JP6115695B1 - 熱延鋼板 - Google Patents
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Abstract
Description
また、負荷応力が増加すると、部材の疲労特性が低下したり部材の耐久性が低下したりする場合もある。
そのため、負荷応力や応力集中を低減できる構造を部材に適用して部材の剛性および耐久性を高めている。この場合、複雑な形状の部材を成形によって得るために、熱延鋼板には極めて高い成形性が必要になる。
一般に、バーリング加工性と伸びフランジ加工性とは、穴広げ試験で測定される穴広げ率と相関がある。すなわち、伸びと穴広げ性に優れた高強度熱延鋼板を足回り部材に適用することにより、板厚の低減による部材重量の低減と部材剛性の向上を同時に達成することができ、二酸化炭素排出量をさらに削減することができる。
即ち、本発明の要旨は、以下の通りである。
(2)上記(1)に記載の熱延鋼板では、前記化学組成が、質量%にて、Nb:0.005%〜0.06%、Mo:0.05%〜1.0%、V:0.02%〜1.0%、W:0.1%〜1.0%、B:0.0001%〜0.005%、Cu:0.1%〜1.2%、Ni:0.05%〜0.8%、Cr:0.01%〜1.5%、Ca:0.0005%〜0.0050%、REM:0.0005%〜0.0500%からなる群から選択される少なくとも1種を含有してもよい。
(3)上記(1)または(2)に記載の熱延鋼板では、Ti炭化物として存在するTiの質量%が下記式(a)により計算されるTiefの40%以上であってもよい。
Tief=[Ti]−48/14×[N]−48/32×[S] (a)
(4)上記(3)に記載の熱延鋼板では、全てのTi炭化物の合計質量に対する7nm〜20nmの円相当粒径を有するTi炭化物の合計質量の割合が50%以上であってもよい。
そこで、本発明者らは、様々な組織を有するDP鋼を用いて、加工時におけるボイドの生成メカニズムと穴広げ性とを詳細に調査した。その結果、増加(成長)及び連結を通じてDP鋼を破断させるボイドの多くは、マルテンサイトの脆性破壊または延性破壊によって生成することが明らかになった。
まず、本実施形態に係る熱延鋼板の化学組成について詳細に説明する。なお、各元素の含有量の%は質量%を意味する。
Cは、マルテンサイトを生成させる重要な元素である。また、Cは、Tiと結合してフェライトの強度を高めるTi炭化物を生成させることができる。マルテンサイトを十分に生成させるためには、C量が0.030%以上である必要がある。好ましくは、C量が0.035%以上もしくは0.040%以上である。しかし、C量が0.075%以上であると、マルテンサイトの量が多過ぎて、穴広げ性が低下する。そのため、C量が0.075%未満である必要がある。好ましくは、C量が0.070%以下、0.065%以下、もしくは0.060%以下である。
Mnは、フェライトの強度および焼入れ性を高める重要な元素である。焼入れ性を高め、マルテンサイトを生成させるためには、Mn量が0.5%以上である必要がある。Mn量は、好ましくは0.6%以上、0.7%以上、もしくは、0.8%以上、さらに好ましくは0.9%以上もしくは1.0%以上である。ただし、Mn量が2.0%を超えると、フェライトを十分に生成させることができない。そのため、Mn量の上限は、2.0%である。Mn量は、好ましくは1.9%以下、1.8%以下、1.7%以下、もしくは、1.6%以下であり、さらに好ましくは1.5%以下もしくは1.4%以下である。
Pは、不純物元素であり、0.040%を超えると溶接部が顕著に脆化するため、P量を0.040%以下に制限する。P量は、好ましくは0.030%以下もしくは0.020%以下であり、より好ましくは、0.015%以下である。P量の下限は特に定めないが、P量を0.0001%未満まで低減することは、経済的に不利である。そのため、製造コストの観点から、P量を0.0001%以上とすることが好ましい。
Sは、不純物元素であり、溶接性や鋳造時及び熱延時の製造性に悪影響を及ぼすことから、S量を0.0100%以下に制限する。また、鋼がSを過剰に含有すると、粗大なMnSが形成し、穴広げ性が低下する。そのため、穴広げ性を向上させるためには、S量を低減することが好ましい。このような観点から、S量は0.0060%以下もしくは0.0050%以下とすることが好ましく、0.0040%以下とすることがより好ましい。Sの下限は特に定めないが、S量を0.0001%未満まで低減することは、経済的に不利である。そのため、S量を0.0001%以上とすることが好ましい。
SiおよびAlは、フェライトの強化、フェライトの生成およびマルテンサイト中の炭化物析出を通じて強度に影響を与える重要な元素である。フェライトを90面積%以上生成させるためには、SiとAlの合計量が0.08%以上である必要がある。なお、フェライト量をさらに増やすためには、SiとAlの合計量は、0.20%以上であることが好ましく、0.30%以上であることがより好ましい。一方、SiとAlの合計量が0.40%を超えるとマルテンサイト中の鉄炭化物の析出が抑制される。そのため、8GPa未満の硬度のマルテンサイト粒の個数が減少し、後述する(N1/N2)が1.2を超え、穴広げ性が低下する。したがって、SiとAlの合計量は0.40%以下である。なお、穴広げ性をより高めるために、SiとAlの合計量は、0.30%以下であることが好ましく、0.20%以下であることがより好ましい。このように、SiとAlの合計量を0.08%〜0.40%の範囲内とすることが重要である。製鋼コストを低減する場合には、Si量が0.05%以上であると好ましく、Al量が0.03%以上であると好ましい。以上から、Si量は、0.40%以下であることが必要であり、0.37%以下であると好ましい。また、Al量は、0.40%以下であることが必要であり、0.35%以下であると好ましい。また、鋼板の表面性状をより良好にするためには、Si量が0.20%以下であると好ましく、Al量が0.10%以下であると好ましい。
Nは、不純物元素である。N量が0.0100%を超えると、粗大な窒化物が形成し、曲げ性や穴広げ性を劣化させる。そのため、N量を0.0100%以下に制限する。また、N量が増加すると、溶接時にブローホールを発生させる確率が高まるので、N量を低減することが好ましい。このような観点から、N量は、0.0090%以下、0.0080%以下、もしくは、0.0070%以下であることが好ましく、0.0060%以下、0.0050%以下、もしくは、0.0040%以下であることがより好ましい。N量の下限は、特に定めないが、N量を0.0005%未満とするには、製造コストが大きく上昇する。そのため、N量を0.0005%以上とすることが好ましい。
Tiは、炭化物を形成し、フェライトを強化する重要な元素である。Ti量が0.020%を下回ると、フェライトの強度が十分でないため、鋼板の強度が不足する。不足した強度を埋め合わせるためにマルテンサイトの面積率を高めると伸びが低下する。そのため、Ti量が0.020%以上であることが必要である。フェライトをより強化するために、Ti量は、0.030%以上であることが好ましく、0.040%以上であることがより好ましい。特に、引張強度を優先的に高めるためには、Ti量が0.070%以上、0.080%以上、0.090%以上、もしくは、0.100%以上であることが特に好ましい。一方、Ti量が0.150%を超えると、フェライトが過剰に強化されて伸びが大きく低下するため、Ti量を0.150%以下に制限する。Ti量は、好ましくは、0.140%以下もしくは0.130%以下である。特に、伸びをできる限り維持するためには、Ti量が0.070%未満もしくは0.060%以下であることが好ましい。
Nbは、フェライトの析出強化に関する元素である。Nb量が0.06%を超えると、フェライト変態の開始温度もしくは速度が大幅に低下し、フェライト変態が十分に進まないので、伸びが劣化してしまう。そのため、Nb量は、0.06%以下であることが好ましく、0.05%以下、0.04%以下、0.03%以下、もしくは、0.02%以下であることがさらに好ましい。フェライトを強化するためには、Nb量が、0.005%以上であることが好ましく、0.010%以上であるとより好ましい。Nb量が0.005%未満であってもNbが鋼板特性に悪影響を及ぼさない。そのため、Nb量が、0%であってもよく、0.005%未満であってもよい。
V、Mo、Wは、鋼板の強度を高める元素である。鋼板の強度をさらに高めるには、鋼板が、0.02%〜1.00%のV、0.05%〜1.0%のMo、0.1%〜1.0%のWからなる群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。V量が0.02%未満、Mo量が0.05%未満、W量が0.1%未満であっても、V、Mo、Wは鋼板特性に悪影響を及ぼさない。そのため、V量が、0%であってもよく、0.02%未満であってもよい。また、Mo量が、0%であってもよく、0.05%未満であってもよい。W量が、0%であってもよく、0.1%未満であってもよい。しかし、V量、Mo量、W量が過剰であると、成形性が劣化する場合がある。そのため、V量が1.00%以下、W量が1.0%以下、Mo量が1.0%以下であることが好ましい。
更に鋼板の強度を高めるために、鋼板が、0.01%〜1.5%のCr、0.1%〜1.2%のCu、0.05%〜0.80%のNi、0.0001%〜0.005%のBからなる群から選択される少なくとも1種を含有してもよい。Cr量が0.01%未満、Cu量が0.1%未満、Ni量が0.05%未満、B量が0.0001%未満であっても、Cr、Cu、Ni、Bは鋼板特性に悪影響を及ぼさない。そのため、Cr量が、0%であってもよく、0.01%未満であってもよい。また、Cu量が、0%であってもよく、0.1%未満であってもよい。Ni量が、0%であってもよく、0.05%未満であってもよい。B量が、0%であってもよく、0.0001%未満であってもよい。しかし、Cr量、Cu量、Ni量、B量が過剰であると、成形性が劣化する場合がある。そのため、Cr量が1.5%以下、Cu量が1.2%以下、Ni量が0.80%以下、B量が0.005%以下であることが好ましい。
Ca及びREMは、酸化物や硫化物の形態の制御に有効な元素である。そのため、鋼板が、0.0005%〜0.050%のREM、0.0005%〜0.005%のCaからなる群から選択される少なくとも1種を含有してもよい。Ca量やREM量が過剰であると、成形性を損なうことがある。そのため、REM量の上限は、0.050%、Ca量の上限は、0.005%である。Ca量は、0%であってもよく、0.0005%未満であってもよい。REM量は、0%であってもよく、0.0005%未満であってもよい。
本発明において、REMは、ランタノイド系列の元素を指す。REMは、ミッシュメタルにて鋼中に添加されることが多い。そのため、鋼板がLaやCe等のランタノイド系列の元素から選択される2種以上を含有することが多い。鋼中には、ミッシュメタルの代わりに金属LaやCeを添加してもよい。
測定したマルテンサイト粒を硬さによって3つに分類し、その3つの階級の所定の個数割合(10.0GPa以上の硬度を有するマルテンサイト粒の個数割合及び8.0GPa未満の硬度を有するマルテンサイト粒の個数に対する8.0GPa以上10.0GPa未満の硬度を有するマルテンサイト粒の個数の比)にてマルテンサイトの内部組織を評価する。例えば、鋼板表面から板厚の1/4だけ板厚方向に離れた領域(1/4厚領域)内の40〜50個のマルテンサイト粒の硬さを測定し、これらのマルテンサイト粒を、8.0GPa未満の硬度を有するマルテンサイト粒、8.0GPa以上10.0GPa未満の硬度を有するマルテンサイト粒、10.0GPa以上の硬度を有するマルテンサイト粒に分類し、それぞれの階級に含まれるマルテンサイト粒の個数をカウントする。各階級におけるマルテンサイト粒の個数から10.0GPa以上の硬度を有するマルテンサイト粒の個数割合及び8.0GPa未満の硬度を有するマルテンサイト粒の個数に対する8.0GPa以上10.0GPa未満の硬度を有するマルテンサイト粒の個数の比を計算する。
粗圧延終了温度が1000℃以上であると、強度を高めないTi炭化物がオーステナイト域における歪誘起によって析出するのを抑止できるため、強度を高めるTi炭化物を後工程で析出させるために必要な固溶Tiを十分な量確保できる。そのため、粗圧延終了温度は1000〜1300℃であると好ましい。より好ましくは、粗圧延の終了温度は1050℃以上または1080℃以上である。
仕上げ圧延終了温度は850〜1000℃である。仕上げ圧延終了温度が1000℃を超えると、再結晶したオーステナイト(γ)の粒径の増加によりフェライトの核生成サイトが減少してフェライト変態が大幅に遅延する。その結果、フェライトの面積率が低下し、十分な伸びを確保できない。そのため、仕上げ圧延終了温度は、1000℃以下である。また、伸びを安定的に高めるために、仕上げ圧延終了温度は950℃以下であることが好ましい。一方、仕上げ圧延終了温度が850℃未満では、次の一次冷却前にフェライト変態が開始し、一次冷却中のフェライト変態の駆動力が低下する。そのため、一次冷却の冷却速度を高めても、オーステナイト粒内への炭素の濃縮に及ぼす一次冷却の効果が十分でない。結果として、8.0GPa以上の硬度を有するマルテンサイト粒が減少して(N1/N2)が0.8未満となり、強度が不足する。そのため、仕上げ圧延終了温度は、850℃以上である。
このように、熱間圧延工程では、粗圧延後に仕上げ圧延を行い、仕上げ圧延を850〜1000℃の温度域で終了する。
仕上げ圧延の後、仕上げ圧延終了温度から二次冷却開始温度まで一次冷却を行う。この一次冷却では、仕上げ圧延終了温度から二次冷却開始温度までの平均冷却速度(一次冷却速度)は、20℃/s以上である。
ここで、種々の硬度を有するマルテンサイト粒を同一金属組織内に形成するためには、マルテンサイト粒各々に含まれる炭素の量を制御することが有効である。
マルテンサイト変態前のオーステナイト中の炭素量は、オーステナイトがフェライトに変態する際に、炭素がフェライトからオーステナイトに移動することで高まっていく。フェライト変態が進行すると、オーステナイトはフェライトにより分断されて孤立していくため、オーステナイト粒間で炭素の移動ができなくなる。オーステナイト粒内の炭素量は、オーステナイト粒の周囲で生じるフェライト変態の温度によって変化する。したがって、同一金属組織内で、フェライト変態温度を変動させ、フェライト変態率を局所的に変動させることで、同一金属組織内に様々な炭素量のオーステナイト粒が得られる。マルテンサイトは、オーステナイトが変態して得られるので、結果として広い硬度範囲のマルテンサイト粒を得ることができる。
一次冷却速度が20℃/s未満の場合、フェライト変態は高温域のみで進行する。この結果、フェライト変態の駆動力が小さいためフェライト変態の速度が遅く、オーステナイト粒の大半が炭素量の低いオーステナイト粒によって占められる。そのため、8.0GPa以上の硬度を有するマルテンサイト粒が減少して(N1/N2)が0.8未満となり、強度が不足する。
なお、鋼板の強度を高めるために、8.0〜10.0GPaのマルテンサイト粒の量を増やす場合には、一次冷却速度が30℃/s以上もしくは40℃/s以上であると好ましい。
本実施例では、1/4厚領域におけるマルテンサイト粒を40〜50個測定し、これらのマルテンサイト粒を8.0GPa未満の硬度範囲と、8.0GPa以上10.0GPa未満(8.0〜10.0GPa)の硬度範囲と、10.0GPa以上の硬度範囲という3区分に分類した。各区分に分類されたマルテンサイト粒の個数から、10.0GPa以上の硬度を有するマルテンサイト粒の個数割合(個数密度)(%)と、8.0GPa未満の硬度を有するマルテンサイト粒の個数N2に対する8.0GPa以上10.0GPa未満の硬度を有するマルテンサイト粒の個数N1の比とを算出した。表5〜10中において、「>10GPa」は、10.0GPa以上の硬度を有するマルテンサイト粒の個数割合(%)を表している。また、「個数比N1/N2」は、8.0GPa未満の硬度を有するマルテンサイト粒の個数N2に対する8.0GPa以上10.0GPa未満の硬度を有するマルテンサイト粒の個数N1の比を表している。
No.B−2及びNo.I−3では、仕上げ圧延終了温度が1000℃を超えていたため、鋼板中のフェライトの面積率が90%未満となり、伸びが十分でなかった。
No.D−2及びNo.K−3では、一次冷却速度が20℃/s未満であったため、鋼板のN1/N2が0.8未満となり、強度が十分でなかった。
No.A−3及びNo.I−7では、二次冷却開始温度が750℃を超えていたため、鋼板中のフェライトの面積率が90%未満となり、伸びが十分でなかった。
No.A−8及びNo.H−7では、二次冷却速度が10℃/sを超えていたため、鋼板中のフェライトの面積率が90%未満となり、伸びが十分でなかった。
No.C−1及びNo.J−1では、二次冷却時間が2秒未満であったため、鋼板中のフェライトの面積率が90%未満となり、伸びが十分でなかった。
No.D−1及びNo.K−1では、二次冷却時間が10秒を超えていたため、鋼板中のパーライトの面積率が3%を超えてしまい、穴広げ性が十分でなかった。
No.A−10〜A−14、No.B−4及びNo.I−5では、三次冷却速度が80℃/s以下であったため、鋼板のN1/N2が0.8未満となり、強度が十分でなかった。
No.E−2及びNo.L−2では、四次冷却速度が30℃/s未満であったため、鋼板のN1/N2が0.8未満となり、強度が十分でなかった。
No.G−2及びNo.N−2では、四次冷却速度が80℃/sを超えていたため、硬度が10.0GPa以上のマルテンサイト粒の個数割合が10%を超えてしまい、穴広げ性が十分でなかった。
No.a−1〜n−1では、鋼の化学組成が適切ではなかったため、強度、伸び、穴広げ性の少なくとも1つが十分でなかった。
Claims (4)
- 質量%にて、
C:0.030%以上0.075%未満、
Si+Al:0.08%〜0.40%、
Mn:0.5%〜2.0%、
Ti:0.020%〜0.150%、
Nb:0%〜0.06%、
Mo:0%〜1.0%、
V:0%〜1.00%、
W:0%〜1.0%、
B:0%〜0.005%、
Cu:0%〜1.2%、
Ni:0%〜0.80%、
Cr:0%〜1.5%、
Ca:0%〜0.005%、
REM:0%〜0.050%、
P:0%〜0.040%、
S:0%〜0.0100%、
N:0%〜0.0100%
であり、残部がFe及び不純物からなる化学組成を有し、
フェライトとマルテンサイトとを含む金属組織を有し、
前記金属組織では、面積%で、フェライトが90%〜98%、マルテンサイトが2%〜10%、ベイナイトが0%〜3%、パーライトが0%〜3%であり、
前記マルテンサイトでは、10.0GPa以上の硬度を有するマルテンサイト粒の個数割合が10%以下であり、
8.0GPa未満の硬度を有するマルテンサイト粒の個数N2に対する8.0GPa以上10.0GPa未満の硬度を有するマルテンサイト粒の個数N1の比、N1/N2が0.8〜1.2である
ことを特徴とする熱延鋼板。 - 前記化学組成が、質量%にて、
Nb:0.005%〜0.06%、
Mo:0.05%〜1.0%、
V:0.02%〜1.0%、
W:0.1%〜1.0%、
B:0.0001%〜0.005%、
Cu:0.1%〜1.2%、
Ni:0.05%〜0.8%、
Cr:0.01%〜1.5%、
Ca:0.0005%〜0.0050%、
REM:0.0005%〜0.0500%
からなる群から選択される少なくとも1種を含有する
ことを特徴とする請求項1に記載の熱延鋼板。 - Ti炭化物として存在するTiの質量%が下記式(1)により計算されるTiefの40%以上である
ことを特徴とする請求項1または2に記載の熱延鋼板。
Tief=[Ti]−48/14×[N]−48/32×[S] (1) - 全てのTi炭化物の合計質量に対する7nm〜20nmの円相当粒径を有するTi炭化物の合計質量の割合が50%以上である
ことを特徴とする請求項3に記載の熱延鋼板。
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