JP4311284B2 - 高強度冷延鋼板の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、主として自動車等の産業分野で使用される引張強度780MPa以上の高強度冷延鋼板の製造方法に関するものである。
近年、自動車用鋼板の分野においては、燃費の向上および耐衝突特性の向上のため、引張強度レベル780MPa以上 の高強度鋼板の適用が拡大しつつある。しかし、鋼板の高強度化に伴ってプレス成形性が劣化するという問題がある。具体的には、プレス成形後のスプリングバックや板反りが大きく、形状凍結性が劣るという問題、高強度化に伴って鋼板の延性が劣化するという問題などである。
従来多用されてきた780MPa未満の高強度鋼板において、形状凍結性や延性を向上させるという課題に対しこれまでに多くの提案がなされてきた。例えば、降伏比を低下させて形状凍結性を向上させるため、フェライトとマルテンサイトの２相からなるＤＰ鋼が提案されている。また、伸び特性を改善して加工性を向上させた、フェライト、ベイナイトおよびオーステナイトからなる複合組織鋼板、いわゆるＴＲＩＰ鋼が提案されている。
しかし、780MPa以上の高強度鋼板のプレス成形では、加工力の増大により金型と鋼板の面圧が極めて高く、型かじりが非常に発生しやすくなっている点が特に問題であり、従来の高強度鋼板の技術の延長の考えのみではこれらの課題に対して十分な解決策も提案できず、満足のゆく780MPa以上の高強度鋼板を得ることができなかった。
プレス成形時の金型と鋼板の摺動に関しては、従来より鋼板表面粗さの制御などによる摩擦係数の低減、そしてそれによる耐型かじり性の向上が提案されてきた。
例えば、特許文献１には、鋼板の少なくとも一方の面の表面粗さがＲａ≦0.8 μｍおよびＲｍａｘ≦4.0μｍである鋼板の上に硫黄系極圧添加剤あるいはりん系極圧添加剤を含有する防錆油層を形成することにより、摺動性および耐型かじり性を改善する技術が開示されている。
例えば、特許文献１には、鋼板の少なくとも一方の面の表面粗さがＲａ≦0.8 μｍおよびＲｍａｘ≦4.0μｍである鋼板の上に硫黄系極圧添加剤あるいはりん系極圧添加剤を含有する防錆油層を形成することにより、摺動性および耐型かじり性を改善する技術が開示されている。
また、特許文献２には、鋼板表面の凹部の個々の面積、容積、深さを規定するとともに平面視での凹部総面積率を規定することにより、安定して優れたプレス成形性を得られるようにする技術が開示されている。
しかし、これらの技術は従来の強度レベルの鋼板を成形するときに発生する面圧を対象にして、その場合の摩擦係数を低減することを主眼においており、非常に高面圧がかかって型かじりが発生しやすい引張強度780MPa以上の高強度鋼板のプレス成形にはそのまま適用できなかった。
また、従来の技術では鋼板の表面粗さの調整方法に何らの配慮もなされていないためプレス成形性が劣る場合がある。即ち、冷延鋼板の粗さ調整に関する従来の技術では、例えば前述の特許文献２、特許文献３、特許文献４に開示されているように、冷間圧延、焼鈍後の調質圧延段階にワークロールの凹凸を鋼板に転写させて表面粗さの調整を行っているが、調質圧延においてワークロールの凹凸をしっかり鋼板に転写させるには十分な圧下率が必要となるが、もともと伸びの小さい超高強度鋼板ではこの圧下による伸びの劣化が相対的に大きく、プレス成形性の悪化が懸念される。
特許文献５は、引張強度35〜70kgf/mm2のプレス加工用薄鋼板についてプレス成形性の向上を目的にＹＳ値と表面粗度の最適範囲の関係を明らかにしているが、調質圧延による伸びの劣化について配慮が無く、この技術に従ってスキンパスロールで表面粗度調整するには実施例にあるように高い圧下率でスキンパス圧延せねばならないために伸びの劣化が顕著となり、かえってプレス成形性が悪化する。このため780MPa以上の高強度鋼板にこの技術を適用するのは必ずしも適切とは言えなかった。
特許文献６は、実質的にフェライト単相組織とし微細析出物で強化することにより、伸びと伸びフランジ性がともに優れた引張強度550MPa以上の高張力冷延鋼板を得ることを開示している。しかし、この技術の鋼板は同特許文献に示唆されているように硬質な第二相の存在する鋼板より型かじりが生じやすく、プレス成形時に型との間で高面圧が生じる780MPa以上の高強度鋼板には不向きであった。同文献では表面粗さＲａを1.5μｍ以下にすることで型とのこすれを防止し得ることを述べているが、高面圧かつ摺動距離が長い場合の潤滑油切れによる型かじりの発生が配慮されておらず、加えて所定の表面粗さに調整する方法についても何ら言及するところがないため、十分な技術とは言えなかった。
ところで、例えば、焼鈍前の冷間圧延工程で鋼板表面の粗さを制御する技術としては、特許文献７、特許文献８がある。
また、鋼板表面凹凸構造の制御を冷間圧延用ロールと調質圧延ロールの両方の表面凹凸構造を管理することにより制御してプレス成形性が良好な冷延鋼板を製造する方法として、特許文献９がある。
また、鋼板表面凹凸構造の制御を冷間圧延用ロールと調質圧延ロールの両方の表面凹凸構造を管理することにより制御してプレス成形性が良好な冷延鋼板を製造する方法として、特許文献９がある。
特許文献10のように、冷間圧延工程と焼鈍工程の間に鋼板表面に平均粒径10〜300μｍの固体粒子を投射して表面粗さを調整する方法もある。しかし、これは新たな工程を追加することで多大な設備投資を必要とし、かつランニングコストも高く、コスト的に極めて不利で現実的でなかった。
特開平9-241801号公報
特開平8-47702号公報
特開平8-33902号公報
特開2000-282173号公報
特開平6-99202号公報
特開2003-321732号公報
特開平4-247826号公報
特開平4-276023号公報
特開平8-52501号公報
特開2003-311302号公報
前述のように、従来の技術は780MPa以上の高強度鋼板のプレス成形に配慮されたものでないため、これを適用してもプレスにおいて型かじりが問題になるか、もしくは延性が劣るためプレス成形に好ましくなかった。
そこで、本発明は、延性を犠牲にすることなく良好な耐型かじり性を有する引張強度780MPa以上の高強度鋼板の製造方法を提供することを目的とするものである。
本発明者らは、上記の課題を解決すべく、鋼板の製造方法および鋼板の表面粗さ、耐型かじり性および延性に関し検討した結果、次のことを知見した。
(1)一般的に鋼板表面粗さの調整は焼鈍後の調質圧延において行われるが、硬質で圧延ロール表面の粗さが転写されにくい780MPa以上の高強度鋼板の場合、高い圧延荷重で調質圧延を行わなければならず、結果的に鋼板の延性が劣化する。
(1)一般的に鋼板表面粗さの調整は焼鈍後の調質圧延において行われるが、硬質で圧延ロール表面の粗さが転写されにくい780MPa以上の高強度鋼板の場合、高い圧延荷重で調質圧延を行わなければならず、結果的に鋼板の延性が劣化する。
(2) 焼鈍後の調質圧延によらずに粗さを付与するには焼鈍前の冷間圧延で粗さを付与する必要があるが、従来技術ではそのための方法が明らかでなく、とりわけ変形抵抗が高く、かつロール粗さが鋼板に転写されにくい780MPa以上の高強度鋼板において検討された技術は皆無であった。
例えば、焼鈍前の冷間圧延工程で鋼板表面の粗さを制御する技術としては、前述の特許文献７および特許文献８がある。
これらの技術は冷間圧延において鋼板表面を特定の粗さに調整した後、特定の過時効を持つ連続焼鈍を行い、特定の調質圧延を行うことによって優れた表面性状を得ることを目的としているが、調質圧延による延性劣化について考慮するところがないため延性の乏しい高強度鋼板には適用できない。また、冷間圧延で所定の粗さに制御する方法が明らかでなく不十分な技術と言わざるを得なかった。
これらの技術は冷間圧延において鋼板表面を特定の粗さに調整した後、特定の過時効を持つ連続焼鈍を行い、特定の調質圧延を行うことによって優れた表面性状を得ることを目的としているが、調質圧延による延性劣化について考慮するところがないため延性の乏しい高強度鋼板には適用できない。また、冷間圧延で所定の粗さに制御する方法が明らかでなく不十分な技術と言わざるを得なかった。
前述の特許文献９は、鋼板表面凹凸構造の制御を冷間圧延用ロールと、調質圧延用ロールの両方の表面凹凸構造を管理することにより制御してプレス成形性が良好な冷延鋼板を製造する方法を開示するが、この技術は鋼板表面凹部を独立して分布させるために、冷間圧延の最終スタンドまたは調質圧延のどちらか一方をRa 0.3μｍ以下あるいはRz 2.5μｍ以下のブライトロールで行い、他方をRa 0.5〜1.5μｍかつRz 5.0〜20.0μｍかつ凸部平均間隔10〜80μｍのロールで行うことを特徴としている。しかし、780MPa以上の高強度鋼板に適用する場合は、使用するワークロールの表面粗さが小さ過ぎるために780MPa以上の高強度鋼板の耐型かじり性に必要な鋼板粗さを確保することができず、不十分な技術であった。
また、本発明者らの研究によれば、従来の冷間圧延は、鋼板の平坦を確保する目的で鋼板平坦制御アクチュエータの下限以上の圧延荷重を確保することに主眼が置かれていたために、780MPa以上の高強度鋼板については、冷間圧延において良好な耐型かじり性を実現するために必要とされる表面粗さを付与しうるだけの圧下量とすることは必ずしも行われていなかったのである。
すなわち、変形抵抗の低い780MPa未満の低強度鋼板に冷間圧延で粗さを付与する場合には、鋼板平坦制御アクチュエータの下限以上の圧延荷重を確保するために、鋼板へのロール粗さの転写が飽和する圧下量よりも更に大きな圧下量で圧延する必要があるので、低強度鋼板については何ら注意を払わずとも必然的に所定の粗さを確保できたのである。
また、変形抵抗の大きい引張強度780MPa以上の鋼板については、単に鋼板平坦制御アクチュエータの下限以上の圧延荷重を確保するだけでは、鋼板へのロール粗さの転写が不十分となる圧下量となる場合があるので、耐型かじり性に必要な粗さを確保できない場合があったのである。
要すれば、低強度鋼板については、冷間圧延工程において良好な耐型かじり性を確保する目的で必要な表面粗さを付与するために圧下量を制御するという技術課題はそもそも存在しえないものであり、高強度鋼板については、斯かる技術課題についての認識がされておらず、耐型かじり性に必要な粗さを確保する方法が確立されていなかったのである。
そこで、本発明者らは調質圧延によらずに良好な耐型かじり性を有する780MPa以上の高強度鋼板を製造しうる方法について検討するため、以下の試験を行った。
表１に示す成分Ｉの鋼素材を、仕上温度910℃、巻取温度630℃で熱間圧延をして板厚2.6mmとし、続いて酸洗をした後、板厚1.4mmまで冷間圧延をした。冷間圧延では５パス中の最終パスのみダルロールを用い、そのワークロール直径は450mmで、ロール表面粗さRaを2.8μｍに調整した。なお、ロール表面粗さRaの測定は、JIS B 0601 に規定される方法でカットオフ値0.8mm、測定長4mmの条件にて測定した。
表１に示す成分Ｉの鋼素材を、仕上温度910℃、巻取温度630℃で熱間圧延をして板厚2.6mmとし、続いて酸洗をした後、板厚1.4mmまで冷間圧延をした。冷間圧延では５パス中の最終パスのみダルロールを用い、そのワークロール直径は450mmで、ロール表面粗さRaを2.8μｍに調整した。なお、ロール表面粗さRaの測定は、JIS B 0601 に規定される方法でカットオフ値0.8mm、測定長4mmの条件にて測定した。
次いで、連続焼鈍設備で、均熱条件：840℃、40秒、冷却条件：690℃までを3℃/秒、その後、330℃までを60℃/秒とし、330℃で200秒保持後、室温まで冷却して製品とした。
得られた鋼板について、引張特性をJIS ５号試験片によりJIS Z 2241の方法に準じて測定したところ、引張強度(TS)が1023〜1045MPa、降伏強度(YP)が582〜613MPa、伸び(EL)が15〜17％であり、本発明の目的とする強度レベルの鋼板であった。
得られた鋼板について、引張特性をJIS ５号試験片によりJIS Z 2241の方法に準じて測定したところ、引張強度(TS)が1023〜1045MPa、降伏強度(YP)が582〜613MPa、伸び(EL)が15〜17％であり、本発明の目的とする強度レベルの鋼板であった。
また、鋼板表面粗さRaを、JIS B 0601に規定される方法に準拠してカットオフ値0.8mm、測定長4mmで測定した。最終パスの圧下量を種々変更して試験した鋼板について得られた表面粗さ(Ra)と圧下量との関係を図１に示す。これより圧下量が8μｍ以上の範囲で鋼板Ra 0.6μｍ以上が得られることが分かる。
これらの鋼板について、耐型かじり性を図２に示す装置を用いて以下のように評価した。
すなわち、#600エメリー紙で研磨したJIS G 4404に記載の冷間金型用鋼SKD 11製の平滑工具を、一般防錆油（パーカ興産株式会社製NOX-RUST(登録商標) 550））を2g/m2塗油した鋼板供試材で面圧196MPaの押し付け力で挟みながら、引き抜き速度800mm/分で、引き抜き荷重を測定しながら引き抜いた。
すなわち、#600エメリー紙で研磨したJIS G 4404に記載の冷間金型用鋼SKD 11製の平滑工具を、一般防錆油（パーカ興産株式会社製NOX-RUST(登録商標) 550））を2g/m2塗油した鋼板供試材で面圧196MPaの押し付け力で挟みながら、引き抜き速度800mm/分で、引き抜き荷重を測定しながら引き抜いた。
図３に引き抜き荷重の測定結果の例を模式図で示す。このとき、工具と鋼板との間の金属凝着の発生に伴う引き抜き荷重のハンチングが生じ始めたときの引き抜き距離を型かじり開始距離とした。この距離が長いものほど耐型かじり性が良好である。
本発明ではこの評価法で型かじり開始距離が50mm以上であれば耐かじり性が優れるとした。なお、試験時の温度は室温が20℃であった。
これらの鋼板のRaと型かじり開始距離の測定結果の関係を図４に示す。Raが0.6μｍ以上の範囲で本発明の目標とする耐型かじり性の優れる鋼板が得られた。なお、このときの結果を図１に重ねて示す。
これらの鋼板のRaと型かじり開始距離の測定結果の関係を図４に示す。Raが0.6μｍ以上の範囲で本発明の目標とする耐型かじり性の優れる鋼板が得られた。なお、このときの結果を図１に重ねて示す。
次いで、冷間圧延における最終パスのワークロール表面粗さと鋼板の表面粗度との関連を調べたところ、ワークロールの表面粗さが2.0μm以上のときに鋼板表面粗度0.6以上が安定して得られるものであった。
以上の基礎知見を元に更に研究を重ねて、冷間圧延工程の最終パスの圧延を特定の範囲に制御することで、調質圧延で強圧下することなく良好な耐型かじり性と良好な延性を併せ持つ780MPa以上の高強度鋼板を製造しうることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち本発明は、下記の通りである。
（１）鋼素材に、熱間圧延、酸洗、冷間圧延、そして焼鈍を行って高強度冷延鋼板を製造するに当たり、焼鈍前の冷間圧延工程にて、最終パスの圧延をワークロール表面の算術平均粗さRa 2.0μｍ以上のワークロールを用い、圧下量8μｍ以上30μｍ以下として圧延することを特徴とする、鋼板表面の算術平均粗さRa が0.6〜1.8μｍである引張強度780MPa以上の高強度冷延鋼板の製造方法。
（１）鋼素材に、熱間圧延、酸洗、冷間圧延、そして焼鈍を行って高強度冷延鋼板を製造するに当たり、焼鈍前の冷間圧延工程にて、最終パスの圧延をワークロール表面の算術平均粗さRa 2.0μｍ以上のワークロールを用い、圧下量8μｍ以上30μｍ以下として圧延することを特徴とする、鋼板表面の算術平均粗さRa が0.6〜1.8μｍである引張強度780MPa以上の高強度冷延鋼板の製造方法。
（２）鋼素材に熱間圧延、酸洗、冷間圧延、そして焼鈍を行って高強度冷延鋼板を製造するに当たり、焼鈍前の冷間圧延において、最終パスの圧延をワークロール表面の算術平均粗さRa2.0μｍ以上のワークロールを用い、圧下量8μｍ以上として行い、焼鈍後にさらに、ワークロール表面の算術平均粗さRa1.0μｍ以上のワークロールを用いて、伸び率0.5％以下の調質圧延を行うことを特徴とする、鋼板表面の算術平均粗さRaが0.6〜1.8μｍである引張強度780MPa以上の高強度冷延鋼板の製造方法。
（３）鋼素材に熱間圧延、酸洗、冷間圧延、そして焼鈍を行って高強度冷延鋼板を製造するに当たり、焼鈍前の冷間圧延において、最終パスの圧延をワークロール表面の算術平均粗さRa2.0μｍ以上のワークロールを用い、圧下量8μｍ以上として行い、焼鈍後にさらに、伸び率0.5％以下のレベラによる鋼板の形状矯正を行うことを特徴とする、鋼板表面の算術平均粗さRaが0.6〜1.8μｍである引張強度780MPa以上の高強度冷延鋼板の製造方法。
（４）鋼素材に熱間圧延、酸洗、冷間圧延、そして焼鈍を行って高強度冷延鋼板を製造するに当たり、焼鈍前の冷間圧延において、最終パスの圧延をワークロール表面の算術平均粗さRa2.0μｍ以上のワークロールを用い、圧下量8μｍ以上として行い、焼鈍後にさらに、ワークロール表面の算術平均粗さRa1.0μｍ以上のワークロールを用いた調質圧延と、レベラによる鋼板の形状矯正とを、合計伸び率0.5％以下として行うことを特徴とする、鋼板表面の算術平均粗さRaが0.6〜1.8μｍである引張強度780MPa以上の高強度冷延鋼板の製造方法。
（４）鋼素材に熱間圧延、酸洗、冷間圧延、そして焼鈍を行って高強度冷延鋼板を製造するに当たり、焼鈍前の冷間圧延において、最終パスの圧延をワークロール表面の算術平均粗さRa2.0μｍ以上のワークロールを用い、圧下量8μｍ以上として行い、焼鈍後にさらに、ワークロール表面の算術平均粗さRa1.0μｍ以上のワークロールを用いた調質圧延と、レベラによる鋼板の形状矯正とを、合計伸び率0.5％以下として行うことを特徴とする、鋼板表面の算術平均粗さRaが0.6〜1.8μｍである引張強度780MPa以上の高強度冷延鋼板の製造方法。
（５） 前記鋼素材が、質量％で、Ｃ：0.05〜0.20％、Si：2.0％以下、Mn：1.0 〜3.0％、Ｐ：0.1％以下、Ｓ：0.01％以下、sol Al：0.003〜2.0％、Ｎ：0.007％以下を含有し、あるいは更にCu：0.5％以下、Ni：0.5％以下、Cr：1.0％以下、Mo：0.5％以下、Ｖ：0.1％以下、Ti：0.2％以下、Nb：0.1％以下、Ｂ：0.005％以下から選ばれる１種または２種以上を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなる鋼組成を有し、前記熱間圧延を巻取温度500℃以上として行うことを特徴とする、上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の高強度冷延鋼板の製造方法。
本発明によれば、プレス成形の際の、耐型かじり性および延性がともに優れる引張強度780MPa以上の高強度鋼板を提供することが可能となる。したがって、本発明は、自動車部材の軽量化および耐衝突安全性向上に大きく貢献するものである。
鋼板表面の性状および製造条件、鋼成分等を限定した理由について説明する。
鋼板表面
とりわけ高強度鋼板では、プレス成形時の加工力が大きく鋼板表面の潰れ量が大きいため、型かじりが発生しやすい。そこで本発明では、鋼板表面の算術平均粗さＲａを0.6μｍ以上に限定する。Ｒａが0.6μｍ未満であると、高面圧の摺動で鋼板表面の保油量が少なく、型かじりが起こりやすい。一方、Raが1.8μｍを超える場合は鋼板表面粗さの山部とプレス金型との金属接触が無視できなくなり型かじり性が悪化するため、Raは1.8μｍ以下に限定する。型かじりをさらに発生しにくくするには、好ましくはRaを0.7〜1.6μｍの範囲とするのが良い。なお、本発明における算術平均粗さRaの測定は、JIS B 0601に準拠する。
鋼板表面
とりわけ高強度鋼板では、プレス成形時の加工力が大きく鋼板表面の潰れ量が大きいため、型かじりが発生しやすい。そこで本発明では、鋼板表面の算術平均粗さＲａを0.6μｍ以上に限定する。Ｒａが0.6μｍ未満であると、高面圧の摺動で鋼板表面の保油量が少なく、型かじりが起こりやすい。一方、Raが1.8μｍを超える場合は鋼板表面粗さの山部とプレス金型との金属接触が無視できなくなり型かじり性が悪化するため、Raは1.8μｍ以下に限定する。型かじりをさらに発生しにくくするには、好ましくはRaを0.7〜1.6μｍの範囲とするのが良い。なお、本発明における算術平均粗さRaの測定は、JIS B 0601に準拠する。
製造条件
熱間圧延前の鋼素材の加熱温度は溶体化処理がなされればよく、特に限定するものではないが、圧延の容易さおよび加熱コストの点から、1000〜1300℃が適する。この際、連続鋳造で得られた鋼素材を1000℃未満に冷却することなくそのまま圧延を行ってもよい。また、圧延と圧延の間に加熱を行ってもよい。
熱間圧延前の鋼素材の加熱温度は溶体化処理がなされればよく、特に限定するものではないが、圧延の容易さおよび加熱コストの点から、1000〜1300℃が適する。この際、連続鋳造で得られた鋼素材を1000℃未満に冷却することなくそのまま圧延を行ってもよい。また、圧延と圧延の間に加熱を行ってもよい。
熱間圧延の条件は、熱間圧延終了後の巻取温度を500℃以上とすることが好ましい。これより低いと冷間圧延の荷重が増大し、加工硬化が進んだ最終パスで圧下量を確保することが困難になるためである。さらに好ましくは巻取温度550℃以上である。巻取温度を550℃以上とすることに加えて、仕上温度を870℃以上とするとなお一層好ましい。これはホットランテーブル上でのスケール生成が促進され、その後のスケール脱炭により熱延板の表層が軟質化することにより、冷間圧延工程でのロール粗さの転写が幾分容易になるためと考えられる。巻取温度の上限は特に制限する必要がないが、高すぎると板幅方向、長手方向の組織のばらつきが大きくなり、その後の冷間圧延、焼鈍後も影響が残るので700℃以下とするのがよい。熱間圧延に次いで、常法に従い酸洗を行ったのち、冷間圧延を行う。なお、酸洗の前または後にスキンパス圧延を施しても何ら差し支えない。
本発明は焼鈍前の冷間圧延工程にて必要な表面粗さを確保して、焼鈍後の鋼板に歪をなるべく与えぬようにし、耐型かじり性と延性を確保するものであるから、冷間圧延工程における粗さ調整が最も重要である。具体的には、最終パスの圧延をワークロール表面の算術平均粗さRa2.0μｍ以上、圧下量8μｍ以上として圧延する。
ロール表面のRaが2.0μｍ未満では、圧下量を高くしても必要な鋼板のRaが得られない。耐型かじり性に必要な鋼板表面粗さをより確実に得るにはロール表面のRaを2.5μｍ以上とすることが好ましい。一方、ロールと鋼板の焼き付き防止の観点から、ロール表面のＲａの上限は4.0μｍとすることが好ましい。
また、圧下量が8μｍ未満では、ロール表面の粗さが十分転写できず、必要な鋼板のＲａが得られない。一方、使用する圧延機に応じた負荷能力および平坦制御能力の範囲内であれば、圧下量の上限は特に定める必要がない。圧下量を大きくし過ぎると鋼板Ｒａの向上は飽和していく傾向になるので、圧延負荷低減のため圧下量8〜30μｍの範囲で行うとよい。より効果的には圧下量8〜15μｍで行うのが好ましい。なお、冷延鋼板製品の板厚によらず前記の圧下量の範囲内であれば目的とする鋼板表面粗さを確保することができる。ただし、製品板厚が薄くなるにつれ、最終パスの圧下量を確保するための圧延機の負荷は高くなるため、本発明は製品板厚0.4mm以上の鋼板に適用することが好ましく、より好ましくは製品板厚0.7mm以上である。
本発明において規定する前記の表面粗さを満たせば、最終パスのワークロールの凹凸パターンに制限は無く、ショットダル、レーザーダル、放電ダルなど、いずれを用いても本発明の効果は損なわれない。なお、冷間圧延は通常４〜６パス程度で行われるが、最終パスの圧延を本発明の範囲内で行えば目的とする鋼板表面粗さが得られるため、最終パス以外の圧延については特に制限をする必要がなく常法で行えばよい。例えば、最終パス以外の圧延はブライトロールを用いて行ってもよく、あるいはダルロールを用いて行ってもよい。変形抵抗の大きい引張強度780MPa以上の鋼板を圧延する場合、好ましくは摩擦係数を低減して圧延負荷を低減するため最終パス以外はブライトロールを用いるのがよい。
冷間圧延の総圧下率も特に制限しないが、酸洗工程の生産能率と冷間圧延機の負荷の点から30〜70％の範囲が好ましい。
次に焼鈍を行うが、本発明の好適態様によれば、連続焼鈍設備にてＡc1点以上の均熱温度に10秒〜10分加熱する。均熱温度は、780MPa以上の引張強度を得る目的で均熱後の冷却過程で低温生成相を生成させるためにＡc1変態点以上とする。ただし、温度が高すぎても最終製品の低温生成相の量は変化しなくなる一方、加熱に伴うコストがかさむため900℃以下とすることが好ましい。均熱時間は、その間に所定量のオーステナイトを生成させる必要があるため10秒以上とする。一方、10分超保持してもその効果が飽和するだけで、生産性が低下するため10分以下とすることが好ましい。
次に焼鈍を行うが、本発明の好適態様によれば、連続焼鈍設備にてＡc1点以上の均熱温度に10秒〜10分加熱する。均熱温度は、780MPa以上の引張強度を得る目的で均熱後の冷却過程で低温生成相を生成させるためにＡc1変態点以上とする。ただし、温度が高すぎても最終製品の低温生成相の量は変化しなくなる一方、加熱に伴うコストがかさむため900℃以下とすることが好ましい。均熱時間は、その間に所定量のオーステナイトを生成させる必要があるため10秒以上とする。一方、10分超保持してもその効果が飽和するだけで、生産性が低下するため10分以下とすることが好ましい。
均熱温度からの冷却は、ガス冷却、ロール冷却、気水冷却、水冷却などいずれの冷却方法を用いてもよく、本発明の効果が失われることはない。これらの冷却方法を組み合わせて用いることもできる。ただし、620℃から450℃の温度範囲における平均冷却速度が4℃/秒未満では、必要な低温生成相の量が得られず目標とする780MPa以上の引張強度が確保できないため、620℃から450℃の温度範囲における平均冷却速度は4℃/秒以上とする。なお、気水冷却や水冷却などにおいて鋼板表面の酸化が大きい場合には、焼鈍の後に酸洗を施しても良く、本発明の効果が失われることはない。
以上述べた工程により焼鈍を終えた鋼板はそのまま製品としてもよい。
更に、必要により、形状矯正、鋼板表面粗さの最終調整を目的に調質圧延を施してもよい。ただしその場合は、ロール表面粗さＲａを1.0μｍ以上とし、鋼板の伸び率を0.5％以下とすることが本発明において重要である。
更に、必要により、形状矯正、鋼板表面粗さの最終調整を目的に調質圧延を施してもよい。ただしその場合は、ロール表面粗さＲａを1.0μｍ以上とし、鋼板の伸び率を0.5％以下とすることが本発明において重要である。
伸び率が0.5％を超えて調質圧延を施すと、もともと延性の低い780MPa以上の高強度鋼板では相対的に延性の劣化が極めて大きく、これによってプレス成形時に割れが発生しやすくなるため、0.5％以下に限定する。また、ロール表面粗さＲａが1.0μｍ未満では、冷間圧延工程でつけた鋼板の凹凸が潰されてＲａが低下する場合があるため、調質圧延を行うときはロール表面粗さをＲａ1.0μｍ以上とする。一方、ロールと鋼板の焼き付き防止の観点から、ロール表面のＲａの上限は4.0μｍとすることが好ましい。なお、前記の表面粗さを満たせば、調質圧延のワークロールの凹凸パターンに制限は無く、ショットダル、レーザーダル、放電ダルなど、いずれを用いても本発明の効果は損なわれない。
一方、焼鈍後の鋼板の形状矯正を目的に、テンションレベラーやローラーレベラーなどを使用するレベラーによる矯正、つまりレベラー矯正を行ってもよいが、この場合も鋼板の伸び率が0.5％を超える矯正を行うと鋼板の延性劣化が著しい。
さらに本発明によれば、焼鈍後、上述の調質圧延、そしてレベラー矯正を行ってもよいが、その場合には、調質圧延も含めた合計の伸び率が0.5％以内となる範囲でレベラー矯正を行うのが好ましい。
本発明にかかる製造方法にあっては、鋼組成は特に限定されないが、好ましくは、質量％で、次の組成を有する。
鋼成分
Ｃ：0.05〜0.20％。Ｃ量が0.05％未満では連続焼鈍工程で低温生成相の量を確保しにくく、本発明で目指す引張強度780MPa以上を達成することが困難となる。連続焼鈍工程での負荷を低減することを考慮するとＣ量は0.07％以上とすることが好ましい。一方、Ｃ量が0.20％を超えると、本発明が主に対象とする自動車等の産業分野で施されるスポット溶接において、溶接が困難になったり溶接強度が低下する問題を生じるため、その上限を0.20％とする。
鋼成分
Ｃ：0.05〜0.20％。Ｃ量が0.05％未満では連続焼鈍工程で低温生成相の量を確保しにくく、本発明で目指す引張強度780MPa以上を達成することが困難となる。連続焼鈍工程での負荷を低減することを考慮するとＣ量は0.07％以上とすることが好ましい。一方、Ｃ量が0.20％を超えると、本発明が主に対象とする自動車等の産業分野で施されるスポット溶接において、溶接が困難になったり溶接強度が低下する問題を生じるため、その上限を0.20％とする。
Si：2.0％以下。Siは780MPa以上の引張強度確保に有利な元素である。一方、Si量が2.0％を超えると表面性状が悪化し塗装性も劣るため、その上限を2.0％とする。Siによる強化を確実に得るには0.1%以上含有させることが好ましい。
Mn：1.0 〜3.0％。Mnは780MPa以上の引張強度確保のために必要な元素であり、Mn量は少なくとも1.0％必要である。一方、Mn量が3.0％を超えるとその効果が飽和するばかりか延性の劣化が顕著なため、その上限を3.0％とする。
Ｐ：0.1％以下。Ｐは固溶強化により鋼を強化するが、その含有量が過多になるとスポット溶接性を悪化させるので、上限量を0.1％とする。ただし、過剰にＰを低減することはコスト的に不利であるので下限を0.005％とすることが好ましい。
Ｐ：0.1％以下。Ｐは固溶強化により鋼を強化するが、その含有量が過多になるとスポット溶接性を悪化させるので、上限量を0.1％とする。ただし、過剰にＰを低減することはコスト的に不利であるので下限を0.005％とすることが好ましい。
Ｓ：0.01％以下。ＳはMnSとして鋼中に析出し、プレス成形時に亀裂の起点になる可能性があるため、Ｓの上限は0.01％、好ましくは0.005％とする。ただし、過剰にＳを低減することはコスト的に不利であるので下限を0.0005％とすることが好ましい。
sol Al：0.003〜2.0％。Alは脱酸剤として添加されるが、sol Alにして0.003％に満たないとその効果がなく、一方2.0％を超えて含有させても、コストアップとなるばかりか溶接性が悪化するので、0.003〜2.0％とする。
Ｎ：0.007％以下。Ｎは鋼板中に多量に存在すると延性を低下させるため、その上限を0.007％とする。ただし0.001％未満に低下させるのは製鋼コストが著しく増大するので下限を0.001％とすることが好ましい。
Cu：0.5％以下、Ni：0.5％以下、Cr：1.0％以下、Mo：0.5％以下、Ｖ：0.1％以下、Ti：0.2％以下、Nb：0.1％以下、Ｂ：0.005％以下。これらはいずれも780MPa以上の強度確保のために少なくとも１種添加できる元素である。それぞれ上限を超えて過剰に含有させると、その効果が飽和するばかりか延性の劣化が顕著なため、含有できる上限を上記のように限定する。なお、添加による強化を確実に得るには、それぞれCu：0.05％以上、Ni：0.05％以上、Cr：0.05％以上、Mo：0.03％以上、Ｖ：0.005％以上、Ti：0.01％以上、Nb：0.005％以上、Ｂ：0.0002％以上を含有させることが好ましい。
本発明において上述の鋼組成の残部は、Feおよび不可避的不純物であるが、通常この種の鋼の場合、不純物としては、Co、Ｗ、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Mg、Caなどが挙げられる。それらは、一般には合計量で、0.02％以下程度は許容される。
本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
表１に示す組成成分の鋼素材に、表２、３に示す条件にて、熱間圧延を行い、続いて酸洗を行った後、板厚1.4mmまで冷間圧延を行った。冷間圧延では５パス中の最終パスのみでダルロールを用いた。そのワークロール直径は570mmで、ロール表面粗さRaを1.5〜4.0μｍの間で調整した。次いで連続焼鈍設備で、均熱条件：840℃、40秒、冷却条件：690℃までを3℃/秒、その後、330℃までを60℃/秒とし、330℃で200秒保持後、室温まで冷却して、そのまま製品とした。
表１に示す組成成分の鋼素材に、表２、３に示す条件にて、熱間圧延を行い、続いて酸洗を行った後、板厚1.4mmまで冷間圧延を行った。冷間圧延では５パス中の最終パスのみでダルロールを用いた。そのワークロール直径は570mmで、ロール表面粗さRaを1.5〜4.0μｍの間で調整した。次いで連続焼鈍設備で、均熱条件：840℃、40秒、冷却条件：690℃までを3℃/秒、その後、330℃までを60℃/秒とし、330℃で200秒保持後、室温まで冷却して、そのまま製品とした。
一部の供試材については、さらに、表２、３に示す条件で１パスの調質圧延および／またはテンションレベラー矯正を行った。調質圧延のワークロール直径は480mmとした。なお、冷間圧延の最終パスのワークロールはショットダル加工機で表面粗さを調整したものを使用し、調質圧延のワークロールは放電ダル加工機で表面粗さを調整したものを使用した。また、連続焼鈍の冷却はガス冷却と気水冷却を用いて施した。
得られた鋼板を以下に示す方法で、表面粗さ、引張特性、耐型かじり性について評価した。
表面粗さRaの測定は、JIS B 0601に規定される方法に準拠し、カットオフ値0.8mm、測定長4mmで実施した。
表面粗さRaの測定は、JIS B 0601に規定される方法に準拠し、カットオフ値0.8mm、測定長4mmで実施した。
引張特性は、JIS５号試験片を用いてJIS Z 2241の方法に準じて行った。伸びELが、引張強度780MPa級で17％以上、980MPa級で13％以上、1180MPa級で9％以上を本発明の目的とする良好な延性の範囲とした。
耐型かじり性の評価は図２の装置を用いて前述のごとく実施した。
これらの評価結果を併せて表２、３に示す。
表中、鋼No.1〜12,21,23,27は本発明例であり、引張強度TSが目的とする780MPa以上を達成し、さらに耐型かじり性と延性も問題なく、780MPa以上の高強度鋼板として優れたプレス成形性を有する。
これらの評価結果を併せて表２、３に示す。
表中、鋼No.1〜12,21,23,27は本発明例であり、引張強度TSが目的とする780MPa以上を達成し、さらに耐型かじり性と延性も問題なく、780MPa以上の高強度鋼板として優れたプレス成形性を有する。
一方、比較鋼である鋼No.13〜18は成分が本発明の範囲を外れており、引張強度もしくは延性に問題がある。鋼No.19,20,22,24は、表面粗さが本発明を外れるため耐型かじり性に劣る。鋼No.25は耐型かじり性については良いものの、焼鈍後の調質圧延で歪が多く加わっているため延性に劣る。鋼No.26は表面粗さが本発明を外れるため耐型かじり性に劣るほか、焼鈍後の調質圧延で歪が多く加わっているため延性に劣る。
Claims (5)
- 鋼素材に熱間圧延、酸洗、冷間圧延、そして焼鈍を行って高強度冷延鋼板を製造するに当たり、焼鈍前の冷間圧延において、最終パスの圧延をワークロール表面の算術平均粗さRa2.0μｍ以上のワークロールを用い、圧下量8μｍ以上30μｍ以下として行うことを特徴とする、鋼板表面の算術平均粗さRaが0.6〜1.8μｍである引張強度780MPa以上の高強度冷延鋼板の製造方法。
- 鋼素材に熱間圧延、酸洗、冷間圧延、そして焼鈍を行って高強度冷延鋼板を製造するに当たり、焼鈍前の冷間圧延において、最終パスの圧延をワークロール表面の算術平均粗さRa2.0μｍ以上のワークロールを用い、圧下量8μｍ以上として行い、焼鈍後にさらに、ワークロール表面の算術平均粗さRa1.0μｍ以上のワークロ―ルを用いて、伸び率0.5％以下の調質圧延を行うことを特徴とする鋼板表面の算術平均粗さRaが0.6〜1.8μｍである引張強度780MPa以上の高強度冷延鋼板の製造方法。
- 鋼素材に熱間圧延、酸洗、冷間圧延、そして焼鈍を行って高強度冷延鋼板を製造するに当たり、焼鈍前の冷間圧延において、最終パスの圧延をワークロール表面の算術平均粗さRa2.0μｍ以上のワークロールを用い、圧下量8μｍ以上として行い、焼鈍後にさらに、伸び率0.5％以下のレベラによる鋼板の形状矯正を行うことを特徴とする鋼板表面の算術平均粗さRaが0.6〜1.8μｍである引張強度780MPa以上の高強度冷延鋼板の製造方法。
- 鋼素材に熱間圧延、酸洗、冷間圧延、そして焼鈍を行って高強度冷延鋼板を製造するに当たり、焼鈍前の冷間圧延において、最終パスの圧延をワークロール表面の算術平均粗さRa2.0μｍ以上のワークロールを用い、圧下量8μｍ以上として行い、焼鈍後にさらに、ワークロール表面の算術平均粗さRa1.0μｍ以上のワークロ―ルを用いた調質圧延と、レベラによる鋼板の形状矯正とを、合計伸び率0.5％以下として行うことを特徴とする鋼板表面の算術平均粗さRaが0.6〜1.8μｍである引張強度780MPa以上の高強度冷延鋼板の製造方法。
- 前記鋼素材が、質量％で、Ｃ：0.05〜0.20％、Si：2.0％以下、Mn：1.0 〜3.0％、Ｐ：0.1％以下、Ｓ：0.01％以下、sol Al：0.003〜2.0％、Ｎ：0.007％以下を含有し、あるいは更にCu：0.5％以下、Ni：0.5％以下、Cr：1.0％以下、Mo：0.5％以下、Ｖ：0.1％以下、Ti：0.2％以下、Nb：0.1％以下、Ｂ：0.005％以下から選ばれる１種または２種以上を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなる鋼組成を有し、前記熱間圧延を巻取温度500℃以上として行うことを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載の高強度冷延鋼板の製造方法。
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