JP2008019453A - 加工性に優れ、かつ熱処理後の強度靭性に優れた熱延薄鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】C:0.10〜0.20%を含み、Si、Mn、Al、P、S、Nを適正範囲に調整し、さらにTi:0.01〜0.15%、B:0.0005〜0.0050%を含有する鋼素材に、仕上圧延終了温度が820〜880℃となる熱間圧延を施し、圧延終了後、表面の冷却速度で15〜50℃/sとなる冷却を表面温度が550〜650℃となる温度域まで施し、該温度域でコイル状に巻き取る。これにより、組織を板厚方向に均一な、ベイニティックフェライト相からなる組織とすることができ、引張強さ:440〜640MPa、伸び:20%以上の高強度、高延性の熱延鋼板となり、さらにかつ加工−熱処理を施すことにより、引張強さ:980MPa以上、vTrs:−100℃以下の高強度、高靭性を有する製品を製造できる。
【選択図】なし
Description
近年、自動車用部材の高強度化手段として、プレス加工しながら焼入れる、ダイクエンチが実用化されている。しかし、エアーバック部品は、形状が非常に複雑であるため、通常、一回の成形では最終形状に成形することができず、複数回の成形を必要とする。このため、一回の成形で最終形状とするダイクエンチを、エアーバック部品の製造に適用することは困難になる。また、エアーバック部品には優れた低温靭性を保持することが要求され、ダイクエンチままでは靭性が不足するという問題がある。
(1)質量%で、C:0.10〜0.20%、Si:0.01〜1.0%、Mn:0.5〜2.0%、P:0.03%以下、S:0.01%以下、Al:0.01〜0.10%、N:0.005%以下、Ti:0.01〜0.15%、B:0.0005〜0.0050%を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成と、面積率で95%以上のベイニティックフェライト相からなる組織とを有し、引張強さが440〜640MPaを満足することを特徴とする、高強度で加工性に優れかつ熱処理後の強度靭性に優れた板厚6mm未満の熱延薄鋼板。
Cは、鋼中では炭化物を形成し、鋼板の強度増加に有効に作用するとともに、焼入れ処理時には、マルテンサイト変態を促進させマルテンサイト相による組織強化に有効に作用する元素であり、本発明では0.10%以上の含有を必要とする。C含有量が0.10%未満では、所望の鋼板強度(引張強さ:440MPa以上)を確保することが難しく、また所望の熱処理後強度(引張強さ:980MPa以上)を確保することが難しくなる。一方、0.20%を超える多量の含有は、鋼板強度および熱処理後の強度が高くなりすぎて、加工性や靭性が低下するとともに、溶接性が低下する。このため、Cは0.10〜0.20%の範囲に限定した。
Siは、固溶強化により鋼の強度を有効に増加させる作用を有する元素であり、このような効果を得るためには、0.01%以上の含有を必要とする。一方、1.0%を超える多量の含有は、表面に赤スケールと呼ばれる凹凸を生じ表面性状を低下させるとともに、疲労強度を低下させる。このため、Siは0.01〜1.0%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.35%以下である。
Mnは、固溶強化により有効に鋼の強度を増加させるとともに、焼入れ性の向上を介し鋼の強度を増加させる作用を有する元素であり、このような効果を得るためには、0.5%以上の含有を必要とする。一方、2.0%を超える含有は、偏析が顕著となり、鋼板特性および熱処理後の材質の均一性が低下する。このため、Mnは0.5〜2.0%の範囲に限定した。なお、好ましくは1.0〜2.0%である。
Pは、偏析を生じ材質の均一性を低下させるとともに、熱処理後の靭性を著しく低下させるため、できるだけ低減することが好ましいが、過度の低減は材料コストを高騰させる。また、0.03%を超えて過剰に含有すると、偏析が顕著となる。このため、Pは0.03%以下に限定した。なお、好ましくは0.02%以下である。
Sは、鋼中では硫化物として存在し、延性を低下させ、曲げ加工性等を低下させるため、できるだけ低減することが好ましいが、過度の低減は材料コストを高騰させる。0.01%を超える含有は、熱処理後の靭性を顕著に低下させる。このため、本発明では、Sは0.01%以下に限定した。なお、好ましくは0.005%以下である。
Alは、脱酸剤として作用する元素であり、このような効果は0.01%以上の含有で顕著となるが、0.1%を超える含有は、加工性を低下させるとともに、焼入性を低下させる。このため、Alは0.01〜0.1%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.05%以下である。
N:0.005%以下
Nは、鋼中ではTiN、AlN等の窒化物を形成し加工性を低下させるとともに、焼入れ時にBNを形成し焼入れ性向上に有効な固溶B量を低減させる。このようなNの悪影響はN含有量が0.005%以下であれば許容できる。このようなことから、本発明では、Nは0.005%以下に限定した。
Tiは、熱間圧延後の組織をベイニティックフェライトとするのに有効に作用するとともに、Bよりも優先して窒化物を形成し、固溶Bによる焼入性向上効果を発揮させるのに有効に作用する元素である。このような効果は、0.01%以上の含有で認められるが、0.15%を超える含有は、熱間圧延時の変形抵抗を増加させ、圧延荷重を極端に増大させるとともに、熱処理後の靭性を低下させる。このため、Tiは0.01〜0.15%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.03〜0.1%である。
Bは、熱間圧延後の冷却中にポリゴナルフェライトやパーライトが生成するのを抑制する作用を有し、さらに熱処理時の焼入性・靭性向上に有効に作用する元素である。このような効果は、0.0005%以上の含有で顕著となる。一方0.0050%を超える含有は、熱間圧延時の変形抵抗を増加させ、圧延荷重を極端に増大させるとともに、熱間圧延後にベイナイトやマルテンサイトを生じさせ、板割れ等の不具合を生じさせる。このため、Bは0.0005〜0.0050%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.001〜0.003%である。
本発明の熱延薄鋼板は、上記した組成を有し、さらに全厚に亘り、ベイニティックフェライト相からなる単相組織を有する。ここでいう単相組織とは、面積率で95%以上のベイニティックフェライト相からなる組織をいうものとする。ベイニティックフェライト相には、針状フェライト、アシキュラー状フェライトをも含むものとする。なお、ベイニティックフェライト相以外の組織としては、面積率で5%以下のポリゴナルフェライト相、パーライト相、ベイナイト相、およびマルテンサイト相などが許容できる。
上記した組成を有する溶鋼を、転炉、真空溶解炉等の常用の溶製方法で溶製し、連続鋳造法、造塊−分塊圧延法等の常用の鋳造方法で、スラブ等の鋼素材とすることが好ましいが、本発明では鋼素材の製造方法はこれに限定されるものではなく、常用の鋼素材の製造方法がいずれも好適に適用できる。
仕上圧延の圧延終了温度は、820℃以上とすることにより、その後の冷却過程において、フェライト変態が抑制され、面積率で95%以上のベイニティックフェライト相からなる単相組織とすることができる。仕上圧延の圧延終了温度が820℃未満ではその後の冷却過程でフェライト変態が促進され、ベイニティックフェライト単相組織とすることが難しくなる。一方、仕上圧延の圧延終了温度が880℃を超えて高温となると、フェライト変態のみならずベイニティックフェライトヘの変態も抑制され、ベイニティックフェライト単相組織とすることが難しくなり、その結果、ベイナイト相やマルテンサイト相を生じやすくなる。ベイナイト相やマルテンサイト相が生じると、鋼板強度が高くなりすぎたり、コイルに巻取る場合やコイルを巻戻しする時に鋼板に割れが生じる場合がある。このようなことから、仕上圧延の圧延終了温度は820〜880℃の範囲に限定した。
鋼板組織を全厚に亘り、ベイニティックフェライト単相組織とするためには、圧延終了後の冷却が、鋼板表面の冷却速度で15℃/s以上となるように冷却を調整する。表面の冷却速度で15℃/s未満では、本発明熱延薄鋼板の組成では板厚6mm未満の熱延薄鋼板といえども、板厚中央部等でポリゴナルフェライト相が析出しやすくなり、板厚方向で均一なベイニティックフェライト単相組織とすることが困難となる。一方、表面の冷却速度で50℃/sを超えて急冷されると、表層部にマルテンサイトが生成し、板厚方向で均一なベイニティックフェライト単相組織とすることができなくなる。なお、冷却は水冷却を利用し、冷却速度の調整は、注水量や注水時間を変化させることにより調整することが好ましい。このようなことから、圧延終了後に熱延鋼板に施される冷却は、鋼板表面の冷却速度で15〜50℃/sとなるように冷却速度を調整した冷却とすることにした。なお、表面の冷却速度は、表面温度を測定し、仕上圧延終了温度と冷却停止温度との間で平均した値を用いるものとする。
得られた熱延薄鋼板について、組織観察、引張試験、穴拡げ試験を実施し、強度、延性および加工性(伸びフランジ性)を評価した。また、得られた熱延薄鋼板から試験板を採取し、該試験板を酸洗し鋼板表面のスケールを除去したのち、熱処理(焼入れ−焼戻処理)を施し、組織観察、引張試験、衝撃試験を実施し、熱処理後の強度、延性および靭性を評価した。なお熱処理は焼入れ・焼戻処理とし、焼入れ処理は、950℃に加熱し3 min保持したのち、20℃の水へ焼入れる処理とし、焼戻温度は200℃に加熱し60min保持し、保持後空冷する処理とした。冷却後、試験板から試験片を採取し試験を実施した。試験方法は次のとおりとした。
得られた熱延薄鋼板(または試験板)から、組織観察用試験片を採取し、試験片の 圧延方向に平行な板厚断面を研磨し、ナイタール腐食したのち、表面から0.1mmの位置、板厚1/4、位置、板厚中央部位置について、走査型電子顕微鏡(SEM)(倍率:3000倍)で金属組織を観察(視野数:10個所)し撮像して、組織の種類および、画像解析装置を利用して各相の組織分率(面積率)を測定し、ベイニティックフェライト相の面積率について観察した10視野での測定値を平均して求めた。
得られた熱延薄鋼板(または試験板)から、引張方向が圧延方向と直角方向となるように、JIS 5号試験片(GL:50mm)を採取し、JIS Z 2241の規定に準拠して引張試験を実施し、引張特性(降伏強さYS、引張強さTS、伸びEl)を求め、強度、延性を評価した。
(3)穴拡げ試験
得られた熱延薄鋼板から、穴拡げ用試験片(大きさ:板厚t×100×100mm)を採取した。穴拡げ試験は日本鉄鋼連盟規格JFST1001の規定に準拠して行った。すなわち、採取した穴拡げ用試験片の中央に、直径10mm(do)の打抜き穴を形成した。そして、円錐ポンチ(頂角60°)にて該穴拡げ用試験片を押し上げ、打抜き穴の縁に板厚を貫通するクラックが発生した時点での穴径(d)を測定し、穴拡げ率λ(%)を求め、加工性(伸びフランジ加工性)を評価した。なお、穴拡げ率λ(%)は次式
λ(%)={(d−d0)/d0}×100
で定義される。
得られた試験板から、試験片長手方向が圧延方向と直角方向となるように、JIS Z 2242の規定に準拠して、Vノッチ試験片を採取し、シャルピー衝撃試験を実施し、延性−脆性破面遷移温度vTrs(℃)を求め、熱処理後の靭性を評価した。なお、vTrsが−100℃以下である場合を○、−100℃を超える場合を×として評価した。
Claims (2)
- 質量%で、
C:0.10〜0.20%、 Si:0.01〜1.0%、
Mn:0.5〜2.0%、 P:0.03%以下、
S:0.01%以下、 Al:0.01〜0.10%、
N:0.005%以下、 Ti:0.01〜0.15%、
B:0.0005〜0.0050%
を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成と、面積率で95%以上のベイニティックフェライト相からなる組織とを有し、引張強さが440〜640MPaを満足することを特徴とする、高強度で加工性に優れかつ熱処理後の強度靭性に優れた板厚6mm未満の熱延薄鋼板。 - 質量%で、
C:0.10〜0.20%、 Si:0.01〜1.0%、
Mn:0.5〜2.0%、 P:0.03%以下、
S:0.01%以下、 Al:0.01〜0.10%、
N:0.005%以下、 Ti:0.01〜0.15%、
B:0.0005〜0.0050%
を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼素材に、仕上圧延の圧延終了温度を820〜880℃とする熱間圧延を施し板厚が6mm未満の熱延鋼板としたのち、該熱延鋼板に、表面の冷却速度で15〜50℃/sとなる冷却を表面温度が550〜650℃となる温度域まで施し、該温度域でコイル状に巻き取ることを特徴とする、引張強さが440〜640MPaを満足し、板厚が6mm未満で、高強度で加工性に優れかつ熱処理後の強度靭性に優れた熱延薄鋼板の製造方法。
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