JPH0711379A

JPH0711379A - 耐衝撃性に優れた薄鋼板

Info

Publication number: JPH0711379A
Application number: JP15875193A
Authority: JP
Inventors: Eiji Iizuka; 栄治飯塚; Kazunori Osawa; 一典大沢; Kazuya Miura; 和哉三浦; Takaaki Hira; 隆明比良; Makoto Imanaka; 誠今中
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1993-06-29
Filing date: 1993-06-29
Publication date: 1995-01-13

Abstract

(57)【要約】【目的】高張力鋼板における静的強度値に対する動的
強度の値が、軟鋼板のそれと同等以上に高い耐衝撃性に
優れた薄鋼板を提供すること。【構成】Ｃ：0.wt％以下、Si：1.50wt％以下、Mn：2.
5 wt％以下、Ni：0.02〜0.50wt％、Be：0.0001〜0.01wt
％、Ｐ：0.05wt％以下、Al：0.001 〜0.030 wt％、必要
に応じてＢ：0.0001〜0.01wt％を含有し、残部が実質的
にFeである薄鋼板。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主として自動車用部品
として、プレス成形等の加工が施されて用いられる自動
車用の薄鋼板に関し、とくに自動車が走行中に万一衝突
した場合の特性, 即ち耐衝撃性が求められる部位の素材
として好適に用いられる薄鋼板についての提案である。
最近、地球環境保全の機運が高まってきたことから、自
動車からのCO₂排出量の低減が求められている。そのた
めに、自動車車体の軽量化が図られており、それはま
た、鋼板を高強度化することによって板厚を低減させる
ことを意味することから、素材としては、プレス成形性
と強度の両方に優れたものが求められている。さらに、
自動車車体の設計思想に着目すると、鋼板の単なる高強
度化のみでなく、より大切なことは走行中に万一衝突し
た場合の耐衝撃性に優れた鋼板、すなわち高歪速度で変
形した場合の変形抵抗の大きくしかも薄い鋼板の開発が
必要であり、これを実現してこそ自動車の安全性の向上
を伴った車体の軽量化が図られ、より望ましい自動車用
鋼板を提供することができる。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車用鋼板の材質強化の方法
は、フェライト単相組織鋼では主としてSi, Mn, Ｐとい
った置換型元素添加による固溶強化、あるいはNb, Tiと
いった炭・窒化物形成元素を添加することによる析出強
化といった方法が一般的である。例えば、特開昭56−13
9654号公報等に記載されているように、加工性、時効性
を改善するために極低炭素鋼にTi, Nbを含有させ、さら
に加工性を害しない範囲でＰ等の強化成分を含有させて
高強度化を図った鋼板が数多く提案されている。この他
にも、例えば特開昭59−193221号公報には、Si添加によ
ってさらに高強度化を図る方法の提案もなされている。
また、特開平２−166259号公報では、Beの添加によって
微細かつ適度な混粒組織の加工性に優れた冷延鋼板を提
案している。

【０００３】たしかに、上述した各鋼板は高強度化され
ることから、自動車ボディーの板厚減少にある程度寄与
するものであった。しかしながら、これらの提案は、鋼
板強度の指標である降伏強度あるいは引張強度を、歪速
度が10^-3〜10^-2(s^-1) と極めて遅い静的な評価方法に基
づいて判断したときのものである。ところで、実際の自
動車ボディーの設計では、このような“静的”な強度よ
りもむしろ、衝突時の安全性を考慮した、いわゆる歪速
度10〜10⁴(s^-1) での衝撃的な変形を伴う“動的”な強
度の方がより重要になるため、従来のかような提案で
は、自動車車体の軽量化に対しては真に有効な手段を提
供するものとは言えない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】というのは、従来、上
述した静的な強度と動的な強度とは、同じ傾向をもつも
のとして一義的に取り扱っており、主として静的な強度
のみを基準にして判断していた。ところが、発明者らの
研究によると、動的な強度は、必ずしも静的な強度に対
応しておらず、従って、各種改良素材の静的強度の改良
がそのまま動的強度の向上にはつながらないということ
が判った。そして、この傾向は、とくに高張力鋼板につ
いて著しいものがあった。

【０００５】すなわち図１は、変形速度と強度との関
係に及ぼす軟鋼と高張力鋼との影響を示すものである。
この図に明らかなように、軟鋼板における変形速度10^-3
〜10 ^-2(s^-1) の静的強度と、10〜10⁴(s^-1) の動的強度
は軟鋼板の静的強度ほどには高い値を示さないことが判
る。このことは、自動車用高張力鋼板の板厚を静的強度
値に基づいて薄肉化した場合には、動的強度, 即ち、耐
衝撃強度の方は不足するという結果になることを意味し
ている。そして、このことはまた、静的強度値だけを基
準にして高張力鋼板の薄肉化を図ってきた従来の考え方
は見直さなければならないことを示唆している。本発明
の目的は、上述した従来技術が抱えている問題点を克服
することにあり、とくに高張力鋼板における静的強度値
に対する動的強度の値が、軟鋼板のそれと同等以上に高
い耐衝撃性に優れた自動車用鋼板を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述した課題に対してそ
の解決を目指して鋭意研究した結果、軟鋼のように低歪
速度下における強度のみならず、高歪速度下における強
度、即ち、耐衝撃強度にも優れた高張力鋼板とするに
は、単に静的強度だけが高い値を示すものでは不十分で
あることが判った。このことはまた、単に高歪速度下に
おける強度、即ち動的強度だけが高い値を示すものを開
発すること（不経済である）で足りることを意味してお
らず、いわゆる、静的強度と動的強度とがうまく釣り合
っていることが必要であるということが判った。すなわ
ち、プレス成形性に優れかつ高歪速度下での耐衝撃強度
にも優れた鋼板は、静動比＝（歪速度 10²(s^-1) での降
伏応力) ／ (歪速度10^-3(s^-1) での降伏応力）で定義さ
れる、静動比が 1.6以上の高張力鋼板であれば、自動車
用部品として用いられた場合に、高歪速度下でも軟鋼板
と同等以上の高い強度の歪速度依存性が得られるので、
自動車車体の安全性向上を軽量化の実現にあわせて達成
することができることが判った。

【０００７】このような知見に基づき発明者らはさら
に、上記静動比におよぼす化学組成の影響を詳細に検討
し、以下に述べるような要旨構成からなる本発明薄鋼板
を開発した。すなわち、本発明は、(1) Ｃ：0.01wt％以
下、 Si：1.50wt％以下、Mn：2.5 wt％以下、 Ni：0.
02〜0.50wt％、Be：0.0001〜0.01wt％、Ｐ：0.05wt％
以下、およびAl：0.001 〜0.030 wt％を含有し、残部は
Feおよび不可避的不純物からなる耐衝撃性に優れた薄鋼
板、(2) Ｃ：0.01wt％以下、 Si：1.50wt％以下、Mn：
2.5 wt％以下、 Ni：0.02〜0.50wt％、Be：0.0001〜0.
01wt％、Ｂ：0.0001〜0.01wt％、Ｐ：0.05wt％以下およ
びAl：0.001 〜0.030 wt％を含有し、残部はFeおよび不
可避的不純物からなる耐衝撃性に優れた薄鋼板、であ
る。

【０００８】

【作用】発明者らは、薄鋼板の上述した静動比を向上さ
せるべく、BeとNiの複合添加、さらにはＢを加えた複合
添加した鋼について研究した。というのは、薄鋼板の静
動比を向上させるためには、少なくとも鋼の結晶粒径の
微細化および均一化と結晶粒界の強化とが必要となると
ころ、そのためには、熱間圧延や焼鈍時の結晶粒の異常
成長を抑制することが有効になると考えられるからであ
る。例えば、粒界偏析傾向の強い元素であるＣやＰを添
加することも１つの選択手段と考えられるが、この手段
は、粒界を却って脆化することになるため静動比の向上
にはむしろ有害になることが判った。そこで、発明者ら
は、前記ＣやＰに代わるものとしてBeに着目した。この
Beを添加すると、薄鋼板の前記静動比に全く悪影響を及
ぼすことなく、結晶粒の成長が抑制できると共に、粒界
の脆性劣化もある程度は抑制できることが判った。とこ
ろが、このBeのみの添加だけでは、前記静動比の向上に
はなお不十分で、飛躍的な向上はのぞめなかった。そこ
で、さらに研究を勧めた結果、Beの他にNiを複合添加す
ると、それらの相互作用により粒界強化が顕著に発揮さ
れ、そのために該静動比が飛躍的に向上することを知見
した。さらに、これらの添加元素に加えてＢの適量を添
加すると、該静動比はより一層向上することが判明し、
以下に述べるような本発明の成分組成に想到した。

【０００９】すなわち、本発明を構成する各成分元素と
その含有量は、主として静動比の静動比の向上のため
に、次のように限定される。Ｃ：0.01wt％以下Ｃは、本発明において重要な役割を担っている元素であ
り、詳細な機構は不明であるが、このＣ含有量は少ない
方が静動比の向上には有効に作用する。しかし、あまり
に少ないと耐二次加工脆性の劣化や溶接部の強度低下を
招くことから、0.01wt％を上限として含有させることと
した。

【００１０】Si：1.50wt％以下 Siは、基本的には必要に応じて目標とする強度レベルを
得るために添加すればよいが、1.50wt％を超えて含有さ
せた場合には、却って種々の内部欠陥が増加し、高ひず
み速度域での強度低下を招く。したがって、Si含有量の
上限は、1.50wt％とした。

【００１１】Mn：2.5 wt％ Mn含有量は、プレス成形性の指標である伸び、ｒ値の向
上の観点から低減させることが望ましいが、あまりに少
ない (≦0.05wt％) 場合は、自動車用材料として十分な
強度のものが得られない。ただし、2.5 wt％を超えると
鋼板が著しく硬化する結果、冷間圧延作業が困難とな
る。従って、Mn含有量は2.5 wt％以下に限定した。

【００１２】Ni：0.02〜0.50wt％このNiは、この種の鋼種には従来特に添加されることは
なかったが、0.02〜0.50wt％の範囲内で添加すると結晶
粒微細化と粒界強化の働きを促すことにより、静動比の
顕著な向上効果を得ることができる。しかも、この傾向
はBeとの複合添加によって一層助長され、静動比の向上
に顕著に寄与する。ただし、この含有量が0.05wt％を超
えると、粒界強化能が低下して鋼板が著しく硬化する結
果、冷間圧延作業が困難となる。そこで、Ni含有量は0.
02〜0.50wt％の範囲に限定した。

【００１３】Be：0.0001〜0.01wt％このBeは、本発明において最も重要な役割を担っている
元素であり、静動比の向上のために添加が不可欠であ
る。すなわち、上述したように、静動比を向上するため
には結晶粒径の均一化および微細化が必要である。この
点、結晶粒の形成過程おいてこのBeを鋼中に均一に分布
させると、衝撃エネルギー吸収特性を劣化することなく
結晶組織の均一化を実現すると同時に、微細化を達成す
る。しかもこのBeは、粒界脆化傾向の強い元素に優先し
て粒界に偏析し、脆化を防ぐ作用を有する。このような
作用効果は、Niとの複合添加により顕著に現れる。しか
し、その添加量が0.01wt％を超えると結晶粒の均一性が
低下するため、静動比が低下する。一方、0.0001wt％未
満では上述した作用効果が期待できない。よってBe添加
量は、0.0001〜0.01wt％の範囲とした。

【００１４】Ｂ：0.0001〜0.01wt％このＢは、粒界の脆化を妨げ、静動比向上の効果を有す
る。しかし、その添加量が0.01wt％を超えると衝撃エネ
ルギー吸収特性が劣化する。一方、0.0001wt％未満では
静動比向上効果が期待できない。よって、Ｂ添加量は0.
0001〜0.01wt％の範囲とした。

【００１５】Ｐ：0.05wt％以下Ｐは、自動車用材料として目標とする強度レベルに応じ
て調整すればよいが、0.05wt％を超えて含有させた場合
には、熱延母板が顕著に硬化して冷延性が劣化すること
に加えて、表面処理性も顕著に劣化する。したがって、
Ｐ含有量の上限は0.05wt％とした。

【００１６】Al： 0.001〜0.030 wt％ Alは、0.030 wt％以下であれば加工性の改善に有効であ
るが、0.001 wt％を下回るようになると介在物の増加を
招いて加工性が低下すると同時に静動比の向上が期待で
きなくなる。従って、Al含有量は 0.001〜0.030 wt％の
範囲に限定した。

【００１７】なお、本発明は、熱延鋼板、冷延鋼板のみ
ならずこれらを素材とした表面処理鋼板に対しても同じ
ように、静動比向上の効果を付与できる。また、本発明
鋼および本発明方法は、自動車用の薄鋼板を対象として
いるが、同様に高歪速度下での強度を要求される用途に
も有効であることはいうまでもない。

【００１８】

【実施例】

実施例１：熱延鋼板の例表１に示すような種々の化学組成の鋼を転炉にて溶製
し、連続鋳造してスラブを得た。次に、その連鋳スラブ
を1170〜1230℃に加熱し、粗圧延を行った後、 860〜89
0 ℃の温度にて熱間仕上圧延を行った後３秒以内に急冷
を開始して、約45℃/secの条件で冷却した。そして、得
られた熱延板からサンプルを採取し、JIS ５号引張試験
片に加工後、静的引張試験（歪速度：10^-3) と動的引張
試験（歪速度：10²)を行い、それぞれの降伏強さ（Ｙ
Ｐ）を測定して、各鋼板の静動比（動的引張試験でのＹ
Ｐ／静的引張試験でのＹＰ）を求め、この表１に併せて
示した。

【００１９】表１に示す結果から明らかなとおり、本発
明に適合する鋼（No.1, 3, 6および14) は、いずれも優
れた静動比 (≧1.88) を有する薄鋼板とすることができ
た。しかし、とくにNiおよびBeが本発明の範囲を外れた
鋼( No.8, 9, 12 および13)の場合、いずれも静動比が
悪く、たとえBe, NiあるいはＢを添加したとしても、必
要なレベルの静動比 (≧1.6)が確保できなかった。

【００２０】

【表１】

【００２１】実施例２：冷延鋼板の例表２に示した成分組成の連続鋳造スラブを1170〜1230℃
の温度に加熱し、粗圧延を行った後、熱間仕上圧延を行
った後３秒以内に急冷を開始して、約40℃/secにて冷却
して、板厚 0.7mmの熱延板とし、520 〜580 ℃の温度域
で巻き取った。その後、この熱延板を酸洗してから78％
の冷間圧延を施し、840 ℃にて30秒間の焼鈍を行い、さ
らにその後25℃/secの冷却速度にて350 ℃まで冷却し、
板厚0.7mmの冷延板とし、ついで、表２に示したような
780〜820 ℃で１分間加熱する連続焼鈍を行った。その
後、上記冷延鋼板をJIS ５号引張試験片に加工し、静的
引張試験（歪速度：10^-3) と動的引張試験（歪速度：10
²)を行い、それぞれの降伏強さ（ＹＰ）を測定して、各
鋼板の静動比（動的引張試験でのＹＰ／静的引張試験で
のＹＰ）を求め、表２にまとめて示した。

【００２２】その結果、本発明に適合する鋼組成の冷延
鋼板（No.06, 18, 21, 29)は、いずれも静動比が大き
く、耐衝撃性に優れていることが判明した。

【００２３】

【表２】

【００２４】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
鋼板の成分組成を適正化することによって、従来よりも
格段に静動比に優れる薄鋼板を製造することができ、と
くにこれらの薄鋼板を自動車用鋼板として利用する場
合、自動車車体の軽量化と安全性の向上を図ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】変形速度と強度との関係に及ぼす軟鋼と高張力
鋼との影響を示す説明図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者三浦和哉千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究本部内 (72)発明者比良隆明千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究本部内 (72)発明者今中誠千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究本部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃ：0.01wt％以下、 Si：1.50wt％以下、 Mn：2.5 wt％以下、 Ni：0.02〜0.50wt％、 Be：0.0001〜0.01wt％、Ｐ：0.05wt％以下、およびAl：0.001 〜0.030 wt％を含有し、残部はFeおよ
び不可避的不純物からなる耐衝撃性に優れた薄鋼板。
【請求項２】Ｃ：0.01wt％以下、 Si：1.50wt％以下、 Mn：2.5 wt％以下、 Ni：0.02〜0.50wt％、 Be：0.0001〜0.01wt％、Ｂ：0.0001〜0.01wt％、Ｐ：0.05wt％以下およびAl：0.001 〜0.030 wt％を含有
し、残部はFeおよび不可避的不純物からなる耐衝撃性に
優れた薄鋼板。