JP5221348B2 - 複層鋼及び複層鋼の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、鋼の高強度と高延性の相反する特性を両立することのできる鋼／鋼積層型の複層鋼及び複層鋼の製造方法に関するものである。
自動車などの移動体には、性能や環境対応の観点から軽量化が求められる。そのため、その構造材料において、これまでに大きく２つのアプローチがなされてきた。１つは、鉄鋼材料を高強度化することにより薄肉化することであり、もう１つは鉄鋼材料の代わりに比重の小さい合金を用いることである。
鉄鋼材料を高強度・薄肉化すると、材料の高強度・薄肉化にともない延性及び耐疲労特性の低下、水素脆化などの問題が生じてしまう。
また、鉄鋼材料の代わりに比重の小さいＡｌやＭｇなどの合金を用いると、強度や剛性が低いため、鉄鋼材料と同等の強度や剛性を得るためには、板厚を増やすか断面形状を複雑にしなければならない。したがって、比重差ほどの軽量化効果を得ることができないばかりか、成形性の低下、異材接合における脆化、腐食などの問題が生じてしまう。
したがって、構造の軽量化を行うために、鋼を高強度化すると同時に、それに付随して起こる延性、靭性、剛性、加工性、安全性、脆化特性、耐疲労特性、耐腐食性、耐環境性などの低下を解決した鉄鋼材料が強く求められている。
しかしながら、特に強度と延性は相反する特性であるため、これまでの鉄鋼材料では両立させることが困難である。
図１は、従来における鋼の強度−延性の相関を示すグラフである。グラフは、強度として引張強度、延性として伸びにより表されている。グラフ中のＭＡＲＴ（Ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ）は、低延性で超高強度なマルテンサイト鋼である。グラフより、いずれの鋼においても、高強度化すると延性が低下してしまうことが分かる。
従来、材料の特性を改善する手段の１つとして、必要となる特性を有する複数の異なる材料を用いて複層化することも検討されている。
鋼又は他材料を複層化した材料としては、クラッド板、ラミネート板、コンポジット材料などがある。
クラッド板は、耐食性などの機能付与を目的として表面に耐食性に優れた鋼などを貼り付けた鋼板又は金属板である。クラッド板を形成する方法として、異なる鋼同士を冷間圧延し、焼鈍する方法（例えば、特許文献１）等が提案されている。
ラミネート板は、制振機能・断熱機能などの機能付与を目的として樹脂などを挟んだ鋼板又は金属板である。ラミネート板を形成する方法として、２枚の金属板間に接合された樹脂を溶融させて加圧成形する方法（例えば、特許文献２）等が提案されている。
コンポジット材料は、材料自体の高強度化を目的としてポリマー、金属箔などのラミネート箔又は炭素系材料などをコンポジットした板状材料である。異なる材料のコンポジット材料を形成する方法として、プリプレグシートからなるコンポジットパーツを圧縮成形する方法（例えば、特許文献３）等が提案されている。複層化することにより、材料自体の靭性、疲労特性が向上するという報告がある。
特開平５−５１９０ 特開２００１−２７７２７１ 特開２００５−３０６０３９
従来技術において、クラッド板は、異なる鋼又は金属板同士を圧延し、焼鈍などを行うことによって得られる鋼板又は金属板であり、主に表面機能などの機能付与が目的であり、接合を前提とした構造材料自体の高性能化を目的としていない。また、ラミネート板は、２枚の金属板間に接合された樹脂を溶融させて加圧成形などを行うことによって得られる鋼板又は金属板であるため、制振機能・断熱機能などの機能付与が目的であり、接合を前提とした構造材料自体の高性能化を目的としていない。
コンポジット材料は、材料を圧縮成形など行うことによって得られる板状材料であり、複層化した板状材料自体の高強度化を目的としている。また複層化することにより、セラミックスなどの脆性材料の靭性の向上や疲労特性が向上するという報告がある。本発明ではこれらの知見を参照するが、本発明で注目しているような強度−延性のバランス、および靭性、加工性、接合性、疲労特性などの特性に関する検討はない。
結局、従来のいずれの複層化材料においても強度、延性などの相反する特性を改善した構造材料を達成することができなかった。
そこで、本発明は上記問題点に着目し、強度、延性などの相反する特性を両立することができ、強度、延性、接合性、耐脆化特性、耐疲労特性に優れた鋼／鋼積層型の複層鋼及び複層鋼の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の請求項１記載の複層鋼は、組織又は機械的特性の異なる少なくとも２種以上の鋼を組み合わせ、圧延によって形成したことを特徴とする。
本発明の請求項２記載の複層鋼は、組織又は機械的特性の異なる少なくとも２種以上の鋼を層状に重ね合わせた積層鋼を圧延し、所定の熱処理を施すことにより、マルテンサイトを主たる相とする第一の層と、オーステナイト及びフェライトのうち少なくとも１種を主たる相とする第二の層とを形成したことを特徴とする。
本発明の請求項３記載の複層鋼は、質量％で、C：０．０５％から０．４％、Si：０．０５％から３．０％、Mn：０．０５％から３．０％及び不可避的不純物を含む鋼Ａ、
鋼Ａに加え、質量％で、Nb：０．００１％から０．１％、Ti：０．００１％から０．１％、V：０．００１％から０．５％、Cr：０．０１％から１６．０％、Ni：０．０１％から１２．０％、Mo：０．０１％から３．０％、Cu：０．０１％から１．０％のうちの1種又は２種以上を含む鋼Ｂ
のうちの１種又は２種からなる第一の層及び
質量％で、C：０．０１％から０．１５％、Si：０．０１％から１．０％、Mn：０．０１％から２．０％、Cr：１２．０％から２４．０％、Ni：４．０％から１４．０％、N：０．００１から０．３％及び不可避的不純物を含む鋼Ｃ、
鋼Ｃに加え、質量％で、Nb：０．００１％から０．１％、Ti：０．００１％から０．１％、V：０．００１％から０．５％、Mo：０．０１％から３．０％、Cu：０．０１％から１．０％の１種又は２種以上を含む鋼Ｄ、
質量％で、C：０．００１％から０．１５％、Si：０．０５％から３．０％、Mn：１５．０％から３２．０％、及び不可避的不純物を含む鋼Ｅ、
鋼Ｅに加え、質量％で、Nb：０．００１％から０．１％、Ti：０．００１％から０．１％、V：０．００１％から０．５％、Cr：０．０１％から１２．０％、Ni：０．０１％から４０．０％、Mo：０．０１％から３．０％、Cu：０．０１％から１．０％、N：０．００１％から０．３％の1種又は２種以上を含む鋼Ｆ、
質量％で、C：０．０００１％から０．０５％、Si：０．０１％から１．０％、Mn：０．０１％から２．０％、及び不可避的不純物を含む鋼Ｇ、
鋼Ｇに加え、質量％で、Nb：０．００１％から０．１％、Ti：０．００１％から０．１％、V：０．００１％から０．５％、Cr：０．０１％から１２．０％、Ni：０．０１％から４０．０％、Mo：０．０１％から３．０％、Cu：０．０１％から１．０％の１種又は２種以上を含む鋼Ｈ
のうちの１種以上からなる第二の層を組み合わせ、圧延によって形成したことを特徴とする。
本発明の請求項４記載の複層鋼は、請求項１〜３のうちいずれか１項において、複層鋼を構成する各層が１２５μｍ以下の厚さからなることを特徴とする。
本発明の請求項５記載の複層鋼は、請求項１〜３のうちいずれか１項において、複層鋼を構成する層数が５層以上からなることを特徴とする。
本発明の請求項６記載の複層鋼の製造方法は、組織又は機械的特性の異なる少なくとも２種以上の鋼を組み合わせ圧延し、複層鋼を形成することを特徴とする。
本発明の請求項７記載の複層鋼の製造方法は、組織又は機械的特性の異なる少なくとも２種以上の鋼を層状に重ね合わせることにより積層鋼を形成する積層ステップと、前記積層鋼を圧延し、所定の熱処理を施すことにより、マルテンサイトを主たる相とする第一の層と、オーステナイト及びフェライトのうち少なくとも１種を主たる相とする第二の層とを形成し、前記第一の層及び前記第二の層を備えた複層鋼を作製する圧延ステップとを備えることを特徴とする。
本発明の請求項８記載の複層鋼の製造方法は、質量％で、C：０．０５％から０．４％、Si：０．０５％から３．０％、Mn：０．０５％から３．０％及び不可避的不純物を含む鋼Ａ、
鋼Ａに加え、質量％で、Nb：０．００１％から０．１％、Ti：０．００１％から０．１％、V：０．００１％から０．５％、Cr：０．０１％から１６．０％、Ni：０．０１％から１２．０％、Mo：０．０１％から３．０％、Cu：０．０１％から１．０％のうちの1種又は２種以上を含む鋼Ｂ
のうちの１種又は２種からなる第一の層及び
質量％で、C：０．０１％から０．１５％、Si：０．０１％から１．０％、Mn：０．０１％から２．０％、Cr：１２．０％から２４．０％、Ni：４．０％から１４．０％、N：０．００１から０．３％及び不可避的不純物を含む鋼Ｃ、
鋼Ｃに加え、質量％で、Nb：０．００１％から０．１％、Ti：０．００１％から０．１％、V：０．００１％から０．５％、Mo：０．０１％から３．０％、Cu：０．０１％から１．０％の１種又は２種以上を含む鋼Ｄ、
質量％で、C：０．００１％から０．１５％、Si：０．０５％から３．０％、Mn：１５．０％から３２．０％、及び不可避的不純物を含む鋼Ｅ、
鋼Ｅに加え、質量％で、Nb：０．００１％から０．１％、Ti：０．００１％から０．１％、V：０．００１％から０．５％、Cr：０．０１％から１２．０％、Ni：０．０１％から４０．０％、Mo：０．０１％から３．０％、Cu：０．０１％から１．０％、N：０．００１％から０．３％の1種又は２種以上を含む鋼Ｆ、
質量％で、C：０．０００１％から０．０５％、Si：０．０１％から１．０％、Mn：０．０１％から２．０％、及び不可避的不純物を含む鋼Ｇ、
鋼Ｇに加え、質量％で、Nb：０．００１％から０．１％、Ti：０．００１％から０．１％、V：０．００１％から０．５％、Cr：０．０１％から１２．０％、Ni：０．０１％から４０．０％、Mo：０．０１％から３．０％、Cu：０．０１％から１．０％の１種又は２種以上を含む鋼Ｈ
のうちの１種以上からなる第二の層を組み合わせ圧延し、複層鋼を形成することを特徴とする。
本発明の請求項９記載の複層鋼の製造方法は、請求項６〜８のうちいずれか１項において、複層鋼を構成する各層が１２５μｍ以下の厚さからなることを特徴とする。
本発明の請求項１０記載の複層鋼の製造方法は、請求項６〜８のうちいずれか１項において、複層鋼を構成する層数が５層以上からなることを特徴とする。
本発明の請求項１１記載の複層鋼の製造方法は、請求項６〜８のうちいずれか１項において、前記複層鋼の各層の最終厚さを、圧延によって圧延前の各層の元厚の1/2以下にして複層鋼を形成する
ことを特徴とする。
本発明の請求項１２記載の複層鋼の製造方法は、請求項６〜８のうちいずれか１項において、前記圧延が熱間圧延であることを特徴とすることを特徴とする。
本発明の請求項１３記載の複層鋼の製造方法は、請求項６〜８のうちいずれか１項において、前記圧延が冷間圧延であることを特徴とする。
本発明の請求項１４記載の複層鋼の製造方法は、請求項６〜８のうちいずれか１項において、前記圧延が温間圧延であることを特徴とする。
本発明の請求項１５記載の複層鋼の製造方法は、請求項６〜８のうちいずれか１項において、前記圧延が、熱間圧延、冷間圧延及び温間圧延のうち少なくとも２種以上併用した圧延であることを特徴とする。
本発明の請求項１６記載の複層鋼の製造方法は、請求項６又は８において、前記圧延後に熱処理を行うことを特徴とする。
本発明の請求項１７記載の複層鋼の製造方法は、請求項１４又は１５において、前記温間圧延は、２００℃〜７５０℃の範囲で圧延を行うことを特徴とする。
本発明の請求項１８記載の複層鋼の製造方法は、請求項１３又は１５において、前記冷間圧延は、圧下率が３０％以上の圧延を少なくとも１回以上行うことを特徴とする。
本発明の請求項１９記載の複層鋼の製造方法は、請求項７又は１６において、前記熱処理は９００℃〜１２５０℃の範囲内で１秒以上均熱し、前記熱処理の後常温まで冷却させることを特徴とする。
本発明による複層鋼及び複層鋼の製造方法によれば、組織又は機械的特性の異なる少なくとも２種以上の鋼を組み合わせた積層鋼を圧延し複層鋼を形成することによって、強度、延性などの相反する特性を両立することができ、強度、延性、接合性、脆化特性、耐疲労特性に優れた鋼／鋼積層型の複層鋼を製造できる。
従来の鋼の強度−延性の相関を示すグラフである。 本発明の複層鋼の製造方法による複層化による特性改善を説明するグラフである。 本発明の複層鋼の製造方法による複層鋼の脆性破壊の例を示す図である。 本発明の複層鋼の製造方法による複層鋼の脆性破断条件を説明する図である。 本発明の複層鋼の製造方法によるクラックない複層鋼を得るための条件を示すグラフである。 本発明の複層鋼の製造方法による複層鋼のネッキングの例を示す図である。 本発明の複層鋼の製造方法による圧延前の積層鋼の断面写真である。 本発明の複層鋼の製造方法による積層鋼の圧延方法を示す概略図である。 熱処理温度と伸びとの関係を示すグラフである。 最大パス圧下率と伸びとの関係を示すグラフである。
本発明の複層鋼は、組織又は機械的特性の異なる少なくとも２種以上の鋼を組み合わせて複層化することにより鋼自体の特性改善を図ることができる。
図２に、本発明の複層化による特性改善を説明するグラフを示す。横軸は、引張強度であり、縦軸は、延性である。グラフ中の鋼Iは、引張強度は比較的低いが、延性は比較的高い鋼であるのに対し、鋼IIは、引張強度は比較的高いが、延性は比較的低い鋼である。本発明者らは、鋼I及び鋼IIを複層化することにより、引張強度は鋼Iと鋼IIの積層比による相加平均で決まるが、延性は鋼／鋼の複層界面を作った場合は複層化により相加平均以上になることを見出した。更に検討した結果、延性の向上は特に複層の層厚、積層数を制御することでさらに顕著となることが判明した。
実際上、図２に示すように、本発明の複層鋼10は、高強度であって低延性である第一の層12と、低強度であって高延性である第二の層11とから構成されており、第一の層12を偶数層とし、第二の層11を奇数層として順次交互に奇数枚積層し、これにより高延性である第二の層11が両外面に配置されるように形成されている。
なお、この実施の形態の場合、奇数枚の積層として、９枚を積層した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、要は、高強度であって低延性である第一の層12を、低強度であって高延性である第二の層11で挟み込み、かつ第二の層11が両外面に配置さればよく、５枚や、１１枚等この他種々の奇数枚に積層しても良い。
本発明の複層鋼10は、組織又は機械的特性の異なる少なくとも２種以上の鋼を組み合わせて圧延し形成したことを特徴とするものである。
実際上、複層鋼10における第一の層12は、マルテンサイトを主たる相としており、マルテンサイトのみからなる鋼や、マルテンサイト及びベイナイトからなる鋼によって形成されている。また、第二の層11は、オーステナイト及びフェライトのうち少なくとも１種を主たる相とする鋼によって形成されている。
また、本発明の複層鋼10は、質量％で、C：０．０５％から０．４％、Si：０．０５％から３．０％、Mn：０．０５％から３．０％及び不可避的不純物を含む鋼Ａ、
鋼Ａに加え、質量％で、Nb：０．００１％から０．１％、Ti：０．００１％から０．１％、V：０．００１％から０．５％、Cr：０．０１％から１６．０％、Ni：０．０１％から１２．０％、Mo：０．０１％から３．０％、Cu：０．０１％から１．０％のうちの1種又は２種以上を含む鋼Ｂ
のうちの１種又は２種からなる第一の層12及び
質量％で、C：０．０１％から０．１５％、Si：０．０１％から１．０％、Mn：０．０１％から２．０％、Cr：１２．０％から２４．０％、Ni：４．０％から１４．０％、N：０．００１から０．３％及び不可避的不純物を含む鋼Ｃ、
鋼Ｃに加え、質量％で、Nb：０．００１％から０．１％、Ti：０．００１％から０．１％、V：０．００１％から０．５％、Mo：０．０１％から３．０％、Cu：０．０１％から１．０％の１種又は２種以上を含む鋼Ｄ、
質量％で、C：０．００１％から０．１５％、Si：０．０５％から３．０％、Mn：１５．０％から３２．０％、及び不可避的不純物を含む鋼Ｅ、
鋼Ｅに加え、質量％で、Nb：０．００１％から０．１％、Ti：０．００１％から０．１％、V：０．００１％から０．５％、Cr：０．０１％から１２．０％、Ni：０．０１％から４０．０％、Mo：０．０１％から３．０％、Cu：０．０１％から１．０％、N：０．００１％から０．３％の1種又は２種以上を含む鋼Ｆ、
質量％で、C：０．０００１％から０．０５％、Si：０．０１％から１．０％、Mn：０．０１％から２．０％、及び不可避的不純物を含む鋼Ｇ、
鋼Ｇに加え、質量％で、Nb：０．００１％から０．１％、Ti：０．００１％から０．１％、V：０．００１％から０．５％、Cr：０．０１％から１２．０％、Ni：０．０１％から４０．０％、Mo：０．０１％から３．０％、Cu：０．０１％から１．０％の１種又は２種以上を含む鋼Ｈ
のうちの１種以上からなる第二の層11を組み合わせ圧延し形成したことを特徴とするものである。
本発明に用いる鋼としては、組織又は機械特性の異なる鋼であれば、特定のものに限定されないが、例えば、マルテンサイト鋼、オーステナイト鋼、ＩＦ（Ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ Ｆｒｅｅ）鋼、ＤＰ（Ｄｕａｌ Ｐｈａｓｅ）鋼、ＴＲＩＰ鋼、析出強化型鋼、ステンレス鋼又はＴｉなどの合金であるのが好ましい。
本発明に用いる第一の層12としては、高強度を有する鋼であれば、特定のものに限定されないが、質量％で、C：０．０５％から０．４％、Si：０．０５％から３．０％、Mn：０．０５％から３．０％及び不可避的不純物を含む鋼Ａ、鋼Ａに加え、質量％で、Nb：０．００１％から０．１％、Ti：０．００１％から０．１％、V：０．００１％から０．５％、Cr：０．０１％から１６．０％、Ni：０．０１％から１２．０％、Mo：０．０１％から３．０％、Cu：０．０１％から１．０％のうちの1種又は２種以上を含む鋼Ｂのうちの１種又は２種からなる鋼であるのが好ましい。
本発明に用いる第二の層11としては、高延性を有する鋼であれば、特定のものに限定されないが、質量％で、C：０．０１％から０．１５％、Si：０．０１％から１．０％、Mn：０．０１％から２．０％、Cr：１２．０％から２４．０％、Ni：４．０％から１４．０％、N：０．００１から０．３％及び不可避的不純物を含む鋼Ｃ、鋼Ｃに加え、質量％で、Nb：０．００１％から０．１％、Ti：０．００１％から０．１％、V：０．００１％から０．５％、Mo：０．０１％から３．０％、Cu：０．０１％から１．０％の１種又は２種以上を含む鋼Ｄ、質量％で、C：０．００１％から０．１５％、Si：０．０５％から３．０％、Mn：１５．０％から３２．０％、及び不可避的不純物を含む鋼Ｅ、鋼Ｅに加え、質量％で、Nb：０．００１％から０．１％、Ti：０．００１％から０．１％、V：０．００１％から０．５％、Cr：０．０１％から１２．０％、Ni：０．０１％から４０．０％、Mo：０．０１％から３．０％、Cu：０．０１％から１．０％、N：０．００１％から０．３％の1種又は２種以上を含む鋼Ｆ、質量％で、C：０．０００１％から０．０５％、Si：０．０１％から１．０％、Mn：０．０１％から２．０％、及び不可避的不純物を含む鋼Ｇ、
鋼Ｇに加え、質量％で、Nb：０．００１％から０．１％、Ti：０．００１％から０．１％、V：０．００１％から０．５％、Cr：０．０１％から１２．０％、Ni：０．０１％から４０．０％、Mo：０．０１％から３．０％、Cu：０．０１％から１．０％の１種又は２種以上を含む鋼Ｈのうちの１種以上からなる鋼であるのが好ましい。
本発明の複層鋼は、組織又は機械特性の異なる少なくとも２種以上の鋼からなるものであれば、特定のものに限定されないが、第一の層12としてマルテンサイト鋼、第二の層11としてオーステナイト鋼からなる複層鋼10であるのが好ましい。高強度を有する鋼II、高延性を有する鋼Iのように相反する機械特性を有する鋼を複数組み合わせて圧延することにより、高強度・高延性の鋼を得ることができる。なお、ＩＦ鋼、ＤＰ鋼、ＴＲＩＰ鋼、析出強化型鋼、ステンレス鋼などのうち複数の鋼からなる積層鋼であってもよい。
本発明の複層鋼10を圧延する前の積層鋼の各層の厚さは、積層鋼を圧延した後に得られる複層鋼10を構成する各層が１２５μｍ以下の厚さであることが好ましい。各層の厚さが１２５μｍ以下の層からなる複層鋼10を形成することにより、剥離破断、脆性破断、局所ネッキングなどのない複層鋼10を形成することができる。
また、本発明の複層鋼10の層数は、圧延した後に得られる複層鋼10の厚さ方向に対して特定のものに限定されないが、５層以上であることが好ましい。それによって複層鋼全体の機械特性及び接合性を向上させることができる。
さらに、本発明の複層鋼10の各層の厚さは、圧延によって圧延前の元厚の1/2以下になっていることが好ましい。圧延により界面強度が向上し、所定の特性向上効果を得ることができる。
本発明の複層鋼10の製造方法は、組織又は機械的特性の異なる少なくとも２種以上の鋼を組み合わせて圧延し複層鋼を形成することを特徴とする。
また、本発明の複層鋼10の製造方法は、質量％で、C：０．０５％から０．４％、Si：０．０５％から３．０％、Mn：０．０５％から３．０％及び不可避的不純物を含む鋼Ａ、
鋼Ａに加え、質量％で、Nb：０．００１％から０．１％、Ti：０．００１％から０．１％、V：０．００１％から０．５％、Cr：０．０１％から１６．０％、Ni：０．０１％から１２．０％、Mo：０．０１％から３．０％、Cu：０．０１％から１．０％のうちの1種又は２種以上を含む鋼Ｂ
のうちの１種又は２種からなる第一の層12及び
質量％で、C：０．０１％から０．１５％、Si：０．０１％から１．０％、Mn：０．０１％から２．０％、Cr：１２．０％から２４．０％、Ni：４．０％から１４．０％、N：０．００１から０．３％及び不可避的不純物を含む鋼Ｃ、
鋼Ｃに加え、質量％で、Nb：０．００１％から０．１％、Ti：０．００１％から０．１％、V：０．００１％から０．５％、Mo：０．０１％から３．０％、Cu：０．０１％から１．０％の１種又は２種以上を含む鋼Ｄ、
質量％で、C：０．００１％から０．１５％、Si：０．０５％から３．０％、Mn：１５．０％から３２．０％、及び不可避的不純物を含む鋼Ｅ、
鋼Ｅに加え、質量％で、Nb：０．００１％から０．１％、Ti：０．００１％から０．１％、V：０．００１％から０．５％、Cr：０．０１％から１２．０％、Ni：０．０１％から４０．０％、Mo：０．０１％から３．０％、Cu：０．０１％から１．０％、N：０．００１％から０．３％の1種又は２種以上を含む鋼Ｆ、
質量％で、C：０．０００１％から０．０５％、Si：０．０１％から１．０％、Mn：０．０１％から２．０％、及び不可避的不純物を含む鋼Ｇ、
鋼Ｇに加え、質量％で、Nb：０．００１％から０．１％、Ti：０．００１％から０．１％、V：０．００１％から０．５％、Cr：０．０１％から１２．０％、Ni：０．０１％から４０．０％、Mo：０．０１％から３．０％、Cu：０．０１％から１．０％の１種又は２種以上を含む鋼Ｈ
のうちの１種以上からなる第二の層11を組み合わせ圧延し複層鋼10を形成することを特徴とするものである。
本発明に用いる鋼としては、組織又は機械特性の異なる鋼であれば、特定のものに限定されないが、例えば、マルテンサイト鋼、オーステナイト鋼、ＩＦ鋼、ＤＰ鋼、ＴＲＩＰ鋼、析出強化型鋼、ステンレス鋼などが好ましい。
本発明に用いる第一の層12としては、高強度を有する鋼であれば、特定のものに限定されないが、質量％で、C：０．０５％から０．４％、Si：０．０５％から３．０％、Mn：０．０５％から３．０％及び不可避的不純物を含む鋼Ａ、鋼Ａに加え、質量％で、Nb：０．００１％から０．１％、Ti：０．００１％から０．１％、V：０．００１％から０．５％、Cr：０．０１％から１６．０％、Ni：０．０１％から１２．０％、Mo：０．０１％から３．０％、Cu：０．０１％から１．０％のうちの1種又は２種以上を含む鋼Ｂのうちの１種又は２種からなる鋼であるのが好ましい。
本発明に用いる第二の層11としては、高延性を有する鋼であれば、特定のものに限定されないが、質量％で、C：０．０１％から０．１５％、Si：０．０１％から１．０％、Mn：０．０１％から２．０％、Cr：１２．０％から２４．０％、Ni：４．０％から１４．０％、N：０．００１から０．３％及び不可避的不純物を含む鋼Ｃ、鋼Ｃに加え、質量％で、Nb：０．００１％から０．１％、Ti：０．００１％から０．１％、V：０．００１％から０．５％、Mo：０．０１％から３．０％、Cu：０．０１％から１．０％の１種又は２種以上を含む鋼Ｄ、質量％で、C：０．００１％から０．１５％、Si：０．０５％から３．０％、Mn：１５．０％から３２．０％、及び不可避的不純物を含む鋼Ｅ、鋼Ｅに加え、質量％で、Nb：０．００１％から０．１％、Ti：０．００１％から０．１％、V：０．００１％から０．５％、Cr：０．０１％から１２．０％、Ni：０．０１％から４０．０％、Mo：０．０１％から３．０％、Cu：０．０１％から１．０％、N：０．００１％から０．３％の1種又は２種以上を含む鋼Ｆ、質量％で、C：０．０００１％から０．０５％、Si：０．０１％から１．０％、Mn：０．０１％から２．０％、及び不可避的不純物を含む鋼Ｇ、
鋼Ｇに加え、質量％で、Nb：０．００１％から０．１％、Ti：０．００１％から０．１％、V：０．００１％から０．５％、Cr：０．０１％から１２．０％、Ni：０．０１％から４０．０％、Mo：０．０１％から３．０％、Cu：０．０１％から１．０％の１種又は２種以上を含む鋼Ｈのうちの１種以上からなる鋼であるのが好ましい。
本発明の複層鋼10は、組織又は機械特性の異なる少なくとも２種以上の鋼からなる複層鋼であれば、特定のものに限定されないが、マルテンサイト鋼、オーステナイト鋼からなる複層鋼10であるのが好ましい。高強度を有する鋼II、高延性を有する鋼Iのように相反する機械特性を有する鋼を複数を重ねて圧延することにより、高強度・高延性の複層鋼を得ることができる。なお、ＩＦ鋼、ＤＰ鋼、ＴＲＩＰ鋼、析出強化型鋼、ステンレス鋼などののうち複数の鋼からなる積層鋼であってもよい。
本発明の複層鋼10の各層の厚さは、圧延した後に得られる厚さ方向に対して１２５μｍ以下の厚さであることが好ましい。各層の厚さが１２５μｍ以下の層からなる複層鋼10を圧延により形成することにより、剥離破断、脆性破断、局所ネッキングなどのない複層鋼10を形成することができる。
また、本発明の複層鋼10の層数は、厚さ方向に対して、５層以上であることが好ましい。５層以上の層を有する複層鋼を圧延により形成することにより、複層鋼全体の機械特性及び接合性を著しく向上させることができる。
さらに、本発明の複層鋼10の各層の厚さは、圧延によって圧延前の元厚の1/2以下になっていることが好ましい。圧延により界面強度が向上し、所定の特性向上効果を得ることができる。
本発明の圧延としては、熱間圧延や、冷間圧延、温間圧延、熱間圧延及び冷間圧延を併用した圧延、熱間圧延及び温間圧延を併用した圧延が好ましい。熱間圧延や、冷間圧延、温間圧延、熱間圧延及び冷間圧延を併用した圧延、熱間圧延及び温間圧延を併用した圧延によって複層鋼を形成することにより、層同士の界面強度が達成できる。
実際上、熱間圧延を行う場合には、例えば積層鋼を圧延するための圧延ローラを所定の温度に加熱させることにより、積層鋼に対して圧延処理と熱処理とを同時に行うようになされている。
すなわち、この場合、先ず始めに組織又は機械的特性の異なる少なくとも２種以上の鋼を順次交互に層状に重ね合わせることにより積層鋼を形成する。
次いで、所定温度に加熱した圧延ローラを用いて積層鋼を圧延すると共に、当該積層鋼に所定の熱処理を施すことにより、マルテンサイトを主たる相とし、高強度であって低延性である第一の層12と、オーステナイト及びフェライトのうち少なくとも１種を主たる相とし、低強度であって高延性である第二の層11とを形成する。
このようにして、これら第一の層12及び第二の層11が順次交互に積層され、高延性の第二の層11が両外面に配置された複層鋼10が作製され得る。
これに対して、冷間圧延又は温間圧延を行う場合には、先ず始めに圧延ローラを用いて上述した積層鋼を圧延することにより多層圧延鋼を形成する。
次いで、多層圧延鋼に所定の熱処理を施すことにより、マルテンサイトを主たる相とし、高強度であって低延性である第一の層12と、オーステナイト及びフェライトのうち少なくとも１種を主たる相とし、低強度であって高延性である第二の層11とを形成する。
このようにして、これら第一の層12及び第二の層11が順次交互に積層され、高延性の第二の層11が両外面に配置された複層鋼10が作製され得る。
因みに、熱間圧延においては、高温にしすぎると、第一の層と第二の層との間で熱拡散による原子の移動が生じ、第一の層及び第二の層の組成が変わってしまい、第一の層及び第二の層による相乗効果が薄れてしまう。
これに対して、温間圧延や冷間圧延では、熱間圧延よりも低温で行うことにより、第一の層と第二の層との間の熱拡散による原子の移動がなく、第一の層及び第二の層による相乗効果が薄れてしまうことを防止できる。
ここで温間圧延を主体として圧延を行う場合には、加熱或いは熱間圧延後冷却して、または常温から加熱して、２００℃〜７５０℃の範囲で大部分の圧延を行うことが好ましい。これは、２００℃よりも低いと、積層鋼の変形抵抗が高くなり、７５０℃よりも高いと、組成が変わり所望しない鋼が形成されるからである。
また冷間圧延を主体として圧延を行う場合には、１パスの圧下率が３０％
以上のパスを少なくとも１回以上含むことが好ましい。これは、３０％よりも低いと、複層鋼の延性を向上させることができないからである。因みに、ここで圧下率とは、圧延前の層の厚さに対する圧延後の層の厚さの減少率をいう。
さらに所定の熱処理としては、圧延後の複層鋼を数百℃から千数百℃程度の温度で１秒から数時間程度（すなわち1秒以上）行うことが望ましい。なお、熱処理を行う場合の温度としては、９００℃よりも低く、または１２５０℃よりも高いと、所望する値まで延性を向上させることができないので、９００℃〜１２５０℃の範囲内であることが望ましい。因みに、熱間処理においては、圧延と同時に熱処理を行わずに、圧延とは別に熱処理を行ってもよい。また、熱処理後は空冷、水冷又は気水冷却などの冷却を行ってもよい。圧延後の複層鋼を熱処理することにより、複層鋼の長さ方向・厚さ方向のいずれにおいても機械的特性を均一にすることができる。
以下、具体的な実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、例えば圧延が、熱間圧延、冷間圧延及び温間圧延のうち少なくとも２種以上併用した圧延であってもよい。
（１）実施例
本発明の強度、延性などの相反する特性を両立することができ、強度、延性、接合性、脆化特性、耐疲労特性に優れた複層鋼を得るためには、脆性破壊及びネッキングのない複層鋼を形成しなければならない。
本実施例では、脆性破壊が生じない複層鋼の形成条件を決定した後に、ネッキングが生じない複層鋼の形成条件を決定した。さらに、脆性破壊及びネッキングが生じない複層鋼の形成条件に基づいて複層鋼を形成した。
図３は、複層鋼の破壊形態の１つとなる脆性破壊の例を示す。図３（Ａ）は脆性破断の例であり、図３（Ｂ）は剥離破断の例である。脆性破断とは、脆性破断条件を満たすことにより生じる破断である。脆性破断条件は、複層鋼中の１つの中間層の層厚が臨界層厚以上になることである。これに対し、剥離破断とは、剥離条件を満たすことにより生じる破断である。剥離条件は、複層鋼中の１つの中間層との界面強度が層間剥離強度（層間剥離エネルギー）以下になることである。
図４は、複層鋼の脆性破断条件である亀裂進展条件を説明する図である。複層鋼中の層厚ｔIIを有する層Ａが亀裂進展条件を満たし、脆性破断を起こした場合は、図４に示したようなＴｕｎｎｅｌ ｃｒａｃｋなる亀裂を生じる。亀裂進展条件は、亀裂生成エネルギーWｃ及び解放ひずみエネルギーWｍにより表すことができる。
亀裂生成エネルギーWｃは、数１で表される。
ここで、ｔIIは層IIの層厚、γIIは層IIの表面エネルギーである。
また、解放ひずみエネルギーWｍは、数２で表される。
ここで、ｔIIは鋼IIの層厚、ＥIIは鋼IIのヤング率、σ1は単位面積当たりの引張荷重である。
亀裂進展条件は、亀裂生成エネルギーWｃ≧解放ひずみエネルギーWｍの条件である。亀裂生成エネルギーWｃ≧解放ひずみエネルギーWｍの条件を満たすときは、亀裂が進展し、脆性破断が生じてしまう。
一方、亀裂生成エネルギーWｃ＜解放ひずみエネルギーWｍの条件を満たすときは、亀裂が進展せず、脆性破断は生じない。
層IIに亀裂が進展せず、脆性破断が生じない臨界層厚ｔII Cｒは数３で表すことができる。
ここで、ｔII Cｒは層IIの臨界層厚、γIIは層IIの強度、ＥIIは鋼IIのヤング率、σ１は引張強度である。
実際に、複層鋼に用いる層のうち、マルテンサイト鋼を中間層となる層IIとした場合の臨界層厚を求めた。マルテンサイトの破壊靱性KICが２０MPa√ｍ、ヤング率EIIが２００GPa、引張強度σ１が１GPaである場合の臨界層厚ｔII Cｒは、数４より１２５μｍであった。従って、層厚１２５μｍ以下であれば、亀裂が進展せず、脆性破断が生じないことがわかった。
一方、複層鋼の剥離条件は、界面強度γｉｎｔ及び層間剥離強度（層間剥離エネルギー）Ｇｄにより表すことができる。層間剥離強度Ｇｄは、数４により表される。
ここで、Ｇｄは層間剥離強度、Ｇｐは積層界面に直交する亀裂のエネルギー解放率である。
また、積層界面に直交する亀裂のエネルギー解放率Ｇｐは数５で表される。
ここで、Ｇｐは積層界面に直交する亀裂のエネルギー解放率、ｔIIは層IIの層厚、ＥIIは鋼IIのヤング率、σ１は引張強度である。
剥離破断条件は、界面強度γｉｎｔ＜層間剥離強度Ｇｄの条件である。界面強度γｉｎｔ＜層間剥離強度Ｇｄの条件を満たすときは、剥離破断が生じてしまう。
一方、界面強度γｉｎｔ＞層間剥離強度Ｇｄの条件を満たすときは、剥離破断は生じない。
実際に、複層鋼に用いる層のうち、マルテンサイト鋼を中間層となる層IIとした場合の界面強度を求めた。マルテンサイトのヤング率EIIが２００GPa、引張強度σ１が１GPa、臨界層厚ｔII Cｒが１２５μｍである場合の界面強度γｉｎｔは、数５及び数６より５００Ｊ／ｍ２であった。従って、界面強度γｉｎｔは、数４及び数５より５００Ｊ／ｍ２以上であれば、剥離破断が生じないことがわかった。
図５は、脆性破断及び剥離破断のない複層鋼が得られる範囲を示すグラフである。横軸は、層IIの強度γIIに対する界面強度γｉｎｔであり、縦軸は、層IIの強度γIIに対する層間剥離強度Ｇｄである。グラフ中の領域１及び領域２は、剥離破断が生じる領域であり、領域３は、脆性破断が生じる領域である。領域１、領域２、領域３以外の領域４内の条件で複層鋼を形成することにより、脆性破断及び剥離破断のない複層鋼を得ることができる。
実際に、積層鋼に用いる層のうち、マルテンサイト鋼を中間層となる層IIとした場合、マルテンサイトの破壊靱性KICが２０MPa√ｍ、ヤング率EIIが２００GPa、引張強度σ１が１GPa、臨界層厚ｔII Cｒが１２５μｍ以下、界面強度γｉｎｔが５００Ｊ／ｍ２以上である条件において、脆性破断及び剥離破断のない複層鋼を得ることができる。
脆性破断及び剥離破断のない複層鋼において、さらに、もう１つの破壊形態となるネッキングを生じない複層鋼を形成するための条件を決定した。
図６は、複層鋼の破壊形態の１つとなるネッキングの例を示す。図６（Ａ）は全体ネッキングの例であり、図６（Ｂ）は局所ネッキングの例である。局所ネッキングが起こると複層鋼板の延性は阻害される。ネッキングの発生はＶｏｎ Ｍｉｓｅｓを仮定した条件から数６により表すことができる。
ここで、ｋ１、ｋ２は定数、ｎ１、ｎ２は加工硬化指数、εは歪である。局所ネッキングの発生条件は、数７により表すことができる。
ここで、εｕは一様伸び、ｎ１は加工硬化指数、σは引張強度、αは定数、ｔIは鋼Iの層厚、ｔIIは鋼IIの層厚、ＥIIは鋼IIのヤング率、ｌIIは鋼IIの粒径である。
上記で得られた全体ネッキング発生条件又は局所ネッキング発生条件に基づいて、複層鋼を形成することにより、全体ネッキング及び局所ネッキングのない複層鋼を得ることができる。
本発明の強度、延性などの相反する特性を両立することができ、強度、延性、接合性、脆化特性、耐疲労特性に優れた複層鋼を得るためには、以上で決定した脆性破壊及びネッキングが生じない複層鋼の形成条件に基づいて複層鋼を形成した。
本発明の複層鋼は、組織又は機械的特性の異なる少なくとも２種以上の鋼を組み合わせた積層鋼を圧延し、ヘテロ界面制御を施すことにより形成した。積層鋼の組み合わせに用いた鋼の強度及び伸びを表１に示す。
積層鋼の組み合わせに用いた鋼は、表１に限定されず、以下に示す鋼Ｇ、鋼Ｈも用いた。積層鋼の組み合わせに用いた鋼の組成は、それぞれ、鋼Ａが、質量％で、C：０．０５％から０．４％、Si：０．０５％から３．０％、Mn：０．０５％から３．０％及び不可避的不純物を含む鋼、
鋼Ｂが、鋼Ａに加え、質量％で、Nb：０．００１％から０．１％、Ti：０．００１％から０．１％、V：０．００１％から０．５％、Cr：０．０１％から１６．０％、Ni：０．０１％から１２．０％、Mo：０．０１％から３．０％、Cu：０．０１％から１．０％のうちの1種又は２種以上を含む鋼、
鋼Ｃが、質量％で、C：０．０１％から０．１５％、Si：０．０１％から１．０％、Mn：０．０１％から２．０％、Cr：１２．０％から２４．０％、Ni：４．０％から１４．０％、N：０．００１から０．３％及び不可避的不純物を含む鋼、
鋼Ｄが、鋼Ｃに加え、質量％でNb：０．００１％から０．１％、Ti：０．００１％から０．１％、V：０．００１％から０．５％、Mo：０．０１％から３．０％、Cu：０．０１％から１．０％の１種又は２種以上を含む鋼、
鋼Ｅが、質量％で、C：０．００１％から０．１５％、Si：０．０５％から３．０％、Mn：１５．０％から３２．０％、及び不可避的不純物を含む鋼、
鋼Ｆが、鋼Ｅに加え、質量％で、Nb：０．００１％から０．１％、Ti：０．００１％から０．１％、V：０．００１％から０．５％、Cr：０．０１％から１２．０％、Ni：０．０１％から４０．０％、Mo：０．０１％から３．０％、Cu：０．０１％から１．０％、N：０．００１％から０．３％の1種又は２種以上を含む鋼、
鋼Ｇが、質量％で、C：０．０００１％から０．０５％、Si：０．０１％から１．０％、Mn：０．０１％から２．０％、及び不可避的不純物を含む鋼、
鋼Ｈが、鋼Ｇに加え、質量％で、Nb：０．００１％から０．１％、Ti：０．００１％から０．１％、V：０．００１％から０．５％、Cr：０．０１％から１２．０％、Ni：０．０１％から４０．０％、Mo：０．０１％から３．０％、Cu：０．０１％から１．０％の１種又は２種以上を含む鋼である。
上記の鋼Ａから鋼Ｈのうち、少なくとも２種以上組み合わせて複層鋼を構成した。なお、上記の鋼Ａから鋼Ｈを用いて第一の層及び第二の層からなる複層鋼を構成することができる。
第一の層は、高強度を有する鋼である鋼Ａ、鋼Ｂのうちの１種又は２種から構成した。また、第二の層は、高延性を有する鋼である鋼Ｃ、鋼Ｄ、鋼Ｅ、鋼Ｆ、鋼Ｇ、鋼Ｈのうちの１種以上から構成した。これら第一の層及び第二の層より複層鋼を構成した。
本発明の強度、延性などの相反する特性を両立することができ、強度、延性、接合性、脆化特性、耐疲労特性に優れた複層鋼を得るために、以上で決定した脆性破壊及びネッキングが生じない複層鋼の形成条件を満たすように構成した。
図７は、構成した複層鋼の断面写真である。複層鋼の組み合わせに用いた鋼は、０．１５Ｃ−１．５Ｍｎ鋼及びＳＵＳ３１６鋼である。複層鋼の積層数は１１層、層厚は１２５μｍ、複層鋼自体の厚さは１ｍｍである。本実施例では、複層鋼は層厚５ｍｍまでは熱間圧延、それ以降１ｍｍ厚までは冷間圧延で行った。
図８は、積層鋼６の圧延方法の概略図を示す。本実施例の圧延方法によれば、以上で決定した脆性破壊及びネッキングが生じない複層鋼の形成条件に基づいて、圧延ローラ５により積層鋼６を熱間圧延することにより、多層圧延鋼７を得ることができる。本実施例では、多層圧延鋼７は層厚５ｍｍまでは熱間圧延、それ以降１ｍｍ厚までは冷間圧延で行った。
次いで、ここでは熱間処理において圧延処理と熱処理とを同時に行わずに別途行うようにしたことにより、積層鋼６を圧延することにより形成した多層圧延鋼７に対して熱処理を行った。熱処理条件は、加熱温度が９００℃から１２５０℃、保持時間が１秒から３６００秒とした。熱処理を行った後に、水冷又は空冷により多層圧延鋼７を常温まで冷却することで複層鋼を得た。得られた複層鋼の引張強度は１０００ＭＰａから１１００ＭＰａであり、伸びは４０％から５０％であった。
なお、本実施例では、圧延装置として定形圧延機を用いているが、せん断付与圧延機、絞り圧延機、張力絞り圧延機、延伸圧延機、溶湯圧延機などの圧延装置を用いてもよい。また、本実施例での熱処理条件となる加熱温度は９００℃から１２５０℃であるが、数百℃から千数百℃であってもよい。さらに、保持時間は１秒から３６００秒であるが、１秒以上均熱できれば、数秒から数時間であってもよい。必要に応じて圧延後の熱処理を行わずに複層鋼を形成してもよい。加えて、本実施例での熱処理後の冷却は空冷であるが、水冷又は気水冷却でもよい。
以上のように、本発明による複層鋼板の製造方法によれば、組織又は機械的特性の異なる少なくとも２種以上の鋼を組み合わせて圧延し、複層鋼を形成することによって、強度、延性などの相反する特性を両立することができ、強度、延性、接合性、脆化特性、耐疲労特性に優れた鋼／鋼積層型の複層鋼板を製造できる効果があることが確認された。
（２）実証例
次に、上述した事実について実証するため、複数種類の複層鋼を作製し、これら複層鋼の強度及び延性について検証した。先ず始めに、表２に示すように、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｔｉ及びＮのうち任意に選択した複数種類の物質を所定の質量％で混合し、材料として鋼Ａ、鋼Ｂ１、鋼Ｂ２、鋼Ｂ３、鋼Ｃ、鋼Ｄ、鋼Ｅ、鋼Ｆ及び鋼Ｇを作製した。
次いで、表３に示すように、鋼Ａ、鋼Ｂ１、鋼Ｂ２及び鋼Ｂ３のうちいずれか１種を材料１とし、鋼Ｃ、鋼Ｄ、鋼Ｅ、鋼Ｆ及び鋼Ｇのうちいずれか１種を材料２とし、これら材料１及び材料２を組み合わせ、実施例１〜１６及び比較例１〜３の合計１９種類の複層鋼を作製し、これら複層鋼の強度及び延性を測定した。
例えば実施例１では、材料１として、当該材料１の厚さ（以下、これを材料１厚と呼ぶ）が５．０ｍｍからなる板状の鋼Ａを用いた。また材料２としては、当該材料２の厚さ（以下、これを材料２厚と呼ぶ）が５．０ｍｍからなる板状の鋼Ｃを用いた。
そして、これら材料１を偶数層とし、材料２を奇数層として順次交互に合計９枚積層し、両外面に材料２を配置させた積層鋼を作製した。
次いで、積層鋼を圧延するプロセス（表３中、単にプロセスとする）として、熱間圧延と冷間圧延とを用いた。熱間圧延では、１０００℃の状態で圧延ローラによって積層鋼を圧延して多層圧延鋼を作製した。
その後、多層圧延鋼に対して、１０００℃で約２分間加熱する熱処理を施した後、水冷によって冷却することにより実施例１の複層鋼を作製した。
この実施例１の複層鋼では、仕上げ厚を１．０ｍｍとし、この仕上げ厚により１層あたりの厚みが１１１μｍであった。
そして、このようにして作製した実施例１の複層鋼の各層を光学顕微鏡で確認し、或いは硬さ測定したところ、第一の層としての材料１層（すなわち、材料１により形成された層）の構成相はマルテンサイトとなり、第二の層としての材料２層（すなわち、材料２により形成された層）の構成相はオーステナイトとなったことが確認できた。
続いて、実施例１の複層鋼について強度測定及び延び測定を行ったところ、強度（表３中、ＴＳと表示する）が１０３０ＭＰａ、延性（表３中、ＥＬと表示する）が２７％であることが確認できた。
このように、実施例１では、その強度測定及び延び測定の結果を、図２を基に検証すると、強度、延性などの相反する特性を両立することができ、強度、延性、接合性、耐脆化特性、耐疲労特性に優れた複層鋼が得られたことが確認できた。
また、例えば実施例２では、材料１として、材料１厚が１．０ｍｍからなる板状の鋼Ａを用い、材料２として、材料２厚が１．０ｍｍからなる板状の鋼Ｃを用いた。
そして、積層鋼を圧延するプロセスとして、実施例１とは異なり冷間圧延のみを用いた。ここでは複数回冷間圧延を行い、そのうち１回の冷間圧延において最大の圧下率を５０％として積層鋼を圧延して多層圧延鋼を作製した。
その後、多層圧延鋼に対して、１０００℃で約２分間加熱する熱処理を施した後、水冷によって冷却することにより実施例２の複層鋼を作製した。
このようにして作製した実施例２の複層鋼の各層を光学顕微鏡で確認し、或いは硬さ測定したところ、材料１層の構成相はマルテンサイトとなり、材料２層の構成相はオーステナイトとなったことが確認できた。
続いて、実施例２の複層鋼について強度測定及び延び測定を行ったところ、強度が１０３０ＭＰａ、延びが２７％であることが確認できた。この強度測定及び延び測定の結果を、図２を基に検証すると、実施例２においても、強度、延性などの相反する特性を両立することができ、強度、延性、接合性、耐脆化特性、耐疲労特性に優れた複層鋼が得られたことが確認できた。
これに対して、実施例２とは熱処理の温度条件のみが異なり、当該熱処理の温度を下げて８００℃とした比較例１では、材料１層の構成相がマルテンサイトとなり、材料２層の構成相がオーステナイトとなったものの、延性が６％に下がった。すなわち、この比較例１は、図２を基に検証すると、強度、延性などの相反する特性を両立できていない。
このことから、熱処理の温度条件を下げた場合には延性が劣ることが確認できた。そこで、上述した実施例２や比較例１と同じ構成からなり、熱処理における温度条件のみを変えて伸び（すなわち、延性）について測定を行った。
これにより、図９に示すような結果が得られ、熱処理の温度を８００℃よりも上げて約９００℃にした場合には、延性が２２％となった。
従って、熱処理の温度は、延性を向上させるような温度にする必要があることが確認でき、具体的には約９００℃〜１２５０℃の間が好ましいことが確認できた。
また、表３における実施例９では、材料１として、材料１厚が１．２ｍｍからなる板状の鋼Ｂ１を用いた。また材料２としては、材料２厚が１．０ｍｍからなる板状の鋼Ｃを用いた。
そして、これら材料１を偶数層とし、材料２を奇数層として順次交互に合計１１枚積層し、両外面に材料２を配置させた積層鋼を作製した。
次いで、積層鋼を圧延するプロセスとして、冷間圧延のみを用い、複数回冷間圧延のうち１回の冷間圧延において最大の圧下率を４０％として積層鋼を圧延して多層圧延鋼を作製した。
その後、多層圧延鋼に対して、１０００℃で約２分間加熱する熱処理を施した後、水冷によって冷却することにより実施例９の複層鋼を作製した。
この実施例９の複層鋼では、仕上げ厚を１．０ｍｍとし、この仕上げ厚により１層あたりの厚みが９１μｍであった。
そして、このようにして作製した実施例９の複層鋼の各層を光学顕微鏡で確認し、或いは硬さ測定したところ、材料１層の構成相はマルテンサイトとなり、材料２層の構成相はオーステナイトとなったことが確認できた。
続いて、実施例９の複層鋼について強度測定及び延び測定を行ったところ、強度が１０９０ＭＰａ、延性が２７％であることが確認できた。
このように、実施例９では、その強度測定及び延び測定の結果を、図２を基に検証すると、強度、延性などの相反する特性を両立することができ、強度、延性、接合性、耐脆化特性、耐疲労特性に優れた複層鋼が得られたことが確認できた。
これに対して、実施例９とは冷間圧延におけるパスの最大の圧下率のみが異なり、複数回冷間圧延のうち１回の冷間圧延における最大の圧下率を下げて２０％とした比較例２では、材料１層の構成相がマルテンサイトとなり、材料２層の構成相がオーステナイトとなったものの、強度が９５０ＭＰａに下がり、延性が６％に下がった。
このことから、冷間圧延における最大の圧下率（最大パス圧下率とも呼ぶ）を下げた場合には、強度が低下し、延性が劣ることが確認できた。ここで、上述した実施例９や比較例２と同じ構成からなり、冷間圧延における最大パス圧下率のみを変えて伸び（すなわち、延性）について測定を行った。
これにより、図１０に示すような結果が得られ、最大パス圧下率を２０％よりも上げて約３０％にした場合には、延性が２０％となった。
従って、冷間圧延における最大パス圧下率は、延性を向上させるような圧下率にする必要があることが確認でき、具体的には約３０％以上が好ましいことが確認できた。
また、表３における実施例１２では、材料１として、材料１厚が１．２ｍｍからなる板状の鋼Ｂ１を用いた。また材料２としては、材料２厚が１．０ｍｍからなる板状の鋼Ｇを用いた。
そして、これら材料１を偶数層とし、材料２を奇数層として順次交互に合計１１枚積層し、両外面に材料２を配置させた積層鋼を作製した。
次いで、積層鋼を圧延するプロセスとして、冷間圧延のみを用い、複数回冷間圧延のうち１回の冷間圧延においてパスの最大の圧下率を５０％として積層鋼を圧延して多層圧延鋼を作製した。
その後、多層圧延鋼に対して、１０００℃で約２分間加熱する熱処理を施した後、水冷によって冷却することにより実施例１２の複層鋼を作製した。
この実施例１２の複層鋼では、仕上げ厚を０．８ｍｍとし、この仕上げ厚により１層あたりの厚みが７３μｍであった。
そして、このようにして作製した実施例１２の複層鋼の各層を光学顕微鏡で確認し、或いは硬さ測定したところ、材料１層の構成相はマルテンサイトとなり、材料２層の構成相はフェライトとなったことが確認できた。
続いて、実施例１２の複層鋼について強度測定及び延び測定を行ったところ、強度が１０４０ＭＰａ、延性が２７％であることが確認できた。
このように、実施例１２では、その強度測定及び延び測定の結果について、図２から検証すると、強度、延性などの相反する特性を両立することができ、強度、延性、接合性、耐脆化特性、耐疲労特性に優れた複層鋼が得られたことが確認できた。
これに対して、実施例１２とは熱処理後の冷却方法のみが異なり、水冷に替えて緩冷を行った比較例３では、材料２層の構成相がフェライトとなったものの、材料１層の構成相もフェライトとなってしまい、強度が７１０ＭＰａに下がり、延性が１９％に下がった。
このことから、熱処理後に緩冷を行った場合には、材料１層の構成相がマルテンサイトとならず、強度が低下することが確認できた。
従って、上述した結果と、表３中の他の実施例における熱処理等の項目とから、熱処理後の冷却方法は、水冷又は空冷が好ましいことが確認できた。
かくして、表３における実施例１〜１６は、各強度及び延性を測定した結果について、図２を基に検証すると、いずれも、強度、延性などの相反する特性を両立することができ、強度、延性、接合性、耐脆化特性、耐疲労特性に優れた複層鋼が得られたことが確認できた。

Claims (3)

  1. 組織又は機械的特性の異なる少なくとも２種以上の鋼を組み合わせ、圧延し、所定の熱処理を施すことにより、マルテンサイトを主たる相とする第一の層と、オーステナイト及びフェライトのうち少なくとも１種を主たる相とする第二の層とを形成したことを特徴とする複層鋼であって、複層鋼を構成する各層が１２５μｍ以下の厚さからなる複層鋼。
  2. 第一の層が、
    質量％で、C：０．０５％から０．４％、Si：０．０５％から３．０％、Mn：０．０５％から３．０％及び不可避的不純物を含む鋼A、
    鋼Aに加え、質量％で、Nb：０．００１％から０．１％、Ti：０．００１％から０．１％、V：０．００１％から０．５％、Cr：０．０１％から１６．０％、Ni：０．０１％から１２．０％、Mo：０．０１％から３．０％、Cu：０．０１％から１．０％のうちの1種又は２種以上を含む鋼B
    のうちの１種又は２種からなり、
    第二の層が、
    質量％で、C：０．０１％から０．１５％、Si：０．０１％から１．０％、Mn：０．０１％から２．０％、Cr：１２．０％から２４．０％、Ni：４．０％から１４．０％、N：０．００１から０．３％及び不可避的不純物を含む鋼C、
    鋼Cに加え、質量％で、Nb：０．００１％から０．１％、Ti：０．００１％から０．１％、V：０．００１％から０．５％、Mo：０．０１％から３．０％、Cu：０．０１％から１．０％の１種又は２種以上を含む鋼D、
    質量％で、C：０．００１％から０．１５％、Si：０．０５％から３．０％、Mn：１５．０％から３２．０％、及び不可避的不純物を含む鋼E、
    鋼Eに加え、質量％で、Nb：０．００１％から０．１％、Ti：０．００１％から０．１％、V：０．００１％から０．５％、Cr：０．０１％から１２．０％、Ni：０．０１％から４０．０％、Mo：０．０１％から３．０％、Cu：０．０１％から１．０％、N：０．００１％から０．３％の1種又は２種以上を含む鋼F、
    質量％で、C：０．０００１％から０．０５％、Si：０．０１％から１．０％、Mn：０．０１％から２．０％、及び不可避的不純物を含む鋼G、
    鋼Gに加え、質量％で、Nb：０．００１％から０．１％、Ti：０．００１％から０．１％、V：０．００１％から０．５％、Cr：０．０１％から１２．０％、Ni：０．０１％から４０．０％、Mo：０．０１％から３．０％、Cu：０．０１％から１．０％の１種又は２種以上を含む鋼H
    のうちの１種以上からなるものである請求項１記載の複層鋼。
  3. 複層鋼を構成する層数が５層以上からなることを特徴とする請求項１又は２記載の複層鋼。
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