加工性および耐衝撃性に優れた高強度冷延鋼板およびその製造方法
【課題】延性および伸びフランジ性に優れる高強度冷延鋼板ならびにその製造方法を提供する
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０５〜０．３％、Ｓｉ：０．３〜２．５％、Ｍｎ：０．５〜３．５％、Ｐ：０．００３〜０．１００％、Ｓ：０．０２％以下、Ａｌ：０．０１０〜０．５％を含み、残部が鉄および不可避的不純物からなり、かつ、面積率でフェライトを２０％以上、焼戻しマルテンサイトを１０〜６０％、マルテンサイトを０〜１０％、体積率で残留オーステナイトを３〜１５％含む組織を有する加工性および耐衝撃性に優れた高強度冷延鋼板。
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０５〜０．３％、Ｓｉ：０．３〜２．５％、Ｍｎ：０．５〜３．５％、Ｐ：０．００３〜０．１００％、Ｓ：０．０２％以下、Ａｌ：０．０１０〜０．５％を含み、残部が鉄および不可避的不純物からなり、かつ、面積率でフェライトを２０％以上、焼戻しマルテンサイトを１０〜６０％、マルテンサイトを０〜１０％、体積率で残留オーステナイトを３〜１５％含む組織を有する加工性および耐衝撃性に優れた高強度冷延鋼板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に自動車の産業分野で使用される骨格部材用および足回り部材用の成形性に優れた高強度冷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、地球環境の保全の見地から、自動車の燃費向上が重要な課題となっている。このため、車体材料の高強度化により薄肉化を図り、車体そのものを軽量化しようとする動きが活発となってきている。しかしながら、鋼板の高強度化は延性の低下、即ち成形加工性の低下を招くことから、高強度と高加工性を併せ持つ材料の開発が望まれている。
【０００３】
このような要求に対して、これまでにフェライト、マルテンサイト二相鋼（以下ＤＰ鋼と呼ぶ）や残留オーステナイトの変態誘起塑性を利用したＴＲＩＰ鋼など、種々の複合組織型冷延鋼板が開発されてきた。
【０００４】
例えば、特許文献１では多量のＳｉを添加することにより残留オーステナイトを確保し高延性を達成する加工性に優れた高強度鋼板の製造方法が開示されている。
しかし、これらＤＰ鋼やＴＲＩＰ鋼は伸び特性には優れるものの穴拡げ性が劣るという問題がある。穴拡げ性は加工穴部を拡張してフランジ成形させるときの加工性を示す指標で、伸び特性と共に高強度鋼板に要求される重要な特性である。
【０００５】
伸びフランジ性に優れる冷延鋼板の製造方法として、特許文献２には焼鈍均熱後、焼入れ-焼戻しを行いフェライトと焼戻しマルテンサイトの複合組織とすることにより穴拡げ性を向上させる技術が開示されている。しかし、このような技術では高い穴拡げ性が得られるものの、伸びが低いことが問題となる。
【０００６】
このように、従来の技術では、優れた伸び特性および伸びフランジ性を兼ね備える冷延鋼板は得られていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平２−１０１１１７号公報
【特許文献２】特開２００４−２５６８７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記の様な問題点に着目してなされたものであって、その目的は延性および伸びフランジ性に優れる高強度冷延鋼板ならびにその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記した課題を達成し、延性および伸びフランジ性に優れる高強度冷延鋼板を製造するため、鋼板の組成およびミクロ組織の観点から鋭意研究を重ねた。その結果、合金元素を適正に調整して、焼鈍過程における均熱温度からの冷却時に１５０〜３５０℃の温度域まで強冷却し、その後再加熱することにより、面積率でフェライトを２０％以上、焼き戻しマルテンサイトを１０〜６０％、体積率で残留オーステナイトを３〜１５％含む組織が得られ、高い延性および伸びフランジ性が可能となることが分った。
【００１０】
一般的に残留オーステナイトが存在すると残留オーステナイトのＴＲＩＰ効果により延性が向上する。しかし、歪の付加により残留オーステナイトが変態して生成するマルテンサイトは非常に硬質なものとなり、その結果、主相であるフェライトとの硬度差が大きくなり伸びフランジ性が低下することが知られている。
【００１１】
しかし本発明における成分および組織構成においては、高い延性と高い伸びフランジ性が両立可能となる。残留オーステナイトが存在しても高い伸びフランジ性が可能となる理由について詳細は不明であるが、残留オーステナイトが焼戻しマルテンサイトと共存することにより、残留オーステナイトの伸びフランジ性への悪影響が低減されるためと考えられる。
【００１２】
さらにマルテンサイト、焼戻しマルテンサイト、残留オーステナイトからなる低温変態相の平均結晶粒径が３μｍ以下の鋼板組織とすることで、高い加工性と併せて耐衝撃特性の向上も可能となることがわかった。
本発明は、上記した知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下の通りである。
【００１３】
第一の発明は、質量％で、Ｃ：０．０５〜０．３％、Ｓｉ：０．３〜２．５％、Ｍｎ：０．５〜３．５％、Ｐ：０．００３〜０．１００％、Ｓ：０．０２％以下、Ａｌ：０．０１０〜０．５％を含み、残部が鉄および不可避的不純物からなり、かつ、面積率でフェライトを２０％以上、焼戻しマルテンサイトを１０〜６０％、マルテンサイトを０〜１０％、体積率で残留オーステナイトを３〜１５％含む組織を有する加工性および耐衝撃性に優れた高強度冷延鋼板である。
【００１４】
第二の発明は、前記マルテンサイト、焼戻しマルテンサイト、残留オーステナイトからなる低温変態相の平均結晶粒径が３μｍ以下の組織を有する第一の発明に記載の加工性および耐衝撃性に優れた高強度冷延鋼板である。
【００１５】
第三の発明は、更に、質量%で、Ｃｒ：０．００５〜２．００％、Ｍｏ：０．００５〜２．００％、Ｖ：０．００５〜２．００％、Ｎｉ：０．００５〜２．００％、Ｃｕ：０．００５〜２．００％の中から選ばれる1種または２種以上の元素を含有することを特徴とする第一の発明または第二の発明に記載の加工性および耐衝撃性に優れた高強度冷延鋼板である。
【００１６】
第四の発明は、更に、質量%で、Ｔｉ：０．０１〜０．２０％、Ｎｂ：０．０１〜０．２０％の中から選ばれる1種または２種の元素を含有することを特徴とする第一〜第三の発明のいずれかに記載の加工性および耐衝撃性に優れた高強度冷延鋼板である。
【００１７】
第五の発明は、更に、質量％で、Ｂ：０．０００２〜０．００５％を含有することを特徴とする第一〜第四の発明のいずれかに記載の加工性および耐衝撃性に優れた高強度冷延鋼板である。
【００１８】
第六の発明は、更に、質量%で、Ｃａ：０．００１〜０．００５％、ＲＥＭ：０．００１〜０．００５％の中から選ばれる1種または2種の元素を含有することを特徴とする第一〜第五の発明のいずれかに記載の加工性および耐衝撃性に優れた高強度冷延鋼板である。
【００１９】
第七の発明は、第一〜第六の発明のいずれかに記載の成分を有するスラブに熱間圧延および冷間圧延を施して製造した冷延鋼板に連続焼鈍を施すに際し、７５０℃以上の温度で１０秒以上保持した後、７５０℃から平均１０℃／ｓ以上の冷却速度で１５０〜３５０℃の温度域まで冷却した後、３５０〜６００℃まで加熱し１０〜６００秒保持した後、室温まで冷却することを特徴とする加工性および耐衝撃性に優れた高強度冷延鋼板の製造方法である。
【００２０】
第八の発明は、５００℃〜Ａｃ１変態点における平均加熱速度を１０℃／ｓ以上で昇温することを特徴とする第七の発明に記載の加工性および耐衝撃性に優れた高強度冷延鋼板の製造方法である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば加工性に優れた高強度冷延鋼板が得られ、自動車の軽量化と衝突安全性向上との両立を可能とし、自動車車体の高性能化に大きく寄与するという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を具体的に説明する。
【００２３】
１．成分組成について
まず、本発明において鋼の成分組成を上記の範囲に限定した理由について説明する。なお、成分に関する％表示は特に断らない限り質量％を意味するものとする。
【００２４】
Ｃ：０．０５〜０．３％
Ｃはオーステナイトを安定化させる元素であり、フェライト以外の相を生成しやすくするため、鋼板強度を上昇させるとともに、組織を複合化してＴＳ-ＥＬバランスを向上させるために必要な元素である。Ｃ量が０．０５％未満では製造条件の最適化を図ったとしてもフェライト以外の相の確保が難しく、ＴＳ×ＥＬが低下する。一方、Ｃ量が０．３％を超えると、溶接部および熱影響部の硬化が著しく、溶接部の機械的特性が劣化する。こうした観点からＣ量は、０．０５〜０．３％の範囲とする。好ましくは０．０８〜０．１５％の範囲である。
【００２５】
Ｓｉ：０．３〜２．５％
Ｓｉは鋼の強化に有効な元素である。また、フェライト生成元素であり、オーステナイト中へのＣの濃化促進および炭化物の生成を抑制することから、残留オーステナイトの生成を促進する働きを有する。ここに、Ｓｉ量が０．３％に満たないとその添加効果に乏しくなるので、下限を０．３％とした。ただし過剰な添加は、表面性状、溶接性を劣化させるので、Ｓｉは２．５％以下で含有させるものとした。好ましくは０．７〜２．０％の範囲である。
【００２６】
Ｍｎ：０．５〜３．５％
Ｍｎは鋼の強化に有効な元素であり、焼戻しマルテンサイト等の低温変態相の生成を促進する。このような作用は、Ｍｎ含有量が０．５％以上で認められる。ただし、Ｍｎを3.5％を超えて過剰に添加すると、第二相分率の過剰な増加や固溶強化によるフェライトの延性劣化が著しくなり成形性が低下する。従って、Ｍｎ量を０．５〜３．５％の範囲とする。好ましくは１．５〜３．０％の範囲である。
【００２７】
Ｐ：０．００３〜０．１００％
Ｐは鋼の強化に有効な元素であり、この効果は０．００３％以上で得られる。しかし、０．１００％を超えて過剰に添加すると粒界偏析により脆化を引き起こし、耐衝撃性を劣化させる。従って、Ｐ量は０．００３％〜０．１００％の範囲とする。
【００２８】
Ｓ：０．０２％以下
ＳはＭｎＳなどの介在物となって、耐衝撃特性の劣化や溶接部のメタルフローに沿った割れの原因になるので極力低い方が良いが、製造コストの面から０．０２％以下とする。
【００２９】
Ａｌ：０．０１０〜０．５％
Ａｌは脱酸剤として作用し、鋼の清浄度に有効な元素であり、脱酸工程で添加することが好ましい。ここに、Ａｌ量が０．０１％に満たないとその添加効果に乏しくなるので、下限を０．０１％とした。しかし多量に添加すると連続鋳造時の鋼片割れ発生の危険性が高まり製造性を低下させる。従ってAlの添加量の上限は０．５％とする。
【００３０】
本発明における高強度冷延鋼板は、上記の成分組成を基本成分とし、残部は鉄および不可避的不純物からなるが、所望の特性に応じて、以下に述べる成分を適宜含有させることができる。
【００３１】
Ｃｒ：０．００５〜２．００％、Ｍｏ：０．００５〜２．００％、Ｖ：０．００５〜２．００％、Ｎｉ：０．００５〜２．００％、Ｃｕ：０．００５〜２．００％の中から選ばれる1種または２種以上
Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｉ、Ｃｕは焼鈍温度からの冷却時にパーライトの生成を抑制し、低温変態相の生成を促進し鋼の強化に有効に働く。この効果は、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｉ、Ｃｕ の少なくとも1種を０．００５％以上含有させることで得られる。しかし、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｉ、Ｃｕ のそれぞれの成分が２．００％を超えるとその効果は飽和し、コストアップの要因となる。従ってＣｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｉ、Ｃｕの量はそれぞれ、、０．００５〜２．００％の範囲とする。
【００３２】
Ｔｉ：０．０１〜０．２０％、Ｎｂ：０．０１〜０．２０％の中から選ばれる1種または２種
Ｔｉ、Ｎｂは炭窒化物を形成し、鋼を析出強化により高強度化する作用を有する。このような効果はそれぞれ０．０１％以上で認められる。一方、Ｔｉ、Ｎｂはそれぞれ０．２０％を超えて含有しても、過度に高強度化し、延性が低下する。このため、Ｔｉ、Ｎｂの量はそれぞれ０．０１〜０．２０％の範囲とする。
【００３３】
Ｂ：０．０００２〜０．００５％
Ｂはオーステナイト粒界からのフェライトの生成を抑制し強度を上昇させる作用を有する。その効果は０．０００２％以上で得られる。しかし、Ｂ量が０．００５％を超えるとその効果は飽和し、コストアップの要因となる。従って、Ｂ量は０．０００２〜０．００５％の範囲とする。
【００３４】
Ｃａ：０．００１〜０．００５％、ＲＥＭ：０．００１〜０．００５％の中から選ばれる1種または2種
Ｃａ、ＲＥＭはいずれも硫化物の形態制御により加工性を改善する効果を有しており、必要に応じてＣａ、ＲＥＭの1種または2種を０．００１％以上含有させることができる。しかしながら過剰な添加は清浄度に悪影響を及ぼす恐れがあるため、それぞれ０．００５％以下とする。
【００３５】
２．組織について
次に鋼の組織について説明する。
【００３６】
フェライトの面積率：２０％以上
フェライトの面積率が２０％未満だとＴＳ×ＥＬが低下するため２０％以上とする。好ましくは５０％以上である。
【００３７】
焼戻しマルテンサイトの面積率：１０〜６０％
焼戻しマルテンサイトとはマルテンサイトをＡｃ１変態点以下、好ましくはＡｃ１変態点よりも低い温度に加熱して得られる転位密度の高いフェライトとセメンタイトとの複合組織を示し、鋼の強化に有効に働く。また、マルテンサイトをＡｃ１変態点を超える温度に加熱して得られる組織は、フェライト中にセメンタイトを含まない組織であり、本願発明で意図する焼戻しマルテンサイトとは基本的に異なるものである。
【００３８】
また、焼戻しマルテンサイトはマルテンサイトに比べて穴拡げ性への悪影響が小さく、顕著な穴拡げ性の低下なしに強度を確保するのに有効な相である。焼戻しマルテンサイトの面積率が１０％未満では強度確保が困難となり、６０％を超えるとＴＳ×ＥＬが低下するため、焼戻しマルテンサイトの面積率は１０〜６０％とする。
【００３９】
マルテンサイトの面積率：０〜１０％
マルテンサイトは鋼の高強度化に有効に働くが、その面積率が１０％を超えると伸びフランジ性が顕著に低下する。従って、マルテンサイトの面積率は０〜１０％とする。
【００４０】
残留オーステナイトの体積率：３〜１５％
残留オーステナイトは鋼の強化に寄与するだけでなく、鋼のＴＳ×ＥＬの向上およびに有効に働く。このような効果は体積率が３％以上で得られる。また、残留オーステナイトが１５％を超えると穴拡げ性が低下する。従って、残留オーステナイトの体積率は３〜１５％とする。
【００４１】
マルテンサイト、焼戻しマルテンサイト、残留オーステナイトからなる低温変態相の平均結晶粒径：３μｍ以下
マルテンサイト、焼戻しマルテンサイト、残留オーステナイトからなる低温変態相は耐衝撃特性の向上に有効に働く。特に低温変態相を微細に分散させることにより耐衝撃特性が向上し、低温変態相の平均結晶粒径が３μｍ以下でその効果が顕著となる。従って低温変態相の平均結晶粒径を３μｍ以下とする。
【００４２】
また、フェライト、焼戻しマルテンサイト、マルテンサイト、残留オーステナイト以外の相としてはパーライトおよびベイナイトを含む可能性があるが、上記相構成を満たしていれば問題ない。ただし、延性および穴拡げ性確保の観点からパーライトは３％以下とすることが望ましい。
【００４３】
３．製造条件について
上記の成分組成に調整した鋼を転炉などで溶製し、連続鋳造法等でスラブとする。この鋼素材を熱間圧延および冷間圧延を施した後、連続焼鈍を行う。鋳造、熱延圧延、冷間圧延については特に製造方法を限定するものではないが、以下に好適な製造方法について説明する
鋳造条件
使用する鋼スラブは、成分のマクロ偏析を防止するために連続鋳造法で製造するのが好ましいが、造塊法、薄スラブ鋳造法で製造してもよい。また、鋼スラブを製造したのち、いったん室温まで冷却し、その後再度加熱する従来法に加え、室温まで冷却しないで、温片のままで加熱炉に挿入する、あるいはわずかの保熱をおこなった後に直ちに圧延する直送圧延・直接圧延などの省エネルギープロセスも問題なく適用できる。
【００４４】
熱間圧延条件
スラブ加熱温度：１１００℃以上
スラブ加熱温度は、低温加熱がエネルギー的には好ましいが、加熱温度が１１００℃未満では、炭化物が十分に固溶できなかったり、圧延荷重の増大による熱間圧延時のトラブル発生の危険が増大するなどの問題が生じる。なお、酸化重量の増加にともなうスケールロスの増大などから、スラブ加熱温度は１３００℃以下とすることが望ましい。
【００４５】
なお、スラブ加熱温度を低くしても熱間圧延時のトラブルを防止するといった観点から、シートバーを加熱する、いわゆるシートバーヒーターを活用してもよい。
【００４６】
仕上圧延終了温度：Ａｒ３変態点以上
仕上げ圧延終了温度がＡｒ３変態点未満では、圧延中にフェライトとオーステナイトが生成して、鋼板にバンド状組織が生成し易くなり、かかるバンド状組織は冷間圧延後や焼鈍後にも残留し、材料特性に異方性を生じさせたり、加工性を低下させる原因となる場合がある。このため、仕上げ圧延温度はＡｒ３変態点以上とすることが望ましい。
【００４７】
巻取り温度：４５０〜７００℃
巻取り温度が４５０℃未満だと巻取り温度の制御が難しく温度ムラが生じやすくなり、その結果冷間圧延性が低下するなどの問題が生じることがある。また巻取り温度が７００℃を超えると地鉄表層で脱炭が生じるなどの問題が起こることがある。このため、巻取り温度は４５０〜７００℃の範囲とするのが望ましい。
【００４８】
なお、本発明における熱延工程では、熱間圧延時の圧延荷重を低減するために仕上圧延の一部または全部を潤滑圧延としてもよい。潤滑圧延を行うことは、鋼板形状の均一化、材質の均一化の観点からも有効である。なお、潤滑圧延の際の摩擦係数は０．２５〜０．１０の範囲とすることが好ましい。また、相前後するシートバー同士を接合し、連続的に仕上圧延する連続圧延プロセスとすることが好ましい。連続圧延プロセスを適用することは、熱間圧延の操業安定性の観点からも望ましい。
【００４９】
ついで、好ましくは熱延鋼板の表面の酸化スケールを酸洗により除去した後、冷間圧延に供して所定の板厚の冷延鋼板とする。ここに酸洗条件や冷間圧延条件は特に制限されるものではなく、常法に従えば良い。冷間圧延の圧下率は４０％以上とすることが好ましい。
【００５０】
５００℃〜Ａｃ１変態点における平均加熱速度：１０℃／ｓ以上
本発明の鋼における再結晶温度域である５００℃からＡｃ１変態点における平均加熱速度を１０℃／ｓ以上とすることで、加熱昇温時の再結晶が抑制され、Ａｃ１変態点以上で生成するオーステナイトの微細化、ひいては焼鈍冷却後の組織の微細化に有効に働き、低温変態相の平均粒経を３μｍ以下とすることが可能となる。
【００５１】
平均加熱速度が１０℃／ｓ未満では、加熱昇温時にαの再結晶が起こり、フェライト中に導入された歪が開放され十分な微細化が達成できなくなる。従って、５００℃〜Ａｃ１変態点における平均加熱速度を１０℃／ｓ以上とした。該平均加熱速度の好ましい範囲は２０℃／ｓ以上である。
【００５２】
７５０℃以上の温度で１０秒以上保持
加熱温度が７５０℃未満あるいは保持時間が１０秒未満では、焼鈍時のオーステナイトの生成が不十分となり、焼鈍冷却後に十分な量の低温変態相が確保できなくなる。保持温度および保持時間の上限は特に規定しないが、保持温度が９００℃以上および保持時間が６００秒以上では効果が飽和する上、コストアップにつながるので、保持温度は９００℃未満および保持時間は６００秒未満が好ましい。
【００５３】
７５０℃から１０℃／ｓ以上の平均冷却速度で１５０〜３５０℃の温度域まで冷却
７５０℃からの冷却速度が１０℃／ｓ未満ではパーライトが生成し、ＴＳ×ＥＬおよび穴拡げ性が低下する。従って、７５０℃からの冷却速度は１０℃／ｓ以上とする。冷却到達温度条件は本技術で最も重要な条件の一つである。冷却停止時にはオーステナイトの一部がマルテンサイトに変態し、残りは未変態のオーステナイトとなる。そこから再加熱し、めっき・合金化処理後、室温まで冷却することで、マルテンサイトは焼戻しマルテンサイトとなり、未変態オーステナイトは残留オーステナイトまたはマルテンサイトとなる。焼鈍からの冷却到達温度が低いほど、冷却中に生成するマルテンサイト量が増加し、未変態オーステナイト量が減少するため、冷却到達温度の制御により、最終的なマルテンサイトおよび残留オーステナイトと焼戻しマルテンサイトの面積率が決定される。
【００５４】
冷却到達温度が３５０℃より高い温度では、冷却停止時のマルテンサイト変態が不十分で未変態オーステナイト量が多くなり、最終的なマルテンサイトまたは残留オーステナイトが過剰に生成し、穴拡げ性を低下させる。また、冷却到達温度が１５０℃より低くなると、冷却中にオーステナイトがほとんどマルテンサイトに変態し未変態オーステナイト量が減少し、３％以上の残留オーステナイトが得られない。従って冷却到達温度は１５０〜３５０℃の範囲とする。冷却の方法については、目標の冷却速度と冷却停止温度が達成できれば、ガスジェット冷却、ミスト冷却、水冷、メタルクエンチ等のいかなる冷却方法を用いても良い。
【００５５】
３５０〜６００℃まで加熱し１０〜６００秒保持
１５０〜３５０℃の温度範囲までの冷却後、３５０〜６００℃の温度範囲で１０秒以上保持することで、前記冷却時に生成したマルテンサイトが焼戻され焼戻しマルテンサイトとなることで、穴拡げ性が向上し、さらに前記冷却時にマルテンサイトに変態しなかった未変態オーステナイトが安定化され、最終的に３％以上の残留オーステナイトが得られ、延性が向上する。
【００５６】
再加熱保持による未変態オーステナイトの安定化のメカニズムについて詳細は不明であるが、過飽和にＣが固溶したマルテンサイトから未変態オーステナイトにＣが拡散して未変態オーステナイトへのＣの濃化が進み、オーステナイトが安定化されるものと考えられる。その際、マルテンサイト中のセメンタイトの析出がＣの拡散よりも早く進行すると未変態オーステナイトへのＣの濃化が不十分となるため、セメンタイト析出を遅延させることが重要であり、そのために０．３％以上のＳｉ添加が必要となる。
【００５７】
再加熱温度が３５０℃未満ではマルテンサイトの焼戻しおよびオーステナイトの安定化が不十分となり穴拡げ性および延性が低下する。また再加熱温度が６００℃を超えると、冷却停止時の未変態オーステナイトがパーライトに変態し、最終的に３％以上残留オーステナイトが得られなくなる。従って、加熱温度は３５０〜６００℃とする。
【００５８】
保持時間が１０秒未満ではオーステナイトの安定化が不十分となり、また６００秒を超えると冷却停止時の未変態オーステナイトがベイナイトに変態し、最終的に３％以上の残留オーステナイトが得られなくなる。従って、再加熱温度は３５０〜６００℃の範囲とし、その温度域での保持時間は１０〜６００秒とする。
【００５９】
なお、焼鈍後の鋼板には、形状矯正、表面粗度等の調整のため調質圧延を加えてもよい。また、樹脂あるいは油脂コーティング、各種塗装等の処理を施しても何ら不都合はない。
【実施例１】
【００６０】
表１に示す成分組成を有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなる鋼を転炉にて溶製し、連続鋳造法にて鋳片とした。得られた鋳片を板厚３．０ｍｍまで熱間圧延した。熱間圧延の条件は仕上げ温度９００℃、圧延後の冷却速度１０℃／ｓ、巻取り温度６００℃で行った。次いで、熱延鋼板を酸洗した後、板厚１．２ｍｍまで冷間圧延し、冷延鋼板を製造した。
【００６１】
次いで、これら冷延鋼板に、連続焼鈍ラインにて、表２に示す条件で焼鈍処理を施した。
得られた鋼板の断面ミクロ組織、引張特性および穴拡げ性について調査を行い、その結果を表３に示した。
【００６２】
【表１】
【００６３】
【表２】
【００６４】
【表３】
【００６５】
鋼板の断面ミクロ組織は３％ナイタール溶液（３％硝酸+エタノール）で組織を現出し、走査型電子顕微鏡で深さ方向板厚１／４位置を観察して、撮影した組織写真を用いて、画像解析処理を行ない、フェライト相の分率を定量化した（なお、画像解析処理は市販の画像処理ソフトを用いることができる）。マルテンサイト面積率、焼戻しマルテンサイト面積率は、組織の細かさに応じて１０００〜３０００倍の適切な倍率のＳＥＭ写真を撮影し、画像処理ソフトで定量化した。低温変態相の平均粒径は、観察した視野の低温変態相の面積を低温変態相の個数で割り、平均面積を求め、その１／２乗を平均粒径とした。
【００６６】
残留オーステナイトの体積率は、鋼板を板厚方向の１／４面まで研磨し、この板厚１／４面の回折Ｘ線強度により求めた。入射Ｘ線にはＭｏＫα線を使用し、残留オーステナイト相の｛１１１｝、｛２００｝、｛２２０｝、｛３１１｝面とフェライト相の｛１１０｝、｛２００｝、｛２１１｝面のピークの積分強度の全ての組み合わせについて強度比を求め、これらの平均値を残留オーステナイトの体積率とした。
【００６７】
また、引張特性は、引張方向が鋼板の圧延方向と直角方向となるようサンプル採取したＪＩＳ５号試験片を用いて、ＪＩＳＺ２２４１に準拠した引張試験を行ない、ＴＳ（引張強さ）、ＥＬ（伸び）を測定し、強度と伸びの積（ＴＳ×ＥＬ）で表される強度ー伸びバランスの値を求めた。
【００６８】
さらに、伸びフランジ性を評価する指標として、穴拡げ率λを測定した。穴拡げ率λは日本鉄鋼連盟規格ＪＦＳＴ１００１に準じた穴拡げ試験を行ない、打ち抜き時の穴の初期径（１０ｍｍφ）と、これを穴拡げ加工を行なった際に穴縁の亀裂が板厚を貫通した時点の穴の径との比から求めた。
【００６９】
衝撃吸収特性は、鋼板の圧延方向と直角方向から採取した平行部の幅５ｍｍ、長さ７ｍｍの試験片を用い、歪速度２０００／ｓで引張試験を行って採取した応力-真歪曲線を歪量０〜１０％の範囲で積分することにより、吸収エネルギーを算出して評価した（鉄と鋼、８３（１９９７）ｐ７４８参照）。
【００７０】
本発明例の鋼板はＴＳ×ＥＬが２２０００ＭＰａ・％以上、λが７０％以上の優れた強度、延性および伸びフランジ性を示す。
【００７１】
これに対し本発明の範囲をはずれる比較例の鋼板はＴＳ×ＥＬが２２０００ＭＰａ・％未満および（または）λが７０％未満となり、本発明例の鋼板のような優れた強度、延性および伸びフランジ性が得られない。さらに、低温変態相の平均粒径を３μｍ以下とすることで吸収エネルギーとＴＳとの比（ＡＥ／ＴＳ）が０．０６３以上の優れた耐衝撃特性が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、加工性および耐衝撃性に優れた高強度冷延鋼板として自動車の軽量化、低燃費化に貢献することができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に自動車の産業分野で使用される骨格部材用および足回り部材用の成形性に優れた高強度冷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、地球環境の保全の見地から、自動車の燃費向上が重要な課題となっている。このため、車体材料の高強度化により薄肉化を図り、車体そのものを軽量化しようとする動きが活発となってきている。しかしながら、鋼板の高強度化は延性の低下、即ち成形加工性の低下を招くことから、高強度と高加工性を併せ持つ材料の開発が望まれている。
【０００３】
このような要求に対して、これまでにフェライト、マルテンサイト二相鋼（以下ＤＰ鋼と呼ぶ）や残留オーステナイトの変態誘起塑性を利用したＴＲＩＰ鋼など、種々の複合組織型冷延鋼板が開発されてきた。
【０００４】
例えば、特許文献１では多量のＳｉを添加することにより残留オーステナイトを確保し高延性を達成する加工性に優れた高強度鋼板の製造方法が開示されている。
しかし、これらＤＰ鋼やＴＲＩＰ鋼は伸び特性には優れるものの穴拡げ性が劣るという問題がある。穴拡げ性は加工穴部を拡張してフランジ成形させるときの加工性を示す指標で、伸び特性と共に高強度鋼板に要求される重要な特性である。
【０００５】
伸びフランジ性に優れる冷延鋼板の製造方法として、特許文献２には焼鈍均熱後、焼入れ-焼戻しを行いフェライトと焼戻しマルテンサイトの複合組織とすることにより穴拡げ性を向上させる技術が開示されている。しかし、このような技術では高い穴拡げ性が得られるものの、伸びが低いことが問題となる。
【０００６】
このように、従来の技術では、優れた伸び特性および伸びフランジ性を兼ね備える冷延鋼板は得られていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平２−１０１１１７号公報
【特許文献２】特開２００４−２５６８７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記の様な問題点に着目してなされたものであって、その目的は延性および伸びフランジ性に優れる高強度冷延鋼板ならびにその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記した課題を達成し、延性および伸びフランジ性に優れる高強度冷延鋼板を製造するため、鋼板の組成およびミクロ組織の観点から鋭意研究を重ねた。その結果、合金元素を適正に調整して、焼鈍過程における均熱温度からの冷却時に１５０〜３５０℃の温度域まで強冷却し、その後再加熱することにより、面積率でフェライトを２０％以上、焼き戻しマルテンサイトを１０〜６０％、体積率で残留オーステナイトを３〜１５％含む組織が得られ、高い延性および伸びフランジ性が可能となることが分った。
【００１０】
一般的に残留オーステナイトが存在すると残留オーステナイトのＴＲＩＰ効果により延性が向上する。しかし、歪の付加により残留オーステナイトが変態して生成するマルテンサイトは非常に硬質なものとなり、その結果、主相であるフェライトとの硬度差が大きくなり伸びフランジ性が低下することが知られている。
【００１１】
しかし本発明における成分および組織構成においては、高い延性と高い伸びフランジ性が両立可能となる。残留オーステナイトが存在しても高い伸びフランジ性が可能となる理由について詳細は不明であるが、残留オーステナイトが焼戻しマルテンサイトと共存することにより、残留オーステナイトの伸びフランジ性への悪影響が低減されるためと考えられる。
【００１２】
さらにマルテンサイト、焼戻しマルテンサイト、残留オーステナイトからなる低温変態相の平均結晶粒径が３μｍ以下の鋼板組織とすることで、高い加工性と併せて耐衝撃特性の向上も可能となることがわかった。
本発明は、上記した知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下の通りである。
【００１３】
第一の発明は、質量％で、Ｃ：０．０５〜０．３％、Ｓｉ：０．３〜２．５％、Ｍｎ：０．５〜３．５％、Ｐ：０．００３〜０．１００％、Ｓ：０．０２％以下、Ａｌ：０．０１０〜０．５％を含み、残部が鉄および不可避的不純物からなり、かつ、面積率でフェライトを２０％以上、焼戻しマルテンサイトを１０〜６０％、マルテンサイトを０〜１０％、体積率で残留オーステナイトを３〜１５％含む組織を有する加工性および耐衝撃性に優れた高強度冷延鋼板である。
【００１４】
第二の発明は、前記マルテンサイト、焼戻しマルテンサイト、残留オーステナイトからなる低温変態相の平均結晶粒径が３μｍ以下の組織を有する第一の発明に記載の加工性および耐衝撃性に優れた高強度冷延鋼板である。
【００１５】
第三の発明は、更に、質量%で、Ｃｒ：０．００５〜２．００％、Ｍｏ：０．００５〜２．００％、Ｖ：０．００５〜２．００％、Ｎｉ：０．００５〜２．００％、Ｃｕ：０．００５〜２．００％の中から選ばれる1種または２種以上の元素を含有することを特徴とする第一の発明または第二の発明に記載の加工性および耐衝撃性に優れた高強度冷延鋼板である。
【００１６】
第四の発明は、更に、質量%で、Ｔｉ：０．０１〜０．２０％、Ｎｂ：０．０１〜０．２０％の中から選ばれる1種または２種の元素を含有することを特徴とする第一〜第三の発明のいずれかに記載の加工性および耐衝撃性に優れた高強度冷延鋼板である。
【００１７】
第五の発明は、更に、質量％で、Ｂ：０．０００２〜０．００５％を含有することを特徴とする第一〜第四の発明のいずれかに記載の加工性および耐衝撃性に優れた高強度冷延鋼板である。
【００１８】
第六の発明は、更に、質量%で、Ｃａ：０．００１〜０．００５％、ＲＥＭ：０．００１〜０．００５％の中から選ばれる1種または2種の元素を含有することを特徴とする第一〜第五の発明のいずれかに記載の加工性および耐衝撃性に優れた高強度冷延鋼板である。
【００１９】
第七の発明は、第一〜第六の発明のいずれかに記載の成分を有するスラブに熱間圧延および冷間圧延を施して製造した冷延鋼板に連続焼鈍を施すに際し、７５０℃以上の温度で１０秒以上保持した後、７５０℃から平均１０℃／ｓ以上の冷却速度で１５０〜３５０℃の温度域まで冷却した後、３５０〜６００℃まで加熱し１０〜６００秒保持した後、室温まで冷却することを特徴とする加工性および耐衝撃性に優れた高強度冷延鋼板の製造方法である。
【００２０】
第八の発明は、５００℃〜Ａｃ１変態点における平均加熱速度を１０℃／ｓ以上で昇温することを特徴とする第七の発明に記載の加工性および耐衝撃性に優れた高強度冷延鋼板の製造方法である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば加工性に優れた高強度冷延鋼板が得られ、自動車の軽量化と衝突安全性向上との両立を可能とし、自動車車体の高性能化に大きく寄与するという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を具体的に説明する。
【００２３】
１．成分組成について
まず、本発明において鋼の成分組成を上記の範囲に限定した理由について説明する。なお、成分に関する％表示は特に断らない限り質量％を意味するものとする。
【００２４】
Ｃ：０．０５〜０．３％
Ｃはオーステナイトを安定化させる元素であり、フェライト以外の相を生成しやすくするため、鋼板強度を上昇させるとともに、組織を複合化してＴＳ-ＥＬバランスを向上させるために必要な元素である。Ｃ量が０．０５％未満では製造条件の最適化を図ったとしてもフェライト以外の相の確保が難しく、ＴＳ×ＥＬが低下する。一方、Ｃ量が０．３％を超えると、溶接部および熱影響部の硬化が著しく、溶接部の機械的特性が劣化する。こうした観点からＣ量は、０．０５〜０．３％の範囲とする。好ましくは０．０８〜０．１５％の範囲である。
【００２５】
Ｓｉ：０．３〜２．５％
Ｓｉは鋼の強化に有効な元素である。また、フェライト生成元素であり、オーステナイト中へのＣの濃化促進および炭化物の生成を抑制することから、残留オーステナイトの生成を促進する働きを有する。ここに、Ｓｉ量が０．３％に満たないとその添加効果に乏しくなるので、下限を０．３％とした。ただし過剰な添加は、表面性状、溶接性を劣化させるので、Ｓｉは２．５％以下で含有させるものとした。好ましくは０．７〜２．０％の範囲である。
【００２６】
Ｍｎ：０．５〜３．５％
Ｍｎは鋼の強化に有効な元素であり、焼戻しマルテンサイト等の低温変態相の生成を促進する。このような作用は、Ｍｎ含有量が０．５％以上で認められる。ただし、Ｍｎを3.5％を超えて過剰に添加すると、第二相分率の過剰な増加や固溶強化によるフェライトの延性劣化が著しくなり成形性が低下する。従って、Ｍｎ量を０．５〜３．５％の範囲とする。好ましくは１．５〜３．０％の範囲である。
【００２７】
Ｐ：０．００３〜０．１００％
Ｐは鋼の強化に有効な元素であり、この効果は０．００３％以上で得られる。しかし、０．１００％を超えて過剰に添加すると粒界偏析により脆化を引き起こし、耐衝撃性を劣化させる。従って、Ｐ量は０．００３％〜０．１００％の範囲とする。
【００２８】
Ｓ：０．０２％以下
ＳはＭｎＳなどの介在物となって、耐衝撃特性の劣化や溶接部のメタルフローに沿った割れの原因になるので極力低い方が良いが、製造コストの面から０．０２％以下とする。
【００２９】
Ａｌ：０．０１０〜０．５％
Ａｌは脱酸剤として作用し、鋼の清浄度に有効な元素であり、脱酸工程で添加することが好ましい。ここに、Ａｌ量が０．０１％に満たないとその添加効果に乏しくなるので、下限を０．０１％とした。しかし多量に添加すると連続鋳造時の鋼片割れ発生の危険性が高まり製造性を低下させる。従ってAlの添加量の上限は０．５％とする。
【００３０】
本発明における高強度冷延鋼板は、上記の成分組成を基本成分とし、残部は鉄および不可避的不純物からなるが、所望の特性に応じて、以下に述べる成分を適宜含有させることができる。
【００３１】
Ｃｒ：０．００５〜２．００％、Ｍｏ：０．００５〜２．００％、Ｖ：０．００５〜２．００％、Ｎｉ：０．００５〜２．００％、Ｃｕ：０．００５〜２．００％の中から選ばれる1種または２種以上
Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｉ、Ｃｕは焼鈍温度からの冷却時にパーライトの生成を抑制し、低温変態相の生成を促進し鋼の強化に有効に働く。この効果は、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｉ、Ｃｕ の少なくとも1種を０．００５％以上含有させることで得られる。しかし、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｉ、Ｃｕ のそれぞれの成分が２．００％を超えるとその効果は飽和し、コストアップの要因となる。従ってＣｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｉ、Ｃｕの量はそれぞれ、、０．００５〜２．００％の範囲とする。
【００３２】
Ｔｉ：０．０１〜０．２０％、Ｎｂ：０．０１〜０．２０％の中から選ばれる1種または２種
Ｔｉ、Ｎｂは炭窒化物を形成し、鋼を析出強化により高強度化する作用を有する。このような効果はそれぞれ０．０１％以上で認められる。一方、Ｔｉ、Ｎｂはそれぞれ０．２０％を超えて含有しても、過度に高強度化し、延性が低下する。このため、Ｔｉ、Ｎｂの量はそれぞれ０．０１〜０．２０％の範囲とする。
【００３３】
Ｂ：０．０００２〜０．００５％
Ｂはオーステナイト粒界からのフェライトの生成を抑制し強度を上昇させる作用を有する。その効果は０．０００２％以上で得られる。しかし、Ｂ量が０．００５％を超えるとその効果は飽和し、コストアップの要因となる。従って、Ｂ量は０．０００２〜０．００５％の範囲とする。
【００３４】
Ｃａ：０．００１〜０．００５％、ＲＥＭ：０．００１〜０．００５％の中から選ばれる1種または2種
Ｃａ、ＲＥＭはいずれも硫化物の形態制御により加工性を改善する効果を有しており、必要に応じてＣａ、ＲＥＭの1種または2種を０．００１％以上含有させることができる。しかしながら過剰な添加は清浄度に悪影響を及ぼす恐れがあるため、それぞれ０．００５％以下とする。
【００３５】
２．組織について
次に鋼の組織について説明する。
【００３６】
フェライトの面積率：２０％以上
フェライトの面積率が２０％未満だとＴＳ×ＥＬが低下するため２０％以上とする。好ましくは５０％以上である。
【００３７】
焼戻しマルテンサイトの面積率：１０〜６０％
焼戻しマルテンサイトとはマルテンサイトをＡｃ１変態点以下、好ましくはＡｃ１変態点よりも低い温度に加熱して得られる転位密度の高いフェライトとセメンタイトとの複合組織を示し、鋼の強化に有効に働く。また、マルテンサイトをＡｃ１変態点を超える温度に加熱して得られる組織は、フェライト中にセメンタイトを含まない組織であり、本願発明で意図する焼戻しマルテンサイトとは基本的に異なるものである。
【００３８】
また、焼戻しマルテンサイトはマルテンサイトに比べて穴拡げ性への悪影響が小さく、顕著な穴拡げ性の低下なしに強度を確保するのに有効な相である。焼戻しマルテンサイトの面積率が１０％未満では強度確保が困難となり、６０％を超えるとＴＳ×ＥＬが低下するため、焼戻しマルテンサイトの面積率は１０〜６０％とする。
【００３９】
マルテンサイトの面積率：０〜１０％
マルテンサイトは鋼の高強度化に有効に働くが、その面積率が１０％を超えると伸びフランジ性が顕著に低下する。従って、マルテンサイトの面積率は０〜１０％とする。
【００４０】
残留オーステナイトの体積率：３〜１５％
残留オーステナイトは鋼の強化に寄与するだけでなく、鋼のＴＳ×ＥＬの向上およびに有効に働く。このような効果は体積率が３％以上で得られる。また、残留オーステナイトが１５％を超えると穴拡げ性が低下する。従って、残留オーステナイトの体積率は３〜１５％とする。
【００４１】
マルテンサイト、焼戻しマルテンサイト、残留オーステナイトからなる低温変態相の平均結晶粒径：３μｍ以下
マルテンサイト、焼戻しマルテンサイト、残留オーステナイトからなる低温変態相は耐衝撃特性の向上に有効に働く。特に低温変態相を微細に分散させることにより耐衝撃特性が向上し、低温変態相の平均結晶粒径が３μｍ以下でその効果が顕著となる。従って低温変態相の平均結晶粒径を３μｍ以下とする。
【００４２】
また、フェライト、焼戻しマルテンサイト、マルテンサイト、残留オーステナイト以外の相としてはパーライトおよびベイナイトを含む可能性があるが、上記相構成を満たしていれば問題ない。ただし、延性および穴拡げ性確保の観点からパーライトは３％以下とすることが望ましい。
【００４３】
３．製造条件について
上記の成分組成に調整した鋼を転炉などで溶製し、連続鋳造法等でスラブとする。この鋼素材を熱間圧延および冷間圧延を施した後、連続焼鈍を行う。鋳造、熱延圧延、冷間圧延については特に製造方法を限定するものではないが、以下に好適な製造方法について説明する
鋳造条件
使用する鋼スラブは、成分のマクロ偏析を防止するために連続鋳造法で製造するのが好ましいが、造塊法、薄スラブ鋳造法で製造してもよい。また、鋼スラブを製造したのち、いったん室温まで冷却し、その後再度加熱する従来法に加え、室温まで冷却しないで、温片のままで加熱炉に挿入する、あるいはわずかの保熱をおこなった後に直ちに圧延する直送圧延・直接圧延などの省エネルギープロセスも問題なく適用できる。
【００４４】
熱間圧延条件
スラブ加熱温度：１１００℃以上
スラブ加熱温度は、低温加熱がエネルギー的には好ましいが、加熱温度が１１００℃未満では、炭化物が十分に固溶できなかったり、圧延荷重の増大による熱間圧延時のトラブル発生の危険が増大するなどの問題が生じる。なお、酸化重量の増加にともなうスケールロスの増大などから、スラブ加熱温度は１３００℃以下とすることが望ましい。
【００４５】
なお、スラブ加熱温度を低くしても熱間圧延時のトラブルを防止するといった観点から、シートバーを加熱する、いわゆるシートバーヒーターを活用してもよい。
【００４６】
仕上圧延終了温度：Ａｒ３変態点以上
仕上げ圧延終了温度がＡｒ３変態点未満では、圧延中にフェライトとオーステナイトが生成して、鋼板にバンド状組織が生成し易くなり、かかるバンド状組織は冷間圧延後や焼鈍後にも残留し、材料特性に異方性を生じさせたり、加工性を低下させる原因となる場合がある。このため、仕上げ圧延温度はＡｒ３変態点以上とすることが望ましい。
【００４７】
巻取り温度：４５０〜７００℃
巻取り温度が４５０℃未満だと巻取り温度の制御が難しく温度ムラが生じやすくなり、その結果冷間圧延性が低下するなどの問題が生じることがある。また巻取り温度が７００℃を超えると地鉄表層で脱炭が生じるなどの問題が起こることがある。このため、巻取り温度は４５０〜７００℃の範囲とするのが望ましい。
【００４８】
なお、本発明における熱延工程では、熱間圧延時の圧延荷重を低減するために仕上圧延の一部または全部を潤滑圧延としてもよい。潤滑圧延を行うことは、鋼板形状の均一化、材質の均一化の観点からも有効である。なお、潤滑圧延の際の摩擦係数は０．２５〜０．１０の範囲とすることが好ましい。また、相前後するシートバー同士を接合し、連続的に仕上圧延する連続圧延プロセスとすることが好ましい。連続圧延プロセスを適用することは、熱間圧延の操業安定性の観点からも望ましい。
【００４９】
ついで、好ましくは熱延鋼板の表面の酸化スケールを酸洗により除去した後、冷間圧延に供して所定の板厚の冷延鋼板とする。ここに酸洗条件や冷間圧延条件は特に制限されるものではなく、常法に従えば良い。冷間圧延の圧下率は４０％以上とすることが好ましい。
【００５０】
５００℃〜Ａｃ１変態点における平均加熱速度：１０℃／ｓ以上
本発明の鋼における再結晶温度域である５００℃からＡｃ１変態点における平均加熱速度を１０℃／ｓ以上とすることで、加熱昇温時の再結晶が抑制され、Ａｃ１変態点以上で生成するオーステナイトの微細化、ひいては焼鈍冷却後の組織の微細化に有効に働き、低温変態相の平均粒経を３μｍ以下とすることが可能となる。
【００５１】
平均加熱速度が１０℃／ｓ未満では、加熱昇温時にαの再結晶が起こり、フェライト中に導入された歪が開放され十分な微細化が達成できなくなる。従って、５００℃〜Ａｃ１変態点における平均加熱速度を１０℃／ｓ以上とした。該平均加熱速度の好ましい範囲は２０℃／ｓ以上である。
【００５２】
７５０℃以上の温度で１０秒以上保持
加熱温度が７５０℃未満あるいは保持時間が１０秒未満では、焼鈍時のオーステナイトの生成が不十分となり、焼鈍冷却後に十分な量の低温変態相が確保できなくなる。保持温度および保持時間の上限は特に規定しないが、保持温度が９００℃以上および保持時間が６００秒以上では効果が飽和する上、コストアップにつながるので、保持温度は９００℃未満および保持時間は６００秒未満が好ましい。
【００５３】
７５０℃から１０℃／ｓ以上の平均冷却速度で１５０〜３５０℃の温度域まで冷却
７５０℃からの冷却速度が１０℃／ｓ未満ではパーライトが生成し、ＴＳ×ＥＬおよび穴拡げ性が低下する。従って、７５０℃からの冷却速度は１０℃／ｓ以上とする。冷却到達温度条件は本技術で最も重要な条件の一つである。冷却停止時にはオーステナイトの一部がマルテンサイトに変態し、残りは未変態のオーステナイトとなる。そこから再加熱し、めっき・合金化処理後、室温まで冷却することで、マルテンサイトは焼戻しマルテンサイトとなり、未変態オーステナイトは残留オーステナイトまたはマルテンサイトとなる。焼鈍からの冷却到達温度が低いほど、冷却中に生成するマルテンサイト量が増加し、未変態オーステナイト量が減少するため、冷却到達温度の制御により、最終的なマルテンサイトおよび残留オーステナイトと焼戻しマルテンサイトの面積率が決定される。
【００５４】
冷却到達温度が３５０℃より高い温度では、冷却停止時のマルテンサイト変態が不十分で未変態オーステナイト量が多くなり、最終的なマルテンサイトまたは残留オーステナイトが過剰に生成し、穴拡げ性を低下させる。また、冷却到達温度が１５０℃より低くなると、冷却中にオーステナイトがほとんどマルテンサイトに変態し未変態オーステナイト量が減少し、３％以上の残留オーステナイトが得られない。従って冷却到達温度は１５０〜３５０℃の範囲とする。冷却の方法については、目標の冷却速度と冷却停止温度が達成できれば、ガスジェット冷却、ミスト冷却、水冷、メタルクエンチ等のいかなる冷却方法を用いても良い。
【００５５】
３５０〜６００℃まで加熱し１０〜６００秒保持
１５０〜３５０℃の温度範囲までの冷却後、３５０〜６００℃の温度範囲で１０秒以上保持することで、前記冷却時に生成したマルテンサイトが焼戻され焼戻しマルテンサイトとなることで、穴拡げ性が向上し、さらに前記冷却時にマルテンサイトに変態しなかった未変態オーステナイトが安定化され、最終的に３％以上の残留オーステナイトが得られ、延性が向上する。
【００５６】
再加熱保持による未変態オーステナイトの安定化のメカニズムについて詳細は不明であるが、過飽和にＣが固溶したマルテンサイトから未変態オーステナイトにＣが拡散して未変態オーステナイトへのＣの濃化が進み、オーステナイトが安定化されるものと考えられる。その際、マルテンサイト中のセメンタイトの析出がＣの拡散よりも早く進行すると未変態オーステナイトへのＣの濃化が不十分となるため、セメンタイト析出を遅延させることが重要であり、そのために０．３％以上のＳｉ添加が必要となる。
【００５７】
再加熱温度が３５０℃未満ではマルテンサイトの焼戻しおよびオーステナイトの安定化が不十分となり穴拡げ性および延性が低下する。また再加熱温度が６００℃を超えると、冷却停止時の未変態オーステナイトがパーライトに変態し、最終的に３％以上残留オーステナイトが得られなくなる。従って、加熱温度は３５０〜６００℃とする。
【００５８】
保持時間が１０秒未満ではオーステナイトの安定化が不十分となり、また６００秒を超えると冷却停止時の未変態オーステナイトがベイナイトに変態し、最終的に３％以上の残留オーステナイトが得られなくなる。従って、再加熱温度は３５０〜６００℃の範囲とし、その温度域での保持時間は１０〜６００秒とする。
【００５９】
なお、焼鈍後の鋼板には、形状矯正、表面粗度等の調整のため調質圧延を加えてもよい。また、樹脂あるいは油脂コーティング、各種塗装等の処理を施しても何ら不都合はない。
【実施例１】
【００６０】
表１に示す成分組成を有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなる鋼を転炉にて溶製し、連続鋳造法にて鋳片とした。得られた鋳片を板厚３．０ｍｍまで熱間圧延した。熱間圧延の条件は仕上げ温度９００℃、圧延後の冷却速度１０℃／ｓ、巻取り温度６００℃で行った。次いで、熱延鋼板を酸洗した後、板厚１．２ｍｍまで冷間圧延し、冷延鋼板を製造した。
【００６１】
次いで、これら冷延鋼板に、連続焼鈍ラインにて、表２に示す条件で焼鈍処理を施した。
得られた鋼板の断面ミクロ組織、引張特性および穴拡げ性について調査を行い、その結果を表３に示した。
【００６２】
【表１】
【００６３】
【表２】
【００６４】
【表３】
【００６５】
鋼板の断面ミクロ組織は３％ナイタール溶液（３％硝酸+エタノール）で組織を現出し、走査型電子顕微鏡で深さ方向板厚１／４位置を観察して、撮影した組織写真を用いて、画像解析処理を行ない、フェライト相の分率を定量化した（なお、画像解析処理は市販の画像処理ソフトを用いることができる）。マルテンサイト面積率、焼戻しマルテンサイト面積率は、組織の細かさに応じて１０００〜３０００倍の適切な倍率のＳＥＭ写真を撮影し、画像処理ソフトで定量化した。低温変態相の平均粒径は、観察した視野の低温変態相の面積を低温変態相の個数で割り、平均面積を求め、その１／２乗を平均粒径とした。
【００６６】
残留オーステナイトの体積率は、鋼板を板厚方向の１／４面まで研磨し、この板厚１／４面の回折Ｘ線強度により求めた。入射Ｘ線にはＭｏＫα線を使用し、残留オーステナイト相の｛１１１｝、｛２００｝、｛２２０｝、｛３１１｝面とフェライト相の｛１１０｝、｛２００｝、｛２１１｝面のピークの積分強度の全ての組み合わせについて強度比を求め、これらの平均値を残留オーステナイトの体積率とした。
【００６７】
また、引張特性は、引張方向が鋼板の圧延方向と直角方向となるようサンプル採取したＪＩＳ５号試験片を用いて、ＪＩＳＺ２２４１に準拠した引張試験を行ない、ＴＳ（引張強さ）、ＥＬ（伸び）を測定し、強度と伸びの積（ＴＳ×ＥＬ）で表される強度ー伸びバランスの値を求めた。
【００６８】
さらに、伸びフランジ性を評価する指標として、穴拡げ率λを測定した。穴拡げ率λは日本鉄鋼連盟規格ＪＦＳＴ１００１に準じた穴拡げ試験を行ない、打ち抜き時の穴の初期径（１０ｍｍφ）と、これを穴拡げ加工を行なった際に穴縁の亀裂が板厚を貫通した時点の穴の径との比から求めた。
【００６９】
衝撃吸収特性は、鋼板の圧延方向と直角方向から採取した平行部の幅５ｍｍ、長さ７ｍｍの試験片を用い、歪速度２０００／ｓで引張試験を行って採取した応力-真歪曲線を歪量０〜１０％の範囲で積分することにより、吸収エネルギーを算出して評価した（鉄と鋼、８３（１９９７）ｐ７４８参照）。
【００７０】
本発明例の鋼板はＴＳ×ＥＬが２２０００ＭＰａ・％以上、λが７０％以上の優れた強度、延性および伸びフランジ性を示す。
【００７１】
これに対し本発明の範囲をはずれる比較例の鋼板はＴＳ×ＥＬが２２０００ＭＰａ・％未満および（または）λが７０％未満となり、本発明例の鋼板のような優れた強度、延性および伸びフランジ性が得られない。さらに、低温変態相の平均粒径を３μｍ以下とすることで吸収エネルギーとＴＳとの比（ＡＥ／ＴＳ）が０．０６３以上の優れた耐衝撃特性が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、加工性および耐衝撃性に優れた高強度冷延鋼板として自動車の軽量化、低燃費化に貢献することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０５〜０．３％、Ｓｉ：０．３〜２．５％、Ｍｎ：０．５〜３．５％、Ｐ：０．００３〜０．１００％、Ｓ：０．０２％以下、Ａｌ：０．０１０〜０．５％を含み、残部が鉄および不可避的不純物からなり、かつ、面積率でフェライトを２０％以上、焼戻しマルテンサイトを１０〜６０％、マルテンサイトを０〜１０％、体積率で残留オーステナイトを３〜１５％含む組織を有する加工性および耐衝撃性に優れた高強度冷延鋼板。
【請求項２】
前記マルテンサイト、焼戻しマルテンサイト、残留オーステナイトからなる低温変態相の平均結晶粒径が３μｍ以下の組織を有する請求項１記載の加工性および耐衝撃性に優れた高強度冷延鋼板。
【請求項３】
更に、質量%で、Ｃｒ：０．００５〜２．００％、Ｍｏ：０．００５〜２．００％、Ｖ：０．００５〜２．００％、Ｎｉ：０．００５〜２．００％、Ｃｕ：０．００５〜２．００％の中から選ばれる1種または２種以上の元素を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の加工性および耐衝撃性に優れた高強度冷延鋼板。
【請求項４】
更に、質量%で、Ｔｉ：０．０１〜０．２０％、Ｎｂ：０．０１〜０．２０％の中から選ばれる1種または２種の元素を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の加工性および耐衝撃性に優れた高強度冷延鋼板。
【請求項５】
更に、質量％で、Ｂ：０．０００２〜０．００５％を含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の加工性および耐衝撃性に優れた高強度冷延鋼板。
【請求項６】
更に、質量%で、Ｃａ：０．００１〜０．００５％、ＲＥＭ：０．００１〜０．００５％の中から選ばれる1種または2種の元素を含有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の加工性および耐衝撃性に優れた高強度冷延鋼板。
【請求項７】
請求項1〜６のいずれかに記載の成分を有するスラブに熱間圧延および冷間圧延を施して製造した冷延鋼板に連続焼鈍を施すに際し、７５０℃以上の温度で１０秒以上保持した後、７５０℃から平均１０℃／ｓ以上の冷却速度で１５０〜３５０℃の温度域まで冷却した後、３５０〜６００℃まで加熱し１０〜６００秒保持した後、室温まで冷却することを特徴とする加工性および耐衝撃性に優れた高強度冷延鋼板の製造方法。
【請求項８】
５００℃〜Ａｃ１変態点における平均加熱速度を１０℃／ｓ以上で昇温することを特徴とする請求項７に記載の加工性および耐衝撃性に優れた高強度冷延鋼板の製造方法。
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０５〜０．３％、Ｓｉ：０．３〜２．５％、Ｍｎ：０．５〜３．５％、Ｐ：０．００３〜０．１００％、Ｓ：０．０２％以下、Ａｌ：０．０１０〜０．５％を含み、残部が鉄および不可避的不純物からなり、かつ、面積率でフェライトを２０％以上、焼戻しマルテンサイトを１０〜６０％、マルテンサイトを０〜１０％、体積率で残留オーステナイトを３〜１５％含む組織を有する加工性および耐衝撃性に優れた高強度冷延鋼板。
【請求項２】
前記マルテンサイト、焼戻しマルテンサイト、残留オーステナイトからなる低温変態相の平均結晶粒径が３μｍ以下の組織を有する請求項１記載の加工性および耐衝撃性に優れた高強度冷延鋼板。
【請求項３】
更に、質量%で、Ｃｒ：０．００５〜２．００％、Ｍｏ：０．００５〜２．００％、Ｖ：０．００５〜２．００％、Ｎｉ：０．００５〜２．００％、Ｃｕ：０．００５〜２．００％の中から選ばれる1種または２種以上の元素を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の加工性および耐衝撃性に優れた高強度冷延鋼板。
【請求項４】
更に、質量%で、Ｔｉ：０．０１〜０．２０％、Ｎｂ：０．０１〜０．２０％の中から選ばれる1種または２種の元素を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の加工性および耐衝撃性に優れた高強度冷延鋼板。
【請求項５】
更に、質量％で、Ｂ：０．０００２〜０．００５％を含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の加工性および耐衝撃性に優れた高強度冷延鋼板。
【請求項６】
更に、質量%で、Ｃａ：０．００１〜０．００５％、ＲＥＭ：０．００１〜０．００５％の中から選ばれる1種または2種の元素を含有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の加工性および耐衝撃性に優れた高強度冷延鋼板。
【請求項７】
請求項1〜６のいずれかに記載の成分を有するスラブに熱間圧延および冷間圧延を施して製造した冷延鋼板に連続焼鈍を施すに際し、７５０℃以上の温度で１０秒以上保持した後、７５０℃から平均１０℃／ｓ以上の冷却速度で１５０〜３５０℃の温度域まで冷却した後、３５０〜６００℃まで加熱し１０〜６００秒保持した後、室温まで冷却することを特徴とする加工性および耐衝撃性に優れた高強度冷延鋼板の製造方法。
【請求項８】
５００℃〜Ａｃ１変態点における平均加熱速度を１０℃／ｓ以上で昇温することを特徴とする請求項７に記載の加工性および耐衝撃性に優れた高強度冷延鋼板の製造方法。
【公開番号】特開２０１０−１９６１１５（Ｐ２０１０−１９６１１５Ａ）
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４２２０８（Ｐ２００９−４２２０８）
【出願日】平成２１年２月２５日（２００９．２．２５）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２５日（２００９．２．２５）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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