JP2016089235A - 冷延鋼板用または溶融亜鉛めっき鋼板用熱延鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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- Heat Treatment Of Sheet Steel (AREA)
Abstract
【解決手段】質量%でC:0.05%以上0.51%以下、Si:3.0%以下、Mn:0.5%以上6.0%以下を含有し、板状または針状のフェライトと、炭化物、パーライト、島状マルテンサイト、および残留オーステナイトの内から選ばれた1種または2種以上が隣接した組織を、面積率で25%以上有し、その他の組織として、ポリゴナルフェライトを面積率で75%以下、マルテンサイトを面積率で50%以下、ベイナイトを面積率で50%以下を含むことを特徴とする冷延鋼板用または溶融亜鉛めっき鋼板用熱延鋼板。
【選択図】なし
Description
特許文献1に記載される成分組成では、鋼板に歪みを付与した際に、高歪域でのTRIP効果を発現する安定した残留オーステナイトの量を確保することが困難であり、曲げ性は得られるものの、塑性不安定が生じるまでの延性が低く、張り出し性などの加工性が劣る。特許文献2に記載の鋼板は、耐衝撃性を向上させることを主目的としており、硬さがHV250以下のベイナイトを主相とし、具体的にはこれを90%超で含む組織であるため、引張強さ(TS)を980MPa以上とすることは難しい。特許文献3、4に記載される技術では、所望の特性は得られるものの、焼鈍工程を2回以上繰り返す必要があるため、製造コストの大幅な増加を引き起こす。
C:0.05%以上0.51%以下、
Si:3.0%以下、
Mn:0.5%以上6.0%以下、
P:0.1%以下、
S:0.07%以下、
Al:3.0%以下および
N:0.010%以下
を含有し、残部はFeおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、
熱延鋼板組織が、
板状または針状のフェライトを含み、
さらに、炭化物、パーライト、島状マルテンサイト、および残留オーステナイトの内から選ばれた1種または2種以上を含み、
前記板状または針状のフェライトと、前記炭化物、パーライト、島状マルテンサイト、および残留オーステナイトの内から選ばれた1種または2種以上が隣接した組織を、面積率で25%以上(100%を含む)有し、
その他の組織として、
ポリゴナルフェライトを面積率で75%以下(0%を含む)、
マルテンサイトを面積率で50%以下(0%を含む)、
ベイナイトを面積率で50%以下(0%を含む)
を含むことを特徴とする冷延鋼板用または溶融亜鉛めっき鋼板用熱延鋼板。
板状または針状のフェライト中の平均Mn含有量MnX(質量%)と、炭化物、パーライト、島状マルテンサイト、および残留オーステナイト中の平均Mn含有量MnY(質量%)が下記(1)式を満たすことを特徴とする前記[1]または[2]のいずれか1項に記載の冷延鋼板用または溶融亜鉛めっき鋼板用熱延鋼板。
MnY/MnX≧1.1・・・・・(1)
[4]前記熱延鋼板が、さらに、質量%で、
Cr:0.05%以上5.0%以下、
V:0.005%以上1.0%以下および
Mo:0.005%以上0.5%以下
のうちから選んだ1種または2種以上を含有することを特徴とする前記[1]乃至[3]のいずれか1項に記載の冷延鋼板用または溶融亜鉛めっき鋼板用熱延鋼板。
Ti:0.01%以上0.1%以下および
Nb:0.01%以上0.1%以下
のうちから選んだ1種または2種を含有することを特徴とする前記[1]乃至[4]のいずれか1項に記載の冷延鋼板用または溶融亜鉛めっき鋼板用熱延鋼板。
B:0.0003%以上0.0050%以下
を含有することを特徴とする前記[1]乃至[5]のいずれか1項に記載の冷延鋼板用または溶融亜鉛めっき鋼板用熱延鋼板。
Ni:0.05%以上2.0%以下および
Cu:0.05%以上2.0%以下
のうちから選んだ1種または2種を含有することを特徴とする前記[1]乃至[6]のいずれか1項に記載の冷延鋼板用または溶融亜鉛めっき鋼板用熱延鋼板。
Ca:0.001%以上0.005%以下および
REM:0.001%以上0.005%以下
のうちから選んだ1種または2種を含有することを特徴とする前記[1]乃至[7]のいずれか1項に記載の冷延鋼板用または溶融亜鉛めっき鋼板用熱延鋼板。
仕上げ圧延出側温度820℃以上で熱間圧延し、
仕上げ圧延出側温度から730℃までの温度域を平均冷却速度15℃/s以上で冷却し、
その後、730℃から巻取り温度までを平均冷却速度1〜50℃/sで冷却し、
巻取り温度を500℃以上として巻き取ることを特徴とする冷延鋼板用または溶融亜鉛めっき鋼板用熱延鋼板の製造方法。
板状または針状のフェライトと、炭化物、パーライト、島状マルテンサイト、および残留オーステナイトの内から選ばれた1種または2種以上が隣接した組織の面積率:25%以上(100%を含む)
本発明の熱延鋼板を用いて製造される冷延鋼板または溶融亜鉛めっき鋼板の特性を所望の特性とする上で、本発明の熱延鋼板が有する、板状または針状のフェライトと、炭化物、パーライト、島状マルテンサイト、および残留オーステナイトの内から選ばれた1種または2種以上が隣接した組織は、最も重要な組織である。本発明の熱延鋼板を用いて製造される高強度冷延鋼板または高強度溶融亜鉛めっき鋼板において、優れた加工性を得るには、このような高強度冷延鋼板や高強度溶融亜鉛めっき鋼板の組織が、板状または針状のフェライトと、残留オーステナイトを含む硬質組織が層状に配置された組織であること、該残留オーステナイト中にMnが濃化していることが好ましい。なお、ここで硬質組織とは、残留オーステナイト、マルテンサイト、炭化物、パーライトのことである。この組織を冷間圧延後に1回の連続焼鈍で得るためには、冷間圧延に供する素材である熱延鋼板の鋼組織において、板状または針状のフェライトと、炭化物、パーライト、島状マルテンサイト、および残留オーステナイトの内から選ばれた1種または2種以上が隣接した状態であることが必要である。冷間圧延に供する熱延鋼板を、このような鋼組織を有する熱延鋼板とすることで、冷間圧延後にフェライトの間に層状に炭化物、パーライト、島状マルテンサイト、および残留オーステナイトの内から選ばれた1種または2種以上からなる組織が存在した状態を実現でき、その後、1回の連続焼鈍で、所望の組織、すなわち、フェライトの間に層状に残留オーステナイトを含む硬質組織が存在した状態を実現できる。
次に、上記した板状または針状のフェライトと、前記炭化物、パーライト、島状マルテンサイト、および残留オーステナイトの内から選ばれた1種または2種以上が隣接した鋼組織以外の組織について、説明する。
ポリゴナルフェライトの面積率が75%を超えると、熱延鋼板を用いて製造される冷延鋼板や溶融亜鉛めっき鋼板において、十分な強度を確保することが困難となる。このため、ポリゴナルフェライトの面積率は75%以下とする。なお、冷延鋼板や溶融亜鉛めっき鋼板において980MPa以上の引張強度が必要な場合には、ポリゴナルフェライトの面積率は50%以下であることが好ましい。なお、ポリゴナルフェライトの面積率は0%であってもよい。なお、本発明におけるポリゴナルフェライトとは、結晶粒のアスペクト比が3未満のフェライトのことである。
マルテンサイトは最も硬質な組織であり、鋼板を高強度化するためには有効な組織であるが、前記した板状または針状のフェライトと隣接する島状マルテンサイト以外のマルテンサイトは、後の冷間圧延後の焼鈍時に、フェライトの間に層状に硬質な組織が存在した状態を実現できない。このため、前記した島状マルテンサイトを除くマルテンサイトの量が多すぎると、冷延鋼板や溶融亜鉛めっき鋼板の加工性の向上が制限される。従って、前記した島状マルテンサイト以外のマルテンサイトの面積率は、50%以下とする。好ましくは、前記した島状マルテンサイト以外のマルテンサイトの面積率は35%以下、さらに好ましくは15%以下であり、0%であってもよい。
ベイナイトの面積率が50%以下(0%を含む)
ベイナイトもマルテンサイトと同様に鋼板を高強度化するためには有効な組織であるが、後の冷間圧延後の焼鈍時に、フェライトの間に層状に硬質な組織が存在した状態を実現できないため、その量が多すぎると冷延鋼板や溶融亜鉛めっき鋼板の加工性の向上が制限される。従って、ベイナイトの面積率は、50%以下とする。なお、好ましくはベイナイトの面積率は35%以下、さらに好ましくは15%以下であり、0%であってもよい。
Cは鋼板の高強度化ならびに加工性を向上させるための板状または針状のフェライトと炭化物、パーライト、島状マルテンサイトもしくは残留オーステナイトが隣接した組織を得るために必要不可欠な元素である。C量が0.05%未満では、本発明の熱延鋼板を用いて製造される冷延鋼板や溶融亜鉛めっき鋼板の強度と加工性を確保することが難しい。一方、C量が0.51%を超えると、溶接部および熱影響部の硬化が著しく溶接性が劣化する。従って、C量は0.05%以上0.51%以下の範囲とする。好ましくは、0.10%を超え0.48%以下の範囲であり、さらに好ましくは0.35%以下である。
Siは、固溶強化により鋼の強度向上に寄与する有用な元素である。しかしながら、Si量が3.0%を超えると、ポリゴナルフェライト中への固溶量の増加による加工性、靭性の劣化を招き、また、赤スケール等の発生による表面性状の劣化や、冷間圧延後に溶融亜鉛めっきを施す場合には、めっき付着性および密着性の劣化を引き起こす。従って、Si量は3.0%以下とする。好ましくは2.6%以下である。さらに好ましくは、2.2%以下である。また、Siは、炭化物の生成を抑制し、残留オーステナイトの生成を促進するのに有用な元素であることから、Si量は0.5%以上とすることが好ましいが、炭化物の生成をAlのみで抑制する場合には、Siは添加する必要はなく、Si量は0%であっても良い。
Mnは、鋼の強化に有効な元素である。Mn量が0.5%未満では、焼鈍後の冷却中にベイナイトやマルテンサイトが生成する温度よりも高い温度域で炭化物が析出するため、冷延鋼板や溶融亜鉛めっき鋼板において、鋼の強化に寄与する硬質相の量を確保することができない。このため、Mn量は0.5%以上とし、より好ましくは1.5%以上とする。一方、Mn量が6.0%を超えると、鋳造性の劣化などを引き起こす。このため、Mn量は6.0%以下とする。好ましくはMn量は5.2%以下であり、より好ましくは4.7%以下である。従って、Mn量は0.5%以上6.0%以下の範囲とする。好ましくは1.5%以上5.2%以下の範囲とする。
Pは、鋼の強化に有用な元素であるが、P量が0.1%を超えると、粒界偏析により脆化することにより耐衝撃性を劣化させ、鋼板に合金化溶融亜鉛めっきを施す場合には、合金化速度を大幅に遅延させる。従って、P量は0.1%以下とする。好ましくは0.05%以下である。なお、P量は、低減することが好ましいが、0.005%未満とするには大幅なコスト増加を引き起こすため、その下限は0.005%程度とすることが好ましい。
Sは、MnSを生成して介在物となり、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ため、S量を極力低減することが好ましい。しかしながら、S量を過度に低減することは、製造コストの増加を招くため、S量は0.07%以下とする。好ましくは0.05%以下であり、より好ましくは0.02%以下である。なお、Sは0.0005%未満とするには大きな製造コストの増加を伴うため、製造コストの点からはその下限は0.0005%程度である。
Alは、鋼の強化に有用な元素であるとともに、製鋼工程で脱酸剤として添加される有用な元素である。Al量が3.0%を超えると、鋼板中の介在物が多くなり延性を劣化させる。従って、Al量は3.0%以下とする。好ましくは、2.0%以下である。また、Alは、炭化物の生成を抑制し、残留オーステナイトの生成を促進するのに有用な元素であり、また、脱酸効果を得るために、Al量は0.001%以上とすることが好ましく、より好ましくは0.005%以上である。なお、本発明におけるAl量は、脱酸後に鋼板中に含有するAl量とする。
Nは、鋼の耐時効性を最も大きく劣化させる元素であり、極力低減することが好ましい。N量が0.010%を超えると耐時効性の劣化が顕著となるため、N量は0.010%以下とする。なお、Nを0.001%未満とするには大きな製造コストの増加を招くため、製造コストの点からは、その下限は0.001%程度である。
Cr、VおよびMoは焼鈍温度からの冷却時にパーライトの生成を抑制する作用を有する元素である。その効果は、Cr:0.05%以上、V:0.005%以上およびMo:0.005%以上で得られる。一方、Cr:5.0%、V:1.0%およびMo:0.5%を超えると、硬質なマルテンサイトの量が過大となり、必要以上に高強度となり、加工性が低下する。従って、Cr、VおよびMoを含有させる場合には、Cr:0.05%以上5.0%以下、V:0.005%以上1.0%以下およびMo:0.005%以上0.5%以下の範囲とする。
TiおよびNbは鋼の析出強化に有用で、その効果は、それぞれの含有量が0.01%以上で得られる。一方、それぞれの含有量が0.1%を超えると、加工性が低下する。従って、Ti、Nbを含有させる場合は、Ti:0.01%以上0.1%以下、Nb:0.01%以上0.1%以下の範囲とする。
Bはオーステナイト粒界からフェライトが生成・成長することを抑制するのに有用な元素である。その効果は0.0003%以上の含有で得られる。一方、含有量が0.0050%を超えると、加工性が低下する。従って、Bを含有させる場合は、B:0.0003%以上0.0050%以下の範囲とする。
NiおよびCuは鋼の強化に有効な元素である。また、鋼板に溶融亜鉛めっきまたは合金化溶融亜鉛めっきを施す場合には、鋼板表層部の内部酸化を促進してめっき密着性を向上させる。これらの効果は、それぞれの含有量が0.05%以上で得られる。一方、それぞれの含有量が2.0%を超えると、鋼板の加工性を低下させる。従って、Ni、Cuを含有させる場合には、Ni:0.05%以上2.0%以下、Cu:0.05%以上2.0%以下の範囲とする。
CaおよびREMは、硫化物の形状を球状化し、伸びフランジ性への硫化物の悪影響を改善するために有用である。その効果は、それぞれの含有量が0.001%以上で得られる。一方、それぞれの含有量が0.005%を超えると、介在物等の増加を招き、表面欠陥および内部欠陥などを引き起こす。従って、CaおよびREMを含有させる場合には、Ca:0.001%以上0.005%以下およびREM:0.001%以上0.005%以下の範囲とする。
本発明の熱延鋼板である冷延鋼板用または溶融亜鉛めっき鋼板用熱延鋼板は、上述した成分組成を有する鋼スラブを、仕上げ圧延出側温度820℃以上で熱間圧延し、仕上げ圧延出側温度から730℃までの温度域を平均冷却速度15℃/s以上で冷却し、その後、730℃から巻取り温度までを平均冷却速度1〜50℃/sで冷却し、巻取り温度を500℃以上として巻き取ることにより製造することができる。
熱間圧延の条件について、以下に説明する。
熱間圧延の仕上げ圧延出側温度が820℃未満になると、熱延鋼板組織において、フェライトが圧延方向に伸張した組織となり、焼鈍後の鋼板(以下、焼鈍板ともいう)の延性および材質安定性が低下する場合がある。そのため、熱間圧延の仕上げ圧延出側温度は820℃以上とする。好ましくは、850℃以上である。
仕上げ圧延出側温度から730℃までの平均冷却速度が15℃/s未満になると、ポリゴナルフェライト変態が過剰に進行し、所望の板状または針状のフェライトと、炭化物、パーライト、島状マルテンサイト、および残留オーステナイトの内から選ばれた1種または2種以上が隣接した組織の面積率が得られず、焼鈍板の特性確保が困難となる。したがって、仕上げ圧延出側温度から730℃までの平均冷却速度は15℃/s以上とする。なお、上限は特にないが、急冷を精度よく行うためには特別な設備が必要であるため、仕上げ圧延出側温度から730℃までの平均冷却速度は200℃/s以下とすることが好ましい。
上記一次冷却後、730℃から巻取り温度までの平均冷却速度が1℃/s未満になると、ポリゴナルフェライト変態が過剰に進行し、所望の板状または針状のフェライトと、炭化物、パーライト、島状マルテンサイト、および残留オーステナイトの内から選ばれた1種または2種以上が隣接した組織(第二相組織)の面積率が得られず、焼鈍板の特性確保が困難となる。また、上記一次冷却後、巻取り温度までの平均冷却速度が50℃/sを超える場合、この温度域での第二相組織内での変態が十分に進まず、所望の第二相組織(板状または針状のフェライトと、炭化物、パーライト、島状マルテンサイト、および残留オーステナイトが隣接した組織)の面積率が得られない。このため、730℃から巻取り温度までの平均冷却速度は1〜50℃/sとする。好ましい平均冷却速度は1〜30℃/sである。
巻取り温度が500℃未満になると、この温度域での第二相組織内での変態が十分に進まず、所望の第二相組織(板状または針状のフェライトと炭化物、パーライト、島状マルテンサイトもしくは残留オーステナイトが隣接した組織)の面積率が得られない場合や、所望の第二相組織内でのMnの分配が十分に進まない場合がある。このため、巻取り温度は500℃以上とする。好ましくは600℃以上である。なお、表面品質の劣化を抑制するため、巻取り温度は720℃以下とすることが好ましい。
熱延鋼板の圧延方向に平行な板厚断面を研磨後、3vol.%ナイタールで腐食し、板厚1/4位置(鋼板表面から深さ方向で板厚の1/4に相当する位置)について、SEM(走査電子顕微鏡)を用いて2000倍もしくは3000倍の倍率で10視野観察し、得られた組織画像から各構成組織の分率を求めて、その平均値を各組織の面積率とした。
なお、板状または針状のフェライトと、炭化物、パーライト、島状マルテンサイト、および残留オーステナイトの内から選ばれた1種または2種以上が隣接した組織の分率は、板状または針状のフェライトと、炭化物、パーライト、島状マルテンサイト、残留オーステナイトのいずれかが混在した組織について求めたものである。
熱延鋼板から試料を採取し、板状または針状のフェライト中の平均Mn含有量MnX(質量%)と、炭化物、パーライト、島状マルテンサイト、および残留オーステナイト中の平均Mn含有量MnY(質量%)を調査した。調査は、EPMAの定量点分析によりおこなった。
焼鈍後の鋼板(冷延焼鈍板)の機械的特性は引張試験で評価した。引張試験は、引張方向が鋼板の圧延方向と直角方向になるようにサンプルを採取したJIS5号試験片を用いて、JIS Z2241(2010年)に準拠して行い、TS(引張り強さ)、El(全伸び)を測定した。延性は、TS×ELの値で評価し、本発明では、TS×EL≧21000MPa・%の場合を良好とした。
表3から明らかなように、本発明の熱延鋼板を用いて製造した冷延鋼板(冷延焼鈍板)は、いずれも、引張強さが980MPa以上、かつTS×T.Elの値が21000MPa・%以上を満足する。このことから、本発明の熱延鋼板を用いることで、冷間圧延後に1回の連続焼鈍で高強度と優れた加工性を兼ね備えた冷延鋼板や溶融亜鉛めっき鋼板を得られることが確認できた。
Claims (9)
- 質量%で
C:0.05%以上0.51%以下、
Si:3.0%以下、
Mn:0.5%以上6.0%以下、
P:0.1%以下、
S:0.07%以下、
Al:3.0%以下および
N:0.010%以下
を含有し、残部はFeおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、
熱延鋼板組織が、
板状または針状のフェライトを含み、
さらに、炭化物、パーライト、島状マルテンサイト、および残留オーステナイトの内から選ばれた1種または2種以上を含み、
前記板状または針状のフェライトと、前記炭化物、パーライト、島状マルテンサイト、および残留オーステナイトの内から選ばれた1種または2種以上が隣接した組織を、面積率で25%以上(100%を含む)有し、
その他の組織として、
ポリゴナルフェライトを面積率で75%以下(0%を含む)、
マルテンサイトを面積率で50%以下(0%を含む)、
ベイナイトを面積率で50%以下(0%を含む)
を含むことを特徴とする冷延鋼板用または溶融亜鉛めっき鋼板用熱延鋼板。 - さらに、前記板状または針状のフェライトと、炭化物、パーライト、島状マルテンサイト、および残留オーステナイトの内から選ばれた1種または2種以上が隣接した組織中の板状または針状のフェライトの平均アスペクト比が4以上であることを特徴とする請求項1に記載の冷延鋼板用または溶融亜鉛めっき鋼板用熱延鋼板。
- さらに、前記板状または針状のフェライトと、炭化物、パーライト、島状マルテンサイト、および残留オーステナイトの内から選ばれた1種または2種以上が隣接した組織における、
板状または針状のフェライト中の平均Mn含有量MnX(質量%)と、炭化物、パーライト、島状マルテンサイト、および残留オーステナイト中の平均Mn含有量MnY(質量%)が下記(1)式を満たすことを特徴とする請求項1または2のいずれか1項に記載の冷延鋼板用または溶融亜鉛めっき鋼板用熱延鋼板。
MnY/MnX≧1.1・・・・・(1) - 前記熱延鋼板が、さらに、質量%で、
Cr:0.05%以上5.0%以下、
V:0.005%以上1.0%以下および
Mo:0.005%以上0.5%以下
のうちから選んだ1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の冷延鋼板用または溶融亜鉛めっき鋼板用熱延鋼板。 - 前記熱延鋼板が、さらに、質量%で、
Ti:0.01%以上0.1%以下および
Nb:0.01%以上0.1%以下
のうちから選んだ1種または2種を含有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の冷延鋼板用または溶融亜鉛めっき鋼板用熱延鋼板。 - 前記熱延鋼板が、さらに、質量%で、
B:0.0003%以上0.0050%以下
を含有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の冷延鋼板用または溶融亜鉛めっき鋼板用熱延鋼板。 - 前記熱延鋼板が、さらに、質量%で、
Ni:0.05%以上2.0%以下および
Cu:0.05%以上2.0%以下
のうちから選んだ1種または2種を含有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の冷延鋼板用または溶融亜鉛めっき鋼板用熱延鋼板。 - 前記熱延鋼板が、さらに、質量%で、
Ca:0.001%以上0.005%以下および
REM:0.001%以上0.005%以下
のうちから選んだ1種または2種を含有することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の冷延鋼板用または溶融亜鉛めっき鋼板用熱延鋼板。 - 請求項1乃至8のいずれか1項に記載の成分組成を有する鋼スラブを、
仕上げ圧延出側温度820℃以上で熱間圧延し、
仕上げ圧延出側温度から730℃までの温度域を平均冷却速度15℃/s以上で冷却し、
その後、730℃から巻取り温度までを平均冷却速度1〜50℃/sで冷却し、
巻取り温度を500℃以上として巻き取ることを特徴とする冷延鋼板用または溶融亜鉛めっき鋼板用熱延鋼板の製造方法。
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