JPH09256103A - 熱間成形後に低降伏比の鋼板部材が得られる熱延鋼板及びその熱延鋼板部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱間成形により降伏比の十分低い鋼板部材を
得ることができる熱延鋼板及びその熱延鋼板部材を提供
する。 【解決手段】 重量％で、Ｃ：０．０３〜０．２５％、
Ｓｉ：０．０１〜１．０％、Ｍｎ：０．５０〜２．０
％、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０３％以下、sol.Ａ
ｌ：０．０８％以下、Ｎ：０．０１％以下を含有し、か
つＣeq＝Ｃ＋Si／24＋Mn／6 ＋Ni／40＋Cr／5 ＋Mo／4
＋Ｖ／14で示されるＣeqが０．２〜０．５とされ、必要
により更にＣｒ，Ｎｉ，ＭｏからなるＡ群、Ｎｂ，Ｔ
ｉ，ＶからなるＢ群、ＢびＣａの内から選ばれた１種以
上の元素の所定量を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純
物からなり、１５μm 以上のフェライト粒の平均硬度が
Ｈｖ１１０以上で、かつこれらのフェライト粒の最大硬
度と最小硬度との差がＨｖ１０以上、好ましくはＨｖ１
５以上である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は降伏比の低いメンバ
ー、ホイールなどの自動車足まわり部材や建築用部材な
どに使用される熱間成形用の熱延鋼板及びその熱延鋼板
部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、メンバーなどの自動車足まわり部
材の成形はプレス成形などの冷間加工によって行われて
いた。この場合、低降伏比の鋼板として、フェライト・
マルテンサイト組織を有する熱延鋼板（ＤＰ鋼板）等が
用いられるが、これらの鋼板は成形性（形状凍結性）や
衝撃性の向上を目的として開発されたものであるため、
コーナー部などの厳しい加工が施された部分の降伏比は
高くなり、成形後の鋼板部材としては衝撃特性や材質均
一性に劣り、十分な品質を有しているとは言えない。

【０００３】また、建築用熱延鋼板には、従来より一般
構造用熱延鋼材（ＪＩＳ Ｇ ３１０１）、溶接構造用
圧延鋼材（ＪＩＳ Ｇ ３１０６）等が広く利用されて
きたが、最近、構造物の安全性向上のため、特に耐震特
性を向上させるために降伏比の低下が望まれ、建築構造
用圧延鋼材（ＪＩＳ Ｇ ３１３６）が制定されるに至
ったが、かかる熱延鋼板を用いた場合でも、成形加工後
の部材の降伏比が高くなることは珍しくない。例えば、
建築用部材でも、熱延鋼板をロールフォーミングなどの
冷間加工により管状に成形し、開口緑部を電気低抗溶接
して鋼管を得、さらにその後冷間加工により角形状にコ
ーナー加工を行う場合があり、この冷間加工による成形
の際に加工効果によって降伏点が上昇し、降伏比が高く
なる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このため、加工後の降
伏比の上昇を抑えるために、例えば特開平４−３２３３
１９号公報に開示されているように、厳しい冷間加工を
受けた部分のみを加熱する方法が試みられ、また熱間に
て成形加工する方法も検討されているが、十分な降伏比
の低減効果が得られていないのが実情である。

【０００５】本発明はかかる課題に鑑みなされたもの
で、熱間成形により降伏比の十分低い鋼板部材を得るこ
とができる熱延鋼板及びその熱延鋼板部材を提供するも
のである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の熱延鋼板は、重
量％で、Ｃ ：０．０３〜０．２５％、Ｓｉ：０．０１
〜１．０％、Ｍｎ：０．５０〜２．０％、Ｐ ：０．０
５％以下、Ｓ ：０．０３％以下、sol.Ａｌ：０．０８
％以下、Ｎ ：０．０１％以下を含有し、かつＣeq＝Ｃ
＋Si／24＋Mn／6 ＋Ni／40＋Cr／5 ＋Mo／4 ＋Ｖ／14で
示されるＣeqが０．２〜０．５とされ、必要により更に
Ｃｒ：０．８０％以下，Ｎｉ：０．５０％以下，Ｍｏ：
０．４０％以下からなるＡ群、Ｎｂ：０．０８％以下，
Ｔｉ：０．１０％以下，Ｖ：０．３０％以下からなるＢ
群、Ｂ：０．０００５〜０．００５０％及びＣａ：０．
００６％以下の内から選ばれた１種以上の元素を含有
し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、１５μm 以
上のフェライト粒の平均硬度がＨｖ１１０以上で、かつ
これらのフェライト粒の最大硬度と最小硬度との差がＨ
ｖ１０以上、好ましくはＨｖ１５以上であることを特徴
とするものである。

【０００７】また、本発明の熱延鋼板部材は、前記熱延
鋼板を７００〜１０００℃の温度において熱間成形され
たものである。

【０００８】本発明の熱延鋼板によれば、熱間成形の過
程において、フェライト粒径を大きく成長させることが
でき、これにより熱間成形加工後の鋼板部材の降伏比を
大きく低減することができる。

【０００９】熱間で成形される部材のフェライト粒の粒
成長のための因子としては、加工の程度が同じ条件の下
では、比較的低い温度域で加工される場合には、(1) 熱
延鋼板母材の粒径が細かいこと、(2) 熱延鋼板母材の粒
度分布が広いこと、(3) 熱延鋼板母材の硬度分布が広い
ことなどがある。前記(1) の因子は熱延鋼板母材の粒径
が細かいことにより、粒成長の駆動力が大きくなるため
粒成長が促進され、(2) の因子は再加熱および保温過程
で組織の中の大きな粒がより小さい粒を食って粒成長す
る効果を招来し、(3) の因子は隣接する結晶粒の硬度差
が駆動力となって、硬度の低い粒から硬度の高い粒への
粒界移動を容易にすることにより粒径を大きくする効果
をもたらす。

【００１０】また、加熱保持温度が高温の場合には前記
(1) 〜(3) の因子の効果に替わって、(4) 加工速度と歪
速度のみによって粒径が決まる動的再結晶過程となる。

【００１１】加熱加工温度が低温域から高温域に変遷す
る領域では、前記(1) 〜(3) の因子による効果と(4) の
因子による効果、さらにフェライトα→オーステナイト
γ変態、γ→α逆変態の効果等が複雑に影響し、熱延鋼
板母材の組織により熱間成形加工後の粒径を制御し、低
い降伏比を達成できる可能性がある。

【００１２】以上の冶金学的考察に基づいて、主として
前記(2) 及び(3) の因子、さらにこれらの因子とα→γ
変態、γ→α逆変態における複雑な効果を利用する可能
性を探るため、本発明者らは熱延鋼板母材の平均硬度や
母材組織中のフェライト粒の硬度、加工温度の影響など
を鋭意調査し、本発明の熱延鋼板の組織条件を見出すに
至った。

【００１３】まず、本発明において使用する鋼の成分限
定理由について説明する。 Ｃ：０．０３〜０．２５％ Ｃは鋼板の強度を高めるための有効な元素である。０．
０３％未満ではその作用が過少であり、一方０．２５％
を越えると溶接性などの特性が劣化するようになる。よ
って、下限を０．０３％、上限を０．２５％とする。

【００１４】Ｓｉ：０．０１〜１．０％ Ｓｉは溶鋼の脱酸作用を有し、また熱間加工後の冷却段
階で固溶強化作用によって強度、延性を向上させる。
０．０１％未満ではかかる作用が過少であり、一方１．
０％を越えると熱間圧延段階でＳｉスケールが発生しや
すくなり、鋼板表面性状が劣化するようになる。よっ
て、その下限を０．０１％、上限を１．０％とする。

【００１５】Ｍｎ：０．５０〜２．０％ ＭｎはＳｉと同様に熱間加工後の冷却で固溶強化作用に
より強度を高める。０．５０％未満ではかかる作用が過
少であり、一方２．０％を越えると帯状組織を生成さ
せ、圧延方向の延性を劣化させる。よって、その下限を
０．５０％、上限を２．０％とする。

【００１６】Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０３％以下 Ｐ、Ｓは靭性を劣化させるので少ない程よく、それぞれ
上限を０．０５％、０．０３％とする。

【００１７】sol.Ａｌ：０．０８％以下 Ａｌは鋼の脱酸剤として添加されるが、多量に添加して
もその効果は変わらず、コスト高になることから、その
上限を固溶Ａｌで０．０８％とする。

【００１８】Ｎ：０．０１％以下 Ｎは延性、溶接性を劣化させるので、その上限を０．０
１％とする。

【００１９】Ｃeq：０．２〜０．５ 本発明におけるＣeqは、Ｃeq＝Ｃ＋Ｓｉ／２４＋Ｍｎ／
６＋Ｎｉ／４０十Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４で示さ
れる指標であり、熱延鋼板母材を熱間にて成形加工した
鋼板部材の引張強度はほぼこの指標で一義的に決定され
る。本発明の場合、Ｃeqが０．２０未満では成形部材の
高強度が確保されず、また０．５を超えると降伏強度の
増加分に比べて引張強度が飽和するようになり、本発明
の意図した制御による降伏比の低下効果より、より降伏
比が低下するようになるため、Ｃeqの下限を０．２、上
限を０．５％とする。尚、請求項１の発明では、Ｎｉ、
Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖを含まないが、後述するように、請求項
２の発明ではこれらの元素の１種以上を含むため、Ｃeq
はこれらの元素を含む形で記述している。

【００２０】本発明に用いる鋼は、上記成分の他、残部
Ｆｅおよび不可避的不純物によりなるが、強度を高める
ために以下のＡ群、Ｂ群、Ｂ、Ｃａの内から一種以上の
元素を必要に応じてさらに含有させることができる。

【００２１】Ｃｒ：０．８０％以下，Ｎｉ：０．５０％
以下，Ｍｏ：０．４０％以下のＡ群 Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏは析出硬化等により、鋼の強度を高め
るのに有効である。特に再加熱後の強度特性の改善に有
効である。しかし、多量に添加すると溶接性を劣化さ
せ、またコスト高になるので、各元素の上限をＣｒ：
０．８０％，Ｎｉ：０．５０％以下，Ｍｏ：０．４０％
以下とする。特に有効な効果を得るためには、Ｃｒ：
０．０５％以上，Ｎｉ：０．０５％以上，Ｍｏ：０．０
５％以上の含有が望ましい。

【００２２】Ｎｂ：０．０８％以下、Ｔｉ：０．１０％
以下、Ｖ：０．３０％以下のＢ群 Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖは析出硬化などにより鋼の強度を高める
のに有効であり、また比較的高温域で成形加工を行って
も上述の(4) の効果を抑え、(2) 及び(3) による効果を
もたらす。しかし、多く添加するといずれの元素も溶接
性を劣化させるので、各元素の上限を上記の通りとす
る。

【００２３】Ｂ：０．０００５〜０．００５０％ Ｂは微量添加で強度を高めるのに有効であるとともに、
焼入性を著しく高める効果を有する。０．０００５％未
満ではかかる作用が過少であり、一方多く添加するとＢ
化合物を生成して、靭性などの特性を劣化させるので、
その上限を０．００５０％とする。

【００２４】Ｃａ：０．００６％以下 Ｃａは硫化物を展伸状から球状にする形態制御を通し
て、機械的異方性を小さくし、延性や溶接性を改善する
効果がある。しかし、多く添加すると鋼中に非金属介在
物が増大し、延性が低下するようになるので、上限を
０．００６％とする。

【００２５】次に、本発明の熱延鋼板のフェライト粒に
ついて説明する。本発明の熱延鋼板においては、１５μ
m 以上のフェライト粒の平均硬度がＨｖ１１０以上で、
かつ最大硬度Ｈｖmax と最小硬度Ｈｖmin の硬度差ΔＨ
ｖ( Ｈｖmax −Ｈｖmin ）がＨｖ１０以上、望ましくは
１５以上である。

【００２６】フェライト粒径を１５μm 以上に限定する
理由は、粒径１５μm 未満のフェライト粒の硬度や硬度
差は、成形部材の降伏比の低減とあまり相関がないから
である。すなわち、粒径１５μm 未満のフェライト粒
は、昇温中などに１５μm 以上の粒にほとんど食われ
て、無くなるものと考えられる。一方、１５μm 以上の
フエライト粒はその平均硬度や硬度差も影響して、他の
粒を食って成長する粒か、他に食われてなくなる粒かの
どちらかになる重要な結晶粒である。

【００２７】１５μm 以上のフェライト粒の平均硬度を
Ｈｖ１１０以上とするのは、Ｈｖ１１０未満では、これ
ら１５μm 以上のフェライト粒でも粒成長に必要な駆動
力が満たないためである。

【００２８】フェライト粒の硬度差（ΔＨｖ）について
は、平均硬度がＨｖ１１０以上であっても粒成長するた
めには、硬度差（硬度分布）が必要で、この硬度差が他
の粒を食うか他に食われるかを決定し、これが最終の成
形部材の粒径を決め、ひいては降伏比に大きな影響を及
ぼす。低降伏比を達成するためには少なくともΔＨｖ≧
１０、望ましくはΔＨｖ≧１５が必要である。

【００２９】尚、硬度差を有するフェライト粒が他のフ
ェライト粒を食って成長するためには、粒界移動がなさ
れる必要があり、ある程度以上のフェライト量が必要で
ある。また、フェライトの内、他のフェライトを食って
成長する１５μｍ以上のフェライトが極端に少ないと目
的の大きな粒径を得ることが困難になる。従って、組織
中のフェライトの面積率は３０％以上が好ましく、また
フェライトの内、粒径１５μm 以上のものは３０％以上
であることが好ましい。

【００３０】上記フェライト粒の粒径及び硬度の条件を
満足することにより、成形部材の組織のフェライト粒径
は、通常の熱延鋼板を用いた場合より、１〜２割大きく
なり、その結果、低降伏比を達成できる。

【００３１】尚、熱延鋼板のフェライトの平均結晶粒径
については後述する温度範囲において熱間成形加工を行
う場合にはあまり影響はなく、前記(1) の因子による効
果はあまりないと考えられる。また、本発明鋼板におけ
るフェライト粒には、通常のポリゴナルフェライトばか
りでなく、急冷や低温巻取などによって生じる針状フェ
ライトや、固溶炭素を通常より多量にあるいは過飽和に
含むフエライト粒が含まれてもよい。また、熱延鋼板に
第２相組織が存在してもよく、その種類はいかなるもの
であってもよい。

【００３２】次に、本発明の熱延鋼板を熱間成形加工す
る際の好適な成形加工温度について説明する。本発明の
熱延鋼板を用いて、熱間にて成形加工する場合、加工温
度範囲は７００〜１０００℃に設定することが好まし
い。この温度域より低い場合には、回復や粒成長が起こ
り難く、上述の(2) 、(3) の因子の影響を有効に利用す
る事が難しく、冷間にて加工を行う場合と同様、加工部
位の降伏比が平板部より著しく上昇する。また、１００
０℃を超える温度域では、(4) の動的再結晶の効果によ
り、熱延鋼板母材による成形部材の低降伏比の制御が困
難となる。尚、加熱に先立って、熱延鋼板の組織を大き
く変化させない程度であれば、丸管成形などのゆるい冷
間加工を施しても良い。

【００３３】

【実施例】表１に示した各種の鋼を溶製し鋳造後、その
スラブを１２００℃前後の温度に再加熱し、８２０〜９
８０℃の間の熱延仕上げ温度で熱間圧延を終了し、得ら
れた約１０mm厚の熱延鋼板を表２に示した冷却速度（Ｃ
Ｒ）で冷却後、同表の巻取温度（ＣＴ）にて巻き取っ
た。

【００３４】

【表１】

【００３５】

【表２】

【００３６】得られた熱延鋼板に対し、ミクロビッカー
ス測定器を用いて、１５μm 以上のフェライト粒の硬度
を２０点測定し、その平均値Ｈｖ及び最大硬度と最小硬
度との差ΔＨｖと求めた。これらの値を表２に併せて示
す。

【００３７】更に、熱延鋼板を母材として、８００〜９
５０℃に加熱後、半径２５mmの曲げ加工を施して空冷し
た。一部の熱延鋼板については、冷間で同加工を施した
（試料No. ３０及び３１）。曲げ成形部材の成形部位
（コーナー部）から引張試験片を採取し、引張試験によ
り引張強さ等の機械的性質を調べた。また、成形部位の
フェライト粒の平均粒径を測定した。その結果を表２に
併せて示す。

【００３８】図１は表２の各試料を用いて、ＣＥＱ（Ｃ
eq）と成形部材のコーナ部の降伏比及び引張強度、降伏
強度との関係を整理したグラフであり、硬度差ΔＨｖが
本発明範囲内のＨｖ１５程度以上の場合、Ｃeqが０．２
〜０．５で降伏比が効果的に低下していることが分か
る。尚、図中の元素記号は試料No. ２３〜２９の鋼種に
含まれる強度等の特性向上元素を示しており、「冷間成
形」と付記したものは試料No. ３０及び３１である。

【００３９】また、図２は鋼種がNo. ３の試料No. ５〜
１６につき、硬度差ΔＨｖと成形部材のコーナ部の降伏
比との関係を整理したグラフであり、フェライト粒の平
均硬度が本発明範囲内のＨｖ１３０程度以上の場合、硬
度差がＨｖ１０以上になると降伏比の低下が著しいこと
が分かる。特に、ΔＨｖがＨｖ１５以上では、降伏比が
ほぼ最小に低下している。

【００４０】また、図３は図２と同様の試料につき、硬
度差ΔＨｖと成形部材のコーナ部のフェライト平均粒径
との関係を整理したグラフであり、フェライト粒の平均
硬度がＨｖ１００以上では、硬度差がＨｖ１０以上にな
ると平均粒径が増大していく様子が認められ、これは降
伏比の低下を裏付けるものである。

【００４１】表２の個々のデータについて見ると、鋼種
No. １および５はＣeqが本発明範囲外の鋼種であり、鋼
種No. １は本発明範囲より低いため、これを用いた熱延
鋼板の引張強さも低くなり、加工部材の試料No. １、２
も引張強さが４２０Ｎ／mm²程度と低い。また、鋼種No.
５はＣeqが本発明範囲よりも高く、これを用いた熱延
鋼板の引張強さも高くなり、加工部材の試料No. ２０、
２１も５５０Ｎ／mm²を超えて高い。

【００４２】また、鋼成分が本発明範囲を満足しても、
試料No. ４、８、１２、１６、１９は熱延鋼板母材の１
５μm 以上のフェライト粒のΔＨｖが本発明範囲外であ
るため、降伏比が７５％以上と高い。また、鋼成分及Δ
Ｈｖが本発明範囲内であるものの、１５μm 以上のフェ
ライト粒の平均硬度が本発明範囲外であるNo. １３〜１
５についも、降伏比が７５％以上と高い。尚、試料No.
３０及び３１は、熱延鋼板が本発明範囲を満足するもの
の、冷間加工により曲げ加工を行ったものであるため、
降伏比が８０％を超え高くなった。

【００４３】これらの比較例に比して、本発明の鋼成
分、所定粒径のフェライトの平均硬度及び硬度差を満足
するNo. ３、５〜７、９〜１１、１７、１８、２３〜２
９（実施例）は、成形部材の引張強さが４７０Ｎ／mm²
以上で、かつ降伏比が７２％以下であり、降伏比の低い
高強度鋼板部材が得られている。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の熱延鋼板
によれば、所定の鋼成分を有し、１５μm 以上のフェラ
イト粒の平均硬度をＨｖ１１０以上、硬度差をＨｖ１０
以上に規定したので、熱間成形時にフェライト粒が成長
し、加工硬化が抑制され、低降伏比の鋼板部材を得るこ
とができる。特に、硬度差をＨｖ１５以上にすることに
より、降伏比の低下を著しく促進することができる。ま
た、前記熱延鋼板を７００〜１０００℃で熱間加工を行
うことにより、前記熱延鋼板のフェライト粒の成長によ
る低降伏比の制御を有効に行うことができるようにな
り、降伏比が７５％以下の低降伏比の熱間成形鋼板部材
を容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱延鋼板母材の炭素当量（ＣＥＱ＝Ｃeq）と成
形部材のコーナー部の降伏比等との関係を示すグラフ図
である。

【図２】熱延鋼板母材のフェライト粒の硬度差ΔＨｖと
成形部材のコーナー部の降伏比との関係を示すグラフ図
である。

【図３】熱延鋼板母材のフェライト粒の硬度差ΔＨｖと
成形部材のコーナー部のフェライト平均粒径との関係を
示すグラフ図である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、Ｃ ：０．０３〜０．２５
   ％、Ｓｉ：０．０１〜１．０％、Ｍｎ：０．５０〜２．
   ０％、Ｐ ：０．０５％以下、Ｓ ：０．０３％以下、
   sol.Ａｌ：０．０８％以下、Ｎ ：０．０１％以下を含
   有し、かつＣeq＝Ｃ＋Si／24＋Mn／6 ＋Ni／40＋Cr／5
   ＋Mo／4 ＋Ｖ／14で示されるＣeqが０．２〜０．５とさ
   れ、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、 １５μm 以上のフェライト粒の平均硬度がＨｖ１１０以
   上で、かつこれらのフェライト粒の最大硬度と最小硬度
   との差がＨｖ１０以上であることを特徴とする熱間成形
   後に低降伏比の鋼板部材が得られる熱延鋼板。
2. 【請求項２】 請求項１に記載した成分のほかに、更に
   重量％で、Ｃｒ：０．８０％以下，Ｎｉ：０．５０％以
   下，Ｍｏ：０．４０％以下からなるＡ群、Ｎｂ：０．０
   ８％以下，Ｔｉ：０．１０％以下，Ｖ：０．３０％以下
   からなるＢ群、Ｂ：０．０００５〜０．００５０％及び
   Ｃａ：０．００６％以下の内から選ばれた１種以上を含
   有する請求項１に記載した熱延鋼板。
3. 【請求項３】 １５μm 以上のフェライト粒の最大硬度
   と最小硬度との差がＨｖ１５以上である請求項１又は２
   に記載した熱延鋼板。
4. 【請求項４】 請求項１、２又は３に記載された熱延鋼
   板が７００〜１０００℃の温度において熱間成形された
   ことを特徴とする熱延鋼板部材。
5. 【請求項５】 降伏比が７５％以下である請求項４に記
   載した熱延鋼板部材。