JP2006342387A - 高強度熱延鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】強度、延性および靭性がともに優れるDual Phase熱延鋼板とその製造方法を提供する。
【解決手段】Ｃ：0.05％以上で0.20％未満、Mn：0.5％以上で1.5％未満、sol.Al：0.002％以上で0.05％未満、Siは0.1％未満、Crは０.1％未満、Tiは0.01％以下、Nbは0.005％未満、Ｖは0.01％以下、Ｎは0.005％未満、残部がFeおよび不純物からなる組成を有し、フェライト相を主相として体積割合で10〜30％のマルテンサイト相を含有し、そのフェライト相とマルテンサイト相の平均結晶粒径がそれぞれ1.1〜3.0μｍ、3.0μｍ以下である高強度熱延鋼板。この鋼板の製造方法は「Ae3点−20℃」〜「Ae3点＋20℃」で圧延を完了する熱間圧延の後、0.3秒以内に冷却を開始し、400℃／ｓ以上の平均冷却速度で580〜680℃まで急冷し、その後、10℃／ｓ以上の昇温速度で710〜880℃まで再加熱し、200℃／ｓ以上の平均冷却速度で室温まで冷却することを特徴とする。
【選択図】なし
【解決手段】Ｃ：0.05％以上で0.20％未満、Mn：0.5％以上で1.5％未満、sol.Al：0.002％以上で0.05％未満、Siは0.1％未満、Crは０.1％未満、Tiは0.01％以下、Nbは0.005％未満、Ｖは0.01％以下、Ｎは0.005％未満、残部がFeおよび不純物からなる組成を有し、フェライト相を主相として体積割合で10〜30％のマルテンサイト相を含有し、そのフェライト相とマルテンサイト相の平均結晶粒径がそれぞれ1.1〜3.0μｍ、3.0μｍ以下である高強度熱延鋼板。この鋼板の製造方法は「Ae3点−20℃」〜「Ae3点＋20℃」で圧延を完了する熱間圧延の後、0.3秒以内に冷却を開始し、400℃／ｓ以上の平均冷却速度で580〜680℃まで急冷し、その後、10℃／ｓ以上の昇温速度で710〜880℃まで再加熱し、200℃／ｓ以上の平均冷却速度で室温まで冷却することを特徴とする。
【選択図】なし
Description
本発明は、自動車や産業機械等に用いる高強度部材用の鋼板として好適な強度および延性に優れた熱延鋼板、およびその製造方法に関する。
自動車や産業機械等に用いられる鋼材には、強度、加工性、靭性などの機械的特性の向上が要求される。強度を向上させる手段として組織を微細化することが有効であることから、微細な組織を得るための鋼組成や製造方法が数多く提案されてきた。
組織の微細化手法としては、ＮｂまたはＴｉの析出強化作用を利用して高強度化を図るとともに、Ｎｂ、Ｔｉが備えるオーステナイト粒の再結晶抑制効果を利用して低温仕上圧延を施し、未再結晶変形オーステナイトからのγ→α歪誘起変態によってフェライト結晶粒を微細化する方法がある。しかしながら、ＮｂやＴｉの炭化物が高密度に析出した鋼は、延性や靭性が劣る場合がある。また、結晶粒を過度に微細化すると、引張変形において均一変形が困難となり、延性の低下、加工硬化能の低下が問題となる。したがって、微細化により高強度が得られても、加工性や衝突安全性確保の観点から用途が限定される可能性がある。
加工性向上の観点から、フェライト主相にマルテンサイト相を分散させた複合組織強化鋼（Dual Phase鋼）が開発されている。この鋼では、低歪領域での歪は軟質のフェライト相が受け持ち、他方、硬質のマルテンサイト相が高歪領域の強度に寄与する。以下に、複合組織を有する鋼板に関する発明を例示する。
(1)特許文献１（特開平6-17203号公報）
この文献に開示されているのは、フェライトの硬さと面積率を規定し、硬質相であるマルテンサイト、ベイナイトおよび残留オーステナイトの面積率を規定し、さらに粒界炭化物の形状を規定することにより、高い疲労限度と高い繰り返し降伏応力を有する熱延鋼板を得る発明である。その鋼板は、高強度化の観点から、Ｓｉ：１．２〜２．５％、Ｍｎ：１．５〜２．３％を含む。平均フェライト粒径は、３．２〜４．６μｍの範囲である。
この文献に開示されているのは、フェライトの硬さと面積率を規定し、硬質相であるマルテンサイト、ベイナイトおよび残留オーステナイトの面積率を規定し、さらに粒界炭化物の形状を規定することにより、高い疲労限度と高い繰り返し降伏応力を有する熱延鋼板を得る発明である。その鋼板は、高強度化の観点から、Ｓｉ：１．２〜２．５％、Ｍｎ：１．５〜２．３％を含む。平均フェライト粒径は、３．２〜４．６μｍの範囲である。
(2)特許文献２（特開平6-220581号公報）
この文献には、５μｍ以下の粒径のフェライトを主相とし、焼入れ組織を第２相とする鋼の発明が開示されている。この鋼では、固溶Ｃを４０ppm以上含有することにより高いＢＨ性（焼付硬化性）が得られる。同文献には、冷延鋼板に1000℃／ｓなる超急速加熱により焼鈍処理を行い、フェライト粒径３〜４μｍの表面処理原板を製造する技術が開示されている。
この文献には、５μｍ以下の粒径のフェライトを主相とし、焼入れ組織を第２相とする鋼の発明が開示されている。この鋼では、固溶Ｃを４０ppm以上含有することにより高いＢＨ性（焼付硬化性）が得られる。同文献には、冷延鋼板に1000℃／ｓなる超急速加熱により焼鈍処理を行い、フェライト粒径３〜４μｍの表面処理原板を製造する技術が開示されている。
(3)特許文献３（特開平7-150294号公報）
この文献に開示されている発明は、平均粒径５μｍ以下のフェライトを主相とし、マルテンサイトを第２相とする強度、加工性、疲労特性および低温靭性に優れた熱延鋼板に関する。フェライトおよびマルテンサイトの微細化のため、０．００５％以上のＮｂを添加し、平均フェライト粒径が２．９〜４．５μｍ、平均マルテンサイト粒径が２．８〜４．５μｍの組織を得ている。
この文献に開示されている発明は、平均粒径５μｍ以下のフェライトを主相とし、マルテンサイトを第２相とする強度、加工性、疲労特性および低温靭性に優れた熱延鋼板に関する。フェライトおよびマルテンサイトの微細化のため、０．００５％以上のＮｂを添加し、平均フェライト粒径が２．９〜４．５μｍ、平均マルテンサイト粒径が２．８〜４．５μｍの組織を得ている。
(4) 特許文献４（特開平8-325671号公報）
この文献に開示される発明では、微細フェライトを主相とし、第２相であるマルテンサイトの平均粒径と最大粒径を規定、さらに、第２相中に混在するベイナイト量を限定することにより、耐久疲労性に優れた熱延高強度鋼板を得ている。この鋼板は、炭化物生成を抑制するため、Ｓｉを０．１〜１．５％、焼入れ性確保のためにＭｎを０．５〜２．０％含む。製造された鋼板の平均フェライト粒径は３．８〜６．０μｍ、第２相の平均粒径は３．１〜４．０μｍである。
この文献に開示される発明では、微細フェライトを主相とし、第２相であるマルテンサイトの平均粒径と最大粒径を規定、さらに、第２相中に混在するベイナイト量を限定することにより、耐久疲労性に優れた熱延高強度鋼板を得ている。この鋼板は、炭化物生成を抑制するため、Ｓｉを０．１〜１．５％、焼入れ性確保のためにＭｎを０．５〜２．０％含む。製造された鋼板の平均フェライト粒径は３．８〜６．０μｍ、第２相の平均粒径は３．１〜４．０μｍである。
(5)特許文献５（特開平9-78189号公報）
この文献の発明では、フェライト主相の占積率が７０％未満の複相組織鋼板について、ＳｉとＭｎの含有量および平均フェライト粒径を規定することにより、疲労特性に優れた熱延鋼板を得る。具体的に示されているＳｉ含有量の範囲は０．９１〜３．５０％、Ｍｎ含有量の範囲は０．３３〜２．５０％、フェライト粒径の範囲は５〜１５μｍである。
この文献の発明では、フェライト主相の占積率が７０％未満の複相組織鋼板について、ＳｉとＭｎの含有量および平均フェライト粒径を規定することにより、疲労特性に優れた熱延鋼板を得る。具体的に示されているＳｉ含有量の範囲は０．９１〜３．５０％、Ｍｎ含有量の範囲は０．３３〜２．５０％、フェライト粒径の範囲は５〜１５μｍである。
(6)特許文献６（特開平2000-297350号公報）
この文献の発明は、フェライトを主相とする複合組織鋼板について、フェライト粒径および固溶窒素量を限定することにより、耐疲労性、耐衝撃性、焼付硬化性および耐常温時効性を向上させる技術に関する。Dual Phase鋼に相当する鋼には、焼入れ性向上のため、Ｃｒ、ＭｏおよびＮｉを添加している。
この文献の発明は、フェライトを主相とする複合組織鋼板について、フェライト粒径および固溶窒素量を限定することにより、耐疲労性、耐衝撃性、焼付硬化性および耐常温時効性を向上させる技術に関する。Dual Phase鋼に相当する鋼には、焼入れ性向上のため、Ｃｒ、ＭｏおよびＮｉを添加している。
(7)特許文献７（特開2000-63986号公報）
この文献の発明は、微細フェライト相を主相とし、マルテンサイト相を第２相とする耐久疲労性に優れた熱延鋼板に関する。この鋼板は、焼入れ性を高めるためのＣｒを含有することもある。
この文献の発明は、微細フェライト相を主相とし、マルテンサイト相を第２相とする耐久疲労性に優れた熱延鋼板に関する。この鋼板は、焼入れ性を高めるためのＣｒを含有することもある。
(8)特許文献８（特開2000-87183号公報）
この文献の発明は、温間プレス成形性に優れた熱延鋼板および冷延鋼板を対象とする発明であり、平均粒径３．５μｍ以下のフェライト相を主相とするDual Phase鋼板に関する発明である。フェライト相の強化の観点からＳｉが添加されており、実質的に０．５〜０．８％のＳｉを含む。平均フェライト粒径は３．０〜３．５μｍである。
この文献の発明は、温間プレス成形性に優れた熱延鋼板および冷延鋼板を対象とする発明であり、平均粒径３．５μｍ以下のフェライト相を主相とするDual Phase鋼板に関する発明である。フェライト相の強化の観点からＳｉが添加されており、実質的に０．５〜０．８％のＳｉを含む。平均フェライト粒径は３．０〜３．５μｍである。
(9)特許文献９（特開平11-61327号公報）
この文献の発明は、マルテンサイトの占積率が３〜３０％であり、マルテンサイトの平均粒径が５μｍ以下の耐衝突安全性と成形性に優れた高強度Dual Phase鋼板に関する。実質的な平均フェライト粒径は３．４〜４．９μｍである。
この文献の発明は、マルテンサイトの占積率が３〜３０％であり、マルテンサイトの平均粒径が５μｍ以下の耐衝突安全性と成形性に優れた高強度Dual Phase鋼板に関する。実質的な平均フェライト粒径は３．４〜４．９μｍである。
本発明の課題は、ＳｉおよびＭｎの添加量を極力低減し、さらにはマイクロアロイを含まないＣ−Ｍｎ鋼であっても、強度、延性および靭性がともに優れるDual Phase熱延鋼板、およびその製造方法を提供することにある。
別の観点からは、耐力が３５０ＭＰａ以上、引張強度が５９０ＭＰａ以上、降伏比が０．５０〜０．９０であるDual Phase熱延鋼板およびその製造方法を提供することが本発明の目的である。
本発明は、次に述べる新しい着想を基礎としている。
(a) 低Ｓｉ−低Ｍｎ鋼の熱延鋼板に再熱処理を施し、微細なDual Phase組織に調質する。
(b) そのため、まず熱延過程で熱的に安定な極細粒フェライト組織を作りこむ。これにより、再熱処理を施してもフェライト粒の粗大化が抑えられる。
(c) 再熱処理は、細粒フェライト鋼板についてフェライト＋オーステナイトの２相域、または、オーステナイト単相域まで逆変態させ、その後、急冷却によりマルテンサイト相を得ることを目的とする。
(d) フェライト＋オーステナイトの２相域に昇温する場合には、オーステナイトへの逆変態領域が冷却過程でマルテンサイト変態する。
(e) オーステナイト単相域に昇温する場合には、冷却過程で初析フェライトを生成させ、残部のオーステナイト域がマルテンサイト変態する。
上記の方法により、微細なDual Phase組織を有する鋼板が安定に製造できると考えられる。そこで、まず、鋼板の化学組成を次のように選定した。なお、以下において成分含有量についての％は質量％を意味する。
（１）鋼板の化学組成
Ｃ：０．０５％以上で０．２０％未満、Ｍｎ：０．５％以上で１．５％未満、sol.Ａｌ：０．００２％以上で０．０５％未満であり、Ｓｉは０．１％未満、Ｃｒは０．１％未満、Ｔｉは０．０１％以下、Ｎｂは０．００５％未満、Ｖは０．０１％以下、Ｎは０．００５％未満にそれぞれ規制されており、残部がＦｅおよび不純物からなる。
Ｃ：０．０５％以上で０．２０％未満、Ｍｎ：０．５％以上で１．５％未満、sol.Ａｌ：０．００２％以上で０．０５％未満であり、Ｓｉは０．１％未満、Ｃｒは０．１％未満、Ｔｉは０．０１％以下、Ｎｂは０．００５％未満、Ｖは０．０１％以下、Ｎは０．００５％未満にそれぞれ規制されており、残部がＦｅおよび不純物からなる。
次に、熱間圧延過程で、熱的に安定な極細粒フェライト組織を作りこむ方法について以下に記す。
（２）製造方法
上記の化学組成を有するＣ−Ｍｎ鋼の鋼片をオーステナイト化処理後、タンデム熱延するにあたり、最終スタンド、または最終スタンドから１段目の圧延スタンドにおいて、「Ａｅ3−２０℃」〜「Ａｅ3＋２０℃」の温度範囲で圧延し、圧延後、０．３秒以内に冷却を開始して４００℃／ｓ以上の冷却速度で５８０〜６８０℃の温度範囲まで急冷し、その後室温まで放冷する。
上記の化学組成を有するＣ−Ｍｎ鋼の鋼片をオーステナイト化処理後、タンデム熱延するにあたり、最終スタンド、または最終スタンドから１段目の圧延スタンドにおいて、「Ａｅ3−２０℃」〜「Ａｅ3＋２０℃」の温度範囲で圧延し、圧延後、０．３秒以内に冷却を開始して４００℃／ｓ以上の冷却速度で５８０〜６８０℃の温度範囲まで急冷し、その後室温まで放冷する。
こうして得られた熱延鋼板の組織は、平均粒径３．０μm以下のフェライト＋セメンタイトまたはフェライト＋パーライト組織である。この組織の特徴は、以下のとおりである。
(1)フェライト粒の形状が等軸、(2)フェライト中の転位密度が極めて低い。(3)フェライト中のＣ固溶量は平衡固溶量レベルである。(4)フェライト粒界の８０％以上は、方位差が１５°以上の大傾角粒界である。(5)フェライト粒界面、および粒界３重点に球状のセメンタイトが析出している。
上記の方法で得られた熱延鋼板に種々の熱処理を加え、熱的安定性について調査した。その結果、上記の特徴を持ったフェライト＋セメンタイト組織またはフェライト＋パーライト組織は、熱的に極めて安定であり、熱処理過程でフェライト粒がほとんど粗大化しないことが明らかとなった。さらに、フェライト粒界に析出したセメンタイトが固溶しなければ、逆変態オーステナイトの粒成長に対するピンニング効果が働き、オーステナイトの粗粒化の起こりにくいことが明らかとなった。
再熱処理時の昇温速度を１０℃／s以上にすることによって、フェライトがほとんど粗粒化せず、且つ、セメンタイトが完全固溶しないため、オーステナイトの粗粒化も抑えられることが明らかとなった。
上記の方法でフェライト＋オーステナイトの２相域、またはオーステナイト域に逆変態させた後、室温まで焼き入れることによって、細粒フェライト組織にマルテンサイト相が均一分散した組織が得られた。マルテンサイトの量は、鋼板の組成に応じて、再熱処理温度、冷却速度により調整できる。
こうして得られた鋼板の引張特性を調査した。その結果、マルテンサイトの含有量が１０％未満では延性が低く、十分な強度も得られない。一方、マルテンサイト量が３０％を超えると、引張強度が１０００ＭＰａを超える場合があり、加工性に問題がある。したがって、マルテンサイト量が１０〜３０％になるような鋼組成の選定、熱延条件の選択、再熱処理条件の選択が必要である。
上記の新知見に基づく本発明の要旨は以下のとおりである。
（１）Ｃ：０．０５％以上で０．２０％未満、Ｍｎ：０．５％以上で１．５％未満、sol.Ａｌ：０．００２％以上で０．０５％未満であり、Ｓｉは０．１％未満、Ｃｒは０．１％未満、Ｔｉは０．０１％以下、Ｎｂは０．００５％未満、Ｖは０．０１％以下、Ｎは０．００５％未満にそれぞれ規制されており、残部がＦｅおよび不純物からなる組成を有し、鋼板表面からの深さが板厚の１／４である位置における組織が、フェライト相を主相として体積割合で１０〜３０％のマルテンサイト相を含有するものであり、前記フェライト相の平均結晶粒径が１．１〜３．０μｍ、前記マルテンサイト相の平均粒径が３．０μｍ以下であることを特徴とする高強度熱延鋼板。
（２）Ｃ：０．０５％以上で０．２０％未満、Ｍｎ：０．５％以上で１．５％未満、sol.Ａｌ：０．００２％以上で０．０５％未満であり、Ｓｉは０．１％未満、Ｃｒは０．１％未満、Ｔｉは０．０１％以下、Ｎｂは０．００５％未満、Ｖは０．０１％以下、Ｎは０．００５％未満にそれぞれ規制されており、残部がＦｅおよび不純物からなる組成を有し、耐力が３５０ＭＰａ以上、引張強度が５９０ＭＰａ以上、降伏比が０．５０〜０．９０であることを特徴とする高強度熱延鋼板。
（３）Ｃ：０．０５％以上で０．２０％未満、Ｍｎ：０．５％以上で１．５％未満、sol.Ａｌ：０．００２％以上で０．０５％未満であり、Ｓｉは０．１％未満、Ｃｒは０．１％未満、Ｔｉは０．０１％以下、Ｎｂは０．００５％未満、Ｖは０．０１％以下、Ｎは０．００５％未満にそれぞれ規制されており、残部がＦｅおよび不純物からなる組成を有し、残部がＦｅおよび不純物からなる組成を有する鋼塊または鋼片に「Ａｅ3点−２０℃」〜「Ａｅ3点＋２０℃」の温度範囲で圧延を完了する熱間圧延を施して鋼板となし、熱間圧延完了後０.３秒以内に前記鋼板の冷却を開始し、４００℃／ｓ以上の平均冷却速度で５８０〜６８０℃の温度範囲まで急冷し、その冷却して得た鋼板を１０℃／ｓ以上の昇温速度で７１０〜８８０℃の温度域まで再加熱し、その後、２００℃／ｓ以上の平均冷却速度で室温まで冷却することを特徴とする高強度熱延鋼板の製造方法。
本発明鋼板の化学組成、金属組織および製造条件の限定理由を、それぞれの作用とともに詳述する。
１．鋼板の化学組成
Ｃ：０．０５％以上で０．２０％未満
Ｃは、鋼の強度を効果的に上げるとともに、オーステナイト／フェライト変態を支配する重要な元素である。したがって、目的とするフェライト相率と鋼板強度に応じて必要量を含有させる。その含有量が０．０５％未満では十分な量のマルテンサイト相が得られず、目的とする強度および延性が確保できない。一方、０．２０％以上では、マルテンサイト量が過剰となる。したがって、Ｃ含有量は０．０５％以上で０．２０％未満とする。望ましいのは、０．０７％以上０．１５％以下である。
Ｃ：０．０５％以上で０．２０％未満
Ｃは、鋼の強度を効果的に上げるとともに、オーステナイト／フェライト変態を支配する重要な元素である。したがって、目的とするフェライト相率と鋼板強度に応じて必要量を含有させる。その含有量が０．０５％未満では十分な量のマルテンサイト相が得られず、目的とする強度および延性が確保できない。一方、０．２０％以上では、マルテンサイト量が過剰となる。したがって、Ｃ含有量は０．０５％以上で０．２０％未満とする。望ましいのは、０．０７％以上０．１５％以下である。
Ｍｎ：０．５％以上で１．５％未満
Ｍｎは、Ａｅ3変態点を低下させ、結晶粒の微細化に寄与する。また、焼入れ性を高め、マルテンサイトの生成を容易にする。さらにまた、Ｍｎによる固溶強化作用で、フェライトを強化する。その含有量が０．５％未満では、焼入れ性が不足して十分な強度および延性が得られない。一方、１．５％以上含有させると、セメンタイトが粒界に沿って板状に析出し、延性および成形性を劣化させる。したがって、Ｍｎ含有量は０．５％以上で１．５％未満とする。望ましいのは０．７％以上１．０％以下である。
Ｍｎは、Ａｅ3変態点を低下させ、結晶粒の微細化に寄与する。また、焼入れ性を高め、マルテンサイトの生成を容易にする。さらにまた、Ｍｎによる固溶強化作用で、フェライトを強化する。その含有量が０．５％未満では、焼入れ性が不足して十分な強度および延性が得られない。一方、１．５％以上含有させると、セメンタイトが粒界に沿って板状に析出し、延性および成形性を劣化させる。したがって、Ｍｎ含有量は０．５％以上で１．５％未満とする。望ましいのは０．７％以上１．０％以下である。
sol.Ａｌ：０．００２％以上で０．０５％未満
Ａｌは、鋼の脱酸のために添加する。しかしながら、sol.Ａｌ含有量が０．００２％未満ではその効果は十分でない。一方、sol.Ａｌ含有量が０．０５％以上では、その効果が飽和するだけでなく、延性を低下させる。したがって、sol.Ａｌ含有量は０．００２％以上で０．０５％未満とする。より好ましいのは０．０１％以上０．０４％以下である。
Ａｌは、鋼の脱酸のために添加する。しかしながら、sol.Ａｌ含有量が０．００２％未満ではその効果は十分でない。一方、sol.Ａｌ含有量が０．０５％以上では、その効果が飽和するだけでなく、延性を低下させる。したがって、sol.Ａｌ含有量は０．００２％以上で０．０５％未満とする。より好ましいのは０．０１％以上０．０４％以下である。
Ｓｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、ＶおよびＮは、下記のようにそれぞれ含有量を規制する。
Ｓｉ：０．１％未満
Ｓｉは、セメンタイトの生成を抑えるので、Ｓｉ含有量が多いとフェライト粒およびオーステナイト粒に対するピンニング効果が阻害される。したがって、Ｓｉの含有量は０．１％未満とする。Ｓｉ含有量は少ないほど望ましい。
Ｓｉは、セメンタイトの生成を抑えるので、Ｓｉ含有量が多いとフェライト粒およびオーステナイト粒に対するピンニング効果が阻害される。したがって、Ｓｉの含有量は０．１％未満とする。Ｓｉ含有量は少ないほど望ましい。
Ｃｒ：０．１％未満
Ｃｒは、セメンタイトの球状化を抑え、粒界に沿って板状に析出させるため、延性および成形性を劣化させる。したがって、Ｃｒの含有量は０．１％未満とする。Ｃｒも少ないほど望ましい。
Ｃｒは、セメンタイトの球状化を抑え、粒界に沿って板状に析出させるため、延性および成形性を劣化させる。したがって、Ｃｒの含有量は０．１％未満とする。Ｃｒも少ないほど望ましい。
Ｔｉ：０．０１％以下、Ｎｂ：０．００５％未満、Ｖ：０．０１％以下
Ｔｉ、ＮｂおよびＶは、Ｃと結合して微細な炭化物を形成し、延性および成形性に悪影響を及ぼす。特に、０．０１％を超えるＴｉ、０．００５％以上のＮｂ、および０．０１％を超えるＶでは、この悪影響が顕著になる。したがって、Ｔｉ、ＮｂおよびＶの含有量は、それぞれ上記の範囲でできるだけ少ないことが望ましい。
Ｔｉ、ＮｂおよびＶは、Ｃと結合して微細な炭化物を形成し、延性および成形性に悪影響を及ぼす。特に、０．０１％を超えるＴｉ、０．００５％以上のＮｂ、および０．０１％を超えるＶでは、この悪影響が顕著になる。したがって、Ｔｉ、ＮｂおよびＶの含有量は、それぞれ上記の範囲でできるだけ少ないことが望ましい。
Ｎ：０．００５％未満
Ｎは、オーステナイト／フェライト変態を支配するとともに、フェライト中に固溶してこれを強化する。しかしながら、その含有量が０．００５％以上になると、粗大な窒化物を形成し、延性および成形性を劣化させる。したがって、Ｎ含有量は０．００５％未満とする。望ましいのは０．００２〜０．００４％である。
Ｎは、オーステナイト／フェライト変態を支配するとともに、フェライト中に固溶してこれを強化する。しかしながら、その含有量が０．００５％以上になると、粗大な窒化物を形成し、延性および成形性を劣化させる。したがって、Ｎ含有量は０．００５％未満とする。望ましいのは０．００２〜０．００４％である。
上記以外の残部は、Ｆｅと不純物である。不純物中のＰとＳはそれぞれ下記のように抑えるのが望ましい。
Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．００５％以下
ＰおよびＳは、加工性に悪影響を及ぼす不純物元素であるため、低く抑えるのが望ましい。それぞれ０．０２％および０．００５％を許容上限値とするのがよい。
ＰおよびＳは、加工性に悪影響を及ぼす不純物元素であるため、低く抑えるのが望ましい。それぞれ０．０２％および０．００５％を許容上限値とするのがよい。
２．金属組織
フェライト平均結晶粒径、マルテンサイト含有率およびマルテンサイト平均粒径を前記のように限定した理由について述べる。なお、機械的性質は、鋼板表面からの深さが板厚の１／４である位置における鋼組織に支配される。したがって、本発明では、鋼板表面からの深さが板厚の１／４である位置における金属組織を規定する。
フェライト平均結晶粒径、マルテンサイト含有率およびマルテンサイト平均粒径を前記のように限定した理由について述べる。なお、機械的性質は、鋼板表面からの深さが板厚の１／４である位置における鋼組織に支配される。したがって、本発明では、鋼板表面からの深さが板厚の１／４である位置における金属組織を規定する。
(1)フェライト平均結晶粒径：１．１〜３．０μｍ
フェライトを平均粒径が３．０μｍ以下になるように微細化すると、強度および延性が総合的に向上し、合金元素量を最小限に抑えても所望の高強度と延性が得られる。しかしながら、平均粒径が１．１μｍ未満となるほどに微細化すると、かえって延性が低下するため、下限は１．１μｍとする。
フェライトを平均粒径が３．０μｍ以下になるように微細化すると、強度および延性が総合的に向上し、合金元素量を最小限に抑えても所望の高強度と延性が得られる。しかしながら、平均粒径が１．１μｍ未満となるほどに微細化すると、かえって延性が低下するため、下限は１．１μｍとする。
(2)マルテンサイト含有率：体積割合で１０〜３０％
マルテンサイトの含有量が１０％未満では延性が低く、十分な強度と延性とが得られない。一方、マルテンサイト量が３０％を超えると、引張強度が１０００ＭＰａを超える場合があり、加工性に問題がある。したがって、マルテンサイト占積率は１０％以上３０％以下とする。
マルテンサイトの含有量が１０％未満では延性が低く、十分な強度と延性とが得られない。一方、マルテンサイト量が３０％を超えると、引張強度が１０００ＭＰａを超える場合があり、加工性に問題がある。したがって、マルテンサイト占積率は１０％以上３０％以下とする。
(3)マルテンサイト平均粒径：３．０μｍ以下
マルテンサイトの平均粒径を３．０μｍ以下に微細化すると、強度と延性が総合的に向上し、合金元素量を最小限に抑えても所望の高強度と延性が得られる。平均粒径の下限には特に制約はない。
マルテンサイトの平均粒径を３．０μｍ以下に微細化すると、強度と延性が総合的に向上し、合金元素量を最小限に抑えても所望の高強度と延性が得られる。平均粒径の下限には特に制約はない。
なお、本発明に係る高強度熱延鋼板はフェライトを主相とし、体積割合で１０〜３０％のマルテンサイト相を含有するものであり、実質的にフェライトとマルテンサイトとの２相組織であるが、合計で５％以下のベイナイト、セメンタイト、炭化物等が混入しても本発明の効果が損なわれることはない。
３．機械的性質
機械的特性（引張特性）を前記のように限定した理由について述べる。
機械的特性（引張特性）を前記のように限定した理由について述べる。
従来４４０ＭＰａ級であった材料の強度を、細粒化および複相化の相乗効果により５９０ＭＰａ超級の高強度材とする。耐力は３５０ＭＰａ以上、引張強度は５９０ＭＰａ以上、降伏比は０．５０〜０．９０の範囲とする。より好ましい耐力は４５０ＭＰａ以上、より好ましい引張強度は６５０ＭＰａ以上である。降伏比については、剛性を確保するため下限を０．５０とした。より望ましいのは０．５〜０．８である。最も望ましいのは０．６〜０．７である。
４．製造方法
次に、製造条件を限定した理由を述べる。
次に、製造条件を限定した理由を述べる。
再加熱処理により、平均結晶粒径が１．１〜３．０μｍのフェライトを主相とするDual Phase組織の生成を可能とする熱延母材は、平均粒径が３．０μm以下のフェライト＋セメンタイトまたはフェライト＋パーライト組織であるとともに以下の条件を満足することが好ましい。
(a)フェライト粒の形状が等軸であること、
(b)フェライト中の転位密度が極めて低いこと、
(c)フェライト中のＣ固溶量は平衡固溶量レベルであること、
(d)フェライト粒界の８０％以上は、方位差が１５°以上の大傾角粒界であること、
(e)フェライト粒界面、および粒界３重点に球状のセメンタイトが析出していること。
上記のような組織を得るためには、下記のような熱延条件の規定が必要である。
(b)フェライト中の転位密度が極めて低いこと、
(c)フェライト中のＣ固溶量は平衡固溶量レベルであること、
(d)フェライト粒界の８０％以上は、方位差が１５°以上の大傾角粒界であること、
(e)フェライト粒界面、および粒界３重点に球状のセメンタイトが析出していること。
上記のような組織を得るためには、下記のような熱延条件の規定が必要である。
(1) 圧延完了温度：「Ａｅ3−２０℃」〜「Ａｅ3＋２０℃」
圧延完了温度が「Ａｅ3−２０℃」を下回ると、転位密度の高い組織となり、その後の再加熱時に異常粒成長が起きる。一方、圧延完了温度が「Ａｅ3＋２０℃」より高温になると、フェライト平均結晶粒径が３．０μｍを超える。したがって、圧延完了温度の範囲は「Ａｅ3−２０℃」〜「Ａｅ3＋２０℃」とする。
圧延完了温度が「Ａｅ3−２０℃」を下回ると、転位密度の高い組織となり、その後の再加熱時に異常粒成長が起きる。一方、圧延完了温度が「Ａｅ3＋２０℃」より高温になると、フェライト平均結晶粒径が３．０μｍを超える。したがって、圧延完了温度の範囲は「Ａｅ3−２０℃」〜「Ａｅ3＋２０℃」とする。
(2) 圧延後、冷却開始までの時間：０．３秒以内
本発明の製造方法においては、圧延後、なるべく早期に冷却を開始することが重要である。圧延後、冷却開始までの時間が０．３秒を超えると、圧延歪が回復し、フェライト平均結晶粒径が３．０μｍ以下の細粒組織が得られない。また、セメンタイトが凝集粗大化しやすくなる。圧延後、冷却開始までの時間は短いほど望ましい。
本発明の製造方法においては、圧延後、なるべく早期に冷却を開始することが重要である。圧延後、冷却開始までの時間が０．３秒を超えると、圧延歪が回復し、フェライト平均結晶粒径が３．０μｍ以下の細粒組織が得られない。また、セメンタイトが凝集粗大化しやすくなる。圧延後、冷却開始までの時間は短いほど望ましい。
(3)圧延後の冷却速度：４００℃／ｓ以上
これは、平均冷却速度が４００℃／ｓ以上の急冷とする。これより遅い冷却速度では十分な細粒組織が得られず、フェライト平均結晶粒径は３．０μｍを超える。冷却速度は速ければ速いほど望ましいので、特に上限は設けない。
これは、平均冷却速度が４００℃／ｓ以上の急冷とする。これより遅い冷却速度では十分な細粒組織が得られず、フェライト平均結晶粒径は３．０μｍを超える。冷却速度は速ければ速いほど望ましいので、特に上限は設けない。
(4) 急冷停止温度：５８０〜６８０℃
加工オーステナイトからフェライト変態させるために、急冷停止温度の設定が必要である。この停止温度が５８０℃よりも低温であれば、フェライト変態が十分に進行せず、残部がベイナイト変態したり、セメンタイトが粒界面に板状に析出したりして、熱的に安定な組織が得られない、一方、急冷停止温度が６８０℃を超えると、十分な細粒組織が得られず、フェライト平均結晶粒径が３．０μｍを超える。したがって、急冷停止温度は５８０〜６８０℃の範囲とする。急冷停止時間は０．２秒以上とすることが好ましい。急冷停止後の冷却条件は、特に限定しないが、４００℃以下までの放冷または空冷が望ましい。
加工オーステナイトからフェライト変態させるために、急冷停止温度の設定が必要である。この停止温度が５８０℃よりも低温であれば、フェライト変態が十分に進行せず、残部がベイナイト変態したり、セメンタイトが粒界面に板状に析出したりして、熱的に安定な組織が得られない、一方、急冷停止温度が６８０℃を超えると、十分な細粒組織が得られず、フェライト平均結晶粒径が３．０μｍを超える。したがって、急冷停止温度は５８０〜６８０℃の範囲とする。急冷停止時間は０．２秒以上とすることが好ましい。急冷停止後の冷却条件は、特に限定しないが、４００℃以下までの放冷または空冷が望ましい。
(5) 再加熱条件
(5)-1．昇温速度：１０℃／ｓ以上
昇温速度が１０℃／ｓ未満になると、昇温中にフェライトが粗粒化する上に、セメンタイトの固溶が促進されピンニング効果が消滅する。したがって、昇温速度は１０℃／ｓ以上とする。昇温速度は速ければ速いほど望ましいので、特に上限は設けない。なお、前記昇温速度の規定は、セメンタイトの固溶を抑制するためのものであるから、前記昇温速度は３００℃から所定の加熱温度までの温度範囲における平均昇温速度である。
(5)-1．昇温速度：１０℃／ｓ以上
昇温速度が１０℃／ｓ未満になると、昇温中にフェライトが粗粒化する上に、セメンタイトの固溶が促進されピンニング効果が消滅する。したがって、昇温速度は１０℃／ｓ以上とする。昇温速度は速ければ速いほど望ましいので、特に上限は設けない。なお、前記昇温速度の規定は、セメンタイトの固溶を抑制するためのものであるから、前記昇温速度は３００℃から所定の加熱温度までの温度範囲における平均昇温速度である。
(5)-2．再加熱温度：７１０〜８８０℃
オーステナイト＋フェライトの２相域またはオーステナイト単相域まで加熱する。加熱温度が７１０℃未満ではオーステナイトに逆変態せず、第２相としてマルテンサイト相が生成しない。一方、加熱温度が８８０℃を超えると、マルテンサイトの含有量が過剰となり、所望の加工性が得られない。したがって、加熱温度の範囲は７１０〜８８０℃とする。保持時間については、特に限定しないが、２〜１０秒間が望ましい。
オーステナイト＋フェライトの２相域またはオーステナイト単相域まで加熱する。加熱温度が７１０℃未満ではオーステナイトに逆変態せず、第２相としてマルテンサイト相が生成しない。一方、加熱温度が８８０℃を超えると、マルテンサイトの含有量が過剰となり、所望の加工性が得られない。したがって、加熱温度の範囲は７１０〜８８０℃とする。保持時間については、特に限定しないが、２〜１０秒間が望ましい。
(5)-3．再加熱後の冷却条件：２００℃／ｓ以上の平均冷却速度で室温まで冷却
再加熱による逆変態オーステナイトの焼入れによりマルテンサイトを得るため、２００℃／ｓ以上の平均冷却速度で急冷する。平均冷却速度が２００℃／ｓより低いとマルテンサイト相が生成しない。冷却速度は高いほど好ましいので、特に上限は設けない。
再加熱による逆変態オーステナイトの焼入れによりマルテンサイトを得るため、２００℃／ｓ以上の平均冷却速度で急冷する。平均冷却速度が２００℃／ｓより低いとマルテンサイト相が生成しない。冷却速度は高いほど好ましいので、特に上限は設けない。
表１に示す化学組成を有する鋼種１〜９からなるスラブ（スラブサイズ：８０ｍｍ幅×１００ｍｍ長×３５ｍｍ厚）を、表２に示す条件で加熱し、熱間圧延後、水冷し、板厚が１．２ｍｍの熱延鋼板を得た。
得られた鋼板について表２に示す条件の再加熱を与えた。得られた鋼板からJIS５号引張試験片を採取し、機械的性質を調査した。また、各々１０ｍｍ幅×５０ｍｍ長の板材を４枚重ね、２ｍｍＶノッチ加工の後、シャルピー衝撃試験を行い、室温における衝撃吸収エネルギーを測定した。その結果を表３に示す。
表３に示されるように、本発明の技術にしたがって製造された鋼板は、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂなどのマイクロアロイを含有しないにもかかわらず、再加熱後のフェライト平均粒径およびマルテンサイト相の平均粒径が３．０μｍ以下に抑えられている。また、所定の再加熱処理により、マルテンサイト相の占積率が１０〜３０％の範囲にあり、引張試験による耐力が３９０ＭＰａ以上、引張強度５９０ＭＰａ以上、降伏比は０．５〜０．９である。さらに、引張破断伸び（全伸び）は２０％以上を確保し、延性が良好である。さらには、シャルピー衝撃試験による衝撃吸収エネルギーは２００Ｊ／ｍｍ2以上であり、靭性も良好である。
一方、鋼の組成範囲が本発明でさだめる範囲内にあっても、平均粒径、マルテンサイト占積率が本発明の範囲内に入らない鋼では、強度、延性、靭性のいずれかが不良である。具体的には、下記のとおりである。
試験番号Ｃ：圧延後冷却開始までの時間が長いため、フェライト粒およびマルテンサイト粒の平均粒径が３．０μｍを超える。したがって、耐力が低い。
試験番号Ｄ：仕上圧延温度が高く、フェライト粒およびマルテンサイト粒の平均粒径が３．０μｍを超える。したがって、耐力が低い。
試験番号Ｅ：圧延後の水冷速度が低く、フェライト粒およびマルテンサイト粒の平均粒径が３．０μｍを超える。したがって、耐力が低い。
試験番号Ｆ：再加熱時の昇温速度が低く、フェライト粒およびマルテンサイト粒の平均粒径が３．０μｍを超える。したがって、耐力が低い。
試験番号Ｇ：再加熱後の平均冷却速度が小さく、マルテンサイト相が生成しない。したがって、引張強度が低い。
また、鋼種６、７、８、９の組成は、本発明で定める範囲外である。したがって、所望の粒径またはマルテンサイト占積率が得られず、強度、延性、靭性のいずれかが不良である。具体的には下記のとおりである。
試験番号Ｌでは、ＣおよびＭｎの含有量が低く、マルテンサイトが生成しない。したがって、引張強度が低い。試験番号Ｍでは、Ｔｉ添加により細粒組織が得られるが、降伏比が高く、延性が不良である。試験番号ＮではＴｉとＮｂの添加により細粒組織が得られるが、降伏比が高く、延性が不良である。試験番号Ｏでは、Ｃｒ、Ｔｉ、ＮｂおよびＶの添加により細粒組織が得られるが、降伏比が高く、延性が不良である。
本発明によれば、強度、延性および靭性がともに優れる高強度熱延鋼板を安定して提供することができる。この熱延鋼板は、自動車足廻り部品等の産業機器部材に適用してそれらの製品の性能や寿命を一段と向上させることができ、産業上、極めて有意義な効果をもたらす。
Claims (3)
- 質量％で、Ｃ：０．０５％以上で０．２０％未満、Ｍｎ：０．５％以上で１．５％未満、sol.Ａｌ：０．００２％以上で０．０５％未満であり、Ｓｉは０．１％未満、Ｃｒは０．１％未満、Ｔｉは０．０１％以下、Ｎｂは０．００５％未満、Ｖは０．０１％以下、Ｎは０．００５％未満にそれぞれ規制されており、残部がＦｅおよび不純物からなる組成を有し、鋼板表面からの深さが板厚の１／４である位置における組織が、フェライト相を主相として体積割合で１０〜３０％のマルテンサイト相を含有するものであり、前記フェライト相の平均結晶粒径が１．１〜３．０μｍ、前記マルテンサイト相の平均粒径が３．０μｍ以下であることを特徴とする高強度熱延鋼板。
- 質量％で、Ｃ：０．０５％以上で０．２０％未満、Ｍｎ：０．５％以上で１．５％未満、sol.Ａｌ：０．００２％以上で０．０５％未満であり、Ｓｉは０．１％未満、Ｃｒは０．１％未満、Ｔｉは０．０１％以下、Ｎｂは０．００５％未満、Ｖは０．０１％以下、Ｎは０．００５％未満にそれぞれ規制されており、残部がＦｅおよび不純物からなる組成を有し、耐力が３５０ＭＰａ以上、引張強度が５９０ＭＰａ以上、降伏比が０．５０〜０．９０であることを特徴とする高強度熱延鋼板。
- 質量％で、Ｃ：０．０５％以上で０．２０％未満、Ｍｎ：０．５％以上で１．５％未満、sol.Ａｌ：０．００２％以上で０．０５％未満であり、Ｓｉは０．１％未満、Ｃｒは０．１％未満、Ｔｉは０．０１％以下、Ｎｂは０．００５％未満、Ｖは０．０１％以下、Ｎは０．００５％未満にそれぞれ規制されており、残部がＦｅおよび不純物からなる組成を有する鋼塊または鋼片に「Ａｅ3点−２０℃」〜「Ａｅ3点＋２０℃」の温度範囲で圧延を完了する熱間圧延を施して鋼板となし、熱間圧延完了後０.３秒以内に前記鋼板の冷却を開始し、４００℃／ｓ以上の平均冷却速度で５８０〜６８０℃の温度範囲まで急冷し、その冷却して得た鋼板を１０℃／ｓ以上の昇温速度で７１０〜８８０℃の温度域まで再加熱し、その後、２００℃／ｓ以上の平均冷却速度で室温まで冷却することを特徴とする高強度熱延鋼板の製造方法。
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