JPH0670246B2

JPH0670246B2 - 加工性良好な高強度鋼板の製造方法

Info

Publication number: JPH0670246B2
Application number: JP24993988A
Authority: JP
Inventors: 康治佐久間; 理松村; 治秋末; 弘加藤
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1988-10-05
Filing date: 1988-10-05
Publication date: 1994-09-07
Anticipated expiration: 2009-09-07
Also published as: JPH0297620A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は加工性良好な高強度鋼板の製造方法に関するも
のである。

（従来の技術）乗用車の走行性や快適性、完全性は近年かってなかった
ほど著しい進歩を遂げた。これは搭載される電子制御部
品や安全保安部品の増加と車体投影面積の増加によると
ころが大であるが、その一方で車体総重量にほとんど変
化は見られない。これは主要な構成材料である自動車用
薄鋼板の高強度化によって重量増加が相殺されているた
めである。生活水準の向上を背景とした消費者の高級
化、高性能化指向は今後とも続くことと思われるが、同
時にオイルショックの経験に起因する鋭敏化したコスト
意識も根強く存在するためこの傾向は引き続き認められ
よう。したがって自動車用薄鋼板には60〜100kgf/mm²を
超える引張強度を有しながら従来30〜40kgf/mm²級の強
度の鋼が有していたのと勝るとも劣らない優れたプレス
加工性を同時に持つことが要求されることとなろう。

このような高強度と加工性の両立を図った薄鋼板として
は特公昭56-11741号公報等で提案されているフェライト
・マルテンサイト二相鋼いわゆるDual phase鋼が著名
である。これは軟質なフェライトに伸びを、硬質なマル
テンサイトに強度を分担させ、その両立を図って強度延
性バランスを改善した鋼であるが、それでも一つの指標
値とされる引張強度と全伸びの積は2000kgf/mm²・％程
度にすぎず、従来の軟鋼板の場合と同様な形状にプレス
成形することは極めて困難となる。さらに改善を図った
鋼種としては変態誘起塑性（Transformation Induced P
lasticity）の活用を意図して残留オーステナイトを混
在させた鋼が特開昭60−43430号公報や特開昭61−15762
5号公報等で提案されている。軟鋼板用の連続焼鈍設備
を利用して製造でき、しかも比較的単純な化学組成なが
ら10〜15％もの残留オーステナイトを含むこれらの鋼は
たとえば100kgf/mm²の引張強度でも全伸びが30％内外に
達する他、曲げ性や穴拡げ性なども自動車用薄鋼板とし
て要求されるレベルを満足し今後広範な利用が期待され
ている。

しかし、これまでに見出された方法で高強度と加工性の
最善の組み合わせを得るために10〜15％程度からさらに
それ以上の残留オーステナイトをフェライトおよびベイ
ナイトと共存させようとすると特開昭62-188729号公報
のように種々の工夫がなされているものの0.20％程度以
上の従来薄鋼板の範疇では一般に考えられていなかった
程のＣを含有させる必要がある。このようにＣの含有量
が多いとパーライトの比率が大きく冷間圧延で望ましい
圧延率をとることが難しく、連続熱処理ラインでの操業
上種々の困難をまねく。のみならず自動車の車体を組み
立てる際に多用されているスポット溶接で接合部に所要
の強度を付与できないため、従来にない高強度で極めて
良好な加工性をもつにもかかわらずこの種の鋼板を大量
に使用することを妨げていた。

（発明が解決しようとする課題）本発明は前記したような従来技術の有する課題を解決
し、より低いＣ含有量で残留オーステナイトがもたらす
従来発明と同等以上の良好な加工性を有する高強度鋼板
の製造方法を提供するものである。

（課題を解決するための手段）本発明による高強度鋼板はフェライト、ベイナイト、残
留オーステナイトの混合組織からなることを特徴とし、
目的とする強度を確保するために所要量の残留オーステ
ナイトとベイナイトを、また良好な加工性を得るために
所要量の残留オーステナイトをフェライトと共存させる
必要がある。平衡状態図上でオーステナイト域を広げA₁
変態点を下げる元素の量を増せば一般に残留オーステナ
イトは生成しやすくなり、その安定性を調節して変態誘
起塑性による伸びの向上を図ることができる。この種の
元素の代表的なものにNiがありSUS304をはじめとした準
安定オーステナイト系ステンレス鋼に添加されている。
また特公昭44-738号公報や特公昭46-13498号公報のよう
に４〜10％内外のNiを添加して極微細な残留オーステナ
イト粒をマトリクッス中に混在させ低温での靱性を改善
させた鋼がある。このように極めて有用な元素ながらク
ラーク数が0.008と小さいNiは高価であり、多量生産さ
れ安価なことが必須である自動車用薄鋼板にこれほどの
多量添加することはできない。経済性を著しくは損なわ
ない２〜４％のNiを添加した鋼の例にASTM規格のA203鋼
があるが、組織的には何ら特徴のないものであり低温で
の靱性は優れるとしても室温近傍での強度延性バランス
は陳腐である。しかし本発明者らはSiやMnの添加量を適
正化し、軟鋼板の連続焼鈍類似のヒートサイクルからな
る一連の熱処理を施すと相当量の残留オーステナイトが
混在した組織が得られることを見出した。しかもNiのみ
でオーステナイトの安定化を図ったものと異なりＣやMn
等の元素による安定化も図られているためMs点とMd点と
の開きが大きく変態誘起塑性の活用が容易であることに
着目し本発明をなしたものである。

すなわち、本発明は重量％でC:0.07〜0.30％、Si:0.30
〜1.50％、Mn:0.20〜2.00％、Ni:1.00〜6.00％、sol.A
l:0.005〜0.100％及び必要に応じてCu,Co,Crのうちの１
種または２種以上を合計１％以下を含み、残部Feおよび
不可避的不純物からなる鋼を熱間圧延し酸洗と圧延率35
〜80％の冷延を行ってから、600〜800℃の二相共存温度
域に加熱し15秒〜５分保持後、１〜200℃/secの速度で2
50〜500℃に冷却し、この温度域内で５秒〜10分保定
し、その後30秒以内に150℃以下まで冷却することを特
徴とする加工性良好な高強度鋼板の製造方法を要旨とす
るものである。

（作用）最初に本発明の対象とする鋼の成分範囲の限定理由につ
いて述べる。

まず、Ｃは最も低コストなオーステナイト安定化元素で
あり、二相共存温度域およびベイナイト変態温度域でフ
ェライト中からオーステナイト中に短時間で移動し、そ
の安定度を増す。その結果元素が鋼中で均一分布してい
る時にその化学組成で決まるMs点が室温よりかなり高い
温度であったとしてもMnやNiの分配がもたらす効果と相
乗し室温以下に冷却しても相当量のオーステナイトが残
存する。その結果、従来にない高強度と良好な加工性が
得られる。その添加量は溶接性や衝撃特性を優れたもの
とするには低い方が好ましいが0.07％未満では伸びの向
上が明らかとなるほどの残留オーステナイト量を確保す
ることはできない。一方0.30％を超すようになると残留
オーステナイトは多量に得られるものの加工誘発変態に
よりプレス成形後に存在することとなるマルテンサイト
の量も相当なものとなり諸特性の劣化が著しいし、スポ
ット溶接部で所要の強度を得ることができないため実用
に耐えない。

Siはセメンタイト中に固溶しないためその析出を抑制す
る作用を有し、250〜500℃で暫時保持する間に未変態オ
ーステナイト中に固溶限をはるかに越えるＣを濃化さ
せ、その安定度を増す。しかし、本発明のＣ量の範囲で
はSiが0.30％未満ではこのような効果は明らかではな
く、目的を達成するためには0.70％以上が好ましい。一
方、過剰に添加すると酸洗性を著しく悪化させるほどの
スケールを熱延時に生じることとなるし、またＣを黒鉛
として析出させることもある。このため1.50％超の過剰
な添加は避けなければならない。

Mnは二相域からベイナイト変態域への冷却の際にオース
テナイトがパーライトへ分解するのを抑制し、急冷を開
始した時点で存在するオーステナイトをそのままの状態
で500℃以下まで持ち来す上でその添加が極めて有効な
元素である。またNiとともにオーステナイト形成元素に
分類され、その安定に存在する温度域を広げ残留オース
テナイトの生成を容易にする。その量が0.20％未満だと
熱延時に熱間脆性を生じる可能性があり、また500℃ま
で冷却する途上でパーライトが大量に生じるので適当で
ない。しかし、2.00％を超すようになると先に述べたよ
うな目的は達せられるものの、Ｃの濃化によるオーステ
ナイトの安定化反応に極めて長時間を要することとな
り、連続ラインでの多量生産を事実上不可能なものとす
る。また、バンド組織の形成により特性を劣化させるこ
ともあるから避けなければならない。

また、Niはオーステナイト形成元素であり鉄中に置換型
元素として固溶し、そのMs点を下げる。このため特開昭
62-188729号公報に示されるような従来の発明例よりそ
のＣ濃度が低くとも、室温以下に冷却した時にオーステ
ナイトをマルテンサイトに変態することなく残存させう
る。またセメンタイトには固溶しないためSi同様に250
〜500℃での保定中にＣが炭化物として析出するのを抑
制しながらオーステナイトへの濃化を促進する。しか
し、その量が1.00％未満では添加の効果が認められな
い。また、6.00％を超すと本発明のヒートサイクルによ
れば熱処理完了後に残留オーステナイトの量が30％を超
し、オーステナイトが連結して存在しやすくなるため塑
性誘起変態が一度に起こり、目的とするような大きな伸
びが得られない。

さらに、sol.Alは脱酸元素として、またAlNによる熱延
素材の細粒化、および一連の熱処理工程における結晶粒
の粗大化を抑制することで材質が改善されるため0.005
〜0.100％を添加する。その量が0.005％未満だと目的と
する効果が不十分であり、0.100％を超すと介在物によ
り靱性が劣化することがあるので避けなければならな
い。

本発明の鋼は以上を基本成分とするが、これらの元素お
よびFe以外にＰ、Ｓ、Ｎその他の一般に鋼に対して不可
避的に混入する元素を含むものである。またオーステナ
イト形成元素のCuやCo、焼入れ性を増す元素であるCr等
を添加し、残留オーステナイト量を増すことは本発明の
目的を達成する上で好ましいことである。しかし、過大
に添加すると複雑な組成の化合物を微細に析出し加工性
を著しく劣化することがあるのでその量は合計で１％以
下に限定する。

次に工程上の限定理由を詳述する。本発明では熱間圧延
した鋼板を酸洗し、圧延率35〜80％の冷延を行う。これ
は引き続いて行う一連のサイクルからなる熱処理後に微
細な残留オーステナイトがフェライトとベイナイトの中
に分散した組織を得ることを目的とする。この圧延率が
35％未満だと組織の微細化が不十分であるため、本発明
に規定した熱処理を施しても十分な量の残留オーステナ
イトが得られず、伸びをはじめとした特性の劣ったもの
しか得られない。その効果は圧延率が増すと飽和する傾
向にあり、80％を超えた冷延を行うことは圧延に要する
動力が莫大なものとなるだけで効果が小さいため適当で
ない。

本発明の一連のサイクルからなる熱処理ではまず最初に
600〜800℃の二相共存温度域に加熱し15秒〜５分保持す
る。本発明の成分系を有する鋼板にこの加熱を行うと固
溶限以上の炭化物はほとんど消滅し、オーステナイトが
40〜80％存在し、フェライトが残余をしめる組織状態が
現出される。拡散定数の大きいＣはオーステナイト中に
濃化しフェライト中では希薄となる。このため引き続く
一連のサイクルを経た後では８〜30％の残留オーステナ
イトがフェライトとベイナイトの混在した中に微細に分
散した組織が得られ高強度にして加工性良好な鋼板とす
ることができる。

加熱温度が600℃未満の時、連続ラインで実現すること
のできる時間内では炭化物が溶解せずオーステナイトの
存在量もごく僅かであり、また再結晶も不十分な状態で
あるため後に続く処理が本発明に規定されるものであっ
たとしても高強度にして加工性良好な鋼板とすることは
できない。一方、800℃を超える温度域に加熱すること
は多大なエネルギーを要し不経済であるばかりか表面性
状が劣化する等種々の好ましくない現象を生む。この温
度域での保持時間が15秒未満では未溶解炭化物が存在す
る可能性が大であり、望まれるだけの量のオーステナイ
トが形成されず強度と加工性の両立が図れない。一方、
５分を超えた保持は連続ラインで経済的な多量生産をす
るには適さないし、行ったとしても結晶粒粗大化等によ
り材質が劣化する可能性がある。

本発明ではこの後１〜200℃/secの速度で250〜500℃に
冷却する。これは二相域に加熱して生成させたオーステ
ナイトをパーライトに変態することなくベイナイト変態
域に持ち来し、引き続く処理により室温では残留オース
テナイトとベイナイトとして所定の特性を得ることを目
的とする。この冷却速度が１℃/sec未満ということは臨
界冷却速度以下であることを意味し、オーステナイトの
ほとんどがパーライト変態するため熱処理後にはベイナ
イトも残留オーステナイトもごく僅かの量となり強度も
低く加工性も良好ではない。逆に200℃/secを超えるよ
うだと針状のフェライトが生成し強度延性バランスの劣
化をもたらす原因となる。また鋼板全体にわたって目標
とした温度で冷却を終了することが難しく、形状も工業
的な用途に耐えられないものとなることがある。この冷
却が500℃よりも高い温度で終了するとSiやNiを含んで
いてもその後の保持中に炭化物が急速に生成しオーステ
ナイト中のＣ濃度が急減するのでそれを室温まで残留す
ることが不可能となる。一方NiやMnのオーステナイト安
定化元素が添加されているとは言え、二相域で生成した
ままの状態ではMs点を250℃未満に下げるほどにオース
テナイト中にＣが濃化していないため、そのまま250℃
未満に冷却すると多量のマルテンサイトを生じ、その後
に焼戻されたとしても強度は十分としても加工性は良好
と言える範囲にはなりえない。なお二相域での均熱終了
後550〜700℃までを１〜20℃/sec、それ以下を25〜200
℃/secで冷却し、上段での緩冷中にNiやMn等を残存する
オーステナイト中に濃化させながら清浄なフェライトを
成長させることは残留オーステナイト量の増加にもつな
がり加工性をさらに良好とする好ましい方法である。

この冷却終了後、本発明では250〜500℃に５秒〜10分保
定し、その後30秒以内に150以下まで冷却する。これは
本発明成分の鋼ではオーステナイトからベイナイトへの
変態が二段階に分離することを活用し、炭化物をほとん
ど含まないベイナイトとその部分から掃きだされたＣが
濃化しNiやMn等による安定化と合わせてMs点が室温以下
に低下した残留オーステナイト、および二相域加熱中に
純化が進んだ残存フェライトや先の冷却中に成長した清
浄なフェライトの混在した組織を現出させ、高強度と良
好な加工性を両立させることにある。この保定温度が50
0℃よりも高いとその間に炭化物が急速に生成しオース
テナイト中のＣ濃度が急減するのでそれを残留すること
は不可能となる。一方保定温度が250℃未満だと実質的
にＣの拡散が困難となるため未変態オーステナイト中に
Ｃが濃化せずMs点を室温以下に下げることができないた
め残留オーステナイトを得る上で有効なものとならな
い。この保定時間が５秒未満ではベイナイト変態の進行
が不十分なためＣが十分に濃化していないオーステナイ
トは室温までの冷却中にマルテンサイト変態し、得られ
る鋼板は高強度ではあるものの加工性に乏しいものとな
る。また保定時間が10分を超すとベイナイト変態がさら
に進み、前段の反応でＣの濃化したオーステナイトも炭
化物を析出してベイナイトに分解するため変態誘起塑性
により加工性を改善する残留オーステナイト量の不足を
もたらすこととなる。この後150℃以下まで冷却するの
に30秒を超える時間要した場合も同様であり、発明の目
的を達し得ない。

なお、以上に説明してきた工程における二相域での加熱
温度や二相域からの冷却が終了した後の保定温度、また
その間の冷却速度は規定の範囲内であれば一定である必
要はなく、その範囲内で変動したとしても最終製品の特
性をなんら劣化させはしないし向上する場合もある。

（実施例）第１表に成分を示す鋼を熱間圧延し酸洗した後、第２表
に記載するような条件の冷間圧延と一連のサイクルから
なる熱処理を行った。その後0.8％の調質圧延を施して
からJIS5号引張試験片を調製し、ゲージ長さ50mm、引張
速度10mm/minで常温引張試験を行ったところ同表に記載
するような引張強度と全伸びを得た。

本発明試料である試料No.2、４、５、７、８、11、14、
17、18、20、22、23、26、27、30、34はいずれも2500kg
f/mm²・％を超える引張強度と全伸びの積を有すること
から判断できるように高強度であると同時に良好な加工
性を有している。これに対し本発明成分範囲外の鋼ａ、
ｃ、ｇ、ｈ、ｉ、ｋは最適と考え得る処理を施しても試
料No.1、３、31〜33、35にあるように、また本発明成分
鋼であっても処理条件に一つでも不適切なところが存在
すると試料No.6、９、10、12、13、15、16、19、21、2
4、25、28、29にあるように引張強度か全伸びのいずれ
か、あるいは両方が劣るため2500kgf/mm²・％未満の引
張強度と全伸びの積しか得られず、加工性良好な高強度
鋼板とはなし得ない。

（発明の効果）以上の実施例から明らかなように本発明によれば５〜30
％の残留オーステナイトがフェライトおよびベイナイト
と共存することにより引張強度50〜140kgf/mm²の広い範
囲にわたり加工性良好な高強度鋼板を得ることができ
る。しかも従来発明よりもはるかに低いＣ含有量でこの
ような特性がえられるため、本発明の有する効果は産業
上極めて大きなものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は冷間圧延の後で鋼板に施す熱処理サイクルを示
す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ２２Ｃ 38/00 ３０２Ｚ 38/52

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％でC:0.07〜0.30％、Si:0.30〜1.50
％、Mn:0.20〜2.00％、Ni:1.00〜6.00％、sol.Al:0.005
〜0.100％を含み、残部Feおよび不可避的不純物からな
る鋼を熱間圧延し酸洗と圧延率35〜80％の冷延を行って
から、600〜800℃の二相共存温度域に加熱し15秒〜５分
保持後、１〜200℃/secの速度で250〜500℃に冷却し、
この温度域内で５秒〜10分保定し、その後30秒以内に15
0℃以下まで冷却することを特徴とする加工性良好な高
強度鋼板の製造方法。
【請求項２】Cu、Co、Crのうちの１種または２種以上を
重量％で合計１％以下添加することを特徴とする請求項
１記載の加工性良好な高強度鋼板の製造方法。
【請求項３】二相共存温度域に加熱し15秒〜５分保持後
の冷却を、550〜700℃までを１〜20℃/sec、それ以下を
25〜200℃/secとすることを特徴とする請求項１または
２記載の加工性良好な高強度鋼板の製造方法。