説明

成形性に優れた高強度鋼板、温間加工方法、および温間加工された自動車部品

【課題】980MPa級以上の強度を確保しつつ、伸びと深絞り性を兼備する高強度鋼板を提供する。
【解決手段】質量%で、C:0.05〜0.3%、Si:1〜3%、Mn:0.5〜3%、P:0.1%以下(0%を含む)、S :0.01%以下(0%を含む)、Al:0.001〜0.1%、N :0.002〜0.03%を含み、残部が鉄および不純物からなる成分組成を有し、全組織に対する面積率で、ベイニティック・フェライト:50〜90%、残留オーステナイト(γ):5〜20%、マルテンサイト+上記γ:10〜50%、フェライト:40%以下(0%を含む)を含む組織を有し、上記γは、そのC濃度(Cγ)が0.5〜1.2質量%、その平均円相当直径が0.2〜2μm、その平均アスペクト比(最大径/最小径)が3.0未満を満足するものである高強度鋼板。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、成形性に優れた高強度鋼板およびそれを用いた温間加工方法、ならびに温間加工された自動車部品に関する。なお、本発明の高強度鋼板としては、冷延鋼板、溶融亜鉛めっき鋼板、および、合金化溶融亜鉛めっき鋼板が含まれる。
【背景技術】
【0002】
自動車用骨格部品に供される薄鋼板は衝突安全性と燃費改善を実現するため、高強度化が求められている。そのため、鋼板強度を980MPa級以上に高強度化しつつも、プレス成形性を確保することが要求されている。980MPa級以上の高強度鋼板において、高強度化と成形性確保を両立させるにはTRIP効果を活用した鋼を用いることが有効であることが知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
上記特許文献1には、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、残留オーステナイト(γR)を面積率で3%以上含有する高強度鋼板が開示されている。しかしながら、この高強度鋼板は、室温での引張強度980MPa以上で伸びが20%に達しておらず、さらなる機械的特性(以下、単に「特性」ともいう。)の改善が求められる。
【0004】
一方、TRIP鋼板は、短軸引張の伸びで代表される延性以上に、深絞り性で特に優位性を持つことが知られている(例えば、非特許文献1、特許文献2参照)。すなわち、一般に鋼板の深絞り性はr値が支配すると考えられているが、TRIP鋼板の場合には深絞りの縦壁部はTRIP効果発現により延性が改善される一方、縮フランジ部は逆にTRIP現象が抑制されることで硬化されにくく、材料の流入が容易になり深絞り性が改善することが知られている。
【0005】
しかしながら、上記知見は780MPa級以下のTRIP鋼板には適用できるものの、980MPa級以上のTRIP鋼板にはそのまま適用できない。
【0006】
そのため、自動車部品において最も重要な成形性の指標のひとつである深絞り性の改善は、980MPa級以上の超高強度鋼板を用いる際の重要なポイントとなる。
【0007】
一方、冷間での成形ではTRIP鋼板でも成形性に限界があることから、一層の伸び改善のため、100〜400℃で温間加工することでTRIP効果をさらに有効に発現させて伸びを高める技術が提案されている(非特許文献2、特許文献3参照)。
【0008】
上記特許文献3の表2に示すように、ベイニティック・フェライト主体の組織に炭素濃度1質量%以上のγRを存在させることで、200℃付近での伸びを1200MPa級で23%まで改善できている。しかしながら、これらの鋼板は、炭素濃度を1質量%以上としてγRを安定化させすぎているため、200℃付近のようにγRの安定性がさらに高まる条件下では、TRIP効果の発現が不十分になると考えられる。さらに、同表に示すように、これらの鋼板には、アスペクト比が大きな細長いγRが多く含まれているため、深絞り成形性については、その評価はなされていないものの、不十分と想定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】特開2003−19319号公報
【特許文献2】WO95/29268号パンフレット
【特許文献3】特開2004−190050号公報
【非特許文献】
【0010】
【非特許文献1】高橋学,「自動車用高強度鋼板の開発」,新日鉄技報,2003年,第378号,p.2−6
【非特許文献2】杉本公一,宋星武,坂口淳也,長坂明彦,鹿島高弘,「超高強度低合金TRIP型ベイニティックフェライト鋼板の温間成形性」,鉄と鋼,2005年,第91巻、第2号,p.34−40
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
本発明は上記事情に着目してなされたものであり、その目的は、980MPa級以上の強度を確保しつつ、伸びと深絞り性を兼備する高強度鋼板およびそれを用いた温間加工方法、ならびにその方法で温間加工された自動車部品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0012】
請求項1に記載の発明は、
質量%で(以下、化学成分について同じ。)、
C :0.05〜0.3%、
Si:1〜3%、
Mn:0.5〜3%、
P :0.1%以下(0%を含む)、
S :0.01%以下(0%を含む)、
Al:0.001〜0.1%、
N :0.002〜0.03%
を含み、残部が鉄および不純物からなる成分組成を有し、
全組織に対する面積率で(以下、組織について同じ。)、
ベイニティック・フェライト:50〜90%、
残留オーステナイト:5〜20%、
マルテンサイト+上記残留オーステナイト:10〜50%、
フェライト:40%以下(0%を含む)
を含む組織を有し、
上記残留オーステナイトは、そのC濃度(Cγ)が0.5〜1.2質量%、その平均円相当直径が0.2〜2μm、その平均アスペクト比(最大径/最小径)が3.0未満を満足するものである
ことを特徴とする成形性に優れた高強度鋼板である。
【0013】
請求項2に記載の発明は、
成分組成が、さらに、
Cr:0.01〜3%
Mo:0.01〜1%、
Cu:0.01〜2%、
Ni:0.01〜2%、
B :0.00001〜0.01%の1種または2種以上
を含むものである請求項1に記載の成形性に優れた高強度鋼板である。
【0014】
請求項3に記載の発明は、
成分組成が、さらに、
Ca :0.0005〜0.01%、
Mg :0.0005〜0.01%、
REM:0.0001〜0.01%の1種または2種以上
を含むものである請求項1または2に記載の成形性に優れた高強度鋼板である。
【0015】
請求項4に記載の発明は、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の高強度鋼板を、200〜400℃に加熱後、3600s以内に加工することを特徴とする高強度鋼板の温間加工方法である。
【0016】
請求項5に記載の発明は、
請求項4に記載の方法で加工された自動車部品であって、加工時に加えられた真ひずみが0.05以上の領域と0.05未満の領域とが混在し、上記真ひずみが最大の部位と最小の部位との間での降伏応力の差異が200MPa以下であることを特徴とする自動車部品である。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、全組織に対する面積率で、ベイニティック・フェライト:50〜90%、残留オーステナイト:5〜20%、マルテンサイト+上記残留オーステナイト:10〜50%、フェライト:40%以下(0%を含む)を含む組織を有し、上記残留オーステナイトは、そのC濃度(Cγ)が0.5〜1.2質量%、その平均円相当直径が0.2〜2μm、その平均アスペクト比(最大径/最小径)が3.0未満を満足するものとすることで、980MPa級以上の強度を確保しつつ、伸びと深絞り性を兼備する高強度鋼板、およびそれを用いた温間加工方法、ならびにその方法で温間加工された自動車部品を提供できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本発明鋼板および比較鋼板の断面組織写真である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
上述したように、本発明者らは、上記従来技術と同様の、転位密度の高い下部組織(マトリックス)を有するベイニティック・フェライトと残留オーステナイト(γR)を含有するTRIP鋼板に着目し、強度を確保しつつ、伸びと深絞り性を一層向上させるべく、さらに検討を重ねてきた。
その結果、(1)組織中にマルテンサイトを一部導入することで、強度を確保したうえで、(2)炭素濃度0.5〜1.2質量%のγRを面積率で5%以上含有させることで、TRIP効果により伸びを高め、(3)さらに、γRの形態を平均円相当直径で0.2〜2μm、アスペクト比で3.0未満とすることで、加工誘起マルテンサイト変態時にγRの周囲に与える歪量を大きくすることにより、縮フランジ成形のような圧縮が加わる際の加工誘起マルテンサイトへの変態の進行を抑制する効果を大きくすることによって、縦壁部の延性確保と、フランジ部からの材料の流入を促進することにより、深絞り性を高めることができることを見出し、該知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【0020】
以下、まず本発明鋼板を特徴づける組織について説明する。
【0021】
〔本発明鋼板の組織〕
上述したとおり、本発明鋼板は、上記従来技術と同じくTRIP鋼の組織をベースとするものであるが、特に、マルテンサイトを所定量含有するとともに、炭素濃度0.5〜1.2質量%のγRを面積率で5%以上含有し、さらに、γRの形態が平均円相当直径で0.2〜2μm、アスペクト比で3.0未満に制御されている点で、上記従来技術と相違している。
【0022】
<ベイニティック・フェライト:50〜90%>
本発明における「ベイニティック・フェライト」とは、ベイナイト組織が転位密度の高いラス状組織を持った下部組織を有しており、組織内に炭化物を有していない点で、ベイナイト組織とは明らかに異なり、また、転位密度がないかあるいは極めて少ない下部組織を有するポリゴナル・フェライト組織、あるいは細かいサブグレイン等の下部組織を持った準ポリゴナル・フェライト組織とも異なっている(日本鉄鋼協会 基礎研究会 発行「鋼のベイナイト写真集−1」参照)。
【0023】
このように本発明鋼板の組織は、均一微細で延性に富み、かつ、転位密度が高く強度が高いベイニティック・フェライトを母相とすることで強度と成形性のバランスを高めることができる。
【0024】
本発明鋼板では、上記ベイニティック・フェライト組織の量は、全組織に対して面積率で50〜90%(好ましくは60〜90%、より好ましくは70〜90%)であることが必要である。これにより、上記ベイニティック・フェライト組織による効果が有効に発揮されるからである。なお、上記ベイニティック・フェライト組織の量は、γRとのバランスによって定められるものであり、所望の特性を発揮し得るよう、適切に制御することが推奨される。
【0025】
<残留オーステナイト(γ)を全組織に対して面積率で5〜20%含有>
γRは全伸びの向上に有用であり、このような作用を有効に発揮させるためには、全組織に対して面積率で5%以上(好ましくは10%以上、より好ましくは15%以上)存在することが必要である。一方、多量に存在すると伸びフランジ性が劣化しすぎるので、上限を20%に定めた。
【0026】
<マルテンサイト+上記残留オーステナイト(γ):10〜50%>
強度確保のため、組織中にマルテンサイトを一部導入するが、マルテンサイトの量が多くなりすぎると成形性が確保できなくなるので、全組織に対してマルテンサイト+γの合計面積率で10%以上(好ましくは12%以上、より好ましくは16%以上)50%以下に制限した。
【0027】
<フェライト:40%以下(0%を含む)>
フェライトは軟質相であり、延性を高めるのには有効であるため、強度が保証できる面積率40%以下の範囲で導入してもよい。好ましくは30%以下である。
【0028】
<残留オーステナイト(γ)のC濃度(Cγ):0.5〜1.2質量%>
Cγは、加工時にγRがマルテンサイトに変態する安定度に影響する指標である。CγRが低すぎると、γRが不安定なため、応力付与後、塑性変形する前に加工誘起マルテンサイト変態が起るため、張り出し成形性が得られなくなる。一方、CγRが高すぎると、γRが安定になりすぎて、加工を加えても加工誘起マルテンサイト変態が起らないため、やはり張り出し成形性が得られなくなる。十分な張り出し成形性を得るためには、Cγは0.5〜1.2質量%とする必要がある。好ましくは0.6〜1.1質量%である。
【0029】
<残留オーステナイト(γ)の平均円相当直径:0.2〜2μm、平均アスペクト比(最大径/最小径):3.0未満>
γを粗大化し、かつ、その形状を等軸状に近づけることで、縮フランジ変形時におけるマルテンサイト変態の抑制効果を大きくし、深絞り性を高めるためである。また、γを粗大かつ等軸状にして、室温ではやや不安定なγとしておくことで、300℃近辺での温間成形時に適正な安定性が得られるγの比率を大きくしておくことで、温間成形時における伸びと深絞り性をともに高めることができる。
【0030】
上記γの粗大化による効果を有効に発揮させるためには、γの平均円相当直径は0.2μm以上とする必要があるが、粗大化しすぎるとγの粒子数が少なくなりすぎで、上記縮フランジ変形時におけるマルテンサイト変態の抑制効果
が得られなくなるので、上限を2μmとする。
【0031】
また、上記γを等軸状にすることによる効果を有効に発揮させるためには、γの平均アスペクト比(最大径/最小径)を3.0未満にする必要がある。
【0032】
<その他:ベイナイト(0%を含む)>
本発明の鋼板は、上記組織のみ(マルテンサイトおよび/またはベイニティック・フェライト、ポリゴナル・フェライトならびにγRの混合組織)からなっていてもよいが、本発明の作用を損なわない範囲で、他の異種組織として、ベイナイトを有していてもよい。この組織は本発明鋼板の製造過程で必然的に残存し得るものであるが、少なければ少ない程よく、全組織に対して面積率で5%以下、より好ましくは3%以下に制御することが推奨される。
【0033】
〔各相の面積率、γのC濃度(Cγ)、ならびに、γの平均円相当直径およびアスペクト比の各測定方法〕
ここで、各相の面積率、γのC濃度(Cγ)、ならびに、γの平均円相当直径およびアスペクト比の各測定方法について説明する。
【0034】
鋼板中組織の面積率は、鋼板をレペラー腐食し、光学顕微鏡観察(倍率1000倍)により、例えば白い領域を「マルテンサイト+残留オーステナイト(γ)」と定義して、組織の面積率を測定した。
【0035】
なお、γRの面積率およびγRのC濃度(Cγ)は、鋼板の1/4の厚さまで研削した後、化学研磨してからX線回折法により測定した(ISIJ Int.Vol.33,(1933),No.7,p.776)。また、フェライトの面積率は、鋼板をナイタール腐食し、光学顕微鏡観察(倍率400倍)により、円相当直径5μm以上の塊状の白い領域をフェライトと同定して面積率を求めた。さらにパーライト等のその他組織の面積率を光学顕微鏡観察(倍率1000倍)にて同定した後、「マルテンサイト+残留オーステナイト(γ)」および「フェライト」および「その他組織」以外の部分をベイニティック・フェライトとして、面積率を算出した。
【0036】
γの平均円相当直径は、EBSP(Electron Back Scatter diffraction Pattern)により30μm×30μm以上の領域を0.2μmステップでγ相の分布状況を測定し、γ相同士が連結した部分を1つのγ粒として測定した面積を円相当直径に換算し、各ガンマ粒の円相当直径を算術平均することにより求めた。また、γの平均アスペクト比は、上記各γ粒について、最大フェレ径、最小フェレ径を測定し、その比(最大径/最小径)をアスペクト比と定義し、各γ粒のアスペクト比を算術平均して求めた。
【0037】
次に、本発明鋼板を構成する成分組成について説明する。以下、化学成分の単位はすべて質量%である。
【0038】
〔本発明鋼板の成分組成〕
C:0.05〜0.3%
Cは、高強度を確保しつつ、所望の主要組織(ベイニティック・フェライト+マルテンサイト+γR)を得るために必須の元素であり、このような作用を有効に発揮させるためには0.05%以上(好ましくは0.10%以上、より好ましくは0.15%以上)添加する必要がある。ただし、0.3%超では溶接に適さない。
【0039】
Si:1〜3%
Siは、γRが分解して炭化物が生成するのを有効に抑制する元素である。特にSiは、固溶強化元素としても有用である。このような作用を有効に発揮させるためには、Siを1%以上添加する必要がある。好ましくは1.1%以上、より好ましくは1.2%以上である。ただし、Siを3%を超えて添加すると、ベイニティック・フェライト+マルテンサイト組織の生成が阻害される他、熱間変形抵抗が高くなって溶接部の脆化を起こしやすくなり、さらには鋼板の表面性状にも悪影響を及ぼすので、その上限を3%とする。好ましくは2.5%以下、より好ましくは2%以下である。
【0040】
Mn:0.5〜3%
Mnは、固溶強化元素として有効に作用する他、変態を促進してベイニティック・フェライト+マルテンサイト組織の生成を促進する作用も発揮する。さらにはγを安定化し、所望のγRを得るために必要な元素である。このような作用を有効に発揮させるためには、0.5%以上添加することが必要である。好ましくは0.7%以上、より好ましくは1%以上である。ただし、3%を超えて添加すると、鋳片割れが生じる等の悪影響が見られる。好ましくは2.5%以下、より好ましくは2%以下である。
【0041】
P :0.1%以下(0%を含む)
Pは不純物元素として不可避的に存在するが、所望のγRを確保するために添加してもよい元素である。ただし、0.1%を超えて添加すると二次加工性が劣化する。より好ましくは0.03%以下である。
【0042】
S :0.01%以下(0%を含む)
Sも不純物元素として不可避的に存在し、MnS等の硫化物系介在物を形成し、割れの起点となって加工性を劣化させる元素である。好ましくは0.01%以下、より好ましくは0.005%以下である。
【0043】
Al:0.001〜0.1%
Alは、脱酸剤として添加されるとともに、上記Siと相俟って、γRが分解して炭化物が生成するのを有効に抑制する元素である。このような作用を有効に発揮させるためには、Alを0.001%以上添加する必要がある。ただし、過剰に添加しても効果が飽和し経済的に無駄であるので、その上限を0.1%とする。
【0044】
N:0.002〜0.03%
Nは、不可避的に存在する元素であるが、AlやNbなどの炭窒化物形成元素と結びつくことで析出物を形成し、強度向上や組織の微細化に寄与する。N含有量が少なすぎるとオーステナイト粒が粗大化し、その結果、伸長したラス状組織が主体になるためγのアスペクト比が大きくなる。一方、N含有量が多すぎると、本発明の材料のような低炭素鋼では鋳造が困難になるため、製造自体ができなくなる。
【0045】
本発明の鋼は上記成分を基本的に含有し、残部が実質的に鉄および不可避的不純物であるが、その他、本発明の作用を損なわない範囲で、以下の許容成分を添加することができる。
【0046】
Cr:0.01〜3%
Mo:0.01〜1%、
Cu:0.01〜2%、
Ni:0.01〜2%、
B :0.00001〜0.01%の1種または2種以上
これらの元素は、鋼の強化元素として有用であるとともに、γRの安定化や所定量の確保に有効な元素である。このような作用を有効に発揮させるためには、Mo:0.01%以上(より好ましくは0.02%以上)、Cu:0.01%以上(より好ましくは0.1%以上)、Ni:0.01%以上(より好ましくは0.1%以上)、B:0.00001%以上(より好ましくは0.0002%以上)を、それぞれ添加することが推奨される。ただし、Crは3%、Moは1%、CuおよびNiはそれぞれ2%、Bは0.01%を超えて添加しても上記効果が飽和してしまい、経済的に無駄である。より好ましくはCr:2.0%以下、Mo:0.8%以下、Cu:1.0%以下、Ni:1.0%以下、B:0.0030%以下である。
【0047】
Ca :0.0005〜0.01%、
Mg :0.0005〜0.01%、
REM:0.0001〜0.01%の1種または2種以上
これらの元素は、鋼中硫化物の形態を制御し、加工性向上に有効な元素である。ここで、本発明に用いられるREM(希土類元素)としては、Sc、Y、ランタノイド等が挙げられる。上記作用を有効に発揮させるためには、CaおよびMgはそれぞれ0.0005%以上(より好ましくは0.0001%以上)、REMは0.0001%以上(より好ましくは0.0002%以上)添加することが推奨される。ただし、CaおよびMgはそれぞれ0.01%、REMは0.01%を超えて添加しても上記効果が飽和してしまい、経済的に無駄である。より好ましくはCaおよびMgは0.003%以下、REMは0.006%以下である。
【0048】
〔温間加工方法〕
上記本発明鋼板は、常温下にても伸びおよび深絞り性に優れているので、部品への成形に当たり冷間加工してもよいが、200〜400℃の間の適正な温度に加熱した後、3600s以内(より好ましくは1200s以内)に加工するのが特に推奨される。
【0049】
γRの安定度が最適になる温度条件下で、γRの分解が起る前に加工することにより、伸びおよび深絞り性を最大化させることができる。
【0050】
〔自動車部品〕
上記温間加工方法で加工された自動車部品は、伸びおよび深絞り性に優れるものであるが、特に、上記温間加工時に加えられた真ひずみが0.05以上の領域と0.05未満の領域とが混在し、上記真ひずみが最大の部位と最小の部位との間での降伏応力の差異が200MPa以下であるものが推奨される。
【0051】
γRを含む鋼板は一般に低降伏比であり、かつ、低ひずみ域での加工硬化率が高い。 そのため、付与するひずみ量が小さい領域での、ひずみ付与後の強度、特に降伏応力のひずみ量依存性が 非常に大きくなる。プレス加工により部品を成形する場合、部位により加わるひずみ量が異なり、部分的には殆どひずみが加わらないような領域も存在する。このため、部品内において加工の加わる領域と加工の加わらない領域とで大きな強度差が生じ、部品内に強度分布が形成されることがある。このような強度分布が存在する場合、強度の低い領域が降伏することで変形や座屈が起こるため、部品強度としては最も強度の低い部分が律速することとなる。
【0052】
γRを含む鋼で降伏応力が低い原因は、γRを導入する際に、同時に形成されるマルテンサイトが、変態時に周囲の母相中に可動転位を導入するためと考えられる。したがって、加工量の少ない領域でもこの転位の移動を防止すれば、降伏応力が向上でき、部品強度を高められる。可動転位の移動を抑制するには、素材を加熱して可動転位をなくしたり、固溶炭素などのひずみ時効で止めたりすることが有効であり、そうすることで降伏応力を高めることができる。
【0053】
そのため、γRを含む鋼板を200〜400℃の間の適正温度に加熱してプレス成形(温間加工)すると、ひずみの小さい部分でも降伏強度が高くなって、部品中の強度分布が小さくなることで部品強度を向上させることができることとなる。
【0054】
具体的には、上記プレス成形(温間加工)時に加えられた真ひずみが0.05以上の領域と0.05未満の領域とが混在するような低ひずみ域を有する部品であっても、上記真ひずみが最大の部位と最小の部位との間での降伏応力の差異が200MPa以下である部品は、部品中の強度分布が小さく部品強度が高くなるため、自動車部品としてより好適なものとなる。
【0055】
次に、上記本発明鋼板を得るための好ましい製造方法を以下に説明する。
【0056】
〔本発明鋼板の好ましい製造方法〕
本発明鋼板は、上記成分組成を満足する鋼材を、熱間圧延し、ついで冷間圧延した後、熱処理を行って製造するが、γRのサイズを大きくするためには、初期組織を粗大にしておく必要がある。
【0057】
[熱間圧延条件]
そのため、熱間圧延の仕上げ温度(圧延終了温度、FDT)を900〜1000℃、巻取り温度を600〜700℃と従来より高めの温度とすることで、熱延材の組織を従来より粗大にしておくことにより、その後の熱処理プロセスで形成される組織が粗大になり、結果的にγRのサイズも大きくなる。
【0058】
[冷間圧延条件]
また、冷間圧延の際の冷延率を10〜30%(より好ましくは10〜20%)と小さくすることで、その後の焼鈍工程での加熱時における再結晶組織を粗くし、さらに冷却時における逆変態組織が粗くなるようにする。
【0059】
[熱処理条件]
熱処理条件については、オーステナイト化するため(γ+α)2相域またはγ単相域のいずれかの温度域で均熱し、所定の冷却速度で急冷して過冷した後、その過冷温度で所定時間保持してオーステンパ処理することで所望の組織を得ることができる。なお、所望の組織を著しく分解させることなく、本発明の作用を損なわない範囲で、めっき、さらには合金化処理してもよい。
【0060】
そこで、具体的な熱処理条件として、(1)冷延鋼板を連続焼鈍ラインで製造する場合、(2)溶融亜鉛めっき鋼板(GI鋼板)を溶融亜鉛めっきラインで製造する場合、および、(3)合金化溶融亜鉛めっき鋼板(GA鋼板)を溶融亜鉛めっきラインで製造する場合、のそれぞれに分けて説明する。
【0061】
(1)冷延鋼板を連続焼鈍ラインで製造する場合
上記冷間圧延後の冷延材を、オーステナイト化するため、(γ+α)2相域またはγ単相域である、0.6Ac1+0.4Ac3以上(好ましくは0.5Ac1+0.5Ac3以上)950℃以下(930℃以下)の温度域で1800s以下(好ましくは900s以下)の時間保持した後、3℃/s以上(好ましくは5℃/s以上、より好ましくは10℃/s以上、特に好ましくは20℃/s以上)の平均冷却速度で、350〜500℃(好ましくは360〜460℃、さらに好ましくは380〜420℃)の温度域まで急冷して過冷し、この急冷停止温度(過冷温度)で100〜1800s(好ましくは200〜800s)の時間保持してオーステンパ処理した後、常温まで冷却する。
【0062】
(2)溶融亜鉛めっき鋼板(GI鋼板)を溶融亜鉛めっきラインで製造する場合
上記冷間圧延後の冷延材を、オーステナイト化するため、(γ+α)2相域またはγ単相域である、0.6Ac1+0.4Ac3以上(好ましくは0.5Ac1+0.5Ac3以上)950℃以下(930℃以下)の温度域で1800s以下(好ましくは900s以下)の時間保持した後、3℃/s以上(好ましくは5℃/s以上、より好ましくは10℃/s以上、特に好ましくは20℃/s以上)の平均冷却速度で、350〜500℃(好ましくは360〜460℃、さらに好ましくは380〜420℃)の温度域まで急冷して過冷し(ここまで上記(1)の場合と同じ熱処理条件である。)、この急冷停止温度(過冷温度)で10〜100s(好ましくは20〜60s)の時間保持してオーステンパ処理した後、常温まで冷却する。
【0063】
(3)合金化溶融亜鉛めっき鋼板(GA鋼板)を溶融亜鉛めっきラインで製造する場合
上記冷間圧延後の冷延材を、オーステナイト化するため、(γ+α)2相域またはγ単相域である、0.6Ac1+0.4Ac3以上(好ましくは0.5Ac1+0.5Ac3以上)950℃以下(930℃以下)の温度域で1800s以下(好ましくは900s以下)の時間保持した後、3℃/s以上(好ましくは5℃/s以上、より好ましくは10℃/s以上、特に好ましくは20℃/s以上)の平均冷却速度で、350〜500℃(好ましくは360〜460℃、さらに好ましくは380〜420℃)の温度域まで急冷して過冷し(ここまで上記(1)の場合と同じ熱処理条件である。)、この急冷停止温度(過冷温度)で10〜100s(好ましくは20〜60s)の時間保持してオーステンパ処理した後(ここまで上記(2)の場合と同じ熱処理条件である。)、480〜600℃(好ましくは480〜550℃)の温度域で1〜100sの時間再加熱して合金化処理した後、常温まで冷却する。
【0064】
上記のように熱間圧延および冷間圧延の条件を調整することにより組織の粗大化を図る他にも、熱間圧延および冷間圧延の条件は従来と同様にしておきつつ、連続焼鈍等の熱処理の前に、その前処理として500℃〜A1点以下の温度域で1〜30hの時間保持して組織を粗大化しておいてから、連続焼鈍等の熱処理を行うことでも同様の組織を得ることができる。
【実施例1】
【0065】
〔高強度鋼板の機械的特性に及ぼす成分組成および製造条件の検討〕
本実施例では、成分組成および製造条件を変化させた場合における高強度鋼板の機械的特性の影響について調査した。表1に示す各成分組成からなる供試鋼を真空溶製し、板厚30mmのスラブとした後、当該スラブを表2に示す各製造条件にて熱間圧延し、冷間圧延した後、熱処理を施した。具体的には、上記スラブを1200℃に加熱し、圧延終了温度(FDT)T1℃で板厚tmmに熱間圧延した後、巻取り温度T2℃で保持炉に入れ、空冷することで熱延板の巻取りを模擬した。その後、冷延率r%で冷間圧延して板厚12mmの冷延板とした。そして、この冷延材を、10℃/sで均熱温度T3℃まで加熱し、その温度で90s保持した後、冷却速度R4℃/sで冷却し、過冷温度T5℃でt5秒保持した後、空冷するか、もしくは、過冷温度T5℃でt5秒保持した後、さらに保持温度T6℃でt6秒保持したのち、空冷した。
【0066】
このようにして得られた鋼板について、上記[発明を実施するための形態]の項で説明した測定方法により、各相の面積率、γのC濃度(Cγ)、ならびに、γの平均円相当直径およびアスペクト比を測定した。
【0067】
また、上記鋼板について、冷間および温間での機械的特性を評価するため、下記要領で、室温および300℃のそれぞれで、引張強度(TS)、伸び[全伸び(EL)]、および、深絞り性[限界絞り比(LDR)]を測定した。
【0068】
TSおよびELは、引張試験によりJIS5号試験片を用いて測定した。なお、引張試験のひずみ速度は1mm/sとした。また、LDRは、ダイ径:53.4mm、パンチ径:50.0mm、肩R:8mmの円筒金型を用いて、しわ抑え圧9.8kNにて径80〜140mm試験片を深絞り成形して測定した。
【0069】
これらの結果を表3および表4に示す。
【0070】
【表1】

【0071】
【表2】

【0072】
【表3】

【0073】
【表4】

【0074】
これらの表に示すように、鋼No.1〜3、9〜14、16〜18、26、28〜34はいずれも、本発明の成分組成の範囲を満足する鋼種を用い、推奨の製造条件で製造した結果、本発明の組織規定の要件を充足する本発明鋼板であり、室温特性、温間特性ともに判定基準を満たしており、成形性に優れた高強度鋼板が得られた。
【0075】
これに対し、鋼No.4〜8、15、19〜25は本発明で規定する成分組成および組織の要件のうち少なくともいずれかを満足しない比較鋼板であり、室温特性、温間特性が判定基準を満たしていない。
【0076】
ちなみに、本発明鋼板(鋼No.28)と比較鋼板(鋼No.24)の、組織中におけるγの分布状態を図1に例示する。図1はEBSP観察の結果であり、白い粒状物がγである。この図より、比較鋼板(鋼No.24)に比べ、本発明鋼板(鋼No.28)の方が、γが粗大化かつ等軸状になっているのが明らかである。
【実施例2】
【0077】
〔温間加工の適正温度範囲の検討〕
つぎに、本発明鋼板を温間加工する場合の適正温度範囲を調査するため、鋼No.28を用いて、150〜450℃の間で加熱温度を順次変更して温間特性を測定した。その結果を表5に示す。なお、同表における温度300℃の結果は、上記表4の鋼No.28の温間特性を再掲したものである。
【0078】
【表5】

【0079】
この表に示すように、200℃未満または400℃超えの温度では、温間特性の判定基準を満たさないのに対し、200〜400℃の間の温度では、温間特性の判定基準を満たしており、広い温度範囲で優れた温間成形性が発揮されることがわかった。
【実施例3】
【0080】
〔部品内の強度ばらつきに対する加工温度の影響の検討〕
さらに、本発明鋼板を加工して得られた部品内のひずみ分布による強度のばらつきに対する加工温度の影響を調査するために、鋼No.26を用いて、室温および300℃のそれぞれで、真ひずみを全く付与しない無加工のまま(真ひずみ0%)で、または、真ひずみを5%付与する加工を施した後に、再度、室温で引っ張り試験を行って降伏応力(YS)を測定した。その結果を表6に示す。
【0081】
【表6】

【0082】
同表に示すように、本発明鋼板を温間加工して得られた部品は、冷間加工して得られた部品に比べ、部品中の加工量の違いによる降伏応力のばらつきが小さくなり、部品強度が向上することが確認できた。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
質量%で(以下、化学成分について同じ。)、
C :0.05〜0.3%、
Si:1〜3%、
Mn:0.5〜3%、
P :0.1%以下(0%を含む)、
S :0.01%以下(0%を含む)、
Al:0.001〜0.1%、
N :0.002〜0.03%
を含み、残部が鉄および不純物からなる成分組成を有し、
全組織に対する面積率で(以下、組織について同じ。)、
ベイニティック・フェライト:50〜90%、
残留オーステナイト:5〜20%、
マルテンサイト+上記残留オーステナイト:10〜50%、
フェライト:40%以下(0%を含む)
を含む組織を有し、
上記残留オーステナイトは、そのC濃度(Cγ)が0.5〜1.2質量%、その平均円相当直径が0.2〜2μm、その平均アスペクト比(最大径/最小径)が3.0未満を満足するものである
ことを特徴とする成形性に優れた高強度鋼板。
【請求項2】
成分組成が、さらに、
Cr:0.01〜3%
Mo:0.01〜1%、
Cu:0.01〜2%、
Ni:0.01〜2%、
B :0.00001〜0.01%の1種または2種以上
を含むものである請求項1に記載の成形性に優れた高強度鋼板。
【請求項3】
成分組成が、さらに、
Ca :0.0005〜0.01%、
Mg :0.0005〜0.01%、
REM:0.0001〜0.01%の1種または2種以上
を含むものである請求項1または2に記載の成形性に優れた高強度鋼板。
【請求項4】
請求項1〜3のいずれか1項に記載の高強度鋼板を、200〜400℃に加熱後、3600s以内に加工することを特徴とする高強度鋼板の温間加工方法。
【請求項5】
請求項4に記載の方法で加工された自動車部品であって、加工時に加えられた真ひずみが0.05以上の領域と0.05未満の領域とが混在し、上記真ひずみが最大の部位と最小の部位との間での降伏応力の差異が200MPa以下であることを特徴とする自動車部品。

【図1】
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【公開番号】特開2012−122129(P2012−122129A)
【公開日】平成24年6月28日(2012.6.28)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−180616(P2011−180616)
【出願日】平成23年8月22日(2011.8.22)
【出願人】(000001199)株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Fターム(参考)】