高強度薄鋼板およびその製造方法
【課題】Ｃｕの添加量を少なくしつつ、冷延鋼板として十分な耐水素脆性を有する高強度薄鋼板を提供する。
【解決手段】本発明に係る高強度薄鋼板は、引張強度が５７０ＭＰａ以上である高強度薄鋼板であって、化学成分が、全体として、Ｃ：０．１０〜０．３０質量％、Ｓｉ：１．０〜２．５質量％、Ｍｎ：１．０〜３．５質量％、Ｃｕ：０．０１６〜０．０９質量％、Ｎｉ：前記Ｃｕの濃度の１／２以上０．２０質量％以下、残部が鉄および不可避不純物からなり、かつ表面から０．４μｍの深さまでの領域におけるＣｕ濃度が０．１０質量％以上である。
【解決手段】本発明に係る高強度薄鋼板は、引張強度が５７０ＭＰａ以上である高強度薄鋼板であって、化学成分が、全体として、Ｃ：０．１０〜０．３０質量％、Ｓｉ：１．０〜２．５質量％、Ｍｎ：１．０〜３．５質量％、Ｃｕ：０．０１６〜０．０９質量％、Ｎｉ：前記Ｃｕの濃度の１／２以上０．２０質量％以下、残部が鉄および不可避不純物からなり、かつ表面から０．４μｍの深さまでの領域におけるＣｕ濃度が０．１０質量％以上である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車構造部材や補強部材に用いられる高強度薄鋼板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車軽量化と衝突安全性の両立のため、自動車構造材や補強部材用の薄鋼板が高強度化され、実用化が進んでいる。鋼板の高強度化に伴い、遅れ破壊（水素脆性）が発生する懸念が高まるため、組織因子や成分因子を改良することにより、耐遅れ破壊性（耐水素脆性）に優れた高強度薄鋼板を具現していた。例えば、ＣｕやＮｉは冷延鋼板としての耐食性および耐水素脆性を改善する効果があるため、厚板分野の耐食鋼や耐候性鋼と同様、薄鋼板においても添加されている。
【０００３】
このような薄鋼板として、例えば、特許文献１には、耐食性等を向上させる目的で、Ｃｕを０．１〜２質量％添加した高張力薄鋼板、およびＣｕを０．１〜２質量％添加するとともにＮｉをＣｕの添加量／３［質量％］以上添加した高張力薄鋼板が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２７１８５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１には、高価なＣｕを多く添加しなければ耐水素脆性を十分に向上させることができないという問題があった。
【０００６】
本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであり、Ｃｕの添加量を少なくしつつ、冷延鋼板として十分な耐水素脆性を有する高強度薄鋼板およびその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
薄鋼板の冷間圧延後に行う熱処理工程（焼鈍工程）において、従来は化成処理性確保、あるいは溶融亜鉛めっきを施す場合にはめっき密着性確保のために、主として還元性雰囲気（もしくは無酸化性雰囲気と還元性雰囲気の組み合わせ）にて焼鈍を行っていた。
これに対し、本発明者は、前記熱処理工程において、酸素分圧を所定の分圧よりも高めることにより、酸化皮膜（スケール）の形成を促進し、酸化皮膜直下の地鋼板表層付近にＣｕの濃化を促進させることが可能となる結果、前記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００８】
前記課題を解決した本発明に係る高強度薄鋼板は、引張強度が５７０ＭＰａ以上である高強度薄鋼板であって、化学成分が、全体として、Ｃ：０．１０〜０．３０質量％、Ｓｉ：１．０〜２．５質量％、Ｍｎ：１．０〜３．５質量％、Ｃｕ：０．０１６〜０．０９質量％、Ｎｉ：前記Ｃｕの濃度の１／２以上０．２０質量％以下、残部が鉄および不可避不純物からなり、かつ表面から０．４μｍの深さまでの領域におけるＣｕ濃度が０．１０質量％以上であることを特徴としている。
【０００９】
このようにすれば、表面から０．４μｍの深さまでの領域におけるＣｕ濃度が高いため、耐水素脆性を向上させることができる。また、Ｎｉを所定量添加しているため、これによっても耐水素脆性や強度を向上させることができる。さらに、Ｎｉを所定量添加することにより、高強度鋼板として必要な強度を確保しつつ、Ｃｕの添加量を少なくすることができるので、多量のＣｕが粒界に析出して製品としての機械的特性（強度や曲げ特性）が悪化するのを防ぐことができる。
【００１０】
本発明に係る高強度薄鋼板は、前記化学成分が、さらに、Ａｌ：０．０１〜３．０質量％、Ｍｏ：０．０１〜１．０質量％、Ｂ：０．０００５〜０．０１質量％、Ｔｉ：０．００５〜０．５質量％、Ｎｂ：０．００５〜０．５質量％、Ｃｒ：０．０３〜１．０質量％、Ｖ：０．００３〜１．０質量％、Ｃｏ：０．００５〜０．２質量％、Ｃａ：０．０００５〜０．００５質量％、Ｍｇ：０．０００５〜０．０１質量％のうちの少なくとも１つを含有するのが好ましい。
【００１１】
このようにすれば、添加する元素によってさらなる耐水素脆性の向上、強度の向上、加工性の向上、靱性の確保、防錆性の向上など種々の特性を向上させることができる。例えば、Ｍｏ、Ｂ、Ｃｏは、耐水素脆性を向上させ、Ｃｒは、強度を向上させ、Ｃａ、Ｍｇは加工性を向上させ、Ｔｉ、Ｎｂは、靱性を損なうことなく強度を向上させ、Ｖは、防錆性を向上させることができる。
【００１２】
本発明に係る高強度薄鋼板の製造方法は、前記した引張強度が５７０ＭＰａ以上である高強度薄鋼板を製造する高強度薄鋼板の製造方法であって、前記した化学成分を有する冷間圧延板を冷間圧延工程で製造し、前記冷間圧延工程後の熱処理工程において、酸素分圧Ｐｏが下記式（１）を満たす雰囲気条件下、前記冷間圧延板を８５０〜９５０℃で１５０秒以上加熱して前記高強度薄鋼板とすることを特徴としている。
Ｐｏ＞０．０１９×（０．１０−｛Ｃｕ｝）／｛Ｃｕ｝・・・式（１）
【００１３】
但し、前記式（１）において、｛Ｃｕ｝は、母材の平均Ｃｕ濃度（質量％）を表し、Ｐｏは、酸素分圧（ＭＰａ）を表す。
【００１４】
このように、特定の化学成分を有する冷延鋼板を製造し、製造した冷延鋼板を酸素分圧を前記式（１）の条件を満たす雰囲気条件下で所定の加熱温度および加熱時間で冷間圧延板を熱処理することにより、表面から０．４μｍの深さまでの領域におけるＣｕ濃度を０．１０質量％以上に濃化させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、Ｃｕの添加量を少なくしつつ、冷延鋼板として十分な耐水素脆性を有する高強度薄鋼板を提供することができる。
また、本発明によれば、そのような高強度薄鋼板を製造することのできる製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る高強度薄鋼板の構成を説明する模式断面図である。
【図２】鋼種Ａについて酸素分圧０．１０ＭＰａ（１．０ａｔｍ）の雰囲気条件下、９５０℃で３００秒の熱処理（焼鈍）を行った場合の深さ（μｍ）と、Ｃｕ濃度（質量％）と、Ｆｅ濃度（質量％）との関係を示すグラフである。
【図３】鋼種Ｓについて酸素分圧０．０２０ＭＰａ（０．２ａｔｍ）の雰囲気条件下、９３０℃で２２０秒の熱処理（焼鈍）を行った場合の深さ（μｍ）と、Ｃｕ濃度（質量％）と、Ｆｅ濃度（質量％）との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の要旨は、薄鋼板の表層部分にＣｕを濃化させることにより、全体としてＣｕ濃度が低い場合でも十分な耐水素脆性を有するようにしたことにある。
【００１８】
以下、本発明に係る高強度薄鋼板について詳細に説明する。
本発明に係る薄鋼板は、引張強度が５７０ＭＰａ以上の鋼板であって、化学成分が、全体として、Ｃ：０．１０〜０．３０質量％、Ｓｉ：１．０〜２．５質量％、Ｍｎ：１．０〜３．５質量％、Ｃｕ：０．０１６〜０．０９質量％、Ｎｉ：前記Ｃｕの濃度の１／２以上０．２０質量％以下、残部が鉄および不可避不純物からなり、かつ、図１に示すように、高強度薄鋼板１の表面１ａから０．４μｍの深さまでの領域１ｂにおけるＣｕ濃度が０．１０質量％以上となっている。
【００１９】
（Ｃ：０．１０〜０．３０質量％）
Ｃは、薄鋼板の強度を確保するために必要な元素である。そのため、Ｃ濃度は、０．１０質量％以上とする必要がある。Ｃ濃度が０．１０質量％未満になると薄鋼板の強度を確保することが困難となる。Ｃ濃度は、０．１２質量％以上とするのがより好ましい。一方、Ｃ濃度が過剰になると溶接性が劣化するため、Ｃ濃度は、０．３０質量％以下とする必要がある。なお、Ｃ濃度は、０．２５質量％以下とするのがより好ましい。
【００２０】
（Ｓｉ：１．０〜２．５質量％）
Ｓｉは、材質を大きく硬質化する置換型固溶体強化元素である。そのため、Ｓｉ濃度は１．０質量％以上とする必要がある。Ｓｉ濃度が１．０質量％未満になると硬質化する効果が不十分となる。一方、Ｓｉを多量に含有させると靭性が劣化する。そのため、Ｓｉ濃度は２．５質量％以下とする必要がある。
【００２１】
（Ｍｎ：１．０〜３．５質量％）
Ｍｎは、薄鋼板の強度を確保するのに有効な元素である。そのため、Ｍｎ濃度は、１．０質量％以上とする必要がある。Ｍｎ濃度が１．０質量％未満になると薄鋼板の強度の確保が不十分となる。Ｍｎ濃度は、１．５質量％以上とするのがより好ましい。一方、Ｍｎを多量に含有させると偏析が顕著になり加工性が低下し、さらに溶接性が劣化する。そのため、Ｍｎ濃度は、３．５質量％以下とする必要がある。なお、Ｍｎ濃度は、３．０質量％以下とするのがより好ましい。
【００２２】
（Ｃｕ：０．０１６〜０．０９質量％）
Ｃｕは、薄鋼板の耐水素脆性を向上させることができる。また、Ｃｕは、固溶強化元素であり、薄鋼板の強度を向上させるのに寄与する。
通常、これらの効果を発揮させるためには、母材の平均Ｃｕ濃度を０．１質量％程度以上とすることが望ましい。しかし、本発明においては、後記する製造方法によって、高強度薄鋼板１の表面１ａから少なくとも４μｍ以内の領域１ｂにおけるＣｕ濃度を０．１０質量％以上とさせることにより、母材の平均Ｃｕ濃度（全体としてのＣｕ濃度）が０．０１６〜０．０９質量％である場合でも耐水素脆性を十分に発揮させることができる。
母材の平均Ｃｕ濃度が０．０１６質量％未満になると、後記する製造方法によっても、高強度薄鋼板１の表面１ａから少なくとも４μｍ以内の領域１ｂにおけるＣｕ濃度を０．１０質量％以上とさせることができない。一方、母材の平均Ｃｕ濃度が０．０９質量％を超えると、粒界にＣｕが多量に析出し、製品としての機械的特性（引張強度や曲げ加工性など）を劣化させるおそれがある。なお、Ｃｕ濃度は０．１〜０．５質量％とするのが好ましく、０．２〜０．４質量％とするのがより好ましい。
【００２３】
（Ｎｉ：Ｃｕの濃度の１／２以上０．２０質量％以下）
ＮｉもＣｕと同様、薄鋼板の耐水素脆性を向上させることができるだけでなく、Ｃｕと同様に固溶強化元素であるため薄鋼板の強度を向上させるのに寄与する。
ここで、Ｃｕ濃度が０．３質量％を超える薄鋼板には、熱間圧延時に疵や割れが発生したり（これを赤熱脆性という。）、製品の引張強度や曲げ加工性などの機械的特性が劣化したりする場合があるが、ＮｉはＣｕに固溶して融点を高め、赤熱脆性を抑制する効果を持つ。高強度薄鋼板は、一般的にＣｕ濃度は低く、赤熱脆性は問題になり難いが、本発明のように高強度薄鋼板１の表層部分にＣｕを濃化させる場合には、熱間圧延中の疵や割れはないにしても、Ｃｕを濃化したことにより、製品の機械的特性が劣化する可能性がある。したがって、製品の機械的特性の劣化を防止するため、Ｎｉを、添加したＣｕ濃度の１／２以上添加する必要がある。Ｎｉ濃度が添加したＣｕ濃度の１／２未満では、前記した製品の機械的特性の劣化を防止することができないおそれがある。一方、Ｎｉ濃度を高くし過ぎても製品の機械的特性の劣化防止効果が飽和するばかりか、コストが高くなってしまう。そのため、Ｎｉ濃度は０．２０質量％以下とする。
【００２４】
（残部：鉄および不可避不純物）
残部は、鉄（Ｆｅ）および不可避不純物である。不可避不純物としては、例えば、Ｐ、Ｓなどを挙げることができる。
Ｐは、粒界偏析による粒界破壊を助長する元素であるため、０．１質量％以下とするのが好ましく、０．０５質量％以下とするのがより好ましい。
また、Ｓは、過剰に含有されると硫化物系介在物が増大して薄鋼板の強度が劣化するため、０．０１質量％とするのが好ましく、０．００５質量％以下とするのがより好ましい。
これらの不可避不純物はそれぞれ、前記した濃度以下であれば本発明の効果を阻害しないので許容することができる。
【００２５】
このような化学成分からなる鋼板としては、後記する熱処理工程を含む方法で製造されるものであればよく、例えば、ＴＢＦ鋼（ＴＲＩＰ型ベイニティックフェライト鋼）などが含まれる。
【００２６】
本発明に係る高強度薄鋼板１は、前記した化学成分に、さらに、Ａｌ：０．０１〜３．０質量％、Ｍｏ：０．０１〜１．０質量％、Ｂ：０．０００５〜０．０１質量％、Ｔｉ：０．００５〜０．５質量％、Ｎｂ：０．００５〜０．５質量％、Ｃｒ：０．０３〜１．０質量％、Ｖ：０．００３〜１．０質量％、Ｃｏ：０．００５〜０．２質量％、Ｃａ：０．０００５〜０．００５質量％、Ｍｇ：０．０００５〜０．０１質量％のうちの少なくとも１つを含有するのが好ましい。これらの中から選択される元素を添加することによって、脱酸や、さらなる耐水素脆性の向上、強度の向上、加工性の向上、靱性の確保、防錆性の向上など、種々の特性を向上させることができる。
【００２７】
（Ａｌ：０．０１〜３．０質量％）
Ａｌは、脱酸に有効な元素である。そのため、Ａｌ濃度は、０．０１質量％以上とするのが好ましい。Ａｌ濃度が０．０１質量％未満であると、脱酸が不十分となるおそれがある。一方、Ａｌ濃度が高くなり過ぎると延性の低下や鋼の脆化を招く。そのため、Ａｌ濃度は３．０質量％以下とする必要がある。Ａｌ濃度は、２．５質量％以下とするのがより好ましい。
【００２８】
（Ｍｏ：０．０１〜１．０質量％）
（Ｂ：０．０００５〜０．０１質量％）
ＭｏおよびＢはともに、薄鋼板の焼入れ性を高めるために有効な元素である。さらに、Ｍｏは、水素の侵入を抑制するとともに、粒界を強化して耐水素脆性を向上させる効果を有する。これらの効果を有効に発揮させるため、Ｍｏ濃度は０．０１質量％以上とするのが好ましい。しかし、Ｍｏを過剰に含有させると効果が飽和するばかりか高価な元素であるためコストアップするのに加えて、熱間圧延板の強度が非常に高まり、圧延し難くなるなどの問題が生じる。そのため、Ｍｏ濃度は１．０質量％以下、好ましくは０．５質量％以下、より好ましくは０．３質量％とする。
【００２９】
また、Ｂは、粒界を強化して耐水素脆性を向上させる効果を持つ。この効果を十分に発揮させるため、Ｂ濃度を０．００１０質量％以上とするのが好ましく、０．００１５質量％以上とするのがより好ましい。しかし、Ｂを過剰に含有させると熱間加工性が劣化する。そのため、Ｂ濃度は０．０１質量％以下とするのが好ましく、０．００５質量％以下とするのがより好ましい。
【００３０】
（Ｔｉ：０．００５〜０．５質量％）
（Ｎｂ：０．００５〜０．５質量％）
ＴｉおよびＮｂは、結晶粒を微細化する元素であり、靱性を損なうことなく薄鋼板の強度を向上させるのに有効な元素である。そのため、Ｔｉ濃度およびＮｂ濃度は、それぞれ０．００５質量％以上とするのが好ましく、０．０３質量％以上とするのがより好ましい。しかし、ＴｉやＮｂを過剰に含有させてもその効果が飽和するだけでなくコスト的にも不利になる。そのため、Ｔｉ濃度およびＮｂ濃度は、それぞれ０．５質量％以下とするのが好ましく、０．３質量％以下とするのがより好ましい。なお、Ｔｉ、Ｎｂは各々単独で添加してもよいし、両方添加してもよい。
【００３１】
（Ｃｒ：０．０３〜１．０質量％）
Ｃｒは、焼入れ性の向上と、組織制御によりフェライトの過剰な生成を抑制するため薄鋼板の強度を確保することができる。また、Ｃｒの添加により鋼材自体の耐食性が向上するため、使用環境中に生じる可能性のある腐食による水素発生を十分に抑えることができる。この効果は、Ｃｕ、Ｎｉと共存することによってさらに有効に作用する。なお、これらの効果を発揮させるには、Ｃｒ濃度を０．０３質量％以上とするのが好ましく、０．１質量％以上とするのがより好ましい。また、Ｃｒを過剰に添加するとその効果が飽和するばかりでなく、加工性が劣化するためＣｒ濃度は１．０質量％以下とするのが好ましい。
【００３２】
（Ｖ：０．００３〜１．０質量％）
Ｖは、保護性さびの形成に寄与する。特に、Ｔｉ、Ｖを複合添加することで保護性さびの形成が促進される。また、Ｖは、薄鋼板の強度上昇、細粒化にも有効な元素である。さらに、Ｔｉと同様鋼中のＣやＮと結合して微細な炭窒化物を形成し、引張強度が９８０ＭＰａを超える高強度鋼板で懸念される水素脆化の原因となる水素のトラップサイトとしても有効である。これらの効果を発揮するためには、Ｖ濃度は０．００３質量％以上とするのが好ましく、０．０１質量％以上とするのがより好ましい。しかし、Ｖを過剰に添加すると析出物が多くなり、加工性の低下を招く。このため、Ｖ濃度は１．０質量％以下とするのが好ましく、０．５質量％以下とするのがより好ましい。
【００３３】
（Ｃｏ：０．００５〜０．２質量％）
ＣｏもＮｉと同様の効果を持つ。その効果を発揮するため、Ｃｏ濃度は０．００５質量％以上とするのが好ましい。しかし、Ｃｏを添加し過ぎると加工性が劣化する上、Ｃｏは高価な元素であるため、コスト的に不利になる。そのため、Ｃｏ濃度は０．２質量％以下とするのが好ましい。
【００３４】
（Ｃａ：０．０００５〜０．００５質量％）
（Ｍｇ：０．０００５〜０．０１質量％）
ＣａおよびＭｇは、鋼中硫化物の形態を制御するため、加工性向上に有効である。また、ＣａおよびＭｇは、薄鋼板の表面の腐食に伴う界面雰囲気の水素イオン濃度の上昇を抑制する。これらの効果を十分に発揮するため、Ｃａ濃度およびＭｇ濃度はそれぞれ、０．０００５質量％以上とすることが好ましい。しかし、ＣａやＭｇを過剰に添加すると加工性が劣化する。そのため、Ｃａ濃度は０．００５質量％以下、Ｍｇ濃度は０．０１質量％以下とするのが好ましい。
【００３５】
（高強度薄鋼板１の表面１ａから０．４μｍの深さまでの領域１ｂにおけるＣｕ濃度が０．１０質量％以上）
そして、本発明に係る高強度薄鋼板１においては、図１に示すように、表面１ａから０．４μｍの深さまでの領域１ｂにおけるＣｕ濃度が０．１０質量％以上であることを要する。
前記したように、Ｃｕは耐水素脆性を向上させることができるが、本発明では、高強度薄鋼板１の表層部分、つまり、表面１ａから０．４μｍの深さまでの領域１ｂにおけるＣｕ濃度を０．１０質量％以上に濃化させることにより、全体として少ないＣｕ濃度であっても、十分な耐水素脆性を獲得したものである。
【００３６】
全体としてのＣｕ濃度が０．０１６〜０．０９質量％である鋼板において、表面１ａから０．４μｍの深さまでの領域１ｂにおけるＣｕ濃度を０．１０質量％以上とするには、薄鋼板の冷間圧延工程後の熱処理工程を特定の条件で加熱することが必要となる。詳しくは後記する。
【００３７】
高強度薄鋼板１の表面１ａから０．４μｍの深さまでの領域１ｂにおけるＣｕ濃度が０．１０質量％未満であると、Ｃｕ濃度が低いため、十分な耐水素脆性を有することができない。なお、高強度薄鋼板１の表面１ａから０．４μｍの深さまでの領域１ｂにおけるＣｕ濃度があまりに高いと、粒界にＣｕが多量に析出する可能性があり、製品としての機械的特性、例えば、強度や曲げ特性などを悪化させる可能性がある。高強度薄鋼板１の表面１ａから０．４μｍの深さまでの領域１ｂにおけるＣｕ濃度は０．５質量％以下とするのが好ましい。
高強度薄鋼板１の表面１ａから０．４μｍの深さまでの領域１ｂにおけるＣｕ濃度は、市販の表面分析装置（深さ方向元素分析装置）を用いることによって分析することができる。
【００３８】
次に、本発明に係る高強度薄鋼板１の製造方法について説明する。
本発明に係る高強度薄鋼板１は、はじめに、前記した化学成分、つまり、全体として、Ｃ：０．１０〜０．３０質量％、Ｓｉ：１．０〜２．５質量％、Ｍｎ：１．０〜３．５質量％、Ｃｕ：０．０１６〜０．０９質量％、Ｎｉ：前記Ｃｕの濃度の１／２以上０．２０質量％以下、残部が鉄および不可避不純物からなる鋳塊（スラブ）、または、前記した化学成分に対し、さらに、Ａｌ：０．０１〜３．０質量％、Ｍｏ：０．０１〜１．０質量％、Ｂ：０．０００５〜０．０１質量％、Ｔｉ：０．００５〜０．５質量％、Ｎｂ：０．００５〜０．５質量％、Ｃｒ：０．０３〜１．０質量％、Ｖ：０．００３〜１．０質量％、Ｃｏ：０．００５〜０．２質量％、Ｃａ：０．０００５〜０．００５質量％、Ｍｇ：０．０００５〜０．０１質量％のうちの少なくとも１つを含有させてなる鋳塊（スラブ）を、冷延鋼板を製造するために行われる通常の条件で鋳造工程と、熱間圧延工程と、焼鈍工程と、酸洗工程と、冷間圧延工程と、を行って冷延鋼板を得る。
【００３９】
そして、本発明では、得られた冷延鋼板に対して、後記する所定の条件の熱処理工程（焼鈍工程）を行うことにより、引張強度を５７０ＭＰａ以上とし、かつ、全体のＣｕ濃度が０．０１６〜０．０９質量％でありながら、表面１ａから０．４μｍの深さまでの領域１ｂについてはＣｕ濃度を濃化させて０．１０質量％以上とした高強度薄鋼板１を製造している。
【００４０】
（冷間圧延工程後の熱処理工程）
冷間圧延工程後の熱処理工程（焼鈍工程）は、酸素分圧Ｐｏが下記式（１）を満たす雰囲気条件下、冷間圧延工程で冷間圧延した冷間圧延板を８５０〜９５０℃で１５０秒以上加熱する。
Ｐｏ＞０．０１９×（０．１０−｛Ｃｕ｝）／｛Ｃｕ｝・・・式（１）
但し、前記式（１）において、｛Ｃｕ｝は、母材の平均Ｃｕ濃度（質量％）を表し、Ｐｏは、酸素分圧（ＭＰａ）を表す。
【００４１】
かかる条件で冷間圧延工程後の熱処理工程を行えば、全体としてのＣｕ濃度が０．０１６〜０．０９質量％である鋼板において、表面１ａから０．４μｍの深さまでの領域１ｂにおけるＣｕ濃度を０．１０質量％以上とすることができ、冷延鋼板として十分な耐水素脆性を有する高強度薄鋼板１を製造することができる。
【００４２】
なお、加熱温度が８５０℃未満ではＣｕを十分に濃化させることはできない。また９５０℃を超えると酸化皮膜形成速度が速く、剥離が起こって均一性が損なわれるなど、表面性状が劣化する。よって、加熱温度は８５０〜９５０℃とする。
【００４３】
加熱時間については前記式（１）の条件であれば、８５０℃で１５０秒行うことで十分である。酸化性雰囲気における加熱時間が長過ぎると酸化層を過剰に形成するため鋼板が損失するだけでなく生産性が悪くなる。そのため、加熱時間は５００秒程度以下とするのが好ましい。他方、加熱時間は、製品の特性を損なわない範囲で短縮してもよい。例えば９００℃で２８０秒の熱処理において、２００秒を超えてから前記式（１）の雰囲気条件に切り替えるなどしても問題はない。
【００４４】
また、酸素分圧Ｐｏが、前記式（１）において右辺以下（つまり、Ｐｏ≦０．０１９×（０．１０−｛Ｃｕ｝）／｛Ｃｕ｝）であると、表面１ａから０．４μｍの深さまでの領域１ｂにおけるＣｕ濃度を０．１０質量％以上とすることができない。なお、酸素分圧Ｐｏが高ければ高いほどＣｕの濃化は促進される傾向にあるが、酸化皮膜を必要以上に形成させるため酸洗性、生産性が低下する。また、０．１０ＭＰａ（１ａｔｍ）よりも高い圧力で行うことも設備の制約上あまり現実的ではない。このため、酸素分圧Ｐｏの上限は、０．１０ＭＰａもしくは母材Ｃｕ濃度に応じて臨界酸素分圧Ｐｃに近い値とするのが好ましい。
なお、臨界酸素分圧Ｐｃは、母材中の平均Ｃｕ濃度（質量％）を｛Ｃｕ｝として、下記式（２）で表される。
Ｐｃ＝０．０１９×（０．１０−｛Ｃｕ｝）／｛Ｃｕ｝・・・式（２）
【実施例】
【００４５】
次に、本発明の高強度薄鋼板およびその製造方法について、本発明の要件を満たす実施例と本発明の要件を満たさない比較例とを対比して具体的に説明する。
【００４６】
［第１実施例］
下記表１に示す化学成分（質量％）からなる鋼種Ａ〜ＡＨに係るスラブを作製した。なお、表１に示すように、不可避不純物としてＰを０．１質量％未満で含有するとともに、Ｓを０．０１質量％未満で含有している。なお、表１中における「−」は、含有していないことを示し、下線および太字で記載したものは、本発明の要件を満たさないことを示す。また、各鋼種は、残部がＦｅである。
【００４７】
【表１】
【００４８】
表１に示す鋼種Ａ〜ＡＨに係るスラブを１２５０℃に加熱して熱間圧延し、７００℃で焼鈍し、酸洗した後、冷間圧延を経て厚さ１．６ｍｍの冷延鋼板とした。
その後、かかる冷延鋼板を下記条件にて焼鈍し、酸洗した。なお、各鋼種に対して行った具体的な焼鈍条件を下記表２〜５に示した。
加熱温度 ：８２０〜９５０℃
加熱時間 ：１２０〜３００秒
雰囲気条件：Ｎ2−Ｏ2混合ガス（酸素分圧：０．００５０〜０．１０ＭＰａ（０．０５〜１．０ａｔｍ））
なお、酸洗は、５〜１０％塩酸と市販のインヒビターを用いて、８０℃、５分間という条件で行った。
【００４９】
そして、次のようにして表層付近におけるＣｕおよびＮｉの厚み方向の濃度分布と耐水素脆性試験を行った。
【００５０】
（ＣｕおよびＮｉの厚み方向の濃度分布の分析）
焼鈍後、酸洗した冷延鋼板の表層付近におけるＣｕおよびＮｉの厚み方向の濃度分布を、マーカス型高周波グロー放電発光表面分析装置（堀場製作所製ｒｆ−ＧＤ−ＯＥＳ）を用いて分析した。なお、かかる分析装置によって母材中のＣｕ濃度（質量％）およびＮｉ濃度（質量％）も分析することができる。
【００５１】
（耐水素脆性試験）
焼鈍後、酸洗した冷延鋼板（厚さ１．６ｍｍ）を幅３００ｍｍ、長さ１５０ｍｍに加工して曲げ加工を行い、Ｕ曲げ試験片を作製した。これをボルトの締め付けによって曲げ応力を付加した状態で５％塩酸（質量％）浸漬試験を行い（浸漬温度３０℃、浸漬時間１００時間）、割れ発生の有無による耐水素脆性評価を行った。なお、かかる５％塩酸（質量％）浸漬試験は、耐水素脆性試験として用いられる方法の一つである。
【００５２】
鋼種と母材中のＣｕ濃度（質量％）および母材中のＮｉ濃度（質量％）、Ｃｕ濃度とＮｉ濃度の比率、鋼板の母材Ｃｕ濃度に応じて決まる臨界酸素分圧Ｐｃ（ＭＰａ）、焼鈍温度（℃）、焼鈍時間（秒）、Ｃｕ濃度が０．１０質量％以上である冷延鋼板の表面からの領域厚み（μｍ）、および耐水素脆性試験の結果を表２〜５に示す。
ここで、臨界酸素分圧Ｐｃは、母材中の平均Ｃｕ濃度（質量％）を｛Ｃｕ｝として、下記式（２）で表される。
Ｐｃ＝０．０１９×（０．１０−｛Ｃｕ｝）／｛Ｃｕ｝・・・式（２）
この式（２）で表される臨界酸素分圧Ｐｃは、｛Ｃｕ｝が０．１０質量％に比べて少ないほど、十分なＣｕ濃化層を確保するためにより高い酸素分圧Ｐｏで熱処理（焼鈍）を行う必要があることを示しており、実験的に検討して求めた式である。
【００５３】
なお、鋼種と母材中のＣｕ濃度（質量％）および母材中のＮｉ濃度（質量％）は表２〜５においてそれぞれ「［Ｃｕ］」、「［Ｎｉ］」と表示し、Ｃｕ濃度とＮｉ濃度の比率は表２および表３において「［Ｃｕ］／［Ｎｉ］」と表示し、鋼板の母材Ｃｕ濃度に応じて決まる臨界酸素分圧（ＭＰａ）は表２〜５において「Ｐｃ」と表示し、Ｃｕ濃度が０．１０質量％以上である冷延鋼板の表面からの領域厚み（μｍ）は表２〜５において「Ｃｕ濃度≧０．１０％の領域厚み（μｍ）」と表示し、耐水素脆性試験の結果は表２〜５において「酸浸漬による割れの有無」と表示した。
なお、表２〜５中における下線および太字で記載したものは、本発明の要件を満たさないことを示す。
【００５４】
【表２】
【００５５】
【表３】
【００５６】
【表４】
【００５７】
【表５】
【００５８】
酸洗後の鋼板表層付近におけるＣｕおよびＮｉの厚み方向の濃度分布の結果の一例を図２および図３に示す。
なお、図２は、鋼種Ａについて酸素分圧０．１０ＭＰａ（１．０ａｔｍ）の雰囲気条件下、９５０℃で３００秒の熱処理（焼鈍）を行った場合の深さ（μｍ）と、Ｃｕ濃度（質量％）と、Ｆｅ濃度（質量％）との関係を示すグラフである。
図３は、鋼種Ｓについて酸素分圧０．０２０ＭＰａ（０．２ａｔｍ）の雰囲気条件下、９３０℃で２２０秒の熱処理（焼鈍）を行った場合の深さ（μｍ）と、Ｃｕ濃度（質量％）と、Ｆｅ濃度（質量％）との関係を示すグラフである。
【００５９】
図２および図３に示すように、鋼種Ａおよび鋼種Ｓのいずれにおいても、表面から０．４μｍの深さまでの領域におけるＣｕ濃度が０．１０質量％以上となっていることがわかった。なお、その他の鋼種においても同様に、表面から０．４μｍの深さまでの領域におけるＣｕ濃度の濃化が確認された（図示省略）。
【００６０】
耐水素脆性試験の結果は、表２〜５の「酸浸漬による割れの有無」の欄に示すような結果となった。
そして、この耐水素脆性試験の結果と、鋼種Ａ〜ＡＨに含まれるＣｕ濃度（［Ｃｕ］）、Ｎｉ濃度（［Ｎｉ］）、Ｃｕ濃度とＮｉ濃度の比率（［Ｃｕ］／［Ｎｉ］）、Ｐｃ、酸素分圧（Ｐｏ）、焼鈍温度、焼鈍時間およびＣｕ濃度が０．１０質量％以上である冷延鋼板の表面からの領域厚み（Ｃｕ濃度≧０．１０％の領域厚み）と、から次のようなことがわかった。
【００６１】
表２〜５に示されるように、Ｎｉ濃度をＣｕ濃度の１／２以上（つまり、Ｃｕ／Ｎｉ≦２）、０．２０質量％以下添加することが必要であることがわかった。
【００６２】
表２〜５に示されるように、臨界酸素分圧Ｐｃと酸素分圧Ｐｏとは、Ｐｏ＞Ｐｃの関係、つまり、下記式（１）の関係でなければならないことがわかった。
Ｐｏ＞０．０１９×（０．１０−｛Ｃｕ｝）／｛Ｃｕ｝・・・式（１）
但し、前記式（１）において、｛Ｃｕ｝は、母材の平均Ｃｕ濃度（質量％）を表し、Ｐｏは、酸素分圧（ＭＰａ）を表す。
なお、鋼種Ａ〜ＡＨはいずれも引張強度は５８０ＭＰａ以上であった。
【符号の説明】
【００６３】
１ 高強度薄鋼板
１ａ 表面
１ｂ 表面から０．４μｍの深さまでの領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車構造部材や補強部材に用いられる高強度薄鋼板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車軽量化と衝突安全性の両立のため、自動車構造材や補強部材用の薄鋼板が高強度化され、実用化が進んでいる。鋼板の高強度化に伴い、遅れ破壊（水素脆性）が発生する懸念が高まるため、組織因子や成分因子を改良することにより、耐遅れ破壊性（耐水素脆性）に優れた高強度薄鋼板を具現していた。例えば、ＣｕやＮｉは冷延鋼板としての耐食性および耐水素脆性を改善する効果があるため、厚板分野の耐食鋼や耐候性鋼と同様、薄鋼板においても添加されている。
【０００３】
このような薄鋼板として、例えば、特許文献１には、耐食性等を向上させる目的で、Ｃｕを０．１〜２質量％添加した高張力薄鋼板、およびＣｕを０．１〜２質量％添加するとともにＮｉをＣｕの添加量／３［質量％］以上添加した高張力薄鋼板が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２７１８５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１には、高価なＣｕを多く添加しなければ耐水素脆性を十分に向上させることができないという問題があった。
【０００６】
本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであり、Ｃｕの添加量を少なくしつつ、冷延鋼板として十分な耐水素脆性を有する高強度薄鋼板およびその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
薄鋼板の冷間圧延後に行う熱処理工程（焼鈍工程）において、従来は化成処理性確保、あるいは溶融亜鉛めっきを施す場合にはめっき密着性確保のために、主として還元性雰囲気（もしくは無酸化性雰囲気と還元性雰囲気の組み合わせ）にて焼鈍を行っていた。
これに対し、本発明者は、前記熱処理工程において、酸素分圧を所定の分圧よりも高めることにより、酸化皮膜（スケール）の形成を促進し、酸化皮膜直下の地鋼板表層付近にＣｕの濃化を促進させることが可能となる結果、前記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００８】
前記課題を解決した本発明に係る高強度薄鋼板は、引張強度が５７０ＭＰａ以上である高強度薄鋼板であって、化学成分が、全体として、Ｃ：０．１０〜０．３０質量％、Ｓｉ：１．０〜２．５質量％、Ｍｎ：１．０〜３．５質量％、Ｃｕ：０．０１６〜０．０９質量％、Ｎｉ：前記Ｃｕの濃度の１／２以上０．２０質量％以下、残部が鉄および不可避不純物からなり、かつ表面から０．４μｍの深さまでの領域におけるＣｕ濃度が０．１０質量％以上であることを特徴としている。
【０００９】
このようにすれば、表面から０．４μｍの深さまでの領域におけるＣｕ濃度が高いため、耐水素脆性を向上させることができる。また、Ｎｉを所定量添加しているため、これによっても耐水素脆性や強度を向上させることができる。さらに、Ｎｉを所定量添加することにより、高強度鋼板として必要な強度を確保しつつ、Ｃｕの添加量を少なくすることができるので、多量のＣｕが粒界に析出して製品としての機械的特性（強度や曲げ特性）が悪化するのを防ぐことができる。
【００１０】
本発明に係る高強度薄鋼板は、前記化学成分が、さらに、Ａｌ：０．０１〜３．０質量％、Ｍｏ：０．０１〜１．０質量％、Ｂ：０．０００５〜０．０１質量％、Ｔｉ：０．００５〜０．５質量％、Ｎｂ：０．００５〜０．５質量％、Ｃｒ：０．０３〜１．０質量％、Ｖ：０．００３〜１．０質量％、Ｃｏ：０．００５〜０．２質量％、Ｃａ：０．０００５〜０．００５質量％、Ｍｇ：０．０００５〜０．０１質量％のうちの少なくとも１つを含有するのが好ましい。
【００１１】
このようにすれば、添加する元素によってさらなる耐水素脆性の向上、強度の向上、加工性の向上、靱性の確保、防錆性の向上など種々の特性を向上させることができる。例えば、Ｍｏ、Ｂ、Ｃｏは、耐水素脆性を向上させ、Ｃｒは、強度を向上させ、Ｃａ、Ｍｇは加工性を向上させ、Ｔｉ、Ｎｂは、靱性を損なうことなく強度を向上させ、Ｖは、防錆性を向上させることができる。
【００１２】
本発明に係る高強度薄鋼板の製造方法は、前記した引張強度が５７０ＭＰａ以上である高強度薄鋼板を製造する高強度薄鋼板の製造方法であって、前記した化学成分を有する冷間圧延板を冷間圧延工程で製造し、前記冷間圧延工程後の熱処理工程において、酸素分圧Ｐｏが下記式（１）を満たす雰囲気条件下、前記冷間圧延板を８５０〜９５０℃で１５０秒以上加熱して前記高強度薄鋼板とすることを特徴としている。
Ｐｏ＞０．０１９×（０．１０−｛Ｃｕ｝）／｛Ｃｕ｝・・・式（１）
【００１３】
但し、前記式（１）において、｛Ｃｕ｝は、母材の平均Ｃｕ濃度（質量％）を表し、Ｐｏは、酸素分圧（ＭＰａ）を表す。
【００１４】
このように、特定の化学成分を有する冷延鋼板を製造し、製造した冷延鋼板を酸素分圧を前記式（１）の条件を満たす雰囲気条件下で所定の加熱温度および加熱時間で冷間圧延板を熱処理することにより、表面から０．４μｍの深さまでの領域におけるＣｕ濃度を０．１０質量％以上に濃化させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、Ｃｕの添加量を少なくしつつ、冷延鋼板として十分な耐水素脆性を有する高強度薄鋼板を提供することができる。
また、本発明によれば、そのような高強度薄鋼板を製造することのできる製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る高強度薄鋼板の構成を説明する模式断面図である。
【図２】鋼種Ａについて酸素分圧０．１０ＭＰａ（１．０ａｔｍ）の雰囲気条件下、９５０℃で３００秒の熱処理（焼鈍）を行った場合の深さ（μｍ）と、Ｃｕ濃度（質量％）と、Ｆｅ濃度（質量％）との関係を示すグラフである。
【図３】鋼種Ｓについて酸素分圧０．０２０ＭＰａ（０．２ａｔｍ）の雰囲気条件下、９３０℃で２２０秒の熱処理（焼鈍）を行った場合の深さ（μｍ）と、Ｃｕ濃度（質量％）と、Ｆｅ濃度（質量％）との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の要旨は、薄鋼板の表層部分にＣｕを濃化させることにより、全体としてＣｕ濃度が低い場合でも十分な耐水素脆性を有するようにしたことにある。
【００１８】
以下、本発明に係る高強度薄鋼板について詳細に説明する。
本発明に係る薄鋼板は、引張強度が５７０ＭＰａ以上の鋼板であって、化学成分が、全体として、Ｃ：０．１０〜０．３０質量％、Ｓｉ：１．０〜２．５質量％、Ｍｎ：１．０〜３．５質量％、Ｃｕ：０．０１６〜０．０９質量％、Ｎｉ：前記Ｃｕの濃度の１／２以上０．２０質量％以下、残部が鉄および不可避不純物からなり、かつ、図１に示すように、高強度薄鋼板１の表面１ａから０．４μｍの深さまでの領域１ｂにおけるＣｕ濃度が０．１０質量％以上となっている。
【００１９】
（Ｃ：０．１０〜０．３０質量％）
Ｃは、薄鋼板の強度を確保するために必要な元素である。そのため、Ｃ濃度は、０．１０質量％以上とする必要がある。Ｃ濃度が０．１０質量％未満になると薄鋼板の強度を確保することが困難となる。Ｃ濃度は、０．１２質量％以上とするのがより好ましい。一方、Ｃ濃度が過剰になると溶接性が劣化するため、Ｃ濃度は、０．３０質量％以下とする必要がある。なお、Ｃ濃度は、０．２５質量％以下とするのがより好ましい。
【００２０】
（Ｓｉ：１．０〜２．５質量％）
Ｓｉは、材質を大きく硬質化する置換型固溶体強化元素である。そのため、Ｓｉ濃度は１．０質量％以上とする必要がある。Ｓｉ濃度が１．０質量％未満になると硬質化する効果が不十分となる。一方、Ｓｉを多量に含有させると靭性が劣化する。そのため、Ｓｉ濃度は２．５質量％以下とする必要がある。
【００２１】
（Ｍｎ：１．０〜３．５質量％）
Ｍｎは、薄鋼板の強度を確保するのに有効な元素である。そのため、Ｍｎ濃度は、１．０質量％以上とする必要がある。Ｍｎ濃度が１．０質量％未満になると薄鋼板の強度の確保が不十分となる。Ｍｎ濃度は、１．５質量％以上とするのがより好ましい。一方、Ｍｎを多量に含有させると偏析が顕著になり加工性が低下し、さらに溶接性が劣化する。そのため、Ｍｎ濃度は、３．５質量％以下とする必要がある。なお、Ｍｎ濃度は、３．０質量％以下とするのがより好ましい。
【００２２】
（Ｃｕ：０．０１６〜０．０９質量％）
Ｃｕは、薄鋼板の耐水素脆性を向上させることができる。また、Ｃｕは、固溶強化元素であり、薄鋼板の強度を向上させるのに寄与する。
通常、これらの効果を発揮させるためには、母材の平均Ｃｕ濃度を０．１質量％程度以上とすることが望ましい。しかし、本発明においては、後記する製造方法によって、高強度薄鋼板１の表面１ａから少なくとも４μｍ以内の領域１ｂにおけるＣｕ濃度を０．１０質量％以上とさせることにより、母材の平均Ｃｕ濃度（全体としてのＣｕ濃度）が０．０１６〜０．０９質量％である場合でも耐水素脆性を十分に発揮させることができる。
母材の平均Ｃｕ濃度が０．０１６質量％未満になると、後記する製造方法によっても、高強度薄鋼板１の表面１ａから少なくとも４μｍ以内の領域１ｂにおけるＣｕ濃度を０．１０質量％以上とさせることができない。一方、母材の平均Ｃｕ濃度が０．０９質量％を超えると、粒界にＣｕが多量に析出し、製品としての機械的特性（引張強度や曲げ加工性など）を劣化させるおそれがある。なお、Ｃｕ濃度は０．１〜０．５質量％とするのが好ましく、０．２〜０．４質量％とするのがより好ましい。
【００２３】
（Ｎｉ：Ｃｕの濃度の１／２以上０．２０質量％以下）
ＮｉもＣｕと同様、薄鋼板の耐水素脆性を向上させることができるだけでなく、Ｃｕと同様に固溶強化元素であるため薄鋼板の強度を向上させるのに寄与する。
ここで、Ｃｕ濃度が０．３質量％を超える薄鋼板には、熱間圧延時に疵や割れが発生したり（これを赤熱脆性という。）、製品の引張強度や曲げ加工性などの機械的特性が劣化したりする場合があるが、ＮｉはＣｕに固溶して融点を高め、赤熱脆性を抑制する効果を持つ。高強度薄鋼板は、一般的にＣｕ濃度は低く、赤熱脆性は問題になり難いが、本発明のように高強度薄鋼板１の表層部分にＣｕを濃化させる場合には、熱間圧延中の疵や割れはないにしても、Ｃｕを濃化したことにより、製品の機械的特性が劣化する可能性がある。したがって、製品の機械的特性の劣化を防止するため、Ｎｉを、添加したＣｕ濃度の１／２以上添加する必要がある。Ｎｉ濃度が添加したＣｕ濃度の１／２未満では、前記した製品の機械的特性の劣化を防止することができないおそれがある。一方、Ｎｉ濃度を高くし過ぎても製品の機械的特性の劣化防止効果が飽和するばかりか、コストが高くなってしまう。そのため、Ｎｉ濃度は０．２０質量％以下とする。
【００２４】
（残部：鉄および不可避不純物）
残部は、鉄（Ｆｅ）および不可避不純物である。不可避不純物としては、例えば、Ｐ、Ｓなどを挙げることができる。
Ｐは、粒界偏析による粒界破壊を助長する元素であるため、０．１質量％以下とするのが好ましく、０．０５質量％以下とするのがより好ましい。
また、Ｓは、過剰に含有されると硫化物系介在物が増大して薄鋼板の強度が劣化するため、０．０１質量％とするのが好ましく、０．００５質量％以下とするのがより好ましい。
これらの不可避不純物はそれぞれ、前記した濃度以下であれば本発明の効果を阻害しないので許容することができる。
【００２５】
このような化学成分からなる鋼板としては、後記する熱処理工程を含む方法で製造されるものであればよく、例えば、ＴＢＦ鋼（ＴＲＩＰ型ベイニティックフェライト鋼）などが含まれる。
【００２６】
本発明に係る高強度薄鋼板１は、前記した化学成分に、さらに、Ａｌ：０．０１〜３．０質量％、Ｍｏ：０．０１〜１．０質量％、Ｂ：０．０００５〜０．０１質量％、Ｔｉ：０．００５〜０．５質量％、Ｎｂ：０．００５〜０．５質量％、Ｃｒ：０．０３〜１．０質量％、Ｖ：０．００３〜１．０質量％、Ｃｏ：０．００５〜０．２質量％、Ｃａ：０．０００５〜０．００５質量％、Ｍｇ：０．０００５〜０．０１質量％のうちの少なくとも１つを含有するのが好ましい。これらの中から選択される元素を添加することによって、脱酸や、さらなる耐水素脆性の向上、強度の向上、加工性の向上、靱性の確保、防錆性の向上など、種々の特性を向上させることができる。
【００２７】
（Ａｌ：０．０１〜３．０質量％）
Ａｌは、脱酸に有効な元素である。そのため、Ａｌ濃度は、０．０１質量％以上とするのが好ましい。Ａｌ濃度が０．０１質量％未満であると、脱酸が不十分となるおそれがある。一方、Ａｌ濃度が高くなり過ぎると延性の低下や鋼の脆化を招く。そのため、Ａｌ濃度は３．０質量％以下とする必要がある。Ａｌ濃度は、２．５質量％以下とするのがより好ましい。
【００２８】
（Ｍｏ：０．０１〜１．０質量％）
（Ｂ：０．０００５〜０．０１質量％）
ＭｏおよびＢはともに、薄鋼板の焼入れ性を高めるために有効な元素である。さらに、Ｍｏは、水素の侵入を抑制するとともに、粒界を強化して耐水素脆性を向上させる効果を有する。これらの効果を有効に発揮させるため、Ｍｏ濃度は０．０１質量％以上とするのが好ましい。しかし、Ｍｏを過剰に含有させると効果が飽和するばかりか高価な元素であるためコストアップするのに加えて、熱間圧延板の強度が非常に高まり、圧延し難くなるなどの問題が生じる。そのため、Ｍｏ濃度は１．０質量％以下、好ましくは０．５質量％以下、より好ましくは０．３質量％とする。
【００２９】
また、Ｂは、粒界を強化して耐水素脆性を向上させる効果を持つ。この効果を十分に発揮させるため、Ｂ濃度を０．００１０質量％以上とするのが好ましく、０．００１５質量％以上とするのがより好ましい。しかし、Ｂを過剰に含有させると熱間加工性が劣化する。そのため、Ｂ濃度は０．０１質量％以下とするのが好ましく、０．００５質量％以下とするのがより好ましい。
【００３０】
（Ｔｉ：０．００５〜０．５質量％）
（Ｎｂ：０．００５〜０．５質量％）
ＴｉおよびＮｂは、結晶粒を微細化する元素であり、靱性を損なうことなく薄鋼板の強度を向上させるのに有効な元素である。そのため、Ｔｉ濃度およびＮｂ濃度は、それぞれ０．００５質量％以上とするのが好ましく、０．０３質量％以上とするのがより好ましい。しかし、ＴｉやＮｂを過剰に含有させてもその効果が飽和するだけでなくコスト的にも不利になる。そのため、Ｔｉ濃度およびＮｂ濃度は、それぞれ０．５質量％以下とするのが好ましく、０．３質量％以下とするのがより好ましい。なお、Ｔｉ、Ｎｂは各々単独で添加してもよいし、両方添加してもよい。
【００３１】
（Ｃｒ：０．０３〜１．０質量％）
Ｃｒは、焼入れ性の向上と、組織制御によりフェライトの過剰な生成を抑制するため薄鋼板の強度を確保することができる。また、Ｃｒの添加により鋼材自体の耐食性が向上するため、使用環境中に生じる可能性のある腐食による水素発生を十分に抑えることができる。この効果は、Ｃｕ、Ｎｉと共存することによってさらに有効に作用する。なお、これらの効果を発揮させるには、Ｃｒ濃度を０．０３質量％以上とするのが好ましく、０．１質量％以上とするのがより好ましい。また、Ｃｒを過剰に添加するとその効果が飽和するばかりでなく、加工性が劣化するためＣｒ濃度は１．０質量％以下とするのが好ましい。
【００３２】
（Ｖ：０．００３〜１．０質量％）
Ｖは、保護性さびの形成に寄与する。特に、Ｔｉ、Ｖを複合添加することで保護性さびの形成が促進される。また、Ｖは、薄鋼板の強度上昇、細粒化にも有効な元素である。さらに、Ｔｉと同様鋼中のＣやＮと結合して微細な炭窒化物を形成し、引張強度が９８０ＭＰａを超える高強度鋼板で懸念される水素脆化の原因となる水素のトラップサイトとしても有効である。これらの効果を発揮するためには、Ｖ濃度は０．００３質量％以上とするのが好ましく、０．０１質量％以上とするのがより好ましい。しかし、Ｖを過剰に添加すると析出物が多くなり、加工性の低下を招く。このため、Ｖ濃度は１．０質量％以下とするのが好ましく、０．５質量％以下とするのがより好ましい。
【００３３】
（Ｃｏ：０．００５〜０．２質量％）
ＣｏもＮｉと同様の効果を持つ。その効果を発揮するため、Ｃｏ濃度は０．００５質量％以上とするのが好ましい。しかし、Ｃｏを添加し過ぎると加工性が劣化する上、Ｃｏは高価な元素であるため、コスト的に不利になる。そのため、Ｃｏ濃度は０．２質量％以下とするのが好ましい。
【００３４】
（Ｃａ：０．０００５〜０．００５質量％）
（Ｍｇ：０．０００５〜０．０１質量％）
ＣａおよびＭｇは、鋼中硫化物の形態を制御するため、加工性向上に有効である。また、ＣａおよびＭｇは、薄鋼板の表面の腐食に伴う界面雰囲気の水素イオン濃度の上昇を抑制する。これらの効果を十分に発揮するため、Ｃａ濃度およびＭｇ濃度はそれぞれ、０．０００５質量％以上とすることが好ましい。しかし、ＣａやＭｇを過剰に添加すると加工性が劣化する。そのため、Ｃａ濃度は０．００５質量％以下、Ｍｇ濃度は０．０１質量％以下とするのが好ましい。
【００３５】
（高強度薄鋼板１の表面１ａから０．４μｍの深さまでの領域１ｂにおけるＣｕ濃度が０．１０質量％以上）
そして、本発明に係る高強度薄鋼板１においては、図１に示すように、表面１ａから０．４μｍの深さまでの領域１ｂにおけるＣｕ濃度が０．１０質量％以上であることを要する。
前記したように、Ｃｕは耐水素脆性を向上させることができるが、本発明では、高強度薄鋼板１の表層部分、つまり、表面１ａから０．４μｍの深さまでの領域１ｂにおけるＣｕ濃度を０．１０質量％以上に濃化させることにより、全体として少ないＣｕ濃度であっても、十分な耐水素脆性を獲得したものである。
【００３６】
全体としてのＣｕ濃度が０．０１６〜０．０９質量％である鋼板において、表面１ａから０．４μｍの深さまでの領域１ｂにおけるＣｕ濃度を０．１０質量％以上とするには、薄鋼板の冷間圧延工程後の熱処理工程を特定の条件で加熱することが必要となる。詳しくは後記する。
【００３７】
高強度薄鋼板１の表面１ａから０．４μｍの深さまでの領域１ｂにおけるＣｕ濃度が０．１０質量％未満であると、Ｃｕ濃度が低いため、十分な耐水素脆性を有することができない。なお、高強度薄鋼板１の表面１ａから０．４μｍの深さまでの領域１ｂにおけるＣｕ濃度があまりに高いと、粒界にＣｕが多量に析出する可能性があり、製品としての機械的特性、例えば、強度や曲げ特性などを悪化させる可能性がある。高強度薄鋼板１の表面１ａから０．４μｍの深さまでの領域１ｂにおけるＣｕ濃度は０．５質量％以下とするのが好ましい。
高強度薄鋼板１の表面１ａから０．４μｍの深さまでの領域１ｂにおけるＣｕ濃度は、市販の表面分析装置（深さ方向元素分析装置）を用いることによって分析することができる。
【００３８】
次に、本発明に係る高強度薄鋼板１の製造方法について説明する。
本発明に係る高強度薄鋼板１は、はじめに、前記した化学成分、つまり、全体として、Ｃ：０．１０〜０．３０質量％、Ｓｉ：１．０〜２．５質量％、Ｍｎ：１．０〜３．５質量％、Ｃｕ：０．０１６〜０．０９質量％、Ｎｉ：前記Ｃｕの濃度の１／２以上０．２０質量％以下、残部が鉄および不可避不純物からなる鋳塊（スラブ）、または、前記した化学成分に対し、さらに、Ａｌ：０．０１〜３．０質量％、Ｍｏ：０．０１〜１．０質量％、Ｂ：０．０００５〜０．０１質量％、Ｔｉ：０．００５〜０．５質量％、Ｎｂ：０．００５〜０．５質量％、Ｃｒ：０．０３〜１．０質量％、Ｖ：０．００３〜１．０質量％、Ｃｏ：０．００５〜０．２質量％、Ｃａ：０．０００５〜０．００５質量％、Ｍｇ：０．０００５〜０．０１質量％のうちの少なくとも１つを含有させてなる鋳塊（スラブ）を、冷延鋼板を製造するために行われる通常の条件で鋳造工程と、熱間圧延工程と、焼鈍工程と、酸洗工程と、冷間圧延工程と、を行って冷延鋼板を得る。
【００３９】
そして、本発明では、得られた冷延鋼板に対して、後記する所定の条件の熱処理工程（焼鈍工程）を行うことにより、引張強度を５７０ＭＰａ以上とし、かつ、全体のＣｕ濃度が０．０１６〜０．０９質量％でありながら、表面１ａから０．４μｍの深さまでの領域１ｂについてはＣｕ濃度を濃化させて０．１０質量％以上とした高強度薄鋼板１を製造している。
【００４０】
（冷間圧延工程後の熱処理工程）
冷間圧延工程後の熱処理工程（焼鈍工程）は、酸素分圧Ｐｏが下記式（１）を満たす雰囲気条件下、冷間圧延工程で冷間圧延した冷間圧延板を８５０〜９５０℃で１５０秒以上加熱する。
Ｐｏ＞０．０１９×（０．１０−｛Ｃｕ｝）／｛Ｃｕ｝・・・式（１）
但し、前記式（１）において、｛Ｃｕ｝は、母材の平均Ｃｕ濃度（質量％）を表し、Ｐｏは、酸素分圧（ＭＰａ）を表す。
【００４１】
かかる条件で冷間圧延工程後の熱処理工程を行えば、全体としてのＣｕ濃度が０．０１６〜０．０９質量％である鋼板において、表面１ａから０．４μｍの深さまでの領域１ｂにおけるＣｕ濃度を０．１０質量％以上とすることができ、冷延鋼板として十分な耐水素脆性を有する高強度薄鋼板１を製造することができる。
【００４２】
なお、加熱温度が８５０℃未満ではＣｕを十分に濃化させることはできない。また９５０℃を超えると酸化皮膜形成速度が速く、剥離が起こって均一性が損なわれるなど、表面性状が劣化する。よって、加熱温度は８５０〜９５０℃とする。
【００４３】
加熱時間については前記式（１）の条件であれば、８５０℃で１５０秒行うことで十分である。酸化性雰囲気における加熱時間が長過ぎると酸化層を過剰に形成するため鋼板が損失するだけでなく生産性が悪くなる。そのため、加熱時間は５００秒程度以下とするのが好ましい。他方、加熱時間は、製品の特性を損なわない範囲で短縮してもよい。例えば９００℃で２８０秒の熱処理において、２００秒を超えてから前記式（１）の雰囲気条件に切り替えるなどしても問題はない。
【００４４】
また、酸素分圧Ｐｏが、前記式（１）において右辺以下（つまり、Ｐｏ≦０．０１９×（０．１０−｛Ｃｕ｝）／｛Ｃｕ｝）であると、表面１ａから０．４μｍの深さまでの領域１ｂにおけるＣｕ濃度を０．１０質量％以上とすることができない。なお、酸素分圧Ｐｏが高ければ高いほどＣｕの濃化は促進される傾向にあるが、酸化皮膜を必要以上に形成させるため酸洗性、生産性が低下する。また、０．１０ＭＰａ（１ａｔｍ）よりも高い圧力で行うことも設備の制約上あまり現実的ではない。このため、酸素分圧Ｐｏの上限は、０．１０ＭＰａもしくは母材Ｃｕ濃度に応じて臨界酸素分圧Ｐｃに近い値とするのが好ましい。
なお、臨界酸素分圧Ｐｃは、母材中の平均Ｃｕ濃度（質量％）を｛Ｃｕ｝として、下記式（２）で表される。
Ｐｃ＝０．０１９×（０．１０−｛Ｃｕ｝）／｛Ｃｕ｝・・・式（２）
【実施例】
【００４５】
次に、本発明の高強度薄鋼板およびその製造方法について、本発明の要件を満たす実施例と本発明の要件を満たさない比較例とを対比して具体的に説明する。
【００４６】
［第１実施例］
下記表１に示す化学成分（質量％）からなる鋼種Ａ〜ＡＨに係るスラブを作製した。なお、表１に示すように、不可避不純物としてＰを０．１質量％未満で含有するとともに、Ｓを０．０１質量％未満で含有している。なお、表１中における「−」は、含有していないことを示し、下線および太字で記載したものは、本発明の要件を満たさないことを示す。また、各鋼種は、残部がＦｅである。
【００４７】
【表１】
【００４８】
表１に示す鋼種Ａ〜ＡＨに係るスラブを１２５０℃に加熱して熱間圧延し、７００℃で焼鈍し、酸洗した後、冷間圧延を経て厚さ１．６ｍｍの冷延鋼板とした。
その後、かかる冷延鋼板を下記条件にて焼鈍し、酸洗した。なお、各鋼種に対して行った具体的な焼鈍条件を下記表２〜５に示した。
加熱温度 ：８２０〜９５０℃
加熱時間 ：１２０〜３００秒
雰囲気条件：Ｎ2−Ｏ2混合ガス（酸素分圧：０．００５０〜０．１０ＭＰａ（０．０５〜１．０ａｔｍ））
なお、酸洗は、５〜１０％塩酸と市販のインヒビターを用いて、８０℃、５分間という条件で行った。
【００４９】
そして、次のようにして表層付近におけるＣｕおよびＮｉの厚み方向の濃度分布と耐水素脆性試験を行った。
【００５０】
（ＣｕおよびＮｉの厚み方向の濃度分布の分析）
焼鈍後、酸洗した冷延鋼板の表層付近におけるＣｕおよびＮｉの厚み方向の濃度分布を、マーカス型高周波グロー放電発光表面分析装置（堀場製作所製ｒｆ−ＧＤ−ＯＥＳ）を用いて分析した。なお、かかる分析装置によって母材中のＣｕ濃度（質量％）およびＮｉ濃度（質量％）も分析することができる。
【００５１】
（耐水素脆性試験）
焼鈍後、酸洗した冷延鋼板（厚さ１．６ｍｍ）を幅３００ｍｍ、長さ１５０ｍｍに加工して曲げ加工を行い、Ｕ曲げ試験片を作製した。これをボルトの締め付けによって曲げ応力を付加した状態で５％塩酸（質量％）浸漬試験を行い（浸漬温度３０℃、浸漬時間１００時間）、割れ発生の有無による耐水素脆性評価を行った。なお、かかる５％塩酸（質量％）浸漬試験は、耐水素脆性試験として用いられる方法の一つである。
【００５２】
鋼種と母材中のＣｕ濃度（質量％）および母材中のＮｉ濃度（質量％）、Ｃｕ濃度とＮｉ濃度の比率、鋼板の母材Ｃｕ濃度に応じて決まる臨界酸素分圧Ｐｃ（ＭＰａ）、焼鈍温度（℃）、焼鈍時間（秒）、Ｃｕ濃度が０．１０質量％以上である冷延鋼板の表面からの領域厚み（μｍ）、および耐水素脆性試験の結果を表２〜５に示す。
ここで、臨界酸素分圧Ｐｃは、母材中の平均Ｃｕ濃度（質量％）を｛Ｃｕ｝として、下記式（２）で表される。
Ｐｃ＝０．０１９×（０．１０−｛Ｃｕ｝）／｛Ｃｕ｝・・・式（２）
この式（２）で表される臨界酸素分圧Ｐｃは、｛Ｃｕ｝が０．１０質量％に比べて少ないほど、十分なＣｕ濃化層を確保するためにより高い酸素分圧Ｐｏで熱処理（焼鈍）を行う必要があることを示しており、実験的に検討して求めた式である。
【００５３】
なお、鋼種と母材中のＣｕ濃度（質量％）および母材中のＮｉ濃度（質量％）は表２〜５においてそれぞれ「［Ｃｕ］」、「［Ｎｉ］」と表示し、Ｃｕ濃度とＮｉ濃度の比率は表２および表３において「［Ｃｕ］／［Ｎｉ］」と表示し、鋼板の母材Ｃｕ濃度に応じて決まる臨界酸素分圧（ＭＰａ）は表２〜５において「Ｐｃ」と表示し、Ｃｕ濃度が０．１０質量％以上である冷延鋼板の表面からの領域厚み（μｍ）は表２〜５において「Ｃｕ濃度≧０．１０％の領域厚み（μｍ）」と表示し、耐水素脆性試験の結果は表２〜５において「酸浸漬による割れの有無」と表示した。
なお、表２〜５中における下線および太字で記載したものは、本発明の要件を満たさないことを示す。
【００５４】
【表２】
【００５５】
【表３】
【００５６】
【表４】
【００５７】
【表５】
【００５８】
酸洗後の鋼板表層付近におけるＣｕおよびＮｉの厚み方向の濃度分布の結果の一例を図２および図３に示す。
なお、図２は、鋼種Ａについて酸素分圧０．１０ＭＰａ（１．０ａｔｍ）の雰囲気条件下、９５０℃で３００秒の熱処理（焼鈍）を行った場合の深さ（μｍ）と、Ｃｕ濃度（質量％）と、Ｆｅ濃度（質量％）との関係を示すグラフである。
図３は、鋼種Ｓについて酸素分圧０．０２０ＭＰａ（０．２ａｔｍ）の雰囲気条件下、９３０℃で２２０秒の熱処理（焼鈍）を行った場合の深さ（μｍ）と、Ｃｕ濃度（質量％）と、Ｆｅ濃度（質量％）との関係を示すグラフである。
【００５９】
図２および図３に示すように、鋼種Ａおよび鋼種Ｓのいずれにおいても、表面から０．４μｍの深さまでの領域におけるＣｕ濃度が０．１０質量％以上となっていることがわかった。なお、その他の鋼種においても同様に、表面から０．４μｍの深さまでの領域におけるＣｕ濃度の濃化が確認された（図示省略）。
【００６０】
耐水素脆性試験の結果は、表２〜５の「酸浸漬による割れの有無」の欄に示すような結果となった。
そして、この耐水素脆性試験の結果と、鋼種Ａ〜ＡＨに含まれるＣｕ濃度（［Ｃｕ］）、Ｎｉ濃度（［Ｎｉ］）、Ｃｕ濃度とＮｉ濃度の比率（［Ｃｕ］／［Ｎｉ］）、Ｐｃ、酸素分圧（Ｐｏ）、焼鈍温度、焼鈍時間およびＣｕ濃度が０．１０質量％以上である冷延鋼板の表面からの領域厚み（Ｃｕ濃度≧０．１０％の領域厚み）と、から次のようなことがわかった。
【００６１】
表２〜５に示されるように、Ｎｉ濃度をＣｕ濃度の１／２以上（つまり、Ｃｕ／Ｎｉ≦２）、０．２０質量％以下添加することが必要であることがわかった。
【００６２】
表２〜５に示されるように、臨界酸素分圧Ｐｃと酸素分圧Ｐｏとは、Ｐｏ＞Ｐｃの関係、つまり、下記式（１）の関係でなければならないことがわかった。
Ｐｏ＞０．０１９×（０．１０−｛Ｃｕ｝）／｛Ｃｕ｝・・・式（１）
但し、前記式（１）において、｛Ｃｕ｝は、母材の平均Ｃｕ濃度（質量％）を表し、Ｐｏは、酸素分圧（ＭＰａ）を表す。
なお、鋼種Ａ〜ＡＨはいずれも引張強度は５８０ＭＰａ以上であった。
【符号の説明】
【００６３】
１ 高強度薄鋼板
１ａ 表面
１ｂ 表面から０．４μｍの深さまでの領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
引張強度が５７０ＭＰａ以上である高強度薄鋼板であって、
化学成分が、全体として、Ｃ：０．１０〜０．３０質量％、Ｓｉ：１．０〜２．５質量％、Ｍｎ：１．０〜３．５質量％、Ｃｕ：０．０１６〜０．０９質量％、Ｎｉ：前記Ｃｕの濃度の１／２以上０．２０質量％以下、残部が鉄および不可避不純物からなり、かつ
表面から０．４μｍの深さまでの領域におけるＣｕ濃度が０．１０質量％以上である
ことを特徴とする高強度薄鋼板。
【請求項２】
前記化学成分が、さらに、Ａｌ：０．０１〜３．０質量％、Ｍｏ：０．０１〜１．０質量％、Ｂ：０．０００５〜０．０１質量％、Ｔｉ：０．００５〜０．５質量％、Ｎｂ：０．００５〜０．５質量％、Ｃｒ：０．０３〜１．０質量％、Ｖ：０．００３〜１．０質量％、Ｃｏ：０．００５〜０．２質量％、Ｃａ：０．０００５〜０．００５質量％、Ｍｇ：０．０００５〜０．０１質量％のうちの少なくとも１つを含有することを特徴とする請求項１に記載の高強度薄鋼板。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の引張強度が５７０ＭＰａ以上である高強度薄鋼板を製造する高強度薄鋼板の製造方法であって、
請求項１または請求項２に記載の化学成分を有する冷間圧延板を冷間圧延工程で製造し、
前記冷間圧延工程後の熱処理工程において、酸素分圧Ｐｏが下記式（１）を満たす雰囲気条件下、前記冷間圧延板を８５０〜９５０℃で１５０秒以上加熱して前記高強度薄鋼板とする
ことを特徴とする高強度薄鋼板の製造方法。
Ｐｏ＞０．０１９×（０．１０−｛Ｃｕ｝）／｛Ｃｕ｝・・・式（１）
（但し、前記式（１）において、｛Ｃｕ｝は、母材の平均Ｃｕ濃度（質量％）を表し、Ｐｏは、酸素分圧（ＭＰａ）を表す。）
【請求項１】
引張強度が５７０ＭＰａ以上である高強度薄鋼板であって、
化学成分が、全体として、Ｃ：０．１０〜０．３０質量％、Ｓｉ：１．０〜２．５質量％、Ｍｎ：１．０〜３．５質量％、Ｃｕ：０．０１６〜０．０９質量％、Ｎｉ：前記Ｃｕの濃度の１／２以上０．２０質量％以下、残部が鉄および不可避不純物からなり、かつ
表面から０．４μｍの深さまでの領域におけるＣｕ濃度が０．１０質量％以上である
ことを特徴とする高強度薄鋼板。
【請求項２】
前記化学成分が、さらに、Ａｌ：０．０１〜３．０質量％、Ｍｏ：０．０１〜１．０質量％、Ｂ：０．０００５〜０．０１質量％、Ｔｉ：０．００５〜０．５質量％、Ｎｂ：０．００５〜０．５質量％、Ｃｒ：０．０３〜１．０質量％、Ｖ：０．００３〜１．０質量％、Ｃｏ：０．００５〜０．２質量％、Ｃａ：０．０００５〜０．００５質量％、Ｍｇ：０．０００５〜０．０１質量％のうちの少なくとも１つを含有することを特徴とする請求項１に記載の高強度薄鋼板。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の引張強度が５７０ＭＰａ以上である高強度薄鋼板を製造する高強度薄鋼板の製造方法であって、
請求項１または請求項２に記載の化学成分を有する冷間圧延板を冷間圧延工程で製造し、
前記冷間圧延工程後の熱処理工程において、酸素分圧Ｐｏが下記式（１）を満たす雰囲気条件下、前記冷間圧延板を８５０〜９５０℃で１５０秒以上加熱して前記高強度薄鋼板とする
ことを特徴とする高強度薄鋼板の製造方法。
Ｐｏ＞０．０１９×（０．１０−｛Ｃｕ｝）／｛Ｃｕ｝・・・式（１）
（但し、前記式（１）において、｛Ｃｕ｝は、母材の平均Ｃｕ濃度（質量％）を表し、Ｐｏは、酸素分圧（ＭＰａ）を表す。）
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−２４６７６４（Ｐ２０１１−２４６７６４Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２１２３３（Ｐ２０１０−１２１２３３）
【出願日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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