JP5834717B2 - 高降伏比を有する溶融亜鉛めっき鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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- Y10T428/12792—Zn-base component
- Y10T428/12799—Next to Fe-base component [e.g., galvanized]
Description
自動車の構造用部材や補強用部材に使用される高強度溶融亜鉛めっき鋼板は、伸びフランジ性や延性に優れることが要求される。特に、複雑形状を有する部品の成形には、伸びや伸びフランジ性(穴広げ性)といった特性のいずれかに優れるだけでなく、その両方に優れていることが求められる。
また、マルテンサイトを活用した特許文献4に記載の技術は延性については全く考慮されていない。さらに、マルテンサイトおよび残留オーステナイトを活用した、特許文献5に記載の技術については降伏比が70%未満であり、しかも穴広げ性について全く考慮されていない。
このように高降伏比を有する高強度溶融亜鉛めっき鋼板について、延性と穴広げ性の双方が要求される加工性を向上させることは困難であった。
従来、鋼板のミクロ組織中にマルテンサイトが存在すると、加工性として、伸びが向上するものの、穴広げ性が低下し、さらにYRが低下すると考えられていた。しかし、本発明者らは、マルテンサイトの体積分率および結晶粒径を制御し、かつ、Si添加によるフェライトの固溶強化、Nb添加による析出強化および結晶粒微細化を活用することにより、YRを低下させることなく、伸びと穴広げ性が向上し、かつ、時効による伸びの劣化を防げることを見出した。
(1)化学成分が、質量%で、C:0.05〜0.15%、Si:0.10〜0.90%、Mn:1.0〜1.9%、P:0.005〜0.10%、S:0.0050%以下、Al:0.01〜0.10%、N:0.0050%以下およびNb:0.010〜0.100%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、
ミクロ組織が、平均結晶粒径が15μm以下のフェライトを体積分率で90%以上、平均結晶粒径が3.0μm以下のマルテンサイトを体積分率で0.5%以上5.0%未満、且つ、パーライトを体積分率で5.0%以下含み、残部が低温生成相からなる複合組織であり、降伏比が70%以上、引張強さが590MPa以上、全伸びが26.5%以上および穴広げ率λが60%以上であることを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼板。
まず、本発明の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の各化学成分の含有量の限定理由を説明する。以下において、化学成分の「%」表示は、特に断らない限り「質量%」を意味する。
C:0.05〜0.15%
炭素(C)は、鋼板の高強度化に有効な元素であり、特にNbのような炭化物形成元素と微細な合金炭化物あるいは、合金炭窒化物を形成して鋼板の強化に寄与する。また、本発明における、マルテンサイトおよびパーライトの形成に必要な元素であり、高強度化に寄与する。これらの効果を得るためには、0.05%以上の添加が必要である。一方、C含有量を0.15%よりも多く含有させると、スポット溶接性が低下することから、C含有量の上限は0.15%とする。なお、より良好な溶接性を確保する観点からは、C含有量を0.12%以下とすることが好ましい。
珪素(Si)は、高強度化に寄与する元素であり、高い加工硬化能をもつことから強度上昇に対して延性の低下が比較的少なく、強度−延性バランスの向上にも寄与する元素である。さらに、フェライト相の固溶強化により、フェライトとマルテンサイトもしくはパーライトとの界面からのボイドの形成を抑制する効果があり、この効果を得るためにはSi含有量を0.10%以上とすることが必要である。特に、強度−延性バランスの向上をより重視する場合には、Si含有量を0.20%以上とすることが好ましい。一方、Si含有量が0.90%よりも多いと溶融亜鉛めっき性の劣化が著しくなるため、Si含有量を0.90%以下とし、より好ましくは0.70%未満とする。
マンガン(Mn)は、固溶強化および第2相を生成することによって高強度化に寄与する元素である。その効果を得るためにはMn含有量を1.0%以上とすることが必要である。一方、Mn含有量が1.9%よりも多いと、マルテンサイトもしくはパーライトの体積率が過剰となるため、その含有量は1.9%以下とする。
リン(P)は、固溶強化により高強度化に寄与する元素であり、この効果を得るためにはPの含有量は0.005%以上とすることが必要である。また、P含有量が0.10%よりも多いと、粒界への偏析が著しくなって粒界を脆化させることや、溶接性が低下することから、Pの含有量は0.10%以下とする。好ましくは0.05%以下である。
硫黄(S)の含有量が多い場合には、MnSなどの硫化物が多く生成し、伸びフランジ性に代表される局部伸びが低下するため、含有量の上限を0.0050%とする。なお、S含有量の下限値については特に限定する必要は無いが、Sの極低化は製鋼コストの上昇をまねくため、0.0005%以上の範囲において低減すればよい。
アルミニウム(Al)は、脱酸に必要な元素であり、この効果を得るためには0.01%以上含有することが必要であるが、0.10%を超えて含有しても効果が飽和するため、0.10%以下とする。好ましくは0.05%以下である。
窒素(N)は、Cと同様にNbと化合物を形成して、合金窒化物や合金炭窒化物となり、高強度化に寄与する。しかし、窒化物は比較的高温で生成しやすいため粗大になりやすく、炭化物に比べ強度への寄与が相対的に小さい。また、鋼板中に固溶したNは、時効後の伸びの劣化に影響を及ぼす。このため、高強度化および時効後の伸びの劣化を抑制するには、N含有量を低減して合金炭化物をより生成した方が有利である。このような観点から、Nの含有量は0.0050%以下とし、好ましくは0.0040%以下とする。
ニオブ(Nb)は、CやNと化合物を形成して炭化物や炭窒化物となり、さらには結晶粒微細化に効果があり、高降伏比や高強度化に寄与する。この効果を得るためには、Nb含有量を0.010%以上とすることが必要である。しかし、Nb含有量が0.100%よりも多いと、成形性の低下が著しくなるため、Nb含有量の上限値を0.100%以下とする。
Ti:0.10%以下
チタン(Ti)は、Nbと同様に、微細な炭窒化物を形成し、結晶粒微細化にも効果があり、強度上昇に寄与することができるため、必要に応じて含有することが出来る元素であるが、Ti含有量を0.10%よりも多くすると、成形性が著しく低下するため、Ti含有量は0.10%以下とし、好ましくは0.05%以下である。なお、強度上昇効果を発揮する上で、Tiを含有させる場合には、0.005%以上含有させることが好ましい。
バナジウム(V)もまた、Nbと同様に、微細な炭窒化物を形成し、結晶粒微細化にも効果があり、強度上昇に寄与することができることができるため、必要に応じて含有することが出来る元素であるが、V含有量を0.10%よりも多くしても、0.10%を超えた分の強度上昇効果は小さく、そのうえ、合金コストの増加も招いてしまう。このため、V含有量は0.10%以下とする。なお、強度上昇効果を発揮する上で、Vを含有させる場合には、0.005%以上含有させることが好ましい。
クロム(Cr)は、焼入れ性を向上させ、第2相を生成することで高強度化に寄与する元素であり、必要に応じて添加することができる元素であるが、この効果を発揮させるためには、Cr含有量は0.10%以上とすることが好ましい。一方、Cr含有量が0.50%より多くしても、効果の向上は認められなくなるため、Cr含有量は0.50%以下とする。
モリブデン(Mo)は、焼入れ性を向上させ、第2相を生成することで高強度化に寄与する元素であり、必要に応じて添加することができる元素であるが、この効果を発揮させるためには、Mo含有量は0.05%以上とすることが好ましい。一方、Mo含有量を0.50%より多くしても、効果の向上は認められなくなるため、Mo含有量は0.50%以下とする。
銅(Cu)は、固溶強化に加えて、焼入れ性を向上させて第2相を生成させることによって、高強度化に寄与する元素であり、必要に応じて添加することができる元素である。この効果を発揮させるためには、Cu含有量は0.05%以上とすることが好ましい。一方、Cu含有量を0.50%より多くしても、効果の向上は認められなくなり、さらに、Cuに起因する表面欠陥が発生しやすくなるため、Cu含有量は0.50%以下とする。
ニッケル(Ni)もまた、Cuと同様に、固溶強化に加えて、焼入れ性を向上させて第2相を生成させることによって、高強度化に寄与し、さらに、Cuとともに添加すると、Cu起因の表面欠陥を抑制する効果があるため、必要に応じて添加することができる。この効果を発揮させるためには、Ni含有量を0.05%以上とすることが好ましい。一方、Ni含有量を0.50%より多くしても、効果の向上は認められなくなるため、Ni含有量は0.50%以下とする。
Bは焼入れ性を向上させ、第2相を生成させることにより高強度化に寄与する元素であり、必要に応じて添加することができる。この効果を発揮するためには、0.0005%以上含有させることが好ましい。一方、0.0030%を超えて含有させても効果が飽和するため、その含有量を0.0030%以下とする。
CaおよびREMは、硫化物の形状を球状化し穴広げ性への硫化物による悪影響の改善に寄与する元素であり、必要に応じて添加することができる。これらの効果を発揮するためには、それぞれ0.001%以上含有させることが好ましい。一方、0.005%を超えて含有させても効果が飽和するため、その含有量を0.005%以下とする。
なお、不可避的不純物としては、例えば、Sb、Sn、Co等が挙げられ、これらの含有量の許容範囲としては、Sb:0.01%以下、Sn:0.1%以下、Zn:0.01%以下、Co:0.1%以下である。また、本発明では、Ta、Mg、Zrを通常の鋼組成の範囲内で含有しても、その効果は失われない。
すなわち、ミクロ組織は、平均結晶粒径が15μm以下のフェライトを体積分率で90%以上、平均結晶粒径が3.0μm以下のマルテンサイトを体積分率で0.5%以上5.0%未満、且つ、パーライトを体積分率で5.0%以下含み、残部が低温生成相からなる複合組織であることが肝要である。ここで述べる体積分率は鋼板組織の全体に対する体積分率であり、以下同様である。
なお、ここでいう「フェライト」とは、再結晶フェライトや未再結晶フェライトを含む全フェライトを意味する。
以上のミクロ組織は、上記した成分組成範囲を満足した上で、次に示す製造条件に従って製造することによって得ることができる。
本発明の溶融亜鉛めっき鋼板は、上記の成分組成範囲に適合した成分組成を有する鋼スラブを、熱間圧延開始温度:1150〜1270℃、仕上げ圧延の終了温度:830〜950℃の条件で熱間圧延を行い、冷却後に、450〜650℃の温度範囲にある巻取り温度で巻取り、酸洗後、冷間圧延を施し、その後、5℃/s以上の平均加熱速度で650℃以上の温度域まで加熱し、730〜880℃の温度域で15〜600s保持し、3〜30℃/sの平均冷却速度で600℃以下の温度域まで冷却して焼鈍後、溶融亜鉛めっき処理を施し、室温まで冷却する方法によって製造できる。
[熱間圧延工程]
・熱間圧延開始温度:1150〜1270℃
熱間圧延開始温度は、1150℃よりも低くなると圧延負荷が増大し、生産性が低下するため好ましくなく、また、1270℃より高くしても加熱コストが増大するだけであるため、1150〜1270℃とすることが好ましい。
熱間圧延は、鋼板内の組織均一化、材質の異方性低減により、焼鈍後の伸びおよび穴広げ性を向上させるため、オーステナイト単相域にて終了する必要があるため、仕上げ圧延終了温度は830℃以上にする。一方、仕上げ圧延終了温度が950℃超えでは、熱延組織が粗大になり、焼鈍後の特性が低下する懸念がある。このため、仕上げ圧延終了温度を830〜950℃とする。仕上げ圧延後の冷却条件については特に限定しないが、巻取り温度まで15℃/s以上の平均冷却速度で冷却するのが好ましい。
巻取り温度が620℃よりも高いと、熱間圧延後の冷却過程にて生成した合金炭化物などの析出物が著しく粗大化し、焼鈍後の強度が低下するため、巻取り温度の上限を620℃とする。好ましくは600℃以下である。一方、巻取り温度が450℃より低いと、硬質なベイナイトやマルテンサイトが過剰に生成し、冷間圧延負荷が増大し、生産性を阻害するため、巻取り温度の下限は450℃とする。
熱間圧延工程後、酸性工程を実施し、熱延板表層のスケールを除去することが好ましい。この酸洗工程は特に限定されず、常法に従って実施すればよい。
必要に応じて、酸洗後の熱延板に対し、所定の板厚の冷延板に圧延する冷間圧延を施す。冷間圧延を行うに際しては、特にその条件を限定する必要はないが、30%以上の圧下率で冷間圧延を施すことが好ましい。この圧下率が低いと、フェライトの再結晶が促進されず、未再結晶フェライトが過剰に残存し、延性と穴広げ性が低下する場合があるためである。
熱間圧延・酸洗後または冷間圧延後の鋼板には、焼鈍が施される。
・焼鈍時の加熱条件:5℃/s以上の平均加熱速度で650℃以上の温度域まで加熱
加熱する温度域が650℃未満、または、平均加熱速度が5℃/s未満の場合、焼鈍中に微細で均一に分散したオーステナイト相が生成されず、最終組織において第2相が局所的に集中して存在する組織が形成され、良好な穴広げ性の確保が困難である。また、平均加熱速度が5℃/s未満の場合、通常よりも長い炉が必要となり、多大なエネルギー消費に伴うコスト増と生産効率の悪化を引き起こす。
本発明では、730〜880℃の温度域にて、具体的には、オーステナイト単相域、もしくはオーステナイト相とフェライト相の2相域で、15〜600s間焼鈍(保持)する。焼鈍温度が730℃未満の場合や、保持(焼鈍)時間が15s未満の場合には、フェライトの再結晶が十分に進行せず、過剰な未再結晶フェライトが鋼板組織に存在してしまい、成形性が劣化する。一方、焼鈍温度が880℃を超える場合は、析出物が粗大化し、強度が低下する。また、保持時間が600s超となると、フェライトが粗大化し、穴広げ性が劣化するため、均熱時間は600s以下とし、好ましくは450s以下である。
上記の均熱後は、均熱温度から600℃以下の温度域(冷却停止温度)まで、3〜30℃/sの平均冷却速度で冷却する必要がある。平均冷却速度が3℃/s未満では、冷却中にフェライト変態が進行して、マルテンサイトの体積分率が減少するため、強度確保が困難である。一方、平均冷却速度が30℃/sを超える場合には、マルテンサイトが過剰に生成するとともに、設備上これを実現することが困難でもある。また、冷却停止温度が600℃を超える場合には、パーライトが過剰に生成するため、鋼板のミクロ組織における所定の体積分率を得られないため、延性および穴広げ性が低下する。
なお、上記の平均冷却速度は、600℃以下、溶融亜鉛めっき浴温度までの領域における冷却速度の平均であり、この温度領域において3〜30℃/sの平均冷却速度が維持されればよい。
焼鈍後は、溶融亜鉛めっきが施される。めっき浴に浸漬する鋼板温度は、(溶融亜鉛めっき浴温度−40)℃〜(溶融亜鉛めっき浴温度+50)℃とすることが好ましい。めっき浴に浸漬する鋼板温度が(溶融亜鉛めっき浴温度−40)℃を下回ると、鋼板がめっき浴に浸漬される際に、溶融亜鉛の一部が凝固してしまい、めっき外観を劣化させる場合があることから、下限を(溶融亜鉛めっき浴温度−40)℃とする。また、めっき浴に浸漬する鋼板温度が(溶融亜鉛めっき浴温度+50)℃を超えると、めっき浴の温度が上昇するため、量産性に問題がある。
表1に示す化学組成の鋼を溶製して鋳造し、230mm厚のスラブを製造し、熱間圧延開始温度、仕上げ圧延終了温度(FDT)を表2に示す条件として、熱間圧延を行い、熱間圧延終了後、冷却し、板厚:3.2mmの熱延鋼板とした後、表2に示す巻取り温度(CT)で巻取った。ついで、得られた熱延板を酸洗した後、表2に示す条件に従って冷間圧延を施し、冷延鋼板を作製した。かくして得られた冷延鋼板を連続溶融亜鉛めっきラインにおいて、表2に示す製造条件に従う、焼鈍処理を行い、溶融亜鉛めっき処理を施した後、さらに表2に示す温度で合金化処理を行い、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を得た。なお、一部の鋼板については、冷間圧延を行わずに熱延板をめっきの下地鋼板とした。さらに、表2に示すように、一部の鋼板については、めっきの合金化処理は行わなかった。
穴広げ性に関しては、日本鉄鋼連盟規格(JFS T1001(1996))に準拠し、クリアランス12.5%にて、10mmφの穴を打ち抜き、かえりがダイ側になるように試験機にセットした後、60°の円錐ポンチで成形することにより穴広げ率(λ)を測定した。λ(%)が、60%以上を有するものを良好な伸びフランジ性を有する鋼板とした。
Claims (10)
- 化学成分が、質量%で、C:0.05〜0.15%、Si:0.10〜0.90%、Mn:1.0〜1.9%、P:0.005〜0.10%、S:0.0050%以下、Al:0.01〜0.10%、N:0.0050%以下およびNb:0.010〜0.100%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、
ミクロ組織が、平均結晶粒径が15μm以下のフェライトを体積分率で90%以上、平均結晶粒径が3.0μm以下のマルテンサイトを体積分率で0.5%以上5.0%未満、且つ、パーライトを体積分率で5.0%以下含み、残部が低温生成相からなる複合組織であり、降伏比が70%以上、引張強さが590MPa以上、全伸びが26.5%以上および穴広げ率λが60%以上であることを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼板。 - 平均粒径が0.10μm以下のNb系析出物を含有することを特徴とする請求項1に記載の溶融亜鉛めっき鋼板。
- Fe成分の一部に代えて、さらに質量%で、Ti:0.10%以下を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の溶融亜鉛めっき鋼板。
- 前記ミクロ組織において、結晶粒径が5μm以下のフェライトの体積分率を鋼板のミクロ組織内における全てのフェライトの体積分率で除した値が、0.25以上を満足することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の溶融亜鉛めっき鋼板。
- Fe成分の一部に代えて、さらに質量%で、V:0.10%以下、Cr:0.50%以下、Mo:0.50%以下、Cu:0.50%以下、Ni:0.50%以下およびB:0.0030%以下から選択される一種以上を含有することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の溶融亜鉛めっき鋼板。
- Fe成分の一部に代えて、さらに質量%で、Ca:0.001〜0.005%およびREM:0.001〜0.005%から選択される一種以上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1項に記載の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1項に記載の合金化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溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法であって、請求項1、3、5および6のいずれかに記載の化学成分を有する鋼スラブを、熱間圧延開始温度:1150〜1270℃、仕上げ圧延の終了温度:830〜950℃の条件で熱間圧延を行い、冷却後に、450〜620℃の温度範囲にある巻取り温度で巻取り、酸洗後、冷間圧延を施し、その後、5℃/s以上の平均加熱速度で650℃以上の温度域まで加熱し、730〜880℃の温度域で15〜600s保持し、引き続き、3〜30℃/sの平均冷却速度で600℃以下の温度域まで冷却し、その後溶融亜鉛めっき処理を施し、室温まで冷却することを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
- 請求項1から6のいずれかに記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法であって、請求項1、3、5および6のいずれかに記載の化学成分を有する鋼スラブを、熱間圧延開始温度:1150〜1270℃、仕上げ圧延の終了温度:830〜950℃の条件で熱間圧延を行い、冷却後に、450〜620℃の温度範囲にある巻取り温度で巻取り、酸洗後、5℃/s以上の平均加熱速度で650℃以上の温度域まで加熱し、730〜880℃の温度域で15〜600s保持し、引き続き、3〜30℃/sの平均冷却速度で600℃以下の温度域まで冷却し、その後溶融亜鉛めっき処理を施し、室温まで冷却することを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
- 溶融亜鉛めっき処理を施した後に、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または請求項9に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
Priority Applications (7)
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