(57)【要約】【課題】オーステナイト系鋼種より安価で、かつマルテンサイト系鋼種や従来の複相組織高強度ステンレス鋼種よりも優れた強度−延性バランスを有する高Ｃｒ鋼材を提供する。【解決手段】質量％で、Ｃ：０.２００％以下、Ｓｉ：５.００％以下、Ｍｎ：１.００％以下、Ｎｉ：０.００〜２.００％、Ｃｒ：１０.００〜１５.００％、Ｃｕ：０.００〜１.００％、Ｍｏ：０.００〜１.００％、Ｎ：０.２００％以下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、下記（１）式により算出されるＭｓ点が２００℃以上である化学組成を有し、マトリクスがオーステナイト相：８.０〜３０.０体積％、残部マルテンサイト相からなる複相組織高Ｃｒ鋼材。  Ｍｓ＝５３９−４２３Ｃ−３０.４Ｍｎ−１２.１Ｃｒ−１７.７Ｎｉ−１０Ｃｕ−７.５Ｍｏ  …（１）【選択図】図１
2011184781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０.２００％以下、Ｓｉ：５.００％以下、Ｍｎ：１.００％以下、Ｎｉ：０.００〜２.００％、Ｃｒ：１０.００〜１５.００％、Ｃｕ：０.００〜１.００％、Ｍｏ：０.００〜１.００％、Ｎ：０.２００％以下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、下記（１）式により算出されるＭｓ点が２００℃以上である化学組成を有し、マトリクスがオーステナイト相：８.０〜３０.０体積％、残部マルテンサイト相からなる複相組織高Ｃｒ鋼材。
Ｍｓ＝５３９−４２３Ｃ−３０.４Ｍｎ−１２.１Ｃｒ−１７.７Ｎｉ−１０Ｃｕ−７.５Ｍｏ  …（１）
ここで、（１）式の元素記号の箇所には質量％で表される当該元素の含有量が代入される。
【請求項２】
質量％で、Ｃ：０.２００％以下、Ｓｉ：５.００％以下、Ｍｎ：１.００％以下、Ｎｉ：０.００〜２.００％、Ｃｒ：１０.００〜１５.００％、Ｃｕ：０.００〜１.００％、Ｍｏ：０.００〜１.００％、Ｎ：０.２００％以下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、下記（１）式により算出されるＭｓ点が２００℃以上である化学組成の鋼材を、オーステナイト単相温度域に加熱してオーステナイト単相組織としたのち、前記Ｍｓ点より低く且つ焼入れマルテンサイト生成量が９０体積％以下となる温度域にある温度Ｔｑに焼入れすることにより、オーステナイト相が１０体積％以上残留する焼入れ材を得る工程（焼入れ処理工程）、
前記焼入れ材をオーステナイト相の量が１０体積％以上に維持された状態で前記Ｔｑ以上Ａｃ1点未満の温度に保持してマルテンサイト相中からオーステナイト相中へＣの拡散を生じさせたのち、常温まで冷却する工程（炭素分配処理工程）、
を有する、マトリクスがオーステナイト相：８.０〜３０.０体積％、残部マルテンサイト相からなる複相組織高Ｃｒ鋼材の製造法。
Ｍｓ＝５３９−４２３Ｃ−３０.４Ｍｎ−１２.１Ｃｒ−１７.７Ｎｉ−１０Ｃｕ−７.５Ｍｏ  …（１）
ここで、（１）式の元素記号の箇所には質量％で表される当該元素の含有量が代入される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オーステナイト相とマルテンサイト相の複相組織を有する高Ｃｒ鋼材であって、特に強度と延性をともに高レベルで両立させた鋼材、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車部材や機械部品などの用途においては、高強度であり、加工性（延性）が良好であり、かつ耐食性に優れる高Ｃｒ鋼材が要求される場合がある。加工性の良好な高強度高Ｃｒ鋼としては、ＳＵＳ３０１ＨＴ、ＳＵＳ３０４ＨＴなどの加工硬化型オーステナイト系ステンレス鋼が挙げられる。この種の鋼は調質圧延によって機械的性質が調整される。その他の高強度高Ｃｒ鋼としては、析出硬化型や変態強化型のマルテンサイト系ステンレス鋼、フェライト＋マルテンサイト複相組織高強度ステンレス鋼などがある。これらは主として熱処理によって機械的性質が調整される。
【０００３】
加工硬化型オーステナイト系ステンレス鋼は、Ｎｉを多く含有するため材料コストが高いという問題がある。他方、マルテンサイト系ステンレス鋼やフェライト＋マルテンサイト複相組織高強度鋼は、強度には優れるものの同じ強度レベルで比較するとオーステナイト系鋼種に比べ加工性に劣る。
【０００４】
一方、特許文献１には、オーステナイト＋マルテンサイト複相組織ステンレス鋼において、焼入れ後に３％以下の歪を付与し、その後、熱処理を施すことによって溶接軟化抵抗を付与する技術が開示されている。しかし、この技術によって得られる材料は比較的良好な延性を示すものの、自動車部材や機械部品などの用途においては  必ずしも満足できる強度レベルを呈するとは限らない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２１６４５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、オーステナイト系鋼種より安価で、かつマルテンサイト系鋼種や従来の複相組織高強度ステンレス鋼種よりも優れた強度−延性バランスを有する高Ｃｒ鋼材を提供しようというものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記鋼材は、本来、焼入れ処理によって常温でほぼ１００％マルテンサイト組織となるような化学組成の高Ｃｒ鋼種（代表的にはマルテンサイト系ステンレス鋼）において、化学組成および熱処理を工夫することにより実現することができる。
【０００８】
すなわち本発明では、質量％で、Ｃ：０.２００％以下、Ｓｉ：５.００％以下、Ｍｎ：１.００％以下、Ｎｉ：０.００〜２.００％、Ｃｒ：１０.００〜１５.００％、Ｃｕ：０.００〜１.００％、Ｍｏ：０.００〜１.００％、Ｎ：０.２００％以下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、下記（１）式により算出されるＭｓ点が２００℃以上である化学組成を有し、マトリクスがオーステナイト相：８.０〜３０.０体積％、残部マルテンサイト相からなる複相組織高Ｃｒ鋼材が提供される。
Ｍｓ＝５３９−４２３Ｃ−３０.４Ｍｎ−１２.１Ｃｒ−１７.７Ｎｉ−１０Ｃｕ−７.５Ｍｏ  …（１）
【０００９】
ここで、（１）式の元素記号の箇所には質量％で表される当該元素の含有量が代入される。上記各元素のうちＮｉ、Ｃｕ、Ｍｏは任意添加元素である。「マトリクス」は金属素地を意味し、マトリクス中には析出物や介在物が存在していて構わない。上記複相組織鋼材は、オーステナイト相中の炭素濃度が、全体の平均炭素濃度（鋼のＣ含有量）よりも高くなっている。鋼材の代表的な形態としては鋼板が挙げられる。
【００１０】
また本発明では、上記の複相組織鋼材の製造方法として、前述の化学組成を有する鋼材を、オーステナイト単相温度域に加熱してオーステナイト単相組織としたのち、前記Ｍｓ点より低く且つ焼入れマルテンサイト生成量が９０体積％以下となる温度域にある温度Ｔｑに焼入れすることにより、オーステナイト相が１０体積％以上残留する焼入れ材を得る工程（焼入れ処理工程）、
前記焼入れ材をオーステナイト相の量が１０体積％以上に維持された状態で前記Ｔｑ以上Ａｃ1点未満の温度に保持してマルテンサイト相中からオーステナイト相中へＣの拡散を生じさせたのち、常温まで冷却する工程（炭素分配処理工程）、
を有する製造法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、本来常温でほぼ１００％マルテンサイト組織となるいわゆるマルテンサイト系の高Ｃｒ鋼種において、常温でマルテンサイト＋オーステナイト複相組織を呈する鋼材が実現された。この鋼材は同一鋼種のマルテンサイト単相鋼材よりも延性が大幅に向上しており、高いレベルで強度と延性を両立させたものである。また、強度と延性を比較的両立させやすいオーステナイト系鋼材と比べると、Ｎｉ等の高価な元素の含有量が大幅に節減されており、コスト低減効果に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の複相組織高Ｃｒ鋼材を得るためのヒートパターンおよび各段階における金属組織状態を模式的に示した図。
【図２】種々の温度Ｔｑで炭素分配処理を行った場合のＴｑ保持時間と残留オーステナイト量の関係を例示したグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
発明者らは詳細な研究の結果、後述の化学組成に調整したステンレス鋼板を、オーステナイト相が残留する温度へ急冷する焼入れ処理、およびその後の加熱による炭素分配処理に供することにより、強度−延性バランスに優れた複相組織高Ｃｒ鋼材が得られることを見出した。
【００１４】
図１に、本発明の複相組織高Ｃｒ鋼材を得るためのヒートパターンおよび各段階における金属組織状態を模式的に示す。所定の形状に調整された材料（例えば熱延鋼板や冷延鋼板）を用意し、これを焼入れ処理に供する。焼入れ処理では、まず鋼材をオーステナイト（γ）単相温度域に加熱保持する。オーステナイト単相組織（図１（ａ））とした後、マルテンサイト（α’）変態開始温度Ｍｓ点より低い温度Ｔｑ（℃）まで冷却する。この冷却は通常のマルテンサイト系ステンレス鋼の焼入れ時と同程度の冷却速度とすればよい。本発明規定範囲の化学組成を有する鋼のＭｓ点は前記（１）式により精度よく推定されるので、本発明を特定するためのＭｓ点は（１）式により定まる値を適用する。ただし、（１）式によるＭｓ点が２００℃以上となるように鋼組成が調整されていることが必要である。この場合、マルテンサイト変態終了温度Ｍｆ点は常温より高い温度（例えば５０℃以上）となる。したがって、本発明で適用する鋼は、通常の焼入れ処理によって１００％マルテンサイト組織となるものである。
【００１５】
Ｍｆ＜Ｔｑ＜Ｍｓを満たす範囲でＴｑを変動させることにより、Ｔｑまで冷却したときに生成するマルテンサイト量をコントロールすることができる。本発明では焼入れマルテンサイト生成量が９０体積％以下となる温度Ｔｑに焼入れすることにより、オーステナイト相が１０体積％以上残留する焼入れ材を得る（図１（ｂ））。本明細書では常温からγ単相領域に加熱したのちＴｑに焼入れする処理を「焼入れ処理」と呼び、上記Ｔｑを「焼入れ終了温度」と呼ぶ。また焼入れ処理後の状態にある材料を「焼入れ材」と呼ぶ。焼入れ材ではオーステナイト相とマルテンサイト相における炭素濃度はそれぞれ、全体の平均炭素濃度（鋼のＣ含有量）と概ね等しい。このとき、Ｃ固溶限の小さいマルテンサイト相には炭素が過飽和に固溶している。
【００１６】
次に、焼入れ材を、そのオーステナイト量が１０体積％以上に維持された状態で前記の温度Ｔｄにて保持する。Ｔｄは、Ｔｑ≦Ｔｄ＜Ａｃ1を満たす範囲に設定される。この範囲のＴｄで鋼材を保持することにより、過飽和に固溶しているマルテンサイト相中の炭素が固溶限の大きいオーステナイト相中へと拡散する（図１（ｃ））。その結果、オーステナイト相中のＣ濃度が増大し、オーステナイト相のＭｓ点は前記（１）式により定まるＭｓ点よりも低下した状態となる（図１（ｄ））。その後、Ｔｄから常温まで冷却すると、オーステナイト相のＭｓ点が低下している（Ｍｆ点も低下している）ことに起因して、新たなマルテンサイト相（α’）の生成は見られるものの、１００％マルテンサイト組織にはならない。すなわち、常温においてオーステナイト相が残留する組織状態が得られるのである（図１（ｅ））。本明細書では上記Ｔｄに保持してマルテンサイト相からオーステナイト相への炭素の拡散を進行させ、その後常温まで冷却する処理を「炭素分配処理」と呼び、上記Ｔｄを「分配処理温度」と呼ぶ。最終的に得られる鋼材（図１（ｅ））の残留オーステナイト量は、Ｔｑに焼入れを行った時点のオーステナイト量、温度Ｔｄの値、およびＴｄにおける保持時間に依存する。炭素分配処理によって得られる本発明鋼材の残留オーステナイト量は８〜３０％に調整されている。このように適度な残留オーステナイト量が確保されることにより延性が向上し、結果的に「引張強さ（Ｎ／ｍｍ2）×伸び（％）」で表される強度−延性バランスが改善される。
【００１７】
〔化学組成〕
以下、化学組成における「％」は特に断らない限り「質量％」を意味する。
Ｃは、鋼の強度およびＭｓ点に大きな影響を及ぼす重要な元素である。本発明では特に極低Ｃ化していない一般的なマルテンサイト系ステンレス鋼種（ＳＵＳ４１０など）と同等以上のＣ含有量とすればよい。例えば０.０３０％以上のＣ含有量を確保することがより効果的である。ただし、Ｃ含有量が高くなりすぎるとマルテンサイトが過剰に硬化し、延性・靱性が低下する。また、ＣはＣｒ炭化物を形成するので、あまり多量のＣを添加してもその添加効果は飽和する。種々検討の結果、Ｃ含有量は０.２００％以下に抑えることが望まれ、０.１５０％以下とすることがより好ましい。
【００１８】
Ｓｉは、製鋼での脱酸作用を有する他、Ｃが炭化物形成に消費されることを抑制する作用を有する。また、炭素分配処理工程における炭化物（Ｍ3Ｃ）の生成を抑制し、残留オーステナイト量や熱的安定性を大幅に改善する作用を有する。これらの作用を十分に発揮させるためには０.２０％以上のＳｉ含有量を確保することがより効果的である。ただし、多量のＳｉ含有はＳｉ酸化物を主体とする硬質な介在物の形成を招き、強度、疲労特性に悪影響を及ぼす。したがってＳｉ含有量は５.００％以下に制限される。３.５０％以下、あるいは１.００％以下の範囲に管理してもよい。
【００１９】
Ｍｎは、Ｍｓ点の制御、および焼入れ処理における適正加熱温度の範囲拡大に有効な元素である。Ｍｎ含有量の下限は特に限定されないが、例えば０.０５％以上の範囲で最適なＭｎ含有量を設定すればよい。０.２０％以上とすることがより好ましい。ただし、過度にＭｎを含有すると加工割れの起点となるＭｎ系介在物が増大する。種々検討の結果、Ｍｎ含有量の上限は１.００％に制限され、０.９０％以下の範囲で調整することがより好ましい。
【００２０】
Ｎｉは、靱性向上に有効な元素である。またＭｓ点の制御にも有効である。このため本発明では必要に応じてＮｉを含有させることができる。上記作用を十分に引き出すためには０.０５％以上のＮｉ含有量を確保することが効果的である。ただし、過剰のＮｉ含有は不経済となるので、Ｎｉを含有させる場合は１.００％以下の含有量範囲とし、０.６０％以下に制限することもできる。
【００２１】
Ｃｒは、鋼材の耐食性を確保するために１０.００％以上の含有量とする。１０.５０％以上とすることがより好ましく、１１.５０％以上とすることが一層好ましい。ただし、多量にＣｒを含有させるとＣｒ炭化物が生成しやすくなり、炭素分配処理による強度−延性バランスの改善効果が十分に発揮されなくなる場合がある。種々検討の結果、Ｃｒ含有量は１５.００％以下の範囲に制限され、１３.５０％以下の範囲に管理しても構わない。
【００２２】
Ｃｕは、Ｍｓ点の制御、および焼入れ処理における適正加熱温度の範囲拡大に有効な元素である。このため本発明では必要に応じてＣｕを含有させることができる。その場合０.０１％以上のＣｕ含有量を確保することがより効果的である。ただし、過度のＣｕ含有は耐食性の低下を招くので、Ｃｕを含有させる場合は１.００％以下の範囲で行う必要があり、０.１０％以下の範囲に設定しても構わない。
【００２３】
Ｍｏは、Ｎｉと同様、靱性向上に有効であり、また耐食性改善にも有効である。このため本発明では必要に応じてＭｏを含有させることができる。その場合、０.０１％以上の範囲で含有させることがより効果的である。ただし、Ｍｏは高価な元素であるため、Ｍｏを含有させる場合は１.００％以下の範囲で行う。０.２０％以下の含有量範囲に管理してもよい。
【００２４】
Ｎは、Ｃと同様、鋼の強度向上に寄与し、またＭｓ点を制御する上で重要な元素である。Ｎ含有量は例えば０.００５％以上とすることが望ましい。ただし、過度にＮを含有させると熱間圧延時に表面欠陥が生じやすくなる。種々検討の結果、Ｎ含有量は０.２００％以下に制限される。
【００２５】
下記（１）式のＭｓは、鋼のＭｓ点（℃）を表す指標である。
Ｍｓ＝５３９−４２３Ｃ−３０.４Ｍｎ−１２.１Ｃｒ−１７.７Ｎｉ−１０Ｃｕ−７.５Ｍｏ  …（１）
本発明で規定する組成範囲の鋼に関しては、（１）式によりＭｓ点が精度良く推定される。本発明ではこのＭｓ点が２００℃以上となる組成の鋼を適用する。Ｍｓ点が２００℃を下回る成分系の鋼は通常の焼入れによって常温で残留オーステナイト相が存在する場合があり、そのような鋼種はいわゆるマルテンサイト系鋼種ではないので本発明の製造法によって強度−延性バランスを安定して改善することは難しい。Ｍｓ点の上限は、（１）式および各成分元素の含有量範囲（前述）によって制限を受けるので特に定める必要はないが、（１）式によるＭｓ点が４００℃以下の鋼種がより好適な対象となる。
【００２６】
〔金属組織〕
本発明のオーステナイト＋マルテンサイト複相組織高Ｃｒ鋼材は、マトリクスが、オーステナイト相：８.０〜３０.０体積％、残部：マルテンサイト相である金属組織を有するものである。オーステナイト量が８.０体積％より少ないと、通常の焼入れ処理を経て製造された同じ組成の材料に対して延性向上の程度が小さく、結果的に強度−延性バランスの顕著な改善効果が得られない場合がある。マトリクス中のオーステナイト量は１０.０体積％以上であることがより好ましく、１１.０％以上であることが一層好ましい。一方、オーステナイト量が過度に多くなると強度不足となりやすい。本発明ではマトリクス中のオーステナイト量が３０.０体積％以下の材料を対象とする。ただし、多量のオーステナイト量を確保するためには焼入れ終了温度ＴｑをＭｓに近い温度に厳密に制御する必要があり、製造が難しくなる。したがって、マトリクス中のオーステナイト量は２０.０体積％以下とすることがより好ましく、１８.０体積％以下となるように管理してもよい。
【００２７】
〔焼入れ処理〕
焼入れ処理に供する鋼材は、通常のステンレス鋼板製造工程によって得られた圧延材を適用することができる。例えば、「連続鋳造→熱間圧延→焼鈍・酸洗→冷間圧延」の工程で所定の製品板厚に調整した鋼板を使用することができる。その冷間圧延工程では、必要に応じて中間焼鈍を挟んだ複数回の冷間圧延を行ってもよい。
【００２８】
焼入れ処理においては、まず鋼材をオーステナイト単相温度域に加熱保持して炭素および窒素を完全に固溶させる。例えば９００〜１２００℃×均熱０〜１０ｍｉｎの条件が適用できる。過度に高温または長時間の保持を行うとオーステナイト粒が粗大化し、焼入れ後の複相組織も粗大化して特性低下を招く要因となる。ここで均熱０ｍｉｎとは、材料の肉厚中心部の温度が所定温度に到達した後、直ちに冷却することをいう。次いで加熱温度からＭｓ点より低い温度Ｔｑまで冷却する。
【００２９】
残留オーステナイト量をコントロールするうえで焼入れ終了温度Ｔｑの設定は重要である。最終的にマトリクス中のオーステナイト量が８.０体積％以上である上記の鋼材を得るためには、焼入れ処理を終えた温度Ｔｑにおけるオーステナイト量を１０.０体積％以上とすることが望ましい。また、マトリクス中の最終的なオーステナイト量を３０.０体積％以下の範囲で調整するためには、この段階でのオーステナイト量が３５.０体積％以下の範囲であることが望ましい。鋼の組成に応じて焼入れ終了温度Ｔｑと、Ｔｑにおいて残留するオーステナイト量との関係を予備実験にて求めておくことにより、最適な焼入れ終了温度Ｔｑを定めることができる。
【００３０】
焼入れ処理における冷却は、オーステナイト単相温度域に加熱された鋼材をＴｑの温度に保持された油浴や塩浴に浸漬する手法を採用することができる。また、通板中の鋼帯を水等の液状冷媒に曝してＭｓ点より低温域まで冷却したのち炉に装入する手法にて、冷却過程での最低到達温度がＴｑとなるように連続処理することも可能である。本発明で対象とする鋼種はＣｒ含有量が１０.００％以上の高Ｃｒ鋼であるから、普通鋼のようにパーライト変態を伴わない。したがってＡ1点通過時の冷却速度を厳密にコントロールする必要はなく、従来一般的なマルテンサイト系ステンレス鋼の焼入れ処理と同程度の冷却速度がＭｓ点通過時に確保されれば十分である。焼入れ終了温度Ｔｑは、必ずしも急冷終了温度と一致する必要はない。したがって、本発明における焼入れ終了温度Ｔｑは、オーステナイト単相温度域から冷却して、後述の炭素分配処理に供するまでの最低到達温度と捉えることができる。
【００３１】
〔炭素分配処理〕
炭素分配処理では前述のように焼入れ材のマルテンサイト相中に過飽和に存在している炭素をオーステナイト相中に吐き出させるための加熱を行う。その加熱温度（分配処理温度）Ｔｄは、前記Ｔｑ以上、且つＡｃ1点未満の温度とする。ただし、最終的なオーステナイト量を８.０体積％以上とするためには少なくともオーステナイト量が１０体積％以上に維持された状態のままＴｄで保持する必要がある。Ｃの拡散を効率的に進行させるためには、Ｔｄは（１）式によるＭｓ点より高い温度とすることがより好ましい。特に「（１）式によるＭｓ点＋３０℃」以上、Ａｃ1点未満の温度域で行うことが一層好ましく、「（１）式によるＭｓ点＋５０℃」以上、Ａｃ1点未満の温度域とすることがさらに好ましい。なお、上限は６００℃以下、あるいは５５０℃以下に管理してもよい。
【００３２】
マルテンサイト相からオーステナイト相への炭素の拡散は、加熱温度が高いほど進行しやすい。また加熱温度が同じであれば、加熱時間が（ある程度までは）長いほど進行しやすい。拡散によりオーステナイト相中のＣ濃度が増大するほど当該オーステナイト相のＭｓ点は低下する。したがって、鋼組成および焼入れ処理条件が同じであれば、炭素分配処理での拡散の進行が大きいほど、Ｔｄから常温までの冷却過程で新たに生成するマルテンサイト量が少なくなる。つまり、温度Ｔｄの値およびＴｄでの保持時間は最終的に残留するオーステナイト量に大きく影響する。そして、残留オーステナイト量は強度−延性バランスを大きく支配する。炭素の拡散はＴｄに到達するまでの昇温過程においても生じうるので、使用する加熱炉における「材料温度−時間曲線」を考慮する必要もある。具体的には、化学組成、焼入れ材のオーステナイト量、材料の厚さ毎の材料温度−時間曲線に応じて、目標の強度−延性バランスとなる最終的な残留オーステナイト量が得られる加熱条件（炉温、在炉時間）を予備実験において求めておき、そのデータに基づいて熱処理を施せばよい。
【００３３】
Ｔｄから常温までの冷却速度については特にこだわる必要はないが、炭化物が析出するような極端に遅い冷却速度は避けるべきである。例えば材料を炉外の空気中で放冷する条件が採用できる。
【実施例】
【００３４】
表１に示す鋼を溶製し、そのスラブを抽出温度１２００℃で熱間圧延して板厚４.０ｍｍの熱延鋼帯とし、８００℃×６ｈ、炉冷の条件で焼鈍し、酸洗を施し、冷間圧延して板厚２.０ｍｍとし、８００℃×均熱１ｍｉｎの中間焼鈍および酸洗を施し、仕上げ冷間圧延を行って板厚１.０ｍｍの冷延鋼板を得た。この冷延鋼板に対して、１０００℃×均熱１ｍｉｎの加熱処理を施したのち２４０〜３００℃の油浴中に浸漬する焼入れ処理を施すことにより焼入れ材を得た。この場合、油浴温度が焼入れ終了温度Ｔｑに相当する。比較のために常温（２５℃）まで水焼入れした焼入れ材（常温焼入れ材）も用意した。この場合、焼入れ終了温度Ｔｑ＝２５℃となる。温度Ｔｑの焼入れ材を直ちにＴｑより高温の炉に装入し、表２中に示す温度Ｔｄおよび保持時間にて加熱処理したのち常温大気中で放冷する炭素分配処理を施し、供試材とした。ただし一部の常温焼入れ材については焼入れままの材料を供試材とした。なお、実施した炭素分配処理の加熱温度はいずれもＡｃ1点未満である。表１中には前記（１）式により算出されるＭｓ点を表示した。
【００３５】
【表１】
2011184781.tif 000003
【００３６】
各供試材について、以下の調査を行った。
〔残留オーステナイト量〕
供試材から採取した試料について透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて組織観察を行うことによりマトリクス中の残留オーステナイト量（体積％）を求めた。なお、いずれの供試材もマトリクスを構成するオーステナイト相以外の相はマルテンサイト相であった。
【００３７】
〔硬さ〕
ＪＩＳ Ｚ２２４０に従って荷重１０ｋｇで鋼板表面のビッカース硬さを測定した。
〔引張強さ、伸び〕
供試材から圧延方向を長手方向とするＪＩＳ１３Ｂ号引張試験片を採取し、引張速度１ｍｍ／ｍｉｎにて破断するまで引張試験を行って、引張強さおよび破断伸びを求めた。また、この引張強さおよび伸びの値を下記（２）式に代入して強度−延性バランス指標Ａ値を求めた。
Ａ値＝引張強さ（Ｎ／ｍｍ2）×伸び（％）…（２）
【００３８】
本来、常温で１００％マルテンサイト組織となるマルテンサイト系高Ｃｒ鋼を複相組織化することによる強度−延性バランスの改善効果を確認するために、それぞれの鋼種（Ａ〜Ｃ）ごとに強度−延性バランス指標Ａ値が常温焼入れ材を用いた供試材（残留オーステナイト量＝０体積％）に対してどの程度向上するのかを調べた。具体的には、［各供試材のＡ値］／［常温焼入れ材を用いた供試材のＡ値］の比を求めた。この比を「強度−延性バランス向上比」と呼ぶ。
これらの結果を表２に示す。なお、本発明例のものは焼入れ材の段階におけるマトリクス中のマルテンサイト量がいずれも１０.０〜３５.０体積％の範囲内にあることを確認している。
【００３９】
【表２】
2011184781.tif 000004
【００４０】
表２からわかるように、適正な条件で焼入れ処理および炭素分配処理を施した本発明例のものは、焼入れ処理材を用いて作製した同じ鋼種の供試材（それぞれＮｏ.１、３、７）を基準とする強度−延性バランス向上比が１.２０以上であり、強度−延性バランスの顕著な改善が認められた。これに対し、比較例Ｎｏ.６は焼入れ終了温度Ｔｑを低くしたことにより焼入れ材のオーステナイト量が１０.０体積％未満となったものである。また比較例Ｎｏ.１２は分配処理温度ＴｄをＭｓ点以下の温度域としたものである。これらはいずれも分配処理後のオーステナイト量が少なく、強度−延性バランスの向上が小さかった。
【００４１】
なお、本発明例の材料における炭素分配処理前後のオーステナイト相（面心立方格子）の格子定数をＸ線回折により測定したところ、いずれも炭素分配処理によって格子定数が増大していることが確認された。この格子定数の増大は、炭素分配処理によってオーステナイト結晶の侵入型位置に固溶する炭素量が増大したことに起因するものであると考えられる。なお、窒素についてもマルテンサイト相中からオーステナイト相中への拡散が生じると考えられ、上記の格子定数増大には窒素の拡散も一部寄与しているものと考えられる。
【００４２】
図２には、鋼Ｃを用いて焼入れ終了温度Ｔｑ＝２４０℃で焼入れした後、種々の温度Ｔｑで炭素分配処理を行った場合のＴｑ保持時間と残留オーステナイト量の関係を例示する。炭素分配処理を行うと焼入れ材（オーステナイト量＝１８.１％）に対して残留オーステナイト量は低下するが、常温で１００％マルテンサイト組織とならないものが得られ、その残留オーステナイト量は炭素分配処理の条件（温度、保持時間）によってコントロールできることがわかる。
【図１】
2011184781.tif 000005
【図２】
2011184781.tif 000006