JP4432725B2 - 伸びフランジ性に優れたCr含有高強度冷延鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
例えば、自動車足回り部材や車体補強部品などには外板材に比べて厳しい加工が施されるため、自動車足回り部材用や車体補強部品用鋼板としては、伸びとともに高い伸びフランジ性を有する高強度鋼板が要望されている。このような用途向けの冷延鋼板としては、フェライト基地にマルテンサイト相が細かく分散した二相組織鋼板、いわゆるDual Phase鋼板(DP鋼板)がある。
また、特許文献2には、冷延後の再結晶焼鈍に際し、加熱速度を制御して固溶N量を確保し、再結晶焼鈍後に過時効を行って固溶C量を低減させ、延性、成形性を向上させたプレス加工性に優れた高強度冷延鋼板が開示されている。
また、特許文献1に記載された技術では、r値の低下を防止するため、Mn含有量を低く抑え、引張強さ:40kgf/mm2程度の強度しか得られないうえ、焼鈍後の冷却速度を制御するなど複雑な工程を必要とし、製造コストの高騰を招くという問題があった。また、特許文献2に記載された技術では、過時効処理を行なう必要があり、大規模な焼鈍ラインが必要となるとともに、工程が複雑となり、製造コストの高騰を招くという問題に加え、高強度でかつ良好な伸びフランジ性を確保できないという問題があった。
また、特許文献3〜6に記載された技術では、強度が高すぎるため、延性、とくに伸びフランジ性が低下し、高強度と優れた伸びフランジ性とをともに具備することができないという問題があった。特許文献3〜6に記載された技術では高温から焼入れし、マルテンサイトの組織分率を高くする必要があるため、高強度が得られるが伸びが低く、また伸びフランジ性が劣化するという問題があった。さらに、焼入れ後に残留応力が生じやすく、板の形状不良によるロールとの擦りきず、あるいはライン内破断等の発生が懸念される。
(1)質量%で、C:0.003〜0.03%、N:0.003〜0.02%、Si:0.5〜3.0%、Mn:1.0%超え3.0%以下、P:0.05%以下、S:0.010%以下、Cr:9〜13%、Ni:0.5%以下、Al:0.05%以下、O:0.0050%以下を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成と、体積率で、フェライト相を70%以上、炭窒化物相およびマルテンサイト相を合計で30%未満含む金属組織とを有し、引張強さ:600〜900MPaの高強度を有し、かつ伸びフランジ性に優れることを特徴とするCr含有冷延鋼板。
(2)(1)において、前記組成に加えてさらに、質量%で、V:0.01〜0.3%、W:0.001〜0.1%、Co:0.01〜0.2%のうちから選ばれた1種または2種以上を含有する組成とすることを特徴とするCr含有冷延鋼板。
(3)(1)又は(2)において、前記組成に加えてさらに、質量%で、Cu:2.0%以下を含有する組成とすることを特徴とするCr含有冷延鋼板。
(4)Crを含有する鋼素材に加熱処理を施し、ついで粗圧延と仕上圧延とからなる熱間圧延により熱延板としたのち、該熱延板に熱延板焼鈍を施して熱延焼鈍板とし、該熱延焼鈍板に冷間圧延を施して冷延板とし、ついで該冷延板に連続焼鈍を施すCr含有冷延鋼板の製造方法において、前記鋼素材を、質量%で、C:0.003〜0.03%、N:0.003〜0.02%、Si:0.5〜3.0%、Mn:1.0%超え3.0%以下、P:0.05%以下、S:0.010%以下、Cr:9〜13%、Ni:0.5%以下、Al:0.05%以下、O:0.0050%以下を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼素材とし、
前記熱間圧延の仕上圧延を仕上圧延終了温度が800〜1000℃で、巻取温度が900℃以下である圧延とし、前記熱延板焼鈍を600〜1100℃の温度範囲に加熱し冷却する処理とし、前記冷延板の連続焼鈍を650〜1100℃の温度範囲に加熱し冷却する処理とすることを特徴とするCr含有冷延鋼板の製造方法。
(5)(4)において、前記組成に加えてさらに、質量%で、V:0.01〜0.3%、W:0.001〜0.1%、Co:0.01〜0.2%のうちから選ばれた1種または2種以上を含有する組成とすることを特徴とするCr含有冷延鋼板の製造方法。
(6)(4)又は(5)において、前記組成に加えてさらに、質量%で、Cu:2.0%以下を含有する組成とすることを特徴とするCr含有冷延鋼板の製造方法。
C:0.003%以上0.03%以下
Cは、鋼の強度上昇に極めて有効に作用する元素であるが、過剰な含有は加工性や靭性を低下させる。このため、本発明では、Cは0.003%以上0.03%以下に限定した。なお、好ましくは0.004%以上0.025%以下である。
Nは、Cと同様に鋼の強度上昇に有効に作用する元素であるが、過剰な含有は靭性を低下させるだけでなく、加工性をも低下させる。このため、本発明では、Nは0.003%以上0.02%以下に限定した。なお、好ましくは0.004%以上0.015%以下である。
Si:0.5%以上3.0%以下
Siは、鋼の強化元素であると同時に、耐酸化性ならびに耐食性を高めるのに有効に作用する元素であり、本発明では0.5%以上の含有を必要とする。一方、3.0%を超えて過剰に含有すると、伸びや靭性の低下、あるいはさらに加工割れが発生する危険性が増大する。このため、Siは0.5%以上3.0%以下に限定した。なお、好ましくは0.7%以上2.8%以下である。
Mnは、高温でのオーステナイトを安定化させ、それによりマルテンサイトを生成させる作用があり、鋼の強度上昇に有効で、本発明では重要な元素である。このような効果は1.0%を超える含有で顕著となる。一方、3.0%を超えて多量に含有すると靭性を低下させるばかりでなく、耐食性をも劣化させる。このため、Mnは1.0%超え3.0%以下に限定した。なお、好ましくは1.2%以上2.5%以下である。
Pは、鋼の強度上昇に有効に作用する元素であり、強度確保のために本発明では0.01%以上含有することが望ましいが、0.05%を超えて多量に含有させると伸びと靭性を低下させる。このため、Pは0.05%以下に限定した。なお、好ましくは0.04%以下である。
S:0.010%以下
Sは、Mnと結合しやすく、MnSを形成して鋼板の曲げ加工性を劣化させるだけでなく、耐食性を著しく劣化させる。このため、本発明ではSはできるだけ低減することが望ましいが0.010%までは許容でき、本発明では、0.010%を上限とした。なお、好ましくは0.005%以下である。
Crは、耐食性の向上ならびに耐酸化性の向上に不可欠な元素であり、また、Crはフェライト相の強化に有効な元素であり、フェライト相と第二相のマルテンサイト相との硬度差を減少させ、Crを十分に含まない一般のDP鋼板で問題となるフェライト相とマルテンサイト相との硬度差による割れを防止する効果を有する。このような効果は9%以上の含有で顕著となる。一方、13%を超える含有は靭性の劣化を招く。このため、本発明では、Crは9%以上13%以下に限定した。なお、好ましくは9.2%以上12.8%以下である。
Niは、靭性ならびに耐食性の向上に寄与する元素であり、0.1%以上含有することが望ましいが、Niは高価であり多量の含有は材料コストの高騰を招く。このため本発明では、Niは0.5%以下に限定した。なお、好ましくは0.3%以下である。
Al:0.05%以下
Alは、脱酸剤として強力な元素であり、鋼の清浄度を保つ意味で0.002%以上含有させることが望ましい。一方、0.05%を超えて含有すると、Al2O3系酸化物が残留しやすく、クラスターとなり表面欠陥が発生しやすくなる。このため、Alは0.05%以下に限定した。好ましくは0.040%以下である。なお、本発明では、Alを脱酸剤として添加しない場合も含むものとする。その場合、Alは不可避的不純物として0.002%未満程度が許容される。
Oは、介在物としてあるいは固溶して鋼中に存在し、溶接時AlあるいはTi系の酸化物を生成するため、本発明ではOはできるだけ低減することが好ましい。Oを0.0050%を超えて含有すると酸化物の量が増加し、加工時の割れの原因となるだけでなく、耐食性の劣化を招く。このため本発明では、Oは0.0050%以下に限定した。なお、好ましくは0.0040%以下である。
V:0.01%以上0.3%以下、W:0.001%以上0.1%以下、Co:0.01%以上0.2%以下のうちの1種又は2種以上
V、WおよびCoは、いずれも溶接による溶接熱影響部の割れ感受性を改善するのに有効な元素であり、必要に応じて選択して含有できる。上記した効果は、V:0.01%以上、W:0.001%以上、Co:0.01%以上のそれぞれの含有で顕著となるが、V:0.3%、W:0.1%、Co:0.2%をそれぞれ超える含有は、母材および溶接熱影響部の靭性を低下させる。このため、V:0.01%以上0.3%以下、W:0.001%以上0.1%以下、Co:0.01%以上0.2%以下にそれぞれ限定した。なお、好ましくはV:0.01以上0.25%以下、W:0.001%以上0.08%以下、Co:0.01以上0.18%以下である。
Cuは、耐食性を向上させる元素であり、より高耐食性を具備させることを志向する場合に必要に応じて適宜含有できる。このような効果を得るためには0.2%以上含有することが望ましい。一方、2.0%を超える含有は、熱間加工性の劣化ならびに溶接部の靭性の劣化を招く。このため、Cuは2.0%以下に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.3%以上1.5%以下である。
つぎに、本発明鋼板の組織限定理由について説明する。
本発明鋼板は、上記した組成に加えて、体積率で、フェライト相を70%以上、第二相として、炭窒化物相およびマルテンサイト相を合計で30%未満含む金属組織を有する。なお、炭窒化物相またはマルテンサイト相が存在しない場合には、当該相の体積率は0%とする。
上記した組成を有する溶鋼を、転炉、電気炉等の通常公知の溶製方法により溶製し、造塊−分塊圧延法あるいは連続鋳造法でスラブ等の鋼素材とすることが好ましい。
ついで、鋼素材に、加熱処理を施し、ついで粗圧延と仕上圧延とからなる熱間圧延により熱延板とする。
鋼素材は加熱後、粗圧延により所望厚さのシートバーとされることが好ましい。シートバーは粗圧延まま、あるいは必要に応じて加熱または温度保定処理を施したのち、仕上圧延を施し、熱延板とすることが好ましい。熱間圧延の仕上圧延の仕上圧延終了温度は、800〜1000℃の範囲の温度とすることが、表面品質の劣化防止および粗大組織形成の抑制という観点から好ましい。なお、上記した仕上圧延終了温度を確保するためには、仕上圧延前にシートバー加熱あるいはシートバー温度の保定や、シートバーを複数本接合して圧延する連続圧延を行なうことも有効である。
熱間圧延終了後、熱延板に600〜1100℃程度の連続焼鈍やバッチ焼鈍による再結晶焼鈍(熱延板焼鈍)を施し、熱延焼鈍板とし、ついで好ましくはスケール除去のための酸洗処理を施したのち、熱延焼鈍板に冷間圧延を施し、冷延板とすることが好ましい。
冷延板の連続焼鈍は、650〜1100℃の温度範囲の焼鈍温度に加熱し、該焼鈍温度で10s以上、主に酸素分圧の高い酸化雰囲気中で保持することが好ましい。焼鈍温度が650℃未満では、加工組織の再結晶化が十分でないため、所望の伸びフランジ性を確保できなくなる。一方、焼鈍温度が1100℃を越えると、結晶粒が粗大化し、加工性が劣化する。なお、焼鈍時間が10s未満では再結晶が促進されない。
連続焼鈍後、鋼板に酸洗処理を施し脱スケールした後、必要に応じてスキンパス圧延による表面平滑化を行なっても良い。
また、本発明鋼板の表面に、ZnやAl等の種々の金属粉と顔料からなる犠牲防食塗料を塗布し、更なる高耐食性化を図ることも使用上何ら問題はない。
(1)組織観察
得られた冷延焼鈍板から組織観察用試験片を採取し、これら試験片を研磨したのち、腐食液:村上試薬を用いてエッチングし、板厚方向断面について光学顕微鏡および走査型電子顕微鏡(400倍)で観察し、30視野以上撮像して、各視野についてそれぞれ、画像解析装置を用いて、炭窒化物相とマルテンサイト相との合計の組織分率を求め、残りをフェライト相の組織分率として各視野の平均値を算出し、各試験片の各相の組織分率とした。
(2)引張特性
得られた冷延焼鈍板からJIS Z 2201の規定に準拠してJIS 13号B試験片を鋼板の圧延方向と平行な方向から採取し、JIS Z 2241に準拠して引張試験を実施し、引張強さTSと破断伸びElを測定した。
(3)伸びフランジ性
得られた冷延焼鈍板から試験片(大きさ:1.5×100×100mm)を採取し、この試験片に、初期穴d0(穴径d0:10mmφ)をクリアランス13%で打ち抜いた。ついで、この初期穴d0に頂角60°の円錐ポンチをバリと反対側から加圧装入し、打抜き端面に割れが生じた時点での穴径dを測定した。これらの値から、次式
λ(%)=(d−d0)/d0×100
で定義される穴拡げ率λを求め、伸びフランジ性を評価した。
Claims (6)
- 質量%で、
C:0.003%以上0.03%以下、 N:0.003%以上0.02%以下、
Si:0.5%以上3.0%以下、 Mn:1.0%超え3.0%以下、
P:0.05%以下、 S:0.010%以下、
Cr:9%以上13%以下、 Ni:0.5%以下、
Al: 0.05%以下、 O:0.0050%以下
を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成と、体積率で、フェライト相を70%以上、炭窒化物相およびマルテンサイト相を合計で30%未満含む金属組織とを有し、引張強さ:600〜900MPaの高強度を有し伸びフランジ性に優れることを特徴とするCr含有冷延鋼板。 - 前記組成に加えてさらに、質量%で、V:0.01%以上0.3%以下、W:0.001%以上0.1%以下、Co:0.01%以上0.2%以下のうちから選ばれた1種または2種以上を含有する組成とすることを特徴とする請求項1に記載のCr含有冷延鋼板。
- 前記組成に加えてさらに、質量%で、Cu:2.0%以下を含有する組成とすることを特徴とする請求項1または2に記載のCr含有冷延鋼板。
- Crを含有する鋼素材に加熱処理を施し、ついで粗圧延と仕上圧延とからなる熱間圧延により熱延板としたのち、該熱延板に熱延板焼鈍を施し熱延焼鈍板とし、該熱延焼鈍板に冷間圧延を施して冷延板とし、ついで該冷延板に連続焼鈍を施すCr含有冷延鋼板の製造方法において、
前記鋼素材を、質量%で、
C:0.003%以上0.03%以下、 N:0.003%以上0.02%以下、
Si:0.5%以上3.0%以下、 Mn:1.0%超え3.0%以下、
P:0.05%以下、 S:0.010%以下、
Cr:9%以上13%以下、 Ni:0.5%以下、
Al:0.05%以下、 O:0.0050%以下
を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼素材とし、
前記熱間圧延の仕上圧延を仕上圧延終了温度が800〜1000℃で、巻取温度が900℃以下である圧延とし、前記熱延板焼鈍を600〜1100℃の温度範囲に加熱し冷却する処理とし、
前記冷延板の連続焼鈍を650〜1100℃の温度範囲に加熱し冷却する処理とすることを特徴とするCr含有冷延鋼板の製造方法。 - 前記組成に加えてさらに、質量%で、V:0.01%以上0.3%以下、W:0.001%以上0.1%以下、Co:0.01%以上0.2%以下のうちから選ばれた1種または2種以上を含有する組成とすることを特徴とする請求項4に記載のCr含有冷延鋼板の製造方法。
- 前記組成に加えてさらに、質量%で、Cu:2.0%以下を含有する組成とすることを特徴とする請求項4又は5に記載のCr含有冷延鋼板の製造方法。
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