研究成果報告書研究題目衝撃特性に優れた超高強度 TRIP 型ベイニティッ平成 21 クフェライト鋼の開発所属津山工業高等専門学校氏名北條智彦実施年度年度代表研究者印１．研究の目的・背景近年，乗用車の車体軽量化と衝突安全性の向上が求められている．現在，590～ 980MPa級の高強度鋼板が多くの乗用車に適用されているが，将来的には 1280MPa 級以上の超高強度鋼板が必要となってくる．一般的に，高強度鋼板は 980MPaを超えるとプレス成形性および衝撃特性が著しく低下する．さらに，水素による脆化が問題となる．本研究では，残留オーステナイト（γ R ）の変態誘起塑性（TRIP）を有効に利用することによって優れたプレス成形性，衝撃特性および水素脆化特性を有する超高強度鋼板を開発することを目的とする．超高強度TRIP型ベイニティックフェライト鋼は，残留オーステナイトの変態誘起塑性（TRIP：TRansformation Induced Plasticity）を利用することにより，き裂の発生，進展を抑制することができるため，プレス成形性および衝撃特生が改善される．また，残留オーステナイトは破壊に影響を及ぼす水素を吸蔵して無害化するため，水素脆化しにくくなると予想される．さらに，合金元素添加や熱処理条件を変えることにより，残留オーステナイト特性，強度，プレス成形性，水素脆化特性を改善することができると予想される．現在，980MPa 超級の自動車用超高強度鋼板としては，焼戻しマルテンサイト鋼，デュアルフェーズ鋼（DP 鋼）およびホットプレスを組み合わせたマルテンサイト鋼が考えられる．しかし，焼戻しマルテンサイト鋼は，焼入れ，焼戻しの工程があり，エネルギー効率が悪いこと，DP 鋼はプレス成形性が著しく低下すること，ホットプレスは新規に設備を立ちあげる必要があり，コスト，時間ともかかることから 980MPa 超級の実用的な超高強度鋼板としては適用が難しい．一方，TBF 鋼は，焼鈍＋オーステンパー処理のため，エネルギー効率がよく，前述のようにプレス成形性も極めて良好である．さらに，特別な設備の導入の必要がなく，一般的な熱処理装置で製造可能なため，コスト，時間増は従来の高強度鋼板の製造と同様である．以上のことから，TBF 鋼は自動車用超高強度鋼板として最適であり，早急に自動車に適用できる TBF 鋼を開発する必要がある．本研究では，980MPa 超級においても優れたプレス成形性，衝撃特性および水素脆化特性を有する超高強度 TRIP 型ベイニティックフェライト鋼（TBF 鋼）を開発するため，TBF 鋼の衝撃特性に及ぼす熱処理条件の影響，添加合金元素の影響および試験温度の影響を詳細に調査した．２．研究成果及び考察（申請時の計画に対する達成度合を織込む） 250 （0.2C-1.5Si-1.5Mn），B 鋼は 0.2C-0.5Si-1.5Mn -1.0Al-0.02nb-0.1Mo の組成を有する TBF 鋼で 2 の試験温度依存性を示す．A 鋼は基本鋼 CIAV (J/cm ) 図 1 に TBF 鋼のｼｬﾙﾋﾟｰ衝撃吸収値（CIAV）ある．（a）は V ﾉｯﾁ，（b）は U ﾉｯﾁを有する試激に CIAV は低下した．B 鋼は A 鋼よりも高い上部棚 CIAV を有し，CIAV が急激に低下する 2 とも明確な上部棚 CIAV を有し，極低温では急 CIAV (J/cm ) 験片での試験結果となっている．A 鋼，B 鋼試験温度は低温となっていた．TBF 鋼は， 200 (a) B (T =400℃) A B (T =300℃) 150 A 100 50 0 250 (b) B (T =400℃) A 200 B (T =300℃) A (T =300℃) A A (T =400℃) A A 150 100 A (T =400℃) A A (T =300℃) 50 0 -200 A が小さくなり，ﾍﾞｲﾆﾃｨｯｸﾌｪﾗｲﾄﾗｽの間隔も狭く 0 100 T (℃) 図 1 TBF 鋼のｼｬﾙﾋﾟｰ衝撃吸収値（CIAV）となった．このことが Al-Nb-Mo を添加した B 試験温度（T）の関係． Al-Nb-Mo を添加することによって結晶粒径 250 と考えられる． 200 図 2 にTBF鋼のｼｬﾙﾋﾟｰ衝撃吸収値（CIAV）とｵｰｽﾃﾝﾊﾟｰ処理温度（T A ）の関係を示す．（a）はVﾉｯﾁ，（b）はUﾉｯﾁを有する試験片での試験 2 CIAV (J/cm ) 鋼の CIAV の低下する試験温度を低下させた 375℃であったがB鋼ではT A =400～425℃となり，Al-Nb-Moを添加することにより高T A 側にｼﾌﾄした．さらに，TBF鋼は水素を吸蔵しても 2 CIAV (J/cm ) た．また，高CIAVを示すT A はA鋼では 350～ B (without hydrogen) (a) A (without hydrogen) B (with hydrogen) 100 50 0 250 結果を示す．Al-Nb-Moを添加したTBF鋼（B 鋼）は基本鋼（A鋼）よりも高いCIAVを有し 150 -100 A (with hydrogen) B (without hydrogen) (b) 200 150 100 A (without hydrogen) 50 0 300 350 水素吸蔵前と同様の高いCIAVを有した．TBF 400 450 T (℃) 500 A 鋼のCIAVをγ R 初期体積率（f γ0 ）で整理する図 2 TBF鋼のｼｬﾙﾋﾟｰ衝撃吸収値（CIAV）とｵｰと，f ｽﾃﾝﾊﾟｰ処理温度（T A ）の関係． γ0 が上昇するに従って C I AV は増加した．また，A鋼のf γ0 はT A =400℃で，B鋼のf γ0 はT A =425℃でとくに高い値となっていた．さらに，B鋼はA鋼よりも高いγ R 初期炭素濃度（C γ0 ）を有していた．以上のことから，安定で多量のγ R を含有しているB鋼はT A =375℃以上の範囲でA鋼よりも高いCIAVを有したと考えられる．一般にγ R は水素の有効なﾄﾗｯﾌﾟｻｲﾄとなることが知られている．本研究で用いたTBF鋼は鋼中に約 5～30%のγ R を有している．このγ R に多量の水素がﾄﾗｯﾌﾟされ，破壊の起点となりうる結晶粒界などへの水素ﾄﾗｯﾌﾟを抑制したため，TBF鋼は水素吸蔵後も高い CIAVを有したと考えられる．本研究の申請時の計画に対する達成度合は 9 割以上と考えている．３．経費の使用状況（申請時の計画に対する実績を記述）計画（万円）実績（万円）設備備品費 0 0 消耗品費 16 14.5 借料損料 30 32 資料費 0 0 印刷費 0 0 費 4 3.5 旅謝礼金 0 0 その他 0 0 50 50 合計消耗品費について，薬品購入費用が計画よりも抑えることができたため，測定器具（ノギス）購入費用，実験のための出張先への試験片運搬にかかる費用に充てた．４．将来展望（今後の発展性、実用化の見込み等について記述）本研究により，最適熱処理条件を提案することができた．また，合金元素を添加することによって衝撃特性が改善されることが確認された．今後は，実際の鋼板製造ラインでの安定した TBF 鋼板製造が課題となると考えられる．また，TBF 鋼の優れたプレス成形性や疲労特性を有効に利用するため，自動車用エンジン部品への適用の期待が高まると予想される．５．成果の発表（学会での発表、学術誌への投稿等を記載。予定を含む）（社）日本鉄鋼協会第 161 回春季講演大会発表予定