JP5621942B2 - 熱延鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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- C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
- C23C2/02—Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas
- C23C2/022—Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas by heating
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
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-
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-
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-
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-
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-
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-
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Description
本発明は、熱延鋼板およびその製造方法に関する。より詳しくは、本発明は、伸びフランジ性および低温靭性に優れた高強度熱延鋼板ならびにその製造方法に関する。
自動車からの炭酸ガスの排出量を抑えるために、高強度鋼板を使用することによる自動車車体の軽量化が進められている。また、搭乗者の安全性確保のためにも、自動車車体には軟鋼板の他に高強度鋼板が多く使用されるようになってきている。更に自動車車体の軽量化を今後進めていくためには、従来以上に高強度鋼板の強度レベルを高めなければならないが、鋼板の高強度化は、一般的に成形性(加工性)等の材料特性の劣化を伴う。このため、材料特性を劣化させずに如何に高強度化を図るかが高強度鋼板の開発において重要となる。特に、内板部材、構造部材、足廻り部材等の自動車部材の素材として用いられる鋼板は、その用途に応じて、伸びフランジ加工性、バーリング加工性、延性、疲労耐久性、耐衝撃性または耐食性等が求められ、これら材料特性と高強度性とを如何に高次元でバランス良く確保するかが重要である。
また、このような部材の素材として用いられる鋼板は、成形後に部材として自動車に取り付けた後に衝突等による衝撃を受けても破壊しにくいように、特に寒冷地における耐衝撃性確保のために、低温靭性をも向上させる必要性がある。この低温靭性は、vTrs(シャルピー破面遷移温度)等で規定される。したがって、上記鋼板の耐衝撃性そのものを考慮することも必要とされている。
すなわち、上記部材を始めとする部品の素材として用いられる鋼板には、優れた加工性に加えて低温靭性が非常に重要な特性として求められている。
すなわち、上記部材を始めとする部品の素材として用いられる鋼板には、優れた加工性に加えて低温靭性が非常に重要な特性として求められている。
高強度鋼板における低温靭性の向上法については、例えば特許文献1、2においてその製造方法が開示されており、アスペクト比を調整したマルテンサイト相を主相とする方法(特許文献1)や平均粒径を5〜10μmとしたフェライト中に炭化物を微細に析出させる方法(特許文献2)により低温靭性を向上させている。
しかしながら、特許文献1および2においては、伸びフランジ性については何ら言及されておらず、バーリング加工を行うような部材に適用した場合に成形不良が生じることが懸念される。また、鋼管分野、厚板分野においても低温靭性向上の知見があるものの、薄板ほどの成形性は必要とされないため、同様の懸念がある。
しかしながら、特許文献1および2においては、伸びフランジ性については何ら言及されておらず、バーリング加工を行うような部材に適用した場合に成形不良が生じることが懸念される。また、鋼管分野、厚板分野においても低温靭性向上の知見があるものの、薄板ほどの成形性は必要とされないため、同様の懸念がある。
高強度鋼板における伸びフランジ性の向上法に対しては、局部延性を改善する鋼板の金属組織制御法についても開示されており、介在物制御、単一組織化、組織間の硬度差の低減が、曲げ性や伸びフランジ性に効果的であることが非特許文献1に開示されている。また、熱間圧延の仕上温度、仕上圧延の圧下率および温度範囲を制御し、オーステナイトの再結晶を促進させ、圧延集合組織の発達を抑制し、結晶方位をランダム化することにより、強度、延性、伸びフランジ性を向上させる手法が非特許文献2に開示されている。
非特許文献1、2より、金属組織や圧延集合組織を均一化することにより伸びフランジ性を向上させられると考えられるが、低温靭性と伸びフランジ性の両立については配慮されていない。
非特許文献1、2より、金属組織や圧延集合組織を均一化することにより伸びフランジ性を向上させられると考えられるが、低温靭性と伸びフランジ性の両立については配慮されていない。
伸びフランジ性と低温靭性の両立については特許文献3について言及されており、硬さと粒径を制御したフェライト相中に、残留オーステナイトとベイナイトを適量分散する技術が開示されている。しかし、軟質なフェライトを50%以上含有する組織であるため、近年のさらなる高強度化の要求に応えることは困難である。
K.Sugimoto et al,「ISIJ International」(2000)Vol.40,p.920
岸田、「新日鉄技報」(1999)No.371,p.13
本発明は上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、熱延鋼板、特に高強度でありながら、伸びフランジ性および低温靭性に優れる熱延鋼板ならびにその鋼板を安定して製造できる製造方法を提供することを目的とするものである。
本発明者らは、高強度熱延鋼板の化学組成および製造条件を最適化し、鋼板の集合組織およびミクロ組織を制御することによって、伸びフランジ性および低温靭性に優れた鋼板の製造に成功した。その要旨は以下のとおりである。
(1)質量%で、
C :0.01〜0.2%、
Si:0.001〜2.5%、
Mn:0.10〜4.0%、
P :0.10%以下、
S :0.030%以下、
Al:0.001〜2.0%、
N :0.01%以下、
Ti:(0.005+48/14[N]+48/32[S])%≦Ti≦0.3%、
Nb:0〜0.06%、
Cu:0〜1.2%、
Ni:0〜0.6%、
Mo:0〜1%、
V :0〜0.2%、
Cr:0〜2%、
Mg:0〜0.01%、
Ca:0〜0.01%、
REM:0〜0.1%、
B:0〜0.002%、
残部はFeおよび不純物からなる化学組成を有し、
鋼板表面から板厚の3/8厚み位置と5/8厚み位置とで区画された鋼板部分である板厚中心部において、板面の{100}<011>〜{223}<110>方位群のX線ランダム強度比の平均値が6.5以下であるとともに、{332}<113>の結晶方位のX線ランダム強度比が5.0以下である集合組織を有し、
焼き戻しマルテンサイト、マルテンサイトおよび下部ベイナイトの合計面積率が85%超であるとともに、平均結晶粒径が12.0μm以下であるミクロ組織を有することを特徴とする熱延鋼板。
C :0.01〜0.2%、
Si:0.001〜2.5%、
Mn:0.10〜4.0%、
P :0.10%以下、
S :0.030%以下、
Al:0.001〜2.0%、
N :0.01%以下、
Ti:(0.005+48/14[N]+48/32[S])%≦Ti≦0.3%、
Nb:0〜0.06%、
Cu:0〜1.2%、
Ni:0〜0.6%、
Mo:0〜1%、
V :0〜0.2%、
Cr:0〜2%、
Mg:0〜0.01%、
Ca:0〜0.01%、
REM:0〜0.1%、
B:0〜0.002%、
残部はFeおよび不純物からなる化学組成を有し、
鋼板表面から板厚の3/8厚み位置と5/8厚み位置とで区画された鋼板部分である板厚中心部において、板面の{100}<011>〜{223}<110>方位群のX線ランダム強度比の平均値が6.5以下であるとともに、{332}<113>の結晶方位のX線ランダム強度比が5.0以下である集合組織を有し、
焼き戻しマルテンサイト、マルテンサイトおよび下部ベイナイトの合計面積率が85%超であるとともに、平均結晶粒径が12.0μm以下であるミクロ組織を有することを特徴とする熱延鋼板。
(2)前記化学組成が、質量%で、
Nb:0.005〜0.06%、
Cu:0.02〜1.2%、
Ni:0.01〜0.6%、
Mo:0.01〜1%、
V :0.01〜0.2%および
Cr:0.01〜2%
からなる群から選択された1種または2種以上を含有するものであることを特徴とする上記(1)に記載の熱延鋼板。
Nb:0.005〜0.06%、
Cu:0.02〜1.2%、
Ni:0.01〜0.6%、
Mo:0.01〜1%、
V :0.01〜0.2%および
Cr:0.01〜2%
からなる群から選択された1種または2種以上を含有するものであることを特徴とする上記(1)に記載の熱延鋼板。
(3)前記化学組成が、質量%で、Mg:0.0005〜0.01%、Ca:0.0005〜0.01%およびREM:0.0005〜0.1%からなる群から選択された1種または2種以上を含有するものであることを特徴とする上記(1)または(2)に記載の熱延鋼板。
(4)前記化学組成が、質量%で、B:0.0002〜0.002%を含有するものであることを特徴とする上記(1)〜(3)のいずれか1項に記載の熱延鋼板。
(5)荷重0.098Nのビッカース硬さを100点以上測定した際の硬さの平均値をE(HV0.01)、標準偏差をσ(HV0.01)としたとき、σ(HV0.01)/E(HV0.01)が0.08以下であるミクロ組織を有することを特徴とする上記(1)〜(4)のいずれか1項に記載の熱延鋼板。
(6)圧延方向と直角方向のr値(rC)が0.70以上および圧延方向に対し30°の方向のr値(r30)が1.10以下である機械特性を有することを特徴とする上記(1)〜(5)のいずれか1項に記載の熱延鋼板。
(7)圧延方向のr値(rL)が0.70以上および圧延方向に対し60°の方向のr値(r60)が1.10以下である機械特性を有することを特徴とする上記(1)〜(6)のいずれか1項に記載の熱延鋼板。
(8)鋼板の表面に、めっき層を備えることを特徴とする上記(1)〜(7)のいずれか1項に記載の熱延鋼板。
(9) (1)〜(7)のいずれか1項に記載の化学組成を有するスラブに、粗熱間圧延、仕上熱間圧延、一次冷却および二次冷却を順次施して巻き取ることにより熱延鋼板とする熱延鋼板の製造方法において、
前記仕上熱間圧延は、下記式(1)で規定される温度T1に対して、(T1+30)℃以上(T1+200)℃以下の第1温度域における1パス当たりの最大圧下率が30%以上、前記第1温度域における合計圧下率が50%以上、T1℃以上(T1+30)℃未満の第2温度域における合計圧下率が0〜30%であるとともに、前記第1温度域または前記第2温度域で圧延を完了するものであり、
前記一次冷却は、下記式(2)を満たすとともに、冷却量が40℃以上140℃以下、30℃/秒以上の平均冷却速度である水冷却であり、
前記一次冷却終了から前記二次冷却までの間、水冷却を行わず、前記二次冷却は、前記一次冷却終了後3秒以内に冷却を開始し、46℃/秒以上の平均冷却速度で冷却する水冷却であり、
前記巻き取りは、下記式(3)を満たす温度CTで巻き取るものであることを特徴とする熱延鋼板の製造方法:
T1(℃)=850+10×(C+N)×Mn+350×Nb+250×Ti+40×B+10×Cr+100×Mo+100×V ・・・ (1)
1≦t/t1≦2.5 ・・・ (2)
CT(℃)≦max[Ms,350] ・・・ (3)
t1=0.001×{(Tf−T1)×P1/100}2−0.109×{(Tf−T1)×P1/100}+3.1 ・・・ (4)
Ms(℃)=561−474×C−33×Mn−17×Ni−21×Mo ・・・ (5)
ここで、
式(1)および式(5)における各元素記号は、各元素の鋼中の含有量(質量%)、
式(2)におけるtは、前記第1温度域における30%以上の1パスでの圧下のうちの最終圧下から一次冷却開始までの時間(秒)、t1は前記式(4)によって決定される時間(秒)、
式(3)におけるmax[ ]は引数のうち最大の値を返す関数、Msは前記式(5)によって決定される温度であり、
式(4)におけるTfおよびP1は、それぞれ前記第1温度域における30%以上の1パスでの圧下のうちの最終圧下時の、鋼板温度および圧下率(%)である。
前記仕上熱間圧延は、下記式(1)で規定される温度T1に対して、(T1+30)℃以上(T1+200)℃以下の第1温度域における1パス当たりの最大圧下率が30%以上、前記第1温度域における合計圧下率が50%以上、T1℃以上(T1+30)℃未満の第2温度域における合計圧下率が0〜30%であるとともに、前記第1温度域または前記第2温度域で圧延を完了するものであり、
前記一次冷却は、下記式(2)を満たすとともに、冷却量が40℃以上140℃以下、30℃/秒以上の平均冷却速度である水冷却であり、
前記一次冷却終了から前記二次冷却までの間、水冷却を行わず、前記二次冷却は、前記一次冷却終了後3秒以内に冷却を開始し、46℃/秒以上の平均冷却速度で冷却する水冷却であり、
前記巻き取りは、下記式(3)を満たす温度CTで巻き取るものであることを特徴とする熱延鋼板の製造方法:
T1(℃)=850+10×(C+N)×Mn+350×Nb+250×Ti+40×B+10×Cr+100×Mo+100×V ・・・ (1)
1≦t/t1≦2.5 ・・・ (2)
CT(℃)≦max[Ms,350] ・・・ (3)
t1=0.001×{(Tf−T1)×P1/100}2−0.109×{(Tf−T1)×P1/100}+3.1 ・・・ (4)
Ms(℃)=561−474×C−33×Mn−17×Ni−21×Mo ・・・ (5)
ここで、
式(1)および式(5)における各元素記号は、各元素の鋼中の含有量(質量%)、
式(2)におけるtは、前記第1温度域における30%以上の1パスでの圧下のうちの最終圧下から一次冷却開始までの時間(秒)、t1は前記式(4)によって決定される時間(秒)、
式(3)におけるmax[ ]は引数のうち最大の値を返す関数、Msは前記式(5)によって決定される温度であり、
式(4)におけるTfおよびP1は、それぞれ前記第1温度域における30%以上の1パスでの圧下のうちの最終圧下時の、鋼板温度および圧下率(%)である。
(10)前記粗熱延圧延は、1000℃以上1200℃以下の温度域における1パス当たりの最大圧下率が40%以上であり、オーステナイトの平均粒径を200μm以下とするものであることを特徴とする上記(9)に記載の熱延鋼板の製造方法。
(11)前記仕上熱間圧延の(T1+30℃)以上(T1+150℃)以下の温度域における最大加工発熱量が18℃以下であることを特徴とする上記(9)または(10)に記載の熱延鋼板の製造方法。
(12)上記(9)〜(11)のいずれか1項に記載の熱延鋼板の製造方法により得られた熱延鋼板の表面にめっき処理を施すことを特徴とする熱延鋼板の製造方法。
本発明によれば、熱延鋼板、特に伸びフランジ性および低温靭性に優れた高強度鋼板を提供することができる。この鋼板を使用すれば、高強度鋼板を加工することが容易となり、極寒冷地での使用に耐えることが可能となるため、産業上の貢献が極めて顕著である。
以下に本発明の内容を詳細に説明する。
鋼板表面から板厚の3/8厚み位置と5/8厚み位置とで区画された鋼板部分である板厚中心部において、板面の{100}<011>〜{223}<110>方位群のX線ランダム強度比の平均値が6.5以下であるとともに、{332}<113>の結晶方位のX線ランダム強度比が5.0以下である集合組織を有すること:
これらのX線ランダム強度比の規定は、本発明で特に重要である。
鋼板表面から測定して、板厚の3/8厚み位置と5/8厚み位置とで区画された鋼板部分である板厚中心部において板面のX線回折を行い、特定の結晶方位をもたず、ランダムな結晶方位をもつ標準試料(ランダム試料)に対する各方位の強度比を求めたときの、{100}<011>〜{223}<110>方位群の平均値を6.5以下とすることにより、強度590MPа級の材料で穴拡げ率≧140%でかつ引張強度×穴拡げ率≧100000MPa・%、強度780MPа級の材料で穴拡げ率≧90%でかつ引張強度×穴拡げ率≧70000MPa・%、そして、強度980MPа級以上の材料で穴拡げ率≧40%でかつ引張強度×穴拡げ率≧50000MPa・%を満たす良好な伸びフランジ性を確保することが可能となる。なお、板面の{100}<011>〜{223}<110>方位群のX線ランダム強度比の平均値は4.0以下であることが好ましい。
これらのX線ランダム強度比の規定は、本発明で特に重要である。
鋼板表面から測定して、板厚の3/8厚み位置と5/8厚み位置とで区画された鋼板部分である板厚中心部において板面のX線回折を行い、特定の結晶方位をもたず、ランダムな結晶方位をもつ標準試料(ランダム試料)に対する各方位の強度比を求めたときの、{100}<011>〜{223}<110>方位群の平均値を6.5以下とすることにより、強度590MPа級の材料で穴拡げ率≧140%でかつ引張強度×穴拡げ率≧100000MPa・%、強度780MPа級の材料で穴拡げ率≧90%でかつ引張強度×穴拡げ率≧70000MPa・%、そして、強度980MPа級以上の材料で穴拡げ率≧40%でかつ引張強度×穴拡げ率≧50000MPa・%を満たす良好な伸びフランジ性を確保することが可能となる。なお、板面の{100}<011>〜{223}<110>方位群のX線ランダム強度比の平均値は4.0以下であることが好ましい。
板面の{100}<011>〜{223}<110>方位群のX線ランダム強度比の平均値が6.5超では、鋼板の機械的特性の異方性が極めて強くなり、特定方向の伸びフランジ性は向上するものの、それとは異なる方向の伸びフランジ性の低下が著しくなり、上記の穴拡げ率を満足する機械特性を得ることが困難となる。一方、現行の一般的な連続熱間圧延工程では実現が難しいが、板面の{100}<011>〜{223}<110>方位群のX線ランダム強度比の平均値が0.5未満になると穴拡げ性の劣化が懸念される。したがって、板面の{100}<011>〜{223}<110>方位群のX線ランダム強度比の平均値は0.5以上とすることが好ましい。
ここで、板面の{100}<011>〜{223}<110>方位群のX線ランダム強度比の平均値は、{100}<011>、{116}<110>、{114}<110>、{113}<110>、{112}<110>、{335}<110>および{223}<110>の各方位についてX線ランダム強度比を相加平均したものである。
これら各方位のX線ランダム強度比は、X線回折やEBSD(Electron Back Scattering Diffraction)などの装置を用いて測定する。{110}極点図に基づきベクトル法により計算した3次元集合組織や{110}、{100}、{211}、{310}極点図のうち複数の極点図(好ましくは3つ以上)を用いて級数展開法で計算した3次元集合組織から求めればよい。
たとえば、後者の方法における上記各結晶方位のX線ランダム強度比には、3次元集合組織のφ2=45°断面における(001)[1-10]、(116) [1-10]、(114) [1-10]、(113) [1-10]、(112) [1-10]、(335) [1-10]、(223) [1-10]の強度をそのまま用いればよい。(「マイナス1」を表すアッパーバー付きの1は「−1」で表記した。)
上述したように、板面の{100}<011>〜{223}<110>方位群のX線ランダム強度比の平均値とは、上記の各方位のX線ランダム強度比の相加平均であるが、上記の全ての方位のX線ランダム強度比を得ることができない場合には、{100}<110>、{116}<110>、{114}<110>、{112}<110>および{223}<110>の各方位のX線ランダム強度比の相加平均で代替しても良い。
さらに同様な理由から、鋼板表面から板厚の3/8厚み位置と5/8厚み位置とで区画された鋼板部分である板厚中心部において、板面の{332}<113>の結晶方位のX線ランダム強度比は、5.0以下(望ましくは3.0以下)であれば、直近要求される足回り部品の加工に必要な引張強度×穴拡げ率≧50000を満たす。さらに、上記{332}<113>の結晶方位のX線ランダム強度比は3.0以下であることが好ましい。
上記{332}<113>の結晶方位のX線ランダム強度比が5.0超であると、鋼板の機械的特性の異方性が極めて強くなり、特定方向の伸びフランジ性は向上するものの、それとは異なる方向の伸びフランジ性の低下が著しくなり、穴拡げ率が低下する。一方、現行の一般的な連続熱間圧延工程では実現が難しいが、上記{332}<113>の結晶方位のX線ランダム強度比が0.5未満になると穴拡げ性の劣化が懸念される。したがって、上記{332}<113>の結晶方位のX線ランダム強度比は0.5以上とすることが好ましい。
上記{332}<113>の結晶方位のX線ランダム強度比が5.0超であると、鋼板の機械的特性の異方性が極めて強くなり、特定方向の伸びフランジ性は向上するものの、それとは異なる方向の伸びフランジ性の低下が著しくなり、穴拡げ率が低下する。一方、現行の一般的な連続熱間圧延工程では実現が難しいが、上記{332}<113>の結晶方位のX線ランダム強度比が0.5未満になると穴拡げ性の劣化が懸念される。したがって、上記{332}<113>の結晶方位のX線ランダム強度比は0.5以上とすることが好ましい。
上記結晶方位のX線ランダム強度比が穴拡げ性の改善に対して重要であることの理由は必ずしも明らかではないが、穴拡げ加工時の結晶のすべり挙動と関係があるものと推測される。
X線回折に供する試料は、機械研磨などによって鋼板を所定の板厚まで表面より減厚し、次いで、化学研磨や電解研磨などによって歪みを除去すると同時に板厚の3/8〜5/8の範囲で適当な面が測定面となるように上述の方法に従って試料を調整して測定すればよい。
当然のことであるが、上述のX線強度の限定が板厚1/2近傍だけでなく、なるべく多くの厚みについて満たされることで、より一層穴拡げ性が良好になる。しかしながら、鋼板表面から板厚の3/8厚み位置と5/8厚み位置とで区画された鋼板部分である板厚中心部で測定を行うことで概ね鋼板全体の材質特性を代表することができるためこれを規定するものとする。
なお、{hkl}<uvw>で表される結晶方位とは、板面の法線方向が<hkl>に平行で、圧延方向が<uvw>と平行であることを示している。
なお、{hkl}<uvw>で表される結晶方位とは、板面の法線方向が<hkl>に平行で、圧延方向が<uvw>と平行であることを示している。
圧延方向と直角方向のr値(rC)が0.70以上で、かつ圧延方向と30°のr値(r30)が1.10以下であること:
上述した集合組織に加えて、以下の機械特性を満足することによりさらに良好な伸びフランジ性を確保することが可能となる。したがって、以下の機械特性を満足させることが好ましい。
上述した集合組織に加えて、以下の機械特性を満足することによりさらに良好な伸びフランジ性を確保することが可能となる。したがって、以下の機械特性を満足させることが好ましい。
圧延方向と直角方向のr値(rC):
rCは0.70以上であることが好ましい。なお、このr値の上限は特に定めないが、1.10以下とすることで、より優れた穴拡げ性を得ることができるので好ましい。
rCは0.70以上であることが好ましい。なお、このr値の上限は特に定めないが、1.10以下とすることで、より優れた穴拡げ性を得ることができるので好ましい。
圧延方向に対し30°の方向のr値(r30):
r30は1.10以下であることが好ましい。なお、この方向のr値の下限は特に定めないが、0.70以上とすることで、より優れた穴拡げ性を得ることができるので好ましい。
r30は1.10以下であることが好ましい。なお、この方向のr値の下限は特に定めないが、0.70以上とすることで、より優れた穴拡げ性を得ることができるので好ましい。
圧延方向のr値(rL)が0.70以上で、かつおよび圧延方向と60°のr値(r60)が1.10以下であること:
上述した集合組織に加えて、以下の機械特性を満足することによりさらに良好な伸びフランジ性を確保することが可能となる。したがって、以下の機械特性を満足させることが好ましい。
上述した集合組織に加えて、以下の機械特性を満足することによりさらに良好な伸びフランジ性を確保することが可能となる。したがって、以下の機械特性を満足させることが好ましい。
圧延方向のr値(rL):
rLは0.70以上であることが好ましい。なお、rL値の上限は特に定めないが、rLを1.10以下とすることで、より優れた穴拡げ性を得ることができるので好ましい。
rLは0.70以上であることが好ましい。なお、rL値の上限は特に定めないが、rLを1.10以下とすることで、より優れた穴拡げ性を得ることができるので好ましい。
圧延方向に対し60°の方向のr値(r60):
r60は、1.10以下であることが好ましい。r60値の下限は特に定めないが、r60を0.70以上とすることで、より優れた穴拡げ性を得ることができる。
r60は、1.10以下であることが好ましい。r60値の下限は特に定めないが、r60を0.70以上とすることで、より優れた穴拡げ性を得ることができる。
上述の各r値はJIS5号引張試験片を用いた引張試験により評価する。引張歪みは通常高強度鋼板の場合5〜15%の範囲で、均一伸びの範囲で評価すればよい。
鋼板のミクロ組織:
まず、平均結晶粒径および組織の同定手法について述べる。
本発明では平均結晶粒径およびフェライト、さらに残留オーステナイトをEBSP−OIM(Electron Back Scatter Diffraction Pattern−Orientation Image Microscopy、商標)法を用いて定義している。
まず、平均結晶粒径および組織の同定手法について述べる。
本発明では平均結晶粒径およびフェライト、さらに残留オーステナイトをEBSP−OIM(Electron Back Scatter Diffraction Pattern−Orientation Image Microscopy、商標)法を用いて定義している。
EBSP−OIM法は走査型電子顕微鏡(SEM)内で高傾斜した試料に電子線を照射し、後方散乱して形成された菊池パターンを高感度カメラで撮影し、コンピュータ画像処理する事により照射点の結晶方位を短待間で測定する装置およびソフトウエアで構成されている。EBSP法ではバルク試料表面の微細構造並びに結晶方位の定量的解析ができ、分析エリアはSEMで観察できる領域で、SEMの分解能にもよるが、最小20nmの分解能で分析できる。解析は数時間かけて、分析したい領域を等間隔のグリッド状に数万点マッピングして行う。
結晶方位の構造から相の同定が出来る他、多結晶材料では試料内の結晶方位分布や結晶粒の大きさを見ることができる。測定情報から、隣り合う測定点間の方位差を計算することができ、その平均値をKAM(Kernel average misorientation)値という。
結晶方位の構造から相の同定が出来る他、多結晶材料では試料内の結晶方位分布や結晶粒の大きさを見ることができる。測定情報から、隣り合う測定点間の方位差を計算することができ、その平均値をKAM(Kernel average misorientation)値という。
本発明においては、その結晶粒の方位差を、一般的に結晶粒界として認識されている大傾角粒界の閾値である15°と定義してマッピングした画像より粒を可視化し、平均結晶粒径を求めた。さらに、15°の大角粒界で囲まれた結晶粒内のKAM値の平均が1°以内のものをフェライトと定義した。フェライトは高温変態相であり、変態歪が小さいためである。さらに、EBSP法によってオーステナイトと同定されたものを残留オーステナイトと定義した。
本発明で定義する焼き戻しマルテンサイトまたは下部ベイナイトは、Ms点が350℃超えの場合はMs点以下、Ms点が350℃以下の場合は350℃以下でオーステナイトから変態する組織のことであり、この組織をTEMによって観察すれば、セメンタイトまたは准安定鉄炭化物が同一ラス内にマルチバリアントに析出している。
一方でセメンタイトまたは准安定鉄炭化物が同一ラス内にシングルバリアントで析出したものを上部ベイナイトと定義した。これはセメンタイト析出の駆動力が焼き戻しマルテンサイトまたは下部ベイナイトと比較して小さいためと考えられる。
同様に組織をTEMで観察した際、セメンタイトまたは准安定炭化物の析出が観察されないものをマルテンサイトと定義した。
なお、これらの組織分率はTEM写真は20000倍の倍率で10視野以上撮影し、点算法で求めたものである。
一方でセメンタイトまたは准安定鉄炭化物が同一ラス内にシングルバリアントで析出したものを上部ベイナイトと定義した。これはセメンタイト析出の駆動力が焼き戻しマルテンサイトまたは下部ベイナイトと比較して小さいためと考えられる。
同様に組織をTEMで観察した際、セメンタイトまたは准安定炭化物の析出が観察されないものをマルテンサイトと定義した。
なお、これらの組織分率はTEM写真は20000倍の倍率で10視野以上撮影し、点算法で求めたものである。
高強度鋼板では、その強度を高めるため、析出強化フェライトやベイナイト、マルテンサイト等の単相または複相組織が用いられているが、発明者らは鋭意検討を進めた結果、焼き戻しマルテンサイトと、マルテンサイトと、下部ベイナイトの合計面積率が85面積%超であるとともに、平均結晶粒径が12.0μm以下である組織にすると、さらに好ましくは、これらの組織間硬度差をある一定以下に低減すると、組織界面への応力集中が低減し、伸びフランジ性および低温靭性が向上することを見出した。焼き戻しマルテンサイト組織と下部マルテンサイトの分率の和が85%超であれば強度と伸びのバランスが良いのでさらに好ましい。上記平均結晶粒径は12.0μm超では、vTrs≦−40℃を満たす優れた低温靭性を確保することが困難である。
なお、これらの組織が鋼板の100%を占めても伸びフランジ性および低温靭性の劣化は起こらないため、組織分率の上限は指定しない。
延性を向上させることを重視する場合には、面積率で15%未満のフェライトを含有させてもよい。
なお、これらの組織が鋼板の100%を占めても伸びフランジ性および低温靭性の劣化は起こらないため、組織分率の上限は指定しない。
延性を向上させることを重視する場合には、面積率で15%未満のフェライトを含有させてもよい。
組織間硬度差については、荷重0.098N(10gf)のマイクロビッカースを用いてビッカース硬さを100点以上測定した際の硬度の平均値をE(HV0.01)、硬度の標準偏差をσ(HV0.01)とすると、σ(HV0.01)/E(HV0.01)を0.08以下とし、フェライトを5面積%以上含むことで、引張強度980MPa級以上で引張強度×穴拡げ率≧55000MPa・%かつ引張強度×全伸び≧14000MPa・%かつvTrs≦−40℃を満たす、伸びフランジ性と全伸びとの両立させた優れた機械特性が得られるので好ましい。また、上記σ(HV0.01)/E(HV0.01)を0.06以下とすることで、引張強度980MPa級以上で引張強度×穴拡げ率≧60000MPa・%かつvTrs≦−40℃を満たす、伸びフランジ性に特に優れた機械特性が得られるので好ましい。上記σ(HV0.01)/E(HV0.01)が0.08以下とすることにより、シャルピー破面を観察した際の硬質組織と軟質組織の界面がき裂の起点となることが低減されており、これがvTrsを改善している原因になっていると推察される。
σ(HV0.01)/E(HV0.01)の下限については特に定めないが、通常0.03以上である。
鋼板の化学組成:
次に、本発明の熱延鋼板の化学組成の限定理由を説明する。なお、含有量を示す「%」は「質量%」を意味する。
次に、本発明の熱延鋼板の化学組成の限定理由を説明する。なお、含有量を示す「%」は「質量%」を意味する。
C:0.01〜0.2%
C(炭素)は、鋼板の強度を向上させる作用を有する元素である。C含有量が0.01%未満では、上記作用による効果を得ることが困難である。したがって、C含有量は0.01%以上とする。一方、C含有量が0.2%超では、延性の低下を招くとともに、打ち抜き加工時の二次せん断面の割れ起点となるセメンタイト(Fe3C)等の鉄系炭化物が増加してしまい、伸びフランジ性の劣化を招く。したがって、C含有量は、0.2%以下とする。
C(炭素)は、鋼板の強度を向上させる作用を有する元素である。C含有量が0.01%未満では、上記作用による効果を得ることが困難である。したがって、C含有量は0.01%以上とする。一方、C含有量が0.2%超では、延性の低下を招くとともに、打ち抜き加工時の二次せん断面の割れ起点となるセメンタイト(Fe3C)等の鉄系炭化物が増加してしまい、伸びフランジ性の劣化を招く。したがって、C含有量は、0.2%以下とする。
Si:0.001%〜2.5%
Si(珪素)は、鋼板の強度を向上させる作用を有する元素であり、溶鋼の脱酸剤としての役割も果たす。Si含有量が0.001%未満では上記作用による効果を得ることが困難である。したがって、Si含有量は0.001%以上とする。また、Siは、セメンタイト等の鉄系炭化物の析出を抑制し、これにより強度と穴拡げ性とを向上させる作用をも有する。斯かる観点からは、Si含有量は0.1%以上とすることが好ましい。一方、Si含有量を2.5%超としても鋼板の強度を高める作用による効果は飽和してしまう。したがって、Si含有量は、2.5%以下とする。なお、セメンタイト等の鉄系炭化物の析出を抑制することによる強度と穴拡げ性とをより有効に向上させる観点から、Si含有量は1.2%以下とすることが好適である。
Si(珪素)は、鋼板の強度を向上させる作用を有する元素であり、溶鋼の脱酸剤としての役割も果たす。Si含有量が0.001%未満では上記作用による効果を得ることが困難である。したがって、Si含有量は0.001%以上とする。また、Siは、セメンタイト等の鉄系炭化物の析出を抑制し、これにより強度と穴拡げ性とを向上させる作用をも有する。斯かる観点からは、Si含有量は0.1%以上とすることが好ましい。一方、Si含有量を2.5%超としても鋼板の強度を高める作用による効果は飽和してしまう。したがって、Si含有量は、2.5%以下とする。なお、セメンタイト等の鉄系炭化物の析出を抑制することによる強度と穴拡げ性とをより有効に向上させる観点から、Si含有量は1.2%以下とすることが好適である。
Mn:0.10〜4.0%
Mn(マンガン)は、固溶強化および焼入れ強化により鋼板の強度を向上させる作用を有する。Mn含有量が0.10%未満では、上記作用による効果を得ることが困難である。したがって、Mn含有量は0.10%以上とする。また、Mnは、オーステナイト域温度を低温側に拡大させて焼入れ性を向上させ、バーリング性に優れるマルテンサイトや下部ベイナイト等の低温変態組織の形成を容易にする作用を有する。斯かる観点からは、Mn含有量は1%以上とすることが好ましく、より好ましくは2%以上である。さらに、Mnは、Sによる熱間割れの発生を抑制する作用をも有する。斯かる観点からは、Mn含有量([Mn])とS含有量([S])とが [Mn]/[S]≧20を満足するMn量を含有させることが好ましい。一方、Mn含有量を4.0%超としても鋼板の強度を向上させる作用による効果は飽和してしまう。したがって、Mn含有量は4.0%以下とする。
Mn(マンガン)は、固溶強化および焼入れ強化により鋼板の強度を向上させる作用を有する。Mn含有量が0.10%未満では、上記作用による効果を得ることが困難である。したがって、Mn含有量は0.10%以上とする。また、Mnは、オーステナイト域温度を低温側に拡大させて焼入れ性を向上させ、バーリング性に優れるマルテンサイトや下部ベイナイト等の低温変態組織の形成を容易にする作用を有する。斯かる観点からは、Mn含有量は1%以上とすることが好ましく、より好ましくは2%以上である。さらに、Mnは、Sによる熱間割れの発生を抑制する作用をも有する。斯かる観点からは、Mn含有量([Mn])とS含有量([S])とが [Mn]/[S]≧20を満足するMn量を含有させることが好ましい。一方、Mn含有量を4.0%超としても鋼板の強度を向上させる作用による効果は飽和してしまう。したがって、Mn含有量は4.0%以下とする。
P:0.10%以下
P(燐)は、一般に不純物として含有される元素である。P含有量が0.10%超では、熱間圧延時に割れを惹き起こし、また、粒界に偏析して低温靭性を低下させるとともに、加工性や溶接性も低下させる。したがって、P含有量は0.10%以下とする。穴拡げ性や溶接性の観点からは、P含有量は0.02%以下とすることが好ましい。
P(燐)は、一般に不純物として含有される元素である。P含有量が0.10%超では、熱間圧延時に割れを惹き起こし、また、粒界に偏析して低温靭性を低下させるとともに、加工性や溶接性も低下させる。したがって、P含有量は0.10%以下とする。穴拡げ性や溶接性の観点からは、P含有量は0.02%以下とすることが好ましい。
S:0.030%以下
S(硫黄)は、一般に不純物として含有される元素である。S含有量が0.030%超では、熱間圧延時に割れを惹き起こし、また、鋼中にA系介在物を生成させて穴拡げ性を劣化させる。したがって、S含有量は0.030%以下とする。穴拡げ性の観点からは、S含有量は0.010%以下とすることが好ましく、0.005%以下とすることがさらに好ましい。
S(硫黄)は、一般に不純物として含有される元素である。S含有量が0.030%超では、熱間圧延時に割れを惹き起こし、また、鋼中にA系介在物を生成させて穴拡げ性を劣化させる。したがって、S含有量は0.030%以下とする。穴拡げ性の観点からは、S含有量は0.010%以下とすることが好ましく、0.005%以下とすることがさらに好ましい。
Al:0.001〜2.0%
Al(アルミニウム)は、鋼の精錬工程において溶鋼を脱酸して鋼を健全化する作用を有する。Al含有量が0.001%未満では、上記作用による効果を得ることが困難である。したがって、Al含有量は0.001%以上とする。Alはまた、Siと同様にセメンタイト等の鉄系炭化物の析出を抑制し、これにより強度と穴拡げ性とを向上させる作用をも有する。斯かる観点からは、Al含有量は0.016%以上とすることが好ましい。一方、Al含有量を2.0%超としても、上記脱酸作用による効果は飽和してしまい、経済的に不利となる。また、熱間圧延時に割れを惹き起こす場合がある。したがって、Al含有量は2.0%以下とする。鋼中における非金属介在物の生成を抑制し、延性および低温靭性を向上させる観点からは、Al含有量は0.06%以下とすることが好ましい。さらに好ましくは0.04%以下である。
Al(アルミニウム)は、鋼の精錬工程において溶鋼を脱酸して鋼を健全化する作用を有する。Al含有量が0.001%未満では、上記作用による効果を得ることが困難である。したがって、Al含有量は0.001%以上とする。Alはまた、Siと同様にセメンタイト等の鉄系炭化物の析出を抑制し、これにより強度と穴拡げ性とを向上させる作用をも有する。斯かる観点からは、Al含有量は0.016%以上とすることが好ましい。一方、Al含有量を2.0%超としても、上記脱酸作用による効果は飽和してしまい、経済的に不利となる。また、熱間圧延時に割れを惹き起こす場合がある。したがって、Al含有量は2.0%以下とする。鋼中における非金属介在物の生成を抑制し、延性および低温靭性を向上させる観点からは、Al含有量は0.06%以下とすることが好ましい。さらに好ましくは0.04%以下である。
N:0.01%以下
N(窒素)は、一般に不純物として含有される元素である。N含有量が0.01%超では、熱間圧延時に割れを惹き起こし、また、耐時効性を劣化させる。したがって、N含有量は0.01%以下とする。耐時効性の観点からはN含有量は0.005%以下とすることが好ましい。
N(窒素)は、一般に不純物として含有される元素である。N含有量が0.01%超では、熱間圧延時に割れを惹き起こし、また、耐時効性を劣化させる。したがって、N含有量は0.01%以下とする。耐時効性の観点からはN含有量は0.005%以下とすることが好ましい。
Ti:(0.005+48/14[N]+48/32[S])%≦Ti≦0.3%:
Ti(チタン)は、析出強化または固溶強化により鋼板の強度を向上させる作用を有する元素である。Ti含有量が、N含有量[N](単位:%)およびS含有量[S](単位:%)によって決定される(0.005+48/14[N]+48/32[S])%未満では、上記作用による効果を得ることが困難である。したがって、Ti含有量は(0.005+48/14[N]+48/32[S])%以上とする。一方、Ti含有量を0.3%超としても、上記作用による効果は飽和して経済的に不利となる。したがって、Ti含有量は0.3%以下とする。
Ti(チタン)は、析出強化または固溶強化により鋼板の強度を向上させる作用を有する元素である。Ti含有量が、N含有量[N](単位:%)およびS含有量[S](単位:%)によって決定される(0.005+48/14[N]+48/32[S])%未満では、上記作用による効果を得ることが困難である。したがって、Ti含有量は(0.005+48/14[N]+48/32[S])%以上とする。一方、Ti含有量を0.3%超としても、上記作用による効果は飽和して経済的に不利となる。したがって、Ti含有量は0.3%以下とする。
Nb、Cu、Ni、Mo、V、Cr:
Nb(ニオブ)、Cu(銅)、Ni(ニッケル)、Mo(モリブデン)、V(バナジウム)およびCr(クロム)は、析出強化または固溶強化により鋼板の強度を向上させる作用を有する元素である。したがって、これらの元素の1種または2種以上を必要に応じて適宜含有させることができる。しかし、Nb含有量を0.06%超、Cu含有量を1.2%超、Ni含有量を0.6%超、Mo含有量が1%超、V含有量を0.2%超およびCr含有量を2%超としても、上記作用による効果は飽和して経済的に不利となる。したがって、Nb含有量は0〜0.06%、Cu含有量は0〜1.2%、Ni含有量は0〜0.6%、Mo含有量は0〜1%、V含有量は0〜0.2%、Cr含有量は0〜2%とする。なお、上記作用による効果をより確実に得るには、Nb:0.005%以上、Cu:0.02%以上、Ni:0.01%以上、Mo:0.01%以上、V:0.01%以上およびCr:0.01%以上のいずれかを満足させることが好ましい。
Nb(ニオブ)、Cu(銅)、Ni(ニッケル)、Mo(モリブデン)、V(バナジウム)およびCr(クロム)は、析出強化または固溶強化により鋼板の強度を向上させる作用を有する元素である。したがって、これらの元素の1種または2種以上を必要に応じて適宜含有させることができる。しかし、Nb含有量を0.06%超、Cu含有量を1.2%超、Ni含有量を0.6%超、Mo含有量が1%超、V含有量を0.2%超およびCr含有量を2%超としても、上記作用による効果は飽和して経済的に不利となる。したがって、Nb含有量は0〜0.06%、Cu含有量は0〜1.2%、Ni含有量は0〜0.6%、Mo含有量は0〜1%、V含有量は0〜0.2%、Cr含有量は0〜2%とする。なお、上記作用による効果をより確実に得るには、Nb:0.005%以上、Cu:0.02%以上、Ni:0.01%以上、Mo:0.01%以上、V:0.01%以上およびCr:0.01%以上のいずれかを満足させることが好ましい。
Mg、Ca、REM:
Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)およびREM(希土類元素)は、破壊の起点となって加工性を劣化させる原因となる非金属介在物の形態を制御し、加工性を向上させる作用を有する元素である。したがって、これらの元素の1種または2種以上を必要に応じて適宜含有させてもよい。しかし、Mg含有量を0.01%超、Ca含有量を0.01%超、REM含有量を0.1%超としても、上記作用による効果は飽和して、経済的に不利となる。したがって、Mg含有量は0〜0.01%、Ca含有量は0〜0.01%、REM含有量は、0〜0.1%とする。なお、上記作用による効果をより確実に得るには、Mg、CaおよびREMのいずれか元素の含有量を0.0005%以上とすることが好ましい。
Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)およびREM(希土類元素)は、破壊の起点となって加工性を劣化させる原因となる非金属介在物の形態を制御し、加工性を向上させる作用を有する元素である。したがって、これらの元素の1種または2種以上を必要に応じて適宜含有させてもよい。しかし、Mg含有量を0.01%超、Ca含有量を0.01%超、REM含有量を0.1%超としても、上記作用による効果は飽和して、経済的に不利となる。したがって、Mg含有量は0〜0.01%、Ca含有量は0〜0.01%、REM含有量は、0〜0.1%とする。なお、上記作用による効果をより確実に得るには、Mg、CaおよびREMのいずれか元素の含有量を0.0005%以上とすることが好ましい。
B:
B(硼素)は、Cと同様に粒界に偏析し、粒界強度を高める作用を有する元素である。すなわち、固溶Cと同様に固溶Bとして粒界に偏析することにより、破断面割れの防止を実現するうえで有効に作用する。そして、Cが炭化物として粒内に析出して粒界における固溶Cが減少したとしても、Bが粒界に偏析することで、Cの粒界における減少を補償することが可能となる。したがって、Bを必要に応じて適宜含有させてもよい。しかし、B含有量を0.002%超とすると、熱間圧延におけるオーステナイトの再結晶が過度に抑制され、未再結晶オーステナイトからのγ→α変態集合組織を強め、等方性を劣化させる恐れがある。したがって、B含有量は、0〜0.002%以下とする。Bは、連続鋳造後の冷却工程におけるスラブ割れを惹き起こすことが懸念される元素であり、斯かる観点からはB含有量を0.0015%以下とすることが好ましい。なお、上記作用による効果をより確実に得るには、B含有量は0.0002%以上とすることが好ましい。また、Bは、焼入れ性を向上させ、バーリング性にとって好ましいミクロ組織である連続冷却変態組織の形成を容易にする作用をも有する。
B(硼素)は、Cと同様に粒界に偏析し、粒界強度を高める作用を有する元素である。すなわち、固溶Cと同様に固溶Bとして粒界に偏析することにより、破断面割れの防止を実現するうえで有効に作用する。そして、Cが炭化物として粒内に析出して粒界における固溶Cが減少したとしても、Bが粒界に偏析することで、Cの粒界における減少を補償することが可能となる。したがって、Bを必要に応じて適宜含有させてもよい。しかし、B含有量を0.002%超とすると、熱間圧延におけるオーステナイトの再結晶が過度に抑制され、未再結晶オーステナイトからのγ→α変態集合組織を強め、等方性を劣化させる恐れがある。したがって、B含有量は、0〜0.002%以下とする。Bは、連続鋳造後の冷却工程におけるスラブ割れを惹き起こすことが懸念される元素であり、斯かる観点からはB含有量を0.0015%以下とすることが好ましい。なお、上記作用による効果をより確実に得るには、B含有量は0.0002%以上とすることが好ましい。また、Bは、焼入れ性を向上させ、バーリング性にとって好ましいミクロ組織である連続冷却変態組織の形成を容易にする作用をも有する。
残部は、鉄(Fe)および不純物である。
不純物としては、Zr、Sn、Co、Zn、Wが含有される場合があるが、これらの元素の含有量が合計で1%以下であれば問題ない。
不純物としては、Zr、Sn、Co、Zn、Wが含有される場合があるが、これらの元素の含有量が合計で1%以下であれば問題ない。
表面処理:
上述した鋼板の表面には、耐食性の向上等を目的としてめっき層を備えさせて表面処理鋼板としてもよい。めっき層は電気めっき層であってもよく溶融めっき層であってもよい。電気めっき層としては、電気亜鉛めっき、電気Zn−Ni合金めっき等が例示される。溶融めっき層としては、溶融亜鉛めっき、合金化溶融亜鉛めっき、溶融アルミニウムめっき、溶融Zn−Al合金めっき、溶融Zn−Al−Mg合金めっき、溶融Zn−Al−Mg−Si合金めっき等が例示される。めっき付着量は特に制限されず、従来と同様でよい。また、めっき後に適当な化成処理(例えば、シリケート系のクロムフリー化成処理液の塗布と乾燥)を施して、耐食性をさらに高めることも可能である。また、有機皮膜形成、フィルムラミネート、有機塩類/無機塩類処理を施すことも可能である。
上述した鋼板の表面には、耐食性の向上等を目的としてめっき層を備えさせて表面処理鋼板としてもよい。めっき層は電気めっき層であってもよく溶融めっき層であってもよい。電気めっき層としては、電気亜鉛めっき、電気Zn−Ni合金めっき等が例示される。溶融めっき層としては、溶融亜鉛めっき、合金化溶融亜鉛めっき、溶融アルミニウムめっき、溶融Zn−Al合金めっき、溶融Zn−Al−Mg合金めっき、溶融Zn−Al−Mg−Si合金めっき等が例示される。めっき付着量は特に制限されず、従来と同様でよい。また、めっき後に適当な化成処理(例えば、シリケート系のクロムフリー化成処理液の塗布と乾燥)を施して、耐食性をさらに高めることも可能である。また、有機皮膜形成、フィルムラミネート、有機塩類/無機塩類処理を施すことも可能である。
熱延鋼板の製造方法:
次に本発明の熱延鋼板の製造方法について述べる。
優れた伸びフランジ性および低温靭性を実現するためには、所定の集合組織を形成させることならびに焼き戻しマルテンサイト、マルテンサイトおよび下部ベイナイトを主体とする組織とすることが重要である。さらに、組織間硬度差が小さいことや各方向のr値が所定の条件を満足することが好ましい。これらを満たすための製造条件の詳細を以下に記す。
次に本発明の熱延鋼板の製造方法について述べる。
優れた伸びフランジ性および低温靭性を実現するためには、所定の集合組織を形成させることならびに焼き戻しマルテンサイト、マルテンサイトおよび下部ベイナイトを主体とする組織とすることが重要である。さらに、組織間硬度差が小さいことや各方向のr値が所定の条件を満足することが好ましい。これらを満たすための製造条件の詳細を以下に記す。
熱間圧延に先行する製造方法は特に限定するものではない。すなわち、高炉や電炉等による溶製に引き続き各種の2次製錬を行って上述した化学組成となるように調整し、次いで、通常の連続鋳造、インゴット法による鋳造の他、薄スラブ鋳造などの方法で鋼塊またはスラブに鋳造すればよい。連続鋳造の場合には一度低温まで冷却したのち、再度加熱してから熱間圧延しても良いし、鋳造スラブを連続的に熱間圧延しても良い。原料にはスクラップを使用しても構わない。
本発明の伸びフランジ性と低温脆性に優れた高強度鋼板は、以下の要件を満たす場合に得られる。
鋼板の表面から板厚の5/8〜3/8厚み位置間にある板厚中心部における板面の{100}<011>〜{223}<110>方位群のX線ランダム強度比の平均値と、{332}<113>の結晶方位のX線ランダム強度比とを、前述の値の範囲とするには、粗圧延後の仕上げ圧延で、鋼板成分によって下記式(1)から決められるT1温度
T1(℃)=850 +10×(C+N)×Mn +350×Nb +250×Ti +40×B +10×Cr +100×Mo +100×V
・・・ 式(1)
を基準に、(T1+30)℃以上(T1+200)℃以下の第1温度域で大きな圧下率で大圧下圧延による加工を行い、T1℃以上(T1+30)℃未満の第2温度域で圧下を行わないか小さな圧下率で軽圧下圧延による加工を行い、前記第1温度域または前記第2温度域で圧延を完了することにより最終製品の局部変形能を確保できる。
T1(℃)=850 +10×(C+N)×Mn +350×Nb +250×Ti +40×B +10×Cr +100×Mo +100×V
・・・ 式(1)
を基準に、(T1+30)℃以上(T1+200)℃以下の第1温度域で大きな圧下率で大圧下圧延による加工を行い、T1℃以上(T1+30)℃未満の第2温度域で圧下を行わないか小さな圧下率で軽圧下圧延による加工を行い、前記第1温度域または前記第2温度域で圧延を完了することにより最終製品の局部変形能を確保できる。
すなわち、(T1+30)℃以上(T1+200)℃以下の第1温度域における高圧下圧延と上記第1温度域における圧延完了とによって、または、上記第1温度域における高圧下圧延と、その後のT1以上(T1+30)℃未満の第2温度域での低圧下圧延と、上記第2温度域での圧延完了によって、後述する表2、3に見られるように、鋼板の表面から板厚の5/8厚み位置と3/8厚み位置とで区画された板厚中心部における板面の{100}<011>〜{223}<110>方位群のX線ランダム強度比の平均値と、{332}<113>の結晶方位のX線ランダム強度比を制御することができ、これによって、最終製品の穴拡げ性を飛躍的に改善する。
T1温度自体は、上記式(1)に示した経験式によって求めることができる。T1温度を基準として、各鋼のオーステナイト域での再結晶が促進されることを発明者らは実験により経験的に知見した。
さらに良好な穴拡げ性を得るためには、第1温度域で大圧下による歪を蓄積することが重要で、第1温度域における1パス当たりの最大圧下率を30%以上、換言すれば、第1温度域において圧下率30%以上の1パスでの圧下を少なくとも1回以上行い、かつ圧下率の合計を50%以上とすることは必須である。さらには、圧下率の合計を70%以上とすることがより好ましい。一方、前記圧下率の合計が90%を超える圧下率とすると、温度確保や過大な圧延負荷を加えることとなるため、前記圧下率の合計は90%以下とすることが好ましい。
さらに良好な穴拡げ性を得るためには、第1温度域で大圧下による歪を蓄積することが重要で、第1温度域における1パス当たりの最大圧下率を30%以上、換言すれば、第1温度域において圧下率30%以上の1パスでの圧下を少なくとも1回以上行い、かつ圧下率の合計を50%以上とすることは必須である。さらには、圧下率の合計を70%以上とすることがより好ましい。一方、前記圧下率の合計が90%を超える圧下率とすると、温度確保や過大な圧延負荷を加えることとなるため、前記圧下率の合計は90%以下とすることが好ましい。
さらに、蓄積した歪の開放による均一な再結晶を促すため、(T1+30℃)以上(T1+200)℃以下の第1温度域での大圧下の後、T1℃以上(T1+30)℃未満の第2温度域での加工量をなるべく少なく抑えることが必要で、T1℃以上(T1+30)℃未満の第2温度域での圧下率の合計を0〜30%とする。第2温度域での圧下率の合計が30%よりも大きいと、せっかく再結晶したオーステナイト粒が展伸してしまい、停留時間が短いと再結晶が十分に進まず穴拡げ性を劣化させてしまう。なお、良好な板形状を確保する観点からは10%以上の圧下率が望ましいが、より穴拡げ性を重視する場合には圧下率は0%、すなわち、第2温度域での低圧下圧延は行わないほうが望ましい。
このように、本発明の製造方法は、仕上げ圧延においてオーステナイトを均一・微細に再結晶させることで製品の集合組織を制御して穴拡げ性を改善する方法である。
第2温度域よりも低温で圧延が行われたり、第2温度域において大圧下率での圧延が行われると、オーステナイトの集合組織が発達し、最終的に得られる鋼板について上述した所定の集合組織を得ることが困難である。一方、第1温度域よりも高温で圧延が完了したり、第1温度域において軽圧下率での圧延が行われると、粗粒化や混粒が生じやすくなる。
なお、前述の規定した圧延が行われているか否かは、圧延率については圧延荷重、板厚測定などから実績または計算により求めることができ、また、温度についてもスタンド間温度計が設置されていれば実測可能で、またはラインスピードや圧下率などから加工発熱を考慮した計算シミュレーション、或いはその両方によって得ることも可能である。
第1温度域における30%以上の1パスでの圧下のうちの最終圧下から、水冷却である一次冷却開始までの時間は、伸びフランジ性および低温靭性に大きな影響を与える。
上記第1温度域における30%以上の1パスでの最終圧下パスから、一次冷却開始までの時間t(秒)は、第1温度域における30%以上の1パスでの最終圧下の、鋼板温度Tf(℃)と圧下率P1(%)に対して、下記式(2)を満たすようにする。
t/t1が1に満たないと再結晶が抑制されて所定の集合組織が得られず、t/t1が2.5を超えると、粗粒化が進み、伸びと低温脆性が著しく低下する。
1≦t/t1≦2.5 ・・・ (2)
ここで、t1とは下記の式(4)で決定される時間(秒)である。
t1=0.001×{(Tf−T1)×P1/100}2−0.109×{(Tf−T1)×P1/100}+3.1 ・・・ (4)
上記第1温度域における30%以上の1パスでの最終圧下パスから、一次冷却開始までの時間t(秒)は、第1温度域における30%以上の1パスでの最終圧下の、鋼板温度Tf(℃)と圧下率P1(%)に対して、下記式(2)を満たすようにする。
t/t1が1に満たないと再結晶が抑制されて所定の集合組織が得られず、t/t1が2.5を超えると、粗粒化が進み、伸びと低温脆性が著しく低下する。
1≦t/t1≦2.5 ・・・ (2)
ここで、t1とは下記の式(4)で決定される時間(秒)である。
t1=0.001×{(Tf−T1)×P1/100}2−0.109×{(Tf−T1)×P1/100}+3.1 ・・・ (4)
一次冷却における冷却開始時の鋼板温度と冷却終了時の鋼板温度の差である一次冷却量(冷却温度変化)は、40℃以上140℃以下とする。一次冷却量が40℃未満では、オーステナイト粒の粗大化を抑制することが困難であり、その結果、低温靭性が劣化する。一方、一次冷却量が140℃を超えると、再結晶が不十分となり、所定の集合組織を得ることが困難となる。なお、オーステナイト粒の粗大化を抑制する観点から、一次冷却における平均冷却速度は30℃/秒以上とすることが好ましい。一次冷却における平均冷却速度の上限は特に限定する必要はないが、2000℃/秒以下とすることが好ましい。
一次冷却を行った後、3秒以内に冷却を開始し、46℃/秒以上の平均冷却速度で水冷却する二次冷却を行う。ここで、二次冷却とは二次冷却開始から巻取り開始までの間に施す水冷却のことであり、二次冷却の平均冷却速度とは前記水冷却における平均冷却速度であり、後述するように二次冷却の途中に水冷却を中断する場合には、水冷却を中断した期間を除いて算出される。一次冷却終了から二次冷却開始までの間は、水冷却を行わないため高温域に保持されることになる。一次冷却を行った後、3秒以内に46℃/秒未満の平均冷却速度で二次冷却を行うと、仕上げ圧延完了から巻き取り開始までの二次冷却中に、フェライト、上部ベイナイト等の高温変態相の組織分率が15%を超え、所望の組織分率および組織間硬度差が得られず、特に低温靭性が劣化してしまう。二次冷却における平均冷却速度の上限は特に定めないが、冷却設備の能力上、300℃/秒以下が妥当な平均冷却速度である。
延性を向上させることを重視して、面積率で15%以下のフェライトを含有させる場合には、二次冷却の途中において、500℃から800℃までの温度域(フェライトとオーステナイトの二相域)にて15秒以下の範囲内で水冷却を中断してもよい。
ここでの水冷却の中断は、二相域においてフェライト変態を促進させるために行うが、水冷却の中断時間が15秒超では、フェライト面積率が15%を超え、組織間硬度差が増大してしまい、その結果、伸びフランジ性と低温靭性が劣化する場合がある。したがって、二次冷却の途中において水冷却を中断する場合には、その時間は15秒以下とすることが望ましい。また、水冷却を中断する温度域は、フェライト変態を容易に促進させるために500℃以上800℃以下とし、水冷却を中断する時間は1秒間以上とすることが望ましい。なお、生産性の観点からは、水冷却を中断する時間は10秒以下とすることがより望ましい。
前記の二次冷却を行った後、下記式(3)を満たす巻取温度CT(℃)で巻取りを行う。下記式(3)の右辺を超える温度で巻取ると、フェライト、パーライト、上部ベイナイト等の高温変態相の組織分率が15%以上となり、所望の組織分率および組織間硬度差が得られず、伸びフランジ性および低温靭性の劣化を招く。vTrs≦−40℃を満たした上で、強度590MPа級の材料で穴拡げ率≧140%でかつ引張強度×穴拡げ率≧100000MPa・%、強度780MPа級の材料で穴拡げ率≧90%でかつ引張強度×穴拡げ率≧70000MPa・%、そして、強度980MPа級以上の材料で穴拡げ率≧40%でかつ引張強度×穴拡げ率≧50000MPa・%とする場合には、300℃未満の温度で巻取ることが望ましい。
CT(℃)≦max[Ms,350] ・・・ (3)
ここで、Msは下記式(5)により決定され、下記式(5)中の元素記号は各元素の鋼中の含有量(質量%)を示す。
Ms(℃)=561−474×C−33×Mn−17×Ni−21×Mo ・・・ (5)
CT(℃)≦max[Ms,350] ・・・ (3)
ここで、Msは下記式(5)により決定され、下記式(5)中の元素記号は各元素の鋼中の含有量(質量%)を示す。
Ms(℃)=561−474×C−33×Mn−17×Ni−21×Mo ・・・ (5)
なお、rC、r30について前述の好適値を満足させるには、粗熱間圧延後、すなわち仕上熱間圧延前のオーステナイト粒径が重要であり、仕上熱間圧延前のオーステナイト粒径が小さいことが望ましく、具体的にはオーステナイトの平均粒径(円相当平均直径)を200μm以下とすることにより前述の好適値が得られる。
そして、仕上熱間圧延前に、オーステナイト平均粒径を200μm以下とするには、粗熱間圧延で1000℃以上1200℃以下の温度域における1パス当たりの最大圧下率を40%以上とすること、換言すれば、圧下率40%以上の1パスでの圧下を少なくとも1回以上行えばよい。
したがって、粗熱間圧延は、1000℃以上1200℃以下の温度域における1パス当たりの最大圧下率が40%以上であり、オーステナイトの平均粒径を200μm以下とするものであることが好ましい。
したがって、粗熱間圧延は、1000℃以上1200℃以下の温度域における1パス当たりの最大圧下率が40%以上であり、オーステナイトの平均粒径を200μm以下とするものであることが好ましい。
なお、圧下率が大きいほど、またその圧下の回数は多いほど、オーステナイト粒を細粒にすることができる。そして、オーステナイト平均粒径は100μm以下とすることが好ましく、このためには、圧下率40%以上の1パスでの圧下は2回以上行うことが望ましい。ただし、10パスを超える粗熱間圧延は、温度の低下やスケールの過剰生成の懸念があり、また、圧下率70%超の1パスでの圧下は、介在物が延伸し穴拡げ性を劣化させる原因となる場合がある。したがって、圧下率40%以上の1パスでの圧下は10パス以下、最大圧下率は70%以下とすることが望ましい。
このように,仕上熱間圧延前のオーステナイト粒径を小さくすることで、仕上熱間圧延工程におけるオーステナイトの再結晶が促進され、rC値およびr30値を好適値とすることによる穴拡げ性の改善が実現される。これは、仕上熱間圧延中の再結晶核の1つとして粗熱間圧延後の(すなわち仕上熱間圧延前の)オーステナイト粒界が機能することによると推測される。
ここで、粗熱間圧延後のオーステナイト粒径の確認は、仕上熱間圧延に入る前の板片を可及的に急冷し、具体的には10℃/秒以上の冷却速度で板片を冷却し、その後、板片断面の組織をエッチングしてオーステナイト粒界を浮き立たせて光学顕微鏡にて測定することにより行う。この際、50倍以上の倍率にて20視野以上を、画像解析やポイントカウント法にて測定する。
また、圧延方向のrLおよび圧延方向に対し60°の方向のr60について前述の好適範囲を満足させるには、第1温度域である(T1+30℃)以上(T1+150℃)以下の温度域における最大加工発熱量、すなわち圧下による鋼板の温度上昇代(℃)を18℃以下に抑えることが望ましい。このように最大加工発熱量を抑制するには、スタンド間冷却などを使用することが望ましい。
なお、鋼板形状の矯正や可動転位導入による延性の向上を目的として、全工程終了後に、圧下率0.1%以上2%以下の軽圧下のスキンパス圧延を施すことが望ましい。また、全工程終了後は、得られた熱延鋼板の表面に付着しているスケールの除去を目的として、必要に応じて得られた熱延鋼板に対して酸洗してもよい。さらに、酸洗した後には、得られた熱延鋼板に対してインラインまたはオフラインで圧下率10%以下のスキンパス又は冷間圧延を施しても構わない。
さらには、必要に応じて鋼板の表面にめっき層を備えさせて表面処理鋼板としてもよい。めっき層は電気めっき層であってもよく溶融めっき層であってもよく、その処理方法は常法によればよい。
さらには、必要に応じて鋼板の表面にめっき層を備えさせて表面処理鋼板としてもよい。めっき層は電気めっき層であってもよく溶融めっき層であってもよく、その処理方法は常法によればよい。
次に、本発明の実施例を挙げながら、本発明の技術的内容について説明する。
実施例として、表1に示す化学組成を有する、鋼A〜Pの本発明の請求項を満たす適合鋼、および鋼a〜eの比較鋼を用いて検討した。
実施例として、表1に示す化学組成を有する、鋼A〜Pの本発明の請求項を満たす適合鋼、および鋼a〜eの比較鋼を用いて検討した。
これらの鋼を、鋳造後、そのままもしくは一旦室温まで冷却された後に再加熱し、900℃〜1300℃の温度範囲とし、その後、表2−1および表2−2に示す条件で熱間圧延を施し、表2−1および表2−2に示す条件で冷却して2.3〜3.4mm厚の熱延鋼板とした。このようにして得られた熱延鋼板を酸洗し、その後、圧下率が0.5%のスキンパス圧延を行い、一部は溶融亜鉛めっき処理、さらには合金化処理を施し、材質評価に供した。なお、表2−1、表2−2、表3−1および表3−2における試験番号の先頭に付したアルファベットは、表1における鋼種を示す。
表1に各鋼の化学成分を、表2−1および表2−2に各熱延鋼板の製造条件を示す。また、表3−1および表3−2に、各熱延鋼板の鋼組織、粒径および機械的特性(各方向のr値、引張強さTS、伸びEL、穴拡げ率λ、脆性延性遷移温度vTrs)を示す。
なお、引張試験はJIS Z 2241に、穴拡げ試験は日本鉄鋼連盟規格JFS T1001にそれぞれ準拠した。X線ランダム強度比は前述のEBSDを用いて圧延方向および板厚方向に平行な断面について、鋼板表面から板厚の3/8〜5/8厚み位置間の板厚中心部を0.5μmピッチで測定した。また、各方向のr値については、前述した方法により測定した。ビッカース硬さはマイクロビッカース試験機を用いて、荷重0.098N(10gf)で測定した。シャルピー試験はJIS Z 2242に準拠して行い、鋼板を2.5mmサブサイズ試験片に加工して行った。
なお、引張試験はJIS Z 2241に、穴拡げ試験は日本鉄鋼連盟規格JFS T1001にそれぞれ準拠した。X線ランダム強度比は前述のEBSDを用いて圧延方向および板厚方向に平行な断面について、鋼板表面から板厚の3/8〜5/8厚み位置間の板厚中心部を0.5μmピッチで測定した。また、各方向のr値については、前述した方法により測定した。ビッカース硬さはマイクロビッカース試験機を用いて、荷重0.098N(10gf)で測定した。シャルピー試験はJIS Z 2242に準拠して行い、鋼板を2.5mmサブサイズ試験片に加工して行った。
表3−1および表3−2に示す評価結果から、本発明で規定する条件を満たすもののみが、優れた伸びフランジ性と低温靭性を持つことが分かる。
Claims (12)
- 質量%で、
C:0.01〜0.2%、
Si:0.001〜2.5%、
Mn:0.10〜4.0%、
P:0.10%以下、
S:0.030%以下、
Al:0.001〜2.0%、
N:0.01%以下、
Ti:(0.005+48/14[N]+48/32[S])%≦Ti≦0.3%、
Nb:0〜0.06%、
Cu:0〜1.2%、
Ni:0〜0.6%、
Mo:0〜1%、
V:0〜0.2%、
Cr:0〜2%、
Mg:0〜0.01%、
Ca:0〜0.01%、
REM:0〜0.1%、
B:0〜0.002%、
残部はFeおよび不純物からなる化学組成を有し、
鋼板表面から板厚の3/8厚み位置と5/8厚み位置とで区画された鋼板部分である板厚中心部において、板面の{100}<011>〜{223}<110>方位群のX線ランダム強度比の平均値が6.5以下であるとともに、{332}<113>の結晶方位のX線ランダム強度比が5.0以下である集合組織を有し、
焼き戻しマルテンサイト、マルテンサイトおよび下部ベイナイトの合計面積率が85%超であるとともに、平均結晶粒径が12.0μm以下であるミクロ組織を有することを特徴とする熱延鋼板。 - 前記化学組成が、質量%で、
Nb:0.005〜0.06%、
Cu:0.02〜1.2%、
Ni:0.01〜0.6%、
Mo:0.01〜1%、
V:0.01〜0.2%および
Cr:0.01〜2%
からなる群から選択された1種または2種以上を含有するものであることを特徴とする請求項1に記載の熱延鋼板。 - 前記化学組成が、質量%で、Mg:0.0005〜0.01%、Ca:0.0005〜0.01%およびREM:0.0005〜0.1%からなる群から選択された1種または2種以上を含有するものであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の熱延鋼板。
- 前記化学組成が、質量%で、B:0.0002〜0.002%を含有するものであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の熱延鋼板。
- 荷重0.098Nのビッカース硬さを100点以上測定した際の硬さの平均値をE(HV0.01)、標準偏差をσ(HV0.01)としたとき、σ(HV0.01)/E(HV0.01)が0.08以下であるミクロ組織を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の熱延鋼板。
- 圧延方向と直角方向のr値(rC)が0.70以上および圧延方向に対し30°の方向のr値(r30)が1.10以下である機械特性を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の熱延鋼板。
- 圧延方向のr値(rL)が0.70以上および圧延方向に対し60°の方向のr値(r60)が1.10以下である機械特性を有することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の熱延鋼板。
- 鋼板の表面に、めっき層を備えることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の熱延鋼板。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の化学組成を有するスラブに、粗熱間圧延、仕上熱間圧延、一次冷却および二次冷却を順次施して巻き取ることにより熱延鋼板とする熱延鋼板の製造方法において、
前記仕上熱間圧延は、下記式(1)で規定される温度T1に対して、(T1+30)℃以上(T1+200)℃以下の第1温度域における1パス当たりの最大圧下率が30%以上、前記第1温度域における合計圧下率が50%以上、T1℃以上(T1+30)℃未満の第2温度域における合計圧下率が0〜30%であるとともに、前記第1温度域または前記第2温度域で圧延を完了するものであり、
前記一次冷却は、下記式(2)を満たすとともに、冷却量が40℃以上140℃以下、30℃/秒以上の平均冷却速度である水冷却であり、
前記一次冷却終了から前記二次冷却までの間、水冷却を行わず、前記二次冷却は、前記一次冷却終了後3秒以内に冷却を開始し、46℃/秒以上の平均冷却速度で冷却する水冷却であり、
前記巻き取りは、下記式(3)を満たす温度CTで巻き取るものであることを特徴とする熱延鋼板の製造方法:
T1(℃)=850+10×(C+N)×Mn+350×Nb+250×Ti+40×B+10×Cr+100×Mo+100×V ・・・ (1)
1≦t/t1≦2.5 ・・・ (2)
CT(℃)≦max[Ms,350] ・・・ (3)
t1=0.001×{(Tf−T1)×P1/100}2−0.109×{(Tf−T1)×P1/100}+3.1 ・・・ (4)
Ms(℃)=561−474×C−33×Mn−17×Ni−21×Mo ・・・ (5)
ここで、
式(1)および式(5)における各元素記号は、各元素の鋼中の含有量(質量%)、
式(2)におけるtは、前記第1温度域における30%以上の1パスでの圧下のうちの最終圧下から一次冷却開始までの時間(秒)、t1は前記式(4)によって決定される時間(秒)、
式(3)におけるmax[ ]は引数のうち最大の値を返す関数、Msは前記式(5)によって決定される温度であり、
式(4)におけるTfおよびP1は、それぞれ前記第1温度域における30%以上の1パスでの圧下のうちの最終圧下時の、鋼板温度および圧下率(%)である。 - 前記粗熱延圧延は、1000℃以上1200℃以下の温度域における1パス当たりの最大圧下率が40%以上であり、オーステナイトの平均粒径を200μm以下とするものであることを特徴とする請求項9に記載の熱延鋼板の製造方法。
- 前記仕上熱間圧延の(T1+30℃)以上(T1+150℃)以下の温度域における最大加工発熱量が18℃以下であることを特徴とする請求項9または請求項10に記載の熱延鋼板の製造方法。
- 請求項9〜11のいずれか1項に記載の熱延鋼板の製造方法により得られた熱延鋼板の表面にめっき処理を施すことを特徴とする熱延鋼板の製造方法。
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