JP4156900B2 - 穴広げ性に優れた高強度熱延鋼板とその製法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、穴広げ性に優れた高強度熱延鋼板とその製法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、地球温暖化が重大な社会問題となってくるにつれて、自動車業界などにおいてはCO2排出量削減などのため自動車の軽量化が大きな課題となっており、それに伴って、自動車用鋼板などについてもハイテン化やハイテンの更なる高張力化が進んでいる。自動車用ハイテン材には、強度のみならず優れた加工性も要求されることから、強度と加工性を兼ね備えた鋼として、例えば伸び特性の優れた残留オーステナイトを含む複合組織鋼板や、穴広げ性の優れたベイナイト組織を含む鋼板が開発されている。
【0003】
これらのうち穴広げ性に優れた鋼板には、TiやSiが多量含まれていることが多い。また、SiはTiの活量を高める元素であるため、Ti添加鋼に高濃度のSiが含まれていると、溶鋼中においてもTiNが晶出するが、溶鋼中で晶出する該TiNは粗大になり易い。ちなみに図1は、1600℃の溶鋼内における[Ti][N]の平衡溶解度積とSi濃度との関係を示したもので、Si濃度がTiNの平衡溶解度に大きく影響することが分る。
【0004】
Siを含まない鋼では、溶存窒素量が約50ppm程度であっても約1%のTiが溶存し得るが、Si含量が1%の鋼では、溶存窒素量が約20ppmでも、Tiはせいぜい0.01%までしか溶けることができず、残部は溶鋼内で晶出する。Si含量が2%になると、もはやTiやNは殆ど溶解し得ず、TiNとして溶鋼中に晶出する。
【0005】
低Siで、溶鋼中にTiNが晶出しないものの一例として、例えば図2に、非特許文献1に記載されたAl脱酸時の介在物の粒径分布と、本発明の後記実験の符号として示した鋼の介在物の粒径分布をグラフ化して示す。溶鋼処理温度でTiNが晶出する鋼種(後記実験における符号6の鋼材)では粗大な介在物が存在するのに対し、TiN濃度が1600℃における平衡溶解度以下である上記水渡らが報告する鋼種では、4μmを超える粗大な介在物は存在していない。
【0006】
そして本発明者らが実験で確認したところによると、この様に溶鋼中で晶出し粗大化した介在物は、加工性を評価する指標の1つである穴広げ性に悪影響を与えることが分った。
【0007】
ハイテン材の穴広げ性改善技術については、微細なTiNを多数生成させることで穴広げ性を向上させる技術が開示されている(特許文献1など)。そしてこの公報では、穴広げ性が向上する理由として、微細なTiNが溶鋼内に多数生成し微細分散することで、打抜き加工時に微細ボイドを発生させて応力集中を緩和し、粗大クラックの発生が抑制されることを挙げている。しかし微細なTiNが多数存在していたとしても、粗大なTiNが共存していると、当該粗大なTiNが起点となって割れを起こし、満足のいく穴広げ性が得られなくなる。そのため、溶鋼処理温度で多量のTiNが晶出する成分系の鋼では、仮に微細なTiNを多数生成させたとしても、上述の如く溶鋼内での粗大TiNの晶出が避けられないため、穴広げ性の向上には自ずと限界がある。
【0008】
他方、特許文献2には、溶鋼中に微細TiNを多数晶出させ、該TiNを凝固核として活用することにより組織を微細化する技術が開示されている。そしてこの公報には、液相線温度以上でTiNが晶出する成分系の鋼において、MgOによってTiNを微細に分散させる技術が開示されている。しかしこの技術は、溶鋼の冷却過程で、平衡溶解度を超えるTiNが晶出する際に微細TiNを多数生成させる技術であり、溶鋼処理温度である例えば1550〜1600℃で多量のTiNが晶出する成分系の鋼では、Ti添加直後からTiNが晶出し成長するため、同様の方法で粗大TiNの生成を抑制することはできない。
【0009】
また特許文献3には、MgOによりTiNを微細分散させる技術として、高靭性耐摩耗性部材用の厚肉鋼板を対象とし、微分散状態で生成させたMgO上に1μm以下のTiNを多数分散させる技術が開示されている。しかしこの公報に開示された技術では、Al濃度を100ppm以下に制限しており、Alが比較的多量含まれる鋼には適用できない。
【0010】
更に、特開平10-53838号、同10-265897号、同10-298705号、同11-264048号、特開2000-109947号、同2001-11567号、特開平10-265896号、同11-286743号、特開2000-80436号、同2000-328178号、同2000-336453号、同2001-26839号、同2001-49386号などには、MgOを利用して微細なTiNを多数析出させることにより、溶接熱影響部の靭性を高める技術が開示されている。また特開平9-227985号には、耐火性鋼板の製造技術が開示されている。更に、ISIJInt.,41(2001)、728,ISIJInt.,41(2001)、p748には、Mg脱酸によってTiNが微細分散するという報告もみられる。しかしこれらの鋼種は、いずれも微細なTiNを多く晶出させることで組織を微細化する技術であり、粗大なTiNの生成は全く問題としていない。
【0011】
【非特許文献1】
「CAMP−ISIJ」Vol.13(2000)、p1288頁(水渡ら)
【非特許文献2】
ISIJInt.,41(2001)、728,ISIJInt.,41(2001)、p748
【特許文献1】
特開2001-342543号
【特許文献2】
特開2001-252747号
【特許文献3】
特開2000−256784号公報
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
この様に、Alキルド鋼の如く鋼中に相当量のAlが含まれる鋼であって、且つ溶鋼処理温度で多量のTiNが晶出する成分系の鋼に関する限り、粗大TiN数を低減して穴広げ性を向上させる技術はこれまで存在しなかった。そこで本発明の目的は、上記の様な成分系の鋼材を対象とし、従来材を凌駕する穴広げ性を有する高強度熱延鋼板を提供しようとするもので、溶鋼処理温度域で多量のTiNが晶出する成分系の高張力鋼板であっても、粗大TiNの生成を可及的に抑制し、優れた穴広げ性と高強度を兼ね備えた熱延鋼板を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決することのできた本発明にかかる穴広げ性に優れた高強度熱延鋼板の製法は、質量%で
C:0.03〜0.1%,
Si:2%以下,
Mn:0.5〜2%,
Ti:0.08〜0.5%,
Mg:0.001〜0.01%,
Al:0.01〜0.1%,
N:0.01%以下,
P:0.08%以下,
S:0.01%以下
を満たし、下記式によって求められるAの値が「0<A<2.0」である鋼からなり、
A=−0.06[C]+2.147[Si]−0.063[Mn]−0.019[P]−0.103[S]−0.0243[Al]
−0.517[Ti]−0.001[Ti]2−1.01[Mg]−1.8[N]+log[Ti]+log[N]+2.724
(式中、[元素]は、当該元素の質量%を表わす)
且つ、鋼中に存在する介在物のうち、d=2×(断面積/π)1/2で求められる介在物の円相当径dが6μm以上である介在物の数が、鋼材断面1mm2当たり平均で[3A+3.5個]以下であるところに要旨が存在する。
【0014】
本発明の対象となる上記鋼材は、他の元素として、Mo:0.5%以下及び/又はCr:0.5%以下を含有せしめ、あるいは更に他の元素としてCu:0.5%以下及び/又はNi:0.5%以下を含有せしめ、更には、B:0.005%以下を含有させることによって、一層の性能向上を図ることができ、更には、Ca:0.003%以下、やNb:0.8%以下を含有させることも有効である。
【0015】
また本発明の方法は、上記特性を備えた高強度熱延鋼板を効率よく製造することのできる有用な方法として位置付けられるもので、Mg含量とTi含量以外は前記成分組成の要件を満たす溶鋼のフリー酸素濃度を30ppm以下に調整した後にMgを添加し、次いでTiを添加するところに要旨が存在する。この方法を実施するに当っては、溶鋼を脱酸し、フリー酸素濃度を5ppm以下、トータル酸素濃度を15ppm以下に調整してからMgを添加し、その後Tiを添加する方法を採用すれば、一段と高レベルの穴広げ性と強度を兼ね備えた熱延鋼板を得ることができるので好ましい。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明者らは前述した様な解決課題の下で、TiNの存在形態と穴広げ性の関係を明確にすべく鋭意検討を重ねてきた。その結果、穴広げ性に顕著な悪影響を及ぼすのは円相当径が6μm以上の粗大TiNであり、これを低減すれば穴広げ性が改善されることを突き止め、こうした知見を基に本発明を完成した。
【0017】
即ち、Tiを含み溶鋼処理温度でTiNが晶出する高張力鋼板では、粗大なTiNが割れの起点となって穴広げ性を低下させること、従って粗大なTiNを極力低減すれば、穴広げ特性に優れた高張力熱延鋼板が得られることを確認したのである。
【0018】
更に本発明者らは、上述の様な溶鋼処理温度でTiNが晶出する成分系の鋼を対象とし、粗大TiNを低減すべく検討を重ねた結果、溶鋼中のフリー酸素量を適正に調整した後にMgを添加することで適度なMgOを溶鋼中に分散させ、TiN晶出サイトを増大させてからTiを添加すれば、溶鋼中におけるTiNの成長が抑制され、粗大TiN量の少ない高張力熱延鋼板が得られることを見出したのである。
【0019】
まず、穴広げ性と粗大TiN系介在物の関係と、限定理由について述べる。
【0020】
前述した如く鋼中に粗大なTiN系晶出物が存在する限り、良好な穴広げ性は得られない。その理由は、粗大TiNを起点として割れが発生することによって穴広げ性が低下するためと考えられるが、本発明者らがTiN系晶出物のサイズと穴広げ性の関係を追及した結果、TiN系介在物の中でも円相当径が6μm以上である粗大TiNの存在が、穴広げ性に顕著な悪影響を及ぼすことを見出した。
【0021】
そのため本発明では、円相当径が6μm以上のTiNの数を制限する。具体的には、鋼中の成分によって算出される下記式Aの値を用いて、1mm2当り円相当径6μm以上のTiNの数を「3A+3.5個以下」と定めた。
A=−0.06[C]+2.147[Si]−0.063[Mn]−0.019[P]−0.103[S]−0.0243[Al]
−0.517[Ti]−0.001[Ti]2−1.01[Mg]−1.8[N]+log[Ti]+log[N]+2.724
(式中、[元素]は、当該元素の質量%を表わす)
【0022】
ちなみに本発明者らは、後記実施例に示す如く多くの鋼種を対象として、各鋼の上記式によって求められるA値が、当該鋼の断面に現れる円相当径6μm以上の粗大なTiN晶出物(介在物)の個数に与える影響として整理したところ、図3に示す如き明らかな相関性が確認された。
【0023】
ただしこの実験では、後記実施例に示す如く、真空誘導溶解炉を用いて各成分組成の供試鋼(約90kg)を溶製してから造塊し、得られたインゴットを厚さ25mmまで粗圧延した後、1200℃で30分間保持してから仕上げ温度900℃で熱間圧延し、400〜500℃の温度で巻き取ることによって、厚さ約3.0mmの熱延鋼板を得る。得られた各熱延鋼板の断面を自動EPMA分析にかけて断面観察を行い、d=2×(断面積/π)1/2によって求められる円相当径が6μm以上である介在物の個数を測定し、供試鋼断面1mm2当りの個数を少なくとも10の視野から求めて平均値を算出した。なお介在物の円相当径は、自動EPMA装置を使用し、倍率200倍で100視野(50mm2)で断面積3.14mm2(円相当径;約2μm)以上の全介在物をCOMPO像の大きさで判断する。測定された全介在物について円相当径を計算し、円相当径が6μm以上の介在物数を求めた。
【0024】
図3からも明らかな様に、前記式によって求められるA値と当該鋼材の断面に現れる円相当径6μm以上の介在物の個数との間には明らかな相関性が認められ、後記実施例で詳述する如く、前記A値と断面1mm2当りに存在する円相当径6μm以上の介在物個数の関係が「3A+3.5個」以下、より好ましくは「3A+1個」以下、更に好ましくは「3A−2.5個」以下の要件を満たす鋼材は、安定して優れた穴広げ性と高レベルの引張強度を発揮し得ることが確認された。
【0025】
ちなみに図4は、上記図3に示した各鋼材について、穴広げ性(λ)と引張強さ(TS)の関係を整理して示したグラフである。尚この図に示した記号等は、前記図3で用いた記号等に対応させている。図4からも明らかな様に、供試鋼材の断面1mm2当りに存在する円相当径6μm以上の介在物個数と前記A値との関係が「3A+3.5個」を超えるものは、穴広げ性と引張強さの何れにおいても低い値を示しているのに対し、両者の関係が「3A+1個」以下、より好ましくは「3A−0.7個」以下、更に好ましくは「3A−2.5個」以下の要件を満たす鋼材は、穴広げ性と引張強度の何れにおいても相対的に高い値を示している。
【0026】
これらのことから、本発明で意図する高レベルの穴広げ性と引張強さを両立させるには、供試鋼断面の1mm2当りに存在する円相当径6μm以上の介在物個数と前記A値との関係が「3A+3.5個」以下となる様に、前記A値を加味して円相当径が6μm以上の粗大介在物の個数の関係を制御すればよいことが分る。
【0027】
ところで本発明は、前述した如く1550〜1600℃、或いはそれ以上の温度の溶鋼中においてTiNが晶出する鋼を対象とし、粗大TiN晶出物の生成を抑えることによって鋼の穴広げ性を向上させるものである。
【0028】
上記式値Aは、式▲1▼「Ti+N=TiN(下線は溶存していることを表わす)」で示される反応の1850Kにおける自由エネルギーΔGに「−0.43/RT(Rは気体定数8.314、Tは絶対温度1850K)」を掛けた値である。上記ΔGが負の値であればTiNが生成し、ΔGが正の値であればTiNは生成せず、ΔGが小さいほどTiNは生成し易い。従ってAの値が正であれば、一般的な溶鋼処理温度である1850KでTiNが晶出し、Aの値が大きいほどTiNが晶出し易くなる。上記式▲1▼の反応の標準自由エネルギーおよび各合金元素のTiおよびNに対する相互作用助係数は、製鋼反応の推奨平衡値改訂増補(日本学術振興会製鋼第19委員会編,1984)および鉄鋼5社共同大学委託研究報告書(水渡、1999)に記載さている値を用いた。
【0029】
従って上記で規定するA値は、鋼中の[Ti],[N]の濃度が、1850Kの溶鋼中における平衡溶解度を超えていることを示している。
【0030】
次に、本発明で用いる鋼材の成分組成を定めた理由を明らかにする。
【0031】
本発明の対象となる鋼は、上記の様にA>0を満たす成分系の鋼に特定される。即ち上記式値Aを満たす鋼とは、そもそもTiNの晶出が避けられない鋼であって、この様な成分系の鋼であることが本発明の前提となる。ちなみに、TiNが晶出しない成分系の鋼はTiNの粗大化自体が起こらず、その様な鋼種には本発明を適用する必要がないからである。そして、こうしたA>0を満たす鋼材であっても、本発明の目的を有効に果たすには、下記含有元素の種類と含有率を満たすものであることが求められる。A>0.1となる鋼では、より粗大なTiNが生成し易くなるため、本発明の効果が一層有効に発揮される。
【0032】
C:0.03〜0.1%
Cは強度向上元素として必須の成分であるばかりでなく、熱延後の冷却中に生成するグラニュラー・ベイニティック・フェライト組織を生成させて穴広げ性を高める上でも重要な成分であり、これらの効果を有効に発揮させるには0.03%以上含有させるべきであり、より好ましくは0.04%以上である。しかしC含量が多過ぎると、熱延後の冷却過程でマルテンサイと組織やM/Aconstituentの如き穴広げ性を阻害する組織が生成し易くなるので、0.1%以下、より好ましくは0.08%以下に抑えるのがよい。
【0033】
Si:2%以下
Siは、穴広げ性を劣化させることなく強度を高めるのに有効な元素であるが、多過ぎるとポリゴナルフェライトが生成し易くなってグラニュラー・ベイニティック・フェライト組織の生成が阻害され、穴広げ性に悪影響を及ぼすようになる。しかもSi含量が多過ぎると、鋼板の熱間変形抵抗が増大して溶接部が脆化し易くなり、更には鋼板の表面性状にも悪影響を及ぼすようになるので、2%以下、より好ましくは1%以下に抑えるべきである。
【0034】
Al:0.01〜0.1%
Alは鋼溶製時に脱酸剤として添加され、脱酸作用により酸化物系介在物量の低減に寄与するが、多過ぎるとそれ自身が酸化物系介在物源となって加工性などに悪影響を及ぼすようになる。こうしたAlの利害得失を考慮して、Alの含有量は0.1%以下、より好ましくは0.08%以下に抑えるベきである。
【0035】
Mg:0.001〜0.01%
Mgは、Ti添加前の溶鋼に添加することでMgOを微分散状態で生成させ、粗大なTiNの生成を抑えると共に微細なTiNの晶出量を増大させるための重要な元素であり、TiNの晶出核として十分な数を確保するには少なくとも0.001%以上、好ましくは0.002%以上含有させねばならない。しかし、Mgを0.01%以上添加しても生成するMgOの数は殆ど増加しなくなるので、0.01%を上限とする。
【0036】
Ti:0.08〜0.5%
Tiは、鋼の焼入れ性を向上させる元素であり、しかも鋼中に固溶して熱延終了後の冷却時にポリゴナル・フェライトの核生成を抑えて転位密度の高いグラニュラー・ベイニティック・フェライト組織の生成を促進し、穴広げ性を高める作用を発揮する。こうした作用を有効に発揮させるには、Tiを0.08%以上、より好ましくは0.10%以上含有させるべきであるが、多過ぎると、熱間加工組織がそのまま残存し易くなって穴広げ性に悪影響を及ぼすようになるので、0.5%以下、より好ましくは0.45%以下に抑えるべきである。
【0037】
Mn:0.5〜2%
Mnは、固溶強化元素として有効に作用するほか、変態を促進してグラニュラー・ベイニティック・フェライト組織の生成を促進する作用も有しており、これらの作用を有効に発揮させるには、Mnを0.5%以上、より好ましくは0.7%以上含有させることが必要である。しかしMn量が多過ぎると、焼入れ性が高くなり過ぎて変態生成物が多量に生成し、穴広げ性に悪影響を及ぼす様になるので、2%以下、より好ましくは1.8%以下に抑えるべきである。
【0038】
P:0.08%以下
Pは延性を劣化させることなく優れた固溶強化作用を発揮する点で有効な元素であるが、多過ぎると偏析を起こして加工割れ発生の原因になるので、0.08%以下、より好ましくは0.06%以下に抑えるべきである。
【0039】
S:0.01%以下
Sは、鋼中のMnなどと結合してMnSの如き穴広げ性に悪影響を及ぼす介在物の生成源となる有害元素であり、これらの有害作用を実質的に生じさせないためには0.01%以下、より好ましくは0.005%以下に抑えねばならない。
【0040】
N:0.01%以下
Nは、鋼中に存在するAlやTiなどと結合して硬質介在物であるAlNやTiNなどの窒化物を生成し、穴広げ性や疲労特性に顕著な悪影響を及ぼす。従って、TiNなどの窒化物系介在物の生成を抑えて穴広げ性や疲労特性に与える悪影響を生じさせないためには、N量を0.01%以下、より好ましくは0.006%以下に抑えるのがよい。
【0041】
本発明で使用する鋼材に求められる含有元素は、上記成分組成の要件を満たすものであればよく、残部は実質的にFeと不可避不純物であるが、必要によっては、以下に示す様な元素を積極的に含有させることによって、一層の性能向上を図ることも有効である。
【0042】
Mo:0.5%以下、及び/又はCr:0.5%以下
MoおよびCrは固溶強化元素として有効に作用するほか、変態を促進してグラニュラー・ベイニティック・フェライト組織の生成を促進する作用も有しており、これらの作用はMoやCrを極少量含有させることによって発揮される。しかしこれらの含有量が多くなり過ぎると、マルテンサイトやM/Aconstituentの如き穴広げ性に悪影響を及ぼす低温変態生成物が多量生成し易くなるので、各々0.5%以下に抑えなければならない。
【0043】
Cu:0.5%以下
Cuは、固溶強化元素として強度向上に有効に作用するほか、グラニュラー・ベイニティック・フェライト組織の生成を促進して穴広げ性の向上にも有効に作用する。しかしそれらの作用は0.5%で飽和し、それ以上の添加は経済的に無駄であるばかりでなく、熱間圧延工程でヘゲ疵などの表面欠陥を生じる原因になるので、0.5%以下に抑えるべきである。
【0044】
Ni:0.5%以下
Niは、上記Cuの添加によって生じる熱間加工時の表面欠陥を防止する上で有効に作用する元素であり、特にCuを添加する場合はCuとほぼ等量、従って0.5%以下のNiを添加することによって、熱間圧延時の表面欠陥を回避することが望ましい。
【0045】
B:0.005%以下
Bは、焼入れ性を高める作用を有しており、またグラニュラー・ベイニティック・フェライトを生成させる上でも有効に作用する。しかしそれらの効果は0.005%で飽和するので、それ以上の添加は経済的に無駄であり、好ましくは0.003%以下に抑えるのがよい。
【0046】
Ca:0.003%以下
Caは、MnSの如き硫化物を球状化して穴広げ性を高める作用を有しているが、その効果は約0.003%で飽和するので、それ以上の添加は経済的に無駄である。
【0047】
Nb:0.8%以下
Nbは、転位密度の高いグラニュラー・ベイニティック・フェライト組織の生成を促進させる作用を有しており、こうした効果を有効に発揮させるには0.05%以上、より好ましくは0.10%以上含有させることが望ましい。しかし、0.8%を超えると熱間加工組織がそのまま残存し易くなって穴広げ性に悪影響を及ぼすので、0.8%以下、より好ましくは0.6%以下に抑えるべきである。
【0048】
次に、Mgを添加する際の溶鋼中のフリー酸素濃度について説明する。
【0049】
鋼にMgを添加するとMgは酸化されてMgOを生成する。MgOは、一般に溶鋼中で微細分散し易い酸化物として知られているが、鋼中のフリー酸素濃度が高い状態でMgを多量に添加すると、生成するMgOが粗大となるため、Mg添加時のフリー酸素濃度が高過ぎると穴広げ性が悪くなる。ところが本発明者らが確認したところによると、Mg添加前の溶鋼中のフリー酸素濃度を30ppm以下に抑えておけば粗大なMgOは生成せず、溶鋼中に適度に微分散することを知った。そこで本発明の鋼材を製造するに当っては、Mg添加前の溶鋼のフリー酸素濃度を30ppm以下、より好ましくは15ppm以下、更に好ましくは8ppm以下に低減しておくことが望ましい。
【0050】
次に、合金元素の添加順について説明する。
【0051】
まず、本発明に係る成分系の鋼では溶鋼処理温度でTiNが晶出するため、Tiを添加した瞬間からTiNの晶出が始まる。よって、晶出核となるMgOはTi添加前には溶鋼中に分散していなければならず、そのためには、Tiの添加前にMgを添加することが必須となる。
【0052】
Mg添加前のフリー酸素濃度の調整にAlを使用すると、Al系の粗大な酸化物が溶鋼中に生成することになる。Mg添加前の溶鋼中に粗大なAl酸化物が存在すると、Mgを添加することによってAl−Mg系の粗大酸化物が生成するので、Al添加後で且つMgの添加前にAl系酸化物を十分に分離しておくことが必要になる。そのため、Mg添加直前の溶鋼中のトータル酸素濃度を「フリー酸素濃度(Of)+10ppm以下」、より好ましくは「フリー酸素濃度+5ppm以下」に抑えておくことが望ましい。
【0053】
Mg添加前のフリー酸素濃度の調整をAl以外で行った場合、つまり、Al脱酸よりも弱脱酸の状態でMgを添加する場合、AlはMgを添加した後、Tiを添加する前または後で添加する。この場合は、Mgによって溶鋼が十分に脱酸されているため、Al系の粗大酸化物はほとんど生成しない。
【0054】
よってこの様な手法を採用し、微細なMgOを微細なTiN晶出物の核として微分散せしめることによって、穴広げ性と引張強度の共に優れた熱延鋼板を安定して製造することができる。
【0055】
【実施例】
次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
【0056】
実施例
真空誘導溶解炉を用いて約90kgの鋼材を溶製した。溶製手順は次の通りである。約90kgの電解鉄とカーボンを溶解しVCDを行う(条件によっては省略する)。その後、Mg,Ti,Al以外の成分と、溶鋼中の窒素濃度を調整する。フリー酸素量はC,Si,Alで調整する。Alを加えた場合は、浮上分離時間を十分に取ること(例えば60分以上)によってAl系酸化物を十分に分離する。
【0057】
次いで溶鋼中にMgを添加し、その後Tiを添加してインゴットを作成する。得られたインゴットを120mm角に鍛造した後、厚さ25mmまで粗圧延した後、加熱炉で1200℃に加熱し、同温度で30分間保持した後、通常の熱間圧延により仕上げ温度900℃で圧延する。次いで400〜500℃の温度で巻き取ることにより、厚さ3.0mmの熱延鋼板を得る。
【0058】
本発明鋼と、比較鋼のMg添加前のフリー酸素濃度、成分組成、6μm以上のTiN系晶出物および析出物の数、穴広げ性を表1,2,3に示す。
【0059】
なお穴広げ性の試験は、次の方法で行った。即ち、厚さ3mmに圧延した各試料鋼板に内径10mmのポンチ穴をあけ、バリのない側から円錐形の工具を用いてその穴を割れが発生するまで押し広げる。試験前のポンチ穴の穴径と割れ発生時の穴径から、下記式(2)によってλ値(n=10)を求め、その値から穴広げ性を評価する。
λ(%)=[(d−do)/do]×100……(2)
(式中、d0は初期穴径、dは割れ発生時の穴径を表わす)
【0060】
鋼中の晶出物および析出物は、自動EPMAを用いて夫々の数、断面積、成分組成を測定し、断面積から円相当径を計算する。観察面積は、1サンプル当たり50mm2以上とする。
【0061】
【表1】
【0062】
【表2】
【0063】
【表3】
【0064】
表1〜3において、符号1〜7はMgを添加していない比較材(従来材)であり、何れも相対的に円相当径が6μm以上の粗大介在物の数が多く、且ついずれも該粗大介在物が、各鋼材のA値との関係で「3A+3.5個」を超えているため、穴広げ性と強度のどちらか若しくは少なくとも一方が劣悪である。
【0065】
また符号27〜30は、Mg添加時のフリー酸素量が多過ぎるか、或いはAl,Ti,Mgの添加順が不適切で、それらの元素をAl→Ti→Mgの順番に添加した場合の比較例であり、何れも円相当径6μm以上の粗大介在物の絶対個数が多いばかりでなく、前記A値との関係においてもその個数が「3A+3.5個」を超えているため、穴広げ性(λ値)が劣悪である。
【0066】
これらに対し、符号8〜26は本発明の規定要件を全て満たす実施例であり、何れもバランスの取れた穴広げ性と引張強さを有しており、これらのうち符号8〜12のグループ、符号13〜18のグループ、および符合19〜22のグループの各供試鋼を比較すると、A値に対して円相当径6μm以上の粗大介在物個数が最も少ない符号19〜22の鋼種は、とりわけ優れた穴広げ性と引張強さを兼備していることが分る。
【0067】
なお図3は、前記表1〜3の結果から、前記式値Aと円相当径6μm以上の粗大介在物個数の関係として整理したグラフ、図4は同表1〜3の結果から、各供試鋼における穴広げ性と引張強さの関係として整理して示したグラフであり、これらのグラフからも、特に鋼材の成分組成から算出されるA値を基準にして、A値と断面1mm2当りに存在する円相当径6μm以上の介在物個数を「3A+3.5個」以下、より好ましくは「3A+1個」以下、更に好ましくは「3A−2.5個」以下に制御することにより、優れた穴広げ性と高強度を兼ね備えた高品質の熱延鋼板を提供し得ることになった。
【0068】
【発明の効果】
本発明は以上の様に構成されており、溶鋼処理温度でTiNが晶出する高張力鋼板(たとえば、高Ti、高N、高Si)を対象とし、穴広げ性の良好な高張力鋼板を製造することが可能となった。また、本発明鋼は、窒素濃度の高い鋼においても窒素濃度の低い鋼以上の穴広げ性を得ることができ、鋼の製造コスト、製造効率を大幅に改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】1600℃の溶鋼内における[Ti][N]の平衡溶解度積とSi濃度との関係を示したグラフである。
【図2】Al脱酸時に生成するのTiN系晶出・析出物の粒径分布を例示するグラフである。
【図3】実施例のデータを基に、前記式値Aと円相当径6μm以上の粗大介在物個数の関係を整理して示したグラフである。
【図4】同じく実施例のデータを基に、各供試鋼の穴広げ性と引張強さを整理して示したグラフである。
Claims (8)
- 質量%で
C:0.03〜0.1%,
Si:2%以下,
Mn:0.5〜2%,
Ti:0.08〜0.5%,
Mg:0.001〜0.01%,
Al:0.01〜0.1%,
N:0.01%以下,
P:0.08%以下,
S:0.01%以下,
残部:Feおよび不可避不純物を満たし、下記式によって求められるAの値が「0<A<2.0」を満たす鋼からなり、
A=−0.06[C]+2.147[Si]−0.063[Mn]−0.019[P]−0.103[S]−0.0243[Al]
−0.517[Ti]−0.001[Ti]2−1.01[Mg]−1.8[N]+log[Ti]+log[N]+2.724
(式中、[元素]は、当該元素の質量%を表わす)
鋼中に存在する介在物のうち、d=2×(断面積/π)1/2で求められる介在物の円相当径dが6μm以上である介在物の数が、鋼材断面1mm2当たり平均で[3A+3.5個]以下であることを特徴とする穴広げ性に優れた高強度熱延鋼板。 - 鋼が、他の元素としてMo:0.5%以下及び/又はCr:0.5%以下を含むものである請求項1に記載の高強度熱延鋼板。
- 鋼が、更に他の元素としてCu:0.5%以下及び/又はNi:0.5%以下を含むものである請求項1または2に記載の高強度熱延鋼板。
- 鋼が、更に他の元素としてB:0.005%以下を含有するものである請求項1〜3のいずれかに記載の高強度熱延鋼板。
- 鋼が、更にCa:0.003%以下を含むものである請求項1〜4のいずれかに記載の高強度熱延鋼板。
- 鋼が、更にNb:0.8%以下を含むものである請求項1〜5のいずれかに記載の高強度熱延鋼板。
- Mg含量とTi含量以外は前記請求項1〜6で定めるいずれかの成分組成を満たす溶鋼のフリー酸素濃度を30ppm以下に調整した後に前記請求項1で定める量に相当するMgを添加し、次いで前記請求項1で定める量に相当するTiを添加することを特徴とする穴広げ性に優れた高強度熱延鋼板の製法。
- 溶鋼をAlで脱酸し、フリー酸素濃度を5ppm以下、トータル酸素濃度を15ppm以下に調整してからMgを添加し、その後Tiを添加する請求項7に記載の製法。
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