JP5151504B2 - 高張力冷延鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
このような問題に対し、特許文献2には、N:0.03〜2.0%を含有し、マルテンサイトの体積率が3〜30%である、形状凍結性に優れた低降伏比高強度鋼板が提案されている。特許文献2に記載された技術では、熱間圧延後に550〜800℃の温度域でアンモニアを2%以上含む雰囲気中で処理(焼鈍)することにより、上記したN含有量を確保できるとしている。Nはオーステナイト相の安定化に効果があり、特許文献2に記載された技術では、Mo、Mn、さらにはCr等の合金元素を多量添加することなく、鋼板組織をマルテンサイト相を含む複合組織とすることができるとしている。
質量%で、0.011%C−0.001%N−1.5%Mn系(C系)組成、および0.001%C−0.013%N−1.5%Mn系(N系)組成の2種の鋼を溶製し、シートバーとした。これらシートバーを、1200℃に加熱し、均熱したのち、仕上圧延終了温度が900℃となるように調整した3パスの熱間圧延により板厚:4.0mmの熱延板とした。なお、得られた熱延板には、仕上圧延終了後、コイル巻取り処理に相当する熱処理(600℃×1h)を施した。ついで、圧下率:75%の冷間圧延を施して、板厚: 1.0mmの冷延板とした。ついで、これら冷延板に、二相域である、800℃まで加熱し60s間保持したのち、300℃までの平均で、8〜500℃/sの範囲内の各種冷却速度で冷却する焼鈍処理を施し、ついで酸洗した。なお、この実験では調質圧延は行わなかった。
(1)質量%で、C:0.001〜0.05%、Si:0.4%以下、Mn:0.5〜2.0%、P:0.08%以下、S:0.005%以下、Al:0.05%以下、N:0.0080〜0.0250%を含み、かつ固溶状態のNが0.0050%以上、N/Alが0.30以上、N/Cが0.40以上であり、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有し、組織が、体積率で95.0〜99.5%のフェライト相と、体積率で0.5〜5.0%の低温生成相を有する複合組織であることを特徴とする引張強さが340MPa以上の高張力冷延鋼板。
(3)鋼素材に、熱間圧延工程と、冷間圧延工程と、焼鈍工程とを順次施して冷延鋼板を製造するに当り、前記鋼素材を、質量%で、C:0.001〜0.05%、Si:0.4%以下、Mn:0.5〜2.0%、P:0.08%以下、S:0.005%以下、Al:0.05%以下、N:0.0080〜0.0250%を含み、かつN/Alが0.30以上、N/Cが0.40以上であり、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、前記熱間圧延工程が、前記鋼素材を、加熱温度:1000℃以上の温度に加熱し、粗圧延してシートバーとしたのち、該シートバーに仕上圧延出側温度:800℃以上とする仕上圧延を施し、巻取り温度:750℃以下で巻き取り熱延板とする工程であり、前記冷間圧延工程が、該熱延板に酸洗および冷間圧延を施し冷延板とする工程であり、前記焼鈍工程が、該冷延板をAc1変態点〜(Ac3変態点+50℃)の範囲の温度に加熱したのち、平均冷却速度:5℃/s以上の冷却速度で350℃以下の温度域まで冷却する工程であることを特徴とする引張強さが340MPa以上の高張力冷延鋼板の製造方法。
(5)(3)において、前記焼鈍工程に代えて、前記冷延板をAc1変態点〜(Ac3変態点+50℃)の範囲の温度に加熱したのち、平均冷却速度:5℃/s以上の冷却速度で500℃以下に冷却し、ついで鋼板表面に溶融亜鉛めっき層を形成する溶融亜鉛めっき処理を施したのち、平均冷却速度:5℃/s以上の冷却速度で350℃以下の温度域まで冷却する焼鈍−溶融亜鉛めっき処理工程とすることを特徴とする高張力冷延鋼板の製造方法。
まず、本発明鋼板の組成限定理由について説明する。以下、組成における質量%は、単に%と記す。
C:0.001〜0.05%
Cは、鋼板を高強度化する強化元素であるとともに、オーステナイト相に濃化してオーステナイト相を安定化させる作用を有する元素であり、本発明では重要な元素の一つである。このような効果を得るためには、0.001%以上の含有を必要とする。なお、Cを0.001%未満とするには、脱炭に長時間を要し、高コストとなる問題もある。一方、0.05%を超えて含有すると、低温生成相の形成量が多くなり、強度が高くなりすぎて、所望の強度や延性が確保できなくなる。このようなことから、Cは0.001〜0.05%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.008〜0.04%、さらに好ましくは0.01〜0.035%、より好ましくは0.01〜0.029%である。
Siは、鋼の延性を低下させることなく、鋼板を高強度化することができる有用な強化元素であり、さらにSiは焼鈍工程において、炭化物の生成を抑制し未変態オーステナイト相の安定性を向上させる作用を有する。このような効果を得るためには、0.001%以上含有することが好ましく、さらに0.01%以上含有することが望ましい。一方、0.4%を超える含有は、表面性状、化成処理性等の表面美麗性に悪影響を及ぼすとともに、表面美麗性を確保するために長時間の酸洗処理を行う必要があり、製造コストの高騰を招くことになる。このようなことから、Siは0.4%以下に限定した。なお、より表面の美麗性が要求される使途には、0.3%以下とすることが好ましい。
Mnは、焼入れ性を向上させる元素であり、焼入れ性を介して鋼板の強度増加に大きく寄与するとともに、オーステナイトに濃化しオーステナイト相の安定化に寄与する効果も有する。また、MnはSと結合し、S起因の熱間割れを防止する有効な元素であり、含有するS量に応じて含有することが好ましい。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、2.0%を超える含有は、上記した効果が飽和するとともに、加工性やスポット溶接性を顕著に低下させる。このため、Mnは0.5〜2.0%の範囲に限定した。なお、優れた成形性を要求される使途には、1.8%以下とすることが好ましい。
Pは、鋼を強化する作用を有する元素であり、所望の強度に応じて0.005%以上含有させることもできるが、0.08%を超える多量の含有は、溶接性や加工後の低温靭性を低下させる。このため、Pは0.08%以下に限定した。なお、優れた溶接性や優れた靭性を要求される使途には0.05%以下とすることが好ましい。溶接性や靭性の観点から、より好ましくは0.03%以下である。
Sは、鋼中では硫化物系介在物として存在し、鋼板の延性、成形性、とくに伸びフランジ成形性を低下させる元素であり、できるかぎり低減することが望ましいが、0.005%以下に低減すると伸びフランジ成形性への悪影響が許容できる程度となる。このため、Sは0.005%以下に限定した。なお、より優れた伸びフランジ成形性や、優れた溶接性を要求される使途には、0.003%以下とすることが好ましい。
Alは、脱酸剤として作用し、鋼板の清浄度を向上させるとともに、鋼板組織の微細化に寄与する有用な元素である。このような効果を得るためには0.001%以上、より好ましくは0.005%以上含有することが望ましいが、0.05%を超える多量の含有は、鋼板の表面性状を低下させるとともに、固溶N量の顕著な低下に繋がり、固溶Nによるオーステナイト相の安定化を介して形成される硬質な低温生成相量が低下し、所望の複合組織を形成することが困難となる。このため、本発明ではAlは0.05%以下に限定した。なお、材質の安定性という観点からは0.001〜0.03%とすることが好ましい。
Nは、Cと同様に、オーステナイト相に濃化してオーステナイト相を安定化する作用を有し、焼鈍工程の冷却時における、硬質な低温生成相の形成に有効に作用する元素であり、優れたプレス成形性を発現させるうえで、本発明では重要な元素である。また、Nは、鋼の変態点を降下させる作用も有しており、変態点を大きく割り込んだ熱間圧延をしたくないという場合にはNの添加は有効である。このような効果を得るためには0.0080%以上の含有を必要とする。一方、0.0250%を超える含有は、鋼板の内部欠陥の発生率が高くなると共に、連続鋳造時の鋳片割れなどの発生が顕著となる。このため、Nは0.0080〜0.0250%の範囲に限定した。なお、製造工程全体を考慮した材質の安定性、歩留向上という観点からは、0.0100〜0.0180%とすることが好ましい。なお、この程度のN含有では鋼板の溶接性には悪影響は全くない。
オーステナイト相の安定化を図り、硬質な低温生成相を所望量形成させ、所望の複合組織を安定して確保するためには、固溶状態のNを0.0050%以上確保することが肝要である。なお、焼鈍処理の冷却時の冷却速度が遅く、さらに安定して硬質な低温生成相を確保する必要がある場合には、固溶状態のN量は0.0080%以上とすることが好ましい。なお、固溶状態のN量の上限は、固溶限のN量としてもよいが、例えば、0.020%程度もあれば十分である。ここでいう「固溶状態のN」とは、鋼中の全N量から、析出N量を差し引いた値をいう。なお、ここでいう「析出N量」は、対象とする鋼板から採取した試料について、アセチルアセトン系の電解液中での定電位電解法を行い抽出した、残渣中のN量を化学分析により求めたN量をいう。
Nによるオーステナイト相の安定化を介して所望の複合組織を有する鋼板を得る本発明では、所定量以上の固溶状態のNを確保するため、Nを固定する作用のあるAlの含有量をN含有量との関係で所定範囲に制限することが肝要となる。本発明では、上記したN,Alの範囲内でかつ、N含有量とAl含有量との比、N/Alを0.30以上に調整する。これにより、焼鈍後に安定して固溶状態のNを0.0050%以上確保することができ、目標とする成形性が確保できることを確認した。このようなことから、本発明ではN/Alを0.30以上に限定した。なお、好ましくは、0.40以上であり、より好ましくは0.50以上である。なお、N/Alの上限は、とくに規定する必要がないが、例えば4程度とすればよい。
C,Nともに、オーステナイト相を安定化させる元素であるが、上記したようにCに比べてNを利用してオーステナイト相を安定化させた方が、安定して所望量の低温生成相を確保することができる。とくにN含有量とC含有量との比である、N/Cを0.40以上に調整することにより、その効果が顕著となる。このようなことから、本発明ではN/Cを、0.40以上に限定した。なお、好ましくは0.50以上である。なお、N/Cの上限は、とくに規定する必要がないが、例えば20程度とすればよい。
つぎに、本発明鋼板の組織の限定理由について説明する。
本発明鋼板は、主相として組織全体に対する体積率で95.0〜99.5%のフェライト相と、第二相として組織全体に対する体積率で0.5〜5.0%の低温生成相を有する複合組織鋼板である。主相であるフェライト相が組織全体に対する体積率で95.0%未満では、高い延性を確保することが困難となり、プレス成形性が低下する傾向となり、高度な加工性を必要とする部材用鋼板として要求されるプレス成形性を確保することが難しくなる。一方、複合組織の利点を利用するため、主相であるフェライト相は体積率で99.5%以下とする必要がある。このようなことから、主相であるフェライト相は体積率で95.0〜99.5%の範囲に限定した。なお、更なる高い延性が要求される使途にはフェライト相は体積率で97.0%以上とすることが好ましい。
本発明の冷延鋼板では、鋼板の表面に、溶融亜鉛めっき層、合金化溶融亜鉛めっき層、および電気亜鉛めっき層のうちのいずれかのめっき(表面処理)層を形成してもよい。すなわち、本発明の冷延鋼板では、表面に亜鉛めっき層を有する冷延鋼板、いわゆる亜鉛めっき冷延鋼板としてもよい。
本発明の冷延鋼板は、鋼素材に、熱間圧延工程と、冷間圧延工程と、焼鈍工程とを順次施して製造される。鋼素材の製造方法はとくに限定されないが、上記した組成の溶鋼を転炉等の通常の溶製方法で溶製したのち、連続鋳造法等の通常の方法でスラブ等の鋼素材とすることが好ましい。なお、鋼素材(スラブ)は、造塊法、薄スラブ鋳造法によって製造してもよいことは言うまでもない。
鋼素材の加熱温度が1000℃未満では、初期状態として所定量の固溶状態のNを確保することができない。一方、加熱温度の上限はとくに規定しないが、酸化重量の増加に伴うスケールロスの増大という観点から、1280℃以下とすることが好ましい。
加熱された鋼素材は、粗圧延を施されシートバーとされる。シートバーは、ついで仕上圧延を施されて熱延板とされる。仕上圧延は、仕上圧延出側温度が800℃以上となる圧延とする。仕上圧延出側温度を800℃以上とすることにより、均一微細な組織を有する熱延板とすることができる。仕上圧延出側温度が800℃未満では、得られる熱延板組織が不均一となり、焼鈍後にも組織の不均一が残留し、プレス成形時に種々の不具合(例えば、不均一組織部における亀裂発生等)が発生する危険性が増大する。仕上圧延出側温度が800℃未満と低温になった場合には、加工組織の残留を回避するため高い巻取り温度を採用しても、粗大粒が発生してプレス成形時に種々の不具合が生じることになる。このようなことから、仕上圧延出側温度を800℃以上に限定した。仕上圧延出側温度の上限は、とくに限定されないが、1000℃以下とすることが、スケール疵の発生を防止する観点から好ましい。なお、更なる特性向上の観点から仕上圧延出側温度を820℃以上とすることが好ましい。
焼鈍後は、上記した焼鈍温度から平均冷却速度で5℃/s以上の冷却速度で、350℃以下の温度域まで冷却する、すなわち350℃以下の冷却停止温度までの平均冷却速度を5℃/s以上とすることが好ましい。冷却速度が5℃/s未満では、第二相を所望の低温生成相とすることが困難となる。冷却が上記した範囲から外れると、未変態オーステナイトがフェライトとセメンタイトに分解し、所望の低温生成相を確保することが困難となる。
焼鈍と溶融亜鉛めっき処理あるいは合金化溶融亜鉛めっき処理を連続して行う場合には、つぎのような工程とすることが好ましい。
なお、本発明では、上記した焼鈍工程、焼鈍−溶融亜鉛めっき処理工程、焼鈍−合金化溶融亜鉛めっき処理工程の後、常法に従い形状矯正や粗度調整などの目的で、伸び率:0.2〜1.5%程度の調質圧延を施してもよい。なお、降伏比を低くする観点からは、0.2〜0.6%程度の伸び率とすることが好ましい。
(1)組織観察
得られた鋼板から組織試験片を採取して、圧延方向に直交する断面(C断面)について、研磨しナイタールで腐食して、光学顕微鏡あるいは走査型電子顕微鏡を用いて微視組織を撮像し、画像解析装置を利用して組織の種類を同定するとともに、各相の組織分率を求め、これを体積率とした。
得られた鋼板から、引張方向が圧延方向と直交する方向となるようにJIS5号引張試験片を採取して、JIS Z 2241の規定に準拠して引張試験を実施し、引張特性(降伏強さYS、引張強さTS、降伏点伸びYS−EL)を求めた。得られたYS、TSから降伏比YR(=(YS/TS)×100%)を算出した。
鋼板表面にめっき層を形成した鋼板について、全長にわたり鋼板表面を目視で、不めっき欠陥の有無を観察し、めっき性を評価した。
(4)固溶状態のN量測定
得られた鋼板から電解抽出分析用試験片を採取し、アセチルアセトン系の電解液中で定電位電解法を行い残渣を抽出し、該残渣中のN量を化学分析により求め、これを析出N量とした。この析出N量を全N量から差し引いた値を、固溶状態のN量とした。
得られた結果を表3に示す。
平均r値=(r0+2r45+r90)/4
(ここで、r0:0°方向のr値、2r45:45°方向のr値、r90:90°方向のr値
)
により、平均r値を算出した。
Claims (6)
- 質量%で、
C:0.001〜0.05%、 Si:0.4%以下、
Mn:0.5〜2.0%、 P:0.08%以下、
S:0.005%以下、 Al:0.05%以下、
N:0.0080〜0.0250%
を含み、かつ固溶状態のNが0.0050%以上、N/Alが0.30以上、N/Cが0.40以上であり、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有し、組織が、体積率で95.0〜99.5%のフェライト相と、体積率で0.5〜5.0%の低温生成相を有する複合組織であることを特徴とする引張強さが340MPa以上の高張力冷延鋼板。 - 鋼板表面にめっき層として、溶融亜鉛めっき層、合金化溶融亜鉛めっき層、および電気亜鉛めっき層のうちのいずれかを有することを特徴とする請求項1に記載の高張力冷延鋼板。
- 鋼素材に、熱間圧延工程と、冷間圧延工程と、焼鈍工程とを順次施して冷延鋼板を製造するに当り、前記鋼素材を、
質量%で、
C:0.001〜0.05%、 Si:0.4%以下、
Mn:0.5〜2.0%、 P:0.08%以下、
S:0.005%以下、 Al:0.05%以下、
N:0.0080〜0.0250%
を含み、かつN/Alが0.30以上、N/Cが0.40以上であり、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、
前記熱間圧延工程が、前記鋼素材を、加熱温度:1000℃以上の温度に加熱し、粗圧延してシートバーとしたのち、該シートバーに仕上圧延出側温度:800℃以上とする仕上圧延を施し、巻取り温度:750℃以下で巻き取り熱延板とする工程であり、
前記冷間圧延工程が、該熱延板に酸洗および冷間圧延を施し冷延板とする工程であり、
前記焼鈍工程が、該冷延板をAc1変態点〜(Ac3変態点+50℃)の範囲の温度に加熱したのち、平均冷却速度:5℃/s以上の冷却速度で350℃以下の温度域まで冷却する工程であることを特徴とする引張強さが340MPa以上の高張力冷延鋼板の製造方法。 - 前記焼鈍工程に引続いて、鋼板表面に電気亜鉛めっき層を形成する電気亜鉛めっき処理工程を施すことを特徴とする請求項3に記載の高張力冷延鋼板の製造方法。
- 前記焼鈍工程に代えて、前記冷延板をAc1変態点〜(Ac3変態点+50℃)の範囲の温度に加熱したのち、平均冷却速度:5℃/s以上の冷却速度で500℃以下に冷却し、ついで鋼板表面に溶融亜鉛めっき層を形成する溶融亜鉛めっき処理を施したのち、平均冷却速度:5℃/s以上の冷却速度で350℃以下の温度域まで冷却する焼鈍−溶融亜鉛めっき処理工程とすることを特徴とする請求項3に記載の高張力冷延鋼板の製造方法。
- 前記焼鈍工程に代えて、前記冷延板をAc1変態点〜(Ac3変態点+50℃)の範囲の温度に加熱したのち、平均冷却速度:5℃/s以上の冷却速度で500℃以下に冷却し、鋼板表面に溶融亜鉛めっき層を形成する溶融亜鉛めっき処理を施したのち、該溶融亜鉛めっき層を合金化溶融亜鉛めっき層とする合金化処理を施し、ついで平均冷却速度:5℃/s以上の冷却速度で350℃以下の温度域まで冷却する焼鈍−合金化溶融亜鉛めっき処理工程とすることを特徴とする請求項3に記載の高張力冷延鋼板の製造方法。
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