JP4214840B2

JP4214840B2 - 高強度鋼板およびその製造方法

Info

Publication number: JP4214840B2
Application number: JP2003162703A
Authority: JP
Inventors: 茂樹野村; 規雄今井
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2003-06-06
Filing date: 2003-06-06
Publication date: 2009-01-28
Anticipated expiration: 2023-06-06
Also published as: JP2004360046A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車足廻り部品などに使用され、その薄肉軽量化に寄与する高強度鋼板、特に熱延鋼板とその製造方法に関するものである。本発明にかかる鋼板は溶接性にも優れており、ホイール・リムなど溶接後成形されるような部品には最適である。
【０００２】
【従来の技術】
連続熱間圧延によって製造されるいわゆる熱延鋼板は、比較的安価な構造材料として、自動車をはじめとする各種の産業機器に広く使用されている。特に燃費低減に大きく寄与する自動車の足廻り部品への高強度熱延鋼板の適用が増加しつつある。最近は環境問題へのさらなる意識の高まりにより、熱延鋼板の高強度化の要望はさらに強くなり、超高強度である880MPa以上の引張強さを有する熱延鋼板の要望がでてきた。
【０００３】
880MPa以上の引張強さを有する熱延鋼板としては、例えば特許文献１に、低温巻取りにて変態強化を利用する方法が開示されている。しかしながらこの方法では、熱間圧延後の冷却過程で平坦が不芳になるという問題と、降伏点／引張強さである降伏比（ＹＲ）が低いという問題があった。降伏比が低いと、そのような材料を、例えば、ホイール・リムの製造に用いた場合、縁石衝突等の時にリムが大きく変形するなど、高強度化の十分な効果が得られない。さらにホイール・リムなど溶接後成形される部品に適用する場合、溶接時にHAZ 部の軟化が生じるため、その後の成形性に問題があった。
【０００４】
一方、析出強化を主体に高強度化する方法は、例えば特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５が開示されている。いずれもTiを主体とした析出強化を図ったものであるが、引張強さで880MPa以上の高強度は得られていない。
【０００５】
【特許文献１】
特開2000−282175号公報
【特許文献２】
特開平６−200351号公報
【特許文献３】
特開平６−228708号公報
【特許文献４】
特開平８−199298号公報
【特許文献５】
特開平11−193443号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述したような従来技術の問題点を解決し、圧延直角方向の引張強さ880MPa以上を有し、かつ降伏比0.80以上を有する鋼板とその製造方法を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らはかかる課題実現のため鋭意実験の結果、引張強度で880MPa以上、かつ降伏比0.8 以上の高強度鋼板を得るのには、Ｖの多量の添加が有効であることを見出した。その際、Tiの複合添加と適切なMn添加が必要であることを見出したのである。
【０００８】
すなわち、高強度鋼板の製造方法の観点からは、熱間圧延後の巻取温度は鋼板の強度に大きく影響するが、析出強化が有効に働く巻取温度域と、変態強化で高強度化に寄与する巻取温度域とはその領域が異なり、同時に両方を有効に働かせることが困難であった。例えば、変態強化を利用するために低温巻取りを行えば、前述の平坦不良や降伏比が低いという問題が生じた。しかし、巻取温度を上げ析出強化を利用して高強度化を図っても、TiやNbなどのみでは、ある程度以上添加しても効果が飽和することと、変態強化の寄与が減少することにより、引張強さで880MPa以上の高強度が得られないという問題があった。
【０００９】
本発明者らは鋭意実験の結果、Ｖ析出物の析出温度が比較的低く、変態強化を働かせながら、析出強化も働かせることが可能であることを見出した。その効果を発揮させるためには、Tiとの複合添加により析出を促進させることが有効で、さらにMn量で変態点を最適化することが有効であった。
【００１０】
これらの結果を総合することにより、降伏比0.8 以上で引張強度で880MPa以上の高強度鋼板とその製造方法についての本発明を完成するに到ったのである。
本発明は、このような知見に基づき完成した高強度鋼板およびその製造方法であって、以下の通りである。
【００１１】
(1)質量％で、Ｃ：0.04〜0.17％、Si：1.1 ％以下、Mn：1.6 〜2.6 ％、Ｐ：0.05％以下、Ｓ0.02％以下、Al：0.001 〜0.50％、Ｎ：0.02％以下、Ｖ：0.11〜0.30％、Ti：0.07〜0.25％を含み、残部が鉄および不可避不純物の鋼組成を有し、圧延直角方向で880MPa以上の引張強さを有し、降伏比0.8 以上を有する高強度鋼板。
【００１２】
(2)前記鋼組成が、質量％で、さらにNb：0.10％以下を含む上記(1) 記載の高強度鋼板。
(3)前記鋼組成が、質量％で、さらにCa：0.01％以下を含む上記(1) または(2) 記載の高強度鋼板。
【００１３】
(4)前記鋼組成が、質量％で、さらにCr：1.0 ％以下、Mo：1.0 ％以下、Cu：1.0 ％以下、およびNi：1.0 ％以下から選ばれた１種または２種以上を含む上記(1) 〜(3) のいずれかに記載の高強度鋼板。
【００１４】
(5)上記(1) 〜(4) 記載の鋼板が熱延鋼板であることを特徴とする高強度鋼板。
(6)上記(1) 〜(4) のいずれかに記載の鋼組成を有する鋼片を、1100℃以上に加熱後、粗圧延を実施し、その後、750 ℃以上の仕上温度で熱間圧延を完了し、次いで平均冷却速度５℃/s以上で冷却を実施し、400 〜650 ℃で巻き取ることを特徴とする圧延直角方向で880MPa以上の引張強さを有し、降伏比0.8 以上を有する高強度鋼板の製造方法。
【００１５】
(7)上記(1) 〜(4) のいずれかに記載の鋼組成を有する鋼片を、1100℃以上に加熱後、粗圧延を実施し、粗圧延完了後の粗バーを加熱または保温して、その後、750 ℃以上の仕上温度で熱間圧延を完了し、次いで平均冷却速度５℃/s以上で冷却を実施し、400 〜650 ℃で巻き取ることを特徴とする圧延直角方向で880MPa以上の引張強さを有し、降伏比0.8 以上を有する高強度鋼板の製造方法。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態についてさらに具体的に詳細に説明する。なお、本明細書における鋼組成を示す「％」は特にことわりのない限り、「質量％」である。
【００１７】
(Ａ) 鋼組成
Ｃ：Ｃは高強度化に必要な元素である。その含有量が0.04％未満ではその効果が小さく、0.17％を超えて含有すると熱間圧延後の冷却の際に平坦不良や特性バラツキ、さらに硬質第２相の増加により降伏比の低下が生じるため、0.04〜0.17％と定めた。好ましい下限は、0.06％、さらに好ましくは0.09％である。好ましい上限は0.16％である。
【００１８】
Si：Siは高強度化に有効な元素である。しかしながら多量の添加は化成処理性の低下や島状スケール疵と呼ばれる表面不良が著しくなるため、その含有量は1.1 ％以下と定めた。好ましくは0.6 ％以下、さらに好ましくは0.1 ％以下である。
【００１９】
Mn：Mnは高強度化に必要な元素である。変態点を下げ、Ｖ析出物の析出状態を制御するのに寄与するとともに、変態強化によって高強度化にも寄与する。その効果は1.6 ％未満では得られない。また、2.6 ％を超えて含有すると熱間圧延での冷却での平坦不良や特性バラツキを生じさせるとともに、変態強化が主となって降伏比が低下する。したがって、その含有量を1.6 〜2.6 ％と定めた。好ましくは下限が1.9 ％、上限が2.4 ％である。
【００２０】
Ｐ：Ｐは靱性を劣化させる好ましくない元素である。したがって、Ｐの含有量を0.05％以下と定めた。ただし、Ｐにもスケールの剥離性を向上させる働きがあるので、0.005 〜0.03％が好ましい範囲である。
【００２１】
Ｓ：ＳはMnS 量を増加させ伸びフランジ性を低下させる好ましくない元素である。したがってその含有量は0.02％以下と定めた。好ましくは0.008 ％以下、さらに好ましくは0.004 ％以下である。
【００２２】
Al：Alは脱酸のため添加される。その効果は0.001 ％未満では不十分で、また0.50％を超えて含有すると溶接性が低下するため、0.001 〜0.50％と定めた。好ましくは0.001 〜0.1 ％である。
【００２３】
Ｎ：Ｎは不純物元素である。したがって, 含有量が高すぎると高温延性が低下し、表面疵の問題が発生するが、0.02％までは許容される。
Ti：Tiは本発明では重要な元素である。析出強化により溶接性の劣化を抑え、鋼板の高強度化に寄与するとともに、Ｖ析出物の析出核として働き、高強度化および析出による高降伏比達成に大きく寄与する。その効果は0.07％未満では不十分で、添加量が多すぎても効果が飽和するので、その含有量を0.07〜0.25％と定めた。好ましくは0.07〜0.15％である。
【００２４】
Ｖ：Ｖは本発明で最も重要な元素である。比較的低い温度で析出し、高強度化に大きく寄与する。その効果は0.11％未満では不十分である。また添加しすぎると、化成処理性が劣化してくるので、その含有量は0.11〜0.30％と定めた。好ましくは、0.16〜0.30％である。
【００２５】
Nb：Nbは必要に応じて添加され、細粒化および析出強化で鋼板の高強度化に寄与する。添加しすぎても効果が飽和するので、その含有量は、0.10％以下と定めた。好ましくは0.001 ％以上である。さらに好ましくは0.005 ％以上含有させるのが良い。
【００２６】
Mo、Cr、Cu、Ni：これらは必要に応じて１種または２種以上添加され、固溶強化、変態強化を通じて高強度化に寄与する。しかしながら、過剰に添加すると化成処理性の劣化や靱性の劣化をもたらすので、その含有量は、Mo：1.0 ％以下、Cr：1.0 ％以下、Cu：1.0 ％以下、Ni：1.0 ％以下と定めた。好ましくは、それぞれの下限は、Mo：0.001 ％以上、Cr：0.001 ％以上、Cu：0.001 ％以上、Ni：0.001 ％以上、さらに好ましくはMo：0.01％以上、Cr：0.01％以上、Cu：0.01％以上、Ni：0.01％以上であり、少なくとも１種含有させるのが良い。
【００２７】
Ca：Caは必要に応じて添加され、硫化物の球状化を通じて、局部延性を向上させる。過剰に添加しても効果が飽和するので、その含有量を0.01％以下と定めた。好ましくは0.0001％以上、さらに好ましくは0.0005％以上含有させるのが良い。
【００２８】
また, 本発明にかかる鋼材をホイール・リムなど溶接を行ってから成形される部品に適用する場合は、式: Ｃ＋Ｓｉ/90 ＋（Ｍｎ＋Ｃｒ）/100の値を0.18以下、さらに好ましくは0.16以下にした鋼材を使用することが好ましい。
【００２９】
本発明における鋼組成は、残部はFeであり、不可避的不純物として、前述の窒素(N) 、Ｐ、Ｓ等の他に、Ｂ、Snなどを合計0.01％以下まではその存在は許容される。
【００３０】
以上のような鋼組成の鋼は、例えば転炉、電気炉により溶製される。そのときの鋼種も、リムド鋼、キャップド鋼、セミキルド鋼またはキルド鋼のいずれでもよい。さらに、鋼片の製造は、造塊−分塊圧延あるいは連続鋳造のいずれの手段によってもよい。
【００３１】
このようにして用意された鋼片は、以下に述べる条件によって熱間圧延、冷却、巻取りを行う。
(Ｂ）熱間条件
熱間圧延は、加熱温度1100℃以上、仕上温度は750 ℃以上で実施される。1100℃以上の加熱温度により、TiやＶの析出物等を固溶させ、その後の再析出にて鋼板の強化に寄与させるのである。いわゆる析出強化である。
【００３２】
加熱炉に装入する鋼片 (スラブ) は高温の熱片であってもよいし、室温まで冷やした冷片であってもよい。加熱後粗圧延を実施し、その後仕上圧延が施される。仕上温度が750 ℃未満では、バンド組織の過度の生成や、変態して生じたフェライトへの過度の歪の導入で、加工性が劣化するので好ましくない。
【００３３】
加熱後は、粗圧延を行うが、この粗圧延後、仕上温度やコイル内での温度の均一化を図る目的で、粗バーを保温または加熱するのも有効な手段である。このときの粗バーの加熱または保温は、粗バーヒータや保温カバーで実施しても良いし、粗バーをコイル状に巻き取って、炉に装入しても構わない。なお、エッジなど一部のみ加熱するのも、有効な手段である。
【００３４】
また、仕上圧延開始前に前後の粗バーを接合して連続的に通板することで熱間圧延の効率化を図っても何ら問題はない。
仕上げ圧延後、冷却を行ってコイル状に巻取られる。本発明によれば、このときの冷却速度はTiやＶの析出物の粗大化を抑えるために平均で５℃/s以上とする。冷却速度の上限は特に規定しないが、平均冷却速度が100 ℃/sを超えると平坦不良が発生しやすい。
【００３５】
このようにして冷却してから巻取りを行うが、そのときの巻取温度も本発明では重要で、圧延直角方向での引張強さで880MPa以上、降伏比0.80以上を確保するには、巻取り温度400 〜650 ℃とする。巻取り温度が、400 ℃未満では析出強化の働きが不十分で、また650 ℃を超えると析出物の粗大化が生じ、引張強さや降伏比の低下が生じる。好ましい巻取温度は450 〜650 ℃、さらに好ましくは450 〜580 ℃である。
【００３６】
本発明にかかる鋼板は、その用途として、自動車などの足廻り部品を考えると、その薄肉軽量化を実現するために、圧延直角方向で880MPa以上の引張強さを有し、降伏比0.8 以上を有するものとする。鋼板の引張強さおよび降伏比は自動車足回り部品の衝撃強度へ大きく影響する。したがって、引張強さは930MPa以上、さらには980MPa以上であるのが好ましく、降伏比は0.85以上であることが好ましい。
【００３７】
本発明にしたがって製造された鋼板、例えば熱延鋼板については、通常はスキンパス圧延による形状矯正や酸洗によるスケールの除去が行われ、表面には防錆油が塗布されて出荷される。
【００３８】
もちろん、このようにして製造された熱延鋼板は、必要によりさらに冷間圧延などの冷間加工を行ってもよく、したがって、本発明にかかる鋼板としては、熱延鋼版、冷延鋼板、溶融亜鉛めっき鋼板、合金化溶融亜鉛めっき鋼板、亜鉛系電気めっき鋼板のいずれも含む。通常、これらの鋼板は板厚が0.4 〜25mmである。もちろん、本発明はその特性が発揮される限り、そのような板厚によって制限されるものではない。
【００３９】
次に、本発明の作用効果を実施例によってさらに具体的に説明する。
【実施例】
表１に示す鋼組成の鋼を転炉にて溶製後、連続鋳造にてスラブとした。そのスラブで粗圧延および連続熱間仕上圧延を実施し、板厚2.4mm の熱延鋼板を製造した。
【００４０】
本例において採用した熱延条件は表２に示す。また一部の試験材では粗圧延後の粗バーにおいて、粗バーヒータで加熱を行った。粗バーヒータ使用の有無も表２に合わせて示す。
【００４１】
次いで、得られた熱延鋼板について、スキンパスでの平坦矯正および酸洗でのスケール除去を行い、圧延直角方向にJIS ５号引張試験片を採取して引張試験を行った。結果は表３に示す。
【００４２】
これらの結果からも分かるように、本発明鋼である試験番号１〜４、８〜15の場合は、0.80以上の降伏比と880MPa以上の引張強さを示した。加熱温度が低く仕上温度が低い試験番号５の場合は880MPa以上の引張り強さが得られないとともに、伸びが低かった。巻取温度が高い試験番号６と巻取温度が低い試験番号７では、析出強化と変態強化が十分に発揮できず、引張り強さが低いとともに降伏比が低い。また巻取温度が低い試験番号７は大きな平坦不良が発生した。Mn含有量が高い試験番号16とＣ量が高い試験番号20は強度は高くはなるが、降伏比が下がった。Mn量の低い試験番号17とＶ量が低い試験番号18と、Ti量が低い試験番号19では、引張り強さが低くなった。
【００４３】
【表１】

【００４４】
【表２】

【００４５】
【表３】

【００４６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明により製造された鋼板は、圧延直角方向にて880MPa以上の引張強さと降伏比0.80以上を有し、耐久性が問題となる自動車足回り部品、特に縁石強度が問題となるホイール・リムに最適で、かかる効果を有する本発明の意義は極めて著しい。

Claims

質量％で、Ｃ：0.04〜0.17％、Si：1.1 ％以下、Mn：1.6 〜2.6 ％、Ｐ：0.05％以下、Ｓ0.02％以下、Al：0.001 〜0.50％、Ｎ：0.02％以下、Ｖ：0.11〜0.30％、Ti：0.07〜0.25％を含み、残部が鉄および不可避不純物の鋼組成を有し、圧延直角方向で880MPa以上の引張強さを有し、降伏比0.8 以上を有する高強度鋼板。
前記鋼組成が、質量％で、さらにNb：0.10％以下を含む請求項１記載の高強度鋼板。
前記鋼組成が、質量％で、さらにCa：0.01％以下を含む請求項１または２記載の高強度鋼板。
前記鋼組成が、質量％で、さらにCr：1.0 ％以下、Mo：1.0 ％以下、Cu：1.0 ％以下、およびNi：1.0 ％以下から選ばれた１種または２種以上を含む請求項１〜３のいずれかに記載の高強度鋼板。
請求項１〜４記載の鋼板が熱延鋼板であることを特徴とする高強度鋼板。
請求項１〜４のいずれかに記載の鋼組成を有する鋼片を、1100℃以上に加熱後、粗圧延を実施し、その後、750 ℃以上の仕上温度で熱間圧延を完了し、次いで平均冷却速度５℃/s以上で冷却を実施し、400 〜650 ℃で巻き取ることを特徴とする圧延直角方向で880MPa以上の引張強さを有し、降伏比0.8 以上を有する高強度鋼板の製造方法。
請求項１〜４のいずれかに記載の鋼組成を有する鋼片を、1100℃以上に加熱後、粗圧延を実施し、粗圧延完了後の粗バーを加熱または保温して、その後、750 ℃以上の仕上温度で熱間圧延を完了し、次いで平均冷却速度５℃/s以上で冷却を実施し、400 〜650 ℃で巻き取ることを特徴とする圧延直角方向で880MPa以上の引張強さを有し、降伏比0.8 以上を有する高強度鋼板の製造方法。