけるマルテンサイトおよびベイナイトの合計面積率を９５％以上とする。合計面積率は好ましくは９７％以上であり、より好ましくは９８％以上である。なお、合計面積率が１００％以外の場合に含まれる残部は残留オーステナイト等である。残留オーステナイトは焼鈍工程の冷却過程で残存するもので面積率５％まで許容できる。以上の組織以外は、微量のフェライト、パーライト、硫化物、窒化物、酸化物等であり、これらは面積率で５％以下である。なお、残部を含まず、マルテンサイトおよびベイナイトの合計面積率が１００％でもよい。また、上記面積率は実施例に記載の方法で測定する。
ＴＳ≧１３２０ＭＰａの高い強度を達成するために、鋼組織は、板厚１／４位置におけるマルテンサイトおよびベイナイトの合計面積率を９５％以上とする。合計面積率は好ましくは９７％以上であり、より好ましくは９８％以上である。なお、合計面積率が１００％以外の場合に含まれる残部は残留オーステナイト等である。残留オーステナイトは焼鈍工程の冷却過程で残存するもので面積率５％まで許容できる。以上の組織以外は、微量のフェライト、パーライト、硫化物、窒化物、酸化物等であり、これらは面積率で５％以下である。なお、残部を含まず、マルテンサイトおよびベイナイトの合計面積率が１００％でもよい。また、上記面積率は実施例に記載の方法で測定する。
鋼板表面から板厚方向１０μｍまでの領域（表層域）におけるフェライトの面積率が１０％以上４０％以下
曲げ加工時に生じる１ｍｍ以下の微細な亀裂を抑制するため、鋼板の表層域に面積率で１０％以上４０％以下のフェライトを含有させる。この効果を得るためにはフェライトの面積率は１０％以上必要である。フェライトの面積率は好ましくは１３％以上、より好ましくは１６％以上である。また、面積率４０％を超えてフェライトを含有すると疲労特性が劣化する。そこで、上記フェライトの面積率は４０％以下とする。フェライトの面積率は好ましくは３５％以下、より好ましくは３０％以下である。また、後述する（１）式で表される構成から明らかな通り、１０μｍまでの領域のみを軟質とすることで、曲げ性と疲労特性の両立が図られる。したがって、表層域のフェライトの面積率は１０％以上４０％以下とする。このように鋼板の表層域にだけ微量のフェライトを形成させるためには、後述する連続焼鈍における露点の制御と焼鈍温度の制御が重要となる。また、上記面積率は実施例に記載の方法で測定する。
曲げ加工時に生じる１ｍｍ以下の微細な亀裂を抑制するため、鋼板の表層域に面積率で１０％以上４０％以下のフェライトを含有させる。この効果を得るためにはフェライトの面積率は１０％以上必要である。フェライトの面積率は好ましくは１３％以上、より好ましくは１６％以上である。また、面積率４０％を超えてフェライトを含有すると疲労特性が劣化する。そこで、上記フェライトの面積率は４０％以下とする。フェライトの面積率は好ましくは３５％以下、より好ましくは３０％以下である。また、後述する（１）式で表される構成から明らかな通り、１０μｍまでの領域のみを軟質とすることで、曲げ性と疲労特性の両立が図られる。したがって、表層域のフェライトの面積率は１０％以上４０％以下とする。このように鋼板の表層域にだけ微量のフェライトを形成させるためには、後述する連続焼鈍における露点の制御と焼鈍温度の制御が重要となる。また、上記面積率は実施例に記載の方法で測定する。
また、本発明では、鋼板表面から板厚方向１０μｍまでの領域（表層域）におけるフェライトの面積率を１０％以上４０％以下に調整すれば、当該領域におけるフェライト以外の残部は、どのような組織であってもよい。フェライト以外の残部としては、マルテンサイト、ベイナイト、残留オーステナイトなどが挙げられる。
鋼板の表面から板厚方向に１５μｍ位置におけるビッカース硬さが下記（１）式を満たす。
Ｈｖ≧０．２９４×σ ・・・（１）
ここで、Ｈｖは鋼板の表面から板厚方向に１５μｍ位置におけるビッカース硬さであり、σは引張強さ（ＭＰａ）を示す。上記ビッカース硬さと引張強さは実施例に記載の方法で測定する。
Ｈｖ≧０．２９４×σ ・・・（１）
ここで、Ｈｖは鋼板の表面から板厚方向に１５μｍ位置におけるビッカース硬さであり、σは引張強さ（ＭＰａ）を示す。上記ビッカース硬さと引張強さは実施例に記載の方法で測定する。
上記の通り、鋼板の表層域を軟質化させることで優れた曲げ性を達成できるが、軟質化により疲労特性は顕著に劣化する。この悪影響を抑制するため、少なくとも表面から板厚方向に１５μｍ位置における硬さを一定以上に保つことで優れた疲労特性と曲げ性を両立できる。なお、鋼板の表面から板厚方向に１５μｍの位置よりも板厚中央側の硬さは脱Ｃや脱Ｂが少ないことからより硬質である。鋼板の高強度化に伴い、プレス加工や車体への組み付け時に発生する鋼板への残留応力は大きくなる恐れがあるため、鋼板強度の増加に伴ってより高い疲労強度が求められる。上記硬さを（１）式に規定したように鋼板そのものの強度に応じて制御すれば優れた疲労特性が得られる。このように鋼板の表層域は軟化させ、その直下を一定以上の硬さに保つためには、後述する連続焼鈍における露点の制御と焼鈍温度の制御が重要となる。
次に、本発明において好適な鋼板の製造方法について説明する。本発明では、好適には連続鋳造で得られたスラブを鋼素材とし、熱間圧延を施し、仕上げ圧延終了後、冷却してコイルに巻き取り、ついで酸洗後、冷間圧延したのち、連続焼鈍し、過時効処理を施して高強度鋼板を製造する。
本発明の製造方法において、冷間圧延までの条件は、一般的な条件であればよい。以下、連続焼鈍工程、過時効処理工程で採用する条件について説明する。以下の説明において、温度は鋼板の表面温度である。
連続焼鈍工程とは、上記成分組成を有する冷延鋼板を、７５０℃以上の温度域の露点が−３５℃以下の条件で、８４０℃以上の焼鈍温度で１８０秒以上保持し、７４０℃以上の冷却開始温度で、該冷却開始温度から１５０℃までの温度域を１００℃/s以上の平均冷却速度で冷却する工程である。
焼鈍温度が８４０℃未満では、焼鈍中に所定の強度確保に必要なオーステナイト（焼入れ後にマルテンサイトやベイナイトに変態）が生成せず、焼鈍後焼入れを実施しても１３２０ＭＰａ以上の引張強さが得られないおそれがある。そのため、焼鈍温度は８４０℃以上とする。オーステナイトの平衡面積率４０％以上を安定して確保する観点から、焼鈍温度は８５０℃以上とするのが好ましい。さらに、鋼板の表層付近では脱Ｃ、脱Ｂが生じておりオーステナイトを安定的に確保し、上記Ｈｖを一定以上に保つためには８４０℃以上が必須である。なお、焼鈍温度の上限は特に限定されないが、オーステナイト粒径が粗大になり靱性が悪化する恐れがあるため９００℃以下が好ましい。
焼鈍温度の保持時間が短すぎると、焼鈍が不十分になり、冷間圧延による加工組織が存在した不均一な組織となり強度や加工性が低下するおそれがある。このため、焼鈍温度の保持時間は１８０秒以上とする。焼鈍における保持時間の上限は特に限定されないが、オーステナイト粒径が粗大になり靱性が悪化する恐れがあるため６００秒以下が好ましい。
フェライト生成を抑制し、マルテンサイトまたはベイナイトの面積率を確保するためには、７４０℃以上の冷却開始温度で、該冷却開始温度から１５０℃までの温度域を１００℃／ｓ以上の平均冷却速度で冷却する必要がある。冷却開始温度がこれより低いまたは平均冷却速度がこれより遅いとフェライトや残留オーステナイトが過剰に生成し強度低下や疲労特性の劣化を招く。冷却開始温度から１５０℃までの温度域の平均冷却速度の上限は特に限定されないが、１５００℃／ｓ超にしても効果が飽和するので、省エネルギーの観点から、１５００℃／ｓ以下が好ましい。冷却開始温度は特に規定しないが、焼鈍温度の下限が８４０℃のため実質的に８４０℃以下となる。なお、１５０℃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。
連続焼鈍工程においては、７５０℃以上の温度域の露点を−３５℃以下に制御する。これよりも露点が高いと鋼板表層域にフェライトが過剰に生成するとともに硬度が低下する。露点の下限は特に規定しないが、製造コストの観点から−６０℃を下限とすることが好ましい。
過時効処理工程とは、連続焼鈍工程後、必要に応じて再加熱を行い、１５０〜２６０℃の温度域で３０〜１５００秒保持する工程である。
マルテンサイトもしくはベイナイト内部に分布する炭化物は、焼き入れ後の低温域保持中に生成する炭化物であり、曲げ性とＴＳ≧１３２０ＭＰａを確保するため適正に制御する必要がある。つまり、連続焼鈍工程後、１５０℃以下の温度から、１５０〜２６０℃の温度域まで必要に応じて再加熱し、その温度域で３０〜１５００秒保持する必要がある。
また、保持時間を３０〜１５００秒に制御する必要がある。保持温度１５０℃未満又は保持時間３０秒未満では炭化物分布密度が不十分となり靱性が劣化する恐れがある。一方、保持温度２６０℃超又は保持時間１５００秒超では粒内およびブロック粒界での炭化物の粗大化が顕著になって、曲げ性が劣化する。
以下、本発明の実施例について説明する。
表１に記載の成分組成（残部はＦｅおよび不可避的不純物である）からなる供試鋼を真空溶製し、スラブとした後、１２００〜１２８０℃の温度でスラブを加熱後、８４０〜９５０℃の仕上げ圧延温度で熱間圧延し、４５０〜６５０℃の巻取温度にて巻き取った。得られた熱延鋼板を酸洗処理して表面スケールを除去し、その後、４０％以上の圧下率にて冷間圧延した。次いで、表２に記載の条件で連続焼鈍および過時効処理を施した。その後、０．１％の調質圧延を行い、鋼板を得た。
なお、表１の「−」は、任意元素を含有しない場合（０質量％）だけでなく、不可避的不純物として、任意元素を下限値未満で含有する場合も含むものとする。
以上のように得られた鋼板から試験片を採取し、鋼組織の観察、引張試験、ビッカース硬さ試験、曲げ試験、疲労試験を実施した。これらの結果は、表３に示す。
鋼組織の観察は圧延方向に平行な断面を、機械研磨しナイタールエッチング後、鋼板表層域（鋼板表面から板厚方向１０μｍまでの領域でフェライトのみ測定）および板厚４分の１の位置について走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にてそれぞれ４視野観察した。倍率２０００倍のＳＥＭ像を画像解析することで、各組織の面積率を求めた。面積率は４視野それぞれで求めた面積率を平均して求めた。ここで、マルテンサイト、ベイナイト、残留オーステナイトはＳＥＭでは灰色を呈した組織として示される。一方、フェライトはＳＥＭで黒色のコントラストを呈する領域である。残留オーステナイトの面積率は、板面を観察対象とし、機械研削および化学研磨で板厚の４分の１の厚さまで加工後、Ｘ線回折法により体積率を求め、この体積率を面積率とみなすことで求めた。この測定において、Ｍo−Ｋα線によって測定した（２００）α、（２１１）α、（２２０）α、（２００）γ、（２２０）γ、（３１１）γ回折面ピークの積分強度比より計算した。マルテンサイトおよびベイナイトの面積率の合計は、残部組織（例えば、パーライト、硫化物、窒化物、酸化物等）が無い場合には、フェライトと残留オーステナイトを合計した面積率の残部として求めた。また、残部組織がある場合にはフェライトと残留オーステナイトと残部組織との合計を用いて、マルテンサイトおよびベイナイトの面積率の合計を計算した。
引張試験は鋼板の板幅４分の１位置において鋼板面において圧延方向に対して直角な方向が長手方向となるようにＪＩＳ５号引張試験片を切り出し、引張試験(ＪＩＳ Ｚ２２４１)を実施した。引張試験により、降伏強度（ＹＳ）、引張強さ（ＴＳ）および伸び（Ｅｌ）を求めた。
ビッカース硬さ試験は微小硬度計（Ｍｉｔｕｔｏｙｏ製、ＨＭ−２００）を用い、鋼板表面から１５μｍ位置を圧子荷重１０ｇの条件で１０か所測定し、平均値を求めた。
曲げ試験は鋼板の板幅４分の１位置において、鋼板面において圧延方向に対して直角な方向に１００ｍｍ、圧延方向に３５ｍｍの短冊状の試験片を切り出し、先端内角が９０度の治具を使用して行った。治具の先端内角の曲率半径を変化させ、試験片表面に亀裂が認められない最小の治具先端内角を求め、得られた半径（Ｒ）を板厚（ｔ）で除することで限界曲げ半径（Ｒ／ｔ）を算出した。この値が小さいほど、優れた曲げ性を有することになる。亀裂の判定は実体顕微鏡を用いて、最大２０倍に拡大して行い、亀裂の長さを計測した。０．１ｍｍ未満の微小な亀裂は実体顕微鏡では表面の凹凸との判別が困難であるため、０．１ｍｍ以上の亀裂を割れと判定した。
疲労特性は片振り引張疲労試験にて評価した。鋼板面において圧延方向に対して直角な方向を長手として図１に示した形状の試験片１０を切り出し、応力比０．１、周波数２０Ｈｚで最大１０００万回の繰り返し数で行った。図１は、紙面に対して左右方向が鋼板の圧延方向に対応しており、Ｒ８０は曲率半径が８０ｍｍであることを意味している。試験機は島津製作所製の型式：Ｓｅｒｖｏｐｅｔ ｌａｂを用いた。１０００万回繰り返し後に破断が生じなかった最大の負荷応力を疲労強度とした。疲労強度を素材の引張強さで除した値として耐久比を算出し疲労特性の指標とした。
本発明例の鋼板は、１３２０ＭＰａ以上の引張強さと、Ｒ／ｔで３．０以下の優れた曲げ性と、耐久比で０．５０以上の優れた疲労特性を具備する。
比較例の鋼板は、それらの条件のうち少なくとも１つを満たしていない。
本発明によれば、曲げ性および疲労特性に優れた１３２０ＭＰａ以上の引張強さを有する鋼を提供できる。このような特性の改善により、曲げなどによる冷間加工が困難であったＴＳが１３２０ＭＰａ以上の高強度鋼板の自動車部品への適用が可能となり、部品強度の向上、車体軽量化に貢献する。
Claims (3)
- 質量％で、
Ｃ：０．１３％以上０．４０％未満、
Ｓｉ：０．０１％以上１．０％以下、
Ｍｎ：１．７％以下（０％は含まない）、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０１０％以下、
Ａｌ：０．２０％以下（０％は含まない）、
Ｎ：０．０１０％以下を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成と、
板厚１／４位置におけるマルテンサイトおよびベイナイトの合計面積率が９５％以上１００％以下であり、前記合計面積率が１００％以外の場合の残部が残留オーステナイトを含み、表面から板厚方向に１０μｍまでの領域におけるフェライトの面積率が１０％以上４０％以下である、鋼組織と、を有し、
引張強さが１３２０ＭＰａ以上であり、
表面から板厚方向に１５μｍの位置におけるビッカース硬さが下記（１）式を満たす高強度鋼板。
Ｈｖ≧０．２９４×σ ・・・（1）
ここで、Ｈｖは表面から板厚方向に１５μｍの位置におけるビッカース硬さであり、σは引張強さ（ＭＰａ）を示す。 - 前記成分組成は、質量％で、さらに
Ｍｏ：０．００５％以上０．３％以下、
Ｃｒ：０．０１％以上１．０％以下、
Ｎｂ：０．００１％以上０．１０％以下、
Ｔｉ：０．００１％以上０．１０％以下、
Ｂ：０．０００２％以上０．００５０％以下、
Ｓｂ：０．００１％以上０．１％以下、
Ｃａ：０．０００２％以上０．００４０％以下、
Ｖ：０．００３％以上０．４５％以下、
Ｃｕ：０．００５％以上０．５０％以下、
Ｎｉ：０．００５％以上０．５０％以下およびＳｎ：０．００２％以上０．１％以下の少なくとも１種を含有する請求項１に記載の高強度鋼板。 - 請求項１または２に記載の高強度鋼板を製造する高強度鋼板の製造方法であって、
前記成分組成を有する冷延鋼板を、７５０℃以上の温度域の露点が−３５℃以下の条件で、８４０℃以上の焼鈍温度で１８０秒以上保持し、７４０℃以上の冷却開始温度で、該冷却開始温度から１５０℃までの温度域を１００℃/s以上の平均冷却速度で冷却する連続焼鈍工程と、
前記連続焼鈍工程後、必要に応じて再加熱を行い、１５０〜２６０℃の温度域で３０〜１５００秒保持する過時効処理工程と、を有する高強度鋼板の製造方法。
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