JP5962540B2 - 高強度鋼板の製造方法 - Google Patents
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Description
一般に自動車用鋼板は塗装して使用されており、その塗装の前処理として、リン酸塩処理と呼ばれる化成処理が施される。鋼板の化成処理は塗装後の耐食性を確保するための重要な処理の一つである。
また、特許文献5では、酸化性雰囲気中で鋼板温度を350〜650℃に到達させて鋼板表面に酸化膜を形成させ、その後、還元性雰囲気中で再結晶温度まで加熱し冷却する方法が記載されている。しかしながらこの方法では、酸化する方法により鋼板表面に形成される酸化皮膜の厚みに差があり、十分に酸化が起こらなかったり、酸化皮膜が厚くなりすぎて、後の還元性雰囲気中での焼鈍において酸化膜の残留または剥離を生じ、表面性状が悪化する場合がある。実施例では、大気中で酸化する技術が記載されているが、大気中での酸化は酸化物が厚く生成してその後の還元が困難である、あるいは高水素濃度の還元雰囲気が必要である、等の問題がある。
[1]質量%で、C:0.03〜0.35%、Si:0.01〜0.50%、Mn:3.6〜8.0%、Al:0.01〜1.0%、P≦0.10%、S≦0.010%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼板を連続焼鈍する際に、焼鈍炉内での鋼板最高到達温度は600℃以上750℃以下であり、鋼板温度が600℃以上750℃以下の温度域における鋼板通過時間は30秒以上10分以内、雰囲気中の露点は−10℃以上とすることを特徴とする高強度鋼板の製造方法。
[2]前記[1]において、前記鋼板は、成分組成として、質量%で、さらに、B:0.001〜0.005%、Nb:0.005〜0.05%、Ti:0.005〜0.05%、Cr:0.001〜1.0%、Mo:0.05〜1.0%、Cu:0.05〜1.0%、Ni:0.05〜1.0%、Sn:0.001〜0.20%、Sb:0.001〜0.20%、Ta:0.001〜0.10%、W:0.001〜0.10%、V:0.001〜0.10%の中から選ばれる1種以上の元素を含有することを特徴とする高強度鋼板の製造方法。
[3]前記[1]または[2]において、さらに、硫酸を含む水溶液中で電解酸洗を行うことを特徴とする高強度鋼板の製造方法。
[4]前記[1]〜[3]に記載のいずれかの製造方法により製造され、鋼板表面から100μm以内の鋼板表層部にFe、Si、Mn、Al、P、B、Nb、Ti、Cr、Mo、Cu、Ni、Sn、Sb、Ta、W、Vの中から選ばれる少なくとも1種以上の酸化物を合計で、片面あたり0.010〜0.100g/m2形成し、更に、鋼板表面から10μm以内の領域において、鋼板結晶粒界から1μm以内の粒内にMnを含む酸化物が存在していることを特徴とする高強度鋼板。
先ず、本発明で最も重要な要件である、鋼板表面の構造を決定する焼鈍雰囲気条件について説明する。焼鈍を施すに際し、焼鈍炉内での鋼板最高到達温度を600℃以上750℃以下、鋼板温度が600℃以上750℃以下の温度域における鋼板通過時間を30秒以上10分以内、雰囲気中の露点を−10℃以上となるように制御することで鋼板表面100μm以内の内部に易酸化性元素(Si、Mnなど)の酸化物(以下、内部酸化物と称する)を適量存在させ、焼鈍後の化成処理性を劣化させる鋼中Si、Mn等の鋼板表層における選択的表面酸化(以後、表面濃化と称する)を抑制することが可能となる。
鋼板温度が600℃以上750℃以下の温度域における雰囲気中の露点を−10℃以上とした理由は以下の通りである。露点を上昇させることにより、H2Oの分解から生じるO2ポテンシャルを上昇させ、内部酸化を促進することが可能である。内部酸化を形成することにより、鋼板表面10μm以内の内部の易酸化性元素(Si、Mnなど)の固溶量を減少させた領域(以下、欠乏層と称する)を形成させ、鋼中からの易酸化性元素の表面拡散を抑制する。この内部酸化を形成し、表面濃化を抑制するために十分な欠乏層を形成させるためには、600℃以上750℃以下の温度域における露点を−10℃以上とする必要がある。−10℃を下回った場合、十分に内部酸化が形成されない。一方、露点の上限については特に定めないが、60℃を超えてくるとFeの酸化量が多くなり、焼鈍炉内やロールの劣化が懸念されるため、60℃以下が望ましい。
C:0.03〜0.35%
Cは、鋼組織としてマルテンサイトなどを形成させることで加工性を向上させる。そのためには0.03%以上必要である。一方、0.35%を超えると溶接性が劣化する。したがって、C量は0.03%以上0.35%以下とする。
Siは鋼を強化して良好な材質を得るのに有効な元素ではあるが、易酸化性元素であるため、化成処理性には不利であり、極力添加することは避けるべき元素である。しかしながら、0.01%程度は不可避的に鋼中に含まれ、これ以下に低減するためにはコストが上昇してしまうため、0.01%を下限とする。一方、0.50%を超えると鋼の強化能や伸び向上効果が飽和してくる。また、化成処理性が劣化する。したがって、Si量は0.01%以上0.50%以下とする。
Mnは鋼の高強度化に有効な元素である。機械特性や強度を確保するためは3.6%以上含有させることが必要である。一方、8.0%を超えると化成処理性の確保、強度と延性のバランスの確保が困難になる。さらに、コスト的に不利となる。したがって、Mn量は3.6%以上8.0%以下とする。
Alは溶鋼の脱酸を目的に添加されるが、その含有量が0.01%未満の場合、その目的が達成されない。溶鋼の脱酸の効果は0.01%以上で得られる。一方、1.0%を超えるとコストアップになる。さらに、Alの表面濃化が多くなり、化成処理性の改善が困難になってくる。したがって、Al量は0.01%以上1.0%以下とする。
Pは不可避的に含有される元素のひとつであり、0.005%未満にするためには、コストの増大が懸念されるため、0.005%以上が望ましい。一方、Pが0.10%を超えて含有されると溶接性が劣化する。さらに、化成処理性の劣化が激しくなり、本発明をもってしても化成処理性を向上させることが困難になってくる。したがって、P量は0.10%以下とし、下限としては0.005%が望ましい。
Sは不可避的に含有される元素のひとつである。下限は規定しないが、多量に含有されると溶接性および耐食性が劣化するため0.010%以下とする。
これらの元素を添加する場合における適正添加量の限定理由は以下の通りである。
Bは0.001%未満では焼き入れ促進効果が得られにくい。一方、0.005%超えでは化成処理性が劣化する。よって、含有する場合、B量は0.001%以上0.005%以下とする。但し、機械的特性改善上添加する必要がないと判断される場合は添加する必要はない。
Nbは0.005%未満では強度調整の効果が得られにくい。一方、0.05%超えではコストアップを招く。よって、含有する場合、Nb量は0.005%以上0.05%以下とする。
Tiは0.005%未満では強度調整の効果が得られにくい。一方、0.05%超えでは化成処理性の劣化を招く。よって、含有する場合、Ti量は0.005%以上0.05%以下とする。
Crは0.001%未満では焼き入れ性効果が得られにくい。一方、1.0%超えではCrが表面濃化するため、溶接性が劣化する。よって、含有する場合、Cr量は0.001%以上1.0%以下とする。
Moは0.05%未満では強度調整の効果が得られにくい。一方、1.0%超えではコストアップを招く。よって、含有する場合、Mo量は0.05%以上1.0%以下とする。
Cuは0.05%未満では残留γ相形成促進効果が得られにくい。一方、1.0%超えではコストアップを招く。よって、含有する場合、Cu量は0.05%以上1.0%以下とする。
Niは0.05%未満では残留γ相形成促進効果が得られにくい。一方、1.0%超えではコストアップを招く。よって、含有する場合、Ni量は0.05%以上1.0%以下とする。
SnやSbは鋼板表面の窒化、酸化、あるいは酸化により生じる鋼板表面の数十ミクロン領域の脱炭を抑制する観点から含有することができる。窒化や酸化を抑制することで鋼板表面においてマルテンサイトの生成量が減少するのを防止し、疲労特性や表面品質が改善する。以上の観点から、Snおよび/またはSbを含有する場合は、いずれも0.001%以上とする。また、いずれかの含有量が0.20%を超えると靭性の劣化を招くので、0.20%以下とすることが好ましい。
TaはCやNと炭化物や炭窒化物を形成することで高強度化に寄与し、さらに高降伏比(YR)化に寄与する。さらに、Taは熱延板組織を微細化する作用を有し、この作用により、冷延、焼鈍後のフェライト粒径が微細化される。そして、粒界面積の増大に伴う粒界へのC偏析量が増大し、高焼付き硬化量(BH量)を得ることができる。このような観点から、Taは0.001%以上含有することができる。一方、0.10%を超える過剰のTaの含有は、原料コストの増加を招くだけでなく、焼鈍後の冷却過程におけるマルテンサイトの形成を妨げる可能性がある。さらには、熱延板中に析出したTaCは、冷間圧延時の変形抵抗を高くし、安定した実機製造を困難にする場合がある。よって、Taを含有する場合は、0.10%以下とする。
WおよびVは炭窒化物を形成し、鋼を析出効果により高強度化する作用を有する元素であり、必要に応じて添加できる。このような作用は、Wおよび/またはVを添加する場合、いずれとも0.001%以上含有して認められる。一方、0.10%を超えて含有する場合、過度に高強度化し、延性が劣化してしまう。以上より、Wおよび/またはVを含有する場合、いずれも0.001%以上0.10%以下とする。
通常、行われる条件にて行うことができる。
熱間圧延後は酸洗処理を行うのが好ましい。酸洗工程で表面に生成した黒皮スケールを除去し、しかる後冷間圧延する。なお、酸洗条件は特に限定しない。
40%以上80%以下の圧下率で行うことが好ましい。圧下率が40%未満では再結晶温度が低温化するため、機械特性が劣化しやすい。一方、圧下率が80%超えでは高強度鋼板であるため、圧延コストがアップするだけでなく、焼鈍時の表面濃化が増加するため、化成処理性が劣化する場合がある。
また、同一焼鈍条件で比較した場合、Si、Mnの表面濃化量は、鋼中Si、Mn量に比例して大きくなる。また、同一鋼種の場合、比較的高い酸素ポテンシャル雰囲気では、鋼中Si、Mnが内部酸化に移行するため、雰囲気中酸素ポテンシャルの増加に伴い、表面濃化量は少なくなる。そのため、鋼中Si、Mn量が多い場合、露点を上昇させることにより、雰囲気中酸素ポテンシャルを増加させる必要がある。
鋼板表面から100μm以内の鋼板表層部には、Fe、Si、Mn、Al、P、さらには、B、Nb、Ti、Cr、Mo、Cu、Ni、Sn、Sb、Ta、W、Vのうちから選ばれる1種以上の酸化物が合計で片面あたり0.010〜0.100g/m2形成される。また、鋼板表面から10μmまでの領域においては、粒界から1μm以内の粒内にMnを含む酸化物が存在する。
表1に示す鋼組成からなる熱延鋼板を酸洗し、黒皮スケールを除去した後、表2、表3に示す条件にて冷間圧延し、厚さ1.0mmの冷延鋼板を得た。なお、一部は冷間圧延を実施せず、黒皮スケール除去後の熱延鋼板(厚さ2.0mm)ままのものも準備した。
化成処理液は日本パーカライジング(株)製の化成処理液(パルボンドL3080(登録商標))を用い、下記方法で化成処理を施した。
日本パーカライジング(株)製の脱脂液ファインクリーナー(登録商標)で脱脂したのち、水洗し、次に日本パーカライジング(株)製の表面調整液プレパレンZ(登録商標)で30s表面調整を行い、43℃の化成処理液(パルボンドL3080)に120s浸漬した後、水洗し、温風乾燥した。
化成処理後の供試材を走査型電子顕微鏡(SEM)で倍率500倍で無作為に5視野を観察し、化成処理皮膜のスケ面積率を画像処理により測定し、スケ面積率によって以下の評価を行った。○が合格レベルである。
○:10%以下
×:10%超
電着塗装後の耐食性
上記の方法で得られた化成処理を施した供試材より寸法70mm×150mmの試験片を切り出し、日本ペイント(株)製のPN−150G(登録商標)でカチオン電着塗装(焼付け条件:170℃×20分、膜厚25μm)を行った。その後、端部と評価しない側の面をAlテープでシールし、カッターナイフにて地鉄に達するクロスカット(クロス角度60°)を入れ、供試材とした。
○:剥離幅が片側2.5mm未満
×:剥離幅が片側2.5mm以上
加工性
加工性は、試料から圧延方向に対して90°方向にJIS5号引張試験片を採取し、JIS Z 2241の規定に準拠してクロスヘッド速度10mm/min一定で引張試験を行い、引張り強度(TS/MPa)と伸び(El/%)を測定し、TS×El≧24000のものを良好、TS×El<24000のものを不良とした。
内部酸化量は、「インパルス炉溶融−赤外線吸収法」により測定する。ただし、素材(すなわち焼鈍を施す前の高強度鋼板)に含まれる酸素量を差し引く必要があるので、本発明では、連続焼鈍後の高強度鋼板の両面の表層部を100μm以上研磨して鋼中酸素濃度を測定し、その測定値を素材に含まれる酸素量OHとし、また、連続焼鈍後の高強度鋼板の板厚方向全体での鋼中酸素濃度を測定して、その測定値を内部酸化後の酸素量OIとした。このようにして得られた高強度鋼板の内部酸化後の酸素量OIと、素材に含まれる酸素量OHとを用いて、OIとOHの差(=OI−OH)を算出し、さらに片面単位面積(すなわち1m2)当たりの量に換算した値(g/m2)を内部酸化量とした。
Claims (3)
- 質量%で、C:0.03〜0.35%、Si:0.01〜0.50%、Mn:3.6〜8.0%、Al:0.01〜1.0%、P≦0.10%、S≦0.010%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼板を連続焼鈍する際に、
焼鈍炉内での鋼板最高到達温度は600℃以上750℃以下であり、鋼板温度が600℃以上750℃以下の温度域における鋼板通過時間は30秒以上10分以内、雰囲気中の露点は−10℃以上とすることを特徴とする、鋼板表面から100μm以内の鋼板表層部にFe、Si、Mn、Al、P、B、Nb、Ti、Cr、Mo、Cu、Ni、Sn、Sb、Ta、W、Vの中から選ばれる少なくとも1種以上の酸化物を合計で、片面あたり0.010〜0.100g/m 2 形成し、更に、鋼板表面から10μm以内の領域において、鋼板結晶粒界から1μm以内の粒内にMnを含む酸化物が存在している、化成処理後の供試材を走査型電子顕微鏡(SEM)で倍率500倍で無作為に5視野を観察し、化成処理皮膜のスケ面積率が10%以下であり、引張り強度(TS)×伸び(El)≧24000である高強度鋼板の製造方法。
ただし、前記高強度鋼板として、溶融亜鉛めっき鋼板、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を除く。 - 前記鋼板は、成分組成として、質量%で、さらに、B:0.001〜0.005%、Nb:0.005〜0.05%、Ti:0.005〜0.05%、Cr:0.001〜1.0%、Mo:0.05〜1.0%、Cu:0.05〜1.0%、Ni:0.05〜1.0%、Sn:0.001〜0.20%、Sb:0.001〜0.20%、Ta:0.001〜0.10%、W:0.001〜0.10%、V:0.001〜0.10%の中から選ばれる1種以上の元素を含有することを特徴とする請求項1に記載の高強度鋼板の製造方法。
- 前記連続焼鈍を行った後、さらに、硫酸を含む水溶液中で電解酸洗を行うことを特徴とする請求項1または2に記載の高強度鋼板の製造方法。
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