(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％にて
Ｃ  ：０．０５％以下、
Ｓｉ：１．５％以下、
Ｍｎ：０．０１〜１．５％、
Ｐ  ：０．１以下、
Ｓ  ：０．０１以下、
Ａｌ：０．００５〜０．１％、
Ｎ  ：０．０１％以下、
Ｃｕ：１．２〜２．５％、
Ｎｉ：０．２５〜１．５％
およびＣｒ、Ｍｏの２種を合計量で０．０３〜２．５％含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼成分を有する薄鋼板をプレス成形後、処理時間ｔ（ｓｅｃ）、処理温度Ｔ（℃）が、（B）の式を満たし、かつｔ≦１００の条件で熱処理を行うことにより、プレス成形時よりも引張強度を１９０ＭＰａ以上上昇させることを特徴とする薄鋼板を用いた成形体の製造方法。
ｅｘｐ（−（Ｔ−790)／55）＜ｔ＜ｅｘｐ（−（Ｔ−860)／55）  （B）
【請求項２】
鋼成分にさらに、
Ｔｉ：０．０１〜０．１５％、
Ｎｂ：０．０１〜０．１５％、
Ｖ  ：０．０１〜０．１５％
のうち１種または２種以上を含有させた薄鋼板を用いる請求項１記載の薄鋼板を用いた成形体の製造方法。
【請求項３】
鋼成分にさらに、
Ｂ  ：０．０００３〜０．００２％
を含有させた薄鋼板を用いる請求項１または２記載の薄鋼板を用いた成形体の製造方法。
【請求項４】
表面処理を施した薄鋼板を用いる請求項１又は請求項２又は請求項３に記載の薄鋼板を用いた成形体の製造方法。
【請求項５】
表面処理が亜鉛めっきであることを特徴とする請求項４に記載の薄鋼板を用いた成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の構造用部品など、構造上の強度、特に変形時の強度及び又は剛性が必要とされる箇所に適用されるに好適な、プレス等による加工成形後に所定温度域で強度上昇熱処理がなされる成形体の素材である高強度薄鋼板を用いた成形体の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高い成形性と優れた衝撃吸収特性を確保するために、加工成形前は比較的軟質の高強度鋼でプレス成形等の加工成形がしやすく、プレス成形等の成形加工後に低温で短時間熱処理（以下、後熱処理）を行うことで強度を上昇させ部材や部品の変形強度を高める技術がある。例えば、特開平１０−３１０８２４号公報は低Ｃ鋼にＭｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂを複合添加し強度上昇を狙った鋼である。しかし、炭化物を利用したこれらの鋼の強度上昇量は母材強度４９０ＭＰａ以下の鋼において１００ＭＰａ程度であり、最終強度として５９０ＭＰａ以上の強度が必要な部材への適用は困難である。
【０００３】
一方でＣｕの時効析出を利用することでより高い強度上昇が得られることが知られている。例えば、特公平３−６９９７９号公報は、それぞれ低Ｃ鋼、極低Ｃ鋼にＣｕを１〜２％添加しこのＣｕを固溶状態、すなわち軟化状態でプレス成形することで高加工性とし、成形後の熱処理により強度を高める技術である。更に、特開平３−７２０３４号公報は高い成形性と高い強度に加え、高い防錆性を得るためにＣｕ析出強化を熱延めっき鋼板で利用するための鋼板製造技術である。しかしながら、これらの技術はＣｕ自体の析出現象を変化させるものではないため、Ｃｕによる析出強化量は添加するＣｕ量と、熱処理温度、熱処理時間でほぼ決まってしまい、大きな強度上昇を得るためには、高温長時間の後熱処理が必要となり生産性の低減、めっき層の性能・性状劣化等の弊害が生じる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は高い成形性と部品あるいは成形体としての高い強度また更には極めて高い防錆性を成形体の生産性を落とすことなく達成することにある。すなわち、プレス成形前の低強度、高延性を生かした高成形性と低温・短時間の成形後の熱処理による強度、および各種亜鉛めっき鋼板並みの高耐食性を兼ね揃えた鋼板を用いた成形体の製造方法にかかわる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成すべく種々実験、検討を重ねた結果、Ｃｕとの相分離傾向がＦｅよりも高いＣｒ、Ｍｏを添加することによってＣｕの析出は促進され、低温・短時間の後熱処理条件による強化性が向上することを見出した。図１はこの効果を説明するものであり、Ｃｕ添加量が１．８質量％でＣｒ＋Ｍｏ量を変化させた鋼板の６００℃×４０ｓｅｃ処理による強度上昇量を記したものである。これより、この発明をなすに至ったのである。その要旨は、下記の通りである。
【０００６】
（１）質量％にて
Ｃ  ：０．０５％以下、
Ｓｉ：１．５％以下、
Ｍｎ：０．０１〜１．５％、
Ｐ  ：０．１以下、
Ｓ  ：０．０１以下、
Ａｌ：０．００５〜０．１％、
Ｎ  ：０．０１％以下、
Ｃｕ：１．２〜２．５％、
Ｎｉ：０．２５〜１．５％
およびＣｒ、Ｍｏの２種を合計量で０．０３〜２．５％含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼成分を有する薄鋼板をプレス成形後、処理時間ｔ（ｓｅｃ）、処理温度Ｔ（℃）が、（B）の式を満たし、かつｔ≦１００の条件で熱処理を行うことにより、プレス成形時よりも引張強度を１９０ＭＰａ以上上昇させることを特徴とする薄鋼板を用いた成形体の製造方法。
ｅｘｐ（−（Ｔ−790)／55）＜ｔ＜ｅｘｐ（−（Ｔ−860)／55）  （B）
（２）鋼成分にさらに、
Ｔｉ：０．０１〜０．１５％、
Ｎｂ：０．０１〜０．１５％、
Ｖ  ：０．０１〜０．１５％
のうち１種または２種以上を含有させた薄鋼板を用いる請求項１記載の薄鋼板を用いた成形体の製造方法。
（３）鋼成分にさらに、
Ｂ  ：０．０００３〜０．００２％
を含有させた薄鋼板を用いる請求項１または２記載の薄鋼板を用いた成形体の製造方法。
（４）表面処理を施した薄鋼板を用いる請求項１又は請求項２又は請求項３に記載の薄鋼板を用いた成形体の製造方法。
（５）表面処理が亜鉛めっきであることを特徴とする請求項４に記載の薄鋼板を用いた成形体の製造方法。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明はＣｕを１．０〜２．５％添加した鋼に、Ｃｕとの相分離傾向がＦｅよりも高いＣｒ、Ｍｏを添加し、後熱処理中のＣｕの析出を促進させ、低温・短時間の後熱処理条件による強化性を向上させたものである。本発明は以上のような骨子に基づくが、以下に本発明の個々の構成要件について詳細に説明する。
【０００８】
まず、本発明の成分の限定理由について述べる。
Ｃは、鋼の加工性に影響を及ぼす元素であり、含有量が多くなると、加工性は劣化する。従って、０．０５％以下とする。また、添加量が増加すると結晶粒の微細化が進み粒界面積が増大することによりＣｕの粒内固溶量が低減するため０．０２％以下が更に望ましい。
【０００９】
Ｓｉは、固溶強化を通して強度と延性を向上させるに好ましい元素である。しかし、１．５％を越えると加工性は劣化するので、１．５％を上限とする。
【００１０】
Ｍｎは、０．０１％未満では、鋼中不純物であるＳがＭｎＳとして十分に固定されず熱延時に割れを生じる。さらに、ＭｎはＳｉと同様に固溶強化により強度と延性を向上させる好ましい元素である。しかし、１．５％を越えると加工性が劣化する場合があるため１．５％を上限とする。
【００１１】
Ｐは鋼板の強度を上げる元素として必要な強度レベルに応じて添加する。しかし、０．１％を越えると鋼板の２次加工脆性の問題が発生してくるので上限を０．１％とする。
【００１２】
Ｓは鋼中に存在しない方が好ましい元素であり、特に加工性を高めるためには低い方が望ましく上限を０．０１％とする。
【００１３】
Ａｌは、ＡｌＮとしてＮをトラップし固溶Ｎを減少させることが好ましいので０．００５％以上添加する。ただし添加量が増加すると加工性が劣化するため０．１％以下を上限とする。
【００１４】
Ｎは、加工性を確保するためには少ない方が良い。０．０１％を越えると加工性が劣化してくるので、０．０１％を上限とする。
【００１５】
Ｃｕは、時効析出により鋼を著しく高強度化するが一方、Ｃｕ固溶状態にあっては鋼の延性をそれほど損なわない。時効析出による強度上昇能はＣｕ添加量によるが１．２％未満ではいかにＣｒ、Ｍｏを添加したとしても析出量が少なく、長時間を要するためほとんど強度上昇は起こらない。一方、２．５％超では強度上昇能はいかにＣｒ、Ｍｏを添加したとしてもほとんど飽和しており、これを上限とする。また、Ｃｕの添加は鋼のリサイクル性を損なうため１．８％以下が望ましい。
【００１６】
ＮｉはＣｕ添加鋼において熱延中に生じ易い表面欠陥（通称Ｃｕヘゲ）を抑制するために有効である。このため、Ｎｉは０．２５％以上の添加が必要である。しかし、添加量が大きいとその効果が飽和する上、Ｎｉが高価なため経済性が著しく損なわれるため上限を１．５０％とする。Ｎｉのこのような表面欠陥抑制効果はＣｕ添加量に応じて発揮されるためＮｉ添加量はＮｉ／Ｃｕに応じてこの比を０．２５〜０．６とすることが望ましい。
【００１７】
Ｃｒ、Ｍｏは本発明にあって極めて重要な元素である。前記の図１（Ｃｕ＝１．８％含有）に示すようにＣｕ添加薄鋼板に更にＣｒ＋Ｍｏを０．０３％以上含有せしめることによりプレス成形後の熱処理（例えば６００℃×４０ｓ加熱）によってプレス成形前に比べ著しい引張強度の上昇（ΔＴＳ）が得られることを本発明者らは見出した。
【００１８】
この原因は明確ではないがＣｒ、ＭｏがＦｅよりもＣｕとの相分離傾向が高いので、Ｃｕ鋼にＣｒ＋Ｍｏを添加するとＣｕの短時間析出を促進するものと本発明者らは考えている。Ｃｒ、Ｍｏの１種または２種の合計量として０．０３％未満ではその効果は得られず、一方、添加量が増大すると結晶粒の微細化を促進し、Ｃｕの粒内固溶量が低減するため上限を２．５％とする。
【００１９】
Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖは時効性改善、延性向上のためにＴｉ：０．０１〜０．１５％、Ｎｂ：０．０１〜０．１５％、Ｖ：０．０１〜０．１５％の一種または２種以上を添加する。Ｔｉ：０．０１％以上、Ｎｂ：０．０１％以上、Ｖ：０．０１％以上の少なくとも１種を添加するとこれらの炭窒化物が生成されＣとＮが固定され、得られる鋼板は非時効性の鋼板となり、延性の向上が得られる。また、これらの炭窒化物により鋼の強度を上げることができるため強度調整にも利用できる。Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖの上限を０．１５％とするのは０．１５％超では効果が飽和しコストアップとなるためである。
【００２０】
Ｂは２次加工脆性を抑制する作用があり、この効果を発揮するためには下限を０．０００３％とする。しかしながら、０．００２％を越えると効果は飽和するため０．００２％を上限とする。
【００２１】
次に本発明の薄鋼板の製造方法について説明する。製造方法は一般に行われている熱延鋼板、冷延鋼板、めっき鋼板の製造方法で構わない。特に熱間圧延でフェライト粒にひずみが過度に加わり加工性が低下するのを防ぐには熱間圧延をＡｒ３以上で行う。また巻き取り時のＣｕ析出が後熱処理による強度上昇量を著しく小さくすることがあるので、巻き取り温度については５００℃以下とすることが望ましい。
【００２２】
加工成形前の鋼板の強度レベルを特定するものでなく、３７０ＭＰａ級、３９０ＭＰａ級、４４０ＭＰａ級、４９０ＭＰａ級、５９０ＭＰａ級、あるいは、６９０ＭＰａ級等で比較的軟質の薄鋼板でも前記成分を有する場合にはプレス成形等の加工成形がしやすく、プレス成形等の成形加工後の鋼板の熱処理強度上昇能に優れている。
【００２３】
本発明の鋼板とは、熱延鋼板、冷延鋼板、溶融亜鉛めっき鋼板、合金化溶融亜鉛めっき鋼板、電気亜鉛めっき鋼板のいずれでもかまわず、発明の効果を享受出来る。 さらに、加工性の向上や、加工後の外観のために調質圧延を施した鋼板（ダル仕上げ鋼板、ブライト仕上げ鋼板、表面に特定形状のパターンを転写された鋼板等）、表面に防錆油、潤滑油などの油膜層を有する鋼板など、通常に薄鋼板に用いられる各種の表面処理を施したいずれの鋼板においても、本発明の成分範囲の鋼板であれば本発明の効果を十分に享受することができる。
【００２４】
特に耐食性を付与する目的では表面処理鋼板としては亜鉛系めっきを用いることが有効である。亜鉛系めっきとしては溶融亜鉛めっき、合金溶融亜鉛めっき、電気亜鉛めっき、電気亜鉛合金（亜鉛−鉄合金、亜鉛−ニッケル合金、亜鉛−クロム合金等）めっき、合金化電気亜鉛めっき等、めっき層に亜鉛を含有するものであればいづれでもかまわない。
【００２５】
ついで、上記本発明成分の鋼板を用いて加工成形、例えば絞り加工などのプレス加工を行う。プレス成形法は、特に規定するものではなく、絞り加工、張り出し加工、曲げ加工、しごき加工、打ち抜き加工等を加えても何等差し支えない。
【００２６】
プレス成形後に成形体の引張強度を１９０ＭＰａ以上上昇可能な薄鋼板からなる成形体のプレス後の熱処理（後熱処理）条件としては処理時間が処理温度に対して短すぎる場合には、十分なＣｕ析出が起こりにくく好ましくない。一方、長すぎる場合には、Ｃｕの過時効析出により強度が確保困難となり好ましくない。特に長時間時効は成形体の生産性を低下させたり、表面処理性能が低下する場合があるので、処理時間ｔ≦１００の条件及び（Ｂ）の条件を満たすものとする。
ｅｘｐ（−（Ｔ−790)／５５）＜ｔ＜ｅｘｐ（−（Ｔ−860)／５５）  （Ｂ）
【００２７】
後熱処理温度の好ましい範囲は３５０〜８００℃、更に好ましい範囲は４５０〜７００℃である。３５０℃未満では、処理時間が著しく長くなる場合があり、必ずしも工業的でない。８００℃超では、いかにＣｒ、Ｍｏを添加しても、Ｃｕの析出が十分に起こり難く後熱処理にて引張強度上昇量が小さい場合が有るので好ましくない。４５０〜７００℃では、Ｃｒ、Ｍｏの添加により、Ｃｕの析出を比較的安定的に利用出来易く、例えば数秒〜数分程度の短時間の熱処理時間でも所要の加工後熱処理強度上昇を得ることが出来るので好ましい。
加熱する熱処理方法としては、特に規定するものではなく、部分高周波加熱、通電加熱、温浴熱処理、赤外線加熱、熱風加熱など、強度の必要な所定範囲に加熱する方法であれば、いずれでもかまわない。
【００２８】
【実施例】
次に本発明を実施例に基づいて説明する。
表１に示す成分の鋼を溶製し、常法に従い連続鋳造でスラブとした。符号Ｍ，Ｎ，Ｏ，Ｑ，Ｓが本発明に従った成分の鋼で符号Ｕ、Ｖの鋼はＣｒ、Ｍｏの添加量が、Ｗ、Ｘの鋼はＣｕ添加量が本発明の範囲外である。これらの鋼を加熱炉中で１２００℃まで加熱し、８８０℃の仕上げ温度で熱間圧延を行い、５００℃以下にて巻き取る。これに続いて酸洗後、冷間圧延を行い、８５０℃×６０ｓｅｃの再結晶焼鈍を行い冷延鋼板となした。
【００２９】
得られた鋼板をＪＩＳ５号引張試験片に加工し、処理無しの機械特性値の評価を行った。各試験片のＴＳを表１に示す。さらに、成形加工後熱処理に相当するように、５〜１０％予歪み付与後、ＪＩＳ５号引張試験片に表２に示す条件にて熱処理（後熱処理）を行い、機械特性値の評価を行った。後熱処理後のＴＳおよび各熱処理によるＴＳの上昇（ΔＴＳ）を表２に示す。表２の結果より、各温度において本発明で定めた範囲の時間の熱処理を行うことで１９０ＭＰａ以上の強度上昇が得られており、この範囲外ではこれ以下の強度上昇量となる。さらに、表３においてＵ、Ｖ、Ｗ、Ｘは本発明成分外の鋼板であるが、Ｕ、Ｖの鋼板はＣｒ、Ｍｏの効果が不十分なため本発明の短時間熱処理においては１９０ＭＰａ以上の引張強度上昇を得ることはできない。Ｗ、Ｘの鋼板はＣｕ添加量が少ないためＣｒ、Ｍｏの効果により短時間化は進むものの、ΔＴＳの絶対値として十分な引張強度上昇が得られない。
【００３０】
【表１】
0004038303.tif 000002
【００３１】
【表２】
0004038303.tif 000003
【００３２】
【表３】
0004038303.tif 000004
【００３３】
【００３４】
【００３５】
【本発明の効果】
本発明によれば加工成形前は強度レベルが３７０ＭＰａ級、３９０ＭＰａ級、４４０ＭＰａ級、４９０ＭＰａ級、５９０ＭＰａ級、あるいは、６９０ＭＰａ級等で比較的軟質の薄鋼板でプレス成形等の加工成形がしやすく、そして、プレス成形等の成形加工後には比較的低温での短時間熱処理を行うことで、引張強さが上昇し部品あるいは成形体の変形強度を高めることを可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  Ｃｕ添加薄鋼板のＣｒ＋Ｍｏ含有量と加工成形後熱処理による引張強度上昇（ΔＴＳ）との関係を示す図である。
【図１】
0004038303.tif 000005