JPH09170048A - 疲労特性と穴拡げ性に優れた加工用高強度熱延鋼板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 疲労特性と穴拡げ性に優れた加工用高強度熱
延鋼板を提供する。 【解決手段】 化学組成が重量％で、Ｃ：０．０５〜
０．２０％、Si：０．１〜２．０％、Mn：０．５〜２．
５％、Ｐ：０．００５〜０．１％、Ｓ：０．０１％以
下、Al：０．１％以下を含み、更に必要により所定量の
Nb、Ti、Ｖ、Cr、Mo、Ｂ、Ni、Ca、REM 、Cuの内の１種
以上が含有され、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる
熱延鋼板であって、そのミクロ組織が平均粒径１０μm
以下の微細ポリゴナルフェライトとべイナイトからな
り、粒界の５〜５０％に板状のセメンタイトが存在し、
かつその平均の長さが０．６〜７μm 以下とされたもの
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は疲労特性と穴拡げ性
に優れた加工用熱延鋼板に関し、特に自動車用の足回り
部材の素材として好適に用いることができる熱延鋼板に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車の安全性向上および燃費向
上の観点から、自動車用鋼板の高強度薄肉化が広く進め
られている。自動車用鋼板加工部材のなかでも、バネ下
部材となるホイールや足回り部材の軽量化は、自動車の
燃費向上に極めて有効な手段であるので、軽量化を目的
とた高強度化が検討されている。これらの部材の素材と
なる鋼板に要求される特性の中で穴拡げ性とともに重要
となるのが疲労強度である。薄鋼板の場合、プレス等に
より成形されるため、必要以上に強度を上げることは加
工性の面から望ましくない。そのため同一強度でもより
疲労特性の優れた鋼板が望まれる。かかる鋼板として、
例えば、フェライトとマルテンサイトの複合組織からな
るいわゆるＤＰ鋼は疲労特性に優れていることが知られ
ている。また、特開平３−８２７０８号では、ＣとＰの
量を制御することにより高疲労特性を得ており、特開平
５−１７９３９７号においてはＮｂ，Ｔｉの添加により
疲労強度を向上させている。このように素材そのままの
疲労特性に優れた鋼板については、すでに幾つかの開発
が実施されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし実際の足回り部
品の多くは、例えば打抜き加工のようなせん断加工が施
される部位が存在し、このせん断加工縁の疲労寿命が部
材全体の疲労強度を決定する場合が少なくない。このよ
うな部位の疲労強度は、せん断加工縁の性状に大きく影
響されるために、素材の疲労強度が高くても、加工後の
疲労強度も高いとは限らない。切欠き感受性が高い材料
では、むしろ疲労強度が低下するおそれがある。

【０００４】これまでは、せん断加工縁の疲労強度の低
下を防ぐためには、打抜き穴部のコイニングなどのよう
に加工面での対策が主として採られてきたが、素材その
ものによる改善が望まれていた。本発明はかかる課題に
鑑みなされたもので、疲労特性と穴拡げ性に優れた加工
用高強度熱延鋼板を提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の加工用高強度熱
延鋼板は、化学組成が重量％で、Ｃ：０．０５〜０．２
０％、Si：０．１〜２．０％、Mn：０．５〜２．５％、
Ｐ：０．００５〜０．１％、Ｓ：０．０１％以下、Al：
０．１％以下を含み、更に必要により 第１群 Nb：０．０１〜０．３％、Ti：０．０１〜０．３％、
Ｖ：０．０１〜０．５％ 第２群 Cr：０．０５〜１．０％、Mo：０．０５〜１．０％、
Ｂ：0.0005〜０．０１％、Ni：０．０５〜２．０％ 第３群 Ca：0.0005〜0.0050％、REM ：0.005 〜 0.15 ％ 第４群 Cu：０．０５〜２．０％ の４群の内の少なくとも１群から選んだ１種以上の成分
を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる熱延鋼
板であって、そのミクロ組織が平均粒径１０μm以下の
微細ポリゴナルフェライトとべイナイトからなり、粒界
の５〜５０％に板状のセメンタイトが存在し、かつその
平均の長さが０．６〜７μm 以下とされたものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】まず、本発明の加工用高強度熱延
鋼板の化学組成の成分限定理由について説明する。単位
は全て重量％である。

【０００７】Ｃ：０．０５〜０．２０％ Ｃは鋼の強化に有効であり、また特に粒界の板状セメン
タイトやべイナイトを形成するために必要な元素であ
る。このためには０．０５％以上の添加が必要であり、
一方過多に添加すると延性の劣化が著しく、溶接性も低
下するので、その上限を０．２０％とする。

【０００８】Ｓｉ：０．１〜２．０％ Ｓｉは固溶強化元素として引張強さの向上に非常に有効
であるばかりでなく、ポリゴナルフェライトの生成を促
進し、適量のセメンタイトを粒界に生成させる作用があ
る。これらの作用を発揮させるためには、０．１％以上
の添加を必要とする。一方、過多に添加すると溶接部の
脆化、低温靭性を招くだけでなく、酸化スケールの生成
により表面性状が悪化するので、その上限を２．０％と
する。

【０００９】Ｍｎ：０．５〜２．５％ Ｍｎも固溶強化元素であり引張強さの向上に有効であ
り、また粗大なパーライトの生成を抑制しべイナイトを
生成させるために必要な元素である。この作用を有効に
発揮させるには０．５％以上の添加する必要があるが、
過多に添加すると延性の低下を招き、また溶接性を害す
るので、その上限を２．５％とする。

【００１０】Ｐ：０．００５〜０．１％ Ｐは鋼の強度を向上させる作用があるが、過度の添加は
加工性、靭性を劣化させる。このため下限を０．００
５、上限を０．１％とする。

【００１１】Ｓ：０．０１％以下 Ｓは不純物元素であるため少ない程望ましく、穴拡げ性
の改善のため０．０１％以下に規制される。

【００１２】Ａｌ：０．１％以下 Ａｌは脱酸のために添加するが、０．１０％を越えて含
有されるとアルミナ系の介在物が増加し、加工性を劣化
させるので、０．１０％以下とする。

【００１３】本発明の熱延鋼板は、以上の成分を含み、
残部Ｆｅ及び不可避的不純物により構成されるが、材質
特性をより向上させるため、前記成分の他に必要に応じ
て下記第１〜４群の内の少なくとも１群から選んだ１種
以上の成分を含有することができる。

【００１４】第１群 Nb：０．０１〜０．３％、Ti：０．０１〜０．３％ Ｖ：０．０１〜０．５％ Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖは析出強化元素であり、強度上昇に必要
であるのみならず、Ｍｎと共存して熱延後の変態組織に
影響を与え、低温変態生成物を得やすくする作用があ
る。更に、組織を微細化し、伸びフランジ性を向上させ
ると共に溶接後の熱影響部の硬度低下を防止し、疲労強
度の改善に役立つ。各元素について、０．０１％未満で
は作用が過少であり、一方過度の含有は降伏比の上昇及
び延性の低下を招くので、上限をＮｂ、Ｔｉについては
０．３％、Ｖについては０．５％とした。

【００１５】第２群 Cr：０．０５〜１．０％、Mo：０．０５〜１．０％ Ｂ：0.0005〜０．０１％、Ni：０．０５〜２．０％ Ｃｒ、Ｍｏ、Ｂ、Ｎｉは、焼き入れ性を向上させて、所
望の組織を生成するのに有利に作用する。各元素の下限
値未満ではかかる作用が過少であり、一方各元素の上限
値を越えて含有しても作用は飽和し、コスト高を招く。
またＮｉはＣｕを添加した際のスラブの割れを防止する
のにも有効である。

【００１６】第３群 Ca：0.0005〜0.0050％、REM ：0.005 〜 0.15 ％ Ｃａ、REM （希土類元素）は硫化物の形態制御を通じ
て、延性、特に伸びフランジ性を改善する作用を有す
る。各元素につき、下限値未満ではかかる作用が過少で
あり、一方過度に含有しても作用が飽和し、コスト高を
招来するので、上限値をそれぞれ設定した。

【００１７】第４群 Ｃｕ：０．０５〜２．０％ Ｃｕは巻取後に析出させることによって強度を上昇させ
ることができ、また鋼板に耐食性を付与する作用があ
る。０．０５％未満ではかかる作用が過少であり、一方
過度に含有しても作用が飽和し、コスト高を招来するの
で上限を２．０％とした。

【００１８】上記成分を含有した本発明の熱延鋼板のミ
クロ組織は平均粒径１０μm 以下の微細ポリゴナルフェ
ライトとべイナイトからなり、微細ポリゴナルフェライ
ト同士あるいは同フェライトとベイナイトとの粒界の５
〜５０％に板状のセメンタイトが存在し、かつその平均
の長さが０．６〜７μm 以下とされる。

【００１９】組織ポリゴナルフェライトとベイナイトと
の混合組織としたのは、４９０Ｎ／mm² 級以上の強度を
得ようとした場合、フェライト単相では強度の確保が困
難である。このため、硬質な第２相が必要となるが、第
２相としてラメラーパーライトでは十分な強度が得られ
ないうえ、伸びフランジ性も十分ではなく、またマルテ
ンサイト（残留オーステナイトを含む）では、伸びフラ
ンジ性が著しく劣るからである。

【００２０】ポリゴナルフェライトの平均粒径を１０μ
m 以下と抑えるのは、平均粒径を１０μm 以下にするこ
とで、伸びフランジ性を向上させることができ、また後
述する粒界セメンタイトの効果を最大限に発揮させるこ
とができるようになるからである。

【００２１】次に、粒界における板状セメンタイトの存
在割合、大きさの限定について説明する。本発明者は、
本発明の完成に際し、フェライトとべイナイトからなる
様々な金属組織を有する高強度熱延鋼板の打抜き穴部の
疲労特性を調査したところ、同じフェライト・ベイナイ
ト混合組織であっても、打ち抜き部の疲労特性に優れる
鋼板とそうでない鋼板が存在し、これらの鋼板の打ち抜
き部を詳細に観察した結果、打ち抜き部の疲労特性に優
れた鋼板では、バリ高さが低く、大きなボイド発生が少
ないため破断面が平滑であるのに対し、打ち抜き部の疲
労特性に劣る鋼板では、バリが高い上に、大きなボイド
の発生数が多いために破面の粗さが大きいことが分かっ
た。打抜き時に生じたボイドやバリは、穴拡げ成形時に
おいても、亀裂の起点となるため、伸びフランジ性にも
悪影響を与えるものと考えられる。

【００２２】打抜きにより生じた破断面が平滑であり、
打ち抜き部の疲労特性の良好な鋼板のミクロ組織を詳細
に観察したところ、粒界に板状のセメンタイトが観察さ
れた。この板状セメンタイトが打ち抜きの際の亀裂の発
生を促進し、バリの高さを抑制すると共に破面を平滑に
する働きをしているものと考えられるが、他方このよう
な板状のセメンタイトは局部変形時の亀裂の起点にもな
るため、通常は伸びフランジ性を劣化させるものと考え
られる。

【００２３】しかしながら、発明者等は板状セメンタイ
トの存在状態に着目して観察した結果、適正な大きさの
板状セメンタイトが微細ポリゴナルフェライト同士、あ
るいは微細ポリゴナルフェライトとベイナイトとの粒界
に存在する場合には、穴拡げ性をほとんど劣化させるこ
となく、打抜き部の疲労特性を改善できることを見いだ
した。すなわち、粒界の５〜５０％、好ましくは１０〜
３０％を長さ０．６〜７μm 、好ましくは１〜５μm の
板状セメンタイトに占有させることで、優れた疲労特性
と穴拡げ性が兼備するようになる。板状セメンタイトの
粒界占有量が５％未満、長さが０．６μm 未満では、打
抜き時の亀裂発生促進効果が十分でなく、打抜き破面の
平滑さが劣化し、破面の粗さや大きなバリが穴拡げ加工
時や荷重負荷時における亀裂発生の起因となり、引いて
は穴拡げ性、疲労強度が劣化するようになる。一方、粒
界占有量が５０％を越え、長さが７μm を越えるように
なると、打抜き加工時に平滑な破面が得られても、穴拡
げ加工時に破面に露呈した板状セメンタイトが直接亀裂
の起点となり、その伝播も促進されるようになるため、
穴拡げ性が劣化する。

【００２４】板状セメンタイトの所定範囲の存在が穴拡
げ性、疲労強度に悪影響を与えない原因について、詳細
な理由は不明であるが、次のように考えることができ
る。すなわち、結晶粒界に板状セメンタイトがほとんど
存在しない場合や存在してもその大きさが小さい場合、
打抜き加工等のせん断加工時に亀裂が生じ難いため、加
工後の打抜き破面の粗さやバリの高さがある限度を越え
るようになり、穴拡げ加工時にこれらが板状セメンタイ
トよりも優先的に亀裂の起点となり、穴拡げ性が劣化す
る。一方、本発明範囲の微細な板状セメンタイトが粒界
に適量存在する場合、これにより打抜き時の亀裂発生が
促進されて、打抜き破面が平滑になり、バリの発生が抑
制され、破面の粗さやバリが微小なため、穴拡げ性は劣
化しない。しかも、板状セメンタイト自体も少量、微細
なため穴拡げ加工時に亀裂発生の起点になり難く、穴拡
げ性のみならず、加工後における疲労強度も劣化しな
い。ところが、板状セメンタイトが大きい場合や粒界を
占める割合が高い場合、せん断加工性は良好であり、従
ってバリ高さが低く、破面が平滑になるものの、このセ
メンタイト自体が穴拡げ加工時に亀裂発生の起点となる
ため、穴拡げ性が低下するようになる。

【００２５】

【実施例】表１に示す化学成分を有する鋼を真空溶解炉
にて溶製し、粗圧延により３Ｏmm厚のスラブを得た。次
にこのスラブを１１５０〜１３００℃に加熱し、仕上圧
延の温度７８０〜９２０℃の範囲で３．０mmまで圧延
し、巻取温度相当の温度（３００〜７００℃）まで冷却
し、その温度で３０分保持後、炉冷した。

【００２６】

【表１】

【００２７】得られた熱延鋼板を用いて、ＪＩＳ５号引
張試験、穴拡げ試験、打抜き穴材の平面曲げ試験を行っ
た。穴拡げ率λは１０mmφの打ち抜き穴をあけ、６０°
円錐パンチを用いて、バリをダイ側に接するようにして
クラックが板厚を貫通するまで押し拡げたときの穴径ｄ
_b と初期穴径ｄ_i を用いて λ＝（（ｄ_b −ｄ_i ）／ｄ_i ）×１００％ 次式により求めた。また、打ち抜き穴材の疲労強度は、
平面曲げ試験片の中央部に８mmφの打ち抜き穴をあけ、
応力比Ｒ＝−１の両振り、周波数４０Ｈｚで試験を行
い、１０⁷ 回で破断しない応力を疲労限度σ_W として評
価した。試験結果を表２に示す。また、表２における試
料について、粒界における板状セメンタイトの平均長さ
ｌと、ＴＳ（引張強さ）＊λおよび疲労強度σ_W ／ＴＳ
との関係を整理したグラフを図１に示す。

【００２８】

【表２】

【００２９】表２及び図１から明らかなように、本発明
の鋼成分を有し、ミクロ組織、粒界における板状セメン
タイトの存在割合、大きさが本発明の規定を満足する実
施例試料では、引張強さが５８０Ｎ／mm² 以上と高強度
であり、また優れた穴拡げ性と疲労強度を有しているこ
とがわかる。例えば、実施例中、引張強さが最低（５８
０Ｎ／mm² ）の試料No. ２ではλが９７％と極めて高
く、しかもσ_W ／ＴＳも０．４４と良好である。また、
引張強さが最大（８２１Ｎ／mm² ）の試料No. １７でも
λが６６％を有し、σ_W ／ＴＳが０．４７である。

【００３０】一方、本発明外の成分を有し、組織がフェ
ライトのみ、あるいはフェライト＋パーライトからなる
比較例試料No. ９，１１は引張強さが４１０〜４２０ k
gf／mm² 程度と低く、ポリゴナルフェライトの平均粒径
ｄ、粒界での板状セメンタイトの平均長さｌが大きいた
め、低強度の割りにはλが８８％以下であった。また、
本発明外の成分である比較例試料No. １０，１２は高強
度ではあるが、λ及びσ_W ／ＴＳが非常に低い。また、
本発明成分及び組織を有していても、ｄ及びｌが本発明
範囲よりも大きい比較例試料No. ６，１４，１６，１８
では強度の割りにはλが低く、概してσ_W ／ＴＳも低
い。一方、本発明成分及び組織を有しているが、板状セ
メンタイトの平均長さｌ及び粒界における存在割合Ｘが
本発明範囲よりも低い比較例試料No. １９，２１では強
度の割りにはλが低く、またσ_W ／ＴＳが非常に低い。

【００３１】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明の熱延鋼板に
よれば、成分のみならず、組織、粒界におけるセメンタ
イトの形態を特定の範囲に規定したので、４９０Ｎ／mm
² 以上の高強度を有し、しかも優れた穴拡げ性と疲労特
性を兼備するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】粒界における板状セメンタイトの平均長さｌ
と、ＴＳ（引張強さ）＊λ及び疲労強度σ_W ／ＴＳとの
関係を示すグラフである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 化学組成が重量％で、Ｃ：０．０５〜
   ０．２０％、Si：０．１〜２．０％、Mn：０．５〜２．
   ５％、Ｐ：０．００５〜０．１％、Ｓ：０．０１％以
   下、Al：０．１％以下を含み、残部Ｆｅ及び不可避的不
   純物からなる熱延鋼板であって、そのミクロ組織が平均
   粒径１０μm 以下の微細ポリゴナルフェライトとべイナ
   イトからなり、粒界の５〜５０％に板状のセメンタイト
   が存在し、、かつその平均の長さが０．６〜７μm 以下
   である疲労特性と穴拡げ性に優れた加工用高強度熱延鋼
   板。
2. 【請求項２】 請求項１の成分の他に、更に下記第１〜
   ４群の内の少なくとも１群から選んだ１種以上の成分を
   含有する疲労特性と穴拡げ性に優れた加工用高強度熱延
   鋼板。 第１群 Nb：０．０１〜０．３％、Ti：０．０１〜０．３％、
   Ｖ：０．０１〜０．５％ 第２群 Cr：０．０５〜１．０％、Mo：０．０５〜１．０％、
   Ｂ：0.0005〜０．０１％、Ni：０．０５〜２．０％ 第３群 Ca：0.0005〜0.0050％、REM ：0.005 〜 0.15 ％ 第４群 Cu：０．０５〜２．０％