(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、
Ｃ  ：０．１０〜０．２２％、
Ｓｉ：０．５〜２．０％、
Ｍｎ：１．０〜１．８１％、
Ａｌ：１．０％以下
を含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、面積％で、ベイナイトが６０％以上、残留γが１〜２０％、残部実質的にフェライトからなる組織を有し、残留γがベイナイト粒内に存在することを特徴とする低温靱性に優れた高延性高強度鋼板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は高延性高強度鋼板であり、特に低温靱性に優れ、主として自動車用の内板、足回り部品などの強度部材をはじめ、衝突安全性に必要な耐衝撃用部材などに用いられ、さらには高い強度と加工性が要求される建築用や機械構造用鋼板としても用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用鋼板の軽量化と衝突時の安全性確保を背景として、鋼板の高強度化の要請は強い。さらにまた、高強度化とともにプレス成形性についての要求も高く、強度と加工性を両立させる鋼板が必要となっている。
【０００３】
高強度鋼の延性を高める方法としては、特開昭５５−１４５１２１号公報などに記載されているように、残留オーステナイト（残留γと記載する）の変形誘起塑性を利用する方法がある。さらに特開平４−２２８５３８号公報などには、フェライトの体積率と粒径などの組織を制御し、この残留γの変形誘起塑性を向上させる工夫が示されている。また、特開平６−２６４１８３号公報などには、残留γ鋼板の欠点である穴拡げ特性や低温靱性などの劣化を防止するため、Ｓｉ添加量を抑えてＡｌを添加することが記載され、特開平５−１７１３４５号公報などには、残留γを微細化することにより穴拡げ性を向上させることが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
これらの残留γ鋼板により、強度、延性の向上、さらには局部延性ともいえる穴拡げ性の向上が図られたものの、低温靱性の改善が不十分であり、低温靱性に優れた高延性高強度鋼板が強く求められている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
従来の残留γ鋼板は、ポリゴナル・フェライトを主体とした組織を有しており、延性を向上させる残留γはフェライト・マトリックス内やベイナイト組織の境界にブロック状に存在している。この形態の残留γは鋼板全体に加工が加わった場合に、マトリックスとの塑性様式が異なるためより大きな歪みが発生し、オーステナイト（γ）からマルテンサイトに変態し易く、このため歪み誘起変態の程度が大きくなり、延性向上の効果をもたらすものと考えられる。その一方で、この残留γ周辺ではマトリックスと異なる変形のために不均一変形が生じ易く、局部延性などは劣化し、さらに低温での変形や衝撃については、この悪影響はさらに顕著になり低温靱性が低下するものと推察される。
【０００６】
本発明者らは、かかる残留γ鋼板の変形メカニズムに鑑み、組織を従来のポリゴナル・フェライトや第２相組織より微細な下部組織（微細炭化物、ベイニテイック・フェライトなど）を有するベイナイト組織を主体として構成し、ベイナイト粒の内部に残留γを生成させることにより、ベイナイトを構成するベイニテイック・フェライトや微細炭化物と残留γとの塑性変形能の違いを残留γの歪み誘起変態によって吸収緩和させ、変形時のベイナイト粒内のボイドの生成をおさえて、ベイナイト粒そのものの延性を向上させることにより、延性とともに低温靱性の向上を図ることに成功したものである。
【０００７】
すなわち、本発明の鋼板は、重量％で、Ｃ  ：０．１０〜０．２２％、Ｓｉ：０．５〜２．０％、Ｍｎ：１．０〜１．８１％、Ａｌ：１．０％以下を含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、面積％で、ベイナイトが６０％以上好ましくは７０％以上、残留γが１〜２０％、残部実質的にフェライトからなる組織を有し、残留γがベイナイト粒内に存在することを特徴とする。
【０００８】
ここで、組織限定理由について説明すると、ベイナイト量が６０％未満ではポリゴナル・フェライト組織が多くなるため、微小領域での変形が不均一となったり、ベイナイト粒外すなわちフェライト粒内やベイナイトとフェライトの粒界に生成する残留γが多くなり、低温靱性が劣化するようになる。また、残留γが１％未満ではベイナイト粒内の残留γも過少となり、ベイナイトの延性向上作用が不足するようになる。一方、残留γが２０％を越えると、ベイナイト粒内の残留γによりベイナイトの延性が向上するものの、ベイナイト粒外に生成する残留γも多くなるため低温靱性が劣化するようになる。
【０００９】
なお、残留γがベイナイト粒内に存在するようにするには、熱延鋼板では仕上圧延後に４００〜５００℃までを急冷し、冷延鋼板では冷間圧延後の再結晶焼鈍後に４００〜５００℃までを急冷すればよく、ベイナイト量が６０％以上、残留γ量が２０％以下であれば、生成した残留γの大部分はベイナイト粒内に存在するものと考えられる。
【００１０】
ベイナイト粒内の残留γの存在形態は、ベイナイト粒内に在る限り、ベイナイト組織中のベイニテイック・フェライトのラス間に生成していてもよく、また微細炭化物の間やその周囲に生成していてもよく、その形状も塊状やフィルム状であってもよい。
【００１１】
本発明の鋼板は、上記ベイナイトを主体とする特定の組織を有しており、その鋼成分（重量％）を以下に説明する。
【００１２】
Ｃ：０．１０〜０．２２％
Ｃはオーステナイト安定化元素であり、Ａｒ３点以上の温度ではγに固溶しているが、熱延仕上げ以後の冷却や巻取中でもγの分解を抑える作用がある。また、ベイナイト中に残存した残留γに濃化することによって化学的に安定化したγが１％〜２０％残存するようになり、変形誘起塑性により成形性を良好にする。Ｃ量が０．１０％未満ではγは安定化せず、熱延以後のプロセスにおいて分解するようになる。一方、０．２５％を超えて添加した場合には、溶接性を劣化させるばかりでなく、低温靱性も急激に劣化する。このため、下限を０．１０％、上限を０．２２％とする。
【００１３】
Ｓｉ：０．５〜２．０％
Ｓｉは鋼をオーステナイトから冷却した場合にセメンタイト等の析出を抑え、冷却中の変態を抑える作用がある。このために熱延以後の冷却や巻取中にγを残存しやすくし、さらにこの残留γへのＣ濃化を促進する。Ｓｉ量が０．５％未満では十分な残留γが残らず、また２．０％を超えて添加する場合には、変態の抑制効果が高くなるためベイナイト主体の組織を生じにくい。このため、下限を０．５％、上限を２．０％とする。
【００１４】
Ｍｎ：１．０〜１．８１％
Ｍｎはγ形成元素であり、γがパーライトに分解するのを抑える。このため、残留γへのＣ濃化を促進し、さらにベイナイト組織の生成に有効である。この効果を得るためには、１．０％以上必要である。また、３．０％を超えて添加する場合には、バンド組織が著しくなるため、割れや欠陥による加工不良が発生するようになる。加工不良を十分に防止するため、上限を１．８１とする。
【００１５】
Ａｌ：１．０％以下
ＡｌはＳｉと同様にセメンタイト等の析出を抑え、未変態γへのＣ濃縮を促進する作用があり、残留γ生成のためのもう一つの重要な元素である。しかし、過剰に添加した場合には、鋼中に酸化物系介在物が生成し易くなり、加工性を劣化させる。このために、上限を１．０％とする。
【００１６】
鋼成分としては以上の成分を必須成分とし、残部Ｆｅ及び不可避的不純物で形成される。不純物であるＰおよびＳについては以下の理由により含有量を抑えることが望ましい。
【００１７】
Ｐは高強度化に有効で必要に応じて添加され、しかも残留γ量に対してとりわけ悪影響を及ぼす元素ではない。しかし、過剰に添加すると、低温靱性を劣化させるとともに、スポット溶接性を劣化させる。好ましくは０．０１％以下に止めるのがよい。
【００１８】
Ｓは鋼中に硫化物系介在物を形成する元素であり、過剰に添加すると加工性を劣化させるので、好ましくは０．０１％以下に止めるのがよい。
【００２１】
本発明鋼板の製造方法としては、熱延鋼板の場合、仕上温度を８８１〜８８５℃として熱間圧延を終了し、仕上圧延後から巻取までを４１〜８２℃／ｓで急冷し、４００〜５００℃で巻取る。また、冷延鋼板の場合、常法で熱間圧延および冷間圧延を行い、再結晶焼鈍後、４００〜５００℃まで急冷し、同温度で２０〜４０分程度保持後、空冷する。そのほか、合金化溶融Ｚｎめっき鋼板としても製造可能であり、めっき条件は特に限定されない。
【００２２】
【実施例】
表１に示す化学成分の鋼を試験溶解炉にて溶製し、実験室にて１１００℃に加熱後、８００℃以上９００℃以下の仕上温度にて熱間圧延を終了し、およそ１０℃／ｓ〜８０℃／ｓまでの冷却速度にて４００〜５５０℃の温度域まで冷却し、この温度に３０〜８０分保持の巻取処理を行って熱延鋼板を作製した。
【００２３】
また、表１の鋼種Ｎｏ．  ３および鋼種Ｎｏ．  ４については実験室にて通常の熱延後（加熱温度：１２００℃、仕上温度：８５０℃、巻取温度：５５０℃）、８０％の冷間圧延を施し、９２０〜９３０℃にて焼純加熱後、５０℃／ｓの急冷により、４５０℃（過時効温度）まで冷却し、この温度で３０分保持後、空冷した冷延鋼板も作製した。
【００２４】
得られた熱延鋼板、冷延鋼板につき、板厚ｔのｔ／４部における組織をレペラー腐食にて腐食し、ベイナイト粒内の残留γ組織の有無とベイナイトの面積％（残部実質的にフェライト）を観察した。また、Ｘ線測定により全体の残留γ量を測定した。これらの結果を製造条件と共に表２に示す。
【００２５】
【表１】
0003592490.tif 000002
【００２６】
【表２】
0003592490.tif 000003
【００２７】
表２において、試料Ｎｏ．  １〜７は基本成分の鋼Ｎｏ．  ３を用い、またＮｏ．  １０〜１７は鋼Ｎｏ．  ２や鋼Ｎｏ．  ４を用いて熱延の冷却速度や巻取温度を変化させたものである。また、試料Ｎｏ．  ２６や試料Ｎｏ．  ２７は鋼Ｎｏ．  ８および鋼Ｎｏ．  ９を用いた例で、Ｐ量やＡｌ量が多い場合である。試料Ｎｏ．  ２８や試料Ｎｏ．  ２９は好適成分を有するものの、残留γがベイナイト中ではなくフェライト中や粒界に生成する例である。試料Ｎｏ．  ３２と試料Ｎｏ．  ３３は冷延鋼板の例を示す。
【００２８】
それぞれの鋼板からＪＩＳ５号試験片を採取して引張試験によりＴＳ（引張強さ）及びＥｌ（伸び）を求めた。また、同様に鋼板からシャルピー試験片を採取して、延性破面率５０％の  ＶＴｒＳ（遷移温度）と  ＶＥ−２０  （−２０℃における吸収エネルギー）を求めた。さらに、６０ｍｍＷ×６０ｍｍＬの穴拡げ試験片を採取し、中央にパンチ穴（初期穴）を開けて頂角６０℃の円錐ポンチにてパンチ穴を押し拡げて、下記式によってλ値を求めた。これらの値を表３に示す。
λ値（％）＝１００×（穴拡げ後の穴径−初期穴径）／初期穴径
【００２９】
【表３】
0003592490.tif 000004
【００３０】
表２および表３の内、残留γ（γＲ  ）が０％および２５％超のもの（試料Ｎｏ．  ６〜９，２２〜２５，３０及び３１）およびＢ（ベイナイト）量が６０％以上でもベイナイト粒内にγＲ  が存在しないもの（試料Ｎｏ．  ２８，２９）、すなわち明らかに発明範囲外の試料を除く他の試料について、Ｂ量の区分に従って、γＲ  と  ＶＴｒＳとの関係を整理したものを図１に、残留γ（γＲ  ）とＴＳ×Ｅｌとの関係を整理したものを図２に示す。
【００３１】
図１より、ベイナイト量が６０％未満では、残留γが多く生成しても遷移温度にあまり変化はないが、ベイナイト量が６０％以上かつ残留γ量が２０％以下では遷移温度が低くなり、低温靱性が良好であることがわかる。一方、ＴＳ×Ｅｌ値は、図２に示すとおり、残留γ量が１％以上であれば組織の違いによらず良好であることが認められる。なお、残留γ量が０％のもの（試料Ｎｏ．  ６〜９、２２〜２５、３０及び３１）では、ＴＳ×Ｅｌ値は１５０００（Ｎ／ｍｍ２  ・％）程度であり、延性の劣化が著しい。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の鋼板によれば、特定の鋼組成を基に、組織をベイナイトを主体とし、残留γ量を１〜２０％とし、残留γがベイナイト粒内に存在するので、微小な領域においても組織の均一な変形が可能となり、高延性、高強度を有し、しかも優れた低温靱性を兼備することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例におけるＢ（ベイナイト）量の区分に従って、γＲ  （残留オーステナイト）と  ＶＴｒＳ（遷移温度）との関係を整理したグラフを示す。
【図２】実施例におけるＢ量の区分に従って、γＲ  とＴＳ×Ｅｌとの関係を整理したグラフを示す。
【図１】
0003592490.tif 000005
【図２】
0003592490.tif 000006