JPH01259120A - 延性の良好な超高強度鋼材の製造方法 - Google Patents
延性の良好な超高強度鋼材の製造方法Info
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- JPH01259120A JPH01259120A JP8723888A JP8723888A JPH01259120A JP H01259120 A JPH01259120 A JP H01259120A JP 8723888 A JP8723888 A JP 8723888A JP 8723888 A JP8723888 A JP 8723888A JP H01259120 A JPH01259120 A JP H01259120A
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
- C21D6/005—Heat treatment of ferrous alloys containing Mn
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、自動車などの鋼構造物に用いられる高強度と
高延性を兼ね備えた複合組織を有する超高強度鋼材の製
造方法に関する。
高延性を兼ね備えた複合組織を有する超高強度鋼材の製
造方法に関する。
近年、自動車産業においては燃費と走行性能向上を目脂
してクラム単位の軽量化が図られている。
してクラム単位の軽量化が図られている。
このため、高強度鋼板の使用比率か高くなっている。し
かし、ハイテン化率、高張力化とも現在では飽和しつつ
ある。この理由としては、引張り強さ(TS)100k
gf/ mm2を超える超高強度鋼板は概して加工性に
乏しく、また多量の強化元素を含み溶接性か劣るなどの
問題のために部品への成形、溶接が困難であることが考
えられる。したがって、優れた加工性と溶接性を有する
TSが100kgf/n+n+2以上の超高強度鋼板が
開発されれば、産業上の利点はきわめて大きいといえる
。
かし、ハイテン化率、高張力化とも現在では飽和しつつ
ある。この理由としては、引張り強さ(TS)100k
gf/ mm2を超える超高強度鋼板は概して加工性に
乏しく、また多量の強化元素を含み溶接性か劣るなどの
問題のために部品への成形、溶接が困難であることが考
えられる。したがって、優れた加工性と溶接性を有する
TSが100kgf/n+n+2以上の超高強度鋼板が
開発されれば、産業上の利点はきわめて大きいといえる
。
超高強度鋼板の強化方法としては従来■回復焼鈍法、■
析出強化法、■変態強化法が主なものであるが、■回復
焼鈍法、■析出強化法で強化された鋼板は引張り強さ8
0kgf/mm2 を超えると延性の低化が著しく、
引張り強さ100 kg f / mm 2級に対する
強化法としては満足できるものではない。■変態強化法
に属するものに、フェライト、マルテンサイトの2相鋼
、いわゆるDua 1−Phase鋼(特公昭56−1
1741)がある。この鋼材はマルテンサイトで強度を
、フェライトで延性を確保することを狙ったもので、高
強度鋼板としては比較的良好な強度−延性バランスを示
すが、それでも引張り強さ100kgf/ mm 2級
では伸びの値は高々15%に過ぎず、プレス加工などに
対応しうるものではない。このように、従来型の超高強
度鋼板は、延性を犠牲にして強度を得ているために強度
−延性バランスの指標とされるTS(kgf/皿+2〕
XEJ[%〕の値も1800程度が限界であった。
析出強化法、■変態強化法が主なものであるが、■回復
焼鈍法、■析出強化法で強化された鋼板は引張り強さ8
0kgf/mm2 を超えると延性の低化が著しく、
引張り強さ100 kg f / mm 2級に対する
強化法としては満足できるものではない。■変態強化法
に属するものに、フェライト、マルテンサイトの2相鋼
、いわゆるDua 1−Phase鋼(特公昭56−1
1741)がある。この鋼材はマルテンサイトで強度を
、フェライトで延性を確保することを狙ったもので、高
強度鋼板としては比較的良好な強度−延性バランスを示
すが、それでも引張り強さ100kgf/ mm 2級
では伸びの値は高々15%に過ぎず、プレス加工などに
対応しうるものではない。このように、従来型の超高強
度鋼板は、延性を犠牲にして強度を得ているために強度
−延性バランスの指標とされるTS(kgf/皿+2〕
XEJ[%〕の値も1800程度が限界であった。
このような超高強度鋼板の延性改善を図る手段として、
残留オーステナイトのTRIP (Transform
ationInduced Plasticity :
変態誘起塑性)効果を利用する方法が、特公昭第58−
42246号に提示されている。この方法によれば引張
り強さが100kgf/mm2以上でElが30%以上
を示し、TS X EJ!の値が3000を超す高延性
高強度鋼板の製造が可能である。しかしながら、この方
法では素材のCが0.35〜0.85%と高いことから
溶接性に問題があるため自動車用鋼板としての適用性は
狭い。
残留オーステナイトのTRIP (Transform
ationInduced Plasticity :
変態誘起塑性)効果を利用する方法が、特公昭第58−
42246号に提示されている。この方法によれば引張
り強さが100kgf/mm2以上でElが30%以上
を示し、TS X EJ!の値が3000を超す高延性
高強度鋼板の製造が可能である。しかしながら、この方
法では素材のCが0.35〜0.85%と高いことから
溶接性に問題があるため自動車用鋼板としての適用性は
狭い。
本発明は、前述のような従来技術の問題を解消し、低炭
素系でMnを適量添加した鋼成分でフェライト+マルテ
ンサイト+残留オーステナイトの微細な混合組織を有し
、残留オーステナイトのTRIP効果によってTSが1
00kgf/nMn2以上、かつTSXEJ!の値が3
000を超える加工性に優れた超高強度鋼材を得ること
を目的とする。
素系でMnを適量添加した鋼成分でフェライト+マルテ
ンサイト+残留オーステナイトの微細な混合組織を有し
、残留オーステナイトのTRIP効果によってTSが1
00kgf/nMn2以上、かつTSXEJ!の値が3
000を超える加工性に優れた超高強度鋼材を得ること
を目的とする。
本発明は残留オーステナイトのTRIP効果による延性
の著しい向上を利用して加工性に優れた超高強度鋼を製
造しようとするものであるが、TRIP効果を有効に働
かせる条件である残留オーステナイトの歪に対する安定
性を高める手段として本発明ではMnの添加によるオー
ステナイト安定化効果を利用している。すなわちこれは
低炭素濃度でMnを適量添加した鋼をα+72相域の本
発明者が見出した所定の温度範囲に加熱することにより
α/γ界面での合金元素の分配によってγ相中に著しく
C,Mnを濃縮させ、これを室温でまで冷却することに
より30〜60%フェライト−20〜40%残留オース
テナイト−残部マルテンサイトの3相混合組織とするこ
とにより、歪に対して安定性の高い残留オーステナイト
がフェライト、マルテンサイトの相間にあって有効にT
RIP効果を発揮して、TSが100 kg f /
nun 2以上、かつTS X Ej!の値が3000
以上を示す延性の良好な超高強度鋼が得られるという知
見にもとづくものである。
の著しい向上を利用して加工性に優れた超高強度鋼を製
造しようとするものであるが、TRIP効果を有効に働
かせる条件である残留オーステナイトの歪に対する安定
性を高める手段として本発明ではMnの添加によるオー
ステナイト安定化効果を利用している。すなわちこれは
低炭素濃度でMnを適量添加した鋼をα+72相域の本
発明者が見出した所定の温度範囲に加熱することにより
α/γ界面での合金元素の分配によってγ相中に著しく
C,Mnを濃縮させ、これを室温でまで冷却することに
より30〜60%フェライト−20〜40%残留オース
テナイト−残部マルテンサイトの3相混合組織とするこ
とにより、歪に対して安定性の高い残留オーステナイト
がフェライト、マルテンサイトの相間にあって有効にT
RIP効果を発揮して、TSが100 kg f /
nun 2以上、かつTS X Ej!の値が3000
以上を示す延性の良好な超高強度鋼が得られるという知
見にもとづくものである。
本発明は重量パーセントで
C: 0.05〜0.3%、Si:3%以下、Mn:4
−6%。
−6%。
残部Feおよび不可避的不純物よりなる鋼をAc工+(
Ac3− Acm) X 1/10〜Ac1十(Ac3
− Acm) X 3/4の温度域に1分間以上加熱保
持して炉冷以上の冷却速度で室温に冷却することによっ
て、40〜60%フェライト−20〜40%残留オース
テナイト−残部マルテンサイトの混合組織とすることを
特徴とする、加工性に優れた超高強度鋼材の製造方法を
提供する。
Ac3− Acm) X 1/10〜Ac1十(Ac3
− Acm) X 3/4の温度域に1分間以上加熱保
持して炉冷以上の冷却速度で室温に冷却することによっ
て、40〜60%フェライト−20〜40%残留オース
テナイト−残部マルテンサイトの混合組織とすることを
特徴とする、加工性に優れた超高強度鋼材の製造方法を
提供する。
まず、本発明における化学成分的要因について述べる。
Cはオーステナイト安定化元素であり、残留オーステナ
イトの形成に必要不可欠な元素である。
イトの形成に必要不可欠な元素である。
Cが0.05%以下ではオーステナイト安定化効果が不
充分なため延性を向上させるために充分な残留オーステ
ナイト量が得られない。0.3%を超えると溶接性の劣
化が著しくなるので0.3%以下とする。
充分なため延性を向上させるために充分な残留オーステ
ナイト量が得られない。0.3%を超えると溶接性の劣
化が著しくなるので0.3%以下とする。
Siは本発明においては引張り強さや伸びには大きな影
響を及ぼさず、降伏点を上昇させる効果を有する元素で
ある。すなわち、Si含有量が低い場合には降伏点が低
く、Si含有量が高い場合には降伏点が高いのでSi含
有量によって降伏点(降伏比)の制御が可能である。3
%を超えるとその効果が飽和するばかりでなく、へ03
点の上昇を招いて製造性に困難を来すのみであるので上
限を3%とする。
響を及ぼさず、降伏点を上昇させる効果を有する元素で
ある。すなわち、Si含有量が低い場合には降伏点が低
く、Si含有量が高い場合には降伏点が高いのでSi含
有量によって降伏点(降伏比)の制御が可能である。3
%を超えるとその効果が飽和するばかりでなく、へ03
点の上昇を招いて製造性に困難を来すのみであるので上
限を3%とする。
xnはオーステナイト安定化元素であり本発明では残留
オーステナイトを得るためのCの代替元素として重要で
ある。また、Mnを4〜6%添加すると拡散変態は大幅
に抑制され、焼鈍温度からの冷却過程て炉冷以上の冷却
速度ならばマルテンサイト以外の変態生成物は生成しな
いので、焼鈍時の相比率(αニア)と室温における相比
率(α:α′+7)が等しいことになり、m織制御上で
焼鈍温度と焼鈍時間だけを考慮すれば鋼板の組織中の(
α:α′+7)の比率を制御できることになる。鋼板の
引張り強さは最終的な組織比率によって決まるので、焼
鈍温度と焼鈍時間を変えることによって鋼板の引張り強
さが制御できることがわかる。Mn添加量が4%未満て
は残留オーステナイト生成が不充分で、かつ冷却過程で
フェライト、パーライト。
オーステナイトを得るためのCの代替元素として重要で
ある。また、Mnを4〜6%添加すると拡散変態は大幅
に抑制され、焼鈍温度からの冷却過程て炉冷以上の冷却
速度ならばマルテンサイト以外の変態生成物は生成しな
いので、焼鈍時の相比率(αニア)と室温における相比
率(α:α′+7)が等しいことになり、m織制御上で
焼鈍温度と焼鈍時間だけを考慮すれば鋼板の組織中の(
α:α′+7)の比率を制御できることになる。鋼板の
引張り強さは最終的な組織比率によって決まるので、焼
鈍温度と焼鈍時間を変えることによって鋼板の引張り強
さが制御できることがわかる。Mn添加量が4%未満て
は残留オーステナイト生成が不充分で、かつ冷却過程で
フェライト、パーライト。
ヘイナイトなどの変態生成物が生成しやすくなるために
下限を4%とする。Mnが6%を超えると、残留オース
テナイトは増加するが、必ずしも延性が向上するとは限
らず、単に製造コストを増加させるのみであるから上限
を6%とする。
下限を4%とする。Mnが6%を超えると、残留オース
テナイトは増加するが、必ずしも延性が向上するとは限
らず、単に製造コストを増加させるのみであるから上限
を6%とする。
このような組成の鋼を、α+72相域中にあるAc2+
(Ac、 −Ac工) X 1/1O−Ac、 +
(Ac3〜Ac1) X 3/4の温度域に1分間以上
加熱することによって微細な炭化物を核にオーステナイ
トを生成させ、α/γの2相状態とする。上記の関係式
は、後に示すように本発明者らが実験的に見出したもの
である。
(Ac、 −Ac工) X 1/1O−Ac、 +
(Ac3〜Ac1) X 3/4の温度域に1分間以上
加熱することによって微細な炭化物を核にオーステナイ
トを生成させ、α/γの2相状態とする。上記の関係式
は、後に示すように本発明者らが実験的に見出したもの
である。
このとき、Mnを4〜6%含むこの鋼ではCの長距雛の
拡散は起りにくいためにオーステナイト粒は大きく成長
することなく微細に分散し、フェライト粒も微細に分散
したオーステナイト粒に阻まれて成長できない。このた
めにα/γ2相域に加熱することによって微細かつ等軸
な混合組織が得られる。さらに、α+72相域での加熱
保持中には組織はα/γの2相状態となり、α/γ界面
てC,Mnの分配が進行してγ相中のC,Mnが濃化さ
れる。これにより、γ相は安定化され室温においても準
安定な残留オーステナイトが得られる。ただし、濃度的
な不均一さなどに゛よって一部がマルテンサイトに変態
するので、最終的な組織はフェライト+マルテンサイト
+残留オーステナイトの3粗晶合組織になる。このよう
にして生成した残留オーステナイトは歪に対して適度な
不安定性を有するので残留オーステナイトを含む複合組
:a鋼はTRIP効果によって延性が著しく向上する。
拡散は起りにくいためにオーステナイト粒は大きく成長
することなく微細に分散し、フェライト粒も微細に分散
したオーステナイト粒に阻まれて成長できない。このた
めにα/γ2相域に加熱することによって微細かつ等軸
な混合組織が得られる。さらに、α+72相域での加熱
保持中には組織はα/γの2相状態となり、α/γ界面
てC,Mnの分配が進行してγ相中のC,Mnが濃化さ
れる。これにより、γ相は安定化され室温においても準
安定な残留オーステナイトが得られる。ただし、濃度的
な不均一さなどに゛よって一部がマルテンサイトに変態
するので、最終的な組織はフェライト+マルテンサイト
+残留オーステナイトの3粗晶合組織になる。このよう
にして生成した残留オーステナイトは歪に対して適度な
不安定性を有するので残留オーステナイトを含む複合組
:a鋼はTRIP効果によって延性が著しく向上する。
加熱温度がAc、 + (Ac、 〜Ac1) X 1
/10未満では加熱した際に7相中へのCの溶解速度が
遅いためγ相中に充分にC量を濃縮させることができな
くなる。その結果として炭化物が多量に析出し、残留オ
ーステナイ1への生成量が不充分で、フェライト量か過
半数を占めるので良好な強度と延性のバランスか得られ
ない。
/10未満では加熱した際に7相中へのCの溶解速度が
遅いためγ相中に充分にC量を濃縮させることができな
くなる。その結果として炭化物が多量に析出し、残留オ
ーステナイ1への生成量が不充分で、フェライト量か過
半数を占めるので良好な強度と延性のバランスか得られ
ない。
一方、加熱温度かAc工+(Ac3− Ac1) X
3/4を越えると加熱中におけるγ相の比率が多くなる
ためγ相中のC,Mnの濃縮量が少なく、γ相が充分に
安定化されない。よって冷却時に多量のマルテンサイ1
〜を生じるためにフェライト量が少なくマルテンサイト
量が多く、かつ残留オーステナイトの安定性が低い組織
となるので、そ゛の材質は高強度ではあっても延性の劣
るものとなる。よって、加熱温度はAc、 (Ac、−
八〇□)×1/10〜八C1+(八C3−Ac、’ )
X3/4に限定する。
3/4を越えると加熱中におけるγ相の比率が多くなる
ためγ相中のC,Mnの濃縮量が少なく、γ相が充分に
安定化されない。よって冷却時に多量のマルテンサイ1
〜を生じるためにフェライト量が少なくマルテンサイト
量が多く、かつ残留オーステナイトの安定性が低い組織
となるので、そ゛の材質は高強度ではあっても延性の劣
るものとなる。よって、加熱温度はAc、 (Ac、−
八〇□)×1/10〜八C1+(八C3−Ac、’ )
X3/4に限定する。
加熱時間が1分間未満ではγ相の形成が不充分てα/γ
間のC,Mnの分配が期待できないので少なくとも1分
間は保持する必要がある。
間のC,Mnの分配が期待できないので少なくとも1分
間は保持する必要がある。
次に本発明を実験例および実施例によって具体的に説明
する。
する。
実験
Co0.19%、Si:2.05%、Mn:4.96%
、残部Feオよび不可避的不純物よりなる鋼の板厚1m
mの板を630°C〜730°C℃の各温度で10分加
熱したのち空冷する熱処理を施し、JTS 5号引張り
試験片(GL・50m)に加工して引張り試験を行なっ
た。本絹のAcm変態点は627°C,Ac3変態点は
751°Cであるので、Ac1+(Ac、 Acm
)X l/10 =639(’C)、 八Cx +(A
C3Ac、)x3/4=720(℃)である。引張性質
は第1図に示す通りであった。本発明の加熱温度範囲に
あるものはTS X E Qの値がいずれも3000以
主の優れた強度−延性バランスを示す。
、残部Feオよび不可避的不純物よりなる鋼の板厚1m
mの板を630°C〜730°C℃の各温度で10分加
熱したのち空冷する熱処理を施し、JTS 5号引張り
試験片(GL・50m)に加工して引張り試験を行なっ
た。本絹のAcm変態点は627°C,Ac3変態点は
751°Cであるので、Ac1+(Ac、 Acm
)X l/10 =639(’C)、 八Cx +(A
C3Ac、)x3/4=720(℃)である。引張性質
は第1図に示す通りであった。本発明の加熱温度範囲に
あるものはTS X E Qの値がいずれも3000以
主の優れた強度−延性バランスを示す。
本実験は本発明の対象鋼組成域の略中心の組成で実施さ
れた。本発明鋼における特徴的成分はMnとSiであり
、上記実験より引き出される結論は本発明の鋼組成域に
適用されると考えても不当ではない。
れた。本発明鋼における特徴的成分はMnとSiであり
、上記実験より引き出される結論は本発明の鋼組成域に
適用されると考えても不当ではない。
実施例
第1表に示す化学組成を有する板厚1mの鋼を第2表に
示す熱処理を施したのちJI55号引張り試験片(GL
=50nwn)に加工して引張り試験を行なった。鋼番
号■〜■は本発明範囲、■はMn過少、■はC過少であ
る。引張試験の結果は残留オーステナイト量γRととも
に第3表に示す。
示す熱処理を施したのちJI55号引張り試験片(GL
=50nwn)に加工して引張り試験を行なった。鋼番
号■〜■は本発明範囲、■はMn過少、■はC過少であ
る。引張試験の結果は残留オーステナイト量γRととも
に第3表に示す。
第3表から、賦香■、■、■、■は本発明の条件を満た
していて、TS X EJ!の値もいずれも3000以
上の優れた強度−延性バランスを示している。加熱温度
の高い■、■では、オーステナイト中のC2Mn濃度が
低くなるため安定性の高い残留オーステナイトが得られ
ないために延性に乏しく硬質なものになる。加熱温度の
低い■では、オーステナイトが新たに生成されないので
、優れた強度−延性バランスは得られない。化学成分が
本発明範囲外であるV、■は最適と思われる熱処理を施
しても良好な強度−延性バランスを得ることは出来ない
。
していて、TS X EJ!の値もいずれも3000以
上の優れた強度−延性バランスを示している。加熱温度
の高い■、■では、オーステナイト中のC2Mn濃度が
低くなるため安定性の高い残留オーステナイトが得られ
ないために延性に乏しく硬質なものになる。加熱温度の
低い■では、オーステナイトが新たに生成されないので
、優れた強度−延性バランスは得られない。化学成分が
本発明範囲外であるV、■は最適と思われる熱処理を施
しても良好な強度−延性バランスを得ることは出来ない
。
(単位は重量%2℃)
表3 引張試験結果
〔発−明の効果〕
以上の実施例から明らかなように、本発明によればTS
X E、(の値が3000を超える加工性に優れた超
鋼の熱処理後の引張強さ、伸びおよび引張強さ×伸びと
加熱温度の関係を示す図である。
X E、(の値が3000を超える加工性に優れた超
鋼の熱処理後の引張強さ、伸びおよび引張強さ×伸びと
加熱温度の関係を示す図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、重量パーセントで C:0.05〜0.3%、Si:3%以下、Mn:4〜
6%、残部Feおよび不可避的不純物よりなる鋼をAc
_1+(Ac_3−Ac_1)×1/10〜Ac_1+
(Ac_3−Ac_1)×3/4の温度域に1分間以上
加熱保持して炉冷以上の冷却速度で室温に冷却すること
によって40〜60%フェライト−20〜40%残留オ
ーステナイト−残部マルテンサイトの混合組織とするこ
とからなる、加工性に優れた超高強度鋼材の製造方法。
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