JP6275560B2 - 衝突特性に優れる超高強度鋼板 - Google Patents
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Description
質量%で、
C:0.15〜0.40%、
Si:0〜0.20%、
Mn:0〜0.40%、
Cr:0.5〜3.0%、
P:0.02%以下、
S:0.01%以下、
Al:0.10%以下
であり、残部が鉄および不可避的不純物からなる成分組成を有し、
面積率で90%以上のマルテンサイトを含む実質的にマルテンサイト単相組織であるとともに、
鉄系炭化物中のCr濃度が0.6原子%以上である組織を有する
ことを特徴とする。
上記第1発明において、
成分組成が、さらに、
Ti:0.01〜0.03質量%、
B:0.0005〜0.005質量%、
N:Ti/Nが2.0〜6.0を満たすN含有量
を含むものである。
ただし、Ti、Nは各成分の質量%を表す。
上記第1または第2発明において、
成分組成が、さらに、質量%で、
Mo:0%超0.5%以下、
V:0%超0.2%以下、
Nb:0%超0.2%以下、
W:0%超0.2%以下、
Zr:0%超0.2%以下の1種または2種以上を含むものである。
上記第1〜第3発明のいずれか1つの発明において、
成分組成が、さらに、
Cu、Ni、Coの1種または2種以上を合計で0質量%超0.3質量%以下含むものである。
上記第1〜第4発明のいずれか1つの発明において、
成分組成が、さらに、
Ca、Mg、REMの1種または2種以上を合計で0質量%超0.01質量%以下含むものである。
C:0.15〜0.40%
Cは、焼入れ・焼戻し後の強度を確保するために必須の元素である。このような作用を有効に発揮させるためには、Cを0.15%以上、好ましくは0.17%以上、さらに好ましくは0.19%以上含有させる必要がある。ただし、C量が過剰になると局部延性を劣化させるので、C量は0.40%以下、好ましくは0.35%以下、さらに好ましくは0.30%以下とする。
Siは、固溶強化能が高く、セメンタイトの粗大化を抑制するが、焼入れ時に破壊の起点となる残留オーステナイトを残存させやすいため、局部延性を劣化させる。したがって、Si量は0.20%以下、好ましくは0.18%以下、さらに好ましくは0.16%以下に制限する必要がある。
Mnは、焼入れ性を高めるが、ミクロ偏析しやすく、かつ、Ms点を大きく変化(低下)させるため、マルテンサイト中に局所的な強度分布(強度差)を発生させ、局部延性を劣化させる。したがって、Mn量は0.40%以下、好ましくは0.35%以下、さらに好ましくは0.30%以下に制限する必要がある。
CrはMs点をあまり変化(低下)させずに焼入れ性を高められる。また、Crは焼戻し時に形成される鉄系炭化物の粗大化抑制作用が強く、鉄系炭化物を微細化する。さらに、Crは鉄系炭化物中に溶け込み鉄系炭化物の強度を高めることで、鉄系炭化物自体の破壊を防止する。これらの作用により、Crは局部延性の向上に寄与する。
Pは旧オーステナイト粒界に偏析して粒界強度を低下させるため、局部延性を劣化する。したがって、P量は0.02%以下、好ましくは0.017%以下、さらに好ましくは0.015%以下に制限する。
SはMnSを形成して破壊の起点となるため、好ましくない。したがって、S量は0.01%以下、好ましくは0.007%以下、さらに好ましくは0.005%以下に制限する。
Alは脱酸剤およびNの固定に活用されるが、含有量が高すぎると焼入れ時に残留オーステナイトを残存させ局部延性を劣化させる。したがって、Al量は0.10%以下、好ましくは0.08%以下、さらに好ましくは0.06%以下に制限する。
B:0.0005〜0.005%、
N:Ti/Nが2.0〜6.0を満たすN含有量
TiはNの固定に有効な元素である。Bは焼入れ性の向上に有効な元素である。これらの作用を有効に発揮させるためには、Tiは0.01%以上、さらには0.015%以上、特に0.02%以上、Bは0.0005%以上、さらには0.0008%以上、特に0.001%以上、それぞれ含有させることが推奨される。ただし、これらの元素を過剰に含有させることは経済的に無駄であるので、Tiは0.03%以下、さらには0.027%以下、特に0.025%以下、Bは0.005%以下、さらには0.004%以下、特に0.003%以下に、それぞれ制限することが推奨される。なお、Ti量に対してN量が過剰になると、Nの固定が不十分となり、残存する固溶NによりBがBNとして消費されるため、焼入れ性が有効に発揮されなくなる。一方、Ti量に対してN量が不足すると、溶製時に粗大なTiNが形成されて破壊の起点となるために局部円制が劣化するという不都合が生じる。したがって、N量を規定する、Ti含有量とN含有量の比Ti/Nは、2.0〜6.0、さらには2.5〜5.5、特に3.0〜5.0を満足することが推奨される。
V:0%超0.2%以下、
Nb:0%超0.2%以下、
W:0%超0.2%以下、
Zr:0%超0.2%以下の1種または2種以上
これらの元素は、いずれも炭化物形成元素であり、旧オーステナイト粒を微細化させることで強度および局部延性を向上させるのに有効に作用する。ただし、これらの元素を過剰に含有させても上記効果が飽和してしまい、経済的に無駄であるので、Moは0.5%以下、さらには0.4%以下、特に0.3%以下、V、Nb、W、Zrは0.2%以下、さらには0.15%以下、特に0.1%以下の含有にそれぞれ留めることが推奨される。
これらの元素は、いずれも酸化物を微細化することで、局部延性を向上させるのに有効に作用する。ここで、本発明に用いられるREM(希土類元素)としては、Sc、Y、ランタノイド等が挙げられる。ただし、これらの元素を過剰に含有させても上記効果が飽和してしまい、経済的に無駄であるので、合計で0.01%以下、さらには0.007%以下、特に0.005%以下の含有に留めることが推奨される。
上述したとおり、本発明鋼板は、上記従来技術と同じく実質的にマルテンサイト単相組織をベースとするものであるが、特に、鉄系炭化物中のCr濃度を所定値(0.6原子%以上)に制御する点で、上記従来技術と異なっている。
鋼板の組織をできるだけ均一にすることで、高強度でかつ局部延性に優れる組織を得ることができる。本明細書中では、焼き戻しを受けていない未焼戻しマルテンサイト(炭化物を含まないマルテンサイト)と、焼戻しマルテンサイト(炭化物を含むマルテンサイト)を合わせて「マルテンサイト」と定義する。マルテンサイト以外の組織としては、合計面積率で10%以下のフェライト、ベイナイト、残留オーステナイトを含有することが許容されるが、面積率100%のマルテンサイトからなるマルテンサイト単相組織とすることが最も好ましい。
鉄系炭化物の強度を高めることで、鉄炭化物の破壊が防止されて局部延性が向上する。このような作用を有効に発揮させるため、鉄系炭化物中のCr濃度は0.6原子%以上、好ましくは0.7原子%以上、さらに好ましくは1.0原子%以上とする必要がある。なお、上記鉄系炭化物は主にFe3Cであるが、その他ε炭化物等が含まれる場合もある。
ここで、各相の面積率および鉄系炭化物中のCr濃度の各測定方法について説明する。
上記本発明鋼板を製造するには、まず、上記成分組成を有する鋼を溶製し、造塊または連続鋳造によりスラブとしてから熱間圧延を行う。熱間圧延条件としては、仕上げ圧延の終了温度をAr3点以上に設定し、適宜冷却を行った後、450〜700℃の範囲で巻き取る。仕上げ圧延の終了温度がAr3点未満では、二相域での圧延となるので圧延荷重が安定せず、適正な鋼板形状を保てなくなるためである。熱間圧延終了後は酸洗してから冷間圧延を行うが、冷間圧延率は特に限定されないが30〜70%程度とするのがよい。そして、上記冷間圧延後、下記の推奨条件で、焼鈍しさらに焼戻しを行う。なお、本発明鋼板は、冷延鋼板のみならず、溶融亜鉛めっき鋼板、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を含むものである。
焼鈍条件としては、焼鈍加熱温度(=均熱温度):Ac3点以上に加熱し、焼鈍保持時間:3600s以下保持した後、該焼鈍加熱温度から、「緩冷却終了・急冷開始温度:600℃以上まで30℃/s未満の緩冷却速度で緩冷したのち」、または、「緩冷却なしで直接」、室温まで30℃/s以上の急速冷却速度で冷却する。
焼鈍加熱時に実質的にオーステナイト単相組織に変態させ、その後の冷却時にオーステナイトから変態生成するマルテンサイトの面積率を90%以上確保するためである。焼鈍加熱温度は、より好ましくはAc3+20℃以上、特に好ましくはAc3+30℃以上である。
なお、Ac3点は、鋼板の化学成分から、レスリー著、「鉄鋼材料科学」、幸田成靖 訳、丸善株式会社、1985年、p.273に記載の式を用いて求めることができる。
緩冷却終了・急冷開始温度が600℃未満では、フェライトやベイナイトが過剰に形成されて実質的にマルテンサイト単相組織が得られなくなるためである。緩冷却終了・急冷開始温度は、より好ましくは650℃以上、特に好ましくは700℃以上である。
急速冷却速度が30℃/s未満では、フェライトやベイナイトが過剰に形成されて実質的にマルテンサイト単相組織が得られなくなるためである。急速冷却速度は、より好ましくは40℃/s以上、特に好ましくは50℃/s以上である。
焼戻し条件としては、焼戻し温度:100〜400℃、焼戻し時間:3600s以下とする。
焼戻し温度が100℃未満では、鉄系炭化物の形成や、鉄系炭化物中へのCrの溶込みが不十分となり、所定の特性が得られない。一方、焼戻し温度が400℃を超えると、マルテンサイトが軟化しすぎて目標とする強度が得られないためである。焼戻し温度は、より好ましくは140〜360℃、特に好ましくは180〜320℃である。
焼戻し時間が3600sを超えると、生産性が大幅に低下してしまい好ましくないためである。
なお、焼戻し時の最高到達温度(焼戻し温度に相当)が上記の焼戻し温度の範囲であれば、必ずしもその温度で保持する必要はないので、焼戻し時間の下限は規定しない。焼戻し時間は、より好ましくは1200s以下、特に好ましくは600s以下である。
Claims (5)
- 質量%で、
C:0.15〜0.40%、
Si:0〜0.20%、
Mn:0.05〜0.40%、
Cr:0.5〜3.0%、
P:0.02%以下、
S:0.01%以下、
Al:0.10%以下
であり、残部が鉄および不可避的不純物からなる成分組成を有し、
面積率で90%以上のマルテンサイトを含む実質的にマルテンサイト単相組織であるとともに、
鉄系炭化物中のCr濃度が0.6原子%以上である組織を有する
ことを特徴とする衝突特性に優れる超高強度鋼板。 - 成分組成が、さらに、
Ti:0.01〜0.03質量%、
B:0.0005〜0.005質量%、
N:Ti/Nが2.0〜6.0を満たすN含有量
を含むものである
請求項1に記載の衝突特性に優れる超高強度鋼板。
ただし、Ti、Nは各成分の質量%を表す。 - 成分組成が、さらに、質量%で、
Mo:0%超0.5%以下、
V:0%超0.2%以下、
Nb:0%超0.2%以下、
W:0%超0.2%以下、
Zr:0%超0.2%以下の1種または2種以上を含むものである
請求項1または2に記載の衝突特性に優れる超高強度鋼板。 - 成分組成が、さらに、
Cu、Ni、Coの1種または2種以上を合計で0質量%超0.3質量%以下 含むものである
請求項1〜3のいずれか1項に記載の衝突特性に優れる超高強度鋼板。 - 成分組成が、さらに、
Ca、Mg、REMの1種または2種以上を合計で0質量%超0.01質量%以下含むものである
請求項1〜4のいずれか1項に記載の衝突特性に優れる超高強度鋼板。
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