(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０２〜０．０５％、Ｓｉ：０．３〜１％、Ｍｎ：１．３〜２．３％、Ｐ：０．１％以下、Ｓ：＜０．００１％，Ｃｒ：０．０５〜０．７％、Ｍｏ：０．０５〜０．５％を含有し、且つ（１）式を満足する鋼で、ベイナイトとフェライト組織を有し、ベイナイト体積率が６０〜９５％であることを特徴とする加工性と疲労特性に優れた高強度熱延鋼板。
（Ｐ−０．０２）／Ｓｉ＞１／６０…（１）
但し、Ｐ，Ｓｉは質量％とする。
【請求項２】
更に、質量％で、Ｔｉ：０．０１〜０．０６％、Ｎｂ：０．０１〜０．０３％、Ｖ：０．０１〜０．０８％の一種または二種以上を含有する請求項１に記載の高強度熱延鋼板。
【請求項３】
更に、鋼板表面の最大高さＲｙ：≦２０μｍであることを特徴とする請求項１又は２記載の高強度熱延鋼板。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の化学成分を有する鋼を圧延終了温度Ａｒ３以上で仕上圧延後、冷却速度３５〜６５℃／Ｓで５００〜６００℃まで冷却し、その後、冷却速度２〜２０℃／Ｓで冷却後、３００〜４７５℃で巻き取ることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の高強度熱延鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用足回り部材の素材に適した加工性と疲労特性に優れた高強度熱延鋼板に関し、特に伸びフランジ性と母材及び打抜きせん断部の疲労特性に優れた高強度熱延鋼板およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の安全性向上と環境保全につながる燃費向上の観点から、自動車用熱延鋼板の高強度薄肉化が強く求められている。特にホイールや足回り部材の軽量化は自動車の燃費向上に極めて有効であるため、これらの部材に用いられる鋼材に対する高強度薄肉化の要望は強い。ホイールや足回り部材は複雑な形状で保安強度部材でもあるため、加工性、特に伸びフランジ性とともに母材および打ち抜きせん断部の疲労特性に優れていることも必要とされる。
【０００３】
特開平９−３１５３４号公報には、低Ｓｉ，Ｔｉおよび微量Ｎｂを添加し、低Ｎとしたフェライトーマルテンサイト複合組織鋼板が開示されている。本技術は、低Ｓｉ化により、表面性状を改善し、Ｔｉ添加することで母材疲労強度を確保するとともに、低Ｎ，Ｔｉおよび微量Ｎｂを添加することで延性と伸びフランジ性を確保し、マルテンサイトを生成させることで延性と打抜きせん断部の疲労強度を確保することを提案している。
【０００４】
しかし、最近の足回り部材は、薄肉化に伴う剛性低下を補うためプレス時の断面形状がより複雑となっており、要求される伸びフランジ性はますます厳しくなっている。このため、非常に硬質なマルテンサイトを含む混合組織では、フェライトとの硬度差が大きく、伸びフランジ加工を受けた場合、フェライトとマルテンサイトの境界でボイドの発生が容易となり、伸びフランジ性を満足することが出来ない。
【０００５】
特開平９−１３７２４９号公報には、Ｔｉ，ＮｂをＣと所定の関係を満たすように添加し、金属組織はフェライトを主相として所定の面積率のベイナイトと所定の面積率のマルテンサイトもしくは残留オーステナイトからなる混合組織とし、鋼板表面粗さＲａ≦１．５μｍ，鋼板表層のフェライト粒径≦５μｍとする鋼板が提案されている。
【０００６】
本技術ではＣと所定の関係を満たすように添加したＴｉとＮｂがフェライト内に炭化物として析出して加工性と母材疲労強度を確保し、上記、混合組織とすることにより延性と伸びフランジ性を、表面粗さと鋼板表層のフェライト粒径の規定により母材疲労強度を確保することを提案している。しかし、マルテンサイトが存在し、また、残留オーステナイトも伸びフランジ加工中にマルテンサイト変態するため、最近の厳しい伸びフランジ加工を満足することができない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、自動車用足廻り部材のようにプレス時の断面形状が複雑で、優れた加工性、特に伸びフランジ性を必要とする部位に用いられ、且つ母材および打ち抜きせん断部の疲労特性に優れた高強度熱延鋼板を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記目的を達成すべく加工性、疲労特性に及ぼす金属組織および鋼板の表面性状の影響について鋭意検討を行い、以下の知見を得た。
【０００９】
（１）高強度で延性を損なわず伸びフランジ性を向上させるには、可能な限り低Ｃ化し、主相がベイナイトで、固溶強化したフェライトを適切な体積比率とした金属組織とする。
【００１０】
（２）母材疲労強度の向上にはＰとＳｉが所定の関係を満たすように添加することが有効である。
【００１１】
（３）打ち抜きせん断面の疲労強度向上にはパーライトあるいは粗大な炭化物の回避が有効である。
【００１２】
本発明はこれらの知見に更に検討を加えてなされたものである。
【００１３】
１．  質量％で、Ｃ：０．０２〜０．０５％、Ｓｉ：０．３〜１％、Ｍｎ：１．３〜２．３％、Ｐ：０．１％以下、Ｓ：＜０．００１％，Ｃｒ：０．０５〜０．７％、Ｍｏ：０．０５〜０．５％を含有し、且つ（１）式を満足する鋼で、ベイナイトとフェライト組織を有し、ベイナイト体積率が６０〜９５％であることを特徴とする加工性と疲労特性に優れた高強度熱延鋼板。
【００１４】
（Ｐ−０．０２）／Ｓｉ＞１／６０…（１）
但し、Ｐ，Ｓｉは質量％とする。
【００１５】
２．  更に、質量％で、Ｔｉ：０．０１〜０．０６％、Ｎｂ：０．０１〜０．０３％、Ｖ：０．０１〜０．０８％の一種または二種以上を含有する１に記載の高強度熱延鋼板。
【００１６】
３．  更に、鋼板表面の最大高さＲｙ：≦２０μｍであることを特徴とする１又は２記載の高強度熱延鋼板。
【００１７】
４．１又は２に記載の化学成分を有する鋼を圧延終了温度Ａｒ３以上で仕上圧延後、冷却速度３５〜６５℃／Ｓで５００〜６００℃まで冷却し、その後、冷却速度２〜２０℃／Ｓで冷却後、３００〜４７５℃で巻き取ることを特徴とする１乃至３の何れかに記載の高強度熱延鋼板の製造方法。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の化学成分、金属組織及び製造条件について詳細に説明する。
【００１９】
［化学成分］
Ｃ：０．０２〜０．０５％
Ｃはベイナイトを形成し、鋼を強化するのに有効で、ベイナイトを形成するため０．０２％以上を添加する。しかし、０．０５％を超えて添加するとベイナイトが硬化し、延性が低下するとともに、フェライトとベイナイトの硬度差が大きくなり伸びフランジ性を損なうため０．０２〜０．０５％以下とする。
【００２０】
Ｓｉ：０．３〜１％
Ｓｉはフェライトを固溶強化して延性の低下を抑制しつつ強度を上昇させ、かつベイナイトとフェライトの硬度差を減少させ、伸びフランジ性を向上させるので０．３％以上添加する。しかし、１％を超えて添加するとフェライト体積率が高くなりすぎ、高強度で高伸びフランジ性に必要な組織比率から外れるため０．３〜１％を添加する。
【００２１】
Ｍｎ：１．３〜２．３％
Ｍｎは鋼を強化するため、１．３％以上添加する。しかし、２．３％を超えて添加すると鋳造時に偏析し易く、熱間圧延後のベイナイトとフェライトの組織がバンド状で不均一となり加工性を低下させるので１．３〜２．３％とする。
【００２２】
Ｐ：０．１％以下
Ｐは本発明において重要で、母材疲労強度に影響するスケールと地鉄の界面の凹凸を低減させることができるＳｉの許容添加量を増大させる効果があり、フェライトを固溶強化して強度を上昇させ、ベイナイトとの硬度差を小さくすることで伸びフランジ性を向上させる。しかし、０．１％を超えると熱間圧延時に割れを生じるため、０．１％以下とする。
【００２３】
Ｓ：＜０．００１％
Ｓは伸びフランジ性を向上させるために重要であり、硫化物を極力低減して伸びフランジ加工時に生じるボイドを回避するため０．００１％未満とする。
【００２４】
Ｃｒ：０．０５〜０．７％
Ｃｒは加工性の劣化と打抜きせん断部の疲労強度を低下させるパーライトの生成を抑制し、かつフェライトを固溶強化することでベイナイトとの硬度差を小さくして伸びフランジ性を向上させるため、０．０５％以上を添加する。打抜きせん断部の疲労強度と伸びフランジ性をより向上させる場合は０．２％以上とすることが望ましい。しかし、過度に添加するとマルテンサイトを生成し、伸びフランジ性を極端に低下させるため０．７％以下とする。
尚、打抜きせん断部の疲労強度は、加工の際、極端に硬いパーライト中のセメンタイトや粗大な炭化物の廻りにボイドが発生し、端面に現れマイクロクラックとして応力が集中することにより、低下すると推測される。
【００２５】
Ｍｏ：０．０５〜０．５％
Ｍｏは加工性の劣化と打抜きせん断部の疲労強度を低下させるパーライトの生成を抑制し、かつフェライトを固溶強化することでベイナイトとの硬度差を小さくして伸びフランジ性を向上させるため、０．０５％以上を添加する。打抜きせん断部の疲労強度と伸びフランジ性をより向上させる場合は、０．１％以上とすることが望ましい。しかし、０．５％を超えて添加しても効果が飽和し、コストの上昇をもたらすので０．０５〜０．５％とする。
【００２６】
（Ｐ−０．０２）／Ｓｉ＞１／６０
但し、Ｐ，Ｓｉは質量％とする。
【００２７】
本パラメータは母材の疲労強度を低下させる鋼板表面の凹凸を抑制するためにＰ，Ｓｉの添加量を規定するもので、本パラメータを満足するようにＰ，Ｓｉを添加したとき、Ｓｉ添加によりスケールと地鉄界面の凹凸が増大してもたらされる鋼板表面の凹凸が抑制される。
【００２８】
Ｔｉ，Ｎｂ，Ｖの一種または二種以上
これらの元素は熱間圧延後のオーステナイトから生成するフェライトを微細化し、フェライトとベイナイトの硬度差を小さくする効果があるため、更に伸びフランジ性を向上させる場合、一種または二種以上添加する。添加量はＴｉ：０．０３％以上０．０６％未満、Ｎｂ：０．０１％以上、０．０３％未満、Ｖ：０．０１％以上、０．０８％未満とする。各々の元素の添加量の下限はその効果を得るため、上限はその効果が飽和し、コストの上昇をもたらすので規定する。
【００２９】
［金属組織］
本発明では金属組織を高強度でかつ高伸びフランジ性を確保するため、ベイナイトとフェライト組織を有し、ベイナイト体積率６０〜９５％を満足するように規定する。フェライトとの硬度差がマルテンサイトより小さいベイナイト組織を体積率６０〜９５％の主相とし、フェライト相を含んだ組織とすることにより、高強度で加工性の良好な組織とする。
【００３０】
すなわち、高強度化に有効なベイナイトを主相とするが、低Ｃ化により硬度を低減させる。そして、フェライトの硬度を固溶強化により増大させ、ベイナイトとフェライトの硬度差を小さくし、伸びフランジ性を向上させる。
【００３１】
本発明においては「ベイナイトおよびフェライト」を、マルテンサイトおよび残留オーステナイトを除く組織と定義し、ベイナイトにはグラニュラーベイニチィックフェライト、ベイニチィックフェライトも含み、フェライトにはポリゴナルフェライトおよび擬ポリゴナルフェライトを含むものとする。
【００３２】
尚、本発明においては、主たる組織がベイナイトとフェライトより構成されていれば良く、その作用効果が得られる範囲において、ベイナイト、フェライト以外の組織を許容するものとする。
【００３３】
［表面性状］
鋼板は高強度化するほど切欠き感受性が高まる。鋼板表面の凹凸は切欠きと同様に作用し、凹部に応力が集中し、鋼板（母材）の疲労強度を低下させるため、表面粗さにおける最大高さＲｙを２０μｍ以内とする。図１に鋼板表面の最大高さＲｙが疲労強度比（母材疲労強度／ＴＳ）に及ぼす影響を示す。最大高さＲｙが２０μｍ以内の場合、疲労強度比（母材疲労強度／ＴＳ）が向上する。
【００３４】
尚、本発明では鋼板表面性状の指針として、疲労破壊が１箇所からの応力集中部によって生じる事より、最大高さＲｙを用いる。鋼板表面の粗さを平均化して表す平均粗さＲａの場合、Ｒｙが大きくてＲａが小さい場合もあることより、図２に示す如く、平均粗さＲａは疲労強度の指針とならない。また、表面粗さはＪＩＳＢ０６０１により求めるものとする。
【００３５】
［製造条件］
仕上圧延終了温度：Ａｒ３以上
仕上圧延終了温度は延性を確保するため、Ａｒ３以上とする。Ａｒ３未満の場合、フェライトとオーステナイトの二相組織で仕上圧延を終了するため加工フェライトが残存し、延性を損なう。
【００３６】
冷却条件：仕上圧延後５００〜６００℃まで冷却速度３５〜６５℃／Ｓで冷却後，引き続き、２〜２０℃／Ｓで冷却
冷却条件は、フェライトの体積率を調整し、およびベイナイトの延性あるいは伸びフランジ性を向上させるため、規定する。仕上圧延後の第１段目冷却の停止温度が６００℃より高い場合、冷却速度を６５℃／Ｓとしても、その後の冷却パターンにおいてフェライトの体積率が４０％を越え、５００℃より低いと、冷却速度を３５℃／Ｓとしてもフェライトの体積率は５％未満となる。
【００３７】
さらに、引き続き行なう冷却において冷却速度が２０℃／Ｓより大きいとベイナイト内の転位の開放が不十分で延性が低くなり、２℃／Ｓより小さい場合、ベイナイト内の炭化物の凝集が進行し粗大となり伸びフランジ性が損なわれる。従って、本発明では冷却条件を仕上圧延後５００〜６００℃まで冷却速度３５〜６５℃／Ｓで冷却後，引き続き、２〜２０℃／Ｓで冷却するように規定する。
【００３８】
巻取温度：３００〜４７５℃
巻取温度はベイナイト組織を得るため、３００〜４７５℃とする。３００℃より低い場合、マルテンサイトが生じ伸びフランジ性を低下させ、４７５℃より高いとＰの偏析が顕著となり延性、および伸びフランジ性を共に劣化させるため、３００〜４７５℃とする。より一層優れた伸びフランジ性とする場合は巻取り温度を４００℃以下とすることが望ましい。
【００３９】
【実施例】
表１に示す化学成分を有する鋼を１１８０〜１２８０℃に加熱後、表２に示す製造条件を用いて板厚３．６ｍｍの熱延鋼板とした。表２において仕上圧延終了温度（ＦＴ），仕上圧延後の第１段目冷却での冷却速度（ＣＲ１），第１段目冷却の停止温度（Ｔ１），Ｔ１後の冷却速度（ＣＲ２），および巻取温度（ＣＴ）とする。
【００４０】
得られた熱延鋼板より酸洗後、ＪＩＳ５号引張試験片（圧延垂直方向）、穴拡げ試験片、母材疲労試験片および打抜き穴付き疲労試験片（ともに圧延垂直方向）を採取した。穴拡げ試験は１３０ｍｍ角の鋼板の中央に１０ｍｍφのポンチによりクリアランス１２．５％で打抜いた穴を有する試験片を準備し、６０°円錐ポンチにより打抜き穴のバリ側の反対方向から押し上げる方法とした。
【００４１】
母材疲労試験片および打抜き穴付き疲労試験片を図３に示す。打抜き穴は１０ｍｍφのポンチによりクリアランス１５％で打抜いた。疲労試験は片振り引張り疲労試験とし、疲労強度は１０７回繰り返し負荷における未破断となる最大の応力とした。表３にこれら試験の結果を示す。母材疲労強度については疲労限度比（疲労強度／引張強度）も併せて示す。なお、表３において、ＶfBはベイナイト体積率（％）を示す。
【００４２】
試験結果は、延性についてはＴＳ×Ｅｌが１２０００以上を良好（評価○）、１２０００未満を不良（評価×）とし、伸びフランジ性については穴拡げ率が８０以上を良好（評価○）、８０未満を不良（評価×）とし、母材疲労強度については疲労強度比が０．７０以上を良好（評価○）、０．７０未満を不良（評価×）とし、打抜きせん断部疲労強度については穴疲労強度が１９０以上を良好（評価○）、１９０未満を不良（評価×）とした。
【００４３】
表３より、本発明による熱延鋼板は延性、伸びフランジ性、母材疲労強度、および打抜きせん断部疲労強度のいずれにおいても優れた結果が得られているが、比較例である鋼板は一つ以上の特性において劣っている。
【００４４】
【表１】
0003601387.tif 000002
【００４５】
【表２】
0003601387.tif 000003
【００４６】
【表３】
0003601387.tif 000004
【００４７】
【表４】
0003601387.tif 000005
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、熱延鋼板の組織が主相である低Ｃ化により延性に富んだベイナイトと、固溶強化により該ベイナイトとほぼ均一な硬度としたフェライトを有し、かつＰ，Ｓｉの添加量の調整により鋼板表面の凹凸が抑制されるので、高強度で伸びフランジ性に優れ、母材、打ち抜きせん断面の疲労強度にも優れた高強度熱延鋼板が得られ、自動車用足廻り部材のようにプレス時の断面形状が複雑な部位に用いることが可能で、産業上、極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】母材の疲労強度比（母材疲労強度／引張強さ）に及ぼす鋼板表面の最大高さＲｙの影響を示す図。
【図２】母材の疲労強度比（母材疲労強度／引張強さ）を鋼板表面の平均粗さＲａで整理した結果を示す図。
【図３】打抜き穴付き疲労試験片、母材疲労試験片の外観形状を示す図。
【図１】
0003601387.tif 000006
【図２】
0003601387.tif 000007
【図３】
0003601387.tif 000008