JP2012188745A - 伸びフランジ性と曲げ加工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】質量%で、C:0.03〜0.25%、Si:0.1〜2.0%、Mn:0.5〜3.0%、P:0.05%以下、T.O:0.0050%以下、S:0.0001〜0.01%、N:0.0005〜0.01%、酸可溶Al:0.01%超、Ca:0.0005〜0.0050%、Ce、La、NdもしくはPrの1種または2種以上:0.001〜0.01%、残部が鉄からなる鋼板であって、鋼板中にはCe、La、Nd、Prから1種、2種、3種、または4種を含有し、かつ、Caを含有し、かつ、O、Sから1種または2種含有する介在物相と、さらにMn、Si、Alから1種、2種、または3種を含有する介在物相との異なる成分を含む複合介在物を含み、円相当径0.5〜5μmの複合介在物の個数割合が30%以上であることを特徴とする。
【選択図】 図3
Description
C:0.03〜0.25%、
Si:0.1〜2.0%、
Mn:0.5〜3.0%、
P:0.05%以下、
T.O:0.0050%以下、
S:0.0001〜0.01%、
N:0.0005〜0.01%、
酸可溶Al:0.01%超、
Ca:0.0005〜0.0050%、
Ce、La、NdもしくはPrの1種または2種以上の合計:0.001〜0.01%、
さらに、質量ベースで、70≧100×(Ce+La+Nd+Pr)/酸可溶Al>0.7、かつ、(Ce+La+Nd+Pr)/Sが0.2〜10で、
残部が鉄および不可避的不純物からなる化学成分の鋼板であり、
該鋼板中には
Ce、La、Nd、Prから1種、2種、3種、または4種を含有し、
かつ、Caを含有し、
かつ、O、Sから1種または2種含有する介在物相と、
さらに、Mn、Si、Alから1種、2種、または3種を含有する介在物相との、
異なる成分を含む介在物相の複合介在物から成り、
該複合介在物は、円相当径0.5〜5μmの大きさの複合した1つの球状介在物を形成して、該球状介在物の個数割合が円相当径0.5〜5μmの大きさの全介在物個数の30%以上であることを特徴とする伸びフランジ性と曲げ加工性に優れた高強度鋼板。
Nb:0.01〜0.10%、
V:0.01〜0.10%、
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上記(1)〜(4)のいずれか1項に記載の伸びフランジ性と曲げ加工性に優れた高強度鋼板。
Cu:0.1〜2%、
Ni:0.05〜1%、
Cr:0.01〜1%、
Mo:0.01〜0.4%、
B:0.0003〜0.005%、
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上記(1)〜(5)のいずれか1項に記載の伸びフランジ性と曲げ加工性に優れた高強度鋼板。
Zr:0.001〜0.01%
を含有していることを特徴とする上記(1)〜(6)のいずれか1項に記載の伸びフランジ性と曲げ加工性に優れた高強度鋼板。
れた高強度鋼板用の溶鋼の溶製方法。
これら実験的検討から得られた知見に基づいて、本発明者は、以下に説明するように、鋼板の化学成分条件の検討を行い、鋼板の成分設計を行なうことにより本発明を完成させるに至った。
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0.25%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0.25%以下とする。好ましくは0.10〜0.20%である。
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、複合脱酸により最終的な溶存酸素の極小値を得るためには(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、Nd、Pr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0.1%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0.1%とした。これに対して、Siの濃度が高すぎると、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曲げ加工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2.0%とした。好ましくは0.5〜1.8%である。
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。好ましくは1.0〜2.6%である。
Pは不可避的に含有される元素であり、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。
T.Oは、不純物として酸化物を形成する。T.Oが高すぎる場合、主としてAl2O3系介在物が増大し、系の酸素ポテンシャルを極小にすることができなくなり、靭延性が極端に悪くなり、表面疵が増加するため曲げ加工性が却って悪くなる。このため、本発明においては、T.Oの上限を0.0050%とした。
Sは、不純物として偏析し、SはMnと化合して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。一方、0.01%程度の比較的高いS濃度においても、本発明のMnS系の粗大な延伸介在物を形態制御により、二次精錬での脱硫負荷をかけず、脱硫コストをかけずに、コストに見合った以上の材質が得られる。従って、本発明におけるS濃度の範囲として、二次精錬での脱硫を前提とした極低S濃度から、比較的高S濃度までの0.0001%〜0.01%までの範囲とした。
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%とするが、好ましくは0.005%である。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、伸びフランジ性や曲げ加工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、Nd、Prの1種または2種以上)の複合的、かつ逐次的な脱酸効果と、酸可溶Al濃度に応じた(Ce、La、Nd、Pr)濃度とすることにより、上述の通り、極低酸素ポテンシャルを達成しつつ、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、クラスターを分断し、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。
Caは、本発明においては重要な元素であり、硫化物を球状化させる等、脱硫の形態を制御させると共に、MnS、CaS、または(Mn、Ca)Sの1種または2種以上を、複合析出した酸化物またはオキシサルファイドと析出固溶させて複合介在物を形成させる効果があり、鋼の伸びフランジ性と曲げ加工性を向上することもできる。これらの効果を得るためにはCaの添加量を0.001%以上とすることが好ましい。しかし、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、0.0050%を上限とする。好ましくは0.001〜0.0040%である。更に好ましくは0.0015〜0.0030%である。
Ce、La、Nd、Pr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、かつ粗大化しようとするAl2O3クラスターを分断し、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)、Nd酸化物(例えばNd2O3)、Pr酸化物(例えばPr6O11)、Ce酸化物−La酸化物−Nd酸化物−Pr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。なお、Ce、La、Nd、Prの内Ce、Laを用いることが好ましい。
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0.10%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0.10%を上限とする。
Cu、Ni、Cr、Mo、Bは、強度を向上し、鋼の焼き入れ性を向上する。
Cuは、フェライトの析出強化や疲労強度向上に寄与し、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0.1%以上添加することが好ましい。しかし、このCu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、2%を上限とする。
Niは、フェライトの固溶強化することができるため、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0.05%以上添加することが好ましい。しかし、このNi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、1%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、1%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0.005%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、0.005%を上限とする。
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。
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。
スで、70≧100×(Ce+La+Nd+Pr)/酸可溶Al≧2、かつ、(Ce+L
a+Nd+Pr)/Sが0.2〜10となるように成分調整を行う。
また、溶鋼脱硫を行う際には、S≦20ppmとした。
C:0.03〜0.25%、
Si:0.1〜2.0%、
Mn:0.5〜3.0%、
P:0.05%以下、
T.O:0.0050%以下、
S:0.0001〜0.01%、
N:0.0005〜0.01%、
酸可溶Al:0.01%超、
Ca:0.0005〜0.0050%、
Ce、La、NdもしくはPrの1種または2種以上の合計:0.001〜0.01%、さらに、質量ベースで、70≧100×(Ce+La+Nd+Pr)/酸可溶Al>0.7、かつ、(Ce+La+Nd+Pr)/Sが0.2〜10で、
残部が鉄および不可避的不純物からなる化学成分の鋼板であり、
該鋼板中には、
Ce、La、Nd、Prから1種、2種、3種、または4種と、
かつ、Caと、
かつ、O、Sから1種または2種とからなる化学成分の介在物相と、
Ce、La、Nd、Prから1種、2種、3種、または4種と、
かつ、Caと、
かつ、O、Sから1種または2種と、さらにMn、Si、Alから1種、2種、または3種とからなる化学成分の介在物相との、異なる成分を含む介在物相の複合介在物から成り、該複合介在物は、円相当径0.5〜5μmの大きさの複合した1つの球状介在物を形成して、該球状介在物の個数割合が円相当径0.5〜5μmの大きさの全介在物個数の30%以上であることを特徴とする伸びフランジ性と曲げ加工性に優れた高強度鋼板。
Nb:0.01〜0.10%、
V:0.01〜0.10%、
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上記(1)〜(4)のいずれか1項に記載の伸びフランジ性と曲げ加工性に優れた高強度鋼板。
Cu:0.1〜2%、
Ni:0.05〜1%、
Cr:0.01〜1%、
Mo:0.01〜0.4%、
B:0.0003〜0.005%、
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上記(1)〜(5)のいずれか1項に記載の伸びフランジ性と曲げ加工性に優れた高強度鋼板。
Zr:0.001〜0.01%、
を含有していることを特徴とする上記(1)〜(6)のいずれか1項に記載の伸びフランジ性と曲げ加工性に優れた高強度鋼板。
Claims (11)
- 質量%で、
C:0.03〜0.25%、
Si:0.1〜2.0%、
Mn:0.5〜3.0%、
P:0.05%以下、
T.O:0.0050%以下、
S:0.0001〜0.01%、
N:0.0005〜0.01%、
酸可溶Al:0.01%超、
Ca:0.0005〜0.0050%、
Ce、La、NdもしくはPrの1種または2種以上の合計:0.001〜0.01%、さらに、質量ベースで、70≧100×(Ce+La+Nd+Pr)/酸可溶Al>0.7、かつ、(Ce+La+Nd+Pr)/Sが0.2〜10で、
残部が鉄および不可避的不純物からなる化学成分の鋼板であり、
該鋼板中には、
Ce、La、Nd、Prから1種、2種、3種、または4種を含有し、
かつ、Caを含有し、
かつ、O、Sから1種または2種を含有する介在物相と、
さらに、Mn、Si、Alから1種、2種、または3種を含有する介在物相との、異なる成分を含む介在物相の複合介在物から成り、該複合介在物は、円相当径0.5〜5μmの大きさの複合した1つの球状介在物を形成して、該球状介在物の個数割合が円相当径0.5〜5μmの大きさの全介在物個数の30%以上であることを特徴とする伸びフランジ性と曲げ加工性に優れた高強度鋼板。 - 前記球状介在物が円相当直径1μm以上の介在物で、かつ、長径/短径が3以下の延伸介在物の個数割合が円相当直径1μm以上の全介在物個数の50%以上であることを特徴とする請求項1に記載の伸びフランジ性と曲げ加工性に優れた高強度鋼板。
- 前記球状介在物中に平均組成でCe、La、NdもしくはPrの1種または2種または3種または4種の合計を0.5〜95質量%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と曲げ加工性に優れた高強度鋼板。
- 前記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請求項1〜3のいずれか1項に記載の伸びフランジ性と曲げ加工性に優れた高強度鋼板。
- さらに、質量%で、
Nb:0.01〜0.10%、
V:0.01〜0.10%、
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1〜4のいずれか1項に記載の伸びフランジ性と曲げ加工性に優れた高強度鋼板。 - さらに、質量%で、
Cu:0.1〜2%、
Ni:0.05〜1%、
Cr:0.01〜1%、
Mo:0.01〜0.4%、
B:0.0003〜0.005%、
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1〜5のいずれか1項に記載の伸びフランジ性と曲げ加工性に優れた高強度鋼板。 - さらに、質量%で、
Zr:0.001〜0.01%、
を含有していることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の伸びフランジ性と曲げ加工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0.0001%以上に処理された溶鋼に、Cが0.03〜0.25%、Siを0.1〜2.0%、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、T.Oが0.0050%以下となる様に添加し、さらにその後、Ce、La、NdもしくはPrの1種または2種以上を添加して、さらに、質量ベースで、70≧100×(Ce+La+Nd+Pr)/酸可溶Al>0.7、かつ、(Ce+La+Nd+Pr)/Sが0.2〜10、Ce、La、NdもしくはPrの1種または2種以上の合計を0.001〜0.01%とした後に、Caが0.0005〜0.0050%となる様に添加もしくは調整することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の伸びフランジ性と曲げ加工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、La、NdもしくはPrの1種または2種以上を添加する前に、さらに、質量%で、Nbを0.01〜0.10%、Vを0.01〜0.10%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8に記載の伸びフランジ性と曲げ加工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、La、NdもしくはPrの1種または2種以上を添加する前に、さらに、質量%で、Cuを0.1〜2%、Niを0.05〜1%、Crを0.01〜1%、Moを0.01〜0.4%、Bを0.0003〜0.005%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8または9に記載の伸びフランジ性と曲げ加工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、La、NdもしくはPrの1種または2種以上を添加する前に、さらに、質量%で、Zrを0.001〜0.01%となる様に添加することを特徴とする請求項8〜10のいずれか1項に記載の伸びフランジ性と曲げ加工性に優れた高強度鋼板用の溶鋼の溶製方法。
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