(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学成分がmass％で、
Ｃ  ：０．０８〜０．２０％、
Ｓｉ：０．１〜１．５％、
Ｍｎ：１．５〜２．５％、
Ａｌ：０．０２〜０．０６％、
及び不純物として、
Ｐ  ：０．０２％以下、
Ｓ  ：０．００２％以下、
Ｎ  ：０．０００５％以下、
Ｃａ：０．０００５％以下、
Ｏ  ：０．０００７％以下
を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、組織がフェライト相と低温変態生成相とで構成され、組織中の酸化物系介在物の大きさをその面積に相当する円の直径で表したとき、直径５μm 以上の介在物が２５個/mm2以下であり、引張強さが７８０ＭＰａ級以上であることを特徴とする曲げ加工性に優れた超高強度冷延鋼板。
【請求項２】
化学組成としてさらに、Ｔｉ：０．００５〜０．１０％を含有する請求項１に記載した超高強度冷延鋼板。
【請求項３】
化学組成としてさらに、
Ｍｏ：０．０５〜０．３％、
Ｃｒ：０．１〜０．５％、
Ｎｉ：０．１〜０．５％
の１種または２種以上を含有する請求項１または２に記載した超高強度冷延鋼板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は曲げ加工性に優れた、７８０ＭＰａ級以上の引張強さを有する超高強度冷延鋼板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の安全性の向上と燃費節減のための軽量化に対する要求の高まりを背景として、自動車用鋼板として加工性に優れた高強度冷延鋼板が使用されている。このような冷延鋼坂として、熱間制御圧延技術や連続焼鈍技術の普及に伴って、フェライト相と、マルテンサイトやべイナイトのような硬い低温変態生成相とを共存させた強度・延性バランスに優れる複合組織高強度鋼板が広く使用されるに至っている。
【０００３】
近年では、高強度化への要求がより一層厳しくなってきており、７８０ＭＰａ級以上の引張強さを有する超高強度冷延鋼板も使用されるようになってきた。このような超高強度鋼板では、絞り成形や張り出し成形などの複雑形状を得るためのプレス成形性は要求されないものの、極めて高い曲げ加工性が要求される場合が多い。特に、最近では、シート用スライドレールなどの曲げ半径の小さい曲げ部を備えた部材に対しても超高強度冷延鋼板が適用されつつあり、従来に対してより厳しい曲げ加工性が要求される傾向にある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
超高強度鋼板の曲げ加工性の改善については、例えば特開昭６２−１３５３３号公報や平特開昭６３−２９３１２１号公報に記載されているように、低温変態生成相の硬さを低下して、フェライト相との硬度差を小さくし、これによって曲げ加工性を向上させることが行われている。しかしながら、近年要求される厳しい曲げ加工に対しては十分満足する結果が得られていない。
【０００５】
本発明はかかる要求に鑑みなされたものであり、７８０ＭＰａ級以上の高強度を備えながら、優れた曲げ加工性を有する超高強度冷延鋼板を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、超高強度冷延鋼板を用いて曲げ半径の小さい曲げ加工を行い、その曲げ部の割れ発生状況と破面を子細に観察した結果、破面に特定の大きさの介在物、特に酸化物系介在物の存在個数が割れ発生に顕著に影響することを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明による超高強度冷延鋼板は、化学成分がmass％で、
Ｃ：０．０８〜０．２０％、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：１．５〜２．５％、Ｐ  ：０．０２％以下、Ｓ  ：０．００２％以下、Ａｌ：０．０２〜０．０６％、Ｎ  ：０．０００５％以下、Ｃａ：０．０００５％以下、Ｏ  ：０．０００７％以下、あるいはさらにＴｉ：０．００５〜０．１０％、さらにまたＭｏ：０．０５〜０．３％、Ｃｒ：０．１〜０．５％、Ｎｉ：０．１〜０．５％のうち１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、組織がフェライト相と低温変態生成相とで構成され、組織中の酸化物系介在物の大きさをその面積に相当する円の直径で表したとき、直径５μm 以上の介在物が２５個/mm2以下であり、引張強さが７８０ＭＰａ級以上であることを特徴とする。なお、前記化学成分において、Ｐ、Ｓ、Ｎ、Ｃａ及びＯは不純物である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による超高強度冷延鋼板について詳細に説明する。まず、その化学成分の限定理由について説明する。以下、単位はmass％である。
【０００９】
Ｃ：０．０８〜０．２０％
Ｃは加熱後の急冷によって低温変態生成相を生じさせるために必要であり、７８０ＭＰａ級以上の強度を確保するのに十分な量の低温変態生成相を得るためには、少なくとも０．０８％を添加する必要がある。しかし、添加量が０．２０％を越えると、延性が低下し、またスポット溶接性にも劣るようになるので、添加量の上限を０．２０％とする。
【００１０】
Ｓｉ：０．１〜１．５％
Ｓｉは鋼を強化するとともに延性を改善する作用がある。０．１％未満ではかかる作用が過少であり、一方１．５％を超えると熱間圧延の際にＳｉスケールの発生が著しくなり、鋼板の表面性状を劣化させる。このため、下限を０．１％、上限を１．５％とする。
【００１１】
Ｍｎ：１．５〜２．５％
Ｍｎはオーステナイト相の焼き入れ性を高め、冷却過程において低温変態生成相、特に主としてマルテンサイトからなる低温変態生成相の生成を容易にすると共にフェライトを強化し、延性を高める効果を有する。１．５％未満ではかかる効果が過少であり、一方２．５％を越えて添加しても上記効果が飽和し、また偏析により加工性が劣化するようになるので、上限を２．５％とする。
【００１２】
Ｐ：０．０２％以下
Ｐは鋼を強化する作用を有するが、脆化により延性を低下させるので、その上限を０．０２％とする。
【００１３】
Ｓ：０．００２％以下
Ｓは硫化物系の介在物を生成させ、加工性、溶接性を劣化させるため少ない程よく、０．００２％以下に止める。
【００１４】
Ａｌ：０．０２〜０．０６％
Ａｌは脱酸の目的で添加されるが、０．０２％未満ではその作用が過少であり、鋼中の酸素含有量を低減できない。一方、０．０６％を越えて添加してもその効果が飽和するため、上限を０．０６％とする。
【００１５】
Ｎ：０．０００５％以下
Ｎは一般的に不可避的不純物として鋼に含まれるが、その含有量が多くなると、曲げ加工性を劣化させるため、その上限を０．０００５％とする。
【００１６】
Ｃａ：０．０００５％以下
Ｃａは介在物の形態を球状化する作用があるが、製鋼段階で酸素を巻き込み、ＣａＯなどの酸化物系介在物を生成するため、本発明では不純物元素としてその含有をできるだけ抑制することが好ましく、上限を０．０００５％、好ましくは０．０００３％とする。
【００１７】
Ｏ：０．０００７％以下
Ｏ（酸素）は比較的大きな酸化物系介在物を形成しやすいので、本発明ではＣａの低減と相まってできるだけ含有量を抑制することが望ましく、その上限を０．０００７％、好ましくは０．０００６％とする。
【００１８】
本発明の鋼板は、上記成分を含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなるが、必要に応じてさらにＴｉ、あるいはさらにＭｏ，Ｃｒ，Ｎｉの１種以上を含有することができる。
【００１９】
Ｔｉ：０．００５〜０．１０％
Ｔｉは炭化物、窒化物等の析出物を形成し鋼を強化するとともに、結晶粒を微細にして降伏強度を高めるのに有効である。かかる作用を得るためには０．００５％以上は必要であるが、０．１０％を越えるとその効果が飽和するようになるので、これを上限とする。
【００２０】
Ｍｏ：０．０５〜０．３％
Ｍｏは鋼の焼き入れ性を高め、高強度化に有効な低温変態生成物の生成を促進する作用を有する。０．０５％未満ではかかる作用が過少であり、一方０．３％を越えると効果が飽和する上にコスト高となるため、その上限を０．３％とする。
【００２１】
Ｃｒ：０．１〜０．５％
ＣｒはＭｏと同様、鋼の焼き入れ性を高め、高強度化に有効な低温変態生成物の生成を促進する。０．１％未満ではかかる作用が過少であり、一方０．５％を越えると効果が飽和するようになるので、その下限を０．１％、上限を０．５％とする。
【００２２】
Ｎｉ：０．１〜０．５％
ＮｉもＭｏ、Ｃｒと同様、低温変態生成物の生成を促進する。０．１％未満ではかかる作用が過少であり、一方０．５％を越えると効果が飽和するようになり、またコスト高を招来するので、その下限を０．１％、上限を０．５％とする。
【００２３】
本発明の鋼板の組織は、フェライト相と低温変態生成相とで形成される。低温生成相は、べイナイト、マルテンサイトあるいはこれらの混合相によって構成される。これらの組織の割合は、引張強さが７８０ＭＰａ級以上となるように適宜設定される。上記複合組織の下、本発明の鋼板は組織中の所定サイズの介在物が制限された点に特徴がある。
【００２４】
本発明者は、７８０ＭＰａ級以上の超高強度鋼板に強度の曲げ加工を施し、曲げ部に発生した割れの破面を観察したところ、所定サイズの介在物の間をクラックが連結し、このクラックがさらに進展して大きな割れが発生することを見出した。さらに、クラックの連結に関与する介在物のサイズ、介在物の密度を調査したところ、大きさが５μm以上の介在物が２５個/mm2以下、好ましくは２０個/mm2 以下であれば介在物間がクラックによって連結されにくく、曲げ加工の際に割れが生じ難いことが知見された。そして、割れの原因になっている介在物は、ほとんど酸化物系の介在物であることもＥＰＭＡによって確かめられた。前記介在物の大きさは、鋼板の断面組織をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察し、介在物の面積と同面積の円（相当円）の直径によって表したものである。
なお、本発明の鋼板は、上記のように７８０ＭＰａ級以上の強度を有するように低温変態生成相の種類、量が適宜設定されるが、介在物サイズ、量を上記のように規定することで、同じ組織であっても曲げ加工性を飛躍的に向上させることができる。
【００２５】
上記のとおり、曲げ加工によって生じる割れの原因は酸化物系介在物であることに鑑み、本発明の超高強度冷延鋼板を製造するに際しては鋼の溶解において、アルミニュームによって脱酸したキルド鋼を転炉より出鋼し、取鍋にてＬＦ法にて脱硫した後、さらに真空脱ガスを行う。真空脱ガスには種々の方法を適用することができるが、ＲＨ法が比較的簡便に実施することができるので好適である。なお、従来、この種の鋼の精錬においては、基本的に真空脱ガス工程を適用しないのが通常である。
【００２６】
溶解後の鋼片は、常法に従って、１１００〜１２５０℃程度に加熱され、仕上温度Ａr3 点以上で熱間圧延を終了し、５００〜７００℃程度で巻き取り後、酸洗し、好ましくは３０〜８０％程度の圧下率にて冷間圧延され、２mm以下の薄板に加工された後、フェライト＋オーステナイト共存温度にて焼鈍処理が施される。焼鈍後、好ましくは１０℃／ｓ以上の冷却速度にて低温変態生成相を生成させる。冷却方法は、水焼き入れ、水冷ロール冷却、気水冷却、ガスジェット冷却等の適宜の方法を採ることができる。水焼き入れした場合、冷却の途中、もしくは一旦室温まで冷却後、２００〜５００℃の温度範囲にて３０秒から５分程度保持する過時効処理を施し、過飽和に固溶したフェライト中の炭素を析出させて、延性を改善することが好ましい。
【００２７】
なお、優れた曲げ加工性を有する超高強度鋼板として、例えば、特開平５−１０５９５９号公報、特開平１０−２８００９０号公報、特開平９−３０２４４０号公報に開示されているように、低温変態生成相をベイナイト主体で構成したり、表面ミクロクラックの抑制のためにＮ量を抑制し、Ｔｉを必須添加するなどの方策が採られるが、本発明は複合組織中に存在する介在物、特に酸化物系介在物の大きさと個数を制御することによって優れた曲げ加工性を達成したものであり、既存の技術とはその本質を異にするものである。
以下、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明するが、本発明はかかる実施例によって限定的に解釈されるものではない。
【００２８】
【実施例】
アルミニューム（１kg/ton）によって脱酸したキルド鋼を溶解炉から取鍋に出鋼し、表１の試料No. １，２，５，６，９〜１４についてはホタル石を主材とし、Ｃａを含まない還元性フラックスを用いてＬＦ法によって脱硫し、さらにＲＨ法による真空脱ガスを施して脱酸を促進して低Ｃａ、低Ｏの鋼を溶製した。ＲＨ法の実施に際して、溶鋼の還流時間は１チャージ（２４０ton ）当たり約９分とした。他の試料については前記Ｃａを含まない還元性フラックスあるいはＣａを含む還元性フラックスにより脱硫したが、いずれも真空脱ガスは行わなかった。
【００２９】
【表１】
0003845554.tif 000002
【００３０】
溶製された鋼の鋼片を加熱温度１２００℃程度に加熱し、仕上温度を９００℃程度として熱間圧延を終了し、巻取温度５５０〜６００℃にて巻き取り、板厚３．２mmの熱延鋼板を得た。さらに、この熱延鋼板を酸洗し、板厚１．４mmとなるように冷間圧延を施し、その後連続焼鈍により８５０℃にて再結晶焼鈍した後、室温まで急冷し、さらに３５０℃まで再加熱し、同温度にて５０〜１２０秒保持して過時効処理を行い、フェライトおよびマルテンサイトからなる複合組織の薄鋼板を得た。
【００３１】
得られた各試料鋼板より組織観察片を採取し、その板厚断面中央部をＳＥＭにて観察（倍率１０００）し、面積２０mm2 当たりに存在する介在物のサイズと個数との関係を調べ、５μm 以上の介在物の個数を求めた。介在物のサイズは介在物の面積と同面積を有する円の直径で表した。介在物の面積は画像解析ソフトによって求められた。前記調査によって得られたサイズと個数との関係の一部（試料No. １〜４）を表２および図１に示す。なお、ＥＰＭＡにより介在物はほとんど酸化物系介在物であることが確認された。
【００３２】
【表２】
0003845554.tif 000003
【００３３】
また、試料鋼板より引張試験片を採取し、機械的性質を調べた。また、穴拡げ試験片を採取し、伸びフランジ性を調べた。伸びフランジ性は、穴拡げ試験を行い、得られた限界穴拡げ率λ（％）によって評価された。穴拡げ試験は、鋼板に打抜き加工を施し、得られた打抜き穴（直径Ｄｏ＝１０ｍｍφ）に頂角６０°の円錐ポンチを差し込んで、穴を押し拡げ、穴の周りに生じた割れが板厚を貫通したときの穴の直径Ｄｆを測定するものであり、下記式により限界穴拡げ率λ（％）が求められる。
λ（％）＝｛（Ｄｆ−Ｄｏ）／Ｄｏ｝×１００
【００３４】
また、試料鋼板より曲げ試験片を採取し、開き角度が６０°の断面Ｖ字形の凹部を有するダイと、その凹部に係合するＶ形凸部を有するパンチを備えた成形型を用いてＶ曲げ試験を行った。この際、曲げ部に割れが発生する限界のパンチ先端部の曲げ半径（限界曲げ半径という。）を０．５mm単位で求めた。これらの結果を表３に併せて示す。
【００３５】
【表３】
0003845554.tif 000004
【００３６】
表３より、発明例（No. １，２，５，６，９〜１４）は、７８０ＭＰａ級以上の高強度を有し、しかもＶ曲げ試験における曲げ限界半径が０．５mm以下であり、優れた曲げ成形性を具備していることが分かる。
これに対して、ＲＨ法による真空脱ガスを行わなかった比較例（No. ３，４，７，８）は、７８０ＭＰａ級以上の高強度を有しているものの、含有酸素量が多くなり、これに伴って５μm 以上の大きな介在物量が増大して曲げ成形性が劣化し、伸びフランジ性も低下した。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の超高強度冷延鋼板によれば、フェライトおよび低温変態生成相からなる複合組織において、曲げ加工の際に曲げ部の割れ発生の要因となる５μm 以上の酸化物系介在物の個数を２５個/mm2 以下に制限したので、７８０ＭＰａ級以上の高強度ながら、優れた曲げ加工性を備え、従来に比して厳しい曲げ成形に適用することができ、自動車用はもとより、家電および建築など厳しい曲げ加工が必要とされる分野に好適に使用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例にかかる試料鋼板の一部における介在物のサイズと個数との関係を示す分布図である。
【図１】
0003845554.tif 000005