(57)【要約】【課題】引張強さの静動差が大きい耐衝撃特性に優れる高強度薄鋼板を提供する。【解決手段】Ｔｉ：２〜２０ｍａｓｓ％、Ｃ：０．１ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：３．０ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：５．０ｍａｓｓ％以下、Ｐ：０．０４ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．０１ｍａｓｓ％以下、Ａｌ：５．０ｍａｓｓ％以下、Ｎ：０．０１ｍａｓｓ％以下含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる成分組成を有する熱延鋼板または冷延鋼板を、６００℃以上で１ｓｅｃ以上の焼鈍を施すことにより、フェライトと平均粒径０．１μｍ以上のＦｅとＴｉを含む金属間化合物を面積率で５〜８０％含む金属組織を有し、引張強さＴＳ：４４０ＭＰａ以上で、引張強さの静動差が１８０ＭＰａ以上である薄鋼板を製造する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｔｉ：２〜２０ｍａｓｓ％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなり、フェライトと平均粒径０．１μｍ以上のＦｅとＴｉを含む金属間化合物を面積率で５〜８０％含む金属組織を有する高強度薄鋼板。
【請求項２】
歪速度１０−３／ｓｅｃでの静的引張強さと歪速度１０３／ｓｅｃでの動的引張強さの差が１８０ＭＰａ以上であ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】
静的引張強さが４４０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の高強度薄鋼板。
【請求項４】
Ｔｉ：２〜２０ｍａｓｓ％、Ｃ：０．１ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：３．０ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：５．０ｍａｓｓ％以下、Ｐ：０．０４ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．０１ｍａｓｓ％以下、Ａｌ：５．０ｍａｓｓ％以下、Ｎ：０．０１ｍａｓｓ％以下含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる成分組成を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の高強度薄鋼板。
【請求項５】
請求項１または４に記載の成分組成を有する熱延鋼板または冷延鋼板を、６００℃以上で１ｓｅｃ以上の焼鈍を施すことを特徴とする高強度薄鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車や建築等の産業分野において用いられる、高速変形時の吸収エネルギーが高く、耐衝撃特性に優れる高強度薄鋼板に関するものである。ここで、上記高強度薄鋼板には、熱延鋼板、冷延鋼板およびそれらに表面処理を施した鋼板も含まれるものとし、単に、「鋼板」とも略記する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の燃費向上や、自動車の衝突時の安全性向上の観点から、車体材料を高強度化して薄肉化し、車体そのものを軽量化かつ高強度化しようとする動きが活発である。自動車車体の衝突時の安全性を向上するためには、衝突時の部材の変形速度レベルである１０３／ｓｅｃでの動的流動応力が、鋼板の強度レベルの指標である静的歪速度１０−３／ｓｅｃでの流動応力に対して大きい鋼板が必要となる。以降、動的流動応力と静的流動応力の差を「静動差」、それらの流動応力の比を「静動比」ということにする。
【０００３】
このような鋼板を開発するため、従来から多くの検討がなされている。例えば、非特許文献１には、フェライトと、マルテンサイトやベイナイト、残留オーステナイト等の硬質相からなる組織を有する鋼板の静動比が報告されている。また、特許文献１や特許文献２には、鋼中の固溶元素を極力低減して降伏応力の静動比を向上させる技術が提案されている。
【０００４】
しかし、近年の自動車車体へのさらなる軽量化と耐衝撃特性向上に対する要求に応えるため、特に部材の大変形が想定される衝突時の安全性を十分に確保するためには、降伏応力よりもむしろ引張強さの静動比もしくは静動差を向上させることが重要であると考えられる。しかし、従来の鋼板の静動差は、非特許文献２に記載されているように、引張強さ４４０ＭＰａ以上では１５０ＭＰａ程度でしかなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０６−３２２４７６号公報
【特許文献２】特開平０７−０１８３７１号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】高木周作，他：鉄と鋼、日本鉄鋼協会、８３（１９９７），４５４
【非特許文献２】Ｓｈｕｓａｋｕ  Ｔａｋａｇｉ  ｅｔ．ａｌ；ＣＡＭＰ−ＩＳＩＪ、１８（２００５），１５５５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、高強度化するのに伴い、加工性が低下するのはよく知られたことである。そこで、鋼板の成形性を確保するために静的強度を極力低下させた上で、高速変形時の流動応力を大きく高めた鋼板、具体的には、引張強さＴＳの静動差が１８０ＭＰａ以上である鋼板が要求されている。
【０００８】
本発明は、上記要求に応えるべく開発したものであって、その目的は、引張強さＴＳ：４４０ＭＰａ以上の高強度鋼板において、引張強さの静動差の大きい鋼板、具体的には引張強さの静動差が１８０ＭＰａ以上である耐衝撃特性に優れる高強度薄鋼板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明者らは、上記課題を解決するため、種々の高強度化手法について検討を重ねた。その結果、鋼板組織をフェライト中に、Ｆｅ−Ｔｉ系金属間化合物を分散させたミクロ組織とすることにより、加工性を大きく損なうことなく、引張強さの静動差を顕著に向上できることを見出した。
【００１０】
すなわち、本発明は、Ｔｉ：２〜２０ｍａｓｓ％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなり、フェライトと平均粒径０．１μｍ以上のＦｅとＴｉを含む金属間化合物を面積率で５〜８０％含む金属組織を有する高強度薄鋼板である。
【００１１】
本発明の上記薄鋼板は、歪速度１０−３／ｓｅｃでの静的引張強さと歪速度１０３／ｓｅｃでの動的引張強さの差が１８０ＭＰａ以上であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の上記薄鋼板は、静的引張強さが４４０ＭＰａ以上であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の上記薄鋼板は、Ｔｉ：２〜２０ｍａｓｓ％、Ｃ：０．１ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：３．０ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：５．０ｍａｓｓ％以下、Ｐ：０．０４ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．０１ｍａｓｓ％以下、Ａｌ：５．０ｍａｓｓ％以下、Ｎ：０．０１ｍａｓｓ％以下含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる成分組成を有することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、上記成分組成を有する熱延鋼板または冷延鋼板を、６００℃以上で１ｓｅｃ以上の焼鈍を施すことを特徴とする高強度薄鋼板の製造方法を提案する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、静的引張強さが４４０ＭＰａ以上の高強度を有し、かつ、静的引張強さと動的引張強さの差が１８０ＭＰａ以上の高強度鋼板を提供することができる。したがって、本発明の高強度薄鋼板は、高強度であると共に耐衝撃特性にも優れるので、自動車車体の軽量化、安全性の向上に大きく寄与することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の高強度薄鋼板の成分組成を上記範囲に限定する理由について説明する。
Ｔｉ：２〜２０ｍａｓｓ％
Ｔｉは、本発明においては、Ｆｅ−Ｔｉ系金属間化合物（ＦｅｘＴｉｙ）を生成させるために添加する必須の元素である。Ｔｉの添加量が２ｍａｓｓ％未満では、面積率にして５％以上のＦｅ−Ｔｉ系金属間化合物が得られない。一方、２０ｍａｓｓ％を超えると、金属間化合物の量が多くなり過ぎて、所定の耐衝撃特性が得られなくなる。よって、Ｔｉの添加量は、２〜２０ｍａｓｓ％の範囲とする。なお、添加量が８ｍａｓｓ％を超えると、鋳造時もしくは熱間圧延時に割れが発生し、鋼板の製造が困難となることがある。したがって、Ｔｉは、好ましくは３〜８ｍａｓｓ％の範囲である。なお、ＦｅｘＴｉｙ金属間化合物中には、ＦｅとＴｉ以外の元素（Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｎｂ，Ｂ，Ａｌ等）が２０ｍａｓｓ％以下混入していてもよい。
【００１７】
本発明の薄鋼板の成分組成は、ＦｅおよびＴｉからなり、残部成分は不可避的不純物として位置付けられるものであるが、以下に示す成分については、下記の範囲で含有してもよい。
Ｃ：０．１ｍａｓｓ％以下
Ｃは、Ｔｉと炭化物であるＴｉＣを形成して、フェライト中に分散し、成形性を低下させるとともに、Ｆｅ−Ｔｉ系金属間化合物を生成する有効Ｔｉを減少させる元素である。特に、０．１ｍａｓｓ％を超えると、ＴｉＣの析出が多くなり、成形性の低下が大きくなる。よって、本発明においては、Ｃは０．１ｍａｓｓ％以下とするのが好ましい。より好ましくは０．００５ｍａｓｓ％以下である。
【００１８】
Ｓｉ：３．０ｍａｓｓ％以下
Ｓｉは、添加量が３．０ｍａｓｓ％を超えると、熱間圧延や冷間圧延することが困難となる。よって、Ｓｉを添加する場合は、３．０ｍａｓｓ％以下とするのが好ましい。なお、Ｓｉは、脱酸剤として添加される元素であるとともに、フェライトを強化する元素でもある。上記効果を発現するには、０．０１ｍａｓｓ％以上の添加が好ましい。
【００１９】
Ｍｎ：５．０ｍａｓｓ％以下
Ｍｎは、５．０ｍａｓｓ％を超えると、熱間圧延や冷間圧延することが困難となる。よって、Ｍｎを添加する場合は、５．０ｍａｓｓ％以下とするのが好ましい。また、Ｍｎは、固溶強化により鋼を高強度する元素であり、この効果を発現するには、０．０１ｍａｓｓ％以上の添加が好ましい。
【００２０】
Ｐ：０．０４ｍａｓｓ％以下
Ｐは、ＴｉとＴｉ−Ｐ系析出物を形成し、成形性を低下させるとともに、Ｆｅ−Ｔｉ系金属間化合物を生成する有効Ｔｉを減少させる元素である。特に、０．０４ｍａｓｓ％を超えると、Ｔｉ−Ｐ系析出物が多くなり、成形性の低下が大きくなる。よって、Ｐは０．０４ｍａｓｓ％以下とするのが好ましい。より好ましくは０．０２ｍａｓｓ％以下である。
【００２１】
Ｓ：０．０１ｍａｓｓ％以下
Ｓは、ＴｉとＴｉ−Ｓ系析出物を形成し、成形性を低下させるとともに、Ｆｅ−Ｔｉ系金属間化合物を生成する有効Ｔｉを減少させる元素である。特に、０．０１ｍａｓｓ％を超えると、Ｔｉ−Ｓ系析出物が多くなり、成形性の低下が大きくなる。よって、Ｓは０．０１ｍａｓｓ％以下とするのが好ましい。より好ましくは０．００５ｍａｓｓ％以下である。
【００２２】
Ａｌ：５．０ｍａｓｓ％以下
Ａｌは、脱酸剤として添加される元素であるとともに、フェライトを強化する元素であるので、５．０ｍａｓｓ％を上限として添加することができる。上記効果は０．０１ｍａｓｓ％以上の添加で発現するが、５．０ｍａｓｓ％を超えると、原料コストが上昇するので好ましくない。よって、Ａｌを添加する場合は、５．０ｍａｓｓ％以下とするのが好ましい。
【００２３】
Ｎ：０．０１ｍａｓｓ％以下
Ｎは、ＴｉとＴｉ−Ｎ系析出物を形成し、成形性を低下させるとともに、Ｆｅ−Ｔｉ系金属間化合物を生成する有効Ｔｉを減少させる元素である。特に、０．０１ｍａｓｓ％を超えると、Ｔｉ−Ｎ系析出物が多くなり、成形性の低下が大きくなる。よって、Ｎは０．０１ｍａｓｓ％以下とするのが好ましい。より好ましくは０．００５ｍａｓｓ％以下である。
【００２４】
本発明の薄鋼板において、上記成分以外の残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物であるが、本発明の効果を害さない範囲であれば、その他の成分の含有を拒むものではなく、必要に応じて添加することができ、例えば、Ｃｕ：３．０ｍａｓｓ％以下、Ｎｉ：３．０ｍａｓｓ％以下、Ｃｒ：３．０ｍａｓｓ％以下、Ｎｂ：３．０ｍａｓｓ％以下、Ｖ：３．０ｍａｓｓ％以下、Ｂ：０．０１ｍａｓｓ％以下であれば許容することができる。
【００２５】
次に、本発明の薄鋼板が有する金属組織について説明する。
本発明の薄鋼板は、主としてフェライトと、平均粒径０．１μｍ以上のＦｅとＴｉを含む金属間化合物を面積率にして５〜８０％含む金属組織を有することが必要である。上記ＦｅとＴｉを含む金属間化合物の平均粒径が０．１μｍ未満もしくは面積率が５％未満では、引張強さの静動差の顕著な向上、具体的には、１８０ＭＰa以上を達成できないからである。
一方、金属間化合物の面積率が８０％を超えると、静動差が１８０ＭＰａ未満となる。また、金属間化合物の面積率が５０％を超えると、成形性の劣化が懸念されるため、上限は５０％とするのが好ましい。また、金属間化合物の平均粒径が１０μｍを超えると、加工性が低下するようになるため、１０μｍ以下とするのが好ましい。より好ましくは３μｍ以下である。
なお、フェライトおよび金属間化合物以外は、マルテンサイト、ベイナイト、残留オーステナイト、セメンタイト、パーライト等、通常、鉄鋼材料で存在する組織が混在していてもよいが、それらは合計の面積率は１０％以下であるのが好ましい。より好ましくは５％以下である。
【００２６】
なお、上記金属間化合物は、ＥＤＸや抽出燃焼分析法を用いて分析することができる。また、金属間化合物の面積率は、ＳＥＭ写真の画像を二値化する等して画像処理することにより測定することができる。
【００２７】
次に、本発明の薄鋼板の機械的特性について説明する。
本発明の薄鋼板は、低速で引張試験を行ったときの静的引張強さが４４０ＭＰａ以上である高強度薄鋼板であることが好ましい。ここで、上記静的引張強さとは、１０−３／ｓｅｃの歪速度でＪＩＳ  Ｚ２２４１に準拠して引張試験を行ったときの引張強さをいう。さらに、本発明の高強度薄鋼板は、歪速度１０３／ｓｅｃで引張試験を行ったときの動的引張強さと、上記静的引張強さの差（静動差）が１８０ＭＰａ以上であるのが好ましい。引張強さの静動差を１８０ＭＰａ以上とすることにより、耐衝撃特性に優れた薄鋼板が得られるからである。なお、本発明に薄鋼板の静的引張強さの上限は特に限定しない。また、静動差の上限についても上限は規定しない。
【００２８】
次いで、本発明の薄鋼板の製造方法について説明する。
本発明の薄鋼板の製造方法は、上記成分組成を満たした鋼素材を用いること以外は、通常の方法を用いることができる。すなわち、上記に説明した成分組成に調製した鋼を、連続鋳造法または造塊−分塊圧延法で鋼素材（スラブ）とし、このスラブを冷却後、再加熱したのち、あるいは冷却することなくそのまま熱間圧延して熱延鋼板とし、酸洗し、焼鈍を行って熱延焼鈍板（製品）とするか、あるいは、酸洗後、冷間圧延し、焼鈍を行って冷延板焼鈍板（製品）とするのが好ましい。なお、上記熱延焼鈍板（製品）あるいは冷延板焼鈍板（製品）は、その後、必要に応じて、スキンパス圧延を施してもよく、また、電気めっきや溶融めっき、合金化めっき等の表面処理を施してもよい。また、上記熱間圧延については、組織を均一化する観点から、仕上圧延終了温度を８５０℃以上とするのが好ましい。上記のように、本発明の薄鋼板は、熱延鋼板および冷延鋼板のいずれでもよい。
【００２９】
ただし、上記熱延鋼板および冷延鋼板の焼鈍は、金属間化合物の分散を図る観点から、６００℃以上の温度で行なう必要がある。６００℃未満では、金属間化合物が生成しないためである。一方、上限は特に規定しないが、製造性および製造コストの観点からは、９００℃以下とするのが好ましい。また、上記温度に保持する時間は、１ｓｅｃ以上とする。１ｓｅｃ未満では、金属間化合物が生成しないからである。好ましくは、７００〜９００℃で、１０〜６００ｓｅｃの範囲である。
なお、焼鈍後の平均冷却速度は、１℃／ｓｅｃ以上であることが好ましい。１℃／ｓｅｃ未満では、冷却に長時間を要するため、生産性が低下するからである。
【実施例】
【００３０】
表１に示す成分組成の鋼を真空溶解炉で溶製し、鋳造して得た鋼塊を、仕上圧延温度を９００℃とする熱間圧延により板厚３．６ｍｍの熱延鋼板とし、冷間圧延して板厚が１．２ｍｍの冷延板とした。その後、表２に示した条件で焼鈍を行い、冷延焼鈍板とした。
このようにして得た冷延焼鈍板について、静的引張特性と動的引張特性を測定した。ここで、静的引張特性は、引張方向を圧延平行とするＪＩＳ５号試験片を用いて、ひずみ速度１０−３／ｓｅｃでＪＩＳ  Ｚ２２４１に準拠した方法で引張試験を行い、引張強さＴＳを測定した。一方、動的引張特性は、試験片の平行部長さ８ｍｍの試験片を、非共軸型ホプキンソンプレッシャーバー試験機を用いてひずみ速度１０３／ｓｅｃでの引張試験を行い、引張強さＴＳを測定し、静的引張強さとの差（静動差）を求めた。
また、上記各種冷延焼鈍板について、圧延方向に平行な断面の金属組織を、ＳＥＭを用いて１５００倍で観察し、金属組織の構成、フェライト相の面積分率および金属間化合物の平均粒径と面積分率を測定した。なお、上記金属間化合物は、ＥＤＸを用いて分析した結果、すべてＦｅｘＴｉｙ金属間化合物であることを確認した。
【００３１】
【表１】
2010222644.tif 000002
【００３２】
【表２】
2010222644.tif 000003
【００３３】
上記測定の結果を、表２に併記して示した。表２の結果から、本発明で規定する要件を満たすことにより、静的引張強さＴＳが４４０ＭＰａ以上で、静動差が１８０ＭＰａ以上の耐衝撃特性に優れる高強度薄鋼板が得られることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の高強度鋼板は、自動車用以外にも、耐震部材等、高歪速度変形時のエネルギー吸収が必要な部材にも好適に用いることができる。