JP2006249515A

JP2006249515A - 高強度かつ加工性に優れるＣｒ含有合金熱延鋼板およびその製造方法

Info

Publication number: JP2006249515A
Application number: JP2005068331A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Kasai; 正之笠井; Yoshihiro Yazawa; 好弘矢沢; Yasushi Kato; 康加藤; Osamu Furukimi; 古君　　修
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2005-03-11
Filing date: 2005-03-11
Publication date: 2006-09-21

Abstract

【課題】高強度かつ加工性に優れるCr含有合金熱延鋼板およびその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明のCr含有合金熱延鋼板は、質量％で、C:0.003％以上0.03％以下、N:0.003％以上0.02％以下、Si:1.0％越え3.0％以下、Mn:1.0％越え3.0％以下、P:0.05％以下、S:0.01％以下、Cr:4％以上9%以下、Ni:3%以下、Al: 0.05%以下、B:0.0002％以上0.0020％以下、O:0.0050％以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、フェライトが体積分率で50％以上である組織を有する。また、前記組成を有する鋼を、800℃以上1000℃以下の仕上温度で熱間圧延し、900℃以下の温度で巻取り、熱延板としたのち、該熱延板を550℃以上950℃以下の温度で焼鈍することにより製造される。
【選択図】なし

Description

本発明は、強度及び伸び特性に優れた熱延鋼帯に係り、電気電子機器部品や自動部品などとして好適な、高強度かつ加工性に優れたCr含有合金熱延鋼板およびその製造方法に関する。

近年、地球環境の保全という観点から、自動車の燃費向上の要求が高まり、自動車車体重量の軽量化が進められている。また、各種エレクトロニクス機器等の電気電子部品においても、材料の高強度化による薄肉化が指向されている。このように、自動車用材料をはじめ種々の用途において高強度鋼板の要求は大きくなっている。

一方では、自動車足回り部材や車体補強部品などには外板材に比べて厳しい加工が施されるため、伸びとともに高い伸びフランジ性が要求される。これらの用途向けの材料としては、フェライト地にマルテンサイト相が細かく分散した2相組織鋼板、いわゆるDual Phase鋼（DP鋼）や固溶強化型の鋼が広く用いられている。

また、このような鋼板として、例えば、特許文献1には、重量％でC:0.05〜0.30％、Mn:0.5〜3％、Si:0〜3％、sol.Al:0〜3％で、Si(%)+sol.Al(%):0.3〜3％であって、組織が体積割合でオーステナイトを15％以上含有し、残部が実質的にポリゴナルフェライトであり、ポリゴナルフェライトの平均結晶粒径が1.5〜3μmである熱延高張力鋼材が開示されている。
特開2004-131833号公報

しかしながら、従来のDP鋼板は、フェライト相とマルテンサイト相との界面で割れが発生しやすく、局所的な延性が問題となる伸びフランジ性が劣るという問題があった。

また、特許文献1に記載された技術では、熱間圧延における巻取り温度等の温度制御を厳密に行う必要があり、また残留オーステナイトを多量に含むため、フェライト相とオーステナイト相との界面で割れが発生しやすく、局所的な延性が問題となる伸びフランジ性が劣るという問題があった。

本発明は、かかる事情に鑑み、高強度および高延性で、かつ高強度部材として重要な特性である加工性、特に伸びフランジ性に優れたCr含有合金熱延鋼板ならびにその製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記した課題を達成するために、強度、伸びおよび伸びフランジ性に影響を与える各種要因について鋭意考究した。その結果、一般的なCによる強化機構を用いた鋼ではなく、適正量のCrを含有させたCr含有合金熱延鋼板を用い、C、N、Si、Mn、P、S、Ni、Al含有量を規制した鋼組成とし、さらに、製造時の熱延板焼鈍条件を調整し、フェライト相をベースとした組織とすることで、強度、伸びおよび伸びフランジ性が向上することを見出した。

本発明は、以上の知見に基づきなされたもので、その要旨は以下のとおりである。

［１］質量％で、C:0.003％以上0.03％以下、N:0.003％以上0.02％以下、Si:1.0％越え3.0％以下、Mn:1.0％越え3.0％以下、P:0.05％以下、S:0.01％以下、Cr:4％以上9%以下、Ni:3%以下、Al: 0.05%以下、B:0.0002％以上0.0020％以下、O:0.0050％以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、フェライトが体積分率で50％以上である組織を有することを特徴とする引張強さ600MPa以上である高強度かつ加工性に優れるCr含有合金熱延鋼板。

［２］前記［１］において、さらに、質量%で、Ti:0.05％以上0.3％以下、Nb:0.05％以上0.3％以下、Zr:0.05％以上0.3％、V:0.01％以上0.3％以下のうちから選ばれた1種または2種以上を含有することを特徴とする引張強さ600MPa以上である高強度かつ加工性に優れるCr含有合金熱延鋼板。

［３］前記［１］または［２］において、さらに、質量%で、W:0.001％以上0.1％以下、Co:0.01％以上0.2％以下のうちから選ばれた1種または2種を含有することを特徴とする引張強さ600MPa以上である高強度かつ加工性に優れるCr含有合金熱延鋼板。

［４］前記［１］〜［３］のいずれかにおいて、さらに、質量%で、Cu:2.0％以下を含有することを特徴とする引張強さ600MPa以上である高強度かつ加工性に優れるCr含有合金熱延鋼板。

［５］前記［1］〜［4］のいずれかに記載の組成を有する鋼を、800℃以上1000℃以下の仕上温度で熱間圧延し、900℃以下の温度で巻取り、熱延板としたのち、該熱延板を550℃以上950℃以下の温度で焼鈍することを特徴とする引張強さ600MPa以上である高強度かつ加工性に優れるCr含有合金熱延鋼板の製造方法。

なお、本明細書において、鋼の成分を示す%は、すべて質量%である。

また、本発明でいう「高強度」とは、引張強さで600MPa以上の強度を意味するものとする。さらに、本発明でいう「優れた加工性」とは、伸びが20％以上、穴拡げ率が80％以上を意味するもとのする。

本発明によれば、高強度でかつ加工性に優れたCr含有合金熱延鋼板を安定的に製造することができ、産業上格段の効果を有する。

本発明のCr含有合金熱延鋼板は、下記に示す成分組成に制御し、フェライトが体積分率で50％以上である組織を有することを特徴とし、これらは本発明において最も重要な要件である。このように成分組成と金属組織を規定することにより、高強度かつ加工性に優れたCr含有合金熱延鋼板を得ることができる。

そして、上記Cr含有合金熱延鋼板は、800℃以上1000℃以下の仕上温度で熱間圧延し、900℃以下の温度で巻取り、熱延板としたのち、該熱延板を550℃以上950℃以下の温度で焼鈍することで製造できる。

以下、本発明を詳細に説明する。

まず、本発明における鋼の化学成分の限定理由は以下の通りである。なお、以下本願における化学成分量の％表示は、mass％である。
C:0.003％以上0.03％以下、
Cは、鋼の強度上昇に極めて有効に作用する元素であるが、過剰な含有は加工性や靭性を低下させる。よって、本発明では、Cは0.003％以上0.03％以下とする。なお、好ましくは0.004％以上0.025％以下である。
N:0.003％以上0.02％以下、
Nは、Cと同様に鋼の強度上昇に有効に作用する元素であるが、過剰な含有は靭性を低下させるだけでなく、加工性をも低下させる。よって、本発明では、Nは0.003％以上0.02％以下とする。なお、好ましくは0.004％以上0.015％以下である。
Si:1.0％越え3.0％以下、
Siは、鋼の強化元素であると同時に、耐酸化性ならびに耐食性高めるのに有効に作用する元素であり、本発明では1.0％超えの含有を必要とする。また、フェライト組織を安定化させ、高強度化する効果を有する。また、本発明ではオーステナイト安定化元素であるMnを複合添加することで、熱延中にγ相が安定になり、γ相中にC, Nを多量に固溶することが出来る。その後の冷却過程でγ相はマルテンサイト相へ変態するが、その際、Siを含有するとフェライト相とγ相が安定であるため、Cr炭窒化物の析出を抑制することが考えられる。一方、3.0％を超えて過剰に含有すると、伸びや靭性の低下、あるいは加工割れが発生する危険性が大きくなる。よって、本発明では、Siは1.0％超え3.0％以下とする。なお、好ましくは1.2％以上2.8％以下である。
Mn:1.0％越え3.0％以下、
Mnは、高温でオーステナイト相を安定化させ、その後の冷却中にマルテンサイト相を生成させる作用がある。したがって、鋼の強度上昇に有効であり、本発明では重要な元素である。このような効果は1.0％を越える含有で顕著となる。一方、3.0％を越えて多量に含有すると、靭性を低下させるばかりでなく、耐食性を劣化させる。よって、本発明では、Mnは1.0％越え3.0％以下とする。なお、好ましくは1.2％以上2.5％以下である。
P:0.05％以下、
Pは、鋼を高強度化するが、含有量が多くなるほど伸びと靭性を低下させる。よって、本発明では、Pは0.05％以下とする。なお、好ましくは0.04％以下である。
S:0.01％以下、
Sは、Mnと結合しやすいため、MnSを形成して鋼板の曲げ加工性を劣化させるばかりでなく、耐食性を著しく劣化させる。このため本発明ではSはできるだけ低減することが望ましいが、0.01％までは許容できる。よって、本発明では、Sは0.01％以下とする。なお、好ましくは0.005％以下である。
Cr:4％以上9%以下、
本発明においてCrは、耐食性の向上ならびに耐酸化性の向上だけでなく、鋼の高強度化に有効に作用する不可欠な元素である。このような効果は、4％以上の含有で顕著となる。一方、9％を超える含有は、靭性の低下を招くばかりでなく、製造コストが上昇する。よって、本発明では、Crは4％以上9%以下とする。なお、好ましくは4.5％以上8.5％以下である。
Ni:3%以下、
Niは、靭性ならびに耐食性の向上に寄与し、かつ高温でγ相を形成する。γ相は冷却中にマルテンサイト変態し、高強度化に有効に寄与する。この効果を得るために、0.1％以上含有することが望ましい、しかし、Niは高価であり、多量の含有は材料コストの高騰を招く。よって、本発明では、Niは3%以下とする。なお、好ましくは2.5％以下である。
Al: 0.05%以下、
Alは非常に強力な酸化物形成元素であり、0.05％を超えて含有すると、Al₂O₃系酸化物がクラスター状になり表面欠陥が発生しやすくなる。よって、本発明では、Alは0.05％以下とする。好ましくは0.04％以下である。なお、本発明では、Alを意図的に脱酸剤として添加しない場合も含むものとする。その場合、Alは不可避的不純物として0.004％未満程度が許容される。
B:0.0002％以上0.0020％以下、
Bは、加工後の耐2次加工脆性を改善するために有効な元素である。その効果は、0.0002％未満の含有では得られない。一方、過剰の含有は加工性を劣化させる。よって、本発明では、Bは0.0002％以上0.0020％以下とする。なお、好ましくは0.0003％以上0.0015％以下である。
O:0.0050％以下、
Oは、介在物あるいは固溶状態で鋼中に存在し、溶接時に酸化物を生成するため、本発明ではできるだけ低減することが好ましい。また、Oを0.0050％越え含有すると酸化物の量が増加し、母材自体の加工性を低下させるだけでなく、耐食性の劣化を招く。よって、本発明では、Oは0.0050％以下とする。なお、より好ましくは0.0040％以下である。

以上、本発明鋼は、上記の必須添加元素で目的とする特性が得られるが、上記の必須添加元素に加えて、以下の元素を必要に応じて適宜含有させることができる。
Ti:0.05％以上0.3％以下、Nb:0.05％以上0.3％以下、Zr:0.05％以上0.3％以下、V:0.01％以上0.3％以下の1種または2種以上
Ti、Nb、ZrおよびVは、いずれも溶接による熱影響部の鋭敏化を抑制し、耐食性を向上させるのに有効な元素であり、必要に応じて選択して含有できる。これらの効果は、Ti:0.05％以上、Nb:0.05％以上、Zr:0.05％以上、V:0.01％以上の含有で顕著となる。一方、Ti: 0.3％、Nb:0.3％、Zr:0.3％、V: 0.3％を越える含有は、靭性を低下させる。よって、本発明では、含有する場合、Tiは0.05％以上0.3％以下、Nbは0.05％以上0.3％以下、Zrは0.05％以上0.3％以下、Vは0.01％以上0.3％以下とする。なお、好ましくはTiは0.08％以上0.25％以下、Nbは0.1％以上0.25％以下、Zrは0.08％以上0.25％以下、Vは0.02％以上0.25％以下である。
W：0.001％以上0.1％以下、Co：0.01％以上0.2％以下の1種または2種
WおよびCoは、いずれも溶接による熱影響部の割れ感受性を改善するのに有効な元素であるが、それぞれの含有量が下限に満たないとその添加効果が得られない。一方、上限を超えての添加は母材および溶接部の靱性が低下するので、上記の範囲に規定する。なお、好ましくは、W：0.0012％以上0.08％以下、Co：0.012％以上0.18％以下である。
Cu:2.0％以下、
Cuは、耐食性を向上させる元素であり、より高耐食を具備させることを志向する場合に必要に応じて適宜含有できる。このような効果を得るためには、0.2％以上含有することが望ましい。一方、2.0％を超える含有は、熱間加工性の低下による表面品質の劣化、ならびに溶接部の靭性の劣化を招く。よって、本発明では、含有する場合、Cuは2.0％以下とする。なお、好ましくは0.3％以上1.5％以下である。

上記した成分以外の残部は、Feおよび不可避的不純物である。不可避的不純物としては、例えば、製鋼工程までに混入が予想されるMg、Ca等の元素が挙げられ、Mg:0.0015％以下、Ca:0.0020％以下までが許容される。

次に、本発明のCr含有合金熱延鋼板の組織について説明する。本発明のCr含有合金熱延鋼板は、上記した組成に加えて、フェライトが体積分率で50％以上である金属組織とする。

フェライト相は延性と加工性を向上させる相であり、延性および加工性を確保するために、本発明では体積分率で50％以上の含有を必要とする。また、第2相を導入して高強度化を図ることも可能である。この場合の第2相は、強度上昇および伸びフランジ性を向上させるために導入するもので、マルテンサイト（焼戻しマルテンサイトを含む）、炭窒化物、りん化物、硫化物やほう化物等の種々の析出物や脱酸生成物等が挙げられる。一方、フェライト相が50％未満になると、延性、加工性が低下する。このため、フェライト相は50％以上とする。なお、好ましくは体積分率で65％以上である。

次に、本発明の高強度かつ伸び特性に優れるCr含有合金熱延鋼板の製造方法について説明する。

本発明のCr含有合金熱延鋼板は、上記化学成分範囲に調整された鋼を、800℃以上1000℃以下の仕上温度で熱間圧延し、900℃以下の温度で巻取り、熱延板としたのち、該熱延板を550℃以上950℃以下の温度で熱延焼鈍板することにより得られる。本発明の製造方法について以下に詳細に説明する。

まず、上記した組成を有する溶鋼を、転炉、電気炉等の通常公知の溶製方法により溶製し、造塊-分塊圧延法あるいは連続鋳造法でスラブ等の鋼素材とすることが望ましい。次いで、鋼素材に、加熱処理を施し、ついで熱間圧延により熱延板とする。この時、鋼素材の加熱処理については、本発明では特に限定しないが、加熱温度は1050℃以上とするのが好ましい。加熱温度が1050℃未満では、所望の仕上げ圧延終了温度を確保できなくなるとともに、鋼帯表面温度の低下による熱間割れ、ロール疵等により表面品質が劣化する場合がある。

次いで、加熱後、粗圧延により所望厚さのシートバーとされることが好ましい。シートバーは粗圧延まま、あるいは必要に応じて加熱または温度保持処理を施したのち、仕上げ圧延を施し、熱延板とすることが好ましい。仕上げ圧延の仕上温度（FDT）は、表面品質の劣化防止および粗大組織形成による強度低下防止という観点から800℃以上1000℃以下の範囲の温度とする。なお、上記した仕上げ圧延終了温度を確保し、かつ加工性を向上さるためには、仕上げ圧延前にシートバー加熱、あるいはシートバーの保熱処理や、シートバーを複数本数接合して圧延するなどの連続圧延をすることも有効である。

次いで、900℃以下の巻取り温度で巻き取る。巻取り温度が900℃を越えて高くなると、バンド状組織が形成され、熱延鋼板の加工性が劣化する。なお、好ましくは加工性の観点から860℃以下が望ましい。

熱間圧延終了後、熱延板に550℃以上950℃以下の温度で熱延焼鈍板を施す。焼鈍温度が550℃以下では、組織の回復が進まず未焼鈍組織となり、延性および加工性が劣化する。950℃を越える焼鈍温度では、マルテンサイト相の分率が高くなり、延性および加工性が劣化する。好ましくは、580℃以上920℃以下である。なお、熱延板焼鈍は連続焼鈍あるいはバッチ焼鈍のいずれかの方法によることが望ましい。

熱延板は、必要に応じてショットブラスト処理を行った後、スケール除去のため酸洗処理をし、また必要に応じてスキンパス圧延による平滑化処理を行ってもよい。

さらに、本発明のCr含有合金熱延鋼板は冷延焼鈍板の素材として用いてもよい。また、本発明のCr含有合金熱延鋼板に溶接を施し構造体として組上げて用いても何ら問題はない。さらに、Cr含有合金熱延鋼板表面にZnやAl等の種々の金属粉と顔料からなる犠牲防食塗料を塗布し、高耐食化を図ることも使用上何ら問題はない。

なお、上述したところは、この発明形態の一例を示したのみであり、請求の範囲において種々の変更を加えることができる。

以下に、本発明を実施例によって更に具体的に説明する。

表１に示す化学成分を有する鋼を転炉にて溶製し、連続鋳造法により鋼素材（スラブ）とした。これらスラブに、加熱温度1175℃とする加熱処理を施したのち、表2に示す条件にて熱間圧延を施し、熱延板とした。次いで、これらの熱延板に表2に示す条件にて熱延板焼鈍を施した。次いで、ショットブラスト、酸洗処理を行い表面スケールを除去した。さらに、その後、1％程度のスキンパス圧延を行い、2.5mm厚の熱延焼鈍板を製造した。

得られた熱延焼鈍板から各種試験片を採取し、組織観察、引張特性、伸びフランジ性を調査した。試験方法は次の通りである。
＜組織観察＞
得られた熱延焼鈍板から組織観察用試験片を採取し、これら試験片を研磨したのち、腐食液：村上試薬を用いてエッチングし、鋼板の圧延方向の板厚方向中央部について、光学顕微鏡および走査型電子顕微鏡（100、400倍）で観察し、30視野撮影して、各視野についてそれぞれ、画像解析装置を用いて、フェライト相の組織分率を求め、各視野の平均値を算出し、各試験片の組織分率（体積％）とした。なお、粒内に炭窒化物を含むフェライト相が観察された場合は、粒内の炭窒化物はフェライト相に含まれるものとした。また、フェライト相とその他の相との区別を明確にするために、EPMA（電子線マイクロアナリシス）による測定を行った。EMPA分析は、 Cr、Si、Mn、Ni（Cu）のカラーマッピングを、鋼板の圧延方向の板厚方向中央部について、倍率×500、加速電圧15kVで行った。この際、Cr、Siが濃縮している組織をフェライト相とし、Mn、Ni（Cu）が濃縮している相と区別した。
<引張特性>
得られた熱延焼鈍板よりJIS Z 2201に準拠した13号B試験片を圧延方向と垂直な方向から採取し、JIS Z 2241に準拠して引張試験を実施し、引張強さTSと破断伸びElを測定した。
<伸びフランジ性>
伸びフランジ性は熱延焼鈍板より試験片（大きさ：2.5mm×100mm×100mm）を採取し、試験片に対してクリアランス13％で10mmΦの初期穴d₀を打ち抜き加工し、この穴に頂角60°の円錐ポンチを打ち抜きバリが出た面と反対の面側から加圧装入し、打ち抜き端面に板厚を貫通する割れが生じた時点での穴径dを測定した。これらの値から、次式
λ（％）＝（d-d₀）/d₀×100
で定義される穴拡げ率λを求め、伸びフランジ性を評価した。

得られた結果を表3に示す。

表３より、本発明例では、いずれも、引張り強さTSが600MPa以上の高強度を有し、かつ20％以上の伸びElと80％以上の穴拡げ率λを示し、高強度でかつ伸びおよび伸びフランジ性に優れたCr含有合金熱延鋼板が得られていることがわかる。

一方、本発明の範囲を外れる比較例では、強度、伸び、伸びフランジ性のいずれか一つ以上が低く、特性が劣っている。

本発明のCr含有合金熱延鋼板は、電気電子機器部品や自動部品以外にも、高強度、優れた伸びおよび伸びフランジ性が要求される用途に対しても好適である。

Claims

質量％で、C:0.003％以上0.03％以下、N:0.003％以上0.02％以下、Si:1.0％越え3.0％以下、Mn:1.0％越え3.0％以下、P:0.05％以下、S:0.01％以下、Cr:4％以上9%以下、Ni:3%以下、Al: 0.05%以下、B:0.0002％以上0.0020％以下、O:0.0050％以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、
フェライトが体積分率で50％以上である組織を有することを特徴とする引張強さ600MPa以上である高強度かつ加工性に優れるCr含有合金熱延鋼板。
さらに、質量%で、Ti:0.05％以上0.3％以下、Nb:0.05％以上0.3％以下、Zr:0.05％以上0.3％、V:0.01％以上0.3％以下のうちから選ばれた1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の引張強さ600MPa以上である高強度かつ加工性に優れるCr含有合金熱延鋼板。
さらに、質量%で、W:0.001％以上0.1％以下、Co:0.01％以上0.2％以下のうちから選ばれた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に記載の引張強さ600MPa以上である高強度かつ加工性に優れるCr含有合金熱延鋼板。
さらに、質量%で、Cu:2.0％以下を含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の引張強さ600MPa以上である高強度かつ加工性に優れるCr含有合金熱延鋼板。
請求項1〜4のいずれかに記載の組成を有する鋼を、
800℃以上1000℃以下の仕上温度で熱間圧延し、900℃以下の温度で巻取り、熱延板としたのち、
該熱延板を550℃以上950℃以下の温度で焼鈍する
ことを特徴とする引張強さ600MPa以上である高強度かつ加工性に優れるCr含有合金熱延鋼板の製造方法。