JP2012214868A - 加工性に優れた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】C、Si、Mn、Al、P、Sを含有し、残部が鉄および不可避不純物からなる鋼板であり、該鋼板の金属組織は、ポリゴナルフェライト、ベイナイト、焼戻しマルテンサイト、および残留オーステナイトを含み、(1)金属組織を走査型電子顕微鏡で観察したときに、(1a)前記ポリゴナルフェライトの面積率aが金属組織全体に対して50%超であり、(1b)前記ベイナイトは、隣接する残留オーステナイトおよび/または炭化物の平均間隔が1μm以上である高温域生成ベイナイトと、隣接する残留オーステナイトおよび/または炭化物の平均間隔が1μm未満である低温域生成ベイナイトとの複合組織で構成されており、前記高温域生成ベイナイトの面積率bが金属組織全体に対して5〜40%、前記低温域生成ベイナイトと前記焼戻しマルテンサイトとの合計面積率cが金属組織全体に対して5〜40%を満足し、(2)飽和磁化法で測定した前記残留オーステナイトの体積率が金属組織全体に対して5%以上とする。
【選択図】なし
Description
(a)Cr:1%以下(0%を含まない)および/またはMo:1%以下(0%を含まない)、
(b)Ti:0.15%以下(0%を含まない)、Nb:0.15%以下(0%を含まない)およびV:0.15%以下(0%を含まない)よりなる群から選択される1種以上の元素、
(c)Cu:1%以下(0%を含まない)および/またはNi:1%以下(0%を含まない)、
(d)B:0.005%以下(0%を含まない)、
(e)Ca:0.01%以下(0%を含まない)、Mg:0.01%以下(0%を含まない)および希土類元素:0.01%以下(0%を含まない)よりなる群から選択される1種以上の元素、
等を含有してもよい。
400℃≦T1(℃)≦540℃ ・・・(1)
200℃≦T2(℃)<400℃ ・・・(2)
(1)鋼板の金属組織を、ポリゴナルフェライト主体(具体的には、金属組織全体に対する面積率が50%超)としたうえで、ベイナイト、焼戻しマルテンサイト、および残留γを含む混合組織とし、特にベイナイトとして、
(1a)隣接する残留γ同士、隣接する炭化物同士、或いは隣接する残留γと隣接する炭化物(以下、これらをまとめて残留γ等と表記することがある。)の中心位置間距離の平均間隔が1μm以上である高温域生成ベイナイトと、
(1b)残留γ等の中心位置間距離の平均間隔が1μm未満である低温域生成ベイナイトの2種類のベイナイトを生成させれば、伸びを劣化させることなく局所変形能を改善した加工性に優れた高強度鋼板を提供できること、
(2)具体的には、上記高温域生成ベイナイトは鋼板の伸び向上に寄与し、上記低温域生成ベイナイトは鋼板の局所変形能向上に寄与すること、
(3)2種類のベイナイトを所定量生成させるには、上記二相温度域で加熱した後、400℃以上、540℃以下の温度域(以下、T1温度域と呼ぶことがある。)の任意の温度Tまでを平均冷却速度2℃/秒以上で冷却し、このT1温度域で10〜100秒間保持して高温域生成ベイナイトを生成させた後、200℃以上、400℃未満の温度域(以下、T2温度域と呼ぶことがある。)に冷却し、このT2温度域で200秒間以上保持すればよいこと、
を見出し、本発明を完成した。
本発明に係る高強度鋼板の金属組織は、ポリゴナルフェライト、ベイナイト、焼戻しマルテンサイト、および残留γで構成される混合組織である。
本発明の鋼板の金属組織は、ポリゴナルフェライトを主体としている。主体とは、金属組織全体に対する面積率が50%超であることを意味する。ポリゴナルフェライトは、ベイナイトに比べて軟質であり、鋼板の伸びを高めて加工性を改善するのに作用する組織である。こうした作用を発揮させるには、ポリゴナルフェライトの面積率は、金属組織全体に対して50%超、好ましくは55%以上、より好ましくは60%以上とする。ポリゴナルフェライトの面積率の上限は、飽和磁化法で測定される残留γの占積率を考慮して決定されるが、例えば、85%である。
本発明の鋼板は、ベイナイトが、高温域生成ベイナイトと、高温域生成ベイナイトに比べて強度が高い低温域生成ベイナイトとの複合組織から構成されているところに特徴がある。高温域生成ベイナイトは鋼板の伸び向上に寄与し、低温域生成ベイナイトは鋼板の局所変形能向上に寄与する。そしてこれら2種類のベイナイト組織を含むことにより、鋼板の伸びを劣化させることなく、局所変形能を向上させることができ、鋼板の加工性全般を高めることができる。これは強度レベルの異なるベイナイト組織を複合化することによって不均一変形が生じるため、加工硬化能が上昇することに起因すると考えられる。
本発明では、上記ポリゴナルフェライトの面積率a、上記高温域生成ベイナイトの面積率b、および上記低温域生成ベイナイト等(低温域生成ベイナイト+焼戻しマルテンサイト)の合計面積率cの合計(a+b+c)が、金属組織全体に対して70%以上を満足していることが好ましい。合計面積率(a+b+c)が70%を下回ると、伸びが劣化することがある。合計面積率(a+b+c)は、より好ましくは75%以上、更に好ましくは80%以上である。合計面積率(a+b+c)の上限は、飽和磁化法で測定される残留γの占積率を考慮して決定されるが、例えば、95%である。
残留γは、鋼板が応力を受けて変形する際にマルテンサイトに変態することによって変形部の硬化を促し、歪の集中を防ぐ効果があり、それにより均一変形能が向上して良好な伸びを発揮する。こうした効果は、一般的にTRIP効果と呼ばれている。
本発明に係る鋼板の金属組織は、上述したように、ポリゴナルフェライト、ベイナイト、焼戻しマルテンサイト、および残留γを含むものであり、これらのみから構成されていてもよいが、本発明の効果を損なわない範囲で、(a)焼入れマルテンサイトと残留γとが複合したMA混合相や、(b)パーライト等の残部組織が存在していてもよい。
MA混合相は、焼入れマルテンサイトと残留γとの複合相として一般的に知られており、最終冷却前までは未変態のオーステナイトとして存在していた組織の一部が、最終冷却時にマルテンサイトに変態し、残りはオーステナイトのまま残存することによって生成する組織である。こうして生成するMA混合相は、熱処理(特に、オーステンパ処理)の過程で炭素が高濃度に濃化し、しかも一部がマルテンサイト組織になっているため、非常に硬い組織である。そのためベイナイトとMA混合相との硬度差は大きく、変形に際して応力が集中してボイド発生の起点となりやすいので、MA混合相が過剰に生成すると、伸びフランジ性や曲げ性が低下して局所変形能が低下する。また、MA混合相が過剰に生成すると、強度が高くなり過ぎる傾向がある。MA混合相は、残留γ量が多くなるほど、またSi含有量が多くなるほど生成し易くなるが、その生成量はできるだけ少ない方が好ましい。
上記パーライトは、金属組織をSEM観察したときに、金属組織全体に対して20面積%以下であることが好ましい。パーライトの面積率が20%を超えると、伸びが劣化し、加工性を改善することが難しくなる。パーライトの面積率は、金属組織全体に対して15%以下であることがより好ましく、更に好ましくは10%以下、特に好ましくは5%以下である。
本発明の高強度鋼板は、C:0.10〜0.3%、Si:1.0〜3%、Mn:1.0〜2.5%、Al:0.005〜3%を含有し、且つP:0.1%以下(0%を含まない)、S:0.05%以下(0%を含まない)を満足している。こうした範囲を定めた理由は次の通りである。
(a)Cr:1%以下(0%を含まない)および/またはMo:1%以下(0%を含まない)、
(b)Ti:0.15%以下(0%を含まない)、Nb:0.15%以下(0%を含まない)およびV:0.15%以下(0%を含まない)よりなる群から選択される1種以上の元素、
(c)Cu:1%以下(0%を含まない)および/またはNi:1%以下(0%を含まない)、
(d)B:0.005%以下(0%を含まない)、
(e)Ca:0.01%以下(0%を含まない)、Mg:0.01%以下(0%を含まない)および希土類元素:0.01%以下(0%を含まない)よりなる群から選択される1種以上の元素、
等を含有しても良い。
400℃≦T1(℃)≦540℃ ・・・(1)
200℃≦T2(℃)<400℃ ・・・(2)
Ac1(℃)=723−10.7×[Mn]−16.9×[Ni]+29.1×[Si]+16.9×[Cr] ・・(a)
Ac3(℃)=910−203×[C]1/2+44.7×[Si]−30×[Mn]−11×[Cr]+31.5×[Mo]−20×[Cu]−15.2×[Ni]+400×[Ti]+104×[V]+700×[P]+400×[Al] ・・(b)
均熱後、下記表2、表3に示す平均冷却速度(℃/秒)で下記表2、表3に示す開始温度T(℃)に冷却した後、この開始温度T(℃)で保持し、次いで下記表2、表3に示すT2温度域における開始温度(℃)まで冷却し、この開始温度で保持した。下記表2、表3には、T1温度域における滞在時間(秒)とT2温度域における滞在時間(秒)を示す。また、T1温度域で保持を完了した時点から、T2温度域における開始温度に到達するまでの時間(秒)を示した。
均熱後、下記表2、表3に示す平均冷却速度(℃/秒)で下記表2、表3に示す開始温度T(℃)に冷却した後、下記表2、表3に示す終了温度(℃)まで冷却し、次いで下記表2、表3に示すT2温度域における開始温度(℃)まで冷却し、この開始温度で下記表2、表3に示す時間(秒)保持した。下記表2、表3には、T1温度域における滞在時間(秒)とT2温度域における滞在時間(秒)を示す。また、T1温度域で保持を完了した時点から、T2温度域における開始温度に到達するまでの時間(秒)を示した。
均熱後、下記表2、表3に示す平均冷却速度(℃/秒)で下記表2、表3に示す開始温度T(℃)に冷却した後、下記表2、表3に示すT2温度域における開始温度(℃)まで冷却し、この開始温度で保持した。下記表2、表3には、T1温度域における滞在時間(秒)とT2温度域における滞在時間(秒)を示す。
均熱後、下記表2に示すT1温度域における開始温度(℃)まで冷却し、この開始温度で保持した。即ち、下記表2のNo.19は、均熱後、420℃で450秒間保持してから室温まで保持することなく一気に冷却(平均冷却速度は5℃/秒)した例であり、下記表2に示したT2温度域における滞在時間は、T2温度域を通過するのに要した時間を示している。下記表2には、T1温度域における滞在時間(秒)とT2温度域における滞在時間(秒)を示す。
金属組織のうち、ポリゴナルフェライト、高温域生成ベイナイト、および低温域生成ベイナイト等(即ち、低温域生成ベイナイト+焼戻しマルテンサイト)の面積率は走査型電子顕微鏡(SEM)観察した結果に基づいて算出し、残留γの体積率は飽和磁化法で測定した。
供試材の圧延方向に平行な断面について、表面を研磨し、更に電解研磨した後、ナイタール腐食させて板厚の1/4位置をSEMで、倍率3000倍で5視野観察した。観察視野は約50μm×約50μmとした。
金属組織のうち、残留γの体積率は、飽和磁化法で測定した。具体的には、供試材の飽和磁化(I)と、400℃で15時間熱処理した標準試料の飽和磁化(Is)を測定し、下記式から残留γの体積率(Vγr)を求めた。飽和磁化の測定は、理研電子製の直流磁化B−H特性自動記録装置「model BHS−40」を用い、最大印加磁化を5000(Oe)として室温で測定した。
Vγr=(1−I/Is)×100
供試材の機械的特性は、引張強度(TS)、伸び(EL)、穴拡げ率(λ)、限界曲げ半径(R)、エリクセン値に基づいて評価した。
TS :590MPa以上、780MPa未満
EL :34%以上
λ :30%以上
R :0.5mm以下
エリクセン値:10.8mm以上
TS :780MPa以上、980MPa未満
EL :25%以上
λ :30%以上
R :1.0mm以下
エリクセン値:10.4mm以上
TS :980MPa以上、1180MPa未満
EL :19%以上
λ :20%以上
R :3.0mm以下
エリクセン値:10.0mm以上
TS :1180MPa以上、1270MPa未満
EL :15%以上
λ :20%以上
R :4.5mm以下
エリクセン値:9.6mm以上
Claims (10)
- 質量%で、
C :0.10〜0.3%、
Si:1.0〜3%、
Mn:1.0〜2.5%、
Al:0.005〜3%を含有し、且つ
P :0.1%以下、
S :0.05%以下を満足し、
残部が鉄および不可避不純物からなる鋼板であり、
該鋼板の金属組織は、ポリゴナルフェライト、ベイナイト、焼戻しマルテンサイト、および残留オーステナイトを含み、
(1)金属組織を走査型電子顕微鏡で観察したときに、
(1a)前記ポリゴナルフェライトの面積率aが金属組織全体に対して50%超であり、(1b)前記ベイナイトは、
隣接する残留オーステナイトおよび/または炭化物の平均間隔が1μm以上である高温域生成ベイナイトと、
隣接する残留オーステナイトおよび/または炭化物の平均間隔が1μm未満である低温域生成ベイナイトとの複合組織で構成されており、
前記高温域生成ベイナイトの面積率bが金属組織全体に対して5〜40%、
前記低温域生成ベイナイトと前記焼戻しマルテンサイトとの合計面積率cが金属組織全体に対して5〜40%を満足し、
(2)飽和磁化法で測定した前記残留オーステナイトの体積率が金属組織全体に対して5%以上
であることを特徴とする加工性に優れた高強度鋼板。 - 前記金属組織を光学顕微鏡で観察したときに、焼入れマルテンサイトおよび残留オーステナイトが複合したMA混合相が存在している場合には、MA混合相の全個数に対して、観察断面での円相当直径dが7μm超を満足するMA混合相の個数割合が15%未満(0%を含む)である請求項1に記載の高強度鋼板。
- 前記ポリゴナルフェライト粒の平均円相当直径Dが、10μm以下(0μmを含まない)である請求項1または2に記載の高強度鋼板。
- 前記鋼板は、更に他の元素として、
Cr:1%以下(0%を含まない)および/または
Mo:1%以下(0%を含まない)を含有する請求項1〜3のいずれかに記載の高強度鋼板。 - 前記鋼板は、更に他の元素として、
Ti:0.15%以下(0%を含まない)、
Nb:0.15%以下(0%を含まない)および
V :0.15%以下(0%を含まない)よりなる群から選択される1種以上の元素を含有する請求項1〜4のいずれかに記載の高強度鋼板。 - 前記鋼板は、更に他の元素として、
Cu:1%以下(0%を含まない)および/または
Ni:1%以下(0%を含まない)を含有する請求項1〜5のいずれかに記載の高強度鋼板。 - 前記鋼板は、更に他の元素として、
B:0.005%以下(0%を含まない)を含有する請求項1〜6のいずれかに記載の高強度鋼板。 - 前記鋼板は、更に他の元素として、
Ca:0.01%以下(0%を含まない)、
Mg:0.01%以下(0%を含まない)および
希土類元素:0.01%以下(0%を含まない)よりなる群から選択される1種以上の元素を含有する請求項1〜7のいずれかに記載の高強度鋼板。 - 前記鋼板の表面に、溶融亜鉛めっき層または合金化溶融亜鉛めっき層を有している請求項1〜8のいずれかに記載の高強度鋼板。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の高強度鋼板を製造する方法であって、
Ac1点+20℃以上、Ac3点+20℃以下の温度域に加熱する工程と、
該温度域で50秒間以上保持する工程と、
下記式(1)を満たす任意の温度Tまで平均冷却速度2〜50℃/秒で冷却する工程と、下記式(1)を満たす温度域で10〜100秒間保持する工程と、
下記式(2)を満たす温度域で200秒間以上保持する工程と、
をこの順で含むことを特徴とする加工性に優れた高強度鋼板の製造方法。
400℃≦T1(℃)≦540℃ ・・・(1)
200℃≦T2(℃)<400℃ ・・・(2)
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