(57)【要約】  この高強度熱延鋼板は、所定の化学成分を有し、組織が、面積率で、２０％以上、６０％以下のマルテンサイトと、４０％以上のフェライトとを含有し、前記マルテンサイトと前記フェライトとの合計面積率が９０％以上であり、前記マルテンサイトの平均粒径が５．０μｍ以上、５０μｍ以下であり、前記マルテンサイトの硬度と前記フェライトの硬度との比が０．６以上、１．６以下であり、引張強度が９８０ＭＰａ以上である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で
Ｃ  ：０．０２％以上、０．３０％以下、
Ｓｉ：０．２０％以上、２．０％以下、
Ｍｎ：０．５％以上、３．０％以下、
Ｐ  ：０．１０％以下、
Ｓ  ：０．０１０％以下、
Ａｌ：０．１０％以上、１．０％以下、
Ｎ  ：０．０１０％以下、
Ｔｉ：０．０６％以上、０．２０％以下、
Ｎｂ：０％以上、０．１０％以下、
Ｃａ：０％以上、０．００６０％以下、
Ｍｏ：０％以上、０．５０％以下、
Ｃｒ：０％以上、１．０％以下、
残部：Ｆｅおよび不純物であり、
組織が、面積率で、２０％以上、６０％以下のマルテンサイトと、４０％以上のフェライトとを含有し、前記マルテンサイトと前記フェライトとの合計面積率が９０％以上であり、
前記マルテンサイトの平均粒径が５．０μｍ以上、５０μｍ以下であり、
前記マルテンサイトの硬度と前記フェライトの硬度との比が０．６以上、１．６以下であり、
引張強度が９８０ＭＰａ以上である
ことを特徴とする高強度熱延鋼板。
【請求項２】
質量％で
Ｎｂ：０．０１％以上、０．１０％以下、
Ｃａ：０．０００５％以上、０．００６０％以下、
Ｍｏ：０．０２％以上、０．５０％以下、
Ｃｒ：０．０２％以上、１．０％以下、
の１種以上を含有する
ことを特徴とする請求項１に記載の熱延鋼板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高強度熱延鋼板及びその製造方法に関し、特に、伸びと穴拡げ性とに優れた引張強度９８０ＭＰａ以上の高強度熱延鋼板及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の燃費の向上および衝突安全性の向上を目的に、高強度鋼板の適用による車体軽量化への取り組みが盛んに行われている。しかしながら、鋼板を高強度化すると、一般的に成形性（加工性）等の材料特性が劣化する。そのため、高強度鋼板の開発において、材料特性を劣化させずに高強度化を図ることが重要な課題である。特に、自動車部材へ適用される高強度鋼板においては、プレス成形性を確保することが重要となる。ここで、軟質なフェライト相と硬質なマルテンサイト相との複合組織で構成されるＤｕａｌ  Ｐｈａｓｅ鋼板（以下ＤＰ鋼）は、均一伸びに優れることが知られている。一方で、ＤＰ鋼では、著しく硬度の異なるフェライト相とマルテンサイト相との界面からボイドが発生して割れを生じるので、穴拡げ性に劣るという問題があった。したがって、ＤＰ鋼は、足廻り部品等の高い穴拡げ性が要求される用途には不向きであった。【０００３】
これに対し、特許文献１ではマルテンサイトの組織分率を３％以上１０％未満とＤＰ鋼としては低めに制御し、その代替としてＴｉとＮｂとを添加し、熱延のＲＯＴ（Ｒｕｎ  Ｏｕｔ  Ｔａｂｌｅ）冷却中に空冷帯を設けることで、フェライトのＴｉ及び／又はＮｂの炭化物を析出させ、析出強化によって強度を向上させた、伸びと穴拡げ性とのバランスに優れた熱延鋼板が提案されている。
しかしながら、特許文献１に記載の発明では、マルテンサイト分率を少なくすることで穴拡げ性を改善させている。そのため、引張強度９８０ＭＰａ以上の強度を得るためにはフェライトの硬度をさらに上げる必要があるが、フェライトの硬度を上昇させると、伸びが低下するという問題がある。【０００４】
特許文献２には、ベイニティックフェライトの面積率を９０％以上にすることで伸びと穴拡げ性とを改善した引張強度９８０ＭＰａ以上の高強度熱延鋼板が提案されている。また、特許文献３ではベイナイトの面積率を９０％以上にした上で、組織中に分散するセメンタイトの含有量と平均粒径とを制御することで穴拡げ性を改善した熱延鋼板が提案されている。
しかしながら、特許文献２及び３に記載の発明では、ベイニティックフェライトが主体の単相に近い組織構成であり、十分な伸びは得られない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】日本国特開２０１１−１８４７８８号公報
【特許文献２】日本国特開２００８−２５５４８４号公報
【特許文献３】日本国特開２０１４−２０５８９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、自動車のさらなる軽量化への要求の高まり、部品形状の複雑化等を背景に、更に高い穴拡げ性と伸びとを有する高強度熱延鋼板が求められている。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、本発明は、伸びと穴拡げ性とに優れた高強度熱延鋼板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】
従来、ＤＰ鋼の材質改善に向けて、マルテンサイトとフェライトとの界面に生じるボイドの発生を抑制するための様々な取り組みがなされている。本発明者らは、加工中に発生するマルテンサイトの割れが伸びと穴拡げ性とを劣化させる要因であることに着目し、鋭意検討した。その結果、本来硬質なマルテンサイトを軟質化させるといった逆転の発想によって、ＤＰ鋼の特性を改善できることを見出した。具体的には、熱間圧延の冷却過程において、フェライト変態速度を制御するオーステナイトの加工度と、フェライト変態を制御するランアウトテーブル（ＲＯＴ）の空冷とを制御してフェライトの分率を制御することにより、オーステナイトへのＣ濃縮度が抑えられ、マルテンサイトの延性が大幅に向上することを見出した。また、マルテンサイトの延性が向上することで加工中に発生するボイドの発生を抑制することができることを確認した。【０００８】
本発明は上記知見に基づいてなされたものであり、本発明の要旨とするところは以下の通りである。
（１）本発明の一態様に係る高強度熱延鋼板は、質量％でＣ：０．０２％以上、０．３０％以下、Ｓｉ：０．２０％以上、２．０％以下、Ｍｎ：０．５％以上、３．０％以下、Ｐ：０．１０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ａｌ：０．１０％以上、１．０％以下、Ｎ：０．０１０％以下、Ｔｉ：０．０６％以上、０．２０％以下、Ｎｂ：０％以上、０．１０％以下、Ｃａ：０％以上、０．００６０％以下、Ｍｏ：０％以上、０．５０％以下、Ｃｒ：０％以上、１．０％以下、残部：Ｆｅおよび不純物であり、組織が、面積率で、２０％以上、６０％以下のマルテンサイトと、４０％以上のフェライトとを含有し、前記マルテンサイトと前記フェライトとの合計面積率が９０％以上であり、前記マルテンサイトの平均粒径が５．０μｍ以上、５０μｍ以下であり、前記マルテンサイトの硬度と前記フェライトの硬度との比が０．６以上、１．６以下であり、引張強度が９８０ＭＰａ以上である。
（２）上記（１）に記載の高強度熱延鋼板では、質量％でＮｂ：０．０１％以上、０．１０％以下、Ｃａ：０．０００５％以上、０．００６０％以下、Ｍｏ：０．０２％以上、０．５０％以下、Ｃｒ：０．０２％以上、１．０％以下、の１種以上を含有してもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の上記態様によれば、大きな加工を要するプレス部品に好適な、伸びと穴拡げ性とに優れた高強度熱延鋼板を提供することができる。この高強度鋼板によれば、自動車などの車体の軽量化、部品の一体成型化、加工工程の短縮が可能であり、燃費の向上、製造コストの低減を図ることができるので、本発明は工業的価値が高い。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一実施形態に係る高強度熱延鋼板（本実施形態に係る熱延鋼板と言う場合がある。）について、説明する。本実施形態に係る熱延鋼板は、熱間仕上げ圧延後の冷却中に生成するフェライトの変態速度と分率とを制御することによって、オーステナイトへのＣ濃縮度を制御し、マルテンサイトの延性を向上させている。そのため、本実施形態に係る熱延鋼板は、伸びと穴拡げ性とに優れる。具体的には、本実施形態に係る熱延鋼板は、所定の化学組成を有し、組織が、面積率で、２０％以上、６０％以下のマルテンサイトと、４０％以上のフェライトとを含有し、前記マルテンサイトと前記フェライトとの合計面積率が９０％以上であり、前記マルテンサイトの平均粒径が５．０μｍ以上、５０μｍ以下であり、前記マルテンサイトの硬度と前記フェライトの硬度との比が０．６以上、１．６以下であり、引張強度が９８０ＭＰａ以上である。
【００１１】
以下に本発明の個々の構成要件について詳細に説明する。まず、本実施形態に係る熱延鋼板の化学組成（化学成分）の限定理由について述べる。成分含有量についての％は質量％を意味する。
【００１２】
＜Ｃ：０．０２％以上、０．３０％以下＞
Ｃは鋼板の強度を向上させるために重要な元素である。目的の強度を得るためには、Ｃ含有量を０．０２％以上とする必要がある。好ましくは０．０４％以上である。しかしながら、Ｃ含有量が０．３０％超であると鋼板の靭性が劣化する。そのため、Ｃ含有量を０．３０％以下とする。好ましくは０．２０％以下である。
【００１３】
＜Ｓｉ：０．２０％以上、２．０％以下＞
Ｓｉはフェライト変態中の炭化物の生成を抑制し、鋼板の延性を向上させる効果を有する元素である。この効果を得るため、Ｓｉ含有量を０．２０％以上とする。好ましくは０．５０％以上である。一方、Ｓｉ含有量が２．０％超であると、鋼板の靭性が劣化する。そのため、Ｓｉ含有量を２．０％以下とする。好ましくは１．５％以下である。
【００１４】
＜Ｍｎ：０．５％以上、３．０％以下＞
Ｍｎは焼入れ性の向上及び固溶強化によって鋼板の強度を向上させるのに有効な元素である。この効果を得るため、Ｍｎ含有量を０．５％以上とする。好ましくは１．０％以上である。一方、Ｍｎ含有量が３．０％超になると靭性の等方性に有害なＭｎＳが生成する。そのため、Ｍｎ含有量を３．０％以下とする。好ましくは２．０％以下である。
【００１５】
＜Ｐ：０．１０％以下＞
Ｐは不純物であり、Ｐ含有量は低いほど望ましい。しかしながら、Ｐ含有量が０．１０％超になると加工性や溶接性の低下が著しくなる上、疲労特性も低下する。そのためＰ含有量を、０．１０％以下に制限する。好ましくは０．０５％以下である。
【００１６】
＜Ｓ：０．０１０％以下＞
Ｓは不純物であり、Ｓ含有量は低いほど望ましい。しかしながら、Ｓ含有量が、０．０１０％を超えると靭性の等方性に有害なＭｎＳ等の介在物を生成が顕著になる。そのため、Ｓ含有量を、０．０１０％以下に制限する。特に厳しい低温靭性が要求される場合には、Ｓ含有量を０．００６％以下とすることが好ましい。
【００１７】
＜Ａｌ：０．１０％以上、１．０％以下＞
Ａｌはフェライト変態を制御するために重要な元素である。この効果を得るため、Ａｌ含有量を、０．１０％以上とする。好ましくは０．２０％以上である。しかしながら、Ａｌ含有量が１．０％を超えると、クラスタ状に析出したアルミナが生成し、靭性が劣化する。そのため、Ａｌ含有量を１．０％以下とする。好ましくは０．８％以下である。
【００１８】
＜Ｎ：０．０１０％以下＞
Ｎは不純物である。Ｎ含有量が０．０１０％超であると、高温にて粗大なＴｉ窒化物が形成され、鋼板の靭性が劣化する。したがって、Ｎ含有量を０．０１０％以下とする。好ましくは０．００６％以下である。
【００１９】
＜Ｔｉ：０．０６％以上、０．２０％以下＞
Ｔｉはフェライトを析出強化させる元素であるとともに、フェライト変態を制御して狙いのフェライト分率を得るために重要な元素である。析出強化及びフェライト変態制御によって優れた伸びと穴拡げ性とを得るために、Ｔｉ含有量を０．０６％以上とする。好ましくは０．０８％以上である。一方、Ｔｉ含有量が０．２０％超であると、ＴｉＮを起因とした介在物が生成し、鋼板の穴拡げ性が劣化する。そのため、Ｔｉの含有量を０．２０％以下とする。好ましくは０．１６％以下である。
【００２０】
本実施形態に係る熱延鋼板は、上記の化学成分を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなることを基本とする。しかしながら、要求特性を満たすために必須ではないが、製造ばらつきを低減させたり、強度をより向上させたりするためにＮｂ、Ｃａ、Ｍｏ、Ｃｒを下記の範囲で含有させてもよい。ただし、Ｎｂ、Ｃａ、Ｍｏ、Ｃｒはいずれも要求特性を満たすために必須ではないので、その含有量の下限は０％である。ここで、不純物とは、鋼材を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料、その他の要因により混入する成分を意味する。Ｎｂ、Ｃａ、Ｍｏ、Ｃｒの含有量が、下記に示した含有量の下限未満であれば、不純物であるとみなすことができ、本実施形態に係る熱延鋼板の効果を損なわない。
【００２１】
＜Ｎｂ：０．０１％以上、０．１０％以下＞
Ｎｂは熱延鋼板の結晶粒径の微細化及びＮｂＣの析出強化により鋼板の強度を高める効果を有する元素である。この効果を得る場合、Ｎｂ含有量を０．０１％以上とすることが好ましい。一方、Ｎｂ含有量が０．１０％超ではその効果は飽和する。そのため、含有させる場合でも、Ｎｂ含有量の上限を０．１０％とする。より好ましい上限は０．０６％以下である。
【００２２】
＜Ｃａ：０．０００５％以上、０．００６０％以下＞
Ｃａは溶鋼の脱酸時に微細な酸化物を多数分散させ、鋼板の組織を微細化する効果を有する元素である。また、Ｃａは、鋼中のＳを球形のＣａＳとして固定し、ＭｎＳなどの延伸介在物の生成を抑制して穴拡げ性を向上させる元素である。これらの効果を得る場合、Ｃａ含有量を０．０００５％以上とすることが好ましい。一方、Ｃａ含有量が０．００６０％を超えてもその効果は飽和する。そのため、含有させる場合でも、Ｃａの含有量の上限を０．００６０％とする。より好ましい上限は０．００４０％である。
【００２３】
＜Ｍｏ：０．０２％以上、０．５０％以下＞
Ｍｏはフェライトの析出強化に有効な元素である。この効果を得る場合、Ｍｏ含有量を０．０２％以上とすることが好ましい。より好ましくは０．１０％以上である。一方、Ｍｏ含有量が過剰になるとスラブの割れ感受性が高まりスラブの取り扱いが困難になる。そのため、含有させる場合でも、Ｍｏ含有量の上限を０．５０％とする。より好ましい上限は０．３０％である。
【００２４】
＜Ｃｒ：０．０２％以上、１．０％以下＞
Ｃｒは鋼板の強度を向上させるのに有効な元素である。この効果を得る場合、Ｃｒ含有量を０．０２％以上とすることが好ましい。より好ましくは０．１％以上である。一方、Ｃｒ含有量が過剰になると延性が低下する。そのため、含有させる場合でも、Ｃｒ含有量の上限を１．０％とする。より好ましい上限は０．８％である。
【００２５】
次に、本実施形態に係る熱延鋼板の組織について説明する。
本実施形態に係る熱延鋼板は、主としてマルテンサイトとフェライトとの二相からなる組織を有する。主として二相からなるとは、マルテンサイトとフェライトとの合計の面積率が９０％以上であることを示す。残部については、ベイナイトやパーライトなどの組織を含有していてもよい。残部組織は０％でもよい。すなわち、マルテンサイトとフェライトとの合計の面積率は１００％でもよい。
【００２６】
軟質で伸びに優れたフェライト中に、マルテンサイトなどの硬質組織を分散させた複合組織を有する鋼板（複合組織鋼板）は、高強度でありながら高い伸びを実現できる。しかしながら、このような複合組織鋼板は、硬質組織の近傍に高いひずみが集中して亀裂伝播速度が速くなるので、穴拡げ性が低くなるという欠点がある。従来、亀裂伝播速度を低下させることを目的とした、フェライト及びマルテンサイトの相分率や、マルテンサイトのサイズの制御に関わる検討は多くされている。一方、本実施形態に係る熱延鋼板は、従来とは異なり、マルテンサイトを軟質化させてマルテンサイトの局部延性を向上させることで、マルテンサイトによる穴拡げ性劣化を極力抑えると同時に、マルテンサイト分率を増加させることで９８０ＭＰａの高強度を得ている。
【００２７】
＜面積率で、２０％以上、６０％以下のマルテンサイトと、４０％以上のフェライトとを含有し、マルテンサイトとフェライトとの合計面積率が９０％以上＞
マルテンサイトとフェライトとの合計面積率が９０％以上である主として二相からなる組織において、フェライトの面積率（組織分率）が４０％未満ではフェライト粒による歪の緩和や加工性が確保できず、伸びと穴拡げ性とのバランスが低下する。そのため、フェライトの面積率を４０％以上とする。一方、フェライトの面積率が８０％超となると、所望のマルテンサイト面積率を確保できなくなる。
また、マルテンサイト相の面積率が２０％未満になると、穴拡げ加工時の歪がマルテンサイト粒に集中し、ボイドが形成されやすくなり、穴拡げ性が低下する。一方、マルテンサイトの面積率が６０％超となると延性の乏しいマルテンサイト相主体となるため伸びが低下する。したがって、マルテンサイトの面積率を２０％以上、６０％以下とする。好ましくは、３０％以上、５０％以下である。
【００２８】
上記の組織は、熱延鋼板から切り出した試料をエッチングにより組織を現出させた上で、その組織写真から同定することができる。各組織の測定方法は精度が優れた測定方法であれば問わないが、例えば各相の判定、面積率及び平均粒径の測定は以下のように実施できる。すなわち、鋼板にレペラーエッチングやナイタールエッチングを行い、熱延方向断面の１／４深さ位置の組織を光学顕微鏡またはＳＥＭにて観察することで、各相を判定する。また、画像解析装置等を用いて各相の面積率及び平均粒径を測定すればよい。
【００２９】
＜マルテンサイトの平均粒径が５．０μｍ以上、５０μｍ以下＞
本実施形態に係る熱延鋼板においては、上述の組織分率を満たした上で、マルテンサイトの平均粒径及びマルテンサイトとフェライトとの硬度比（マルテンサイトの硬度／フェライトの硬度）をさらに満たす必要がある。
優れた穴拡げ性を得るためには、マルテンサイトの平均粒径が５．０μｍ以上、５０μｍ以下であることが必要である。マルテンサイトの平均粒径が５．０μｍ未満では、穴拡げ性が劣化する。一方、マルテンサイトの平均粒径が５０μｍ超では伸びが劣化する。したがって、伸びと穴拡げ性との両立のため、マルテンサイトの平均粒径を５．０μｍ以上５０μｍ以下とする。好ましくは、２０μｍ以下である。
また、より優れた伸び及び穴拡げ性を得る場合、マルテンサイトの平均粒径が上述の範囲となり、かつ、粒径が１０〜３０μｍのマルテンサイトが、個数の割合で、４０％〜５５％であることが好ましい。
【００３０】
＜マルテンサイトの硬度とフェライトの硬度との比が０．６以上、１．６以下＞
マルテンサイトとフェライトとの硬度比は０．６以上、１．６以下である必要がある。フェライトの硬度が硬く、硬度比が０．６未満となる場合、フェライトの延性が劣化して、鋼板の伸びが劣化する。一方、マルテンサイトの硬度が高く、硬度比が１．６超であると、マルテンサイトの塑性変形能が低下して局部延性が低下し、鋼板の穴拡げ性が劣化する。したがって、伸びと穴拡げ性との両立のため、マルテンサイトとフェライトとの硬度比を０．６以上、１．６以下とする。好ましい硬度比の範囲は０．８以上、１．２以下であり、より好ましくは、０．８以上１．０以下である。
【００３１】
硬度比については、熱延方向断面の１／４深さ位置について、ビッカース測定によってフェライト及びマルテンサイトの硬度をそれぞれ測定することで求めることができる。ただし、ビッカース硬さの測定において、圧痕の大きさよりも小さい組織の硬さを求めることは困難である。そのため、粒径が小さくビッカース試験ができない場合は、ナノインデンテーションや微小硬度試験を使用して測定してもかまわない。その場合はビッカース硬さに換算したものを用いる。この換算に当たっては類似の硬さを持つ標準試料を用いるなど、精度よく換算値を出す必要がある。また、測定精度を高めるため、マルテンサイト、フェライトの各組織でそれぞれ１００ヶ所以上について硬さ測定し、その平均を求める必要がある。
【００３２】
＜引張強度が９８０ＭＰａ以上＞
本実施形態に係る熱延鋼板は、自動車等の衝突安全性の向上または車体軽量化への適用を想定し、引張強度を９８０ＭＰａ以上とする。引張強度の上限は、フェライトの優れた延性を活用するため、１４５０ＭＰａ以下であることが好ましい。
【００３３】
本実施形態に係る熱延鋼板は、製造方法によらず、上記の化学組成、組織を有することでその効果が得られる。しかしながら以下に示す製造方法によれば、本実施形態に係る熱延鋼板を安定的に得られるため好ましい。
具体的には、本実施形態に係る熱延鋼板の製造方法は、以下の（ａ）〜（ｆ）の工程を含むことが好ましい。
（ａ）上述した化学組成を有するスラブを１２００℃以上１３５０℃未満に加熱する加熱工程
（ｂ）加熱工程後のスラブを、複数のスタンドを有する圧延機を用いて圧延する圧延工程であって、最終スタンド及びその前段での圧延をＡｒ３点以上、９６０℃以下の温度範囲で行い、且つ、連続する仕上圧延スタンドの各スタンドの圧下率の総和に対して、最終スタンド及びその前段のスタンドの合計の比が０．１２以上、０．３０以下、最終スタンドとその前段の圧下率の比が０．５以上、１．０未満となるように圧延して鋼板を得る圧延工程
（ｃ）圧延終了後１．５秒以内に冷却を開始して４０℃／秒以上の冷却速度で６００℃以上、７５０℃以下まで冷却する一次却工程
（ｄ）一次冷却工程後、２秒以上、１０秒以下、１０℃／ｓ以下の冷却速度で空冷する中間空冷工程
（ｅ）中間空冷工程後、６０℃／秒以上の冷却速度で３００℃以下まで冷却する二次冷却工程
（ｆ）二次冷却工程後、巻取りを行う巻取り工程。
以下、各工程について、説明する。
本実施形態において、冷却速度は冷却開始から冷却停止までの平均冷却速度である。また、Ａｒ３点（℃）は、冷却中にオーステナイトが変態を開始する温度であり、適宜求めることができるが、簡易的には、各元素の含有量に基づき、以下の式で求めることができる。
Ａｒ３＝９０１−３２５×Ｃ＋３３×Ｓｉ−９２×Ｍｎ＋２８７×Ｐ＋４０×Ａｌ
【００３４】
＜加熱工程＞
熱延（熱間圧延）の前に、スラブに対して加熱を行う。連続鋳造等によって得られた本実施形態に係る熱延鋼板と同じ化学組成を有するスラブを加熱する際、加熱の温度が、１２００℃未満では、スラブの均質化、及び／またはスラブに含まれるＴｉ炭化物の溶解が不十分となる。この場合、結果として得られる鋼板の強度や加工性が低下する。一方で、加熱温度が１３５０℃以上になると、初期のオーステナイト粒径が大きくなることで最終的に得られる鋼板において、組織が混粒になりやすくなる。また、製造コストの上昇や、生産性の低下にもつながる。そのため、加熱温度は、１２００℃以上、１３５０℃未満が望ましい。
【００３５】
＜圧延工程＞
圧延工程では、複数のスタンドを有する圧延機を用いて連続的に鋼板を圧延するタンデム圧延において、最終スタンドと、その前段（最終よりひとつ前のスタンド）での圧延温度、及び圧下率を制御することが重要である。最終スタンドとその前段の圧延において、圧延温度、圧下率を制御することで、オーステナイトの転位密度を最適化することができる。オーステナイトの転位密度は、続く工程における、フェライト変態速度とオーステナイトへのＣ濃化速度とに大きく影響する。
具体的には、最終スタンド及びその前段での圧延はオーステナイト単相の温度域で行う必要がある。そのため、最終スタンド及びその前段での圧延をＡｒ３点以上で行う。また、圧延によって蓄えた転位の回復を抑制するため、最終スタンド及びその前段での圧延を９６０℃以下で行う。９６０℃超ではオーステナイトの回復と再結晶とが促進され、転位を蓄えることができない。
また、連続する仕上圧延スタンドの各スタンドの圧下率の総和に対する、最終スタンド及びその前段のスタンドでの圧下率の合計の比（後段圧下比）は、０．１２以上、０．３０以下とする。上記圧下率の比が０．１２未満では、仕上圧延の前段で再結晶が促進され、後段までひずみを累積させることができない。この場合、次工程の冷却過程でフェライト変態が遅延する。一方、圧下率の比が０．３０超では、前段の圧下率が不足し、組織の粗大化を引き起こす。好ましくは０．２０以上、０．２５以下である。ここで、圧下率の総和、圧下率の合計とは、各圧下率の和であり、例えば２０％の圧延を２回行った場合には、２０＋２０＝４０％となる。
また、最終スタンドの圧下率の、その前段の圧下率に対する比（最終スタンドの圧下率／前段圧下率）は０．５以上、１．０未満とする。最終スタンドとその前段との圧下率の比（最終スタンドの圧下率／前段圧下率）が０．５未満ではひずみが足りず、次工程の冷却過程でフェライト変態が遅延される。この場合、目標とする面積率のフェライトとマルテンサイトとを得ることができない。また、粗大なマルテンサイトが形成され、マルテンサイトの平均粒径が５０μｍ超となる。一方、最終スタンドとその前段との圧下率の比が１．０以上ではフェライト変態が速くなりすぎ、目標とする面積率のフェライトとマルテンサイトとを得ることができない。さらに、Ｃの拡散速度が上がるためにオーステナイト中へのＣ濃化が進行し、平均粒径が５．０μｍ未満の硬質なマルテンサイトが形成される。
本実施形態において、最終スタンドの圧下率とは、鋼板に対して圧下率が５％以上の圧下が施されるスタンドのうち、最後段のスタンドにおける圧下率を言う。すなわち、圧下率が５％以上とならない圧延状態、例えば圧延ロールと鋼板とが単に接触するような場合は含まれない。最終スタンドでの圧下率は、オーステナイトへの転位の蓄積を十分に行うため、２０％以上、４５％以下であることが好ましい。
【００３６】
＜一次冷却工程＞
＜中間空冷工程＞
圧延終了後は、圧延によって蓄えた転位を有効に活用するため、１．５秒以内に一次冷却を開始する。圧延後（最終スタンドでの圧下後）、冷却までの時間が１．５秒超ではオーステナイト中の転位が回復、再結晶によって減少する。この場合、目的の組織を得ることができない。
一次冷却では、冷却速度４０℃／ｓ以上にて６００℃以上、７５０℃以下に冷却する。また、一次冷却完了後、２秒以上、１０秒以下の間、平均冷却速度が１０℃／ｓ以下となる空冷（中間空冷）を行う。中間空冷は、いわゆる自然放冷でよい。中間空冷時にフェライトが生成するとともに、Ｃの拡散により、未変態のオーステナイトへのＣ濃化が起こる。フェライトが生成することで延性が向上し、オーステナイトへ濃化したＣはその後の冷却により生じるマルテンサイトの強度に寄与する。一次冷却の冷却速度が４０℃／ｓ未満では、冷却中にもフェライト変態が起こり、高温でオーステナイトへのＣ拡散速度が速くなる。その結果、硬質なマルテンサイトが形成され、穴拡げ性が劣化する。一次冷却停止温度（中間空冷開始温度）が７５０℃を超えると、フェライト面積率が不十分となる。中間空冷開始温度が６００℃未満、一次冷却の冷却速度が４０℃／秒超、または中間空冷時間が２秒未満では所定のフェライト分率が得られず、マルテンサイト分率も高くなる。中間空冷時間が１０秒を超えるとオーステナイトへのＣの拡散が過剰になり、穴拡げ性が劣化する。目的の組織分率を確保しつつ、オーステナイトのＣ濃化を適正な範囲に抑えるためには空冷時間を８秒以下とすることが望ましい。
一次冷却の冷却速度の上限は、限定する必要はないが、設備制約等を考慮し、また、板厚方向の組織分布を均一にするため、冷却速度は２００℃／ｓ以下であることが好ましい。
【００３７】
＜二次冷却工程＞
＜巻取り工程＞
一次冷却工程及び中間空冷工程においてＣの濃化したオーステナイトを、マルテンサイト変態させるために、中間空冷後に６０℃／ｓ以上の冷却速度で３００℃以下まで冷却（二次冷却）し、巻取る。二次冷却停止温度（巻取り温度）が３００℃を超えると巻取り中にベイナイトやパーライトが生成し、熱延鋼板の伸びが低下する。また、二次冷却の冷却速度が６０℃／ｓ未満のときは冷却中にベイナイトやパーライト相が生成し、主としてフェライトとマルテンサイトとからなる複合組織が得られなくなる。
二次冷却の冷却速度の上限は、限定する必要はないが、設備制約等を考慮し、また、板厚方向の組織分布を均一にするため、冷却速度は２００℃／ｓ以下であることが好ましい。
【実施例】
【００３８】
以下、本発明の高強度熱延鋼板について、実施例を挙げて具体的に説明する。ただし、実施例における条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、下記実施例に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能である。よって、本発明は、種々の条件を採用し得、それらは何れも本発明の技術的特徴に含まれる。【００３９】
表１に示す化学組成を有する鋼を転炉にて溶製し、連続鋳造にて厚み２３０ｍｍのスラブとした。その後、スラブを１２００℃〜１２５０℃の温度に加熱し、粗圧延を行った後、表２に示す条件で仕上圧延、一次冷却、中間空冷、二次冷却、巻取りを行い、熱延鋼板を製造した。中間空冷の冷速は、３〜８℃／ｓであった。【００４０】
表２には、用いた鋼種と仕上圧延条件、鋼板の板厚を示す。表２において、「後段圧下比」は連続する仕上圧延スタンドの各スタンドの圧下率の総和に対する、最終スタンド及びその前段のスタンドの合計圧下率の比、「Ｆ５圧下率」は最終スタンドの前段のスタンドにおける圧下率、「ＦＴ５」は最終スタンドの前段のスタンドの圧延温度、「Ｆ６圧下率」は最終スタンドの圧下率、「ＦＴ６」は最終スタンドの圧延温度、「圧下比」は、最終スタンドの圧下率のその前段の圧下率に対する比、「冷却開始」は仕上圧延を終了してから一次冷却開始までの時間、「一次冷却」は仕上圧延を終了してから中間空冷開始温度までの平均冷却速度、「空冷温度」は一次冷却後を停止し、中間空冷を開始した温度、「空冷時間」は中間空冷時間、「二次冷却」は中間空冷後から巻き取るまでの二次冷却における平均冷却速度、「巻取り温度」は二次冷却終了後の巻取り温度である。【００４１】
【表１】
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【００４２】
【表２】
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【００４３】
このようにして得られた鋼板について鋼板の板厚１／４の位置で、ランダムに視野を選び、最低５視野で光学顕微鏡を用いてフェライト、マルテンサイトの組織分率、マルテンサイトとフェライトの硬度比を調査した。【００４４】
鋼板のフェライト及びマルテンサイトの、組織分率及び粒径については、ナイタール腐食後に光学顕微鏡を用いて５００μｍ×５００μｍの視野をランダムに５視野撮影し、画像解析を用いて５視野における平均の面積率と平均粒径とを求めた。
マルテンサイトおよびフェライトの硬度は、各組織の中でマイクロビッカース試験を行い、マルテンサイト、フェライトの各組織でそれぞれ１００ヶ所以上についてビッカース硬さ（Ｈｖ）測定し、その平均を求めた。
鋼板の引張試験については、鋼板の圧延幅方向（Ｃ方向）にＪＩＳ５号試験片を採取し、ＪＩＳＺ２２４１に準じて、降伏強度：ＹＰ（ＭＰａ）、引張強度：ＴＳ（ＭＰａ）、伸び：ＥＬ（％）を評価した。
穴拡げ率λ（％）については、ＪＩＳＺ２２５６で規定する方法によって評価を行った。
表３に得られた組織及び材質の評価結果を示す。表３において、「各組織の面積率」はフェライト、マルテンサイト、その他の組織の各面積率、「Ｍ径」はマルテンサイトの平均粒径、「硬度比」は（マルテンサイトの硬度／フェライトの硬度）で得られた硬度比である。【００４５】
【表３】
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【００４６】
表３に示すように本発明例は引張強度が９８０ＭＰａ以上で、フェライトの組織分率４０％以上、かつマルテンサイトの組織分率が２０％以上、６０％以下であり、マルテンサイトとフェライトの硬度比が０．６以上、１．６以下であった。また、その結果、本発明例では、伸びが１０％以上、穴拡げ性が５０％以上であり、伸びと穴拡げ性とのバランスに優れていた。【００４７】
これに対して、試験番号２では目的の組織分率（各組織の面積率）が得られていない。これは、Ｆ５とＦ６との圧下率の比（Ｆ６／Ｆ５）が小さく、フェライト変態が遅延されたことが原因であると考えられる。また、試験番号２では、オーステナイト粒径が粗大化し、マルテンサイト粒の平均粒径が大きくなるとともにマルテンサイトが軟質化して、硬度比が小さくなった。その結果、伸びが劣位であった。
試験番号５は目的の組織分率が得られず、伸びと穴拡げ性とが劣位であった。これは、後段圧下比が低く、また、仕上圧延温度が高く、フェライト変態が遅延されたためであると考えられる。
試験番号８は目的の組織分率が得られず、伸びと穴拡げ性とが劣位であった。これは、空冷温度が高く、空冷中にフェライト変態が遅延されたためであると考えられる。
試験番号１２はマルテンサイト粒の平均粒径が粗大化するとともに、硬度比が０．６未満となり、伸びと穴拡げ性が劣位であった。これは、圧延後の冷却開始時間が長く、オーステナイト粒径が粗大化したためであると考えられる。
試験番号１６は硬度比が１．６超となり、穴拡げ性が劣位であった。これは、一次冷却が遅く、オーステナイトへのＣ濃化が進んだことで、マルテンサイトが硬質化したためであると考えられる。
試験番号１７は、硬度比が１．６超となり、穴拡げ性が劣位であった。これは、Ｆ５とＦ６の圧下率の比が１．０以上のため、フェライト変態が過度に進行することで、Ｃ濃化が促進され、マルテンサイトが過剰に硬質化したためであると考えられる。
試験番号２０はマルテンサイトの面積率が低く、伸びが劣位であった。これは、空冷時間が１５秒と長く、空冷中にベイナイト変態が進んだためと考えられる。
試験番号２２はフェライトの面積率が低く、伸びが劣位であった。これは、空冷温度が低く、フェライト変態が十分に進まなかったためであると考えられる。
試験番号２４は目標の組織が得られず、伸びと穴拡げ性とが劣位であった。これは、巻取り温度が高かったことに起因すると考えられる。
試験番号２７は粗大なマルテンサイトが形成するとともに、組織の硬度比が低く、伸びが劣位であった。これは、後段の圧下比が高く、前段の圧下が不十分だったためにオーステナイト組織が粗大化したためであると考えられる。
試験番号３１は目標の組織が得られず、伸びと穴拡げ性とが劣位であった。これは、空冷時間が短かったことに起因すると考えられる。
試験番号３３はＡｌ含有量が不十分なため、目標のフェライトの面積率が得られず、伸びが劣位であった。
試験番号３４はＴｉ含有量が不十分なため、Ｔｉによる析出強化量が不足し、引張強度で９８０ＭＰａが得られなかった。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明によれば、高い加工を要するプレス部品に好適な、伸びと穴拡げ性とに優れた高強度熱延鋼板を提供することができる。この高強度鋼板によれば、自動車などの車体の軽量化、部品の一体成型化、加工工程の短縮が可能であり、燃費の向上、製造コストの低減を図ることができる。そのため、本発明は、工業的価値が高い。
【国際調査報告】
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