JP2012031466A - 高強度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:0.015超0.100未満、Si:0.50未満、Mn:1.0超2.0未満、P:0.05以下、S:0.03以下、sol.Al:0.01以上0.3以下、N:0.005以下、Cr:0.35未満、B:0.0010以上0.0050以下、Mo:0.15未満、Ti:0.030未満を含み、2.1≦[Mneq]≦3.1を満足し、残部鉄及び不可避不純物からなり、フェライトと第2相を有する高強度鋼板。[Mneq]=[%Mn]+1.3[%Cr]+3.3[%Mo]+8[%P]+150B*、B*=[%B]+[%Ti]/48×10.8×0.9+[%Al]/27×10.8×0.025で表され、B*≧0.0022のときはB*=0.0022とする。
【選択図】図1
Description
ここで、[Mneq]=[%Mn]+1.3[%Cr]+3.3[%Mo]+8[%P]+150B*、B*=[%B]+[%Ti]/48×10.8×0.9+[%Al]/27×10.8×0.025で表され、[%Mn]、[%Cr]、[%Mo]、[%P]、[%B]、[%Ti]、[%Al]はMn、Cr、Mo、P、B、Ti、sol.Alのそれぞれの含有量を表す。B*≧0.0022のときはB*=0.0022とする。
ここで、
sol.B=[%B]-{[%N]/14-[%Ti]/48×0.8-[%Al]/27×0.0005×(CT-560)}×10.8・・・(A)式
(A)式において、[%B]、[%N]、[%Ti]、[%Al]は、B、N、Ti、sol.Alのそれぞれの含有量を表し、CTは巻取温度(℃)を表す。CT-560≦0のときはCT-560は0(ゼロ)とする。ただし、sol.B≦0のときはsol.Bは0(ゼロ)として算出する。
Cr:0.35%未満
Crは焼入れ性を向上させて所定量のマルテンサイトを生成させる作用、フェライト粒を微細化せずマルテンサイトを均一に分散させる作用によりYPを低減し、Elを向上させるので、材質面からは添加することが望ましい元素であるが、耐チッピング性を著しく劣化させる。したがって、良好な耐チッピング性を確保するためには、Crの含有量は0.35%未満とする必要がある。さらに優れた耐チッピング性を付与するためには、Crは0.30%未満とすることが望ましい。Crは以下に示す[Mneq]を適正化する観点から任意に添加することができる元素であり、下限は規定しないが(Cr:0%を含む)、低YP化の観点からはCrは0.02%以上添加するのが好ましく、0.05%以上添加するのがさらに好ましい。
低いYP、高いEl、高いBH、さらには優れた耐時効性を確保するためには、少なくとも鋼組織としてフェライトと主としてマルテンサイトおよび残留γを有する第2相を有する複合組織とする必要がある。従来鋼では、YPが高い鋼板やElの低い鋼板が多く見られ、その原因を調査した結果、これらの鋼板では第2相としてマルテンサイトと少量の残留γに加えてパーライトやベイナイトが生成していることが明らかになった。
[Mneq]=[%Mn]+1.3[%Cr]+3.3[%Mo]+8[%P]+150B*
B*=[%B]+[%Ti]/48×10.8×0.9+[%Al]/27×10.8×0.025
但し、B*≧0.0022のときはB*=0.0022とする。
ここで、[%Mn]、[%Cr]、[%Mo]、[%P]、[%B]、[%Ti]、[%Al]はMn、Cr、Mo、P、B、Ti、sol.Alのそれぞれの含有量を表す。
より一層YPを低下させ、高いEl、高いBHを確保するには同一Mn当量の鋼組成においてもでMnの含有量は少ない方がよい。これは、Mnが多すぎると、焼鈍過程におけるα→γ変態温度が低くなり、再結晶完了前にγ粒が生成してフェライト粒と第2相が部分的に微細化した不均一な組織になり、YPが上昇するとともにElが低下すること、および焼鈍後の固溶C量が減少してBHが低下するためである。低YP化、高El化、高BH化の観点からMn量は2.0%未満とする。一方、Mn量が少なすぎると他の元素を多量に添加しても十分な焼入性を確保することは困難になる。また、MnSが微細に多数分散して耐食性、耐チッピング性が劣化する。十分な焼入性ならびに耐食性を確保するためにMnは少なくとも1.0%超添加する必要がある。
Moは焼入性を向上させてパーライトの生成を抑制し、所定の強度を確保する観点から添加することができる。しかしながら、MoはMnと同様に第2相を微細化する作用が強く、フェライト粒を微細化する作用も強い。したがって、Moは過剰に添加するとYPを著しく増加させる。また、Moは冷延鋼板として使用する場合に、化成処理性を著しく劣化させる。また、極めて高価な元素である。したがって、YPの低減、化成処理性の向上、低コスト化の観点からMoの添加量は0.15%未満に限定する(0%を含む)。より一層低YP化する観点からは0.05%以下とすることが望ましく、さらにMoは無添加(0.02%以下)とすることが好ましい。
Pは本発明において焼入性元素として利用でき、Mn、Cr、Moの代替元素として活用することで、低YP化、高BH化、高El化を達成する元素である。つまり、Pは微量添加でも大きな焼入性の向上効果を有していること、さらに第2相をフェライト粒界の3重点に均一に分散させる効果があるので、同一Mn当量でもMnを活用するよりもPを活用した方がYPが低くなるとともに、BHが高くなる。また、Elも高くなる。このようなP添加による低YP化、高BH化、高El化の効果を得るにはPは0.015%以上添加するのが望ましい。
Bはフェライト粒やマルテンサイト粒を均一、粗大化する作用、焼入性を向上させてパーライトを抑制する作用がある。また、B自体にBHを増加させる作用がある。このため、所定量の[Mneq]を確保しつつMnをBで置換することで、低YP化と高BH化が同時に図られる。このような効果を十分得るには、Bは0.0010%以上添加する必要がある。しかしながら、Bは0.0050%を超えて添加すると鋳造性や圧延性が著しく低下する。したがって、Bは0.0050%以下とする。B添加による低YP化、高BH化の効果をさらに発揮させるにはBは0.0013%以上添加するのがよい。
Cは所定量の第2相の体積率を確保するために必要な元素である。C量が少ないと第2相が形成されなくなり、YPが著しく増加するとともに強度と延性のバランスが劣化する。また、高いBHや優れた耐時効性なども得られなくなる。所定量の第2相の体積率を確保し十分低いYPを得るためには、Cは0.015%超とする必要がある。耐時効性を向上させ、YPをさらに低減する観点からはCは0.02%以上とすることが望ましい。一方、C量が0.100%以上となると第2相の体積率が多くなりすぎてYPが増加し、ElやBHが低下する。また、溶接性も劣化する。したがって、C量は0.100%未満とする。より低いYPを得つつ高いElや高いBHを確保するためにはC量は0.060%未満とすることが好ましく、0.040%未満とすることがさらに好ましい。
Siは微量添加することで熱間圧延でのスケール生成を遅延させて表面品質を改善する効果、めっき浴中あるいは合金化処理中の地鉄と亜鉛の合金化反応を適度に遅延させる効果、鋼板のミクロ組織をより均一、粗大化して低YR化、高El化する効果等があるので、このような観点から添加することができる。しかしながら、Siを0.50%以上添加すると溶融亜鉛めっき鋼板ではスケール模様や不めっきが発生し、冷延鋼板ではスケール模様が発生して外板パネルへの適用が難しくなる。また、化成処理性を劣化させ、YPの上昇を招く。このため、Si量は0.50%未満とする。さらに表面品質を向上させ、YPを低減する観点からSiは0.30%未満とするのが望ましい。Siは任意に添加できる元素であり、下限は規定しないが(Si:0%を含む)、上記の観点からSiは0.01%以上添加するのが好ましく、0.02%以上添加するのがさらに好ましい。
Sは適量含有させることで鋼板の一次スケールの剥離性を向上させ、冷延鋼板や溶融亜鉛めっき鋼板の外観品質を向上させる作用があるので、含有させることが出来る。しかしながら、Sはその含有量が多いと鋼中に析出するMnSが多くなりすぎ鋼板の伸びや伸びフランジ成形性を低下させる。また、スラブを熱間圧延する際に熱間延性を低下させ、表面欠陥を発生させやすくする。さらには耐食性を低下させる。このため、S量は0.03%以下とする。伸びフランジ成形性や耐食性を向上させる観点から、Sは0.02%以下とすることが望ましく、0.01%以下とすることがさらに望ましい。
AlはNを固定してBの焼入性向上効果を促進する目的、耐時効性を向上させる目的、介在物を低減して表面品質を向上させる目的で添加される。Bの焼入性向上効果や耐時効性を向上させる観点からsol.Alの含有量は0.01%以上とする。このような効果をより発揮させるためには、sol.Alは0.015%以上含有させることが望ましく、0.04%以上とすることがさらに望ましい。一方、sol.Alを0.3%を超えて添加しても固溶Bを残存させる効果や耐時効性を向上させる効果は飽和し、徒にコストアップを招く。また、鋳造性を劣化させて表面品質を劣化させる。このためsol.Alは0.3%以下とする。優れた表面品質を確保する観点からはsol.Alは0.2%未満とするのが望ましい。
Nは鋼中でBN、AlN、TiN等の窒化物を形成する元素であり、Bの材質向上効果をBNの形成を通じて消失させる弊害がある。また、微細なAlNを形成して粒成長性を低下させ、YPの上昇をもたらす。N含有量が0.005%を超えるとYPが上昇するとともに耐時効性が劣化し、外板パネルへの適用性が不十分となるので、Nの含有量は0.005%以下とする。AlNの析出量を軽減してより一層YPを低減する観点からはNは0.004%以下にすることが望ましい。
Tiは、Nを固定してBの焼入性を向上させる効果、耐時効性を向上させる効果や鋳造性を向上させる効果があり、このような効果を補助的に得るために任意に添加できる元素である。しかし、その含有量が多くなると鋼中でTiCやTi(C,N)といった微細な析出物を形成して著しくYPを上昇させるとともに、焼鈍後の冷却中にTiCを生成してBHを減少させる作用があるので、添加する場合はTiの含有量は適正範囲に制御する必要がある。Tiの含有量が0.030%以上になると著しくYPが増加する。したがって、Tiの含有量は0.030%未満とする。Tiは任意に添加できる元素であり、下限は規定しないが(Ti:0%を含む)、TiNの析出によりNを固定してBの焼入性の向上効果を発揮させるためにはTiの含有量は0.002%以上とするのが好ましく、TiCの析出を抑えて低いYPを得るためにはTiの含有量は0.010%未満とするのが望ましい。
V:0.2%以下
Vは高強度化の観点から添加することができる。強度上昇の観点からは0.002%以上添加するのが好ましく、0.01%以上添加するのがさらに好ましい。しかしながら、0.2%を超えて添加すると著しいコスト増になるので、Vは0.2%以下で添加することが望ましい。
Nbは組織を細粒化するとともにNbC、Nb(C,N)を析出させ鋼板を強化する作用があるので、高強度化の観点から添加することができる。また、熱間圧延での再結晶を遅延させる効果やその後の変態を遅延させる効果が大きいので、Nbの微量添加により集合組織を改善して、圧延直角方向のr値を低減して45度方向のr値を向上させる効果がある。このため、Nbを0.002〜0.015%添加することでΔrやYPの面内異方性が小さくなる。Nbは上記の観点から0.002%以上添加するのが好ましく、0.005%以上添加するのがさらに好ましい。しかしながら、0.030%以上添加するとYPが著しく上昇するので、Nbは0.030%未満で添加することが望ましい。
Wは焼入性元素、析出強化元素として活用できる。Wは上記の観点から0.002%以上添加するのが好ましく、0.005%以上添加するのがさらに好ましい。しかしながら、その添加量が多すぎるとYPの上昇を招くのでWは0.15%以下で添加することが望ましい。
Zrも同様に焼入性元素、析出強化元素として活用できる。Zrは上記の観点から0.002%以上添加するのが好ましく、0.005%以上添加するのがさらに好ましい。しかしながら、その添加量が多すぎるとYPの上昇を招くのでZrは0.1%以下で添加することが望ましい。
Sn:0.2%以下
Snは鋼板表面の窒化、酸化、あるいは酸化により生じる鋼板表層の数十ミクロン領域の脱炭や脱Bを抑制する観点から添加するのが望ましい。これにより、疲労特性、耐時効性、表面品質などが改善される。窒化や酸化を抑制する観点からSnは0.002%以上添加するのが好ましく、0.005%以上添加するのがさらに望ましいが、0.2%を超えるとYPの上昇や靱性の劣化を招くのでSnは0.2%以下で含有させるのが望ましい。
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十ミクロン領域の脱炭や脱Bを抑制する観点から添加するのが望ましい。このような窒化や酸化を抑制することで鋼板表層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たり、Bの減少により焼入性が低下するのを防止し、疲労特性や耐時効性を改善する。また、溶融亜鉛めっきの濡れ性を向上させてめっき外観品質を向上させることが出来る。窒化や酸化を抑制する観点からSbは0.002%以上添加するのが好ましく、0.005%以上添加するのがさらに望ましいが、0.2%を超えるとYPの上昇や靱性の劣化を招くのでSbは0.2%以下で含有させるのが望ましい。
Cuは耐チッピング性を僅かに向上させるので、耐チッピング性向上の観点から添加することが望ましい。また、スクラップを原料として活用するときに混入する元素であり、Cuの混入を許容することでリサイクル資材を原料資材として活用でき、製造コストを削減することができる。耐チッピング性向上の観点からCuは0.01%以上添加するのが好ましく、0.03%以上添加するのがさらに望ましい。しかしながら、その含有量が多くなりすぎると表面欠陥の原因となるので、Cuは0.5%以下とするのが望ましい。
Niも耐チッピング性を向上する作用のある元素である。また、NiはCuを含有させる場合に生じやすい表面欠陥を低減する作用がある。したがって、耐食性を向上させつつ表面品質を改善する観点からNiは0.01%以上添加するのが好ましく、0.02%以上添加するのがさらに望ましい。しかし、Niの添加量が多くなりすぎると加熱炉内でのスケール生成が不均一になり表面欠陥の原因になるとともに、著しいコスト増となる。したがって、Niは0.5%以下とする。
Caは鋼中のSをCaSとして固定し、さらには腐食生成物中のpHを増加させ、耐チッピング性を向上させる作用がある。また、CaSの生成により伸びフランジ成形性を低下させるMnSの生成を抑制し、伸びフランジ成形性を向上させる作用がある。このような観点からCaは0.0005%以上添加することが望ましい。しかしながら、Caは溶鋼中で酸化物として浮上分離しやすく、鋼中に多量に残存させることは難しい。したがって、Caの含有量は0.01%以下とする。
Ceも鋼中のSを固定し、伸びフランジ成形性ならびに耐チッピング性を向上させる目的で添加することができる。Ceは上記の観点から0.0005%以上添加するのが好ましい。しかし、高価な元素であるので多量添加するとコストアップになる。したがって、Ceは0.01%以下で添加するのが望ましい。
Laも鋼中のSを固定し、伸びフランジ成形性ならびに耐チッピング性を向上させる目的で添加することができる。Laは上記の観点から0.0005%以上添加するのが好ましい。しかし、高価な元素であるので多量添加するとコストアップになる。したがって、Laは0.01%以下で添加するのが望ましい。
Mgは酸化物を微細分散させ、組織を均一化する観点から添加することが出来る。Mgは上記の観点から0.0005%以上添加するのが好ましい。しかしながら、その含有量が多いと表面品質が劣化するので、Mgは0.01%以下で添加することが望ましい。
本発明の鋼板組織は、主としてフェライト、マルテンサイト、残留γ、パーライト、ベイナイト、この他に微量の炭化物を含む。最初にこれらの組織形態の測定方法を説明する。
低いYPを得るためには、第2相の体積率を2.0%以上とする必要がある。しかしながら、第2相の体積率が12.0%を超えるとYPが上昇するとともにELやBHが劣化する。したがって、第2相の体積率は2.0〜12.0%の範囲とする。さらに低いYPと高いBHを得るためには第2相の体積率は10.0%以下とするのが好ましく、8.0%以下とすることが更に好ましく、6.0%以下とすることがより一層好ましい。
第2相のうちパーライトならびにベイナイトを十分抑制して低いYPと高いElを同時に確保するためには、第2相に占める体積率に対するマルテンサイトおよび残留γの体積率の比率を60%以上とする必要がある。
鋼組成および熱延での巻取温度や焼鈍温度、保持時間が適正化されていない鋼板にはコイル幅方向、長手方向に顕著に材質変動が生じる。このような部位にはフェライト粒内にアスペクト比がおよそ3.0以下で直径0.25μm以上0.90μm以下の球状あるいは楕円状の炭化物が10000個/mm2を超えて分散している。この炭化物を10000個/mm2以下に低減することでコイル内の材質変動はほぼ解消する。したがって、フェライト粒内に存在しておりアスペクト比が3.0以下で直径0.25〜0.90μmの炭化物粒子の存在個数は10000個/mm2以下とする。なお、本発明鋼において平均フェライト粒径や第2相の平均直径は規定しないが、平均フェライト粒径は7〜12μmの範囲であり、第2相の平均直径は0.8〜1.3μmの範囲であった。
本発明の鋼板は、上述したように、上記のように限定された成分組成を有する鋼スラブを、熱間圧延する工程において巻取温度CTをB、sol.Al、Ti、Nの含有量に応じて適正範囲に制御し、次いで50〜85%の冷間圧延率で冷間圧延した後、連続溶融亜鉛めっきライン(CGL)あるいは連続焼鈍ライン(CAL)において、740℃以上830℃以下の焼鈍温度で25sec以上保持して焼鈍する方法により製造できる。
鋼スラブを熱間圧延するには、スラブを加熱後圧延する方法、連続鋳造後のスラブを加熱することなく直接圧延する方法、連続鋳造後のスラブに短時間加熱処理を施して圧延する方法などで行える。熱間圧延は、例えば、スラブ加熱温度は1100〜1300℃、仕上圧延温度はAr3変態点〜Ar3変態点+150℃とすればよい。r値の面内異方性を低減する観点、BHを向上させる観点からは、熱延後の平均冷却速度は20℃/sec以上とすることが望ましい。
sol.B=[%B]-{[%N]/14-[%Ti]/48×0.8-[%Al]/27×0.0005×(CT-560)}×10.8・・・(A)
[%B]、[%N]、[%Ti]、[%Al]は、B、N、Ti、sol.Alのそれぞれの含有量を表し、CTは巻取温度(℃)を表す。CT-560≦0のときはCT-560は0(ゼロ)とし、sol.B≦0のときはsol.Bは0(ゼロ)とする。
ただし、sol.B≦0のときはsol.Bは0(ゼロ)として算出する。
冷間圧延では、圧延率を50〜85%とすればよい。r値を向上させて深絞り性を向上させる観点からは圧延率は65〜73%とするのが好ましく、r値やYPの面内異方性を低減する観点からは、圧延率は70〜85%にすることが好ましい。
冷間圧延後の鋼板には、CGLあるいはCALで焼鈍および必要に応じて溶融亜鉛めっき処理、又は溶融亜鉛めっき処理後さらに合金化処理が施される。焼鈍温度は740℃以上830℃以下とする。740℃未満では炭化物の固溶が不十分となり、安定して第2相の体積率が確保できなくなる。830℃超ではパーライトやベイナイトが生成しやすくなり十分低いYPが得られなくなる。炭化物を固溶させる観点から均熱時の保持時間は25sec以上より好ましくは40sec以上とし、生産性を確保する観点から300sec以下とすることが好ましい。
Claims (4)
- 鋼の成分組成として、質量%で、C:0.015%超0.100%未満、Si:0.50%未満、Mn:1.0%超2.0%未満、P:0.05%以下、S:0.03%以下、sol.Al:0.01%以上0.3%以下、N:0.005%以下、Cr:0.35%未満、B:0.0010%以上0.0050%以下、Mo:0.15%未満、Ti:0.030%未満を含有し、更に2.1≦[Mneq]≦3.1を満足し、残部鉄および不可避不純物からなり、鋼の組織として、フェライトと第2相を有し、第2相の体積率が2.0〜12.0%、第2相におけるマルテンサイトおよび残留γの体積率の比率が60%以上、フェライト粒内に存在しておりアスペクト比が3.0以下で直径0.25〜0.90μmの炭化物粒子の存在個数が10000個/mm2以下であることを特徴とする高強度鋼板。
ここで、[Mneq]=[%Mn]+1.3[%Cr]+3.3[%Mo]+8[%P]+150B*、B*=[%B]+[%Ti]/48×10.8×0.9+[%Al]/27×10.8×0.025で表され、[%Mn]、[%Cr]、[%Mo]、[%P]、[%B]、[%Ti]、[%Al]はMn、Cr、Mo、P、B、Ti、sol.Alのそれぞれの含有量を表す。B*≧0.0022のときはB*=0.0022とする。 - 更に、質量%で、Nb:0.030%未満、V:0.2%以下、W:0.15%以下、Zr:0.1%以下のうちの少なくとも1種を含有することを特徴とする請求項1に記載の高強度鋼板。
- 更に、質量%で、Sn:0.2%以下、Sb:0.2%以下、Cu:0.5%以下、Ni:0.5%以下、Ca:0.01%以下、Ce:0.01%以下、La:0.01%以下、Mg:0.01%以下のうちの少なくとも1種を含有することを特徴とする請求項1乃至2に記載の高強度鋼板。
- 請求項1乃至3のいずれかに記載の成分組成を有する鋼スラブを、熱間圧延する工程において、巻取温度CTをsol.Bに応じて(1)式に示す範囲に制御し、50〜85%の冷間圧延率で冷間圧延した後、連続溶融亜鉛めっきライン(CGL)もしくは連続焼鈍ライン(CAL)において、740℃以上830℃以下の焼鈍温度で25sec以上保持して焼鈍することを特徴とする高強度鋼板の製造方法。
CT(℃)≦670-50000×sol.B ・・・ (1)式
ここで、
sol.B=[%B]-{[%N]/14-[%Ti]/48×0.8-[%Al]/27×0.0005×(CT-560)}×10.8・・・(A)式
(A)式において、[%B]、[%N]、[%Ti]、[%Al]は、B、N、Ti、sol.Alのそれぞれの含有量を表し、CTは巻取温度(℃)を表す。CT-560≦0のときはCT-560は0(ゼロ)とする。
ただし、sol.B≦0のときはsol.Bは0(ゼロ)として算出する。
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