JP2002003997A - 歪時効硬化特性に優れた熱延鋼板およびその製造方法 - Google Patents
歪時効硬化特性に優れた熱延鋼板およびその製造方法Info
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Abstract
温度での熱処理によって引張強さが極めて大きく上昇す
る歪時効硬化特性に優れた高張力熱延鋼板およびその製
造方法を提案する。 【解決手段】 C:0.15%以下、Si:2.0 %以下、Mn:
3.0 %以下とし、P、S、Al、Nを調整したうえで、C
u:0.5 〜3.0 %、またはCr、Mo、Wのうちの1種また
は2種以上を合計で2.0 %以下を含む組成を有する鋼ス
ラブに、FDTをAr3変態点以上とする熱間圧延を施
し、圧延終了後、5℃/s以上の冷却速度でAr3〜Ar1 変
態点の温度域まで冷却し、該温度域で空冷または徐冷し
たのち、再び5℃/s以上で冷却して、550 ℃以下で巻き
取り、フェライトと、面積率で2%以上のマルテンサイ
トを含む複合組織とする。これにより、プレス成形性に
優れ、かつΔTS:80MPa 以上になる歪時効硬化特性に
優れた鋼板となる。
Description
熱延鋼板に係り、とくに、曲げ加工性、伸びフランジ加
工性、絞り加工性等のプレス成形性が良好で、しかもプ
レス成形後の熱処理により引張強さが顕著に増加する、
極めて大きな歪時効硬化特性を有する熱延鋼板およびそ
の製造方法に関する。本発明でいう極めて大きな歪時効
硬化特性、すなわち「歪時効硬化特性に優れる」とは、
ΔTS:80MPa 以上になる歪時効硬化特性を有すること
を意味する。本発明において、ΔTSとは、塑性歪量5
%以上の予変形処理後、150 〜 350℃の範囲の温度で保
持時間:30s以上の熱処理を施したときの、熱処理前後
の引張強さ増加量{=(熱処理後の引張強さ)−(予変
形処理前の引張強さ)}を意味する。
ス規制に関連して、自動車の車体重量の軽減が極めて重
要な課題となっている。最近、車体重量の軽減のため
に、自動車用鋼板を高強度化して鋼板板厚を低減するこ
とが検討されている。鋼板を素材とする自動車の車体用
部品の多くがプレス加工により成形されるため、使用さ
れる熱延鋼板には、優れたプレス成形性を有することが
要求される。優れたプレス成形性を有する鋼板となるた
めには、まず低い降伏強さと高い延性を確保することが
肝要となる。また、伸びフランジ成形が多用される場合
もあり、高い穴拡げ率を有することも必要となる。しか
し、一般に、鋼板を高強度化すると、降伏強さが上昇し
形状凍結性が劣化するとともに、延性が低下し、穴拡げ
率が低下して、プレス成形性が低下する傾向となる。こ
のため、従来から、高い延性を有し、プレス成形性に優
れた高強度熱延鋼板が要望されていた。
め、自動車車体の安全性が重視され、そのために衝突時
における安全性の目安となる耐衝撃特性の向上が要求さ
れている。耐衝撃特性の向上には、完成車での強度が高
いほど有利になる。したがって、自動車部品の成形時に
は、強度が低く、高い延性を有してプレス成形性に優
れ、完成品となった時点には、強度が高くて耐衝撃特性
に優れる熱延鋼板が最も強く望まれていた。
強度化とを両立させた鋼板が開発された。この鋼板は、
プレス加工後に通常100 〜200 ℃の高温保持を含む塗装
焼付処理を施すと降伏応力が上昇する塗装焼付硬化型鋼
板である。この鋼板では、最終的に固溶状態で残存する
C量(固溶C量)を適正範囲に制御し、プレス成形時に
は軟質で、形状凍結性、延性を確保し、プレス成形後に
行われる塗装焼付処理時に、残存する固溶Cがプレス成
形時に導入された転位に固着して、転位の移動を妨げ、
降伏応力を上昇させる。しかしながら、この塗装焼付硬
化型自動車用鋼板では、降伏応力は上昇させることがで
きるものの、引張強さまでは上昇させることができなか
った。
08〜0.20%、Mn:1.5 〜3.5 %を含み残部Feおよび不可
避的不純物からなる成分組成を有し、組織がフェライト
量5%以下の均一なベイナイトもしくは一部マルテンサ
イトを含むベイナイトで構成された焼付硬化性高張力冷
延薄鋼板が開示されている。特公平5-24979 号公報に記
載された冷延鋼板は、連続焼鈍後の冷却過程で400 〜20
0 ℃の温度範囲を急冷し、その後を徐冷とすることによ
り、組織を従来のフェライト主体の組織からベイナイト
主体の組織として、従来になかった高い焼付硬化量を得
ようとするものである。
載された鋼板では、塗装焼付け後に降伏強さが上昇し従
来になかった高い焼付け硬化量が得られるものの、依然
として引張強さまでは上昇させることができず、耐衝撃
特性の向上が期待できないという問題があった。プレス
成形後に熱処理を施し、降伏応力のみならず引張強さを
も上昇させようとする熱延鋼板が、いくつか提案されて
いる。
0.02〜0.13%、Si:2.0 %以下、Mn:0.6 〜2.5 %、so
l.Al:0.10%以下、N:0.0080〜0.0250%を含む鋼を、
1100℃以上に再加熱し、850 〜950 ℃で仕上圧延を終了
する熱間圧延を施し、ついで15℃/s以上の冷却速度で15
0 ℃未満の温度まで冷却し巻取り、フェライトとマルテ
ンサイトを主体とする複合組織とする、熱延鋼板の製造
方法が提案されている。しかしながら、特公平8-23048
号公報に記載された技術で製造された鋼板では、歪時効
硬化により降伏応力とともに引張強さが増加するもの
の、150 ℃未満という極めて低い巻取温度で巻き取るた
め、機械的特性の変動が大きいという問題があった。ま
た、プレス成形−塗装焼付処理後の降伏応力の増加量の
ばらつきが大きく、さらに、穴拡げ率(λ)が低く、伸
びフランジ加工性が低下しプレス成形性が不足するとい
う問題もあった。
をめっき原板とする溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法が提
案されている。この方法は、C:0.05%以下、Mn:0.05
〜0.5 %、Al:0.1 %以下、Cu:0.8 〜2.0 %を含む鋼
スラブを巻取温度:530 ℃以下の条件で熱間圧延を行
い、続いて530 ℃以下の温度に加熱し鋼板表面を還元し
たのち、溶融亜鉛めっきを施すことにより、成形後の熱
処理による著しい硬化が得られるとしている。しかしな
がら、この方法で製造された鋼板では、成形後熱処理に
より著しい硬化を得るためには、熱処理温度を500 ℃以
上とする必要があり、熱処理温度が高く、実用上問題を
残していた。
板あるいは冷延板をめっき原板とし、成形後の熱処理に
より強度上昇が期待できる合金化溶融亜鉛めっき鋼板の
製造方法が提案されている。この方法は、C:0.01〜0.
08%を含み、Si、Mn、P、S、Al、Nを適正量としたう
えで、Cr、W、Moの1種または2種以上を合計で0.05〜
3.0 %含有する鋼を熱間圧延したのち、あるいはさらに
冷間圧延または、調質圧延し焼鈍したのち、溶融亜鉛め
っきを行い、その後加熱合金化処理を施すというもので
ある。この鋼板は、成形後、200 〜450 ℃の温度域で加
熱することにより引張強さが上昇するとされる。しかし
ながら、得られた鋼板は、ミクロ組織が、フェライト単
相、フェライト+パーライト、またはフェライト+べイ
ナイト組織であるため、高い延性と低い降伏強さが得ら
れず、プレス成形性が低下するという問題があった。
0.03〜0.20%を含み、Si、Mn、P、S、Alを適正量とし
たうえで、Cu:0.2 〜2.0 %とB:0.0002〜0.002 %を
含み、ミクロ組織が、フェライトを主相とし、マルテン
サイトを第2相とする複合組織であり、フェライト相に
おけるCuの存在状態を2nm以下の固溶状態および/また
は析出状態とした、疲労特性に優れた加工用熱延鋼板が
提案されている。特開平11-199975 号公報に記載された
鋼板は、CuとBを複合添加し、しかもCuの存在状態を2n
m 以下と極微細としてはじめて疲労限度比が著しく向上
するというものである。しかも、そのためには、Ar3変
態点以上で熱間仕上圧延を終了し、冷却過程のAr3〜A
r1変態点までの温度域で1〜10s間空冷し、その後20℃
/s以上の冷却速度で冷却し、350 ℃以下の温度で巻き
取ることを必須としている。このように巻取温度を350
℃以下という低温にすると、熱延鋼板の形状が大きく乱
れやすく、工業的に安定して製造できないという問題が
あった。
うに、極めて強い要求があるにもかかわらず、これらの
特性を満足する鋼板を工業的に安定して製造する技術が
これまでになかったことに鑑み成されたものであり、上
記した問題を有利に解決し、自動車用鋼板として好適
な、優れたプレス成形性を有し、かつプレス成形後に、
比較的低い温度での熱処理によって引張強さが極めて大
きく上昇する歪時効硬化特性に優れた高張力熱延鋼板お
よびこの高張力熱延鋼板を安定して生産ができる製造方
法を提案することを目的とする。
課題を達成するために、歪時効硬化特性におよぼす鋼板
組織と合金元素の影響について鋭意研究を重ねた。その
結果、C含有量を低炭素域とし、適正範囲内のCu、ある
いはCuに代えてMo、Cr、Wのうちの1種または2種以上
を含有して、さらに加えて、鋼板組織をフェライトとマ
ルテンサイトの複合組織とすることにより、予歪量:5
%以上とした予変形処理と150 ℃以上350 ℃以下の比較
的低い温度の熱処理後に、降伏応力の増加に加え、引張
強さも顕著に増加する高い歪時効硬化が得られることを
見いだした。また、このような高い歪時効硬化特性に加
えて、良好な延性、低い降伏強さ、高い穴拡げ率を有
し、プレス成形性に優れた鋼板となることを見いだし
た。
果について説明する。質量%で、C:0.04%、Si:0.82
%、Mn:1.6 %、P:0.01%、S:0.005 %、Al:0.04
%、N:0.002 %を含有し、Cuを0.3 %、1.3 %と変化
した組成を有するシートバーについて、1150℃に加熱−
均熱後、仕上圧延終了温度が850 ℃となるように3パス
圧延を行って板厚2.0mm としたのち、冷却条件と巻取り
温度を変化して、組織をフェライト単相からフェライト
+マルテンサイトの複合組織を有する熱延板とした。
引張特性を調査した。さらに、これら熱延板から採取し
た試験片に引張予歪量5%の予変形処理を施し、ついで
50〜350 ℃×20min の熱処理を施したのち、引張試験を
実施し引張特性を求め、歪時効硬化特性を評価した。歪
時効硬化特性は、熱処理前後の引張強さ増加量ΔTSで
評価した。ΔTSは、熱処理を施した後の引張強さTS
HTと、熱処理を施さない場合の引張強さTSとの差(=
(熱処理後の引張強さTSHT)−(予変形処理前の引張
強さTS))とした。なお、引張試験は、JIS 5号引張
試験片を用いて実施した。
関係におよぼすCu含有量の影響を示す。なお、ΔTS
は、試験片に引張予歪量5%の予変形処理を施し、つい
で250℃×20min の熱処理を施して求めた。図1から、C
u含有量が1.3 質量%の場合には、鋼板組織をフェライ
ト+マルテンサイトの複合組織にすることにより、ΔT
S:80MPa 以上になる高い歪時効硬化特性が得られるこ
とがわかる。Cu含有量が0.3 質量%の場合には、ΔT
S:80MPa 未満であり、鋼板組織をフェライト+マルテ
ンサイトの複合組織にしても高い歪時効硬化特性は得ら
れない。
フェライト+マルテンサイトの複合組織とすることによ
り、高い歪時効硬化特性を有する熱延鋼板を製造するこ
とが可能であることがわかる。図2に、ΔTSと予変形
処理後の熱処理温度の関係におよぼすCu含有量の影響を
示す。なお、用いた熱延板は、熱間圧延終了後、20℃/
sの冷却速度で 700℃まで冷却し、ついで5s間空冷し
た後、30℃/sの冷却速度で 450℃まで冷却し、その
後、 450℃×1hのコイル巻取り相当処理を施したもの
である。このようにして得られた熱延板のミクロ組織
は、主相としてのフェライトと、面積率で8%のマルテ
ンサイトとの複合組織であった。ΔTSは、これら熱延
板に、予変形処理を施した後、熱処理を行い求めた。
るとともに増加するが、その増加量はCu含有量に大きく
依存する。Cu含有量が1.3 質量%の場合には、熱処理温
度が150 ℃以上でΔTS:80MPa 以上になる高い歪時効
硬化特性が得られることがわかる。なお、Cu含有量が0.
3 質量%の場合には、ΔTS:80MPa 未満であり、いず
れの熱処理温度でも高い歪時効硬化特性は得られない。
の鋼板について、熱延後の冷却速度を種々変化させ、組
織をフェライト+マルテンサイトからフェライト単相と
し、降伏比YR(=(降伏強さYS/引張強さTS)×
100 %)を50〜90%とした材料(熱延板)を作製した。
これら材料(熱延板)について、穴拡げ試験を実施し穴
拡げ率(λ)を求めた。穴拡げ試験は、10mmφのポンチ
で打ち抜いて供試片にポンチ穴を形成したのち、頂角60
°の円錐ポンチを用い、ばりが外側になるようにして、
板厚を貫通する割れが発生するまで穴拡げを行い、穴拡
げ率λを求めた。穴拡げ率λは、λ(%)={(d−d
0 )/d0 }×100 で求めた。なお、d 0 :初期穴径、
d:割れ発生時の内穴径である。
との関係に整理し、穴拡げ率λと降伏比YRとの関係に
およぼすCu含有量の影響として図3に示す。図3から、
Cu:0.3 質量%の鋼板では、フェライト(α)+マルテ
ンサイトの複合組織となりYRが70%未満となると、Y
Rの低下とともにλが低下しているが、Cu:1.3 質量%
の鋼板では、フェライト(α)+マルテンサイトの複合
組織となりYRが低くなっても高いλ値を維持している
ことがわかる。一方、Cu含有量が0.3 質量%の鋼板で
は、低いYRと高いλを同時には得ることができない。
フェライト(α)+マルテンサイトの複合組織とするこ
とにより、低降伏比と高穴拡げ率をともに満足する鋼板
を製造することが可能であることがわかる。本発明の熱
延鋼板では、通常の熱処理前後の変形応力増加量測定時
の予歪量である2%よりも多い歪量での予変形と、150
℃以上350 ℃以下といった比較的低温域での熱処理によ
り、鋼板中に極微細Cuが析出する。本発明者らの検討に
よれば、この極微細Cuの析出により、降伏応力の増加に
加え、引張強さが顕著に増加する高い歪時効硬化特性が
得られたと考えられる。このような比較的低温域での熱
処理による極微細Cuの析出は、これまで報告されている
極低炭素鋼あるいは低炭素鋼では全く認められなかっ
た。比較的低温域での熱処理によって極微細Cuが析出す
ることについては、現在まで、その理由は明確となって
いないが、フェライト(α)+オーステナイト(γ)の
2相域での保持中に、γ相にCuが多量に分配され、それ
が冷却後も引き継がれてマルテンサイト中にCuが過飽和
に固溶した状態になり、5%以上の予歪の付加と低温熱
処理により、極微細に析出したものと考えられる。
ルテンサイトの複合組織とした鋼板の穴拡げ率が高くな
る詳細な機構については、現在までに明確とはなってい
ないが、Cu添加によりフェライトとマルテンサイトとの
硬度差が小さくなったためではないかと考えられる。上
記した新規な知見に基づき、本発明者らは、さらに鋭意
研究を重ねた結果、上記した現象はCuを含まない鋼板に
おいても起こることを知見した。Cuに代えて、Mo、Cr、
Wのうちの1種または2種以上を含有し、組織をフェラ
イト+マルテンサイトの複合組織とすることにより、予
歪を付加し低温での熱処理を施すと、マルテンサイト中
に極微細な炭化物が歪誘起析出し引張強さが上昇するこ
とを見いだした。この低温加熱時の歪誘起微細析出は、
Mo、Cr、Wのうちの1種または2種以上に加えてNb、
V、Tiのうちの1種または2種以上を含有することによ
りさらに顕著となることも見いだした。
検討して完成されたものであり、本発明の要旨は下記の
とおりである。 (1)組織が、フェライト相を主相とし、面積率で2%
以上のマルテンサイト相を含む第2相との複合組織を有
することを特徴とする、プレス成形性に優れ、かつΔT
S:80MPa 以上になる歪時効硬化特性に優れた熱延鋼
板。
15%以下、Si:2.0 %以下、Mn:3.0 %以下、P:0.1
%以下、S:0.02%以下、Al:0.1 %以下、N:0.02%
以下、Cu:0.5 〜3.0 %を含み、残部がFeおよび不可避
的不純物からなる組成を有することを特徴とする、プレ
ス成形性に優れ、かつΔTS:80MPa 以上になる歪時効
硬化特性に優れた熱延鋼板。
らに、質量%で、次A群〜C群 A群:Ni:2.0 %以下、 B群:Cr、Moのうちの1種または2種を合計で2.0 %以
下、 C群:Nb、Ti、Vのうちの1種または2種以上を合計で
0.2 %以下 のうちから選ばれた1群または2群以上を含有すること
を特徴とする、プレス成形性に優れ、かつΔTS:80MP
a 以上になる歪時効硬化特性に優れた熱延鋼板。
15%以下、Si:2.0 %以下、Mn:3.0 %以下、P:0.1
%以下、S:0.02%以下、Al:0.1 %以下、N:0.02%
以下を含み、さらに、Mo:0.05〜2.0 %、Cr:0.05〜2.
0 %、W:0.05〜2.0 %のうちから選ばれた1種または
2種以上を合計で2.0 %以下含有し、残部がFeおよび不
可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする、
プレス成形性に優れ、かつΔTS:80MPa 以上になる歪
時効硬化特性に優れた熱延鋼板。
らに、質量%で、Nb、Ti、Vのうちの1種または2種以
上を合計で2.0 %以下含有することを特徴とする、プレ
ス成形性に優れ、かつΔTS:80MPa 以上になる歪時効
硬化特性に優れた熱延鋼板。 (6)質量%で、C:0.15%以下、Si:2.0 %以下、M
n:3.0 %以下、P:0.1 %以下、S:0.02%以下、A
l:0.1 %以下、N:0.02%以下、Cu:0.5 〜3.0%を含
み、あるいはさらに次A群〜C群 A群:Ni:2.0 %以下、 B群:Cr、Moのうちの1種または2種を合計で2.0 %以
下、 C群:Nb、Ti、Vのうちの1種または2種以上を合計で
0.2 %以下 のうちから選ばれた1群または2群以上を含有し、好ま
しくは残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有す
る鋼スラブに、熱間圧延を施し所定板厚の熱延板とする
にあたり、前記熱間圧延を、仕上圧延終了温度FDTが
Ar3変態点以上である熱間圧延とし、仕上圧延終了後、
5℃/s以上の冷却速度で(Ar3変態点)〜(Ar1変態
点)の温度域まで冷却し、該温度域で1〜20s間空冷ま
たは徐冷したのち、再び5℃/s以上の冷却速度で冷却
して、550 ℃以下の温度で巻き取ることを特徴とする、
プレス成形性に優れ、かつΔTS:80MPa 以上になる歪
時効硬化特性に優れた熱延鋼板の製造法。
質量%で、C:0.15%以下、Si:2.0 %以下、Mn:3.0
%以下、P:0.1 %以下、S:0.02%以下、Al:0.1 %
以下、N:0.02%以下を含み、さらに、Mo:0.05〜2.0
%、Cr:0.05〜2.0 %、W:0.05〜2.0 %のうちから選
ばれた1種または2種以上を合計で2.0 %以下含有し、
あるいはさらにNb、Ti、Vのうちの1種または2種以上
を合計で2.0 %以下含有し、好ましくは残部Feおよび不
可避的不純物からなる組成を有する鋼スラブとすること
を特徴とする、プレス成形性に優れ、かつΔTS:80MP
a 以上になる歪時効硬化特性に優れた熱延鋼板の製造
法。
S:440MPa以上の高張力熱延鋼板であり、プレス成形性
に優れ、かつプレス成形後の比較的低い温度での熱処理
により引張強さが顕著に上昇し、ΔTS:80MPa 以上に
なる歪時効硬化特性に優れた鋼板である。
た」とは、上記したように、引張塑性歪量5%以上の予
変形処理後、150 〜 350℃の範囲の温度で保持時間:30
s以上の熱処理を施したとき、この熱処理前後の引張強
さ増加量ΔTS{=(熱処理後の引張強さ)−(予変形
処理前の引張強さ)}が80MPa 以上となることを意味す
る。なお、望ましくはΔTSは100 MPa 以上である。こ
の熱処理により降伏応力も上昇し、ΔYS: 80 MPa 以
上が得られることはいうまでもない。ΔYSは、熱処理
前後の降伏強さの増加量を意味し、ΔYS={(熱処理
後の降伏強さ)−(熱処理前の降伏強さ)}で定義され
る。
変形)量は重要な因子である。本発明者らは、自動車用
鋼板が適用される変形様式を想定して、予歪量がその後
の歪時効硬化特性に及ぼす影響について調査した。その
結果、極めて深い絞り加工以外はおおむね1軸相当歪
(引張歪)量で整理できること、また、実部品において
は、この1軸相当歪量がおおむね5%を上回っているこ
と、また、部品強度が予歪5%の歪時効処理後に得られ
る強度と良く対応すること、が明らかになった。これら
のことから、本発明では、歪時効処理の予歪(変形)を
5%以上の引張塑性歪とした。
n が標準として採用されているが、本発明におけるよう
に、極微細Cuの析出強化を利用する場合には、熱処理温
度は150 ℃以上が必要となる。一方、350 ℃を超える条
件では、その効果が飽和し、逆にやや軟化する傾向を示
す。また、350 ℃を超える温度に加熱すると、熱歪やテ
ンパーカラーの発生などが顕著となる。このようなこと
から、本発明では、歪時効硬化のための熱処理温度は15
0 〜350 ℃とした。なお、熱処理温度における保持時間
は30s以上とする。熱処理の保持時間については、150
〜350 ℃ではおおむね30s程度以上保持すれば、ほぼ十
分な歪時効硬化が達成される。よりおおきな安定した歪
時効硬化を得たい場合には保持時間は60s以上とするの
が望ましく、より好ましくは300 s以上である。
れないが、通常の塗装焼付処理におけるように、炉によ
る雰囲気加熱以外に、たとえば誘導加熱、無酸化炎、レ
ーザー、プラズマなどによる加熱などがいずれも好適で
ある。また、鋼板の温度を高めてプレスする、いわゆる
温間プレスも、本発明においては極めて有効な方法であ
る。
る。本発明の熱延鋼板は、組織が、フェライト相と、面
積率で全組織に対し2%以上のマルテンサイト相を含む
第2相との複合組織を有する。低い降伏強さYSと高い
延性(El)を有し、優れたプレス成形性を有する鋼板
とするために、本発明では鋼板の組織を、主相であるフ
ェライト相と、マルテンサイトを含む第2相との複合組
織とする必要がある。主相であるフェライトは、面積率
で50%以上とするのが好ましい。フェライトが、50%未
満では、高い延性を確保することが困難となりプレス成
形性が低下する。また、さらに良好な延性が要求される
場合にはフェライト相の面積率は80%以上とするのが好
ましい。なお、複合組織の利点を利用するために、フェ
ライト相は 98 %以下とするのが好ましい。
ンサイトを、面積率で全組織に対し2%以上含有する必
要がある。マルテンサイトが2%未満では、低いYSと
高いElを同時に満足させることができない。なお、第
2相は、面積率で2%以上のマルテンサイト相単独とし
ても、あるいは面積率で2%以上のマルテンサイト相
と、副相としてそれ以外のパーライト相、ベイナイト
相、残留オーステナイト相のいずれかとの混合としてよ
く、とくに限定されない。
強さで高延性を有しプレス成形性に優れ、かつ歪時効硬
化特性に優れた鋼板となる。つぎに、本発明熱延鋼板の
組成限定理由について説明する。なお、質量%は単に%
と記す。 C:0.15%以下 Cは、鋼板の強度を増加し、さらにフェライトとマルテ
ンサイトの複合組織の形成を促進する元素であり、本発
明では複合組織を形成するために0.01%以上含有するの
が好ましい。一方、0.15%を超える含有は、鋼中の炭化
物の分率が増加し、延性、さらにはプレス成形性を低下
させる。さらに、より重要な問題として、C含有量が0.
15%を超えると、スポット溶接性、アーク溶接性等が顕
著に低下する。このため、本発明では、Cは0.15%以下
に限定した。なお、成形性の観点からは0.10%以下とす
るのが好ましい。
高強度化させることができる有用な強化元素であるとと
もに、フェライト変態の促進および未変態オーステナイ
ト中へのCの濃縮によるマルテンサイト形成の促進等に
有効な元素である。しかし、Si含有量が2.0 %を超える
と、プレス成形性の劣化を招くとともに、表面性状が悪
化する。このため、Siは2.0 %以下に限定した。なお、
マルテンサイト形成の観点から0.1 %以上含有するのが
好ましい。
ルテンサイトの複合組織の形成を促進する作用を有して
いる。また、Sによる熱間割れを防止する有効な元素で
あり、含有するS量に応じて含有するのが好ましい。こ
のような効果は、0.5 %以上の含有で顕著となる。一
方、3.0 %を超える含有は、プレス成形性および溶接性
が劣化する。このため、本発明ではMnは3.0 %以下に限
定した。なお、より好ましくは1.0 %以上である。
要量含有することができるが、過剰に含有するとプレス
成形性が劣化する。このため、Pは0.10%以下に限定し
た。なお、より優れたプレス成形性が要求される場合に
は、0.08%以下とするのが好ましい。
形性、とくに伸びフランジ成形性の劣化をもたらす元素
であり、できるだけ低減するのが好ましいが、0.02%以
下に低減すると、さほど悪影響をおよぼさなくなるた
め、本発明ではSは0.02%を上限とした。なお、優れた
伸びフランジ成形性を要求される場合には、Sは0.010
%以下とするのが好ましい。
させるのに有用な元素であるが、0.10%を超えて含有し
てもより一層の脱酸効果は得られず、逆にプレス成形性
が劣化する。このため、Alは0.10%以下に限定した。な
お、好ましくは0.01%以上である。また、本発明では、
Al脱酸以外の脱酸方法による溶製方法を排除するもので
はなく、たとえばTi脱酸やSi脱酸を行ってもよく、これ
らの脱酸法による鋼板も本発明の範囲に含まれる。
元素であるが、0.02%を超えて含有すると、鋼板中に窒
化物が増加し、それにより鋼板の延性、さらにはプレス
成形性が顕著に劣化する。このため、Nは0.02%以下に
限定した。なお、よりプレス成形性の向上が要求される
場合には0.01%以下とするのが好適である。
加)を顕著に増加させる元素であり、本発明において最
も重要な元素の一つである。Cu含有量が0.5 %未満で
は、たとえ予変形−熱処理条件を変化させても、ΔT
S:80MPa 以上の引張強さの増加は得られない。このた
め、本発明では、Cuは0.5 %以上の含有を必要とする。
一方、3.0 %を超える含有は、効果が飽和し、含有量に
見合う効果が期待できず経済的に不利となるうえ、プレ
ス成形性の劣化を招き、さらに鋼板の表面性状が悪化す
る。このため、Cuは0.5 〜3.0 %に限定した。なお、よ
り大きいΔTSと優れたプレス成形性とを両立させるた
めには、Cuは1.0 〜2.5 %の範囲にするのが好ましい。
組成に加えてさらに、質量%で、次A群〜C群 A群:Ni:2.0 %以下 B群:Cr、Moのうちの1種または2種を合計で2.0 %以
下 C群:Nb、Ti、Vのうちの1種または2種以上を合計で
0.2 %以下 のうちの1群または2群以上を含有することが好まし
い。
防止に有効な元素であり、必要に応じ含有できる。含有
する場合には、その含有量は、Cu含有量に依存し、およ
そCu含有量の半分程度とするのが好ましい。なお、2.0
%を超えて含有しても、効果が飽和し含有量に見合う効
果が期待できなく経済的に不利となるうえ、逆にプレス
成形性が劣化する。このようなことから、Niは2.0 %以
下に限定するのが好ましい。
計で2.0 %以下 B群:Cr、Moは、いずれもMnと同様に、フェライト+マ
ルテンサイトの複合組織の形成を促進する作用を有して
おり、必要に応じ含有できる。Cr、Moのうちの1種また
は2種が合計で2.0 %超えて含有すると、プレス成形性
が低下する。このため、B群:Cr、Moのうちの1種また
は2種を合計で2.0 %以下に限定するのが好ましい。
以上を合計で0.2 %以下 C群:Nb、Ti、Vは、いずれも炭化物形成元素であり、
炭化物の微細分散により高強度化に有効に作用するた
め、必要に応じ選択して含有できる。しかし、Nb、Ti、
Vのうちの1種または2種以上を合計で0.2 %超えて含
有すると、プレス成形性が劣化する。このため、Nb、T
i、Vは合計で0.2 %に限定するのが好ましい。
さらに上記したA群〜C群のうちの1群または2群以上
の含有に代えて、Mo:0.05〜2.0 %、Cr:0.05〜2.0
%、W:0.05〜2.0 %のうちから選ばれた1種または2
種以上を合計で2.0 %以下含有し、あるいはさらにNb、
Ti、Vのうちの1種または2種以上を合計で2.0 %以下
含有してもよい。
W:0.05〜2.0 %のうちから選ばれた1種または2種以
上を合計で2.0 %以下 Mo、Cr、Wはいずれも、鋼板の歪時効硬化を顕著に増加
させる元素で、本発明において最も重要な元素であり、
選択して含有できる。これらMo、Cr、Wのうちの1種ま
たは2種以上を含有させ、さらにフェライトとマルテン
サイトの複合組織とすることにより、予変形−熱処理時
に微細炭化物が歪誘起微細析出し、ΔTS:80MPa 以上
の引張強さの増加が得られる。これら元素の含有量がそ
れぞれ0.05%未満では、予変形−熱処理条件、鋼板組織
を変化させても、ΔTS:80MPa以上の引張強さの増加
は得られない。一方、これら元素の含有量がそれぞれ2.
0%を超えて含有しても、上記した効果は飽和し含有量
に見合う効果が期待できず経済的に不利となるうえ、プ
レス成形性の劣化を招く。このため、Mo、Cr、Wは、M
o:0.05〜2.0 %、Cr:0.05〜2.0 %、W:0.05〜2.0
%の範囲に限定する。なお、プレス成形性の観点から、
複合して含有する場合にはMo、Cr、Wの含有量の合計は
2.0 %以下に限定した。
合計で2.0 %以下 Nb、Ti、Vは、いずれも炭化物形成元素であり、必要に
応じ選択して含有できる。これらNb、Ti、Vのうちの1
種または2種以上を含有させ、さらにフェライトとマル
テンサイトの複合組織とすることにより、予変形−熱処
理時に微細炭化物が歪誘起微細析出し、ΔTS:80MPa
以上の引張強さの増加が得られる。しかし、Nb、Ti、V
のうちの1種または2種以上を合計で2.0 %超えて含有
すると、プレス成形性が劣化する。このため、Nb、Ti、
Vは、合計で2.0 %以下に限定するのが好ましい。
M :0.1 %以下のうちの1種または2種を含有してもよ
い。Ca、REM はいずれも介在物の形態制御を通して延性
の向上に寄与する元素である。しかし、Ca:0.1 %、RE
M :0.1 %をそれぞれ超える含有は清浄度を低下させ、
延性をかえって低下させる。また、マルテンサイト形成
の観点から、B:0.1 %以下、Zr:0.1 %以下のうちの
1種または2種以上を含有してもよい。
的不純物からなる。不可避的不純物としては、Sb:0.01
%以下、Sn:0.1 %以下、Zn:0.01%以下、Co:0.1 %
以下が許容できる。上記した組成、組織を有する熱延鋼
板は、低降伏強さで高延性を有しプレス成形性に優れ、
かつ歪時効硬化特性に優れた鋼板である。
いて説明する。本発明の熱延鋼板は、上記した範囲内の
組成を有する鋼スラブを素材とし、該素材に熱間圧延を
施し所定板厚の熱延板とする。使用する鋼スラブは、成
分のマクロ偏析を防止するために連続鋳造法で製造する
のが好ましいが、造塊法、薄スラブ連鋳法で製造しても
よい。また、鋼スラブを製造したのち、いったん室温ま
で冷却し、その後再加熱する従来法に加え、冷却しない
で、温片のままで加熱炉に挿入する、あるいはわずかの
保熱を行った後に直ちに圧延する直送圧延・直接圧延な
どの省エネルギープロセスも問題なく適用できる。
Tはとくに限定する必要はないが、900 ℃以上とするの
が好ましい。 スラブ加熱温度:900 ℃以上 スラブ加熱温度は、Cuを含有する組成の場合にはCu起因
の表面欠陥を防止するために低いほうが望ましい。しか
し、加熱温度が900 ℃未満では、圧延荷重が増大し、熱
間圧延時のトラブル発生の危険が増大する。なお、酸化
重量の増加にともなうスケールロスの増大などから、ス
ラブ加熱温度は1300℃以下とするのが望ましい。
圧延時のトラブルを防止するといった観点から、シート
バーを加熱する、いわゆるシートバーヒーターを活用す
ることは、有効な方法であることはいうまでもない。加
熱されたスラブは、ついで熱間圧延を施されるが、熱間
圧延は、仕上圧延終了温度FDTがAr3変態点以上であ
る熱間圧延とするのが好ましい。
より、均一な熱延母板組織を得ることができ、熱延後の
冷却でフェライトとマルテンサイトとの複合組織が得ら
れる。これにより、優れたプレス成形性が確保される。
一方、仕上圧延終了温度がAr3変態点未満では、熱延母
板組織が不均一となるとともに、加工組織が残存しプレ
ス成形性が劣化する。またさらに、仕上圧延終了温度が
Ar3変態点未満では、熱間圧延時の圧延負荷が高くな
り、熱間圧延時のトラブルが発生する危険性が増大す
る。このようなことから、熱間圧延のFDTはAr3変態
点以上とするのが好ましい。
冷却速度で(Ar3変態点)〜(Ar1変態点)の温度域ま
で冷却するのが好ましい。このような熱間圧延後の冷却
を行うことにより、その後の冷却処理でフェライト変態
を促進することができる。冷却速度が5℃/s未満で
は、その後の冷却処理でフェライト変態が促進されず、
プレス成形性が劣化する。
の温度域で1〜20s間空冷または徐冷するのが好まし
い。(Ar3変態点)〜(Ar1変態点)の温度域で空冷ま
たは徐冷することにより、オーステナイトからフェライ
トへの変態が促進され、さらに未変態オーステナイト中
にCが濃縮され、その後の冷却でマルテンサイトに変態
して、フェライトとマルテンサイトとの複合組織が形成
される。(Ar3変態点)〜(Ar1変態点)の温度域での
空冷または徐冷が1s未満では、オーステナイトからフ
ェライトへの変態量が少なく、したがって未変態オース
テナイト中へのCの濃縮量も少なく、マルテンサイトの
形成量が少なくなる。一方、20sを超えると、オーステ
ナイトがパーライトに変態し、フェライトとマルテンサ
イトの複合組織が得られなくなる。
の冷却速度で冷却して、550 ℃以下の巻取温度で巻き取
る。5℃/s以上の冷却速度で冷却することにより、未
変態のオーステナイトがマルテンサイトに変態する。こ
れにより、組織が、フェライト+マルテンサイトの複合
組織となる。しかし、冷却速度が5℃/s未満あるいは
巻取温度が 550℃より高いと、未変態のオーステナイト
がパーライトまたはベイナイトに変態し、マルテンサイ
トが形成されないため、プレス成形性が低下する。な
お、より好ましくは、冷却速度は10℃/s以上、さらに
好ましくは熱延板形状の観点から100 ℃/s以下であ
る。また、巻取温度は 500℃未満、より好ましくは熱延
板の形状の観点から350 ℃以上である。巻取温度が350
℃未満では、鋼板形状が顕著に乱れ、実際の使用にあた
り不具合を生じる危険性が増大する。
圧延時の圧延荷重を低減するために仕上圧延の一部また
は全部を潤滑圧延としてもよい。潤滑圧延を行うこと
は、鋼板形状の均一化、材質の均一化の観点からも有効
である。なお、潤滑圧延の際の摩耗係数は0.25〜0.10の
範囲とすることが好ましい。また、相前後するシートバ
ー同士を接合し、連続的に仕上圧延する連続圧延プロセ
スとすることが好ましい。連続圧延プロセスを適用する
ことは、熱間圧延の操業安定性の観点からも望ましい。
のために、10%以下の調質圧延を施してもよい。なお、
本発明の熱延鋼板は、加工用としてのみならず、表面処
理用原板としても適用できる。表面処理としては、亜鉛
めっき(合金系を含む)、すずめっき、ほうろう等があ
る。
鉛めっき後、特殊な処理を施して、化成処理性、溶接
性、プレス成形性および耐食性等の改善を行ってもよ
い。
溶製し、連続鋳造法で鋼スラブとした。これら鋼スラブ
を加熱し、表2に示す条件で熱間圧延して板厚 2.0mmの
熱延鋼帯(熱延板)にし、さらに圧下率: 1.0%の調質
圧延を施した。
視組織、引張特性、歪時効硬化特性、穴拡げ率を求め
た。なお、プレス成形性は、伸びEl(延性)、降伏強
さおよび穴拡げ率とから評価した。 (1)微視組織 得られた鋼帯から試験片を採取し、圧延方向に直交する
断面(C断面)について、光学顕微鏡あるいは走査型電
子顕微鏡を用いて微視組織を撮像し、画像解析装置を用
いて主相であるフェライトの組織分率および第2相の種
類と組織分率を求めた。 (2)引張特性 得られた鋼帯(熱延板)から、JIS 5号引張試験片を採
取し、JIS Z 2241の規定に準拠して引張試験を行い、降
伏強さYS、引張強さTS、伸びEl、降伏比YRを求
めた。
に採取し、予変形(引張予歪)として5%の塑性変形を
与えて、ついで250 ℃×20min の熱処理を施したのち、
引張試験を実施し、熱処理後の引張特性(降伏応力YS
HT、引張強さTSHT)を求め、ΔYS=YSHT−YS、
ΔTS=TSHT−TSを算出した。なお、YSHT、TS
HTは予変形−熱処理後の降伏応力、引張強さであり、Y
S、TSは鋼帯(熱延板)の降伏応力、引張強さであ
る。 (4)穴拡げ率 得られた鋼帯(熱延板)から採取した試験片に、10mmφ
のポンチで打ち抜いて穴を形成したのち、頂角60°の円
錐ポンチを用い、ばりが外側になるようにして、板厚を
貫通する割れが発生するまで穴拡げを行い、穴拡げ率λ
を求めた。穴拡げ率λは、λ(%)={(d−d0 )/
d0 }×100 で求めた。なお、d0 :初期穴径、d:割
れ発生時の内穴径である。これらの結果を表3に示す。
lと、低い降伏比YRと、さらに大きな穴拡げ率λを示
して、伸びフランジ成形性を含むプレス成形性に優れる
とともに、大きなΔYSと極めて大きなΔTSを示し、
歪時効硬化特性に優れた熱延鋼板となっている。これに
対し、本発明の範囲を外れる比較例では、降伏強さYS
が高いか、伸びElが低いか、あるいは穴拡げ率λが小
さいか、ΔTSが小さく、プレス成形性、歪時効硬化特
性が低下した熱延鋼板となっている。 (実施例2)表4に示す組成の溶鋼を転炉で溶製し、連
続鋳造法で鋼スラブとした。これら鋼スラブを加熱し、
表5に示す条件で熱間圧延して板厚 2.0mmの熱延鋼帯
(熱延板)にし、さらに圧下率: 1.0%の調質圧延を施
した。
施例1と同様に、微視組織、引張特性、歪時効硬化特
性、穴拡げ率を求めた。これらの結果を表6に示す。
lと、低い降伏比YRと、さらに大きな穴拡げ率λを示
して、伸びフランジ成形性を含むプレス成形性に優れる
とともに、極めて大きなΔYSと極めて大きなΔTSを
示し、歪時効硬化特性に優れた熱延鋼板となっている。
これに対し、本発明の範囲を外れる比較例では、降伏強
さYSが高いか、伸びElが低いか、あるいは穴拡げ率
λが小さいか、ΔTSが小さく、プレス成形性、歪時効
硬化特性が低下した熱延鋼板となっている。
維持しつつ、プレス成形後の熱処理により引張強さが顕
著に上昇する熱延鋼板を、安定して製造することが可能
となり、産業上格段の効果を奏する。本発明の熱延鋼板
を自動車部品用に適用した場合、プレス成形が容易で、
かつ完成後の部品特性を安定して高くでき、自動車車体
の軽量化に十分に寄与できるという効果もある。
織の関係におよぼすCu含有量の影響を示すグラフであ
る。
におよぼすCu含有量の影響を示すグラフである。
示すグラフである。
Claims (7)
- 【請求項1】 組織が、フェライト相を主相とし、面積
率で2%以上のマルテンサイト相を含む第2相との複合
組織を有することを特徴とするプレス成形性に優れ、か
つΔTS:80MPa 以上になる歪時効硬化特性に優れた熱
延鋼板。 - 【請求項2】 質量%で、 C:0.15%以下、 Si:2.0 %以下、 Mn:3.0 %以下、 P:0.1 %以下、 S:0.02%以下、 Al:0.1 %以下、 N:0.02%以下、 Cu:0.5 〜3.0 % を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を
有することを特徴とする請求項1に記載の熱延鋼板。 - 【請求項3】 前記組成に加えさらに、質量%で、下記
A群〜C群のうちから選ばれた1群または2群以上を含
有することを特徴とする請求項2に記載の熱延鋼板。 記 A群:Ni:2.0 %以下、 B群:Cr、Moのうちの1種または2種を合計で2.0 %以
下、 C群:Nb、Ti、Vのうちの1種または2種以上を合計で
0.2 %以下 - 【請求項4】 質量%で、 C:0.15%以下、 Si:2.0 %以下、 Mn:3.0 %以下、 P:0.1 %以下、 S:0.02%以下、 Al:0.1 %以下、 N:0.02%以下を含み、さらに、Mo:0.05〜2.0 %、C
r:0.05〜2.0 %、W:0.05〜2.0 %のうちから選ばれ
た1種または2種以上を合計で2.0 %以下含有し、残部
がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有することを
特徴とする請求項1に記載の熱延鋼板。 - 【請求項5】 前記組成に加えさらに、質量%で、Nb、
Ti、Vのうちの1種または2種以上を合計で2.0 %以下
含有することを特徴とする請求項4に記載の熱延鋼板。 - 【請求項6】 質量%で、 C:0.15%以下、 Si:2.0 %以下、 Mn:3.0 %以下、 P:0.1 %以下、 S:0.02%以下、 Al:0.1 %以下、 N:0.02%以下、 Cu:0.5 〜3.0 % を含む組成を有する鋼スラブに、熱間圧延を施し所定板
厚の熱延板とするにあたり、前記熱間圧延を、仕上圧延
終了温度FDTがAr3変態点以上である熱間圧延とし、
仕上圧延終了後、5℃/s以上の冷却速度で(Ar3変態
点)〜(Ar1変態点)の温度域まで冷却し、該温度域で
1〜20s間空冷または徐冷したのち、再び5℃/s以上
の冷却速度で冷却して、550 ℃以下の温度で巻き取るこ
とを特徴とする、プレス成形性に優れ、かつΔTS:80
MPa 以上になる歪時効硬化特性に優れた熱延鋼板の製造
法。 - 【請求項7】 前記鋼スラブを、質量%で、 C:0.15%以下、 Si:2.0 %以下、 Mn:3.0 %以下、 P:0.1 %以下、 S:0.02%以下、 Al:0.1 %以下、 N:0.02%以下を含み、さらに、Mo:0.05〜2.0 %、C
r:0.05〜2.0 %、W:0.05〜2.0 %のうちから選ばれ
た1種または2種以上を合計で2.0 %以下含有する組成
を有する鋼スラブとすることを特徴とする請求項6に記
載の熱延鋼板の製造法。
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