伸びと穴広げ性に優れた高強度熱延鋼板およびその製造方法
【課題】 高価な元素を含有させることなく、伸びと穴広げ性が優れる高強度熱延鋼板およびその製造方法を提供する。
【解決手段】 質量％で、Ｃ：０．０３〜０．１０％、Ｍｎ：０．５〜２．５％、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｎ：０．０１％以下を含み、かつＳｉとＡｌの添加量の合計が：０．１〜２．５％であり、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、金属組織が面積率８０％以上のフェライトと３〜１５％のマルテンサイトを含み、パーライトが３％未満である混合組織であり、板厚の１／４厚における円相当直径３μｍ以上のマルテンサイト個数密度が５個／１００００μｍ２以下であり、さらにＲ／ＤＭ２＞１．０［Ｒ：平均マルテンサイト間隔（μｍ）、ＤＭ：マルテンサイト平均直径（μｍ）］を満たすことを特徴とする伸びと穴広げ性に優れた高強度熱延鋼板。
【解決手段】 質量％で、Ｃ：０．０３〜０．１０％、Ｍｎ：０．５〜２．５％、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｎ：０．０１％以下を含み、かつＳｉとＡｌの添加量の合計が：０．１〜２．５％であり、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、金属組織が面積率８０％以上のフェライトと３〜１５％のマルテンサイトを含み、パーライトが３％未満である混合組織であり、板厚の１／４厚における円相当直径３μｍ以上のマルテンサイト個数密度が５個／１００００μｍ２以下であり、さらにＲ／ＤＭ２＞１．０［Ｒ：平均マルテンサイト間隔（μｍ）、ＤＭ：マルテンサイト平均直径（μｍ）］を満たすことを特徴とする伸びと穴広げ性に優れた高強度熱延鋼板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伸びと穴広げ性に優れた高強度熱延鋼板およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、世界的な環境意識の高まりから、自動車分野では二酸化炭素排出量の削減や燃費向上が強く求められている。これらの課題に対しては車体の軽量化が極めて有効であり、高強度鋼板の適用による軽量化が押し進められている。現在、自動車の足回り部品には引張強度が４４０ＭＰａ級の熱延鋼板が多く使用されているが、車体軽量化に対応すべく、さらなる高強度鋼板の適用が望まれている。
【０００３】
自動車の足回り部材は高い剛性を確保するため、形状が複雑であるものが多い。したがってプレス成形においてはバーリング加工、伸びフランジ加工、伸び加工など複数の加工が施されるため、素材となる熱延鋼板にはこれらに対応した加工性が求められる。一般に、バーリング加工性と伸びフランジ加工性は、穴広げ試験で測定される穴広げ率と相関があり、穴広げ率を高めるための研究が多くなされている。
【０００４】
フェライトとマルテンサイトから構成されるＤｕａｌ Ｐｈａｓｅ鋼（以下、ＤＰ鋼と表記する。）は高強度ながら伸びに優れるものの、穴広げ性は低い。これはフェライトとマルテンサイトの強度差が大きいために、成形に伴ってマルテンサイト近傍のフェライトに大きな歪、応力集中が発生し、クラックが発生することが理由である。この知見を元に、組織間強度差を低減することで穴広げ率を高めた熱延鋼板が開発されている。
【０００５】
特許文献１ではベイナイトまたはベイニティックフェライトを主相として強度を確保し、穴広げ性を大きく向上させた鋼板が提案されている。単一組織鋼とすることで前述したような歪、応力集中が発生せず、高い穴広げ率が得られるというものである。しかしながら、ベイナイトやベイニティックフェライトの単一組織鋼としたことで大きく伸びが劣化し、伸びと穴広げ性の両立を達成することはできていない。
【０００６】
近年では単一組織鋼の組織として伸びに優れるフェライトを利用し、Ｔｉ、Ｍｏ等の炭化物を利用して高強度化を図った鋼板が提案されている（例えば、特許文献２〜４）。しかし特許文献２にて提案された鋼板は多量のＭｏを含有し、特許文献３にて提案された鋼板は多量のＶを含有する。さらに特許文献４にて提案された鋼板は、結晶粒を微細化するため、圧延の途中に冷却することが必要である。そのため合金コストや製造コストが高くなるという問題がある。また、この鋼板においてもフェライト自体を大きく高強度化させたことにより伸びは劣化してしまっている。ベイナイトやベイニティックフェライトの単一組織鋼の伸びは上回るものの、伸びー穴広げ性バランスは必ずしも十分ではなかった。
【０００７】
また特許文献５ではＤＰ鋼中のマルテンサイトをベイナイトとし、フェライトとの組織間強度差を小さくすることで穴広げ性を高めた複合組織鋼板が提案されている。しかし、強度を確保するためにベイナイト組織の面積率を高めた結果、伸びが劣化し、伸び−穴広げ性バランスは十分ではなかった。また、特許文献６では、穴拡げ性と成形性を具備するために、焼入れと焼入れ後のマルテンサイトの焼き戻しに加え、焼き入れ前でのフェライト中の固溶Ｃ量を制御し、フェライトの優れた延性と、焼き戻しマルテンサイトを用いた強度と穴拡げ性の両立を図った穴拡げ性と成形性に優れた高強度鋼板が開示されているが、さらに伸び−穴広げ性バランスを向上させることが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１９３１９０号公報
【特許文献２】特開２００３−０８９８４８号公報
【特許文献３】特開２００７−０６３６６８号公報
【特許文献４】特開２００４−１４３５１８号公報
【特許文献５】特開２００４−２０４３２６号公報
【特許文献６】特開２００７−３０２９１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は高価な元素を含有させることなく、伸びと穴広げ性が優れる高強度熱延鋼板およびその製造方法の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、高強度でありながら高い伸びを有するＤＰ鋼の組織構成と伸びおよび穴広げ性の関係について詳細な調査を行い、従来鋼種に対して伸びと穴広げ性を共に向上させる方法について検討した。その結果、マルテンサイトの分散状態を制御することによって、ＤＰ鋼の高い伸びを維持したまま穴広げ性を向上させる手法を見出した。すなわちフェライトとマルテンサイトの様に強度差が大きく、一般的に穴広げ性が低いとされるＤＰ組織であっても、マルテンサイトの面積率、平均直径を制御し、式（１）を満たすことで、高い伸びを維持したまま穴広げ性を高めることができることを明らかにした。
【００１１】
本発明はこのような知見に基づいてなされたものであり、その要旨は以下のとおりである。
【００１２】
（１）質量％で、
Ｃ：０．０３〜０．１０％、
Ｍｎ：０．５〜２．５％、
Ｐ：０．０４％以下、
Ｓ：０．０１％以下、
Ｎ：０．０１％以下、
を含み、かつＳｉとＡｌの添加量の合計が：０．１〜２．５％であり、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、金属組織が面積率８０％以上のフェライトと３〜１５％のマルテンサイトを含み、パーライトが３％未満である混合組織であり、板厚の１／４厚における円相当直径３μｍ以上のマルテンサイト個数密度が５個／１００００μｍ２以下であり、さらに下記式（１）を満たすことを特徴とする伸びと穴広げ性に優れた高強度熱延鋼板。
Ｒ／ＤＭ２≧１．０ ・・・式（１）
ここで、R：下記式（２）で規定する平均マルテンサイト間隔（μｍ）、ＤＭ：マルテンサイト平均直径（μｍ）
【００１３】
【数１】
・・・式（２）
ここで、VＭ：マルテンサイト面積率（％）、ＤＭ：マルテンサイト平均直径（μｍ）
【００１４】
（２）さらにＮｂ：０．０６％以下、Ｔｉ：０．２０％以下のいずれか一種または二種を含むことを特徴とする上記（１）に記載の伸びと穴広げ性に優れた高強度熱延鋼板。
【００１５】
（３）さらに質量％で、Ｖ：０．０２〜０．２０％、Ｗ：０．１〜０．５％、Ｍｏ：０．０５〜０．４０％のいずれか一種または二種以上を含むことを特徴とする上記（１）または（２）に記載の伸びと穴広げ性に優れた高強度熱延鋼板。
【００１６】
（４）さらに質量％で、Ｃｒ：１．０％以下、Ｃｕ：１．２％以下，Ｎｉ：０．６％以下、Ｂ：０．００５％以下のいずれか一種または二種以上を含むことを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の伸びと穴広げ性に優れた高強度熱延鋼板。
【００１７】
（５）さらに質量％で、ＲＥＭ：０．０００５〜０．０１％、Ｃａ：０．０００５〜０．０１％のいずれか一種または二種を含むことを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の伸びと穴広げ性に優れた高強度熱延鋼板。
【００１８】
（６）上記（１）〜（５）のいずれかに記載の化学成分を有するスラブを１１５０〜１３００℃に加熱した後、粗圧延の全ての圧下パスのうち、最終の４パス以上を１０００〜１０５０℃の温度域で行い、かつこの温度域での圧下率の合計が３０％以上となるように圧延し、粗圧延終了から６０秒以内に仕上げ圧延を開始し、仕上げ圧延終了温度を８５０〜９５０℃として圧延を行い、５０℃／ｓ以上の冷却速度で６００〜７５０℃の範囲内に冷却し、５〜１０秒間空冷した後、２０℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で冷却し、４００℃以下で巻き取ることを特徴とする伸びと穴広げ性に優れた高強度熱延鋼板の製造方法。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、高価な元素を含有させることなく、伸びと穴広げ性が共に優れる高強度熱延鋼板を得ることができ、産業上の貢献が極めて顕著である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】マルテンサイト平均直径（μｍ）ＤＭとマルテンサイト面積分率ＶＭ（％）の関係を示す図である。（）内はλ値を示す。
【図２】平均マルテンサイト間隔Ｒをマルテンサイト平均直径ＤＭの二乗で除したＲ／ＤＭ２と穴拡げ率（％）との関係を示す図である。
【図３】板厚の１／４厚における円相当直径３μｍ以上のマルテンサイト個数密度ＮＭ（個／１００００μｍ２）と穴広げ率（λ、％）の関係を示す図である。円相当直径３μｍ以上のマルテンサイト個数密度（個／１００００μｍ２）が５以上だと穴広げ性が低くなることを示している。なおこのグラフにはＲ／ＤＭ２が１．０超のデータのみを載せている。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
ＤＰ鋼は軟質なフェライト中に硬質なマルテンサイトを分散させた鋼板であり、高強度でありながら高い伸びを実現している。しかしながら変形時には、フェライトとマルテンサイトの強度差に起因した歪、応力集中が発生し、延性破壊を引き起こすボイドが生成しやすいため、穴広げ性は非常に低い。しかしながらボイド生成挙動に関する詳細な調査は行われておらず、ＤＰ鋼のミクロ組織と延性破壊の関係は必ずしも明確ではなかった。
【００２２】
そこで本発明者らは様々な組織構成を有するＤＰ鋼において、組織とボイド生成挙動の関係およびボイド生成挙動と穴広げ性の関係について詳細な調査を行った。その結果、ＤＰ鋼の穴広げ性には硬質第二相組織であるマルテンサイトの分散状態が大きく影響していることを明らかにした。さらに式（１）で求められる平均マルテンサイト間隔をマルテンサイトの平均直径の二乗で除した値を１．０以上とすることで、ＤＰ鋼のように組織間強度差が大きい組織であっても高い穴広げ性が得られることを見出した。
【００２３】
穴広げ加工における亀裂の発生および進展はボイドの生成、成長、連結を素過程とする延性破壊によって引き起こされる。ＤＰ鋼の様に強度差の大きな組織においては、硬質なマルテンサイトを起因として高い歪、応力の集中が発生するためボイドが形成されやすく、穴広げ性が低い。
【００２４】
しかしながら、組織とボイド生成挙動の関係およびボイド生成挙動と穴広げ性の関係を詳細に調査したところ、硬質第二相であるマルテンサイトの分散状態によっては、ボイドの生成、成長、連結が遅延し、高い穴広げ性が得られる場合があることが明らかになった。
【００２５】
具体的にはマルテンサイトサイズの微細化によってボイド生成が遅延することが明らかとなった。これはマルテンサイトが小さくなるとともに、その近傍に形成される歪、応力集中領域が狭くなるためだと考えられる。またマルテンサイトの個数密度や平均直径によって変化するマルテンサイト間の間隔が大きいと、マルテンサイトを起点として形成するボイド間の距離も同時に拡大し、連結しづらくなることを見出した。
【００２６】
上記の知見を元に、高い穴広げ性を有するＤＰ組織について検討を行った。その結果、図１に示すように、マルテンサイトの面積率とサイズを一定範囲に制御することで高い穴広げ性が得られることがわかった。
【００２７】
さらに図２に示す様に平均マルテンサイト間隔Ｒをマルテンサイト平均直径ＤＭの二乗で除した下記式（１）を満たす値であるＲ／ＤＭ２は、穴拡げ率（％）と明確な相関関係を有していて、Ｒ／ＤＭ２を１．０以上とすることでＤＰ組織であっても高い穴広げ性が得られ、伸びと穴広げ性が優れた熱延鋼板が得られることがわかった。
Ｒ／ＤＭ２≧１．０ ・・・式（１）
ここで、R：下記式（２）で規定する平均マルテンサイト間隔（μｍ）、ＤＭ：マルテンサイト平均直径（μｍ）
【００２８】
【数２】
・・・式（２）
ここで、ＶＭ：マルテンサイト面積率（％）、ＤＭ：マルテンサイト平均直径（μｍ）
【００２９】
式（１）はボイド生成、連結のしづらさを現わしており、マルテンサイトの面積率、平均直径から式（２）により求められる平均マルテンサイト間隔Ｒをマルテンサイトの平均直径の二乗で除した形になっている。なお、平均は算術平均を意味する。マルテンサイト間の距離が拡大するほどマルテンサイトを起点に生成するボイドが連結しづらくなること、マルテンサイトの微細化によってボイド生成、連結が抑制されることを現わしている。
【００３０】
マルテンサイトの微細化によってボイドの連結が抑制される理由は定かではないが、ボイドの成長が大きく遅延することが理由と考えられる。マルテンサイトが小さいと、マルテンサイトを起点に生成するボイドのサイズも微細化する。生成したボイドは成長して連結に至るが、ボイドサイズの微細化とともにボイド表面積／ボイド体積の比が大きくなり、すなわち表面張力が大きくなるためにボイドの成長が遅延するためだと考えられる。
【００３１】
しかしながら図３に示すように、式（１）を満たしていても、粗大なマルテンサイトが存在すると、局所的な破壊が進行し、穴広げ性が低くなってしまうことも判明した。これを防ぐためには板厚の１／４厚位置における円相当直径３μｍ以上のマルテンサイト個数密度を５個／１００００μｍ２以下とする必要がある。
【００３２】
以下、本発明の鋼板成分について詳細に説明する。なお、成分についての「％」は質量％を意味する。
【００３３】
（Ｃ：０．０３〜０．１０％）
Ｃはマルテンサイトを生成させ、強化に寄与する重要な元素である。マルテンサイトを生成させるためには０．０３％以上とする必要がある。しかし０．１０％を超えるとマルテンサイトの面積率が高まり、穴広げ性が低下するため、０．１０％を上限とする。好ましい範囲は０．０４〜０．０７％である。
【００３４】
（Ｍｎ：０．５〜２．５％）
Ｍｎはフェライトの強化および焼き入れ性に関わる重要な元素である。焼き入れ性を高め、マルテンサイトを生成させるためには０．５％以上添加する必要がある。ただし２．５％を超えて添加するとフェライトを十分に生成させることができないため、２．５％を上限とする。好ましい範囲は０．８〜２．０％であり、さらに好ましくは１．０〜１．５％である。
【００３５】
（Ｐ：０．０４％以下）
Ｐは、不純物元素であり、０．０４０％を超えると溶接部の脆化が顕著になるため、上限を０．０４％以下とする。Ｐの下限値は特に定めないが、０．０００１％未満とすることは、経済的に不利である。
【００３６】
（Ｓ：０．０１％以下）
Ｓは、不純物元素であり、溶接性、鋳造時及び熱延時の製造性に悪影響を及ぼすことから、上限を０．０１％以下とする。また、Ｓを過剰に含有すると、粗大なＭｎＳを形成し、穴広げ性を低下させることから、穴広げ性向上のためには、含有量を低減することが好ましい。Ｓの下限値は特に定めないが、０．０００１％未満とすることは、経済的に不利であることからこの値を下限値とすることが好ましい。
【００３７】
（Ｎ：０．０１％以下）
Ｎは、不純物元素であり、含有量が０．０１％を超えると、粗大な窒化物を形成し、曲げ性や穴広げ性を劣化させることから、上限を０．０１％以下とする。また、Ｎの含有量が増加すると、溶接時のブローホール発生の原因になることから低減することが好ましい。下限は、少ない方が望ましく特に定めないが、Ｎ含有量を０．０００５％未満とするには、製造コストが上昇するので、０．０００５％以上とすることが好ましい。
【００３８】
（Ｓｉ＋Ａｌ：０．１〜２．５％）
ＳｉおよびＡｌはフェライトの強化およびフェライトの生成に関わる重要な元素である。ただしＳｉとＡｌの添加量の合計が２．５％を超えるとその効果が飽和し、コストが増大するためこれを上限とする。フェライトを生成させるためには添加量の合計で０．１％以上添加することが必要であるので、Ｓｉ+Ａｌ：０．１〜２．５％としたが、好ましい範囲は０．５〜１．５％であり、さらに好ましくは０．８〜１．３％である。
【００３９】
本発明の鋼板に用いる鋼の成分は、以上のような元素を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなるが、さらに下記の元素を添加しても良い。
【００４０】
（Ｎｂ：０．０６％以下、Ｔｉ：０．２０％以下）
Ｎｂ、Ｔｉはフェライトの析出強化に関する元素である。Ｎｂを０．０６％を超えて添加するとフェライト変態が大幅に遅延し、伸びが劣化してしまうため０．０６％を上限とする。またＴｉを０．２％を超えて添加するとフェライトが過剰に強化され、高い伸びが得られなくなるため０．２％を上限とする。フェライトを強化するためにはそれぞれＮｂ：０．００５％以上、Ｔｉ：０．０２％以上添加すると良い。好ましい範囲はそれぞれＮｂ：０．０１〜０．０３％、Ｔｉ：０．０６〜０．１６％であり、さらに好ましくはＮｂ：０．０１５〜０．０２５％、Ｔｉ：０．０８〜０．１４％である。
【００４１】
（Ｖ：０．０２〜０．２０％、Ｗ：０．１〜０．５％、Ｍｏ：０．０５〜０．４０％のいずれか一種または二種以上）
Ｖ、Ｍｏ、Ｗは強化に寄与する元素であり、添加しても構わない。高強度化の効果を得るにはそれぞれＶ：０．０２％以上、Ｍｏ：０．０５％以上、Ｗ：０．１％以上添加する必要がある。しかし、添加しすぎると成形性が劣化する場合があるため、Ｖ：０．２％、Ｍｏ：０．４％、Ｗ：０．５％を上限とする。
【００４２】
（Ｃｒ：１．０％以下、Ｃｕ：１．２％以下，Ｎｉ：０．６％以下、Ｂ：０．００５％以下のいずれか一種または二種以上）
更に高強度化のためにＣｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｂのいずれか一種または二種以上を添加してもよい。高強度化の効果を得るにはそれぞれＣｒ：０．０１％以上、Ｃｕ：０．１％以上、Ｎｉ：０．０５％以上、Ｂ：０．０００１％以上添加する必要がある。しかし、添加し過ぎると成形性の劣化を招く場合があるため、Ｃｒ：１．０％、Ｃｕ：１．２％、Ｎｉ：０．６％、Ｂ：０．００５％を上限とする。
【００４３】
（ＲＥＭ：０．０００５〜０．０１％、Ｃａ：０．０００５〜０．０１％のいずれか一種または二種）
更に、介在物の形態を制御するため、ＲＥＭ：０．０００５〜０．０１％、Ｃａ：０．０００５〜０．０１％のいずれか一種または二種を添加してもよい。Ｃａ、ＲＥＭは、酸化物や硫化物の形態の制御に有効な元素であり、好ましい下限値はＣａ：０．０００５％、ＲＥＭ：０．０００５％である。一方、過剰に添加すると成形性を損なうことがあるため、好ましい上限はそれぞれ０．０１％である。なお本発明において、ＲＥＭとはＬａ及びランタノイド系列の元素を指すものであり、ミッシュメタルにて添加されることが多く、ＬａやＣｅ等の系列の元素を複合で含有する。金属ＬａやＣｅを添加してもよい。
【００４４】
以下、本発明の組織について詳細に説明する。
フェライトは伸びを確保する上で最も重要な組織である。フェライトの面積率が８０％未満では従来のＤＰ鋼が有する高い伸びを実現することができない。しかしフェライト面積率が９７％を超えると、マルテンサイトが少なくなるため、マルテンサイトによる強化を活用することができなくなり、その他の手法によって、たとえば析出強化量を高めることで強度を確保すると均一伸びが低下してしまう。
【００４５】
マルテンサイトは強度および伸びを確保する上で重要な組織である。マルテンサイトの面積率が３％未満になると、均一伸びを確保することが難しい。また１５％を超えると穴広げ性が劣化するため、１５％を上限とする。また粗大なマルテンサイトがあると、局所的に破壊が進行し、穴広げ性が低下する。これを抑制するためには平均直径３μｍ以上のマルテンサイトの個数密度を５個／１００００μｍ２以下とする必要がある。
【００４６】
パーライトは穴広げ性を劣化させるため、無い方が良い。ただし、面積率３％以下であれば大きく影響しないため、これを上限として許容する。
【００４７】
その他の組織としてベイナイトが存在しても良い。ベイナイトは高強度化に寄与する組織であるが、多量に活用して高強度化するとフェライトの面積率が低くなり、高い伸びを達成することができなくなる。したがって本発明においてベイナイトは必須ではなく、面積率０％でも構わない。本発明の熱延鋼板は引張強度６３０Ｍｐａ以上、好ましくは７４０Ｍｐａ以上が得られる。
【００４８】
以下、本発明の熱延鋼板の製造方法について説明する。
【００４９】
まず常法により鋼を溶製し、鋳造して鋼片を製造する。鋳造は生産性の観点から連続鋳造が好ましい。
【００５０】
本発明の成分を有するスラブを圧延前に加熱する。加熱温度が１１５０℃未満では、粗圧延時の圧延荷重が著しく高まるため生産性を阻害する。上限は特に定めないが、１３００℃超にすることは製造コスト上好ましくない。また鋳造したスラブを熱間のまま直送圧延しても良い。析出強化による高強度化効果を得るためにはＮｂ、Ｔｉ等の元素を溶体化する必要があるため、１２００℃以上に加熱することが好ましい。
【００５１】
加熱後、粗圧延を行う。粗圧延の全ての圧下パスのうち、最終の４パス以上を１０００〜１０５０℃範囲内で行い、かつこの温度域の圧下率の合計を３０％以上とし、さらに粗圧延の最終パスから６０秒以内に仕上げ圧延を開始する。粗大なマルテンサイトを生成させないためには、オーステナイトを微細化することが重要である。これには仕上げ圧延前に繰り返し再結晶させることが効果的だが、１０５０℃超では再結晶後の粒成長が著しく速いため、細粒効果が小さい。１０００℃未満では完全に再結晶しないまま次の圧下が行われ、未再結晶部分と再結晶部分での粒径が不均一となり、その結果平均直径３μｍ以上のマルテンサイト個数密度が増加する。また合計圧下率が３０％未満だと十分に微細化することができない。ただし３０％以上の圧延を行っても、圧下パス数が４回未満ではオーステナイト粒径が不均一になり、結果粗大なマルテンサイトが生成する。また、このような粗圧延を行っても、仕上げ圧延開始までに長時間経過すると、粒が粗大化するため６０秒以内に仕上げ圧延を開始する必要がある。
【００５２】
仕上げ圧延終了温度は８５０〜９５０℃とする。９５０℃を超えると再結晶γ粒径が粗大化するため、フェライトの核生成サイトが減少することで、フェライト変態が大幅に遅延する。一方８５０℃未満では圧延負荷が大きくなるため、これを下限とする。
【００５３】
仕上げ圧延の後、一次冷却を行い、空冷した後、さらに二次冷却を行って、巻き取る。一次冷却速度は５０℃／ｓ以上とする。冷却速度が低いとフェライト粒径が粗大化する。マルテンサイトはフェライト変態が進行した残部オーステナイトが変態して得られるものである。フェライト粒径が粗大化すると、残部のマルテンサイトも粗大化してしまう。上限は特に定めないが１００℃／ｓを超える冷却速度とすることは設備コストが過剰になるため好ましくない。
【００５４】
一次冷却停止温度は６００〜７５０℃とする。６００℃未満では空冷時にフェライト変態を十分に進めることができない。また７５０℃を超えるとフェライト変態が過剰に進み、その後の冷却時にパーライト変態が起こり、穴広げ性も劣化する。
【００５５】
空冷時間は５〜１０秒とする。５秒未満ではフェライト変態を十分に進行させることができない。また１０秒を超えて空冷すると、パーライト変態が起こり、穴広げ性が劣化するため、空冷時間は５〜１０秒とした。
【００５６】
二次冷却速度は２０℃／ｓ以上とする。２０℃／ｓ未満では冷却中にベイナイト変態が過剰に進行し、フェライトの面積率が十分に得られないため、均一伸びが劣化する。上限は特に定めないが１００℃／ｓを超える冷却速度とすることは設備コストが過剰になるため好ましくない。
【００５７】
巻取り温度は室温〜４００℃とする。４００℃を超えるとベイナイト変態が過剰に進行し、マルテンサイトが十分に得られないため均一伸びを確保することができない。好ましい範囲は２５０℃以下であり、さらに好ましくは１００℃以下であり、室温であってもよい。
【実施例】
【００５８】
表１に示す化学成分を有する鋼を溶解し、鋳造して得られた鋼片を表２に示す条件で圧延を行った。
【００５９】
【表１】
【００６０】
【表２】
【００６１】
得られた鋼板から試料を採取し、光学顕微鏡を用いて板厚１／４厚における金属組織の観察を行った。試料の調整として、圧延方向の板厚断面を観察面として研磨し、ナイタール試薬、レペラー試薬にてエッチングした。ナイタール試薬にてエッチングした倍率５００倍の光学顕微鏡写真から画像解析によりフェライトの面積率、パーライトの面積率を求めた。またレペラー試薬にてエッチングした倍率５００倍の光学顕微鏡写真から画像解析によりマルテンサイトの面積率、平均直径を求めた。平均直径とは各マルテンサイト粒の円相当直径を個数平均したものである。ベイナイトの面積率はフェライト、パーライトおよびマルテンサイトの残部として求めた。
【００６２】
引張強度（ＴＳ）は、板幅方向１／４位置から圧延方向に垂直な方向に採取したＪＩＳ Ｚ ２２０１の５号試験片を用いて、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠して評価した。伸び（ＥＬ）は引張強度（ＴＳ）とともに測定した。穴広げ試験は日本鉄鋼連盟規格ＪＦＳ Ｔ １００１−１９９６記載の試験方法に準拠して評価した。表３に鋼板の組織、機械的特性を示した。表３中において、ＶＦはフェライト、ＶＢはベイナイト、ＶＰはパーライト、ＶＭはマルテンサイトのそれぞれの面積率％である。ＤＭはマルテンサイト平均直径（μｍ）で、ＮＭは板厚の１／４厚における円相当直径３μｍ以上の１００００μｍ２当りのマルテンサイト個数密度である。
【００６３】
【表３】
【００６４】
結果について説明する。鋼Ｎｏ．Ｃ〜Ｇ２、Ｈ、Ｊ、Ｋ、Ｍ、Ｎ、Ｐ、Ｒ〜Ｔ、Ｖ〜Ｗ２、Ｘ、Ｚ〜ＡＢ、ＡＤ〜ＡＪは本発明の実施例であり、鋼成分、製造条件および組織が本発明の要件を満たしており、伸びと穴広げ性が共に優れている。一方下記は比較例であり、次に示す理由により効果を得ることができなかった。
【００６５】
鋼Ｎｏ．ＡはＭｎの添加量が高く、フェライト変態が十分に進まなかったため、フェライト分率が８０％未満であり、均一伸びが低い。
【００６６】
鋼Ｎｏ．ＢはＮｂの添加量が高く、フェライト変態が十分に進まなかったため、フェライト分率が８０％未満であり、均一伸びが低い。
【００６７】
鋼Ｎｏ．Ｇ３は空冷時間が長すぎるため、パーライトが適正範囲を超えて生成しており穴広げ性が低い。
【００６８】
鋼Ｎｏ．Ｇ４はＦＴが高すぎるため、フェライト変態が十分に進まず、フェライト分率が８０％未満であり、均一伸びが低い。
【００６９】
鋼Ｎｏ．Ｇ５は空冷時間が短すぎるため、フェライト変態が十分に進まず、フェライト分率が８０％未満であり、均一伸びが低い。
【００７０】
鋼Ｎｏ．Ｇ６は一次冷却速度が遅いため、マルテンサイトの平均直径が大きく、その結果式１を満たさないため、穴広げ性が低い。
【００７１】
鋼Ｎｏ．Ｇ７、Ｌは１０００〜１０５０℃での圧下パス数が少ないため、粗大なマルテンサイトの個数密度が高く、穴広げ性が低い。
【００７２】
鋼Ｎｏ．Ｇ８は１０００〜１０５０℃での圧下率が小さいため、マルテンサイトの平均直径が大きく、その結果式１を満たさないため穴広げ性が低い。
【００７３】
鋼Ｎｏ．Ｇ９は粗圧延終了から仕上げ圧延開始までの時間が長いため、オーステナイトが粗大化し、マルテンサイトの平均直径が大きく、その結果Ｒ／ＤＭ２が小さくなり、穴広げ性が低い。
【００７４】
鋼Ｎｏ．ＩはＣが規定範囲の上限よりも多く添加されており、マルテンサイト面積率が高いため、穴広げ性が低い。
【００７５】
鋼Ｎｏ．ＯはＳｉ+Ａｌの合計添加量が規定範囲の下限に達しておらず、フェライト変態が十分に進まなかったため、均一伸びが低い。
【００７６】
鋼Ｎｏ．Ｑは一次冷却速度が遅いため、マルテンサイトの平均直径が大きく、その結果式１を満たさないため、穴広げ性が低い。
【００７７】
鋼Ｎｏ．ＵはＴｉが規定範囲の上限よりも多く添加されており、フェライトが過剰に強化されたために均一伸びが低い。
【００７８】
鋼Ｎｏ．Ｗ３は空冷温度が高すぎるため、パーライトが生成しており、穴広げ性が低い。
【００７９】
鋼Ｎｏ．Ｗ４はＣＴが高すぎるため、マルテンサイトをほとんど生成させることができず、均一伸びが低い。
【００８０】
鋼Ｎｏ．Ｗ５は空冷温度が低すぎるため、フェライト変態が十分に進まず、フェライト分率が８０％未満であり、均一伸びが低い。
【００８１】
鋼Ｎｏ．Ｗ６は二次冷却速度が低いため、ベイナイトが生成し、フェライト分率が８０％未満であり、均一伸びが低い。
【００８２】
鋼Ｎｏ．ＹはＣの添加量が規定範囲の下限に達しておらず、マルテンサイトの面積率が３％未満となり、均一伸びが低い。
【００８３】
鋼Ｎｏ．ＡＣはＭｎの添加量が規定範囲の下限に達しておらず、マルテンサイトが生成していないため、均一伸びが低い。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伸びと穴広げ性に優れた高強度熱延鋼板およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、世界的な環境意識の高まりから、自動車分野では二酸化炭素排出量の削減や燃費向上が強く求められている。これらの課題に対しては車体の軽量化が極めて有効であり、高強度鋼板の適用による軽量化が押し進められている。現在、自動車の足回り部品には引張強度が４４０ＭＰａ級の熱延鋼板が多く使用されているが、車体軽量化に対応すべく、さらなる高強度鋼板の適用が望まれている。
【０００３】
自動車の足回り部材は高い剛性を確保するため、形状が複雑であるものが多い。したがってプレス成形においてはバーリング加工、伸びフランジ加工、伸び加工など複数の加工が施されるため、素材となる熱延鋼板にはこれらに対応した加工性が求められる。一般に、バーリング加工性と伸びフランジ加工性は、穴広げ試験で測定される穴広げ率と相関があり、穴広げ率を高めるための研究が多くなされている。
【０００４】
フェライトとマルテンサイトから構成されるＤｕａｌ Ｐｈａｓｅ鋼（以下、ＤＰ鋼と表記する。）は高強度ながら伸びに優れるものの、穴広げ性は低い。これはフェライトとマルテンサイトの強度差が大きいために、成形に伴ってマルテンサイト近傍のフェライトに大きな歪、応力集中が発生し、クラックが発生することが理由である。この知見を元に、組織間強度差を低減することで穴広げ率を高めた熱延鋼板が開発されている。
【０００５】
特許文献１ではベイナイトまたはベイニティックフェライトを主相として強度を確保し、穴広げ性を大きく向上させた鋼板が提案されている。単一組織鋼とすることで前述したような歪、応力集中が発生せず、高い穴広げ率が得られるというものである。しかしながら、ベイナイトやベイニティックフェライトの単一組織鋼としたことで大きく伸びが劣化し、伸びと穴広げ性の両立を達成することはできていない。
【０００６】
近年では単一組織鋼の組織として伸びに優れるフェライトを利用し、Ｔｉ、Ｍｏ等の炭化物を利用して高強度化を図った鋼板が提案されている（例えば、特許文献２〜４）。しかし特許文献２にて提案された鋼板は多量のＭｏを含有し、特許文献３にて提案された鋼板は多量のＶを含有する。さらに特許文献４にて提案された鋼板は、結晶粒を微細化するため、圧延の途中に冷却することが必要である。そのため合金コストや製造コストが高くなるという問題がある。また、この鋼板においてもフェライト自体を大きく高強度化させたことにより伸びは劣化してしまっている。ベイナイトやベイニティックフェライトの単一組織鋼の伸びは上回るものの、伸びー穴広げ性バランスは必ずしも十分ではなかった。
【０００７】
また特許文献５ではＤＰ鋼中のマルテンサイトをベイナイトとし、フェライトとの組織間強度差を小さくすることで穴広げ性を高めた複合組織鋼板が提案されている。しかし、強度を確保するためにベイナイト組織の面積率を高めた結果、伸びが劣化し、伸び−穴広げ性バランスは十分ではなかった。また、特許文献６では、穴拡げ性と成形性を具備するために、焼入れと焼入れ後のマルテンサイトの焼き戻しに加え、焼き入れ前でのフェライト中の固溶Ｃ量を制御し、フェライトの優れた延性と、焼き戻しマルテンサイトを用いた強度と穴拡げ性の両立を図った穴拡げ性と成形性に優れた高強度鋼板が開示されているが、さらに伸び−穴広げ性バランスを向上させることが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１９３１９０号公報
【特許文献２】特開２００３−０８９８４８号公報
【特許文献３】特開２００７−０６３６６８号公報
【特許文献４】特開２００４−１４３５１８号公報
【特許文献５】特開２００４−２０４３２６号公報
【特許文献６】特開２００７−３０２９１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は高価な元素を含有させることなく、伸びと穴広げ性が優れる高強度熱延鋼板およびその製造方法の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、高強度でありながら高い伸びを有するＤＰ鋼の組織構成と伸びおよび穴広げ性の関係について詳細な調査を行い、従来鋼種に対して伸びと穴広げ性を共に向上させる方法について検討した。その結果、マルテンサイトの分散状態を制御することによって、ＤＰ鋼の高い伸びを維持したまま穴広げ性を向上させる手法を見出した。すなわちフェライトとマルテンサイトの様に強度差が大きく、一般的に穴広げ性が低いとされるＤＰ組織であっても、マルテンサイトの面積率、平均直径を制御し、式（１）を満たすことで、高い伸びを維持したまま穴広げ性を高めることができることを明らかにした。
【００１１】
本発明はこのような知見に基づいてなされたものであり、その要旨は以下のとおりである。
【００１２】
（１）質量％で、
Ｃ：０．０３〜０．１０％、
Ｍｎ：０．５〜２．５％、
Ｐ：０．０４％以下、
Ｓ：０．０１％以下、
Ｎ：０．０１％以下、
を含み、かつＳｉとＡｌの添加量の合計が：０．１〜２．５％であり、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、金属組織が面積率８０％以上のフェライトと３〜１５％のマルテンサイトを含み、パーライトが３％未満である混合組織であり、板厚の１／４厚における円相当直径３μｍ以上のマルテンサイト個数密度が５個／１００００μｍ２以下であり、さらに下記式（１）を満たすことを特徴とする伸びと穴広げ性に優れた高強度熱延鋼板。
Ｒ／ＤＭ２≧１．０ ・・・式（１）
ここで、R：下記式（２）で規定する平均マルテンサイト間隔（μｍ）、ＤＭ：マルテンサイト平均直径（μｍ）
【００１３】
【数１】
・・・式（２）
ここで、VＭ：マルテンサイト面積率（％）、ＤＭ：マルテンサイト平均直径（μｍ）
【００１４】
（２）さらにＮｂ：０．０６％以下、Ｔｉ：０．２０％以下のいずれか一種または二種を含むことを特徴とする上記（１）に記載の伸びと穴広げ性に優れた高強度熱延鋼板。
【００１５】
（３）さらに質量％で、Ｖ：０．０２〜０．２０％、Ｗ：０．１〜０．５％、Ｍｏ：０．０５〜０．４０％のいずれか一種または二種以上を含むことを特徴とする上記（１）または（２）に記載の伸びと穴広げ性に優れた高強度熱延鋼板。
【００１６】
（４）さらに質量％で、Ｃｒ：１．０％以下、Ｃｕ：１．２％以下，Ｎｉ：０．６％以下、Ｂ：０．００５％以下のいずれか一種または二種以上を含むことを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の伸びと穴広げ性に優れた高強度熱延鋼板。
【００１７】
（５）さらに質量％で、ＲＥＭ：０．０００５〜０．０１％、Ｃａ：０．０００５〜０．０１％のいずれか一種または二種を含むことを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の伸びと穴広げ性に優れた高強度熱延鋼板。
【００１８】
（６）上記（１）〜（５）のいずれかに記載の化学成分を有するスラブを１１５０〜１３００℃に加熱した後、粗圧延の全ての圧下パスのうち、最終の４パス以上を１０００〜１０５０℃の温度域で行い、かつこの温度域での圧下率の合計が３０％以上となるように圧延し、粗圧延終了から６０秒以内に仕上げ圧延を開始し、仕上げ圧延終了温度を８５０〜９５０℃として圧延を行い、５０℃／ｓ以上の冷却速度で６００〜７５０℃の範囲内に冷却し、５〜１０秒間空冷した後、２０℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で冷却し、４００℃以下で巻き取ることを特徴とする伸びと穴広げ性に優れた高強度熱延鋼板の製造方法。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、高価な元素を含有させることなく、伸びと穴広げ性が共に優れる高強度熱延鋼板を得ることができ、産業上の貢献が極めて顕著である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】マルテンサイト平均直径（μｍ）ＤＭとマルテンサイト面積分率ＶＭ（％）の関係を示す図である。（）内はλ値を示す。
【図２】平均マルテンサイト間隔Ｒをマルテンサイト平均直径ＤＭの二乗で除したＲ／ＤＭ２と穴拡げ率（％）との関係を示す図である。
【図３】板厚の１／４厚における円相当直径３μｍ以上のマルテンサイト個数密度ＮＭ（個／１００００μｍ２）と穴広げ率（λ、％）の関係を示す図である。円相当直径３μｍ以上のマルテンサイト個数密度（個／１００００μｍ２）が５以上だと穴広げ性が低くなることを示している。なおこのグラフにはＲ／ＤＭ２が１．０超のデータのみを載せている。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
ＤＰ鋼は軟質なフェライト中に硬質なマルテンサイトを分散させた鋼板であり、高強度でありながら高い伸びを実現している。しかしながら変形時には、フェライトとマルテンサイトの強度差に起因した歪、応力集中が発生し、延性破壊を引き起こすボイドが生成しやすいため、穴広げ性は非常に低い。しかしながらボイド生成挙動に関する詳細な調査は行われておらず、ＤＰ鋼のミクロ組織と延性破壊の関係は必ずしも明確ではなかった。
【００２２】
そこで本発明者らは様々な組織構成を有するＤＰ鋼において、組織とボイド生成挙動の関係およびボイド生成挙動と穴広げ性の関係について詳細な調査を行った。その結果、ＤＰ鋼の穴広げ性には硬質第二相組織であるマルテンサイトの分散状態が大きく影響していることを明らかにした。さらに式（１）で求められる平均マルテンサイト間隔をマルテンサイトの平均直径の二乗で除した値を１．０以上とすることで、ＤＰ鋼のように組織間強度差が大きい組織であっても高い穴広げ性が得られることを見出した。
【００２３】
穴広げ加工における亀裂の発生および進展はボイドの生成、成長、連結を素過程とする延性破壊によって引き起こされる。ＤＰ鋼の様に強度差の大きな組織においては、硬質なマルテンサイトを起因として高い歪、応力の集中が発生するためボイドが形成されやすく、穴広げ性が低い。
【００２４】
しかしながら、組織とボイド生成挙動の関係およびボイド生成挙動と穴広げ性の関係を詳細に調査したところ、硬質第二相であるマルテンサイトの分散状態によっては、ボイドの生成、成長、連結が遅延し、高い穴広げ性が得られる場合があることが明らかになった。
【００２５】
具体的にはマルテンサイトサイズの微細化によってボイド生成が遅延することが明らかとなった。これはマルテンサイトが小さくなるとともに、その近傍に形成される歪、応力集中領域が狭くなるためだと考えられる。またマルテンサイトの個数密度や平均直径によって変化するマルテンサイト間の間隔が大きいと、マルテンサイトを起点として形成するボイド間の距離も同時に拡大し、連結しづらくなることを見出した。
【００２６】
上記の知見を元に、高い穴広げ性を有するＤＰ組織について検討を行った。その結果、図１に示すように、マルテンサイトの面積率とサイズを一定範囲に制御することで高い穴広げ性が得られることがわかった。
【００２７】
さらに図２に示す様に平均マルテンサイト間隔Ｒをマルテンサイト平均直径ＤＭの二乗で除した下記式（１）を満たす値であるＲ／ＤＭ２は、穴拡げ率（％）と明確な相関関係を有していて、Ｒ／ＤＭ２を１．０以上とすることでＤＰ組織であっても高い穴広げ性が得られ、伸びと穴広げ性が優れた熱延鋼板が得られることがわかった。
Ｒ／ＤＭ２≧１．０ ・・・式（１）
ここで、R：下記式（２）で規定する平均マルテンサイト間隔（μｍ）、ＤＭ：マルテンサイト平均直径（μｍ）
【００２８】
【数２】
・・・式（２）
ここで、ＶＭ：マルテンサイト面積率（％）、ＤＭ：マルテンサイト平均直径（μｍ）
【００２９】
式（１）はボイド生成、連結のしづらさを現わしており、マルテンサイトの面積率、平均直径から式（２）により求められる平均マルテンサイト間隔Ｒをマルテンサイトの平均直径の二乗で除した形になっている。なお、平均は算術平均を意味する。マルテンサイト間の距離が拡大するほどマルテンサイトを起点に生成するボイドが連結しづらくなること、マルテンサイトの微細化によってボイド生成、連結が抑制されることを現わしている。
【００３０】
マルテンサイトの微細化によってボイドの連結が抑制される理由は定かではないが、ボイドの成長が大きく遅延することが理由と考えられる。マルテンサイトが小さいと、マルテンサイトを起点に生成するボイドのサイズも微細化する。生成したボイドは成長して連結に至るが、ボイドサイズの微細化とともにボイド表面積／ボイド体積の比が大きくなり、すなわち表面張力が大きくなるためにボイドの成長が遅延するためだと考えられる。
【００３１】
しかしながら図３に示すように、式（１）を満たしていても、粗大なマルテンサイトが存在すると、局所的な破壊が進行し、穴広げ性が低くなってしまうことも判明した。これを防ぐためには板厚の１／４厚位置における円相当直径３μｍ以上のマルテンサイト個数密度を５個／１００００μｍ２以下とする必要がある。
【００３２】
以下、本発明の鋼板成分について詳細に説明する。なお、成分についての「％」は質量％を意味する。
【００３３】
（Ｃ：０．０３〜０．１０％）
Ｃはマルテンサイトを生成させ、強化に寄与する重要な元素である。マルテンサイトを生成させるためには０．０３％以上とする必要がある。しかし０．１０％を超えるとマルテンサイトの面積率が高まり、穴広げ性が低下するため、０．１０％を上限とする。好ましい範囲は０．０４〜０．０７％である。
【００３４】
（Ｍｎ：０．５〜２．５％）
Ｍｎはフェライトの強化および焼き入れ性に関わる重要な元素である。焼き入れ性を高め、マルテンサイトを生成させるためには０．５％以上添加する必要がある。ただし２．５％を超えて添加するとフェライトを十分に生成させることができないため、２．５％を上限とする。好ましい範囲は０．８〜２．０％であり、さらに好ましくは１．０〜１．５％である。
【００３５】
（Ｐ：０．０４％以下）
Ｐは、不純物元素であり、０．０４０％を超えると溶接部の脆化が顕著になるため、上限を０．０４％以下とする。Ｐの下限値は特に定めないが、０．０００１％未満とすることは、経済的に不利である。
【００３６】
（Ｓ：０．０１％以下）
Ｓは、不純物元素であり、溶接性、鋳造時及び熱延時の製造性に悪影響を及ぼすことから、上限を０．０１％以下とする。また、Ｓを過剰に含有すると、粗大なＭｎＳを形成し、穴広げ性を低下させることから、穴広げ性向上のためには、含有量を低減することが好ましい。Ｓの下限値は特に定めないが、０．０００１％未満とすることは、経済的に不利であることからこの値を下限値とすることが好ましい。
【００３７】
（Ｎ：０．０１％以下）
Ｎは、不純物元素であり、含有量が０．０１％を超えると、粗大な窒化物を形成し、曲げ性や穴広げ性を劣化させることから、上限を０．０１％以下とする。また、Ｎの含有量が増加すると、溶接時のブローホール発生の原因になることから低減することが好ましい。下限は、少ない方が望ましく特に定めないが、Ｎ含有量を０．０００５％未満とするには、製造コストが上昇するので、０．０００５％以上とすることが好ましい。
【００３８】
（Ｓｉ＋Ａｌ：０．１〜２．５％）
ＳｉおよびＡｌはフェライトの強化およびフェライトの生成に関わる重要な元素である。ただしＳｉとＡｌの添加量の合計が２．５％を超えるとその効果が飽和し、コストが増大するためこれを上限とする。フェライトを生成させるためには添加量の合計で０．１％以上添加することが必要であるので、Ｓｉ+Ａｌ：０．１〜２．５％としたが、好ましい範囲は０．５〜１．５％であり、さらに好ましくは０．８〜１．３％である。
【００３９】
本発明の鋼板に用いる鋼の成分は、以上のような元素を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなるが、さらに下記の元素を添加しても良い。
【００４０】
（Ｎｂ：０．０６％以下、Ｔｉ：０．２０％以下）
Ｎｂ、Ｔｉはフェライトの析出強化に関する元素である。Ｎｂを０．０６％を超えて添加するとフェライト変態が大幅に遅延し、伸びが劣化してしまうため０．０６％を上限とする。またＴｉを０．２％を超えて添加するとフェライトが過剰に強化され、高い伸びが得られなくなるため０．２％を上限とする。フェライトを強化するためにはそれぞれＮｂ：０．００５％以上、Ｔｉ：０．０２％以上添加すると良い。好ましい範囲はそれぞれＮｂ：０．０１〜０．０３％、Ｔｉ：０．０６〜０．１６％であり、さらに好ましくはＮｂ：０．０１５〜０．０２５％、Ｔｉ：０．０８〜０．１４％である。
【００４１】
（Ｖ：０．０２〜０．２０％、Ｗ：０．１〜０．５％、Ｍｏ：０．０５〜０．４０％のいずれか一種または二種以上）
Ｖ、Ｍｏ、Ｗは強化に寄与する元素であり、添加しても構わない。高強度化の効果を得るにはそれぞれＶ：０．０２％以上、Ｍｏ：０．０５％以上、Ｗ：０．１％以上添加する必要がある。しかし、添加しすぎると成形性が劣化する場合があるため、Ｖ：０．２％、Ｍｏ：０．４％、Ｗ：０．５％を上限とする。
【００４２】
（Ｃｒ：１．０％以下、Ｃｕ：１．２％以下，Ｎｉ：０．６％以下、Ｂ：０．００５％以下のいずれか一種または二種以上）
更に高強度化のためにＣｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｂのいずれか一種または二種以上を添加してもよい。高強度化の効果を得るにはそれぞれＣｒ：０．０１％以上、Ｃｕ：０．１％以上、Ｎｉ：０．０５％以上、Ｂ：０．０００１％以上添加する必要がある。しかし、添加し過ぎると成形性の劣化を招く場合があるため、Ｃｒ：１．０％、Ｃｕ：１．２％、Ｎｉ：０．６％、Ｂ：０．００５％を上限とする。
【００４３】
（ＲＥＭ：０．０００５〜０．０１％、Ｃａ：０．０００５〜０．０１％のいずれか一種または二種）
更に、介在物の形態を制御するため、ＲＥＭ：０．０００５〜０．０１％、Ｃａ：０．０００５〜０．０１％のいずれか一種または二種を添加してもよい。Ｃａ、ＲＥＭは、酸化物や硫化物の形態の制御に有効な元素であり、好ましい下限値はＣａ：０．０００５％、ＲＥＭ：０．０００５％である。一方、過剰に添加すると成形性を損なうことがあるため、好ましい上限はそれぞれ０．０１％である。なお本発明において、ＲＥＭとはＬａ及びランタノイド系列の元素を指すものであり、ミッシュメタルにて添加されることが多く、ＬａやＣｅ等の系列の元素を複合で含有する。金属ＬａやＣｅを添加してもよい。
【００４４】
以下、本発明の組織について詳細に説明する。
フェライトは伸びを確保する上で最も重要な組織である。フェライトの面積率が８０％未満では従来のＤＰ鋼が有する高い伸びを実現することができない。しかしフェライト面積率が９７％を超えると、マルテンサイトが少なくなるため、マルテンサイトによる強化を活用することができなくなり、その他の手法によって、たとえば析出強化量を高めることで強度を確保すると均一伸びが低下してしまう。
【００４５】
マルテンサイトは強度および伸びを確保する上で重要な組織である。マルテンサイトの面積率が３％未満になると、均一伸びを確保することが難しい。また１５％を超えると穴広げ性が劣化するため、１５％を上限とする。また粗大なマルテンサイトがあると、局所的に破壊が進行し、穴広げ性が低下する。これを抑制するためには平均直径３μｍ以上のマルテンサイトの個数密度を５個／１００００μｍ２以下とする必要がある。
【００４６】
パーライトは穴広げ性を劣化させるため、無い方が良い。ただし、面積率３％以下であれば大きく影響しないため、これを上限として許容する。
【００４７】
その他の組織としてベイナイトが存在しても良い。ベイナイトは高強度化に寄与する組織であるが、多量に活用して高強度化するとフェライトの面積率が低くなり、高い伸びを達成することができなくなる。したがって本発明においてベイナイトは必須ではなく、面積率０％でも構わない。本発明の熱延鋼板は引張強度６３０Ｍｐａ以上、好ましくは７４０Ｍｐａ以上が得られる。
【００４８】
以下、本発明の熱延鋼板の製造方法について説明する。
【００４９】
まず常法により鋼を溶製し、鋳造して鋼片を製造する。鋳造は生産性の観点から連続鋳造が好ましい。
【００５０】
本発明の成分を有するスラブを圧延前に加熱する。加熱温度が１１５０℃未満では、粗圧延時の圧延荷重が著しく高まるため生産性を阻害する。上限は特に定めないが、１３００℃超にすることは製造コスト上好ましくない。また鋳造したスラブを熱間のまま直送圧延しても良い。析出強化による高強度化効果を得るためにはＮｂ、Ｔｉ等の元素を溶体化する必要があるため、１２００℃以上に加熱することが好ましい。
【００５１】
加熱後、粗圧延を行う。粗圧延の全ての圧下パスのうち、最終の４パス以上を１０００〜１０５０℃範囲内で行い、かつこの温度域の圧下率の合計を３０％以上とし、さらに粗圧延の最終パスから６０秒以内に仕上げ圧延を開始する。粗大なマルテンサイトを生成させないためには、オーステナイトを微細化することが重要である。これには仕上げ圧延前に繰り返し再結晶させることが効果的だが、１０５０℃超では再結晶後の粒成長が著しく速いため、細粒効果が小さい。１０００℃未満では完全に再結晶しないまま次の圧下が行われ、未再結晶部分と再結晶部分での粒径が不均一となり、その結果平均直径３μｍ以上のマルテンサイト個数密度が増加する。また合計圧下率が３０％未満だと十分に微細化することができない。ただし３０％以上の圧延を行っても、圧下パス数が４回未満ではオーステナイト粒径が不均一になり、結果粗大なマルテンサイトが生成する。また、このような粗圧延を行っても、仕上げ圧延開始までに長時間経過すると、粒が粗大化するため６０秒以内に仕上げ圧延を開始する必要がある。
【００５２】
仕上げ圧延終了温度は８５０〜９５０℃とする。９５０℃を超えると再結晶γ粒径が粗大化するため、フェライトの核生成サイトが減少することで、フェライト変態が大幅に遅延する。一方８５０℃未満では圧延負荷が大きくなるため、これを下限とする。
【００５３】
仕上げ圧延の後、一次冷却を行い、空冷した後、さらに二次冷却を行って、巻き取る。一次冷却速度は５０℃／ｓ以上とする。冷却速度が低いとフェライト粒径が粗大化する。マルテンサイトはフェライト変態が進行した残部オーステナイトが変態して得られるものである。フェライト粒径が粗大化すると、残部のマルテンサイトも粗大化してしまう。上限は特に定めないが１００℃／ｓを超える冷却速度とすることは設備コストが過剰になるため好ましくない。
【００５４】
一次冷却停止温度は６００〜７５０℃とする。６００℃未満では空冷時にフェライト変態を十分に進めることができない。また７５０℃を超えるとフェライト変態が過剰に進み、その後の冷却時にパーライト変態が起こり、穴広げ性も劣化する。
【００５５】
空冷時間は５〜１０秒とする。５秒未満ではフェライト変態を十分に進行させることができない。また１０秒を超えて空冷すると、パーライト変態が起こり、穴広げ性が劣化するため、空冷時間は５〜１０秒とした。
【００５６】
二次冷却速度は２０℃／ｓ以上とする。２０℃／ｓ未満では冷却中にベイナイト変態が過剰に進行し、フェライトの面積率が十分に得られないため、均一伸びが劣化する。上限は特に定めないが１００℃／ｓを超える冷却速度とすることは設備コストが過剰になるため好ましくない。
【００５７】
巻取り温度は室温〜４００℃とする。４００℃を超えるとベイナイト変態が過剰に進行し、マルテンサイトが十分に得られないため均一伸びを確保することができない。好ましい範囲は２５０℃以下であり、さらに好ましくは１００℃以下であり、室温であってもよい。
【実施例】
【００５８】
表１に示す化学成分を有する鋼を溶解し、鋳造して得られた鋼片を表２に示す条件で圧延を行った。
【００５９】
【表１】
【００６０】
【表２】
【００６１】
得られた鋼板から試料を採取し、光学顕微鏡を用いて板厚１／４厚における金属組織の観察を行った。試料の調整として、圧延方向の板厚断面を観察面として研磨し、ナイタール試薬、レペラー試薬にてエッチングした。ナイタール試薬にてエッチングした倍率５００倍の光学顕微鏡写真から画像解析によりフェライトの面積率、パーライトの面積率を求めた。またレペラー試薬にてエッチングした倍率５００倍の光学顕微鏡写真から画像解析によりマルテンサイトの面積率、平均直径を求めた。平均直径とは各マルテンサイト粒の円相当直径を個数平均したものである。ベイナイトの面積率はフェライト、パーライトおよびマルテンサイトの残部として求めた。
【００６２】
引張強度（ＴＳ）は、板幅方向１／４位置から圧延方向に垂直な方向に採取したＪＩＳ Ｚ ２２０１の５号試験片を用いて、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠して評価した。伸び（ＥＬ）は引張強度（ＴＳ）とともに測定した。穴広げ試験は日本鉄鋼連盟規格ＪＦＳ Ｔ １００１−１９９６記載の試験方法に準拠して評価した。表３に鋼板の組織、機械的特性を示した。表３中において、ＶＦはフェライト、ＶＢはベイナイト、ＶＰはパーライト、ＶＭはマルテンサイトのそれぞれの面積率％である。ＤＭはマルテンサイト平均直径（μｍ）で、ＮＭは板厚の１／４厚における円相当直径３μｍ以上の１００００μｍ２当りのマルテンサイト個数密度である。
【００６３】
【表３】
【００６４】
結果について説明する。鋼Ｎｏ．Ｃ〜Ｇ２、Ｈ、Ｊ、Ｋ、Ｍ、Ｎ、Ｐ、Ｒ〜Ｔ、Ｖ〜Ｗ２、Ｘ、Ｚ〜ＡＢ、ＡＤ〜ＡＪは本発明の実施例であり、鋼成分、製造条件および組織が本発明の要件を満たしており、伸びと穴広げ性が共に優れている。一方下記は比較例であり、次に示す理由により効果を得ることができなかった。
【００６５】
鋼Ｎｏ．ＡはＭｎの添加量が高く、フェライト変態が十分に進まなかったため、フェライト分率が８０％未満であり、均一伸びが低い。
【００６６】
鋼Ｎｏ．ＢはＮｂの添加量が高く、フェライト変態が十分に進まなかったため、フェライト分率が８０％未満であり、均一伸びが低い。
【００６７】
鋼Ｎｏ．Ｇ３は空冷時間が長すぎるため、パーライトが適正範囲を超えて生成しており穴広げ性が低い。
【００６８】
鋼Ｎｏ．Ｇ４はＦＴが高すぎるため、フェライト変態が十分に進まず、フェライト分率が８０％未満であり、均一伸びが低い。
【００６９】
鋼Ｎｏ．Ｇ５は空冷時間が短すぎるため、フェライト変態が十分に進まず、フェライト分率が８０％未満であり、均一伸びが低い。
【００７０】
鋼Ｎｏ．Ｇ６は一次冷却速度が遅いため、マルテンサイトの平均直径が大きく、その結果式１を満たさないため、穴広げ性が低い。
【００７１】
鋼Ｎｏ．Ｇ７、Ｌは１０００〜１０５０℃での圧下パス数が少ないため、粗大なマルテンサイトの個数密度が高く、穴広げ性が低い。
【００７２】
鋼Ｎｏ．Ｇ８は１０００〜１０５０℃での圧下率が小さいため、マルテンサイトの平均直径が大きく、その結果式１を満たさないため穴広げ性が低い。
【００７３】
鋼Ｎｏ．Ｇ９は粗圧延終了から仕上げ圧延開始までの時間が長いため、オーステナイトが粗大化し、マルテンサイトの平均直径が大きく、その結果Ｒ／ＤＭ２が小さくなり、穴広げ性が低い。
【００７４】
鋼Ｎｏ．ＩはＣが規定範囲の上限よりも多く添加されており、マルテンサイト面積率が高いため、穴広げ性が低い。
【００７５】
鋼Ｎｏ．ＯはＳｉ+Ａｌの合計添加量が規定範囲の下限に達しておらず、フェライト変態が十分に進まなかったため、均一伸びが低い。
【００７６】
鋼Ｎｏ．Ｑは一次冷却速度が遅いため、マルテンサイトの平均直径が大きく、その結果式１を満たさないため、穴広げ性が低い。
【００７７】
鋼Ｎｏ．ＵはＴｉが規定範囲の上限よりも多く添加されており、フェライトが過剰に強化されたために均一伸びが低い。
【００７８】
鋼Ｎｏ．Ｗ３は空冷温度が高すぎるため、パーライトが生成しており、穴広げ性が低い。
【００７９】
鋼Ｎｏ．Ｗ４はＣＴが高すぎるため、マルテンサイトをほとんど生成させることができず、均一伸びが低い。
【００８０】
鋼Ｎｏ．Ｗ５は空冷温度が低すぎるため、フェライト変態が十分に進まず、フェライト分率が８０％未満であり、均一伸びが低い。
【００８１】
鋼Ｎｏ．Ｗ６は二次冷却速度が低いため、ベイナイトが生成し、フェライト分率が８０％未満であり、均一伸びが低い。
【００８２】
鋼Ｎｏ．ＹはＣの添加量が規定範囲の下限に達しておらず、マルテンサイトの面積率が３％未満となり、均一伸びが低い。
【００８３】
鋼Ｎｏ．ＡＣはＭｎの添加量が規定範囲の下限に達しておらず、マルテンサイトが生成していないため、均一伸びが低い。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．０３〜０．１０％、
Ｍｎ：０．５〜２．５％、
Ｐ：０．０４％以下、
Ｓ：０．０１％以下、
Ｎ：０．０１％以下、
を含み、
かつＳｉとＡｌの添加量の合計が：０．１〜２．５％であり、
残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、金属組織が面積率８０％以上のフェライトと３〜１５％のマルテンサイトを含み、パーライトが３％未満である混合組織であり、板厚の１／４厚における円相当直径３μｍ以上のマルテンサイト個数密度が５個／１００００μｍ２以下であり、さらに下記式（１）を満たすことを特徴とする伸びと穴広げ性に優れた高強度熱延鋼板。
Ｒ／ＤＭ２≧１．０ ・・・式（１）
ここで、R：下記式（２）で規定する平均マルテンサイト間隔（μｍ）、ＤＭ：マルテンサイト平均直径（μｍ）
【数１】
・・・式（２）
ここで、VＭ：マルテンサイト面積率（％）、ＤＭ：マルテンサイト平均直径（μｍ）
【請求項２】
さらに質量％で、
Ｎｂ：０．０６％以下、
Ｔｉ：０．２０％以下
のいずれか一種または二種を含むことを特徴とする請求項１に記載の伸びと穴広げ性に優れた高強度熱延鋼板。
【請求項３】
さらに質量％で、
Ｖ：０．０２〜０．２０％、
Ｗ：０．１〜０．５％、
Ｍｏ：０．０５〜０．４０％
のいずれか一種または二種以上を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の伸びと穴広げ性に優れた高強度熱延鋼板。
【請求項４】
さらに質量％で、
Ｃｒ：１．０％以下、
Ｃｕ：１．２％以下、
Ｎｉ：０．６％以下、
Ｂ：０．００５％以下
のいずれか一種または二種以上を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の伸びと穴広げ性に優れた高強度熱延鋼板。
【請求項５】
さらに質量％で、
ＲＥＭ：０．０００５〜０．０１％、
Ｃａ：０．０００５〜０．０１％の
いずれか一種または二種を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の伸びと穴広げ性に優れた高強度熱延鋼板。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の化学成分を有するスラブを１１５０〜１３００℃に加熱した後、粗圧延の全ての圧下パスのうち、最終の４パス以上を１０００〜１０５０℃の温度域で行い、かつこの温度域での圧下率の合計が３０％以上となるように圧延し、粗圧延終了から６０秒以内に仕上げ圧延を開始し、仕上げ圧延終了温度を８５０〜９５０℃として圧延を行い、５０℃／ｓ以上の冷却速度で６００〜７５０℃の範囲内に冷却し、５〜１０秒間空冷した後、２０℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で冷却し、４００℃以下で巻き取ることを特徴とする伸びと穴広げ性に優れた高強度熱延鋼板の製造方法。
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．０３〜０．１０％、
Ｍｎ：０．５〜２．５％、
Ｐ：０．０４％以下、
Ｓ：０．０１％以下、
Ｎ：０．０１％以下、
を含み、
かつＳｉとＡｌの添加量の合計が：０．１〜２．５％であり、
残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、金属組織が面積率８０％以上のフェライトと３〜１５％のマルテンサイトを含み、パーライトが３％未満である混合組織であり、板厚の１／４厚における円相当直径３μｍ以上のマルテンサイト個数密度が５個／１００００μｍ２以下であり、さらに下記式（１）を満たすことを特徴とする伸びと穴広げ性に優れた高強度熱延鋼板。
Ｒ／ＤＭ２≧１．０ ・・・式（１）
ここで、R：下記式（２）で規定する平均マルテンサイト間隔（μｍ）、ＤＭ：マルテンサイト平均直径（μｍ）
【数１】
・・・式（２）
ここで、VＭ：マルテンサイト面積率（％）、ＤＭ：マルテンサイト平均直径（μｍ）
【請求項２】
さらに質量％で、
Ｎｂ：０．０６％以下、
Ｔｉ：０．２０％以下
のいずれか一種または二種を含むことを特徴とする請求項１に記載の伸びと穴広げ性に優れた高強度熱延鋼板。
【請求項３】
さらに質量％で、
Ｖ：０．０２〜０．２０％、
Ｗ：０．１〜０．５％、
Ｍｏ：０．０５〜０．４０％
のいずれか一種または二種以上を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の伸びと穴広げ性に優れた高強度熱延鋼板。
【請求項４】
さらに質量％で、
Ｃｒ：１．０％以下、
Ｃｕ：１．２％以下、
Ｎｉ：０．６％以下、
Ｂ：０．００５％以下
のいずれか一種または二種以上を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の伸びと穴広げ性に優れた高強度熱延鋼板。
【請求項５】
さらに質量％で、
ＲＥＭ：０．０００５〜０．０１％、
Ｃａ：０．０００５〜０．０１％の
いずれか一種または二種を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の伸びと穴広げ性に優れた高強度熱延鋼板。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の化学成分を有するスラブを１１５０〜１３００℃に加熱した後、粗圧延の全ての圧下パスのうち、最終の４パス以上を１０００〜１０５０℃の温度域で行い、かつこの温度域での圧下率の合計が３０％以上となるように圧延し、粗圧延終了から６０秒以内に仕上げ圧延を開始し、仕上げ圧延終了温度を８５０〜９５０℃として圧延を行い、５０℃／ｓ以上の冷却速度で６００〜７５０℃の範囲内に冷却し、５〜１０秒間空冷した後、２０℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で冷却し、４００℃以下で巻き取ることを特徴とする伸びと穴広げ性に優れた高強度熱延鋼板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−１９０４８（Ｐ２０１３−１９０４８Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１３３６５２（Ｐ２０１２−１３３６５２）
【出願日】平成２４年６月１３日（２０１２．６．１３）
【出願人】（０００００６６５５）新日鐵住金株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年６月１３日（２０１２．６．１３）
【出願人】（０００００６６５５）新日鐵住金株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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