JP3602350B2 - 伸びフランジ性に優れた高強度熱延鋼板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明が属する技術分野】
本発明は伸びフランジ性に極めて優れた高強度熱延鋼板及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、自動車における鋼板部材の軽量化の要求が大きく、この要求を満足すべく高強度の熱延鋼板が用いられている。特に、自動車の足回り部材において、熱延鋼板に優れた伸びフランジ性が要求されることがある。高強度かつ伸びフランジ性に優れた鋼板として、例えば特開昭57−101649号公報、特開昭61−130454号公報に開示されているように、フェライト・ベイナイト組織鋼板が知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
フェライト・ベイナイト組織は、従来のフェライト・マルテンサイト組織に比べると高い伸びフランジ性を有するが、複合組織のために伸びフランジ性は不十分である。また、フェライト単相組織であってもフェライト中の固溶C量が多いために、十分な伸びフランジ性を得ることができなかった。
【0004】
また、組織をアシキュラー・フェライト(アシキュラー状フェライト)単相組織として強度の向上を図りつつ、TiやNbを添加してTiCやNbCを析出させ、析出強化を図るとともに伸びフランジ性を向上させることも試みられているが、近年の厳しい伸びフランジ性の要求には十分に応えているとはいえないのが実情である。
【0005】
本発明はかかる問題に鑑みなされたものであり、従来に比して優れた伸びフランジ性を有する高強度熱延鋼板及びその製造方法を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、主組織を転位密度の高いアシキュラー・フェライト組織とし、さらに熱延以降の冷却速度などを制御することで、固溶C量を可及的に低減させることにより、高強度かつ極めて優れた伸びフランジ性が得られることを見出して本発明を完成するに至った。
【0007】
すなわち、本発明の熱延鋼板は、mass%で、
C :0.02〜0.10%、
Mn:2.5%以下、
Si:2.0%以下、
P :0.08%以下、
S :0.05%以下、
Al:0.10%以下、
Ti:0.05〜0.5%、又はTi:0.05〜0.5%及びNb:0.03〜0.5%で、C<{(Ti−3.43N−1.5S)/4+Nb/7.75}
を含み、残部Fe及び不可避的不純物からなり、A.I.(時効指数)≦15N/mm2 を満足し、実質的にアシキュラー・フェライト単相組織を有するものである。なお、不等式中の元素記号は、その元素の含有量を示す。
【0008】
まず、本発明の熱延鋼板の成分限定理由について説明する。
C:0.02〜0.10%
Cは強度を得るとともに、転位密度の高いアシキュラー・フェライト組織を得るのに重要である。C量が過少では、熱延直後の冷却中に転位密度の高いアシキュラー・フェライト組織を得ることができず、ポリゴナル・フェライト組織となるために十分な強度を確保することができないので、下限を0.02%、好ましくは0.03%とする。一方、C量が過多では、フェライト・べイナイト組織が生じ易く、伸びフランジ性を劣化させるので、上限を0.10%、好ましくは0.08%とする。
【0009】
Mn:2.5%以下
Si:2.0%以下
MnやSiは固溶強化元素として有効である。しかし、Mnが2.5%を越えるとスラブの中心偏析の原因となり、加工割れや加工劣化の原因となるため、Mnの上限を2.5%とする。一方、Siが2.0%を越えて添加されると、組織中にポリゴナル・フェライト組織が生成し易くなり、フェライト・べイナイト組織になりやすく、伸びフランジ性が劣化するようになるため、Siの上限を2.0%、好ましくは1.5%とする。
【0010】
P:0.08%以下
Pは固溶強化として有効な元素であるが、多量に添加した場合には偏析しやすく、割れや加工性劣化を招くため、上限を0.08%、好ましくは0.05%とする。
【0011】
S:0.05%以下
SはMnSの形態で介在物として鋼中に存存して、熱間割れや加工割れ発生の原因となる。また、この硫化物系介在物は伸びフランジ性を劣化させるため、上限を0.05%、好ましくは0.02%とする。
【0012】
Ti:0.05〜0.5%、又はTi:0.05〜0.5%及びNb:0.03〜0.5%で、
C<{(Ti−3.43N−1.5S)/4+Nb/7.75}…(1)
TiやNbは、TiCやNbC炭化物を生成して、鋼を析出強化させることができる。さらに、アシキュラー・フェライト中の固溶Cを低減させるために有効である。これらの作用を有効にするには、Tiを0.05%以上含有させることが必要であり、Nbを併用する場合は0.03%以上含有させることが好ましい。一方、0.5%を越えて添加しても、その効果が飽和するため、各々0.5%以下とする。また、Ti、Nbの添加量はさらにC量との関係において、上記(1) 式の関係を満たすことが必要で、この関係を満たさない場合には、固溶Cを低減することができない。
【0013】
Al:0.10%以下
Alは鋼の脱酸成分として、0.02%〜0.10%程度存在する。多量にAlを添加した場合にはアルミナなどの介在物が生成して材質劣化を招くので、上限を0.10%とする。
【0014】
本発明の鋼板は上記成分を含み、残部Fe及び不可避的不純物からなるものであるが、上記主成分の作用を損なわない範囲で他の元素、例えば下記のMo、Cr、Caを補助的に含有することができ、下記(1) 、(2) の組成(残部Fe及び不可避的不純物)とすることができる。
(1) 主成分にさらにMo、Crの1種以上を含有する。
(2) 主成分あるいは上記(1) の成分にさらにCaを含有する。
【0015】
Mo、Cr:各0.5%以下
これらの元素は強度を向上させる固溶強化元素として有効である。その効果はそれぞれ0.5%を越えて添加しても飽和するため、各元素の上限を0.5%とする。
【0016】
Ca:0.0020%以下
Caは鋼中の硫化物の形態を制御して、伸びフランジ性を向上させる作用を有する。0.0020%を越えても添加しても効果が飽和するため、経済性を考慮して上限を0.0020%とする。
【0017】
次に、本発明熱延鋼板の組織について説明する。組織は転位密度が高く、粒界が針状となるアシキュラー・フェライトの単相組織が良い。100%アシキュラー・フェライト組織がもっとも好ましいが、実質的にアシキュラー・フェライト組織であればよい。すなわち、製造上、不可避的組織としてセメンタイトやポリゴナル・フェライト組織が生成する場合があるが、アシキュラー・フェライト組織の特性が損なわれない範囲、少なくとも面積%で5%以下、好ましくは数%程度以下であれば、これらの組織も許容される。
【0018】
本発明の熱延鋼板は、上記成分、組織のほか、さらにA.I.(時効指数)が15N/mm2 以下とされる。本発明ではTi及び/又はNbを所定量添加して、鋼中の固溶C量を減少させ、伸びフランジ性を向上させるものであるが、本発明ではさらにフェライト中の固溶C量を微量領域に制限して伸びフランジを極限まで向上させるものである。微量領域の固溶C量を測定することは困難であるので、本発明では微量領域の固溶C量を評価する尺度としてA.I.を導入し、A.I.を15N/mm2 以下、好ましくは10N/mm2 以下とする。A.I.が15N/mm2 を越えると、後述の実施例から明らかなとおり、所定量のTi及び/又はNbを添加していても、伸びフランジ性が劣化するようになり、本発明の目的を達成することができないようになる。
【0019】
なお、A.I.はA.I.=σYS−σ5%によって求められた値である。前記σ5%は引張試験片に5%の予歪を与えて測定した降伏応力であり、前記σYSは前記予歪を与えた試験片をさらに100℃×1hr保持後、空冷する熱処理を与えた後に測定した降伏応力である。
【0020】
本発明の熱延鋼板は、請求項4に記載したとおり、上記成分を有する鋼を、1100℃以上に加熱後、(Ar3点+100)℃〜(Ar3点−30)℃にて熱間圧延を終了し、1次平均冷却速度を30℃/sec 以上で冷却後に、400〜600℃にて巻き取り、巻き取り後の2次平均冷却速度を30℃/min 未満で冷却することによって製造される。
【0021】
鋼加熱温度を1100℃以上とするのは、1100℃以上、好ましくは1200℃以上に加熱することにより、TiC等の析出物を固溶させることができ、熱延以降の巻き取りまでの冷却中に生成するアシキュラー・フェライト組織の生成を促進させるためである。
【0022】
熱間圧延はAr3点以上のγ域にて行うことが基本であるが、(Ar3点+100)℃を越えるとγ粒が粗大化し、特性が劣化するので、熱延仕上温度の上限を(Ar3点+100)℃とする。一方、γ域以下であっても、(Ar3点−30)℃までであれば特性はさほど劣化しないので、下限を(Ar3点−30)℃とする。
【0023】
加熱以降から熱間圧延およびその後の冷却中には固溶Cが多く含まれており、熱延直後の冷却(1次冷却)速度を調整することにより、アシキュラー・フェライト組織とすることができる。このアシキュラー・フェライト組織を得るためには1次平均冷却速度を30℃/sec 以上とすることが必要で、30℃/sec 未満ではポリゴナル・フェライト組織が生成して伸びフランジ性を劣化させる。
【0024】
また、巻取温度を400〜600℃とするのは、この温度範囲でTiC、NbCなどの炭化物を生成させることができ、析出強化に有効であるとともに、特にフェライト中の固溶C量を低減させることができるからである。次に説明する2次平均冷却速度にもよるが、400〜600℃、好ましくは450〜550℃での巻き取りが最もフェライト中の固溶C量が低くなる温度域である。
【0025】
巻き取り以後の冷却(2次冷却)速度は、フェライト中の固溶Cを微量領域まで低減させるのに重要な条件であり、2次平均冷却速度を30℃/min 未満、好ましくは10℃/min 以下とすることで、フェライト中の固溶C量を微量領域まで十分低減させることができ、これによってA.I.を15N/mm2 以下に低減することができ、伸びフランジ性を著しく向上させることができる。なお、前記2次平均冷却速度は、巻取コイルを炉冷や保温冷却することで得られる。
【0026】
【実施例】
表1に示した鋼を真空溶製し、30mm厚の実験スラブとした後、これを1150℃に加熱後、熱延仕上温度(FDT)を860℃前後として、板厚3.0mmまで熱間圧延を行い、表2に記載の1次平均冷却速度(CR1)、巻取温度(CT)、2次平均冷却速度(CR2)にて熱延鋼板を製造した。なお、CR2につき、試料No. 1〜29(注:No.29はCR2=10℃/min です。)は炉冷により冷却し、32℃/min 以上は空冷、強制空冷により冷却した。
【0027】
得られた熱延鋼板の断面組織を光学顕微鏡で観察した。また、この熱延鋼板を表裏面研削した後に、JIS5号引張試験片を採取して引張試験を行ない、機械的性質および既述の条件によりA.I.を求めた。また、70×70mmの試験片を採取し、伸びフランジ性を調べるため、穴拡げ試験を行った。穴拡げ試験は、前記試験片の中心にφ10mmの初期穴d1を打抜き、初期穴に頂角60°の円錐ポンチを押し込んで穴を拡げ、穴の内面にクラックが板厚を貫通した直後の穴径d2を求めるもので、下記式にて穴拡げ率λを求めた。
λ(%)=(d2−d1)×100/d1
【0028】
これらの試験結果を表2に併せて示す。表2中の組織につき、a・Fはアシキュラー・フェライト、p・F又はFはポリゴナル・フェライト、Bはベイナイトである。また、鋼種No.3および6にかかる試料No. 1〜16につき、A.I.に及ぼす巻取温度(CT)の影響を整理したグラフを図1に示す。また、鋼種3を用いた試料No. 5、26〜28につきA.I.に及ぼす1次平均冷却速度(CR1)の影響を整理したグラフを図2に示す。また、鋼種3を用いた試料No. 5、29〜32につきA.I.に及ぼす2次平均冷却速度(CR2)の影響を整理したグラフを図3に示す。なお、図中の矢印は、本発明範囲を示す。
【0029】
【表1】
【0030】
【表2】
【0031】
表2より、発明例では高強度かつ高λの優れた伸びフランジ性を備えていることがわかる。一方、比較例では、Ti、Nbの添加量が発明範囲外である鋼種No. 1、2、4及び5を用いた試料No. 17〜20は、A.I.が17以上であり、λが低い。また、C量が発明外の鋼種No. 7、8を用いた試料No. 21、22は、組織がアシキュラー・フェライトになっておらず、引張強さTSが極端に低かったり、λが低下している。
【0032】
また、巻取温度CTについては、発明成分を有する鋼種3、4を用いたものでも、CTが発明範囲外の試料1、7、8、9、15、16は、A.I.が15N/mm2 超となり、やはりλが低下している(図1参照)。
また、1次平均冷却速度CR1については、発明範囲未満の試料No. 26は、TS、λの低下が著しい(図2参照)。
また、2次平均冷却速度CR2については、Ti、Nb量が発明範囲内であっても、CR2が発明範囲を越えて高い試料No. 30〜32はA.I.が17以上であり、λが低下している(図3参照)。
【0033】
【発明の効果】
本発明によれば、組織を実質的に転移密度の高いアシキュラー・フェライト単相組織とし、熱延以降の冷却速度などを制御することで、フェライト中の固溶C量を可及的に低減させ、A.I.を15N/mm2 以下とすることで、高強度かつ優れた伸びフランジ性を有する熱延鋼板を得ることができたものであり、例えば自動車の足回り部材用熱延鋼板として好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例におけるA.I.に及ぼす巻取温度(CT)の影響を整理したグラフである。
【図2】実施例におけるA.I.に及ぼす1次平均冷却速度(CR1)の影響を整理したグラフである。
【図3】実施例におけるA.I.に及ぼす2次平均冷却速度(CR2)の影響を整理したグラフである。
Claims (4)
- mass%で、
C :0.02〜0.10%、
Mn:2.5%以下、
Si:2.0%以下、
P :0.08%以下、
S :0.05%以下、
Al:0.10%以下、
Ti:0.05〜0.5%、又はTi:0.05〜0.5%及びNb:0.03〜0.5%で、C<{(Ti−3.43N−1.5S)/4+Nb/7.75}
を含み、残部Fe及び不可避的不純物からなり、A.I.(時効指数)≦15N/mm2 を満足し、実質的にアシキュラー・フェライト単相組織を有する伸びフランジ性に優れた高強度熱延鋼板。 - 請求項1の成分に加えて、さらに、
Mo:0.5%以下、Cr:0.5%以下の元素から1種以上を含有する請求項1に記載した高強度熱延鋼板。 - 請求項1又は2の成分に加えて、さらに、
Ca:0.0020%以下を含有する請求項1又は2に記載した高強度熱延鋼板。 - 請求項1、2又は3に記載した成分を有する鋼を、1100℃以上に加熱後、(Ar3点+100)℃〜(Ar3点−30)℃にて熱間圧延を終了し、1次平均冷却速度を30℃/sec 以上で冷却後に、400〜600℃にて巻き取り、巻き取り後の2次平均冷却速度を30℃/min 未満で冷却する伸フランジ性に優れた高強度熱延鋼板の製造方法。
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