(57)【要約】【課題】合金元素添加量を抑制してフェライト結晶粒の微細化により強度を上昇させ、しかも同時にプレス成形時に重要となる強度と延性とのバランスに優れ、静動差が１７０ＭＰａ以上である、ナノ結晶粒（結晶粒径が１．２μｍ以下）を含む高強度鋼板を提供する。【解決手段】フェライト相と上記フェライト相中に分散する硬質第２相とからなる金属組織を呈し、前記金属組織に占める硬質第２相の面積率が３〜３０％であり、前記フェライト相中に占める、結晶粒径が１．２μｍ以下のナノ結晶粒の面積率が１５〜９０％であり、結晶粒径が１．２μｍ以下のナノ結晶粒の平均粒径ｄＳと結晶粒径が１．２μｍを超えるミクロ結晶粒の平均粒径ｄＬとが下記の式を満たすことを特徴とする高強度鋼板。【数１】  ｄＬ／ｄＳ≧３【選択図】  図６
2006161077.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェライト相と前記フェライト相中に分散する硬質第２相とからなる金属組織を呈し、前記金属組織に占める硬質第２相の面積率が３〜３０％であり、前記フェライト相中に占める、結晶粒径が１．２μｍ以下のフェライトの面積率が１５〜９０％であり、前記フェライト相中において、結晶粒径が１．２μｍ以下のフェライトの平均粒径ｄＳと結晶粒径が１．２μｍを超えるフェライトの平均粒径ｄＬとが下記（１）式を満たすことを特徴とする高強度鋼板。
[数１]
ｄＬ／ｄＳ≧３  …（１）
【請求項２】
鋼板の圧延方向に平行な断面において、３μｍ四方の正方形格子を任意に９個以上取り出した場合に、各格子での硬質第２相の面積率をＡｉ（ｉ＝１，２，３，…）とするとき、Ａｉの平均値Ａ（ａｖｅ）と標準偏差ｓとが下記（２）式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の高強度鋼板。
[数２]
ｓ／Ａ（ａｖｅ）≦０．６  …（２）
【請求項３】
Ｃを含有するとともに、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ及びＢのうちの少なくとも１種を含有し、Ｃ（全Ｃ量からＮｂ、Ｔｉと結合しているＣ量を減じた固溶炭素量）が、下記（３）式を前提に、下記（４）式〜（６）式を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の高強度鋼板。
[数３]
Ｆ１（Ｑ）＝０．６５Ｓｉ＋３．１Ｍｎ＋２Ｃｒ＋２．３Ｍｏ
＋０．３Ｎｉ＋２０００Ｂ  …（３）
Ｆ１（Ｑ）≧−４０Ｃ＋６  …（４）
Ｆ１（Ｑ）≧２５Ｃ−２．５  …（５）
０．０２≦Ｃ≦０．３  …（６）
ただし、（３）式中、各添加元素には、その添加元素の構成比率（質量％）を代入するものとする
【請求項４】
含有成分が、下記（７）式、（８）式を前提に、下記（９）式を満たすことを特徴とする請求項３に記載の高強度鋼板。
[数４]
Ｆ２（Ｓ）＝１１２Ｓｉ＋９８Ｍｎ＋２１８Ｐ＋３１７Ａｌ＋９Ｃｒ＋５６Ｍｏ
＋８Ｎｉ＋１４１７Ｂ  …（７）
Ｆ３（Ｐ）＝５００×Ｎｂ＋１０００×Ｔｉ  …（８）
Ｆ２（Ｓ）＋Ｆ３（Ｐ）≦３６０  …  （９）
ただし、（７）式、（８）式中、各添加元素には、その添加元素の構成比率（質量％）を代入するものとする
【請求項５】
質量％で、Ｎｂ：０．７２％以下及びＴｉ：０．３６％以下のうちの少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項３又は４に記載の高強度鋼板。
【請求項６】
質量％で、Ｐ：２％以下及びＡｌ：１８％以下のうちの少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項４又は５に記載の高強度鋼板。
【請求項７】
質量％で、Ｓｉ：５％以下、Ｍｎ：３．５％以下、Ｃｒ：１．５％以下、Ｍｏ：０．７％以下、Ｎｉ：１０％以下及びＢ：０．００３％以下であることを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載の高強度鋼板。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の高強度鋼板の製造方法であって、金属組織がフェライト相と硬質第２相とからなる熱間圧延鋼板に、加工度指数Ｄが下記（１０）式を満たす冷間圧延を行い、その後下記（１１）式を満たす焼鈍を行うことを特徴とする高強度鋼板の製造方法。
[数５]
Ｄ＝ｄ×ｔ／ｔ０≦１  …（１０）
（ｄ：硬質第２相の平均間隔（μｍ）、ｔ：冷間圧延後の板厚、ｔ０：熱間圧延後冷間圧延前の板厚）
６８０＜−４０×ｌｏｇ（ｔｓ）＋Ｔｓ＜７７０  …（１１）
（ｔｓ：保持時間（秒）、Ｔｓ：保持温度（℃）、ｌｏｇ（ｔｓ）はｔｓの常用対数）
【請求項９】
前記熱間圧延鋼板の板厚方向において、硬質第２相の平均間隔が５μｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載の高強度鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高強度鋼板及びその製造方法に係り、特に、高い高速変形強度及び衝撃エネルギー吸収性能と、高い加工性とを両立させた自動車用の高強度鋼板の製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
高強度鋼板は、自動車のボディ等に使用されるが、このような鋼板に関する技術としては、以下のようなものが開示されている。即ち、成分を限定した鋼を体積分率で３％以上の残留オーステナイトを含む複合組織とし、少なくとも１／２板厚における板面の｛１００｝〈０１１〉〜｛２２３｝〈１１０〉方位群のＸ線ランダム強化比の平均値が３．０以上でかつ｛５５４｝〈２２５〉、｛１１１｝〈１１２〉及び｛１１１｝〈１１０〉の３つの結晶方位のＸ線ランダム強化比の平均値が３．５以下、さらに圧延方向のｒ値及び圧延方向と直角方向のｒ値のうち少なくとも１つが０．７以下である加工時の形状凍結性と衝撃エネルギー吸収能に優れた高加工性高強度鋼板が開示されている（特許文献１参照）。
【０００３】
また、質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２０％、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：０．３〜３．０％、Ｐ：０．１％以下、Ａｌ：０．１％以下を含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、マルテンサイト相と残部が実質的にフェライト相からなる２相組織鋼板であり、マルテンサイト相の体積率が５〜３０％で、マルテンサイト相の硬さＨｖ（Ｍ）とフェライト相の硬さＨｖ（Ｆ）の比Ｈｖ（Ｍ）／Ｈｖ（Ｆ）が３．０〜４．５である高強度鋼板が開示されている（特許文献２参照）。
【０００４】
さらに、表面を清浄化した複数の金属板を積層し、その先端部を接合する工程と、先端部を接合された積層板を、再結晶温度未満で回復が起こる温度域に加熱する工程と、再結晶温度未満で回復が起こる温度域に加熱された積層板を、所定の板厚まで圧延して接合する工程と、接合圧延された積層板を長手方向に所定の長さに切断して、複数の金属板となし、これらの表面を清浄化する工程とを複数サイクル繰り返し行うことにより、金属板の平均結晶粒径を１μｍ以下に微細化する超微細組織高強度金属板の製造方法が開示されている（特許文献３参照）。
【０００５】
加えて、普通低炭素鋼又は０．０１％以下でマルテンサイト変態促進に有効な量のＢを添加した普通低炭素鋼を加工・熱処理し、オーステナイト結晶粒を粗大化させた後に水冷することにより得られたマルテンサイト相が９０％以上の鋼材を低ひずみ加工、具体的には全圧下率が２０％以上高々８０未満の冷間圧延と５００℃以上６００℃以下の低温焼鈍により平均結晶粒径を１．０μｍ以下の超微細結晶粒フェライト組織とすることによって得られた引張強度が８００ＭＰａ以上であり、均一伸びが５％以上、破断伸びが２０％以上の高強度・高延性低炭素鋼材が開示されている（特許文献４参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−９７５４５号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】特開平１０−１４７８３８号公報（特許請求の範囲）
【特許文献３】特開２０００−７３１５２号公報（特許請求の範囲）
【特許文献４】特開２００２−２８５２７８号公報（特許請求の範囲）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般に、自動車の衝突時に乗員を保護するためには、車体に使用される鋼板の強度を高めて、衝撃エネルギー吸収能を向上させることが効果的である。しかしながら、鋼板の強度を単に高めると加工性が低下してプレス成形が困難になる。このため、プレス成形時に相当する静的変形時の応力と、衝突時に相当する動的変形時の応力との差である、いわゆる静動差を高めて、プレス成形性と衝撃エネルギー吸収能とを両立させることが一般的である。
【０００８】
即ち、上記特許文献１には、静動差の高い鋼板として、フェライトと残留オーステナイトとの複合組織を呈する鋼板が提案されており、この技術によれば、特許文献１（１３頁、表２）に示されているように、例えば、静的変形時の応力が７８４ＭＰａで静動差が１２７ＭＰａの鋼板が得られる。しかしながら、この静動差は軟鋼板のものと比較すると低い。従来、静的変形時の応力が５００ＭＰａを超える高強度鋼板に、軟鋼板に相当する１７０ＭＰａ以上の静動差を付与することは不可能であった。
【０００９】
その理由について、以下に説明する。軟鋼板を原料として、従来の方法、即ち固溶強化、析出強化、複合組織強化及び焼入れ強化等によって強度を高めるには、多量の合金元素の添加が必要である。このため、このような一連の手法を施した場合には、フェライトの純度が低下する。ここで、フェライトの静動差は、転位の移動時に乗り超えるべきポテンシャルの高さのうち、原子の熱振動に助けられる部分である熱的成分によって決定される。熱的成分が大きければ、変形応力の歪速度依存性も大きくなるが、フェライトの純度が低いと熱的成分が低下するため、結果として変形応力の歪み速度依存性も小さくなる。従って、従来手法で鋼の強度を高める場合には、静動差の低下は避けられなかった。
【００１０】
また、上記特許文献２では、フェライトとマルテンサイトとの複合組織鋼において固溶Ｃ量を制御することにより、塗装焼付け相当の処理（２％予歪み及び１７０℃×２０分の熱処理）を施すことで、強度を高めることができるとされている。しかしながら、この方法では、歪みの入らない部位の強度は変わらないため、プレス工程の簡略化により絞り成形から曲げ成形へ変更した場合には、強度向上効果が得難くなる。さらに、近年では塗装焼付けの低温化及び短時間化が進んでいるため、期待どおりの上記効果を得難い。従って、塗装焼付け処理を考慮しなくても、優れた衝撃吸収エネルギーの得られる鋼板の開発が要請されていた。
【００１１】
このような事情の下、発明者は、上述したような従来手法に依存しない鋼の高強度化手法として、フェライト結晶粒の微細化に着目してきた。即ち、この方法は、合金元素添加ではなく結晶粒界の面積を増大することにより、合金元素添加を極力抑え、フェライトの純度を高く維持したまま結晶粒の微細化によって強度を高める方法である。この方法のメカニズムの骨子は、パイエルスポテンシャルにおける１回のジャンプで必要な移動距離が、結晶粒の大小に依存しないことから、変形応力の歪速度依存性も結晶粒の大きさに依存しないとの理由による。
【００１２】
ここで、結晶粒径と強度との関係は、ホール・ペッチの式が周知であり、変形強度は結晶粒径の−１／２乗に比例する。この式によれば、結晶粒径が１μｍより小さくなると急激に強度を上昇させることができ、例えば、結晶粒径が１０μｍの場合と１μｍの場合とを比較すると、強度は３倍以上になる。
【００１３】
ところで、プレス成型が可能な鋼板に関し、フェライト結晶粒径を１μｍよりも小さいナノメートルのオーダーまで微細化する方法としては、上記特許文献３に開示されたものが挙げられる。この方法では、繰り返し重ね圧延を７サイクル行うと、結晶粒径がナノメートルのオーダーの超微細組織となり、引張強度も原料であるＩＦ鋼の３．１倍（８７０ＭＰａ）に達する。しかしながら、この方法には２つの欠点がある。
【００１４】
第１の欠点は、結晶粒径１μｍ以下の超微細結晶粒（以下、「ナノ結晶粒」と称する）のみの組織では、材料の延性が極端に低いことである。この理由は、当該特許文献の発明者らによる論文、例えば「鉄と鋼」（日本鉄鋼協会、第８８巻第７号（２００２年）３６５頁、図６（ｂ））に記載されている。即ち、フェライト結晶粒径が１．２μｍより小さくなると急激に全伸びが低下し、同時に均一伸びもほぼ０にまで低下する。このような組織はプレス加工用鋼板には不適である。
【００１５】
第２の欠点は、工業的プロセスにおいて繰り返し重ね圧延を行う場合に、生産性を害し、生産コストの大幅な上昇を招くことである。結晶粒の超微細化のためには、大きな歪みを付与することが必要であり、例えば、５サイクルの重ね圧延によって、圧延率換算で９７％もの歪みを与えることで、初めて結晶粒の超微細化が可能である。なお、この超微細化を通常の冷間圧延で行うためには、例えば厚さ３２ｍｍから１ｍｍまで圧延する必要があり、現実的に実施できない。
【００１６】
本発明は、上記種々の事情に鑑みてなされたものであり、合金元素添加量を抑制してフェライト結晶粒の微細化により強度を上昇させ、しかも同時にプレス成形時に重要となる強度と延性とのバランスに優れ、静動差が１７０ＭＰａ以上である高強度鋼板及びその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
発明者は、合金元素添加量を抑制してフェライト結晶粒の微細化により強度を上昇させ、しかも同時にプレス成形時に重要となる強度と延性とのバランスに優れ、静動差が１７０ＭＰａ以上である高強度鋼板について鋭意研究を重ねた。その結果、鋼板の組織を、結晶粒径が１．２μｍ以下のフェライト（以下、本願においては、単に「ナノ結晶粒」と称する）の単独組織ではなく、ナノ結晶粒と結晶粒径が１．２μｍを超えるフェライト（以下、本願においては、単に「ミクロ結晶粒」と称する）との混合組織とすることを前提に、鋼板中に含まれる硬質第２相の比率の適正化、及び硬質第２相を除いた部分の組織の適正化により、静的変形時にはナノ結晶粒の影響を抑制して低強度でありながら、動的変形時にはナノ結晶粒の影響を発揮することのできる高強度鋼板を得ることができるとの知見を得た。なお、本発明の技術分野においては、一般に、ナノ結晶粒とは、結晶粒径が１．０μｍ以下の結晶粒をいい、また、ミクロ結晶粒とは、結晶粒径が１．０μｍを超える結晶粒をいうが、本願では、上記したように、ナノ結晶粒とミクロ結晶粒との間における、結晶粒径の臨界値を１．２μｍと定義する。
【００１８】
即ち、本発明の高強度鋼板は、フェライト相と上記フェライト相中に分散する硬質第２相とからなる金属組織を呈し、上記金属組織に占める硬質第２相の面積率が３〜３０％であり、上記フェライト相中に占めるナノ結晶粒の面積率が１５〜９０％であり、上記フェライト相中において、ナノ結晶粒の平均粒径ｄＳとミクロ結晶粒の平均粒径ｄＬとが下記（１）式を満たすことを特徴としている。
[数１]
ｄＬ／ｄＳ≧３  …（１）
【００１９】
このような高強度鋼板においては、鋼板の圧延方向に平行な断面において、３μｍ四方の正方形格子を任意に９個以上取り出した場合に、各格子での硬質第２相の面積率をＡｉ（ｉ＝１，２，３，…）とするとき、Ａｉの平均値Ａ（ａｖｅ）と標準偏差ｓとが下記（２）式を満たすことが望ましい。
[数２]
ｓ／Ａ（ａｖｅ）≦０．６  …（２）
【００２０】
また、このような高強度鋼板においては、Ｃを含有するとともに、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ及びＢのうちの少なくとも１種を含有し、Ｃ（全Ｃ量からＮｂ、Ｔｉと結合しているＣ量を減じた固溶炭素量）が、下記（３）式を前提に、下記（４）式〜（６）式を満たすことが望ましい。なお、（３）式中、各添加元素には、その添加元素の構成比率（質量％）を代入するものとする。
[数３]
Ｆ１（Ｑ）＝０．６５Ｓｉ＋３．１Ｍｎ＋２Ｃｒ＋２．３Ｍｏ
＋０．３Ｎｉ＋２０００Ｂ  …（３）
Ｆ１（Ｑ）≧−４０Ｃ＋６  …（４）
Ｆ１（Ｑ）≧２５Ｃ−２．５  …（５）
０．０２≦Ｃ≦０．３  …（６）
【００２１】
さらに、このような高強度鋼板においては、含有成分が、下記（７）式、（８）式を前提に、下記（９）式を満たすことが望ましい。なお、（７）式、（８）式中、各添加元素には、その添加元素の構成比率（質量％）を代入するものとする。
[数４]
Ｆ２（Ｓ）＝１１２Ｓｉ＋９８Ｍｎ＋２１８Ｐ＋３１７Ａｌ＋９Ｃｒ＋５６Ｍｏ
＋８Ｎｉ＋１４１７Ｂ  …（７）
Ｆ３（Ｐ）＝５００×Ｎｂ＋１０００×Ｔｉ  …（８）
Ｆ２（Ｓ）＋Ｆ３（Ｐ）≦３６０  …  （９）
【００２２】
加えて、このような高強度鋼板においては、質量％で、Ｎｂ：０．７２％以下及びＴｉ：０．３６％以下のうちの少なくとも１種を含有することや、質量％で、Ｐ：２％以下及びＡｌ：１８％以下のうちの少なくとも１種を含有することが望ましく、質量％で、Ｓｉ：５％以下、Ｍｎ：３．５％以下、Ｃｒ：１．５％以下、Ｍｏ：０．７％以下、Ｎｉ：１０％以下及びＢ：０．００３％以下であることが極めて望ましい。
【００２３】
また、発明者は、上記高強度鋼板を好適に製造する方法についても鋭意研究を重ねた。その結果、通常の冷間圧延で結晶粒の超微細化を達成すべく、圧延前の結晶組織を軟質なフェライトと硬質第２相との複合組織とするとともに、硬質第２相の間隔に応じた所望な圧延率により冷間圧延を施し、さらに結晶粒成長を抑制できる温度、時間で焼鈍することにより、上記のミクロ結晶粒とナノ結晶粒との混合組織の高強度鋼板が得られるとの知見を得た。
【００２４】
即ち、本発明の高強度鋼板の製造方法は、金属組織がフェライト相と硬質第２相とからなる熱間圧延鋼板に、加工度指数Ｄが下記（１０）式を満たす冷間圧延を行い、その後下記（１１）式を満たす焼鈍を行うことを特徴としている。
[数５]
Ｄ＝ｄ×ｔ／ｔ０≦１  …（１０）
（ｄ：硬質第２相の平均間隔（μｍ）、ｔ：冷間圧延後の板厚、ｔ０：熱間圧延後冷間圧延前の板厚）
６８０＜−４０×ｌｏｇ（ｔｓ）＋Ｔｓ＜７７０  …（１１）
（ｔｓ：保持時間（秒）、Ｔｓ：保持温度（℃）、ｌｏｇ（ｔｓ）はｔｓの常用対数）
【００２５】
このような高強度鋼板においては、上記熱間圧延鋼板の板厚方向において、硬質第２相の平均間隔が５μｍ以下であることが望ましい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、ナノ結晶粒とミクロ結晶粒との混合組織の鋼板中に含まれる硬質第２相の比率の適正化、及び硬質第２相を除いた部分の組織の適正化により、静的変形時にはナノ結晶粒の影響を抑制して低強度でありながら、動的変形時にはナノ結晶粒の影響を発揮することのできる高強度鋼板を得ることができる。
【００２７】
また、本発明によれば、圧延前の結晶組織を軟質なフェライトと硬質第２相との複合組織とするとともに、硬質第２相の間隔に応じた必要圧延率により冷間圧延を施し、さらに結晶粒成長の生じない温度域で焼鈍することにより、上記のミクロ結晶粒とナノ結晶粒とからなる混合組織の高強度鋼板を製造することができる。このようにして得られた本発明の高強度鋼板は、合金元素添加量を抑制してフェライト結晶粒の微細化により強度を上昇させたものであり、しかもプレス成形時に重要となる強度と延性とのバランスに優れ、静動差が１７０ＭＰａ以上のものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下に、本発明の好適な実施形態を図面を参照して説明する。まず、本発明の高強度鋼板における、種々の設定式の規定理由について述べる。なお、以下に示す各元素の含有量は、全て質量％であるが、便宜上、単に％と記載する。
【００２９】
本発明の高強度鋼板の原料としては炭素鋼を用いるが、後述するように、全Ｃ量からＴｉ，Ｎｂと結合しているＣを減じた固溶炭素量が０．０２〜０．３％となるように調整する必要がある。この炭素鋼に、焼入れ性向上及び固溶強化による鋼の強度向上を目的として、第１元素群：Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ及びＢのうちの少なくとも１種を含有させる。また、結晶粒の微細化及び析出強化による鋼の強度向上を目的として、第２元素群：Ｎｂ及びＴｉのうちの少なくとも１種を必要に応じて含有させる。さらに、固溶強化による鋼の強度向上を目的として、第３元素群：Ｐ及びＡｌのうちの少なくとも１種を必要に応じて含有させる。
【００３０】
加えて、得られる鋼が下記（３）式、（７）式、（８）式を前提に、下記（４）式〜（６）式、及び（９）式を全て満足するものとする。但し、下記の式中の元素記号は、その元素の構成比率（質量％）を表し、例えば、「Ｃｒ」とは、Ｃｒの構成比率（質量％）を意味する。
【００３１】
[数６]
Ｆ１（Ｑ）＝０．６５Ｓｉ＋３．１Ｍｎ＋２Ｃｒ＋２．３Ｍｏ
＋０．３Ｎｉ＋２０００Ｂ  …（３）
Ｆ１（Ｑ）≧−４０Ｃ＋６  …（４）
Ｆ１（Ｑ）≧２５Ｃ−２．５  …（５）
０．０２≦Ｃ≦０．３  …（６）
Ｆ２（Ｓ）＝１１２Ｓｉ＋９８Ｍｎ＋２１８Ｐ＋３１７Ａｌ＋９Ｃｒ＋５６Ｍｏ
＋８Ｎｉ＋１４１７Ｂ  …（７）
Ｆ３（Ｐ）＝５００×Ｎｂ＋１０００×Ｔｉ  …（８）
Ｆ２（Ｓ）＋Ｆ３（Ｐ）≦３６０  …  （９）
【００３２】
ここで、これらの式中の記号の意味及び各式の規定理由を説明する。
＜（３）式〜（５）式の規定理由＞
Ｆ１（Ｑ）は、鋼の焼入れ性を表す指数であり、（３）式に示すように定められ、各添加元素の構成比率（質量％）から計算するものである。
【００３３】
後述するように、本発明の高強度鋼板の製造方法においては、冷間圧延前の金属組織を軟質なフェライトと硬質第２相（マルテンサイト、ベイナイト、残留オーステナイトのうちの少なくとも１種）との複合組織とすることが重要である。これらの組織は、熱間圧延後にフェライトとオーステナイトとからなる２相域から急冷する方法、熱間圧延後に室温まで一旦冷却してそのまま加熱する方法、又は熱間圧延後に一旦冷間圧延してから加熱してフェライトとオーステナイトとからなる２相域で保持してから急冷する方法により得られる。しかしながら、これらの組織を得るにあたっては、２つの問題がある。
【００３４】
１点目は、Ｃ量が少ないと焼入れ性が低いために、硬質第２相を得難いことである。その対策として、焼入れ性向上元素である上記第１元素群を添加して、硬質第２相を得易くする必要がある。但し、必要な焼入れ性はＣ量に反比例するので、Ｃ量が多ければ焼入れ性向上元素の添加量は少なくて済む。上記式（４）は、この関係を示すものである。上記（４）式に従い、必要な量の焼入れ性向上元素を添加する。なお、ここでいうＣ量（Ｃ）とは、後述して詳説するが、全Ｃ量からＮｂ、Ｔｉと結合しているＣ量を減じた固溶炭素量を示す。
【００３５】
２点目は、Ｃ量が多い場合に、フェライトとオーステナイトとからなる２相域からの冷却中にパーライト変態が生じ易くなり、必要な硬質第２相を得難くなることである。これを回避するためにも、第１元素群の添加が有効である。即ち、焼入れ性向上元素の添加により、連続冷却変態線図（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｃｏｏｌｉｎｇ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｄｉａｇｒａｍ：以下、単に「ＣＣＴ曲線」と称する）におけるパーライト変態開始のノーズが長時間側に移動する。このため、パーライトの出現を回避し、フェライトと硬質第２相との複合組織とすることができる。Ｃが多い場合には、パーライト変態が生じ易くなるため、多くの焼入れ性向上元素を必要とする。上記（５）式は、この関係を示すものである。上記（５）式に従い、必要な量の焼入れ性向上元素を添加する。なお、ここでいうＣ量も、上記したＣである。
【００３６】
＜Ｃの説明及び（６）式の規定理由＞
Ｃとは、全Ｃ量から、第２群元素（Ｎｂ、Ｔｉ）と結合しているＣを減じた、固溶炭素量を意味し、下記（１２）式で計算される値である。なお、（１２）式中、それぞれ添加元素には、その添加元素の構成比率（質量％）が代入されるものとする。
【００３７】
[数７]
Ｃ＝全Ｃ量−（１２／９２．９×Ｎｂ＋１２／４７．９×Ｔｉ）  …（１２）
【００３８】
（１２）式中の係数９２．９及び４７．９は、それぞれＮｂ又はＴｉの原子量であり、（１２／９２．９×Ｎｂ＋１２／４７．９×Ｔｉ）とは、Ｎｂ又はＴｉと結合して炭化物となっているＣ量（質量％）を示す。従って、全Ｃ量からＮｂ又はＴｉと結合して炭化物となっているＣ量を減じたものが、固溶Ｃである。
【００３９】
次に、（６）式は、固溶Ｃの上限値及び下限値を規定しており、その理由は、冷間圧延前の金属組織を所望の範囲で生成させるためである。ここで、下限値を０．０２％としたのは、Ｃが０．０２％未満の場合は、焼入れ性向上元素を添加しても硬質第２相が生成せず、フェライト単相となるからである。フェライト単相では、前述の繰り返し重ね圧延等の、特殊な方法を用いない限り、鋼の結晶粒径を１μｍよりも小さいナノメートルのオーダーまで微細化することができない。
【００４０】
また、上限値を０．３％としたのは、０．３％を超える場合は、目的のフェライトと硬質第２相との複合組織を得られなくなるためである。Ｃが０．３％を超えると、焼入れ性向上元素を添加しても、ＣＣＴ曲線におけるパーライト変態ノーズが短時間側にとどまる。これにより、フェライトとオーステナイトとからなる２相域からの急冷時に、いかなる冷却速度においてもパーライト変態ノーズを横切るようになり、冷間圧延前の金属組織はフェライトとパーライトとからなる複合組織となる。
【００４１】
ここで、パーライトは、ＣとＦｅとの化合物であるセメンタイトと、フェライトの層状組織であり、セメンタイトは変形に対して非常に脆く、冷間圧延時のエネルギーがセメンタイトの破断に消費される。このため、鋼の組織にパーライトが含まれている場合には、本発明の製造方法の特徴である、軟質フェライト相に大きな歪みを与えることができない。従って、焼入れ性向上元素の添加によってパーライト変態を回避できる上限値のＣは、０．０３％とした。
【００４２】
＜（７）式〜（９）式の規定理由＞
Ｆ２（Ｓ）は、第１元素群及び第３元素群の固溶強化作用により、高強度鋼板が強化される量を、ＭＰａ単位で表したものであり、（７）式に従い添加元素の質量％から計算する。（７）式のそれぞれの元素に乗じられている係数は、下記の考え方に基づいて下記（１３）式から算出したものである。
【００４３】
[数８]
各元素の係数＝｜ｒ（Ｘ）−ｒ（Ｆｅ）｜／ｒ（Ｆｅ）×Ｍ（Ｆｅ）／Ｍ（Ｘ）                  ×１０００  …（１３）
ここで、ｒ（Ｘ）は、当該元素の原子半径、ｒ（Ｆｅ）は鉄の原子半径、Ｍ（Ｘ）は当該元素の原子量、及びＭ（Ｆｅ）は鉄の原子量である。
【００４４】
（１３）式の意味するところは以下のとおりである。即ち、ある添加元素の原子半径と鉄の原子半径との差を鉄の原子半径で除したものが、その元素１個あたりの固溶強化量に比例する。これに、当該元素の質量％あたりに換算するために、鉄の原子量と当該元素の原子量との比を乗じ、さらに単位をＭＰａに換算するために１０００を乗じた。表１に、用いた各元素の物理定数と、それにより計算した（１３）式の係数を示す。
【００４５】
【表１】
2006161077.tif 000003
【００４６】
次に、Ｆ３（Ｐ）は、上記第２元素群が鋼中のＣと炭化物を形成して析出強化により鋼が強化される際の、その強化量を示す指数であり、上記（８）式に示すように定められる。
【００４７】
（８）式の意味するところは、以下のとおりである。即ち、Ｎｂ及びＴｉは、鋼中での炭化物形成能が高く、例えば８００℃での鋼中のＮｂとＣとの溶解度積、ＴｉとＣとの溶解度積（質量％）２は、ともに１０の−５乗のオーダーである。炭素鋼中において、Ｔｉ及びＮｂは、固溶体としてほとんど存在できず、Ｃと１対１で結合した炭化物、即ちＮｂＣ又はＴｉＣとして存在する。従って、添加したＮｂ及びＴｉの添加量に比例した析出強化量が期待できる。なお、いうまでもなく、これは、Ｎｂ又はＴｉと結合していないＣが残存している場合であり、全てのＣがＮｂ又はＴｉと結合している状態でさらにＮｂ又はＴｉを添加しても、期待どおりの析出量は得られない。また、析出物の大きさにより析出強化量は変化する。
【００４８】
一般に、析出物が粗大化すると析出強化能は低下する。本発明の高強度鋼板では、後述するように、冷間圧延後の焼鈍時に、Ｎｂ又はＴｉの炭化物が成長し易い７００℃以上の温度域で長時間保持することは考慮していない。このため、Ｎｂ又はＴｉの炭化物は均一微細に分散し、これら元素の添加量のみにより析出強化量が定まる。上記（８）式はこのことを示すものである。
【００４９】
ここで、（８）式中の係数５００及び１０００は、それぞれＮｂ又はＴｉの１質量％あたりの析出強化量を表す定数で、実験により得た数値である。Ｎｂ及びＴｉの析出強化量を合計したものが、Ｆ３（Ｐ）、即ち全析出強化量である。
【００５０】
このような知見の下、（９）式は、固溶強化と析出強化とによるフェライトの強化量の合計を、３６０ＭＰａ以下にすべきことを示している。これは、鋼板の強化量が高すぎると、本発明の特徴である、高い静動差（動的強度と静的強度と差）が発現しなくなるためである。前述のように、多量の合金元素を添加してフェライトを大きく強化すると、同時にフェライト純度が低下し、フェライトの変形応力の歪み速度依存性が小さくなる。本発明の高強度鋼板の金属組織では、フェライトの純度が所定以上の場合には従来鋼よりも高い静動差が得られるものの、フェライトの純度が低すぎると高い静動差が発現しなくなる。
【００５１】
発明者は、高い静動差を発現するため、必要なフェライトの純度を定量化することを試みた。その結果、各添加元素がフェライトの静動差に及ぼす悪影響度は、単位添加量（質量％）あたりのフェライト強化量（固溶強化、析出強化）に比例することを実験的につきとめた。その結果をもとに、鋭意研究したところ、高い静動差を発現できるフェライト強化量の上限値が３６０ＭＰａであることが判明した。上記（９）式は、これを数値化したものである。
【００５２】
＜各化学成分の限定理由＞
次に、本発明の高強度鋼板における、各化学成分の限定理由について述べる。なお、以下に示す各元素の含有量についても、単位は全て質量％であるが、便宜上、単に％と記載する。また、Ｃについては、（６）式で個別に限定し、その他の元素については、ほとんどの場合に（４）式，（５）式によって下限値が、（９）式，（１４）式，（１５）式によって上限値が個別に限定されるが、さらに、個別に上限値を設定する。
[数９]
Ｃｒ≦１．５  …（１４）
Ｍｏ≦０．７  …（１５）
【００５３】
＜Ｃ：固溶Ｃで０．０２〜０．３％＞
Ｃの添加により、フェライトとオーステナイトとからなる混合組織を高温で生じさせることができ、この混合組織の急冷によりマルテンサイト、ベイナイト、残留オーステナイトの硬質第２相を形成することができる。このため、Ｃは本発明では最も重要な元素である。
【００５４】
本発明の高強度鋼板では、Ｎｂ及びＴｉを添加してもよいので、その場合に炭化物として析出するＣを除いた固溶Ｃが、上記（６）式を満足するように、Ｃの添加量を調整する。固溶Ｃが０．０２％未満であると、冷間圧延前の金属組織がフェライトとなり、固溶Ｃが０．３％を超えると、金属組織はフェライトとパーライトとからなる複合組織となり、ともに本発明の高強度鋼板の製造方法には適さなくなる。
【００５５】
＜第１元素群：Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ｂ＞
これらの元素は、鋼の焼入性向上と固溶強化による鋼の強度向上とを目的として添加する。添加量は、上記（４）式、（５）式、（９）式、（１４）式及び（１５）式を満たすように調整する。以下に、各元素の添加量の上限値及び下限値の限定理由を説明する。
【００５６】
＜Ｓｉ：０．２〜５％＞
Ｓｉ添加量が０．２％未満の場合は、焼入性向上の効果が明瞭に現れない。このため、下限値は０．２％とする。また、Ｓｉ添加量が５％を超えると、ＳｉがＦｅと結合して、結晶構造がＤ０３型又はＢ２型の金属間化合物であるＦｅ３Ｓｉが現れ、鋼の延性を低下させる。このため、上限値は５％とする。
【００５７】
＜Ｍｎ：０．１〜３．５％＞
Ｍｎ添加量が０．１％未満の場合は、焼入性向上の効果が明瞭に現れない。このため、下限値は０．１％とする。また、Ｍｎ添加量が３．５％を超えると、室温においても、フェライトに加えてオーステナイトが安定相として存在する。オーステナイトは強度が低く、鋼全体の強度を低下させるため好ましくない。このため、上限値は３．５％とする。
【００５８】
＜Ｃｒ：０.１〜１．５％＞
Ｃｒ添加量が０．１％未満の場合は、焼入性向上の効果が明瞭に現れない。このため、下限値は０．１％とする。また、Ｃｒ添加量が１．５％を超えると、鋼中のＣとＣｒとが結合して炭化物になるため、添加量に見合った固溶Ｃｒが得られず、焼入性向上も望めない。このため、上限値は、Ｃｒが固溶状態で存在できる１．５％とする。
【００５９】
＜Ｍｏ：０．１〜０．７％＞
Ｍｏ添加量が０．１％未満の場合は、焼入性向上の効果が明瞭に現れない。このため、下限値は０．１％とする。また、Ｍｏ添加量が０．７％を超えると、鋼中のＣとＭｏとが結合して炭化物になるため、添加量に見合った固溶Ｍｏが得られず、焼入性向上も望めない。このため、上限値は、Ｍｏが固溶状態で存在できる０．７％とする。
【００６０】
＜Ｎｉ：０．２〜１０％＞
Ｎｉ添加量が０．２％未満の場合は、焼入性向上の効果が明瞭に現れない。このため、下限値は０．２％とする。また、Ｎｉ添加量が１０％を超えると、室温においても、フェライトに加えてオーステナイトが安定相として存在する。オーステナイトは強度が低く、鋼全体の強度を低下させるため好ましくない。このため、上限値は１０％とする。
【００６１】
＜Ｂ：０．０００５〜０．００３％＞
Ｂ添加量が０．０００５％未満の場合は、焼入性向上の効果が明瞭に現れない。このため、下限は０．０５％とする。また、フェライトへのＢの固溶限自体は非常に小さく、Ｂは添加量が少ない場合は主に鋼の結晶粒界に偏析して存在すると考えられるが、Ｂ添加量が０．００３％を超えると粒界だけではＢの存在サイトとしては不十分になり、金属間化合物であるＦｅ２Ｂが現れて鋼の延性を低下させる。このため、上限値は０．００３％とする。
【００６２】
＜第２元素群：Ｎｂ，Ｔｉ＞
これらの元素は、結晶粒の微細化及び析出強化による鋼の強度向上を目的として、必要に応じて添加することができる。以下、各元素の添加量の上限値及び下限値の限定理由を説明する。
【００６３】
＜Ｎｂ：０．０１〜０．７２％＞
Ｎｂ添加量が０．０１％未満の場合は、微細化及び析出強化の効果が明瞭に現れない。このため、下限値は０．０１％とする。また、上記（８）式から明らかなように、Ｎｂ添加量が０．７２％を超えると、ＮｂＣによる析出強化量だけで３６０ＭＰａとなり、上記（９）式を満足しないため、Ｎｂの上限値は０．７２％に限定される。
【００６４】
＜Ｔｉ：０．０１〜０．３６％＞
Ｔｉ添加量が０．０１％未満の場合は、微細化及び析出強化の効果が明瞭に現れない。このため、下限値は０．０１％とする。また、上記（８）式から明らかなように、Ｔｉ添加量が０．３６％を超えると、ＴｉＣによる析出強化量だけで３６０ＭＰａとなり、上記（９）式を満足しないため、Ｔｉの上限値は０．３６％に限定される。
【００６５】
＜第３元素群：Ｐ，Ａｌ＞
これらの元素は、鋼の強化元素として、必要に応じて添加することができる。以下に、各元素の添加量の上限値及び下限値の限定理由を説明する。
【００６６】
＜Ｐ：０．０３〜２％＞
Ｐの添加は、鋼の固溶強化元素として有効であるが、添加量が０．０３％未満の場合は、固溶強化の効果が明瞭に現れない。このため、下限値は０．０３％とする。また、Ｐ添加量が２％を超えると、金属間化合物であるＦｅ３Ｐが生成し、鋼の延性を低下させる。このため、上限値は２％とする。
【００６７】
＜Ａｌ：０．０１〜１８％＞
Ａｌは、固溶強化元素であるとともに、脱酸剤としての効果を有し、鋼をいわゆる「キルド鋼」にすることができる。また、Ａｌは、製鋼工程において鋼中の溶存酸素と結合してアルミナとして浮上し、これを除去することで鋼の延性や靭性を向上させることができる。このため、Ａｌは必要に応じて添加することができる。但し、添加量が０．０１％未満の場合は、脱酸剤としての効果も、固溶強化元素としての効果も明瞭に現れない。このため、下限値は０．０１％とする。一方、Ａｌ添加量が１８％を超えると金属間化合物であるＦｅ３Ａｌが生成し、鋼の延性を低下させる。このため、上限値は１８％とする。
【００６８】
＜組織についての限定理由＞
次に、本発明の高強度鋼板の金属組織について、詳細に説明する。
本発明の高強度鋼板の金属組織は、下記１）〜４）に記載の要件を同時に満足するものである。
１）金属組織は、フェライト相と硬質第２相（セメンタイト、パーライト、マルテンサイト、ベイナイト、残留オーステナイトのうちの少なくとも１種）とからなる。また、鋼板の、圧延方向に平行な断面を切り出し、この断面をナイタール等でエッチングした後に、走査型電子顕微鏡で倍率５０００倍で撮影した２次電子像（以下、「ＳＥＭ写真」と称する）から測定した硬質第２相の面積率が３〜３０％である。
【００６９】
２）金属組織において、硬質第２相はフェライト相中に均一に分散しており、以下の要件を満足する。即ち、鋼板の、圧延方向に平行な断面の５０００倍のＳＥＭ写真において、３μｍ四方の正方形格子を任意に９個以上の取り出し、各格子での硬質第２相の面積率を画像解析を用いて測定した際に、各硬質第２相の面積率をＡｉ（ｉ＝１，２，３，…）とするとき、Ａｉの平均値Ａ（ａｖｅ）と標準偏差ｓとが、下記（２）式を満たす。
[数１０]
ｓ／Ａ（ａｖｅ）≦０．６…（２）
【００７０】
３）鋼板の、圧延方向に平行な断面の５０００倍のＳＥＭ写真において、写真の全面積から硬質第２相を除外したフェライト部のうち、ナノ結晶粒の面積率が１５〜９０％である。
【００７１】
４）ナノ結晶粒の平均粒径ｄＳと、ミクロ結晶粒の平均粒径ｄＬとが、下記（１）式を満たす。
[数１１]
ｄＬ／ｄＳ≧３  …（１）
【００７２】
ここで、平均粒径とは、鋼板の、圧延方向に平行な断面の５０００倍のＳＥＭ写真において、画像解析により全てのフェライト粒の面積を測定し、それぞれの面積から求めた円相当径を意味する。具体的には、画像解析により求めたフェライト粒の面積をＳｉ（ｉ＝１，２，３…）とすると、円相当径Ｄｉ（ｉ＝１，２，３…）は、下記（１６）式により計算する。
[数１２]
Ｄｉ＝２（Ｓｉ／３．１４）１／２  …（１６）
【００７３】
以上に示した要件１）〜４）の設定理由は、以下のとおりである。即ち、適量の硬質第２相を均一に分散析出させることで、フェライト部から硬質第２相へＣ等の固溶元素を吐き出させ、フェライトの純度を高め、これにより鋼の延性を高めるとともに、静動差を高くすることができる。硬質第２相の分散状態が不均一な場合には、硬質第２相の密度が少ないフェライト部の純度が低くなり、高い延性や静動差を発揮することができない。
【００７４】
また、硬質第２相の面積率を３〜３０％と規定した理由を以下に示す。即ち、硬質第２相の面積率が３％未満の場合は、フェライトの高純度化が不十分なために静動差が高くならない。一方、硬質第２相の面積率が３０％を超えると、フェライトの純度は高く静動差が高くなるが、低純度で静動差の低い硬質第２相の悪影響が大きくなり、素材全体としての静動差は向上しない。
【００７５】
ここで、本発明の高強度鋼板の組織において、硬質第２相とは、フェライトと平衡する相、及びこの平衡相からの冷却過程において変態した組織、さらにはそれらの焼鈍により変化した組織、の全てを指す。具体的には、セメンタイト、パーライト、マルテンサイト、ベイナイト、残留オーステナイトのいずれか１種以上のことである。セメンタイトは、鋼中でフェライトと平衡して存在する相であり、パーライト、マルテンサイト、ベイナイト、残留オーステナイトは平衡相からの変態組織である。ここで、残留オーステナイトは、高温でのみ平衡相として存在するオーステナイトが、室温まで残留した未変態のオーステナイトのことであり、実際には未変態ではあるが、オーステナイトからの冷却によって室温で得られる組織という意味で、変態組織に含めた。
【００７６】
これらの相や組織の他にも、焼戻ベイナイト、焼戻マルテンサイト、トルースタイト、ソルバイト、パーライトの焼鈍によりセメンタイト部が球状化した組織も存在する。しかしながら、これらの組織は、既に具体的に名称を挙げた硬質第２相のいずれかに含まれるものとして扱う。
【００７７】
まず、焼戻ベイナイトは、ベイナイトを３００〜４００℃で焼鈍して靭性を向上させた組織であるが、転位密度の高いフェライトとセメンタイトとの混合組織であり、本質的にベイナイトと変わらないため、本発明においてはベイナイトに含まれるものとして扱う。
【００７８】
次に、焼戻しマルテンサイトは、マルテンサイトを焼鈍して硬度を低減させ靭性を向上させたものであるが、本発明においてはマルテンサイトに含まれるとして扱う。マルテンサイトの焼戻しは、炭素を過飽和に固溶したマルテンサイトが、フェライトと炭化物とに分解する過程である。しかしながら、例えば、社団法人日本金属学会編、講座・現代の金属学  材料編４  鉄鋼材料、３９頁に記載されているように、３００〜５００℃で焼戻した場合でも、フェライトはかなり高い転位密度を持っており、ラスマルテンサイトの特徴であるパケット、ブロックなどの構成は変化しない。従って、硬度も高く、焼鈍マルテンサイトであっても、マルテンサイトの特徴を失っていない。さらには、上記文献の３９頁に記載されているように、焼入直後のマルテンサイトに過飽和に固溶されたＣは、極めて容易に拡散が起こるので、約−１００℃から、既に、Ｃの移動が認められ、析出の準備段階が始まっている。従って、焼入れままのマルテンサイトと焼戻マルテンサイトは明瞭に区別し難い。以上を考慮して、本発明においてはマルテンサイトと焼戻しマルテンサイトは同じものとして扱う。
【００７９】
また、トルースタイトは、現在あまり用いられない用語であるが、ＪＩＳ Ｇ０２０１鉄鋼用語（熱処理）では、焼戻トルースタイトと焼入トルースタイトとに分類されている。焼戻トルースタイトは、マルテンサイトを焼戻したときに生じる組織であり、微細フェライトとセメンタイトとからなる組織であるが、実際は焼戻マルテンサイトのことである。また、焼入トルースタイトは、焼入時に生ずる微細パーライト組織であり、本発明ではパーライトとして一括して扱う。
【００８０】
さらに、ソルバイトも、現在あまり用いられないが、ＪＩＳ Ｇ０２０１鉄鋼用語（熱処理）では、焼戻ソルバイトと焼入ソルバイトとに分類されている。焼戻ソルバイトは、マルテンサイトを焼戻して粒状に析出成長させたセメンタイトとフェライトとの混合組織であるが、実際には焼戻マルテンサイトのことである。焼入ソルバイトは、焼入れ時に生成する微細パーライト組織のことであるが、本発明ではパーライトとして一括して扱う。
【００８１】
なお、パーライトの焼鈍によりセメンタイト部が球状化した組織も、フェライトとセメンタイトとの混合組織であり、換言すれば、硬質第２相はセメンタイトである。
【００８２】
次に、硬質第２相以外のフェライト部に関して説明する。フェライト部の組織は、大きさの異なるナノ結晶粒とミクロ結晶粒との混合組織である。このため、プレス成形時には比較的強度が低く、強度・延性のバランスに優れる一方、製品化後には、衝突時等の高速変形時に優れた強度を発揮する。従って、このフェライト部の組織により、成形性と衝撃吸収エネルギーとを高いレベルで両立することができる。
【００８３】
なお、本願において、ナノ結晶粒の結晶粒径を１．２μｍ以下と定義した理由を以下に述べる。即ち、例えば「鉄と鋼」（日本鉄鋼協会、第８８巻第７号（２００２年）、３６５頁、図６（ｂ））に開示されているように、フェライトの結晶粒径が約１．２μｍである領域を境界にして、材料特性、特に延性が不連続に変化するためである。具体的には、フェライトの結晶粒径が１．２μｍ未満になると、全伸びが急激に低下し、均一伸びを示さなくなる。
【００８４】
以上は、本発明の高強度鋼板に係る、種々の式の規定理由、化学成分の限定理由、及び組織についての限定理由であるが、以下に、本発明の高強度鋼板の作用効果についてのメカニズムを詳細に説明する。
【００８５】
＜本発明の高強度鋼板の作用効果についてのメカニズム１＞
フェライトをナノ結晶粒とミクロ結晶粒との混合組織とすることで、高い静動差を付与できるメカニズムは、以下のとおりである。即ち、本発明の高強度鋼板は、結晶粒径が１．２μｍ以下のナノ結晶粒である非常に強度の高い部分と、結晶粒径が１．２μｍを超える通常の強度を有するミクロ結晶粒とからなる、１つの複合組織鋼板である。本発明の高強度鋼板の静的な変形挙動については、一般的な複合組織鋼板の変形挙動と同様であり、静的な変形では、まず材料の最も変形し易い部分、具体的にはミクロ結晶粒内部又はミクロ結晶粒内のナノ結晶粒との界面付近から変形が始まる。その後、変形が徐々に進行するが、ミクロ結晶粒が変形の主体を担っている。このため、ミクロ結晶粒のみの場合と同等な応力で変形が進行し、強度と延性とのバランスも一般的なものとなる。
【００８６】
一方、歪速度が１０００／ｓ程度の高速変形の場合には、一般的な鋼板の挙動と異なる。変形速度は静的変形の場合の約１０万倍であり、軟質なミクロ結晶粒主体の変形だけでは追従が難しい。このため、ミクロ結晶粒のみならず、ナノ結晶粒の内部でも変形を担う必要がある。従って、強度の非常に高いナノ結晶粒の影響が顕著になり、高い変形応力が必要となる。
【００８７】
この現象は、ナノ結晶粒の比率が１５〜９０％の範囲で発現する。ナノ結晶粒の比率が１５％未満の場合は、ナノ結晶粒の影響が小さく、静的変形及び動的変形のいずれにおいても軟質なミクロ結晶粒が変形を十分に分担でき、静動差は高くならない。一方、ナノ結晶粒の比率が９０％を超えると、ほとんどがナノ結晶粒であるために、静的変形時においてナノ結晶粒の影響が既に顕著で、強度は高いものの延性が低いため、プレス成形に適さない。従って、ナノ結晶粒の比率が１５％未満でも９０％超でも、優れた高速変形強度及び衝撃エネルギー吸収能と、優れた加工性とを両立させることができない。
【００８８】
以上は、本発明の高強度鋼板に関する説明であるが、以下に、上記高強度鋼板を好適に製造する方法を説明する。なお、本発明の高強度鋼板の製造方法は、通常の冷延鋼板製造プロセス、即ち、スラブ溶製、熱間圧延、冷間圧延及び焼鈍の各工程によって製造することができる。
【００８９】
＜スラブ溶製＞
スラブ溶製は、通常の方法で所定成分にて行う。工業的には、溶銑をそのまま用いるか、又は市中スクラップや鋼の製造工程で生じた中間スクラップ等の冷鉄源を電気炉や転炉で溶解した後、酸素精錬し、連続鋳造又はバッチの分塊鋳造にて鋳造する。パイロットプラントや実験室等の小型設備においても、電解鉄やスクラップ等の鉄素材を、真空中又は大気中で加熱炉によって溶解し、所定の合金元素を添加した後、鋳型に注入することで素材を得ることができる。
【００９０】
＜熱間圧延＞
熱間圧延は、本発明の高強度鋼板の製造方法において、最初の重要なプロセスである。本発明の製造方法では、熱間圧延後の結晶組織を、フェライトが主相で、硬質第２相を面積率で１０〜８５％の範囲で含有する複合組織とし、さらに板厚方向に測定した硬質第２相の平均間隔を５μｍ以下とする。
【００９１】
ここでいう硬質第２相とは、本発明の高強度鋼板の最終組織における硬質第２相から、パーライト及びセメンタイトを除外したものであり、マルテンサイト、ベイナイト及び残留オーステナイトのうちの少なくとも１種である。セメンタイト又はパーライトが硬質第２相である場合は、本発明の高強度鋼板の金属組織は得られない。
【００９２】
以下に、硬質第２相を上記のように選定した理由について説明する．
本発明の高強度鋼板の金属組織は、フェライト相中に占めるナノ結晶粒が、面積率で１５〜９０％であるものである。この金属組織を得るためには、以下の処理を行う。即ち、まず、冷間圧延前の金属組織をフェライトと硬質第２相の複合組織とする。次いで、冷間圧延によって軟質なフェライトに大きな剪断歪みを付与する。最後に、この部分を引き続き行われる焼鈍によって、結晶粒径１．２μｍ以下のナノ結晶粒とする。
【００９３】
一方、冷間圧延前に存在した硬質第２相（マルテンサイト、ベイナイト及び残留オーステナイトのうちの少なくとも１種）は、冷間圧延により変形はするものの、フェライト部ほど大きな剪断歪みが付与されない。このため、冷間圧延後の焼純工程においては、ナノ結晶粒は生成せず、セメンタイトを析出しながらフェライトへ変化するか、又は歪みの少ない新しいフェライト粒の核生成と成長による、通常の静的再結晶の過程を経て、ミクロンオーダーの結晶粒径を有するミクロ結晶粒になる。このようなメカニズムにより、ナノ結晶粒とミクロ結晶粒との混合組織が得られる。
【００９４】
このように、硬質第２相は、マトリックスのフェライトに比して高い硬度を有し、しかも冷間圧延及び焼鈍の後には、フェライトに変化するような組織でなければならない。換言すれば、本発明の製造方法で必要とする硬質第２相とは、セメンタイトのような炭化物単独のものではなく、フェライト又はオーステナイトが主体でありながら硬度の高い組織のことである。
【００９５】
以下に、マルテンサイト、ベイナイト及び残留オーステナイトが本発明における硬質第２相としての適格を有する理由を述べる。
マルテンサイトは、Ｃを過飽和に含むフェライトであり、Ｃによる結晶格子の歪みに起因した高い転位密度のために、硬度が高い。しかしながら、マルテンサイトのＣ含有量は、Ｆｅ−Ｃ平衡状態図におけるＦｅとＦｅ３Ｃとの共晶点のＣ濃度である約０．８％程度が最大であり、Ｆｅ３Ｃの化学式で示されるセメンタイトに比して非常に少ない。このため、冷間圧延後の焼鈍工程においては、セメンタイトを析出しながらフェライトに変化する。従って、マルテンサイトは、フェライトを主体としながら硬度の高い組織であるという、本発明における硬質第２相としての適格を有している。
【００９６】
ベイナイトは、マルテンサイトが形成し始める温度よりもやや高温で変態した組織であり、羽毛状又は針状のフェライトと微細なセメンタイトとの混合組織である。ベイナイトは、マルテンサイトほどではないがフェライト部に多量の転位を含んでおり（社団法人日本金属学会編、講座・現代の金属学  材料編４  鉄鋼材料、３５頁）、セメンタイトのみならず、転位密度の高いフェライト部も硬度が高い。従って、ベイナイトも、フェライトを主体としながら硬度の高い組織であるという、本発明における硬質第２相としての適格を有している。
【００９７】
上記の説明で明らかなように、ベイナイトは、フェライトとセメンタイトとの混合組織ではあるが、セメンタイトと高転位密度のフェライト部とを組み合わせた組織全体を硬質第２相とみなすことができ、転位密度の低いフェライトマトリックス中に単独で硬質第２相として存在するセメンタイトとは、明確に区別することができる。
【００９８】
また、金属組織の観察からも、ベイナイトと、セメンタイトとの違いは、明瞭に判別できる。鋼の断面を研磨・エッチングして光学顕微鏡で観察した場合、ベイナイトの組織では、高転位密度のために針状フェライト部が暗く観察され、周囲の低転位密度のフェライトマトリックスは明るく見える。一方、セメンタイト単独の組織とは、明るいフェライトマトリックスに対し、灰色に見える球状の析出相である。
【００９９】
最後に、残留オーステナイトは、圧延工程における歪みによって、歪み誘起変態を起こしてマルテンサイトに変化するため、マルテンサイトと同じ効果があり、また、冷間圧延後の焼鈍工程における組織変化も、マルテンサイトと同様である。従って、残留オーステナイトは、本発明における硬質第２相としての適格を有している。
【０１００】
次に、硬質第２相が単独のセメンタイト又はパーライトの場合について説明する。ここでパーライトは、フェライトとセメンタイトとが層状を成す混合組織であるので、層状のセメンタイトが硬質第２相の働きをする。従って、硬質第２相がセメンタイトの場合もパーライトの場合も本質的に同じである。硬質第２相がセメンタイトの場合は、冷間圧延において、本発明の特徴である、軟質フェライト部に大きな剪断歪みを付与することが困難である。これは、セメンタイトは変形に対して非常に脆く、冷間圧延時のエネルギーがセメンタイトの破断に消費されてしまい、フェライトに有効に歪みが付与されないためである。
【０１０１】
もっとも、圧延率が８５％以上といった高圧下率で冷間圧延すれば、ナノ結晶が生成するようになる。しかしながら、その場合も、冷間圧延後の焼鈍過程における変化が、硬質第２相がマルテンサイト、ベイナイト、残留オーステナイトの場合と大きく異なるため、本発明の特徴である、ナノ結晶粒とミクロ結晶粒との混合組織とはならない。高圧下率で冷間圧延した後の焼鈍工程において、焼鈍温度がＡｃ１変態点以下の場合は、準安定相であるセメンタイトは、その形状が層状の場合は球状へ変化するものの、セメンタイトのまま残存する。このため、焼鈍後の組織はナノ結晶粒であるフェライトとセメンタイトとになり、本発明鋼の特徴である混合組織とはならない。従って、高速変形時の強度上昇、即ち静動差が高いとう特性を示さない。
【０１０２】
また、焼鈍温度がＡｃ１変態点以上の場合は、Ｃ濃度が非常に高いセメンタイト部が優先的にオーステナイトに変態し、その後の冷却過程において、パーライト、マルテンサイト、ベイナイト、残留オーステナイトの少なくとも１種の混合組織に変態する。このため、ナノ結晶粒であるフェライトと、これら変態組織との混合組織となる。本発明鋼の特徴である高い静動差は得られないのは同様である。本発明鋼の最終的な金属組織においては、フェライト以外の相はセメンタイトであってもよいが、フェライト相がナノ結晶粒とミクロ結晶粒との混合組織であることが重要である。
【０１０３】
ここで、熱間圧延鋼板中の硬質第２相の測定方法について説明する。熱間圧延鋼板において、圧延方向と平行な断面の４００〜１０００倍の光学顕微鏡写真を撮影する。その後、図１に示すように、板厚方向に３本の直線（同図においては、代表して１本の直線を示す。）を任意の位置に引く。この直線上で、硬質第２相、フェライト、硬質第２相の順に切断されるとすれば、最初の硬質第２相とフェライトとの界面から、フェライト粒を通って次の界面までの距離を、スケールにて測定し、単位をμｍに換算する。この作業を、写真上で切られる全ての硬質第２相について実施し、全ての測定値を平均して、硬質第２相の平均間隔とする。
【０１０４】
次に、目的の組織を得るための製造方法について説明する。図２は、熱間圧延の温度履歴を示す図である。同図に示すように、まず、スラブをオーステナイト域即ちＡｃ３変態点以上まで加熱し、粗圧延した後、仕上げ圧延を行う。この仕上げ圧延の温度を、Ａｒ３変態点の直上、即ちフェライトが析出しない範囲でできるだけ低温のオーステナイト域とすることで、圧延時の粒成長を抑制する。その後、フェライトとオーステナイトとの２相域まで冷却することで、フェライトとオーステナイトとの混合組織とする。
【０１０５】
この際、圧延時のオーステナイト粒成長を抑制したことで、オーステナイトの結晶粒界から核生成するフェライトの核生成密度が高くなり、粒径を微細にすることができる。圧延時にフェライトが析出していると、加工されたフェライトがそのまま室温まで残存するので、変態により微細なフェライトを析出させるという効果が低減する。
【０１０６】
次いで、２相域にてそのまま保持するか、保持せずに急冷を行う。この急冷過程で、オーステナイト部を硬質第２相に変態させるが、２相域保持の段階で結晶粒を微細にしたことが、硬質第２相の間隔を狭くすることに有効に働く。
【０１０７】
なお、２相域からの急冷とは、鋼成分によって決まる臨界冷却速度、即ち、ＣＣＴ曲線におけるパーライト変態開始のノーズを横切らずにＭｓ点（マルテンサイト変態開始温度）に到達するような冷却速度以上の速度で冷却することを意味する。
【０１０８】
このときの冷却速度が、ＣＣＴ曲線におけるベイナイト変態開始ノーズも横切らない程に大きなものであれば、硬質第２相はマルテンサイトとなる。また、ベイナイト変態開始ノーズを横切ってＭｓ点以下まで冷却すれば、硬質第２相はマルテンサイトとベイナイトとの混合組織となる。さらに、Ｍｓ点直上で冷却を停止して温度を保持した後に室温まで冷却すれば、硬質第２相はベイナイトになる。
【０１０９】
また、高強度鋼板の成分としてＳｉやＡｌを増加させた上で、Ｍｓ点直上で冷却を停止して保持した後に室温まで冷却すれば、硬質第２相にはベイナイトの他に残留オーステナイトが含まれる。パーライト変態を回避して、フェライト以外の硬質第２相にセメンタイトを含有させないことが重要である。
【０１１０】
このような高強度鋼板の製造方法にあっては、熱間圧延後の鋼板を、圧延方向と平行な断面で観察した金属組織において、板厚方向に判定した硬質第２相の平均間隔が５μｍ以下になるようにすることが好ましいが、その理由は後述する。
【０１１１】
＜冷間圧延＞
熱間圧延後の組織における硬質第２相の平均間隔をｄ（μｍ）とし、熱間圧延後（冷間圧延前）の板厚をｔ０、冷間圧延後の板厚をｔとした場合に、加工度指数Ｄが下記（１０）式を満たす条件で、冷間圧延を行う。
[数１３]
Ｄ＝ｄ×ｔ／ｔ０≦１  …（１０）
【０１１２】
さらに、本発明では、上記ｄが５μｍ以下とする。ｄが５μｍを超える場合は、（８）式を満たそうとすると、ｔ／ｔ０が０．２以下、即ち圧延率で８０％を超える高圧下圧延を行わなくてはならず、本発明のような高強度鋼板を圧延するには、圧延機に大きな負荷をかけることとなる。４段や５段のタンデム圧延機を使用して、圧延１パスあたりの圧下率を少なくしても、１回の圧延では必要な圧延率を確保できず、２回圧延の必要が生じる。従って、本発明では、現実的に１回の圧延で達成することが可能な、圧延率８０％以下でもナノ結晶粒の組織が得られるように、熱延板における硬質第２相間隔を５μｍ以下に限定する。
【０１１３】
＜焼鈍＞
冷延後の素材を熱処理して加工歪みを除去するとともに、目的の金属組織を作り込む工程である。焼鈍は、冷延後の素材を加熱・保持・冷却する過程よりなるが、保持温度Ｔｓ（℃）と、Ｔｓにて保持する時間ｔｓ（秒）との関係が、下記（１１）式を満たすものとする。
[数１４]
６８０＜−４０×ｌｏｇ（ｔｓ）＋Ｔｓ＜７７０…（１１）
（ｔｓ：保持時間（秒）、Ｔｓ：保持温度（℃）、ｌｏｇ（ｔｓ）はｔｓの常用対数）
【０１１４】
図３は、上記保持温度及び保持時間の適正範囲を示すグラフである。（−４０×ｌｏｇ（ｔｓ）＋Ｔｓ）の値が６８０（℃）以下の場合は、ナノ結晶粒の面積率が上限値である９０％を超えてしまうため、好ましくない。一方、上記値が７７０（℃）以上の場合は、ナノ結晶粒の面積率が下限値である１５％を下回るため、好ましくない。
【０１１５】
焼鈍後の金属組織における硬質第２相については、焼鈍パターンに応じて、種々のものを得ることができる。図４は、種々の焼鈍パターンを示す図である。同図中、パターン１，２，３は、ＣＡＬ（連続焼鈍ライン）の場合であり、パターン４はＣＧＬ（溶融亜鉛めっきライン）の場合であり、パターン５は箱焼鈍の場合である。また、表２に、図４に示す各焼鈍パターンにより得られる組織の一覧を示す。
【０１１６】
【表２】
2006161077.tif 000004
【０１１７】
まず、焼純温度について説明する。焼鈍温度Ｔｓを、Ａｃｌ変態点以下に設定すれば、フェライトとセメンタイトとからなる複合組織を得ることができる。また、焼鈍温度Ｔｓ及び急冷開始温度ＴＱを、Ａｃｌ変態点以上に設定すれば、マトリックスとしてのフェライトと、オーステナイトからの変態組織又は当該変態組織を焼鈍した後の焼鈍組織のうち１の少なくとも１種（硬質第２相）とからなる混合組織とすることができる。
【０１１８】
ここで、オーステナイトからの変態組織とは、パーライト、マルテンサイト、ベイナイト、さらには残留オーステナイトを意味する。ここで、残留オーステナイトは、実際には未変態ではあるが、オーステナイトからの冷却によって室温で得られる組織という意味で、変態組織に含めた。また、変態組織を焼鈍した後の焼鈍組織とは、上記変態組織の焼鈍組織であるが、上記の[００７８]〜[００８３]で説明したように、上記変態組織のいずれかに含まれるものとして扱う。
【０１１９】
なお、焼鈍温度Ｔｓ及び急冷開始温度ＴＱがＡｃｌ変態点以上であっても、昇温速度が大きく保持時間が短い場合には、鋼中Ｃのオーステナイトへの濃化が不十分となり、フェライト中には過飽和なＣが残存している可能性があり、これが冷却時にセメンタイトとして析出することがある。従って、その場合は、マトリックスとしてのフェライトと、オーステナイトからの変態組織又はそれら変態組織を焼鈍した後の焼鈍組織のうちの少なくとも１種（硬質第２相）とからなる混合組織となり、さらにフェライト中にセメンタイトを含む場合もある。
【０１２０】
また、Ａｃｌ変態点は、素材の成分と加熱速度とによって決定されるものであるが、本発明においては７００℃〜８５０℃の間である。
【０１２１】
次に、焼鈍後の冷却方法について説明する。冷却は、ガスを用いる方法、水スプレーを用いる方法或いは水とガスとの混合スプレーを用いる方法、又は水タンクへのクエンチ（ＷＱ）或いはロールでの接触冷却のいずれかの方法で行う。ここでいうガスとは、空気、窒素、水素、窒素と水素との混合ガス、ヘリウム又はアルゴンのいずれかである。
【０１２２】
上記冷却過程において、冷却速度が小さすぎると、フェライト結晶粒の成長が無視できなくなり、その結果ナノ結晶粒の面積率が低下するため、板温が６００℃以上の範囲での冷却速度を１０℃/s以上とする。板温６００℃以上の範囲のみに限定した理由は、６００℃未満であれば、結晶粒の成長が非常に遅いため、冷却速度の影響を実質的に無視できるからである。
【０１２３】
次に、冷却後の焼鈍パターンについては、焼鈍ラインの構成により、図４に示す５種類のパターンが適用可能である。焼鈍帯の後に、冷却帯と引き続いて過時効帯とを有する構成のラインでは、所定の温度付近にて冷却を停止し、そのまま過時効処理するパターン１か、焼鈍の後、再加熱して過時効処理するパターン２を採用することができる。また、パターン４は、ＣＧＬ(溶融亜鉛めっきライン)に相当するパターンであるが、冷却の終点温度が溶融亜鉛浴の温度に限定されること以外は、パターン２と同様である。
【０１２４】
既に述べたように、焼鈍温度ＴｓがＡｃ１変態点以下の場合は、得られる硬質第２相はセメンタイトのみであるので、以下に、焼鈍温度Ｔｓ及び急冷開始温度ＴＱがＡｃ１変態点以上の場合について、詳細に説明する。冷却速度が大きくＣＣＴ曲線におけるフェライト変態ノーズやベイナイト変態ノーズを横切らずにＭｓ点以下まで冷却すれば、硬質第２相としてマルテンサイトが得られる。過時効帯があるパターン１，２及び４では、マルテンサイトは、厳密には焼戻マルテンサイトになる。但し、前述のように、焼戻マルテンサイトは依然として高い転位密度を保っているため硬度が高く、鋼の強化に大きく寄与するため、本発明ではマルテンサイトと区別せずに扱う。
【０１２５】
また、ベイナイト変態ノーズを横切るような冷却速度で冷却し、かつ冷却終了温度をＭｓ点以下とすると、硬質第２相はマルテンサイトとベイナイトとからなる複合組織となり、過時効帯があるパターン１，２及び４において、Ｍｓ点の直上で冷却を停止してそのまま過時効処理をすれば、硬質第２相としてベイナイト或いは残留オーステナイトとベイナイトとの混合組織となる。残留オーステナイトが生成するか否かは、焼鈍時のオーステナイトの安定性により決まる。即ち、合金元素（Ｓｉ、Ａｌ）を増量したり、過時効処理時間を長くしてオーステナイトへのＣ濃化を促進して、オーステナイトを安定化することで、残留オーステナイトは得られる。
【０１２６】
さらに、冷却速度が遅く、パーライト変態ノーズも横切るようになると、第２相にはパーライトも含まれるようになる。この際、フェライト中に微細な炭化物を含むこともある。これは、焼鈍時にフェライト中に固溶していたＣが、冷却中に準安定相のセメンタイトとして析出するからである。
【０１２７】
個別具体的にみると、パターン１及び２は、得られる組織の種類は同じであり、焼鈍温度Ｔｓ及び急冷開始温度ＴＱがＡｃ１変態点以上の場合は、硬質第２相は、パーライト、マルテンサイト、ベイナイト、残留オーステナイトのうち少なくとも１種である。焼鈍温度ＴＳがＡｃ１変態点未満のときは、硬質第２相はセメンタイトのみである。
【０１２８】
次に、焼鈍パターン３のように、過時効帯を持たない構成のラインでは、焼鈍の後、１００℃以下まで冷却して、完了とする。この場合、焼鈍温度Ｔｓ及び急冷開始温度ＴＱがＡｃ１変態点以上の場合は、硬質第２相は、パーライト、マルテンサイト、ベイナイトのうち少なくとも１種である。焼鈍温度ＴｓがＡｃ１変態点未満のときは、硬質第２相はセメンタイトのみである。
【０１２９】
さらに、焼鈍パターン４はＣＧＬ(溶融亜鉛めっきライン)に相当する焼鈍のパターンである。焼鈍温度から急冷して溶融亜鉛の浴にて表面に亜鉛を付着させる。その後は、図のように再加熱して亜鉛めっき層を合金化させてもよいし、再加熱を省略して亜鉛めっき層を合金化させなくてもよい。得られる硬質第２相の種類は、再加熱する場合はパターン１及び２と同じであり、再加熱しない場合は、パターン３と同じである。
【０１３０】
最後に、焼鈍パターン５は、箱焼鈍である。箱焼鈍での焼鈍が完了した後に、炉体からコイルを取り出し、強制冷却して１０℃/s以上の冷却速度条件を満足できる場合は、焼鈍温度に制限はないが、通常は、焼鈍が完了した後に炉体からコイルを取り出さず、炉中で冷却するため、冷却速度１０℃/s以上の条件を満たせないので、焼鈍温度を６００℃未満に限定する必要がある。
【０１３１】
＜本発明の高強度鋼板の作用効果についてのメカニズム２＞
さらに、通常の冷間圧延によってナノ結晶粒の組織が得られるメカニズムについて以下に述べる。
まず、従来からの試みとして、冒頭に述べた繰り返し重ね圧延について述べる。繰り返し重ね圧延は、板状のサンプルに大きな歪みを与え、ナノ結晶粒の組織を得るのに有効な方法である。例えば、日本塑性加工学会誌（第４０巻、第４６７号、１１９０頁）に、アルミニウムの例が示されている。圧延ロールを潤滑して圧延を行った場合は、方位差の少ないサブグレイン組織しか得られず、圧延ロールを潤滑しない場合はナノ結晶粒が得られる。
【０１３２】
この現象は、無潤滑により剪断変形させると、潤滑の場合よりも大きな歪みを導入することができ、また重ね圧延サイクルの繰り返しにより、前サイクルで表層だった部分が材料内部になり、結果的に材料内部まで剪断歪みが導入されるためである。即ち、繰り返し重ね圧延においても、無潤滑圧延を行って大きな剪断歪みを材料内部に与えないと、結晶粒の超微細化は達成されない。
【０１３３】
発明者は、生産性の低い繰り返し重ね圧延や、圧延ロールへの負荷が大きい無潤滑圧延を行わなくても、通常の油潤滑圧延によって材料内部に剪断歪みを付与できる手段を検討した。その結果、圧延前の組織を軟質部と硬質部との複合組織とすればよいとの知見を得た。即ち、軟質なフェライトと硬質第２相とからなる複合組織の鋼板に冷間圧延を施すことで、硬質第２相に挟まれたフェライト領域は、硬質第２相による拘束によって剪断変形する。これにより、材料内部の広い範囲に剪断歪みを導入することができる。
【０１３４】
さらに、発明者は、詳細な検討を加え、圧延前の硬質第２相間隔が様々であっても、圧延後の硬質第２相間隔が一定の値になるまで圧延を加えれば、同じように材料内部にわたり剪断変形が導入されるとの知見を得た。即ち、熱間圧延後の組織における硬質第２相の平均間隔をｄ（μｍ）とし、熱間圧延後（冷間圧延前）の板厚をｔ０、冷間圧延後の板厚をｔとすると、加工度指数Ｄが、下記（１０）式を満たすような条件冷間圧延を行えばよいことが判明した。
[数１５]
Ｄ＝ｄ×ｔ／ｔ０≦１  …（１０）
【０１３５】
ここで、本発明の製造方法に従って一連の工程を経て冷間圧延まで行った鋼板の、圧延方向に平行な断面の５０００倍のＳＥＭ写真の例を図５に示す。白く見える硬質第２相（マルテンサイト）に挟まれた黒く見えるフェライト部が、剪断変形していることが判る。これにより、通常の圧延でも鋼板内部に大きな剪断歪みを付与することができ、引き続いて行われる焼鈍によって、ナノ結晶粒の組織を得ることができる。
【実施例１】
【０１３６】
表３に示す組成の化学組成のスラブ（発明スラブ１〜１９及び比較スラブ１〜１１）を溶製した。
【０１３７】
【表３】
2006161077.tif 000005
【０１３８】
次いで、これらのスラブを用いて、表４に示す諸条件で熱間圧延板を製造し、その後、表５に示す諸条件で冷間圧延及び焼鈍を施し、表６に示す焼鈍組織等を具備する鋼板（発明例１〜２６及び比較例１〜２６）を得た。
【０１３９】
【表４】
2006161077.tif 000006
【０１４０】
【表５】
2006161077.tif 000007
【０１４１】
【表６】
2006161077.tif 000008
【０１４２】
さらに、発明例３，２、比較例１、及び発明例１１の各鋼板から、圧延方向と平行な断面を切り出して、これらを１％のナイタールでエッチングして、ＳＥＭによって組織を観察した。それらの組織を図６〜図９に示す。
【０１４３】
ここで、図６、図７、図８では、硬質第２相としてセメンタイトを含有し、残りはナノ結晶粒とミクロ結晶粒とからなる混合組織であることが判る。また、図９では、硬質第２相としてセメンタイトとマルテンサイトとを含有し、残りはナノ結晶粒とミクロ結晶粒とからなる混合組織であることが判る。
【０１４４】
加えて、各鋼板から、圧延方向と平行な方向が引張り軸になるように、図１０に示す形状の引張り試験片を切り出して、引張り試験を行った。引張り試験は、鷺宮製作所の高速材料試験機ＴＳ−２０００にて、歪速度０．０１／ｓ及び１０００／ｓで実施した。得られた公称応力公称歪み線図から、降伏点、引張強度、吸収エネルギーなどの特性を求めた。これらの結果を表６に併記する。
【０１４５】
＜発明例１〜２６についての考察＞
発明例１〜２６については、各鋼板ともに、優れた諸材料特性を示し、特に、静動差が大きい（総じて１７０ＭＰａ以上）ことが判る。このため、各発明例の鋼板については、高い高速変形強度及び衝撃エネルギー吸収性能と、高い加工性とを両立させることができるため、自動車のボディ等に使用することができる。
【０１４６】
＜比較例１〜２６についての考察＞
これに対し、比較例３〜２６については、各鋼板ともに、静動差が小さい（総じて１７０ＭＰａ未満）ことが判る。このため、これらの比較例の鋼板については、高い高速変形強度及び衝撃エネルギー吸収性能と、高い加工性とを両立することができないため、自動車のボディ等に使用することは好ましくない。なお、比較例１，２については、１７０ＭＰａ以上の静動差が得られているものの、冷間圧延における圧延率が極めて高いため、圧延機に大きな負荷をかけることとなり、製造上好ましくない。
【０１４７】
＜本発明のバリエーションについて＞
本発明では、以上に示した製造方法のみならず、焼鈍時に実際にめっきを付着させて、溶融亜鉛めっき鋼板や合金化溶融亜鉛めっき鋼板を得ることができる。また、耐食性を向上させる目的で、溶融亜鉛めっきを施した後に、さらに電気めっきラインにて鉄めっきを施すこともできる。さらに、本発明鋼の焼鈍の後に、電気めっきラインにて表面にめっきを施すことで、電気亜鉛めっき鋼板や合金化（Ｎｉ−Ｚｎ）電気亜鉛めっき鋼板を得ることができる。加えて、耐食性向上を目的として、有機皮膜処理を施すこともできる。
【０１４８】
次に、図１１は、歪み３〜５％の平均応力の静動差とナノ結晶粒の面積率との関係を示すグラフである。同図によれば、上記面積率が１５〜９０％の範囲で、静動差が大きくなっていることが判り、本発明の請求項１で規定した数値限定の根拠が確認された。
【０１４９】
なお、図１１には、発明例及び比較例の他に、一般の市販材についてのデータも記載している。これらの市販材についての材料特性を表７に示す。
【０１５０】
【表７】
2006161077.tif 000009
【０１５１】
表７によれば、表６の各発明例と比較して、各市販材１〜６は、いずれも静動差が小さいことが判る。従って、各発明例の鋼板においては、従来の市販材に比して、高速変形強度及び衝撃エネルギー吸収性能と、加工性とを格段に高いレベルで両立させていることが確認された。
【０１５２】
また、図１２は、歪み３〜５％の平均応力の静動差と、静的引張強度（静的ＴＳ）との関係を示すグラフである。同図によれば、各発明例はその他の例に比して吸収エネルギーが高いことが判る。
【０１５３】
また、図１３は、歪み５％までの吸収エネルギーと、静的引張強度（静的ＴＳ）との関係を示すグラフである。同図によれば、各発明例はその他の例に比して吸収エネルギーが高く、静的ＴＳが２００ＭＰａ程度高い比較例等と同程度の吸収エネルギーを有することが判る。
【産業上の利用可能性】
【０１５４】
本発明によれば、例えば引張強度６００ＭＰａクラスの鋼板と同等のプレス成形性を有しながら、部品化後の衝突変形時に引張強度が大きく上昇することで、引張強度８００ＭＰａクラスと同等の高い衝撃エネルギー吸収能を有する、高強度鋼板を提供することができる。よって、本発明は、高い高速変形強度及び衝撃エネルギー吸収性能と、高い加工性との双方を要求特性とする自動車用車体に適用することができる点で有望である。
【図面の簡単な説明】
【０１５５】
【図１】熱間圧延板における硬質第２相どうしの間隔の測定方法を示す模式図である。
【図２】熱間圧延の熱履歴を示す図である。
【図３】焼鈍時の保持温度と保持時間との関係を示すグラフである。
【図４】５つの焼鈍パターンにおける熱履歴を示す図である。
【図５】本発明の高強度鋼板の冷間圧延後の組織を示すＳＥＭ写真である。
【図６】ナノ結晶粒が８８％の結晶組織を示すＳＥＭ写真である。
【図７】ナノ結晶粒が７９％の結晶組織を示すＳＥＭ写真である。
【図８】ナノ結晶粒が３９％の結晶組織を示すＳＥＭ写真である。
【図９】ナノ結晶粒が１５％の結晶組織を示すＳＥＭ写真である。
【図１０】高速引張試験に使用した試験片の形状を示す図である。
【図１１】３〜５％の平均応力の静動差とナノ結晶粒の面積率との関係を示すグラフである。
【図１２】歪み３〜５％の平均応力の静動差と静的引張強度（静的ＴＳ）との関係を示すグラフである。
【図１３】歪み５％までの動的吸収エネルギーと静的引張強度（静的ＴＳ）との関係を示すグラフである。
【図１】
2006161077.tif 000010
【図２】
2006161077.tif 000011
【図３】
2006161077.tif 000012
【図４】
2006161077.tif 000013
【図５】
2006161077.tif 000014
【図６】
2006161077.tif 000015
【図７】
2006161077.tif 000016
【図８】
2006161077.tif 000017
【図９】
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【図１０】
2006161077.tif 000019
【図１１】
2006161077.tif 000020
【図１２】
2006161077.tif 000021
【図１３】
2006161077.tif 000022