JP5423127B2 - 耐型かじり性に優れた高強度冷延鋼板 - Google Patents

Description

本発明は、プレス成形における耐型かじり性に優れた高強度冷延鋼板に関するものである。

冷延鋼板は、一般に、プレス成形などによって所望の形状に加工し、自動車用や家電用などに広く用いられている。冷延鋼板のプレス形成、特に連続で大量のプレス成形を行う場合、プレス回数が増加するとプレス成形金型と冷延鋼板の“かじり”が問題となることがある。とりわけ、近年は部品軽量化のため、高張力鋼板が広く使われるようになっており、高張力鋼板の成形では鋼板と金型の接触面圧が高くなるため、高面圧の摺動を考慮した耐型かじり対策がより重要になっている。かじりは金型と鋼板の凝着反応と考えられており、これを抑制するために、従来、鋼板および金型の材質または表面の幾何学形状を制御する方法、鋼板表面の酸化膜制御を行う方法、潤滑油の粘度の最適化、鋼板表面を加工硬化させる方法などが提案されてきた。

これらのなかで、鋼板表面の幾何学形状を制御する技術は、鋼板本来の成形性を損なわず、また、製造において付加的な工程を必要としないため、従来から様々な検討が行われている。例えば、特許文献１には、耐型かじり性を考慮して、凸部面積率を制御する方法が示されている。また、特許文献２には、耐型かじり性を考慮して、表面粗さを降伏応力に応じて制御する方法が示されている。また、特許文献３〜１０には、耐型かじり性を考慮して、表面の形態を制御する方法が示されている。

特開平２−１６３３４４号公報 特開平２−１６３３４５号公報 特開平５−２６１４０１号公報 特開平６−２１８４０３号公報 特開平６−８７００１号公報 特開平６−８７００２号公報 特開平６−８７００３号公報 特開平６−９１３０５号公報 特開平６−１１６７４５号公報 特開平９−２９３０４号公報

しかし、これらの従来技術は専ら軟鋼を対象としており、このような技術では、高張力鋼板のような高面圧で行われるプレス加工での型かじりを効果的に抑えることができない。
したがって本発明の目的は、以上のような従来技術の課題を解決し、優れた耐型かじり性を示す高強度冷延鋼板を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
［1］Ｃ：０．０５〜０．３０質量％、Ｓｉ：０．２〜２．０質量％、Ｍｎ：０．３〜２．５質量％、Ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１〜０．１質量％、Ｐ：０．１質量％以下を含有し、残部が鉄および不可避不純物からなる成分組成を有し、引張強度が３４０ＭＰａ以上である高強度冷延鋼板であって、
鋼板の表面凹凸の最大深さ（Ｒｙ）が２〜８μｍ、表面凹凸の平均間隔（Ｓｍ）が３５〜１００μｍ、表面凹凸の負荷長さ率（ｔｐ40）が２５％以上、表面凹凸の負荷長さ率（ｔｐ60）が８０％以下であることを特徴とする耐型かじり性に優れた高強度冷延鋼板。

［2］上記［1］の高強度冷延鋼板において、さらに、Ｍｏ：０．５質量％以下、Ｃｒ：１．０質量％以下、Ｔｉ：０．２質量％以下、Ｎｂ：０．１質量％以下、Ｖ：０．１質量％以下、Ｃｕ：１．０質量％以下、Ｎｉ：１．０質量％以下、Ｂ：０．００２質量％以下、Ｃａ：０．００５質量％以下のなかから選ばれる１種または２種以上を含有することを特徴とする耐型かじり性に優れた高強度冷延鋼板。
［3］上記［1］または［2］の高強度冷延鋼板において、Ｓｉ量とＭｎ量の質量比がＳｉ／Ｍｎ＞０．４であることを特徴とする耐型かじり性に優れた高強度冷延鋼板。

本発明の高強度冷延鋼板は、鋼の化学成分と鋼板表面形状を最適化することにより、優れた耐型かじり性を有する。

表面凹凸の最大深さ（Ｒｙ）の概念を説明するための図面 表面凹凸の平均間隔（Ｓｍ）の概念を説明するための図面 表面凹凸の負荷長さ率（ｔｐ40）と負荷長さ率（ｔｐ60）の概念を説明するための図面

まず、本発明の高強度冷延鋼板の成分組成の限定理由について説明する。
・Ｃ：０．０５〜０．３０質量％
Ｃは、鋼板の強度を高める上で重要な元素であり、０．０５質量％未満では、その効果が不十分で所望の強度を安定的に得ることができない。一方、０．３０質量％を超えると、スポット溶接などの溶接部が脆化する。このためＣ量は０．０５〜０．３０質量％とする。

・Ｓｉ：０．２〜２．０質量％
Ｓｉは鋼板表面にＳｉ酸化物を形成して、金型と鋼板の凝着を抑制し、耐型かじり性を向上させる。０．２質量％未満ではその効果が十分でなく、一方、２．０質量％を超えるとその効果が飽和するだけでなく、圧延における変形抵抗が増加し、製造の歩留まりが低下する。このためＳｉ量は０．２〜２．０質量％とする。
・Ｍｎ：０．３〜２．５質量％
Ｍｎは、鋼板の強度を高める上で有効な元素であり、０．３質量％未満ではその効果が十分でなく、一方、２．５質量％を超えると、加工性が著しく損なわれる。このためＭｎ量は０．３〜２．５質量％とする。

・Ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１〜０．１質量％
Ａｌは脱酸剤として添加される。０．０１質量％未満ではその効果が十分でなく、一方、０．１質量％を超えると、その効果が飽和し、不経済となる。このためＳｏｌ．Ａｌ量は０．０１〜０．１質量％とする。
・Ｐ：０．１質量％以下
Ｐは不純物として含有されるが、さらに、強度を高めるため必要に応じて添加される。しかし、０．１質量％を超えると、スポット溶接などの溶接部の強度が著しく劣化するため、Ｐ量は０．１質量％以下とする。

本発明の冷延鋼板には、必要に応じて、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｂ、Ｃａのなかから選ばれる１種または２種以上を含有させことができる。これらの元素は強度を高める効果があるが、含有量が多すぎると延性や表面性状を劣化させるので、Ｍｏは０．５質量％以下、Ｃｒは１．０質量％以下、Ｔｉは０．２質量％以下、Ｎｂは０．１質量％以下、Ｖは０．１質量％以下、Ｃｕは１．０質量％以下、Ｎｉは１．０質量％以下、Ｂは０．００２質量％以下、Ｃａは０．００５質量％以下の各範囲で含有させることが好ましい。

・Ｓｉ／Ｍｎ＞０．４
Ｓｉ量とＭｎ量の質量比はＳｉ／Ｍｎ＞０．４が好ましく、これにより耐型かじり性をより向上させることができる。この理由は、Ｓｉ／Ｍｎ＞０．４とすることにより、焼鈍工程で鋼板表面に形成される酸化膜として、Ｓｉ，Ｍｎの複合酸化物よりも、Ｓｉ単独系の酸化物が生成しやすくなるためであると考えられる。
本発明の高強度冷延鋼板の成分組成の残部は鉄と不可避不純物元素である。なお、上述した各成分元素の作用効果を阻害しない範囲で、さらに他の元素が少量含まれていてもよい。

次に、本発明の高強度冷延鋼板の表面の幾何学形状について説明する。
本発明の高強度冷延鋼板は、鋼板の表面凹凸の最大深さ（Ｒｙ）が２〜８μｍ、表面凹凸の平均間隔（Ｓｍ）が３５〜１００μｍ、表面凹凸の負荷長さ率（ｔｐ40）が２５％以上、表面凹凸の負荷長さ率（ｔｐ60）が８０％以下であり、このような鋼板表面の幾何学形状とすることで、優れた耐型かじり性が得られる。

ここで、表面凹凸の最大深さ（Ｒｙ）は、図１に示すように表面粗さ曲線の最高山頂（Ｒｔ）と最深谷底（Ｒｂ）との間隔である。また、表面凹凸の平均間隔（Ｓｍ）は、図２に示すように表面粗さ曲線における平均線の山から谷に変わる点を変化点として、変化点から次の変化点までの間隔（Ｓ１、Ｓ２・・・Ｓｎ）の平均値である。また、表面凹凸の負荷長さ率（ｔｐ）とは、図３に示すように表面粗さ曲線をある切断線レベル（ｐ）で切断したときの切断部分長さ（ｌ１、ｌ２・・・ｌｎ）を測定長さ（Ｌ）に対して百分率で表わしたものであり、上記切断線レベル（ｐ）が最高山頂（Ｒｔ）であるものは０（ゼロ）で（ｔｐ0）、最深谷底（Ｒｂ）であるものは１００で（ｔｐ100）と表される。そして、切断線レベル（ｐ）がそれぞれ「４０」、「６０」であるときの上記切断部分長さ（ｌ１＋ｌ２＋ｌ３＋・・・ｌｎ）を測定長さ（Ｌ）に対して百分率で表わしたものが、負荷長さ率（ｔｐ40）、負荷長さ率（ｔｐ60）である。

・表面凹凸の最大深さ（Ｒｙ）：２〜８μｍ
Ｒｙが２μｍ未満では、プレス成形時において、鋼板表面に十分な潤滑油を保持することができないため、鋼板と金型が凝着しやすくなり、高面圧下の耐型かじり性が劣化する。一方、Ｒｙが８μｍを超えると、鋼板表面の外観品質が劣化し、自動車用部品用として適さなくなるため、Ｒｙは２〜８μｍとする。
・表面凹凸の平均間隔（Ｓｍ）：３５〜１００μｍ
Ｓｍが３５μｍ未満では、凹凸の間隔が短すぎるため凹凸が急峻となり、プレス加工における高面圧の摺動時に凸部の強度が不十分で変形してしまうため、潤滑油の保持ができなくなり、鋼板と金型の凝着を招く。一方、１００μｍを超えると、凸部の面積が広くなりすぎて、プレス変形中に凹部から潤滑油の供給が不十分となるため、耐型かじり性が劣化する。

・表面凹凸の負荷長さ率（ｔｐ40）：２５％以上
ｔｐ40≧２５％ということは、表面に突出した凸部の領域（面積）が相対的に多いことを意味しており、これにより高面圧での摺動においても表面が変形して平坦化しにくく、金型との凝着を抑制できる。
・表面凹凸の負荷長さ率（ｔｐ60）：８０％以下
ｔｐ60≦８０％ということは、表面に窪んだ凹部の領域（面積）が相対的に多いことを意味しており、これにより、潤滑油の保持性を向上させることで、金型との凝着を抑制できる。

以上のような鋼板表面の幾何学的形状を得る手段は特に定めないが、例えば、スキンパス圧延ロールを放電ダルで表面調整する際、加工電流を高めとし、ロールの表面粗さをＲａ≧５μｍとする。このようなスキンパス圧延ロールを用いて、０．３％以下の低伸張率で複数回スキンパス圧延を施すことで、上記幾何学形状が達成できることを確認している。また、上記のような幾何学形状は、冷間圧延工程で鋼板表面に付与してもよい。

本発明の高強度冷延鋼板の製造方法は特に定めないが、通常の連続鋳造または造塊、熱間圧延、冷間圧延、焼鈍工程、さらに必要に応じて行われるスキンパス圧延の各工程を経て製造することができる。高い強度が所望の場合は、焼鈍工程は連続焼鈍設備を用い、特に、冷却速度の速い噴流水焼入れを行うことが有効である。焼鈍後に表面調整のための酸洗を行ってもよい。

本発明の冷延鋼板は、特に高面圧での耐型かじり性が問題となる３４０ＭＰａ級以上の高強度材を対象としており、また、プレス成形時に面圧がさらに高くなる７８０ＭＰａ級以上の高強度材に特に有用であり、自動車構造部品用として特に好適である。自動車の構造部品としては、例えば、フロントやリア部のサイドメンバーやクラッシュボックスなどの衝突部品、センターピラーレインフォースなどのピラー類、ルーフレールレインフォース、サイドシル、フロアメンバー、キック部などの車体構造部品が挙げられる。

表１に示す成分組成の鋼（なお、Ｓ，Ｎ含有量は不純物相当の含有量）を溶製し、鋳造によりスラブとした。このスラブを板厚２．８ｍｍまで熱間圧延し、酸洗した後、板厚１．４ｍｍまで冷間圧延した。この鋼板に焼鈍、酸洗、スキンパス圧延を順次施して製品鋼板（冷延鋼板）とした。この製造工程における熱延条件、焼鈍条件、酸洗方式、スキンパス条件を表２に示す。表２において、スキンパス圧延を複数回行っているものについては、スキンパス伸張率は合計値を表す（スキンパス伸張率／各回は均等である）。なお、一部の実施例では、酸洗および／またはスキンパス圧延は行わなかった。

連続焼鈍における焼鈍後の冷却方法は、噴流水焼入、ロール冷却、ガス冷却のいずれかを選択した。噴流水焼入れの場合は、水温まで一旦冷却後、所定の温度まで再加熱し、表２に記載の保持温度で保持した。それ以外の冷却方法の場合は、表２に記載の保持温度まで冷却し、そのまま保持した。
また、鋼板への表面幾何学形状の付与は、表３に示すようにスキンパス圧延または冷間圧延で行った。
得られた冷延鋼板の機械的特性と断面金属組織の測定結果（金属相の面積分率）を表２に、表面形状と耐型かじり性の測定・評価結果を表３に示す。

断面金属組織は、供試鋼板の縦断面をナイタールで腐食した後、走査型電子顕微鏡を用いて倍率１０００倍で観察することにより、組織の同定と面積率を求めた。また、残留オーステナイトの体積率はＸ線回折（ＸＲＤ）によって求めた。
また、得られた冷延鋼板の表面を、レーザー顕微鏡（キーエンス社製型番「ＶＫ−８５５０」）により５０倍の対物レンズを用いて観察し、無作為に選択した３箇所について、１箇所当り０．３ｍｍ×０．２ｍｍの面積を走査することによって、表面凹凸の平均間隔（Ｓｍ）、最大深さ（Ｒｙ）、負荷長さ率（ｔｐ40）および（ｔｐ60）の値を求めた。
耐型かじり性の評価は、特開２００５−２４０１４８公報に開示されている平板摺動装置と同形状のＳＫＤ１１金型を用い、面圧５０ｋｇｆ／ｍｍ^２で荷重をかけ、摺動距離１００ｍｍで摺動試験を繰返し、かじりが発生するまでの摺動回数を測定した。この試験では、かじり発生までの摺動回数が２０回以上で良好と判断した。

表３によれば、本発明例は良好な耐型かじり性を示している。これに対して、鋼成分が本発明条件を満足しないNo.２の比較例、Ｒｙが本発明条件を満足しないNo.５，No.６の比較例、Ｓｍが本発明条件を満足しないNo.９，No.１０の比較例、ｔｐ40またはｔｐ60が本発明条件を満足しないNo.１６，No.１７の比較例は、いずれも少ない摺動回数でかじりが発生し、耐型かじり性が劣っている。

Claims (3)

1. Ｃ：０．０５〜０．３０質量％、Ｓｉ：０．２〜２．０質量％、Ｍｎ：０．３〜２．５質量％、Ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１〜０．１質量％、Ｐ：０．１質量％以下を含有し、残部が鉄および不可避不純物からなる成分組成を有し、引張強度が３４０ＭＰａ以上である高強度冷延鋼板であって、
   鋼板の表面凹凸の最大深さ（Ｒｙ）が２〜８μｍ、表面凹凸の平均間隔（Ｓｍ）が３５〜１００μｍ、表面凹凸の負荷長さ率（ｔｐ40）が２５％以上、表面凹凸の負荷長さ率（ｔｐ60）が８０％以下であることを特徴とする耐型かじり性に優れた高強度冷延鋼板。
2. さらに、Ｍｏ：０．５質量％以下、Ｃｒ：１．０質量％以下、Ｔｉ：０．２質量％以下、Ｎｂ：０．１質量％以下、Ｖ：０．１質量％以下、Ｃｕ：１．０質量％以下、Ｎｉ：１．０質量％以下、Ｂ：０．００２質量％以下、Ｃａ：０．００５質量％以下のなかから選ばれる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に記載の耐型かじり性に優れた高強度冷延鋼板。
3. Ｓｉ量とＭｎ量の質量比がＳｉ／Ｍｎ＞０．４であることを特徴とする請求項１または２に記載の耐型かじり性に優れた高強度冷延鋼板。

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