JP2010180462A - 冷延鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】C:0.08〜0.18%、Si:0.5%以下、Mn:1.8〜3.0%、P:0.1%以下、S:0.01%以下、sol.Al:0.005〜0.5%、N:0.01%以下、Ti:0.05〜0.2%を含有し、残部Feおよび不純物からなり、かつ式(1):C*=C+(12/14)×N-(12/48)×Ti-(12/93)×NbのC*が0.06以上である組成を有し、平均粒径5μm以下のフェライト、平均粒径5μm以下のベイナイト、および最大長径3μm以下の残留オーステナイトからなり、フェライトの体積率Vfが、0.40〜0.70であるとともに式(2):0.50≦{C*/(1-Vf)}+{(Mn+Ni)/6}+(Cr/5)+(Mo/2)≦0.80の関係を満たし、かつ残留オーステナイトの体積率Vaが0.05以上である金属組織を有するとともに、引張強度が780MPa以上であり、伸びが5%および10%の2点間の加工硬化指数nが0.19以上であり、さらに降伏比が72%以上である機械特性を有することを特徴とする冷延鋼板である。
【選択図】なし
Description
C*=C+(12/14)×N−(12/48)×Ti−(12/93)×Nb
・・・・・・(1)
0.50≦{C*/(1−Vf)}+{(Mn+Ni)/6}+(Cr/5)+(Mo/2)≦0.80
・・・・・・(2)
この本発明に係る冷延鋼板は、組成がNb:0.1%以下を含有する冷延鋼板であることが望ましい。
[C:0.08%以上0.18%以下]
Cは、780MPa以上の強度を得るために含有する。C含有量が0.08%未満では所望の強度を得ることができず、一方C含有量が0.18%を超えると、靱性や溶接性が低下する。そこで、C含有量は0.08%以上0.18%以下とする。好ましくは0.08%以上0.13%以下である。
Siは、鋼板を高強度化するのに有効な元素であり、また伸びが良好な、いわゆるTRIP鋼においては必要な残留オーステナイト量を確保するために積極的に含有される。しかし、Si含有量が0.5%を超えると、冷延鋼板では化成処理性が劣化することがあり、電気めっき鋼板ではめっき密着性が劣化することがあり、また溶融めっき鋼板ではめっきとの濡れ性が劣化することがある。そこで、Si含有量は0.5%以下とする。好ましくは0.3%以下である。一方、Siは不純物として鋼中に混入する元素でもあり、その含有量を0.003%未満にすることは製鋼コストが嵩むばかりで不利であるため、そのSi含有量の下限を0.003%とすることが好ましい。なお、Siによる高強度化の効果を得るためには0.02%以上添加することが好ましく、0.15%以上とすることがさらに好ましい。
Mnは、焼入れ性を高めて高強度を得るのに非常に有効な元素であり、本発明においても780MPa以上の強度を得るために1.8%以上含有する。しかし、Mn含有量が3.0%を超えると、バンド組織が発達して曲げ性が低下する。そこで、Mn含有量は1.8%以上3.0%以下とする。好ましくは2.0%以上2.7%以下である。
Pは、固溶強化により高強度化するため含有することができるものの、冷延鋼板の靱性を劣化させる。そこで、このような影響が顕著に表れない範囲として、P含有量は0.1%以下とする。
Sは、不純物として存在し、MnSを形成して曲げ性を劣化させる。そこで、このような影響が顕著に表れない範囲として、S含有量は0.01%以下とする。好ましくは0.004%以下であり、より好ましくは0.002%以下である。
Alは、脱酸のため含有する。sol.Al含有量が0.005%未満では脱酸が十分でない。一方、sol.Al含有量が0.5%を超えてもその効果は飽和しコストが嵩むばかりとなる。そこで、sol.Al含有量は0.005%以上0.5%以下である。
Nを過剰に含有すると粗大な窒化物が形成され、冷延鋼板の曲げ性が劣化する。N含有量が0.01%以下であればこの影響が顕著に表れることはない。そのため、N含有量は0.01%以下とする。一方、Nは不純物として鋼中に混入する元素でもあり、その含有量を0.001%未満にすることは製鋼コストが嵩み経済的に不利である。そこで、N含有量は0.001%以上とすることが好ましい。
Tiは、CやN等と結合、あるいはさらに複合化して微細析出物を形成することにより、鋼板の金属組織を微細化するとともにフェライト相を強化して、曲げ性を改善する重要な元素の一つである。Ti含有量が0.05%未満であるとこのような効果を充分に得ることができず、一方Ti含有量が0.2%を超えてもこれに見合うだけの効果を得られない。そこで、Ti含有量は0.05%以上0.2%以下とする。
[Nb:0.1%以下]
Nbは、Tiと同様に、C等と結合あるいはさらに複合化して微細析出物を形成することにより、鋼板の組織を微細化するとともにフェライト相を強化して、曲げ性を改善する効果を奏する元素の一つであるので、必要に応じて含有することが望ましい。しかし、Nb含有量が0.1%を超えても、それに見合うだけの効果を得られない。そこで、Nbを含有する場合には、その含有量は0.1%以下とする。なお、強化の効果を確実に得るためには、Nb含有量は0.005%以上とすることが望ましい。
Cr、Mo、V、Cu、Ni、Bは、いずれも、強度の確保のために含有してもよい任意元素である。しかし、各元素の含有量が上述した範囲を超えると、強度の向上の効果が飽和してコストが嵩むため、Cr、Mo、V、Cu、NiまたはBを含有する場合には、Cr:1%以下、Mo:0.5%以下、V:0.1%以下、Cu:1%以下、Ni:1%以下およびB:0.005%以下とすることが望ましい。これらの元素は、一種を単独で含有してもよいし、あるいは二種以上を複合して含有してもよい。なお、強度の向上の効果を確実に得るため、Cr、Mo、V、Cu、Niについてはそれぞれ0.05%以上含有することが望ましく、Bについては0.0002%以上含有することが望ましい。
本発明に係る冷延鋼板は、式(1)により規定されるC*の値が0.06以上である。
(II)金属組織
本発明の金属組織は、平均粒径5μm以下のフェライト、平均粒径5μm以下のベイナイト、および最大長径3μm以下の残留オーステナイトからなるか、あるいはこれらに加えて最大長径3μm以下のマルテンサイトからなり、フェライトの体積率Vfが、0.40以上0.70以下であるとともに式(2)の関係を満たし、かつ残留オーステナイトの体積率Vaが0.05以上である
すなわち、フェライトの平均粒径が5μmを超える場合、ベイナイト平均粒径が5μmを超える場合、残留オーステナイトの最大長径が3μmを超える場合には、曲げ変形時にそれらの粒界にかかる応力が大きくなって亀裂の発生および伝播がもたらされ、曲げ性が劣る。そこで、フェライトは平均粒径5μm以下、ベイナイトは平均粒径5μm以下、および残留オーステナイトは最大長径3μm以下とする。
式(2)における{C*/(1−Vf)}+{(Mn+Ni)/6}+(Cr/5)+(Mo/2)の値が0.50未満であると、焼鈍の冷却過程での焼き入れ性が不足し、パーライトやセメンタイトが生成するために強度を確保できない。一方、この値が0.80を超えると、十分なフェライト量が得られず伸びが劣ったり、マルテンサイトが過剰に生成し曲げ性が劣ったり、あるいはマルテンサイトが過剰に生成する一方で残留オーステナイト量が不十分となって加工硬化指数nが0.19未満となる可能性があり、目的とする鋼板を得られない。
以上の理由により、式(2)における{C*/(1−Vf)}+{(Mn+Ni)/6}+(Cr/5)+(Mo/2)の値は0.50以上0.80以下とする。
以上の組成および金属組織を有する冷延鋼板は、780MPa以上の高い引張強度と、限界曲げ半径が板厚の1.0倍以下である優れた曲げ性と、20%以上の良好な伸びと、JIS Z2253により規定される加工硬化指数nが0.19以上である加工硬化性と、72%以上の高い降伏比とを、兼ね備えるものである。
(IV)製造方法
本実施の形態では、上述した組成を有する鋼を素材とするスラブに熱間圧延、酸洗、冷間圧延および焼鈍を順次行うことにより冷延鋼板を製造する。この際に、以下に説明する条件を満足するようにして、冷延鋼板を製造する。
熱間圧延に先立つ工程とは、例えば、鋳造後に連続して直接圧延される工程のように、スラブ中心の温度が1250℃を超える温度域に5分間以上保持された状態で、そのまま熱間圧延される場合の工程や、一旦、1250℃以下に冷えた半製品のスラブを再度加熱して1250℃を超える温度域に5分間以上保持する工程をいう。
熱間圧延では、仕上温度を880℃以上950℃以下とする。本発明で規定する成分を有する鋼は、多量のTi、あるいはさらにNbを含有するために880℃未満の温度で圧延を終了すると極めて細粒かつ異方性のある熱延組織となる。これに冷間圧延および焼鈍を施して得られる冷延鋼板は、引張特性の異方性が非常に大きくなり、成形においてイヤリングの発生や、特定方向の伸びの不足により割れが発生する恐れがある。一方、950℃を超える仕上温度では、スケール疵が発生する恐れがある。そこで、本発明では、熱間圧延の仕上温度を880℃以上950℃以下とする。
なお、冷間圧延の圧下率は、特に限定するものではないが、30%未満では圧下率が小さいために冷延鋼板としての充分な板厚精度を確保できない場合があり、一方60%を超える圧下率とすると設備にかかる負担が大きくなるため、冷間圧延の圧下率は30%以上60%以下とすることが好ましい。
焼鈍では、Ac3変態点以上(Ac3変態点+50℃)以下の温度域で240秒間以下保持する。Ac3変態点未満では、未変態フェライトの粗大な結晶粒が存在して曲げ性が劣り、一方(Ac3変態点+50℃)を超えると、ベイナイト、残留オーステナイト、マルテンサイトの粒径が大きくなって曲げ性を劣化させる。そこで、焼鈍温度は、Ac3変態点以上(Ac3変態点+50℃)以下とする。
表1に示す組成を有する鋼を連続鋳造してスラブとし、このスラブを加熱した後、仕上温度910℃で熱間圧延を行って板厚3.2mmの熱延鋼板とし、その後冷却して巻き取った。さらに、この熱延鋼板に冷間圧延を行って板厚1.6mmの冷延鋼板とし、連続焼鈍を施した。そして、連続焼鈍後に伸び率0.2%の調質圧延を施すことにより、表2に示す組成を含有する試験材番号1〜16の鋼板を製造した。
曲げ試験は、JIS Z 2248に規定される押曲げ法により180゜曲げを実施し、「亀裂が発生する限界曲げ半径×板厚」で評価した。
製造条件および機械的特性を調査した結果を表2にまとめて示す。
(i)強度
引張強度780MPa以上を良好とし、これ未満を不芳とした。
72%以上を良好とし、これ未満を不芳とした。降伏比がこの範囲であることで、例えば自動車の衝突時に塑性変形を避けることが必要であるバンパーレインフォースやドアビーム、サイドシル等の部品において、降伏比が50〜70%程度である従来のDP鋼よりも優れた衝突性能を発揮することが可能となる。好ましくは75%以上であり、さらに好ましくは80%以上である。
曲げ加工性を評価する指標であり、限界曲げ半径により評価した。限界曲げ半径が板厚の1.0倍以下である範囲を良好とし、1.0を超えると不芳とした。
全伸びを評価する指標であり、20%以上を良好とし、これ未満を不芳とした。
(v)加工硬化性
均一伸びを評価する指標であり、具体的な指標として、JIS Z 2253に記載の2点法による加工硬化指数nを用い、伸びが5%および10%の2点間での値を算出して評価した。伸び5%、10%の2点間の加工硬化指数nが0.19以上である範囲を良好とした。加工硬化指数nは0.20以上であることが好ましい。加工硬化指数nが高い数値であればあるほど、歪伝搬性が向上するため、均一に伸びを生じ、鋼板の加工時に張り出し性が良くなることで、成形性を向上させることができる。一方、加工硬化指数nが0.19未満であると、歪伝播性がさほど高くないために局部伸びが生じる場合がある。
試験材番号1〜6は、目標とする引張強度、曲げ性、伸びおよび加工硬化性を全て兼ね備えており、例えば自動車のバンパーレインフォースやドアビームさらには各種ピラー等に代表される構造部材の素材や、自動車のシートレールやシートフレーム等の素材として用いるのに好適である。
試験材番号8は、Mn含有量が本発明で規定する範囲の下限を下回るとともに(2)式を満足しないため、引張強度が761MPaと不芳であった。
試験材番号10は、スラブ中心の加熱温度が本発明で規定する温度に達しないため、引張強度が771MPaと不芳であった。
Claims (5)
- 質量%で、C:0.08〜0.18%、Si:0.5%以下、Mn:1.8〜3.0%、P:0.1%以下、S:0.01%以下、sol.Al:0.005〜0.5%、N:0.01%以下、Ti:0.05〜0.2%を含有し、残部Feおよび不純物からなり、かつ式(1)のC*が0.06以上である組成を有し、
平均粒径5μm以下のフェライト、平均粒径5μm以下のベイナイト、および最大長径3μm以下の残留オーステナイトからなり、前記フェライトの体積率Vfが、0.40〜0.70であるとともに式(2)の関係を満たし、かつ前記残留オーステナイトの体積率Vaが0.05以上である金属組織を有するとともに、
引張強度が780MPa以上であり、伸びが5%および10%の2点間の加工硬化指数nが0.19以上であり、さらに降伏比が72%以上である機械特性を有すること
を特徴とする冷延鋼板。
C*=C+(12/14)×N−(12/48)×Ti−(12/93)×Nb
・・・・・・(1)
0.50≦{C*/(1−Vf)}+{(Mn+Ni)/6}+(Cr/5)+(Mo/2)≦0.80
・・・・・・(2)
式(1)および式(2)におけるC、N、Ti、Nb、Mn、Ni、Cr、Moは、それぞれの成分の含有量(質量%)を表す。 - 前記組成は、Nb:0.1質量%以下を含有する請求項1に記載の冷延鋼板。
- 前記組成は、質量%で、Cr:1%以下、Mo:0.5%以下、V:0.1%以下、Cu:1%以下、Ni:1%以下およびB:0.005%以下からなる群から選ばれた1種または2種以上を含有する請求項1または請求項2に記載の冷延鋼板。
- 前記金属組織は、最大長径3μm以下のマルテンサイトを有する請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の冷延鋼板。
- 請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載された組成を有する鋼を素材とするスラブに、熱間圧延、酸洗、冷間圧延および焼鈍を順次行うことにより冷延鋼板を製造する方法において、前記熱間圧延に先立つ工程においてスラブ中心の温度が1250℃を超える温度域に5分間以上保持し、該熱間圧延の仕上温度を880〜950℃とするとともに、前記焼鈍において、Ac3変態点〜(Ac3変態点+50℃)の温度域で240秒間以下保持してから、650℃までの平均冷却速度を1〜10℃/秒として冷却し、引き続き、460℃までの平均冷却速度を5℃/秒以上として冷却し、その後、430〜350℃の温度域での滞在時間が200〜1000秒間となるように冷却または保持することを特徴とする引張強度780MPa以上の冷延鋼板の製造方法。
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