(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＴｉおよびＮｂの少なくとも一方ならびにＷを含んだ炭化物が分散析出したフェライト組織を主体とすることを特徴とする剥離強度に優れた高張力熱延鋼板。
【請求項２】
表面に溶融亜鉛系めっき皮膜を有することを特徴とする請求項１に記載の剥離強度に優れた高張力熱延鋼板。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の高張力熱延鋼板からなる部材を準備する第１の工程と、前記部材にプレス成形を施して所望の形状のプレス成形品に加工する第２の工程とを有する高張力熱延鋼板の加工方法。
【請求項４】
前記プレス成形品は、自動車用部品であることを特徴とする請求項３に記載の高張力熱延鋼板の加工方法。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載の鋼板により製造された自動車用部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、剥離強度に優れた高張力熱延鋼板に関し、特に自動車等の輸送機に使用される部材や部品に適した４９０ＭＰａ以上の強度を有する剥離強度に優れた高張力熱延鋼板およびその加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車に代表される輸送機分野において、燃費向上を目的に車体の軽量化が検討されている。従来は、車体の軽量化はその大部分の重量をしめるボディーに注目されて行われており、機能性を重視した部品ではあまり軽量化が進んでいなかった。
【０００３】
しかしながら、ボディーに５９０ＭＰａ以上の強度を持つ鋼板が用いられる場合も見受けられるようになり、従来のボディー中心の軽量化も行きづまりを見せつつあり、構造部材以外の機能を重視した部品にも４９０ＭＰａ以上の高張力鋼板を用いた軽量化が検討されるようになってきている。
【０００４】
自動車の機能性を重視した部品に高張力鋼板を適用する場合、単純な板面に平行な引張応力状態以外にも鋼板の板厚方向に応力がかかる場合がある。その例として、図４に板にパイプを垂直に溶接した例を示す。この継ぎ手は図４の（ａ），（ｂ）に示すように、パイプ断面を板面に垂直に配置し、抵抗溶接などでパイプと鋼板を溶接したものであるが、このような溶接継ぎ手の健全性は一般に鋼板と溶接部品をそれぞれ反対方向一直線で引張り、その破断強度や破断状態で評価される。従来の鋼を用いた場合、このような評価のもとでは図４の（ｃ）の模式図に示すように鋼板が板状に剥離し、所望の強度が得られない。なお、その剥離領域Ａの写真を図５に示す。これは、従来、自動車部品にはＣ、Ｍｎ、Ｓｉの固溶強化にＴｉ、Ｎｂの析出強化を複合した鋼板が用いられていたため、図６に示すようなバンド組織が発達しており、バンド組織に沿って破壊が進展する結果、鋼板強度より予想される継ぎ手強度が得られなかったためと考えられる。
【０００５】
このような剥離による破壊が起こらない鋼板として、Ｃを従来よりも低減した鋼が有望であると考えられる。しかし、以下に述べるようにＣ量を低減した鋼板であっても従来技術では必ずしも十分な剥離強度が得られていない。
【０００６】
特開平６−１９２９２４号公報にはＳｉ添加で炭化物生成を抑制したベイニティックフェライト単相組織で高加工性鋼板を実現する方法が開示されている。この技術は剥離強度を改善することを目的になされたものではないが、このようなベイニティックフェライト組織は一見継ぎ手強度が良好なように見受けられる。しかし、実際は剥離強度が低い。これは、ベイニティックフェライトは熱延直後の圧延方向に展伸した旧オーステナイト粒界より起こり旧オーステナイトの結晶方位に従った結晶方位を持つことから、一見独立したように見える結晶粒は旧オーステナイト粒方位に従って変態しているため、バンド状に方位がそろっており、亀裂がバンド状に並んだベイニティックフェライトに沿って進展してしまうからである。
【０００７】
特開平７−１１３８２号公報にはアシキュラーフェライト組織による高張力熱延鋼板が開示されているが、アシキュラーフェライトもベイニティックフェライトと同様に変態前の加工オーステナイトに起因する結晶方向性を維持しているため、剥離強度は小さい。
【０００８】
特開平１１−１５２５４４号公報にはフェライトを主相とする熱延鋼板であって、平均のフェライト粒径が２μｍ以下の超微細粒を有するものが開示されているが、結晶粒微細化を促進するために加工オーステナイトからの変態を必須としている。変態後のフェライトは加工オーステナイトに起因した配向性をもち、その配向に沿って亀裂が進展するため、剥離強度が小さい。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、以上のような従来技術では平板としての通常の引張強度は十分であるものの部品形状での強度や溶接継ぎ手部の母材の剥離強度は低いのが現状である。
【００１０】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、十分な剥離強度を有し、部品形状での強度や溶接継ぎ手部の母材の剥離強度が高い、剥離強度に優れた高張力熱延鋼板およびその加工方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、従来は高張力鋼板に不適当と考えられていたフェライトを主体とした組織にＴｉ、Ｎｂ、Ｗの微細炭化物または、それらの複合炭化物を均一にフェライト粒内に配置することで、４９０ＭＰａ以上の強度を実現し、剥離強度を上げることが可能であることを見い出し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
すなわち、本発明は、ＴｉおよびＮｂの少なくとも一方ならびにＷを含んだ炭化物が分散析出したフェライト組織を主体とすることを特徴とする剥離強度に優れた高張力熱延鋼板を提供するものである。表面に溶融亜鉛系めっき皮膜を有していてもよい。
【００１３】
また、本発明は、上記の高張力熱延鋼板からなる部材を準備する第１の工程と、前記部材にプレス成形を施して所望の形状のプレス成形品に加工する第２の工程とを有する高張力熱延鋼板の加工方法を提供するものである。この場合に、プレス成形品は、自動車用部品、特に自動車用足回り部材であるのが好適である。
【００１４】
さらに、本発明は、上記のような高張力熱延鋼板により製造された自動車用部品を提供するものである。
【００１５】
こうして提供される自動車用部品等のプレス成形品は、高い剥離強度を有する。
【００１６】
本発明の鋼板はＴｉおよびＮｂの少なくとも一方ならびにＷを含んだ炭化物が分散析出したフェライト組織を主体とすることにより、フェライト粒はオーステナイト粒界より多数発生するため、バンド組織やベイニティックフェライトやアシキュラーフェライトのように、圧延方向に扁平した変態前の加工オーステナイト粒に影響されて一方向に結晶が配向することはない。その結果、剥離強度を上昇させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明では、ＴｉおよびＮｂの少なくとも一方ならびにＷを含んだ炭化物が分散析出したフェライト組織を主体とする。
【００１８】
フェライト組織を主体としたのは、フェライト以外の組織は変態前の加工オーステナイトに起因した方向性が著しいからである。すなわち、マルテンサイトとベイナイト（ベイニティックフェライト、アシキュラーフェライトを含む）は変態前の加工オーステナイトの結晶方向性をそのまま引き継ぎ、広い範囲にわたってバンド状の結晶配向を持つ。板表面に垂直に溶接された部材を板表面に垂直に引っ張ったときに亀裂がそのバンドに沿って進展するため、継ぎ手の強度は低い。パーライト組織もやはりバンド状組織を呈することからパーライトバンドに沿って亀裂が進展するため剥離強度は低下してしまう。
【００１９】
ここで、フェライト組織を主体とするとは、具体的には光学顕微鏡で観察したときに９５％以上の体積がフェライトである場合をいう。フェライト体積率が９８％以上で剥離強度上昇という本発明の効果が顕著となるためその範囲がより好ましい。本発明においては、少量のセメンタイトが含有されてもその効果は著しくは変化しないが、セメンタイトの含有は体積分率で１％未満が好ましく、０．５％以下がより好ましい。フェライトにはベイニティックフェライトやアシキュラーフェライトを含む場合もあるが、本発明でいうフェライトにはベイニティックフェライトやアシキュラーフェライトは含まれない。
【００２０】
本発明において、ＴｉおよびＮｂの少なくとも一方ならびにＷを含んだ炭化物を分散析出させるのは、このような炭化物がフェライト地を強化し、従来フェライト単相では確保できなかった４９０ＭＰａ以上の高張力鋼板を実現することができるからであり、本発明において、このような炭化物の微細均一配置は重要である。
【００２１】
ＴｉおよびＮｂの一方の炭化物、またはその両者を含んだ炭化物にＷが加わることで、従来よりも少ない炭化物量で鋼の強度を上昇させることができる。その理由は必ずしも明確ではないが、Ｗにより炭化物性状が変化し、従来の析出強化されたフェライトよりも転位がフェライト地中に多量に蓄積できるようになるためと考えられる。
【００２２】
また、ＴｉおよびＮｂの少なくとも一方ならびにＷを含んだ炭化物により強化された鋼板では、剥離強度が向上する。この理由も必ずしも明らかではないが、剥離強度は通常の引張試験で測定される強度とは異なり、変形様式も異なることから、上記複合炭化物が剥離破壊の変形様式における転位の運動を通常の引張の場合よりも効率的に阻害するためであると考えられる。
【００２３】
なお、本発明のＴｉおよびＮｂの少なくとも一方ならびにＷを含んだ炭化物が分散析出したフェライト組織は、電子顕微鏡により把握することができる。本発明の炭化物の例を図１に示す。図１は、Ｃ：０．０４９％、Ｓｉ：０．０５％、Ｍｎ：１．５％、Ｓ：０．００１％、Ｐ：０．０１０％、Ｔｉ：０．０８５％、Ｗ：０．４０％を含む鋼を、仕上げ温度８８０℃、巻取温度６２０℃で製造した鋼板の透過型電子顕微鏡写真である。この写真に示すように、フェライトの全面に１０ｎｍ以下の微細な析出物が多数観察された。この析出物のＴｉとＷとの比率は１：１であることが把握され、このことから、この析出物がＴｉとＷとを含む炭化物であること確認された。なお、図１で線状に現れているのは転位である。
【００２４】
本発明は、上記組織さえ形成されればよく、その成分組成および製造方法は特に規定する必要はないが、上記組織を実現するための成分組成および製造条件の好ましい範囲を以下に示す。
【００２５】
１．成分組成
Ｃ：ＣはＴｉおよびＮｂの少なくとも一方ならびにＷを含んだ炭化物として固定され、鋼の強度を担うのに必要な元素である。しかし、０．１％を超えて添加すると粒界セメンタイトの生成で延性が劣化する。そのため、Ｃは０．１％以下が好ましい。一方４９０ＭＰａ以上の強度を維持するためには０．０３％以上であることが望ましい。
【００２６】
Ｓｉ：Ｓｉは固溶強化元素として多用される。しかしながら、Ｓｉは赤スケールを生成し、表面性状を劣化させてしまうため、Ｓｉ量は０．５％以下が望ましく、さらには０．２％以下が好ましい。
【００２７】
Ｍｎ：Ｍｎも固溶強化元素として使用される。しかし、１．０％未満では延性を劣化させるパーライトの生成が容易となり、また、２．０％を超えると、硬質低延性の低温変態相が生成する。したがって、Ｍｎ量は１．０〜２．０％が好ましい。
【００２８】
Ｐ：Ｐも固溶強化元素であるが、０．０６％を超えて添加されると、粒界への著しい偏析を招き、延性が劣化する。よって０．０６％以下が好ましい。
【００２９】
Ｓ：ＳはＭｎＳ、ＴｉＳとして固定される。したがってＳは有効に働くＭｎ、Ｔｉ量の低減につながり、延性も低下することから、０．００５％以下が好ましい。
【００３０】
Ａｌ：鋼中Ａｌは脱酸剤として使用される。しかし、０．１％を超える添加は鋼の延性低下を招くことから、０．１％以下が好ましい。
【００３１】
Ｎ：Ｎは鋼中の不純物である。０．００６％を超えて含有する場合には、延性を低下させる粗大な窒化物形成の原因となることから、０．００６％以下が好ましい。
【００３２】
Ｃｒ：Ｃｒは固溶強化元素として使用される。しかし、０．５％を超えると硬質低延性の低温変態相が生成することから、０．５％以下が望ましく、さらには０．２５％以下が好ましい。
【００３３】
Ｗ：Ｗは本発明において重要な役割を担う。Ｗによる炭化物改良効果を得るためには０．０５％以上添加することが望ましい。一方、１％を超えると低温変態相が生成しやすくなるとともにＷ炭化物量が激増することから１％以下が望ましく、さらには０．８％以下が好ましい。
【００３４】
Ｔｉ：Ｔｉは鋼中固溶ＣをＴｉおよびＷを含んだ炭化物、またはＴｉ、ＮｂおよびＷを含んだ炭化物として固定し、粒界へのセメンタイトの析出を抑制するとともに、このような炭化物の析出強化により鋼を高強度化する。高強度化のためには０．０３％以上添加することが望ましい。一方０．２％を超える添加は過剰なフェライト変態点の上昇を招き、組織が混粒化しやすくなることから０．２％以下が好ましい。なお、鋼の強化能については、ＴｉおよびＷを含んだ炭化物のほうがＮｂおよびＷを含んだ炭化物よりも高いことから、以下のＮｂおよびＷを含んだ炭化物による強化よりもＴｉおよびＷを含んだ炭化物による強化の方が望ましい。
【００３５】
Ｎｂ：Ｎｂはスラブ加熱時の過剰なオーステナイトの粗大化を防止し、組織の混粒化を抑制する。またＮｂおよびＷを含んだ炭化物、またはさらにＴｉを含んだ炭化物となって鋼を強化する。これらの効果を発揮するためには０．００５％以上添加することが好ましい。また、０．０８％を超えて添加すると、Ｎｂを含む炭化物が粗大化してしまうことから、０．０８％以下が好ましい。
【００３６】
２．製造条件
仕上圧延温度：仕上圧延温度が８８０℃未満では、加工オーステナイトから変態するフェライト量が増える。このようなフェライトは圧延方向に配向しているため、鋼板の剥離強度が低下する。よって、８８０℃以上の仕上温度で圧延することが好ましい。
【００３７】
巻取温度：本発明の鋼板では、ＴｉおよびＮｂの少なくとも一方ならびにＷを含んだ炭化物が重要な働きを示すことから、Ｗを含有させているが、５５０℃未満の巻取ではベイナイトが生成しやすくなる。そのため、巻取温度は５５０℃以上が望ましい。また、巻取温度が７００℃以上になるとパーライト生成が容易となることから７００℃未満が好ましい。さらに、本発明の鋼板はＴｉおよびＮｂの少なくとも一方ならびにＷを含んだ炭化物で粒界セメンタイトの析出を抑制することから、巻取温度はこのような炭化物の析出しやすい５７０℃〜６８０℃がより好ましい。
【００３８】
本発明の高張力熱延鋼板には、表面に溶融亜鉛系めっき皮膜を形成し、溶融亜鉛系めっき鋼板としたものも含む。本発明の高張力熱延鋼板は良好な剥離強度を有することから、表面に溶融亜鉛系めっき皮膜を形成しても良好な剥離強度を維持することができる。ここで、溶融亜鉛系めっきとは、亜鉛および亜鉛を主体とした溶融めっきであり、亜鉛の他にＡｌ、Ｃｒ等の合金元素を含んだものを含む。このような溶融亜鉛系めっきを施した本発明の高張力熱延鋼板は、めっきままでもめっき後合金化処理を行ってもかまわない。めっき前焼鈍温度については、４５０℃未満ではめっきがつかず、７５０℃超えでは強度低下が生じやすい。そのため、焼鈍温度は４５０℃以上、７５０℃以下が好ましい。
【００３９】
なお、本発明の熱延鋼板は、黒皮ままでも酸洗材でもその特性に差違はない。調質圧延についても通常行われているものであれば特に規定はない。また、上記溶融亜鉛めっきは酸洗後でも黒皮ままでも問題はない。亜鉛めっきについては電気めっきも可能である。化成処理についても特に問題はない。鋳造後直ちにもしくは補熱を目的とした加熱を施した後にそのまま熱間圧延を行う直送圧延を行っても本発明の効果に影響はない。さらに、粗圧延後に仕上圧延前で、圧延材を加熱しても、粗圧延後、圧延材を接合して行う連続圧延を行っても、さらには圧延材の加熱と連続圧延を同時に行っても本発明の効果は損なわれない。
【００４０】
本発明の熱延鋼板は、剥離強度に優れているのでこれをプレス成形した場合、その特質が活かされ、剥離強度が優れていることが要求される自動車用部材、例えばエアバックインフレーター等のプレス成形品を実現することができる。以下に具体的に、本発明に係る熱延鋼板の加工方法、換言すればプレス成形品の製造方法について説明する。
【００４１】
図２は、本発明に係る熱延鋼板の加工方法の作業フローの一例を示すフローチャートである。この作業フローは、通常、本発明に係る鋼板を製造することまたはその製造された鋼板を例えばコイルにして目的場所に搬送することを前工程としており、まず、本発明に係る熱延鋼板を準備することから始まる（Ｓ０、Ｓ１）。この鋼板に対してプレス加工を施す前に、鋼板に対して前処理的な加工を施すこともあれば（Ｓ２）、裁断機により所定の寸法や形状に加工することもある（Ｓ３）。前者のＳ２の工程では、例えば鋼板の幅方向の所定箇所に切り込みや穿孔を行い、引き続くプレス加工を終えた段階またはそのプレス加工の過程で、所定の寸法および形状のプレス成形品または被プレス加工部材として切り離すことができるようにしておく。後者のＳ３の工程では、最終的なプレス成形品の寸法、形状等を予め考慮して、所定の寸法および形状の鋼板部材に加工（したがって裁断）するようにしておく。その後、Ｓ２およびＳ３の工程を経由した部材には、プレス加工が施され、最終的に目的とする寸法・形状の所望のプレス成形品が製造される（Ｓ４）。このプレス加工は、通常は多段階で行われ、３段階以上７段階以下であることが多い。
【００４２】
Ｓ４の工程は、Ｓ２およびＳ３の工程を経由した部材に対してさらに所定の寸法や形状に裁断する工程を含む場合もある。この場合の「裁断」という作業は、例えば、少なくともプレス加工の過程で、Ｓ２およびＳ３の工程を経由した部材の端部のような最終的なプレス成形品には不要部分を切り離す作業であっても構わないし、また、Ｓ２の工程で設けられた鋼板の幅方向の切り込みや穿孔に沿って被プレス加工部材を切り離す作業であっても構わない。
【００４３】
なお、図２中、Ｎ１ないしＮ３は、鋼板、部材、プレス成形品を、機械的にあるいは作業員による搬送作業である場合がある。
【００４４】
こうして製造されるプレス成形品は、必要に応じて次工程に送られる。次工程としては、例えば、プレス成形品にさらに機械加工を施し、寸法や形状を調整する工程、プレス成形品を所定場所に搬送し、格納する工程、プレス成形品に表面処理を施す工程、プレス成形品を用いて自動車のような目的物を組み立てる組立工程がある。
【００４５】
図３は、図２に示した作業を実際に行う装置と鋼板、部材、プレス成形品の流れとの関係を示すブロック図である。この図においては、本発明に係る熱延鋼板はコイル状で準備されており、プレス加工機によりプレス成形品が製造される。プレス加工機は多段プレスを行う機種のものであるが、本件発明はこれに限定されない。
【００４６】
プレス加工機の前段に、裁断機その他の前処理機械を設置する場合（図３の（ａ））もあれば、設置しない場合（図３の（ｂ））もある。裁断機が設置される場合には、コイルから供給される長尺の本発明に係る鋼板から、必要な寸法又は形状の部材を裁断し、この部材がプレス加工機においてプレス加工され、所定のプレス成形品となる。鋼板の幅方向に切り欠きや穿孔を施す前処理機械が設置される場合には、プレス加工機においてその切り欠きや穿孔に沿って裁断が行われても構わない。前処理機械を設置しない場合には、プレス加工機において鋼板がプレス加工される過程で、裁断が行われ、最終的に所定の寸法、形状を有するプレス成形品が製造される。なお、図３における「裁断」の意味は、図２における裁断と同じである。
【００４７】
こうして製造されるプレス成形品は、その原材料として剥離強度に優れている本発明に係る鋼板を使用しているので、溶接に供される自動車用部材に特に有用である。
【００４８】
【実施例】
表１に示す成分組成の鋼を溶製し、８８０℃以上で熱間圧延を終了し、表１に示す巻取温度で巻取り、板厚約３．２ｍｍｔの鋼板を作製した。得られた鋼板よりＪＩＳ５号試験片を採取し、引張強度（ＴＳ）を測定した。また組織観察を行い、鋼板の組織を同定した。さらに、電子顕微鏡を用いて炭化物の析出状態を観察した。
【００４９】
次に、鋼板に外径２０ｍｍのパイプを抵抗溶接した。溶接姿勢はパイプの軸に垂直にパイプを切断し、切断面を鋼板の表面に当てた形状とした。抵抗溶接を選択したのは、熱影響部が極めて小さいためである。溶接継ぎ手部の母材の剥離強度を測定するため、パイプの軸に平行にパイプと鋼板を逆方向に引張り、そのときの継ぎ手の最高強度を測定した。
【００５０】
これらの結果を表１に示す。Ｎｏ．１〜３は、フェライト組織であり、ＴｉおよびＮｂの少なくとも一方ならびにＷを含んだ炭化物が分散析出しており、本発明の組織を有する本発明例であり、ＴＳが７８０ＭＰａ以上と高い値を示し、また剥離強さも６０ｋＮを超えており、良好な剥離強さが得られた。これに対し、Ｎｏ．４、５は、Ｗを含んでいないため、組織がフェライト組織を主体としたものではなく、析出物もＷを含まないものであった。このため、Ｎｏ．４では強度が７４０ＭＰａ、剥離強度が５０ｋＮ以下といずれも低い値となり、Ｎｏ．５では強度は７８０ＭＰａ以上の値を示したが、剥離強度が５０ｋＮ以下と低い値となった。
【００５１】
本実施例において、本発明例は全て鋼板の板厚方向をまっすぐ貫通するように母材部で破断しているのに対し、比較例では全て図４（ｃ）および図５に示すように母材部ではあるが鋼板の板厚内で板面に平行に亀裂が進展して破壊していた。
【００５２】
【表１】
0003637889.tif 000002
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、十分な剥離強度を有し、部品形状での強度や溶接継ぎ手部の母材の剥離強度を高くすることができる、剥離強度に優れた高張力熱延鋼板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る高張力熱延鋼板の金属組織を示す透過型電子顕微鏡写真。
【図２】本発明に係る熱延鋼板の加工方法の作業フローの一例を示すフローチャート。
【図３】図２に示した作業を実際に行う装置と鋼板、部材、プレス成形品の流れとの関係を示すブロック図。
【図４】板にパイプを垂直に溶接した状態およびその破壊状態を示す模式図。
【図５】図４の破壊状態を示す写真。
【図６】鋼板のバンド組織を示す光学顕微鏡写真。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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