JP4007051B2

JP4007051B2 - 熱的安定性に優れた高強度薄鋼板

Info

Publication number: JP4007051B2
Application number: JP2002129257A
Authority: JP
Inventors: 馨佐藤; 治郎仲道; 義正船川; 毅塩崎; 稔諏訪
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2002-04-30
Filing date: 2002-04-30
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2022-04-30
Also published as: JP2003321740A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱的安定性に優れた高強度薄鋼板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、炭化物の析出を利用した高強度鋼板が種々開発されてきた。例えば、特開平６−２００３５１号公報には、パーライトや低温変態相の面積比が１５％以下で、ポリゴナルフェライト中にＴｉＣが分散した組織を有し、かつ、Ｍｏの固溶強化で強度調整を行った高強度熱延鋼板が開示されている。
【０００３】
しかしながら、この鋼板では、十分な強度を得るためにＴｉＣの析出を精密に制御する必要があり、最適強度を実現可能な熱処理温度が狭範囲であるため、製造条件により材質が大きくばらつく。また、鋼板の幅方向中央部において最適条件で製造することができ、良好な材質が得られた場合でも、鋼板の幅方向端部では最適条件から外れて所望の強度を下回るという問題が生じる。冷延焼鈍板の場合も、焼鈍前の金属組織、さらに昇温速度や保持温度・時間により強度がばらつく問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来技術では、熱延鋼板においては、熱間圧延後の巻取温度により強度がばらついたり、温度敏感性からコイル長手方向、幅方向の部位により材質がばらつく問題があり、冷延鋼板においても、安定して高強度を得ることは困難であり、高強度でかつ熱的安定性に優れた鋼板の開発が求められている。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、炭化物による析出強化を前提とした、熱的安定性に優れた高強度薄鋼板を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、炭化物による析出強化を前提として、高強度でかつ熱的安定性に優れた薄鋼板を得るために検討を重ねた結果、２種類以上の金属元素を含有した特定構造の炭化物が、鋼組織中に極めて微細にかつ高密度で分散して存在することが可能であり、これにより高強度で熱的安定性に優れた薄鋼板が得られることを見出した。
【０００７】
本発明はこのような知見に基づいて完成されたものであり、以下のような構成を有するものである。
【０００８】
（１）鋼組織中に炭化物を析出させてなる高強度薄鋼板であって、
質量％で、
Ｃ：０．０１〜０．１５％、
Ｓｉ：２％以下、
Ｍｎ：２％以下、
Ｐ：０．１％以下、
Ｓ：０．０１％以下、
Ａｌ：０．１％以下、
Ｎ：０．０１％以下、
を含有し、さらに、炭化物生成元素としてＴｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａから選択される２種以上を
Ｔｉ：０．０２〜０．４％（０．１０％以下を除く）、
Ｖ：０．０２〜０．５％、
Ｎｂ：０．０２〜０．４％、
Ｍｏ：０．０５〜１．０％、
Ｗ：０．０１〜１．５％、
Ｔａ：０．０１〜１．５％
の範囲で含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、
前記炭化物は、Ｍを金属元素とした場合にＭＣで表されるＮａＣｌ型の結晶構造を有し、金属元素ＭがＴｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａから選択された２種以上の金属が結晶格子内で規則的に配列した超格子構造を形成していることを特徴とする熱的安定性に優れた高強度薄鋼板。
【００１０】
（２）上記（１）において、強いＭＣ型炭化物生成能を有する元素Ａと、この元素Ａと原子半径の差が１０％以内の元素Ｘ（ただし元素Ａと元素Ｘとは異なる）とを含む炭化物を前記炭化物として析出させ、前記元素ＡはＴｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａから選択される元素であり、前記元素ＸはＴｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａから選択される元素であることを特徴とする熱的安定性に優れた高強度薄鋼板。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について具体的に説明する。
本発明の薄鋼板は、鋼組織中に炭化物を析出させてなる高強度薄鋼板であって、前記炭化物は、Ｍを金属元素、Ｃを炭素とした場合にＭＣで表されるＮａＣｌ型の結晶構造を有し、金属元素Ｍが２種類以上の金属からなり、かつこれら２種類以上の金属が結晶格子内で規則的に配列した超格子構造を形成している。なお、超格子構造は規則格子構造と同義であり、規則格子構造と称されることもある。
【００１３】
このような本発明の構成により、高強度でかつ熱的安定性の高い薄鋼板が得られる。ここで熱的安定性とは、熱間圧延の巻取温度等の変動や、冷間圧延後の焼鈍条件による強度変動が小さいことを意味する。
【００１４】
ＮａＣｌ型の結晶構造を有するＭＣ型炭化物は、炭素原子１個に対し金属原子１個が結合した炭化物であるため、他の構造の炭化物であるＭ_２Ｃ、Ｍ_７Ｃ_３、Ｍ_３Ｃ、Ｍ_２３Ｃ_６、Ｍ_６Ｃ（Ｍはいずれも金属元素を表し、Ｃは炭素である）と比べて少ない合金元素の添加で効率的に強化を図ることができる。
【００１５】
鋼の強化量は、析出物のサイズが小さければ小さいほど、単位体積中の数が多ければ多いほど大きくなり、また、有効な強化を実現するには、短時間ですみやかにＭＣ炭化物が生成する必要がある。また、鋼の強度が熱的安定性を有するためには、析出温度や熱処理時間の増加に対してＭＣ型炭化物が粗大化しにくいことが重要である。
【００１６】
このようなことを考慮して、本発明では高強度および高い熱的安定性を得るために、ＮａＣｌ型の結晶構造のＭＣ型炭化物であって、金属元素Ｍが２種類以上の金属からなり、かつこれら２種類以上の金属が結晶格子内で規則的に配列した超格子構造を形成することとした。すなわち、このような構造の炭化物は、少ない合金元素量で、極めて微細にかつ単位体積当たりの数を多く析出させることができ、しかも地鉄との整合性が高く、熱によって粗大化しにくくいので、高強度および高い熱的安定性を得ることができる。具体的には、粒径が１０ｎｍ以下程度の超微細な炭化物を１５００００個／μｍ^３程度と極めて高密度に析出させることができる。なお、超格子構造は、例えば、炭化物から測定したマイクロディフラクションパターンにより把握することができる。
【００１７】
ＭＣ型炭化物を構成する金属元素Ｍとしては、鋼中で炭化物を生成する元素であるＴｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａから選択される２種以上とすることができ、この２種以上の元素を鋼組成中に含有させることにより、このような炭化物を析出させることが可能である。これらの元素のうちでは鋼への単独添加でＭＣ型炭化物を生成するＴｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａのうち１種類を含む必要がある。一般に、ＭｏとＷは単独では鋼中ではＭＣ型炭化物を生成しないが、ＭＣ型炭化物を生成するＴｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａに複合添加されることにより、ＭＣ型炭化物の一部を構成することができる。
【００１８】
超格子構造のＭＣ型炭化物を析出させるには、強いＭＣ型炭化物生成能を有する元素Ａと、この元素Ａと原子半径の差が１０％以内の元素Ｘ（ただし元素Ｘは元素Ａとは異なる）を鋼組成中に含有していることが好ましい。
【００１９】
元素ＡとしてはＴｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａから選択される元素を挙げることができ、元素ＸとしてはＴｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａから選択される元素を挙げることができる。この組み合わせにより比較的容易に、母相である地鉄と適度な整合関係を有し、６００℃付近の長時間熱処理でも粗大化しない超格子構造を有するＮａＣｌ型結晶構造のＭＣ型炭化物を得ることができる。これらの組み合わせの中では元素ＡがＴｉおよびＮの１種以上、元素ＸがＭｏ、Ｗ、Ｖ、およびＴａの１種以上の組み合わせが好ましい。
【００２０】
ベースとなる鋼組織は特に限定されるものではないが、延性の高いフェライト組織中に析出させることにより、高強度および高い熱的安定性に加え、良好な加工性を得ることができる。また、基になる鋼組織は、単相に限らず２以上の相を有するものであってもよく、そのうちの少なくともフェライト相に上記炭化物が析出していればよい。さらに、鋼組成についても限定されるものではなく、高強度薄鋼板の基本的な成分に上記炭化物を生成する成分が含まれていれば、他の成分組成は問わないが、良好な加工性を有する高強度薄鋼板とするためには、質量％で、
Ｃ：０．０１〜０．１５％、
Ｓｉ：２％以下、
Ｍｎ：２％以下、
Ｐ：０．１％以下、
Ｓ：０．０１％以下、
Ａｌ：０．１％以下、
Ｎ：０．０１％以下、
を含有し、さらに、所望の炭化物生成元素を含有し、
残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、
炭化物生成元素は、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａの２種以上を含有し、それぞれ質量％で、
Ｔｉ：０．０２〜０．４％、
Ｖ：０．０２〜０．５％、
Ｎｂ：０．０２〜０．４％、
Ｍｏ：０．０５〜１．０％、
Ｗ：０．０１〜１．５％、
Ｔａ：０．０１〜１．５％
とすることが望ましい。
【００２１】
本発明の炭化物を析出させる方法も特に限定されるものではなく、炭化物を析出させるための通常の方法を採用することができる。例えば、鋼を加熱して炭化物の溶体化処理を行った後、適宜の条件で熱間圧延、冷間圧延、熱処理等を行うことによって炭化物を析出させることができる。
【００２２】
より具体的には、前述のように成分調整された鋼スラブを１１５０℃以上に加熱し、８００℃以上の仕上げ温度５００〜７００℃の巻取温度で熱間圧延し、熱延鋼板とするか、あるいはさらに酸洗、冷間圧延、焼鈍を施し、冷延鋼板とすることができる。
【００２３】
【実施例】
０．０４Ｃ−０．２Ｓｉ−１．５Ｍｎ−０．００３Ｎ−０．０４Ａｌ−０．００１Ｓ−０．００２Ｐ（いずれも質量％）を基本成分とし、表１に示したＡ〜Ｊの合金元素を添加した鋼を実験室溶解し、１２５０℃で３０分間の合金元素の溶体化処理を施した後、９００℃で仕上げ圧延を施した。
【００２４】
その後、試験１では、巻取温度での安定性を評価するため、巻取温度相当の温度（５７０℃、６００℃、６４０℃）まで冷却した後、それぞれの温度で２時間保持し炉冷した。
【００２５】
また、試験２では、焼鈍に対する熱的安定性を評価するため、上記条件で熱間圧延を施した後、さらに、６４０℃まで水冷し、６４０℃から室温まで空冷した材料を、６５０℃で５分間から２時間の熱処理を施した。
【００２６】
このようにして製造した材料について、透過電子顕微鏡による組織解析を行い、炭化物を解析した。また、ＪＩＳ１３号Ｂ試験片を用いた引張試験により機械特性を測定した。炭化物の解析においては、炭化物中に含まれる金属元素を電子顕微鏡に取り付けられたエネルギー分散型Ｘ線分光装置により測定するとともに、炭化物から測定したマイクロディフラクションパターンにより炭化物の構造を調べ、ＭＣ型炭化物のＭサイトでの規則化に起因していると考えられる超格子反射の有無を測定した。超格子反射の有無を測定したのは、５７０℃、６００℃、６４０℃の巻取相当熱処理を施した材料と、６４０℃から室温まで空冷後、６５０℃で２時間の熱処理を施した材料である。なお、図１は、鋼Ａの試験１において５７０℃で熱処理したものについての炭化物のマイクロディフラクションパターンを示す写真であるが、その中に矢印で示す弱い回折斑点が超格子反射を示すものである。
【００２７】
試験１の結果を表２に、試験２の結果を表３に示す。
表２に示すように、試験１では、試験を行った鋼Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅ、Ｆ、Ｈ、Ｊのうち、鋼Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅは、金属元素Ｍが２種以上の金属からなり、図１に示すような超格子反射を有する（すなわち超格子構造を有する）ＮａＣｌ型結晶構造のＭＣ型炭化物が形成された本発明例であり、引張強度ＴＳが８００ＭＰａ以上と高い強度を有し、巻取温度による引張強度の差が３０ＭＰａ未満の高い熱的安定性を有する鋼板が得られた。これに対して、超格子反射が観測されない炭化物が析出した比較例である鋼Ｆ、Ｈ、Ｊでは、いずれも巻取温度による引張強度の差が７５ＭＰａ以上と熱的安定性が低く、引張強度も本発明例よりも低い傾向にあった。
【００２８】
また、表３に示すように、試験２では、試験を行った鋼Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉのうち、鋼Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、金属元素Ｍが２種以上の金属からなり、図１に示すような超格子反射を有する（すなわち超格子構造を有する）ＮａＣｌ型結晶構造のＭＣ型炭化物が形成された本発明例であり、引張強度ＴＳが８００ＭＰａ以上と高い強度を有し、室温まで冷却した後の熱処理時間の変化に対しても引張強度の差が３０ＭＰａ未満と高い熱的安定性を有する鋼板が得られた。これに対して、超格子反射が観測されない炭化物が析出した比較例である鋼Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉでは、いずれも室温まで冷却した後の熱処理時間が２時間になると大幅な強度低下がみられ、熱的安定性が低いことが確認された。
【００２９】
【表１】

【００３０】
【表２】

【００３１】
【表３】

【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、鋼組織中に炭化物を析出させてなる高強度薄鋼板において、析出させる炭化物を、ＮａＣｌ型の結晶構造を有し、２種類以上の金属が結晶格子内で規則的に配列した超格子構造を形成しているＭＣ型炭化物としたので、炭化物が微細にかつ多数析出し、高強度および高い熱的安定性の薄鋼板を得ることができる。本発明は、このように従来にはない微細かつ安定な炭化物を形成することにより、今まで実現できなかった高強度および高い熱的安定性を得るものであって種々の応用が期待され、その工業的価値は極めて高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における炭化物のマイクロディフラクションパターンを示す写真。

Claims

鋼組織中に炭化物を析出させてなる高強度薄鋼板であって、
質量％で、
Ｃ：０．０１〜０．１５％、
Ｓｉ：２％以下、
Ｍｎ：２％以下、
Ｐ：０．１％以下、
Ｓ：０．０１％以下、
Ａｌ：０．１％以下、
Ｎ：０．０１％以下、
を含有し、さらに、炭化物生成元素としてＴｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａから選択される２種以上を
Ｔｉ：０．０２〜０．４％（０．１０％以下を除く）、
Ｖ：０．０２〜０．５％、
Ｎｂ：０．０２〜０．４％、
Ｍｏ：０．０５〜１．０％、
Ｗ：０．０１〜１．５％、
Ｔａ：０．０１〜１．５％
の範囲で含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、
前記炭化物は、Ｍを金属元素とした場合にＭＣで表されるＮａＣｌ型の結晶構造を有し、金属元素ＭがＴｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａから選択された２種以上の金属が結晶格子内で規則的に配列した超格子構造を形成していることを特徴とする熱的安定性に優れた高強度薄鋼板。
強いＭＣ型炭化物生成能を有する元素Ａと、この元素Ａと原子半径の差が１０％以内の元素Ｘ（ただし元素Ａと元素Ｘとは異なる）とを含む炭化物を前記炭化物として析出させ、前記元素ＡはＴｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａから選択される元素であり、前記元素ＸはＴｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａから選択される元素であることを特徴とする請求項１に記載の熱的安定性に優れた高強度薄鋼板。