(57)【要約】 【課題】  穴拡げ等の加工が必要な自動車構造部材に適する、穴拡げ性に優れた複合組織鋼板を提供する【解決手段】  複合組織鋼板は、ｍａｓｓ％で、Ｃ：０．０１〜０．２％、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：３．０％以下、Ｐ：０．０８％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ａｌ：０．０１〜０．１％、Ｎ：０．０１％以下で、残部が実質的に鉄からなり、硬質第二相の粒が連結することにより主相のフェライト粒が被覆された組織形態をなし、１個のフェライト粒の全周長をＬ、フェライト粒の周囲に存在する硬質第二相の長さをＬ２としたときに、下記（１）式の関係を式を満足する。    Ｌ２≧０．７×Ｌ  ・・・（１）【選択図】  図２   
2005154813.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｍａｓｓ％で、Ｃ：０．０１〜０．２％、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：３．０％以下、Ｐ：０．０８％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ａｌ：０．０１〜０．１％、Ｎ：０．０１％以下で、残部が実質的に鉄からなり、硬質第二相の粒が連結することにより主相のフェライト粒が被覆された組織形態をなし、１個のフェライト粒の全周長をＬ、フェライト粒の周囲に存在する硬質第二相の長さをＬ２としたときに、下記（１）式の関係を満足することを特徴とする、穴拡げ性に優れた複合組織鋼板。
Ｌ２≧０．７×Ｌ  ・・・  （１）
【請求項２】
Ｃｒ：１％以下、Ｍｏ：１％以下、Ｖ：１％以下、Ｎｉ：１％以下、Ｂ：０．０１％以下、Ｔｉ：０．３％以下、Ｎｂ：０．３％以下のうち１種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の、穴拡げ性に優れた複合組織鋼板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本発明は穴拡げ性に優れた複合組織鋼板に関し、特に自動車等の構造部材に適する複合組織鋼板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車産業においては、環境問題等を背景として、高強度鋼板の適用による自動車車体の軽量化が検討されている。自動車用構造材に要求される特性としては、強度とともに種々の加工性、材料寿命を決定する破壊への耐性が要求される。疲労破壊等は鋼中の硬質な非金属介在物を起点として亀裂が進展し、破壊に至るため、清浄性を向上させる等の対応が取られている。
【０００３】
同様な破壊挙動が、硬質な第二相と軟質な主相よりなる複合組織鋼板においても確認されている。また、高強度を有し、構造部材として用いられる鋼板には穴拡げ加工性が要求される。この穴拡げ加工では、疲労破壊と定性的に類似な亀裂の進展を呈する。そのため複合組織鋼板では、高強度化に伴う硬質第二相の比率増加やその硬度のために、穴拡げ性の低下が著しい。このため、複合組織鋼板は単相組織鋼板と比較して優れた特性を有するにもかかわらず、構造部材として使用する場合にはその適用部材（用途）が制限されているのが現状である。
【０００４】
このような硬質第二相を有する鋼板に高加工性を付与するための組織形態制御方法が提案されている。例えば、特許文献１には、主相フェライトと第二相（ベイナイト、パーライト）の組織形態について開示されている。また特許文献２には主相ポリゴナルフェライトと第二相（ベイナイト）を微細分散させる方法が、特許文献３には主相（ポリゴナルフェライト）の粒界に板状セメンタイトを微細分散させる方法が、それぞれ開示されている。
【０００５】
しかし、これらはいずれも第二相を微細分散させる方法であり、穴拡げ加工時の亀裂の発生を抑制することに着目してなされた発明である。このため、穴拡げ加工時の亀裂の進展抑制について検討されておらず、穴拡げ性は必ずしも良好なものとは言えない。
【特許文献１】特開平５−５１６４６号公報
【特許文献２】特開平５−９８３５３号公報
【特許文献３】特開平９−１７００４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、穴拡げ等の加工が必要な自動車構造部材に適する、穴拡げ性に優れた複合組織鋼板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、複合組織鋼板において、従来技術では不十分であった穴拡げ性を大幅に改善して上記課題を解決するために、亀裂の発生を抑制するとともにその亀裂の進展を抑制することが重要であることを見出した。さらに、硬質第二相を活用し、かつ、その硬質第二相の組織形態に着目して、硬質第二相の形態が穴拡げ性に及ぼす影響について検討を重ねた結果、硬質第二相をフェライト粒界に連続的に分布させることにより亀裂の発生およびその進展を抑制可能であることを見出した。
【０００８】
本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、ｍａｓｓ％で、Ｃ：０．０１〜０．２％、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：３．０％以下、Ｐ：０．０８％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ａｌ：０．０１〜０．１％、Ｎ：０．０１％以下で、残部が実質的に鉄からなり、硬質第二相の粒が連結することにより主相のフェライト粒が被覆された組織形態をなし、１個のフェライト粒の全周長をＬ、フェライト粒の周囲に存在する硬質第二相の長さをＬ２としたときに、下記（１）式の関係を満足することを特徴とする、穴拡げ性に優れた複合組織鋼板、を提供する。
Ｌ２≧０．７×Ｌ  ・・・  （１）
【０００９】
また、本発明は、上記複合組織鋼板において、Ｃｒ：１％以下、Ｍｏ：１％以下、Ｖ：１％以下、Ｎｉ：１％以下、Ｂ：０．０１％以下、Ｔｉ：０．３％以下、Ｎｂ：０．３％以下のうち１種以上を含有する、穴拡げ性に優れた複合組織鋼板、を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る複合組織鋼板は、穴拡げ加工時の亀裂の発生が抑制され、かつ、亀裂の進展も抑制されるために、穴拡げ加工性に優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、発明の詳細について説明する。
まず、成分組成について説明する。
本発明に係る複合組織鋼板は、  ｍａｓｓ％で、Ｃ：０．０１〜０．２％、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：３．０％以下、Ｐ：０．０８％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ａｌ：０．０１〜０．１％、Ｎ：０．０１％以下で、残部が実質的に鉄からなる。さらに、Ｃｒ：１％以下、Ｍｏ：１％以下、Ｖ：１％以下、Ｎｉ：１％以下、Ｂ：０．０１％以下、Ｔｉ：０．３％以下、Ｎｂ：０．３％以下のうち１種以上を含有してもよい。
【００１２】
Ｃ：０．０１〜０．２％
Ｃは、一定量の硬質第二相を生成させ、硬質第二相の強度を確保するために必要な元素であり、そのために０．０１％以上含有することが必要である。一方、その含有量が０．２％を超えると、加工性、溶接性の劣化が著しく、本発明が対象とする自動車用鋼板に適さない。したがって、Ｃ含有量を０．０１〜０．２％の範囲とする。硬質第二相の連続性を強固にし、かつフェライト粒界を占有するのに必要な量と硬質第二相の強度を高めることにより穴拡げ性を向上させることが可能であることから、その含有量を０．１％以上とすることが望ましい。
【００１３】
Ｓｉ：２．０％以下
Ｓｉは、強度確保および低温変態相を安定して得るために有効な元素であるが、その含有量が２．０％を超えると、赤スケールによる表面性状劣化、メッキ密着性の低下、化成処理の不良等の問題が顕著となり、実用鋼板として適さない。したがって、Ｓｉ含有量を２．０％以下とする。
【００１４】
Ｍｎ：３．０％以下
Ｍｎは、一般に鋼中のＳをＭｎＳとして析出させてスラブの熱間割れを防止するのに有効である。本発明では、硬質第二相を形成させるために、焼入れ性を向上させるＭｎを一定量添加することが望ましい。しかし、Ｍｎ含有量が３．０％を超えると、スラブコストの著しい上昇を招くだけでなく、加工性の劣化を招く。したがって、Ｍｎ含有量を３．０％以下とする。焼入れ性向上を発揮させるためには、Ｍｎ含有量を０．３％以上、さらには０．８％以上とすることが望ましい。
【００１５】
Ｐ：０．０８％以下
Ｐは、強度確保および低温変態相を安定して得るために有効な元素であるが、その含有量が０．０８％を超えると、耐二次加工脆性を劣化させる等の弊害を生じる。また、亜鉛メッキ鋼板とした場合に合金化処理性の低下を引き起こす。したがって、Ｐ含有量を０．０８％以下とする。
【００１６】
Ｓ：０．０３％以下
Ｓは、熱間加工性を低下させ、スラブの熱間割れ感受性を高め、その含有量が０．０３％を超えると、微細なＭｎＳの析出により加工性を劣化させる。したがって、Ｓ含有量を０．０３％以下とする。
【００１７】
Ａｌ：０．０１〜０．１％
Ａｌは、鋼の脱酸に寄与するとともに、鋼中の不用な固溶Ｎを窒化物として固定する役割がある。この効果は、Ａｌ含有量が０．０１％未満では十分ではなく、０．１％を超えても含有量に見合う効果が得られない。したがって、Ａｌ含有量を０．０１〜０．１％の範囲とする。
【００１８】
Ｎ：０．０１％以下
Ｎは、時効性の観点から固溶状態で残存させることは望ましくなく、その含有量は少ない方がよい。Ｎ含有量が０．０１％を超えると、過剰な窒化物の存在により延性、靭性が劣化する。したがって、Ｎ含有量を０．０１％以下とする。
【００１９】
Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ：それぞれ１％以下
Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖは、フェライト生成元素であり、フェライト相＋低温変態相の複合組織を得るために有効であるから、必要に応じて添加することができる。しかし、含有量がそれぞれ１％を超えると、コストに見合う効果が得られないので、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖを添加する場合は、その含有量をそれぞれ１％以下とする。
【００２０】
Ｎｉ：１％以下
Ｎｉは、溶接性を阻害せずに、焼入れ性および靭性を向上させる効果があるから、必要に応じて添加することができる。しかし、その含有量が１％を超えても、コストに見合う効果が得られない。このため、Ｎｉを添加する場合には、その含有量を１％以下とする。
【００２１】
Ｂ：０．０１％以下
Ｂは、焼入れ性向上に有効な元素であり、低温変態相を安定して生成するために、必要に応じて添加することができる。但し、Ｂを０．０１％を超えて添加してもコストに見合う効果が得られないので、Ｂを添加する場合には、その含有量を０．０１％以下とする。
【００２２】
Ｔｉ、Ｎｂ：それぞれ０．３％以下
Ｔｉ、Ｎｂは、窒化物を形成し、Ｎを固定する働きがある。Ａｌに代わり、  Ｔｉ、ＮｂによりＮを固定することにより、結晶粒の微細化が図られ  靭性が向上するので、必要に応じてこれら元素を添加してもよい。但し、これらの含有量がそれぞれ０．３％を超えても、コストに見合う効果が得られないので、これらを添加する場合には、その含有量をそれぞれ０．３％以下とする。
【００２３】
本発明の複合組織鋼板には、上記成分の他、残部は実質的に鉄であればよく、不可避的な不純物や、発明の作用・効果を損なわない範囲内の他の微量元素は許容される。
【００２４】
次に組織について説明する。
本発明の複合組織鋼板は、硬質第二相によりフェライト相の粒界が被覆されている組織形態を有する。そして、その占有率（被覆率）は下記（１）式を満足させることが必要である。
Ｌ２≧０．７×Ｌ  ・・・  （１）
但し、Ｌ：１個のフェライト粒の全周長、
Ｌ２：フェライト粒の周囲に存在する硬質第二相の長さ
【００２５】
本発明は、フェライト粒が硬質第二相により被覆された組織形態とすることによって複合組織鋼板の穴拡げ性の大幅な向上を図ったものである。従来から、複合組織鋼板は、優れた強度−延性バランスを示すため、自動車用鋼板等に広く使用されている。さらに、上述したように、硬質第二相を活用した穴拡げ性の改善も試みられてきた。しかしながら、従来技術では、十分な穴拡げ特性の改善が達成されていないのが現状である。
【００２６】
本発明者らは、特に硬質第二相の組織形態に注目し、硬質第二相の組織形態を変化させた系統的試料を準備し、電子顕微鏡下で亀裂伝播の観察を行った。その結果、穴拡げ時の亀裂発生・伝播挙動に硬質第二相の組織形態が極めて重要な役割を果たしていることを見出した。すなわち、従来技術にみられる硬質第二相とフェライト相の界面に発生した亀裂は、フェライト相内を進展後、貫通する。しかし、フェライト相の粒が硬質第二相により被覆されることにより、硬度差の大きい相界面が増加し、割れの発生源となる局所的応力が緩和される。しかも、進展してきた亀裂は硬質第二相で停留し、容易に亀裂は進展せず、穴拡げ性を向上させることを知見し、本発明に至った。
【００２７】
本発明によるミクロ組織の一例を、従来鋼と合わせて図１に示す。本発明鋼は従来鋼とは全く異なる組織形態、すなわちマルテンサイトを主体とする硬質第二相（図１（ｂ）において黒く見える部分）によりフェライト相の粒子（図１（ｂ）において白く見える部分）粒が被覆された組織形態を有する。但し、本発明において、不可避的に、局部的な硬質相の不連続が存在することがあり得る。
【００２８】
次に、本発明の硬質第二相によるフェライト相が被覆された状態について詳細に説明する。硬質第二相によるフェライト粒の被覆とは、フェライト粒に接した状態の硬質第二相が存在し、隣りあうフェライト粒の間が硬質第二相粒によって占有された形態を言う。しかし、フェライト粒の全周を被覆した形態である必要はない。このとき、被覆率は、前記（１）式に示されるように７０％以上であればよく、８５％以上であることがより望ましい。
【００２９】
複合組織鋼板の組織観察およびフェライト粒の被覆率の測定は、通常の組織観察と同様に、以下の手法により実施することができる。すなわち、まず鋼板の特定部（エッジ近傍等の非定常部以外の部位）の任意位置から組織観察用のサンプルを切出し、板表面を除く位置を観察部位とする。このとき、断面方向からの観察では、断面観察用に埋め込み研磨し、複合組織を顕在化するのに適切なエッチング液を用いて腐食させた後、板厚の１／４位置を観察すればよい。また平面からの観察では、表面を板厚の１／４研磨し、同じく腐食後、観察すればよい。このとき、観察装置として光学顕微鏡を用いることもできるが、硬質第二相が微細な場合は、電子顕微鏡を用いることが好ましい。このような観察装置を用い１０視野程度撮影後、画像解析装置に画像データを取り込み、解析することで、硬質第二相によるフェライト粒の被覆率を確認することができる。硬質第二相とは、マルテンサイト、ベイナイト、残留オーステナイト等の低温変態相であり、これらの１種または２種以上を含むのものである。
【００３０】
このような複合組織鋼板は、熱延板を６００℃以上Ａｃ３点＋７０℃以下の温度で箱型焼鈍し、その後（α＋γ）域の温度で連続焼鈍することによって製造することができる。箱型焼鈍の際の温度は６５０℃以上Ａｃ３点以下が好ましく、６５０℃以上Ａｃ１点以下がより好ましい。連続焼鈍の際の温度は、本発明に必要不可欠な低温変態相を得るために重要である。α単相域では低温変態相が得られず、またγ域では熱延板焼鈍工程によってフェライト＋バンド状のパーライトに制御した組織に初期化されてしまう。
【００３１】
本発明の鋼板は、熱延鋼板、亜鉛系メッキ鋼板を主対象とするが、冷延鋼板であってもよい。溶融亜鉛メッキ鋼板においては、合金化処理を施してもよい。また。これら溶融亜鉛メッキ鋼板には、メッキ後にさらに有機被膜処理を施してもよい。本発明においては、スラブを熱間圧延するにあたり、加熱炉で加熱後に圧延してもよいし、加熱することなく直接圧延してもよく、得られた熱延鋼板に対して焼きならしまたは焼きなまし処理を施してもよい。
【００３２】
冷延鋼板では、冷圧率を通常の範囲内で４０〜８０％程度とすればよい。但し、冷圧率の高い方が微細なフェライト粒が得られるので、焼鈍時間および最終的な穴拡げ性の観点から有利である。
【００３３】
本発明に係る鋼板を得ることができる製造方法は、上記に限るものではない。そして、その製造方法にかかわらず、たとえ冷延組織であっても図１に示したような組織形態、すなわちフェライト粒が硬質第二相により被覆された組織形態が得られれば、優れた穴拡げ性が得られる。
【実施例】
【００３４】
表１に示す鋼番１〜１０を溶製後、連続鋳造によりスラブを製造した。これらのスラブを１２００℃に加熱後、通常操業の仕上温度（Ａｒ３点以上）で熱間圧延を行い、巻取温度５５０〜６００℃で巻き取った後、表２に示す条件で箱型焼鈍および連続焼鈍を施し、熱延鋼板を製造した。こうして得られた熱延鋼板を酸洗後、一部を連続溶融亜鉛メッキラインに通板した。これらの鋼板について、最終ミクロ組織と硬質第二相によるフェライト粒の被覆率、引張強度および穴拡げ性を調査した。なお、表１のＮｏ．１〜Ｎｏ．７は本発明の組成範囲を満たすものであり、Ｎｏ．８〜Ｎｏ．１０は本発明の組成範囲から外れるものである。
【００３５】
表２にこれらの結果を示す。また、図２に本発明の組成範囲を満たすものについて、上記被覆率と穴拡げ率との関係を示す。表２および図２に示すように、本発明の組成を満たし、かつ、硬質第二相によるフェライト粒の被覆率が前記（１）式を満足する本発明例は、比較例（従来鋼）より穴拡げ性が大幅に向上することが確認された。これに対し、被覆率の条件を満たさない比較例では、穴拡げ性の向上はみられなかった。
【００３６】
【表１】
2005154813.tif 000003
【００３７】
【表２】
2005154813.tif 000004
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の複合組織鋼板は、穴拡げ等の加工が必要な自動車構造部材に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】従来鋼と本発明による複合組織鋼板のミクロ組織の一例を示す写真。
【図２】フェライト粒の被覆率と穴拡げ率との関係を示す説明図。
【図１】
2005154813.tif 000005
【図２】
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