JPH083677A

JPH083677A - 耐衝撃性に優れた自動車用鋼板とその製造方法

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Publication number: JPH083677A
Application number: JP13862694A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Miura; 和哉三浦; Shusaku Takagi; 周作高木; Takaaki Hira; 隆明比良; Toshiyuki Kato; 俊之加藤
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1994-06-21
Filing date: 1994-06-21
Publication date: 1996-01-09
Anticipated expiration: 2018-01-27
Also published as: JP3370436B2

Abstract

(57)【要約】【目的】プレス成形性と耐衝撃強度がともに優れる自
動車用鋼板を得ること。【構成】フェライト相と５〜40％を占めるマルテンサ
イト相から構成されていて、そのマルテンサイト槽は平
均結晶粒径が３μｍの大きさである組織を有する耐衝撃
性に優れた自動車用鋼板と、鋼材を、冷延後、 780〜90
0 ℃で仕上焼鈍し、 650℃までを５〜20℃/secで冷却
し、さらに 650〜 100℃を10〜30℃/secで冷却して上記
自動車用鋼板を得る製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、主として自動車用部
品などとしてプレス成形等の加工が施されてから用いら
れる鋼板、とくに自動車が走行中に万一衝突した場合に
優れた耐衝撃性が求められる部位の素材として好適に用
いられる自動車用鋼板とそれの製造方法に関するもので
ある。最近、地球環境保全の機運が高まってきたことを
背景として、自動車からのCO ₂排出量の低減、すなわち
自動車車体の軽量化が求められている。こうした軽量化
の方法としては、鋼板の高強度化による板厚の低減が有
効である。従って、自動車用鋼板としては、この高強度
化とともにプレス成形性の確保の両方の特性に優れたも
のが望ましい。さらに、自動車車体の設計思想に基づけ
ば、単純な鋼板の高強度化のみでなく、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
で変形した場合に高い変形抵抗を有する鋼板の開発が、
自動車の安全性の向上をもたらすとともに、車体の軽量
化の実現に有効に寄与するものと言える。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車用鋼板の材質強化は、フェ
ライト単相組織では主としてSi, Mn,Ｐといった置換型
元素を添加することによる固溶強化、あるいはフェライ
ト相中にマルテンサイト相、ベイナイト相あるいはオー
ステナイト相を析出させた組織強化による方法が一般的
である。例えば、特開昭56−139654号公報等では、極低
炭素鋼( Ｃ≦0.015 wt％) に加工性、時効性を改善する
ためにNbを含有させ、さらにＰ等の強化成分を加工性を
害しない範囲で含有させて高強度化を図った鋼板を提案
している。その他、例えば特開昭59−193221号公報に
は、極低炭素鋼（Ｃ≦0.005 wt％）にＢ, Ti, Nbの複合
添加によってさらに高強度化を図る方法の提案がなされ
ている。また、特開昭60−52528 号公報には、低炭素鋼
を高温で焼鈍し、冷却後にマルテンサイト相を析出させ
ることにより延性に優れた高強度鋼の製造方法が開示さ
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような方
法での鋼板の高強度化では、自動車ボディの板厚をある
程度減少させることはできても、本質的に改善するまで
には至っていない。即ち、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、いわゆる静的な評価方法の
みに基づいて求めている。しかし、実際の自動車ボディ
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、歪速度が10〜10⁴(s^-1) の衝撃
的な変形を伴う、いわゆる動的な評価方法に基づく強度
の方が重要となる。従って、静的強度のみに着目して開
発されている, 上述した従来の各提案は、自動車車体の
軽量化に対して根本的な指標たり得ないという問題があ
った。

【０００４】この発明では、従来は全く検討されていな
かった、高歪速度下での耐衝撃強度に優れた鋼板、具体
的には、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、所定の値以上を示す鋼板の開発
を目的とする。本発明者らの研究によれば、この静動比
は、軟鋼板ではおよそ 1.6〜2.0 で、鋼板強度の増加に
したがい静動比は低下する。従って、この静動比が 1.6
以上である高張力鋼板であれば、強度への歪速度依存性
が軟鋼板と同等以上を示し、このような高張力鋼板を使
用することによって、自動車車体の安全性向上を伴う軽
量化を容易に実現することが可能である。そこで、本発
明の主たる目的は、プレス成形性と耐衝撃強度に優れる
自動車用鋼板を得ることにある。本発明の他の目的は、
自動車車体の安全性向上を伴う軽量化を達成できる自動
車用鋼板を得ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】発明者らは、上掲の目的
の実現に向け鋭意研究した結果、上記静動比に対して
は、化学組成、鋼組織、熱間圧延条件および冷間圧延後
の仕上焼鈍条件を適宜に調整することで、上述した課題
を解決できることを知見した。すなわち、本発明は、 (1) Ｃ：0.010 〜0.10wt％、Si：0.05〜2.0 wt％、Mn：
0.50〜3.00wt％、Ｐ：0.01〜0.15wt％、Ｓ：0.01wt％
以下、Ｂ：0.001 〜0.01wt％を含有し、残部Feおよ
び不可避的不純物からなる成分組成を有し、かつその組
織が、体積比で95〜60％のフェライト相と体積比で５〜
40％のマルテンサイト相から構成されていて、そのマル
テンサイト相は平均結晶粒径が３μｍ以下である耐衝撃
性に優れた自動車用鋼板。 (2) 上記の発明(1) において、フェライト相とマルテン
サイト相との割合は、マルテンサイト相の場合、10〜20
％が好ましい範囲であり、また、マルテンサイト相の平
均結晶粒径は1.0 〜2.5 μｍが好ましい範囲である。 (3) Ｃ：0.010 〜0.10wt％、Si：0.05〜2.0 wt％、Mn：
0.50〜3.00wt％、Ｐ：0.01〜0.15wt％、Ｓ：0.01wt％
以下、Ｂ：0.001 〜0.01wt％を含有し、残部Feおよ
び不可避的不純物からなる鋼材を、熱間圧延につづき冷
間圧延を施した後、 780〜900 ℃の温度で仕上焼鈍を施
し、その冷却過程において、 650℃までの冷却を５〜20
℃/secの速度で行い、さらに 650℃から 100℃までの冷
却を10〜30℃/secの冷却速度で行うことを特徴とする耐
衝撃性に優れた自動車用鋼板の製造方法。 (4) 上記の発明(3) において、仕上焼鈍は 800〜840 ℃
の温度範囲で、上部冷却速度は10〜15℃／sec とし、下
部冷却速度は17〜25℃／sec とする条件がより好ましい
ものとなる。

【０００６】

【作用】発明者らは、鋼板の上述した静動比を向上させ
るべく、Mn含有低炭素鋼をベースに、静動比におよぼす
冶金学的要因について検討した結果、化学組成、組織な
らびに冷延後仕上焼鈍条件などが強く影響していること
がわかった。とくに、鋼組織の検討では、所定量のマル
テンサイト相を析出させて静的強度を確保するととも
に、このマルテンサイト相の周囲に析出したフェライト
相中に存在する転位を制御すれば、静動比の向上が得ら
れることがわかった。以下に、このことについて、さら
に詳しく述べる。一般に、フェライト相とマルテンサイ
ト相からなる２相組織鋼では、製造工程すなわち、熱延
巻取後の冷却過程、あるいは冷延−仕上焼鈍後の冷却過
程において、低温域でマルテンサイト相が析出すると同
時にこのマルテンサイト相の周囲のフェライト相中には
転位が導入されることが知られている。そこで発明者ら
は、Dual Phase鋼の転位密度と鋼板が衝撃変形した場合
の変形挙動の関係を研究した。その結果、フェライト相
中の転位密度を高めると、衝撃変形した場合の鋼板強度
が増加するという知見を得た。ところが、鋼板の動的強
度を効果的に高めるには、従来のDual Phase鋼で得られ
るような10⁹(cm^-2）程度の転位密度では不足しており、
さらに転位を強制的に導入する必要のあることがわかっ
た。このような知見の下で発明者らは、かかるフェライ
ト相中への転位の導入方法につき種々検討した結果、マ
ルテンサイト相を微細化して分散析出させる必要があ
り、そのためには、鋼の成分組成としてはＢの添加が
不可欠であり、そして、仕上焼鈍のヒートサイクルの
制御が必要であるとの結論に到達し、本発明に想到する
に至った。

【０００７】なお、本発明において、耐衝撃特性の指標
として採用した静動比は、1.6 を臨界点とするが、上述
したようにこれは静動比に優れる軟鋼板のレベルに相当
する。ことによるものである。

【０００８】(1) 以下、この発明において、鋼の化学成
分を上記のように限定した理由を説明する。Ｃ：0.010 〜0.10wt％Ｃは、その含有量が 0.010wt％よりも少ない場合、マル
テンサイト相の析出が少なくなって十分な強度が得られ
ず、また、0.10wt％を超える場合は、スポット溶接性が
劣化する。従って、Ｃ含有量は、0.010 〜0.10wt％の範
囲に限定した。より好ましくは、0.06〜0.09wt％とする
ことが推奨される。 Si：0.05〜2.0 wt％ Siは、その含有量が2.0 wt％を超えると静動比が劣化す
る。したがって、Si含有量の上限は2.0 wt％とした。ま
た、0.05wt％よりも少ない場合、フェライト相の充分な
強度が得られない。したがって、Si含有量の下限は0.05
wt％とした。より好ましいSiの含有量は 0.5〜0.9 wt％
とすることが推奨される。 Mn：0.50〜3.00wt％ Mnは、その含有量が0.50wt％よりも少ない場合、マルテ
ンサイト相の析出が少なくなって十分な強度が得られ
ず、また、3.00wt％を超える場合は、静動比とスポット
溶接性が劣化するので、Mn含有量は0.50〜3.00wt％の範
囲に限定するが、より好ましくは 1.5〜2.0 wt％の範囲
内とすることが推奨される。Ｐ：0.01〜0.15wt％Ｐは、その含有量が0.01wt％よりも少ない場合は、マル
テンサイト相の析出が少なくなって十分な強度が得られ
ず、また、0.15wt％を超える場合は、静動比とスポット
溶接性が劣化するので、0.01〜0.15wt％の範囲に限定し
た。好ましくは0.05〜0.12wt％がよい。Ｓ：0.010 wt％以下Ｓは、その含有量を低減することにより、鋼中の析出物
が減少して加工性が向上する。このような効果は、Ｓ量
を0.010 wt％以下とすることで得られるが、より好まし
くは0.0010wt％以下がよい。

【０００９】Ｂ：0.001 〜0.01wt％Ｂは、この発明において、マルテンサイト相の微細化を
左右する元素として最も重要な役割を担う成分である。
このＢが 0.001wt％よりも少ないと、マルテンサイト相
微細化の効果が得られない。一方、この量が0.01wt％を
超えてもマルテンサイト微細化作用が飽和するし経済的
にも不利となるので、0.001 〜0.01wt％に限定する。よ
り好ましい範囲は0.003 〜0.006 wt％である。

【００１０】(2)次に、本発明にかかる自動車用鋼板に
おいては、この鋼組織を、体積比で95〜60％のフェライ
ト相と、体積比で５〜40％のマルテンサイト相とからな
る２相組織としなければならない。とくにマルテンサイ
ト量を５〜40％にすることが重要である。すなわち、体
積比で５％以上のマルテンサイト相を析出させる理由
は、それ未満では自動車用材料としての十分な静的強度
と動的強度、とくに必要な静動比が得られないからであ
る。また、このマルテンサイト相が40％を超えると、プ
レス成形性が著しく低下するので上限を40％に限定し
た。この範囲は10〜20％とすることがより好ましい。

【００１１】なお、本発明にかかる鋼板においては、マ
ルテンサイト相を微細化( ≦3 μｍ) してフェライト相
中への転位の導入を図る点に特徴の１つがある。このフ
ェライト相中の転位密度の導入は、10¹⁰ (cm^-2) 〜10¹⁵
(cm^-2) 程度とする。それは、10¹⁰ (cm^-2) 未満では十
分な動的強度の向上効果が得られないからであり、一
方、10¹⁵ (cm^-2) を超える転位密度だと、鋼板の延性が
低下してプレス成形性が劣化するからである。

【００１２】(3) 次に、本発明にかかる自動車用鋼板の
製造に当たっては、冷延後の仕上焼鈍を 780〜900 ℃に
加熱し、その後 650℃までの上部温度域での冷却を５〜
20℃／sec の速度で行い、次いで 650〜100 ℃の下部温
度域での冷却を10〜30℃／secの速度で行うことが必要
である。この理由を以下に説明する。ａ．まず、冷延後仕上焼鈍時の加熱温度を 780℃以上に
限定したのは、それ未満では焼鈍中のオーステナイト相
析出が不十分で、冷却中のマルテンサイト相の析出が不
十分となる。一方 950℃を超えると結晶粒が粗大化しプ
レス成形性が低下するので上限を 950℃に限定した。好
ましくは 800〜840 ℃／sec の範囲がよい。ｂ．また、焼鈍時の上部温度域での冷却過程において、
650℃までの冷却を５〜20℃／sec の範囲で行うのは、
５℃／sec 未満ではオーステナイト相のマルテンサイト
相への変態が不十分で鋼板の十分な強度と静動比が得ら
れず、一方、20℃／sec を超えるとオーステナイト相へ
のＣ, Mn等の元素の濃化が不十分となり、同じようにマ
ルテンサイト相への変態が不十分で鋼板の十分な強度と
静動比が得られないので、冷却過程での 650℃までの冷
却を 5〜20℃／sec の範囲に限定した。好ましくは10〜
15℃／sec の範囲がよい。ｃ．さらに、焼鈍時の下部温度域での冷却過程におい
て、 650℃から 100℃までの冷却を10〜30℃／sec の速
度で行うのは、10℃／sec 未満ではマルテンサイト相の
析出が減少して静的強度が低下し、30℃／sec を超える
とフェライト相中の固溶Ｃ濃度が高まり静動比が低下す
るので、650 ℃から 100℃までの温度域の冷却を10〜30
℃／sec の速度に限定した。好ましくは17〜25℃／sec
の範囲がよい。

【００１３】なお、本発明は、上掲の成分組成と組織と
を有する素材から得られる表面処理鋼板に対しても同じ
ように、静動比の向上の効果を付与できる。また、本発
明鋼および方法は、自動車用鋼板を対象としているが、
その他、高歪速度下での強度を要求される用途に対して
も有効であることはいうまでもない。

【００１４】

【実施例】種々の化学組成の鋼を、転炉にて溶製した。
これらの鋼を用いて熱間圧延することによって３mm^tの
熱延鋼板を製造し、そして冷間圧延して 0.7mm^tの冷延
鋼板（No.1〜17) を製造し、引張試験により歪速度10^-3
と10²での降伏強度を測定し静動比を求め、その結果を
表１にまとめて示した。なお、表中のマルテンサイト体
積率は、鋼板断面の顕微鏡組織を画像解析して得た面積
率から求めた。また、マルテンサイト相の平均結晶粒径
（Ｒ）は、上記画像解析に基づき面積率と個数とを測定
し、平均面積を求めて、次式；Ｒ＝２（Ａ／π）^1/2 により計算した。この表１に示す結果から明らかなよう
に、本発明に適合する鋼（No.1〜４) によれば、優れた
静動比を有する鋼板を製造することができる。これに対
し、比較例は、成分組成が不適合( No.11 〜17) の場
合、鋼組織が不適合( No.6, 8, 9, 10〜11) の場合、仕
上焼鈍条件が不適合( No. 5 〜10) の場合、のいずれの
場合も、動的な強度( YS：×10²s^-1）が低く、多くの場
合で静動比が小さい値に止まっている。

【００１５】

【表１】

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、鋼
板の成分組成および鋼組織を適正化することによって、
静動比が従来よりも格段に優れた鋼板を製造することが
でき、これらを自動車用鋼板に利用することによって、
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。また、このような鋼板を、冷延後焼鈍条件を適正に
コントロールすることだけで確実に製造することができ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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)発明者加藤俊之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：0.010 〜0.10wt％、Si：0.05〜2.0 wt
％、 Mn：0.50〜3.00wt％、Ｐ：0.01〜0.15wt％、Ｓ：0.01wt％以下、Ｂ：0.001 〜0.01wt％を含有
し、残部Feおよび不可避的不純物からなる成分組成を有
し、かつその組織が、体積比で95〜60％のフェライト相
と体積比で５〜40％を占めるマルテンサイト相から構成
されていて、このマルテンサイト相は平均結晶粒径が３
μｍ以下である耐衝撃性に優れた自動車用鋼板。
【請求項２】Ｃ：0.010 〜0.10wt％、Si：0.05〜2.0 wt
％、 Mn：0.50〜3.00wt％、Ｐ：0.01〜0.15wt％、Ｓ：0.01wt％以下、Ｂ：0.001 〜0.01wt％を含有
し、残部Feおよび不可避的不純物からなる鋼材を、熱間
圧延につづき冷間圧延を施した後、 780〜900 ℃の温度
で仕上焼鈍を施し、その冷却過程において、 650℃まで
の冷却を５〜20℃/secの速度で行い、さらに 650℃から
100℃までの冷却を10〜30℃/secの冷却速度で行うこと
を特徴とする耐衝撃性に優れた自動車用鋼板の製造方
法。