JP2003138345A - 局部延性に優れた高強度高延性鋼および鋼板並びにその鋼板の製造方法 - Google Patents
局部延性に優れた高強度高延性鋼および鋼板並びにその鋼板の製造方法Info
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Abstract
備えた鋼、鋼板およびその鋼板の製造方法を提供する。 【解決手段】 本発明の鋼、鋼板は、mass%で、C:
0.06〜0.20%、Si:2.0%以下、Mn:
3.0〜7.0%、および残部Feを本質的成分とし、
残留オーステナイトが体積率で10%以上、20%未満
であり、焼き戻しマルテンサイトおよび焼き戻しベイナ
イトが面積率で30%以上とされる。Siはめっき性を
向上させるには1.00%以下とするのがよい。前記鋼
板は、前記成分の鋼塊を熱間圧延後、あるいはさらに圧
下率20%以下の冷間圧延後、700〜(A1点−5
0)℃で20秒以上保持する焼き戻し熱処理を施すこと
によって製造される。
Description
材として好適な局部延性に優れた高延性、高強度鋼、同
鋼板に関する。
部材の軽量化が指向されており、プレス成形性に優れ
た、高強度の鋼板が求められている。高強度かつ高延性
に優れた鋼板として、歪誘起変態(TRIP)を利用し
た高強度鋼板が提案されている。この種の鋼板は、残留
オーステナイトを有し、鋼板の成形時には残留オーステ
ナイトによって成形が容易である一方、成形後には残留
オーステナイトがマルテンサイト化するため高強度を備
えたものとなる。
88834号(特許第2876968号)公報には、M
n:2.0〜6.0%を含有し、残留オーステナイト量
を20体積%以上有する高強度鋼板が開示されている。
この鋼板は、熱延板あるいは冷延板を800℃以上に再
加熱してオーステナイト化して冷却し、その後650〜
750℃の焼鈍温度にて焼鈍を2回行うことによって、
オーステナイト中への合金元素の濃縮を促進して20%
以上の残留オーステナイトを生成させたものである。
分の鋼を用いると、多量の残留オーステナイトを比較的
容易に生成させることができ、高延性を有する高強度鋼
板を得ることができる。かかる鋼板が用いられる用途に
おいては、プレスにより形状加工とともに穴拡げ加工が
施されるため、優れた局部延性が要求されることが多
い。ところが、残留オーステナイトを20体積%以上生
成させると、均一伸びは大きく改善されるものの、局部
延性の劣化が著しいという問題がある。これは、組織中
に多量の残留オーステナイトがあると、加工時にこれが
一斉にマルテンサイトに変態して硬質相を形成し、マル
テンサイトに比して軟質のマトリックス組織との境界で
ボイドが生成するためと推測される。
Transactions Vol. 3, April(1972)p905-912に記載され
ているように、0.11%C−5.7%Mn鋼を熱間圧
延後、圧下率60〜85%の冷間圧延を施すことによっ
て、1μm 程度の超微細ポリゴナルフェライトと残留オ
ーステナイトからなる780N超級TRIP鋼に関する
研究を行っている。しかし、この研究は、強度が100
0MPa以上の熱延板を冷間圧延することを前提とする
技術であり、量産性に問題があるうえ、良好な局部延性
が得られていない。また、古川等は、CAMP-ISIJ Vol.2
(1989)p744, Vol.3(1990)p796, Vol.4(1991)p1946 に記
載されているように、0.1%C−5%Mn系鋼を中心
として、熱間圧延、再加熱により数十%のオーステナイ
ト分率を有するフェライト、オーステナイト2相鋼の研
究を行っている。しかし、再加熱を要して生産性に問題
があるうえ、オーステナイト分率が高く、延性にとって
最適なオーステナイトの安定度に制御されていないた
め、良好な局部延性が得られていない。
で、局部延性に優れた高強度高延性鋼、鋼板並びにその
鋼板の製造方法を提供することを目的とする。
イトを安定化し、残留オーステナイトの生成に寄与する
Mnを3.0〜7.0%と多量に添加した鋼について、
20%以上の残留オーステナイトの生成を抑制すること
によって局部延性を向上させる手段を鋭意研究したとこ
ろ、理論的にはオーステナイトが生じないA1点直下の
温度域にて熱延板に焼き戻し熱処理を施すことによっ
て、適量の残留オーステナイトが生成することを見出し
た。すなわち、鋼材が全体に亘って成分的に均一である
と想定すると、A1点以下の焼き戻しでは残留オーステ
ナイトが析出することは理論的に考えられない。しか
し、高Mn化により不可避的に生じるMn偏析帯に着目
すれば、そのMn偏析帯およびその近傍部(両者を合わ
せて偏析部と呼ぶ。)では局部的にA1点は平均場(平
衡状態における均一成分の組織)としてのA1点よりも
若干低温化しており、この傾向は鋼材中のMn量が増え
るほど低下する。この平均場としてのA1点とMn偏析
部での局部的なA1点との間の温度で保持すれば、Mn
偏析部のみに逆変態が生じ、熱間圧延によって生成した
ラス、ラメラ構造の微細マルテンサイト・ベイナイト組
織から短時間でMnが濃化した適量の残留オーステナイ
トが析出する。
であり、本発明の高強度高延性鋼あるいは鋼板は、mass
%で、C :0.06〜0.20%、Si:2.0%以
下、Mn:3.0〜7.0%、P :0.015%以
下、および残部Feを本質的成分とし、残留オーステナ
イトが体積率で10%以上、20%未満であり、焼き戻
しマルテンサイトおよび焼き戻しベイナイトが面積率で
30%以上である。良好なめっき性を得るには、Siを
1.00%以下に止めるのがよい。
法は、前記成分を有する鋼を熱間圧延し、得られた熱延
板に必要に応じて圧下率20%以下の冷間圧延を施し、
前記熱延板あるいは冷間圧延によって得られた冷延板に
焼き戻し熱処理を施し、冷却する。この際、前記焼き戻
し熱処理は700℃以下、(A1点−50)℃以上の焼
き戻し温度にて20秒以上保持するものである。なお、
前記焼き戻し熱処理において、700℃以下、(A1+
5)℃以上の焼き戻し温度で適切な時間保持するか、あ
るいは焼き戻し温度をA1点以下として残留オーステナ
イト量が20%未満の条件を満たす範囲で可能な限り長
時間の保持を行うことが好ましい。これによって焼き戻
しマルテンサイト量を十分に確保することができるよう
になり、本発明に係る鋼、鋼板の強度を一層高めること
ができる。
鋼板の化学成分(単位はmass%)の限定理由について説
明する。
要な強度向上元素である。このような作用を得るため、
下限を0.06%とする。しかし、C量が0.20%を
超えると溶接性が劣化する。したがって、C含有量は
0.06〜0.20%、好ましくは0.06〜0.15
%とする。
制する作用があり、未変態オーステナイト中へのCの濃
縮をさらに増加させることができる。しかし、Siが
2.0%を超えると表面品質を劣化させると共に溶接性
も劣化させるようになるので、2.0%以下とする。め
っき性をより向上させるには、好ましくは1.00%以
下、さらに好ましくは0.50%以下とする。
オーステナイト形成元素としてその中に濃縮し、オース
テナイトの安定化をもたらす。また、鋼自体の強度も上
昇させる。さらに、本発明では通常は必要とされないM
nの偏析を利用するので、残留オーステナイトが適量確
保できる程度にMnの偏析帯を存在させることが必要で
ある。Mnの添加量が3.0%未満ではこれらの作用が
過少であり、一方7.0%を超えて添加すると、たとえ
適正な温度で熱処理しても生成する残留オーステナイト
量が20%以上となり、局部伸びが劣化するようにな
り、また溶接性も劣化するようになる。このため、Mn
量を3.0〜7.0%、好ましくは3.5〜7.0%、
さらに好ましくは4.0〜6.5%とする。Mn量を
4.0%以上とすることによって、TS(引張強さ)×
El(全伸び)の値が240MPa以上の強度・延性バ
ランスを得ることができる。本発明鋼、鋼板は上記基本
成分の他、残部実質的にFeによって形成される。実質
的にFeとは不可避的不純物が含まれるほか、基本的成
分の作用を害さない範囲で、さらに特性を向上させる補
助元素の添加を妨げない趣旨である。不純物としては、
P、S、N等が含まれるが、延性劣化防止の観点から、
Pは0.015%以下、Sは0.010%以下に止める
のがよい。
て下記のAl、各元素群の元素を単独で、あるいは複合
して添加することができる。まず、Alを脱酸元素とし
て0.10%以下添加することができる。また、オース
テナイト形成元素であり、焼き入れ性も向上させる元素
であるNi,Cu,Coの1種以上を合計量で4%程度
以下添加することもできる。4%を超えて添加し過ぎる
と、残留オーステナイト量が増え過ぎ、局部延性が悪化
するようになるので好ましくない。また、Cuを添加す
る場合には、熱間圧延割れを抑制するため、Cuの半分
量以上程度のNiを同時に添加することが推奨される。
また、焼き入れ性の向上を図るためにCr,Mo,Bの
1種以上を合計量で1.0%程度以下添加することもで
きる。ただし、Moを添加する場合には、Moの添加量
は0.5%以下に止めることが好ましい。0.5%を超
えて過剰に添加すると、CをMo2C として吸着し、残
留γ量を減少させるようになるため好ましくない。ま
た、組織の微細化、析出強化を図るためにNb,Ti,
V,Zrの1種以上を0.05%程度以下添加すること
もできる。これらの元素も0.05%を超えて過剰に添
加すると残留γを減少させるようになる。一方、溶接性
を向上させるには、本発明の鋼、鋼板における各添加成
分を下記の溶接割れ感受性指数Pcmが0.42以下と
なるように調整することが推奨される。この様に調整す
ることで、高強度・高延性に加え、さらに溶接性も向上
させることができる。Pcmの値は0.37以下がより
好ましく、0.32以下がより一層好ましい。 Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+N
i/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5×B 但し、各元素の記号は添加する質量%を意味する。
する。本発明鋼、鋼板は、基本的に残留オーステナイ
ト、焼き戻しマルテンサイト、焼き戻しベイナイトおよ
びフェライトによって構成される。機械的特性の内、延
性、特に局部延性は残留オーステナイト量によって大き
く支配される。残留オーステナイト量が体積率で10%
未満では25%程度以上の高延性(全伸び)を確保する
ことが困難になる。一方、Mn含有量を3.0〜7.0
%とした場合、残留オーステナイト量が10%以上であ
れば、強度−延性バランスを示すTS×Elの値が20
0MPa以上となり、優れた強度−延性バランスを得る
ことが可能となる。一方、残留オーステナイト量が20
%以上になると、加工により変態するマルテンサイト量
が過多となり、加工を受けた際に基地(焼き戻しマルテ
ンサイト、焼き戻しベイナイトおよびフェライト)との
境界で硬度差に起因してボイドが発生し易くなり、局部
延性(局部伸び)が8%程度以下に劣化するようにな
る。このため、残留オーステナイト量を10%以上、2
0%未満とし、好ましくは12%以上、18%以下とす
る。
ルテンサイト、焼き戻しベイナイト、フェライトの量に
よって左右される。焼き戻しマルテンサイト・ベイナイ
トは合計量(面積率)で30%以上とし、好ましくは5
0%以上にするのがよい。本発明の鋼、鋼板の組織は、
焼き戻しマルテンサイト・ベイナイト量が30%未満で
はフェライト量が過多となって、強度が590MPaを
下回るようになり、高強度の確保が困難となる。
する。本発明鋼板は、前記成分の鋼片を常法により熱間
圧延し、必要に応じてさらに圧下率20%以下の冷間圧
延を施し、その熱延板(冷間圧延を施さない場合)ある
いは冷延板(冷間圧延を施した場合)に、700℃以
下、(A1点−50)℃以上の焼き戻し温度にて20秒
以上保持する焼き戻し熱処理を施すことによって製造さ
れる。
片加熱温度は1100〜1250℃程度、仕上圧延温度
はAr3点以下、巻き取り温度は600℃〜室温程度とさ
れる。本発明の鋼成分では、高Mn量であり、焼き入れ
性に優れるため、熱間圧延後は空冷、徐冷でも焼き入れ
組織が得られ、フェライトのほか、ラス・ラメラ組織の
微細なマルテンサイト、ベイナイトが得られる。
0%以下とされる。圧下率が20%超では、熱延ラス・
ラメラ構造が破壊され、後述の焼き戻し熱処理により速
やかに適量の残留オーステナイトが生成し難くなる。ま
た、加工中に熱延板に割れが生じたり、割れなかったと
しても、焼き戻し熱処理の際に再結晶が生じてポリゴナ
ルフェライトが生成するようになり、後述の焼き戻し熱
処理によって適量の残留オーステナイトの生成が困難に
なる。このため、圧下率を20%以下、好ましくは15
%以下とする。なお、20%超の圧下率で冷間圧延を施
した場合でも、再度焼き入れを行ってから700℃以
下、(Ac1点−50)℃以上の温度にて焼き戻しを行う
ことにより本発明の効果を得ることができるが、このよ
うな手法は熱処理コストの問題等から製法的には好まし
くない。
してオーステナイト化せず、また冷間加工によって熱間
圧延により生成したラス・ラメラ構造を破壊することな
く、微細マルテンサイト・ベイナイト構造のまま、焼き
戻しを施す。本発明では、熱延板あるいは冷延板を再加
熱によって再度オーステナイト化し、焼き入れを行うこ
とはしない。これは、オーステナイト化後、たとえ水冷
により微細なマルテンサイト・ベイナイトを生成させた
したとしても、旧オーステナイト粒径が熱延板ほど微細
にならないためと推定されるが、局部延性が改善されな
いことが本発明者によって確かめられたためである。
度を700℃以下、(A1点−50)℃以上とすること
は本発明において重要な条件である。本発明の成分の鋼
に対して、平均場としてのA1点以上に20分以上保持
すると鋼組織の全体に亘って残留オーステナイトが生成
するようになり、残留オーステナイトが容易に20%以
上の体積率となって、局部延性を劣化させる。一方、平
均場としてのA1点とMn偏析部あるいはラス間のよう
な不均一部での局部的なA1点との間の温度に短時間保
持すれば、残留オーステナイト量が10%以上、20%
未満の間に止まり、均一伸びを確保することができる
上、局部伸びを大いに改善することができる。
て、均一場として想定されるA1点以下の温度にするこ
とが基本であるが、A1点を多少超えた温度であっても
残留オーステナイトの生成が進み過ぎない様に保持時間
を短時間にすれば所定量の残留オーステナイトを得るこ
とができる。このため、焼き戻し温度の上限を700℃
とした。しかし、700℃を超える温度になると、たと
え短時間でもMnの偏析帯以外でも残留オーステナイト
の生成が進む様になって、適正量の残留オーステナイト
を得ることが難しくなる。また、焼き戻し温度があまり
低過ぎると、たとえMnが偏析していても残留オーステ
ナイトを生成することができないようになるので、下限
を平均場としての(A1点−50)℃とする。また、こ
の焼き戻し温度を700℃以下で、平均場としてのA1
点+5℃以下の範囲にうまく制御しつつ、保持時間を適
切に制御するか、あるいはA1点以下の温度として残留
オーステナイト量が20%未満の条件を満たす範囲で可
能な限り長時間の保持を行えば、本発明の鋼、鋼板の引
張強度が980MPa以上となり、より一層高強度化す
ることができる。このように焼き戻し条件を調整するこ
とで、焼き戻しベイナイトおよび焼き戻しマルテンサイ
トの中で、高強度化への寄与が大きい焼き戻しマルテン
サイト量を十分に確保することができるようになるた
め、980MPa以上の高強度化が可能になるものと考
えられる。
なくとも20秒以上は必要である。この程度の時間がな
いと、10%以上の残留オーステナイトが生成できない
ようになる。一方、保持時間は、あまり長時間とする
と、たとえA1点以下であっても、残留オーステナイト
の生成が進み過ぎて、その量が20%以上となってしま
うおそれがある。保持時間の上限は、焼き戻し温度にも
よるが、例えば焼き戻し温度が平均場としてのA1点以
上、700℃以下の場合には、900秒以内とすること
が必要である。また、焼き戻し温度を平均場としてのA
1点以下に抑えた場合には、1時間(3600秒)程度
の長時間であっても残留オーステナイト量を20%未満
とすることができるが、せいぜい3時間程度までとする
ことが残留オーステナイト量の点および生産性の観点か
ら必要であると考えられる。980MPa以上の高強度
を必要としない場合には、A1点以下、(A1点−5
0)℃以上の温度範囲内で60〜480秒とすることが
好ましい。
態を生じさせて、オーステナイトにC濃度、Mn濃度を
短時間で濃化することが可能となり、局部延性にとって
適切な体積率で10%以上、20%未満の残留オーステ
ナイトを確保することができ、実施例に示すように8%
以上の局部伸びを得ることができる。
程において、基本的にA1点以下に20秒以上保持し、
平衡論、均一場を想定してはありえない、Mn偏析ある
いはラス間という不均一場を利用してTRIP鋼の創生
を行うものであるが、条鋼分野で用いられるようなIH
(高周波加熱)等の急速加熱では、A1点を超える焼き
戻し温度であっても、加熱時間を例えば5秒程度以下の
短時間に調整することにより、同様の組織と特性が得る
ことができる。
的に説明するが、本発明はかかる実施例により限定的に
解釈されるものではない。
し、その鋼塊(40kg)を1150℃に加熱し、熱間圧
延を行い、表2に示す仕上圧延終了温度(FDT)にて
圧延を終了した。得られた熱延板(板厚3.0mm)の組
織をレペラ腐食し、光学顕微鏡観察(400倍)したと
ころ、組織はマルテンサイト(M)、ベイナイト(B)
およびフェライト(F)で形成されていた。なお、表1
にはA1点の温度を付記した。A1点は下記式により求
めた。 A1(℃)=723−10.7*Mn%+29.1*S
i%
下率(冷延率)にて冷間圧延を施し、同表に示す焼き戻
し熱処理を熱延板あるいは冷延板に施した。熱処理後の
鋼板の組織を前記と同様にして光学顕微鏡観察し、焼き
戻しM+Bの面積率を求めた。また、X線回折法により
組織中の残留オーステナイト(γR )量を求めた。これ
らの結果を表2に併せて示す。なお、面積率は体積率と
同等の値を取るが、表中、焼き戻しM+Bの値とγRの
値との合計が100%を超えるものがある。これは、レ
ペラ腐食した組織ではマルテンサイトとオーステナイト
とが区別されないためである。
1.4mmに面削し、JIS5号試験片を作成し、引張試
験を行い機械的性質を測定した。これらの測定結果を表
2および表3に併せて示す。
ルテンサイト・ベイナイト量、残留オーステナイト量が
適正な発明例では、局部伸びが8%以上有し、強度・延
性バランス(TS・El)が230MPa以上有し、高
強度、高延性であるうえ、局部延性にも優れることがわ
かる。一方、成分が適正でも、焼き戻し処理が不適当な
試料No. 9,11,20,37では所期の所定の残留オ
ーステナイト量が得られず、局部伸びが6%程度に止ま
り、あるいは均一伸びが劣化した。また、冷延率が40
%と高いNo. 18では冷間圧延中に割れ、また冷延率が
25%のNo. 19では割れなかったものの、焼き戻し熱
処理の際に再結晶が生じて、残留オーステナイト量が不
足し、局部延性が劣化した。なお、No. 14はC量が過
多で、溶接性が劣り、No. 17はSi量が過多でめっき
性および溶接性が劣る比較例である。また、試料No. 2
4,27,29,31,34はNi,Cu,Ti,N
b,V,Moなどの補助元素が過剰に添加されているた
め、残留オーステナイト量が適正範囲内に収まらず、そ
の結果、局部伸びあるいは均一伸びが劣化している。
〜7.0%含有した特定成分の下、残留オーステナイト
の生成を抑制して10%以上、20%未満としたので、
高強度、高延性でありながら、優れた局部延性を得るこ
とができる。また、本発明の製造方法によれば、前記高
強度熱延鋼板を容易に製造することができる。
Claims (5)
- 【請求項1】 mass%で、C :0.06〜0.20
%、Si:2.0%以下、Mn:3.0〜7.0%、お
よび残部Feを本質的成分とし、残留オーステナイトが
体積率で10%以上、20%未満であり、焼き戻しマル
テンサイトおよび焼き戻しベイナイトが面積率で30%
以上である、局部延性に優れた高強度高延性鋼。 - 【請求項2】 Siが1.00%以下である請求項1に
記載した局部延性に優れた高強度高延性鋼。 - 【請求項3】 請求項1または2に記載された鋼によっ
て形成された、局部延性に優れた高強度高延性鋼板。 - 【請求項4】 請求項1または2に記載された成分を有
する鋼を熱間圧延し、得られた熱延板に焼き戻し熱処理
を施し、冷却する高強度高延性鋼板の製造方法であっ
て、 前記焼き戻し熱処理は700℃以下、(A1点−50)
℃以上の焼き戻し温度にて20秒以上保持する、局部延
性に優れた高強度高延性鋼板の製造方法。 - 【請求項5】 請求項1または2に記載された成分を有
する鋼を熱間圧延し、得られた熱延板に冷間圧延を施
し、得られた冷延板に焼き戻し熱処理を施し、冷却する
高強度高延性鋼板の製造方法であって、 前記冷間圧延における圧下率を20%以下とし、前記焼
き戻し熱処理における焼き戻し温度を700℃以下、
(A1点−50)℃以上とし、この焼き戻し温度にて2
0秒以上保持する、局部延性に優れた高強度高延性鋼板
の製造方法。
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