JP2005273001A - 高ヤング率鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 質量%で、C:0.0005〜0.30% 、Si:2.5%以下、Mn:2.7 〜5.0%、P:0.15% 以下、S:0.015%以下、Mo:0.15〜1.5%、B:0.0006〜0.01% 、Al:0.15% 以下を含有し、残部Fe及び不可避的不純物からなり、板厚の1/8層における{110}<223>方位と{110}<111>方位のいずれか一方又は両方の極密度が10以上で、圧延方向のヤング率が230GPa 超であることを特徴とする高ヤング率鋼板。更に必要に応じて、Ti,Nb,Caや、Sn,Co,Zn,W,Zr,V,Mg,Remの1種又は2種以上、Ni,Cu,Crの1種又は2種以上を含有する。又、これらの鋼をAr3 変態点以上750℃以下の温度で熱延を終了することによって、特に圧延方向のヤング率に優れた鋼板を得ることができる。
【選択図】 なし
Description
本発明が係わる鋼板とは、自動車、家庭電気製品、建物などに使用されるものである。そして、表面処理をしない狭義の熱延鋼板および冷延鋼板と、防錆のために溶融Znめっき、合金化溶融Znめっき、電気めっきなどの表面処理を施した広義の熱延鋼板および冷延鋼板を含む。また、アルミ系のめっきも含む。さらに、これらの熱延鋼板、冷延鋼板、各種めっき鋼板の表面に有機皮膜、無機皮膜、塗装などを有する鋼板や、それらを複数組み合わせて有する鋼板も含まれる。
特許文献1〜9などは、いずれも圧延をα+γ2相域で行うことによって、TD方向のヤング率を高める技術を開示している。
また特許文献10は、表層にAr3 変態点未満での圧延を加えることによって、TD方向のヤング率を高める技術を開示している。
一方、TD方向のヤング率と同時にRD方向のヤング率を高める技術に関する開示もある。すなわち特許文献11は、一定方向への圧延に加えてそれと直角方向の圧延を施すことで両方のヤング率を高めるものである。しかしながら、薄板の連続熱延プロセスにおいては、圧延方向を途中で変化することは生産性を著しく阻害するため、現実的ではない。
これに対して本発明ではγ単相域圧延を行うため、安定製造が可能である。
すなわち、Mn,MoおよびBを所定量含有する鋼の表面近傍に所定の集合組織を発達せしめることによって、圧延方向のヤング率が高い鋼板を発明することに初めて成功したものである。
(1) 質量%で、
C :0.0005〜0.30%、 Si:2.5%以下、
Mn:2.7〜5.0%、 P :0.15%以下、
S :0.015%以下、 Mo:0.15〜1.5%、
B :0.0006〜0.01%、 Al:0.15%以下
を含有し、残部Fe及び不可避的不純物からなり、板厚の1/8層における{110}<223>方位と{110}<111>方位のいずれか一方又は両方の極密度が10以上で、圧延方向のヤング率が230GPa 超であることを特徴とする高ヤング率鋼板。
(2) 更に、板厚1/2層における{112}<110>方位の極密度が6以上であることを特徴とする前記(1)記載の高ヤング率鋼板。
(3) 質量%で更に、
Ti:0.001〜0.20%、 Nb:0.001〜0.20%
のうち、1種または2種を含有することを特徴とする前記(1)または(2)に記載の高ヤング率鋼板。
(4) 2%引張後、170℃、20分熱処理を加え再度引張試験を行ったときの上降伏点から2%引張時の流量応力を差し引いた値で評価されるBH量(MPa) が5MPa 以上200MPa 以下であることを特徴とする前記(1)〜(3)のいずれか1項に記載の高ヤング率鋼板。
(5) 質量%で更に、
Ca:0.0005〜0.01%
を含むことを特徴とする前記(1)〜(4)のいずれか1項に記載の高ヤング率鋼板。
(6) 質量%で更に、
Sn,Co,Zn,W,Zr,V,Mg,Remの1種又は2種以上を合計で0.001〜1.0%含むことを特徴とする前記(1)〜(5)のいずれか1項に記載の高ヤング率鋼板。
(7) 質量%で更に、
Ni,Cu,Crの1種又は2種以上を合計で0.001〜4.0%含むことを特徴とする前記(1)〜(6)のいずれか1項に記載の高ヤング率鋼板。
(9) 熱間圧延を実施する際に異周速率が1%以上の異周速圧延を少なくとも1パス以上施すことを特徴とする前記(8)記載の高ヤング率鋼板の製造方法。
(10) 熱間圧延を実施する際にロール径が700mm以下の圧延ロールを少なくとも1つ以上使用することを特徴とする前記(8)又は(9)記載の高ヤング率鋼板の製造方法。
(11) 前記(8)〜(10)のいずれか1項に記載の方法により製造した熱延鋼板を酸洗後、連続焼鈍ラインまたは箱焼鈍にて最高到達温度500℃以上950℃以下の温度範囲となるように焼鈍することを特徴とする高ヤング率鋼板の製造方法。
(12) 前記(8)〜(10)のいずれか1項に記載の方法により製造した熱延鋼板を酸洗後、60%未満の圧下率で冷間圧延を施した後に焼鈍することを特徴とする前記(11)記載の高ヤング率鋼板の製造方法。
(13) 焼鈍した後、溶融亜鉛めっきを施すことを特徴とする前記(11)又は(12)記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
(14) 溶融亜鉛めっきを施した後、450〜600℃までの温度範囲で10s 以上の熱処理を行うことを特徴とする前記(13)記載の合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
(15) 前記(8)〜(10)のいずれか1項に記載の方法により製造した熱延鋼板を、60%未満の圧下率で冷間圧延を施し、最高到達温度500℃以上950℃以下の温度範囲となるように焼鈍し、450℃以下まで冷却し、次いで150〜550℃の範囲で熱処理を行うことを特徴とする高ヤング率鋼板の製造方法。
Cは安価に引張強度を増加させる元素であるので、その添加量は狙いとする強度レベルに応じて変化するが、Cを0.0005%未満とするのは製鋼技術上困難でコストアップとなるだけでなく、溶接部の疲労特性が劣化するのでこれを下限とする。一方、C量が0.30%を超えると成形性の劣化を招いたり、溶接性を損なったりするのでこれを上限とする。
溶融亜鉛めっきを施す場合には、めっき密着性の低下、合金化反応の遅延による生産性の低下などの問題が生ずるので、Siを1.2%以下とすることが好ましい。下限は特に設けないが、0.001%以下とするのは製造コストが高くなるので、これが実質的な下限である。
MoおよびB量の下限は、それぞれ0.15%、0.0006%とする。これより少ない量の添加では上述のヤング率向上効果が小さくなってしまうからである。一方、Mo,Bをそれぞれ1.5%超、0.01%超添加してもヤング率の向上効果は飽和し、コストアップとなるので、これを上限とする。
なお、これらの元素の同時添加によるヤング率向上効果は、Cとの組み合わせによってさらに助長される。したがってC量は0.015%以上とすることが好ましい。
これらの方位の極密度(X線ランダム強度比)は、X線回折によって測定される{110},{100},{211},{310}極点図のうち複数の極点図を基に級数展開法で計算した3次元集合組織(ODF)から求めればよい。すなわち、各結晶方位の極密度を求めるには、3次元集合組織のφ2=45°断面における(110)[2−23]、 (110)[1−11]の強度で代表させる。
また、板厚1/2層における{554}<225>および{332}<113>(上記ODFのφ2=45°断面における(554)[−2−25]および(332)[−1−13])の極密度は、圧延方向のヤング率には若干の寄与が期待できるので、3以上であることが好ましい。
E=0.946×(l/h)3 ×m/w×f2
ここで、E:動的ヤング率(N/m2 )、l:試験片の長さ(m)、h:試験片の厚さ (m)、m:質量(kg)、w:試験片の幅(m)、f:横共振法の一次共振振動数 (s-1)、である。
鋼板を機械研磨や化学研磨などによって板厚方向に所定の位置まで研磨し、バフ研磨によって鏡面に仕上げた後、電解研磨や化学研磨によって歪みを除去すると同時に、板厚1/8層または1/2層が測定面となるように調整する。なお、正確に板厚1/8層や1/2層を測定面とすることは困難であるので、これら目標とする層を中心として板厚に対して±3%の範囲が測定面となるように試料を作製すればよい。また、鋼板の板厚中心層に偏析帯が認められる場合には、板厚の3/8〜5/8の範囲で偏析帯のない場所について測定すればよい。さらにX線測定が困難な場合には、EBSP法やECP法により統計的に十分な数の測定を行う。
なお、{hkl}<uvw>とは、上述の方法でX線用試料を採取したとき、板面に垂直な結晶方位が<hkl>で鋼管の長手方向が<uvw>であることを意味する。
<110>:5以上、<112>:2以上。
また、1/2層については<112>:4以上、<332>:1.5以上。
なお、BHとは鋼板を2%引張ったときの流動応力をσ2(MPa )、鋼板を2%引張った後さらに170℃、20分の熱処理を施し再度引張ったときの上降伏点をσ1(MPa )とすれば、BH=σ1−σ2(MPa )で表される。
固溶Nおよび固溶C量は、全C,N量からFe,Al,Nb,Ti,Bなどの化合物として存在するC,N量(抽出残査の化学分析から定量)を差し引いた値から求めることもできる。また、内部摩擦法やFIM(Field Ion Microscopy)によって求めても良い。
固溶CおよびNが0.0005%未満では十分な効果を得ることができない。また、0.004%を超えてもBH性は飽和する傾向にあるので、これを上限とする。
熱間圧延に供するスラブは特に限定するものではない。すなわち、連続鋳造スラブや薄スラブキャスターなどで製造したものであればよい。また、鋳造後に直ちに熱間圧延を行う連続鋳造−直接圧延(CC−DR)のようなプロセスにも適合する。
熱延加熱温度は950℃以上とする。これは、後述する熱延仕上温度をAr3 変態点以上とするために必要な温度である。800℃以下での各パス毎の圧下率の合計が50%以上となるように熱延する。このときの圧延ロールと鋼板との摩擦係数を0.2超とする。これは表層の剪断集合組織を発達せしめ、圧延方向のヤング率を高めるのに必須の条件である。
圧下率の合計は70%以上が好ましく、100%以上であればより好ましい。圧下率の合計とは、nパスの圧延の場合、1パス目〜nパス目までの各圧下率をR1(%)〜Rn(%)とすると、R1+R2+・・・・+Rnと定義する。Rn={(n−1)パス後の板厚−nパス後の板厚}/(n−1)パス後の板厚×100(%)である。
異周速率および異周速圧延パス数の上限は特に規定しないが、上記の理由からいずれも大きい方が大きなヤング率向上効果が得られることは言うまでもない。しかし、50%以上の異周速率は現状困難であり、仕上熱延パスは通常8パス程度までである。
ここで本発明における異周速率とは、上下圧延ロールの周速差を低周速側ロールの周速で除した値を百分率で表示したものである。また本発明の異周速圧延は、上下ロール周速のいずれが大きくてもヤング率向上効果に差はない。
一方で、熱処理温度を950℃超とするとα→γ変態が生じるため、結果として集合組織の集積が同じか弱くなり、ヤング率も劣化の傾向となるため、これらをそれぞれ下限および上限とする。好ましくは600℃以上850℃以下で行う。
合金化処理は450〜600℃の範囲内で行う。450℃未満では合金化が十分に進行せず、また、600℃超では過度に合金化が進行し、めっき層が脆化するため、プレス等の加工によってめっきが剥離するなどの問題を誘発する。合金化処理の時間は10s以上とする。10s未満では合金化が十分に進行しない。
次に本発明を実施例にて説明する。
ヤング率の測定は上述した横共振法により測定した。JIS5号引張試験片を採取してTD方向の引張特性を評価した。また、板厚1/8層における集合組織を測定した。
結果を表2に示す。これより明らかなとおり、本発明の化学成分を有する鋼を適正な条件で熱間圧延した場合には、圧延方向のヤング率を230GPa 超とすることができた。
結果を表3に示す。これから明らかなとおり、本発明の化学成分を有する鋼を適正な条件で熱延し、さらに適切に熱処理することによって、ヤング率が向上する。
結果を表4に示す。これから明らかなとおり、本発明の化学成分を有する鋼を適正な条件で熱延冷延し、さらに適切に熱処理することによって、RD方向およびTD方向のヤング率に優れた冷延鋼板を得ることが可能である。ただし、最高到達温度が著しく高い場合にはヤング率も僅かではあるが低下した。
連続溶融亜鉛めっきラインにて鋼板を650℃まで加熱し、約470℃まで冷却後、460℃の溶融亜鉛浴に浸漬した。亜鉛の目付け厚は平均で片面40g/m2 とした。溶融亜鉛めっきに引き続き、以下のようにして鋼板表面に(1)有機被覆や(2)塗装を施し、引張特性とヤング率を測定した。
結果を表5に示す。これから明らかなとおり、溶融亜鉛めっきを施した鋼板、さらには表面に有機皮膜や塗料を付与したものも良好なヤング率を有することが分かる。
樹脂固形分27.6mass%、分散液粘度1400mPa・s(25℃) 、pH8.8、カルボキシル基のアンモニウム塩(−COONH4 )の含量が樹脂固形分全体の9.5mass%、カルボキシル基含量が樹脂固形分全体の2.5mass%、分散粒平均直径が約0.030μmである水性樹脂に、4mass%の腐食抑制剤、12%のコロイダルシリカを添加して防錆処理液を作製し、上記の鋼板にロールコータにより塗布し、鋼板の表面到達温度120℃となるように乾燥し、約1μm厚の皮膜を形成させた。
脱脂した上記鋼板上にロールコーターにて化成処理として日本パーカライジング社製の「ZM1300AN」を塗布し、到達板温が60℃となるような条件で熱風乾燥させた。化成処理の付着量は、Cr付着量で50mg/m2 とした。更に、化成処理を施した鋼板の片面にプライマー塗料を、他方の面に裏面塗料を、ロールコーターにて塗装し、熱風を併用した誘導加熱炉にて乾燥硬化させた。このときの到達温度は210℃とした。
更にプライマー塗料を塗装した面上にトップ塗料をローラーカーテンコータにて塗装し、熱風を併用した誘導加熱炉にて、到達温度230℃にて乾燥硬化させた。なお、プライマー塗料は日本ファインコーティングス社製の「FL640EUプライマー」を用いて乾燥膜厚にして5μm塗装した。裏面塗料は日本ファインコーティングス社製の「FL100HQ」を用いて、乾燥膜厚で5μm塗装した。トップ塗料は日本ファインコーティングス社製の「FL100HQ」を用いて、乾燥膜厚で15μm塗装した。
これから明らかなとおり、本発明の化学成分を有する鋼を適正な条件で熱延する際にロール径が700mm以下のロールを1パス以上使用すると、表層近傍での集合組織形成が促進され、更にヤング率が向上する。
Claims (15)
- 質量%で、
C :0.0005〜0.30%、 Si:2.5%以下、
Mn:2.7〜5.0%、 P :0.15%以下、
S :0.015%以下、 Mo:0.15〜1.5%、
B :0.0006〜0.01%、 Al:0.15%以下
を含有し、残部Fe及び不可避的不純物からなり、板厚の1/8層における{110}<223>方位と{110}<111>方位のいずれか一方又は両方の極密度が10以上で、圧延方向のヤング率が230GPa 超であることを特徴とする高ヤング率鋼板。 - 更に、板厚1/2層における{112}<110>方位の極密度が6以上であることを特徴とする請求項1記載の高ヤング率鋼板。
- 質量%で更に、
Ti:0.001〜0.20%、 Nb:0.001〜0.20%
のうち、1種または2種を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の高ヤング率鋼板。 - 2%引張後、170℃、20分熱処理を加え再度引張試験を行ったときの上降伏点から2%引張時の流量応力を差し引いた値で評価されるBH量(MPa) が5MPa 以上200MPa 以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の高ヤング率鋼板。
- 質量%で更に、
Ca:0.0005〜0.01%
を含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の高ヤング率鋼板。 - 質量%で更に、
Sn,Co,Zn,W,Zr,V,Mg,Remの1種又は2種以上を合計で0.001〜1.0%含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の高ヤング率鋼板。 - 質量%で更に、
Ni,Cu,Crの1種又は2種以上を合計で0.001〜4.0%含むことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の高ヤング率鋼板。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載の化学成分を有するスラブを950℃以上の温度に加熱し、800℃以下で、圧延ロールと鋼板との摩擦係数が0.2超、かつ圧下率の合計が50%以上となるように行い、Ar3 変態点以上750℃以下の温度で熱間圧延を終了することを特徴とする高ヤング率鋼板の製造方法。
- 熱間圧延を実施する際に異周速率が1%以上の異周速圧延を少なくとも1パス以上施すことを特徴とする請求項8記載の高ヤング率鋼板の製造方法。
- 熱間圧延を実施する際にロール径が700mm以下の圧延ロールを少なくとも1つ以上使用することを特徴とする請求項8又は9記載の高ヤング率鋼板の製造方法。
- 請求項8〜10のいずれか1項に記載の方法により製造した熱延鋼板を酸洗後、連続焼鈍ラインまたは箱焼鈍にて最高到達温度500℃以上950℃以下の温度範囲となるように焼鈍することを特徴とする高ヤング率鋼板の製造方法。
- 請求項8〜10のいずれか1項に記載の方法により製造した熱延鋼板を酸洗後、60%未満の圧下率で冷間圧延を施した後に焼鈍することを特徴とする請求項11記載の高ヤング率鋼板の製造方法。
- 焼鈍した後、溶融亜鉛めっきを施すことを特徴とする請求項11又は12記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
- 溶融亜鉛めっきを施した後、450〜600℃までの温度範囲で10s 以上の熱処理を行うことを特徴とする請求項13記載の合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
- 請求項8〜10のいずれか1項に記載の方法により製造した熱延鋼板を、60%未満の圧下率で冷間圧延を施し、最高到達温度500℃以上950℃以下の温度範囲となるように焼鈍し、450℃以下まで冷却し、次いで150〜550℃の範囲で熱処理を行うことを特徴とする高ヤング率鋼板の製造方法。
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