JP3333414B2 - 伸びフランジ性に優れる加熱硬化用高強度熱延鋼板及びその製造方法 - Google Patents

伸びフランジ性に優れる加熱硬化用高強度熱延鋼板及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、成形性が良好で、
成形後に加熱硬化熱処理を施すことにより、強度をより
向上させることができる加熱硬化用高強度熱延鋼板に関
し、この鋼板は強度及び剛性、靱性、疲労特性等が必要
な機械構造部品、自動車部品、一般鋼板製品として好適
に使用される。
【0002】
【従来の技術】近年、自動車の安全性向上および燃費向
上の観点から、自動車用鋼板の高強度薄肉化が広く進め
られている。これらの鋼板はプレス等の冷間加工により
成形されるため、優れた成形性も要求される。熱延鋼板
の場合、特に伸びフランジ性が重要視される場合が多
い。一方、構造用部材としては高強度であり、疲労特性
に優れることが要求されるが、高強度化するほど加工性
は劣化するのが通例である。
【0003】そこで、冷間加工の際には優れた加工性を
有し、その後所定の硬化熱処理を施すことによって、強
度を高める鋼板が種々開発されている。例えば、Cuの
時効処理による析出を利用したものとして、特開昭53
−79717号公報、特開平2−197547号公報に
掲示されているように、すでに工業化され実用に供され
ているものもある。しかし、このタイプの鋼板は、十分
な強度上昇を確保するために高価なCuを比較的多量
(1%前後)に添加する必要があるうえ、Cuが引き起
こすスラブ加熱時の割れ防止のために、やはり高価なN
iをも同時に添加する必要があり、製造コスト高を招来
する。またスクラップ精錬時に除去でさないCuは、リ
サイクルの観点からも障害となる。
【0004】また、特開平2−15145号公報、特開
平3−277717号公報に開示されているように、T
i、Nb等の析出強化元素を利用した加熱硬化用の熱延
鋼板も開発されている。これらはいずれも、熱延鋼板に
おいてTi等を固溶させておき、成形後、加熱硬化熱処
理を施して炭化物として析出させることにより、強度を
向上させるものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの加熱
硬化用熱延鋼板は、熱処理によって強度を向上させるこ
とに開発の主眼がおかれているため、熱処理前の材質は
低強度であるものの、その加工性は他の高加工性鋼板に
比べて必ずしも優れたものであるとはいえず、特に伸び
フランジ性については重要な加工特性でありながら満足
な特性が得られていない。
【0006】なお、強加工用の高強度鋼板においては、
伸びフランジ性に優れた鋼板は既に提供されている。例
えば、特開昭57−101649号公報には、Nb、T
iを含む鋼について、フェライト及びベイナイトの体積
率を制御することにより、優れた伸びフランジ性を有す
る高強度熱延鋼板が得られることが記載されている。ま
た、特開平6−172920号公報には、優れたTS−
Elバランスと伸びフランジ性を得るためにNbおよび
Tiを複合添加した鋼を熱間圧延後、冷却制御してフェ
ライト+ベイナイト組織とする方法が示されている。
【0007】しかし、これらの高強度鋼板は、Nb,T
iが添加されているものの、加熱硬化性については考慮
されていないため、十分な強度上昇量を安定して得るこ
とはできなかった。
【0008】本発明はかかる問題に鑑みなされたもの
で、熱延のままで690N/mm2 以上の強度と優れた伸
びフランジ性を有し、しかも、成形後の加熱硬化熱処理
により、より高強度化を図ることができる加熱硬化用高
強度熱延鋼板を提供するものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者は、加熱硬化性
と伸びフランジ性を兼ね備えた熱延鋼板について検討を
重ねたところ、加熱硬化性も伸びフランジ性も成分だけ
ではなくそのミクロ組織によって大きく影響を受け、T
iの析出を利用した加熱硬化用熱延鋼板において、その
ミクロ組織をフェライトおよび所定体積率に制御したベ
イナイトとし、さらにこれらの組織中に存在するセメン
タイトの大きさを制御することによって、優れた伸びフ
ランジ性を確保できるばかりでなく、大きい加熱硬化量
を得ることができることを知見し、本発明を完成するに
至った。
【0010】すなわち、本発明の加熱硬化用高強度熱延
鋼板は、重量%で、C :0.05〜0.20%、Si:0.01〜
0.8 %、Mn:0.5 〜2.5 %、P:0.005 〜0.1 %、S
:0.01%以下、Al:0.01〜0.08%、Ti:0.08〜0.
20%を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなり、
フェライトおよび体積率で30〜90%のベイナイトか
らなる組織を有し、かつ組織中に含まれるセメンタイト
の平均粒径が3μm以下であることを特徴とする。
【0011】前記鋼成分として、さらにNb:0.01
〜0.1%、及び/又は下記の第1群〜第3群中の少な
くとも1群から選んだ1種以上の成分を含有することが
できる。 第1群;V:0.01〜0.5 % 第2群;Cr:0.05〜0.8 %、Mo:0.05〜1.0 %、
B:0.0005〜0.01% 第3群;Ca:0.005 %以下、希土類元素:0.05%以下
【0012】以下、本発明について詳細に説明する。ま
ず、成分限定理由について説明する。単位は全てwt%
(mass%)である。 C :0.05〜0.20% Cは鋼の強化に効果を有する。冷間加工後の熱処理時に
Ti等と結合して強度を高めるのに必要であり、また伸
びフランジ性にとって好ましいベイナイトを形成するた
めにも必要な元素であり、このためには0.05%以上
添加する必要がある。しかし、過多に添加すると延性の
劣化が著しく、溶接性も低下するので、その上限を0.
20%とする。望ましい範囲は0.07〜0.15%で
ある。
【0013】Si:0.01〜0.8 % Siは固溶強化元素として引張強さの向上に非常に有効
であるが、過度の添加は表面性状や化成処理性を悪化さ
せるため、0.8%を上限とする。。
【0014】Mn:0.5 〜2.5 % Mnも固溶強化元素であり引張強さの向上に有効である
ほか、粗大なパーライトの生成を抑制し、ベイナイトを
生成させるために必要な元素である。この効果を有効に
発揮させるには0.5%以上添加する必要があるが、過
多に添加すると、延性を低下させるだけでなく溶接性を
害するので、その上限を2.5%とする。
【0015】P:0.005 〜0.1 % Pは鋼の強度を向上させる働きがあるが、過度の添加は
加工性、靱性を劣化させるため、下限を0.005%、
上限を0.1%とする。
【0016】S :0.01%以下Sは延性を劣化させるた
め少ないほどよく、本発明では伸びフランジ性の改善の
ため0.01%以下とする。
【0017】Al:0.01〜0.08% Alは脱酸のために添加する。0.01%未満では過少
であり、一方0.08%を越えて加えるとアルミナ系の
介在物が増加し、加工性が劣化するので、上限を0.0
8%とする。
【0018】Ti:0.08〜0.20% Tiは本発明鋼板において重要な元素である。すなわ
ち、Mn、必要に応じて添加されるCrとともに目的と
するフェライト+ベイナイト組織を得るために有効であ
るばかりでなく、熱延段階で固溶させたTiは、熱処理
することにより微細なTiCとなって析出し、著しく強
度を上昇させる効果がある。熱処理後に890N/mm2
以上のTSを確保するためには、0.08%以上の添加
が必要であるが、過度に添加すると加工性が劣化するた
め、上限を0.20%とする。
【0019】本発明の熱延鋼板は、以上の成分を必須成
分とし、残部実質的にFeからなるが、さらにNb:
0.01〜0.1%、及び/又は下記の第1群〜第3群
中の少なくとも1群から選んだ1種以上の成分を含有す
ることができる。
【0020】Nb:0.01〜0.1% NbはMnと共存して熱延後の変態組織に影響を与え、
Tiと同様、ベイナイト組織を得やすくする働きがあ
る。また析出強化元素でもあるため、Tiと同様に熱延
巻取時に析出を抑制することで、熱処理硬化性を発揮す
る。これらの効果を発揮させるためには、0.01%以
上の添加が必要である。しかし、過度に添加すると、降
伏比の上昇、および延性の低下を招くので、0.1%を
上限とした。
【0021】第1群;V:0.01〜0.5 % Vは析出強化元素であり、Tiと同様に熱延巻取時に析
出を抑制することで、熱処理硬化性を発揮する。
【0022】第2群;Cr:0.05〜0.8 %、Mo:0.05
〜1.0 %、B:0.0005〜0.01% Cr、Mo、Bは焼き入れ性を向上させて、所望の組織
を有利に与える元素である。この効果を有効に発揮する
ために各元素の下限を設定し、効果が飽和する量を経済
的見地より上限とした。
【0023】第3群;Ca:0.005 %以下、希土類元
素:0.05%以下 Ca、希土類元素は硫化物の形態制御を通じて、延性、
特に伸びフランジ性を改善する効果を有する。この効果
を有効に発揮するために各元素の下限を設定し、効果が
飽和する量を経済的見地より上限とした。
【0024】次に、本発明熱延鋼板のミクロ組織につい
て説明する。ミクロ組織はフェライトと体積率で30〜
90%のベイナイトからなる。フェライトは伸びを確保
するために必要であり、一方、硬質相をベイナイトで構
成するのは、パーライトはベイナイトに比して伸びフラ
ンジ性に劣るうえ、その後の硬化熱処理による強度上昇
が少ない。またマルテンサイトは熱延鋼板の伸びフラン
ジ性が大きく劣化するうえ、硬化熱処理時にマルテンサ
イトが軟質化するために加熱硬化性も低くなるからであ
る。また、ベイナイトの体積率を30〜90%とするの
は、30%未満では強度が低下するうえ、伸びフランジ
性も十分ではなくなり、一方90%を越えると伸びの低
下が大きくなるからである。
【0025】また、フェライトおよびベイナイト組織中
に存在するセメンタイトの大きさは、平均で3μm以下
であることが必要である。これは以下の理由による。硬
化熱処理によりTiCを形成し、強度を上昇させるため
には、固溶Tiと固溶Cとが必要となるが、熱延鋼板の
段階では固溶Cの量は少なく、大半はセメンタイト(Fe
3C)を形成している。それ故、硬化熱処理時にセメンタ
イトを固溶する必要があるが、粗大なセメンタイトは溶
解困難であるため、本発明では3μm以下の微細なセメ
ンタイトとする。これにより、セメンタイトが速やかに
溶解し、十分にTiCを形成することができる。また、
加工性、特に伸びフランジ性の改善にもセメンタイトの
微細化は有効であり、好ましくは、セメンタイトの粒径
は2μm以下とするのがよい。
【0026】次に、本発明の熱延鋼板の好適な工業的生
産方法について説明するが、本発明熱延鋼板はかかる方
法により製造されたものに限定されない。
【0027】前記鋼成分の鋼片を、Ti,Nb等の析出
強化元素の溶体化のために1150℃以上、好ましくは
1200℃以上に加熱し、熱間圧延を行う。熱間圧延の
仕上温度はAr3点以上900℃未満にするのがよい。A
r3点未満では加工組織が残存し加工性が劣化すると共に
加熱硬化性も低下するようになる。一方、仕上温度を9
00℃未満とすることにより、適当量のフェライトを安
定して得ることができるため、伸びを確保することがで
きる。仕上温度が900℃以上では、フェライト量が極
端に少なくなり、伸びの劣化が大きくなる。
【0028】巻取温度は300℃以上450℃未満にす
るのがよい。300℃未満ではマルテンサイトが生成す
るために伸びフランジ性が低下するようになり、またマ
ルテンサイトはその後の熱処理により逆に軟化してしま
うため、加熱硬化性にとっても好ましくない。450℃
以上では、所定量のベイナイトが得られても、組織中の
セメンタイトが粗大化し、さらにTiC析出量も多くな
るため、十分な加熱硬化性が得られないようになるう
え、伸びフランジ性も低下するようになる。
【0029】なお、成形加工後の硬化熱処理は、固溶T
i、固溶Nbを析出させるように加熱すればよく、通
常、500〜750℃の温度で、1分以上加熱すればよ
い。
【0030】
【実施例】表1に示す化学成分を有する鋼を用いて、圧
下率を変えるために5mm〜30mm厚のスラブを造った。
これらを1250℃で60分間加熱した後、熱間圧延を
行った。圧延は未再結晶温度域である830〜950℃
の範囲で開始し、表2に示した仕上温度で3.0mmまで
圧延し、巻取温度相当の温度まで冷却し、その温度で3
0分保持後炉冷した。
【0031】得られた熱延鋼板からJIS5号引張試験
片を採取し、引張試験および伸びフランジ性評価のため
の穴拡げ試験に供した。穴拡げ試験は初期穴径di=1
0mmφの打ち抜き穴を開け、頂角60度の円錐パンチを
押し込んで、クラックが板厚を貫通する際の穴径dbを
求め、穴拡げ率λを下記式により算出した。 λ=((db−di)/di)×100%
【0032】また、加熱硬化性を評価するため、試験片
に600℃×10分の加熱硬化熱処理を施し、JIS5
号試験片により、引張試験を行った。得られた結果を表
2に示す。
【0033】
【表1】
【0034】
【表2】
【0035】表2より本発明鋼板(試料No. 1〜7)
は、熱処理前はいずれもTS×λ≧50000の優れた
加工性を有し、なおかつ熱処理後、引張強さが150N
/mm2以上上昇していることが分かる。
【0036】一方、試料No. 8(比較例)は、加工性は
良好であるものの、Si含有量が発明範囲を越えている
ため、著しいスケール模様が発生した。また、その他の
比較例試料は、熱延ままの加工性や加熱硬化量が十分で
はないことがわかる。
【0037】
【発明の効果】本発明の加熱硬化用高強度熱延鋼板は、
Tiを0.08〜0.20%含有し、平均粒径が3μm
以下のセメンタイトを含むフェライトおよび所定量のベ
イナイトからなる2相組織としたので、加工性、特に伸
びフランジ性に優れ、しかも加熱硬化量も大きく、優れ
た加工性と加熱硬化性とを兼備したものとして好適であ
る。また、本発明の製造方法は上記加熱硬化用高強度熱
延鋼板の工業的製造方法として生産性に優れ、好適であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−170048(JP,A) 特開 平8−325644(JP,A) 特開 平7−286243(JP,A) 特開 平6−240356(JP,A) 特開 平5−105963(JP,A) 特開 昭61−130454(JP,A) 特開 昭58−42725(JP,A) 特開 平8−143953(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 38/00 - 38/60

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、C :0.05〜0.20%、Si:
    0.01〜0.8 %、Mn:0.5 〜2.5 %、P:0.005 〜0.1
    %、S :0.01%以下、Al:0.01〜0.08%、Ti:0.
    08〜0.20%を含み、残部Feおよび不可避的不純物から
    なり、フェライトおよび体積率で30〜90%のベイナ
    イトからなる組織を有し、かつ組織中に含まれるセメン
    タイトの平均粒径が3μm以下であることを特徴とする
    伸びフランジ性に優れる加熱硬化用高強度熱延鋼板。
  2. 【請求項2】 鋼成分として、さらにNb:0.01〜
    0.1%を含有する請求項1に記載した加熱硬化用高強
    度熱延鋼板。
  3. 【請求項3】 鋼成分として、さらに 第1群;V:0.01〜0.5 % 第2群;Cr:0.05〜0.8 %、Mo:0.05〜1.0 %、
    B:0.0005〜0.01% 第3群;Ca:0.005 %以下、希土類元素:0.05%以下 の少なくとも1群から選んだ1種以上の成分を含有する
    請求項1又は2に記載した加熱硬化用高強度熱延鋼板。
  4. 【請求項4】 請求項1、2又は3に記載した成分の鋼
    を1150℃以上に加熱し、Ar3点以上900℃未満の
    仕上温度で熱間圧延を終了し、300℃以上450℃未
    満の温度で巻き取ることを特徴とする伸びフランジ性に
    優れる加熱硬化用高強度熱延鋼板の製造方法。
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