JP4797807B2 - 高剛性低密度鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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(1)、化学成分として、mass%で、C:0.20%以下、Si:2%以下、Mn:3.5%以下、P:0.05%以下、S:0.01%以下、Al:2.5〜10.0%、N:0.01%以下を含有し、残部は鉄および不可避的不純物からなる組成を有し、密度が7.6g/cm3以下であり、(001)[0-10]方位のODF解析強度が2.5以上であることを特徴とする高剛性低密度鋼板。
(2)、さらに、化学成分として、mass%で、Ti:0.01〜0.20%、Nb:0.005〜0.20%、V:0.01〜0.20%のいずれか1種以上を含有することを特徴とする(1)に記載の高剛性低密度鋼板。
(3)、さらに、化学成分として、mass%で、Cr:0.05〜1.0%、Ni:0.05〜1.0%、Mo:0.05〜1.0%、B:0.0005〜0.0030%のいずれか1種以上を含有することを特徴とする(1)または(2)に記載の高剛性低密度鋼板。
(4)、さらに、化学成分として、mass%で、Cu:0.1〜2.0%を含有することを特徴とする(1)ないし(3)のいずれかに記載の高剛性低密度鋼板。
(5)、さらに、化学成分として、mass%で、W:0.1〜2.0%を含有することを特徴とする(1)ないし(4)のいずれかに記載の高剛性低密度鋼板。
(6)、(1)ないし(5)のいずれかに記載の組成を有する鋼スラブを、熱間圧延工程において、890℃以下での総圧下率を50%以上として熱間仕上げ圧延を行なったのち、500℃以上で巻取り、次いで圧下率30〜80%で冷間圧延を行い、750〜1000℃で焼鈍を行なうことを特徴とする高剛性低密度鋼板の製造方法。
Cはセメンタイトを生成することで、強度上昇に寄与するため、要求する強度レベルに応じて含有させればよい。一方、C量が多くなると、Fe、Al、Cの複合炭化物が増加し、加工性が著しく低下するため、Cの上限は0.20%とする必要があり、好ましくは0.05%以下、より好ましくは0.01%以下である。なお、C量を極度に低減するには、大きなコストアップをともなうため、この観点からは、C量の下限は現状の段階では概ね0.001%程度である。
Siは、固溶強化で高強度化に寄与するとともに、Feの密度を低下させることもできるため、要求する強度レベルに応じて添加することができる。一方、Siは、多量に添加した場合には、脆化によりスラブ割れを誘発する他、冷延鋼板として使用される場合には、表面に生成するSi酸化物が化成処理性を劣化させ、溶融亜鉛めっき鋼板として使用される場合には、表面に生成するSi酸化物が不めっきを誘発する。したがって、Siの含有量は2%以下とする必要があり、表面性状を必要とする鋼板や溶融亜鉛めっき鋼板の場合には、0.5%以下とすることが好ましい。
Mnは、固溶強化で高強度化に寄与するため、要求する強度レベルに応じて添加することができる。一方、多量のMn添加は、熱間圧延時および冷間圧延時における圧延荷重が著しく増大することで操業上の困難が伴う。したがって、Mn添加量は3.5%以下とする必要がある。なお、Mnには固溶SをMnSとして固定し、固溶Sによる熱間割れを抑制する等の効果もあるため、0.1%以上含有することが好ましい。
Pは粒界に偏析して、鋼板の延性、靭性を低下させる。また、合金化溶融亜鉛めっき鋼板として使用される場合には、Pにより合金化速度が遅滞してしまう。したがって、Pの添加量は0.05%以下とする必要がある。一方、Pは固溶強化元素として高強度化に有効な元素であり、さらにSiを添加した鋼においては赤スケールの発生を抑制する作用も有する。このような作用を得るためにはPは0.01%以上含有することが好ましい。
Sは、熱間での延性を著しく低下させることで、熱間割れを誘発し、表面性状を著しく劣化させる。さらに、Sは、強度にほとんど寄与しないばかりか、不純物元素として粗大なMnSを形成することにより、延性、穴広げ性を低下させる。したがって、S量は0.01%以下とする必要があり、好ましくは、0.005%以下である。
Alは、低密度化に寄与する元素であるとともにフェライト生成元素でもあることから、熱間圧延での、フェライト域圧延を可能とし、その後の、冷延、焼鈍で、剪断弾性率の向上に有利な結晶方位を発達させることができる。そのため、Alの含有量を2.5%以上とする必要がある。鋼板を、より低密度化するためには、Alの含有量を5.0%以上とすることが好ましい。一方、多量のAl添加は、FeとAlの金属間化合物を生成させることで脆化を助長し、熱間、および、冷間圧延時の割れを誘発することから、Al量は10%以下とする必要がある。
Nは多量に含有すると、熱間圧延中にスラブ割れを伴い、表面疵が発生する恐れがある。したがって、N量は0.01%以下とする必要がある。
Ti、Nb、Vは微細な炭窒化物を形成することで、強度上昇に寄与することができる。また、熱間圧延における仕上げ圧延工程においては、加工されたフェライトの再結晶を抑制することで、集合組織を鮮鋭化できる。このような効果を得るため、Ti、Nb、Vはそれぞれ、0.01%、0.005%、0.01%以上添加することが好ましい。一方、過剰のTi、Nb、Vを添加しても、強度上昇、再結晶抑制効果は飽和するだけでなく、合金コストの増加も招いてしまう。したがって、Ti、Nb、Vを添加する場合の添加量の上限は、それぞれ0.20%とする必要がある。
Cr、Ni、Mo、Bは、固溶元素として、熱延、仕上げ圧延時の再結晶を抑制することから、Cr、Ni、Moはそれぞれ0.05%以上、Bは0.0005%以上添加することが好ましい。一方、過剰に添加しても、再結晶抑制効果は飽和するだけでなく、熱間圧延時および冷間圧延時における圧延荷重が増大することで操業上の困難が伴うことから、Cr、Ni、Mo添加量の上限はそれぞれ1.0%、B添加量の上限は0.0030%とすることが好ましい。
Cuは微細な析出物を形成することで高強度化に寄与することができる。この効果を得るためには、Cuを0.1%以上添加することが好ましい。一方、過剰なCu添加は熱間での延性を低下させ、熱間圧延時の割れにともなう表面欠陥を誘発ことから、2.0%以下で添加することが好ましい。
Wは固溶元素や炭化物として存在することで、剪断弾性率を向上させることができる。この効果を得るためには、Wを0.1%以上添加することが好ましい。一方、多量のW添加は、合金コストが増加することから、Wは2.0%以下で添加することが好ましい。
熱間圧延工程における仕上げ圧延では、フェライトの低温域で大圧下をおこない、歪みを蓄積し、集合組織を発達させる必要がある。そのため、仕上げ圧延における890℃以下での総圧下率を50%以上とする必要がある。さらに、800℃以下での総圧下率を50%以上とするとより好ましい。なお、890℃以下での総圧下率の上限は、特に規定するものではないが、圧延負荷増大による製造コスト増加を抑制する観点からは95%以下とすることが好ましい。また、仕上げ圧延は、巻取り温度以上で終了することが好ましく、圧延後の回復・再結晶を促進させるためには、700℃以上で終了することがより好ましい。
圧延後の回復・再結晶を促進することで、冷間圧延時の荷重を低減するとともに、集合組織を鮮鋭化することができる。そのため、巻取り温度は500℃以上とする必要があり、好ましくは、600℃以上である。
冷間圧延により、集合組織を鮮鋭化させ、その後の再結晶焼鈍で、剪断弾性率の向上に有利な結晶方位を発達させることができる。そのため、冷間圧延の圧下率は30%以上とする必要がある。一方、80%を超えて冷間圧延を行なっても、結晶方位は安定化して、集合組織はさらに発達しないだけでなく、圧延荷重が増大し、操業上の負荷も大きい。したがって、冷間圧延の圧下率(冷圧率)は80%以下とする。
冷間圧延後に再結晶を促進することで、剪断弾性率の向上に有利な結晶方位を発達させることができる。そのため、焼鈍温度は750℃以上とする。一方、1000℃を超えて焼鈍しても、集合組織はさらに発達しないだけでなく、操業コストも増大することから、焼鈍温度は1000℃以下とする。
Claims (6)
- 化学成分として、mass%で、C:0.20%以下、Si:2%以下、Mn:3.5%以下、P:0.05%以下、S:0.01%以下、Al:2.5〜10.0%、N:0.01%以下を含有し、残部は鉄および不可避的不純物からなる組成を有し、密度が7.6g/cm3以下であり、(001)[0-10]方位のODF解析強度が2.5以上であることを特徴とする高剛性低密度鋼板。
- さらに、化学成分として、mass%で、Ti:0.01〜0.20%、Nb:0.005〜0.20%、V:0.01〜0.20%のいずれか1種以上を含有することを特徴とする請求項1に記載の高剛性低密度鋼板。
- さらに、化学成分として、mass%で、Cr:0.05〜1.0%、Ni:0.05〜1.0%、Mo:0.05〜1.0%、B:0.0005〜0.0030%のいずれか1種以上を含有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の高剛性低密度鋼板。
- さらに、化学成分として、mass%で、Cu:0.1〜2.0%を含有することを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の高剛性低密度鋼板。
- さらに、化学成分として、mass%で、W:0.1〜2.0%を含有することを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の高剛性低密度鋼板。
- 請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の組成を有する鋼スラブを、熱間圧延工程において、890℃以下での総圧下率を50%以上として熱間仕上げ圧延を行なったのち、500℃以上で巻取り、次いで圧下率30〜80%で冷間圧延を行い、750〜1000℃で焼鈍を行なうことを特徴とする高剛性低密度鋼板の製造方法。
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