JPH0860240A - 耐久強度の優れた加工用高強度熱延鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 良好な加工性および疲労特性を備えた鋼板を
製造する。 【構成】 Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｓの含有量が所定範
囲で、Ｃｕ：０．４〜１．５重量％を含有する鋼を熱間
圧延するに際して、熱延仕上げ温度をＡｒ３点以上とし
て熱間圧延を行ない、熱延終了温度からＡｒ３点〜Ａｒ
１点の範囲の温度までを５〜７０℃／秒の平均冷却速度
で冷却し、ついでその温度から２〜２０秒間放冷または
徐冷し、その後２０〜７０℃／秒の平均冷却速度で４０
０〜５５０℃の温度範囲まで冷却して巻取り、熱間圧延
後の組織がフェライト、ベーナイトおよびマルテンサイ
トの３相からなり、ベーナイト面積率Ｖｆｂ４〜４５
％、マルテンサイト面積率Ｖｆｍ１〜１５％であるとと
もに、Ｖｆｂ／Ｖｆｍ≧３を満たす複合組織鋼板とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、疲労特性が優れ、強
度−伸びバランスおよび伸びフランジ性に優れる高強度
鋼板に関し、とくに自動車の足回り部材やホイールディ
スクなどの素材として好適に用いることができる耐久強
度の優れた加工用高強度熱延鋼板の製造方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車の安全性向上および燃費向
上が検討されており、自動車用鋼板の高強度薄肉化の試
みが多くなされている。これらの中でもバネ下部材とな
るホイールや足回り部材の軽量化は、自動車の燃費向上
に極めて有効な手段であるので、ホイールや足回り部材
への高強度鋼板の適用が検討されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記ホイールや足回り
部材への適用が検討されている高強度鋼板においては、
高強度化に伴なう加工性の劣化の問題があり、またとく
に足回り部品においては絶えず繰返し荷重を受けている
ため、鋼板の疲労強度の劣化が大きな問題となってい
る。このため加工性および疲労特性のともに優れた高強
度鋼板の開発が強く要望されている。

【０００４】上記ホイールや足回り部材に適用される高
強度鋼板として、フェライト・マルテンサイト複合組織
鋼板、いわゆるデュアル・フェイズ鋼板（ＤＰ鋼板）が
既に知られている。この鋼板は、降伏比が低く、強度−
伸びバランスおよび疲労特性に優れている。しかし伸び
フランジ性の面で劣り、また溶接熱影響部での軟化が起
こりやすいという問題がある。

【０００５】また強度−伸びバランス、伸びフランジ性
および抵抗溶接性に優れる低降伏比の鋼板としては、フ
ェライト・ベーナイト・マルテンサイトの組織を最適合
に調整した、いわゆるトライフェイズ鋼板（特開昭５７
−７０２５７号公報、特開昭５７−１４５９６５号公
報）が知られている。この鋼板は、上記の長所を有して
いるが、疲労特性の要求の厳しい足回り部品やホイール
では疲労強度の向上が要求されている。このように加工
性および疲労特性を兼ね備えた鋼板は現在のところ存在
しない。

【０００６】この発明は、このような従来の課題を解決
するためになされたものであり、加工性、溶接性、疲労
特性に優れ、かつ耐久強度の優れた加工用高強度熱延鋼
板の製造方法を提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、適正量のＣ
ｕを添加し、最適条件での熱間圧延を施すことにより、
適正量のベーナイトおよびマルテンサイトを含み、なお
かつ主体となるフェライトがＣｕで強化された組織が得
られ、このような組織を有する鋼板はトライフェイズ鋼
板の特徴である良好な強度−延性バランスおよび伸びフ
ランジ性を保持したまま疲労特性にも優れていることを
見出し、この知見に基づいて化学成分の調整ならびに製
造条件についてさらに詳細な実験研究の結果、完成され
たものである。

【０００８】この発明は、Ｃ：０．０１〜０．１５重量
％、Ｓｉ：０．５〜２．０重量％、Ｍｎ：０．７〜２．
０重量％、Ａｌ：０．０１〜０．０６重量％、Ｓ：０．
００５重量％以下で、Ｃｕ：０．４〜１．５重量％を含
有する鋼を熱間圧延するに際して、熱延仕上げ温度をＡ
ｒ３点以上として熱間圧延を行ない、熱延終了温度から
Ａｒ３点〜Ａｒ１点の範囲の温度までを５〜７０℃／秒
の平均冷却速度で冷却し、ついでその温度から２〜２０
秒間放冷または徐冷し、その後２０〜７０℃／秒の平均
冷却速度で４００〜５５０℃の温度範囲まで冷却して巻
取り、熱間圧延後の組織がフェライト、ベーナイトおよ
びマルテンサイトの３相からなり、ベーナイト面積率Ｖ
ｆｂ４〜４５％、マルテンサイト面積率Ｖｆｍ１〜１５
％であるとともに、Ｖｆｂ／Ｖｆｍ≧３を満たす複合組
織鋼板とするものである。

【０００９】上記構成において、さらに下記の第１群、
第２群、第３群および第４群の中の少なくとも１群から
選んだ１種以上の成分を含有することが好ましい。

【００１０】

【作用】まずマルテンサイト面積率は、１〜１５％の範
囲である。マルテンサイト面積率が１％未満であると降
伏比が上昇し、１５％を超えると伸びフランジ性が劣化
する。好ましくは１〜１０％の範囲である。

【００１１】つぎにベーナイト面積率は４〜４５％の範
囲である。４％未満では十分な強度が得られず、４５％
を超えると強度−伸びバランス、伸びフランジ性ともに
劣化する。望ましくは、８〜３０％である。

【００１２】さらにこの発明における高強度鋼板におい
ては、ベーナイト面積率Ｖｆｂ、マルテンサイト面積率
Ｖｆｍが、Ｖｆｂ／Ｖｆｍ≧３を満たす必要がある。こ
の条件を満たすことによりベーナイト面積率４〜４５
％、マルテンサイト面積率１〜１５％の範囲であって
も、さらに優れた伸びフランジ加工性を示すことが見出
された。

【００１３】なお、この発明の鋼においては、ベーナイ
トはベイニッティックフェライトを含む。またマルテン
サイトは、また残留オーステナイトを含む。

【００１４】つぎに化学成分について述べると、Ｃは鋼
の強化に効果を有する。とくに、Ｃはベーナイトおよび
マルテンサイトなどの低温変態生成物を形成するために
必要な元素であり、このためには少なくとも０．０１重
量％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０．１５重量％とする必要がある。

【００１５】Ｓｉは、溶鋼の脱酸元素としての役割を有
するほか、置換型固溶強化元素としても有効な元素であ
り、高延性を与える働きをする。またこの発明のような
複合組織鋼板においては、熱延後のγ→α変態におい
て、αへの変態を促進するとともにα中の固溶炭素をγ
中へ排出する作用があり、その結果、α相の清浄性を高
め、しかも、γ中への炭素の濃縮によりγの安定化を図
り、硬質相の生成が容易になるため、機械的性質が向上
する。このためには、少なくとも０．５重量％以上の添
加を必要とする。しかし、過多に添加すると、溶接部の
脆化を招くだけでなく、酸化スケールの生成により表面
性状が悪化するので、２．０重量％を上限とする必要が
ある。

【００１６】Ｍｎは焼入れ性を向上させ、所望の組織を
得るために必要な元素である。この効果を有効に発揮さ
せるには少なくとも０．７重量％以上添加する必要があ
る。しかし過多に添加するときは、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２．０重量
％とする必要がある。

【００１７】Ｓは、伸びフランジ性の改善のため、０．
００５重量％以下に規制される。

【００１８】Ａｌは、脱酸のために添加するが、０．０
６重量％を超えて加えると、アルミナ系の介在物が増加
し、加工性を劣化させるので、Ａｌ量は０．０６重量％
以下とする必要がある。

【００１９】Ｃｕは、この発明の鋼の構成成分のうち最
も重要な元素である。Ｃｕは、良好な耐久強度を得るた
めに必要であり、最適な圧延、冷却条件の下でその効果
を発揮させることができる。０．４０重量％以下では、
疲労特性向上の効果は少なく、また１．５重量％以上で
は加工性が劣化し、疲労強度向上の効果も飽和する。

【００２０】さらにこの発明では必要に応じて、Ｎｉ：
０．１〜１．５重量％、Ｍｏ：０．０５〜１．０重量
％、Ｖ：０．０１〜０．５重量％、Ｔｉ：０．０１〜
０．３重量％、Ｎｂ：０．０１〜０．３重量％、Ｃｒ：
０．３〜０．７５重量％、Ｂ：０．０００５〜０．０１
重量％、Ｃａ：０．００５重量％以下の１種または２種
以上を含有させることができる。

【００２１】ＮｉはＣｕ含有による熱間脆性を防止する
ために含有させる元素であり、含有量は０．１０〜１．
５重量％とする必要がある。この含有量の範囲外では上
記効果を達成することはできない。よって、Ｎｉ含有量
は０．１０〜１．５重量％とする。

【００２２】Ｍｏ、Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂは析出強化元素であ
り、強度上昇に必要であるのみならず、Ｍｎと共存して
熱延後の変態組織に影響を与え、低温変態生成物を得や
すくする働きがある。さらに組織を微細化し、伸びフラ
ンジ性を向上させるとともに、溶接後の熱影響部の硬度
低下を防止し、疲労強度改善に役立つ。

【００２３】Ｃｒは、焼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。この効果を発揮させるた
めには、少なくとも０．３重量％を添加する必要があ
る。しかし、過多に添加しても効果が飽和し、またコス
トアップになるのでその上限を０．７５重量％とする必
要がある。

【００２４】Ｂは焼入れ性を向上させ、所望の組織を得
る上で有用な元素である。Ｃａ、希土類元素は、硫化物
形態制御を通じて、延性、とくに伸びフランジ性を改善
する効果を有する。これらの元素の添加量は、下限はそ
の効果を得るのに必要最小限の量から、また上限はその
効果が飽和する経済的な見地から決定された。

【００２５】次にこの発明による耐久強度の優れた加工
用高強度熱延鋼板の製造方法における製造条件について
説明する。

【００２６】仕上げ圧延の条件は、目的とする複合組織
鋼板を得るための準備段階として重要である。まず熱延
における仕上げ温度は、Ａｒ３点以上でなければ延性の
劣化が著しくなるので、仕上げ温度はＡｒ３点以上とし
た。仕上げ圧延した後に、Ａｒ３点〜Ａｒ１点の温度域
に冷却する際の平均冷却速度は５〜７０℃／秒とする必
要がある。７０℃／秒を超える場合には、温度制御が困
難になり、５℃／秒未満ではＡｒ３点までにオーステナ
イトの再結晶−結晶粒成長が進みフェライト変態促進の
効果が低下するうえ、時間がかかり過ぎる。望ましく
は、３０〜７０℃／秒である。

【００２７】制御冷却後、Ａｒ３点〜Ａｒ１点で放冷ま
たは徐冷される。この放冷または徐冷はフェライト変態
ノーズ付近で実施されることになる結果、フェライト変
態が促進され、短時間で所定のフェライト量が得られ
る。さらにこの徐冷中に変態したフェライト相中の固溶
炭素は未変態オーステナイト相中に濃縮される。この結
果、フェライト相中の固溶炭素量は減少して清浄とな
り、延性は向上する。一方、炭素量の増加した未変態オ
ーステナイトは安定化するために、その後の冷却過程で
低温変態生成物が得やすくなる。この徐冷時間は、短す
ぎると所定のフェライト量が得られず、逆に長すぎると
すべてフェライト変態したり、パーライト変態が起こっ
たりし、さらにはランアウトテーブルの長さによっても
自ずと制限されることから、放冷徐冷時間は２〜２０秒
とする必要がある。

【００２８】徐冷後の冷却は、未変態オーステナイトよ
り硬質な低温変態生成物を得るためのものであって、こ
の発明による平均冷却速度は２０〜７０℃／秒の範囲で
ある。このように冷却速度が比較的遅くても硬質相が得
られる理由は、それまでの過程で未変態オーステナイト
の安定度が高められているためであり、このために熱延
仕上げ温度から二次冷却開始までの過程が重要である。
さらに硬質相をベーナイト相主体にしていることも比較
的ゆっくりとした冷却速度を可能とし、強度−延性バラ
ンスの改善に寄与する。

【００２９】その後、鋼板は所定の温度で巻取られる
が、この巻取温度はこの発明における最も重要な事項の
一つである。この発明において重要な元素であるＣｕ
は、固溶状態であっても疲労強度を改善するが、その効
果を最大限発揮させるためには、析出させた方がよい。
そのためには巻取温度を４００℃以上にする必要であ
る。この温度以下では、Ｃｕ析出による疲労強度改善の
効果が少ないばかりでなく、過剰なマルテンサイトの生
成により伸びフランジ性が劣化する。また５５０℃を超
える温度で巻取った場合は、多量の合金元素を添加しな
いとパーライト変態が生じる。故に、巻取温度の上限は
５５０℃とする必要がある。

【００３０】

【実施例】下記の表１に示す化学成分を有する鋼を真空
溶解炉で溶製し、粗圧延により３０ｍｍ厚のスラブを得
た。

【００３１】

【表１】

【００３２】つぎに、このスラブを１２００℃に加熱
し、下記の表２に示した熱延条件で板厚３．５ｍｍに仕
上げた。

【００３３】

【表２】

【００３４】その後、表裏面研削により板厚を２ｍｍに
した後、ＪＩＳ５号引張り試験、穴拡げ試験および両振
り平面曲げ試験に供した。穴拡げ率λは、１０ｍｍφの
打ち抜き穴をあけ、円錐ポンチによってクラックが板厚
を貫通するまで押し広げたときの穴径ｄｂと初期穴径ｄ
ｉを用いて下記の式により求めた。

【００３５】 λ＝｛（ｄｂ−ｄｉ）／ｄｉ｝×１００％ それらの結果は表３に示す通りである。

【００３６】

【表３】

【００３７】上記表３より、この発明の鋼は、強度−伸
びバランス、穴拡げ性、降伏比に優れ、さらに疲労強度
にも優れていることがわかる。

【００３８】一方、比較鋼のうちＮｏ．３およびＮｏ．
１０は、第２相がパーライト主体の組織となっているた
め、十分な強度が得られていないばかりでなく、疲労特
性にも劣っている。Ｎｏ．６およびＮｏ．１１は、第２
相のマルテンサイト比率が高い組織となっており、疲労
特性、強度−伸びバランスが高く、低降伏比であるもの
の穴拡げ性に劣っている。Ｎｏ．８はＡｒ３点以下で２
相域圧延されている鋼板であり、加工性、疲労特性とも
に劣っている。またＮｏ．１９は、Ｓｉ添加量が上限値
を超えているために、表面性状が著しく悪かった。

【００３９】Ｎｏ．２２は、Ｃｕが無添加あるいは少な
いために、加工性には問題ないが、疲労特性に劣ってい
る。Ｎｏ．２３は、Ｃｕが適正範囲の上限を超えるため
に、加工性に劣る。

【００４０】図１は降伏比（σｗ／ＴＳ）とＣｕ含有量
（Ｃｕ重量％）との関係を示す図であり、これによると
Ｃｕが０．４重量％以上でσｗ／ＴＳが向上し、また
１．５重量％を超えて添加してもσｗ／ＴＳは向上しな
いことがわかる。また所定量のＣｕを含有していても、
製造条件が適正範囲外であれば優れた疲労特性は得られ
ないことがわかる。

【００４１】また図２は各実施例の降伏比（σｗ／Ｔ
Ｓ）と穴拡げ率（λ）との関係を示す図であり、これに
よればこの発明の鋼は穴拡げ性と疲労特性とを兼ね備え
ていることがわかる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明は所定の
成分の鋼に適正量のＣｕを添加し、最適条件での熱間圧
延を施すことにより、適正量のベーナイトおよびマルテ
ンサイトを含み、なおかつ主体となるフェライトがＣｕ
で強化された組織が得られるようにしたものであり、良
好な強度−延性バランスおよび伸びフランジ性を保持し
たまま疲労特性にも優れているものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】降伏比（σｗ／ＴＳ）とＣｕ含有量（Ｃｕ重量
％）の関係を示す図である。

【図２】降伏比（σｗ／ＴＳ）と穴拡げ率（λ）との関
係を示す図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｃ：０．０１〜０．１５重量％、Ｓｉ：
   ０．５〜２．０重量％、Ｍｎ：０．７〜２．０重量％、
   Ａｌ：０．０１〜０．０６重量％、Ｓ：０．００５重量
   ％以下で、Ｃｕ：０．４〜１．５重量％を含有する鋼を
   熱間圧延するに際して、熱延仕上げ温度をＡｒ３点以上
   として熱間圧延を行ない、熱延終了温度からＡｒ３点〜
   Ａｒ１点の範囲の温度までを５〜７０℃／秒の平均冷却
   速度で冷却し、ついでその温度から２〜２０秒間放冷ま
   たは徐冷し、その後２０〜７０℃／秒の平均冷却速度で
   ４００〜５５０℃の温度範囲まで冷却して巻取り、熱間
   圧延後の組織がフェライト、ベーナイトおよびマルテン
   サイトの３相からなり、ベーナイト面積率Ｖｆｂ４〜４
   ５％、マルテンサイト面積率Ｖｆｍ１〜１５％であると
   ともに、Ｖｆｂ／Ｖｆｍ≧３を満たす複合組織鋼板とす
   ることを特徴とする耐久強度の優れた加工用高強度熱延
   鋼板の製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、さらに下記の第１
   群、第２群、第３群および第４群の中の少なくとも１群
   から選んだ１種以上の成分を含有することを特徴とする
   耐久強度の優れた加工用高強度熱延鋼板の製造方法。 （第１群） Ｎｉ：０．１〜１．５重量％ （第２群） Ｍｏ：０．０５〜１．００重量％ Ｖ ：０．０１〜０．５０重量％ Ｔｉ：０．０１〜０．３０重量％ Ｎｂ：０．０１〜０．３０重量％ （第３群） Ｃｒ：０．３〜０．７５重量％ Ｂ ：０．０００５〜０．０１重量％ （第４群） Ｃａ：０．００５重量％以下 希土類元素：０．００５重量％以下