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技術 高強度鋼板及びその製造方法

出願人 本田技研工業株式会社
発明者 興津貴隆
出願日 2004年12月3日 (16年10ヶ月経過) 出願番号 2004-351139
公開日 2006年6月22日 (15年3ヶ月経過) 公開番号 2006-161077
状態 特許登録済
技術分野 薄鋼板の熱処理 金属圧延一般
主要キーワード 単位添加量 小型設備 静的変形 軟質フェライト 設定理由 高速変形 衝撃エネルギー吸収能 公称歪み
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (14)

課題

合金元素添加量を抑制してフェライト結晶粒微細化により強度を上昇させ、しかも同時にプレス成形時に重要となる強度と延性とのバランスに優れ、静動差が170MPa以上である、ナノ結晶粒結晶粒径が1.2μm以下)を含む高強度鋼板を提供する。

解決手段

フェライト相と上記フェライト相中に分散する硬質2相とからなる金属組織を呈し、前記金属組織に占める硬質第2相の面積率が3〜30%であり、前記フェライト相中に占める、結晶粒径が1.2μm以下のナノ結晶粒の面積率が15〜90%であり、結晶粒径が1.2μm以下のナノ結晶粒の平均粒径dSと結晶粒径が1.2μmを超えるミクロ結晶粒の平均粒径dLとが下記の式を満たすことを特徴とする高強度鋼板。

数1

dL/dS≧3

概要

背景

高強度鋼板は、自動車のボディ等に使用されるが、このような鋼板に関する技術としては、以下のようなものが開示されている。即ち、成分を限定した鋼を体積分率で3%以上の残留オーステナイトを含む複合組織とし、少なくとも1/2板厚における板面の{100}〈011〉〜{223}〈110〉方位群のX線ランダム強化比の平均値が3.0以上でかつ{554}〈225〉、{111}〈112〉及び{111}〈110〉の3つの結晶方位のX線ランダム強化比の平均値が3.5以下、さらに圧延方向のr値及び圧延方向と直角方向のr値のうち少なくとも1つが0.7以下である加工時の形状凍結性衝撃エネルギー吸収能に優れた高加工性高強度鋼板が開示されている(特許文献1参照)。

また、質量%で、C:0.05〜0.20%、Si:2.0%以下、Mn:0.3〜3.0%、P:0.1%以下、Al:0.1%以下を含み、残部Fe及び不可避的不純物からなり、マルテンサイト相と残部が実質的にフェライト相からなる2相組織鋼板であり、マルテンサイト相の体積率が5〜30%で、マルテンサイト相の硬さHv(M)とフェライト相の硬さHv(F)の比Hv(M)/Hv(F)が3.0〜4.5である高強度鋼板が開示されている(特許文献2参照)。

さらに、表面を清浄化した複数の金属板を積層し、その先端部を接合する工程と、先端部を接合された積層板を、再結晶温度未満で回復が起こる温度域に加熱する工程と、再結晶温度未満で回復が起こる温度域に加熱された積層板を、所定の板厚まで圧延して接合する工程と、接合圧延された積層板を長手方向に所定の長さに切断して、複数の金属板となし、これらの表面を清浄化する工程とを複数サイクル繰り返し行うことにより、金属板の平均結晶粒径を1μm以下に微細化する超微細組織高強度金属板の製造方法が開示されている(特許文献3参照)。

加えて、普通低炭素鋼又は0.01%以下でマルテンサイト変態促進に有効な量のBを添加した普通低炭素鋼を加工・熱処理し、オーステナイト結晶粒を粗大化させた後に水冷することにより得られたマルテンサイト相が90%以上の鋼材を低ひずみ加工、具体的には全圧下率が20%以上高々80未満の冷間圧延と500℃以上600℃以下の低温焼鈍により平均結晶粒径を1.0μm以下の超微細結晶粒フェライト組織とすることによって得られた引張強度が800MPa以上であり、均一伸びが5%以上、破断伸びが20%以上の高強度・高延性低炭素鋼材が開示されている(特許文献4参照)。

特開2002−97545号公報(特許請求の範囲)
特開平10−147838号公報(特許請求の範囲)
特開2000−73152号公報(特許請求の範囲)
特開2002−285278号公報(特許請求の範囲)

概要

合金元素添加量を抑制してフェライト結晶粒の微細化により強度を上昇させ、しかも同時にプレス成形時に重要となる強度と延性とのバランスに優れ、静動差が170MPa以上である、ナノ結晶粒結晶粒径が1.2μm以下)を含む高強度鋼板を提供する。フェライト相と上記フェライト相中に分散する硬質第2相とからなる金属組織を呈し、前記金属組織に占める硬質第2相の面積率が3〜30%であり、前記フェライト相中に占める、結晶粒径が1.2μm以下のナノ結晶粒の面積率が15〜90%であり、結晶粒径が1.2μm以下のナノ結晶粒の平均粒径dSと結晶粒径が1.2μmを超えるミクロ結晶粒の平均粒径dLとが下記の式を満たすことを特徴とする高強度鋼板。 dL/dS≧3

目的

本発明は、上記種々の事情に鑑みてなされたものであり、合金元素添加量を抑制してフェライト結晶粒の微細化により強度を上昇させ、しかも同時にプレス成形時に重要となる強度と延性とのバランスに優れ、静動差が170MPa以上である高強度鋼板及びその製造方法を提供することを目的としている。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
4件

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請求項1

フェライト相と前記フェライト相中に分散する硬質2相とからなる金属組織を呈し、前記金属組織に占める硬質第2相の面積率が3〜30%であり、前記フェライト相中に占める、結晶粒径が1.2μm以下のフェライトの面積率が15〜90%であり、前記フェライト相中において、結晶粒径が1.2μm以下のフェライトの平均粒径dSと結晶粒径が1.2μmを超えるフェライトの平均粒径dLとが下記(1)式を満たすことを特徴とする高強度鋼板。[数1]dL/dS≧3…(1)

請求項2

鋼板圧延方向に平行な断面において、3μm四方正方形格子を任意に9個以上取り出した場合に、各格子での硬質第2相の面積率をAi(i=1,2,3,…)とするとき、Aiの平均値A(ave)と標準偏差sとが下記(2)式を満たすことを特徴とする請求項1に記載の高強度鋼板。[数2]s/A(ave)≦0.6…(2)

請求項3

Cを含有するとともに、Si、Mn、Cr、Mo、Ni及びBのうちの少なくとも1種を含有し、C(全C量からNb、Tiと結合しているC量を減じた固溶炭素量)が、下記(3)式を前提に、下記(4)式〜(6)式を満たすことを特徴とする請求項1又は2に記載の高強度鋼板。[数3]F1(Q)=0.65Si+3.1Mn+2Cr+2.3Mo+0.3Ni+2000B…(3)F1(Q)≧−40C+6…(4)F1(Q)≧25C−2.5…(5)0.02≦C≦0.3…(6)ただし、(3)式中、各添加元素には、その添加元素の構成比率(質量%)を代入するものとする

請求項4

含有成分が、下記(7)式、(8)式を前提に、下記(9)式を満たすことを特徴とする請求項3に記載の高強度鋼板。[数4]F2(S)=112Si+98Mn+218P+317Al+9Cr+56Mo+8Ni+1417B…(7)F3(P)=500×Nb+1000×Ti…(8)F2(S)+F3(P)≦360…(9)ただし、(7)式、(8)式中、各添加元素には、その添加元素の構成比率(質量%)を代入するものとする

請求項5

質量%で、Nb:0.72%以下及びTi:0.36%以下のうちの少なくとも1種を含有することを特徴とする請求項3又は4に記載の高強度鋼板。

請求項6

質量%で、P:2%以下及びAl:18%以下のうちの少なくとも1種を含有することを特徴とする請求項4又は5に記載の高強度鋼板。

請求項7

質量%で、Si:5%以下、Mn:3.5%以下、Cr:1.5%以下、Mo:0.7%以下、Ni:10%以下及びB:0.003%以下であることを特徴とする請求項3〜6のいずれかに記載の高強度鋼板。

請求項8

請求項1〜7のいずれかに記載の高強度鋼板の製造方法であって、金属組織がフェライト相と硬質第2相とからなる熱間圧延鋼板に、加工度指数Dが下記(10)式を満たす冷間圧延を行い、その後下記(11)式を満たす焼鈍を行うことを特徴とする高強度鋼板の製造方法。[数5]D=d×t/t0≦1…(10)(d:硬質第2相の平均間隔(μm)、t:冷間圧延後の板厚、t0:熱間圧延冷間圧延前の板厚)680<−40×log(ts)+Ts<770…(11)(ts:保持時間(秒)、Ts:保持温度(℃)、log(ts)はtsの常用対数

請求項9

前記熱間圧延鋼板の板厚方向において、硬質第2相の平均間隔が5μm以下であることを特徴とする請求項8に記載の高強度鋼板の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、高強度鋼板及びその製造方法に係り、特に、高い高速変形強度及び衝撃エネルギー吸収性能と、高い加工性とを両立させた自動車用の高強度鋼板の製造技術に関する。

背景技術

0002

高強度鋼板は、自動車のボディ等に使用されるが、このような鋼板に関する技術としては、以下のようなものが開示されている。即ち、成分を限定した鋼を体積分率で3%以上の残留オーステナイトを含む複合組織とし、少なくとも1/2板厚における板面の{100}〈011〉〜{223}〈110〉方位群のX線ランダム強化比の平均値が3.0以上でかつ{554}〈225〉、{111}〈112〉及び{111}〈110〉の3つの結晶方位のX線ランダム強化比の平均値が3.5以下、さらに圧延方向のr値及び圧延方向と直角方向のr値のうち少なくとも1つが0.7以下である加工時の形状凍結性衝撃エネルギー吸収能に優れた高加工性高強度鋼板が開示されている(特許文献1参照)。

0003

また、質量%で、C:0.05〜0.20%、Si:2.0%以下、Mn:0.3〜3.0%、P:0.1%以下、Al:0.1%以下を含み、残部Fe及び不可避的不純物からなり、マルテンサイト相と残部が実質的にフェライト相からなる2相組織鋼板であり、マルテンサイト相の体積率が5〜30%で、マルテンサイト相の硬さHv(M)とフェライト相の硬さHv(F)の比Hv(M)/Hv(F)が3.0〜4.5である高強度鋼板が開示されている(特許文献2参照)。

0004

さらに、表面を清浄化した複数の金属板を積層し、その先端部を接合する工程と、先端部を接合された積層板を、再結晶温度未満で回復が起こる温度域に加熱する工程と、再結晶温度未満で回復が起こる温度域に加熱された積層板を、所定の板厚まで圧延して接合する工程と、接合圧延された積層板を長手方向に所定の長さに切断して、複数の金属板となし、これらの表面を清浄化する工程とを複数サイクル繰り返し行うことにより、金属板の平均結晶粒径を1μm以下に微細化する超微細組織高強度金属板の製造方法が開示されている(特許文献3参照)。

0005

加えて、普通低炭素鋼又は0.01%以下でマルテンサイト変態促進に有効な量のBを添加した普通低炭素鋼を加工・熱処理し、オーステナイト結晶粒を粗大化させた後に水冷することにより得られたマルテンサイト相が90%以上の鋼材を低ひずみ加工、具体的には全圧下率が20%以上高々80未満の冷間圧延と500℃以上600℃以下の低温焼鈍により平均結晶粒径を1.0μm以下の超微細結晶粒フェライト組織とすることによって得られた引張強度が800MPa以上であり、均一伸びが5%以上、破断伸びが20%以上の高強度・高延性低炭素鋼材が開示されている(特許文献4参照)。

0006

特開2002−97545号公報(特許請求の範囲)
特開平10−147838号公報(特許請求の範囲)
特開2000−73152号公報(特許請求の範囲)
特開2002−285278号公報(特許請求の範囲)

発明が解決しようとする課題

0007

一般に、自動車の衝突時に乗員を保護するためには、車体に使用される鋼板の強度を高めて、衝撃エネルギー吸収能を向上させることが効果的である。しかしながら、鋼板の強度を単に高めると加工性が低下してプレス成形が困難になる。このため、プレス成形時に相当する静的変形時の応力と、衝突時に相当する動的変形時の応力との差である、いわゆる静動差を高めて、プレス成形性と衝撃エネルギー吸収能とを両立させることが一般的である。

0008

即ち、上記特許文献1には、静動差の高い鋼板として、フェライトと残留オーステナイトとの複合組織を呈する鋼板が提案されており、この技術によれば、特許文献1(13頁、表2)に示されているように、例えば、静的変形時の応力が784MPaで静動差が127MPaの鋼板が得られる。しかしながら、この静動差は軟鋼板のものと比較すると低い。従来、静的変形時の応力が500MPaを超える高強度鋼板に、軟鋼板に相当する170MPa以上の静動差を付与することは不可能であった。

0009

その理由について、以下に説明する。軟鋼板を原料として、従来の方法、即ち固溶強化析出強化、複合組織強化及び焼入れ強化等によって強度を高めるには、多量の合金元素の添加が必要である。このため、このような一連の手法を施した場合には、フェライトの純度が低下する。ここで、フェライトの静動差は、転位の移動時に乗り超えるべきポテンシャルの高さのうち、原子熱振動に助けられる部分である熱的成分によって決定される。熱的成分が大きければ、変形応力歪速度依存性も大きくなるが、フェライトの純度が低いと熱的成分が低下するため、結果として変形応力の歪み速度依存性も小さくなる。従って、従来手法で鋼の強度を高める場合には、静動差の低下は避けられなかった。

0010

また、上記特許文献2では、フェライトとマルテンサイトとの複合組織鋼において固溶C量を制御することにより、塗装焼付け相当の処理(2%予歪み及び170℃×20分の熱処理)を施すことで、強度を高めることができるとされている。しかしながら、この方法では、歪みの入らない部位の強度は変わらないため、プレス工程の簡略化により絞り成形から曲げ成形へ変更した場合には、強度向上効果が得難くなる。さらに、近年では塗装焼付けの低温化及び短時間化が進んでいるため、期待どおりの上記効果を得難い。従って、塗装焼付け処理を考慮しなくても、優れた衝撃吸収エネルギーの得られる鋼板の開発が要請されていた。

0011

このような事情の下、発明者は、上述したような従来手法に依存しない鋼の高強度化手法として、フェライト結晶粒の微細化に着目してきた。即ち、この方法は、合金元素添加ではなく結晶粒界面積を増大することにより、合金元素添加を極力抑え、フェライトの純度を高く維持したまま結晶粒の微細化によって強度を高める方法である。この方法のメカニズム骨子は、パイエルスポテンシャルにおける1回のジャンプで必要な移動距離が、結晶粒の大小に依存しないことから、変形応力の歪速度依存性も結晶粒の大きさに依存しないとの理由による。

0012

ここで、結晶粒径と強度との関係は、ホール・ペッチの式が周知であり、変形強度は結晶粒径の−1/2乗に比例する。この式によれば、結晶粒径が1μmより小さくなると急激に強度を上昇させることができ、例えば、結晶粒径が10μmの場合と1μmの場合とを比較すると、強度は3倍以上になる。

0013

ところで、プレス成型が可能な鋼板に関し、フェライト結晶粒径を1μmよりも小さいナノメートルオーダーまで微細化する方法としては、上記特許文献3に開示されたものが挙げられる。この方法では、繰り返し重ね圧延を7サイクル行うと、結晶粒径がナノメートルのオーダーの超微細組織となり、引張強度も原料であるIF鋼の3.1倍(870MPa)に達する。しかしながら、この方法には2つの欠点がある。

0014

第1の欠点は、結晶粒径1μm以下の超微細結晶粒(以下、「ナノ結晶粒」と称する)のみの組織では、材料の延性が極端に低いことである。この理由は、当該特許文献の発明者らによる論文、例えば「鉄と鋼」(日本鉄鋼協会、第88巻第7号(2002年)365頁、図6(b))に記載されている。即ち、フェライト結晶粒径が1.2μmより小さくなると急激に全伸びが低下し、同時に均一伸びもほぼ0にまで低下する。このような組織はプレス加工用鋼板には不適である。

0015

第2の欠点は、工業的プロセスにおいて繰り返し重ね圧延を行う場合に、生産性を害し、生産コストの大幅な上昇を招くことである。結晶粒の超微細化のためには、大きな歪みを付与することが必要であり、例えば、5サイクルの重ね圧延によって、圧延率換算で97%もの歪みを与えることで、初めて結晶粒の超微細化が可能である。なお、この超微細化を通常の冷間圧延で行うためには、例えば厚さ32mmから1mmまで圧延する必要があり、現実的に実施できない。

0016

本発明は、上記種々の事情に鑑みてなされたものであり、合金元素添加量を抑制してフェライト結晶粒の微細化により強度を上昇させ、しかも同時にプレス成形時に重要となる強度と延性とのバランスに優れ、静動差が170MPa以上である高強度鋼板及びその製造方法を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0017

発明者は、合金元素添加量を抑制してフェライト結晶粒の微細化により強度を上昇させ、しかも同時にプレス成形時に重要となる強度と延性とのバランスに優れ、静動差が170MPa以上である高強度鋼板について鋭意研究を重ねた。その結果、鋼板の組織を、結晶粒径が1.2μm以下のフェライト(以下、本願においては、単に「ナノ結晶粒」と称する)の単独組織ではなく、ナノ結晶粒と結晶粒径が1.2μmを超えるフェライト(以下、本願においては、単に「ミクロ結晶粒」と称する)との混合組織とすることを前提に、鋼板中に含まれる硬質第2相の比率の適正化、及び硬質第2相を除いた部分の組織の適正化により、静的変形時にはナノ結晶粒の影響を抑制して低強度でありながら、動的変形時にはナノ結晶粒の影響を発揮することのできる高強度鋼板を得ることができるとの知見を得た。なお、本発明の技術分野においては、一般に、ナノ結晶粒とは、結晶粒径が1.0μm以下の結晶粒をいい、また、ミクロ結晶粒とは、結晶粒径が1.0μmを超える結晶粒をいうが、本願では、上記したように、ナノ結晶粒とミクロ結晶粒との間における、結晶粒径の臨界値を1.2μmと定義する。

0018

即ち、本発明の高強度鋼板は、フェライト相と上記フェライト相中に分散する硬質第2相とからなる金属組織を呈し、上記金属組織に占める硬質第2相の面積率が3〜30%であり、上記フェライト相中に占めるナノ結晶粒の面積率が15〜90%であり、上記フェライト相中において、ナノ結晶粒の平均粒径dSとミクロ結晶粒の平均粒径dLとが下記(1)式を満たすことを特徴としている。
[数1]
dL/dS≧3 …(1)

0019

このような高強度鋼板においては、鋼板の圧延方向に平行な断面において、3μm四方正方形格子を任意に9個以上取り出した場合に、各格子での硬質第2相の面積率をAi(i=1,2,3,…)とするとき、Aiの平均値A(ave)と標準偏差sとが下記(2)式を満たすことが望ましい。
[数2]
s/A(ave)≦0.6 …(2)

0020

また、このような高強度鋼板においては、Cを含有するとともに、Si、Mn、Cr、Mo、Ni及びBのうちの少なくとも1種を含有し、C(全C量からNb、Tiと結合しているC量を減じた固溶炭素量)が、下記(3)式を前提に、下記(4)式〜(6)式を満たすことが望ましい。なお、(3)式中、各添加元素には、その添加元素の構成比率(質量%)を代入するものとする。
[数3]
F1(Q)=0.65Si+3.1Mn+2Cr+2.3Mo
+0.3Ni+2000B …(3)
F1(Q)≧−40C+6 …(4)
F1(Q)≧25C−2.5 …(5)
0.02≦C≦0.3 …(6)

0021

さらに、このような高強度鋼板においては、含有成分が、下記(7)式、(8)式を前提に、下記(9)式を満たすことが望ましい。なお、(7)式、(8)式中、各添加元素には、その添加元素の構成比率(質量%)を代入するものとする。
[数4]
F2(S)=112Si+98Mn+218P+317Al+9Cr+56Mo
+8Ni+1417B …(7)
F3(P)=500×Nb+1000×Ti …(8)
F2(S)+F3(P)≦360 … (9)

0022

加えて、このような高強度鋼板においては、質量%で、Nb:0.72%以下及びTi:0.36%以下のうちの少なくとも1種を含有することや、質量%で、P:2%以下及びAl:18%以下のうちの少なくとも1種を含有することが望ましく、質量%で、Si:5%以下、Mn:3.5%以下、Cr:1.5%以下、Mo:0.7%以下、Ni:10%以下及びB:0.003%以下であることが極めて望ましい。

0023

また、発明者は、上記高強度鋼板を好適に製造する方法についても鋭意研究を重ねた。その結果、通常の冷間圧延で結晶粒の超微細化を達成すべく、圧延前の結晶組織軟質なフェライトと硬質第2相との複合組織とするとともに、硬質第2相の間隔に応じた所望な圧延率により冷間圧延を施し、さらに結晶粒成長を抑制できる温度、時間で焼鈍することにより、上記のミクロ結晶粒とナノ結晶粒との混合組織の高強度鋼板が得られるとの知見を得た。

0024

即ち、本発明の高強度鋼板の製造方法は、金属組織がフェライト相と硬質第2相とからなる熱間圧延鋼板に、加工度指数Dが下記(10)式を満たす冷間圧延を行い、その後下記(11)式を満たす焼鈍を行うことを特徴としている。
[数5]
D=d×t/t0≦1 …(10)
(d:硬質第2相の平均間隔(μm)、t:冷間圧延後の板厚、t0:熱間圧延冷間圧延前の板厚)
680<−40×log(ts)+Ts<770 …(11)
(ts:保持時間(秒)、Ts:保持温度(℃)、log(ts)はtsの常用対数

0025

このような高強度鋼板においては、上記熱間圧延鋼板の板厚方向において、硬質第2相の平均間隔が5μm以下であることが望ましい。

発明の効果

0026

本発明によれば、ナノ結晶粒とミクロ結晶粒との混合組織の鋼板中に含まれる硬質第2相の比率の適正化、及び硬質第2相を除いた部分の組織の適正化により、静的変形時にはナノ結晶粒の影響を抑制して低強度でありながら、動的変形時にはナノ結晶粒の影響を発揮することのできる高強度鋼板を得ることができる。

0027

また、本発明によれば、圧延前の結晶組織を軟質なフェライトと硬質第2相との複合組織とするとともに、硬質第2相の間隔に応じた必要圧延率により冷間圧延を施し、さらに結晶粒成長の生じない温度域で焼鈍することにより、上記のミクロ結晶粒とナノ結晶粒とからなる混合組織の高強度鋼板を製造することができる。このようにして得られた本発明の高強度鋼板は、合金元素添加量を抑制してフェライト結晶粒の微細化により強度を上昇させたものであり、しかもプレス成形時に重要となる強度と延性とのバランスに優れ、静動差が170MPa以上のものである。

発明を実施するための最良の形態

0028

以下に、本発明の好適な実施形態を図面を参照して説明する。まず、本発明の高強度鋼板における、種々の設定式の規定理由について述べる。なお、以下に示す各元素含有量は、全て質量%であるが、便宜上、単に%と記載する。

0029

本発明の高強度鋼板の原料としては炭素鋼を用いるが、後述するように、全C量からTi,Nbと結合しているCを減じた固溶炭素量が0.02〜0.3%となるように調整する必要がある。この炭素鋼に、焼入れ性向上及び固溶強化による鋼の強度向上を目的として、第1元素群:Si、Mn、Cr、Mo、Ni及びBのうちの少なくとも1種を含有させる。また、結晶粒の微細化及び析出強化による鋼の強度向上を目的として、第2元素群:Nb及びTiのうちの少なくとも1種を必要に応じて含有させる。さらに、固溶強化による鋼の強度向上を目的として、第3元素群:P及びAlのうちの少なくとも1種を必要に応じて含有させる。

0030

加えて、得られる鋼が下記(3)式、(7)式、(8)式を前提に、下記(4)式〜(6)式、及び(9)式を全て満足するものとする。但し、下記の式中の元素記号は、その元素の構成比率(質量%)を表し、例えば、「Cr」とは、Crの構成比率(質量%)を意味する。

0031

[数6]
F1(Q)=0.65Si+3.1Mn+2Cr+2.3Mo
+0.3Ni+2000B …(3)
F1(Q)≧−40C+6 …(4)
F1(Q)≧25C−2.5 …(5)
0.02≦C≦0.3 …(6)
F2(S)=112Si+98Mn+218P+317Al+9Cr+56Mo
+8Ni+1417B …(7)
F3(P)=500×Nb+1000×Ti …(8)
F2(S)+F3(P)≦360 … (9)

0032

ここで、これらの式中の記号の意味及び各式の規定理由を説明する。
<(3)式〜(5)式の規定理由>
F1(Q)は、鋼の焼入れ性を表す指数であり、(3)式に示すように定められ、各添加元素の構成比率(質量%)から計算するものである。

0033

後述するように、本発明の高強度鋼板の製造方法においては、冷間圧延前の金属組織を軟質なフェライトと硬質第2相(マルテンサイト、ベイナイト、残留オーステナイトのうちの少なくとも1種)との複合組織とすることが重要である。これらの組織は、熱間圧延後にフェライトとオーステナイトとからなる2相域から急冷する方法、熱間圧延後に室温まで一旦冷却してそのまま加熱する方法、又は熱間圧延後に一旦冷間圧延してから加熱してフェライトとオーステナイトとからなる2相域で保持してから急冷する方法により得られる。しかしながら、これらの組織を得るにあたっては、2つの問題がある。

0034

点目は、C量が少ないと焼入れ性が低いために、硬質第2相を得難いことである。その対策として、焼入れ性向上元素である上記第1元素群を添加して、硬質第2相を得易くする必要がある。但し、必要な焼入れ性はC量に反比例するので、C量が多ければ焼入れ性向上元素の添加量は少なくて済む。上記式(4)は、この関係を示すものである。上記(4)式に従い、必要な量の焼入れ性向上元素を添加する。なお、ここでいうC量(C)とは、後述して詳説するが、全C量からNb、Tiと結合しているC量を減じた固溶炭素量を示す。

0035

2点目は、C量が多い場合に、フェライトとオーステナイトとからなる2相域からの冷却中にパーライト変態が生じ易くなり、必要な硬質第2相を得難くなることである。これを回避するためにも、第1元素群の添加が有効である。即ち、焼入れ性向上元素の添加により、連続冷却変態線図(Continuous cooling transformation diagram:以下、単に「CCT曲線」と称する)におけるパーライト変態開始のノーズが長時間側に移動する。このため、パーライト出現を回避し、フェライトと硬質第2相との複合組織とすることができる。Cが多い場合には、パーライト変態が生じ易くなるため、多くの焼入れ性向上元素を必要とする。上記(5)式は、この関係を示すものである。上記(5)式に従い、必要な量の焼入れ性向上元素を添加する。なお、ここでいうC量も、上記したCである。

0036

<Cの説明及び(6)式の規定理由>
Cとは、全C量から、第2群元素(Nb、Ti)と結合しているCを減じた、固溶炭素量を意味し、下記(12)式で計算される値である。なお、(12)式中、それぞれ添加元素には、その添加元素の構成比率(質量%)が代入されるものとする。

0037

[数7]
C=全C量−(12/92.9×Nb+12/47.9×Ti) …(12)

0038

(12)式中の係数92.9及び47.9は、それぞれNb又はTiの原子量であり、(12/92.9×Nb+12/47.9×Ti)とは、Nb又はTiと結合して炭化物となっているC量(質量%)を示す。従って、全C量からNb又はTiと結合して炭化物となっているC量を減じたものが、固溶Cである。

0039

次に、(6)式は、固溶Cの上限値及び下限値を規定しており、その理由は、冷間圧延前の金属組織を所望の範囲で生成させるためである。ここで、下限値を0.02%としたのは、Cが0.02%未満の場合は、焼入れ性向上元素を添加しても硬質第2相が生成せず、フェライト単相となるからである。フェライト単相では、前述の繰り返し重ね圧延等の、特殊な方法を用いない限り、鋼の結晶粒径を1μmよりも小さいナノメートルのオーダーまで微細化することができない。

0040

また、上限値を0.3%としたのは、0.3%を超える場合は、目的のフェライトと硬質第2相との複合組織を得られなくなるためである。Cが0.3%を超えると、焼入れ性向上元素を添加しても、CCT曲線におけるパーライト変態ノーズが短時間側にとどまる。これにより、フェライトとオーステナイトとからなる2相域からの急冷時に、いかなる冷却速度においてもパーライト変態ノーズを横切るようになり、冷間圧延前の金属組織はフェライトとパーライトとからなる複合組織となる。

0041

ここで、パーライトは、CとFeとの化合物であるセメンタイトと、フェライトの層状組織であり、セメンタイトは変形に対して非常に脆く、冷間圧延時のエネルギーがセメンタイトの破断消費される。このため、鋼の組織にパーライトが含まれている場合には、本発明の製造方法の特徴である、軟質フェライト相に大きな歪みを与えることができない。従って、焼入れ性向上元素の添加によってパーライト変態を回避できる上限値のCは、0.03%とした。

0042

<(7)式〜(9)式の規定理由>
F2(S)は、第1元素群及び第3元素群の固溶強化作用により、高強度鋼板が強化される量を、MPa単位で表したものであり、(7)式に従い添加元素の質量%から計算する。(7)式のそれぞれの元素に乗じられている係数は、下記の考え方に基づいて下記(13)式から算出したものである。

0043

[数8]
各元素の係数=|r(X)−r(Fe)|/r(Fe)×M(Fe)/M(X) ×1000 …(13)
ここで、r(X)は、当該元素の原子半径、r(Fe)は鉄の原子半径、M(X)は当該元素の原子量、及びM(Fe)は鉄の原子量である。

0044

(13)式の意味するところは以下のとおりである。即ち、ある添加元素の原子半径と鉄の原子半径との差を鉄の原子半径で除したものが、その元素1個あたりの固溶強化量に比例する。これに、当該元素の質量%あたりに換算するために、鉄の原子量と当該元素の原子量との比を乗じ、さらに単位をMPaに換算するために1000を乗じた。表1に、用いた各元素の物理定数と、それにより計算した(13)式の係数を示す。

0045

0046

次に、F3(P)は、上記第2元素群が鋼中のCと炭化物を形成して析出強化により鋼が強化される際の、その強化量を示す指数であり、上記(8)式に示すように定められる。

0047

(8)式の意味するところは、以下のとおりである。即ち、Nb及びTiは、鋼中での炭化物形成能が高く、例えば800℃での鋼中のNbとCとの溶解度積、TiとCとの溶解度積(質量%)2は、ともに10の−5乗のオーダーである。炭素鋼中において、Ti及びNbは、固溶体としてほとんど存在できず、Cと1対1で結合した炭化物、即ちNbC又はTiCとして存在する。従って、添加したNb及びTiの添加量に比例した析出強化量が期待できる。なお、いうまでもなく、これは、Nb又はTiと結合していないCが残存している場合であり、全てのCがNb又はTiと結合している状態でさらにNb又はTiを添加しても、期待どおりの析出量は得られない。また、析出物の大きさにより析出強化量は変化する。

0048

一般に、析出物が粗大化すると析出強化能は低下する。本発明の高強度鋼板では、後述するように、冷間圧延後の焼鈍時に、Nb又はTiの炭化物が成長し易い700℃以上の温度域で長時間保持することは考慮していない。このため、Nb又はTiの炭化物は均一微細に分散し、これら元素の添加量のみにより析出強化量が定まる。上記(8)式はこのことを示すものである。

0049

ここで、(8)式中の係数500及び1000は、それぞれNb又はTiの1質量%あたりの析出強化量を表す定数で、実験により得た数値である。Nb及びTiの析出強化量を合計したものが、F3(P)、即ち全析出強化量である。

0050

このような知見の下、(9)式は、固溶強化と析出強化とによるフェライトの強化量の合計を、360MPa以下にすべきことを示している。これは、鋼板の強化量が高すぎると、本発明の特徴である、高い静動差(動的強度と静的強度と差)が発現しなくなるためである。前述のように、多量の合金元素を添加してフェライトを大きく強化すると、同時にフェライト純度が低下し、フェライトの変形応力の歪み速度依存性が小さくなる。本発明の高強度鋼板の金属組織では、フェライトの純度が所定以上の場合には従来鋼よりも高い静動差が得られるものの、フェライトの純度が低すぎると高い静動差が発現しなくなる。

0051

発明者は、高い静動差を発現するため、必要なフェライトの純度を定量化することを試みた。その結果、各添加元素がフェライトの静動差に及ぼす悪影響度は、単位添加量(質量%)あたりのフェライト強化量(固溶強化、析出強化)に比例することを実験的につきとめた。その結果をもとに、鋭意研究したところ、高い静動差を発現できるフェライト強化量の上限値が360MPaであることが判明した。上記(9)式は、これを数値化したものである。

0052

<各化学成分の限定理由>
次に、本発明の高強度鋼板における、各化学成分の限定理由について述べる。なお、以下に示す各元素の含有量についても、単位は全て質量%であるが、便宜上、単に%と記載する。また、Cについては、(6)式で個別に限定し、その他の元素については、ほとんどの場合に(4)式,(5)式によって下限値が、(9)式,(14)式,(15)式によって上限値が個別に限定されるが、さらに、個別に上限値を設定する。
[数9]
Cr≦1.5 …(14)
Mo≦0.7 …(15)

0053

<C:固溶Cで0.02〜0.3%>
Cの添加により、フェライトとオーステナイトとからなる混合組織を高温で生じさせることができ、この混合組織の急冷によりマルテンサイト、ベイナイト、残留オーステナイトの硬質第2相を形成することができる。このため、Cは本発明では最も重要な元素である。

0054

本発明の高強度鋼板では、Nb及びTiを添加してもよいので、その場合に炭化物として析出するCを除いた固溶Cが、上記(6)式を満足するように、Cの添加量を調整する。固溶Cが0.02%未満であると、冷間圧延前の金属組織がフェライトとなり、固溶Cが0.3%を超えると、金属組織はフェライトとパーライトとからなる複合組織となり、ともに本発明の高強度鋼板の製造方法には適さなくなる。

0055

<第1元素群:Si,Mn,Cr,Mo,Ni,B>
これらの元素は、鋼の焼入性向上と固溶強化による鋼の強度向上とを目的として添加する。添加量は、上記(4)式、(5)式、(9)式、(14)式及び(15)式を満たすように調整する。以下に、各元素の添加量の上限値及び下限値の限定理由を説明する。

0056

<Si:0.2〜5%>
Si添加量が0.2%未満の場合は、焼入性向上の効果が明瞭に現れない。このため、下限値は0.2%とする。また、Si添加量が5%を超えると、SiがFeと結合して、結晶構造D03型又はB2型金属間化合物であるFe3Siが現れ、鋼の延性を低下させる。このため、上限値は5%とする。

0057

<Mn:0.1〜3.5%>
Mn添加量が0.1%未満の場合は、焼入性向上の効果が明瞭に現れない。このため、下限値は0.1%とする。また、Mn添加量が3.5%を超えると、室温においても、フェライトに加えてオーステナイトが安定相として存在する。オーステナイトは強度が低く、鋼全体の強度を低下させるため好ましくない。このため、上限値は3.5%とする。

0058

<Cr:0.1〜1.5%>
Cr添加量が0.1%未満の場合は、焼入性向上の効果が明瞭に現れない。このため、下限値は0.1%とする。また、Cr添加量が1.5%を超えると、鋼中のCとCrとが結合して炭化物になるため、添加量に見合った固溶Crが得られず、焼入性向上も望めない。このため、上限値は、Crが固溶状態で存在できる1.5%とする。

0059

<Mo:0.1〜0.7%>
Mo添加量が0.1%未満の場合は、焼入性向上の効果が明瞭に現れない。このため、下限値は0.1%とする。また、Mo添加量が0.7%を超えると、鋼中のCとMoとが結合して炭化物になるため、添加量に見合った固溶Moが得られず、焼入性向上も望めない。このため、上限値は、Moが固溶状態で存在できる0.7%とする。

0060

<Ni:0.2〜10%>
Ni添加量が0.2%未満の場合は、焼入性向上の効果が明瞭に現れない。このため、下限値は0.2%とする。また、Ni添加量が10%を超えると、室温においても、フェライトに加えてオーステナイトが安定相として存在する。オーステナイトは強度が低く、鋼全体の強度を低下させるため好ましくない。このため、上限値は10%とする。

0061

<B:0.0005〜0.003%>
B添加量が0.0005%未満の場合は、焼入性向上の効果が明瞭に現れない。このため、下限は0.05%とする。また、フェライトへのBの固溶限自体は非常に小さく、Bは添加量が少ない場合は主に鋼の結晶粒界に偏析して存在すると考えられるが、B添加量が0.003%を超えると粒界だけではBの存在サイトとしては不十分になり、金属間化合物であるFe2Bが現れて鋼の延性を低下させる。このため、上限値は0.003%とする。

0062

<第2元素群:Nb,Ti>
これらの元素は、結晶粒の微細化及び析出強化による鋼の強度向上を目的として、必要に応じて添加することができる。以下、各元素の添加量の上限値及び下限値の限定理由を説明する。

0063

<Nb:0.01〜0.72%>
Nb添加量が0.01%未満の場合は、微細化及び析出強化の効果が明瞭に現れない。このため、下限値は0.01%とする。また、上記(8)式から明らかなように、Nb添加量が0.72%を超えると、NbCによる析出強化量だけで360MPaとなり、上記(9)式を満足しないため、Nbの上限値は0.72%に限定される。

0064

<Ti:0.01〜0.36%>
Ti添加量が0.01%未満の場合は、微細化及び析出強化の効果が明瞭に現れない。このため、下限値は0.01%とする。また、上記(8)式から明らかなように、Ti添加量が0.36%を超えると、TiCによる析出強化量だけで360MPaとなり、上記(9)式を満足しないため、Tiの上限値は0.36%に限定される。

0065

<第3元素群:P,Al>
これらの元素は、鋼の強化元素として、必要に応じて添加することができる。以下に、各元素の添加量の上限値及び下限値の限定理由を説明する。

0066

<P:0.03〜2%>
Pの添加は、鋼の固溶強化元素として有効であるが、添加量が0.03%未満の場合は、固溶強化の効果が明瞭に現れない。このため、下限値は0.03%とする。また、P添加量が2%を超えると、金属間化合物であるFe3Pが生成し、鋼の延性を低下させる。このため、上限値は2%とする。

0067

<Al:0.01〜18%>
Alは、固溶強化元素であるとともに、脱酸剤としての効果を有し、鋼をいわゆる「キルド鋼」にすることができる。また、Alは、製鋼工程において鋼中の溶存酸素と結合してアルミナとして浮上し、これを除去することで鋼の延性や靭性を向上させることができる。このため、Alは必要に応じて添加することができる。但し、添加量が0.01%未満の場合は、脱酸剤としての効果も、固溶強化元素としての効果も明瞭に現れない。このため、下限値は0.01%とする。一方、Al添加量が18%を超えると金属間化合物であるFe3Alが生成し、鋼の延性を低下させる。このため、上限値は18%とする。

0068

<組織についての限定理由>
次に、本発明の高強度鋼板の金属組織について、詳細に説明する。
本発明の高強度鋼板の金属組織は、下記1)〜4)に記載の要件を同時に満足するものである。
1)金属組織は、フェライト相と硬質第2相(セメンタイト、パーライト、マルテンサイト、ベイナイト、残留オーステナイトのうちの少なくとも1種)とからなる。また、鋼板の、圧延方向に平行な断面を切り出し、この断面をナイタール等でエッチングした後に、走査型電子顕微鏡倍率5000倍で撮影した2次電子像(以下、「SEM写真」と称する)から測定した硬質第2相の面積率が3〜30%である。

0069

2)金属組織において、硬質第2相はフェライト相中に均一に分散しており、以下の要件を満足する。即ち、鋼板の、圧延方向に平行な断面の5000倍のSEM写真において、3μm四方の正方形格子を任意に9個以上の取り出し、各格子での硬質第2相の面積率を画像解析を用いて測定した際に、各硬質第2相の面積率をAi(i=1,2,3,…)とするとき、Aiの平均値A(ave)と標準偏差sとが、下記(2)式を満たす。
[数10]
s/A(ave)≦0.6…(2)

0070

3)鋼板の、圧延方向に平行な断面の5000倍のSEM写真において、写真の全面積から硬質第2相を除外したフェライト部のうち、ナノ結晶粒の面積率が15〜90%である。

0071

4)ナノ結晶粒の平均粒径dSと、ミクロ結晶粒の平均粒径dLとが、下記(1)式を満たす。
[数11]
dL/dS≧3 …(1)

0072

ここで、平均粒径とは、鋼板の、圧延方向に平行な断面の5000倍のSEM写真において、画像解析により全てのフェライト粒の面積を測定し、それぞれの面積から求めた円相当径を意味する。具体的には、画像解析により求めたフェライト粒の面積をSi(i=1,2,3…)とすると、円相当径Di(i=1,2,3…)は、下記(16)式により計算する。
[数12]
Di=2(Si/3.14)1/2 …(16)

0073

以上に示した要件1)〜4)の設定理由は、以下のとおりである。即ち、適量の硬質第2相を均一に分散析出させることで、フェライト部から硬質第2相へC等の固溶元素を吐き出させ、フェライトの純度を高め、これにより鋼の延性を高めるとともに、静動差を高くすることができる。硬質第2相の分散状態が不均一な場合には、硬質第2相の密度が少ないフェライト部の純度が低くなり、高い延性や静動差を発揮することができない。

0074

また、硬質第2相の面積率を3〜30%と規定した理由を以下に示す。即ち、硬質第2相の面積率が3%未満の場合は、フェライトの高純度化が不十分なために静動差が高くならない。一方、硬質第2相の面積率が30%を超えると、フェライトの純度は高く静動差が高くなるが、低純度で静動差の低い硬質第2相の悪影響が大きくなり、素材全体としての静動差は向上しない。

0075

ここで、本発明の高強度鋼板の組織において、硬質第2相とは、フェライトと平衡する相、及びこの平衡相からの冷却過程において変態した組織、さらにはそれらの焼鈍により変化した組織、の全てを指す。具体的には、セメンタイト、パーライト、マルテンサイト、ベイナイト、残留オーステナイトのいずれか1種以上のことである。セメンタイトは、鋼中でフェライトと平衡して存在する相であり、パーライト、マルテンサイト、ベイナイト、残留オーステナイトは平衡相からの変態組織である。ここで、残留オーステナイトは、高温でのみ平衡相として存在するオーステナイトが、室温まで残留した未変態のオーステナイトのことであり、実際には未変態ではあるが、オーステナイトからの冷却によって室温で得られる組織という意味で、変態組織に含めた。

0076

これらの相や組織の他にも、焼戻ベイナイト、焼戻マルテンサイトトルースタイトソルバイト、パーライトの焼鈍によりセメンタイト部が球状化した組織も存在する。しかしながら、これらの組織は、既に具体的に名称を挙げた硬質第2相のいずれかに含まれるものとして扱う。

0077

まず、焼戻ベイナイトは、ベイナイトを300〜400℃で焼鈍して靭性を向上させた組織であるが、転位密度の高いフェライトとセメンタイトとの混合組織であり、本質的にベイナイトと変わらないため、本発明においてはベイナイトに含まれるものとして扱う。

0078

次に、焼戻しマルテンサイトは、マルテンサイトを焼鈍して硬度を低減させ靭性を向上させたものであるが、本発明においてはマルテンサイトに含まれるとして扱う。マルテンサイトの焼戻しは、炭素過飽和に固溶したマルテンサイトが、フェライトと炭化物とに分解する過程である。しかしながら、例えば、社団法人日本金属学会編、講座現代の金属学 材料編4鉄鋼材料、39頁に記載されているように、300〜500℃で焼戻した場合でも、フェライトはかなり高い転位密度を持っており、ラスマルテンサイトの特徴であるパケットブロックなどの構成は変化しない。従って、硬度も高く、焼鈍マルテンサイトであっても、マルテンサイトの特徴を失っていない。さらには、上記文献の39頁に記載されているように、焼入直後のマルテンサイトに過飽和に固溶されたCは、極めて容易に拡散が起こるので、約−100℃から、既に、Cの移動が認められ、析出の準備段階が始まっている。従って、焼入れままのマルテンサイトと焼戻マルテンサイトは明瞭に区別し難い。以上を考慮して、本発明においてはマルテンサイトと焼戻しマルテンサイトは同じものとして扱う。

0079

また、トルースタイトは、現在あまり用いられない用語であるが、JIS G0201鉄鋼用語(熱処理)では、焼戻トルースタイトと焼入トルースタイトとに分類されている。焼戻トルースタイトは、マルテンサイトを焼戻したときに生じる組織であり、微細フェライトとセメンタイトとからなる組織であるが、実際は焼戻マルテンサイトのことである。また、焼入トルースタイトは、焼入時に生ずる微細パーライト組織であり、本発明ではパーライトとして一括して扱う。

0080

さらに、ソルバイトも、現在あまり用いられないが、JIS G0201鉄鋼用語(熱処理)では、焼戻ソルバイトと焼入ソルバイトとに分類されている。焼戻ソルバイトは、マルテンサイトを焼戻して粒状に析出成長させたセメンタイトとフェライトとの混合組織であるが、実際には焼戻マルテンサイトのことである。焼入ソルバイトは、焼入れ時に生成する微細パーライト組織のことであるが、本発明ではパーライトとして一括して扱う。

0081

なお、パーライトの焼鈍によりセメンタイト部が球状化した組織も、フェライトとセメンタイトとの混合組織であり、換言すれば、硬質第2相はセメンタイトである。

0082

次に、硬質第2相以外のフェライト部に関して説明する。フェライト部の組織は、大きさの異なるナノ結晶粒とミクロ結晶粒との混合組織である。このため、プレス成形時には比較的強度が低く、強度・延性のバランスに優れる一方、製品化後には、衝突時等の高速変形時に優れた強度を発揮する。従って、このフェライト部の組織により、成形性と衝撃吸収エネルギーとを高いレベルで両立することができる。

0083

なお、本願において、ナノ結晶粒の結晶粒径を1.2μm以下と定義した理由を以下に述べる。即ち、例えば「鉄と鋼」(日本鉄鋼協会、第88巻第7号(2002年)、365頁、図6(b))に開示されているように、フェライトの結晶粒径が約1.2μmである領域を境界にして、材料特性、特に延性が不連続に変化するためである。具体的には、フェライトの結晶粒径が1.2μm未満になると、全伸びが急激に低下し、均一伸びを示さなくなる。

0084

以上は、本発明の高強度鋼板に係る、種々の式の規定理由、化学成分の限定理由、及び組織についての限定理由であるが、以下に、本発明の高強度鋼板の作用効果についてのメカニズムを詳細に説明する。

0085

<本発明の高強度鋼板の作用効果についてのメカニズム1>
フェライトをナノ結晶粒とミクロ結晶粒との混合組織とすることで、高い静動差を付与できるメカニズムは、以下のとおりである。即ち、本発明の高強度鋼板は、結晶粒径が1.2μm以下のナノ結晶粒である非常に強度の高い部分と、結晶粒径が1.2μmを超える通常の強度を有するミクロ結晶粒とからなる、1つの複合組織鋼板である。本発明の高強度鋼板の静的な変形挙動については、一般的な複合組織鋼板の変形挙動と同様であり、静的な変形では、まず材料の最も変形し易い部分、具体的にはミクロ結晶粒内部又はミクロ結晶粒内のナノ結晶粒との界面付近から変形が始まる。その後、変形が徐々に進行するが、ミクロ結晶粒が変形の主体を担っている。このため、ミクロ結晶粒のみの場合と同等な応力で変形が進行し、強度と延性とのバランスも一般的なものとなる。

0086

一方、歪速度が1000/s程度の高速変形の場合には、一般的な鋼板の挙動と異なる。変形速度は静的変形の場合の約10万倍であり、軟質なミクロ結晶粒主体の変形だけでは追従が難しい。このため、ミクロ結晶粒のみならず、ナノ結晶粒の内部でも変形を担う必要がある。従って、強度の非常に高いナノ結晶粒の影響が顕著になり、高い変形応力が必要となる。

0087

この現象は、ナノ結晶粒の比率が15〜90%の範囲で発現する。ナノ結晶粒の比率が15%未満の場合は、ナノ結晶粒の影響が小さく、静的変形及び動的変形のいずれにおいても軟質なミクロ結晶粒が変形を十分に分担でき、静動差は高くならない。一方、ナノ結晶粒の比率が90%を超えると、ほとんどがナノ結晶粒であるために、静的変形時においてナノ結晶粒の影響が既に顕著で、強度は高いものの延性が低いため、プレス成形に適さない。従って、ナノ結晶粒の比率が15%未満でも90%超でも、優れた高速変形強度及び衝撃エネルギー吸収能と、優れた加工性とを両立させることができない。

0088

以上は、本発明の高強度鋼板に関する説明であるが、以下に、上記高強度鋼板を好適に製造する方法を説明する。なお、本発明の高強度鋼板の製造方法は、通常の冷延鋼板製造プロセス、即ち、スラブ溶製、熱間圧延、冷間圧延及び焼鈍の各工程によって製造することができる。

0089

<スラブ溶製>
スラブ溶製は、通常の方法で所定成分にて行う。工業的には、溶銑をそのまま用いるか、又は市中スクラップや鋼の製造工程で生じた中間スクラップ等の冷鉄源電気炉転炉で溶解した後、酸素精錬し、連続鋳造又はバッチの分塊鋳造にて鋳造する。パイロットプラント実験室等の小型設備においても、電解鉄やスクラップ等の鉄素材を、真空中又は大気中で加熱炉によって溶解し、所定の合金元素を添加した後、鋳型注入することで素材を得ることができる。

0090

<熱間圧延>
熱間圧延は、本発明の高強度鋼板の製造方法において、最初の重要なプロセスである。本発明の製造方法では、熱間圧延後の結晶組織を、フェライトが主相で、硬質第2相を面積率で10〜85%の範囲で含有する複合組織とし、さらに板厚方向に測定した硬質第2相の平均間隔を5μm以下とする。

0091

ここでいう硬質第2相とは、本発明の高強度鋼板の最終組織における硬質第2相から、パーライト及びセメンタイトを除外したものであり、マルテンサイト、ベイナイト及び残留オーステナイトのうちの少なくとも1種である。セメンタイト又はパーライトが硬質第2相である場合は、本発明の高強度鋼板の金属組織は得られない。

0092

以下に、硬質第2相を上記のように選定した理由について説明する.
本発明の高強度鋼板の金属組織は、フェライト相中に占めるナノ結晶粒が、面積率で15〜90%であるものである。この金属組織を得るためには、以下の処理を行う。即ち、まず、冷間圧延前の金属組織をフェライトと硬質第2相の複合組織とする。次いで、冷間圧延によって軟質なフェライトに大きな剪断歪みを付与する。最後に、この部分を引き続き行われる焼鈍によって、結晶粒径1.2μm以下のナノ結晶粒とする。

0093

一方、冷間圧延前に存在した硬質第2相(マルテンサイト、ベイナイト及び残留オーステナイトのうちの少なくとも1種)は、冷間圧延により変形はするものの、フェライト部ほど大きな剪断歪みが付与されない。このため、冷間圧延後の焼純工程においては、ナノ結晶粒は生成せず、セメンタイトを析出しながらフェライトへ変化するか、又は歪みの少ない新しいフェライト粒の核生成と成長による、通常の静的再結晶の過程を経て、ミクロンオーダーの結晶粒径を有するミクロ結晶粒になる。このようなメカニズムにより、ナノ結晶粒とミクロ結晶粒との混合組織が得られる。

0094

このように、硬質第2相は、マトリックスのフェライトに比して高い硬度を有し、しかも冷間圧延及び焼鈍の後には、フェライトに変化するような組織でなければならない。換言すれば、本発明の製造方法で必要とする硬質第2相とは、セメンタイトのような炭化物単独のものではなく、フェライト又はオーステナイトが主体でありながら硬度の高い組織のことである。

0095

以下に、マルテンサイト、ベイナイト及び残留オーステナイトが本発明における硬質第2相としての適格を有する理由を述べる。
マルテンサイトは、Cを過飽和に含むフェライトであり、Cによる結晶格子の歪みに起因した高い転位密度のために、硬度が高い。しかしながら、マルテンサイトのC含有量は、Fe−C平衡状態図におけるFeとFe3Cとの共晶点のC濃度である約0.8%程度が最大であり、Fe3Cの化学式で示されるセメンタイトに比して非常に少ない。このため、冷間圧延後の焼鈍工程においては、セメンタイトを析出しながらフェライトに変化する。従って、マルテンサイトは、フェライトを主体としながら硬度の高い組織であるという、本発明における硬質第2相としての適格を有している。

0096

ベイナイトは、マルテンサイトが形成し始める温度よりもやや高温で変態した組織であり、羽毛状又は針状のフェライトと微細なセメンタイトとの混合組織である。ベイナイトは、マルテンサイトほどではないがフェライト部に多量の転位を含んでおり(社団法人日本金属学会編、講座・現代の金属学 材料編4鉄鋼材料、35頁)、セメンタイトのみならず、転位密度の高いフェライト部も硬度が高い。従って、ベイナイトも、フェライトを主体としながら硬度の高い組織であるという、本発明における硬質第2相としての適格を有している。

0097

上記の説明で明らかなように、ベイナイトは、フェライトとセメンタイトとの混合組織ではあるが、セメンタイトと高転位密度のフェライト部とを組み合わせた組織全体を硬質第2相とみなすことができ、転位密度の低いフェライトマトリックス中に単独で硬質第2相として存在するセメンタイトとは、明確に区別することができる。

0098

また、金属組織の観察からも、ベイナイトと、セメンタイトとの違いは、明瞭に判別できる。鋼の断面を研磨・エッチングして光学顕微鏡で観察した場合、ベイナイトの組織では、高転位密度のために針状フェライト部が暗く観察され、周囲の低転位密度のフェライトマトリックスは明るく見える。一方、セメンタイト単独の組織とは、明るいフェライトマトリックスに対し、灰色に見える球状の析出相である。

0099

最後に、残留オーステナイトは、圧延工程における歪みによって、歪み誘起変態を起こしてマルテンサイトに変化するため、マルテンサイトと同じ効果があり、また、冷間圧延後の焼鈍工程における組織変化も、マルテンサイトと同様である。従って、残留オーステナイトは、本発明における硬質第2相としての適格を有している。

0100

次に、硬質第2相が単独のセメンタイト又はパーライトの場合について説明する。ここでパーライトは、フェライトとセメンタイトとが層状を成す混合組織であるので、層状のセメンタイトが硬質第2相の働きをする。従って、硬質第2相がセメンタイトの場合もパーライトの場合も本質的に同じである。硬質第2相がセメンタイトの場合は、冷間圧延において、本発明の特徴である、軟質フェライト部に大きな剪断歪みを付与することが困難である。これは、セメンタイトは変形に対して非常に脆く、冷間圧延時のエネルギーがセメンタイトの破断に消費されてしまい、フェライトに有効に歪みが付与されないためである。

0101

もっとも、圧延率が85%以上といった高圧下率で冷間圧延すれば、ナノ結晶が生成するようになる。しかしながら、その場合も、冷間圧延後の焼鈍過程における変化が、硬質第2相がマルテンサイト、ベイナイト、残留オーステナイトの場合と大きく異なるため、本発明の特徴である、ナノ結晶粒とミクロ結晶粒との混合組織とはならない。高圧下率で冷間圧延した後の焼鈍工程において、焼鈍温度Ac1変態点以下の場合は、準安定相であるセメンタイトは、その形状が層状の場合は球状へ変化するものの、セメンタイトのまま残存する。このため、焼鈍後の組織はナノ結晶粒であるフェライトとセメンタイトとになり、本発明鋼の特徴である混合組織とはならない。従って、高速変形時の強度上昇、即ち静動差が高いとう特性を示さない。

0102

また、焼鈍温度がAc1変態点以上の場合は、C濃度が非常に高いセメンタイト部が優先的にオーステナイトに変態し、その後の冷却過程において、パーライト、マルテンサイト、ベイナイト、残留オーステナイトの少なくとも1種の混合組織に変態する。このため、ナノ結晶粒であるフェライトと、これら変態組織との混合組織となる。本発明鋼の特徴である高い静動差は得られないのは同様である。本発明鋼の最終的な金属組織においては、フェライト以外の相はセメンタイトであってもよいが、フェライト相がナノ結晶粒とミクロ結晶粒との混合組織であることが重要である。

0103

ここで、熱間圧延鋼板中の硬質第2相の測定方法について説明する。熱間圧延鋼板において、圧延方向と平行な断面の400〜1000倍の光学顕微鏡写真を撮影する。その後、図1に示すように、板厚方向に3本の直線(同図においては、代表して1本の直線を示す。)を任意の位置に引く。この直線上で、硬質第2相、フェライト、硬質第2相の順に切断されるとすれば、最初の硬質第2相とフェライトとの界面から、フェライト粒を通って次の界面までの距離を、スケールにて測定し、単位をμmに換算する。この作業を、写真上で切られる全ての硬質第2相について実施し、全ての測定値を平均して、硬質第2相の平均間隔とする。

0104

次に、目的の組織を得るための製造方法について説明する。図2は、熱間圧延の温度履歴を示す図である。同図に示すように、まず、スラブをオーステナイト域即ちAc3変態点以上まで加熱し、粗圧延した後、仕上げ圧延を行う。この仕上げ圧延の温度を、Ar3変態点の直上、即ちフェライトが析出しない範囲でできるだけ低温のオーステナイト域とすることで、圧延時の粒成長を抑制する。その後、フェライトとオーステナイトとの2相域まで冷却することで、フェライトとオーステナイトとの混合組織とする。

0105

この際、圧延時のオーステナイト粒成長を抑制したことで、オーステナイトの結晶粒界から核生成するフェライトの核生成密度が高くなり、粒径を微細にすることができる。圧延時にフェライトが析出していると、加工されたフェライトがそのまま室温まで残存するので、変態により微細なフェライトを析出させるという効果が低減する。

0106

次いで、2相域にてそのまま保持するか、保持せずに急冷を行う。この急冷過程で、オーステナイト部を硬質第2相に変態させるが、2相域保持の段階で結晶粒を微細にしたことが、硬質第2相の間隔を狭くすることに有効に働く。

0107

なお、2相域からの急冷とは、鋼成分によって決まる臨界冷却速度、即ち、CCT曲線におけるパーライト変態開始のノーズを横切らずにMs点マルテンサイト変態開始温度)に到達するような冷却速度以上の速度で冷却することを意味する。

0108

このときの冷却速度が、CCT曲線におけるベイナイト変態開始ノーズも横切らない程に大きなものであれば、硬質第2相はマルテンサイトとなる。また、ベイナイト変態開始ノーズを横切ってMs点以下まで冷却すれば、硬質第2相はマルテンサイトとベイナイトとの混合組織となる。さらに、Ms点直上で冷却を停止して温度を保持した後に室温まで冷却すれば、硬質第2相はベイナイトになる。

0109

また、高強度鋼板の成分としてSiやAlを増加させた上で、Ms点直上で冷却を停止して保持した後に室温まで冷却すれば、硬質第2相にはベイナイトの他に残留オーステナイトが含まれる。パーライト変態を回避して、フェライト以外の硬質第2相にセメンタイトを含有させないことが重要である。

0110

このような高強度鋼板の製造方法にあっては、熱間圧延後の鋼板を、圧延方向と平行な断面で観察した金属組織において、板厚方向に判定した硬質第2相の平均間隔が5μm以下になるようにすることが好ましいが、その理由は後述する。

0111

<冷間圧延>
熱間圧延後の組織における硬質第2相の平均間隔をd(μm)とし、熱間圧延後(冷間圧延前)の板厚をt0、冷間圧延後の板厚をtとした場合に、加工度指数Dが下記(10)式を満たす条件で、冷間圧延を行う。
[数13]
D=d×t/t0≦1 …(10)

0112

さらに、本発明では、上記dが5μm以下とする。dが5μmを超える場合は、(8)式を満たそうとすると、t/t0が0.2以下、即ち圧延率で80%を超える高圧下圧延を行わなくてはならず、本発明のような高強度鋼板を圧延するには、圧延機に大きな負荷をかけることとなる。4段や5段のタンデム圧延機を使用して、圧延1パスあたりの圧下率を少なくしても、1回の圧延では必要な圧延率を確保できず、2回圧延の必要が生じる。従って、本発明では、現実的に1回の圧延で達成することが可能な、圧延率80%以下でもナノ結晶粒の組織が得られるように、熱延板における硬質第2相間隔を5μm以下に限定する。

0113

<焼鈍>
冷延後の素材を熱処理して加工歪みを除去するとともに、目的の金属組織を作り込む工程である。焼鈍は、冷延後の素材を加熱・保持・冷却する過程よりなるが、保持温度Ts(℃)と、Tsにて保持する時間ts(秒)との関係が、下記(11)式を満たすものとする。
[数14]
680<−40×log(ts)+Ts<770…(11)
(ts:保持時間(秒)、Ts:保持温度(℃)、log(ts)はtsの常用対数)

0114

図3は、上記保持温度及び保持時間の適正範囲を示すグラフである。(−40×log(ts)+Ts)の値が680(℃)以下の場合は、ナノ結晶粒の面積率が上限値である90%を超えてしまうため、好ましくない。一方、上記値が770(℃)以上の場合は、ナノ結晶粒の面積率が下限値である15%を下回るため、好ましくない。

0115

焼鈍後の金属組織における硬質第2相については、焼鈍パターンに応じて、種々のものを得ることができる。図4は、種々の焼鈍パターンを示す図である。同図中、パターン1,2,3は、CAL連続焼鈍ライン)の場合であり、パターン4はCGL(溶融亜鉛めっきライン)の場合であり、パターン5は箱焼鈍の場合である。また、表2に、図4に示す各焼鈍パターンにより得られる組織の一覧を示す。

0116

0117

まず、焼純温度について説明する。焼鈍温度Tsを、Acl変態点以下に設定すれば、フェライトとセメンタイトとからなる複合組織を得ることができる。また、焼鈍温度Ts及び急冷開始温度TQを、Acl変態点以上に設定すれば、マトリックスとしてのフェライトと、オーステナイトからの変態組織又は当該変態組織を焼鈍した後の焼鈍組織のうち1の少なくとも1種(硬質第2相)とからなる混合組織とすることができる。

0118

ここで、オーステナイトからの変態組織とは、パーライト、マルテンサイト、ベイナイト、さらには残留オーステナイトを意味する。ここで、残留オーステナイトは、実際には未変態ではあるが、オーステナイトからの冷却によって室温で得られる組織という意味で、変態組織に含めた。また、変態組織を焼鈍した後の焼鈍組織とは、上記変態組織の焼鈍組織であるが、上記の[0078]〜[0083]で説明したように、上記変態組織のいずれかに含まれるものとして扱う。

0119

なお、焼鈍温度Ts及び急冷開始温度TQがAcl変態点以上であっても、昇温速度が大きく保持時間が短い場合には、鋼中Cのオーステナイトへの濃化が不十分となり、フェライト中には過飽和なCが残存している可能性があり、これが冷却時にセメンタイトとして析出することがある。従って、その場合は、マトリックスとしてのフェライトと、オーステナイトからの変態組織又はそれら変態組織を焼鈍した後の焼鈍組織のうちの少なくとも1種(硬質第2相)とからなる混合組織となり、さらにフェライト中にセメンタイトを含む場合もある。

0120

また、Acl変態点は、素材の成分と加熱速度とによって決定されるものであるが、本発明においては700℃〜850℃の間である。

0121

次に、焼鈍後の冷却方法について説明する。冷却は、ガスを用いる方法、水スプレーを用いる方法或いは水とガスとの混合スプレーを用いる方法、又は水タンクへのクエンチ(WQ)或いはロールでの接触冷却のいずれかの方法で行う。ここでいうガスとは、空気、窒素水素、窒素と水素との混合ガスヘリウム又はアルゴンのいずれかである。

0122

上記冷却過程において、冷却速度が小さすぎると、フェライト結晶粒の成長が無視できなくなり、その結果ナノ結晶粒の面積率が低下するため、板温が600℃以上の範囲での冷却速度を10℃/s以上とする。板温600℃以上の範囲のみに限定した理由は、600℃未満であれば、結晶粒の成長が非常に遅いため、冷却速度の影響を実質的に無視できるからである。

0123

次に、冷却後の焼鈍パターンについては、焼鈍ラインの構成により、図4に示す5種類のパターンが適用可能である。焼鈍帯の後に、冷却帯と引き続いて過時効帯とを有する構成のラインでは、所定の温度付近にて冷却を停止し、そのまま過時効処理するパターン1か、焼鈍の後、再加熱して過時効処理するパターン2を採用することができる。また、パターン4は、CGL(溶融亜鉛めっきライン)に相当するパターンであるが、冷却の終点温度溶融亜鉛浴の温度に限定されること以外は、パターン2と同様である。

0124

既に述べたように、焼鈍温度TsがAc1変態点以下の場合は、得られる硬質第2相はセメンタイトのみであるので、以下に、焼鈍温度Ts及び急冷開始温度TQがAc1変態点以上の場合について、詳細に説明する。冷却速度が大きくCCT曲線におけるフェライト変態ノーズやベイナイト変態ノーズを横切らずにMs点以下まで冷却すれば、硬質第2相としてマルテンサイトが得られる。過時効帯があるパターン1,2及び4では、マルテンサイトは、厳密には焼戻マルテンサイトになる。但し、前述のように、焼戻マルテンサイトは依然として高い転位密度を保っているため硬度が高く、鋼の強化に大きく寄与するため、本発明ではマルテンサイトと区別せずに扱う。

0125

また、ベイナイト変態ノーズを横切るような冷却速度で冷却し、かつ冷却終了温度をMs点以下とすると、硬質第2相はマルテンサイトとベイナイトとからなる複合組織となり、過時効帯があるパターン1,2及び4において、Ms点の直上で冷却を停止してそのまま過時効処理をすれば、硬質第2相としてベイナイト或いは残留オーステナイトとベイナイトとの混合組織となる。残留オーステナイトが生成するか否かは、焼鈍時のオーステナイトの安定性により決まる。即ち、合金元素(Si、Al)を増量したり、過時効処理時間を長くしてオーステナイトへのC濃化を促進して、オーステナイトを安定化することで、残留オーステナイトは得られる。

0126

さらに、冷却速度が遅く、パーライト変態ノーズも横切るようになると、第2相にはパーライトも含まれるようになる。この際、フェライト中に微細な炭化物を含むこともある。これは、焼鈍時にフェライト中に固溶していたCが、冷却中に準安定相のセメンタイトとして析出するからである。

0127

個別具体的にみると、パターン1及び2は、得られる組織の種類は同じであり、焼鈍温度Ts及び急冷開始温度TQがAc1変態点以上の場合は、硬質第2相は、パーライト、マルテンサイト、ベイナイト、残留オーステナイトのうち少なくとも1種である。焼鈍温度TSがAc1変態点未満のときは、硬質第2相はセメンタイトのみである。

0128

次に、焼鈍パターン3のように、過時効帯を持たない構成のラインでは、焼鈍の後、100℃以下まで冷却して、完了とする。この場合、焼鈍温度Ts及び急冷開始温度TQがAc1変態点以上の場合は、硬質第2相は、パーライト、マルテンサイト、ベイナイトのうち少なくとも1種である。焼鈍温度TsがAc1変態点未満のときは、硬質第2相はセメンタイトのみである。

0129

さらに、焼鈍パターン4はCGL(溶融亜鉛めっきライン)に相当する焼鈍のパターンである。焼鈍温度から急冷して溶融亜鉛の浴にて表面に亜鉛を付着させる。その後は、図のように再加熱して亜鉛めっき層合金化させてもよいし、再加熱を省略して亜鉛めっき層を合金化させなくてもよい。得られる硬質第2相の種類は、再加熱する場合はパターン1及び2と同じであり、再加熱しない場合は、パターン3と同じである。

0130

最後に、焼鈍パターン5は、箱焼鈍である。箱焼鈍での焼鈍が完了した後に、炉体からコイルを取り出し、強制冷却して10℃/s以上の冷却速度条件を満足できる場合は、焼鈍温度に制限はないが、通常は、焼鈍が完了した後に炉体からコイルを取り出さず、炉中で冷却するため、冷却速度10℃/s以上の条件を満たせないので、焼鈍温度を600℃未満に限定する必要がある。

0131

<本発明の高強度鋼板の作用効果についてのメカニズム2>
さらに、通常の冷間圧延によってナノ結晶粒の組織が得られるメカニズムについて以下に述べる。
まず、従来からの試みとして、冒頭に述べた繰り返し重ね圧延について述べる。繰り返し重ね圧延は、板状のサンプルに大きな歪みを与え、ナノ結晶粒の組織を得るのに有効な方法である。例えば、日本塑性加工学会誌(第40巻、第467号、1190頁)に、アルミニウムの例が示されている。圧延ロール潤滑して圧延を行った場合は、方位差の少ないサブグレイン組織しか得られず、圧延ロールを潤滑しない場合はナノ結晶粒が得られる。

0132

この現象は、無潤滑により剪断変形させると、潤滑の場合よりも大きな歪みを導入することができ、また重ね圧延サイクルの繰り返しにより、前サイクルで表層だった部分が材料内部になり、結果的に材料内部まで剪断歪みが導入されるためである。即ち、繰り返し重ね圧延においても、無潤滑圧延を行って大きな剪断歪みを材料内部に与えないと、結晶粒の超微細化は達成されない。

0133

発明者は、生産性の低い繰り返し重ね圧延や、圧延ロールへの負荷が大きい無潤滑圧延を行わなくても、通常の油潤滑圧延によって材料内部に剪断歪みを付与できる手段を検討した。その結果、圧延前の組織を軟質部と硬質部との複合組織とすればよいとの知見を得た。即ち、軟質なフェライトと硬質第2相とからなる複合組織の鋼板に冷間圧延を施すことで、硬質第2相に挟まれたフェライト領域は、硬質第2相による拘束によって剪断変形する。これにより、材料内部の広い範囲に剪断歪みを導入することができる。

0134

さらに、発明者は、詳細な検討を加え、圧延前の硬質第2相間隔が様々であっても、圧延後の硬質第2相間隔が一定の値になるまで圧延を加えれば、同じように材料内部にわたり剪断変形が導入されるとの知見を得た。即ち、熱間圧延後の組織における硬質第2相の平均間隔をd(μm)とし、熱間圧延後(冷間圧延前)の板厚をt0、冷間圧延後の板厚をtとすると、加工度指数Dが、下記(10)式を満たすような条件冷間圧延を行えばよいことが判明した。
[数15]
D=d×t/t0≦1 …(10)

0135

ここで、本発明の製造方法に従って一連の工程を経て冷間圧延まで行った鋼板の、圧延方向に平行な断面の5000倍のSEM写真の例を図5に示す。白く見える硬質第2相(マルテンサイト)に挟まれた黒く見えるフェライト部が、剪断変形していることが判る。これにより、通常の圧延でも鋼板内部に大きな剪断歪みを付与することができ、引き続いて行われる焼鈍によって、ナノ結晶粒の組織を得ることができる。

0136

表3に示す組成化学組成のスラブ(発明スラブ1〜19及び比較スラブ1〜11)を溶製した。

0137

0138

次いで、これらのスラブを用いて、表4に示す諸条件で熱間圧延板を製造し、その後、表5に示す諸条件で冷間圧延及び焼鈍を施し、表6に示す焼鈍組織等を具備する鋼板(発明例1〜26及び比較例1〜26)を得た。

0139

0140

0141

0142

さらに、発明例3,2、比較例1、及び発明例11の各鋼板から、圧延方向と平行な断面を切り出して、これらを1%のナイタールでエッチングして、SEMによって組織を観察した。それらの組織を図6図9に示す。

0143

ここで、図6図7図8では、硬質第2相としてセメンタイトを含有し、残りはナノ結晶粒とミクロ結晶粒とからなる混合組織であることが判る。また、図9では、硬質第2相としてセメンタイトとマルテンサイトとを含有し、残りはナノ結晶粒とミクロ結晶粒とからなる混合組織であることが判る。

0144

加えて、各鋼板から、圧延方向と平行な方向が引張り軸になるように、図10に示す形状の引張り試験片を切り出して、引張り試験を行った。引張り試験は、鷺製作所の高速材料試験機TS−2000にて、歪速度0.01/s及び1000/sで実施した。得られた公称応力公称歪み線図から、降伏点、引張強度、吸収エネルギーなどの特性を求めた。これらの結果を表6に併記する。

0145

<発明例1〜26についての考察>
発明例1〜26については、各鋼板ともに、優れた諸材料特性を示し、特に、静動差が大きい(総じて170MPa以上)ことが判る。このため、各発明例の鋼板については、高い高速変形強度及び衝撃エネルギー吸収性能と、高い加工性とを両立させることができるため、自動車のボディ等に使用することができる。

0146

<比較例1〜26についての考察>
これに対し、比較例3〜26については、各鋼板ともに、静動差が小さい(総じて170MPa未満)ことが判る。このため、これらの比較例の鋼板については、高い高速変形強度及び衝撃エネルギー吸収性能と、高い加工性とを両立することができないため、自動車のボディ等に使用することは好ましくない。なお、比較例1,2については、170MPa以上の静動差が得られているものの、冷間圧延における圧延率が極めて高いため、圧延機に大きな負荷をかけることとなり、製造上好ましくない。

0147

<本発明のバリエーションについて>
本発明では、以上に示した製造方法のみならず、焼鈍時に実際にめっきを付着させて、溶融亜鉛めっき鋼板合金化溶融亜鉛めっき鋼板を得ることができる。また、耐食性を向上させる目的で、溶融亜鉛めっきを施した後に、さらに電気めっきラインにて鉄めっきを施すこともできる。さらに、本発明鋼の焼鈍の後に、電気めっきラインにて表面にめっきを施すことで、電気亜鉛めっき鋼板や合金化(Ni−Zn)電気亜鉛めっき鋼板を得ることができる。加えて、耐食性向上を目的として、有機皮膜処理を施すこともできる。

0148

次に、図11は、歪み3〜5%の平均応力の静動差とナノ結晶粒の面積率との関係を示すグラフである。同図によれば、上記面積率が15〜90%の範囲で、静動差が大きくなっていることが判り、本発明の請求項1で規定した数値限定根拠が確認された。

0149

なお、図11には、発明例及び比較例の他に、一般の市販材についてのデータも記載している。これらの市販材についての材料特性を表7に示す。

0150

0151

表7によれば、表6の各発明例と比較して、各市販材1〜6は、いずれも静動差が小さいことが判る。従って、各発明例の鋼板においては、従来の市販材に比して、高速変形強度及び衝撃エネルギー吸収性能と、加工性とを格段に高いレベルで両立させていることが確認された。

0152

また、図12は、歪み3〜5%の平均応力の静動差と、静的引張強度(静的TS)との関係を示すグラフである。同図によれば、各発明例はその他の例に比して吸収エネルギーが高いことが判る。

0153

また、図13は、歪み5%までの吸収エネルギーと、静的引張強度(静的TS)との関係を示すグラフである。同図によれば、各発明例はその他の例に比して吸収エネルギーが高く、静的TSが200MPa程度高い比較例等と同程度の吸収エネルギーを有することが判る。

0154

本発明によれば、例えば引張強度600MPaクラスの鋼板と同等のプレス成形性を有しながら、部品化後の衝突変形時に引張強度が大きく上昇することで、引張強度800MPaクラスと同等の高い衝撃エネルギー吸収能を有する、高強度鋼板を提供することができる。よって、本発明は、高い高速変形強度及び衝撃エネルギー吸収性能と、高い加工性との双方を要求特性とする自動車用車体に適用することができる点で有望である。

図面の簡単な説明

0155

熱間圧延板における硬質第2相どうしの間隔の測定方法を示す模式図である。
熱間圧延の熱履歴を示す図である。
焼鈍時の保持温度と保持時間との関係を示すグラフである。
5つの焼鈍パターンにおける熱履歴を示す図である。
本発明の高強度鋼板の冷間圧延後の組織を示すSEM写真である。
ナノ結晶粒が88%の結晶組織を示すSEM写真である。
ナノ結晶粒が79%の結晶組織を示すSEM写真である。
ナノ結晶粒が39%の結晶組織を示すSEM写真である。
ナノ結晶粒が15%の結晶組織を示すSEM写真である。
高速引張試験に使用した試験片の形状を示す図である。
3〜5%の平均応力の静動差とナノ結晶粒の面積率との関係を示すグラフである。
歪み3〜5%の平均応力の静動差と静的引張強度(静的TS)との関係を示すグラフである。
歪み5%までの動的吸収エネルギーと静的引張強度(静的TS)との関係を示すグラフである。

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