JP2011168877A - 材質安定性と加工性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】成分組成は、質量%でC:0.04%以上0.13%以下、Si:0.7%以上2.3%以下、Mn:0.8%以上2.0%以下、P:0.1%以下、S:0.01%以下、Al:0.1%以下、N:0.008%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、鋼組織は、面積率で、75%以上のフェライト相と、1.0%以上のベイニティックフェライト相と、1.0%以上10.0%以下のパーライト相を有し、さらに、マルテンサイト相の面積率が1.0%以上5.0%未満で、かつ、マルテンサイト面積率/(ベイニティックフェライト面積率+パーライト面積率)≦0.6を満たすことを特徴とする材質安定性と加工性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
【選択図】図1
Description
0.45≦exp[200/(400−T)]×ln(t)≦1.0
但し、
T:500〜600℃の温度域での平均保持温度(℃)
t:500〜600℃の温度域の保持時間(s)
exp(X)、ln(X)は、それぞれXの指数関数、自然対数を示す。
Cはオーステナイト生成元素であり、鋼の強化に不可欠な元素である。C量が0.04%未満では、所望の強度確保が難しい。一方、C量が0.13%を超えて過剰に添加すると、溶接部および熱影響部の硬化が著しく、溶接部の機械的特性が劣化するため、スポット溶接性、アーク溶接性等が低下する。よって、Cは0.04%以上0.13%以下とする。
Siはフェライト生成元素であり、また、固溶強化に有効な元素でもある。そして、フェライト相の加工硬化能向上による良好な延性確保のためには0.7%以上の添加が必要である。さらに、所望のベイニティックフェライト相の面積率を確保し、良好な穴拡げ性を確保するためには0.7%以上の添加が必要である。しかしながら、Siの過剰な添加は、赤スケール等の発生により表面性状の劣化や、めっき付着・密着性の劣化を引き起こす。よって、Siは0.7%以上2.3%以下とする。好ましくは、1.2%以上1.8%以下である。
Mnは、鋼の強化に有効な元素である。また、オーステナイトを安定化させる元素であり、第二相の分率調整に必要な元素である。このため、Mnは0.8%以上の添加が必要である。一方、2.0%を超えて過剰に添加すると、第二相中のマルテンサイト面積率が増加し、材質安定性の確保が困難となる。また、近年Mnの合金コストが高騰しているため、コストアップの要因にも繋がる。従って、Mnは0.8%以上2.0%以下とする。好ましくは1.0%以上1.8%以下である。
Pは、鋼の強化に有効な元素であるが、0.1%を超えて過剰に添加すると、粒界偏析により脆化を引き起こし、耐衝撃性を劣化させる。また0.1%を超えると合金化速度を大幅に遅延させる。従って、Pは0.1%以下とする。
Sは、MnSなどの介在物となって、耐衝撃性の劣化や溶接部のメタルフローに沿った割れの原因となるので極力低い方がよいが、製造コストの面からSは0.01%以下とする。
Alは、0.1%を超えると、粗大なAl2O3が生成し、材質が劣化する。また、Alは鋼の脱酸のために添加される場合、0.01%未満ではMnやSiなどの粗大な酸化物が鋼中に多数分散して材質が劣化することになるため、添加量を0.01%以上とするのが好ましい。よって、Al量は0.1%以下とし、好ましくは、0.01〜0.1%とする。
Nは、鋼の耐時効性を最も大きく劣化させる元素であり、少ないほど好ましく、0.008%を超えると耐時効性の劣化が顕著となる。従って、Nは0.008%以下とする。
Cr、V、Moは強度と延性のバランスを向上させる作用を有するので必要に応じて添加することができる。その効果は、Cr:0.05%以上、V:0.005%以上、Mo:0.005%以上で得られる。しかしながら、それぞれCr:1.0%、V:0.5%、Mo:0.5%を超えて過剰に添加すると、第二相の分率が過大となり著しい強度上昇等の懸念が生じる。また、コストアップの要因にもなる。従って、これらの元素を添加する場合には、その量をそれぞれCr:1.0%以下、V:0.5%以下、Mo:0.5%以下とする。
Ti、Nbは鋼の析出強化に有効で、その効果はそれぞれ0.01%以上で得られ、本発明で規定した範囲内であれば鋼の強化に使用して差し支えない。しかし、それぞれが0.1%を超えると加工性および形状凍結性が低下する。また、コストアップの要因にもなる。従って、Ti、Nbを添加する場合には,その添加量をTiは0.01%以上0.1%以下、Nbは0.01%以上0.1%以下とする。
CaおよびREMは、硫化物の形状を球状化し穴拡げ性への硫化物の悪影響を改善するために有効な元素である。この効果を得るためには、それぞれ0.001%以上必要である。しかしながら、過剰な添加は,介在物等の増加を引き起こし表面および内部欠陥などを引き起こす。したがって、Ca、REMを添加する場合は、その添加量はそれぞれ0.001%以上0.005%以下とする。
Taは、TiやNbと同様、合金炭化物や合金炭窒化物を形成して高強度化に寄与するのみならず、Nb炭化物やNb炭窒化物に一部固溶し、(Nb,Ta)(C,N)のような複合析出物を形成することで、析出物の粗大化を著しく抑制して、析出強化による強度への寄与を安定化させる効果があると考えられる。そのため、Taを添加する場合は、その含有量を0.001%以上とすることが望ましい。しかし、過剰に添加した場合、上記の析出物安定化効果が飽和するのみならず、合金コストが上昇するため、Taを添加する場合は、その含有量を0.010%以下とすることが望ましい。
SbもSnと同様に鋼板表面の窒化、酸化、あるいは酸化により生じる鋼板表層の数10μm領域の脱炭を抑制する観点から添加することができる。このような窒化や酸化を抑制することで鋼板表面においてマルテンサイトの生成量が減少するのを防止し、疲労特性や耐時効性を改善させる。窒化や酸化を抑制する観点から、Sbを添加する場合は、その含有量は0.002%以上とすることが望ましく、0.2%を超えると靭性の低下を招くため、その含有量を0.2%以下とすることが望ましい。
良好な延性を確保するためには、フェライト相は面積率で75%以上必要である。
良好な穴拡げ性の確保のため、即ち軟質なフェライトと硬質なマルテンサイトの硬度差を緩和させるために、ベイニティックフェライト相の面積率は1.0%以上必要である。
良好な穴拡げ性の確保のため、パーライト相の面積率は1.0%以上とする。所望の強度−延性バランスを確保するため、パーライト相の面積率を10.0%以下とする。
所望の強度−延性バランスを確保するため、マルテンサイト相の面積率は1.0%以上とする。良好な材質安定性を確保するために、引張特性(TS、EL)に大きく影響を及ぼすマルテンサイト相の面積率は5.0%未満である必要がある。
良好な材質安定性を確保するために、第二相の相構成を、材質バラツキの要因となるマルテンサイトの量を低減し、マルテンサイトより軟質なベイニティックフェライトやパーライトの量を多くすること、つまり、マルテンサイト面積率/(ベイニティックフェライト面積率+パーライト面積率)≦0.6を満たす必要がある。
0.45≦exp[200/(400−T)]×ln(t)≦1.0
但し、
T:500〜600℃の温度域での平均保持温度(℃)
t:500〜600℃の温度域の保持時間(s)
exp(X)、ln(X)は、それぞれXの指数関数、自然対数を示す。
650℃以上の温度域までの平均加熱速度が5℃/s未満の場合、焼鈍中に微細で均一に分散したオーステナイト相が生成されず、最終組織のマルテンサイト面積率が増大し、良好な穴拡げ性の確保が困難である。また、通常よりも長い炉が必要となり、多大なエネルギー消費にともなうコスト増と生産効率の悪化を引き起こす。加熱炉としてDFF(Direct Fired Furnace)を用いることが好ましい。DFFによる急速加熱により、内部酸化層を形成させ、Si、Mn等の酸化物の鋼板最表層への濃化を防ぎ、良好なめっき性を確保するためである。
750〜900℃の温度域にて、具体的には、オーステナイト単相域、もしくはオーステナイトとフェライトの二相域で、15〜600s保持する焼鈍を行う。焼鈍温度が750℃未満、保持時間が15s未満になると、鋼板中の硬質なセメンタイトが十分に溶解せず、穴拡げ性が低下し、さらに、所望のマルテンサイト面積率が得られないことから、延性が低下する。一方、焼鈍温度が900℃を超えると、オーステナイト粒の成長が著しく、冷却後の保持中に生じるベイナイト変態によるベイニティックフェライトの確保が困難となり、穴拡げ性が低下し、さらに、マルテンサイト面積率/(ベイニティックフェライト面積率+パーライト面積率)が0.6を超えるため、良好な材質安定性が得られない。また、保持時間が600sを超えると、オーステナイトが粗大化し、所望の強度確保が困難となり、また、多大なエネルギー消費にともなうコスト増を引き起こす場合がある。
前記の焼鈍を行った後、450〜550℃の温度域に冷却し、該450〜550℃の温度域に10〜200s保持する。保持温度が550℃を超えると、または保持時間が10s未満になると、ベイナイト変態が促進せず、ベイニティックフェライトの面積率が1.0%未満になり、所望の穴拡げ性を得られない。また、保持温度が450℃未満、または保持時間が200sを超えると、第二相の大半がベイナイト変態の促進により生成した固溶炭素量の多いオーステナイトとベイニティックフェライトになり、所望の1.0%以上のパーライト面積率が得られず、かつ、硬質なマルテンサイト相の面積率が5.0%以上となり、良好な穴拡げ性と材質安定性が得られない。
0.45≦exp[200/(400−T)]×ln(t)≦1.0
但し、
T:500〜600℃の温度域での平均保持温度(℃)
t:500〜600℃の温度域の保持時間(s)
exp(X)、ln(X)は、それぞれXの指数関数、自然対数を示す。
めっき層の合金化については、500〜600℃の温度域において上記のexp[200/(400−T)]×ln(t)の条件を満たす本発明範囲であれば問題なく行うことができる。
限界穴広げ率λ(%)={(Df−D0)/D0}×100
ただし、Dfは亀裂発生時の穴径(mm)、D0は初期穴径(mm)である。なお、本発明では、λ≧70(%)の場合を良好と判定した。
Claims (8)
- 成分組成は、質量%でC:0.04%以上0.13%以下、Si:0.7%以上2.3%以下、Mn:0.8%以上2.0%以下、P:0.1%以下、S:0.01%以下、Al:0.1%以下、N:0.008%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、鋼組織は、面積率で、75%以上のフェライト相と、1.0%以上のベイニティックフェライト相と、1.0%以上10.0%以下のパーライト相を有し、さらに、マルテンサイト相の面積率が1.0%以上5.0%未満で、かつ、マルテンサイト面積率/(ベイニティックフェライト面積率+パーライト面積率)≦0.6を満たすことを特徴とする材質安定性と加工性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
- さらに、成分組成として、質量%で、Cr:0.05%以上1.0%以下、V:0.005%以上0.5%以下、Mo:0.005%以上0.5%以下、Ni:0.05%以上1.0%以下、Cu:0.05%以上1.0%以下のうちから選ばれる少なくとも1種の元素を含有することを特徴とする請求項1に記載の材質安定性と加工性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
- さらに、成分組成として、質量%で、Ti:0.01%以上0.1%以下、Nb:0.01%以上0.1%以下、B:0.0003%以上0.0050%以下のうちから選ばれる少なくとも1種の元素を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の材質安定性と加工性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
- さらに、成分組成として、質量%で、Ca:0.001%以上0.005%以下、REM:0.001%以上0.005%以下のうちから選ばれる少なくとも1種の元素を含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の材質安定性と加工性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
- さらに、成分組成として、質量%で、Ta:0.001%以上0.010%以下、Sn:0.002%以上0.2%以下のうちから選ばれる少なくとも1種の元素を含有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の材質安定性と加工性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
- さらに、成分組成として、質量%で、Sb:0.002%以上0.2%以下を含有することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の材質安定性と加工性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の成分組成を有する鋼スラブを、熱間圧延、酸洗し、またはさらに冷間圧延し、その後650℃以上の温度域まで5℃/s以上の平均加熱速度で加熱し、750〜900℃の温度域で15〜600s保持し、450〜550℃の温度域に冷却した後、該450〜550℃の温度域で10〜200s保持し、次いで、溶融亜鉛めっきを施すことを特徴とする材質安定性と加工性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
- 溶融亜鉛めっきを施した後、500〜600℃の温度域において下式を満たす条件で亜鉛めっきの合金化処理を施すことを特徴とする請求項7に記載の材質安定性と加工性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
0.45≦exp[200/(400−T)]×ln(t)≦1.0
但し、
T:500〜600℃の温度域での平均保持温度(℃)
t:500〜600℃の温度域の保持時間(s)
exp(X)、ln(X)は、それぞれXの指数関数、自然対数を示す。
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