(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量比にてＣ：０．０３５〜０．１６%、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：０．０５〜１%、Ｐ：０．０８％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ａｌ：０．０１〜０．１%、Ｎ：０．００２５〜０．００９％、Ｂ：０．０００５〜０．００５％、を含有し、かつ固溶炭素を４０〜７０ｐｐｍ、固溶窒素を１５〜２５ｐｐｍの範囲内で含有し、残部がFeおよび不可避的不純物よりなることを特徴とする焼き付け硬化性に優れた熱延鋼板。
【請求項２】
質量比にてＣ：０．０３５〜０．１６%、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：０．０５〜１%、Ｐ：０．０８％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ａｌ：０．０１〜０．１%、Ｎ：０．００２５〜０．００９％、Ｂ：０．０００５〜０．００５％、を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物よりなる鋼を熱間圧延し、熱間圧延後の冷却において、７００℃を超える温度域においては、平均２５〜５０℃/sの冷却速度で冷却し、７００〜４００℃の間は、６０℃/s以上の冷却速度で冷却し、巻き取ることを特徴とする焼き付け硬化性に優れた熱延鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は焼き付け硬化性に優れた熱延鋼板に係わり、さらに詳しくは、プレス加工後の塗装焼き付け処理を行った後で、降伏強度および引張り強度が上昇して硬くなる特性を著しく向上せしめた熱延鋼板に係わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の部品に使用される熱延鋼板は、近年の省エネルギーの要求から、板厚をより薄くすることで、完成品の重量低減がはかられるようになってきた。この場合、板厚の減少に伴う強度低下を何らかの方法で補償する必要が生じる。
その方法としてプレス成形後の塗装乾燥ライン（一般に１７０℃〜２００℃）を通すことにより生ずる降伏強度の上昇（以下、ＢＨと称する）を利用して完成品の降伏強度を高める方法が考えられてきた。これは、鋼板中に固溶する炭素と鋼中の転位との相互作用に起因する歪時効硬化性を利用することで降伏強度を上昇させるものである。ＢＨ性は、冷延鋼板については概ね４０ＭＰａ 程度、熱延鋼板については、９０ＭＰａ 程度の上昇が可能な鋼板がこれまでに見いだされている。
【０００３】
たとえば、特開昭６３−９６２４８号公報には、Ｃ：０．０１０〜０．０２５％、Ｎ：０．００１５〜０．００３０％を含有する鋼において、鋼中の固溶Ｃおよび固溶Ｎを利用することでＢＨ性（ＢＨ＞７０ＭＰａ）を有する熱延鋼板が開示されている。
【０００４】
しかし、このＢＨ鋼板は、塗装焼き付け処理による降伏強度の上昇は可能であっても、引張り強度は大きく上昇しない。
自動車用部材で耐デント性が必要な部位や座屈強度が必要な部位には、降伏強度の上昇が有効に利用できるものの、足まわり部位などのように引張り強度が要求される部材には降伏強度のみ上昇する鋼板は利用しにくいのが現状である。
【０００５】
塗装焼き付け処理により強度が向上する鋼板については、特開平２０００−２９７３５０号公報に固溶Ｎ量とフェライト粒径を特定の範囲にしたものが開示されている。しかし、この鋼板においては、塗装焼き付け処理温度は１７０℃が必要である。
自動車製造における塗装焼き付けの温度は、エネルギー低減の観点から従来に比べ低温化する方策も行われつつあり、焼き付け処理による鋼板の温度上昇が従来の１７０℃よりも低くなる場合もあり、１５０℃程度しか上昇しない場合もある。
このようなことから、塗装焼き付け処理による鋼板温度の上昇が１５０℃であっても引張り強さが上昇する熱延鋼板が求められている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、加工された鋼板を塗装焼き付け処理することにより引張強度が上昇する鋼板に関するもので、その処理温度が１５０℃であっても、引張り強さが９０ＭＰａ以上上昇する熱延鋼板およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは鋼の成分組成、鋼板の固溶炭素、固溶窒素などについて種々の検討を重ねた結果、１５０℃の塗装焼き付け処理においても高い強度上昇を得ることができる熱延鋼板およびその製造方法を見出した。
【０００８】
その要旨は、以下のとおりである。
（１）質量比にてＣ：０．０３５〜０．１６%、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：０．０５〜１%、Ｐ：０．０８％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ａｌ：０．０１〜０．１%、Ｎ：０．００２５〜０．００９％、Ｂ：０．０００５〜０．００５％、を含有し、かつ固溶炭素を４０〜７０ｐｐｍ、固溶窒素を１５〜２５ｐｐｍの範囲内で含有し、残部がFeおよび不可避的不純物よりなることを特徴とする焼き付け硬化性に優れた熱延鋼板。
【０００９】
（２）質量比にてＣ：０．０３５〜０．１６%、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：０．０５〜１%、Ｐ：０．０８％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ａｌ：０．０１〜０．１%、Ｎ：０．００２５〜０．００９％、Ｂ：０．０００５〜０．００５％を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物よりなる鋼を熱間圧延し、熱間圧延後の冷却において、７００℃を超える温度域においては、平均２５〜５０℃/sの冷却速度で冷却し、７００〜４００℃の間は、６０℃/s以上の冷却速度で冷却し、巻き取ることを特徴とする焼き付け硬化性に優れた熱延鋼板の製造方法。
【００１０】
まず、本発明における鋼の化学成分の限定理由について説明する。
【００１１】
Ｃは、鋼の強度を上げるために必要な元素であり、また、熱延鋼板の固溶Ｃを適量残存させるために必要な元素である。１５０℃の塗装焼き付け処理において鋼板の強度を大きく上昇させるには、固溶Ｃを４０ｐｐｍ以上含有させる必要がある。しかし、固溶Ｃ量が７０ｐｐｍを超えるとその効果が飽和する一方で、延性が低下する。したがって、固溶Ｃ量を４０〜７０ｐｐｍとした。
熱延後の冷却を特定の条件とすると、鋼中のＣの一部は固溶Ｃとなり、残りはセメンタイトとして析出する。本発明者らは、これらのバランスをとり、固溶Ｃ量を４０〜７０ｐｐｍの範囲で残存させるために必要なＣ量を見いだした。
固溶Ｃ量を４０ｐｐｍ以上残存させるためには、０．０３５％以上のＣが必要である。しかし、０．１６％を超えると、固溶Ｃ量が７０ｐｐｍを超えやすくなり、さらに鋼板の延性も低下する。したがって、Ｃ量を０．０３５〜０．１６％とした。なお、ここでいうＣ量とは、固溶Ｃおよび化合物の形で鋼中に含まれる全Ｃ量を言う。
【００１２】
Ｓｉは、鋼への固溶より強度を増加させる元素であるが、含有量が多くなると延性の低下がおこるため、０．５％以下でなければならない。したがって、Ｓｉ量を０．５％以下とした。
【００１３】
Ｍｎは、鋼の強度を増加させ、熱間脆性を防止する作用があるため、０．０５％以上は必要である。しかし、含有量が多くなると延性の低下が大きいため、１％以下でなければならない。したがってＭｎ量を０．０５〜１％とした。
【００１４】
Ｐは、鋼板の強度を向上するのに有効な元素であるが、多いと延性の低下が大きい。したがって、Ｐ量を０．０８％以下とした。
【００１５】
Ｓは、０．０２％を越えると、延性を低下させ、さらに熱間脆性の原因となる。したがって、Ｓ量を０．０２％以下とした。
【００１６】
Ａｌは、脱酸元素としても含まれるが、鋼中の固溶Ｎ量をコントロールするのに必要な元素である。Ａｌを０．０１％以上含有させることで、熱延中に鋼中に存在するＮの一部をＡｌＮとし、固溶Ｎ量が本発明範囲を超えないようにすることができる。しかし、０．１％を超えると、固溶Ｎ量が本発明範囲よりも低くなる。したがって、Ａｌ量を０．０１〜０．１％とした。
【００１７】
Ｎは、本発明の鋼板の塗装焼付処理によって強度を確保する上で重要な元素である。すなわち、鋼中に固溶Ｃを４０〜７０ｐｐｍ含む状態とし、さらに、固溶Ｎを１５ｐｐｍ以上を含有させることで、１５０℃の塗装焼き付け処理において熱延鋼板を強化することができる。この固溶Ｎ量を確保するためには、鋼中に含有するＮ量が０．００２５％以上であることが必要である。
しかし、固溶Ｎ量が２５ｐｐｍよりも多く存在しても１５０℃における鋼板の強度上昇の効果は小さい。従って、固溶Ｎ量は２５ｐｐｍ以下とする。このためには、Ｎ量は０．００９％以下とする。すなわちＮ量が０．００９％を超えると固溶Ｎ量を上記の範囲に制御するためのＡｌ，Ｂの添加量をふやす必要が生じ、鋼の清浄性の確保、コストの低減の面から好ましくない。なお、ここでいうＮ量とは、固溶Ｎおよび化合物の形で鋼中に含まれる全Ｎ量を言う。
【００１８】
Ｂは、Ａｌと並んで鋼中の固溶Ｎ量をコントロールするための元素である。Ｂ量を０．０００５％以上含有させることで、鋼中の固溶Ｎを安定的に１５〜２５ｐｐｍの範囲に残存させることができる。しかし、０．００５％を超えると、固溶Ｎ量が１５ｐｐｍ未満になりやすい。したがって、Ｂ量を０．０００５〜０．００５%とした。
【００１９】
本発明の上記熱延鋼板は、上記組成の鋼を熱間圧延した後に特定の冷却条件で冷却することにより、固溶Ｃ量、固溶Ｎ量を所定の範囲に制御でき、製造することができる。
【００２０】
まず、熱延後に７００℃を超える温度域においては、平均２５〜５０℃/sの冷却速度で冷却する必要がある。熱延直後に鋼中に固溶状態で存在するＮの一部はＡｌやＢによって、ＡｌＮやＢＮとなり、残りが固溶Ｎとして残存する。平均冷速が５０℃／ｓを超えるとＡｌＮやＢＮが形成されにくくなり、多量の固溶Ｎが残存することとなるため好ましくない。また、５０℃／ｓを超える冷却速度で冷却すると、熱延鋼板の延性も低下しやすくなる。
一方、２５℃／ｓよりも遅い冷却速度で冷却すると、ＡｌＮやＢＮ量が増加するために、固溶Ｎ量が１５ｐｐｍ未満になり好ましくない。
【００２１】
次に、７００〜４００℃、より好ましくは７００〜１１０℃の温度範囲において、平均６０℃／ｓ以上の冷却速度で冷却する必要がある。この冷却は、鋼中に残存する固溶Ｃ量を本発明範囲内にするために必要な冷却条件である。冷却速度が６０℃／ｓよりも遅い場合は、固溶Ｃ量が４０ｐｐｍ未満となり、塗装焼き付け処理による引張り強さが上昇しない。
【００２２】
表１に示す組成の鋼を熱延し、冷却速度を変えることによって、固溶Ｃ量と固溶Ｎ量の種々異なる鋼板を製造した。固溶Ｃ量と固溶Ｎ量は、内部摩擦測定装置によって測定した。これら鋼板の引張り強さを測定するために、ＪＩＳ５号引張り試験片に加工後、引張り試験を行った。一方、これら鋼板の１５０℃の塗装焼き付け処理による強度上昇を測定するために、ＪＩＳ５号引張り試験片に１２％の引張り加工を施した後に１５０℃の温度に加熱し３０ｍｉｎ保持した後に引張り試験を行い、引張強さを測定した。これらの測定値に基づいて、強度の上昇量（ΔＴｓ）を得た。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
図１は、塗装焼き付け処理による引張り強さ上昇量（ΔＴｓ）と固溶Ｃ量、固溶Ｎ量との関係を示したものである。
鋼中の固溶Ｃ量が４０ｐｐｍ以上で、かつ固溶Ｎ量が１５ｐｐｍ以上の場合に高い引張り強さ上昇を示すことがわかる。
【００２５】
なお、上記調査において組成や固溶Ｃ量、固溶Ｎ量を本発明の範囲内で変更した場合でも同様に高い引張り強さ上昇が得られることがわかった。
固溶Ｎ量を多くして強度の向上を図ることは可能であるが、例えば、固溶Ｎ量を３０ｐｐｍ以上含有させる場合は、低温での塗装焼付処理においても強度上昇は得られるものの、安定製造が困難である上、製造後の時効による延性低下が激しく、加工において注意が必要である。このようなことから、本発明においては、固溶Ｎ量を低めに抑える一方、熱延後の冷却条件を制御して確保された適切な固溶Ｃ量を確保することによって、すなわち、固溶Ｎ量と固溶Ｃ量を限定して含有させることによって、低温における焼付塗装処理においても大きな強度向上効果をうることができるものである。
本発明の鋼板は、上述の組成の鋼を溶製し、これを鋳造して鋼片とした後、この鋳片を再加熱し、あるいは再加熱することなく所要の板厚に熱間圧延し、熱間圧延後の鋼板の冷却において、上述した冷却条件にて冷却して得ることができる。
この冷却は、所要の冷却速度が得られるものであれば公知の冷却装置を用いてよく、ランアウトテーブル上で所定の冷却速度で４００℃以下まで好ましくは１１０℃以下まで冷却する。この後、巻き取って冷却させる。
以上のように、本発明は、組成、固溶Ｃ量、固溶Ｎ量を特定の範囲内にすることで、１５０℃という低温の塗装焼き付け処理を行った場合においても高い引張り強さ強化能を発揮できる熱延鋼板を提供することができる。
【００２６】
【実施例】
以下に本発明の実施例を比較例と共に示す。
【００２７】
表２に示すような組成の鋼を熱延によって熱延鋼板とするに際し、同じく表２に示す冷却条件により冷却した。得られた鋼板の鋼中の固溶Ｃ量、および固溶Ｎ量は内部摩擦測定装置によって測定した。
試料番号１〜１２は、組成、固溶Ｃ量、固溶Ｎ量および熱延後の冷却条件のいずれも本発明範囲内であり、試料番号１３〜２６は、これらの条件うちひとつまたは複数が本発明範囲から外れている。
これら鋼板の材質特性を測定するために、ＪＩＳ５号引張試験片に加工後、引張試験を行った。一方、１５０℃の塗装焼き付け処理による強度上昇を測定するために、ＪＩＳ５号引張試験片に１２％の引張り加工を施した後に１５０℃の温度に加熱し３０ｍｉｎ保持した後に引張試験を行い、引張強さを測定し、上記鋼板との引張強さの差を測定した。それぞれの鋼板の１５０℃での処理による強度上昇量を表３に示す。さらに、焼付硬化性鋼板は、一般的に時間経過と共に延性が徐々に低下しはじめることから、延性低下の影響がほぼなくなる２ヶ月経過後の材料の延性も測定した。その結果を表３に示す。
【００２８】
【表２】
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【００２９】
表２および表３よりわかるように１５０℃の温度処理において９０ＭＰａ以上という高い強度上昇を示すためには、本発明範囲内の化学成分、固溶Ｃ量、固溶Ｎ量および熱延後の冷却条件が必要であることが明らかである。また、９０ＭＰａ以上の強度上昇を示す場合でも、本発明範囲の化学成分、固溶Ｃ量、固溶Ｎ量および熱延後の冷却条件から外れた場合（試料番号１４，１６，１８，２０，２２，２４）は、製造２ヶ月経過後の伸びは、本発明のどの例と比べても低いことがわかる。
なお、表３には、強度（Ａ）、２ヵ月後の伸び（Ｂ）も示しているが、強度に対する伸び値の高さを示す指標として、Ａ×Ｂを参考のために示した。本発明材はこの値が大きく、同じ強度であれば、２ヶ月経過後に高い伸びが確保されていることがわかる。比較例において、この値が高いものは、加工後の強度上昇量が（Ｄ）が低い。
固溶Ｃ量、固溶Ｎ量の一方または両方が本発明範囲より高い比較例では、引張強さの上昇は見られても２ヶ月経過後の延性が低い。すなわち、Ａ×Ｂ値が低いことがわかる。
【００３０】
【表３】
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【００３１】
【発明の効果】
以上のように、本発明の鋼板は、鋼板の組成、固溶Ｃ量、固溶Ｎ量を特定の範囲にすることによって、従来の塗装焼き付け処理温度よりも低温である１５０℃の塗装焼き付け処理においても高い引張り強さ上昇を示す熱延鋼板である。この鋼板は、熱延後の冷却速度コントロールにより製造することができる。塗装焼付処理の低温化に対してもその効果を充分に発揮できる優れた鋼板である。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱延鋼板の１５０℃での塗装焼き付け処理を行った場合の引張り強さ上昇量におよぼす固溶Ｃ量、固溶Ｎ量の影響を示す図である。
【図１】
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