JPH11350063A - 形状凍結性と耐衝撃特性に優れる高強度鋼板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プレス加工性および衝撃エネルギー吸収特性
に優れ、しかもプレス加工時における形状凍結性にも優
れた高強度鋼板、その製造方法を提供する。 【解決手段】 本発明の高強度鋼板は、mass％で、Ｃ：
０．０５〜０．２５％、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：
１．０〜４．０％、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．０
３０％以下、Ａｌ：０．０１０〜０．１５０％およびＦ
ｅを主成分とし、鋼組織がフェライト＋マルテンサイト
の２相よりなり、降伏比が０．５０以下で、かつ焼付硬
化量が５０Ｎ／mm² 以上とされたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は引張強度が４４０〜
９８０Ｎ／mm² 級の高強度鋼板に係り、特に降伏比が低
く、焼付硬化性（ＢＨ性）を有し、形状凍結性と耐衝撃
特性に優れる高強度鋼板に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車には衝突時の乗員保護の観
点からエアバッグなどの安全装置が装備されるようにな
ったが、ボディ構造においても衝突のエネルギーを吸収
できるような構造が採用されつつある。衝撃エネルギー
吸収特性に関して、素材の面からも盛んに研究開発が行
われ、自動車用鋼板では主として組織面からのアプロー
チが試みられている。

【０００３】一方、二酸化炭素の排出抑制による地球環
境保護の観点から、自動車ボディの軽量化の要求は根強
く、鋼板素材の高強度化による薄肉化が現在も指向され
ている。

【０００４】こうした状況から、例えば特開平８−１７
６７２３号公報に開示されているように、自動車の構造
部材や補強部材を中心として、衝突時のエネルギー吸収
特性に優れた引張強度４４０〜９８０Ｎ／mm² クラスの
高強度鋼板が開発されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記公報に開示の技術
は、鋼板の成分、組織を規定し、一定量のマルテンサイ
ト組織と、固溶Ｃを一定量以下に抑制したフェライト組
織からなる複合組織鋼板とすることで、耐衝撃特性を改
善したものである。

【０００６】しかし、この発明は衝突のような高歪速度
下における耐衝撃特性やプレス成形性には優れているも
のの、プレス成形用鋼板を高強度化する際に問題となる
形状凍結性の問題、すなわちプレス成形後にスプリング
バックによって成形形状が変化してしまう問題に対し
て、十分な考慮が払われていない。

【０００７】

【課題を解決するための手段】発明者らは、自動車の構
造部材用鋼板素材としての高強度鋼板の最適な組織を明
確にするため、種々の組織を有する薄鋼板について、プ
レス加工性としての延性および高歪み速度領域での衝撃
エネルギー吸収特性を検討した結果、鋼組織としてフェ
ライト＋マルテンサイトの２相よりなる鋼組織が伸び特
性、衝撃エネルギー吸収特性に優れていること、加えて
広い強度レベルで適用可能であることを知見した。

【０００８】さらに、鋼板素材の高強度化を阻害する一
因となっているプレス加工後の形状凍結性を考えると、
従来からあるフェライト＋マルテンサイトの複合組織鋼
板は他の組織を有する鋼板と基本的に形状凍結性の程度
に変わりはないが、本発明では同複合組織としながらも
マルテンサイトの硬度を調整することで、従来よりもさ
らに低い降伏比を達成し、低い応力で塑性変形を進行さ
せることで形状凍結性を向上させることに成功した。

【０００９】もっとも、鋼板の降伏比を低く設定した場
合、降伏応力が低くなるため、降伏応力が影響する問
題、特に部材の剛性確保の問題すなわち加工度の低い部
分において十分な加工硬化が生じず、その部分の剛性が
低下するという問題がある。発明者らはこの問題に対し
て、加工後の焼付塗装時の熱処理による強度上昇、すな
わち焼付硬化量を一定以上の水準に限定することで十分
補うことができることを見い出した。

【００１０】本発明は上記検討、知見の基に、プレス加
工性、衝撃エネルギー吸収特性、形状凍結性という構造
部材が要求される諸特性を満足する高強度鋼板およびそ
の製造方法を完成したものである。すなわち、本発明の
高強度鋼板は、mass％で、Ｃ：０．０５〜０．２５％、
Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：１．０〜４．０％、Ｐ ：
０．１００％以下、Ｓ ：０．０３０％以下、Ａｌ：
０．０１０〜０．１５０％およびＦｅを主成分とし、鋼
組織がフェライト＋マルテンサイトの２相よりなり、降
伏比が０．５０以下で、かつ焼付硬化量が５０Ｎ／mm²
以上とされたものである。

【００１１】以下、本発明について詳細に説明する。ま
ず、本発明の鋼板組織について説明する。本発明では鋼
板の組織をフェライト＋マルテンサイトの２相よりなる
複合組織とする。フェライトは延性を向上させ、加工性
を得るために必要であり、一方高歪み速度での転移の移
動は硬質なマルテンサイト相によって妨げられると考え
られ、ベイナイトなどの軟質な変態相の組織強化鋼に比
べてエネルギー吸収特性に優れる。また、この複合組織
は、マルテンサイトの硬度を調整することで、本発明の
目指す低降伏比化達成に極めて有利な組織形態である。
なお、主強化機構として組織強化以外の他の強化機溝
（例えば析出強化、固溶強化）を利用した鋼板では、延
性に代表される加工性が劣ったり、高々４９０Ｎ／mm²
程度の強度レベルまでしか適用が困難である等の理由で
本発明の鋼板組織としては不適当である。

【００１２】本発明鋼板の降伏比は０．５０以下、望ま
しくは０．４５以下とする。降伏比が０．５０を超える
と、４４０〜９８０Ｎ／mm² 級の強度レベルの鋼板で
は、スプリングバックにより、プレス加工後の成形形状
が変化して形状凍結性に劣るようになるからである。

【００１３】本発明鋼板の焼付硬化量（ＢＨ量）は５０
Ｎ／mm² 以上、望ましくは８０Ｎ／mm² 以上とする。５
０Ｎ／mm² 未満では、降伏比を０．５０以下とした場
合、低加工度の部位の剛性が不足し、結局、構造部材の
全体としての剛性が確保できないようになるためであ
る。

【００１４】次に本発明鋼板の鋼成分（単位mass％）の
限定理由について説明する。 Ｃ：０．０５〜０．２５％ Ｃは鋼の強度に大きく作用し、マルテンサイトのような
低温変態生成物を得るために必須である。０．０５％未
満では４４０Ｎ／mm² 級以上の高強度を得ることが困難
であるため、下限を０．０５％とする。一方、０．２５
％を越えて添加すると溶接性の低下を招くので、上限を
０．２５％とする。

【００１５】Ｓｉ：２．０％以下 Ｓｉは延性を劣化させることなく容易に高強度化を行う
作用を有するが、２．０％を超えて多量に添加されると
化成処理性に悪影響を及ぼすため、２．０％以下に止め
る。

【００１６】Ｍｎ：１．０〜４．０％ Ｍｎはオーステナイトを安定化する元素で、オーステナ
イト中の固溶Ｃ量を変化させ、冷却過程で生成するマル
テンサイトのような低温変態生成物の特性に大きな影響
を及ぼす元素であり、本発明ではマルテンサイトの生成
のために添加する。加工性の非常に優れた高強度鋼板と
しての特性を得るためには少なくとも１．０％の添加が
必要である。しかし、４．０％を超えると溶製が困難に
なるばかりでなく、スポット溶接性に悪影響を及ぼし、
強度低下を招くため、４．０％を上限とする。

【００１７】Ｐ ：０．１００％以下 Ｐは耐食性の改善に有効であるが、Ｐ：０．１００％超
では、加工性が劣化するようになる。このため、０．１
００％以下に止める。

【００１８】Ｓ ：０．０３０％以下 Ｓは不純物元素であり、伸びフランジ性を劣化させるの
で、その上限を０．０３０％とする。

【００１９】Ａｌ：０．０１０〜０．１５０％ Ａｌは脱酸のために添加する。０．０１０％未満ではそ
の作用が過少であり、一方０．１５０％を超えると加工
性が劣化するようになる。このため、下限を０．０１０
％、上限を０．１５０％とする。

【００２０】本発明の鋼板は、以上の基本成分およびＦ
ｅを主成分とするものである。主成分とは、不可避的不
純物の含有および上記基本成分の作用を損なうことな
く、むしろこれらの作用を向上させ、あるいは機械的、
化学的特性を改善することができる元素の含有を妨げな
い趣旨であり、例えば下記のＣｒ、Ｂ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎ
ｂ、Ｃｕのうちから１種以上の元素を含有することがで
きる。すなわち、下記(1) 〜(4) の成分とすることがで
きる。 (1) 基本成分にさらに下記Ｃｒ、Ｂの１種以上を含有す
るもの (2) 基本成分あるいは上記(1) の成分にさらに下記Ｍｏ
を含有するもの (3) 基本成分、上記(1) の成分あるいは上記(2) の成分
にさらに下記Ｔｉ、Ｎｂの１種以上を含有するもの (4) 基本成分、上記(1) の成分、上記(2) の成分あるい
は上記(3) の成分にさらに下記Ｃｕを含有するもの

【００２１】Ｃｒ：２．０％以下、Ｂ：０．００３０％ Ｃｒ、Ｂはマルテンサイトの生成を促進する作用を有す
る。しかし、Ｃｒ：２．０％超、Ｂ：０．００３０％超
では、フェライト量が過少になり、加工性が劣化するよ
うになる。

【００２２】Ｍｏ：１．０％以下 Ｍｏは耐遅れ破壊牲に有効であるが、１．０％を超える
と加工性が劣化するようになる。

【００２３】Ｔｉ，Ｎｂ：各々０．１００％以下 Ｔｉ，Ｎｂは鋼の析出強化に有効であり、ともに０．１
００％を超えると加工性および形状凍結性が劣化するよ
うになる。

【００２４】Ｃｕ：１．０％以下 Ｃｕは耐食性の改善に有効であるが、Ｃｕ：１．０％超
では、加工性が劣化するようになる。なお、Ｃｕを添加
する場合は表面性状の改善のためＮｉを１．０％以下添
加することが好ましい。

【００２５】次に製造方法について説明する。本発明鋼
板は前記成分組成を有する鋼を常法に従って転炉や電気
炉で溶製した後、下記の条件に従い、熱間圧延により、
あるいはさらに冷間圧延により製造することができる。

【００２６】熱延鋼板の場合、スラブ加熱温度、仕上温
度、巻取温度は常法に従えばよいが、仕上圧延終了後、
巻取りまでの冷却過程において、熱延後の鋼板をフェラ
イト＋オーステナイトの２相域からＭｓ点以下の温度ま
で冷却してオーステナイトをマルテンサイト変態させた
後、１００〜２５０℃の温度域で１０sec 以上保持した
後冷却する。また、冷延鋼板の場合は、冷延後に再結晶
焼鈍を行った後、連続焼鈍炉において焼鈍後の鋼板に対
して上記温度保持処理を行えばよい。

【００２７】前記フェライト＋オーステナイトの２相域
からＭｓ点以下の温度までの冷却は、一般的には水焼き
入れによって行えばよいが、焼入性向上元素を多く含有
する場合は、必ずしも水焼き入れにより急冷する必要は
なく、２０℃／sec 以上、望ましくは１００℃／sec 以
上の冷却速度でＭｓ点以下の温度まで冷却すればよい。
もっとも、この場合は成分コストの増大が避けられない
ので、鋼成分としてはできる限り低成分とし、水焼き入
れを行うのがコスト面では有利であり、生産効率もよ
い。

【００２８】マルテンサイト変態が完了した後、１００
〜２５０℃、好ましくは１００〜２００℃の温度域で１
０sec 以上保持することにより、組織をフェライト＋マ
ルテンサイトの２相としつつ、鋼中の固溶Ｃ量、マルテ
ンサイト硬度が調整され、これによって優れた加工性が
得られ、また所定の降伏比、焼付硬化量が得られる。す
なわち、かかる熱処理を行わない場合、あるいは１００
℃未満での保持、あるいは１００〜２５０℃で保持して
も保持時間が１０sec 未満では、炭化物の析出がほとん
ど起こらず、鋼板の加工性が著しく劣化する。一方、２
５０℃超の温度で保持すると、炭化物の析出が過度に生
じて、鋼中の固溶Ｃが過少となり、必要な焼付硬化量の
確保が困難になる。また、マルテンサイトも過度に軟化
され、降伏比が上昇するようになる。さらに、強度が高
い場合には耐遅れ破壊特性に対しても悪影響が及ぶよう
になる。１００〜２５０℃の温度域での保持は、例えば
水焼き入れを行った場合のように、１００℃未満の温度
に冷却してマルテンサイト変態を完了させた場合は再加
熱して当該温度域まで昇温する必要があるが、１００℃
超の温度でマルテンサイト変態を完了させた場合は再加
熱することなく、その後の冷却過程において当該温度保
持処理を行えばよい。

【００２９】なお、冷延鋼板の場合、焼鈍以降に必要に
応じて調質圧延などを行ってもよいが、過度の歪を付加
すると、降伏比の上昇を招来するので、所定の降伏比を
超えないように注意することが必要である。

【００３０】本発明鋼板の製造方法は熱延鋼板、冷延鋼
板の製造のみならず、溶融亜鉛めっき鋼板や合金化溶融
亜鉛めっき鋼板の製造にも適用することができる。溶融
亜鉛めっき鋼板の場合は亜鉛浴への浸漬以後の冷却過程
で溶融亜鉛めっきされた鋼板に対して上記温度保持処理
を行えばよく、また合金化溶融亜鉛めっき鋼板の場合は
合金化処理後の冷却過程でめっき処理された鋼板に対し
て同様の温度保持処理を行えばよい。

【００３１】

【実施例】表１に示す化学成分の鋼を溶製し、スラブと
した。このスラブを常法にて熱間圧延し、その後さらに
冷間圧延し、板厚１．２mmの冷延鋼板を得て、連続焼鈍
ラインにて表２の条件で連続焼鈍を行い、種々の５９０
Ｎ／mm² 級の鋼板を得た。得られた鋼板のミクロ組織を
顕微鏡観察するとともに圧延方向に沿って試験片を採取
し、引張試験により機械的性質を調べた。これらの結果
を表２に併せて示す。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【表２】

【００３４】また、形状凍結性を調べるため、得られた
鋼板より圧延方向に幅４０mmの鋼帯を採取し、図１に示
すように、ハット形の絞り曲げ試験部材（寸法単位mm）
をプレス成形し、離型後、縦壁部に生じた反りの曲率半
径ρを測定した。

【００３５】また、動的エネルギー吸収特性を調べるた
め、図２に示す衝撃圧壊試験部材（寸法単位mm）を製作
し、動的（衝撃）吸収エネルギーを測定した。前記試験
部材は、横断面がハット形の本体２１を曲げ加工により
製作後、開口部に同材質の平板２２を付設し、本体２１
のフランジ部において５０mmピッチでスポット溶接を行
うとともに側縁をＴＩＧ溶接し、さらに軸方向の両端に
端板２３，２３をＴＩＧ溶接したものである。この試験
部材を用いて、衝突時の速度が５０km／hrとなるように
２００kgの落錘を部材軸方向に落下させ、変形量が１５
０mmまでの吸収エネルギーを動的吸収エネルギーとして
測定した。一方、静的吸収エネルギーを調べるため、前
記試験部材を引張試験機によって１．０mm／sec の速度
で圧縮し、上記の場合と同様に１５０mmまでの吸収エネ
ルギーを静的吸収エネルギーとして求めた。

【００３６】また、鋼板より圧延方向に沿って試験片を
採取し、この試験片に２％の引張歪を付与した後、焼付
処理（処理条件：１７０℃×２０min 保持）を施して焼
付硬化量（ＢＨ量）を調べた。また、軽加工を施した場
合の構造体としての剛性面での問題の有無を調べるた
め、前記試験片に２％の引張歪を付与し、焼付処理（処
理条件：１７０℃×２０min 保持）後の降伏応力そのも
のを測定し、この値によって評価した。これらの試験結
果を表３に併せて示す。

【００３７】

【表３】

【００３８】表２および表３より、ミクロ組織、特性
値、成分が本発明範囲内の発明例（試料No. １，３，
７）は、３０％以上の高い伸び（Ｅｌ）特性と０．５０
未満の低降伏比（ＹＲ）を実現しており、形状凍結性、
衝撃エネルギー吸収特性ともに、本発明条件のいずれか
を満足していない比較例に比べて優れた特性を有してい
ることがわかる。また、焼付硬化量も十分高く、軽加工
後の焼付処理によって十分な降伏強度が得られており、
構造部材用鋼板として剛性面でも何ら問題がないことが
わかる。

【００３９】

【発明の効果】本発明の高強度鋼板によれば、所定の成
分、フェライトおよびマルテンサイトの２相組織とする
とともに降伏比を０．５０以下の格段に低い値に規定し
たので、引張強度が４４０〜９８０Ｎ／mm² 級の高強度
を実現しつつ、延性に優れてプレス加工性が良好であ
り、衝突時の高歪み速度下における優れた衝撃エネルギ
ー吸収特性とプレス加工時における優れた形状凍結性を
兼備することができる。さらに、焼付硬化量を５０Ｎ／
mm² 以上と規定したので、低歪み速度域でのプレス加工
に対しても加工部位の剛性を確保することができる。ま
た、本発明の製造方法によれば、鋼板の種類を問わず、
形状凍結性と耐衝撃特性、さらには軽加工部位において
優れた剛性を有する、引張強度が４４０〜９８０Ｎ／mm
² 級の高強度鋼板が容易に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】形状凍結性の試験要領を示す説明図である。

【図２】実施例で使用した衝撃圧壊試験部材の斜視図を
示す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 mass％で、Ｃ ：０．０５〜０．２５
   ％、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：１．０〜４．０％、Ｐ
   ：０．１００％以下、Ｓ ：０．０３０％以下、Ａ
   ｌ：０．０１０〜０．１５０％およびＦｅを主成分と
   し、鋼組織がフェライト＋マルテンサイトの２相よりな
   り、降伏比が０．５０以下で、かつ焼付硬化量が５０Ｎ
   ／mm² 以上である形状凍結性と耐衝撃特性に優れる高強
   度鋼板。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の成分のほか、さらにＣ
   ｒ：２．０％以下、Ｂ ：０．００３０％以下の元素の
   うち、１種以上を含む請求項１に記載した形状凍結性と
   耐衝撃特性に優れる高強度鋼板。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の成分のほか、さ
   らにＭｏ：１．０％以下を含有する請求項１又は２に記
   載した形状凍結性と耐衝撃特性に優れる高強度鋼板。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１項に記載の成
   分を有する鋼板をフェライト＋オーステナイトの２相域
   からＭｓ点以下の温度まで冷却してオーステナイトをマ
   ルテンサイト変態させた後、１００〜２５０℃の温度域
   で１０sec 以上保持した後、冷却する形状凍結性と耐衝
   撃特性に優れる高強度鋼板の製造方法。