(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：0.02〜0.20％、Si：2.5 ％以下、Mn：0.9 〜2.2 ％、
Ｐ：0.10％以下、Ｓ：0.010 ％以下、Al：0.003 〜1.0 ％、
Ｎ：0.0010〜0.020 ％、Ti：0.01〜0.40％、Sn：0.0003〜0.010 ％、
かつSn≧N/15の条件を満足し、
残部が実質的に鉄および不可避不純物
からなる鋼組成を有し、金属組織としてビッカース硬度で150HV 以上のベイナイトを体積率で15％以上含むことを特徴とする、穴広げ性と切削性に優れる高張力鋼板。
【請求項２】
前記鋼組成が、さらに、質量％で、Cr：0.005 〜1.0 ％、Mo：0.005〜1.0 ％、Nb：0.003 〜0.10％、Ｖ：0.003 〜0.10％、Cu：0.005 〜1.0 ％、およびNi：0.005 〜1.0 ％のうちから選んだ１種または２種以上を含むことを特徴とする請求項１記載の高張力鋼板。
【請求項３】
前記鋼組成が、さらに、質量％で、Ca：0.0001〜0.01％を含むことを特徴とする請求項１または２記載の高張力鋼板。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の鋼組成を有する鋼片を、1050℃以上に加熱後、仕上温度780 〜1000℃で熱間圧延終了後、平均冷却速度５℃/s以上で冷却し、次いで300 〜650 ℃で巻き取ることを特徴とする、穴広げ性と切削性に優れる高張力鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、伸びフランジ加工、切削加工等により様々な形状に成形されて、自動車あるいは産業機器等の構造部材として用いられる高張力鋼板とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
連続熱間圧延によって製造されるいわゆる熱間圧延鋼板は、比較的安価な構造材料として、自動車をはじめとする各種の産業機器に広く使用されている。特に自動車の足廻り部品など、厳しいバーリング加工が行われる部品への適用もあり、穴拡げ性、伸びフランジ性などの特性が求められている。しかも、そのような部品は、ドリルで穴明けが行なわれたり、また最終的に所定の寸法に仕上げるために切削が行われることがあり、優れた切削性も併せて求められる。
【０００３】
ここに、熱延鋼板の切削性を改善する方法としてTi4C2S2 の析出物を分散させる方法が特開平９−49053 号公報に開示されている。
また、伸びフランジ性は穴広げ性と良い相関があり、高強度鋼板の伸びフランジ性を改善する手段として、例えば特開昭60−181231号公報に開示されているようにベイナイト主体の組織にする方法が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
熱延鋼板としての高張力鋼板において、穴広げ性( 伸びフランジ性) と切削性の両方を改善することは非常に有用であると考えられるが、従来技術でその両方を考慮した発明はない。
【０００５】
特開昭60−181231号公報の方法は切削性については何ら考慮されておらず、高強度化に伴う切削性の低下は免れない。特にSiは穴広げ性改善に有効であるが、切削性を大きく低下させ問題であった。
【０００６】
また、特開平９−49053 号公報のTi4C2S2 の析出物を分散させ切削性を改善する方法は、極低炭素鋼についての発明であって、高張力鋼板への適用は困難であるとともに、硫化物を析出させること、つまり高Ｓ化は穴広げ性をむしろ大きく低下させる。
【０００７】
ここに、本発明の課題は、前述したような従来技術の問題点を解決し、穴広げ性、例えば日本鉄鋼連盟規格JFST1001に基づく60°円錐ポンチ穴広げ試験で80％以上の穴広げ性を確保し、かつ、切削性、例えばドリルの限界穴あき数で3000個以上の切削性を実現できる高張力鋼板とその製造方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述のような課題を達成するためのものであり、次のような構成をとる。
（１）質量％で、
Ｃ：0.02〜0.20％、Si：2.5 ％以下、Mn ：0.9 〜2.2 ％、
Ｐ：0.10％以下、Ｓ：0.010 ％以下、Al：0.003 〜1.0 ％、
Ｎ：0.0010〜0.020 ％、Ti：0.01〜0.40％、Sn：0.0003〜0.010 ％、
かつSn≧N/15の条件を満足し、
残部が実質的に鉄および不可避不純物
からなる鋼組成を有し、金属組織としてビッカース硬度で150HV 以上のベイナイトを体積率で15％以上含むことを特徴とする、穴広げ性と切削性に優れる高張力鋼板。
（２）前記鋼組成が、さらに、質量％で、Cr：0.005 〜1.0 ％、Mo：0.005〜1.0 ％、Nb：0.003 〜0.10％、Ｖ：0.003 〜0.10％、Cu：0.005 〜1.0 ％、およびNi：0.005 〜1.0％のうちから選んだ１種または２種以上を含むことを特徴とする上記（１）記載の高張力鋼板。
（３）前記鋼組成が、さらに、質量％で、Ca：0.0001〜0.01％を含むことを特徴とする上記（１）または（２）記載の高張力鋼板。
（４）上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の鋼組成を有する鋼片を、1050℃以上に加熱後、仕上温度780 〜1000℃で熱間圧延終了後、平均冷却速度５℃/s以上で冷却し、次いで300 〜650 ℃で巻き取ることを特徴とする、穴広げ性と切削性に優れる高張力鋼板の製造方法。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明において、鋼組成および製造条件を上述のように規定した理由について以下に詳述する。なお、本明細書において鋼組成を規定する「％」は「質量％」である。
【００１０】
Ｃは高張力を得るのに重要な元素である。Ｃの含有量が0.02％未満では必要な高張力を得ることが困難となり、またＣ：0.20％を越えて含有させると靱性や溶接性が低下する。したがってＣの含有量を0.02〜0.20％と定めた。Ｃ：0.03〜0.10％とするのが好ましい。
【００１１】
Siは穴広げ性を低下させずに高強度化を図るのに有効な元素であるが、多量の添加は化成処理性や靱性、さらに切削性を劣化させる。そのため2.5 ％以下添加する。その下限は特に規定しないが、好ましくは、0.02％以上添加する。より好ましくは0.3 ％以上添加する。鋼種によっては、低Si鋼と、高Si鋼とに区別されるが、その場合には、低Si鋼としては、その含有量は0.02〜0.3 ％が好ましく、一方、高Si鋼としては、Si:0.3    〜2.5 ％であり、より好ましくは0.5 〜2.0 ％、さらに好ましくは0.5 〜1.2 ％である。
【００１２】
Mnは高張力を得るため、そしてベイナイト組織を得るために重要な元素である。0.9 ％以上、好ましくは1.0 ％以上、さらに好ましくは1.2 ％以上である。しし、余り多量の添加は特性バラツキの原因となるため、その上限は、2.2 ％と定めた。
【００１３】
Ｐは靱性を劣化させる好ましくない元素である。したがってＰの含有量を0.10％以下と定めた。0.03％以下とするのが好ましい。
Ｓの多量の添加はMnS の生成により、穴広げ性を劣化させる。したがってＳの含有量を0.010 ％以下と定めた。0.0040％以下とするのが好ましく、0.0015％以下とするのがさらに好ましい。
【００１４】
Alは脱酸のために添加される。その効果は、0.003 ％未満では不十分で、また1.0 ％を越えて含有させても効果が飽和し経済的に不利となる。したがってその含有量を0.003 〜1.0 ％と定めた。好ましくは0.003 〜0.15％である。ただし、3.0 ％程度までの添加も特性上は問題ない。
【００１５】
Ti、ＮおよびSnは本発明で重要な元素である。いずれも相乗的に作用して切削性を向上させる。その理由は必ずしも明らかではないが、TiN 析出物のまわりにSnが偏析し、切削時にTiN が切削の起点、Snが液体状になって潤滑の効果をもたらすものと考えられる。
【００１６】
そのような効果をもたらすためにTi：0.01％以上、N ：0.0010％以上、Sn：0.0003％以上を添加すればよい。
Tiは高強度化にも有効な元素であるが、0.40％を越えて含有させても高強度化、切削性の効果が飽和する。
【００１７】
Ｎの0.020 ％を超える添加は鋳込み時のスラブ割れ等を発生しやすくする。
Snの0.010 ％を超える添加は表面品質を劣化させる。
したがって、これらの含有量はTi：0.01〜0.40％、Ｎ：0.0010〜0.020 ％、Sn：0.0003〜0.010 ％となるように定めた。
【００１８】
また、TiN 析出物がSnに比べて多すぎると析出物周辺に偏析するSnの濃度が小さくなるため、切削性が低下する。したがって、さらにSn≧N/15の条件を満たすように定めた。
【００１９】
本発明の好適態様によれば、切削性を劣化させるSiを0.02％以上含有する本発明鋼では、Ti：0.02〜0.20％、Ｎ：0.003 〜0.008 ％、Sn：0.0003〜0.010 ％とするのが好ましく、Ti：0.06〜0.20％とするのがさらに好ましい。
【００２０】
Cr、Mo、Nb、Ｖ、Cu、Ni：Cr、Mo、Nb、Ｖ、Cu、Niはいずれも高張力化に有効な元素である。その効果はCr：0.005 ％未満、Mo：0.005 ％未満、Nb：0.003 ％未満、Ｖ：0.003 ％未満、Cu：0.005 ％未満、Ni：0.005 ％未満では不十分である。一方、Cr：1.0 ％、Mo：1.0 ％、Cu：1.0 ％、Ni：1.0 ％をそれぞれ越えて含有させると特性バラツキが大きくなる問題が発生し、またNb：0.10％、Ｖ：0.10％をそれぞれ越えて含有させても高強度化の効果が飽和しコスト的に不利となる。
【００２１】
したがってそれぞれの含有量を、Cr：0.005 〜1.0 ％、Mo：0.005 〜1.0 ％、Nb：0.003 〜0.10％、Ｖ：0.003 〜0.10％、Cu：0.005 〜1.0 ％、Ni：0.005 〜1.0 ％と定めた。
【００２２】
Ca：CaはＳと結合し、硫化物を球状化させ、穴広げ性の改善に効果がある。0.0001％未満ではその効果は不十分で、また0.01％を越えて含有させてもその効果は飽和しコスト的に不利となる。したがってその含有量は0.0001〜0.01％と定めた。
【００２３】
本発明のかかる鋼組成における上記以外の成分は、Feおよび不可避不純物である。例えばＢ：0.003 ％以下、Pb:0.01 ％以下、Sb:0.01 ％以下などは許容される。
【００２４】
かかる鋼組成を有する本発明にかかる高張力鋼板の金属組織としてはビッカース硬度で150HV 以上の硬度を有するベイナイトを体積率で15％以上含有することが好適である。
【００２５】
本発明において、ベイナイトを積極的に含有させることは穴広げ性を改善するとともに、切削性をも改善する。
そのように切削性を改善する理由は明確ではないが、粒内の炭化物あるいは転位が鋼の粘さを低減し切削を容易にしていると考えられる。
【００２６】
このような相乗効果は150HV 以上の硬さを有するベイナイトで発揮される傾向がある。好ましいベイナイト硬さは250 〜500HV である。
このようなベイナイト組織にすることで、Ti、Ｎ、Snの添加によって得られた切削性をさらに向上させる相乗効果も期待できる。好ましいベイナイト体積率は60％以上、さらに好ましい範囲は80％以上である。
【００２７】
なお、ここで言うベイナイトには上部ベイナイト、下部ベイナイト以外に、炭化物を含まないが、せん断変形を主体として変態するため転位密度の高いフェライトであるアシキュラフェライトなども含む。
【００２８】
このような金属組織の残部はフェライトであることが望ましいが、硬度が150HV 以下のベイナイト、パーライト、マルテンサイト、残留オーステナイトなどいずれでもかまわない。
【００２９】
ところで、従来にあってもSnに着目した発明としては、例えば特開平７−197195号公報に開示された発明がある。しかしながらこの発明は耐時効性にしか着目しておらず、しかもSnは0.040wt ％以下で低い方がよい、つまりSnは積極的に添加はしないという条件になっている。また、Mnは0.1 〜0.8wt ％と規定しているためベイナイトが得られず、切削性についても考慮されていない。
【００３０】
次に、本発明にかかる熱延鋼板としての上述の高張力鋼板を製造する方法について説明するが、まず、以上のような鋼組成を有する鋼は、例えば転炉、電気炉により溶製される。鋼種も、リムド鋼、キャップド鋼、セミキルド鋼またはキルド鋼のいずれでもよい。さらに、鋼片の鋳造は造塊−分塊圧延あるいは連続鋳造のいずれの手段によってもよい。
【００３１】
本発明によれば、上述のような鋼片を、1050℃以上に加熱後、仕上温度780 〜1000℃で圧延終了後、平均冷却速度５℃/s以上で冷却し、300 〜650 ℃で巻き取ることで得られる。
【００３２】
加熱温度が1050℃未満ではSnのTiN 析出物周りへの偏析が不十分で十分な切削性を得ることが困難となる。
仕上温度が780 ℃未満ではフェライトの生成量が多すぎて体積率で15％以上のベイナイト、特にビッカース硬度で150HV 以上の硬度を有するベイナイトが得られない。1000℃を越える仕上温度は、その温度を確保するために超高温加熱等のコスト的に不利な特別な条件が必要にもかかわらず金属組織の大きな変化がないため切削性や穴広げ性の改善効果は小さい。したがって仕上温度は780 〜1000℃と定めた。
【００３３】
仕上温度確保などを目的として粗圧延後の粗圧延材、つまり粗バーに加熱や温度保定を実施することは特性バラツキ抑制の点からも好ましい。このような加熱および保定は、粗バーを巻き取った後に適宜加熱炉で行ったり、粗バーに直接に誘導加熱や通電加熱を適用して行ってもよく、さらにやバーナ等の輻射熱を利用して行ったりすることでも実施できる。また仕上げ圧延の入り側で粗バー同士を接合して連続的に仕上げ圧延を行っても構わない。
【００３４】
また圧延後の平均冷却速度が５℃/s未満であったり、巻取温度が650 ℃を越えたりするとパーライト体積率が増加し、体積率で15％以上のビッカース硬度150HV 以上のベイナイトが得られない。
【００３５】
さらに巻取温度が300 ℃未満ではマルテンサイト量が増加し、体積率で15％以上のビッカース硬度で150HV 以上の硬度を有するベイナイトが得られない。
よって巻取温度は300 から650 ℃と定めた。
【００３６】
本発明における上記平均冷却速度は熱間圧延終了から巻取り終了までの平均冷却速度である。
本発明にかかる高張力鋼板の強度レベルは特に制限されないが通常TSが440 MPa 以上あれば十分である。
【００３７】
本発明にかかる高張力鋼板を熱間圧延材として説明してきたが、上述のような熱間圧延後、冷却ままでも、あるいはさらに調質圧延のような軽度の圧延を行ったものであってもよい。また、表面は黒皮スケールのままでも、酸洗やショットブラスト等によりスケールを除去しても何ら問題はない。さらに溶融亜鉛めっきや電気亜鉛めっきなどの表面処理を施しても何ら問題はない。
【００３８】
【実施例】
実施例１
表１に示す化学組成の鋼を転炉にて溶製後、連続鋳造法にてスラブとした。
【００３９】
そのスラブに表２で示す熱間圧延条件にて熱間圧延を行い、板厚3.2 mmの熱延鋼板を製造した。
【００４０】
【表１】
0003918417.tif 000002
得られた熱延鋼板について、３％硝酸アルコール溶液であるナイタル腐食後に光学顕微鏡およびSEM にて観察を行い、ベイナイト体積率を算出した。光学顕微鏡およびSEM にて判断が難しい場合は、薄膜による透過電子顕微鏡あるいはカラーエッチングにて組織を決定した。カラーエッチングの方法は文献(Jaurnal of Metals, March, 1980, p38-39)を参考にした。
【００４１】
特定したベイナイトについては荷重20ｇでビッカース硬度を測定した。
その後ビッカース硬度150HV を満足するベイナイトの体積率を組織の画像処理で測定した。
【００４２】
引張試験は圧延方向に対し直角をなす方向に採取したJIS5号試験片にて実施した。
穴広げ試験は日本鉄鋼連盟規格JFST1001に基づく60°円錐ポンチで実施した。
【００４３】
ドリルの限界穴あき数は高速度鋼にTiN を多層コーティングしたドリルを使い、無潤滑で直径９mmの穴あけを実施した時にバリ長さが0.5mm 以上になるまでにあけた穴個数を限界穴あき数とした。
【００４４】
表２にこれらの結果を示す。
【００４５】
【表２】
0003918417.tif 000003
本発明例である試験No.1〜４、10〜23は80％以上の良好な穴広げ性を有し、かつ3000個以上の良好な穴あき性( 切削性) を示した。
【００４６】
スラブ加熱温度が本発明範囲を下回った試験No.5、圧延仕上げ温度が本発明範囲を下回った試験No.6、圧延後の平均冷却速度が本発明範囲を下回った試験No.7、巻取り温度が本発明範囲を上回った試験No.8、巻取り温度が本発明範囲を下回った試験No.9 は、いずれも硬度150HV 以上のベイナイトが十分に得られずに穴広げ性および切削性に劣る。
【００４７】
また、Ti量が本発明範囲を下回った試験No.24 、25、Ｎ量が本発明範囲を下回った試験No.26 、27、Sn量が本発明範囲を下回った試験No.27 、30は、いずれも切削性に劣る。
【００４８】
Sn 量が本発明範囲を上回った試験No.28 およびＳ量が本発明範囲を上回った試験No.29 は切削性は良好であるが、穴広げ性に劣り、表面欠陥も多発した。
図１は、表２の試験No.1〜9 について、ビッカース硬度で150HV 以上のベイナイトの体積率の切削性への影響を示したものである。図１からは、限界穴あき数3000回以上を確保するには、ベイナイトの体積率を15％以上とすることが好ましいことがわかる。
実施例２
さらに成分の影響を明確にするために実験的検討を行った。
【００４９】
0.07%C-0.68%Si-1.42%Mn-0.021%P-0.0008%S-0.026%Al-0.086%Ti-0.0001〜0.01% Snをベースに、Ｎを0.003 ％と0.010 ％の２種類に変えた鋼を真空溶解にて溶製し、45mm厚のスラブとした後、加熱温度1200℃で７パスにて仕上温度900 ℃で4.5mm 厚まで熱間圧延を行った。熱間圧延後、平均冷却速度15℃/sで450 ℃まで冷却し、炉に挿入して30分保定後、26℃/hr で100 ℃以下に冷却して巻き取りをシミュレートした。
【００５０】
この材料を実施例１の場合と同様の方法で、組織の定量化と材料特性の評価を実施した。
その結果150HV 以上のベイナイトの体積率は約70％であった。この材料の限界穴あき数とSn含有量の関係を図２に示す。
【００５１】
図２から分かるように、Sn/Nが1/15 (約0.7)以上のとき切削性向上が著しい。つまり、限界穴あき数3000回以上を確保するには、Sn≧N/15とすることが好ましいことがわかる。Sn≧N/10とするのがさらに好ましい。
【００５２】
【発明の効果】
本発明により製造された高張力鋼板は、日本鉄鋼連盟規格JFST1001に基づく60°円錐ポンチ穴広げ試験で80％以上の穴広げ性を確保した上でさらに、ドリルの限界穴あき数で3000個以上の切削性を実現できる。しかもかかる効果は単に、Ｎ、Ti、Snの規定とベイナイト体積率の規定および加熱温度、仕上温度、平均冷却速度、巻取温度の規定によって実現されるのであって、本発明の実際的意義は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】切削性に及ぼすベイナイト体積率の影響を示すグラフである。
【図２】切削性に及ぼすSn/Nの影響を示したグラフである。
【図１】
0003918417.tif 000004
【図２】
0003918417.tif 000005