JP5315956B2 - 成形性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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α≦50000×{(Ti%)/48+(Nb%)/93+(Mo%)/96+(V%)/51}である穴拡げ性に優れた低降伏比高強度めっき鋼板が提案されている。特許文献4には、質量%で、C:0.001〜0.3%、Si:0.01〜2.5%、Mn:0.01〜3%、Al:0.001〜4%を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる鋼板の表面に、質量%で、Al:0.001〜0.5%、Mn:0.001〜2%を含有し、残部Znおよび不可避的不純物からなるめっき層を有する溶融亜鉛めっき鋼板であって、鋼のSi含有率:X質量%、鋼のMn含有率:Y質量%、鋼のAl含有率:Z質量%、めっき層のAl含有率:A質量%、めっき層のMn含有率:B質量%が、0≦3-(X+Y/10+Z/3)-12.5×(A-B)を満たし、鋼板のミクロ組織が、体積率で70〜97%のフェライト主相とその平均粒径が20μm以下であり、第2相として体積率で3〜30%のオーステナイト相および/またはマルテンサイト相からなり、第2相の平均粒径が10μm以下である成形時のめっき密着性および延性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板が提案されている。特許文献5には、質量%で、C:0.01〜0.2%、Si:1.5%以下、Mn:0.01〜3%、P:0.0010〜0.1%、S:0.0010〜0.05%、Al:0.005〜4%含有し、さらにMo:0.01〜5.0%、Nb:0.001〜1.0%の1種または2種を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなり、組織がベイナイト相またはベイニティックフェライト相を面積率で70%以上含む、穴拡げ性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板が提案されている。
3.3×[C]+0.1×[Si]+1.0×[Mn]≧3.25・・・(1)
ただし、式中の[M]は元素Mの含有量(質量%)を表す。
3.3×[C]+0.1×[Si]+1.0×[Mn]+1.3×[Cr]≧3.25・・・(2)
3.3×[C]+0.1×[Si]+1.0×[Mn]+1.3×[Cr]+350×[B]≧3.25・・・(3)
3.3×[C]+0.1×[Si]+1.0×[Mn]+1.3×[Cr]+350×[B]+3.3×[Mo]+0.4×[Ni]+0.5×[Cu]≧3.25・・・(4)
本発明の高強度溶融亜鉛めっき鋼板では、また、亜鉛めっきを合金化亜鉛めっきとすることもできる。
C:0.05〜0.3%
Cは、鋼を強化するにあたり重要な元素であり、高い固溶強化能を有するとともに、焼戻しマルテンサイト相による組織強化を利用する際に、その面積率や硬度を調整するために不可欠な元素である。さらに、残留オーステナイト相を残存させるためにも必要な元素である。C量が0.05%未満では、必要な面積率の焼戻しマルテンサイト相や残留オーステナイト相を得るのが困難になるとともに、焼戻しマルテンサイト相が過度に軟質化して、十分な強度が得られない。一方、C量が0.3%を超えると、溶接性が劣化するともに、焼戻しマルテンサイト相が著しく硬化して、穴拡げ性や曲げ性の低下を招く。したがって、C量は0.05〜0.3%とする。
Siは、本発明において極めて重要な元素であり、焼鈍時の冷却後に行われる熱処理やめっき処理による焼戻し処理時に、未変態オーステナイト相への固溶Cの排出でオーステナイト相を安定化して、残留オーステナイト相の残存を容易にする。こうした効果を得るには、Si量を0.5%以上にする必要がある。一方、Si量が2.5%を超えると、変態点の上昇が著しく、生産安定性が阻害されるのみならず、異常組織が発達し、成形性が低下する。したがって、Si量は0.5〜2.5%とする。
Mnは、鋼の熱間脆化の防止ならびに強度確保のために有効であるとともに、焼入れ性を向上させ、焼鈍時の冷却過程でフェライト相やパーライト相などの生成を抑制してマルテンサイト相を生じ易くし、引続く焼戻し処理により焼戻しマルテンサイト相を適正量存在せしめ、局部変形を抑制して穴拡げ性や曲げ性の向上に大きく寄与する。こうした効果を得るには、Mn量を1.5%以上にする必要がある。一方、Mn量が3.5%を超えると、成形性の劣化を招く。したがって、Mn量は1.5〜3.5%とする。
Pは、所望の強度に応じて添加できる元素である。こうした効果を得るには、P量を0.001%以上にする必要がある。一方、P量が0.05%を超えると、溶接性の劣化を招くとともに、亜鉛めっきを合金化処理する場合には、合金化速度を低下させ、亜鉛めっきの品質を損なう。したがって、P量は0.001〜0.05%とする。
Sは、粒界に偏析して熱間加工時に鋼を脆化させるとともに、硫化物として存在して局部変形能を低下させるため、その量は0.01%以下、好ましくは0.003%以下、より好ましくは0.001%以下とする必要がある。しかし、生産技術上の制約から、S量は0.0001%以上にする必要がある。したがって、S量は0.0001〜0.01%、好ましくは0.0001〜0.003%、より好ましくは0.0001〜0.001%とする。
Alは、Siと同様に残留オーステナイト相の安定化に有効な元素である。こうした効果を得るには、Al量を0.001%以上にする必要がある。一方、Al量が0.1%を超えると、表面性状の劣化を招く。したがって、Al量は0.001〜0.1%とする。
Nは、鋼の耐時効性を劣化させる元素である。特に、N量が0.01%を超えると、耐時効性の劣化が顕著となる。その量は少ないほど好ましいが、生産技術上の制約から、N量は0.0005%以上にする必要がある。したがって、N量は0.0005〜0.01%とする。
焼戻しマルテンサイト相を面積率で80%以上95%未満存在させるためには、焼鈍時の冷却過程でフェライト相やパーライト相などの生成を抑制しなければならない。それには、C、Si、Mnの含有量からなる式(1)を満足させる必要がある。なお、式(1)は、本発明者らが種々の検討を行って得た経験式である。
Crは、焼入れ性を向上させ、焼鈍時の冷却過程でフェライト相やパーライト相などの生成を抑制して適正量のマルテンサイト相を生じせしめる。また、引続く焼戻し処理時には、Crは炭化物へ固溶することにより炭化物の生成を容易し、自己焼戻し処理を短時間で進行させるとともに、焼戻し軟化抵抗を向上させて焼戻しマルテンサイト相の過度の軟質化を抑制する。こうした効果を得るには、Cr量を0.01%以上にする必要がある。一方、Cr量が1.5%を超えると、Cr炭化物が過剰に生成し、延性の低下を招く。したがって、Cr量は0.01〜1.5%とする。
Tiは、析出強化により鋼を強化させるため、所望の強度に応じて添加できる元素である。TiはBと同時に含有された場合には、NをTiNとして析出させるため、BNの析出が抑制され、次に説明するBの効果が有効に発現される。こうした効果を得るには、Ti量を0.0005%以上にする必要がある。一方、Ti量が0.1%を超えると、析出強化が過度に働き、延性の低下を招く。したがって、Ti量は0.0005〜0.1%とする。
Nbは、析出強化により鋼を強化させるため、所望の強度に応じて添加できる元素である。こうした効果を得るには、Nb量を0.0005%以上とする必要がある。一方、Nb量が0.05%を超えると、析出強化が過度に働き、延性の低下を招く。したがって、Nb量は0.0005〜0.05%とする。
Mo、Ni、Cuは、固溶強化元素としての役割のみならず、焼鈍時の冷却過程において、オーステナイト相を安定化し、マルテンサイト相の生成を容易にする。こうした効果を得るには、Mo量、Ni量、Cu量は、それぞれ0.01%以上にする必要がある。一方、Mo量が1.0%、Ni量が2.0%、Cu量が2.0%を超えると、めっき性、成形性、スポット溶接性が劣化する。したがって、Mo量は0.01〜1.0%、Ni量は0.01〜2.0%、Cu量は0.01〜2.0%とする。
Caは、SをCaSとして析出させ、亀裂の発生や伝播を助長するMnSの生成を抑制し、穴拡げ性や曲げ性を向上させる効果を有する。このような効果を得るには、Ca量を0.001%以上にする必要がある。一方、Ca量が0.005%を超えると、その効果は飽和する。したがって、Ca量は0.001〜0.005%とする。
焼戻しマルテンサイト相の面積率:80%以上95%未満
1180MPa以上のTSと優れた穴拡げ性や曲げ性とを両立させるには、焼戻しマルテンサイト相を主体としたミクロ組織にすることが必要である。特に、1180MPa以上のTSを確保するには、面積率で80%以上の焼戻しマルテンサイト相が必要である。一方、焼戻しマルテンサイト相の面積率が95%以上になると、穴拡げ性や曲げ性が著しく低下する。したがって、焼戻しマルテンサイト相の面積率は80%以上95%未満とする。
残留オーステナイト相は、塑性変形時にマルテンサイト変態を生じて塑性変形部を硬質化するため、局所的な変形を抑制して歪伝播を促進して延性を向上させる効果を有する。残留オーステナイト相の面積率が5%に満たない場合には、その効果が乏しい。一方、残留オーステナイト相が面積率で20%以上存在する場合は、マルテンサイト変態による硬質相が過度に分散して、穴拡げ性や曲げ性を大きく低下させる。したがって、残留オーステナイト相の面積率は5%以上20%未満とする。
焼戻しマルテンサイト相の結晶粒径が微細なほど、亀裂の伝播を抑制するため穴拡げ性や曲げ性を向上させるとともに、衝撃時の靭性の向上にも有効である。こうした効果を発現するには、焼戻しマルテンサイト相の平均結晶粒径を20μm以下とする必要がある。
本発明の高強度溶融亜鉛めっき鋼板は、上述したように、例えば、上記の成分組成を有する鋼板を、5℃/s以上の平均加熱速度でAc1変態点以上の温度域に加熱し、(Ac3変態点-T1×T2)℃以上(Ac3変態点+50)℃以下の温度域で30〜500s均熱し、10℃/s以上の平均冷却速度で(Ms点-250)℃以上(Ms点-50)℃以下の温度域まで冷却し、次いで300〜600℃の温度域で1〜600s保持の熱処理後、溶融亜鉛めっき処理を施す方法によって製造できる。
5℃/s以上の平均加熱速度でAc1変態点以上の温度域に加熱すると、回復や再結晶フェライト相の生成が抑制されながらオーステナイト変態が起こるため、多くのサイトからオーステナイト相が生成して微細かつ均一に分散される。そのため、最終的に生成する焼戻しマルテンサイト相も微細になり、穴拡げ性や曲げ性を向上できることになる。平均加熱速度が5℃/sに満たない場合は、平均結晶粒径が20μm以下の焼戻しマルテンサイト相を得ることができない。
均熱時にオーステナイト相の割合を高めることにより、フェライト相の生成を抑制し、引続く冷却時に所定量のマルテンサイト相を生成下させて、引続く焼戻し処理後に十分な強度と良好な局部延性を実現できる。そのためには、均熱温度を、Si量で、場合によってはCr量も含めて、表される上記のT1、T2を用いて、(Ac3変態点-T1×T2)℃以上(Ac3変態点+50)℃以下の温度域にする必要がある。ここで、T1、T2は、本発明者らが実験結果から得た経験式であるが、T1はフェライト相とオーステナイト相が共存する温度範囲を示し、T2は均熱時にオーステナイト相の割合が80%以上となる温度範囲の2相共存温度範囲に対する比を示している。均熱温度が(Ac3変態点-T1×T2)℃を下回る場合は、生成するオーステナイト相の割合が十分でなく、すなわち焼戻しマルテンサイト相が十分に生成されず、穴拡げ性や曲げ性の向上を図れないばかりか、TSも低下する。一方、均熱温度が(Ac3変態点+50)℃を超える場合は、焼戻しマルテンサイト相の平均結晶粒径が粗大になり、穴拡げ性や曲げ性が低下する。また、均熱時間が30sに満たない場合は、加熱時に生成するフェライト相が十分にオーステナイト変態しないため、必要なオーステナイト相の量を得ることができない。一方、均熱時間が500sを超える場合は、効果が飽和するとともに、生産性を阻害する。
均熱後は、均熱温度から10℃/s以上の平均冷却速度で(Ms点-250)℃以上(Ms点-50)℃以下の温度域(冷却到達温度)まで冷却する必要がある。平均冷却速度が10℃/s未満だと、冷却中にフェライト変態が進行して必要な量の焼戻しマルテンサイト相が得られず、穴拡げ性や曲げ性の低下を招く。なお、平均冷却速度の上限は、特に規定しないが、鋼板形状の悪化や冷却到達温度の制御の観点から200℃/s以下とすることが好ましい。また、冷却到達温度は、本発明のミクロ組織を得る上で最も重要な要件の一つである。すなわち、冷却到達温度まで冷却することにより、未変態のオーステナイト相の多くをマルテンサイト相に変態させ、引続く熱処理やめっき処理の焼戻し処理により、マルテンサイト相を焼戻しマルテンサイト相に、未変態のオーステナイト相を残留オーステナイト相にする。このとき、冷却到達温度が(Ms点-50)℃を超える場合は、マルテンサイト相への変態が不十分となり、面積率で80%以上の焼戻しマルテンサイト相を得ることが困難になる。また、冷却到達温度が(Ms点-250)℃を下回る場合は、未変態のオーステナイト相が著しく減少して、5%以上の残留オーステナイト相を得ることが困難になる。したがって、冷却到達温度は(Ms点-250)℃以上(Ms点-50)℃以下とする必要がある。ここで、Ms点とは、未変態のオーステナイト相からマルテンサイト相へ変態が開始する温度であり、焼鈍時の冷却過程をシミュレートして測定した鋼の線膨張係数の変化から求めることができる。
上述したように、焼鈍後に行われる、300〜600℃の温度域で1〜600s保持の熱処理や溶融亜鉛めっき処理により(めっき合金化処理を行う場合は、その処理も含む。)、冷却時に生成したマルテンサイト相は焼戻しマルテンサイト相になり、未変態のオーステナイト相は、Cの濃化が進行して処理後に残留オーステナイト相になる。熱処理温度が300℃未満の場合は、マルテンサイト相の焼戻しや未変態のオーステナイト相の安定化が不十分となり、所望のミクロ組織が得られない。一方、熱処理温度が600℃を超える場合は、未変態のオーステナイト相がパーライト相に変態したり、1180MPa以上のTSや優れた穴拡げ性や曲げ性が得られない。また、熱処理時間が1未満ではマルテンサイト相の焼戻しが不十分になり、600sを超えると未変態のオーステナイト相がベイナイト相に変態し、所望のミクロ組織が得られない。したがって、焼鈍後の熱処理は、300〜600℃の温度域で1〜600s保持とする必要がある。
Claims (9)
- 質量%で、C:0.05〜0.3%、Si:0.5〜2.5%、Mn:1.5〜3.5%、P:0.001〜0.05%、S:0.0001〜0.01%、Al:0.001〜0.1%、N:0.0005〜0.01%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、かつ下記の式(1)を満足する成分組成を有し、面積率で、80%以上95%未満の焼戻しマルテンサイト相と5%以上20%未満の残留オーステナイト相を含有し、前記焼戻しマルテンサイト相の平均結晶粒径が20μm以下であるミクロ組織を有することを特徴とする成形性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板;
3.3×[C]+0.1×[Si]+1.0×[Mn]≧3.25・・・(1)
ただし、式中の[M]は元素Mの含有量(質量%)を表す。 - さらに、質量%で、Cr:0.01〜1.5%を含有し、式(1)の代わりに下記の式(2)を満足することを特徴とする請求項1に記載の成形性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板;
3.3×[C]+0.1×[Si]+1.0×[Mn]+1.3×[Cr]≧3.25・・・(2)
ただし、式中の[M]は元素Mの含有量(質量%)を表す。 - さらに、質量%で、Ti:0.0005〜0.1%、B:0.0003〜0.003%から選ばれる少なくとも1種の元素を含有し、式(1)または式(2)の代わりに下記の式(3)を満足することを特徴とする請求項1または2に記載の成形性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板;
3.3×[C]+0.1×[Si]+1.0×[Mn]+1.3×[Cr]+350×[B]≧3.25・・・(3)
ただし、式中の[M]は元素Mの含有量(質量%)を表す。 - さらに、質量%で、Nb:0.0005〜0.05%を含有することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の成形性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
- さらに、質量%で、Mo:0.01〜1.0%、Ni:0.01〜2.0%、Cu:0.01〜2.0%から選ばれる少なくとも1種の元素を含有し、式(1)、式(2)または式(3)の代わりに下記の式(4)を満足することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の成形性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板;
3.3×[C]+0.1×[Si]+1.0×[Mn]+1.3×[Cr]+350×[B]+3.3×[Mo]+0.4×[Ni]+0.5×[Cu]≧3.25・・・(4)
ただし、式中の[M]は元素Mの含有量(質量%)を表す。 - さらに、質量%で、Ca:0.001〜0.005%を含有することを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の成形性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
- 亜鉛めっきが合金化亜鉛めっきであることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の成形性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
- 請求項1から6のいずれかに記載の成分組成を有する鋼板を、5℃/s以上の平均加熱速度でAc1変態点以上の温度域に加熱し、(Ac3変態点-T1×T2)℃以上(Ac3変態点+50)℃以下の温度域で30〜500s均熱し、10℃/s以上の平均冷却速度で(Ms点-250)℃以上(Ms点-50)℃以下の温度域まで冷却し、次いで300〜600℃の温度域で1〜600s保持の熱処理後、溶融亜鉛めっき処理を施すことを特徴とする成形性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法;
ただし、T1=160+19×[Si]-42×[Cr]、T2=0.13+0.02×[Si]+0.04×[Cr]であり、式中の[M]は元素Mの含有量(質量%)を表し、Crが含有されない場合は[Cr]は0とする。 - 溶融亜鉛めっき処理を施した後、450〜600℃の温度域で亜鉛めっきの合金化処理を施すことを特徴とする請求項8に記載の成形性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
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