JP2009299137A - 伸びフランジ性と疲労特性に優れた高強度鋼板およびその溶鋼の溶製方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】C:0.03〜0.20質量%、Si:0.08〜1.5質量%、Mn:1.0〜3.0質量%、P:0.05質量%以下、S:0.0005〜0.02質量%、N:0.0005〜0.01質量%、酸可溶Al:0.01質量%以下、酸可溶Ti:0.08〜0.2%、CeもしくはLaの1種または2種の合計:0.0005〜0.04質量%を含有し、質量ベースで、(Ce+La)/酸可溶Al比≧0.1、かつ、(Ce+La)/S比が0.4〜50であり、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼板であり、その鋼板中に存在する円相当直径2μm以下の介在物の個数密度が、15個/mm2以上であることを特徴とする伸びフランジ性と疲労特性に優れた高強度鋼板。
【選択図】なし
Description
Cは、鋼の焼き入れ性と強度を制御する最も基本的な元素であり、焼入れ硬化層の硬さおよび深さを高めて疲労強度の向上に対して有効に寄与する。即ち、このCは、鋼板の強度を確保するために必須の元素であり、高強度鋼板を得るためには少なくとも0.03%が必要である。しかし、このCが過剰に含まれ0.20%を超えると、加工性ならびに溶接性が劣化する。必要な強度を達成し、加工性・溶接性を確保するために、本発明においては、Cの濃度を0.20%以下とする。
Siは主要な脱酸元素の一つであり、焼入れ加熱時にオーステナイトの核生成サイト数を増加させ、オーステナイトの粒成長を抑制するとともに、焼入れ硬化層の粒径を微細化させる機能を担う。このSiは、炭化物生成を抑制し、炭化物による粒界強度の低下を抑制するとともに、ベイナイト組織の生成に対しても有効であるため、伸びを大きく損なうことなく強度を向上し、低降伏強度比で穴拡げ性を改善するために重要な元素である。溶鋼中の溶存酸素濃度を低下させ、一旦SiO2系介在物を生成させるためには(このSiO2系介在物を後から添加したAlが還元してアルミナ系介在物を生成し、その後さらに、Ce、Laが還元することによりアルミナ系介在物を還元させるため)、Siを0.08%以上添加する必要があるため、本発明においては、Siの下限を0.08%とした。これに対して、Siの濃度が高すぎると、介在物中のSiO2濃度が高くなって大型介在物が生成し易くなり、Alによる還元が起こりにくくなる。また、靭延性が極端に悪くなり、表面脱炭や表面疵が増加するため疲労特性が却って悪くなる。これに加えて、Siを過剰に添加すると溶接性や延性に悪影響を及ぼす。このため、本発明においては、Siの上限を1.5%とした。
Mnは、製綱段階での脱酸に有用な元素であり、C、Siとともに鋼板の高強度化に有効な元素である。このような効果を得るためには、このMnを0.5%以上は含有させる必要がある。しかしながら、Mnを、3.0%を超えて含有させるとMnの偏析や固溶強化の増大により延性が低下する。また、溶接性や母材靭性も劣化するのでこのMnの上限を3.0%とする。
PはFe原子よりも小さな置換型固溶強化元素として作用する点において有効である。しかし、このP濃度が0.05%を超えると、オーステナイトの粒界に偏析し、粒界強度を低下させることにより、ねじり疲労強度を低下させ、加工性の劣化を引き起こす原因にもなりえるため、上限を0.05%とする。また固溶強化の必要がなければPを添加する必要はなく、Pの下限値は0%を含むものとする。
Sは、不純物として偏析して、SはMnS系の粗大な延伸介在物を形成して伸びフランジ性を劣化させるため、極力低濃度であることが望ましい。従来は、伸びフランジ性確保すべく、Sの濃度を極低硫化させる必要があった。しかし、鋼板の材質を向上するために0.0005%未満とするには、二次精錬での脱硫負荷が大きすぎ、脱硫コストが高くなり、それに見合った材質が得られない。従って、二次精錬での脱硫を前提とした場合のS濃度の下限を0.0005%とした。
Tiは主要な脱酸元素の一つであるとともに、炭化物、窒化物、炭窒化物を形成し、熱間圧延前で充分な加熱を行うことにより、オーステナイトの核生成サイト数を増加させ、オーステナイトの粒成長を抑制するため微細化・高強度化に寄与し、熱間圧延時の動的再結晶に有効に作用し、伸びフランジ性を著しく向上させる機能を担う。これには、酸可溶Tiを0.008%以上添加する必要があることを実験的に知見した。このため、本発明においては、酸可溶Tiの下限を0.008%とした。
Nは、溶鋼処理中に空気中の窒素が取り込まれることから、鋼中に不可避的に混入する元素である。Nは、Al、Ti等と窒化物を形成して母材組織の細粒化を促進する。しかしながら、このNは0.01%を超えて含有すると、AlやTi等と粗大な析出物を生成し、伸びフランジ性を劣化させる。このため、本発明においては、Nの濃度の上限を0.01%とする。一方、Nの濃度を0.0005%未満とするにはコストが高くなるので、工業的に実現可能な観点から0.0005%を下限とする。
酸可溶Alは一般的には、その酸化物がクラスター化して粗大になり易く、伸びフランジ性や疲労特性を劣化させるため極力抑制することが望ましい。しかしながら、本発明においては、Al脱酸を行いつつも、Si、Ti、Ce、Laの複合的な脱酸効果と、酸可溶Al濃度に応じたCe、La濃度とすることにより、上述の通り、Al脱酸で生成したAl2O3系介在物について、一部のAl2O3系介在物は浮上除去され、溶鋼中の残りのAl2O3系介在物は、後から添加したCe、Laが還元分解して微細な介在物を形成し、アルミナ系酸化物がクラスター化して粗大にならない領域を新たに見出した。
Ce、LaはSi脱酸により生成したSiO2、逐次的にAl脱酸により生成したAl2O3を還元し、MnS系介在物の析出サイトとなり易く、且つ硬質、微細で圧延時に変形し難いCe酸化物(例えば、Ce2O3、CeO2)、セリュウムオキシサルファイド(例えば、Ce2O2S)、La酸化物(例えば、La2O3、LaO2)、ランタンオキシサルファイド(例えば、La2O2S)、Ce酸化物−La酸化物、或いはセリュウムオキシサルファイド−ランタンオキシサルファイドを主相(50%以上を目安とする。)とする介在物を形成する効果を有している。
Nb、Vは、CもしくはNと炭化物、窒化物、炭窒化物を形成して母材組織の細粒化を促進し、靭性向上に寄与する。
上述した複合炭化物、複合窒化物等を得るためこのNb濃度を0.01%以上とするのが好ましい。しかし、このNb濃度が0.10%を超えて多量に含有してもかかる母材組織の細粒化の効果が飽和し、製造コストが高くなる。このため、Nb濃度は0.10%を上限とする。
上述した複合炭化物、複合窒化物等を得るためにはこのV濃度を0.01%以上とするのが好ましい。しかし、このV濃度が0.05%を超えて多量に含有しても効果が飽和し、製造コストが高くなる。このため、V濃度は0.05%を上限とする。
Crは、さらに鋼板の強度を確保するために、必要に応じて含有することができ、この効果を得るためには0.01%以上添加することが好ましい。しかし、このCrの多量の含有はかえって強度−延性のバランスを劣化させる。そのため、0.6%を上限とする。
Moは、さらに鋼板の強度を確保するために、必要に応じて含有することができ、これらの効果を得るためには0.01%以上添加することが好ましい。しかし、このMoの多量の含有はかえって強度−延性のバランスを劣化させる。そのため、0.4%を上限とする。
Bは、さらに粒界を強化し、加工性を向上するために、必要に応じて含有することができ、これらの効果を得るためには0.0003%以上添加することが好ましい。しかし、このBを0.003%を超えて多量に含有させてもその効果は飽和し、かえって鋼の清浄性を損ない、延性を劣化させる。そのため、0.003%を上限とする。
Ca、Zrは、硫化物の形態制御により、粒界を強化し、加工性を向上するために、必要に応じて含有することができる。
Caは、硫化物を球状化させる等、脱硫の形態を制御により、粒界を強化し、鋼の加工性を向上することもでき、これらの効果を得るためにはCaの添加量を0.0001%以上とすることが好ましい。しかし、このCaを多量に含有させても効果は飽和し、かえって鋼の清浄性を損ない、延性を劣化させる。そのため、0.004%を上限とする。
Zrは、上述した硫化物を球状化して母材の靭性を改善する効果を得るためには0.001%以上添加することが好ましい。しかし、このZrの多量の含有はかえって鋼の清浄性を損ない、延性を劣化させる。そのため、0.01%を上限とする。
Claims (15)
- 質量%で、
C:0.03〜0.20%、
Si:0.08〜1.5%、
Mn:0.5〜3.0%、
P:0.05%以下、
S:0.0005%以上、
酸可溶Ti:0.008〜0.20%、
N:0.0005〜0.01%、
酸可溶Al:0.01%超、
CeもしくはLaの1種または2種の合計:0.001〜0.04%、
さらに、質量ベースで、(Ce+La)/酸可溶Al≧0.1、かつ、(Ce+La)/Sが0.4〜50で、
残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼板であり、
その鋼板中に存在する円相当直径2μm以下の介在物の個数密度が、15個/mm2以上であることを特徴とする伸びフランジ性と疲労特性に優れた高強度鋼板。 - 質量%で、
C:0.03〜0.20%、
Si:0.08〜1.5%、
Mn:0.5〜3.0%、
P:0.05%以下、
S:0.0005%以上、
酸可溶Ti:0.008〜0.20%、
N:0.0005〜0.01%、
酸可溶Al:0.01%超、
CeもしくはLaの1種または2種の合計:0.001〜0.04%、
さらに、質量ベースで、(Ce+La)/酸可溶Al≧0.1、かつ、(Ce+La)/Sが0.4〜50で、
残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼板であり、
その鋼板中に存在する円相当直径1μm以上の介在物で、かつ、長径/短径が5以上の延伸介在物の個数割合が20%以下であることを特徴とする伸びフランジ性と疲労特性に優れた高強度鋼板。 - 質量%で、
C:0.03〜0.20%、
Si:0.08〜1.5%、
Mn:0.5〜3.0%、
P:0.05%以下、
S:0.0005%以上、
酸可溶Ti:0.008〜0.20%、
N:0.0005〜0.01%、
酸可溶Al:0.01%超、
CeもしくはLaの1種または2種の合計:0.001〜0.04%、
さらに、質量ベースで、(Ce+La)/酸可溶Al≧0.1、かつ、(Ce+La)/Sが0.4〜50で、
残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼板であり、
その鋼板中にはCe、Laの1種または2種からなる酸化物、もしくはこれにSi、Tiの1種または2種を含有する酸化物またはオキシサルファイドに、
MnS、TiS、または(Mn,Ti)Sの1種または2種以上が複合析出した介在物を、個数割合で10%以上含むことを特徴とする伸びフランジ性と疲労特性に優れた高強度鋼板。 - 質量%で、
C:0.03〜0.20%、
Si:0.08〜1.5%、
Mn:0.5〜3.0%、
P:0.05%以下、
S:0.0005%以上、
酸可溶Ti:0.008〜0.20%、
N:0.0005〜0.01%、
酸可溶Al:0.01%超、
CeもしくはLaの1種または2種の合計:0.001〜0.04%、
さらに、質量ベースで、(Ce+La)/酸可溶Al≧0.1、かつ、(Ce+La)/Sが0.4〜50で、
残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼板であり、
その鋼板中に存在する円相当直径1μm以上の介在物で、かつ、長径/短径が5以上の延伸介在物の体積個数密度が1.0×104個/mm3以下であることを特徴とする伸びフランジ性と疲労特性に優れた高強度鋼板。 - 質量%で、
C:0.03〜0.20%、
Si:0.08〜1.5%、
Mn:0.5〜3.0%、
P:0.05%以下、
S:0.0005%以上、
酸可溶Ti:0.008〜0.20%、
N:0.0005〜0.01%、
酸可溶Al:0.01%超、
CeもしくはLaの1種または2種の合計:0.001〜0.04%、
さらに、質量ベースで、(Ce+La)/酸可溶Al≧0.1、かつ、(Ce+La)/Sが0.4〜50で、
残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼板であり、
その鋼板中にはCe、Laの1種または2種からなる酸化物、もしくはこれにSi、Tiの1種または2種を含有する酸化物またはオキシサルファイドに、
MnS、TiS、または(Mn,Ti)Sの1種または2種以上が複合析出した介在物の体積個数密度が1.0×103個/mm3以上であることを特徴とする伸びフランジ性と疲労特性に優れた高強度鋼板。 - 質量%で、
C:0.03〜0.20%、
Si:0.08〜1.5%、
Mn:0.5〜3.0%、
P:0.05%以下、
S:0.0005%以上、
酸可溶Ti:0.008〜0.20%、
N:0.0005〜0.01%、
酸可溶Al:0.01%超、
CeもしくはLaの1種または2種の合計:0.001〜0.04%、
さらに、質量ベースで、(Ce+La)/酸可溶Al≧0.1、かつ、(Ce+La)/Sが0.4〜50で、
残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼板であり、
その鋼板中に存在する円相当直径1μm以上の介在物で、かつ、長径/短径5以上の延伸介在物の平均円相当直径が10μm以下であることを特徴とする伸びフランジ性と疲労特性に優れた高強度鋼板。 - 質量%で、
C:0.03〜0.20%、
Si:0.08〜1.5%、
Mn:0.5〜3.0%、
P:0.05%以下、
S:0.0005%以上、
酸可溶Ti:0.008〜0.20%、
N:0.0005〜0.01%、
酸可溶Al:0.01%超、
CeもしくはLaの1種または2種の合計:0.001〜0.04%、
さらに、質量ベースで、(Ce+La)/酸可溶Al≧0.1、かつ、(Ce+La)/Sが0.4〜50であり、
残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼板であり、
その鋼板中にはCe、Laの1種または2種からなる酸化物、もしくはこれにSi、Tiの1種または2種を含有する酸化物またはオキシサルファイドに、
MnS、TiS、または(Mn,Ti)Sの1種または2種以上が複合析出した介在物が存在し、該介在物中に平均組成でCeもしくはLaの1種または2種の合計を0.5〜95質量%含有することを特徴とする伸びフランジ性と疲労特性に優れた高強度鋼板。 - 質量%で、
C:0.03〜0.20%、
Si:0.08〜1.5%、
Mn:0.5〜3.0%、
P:0.05%以下、
S:0.0005%以上、
酸可溶Ti:0.008〜0.20%、
N:0.0005〜0.01%、
酸可溶Al:0.01%超、
CeもしくはLaの1種または2種の合計:0.001〜0.04%、
さらに、質量ベースで、(Ce+La)/酸可溶Al≧0.1、かつ、(Ce+La)/Sが0.4〜50で、
残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼板であり、
その鋼板の組織における結晶の平均粒径が10μm以下であることを特徴とする伸びフランジ性と疲労特性に優れた高強度鋼板。 - 質量%で、
Nb:0.01〜0.10%、
V:0.01〜0.05%、
のいずれか1種または2種含有していることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の伸びフランジ性と疲労特性に優れた高強度鋼板。 - 質量%で、
Cr:0.01〜0.6%、
Mo:0.01〜0.4%、
B:0.0003〜0.003%、
のいずれか1種または2種以上含有していることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の伸びフランジ性と疲労特性に優れた高強度鋼板。 - 質量%で、
Ca:0.0001〜0.004%、
Zr:0.001〜0.01%、
のいずれか1種または2種含有していることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の伸びフランジ性と疲労特性に優れた高強度鋼板。 - 製鋼における精錬工程において、質量%で、Pが0.05%以下、Sが0.0005%以上に処理された溶鋼に、Cが0.03〜0.20%、Siを0.08〜1.5%、Mnを0.5〜3.0%、Nが0.0005〜0.01%となる様に添加もしくは調整し、その後、Alを酸可溶Alで0.01%超となる様に添加し、さらにその後、Tiを添加し、その後CeもしくはLaの1種または2種を添加して、酸可溶Tiを0.008〜0.20%、CeもしくはLaの1種または2種の合計を0.001〜0.04%とする方法であって、質量ベースで、(Ce+La)/酸可溶Al≧0.1、かつ、(Ce+La)/Sが0.4〜50とすることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の伸びフランジ性と疲労特性に優れた高強度鋼板用の溶鋼の溶製方法。
- 前記精錬工程において、CeもしくはLaの1種または2種を添加する前に、さらに、質量%で、Nbを0.01〜0.10%、Vを0.01〜0.05%のいずれか1種または2種となる様に添加することを特徴とする請求項12に記載の伸びフランジ性と疲労特性に優れた高強度鋼板用の溶鋼の溶製方法。
- 前記精錬工程において、CeもしくはLaの1種または2種を添加する前に、さらに、質量%で、Crを0.01〜0.6%、Moを0.01〜0.4%、Bを0.0003〜0.003%のいずれか1種または2種以上となる様に添加することを特徴とする請求項12または13に記載の伸びフランジ性と疲労特性に優れた高強度鋼板用の溶鋼の溶製方法。
- 前記精錬工程において、CeもしくはLaの1種または2種を添加する前に、さらに、質量%で、Caを0.0001〜0.004%、Zrを0.001〜0.01%のいずれか1種または2種となる様に添加することを特徴とする請求項12〜14のいずれか1項に記載の伸びフランジ性と疲労特性に優れた高強度鋼板用の溶鋼の溶製方法。
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