JPH06322476A

JPH06322476A - 耐衝撃性に優れた自動車用鋼板およびその製造方法

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Publication number: JPH06322476A
Application number: JP10918293A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Miura; 和哉三浦; Eiji Iizuka; 栄治飯塚; Kazunori Osawa; 一典大沢; Makoto Imanaka; 誠今中; Takaaki Hira; 隆明比良
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1993-05-11
Filing date: 1993-05-11
Publication date: 1994-11-22

Abstract

(57)【要約】【目的】高張力鋼板における静的強度値に対する動的
強度の値が、軟鋼板のそれと同等以上に高い耐衝撃性に
優れた自動車用鋼板を提供すること。【構成】Ｃ：0.0001〜0.0040wt％、Si：1.50wt％以
下、Mn：2.5 wt％以下、Ni：0.020 〜1.20wt％、Ｐ：0.
01〜0.15wt％Ｓ：0.010 wt％以下、Al：0.001 〜0.05
wt％、Ｎ：0.0050wt％以下、Ti：0.015 〜2.0 wt％およ
びNb：0.001 〜1.0wt％を含有し、かつNb, TiおよびＣ
の含有量が10≦( Nb(at%) ＋Ti(at%))／Ｃ(at%) ≦300
の関係を満たし、さらに、Ｂ：0.0015〜0.0090wt％を添
加してなる耐衝撃性に優れた自動車用鋼板、および、冷
却時に平均冷却速度：Ｔ（℃/hr)が、LogＴ≦ -53.6×C
%− 105.0×N%＋6.96×Nb% ＋28.9×Ti% ＋27.9×Al%
−3.21を満足するように処理する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主として自動車用部品
として、プレス成形等の加工が施されて用いられる自動
車用鋼板に関し、とくに自動車が走行中に万一衝突した
場合に優れた特性, 即ち耐衝撃性が求められる部位の素
材として好適に用いられる鋼板とそれの製造方法に関し
ての提案である。最近、地球環境保全の機運が高まって
きたことから、自動車からのCO₂排出量の低減が求めら
れている。そのために、自動車車体の軽量化が図られて
おり、それはまた、鋼板の高強度化によって板厚を低減
させることを意味することから、素材としてはプレス成
形性と強度の両方に優れたものが求められている。さら
に、自動車車体の設計思想に着目すると、鋼板の単なる
高強度化のみでなく、より大切なことは走行中に万一衝
突した場合の耐衝撃性に優れた鋼板、すなわち高歪速度
で変形した場合の変形抵抗の大きくしかも薄い鋼板の開
発が必要であり、これを実現してこそ自動車の安全性の
向上を伴った車体の軽量化が図られ、より望ましい自動
車用鋼板を提供することができる。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車用鋼板の材質強化の方法
は、フェライト単相組織鋼では主としてSi, Mn, Ｐとい
った置換型元素添加による固溶強化、あるいはNb, Tiと
いった炭・窒化物形成元素を添加することによる析出強
化といった方法が一般的である。例えば、特開昭56−13
9654号公報等に記載されているように、加工性、時効性
を改善するために極低炭素鋼にTi, Nbを含有させ、さら
に加工性を害しない範囲でＰ等の強化成分を含有させて
高強度化を図った鋼板が数多く提案されている。この他
にも、例えば特開昭59−193221号公報には、Si添加によ
ってさらに高強度化を図る方法の提案もなされている。

【０００３】たしかに、このような方法での鋼板の高強
度化によって、自動車ボディーの板厚減少はある程度可
能となった。しかしながら、これらの提案は、鋼板強度
の指標である降伏強度あるいは引張強度を、歪速度が10
^-3〜10^-2(s^-1) と極めて遅い静的な評価方法に基づいて
判断している。しかしながら、実際の自動車ボディーの
設計では、このような“静的”な強度よりも、衝突時の
安全性を考慮した、歪速度10〜10⁴(s^-1) での衝撃的な
変形を伴う“動的”な強度の方がより重要になるため、
従来のかような提案では、自動車車体の軽量化に対して
は真に有効な手段を提供するものとは言えない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】というのは、従来、上
述した静的な強度と動的な強度とは、同じ傾向をもつも
のとして一義的に取り扱っており、主として静的な強度
のみを基準にして判断していた。ところが、発明者らの
研究によると、動的な強度は、必ずしも静的な強度に対
応しておらず、従って、各種改良素材の静的強度の改良
がそのまま動的強度の向上にはつながらないということ
が判った。そして、この傾向は、とくに高張力鋼板につ
いて著しいものがあった。

【０００５】すなわち図１は、変形速度と強度との関
係に及ぼす軟鋼と高張力鋼との影響を示すものである。
この図に明らかなように、軟鋼板における変形速度10^-3
〜10 ^-2(s^-1) の静的強度と、10〜10⁴(s^-1) の動的強度
は軟鋼板の静的強度ほどには高い値を示さないことが判
る。このことは、自動車用高張力鋼板の板厚を静的強度
値に基づいて薄肉化した場合には、動的強度, 即ち、耐
衝撃強度の方は不足するという結果になることを意味し
ている。そして、このことはまた、静的強度値だけを基
準にして高張力鋼板の薄肉化を図ってきた従来の考え方
は見直さなければならないことを示唆している。本発明
の目的は、上述した従来技術が抱えている問題点を克服
することにあり、とくに高張力鋼板における静的強度値
に対する動的強度の値が、軟鋼板のそれと同等以上に高
い耐衝撃性に優れた自動車用鋼板を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述した課題に対してそ
の解決を目指して鋭意研究した結果、軟鋼のように低歪
速度下における強度のみならず、高歪速度下における強
度、即ち、耐衝撃強度にも優れた高張力鋼板とするに
は、単に静的強度だけが高い値を示すものでは不十分で
あることが判った。このことはまた、単に高歪速度下に
おける強度、即ち動的強度だけが高い値を示すものを開
発すること（不経済である）で足りることを意味してお
らず、いわゆる、静的強度と動的強度とがうまく釣り合
っていることが必要であるということが判った。すなわ
ち、プレス成形性に優れかつ高歪速度下での耐衝撃強度
にも優れた鋼板は、静動比＝（歪速度10^-2(s^-1) での降
伏応力) ／ (歪速度10^-3(s^-1) での降伏応力）で定義さ
れる、静動比が 1.6以上の高張力鋼板であれば、自動車
用部品として用いられた場合に、高歪速度下でも軟鋼板
と同等以上の高い強度の歪速度依存性が得られるので、
自動車車体の安全性向上を軽量化の実現にあわせて達成
することができることが判った。

【０００７】このような知見に基づき発明者らはさら
に、上記静動比におよぼす化学組成と製造条件の影響を
詳細に検討し、以下に述べるような要旨構成からなる本
発明自動車用鋼板とそれの製造方法を開発した。すなわ
ち、本発明は、(1) Ｃ：0.0001〜0.0040wt％、Si：1.50
wt％以下、Mn：2.5 wt％以下、Ni：0.020 〜1.20wt％、
Ｐ：0.01〜0.15wt％Ｓ：0.010 wt％以下、Al：0.001
〜0.05wt％、Ｎ：0.0050wt％以下、Ti：0.015 〜2.0 wt
％およびNb：0.001 〜1.0 wt％を含有し、かつNb, Tiお
よびＣの含有量が10≦( Nb(at%) ＋Ti(at%))／Ｃ(at%)
≦300 の関係を満たし、残部はFeおよび不可避的不純物
からなる耐衝撃性に優れた鋼板、(2) あるいは、上記成
分組成のものにさらに、Ｂ：0.0015〜0.0090wt％を添加
してなる耐衝撃性に優れた自動車用鋼板、(3) また、上
記成分組成の鋼スラブの熱間圧延または熱間圧延後の冷
間圧延での処理に当たりこの熱間圧延終了後の冷却を、
または冷間圧延後の焼鈍工程における冷却を、Ｃ, Ｎ,
Ti, NbおよびAlの各含有量と冷却過程における 450℃か
ら 200℃に至るまでの平均冷却速度：Ｔ（℃/hr)の関係
が、次式；LogＴ≦−53.6×C%− 105.0×N%＋6.96×Nb%
＋28.9×Ti% ＋27.9×Al% −3.21を満足するように行
うことを特徴とする耐衝撃性に優れる自動車用鋼板の製
造方法、である。

【０００８】

【作用】発明者らは、上述した鋼板の静動比を向上させ
るべく、まず、Si, MnおよびＰを含有させた高強度極低
炭素鋼をベースに、静動比に及ぼす冶金学的要因の影
響、とくに化学組成および製造条件について検討を重ね
た。その結果、鋼中の固溶Ｃと固溶Ｎをできるだけ減少
させ、かつ固溶Ｃを固定するために添加されるNbおよび
Tiを従来よりも過剰に添加したＣ, Ｎ, Nb, TiおよびAl
の各成分バランスを適正化することが該静動比の向上に
極めて有効であることを知見した。さらに、高張力鋼板
における上記の静動比が、軟鋼板の静動比： 1.6以上を
示すようになるには、上記成分組成のバランスの他、製
造工程における種々の熱履歴のうちの最終の冷却条件、
すなわち熱延製品であれば熱間圧延後の冷却条件、冷延
製品であれば冷延焼鈍後の冷却条件の制御によって、固
溶Ｃ, 固溶Ｎを効果的に析出させることによって、高・
低両歪速度下での各強度の向上に対してとりわけ有効に
作用するという知見を得た。

【０００９】すなわち、本発明を構成する各成分元素と
含有量は、静動比と同時に成形性向上のために、次のよ
うな理由によって限定される。Ｃ：0.0001〜0.0040wt％Ｃ含有量は、プレス成形性の指標である伸び、ｒ値の向
上の観点からできるだけ少ない方が望ましいが、0.0001
％よりも少ないと耐二次加工脆性の劣化や溶接部の強度
低下を招く。一方、このＣの含有量が0.0040wt％を超え
ると静動比の低減を招く傾向が強くなり、また、Ｃを安
定化させるために過剰なTi, Nbの添加が必要となり経済
的にも好ましくない。したがって、Ｃ含有量は、0.0001
〜0.0040wt％の範囲に限定した。

【００１０】Si：1.50wt％以下 Si含有量は、基本的には必要に応じて目標とする強度レ
ベルを得るために添加すればよいが、1.50wt％を超えて
含有させた場合には、熱延母板が顕著に降下して冷却性
が劣化することに加えて、表面処理性も顕著に劣化す
る。したがって、Si含有量の上限を1.50wt％とした。

【００１１】Mn：0.05〜2.5 wt％ Mn含有量は、プレス成形性の指標である伸び、ｒ値の向
上の観点から低減させることが望ましいが、0.05wt％よ
りも少ない場合は、自動車用材料として十分な強度のも
のが得られない。一方、2.5 wt％を超えると鋼板が著し
く硬化する結果、冷間圧延作業が困難となる。従って、
Mn含有量は0.05〜2.5 wt％の範囲に限定した。

【００１２】Ni：0.02〜1.20wt％このNiは、従来特に添加されることはなかったが、0.02
〜1.20wt％の範囲で添加しかつ後述する関係式を満足す
ることにより、静動比の顕著な向上を得ることができ
る。ここで、Ni含有量が0.02wt％に満たないと十分な静
動比向上の効果が得られず、一方、1.20wt％を超えると
鋼板が著しく硬化する結果、冷間圧延作業が困難とな
る。したがって、Ni含有量は0.02〜1.20wt％の範囲に限
定した。

【００１３】Ｐ：0.01〜0.15wt％Ｐは、自動車用材料として十分な強化効果を得るため
に、0.01wt％を下限として含有させる。このＰは、基本
的には0.01wt％以上において目標とする強度レベルに応
じて調整すればよいが、0.15wt％を超えて含有させた場
合には、熱延母板が顕著に硬化して冷延性が劣化するこ
とに加えて、表面処理性も顕著に劣化する。したがっ
て、Ｐ含有量の上限は0.15wt％とした。

【００１４】Ｓ：0.010 wt％以下Ｓは、少ないほど、鋼中の析出物が減少して加工性の向
上の寄与する他、Ｃを固定のためのTi量の増加をもたら
すので好ましい。このような効果は、Ｓ量を0.010 wt％
以下とすることで得られる。

【００１５】Al： 0.001〜0.05wt％ Alは、0.05wt％以下であれば加工性の改善に有効である
が、0.001 wt％を下回るようになると介在物が増加し、
それに伴って加工性が低下する。従って、Al含有量は
0.001〜0.05wt％の範囲に限定した。

【００１６】Ｎ：0.0050wt％以下Ｎは、この発明においてできるだけ低減したい成分であ
る。Ｎ量を低減することにより加工性の向上が期待でき
る。しかし、0.0050wt％以下であればほぼ満足し得る効
果が得られることから、上限を0.0050wt％とした。

【００１７】Ti：0.015 〜2.0 wt％ Tiは、ｒ値向上に不可欠な元素であり、しかも静動比の
向上に必要な成分である。この量は 0.015％以上含有さ
せるとｒ値および静動比の効果が顕れるが、2.0 wt％を
超えて含有させてもその効果が飽和することに加えて、
表面性状の劣化を招く。従って、Ti含有量は 0.015〜2.
0 wt％の範囲に限定した。

【００１８】Nb：0.001 〜1.0 wt％ Nbは、ｒ値向上に不可欠な元素であり、しかも静動比の
向上に必要な成分である。その上、鋼板組織の均一化と
微細化にも有効である。このNbは 0.001wt％以上含有さ
せた場合にこれらの効果が顕著となるが、1.0 wt％を超
えて含有させてもその効果が飽和するので、Nb含有量は
0.003 〜1.0 wt％の範囲に限定した。なお、このNbは、
単独で添加するよりも上記限定範囲のTiと共に複合添加
した場合の方が、その特性向上効果は大きい。

【００１９】Ｂ：0.0015〜0.0090wt％Ｂは、耐２次加工脆性向上に極めて有効で、0.0015wt％
以上の含有で効果が顕著となり、0.0090wt％を超えて含
有させてもその効果が飽和するので、Ｂ含有量は0.0015
〜0.0090wt％の範囲に限定した。

【００２０】本発明にかかる鋼板は、基本的に上述のよ
うな化学成分と組成よりなるものであるが、本発明はさ
らに、Nb, TiおよびＣを、これらの関係が下記式を満足
するような割合いで含有させることが必要である。すな
わち、この式は、上述した成分組成よりなる高張力鋼板
について、この鋼板の静動比ならびに成形性を軟鋼板の
それ以上のものにするのに必要な条件を規定したもので
ある。 10≦( Nb(at%) ＋Ti(at%))／Ｃ(at%) ≦300 以上説明したように、この式は、NbおよびTiを、Ｃ量に
対して過剰添加することによって、静動比を 1.6以上と
することができる条件を規定しており、Nb＋Ti／Ｃ比
で、原子量分率で10以上を示すNb, Tiを添加することに
よって、静動比向上の効果が現われ、一方、この比が30
0 を超えると鋼板が硬質化して製造性と成形性が低下す
る。よって、Nb＋Ti／Ｃ比は10から300 の間に限定し
た。

【００２１】次に、本発明製造方法の特徴について説明
する。本発明は、上述した成分組成の鋼素材を溶製, 鋳
造して得た鋼片について、常法に従って熱間圧延あるい
は冷間圧延を行う。そして、これらの圧延後の冷却に当
たって、Ｃ, Ｎ, Ti, NbおよびAlの各含有量と、熱間圧
延直後あるいは冷間圧延−焼鈍後のそれぞれの冷却過程
における 450℃から 200℃に至るまでの平均冷却速度
Ｔ：（℃/hr)との関係が、次式； LogＴ≦−53.6×C%− 105.0×N%＋6.96×Nb% ＋28.9×T
i% ＋27.9×Al% −3.21 を満足するように制御する。このような制御を行うと、
静動比が1.6 以上である自動車用高張力鋼板を得ること
ができる。この式に示すような関係にあると、静動比が
向上し、軟鋼板と同じように 1.6以上の静動比となる機
構についてはまだ不明で、その全容を解明したわけでは
ない。発明者らの想像では、Ｃ, Ｎ, Ti, NbおよびAlを
種々に変化させた連続鋳造スラブの熱間圧延直後の冷却
条件、あるいはこれらを 0.7mmt に冷間圧延した後の焼
鈍冷却条件と、前記静動比ならびに成分組成の関係が互
いに影響し合って静動比の向上をもたらすものと考えて
いる。なお、冷却過程での平均冷却速度を 450℃から20
0 ℃の間に限定した理由は、450℃を超えた温度域およ
び 200℃未満の温度域では、冷却速度が静動比に影響を
及ぼさなくなるからである。

【００２２】本発明は、熱延鋼板、冷延鋼板のみならず
これらを素材とした表面処理鋼板に対しても同じよう
に、静動比向上の効果を付与できる。この他、たとえ
ば、冷延鋼板に対して表面処理と仕上焼鈍を同時に行う
溶融亜鉛めっき鋼板に対しては、めっき付着後あるいは
合金化処理後の冷却速度の制御を本発明における焼鈍後
の冷却制御と同様に行えばよい。また、本発明鋼および
本発明方法は、自動車用鋼板を対象としているが、同様
に高歪速度下での強度を要求される用途にも有効である
ことはいうまでもない。

【００２３】

【実施例】表１に示すような種々の化学組成の鋼を転炉
にて溶製し、連続鋳造して鋳片を得た。その鋳片を熱間
圧延して３mmｔの熱延鋼板を得た。さらにこれらの熱延
鋼板を冷間圧延して0.7mmtの冷延鋼板を製造した。そし
て、得られたこれらの熱延鋼板, 冷延鋼板について、引
張試験により歪速度10^-3と10² (S^-1) での降伏強度を測
定して静動比を求めた。その製造条件とその特性を表１
にまとめて示す。表１に示す結果から明らかなとおり、
本発明に適合する鋼, とくにNbとTiをＣに対して過剰に
添加し、Niを添加した鋼に対して、熱延後あるいは冷延
焼鈍後の冷却条件を適正に制御することによって、優れ
た静動比を有する鋼板を製造することができる。ただ
し、単にNbとTiを過剰に添加したNo.4, 16鋼は、静動比
は優れるものの、十分な成形性が得られない。しかし、
本発明の要件にしたがって成分組成, 製造条件を適正化
した場合、特にNo.5, 17鋼では、優れた静動比と成形性
を両立させることができる。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
鋼板の成分組成を適正化し、さらには熱延後、焼鈍後の
冷却速度を制御することによって、従来よりも格段に静
動比に優れる高張力鋼板を製造することができ、これら
を自動車用鋼板に利用することによって、自動車車体の
軽量化と安全性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】変形速度と強度との関係に及ぼす軟鋼と高張力
鋼との影響を示す説明図。

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【手続補正書】

【提出日】平成５年９月２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００６

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述した課題に対してそ
の解決を目指して鋭意研究した結果、軟鋼のように低歪
速度下における強度のみならず、高歪速度下における強
度、即ち、耐衝撃強度にも優れた高張力鋼板とするに
は、単に静的強度だけが高い値を示すものでは不十分で
あることが判った。このことはまた、単に高歪速度下に
おける強度、即ち動的強度だけが高い値を示すものを開
発すること（不経済である）で足りることを意味してお
らず、いわゆる、静的強度と動的強度とがうまく釣り合
っていることが必要であるということが判った。すなわ
ち、プレス成形性に優れかつ高歪速度下での耐衝撃強度
にも優れた鋼板は、静動比＝（歪速度 10²(s^-1) での降
伏応力) ／ (歪速度10^-3(s^-1) での降伏応力）で定義さ
れる、静動比が 1.6以上の高張力鋼板であれば、自動車
用部品として用いられた場合に、高歪速度下でも軟鋼板
と同等以上の高い強度の歪速度依存性が得られるので、
自動車車体の安全性向上を軽量化の実現にあわせて達成
することができることが判った。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大沢一典千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究本部内 (72)発明者今中誠千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究本部内 (72)発明者比良隆明千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究本部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃ：0.0001〜0.0040wt％、 Si：1.50wt％
以下、 Mn：2.5 wt％以下、 Ni：0.020 〜1.20wt％、Ｐ：0.01〜0.15wt％Ｓ：0.010 wt％以下、 Al：0.001 〜0.05wt％、Ｎ：0.0050wt％以下、 Ti：0.015 〜2.0 wt％およびNb：0.001 〜1.0 wt％を含有し、かつNbおよびTiはＣとの関係において、次
式； 10≦( Nb(at%) ＋Ti(at%))／Ｃ(at%) ≦300 の関係を満たして含有し、残部はFeおよび不可避的不純
物からなる耐衝撃性に優れた自動車用鋼板。
【請求項２】Ｃ：0.0001〜0.0040wt％、 Si：1.50wt％
以下、 Mn：2.5 wt％以下、 Ni：0.020 〜1.20wt％、Ｐ：0.01〜0.15wt％Ｓ：0.010 wt％以下、 Al：0.001 〜0.05wt％、Ｎ：0.0050wt％以下、Ｂ：0.0015〜0.0090wt％、Ti：0.015 〜2.0 wt％およびNb：0.001 〜1.0 wt％を含有し、かつNbおよびTi
はＣとの関係において、次式； 10≦( Nb(at%) ＋Ti(at%))／Ｃ(at%) ≦300 の関係を満たして含有し、残部はFeおよび不可避的不純
物からなる耐衝撃性に優れた自動車用鋼板。
【請求項３】請求項１または２に記載された成分組成よ
りなる鋼スラブの熱間圧延での処理において、この熱間
圧延終了直後の冷却を、Ｃ, Ｎ, Ti, NbおよびAlの各含
有量と、熱間圧延終了後の冷却過程における 450℃から
200℃に至るまでの平均冷却速度：Ｔ（℃/hr)の関係
が、次式；【数１】を満足するように行うことを特徴とする耐衝撃性に優れ
る自動車用鋼板の製造方法。
【請求項４】請求項１または２に記載された成分組成よ
りなる鋼スラブを用いた熱間圧延後の冷間圧延の処理に
おいて、この冷間圧延後の焼鈍工程における冷却を、
Ｃ, Ｎ, Ti, NbおよびAlの各含有量と、焼鈍工程の冷却
過程における 450℃から 200℃に至るまでの平均冷却速
度：Ｔ（℃/hr)との関係が、次式；【数２】を満足するように行うことを特徴とする耐衝撃性に優れ
る自動車用鋼板の製造方法。