JP2007009317A - 伸びフランジ成形性に優れた高強度冷延鋼板および溶融亜鉛めっき鋼板とそれらの製造方法 - Google Patents
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- Coating With Molten Metal (AREA)
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Abstract
【解決手段】 C:0.03〜0.15%、Mn:1.4〜3.5%、P:0.05%以下、S: 0.01%以下、Al:0.15%以下、N:0.01%以下、Ti:0.005〜0.05%、Nb:0.005〜0.04%、B:0.0003〜0.0020%を含有し、残部がFe及び不可避不純物からなり、フェライト相とオーステナイト低温変態相を含む組織を有し、前記フェライト相の平均結晶粒径dαの1.5倍以上の粒径を持つ前記オーステナイト低温変態相の面積AMLと、前記オーステナイト低温変態相の総面積AMの比率AML/AMが0.30以上である高強度冷延鋼板または溶融亜鉛めっき鋼板。
【選択図】図1
Description
[1]mass%で、C:0.03〜0.15%、Mn:1.4〜3.5%、P:0.05%以下、S: 0.01%以下、Al:0.15%以下、N:0.01%以下、Ti:0.005〜0.05%、Nb:0.005〜0.04%、B:0.0003〜0.0020%を含有し、残部がFe及び不可避不純物からなり、フェライト相とオーステナイト低温変態相を含む組織を有し、前記フェライト相の平均結晶粒径dαの1.5倍以上の粒径を持つ前記オーステナイト低温変態相の面積AMLと、前記オーステナイト低温変態相の総面積AMの比率AML/AMが0.30以上であることを特徴とする伸びフランジ成形性に優れた高強度冷延鋼板。
[2]mass%で、C:0.03〜0.15%、Mn:1.4〜3.5%、P:0.05%以下、S: 0.01%以下、Al:0.15%以下、N:0.01%以下、Ti:0.005〜0.05%、Nb:0.005〜0.04%、B:0.0003〜0.0020%を含有し、残部がFe及び不可避不純物からなり、フェライト相とオーステナイト低温変態相を含む組織を有し、前記フェライト相の平均結晶粒径dαの1.5倍以上の粒径を持つ前記オーステナイト低温変態相の面積AMLと、前記オーステナイト低温変態相の総面積AMの比率AML/AMが0.30以上であることを特徴とする伸びフランジ成形性に優れた溶融亜鉛めっき鋼板。
[3]前記[1]において、さらに、mass%で、Si:0.4%未満を含有することを特徴とする伸びフランジ成形性に優れた高強度冷延鋼板。
[4]前記[2]において、さらに、mass%で、Si:0.4%未満を含有することを特徴とする伸びフランジ成形性に優れた溶融亜鉛めっき鋼板。
[5]前記[1]または[3]において、さらに、mass%で、Cr:0.05〜0.5%、V:0.005〜0.5%、Mo:0.05〜0.5%のうち1種以上含有することを特徴とする伸びフランジ成形性に優れた高強度冷延鋼板。
[6]前記[2]または[4]において、さらに、mass%で、Cr:0.05〜0.5%、V:0.005〜0.5%、Mo:0.05〜0.5%のうち1種以上含有することを特徴とする伸びフランジ成形性に優れた溶融亜鉛めっき鋼板。
[7]前記[1]、[3][5]のいずれかに記載の成分からなる鋼を、熱間圧延、冷間圧延、連続焼鈍を行い高強度冷延鋼板を製造するに際し、前記熱間圧延では、仕上げ圧延温度をAr3以上、巻取り温度を450℃以上700℃以下とし、前記連続焼鈍では、(0.85Ac3+0.15Ac1)以上(1.4Ac3−0.4Ac1)以下の温度範囲で30s以上240s以下保持した後、15℃/s未満の速度にて冷却し、450℃以上600℃以下の温度範囲にて10s以上120s以下保持した後冷却することを特徴とする伸びフランジ成形性に優れた高強度冷延鋼板の製造方法。
[8]前記[7]において、前記仕上げ圧延温度が(Ar3+110℃)以上(Ar3+180℃)以下であることを特徴とする伸びフランジ成形性に優れた高強度冷延鋼板の製造方法。
[9]前記[2]、[4]、[6]、[8]のいずれかに記載の成分からなる鋼を、熱間圧延、冷間圧延を行い、溶融亜鉛めっき工程を経て溶融亜鉛めっき鋼板を製造するに際し、前記熱間圧延では、仕上げ圧延温度をAr3以上、巻取り温度を450℃以上700℃以下とし、前記溶融亜鉛めっき工程では、(0.85Ac3+0.15Ac1)以上(1.4Ac3−0.4Ac1)以下の温度範囲で30s以上240s以下保持した後、15℃/s未満の速度にて冷却し、450℃以上600℃以下の温度範囲にて10s以上120s以下保持した後冷却することを特徴とする伸びフランジ成形性に優れた溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
[10]前記[9]において、前記仕上げ圧延温度が(Ar3+110℃)以上(Ar3+180℃)以下であることを特徴とする伸びフランジ成形性に優れた溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
Cは鋼の強化に有効な元素であり、強化能を得るためには、0.03%以上の添加を必要とする。一方、C量が0.15%を超えると第2相の硬化が顕著となり、伸びフランジ成形性が低下する。以上から、C量は0.03%以上0.15%以下の範囲とする。
Mnは鋼の焼入れ強化に有効な元素であり、添加を必要とする。しかし、Mn量が1.4%未満の場合、焼入れ性が低下し、加熱後の冷却段階で、延性を劣化させるパーライトが形成され易くなる。一方、Mn量が3.5%を超えると、溶製された鋼をスラブに鋳造する際、スラブ表面やコーナー部に割れが発生し易くなる。さらに、スラブを熱間圧延し、引き続いて冷間圧延および焼鈍を施して得られた鋼板では、表面欠陥が顕在化する。以上より、Mn量は1.4%以上3.5%以下の範囲とする。
Pは鋼の強化に有効な元素であり、適宜添加することができる。しかし、スポット溶接における十字引張強度確保の観点から、P量は0.05%以下とする。
Sは鋼中に過剰に存在すると、スラブ加熱時にオーステナイトの結晶粒界に偏析し、熱間圧延の際、鋼板表層部から赤熱脆性が起こり易くなる。特に、S量が0.01%を超えると、この悪影響が懸念される。このため、S量は0.01%以下とする。スポット溶接における十字引張強度確保の観点からは、0.005%以下がより好ましく、さらに、穴拡げ性の観点から、0.002%以下とするのがさらに好ましい。
Nは鋼中に過剰に存在すると、鋳造時にスラブ表面に割れが発生するばかりか、溶融亜鉛を施す場合に亜鉛めっき後の鋼板の延性も劣化する。これらは、N量が0.01%を超えると顕著となるため、N量は0.01%以下とする。より好ましくは、0.006%以下である。
Alは焼鈍時に、めっき性を阻害する表層へのMn、Si系の酸化物の形成を抑制し、めっき表面外観を向上させる効果がある。材質的にはAc3変態点を上昇させ、フェライト+オーステナイト2相域を拡大することで、適正焼鈍温度範囲を拡大する効果もある。しかし0.15%を超えるとAc3点が上昇し過ぎ、製造不能となるため、Al量は0.15%以下の範囲とする。より好ましくは0.05%以下である。
Nbは本発明において重要な元素である。Nbは鋼中において固溶状態で存在し、また、炭化物を形成することにより、熱間圧延時にオーステナイトを細粒化して、これから変態するフェライト、パーライト等の熱延板組織を微細化し、冷間圧延後、焼鈍段階で形成されるフェライトおよびオーステナイトの微細化および析出強化付与にも寄与する。その際、後述する本発明で規定する温度範囲にて焼鈍することで炭化物が溶解し、オーステナイトの粗大化を促進する。その結果、冷却時に起こるオーステナイト粒界からのフェライト生成を抑制し、冷却停止後、後述する温度範囲で保持することにより、フェライト中のNbC再析出および低温でのフェライト生成(ベイニティックフェライト、アシキュラーフェライトなど低温変態フェライト)が促進され、硬度の高いフェライトが生成する。さらに、オーステナイトの粗大化については、オーステナイト中の元素濃化(主にC)を抑制するため、最終的に生成する低温変態相の強度を低減することが出来る。さらに冷却時にNbCが再析出することも、オーステナイト中のC量低減、すなわち、最終的に生成する低温変態相の強度低減を助長するものと考えられる。以上より、従来のDP鋼と比較してフェライトとオーステナイト低温変態相の硬度差がより低減し、伸びフランジ成形性が安定的に向上する効果を得るために、Nb量は0.005%以上とする。そして、0.005%未満では組織の粗大化が顕著となり高強度が得られない他、理由が明確ではないが延性が低下してしまう。一方、Nb量が0.04%を超えると、炭化物溶解によるオーステナイト粗大化効果が得られないため、上記効果が得られない。以上より、Nb量は0.005%以上0.04%以下の範囲とする。より好ましくは、0.010%以上0.025%以下である。
Tiは鋼中でCまたはNと微細炭化物や微細窒化物を形成することにより、熱延板組織ならびに焼鈍後の鋼板組織の細粒化および析出強化付与に有効に作用する。この効果を得るためには、Ti量は0.005%以上の添加を必要とする。一方、Ti量が0.05%を超えると、TiC、TiNが焼鈍中に溶解せずに残存し、上記Nbの項で述べたNbC溶解/再析出によるオーステナイト粗大化効果を抑制してしまう。以上より、Ti量は0.005%以上0.05%以下の範囲とする。
Bは本発明において重要な元素である。Bは冷間圧延後、焼鈍加熱段階でオーステナイトの粒界に偏析するため、後の冷却過程にて起こるフェライトの生成を抑制し、Nbの作用と同様の理由で、低温変態フェライトの生成を促進する。この効果を得るためには、B量は0.0003%以上の添加を必要とする。一方、B量が0.0020%を超えると、上記効果が飽和するばかりか、熱間圧延時にオーステナイトの再結晶が著しく遅滞するため、熱間圧延の変形抵抗が上昇することや、熱延組織の不均一化を引き起こす。さらに、溶融亜鉛めっき後の合金化反応性が低下し、焼けムラと呼ばれる表面性状不良を引き起こす。以上より、B量は0.0003%以上0.0020%以下の範囲とする。
Siは鋼の強化および強度-延性バランスを向上させるのに有効な元素であり、適宜添加することができる。しかし、Si量が0.4%以上では、溶融亜鉛めっきにおける不めっきの発生や合金化処理反応性の低下を助長し、冷延鋼板として使用する場合には、化成処理性が低下するため、結果として表面品質や防錆性能が劣化する。よって、Siを含有する場合、含有量は0.4%未満とする。
Cr:0.05〜0.5%
Crは鋼の焼入れ強化に有効な元素である。この効果を得るには、0.05%以上の添加を必要とする。しかし、Cr量が0.5%を超えるとこの効果は飽和し、一方で表面品質を著しく低下させる。よって、Crを含有する場合、含有量は0.05%以上0.5%以下の範囲とする。
Vは鋼の強化に有効な元素であり、また、Vと形成される窒化物は焼鈍板組織の細粒化に寄与する。これらの効果を得るには、Vは0.005%以上の添加を必要とする。一方で、Vの添加量が0.5%を超えると、これらの効果は飽和する。よって、Vを含有する場合、含有量は0.005%以上0.5%以下の範囲とする。
Moは鋼の焼入れ強化に有効な元素であり、この効果を得るには、0.05%以上の添加を必要とする。しかし、Mo量が0.5%を超えると、この効果は飽和する。よって、Moを含有する場合、含有量は0.05%以上0.5%以下の範囲とする。
本発明の鋼板は、フェライト相とオーステナイト低温変態相で構成された組織を有することとする。なお、フェライト相とはポリゴナルフェライトおよびベイニティックフェライトを示し、オーステナイト低温変態相とはマルテンサイト、ベイナイト、パーライトを示すものである。
また、本発明において、板厚方向の硬度変動は40Hv以下が好ましい。限定理由を以下に詳細に示す。板厚方向の硬度変動と引張強度・穴拡げ率の積(TS×λ)の関係について調査するため、C0.06%、Si0.3%、Mn2.5%、P0.03%、S0.002%、sol.Al0.04%、N0.005%、Cr0.1%、V0.1%、Mo0.1%、Nb0.02%、Ti0.04%、B0.0010%の成分を有したスラブを仕上げ圧延温度800〜900℃、巻取り温度600℃にて熱間圧延した後、焼鈍温度800〜900℃、焼鈍時間180s、冷却速度5℃/s、冷却停止温度500℃、冷却停止後保持時間70sにて連続焼鈍または連続溶融亜鉛めっきし、鋼板を製造した。得られた鋼板について、下記方法にて板厚方向の硬度変動を測定した。ここで、穴拡げ率λは伸びフランジ成形性を表す指標であり、鉄鋼連盟規格で定められている試験方法にて測定した。また、主に自動車の構造部品において、プレス成形における伸びフランジ成形の厳しい部位を基準とした場合、割れを起こさないためには、発明者らがこれまでに蓄積したデータよりTS×λ≧39000MPa・% (TS600MPaでλ65%、TS780MPaでλ50%、TS980MPa以上でλ40%)が必要であるため、この値を基準値とした。
本発明の高強度冷延鋼板および溶融亜鉛めっき鋼板は、前述の化学成分範囲に調整されたスラブを、熱間圧延、冷間圧延を行い、連続焼鈍、または、溶融亜鉛めっき工程を経て製造するに際し、前記熱間圧延では、仕上げ圧延温度をAr3以上、巻取り温度を450℃以上700℃以下とし、前記連続焼鈍または溶融亜鉛めっき工程では、(0.85Ac3+0.15Ac1)以上(1.4Ac3−0.4Ac1)以下の温度範囲で30s以上240s以下保持した後、15℃/s未満の速度にて冷却し、450℃以上600℃以下の冷却停止保持温度にて10s以上120s以下保持した後冷却することで得られる。
仕上げ圧延温度がAr3未満になると圧延後に加工組織が残存しやすくなり、熱延板強度が高くなる。また、後の冷間圧延における圧延負荷が増大し、生産性が低下する。よって、仕上げ圧延温度はAr3以上とする。
特に、仕上げ圧延温度を(Ar3+110℃)以上(Ar3+180℃)以下とすることによりプレス成形性(TS×λ≧45000MPa・%かつTS×El≧18000MPa・%)が著しく向上する。仕上げ圧延温度がAr3+110℃より低い場合、熱間圧延後に、特に幅方向エッジ部など、一部熱間圧延により展伸された結晶粒径を有する未再結晶のオーステナイトと再結晶したオーステナイトが混在する場合がある。そして、整粒な再結晶オーステナイトからは整粒な組織が、元々展伸粒が存在している領域には層状の低温変態相が存在することになる。例えば製鋼段階での鋳造偏析に起因し、オーステナイト安定化元素であるMnが偏析していると、その領域のAr3変態点が低下し、低温までオーステナイト域となる。また温度が低下することにより未再結晶温度域と圧延終了温度が同じ温度域となり、結果的に熱間圧延中に未再結晶のオーステナイトが存在することが考えられる。このように、不均一な組織となると成形時の材料の均一な変形を阻害し、著しく優れた成形性を有することが困難となる場合がある。
一方、Ar3+180℃を超えると、高温域で短時間に成長しやすい酸化物量が増大し、地鉄-酸化物界面が荒れ、酸洗、冷間圧延後の表面品質が劣化する場合がある。ノッチ効果のような挙動を示す微小な凹凸の存在により、延性や伸びフランジ性が低下する場合がある。また結晶粒径が過度に粗大となり、成形時にプレス品表面荒れを生じる場合がある。よって、仕上げ圧延温度は(Ar3+110℃)以上(Ar3+180℃)以下が好ましい。
以上より、本発明において、仕上げ圧延温度はAr3以上、好ましくは(Ar3+110℃)以上(Ar3+180℃)以下とする。なお、仕上げ圧延温度はAr3以上で従来に比べ充分に優れた成形性を得ることができるが、難成形部品等に本発明を適用し、さらに優れた成形性を得ようとする場合には仕上げ圧延温度は(Ar3+110℃)以上(Ar3+180℃)以下とすることが効果的であり好ましい。
また、巻取り温度については、700℃を超えると、スケールの成長により表面品質が劣化する。一方、450℃未満では熱延板強度が上昇し、後の冷間圧延における圧延負荷が増大し、生産性が低下する。よって、巻取り温度は450℃以上700℃以下とする。なお、熱間圧延後のスケール除去は、酸洗等の化学的手法、ショットブラスト等の物理的方法いずれも問わない。また、冷間圧延は通常の方法にて実施可能であり、圧下率は20%以上80%以下が好ましく、生産性の観点からより好ましくは30%以上65%以下である。
連続焼鈍ライン、溶融めっきラインいずれの製造においても、焼鈍工程前に酸洗および脱脂処理等の表面清浄工程を行うことができる。また、昇温速度は特に制約はなく製造可能であるが、フェライト、オーステナイト変態前に再結晶を十分完了させるため、20℃/s以下が好ましい。
が低下してしまう。
処理を施しても所望の特性に何ら悪影響をおよぼすことはない。
、P/0.02%、Al/0.03%、S/0.002%、N/0.004%、B/0.0008%、Ti/0.02%、Nb/0.02%、Cr/0.08%、V/0.05%からなるスラブを仕上げ圧延温度860℃にて仕上げ板厚2.8mmで熱間圧延した後、610℃にて巻取る。得られたHOTコイルを酸洗後、板厚1.4mmに冷間圧延した鋼帯を連続溶融亜鉛めっきラインにて合金化溶融亜鉛めっき鋼帯を製造する。溶融亜鉛めっきでは、ライン入り側にて脱脂を行なった後、850℃まで昇温速度10℃/sにて行ない、850℃で180s保持した後、冷却速度10℃/sにて520℃まで冷却する。その後470℃の亜鉛浴でめっきを施した後、エアワイパーにてめっき付着量を45g/m2に調整し、合金化炉で最高温度550℃にて合金化処理を行なう。この間の所要時間は90sであり、すなわち、470〜550℃の温度域で90s保持するものである。合金化処理後は冷却速度10℃/sにて室温まで冷却し、0.2%の圧下率にて調質圧延を行う。かくして得られた鋼板の板厚方向のHv変動およびAML/AMを既出の方法にて測定するとそれぞれ37、0.40であった。
特に、No28〜32は、仕上げ圧延温度を(Ar3+110℃)以上(Ar3+180℃)以下と、好適範囲とした本発明例であり、より一層優れたプレス成形性(TS×λ≧45000MPa・%かつTS×El≧18000MPa・%)が得られていることがわかる。
Claims (10)
- mass%で、C:0.03〜0.15%、Mn:1.4〜3.5%、P:0.05%以下、S: 0.01%以下、Al:0.15%以下、N:0.01%以下、Ti:0.005〜0.05%、Nb:0.005〜0.04%、B:0.0003〜0.0020%を含有し、残部がFe及び不可避不純物からなり、フェライト相とオーステナイト低温変態相を含む組織を有し、前記フェライト相の平均結晶粒径dαの1.5倍以上の粒径を持つ前記オーステナイト低温変態相の面積AMLと、前記オーステナイト低温変態相の総面積AMの比率AML/AMが0.30以上であることを特徴とする伸びフランジ成形性に優れた高強度冷延鋼板。
- mass%で、C:0.03〜0.15%、Mn:1.4〜3.5%、P:0.05%以下、S: 0.01%以下、Al:0.15%以下、N:0.01%以下、Ti:0.005〜0.05%、Nb:0.005〜0.04%、B:0.0003〜0.0020%を含有し、残部がFe及び不可避不純物からなり、フェライト相とオーステナイト低温変態相を含む組織を有し、前記フェライト相の平均結晶粒径dαの1.5倍以上の粒径を持つ前記オーステナイト低温変態相の面積AMLと、前記オーステナイト低温変態相の総面積AMの比率AML/AMが0.30以上であることを特徴とする伸びフランジ成形性に優れた溶融亜鉛めっき鋼板。
- さらに、mass%で、Si:0.4%未満を含有することを特徴とする請求項1に記載の伸びフランジ成形性に優れた高強度冷延鋼板。
- さらに、mass%で、Si:0.4%未満を含有することを特徴とする請求項2に記載の伸びフランジ成形性に優れた溶融亜鉛めっき鋼板。
- さらに、mass%で、Cr:0.05〜0.5%、V:0.005〜0.5%、Mo:0.05〜0.5%のうち1種以上含有することを特徴とする請求項1または3に記載の伸びフランジ成形性に優れた高強度冷延鋼板。
- さらに、mass%で、Cr:0.05〜0.5%、V:0.005〜0.5%、Mo:0.05〜0.5%のうち1種以上含有することを特徴とする請求項2または4に記載の伸びフランジ成形性に優れた溶融亜鉛めっき鋼板。
- 請求項1、3、5のいずれかに記載の成分からなる鋼を、
熱間圧延、冷間圧延、連続焼鈍を行い高強度冷延鋼板を製造するに際し、
前記熱間圧延では、仕上げ圧延温度をAr3以上、巻取り温度を450℃以上700℃以下とし、
前記連続焼鈍では、(0.85Ac3+0.15Ac1)以上(1.4Ac3−0.4Ac1)以下の温度範囲で30s以上240s以下保持した後、15℃/s未満の速度にて冷却し、450℃以上600℃以下の温度範囲にて10s以上120s以下保持した後冷却することを特徴とする伸びフランジ成形性に優れた高強度冷延鋼板の製造方法。 - 前記仕上げ圧延温度が(Ar3+110℃)以上(Ar3+180℃)以下であることを特徴とする請求項7に記載の伸びフランジ成形性に優れた高強度冷延鋼板の製造方法。
- 請求項2、4、6のいずれかに記載の成分からなる鋼を、
熱間圧延、冷間圧延を行い、溶融亜鉛めっき工程を経て溶融亜鉛めっき鋼板を製造するに際し、
前記熱間圧延では、仕上げ圧延温度をAr3以上、巻取り温度を450℃以上700℃以下とし、
前記溶融亜鉛めっき工程では、(0.85Ac3+0.15Ac1)以上(1.4Ac3−0.4Ac1)以下の温度範囲で30s以上240s以下保持した後、15℃/s未満の速度にて冷却し、450℃以上600℃以下の温度範囲にて10s以上120s以下保持した後冷却することを特徴とする伸びフランジ成形性に優れた溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。 - 前記仕上げ圧延温度が(Ar3+110℃)以上(Ar3+180℃)以下であることを特徴とする請求項9に記載の伸びフランジ成形性に優れた溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
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