JPS60184664A - 安定な残留オ−ステナイトを含む高延性高張力鋼 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、自動車等の鋼構造物の構造材料として用いら
れるような加工性にすぐれしかも高延性の高張力鋼に関
するものである。

このような鋼としては種々のタイプのものが知られてい
る。その代表例は７エライトとマルテンサイトとの混合
組織を有するい、わゆる二相ハイテンであって、例えば
特開昭５１−１２３１７に示されているように熱延後急
冷を行うことによって得られる。このような鋼はフェラ
イト組織の延性とマルテンサイト組線の強度とを組合せ
て利用したものでおって５０　”　８０　ｋｇ／ｗｍ２
の強度域において比較的良好な延性を有する。しかし高
強度化のためにマルテンサイト量を増加すると延性が著
しく低下するため８０　ｋｇ／ｌｒｒｍ２程度以上では
高延性の鋼の製造がむずかしく、また延性の面から低Ｃ
化（通常ｏ、ｉｚ以下）が必要で、このため溶接部が軟
化して十分な溶接継手性能が得られにくいなどの欠点が
ある。

これに対して、本発明者の一人が特公昭５７−１５６９
で示したように、熱延後急冷し、しかるのちＭｓ点以上
の温度域において保熱を行うことによシペイナイト組織
とする方法によっても６０〜１００ｋｇ／＋ｎｍの強靭
性にすぐれた欽を得ることができる。

この鋼は靭性の面ではすぐれているがプレス成型等に必
要な延性について見ると一般のレベルと著しく異なるも
のではなく高強度化すると加工性延性の低下を招く。

このようなベイナイト主体の鋼においてベイナイト変態
を途中で中断して急冷することによりオーステナイトを
残留させ、その準安定なオーステナイトによる加工性向
上効果を利用することが特公昭５８−４２２４６で提業
されている。この技術はある程度の加工性が保証されれ
ばよい＋ｉ）ｌ密機械部分などには適しているが、加工
によジオ−ステナイトがマルテンサイトに変態するため
最終的には延性が低下しまだ脆くなるので、本発明の目
的とする用途には適していない。

（発明の目的） 本発明は、高強度と高加工性および高延性を兼ね備えた
画期的な特性を有する鋼を提供するものであシ、しかも
その銅が、必ずしも再熱を行わずに熱延圧延からその後
室温に至るまで熱履歴によって製造することができ従っ
て比較的低コストで得られるという驚くべき発見に基づ
くものである。

（発明の構成） 本発明の要旨とするところは、 Ｃ：０．１５チｇｏ、ｓｏ％以下、 ｓｉ：ｉ、ｏ〜３，０％ （Ｍｎ＋Ｃｒ）＝０．５〜３．０％を主成分とし、残部
鉄及び不、可避不純物からなシ、安定な残留オーステナ
イトを５％以上含有する金属組織を有することを特徴と
する安定な残留オーステナイトを含む高延性高張力鋼で
ある。即ち上記のような特定の成分組成分選び、また熱
間圧延後の熱履歴を適切に選択することによって安定な
残留オーステナイトを５チ以上残留せしめれば、その他
の部分の金属組織の調節によって高強度が得られ、しか
も上記残留オーステナイトのために高加工性と高延性が
得られるものである。以下この発明の構成要件について
説明する。、まず安定な残留オーステナイトについて説
明する。第１図に本発明帽（ペース成分：　１．５　Ｓ
ｔ　−０，７Ｍｎ　−０，７Ｃｒ　、　３８０℃×３０
分保熱）全極低温から高温に至る広範囲の温度で熱延Ｊ
３Ｊｊを加えた場合の残留オーステナイト量の変化を示
したが、残留オーステナイト量の減少は殆んど見られな
い。また第２図（ベース成分＝１、５　Ｓｔ　−０，７
Ｍｎ　−０，７Ｃｒ：３８０℃×３０分保熱）には軽度
の塑性加工による残留オーステナイト鼠の変化を示した
が、やはシ減少は小さい。このように変態温度以下の熱
処理、まだは５チ程度以下の塑性加工で５０％以上量が
減少しないような場合安定と云うこととする。なおオー
ステナイトの址の決定法はＸ線回析を用いているが、こ
の方法は結晶集合組織の影響を受け精度はそれほど高く
ないと云われているが、しかしその他の方法は一般的で
ないのでこの方法によったものを以下吠用する。

本発明は基本的にはこのような安定なオースチーナイト
があれば高強度でも延性と加工性の双方を備えた材料が
得られるという発見に基づくものである。第３図は本発
明鋼（共通成分：　０．７　Ｍｎ　−０，７Ｃｒ、３８
０℃×３０分保持）についてその延性と残留オーステナ
イト量との相関を示した例で、引張強さにかかわらず均
−伸びは残留オーステナイト量とともに増加する（図中
０内は引張強さくｋｌ／／ｍｍ２）を表わす。）。第４
図は残留オーステナイト量と加工前後の降伏比の変化お
よび延性の変化を示したもので、（ａ）　（０，２８Ｃ
−２，ＯＳｔ　−０，７Ｍｎ−０，５Ｃｒ鋼）は本発明
の範囲外のオーステナイトがまだ不安定な段階で熱処理
を中断した場合であシ、前述の先行技術特公昭５８−４
２２４６に類する場合である（成分は異なる）。この場
合引張歪の附加と時効処理によシ１、残留オーステナイ
ト量が減少し延性が低下している。一方本発明鋼（０，
５５Ｃ７１，５Ｓｔ　−０，７Ｍｎ　−０，７Ｃｒ　’
Ａ　）の（ｂ）ではこのような変化が殆んど６，８めら
れない。

本発明６１１Ｊはこのような安だな残留オーステナイト
が存在することを必須、とするものであるが、その量を
５％以上としたのは第３図で明らかなように５チ以上含
まれないと延性の向上が明確とならないからである。さ
らに本発明の範囲を明確にすると、このような安定な残
留オーステナイトを得るためには特定な成分範囲に限定
する必要があることが明らかになった。即ち第５図（ａ
）　（ｂ）　（ペース成分−〇、５５Ｃ−１，４Ｓｉ−
０，７Ｍｎ−０，７Ｃｒで、夫々、Ｃ１５ｌｉを変化さ
せた）に示すように、Ｃ：０．１５％以下では十分な残
留オーステナイトを得ることは困難で、望ましくはＣ０
，２％以上、また、８１１チ以上が必要である。この理
由は、Ｃがオーステナイトを安定ならしめること、およ
びＳｔがＣとの強い相互作用により炭化物の析出を妨げ
るだめそのＩＱ　’ｉｔ７オーステナイトが高Ｃにも拘
らず炭化物に分解しないことによる。一方間図中に示す
ようにＣを高めると絞シの減少で明らかなように靭性が
低下し脆性破壊が起シやすくなシ本発明鋼の目的とする
高延性の趣旨に反するようになる。従って、Ｃの上限を
０．８０％とした。またＳｔは３条を％ｊ″イえるとＦ
ｅ−８ｉ系の状態図からも明らかなようにフェライトが
高温で安定となシ本発明（）１１を得るだめに必要な全
面オーステナイト化が困録になるので３チ以下としだ。

Ｍｎは焼入性を向上し、安定な残留オーステナイト生成
の必要条件であるパーライト変態の防止に役立ち、また
、Ｍｓ点を低下せしめ、残留オーステナイトを安定化す
る。この作用は０．５チ以上で明らかになるが、３チを
越えるとベイナイト変態が遅くなυ、工業的に実施困難
となるので、０．５〜３チとした。

なお第５図（ａ）　、　（ｂ）はＣｒを少量含有する場
合について示しているが、Ｃｒの効果は同図（Ｃ）に示
す。Ｃｒも残留オーステナイト量をやや増量する効果が
あるが、高Ｃの場合はＣｒを含有しなくても５チの残留
オーステナイトを得ることができるので必ずしも必要な
ものとは認められない。しかしＭｎを置換して同様の焼
入性向上効果を発揮せしめることができるので、Ｍｎと
Ｃｒの合計量を０．５％以上３チ以下とした。

その他の合金元素についても種々検討したが、必ずしも
必須な元素は見出せなかった。なかでもＮ　ｉ　、　Ｃ
ｕ　、寧駆などはオーステナイトを安定化するので有利
に作用する場合がおる。−万Ｐ、ＡＬ、脇へｖなどの元
素は多量に添加すると上記Ｓ１と同様フェライトを安定
化するので、Ｐｏ、５％、Ａｔ２％ハム＼＼＼＼Ｖ２％
以上の添加は避けるべきである。

またＭｏ、Ｗ＋Ｔｉ、Ｎｂ＋Ｔａなどは同様の効果があ
るがそれよシも強い炭化物形成元素であって炭素の前記
効果を楓殺し、まだ多量の炭化物を生成して延性加工性
の低下を招くこともあるので、合計で２Ｌｆ６以上の添
加は赴けるべきである。

また、Ｂは焼入性向上効果があるので前述のＭｎとＣｒ
の効果を助けるが、その量は０，１％を超えると炭化物
析出による有害効果がある。

的に応じ特性改善等の目的で合金元素を適量添加するこ
とは本発明鋼の特性を損うものではない。

本発明鋼の安定な残留オーステナイトを得るには上記の
特定成分範囲とともにそれを生じせしめる熱サイクルが
必要であるが、この熱サイクルについては広い選択の巾
が６Ｄ本発明では限定しない。事実特定の意識した熱処
理を行わすとも成分によっては熱間圧延後徐冷するだけ
で本発明舒ｌが得られる場合がある。しかし工業的に広
〈実施できる形態として、できるだけ少量の合金元素で
効率よい製造方法で本発明鋼を得る代表的な態様が存在
するので以下に記述する。

本発明鋼で安定な残留オーステナイトを最も効率的に得
゛るには高温から冷却する際のＣの拡散変態を利用する
ことである。周知のように初析７エライ）および上部ベ
イナイトの析出はオーステナイト中のＣの拡散で進行す
るが、この際生成したフェライト部（ベイナイトも含む
）にはＣは殆んど含まれないのでオーステナイトにはＣ
が濃縮しないため安定に存在することとなるのである。

ただし本発明鋼の一つの目標特性である高強度を得るた
めには、（オーステナイトは強度が比較的低いので）変
態生成組織の強度を高くしなければならないの、で、初
析フェライトであれば著しい細粒化を行うか、あるいは
ベイナイト比率を高めなければならない。とくに第６図
および第７図（ベース成分：　０．５５Ｃ−１，４Ｓｉ
−０，７Ｍｎ−０，７Ｃｒ銅で保熱温度で３０分保提）
に示したように、とくに上部ベイナイト変態域である３
３０〜４３０℃で保熱恒温変態させた場合にはその効果
が顕著である。

従って代狡的な製造工程は次のようになる。ます本発明
鋼の成分を有するに１を底吹き転炉などの製鋼炉で鋳造
し、凝固させ鋼塊またはスラブとしたものから出発し、
熱間圧延を行って銅板、または形ｔｆｉｌｉのような鋼
材とするが、この際熱間圧延工程で本発明鋼を製造する
ことができる。即ち最終的な熱間圧延工程に入る前の段
階で実質的に銅全体がオーステナイト状態であシ、通常
は加工後もオーステナイト状態にあるような銅を、最終
段階の熱延後室温に向って冷却される過程において、初
析フェライトまたはベイナイトに変態させるが、とくに
この際その変態生成物の大部分を上述のように３３０〜
４３０℃の温匪域にできるだけ長時間保つことによシ、
未変態のオーステナイトを極めて安定なものに転化せし
めることができる。このときこの温度域に滞留させる時
１１は、Ｍ８図（ペース成分：　０．５５Ｃ１，４Ｓｉ
　、０．７Ｍｎ−０，７Ｃｒ鋼で、３６０℃で保熱）に
示すように３分程度では残留オーステナイトが不安定な
場合があるので望ましくは５分以上が適当である。これ
を行うためには一般に保熱炉などに冷却途中の鋼材を装
入する必要があるが、ホットストリップ圧延の場合には
、冷却床を走行中に温度を調節することができ、その後
コイラーで捲き取られて主要部は長時間保熱を行ったと
同様の徐冷となるので：特別の設備を用いなくとも望ま
しい熱履歴を与えることができる。

まだ最近本発明者らが特開昭５８−１２３８２３で示し
たように熱間圧延時に粒径５μ以下の超細粒のフェライ
トを生成せしめることが発見されたが、このようにして
′高温でフェライトを生成させても超細粒のため強度が
高いので、ベイナイト鋼と同椋の効果を生じせしめるこ
とができ′る場合もあシ、また、よシ延性を向上するこ
とができる場合かある。その効果は１０％以上で顕著に
なる。このような超細粒フェライトを得る圧延条件とし
ては熱延終段において、Ａｒ　＋５０〜Ａｒｓ＋１００
℃の温度域で、１ノぐスまたは多ノクスの累積圧下で５
０％以上を１秒以内に加えればよい。

また熱間圧延のときに上記の熱履歴を与えなくとも熱延
工程のあとで熱処理設備にょシ再熱しオーステナイト状
態とし、それから出発しても前述のように冷却中に望ま
しい温度域に温度を保つととによシ同様の効果が得られ
ることは云うまでもない。

ここで附言することは、従来の不安定な残留オーステナ
イトを有する鋼とのオーステナイトの機能の相違である
。このような鋼の一種については冒頭に述でたが、この
ような鋼はＴＲＩＰ鋼（変態誘起塑性銅）として以前か
ら知られているものである（例えば田村今男著「鉄鋼材
料強度展」日刊工業新聞社昭和４４年刊Ｐ、２３．９−
２４４）。この鋼は引張等の変形を与えるとオーステナ
イトがマルテンサイトに変態を起し、強度が上昇する結
果、局部的な絞シが防止され破断が起シにくくなシ延性
が向上すると言うものである。これに比し本発明鋼は引
張変形によジオ−ステナイトが殆んど変態しないので全
（ＴＲＩＰ鋼と異なる原因で高延性を示すことは第２図
などから明らかである。

本発明鋼がすぐれた延性を示す理由は、今後の学問的研
究に待たなければならないが、本発明者はベイナイトや
微細フェライトの境界面に薄片状に存在するオーステナ
イトが辷シ変形を受持つことによシ高い均−伸びを生ず
るものと考えている。

そして強度は地のベイナイトもしくは微細フェライト部
が受持つので高強度で高延性が可能となっているのであ
る。

（実施例） 以下に実施例について説明する。

第１表に示す化学成分組成の鋼を、電炉溶製し粗圧延で
４０瑞厚のＧｌ、ｉ片とし加熱炉に装入し１０５０℃で
抽出し熱間圧延を行った。いずれも仕上温度は８５０〜
８８０℃であった。

熱延はタンデムストリップミルで次の■、■の２つのパ
ススケジュールで行った。（数字はｗｎ）（Ａ）４０→
２３→１３．８→８．３→５．４→３．５→２．８■　
４０→２２→１３→７，８→４．６→２．８熱延後銅板
は冷却テーブル上を搬送中に水冷され、２秒以内に水冷
を開始し、捲取温度直上まで５０〜ｂ 度で捲取られ熱延コイルとされた。捲取られたコイルは
最低２時間以上コイル状で放冷された。コイル中央部で
コイルに捲取られてから１時間以内の温度低下は２０〜
３０℃程度であった。

第２表にプロセス東件と銅板の機械的性質およびＸ線回
折（ディフラクトメーター）でめた残留オーステナイｔ
ｔａを示した。

また一部の銅板については冷間加工（２チ引張歪）を加
えた後２００℃５分時効を行った場合の機械的性質につ
いても示した。第１表および第２表には本発明鋼以外の
比較鋼も同時に記載した。

本発明鋼の試番イ〜へは熱間圧延′ままで残留オーステ
ナイトが７〜１８チ含まれ、引張強さで９６に９／１ｔ
ａｎ　２以上の高強度で１７〜３３チと高い延性を有し
、とくに均−伸びが１−０チ以上ある。これを歪時効を
行っても残留オーステナイトは殆んど減少せず、降伏強
さは著しく上昇するが延性の低下は小さい。とくに圧延
スケジュールＢの試番口。

二では延性は一層すぐれている。これらの組線には超細
粒のフェライトがそれぞれ２０チおよび１２％含まれて
いた。

一方比較例で試番トは調香１を著しく低いＭｓ点以下で
捲き取った場合でマルテンサイト組線をかなシ含むので
強度は高いが残留オーステナイトが比較的少なく伸び、
とくに均−伸びは小さい。これを歪時効すると残留オー
ステナイトが減少し延性とくに均−伸びはさらに著しく
低くなる。

試番チは調香４を高温で捲き取った場合でほぼパーライ
ト変態をする結果強度も比較的少く延性は悪い。

試香り又はいわゆる二相ハイテンに近い成分のＣが過少
である調査５でおるが、この場合４００℃前後で捲取っ
ても安定な残留オーステナイト□は殆んど生成しないた
め均−伸びは強度のそれほど高くないわシには低い。

試査ルはＳｔが過少の場合で、残留オーステナイトは全
く生成せず延性は不良である。

以上によシ本発明の効果が著しいことがわかる。

（発明の効果） 本発明鋼は、前述のようにきわめて安定な残留オーステ
ナイトの存在によ、９、ｌ’Ｇ４，７．８図に示すよう
に延性・加工性がすぐれ、とくに均−伸びが大きく、し
かも冷間加工前では降伏比８５チ以下と１制力が低く加
工が容易で、プレスのような塑性変形およびこれにつづ
く焼酎塗装に相当するような低温の時効処理を加えると
、耐力が９０チ以上と上昇し外力に対し大きい抵抗力を
有ししかも延性の低下が少ないという画期的な特徴を有
するものである。従って工業的には自動車用の薄鋼板、
とくに最近話題となっている衝突に安全な自動車の外板
などに極めて好適である。その他航空機用の１００　ｋ
ｇ／１ｔａｎ２以上の超高張力鋼、あるいはブレストレ
ストコンクリート用の高張力棒鋼またはワイヤなど時代
の要請に応えた多くの高品質鋼材への応用できるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は広範囲の温度で熱処理した場合の残留オーステ
ナイト量の変化を示した図、 第２図は塑性加工量と残留オーステナイト量との関係を
示しだ図、 第３図は延性と残留オーステナイト量との関係を示した
図、 第４図（、）　（ｂ）は残留オーステナイト量と機械特
性および延性の変化を歪付与の有無によりそ表示した図
、 第５図（ａ）　（ｂ）　（Ｃ）は残留オーステナイト量
と機械特性および延性の変化を成分量の変化によって表
示しだ図、 第６図は残留オーステナイトｆｆｌと保熱温度との関係
を示した図、 第７図は機械特性および延性と保熱温度との関係を示し
た図、 第８図は残留オーステナイト量と機械特性および延性の
変化を保熱時間の変化によって表示しだ図である。 第１図 第２図 引Ｊ果歪（％） イ饗’、！グ６．王１」６−虐ヒぐＣ）２イ′Ｓ５’ｌ
’ｌ／１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＩＣ：０．１５％超　０．８０％以下、Ｓｉ：１．Ｏ〜
   ３．０チ （Ｍｎ　＋Ｃｒ　）　：　０．５〜３．　Ｏ％を主成分
   とし、残部鉄及び不可避不純物からなシ、安定な残留オ
   ーステナイトを５％以上含有する金属組織を有すること
   を特徴とする安定な残留オーステナイトを含む高延性高
   張力鋼。 ２　残留オーステナイト以外の部分が主として上部ベイ
   ナイトからなることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の安定な残留オーステナイトを含む高延性高張力鋼
   。 ３　残留オーステナイト以外の部分が主としてフェライ
   トまたはこれと上部ベイナイトからなることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の安定な残留オーステナイ
   トを含む高延性高張力鋼。 ４　残留オーステナイト以外の部分に平均粒径５μ以下
   の微細フェライトが１．０％以上含まれていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の安定な残留オース
   テナイトを含有する高延性高張力鋼。