JP4782057B2 - 熱間プレス時のスケール密着性に優れた高強度鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、熱間プレス時のスケール密着性に優れた高強度鋼板およびその製造方法に関する。
近年、地球環境問題を発端とした低燃費化の動きから自動車用鋼板の高強度化に対する要望が強い。しかし一般に高強度化は加工性、成形性の低下を伴い、高強度、高成形性を両立する鋼板が望まれている。
これに対応するものの１つとして、残留オーステナイトのマルテンサイト変態を利用したTRIP(TRansformation Induced Placiticity)鋼があり、近年用途が拡大しつつある。この鋼により、成形性の優れた1000MPa級の高強度鋼板は製造することは可能であるが、更に高強度、例えば1500MPa以上というような超高強度鋼で成形性を確保することは困難である。
そこで、高強度、高成形性を両立する別の形として最近注目を浴びているのが熱間プレス（ホットプレス、ホットスタンプ、ダイクエンチ、プレスクエンチ等とも呼称される）である。これは鋼板を800℃以上のオーステナイト域で加熱した後に熱間で成形することにより高強度鋼板の成形性の課題を無くし、成型後の冷却により焼きを入れて所望の材質を得るというものである。
この工法は超高強度の部材を成形する方法として有望であるが、通常は大気中で鋼板を800〜1000℃といった高温に加熱する工程を有しており、表面に酸化物（スケール）が生成する。このときの加熱により生じた鉄酸化物からなるスケールがプレス時に脱落して金型に付着して生産性が低下したり、あるいはプレス後の製品にそのようなスケールが残存して外観が不良となるという問題があった。しかも、このようなスケールが残存すると、次工程で塗装する場合に鋼板と塗膜の密着性が劣り、耐食性の低下を招く。そこでプレス成形後は、ショットブラスト等のスケール除去処理が必要となる。
例えば、通常の熱間プレス前の加熱では、スケール生成を抑制するため非酸化性雰囲気(例えばガス炉−空燃比0.9)での加熱が行われることが多い。それでも通常の鋼板では、スケール生成量が多く、熱間プレス時にそのようなスケールは剥離しやすく金型を汚染することが問題となっている。
従って、熱間プレスに用いられる鋼板に要求される特性としては、プレス時にはスケールが剥離脱落して金型汚染を引き起こすことなく、スケールによるカジリを抑制することが要求される。
熱間プレスに関しては従来から種々の提案がなされている。
例えば、特開2002-102980号公報（下記特許文献１）には、プレス加工によって所望の強度を付与することが可能な、ブラケット一体型ドアインパクトビーム等の衝突補強材及びその製造方法として、金属のロール材から金属板２０（又は３０）を打抜く。そして金属板２０（又は３０）を摂氏８５０度以上であってその融点未満の温度に加熱する。加熱後直ちに金属板２０（又は３０）を成型用プレスに搬送し、摂氏８５０度以上の高温状態を保った金属板２０（又は３０）に対し常温のプレス型１１，１２を用いてプレス加工を施し所望形状を付与する方法が開示されている。
また、特開2003-231915号公報（下記特許文献２）には、高強度のプレス成形部品を、高精度且つ低コストで製造するプレス焼入れ方法として、低炭素鋼からなる鋼板を加熱した後、冷却媒体で内部が冷却される金型でプレス成形し型拘束してオーステナイト域温度からの焼入れ及びプレス成形を行うプレス焼入れ方法が開示されており、プレス前の鋼板表面のスケール厚を１０μｍ以下とすることが記載されている。
また、特開2006-265583号公報（下記特許文献３）には、自動車や各種の産業機械に用いられる強度１０００ＭＰａ以上の熱間プレス成形部材の成形材料として好適な熱間プレス用熱延鋼板として、Ｃ：０．１０〜０．５０％、Ｓｉ：０．０２〜２．０％、Ｍｎ：０．３〜３．５％、Ｃｒ：０．０３〜１．０％、Ｂ：０．０００３〜０．００５０％、Ｐ：０．１０％以下、Ｓ：０．０５％以下、Ａｌ：２．０％以下、Ｎ：０．０１％以下、残部Ｆｅおよび不純物からなる鋼組成を有し、面積率で３０％以上のフェライトと、その残部としてパーライトおよびセメンタイトの１種または２種とを有し、フェライトの平均結晶粒径が２〜２５μｍであり、さらに、板厚が１．６〜６．０ｍｍである熱間プレス用熱延鋼板が開示されている。
しかし、上記の従来技術は、いずれも熱間プレス時のスケール剥離を防止する表面形状について十分な検討がなされておらず、プレス時には剥離脱落して金型汚染を引き起こすことなく、スケールによるカジリを抑制することができる熱間プレス時のスケール密着性に優れた高強度鋼板は実現されていなかった。
また、特開2005-133180号公報（下記特許文献４）には、熱処理後、あるいは熱間プレス成形後の部材の表層に生成するスケール量が少なくなる熱処理用鋼板、冷間圧延鋼板とその製造方法として、大気酸化時のスケール構造を、基板との界面にFeO、FeCr2O4、Fe2SiO4の混合相、その上が実質上FeOの単相となるようにする。そのために鋼中のSi量、Cr量、さらに所望により鋼板表面粗さを一定範囲内に収め、かつ特別な水洗→酸洗→アルカリ洗浄→水洗の洗浄処理を施す方法が開示されている。本方法によればスケールの密着性が改善されると開示されているが、上記のような通常の鋼板製造工程にはない特殊な工程を付与する必要があり、経済性の点で問題があった。
特開2002-102980号公報
特開2003-231915号公報
特開2006-265583号公報
特開2005-133180号公報
本発明は、前述のような従来技術の問題点を解決し、ダイクエンチやホットプレスといわれるいわゆる鋼板を加熱後プレス成形と焼入れを同時に実施する部材成形を行う熱間プレス時のスケール剥離を防止し、スケールによるカジリを抑制することができる熱間プレス時のスケール密着性に優れた高強度鋼板およびその製造方法を提供することを課題とする。
本発明者等は、前述の課題を解決するために鋼板表面について鋭意検討の結果、スケール密着性に関して表面形態を制御して凹凸を形成し、スケール生成時にスケール地鉄界面の面積を増加させ、スケールの、熱間プレス時のスケール剥離を防止し、スケールによるカジリを抑制することができる熱間プレス時のスケール密着性に優れた高強度鋼板およびその製造方法を提供するものであり、その要旨とするところは特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
（１）質量％にて、
Ｃ：０．１〜０．５％、
Ｓｉ：０．１〜２％、
Ｍｎ：０．１〜３％、
Ｐ≦０．１％、
Ｓ≦０．０３％、
Ｎ：０．０１％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼板表面に存在する凹凸が、鋼板の断面観察による表面線長Ｌ１と直線線長Ｌ２、表面線長比Ｒとした場合に、Ｒ＝Ｌ１／Ｌ２×１００≧１１０（％）を満足することを特徴とする、熱間プレス時のスケール密着性に優れた高強度鋼板。
（２）質量％にて、
Ｃ：０．１〜０．５％、
Ｓｉ：０．１〜２％、
Ｍｎ：０．１〜３％、
Ｐ≦０．１％、
Ｓ≦０．０３％、
Ｎ：０．０１％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼板表面に存在する凹凸が、鋼板の断面観察による表面線長Ｌ１と直線線長Ｌ２、表面線長比Ｒとした場合に、Ｒ＝Ｌ１／Ｌ２×１００≧１２０（％）を満足することを特徴とする、熱間プレス時のスケール密着性に優れた高強度鋼板。
（３）冷延板の表面の平均粗度Raが0.3μm以上であることを特徴とする（１）または（２）に記載の熱間プレス時のスケール密着性に優れた高強度鋼板。
（４）さらに、質量％で、
Ｃｒ：０．１〜５％、
Ｍｏ：０．１〜３％、
Ｂ：０．０００３〜０．００５％、
Ｖ：０．０１〜２％、
Ｗ：０．０１〜３％の1種または2種以上を含有することを特徴とする（１）乃至（３）のいずれか一項に記載の熱間プレス時のスケール密着性に優れた高強度鋼板。
（５）さらに、質量％で、
Ｔｉ：０．０１〜１％、
Ｎｂ：０．０１〜１％、
Ａｌ：０．００５〜１％の1種または2種以上を含有することを特徴とする（１）乃至（４）のいずれか一項に記載の熱間プレス時のスケール密着性に優れた高強度鋼板。
（６）さらに、質量％で、
Ｎｉ：０．０１〜３％、
Ｃｕ：０．０１〜３％の1種または2種を含有することを特徴とする（１）乃至（５）のいずれか一項に記載の熱間プレス時のスケール密着性に優れた高強度鋼板。
（７）（１）乃至（６）のいずれか一項に記載の鋼板を熱間プレスした後に、その表面に発生する酸化鉄のうちウスタイトの比率が95％以下であることを特徴とする熱間プレス時のスケール密着性に優れた高強度鋼板。
（８）熱延後の酸洗による溶削量を20μm以下とすることにより、地鉄が均一溶解されていないことを特徴とする（１）乃至（７）のいずれか一項に記載の熱間プレス時のスケール密着性に優れた高強度鋼板の製造方法。
（９） 熱延後の冷延圧下率を６０％以下とすることを特徴とする（８）に記載の熱間プレス時のスケール密着性に優れた高強度鋼板の製造方法。
（１０）連続鋳造鋳片を1100℃以上で加熱後、Ar3以上で熱間圧延を終了し、捲取温度500℃超、800℃以下で捲取ることを特徴とする（８）または（９）に記載の熱間プレス時のスケール密着性に優れた高強度鋼板の製造方法。
＜作用＞
（１）の発明によれば、鋼板表面に存在する凹凸が、鋼板の断面観察による表面線長Ｌ１と直線線長Ｌ２、表面線長比Ｒとした場合に、Ｒ＝Ｌ１／Ｌ２×１００≧１０（％）を満足することにより、その凹部にスケールの底部が入り込んで地鉄界面に密着することにより、熱間プレス時のスケール剥離を防止し、スケールによるカジリを抑制することができ、基本成分として、C,Si,Mn,P,S,Nの含有量を規定することにより、強度１０００Mpa以上の高強度鋼板を提供することができる。
（２）の発明によれば、鋼板表面に存在する凹凸が、鋼板の断面観察による表面線長Ｌ１と直線線長Ｌ２、表面線長比Ｒとした場合に、Ｒ＝Ｌ１／Ｌ２×１００≧２０（％）を満足することにより、その凹部にスケールの底部が入り込んで地鉄界面にさらに密着することにより、熱間プレス時のスケール剥離をさらに防止し、スケールによるカジリを抑制することができ、基本成分として、C,Si,Mn,P,S,Nの含有量を規定することにより、強度１０００Mpa以上の高強度鋼板を提供することができる。
（３）の発明によれば、冷延板の表面の平均粗度Raが0.3μm以上とすることにより、スケールの物理的密着性を向上させることができる。
（４）の発明によれば、Cr、Mo、V、B、V,Wの１種または2種以上を含有することにより、焼き入れ性を向上させることができる。
（５）の発明によれば、Ti,Nb,Alの１種または2種以上を含有することにより、Nを固定することができる。
（６）の発明によれば、Ni,Cuの１種または2種を含有することにより靭性を確保することができる。
（７）の発明によれば、熱間プレス後にその表面に発生する酸化鉄のうちウスタイトの比率が95％以下とすることで、スケールの密着性を向上することができる。
（８）の発明によれば、表面形態の具体的制御方法として、酸洗による溶削量を20μm以下にすることにより、酸洗板の表面に凹部を残存させ、スケールの物理的密着性を上げることができる。
（９）の発明によれば、冷延板における冷延圧下率を６０％以下とすることにより、冷延後の鋼板表面における凹部の深さを２μｍ以上に維持することができる。
（１０）の発明によれば、熱延後の捲取温度を500℃超、800℃以下とすることにより、コイル状態で徐冷することによりスケールの成長を促進することができる。
（１）質量％にて、
Ｃ：０．１〜０．５％、
Ｓｉ：０．１〜２％、
Ｍｎ：０．１〜３％、
Ｐ≦０．１％、
Ｓ≦０．０３％、
Ｎ：０．０１％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼板表面に存在する凹凸が、鋼板の断面観察による表面線長Ｌ１と直線線長Ｌ２、表面線長比Ｒとした場合に、Ｒ＝Ｌ１／Ｌ２×１００≧１１０（％）を満足することを特徴とする、熱間プレス時のスケール密着性に優れた高強度鋼板。
（２）質量％にて、
Ｃ：０．１〜０．５％、
Ｓｉ：０．１〜２％、
Ｍｎ：０．１〜３％、
Ｐ≦０．１％、
Ｓ≦０．０３％、
Ｎ：０．０１％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼板表面に存在する凹凸が、鋼板の断面観察による表面線長Ｌ１と直線線長Ｌ２、表面線長比Ｒとした場合に、Ｒ＝Ｌ１／Ｌ２×１００≧１２０（％）を満足することを特徴とする、熱間プレス時のスケール密着性に優れた高強度鋼板。
（３）冷延板の表面の平均粗度Raが0.3μm以上であることを特徴とする（１）または（２）に記載の熱間プレス時のスケール密着性に優れた高強度鋼板。
（４）さらに、質量％で、
Ｃｒ：０．１〜５％、
Ｍｏ：０．１〜３％、
Ｂ：０．０００３〜０．００５％、
Ｖ：０．０１〜２％、
Ｗ：０．０１〜３％の1種または2種以上を含有することを特徴とする（１）乃至（３）のいずれか一項に記載の熱間プレス時のスケール密着性に優れた高強度鋼板。
（５）さらに、質量％で、
Ｔｉ：０．０１〜１％、
Ｎｂ：０．０１〜１％、
Ａｌ：０．００５〜１％の1種または2種以上を含有することを特徴とする（１）乃至（４）のいずれか一項に記載の熱間プレス時のスケール密着性に優れた高強度鋼板。
（６）さらに、質量％で、
Ｎｉ：０．０１〜３％、
Ｃｕ：０．０１〜３％の1種または2種を含有することを特徴とする（１）乃至（５）のいずれか一項に記載の熱間プレス時のスケール密着性に優れた高強度鋼板。
（７）（１）乃至（６）のいずれか一項に記載の鋼板を熱間プレスした後に、その表面に発生する酸化鉄のうちウスタイトの比率が95％以下であることを特徴とする熱間プレス時のスケール密着性に優れた高強度鋼板。
（８）熱延後の酸洗による溶削量を20μm以下とすることにより、地鉄が均一溶解されていないことを特徴とする（１）乃至（７）のいずれか一項に記載の熱間プレス時のスケール密着性に優れた高強度鋼板の製造方法。
（９） 熱延後の冷延圧下率を６０％以下とすることを特徴とする（８）に記載の熱間プレス時のスケール密着性に優れた高強度鋼板の製造方法。
（１０）連続鋳造鋳片を1100℃以上で加熱後、Ar3以上で熱間圧延を終了し、捲取温度500℃超、800℃以下で捲取ることを特徴とする（８）または（９）に記載の熱間プレス時のスケール密着性に優れた高強度鋼板の製造方法。
＜作用＞
（１）の発明によれば、鋼板表面に存在する凹凸が、鋼板の断面観察による表面線長Ｌ１と直線線長Ｌ２、表面線長比Ｒとした場合に、Ｒ＝Ｌ１／Ｌ２×１００≧１０（％）を満足することにより、その凹部にスケールの底部が入り込んで地鉄界面に密着することにより、熱間プレス時のスケール剥離を防止し、スケールによるカジリを抑制することができ、基本成分として、C,Si,Mn,P,S,Nの含有量を規定することにより、強度１０００Mpa以上の高強度鋼板を提供することができる。
（２）の発明によれば、鋼板表面に存在する凹凸が、鋼板の断面観察による表面線長Ｌ１と直線線長Ｌ２、表面線長比Ｒとした場合に、Ｒ＝Ｌ１／Ｌ２×１００≧２０（％）を満足することにより、その凹部にスケールの底部が入り込んで地鉄界面にさらに密着することにより、熱間プレス時のスケール剥離をさらに防止し、スケールによるカジリを抑制することができ、基本成分として、C,Si,Mn,P,S,Nの含有量を規定することにより、強度１０００Mpa以上の高強度鋼板を提供することができる。
（３）の発明によれば、冷延板の表面の平均粗度Raが0.3μm以上とすることにより、スケールの物理的密着性を向上させることができる。
（４）の発明によれば、Cr、Mo、V、B、V,Wの１種または2種以上を含有することにより、焼き入れ性を向上させることができる。
（５）の発明によれば、Ti,Nb,Alの１種または2種以上を含有することにより、Nを固定することができる。
（６）の発明によれば、Ni,Cuの１種または2種を含有することにより靭性を確保することができる。
（７）の発明によれば、熱間プレス後にその表面に発生する酸化鉄のうちウスタイトの比率が95％以下とすることで、スケールの密着性を向上することができる。
（８）の発明によれば、表面形態の具体的制御方法として、酸洗による溶削量を20μm以下にすることにより、酸洗板の表面に凹部を残存させ、スケールの物理的密着性を上げることができる。
（９）の発明によれば、冷延板における冷延圧下率を６０％以下とすることにより、冷延後の鋼板表面における凹部の深さを２μｍ以上に維持することができる。
（１０）の発明によれば、熱延後の捲取温度を500℃超、800℃以下とすることにより、コイル状態で徐冷することによりスケールの成長を促進することができる。
本発明によれば、スケール密着性に関して表面形態として（凹凸を制御して、スケールの密着性を制御することにより、熱間プレス時のスケール剥離を防止し、スケールによるカジリを抑制することができる熱間プレス時のスケール密着性に優れた高強度鋼板およびその製造方法を提供することができ、自動車部品等として高強度鋼板を適用でき、自動車軽量化、ひいては省エネルギーに寄与するなど、産業上有用な著しい効果を奏する。
本発明を実施するための最良の形態について、図１および図２を用いて説明する。
図１は、本発明の高強度冷延鋼板の断面の光学顕微鏡による図である。これは鋼板を樹脂に埋め込み、圧延方向の断面を研磨した試料を400倍程度で観察したものである。
図１に示すように表面線長Ｌ１と直線線長Ｌ２を定義し、表面線長比ＲをＲ＝Ｌ１／Ｌ２×１００ （％）と定義する。図1の場合にＬ１＝３３５μｍ、Ｌ２＝２１９μｍであり、Ｒ＝１５３％である。このような表面凹凸が鋼板表面に形成されている場合、熱間プレス時に凹凸部にスケールの底部が入り込んで地鉄界面に密着することにより、熱間プレス時のスケール剥離を防止し、スケールによるカジリを抑制することができる。熱間プレスの場合、スケールに対しては通常の熱処理で生じる温度変化による熱歪みの他に、表面摺動や鋼板の塑性変形に伴う歪みが付与される。通常の熱処理よりも厳しい状態でスケールの密着性を確保するためには、上記の表面形態が必要となる。熱間プレスにおいて良好なスケール密着性を確保するためには表面線長比Ｒは１１０％以上、望ましくは１２０％以上が必要となる。
表面線長比Ｒの測定方法は、鋼板を樹脂に埋め込み、研磨後に試料の圧延方向の断面を光学顕微鏡で８箇所撮像し、画像解析により表面線長Ｌ１、直線線長Ｌ２を測定し、表面線長比Ｒを求める。
表面線長比Ｒの測定方法は、鋼板を樹脂に埋め込み、研磨後に試料の圧延方向の断面を光学顕微鏡で８箇所撮像し、画像解析により表面線長Ｌ１、直線線長Ｌ２を測定し、表面線長比Ｒを求める。
また、上記の表面形態を示す鋼板を熱間プレスした場合、表面に形成する酸化鉄のウスタイトの比率が増加する傾向を示す。ウスタイトはヘマタイト、マグネタイトよりも高温での塑性変形能に優れ、熱間プレス時に鋼板の塑性変形する場合にスケールも塑性変形しやすい特徴を示すことが考えられる。ウスタイトの比率が増加する理由としては、明確には不明であるが、凹凸が存在する場合にはスケール地鉄界面の面積が大きくなり、酸化時に鉄イオンの外方拡散が促進され、鉄の比率が高いウスタイトが増加するものと考えられる。酸化物の組成は加熱時の雰囲気により変化する。雰囲気の制御は加熱炉の形式に依存するが、雰囲気種類、ガス流量、露点、燃焼炉の場合は空気比などにより制御される。その際、スケールの組成がウスタイトほぼ単相となった場合、高温では塑性変形するものの、温度が低下するとウスタイトは逆に脆性破壊しやすくなり、温度低下に伴う熱歪みによりスケールが剥離する危険があるため、ウスタイトの比率は95%以下とする必要がある。酸化物の組成はＸ線回折や電子線マイクロアナライザーなどを用いて測定できる。
本発明においては、熱延後の酸洗方法は問わず、硫酸酸洗、塩酸酸洗うのおずれでもよいが、酸洗による溶削量を20μm以下とすることにより、地鉄が均一溶解されていないことにより、酸洗板の表面に凹部を残存させ、スケールの物理的密着性を上げることができる。なお、地鉄とスケールとの界面の平滑化を防止する観点から、酸洗液にインヒビターを添加することが好ましい。
また、熱延後の冷延圧下率を６０％以下とすることにより、冷延後の鋼板表面における凹部の深さを２μｍ以上に維持することができ、冷延板の表面の平均粗度Raが0.3μm以上とすることにより、さらに、スケールの物理的密着性を向上させることができる。
図２は、熱延後の酸洗による溶削量を30μmとした場合の酸洗板の光学顕微鏡による図である。
図２に示すように、酸洗による溶削量が20μmを超える場合には、鋼板表面の凹部が溶削され、鋼板表面が平滑化されているため、熱間プレス時にスケールが生成した場合にスケール密着性が劣化する。この場合はＬ１＝２４１μｍ、Ｌ２＝２２７μｍ、表面線長比Ｒ＝１０６％となり、請求項１の範囲外であった。
図３は、熱延後の酸洗による溶削量を30μm、冷延率を40%とした場合の高強度冷延鋼板の光学顕微鏡による図である。
図３に示すように、酸洗による溶削量が20μmを超える場合には、鋼板表面の凹部が溶削され、鋼板表面が平滑化されているため、熱間プレス時にスケールが生成した場合にスケール密着性が劣化する。この場合はＬ１＝２３２μｍ、Ｌ２＝２１９μｍ、表面線長比Ｒ＝１０６％となり、請求項１の範囲外であった。
次に、本発明の熱間プレス時のスケール密着性に優れた高強度鋼板の成分限定理由を以下に説明する。以下の説明において、各成分値は質量％を示す。
＜Ｃ：０．１〜０．５％＞
Ｃは冷却後の組織をマルテンサイトとして材質を確保するために添加する元素であり、強度１０００ＭＰａ以上を確保するためには０．１％以上添加する必要がある。ところが、添加量が多すぎると、衝撃変形時の強度確保が困難となるため、その上限を０．５％とした。
＜Ｓｉ：０．１〜２％＞
Ｓｉは固溶強化元素であり、比較的安価に鋼板の強度を上昇させることができ０．１％以上で効果が認められるが、２％を超えて添加しても効果が飽和するため、その上限を２％とした。また、請求項１のような表面形態が存在する場合、Ｓｉは地鉄とスケールの密着性を向上させる効果が考えられ、熱間プレスの場合の熱歪み、塑性ひずみ、表面摺動が加わるような状態でのスケール密着性に対して有効である。
＜Ｍｎ：０．１〜３％＞
Ｍｎは、強度や焼入れ性の観点から有用な元素であり０．１％以上で効果が認められるが、３％を超えて添加してもコストが上昇しまた効果が飽和するため、上限を３％とした。
＜Ｐ≦０．１％＞
Ｐは固溶強化元素であり、比較的安価に鋼板の強度を上昇させることができる。ただし、添加量がむやみに増加すると高強度材での靭性を低下させるなどの悪影響が出るため上限を０．１％とした。
＜Ｓ≦０．０３％＞
Ｓは不可避的に含まれる元素であり、靭性を低下させるなど加工性劣化の要因となるため、低いほど望ましく、０．０３％以下とすることで加工性に対する問題は解消されるため、その範囲を０．０４％以下とした。
＜Ｎ：０．０１％以下＞
Ｎは不可避的に含まれる元素であり、特性の安定化の観点からは固定することが望ましく、Ｔｉ，Ｎｂ，Ａｌ等にて固定可能であるが、Ｎ量が増加すると固定用に添加する元素が多量となり、コストアップを招くことになるため、その上限を０．０１％とした。
＜Ｃ：０．１〜０．５％＞
Ｃは冷却後の組織をマルテンサイトとして材質を確保するために添加する元素であり、強度１０００ＭＰａ以上を確保するためには０．１％以上添加する必要がある。ところが、添加量が多すぎると、衝撃変形時の強度確保が困難となるため、その上限を０．５％とした。
＜Ｓｉ：０．１〜２％＞
Ｓｉは固溶強化元素であり、比較的安価に鋼板の強度を上昇させることができ０．１％以上で効果が認められるが、２％を超えて添加しても効果が飽和するため、その上限を２％とした。また、請求項１のような表面形態が存在する場合、Ｓｉは地鉄とスケールの密着性を向上させる効果が考えられ、熱間プレスの場合の熱歪み、塑性ひずみ、表面摺動が加わるような状態でのスケール密着性に対して有効である。
＜Ｍｎ：０．１〜３％＞
Ｍｎは、強度や焼入れ性の観点から有用な元素であり０．１％以上で効果が認められるが、３％を超えて添加してもコストが上昇しまた効果が飽和するため、上限を３％とした。
＜Ｐ≦０．１％＞
Ｐは固溶強化元素であり、比較的安価に鋼板の強度を上昇させることができる。ただし、添加量がむやみに増加すると高強度材での靭性を低下させるなどの悪影響が出るため上限を０．１％とした。
＜Ｓ≦０．０３％＞
Ｓは不可避的に含まれる元素であり、靭性を低下させるなど加工性劣化の要因となるため、低いほど望ましく、０．０３％以下とすることで加工性に対する問題は解消されるため、その範囲を０．０４％以下とした。
＜Ｎ：０．０１％以下＞
Ｎは不可避的に含まれる元素であり、特性の安定化の観点からは固定することが望ましく、Ｔｉ，Ｎｂ，Ａｌ等にて固定可能であるが、Ｎ量が増加すると固定用に添加する元素が多量となり、コストアップを招くことになるため、その上限を０．０１％とした。
以上の基本成分として、C,Si,Mn,P,S,Nの含有量を規定することにより、強度１０００Mpa以上の高強度鋼板を提供することができる。
＜Ｃｒ：０．１〜５％＞
Ｃｒは焼入れ性の観点から有用な元素であり、０．１％以上にて効果を発揮する。但し、５％を超えて添加しても効果は飽和し、またコストも上昇するので上限を５％とした。また、請求項１のような表面形態が存在する場合、Ｃｒは地鉄とスケールの密着性を向上させる効果が考えられ、熱間プレスの場合の熱歪み、塑性ひずみ、表面摺動が加わるような状態でのスケール密着性に対して有効である。
＜Ｍｏ：０．１〜３％＞
Ｍｏは焼入れ性の観点から有用な元素であり、０．１％以上にて効果を発揮する。但し、３％を超えて添加しても効果は飽和し、またコストも上昇するので上限を３％とした。
＜Ｂ：０．０００３〜０．００５％＞
Ｂも焼入れ性の観点から有用な元素であり、０．０００３％以上の添加が必要である。但し、０．００５％を超えて添加しても効果は飽和し、また鋳造欠陥や熱間圧延時の割れを生じさせるなど製造性を低下させるので、上限を０．００５％とした。
＜Ｖ：０．０１〜２％＞
Ｖは焼入れ性の観点から有用な元素であり、０．１％以上にて効果を発揮する。但し、２％を超えて添加しても効果は飽和し、またコストも上昇するので上限を２％とした。
＜Ｗ：０．０１〜３％＞
Ｗは焼入れ性の観点から有用な元素であり、０．１％以上にて効果を発揮する。但し、３％を超えて添加しても効果は飽和し、またコストも上昇するので上限を３％とした。
＜Ｃｒ：０．１〜５％＞
Ｃｒは焼入れ性の観点から有用な元素であり、０．１％以上にて効果を発揮する。但し、５％を超えて添加しても効果は飽和し、またコストも上昇するので上限を５％とした。また、請求項１のような表面形態が存在する場合、Ｃｒは地鉄とスケールの密着性を向上させる効果が考えられ、熱間プレスの場合の熱歪み、塑性ひずみ、表面摺動が加わるような状態でのスケール密着性に対して有効である。
＜Ｍｏ：０．１〜３％＞
Ｍｏは焼入れ性の観点から有用な元素であり、０．１％以上にて効果を発揮する。但し、３％を超えて添加しても効果は飽和し、またコストも上昇するので上限を３％とした。
＜Ｂ：０．０００３〜０．００５％＞
Ｂも焼入れ性の観点から有用な元素であり、０．０００３％以上の添加が必要である。但し、０．００５％を超えて添加しても効果は飽和し、また鋳造欠陥や熱間圧延時の割れを生じさせるなど製造性を低下させるので、上限を０．００５％とした。
＜Ｖ：０．０１〜２％＞
Ｖは焼入れ性の観点から有用な元素であり、０．１％以上にて効果を発揮する。但し、２％を超えて添加しても効果は飽和し、またコストも上昇するので上限を２％とした。
＜Ｗ：０．０１〜３％＞
Ｗは焼入れ性の観点から有用な元素であり、０．１％以上にて効果を発揮する。但し、３％を超えて添加しても効果は飽和し、またコストも上昇するので上限を３％とした。
以上の選択成分としてCr、Mo、V、B、V,Wの１種または2種以上を含有することにより、焼き入れ性を向上させることができる。
＜Ｔｉ：０．０１〜１％＞
ＴｉはＮ固定の観点から添加することができ、質量％にてＮの約３．４倍添加することが必要であるが、Ｎは低減しても１０ｐｐｍ程度であるので、下限を０．０１％とした。またＴｉを過剰に添加しても焼入れ性を低下させ、また強度も低下させるためその上限を１％とした。
＜Ｎｂ：０．０１〜１％＞
ＮｂはＮ固定の観点から添加することができ、質量％にてＮの約６．６倍添加することが必要であるが、Ｎは低減しても１０ｐｐｍ程度であるので、下限を０．０１％とした。またＮｂを過剰に添加しても焼入れ性を低下させ、また強度も低下させるためその上限を１％とした。
＜Ａｌ：０．００５〜１％＞
ＡｌはＮ固定の観点から添加することができ、また脱酸剤としても有用であり、この場合には鋼中に０．００５％以上含有させることが必要であるが、１％を超えて添加しても上記の観点では効果も飽和するため上限を１％とした。
＜Ｔｉ：０．０１〜１％＞
ＴｉはＮ固定の観点から添加することができ、質量％にてＮの約３．４倍添加することが必要であるが、Ｎは低減しても１０ｐｐｍ程度であるので、下限を０．０１％とした。またＴｉを過剰に添加しても焼入れ性を低下させ、また強度も低下させるためその上限を１％とした。
＜Ｎｂ：０．０１〜１％＞
ＮｂはＮ固定の観点から添加することができ、質量％にてＮの約６．６倍添加することが必要であるが、Ｎは低減しても１０ｐｐｍ程度であるので、下限を０．０１％とした。またＮｂを過剰に添加しても焼入れ性を低下させ、また強度も低下させるためその上限を１％とした。
＜Ａｌ：０．００５〜１％＞
ＡｌはＮ固定の観点から添加することができ、また脱酸剤としても有用であり、この場合には鋼中に０．００５％以上含有させることが必要であるが、１％を超えて添加しても上記の観点では効果も飽和するため上限を１％とした。
以上の選択成分として、Ti,Nb,Alの１種または2種以上を含有することにより、Nを固定することができる。
＜Ｎｉ：０．０１〜３％＞
Ｎｉは焼入れ性に加え、耐衝撃特性改善に繋がる低温靭性の観点で有用な元素であり、０．１％以上にて効果を発揮する。但し、３％を超えて添加しても効果は飽和し、またコストも上昇するので上限を３％とした。
＜Ｃｕ：０．０１〜３％＞
Ｃｕも焼入れ性に加え、靭性の観点で有用な元素であり、０．１％以上にて効果を発揮する。但し、３％を超えて添加しても効果は飽和し、またコストを上昇させるばかりでなく鋳片性状の劣化や熱間圧延時の割れや疵発生を生じさせるためその上限を３％とした。
＜Ｎｉ：０．０１〜３％＞
Ｎｉは焼入れ性に加え、耐衝撃特性改善に繋がる低温靭性の観点で有用な元素であり、０．１％以上にて効果を発揮する。但し、３％を超えて添加しても効果は飽和し、またコストも上昇するので上限を３％とした。
＜Ｃｕ：０．０１〜３％＞
Ｃｕも焼入れ性に加え、靭性の観点で有用な元素であり、０．１％以上にて効果を発揮する。但し、３％を超えて添加しても効果は飽和し、またコストを上昇させるばかりでなく鋳片性状の劣化や熱間圧延時の割れや疵発生を生じさせるためその上限を３％とした。
以上の選択成分としてNi,Cuの１種または2種を含有することにより靭性を確保することができる。
その他の成分については特に規定しない。Ｓｎ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｚｒ，Ａｓ等の元素がスクラップから不可避的不純物として混入する場合があるが、本発明鋼の特性には全く影響しない。
また、本発明の熱間プレス時のスケール密着性に優れた高強度鋼板の製造方法は、上記鋼成分を含有する連続鋳造鋳片を、1100℃以上で加熱後、Ar3以上で熱間圧延を終了し、捲取温度500℃超、800℃以下で捲取ることを特徴とし、熱延後の捲取温度を500℃超、800℃以下とすることにより、コイル状態で徐冷することによりスケールの成長を促進することができる。
連続鋳造鋳片の加熱温度が1100℃以上の場合は加熱炉中での1次スケールの生成量が多くなり、地鉄と1次スケール界面の凹凸が大きくなり、熱間圧延・酸洗後の表面状態の形成に有利となる。また、捲取温度についてはスケール成長を促進して、熱間圧延・酸洗後の表面状態の形成に有利となる。
熱間プレス前のブランキングにおいて、鋼板の強度が低いことが望ましい場合には、冷間圧延後に焼鈍を施しても良い。焼鈍の形式は連続焼鈍もしくは箱焼鈍などいずれの方法を用いても、本発明の特徴である鋼板の表面形態に影響を及ぼさないため、本発明を損なうものではない。また、焼鈍後にスキンパス圧延を施す際には、圧延率が高いと表面が平滑化するおそれがあるため、スキンパスの圧延率5%以下かつ熱延板からの全圧下率が60%以下であることが望ましい。
この鋼板を使用して熱間プレスをする際の加熱条件としては輻射加熱を使用し、到達板温が850℃以上かつ600〜850℃間の平均昇温速度が4℃/秒以上とすることが望ましい。850℃以上に昇温するのは鋼板をオーステナイト域まで加熱するためである。また加熱のときの加熱方法並びに加熱条件を適正にすることで望ましい金属組織とすることができる。高速昇温が可能な輻射加熱の方式として近赤外線加熱方式があり、このような加熱方式が望ましい。
プレスされた後の部品はショットブラスト等の工程により、脱スケールされた後、溶接、化成処理、電着塗装等を経て製品となる。通常はカチオン電着塗装が用いられることが多く、その膜厚は1〜30μm程度である。電着塗装の後に中塗り、上塗り等の塗装が施されることもある。
（ 実施例１ ）
表１ に示す鋼成分（質量％）の板厚3mmの熱延鋼板 を材料として、表２に示す酸洗を行った後の鋼板表面を測定し、８００℃、６５０℃で曲げ試験を行った際のスケール剥離の有無を調べ、スケール剥離がない場合をスケール密着性○、軽微なスケール剥離が発生する場合をスケール密着性△、スケール剥離が認められる場合をスケール密着性×とした。
表１ に示す鋼成分（質量％）の板厚3mmの熱延鋼板 を材料として、表２に示す酸洗を行った後の鋼板表面を測定し、８００℃、６５０℃で曲げ試験を行った際のスケール剥離の有無を調べ、スケール剥離がない場合をスケール密着性○、軽微なスケール剥離が発生する場合をスケール密着性△、スケール剥離が認められる場合をスケール密着性×とした。
熱延鋼板の製造条件は連続鋳造鋳片の加熱温度が1200℃、捲取温度を650℃とした。酸洗は10%塩酸にインヒビターを加えた液を用いて処理温度80℃で行った。溶削量は酸洗時間により変化させた。曲げ試験は実験的には雰囲気制御電気炉を用いて行った。雰囲気は3%H2+97%N2とし、露点を20℃に設定し、加熱条件を950℃で5分の保持を行った。その後、加熱炉から取り出し試験温度まで温度低下した後に、半径10mm、角度90°の曲げ加工を行った。
表面線長比Ｒの測定方法は、鋼板を樹脂に埋め込み、研磨後に試料の圧延方向の断面を光学顕微鏡で８箇所撮像し、画像解析により表面線長Ｌ１、直線線長Ｌ２を測定し、表面線長比Ｒを求めた。スケールの組成はＸ線回折を用いて測定した。今回の試料ではウスタイトの比率は全て95%以下であった。
一方、酸洗溶削量が20μｍを越える場合には表面線長比Ｒは本発明の範囲外であり、スケール密着性は良好（×）であった。
（ 実施例２ ）
表３ に示す鋼成分（質量％）の冷延鋼板を材料として、表４に示す圧下率の冷延を行った後の鋼板表面を測定し、８００℃、６５０℃で曲げ試験を行った際のスケール剥離の有無を調べ、スケール剥離がない場合をスケール密着性○、軽微なスケール剥離が発生する場合をスケール密着性△、スケール剥離が認められる場合をスケール密着性×とした。熱延鋼板の製造方法、曲げ試験方法は実施例１と同様の方法を用いた。酸洗は実施例1と同様の方法で行い、酸洗溶削量は20μｍ以下とした。
表面線長比Ｒの測定方法は、鋼板を樹脂に埋め込み、研磨後に試料の圧延方向の断面を光学顕微鏡で８箇所撮像し、画像解析により表面線長Ｌ１、直線線長Ｌ２を測定し、表面線長比Ｒを求めた。スケールの組成はＸ線回折を用いて測定した。今回の試料ではウスタイトの比率は全て95%以下であった。
一方、冷延圧下率が60％を越える場合には表面線長比Ｒは本発明の範囲外であり、スケール密着性は良好（×）であった。
（ 実施例３ ）
表５ に示す鋼成分（質量％）の冷延鋼板 を材料として、冷延板の表面粗度Ra表6に示す値としたときの鋼板表面を測定し、８００℃で曲げ試験を行った際のスケール剥離の有無を調べ、スケール剥離がない場合をスケール密着性○、軽微なスケール剥離が発生する場合をスケール密着性△、スケール剥離が認められる場合をスケール密着性×とした。熱延鋼板の製造方法、曲げ試験方法は実施例１と同様の方法を用いた。酸洗は実施例1と同様の方法で行い、酸洗溶削量は20μm以下とし、冷延率は40%とした。冷延板の表面粗度は圧延ロールの粗度により変化させた。
（ 実施例３ ）
表５ に示す鋼成分（質量％）の冷延鋼板 を材料として、冷延板の表面粗度Ra表6に示す値としたときの鋼板表面を測定し、８００℃で曲げ試験を行った際のスケール剥離の有無を調べ、スケール剥離がない場合をスケール密着性○、軽微なスケール剥離が発生する場合をスケール密着性△、スケール剥離が認められる場合をスケール密着性×とした。熱延鋼板の製造方法、曲げ試験方法は実施例１と同様の方法を用いた。酸洗は実施例1と同様の方法で行い、酸洗溶削量は20μm以下とし、冷延率は40%とした。冷延板の表面粗度は圧延ロールの粗度により変化させた。
表面線長比Ｒの測定方法は、鋼板を樹脂に埋め込み、研磨後に試料の圧延方向の断面を光学顕微鏡で８箇所撮像し、画像解析により表面線長Ｌ１、直線線長Ｌ２を測定し、表面線長比Ｒを求めた。スケールの組成はＸ線回折を用いて測定した。今回の試料ではウスタイトの比率は全て95%以下であった。
一方、冷延板の表面粗度Raが0.3μｍ未満の場合には表面線長比は本発明の範囲外であり、スケール密着性は良好（×）であった。
（ 実施例４ ）
表７に示す鋼成分（質量％）の熱延鋼板 を材料として、酸洗条件および冷延圧下率を変化させたときの鋼板表面を測定し、８００℃で曲げ試験を行った際のスケール剥離の有無を調べ、スケール剥離がない場合をスケール密着性○、軽微なスケール剥離が発生する場合をスケール密着性△、スケール剥離が認められる場合をスケール密着性×とした。熱延鋼板の製造方法、酸洗方法、曲げ試験方法は実施例１と同様の方法を用いた。なお実験番号11, 13は冷間圧延の後、連続焼鈍ラインにて760℃にて焼鈍した後、圧下率0.5%のスキンパス圧延した。
（ 実施例４ ）
表７に示す鋼成分（質量％）の熱延鋼板 を材料として、酸洗条件および冷延圧下率を変化させたときの鋼板表面を測定し、８００℃で曲げ試験を行った際のスケール剥離の有無を調べ、スケール剥離がない場合をスケール密着性○、軽微なスケール剥離が発生する場合をスケール密着性△、スケール剥離が認められる場合をスケール密着性×とした。熱延鋼板の製造方法、酸洗方法、曲げ試験方法は実施例１と同様の方法を用いた。なお実験番号11, 13は冷間圧延の後、連続焼鈍ラインにて760℃にて焼鈍した後、圧下率0.5%のスキンパス圧延した。
表面線長比Ｒの測定方法は、鋼板を樹脂に埋め込み、研磨後に試料の圧延方向の断面を光学顕微鏡で８箇所撮像し、画像解析により表面線長Ｌ１、直線線長Ｌ２を測定し、表面線長比Ｒを求めた。スケールの組成はＸ線回折を用いて測定した。今回の試料ではウスタイトの比率は全て95%以下であった。
一方、酸洗溶削量が20μｍを越える場合には表面線長比は本発明の範囲外であり、スケール密着性は良好（×）であった。
また、冷延圧下率が60％以下、冷延板の粗度Raが0.3μｍ以上の場合には、スケール密着性がさらに優れていることにより、本発明の効果が確認された。
（ 実施例５ ）
７の鋼Ｂ、Ｆに示す鋼成分（質量％）の熱延鋼板、冷延鋼板を材料として、熱延条件を変化させたときの鋼板表面を測定し、８００、６５０℃で曲げ試験を行った際のスケール剥離の有無を調べ、スケール剥離がない場合をスケール密着性○、軽微なスケール剥離が発生する場合をスケール密着性△、スケール剥離が認められる場合をスケール密着性×とした。酸洗方法、曲げ試験方法は実施例１と同様の方法を用いた。
（ 実施例５ ）
７の鋼Ｂ、Ｆに示す鋼成分（質量％）の熱延鋼板、冷延鋼板を材料として、熱延条件を変化させたときの鋼板表面を測定し、８００、６５０℃で曲げ試験を行った際のスケール剥離の有無を調べ、スケール剥離がない場合をスケール密着性○、軽微なスケール剥離が発生する場合をスケール密着性△、スケール剥離が認められる場合をスケール密着性×とした。酸洗方法、曲げ試験方法は実施例１と同様の方法を用いた。
表面線長比Ｒの測定方法は、鋼板を樹脂に埋め込み、研磨後に試料の圧延方向の断面を光学顕微鏡で８箇所撮像し、画像解析により表面線長Ｌ１、直線線長Ｌ２を測定し、表面線長比Ｒを求めた。スケールの組成はＸ線回折を用いて測定した。今回の試料ではウスタイトの比率は全て95%以下であった。
Claims (10)
- 質量％にて、
Ｃ：０．１〜０．５％、
Ｓｉ：０．１〜２％、
Ｍｎ：０．１〜３％、
Ｐ≦０．１％、
Ｓ≦０．０３％、
Ｎ：０．０１％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼板表面に存在する凹凸が、鋼板の断面観察による表面線長Ｌ１と直線線長Ｌ２、表面線長比Ｒとした場合に、Ｒ＝Ｌ１／Ｌ２×１００≧１１０（％）を満足することを特徴とする、熱間プレス時のスケール密着性に優れた高強度鋼板。 - 質量％にて、
Ｃ：０．１〜０．５％、
Ｓｉ：０．１〜２％、
Ｍｎ：０．１〜３％、
Ｐ≦０．１％、
Ｓ≦０．０３％、
Ｎ：０．０１％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼板表面に存在する凹凸が、鋼板の断面観察による表面線長Ｌ１と直線線長Ｌ２、表面線長比Ｒとした場合に、Ｒ＝Ｌ１／Ｌ２×１００≧１２０（％）を満足することを特徴とする、熱間プレス時のスケール密着性に優れた高強度鋼板。 - 冷延板の表面の平均粗度Raが0.3μm以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱間プレス時のスケール密着性に優れた高強度鋼板。
- さらに、質量％で、
Ｃｒ：０．１〜５％、
Ｍｏ：０．１〜３％、
Ｂ：０．０００３〜０．００５％、
Ｖ：０．０１〜２％、
Ｗ：０．０１〜３％の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乃至請求項３のいずれか一項に記載の熱間プレス時のスケール密着性に優れた高強度鋼板。 - さらに、質量％で、
Ｔｉ：０．０１〜１％、
Ｎｂ：０．０１〜１％、
Ａｌ：０．００５〜１％の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乃至請求項４のいずれか一項に記載の熱間プレス時のスケール密着性に優れた高強度鋼板。 - さらに、質量％で、
Ｎｉ：０．０１〜３％、
Ｃｕ：０．０１〜３％の1種または2種を含有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の熱間プレス時のスケール密着性に優れた高強度鋼板。 - 請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の鋼板を熱間プレスした後に、その表面に発生する酸化鉄のうちウスタイトの比率が95％以下であることを特徴とする熱間プレス時のスケール密着性に優れた高強度鋼板。
- 熱延後の酸洗による溶削量を20μm以下とすることにより、地鉄が均一溶解されていないことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の熱間プレス時のスケール密着性に優れた高強度鋼板の製造方法。
- 熱延後の冷延圧下率を６０％以下とすることを特徴とする請求項８に記載の熱間プレス時のスケール密着性に優れた高強度鋼板の製造方法。
- 連続鋳造鋳片を1100℃以上で加熱後、Ar3以上で熱間圧延を終了し、捲取温度500℃超、800℃以下で捲取ることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の熱間プレス時のスケール密着性に優れた高強度鋼板の製造方法。
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