JP2015200012A - 延性、伸びフランジ性、および溶接性に優れた高強度冷延鋼板、高強度溶融亜鉛めっき鋼板、および高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板 - Google Patents
延性、伸びフランジ性、および溶接性に優れた高強度冷延鋼板、高強度溶融亜鉛めっき鋼板、および高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板 Download PDFInfo
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Abstract
Description
本発明の鋼板の板厚をtとしたとき、最表層部から1/4の部位における金属組織は、所望とする強度(引張強度および0.2%耐力)および加工性(延性および伸びフランジ性)を両立するために重要である。
焼戻しマルテンサイトは強度の確保に重要な組織である。焼戻しマルテンサイトが、30面積%未満であると引張強度または0.2%耐力が低下する。このような効果を発揮させるために、焼戻しマルテンサイトの面積率の下限は、30面積%以上とする。好ましくは33面積%以上、より好ましくは35面積%以上である。しかし、焼戻しマルテンサイトの面積率が大きくなりすぎると、相対的にベイナイトの面積率が減少し、延性、伸びフランジ性が低下する場合がある。そのため、上限は、好ましくは85面積%以下、より好ましくは75面積%以下である。
ベイナイトは焼戻しマルテンサイトより延性に優れる組織であり、延性、更には伸びフランジ性の向上に寄与する。ベイナイトが、15面積%未満であると延性が低下する。そのために、ベイナイトの下限を15面積%以上とする。好ましくは20面積%以上、より好ましくは25面積%以上である。しかし、ベイナイトの面積率が大きくなりすぎると、相対的に焼戻しマルテンサイトの面積率が減少し、引張強度または0.2%耐力が低下する。そのため、上限は70面積%以下とする。好ましくは67面積%以下、より好ましくは65面積%以下である。
焼戻しマルテンサイトとベイナイトの合計が90面積%未満であると、引張強度、0.2%耐力、および伸びフランジ性が低下する。そのために、焼戻しマルテンサイトとベイナイトの合計面積率の下限を90面積%以上とする。好ましくは95面積%以上、より好ましくは99面積%以上であり、最も好ましくは100面積%である。
フェライトは、伸びフランジ性を低下させる組織である。詳細には、フェライトの面積率が大きくなると、ミクロ組織間の硬度差変動部が大きくなり、打ち抜き加工時のミクロクラックが発生しやすくなり、伸びフランジ性が低下する。そのため、フェライトの面積率の上限を、5面積%以下とする。好ましくは3面積%以下、より好ましくは1面積%以下とする。最も好ましくは0面積%である。
残留オーステナイトは、伸びフランジ性を低下させる組織である。詳細には、残留オーステナイトは、穴広げ試験での打ち抜き加工をした際に、硬質なマルテンサイトに変態して、その結果、組織間の硬度差が増加し、ミクロクラックが発生しやすくなり伸びフランジ性が低下する。更に、残留オーステナイトの面積率が大きくなると、引張強度および0.2%耐力も低下する。そのため、残留オーステナイトの面積率の上限を4面積%以下とする。好ましくは2面積%以下、より好ましくは1面積%以下とする。最も好ましくは0面積%である。
更に、鋼板の最表層部から板厚方向20μmの表層部位(以下では、単に表層部と呼ぶ場合がある。)における鋼板内部の金属組織は、上記特性に加えて更に曲げ加工性を向上させるために重要である。
曲げ変形時の表層の最大引張歪発生部である表層部の組織について、延性の高いフェライトの面積率を多くすることで、表層部の局部伸び、即ちくびれを抑制でき、曲げ加工性を向上することができる。このような効果を有効に発揮させるために、フェライトの面積率の下限は、好ましくは80面積%以上、より好ましくは85面積%以上、更に好ましくは90面積%以上である。最も好ましくは100面積%である。
マルテンサイトとベイナイトの合計面積率が大きくなると、フェライトの面積率が小さくなり、曲げ加工性が低下する。そのため上限は、好ましくは20面積%以下、より好ましくは15面積%以下、更に好ましくは10面積%以下とする。最も好ましくは0面積%である。
Cは、鋼板の強度を確保するために必要な元素であり、C量が不足すると、引張強度、および0.2%耐力が低下する。そのためにC量の下限を0.07%以上とする。C量の下限は、好ましくは0.08%以上である。しかし、C量が過剰になると溶接性の指標である十字引張強度(CTS)が低下するため、C量の上限を0.15%以下とする。C量の上限は、好ましくは0.13%以下である。
Siは固溶強化元素として知られており、延性の低下を抑えつつ、引張強度を向上させることに有効に作用する元素である。更に、曲げ加工性を向上させる元素でもある。このような効果を有効に発揮させるために、Si量の下限を1.1%以上とする。Si量の下限は、好ましくは1.2%以上である。しかし、過剰に添加しても上記効果が飽和し、無駄であるため、Si量の上限を1.6%以下とする。Si量の上限は、好ましくは1.55%以下である。
Mnは焼入れ性を向上させて鋼板の高強度化に寄与する元素である。このような効果を有効に発揮させるために、Mn量の下限を2.0%以上とする。Mn量の下限は、好ましくは2.1%以上とする。しかしながら、Mn量が過剰になると、加工性が劣化することがある。一方、Mn量を低減させることにより伸びフランジ性(λ)を向上させることができる。そのため、Mn量の上限を2.8%以下とする。Mn量の上限は、好ましくは2.6%以下である。
Pは不可避的に含有する元素であり、粒界に偏析して粒界脆化を助長する元素であり、穴広げ性を劣化させるため、P量はできるだけ低減することが推奨される。そのため、P量の上限は、0.015%以下とする。P量の上限は、好ましくは0.013%以下である。なお、Pは鋼中に不可避的に含まれる不純物であり、その量を0%にすることは工業生産上不可能である。
SもPと同様に不可避的に含有する元素であり、介在物を生成し、加工性を劣化させるため、S量はできるだけ低減することが推奨される。そのため、S量の上限は、0.005%以下とする。S量の上限は、好ましくは0.003%以下、より好ましくは0.002%以下である。なお、Sは鋼中に不可避的に含まれる不純物であり、その量を0%にすることは工業生産上不可能である。
Alは脱酸剤として作用する元素である。こうした作用を有効に発揮させるには、Al量の下限を0.015%以上とする。Al量の下限は、好ましくは0.025%以上である。しかしながら、Al量が過剰になると鋼板中にアルミナなどの介在物が多く生成し、加工性を劣化させることがあるため、Al量の上限を0.06%以下とする。Al量の上限は、好ましくは0.050%以下である。
Tiは、炭化物や窒化物を形成して強度を向上させる元素である。また、Bの焼入れ性を有効に活用するための元素でもある。詳細には、Ti窒化物形成により鋼中Nを低減し、B窒化物の形成を抑制し、Bが固溶状態となり、有効に焼入れ性を発揮できる。このように、Tiは焼入れ性を向上させることにより、鋼板の高強度化に寄与する。このような効果を有効に発揮させるために、Ti量の下限を、0.010%以上とする。Ti量の下限は、好ましくは0.015%以上である。しかしながら、Ti量が過剰になると、Ti炭化物やTi窒化物が過剰となり、延性、伸びフランジ性、および曲げ加工性を劣化させるため、Ti量の上限を0.03%以下とする。Ti量の上限は、好ましくは0.025%以下である。
Bは焼入れ性を向上させて鋼板の高強度化に寄与する元素である。このような効果を有効に発揮させるために、B量の下限を0.0010%以上とする。B量の下限は、好ましくは0.0020%以上である。しかし、B量が過剰になると、その効果が飽和し、コストが増加するだけであるため、B量の上限を0.004%以下とする。B量の上限は、好ましくは0.0035%以下である。
Cu、Ni、Cr、Mo、V、およびNbはいずれも強度向上に有効な元素である。これらの元素は、夫々単独でまたは適宜組み合わせて含有させても良い。
Cuは、更に鋼板の耐食性向上に有効な元素であり、必要に応じて添加しても良い。このような効果を有効に発揮させるために、Cu量の下限を、好ましくは0.03%以上、より好ましくは0.05%以上とする。しかし、Cu量が過剰になると、その効果が飽和し、コストが増加するだけである。そのため、Cu量の上限は、好ましくは0.3%以下、より好ましくは0.2%以下である。
Niは、更に鋼板の耐食性向上に有効な元素であり、必要に応じて添加しても良い。このような効果を有効に発揮させるために、Ni量の下限を、好ましくは0.03%以上、より好ましくは0.05%以上とする。しかしながら、Ni量が過剰になると、その効果が飽和し、コストが増加するだけである。そのため、Ni量の上限は、好ましくは0.3%以下、より好ましくは0.2%以下である。
Crは、更に高温域からの冷却中に生成するフェライトを抑制する元素であり、必要に応じて添加しても良い。このような効果を有効に発揮させるために、Cr量の下限を、好ましくは0.03%以上、より好ましくは0.05%以上とする。しかしながら、Cr量が過剰になると、その効果が飽和し、コストが増加するだけである。そのため、Cr量の上限は、好ましくは0.3%以下、より好ましくは0.2%以下である。
Moは、更に高温域からの冷却中に生成するフェライトを抑制する元素であり、必要に応じて添加しても良い。このような効果を有効に発揮させるために、Mo量の下限を、好ましくは0.03%以上、より好ましくは0.05%以上とする。しかしながら、Mo量が過剰になると、その効果が飽和し、コストが増加するだけである。そのため、Mo量の上限は、好ましくは0.3%以下、より好ましくは0.2%以下である。
Vは、更に組織を微細化して強度と靭性を向上させる元素であり、必要に応じて添加しても良い。このような効果を有効に発揮させるために、V量の下限は、好ましくは0.03%以上、より好ましくは0.05%以上である。しかしながら、V量が過剰になると、その効果が飽和し、コストが増加するだけである。そのため、V量の上限は、好ましくは0.3%以下、より好ましくは0.2%以下である。
Nbは、更に組織を微細化して強度と靭性を向上させる元素であり、必要に応じて添加しても良い。このような効果を有効に発揮させるために、Nb量の下限を、好ましくは0.003%以上、より好ましくは0.005%以上とする。しかしながら、Nb量が過剰になると、加工性を劣化させる。そのため、Nb量の上限は、好ましくは0.03%以下、より好ましくは0.02%以下である。
Caは、鋼中の硫化物を球状化し、伸びフランジ性を高めることに有効な元素である。このような効果を有効に発揮させるために、Ca量の下限を、好ましくは、0.0005%以上、より好ましくは0.001%以上とする。しかしながら、Ca量が過剰になると、その効果が飽和し、コストが増加するだけである。そのため、Ca量の上限は、好ましくは0.005%以下、より好ましくは0.003%以下である。
熱間圧延後の巻取り温度CTが、660℃未満になると、熱延板の表層が脱炭するか、もしくは、表層の固溶Mn、Crの減少により、焼鈍板の表層にも元素濃度分布が形成され、表層のフェライトが増加し、曲げ加工性が改善する。そのため、CTの下限を、好ましくは660℃以上、より好ましくは670℃以上とする。一方、CTが、高くなりすぎるとスケール除去のための酸洗性が劣化する。そのため、CTの上限は、好ましくは800℃以下、より好ましくは750℃以下である。
熱延鋼板は、スケール除去のために酸洗を施し、冷間圧延に供する。冷間圧延の冷延率が20%未満になると、所定厚さの鋼板を得るために熱間圧延工程で板厚を薄くしなければならず、熱間圧延工程で薄くすると鋼板長さが長くなるため、酸洗に時間がかかり、生産性が低下する。そのため、冷延率の下限を、好ましくは20%以上、より好ましくは25%以上とする。一方、冷延率が60%を超えると、高い冷間圧延機の能力が必要となる。そのため、冷延率の上限は、好ましくは60%以下、より好ましくは55%以下、更に好ましくは50%以下である。
上記冷間圧延後の焼鈍時の平均加熱速度が1℃/s未満となると、生産性が悪化する。そのため、上記平均加熱速度の下限を、好ましくは1℃/s以上、より好ましくは3℃/s以上、更に好ましくは5℃/s以上とする。一方、上記平均加熱速度が20℃/sを超えると、鋼板温度が制御し難くなり、設備コストも増加する。そのため、上記平均加熱速度の上限は、好ましくは20℃/s以下、より好ましくは18℃/s以下、更に好ましくは15℃/s以下である。
上記冷間圧延後の焼鈍時の均熱温度T1がAc3点+25℃未満になると、ベイナイトまたはフェライトが増加し、0.2%耐力の確保が難くなる。そのため、T1の下限は、Ac3点+25℃以上、好ましくはAc3点+35℃以上とする。一方、上記T1がAc3点+70℃を超えると、ベイナイトが減少し、伸びや伸びフランジ性が劣化する。そのため、T1の上限は、Ac3点+70℃以下、好ましくはAc3点+60℃以下である。
Ac3=910−203√(%C)−15.2(%Ni)+44.7(%Si)+104(%V)+31.5(%Mo)+13.1(%W)−30(%Mn)−11(%Cr)−20(%Cu)+700(%P)+400(%Al)+120(%As)+400(%Ti)
上記均熱温度T1での均熱時間が1s未満となると、上記均熱の効果が十分に発揮できない。そのため、上記均熱時間の下限は、好ましくは1s以上、より好ましくは10s以上とする。一方、上記均熱時間が100sを超えると、生産性が悪化する。そのため、上記均熱時間の上限は、好ましくは100s以下、より好ましくは80s以下である。
[冷却停止保持温度T2:460℃以上550℃以下]
まず、均熱温度T1から、冷却停止温度(460℃以上550℃以下)まで冷却した後、当該冷却停止温度にて所定時間(後記するt2)保持する。本明細書では、冷却停止温度にて保持するため、冷却停止温度と保持温度をまとめて冷却停止保持温度T2と呼ぶ場合がある。冷却停止保持温度T2が、460℃未満になると、残留オーステナイトが増加し、伸びフランジ性が劣化する。そのため、T2の下限は、460℃以上、好ましくは480℃以上とする。一方、550℃を超えると、ベイナイトが減少し、加工性が劣化する。そのため、T2の上限は、550℃以下、好ましくは520℃以下である。
上記均熱温度から上記冷却停止保持温度T2までの平均冷却速度が、1℃/s未満になると、生産性が悪化する。そのため、上記平均冷却速度の下限は、好ましくは1℃/s以上、より好ましくは5℃/s以上とする。一方、上記平均冷却速度が50℃/sを超えると、鋼板温度を制御し難くなり、設備コストが増加する。そのため、上記平均冷却速度の上限は、好ましくは50℃/s以下、より好ましくは40℃/s以下、更に好ましくは30℃/s以下である。
冷却停止保持温度T2での保持時間をt2としたとき、上記t2が20s未満になると、ベイナイトが減少し、加工性が劣化する。そのため、t2の下限は、20s以上、好ましくは25s以上とする。一方、上記t2が100sを超えると、焼戻しマルテンサイトが減少し、強度が達成し難くなる。そのため、t2の上限は、100s以下、好ましくは80s以下である。
[平均冷却速度:好ましくは1℃/s以上20℃/s以下]
次に、冷却停止保持温度T2から室温まで冷却する。この2次冷却工程における平均冷却速度が1℃/s未満になると、生産性が劣化する。そのため、2次冷却工程における平均冷却速度の下限は、好ましくは1℃/s以上、より好ましくは3℃/s以上とする。一方、上記平均冷却速度が20℃/sを超えると、設備コストが増加する。そのため、上記平均冷却速度の上限は、好ましくは20℃/s以下、より好ましくは15℃/s以下、更に好ましくは10℃/s以下である。
本実施例では、鋼板のt/4部に存在するマルテンサイト、ベイナイト、フェライト、残留オーステナイトの分率、および鋼板の最表層部から20μm位置(表層部)に存在するマルテンサイト、ベイナイト、フェライトの分率を以下のようにして測定した。本実施例の製造方法によれば、各領域において、上記以外の組織が存在する可能性は極めて低いため、上記以外の組織は測定していない。そこで、鋼板のt/4部ではマルテンサイト、ベイナイト、フェライト、残留オーステナイトの合計が100面積%、鋼板の表層部ではマルテンサイト、ベイナイト、フェライトの合計が100面積%になるように算出した。
IQ(F)=0.91×(IQmax−IQmin)+IQmin・・・(1)
式中、IQminはIQ全データの最小値、IQmaxはIQ全データの最大値をそれぞれ意味する。
(IQ(F)−IQmin)/(IQmax−IQmin)×100≧91・・・(1A)
引張強度(TS)、0.2%耐力(YS)、および延性の指標として伸び(El)については、上記冷延鋼板の圧延方向と垂直方向が試験片の長手となるように、JIS5号試験片(標点距離50mm、平行部幅25mm)を採取し、JIS Z 2241に従って試験した。以下では伸び(El)を延性(El)と記載する。更に、伸びフランジ性(λ)については、上記冷延鋼板から2mm×90mm×90mmの試験片を採取し、JIS Z 2256に従って試験した。
溶接性の評価として、JIS Z 3137に従って、上記冷延鋼板から試験片を採取し、同じ鋼板同士をスポット溶接し、十字引張強度(CTS)を測定した。詳細には、電極として先端径8mmφのドームラジアス型Cu−Cr電極を用い、溶接時間は20サイクル/60Hz、加圧力は400kgfとし、電流値を変化させて溶接径(JIS Z 3137参照)6mmとなる条件のCTSを測定した。
曲げ加工性(R/t)は、圧延方向と垂直方向が試験片の長手となるように、上記冷延鋼板から2mm×40mm×100mmの試験片を採取し、JIS Z 2248のVブロック法に従って試験を行い、割れや亀裂が発生しない最小曲げ半径Rを測定した。なお、曲げ方向は試験片長手方向である。曲げ試験により判明したRを公称板厚2mmで割った値をR/tとした。
(ii)一方、引張強度が1180MPa以上1370MPa以下、且つ、0.2%耐力が700MPa以上の鋼板については、延性(El)は、11%以上、伸びフランジ性(λ)については、20%以上を合格とした。曲げ加工性(R/t)については、2.5以下を良好とした。溶接性は、CTSが20000N以上を合格とした。各領域において、El、λ、CTSは高いほどよく、R/tは小さいほど良い。これらの結果を表4および表5に示す。
Claims (6)
- 質量%で、
C :0.07〜0.15%、
Si:1.1〜1.6%、
Mn:2.0〜2.8%、
P :0%超0.015%以下、
S :0%超0.005%以下、
Al:0.015〜0.06%、
Ti:0.010〜0.03%、および
B :0.0010〜0.004%
を含有し、残部が鉄および不可避不純物であって、
鋼板の板厚の1/4位置において下記金属組織の面積率が、
焼戻しマルテンサイト:30面積%以上、
ベイナイト:15面積%以上70面積%以下、
焼戻しマルテンサイトとベイナイトの合計:90面積%以上、
フェライト:0面積%以上5面積%以下、および
残留オーステナイト:0面積%以上4面積%以下を満足する引張強度が980MPa以上、且つ、0.2%耐力が700MPa以上の高強度冷延鋼板。 - 更に、
Cu:0%超0.3%以下、
Ni:0%超0.3%以下、
Cr:0%超0.3%以下、
Mo:0%超0.3%以下、
V :0%超0.3%以下、および
Nb:0%超0.03%以下よりなる群から選ばれる1種以上を含有するものである請求項1に記載の高強度冷延鋼板。 - 更に、Ca:0%超0.005%以下を含有するものである請求項1または2に記載の高強度冷延鋼板。
- 前記鋼板の最表層部から板厚方向20μmの表層部位において下記金属組織の面積率が、
フェライト:80面積%以上、および
マルテンサイトとベイナイトの合計面積率:0面積%以上20面積%以下を満足する請求項1〜3のいずれかに記載の高強度冷延鋼板。 - 請求項1〜4のいずれかに記載の高強度冷延鋼板の表面に亜鉛めっき層を有する高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の高強度冷延鋼板の表面に合金化亜鉛めっき層を有する高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
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