WO1999046418A1

WO1999046418A1 - Tole d'acier laminee a chaud haute resistance, ayant une excellente aptitude au formage

Info

Publication number: WO1999046418A1
Application number: PCT/JP1999/001200
Authority: WO
Inventors: Tetsuo Soshiroda; Yoichi Mukai; Michiharu Nakaya
Original assignee: Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho
Priority date: 1998-03-12
Filing date: 1999-03-12
Publication date: 1999-09-16
Also published as: JP3172505B2; CA2287502A1; JP2000169935A; JPH11323494A; EP0997548A1; US6280538B1; KR100368529B1; JP3504561B2; JP2000169936A; KR20010020169A; EP0997548A4; JP3504560B2

Description

明細書成形性に優れた高強度熱延鋼板技術分野本発明は、成形性に優れた高強度熱延鋼板に関し、この熱延鋼板は例えば自動車用の素材鋼板などとして好適に使用できる。背景技術近年、自動車の安全性向上および燃費向上の観点から、自動車用等として用いられる鋼板についても高強度化および薄肉化の要求が高まっている。自動車用の素材鋼板として用いられる薄鋼板の多くは、プレス成形により所定の形状に加工されるが、通常は高強度化するにつれて成形性は悪くなる傾向があるので、高強度で且つ成形性にも優れた鋼板を得るべく様々の研究が行われている。

また、プレス成形には種々の加工様式があり、求められる加工特性は適用される部材によっても異なるが、高強度熱延鋼板に要求される成形性の指標としては、伸び（E 1 ) と伸びフランジ性（λ) が量も重要とされている。

伸びに優れた鋼板としては、例えば特開平 7— 252592号公報に開示されている如く、残留オーステナイ卜の TR I Ρ (変態誘起塑性）現象を利用した鋼板が開発されており、それにより、強度一伸びバランス (TS XE 1 ) で 20, 00 ON /譲 ²·%以上を得ている。 —方、ある程度以上の伸びと伸びフランジ性および低降伏比特性を兼ね備えた鋼板として、例えば特開昭 5 7— 7 0 2 5 7号公報には、フエライトーベイナイトーマルテンサイトの 3相組織からなる所謂 Tr i- phase鋼板が開示されている。

ところが、前記残留オーステナイ卜の T R I P現象を利用した鋼板は、強度—伸びバランスは比較的良好であるものの、伸びフランジ性は穴拡げ率（λ ) で 4 0 %程度を示すにすぎず、需要者の要求を満たすレベルには達していない。しかもこの鋼板は、降伏比も比較的高いため形状凍結性が悪く、形状凍結性が要求される用途への適性を欠く。

ここで形状凍結性とは、加工時に被加工材を型から外したときの寸法変化の程度を意味しており、該寸法変化量が小さいものを「形状凍結性が良好なもの」という。即ち、薄鋼板をプレス成形して製品を作製するに当たっては、最終製品に求められる寸法精度を確保することが重要となる。このとき、プレスによって押圧され型に密着した状態の鋼板は型どおりの形状になるが、型から外すと残留応力の開放によって形状変化を起こす。すなわちどの様な鋼板であっても、プレス型から外したときに少なからず寸法変化を起こすが、製品寸法の精度を高めるには、該寸法変化が少なく、すなわち形状凍結性が良好であることが望ましい。そして、この形状凍結性に最も影響を及ぼすのは素材鋼板の降伏強度と言われているが、素材鋼板の強度が高くなるにつれて降伏強度も高くなり、それに伴って形状凍結性は悪くなると考えられている。従って、高強度を確保しつつ、形状凍結性の優れた素材の開発が求められる。

また、上記において穴拡げ率（λ ) とは、伸びフランジ性を表わす尺度となるもので、直径（D o) の初期穴に頂角 6 0 ° の円錘パンチを装入して穴を押し拡げ、亀裂が板厚を貫通する時点での穴径を（D) としたとき、下記式によって求められる値である。

λ= (D— Do) X 100/D o (%)

また、前記 Tri- Phase鋼板の伸びフランジ性および低降伏比特性は、残留オーステナイト主体の鋼板に比べて優れているが、逆に強度一伸びバランスは十分でない。

残留オーステナイトを有し、なお且つ優れた伸びフランジ性を得るための手段としては、例えば特開平 5— 1 05986号公報などに記載されている如く、鋼中に A 1を 0. 1 0 %程度以上含有させる方法が提案されている。ところが、鋼中に A 1を多量に含有させると酸化物系介在物の量が増大し、該介在物に起因して表面欠陥や延性劣化の問題が生じ，歩留りや生産性にも悪影響を及ぼす。

本発明は上記の様な問題点に着目してなされたものであり、従来の鋼板を上回る強度一伸びバランスを有しつつ、しかも優れた伸びフランジ性を兼ね備えた髙強度熱延鋼板を提供することを目的とする。発明の開示上記目的を達成することのできた本発明にかかる成形性に優れた高強度熱延鋼板とは、質量％で、

C ： 0. 0 5〜0. 1 5%、

S i ： 0. 5〜 2. 0 %,

Mn ： 0. 5〜 2. 0 %,

P ： 0. 05 %以下、

S ： 0. 0 1 0 %以下、

A 1 ： 0. 005〜0. 10 %未満を満たし、残部が F eおよび不可避不純物である鋼からなり、金属組織がフェライト、残留オーステナイ卜およびべィナイ卜の 3相を主体とし、フェライト量 [V(F)〕が 60〜 9 5面積％、残留オーステナイト量 [V(r)] が 3〜 1 5体積％、ベイナイト量 [V(B)] が面積率で前記残留オーステナイト量 [V(7)] に対し 1. 5倍以上であり、且つべィナイ卜の平均硬さが 240〜400 Hvであるところに要旨がある。本発明の熱延鋼板における前記フェライトの平均粒径は 5. 0 im超であることが特に好ましく、また素材鋼として、上記必須元素の他に、適量の C rを含有させ、あるいは適量の C a及び又は REMを含有させ、あるいは更に Nb, T i， V, N i， Mo, B, Cuよりなる群から選ばれる少なくとも 1種の元素を含有させ、物性を更に改善することも有効である。

また本発明の熱延鋼板は、引張強さ（TS) X伸び率（E 1 ) が 22, 000Ν/πππ²·%以上といった高い値を示す点において、従来の熱延鋼板に比べて優れた特性を有するものといえる。図面の簡単な説明第 1図は、実施例で得た {ベイナイト面積率 [V(B)] X残留ォ一ステナイト体積率 [V(T ] }と穴拡げ率（λ) との関係を示すグラフ、第 2図は、実施例で採用した仕上げ圧延後の冷却パターンを示す図である。発明を実施するための最良の形態本発明者らは上記課題の解決を期して、残留オーステナイトを含む熱延鋼板のミクロ組織について様々の角度から調査した。その結果、強度 —伸びバランスについては、従来の知見通り残留オーステナイトの面積率と比較的高い相関があり、残留オーステナィトの面積率が高いほど強度一伸びバランスは良好になることが確認された。ところが伸びフランジ性は、残留オーステナイトの面積率が高いからといって、必ずしも良好な値は得られないことが判明した。

そこで、残留オーステナイト以外の組織因子の影響を明らかにすべく更に研究を進めた結果、ミクロ組織中のベイナイトによって、伸びフランジ性は著しく変わってくることが確認された。本発明はこうした確認結果を基に更に研究を重ねた結果完成されたもので、ミクロ組織中に残留オーステナイトを含有しつつ、ある程度以上のベイナイトを含み、なお且つ当該べィナイトが所定硬度範囲内であるときに限って、強度一伸びバランスを劣化させることなく高レベルの伸びフランジ性が得られることを見出したのである。しかも、こうした要件を満たしつつ更にフエライ卜の粒径を適正範囲内に制御すると、伸びフランジ性は更に向上し、併せて低降伏比特性をも付与し得ることを知り、上記本発明に想到したものである。

まず、本発明において熱延鋼板の成分組成を限定した理由を説明する。

C ： 0 . 0 5〜0 . 1 5 %

Cは残留オーステナイ卜およびべィナイトを得るのに必須の元素であり、 0 . 0 5 %未満では、本発明で定める上記残留オーステナイト体積率とベイナイト面積率を確保することができず，また C量が 0 . 1 5 % を超えると、成形性、特に伸びフランジ性が悪くなる。従って C量は 0 . 0 5 %以上、 0 . 1 5 %以下に抑えなければならない。

S i ： 0 . 5〜 2 . 0 % S iは、熱延後の冷却過程におけるフェライト変態を促進し、 60% 以上のフェライト面積率を得るのに必要な元素である。またフェライト中の固溶 Cを排出してオーステナイト中へ濃縮させる作用も有しており、フェライトの清浄性を高めて成形性の向上にも寄与する。更に、炭化物の生成を抑えてオーステナイトを残留させる作用も有している。これらの作用を有効に発揮させるには、 0. 5 %以上含有させなければならないが、多過ぎるとかえつて成形性に悪影響を及ぼし、且つ溶接性や表面性状も劣化させるので、 2. 0 %以下に抑えなければならない。

Mn ： 0. 5〜2. 0 %

Mnは、強度向上に有効に作用する他、パーライトの生成を抑制してペイナイトゃ残留オーステナイ卜を生成し易くするのに有効であり、これらの効果を有効に発揮させるには、少なくとも 0. 5%以上含有させなければならない。しかし Mn量が多すぎると、延性が劣化するばかりでなく溶接性にも悪影響を及ぼすので、 2. 0%以下に抑えなければならない。

P ： 0. 0 5 %以下

P量が多過ぎると、加工性ゃ靭性が悪くなるので、 0. 05%以下に抑えなければならない。

S ： 0. 0 1 0 %以下

Sは、加工性、特に伸びフランジ性に悪影響を及ぼすので、 0. 0 1 0 %以下に抑えなければならない。

A 1 ： 0. 005〜0. 10 %未満

A 1は脱酸成分として有効に作用し、その作用は 0. 005 %以上含有させることによって有効に発揮される。しかし、多すぎると多量の非金属系介在物が生成し、表面欠陥や成形性劣化の原因になるので、 0. 1 0 %未満に抑えなければならない。

本発明の高強度熱延鋼板は、上記基本組成を満たし、残部は実質的に

F eからなるものであるが、所定の組織をより容易に得やすくし、或いは更なる特性向上を期して、必要により下記の元素を含有させることも有効である。

C r ： 0. 0 1〜： 1. 0%

C rは、所定硬度のペイナイ卜が所定の面積率で安定して生成し易ぐする作用を有しており、その作用は 0. 0 1 %以上の C rを含有させることによって有効に発揮される。しかし、 1. 0 %を超えて過度に含有させるとマルテンサイトが生成しやすくなり、伸びフランジ性が劣化するので、 1. 0 %以下に抑えなければならない。

C a ： 0. 0 1 %以下およびノまたは REM： 0. 05 %以下

C aおよび REMは、硫化物の形態制御を通じて伸びフランジ性を高める作用を有しており、その作用は C aで 0. 0005 %以上、 REM で 0. 005 %以上を含有させることによって有効に発揮される。しかし、これらの作用はある程度の添加量で飽和し、それ以上に添加することは経済的に無駄であるので、 C aは 0. 0 1 %以下、 REMは

0. 05 %以下に抑えるべきである。

Nb ： 0. 005〜0. l %、 T i : 0. 005〜0. 2 %、 V： 0. 0 1〜0. 5%、 N i : 0. 0 1〜2. 0 %、

Mo ： 0. 0 5〜： L. 0%、 B ： 0. 0005〜0. 0 1 %、 Cu ： 0. 0 5〜 1. 5 %よりなる群から選択される

少なくとも 1種以上

これらの元素は，いずれも鋼板の強度向上に有効に作用する元素であり、各元素の含有量が下限値未満ではそれらの作用が有効に発揮されず、 —方、上限値を超えると加工性、特に伸びフランジ性に悪影響を及ぼす恐れが生じてくる。

次に、本発明鋼板のミクロ組撒について説明する。

本発明の熱延鋼板は、フェライト、残留オーステナイトおよびべイナィ卜の 3相を主体とするミクロ組織を有している。

フェライトは、それ自身が高延性を有している他、オーステナイトへ Cを分配することによって残留オーステナイ卜の生成を促進する作用を有しており、 22, 000N/mm²'%以上の強度一伸びバランスを確保するには、面積率で 6 0 %以上が必要である。特に、十分な伸びを確保しつつ前記 2 2, 0 00Ν/ππη²·%以上の強度一伸びバランスを確保するには、フェライ卜の面積率を 75 %以上、より好ましくは 80%以上にするのがよい。しかし、フェライトの面積率が 9 5 %を超えると、硬質相 (ペイナイト、残留オーステナイト）が不足することになつて十分な強度が確保できなくなる。このためフェライト量は、面積率で下限を 60 %、より好ましくは 7 5 %、さらに好ましくは 80 %に、また上限を 9 5 %、より好ましくは 90 %と定めた。

また、熱延鋼板としての形状凍結性が重視される場合は、フェライト粒径を 5. 0 im超とすることが望ましい。該粒径が 5. 0 /im以下の微細粒になると降伏比が上昇し、形状凍結性が悪くなるからである。また、後述する残留オーステナイ卜およびべィナイトとの共存組織のもとでは、フェライト粒径を 5. 0 /im超、より好ましくは 6. 0 m以上とすることにより、伸びフランジ性は更に向上する。

次に残留オーステナイトは、体積率（X線解析により求められる占有率を意味する）で 3〜 1 5 %の範囲にする必要がある。該体積率が 3 % 未満では 22, 000N/mm²'%以上の強度—伸びバランスを確保することが困難であり、一方 1 5%を超えるとせん断加工時におけるせん断端面の硬度が著しく高まり、伸びフランジ性が悪くなる。特に良好な伸びフランジ性が要求される場合は、該残留オーステナイト体積率を 1 0% 以下、より好ましくは 9%以下に抑えることが望ましい。

ベイナイト量は、その面積率を [V(B)] とし、上記残留オーステナイトの体積率を [V( ] としたとき、 [V(B)] >1.5X [V(r)J を満たすようにすることが必須となる。ちなみに、 [V(B)] の値が 1.5 X [V(r)] 以下になると伸びフランジ性が悪くなるからであり、その理由は次の様に考えられる。

即ちべイナイト量が上記 [V(B)] >1.5X [V(r)] の関係を満たすものは、ミクロ組織内で残留オーステナイトがべイナィトと接した状態で存在し、或いはべイナイト内のラス間に存在する傾向が高まる。残留オーステナイトは、極限変形状態で既に多くの部分がマルテンサイトに変態しており、軟質なフェライ卜と接しているよりもペイナイ卜と接しているときの方が界面での亀裂を起こし難いことから、極限変形能が向上するものと思われる。

また、伸びフランジ性にはべイナイト自体の硬度も影響し、良好な伸びフランジ性を確保するには、ペイナイ卜の平均硬さを 240〜400 Hv (ピツカ一ス硬さ）にすることが望ましい。残留オーステナイト主体の鋼板では、残留オーステナイトの存在が伸びフランジ性を劣化させる大きな原因になる。すなわち穴拡げ試験においては、パンチ穴を開けてから穴拡げ加工が行なわれるが、打抜き加工によって穴を形成する際には、穴の縁が強加工されので、穴縁では残留オーステナイトがマルテンサイトに変態して硬さが大幅にアップする。そして、該マルテンサイトの硬さとマトリックスであるフェライトの硬さが大幅に違うため、両相界面のフェライト側に歪みが集中してクラックが発生する。ペイナイトは、マルテンサイトとフェライトの界面で緩衝作用を発揮するが、該緩衝作用を有効に発現させるには、ペイナイト硬さがマルテンサイトとフェライ卜の硬さの中間的な値を有していることが好ましく、あまり軟らか過ぎてもその効果は期待できない。このため、ペイナイト平均硬さの下限は 2 4 0 H v、より好ましくは 2 5 O H v、更に好ましくは 2 6 0 H vとする。一方、ベイナイト硬さが 4 0 Ο Η νを超えると、逆にべィナイトーフェライト界面が亀裂の起点となり、かえって伸びフランジ性が悪ぐなる。このため、上限は 4 0 0 H v、より好ましくは 3 8 O H v とする。

上記の通り本発明の熱延鋼板は、フェライト、残留オーステナイトおよびべィナイ卜の 3相を主体とするミクロ組織からなるもので、これら 3相以外の相（パーライトゃマルテンサイト）は極力少ないことが望ましいが、本発明の特性に影響を及ぼさない範囲として、面接率で 2 %程度以下の存在は許容される。実施例以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記実施例によって制限を受けるものではなく、前'後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。第 1表に示す化学成分の鋼を真空溶解炉にて溶製し、鎵造して得たスラブを、粗圧延により 3 O mm厚とした後、 1 1 5 0〜 1 3 0 0でに加熱し、仕上圧延温度を 7 8 0 - 9 2 (TCとして圧延を終了し、厚さ 3. 0mmの鋼板を得る。この鋼板を、第 2表および第 2図に示す条件で冷却した後、巻取り温度に相当する温度（1 0 0〜6 0 0で）で 3 0分間保持してから炉冷した。その後、伸び率 0. 6 %程度の調質圧延を施した。第 1表

第 2表

得られた熱延鋼板から組織観察用の試験片を採取し、ミクロ組織を光学顕微鏡および S Ε Μで写真撮影し、画像解析によって各相の面積率を求めた。ただし残留オーステナイト量については、 X線解析により体積率を求めた。また、各試験片から J I S 5号に規定される引張試験片を切り出し、引張試験によって機械的性質を調べた。

更に、伸びフランジ性を調べるため穴拡げ試験を行った。穴拡げ試験は、試料鋼板に直径（D o ) 1 O mmの穴をクリアランス 1 2 %で打ち抜いて初期穴を開けた後、初期穴のバリをダイ側（パンチの反対側）にして頂角 60° の円錐パンチを該初期穴に装入して穴を拡げ、亀裂が板厚を貫通する時点での穴径（D) を求め、下記式により穴拡げ率： ) を求めた。

λ= (D— Do) X 100/D o

上記の試験結果を第 3表に示す。また、ミクロ組織がフェライト (F-) 、残留オーステナイト（ァ）*^'ベイナイト（B) の 3相からなり、フェライ卜面積率 [V(F)] 、残留オーステナイト体積率 [V

(r)l 、ベイナイト平均硬さ Hv (B)が本発明の要件を満たす試料 No. 1〜 9および 20については、穴拡げ率（λ)と、ベイナイト面積率を [V(B)] としたときの [V(B)] / [V(r)] との関係を整理して第 1 図のグラフに示した。

なお第 3表において、 [VCF)] + [V(B)〕 + [V(r)l が 100% を超える場合があるが、これは [V(B)] を測定する際に、ベイナイト

(B) 相中に残留オーステナイト（ァ）が生成しているものについては、残留オーステナイト（ァ）を除外しないで測定したためである。

第 3表

(ft) F：フェライ卜 B：ペイナイ卜、 r ：残留オーステナイ卜、：マルテンィ卜

V(F)：フェライ卜 m , v(r)：残留オーステナイト V(B)：ペイナイ卜面鹏 d(PB) :フェライ卜 ¾g

第 1図より、ミクロ組織がフェライト、残留オーステナイト、ベイナイトの 3相からなり、 [V(F)] 、 [V(r)l および Hv (B)が本発明の前記規定要件を満足するだけでは、良好な伸びフランジ性は得られない力ベイナイト面積率 [V(B)] が「1. 5 X [V(r)l 超」であるものは、良好な伸びフランジ性を有していることがわかる。

また第 3表より、本発明の規定要件を満たす実施例は、良好な伸びフランジ性を有しているのみならず、 590 NZmm³以上の高強度を有し、且っ丁3ズ£ 1は22， 000N/mm²'%以上で、しかも TSXAで 48, 00 ON/匪² · %以上を達成しており、極めて優れた成形性を有している。更に，フェライト粒径が 5. 0 im超のものは降伏比（Y R) も 70%以下であり.、形状凍結性も優れたものであることが分かる _c 発明の効果本発明は以上の様に構成されており、熱延鋼板の成分組成を特定すると共に、ミクロ組織をフェライト、残留オーステナイトおよびべィナイトの 3相を主体とし、各相の占有率を特定すると共にべィナイ卜の平均硬さを特定することにより、高強度でありながら、丁3> £ 1が22， 000 N/mm² · %以上で優れた伸びフランジ性を有しており、成形性に優れた熱延鋼板を提供し得ることになつた。

Claims

請求の範囲

1. 質量％で、

C ： 0. 05〜0. 1 5%、

S i ： 0. 5〜2. 0%、

Mn ： 0. 5〜2. 0 %,

P ： 0. 05 %以下、

S ： 0. 0 1 0 %以下、

A 1 ： 0. 005〜0. 10 %未満

を満たし、残部が F eおよび不可避不純物である鋼からなり、金属組織がフェライト、残留オーステナイ卜およびべィナイ卜の 3相を主体とし、フェライト量 [V(F)] が 6 0〜 9 5面積％、残留オーステナイト量 [V(r)] が 3〜 1 5体積％、ベイナイト量 [V(B)] が面積率で前記残留オーステナイト量 [V(_T〉] に対し 1. 5倍以上であり、且つべィナイトの平均硬さが 240〜40 ΟΗνであることを特徴とする成形性に優れた高強度熱延鋼板。

2. フヱライトの平均粒径が 5. 0 / m超である請求の範囲第 1項に記載の成形性に優れた高強度熱延鋼板。

3. 鋼が、他の成分として C r ： 0. 0 1〜1. 0%を含むものである請求の範囲第 1または 2項に記載の成形性に優れた高強度熱延鋼板。

4. 鋼が、他の成分として C a ： 0. 0 1 %以下及びノ又は REM： 0. 05 %を含むものである請求の範囲第 1〜 3項のいずれかに記載の成形性に優れた高強度熱延鋼板。

5 ：鋼が、他の成分として Nb ： 0. 005〜0. l %、 T i :

0. 005〜0. 2 %、 V : 0. 0 1〜0. 5 %、 N i : 0. 0 1〜

2. 0 , Mo ： 0. 05〜： L. 0 %、 B ： 0. 0005〜0. 0 1 %, C u : 0. 0 5〜 1. 5%よりなる群から選ばれる少なくとも 1種をむものである請求の範囲第 1〜4項のいずれかに記載の成形性に優れた高強度熱延鋼板。

6. 引張強さ（TS) X伸び率（E 1 ) 力 22， 000N/mm²'%以上である請求の範囲第 1〜 5項のいずれかに記載の成形性に優れた髙強度熱延鋼板。