JP4925611B2 - 高強度鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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本発明は、引張強度が780MPa以上の高強度鋼板およびその製造方法を提供することを目的とする。より詳しくは、本発明の目的は、加工性ならびに材質安定性に優れた高強度鋼板ならびにその製造方法を提供することであり、例えば、加工性の目標値は、TS×ELが10000MPa・%以上、最小曲げ半径が1.0t以下であり、材質安定性の目標値は、板幅方向中央部と板幅方向(1/4)部の引張強度差の絶対値が、引張強度の10%以内、好ましくは5%以内であることである。
本実施の形態の高強度熱延鋼板は、フェライトの平均結晶粒径が1μm以上3.5μm以下であり、フェライトの体積率が40%以上であり、フェライトの体積率とフェライトのナノ硬さとの積が180%・GPa以上であり、さらに、引張強度が780MPa以上である鋼組織を有する。そして、本実施の形態の高強度鋼板は、このような組織面での特徴を有することによって直接的に優れた加工性および材質安定性を奏するという技術思想に基づくものである。
(C:0.06%以上0.18%以下)
Cは高強度鋼板の強度向上に寄与する元素であり、引張強度を780MPa以上にするために、少なくとも0.06%以上含有する。ただし、C含有量が0.18%を超えると溶接性が著しく劣化する。このため、C量は0.06%以上0.18%以下と限定する。同様の観点から、C含有量の下限は0.07%であることが望ましく、上限は0.15%であることが望ましい。
Siは高強度鋼板の強度向上に寄与する元素であり、0.005%以上含有する。しかし、Si含有量が0.5%を超えるとめっきの濡れ性や化成処理性が劣化する。このため、Si量は0.005%以上0.5%以下と限定する。同様の観点から、Si含有量の上限は0.1%であることが望ましい。
Mnは高強度鋼板の強度向上に寄与する元素であり、引張強度780MPa以上を確保するために、少なくとも2.0%以上含有する。しかし、Mn含有量が3.0%を超えると、フェライトが生成し難くなるだけでなく、不均一な組織となり加工性が劣化する。このため、Mn量は2.0%以上3.0%以下と限定する。Mn含有量の下限は、780MPa以上の引張強度を安定確保するために、具体的には引張強度800MPa以上を確保するために2.2%であることが望ましい。Mn含有量の上限は、同様の観点から、2.8%であることが望ましい。
Pは本実施の形態の高強度鋼板では不可避的不純物であり、過多に含有させると不均一な組織となるために加工性が劣化する。このため、P含有量は0.02%以下と限定する。同様の観点からP含有量の上限は0.015%であることが望ましく、製造コストの上昇を抑制するためには0.005%以上とすることが望ましい。
Sは本実施の形態の高強度鋼板では硫化物として存在し、応力集中源となるために加工性が劣化する。このため、S含有量はできるだけ少ないことが望ましいが、0.01%以下であれば、本実施の形態が対象とする引張強度780MPa以上の高強度鋼板でも曲げ性に悪影響を及ぼさない。このため、S含有量は0.01%以下と限定する。なお、好ましくは0.005%以下である。
Alは鋼の脱酸のために添加される元素であり、鋼の清浄度を向上させるのに有効に作用する。シリケート介在物を除去し、加工性を向上させるために、sol.Alで0.01%以上含有する。ただし、sol.Al含有量が0.1%を超えると酸化物系介在物が増加するためにかえって表面性状や加工性が劣化する。このため、sol.Al量は0.01%以上0.1%以下と限定する。なお、同様の観点から、sol.Al量の上限は0.06%であることが好ましく、下限は0.02%であることが望ましい。
Nは本実施の形態の高強度鋼板では不可避的不純物であり、過多に含有させると粗大な窒化物が析出するため加工性が劣化する。このため、N含有量はできるだけ少なくすることが望ましいが、0.01%以下であれば、本発明で目的とするような高強度材でも加工性に悪影響を及ぼさない。このため、N含有量は0.01%以下と限定する。なお、好ましくはN含有量の上限は、0.005%であることが望ましく、0.003%であることがさらに望ましい。
TiおよびNbは、いずれも、本発明では重要な元素の一つであり、1種または2種を含有させる。TiおよびNbの1種または2種を含有することにより、炭化物を形成し、析出強化ならびに結晶粒微細化によってフェライトを強化し、これにより、材質安定性を劣化させることなく、引張強度780MPa以上の高強度化を図ることができる。TiおよびNbの1種または2種を微量添加することによって、降伏強度、引張強度または伸びが著しく上昇する。したがって、機械特性の変動を低減するために、TiおよびNb合計で0.05%以上含有する。ただし、TiまたはNbのいずれかを0.20%超含有させると、鋼中の析出物が粗大化するため加工性が劣化する。このため、TiおよびNbそれぞれ単独の含有量は0.20%以下と限定する。なお、同様の観点から、TiおよびNbそれぞれ単独の含有量の上限は0.15%であることが望ましく、下限は0.05%であることが望ましい。
本実施の形態の高強度鋼板では、Cr、Mo、Bはいずれも必要に応じて添加される任意添加元素であり、フェライトの強化に有効に作用するので、1種単独で、または2種以上複合して含有してもよい。しかし、Cr、Moそれぞれの含有量が1.0%を超え、一方、B含有量が0.003%を超えると、フェライトが生成し難くなって加工性が劣化する。このため、Cr、Moの含有量はそれぞれ1.0%以下と限定し、B含有量は0.003%以下と限定する。上記効果を確実に得るには、Cr、Moはそれぞれ0.1%以上含有し、Bは0.0005%以上含有することが好ましい。
上述した鋼組成を有する本実施の形態の高強度鋼板は、フェライトの平均結晶粒径が1μm以上3.5μm以下であり、フェライトの、面積率で評価した体積率が40%以上であり、フェライトの体積率とフェライトのナノ硬さとの積が180%・GPa以上であり、さらに、引張強度が780MPa以上となる鋼組織を有する。
本実施の形態では、上述した鋼組成の溶鋼を、転炉や電気炉等の常法により溶製し、連続鋳造法によりスラブ等の鋼素材とするのが望ましい。なお、連続鋳造法に代えて、造塊法や薄スラブ鋳造法等により鋼素材としてもよい。
一旦鋼素材を冷却した後に再加熱してから圧延する場合には、加工性を劣化させないとともに、連続焼鈍後に生成されるフェライトを有効に強化することによって材質安定性と780MPa以上の引張強度を両立させるために、加熱中にTiCやNbCを再固溶させることが有効である。このために、鋼素材を1150℃以上に加熱することが有効であるが、1300℃超に加熱しても効果が飽和するだけでなく、スケールロスが増加する。このため、鋼素材の再加熱温度は1150℃以上1300℃以下とすることが望ましい。
本実施の形態では、鋼素材に対して熱間圧延を行うが、熱間圧延の仕上げ圧延終了温度は、800℃以上950℃以下と限定する。仕上げ圧延終了温度が800℃未満であると、圧延時の変形抵抗が大きくなって生産性が劣るだけではなく、組織が不均一なバンド組織となり、冷却焼鈍後の加工性が劣化する。一方、仕上圧延終了温度が950℃を超えると、その後の冷却中に、鋼中のTiまたはNbの殆どが熱延鋼板の内部で炭化物として析出してしまい、その後の冷間圧延が困難となるだけでなく、炭化物が連続焼鈍中に粗大化して、冷延焼鈍後に材質安定性を高めること、および780MPa以上の引張強度を確保することの両立も困難となるとともに、加工性が劣化する。
(仕上げ圧延終了後の冷却条件:仕上げ圧延終了後から30秒以内で巻取り開始)
本実施の形態では、仕上げ圧延終了後から30秒間以内で巻取りを開始する。巻取り開始までに30秒間超要すると、鋼中のTiまたはNbのほとんどが熱延板中に炭化物として析出してしまい、その後の冷間圧延が困難となるだけでなく、炭化物が連続焼鈍中に粗大化して、冷延焼鈍後に材質安定性を高めることと780MPa以上の引張強度を確保することの両立も困難となる。
(巻取り温度:500℃以上700℃以下)
本実施の形態では、巻取り温度を500℃以上700℃以下とする。巻取り温度が500℃未満であると、硬質なベイナイトやマルテンサイトが生成し、その後の冷間圧延が困難となる。一方、巻取り温度が700℃を超えると炭化物が粗大化し、冷延焼鈍後に材質安定性を高めること、および780MPa以上の引張強度を確保することの両立が困難となる。
本実施の形態では、上述した熱間圧延工程および巻取り工程を経ることにより、巻き取った熱延鋼板中の固溶Ti量および固溶Nb量の合計を、鋼中の全Ti量と全Nb量の合計の40%以上とする。熱延鋼板中の固溶Ti量および固溶Nb量の合計が鋼中の全Ti量と全Nb量の合計の40%未満であると、その後の冷間圧延が困難となるだけでなく、炭化物が連続焼鈍中に粗大化して冷延焼鈍後に生成するフェライトを強化することが難しくなり、材質安定性を高めること、および780MPa以上の引張強度を確保することの両立が困難となる。
本実施の形態では、固溶Ti量および固溶Nb量の合計が鋼中の全Ti量と全Nb量の合計の40%未満とされた熱延鋼板に対して冷間圧延および焼鈍を行うが、冷延鋼板の焼鈍は連続焼鈍とし、冷延鋼板がオーステナイト単相組織となる温度であるAc3点以上になるまで加熱し、Ac3点以上900℃以下の温度範囲で10秒以上300秒以下焼鈍する。一旦、冷延鋼板をオーステナイト単相組織にすることにより、均一微細な組織を有する冷延焼鈍板となる。
(冷延鋼板の冷却条件:650℃から550℃までの平均冷却速度を5℃/秒以上200℃/秒以下)
冷延鋼板は焼鈍後、650℃から550℃までを、5℃/秒以上200℃/秒以下の平均冷却速度で冷却する。平均冷却速度が5℃/秒未満であると、結晶粒が粗大化するだけでなく、780MPa以上の強度を確保することが困難となる。一方、平均冷却速度が200℃/秒超であると、フェライト相が生成し難くなり加工性が劣化する。なお、さらに良好な材質安定性が要求されるときは、冷却速度を5℃/秒以上80℃/秒以下とするのが好ましい。
表1に示す組成を有する溶鋼を連続鋳造により1000mm巾のスラブとした。これらのスラブを表2−1に示す条件で板厚2.4mmの熱延鋼板とし、酸洗後、表2−2に示す圧下率で冷間圧延を施して冷延鋼板とした。その後、冷延鋼板に連続焼鈍にて表2−2に示す条件で加熱、焼鈍および焼鈍後冷却し、圧延率0.2%のスキンパスを行った。
(Ac3点の測定)
各冷延鋼板から試験片を採取し、室温から1000℃まで10℃/sで加熱した際の膨張率変化を解析することによって、各冷延鋼板のAc3点を測定した。
各熱延鋼板の長手方向中央部の位置の巾方向中央部から試験片を採取し、電解抽出残査を化学分析することにより熱延板の固溶Ti量および固溶Nb量を測定した。
各種冷延板から試験片を採取し、室温から500℃まで10℃/sで加熱し、表2に示す焼鈍温度まで3℃/sで加熱し、表2に示す焼鈍温度および焼鈍時間の熱処理後に水冷することによって試験片を作製した。この試験片の圧延方向断面、および圧延方向と直角方向断面の組織を光学顕微鏡で撮影し、JISG0552に準拠して旧オーステナイト粒径を測定し、それをオーステナイト粒径とした。
各冷延焼鈍板から試験片を採取し、試験片の圧延方向断面、および圧延方向と直角方向断面の組織を、光学顕微鏡あるいは電子顕微鏡で撮影し、JIS G 0552に準拠してフェライトの結晶粒径を測定した。フェライトの体積率は画像解析により測定した。
フェライトのナノ硬さは、AFMナノインデンテーションを用い、鋼板表面から板厚の1/4の部分において、圧痕荷重を1000μNとし、フェライト相について抽出した10箇所のナノ硬さを測定し、その平均値を用いた。
各種冷延焼鈍板の圧延方向に直角方向からJIS5号引張試験片を採取し、引張特性(引張強度TS、伸びEl)を調査した。試験片の採取は、得られた鋼板の長手方向中央部の位置の巾方向中央部と端部から250mm内側の巾方向1/4部の2箇所とし、両平均を引張特性値とした。
各種冷延焼鈍板から圧延方向に直角方向を長手方向とするJIS3号曲げ試験片を採取し、JIS Z 2248の規定に準拠したVブロック法により、曲げ性を調査した。試験片の採取は、引張試験と同様である。その際、頂角90°の押し金具をバリが内側となるように押し込んだ。試験後の正否は目視にて調査し、試験後に割れが認められない押し金具の最小半径を板厚で割り、規格化することにより最小曲げ半径を算出した。なお、半径が2mm、1mm、0.5mm、0mmの押し金具を用いた。
材質安定性は、巾方向中央部と巾方向1/4部の引張強度差の絶対値で評価した。
(めっき性、合金化処理性の評価)
不めっき、欠陥がないサンプルを良好、不めっき、欠陥が一部発生したサンプルをやや良好、不めっき、欠陥が多数発生したサンプルを不良とした。合金化ムラが全くないサンプルを良好、わずかに合金化ムラがあるサンプルをやや良好、合金化ムラの著しいサンプルを不良とした。
鋼板No.6、9および30は、いずれも、製造条件が、本発明が規定する条件を逸脱しており、材質安定性を高めること、および780MPa以上の引張強度を確保することの両立ができない。
鋼板No.17は、化学組成が、本発明が規定する条件を逸脱しており、加工性が不芳であるだけでなく、材質安定性も不芳である。
鋼板No.24は、組成が、本発明が規定する鋼組成を逸脱しており、濡れ性および合金化処理性が悪い。
さらに、鋼板No.37は、組成が、本発明が規定する範囲を逸脱しており、材質安定性が悪い。
Claims (4)
- 質量%で、C:0.06〜0.18%、Si:0.005〜0.5%、Mn:2.0〜3.0%、P:0.02%以下、S:0.01%以下、Al:0.01〜0.1%、N:0.01%以下、さらに、Ti:0.20%以下およびNb:0.20%以下の1種または2種を合計で0.05%以上、残部Feおよび不純物からなる鋼組成を有し、フェライトの平均結晶粒径が1〜3.5μmであり、フェライトの体積率が40%以上であり、フェライトの体積率とフェライトのナノ硬さとの積が180%・GPa以上であるとともに、引張強度が780MPa以上である鋼組織を有することを特徴とする高強度鋼板。
- さらに、質量%で、Cr:1.0%以下、Mo:1.0%以下およびB:0.003%以下からなる群から選ばれた1種または2種以上を含有する請求項1に記載の高強度鋼板。
- 請求項1または請求項2に記載の鋼組成を有し、鋼中の固溶Ti量および固溶Nb量の合計が、鋼中の全Ti量および全Nb量の合計の40%以上である鋼板を冷間圧延し、次いで、連続焼鈍設備により、Ac3点〜900℃の温度範囲で10〜300秒間焼鈍した後、650℃から550℃まで5〜200℃/秒の平均冷却速度で冷却することを特徴とする高強度鋼板の製造方法。
- 請求項1または請求項2に記載の鋼組成を有する鋼を連続鋳造後に、直接熱延、直送熱延、または、一旦冷却した後に1150〜1300℃に再加熱した後に熱間圧延し、800℃〜950℃で仕上げ圧延を完了し、仕上げ圧延完了後30秒以内に500〜700℃の温度範囲で巻き取ることにより、鋼中の固溶Ti量および固溶Nb量の合計が、鋼中の全Ti量および全Nb量の合計の40%以上である鋼板とし、該鋼板を冷間圧延し、次いで、連続焼鈍設備により、Ac3点〜900℃の温度範囲で10〜300秒間焼鈍した後、650℃から550℃まで5〜200℃/秒の平均冷却速度で冷却することを特徴とする高強度鋼板の製造方法。
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