JPWO2016113781A1 - 高強度鋼板およびその製造方法 - Google Patents

高強度鋼板およびその製造方法 Download PDF

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Abstract

引張強度１１８０ＭＰａ以上の曲げ加工性に優れた高強度鋼板およびその製造方法を提供する。特定の成分組成を有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、面積率で、フェライト相を２５％以下、ベイナイト相および／またはマルテンサイト相を７５％以上、セメンタイトを５％以下含有する組織を有し、表面から厚み方向に５０μｍまでの領域である表層において、面積率でフェライト相を５〜２０％含有し、引張強度が１１８０ＭＰａ以上である高強度鋼板とする。

Description

本発明は、引張強度１１８０ＭＰａ以上の曲げ加工性に優れた高強度鋼板およびその製造方法に関するものである。本発明の高強度鋼板は、自動車部品等の素材として好適に用いることができる。
近年、地球環境保全の観点からＣＯ２などの排気ガスを低減化する試みが進められている。自動車産業では車体を軽量化して燃費を向上させることにより、排気ガス量を低下させる対策が図られている。
車体軽量化の手法のひとつとして、自動車に使用されている鋼板を高強度化することで板厚を薄肉化する手法が挙げられる。この手法の問題点として、鋼板の高強度化とともに曲げ加工性が低下することが知られている。そこで、高強度と曲げ加工性を両立する鋼板が求められている。
高強度鋼板の強度レベルの上昇とともに、製品内での機械的性質のバラツキは大きくなる傾向にあり、機械的性質のバラツキが大きくなると、製品内の曲げ加工性のバラツキも大きくなる。製品内の曲げ加工性のバラツキが大きくならないことは重要であり、例えば、曲げ加工部位が多数あるフォーム成形で部品を製作する際には、製品内での曲げ加工性の安定性が部品歩留まり向上の観点で求められている。ここで、「製品」とは高強度鋼板を意味する。したがって、「製品内での機械的性質のバラツキ」とは、曲げ加工性の測定箇所が異なった場合に、測定結果にバラツキを生じることを意味する。そして、ここで問題となるのは、製品である鋼板の幅方向におけるバラツキである。
このような要求に対して、例えば、特許文献１には、曲げ加工性に優れた高比例限鋼板およびその製造方法が開示されている。具体的には、特定の成分組成の鋼板に冷間圧延を施し、さらに再結晶温度以下の特定の温度範囲で焼鈍を行なうことにより、過度の回復を抑制しつつ転位の再配列を生じさせて、比例限の向上とともに曲げ加工性も同時に向上させる方法が開示されている。特許文献１において、曲げ加工性は９０°Ｖ曲げ試験で評価している。しかし、特許文献１では、評価位置に関しては何ら考慮されていないことから、曲げ加工性の安定性については特許文献１で改善されていないといえる。さらに、特許文献１に記載の方法では、冷間圧延後にバッチ式焼鈍炉による長時間焼鈍が必須であり、連続焼鈍と比べて生産性が劣るという問題がある。
特許文献２には、曲げ加工性と耐穴あけ性に優れた鋼板が開示されている。具体的には、鋼板を圧延後急冷、あるいは圧延終了後に再加熱して急冷するなどの方法で、マルテンサイト主体組織またはマルテンサイトと下部ベイナイトの混合組織とし、Ｃ含有量範囲でＭｎ／Ｃの値を一定値とすることで曲げ加工性を向上させる方法が開示されている。特許文献２において、曲げ加工性は押曲げ法により評価されている。しかし、特許文献２では、評価位置に関しては何ら考慮されていないことから、特許文献２では曲げ加工性の安定性については改善されていないといえる。さらに、特許文献２にはブリネル硬さの規定はあるものの引張強度に関しては開示されていない。
特許文献３には、曲げ性に優れる高張力鋼板およびその製造方法が開示されている。具体的には、特定の成分組成を有する鋼を加熱し、粗圧延した後、１０５０℃以下で開始し、Ａｒ３点〜Ａｒ３＋１００℃で完了する熱間仕上圧延を施した後、２０℃／秒以下の冷却速度で冷却して６００℃以上で巻き取り、酸洗、５０〜７０％の圧下率の冷間圧延を行い、（α＋γ）２相域で３０〜９０秒焼鈍し、５５０℃までを５℃／秒以上で冷却することにより、圧延方向曲げ、幅方向曲げおよび４５°方向曲げにおいて、いずれも密着曲げが良好な鋼板を得る方法が開示されている。特許文献３では、曲げ加工性を密着曲げにより評価している。しかし、特許文献３では、評価位置に関しては何ら考慮されていないことから、曲げ加工性の安定性については特許文献３で改善されていないといえる。また、特許文献３では、引張特性を引張試験により評価しているが、１１８０ＭＰａ未満の強度であり、自動車用に使用される高強度鋼板としては強度が十分であるとはいえない。
特開２０１０−１３８４４４号公報 特開２００７−２３１３９５号公報 特開２００１−３３５８９０号公報
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、引張強度１１８０ＭＰａ以上の、製品内の曲げ加工性が安定的に優れた高強度鋼板およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決するために、鋼板の成分組成および組織（金属組織）の観点から鋭意検討を進めた。その結果、成分組成を適正範囲に調整し、金属組織を適切に制御することが、上記課題を解決する上で極めて重要であることを見出した。
良好な曲げ加工性を得るための金属組織としては、マルテンサイト相および／またはベイナイト相を主相とし、フェライト相を含む複合組織にする必要がある。この複合組織は焼鈍後に鋼板を所定の温度に冷却することで得られる。ところで、上記複合組織を得るための焼鈍中または冷却中の雰囲気により、鋼板表層のＢ（ボロン）含有量が低下して、表層の焼入れ性が低下して表層のフェライト相の面積率が増加する。このフェライト相の面積率の増加により、オーステナイト中にＣが濃化し、表層に硬質なマルテンサイト相および／またはベイナイト相が生成することがある。表層の組織がフェライトと硬質なマルテンサイト相および／またはベイナイト相の複合組織となると、フェライトとマルテンサイト相やベイナイト相との硬度差が大きいために、製品内で安定して高い曲げ加工性が得られない。なお、表層（鋼板表層、板厚表層と記載される場合もある）とは、表面から板厚方向に５０μｍまでの領域を意味する。
これに対して、本発明者らは、上述したように鋼板の成分組成（特にＳｂ添加量が重要）および組織を規定することで、引張強度が１１８０ＭＰａ以上でありながら、製品内で安定して良好な曲げ加工性を有する鋼板となることを見出した。すなわち、組織としてベイナイト相および／またはマルテンサイト相の面積率を規定することで強度を確保し、フェライト相とセメンタイトの面積率を適切に制御することで曲げ性および延性を確保した。さらに、表層のフェライト相の面積率を適切に制御することで、製品内で安定して高い曲げ加工性を得ることを可能とした。
本発明は上記知見に基づくものであり、特徴は以下の通りである。
［１］質量％で、Ｃ：０．１００〜０．１５０％、Ｓｉ：０．３０〜０．７０％、Ｍｎ：２．２０〜２．８０％、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．００２０％以下、Ａｌ：０．０２０〜０．０６０％、Ｎ：０．００５０％以下、Ｎｂ：０．０１０〜０．０６０％、Ｔｉ：０．０１０〜０．０３０％、Ｂ：０．０００５〜０．００３０％、Ｓｂ：０．００５〜０．０１５％、Ｃａ：０．００１５％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、面積率で、フェライト相を２５％以下、ベイナイト相および／またはマルテンサイト相を７５％以上、セメンタイトを５％以下含有する組織を有し、表面から厚み方向に５０μｍまでの領域である表層において面積率でフェライト相を５〜２０％含有し、引張強度が１１８０ＭＰａ以上である高強度鋼板。
［２］前記成分組成は、質量％で、さらに、Ｃｒ：０．３０％以下、Ｖ：０．１０％以下、Ｍｏ：０．２０％以下、Ｃｕ：０．１０％以下、Ｎｉ：０．１０％以下の中から選ばれる１種以上の元素を含有する成分組成である［１］に記載の高強度鋼板。
［３］前記成分組成は、質量％で、さらに、ＲＥＭ：０．００１０〜０．００５０％を含有する成分組成である［１］または［２］に記載の高強度鋼板。
［４］ＹＲ≦０．８５である［１］〜［３］のいずれかに記載の高強度鋼板。
［５］引張強度が１１８０ＭＰａ以上の曲げ加工性に優れた高強度鋼板の製造方法であって、［１］〜［３］のいずれかに記載の成分組成を有する鋼素材を、Ａｒ３点以上の温度で仕上圧延し、６００℃以下の温度で巻取る熱間圧延工程と、前記熱間圧延後に、熱延鋼板を酸洗する酸洗工程と、前記酸洗工程で酸洗された鋼板を、２℃／s以上の平均加熱速度で５７０℃以上の温度域まで加熱し、鋼板がＡｃ３以上の温度域にある保持時間を６０秒以上とし、０．１〜８℃／sの平均冷却速度で６２０〜７４０℃の温度域まで冷却し、鋼板が該温度域にある保持時間を１０〜５０秒とし、５〜５０℃／sの平均冷却速度で４００℃以下の温度域まで冷却し、該冷却において１５０℃以上４００℃以下の温度域にある保持時間を２００〜８００秒とする連続焼鈍工程と、を有することを特徴とする高強度鋼板の製造方法。
［６］前記酸洗工程後、前記連続焼鈍工程前に、酸洗された鋼板を冷間圧延する冷間圧延工程を有する［５］に記載の高強度鋼板の製造方法。
本発明によれば、引張強度１１８０ＭＰａ以上の曲げ加工性に優れた高強度鋼板が得られる。本発明の高強度鋼板は、製品内での曲げ加工性が安定して優れる。このため、例えば、本発明の高強度鋼板を、自動車構造部材に用いれば、車体軽量化に貢献する。車体軽量化により、自動車の燃費が改善し、また、部品の歩留まりも高まるため、本発明の産業上の利用価値は格段に大きい。
以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
＜高強度鋼板＞
本発明の高強度鋼板の成分組成は、質量％で、Ｃ：０．１００〜０．１５０％、Ｓｉ：０．３０〜０．７０％、Ｍｎ：２．２０〜２．８０％、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．００２０％以下、Ａｌ：０．０２０〜０．０６０％、Ｎ：０．００５０％以下、Ｎｂ：０．０１０〜０．０６０％、Ｔｉ：０．０１０〜０．０３０％、Ｂ：０．０００５〜０．００３０％、Ｓｂ：０．００５〜０．０１５％、Ｃａ：０．００１５％以下を含有する成分組成である。
まず、上記の成分について説明する。なお、本明細書において成分の含有量を表す「％」は「質量％」を意味する。
Ｃ：０．１００〜０．１５０％
Ｃは、所望の強度を確保するために必須の元素である。この効果を得るためには、Ｃ含有量を０．１００％以上にすることが必要である。一方、Ｃ含有量が０．１５０％を超えると強度上昇が著しく、所望の曲げ加工性が得られない。したがって、Ｃ含有量は０．１００〜０．１５０％の範囲内とする。
Ｓｉ：０．３０〜０．７０％
Ｓｉは、鋼の延性を顕著に低下させることなく、鋼を強化するため有効な元素である。また、Ｓｉは、表層におけるフェライト相の面積率を制御するために重要な元素である。上記効果を得るために、Ｓｉ含有量を０．３０％以上にすることが必要である。しかし、Ｓｉ含有量が０．７０％を超えると著しく強度が上昇し、所望の曲げ加工性が得られない。従って、Ｓｉ含有量は０．３０〜０．７０％とする。好ましくは、０．４５〜０．７０％である。
Ｍｎ：２．２０〜２．８０％
Ｍｎは、Ｃと同様に所望の強度を確保するために必須の元素である。また、Ｍｎはオーステナイト相を安定化させ、連続焼鈍の冷却中にフェライト生成を抑制するために重要な元素である。上記効果を得るために、Ｍｎ含有量を２．２０％以上にする必要がある。しかし、Ｍｎ含有量が２．８０％を超えると、硬質な組織の面積率が過大となり、曲げ加工性が低下する。従って、Ｍｎ含有量は２．８０％以下とする。好ましくは２．４０〜２．８０％であり、より好ましくは、２．５０〜２．８０％である。
Ｐ：０．０２５％以下
Ｐは、鋼の強化に有効な元素であり、鋼板の強度レベルに応じて添加してもよい。このような効果を得るにはＰ含有量を０．００５％以上とすることが好ましい。一方、Ｐ含有量が０．０２５％を超えると溶接性が劣化する。従って、Ｐ含有量は０．０２５％以下とする。また、より優れた溶接性が要求される場合には、Ｐ含有量を０．０２０％以下にすることが好ましい。
Ｓ：０．００２０％以下
Ｓは、ＭｎＳなどの非金属介在物となる。曲げ試験において非金属介在物と金属組織との界面が割れやすくなる。したがって、Ｓの含有は曲げ加工性を低下させる。このため、Ｓ含有量は極力低いほうがよく、本発明ではＳ含有量を０．００２０％以下とする。また、より優れた曲げ加工性が要求される場合にはＳ含有量は０．００１５％以下が好ましい。
Ａｌ：０．０２０〜０．０６０％
Ａｌは、鋼の脱酸のために添加される元素である。本発明ではＡｌ含有量を０．０２０％以上にする必要がある。一方、Ａｌ含有量が０．０６０％を超えると表面性状が劣化する。そこで、Ａｌ含有量は０．０２０〜０．０６０％の範囲内とする。
Ｎ：０．００５０％以下
ＮがＢとＢ窒化物を形成すると、連続焼鈍の冷却中に焼入れ性を高めるＢ含有量が低下して、表層のフェライト相の面積率が増加し過ぎ、曲げ加工性が劣化する。よって、本発明において、Ｎ含有量はできるだけ少ないほうが好ましい。従って、Ｎ含有量は０．００５０％以下、好ましくは０．００４０％以下とする。
Ｎｂ：０．０１０〜０．０６０％
Ｎｂは、鋼中で炭窒化物を形成し、鋼の高強度化および組織微細化に有効な元素である。このような効果を得るために、Ｎｂ含有量を０．０１０％以上にする。一方、Ｎｂ含有量が０．０６０％を超えると強度上昇が著しく、所望の曲げ加工性が得られない。従って、Ｎｂ含有量は０．０１０〜０．０６０％の範囲内とする。好ましくは、０．０２０〜０．０５０％である。
Ｔｉ：０．０１０〜０．０３０％
Ｔｉは、Ｎｂと同様に鋼中で炭窒化物を形成し、鋼の高強度化および組織微細化に有効な元素である。また、Ｔｉは、焼入れ性低減の原因となるＢ窒化物の形成を抑制する。このような効果を得るために、Ｔｉ含有量を０．０１０％以上とする。一方、Ｔｉ含有量が０．０３０％を超えると強度上昇が著しく、所望の曲げ加工性が得られない。従って、Ｔｉ含有量は０．０１０〜０．０３０％の範囲内とする。好ましくは、０．０１０〜０．０２５％である。
Ｂ：０．０００５〜０．００３０％
Ｂは、鋼の焼入れ性を高めて、連続焼鈍の冷却中にフェライト生成を抑制するために重要な元素である。また、Ｂは、表層のフェライト相の面積率を制御するために効果的な元素である。このような効果を得るために、Ｂ含有量を０．０００５％以上とする。一方、Ｂ含有量が０．００３０％を超えると、その効果が飽和するだけでなく、熱間圧延、冷間圧延における圧延荷重の増大も招く。従って、Ｂ含有量は０．０００５〜０．００３０％の範囲内とする。好ましくは、０．０００５〜０．００２５％である。
Ｓｂ：０．００５〜０．０１５％
Ｓｂは、本発明において最も重要な元素である。すなわち、連続焼鈍の焼鈍過程において、Ｓｂは鋼の表層に濃化することで鋼の表層に存在するＢ含有量の低減を抑制する。このため、Ｓｂによって、表層のフェライト相の面積率を所望の範囲に制御できる。このような効果を得るために、Ｓｂ含有量を０．００５％以上とする。一方、Ｓｂ含有量が０．０１５％を超えるとその効果が飽和するだけでなく、Ｓｂの粒界偏析により靭性が低下する。従って、Ｓｂは０．００５〜０．０１５％の範囲内とする。好ましくは、０．００８〜０．０１２％である。
Ｃａ：０．００１５％以下
Ｃａは、圧延方向に伸展した酸化物となる。曲げ試験において酸化物と金属組織との界面が割れやすい。したがって、Ｃａの含有は曲げ加工性を低下させる。このため、Ｃａ含有量は極力低いほうがよく、本発明ではＣａ含有量を０．００１５％以下とする。また、より優れた曲げ加工性が要求される場合にはＣａ含有量は０．０００７％以下が好ましい。さらに好ましくは、０．０００３％以下である。
本発明の成分組成は、上記成分以外に、任意成分として、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎｉの中から選ばれる１種以上の元素を含有する成分組成でもよい。
Ｃｒ、Ｖは、鋼の焼入れ性を向上させ、より高強度化する目的で添加することができる。Ｍｏは鋼の焼入れ性強化に有効な元素であり高強度化する目的で添加することができる。Ｃｕ、Ｎｉは強度に寄与する元素であり、鋼の強化の目的で添加することができる。それぞれの元素の上限は効果が飽和する量である。以上より、これらの元素を添加して上記効果を得るためには含有量を、Ｃｒは０．３０％以下、Ｖは０．１０％以下、Ｍｏは０．２０％以下、Ｃｕは０．１０％以下、Ｎｉは０．１０％以下とする。好ましくは、Ｃｒは０．０４〜０．３０％、Ｖは０．０４〜０．１０％、Ｍｏは０．０４〜０．２０％、Ｃｕは０．０５〜０．１０％、Ｎｉは０．０５〜０．１０％である。
また、本発明の成分組成は、さらに、任意成分として、ＲＥＭを含有してもよい。ＲＥＭは、硫化物形状を球状化し、曲げ加工性を改善する目的で添加される。ＲＥＭ含有量の下限は、所望の効果が得られる最低限の量であり、また、上限は効果が飽和する量である。以上より、ＲＥＭを添加して上記効果を得るためには含有量を、０．００１０〜０．００５０％とする。
上記成分および任意成分以外の残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物である。
次に、本発明の高強度鋼板の組織の限定理由について説明する。本発明の高強度鋼板の組織は、面積率で、フェライト相を２５％以下、ベイナイト相および／またはマルテンサイト相を７５％以上、セメンタイトを５％以下含有する組織である。また、表層に、面積率でフェライト相を５〜２０％含有する。これらについて以下説明する。
フェライト相の面積率：２５％以下
良好な曲げ性および強度を確保するためには、フェライト相を面積率で２５％以下含有する。好ましくは、１５％以下である。
ベイナイト相および／またはマルテンサイト相の面積率：７５％以上
強度を確保するため、ベイナイト相および／またはマルテンサイト相の面積率を７５％以上とする。ベイナイト相および／またはマルテンサイト相の面積率の好ましい範囲は８５％以上である。また、本発明でいうベイナイト相とは、ラス状フェライトの界面に沿って板状のセメンタイトが析出した所謂上部ベイナイト、およびラス状フェライト内にセメンタイトが微細分散した所謂下部ベイナイトの両者を含むものとする。なお、ベイナイト相および／またはマルテンサイト相は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で容易に区別可能である。また、マルテンサイト相とベイナイト相の両者を含む場合には合計の面積率が７５％以上とし、合計の面積率が８５％以上であることが好ましい。
セメンタイトの面積率：５％以下
良好な曲げ加工性を確保するためには、セメンタイトの面積率を５％以下とする必要がある。セメンタイトの面積率が５％を超えると、曲げ加工性が劣化する。また、本発明でいうセメンタイトとは、何れの金属組織にも含まれずに粒界に単独で存在するセメンタイトである。
なお、フェライト相、ベイナイト相、マルテンサイト相、セメンタイト以外の組織としては、残留オーステナイト相を含むことができる。この場合は、残留オーステナイト相の面積率は５％以下であることが望ましい。なお、その他の相の面積率が５％以下であることが好ましいため、フェライト相、ベイナイト相、マルテンサイト相、セメンタイトの合計量は面積率で９５％以上であることが好ましい。
フェライト相、ベイナイト相、マルテンサイト相、セメンタイトは、鋼板圧延方向に平行な板厚断面を研磨後、３％ナイタールで腐食し、２０００倍の倍率で１０視野にわたり走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で板厚１／４位置（上記断面における、表面から板厚方向に１／４の位置）を観察し、その画像をＭｅｄｉａ Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ社製の画像解析ソフト“Ｉｍａｇｅ Ｐｒｏ Ｐｌｕｓ ｖｅｒ．４．０”を使用した画像解析処理により解析し、各相の面積率を求めることができる。ＳＥＭで撮影した組織写真を用いて目視判定によりフェライト相およびセメンタイトを特定し、画像解析によりフェライト相およびセメンタイトの各々の面積率を求め、これを画像解析した面積で除して各々の面積率とした。本発明の金属組織はフェライト相、残留オーステナイト、セメンタイト以外の残部はベイナイト相および／またはマルテンサイト相であるため、ベイナイト相および／またはマルテンサイト相の面積率は、フェライト相、残留オーステナイト、セメンタイト以外の面積率とした。本発明でいうベイナイトとは、ラス状フェライトの界面に沿って板状のセメンタイトが析出した所謂上部ベイナイト、およびラス状フェライト内にセメンタイトが微細分散した所謂下部ベイナイトを含むものとした。残留オーステナイト相は、鋼板を表面から板厚方向に研削した後、鋼板表面から鋼板板厚方向に１／４位置が露出するように化学研磨によりさらに０．１ｍｍ研磨した面を、Ｘ線回折装置でＭｏのＫα線を用いて、ｆｃｃ鉄の（２００）面、（２２０）面、（３１１面）とｂｃｃ鉄の（２００）面、（２１１）面、（２２０）面の積分強度を測定し、各々の測定値から残留オーステナイトの量を求めて、残留オーステナイト相の面積率とした。フェライト相、ベイナイト相、マルテンサイト相、セメンタイトの金属組織は、測定視野毎に各々の相の面積率を求めて、これらの値を平均（１０視野）して各々の相の面積率とする。
表面から厚み方向に５０μｍまでの領域である表層中のフェライト相
本発明では、表面から厚み方向に５０μｍまでの領域である表層に、面積率でフェライト相を５〜２０％含有する。
表層のフェライト相がどのようになるかは、本発明の高強度鋼板の良否の重要な指標となる。具体的には、表層のフェライト相は、曲げ加工により鋼板に付与されるひずみを分散する役割を担う。効果的にひずみを分散して良好な曲げ加工性を確保するためには、表層のフェライト相の面積率を５％以上にすることが必要である。一方、表層のフェライト相の面積率が２０％を超えると、第２相（ベイナイト相および／またはマルテンサイト相）に過度にＣが濃化して硬質化してフェライトと第２相の硬度差が大きくなり、曲げ加工性が劣化する。そのため、表層のフェライト相の面積率を２０％以下とする。上記フェライト相の面積率は好ましくは５〜１５％である。
フェライト相以外は、上記第２相（ベイナイト相および／またはマルテンサイト相）であり、その含有量は面積率で８０〜９５％である。
上記のフェライト相の面積率は、鋼板圧延方向に平行な板厚断面を研磨後、３％ナイタールで腐食し、２０００倍の倍率で、腐食後の研磨面における、鋼板表面から鋼板厚み方向に５０μｍの領域を１０視野にわたり走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、その画像をＭｅｄｉａ Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ社製の画像解析ソフト“Ｉｍａｇｅ Ｐｒｏ Ｐｌｕｓ ｖｅｒ．４．０”を使用した画像解析処理により解析する方法で求めることができる。すなわち、画像解析により、フェライト相をデジタル画像上で分別し、画像処理し、測定視野毎にフェライト相の面積率を求めることができる。これらの値を平均（１０視野）して表層のフェライト相の面積率とした。
本発明鋼のＹＲが０．８５以下
ＹＲが高くなり過ぎた場合には、局所的な塑性変形により歪が局在化し曲げ性が劣化することがあるため、０．８５以下とすることが望ましい。また下限は特に設けないが、プレス加工後に自動車部材としての衝突特性を考慮すると０．７２以上が好ましい。
＜高強度鋼板の製造方法＞
高強度鋼板の製造方法は、熱間圧延工程と、酸洗工程と、連続焼鈍工程とを有する。また、本発明の製造方法は、酸洗工程と連続焼鈍工程との間に冷間圧延工程を有することが好ましい。以下、冷間圧延工程を有する場合について、各工程について説明する。なお、以下の説明において、温度は鋼板等の表面温度とする。また、平均加熱速度および平均冷却速度は表面温度をもとに計算して得られた値とする。平均加熱速度は（（加熱到達温度−加熱開始温度）／加熱時間）で表される。酸洗後の鋼板の温度である加熱開始温度は室温である。平均冷却速度は（（冷却開始温度−冷却停止温度）／冷却時間）で表される。
熱間圧延工程
熱間圧延工程とは、成分組成を有する鋼素材を、Ａｒ３点以上の温度で仕上圧延し、６００℃以下の温度で巻取る工程である。上記鋼素材は、上記した成分組成を有する溶鋼を、転炉等を用いる溶製方法で溶製し、連続鋳造法等の鋳造方法で鋳造することで製造できる。
仕上圧延の終了温度：Ａｒ３点以上
仕上圧延の終了温度がＡｒ３点未満となると、鋼板表層でのフェライト相の粗大化等により、板厚方向の組織が不均一となる。この不均一が生じると、連続焼鈍後の組織において表層のフェライト相の面積率を２０％以下に制御できない。従って、仕上圧延の終了温度はＡｒ３点以上とする。上限は特に限定されないが、過度に高い温度で圧延するとスケール疵などの原因となるため、１０００℃以下とすることが好ましい。なお、Ａｒ３点は次式（１）から計算した値を採用する。
Ａｒ３＝９１０−３１０×［Ｃ］−８０×［Ｍｎ］＋０．３５×（ｔ−８）・・・（１）
ここで［Ｍ］は元素Ｍの含有量（質量％）を、tは板厚（ｍｍ）を表す。なお、含有元素に応じて、補正項を導入してもよく、例えば、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏが含有される場合には、−２０×［Ｃｕ］、−１５×［Ｃｒ］、−５５×［Ｎｉ］、−８０×［Ｍｏ］といった補正項を式（１）の右辺に加えてもよい。
巻取温度：６００℃以下
巻取温度が６００℃を超えると、熱間圧延後の鋼板において、金属組織がフェライトとパーライトになるため、連続焼鈍後の鋼板もしくは冷間圧延した後の連続焼鈍後の鋼板において、セメンタイトの面積率が５％超の組織となる。セメンタイトの面積率が５％超になると、曲げ加工性が劣化する。したがって、巻取温度は６００℃以下とする。なお、熱延板の形状が劣化するため巻取温度は２００℃以上とすることが好ましい。
酸洗工程
酸洗工程とは、熱間圧延工程で得られた熱延鋼板を酸洗する工程である。酸洗工程は、表面に生成した黒皮スケールを除去するために行われる。なお、酸洗条件は特に限定しない。
冷間圧延工程
冷間圧延工程とは、酸洗された熱延鋼板を冷間圧延する工程である。本発明において、酸洗工程後連続焼鈍工程前に冷間圧延工程を行うことが好ましい。冷間圧延の圧下率が４０％未満となるとフェライト相の再結晶が進行しにくくなり、連続焼鈍後の組織において未再結晶フェライト相が残存し、曲げ加工性が低下する場合がある。よって、冷間圧延の圧下率は４０％以上が好ましい。また、冷間圧延の圧下率が高くなりすぎると圧延ロールの負荷が増大し、チャタリングや板破断等の圧延トラブルを引き起こすようになるため、７０％以下であることが好ましい。
連続焼鈍工程
連続焼鈍工程では、冷延鋼板を２℃／s以上の平均加熱速度で５７０℃以上の温度域まで加熱し、冷延鋼板がＡｃ３以上の温度域にある保持時間を６０秒以上とし、０．１〜８℃／sの平均冷却速度で６２０〜７４０℃の温度域まで冷却し、冷延鋼板が該温度域にある保持時間を１０〜５０秒とし、５〜５０℃／sの平均冷却速度で４００℃以下の温度域まで冷却し、該冷却において１５０℃以上４００℃以下の温度域にある保持時間を２００〜８００秒とする。
２℃／ｓ以上の平均加熱速度で５７０℃以上の温度域まで加熱
加熱到達温度が５７０℃未満の場合、フェライトの再結晶温度域での加熱速度が小さくなるため、再結晶が進行し連続焼鈍後の鋼板表層の組織が粗大化し、曲げ加工性が劣化する場合がある。平均加熱速度が２℃／ｓ未満の場合、通常よりも長い炉が必要で消費エネルギーが多大となりコスト増加と生産効率の悪化を引き起こす。なお、平均加熱速度の上限は、表層のフェライト相面積率の制御の観点から１０℃／s以下が好ましい。
Ａｃ３以上の温度域で６０秒以上保持
上記「５７０℃以上の温度まで加熱」の後に行われるこの保持は、「５７０℃以上の温度まで加熱」の加熱到達温度がＡｃ３未満の場合には、この加熱後さらにＡｃ３以上まで加熱する必要がある。また、「５７０℃以上の温度まで加熱」の加熱到達温度がＡｃ３以上であっても、所望の温度までさらに加熱して上記保持を行ってもよい。この更なる加熱の条件は特に限定されない。重要なのは冷延鋼板がＡｃ３以上の温度域に滞留する時間（保持時間）であり、保持時間は定温で保持される時間に限られない。
焼鈍温度（保持温度）がＡｃ３未満の場合や、焼鈍時間（保持時間）が６０秒未満では、焼鈍時に熱延過程で生成したセメンタイトが十分に溶解せず、オーステナイト相の生成が不十分となり、焼鈍冷却時に十分な量のベイナイト相および／またはマルテンサイト相が生成せず、強度不足となる。また、焼鈍温度がＡｃ３未満の場合や、焼鈍時間が６０秒未満では、セメンタイトの面積率が５％を超え、曲げ加工性が低下する。また、焼鈍温度の上限は特に規定しないが、９００℃超の場合、消費エネルギーが多大となりコスト増加を引き起こす。したがって焼鈍温度の上限は９００℃であることが好ましい。焼鈍時間の上限は特に規定しないが、２００秒を超える保持は効果が飽和するうえ、コストが増加するため、焼鈍時間は２００秒以下が好ましい。なお、Ａｃ３点は次式（２）から計算して得られた値を採用する。
Ａｃ３＝９１０−２０３×（［Ｃ］）１／２−１５．２×［Ｎｉ］＋４４．７×［Ｓｉ］＋１０４×［Ｖ］＋３１．５×［Ｍｏ］−３０×［Ｍｎ］−１１×［Ｃｒ］−２０×［Ｃｕ］＋７００×［Ｐ］＋４００×［Ａｌ］＋４００×［Ｔｉ］・・・（２）
ここで［Ｍ］は元素Ｍの含有量(質量%)を表す。
０．１〜８℃／ｓの平均冷却速度で６２０〜７４０℃の温度域まで冷却
本冷却は、上記保持温度（Ａｃ３以上の範囲の温度）から６２０〜７４０℃の温度域まで、０．１〜８℃／ｓの平均冷却速度で行う冷却である。
平均冷却速度が０．１℃／ｓ未満の場合、冷却中に鋼板の表層においてフェライトが過度に析出し、表層のフェライト相の面積率が２０％を超えて、曲げ加工性が劣化する。一方、平均冷却速度が８℃／ｓを超えると、表層のフェライト相の面積率が５％未満となり、曲げ加工性が劣化する。平均冷却速度は好ましくは０．５〜５℃／ｓである。冷却停止温度が６２０℃未満の場合、冷却中に鋼板の表層においてフェライトが過度に析出し、表層のフェライト相の面積率が２０％を超えて、曲げ加工性が劣化する。一方、冷却停止温度が７４０℃を超えると、表層のフェライト相の面積率が５％未満となり、曲げ加工性が劣化する。好ましい冷却停止温度の温度域は６４０〜７２０℃である。
冷却停止温度の温度域で１０〜５０秒保持
上記冷却停止温度の温度域での保持は、本発明の製造方法において重要な要件の一つである。保持時間が１０秒未満の場合には、鋼板の幅方向にわたり表層のフェライト変態が均一に進行せず、連続焼鈍後の鋼板の表層のフェライト相の面積率が５％以上存在する組織が得られず、曲げ加工性が劣化する。保持時間が５０秒を超える場合は、表層のフェライト相の面積率が過度となるため、フェライト相とベイナイト相やマルテンサイト相の硬度差が大きくなり、曲げ加工性が低下する。好ましい上記保持時間は１５〜４０秒である。なお、保持時間とは、冷却停止温度の温度域に冷延鋼板が滞留する時間（保持時間）を意味し、定温で保持される時間に限らない。
５〜５０℃／ｓの平均冷却速度で４００℃以下の温度域まで冷却
本冷却は、「冷却停止温度の温度域で１０〜５０秒保持」の後、４００℃以下の温度域の冷却停止温度まで、５〜５０℃／ｓの平均冷却速度で行う冷却である。
この平均冷却速度条件は、本発明において重要な要件の一つである。少なくとも４００℃まで所定の平均冷却速度で急冷することで、フェライト相とベイナイト相および／またはマルテンサイト相の面積率を制御できる。平均冷却速度が５℃／s未満の場合は、冷却中に過度にフェライト相が析出するためベイナイト相および／またはマルテンサイト相の面積率が７５％未満となり、強度が低下する。平均冷却速度が５０℃／sを超える場合は、表層のフェライト相が５％未満となり、曲げ加工性が劣化する。また、平均冷却速度が５０℃／sを超える場合、鋼板形状の悪化にもつながる。そこで、本冷却における平均冷却速度は５０℃／s以下とする。好ましくは１０〜４０℃／sの平均冷却速度で３３０℃以下の温度域の冷却停止温度までの冷却である。
１５０℃以上４００℃以下の温度域で２００〜８００秒保持
本保持は、「５〜５０℃／ｓの平均冷却速度で４００℃以下の温度域まで冷却」の後、保持時間２００〜８００秒の条件で行われる。また、「５〜５０℃／ｓの平均冷却速度で４００℃以下の温度域まで冷却」の後、さらに冷却した後、上記保持を行ってもよい。
保持時間が２００秒未満の場合には、第２相にベイナイト相が存在する場合、ベイナイト変態が進行せず、連続焼鈍後の鋼板のベイナイト相および／マルテンサイト相の面積率が７５％以上とならず、強度確保が困難となる。保持温度が４００℃を超える場合は、セメンタイトの面積率が５％を超え、曲げ加工性が低下する。保持時間が８００秒を超える場合は、マルテンサイト相の焼戻しが過度に進行するため強度が低下する。好ましい条件は、１５０℃以上３３０℃以下の温度域で３００〜６５０秒保持である。なお、保持時間とは、上記の温度域に冷延鋼板が滞留する時間（保持時間）を意味し、定温で保持される時間に限らない。なお、１５０℃未満の温度域での保持時間は機械的特性への影響はほとんどなくなるため特に規定はしない。
以上により、本発明の引張強度１１８０ＭＰａ以上の曲げ加工性に優れた高強度鋼板が得られる。
なお、本発明の製造方法における加熱処理、冷却処理では、上述した温度範囲内であれば保持温度は一定である必要はなく、また冷却速度や加熱速度が冷却中や加熱中に変化した場合においても、規定の冷却速度、加熱速度の範囲内であれば問題ない。また、熱処理では所望の熱履歴を満足されれば、いかなる設備を用いて熱処理を施されても、本発明の趣旨を損なうものではない。加えて、形状矯正のために調質圧延を施すことも本発明範囲に含まれる。調質圧延では伸び率で０．３％以下が好ましい。本発明では、鋼素材を通常の製鋼、鋳造、熱延の各工程を経て製造する場合を想定しているが、例えば、薄スラブ鋳造などにより熱延工程の一部もしくは全部を省略して製造する場合も本発明の範囲に含まれる。
さらに、本発明において、得られた高強度鋼板に化成処理などの各種表面処理を施しても本発明の効果を損なうものではない。
以下、本発明を、実施例に基いて具体的に説明する。
表１に示す成分組成を有する鋼素材（スラブ）を出発素材とした。これらの鋼素材を、表２（表２−１、表２−２を合わせて表２とする）、表３（表３−１、表３−２を合わせて表３とする）に示す加熱温度に加熱した後、表２、表３に示す条件にて、熱間圧延し、酸洗した後、次いで冷間圧延、連続焼鈍を施した。一部の鋼板（鋼板Ｎｏ．５）については、冷間圧延を施さなかった。
以上により得られた冷延鋼板（Ｎｏ．５の場合は鋼板）に対して、組織観察、引張特性、曲げ加工性について、評価した。測定方法を下記に示す。
（１）組織観察
フェライト相、ベイナイト相、マルテンサイト相、セメンタイトの組織は、鋼板圧延方向に平行な板厚断面を研磨後、３％ナイタールで腐食し、２０００倍の倍率で１０視野にわたり走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で板厚１／４位置を観察し、その画像をＭｅｄｉａ Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ社製の画像解析ソフト“Ｉｍａｇｅ Ｐｒｏ Ｐｌｕｓ ｖｅｒ．４．０”を使用した画像解析処理により解析し、各相の面積率を求めることができる。ＳＥＭで撮影した組織写真を用いて目視判定によりフェライト相およびセメンタイトを特定し、画像解析によりフェライト相およびセメンタイトの各々の面積率を求め、これを画像解析した面積で除して各々の面積率とした。本発明の金属組織はフェライト相、残留オーステナイト、セメンタイト以外の残部はベイナイト相および／またはマルテンサイト相であるため、ベイナイト相および／またはマルテンサイト相の面積率は、フェライト相、残留オーステナイト、セメンタイト以外の面積率とした。本発明でいうベイナイトとは、ラス状フェライトの界面に沿って板状のセメンタイトが析出した所謂上部ベイナイト、およびラス状フェライト内にセメンタイトが微細分散した所謂下部ベイナイトを含むものとした。残留オーステナイト相は、鋼板を表面から板厚方向に研削した後、表面から板厚１／４位置が露出するように化学研磨によりさらに０．１ｍｍ研磨した面を、Ｘ線回折装置でＭｏのＫα線を用いて、ｆｃｃ鉄の（２００）面、（２２０）面、（３１１）面とｂｃｃ鉄の（２００）面、（２１１）面、（２２０）面の積分強度を測定し、各々の測定値から残留オーステナイトの量を求めて、残留オーステナイト相の面積率とした。フェライト相、ベイナイト相、マルテンサイト相、セメンタイトの金属組織は、測定視野毎に各々の相の面積率を求めて、これらの値を平均（１０視野）して各々の相の面積率とする。
表層のフェライト相の面積率
上記組織は、鋼板圧延方向に平行な板厚断面を研磨後、３％ナイタールで腐食し、２０００倍の倍率で表面から５０μｍの領域の視野を１０視野にわたり走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、その画像をＭｅｄｉａ Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ社製の画像解析ソフト“Ｉｍａｇｅ Ｐｒｏ Ｐｌｕｓ ｖｅｒ．４．０”を使用した画像解析処理により解析し、フェライト相の面積率を求めた。すなわち、画像解析により、フェライト相をデジタル画像上で分別し、画像処理し、測定視野毎にフェライト相の面積率を求めた。これらの値を平均（１０視野）して表面から厚み方向に５０μｍの領域のフェライト相の面積率とした。
（２）引張特性
得られた鋼板の圧延方向に対して直角方向からＪＩＳ５号引張試験片を採取し、引張試験（ＪＩＳ Ｚ２２４１（２０１１））を実施した。引張試験は破断まで実施して、引張強度、破断伸び（延性）を求めた。本発明では、強度が１１８０ＭＰａ以上である。また、本発明では曲げ加工性とともに引張強度と延性のバランスに優れており、引張強度（ＴＳ）と延性（Ｅｌ）の積で１１５００ＭＰａ・％以上が得られ、その場合に延性が良好と判断している。好ましくは１２０００ＭＰａ・％以上である。
（３）曲げ加工性
曲げ加工性の評価は、ＪＩＳ Ｚ ２２４８に規定のＶブロック法に基づき実施した。ここで、曲げ試験は、圧延方向が曲げ稜線となる方向で実施した。評価用サンプルは、鋼板の幅方向の板幅（ｗ）で１／８ｗ、１／４ｗ、１／２ｗ、３／４ｗ、７／８ｗの５箇所で採取した。曲げ試験では曲げ部の外側についてき裂の有無を目視で確認し、き裂が発生しない最小の曲げ半径を限界曲げ半径とした。本発明では５箇所の限界曲げ半径を平均して鋼板の限界曲げ半径とした。表２、表３では、限界曲げ半径／板厚（Ｒ／ｔ）を記載した。本発明ではＲ／ｔが３．０以下を良好と判断している。なお、鋼板の幅方向における曲げ加工性のバラツキが大きいと、幅方向の所定の位置で限界曲げ半径が大きくなり、限界曲げ半径／板厚（Ｒ／ｔ）も大きくなるため、鋼板の幅方向における曲げ加工性のバラツキを限界曲げ半径／板厚（Ｒ／ｔ）で評価できる。
以上により得られた結果を条件と併せて表２、表３に示す。
Figure 2016113781
Figure 2016113781
Figure 2016113781
Figure 2016113781
Figure 2016113781
表２および表３より、組織として、面積率が２５％以下のフェライト相と、面積率が７５％以上のベイナイト相および／またはマルテンサイト相と、面積率が５％以下のセメンタイトを有し、表層のフェライト相の面積率が５〜２０％である本発明例では、曲げ加工性が良好である。
一方、比較例では、強度、曲げ加工性のいずれか一つ以上が低い。特に、成分組成が適切でない比較例は、フェライト相の面積率、ベイナイト相および／またはマルテンサイト相の面積率、セメンタイトの面積率、表層のフェライト相の面積率を適正化しても強度または曲げ加工性は改善されないことがわかる。
本発明の高強度鋼板は、曲げ加工性に優れ、自動車の車体そのものを軽量化かつ高強度化するための鋼板として利用することができる。

Claims (6)

  1. 質量％で、Ｃ：０．１００〜０．１５０％、Ｓｉ：０．３０〜０．７０％、Ｍｎ：２．２０〜２．８０％、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．００２０％以下、Ａｌ：０．０２０〜０．０６０％、Ｎ：０．００５０％以下、Ｎｂ：０．０１０〜０．０６０％、Ｔｉ：０．０１０〜０．０３０％、Ｂ：０．０００５〜０．００３０％、Ｓｂ：０．００５〜０．０１５％、Ｃａ：０．００１５％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、
    面積率で、フェライト相を２５％以下、ベイナイト相および／またはマルテンサイト相を７５％以上、セメンタイトを５％以下含有する組織を有し、
    表面から厚み方向に５０μｍまでの領域である表層において面積率でフェライト相を５〜２０％含有し、
    引張強度が１１８０ＭＰａ以上である高強度鋼板。
  2. 前記成分組成は、質量％で、さらに、Ｃｒ：０．３０％以下、Ｖ：０．１０％以下、Ｍｏ：０．２０％以下、Ｃｕ：０．１０％以下、Ｎｉ：０．１０％以下の中から選ばれる１種以上の元素を含有する成分組成である請求項１に記載の高強度鋼板。
  3. 前記成分組成は、質量％で、さらに、ＲＥＭ：０．００１０〜０．００５０％を含有する成分組成である請求項１または２に記載の高強度鋼板。
  4. ＹＲ≦０．８５である請求項１〜３のいずれかに記載の高強度鋼板。
  5. 引張強度が１１８０ＭＰａ以上の高強度鋼板の製造方法であって、
    請求項１〜３のいずれかに記載の成分組成を有する鋼素材を、Ａｒ３点以上の温度で仕上圧延し、６００℃以下の温度で巻取る熱間圧延工程と、
    前記熱間圧延後に、熱延鋼板を酸洗する酸洗工程と、
    前記酸洗工程で酸洗された鋼板を、２℃／s以上の平均加熱速度で５７０℃以上の温度域まで加熱し、鋼板がＡｃ３以上の温度域にある保持時間を６０秒以上とし、０．１〜８℃／sの平均冷却速度で６２０〜７４０℃の温度域まで冷却し、鋼板が該温度域にある保持時間を１０〜５０秒とし、５〜５０℃／sの平均冷却速度で４００℃以下の温度域まで冷却し、該冷却において１５０℃以上４００℃以下の温度域にある保持時間を２００〜８００秒とする連続焼鈍工程と、を有することを特徴とする高強度鋼板の製造方法。
  6. 前記酸洗工程後、前記連続焼鈍工程前に、酸洗された鋼板を冷間圧延する冷間圧延工程を有する請求項５に記載の高強度鋼板の製造方法。
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