JP2010248565A - 伸びフランジ性に優れた超高強度冷延鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】質量%で、C:0.25〜0.4%、Si:1.0%以下、Mn:1.5〜2.5%、P:0.02%以下、S:0.003%以下、Al:0.01〜0.1%、N:0.005%以下、B:0.0005〜0.005%を含み、さらにTi:0.005〜0.1%、Nb:0.005〜0.1%のうちから選ばれる1種または2種を合計で0.005〜0.1%含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、金属組織がマルテンサイト単相組織(表層20μmを除く)で、さらに引張強さが1760MPa以上であることを特徴とする伸びフランジ性に優れた超高強度冷延鋼板。
【選択図】なし
Description
まず、本発明における鋼の化学成分(組成)を規定した理由を説明する。なお成分%は全て質量%を意味する。
Cは、強度確保のために重要な元素の一つであり、本発明では引張強さを1760MPa以上とするために、0.25%以上の含有を必要とする。より安定して強度を確保するためには0.27%以上が好ましい。一方、0.4%を越える含有は、靱性を著しく劣化させる。以上より、C量は0.25%以上0.4%以下の範囲とする。より好ましくは、0.27%以上0.38%以下の範囲である。
Siは、焼戻し軟化抵抗を高める元素で、添加することで安定して強度を得ることができるため、添加することが好ましいが、無添加でも問題なく本発明の効果が得られる。一方、1.0%を超えるSiの添加は、効果が飽和する上、鋼板の化成処理性を劣化させるため、Si量の上限を1.0%とする。好ましくは、0.1%以上0.8%以下の範囲である。
Mnは、オーステナイトを安定化し、フェライト変態を遅延させる元素であり、Mnを適量添加することで、連続焼鈍後の冷却時のフェライト生成を抑制し、安定して焼戻しマルテンサイト単相組織を得ることができる。このような効果を得るためにはMn量は1.5%以上の添加が必要である。一方、2.5%を越えると焼鈍後急冷時の焼割れの原因となる。以上より、Mn量は1.5%以上2.5%以下の範囲とする。より好ましくは1.6%以上2.2%以下の範囲である。
Pは、旧オーステナイト粒界に偏析し、耐遅れ破壊特性を劣化させる。そのため、Pはできるだけ低減することが好ましく、本発明では、P量の上限は0.02%とする。より好ましくは、0.01%以下である。
Sは、鋼板中で介在物として存在し、伸びフランジ性を劣化させる。そのため、Sはできるだけ低減するのが好ましく、伸びフランジ性への悪影響を排除するためには、S量の上限は0.003%とする必要がある。より優れた伸びフランジ性を要求される場合には、0.002%以下が好ましい。
Alは、鋼の脱酸元素として添加され、鋼の清浄度を向上させるのに有用な元素であり、添加が望ましい元素である。また適性範囲のAlを添加したアルミキルド鋼のほうが、Alを添加しない従来のリムド鋼に比して、機械的性質が優れている。以上の理由により、Al量の下限は0.01%とする。一方で、Al含有量が多くなると表面性状の悪化につながるためAl量の上限は0.1%とする。
Nは、0.005%を超えると強度バラツキの原因となるため、N量は0.005%以下とする。
Bは、本発明において重要な元素の一つである。Bは旧オーステナイト粒界強度を高める元素であり、本発明者らの検討の結果、粒界での脆性破壊を回避することで伸びフランジ性を向上させることができることが明らかとなった。さらに、同様の効果により、遅れ破壊特性向上にも有効である。
TiまたはNbは、本発明において最も重要な元素である。本発明者らの検討の結果、TiまたはNbを微量添加することで、引張強さ1760MPa以上の超高強度で優れた伸びフランジ性が得られることが明らかとなった。このような効果が得られる理由については必ずしも明らかではないが、TiまたはNbの微細炭化物が析出することとでマルテンサイト中の固溶C量が低下し、マルテンサイト母地自体の加工性が向上したものと、本発明者らは考えている。
Cr、Mo、Vは、フェライト変態を遅延させる元素であり、それぞれ適量添加することで、連続焼鈍後の冷却時のフェライト生成を抑制し、安定して焼戻しマルテンサイト単相組織を得ることができる。このような効果を得るためには、それぞれ0.01%以上の添加が必要である。一方、それぞれ0.5%を越える添加は上記した効果が飽和するだけでなく、コストアップにつながる。以上より、Cr、Mo、Vを添加する場合は、それぞれ0.01%以上0.5%以下の範囲とする。より好ましい上限は0.2%以下である。
Cu、Niは、フェライト変態を遅延させる元素であり、それぞれ適量添加することで、連続焼鈍後の冷却時のフェライト生成を抑制し、安定して焼戻しマルテンサイト単相組織を得ることができるうえ、耐遅れ破壊特性向上にも有効である。このような効果を得るためには、それぞれ0.05%以上の添加が必要である。一方、それぞれ0.5%を越える添加は上記した効果が飽和するだけでなく、コストアップにつながる。以上より、Cu、Niを添加する場合はそれぞれ0.05%以上0.5%以下の範囲とする。より好ましい上限は、0.2%以下である。
次に、本発明の伸びフランジ性に優れた超高強度冷延鋼板の金属組織について説明する。本発明の伸びフランジ性に優れた超高強度冷延鋼板のミクロ組織は、焼戻しマルテンサイト単相組織(表層20μmを除く)とする。フェライト等の軟質相が含まれない焼戻しマルテンサイト単相組織とすることで、フェライト等を含む場合に比べて伸びフランジ性に優れる。また、引張強さ1760MPaを確保する上で高強度な焼戻しマルテンサイト単相とすることが、合金元素削減の観点からも好ましい。
次に、本発明の伸びフランジ性に優れた超高強度冷延鋼板の製造方法について説明する。
使用する鋼スラブは、成分のマクロ偏析を防止すべく連続鋳造法で製造することが好ましいが、造塊法、薄スラブ鋳造法によっても可能である。
熱間圧延工程の好ましい条件は、まず、スラブ鋳造後、再加熱することなく若しくは1000℃以上に再加熱するのが好ましい。本発明では、スラブを製造したのち、いったん室温まで冷却し、その後再度加熱する従来法に加え、冷却しないで、温片のままで加熱炉に装入する、あるいは保熱をおこなった後に直ちに圧延する、あるいは鋳造後そのまま圧延する直送圧延・直接圧延などの省エネルギープロセスも問題なく適用できる。
次いで、必要に応じて粗圧延を行った後、好ましくは仕上げ圧延温度800℃以上で仕上げ圧延を行う。仕上げ圧延温度が800℃を下回ると、鋼板の組織が不均一になり、加工性を劣化させる。よって、仕上げ圧延温度は800℃以上とするのが好ましい。上限は特に限定されないが、過度に高い温度で圧延するとスケール疵などの原因となるので、1000℃以下とすることが好ましい。
次いで、上記により得られた熱延板に冷間圧延工程を施す。冷間圧延工程では、熱延板に冷間圧延を施し冷延板とする。冷間圧延条件は、所望の寸法形状の冷延板とすることができればよく、特に限定されないが、表面の平坦度や組織の均一性の観点から、圧下率20%以上とすることが好ましい。なお、冷間圧延前には、通常法に準じた酸洗を施せばよいが、熱延板表面のスケールが極めて薄い場合には直接冷間圧延を施してもよい。
次いで、得られた冷延板に連続焼鈍工程を施す。連続焼鈍工程では、冷延板に焼鈍を施し冷延焼鈍板とする。焼鈍は、連続焼鈍ラインで行うことが好ましい。
次いで、平均冷却速度300℃/s以上で200℃以下まで急冷する。200℃までの平均冷却速度が300℃/s未満では、冷却中にフェライトが生成する場合があり、所望する焼戻しマルテンサイト単層組織が得られない場合があるため、200℃までの平均冷却速度を300℃/s以上とする。平均冷却速度は好ましくは400℃/s以上である。
次いで、靱性を向上させるため、250℃以下で焼戻しを行うことが好ましい。焼戻し温度が250℃を超えると、粗大な炭化物が析出し強度低下が著しくなるため、添加元素に見合う強度が得られず非経済的である。よって、焼戻し温度は250℃以下に規定する。より好ましくは230℃以下である。焼戻し温度の下限は特に規定しないが、特性バラツキ低減の観点から100℃以上であることが好ましい。より好ましくは150℃以上である。また、焼戻しの保持時間は3〜30minであることが好ましい。
なお、本発明の伸びフランジ性に優れた超高強度冷延鋼板には、焼鈍後、酸洗処理やNi等を5〜500mg/m2程度付着する処理等を施して、化成処理性、溶接性、耐食性、耐かじり性等の改善を行ってもよい。
得られた冷延鋼板から試験片を採取し、圧延方向に平行な断面について、走査型電子顕微鏡を用いて微視組織を観察し、組織の種類の同定を行い、観察され撮影された金属組織写真を画像解析して焼戻しマルテンサイト相の体積率を求めた。構成相の種類、焼戻しマルテンサイト体積率を表2に示す。
得られた冷延鋼板から長軸を圧延方向に直交する方向としたJIS5号引張試験片を採取し、JIS Z 2241の規定に準拠して引張試験を行った。引張試験により得られた、引張強さ(TS/MPa)、伸び(El/%)を表2に示す。
伸びフランジ性の指標として、日本鉄鋼連盟規格JFST1001−1996に準拠して、穴広げ試験を実施した。穴拡げ率(λ/%)を表2に示す。なお、本発明では、λ≧25%の場合に伸びフランジ性が良好であるとする。
Claims (4)
- 質量%で、C:0.25〜0.4%、Si:1.0%以下、Mn:1.5〜2.5%、P:0.02%以下、S:0.003%以下、Al:0.01〜0.1%、N:0.005%以下、B:0.0005〜0.005%を含み、さらにTi:0.005〜0.1%、Nb:0.005〜0.1%のうちから選ばれる1種または2種を合計で0.005〜0.1%含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、金属組織がマルテンサイト単相組織(表層20μmを除く)で、さらに引張強さが1760MPa以上であることを特徴とする伸びフランジ性に優れた超高強度冷延鋼板。
- さらに、質量%で、Cr:0.01〜0.5%、Mo:0.01〜0.5%、V:0.01〜0.5%のうちから選ばれる1種または2種以上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性に優れた超高強度冷延鋼板。
- さらに、質量%で、Cu:0.05〜0.5%、Ni:0.05〜0.5%のうちから選ばれる1種または2種を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の伸びフランジ性に優れた超高強度冷延鋼板。
- 請求項1乃至3の何れかに記載の組成を有するスラブに、熱間圧延工程、冷間圧延工程、連続焼鈍工程を順次施す冷延鋼板の製造方法であって、前記連続焼鈍工程では、Ae3変態点以上900℃以下の温度域に加熱保持後、平均冷却速度300℃/s以上で200℃以下まで急冷し、次いで250℃以下で焼戻すことを特徴とする伸びフランジ性に優れた超高強度冷延鋼板の製造方法。
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