JP5018934B2 - 加工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
例えば、特許文献1には、C:0.08〜0.30%、Si:0.1〜2.5%、Mn:0.5〜2.5%、P:0.01〜0.15%を含む組成の冷延鋼板を、Ac1点以上の温度にて再結晶焼鈍し、次いで、Ar1点乃至600℃の範囲の温度域まで強制空冷したのち、100℃/s以上の冷却速度で急冷し、フェライト相と低温変態生成相からなる複合組織とし、この後、所定の関係式で求められる、フェライト硬さHv(α)に対する低温変態生成相硬さHv(L)の比、Hv(L)/Hv(α)、が1.5〜3.5を満足するように、350〜600℃の範囲の温度にて過時効処理を行う局部延性にすぐれる高強度冷延鋼板の製造方法が記載されている。特許文献1に記載された技術では、焼入れ開始温度を高くし低温変態生成相の体積率を高め、その後、350〜600℃で過時効処理を行って、フェライト中にCを析出させるとともに、低温変態生成相を軟化させて、Hv(L)/Hv(α)を小さくし、局部伸びを改善するとしている。
また、特許文献2に記載された技術では、多量のP、Cuを複合して添加することを必須としているが、Cuの多量含有は、熱間加工性を低下させ、また、Pの多量含有は、鋼を脆化させる。また、Pは、鋼中に偏析する傾向が強く、この偏析したPは、鋼板の伸びフランジ性を低下させるほか、溶接部の脆化を引き起こすという問題がある。
本発明は、かかる従来技術の問題を解決し、板厚:1.0〜1.8mm程度の薄肉の、加工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目的とする。なお、ここでいう「高強度」とは、引張強さTS:540MPa以上、好ましくは590MPa以上の強度を有する場合をいい、また、「加工性に優れた」とは、伸びEl:30%以上(JIS5号試験片を用いた場合)、日本鉄鋼連盟規格JFST 1001−1996に準拠した穴拡げ試験における穴拡げ率λ:80%以上である場合をいうものとする。
熱延板に、冷間圧延を施すことなく、二相温度域に加熱する焼鈍処理を施す場合は、焼鈍加熱時には、α→γ変態が生じるだけであり、新たに再結晶が生じることはない。この場合、C濃度が高い箇所で優先的にα→γ変態が生じるのみであり、より均一な組織を得ることができるうえ、拡散速度の速いCは、焼鈍処理時に平衡組成までαとγに再分配される。このため、粒界でのフィルム状セメンタイトの析出が抑制され、とくに伸びフランジ性の向上に有利に作用したと考えられる。一方、熱延板に冷間圧延を施したのちに、焼鈍処理を施す場合は、焼鈍加熱時に再結晶と、α→γ変態が競合して生じるため、不均一な組織となりやすく、大幅な加工性の向上は期待できにくい。
(1)mass%で、C:0.08〜0.15%、Si:0.5〜1.5%、Mn:0.5〜1.5%、P:0.1%以下、S:0.01%以下、Al:0.01〜0.1%、N:0.005%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成と、主相であるフェライト相と、少なくともパーライトを含む第二相とからなる組織と、を有し、組織全体に対する面積率で、前記フェライト相が75〜90%、前記パーライトが10〜25%で、かつ該パーライトの平均粒径が5μm以下であり、さらに前記パーライトが、前記第二相の全面積に対する面積率で70%以上であることを特徴とする加工性に優れた高強度鋼板。
(3)(1)または(2)において、前記組成に加えてさらに、mass%で、Ti:0.01〜0.1%、Nb:0.01〜0.1%のうちから選ばれた1種または2種を含有することを特徴とする高強度鋼板。
(5)(1)ないし(4)のいずれかにおいて、前記組成に加えてさらに、mass%で、Ni:0.05〜0.5%、Cu:0.05〜0.5%のうちから選ばれた1種または2種を含有することを特徴とする高強度鋼板。
(7)mass%で、C:0.08〜0.15%、Si:0.5〜1.5%、Mn:0.5〜1.5%、P:0.1%以下、S:0.01%以下、Al:0.01〜0.1%、N:0.005%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼素材に、熱間圧延を行い熱延板とする熱延工程と、前記熱延板に酸洗を施したのち、該熱延板を、連続焼鈍ラインで、Ac1変態点〜Ac3変態点の第一の温度域で5〜400s間保持する焼鈍処理と、該焼鈍処理後、前記第一の温度域から700℃までを、5℃/s以上の平均冷却速度で冷却し、さらに700℃〜400℃の第二の温度域での滞留時間を30〜400sとする冷却処理を行う連続焼鈍工程と、を施し、主相であるフェライト相と、少なくともパーライトを含む第二相とからなり、組織全体に対する面積率で、前記フェライト相が75〜90%、前記パーライトが10〜25%であり、かつ該パーライトの平均粒径が5μm以下で、前記パーライトが、前記第二相の全面積に対する面積率で70%以上である組織を有する鋼板とすることを特徴とする加工性に優れた高強度鋼板の製造方法。
(9)(7)または(8)において、前記第二の温度域のうち、700〜550℃の温度域での冷却時間を10s以上とすることを特徴とする高強度鋼板の製造方法。
(11)(7)ないし(10)のいずれかにおいて、前記組成に加えてさらに、mass%で、Ti:0.01〜0.1%、Nb:0.01〜0.1%のうちから選ばれた1種または2種を含有することを特徴とする高強度鋼板の製造方法。
(13)(7)ないし(12)のいずれかにおいて、前記組成に加えてさらに、mass%で、Ni:0.05〜0.5%、Cu:0.05〜0.5%のうちから選ばれた1種または2種を含有することを特徴とする高強度鋼板の製造方法。
C:0.08〜0.15%
Cは、鋼板強度の増加に寄与するとともに、組織をフェライト相とフェライト相以外の第二相とからなる複合組織の形成に有効に作用する元素であり、本発明では、所望の引張強さ:540MPa以上の高強度を確保するために、0.08%以上の含有を必要とする。一方、0.15%を超える含有は、スポット溶接性を低下させ、さらに延性等の加工性を低下させる。このため、Cは0.08〜0.15%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.10〜0.15%である。
Siは、鋼中に固溶してフェライトの強化に有効に作用するとともに、延性向上にも寄与する元素であり、所望の引張強さ:540MPa以上の高強度を確保するためには、0.5%以上の含有を必要とする。一方、1.5%を超える過剰な含有は、赤スケール等の発生を促進し、鋼板の表面性状を低下させるとともに、化成処理性を低下させる。また、Siの過剰な含有は、抵抗溶接時の電気抵抗の増加を伴い、抵抗溶接性を阻害する。このため、Siは0.5〜1.5%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.7〜1.2%である。
Mnは、鋼板強度の増加に寄与するとともに、複合組織の形成に有効に作用する元素であり、このような効果を得るためには、0.5%以上の含有を必要とする。一方、1.5%を超える含有は、焼鈍時の冷却過程でマルテンサイト相を形成しやすくなり、加工性、とくに伸びフランジ性の低下を招く。このため、Mnは0.5〜1.5%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.7〜1.5%である。
Pは、鋼中に固溶して鋼板強度を増加させる作用を有する元素であるが、粒界へ偏析する傾向が強く、粒界の結合力を低下させて、加工性の低下を招くとともに、鋼板表面へ濃化して、化成処理性、耐食性などを低下させる。このようなPの悪影響は、0.1%を超える含有で顕著となる。このため、Pは0.1%以下に限定した。なお、このようなPの悪影響を避けるため、Pは0.1%以下で、できるだけ低減することが好ましいが、過度の低減は製造コストの高騰を招くため、0.001%程度以上とすることが好ましい。
Sは、鋼中では主としてMnS等の硫化物(介在物)を形成し、鋼板の加工性、とくに局部伸び、を低下させる。また、硫化物(介在物)の存在は、溶接性をも低下させる。このようなSの悪影響は、0.01%を超える含有で顕著となる。このため、Sは0.01%以下に限定した。なお、このようなSの悪影響を避けるため、Sは0.01%以下で、できるだけ低減することが好ましいが、過度の低減は製造コストの高騰を招くため、0.0001%程度以上とすることが好ましい。
Alは、脱酸剤として作用し鋼板の清浄度向上に必須の元素であり、さらに炭化物形成元素の歩留り向上に有効に作用する。このような効果を得るためには、0.01%以上の含有を必要とする。0.01%未満の含有では、遅れ破壊の起点となるSi系介在物の除去が不十分となり、遅れ破壊発生の危険性が増加する。一方、0.1%を超えて含有しても、上記した効果は飽和し、含有量に見合う効果が期待できなくなり経済的に不利となるとともに、加工性が低下し、表面欠陥の発生傾向が増大する。このため、Alは0.01〜0.1%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.01〜0.05%である。
Nは、本発明では本質的に有害な元素として、できるだけ低減することが望ましいが、0.005%までは許容できる。このため、Nは0.005%以下に限定した。なお、過度のNの低減は、製造コストの高騰を招くため、0.0001%程度以上とすることが好ましい。
上記した成分が基本の成分であるが、基本成分に加え、必要に応じてさらに、Cr:0.05〜0.5%、V:0.005〜0.2%、Mo:0.005〜0.2%のうちから選ばれた1種または2種以上、および/または、Ti:0.01〜0.1%、Nb:0.01〜0.1%のうちから選ばれた1種または2種、および/または、B:0.0003〜0.0050%、および/または、Ni:0.05〜0.5%、Cu:0.05〜0.5%のうちから選ばれた1種または2種、および/または、Ca:0.001〜0.005%、REM:0.001〜0.005%のうちから選ばれた1種または2種、を選択して含有することができる。
Cr、V、Moはいずれも、鋼板強度を増加させ、複合組織の形成に寄与する元素であり、必要に応じて選択して、1種または2種以上含有できる。このような効果を得るためには、Cr:0.05%以上、V:0.005%以上、Mo:0.005%以上、それぞれ含有することが望ましい。一方、Cr:0.5%、V:0.2%、Mo:0.2%、をそれぞれ超える過剰な含有は、焼鈍処理後の冷却処理中に、所望量のパーライトの生成が困難となり、所望の複合組織を確保できなくなり、伸びフランジ性が低下し、加工性が低下する。このため、含有する場合には、Cr:0.05〜0.5%、V:0.005〜0.2%、Mo:0.005〜0.2%の範囲に、それぞれ限定することが好ましい。
Ti、Nbはいずれも、析出強化により鋼板強度を増加させる元素であり、必要に応じて選択して、1種または2種含有できる。このような効果を得るためには、Ti:0.01%以上、Nb:0.01%以上、それぞれ含有することが望ましいが、Ti:0.1%、Nb:0.1%をそれぞれ超える含有は、加工性、形状凍結性が低下する。このため、含有する場合には、Ti:0.01〜0.1%、Nb:0.01〜0.1%の範囲に、それぞれ限定することが好ましい。
Bは、オーステナイト粒界に偏析して、粒界からのフェライトの生成、成長を抑制する作用を有する元素であり、必要に応じて含有できる。このような効果を得るためには、0.0003%以上含有することが望ましいが、0.0050%を超える含有は、加工性を低下させる。このため、含有する場合には、Bは0.0003〜0.0050%の範囲に限定することが好ましい。なお、上記したようなBの効果を得るためには、BNの生成を抑制することが必要であり、Tiとともに含有させることが好ましい。
Ni、Cuはいずれも、鋼板強度を増加させる作用を有するとともに、内部酸化を促進させめっき密着性を向上させる作用も有する元素であり、必要に応じ選択して含有できる。このような効果を得るためには、Ni:0.05%以上、Cu:0.05%以上それぞれ含有することが望ましいが、Ni:0.5%、Cu:0.5%、をそれぞれ超える含有は、焼鈍処理後の冷却処理中に、所望量のパーライトの生成が困難となり、所望の複合組織を確保できなくなり、伸びフランジ性が低下し、加工性が低下する。このため、含有する場合には、Ni:0.05〜0.5%、Cu:0.05〜0.5%の範囲に限定することが好ましい。
Ca、REMはいずれも、硫化物の形態制御に寄与する元素であり、硫化物の形状を球状化し、硫化物の加工性、とくに伸びフランジ性への悪影響を抑制する作用を有する。このような効果を得るためには、Ca:0.001%以上、REM:0.001%以上、それぞれ含有することが望ましいが、Ca:0.005%、REM:0.005%、をそれぞれ超える含有は、介在物の増加を招き、表面欠陥および内部欠陥の多発を招く。このため、含有する場合には、Ca:0.001〜0.005%、REM:0.001〜0.005%の範囲に限定することが好ましい。
本発明鋼板は、上記した組成を有するとともに、主相であるフェライト相と、少なくともパーライトを含む第二相とからなる組織を有する。
本発明鋼板では、主相であるフェライト相の面積率は、組織全体に対する面積率で、75〜90%とする。フェライト相の面積率が75%未満では、所望の伸び、所望の穴拡げ率を確保できず、加工性が低下する。一方、フェライト相の面積率が90%を超えると、第二相の面積率が低下し、所望の高強度を確保できなくなる。このため、主相であるフェライト相の面積率は75〜90%の範囲に限定した。なお、好ましいフェライト相の面積率は80〜90%である。
上記した組成を有する鋼素材を出発素材とする。鋼素材の製造方法はとくに限定する必要はないが、上記した組成の溶鋼を転炉、電気炉等の常用の溶製方法で溶製し、連続鋳造法等の常用の鋳造方法でスラブ等の鋼素材とすることが、生産性の観点から好ましい。なお、造塊−分塊圧延法、薄スラブ鋳造法などを適用することもできる。
鋼素材の加熱温度が、1100℃未満では、変形抵抗が高くなりすぎて、圧延荷重が過大となり、熱間圧延が困難となる場合がある。一方、1280℃を超えると、結晶粒が粗大化しすぎて、熱間圧延を施しても所望の微細な鋼板組織を確保できにくくなる。このため、熱間圧延のための加熱温度は、1100〜1280℃の範囲の温度とすることが好ましい。より好ましくは1280℃未満である。
焼鈍処理は、Ac1変態点〜Ac3変態点の第一の温度域で5〜400s間保持する処理とする。
Ac1変態点(℃)=723+29.1Si−10.7Mn−16.9Ni+16.9Cr+6.38W+290As‥‥(1)
Ac3変態点(℃)=910−203√C+44.7Si−30Mn+700P+400Al−15.2Ni−11Cr− 20Cu+31.5Mo+104V+400Ti+13.1W+120As ‥‥(2)
ここで、C,Si,Mn,Ni,Cr,W,As,C,P,Al,Cu,Mo,V,Ti:各元素の含有量(mass%)
また、焼鈍処理後の冷却処理は、上記した第一の温度域から700℃までを、平均で、5℃/s以上の冷却速度で冷却し、さらに700℃〜400℃の第二の温度域での滞留時間を30〜400sとする処理とする。
(1)組織観察
得られた焼鈍板から、組織観察用試験片を採取し、圧延方向に平行な断面(L断面)を研磨し、ナイタール液で腐食し、走査型電子顕微鏡(倍率:3000倍)で3視野以上、組織観察し、撮像して、組織の種類、各相の組織全体に対する面積率を測定し、さらに第二相全面積の、組織全体に対する面積率を算出した。また、第二相に含まれるパーライトの平均結晶粒径も算出した。なお、パーライトの平均結晶粒径は、各パーライト粒の面積を測定し、該面積から円相当直径を算出し、得られた各粒の円相当直径を算術平均し、パーライト粒の平均結晶粒径とした。なお、測定したパーライトの粒数は20個以上とした。また、パーライトの第二相全面積に対する面積率も算出した。
(2)引張試験
得られた焼鈍板から、引張方向が、圧延方向に直角方向と一致するように、JIS5号試験片を採取し、JIS Z 2241の規定に準拠して引張試験を実施し、引張特性(降伏点YP、引張強さTS、伸びEl)を求めた。
(3)穴拡げ試験
得られた焼鈍板から、100 mm角の穴拡げ試験片を採取した。そして、日本鉄鋼連盟規格 JFST 1001−1996の規定に準拠して、穴拡げ試験を実施し、穴拡げ率λ(%)を求めた。
Claims (14)
- mass%で、
C:0.08〜0.15%、 Si:0.5〜1.5%、
Mn:0.5〜1.5%、 P:0.1%以下、
S:0.01%以下、 Al:0.01〜0.1%、
N:0.005%以下
を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成と、主相であるフェライト相と、少なくともパーライトを含む第二相とからなる組織と、を有し、組織全体に対する面積率で、前記フェライト相が75〜90%、前記パーライトが10〜25%で、かつ該パーライトの平均粒径が5μm以下であり、さらに前記パーライトが、前記第二相の全面積に対する面積率で70%以上であることを特徴とする加工性に優れた高強度鋼板。 - 前記組成に加えてさらに、mass%で、Cr:0.05〜0.5%、V:0.005〜0.2%、Mo:0.005〜0.2%のうちから選ばれた1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1に記載の高強度鋼板。
- 前記組成に加えてさらに、mass%で、Ti:0.01〜0.1%、Nb:0.01〜0.1%のうちから選ばれた1種または2種を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の高強度鋼板。
- 前記組成に加えてさらに、mass%で、B:0.0003〜0.0050%を含有することを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の高強度鋼板。
- 前記組成に加えてさらに、mass%で、Ni:0.05〜0.5%、Cu:0.05〜0.5%のうちから選ばれた1種または2種を含有することを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の高強度鋼板。
- 前記組成に加えてさらに、mass%で、Ca:0.001〜0.005%、REM:0.001〜0.005%のうちから選ばれた1種または2種を含有することを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の高強度鋼板。
- mass%で、
C:0.08〜0.15%、 Si:0.5〜1.5%、
Mn:0.5〜1.5%、 P:0.1%以下、
S:0.01%以下、 Al:0.01〜0.1%、
N:0.005%以下
を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼素材に、熱間圧延を施し熱延板とする熱延工程と、前記熱延板に酸洗を施したのち、該熱延板を、連続焼鈍ラインで、Ac1変態点〜Ac3変態点の第一の温度域で5〜400s間保持する焼鈍処理と、該焼鈍処理後、前記第一の温度域から700℃までを、5℃/s以上の平均冷却速度で冷却し、さらに700℃〜400℃までの第二の温度域での滞留時間を30〜400sとする冷却処理を行う連続焼鈍工程と、を施し、主相であるフェライト相と、少なくともパーライトを含む第二相とからなり、組織全体に対する面積率で、前記フェライト相が75〜90%、前記パーライトが10〜25%であり、かつ該パーライトの平均粒径が5μm以下で、前記パーライトが、前記第二相の全面積に対する面積率で70%以上である組織を有する鋼板とすることを特徴とする加工性に優れた高強度鋼板の製造方法。 - 前記熱延工程が、前記鋼素材を1100〜1280℃の範囲の温度に加熱したのち、熱間圧延終了温度:870〜950℃とする熱間圧延を行い熱延板とし、該熱間圧延の終了後、該熱延板を、巻取り温度:350〜720℃として巻き取る、工程であることを特徴とする請求項7の記載の高強度鋼板の製造方法。
- 前記第二の温度域のうち、700〜550℃の温度域での冷却時間を10s以上とすることを特徴とする請求項7または8に記載の高強度鋼板の製造方法。
- 前記組成に加えてさらに、mass%で、Cr:0.05〜0.5%、V:0.005〜0.2%、Mo:0.005〜0.2%のうちから選ばれた1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項7ないし9のいずれかに記載の高強度鋼板の製造方法。
- 前記組成に加えてさらに、mass%で、Ti:0.01〜0.1%、Nb:0.01〜0.1%のうちから選ばれた1種または2種を含有することを特徴とする請求項7ないし10のいずれかに記載の高強度鋼板の製造方法。
- 前記組成に加えてさらに、mass%で、B:0.0003〜0.0050%を含有することを特徴とする請求項7ないし11のいずれかに記載の高強度鋼板の製造方法。
- 前記組成に加えてさらに、mass%で、Ni:0.05〜0.5%、Cu:0.05〜0.5%のうちから選ばれた1種または2種を含有することを特徴とする請求項7ないし12のいずれかに記載の高強度鋼板の製造方法。
- 前記組成に加えてさらに、mass%で、Ca:0.001〜0.005%、REM:0.001〜0.005%のうちから選ばれた1種または2種を含有することを特徴とする請求項7ないし13のいずれかに記載の高強度鋼板の製造方法。
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