JP4337764B2 - 高強度冷延鋼板、溶融亜鉛めっき鋼板、それらの製造方法 - Google Patents
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さらに、鋼中にTiを含有したものを母材として溶融亜鉛めっきを施した場合には、鋼板表面にすじ状のめっきムラが発生するため、自動車外板用として用いる場合に支障を来たす場合があった。
これらの用途に供するブランク材は、鋼板からプレス加工で製造される自動車部品のなかでも最大クラスのサイズであるため、小物部品のようなスリットコイルからではなく、コイル幅のまま、それも最大クラスの広幅コイルから、ほぼ長方形にブランクカットしたものを若干トリムしてプレスに供されるものである。
サイドパネル、ドア、フード、ルーフ等自動車外板パネルは、大型かつ概ね長方形の鋼板ブランク材を用いるため、鋼板コイルに対して0°又は90°方向に板取りされる。その結果、図1に示すように、鋼板の45°方向がプレス時の割れやしわ危険位置に合致する。
加えて、Cを0.0005%以上0.0040%未満に制御し、強度不足分をMn、Nbなどで強化することで、強度を低下させずに高加工性を確保できることを確認した。
C:0.0005%以上、0.0040%未満
CはNbと結合し、NbCの微細炭化物を形成する。C含有量を適正化することは微細なNbCを適当な体積率で析出させるため、かつ成形性を高めるためである。微細に析出したNbCは熱延鋼板の結晶粒径を微細化し、冷間圧延・焼鈍後のr値を向上させる効果がある。また、NbCは極めて微細に析出させることが出来るため、大きな析出強化の効果が得られ、Mn、P、Siなどの固溶元素の多量の添加を必要とせずに高強度化が実現できる。
Siは、低コストで固溶強化により鋼板を高強度化する有用な元素であるので、強度向上を目的として含有させることができる。Si含有量が1.5%を超えるとスケール疵が生じやすくなる。また、YSが高くなり伸びが劣化して加工時に面歪みや割れが生じやすくなる。したがって、Si含有量を1.5%以下とする。より優れた外観性状を求める場合等には、Si含有量を0.5%以下とすることが好ましい。下限は特に制限ないが、好ましくは強度確保のために0.3%以上とする。
Mnは、固溶強化により鋼板を高強度化する作用を有する。Mn含有量が0.5%未満では、目的とする高強度化が図れない場合がある。一方、Mn含有量が2.5%超ではYSが上昇し伸びが劣化し加工時にしわや割れが生じやすくなる。このためMn含有量を0.5〜2.5%とする。加工性をさらに良好にするためには、Mn含有量を2.0%以下とすることが好ましい。引張強度390MPa以上を安定的に確保するために、Mn含有量を0.8%以上とすることが好ましい。
Pは、r値の低下を抑えながら固溶強化により鋼板を高強度化する有用な元素であるので、強度向上を目的として含有させることができる。P含有量が0.06%を超えると、合金化溶融亜鉛めっき鋼板の場合には合金化処理性を低下させてめっき密着性を低下させたり、めっき表面にすじ模様を呈したりする場合がある。このため、P含有量を0.06%以下とする。390MPa以上の引張強度を安定的に確保するために、P含有量を0.04%以上とすることが好ましい。
Sは不純物として鋼板中に存在するが、その含有量が多いとスケール疵が生じやすくなり表面外観を著しく劣化させる場合があるため、その含有量を0.05%以下とする。好ましくは0.03%以下である。
Nは、過剰に含有するとYSが上昇して面歪みが生じやすくなったりFe中に固溶してストレッチャーストレインマークなどの表面欠陥を発生させる原因となったりする。このため、N含有量を0.006%以下とする。好ましくは0.0035%以下である。
Alは、脱酸のため添加する。sol.Al含有量が0.005%未満では脱酸が不十分となり、0.1%を超えるとAlの固溶強化で鋼板が強化し延性が低下する。このため、Al含有量を0.005〜0.1%とする。
Nbは、Cと結合してNbCの微細析出物を生成し、これにより組織を微細化し、機械的特性や表面性状を向上させる。NbはAr3点直下で炭化物を析出するため極めて微細な析出物が得られるという点で、本発明が目的とする効果を得る手段として炭化物生成元素の中で最も好適な元素である。一方、同じ炭化物生成元素であるTiは、Ar3点以上の高温で炭化物を析出するので、析出物が粗大となり、本発明が目的とする効果を得る手段としては不適切である。
Tiは、NをTiNとして析出させることにより、NによるストレッチャーストレインやYSの上昇を抑制して加工時の面歪みを生じ難くする。また、圧延方向に対する角度が0°、45°、90°の3方向におけるそれぞれのr値の特性差(異方性)を小さくすることができるため、プレス加工時の割れやしわの発生を抑制することができる。これらの効果を得るためにTi含有量を0.005%以上とする。
本発明が目的とする、自動車のサイドパネル、フード、ドア、フェンダー等の大型プレス部品の成形に最適な、圧延方向に対する角度が0°、45°、90°の3方向におけるr値の最大値と最小値との差(rmax−rmin)を1.5以下にするためにNbとTiとの含有量の比(Nb/Ti)を2以上とする。rmax−rminが1.5超では、サイドパネル、フード、ドア、フェンダー等で最も成形が厳しいコーナー部の材料特性が不足する。また、そのような特性不足を解消するためには、より高グレードの鋼板を使用する必要が生じる。Nb/Tiが2未満では、rmax−rminが1.5超となったり、45°方向のr値が著しく劣化する場合がある。
B:0.0001〜0.0020%
Bは二次加工脆化を防止する作用を有するので必要により含有させることが好ましい。B含有量が0.0001%未満ではそのような作用が小さく、0.0020%を超えるとYSが上昇し伸びが低下して加工時にしわや割れが生じやすくなる。このためB含有量は0.0001〜0.0020%とする。好ましくは0.0003〜0.0010%である。
これらの元素は強度確保のため必要により少なくとも1種含有させても良い。各元素の含有量が1%を超えると強度向上の効果が飽和してコストが嵩むため各元素の含有量を1%以下とする。好ましくはそれぞれの含有量は0.5%以下である。
圧延方向に対する角度が0°、45°および90°の3方向におけるYS:250MPa以下
圧延方向に対する角度が0°、45°および90°の3方向におけるYSが1方向でも250MPa超では、自動車のサイドパネル、フード、ドア、フェンダー等の成形において、コーナー部に面歪みや割れが生じ易くなる。したがって、圧延方向に対する角度が0°、45°および90°の3方向におけるそれぞれのYSを250MPa以下とする。
自動車のサイドパネル、フード、ドア、フェンダー等の成形において、圧延方向に対する角度が0°、45°および90°の3方向におけるr値の最大値と最小値との差が1.5より大きいと、r値が最小となる方向に主たる加工が加わる部位に於いて割れが生じたり、r値の最大値と最小値の差が大きいことに起因して面歪みやしわが生じたりする場合がある。したがって、圧延方向に対する角度が0°、45°および90°の3方向におけるr値の最大値と最小値との差を1.5以下とする。
圧延方向に対する角度が45°方向におけるr値が1.5未満では、自動車のサイドパネル、フード、ドア、フェンダー等の成形において、コーナー部にしわや割れが発生し易くなる。したがって、圧延方向に対する角度が45°方向におけるr値を1.5以上とする。
(1)熱間圧延工程
熱間圧延開始温度:1100〜1280℃
すでに説明した鋼組成を備える鋼塊または鋼片を1100〜1280℃とした後に熱間圧延を施す。ここで、前記鋼塊または鋼片は、1100℃未満の温度にあるものを再加熱して1100〜1280℃として熱間圧延に供してもよいし、連続鋳造スラブを用いる場合には連続鋳造後1100℃未満に低下させることなく1100〜1280℃とした後に熱間圧延に供してもよいし、鋼片を用いる場合には分塊圧延後の鋼片を1100℃未満に低下させることなく1100〜1280℃とした後に熱間圧延に供してもよい。
熱間圧延完了温度:Ar3点〜1000℃
熱間圧延完了温度(以下、「仕上温度」または「FT」ともいう。)がAr3点未満の場合には、表層がフェライト化して熱間圧延組織が粗大化するため製品段階におけるr値が低下して加工時に割れが生じたり、溶融亜鉛めっき鋼板についてはめっき表面にすじ模様を呈したりする場合がある。
巻取温度:400〜650℃
巻取温度が400℃未満では、巻取り後におけるNbCが生成が不十分となり、本発明が目的とするNbCの効果を十分に享受することができずにr値が低下する場合があり加工時に割れが生じやすくなる。
したがって、鋼帯への巻取温度は400〜650℃とすることが好ましい。
熱間圧延により得られる熱間圧延鋼板は、酸洗により脱スケールされ、冷間圧延が施された後に焼鈍が施される。高強度溶融亜鉛めっき鋼板については、さらに溶融亜鉛めっきが施され、必要に応じて合金化処理が施される。
冷間圧延工程における冷間圧延は焼鈍後のr値を向上させるため圧下率を50%以上とすることが好ましい。
溶融亜鉛めっき鋼板を製造する場合には、その後、溶融亜鉛めっきを施す。溶融亜鉛めっきの方法は常法で構わないが、連続溶融亜鉛めっきラインを用いて、前記焼鈍工程と前記溶融亜鉛めっき工程を連続して行うことが生産性の観点から好ましい。また、溶融亜鉛めっきを施した後に合金化処理を行ってもよい。合金化処理も常法で構わない。なお、本発明における溶融亜鉛めっき鋼板には、合金化溶融亜鉛めっき鋼板も含む。
耐二次加工脆性は、直径50mmの円筒ポンチを用いて絞り比1.8で絞り加工を行い、各種温度に保持した後、円錐台にセットして100kgの錘を落錘させ、破面観察から脆性破壊する上限温度を調査した。
成形性は、図2に示すように、サイドパネルのセンターピラー部を模したT字型テスト型を用いて、絞り深さ25mmでプレス加工を施し、割れ、しわ、面歪みの有無を評価した。なお、図2中の数値は寸法(mm)を示す。「○」が合格である。
機械的特性を調査した結果を表3、表4に示す。r値測定はめっき層の影響を除去するため塩酸により酸洗してめっき層を除去した後に実施した。
Claims (6)
- 質量%で、C:0.0005%以上、0.0040%未満、Si:1.5%以下、Mn:0.5〜2.5%、P:0.06%以下、S:0.05%以下、N:0.006%以下、sol.Al:0.005〜0.1%、Ti:0.005〜0.05%およびNb:0.04〜0.20%を含有し、残部がFeおよび不純物からなり、NbとTiの含有量の比(Nb/Ti)が2以上である鋼組成を有し、圧延方向に対する角度が0°、45°および90°の3方向における降伏強度がそれぞれ250MPa以下であり、前記3方向におけるr値の最大値と最小値との差が1.5以下であり、さらに圧延方向に対する角度が45°方向におけるr値が1.5以上であることを特徴とする、引張強度が390MPa以上で表面性状の良好な高強度冷延鋼板。
- 前記鋼組成が、前記Feの一部に代えて、質量%で、B:0.0001〜0.0020%を含有することを特徴とする請求項1に記載の高強度冷延鋼板。
- 前記鋼組成が、前記Feの一部に代えて、質量%で、Cr:1%以下、Mo:1%以下、V:1%以下およびNi:1%以下の群から選ばれる1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の高強度冷延鋼板。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の高強度冷延鋼板の表面に溶融亜鉛めっき層を備えることを特徴とする引張強度が390MPa以上で表面性状の良好な高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の鋼組成を有する鋼塊または鋼片を1100〜1280℃として熱間圧延を施し、Ar3〜1000℃で熱間圧延を完了して400〜650℃で鋼帯に巻き取り、酸洗を行った後に圧下率50%以上で冷間圧延を施し、次いで780〜900℃で焼鈍を行うことを特徴とする高強度冷延鋼板の製造方法。
- 請求項5に記載の製造方法により得られる高強度冷延鋼板に溶融亜鉛めっきを施すことを特徴とする高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
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