JPH07100815B2

JPH07100815B2 - ばね性と延性の優れた高強度鋼板の製造方法

Info

Publication number: JPH07100815B2
Application number: JP14793287A
Authority: JP
Inventors: 利郎山田; 研一篠田
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1987-06-16
Filing date: 1987-06-16
Publication date: 1995-11-01
Anticipated expiration: 2010-11-01
Also published as: JPS63312917A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は，ばね性および延性の優れた高強度鋼板の製造
に係り，とくに引張強さが120kgf/mm²以上，ばね限界値
Ｋbが100kgf/mm²以上，伸びが10％以上の高度のばね性
および延性を有する高強度鋼板の製造方法に関するもの
である。

〔従来技術および問題点〕

近年，自動車等の鋼構造物の軽量化のために，高強度で
しかも延性の優れた高強度鋼板が種々開発されている。
これらの鋼の代表例として，日本特許第1073451号（特
公昭56−11741号公報）等で提案されているフェライト
・マルテンサイト２相鋼（Dual Phase鋼：通称DP鋼）が
ある。この鋼板は，降伏伸びがなく，また降伏比が低い
ことなどの特徴を有し，引張強さが50〜100kgf/mm²程度
の強度レベルにおいて固溶強化型や析出強化型の鋼より
も優れた延性を示す鋼板としてよく知られている。

また，本発明者らはさらに引張強さが100〜150kgf/mm²
程度で20〜40％もの伸びを示す鋼としてベイトナイト・
残留オーステナイト２相鋼を日本特許第1208007号（特
公昭58−42246号公報）で提案している。この鋼も降伏
伸びは示さず，また降伏比は低い。

しかしながらこれらの鋼は高強度でしかも高延性ではあ
っても，降伏比が低いことから，概してばね性が劣って
いる。

一方，高強度鋼板のばね性を高くする方法として，冷間
加工と時効処理とを組合せた歪時効処理が有効であるの
は良く知られていることである。しかし，歪時効処理に
よってばね性を付与しようとすると，延性が著しく低下
することもよく知られている。したがって，高延性とば
ね性とを兼ね備えることは従来においてきわめて困難な
こととされていた。

〔発明の目的〕

本発明は，引張強さ120kgf/mm²以上の高強度レベルにお
いて，高延性（伸びが10％以上）とばね性（ばね限界値
Ｋb100kgf/mm²以上）を兼備する鋼板を得ることを目的
としたものである。

〔問題点を解決するための手段〕

前記の目的を達成すべく，本発明者らは，鋼成分，熱処
理条件，歪時効処理条件などについて広範囲な試験と研
究を重ねてきたが，本発明者らが先に開発した日本特許
第1208007号（特公昭58−42246号公報）で提案したバイ
ナイト・残留オーステナイト２相鋼に対して，適切な冷
間加工条件と時効処理とを組み合わせた歪時効処理を行
なうならば，延性を大きく劣化させることなく強度とば
ね性を著しく向上させることができることを見出した。
本発明はかかる知見に基づいてなされたものであり，そ
の要旨とするところは，重量％で,C:0.40〜0.85％,Si:1.40〜2.50％,Mn:0.30〜
1.00％，残部がＦeおよび不可避的不純物からなる鋼を,
Ac_３点以上の温度に加熱して完全にオーステナイト化し
たのち,TTT線図のノーズ（鼻）を通過する速度よりも大
きい冷却速度で380〜480℃の範囲の温度まで冷却し，こ
の温度域で過冷オーステナイトの65〜85％がベイナイト
変態するまで等温保持し，そして空冷或いはそれ以上の
冷却速度で室温まで冷却することにより,65〜85％のベ
イナイト相と残部が残留オーステナイト相からなるベイ
ナイト・残留オーステナイト２相鋼とし，この２相鋼を
圧下率10〜25％にて冷間圧延し，さらに180〜420℃にて
10分以上10時間以下の時効処理を行なうことからなる，
ばね性と延性の優れた高強度鋼板の製造方法に存する。
すなわち本発明は，特許第1208007号（特公昭58−42246
号公報）の製造法に従ってベイナイト・残留オーステナ
イト２相鋼を製造し，この２相鋼に圧下率10〜25％の冷
間圧延を施したうえ，さらに180〜420℃にて10分以上10
時間以下の時効処理を行うことを特徴とするものであ
る。

〔発明の詳述〕

以下に本発明の内容を詳しく説明する。

まず，本発明の鋼の化学成分の範囲限定理由について述
べる。

Ｃは残留オーステナイトを安定化するのに必須の元素で
あり，かつ，鋼の強度を向上させるのに重要な元素であ
る。Ｃ量が0.40％未満では，残留オーステナイトの安定
化が困難であり，しかも本発明で意図するような大きな
強度は得られない。しかし,Cが0.85％を超えても残留オ
ーステナイトの安定化や強度の向上に対してなお一層の
効果が発揮されるわけではなく，逆に延性を低下させ
る。従ってＣ量は0.40〜0.85％の範囲とする。

Ｓiはフェライト形成元素であり，しかも炭化物を形成
しにくい元素として知られている。Ｓiはベイナイト変
態に際し，母相のオーステナイトよりもＣ濃度の低いベ
イナイトを生成させる作用があり，それによって未変態
オーステナイトにＣが濃縮され，残留オーステナイトを
安定化させることができる。このメカニズムにより，本
発明においてＳiはオーステナイト安定化元素として作
用するとも言える。このようなＳiの効果は,1.40％未満
では小さく，また2.50％を超えると残留オーステナイト
の安定化効果が減少するばかりでなく，表面性状等の健
全な鋼板を得ることが困難となるので1.40〜2.5％とす
る。

Ｍnはオーステナイトの焼入性を向上させる元素であ
り，フェライト・ノーズ（鼻）およびパーライト・ノー
ズ（鼻）を長時間側に移行させ，オーステナイト化温度
からベイナイト変態温度への冷却途中でのフェライトや
パーライトの析出を抑制する。このようなＭnの効果は
0.30％未満では小さい。また1.00％を超える添加はベイ
ナイト変態を遅延せしめ効率的な熱処理作業を阻害する
ばかりでなく，鋼板の副原料コストをいたずらに上昇さ
せるので,0.30〜1.00％とする。

本発明においては，かかる化学成分範囲の鋼板をＡc_３
点以上の温度に加熱して完全にオーステナイト化したの
ち,TTT線図のノーズ（鼻）を通過する速度よりも大きい
冷却速度で380℃〜480℃の範囲の温度まで冷却したの
ち，過冷オーステナイトの65〜85％がベイナイト変態す
るまで等温保持し，次いで空冷かあるいはそれ以上の冷
却速度で室温まで冷却して,65〜85％のベイナイト相と
残部が残部オーステナイト相であるベイナイト・残留オ
ーステナイト２相鋼とする。ここで「TTT線図のノーズ
を通過する速度より大きな冷却速度」とは，オーステナ
イト化温度から380〜480℃のベイナイト変態温度域への
冷却途中で，フェライトやパーライトのいわゆる上部変
態生成相が析出しない冷却速度を意味している。フェラ
イトやパーライトの析出は強度を低下させるばかりでな
く，残留オーステナイトの安定化を阻害するので抑制し
なければならない。フェライトやパーライトの析出を抑
制するためには本発明の鋼成分範囲では少なくとも10℃
/s以上の冷却速度が必要である。

ベイナイト変態量を65〜85％と規制するのは次の理由に
よる。すなわち，ベイナイト変態量が65％未満では，過
冷オーステナイトへのＣの濃化が不十分であり過冷オー
ステナイトが十分に安定化されず，等温保持後，引続い
て行なわれる冷却過程において過冷オーステナイトの一
部がマルテンサイト変態を起こし，延性が著しく低下す
る結果となる。他方ベイナイト変態量が85％を超すと，
残留オーステナイトによる延性向上効果は得られなくな
る。これらの理由によりベイナイト変態量を65〜85％と
規制する。

さらにベイナイト変態処理温度を380〜480℃と規制する
のは次の理由による。すなわち,380℃未満の温度では,C
の拡散に律速されるベイナイト変態速度が著しく小さい
ので，ベイナイト変態量を65％以上とするために著しく
長い等温保持時間が必要となり，鋼板の熱処理コストを
いたずらに増加させるばかりでなく，未変態オーステナ
イトへのＣの濃化も十分に進行しない。他方480℃を超
す等温処理ではパーライト変態が生じるのでベイナイト
・残留オーステナイト２相組織は得られない。これらの
理由により，ベイナイト変態処理温度を380〜480℃の範
囲に規制する。この等温処理温度に保持する時間は，過
冷オーステナイトの65〜85％がベイナイト変態するのに
必要な時間に相当し，本発明鋼の場合，鋼成分と等温処
理温度によってその時間は変化するが30〜600秒の間に
ある。

また，等温処理後の室温まで冷却する際の冷却速度は１
℃/s〜1000℃/sの範囲にあればよい。この冷却速度が１
℃/s未満であると，冷却途中にベイナイト変態がさらに
進行し，ベイナイト変態量を65〜85％の範囲に納めるこ
とが困難となる。またこの冷却速度が1000℃/sを超えて
もベイナイト変態を停止させる効果に向上はなく，冷却
の不均一さに基づく鋼板の変形や残留応力の発生を伴な
う不都合が生じる恐れがある。

このようにして,65〜85％のベイナイトと残留オーステ
ナイトからなるベイナイト・残留オーステナイト２相鋼
を得るが，本発明においては，この２相鋼を圧下率10〜
25％の範囲で冷間圧延を行ない，さらに180〜240℃の温
度範囲に10min以上保定する歪時効処理を行なうことに
よって，引張強度120kgf/mm²以上の高強度レベルにおい
て，延性とばね性を同時に発現させ，伸びが10％以上，
ばね限界値Ｋbが100kgf/mm²以上の特性を確保する点に
基本的な特徴がある。すなわち，この歪時効処理によ
り，ベイナイト・残留オーステナイト２相鋼の強度とば
ね限界値Ｋbを著しく向上させることができ，他方，延
性はこの歪時効を行なわない場合よりも低下することに
なるが，冷間圧延の圧下率と時効処理条件を適正に調整
することにより，意図する強度およびばね性の向上を発
現しながら延性の低下を出来るだけ少なくするように配
慮した点に本発明の骨子がある。

先ず，該２相鋼の冷間圧延を行なうと，引張強さは増加
するがばね限界値が著しく低下し，伸びも下がるように
なる。それぞれの特性値の変化は圧下率が大きいほど大
きい傾向にある。次に，これに時効処理を行なうと，伸
びはあまり変化しないが引張強さが増加し，ばね限界値
は著しく増加することがわかったが，そのバランスが難
しい。

本発明においては，該２相鋼を先ず冷間圧延しそのさい
の圧延率を10〜25％に規制する。冷間圧延率が10％未満
では延性の低下は小さいものの，強度およびばね限界値
の向上が小さいので，目的とする120kgf/mm²以上の引張
強さと100kgf/mm²以上のばね限界値を得ることができな
い。他方冷間圧延率が25％を超えると延性が著しく低下
し，目的とする10％以上の伸びを得ることができない。
この理由から該２相鋼の冷間圧延を10〜25％の圧下率で
実施する。

次に，適正な時効処理を行うのであるが，時効処理温度
が180℃未満であると，前記の冷間圧延の条件では，ば
ね限界値の増加は小さく，目的の100kgf/mm²以上のばね
限界値を得ることができない。また時効処理温度が420
℃を超えると，引張強さ，伸びおよびばね限界値が著し
く減少してしまう。このため，時効処理温度は180〜420
℃の範囲としなければならない。他方，時効処理時間に
ついては，前記の処理温度範囲において，処理時間が10
分未満では十分な時効効果が得られず，目的の100kgf/m
m²以上のばね限界値を得ることができない。また時効処
理時間が10時間を超えてもよい一層の時効効果の向上は
得られず，過時効現象を生じてばね限界値が逆に低下し
たり，或いはいたずらに時効処理コストが増加するのみ
となるので，時効処理時間は10分〜10時間の範囲とする
のがよい。

以上のようにして，本発明法によると，引張強さが120k
gf/mm²以上で，伸びが10％以上，ばね限界値Ｋbが100kg
f/mm²以上の延性とばね性を兼備した高強度鋼板を得る
ことができる。

以下に，実施例により本発明法の特徴と効果を具体的に
示す。

〔実施例１〕重量％で,C:0.55％,Si:2.05％,Mn:0.75％，残部Ｆeおよ
び不可避的不純物からなる鋼の板厚1.2mmの冷延鋼板
を，ソルトバスを用いて,850℃で10分のオーステナイト
処理後ただちに440℃に2.5分間等温保持する等温変態処
理に供することによって，ベイナイト相70％と残留オー
ステナイト相30％の２相組織鋼とた。

次いで５〜50％の範囲の種々の圧下率で冷間圧延を施し
たのち,300℃に１時間保定し室温まで空冷する時効処理
を施した。

得られた鋼板について，等温変態処理まま，および各圧
下率で冷間圧延した場合の，引張強さ，伸びおよびばね
限界値（Ｋb）を調べ，第１図の結果を得た。第１図の
結果から次のことが明らかである。

先ず等温変態処理ままでは引張強さ115kgf/mm²,伸び35
％と高強度でしかも高延性の優れた引張性質を示すもの
の，ばね限界値は70kgf/mm²にしか過ぎず，ばね性は低
い。

また，これに冷間圧延を施すことなく（冷間圧延率:0
％）300℃×１時間の時効処理を施しても，引張強さ，
伸びおよびばね限界値はほとんど変化しない。

しかし，等温変態処理の材料に，冷間圧延率10〜25％の
範囲で冷間圧延したうえ,300℃×１時間の時効処理を施
したものは，引張強さが145〜170kgf/mm²,伸びが11〜19
％，そしてばね限界値が103〜148kgf/mm²と，本発明の
目的である引張強さ120kgf/mm²以上，伸び10％以上，ば
ね限界値100kgf/mm²以上をいずれも満足することが明ら
かである。

他方，時効処理前の冷間圧延率が10％未満の場合には，
伸びは大きいもののばね限界値は100kgf/mm²に達しな
い。また時効処理前の冷間圧延率が25％を超える場合に
は，引張強さとばね限界値はそれぞれ目標値を大きく上
回るものの，伸びは10％に達しない。

〔実施例２〕重量％でC:0.63％,Si:1.65％,Mn:0.85％，残部Ｆeおよ
び不可避的不純物からなる鋼の板厚0.6mmの冷延鋼板
を，ソルトバスを用いて,850℃で10分のオーステナイト
化処理後ただちに420℃で３分間等温保持する等温変態
処理により，ベイナイト相75％と残留オーステナイト相
25％の２相組織鋼とした。

続いて板厚0.5mmまで冷間圧延した。圧下率は17％（0.6
mm→0.5mm）である。ついで100〜500℃の範囲の種々の
温度に１時間保定したのち室温まで空冷する時効処理を
施した。

得られた鋼板について，等温変態処理まま，冷間圧延ま
ま，および，時効処理後の各時効処理温度についての，
引張強さ，伸びおよびばね限界値（Ｋb）を調べ，第２
図の結果を得た。

第２図の結果から次のことが明らかである。

まず等温変態処理ままの２相鋼では，引張強さ123kgf/m
m²,伸び32％と高強度でしかも高延性の優れた引張性質
を示すものの，ばね限界値は75kgf/mm²にしか過ぎな
い。また，これに17％の冷間圧延を施した状態では，引
張強さが140kgf/mm²まで上昇する一方，伸びは22％まで
低下し，ばね限界値は45kgf/mm²まで低下してしまう。

ところが，この冷間圧延材を時効処理温度180℃〜420℃
の範囲で処理したものは，引張強さが145〜150kgf/mm²,
伸びが12〜19％，ばね限界値が120〜130kgf/mm²と，本
発明の目的である引張強さ120kgf/mm²以上，伸び10％以
上，ばね限界値100kgf/mm²以上をいずれも満足するよう
になる。

これに対して，時効処理温度が180℃未満では，ばね限
界値は100kgf/mm²に達することができない。そして，時
効処理温度が420℃を超えると，引張強さとばね限界値
が逆に低下してしまい，伸びも低下して，そのいずれも
本発明の目的とする特性を同時に満足できなくなる。

〔実施例３〕第１表に示す化学組成を有する板厚0.6mmの冷延鋼板
を，連続等温変態処理ラインによりベイナイト単相鋼あ
るいはベイナイト相と残留オーステナイト相からなる２
相組織鋼としたのち，冷間圧延率17％で冷間圧延を施
し，さらに300℃×１時間の時効処理を施した。各鋼の
引張強さ，伸び，ばね限界値を測定し，その結果を第２
表に示した。第２表の結果から次のことが明らかであ
る。

鋼Ａ〜Ｃ−１は本発明鋼であるが，いずれも引張強さ12
0kgf/mm²以上，伸び10％以上，ばね限界値100kgf/mm²以
上を満足している。

鋼Ｃ−２およびＣ−３は化学組成は本発明の範囲内にあ
るものの，等温変態処理したのちの組織が本発明で規定
する範囲外のものであり，いずれも伸びが10％に満たな
い。

鋼ＤおよびＥは化学組成が本発明の範囲外にあり，等温
変態処理したのちの組織がベイナイト単相組織のもので
ある。いずれも伸びが本発明によるものより低く,5％に
も満たない。

【図面の簡単な説明】

第１図は引張強さ，伸びおよびばね限界値に及ぼす時効
処理前の冷間圧延率の影響を示す図，第２図は引張強さ，伸びおよびばね限界値に及ぼす時効
処理温度の影響を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で,C:0.40〜0.85％,Si:1.40〜2.50
％,Mn:0.30〜1.00％，残部がＦeおよび不可避的不純物
からなる鋼を,Ac_３点以上の温度に加熱して完全にオー
ステナイト化したのち,TTT線図のノーズ（鼻）を通過す
る速度よりも大きい冷却速度で380〜480℃の範囲の温度
まで冷却し，この温度域で過冷オーステナイトの65〜85
％がベイナイト変態するまで等温保持し，そして空冷或
いはそれ以上の冷却速度で室温まで冷却することによ
り,65〜85％のベイナイト相と残部が残留オーステナイ
ト相からなるベイナイト・残留オーステナイト２相鋼と
し，この２相鋼を圧下率10〜25％にて冷間圧延し，さら
に180〜420℃にて10分以上10時間以下の時効処理を行な
うことからなる，ばね性と延性の優れた高強度鋼板の製
造方法。