(57)【要約】【課題】高い強度を持ちながら深絞り性に優れる高強度鋼板とその製造方法を提供する。【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０１〜０．３％、Ｓｉ：０．００５〜１．０％、Ｍｎ：０．１〜３．３％、Ｐ：０．００１〜０．０６％、Ｓ：０．００１〜０．０１％、およびＡｌ：０．０１〜１．８％、さらに、Ｍｏ：０．０５〜０．５％、Ｔｉ：０．０１〜０．２％、Ｎｂ：０．００５〜０．０５％、Ｃｒ：０．００５〜１．０％以下、Ｂ：０．０００３〜０．００２％から選ばれる少なくとも一種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、金属組織がフェライトとソルバイトからなる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０１〜０．３％、Ｓｉ：０．００５〜１．０％、Ｍｎ：０．１〜３．３％、Ｐ：０．００１〜０．０６％、Ｓ：０．００１〜０．０１％、Ａｌ：０．０１〜１．８％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、金属組織がフェライトとソルバイトからなることを特徴とする高強度鋼板。
【請求項２】
さらに質量％で、Ｍｏ：０．０５〜０．５％、Ｔｉ：０．０１〜０．２％、Ｎｂ：０．００５〜０．０５％、Ｃｒ：０．００５〜１．０％以下、Ｂ：０．０００３〜０．００２％の中から選ばれる１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の高強度鋼板。
【請求項３】
金属組織が面積率で２４．７％以上８４．５％以下のソルバイトと残部のフェライトからなることを特徴とする請求項１または２に記載の高強度鋼板。
【請求項４】
質量％で、Ｃ：０．０１〜０．３％、Ｓｉ：０．００５〜１．０％、Ｍｎ：０．１〜３．３％、Ｐ：０．００１〜０．０６％、Ｓ：０．００１〜０．０１％、Ａｌ：０．０１〜１．８％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼材を焼入れしてフェライトとマルテンサイトの複合組織とし、該鋼材を５５０〜７２０℃の温度範囲に１秒以上保持する焼戻しを行うことを特徴とする高強度鋼板の製造方法。
【請求項５】
さらに質量％で、Ｍｏ：０．０５〜０．５％、Ｔｉ：０．０１〜０．２％、Ｎｂ：０．００５〜０．０５％、Ｃｒ：０．００５〜１．０％以下、Ｂ：０．０００３〜０．００２％の中から選ばれる１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項４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、高い強度を持ちながら深絞り性に優れる高強度鋼板とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば自動車用の構造用材料とされる鋼板としては、近年の軽量化の要請から高い強度を有する高強度鋼板のニーズが高い。しかしながら、高強度鋼板は強度の向上に伴い伸びが低下し、プレス成形性が低い。このような事情により、近年では、フェライトを主相としてオーステナイトを含み、加工誘起変態を利用して強度と伸びの双方を向上させたＴＲＩＰ鋼が提供されている（例えば特許文献１）。
【０００３】
特許文献２には、フェライトとマルテンサイトの２つの相からなる組織を有する高強度鋼（ＤＰ鋼）において、強度と延性をさらに向上させる技術が開示されている。また、特許文献３には、フェライトと焼戻しマルテンサイトの複合組織を有する高強度鋼において、ＳｉとＡｌの関係式を特定すると共にＣ、Ｍｎの添加量を制限することで強度と伸びの双方に優れ、特に穴拡げ性に優れる高強度鋼板が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３０８５７１１号公報
【特許文献２】特許第４２１４００６号公報
【特許文献３】特開２００５−２５６０８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１〜３に提案された高強度鋼板は、軟鋼版と比較すると深絞り性が低く、深絞りで製造する部材の材料として軟鋼板に代替できるものは現在のところ提供されていないのが実情である。本発明は、そのような事情に鑑みてなされたもので、高い強度を持ちながら深絞り性に優れる高強度鋼板と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】
【０００６】
本発明者等は、組織がフェライトと他の相からなる鋼板の深絞り性について鋭意研究を行った結果、鋼板の金属組織、特に、フェライトと共存する組織に着目した。特許文献３の技術では、焼入れ後の焼戻しは、２００〜５００℃の温度範囲に１秒〜５分保持した後、５℃／秒の速度で冷却する処理である。そのような焼戻し条件により得られる組織は、フェライトとトルースタイトである。そこで、本発明者等は、トルースタイト以外の組織について検討した結果、ソルバイトに思い至った。ソルバイトは、マルテンサイト中のＣがフェライト中に球状セメンタイトとして析出し成長したもので、比較的軟らかく高い靱性を有する。そして、フェライトとソルバイトの２相組織とした鋼材を用いて検討した結果、所定の条件で深絞り性が格段に向上することを見いだした。
【０００７】
本発明は上記知見に基づいてなされたもので、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．３％、Ｓｉ：０．００５〜１．０％、Ｍｎ：０．１〜３．３％、Ｐ：０．００１〜０．０６％、Ｓ：０．００１〜０．０１％、Ａｌ：０．０１〜１．８％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、金属組織がフェライトとソルバイトからなる高強度鋼板であることを特徴とする。なお、質量％で、Ｍｏ：０．０５〜０．５％、Ｔｉ：０．０１〜０．２％、Ｎｂ：０．００５〜０．０５％、Ｃｒ：１．０％以下、Ｂ：０．０００３〜０．００２％の中から選ばれる１種又は２種以上をさらに含有することができる。
【０００８】
鋼板を深絞りする際には、凹部を有するダイの上面に鋼板を載置して凹部の回りを押型で押さえ込み、パンチをダイの凹部に挿入する。パンチが凹部内に挿入されると、凹部内の鋼板が伸びる変形と、凹部の回りで押さえ込まれていたフランジ部が凹部内に引きずり込まれる変形が生じ、このとき、フランジ部には縮み変形が生じる。なお、この変形に際しての抵抗を「縮みフランジ抵抗」と称する。したがって、縮みフランジ抵抗が大きければ、鋼板の伸びが大きくパンチ肩部で破断が生じ易い。また、鋼板の破断応力が高ければ、パンチ肩部での破断は生じ難い。さらに、鋼板が伸ばされたときに、鋼板の外表面において、例えば軟鋼板の引張変形時の様にリューダース線が増えるようにすべり変形が順々に起これば、鋼板にくびれが生じ難く破断し難い。
【０００９】
本発明の高強度鋼板では、金属組織がフェライトとソルバイトからなるため、ソルバイトの靱性により引張強度に対する耐力が高い。つまり、鋼板が伸ばされても破断し難い高破断力を有する。これにより、パンチ肩部における鋼板の破断を抑制することができる。また、フェライト相は加工硬化し難いため、縮み変形が生じても変形抵抗が小さく縮みフランジ抵抗が小さい。このため、パンチ肩部での鋼板の過度の伸びが抑制される。さらに、本発明の組成と組織を有する鋼板は降伏点を有するため、すべり変形が順々に起こり、歪みが分散するため一カ所に変形が集中し難い。したがって、本発明の高強度鋼板によれば、深絞りの際の縮みフランジ抵抗が少ないこと、鋼板の伸びに対する耐力が大きいこと、および鋼板にくびれが生じ難いこと、という条件を満足するので、強度とともに深絞り性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、深絞りの際に鋼板に破断が生じる要因を可能な限り軽減しているので、高い強度を持ちながら深絞り性に優れるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例における焼戻しの保持時間と硬さの関係を示すグラフである。
【図２】（Ａ）は本発明の実施例において使用した成形性評価用金型を示す正面図、（Ｂ）は側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明の成分と金属組織の限定理由を説明する。なお、以下の説明において「％」は「質量％」の意味である。
【００１３】
Ｃ：０．０１〜０．３％
Ｃは、強度確保とマルテンサイト組織の安定化の基本元素として必須の成分である。Ｃが０．０１％未満では強度が確保できず、またマルテンサイト相が形成されない。一方、０．３％を超えると、強度が上がり過ぎ、延性が不足すると共に溶接性が劣化する。よって、Ｃの含有量は０．０１〜０．３％とする。
【００１４】
Ｓｉ：０．００５〜１．０％
Ｓｉは、鋼板の強度と延性を確保するために添加される元素であるが、０．００５％未満ではその効果が発揮されない。一方、Ｓｉの含有量が１．０％を超えると、フェライトの変形抵抗が高くなり、十分な深絞り性の向上効果が得られず、また、靱性が低下する。よって、Ｓｉの含有量は０．００５〜１．０％とする。
【００１５】
Ｍｎ：０．１〜３．３％
Ｍｎは、強度を向上させるとともに炭化物の生成を遅らせる元素であり、オーステナイトの生成に必要な元素である。Ｍｎが０．１％未満では充分な強度が得られない。一方、Ｍｎの含有量が３．３％を超えると、マルテンサイトが増加し過ぎ延性が不足する。よって、Ｍｎの含有量は０．１〜３．３％とする。
【００１６】
Ｐ：０．００１〜０．０６％
Ｐは、鋼板の強度を高める元素として必要な強度レベルに応じて添加する。Ｐの含有量が０．００１％未満ではその効果が得られない。一方、Ｐの含有量が０．０６％を超えると、粒界に偏析するため局部延性を劣化させる。よって、Ｐの含有量は０．００１〜０．０６％とする。
【００１７】
Ｓ：０．００１〜０．０１％
Ｓは、ＭｎＳを生成することで局部延性と溶接性を劣化させる元素であり、鋼中に存在しない方が好ましい。Ｓの上限を０．０１％とすることで上記のような弊害を抑制することができるが、あまりに低濃度にすると精錬のコストアップとなるので、下限を０．００１％とする。
【００１８】
Ａｌ：０．０１〜１．８％
Ａｌは、脱酸剤として添加されフェライト生成を促進させるために必要な元素である。また、Ａｌは延性の向上に有効であり、そのような効果を得るためには０．０１％以上含有させる必要がある。一方、Ａｌの含有量が１．８％を超えると、鋼材を脆化させる。よって、Ａｌの含有量は０．０１〜１．８％とする。
【００１９】
次に、以下の元素は、必要に応じて１種または２種以上を選択して添加することができる。
Ｍｏ：０．０５〜０．５％
Ｍｏは、鋼板の強度と焼入れ性に効果があるために含有されていてもよく、０．０５％以上とすることが好ましい。一方、Ｍｏの含有量が０．５％を超えると、フェライト生成を抑制して延性が劣化する。よって、Ｍｏの含有量は０．０５〜０．５％とする。
【００２０】
Ｔｉ：０．０１〜０．２％
Ｔｉは、炭化物、窒化物、もしくは炭窒化物を形成し、鋼板の高強度化に有効であるために含有されていてもよく、０．０１％以上とすることが好ましい。一方、Ｔｉの含有量が０．２％を超えると、フェライトの変形抵抗が増加し、さらにＣを過大に消費してソルバイトの面積率を低下させる。このため、鋼板の耐力が低下し深絞り性が低下する。よって、Ｔｉの含有量は、０．０１〜０．２％とする。
【００２１】
Ｎｂ：０．００５〜０．０５％
ＮｂもＴｉと同様に炭化物、窒化物、もしくは炭窒化物を形成し、鋼板の高強度化に有効であるために含有されていてもよく、０．００５％以上とすることが好ましい。一方、Ｎｂの含有量が０．０５％を超えると、フェライトの変形抵抗が増加し、さらにＣを過大に消費してソルバイトの面積率を低下させる。このため、鋼板の耐力が低下し深絞り性が低下する。よって、Ｎｂの含有量は、０．００５〜０．０５％とする。
【００２２】
Ｃｒ：０．００５〜１．０％
Ｃｒは、鋼板の強度を確保する効果があるために含有されていてもよく、０．００５％以上とすることが好ましい。一方、１．０％を超えてＣｒを含有すると延性が劣化する。よって、Ｃｒの含有量は０．００５〜１．０％とする。
【００２３】
Ｂ：０．０００３〜０．００２％
Ｂは焼入れ性とＢＮ析出による有効Ａｌを増加させる元素であるために含有されていてもよく、０．０００３％以上とすることが好ましい。一方、０．００２％を超えてＢを含有してもさらなる効果は期待できない。よって、Ｂの含有量は、０．０００３〜０．００２％とする。
【００２４】
以下の元素は請求項の中では記載していないが、含有してもさしつかえない。
Ｎ：０．０００５〜０．０１％
Ｎは、不可避的に含まれる元素であるが、多量に含有する場合には時効性を劣化させるのみならず、ＡｌＮの析出量が多くなってＡｌ添加の効果を減少させるので鋼中に存在しない方が好ましい。Ｎの上限を０．０１％とすることで上記のような弊害を抑制することができるが、あまりに低濃度にすると精錬のコストアップとなるので、下限を０．０００５％とする。
【００２５】
金属組織は、面積率で２４．７％以上８４．５％以下のソルバイトと残部のフェライトからなることが好ましい。ソルバイトは、引張強度に対する耐力を高め、鋼板が伸ばされても破断し難い高破断力を向上させる。これにより、パンチ肩部における鋼板の破断を抑制することができる。ソルバイトの面積率が２４．７％を下回ると、組織がフェライトのみの軟鋼板に近くなり、耐力が低下して深絞り性が低下する。一方、ソルバイトの面積率が８４．５％を超えると、耐力が増加し過ぎる結果、プレス成形性が低下する。よって、ソルバイトの面積率は、２４．７％以上８４．５％以下とする。
【００２６】
次に、本発明は、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．３％、Ｓｉ：０．００５〜１．０％、Ｍｎ：０．１〜３．３％、Ｐ：０．００１〜０．０６％、Ｓ：０．００１〜０．０１％、Ａｌ：０．０１〜１．８％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼材を焼入れしてフェライトとマルテンサイトの複合組織とし、該鋼材を５５０〜７２０℃の温度範囲に１分以上保持する焼戻しを行う高強度鋼板の製造方法であることを特徴とする。なお、上記鋼材は、質量％で、Ｍｏ：０．０５〜０．５％、Ｔｉ：０．０１〜０．２％、Ｎｂ：０．００５〜０．０５％、Ｃｒ：１．０％以下、Ｂ：０．０００３〜０．００２％の中から選ばれる１種または２種以上をさらに含有することができる。
【００２７】
上記高強度鋼板の製造方法によれば、金属組織がフェライトと面積率で２４．５％以上８４．５％以下のソルバイトからなる高強度鋼板を得ることができる。焼戻し温度が５５０℃未満であると、変態組織にトルースタイトが含まれるようになり、鋼板の硬さが高くプレス成形性が低下する。すなわち、深絞りの際の縮みフランジ抵抗が大きくなる。また、焼戻しの保持時間が１分未満ではマルテンサイトのソルバイトへの変態が不充分となり、鋼板の硬さが高くプレス成形性が低下する。この場合も深絞りの際の縮みフランジ抵抗が大きくなる。また、焼戻しによるマルテンサイトからソルバイトへの変態は、保持時間が１０分で終了するので、保持時間は１〜１０分、鋼板の成分等の条件によっては１〜５分とするが、これ以上の長時間保持を行っても機械特性は劣化しないため特に上限は定めない。焼戻し温度の上限を７２０℃としたのは、７２０℃を超えるとＡ２点（７２３℃）を超え、マルテンサイトがオーステナイトに戻ってしまうからである。なお、５５０〜７２０℃に保持後の冷却は、焼戻し脆性を回避するため（強制）空冷あるいは水冷などの急冷が望ましい。
【実施例】
【００２８】
以下、具体的な実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
１．焼入れ処理
表１に示す組成の鋼を真空溶解炉にて溶解・鋳造した鋼スラブを熱間圧延した後、冷却し、７０％の圧下率で冷間圧延を施した。その後、９１０℃に加熱後、その温度に１〜３分間保持し、その後強制空冷した。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
２．焼戻し処理
２−１．焼戻し温度・保持時間
表１の鋼種Ｂから製造した焼入れ鋼板に対して、焼戻し温度および保持時間を種々設定して焼戻しを行った。焼戻し後の各鋼板の硬さを図１に示す。図１に示すように、焼戻し温度に１分間保持することで焼戻しは概ね完了する。
【００３１】
２−２．焼戻しマルテンサイトの面積率
次に、表１の鋼種１〜１２から製造した焼入れ冷延板に対して５５０℃以上で１分間保持し、その後空冷する焼戻しを施した（発明例１〜５）。これらの焼戻しマルテンサイトの面積率、降伏点の有無、０．２％耐力、引張強度、伸び、および限界絞り深さを測定した。その結果を表２に示す。なお、深絞り加工では、鋼板の板厚を１．４ｍｍとし、図２に示すパンチを用いた成形性評価用プレス金型を用いた。なお、金型の設計上の理由から最大で７０ｍｍ余りの深絞り深さである。
【００３２】
焼戻し温度を４００℃とした以外は発明例と同じ条件で焼戻しを施した鋼板（比較例１，２）、焼戻しを行わなかった鋼板（比較例３）、焼入れも焼戻しも行わなかった鋼板（比較例４〜８）、焼入れ温度に加熱、保持した後に空冷した鋼板（比較例９，１０）についても同じ測定を行ったので、それらの結果を表２に併記する。なお、表２において「ＤＰ鋼」は「Dual Phase鋼」を示す。
【００３３】
【表２】
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【００３４】
表２から判るように、発明例１〜５ではソルバイトの面積率が２４．７〜８４．５％であり、フェライトと比較的軟質なソルバイトの存在と降伏点を有するため伸びも優れている。これにより、発明例における限界絞り深さは７０ｍｍ以上に達した。発明例１〜５の鋼板は、伸びが非常に高いフェライト鋼（軟鋼板、比較例４〜８）と比べて耐力が高い結果、深絞り性が格段に優れている。
【００３５】
これに対して、比較例１，２は、焼戻し温度が低いために焼戻しマルテンサイトはトルースタイトである。トルースタイトは、強度および耐力は高いが伸びが低い。その結果、縮みフランジ抵抗が高く、パンチ肩部において破断伸びが早期に発現し、限界絞り深さが短くなった。
【００３６】
比較例３は焼戻しを行わなかった通常のＤＰ鋼材であるため、引張強度と０．２％耐力は高いが伸びは低い。その結果、縮みフランジ抵抗が高く、パンチ肩部において破断伸びが早期に発現し、限界絞り深さが短くなった。
【００３７】
比較例４〜８は軟鋼の冷間圧延鋼板であり、従来より深絞りなどのプレス成形にはこの鋼板が用いられていた。表２に示すとおり、比較例４〜８では引張強度は低いが、伸びが格段に高く、その結果、縮みフランジ抵抗が低いために限界絞り深さは最大７０ｍｍと大きい。これに対して、発明例１〜５では、比較例４〜８と比較して引張強度および０．２％耐力が高く、伸びが低いにもかかわらず、７０ｍｍという限界絞り深さを得ている。これは、組織がフェライトと比較的軟質なソルバイトとからなるため縮みフランジ抵抗が低いからである。
【００３８】
比較例９，１０はＴＲＩＰ鋼であるため、深絞り加工中に残留オーステナイトが加工誘起マルテンサイトに変態する。その際、パンチ肩部では加工硬化による破断耐力の上昇が大きいのに対し、フランジ部では加工硬化による変形抵抗の上昇が小さくなり、その結果、フェライト鋼の比較例８よりも高い限界絞り深さを得ている。しかしながら、いずれにしても比較例４〜６の代替鋼板としては充分ではない。
【００３９】
以上のように、本発明によれば、深絞りの際の縮みフランジ抵抗が少ないこと、鋼板の引張強度に対する耐力が大きいこと、および鋼板にくびれが生じ難いこと、という条件を満足するので、強度とともに深絞り性を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の高強度鋼板とその製造方法では、強度とともに優れた深絞り性を有するので、自動車およびその他の技術分野において構造用鋼板として適用することができる。
【図１】
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【図２】
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